KR-20260061067-A - 광 검출기, 광학 소자, 및 전자 기기

Abstract

광 검출기는, 제1 방향으로 나란히 제공되는 복수의 제1 구조체 및 제1 구조체 주변에 제공되고 제1 구조체의 굴절률과 상이한 굴절률을 갖는 제1 매질을 포함하는 제1층; 제1 방향으로 나란히 제공되는 복수의 제2 구조체 및 제2 구조체 주변에 제공되고 제2 구조체의 굴절률과 상이한 굴절률을 갖는 제2 매질을 포함하고, 제1층 상에 적층되는 제2층; 및 제2층 및 제1층을 통해 입사되는 광을 광전 변환하는 광전 변환 소자를 포함한다. 제2 구조체는 제1 구조체의 재료와 동일한 재료를 이용하여 구성된다. 복수의 제2 구조체는 제1 구조체와 접촉하는 제2 구조체를 포함한다.

Inventors

• 하세가와 켄타
• 모리야 유스케

Assignees

• 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20240905

Priority Date

20230905

Claims (20)

1. 광 검출 장치로서, 제1층과, 제2층과, 광전 변환 소자를 포함하고, 상기 제1층은: 복수의 제1 구조체, 및 상기 제1 구조체의 일부 주변에 배치되는 제1 매질을 포함하며, 상기 제1 매질은 제1 굴절률을 갖고, 상기 제1 구조체는 제2 굴절률을 가지며, 상기 제1 굴절률은 상기 제2 굴절률과 상이하고, 상기 제2층은: 복수의 제2 구조체, 및 상기 제2 구조체의 일부 주변에 배치되는 제2 매질을 포함하며, 상기 제2 구조체 각각은 상기 제2층의 적어도 제1 표면으로부터 상기 제1 표면의 반대 측인 상기 제2층의 적어도 제2 표면까지 연장되고, 상기 제2 매질은 상기 제1 굴절률을 가지며, 상기 제2 구조체는 상기 제2 굴절률을 갖고, 상기 제1층의 제2 표면은 상기 제2층의 상기 제1 표면과 접촉하고, 상기 광전 변환 소자의 수광면은 상기 제1층의 상기 제1 표면을 향하며, 상기 제2 구조체는 상기 제1 구조체의 재료와 동일한 재료를 포함하고, 상기 제2 구조체 중 적어도 일부는 상기 제1 구조체 중 대응하는 구조체와 적어도 부분적으로 접촉하는, 광 검출 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1층의 상기 제2 표면에 대응하는 상기 제1 매질의 적어도 일부가 상기 제2층의 상기 제1 표면에 대응하는 상기 제2 매질의 적어도 일부와 접촉하는, 광 검출 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 매질은 상기 제1 매질의 재료와 동일한 재료를 포함하는, 광 검출 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제2 구조체 중 적어도 일부는 상기 제2 구조체 중 다른 구조체와 상이한 형상을 갖는, 광 검출 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 구조체 중 적어도 하나와 상기 제2 구조체 중 적어도 하나는 상기 제1 매질로부터 상기 제2 매질 방향으로 서로 상이한 길이를 갖는, 광 검출 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1층의 상기 제2 표면에 가장 가까운 일부 제2 구조체의 단부는 상기 제1층의 상기 제2 표면에 가장 가까운 상기 제1 구조체의 단부보다 상기 제1층의 상기 제1 표면에 더 가깝게 위치하는, 광 검출 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 제1 구조체 중 적어도 하나는 상기 제1층의 상기 제2 표면에 가장 가까운 단부에 오목부를 갖는, 광 검출 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 복수의 제2 구조체 중 일부 제2 구조체는 상기 제1 구조체 중 대응하는 구조체의 상기 오목부와 접촉하는, 광 검출 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 제2 구조체는 상기 제2층의 상기 제2 표면에 가장 가까운 단부에 오목부를 갖는, 광 검출 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 제2층의 상기 제2 표면 상에 배치되는 반사 방지막을 더 포함하며, 상기 반사 방지막의 일부는 상기 제2 구조체의 오목부에 제공되는, 광 검출 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 제2 구조체는 상기 제2층의 상기 제1 표면에 가장 가까운 단부에 돌출부를 갖는, 광 검출 장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 제1 구조체 또는 상기 제2 구조체 중 적어도 하나는 에어 갭을 갖는, 광 검출 장치.
13. 제1항에 있어서, 상기 제1 구조체의 상기 굴절률은 상기 제1 매질의 상기 굴절률보다 더 높고, 상기 제2 구조체의 상기 굴절률은 상기 제2 매질의 상기 굴절률보다 더 높은, 광 검출 장치.
14. 제1항에 있어서, 상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체는 각각 가시광의 파장 영역 이하의 폭을 갖는, 광 검출 장치.
15. 광학 소자로서, 제1층과, 제2층을 포함하고, 상기 제1층은: 복수의 제1 구조체, 및 상기 제1 구조체의 일부 주변에 배치되는 제1 매질을 포함하며, 상기 제1 구조체 각각은 상기 제1층의 적어도 제1 표면으로부터 상기 제1 표면의 반대 측인 상기 제1층의 제2 표면까지 연장되고, 상기 제1 매질은 제1 굴절률을 가지며, 상기 제1 구조체는 제2 굴절률을 갖고, 상기 제1 굴절률은 상기 제2 굴절률과 상이하고, 상기 제2층은: 복수의 제2 구조체, 및 상기 제2 구조체의 일부 주변에 배치되는 제2 매질을 포함하며, 상기 제2 구조체 각각은 상기 제2층의 적어도 제1 표면으로부터 상기 제1 표면의 반대 측인 상기 제2층의 적어도 제2 표면까지 연장되고, 상기 제2 매질은 상기 제1 굴절률을 가지며, 상기 제2 구조체는 상기 제2 굴절률을 갖고, 상기 제1층의 상기 제2 표면은 상기 제1층의 상기 제1 표면과 접촉하고, 상기 제1층 상에 적층되며, 상기 제2 구조체는 상기 제1 구조체의 재료와 동일한 재료를 포함하고, 상기 제2 구조체 중 적어도 일부는 상기 제1 구조체 중 대응하는 구조체와 접촉하는, 광학 소자.
16. 제15항에 있어서, 상기 제2층의 상기 제1 표면은 상기 제1층의 상기 제2 표면과 접촉하는, 광학 소자.
17. 제15항에 있어서, 상기 제2 매질은 상기 제1 매질의 재료와 동일한 재료를 포함하는, 광학 소자.
18. 제15항에 있어서, 상기 제2 구조체 중 적어도 일부는 상기 제2 구조체 중 다른 구조체와 상이한 형상을 갖는, 광학 소자.
19. 제15항에 있어서, 상기 제1 구조체 중 적어도 일부와 상기 제2 구조체 중 적어도 일부는 상기 제1층 및 제2층의 상기 제1 및 제2 표면 사이에 연장되는 방향으로 서로 상이한 길이를 갖는, 광학 소자.
20. 제15항에 있어서, 상기 제1 구조체 각각은 상기 제1층의 적어도 제1 표면으로부터 상기 제1 표면의 반대 측인 상기 제1층의 제2 표면까지 연장되고, 상기 제2 구조체 각각은 상기 제2층의 적어도 제1 표면으로부터 상기 제1 표면의 반대 측인 상기 제2층의 적어도 제2 표면까지 연장되는, 광학 소자.

Description

광 검출기, 광학 소자, 및 전자 기기 본 출원은 2023년 9월 5일 출원된 일본 우선권 특허 출원 JP 2023-143526호의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 참조로 본 명세서에 통합된다. 본 개시는 광 검출기, 광학 소자, 및 전자 기기에 관한 것이다. 복수의 나노포스트를 포함하는 제1 렌즈층, 복수의 나노포스트를 포함하는 제2 렌즈층, 및 상기 제1 렌즈층과 상기 제2 렌즈층 사이에 제공되는 에칭 방지층을 포함하는 이미지 센서가 제안되었다(특허문헌 1). [도 1] 도 1은 본 개시의 제1 실시예에 따른 광 검출기의 일례로서 촬상 장치의 개략적인 구성의 일례를 도시하는 블록도이다. [도 2] 도 2는 본 개시의 제1 실시예에 따른 촬상 장치의 화소부의 일례를 도시하는 도면이다. [도 3] 도 3은 본 개시의 제1 실시예에 따른 촬상 장치의 화소의 회로 구성의 일례를 설명하는 도면이다. [도 4] 도 4는 본 개시의 제1 실시예에 따른 촬상 장치의 평면 구성의 일례를 도시하는 도면이다. [도 5] 도 5는 본 개시의 제1 실시예에 따른 촬상 장치의 단면 구성의 일례를 도시하는 도면이다. [도 6a] 도 6a는 본 개시의 제1 실시예에 따른 촬상 장치의 도광부의 평면 구성의 일례를 도시하는 도면이다. [도 6b] 도 6b는 본 개시의 제1 실시예에 따른 촬상 장치의 도광부의 평면 구성의 일례를 도시하는 도면이다. [도 7] 도 7은 본 개시의 제1 실시예에 따른 촬상 장치의 다른 구성 예를 설명하는 도면이다. [도 8] 도 8은 본 개시의 제1 실시예에 따른 촬상 장치의 도광부의 다른 구성 예를 설명하는 도면이다. [도 9a] 도 9a는 본 개시의 제1 실시예에 따른 촬상 장치의 도광부의 다른 구성 예를 설명하는 도면이다. [도 9b] 도 9b는 본 개시의 제1 실시예에 따른 촬상 장치의 도광부의 다른 구성 예를 설명하는 도면이다. [도 10] 도 10은 본 개시의 제1 실시예에 따른 촬상 장치의 도광부의 다른 구성 예를 설명하는 도면이다. [도 11a] 도 11a는 본 개시의 제1 실시예에 따른 촬상 장치의 도광부의 제조 방법의 일례를 설명하는 도면이다. [도 11b] 도 11b는 본 개시의 제1 실시예에 따른 촬상 장치의 도광부의 제조 방법의 일례를 설명하는 도면이다. [도 11c] 도 11c는 본 개시의 제1 실시예에 따른 촬상 장치의 도광부의 제조 방법의 일례를 설명하는 도면이다. [도 11d] 도 11d는 본 개시의 제1 실시예에 따른 촬상 장치의 도광부의 제조 방법의 일례를 설명하는 도면이다. [도 12] 도 12는 본 개시의 변형예에 따른 촬상 장치의 구성 예를 설명하는 도면이다. [도 13] 도 13은 본 개시의 제2 실시예에 따른 광학 소자의 구성 예를 설명하는 도면이다. [도 14] 도 14는 본 개시의 제2 실시예에 따른 광학 소자의 구성 예를 설명하는 도면이다. [도 15] 도 15는 촬상 장치를 포함하는 전자 장치의 구성 예를 도시하는 블록도이다. [도 16] 도 16은 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 일례를 묘사하는 블록도이다. [도 17] 도 17은 차량 외부 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 일례를 설명하는 데 도움이 되는 도면이다. [도 18] 도 18은 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 일례를 묘사하는 도면이다. [도 19] 도 19는 카메라 헤드 및 카메라 제어 장치(CCU)의 기능 구성의 일례를 묘사하는 블록도이다. 이하, 도면을 참조하여 본 개시의 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 설명은 다음 순서로 이루어진다. 1. 제1 실시예 2. 제2 실시예 3. 응용예 4. 실제 응용예 <1. 제1 실시예> 도 1은 본 개시의 제1 실시예에 따른 광 검출기의 일례인 촬상 장치의 개략적인 구성의 일례를 도시하는 블록도이다. 도 2는 제1 실시예에 따른 촬상 장치의 화소부의 일례를 도시하는 도면이다. 광 검출기는 입사광을 검출하도록 구성된 장치이다. 광 검출기인 촬상 장치(1)는, 각각 광전 변환부(광전 변환 소자)를 포함하는 복수의 화소(P)를 포함하고, 입사광을 광전 변환하여 신호를 생성하도록 구성된다. 촬상 장치(1)는 광학 렌즈를 포함하는 광학 시스템(도시하지 않음)을 통해 전달된 빛을 수신하고 신호를 생성할 수 있다. 촬상 장치(1)는, 예를 들어 복수의 화소(P)가 제공되는 반도체 기판(예컨대, 실리콘 기판)을 이용하여 구성된다. 촬상 장치(1)의 각 화소(P)의 광전 변환부는, 예를 들어 포토다이오드(PD)이며, 빛을 광전 변환하도록 구성된다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 일례로서 촬상 장치(1)는, 복수의 화소(P)가 행렬로 2차원적으로 배열되는 영역(화소부(100))을 촬상 영역으로서 포함한다. 촬상 장치(1)의 화소부(100)는 복수의 화소(P)가 배열되는 화소 어레이이며, 수광 영역이라고도 할 수 있다. 각 화소(P)의 광전 변환부는 광전 변환 영역이라고도 할 수 있다. 촬상 장치(1)는 광학 렌즈를 포함하는 광학 시스템을 통해 측정 대상인 피사체로부터의 입사광(이미지 광)을 받아들인다. 촬상 장치(1)는 광학 렌즈에 의해 형성된 피사체의 이미지를 포착(capture)한다. 촬상 장치(1)는 수신된 광을 광전 변환하여 화소 신호를 생성할 수 있다. 광 검출기인 촬상 장치(1)는 입사광을 수신하고 신호를 생성하도록 구성된 장치이며, 수광 장치라고도 할 수 있다. 촬상 장치(1)(광 검출기)은 일례로서 이미지 센서로서 구성될 수 있다. 촬상 장치(1)는, 예를 들어 CMOS(상보성 금속 산화물 반도체) 이미지 센서이다. 촬상 장치(1)는 복수의 반도체층을 적층하여 구성되는 구조(적층 구조)를 포함할 수 있다. 촬상 장치(1)는 디지털 스틸(still) 카메라, 비디오 카메라, 및 휴대폰과 같은 다양한 전자 장치에 사용될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 피사체로부터의 광이 입사되는 방향을 Z축 방향으로 정의하고, Z축 방향에 직교하는 도면상의 좌우 방향을 X축 방향으로 정의하며, Z축 방향 및 X축 방향에 직교하는 도면상의 상하 방향을 Y축 방향으로 정의한다는 점에 유의한다. 이하 도면들에서는, 경우에 따라 방향을 표현하는 기준으로 도 2의 화살표 방향이 사용될 수 있다. 촬상 장치의 개략적인 구성 도 1에 도시된 예와 같이, 일례로서 촬상 장치(1)는 화소부(100), 화소 제어부(111), 신호 처리부(112), 제어부(113), 및 처리부(114)를 포함한다. 또한, 촬상 장치(1)에는 복수의 제어선(Lread) 및 복수의 신호선(VSL)이 제공된다. 제어선(Lread)은 화소(P)를 제어하기 위한 신호를 전송하도록 구성된 신호선이며, 화소 제어부(111) 및 화소부(100)의 화소(P)에 결합된다. 도 1에 도시된 예에서, 화소부(100)에는 수평 방향(행 방향)으로 나란히 배열된 복수의 화소(P)를 각각 포함하는 화소 열(pixel rows)에 대해 복수의 제어선(Lread)이 배선된다. 제어선(Lread)은 화소(P)로부터 신호를 판독하기 위한 제어 신호를 전송하도록 구성된다. 제어선(Lread)은 화소(P)를 구동하기 위한 신호를 전송하는 구동선(화소 구동선)이라고도 할 수 있다. 신호선(VSL)은 화소(P)로부터의 신호를 전송하도록 구성된 신호선이며, 화소부(100)의 화소(P) 및 신호 처리부(112)에 결합된다. 화소부(100)에는, 예를 들어 수직 방향(열 방향)으로 나란히 배열된 복수의 화소(P)를 포함하는 각 화소 열에 대해 하나 이상의 신호선(VSL)이 배선된다. 신호선(VSL)은 화소(P)로부터 출력되는 신호를 전송하도록 구성된다. 촬상 장치(1)에는 하나의 화소 열에 대해 복수의 신호선(VSL)이 제공될 수 있다. 촬상 장치(1)는 각 화소 열에 대해 복수의 신호선(VSL)을 포함할 수 있다. 화소 제어부(111)는 화소부(100)의 각 화소(P)를 제어하도록 구성된다. 화소 제어부(111)는 제어 회로이며, 버퍼, 시프트 레지스터, 어드레스 디코더 등을 포함하는 복수의 회로를 포함한다. 화소 제어부(111)는 화소(P)를 제어하기 위한 신호를 생성하고, 상기 신호를 제어선(Lread)을 통해 화소부(100)의 각 화소(P)로 출력한다. 화소 제어부(111)는 제어부(113)에 의해 제어되며, 화소부(100)의 화소(P)를 제어한다. 예를 들어, 화소 제어부(111)는 화소(P)의 전송 트랜지스터를 제어하기 위한 신호, 선택 트랜지스터를 제어하기 위한 신호, 및 리셋 트랜지스터를 제어하기 위한 신호와 같은 화소(P)를 제어하기 위한 신호를 생성하고, 상기 신호들을 제어선(Lread)에 의해 각 화소(P)에 공급한다. 화소 제어부(111)는 각 화소(P)로부터 화소 신호를 판독하기 위한 제어를 수행할 수 있다. 화소 제어부(111)는 각 화소(P)를 구동하도록 구성된 화소 구동부라고도 할 수 있다. 또한. 화소 제어부(111)와 제어부(113)는 통칭하여 화소 제어부라고 할 수 있다는 점에 유의한다. 신호 처리부(112)는 입력된 화소 신호에 대해 신호 처리를 실행하도록 구성된다. 신호 처리부(112)는 신호 처리 회로이며, 예를 들어 부하 회로, AD(아날로그-디지털) 변환 회로, 수평 선택 스위치 등을 포함한다. 일례로서, 부하 회로는 화소(P)의 증폭 트랜지스터에 전류를 공급하도록 구성된 전류원을 포함한다. 부하 회로는 화소(P)의 증폭 트랜지스터와 함께 소스-팔로워 회로를 구성한다. 신호 처리부(112)는 신호선(VSL)을 통해 화소(P)로부터 판독된 신호를 증폭하도록 구성된 증폭 회로를 포함할 수 있다. 부하 회로, 증폭 회로, AD 변환 회로 등은 복수의 신호선(VSL) 각각에 대해 제공된다. 부하 회로, 증폭 회로, AD 변환 회로 등은 화소부(100)의 각 화소 열에 대해 제공될 수 있다. 화소 제어부(111)에 의해 선택되고 스캔된 각 화소(P)로부터 출력되는 신호는 신호선(VSL)을 통해 신호 처리부(112)로 입력된다. 신호 처리부(112)는 화소(P)의 신호에 대해 AD 변환 및 CDS(Correlated Double Sampling: 상관 이중 샘플링)와 같은 신호 처리를 수행할 수 있다. 각 신호선(VSL)을 통해 전송된 각 화소(P)의 신호는 신호 처