(57)【要約】イメージセンサーは、画素アレイに複数の画素を有している。各画素は、絶縁層下の光電変換ユニットと、光を光電変換ユニットへ透過させる光導波路と有している。一方向に配列された５以上の画素にわたって、前記光導波路の間の間隔は、前記５以上の画素にわたって非単調に変化している。連続する光導波路の間の幅及び／又は水平ピッチは、同画素にわたって非単調に変化していてもよい。波長の短い光のみを検出する画素の光導波路は、波長の長い光を検出する他の画素の光導波路よりも狭くてもよい。カラーフィルターが前記光導波路と結合されていてもよい。連続する複数のカラーフィルターの間の空隙の幅は、同画素にわたって非単調に変化していてもよい。前記空隙の間のピッチは、同画素にわたって非単調に変化していてもよい。【選択図】図３
2013510424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を有する画素アレイを備えるイメージセンサーであって、各画素は、
絶縁層の下に位置する光電変換ユニットと、
光導波路と、
を備え、
前記光導波路は、前記絶縁層内、且つ前記絶縁層内に挿入された複数の配線の間に挿入されて、光を前記光電変換ユニットへ透過させるものであり、一方向に隣り合って配列され、且つ前記複数の画素のうちの画素である５以上の画素において連続する画素の各対の光導波路の間における水平間隔は、前記５以上の画素にわたって増加と減少の間で交互に変化するイメージセンサー。
【請求項２】
前記各画素は、前記光導波路を介して前記光電変換ユニットへ光を透過させるように結合されたカラーフィルターをさらに備え、
前記５以上の画素のうち連続する画素の各対のカラーフィルター間に空隙があり、前記空隙の幅は、前記５以上の画素にわたって増加と減少の間で交互に変化することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項３】
前記各画素は、前記光導波路を介して前記光電変換ユニットへ光を透過させるよう結合されたカラーフィルターをさらに備え、
前記５以上の画素のうち連続する画素の各対のカラーフィルター間に空隙があり、空隙ピッチは前記５以上の画素にわたって０．１μｍを超える範囲では変化しておらず、前記空隙ピッチは前記空隙の連続する中心線の各対間の水平距離であることを特徴とする請求項２のイメージセンサー。
【請求項４】
前記各画素は、前記光導波路を介して前記光電変換ユニットへ光を透過させるよう結合されたカラーフィルターをさらに備え、
前記５以上の画素のうち連続する画素の各対の前記カラーフィルター間に空隙があり、空隙ピッチは前記５以上の画素にわたって交互に増減しており、前記空隙ピッチは前記空隙の連続する中心線の各対間の水平距離であることを特徴とする請求項１又は２に記載のイメージセンサー。
【請求項５】
前記空隙は、空気又はガスを含んでいることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載のイメージセンサー。
【請求項６】
前記空隙は、液体材料又は固体材料を含んでおり、
前記液体材料又は前記固体材料の屈折率は前記カラーフィルターの屈折率より少なくとも２０％低いことを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載のイメージセンサー。
【請求項７】
前記空隙の幅は、前記連続する画素の各対の前記カラーフィルターの間において０．４５μｍ以下であることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載のイメージセンサー。
【請求項８】
前記光導波路の幅は、前記５以上の画素にわたって交互に増減することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項９】
前記光導波路の幅は、前記５以上の画素のうちの波長の長い光を検出するように構成された画素に対するよりも前記５以上の画素のうちの波長の短い光のみを検出するように構成された画素に対する方が狭いことを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサー。
【請求項１０】
青色画素に対する前記光導波路の前記幅は、赤色画素に対する前記光導波路の幅よりも狭いことを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサー。
【請求項１１】
青色画素に対する前記光導波路の前記幅は、緑色画素に対する前記光導波路の幅よりも狭いことを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサー。
【請求項１２】
緑色画素に対する前記光導波路の前記幅は、赤色画素に対する前記光導波路の幅よりも狭いことを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサー。
【請求項１３】
前記カラーフィルターは着色料を含有することを特徴とする請求項２から７のいずれか一項に記載のイメージセンサー。
【請求項１４】
固体イメージセンサーを使用して画像を検出する方法において、
複数の光電変換ユニットを絶縁層の下、且つ前記絶縁層に挿入された複数の配線の下に提供する工程と、
前記複数の配線の間、且つ前記絶縁層内に挿入されて、光を前記光電変換ユニットに透過させる複数の光導波路を提供する工程と、
を包含し、
一方向に配列されて、且つ前記複数の画素のうちの画素である５以上の画素において連続する画素の各対の光導波路の間における水平間隔は、前記５以上の画素にわたって交互に増減している方法。
【請求項１５】
前記イメージセンサーはさらに請求項２から１３のいずれか１つによって特徴づけられていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
本願は、２００９年１１月５日に出願した米国仮特許出願番号６１／２５８５８１、及び２００９年１１月８日に出願した米国仮特許出願番号６１／２５９１８０を優先権主張する。
発明の技術分野
本主題は、概して固体イメージセンサーの構造及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラやデジタルビデオのような撮影機器は、静止又はビデオ画像に処理するために光を取り込む電子イメージセンサーを有していることがある。電子イメージセンサーは、一般にフォトダイオードのような光電変換ユニットを数百万含んでいる。
固体イメージセンサーには、電荷結合素子（ＣＣＤ）型と、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）型とがある。どちらのタイプのイメージセンサーであれ、光電変換ユニットは基板内に形成され、２次元的に配列されている。イメージセンサーは一般に、何百万もの画素を有しており、各々の画素が光電変換ユニットを備え、高解像度画像を提供している。光捕獲効率を改善するために、あるイメージセンサーは、光を光電変換ユニットへ向けるための光導波路（又は導波管）を有している。光導波路は、周りの絶縁材料（例えば、シリコン酸化物）よりも高い屈折率を有する光透過性材料（例えば、Ｓｉ３Ｎ４といったシリコン窒化物）を備えていてよく、それにより光導波路の側壁で全内部反射させて、光の出射を防ぐことができる。また、光導波路は、反射させるための金属コーティングを側壁に施していてもよく、例えば、シリコン酸化物、有機樹脂又はスピンオングラス（ＳＯＧ）等の透明材料で満たされている。画素は、重ねられた２つ以上の光導波路を備えていてもよく、縦列接続式光導波路を形成する。光導波路は、一般に、基板から一定の高さにおいて互いの間を一定のピッチにしており、基板から一定の高さにおいて共通の水平断面プロファイルになっている。一定のピッチであるため、左右及び上下方向（画素アレイの面と平行）に沿ってイメージセンサーの面上に投影された画像を均一にサンプリングできる。従って、コンピューターディスプレイやプリントといったディスプレイ上の画素の配列とより整合する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示の第１の様態によるイメージセンサーは、複数の画素を備える画素アレイを備えており、各画素は、（ａ）絶縁層の下、且つ前記絶縁層に挿入された複数の配線の下に位置する光電変換ユニットと、（ｂ）前記絶縁層内、且つ前記複数の配線の間に挿入されて、光を前記光電変換ユニットへ透過させる光導波路と、を備え、一方向に隣り合って配列され、且つ前記複数の画素のうちの画素である５以上の画素において連続する画素の各対の光導波路の間における水平間隔は、前記５以上の画素にわたって非単調に変化している。前記光導波路は、染料又は色顔料を含んでいてもよい。前記顔料は、有機顔料、無機顔料又は有機金属顔料であってよい。
第１の様態において、前記５以上の画素において連続する画素の各対の光導波路の間における水平ピッチは、前記５以上の画素にわたって非単調に変化していることが望ましい。前記水平ピッチが前記５以上の画素にわたって０．１μｍ以上で変化していることがさらに望ましい。前記水平ピッチが前記５以上の画素にわたって０．２μｍ以上で変化していることがさらに望ましい。
第１の様態において、前記画素は、前記光導波路を介して前記光電変換ユニットへ光を透過させるよう結合されたカラーフィルターをさらに備えていてもよく、前記５以上の画素のうち連続する画素の各対のカラーフィルター間に空隙があり、前記空隙の幅は、前記５以上の画素にわたって非単調に変化している。前記空隙幅は、一方向に隣り合って配列された１６画素にわたって０．１μｍ以上で変化していることが望ましい。前記空隙幅は、前記１６画素にわたって０．２μｍ以上で変化していることがさらに望ましい。
第１の様態において、前記画素は、前記光導波路を介して前記光電変換ユニットへ光を透過させるよう結合されたカラーフィルターを備えていてもよく、前記５以上の画素において連続する画素の各対のカラーフィルター間に空隙があり、空隙ピッチは、前記５以上の画素にわたって非単調に変化しており、空隙ピッチは、（前記光電変換ユニットの面に平行な面において）前記空隙の連続する中心線の各対間での水平距離である。前記空隙ピッチは、一方向に隣り合って配列された１６の画素にわたって０．１μｍ以上で変化していることが望ましい。さらに、前記空隙ピッチは、前記１６の画素にわたって０．２μｍ以上で変化していることが望ましい。
前記空隙は、空気又はガスを含んでいてよい。また、前記空隙は、前記カラーフィルターの屈折率よりも少なくとも２０％低い屈折率を有する液体材料又は固体材料を含んでいてもよい。前記空隙は、隣り合うカラーフィルター間で０．４５μｍ以下の幅を有することが望ましい。さらに、前記空隙は、上面が凸状シーリングになっていることが望ましい。前記カラーフィルターの底部から前記凸状シーリングの上面までは、少なくとも０．６μｍあることが望ましい。
本開示の第２の様態によるイメージセンサーは、複数の画素を備える画素アレイを備えており、各画素は、（ａ）絶縁層の下、且つ前記絶縁層に挿入された複数の配線の下に位置する光電変換ユニットと、（ｂ）前記絶縁層内、且つ前記複数の配線の間に挿入されて、光を前記光電変換ユニットに透過させる光導波路と、を備え、前記光導波路の幅は、５以上の画素にわたって非単調に変化している。さらに、前記光導波路の幅は、前記５以上の画素のうち波長の長い光を検出する他の画素に対するよりも前記５以上の画素のうち波長の短い光のみを検出する画素に対する方が狭いことが望ましい。前記光導波路の幅は、赤色画素に対するよりも青色画素に対する方が狭いことがさらに望ましい。また、前記光導波路の幅は、緑色画素に対するよりも青色画素に対する方が狭いことがさらに望ましい。前記光導波路の幅は、赤色画素に対するよりも緑色画素に対する方狭いことがさらに望ましい。
上記において、前記カラーフィルターが着色料を含んでいることが望ましい。前記着色料は、染料又は色顔料であってよい。前記顔料は、有機顔料、無機顔料又は有機金属顔料であってよい。
本開示の第３の様態は、イメージセンサーを使用して画像を検出する方法であって、前記方法は、（ａ）絶縁層及び前記絶縁層に挿入された複数の配線の下に複数の光電変換ユニットを設ける工程と、（ｂ）前記絶縁層内、且つ前記複数の配線の間に挿入されて、光を前記光電変換ユニットへ透過させる複数の光導波路を設ける工程と、を備え、一方向に隣り合って配列されており、且つ前記複数の画素のうちの画素である５以上の画素において連続する画素の各対の光導波路の間における水平間隔は、前記５以上の画素にわたって非単調に変化している。
第３の様態において、前記イメージセンサーは上記第１の様態の望ましい特徴のうち、いずれかを有することが望ましい。
本開示の第４の様態によるイメージセンサーは、複数の画素を備える画素アレイを備えており、各画素は、（ａ）絶縁層の下、且つ前記絶縁層に挿入された複数の配線の下に位置する光電変換ユニットと、（ｂ）前記絶縁層内、且つ前記複数の配線の間に挿入されて、光を前記光電変換ユニットへ透過させる光導波路と、を備え、一方向に隣り合って配列されており、且つ前記複数の画素のうちの画素である５以上の画素において連続する画素の各対の光導波路の間における水平間隔は、前記５以上の画素にわたって交互に増減している。前記光導波路は、染料又は色顔料を含んでもよい。前記色顔料は、有機顔料、無機顔料又は有機金属顔料であってよい。
第４の様態において、前記画素は、前記光導波路を介して前記光電変換ユニットへ光を透過させるよう結合されたカラーフィルターを備えていてよく、前記５以上の画素において連続する画素の各対のカラーフィルター間には空隙があり、前記空隙の幅は前記５以上の画素にわたって交互に増減している。前記空隙幅は、一方向に隣り合って配列された１６の画素にわたって０．１μｍ以上で変化していることが望ましい。前記空隙幅が前記１６画素にわたって０．２μｍ以上で変化していることがさらに望ましい。
第４の様態において、前記画素は、前記光導波路を介して前記光電変換ユニットへ光を透過させるよう結合されたカラーフィルターを更に備えていてもよく、前記５以上の画素において連続する画素の各対のカラーフィルター間に空隙があり、空隙ピッチは、前記５以上の画素にわたって交互に増減しており、空隙ピッチは、（光電変換ユニットの面と平行な面において）前記空隙の連続する中心線の各対間の水平距離であることが望ましい。前記空隙ピッチは、一方向に隣り合って配列された１６の画素にわたって０．１μｍ以上で変化していることが望ましい。さらには、前記空隙ピッチは、前記１６画素にわたって０．２μｍ以上で変化していることが望ましい。
本開示の第７の様態によるイメージセンサーは、複数の画素を備える画素アレイを備え、各画素は、（ａ）絶縁層の下、且つ前記絶縁層に挿入された複数の配線の下に位置する光電変換ユニットと、（ｂ）前記絶縁層内、且つ前記複数の配線の間に挿入されて、光を前記光電変換ユニットへ透過させる光導波路と、を備え、前記光導波路の幅は、５以上の画素にわたって交互に増減している。さらに、前記光導波路の幅は、前記５以上の画素のうち波長の長い光を検出する他の画素に対するよりも前記５以上の画素のうち波長の短い光のみを検出する画素に対する方が狭いことが望ましい。さらに、前記光導波路の幅は、赤色画素に対するよりも青色画素に対する方が狭いことが望ましい。また、前記光導波路の幅は、緑色画素に対するよりも青色画素に対する方が狭いことが望ましい。また、前記光導波路の幅は、赤色画素に対するよりも緑色画素に対する方が狭いことが望ましい。
本開示の第８の様態は、イメージセンサーを使用して画像を検出する方法であって、前記方法は、（ａ）絶縁層及び前記絶縁層に挿入された複数の配線の下に複数の光電変換ユニットを設ける工程と、（ｂ）前記絶縁層内、且つ前記複数の配線の間に挿入されて、光を前記光電変換ユニットへ透過させる複数の光導波路を設ける工程と、を備え、一方向に隣り合って配列されており、且つ前記複数の画素のうちの画素である５以上の画素において連続する画素の各対の光導波路の間における水平間隔は、前記５以上の画素にわたって交互に増減している。
第８の様態において、前記イメージセンサーは、上記第４の様態の望ましい特徴のいずれかを有することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一実施形態における４つのイメージセンサー画素の断面を示す説明図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの４つのイメージセンサー画素と同じ断面における光線跡を示す線図である。
【図２Ａ】図２Ａは、１つのアレイ内の１５の画素の上面を示す説明図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、１５の画素の同様の上面図である。
【図３】他の実施形態の４つのイメージセンサー画素の断面を示す説明図である。
【図４】最良の実施形態である他の実施形態の４つのイメージセンサー画素の断面を示す説明図である。
【図５】他の実施形態の４つのイメージセンサー画素の断面を示す説明図である。
【図６】イメージセンサーの概略図である。
【図７】図４に示す第３の実施形態のための光線跡を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、原色バイヤーパターンの説明図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、４５度回転した原色バイヤーパターンの説明図である。
【図９】４つのトランジスタを有する画素の概略図である。
【図１０】３つのトランジスタを有する画素の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本開示のイメージセンサーは、複数の画素を備える画素アレイを有し、各画素は光電変換ユニットを有している。各画素は、絶縁層内、且つ絶縁層内に挿入された複数の配線間に挿入されて、光を光電変換ユニットへ透過させる光導波路を有している。波長の短い光を検出する画素の光導波路は、その底部の幅（「底幅」）が波長の長い光のみを検出する他の画素の光導波路よりも狭くてよい。光導波路の底部の縦中心線は、側方に隣り合う画素の光導波路の中心線までの距離が反対側の側方に隣り合う画素の光導波路のそれよりも長くなるようになっていてもよい。光導波路の底部と側方に隣り合う画素の光導波路の底部との間隔（「底部間隔」）は、前記光導波路の底部と反対側の側方に隣り合う画素の光導波路の底部との間隔より広くてもよい。前記画素は、色材料を含むカラーフィルターを備えていてもよい。複数の画素のうち隣り合う画素の各対のカラーフィルター間には、空隙が存在していてもよい。空隙の幅（「空隙幅」）は、隣り合う画素の対の間で異なっていてもよい。一方向に隣り合って配列された３以上の画素間の空隙のピッチ（「空隙ピッチ」）は、１５％以下で変化していてもよい。イメージセンサー、特にカラーイメージセンサーが上記の技術的特徴のうち１つ以上を有することにより、絶縁層下及び絶縁層内で、集積回路構成要素（例えば、ゲート電極、ポリコンタクト、配線及び拡散コンタクト）のレイアウト密度を高めることができる。基板は、光電変換ユニットを支持しており、第１の導電性、好ましくはｐ型に低濃度ドープされた半導体基板であって、より好ましくはドープ濃度が５ｅ１４／ｃｍ３〜５ｅ１５／ｃｍ３である。基板１０６は、１ｅ１９／ｃｍ３を超えるドープ濃度に高濃度ドープされたｐ型基板の上に設けられたｐ−エピ層であってもよい。例えば、基板１０６は、高濃度ドープされたｐ＋基板（図示せず）上の従来のｐ−エピ層のような、５ｅ１４／ｃｍ３〜５ｅ１５／ｃｍ３の濃度にホウ素がドープされたシリコンであってもよい。
参照符号で図面をより詳しく説明すると、図６は、複数の画素１４のアレイ１２を備えるイメージセンサー１０を示している。画素１４は、制御信号２２群によりローデコーダー２０に接続されており、また画素１４から生成される複数の出力信号１８により光リーダー回路１６に接続されている。光リーダー回路１６は、画素１４から生成された複数の出力信号１８をサンプリングし、出力信号１８のサンプルを減算、増幅して、アナログデジタル変換機（ＡＤＣ）２４に供するアナログ信号を生成してもよい。ＡＤＣ２４は、ＡＤＣ出力バス６６上へアナログ信号をデジタルイメージデータに変換する。イメージセンサー１０がカラーイメージセンサーである場合、画素アレイ１２は、各画素１４が１つのカラーフィルターを有するように２次元に配列された複数のカラーフィルターを備えるカラーフィルターアレイを有している。
図８Ａに、画素アレイ１２上にその一部として配置され得るカラーフィルターアレイの一例を示す。図８Ａでは、カラーフィルターの２×２のブロック（鎖線内）が反復る２次元アレイを有するバイヤー原色パターンを示し、カラーフィルターは、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）及び青色（Ｂ）のうちいずれか一色を有する。緑色カラーフィルター対は、２×２のブロックの一方の対角線に沿って配置されている。赤色カラーフィルターと青色カラーフィルターとの対は、他方の対角線に沿って配置されている。本実施形態のカラーフィルターアレイにおいて、カラーフィルターは紙面の左右及び紙面の上下に隣り合って配置されている。
図８Ｂは、図８Ａに示すカラーフィルターアレイの他の実施形態を示している。この変形例において、上下方向及び左右方向に対して、又画像の下から上へスキャンする方向（上向き矢印で示す）に対してカラーフィルターの配列方向を４５度回転させている。画素１４は、前記カラーフィルターアレイを使用したイメージセンサー１０の実施形態と同様に配列されている。
図９は、画素アレイ１２の画素１４の実施形態を示す概略図である。前記画素１４は、光電変換ユニット１０２を有している。例えば、光電変換ユニット１０２はフォトダイオードであってもよい。光電変換ユニット１０２は、トランジスタゲート１１７を介してリセットスイッチ１１２に接続されていてよい。光電変換ユニット１０２は、また出力（すなわちソース−フォロワー）トランジスタ１１６を介して選択スイッチ１１４に接続されていてもよい。トランジスタ１１２、１１４、１１６、１１７は、電界トランジスタ（ＦＥＴ）であってよい。転送ゲート１１２のゲートは、ＴＦ（ｎ）線１２１に接続されている。リセットスイッチ１１２のゲートは、ＲＳＴ（ｎ）線１１８に接続されている。リセットスイッチ１１２のドレインノードは、ＩＮ線１２０に接続されている。選択スイッチ１１４のゲートは、ＳＥＬ線１２２に接続されている。選択スイッチ１１４のソースノードは、ＯＵＴ線１２４に接続されている。ＲＳＴ（ｎ）線１１８、ＳＥＬ（ｎ）線１２２及びＴＦ（ｎ）線１２６は、画素アレイ１２における画素のロー全体で共有されていてもよい。同様に、ＩＮ線１２０及びＯＵＴ線１２４は、画素アレイ１２における複数の画素からなるカラム全体で共有されていてよい。ＲＳＴ（ｎ）線１１８、ＳＥＬ（ｎ）線１２２及びＴＦ（ｎ）線１２１は、ローデコーダー２０と接続されており、複数の制御線２２の一部をなしている。ＯＵＴ（ｍ）線１２４は、光リーダー１６に接続されており、複数の垂直信号線１８の一部をなしている。
図１Ａに、基板１０６上のカラーイメージセンサー１０の画素アレイ１２において一方向に配列された４つの隣り合う画素１４の実施形態を示す。図示した画素１４の各々は、光エネルギーを電気的電荷に変換する光電変換ユニット１０２ａ又は１０２ｂを有している。４つのトランジスタを有する画素アーキテクチャ（図９に示すような）又はその変形例（フォトダイオード１０２と伝送スイッチ１１７との多数の対におけるリセットスイッチ１１２、選択スイッチ１１４及び出力トランジスタ１１６を共有する）を使用する画素アレイ１２では、ゲート電極１０４ａ、１０４ｂは、それぞれ異なる伝送スイッチ１１７のゲート電極であってよく、電荷を伝送する。あるいは、３つのトランジスタを有する画素アーキテクチャ（図１０に示すような）を使用する画素アレイ１２では、ゲート電極１０４ａ、１０４ｂは、それぞれ異なるリセットスイッチ１１２のゲート電極であってもよく、光電変換ユニット１０２ａ、１０２ｂをそれぞれリセットする。ゲート電極１０４ｃは、画素アレイ１２内で異なる機能を有するトランジスタのゲート電極であってもよく、前記トランジスタは、例えば、リセットスイッチ１１２、選択スイッチ１１４又は出力トランジスタ１１６であってもよい。ゲート電極１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ及び光電変換ユニット１０２ａ、１０２ｂは、基板１０６上又は基板１０６内に形成されている。ゲート電極１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、光電変換ユニット１０２ａ、１０２ｂ及び基板１０６は、保護層２３０によって被覆されていてもよく、保護層２３０は、シリコン窒化物を含み、厚さが２００〜１０００オングストロームである。保護層２３０は、基板１０６を金属イオン及び水分から絶縁する。絶縁層１１０の層は、基板１０６を被覆している。複数の配線１０８は、絶縁層１１０内、且つゲート電極１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃの上に挿入されている。前記配線１０８は、アルミニウム又は銅を含む導電性相互接続配線であってもよい。他の複数の相互接続配線（図示せず）は、複数の他のルート割当面に形成されてもよく、各面は、多数の相互接続配線（金属であってよい）を備え、ゲート電極１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ上において配線１０８とは高さが異なっている。配線１０８は、異なる高さで隣り合うルート割当面上の相互接続配線と交差する導電性（金属製のような）ビアにより接続されてもよい。
光電変換ユニット１０２ａ、１０２ｂは、絶縁層１１０内、且つ複数の配線１０８間に挿入された下部光導波路３１６ａ、３１６ｂとそれぞれ対になってよい。下部光導波路３１６ａ、３１６ｂは、例えば、シリコン酸化物からなる絶縁層１１０（外部材料）よりも高い屈折率を有する透過性材料、例えばＳｉ３Ｎ４のようなシリコン窒化物を含んでいてもよく、光導波路と外部材料との間の全内部反射を利用して、下部光導波路からの光の出射を防ぐ助けをしていてもよい。あるいは、下部光導波路は、スピンオングラス（ＳＯＧ）のような透明材料又は有機材料からなる透明樹脂で充填されていてもよい。更に（有機顔料、無機顔料又は有機金属顔料のような）色材料を含んでいてもよい。下部光導波路は、その側壁に金属反射コーティング（金属反射コーティングタイプ）を有して、内側へ光を反射させて、下部光導波路からの光の出射を防ぐ助けをしていてもよい。
上部光導波路１３０は下部光導波路３１６ａ、３１６ｂの上に位置していてもよく、下部光導波路３１６ａ、３１６ｂと同じ材料又は異なる材料（複数でもよい）を含んでいてもよい。上部光導波路１３０及び下部光導波路３１６ａ、３１６ｂは、共に全内部反射型であるか、共に反射金属コーティング型であるか又はどちらか一方がいずれかの型で、他方が他の型であってもよい。上部光導波路１３０の最上端は、下部光導波路３１６ａ、３１６ｂと接触しているその底端よりも広い。
カラーフィルター１１４ａ、１１４ｂは、上部光導波路１３０の上に位置している。カラーフィルター１１４ａ、１１４ｂは、各々異なる色材料、すなわち、染料、有機顔料、無機顔料又は有機金属顔料のような着色料を含んでいてよい。前記カラーフィルターは、染料が溶解しているか、有機、無機又は有機金属色顔料が懸濁している樹脂を含んでいてよい。但し、前記樹脂は、有機物質でもよく、少なくともメチル、エチル又はフェニールといった有機官能基を有するポリマー（例えば、シリコン）を含んでいてもよい。あるいは、カラーフィルターは、色顔料（例えば、酸化鉄、コバルト、マンガン、亜鉛又は銅の顔料等の無機色顔料もしくは有機鉄色顔料もしくは無機色顔料複合体）の粒子が散乱した透過性無機材料（例えば、シリコン窒化物）を含んでいてもよい。カラーフィルター１１４ａ、１１４ｂは、白色光の下で異なる色を呈する。好ましくは、各々、波長が（大気中で）４００ｎｍ〜７００ｎｍの間で、最高透過率が少なくとも５０％、最低透過率が多くて１０％である。あるいは、最高透過率と最低透過率との割合が４対１を超える。
図１Ａに示すように、隣り合うカラーフィルター１１４ａ、１１４ｂには、互いの間に空隙がある。カラーフィルター１１４ａ、１１４ｂの間の空隙４２２ａ、４２２ｂの幅は、０．４５μｍ以下である。空隙４２２ａ、４２２ｂは、空気又はガスで充填されている。空隙４２２ａ、４２２ｂの深さは、隣り合うカラーフィルターの間で０．６μｍ以上である。上述の寸法条件の空隙を設けることで、空隙内の光は、隣のカラーフィルターに逸らされ、引き続き光導波路により光電変換ユニット１０２ａ又は１０２ｂへ導かれる。従って、画素に衝突する光（光が空隙４２２ａ、４２２ｂを通って下へと透過することによる）の損失百分率（すなわち、画素損失）が、実質的に減少する。
カラーフィルター１１４ａ（又は１１４ｂ）、上部光導波路１３０及び下部光導波路３１６ａ（又は３１６ｂ）が結合して、「縦列接続式光導波路」を構成している。該縦列接続式光導波路は、絶縁体１１０のような外部媒体との界面において光を全内部反射させて光電変換ユニット１０２ａ（又は１０２ｂ）へと導く（あるいは、上部及び下部光導波路の一方又は両方が金属側壁を有し、光を内側に反射させている）。光線跡線図である図１Ｂにおいて、光線ａ、ｂ、ｅ及びｆは、カラーフィルター及び／又は上部光導波路及び下部光導波路の側壁で反射していることがわかる。第２及び第３画素のカラーフィルターの間の広い空隙を進む光線ｃ及びｄは、それぞれ第２及び第３の画素のカラーフィルターへ逸れ、それぞれの光電変換ユニットに達する。
図３は、イメージセンサー１０の他の実施形態を示しており、隣り合うカラーフィルター間の空隙４２２ａ、４２２ｂが透過膜５００に被覆され、隣り合う上部光導波路１３４間を支持膜１３４が埋めている。上部光導波路１３０が全内部反射型の場合、支持膜１３４は、上部光導波路１３０よりも屈折率が低い。空隙４２２ａ、４２２ｂのシーリング５１０が、透過膜５００に対して、ドームのように凹んでいてもよい（すなわち、空隙に対して凸状である）。空隙４２２ａ、４２２ｂは、空気又はガスを含んでいてもよい。上から空隙に入射し、凸状シーリングを通過した光は、隣接するカラーフィルターへ逸れていく。
図４は他の実施形態を示しており、カラーフィルター１１４ａ、１１４ｂが内側に傾斜した側壁を有し、支持膜１３４がカラーフィルターの側壁との界面を有するように、図３の実施形態を改変している。第２実施形態のように、左から右への４つの画素にわたって、連続するカラーフィルター間の空隙は広くなり、狭くなり、さらに狭くなっている。空隙は、空隙内の異なる高さでは幅が異なるが、広い空隙４２２ｂ’と狭い空隙４２２ａ’とを比較するには、図４で示すように、カラーフィルターとカラーフィルターとの間の空隙を切った水平面（すなわち、光電変換ユニットの面と平行な面）での空隙幅を測ればよい。同様に、連続する空隙のなる対の間の広いピッチと連続する空隙の別の対の間の狭いピッチとを比較するには、同じ水平面で測ればよい。図７は、２つのカラーフィルター１１４ａ、１１４ｂ間の空隙に入射した光線の軌道を示す光線跡線図である。シーリングが凸状であることにより、光線が一方のカラーフィルターへと逸れていく。カラーフィルターの底部から隣接するシーリングの上面までの高さは、０．６μｍ以上である。これは、シーリングから空隙（シーリングの下、且つカラーフィルターの側方隣り）へ入射した光が隣接するカラーフィルターへ逸れることができる程度に十分な深さである。例えば、第１（左から）カラーフィルター１１４ａの底部から第１カラーフィルター１１４ａと第２カラーフィルター１１４ｂとの間のシーリング５１０ａの上面までを測って、高さをＨａとする。同様に、第２カラーフィルター１１４ｂの底面から第２カラーフィルター１１４ｂと第３カラーフィルター１１４ａとの間のシーリング５１０ｂの上面までを測って、高さをＨｂとする。
図５は他の実施形態を示しており、この実施形態では、上部光導波路１３０を省き、代わりにマイクロレンズ３１８を下部光導波路３１６ａ、３１６ｂの上に載置し、マイクロレンズ３１８と光導波路３１６ａ、３１６ｂとの間に透明平坦化層３２０を設けている。マイクロレンズ３１８は、光を光導波路３１６ａ、３１６ｂの上部開口に集光し、その結果それぞれの光電変換ユニット１０２ａ、１０２ｂへ光が透過する。カラーイメージセンサーの光導波路３１６ａ、３１６ｂは、染料又は有機顔料、無機顔料又は有機金属顔料のような着色料を含んでいてもよい。画素アレイ１２の色パターン、例えばバイヤーパターンの色に応じて光導波路３１６ａ、３６１ｂに異なる色をもたらす。
あるいは、図１Ａ、３、４及び５に示す実施形態における空隙４２２ａ、４２２ｂは、屈折率が少なくとも２０％カラーフィルターよりも低ければ、透明（液体又は固体）媒体を含んでいてもよい。例えば、透明媒体は、屈折率１．４〜１．５の樹脂であってよい。その場合、カラーフィルターは、シリコン窒化物の粒子を含んでおり、その屈折率は１．７以上となるよう密度が調節されている。
絶縁層１１０内、且つ配線１０８間に挿入されて、波長の短い光のみを透過させる光導波路は、光導波路が全内部反射を利用して光の出射を防いでいるか、その側壁に金属コーティングを使用しているかにかかわらず、波長の長い光を透過させる他の光導波路よりも、その底部の幅（「底幅」）が狭くてもよい。図１Ａにおいて、カラーフィルター１１４ａは、大気中における４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長の光に対して、他の波長の光に対するよりも高い透過率を有する青色カラーフィルターであってもよい（従って、それらの画素は青色画素である）。カラーフィルター１１４ｂは、大気中における５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長の光に対して、他の波長の光に対するよりも高い透過率を有する緑色カラーフィルターであってよい（従って、それらの画素は緑色画素である）。従って、青色光を透過させる下部光導波路３１６ａ（青色画素用）の底部３１８ａの底幅Ｗａは、緑色光のみを透過させる下部光導波路３１６ｂ（緑色画素用）の底部３１８ｂの底幅Ｗｂよりも狭い（Ｗａ＜Ｗｂ）。一般に、下部光導波路３１６ａは下部光導波路３１６ｂよりも狭い。あるいは、図１Ａに示すカラーフィルター１１４ｂは、大気中における６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長の光に対して他の波長の光に対するよりも高い透過率を有する赤色カラーフィルターであってよい（従って、それらの画素は赤色画素である）。あるいは、カラーフィルター１１４ａが緑色カラーフィルターであってもよく、その場合は、カラーフィルター１１４ｂは赤色カラーフィルターである。
図１Ａでは、一方向に隣り合って配列された複数の画素にわたって底幅が非単調に変化していることを示している。図１Ａにおいて、底幅の順は、左から右にＷａ、Ｗｂ、Ｗａ、Ｗｂ（但しＷａ＜Ｗｂ）となっており、変化の順は｛増加、減少、増加｝である。他の実施形態では、非単調であれば、底幅の変化は異なる順、すなわち、底幅が増加し、減少し、さらに増加となる及び／又は減少し、増加し、さらに減少となる順であってもよい。特に、変化の順は、反復する非単調な順であってよい。例えば、底幅の変化は、｛増加、無変化、減少、増加、減少｝が繰り返されるパターンであってよい。
図１Ａにおいて、カラーフィルター１１４ａは、青色カラーフィルターでもよく、下部光導波路３１６ａがその底部で底幅Ｗａを有している。図１Ａでその右側において、カラーフィルター１１４ｂが緑色カラーフィルターであってよく、下部光導波路３１６ｂがその底部で底幅Ｗｂを有している。但し、底幅Ｗｂは底幅Ｗａよりも広い（Ｗａ＜Ｗｂ）。絶縁層１１０に挿入されて、５００ｎｍまでの波長の光を透過させる下部光導波路では、その底幅は、好ましくは０．２μｍ〜０．３５μｍであって、より好ましくは０．２７μｍ±１０％以内である。６００ｎｍまでの波長の光を透過させる下部光導波路では、その底幅は、好ましくは０．２５μｍ〜０．４μｍであって、より好ましくは０．３３μｍ±１０％以内である。７００ｎｍまでの波長の光を透過させる下部光導波路では、その底幅は、好ましくは０．３μｍ〜０．５μｍであって、より好ましくは０．４μｍ±１０％以内である。底部での幅が狭いため、絶縁体１１０下での集積回路構成要素（例えば、ゲート電極１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、ポリシリコンコンタクト及び拡散コンタクト）のパッキング密度を高めることができる。
空隙４２２ａ、４２２ｂでは、隣り合う画素のカラーフィルターの間の隙間の幅（「空隙幅」）が、それらの間で非単調に変化していてもよい。第１、第２及び第３画素（一方向にこの順番に隣り合って配列されている）において、第２画素と第３画素との間の空隙よりも第１画素と第２画素との間の空隙の方が広い。例えば、図１Ａでは、ある特定の方向に隣り合って配列された隣接する４つの画素間の２つの異なる空隙幅Ｖａ、Ｖｂを示している。
連続する空隙４２２ａ、４２２ｂの中心線間の距離Ｐ（「空隙ピッチ」）は、一方向に隣り合って配列された５以上の画素にわたって基本的に一定（すなわち、最大値の５％以内）に維持されていてよいが、空隙幅は非単調に変化している。
あるいは、空隙ピッチＰは、一方向に隣り合って配列された所定の数の画素にわたって、最大値と最小値との差が最大で、その最大値の２０％の範囲で非単調に変化していてよい。所定の数は、１６未満であってよく、好ましくは８以下である。特に、空隙ピッチＰは、一方向に配列された複数の画素にわたって交互に増減していてもよい。空隙ピッチＰは、１μｍの平均画素ピッチに対して０．１μｍだけ変化してよく、より好ましくは０．２μｍだけ変化していてもよい。底部間隔（又は一般には連続する下部光導波路の間の水平間隔）と共に、空隙ピッチＰを非単調に変化させると、優れた光捕獲特性を維持しつつ、下部光導波路をより最適に配置できる自由度が増える。このように、下部導波路を片側へ移動させて、その側方の間隔を狭め、反対側の間隔を十分広めることで、ゲート電極、拡散コンタクトといったさらなる集積回路構成要素を収容することができ、その結果、より密度の高い画素アレイを支持できる。
垂直断面において連続する下部光導波路の垂直中心線間の距離（「底ピッチ」）は、特定の方向に隣り合って配列された５以上の画素にわたって非単調に変化している。例えば、図１Ａでは、左側の３つの下部導波路３１６ａ、３１６ｂの垂直中心線（図１Ａに縦破線で示す）間の２つの異なる底ピッチＸａ、Ｘｂを示している。広い方の底ピッチＸｂが間隙４２２ｂの広い方の空隙幅ｖａの下に位置し、狭い方の底ピッチＸａが第１間隙４２２ａの狭い方の空隙幅ｖａの下に位置している。狭い方の底ピッチＸａよりも、広い方の底ピッチＸｂによって、絶縁層１１０の下により多くの集積回路構成要素を収容することができるようになる。
図１Ａに示すように、（左から数えて）第１画素と第２画素との間の底部間隔Ｓａは、第３画素と第４画素との間の底部間隔Ｓａと同じであり、第２画素と第３画素との間の底部間隔Ｓｂよりも狭い。第２画素と第３画素との間の底部間隔Ｓｂが広いので、絶縁体の下又は基板１０６の上、且つ隣で、より多くの集積回路構成要素を収容することができる。前記構成要素とは、ゲート電極（図１Ａに示すようなゲート電極１０４ｂ、１０４ｃ）、ポリシリコンコンタクト（図示せず）、拡散コンタクト（図示せず）及び配線を含む。光導波路の間の間隔が均等である従来の画素アレイの場合、第１画素と第２画素との間にも第３画素と第４画素との間にもそれほど広い間隔が必要でなくても、全てＳｂと同じ広さの間隔となっており、最適画素密度よりも小さい画素密度となるという問題が生ずる。
図２Ａは、第１、第２、第３実施形態の画素アレイ１２を上から見た上面図であって、左右方向及び上下方向に隣り合って配列された、３ロー×５カラムの１５の画素１４を示している。隣り合って配列された画素の各対の間の空隙の中心線を太いグレーの線で示している。区域Ｂは上部光導波路１３０の最上面区域を表し、区域Ｃは下部光導波路３１６ａ、３１６ｂの底表面区域を表す。区域Ａから区域Ｂを引いた区域はカラーフィルター間の空隙４２２ａ、４２２ｂの区域であり、Ａは画素区域を表す。図２Ａに４つの異なる区域Ｂ及びＣの対（Ｂ１とＣ１、Ｂ２とＣ２、Ｂ３とＣ３及びＢ４とＣ４）を示す。これら４つの異なる対は、規則的なパターンで繰り返されている。
図１Ａは、図２Ａにおける真ん中のローの、左から数えて第１〜第４画素の垂直方向の断面図である。ここでは、ｖａ＝ｔ３、ｖｂ＝ｔ４、Ｓａ＝ｓ３及びＳｂ＝ｓ４である。
図２Ａに示すように、隣り合って配列された画素のカラーフィルター間の空隙の幅は、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｕ１、ｕ２、ｕ３及びｕ４であって、繰り返されている。空隙幅ｔ１〜ｔ４又はｕ１〜ｕ４は、図２Ａにおいて、上下または左右いずれかの断面に沿って、それらの間で変化しており、第１間隙の中心線から次の第１間隙の中心線までのピッチＰは一定である。前記空隙幅は、空隙に対して垂直方向に隣り合って配列された複数の画素にわたって変化している。前記方向とは、図２Ａにおいて、画素の左側又は右側（図２Ａ中の画素アレイを見下ろす上面図で示す）の空隙に対して左から右（又は右から左）の方向又は画素の上又は下（同じく図２Ａ中の画素アレイを見下ろす上面図で示す）の空隙に対して上から下（又は下から上）の方向である。変化は非単調であり、すなわち、増加し、次に減少し、又増加する及び／又は減少し、次に増加し、又減少する。例えば、一番上のローにおいては、空隙幅は、左から右にｔ２、ｔ１、ｔ２、ｔ１（但し、ｔ２＜ｔ１）の順で変化し、｛増加、減少、増加｝のパターンの変化の順番であり、真ん中のローでは、ｔ３、ｔ４、ｔ３、ｔ４（但し、ｔ３＜ｔ４）の順で変化し、｛増加、減少、増加｝の変化の順番であり、一番下のローでは、一番上のローと同じ順番となっている。より詳しくは、空隙幅は、一方向に隣り合って配列された複数の画素にわたって、広い空隙幅と狭い空隙幅が交互になっている。これらの２種類の空隙幅の順番の各々では、空隙幅の変化は増加と減少が交互になっているが、他の実施形態では、非単調であれば、空隙幅の変化の順番は異なっていてもよい。特に、変化の順番は、反復する非単調な順番であってよい。例えば、空隙幅の変化は、｛増加、不変化、減少、増加、減少｝が反復するパターンになっていてもよい。
図２Ａはまた、同様に、一方向に隣り合って配列された複数の画素にわたって底部間隔が変化していることを示している。例えば、真ん中のローでは、底部間隔の順は、左から右にｓ３とｓ４（但しｓ３＜ｓ４）で交互になっており、｛増加、減少、増加｝の変化の順になっている。詳しくは、底部間隔は、一方向に隣り合って配列された複数の画素にわたって大きな間隔と小さな間隔が交互になっている。光導波路を使用した従来のイメージセンサーの画素アレイでは、光導波路を互いにずらして均等に配置しており、従って、光導波路の間の間隙は、ゲート電極のような集積回路構成要素を収容するには狭すぎて、利用できない。図２Ａに示す実施形態では、２番目のローの左側の２つの光導波路及び２番目のローの次の２つの光導波路をそれぞれ互いに接近させることができるため、中間（すなわち、第２及び第３光導波路の間）の間隔を広げ、該間隔にさらなるゲート電極１０４ｃを設けることができる。従来の画素アレイでは、光導波路の間の間隔が均等であり、広い間隔が側方に隣接する、ある光導波路対の間にのみ必要であっても、全ての間隔が広くなければならない。他の実施形態では、変化の順番が非単調であれば、すなわち、底部間隔が増加、減少、次に増加及び／又は減少、増加、次に減少の順番であるかぎり、どんな底部間隔の変化の順番でもよい。特に、変化の順番は、反復する非単調な順であってよい。例えば、底部間隔の変化は、｛増加、増加、減少、増加、減少｝のパターンの反復であってよい。
図２Ａはまた、底部幅が２番目のローにおいて左から右に、Ｗａ、Ｗｂ、Ｗａ、Ｗｂ、Ｗａ（但しＷａ＜Ｗｂ）の底部幅の順で非単調に変化していることを示しており、非単調な｛増加、減少、増加、減少｝の変化パターンとなっている。特に、上２つのロー×左２つのカラムの４つの画素では、底部区域Ｃ３の底幅が最も狭く、底部区域Ｃ１が最も広く、底部区域Ｃ２及びＣ４では中程度となっている。原色バイヤーパターンを画素アレイ１２のカラーフィルターに使用した他の実施形態では、底部区域Ｃ２及びＣ４を有する画素は緑色画素であってよい。底部区域Ｃ１を有する画素は赤色画素であってよい。底部区域Ｃ３を有する画素は青色画素であってよい。交互画素が異なる２色間で交互になっている方向では、下部光導波路及びそれらの間隔は検出される光を導くのに最適の大きさとなるよう、且つ前記間隔が集積回路構成要素に対して最適となるよう、下部光導波路の幅が同様に交互になっているべきである。従って、底部区域Ｃ３が青色画素に対応し、底部区域Ｃ４が緑色画素に対応する本例では、左から右の方向に画素が青色と緑色とで交互になっている２番目のローにおいて、光導波路の幅は、適宜最適化され、狭い幅（青色画素用）と広い幅（緑色画素用）とが交互になっており、ゲート電極やコンタクトといった集積回路構成要素を設けるための光導波路の間の間隔を確保している。同様に、画素が緑色画素と赤色画素とで交互になっている１番目のローにおいては、光導波路の幅は、狭い幅（緑色画素用）と広い幅（赤色画素用）とで交互になっている。
より一般的には、絶縁層１１０に挿入された光導波路の幅を比較し、またこれらの光導波路のうちの連続する光導波路対間の水平間隔を比較するために、幅及び水平間隔は、ゲート電極１０４ａ、１０４ｂと配線１０８との間の水平面（すなわち、光電変換ユニットの面と平行な面）で計測してもよい。この高さの範囲内では、水平間隔（すなわち、幅）は妥当である。絶縁層１１０内及び／又は下で集積回路構成要素をどのくらいの密度でパックできるかに影響するためである。集積回路構成要素とは、ゲート電極、ポリシリコンン配線用配線（図示せず）、ポリシリコンコンタクト（図示せず）、拡散コンタクト（図示せず）及び金属配線を含む。この水平間隔は、図１Ａに示すように、一方向に隣り合って配列された５以上の画素にわたって非単調に変化しているべきである。それにより、光導波路を片側へ移動させて、集積回路構成要素を収容するには狭すぎる空間とし、他方側に寄せてより広い空間とし、集積回路構成要素を収容させることができるようになる。この単調性は、一方向に隣り合って配列された８以下の画素にわたっていることが好ましい。さらに、この単調性は、８以下の画素にわたって、連続する光導波路の間の最大水平間隔と最小水平間隔との差が０．１μｍ以上となることが好ましい。前記差が０．２μｍ以上であることがさらに好ましい。この光導波路の幅を（光の透過を阻害することなく）出来るだけ小さくすることで、水平間隔を広くでき、絶縁層１１０内及び下の集積回路構成要素をより高密度にパッキングし、画素アレイ１２の画素をより高密度にパッキングすることができる。この幅は、図１Ａに示すように、一方向に隣り合って配列された５以上の画素にわたって非単調に変化していることが好ましい。それにより、波長の長い光を透過させる光導波路に対するよりも波長の短い光のみを透過させる光導波路に対して、この幅を狭くすることができる。絶縁層１１０に挿入されて、大気中における波長が５００ｎｍまでの光を透過させる光導波路に対しては、この幅は、好ましくは０．２μｍ〜０．３５μｍであって、より好ましくは０．２７μｍ±１０％以内である。大気中における６００ｎｍまでの波長の光を透過させる光導波路に対しては、この幅は、好ましくは０．２５μｍ〜０．４μｍであって、より好ましくは０．３３μｍ±１０％以内である。大気中における７００ｎｍまでの波長の光を透過させる光導波路に対しては、この幅は、好ましくは０．３μｍ〜０．５μｍであって、より好ましくは、０．４μｍ±１０％以内である。
配線１０８とゲート電極１０４ａとの間（すなわち、特に底部間隔）の水平面（すなわち、光電変換ユニットの面と平行な面）での連続する光導波路の間の水平間隔及び／又は配線１０８とゲート電極１０４ａとを含めた間（すなわち、特に底ピッチ）の高さでの光導波路間の水平ピッチが非単調に変化することで、光導波路を片側へ移動させて、集積回路構成要素を収容するには狭すぎる空間とし、他方側により広い空間を作り、集積回路構成要素を収容させることができる。これは図１Ａに示されており、（左から数えて）第２及び第３の下部光導波路の間の、配線１０８とゲート電極１０４ａ、１４０ｂ、１０４ｃとを含む間（すなわち、特に前記底部間隔Ｓｂ）の水平面（すなわち、光電変換ユニットの面に平行な面）での連続する光導波路の間で水平間隔が増加している。そのため、全ての下部光導波路が均等な間隔で設けられている場合に比べて、ゲート電極１０４ｃをさらに設けることができる。
カラーフィルター間の空隙幅及び／又は空隙ピッチが非単調に変化することで、それぞれの下部光導波路がそれぞれのカラーフィルターから受光できるように結合されたままで、カラーフィルターをそれぞれの下部光導波路と共に移動させることができる。
空隙が空気又はガス（複数であってよい）で充填されている場合、カラーフィルターよりも屈折率が低い液体又は固体で充填されている場合又はシーリングの上がシーリングの下より屈折率が高い場合において空隙の上が凸状シーリングになっている場合は、空隙幅が変化していても、光は空隙からカラーフィルターへと逸れることができる。従って、連続する第１、第２、第３及び第４のカラーフィルターの順において、第２カラーフィルターを第１カラーフィルターへ近づけることができ、第３カラーフィルターを第４カラーフィルターに近づけることができるとともに、４つのカラーフィルターの全ての集光機能を保つことができる。図１Ｂに示すように、第２画素と第３画素のカラーフィルターの間の広い空隙に進む光線ｃ及び光線ｄは、やはり、それぞれのカラーフィルターに捕獲され、それぞれの光電変換ユニットへ透過する。空隙をカラーフィルター間に設け、いくつかの空隙の空隙幅を縮小させることができる一方、狭くなったそれらの空隙の間の空隙を広くすることができることで、同様に、カラーフィルター下の下部光導波路の間隔が狭まった空隙の下で狭まり、広まった空隙の下で広げることができるとともに、画素が持つ優れた光捕獲性を保持できる。
図２Ｂは、図２Ａに示した１５の画素と同様の上面図を示している。図１Ａは、図２Ｂにおける切り取り線ＺＺ’に沿って左から数えて１〜４番目の画素の垂直断面を示している。底部域内の、切り取り線ＺＺ’上の太い記号「＋」は、基板１０６に垂直な面であり、切り取り線ＺＺ’を含む面における画素の下部光導波路の垂直中心線（図１Ａでは鎖線で示す）を表す。切り取り線ＺＺ’に沿った前記４つの画素の間の底ピッチＸａ、Ｘｂは、非単調に変化している。特に、切り取り線ＺＺ’に沿った底ピッチ｛Ｘａ、Ｘｂ、Ｘａ、Ｘｂ｝の順番は、｛増加、減少、増加｝のパターンとなっている。
上記の説明では、一方向に配列された複数の画素の連続する光導波路の間の水平間隔（特に、底部間隔）を非単調に変化させることで、どのように集積回路構成要素のパッキング密度を向上させることができるかを示してきた。水平間隔（特に、底部間隔）の非単調変化は、一方向に配列された複数の画素の連続する光導波路の間の水平ピッチ（特に、底部ピッチ）、空隙幅及び空隙ピッチのうちの１つ以上の非単調変化が貢献している。例えば、空隙ピッチは    まで変化させることができる。好ましくは、変化の非単調性は、一方向に隣り合って配列された少数の画素の内、例えば３２画素、例えば１６画素、より好ましくは８画素の範囲内で生じる。このような範囲内では、変化は、増加、減少、さらに増加又は減少、増加、さらに減少となっている。
上記では、絶縁層に挿入されて、透過する光が異なる色の光導波路の幅を最適化して、出来るだけ場所を取らないようにすることで、パッキング密度をどのように向上させることができるかを説明してきた。波長の短い光のみを透過させる光導波路は、波長の長い光を透過させる光導波路よりも狭くあるべきである。
例示的実施形態を記述し、添付の図面に示してきたが、これらの実施形態は単に例示的であって、広範囲の本発明に対して限定するものではなく、また、当業者においては様々な変更がなされるものであるから、本発明が例示及び上述の特定の構造及び配列に限定されるものではないことが理解される。
例えば、画素アレイの画素は、複数の方向において隣り合って配列されてもよく、これらの方向は、左右方向及び上下方向（光電変換ユニットの面に平行）に４５度をなしている。
例えば、上部／下部光導波路の上部／底部開口は、四角形に限らず、八角形、角が丸い四角形といった形でもよい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図６】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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