特開 2022-138852 固体撮像素子および電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022138852

(43)【公開日】2022-09-26

(54)【発明の名称】固体撮像素子および電子機器

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/20 20060101AFI20220915BHJP

   H01L 27/146 20060101ALI20220915BHJP

   H04N 9/07 20060101ALI20220915BHJP

   H04N 5/369 20110101ALI20220915BHJP

【ＦＩ】

G02B5/20 101

H01L27/146 D

H04N9/07 D

H04N5/369

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021038963

(22)【出願日】2021-03-11

(71)【出願人】

【識別番号】316005926

【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121131

【弁理士】

【氏名又は名称】西川 孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082131

【弁理士】

【氏名又は名称】稲本 義雄

(74)【代理人】

【識別番号】100168686

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 勇介

(72)【発明者】

【氏名】秋山 久志

【テーマコード（参考）】

2H148

4M118

5C024

5C065

【Ｆターム（参考）】

2H148AA07

2H148AA24

2H148AA29

2H148BA02

2H148BD04

2H148BD10

2H148BE12

2H148BG11

2H148BH02

2H148BH06

2H148CA12

4M118AA02

4M118AA05

4M118AB01

4M118CA04

4M118FA06

4M118GA02

4M118GB03

4M118GB07

4M118GC08

4M118GC11

4M118GC20

4M118GD03

4M118GD04

4M118HA02

5C024CX01

5C024CY48

5C024EX23

5C024EX43

5C024EX52

5C065AA03

5C065BB09

5C065CC01

5C065EE05

5C065EE06

5C065EE11

5C065EE16

(57)【要約】

【課題】より良好な画質の画像を撮像する。
【解決手段】固体撮像素子は、画素ごとに光電変換素子が設けられた半導体基板と、半導体基板の受光面側に積層されたフィルタ層と、赤色の波長域の光を受光する複数の赤色画素のうち、少なくとも一部の赤色画素のフィルタ層内に配置され、所定の周期的なパターンを有するプラズモン共鳴体により構成されたプラズモンフィルタとを備える。そして、プラズモンフィルタは、赤色画素の配置位置に応じてパターンの周期が補正されている。本技術は、例えば、撮像素子パッケージに適用できる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

画素ごとに光電変換素子が設けられた半導体基板と、
前記半導体基板の受光面側に積層されたフィルタ層と、
赤色の波長域の光を受光する複数の赤色画素のうち、少なくとも一部の前記赤色画素の前記フィルタ層内に配置され、所定の周期的なパターンを有するプラズモン共鳴体により構成されたプラズモンフィルタと
を備える固体撮像素子。

【請求項2】

前記プラズモンフィルタは、前記赤色画素の配置位置に応じて前記パターンの周期が補正されている
請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項3】

前記プラズモンフィルタは、
前記固体撮像素子の中央部分に配置されている前記赤色画素では、赤色の波長域の光を励起する基準周期の前記パターンで構成され、
前記固体撮像素子の周囲部分に配置されている前記赤色画素では、その赤色画素に対して光が斜入射する角度に応じて前記基準周期よりも広く補正された補正周期の前記パターンで構成される
請求項２に記載の固体撮像素子。

【請求項4】

前記プラズモンフィルタは、複数のホールが前記パターンで金属薄膜に設けられたホールアレイ構造である
請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項5】

前記赤色画素では、前記プラズモンフィルタと、赤色の色素を含有するカラーフィルタとの２層構造のフィルタが前記フィルタ層内に配置される
請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項6】

前記プラズモンフィルタは、前記カラーフィルタより光入射側に配置される
請求項５に記載の固体撮像素子。

【請求項7】

前記フィルタ層に積層されたオンチップレンズと前記固体撮像素子のセンサ面を封止するシールガラスの表面に積層された赤外線カットフィルタとの間が、屈折率が１以上の材質により充填される
請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項8】

前記固体撮像素子のセンサ面を封止するシールガラスと前記シールガラスの表面に積層された赤外線カットフィルタとの境界面に、凹部および凸部が繰り返して配置されている凹凸面が設けられる
請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項9】

前記凹凸面の厚み方向の段差は、赤色の波長の１／４に形成される
請求項８に記載の固体撮像素子。

【請求項10】

画素ごとに光電変換素子が設けられた半導体基板と、
前記半導体基板の受光面側に積層されたフィルタ層と、
赤色の波長域の光を受光する複数の赤色画素のうち、少なくとも一部の前記赤色画素の前記フィルタ層内に配置され、所定のパターンを有するプラズモン共鳴体により構成されたプラズモンフィルタと
を有する固体撮像素子を備える電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、固体撮像素子および電子機器に関し、特に、より良好な画質の画像を撮像することができるようにした固体撮像素子および電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、太陽のような高輝度な被写体を固体撮像素子で撮像するとき、その高輝度な被写体の周りに赤色の玉状の模様が写り込んでしまう現象（以下、赤玉ゴースト現象と称する）が発生する。このような赤玉ゴースト現象は、固体撮像素子のオンチップレンズや半導体基板などで反射した光が赤外線カットフィルタで再反射することが要因で発生する。

【0003】

そこで、特許文献１には、反射を低減させるための回折格子を設けることによってゴーストなどの発生を抑制する固体撮像装置が開示されている。また、特許文献２および３には、プラズモン共鳴を利用したフィルタを備えた撮像素子が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３－３８１６４号公報

【特許文献2】特開２０１８－９８３４１号公報

【特許文献3】特開２０１９－１５９０８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に開示されているように反射を低減させるだけでは赤玉ゴースト現象の発生を抑制することしかできず、赤玉ゴースト現象の発生を確実に排除することはできなかった。そこで、赤玉ゴースト現象の発生を確実に排除した良好な画質の画像を撮像可能とすることが求められている。

【0006】

本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より良好な画質の画像を撮像することができるようにするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一側面の固体撮像素子は、画素ごとに光電変換素子が設けられた半導体基板と、前記半導体基板の受光面側に積層されたフィルタ層と、赤色の波長域の光を受光する複数の赤色画素のうち、少なくとも一部の前記赤色画素の前記フィルタ層内に配置され、所定の周期的なパターンを有するプラズモン共鳴体により構成されたプラズモンフィルタとを備える。

【0008】

本開示の一側面の電子機器は、画素ごとに光電変換素子が設けられた半導体基板と、前記半導体基板の受光面側に積層されたフィルタ層と、赤色の波長域の光を受光する複数の赤色画素のうち、少なくとも一部の前記赤色画素の前記フィルタ層内に配置され、所定のパターンを有するプラズモン共鳴体により構成されたプラズモンフィルタとを有する固体撮像素子を備える。

【0009】

本開示の一側面においては、画素ごとに光電変換素子が半導体基板に設けられ、半導体基板の受光面側にフィルタ層が積層され、赤色の波長域の光を受光する複数の赤色画素のうち、少なくとも一部の赤色画素のフィルタ層内に配置されるプラズモンフィルタは、所定のパターンを有するプラズモン共鳴体により構成されている。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本技術を適用した撮像素子パッケージの第１の実施の形態の構成例を示す図である。

【図2】固体撮像素子の構成例を示す断面図である。

【図3】プラズモンフィルタの励起波長について説明する図である。

【図4】プラズモン瞳補正について説明する図である。

【図5】プラズモン瞳補正について説明する図である。

【図6】分光感度特性の一例を示す図である。

【図7】本技術を適用した撮像素子パッケージの第２の実施の形態の構成例を示す図である。

【図8】回折角とプラズモンフィルタの効果との関係について説明する図である。

【図9】本技術を適用した撮像素子パッケージの第３の実施の形態の構成例を示す図である。

【図10】撮像装置の構成例を示すブロック図である。

【図11】イメージセンサを使用する使用例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0012】

＜撮像素子パッケージの第１の構成例＞
図１は、本技術を適用した固体撮像素子を備える撮像素子パッケージの第１の実施の形態の構成例を示す図である。

【0013】

図１に示すように、撮像素子パッケージ１１は、固体撮像素子１２、保持部材１３、シールガラス１４、赤外線カットフィルタ１５、および撮像レンズ１６を備えて構成される。

【0014】

固体撮像素子１２は、それぞれ赤色、緑色、および青色の光を受光する複数の画素２１（後述する図２参照）がセンサ面に配列されて構成され、それらの画素２１が受光した光の光量に応じて画像が撮像される。

【0015】

保持部材１３は、シールガラス１４の周囲を保持し、固体撮像素子１２に対してシールガラス１４を固定するための部材である。

【0016】

シールガラス１４は、固体撮像素子１２のセンサ面を封止する。

【0017】

赤外線カットフィルタ１５は、シールガラス１４の表面に対して積層されており、赤外線の波長域の光が透過することを防止する。

【0018】

撮像レンズ１６は、図示しない被写体からの光を集光し、固体撮像素子１２のセンサ面に対して結像させる。

【0019】

このように撮像素子パッケージ１１は構成されており、赤外線カットフィルタ１５によって赤外線がカットされた光が固体撮像素子１２に入射され、画像を撮像することができる。

【0020】

図２は、固体撮像素子１２の断面的な構成例を示す図である。

【0021】

図２には、固体撮像素子１２のセンサ面に配置される複数の画素２１のうちの、赤色の光を受光する画素２１Ｒ、緑色の光を受光する画素２１Ｇ、および、青色の光を受光する画素２１Ｂの断面構成が示されている。図示するように、固体撮像素子１２は、配線層３１、半導体基板３２、平坦化膜３３、フィルタ層３４、およびオンチップレンズ３５が積層されて構成されている。

【0022】

配線層３１には、画素２１を駆動するための信号を供給する配線や、画素２１から画素信号を読み出すための配線などが設けられる。

【0023】

半導体基板３２には、画素２１ごとに光電変換部４１が設けられる。半導体基板３２に入射した光が光電変換部４１において光電変換されることにより発生した電荷に応じた画素信号が半導体基板３２から読み出される。図示するように、画素２１Ｒには光電変換部４１Ｒが設けられ、画素２１Ｇには光電変換部４１Ｇが設けられ、画素２１Ｂには光電変換部４１Ｂが設けられている。

【0024】

平坦化膜３３は、半導体基板３２の表面を平坦化するために成膜される絶縁膜である。例えば、半導体基板３２の表面には画素２１どうしの間を遮光する遮光膜が設けられており、平坦化膜３３を成膜することによって平坦化される。

【0025】

フィルタ層３４は、半導体基板３２の受光面側に平坦化膜３３を介して積層され、それぞれの画素２１が受光する色の光を透過するカラーフィルタ４２が配置されて構成される。例えば、画素２１Ｇには、緑色の色素を含有するカラーフィルタ４２Ｇが配置され、画素２１Ｂには、青色の色素を含有するカラーフィルタ４２Ｂが配置されている。そして、固体撮像素子１２では、画素２１Ｒに対しては、赤色の色素を含有するカラーフィルタ４２Ｒと、プラズモン共鳴によって励起された波長の光のみを透過するプラズモンフィルタ４３とが積層された２層構造のフィルタが、フィルタ層３４内に配置されている。

【0026】

オンチップレンズ３５には、画素２１ごとに光を集光するマイクロレンズが配置されている。

【0027】

プラズモンフィルタ４３は、金属膜５１に対して複数のホール５２が形成されることで所定の周期的なパターンを有するプラズモン共鳴体により構成され、カラーフィルタ４２Ｒより光入射側（固体撮像素子１２に対して光が入射してくる側）に配置される。例えば、アルミニウムなどの金属材料からなる金属膜５１に対して、二酸化ケイ素などの誘電体が埋め込まれた複数の直径Ｄのホール５２が、ハニカム状の正三角形の一辺の長さをアレイ周期Ｐとしたパターンで形成されることでプラズモンフィルタ４３を構成することができる。プラズモンフィルタ４３は、ホール５２のアレイ周期Ｐに応じたプラズモン共鳴によって励起された波長の光のみを透過させる。

【0028】

なお、本実施の形態では、金属膜５１を貫通するようにホール５２が形成されたパターンのプラズモン共鳴体（ホールアレイ構造）について説明するが、貫通しない深さの凹部が金属膜に形成されたパターンや複数の金属のドットが誘電体層に配置されたパターンなど、同様の効果を得られるプラズモン共鳴体をプラズモンフィルタ４３に適用することができる。

【0029】

図３を参照して、プラズモンフィルタ４３の励起波長について説明する。

【0030】

図３のＡは、アルミニウムの金属膜５１に形成されるホール５２に二酸化ケイ素が埋め込まれた構成において、ホール５２のアレイ周期Ｐとプラズモンフィルタ４３の励起波長との関係を示す図である。横軸は、ホール５２のアレイ周期Ｐを示しており、縦軸は、理論式から求められる表面プラズモンの異常透過の励起波長を示している。

【0031】

図示するように、ホール５２のアレイ周期Ｐに従って、プラズモンフィルタ４３の励起波長が求められる。

【0032】

図３のＢは、プラズモンフィルタ４３に対して光が垂直入射した場合における表面プラズモンが有する波数ｋ_{ＳＰ＠垂直入射}および回折格子周期の波数ｋ_{ＤＧ＠垂直入射}の関係について示す図である。図３のＣは、プラズモンフィルタ４３に対して光が斜入射した場合における表面プラズモンが有する波数ｋ_{ＳＰ＠斜入射}および回折格子周期の波数ｋ_{ＤＧ＠斜入射}の関係について示す図である。

【0033】

図示するように、プラズモンフィルタ４３に対して光が斜入射するとき、光が垂直入射するときと比べて波数シフトが大きくなるため、プラズモンフィルタ４３を透過する励起波長が短波長シフトすることになる。例えば、固体撮像素子１２の中央部分では光が垂直入射するのに対し、固体撮像素子１２の周囲部分では光が斜入射することになる。

【0034】

このため、固体撮像素子１２の中央部分と周囲部分とで、同一の波長域の励起させるためには、画素２１Ｒの配置位置に応じてプラズモンフィルタ４３に設けられるホール５２のアレイ周期Ｐを補正する必要がある。例えば、固体撮像素子１２の中央部分に配置されている画素２１Ｒにおけるアレイ周期Ｐを基準周期（赤色の光を励起させるホール５２のアレイ周期）としたとき、固体撮像素子１２の周囲部分に配置されている画素２１Ｒにおけるアレイ周期Ｐを基準周期よりも広い補正周期となるように補正する必要がある。

【0035】

ここで、本実施の形態では、固体撮像素子１２の中央部分から周囲部分に向かうに従って、ホール５２のアレイ周期Ｐを広くするように画素２１Ｒのプラズモンフィルタ４３の構成を補正することを、プラズモン瞳補正と称する。

【0036】

一般的に、イメージセンサにおける瞳補正技術とは、イメージセンサの上層における構造（例えば、画素間遮光層、インナーレンズ層、カラーフィルタ層、オンチップレンズ層）を、画角端に向かうのに従って内側に徐々にずらしていく技術である。このような瞳補正技術を適用することで、イメージセンサに対して斜入射する光に対する感度の向上を図ることができ、イメージセンサの画角全体として斜入射特性（感度均一性）を良好にすることができる。

【0037】

そして、瞳補正技術と同様に、表面プラズモンの場合は、金属膜５１に形成されるホール５２のアレイ周期Ｐに従った単一波長の共振によって異常透過現象が誘起されることより、斜入射による感度低下の影響は限りなく小さいものの、画角端に向かうに従って光が斜入射する角度が拡大することで共振波長の短波長化が生じることになる。例えば、アレイ周期Ｐが350nmであるプラズモンフィルタ４３は、中央画角へ０度で入射している波長550nmの光と共振する一方で、大判のイメージセンサの画角端における入射角度である１３度程度になると、波長450nmの光と共振してしまうことになる。

【0038】

従って、本技術を適用した固体撮像素子１２において、大判のイメージセンサの画角端におけるホール５２のアレイ周期Ｐを420nm程度に拡幅させることによって、画角端のプラズモンフィルタ４３でも波長550nmの光と共振させることができる。即ち、固体撮像素子１２は、プラズモン瞳補正を行うことによって、斜入射特性（画角端の感度を向上）の改善を図ることができる。

【0039】

具体的には、APSサイズ（23.4mm×16.7mm）やフルサイズ（24mm×36mm）のいわゆる大判センサに分類されるイメージセンサへのレンズからの画角端への入射角度は、約１３度程度になる。例えば、波長750nmの光が角度０度（入射面に対して垂直方向）で入射されるとして、この光に共振するアレイ周期Ｐが460nmであるとする。このアレイ周期Ｐは角度１３度の画角端では670nmに相当するので、画角端におけるアレイ周期Ｐを670nmと補正することによって斜入射特性を良好にすることができる。

【0040】

つまり、図４のＡには、固体撮像素子１２の中央部分に配置されるホール５２のアレイ周期Ｐが460ｎｍ（基準周期）のプラズモンフィルタ４３が示されており、プラズモンフィルタ４３は、赤色の波長のみを励起して透過することができる。そして、図４のＢには、固体撮像素子１２の周囲部分に配置されるホール５２のアレイ周期Ｐが670ｎｍ（補正周期）のプラズモンフィルタ４３が示されており、例えば、画角の水平端における入射角１３度に対応してプラズモン瞳補正が施されていることより、赤色の波長のみを励起して透過することができる。従って、固体撮像素子１２は中央部分および周囲部分どちらにおいても感度を維持することができる。

【0041】

ところで、固体撮像素子１２に入射された750nmの波長はオンチップレンズ上で跳ね返り、その波長の光は、ブラッグの回折式より約１７度で赤外線カットフィルタ１５に再度入射することになる。この際、赤外線カットフィルタ１５の角度応答特性から、本来なら赤外線カットフィルタ１５上層に向かって透過する赤領域の波長が、カット領域の短波長シフトにより再反射され、固体撮像素子１２に再入射されることになる。通常のカラーフィルタなら赤領域であることより、赤色の光を透過させてしまうことによって赤玉ゴースト現象が発生することになる。これに対して、プラズモンフィルタ４３は、１３度の斜入射光としか共振しないことより、１７度で入射された光はカットすることができる。

【0042】

例えば、図５のＡに示すように、固体撮像素子１２の中央部分においてホール５２のアレイ周期Ｐが460ｎｍのプラズモンフィルタ４３では、入射角が１７度の赤色の光が透過することはない。また、図５のＢに示すように、固体撮像素子１２の周囲部分においてホール５２のアレイ周期Ｐが670ｎｍのプラズモンフィルタ４３では、入射角が１７度の赤色の光を減光することができる。

【0043】

従って、固体撮像素子１２では、プラズモンフィルタ４３を透過することが可能な光のみを画素２１Ｒが受光することができるので、赤玉ゴースト現象およびフレア現象の発生を確実に排除することができる。

【0044】

図６を参照して、固体撮像素子１２における効果のイメージについて説明する。

【0045】

図６のＡは、固体撮像素子１２に入射する入射光に対する感度特性を、画素２１Ｒ、画素２１Ｇ、および画素２１Ｂごとに表した図である。例えば、画素２１Ｒにプラズモンフィルタ４３が配置されずにカラーフィルタ４２Ｒのみが配置された従来の固体撮像素子では、赤外線カットフィルタ１５で再反射した光についても、同様の感度特性となる。

【0046】

図６のＢは、赤外線カットフィルタ１５で再反射した光に対する感度特性を、画素２１Ｒ、画素２１Ｇ、および画素２１Ｂごとに表した図である。図示するように、固体撮像素子１２は、画素２１Ｒにプラズモンフィルタ４３が配置された構成とすることによって、再反射した光に対する画素２１Ｒの感度を大幅に低下させることができる。つまり、固体撮像素子１２では、赤外線カットフィルタ１５で再反射した光がプラズモンフィルタ４３によってカットされていることが示されている。

【0047】

このように、固体撮像素子１２は、画素２１Ｒにプラズモンフィルタ４３を設けることによって、赤玉ゴースト現象の発生を確実に排除し、より良好な画質の画像を撮像することができる。

【0048】

なお、固体撮像素子１２は、センサ面に配置される全ての画素２１Ｒに対してプラズモンフィルタ４３を設ける構成とする他、少なくとも一部の画素２１Ｒに対してプラズモンフィルタ４３を設ける構成としてもよい。また、固体撮像素子１２は、カラーフィルタ４２Ｒおよびプラズモンフィルタ４３の２層構造とする構成に限定されることなく、例えば、画素２１Ｒのフィルタ層３４にプラズモンフィルタ４３のみが設けられた構成としても、赤玉ゴースト現象の発生を確実に排除することができる。

【0049】

＜撮像素子パッケージの第２の構成例＞
図７は、本技術を適用した固体撮像素子を備える撮像素子パッケージの第２の実施の形態の構成例を示す図である。

【0050】

図７に示す撮像素子パッケージ１１Ａは、図２に示した固体撮像素子１２と同様に、半導体基板３２の受光面側にフィルタ層３４およびオンチップレンズ３５が積層されて構成されている。そして、撮像素子パッケージ１１Ａは、オンチップレンズ３５とシールガラス１４との間に、屈折率が１以上の材質からなる充填材質６１が充填される点で、図２の固体撮像素子１２と異なる構成となっている。また、シールガラス１４も屈折率は１以上である。

【0051】

即ち、撮像素子パッケージ１１Ａは、オンチップレンズ３５と赤外線カットフィルタ１５との間が、屈折率が１以上の材質によって埋められた構成となっている。このように構成される撮像素子パッケージ１１Ａは、回折角度をより小さくすることで、太陽などのような高輝度な被写体が写される領域に赤玉を集約させることができる結果、赤玉ゴースト現象の発生が目立ってしまうことを回避することができる。即ち、撮像素子パッケージ１１Ａは、高輝度な被写体と赤玉との見分けがつかないようにすることを目的としている。

【0052】

例えば、充填材質６１として、屈折率が約1.5である二酸化ケイ素（SiO2）を用いて、オンチップレンズ３５とシールガラス１４との間が埋められるように積層することができる。その他、例えば、屈折率が１である空気などの気体をオンチップレンズ３５とシールガラス１４との間に充填してもよい。

【0053】

具体的には、撮像素子パッケージ１１ＡがAPSサイズ（1.8型＝対角長27ｍｍ）である場合、撮像状況によって異なるものの、対角長の1/15程度の範囲に大光量が照射されることになるケースが多いと考えられる。このようなケースでは、高輝度な被写体を中心とした直径2.7ｍｍ（即ち、半径1.35ｍｍ）の範囲内に２次回折光までを内包させることによって、赤玉ゴースト現象の発生を識別することが困難になると考えられる。

【0054】

例えば、回折角が１０度であって、オンチップレンズ３５とシールガラス１４との間の間隔が２ｍｍである場合、２次回折光は中心から1.4ｍｍの点となり、直径は2.8ｍｍを超えることになる。このとき、オンチップレンズ３５とシールガラス１４との間を屈折率が１以上の材質で充填した撮像素子パッケージ１１Ａでは、２次回折光は中心から0.9ｍｍの点となり、直径は1.8mmを超えることになり、対角長の1/15程度の範囲（長さにして、直径2.7ｍｍ）に、赤玉が出現する領域を集約することができる。その結果、撮像素子パッケージ１１Ａは、高輝度な被写体と赤玉との見分けがつかないようにするという目的を達成することができる。

【0055】

ここで、図８を参照して、撮像素子パッケージ１１の画角端ＣＲＡ（Chief Ray Angle：光線入射角）と、プラズモンフィルタ４３によって赤外線カットフィルタ１５で再反射した光（赤玉）をカットして、赤玉ゴースト現象の発生を確実に排除することができる効果との関係について説明する。撮像素子パッケージ１１がモバイル系である場合、画角端ＣＲＡは３０度となり、撮像素子パッケージ１１が大判系である場合、画角端ＣＲＡは１３度となる。

【0056】

回折次数ｍにおける回折角θ_ｍは、画素２１のサイズｄ（＝オンチップレンズ３５の周期）、対象波長λ、および屈折率ｎを用いて、次の式（１）に示す数式で表される。

【0057】

【数1】

【0058】

図８には、画素２１のサイズｄを1.2μｍ、2.4μｍ、3.6μｍおよび、4.8μｍとし、対象波長λを６５０μｍおよび７００μｍとしたときに、この式（１）に従って求められる１次回折角θ_１および２次回折角θ_２が示されている。

【0059】

例えば、画素２１のサイズｄが1.2μｍであって対象波長λが６５０μｍである場合、１次回折角θ_１は32.8度と求められ、モバイル系の画角端ＣＲＡ以上であることより、モバイル系の撮像素子パッケージ１１におけるプラズモンフィルタ４３によって赤玉ゴースト現象をカットすることができる。もちろん、この場合、１次回折角θ_１は大判系の画角端ＣＲＡ以上であり、大判系の撮像素子パッケージ１１におけるプラズモンフィルタ４３によって赤玉ゴースト現象をカットすることができる。

【0060】

例えば、画素２１のサイズｄが2.4μｍであって対象波長λが６５０μｍである場合、１次回折角θ_１は15.7度と求められ、２次回折角θ_２は32.8度と求められる。従って、モバイル系の撮像素子パッケージ１１におけるプラズモンフィルタ４３では、１次回折光による赤玉ゴースト現象をカットすることができる。また、大判系の撮像素子パッケージ１１におけるプラズモンフィルタ４３では、１次回折光および２次回折光による赤玉ゴースト現象をカットすることができる。

【0061】

ところで、画素２１のサイズｄが3.6μｍおよび4.8μｍの場合における１次回折角θ_１は、大判系の画角端ＣＲＡ未満になると求められる。このように、回折角度が小さくて、プラズモンフィルタ４３では１次回折光による赤玉ゴースト現象をカットすることができない場合、撮像素子パッケージ１１Ａのように、オンチップレンズ３５と赤外線カットフィルタ１５との間を屈折率が１以上の材質によって充填することによって、回折角度をより小さく（例えば、５度以内に）することが好ましい。これにより、太陽などのような高輝度な被写体が写される領域に赤玉を集約させることができる結果、赤玉ゴースト現象の発生が目立ってしまうことを回避することができる。

【0062】

＜撮像素子パッケージの第３の構成例＞
図９は、本技術を適用した固体撮像素子を備える撮像素子パッケージの第３の実施の形態の構成例を示す図である。

【0063】

図９に示す撮像素子パッケージ１１Ｂは、シールガラス１４Ｂおよび赤外線カットフィルタ１５Ｂの境界面に、凹部および凸部が繰り返して配置されている凹凸面が設けられる点で、図１の撮像素子パッケージ１１と異なる構成となっている。

【0064】

例えば、シールガラス１４Ｂおよび赤外線カットフィルタ１５Ｂの境界面における凹凸面の面方向のピッチは、セルピッチとなる画素２１のサイズｄの１～２倍程度とすることが好ましい。

【0065】

また、シールガラス１４Ｂおよび赤外線カットフィルタ１５Ｂの境界面における凹凸面の厚み方向の段差Ｚは、赤色の波長の１／４となるように形成される。従って、凹凸面の厚み方向の段差Ｚを光が往復することとより、凹部と凸部との光路差は段差Ｚの２倍となって、凸部で反射する光（図９の実線の矢印）と、凹部で反射する光（図９の破線の矢印）とで位相が反転することになる。これにより、反射光が固体撮像素子１２に入射する際の振幅強度を相殺する効果を得ることができ、反射光の光電変換を抑制することができる。その結果、反射光が起因となる赤玉ゴースト現象の発生を防止することができる。

【0066】

ここで、凹凸面の厚み方向の段差Ｚを規定する赤色の波長とは、赤外線カットフィルタ１５Ｂでカットされる波長領域の中で波長シフトが起こる丁度中間あたりが最も相殺効果が高いと考慮されることより、650～700nm程度が最適となる。また、凹凸面の面方向のピッチは、あまり広いと相殺効果が薄まると考慮されることより、セルピッチの２倍程度が最適となる。

【0067】

具体的には、画素２１のサイズｄが2.4μｍである場合、凹凸面の面方向のピッチが4.8μｍ（＝２×2.4μｍ）となり、凹凸面の厚み方向の段差Ｚは175ｎｍ（＝700ｎｍ×１／４）となるように、シールガラス１４Ｂおよび赤外線カットフィルタ１５Ｂの境界面における凹凸面を形成することが好適である。このような加工を行う加工技術としては十分に実現可能な範囲である。

【0068】

このように構成される撮像素子パッケージ１１Ｂは、シールガラス１４Ｂおよび赤外線カットフィルタ１５Ｂの境界面に凹凸面を設けることによって、赤玉ゴースト現象の発生を抑制する効果を向上させることができる。

【0069】

＜電子機器の構成例＞
上述したような固体撮像素子１２は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。

【0070】

図１０は、電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。

【0071】

図１０に示すように、撮像装置１０１は、光学系１０２、撮像素子１０３、信号処理回路１０４、モニタ１０５、およびメモリ１０６を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。

【0072】

光学系１０２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を撮像素子１０３に導き、撮像素子１０３の受光面（センサ部）に結像させる。

【0073】

撮像素子１０３としては、上述した固体撮像素子１２が適用される。撮像素子１０３には、光学系１０２を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、電子が蓄積される。そして、撮像素子１０３に蓄積された電子に応じた信号が信号処理回路１０４に供給される。

【0074】

信号処理回路１０４は、撮像素子１０３から出力された画素信号に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路１０４が信号処理を施すことにより得られた画像（画像データ）は、モニタ１０５に供給されて表示されたり、メモリ１０６に供給されて記憶（記録）されたりする。

【0075】

このように構成されている撮像装置１０１では、上述した固体撮像素子１２を適用することで、例えば、赤玉ゴースト現象の発生を確実に排除して、より良好な画質の画像を撮像することができる。

【0076】

＜イメージセンサの使用例＞
図１１は、上述のイメージセンサ（撮像素子）を使用する使用例を示す図である。

【0077】

上述したイメージセンサは、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。

【0078】

・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置

【0079】

＜構成の組み合わせ例＞
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
画素ごとに光電変換素子が設けられた半導体基板と、
前記半導体基板の受光面側に積層されたフィルタ層と、
赤色の波長域の光を受光する複数の赤色画素のうち、少なくとも一部の前記赤色画素の前記フィルタ層内に配置され、所定の周期的なパターンを有するプラズモン共鳴体により構成されたプラズモンフィルタと
を備える固体撮像素子。
（２）
前記プラズモンフィルタは、前記赤色画素の配置位置に応じて前記パターンの周期が補正されている
上記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
前記プラズモンフィルタは、
前記固体撮像素子の中央部分に配置されている前記赤色画素では、赤色の波長域の光を励起する基準周期の前記パターンで構成され、
前記固体撮像素子の周囲部分に配置されている前記赤色画素では、その赤色画素に対して光が斜入射する角度に応じて前記基準周期よりも広く補正された補正周期の前記パターンで構成される
上記（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
前記プラズモンフィルタは、複数のホールが前記パターンで金属薄膜に設けられたホールアレイ構造である
上記（１）から（３）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（５）
前記赤色画素では、前記プラズモンフィルタと、赤色の色素を含有するカラーフィルタとの２層構造のフィルタが前記フィルタ層内に配置される
上記（１）から（４）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（６）
前記プラズモンフィルタは、前記カラーフィルタより光入射側に配置される
上記（５）に記載の固体撮像素子。
（７）
前記フィルタ層に積層されたオンチップレンズと前記固体撮像素子のセンサ面を封止するシールガラスの表面に積層された赤外線カットフィルタとの間が、屈折率が１以上の材質により充填される
上記（１）から（６）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（８）
前記固体撮像素子のセンサ面を封止するシールガラスと前記シールガラスの表面に積層された赤外線カットフィルタとの境界面に、凹部および凸部が繰り返して配置されている凹凸面が設けられる
上記（１）から（７）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（９）
前記凹凸面の厚み方向の段差は、赤色の波長の１／４に形成される
上記（８）に記載の固体撮像素子。
（１０）
画素ごとに光電変換素子が設けられた半導体基板と、
前記半導体基板の受光面側に積層されたフィルタ層と、
赤色の波長域の光を受光する複数の赤色画素のうち、少なくとも一部の前記赤色画素の前記フィルタ層内に配置され、所定のパターンを有するプラズモン共鳴体により構成されたプラズモンフィルタと
を有する固体撮像素子を備える電子機器。

【0080】

なお、本実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。

【符号の説明】

【0081】

１１ 撮像素子パッケージ， １２ 固体撮像素子， １３ 保持部材， １４ シールガラス， １５ 赤外線カットフィルタ， １６ 撮像レンズ， ２１ 画素， ３１ 配線層， ３２ 半導体基板， ３３ 平坦化膜， ３４ フィルタ層， ３５ オンチップレンズ， ４１ 光電変換部， ４２ カラーフィルタ， ４３ プラズモンフィルタ， ５１ 金属膜， ５２ ホール， ６１ 充填材質

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】