固态摄像元件、固态摄像元件用光瞳校正方法、摄像装置和信息处理装置与流程

本发明涉及固态摄像元件、固态摄像元件用光瞳校正方法、摄像装置和信息处理装置。

背景技术：

近来，提出了将诸如所谓的等离激元滤光器(plasmonicfilter)之类的具有由周期性微细加工制造的金属结构的结构彩色滤光器用作二维固态摄像元件的波长选择元件(例如，参见下面的专利文献1和非专利文献1)。

另一方面，根据小型化和薄化的需求，安装在个人数字助理、个人用便携式计算机等上的相机模块采用了所谓的光瞳校正技术，在该技术中，主光线角度(chiefrayangle，cra)从二维拍摄图像的中心朝向外围部分逐渐变大(例如，参见下面的专利文献2)。可以通过采用光瞳校正技术来实现相机模块的小型化和薄化。

引用文献列表

专利文献

专利文献1：jp2008-177191a

专利文献2：jph6-140609a

非专利文献

非专利文献1：s.yokogawa，s.p.burgos，h.a.atwater，"plasmoniccolorfiltersforcmosimagesensorapplications"，nanoletters，12.8(2012)，第4349-4354页

非专利文献2：s.p.burgos，s.yokogawa，h.a.atwater，"colorimagingvianearestneighborholecouplinginplasmoniccolorfiltersintegratedontoacomplementarymetaloxidesemiconductorimagesensor"，acsnano,7.11(2013)，第10038-10047页

技术实现要素：

技术问题

在光倾斜地入射至如上面的专利文献1和非专利文献2公开的那些结构彩色滤光器的情况下，随着光入射角度而出现诸如光透射波长的峰值位置的偏移以及透射效率的减小等特性变化(例如，参见上面的非专利文献2)。然而，目前，未采取任何措施来应对结构彩色滤光器的这种特性变化。

于是，在将如上面的结构彩色滤光器用作波长选择元件的情况下，只能采用使光几乎垂直地入射至结构彩色滤光器的光学系统而别无选择，且当前的情形难以紧凑地设计相机模块。

此外，在诸如上面的专利文献1和非专利文献2中公开的等离激元滤光器等结构彩色滤光器中，通过周期性微细加工在金属结构中设置多个开口部分，且透射效率由邻近开口部分中的表面等离极化激元(surfaceplasmonpolaritons)的干涉决定。因而，在通过不加变化地使用具有均包括所谓的片上型集光元件的二维固态摄像元件的常规集光系统来安装结构彩色滤光器的情况下，入射光在结构彩色滤光器的表面上形成光斑。由此，预期的是，共振效应将在结构彩色滤光器的周期性结构的外围部分中弱化，且作为在滤光器的整个表面中的积分值的透射效率将减小。

因而，考虑到上述情形，本发明提出了尽管使用了结构彩色滤光器但仍能抑制由主光线角度的变化引起的透射效率减小的固态摄像元件和固态摄像元件用光瞳校正方法，并涉及使用该固态摄像元件的信息处理装置。

技术方案

根据本发明，提供一种固态摄像元件，其包括：光接收元件，其被包括在多个像素中；结构彩色滤光器，其位于所述光接收元件的至少一部分的上方，并均包括设置有周期性开口图案的金属膜，所述周期性开口图案的结构周期小于指定波长；和接线层，其位于所述光接收元件的下方，并被构造为用于获取由所述光接收元件检测的光的信号。根据入射光的主光线角度，所述结构周期在所述结构彩色滤光器之间是不同的，并且相对于在0°的所述主光线角度处的所述周期性开口图案的所述结构周期，所述周期性开口图案的所述结构周期随着所述主光线角度变大而变小。

另外，根据本发明，提供一种固态摄像元件用瞳孔校正法，所述瞳孔校正法包括：在固态摄像元件的光接收元件的至少一部分的上方布置结构彩色滤光器，每个所述结构彩色滤光器包括设置有周期性开口图案的金属膜，所述周期性开口图案的结构周期小于指定波长，所述固态摄像元件包括：光接收元件，其被包括在多个像素中；和接线层，其位于所述光接收元件的下方，并被构造为用于获取由所述光接收元件检测的光的信号。根据入射光的主光线角度，所述结构周期在所述结构彩色滤光器之间是不同的，并且相对于在0°的所述主光线角度处的所述周期性开口图案的所述结构周期，所述周期性开口图案的所述结构周期随着所述主光线角度变大而变小。

另外，根据本发明，提供一种摄像装置，所述摄像装置至少包括如上所述的固态摄像元件以及用于将光引导至所述固态摄像元件的光学系统。

另外，根据本发明，提供一种信息处理装置，所述信息处理系统包括摄像装置，所述摄像装置至少包括如上所述的的固态摄像元件以及用于将光引导至所述固态摄像元件的光学系统。

根据本发明，在固态摄像元件中包括的结构彩色滤光片中，结构周期根据入射光的主光线角而不同，具体地，相对于0°的主光线角度处的周期性开口图案的结构周期，周期性开口图案的结构周期随着主光线角度变大而变小；因此，增强了结构彩色滤光片的光学特性的一致性。

本发明的有益效果

如上所述，根据本发明，能够提供尽管使用结构彩色滤光器仍能够抑制由主光线角度的变化引起的透射效率降低的固态摄像元件和用于固态摄像元件的瞳孔校正法，并且能够提供使用该固态摄像元件的摄像装置和信息处理装置。

注意，上述效果不必是限制性的。与上述效果一起或替代上述效果，可以实现本说明书中说明的任何效果或可从本说明书领会的其他效果。

附图说明

图1是示意地示出根据本发明的实施例的固态摄像元件的整体结构的说明图。

图2是根据实施例的固态摄像元件中的单元像素的等效电路图。

图3是说明普通的结构彩色滤光器的光学特性的变化的说明图。

图4a是说明普通结构彩色滤光器的光学特性的变化的说明图。

图4b是说明普通结构彩色滤光器的光学特性的变化的说明图。

图4c是说明普通结构彩色滤光器的光学特性的变化的说明图。

图5是说明普通薄型透镜模块的光学特性的变化的说明图。

图6是说明普通薄型透镜模块的光学特性的变化的说明图。

图7是说明普通结构彩色滤光器的光学特性的变化的说明图。

图8a是说明普通结构彩色滤光器的光学特性的变化的说明图。

图8b是说明普通结构彩色滤光器的光学特性的变化的说明图。

图9a是说明根据实施例的固态摄像元件中的光瞳校正方法的说明图。

图9b是说明根据实施例的固态摄像元件中的光瞳校正方法的说明图。

图10是说明根据实施例的固态摄像元件中的光瞳校正方法的说明图。

图11a是说明根据实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的结构彩色滤光器的说明图。

图11b是说明根据实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的结构彩色滤光器的说明图。

图12是示意地示出根据实施例的固态摄像元件的像素阵列部的说明图。

图13是示意地示出根据实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的单个像素的结构的示例的说明图。

图14是示意地示出根据实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的单个像素的结构的另一示例的说明图。

图15a是示出在透射过设置有均具有1000nm高度的片上透镜的固态摄像元件的像素阵列部中的结构彩色滤光器之后的电场强度分布的曲线图。

图15b是示出在透射过未设置片上透镜的固态摄像元件的像素阵列部中的结构彩色滤光器之后的电场强度分布的曲线图。

图16是示出片上透镜的高度和灵敏度之间的关系的曲线图。

图17是示意地示出根据实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的单个像素的结构的另一示例的说明图。

图18是示意地示出根据实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的单个像素的结构的另一示例的说明图。

图19是示意地示出根据实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的像素结构的示例的说明图。

图20是示意地示出根据实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的像素的结构的另一示例的说明图。

图21是示意地示出根据实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的像素的结构的另一示例的说明图。

图22是示意地示出根据实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的像素的结构的另一示例的说明图。

图23是示意地示出根据实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的像素的结构的另一示例的说明图。

图24是示意地示出根据实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的像素的结构的另一示例的说明图。

图25是示意地示出根据实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的像素的结构的另一示例的说明图。

图26a是示意地示出根据实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的结构彩色滤光器的布置状态示例的说明图。

图26b是示意地示出根据实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的结构彩色滤光器的布置状态示例的说明图。

图27a是示意地示出根据实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的结构彩色滤光器的布置状态示例的说明图。

图27b是示意地示出根据实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的结构彩色滤光器的布置状态示例的说明图。

图27c是示意地示出根据实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的结构彩色滤光器的布置状态示例的说明图。

图28是示意地示出包括根据实施例的固态摄像元件的摄像装置的构造示例的说明图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细说明本发明的优选实施例。注意，在说明书及附图中，具有相同功能和结构的结构元件由相同的附图标记表示，且省略了这些结构元件的重复说明。

注意，将按照下面的次序进行说明。

1.第一实施例

1.1关于固态摄像元件的整体构造

1.2关于单元像素的等效电路图

1.3关于结构彩色滤光器和光瞳校正方法

1.4关于像素阵列部的结构

1.5关于摄像装置的构造

1.6关于固态摄像元件的制造方法

2.结论

(第一实施例)

<关于固态摄像元件的整体构造>

首先，参照图1简要说明根据本发明的第一实施例的固态摄像元件的整体构造。图1是示意地示出根据本发明的固态摄像元件的整体构造的说明图。注意，在下文中，通过将四晶体管背侧照射型图像传感器用作固态摄像元件的示例来进行说明。

如图1所示，根据本实施例的固态摄像元件100包括像素阵列部10、垂直驱动部20、列处理部30、水平驱动部40和系统控制部50。注意，例如，像素阵列部10、垂直驱动部20、列处理部30、水平驱动部40和系统控制部50形成在一个未图示的半导体基板(芯片)上。

优选地，固态摄像元件100还包括信号处理部60和数据存储部70。注意，信号处理部60和数据存储部70可例如包括外部信号处理部，该外部信号处理部设置在不同于固态摄像元件100的基板的基板上并利用数据信号处理器(dsp)和软件应用程序执行处理。此外，信号处理部60和数据存储部70可以例如安装在与上面形成有像素阵列部10等的半导体基板相同的基板上。

像素阵列部10包括二维地布置成阵列构造的多个单元像素(在下文中，偶尔将其简称为“像素”)。此外，在每个像素中设置有光电转换元件(在本实施例中，光电二极管)，光电转换元件生成具有与入射光量的量对应的电荷，并在内部积累电荷。

像素阵列部10还针对二维地布置成矩阵构造的像素的每行包括沿着行方向(图1中的左右方向)形成的像素驱动线l1，且针对每列包括沿着列方向(图1中的上下方向)形成的垂直信号线l2。注意，每条像素驱动线l1连接到相应行的像素，且每条垂直信号线l2连接到相应列的像素。

此外，像素驱动线l1的一端连接到垂直驱动部20的与对应于该像素驱动线l1的行有关的输出端，且垂直信号线l2的一端连接到列处理部30的与对应于该垂直信号线l2的列有关的输入端。注意，尽管出于简单说明的目的而在图1中将每行的像素驱动线l1图示为一条信号线，但如下面所说明，通常针对每行设置有多条信号线，这些信号线均用于驱动像素中所包括的多个晶体管。

垂直驱动部20例如包括诸如移位寄存器和地址解码器等电路元件。垂直驱动部20向像素阵列部10的每个像素输出各种驱动信号以驱动每个像素，并从每个像素读出信号。

针对像素阵列部10的每列像素，列处理部30对通过垂直信号线l2从所选行的指定像素输出的像素信号执行指定的信号处理，并在信号处理之后临时地保持像素信号。

具体地，列处理部30至少执行作为信号处理的诸如相关双采样处理(cds)等去马赛克处理。通过列处理部30中的cds处理，例如可以去除复位噪声以及由放大晶体管等的阈值差异引起的像素特有的固定模式噪声。注意，也可以采用如下构造：列处理部30例如设置有模数(a/d)转换功能以及上述的去马赛克功能，并且输出数字信号。

水平驱动部40例如包括诸如移位寄存器和地址解码器等电路元件。水平驱动部40顺序地并选择性地扫描分别针对列处理部30的每列设置的单元电路(未图示)。通过选择性地扫描水平驱动部40，在列处理部30的单元电路中被信号处理的像素信号被顺序地输出到信号处理部60。

系统控制部50例如包括用于产生固态摄像元件100的各种操作的时序信号等的时序发生器。接着，在系统控制部50中产生的各种时序信号被供应到垂直驱动部20、列处理部30和水平驱动部40，且基于时序信号来控制每个部件的驱动。

例如，信号处理部60对从列处理部30输出的像素信号执行诸如相加处理等各种信号处理。此外，数据存储部70临时地存储当在信号处理部60中执行指定信号处理时所需的数据。

在上文中，参照图1简要说明了根据本实施例的固态摄像元件100的整体构造。

<关于单元像素的等效电路图>

接下来，将参照图2简要说明类似图1所示的传感器的四晶体管图像传感器中的单元像素的等效电路图。

像素通常包括一个光电二极管1001(光电转换元件)、各种有源元件(包括针对所述一个光电二极管1001设置的各个mos晶体管)以及浮动扩散(fd)区域1011。在图2所示的示例中，像素包括作为各种有源元件的传输晶体管1003、放大晶体管1005、复位晶体管1007和选择晶体管1009。注意，在图2示出的示例中，各种晶体管中的每个晶体管是使用n型载流子极性的mos晶体管形成的。

另外，在图2所示的示例中，对于一个像素，传输接线1013、复位接线1015和选择接线1017(像素驱动线l1)这三个信号接线设置在行方向(图2中的左右方向)上，并且垂直信号线l2设置在列方向(图2中的上下方向)上。注意，尽管未在图2中示出，用作遮光膜的二维接线也设置在像素之中的像素边界部分和黑电平检测像素中。

光电二极管1001将入射光转换为对应于入射光量的电荷量(此处，电子)(即，入射光被光电转换成电荷)。注意，如图2所示，光电二极管1001的阳极接地。

传输晶体管1003设置在光电二极管1001的阴极和fd区域1011之间。当通过传输接线1013从垂直驱动部l1将高电平信号输入到传输晶体管1003的栅极时，传输晶体管1003进入导通状态，且将通过光电二极管1001中的光电转换生成的电荷(电子)传输到fd区域1011。注意，被传输到fd区域1011的电荷在fd区域1011中被转换成电压(电势)。

放大晶体管1005的栅极连接到fd区域1011。另外，放大晶体管1005的漏极连接到用于提供电源电压vdd的端子，并且放大晶体管1005的源极通过选择晶体管1009连接到垂直信号线l2。放大晶体管1005放大fd区域1011的电势(电压信号)，并且将作为光累积信号(像素信号)的放大信号输出到选择晶体管1009。

复位晶体管1007设置在用于提供电源电压vdd的端子和fd区域1011之间。当通过复位接线1015从垂直驱动部20将高电平信号输入到复位晶体管1007的栅极时，复位晶体管1007进入导通状态，并且将fd区域1011的电势复位到电源电压vdd。

选择晶体管1009设置在放大晶体管1005和垂直信号线l2之间。当通过选择接线1017从垂直驱动部20将高电平信号输入到选择晶体管1009的栅极时，选择晶体管1009进入导通状态，并且将在放大晶体管1005中放大的电压信号输出到垂直信号线l2。即，在固态摄像元件100是四晶体管图像传感器的情况下，通过选择晶体管1009来控制像素的选择和非选择之间的切换。注意，每个像素的被输出到垂直信号线l2的电压信号被传输到列处理部30。

在上文中，参照图2简要说明了四晶体管图像传感器中的单元像素的等效电路图。

<关于结构彩色滤光器的结构和光瞳校正方法>

在下文中，参照图3到图11b说明了结构彩色滤光器的光学特性的变化，并且详细说明了根据本实施例的固态摄像元件中的结构彩色滤光器的结构和光瞳校正方法。

图3、图4a到图4c、图7以及图8a和图8b是说明普通结构彩色滤光器的光学特性的变化的说明图。图5和图6是说明普通薄型模块透镜的光学特性变化的说明图。图9a和图9b是说明根据本实施例的固态摄像元件中的光瞳校正方法的说明图，并且图10是说明根据本实施例的固态摄像元件中的光瞳校正方法的说明图。图11a和图11b是说明根据本实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的结构彩色滤光器的说明图。

[普通结构彩色滤光器的研究]

图3是示意地示出结构彩色滤光器的说明图。

作为一种典型的结构彩色滤光器，等离激元滤光器是包括金属和设置在金属表面上的介电质的结构滤光器，并且是利用在金属和介电质之间的界面处生成的表面等离极化激元的结构滤光器。结构彩色滤光器利用生成的表面等离极化激元的干涉和共振，并且选择性地透射、反射或吸收入射光(光子)中的具有特定波长的成分。

结构彩色滤光器pf具有亚波长等级的周期性精细结构图案。在图3所示的结构彩色滤光器pf中，均具有比由设置有结构彩色滤光器pf的固态摄像元件检测的光的波长小的直径(即，亚波长等级的直径)的多个微细开口(孔)ma设置在具有介电质(未示出)的金属薄膜中。另外，微细开口ma以二维布置形式布置在金属薄膜中。

结构彩色滤光器pf具有由其结构以及金属和存在于金属表面上的介电质的物理性能确定的独特透射性。即，精细周期性结构存在于结构彩色滤光器pf中的金属表面上；由此，在金属薄膜的表面和周围的介电质之间的边界处生成的表面等离极化激元共同干涉，并获得对于结构和物理性能值来说特有的透射波长分布。另外，表面等离极化激元的色散关系取决于金属和金属表面附近区域(距表面几百纳米的区域)中的介电质之间的复折射率，并因此对于狭小区域中的折射率变化具有高灵敏度。

结构彩色滤光器pf具有如上所述的对于结构和物理性能值来说特有的透射波长分布；因此，在光垂直入射的情况(由图3中的a所示的光入射的情况)下的滤光器响应和在光倾斜地入射的情况(由图3中的b所示的光入射的情况)下的滤光器响应通常是不同的。

例如，这里讨论了光(以垂直入射角)垂直入射到结构彩色滤光器的情况a和光(以非垂直入射角)倾斜地入射到结构彩色滤光器的情况b(例如，光以15度入射角入射的情况)。图4a示意地示出当入射光的波长在这些情况下变化时结构彩色滤光器的透射率如何变化。从图4a中清楚地看到，通过使光倾斜地入射，透射过结构彩色滤光器的光的波长经历了长波长偏移，并且进一步，透射率也发生变化。图4b示出了结构彩色滤光器的透射率变化的具体验证结果，该结构彩色滤光器在光垂直入射到结构彩色滤光器的情况a和光以15度入射角倾斜地入射到结构彩色滤光器的情况b这两种情况之间具有普通结构。从图4b中也能清楚地看到，通过使光倾斜地入射，透射过结构彩色滤光器的光的波长经历了长波长偏移，并且进一步，透射率也发生变化。类似地，在光入射角在0度到18度的范围内变化的同时，使用商用的应用程序模拟结构彩色滤光器的透射率；如图4c所示，已发现，随着入射角变大，透射峰值波长从550nm附近偏移到大约600nm。

接下来，参照图5和图6说明在普通的智能手机、个人数字助理等中使用的薄型透镜模块的主光线角度(cra)和图像高度之间的关系。

如图5和图6示意地所示，对于普通薄型透镜模块，在固态摄像元件的有效像素区域pa的中心部分中，图像高度低，并且主光线角度cra为0度。另外，对于普通薄型透镜模块，在朝向有效像素区域pa的外围部分时，图像高度变高，并且主光线角度cra的值变大。用于为了应对这种现象而使像素特性和颜色保持不变的处理是光瞳校正处理；通常地，普通薄型固态摄像元件已经使用了使集光元件和彩色滤光器在水平面中相对于像素水平地偏移的方法。

接下来，参照图7到图8b说明在针对普通结构彩色滤光器(等离激元滤光器)使用具有如图6所示的主光线角度特性的透镜模块的情况下出现的光学特性变化。

如图3示意地所示，在以等离激元滤光器为代表的普通结构彩色滤光器pf中周期性地形成有微细开口ma。此处，在普通结构彩色滤光器pf中，开口ma的尺寸(例如，图7中的开口ma的直径)和相互邻近的开口ma之间的距离(例如，由图7中的间距所示的相互邻近的开口的中心之间的距离)在结构彩色滤光器的孔口面(aperturesurface)的所有区域中是固定的。另一方面，如上所述，在固态摄像元件的有效像素区域pa中，主光线角度cra从中心朝向更高的图像高度时变大。因此，在以等离激元滤光器为代表的普通结构彩色滤光器pf中，如图8a示意地所示，与光垂直入射的情况相比，随着主光线角度cra变大，透射峰值波长向更长的波长偏移，并且透射率变低。图8b共同地示出当图7中的间距被设置成350nm并直径被设置成210nm时在光垂直入射或以15度入射角入射的情况下滤光器透射率的特性以及当图7中的间距被设置成300nm并且直径被设置成180nm时在光以15度的入射角入射的情况下滤光器透射率的特性。通过比较图8b中的具有相同的间距和直径的情况下的结果可以清楚地看到，通过使光从倾斜方向入射，透射峰值波长经历了长波长偏移，并且进而透射率降低。另一方面，通过比较入射角相同但间距和直径不同的两个示例可以清楚地看到，在间距和直径被设置为较小值的示例中，即使对于倾斜入射，透射峰值波长也存在于更短波长侧。从这个结果中也清楚看到，在使用普通结构彩色滤光器pf的情况下，光学特性的变化发生在有效像素区域pa的中心部分和外围部分之间。

[根据本实施例的结构彩色滤光器的结构和光瞳校正方法]

如上文所述，为了将结构彩色滤色器用于固态摄像元件，重要的是，需要抑制在主光线角度cra变化的情况下发生的透射峰值波长的长波长偏移，即，如图9a示意地所示，即使主光线角度cra变化(即使主光线角度cra变得比中心部分的cra大)，需要防止透射峰值波长的偏移的发生。另外，当将结构彩色滤光器用于固态摄像元件时，抑制在主光线角度cra变化的情况下发生的透射率减小是更优选的。为此，在根据本实施例的固态摄像元件中执行如下文详细说明的光瞳校正处理。由此，在根据下文详细说明的本实施例的固态摄像元件中能够最小化波长方向的有效像素区域中的分布(色差)的变化以及强度分布(亮度差)的变化。

具体地，在根据本实施例的结构彩色滤光器中，如图7示意地示出的开口之间的间隔(间距)被设置成使得有效像素区域的外围部分中的开口之间的间隔(间距)小于有效像素区域的中心部分中的开口之间的间隔。由此，在根据本实施例的结构彩色滤光器中，透射峰值波长的与主光线角度cra的变化相关的偏移的大小得到校正，使得透射峰值波长几乎一致。另外，在透射率的与主光线角度cra的变化相关的变化为显著变化的情况下，通过调整如图7示意地所示的开口的尺寸(直径)，在根据本实施例的结构彩色滤光器中能够使透射率的与主光线角度cra的变化相关的变化变得一致。也就是说，通过根据固态摄像元件的摄像表面上的图像高度将有效像素区域的更外围部分中的开口的尺寸设置成更小，能够使与主光线角度cra的变化相关的透射率变化变得一致。

图9b共同地示出当图7中的间距被设置成350nm并且直径被设置成180nm时在光垂直入射或者以15度入射角入射的情况下滤光器透射率的特性以及当图7中的间距被设置成350nm并且直径被设置成210nm时光以15度的入射角入射的情况下滤光器透射率的特性。在图9b中通过比较间距不同但直径相同的情况的结果，可以清楚地看出，通过在有效像素区域的更外围部分中将间距设置成更小，即使在光从倾斜方向入射的情况下，能够抑制透射峰值波长的偏移和透射率的降低。在另一方面，通过比较间距相同的示例，能够清楚看出，在间距被设置为在有效像素区域的中心部分和外围部分之间相同的情况下，不能够抑制透射峰值波长的偏移。

在下文中，参照图10到图11b更详细地说明根据本实施例的结构彩色滤光器的结构以及通过使用该结构彩色滤光器执行的光瞳校正方法。

图10的下侧示意地示出二维固态摄像元件的有效像素区域pa。在有效像素区域pa中，像素以横向x个像素和纵向y个像素的二维布置形式布置(例如，在全高清的固态摄像元件的情况下，x＝1920，并且y＝1080)。另外，均包括周期性地存在有多个微细开口ma的金属薄膜的各个结构彩色滤光器pf′设置在数量xy(横向x和纵向y；例如x＝y＝2)小于x和y值的部分像素区域中。

类似于普通结构彩色滤光器pf，结构彩色滤光器pf′是包括金属和设置在金属表面上的介电质的结构滤光器，并且优选地是利用在金属和介电质之间的界面处生成的表面等离极化激元的结构滤光器。结构彩色滤光器pf′利用生成的表面等离极化激元的干涉和共振，并且选择性地透射、反射或吸收入射光(光子)中的具有特定波长的光。

此处，优选地，用于结构彩色滤光器pf′的金属是含有铝(al)、铜(cu)、银(ag)、金(au)、钛(ti)或钨(w)或这些元素的合金以作为主要成分的金属。另外，优选地，用于结构彩色滤光器pf′的介电质是氧化硅、氮化硅、氟化镁、氧化铪、氧化铝、氧化钛、氧化锆和氧化钽中至少一种。

结构彩色滤光器pf′具有亚波长等级的周期性精细结构图案。在结构彩色滤光器pf′中，均具有比由设置有结构彩色滤光器pf′的固态摄像元件检测的光的波长小的直径(也就是说，亚波长等级的直径)的多个微细开口(孔)ma′设置在具有介电质(未示出)的金属薄膜中。另外，微细开口ma′以一维布置形式或二维布置形式布置在金属薄膜中。

结构彩色滤光器pf′也具有由其结构以及金属和存在于金属表面上的介电质的物理性能确定的独特的透射性。即，精细周期性结构存在于结构材料滤光器pf′中的金属表面上；由此，在金属薄膜的表面和周围的介电质之间的边界处生成的表面等离极化激元共同干涉，并且获得了对于结构和物理性能值来说特有的透射波长分布。另外，表面等离极化激元的色散关系取决于金属和金属表面附近区域(距表面几百纳米的区域)中的介电质之间的复折射率，并且因此对于狭小区域中的折射率变化具有高灵敏度。

在根据本实施例的结构彩色滤光器pf′中，例如，如图10所示，微细开口ma′可具有基本圆形的开口形状。另外，例如，如图10所示，微细开口ma′可优选设置在三角形(例如，正三角形)的顶点位置，这些三角形假想地以平面的方式填充结构彩色滤光器pf′的孔口面。

对于根据本实施例的结构彩色滤光器pf′，在关注与包括多种类型的结构彩色滤光器的滤光器群组中的特定颜色对应的滤光器a的情况下，相互邻近的微细开口ma′之间的间距(连接邻近开口ma的中心的线段的长度)在位于有效像素区域的中心区域中的结构彩色滤光器α、位于中心的稍微外部的区域中的结构彩色滤光器β和位于有效像素区域的更靠外的外围区域中的结构彩色滤光器γ之间是不同的。具体地，如图10示意地所示，与0％的图像高度处(也就是中心区域)的邻近开口之间的间距相比，邻近开口之间的间距在越靠外的图像高度(大于0％)处越小。注意，在图10中，由上侧的图示中的虚线所示的邻近开口之间的间距表示0％的图像高度处(即，中心区域)的邻近开口之间的间距。

此处，只要在越靠外的图像高度处将邻近开口之间的间距设置得越小，则使每个图像高度处的邻近开口之间的间距变小的方式不受特别限制。例如，外围部分中的邻近开口之间的间距可被设置成使得在图像高度变高时，邻近开口之间的间距以特定速率从中心区域中的邻近开口之间的间距逐渐变小。另外，邻近开口之间的间距可以不以特定的速率变小，并且邻近开口之间的间距的大小可以逐步地变化。

更具体地，在根据本实施例的结构彩色滤光器pf′中，邻近开口之间的间距的大小优选在100nm到1000nm的范围内变化。由于邻近开口之间的间距的大小在100nm到1000nm的范围内，在抑制透射峰值波长的与主光线角度的变化相关的偏移的同时，可见光波长区域到红外波长区域中的光能够几乎一致地透射。

另外，对于根据本实施例的结构彩色滤光器pf′，在关注与包括多种类型的结构彩色滤光器的滤光器群组中的特定颜色对应的滤光器a的情况下，微细开口ma′的尺寸在位于有效像素区域的中心区域中的结构彩色滤光器α、位于中心的稍微外部的区域中的结构彩色滤光器β和位于有效像素区域的更靠外的外围区域中的结构彩色滤光器γ之间可以是固定或可以是变化的。在微细开口ma′的尺寸在各种位置的结构彩色滤光器之间变化的情况下，微细开口ma′的尺寸在越靠外的图像高度处可以被设置得越小。

在这种情况下，只要在越靠外的图像高度处将微细开口ma′的尺寸设置得越小，则使每个图像高度处的微细开口ma′的尺寸变小的方式不受特别限制。例如，外围部分中的微细开口ma′的尺寸可被设置成使得当图像高度变高时，微细开口ma′的尺寸以特定速率从中心区域中的微细开口ma′的尺寸逐渐变小。另外，微细开口ma′的尺寸可以不以特定的速率变小，并且微细开口ma′的尺寸可以逐步地变化。

更具体地，在根据本实施例的结构彩色滤光器pf′中，微细开口ma′的尺寸(例如，图10中的微细开口ma′的直径)优选具有50nm到500nm的范围内的值。另外，在微细开口ma′的尺寸在根据被本实施例的结构彩色滤光器之间变化的情况下，微细开口ma′的尺寸(例如，图10中的微细开口ma′的直径)在50nm到500nm的范围内变化。通过将微细开口ma′的尺寸设置在50nm到500nm的范围内，在抑制与主光线角度的变化相关的透射率减少的同时，可见光波长区域到红外波长区域中的光能够几乎一致地透射。

此处，图10示出了设置在结构彩色滤光器pf′中的多个微细开口ma′设置在基本三角形的顶点位置的情况，这些三角形假想地以平面的方式填充结构彩色滤光器pf′的孔口面。然而，用于布置微细开口ma′的方法不限于如图10所示的三角形布置，并且可是如图11a所示的正方形布置。即，如图11a示意地所示，微细开口ma′可设置在正方形或矩形的顶点位置，这些正方形或矩形假想地以平面的方式填充结构彩色滤光器pf′的孔口面。

另外，图10示出设置在结构彩色滤光器pf′中的多个微细开口ma′均具有基本圆形的开口形状的情况。然而，微细开口ma′的开口形状不限于如图10所示的基本圆形的开口形状，并且可是如图11b示意地所示的基本矩形的开口形状。注意，尽管图11b示出均具有基本矩形的开口形状的微细开口ma′布置成三角形布置的情况，不用说，均具有基本矩形开口形状的微细开口ma′可以布置成如图11a所示的正方形布置。

在上文中，详细说明了根据本实施例的结构彩色滤光器的结构和光瞳校正方法。

<关于像素阵列部的结构>

接下来，参照图12到图27c具体地说明包括根据如上所述的本实施例的结构彩色滤光器的像素阵列部的结构。

图12是示意地示出根据本实施例的固态摄像元件的像素阵列部的说明图，并且图13是示意地示出根据本实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的单个像素的结构的示例的说明图。图14是示意地示出根据本实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的单个像素的结构的另一示例的说明图。图15a是示出在透射过设置有高度均为1000nm的片上透镜的固态摄像元件的像素阵列部中的结构彩色滤光器之后的电场强度分布的曲线图。图15b是示出在透射过未设置片上透镜的固态摄像元件的像素阵列部中的结构彩色滤光器透射之后的电场强度分布的曲线图。图16是示出片上透镜的高度和灵敏度之间的关系的曲线图。图17和图18是示意地示出根据本实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的单个像素的结构的其它示例的说明图。图19是示意地示出根据本实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的像素结构的示例的说明图，并且图20到图25是示意地示出根据本实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的像素结构的其他示例的说明图。图26a到图27b是示意地示出根据本实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的结构彩色滤光器的布置状态的示例的说明图，并且图27c是示意地示出根据本实施例的固态摄像元件的像素阵列部中的结构彩色滤光器的布置状态的说明图。

如图12示意地所示，根据本实施例的固态摄像元件100的像素阵列部10通过使用光接收元件101来形成，并且二维地布置成矩阵构造(阵列构造)的多个像素103设置在光接收元件101中。如图12所示，如果光接收元件101的光接收元件平面出于方便的缘故而被定义为xy平面，并且像素阵列部10的高度方向出于方便的缘故而被定义为z轴正方向，则多个像素103二维布置在xy平面上。

例如，如图13示意地所示，根据本实施例的像素阵列部10的像素103至少包括光接收元件101、接线层111和结构彩色滤光器113，光接收元件101被包含在多个像素中，接线层111位于光接收元件101下方并且用于获取由光接收元件101检测的信号，结构彩色滤光器113位于光接收元件101的至少一部分的上方并且包括设置有周期性开口图案的金属膜，周期性开口图案的结构周期小于指定波长。另外，例如，如图13示意地所示，优选地，根据本实施例的像素阵列部10的像素103还包括波长选择滤光器115、平坦化膜117、沟槽结构119和遮光部121。

光接收元件101是用作图2所示的等效电路图中的光电二极管1001的部件。可以使用已知的包括化合物半导体的半导体形成光接收元件101。这种半导体不受特别地限制；通常，在许多情况下使用具有大约3μm厚度(z轴方向上的高度)的单晶硅。这种半导体用作吸收属于可见光区域或红外光区域的光的光吸收层。

此外，在根据本实施例的像素103中，包含高介电(高k)材料作为主要成分的介电层(未示出)可以设置在光接收元件101的表面上，通过设置这种介电层，能够确定用作光接收元件101的半导体材料的费米能级，并且也能够使之后说明的平坦化膜117和光接收元件101之间的折射率的变化程度变得柔和。注意，用于介电层的高介电(高k)材料不受特别地限制，并且能够使用已知的高介电材料。这种高介电材料的示例包括各种金属氧化物，例如作为基于铪的氧化物的hfo2、氧化钽(ta2o5)、氧化铝(al2o3)和氧化钛(tio2)。

如图13所示，用于获取由光接收元件101检测的光的信号的接线层111设置在光接收元件101的下方。接线层111的详细结构不受特别地限制，并且可以适当地使用用于实现各种接线方法的各种结构。由光接收元件101检测的光的信号通过接线层111被提取到外部，并且受到各种信号处理。

另一方面，优选地，平坦化膜117设置在光接收元件101的上方。通过设置平坦化膜117，光接收元件101与结构彩色滤光器113之间的所有接触以及结构彩色滤光器113与波长选择滤光器115之间的所有接触变得良好。这种平坦化膜117可以使用对于所关注的波长区域的光来说透明的介电材料形成。这种介电材料不受特别限制；例如，可以使用氧化硅(sio2)、氮化硅(sin)等。

此外，在根据本实施例的像素103中，优选地，为了防止相互邻近的像素103之间的颜色混合，在像素113的端部附近形成有作为元件隔离结构的沟槽结构119。

这种沟槽结构119可以是包含介电材料作为主要成分的沟槽结构。此处，用于沟槽结构119的介电材料的示例包括反射或吸收可见光和近红外光的介电材料以及高介电(高k)材料。反射或吸收可见光和近红外光的介电材料不受特别限制；例如，可以使用氧化硅(sio2)、氮氧化硅(sion)、氮化硅(sin)等。另外，对于高介电(高k)材料，可以使用各种金属氧化物，例如作为基于铪的氧化物的hfo2、氧化钽(ta2o5)、氧化铝(al2o3)和氧化钛(tio2)。

此外，可以设置包含反射或吸收可见光和近红外光的金属作为主要成分的金属沟槽结构，以作为根据本实施例的沟槽结构119。这种金属沟槽结构通过使用反射或吸收可见光和近红外光的金属填充形成为沟槽结构的凹部来获得。这种反射或吸收可见光和近红外光的金属不受特别限制，并且其示例包括从由钨、钛、铜、铝以及它们的合金组成的群组中选择的至少一种金属。

通过设置如上所述的沟槽结构119，能够防止在单元像素103包括的光接收元件101的内部中衍射的光透射到邻近像素103，并且因此能够避免邻近像素之间的串扰。

此外，优选地，为了进一步防止相互邻近的像素103之间的颜色混合，如图13所示，遮光部121设置在如上所述的沟槽结构119的上方。

如图13示意地所示，包括设置有周期性开口图案的金属膜的结构彩色滤光器113设置在光接收元件101的上方，周期性开口图案的结构周期小于由光接收元件101检测的光的波长。结构彩色滤光器113是如参照图10到图11b详细描述的结构彩色滤光器pf′，在这种结构彩色滤光器中，结构周期随着入射光的主光线角度而不同，具体地，相对于周期性开口图案在0°主光线角度处的结构周期，周期性开口图案的结构周期随着主光线角度的变大而变小。

通过设置在根据本实施例的固态摄像元件100中的这种结构彩色滤光器113来执行迄今为止未通过结构彩色滤光器执行的光瞳校正处理，并且尽管使用结构彩色滤光器，仍能够抑制透射效率的降低。因而，能够实现固态摄像元件100的小型化和薄化。

此处，优选地，如图13示意地所示，根据本实施例的结构彩色滤光器113电接地。

此外，优选地，结构彩色滤光器113的厚度是如下厚度，在该厚度的情况下，结构彩色滤光器113在入射到结构彩色滤光器113上的光的波长处光学地不透明。此处，结构彩色滤光器113的具体厚度不受特别限制；但，厚度优选地在50nm到300nm的范围内，并且更优选地例如是大约150nm。注意，在结构彩色滤光器113的厚度小于50nm的情况下，存在如下可能性：结构彩色滤光器113光学地半透明。进一步地，如果结构彩色滤光器113的厚度大于300nm，则存在如下可能性：入射在结构彩色滤光器113上的光在穿过设置在结构彩色滤光器113中的开口部分的同时其强度发生衰减。

如图13所示，优选地，用于对在光接收元件101上形成图像的光的波长进行选择的波长选择滤光器115设置在结构彩色滤光器113的上方。优选地，吸收指定波长的光的吸收型彩色滤光器用作波长选择滤光器115。通过将吸收指定波长的光的吸收型彩色滤光器用作波长选择滤光器115，吸收型彩色滤光器吸收指定波长的光，并且能够选择性地透射可见光区域中的波长的光。因此，吸收型彩色滤光器选择性地透射可见光区域中的波长的光，并且例如用作选择性地透射红色光的波长选择滤光器、选择性地透射绿色光的波长选择滤光器或选择性地透射蓝色光的波长选择滤光器。

注意，对于上述的吸收型彩色滤光器，也能够使用包括吸收指定波长的光并选择性地透射可见光区域中的光的彩色滤光器的彩色滤光器以及对于电磁波波长区域(在该区域中，光接收元件具有灵敏度)中的光(例如，紫外光、可见光、近红外光等)来说透明的白色滤光器。

上述的用作波长选择滤光器115的吸收型彩色滤光器不受特别限制，并且吸收型彩色滤光器可以使用已知的有机类材料或无机类材料形成，这些有机类材料或无机类材料根据在关注像素103上执行成像的情况下的波长区域透射该波长区域中的光，并且吸收其他波长区域中的光。

此外，如图13示意地所示，平坦化膜117还可以设置在波长选择滤光器115上，使得像素103的表面平坦化。

此处，在常规的二维固态摄像元件中，每个像素通常包括集光元件，以便高效地将光引入光接收元件中。另一方面，在将利用如本实施例中所关注的表面等离极化激元的结构彩色滤光器用于固态摄像元件的情况下，注意下述的方面是重要的。

图14示出了在包括根据本实施例的结构彩色滤光器113的像素103包括集光元件123(所谓的集光结构元件(片上透镜ocl))的情况下的像素结构。从图14清楚地看到，用于使入射到像素103上的光在光接收元件101上适当地形成为图像的集光元件123设置在波长选择滤光器115和平坦化膜117的上方。集光元件123是第二集光透镜结构的示例。

集光元件123具有曲面，曲面具有特定的曲率；曲面聚焦于每个像素的中心部分，并且因此减少与像素之间的障碍物等的干涉；因此，能够保持高开口效率。

图15a示出了包括高度(图14中的h)均为1000nm的集光系统123的像素中的结构彩色滤光器113的背面(即，光接收元件101侧处的表面)上的电场强度分布的模拟结果。此处，在模拟中，假设有包括2×2个结构彩色滤光器113的四个像素103，并且假定包括rgb的有机类材料或无机类材料的光吸收型滤光器设置为结构彩色滤光器113的上方的波长选择滤光器115。此外，假定选择性地透射绿色光的波长选择滤光器115处于图15中的右上像素和左下像素中的每者中，并且假设绿色光入射到四个像素103上的情况。

在如图15a所示的结果中能够看到，绿色光的透射率在左上像素和右下像素中为小，这是因为透射红色光的波长选择滤光器115和透射蓝色光的波长选择滤光器115分别存在于这些像素中。另一方面，在存在透射绿色光的波长选择滤光器115的像素中，可以看到如下情形：电场分布由于集光元件123而形成具有小于像素尺寸的尺寸的光斑。在以等离激元滤光器为代表的结构彩色滤光器中，透射波长和透射效率由邻近的开口部分之间的干涉决定；因此，能够看到，如果光以小的尺寸聚焦，则结构彩色滤光器的外部外围部分中的透射效率小，并且因此整体的透射效率或传感器灵敏度低。

图16示出了在集光元件123的高度h可变的情况下的传感器灵敏度的模拟结果。从图16能够清楚地看到，灵敏度随着集光元件123的高度h变小(换句话说，随着集光元件123的曲面的曲率变大)而提高。此外，图15b示出了在集光元件123的高度h为最低的界限下(也就是说，与曲面的曲率为∞的情况对应的平面，换句话说，与不设置集光元件123的情况对应的平面)的电磁强度分布的结果。能够从图15b和图16中看到，发现在未设置集光元件123的情况下，光施加在结构彩色滤光器的整个表面上，并且因此透射效率最大化。

从这一观点来看，在设置有集光元件123的情况下，对集光元件123的高度h进行了广泛研究。因此，已经表明，集光元件123的高度h优选地被设置成像素103的尺寸(像素尺寸)的大约10％到30％。

在如图13所示的像素103中，在未设置集光元件123的情况下，获得如图15b所示的作为示例的电场强度分布；然而，即使在这种情况下，高效地将透射过结构彩色滤光器113的光引入到光接收元件101中是重要的。因此，如图17示意地所示，优选地，层内透镜125设置在结构彩色滤光器113的光接收元件101侧的表面与光接收元件101之间，以作为第一集光透镜结构。这里，层内透镜125的折射率优选地大于层内透镜125的设置位置周围的位置(即，平坦化膜117)处的折射率。通过设置这种层内透镜125，透射过结构彩色滤光器113的光能够被高效地收集到光接收元件101，并且包括根据本发明的结构彩色滤光器113的像素103的灵敏度能够最大化。

此外，不用说，如图18示意地所示，可以针对根据本实施例的固态摄像元件100中的像素103设置上述的集光元件123和层内透镜125二者。注意，在针对像素103设置集光元件123和层内透镜125二者的情况下，优选地，集光元件123的曲面的曲率设置成大于层内透镜125的曲面的曲率(换句话说，集光元件123的高度设置成低于层内透镜125的高度)。通过将集光元件123和层内透镜125的曲面的曲率设置成具有上述关系，透射过结构彩色滤光器113的光能够被高效地引入到光接收元件101中。

[像素阵列部的特定示例]

在下文中，参照图19到图25更具体地说明根据本实施例的像素阵列部10的结构。

图19是在不包括集光元件123和层内透镜125的情况下的像素阵列部10的结构的示例。在图19所示的示例中，每个像素103通过在最外层中设置平坦化膜117而具有平坦面，且在平坦化膜117的下方设置有波长选择滤光器115r、115g或115b。此处，波长选择滤光器115r是包括透射红色光的吸收型彩色滤光器的波长选择滤光器，波长选择滤光器115g是包括透射绿色光的吸收型彩色滤光器的波长选择滤光器，且波长选择滤光器115b是包括透射蓝色光的吸收型彩色滤光器的波长选择滤光器。此外，根据参照图10到11b详细说明的本实施例的结构彩色滤光器113设置在每个波长选择滤光器115的下方。此外，包括利用例如晶体硅等的光吸收层的光接收元件101设置在结构彩色滤光器113的下方，并且接线层111进一步设置在光接收元件101的下方。此外，沟槽结构119设置在光接收元件101的相互邻近的部分之间，并且遮光部121设置在每个沟槽结构119的上方。

图20是在集光元件123设置在图19所示的像素103的最外层中的情况下的结构的示例。在图20所示的示例中，片上型集光元件123设置在每个像素103的最外层中，并且波长选择滤光器115r、115g或115b隔着平坦化膜117设置在每个集光元件123的下方。此外，根据参照图10到图11b详细说明的本实施例的结构彩色滤光器113设置在每个波长选择滤光器115的下方。此外，包括使用例如晶体硅等的光吸收层的光接收元件101设置在结构彩色滤光器113的下方，并且接线层111进一步设置在光接收元件101的下方。此外，沟槽结构119设置在光接收元件101的相互邻近的部分之间，且遮光部121设置在每个沟槽结构119的上方。

图21是在针对图19所示的像素103设置层内透镜125的情况下的结构的示例。在图21所示的示例中，每个像素103通过在最外层中设置平坦化膜117而获得平坦面，并且波长选择滤光器115r、115g或115b设置在平坦化膜117的下方。此外，根据参照图10到图11b详细说明的本实施例的结构彩色滤光器113设置在每个波长选择滤光器115的下方，并且层内透镜125隔着平坦化膜117设置在结构彩色滤光器113的下方。此外，包括例如使用晶体硅等的光吸收层的光接收元件101隔着平坦化膜117设置在层内透镜125的下方，并且接线层111进一步设置在光接收元件101的下方。此外，沟槽结构119设置在光接收元件101的相互邻近的部分的之间，并且遮光部121设置在位于每个沟槽结构119的上方及层内透镜125的下方的位置处。

图22是在针对图19所示的像素103设置集光元件123和层内透镜125的情况下的结构的示例。在图22所示的示例中，片上型集光元件123设置在每个像素103的最外层中，并且波长选择滤光器115r、115g或115b隔着平坦化膜117设置在每个集光元件123的下方。此外，根据参照图10到图11b详细说明的本实施例的结构彩色滤光器113设置在每个波长选择滤光器115的下方。此外，层内透镜125隔着平坦化膜117设置在结构彩色滤光器113的下方，并且包括例如使用晶体硅等的光吸收层的光接收元件101隔着平坦化膜117设置在层内透镜125的下方。此外，接线层111进一步设置在光接收元件101的下方。此外，沟槽结构119设置在光接收元件101的相互邻近的部分的之间，并且遮光部121设置在位于每个沟槽结构119的上方及层内透镜125的下方的位置处。

此处，设置在每个像素103中的集光元件123不受限于图20和图22所示的集光元件，且例如，针对如图23示意地所示的一个像素，可以在垂直方向和水平方向中的每个方向上设置n个均小于像素的集光元件。

此外，波长选择滤光器115的位置不限于图19到图23所示的任何位置，并且波长选择滤光器115可以设置在任意位置处，只要该位置高于光接收元件101。例如，如图24所示，波长选择滤光器115可以设置在低于结构彩色滤光器113和层内透镜125且高于光接收元件101的位置处。然而，根据本实施例的结构彩色滤光器113具有透射特定波长的光并且进一步地反射或吸收其他波长的光的特征。因此，存在如下可能性：由结构彩色滤光器113反射的光成为周围像素的杂散光成分。因此，尽管波长选择滤光器115的布置位置可以高于光接收元件101的任意位置，但波长选择滤光器115优选地设置在结构彩色滤光器113的上方。由于波长选择滤光器115存在于结构彩色滤光器113的上方，波长选择滤光器115用作带通滤波器，并且入射在结构彩色滤光器113上的光成分中的被反射的成分的比率能够显著降低。因此，能够抑制由杂散光成分引起的图像质量的降低。

此外，在上文说明的示例中，通过讨论如下的情形来说明根据本实施例的结构彩色滤光器113的孔口面：结构彩色滤光器113的孔口面基本上平行于光接收元件101的孔口面。然而，如图25所示，结构彩色滤光器113的孔口面的表面形状可以弯曲成与层内透镜125的表面形状大致相同。通过使用这种形状，即使存在倾斜地入射到结构彩色滤光器113的光，也能够进一步抑制结构彩色滤光器113的光学特性的变化。

在上文中，参照图19到图25更具体地说明了根据本实施例的像素阵列部10的结构。

[像素阵列部中的结构彩色滤光器的布置示例]

在下文中，参照图26a到图27c具体地说明根据本实施例的像素阵列部10中的结构彩色滤光器113的布置示例。

图26a和图26b示出在一个像素单元包括横向4个像素和纵向4个像素的情况下的结构彩色滤光器113的布置示例。在这种情况下，针对一个像素单元可以布置最多16种结构彩色滤光器113。在这种情形下，在透射过结构彩色滤光器的光的波长区域是可见光区域的情况下，如果具有靠近绿色光的透射峰值波长的结构彩色滤光器113以类似于拜耳布置(bayerarrangement)中的g像素的方式布置成棋格图案，与普通彩色图像传感器的信号处理的相容性高，并且这是优选的。在这种情况下，布置具有例如如图26a所示的16种周期性结构图案的结构彩色滤光器113，并且像素单元能够如图26b所示地发挥作用。然而，不用说，结构彩色滤光器113可以布置成除拜耳布置以外的滤光器布置，并且诸如6×6＝36种或8×8＝64种等大量的结构彩色滤光器组能够用作一个像素单元。

图27a和图27b示意地示出在一个像素单元包括8×8＝64个像素的情况下的结构彩色滤光器113的布置示例。在这种情况下，针对一个像素单元可以布置最多64种结构彩色滤光器113，但图27a和图27b示意地示出布置15种结构彩色滤光器113的情况。在这种情形下，在透射过结构彩色滤光器的光的波长区域是可见光区域的情况下，如果具有靠近绿色光的透射峰值波长的结构彩色滤光器113以拜耳布置中的g像素的方式布置成棋格图案，与普通彩色图像传感器的信号处理的相容性高，并且这是优选的。但不用说，可以使用除拜耳布置之外的滤光器布置。

此外，通过组合如图27a到图27b所示的结构彩色滤光器113的组以及使用如图27c所示的吸收型彩色滤光器的波长选择滤光器115的组，滤光器的组合数量能够增加到总计n×m种，即，n种波长选择滤光器×m种结构彩色滤光器。此外，通过吸收型彩色滤光器能够吸收除期望的透射区域之外的成分，并且因此，能够减少在结构彩色滤光器113处的反射成分的量。通过将使用波长选择滤光器115和结构彩色滤光器113的这种组合的固态摄像元件用于能够获取光谱信息的多光谱相机或多颜色相机，能够获得更精细的波长方向上的信息。

[关于摄像装置的构造]

接下来，参照图28简要说明包括根据本实施例的固态摄像装置100的摄像装置1的结构。图28是示意地示出均包括根据本实施例的固态摄像装置的摄像装置的构造的说明图。

根据本实施例的摄像装置1至少包括如上所述的固态摄像元件100和用于将光引导至固态摄像元件100的光学系统200。

这种摄像装置1的示例包括如图28所示的摄像装置1。在本示例中，在至少一部分像素中包括根据如上所述的本实施例的结构彩色滤光器113的像素阵列部10设置在固态摄像元件100中。通过在像素阵列部10的至少一部分像素中部分地设置根据本实施例的结构彩色滤光器113，能够增加固态摄像元件100的功能数量。

如果入射光入射到光学系统200上，通过由透镜控制部210控制的任意光学透镜组230在固态摄像元件100的像素阵列部10上形成图像，并且通过信号处理部60使从像素阵列部10输出的图像受到各种信号处理。然后，受到信号处理的图像输出储存在数据存储部70或设置在固态摄像元件100外部的存储器中。此外，例如，通过系统控制部50来控制设置在摄像装置1中的像素阵列部10和透镜控制部210的驱动。

此处，在根据本实施例的固态摄像元件100中，通过设置根据本实施例的结构彩色滤光器113来适当地进行光瞳校正，并且因此，尽管使用结构彩色滤光器，仍能够抑制透射效率的降低。

此外，能够将如上所述的摄像装置1安装在以便携式计算机和诸如智能手机等个人数字助理为代表的各种信息处理装置上。

<关于用于制造固态摄像元件的方法>

接下来，简要说明根据本实施例的用于制造固态摄像元件的方法。

在根据本实施例的用于制造固态摄像元件的方法中，首先，在上述的金属薄膜中形成均具有指定开口形状的开口部分，使得相对于周期性开口图案在0°主光线角度处的结构周期，周期性开口图案的结构周期随着主光线角度的变大而变小。然后，在金属薄膜的形成有周期性开口图案的表面上形成如上所述的使用介电质的介电层，并且将所得到的部件用作结构彩色滤光器113。

然后，通过使用诸如化学气相沉积(cvd)法、等离子体加强化学沉积(pcvd)法、原子层沉积(ald)法、真空气相沉积或溅射等已知方法，在用作光接收元件的基材的表面上形成诸如平坦化膜117和层内透镜125等中间层，并且将上文提到的结构彩色滤光器113布置在中间层上。然后，使用如上所述的已知材料顺序地形成波长选择滤光器115和集光元件123。由此，能够制造根据本实施例的固态摄像元件100的像素阵列部10。

在上文，简要说明了用于制造根据本实施例的固态摄像元件的方法。

(结论)

如上文所述，在根据本发明的实施例的固态摄像元件中，在包括透镜模块的相机系统的制造方面，能够获得一致的光学特性，其中，从二维像素阵列的从中心区域(低图像高度区域)到外部的外围区域(高图像高度区域)，光学特性(即，波长偏移和灵敏度差别)的变化量小。此外，各种区域中的结构彩色滤光器的光学特性的一致性提高，并且因此，校正光学特性的处理的负担能够减轻。

此外，在以等离激元滤光器为代表的结构彩色滤光器中，透射效率由邻近的开口部分之间的表面等离极化激元的干涉决定；因此，存在如下可能性：在光斑以小的尺寸形成在滤光器表面上的情况下，透射效率不能达到最大限度。因此，在像素中设置有层内透镜125；由此，在光施加到结构彩色滤光器113的孔口面的大面积上的同时，能够使透射过结构彩色滤光器113的光的成分被高效地收集到光接收元件101；因此，装置的系统灵敏度能够最大化。

此外，在作为整个像素单元设置的结构彩色滤光器的种类数量被设置成m并且波长选择滤光器的种类数量被设置成n的情况下，滤光器的组合种类数量是n×m；因此，能够实现巨量种类的滤光器组合。此外，结构彩色滤光器113具有透射特定波长并且反射或吸收其他波长成分的特性，并且反射的成分变成杂散光成分；然而，通过在结构彩色滤光器113上方设置包括吸收型彩色滤光器的波长选择滤光器115，能够减少结构彩色滤光器113处的反射成分的强度，并且能够减少图像质量的降低。

在上文中已经参照附图说明了本发明的优选本实施例，但本发明不限于上述示例。在所附权利要求的范围内，本领域技术人员能够发现各种替代和修改，并且应当理解的是，这些替代和修改自然地处于本发明的技术范围之内。

此外，在本说明书中说明的效果只是说明性的或示例性的效果，并且不是限制性的。即，与上述效果一起或替代上述效果，根据本发明的技术能够本领域内人员实现根据本说明书的说明能够清楚知晓的其他效果。

另外，本发明也能够如下地构造。

(1)一种固态摄像元件，其包括：

光接收元件，其被包括在多个像素中；

结构彩色滤光器，其位于所述光接收元件的至少一部分的上方，并均包括设置有周期性开口图案的金属膜，所述周期性开口图案的结构周期小于指定波长；和

接线层，其位于所述光接收元件的下方，并被构造为用于获取由所述光接收元件检测的光的信号，

其中，根据入射光的主光线角度，所述结构周期在所述结构彩色滤光器之间是不同的，并且相对于在0°的所述主光线角度处的所述周期性开口图案的所述结构周期，所述周期性开口图案的所述结构周期随着所述主光线角度变大而变小。

(2)根据(1)所述的固态摄像元件，其中，

所述结构彩色滤光器是利用在金属表面和介电质之间的界面处生成的表面等离极化激元的结构滤光器。

(3)根据(1)或(2)所述的固态摄像元件，其中，

所述结构彩色滤光器中的所述周期性开口图案包括多个开口部分，每个所述开口部分具有圆形或矩形的开口形状，并且

各个所述开口部分设置在基本三角形形状的顶点位置，所述三角形形状假想地以平面的方式填充所述结构彩色滤光器的孔口面。

(4)根据(1)或(2)所述的固态摄像元件，其中，

所述结构彩色滤光器中的所述周期性开口图案包括多个开口部分，每个所述开口部分具有圆形或矩形的开口形状，并且

各个所述开口部分设置在正方形或矩形的顶点位置，所述正方形或所述矩形假想地以平面的方式填充所述结构彩色滤光器的孔口面。

(5)根据(1)到(4)中任一项所述的固态摄像元件，其中，

所述结构彩色滤光器包括金属膜，所述金属膜包含铝、铜、银、金、钛、钨或这些元素的合金作为主要成分。

(6)根据(1)到(5)中任一项所述的固态摄像元件，其中，

所述结构彩色滤光器中的所述周期性开口图案中包括的多个开口部分中的每个开口部分的尺寸在50nm到500nm的范围内，并且

相互邻近的所述开口部分之间的间隔在100nm到1000nm的范围内。

(7)根据(1)到(6)中任一项所述的固态摄像元件，其中，

所述结构彩色滤光器中的所述金属膜的厚度是使所述金属膜在入射在所述结构彩色滤光器上的光的波长处光学地不透明的厚度。

(8)根据(1)到(7)中任一项所述的固态摄像元件，其中，

所述结构彩色滤光器中的所述金属膜的厚度在50nm到300nm的范围内。

(9)根据(1)到(8)中任一项所述的固态摄像元件，其中，

所述结构彩色滤光器电接地。

(10)根据(1)到(9)中任一项所述的固态摄像元件，其中，

第一集光透镜结构位于所述结构彩色滤光器的在所述光接收元件一侧处的表面和所述光接收元件之间，并且

所述第一集光透镜结构的折射率具有比所述第一集光透镜结构的设置位置周围的位置处的折射率大的值。

(11)根据(10)所述的固态摄像元件，其中，

所述结构彩色滤光器的孔口面的表面形状弯曲成与所述第一集光透镜结构的表面形状大致相同。

(12)根据(1)到(11)中任一项所述的固态摄像元件，其中，

第二集光透镜结构位于所述结构彩色滤光器的在与所述光接收元件相对的一侧处的表面的上方。

(13)根据(1)到(12)中任一项所述的固态摄像元件，其中，

第一集光透镜结构位于所述结构彩色滤光器的在所述光接收元件一侧处的表面和所述光接收元件之间，并且第二集光透镜结构位于所述结构彩色滤光器的在与所述光接收元件相对的一侧处的表面的上方，

所述第一集光透镜结构的折射率是比所述第一集光透镜结构的设置位置周围的位置处的折射率大的值，并且

所述第二集光透镜结构的曲率大于所述第一集光透镜结构的曲率。

(14)根据(1)到(11)中任一项所述的固态摄像元件，其包括：

具有平坦面的层，其位于所述结构彩色滤光器的在与所述光接收元件相对的一侧处的表面的上方。

(15)根据(1)到(14)中任一项所述的固态摄像元件，其还包括：

被构造为用于吸收指定波长的光的吸收型彩色滤光器，其位于在所述光接收元件的上方。

(16)根据(15)所述的固态摄像元件，其中，

所述吸收型彩色滤光器是被构造为用于吸收指定波长的光并用于选择性地透射可见光区域中的波长的光的彩色滤光器。

(17)根据(15)所述的固态摄像元件，其中，

彩色滤光器，其被构造为用于吸收指定波长的光并用于选择性地透射可见光区域中的光；和

白色滤光器，其对于如下的电磁波波长区域中的光是透明的，在所述电磁波波长区域中，所述光接收元件具有灵敏度。

(18)根据(15)到(17)中任一项所述的固态摄像元件，其中，

所述吸收型彩色滤光器包含有机类材料或无机类材料。

(19)一种固态摄像元件用光瞳校正方法，所述光瞳校正方法包括：

在固态摄像元件的光接收元件的至少一部分的上方布置结构彩色滤光器，每个所述结构彩色滤光器包括设置有周期性开口图案的金属膜，所述周期性开口图案的结构周期小于指定波长，

所述固态摄像元件包括：

光接收元件，其被包括在多个像素中；和

接线层，其位于所述光接收元件的下方，并被构造为用于获取由所述光接收元件检测的光的信号，

其中，根据入射光的主光线角度，所述结构周期在所述结构彩色滤光器之间是不同的，并且相对于在0°的所述主光线角度处的所述周期性开口图案的所述结构周期，所述周期性开口图案的所述结构周期随着所述主光线角度变大而变小。

(20)一种摄像装置，其至少包括：

固态摄像元件，其包括：

光接收元件，其被包括在多个像素中；

结构彩色滤光器，其位于所述光接收元件的至少一部分的上方，并均包括设置有周期性开口图案的金属膜，所述周期性开口图案的结构周期小于指定波长；和

接线层，其位于所述光接收元件的下方，并被构造为用于获取由所述光接收元件检测的光的信号，

其中，根据入射光的主光线角度，所述结构周期在所述结构彩色滤光器之间是不同的，并且相对于在0°的所述主光线角度处的所述周期性开口图案的所述结构周期，所述周期性开口图案的所述结构周期随着所述主光线角度变大而变小；以及光学系统，其被构造为用于将光引导至所述固态摄像元件。

(21)一种信息处理装置，其包括：

摄像装置，其至少包括：

固态摄像元件，其包括：

光接收元件，其被包括在多个像素中；

结构彩色滤光器，其位于所述光接收元件的至少一部分的上方，并均包括设置有周期性开口图案的金属膜，所述周期性开口图案具有小于指定波长的结构周期；和

接线层，其位于所述光接收元件的下方，并被构造为用于获取由所述光接收元件检测的光的信号，

其中，根据入射光的主光线角度，所述结构周期在所述结构彩色滤光器之间是不同的，并且相对于在0°的所述主光线角度处的所述周期性开口图案的所述结构周期，所述周期性开口图案的所述结构周期随着所述主光线角度变大而变小；以及光学系统，其被构造为用于将光引导至所述固态摄像元件。

附图标记列表

10像素阵列部

20垂直驱动部

30列处理部

40水平驱动部

50系统控制部

60信号处理部

70数据存储部

100固态摄像元件

101光接收元件

103像素

111接线层

113结构彩色滤光器

115波长选择滤光器

117平坦化膜

119沟槽结构

121遮光部

123集光系统

125层内透镜