CN102403327B - 成像器件和成像装置 - Google Patents

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Abstract

一种成像器件包括：光电转换层，其中将接收光转换为电荷的光电转换器件按平面方式排列；以及导体结构层，在光电转换层的上表面或下表面上提供，并且通过在平行于光电转换器件的光接收表面的平面中按照预定周期间隔堆叠多个导体层而形成，该导体层包括具有凹凸结构的导体金属。

Description

成像器件和成像装置
技术领域
本公开涉及成像器件和成像装置，具体地，涉及可以实现高性能的成像器件和成像装置。
背景技术
在相关技术中，在将对象成像的电子设备(如数字照相机、摄像机、或便携信息终端的相机)中，主要采用CCD(电荷耦合器件)类型或CMOS(互补金属氧化物半导体)类型的固态图像感测器件。这些固态图像感测器件通过光电转换将进入具有光灵敏度的各个像素的光子转换为电子或空穴并且累积它们为信号电荷，并且将电荷量转换为模拟或数字数据并将它们输出到器件的外部。然后，基于该数字数据的二维或三维图像被记录，并且记录的图像被再现。
通常，固态图像感测器件具有在特定电磁波长波段的灵敏度。在可见光波长范围中，有机分子材料会很少用于CCD或CMOS固态图像感测器件，可是，该器件典型地基于硅制造。基于硅的固态图像感测器件由于硅的波段间隙而具有对于比近红外线(大约1.1μm)的波长短的波长的灵敏度。硅具有这样的特性，每单位厚度的吸收系数在可见光到近红外线波长范围中，对于较长的波长变得较小，并且在硅的浅层部分(shallowpart)中主要吸收短波长光(蓝)，具体在大约0.2μm的深度。相反，长波长光(红)没有被充分吸收，除非厚度(深度)是2到3μm或更多。
另一方面，根据如下各种因素像素尺寸变得越来越小：具有固态图像感测器件的更高分辨率的像素数量的增加、照相机模块的小型化、功耗的减少、制造单位成本的减少等。最近，单个像素的典型尺寸已经是具有大约1.4μm×1.4μm的孔径的微像素。也即，在微像素中，在深度方向的厚度大于像素的平面孔径尺寸。换句话说，像素具有相对于平面尺寸在深度方向上较大的纵横比的结构。结果，存在混合相邻像素的倾斜入射光分量的显著风险、以及由于颜色混合引起的颜色再现性减少的严重问题。
在最近迅速增加其市场份额的、作为替换CCD固态图像感测器件的固态图像感测器件的CMOS固态图像感测器件中，一般在光电转换器件的孔径的上部中提供大约两个或三个信号配线层。叫做前侧照明(FSI)的像素结构的情况等于在信号配线线路之间的具有井形(well-shaped)孔径的结构。因此，入射光的不可忽略分量通过配线层反射或散射，并且由于像素尺寸变小，因此有效孔径比变低。
作为改变这种情况的技术，后侧照明(BSI)结构被看成是有效的。在后侧照明结构中，由于光从硅的背面发出，入射光有效地到达光电转换器件而不被金属配线线路反射或散射，并且可以实现极高灵敏度的图像传感器。
例如，在专利文献1-4(JP-A-2005-268738、JP-A-2005-353631、JP-A-2006-54263和JP-A-2006-80457)中已经公开了制造具有后侧照明结构的图像感测器件的各种方法。
可是，后侧照明传感器具有特定于后侧结构的问题。为了吸收红光或近红外线波长的光，硅基底的厚度必须是至少2到μm3，并且，另一方面，单个像素的孔径尺寸常常是1到2μm的微像素。因此，倾斜入射光分量在像素之间的器件隔离区域中被光电转换，它们的电荷累积为在相邻像素的光电二极管中的电荷，并且该分量随后变为颜色混合分量。这些分量引起图像质量的恶化。
对此，专利文献5(JP-A-2009-65098)已经公开一种方法，通过采用光遮蔽构件嵌入在像素之间的像素结构作为措施示例来提高光遮蔽性能。
另一方面，红光和近红外线的长波长分量的一些透射经过作为光电转换部分的硅层，并且透射的分量在传感器底部表面和绝缘薄膜之间的界面(在二氧化硅薄膜层和氮化物薄膜层之间的界面)上反射，并且对于相邻像素发生颜色混合的问题仍然是没有解决的问题。在这种情况下，为了减少由于像素尺寸的小型化带来的颜色混合的影响和提高图像质量，重要的是提高每单位厚度的光吸收效率，以便即使在硅的浅层部分中也有效地对长波长分量的光进行光电转换，并且提供用于减少在硅和绝缘薄膜之间的界面上的反射的像素结构。
最近，已经提出一种应用导体结构或利用固态图像感测器件的更高灵敏度的结构的方法，其中在导体结构中微导体粒子按预定周期的间隔二维地提供作为固态图像感测器件的滤色镜。
这里，首先，将定性地和一般地说明当光辐射在微导体粒子上时的响应。
图1示出这样的状态，其中沿X轴线性极化的入射光在Z轴方向从上边辐射到微导体粒子。
在图1的左侧，示出沿XZ平面的截面图，并且入射光在平行于XZ平面的表面上振动。此外，在图1的右侧，示出沿YZ平面的截面图，并且入射光在垂直于YZ平面的表面上振动。
这里，由于光是电磁波，在已经对其辐射入射光的微导体粒子中，产生这样的状态，其中由于响应于入射光的金属粒子的极化引起的电磁场和入射光耦合(局部等离子激元(localizedplasmon))。此外，当微导体粒子足够小于光波长时，局部等离子激元行为表现如同电偶极子。如上所述，由于入射光(入射电磁波)是沿X轴线性极化的光，因此在XZ平面上产生描述数字8的偶极子辐射，并且在YZ平面上产生同心的电磁辐射场，如图1所示。
接下来，参考图2，将说明其中入射光辐射到在二维平面上按等间隔排列的微导体粒子的状态。
在图2的上边，示意示出其中从单个微导体粒子发出的偶极子辐射在YZ平面上扩展的状态。在这种情况下，微导体粒子是单一的(singular)，并且波阵面围绕微导体粒子同心地扩展。
在图2的下边，示意示出其中入射光辐射到按大约入射光的半波长的间隔排列的微导体粒子的状态。在其中微导体粒子按此方式提供的情况下，在相邻微导体粒子之间发生电磁波的干扰。也即，从上边进入的入射光可以当作处于在相邻微导体粒子之间的相同相位，并且由各个微导体粒子辐射的偶极子辐射接近处于在相邻微导体粒子之间的相同相位。另一方面，在微导体粒子之间的间隔是大约半个波长，并且由各个微导体粒子辐射的偶极子辐射在XY平面中具有180度的相位差。
具体地，在图2，由实线表示来自右边微导体粒子的电磁波的相位，并且由虚线表示来自左边微导体粒子的电磁波的相位。作为这些电磁波的干扰结果，到XY平面的辐射场在相位上相反并且抵消掉。因此，当其中在二维平面上按等间隔排列微导体粒子的导体结构宏观可见时，辐射具有在垂直方向的定向性的电磁波。
最近，已经对于导体结构做出各种报告。
例如，在非专利文献1(Ebbesen，T.w.etal.，Nature，Volume391，Issue6668，pp.667-669，1998)中，已经报告了：光辐射到具有空穴(hole)阵列形状或岛(island)阵列形状的导体结构，其中在空穴阵列形状中周期性的孔径(空穴)按亚波长间隔排列在具有在紫外线波长范围的等离子激元频率的金属薄膜(如银(Ag)、铝(Al)或金(Au))上，岛阵列形状具有亚波长周期性结构(如点或岛状结构)，展示特殊光响应特性，如由于导体薄膜的属性和结构引起的异常透射。
此外，在非专利文献2(P.B.Catrysse&B.A.Wandell，J.Opt.Soc.Am.A，Vol.20，No.12，pp.2293-2306，2003)中，已经报告了：导体结构用作滤色镜，该滤色镜通过改变孔径直径或空穴阵列形状的孔径直径间隔或岛阵列形状的精细粒子间隔来选择地透射特定波长。此外，在非专利文献3和4(Salomon，L.等人，PhysicalReviewLetters，vol.86，Issue6，pp.1110-1113，2001和Krishnan，A.等人，OpticsCommunications，Volume200，Issue1-6，pp.1-7，2001)中，已经建议放大的近场光存在接近于导体结构，并且其电场强度被放大比正常传播光的强度大几个数位(digit)。
此外，专利文献6到8(JP-A-2006-210620，JP-A-2008-177191和国际公开No.2008/082569Pamphlet)已经公开了使用导体结构作为固态图像感测器件的滤色镜的发明，因为这些导体结构可以应用为滤色镜。此外，专利文献9和10(JP-A-2009-147326和JP-A-2009-38352)已经公开一种方法，通过在光电二极管的上表面提供导体精细粒子的二维周期结构，提高每单位厚度的光吸收效率和向固态图像感测器件提供更高灵敏度。
这里，图3示出在相关技术中具有导体结构的固态图像感测器件的配置示例。
如图3所示，固态图像感测器件11包括从上边起顺序堆叠的片上微镜头12、滤色镜层13、导体结构层14、光电二极管层15和信号配线层16。
例如，导体结构层14具有这样的结构(岛阵列结构)，其中作为诸如铝或银的导体材料制成的微导体粒子的岛18在电介质材料制成的电介质层17中按照亚波长间隔排列。如图3所示，在相关技术中，导体结构层14具有单层结构，其中仅形成一个具有二维排列的岛18的微粒子层。
注意，作为导体结构层14，可以采用通过反转岛阵列结构形成的空穴阵列结构，也即，其中空穴排列在由导体材料制成的薄膜中的结构。
在具有上述配置的固态图像感测器件11中，导体结构层14可以通过优化导体结构层14的岛18(或空穴)的间隔而用作滤色镜。注意，当导体结构层14用作滤色镜时，可以省去包含有机分子或色素的滤色镜层13。
此外，在固态图像感测器件11中，可以通过使用靠近导体结构层14存在的近场光提高硅基底的每单位厚度的光吸收效率来实现更高灵敏度。
发明内容
如上所述，在相关技术的固态图像感测器件中，例如，已经使用导体结构层实现更高灵敏度，可是，期望固态图像感测器件的更高性能。
因此，期望实现更高性能。
根据本公开的一个实施例的成像器件包括：光电转换层，其中将接收光转换为电荷的光电转换器件按平面方式排列；以及导体结构层，在光电转换层的上表面或下表面上提供，并且通过在平行于光电转换器件的光接收表面的平面中按照预定周期间隔堆叠多个导体层而形成，该导体层包括具有凹凸结构的导体金属。
根据本公开的另一个实施例的成像装置包括成像器件，该成像器件具有：光电转换层，其中将接收光转换为电荷的光电转换器件按平面方式排列；以及导体结构层，在光电转换层的上表面或下表面上提供，并且通过在平行于光电转换器件的光接收表面的平面中按照预定周期间隔堆叠多个导体层而形成，该导体层包括具有凹凸结构的导体金属。
在本公开的实施例中，导体结构层通过在平行于光电转换层的光接收表面的平面中按照预定周期间隔堆叠多个导体层而形成，该导体层包括具有凹凸结构的导体金属。
根据本公开的实施例，可以实现具有更高性能的成像器件和成像装置。
附图说明
图1是用于说明当光辐射到微导体粒子时的响应的图。
图2是用于说明当光辐射到在二维平面上按照等间隔排列的微导体粒子时的响应的图。
图3是示出具有相关技术的导体结构的固态图像感测器件的配置示例的框图。
图4是示出根据本公开的实施例的固态图像感测器件的第一实施例的示意截面图。
图5是用于说明导体结构层的两个微粒子层的光响应特性的图。
图6示出在六种导体结构层的单个层中的XY平面结构。
图7示出四种导体结构层的的截面结构。
图8立体地示出形成导体结构层的各个岛的位置关系。
图9是示出根据本公开的实施例的固态图像感测器件的第二实施例的示意截面图。
图10是示出根据本公开的实施例的固态图像感测器件的第三实施例的示意截面图。
图11是示出根据本公开的实施例的固态图像感测器件的第四实施例的示意截面图。
图12是示出根据本公开的实施例的固态图像感测器件的第五实施例的示意截面图。
图13是示出根据本公开的实施例的固态图像感测器件的第六实施例的示意截面图。
图14是示出包括在其上安装导体结构层的固态图像感测器件的成像装置的配置示例的框图。
图15是示出包括在其上安装导体结构层的显示面板的信号指示装置的配置示例的框图。
图16是示出包括在其上安装导体结构层的信号检测单元的信息通信装置的配置示例的框图。
具体实施方式
如下，将参考附图详细说明应用本公开的特定实施例。
图4是示出根据本公开的实施例的固态图像感测器件的第一实施例的示意截面图。
图4示出其中导体结构层安装在后侧照明(BSI)CMOS固态图像感测器件上的配置示例，并且对应于三个像素的部分被提取和示出。
固态图像感测器件21包括从上边起顺序堆叠的片上微镜头22、滤色镜层23、导体结构层(等离子激元谐振器层)24、光电二极管层25和信号配线层26。
片上微镜头22是用于将光有效导引到光电二极管层25的光学器件。滤色镜层23包含有机分子或色素，其选择地透射三基色(例如，红绿蓝等)的可见波长分量。
导体结构层24具有这样的结构(岛阵列结构)，其中作为诸如铝或银的导体材料制成的微导体粒子的岛28在电介质材料制成的电介质层27中按照亚波长间隔二维排列。在导体结构层24中，不同于图3的导体结构层14，形成作为其中岛28-1被二维排列的层的微粒子层29-1和作为其中岛28-2被二维排列的层的微粒子层29-2。也即，尽管导体结构层14具有其中仅形成一个微粒子层的单层结构，而导体结构层24具有其中形成微粒子层29-1和微粒子层29-2的多层结构。
光电二极管层25是将接收的光转换为电荷的光电转换层。此外，在光电二极管层25中，相邻光电二极管通过STI(浅沟隔离)的氧化薄膜等或者EDI结构或通过杂质植入的CION结构来电隔离。
信号配线层26是其中提供用于读取在光电二极管层25中累积的电荷的配线线路30的层。
如上所述，在固态图像感测器件21中，导体结构层24在光电二极管层25上提供，并且，关于由片上微镜头22聚焦的光，期望的波长分量由滤色镜层23选择，然后透射的光到达导体结构层24。
这里，导体结构层24的周期结构被优化用于对应于由各个对应光电转换器件检测的电磁波长的周期(响应于各周期设置为最优)。例如，在对应于对其在滤色镜层23提供红色滤色镜的像素的导体结构层24中，通过按对应于红色波长(λ＝650nm)的周期间隔二维排列岛28-1和28-2形成微粒子层29-1和29-2。此外，在对应于对其在滤色镜层23提供蓝色滤色镜和绿色滤色镜的像素的导体结构层24，类似地响应于蓝波长(λ＝400nm)和绿波长(λ＝550nm)形成微粒子层29-1和29-2。
此外，因为导体结构层24具有多层结构，所以接近导体结构层24产生的近场光和偶极子辐射场具有定向性。由此，达到导体结构层24的透射光被有效地向下导引(在电磁波的传播方向)，并且由光电二极管层25光电转换。然后，在光电二极管层25经光电转换产生的载波作为像素信号经由在信号配线层26中提供的配线线路30输出到固态图像感测器件21的外部。
注意，作为形成微粒子层29-1和29-2的微粒子的岛28-1和28-2由具有在比可见光波长短的波长范围内的等离子激元频率的元素制成，诸如铝或银，或包含各元素的化合物。此外，在检测波长波段限制于红色波长或近红外线的情况下，可以使用诸如金或铜的具有在可见光波长范围内的等离子激元频率的金属。
接下来，参考图5，将说明导体结构层24的微粒子层29-1和微粒子层29-2的光响应特性。
图5示出微粒子层29-1和微粒子层29-2沿YZ平面的截面图，并且入射光从图5的上面沿Z轴方向辐射并且入射光在与YZ平面垂直的平面中振动。
在导体结构层24中，安置微粒子层29-1和微粒子层29-2，使得在它们之间的间隔可以是入射电磁波长的1/4波长。也即，微粒子层29-2在其中从图5的上面进入的光传播的方向上相对于微粒子层29-1偏移1/4波长放置。
这里，将通过关注于形成微粒子层29-1的岛28-1的预定岛28-1a和形成微粒子层29-2的岛28-2的预定岛28-2a来进行说明。
由于在入射电磁波的传播方向上在岛28-1a和岛28-2a之间的间隔是1/4波长，因此来自岛28-2a的辐射造成光的表面局部等离子激元共振相对于来自岛28-1a的辐射有90度异相。因此，认为来自岛28-1a的辐射场类似地相对于来自岛28-2a的辐射场有90度异相。
因此，在来自岛28-1a的电场的相位P1和来自岛28-2a的电场的相位P2之间存在90度相差。由此，当相位P1和P2叠加时，在与入射电磁波的传播方向相反的方向(图5向上)中辐射分量被抵消，因为相位差是180度。另一方面，在沿入射电磁波的传播方向的方向(图5向下)中辐射分量处于同相，并且被放大。
这里，理想的是，形成微粒子层29-2的岛28-2的尺寸形成为比形成微粒子层29-1的岛28-1的尺寸略小。通过使得岛28-2小于岛28-1，可以使得岛28-2的电导率(conductance)小于岛28-1的电导率。
也即，从导体结构层24的上侧进入的光与微粒子层29-1产生交感并且产生等离子激元，并且，当等离子激元造成的光辐射到微粒子层29-2时，通过使得微粒子层29-2的电导率等于或小于微粒子层29-1的电导率，能够阻止相位反转。结果，在入射电磁波的传播方向(在图5的从上到下的方向)中传播的光按相同相位传播。
另一方面，在微粒子层29-2产生的电磁波也在微粒子层29-1的方向中传播。可是，由于微粒子层29-1的电导率大于微粒子层29-2的电导率，因此当来自微粒子层29-2的电磁波辐射到微粒子层29-1时，相位反转发生。结果，从综合的观点来讲，如上所述，来自岛28-2的辐射引起光的表面局部等离子激元共振相对于来自岛28-1的辐射有90度异相。
此外，在其中导体结构层24包括三个微粒子层29-1到29-3的情况下，期望第三微粒子层29-3的岛28-3小于第二微粒子层29-2的岛28-2，并且至少有必要它们接近是相同的尺寸。类似地，在导体结构层24包括N(是等于或大于三的整数)个微粒子层29-1到微粒子层29-N的情况下，期望第N微粒子层29-N的岛28-N小于第(N-1)微粒子层29-(N-1)的岛28-(N-1)，并且至少有必要它们接近是相同的尺寸。
也即，如已经参考图2说明的，由于其中作为微导体粒子的岛28在二维平面上形成的结构，可以减少对XY平面的辐射。类似地，如图5所示，由于岛28的多层结构，在Z方向上的辐射中，可以减少在与入射电磁波的传播方向相反的方向上的辐射。
结果，在导体结构层24中，可以减少从上侧进入的光的反射率，并且可以提高光透射效率。
接下来，将参考图6到8说明导体结构层24的配置示例。
图6示出在六种导体结构层24a到24f的单个层中的XY平面结构。
导体结构层24a是这样的配置示例，其中圆形(圆柱形)岛28a以正交矩阵按等间隔排列为与XY轴正交。导体结构层24b是其中圆形(圆柱形)岛28b以蜂房几何按等间隔排列的配置示例，并且该排列是优选的，因为相邻岛28的间隔是各向同性的。此外，优选使用如岛28a和28b的圆形微导体粒子，可是，可以使用圆形形状之外的形状，例如半球形形状或椭圆形状。
此外，例如，导体结构层24c是其中六边形(六边形柱形)岛28c以六边形矩阵按等间隔排列的配置示例，而导体结构层24d是其中六边形岛28c以蜂房几何按等间隔排列的配置示例。类似地，可以采用诸如三角形(三角棱形)或矩形(四边棱形)的多边柱形状的岛。
此外，导体结构层24e是其中十字形岛28e以正交矩阵按等间隔排列的配置示例，而导体结构层24f是其中星形岛28f以蜂房几何按等间隔排列的配置示例。如上所述，可以采用具有在特定方向上的凹凸结构的形状的岛。
这里，岛28的典型尺寸是大约20nm到100nm，并且在各个相邻岛28之间的间隔是大约在介质中光的波长的一半。也即，在其中导体结构层24使用在可见光波长范围中的情况下，优选地，当透射通过导体结构层24的光是蓝光(λ＝400nm)时，在各个相邻岛28之间的基本间隔是400nm/η。
类似地，优选为，当透射通过导体结构层24的光是绿光(λ＝550nm)时，在各个相邻岛28之间的基本间隔是550nm/η。此外，优选为，当透射通过导体结构层24的光是红光(λ＝650nm)时，在各个相邻岛28之间的基本间隔是650nm/η。这里，η是在其中嵌入导体结构层24的介质中的有效折射率。注意这些间隔严格地具有从上述值的一半到两倍的设计自由度，因为光学属性根据岛28的材料、厚度、尺寸等而改变。
接下来，图7示出四种导体结构层24g到24j的截面结构(层叠结构)。
导体结构层24g是这样的配置示例，其中微粒子层29-1的各个岛28-1紧接在微粒子层29-2的各个岛28-2的上方排列，并且该配置是优选的。此外，导体结构层24h是这样的配置示例，其中微粒子层29-1的各个岛28-1(可替换地)相对于微粒子层29-2的各个岛28-2偏移来排列，并且可以采用该配置。此外，如上所述，期望微粒子层29-2的岛28-2的尺寸等于或略小于微粒子层29-1的岛28-1的尺寸。
导体结构层24i是这样的配置示例，其中形成了三个微粒子层29-1到29-3，并且各个岛28-1紧接在各个岛28-2的上方排列，并且各个岛28-2紧接在各个岛28-3的上方排列。如上所述，同样，在三层结构的情况下，期望岛28-2的尺寸等于或略小于岛28-1的尺寸，并且岛28-3的尺寸等于或略小于岛28-2的尺寸。
此外，导体结构层24j是这样的配置示例，其中形成了三个微粒子层29-1到29-3，并且对应于微粒子层29-1的岛28-1的微粒子层29-2的岛28-2朝内部移位。此外，对应于微粒子层29-2的岛28-2的微粒子层29-3的岛28-3朝内部移位。如上所述，通过将在底层侧的岛28朝内侧移位，来自上侧的入射光可以向内弯曲，并且可以提供作为聚焦器件的功能。
接下来，图8立体地示出形成导体结构层24的各个岛28的位置关系。
岛28的尺寸优选地在尺度和厚度中设置为大约10nm到100nm。在包括岛28-1的微粒子层29-1和包括岛28-2的微粒子层29-2之间的层距离D1优选地为检测波长的四分之一波长(λ/4)。注意，由于层距离D1具有设计自由度，该距离可以具体为处于大约半个波长(λ/2)到八分之一波长(λ/8)的范围内。
相邻岛28-1之间的距离D2是大约检测波长的半个波长，并且可以通过优化距离D2选择期望的电磁波长。此外，优选地，相邻岛28-2之间的距离D3等于相邻岛28-1之间的距离D2或小于距离D2。此外，优选地，岛28-2的尺寸等于或略小于岛28-1的尺寸。
注意，在图8中示出具有两层结构的导体结构层，可是，在具有三层或更多层的导体结构中，第一微粒子层29-1和第二微粒子层29-2之间的关系以及第(N-1)微粒子层29-(N-1)和第N微粒子层29-N之间的关系相同。
在上述描述中，已经说明了采用岛阵列结构(其中作为微导体粒子的岛28按预定周期间隔二维排列)的导体结构层24，可是，作为导体结构层，可以采用空穴阵列结构，其中空穴(孔径)在导体薄膜上按预定周期间隔二维排列。
接下来，图9是示出根据本公开的实施例的固态图像感测器件的第二实施例的示意截面图。在图9中，如同图4的固态图像感测器件21，示出通过在后侧照明CMOS固态图像感测器件上安装导体结构层形成的固态图像感测器件21A。
和图4的固态图像感测器件21相似，固态图像感测器件21A包括从上边起顺序堆叠的片上微镜头22、滤色镜层23A、导体结构层24、光电二极管层25和信号配线层26。这里，形成固态图像感测器件21A的片上微镜头22、导体结构层24、光电二极管层25和信号配线层26和图4的固态图像感测器件21的对应的各个层相同，故将省去它们的详细说明。
也即，在固态图像感测器件21A中，滤色镜层23A具有和固态图像感测器件21的滤色镜层23的配置不同的配置。滤色镜层23A具有铝等的导体薄膜31，并且导体薄膜31具有空穴阵列结构，其中空穴按预定的周期间隔二维排列并且充当金属滤色镜。在导体薄膜31的空穴阵列结构中，空穴间隔优选地接近等于检测波长。
如上所述，通过采用在滤色镜层23A中的导体薄膜31，与其中采用有机分子或色素的情况比较可以抑制恶化。在图9的固态图像感测器件21A中，在导体结构层24上提供滤色镜层23A，可是，导体结构层24可以在滤色镜层23A上提供。
接下来，图10是示出根据本公开的实施例的固态图像感测器件的第三实施例的示意截面图。在图10，如同图4的固态图像感测器件21，示出通过在后侧照明CMOS固态图像感测器件上安装导体结构层形成的固态图像感测器件21B。
固态图像感测器件21B包括从上边起顺序堆叠的片上微镜头22、滤色镜层23、光电二极管层25、导体结构层24和信号配线层26。这里，形成固态图像感测器件21B的各个层和图4的固态图像感测器件21的对应的各个层相同，故将省去它们的详细说明。
也即，在固态图像感测器件21B中，不同于固态图像感测器件21，在光电二极管层25下面提供该导体结构层24。
如上所述，通过在光电二极管层25下面提供该导体结构层24，在光电二极管层25的下表面的反射可以被阻止并且可以抑制颜色混合的发生。
也即，由于硅吸收具有从可见波长到近红外波长范围(380nm到1100nm)内的灵敏度，因此对于具有更长波长的电磁波吸收系数变小，并且红色和近红外线波长分量透射通过光电二极管层25。对此，在其中信号配线层26在光电二极管层25下面提供的配置中，在界面上反射的分量可能在相邻像素中混合并造成颜色混合。另一方面，通过在光电二极管层25下面提供导体结构层24，虽然分量在单层金属薄膜上反射，但可以允许反射的分量彼此干扰而抵消，并且可以抑制由于在界面上的反射引起的上述颜色混合的发生。
接下来，图11是示出根据本公开的实施例的固态图像感测器件的第四实施例的示意截面图。在图11，如同图4的固态图像感测器件21，示出通过在后侧照明CMOS固态图像感测器件上安装导体结构层形成的固态图像感测器件21C。
固态图像感测器件21C包括从上边起顺序堆叠的片上微镜头22、滤色镜层23、导体结构层24C和光电二极管层25。这里，固态图像感测器件21C的片上微镜头22、滤色镜层23和光电二极管层25与图4的固态图像感测器件21的对应的各个层相同，故将省去它们的详细说明。
也即，在固态图像感测器件21C中，不同于固态图像感测器件21的导体结构层24，在该导体结构层24C中形成配线线路30。如上所述，由于在导体结构层24C中用微粒子层29-1和微粒子层29-2形成配线线路30，因此可以将由于导体结构层24C的增加带来的制造工艺的增加抑制到最小。
接下来，图12是示出根据本公开的实施例的固态图像感测器件的第五实施例的示意截面图。在图12，如同图4的固态图像感测器件21，示出通过在后侧照明CMOS固态图像感测器件上安装导体结构层形成的固态图像感测器件21D。
固态图像感测器件21D包括堆叠的导体结构层24D、光电二极管层25和信号配线层26。这里，固态图像感测器件21D的光电二极管层25和信号配线层26与图4的固态图像感测器件21的对应的各个层相同，故将省去它们的详细说明。
也即，在固态图像感测器件21D中，导体结构层24D具有与固态图像感测器件21的导体结构层24的配置不同的配置。在固态图像感测器件21D的导体结构层24D中，形成了三个微粒子层29-1到29-3。此外，与微粒子层29-1的岛28-1的排列比较，微粒子层29-2的岛28-2的排列朝中心偏离，并且与微粒子层29-2的岛28-2的排列比较，微粒子层29-3的岛28-3的排列朝中心偏离。通过这样的排列，从上边进入的光通过微粒子层29-1到29-3聚集在光电二极管的中心部分。
也即，在固态图像感测器件21D中，由于岛28-1到28-3的排列被移位为朝向微粒子层29-1到29-3中的底层偏离到光电二极管的中心，并且提供作为片上聚集器件的功能。
接下来，图13是示出根据本公开的实施例的固态图像感测器件的第六实施例的示意截面图。在图13，如同图4的固态图像感测器件21，示出通过在后侧照明CMOS固态图像感测器件上安装导体结构层形成的固态图像感测器件21E。
固态图像感测器件21E包括堆叠的片上微镜头22、滤色镜层23、导体结构层24E、光电二极管层25和信号配线层26。这里，固态图像感测器件21E的片上微镜头22、滤色镜层23、光电二极管层25和信号配线层26与图4的固态图像感测器件21的对应的各个层相同，故将省去它们的详细说明。
也即，在固态图像感测器件21E中，导体结构层24E具有与固态图像感测器件21的导体结构层24的配置不同的配置。在固态图像感测器件21E的导体结构层24E中，形成了两个微粒子层29-1和29-2。此外，在微粒子层29-1中为每个像素提供一个岛28-1，在微粒子层29-2中为每个像素提供一个岛28-2。此外，期望微粒子层29-2的岛28-2略小于微粒子层29-1的岛28-1。
这里，在微粒子层29中，如上参考图6所述的，岛28按基本间隔二维周期排列在XY平面上，可是，根据像素尺寸，在像素或包括多个像素的像素块中提供的岛28的周期数量而增加和减少。例如，在其中像素尺寸的一侧小于岛28的基本间隔X(这里，X是正整数)倍的情况下，优选岛的数量小于X。此外，在其中像素尺寸的一侧小于岛28的基本间隔Y(这里，Y是正整数并且可以与X相同或不同)倍的情况下，优选岛的数量小于Y。因此，在像素尺寸微小的情况下，岛的数量对于X和Y两者可以是一，也即，对于一个像素可以在XY平面上只提供一个岛28。
也即，当固态图像感测器件21E的像素尺寸接近等于岛28之间的基本间隔时，要针对每个像素在XY平面上形成多个岛28是困难的。因此，在固态图像感测器件21E中，针对每个像素提供一个岛28，并且形成微粒子层29。注意，在图13，已经示出其中提供两个微粒子层29-1和29-2的配置示例，可是，可以提供三个或更多微粒子层。
接下来，图14是示出包括具有其上安装的导体结构层24的固态图像感测器件21的成像装置(数字照相机)的配置示例的框图。
在图14，成像装置51包括固态图像感测器件21、镜头单元52、A/D(模数)转换单元53、DSP(数字信号处理器)54、成像控制单元55、镜头控制单元56、用户接口57、微处理器58、图像处理单元59、图像压缩单元60和存储单元61。
固态图像感测器件21具有上述的导体结构层24，并且经由镜头单元52聚焦的光(光信息)通过各个像素的光电转换器件转换为电荷信号并且输出到A/D转换单元53。
镜头单元52具有包括变焦透镜、成像透镜等的多个镜头的镜头组，并且将来自对象(未示出)的光(图像信息)聚焦在固态图像感测器件21的光接收表面上。A/D转换单元53将从固态图像感测器件21的各个像素输出的电荷信号转换为对应于像素的接收光强度的数字信号值，并且将其输出作为像素数据。DSP54通过对从A/D转换单元53输出的像素数据，通过去马赛克和γ校正、白平衡等的信号处理执行图像校正来产生图像，并且将图像数据提供给成像控制单元55。
成像控制单元55执行成像装置51的各个块的控制。例如，如果表示用户操作快门按钮(未示出)的控制信号经由用户接口57和微处理器58提供给成像控制单元55，则成像控制单元55将从DSP54输出的图像数据提供给图像处理单元59，并且对其执行图像处理，将数据提供给图像压缩单元60并且压缩它，然后，将数据提供给存储单元61以根据用户控制来存储。
如果表示用户操作变焦控制杆(未示出)的控制信号经由用户接口57和微处理器58提供给成像控制单元55，则镜头控制单元56根据用户控制驱动镜头单元52来调整变焦系数。
如果用户操作操作部分(未示出)，则用户接口57响应于用户操作获得控制信号并且将其提供给微处理器58。微处理器58将来自用户接口57的控制信号提供给适合于该控制的块。
图像处理单元59对从DSP54输出的图像数据执行噪声消除等的图像处理。图像压缩单元60对通过图像处理单元59进行图像处理的图像数据执行通过JPEG格式或MPEG格式的压缩处理。
存储单元61具有快闪存储器(例如，EEPROM(电可擦除可编程只读存储器))等的存储部分，并且存储通过图像压缩单元60压缩处理的图像数据。此外，在存储单元61中存储的图像数据可以经由驱动器(未示出)传递到外部介质62或经由通信部分(未示出)上载到因特网63。
如上所述，通过对固态图像感测器件21应用伴随作为形成导体结构层24的微导体粒子的岛28的表面局部等离子激元的属性，可以实现固态图像感测器件21的较高性能。
例如，通过导体结构层24，可以提高在硅中每单位厚度的光吸收效率。具体地，红色波长或近红外线分量在形成光电二极管层25的硅的浅层部分被有效地光电转换。由此，可以通过更薄的薄膜硅基底或者等于相关技术的厚度的基底厚度提高长波长分量的光电转换效率。
此外，由于红色波长或近红外线分量在硅的浅层部分中被光电转换，因此可以抑制倾斜进入固态图像感测器件21的光接收表面的入射光进入相邻像素，并且可以减少由于颜色混入相邻像素的发生引起的对图像的不利影响。
此外，在其中导体结构层24用作滤色镜的情况下，与现有技术中使用有机分子或色素的滤色镜比较，滤色镜层自身可以做成高度上更短。此外，由于导体结构层24通过金属形成，因此可以提高承受诸如紫外线等的外部刺激的耐久力。此外，在导体结构层24中，透射的波长可以通过物理结构设置并且可以实现为任意波长优化的滤色镜。
此外，在导体结构层24中，由于堆叠微粒子层29，因此与其中导体结构层24具有单层结构的情况相比，提高透射和减少反射的优点可以通过如下特性获得，即伴随该导体在近场光和偶极子辐射中产生定向性。此外，使用该特性，通过在光电二极管层25上提供导体结构层24，可以提高入射光强度。此外，使用该特性，通过在光电二极管层25下面提供导体结构层24，可以阻止透射经过光电二极管层25的分量的反射和逆转。
此外，如在图12的导体结构层24D所示，可以实现作为将从上进入的光聚焦在中心的片上聚焦器件的功能。
接下来，图15是示出包括具有其上安装的导体结构层24的显示面板的信号指示装置的配置示例的框图。
在信号指示装置71中，表示图像数据的输入信号从图像输入单元72输入，临时存储在缓冲器存储器73中，然后，恰当地在图像处理单元74中加载并进行图像处理。通过图像处理单元74进行图像处理的图像数据通过图像压缩单元75进行压缩处理，并且存储在存储单元76中或经由驱动器(未示出)传递到记录介质77。此外，当用户操作操作单元(未示出)时输入的控制信号经由用户接口78和微处理器79提供给信号指示装置71的各个单元。
此外，由图像处理单元74进行图像处理的图像数据通过背光控制单元80和定时控制单元81的控制在显示面板82上绘制。显示面板82包括背光83、发光面板84、滤色镜阵列85和显示单元86。在显示面板82中，背光83和发光面板84响应于背光控制单元80和定时控制单元81而发出光，由此，经由用于显示期望颜色的滤色镜阵列85在显示单元86上显示图像。
这里，在信号指示装置71中，导体结构层24可以用作形成显示面板82的滤色镜阵列85和背光83的抗反射薄膜。
接下来，图16是示出包括具有其上安装的导体结构层24的信号检测单元的信息通信装置的配置示例的框图。
在信息通信装置91中，例如，表示图像数据的输入光信号通过光信号检测单元92的光电转换器件检测，并且转换为电信号并且提供给图像处理单元93。图像数据通过图像处理单元93进行图像处理，然后，通过图像压缩单元94进行压缩处理，并且存储在存储单元95中或经由驱动器(未示出)传递到记录介质96。此外，当用户操作操作单元(未示出)时输入的控制信号经由用户接口97和微处理器98提供给信息通信装置91的各个单元。
此外，通过图像处理单元93进行图像处理的图像数据临时存储在缓冲存储器99中，然后，适当地加载于LED(发光二极管)光源控制单元100中。LED光源控制单元100控制光信号发送单元101将数据作为输出光信号发送到外部。
这里，在信息通信装置91中，可以在光信号检测单元92的光电转换器件的光接收表面上采用导体结构层24，并且通过导体结构层24的抗反射功能可以提高光信号的光接收效率。
接下来，将说明形成导体结构层24的微粒子层29的制造方法。
首先，在光接收表面上制作绝缘层作为基底，并且铝金属层通过溅射(PVD：物理蒸汽沉淀)而沉淀在整个表面上。然后，光掩膜沉淀在整个表面上沉淀的金属层上。正抗蚀剂(resist)可用于光掩膜，并且抗蚀剂被施加和烘烤。
然后，通过减少投射曝光，响应于形成微粒子层29的岛28的导体图案转印到抗蚀剂。为了转印导体图案，适合于工作在高分辨率的使用ArF(氩氟化物)激光器、F2受激准分子器的平版印刷术，极端紫外平版印刷术(EUVL)，电子投射平版印刷术，X射线平版印刷术等可以是优选的。此外，可以使用利用电子束直接绘制的电子束平版印刷术。
然后，通过电抗铁蚀刻移除不必要的金属，由此，实现具有期望导体图案的微粒子层29。
此外，在堆叠两个、三个或多个微粒子层29的情况下，上述步骤被重复执行，由此，可以制造具有叠层结构的导体结构层24。
作为另一工作方法，可以采用这样的方法：使用热循环毫微烙印、光毫微烙印等执行微制造，利用金属层填充通过微制造形成的凹槽部分，以及抛光表面。
此外，只要微粒子层29可以以高精度实现，该方法不局限于上述方法。此外，在上述方法中，已经说明在CMOS固态图像感测器件的典型制造过程中安装使用铝的导体结构层24的方法，该导体结构层24被用作信号配线层和光遮蔽层，可是，可以使用铝之外的导体，例如银等。
此外，导体结构层24基本具有这样的结构，其中多个微粒子层29经由氧化硅薄膜或氮化硅薄膜绝缘层堆叠在固态图像感测器件21的光电检测器件表面上。光电检测器件不局限于CMOS固态图像感测器件或可以采用具有光电转换功能的任意器件。此外，光电转换器件的结构和制造方法是已知技术，故将省去其详细说明。
此外，除成像装置51之外，固态图像感测器件21可以应用于摄像机或具有成像器件的信息终端装置。
这里，在该说明书中，等离子激元谐振器不仅包括已经参考图4说明的其中作为导体金属粒子的岛28通过微制造按照预定周期间隔形成的结构，而且包括其中空穴(通透空穴(throughhole)或不通透空穴)通过微制造形成的导体金属的结构，并且它们被称为具有凹凸结构的按照预定周期间隔的导体金属结构。也即，仅需要等离子激元谐振器具有其中空穴或岛按预定周期间隔重复排列的图案结构。注意等离子激元谐振器不仅可以通过二维排列空穴或岛形成，而且，例如，可以通过一维排列(线性排列)空穴或岛形成。
本公开的实施例不局限于上述实施例，在不脱离本公开的范围的情况下，可以实现各种改变。
本公开包含有关于2010年9月15日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2010-206850中公开的相关主题，其整个内容通过引用被并入。

Claims (7)

1.一种成像器件，包括：
光电转换层，其中将接收光转换为电荷的光电转换器件按平面方式排列；以及
导体结构层，在光电转换层的上表面或下表面上提供，并且通过在平行于光电转换器件的光接收表面的平面中按照预定周期间隔堆叠多个导体层而形成，该导体层包括具有凹凸结构的导体金属，
其中形成导体结构层的多个导体层通过按预定周期间隔排列以小于在介质中的有效电磁波长的尺度形成的导体金属的粒子而形成，并且第N导体层中的粒子的尺度小于第(N-1)导体层中的粒子的尺度，其中N是等于或大于二的整数并且在接收光的传播方向增加。
2.根据权利要求1所述的成像器件，其中在形成导体结构层的多个导体层之间的距离接近等于在包含导体层的介质中的有效电磁波长或小于该电磁波长。
3.根据权利要求1所述的成像器件，其中导体结构层通过在由绝缘材料制成的绝缘层中提供导体层来形成。
4.根据权利要求1所述的成像器件，其中形成导体结构层的导体层具有比介质中的有效电磁波长小的尺度，并且通过在二维排列中按接近等于电磁波长或小于该电磁波长的周期间隔提供具有在紫外线波长范围内的等离子激元频率的导体金属的粒子来形成。
5.根据权利要求1所述的成像器件，其中，在其中在光电转换层中检测的检测电磁波长是具有比红色波长长的波长的电磁波的情况下，形成导体结构层的导体层具有比介质中的有效电磁波长小的尺度，并且通过在二维排列中按接近等于检测电磁波长或小于该检测电磁波长的周期间隔提供具有在可见光范围内的等离子激元频率的导体金属的粒子来形成。
6.根据权利要求1所述的成像器件，其中针对在光电转换层中按平面方式排列的多个光电转换器件的每个，响应于由各个光电转换器件检测的检测电磁波长，设置形成导体结构层的导体层的预定周期间隔。
7.一种包括根据权利要求1所述的成像器件的成像装置。
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