WO2022054491A1 - 固体撮像装置及び電子機器 - Google Patents

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類 森本
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Definitions

  • the present invention relates to a solid-state image sensor, and more particularly to an efficient photoelectric conversion technique in a back-illuminated solid-state image sensor.
  • the solid-state imaging device is a semiconductor device that uses a photoelectric conversion element such as a photodiode that constitutes each pixel to convert the amount of charge according to the intensity of the light imaged on the pixel into an electric signal. From the viewpoint of high utilization efficiency of incident light, a back-illuminated solid-state image sensor in which incident light directly reaches a pixel is attracting attention.
  • the metal wiring layer is arranged on the surface opposite to the surface of the photoelectric conversion layer including the photoelectric conversion element irradiated with light from the outside. For this reason, a part of the light incident on the photoelectric conversion layer passes through the photoelectric conversion layer, reaches the metal wiring layer, and is reflected there, so that the reflected light enters the adjacent pixel, so-called crosstalk occurs. Can be. Such crosstalk causes deterioration of image quality such as deterioration of resolution and color reproducibility, color mixing, and luminance difference, and a technique for preventing this has been proposed.
  • Patent Document 1 discloses a technique for reducing the occurrence of crosstalk in a back-illuminated image sensor.
  • the image pickup device of Patent Document 1 includes a photoelectric conversion unit, a pixel circuit and a pixel including a wiring layer, and a polarization unit.
  • the photoelectric conversion unit is formed on a semiconductor substrate and performs photoelectric conversion based on incident light.
  • the pixel circuit generates an image signal according to the electric charge generated by the photoelectric conversion.
  • the wiring layer is arranged on a surface different from the surface on which the incident light is incident on the semiconductor substrate, and transmits either an image signal or a signal applied to the pixel circuit.
  • the polarizing unit is arranged between the semiconductor substrate and the wiring layer, and transmits light in a specific polarization direction among the incident light transmitted through the photoelectric conversion unit.
  • Patent Document 2 discloses a solid-state image pickup device having a structure in which incident light transmitted through a substrate is reflected by a photoelectric conversion unit.
  • the solid-state image pickup device of Patent Document 2 is provided with a photoelectric conversion unit formed inside the substrate for each pixel and a side where incident light is incident on the substrate, and the incident light is converted to the photoelectric conversion. It is provided with a light collecting unit that collects light on the unit, and a reflecting unit that is provided on the opposite side of the light collecting unit with respect to the substrate and has a concave shape toward the substrate.
  • NIR near-infrared
  • the polarizing portions corresponding to adjacent pixels have different polarization characteristics, so that the specific polarization direction transmitted through one polarizing portion and reflected by the metal wiring layer. The light is blocked by other adjacent polarizing parts, thereby addressing the problem of crosstalk.
  • Patent Document 1 has a configuration in which the light transmitted through the polarizing portion is not reflected toward the original pixel by the metal wiring layer for a certain pixel, so that the transmitted light is wasted and is used from the outside. There is a problem that the captured light cannot be used efficiently.
  • Patent Document 2 has a problem that the manufacturing process is complicated and manufacturing variation is likely to occur because the reflective portion having a concave shape is arranged directly under the pixel. Further, since the reflective portion has a concave shape, a sufficient thickness is required in the depth direction, and there is a problem that the thickness cannot be reduced.
  • an object of the technique according to the present disclosure is to provide a back-illuminated solid-state image sensor that prevents deterioration of image quality such as deterioration of resolution and color reproducibility, color mixing, and luminance step.
  • the present technology provides a back-illuminated solid-state image sensor capable of preventing the generation of crosstalk of light transmitted through the photoelectric conversion layer and efficiently utilizing light taken in from the outside. With the goal.
  • This technology for solving the above problems is configured to include the following specific items or technical features.
  • the present technology is based on a semiconductor support substrate, a wiring layer formed on the semiconductor support substrate and containing a predetermined metal wiring pattern, and light provided on the wiring layer and incident on an incident surface.
  • a photoelectric conversion layer including a plurality of photoelectric conversion elements formed in an array that generates charges by photoelectric conversion, and each of the plurality of photoelectric conversion elements between the predetermined metal wiring pattern and the photoelectric conversion layer are supported. It is a solid-state imaging device provided with a reflective structure having predetermined electromagnetic characteristics. Then, the reflection structure collects and reflects the light that has passed through each of the photoelectric conversion elements of the photoelectric conversion layer among the light incident on the photoelectric conversion layer to the photoelectric conversion element.
  • the present technology may be a method of manufacturing the solid-state image sensor.
  • the method comprises forming the reflective structure on the photoelectric conversion layer, which is composed of an aggregate of metaatoms having a GSP (Gap Surface Plasmon) structure.
  • Forming the reflective structure comprises forming a metal layer constituting the GSP structure using damascene technology.
  • the present technology may be an electronic device including the solid-state image pickup device and a control unit for controlling the solid-state image pickup device.
  • the means / part does not simply mean the physical means / part, but also includes the case where the function possessed by the means / part is realized by software. Further, the function of one means / part may be realized by two or more physical means / parts, or the function of two or more means / parts may be realized by one physical means / part. Further, the "system” is a logical collection of a plurality of devices (or functional modules that realize a specific function), and whether or not each device or functional module is in a single housing. Is not particularly limited.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a solid-state image sensor according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 2 is a partial vertical sectional view showing an example of the semiconductor structure of the solid-state image sensor according to the embodiment of the present technology.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an example of a metaatom of a reflection structure in a solid-state image sensor according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an example of a reflection structure in a solid-state image pickup device according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an example of light collection by a reflection structure in a solid-state image pickup device according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a solid-state image sensor according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 2 is a partial vertical sectional view showing an example of the semiconductor structure of the solid-state image sensor according to the embodiment of the present technology
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the configuration of the reflection structure in the solid-state image pickup device according to the embodiment of the present technology.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a manufacturing process of a solid-state image sensor according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining an example of arrangement of a reflection structure according to pupil correction in a solid-state image sensor according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a part of pixels in the solid-state image sensor according to the embodiment of the present technology.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the positional relationship between the reflection structure and the metal wiring pattern in the solid-state imaging device according to the embodiment of the present technology.
  • FIG. 11 is a plan sectional view for explaining the profile shape of the reflection structure in the solid-state imaging device according to the embodiment of the present technology.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining an example of a beam profile by a reflection structure in a solid-state image sensor according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a solid-state image sensor according to an embodiment of the present technology.
  • the solid-state image sensor 1 uses a photoelectric conversion element such as a photodiode that constitutes each pixel to convert the amount of charge according to the intensity of the light imaged on the pixel into an electric signal, and outputs this as image data.
  • It is a semiconductor device, for example, configured as a CMOS image sensor.
  • the solid-state image sensor 1 may be integrally configured as, for example, a system-on-chip (SoC) such as a CMOS LSI, but for example, some components shown below may be configured as separate LSIs. ..
  • SoC system-on-chip
  • the solid-state image sensor 1 is a so-called back-illuminated solid-state image sensor.
  • the surface of the semiconductor substrate on which light from the outside is incident is referred to as the "back surface”, and the opposite side thereof is referred to as the "front surface”.
  • the solid-state image sensor 1 includes, for example, a pixel array unit 11, a vertical drive unit 12, a column processing unit 13, a horizontal drive unit 14, a system control unit 15, and a signal processing unit 16. , And various components such as a data storage unit 17.
  • the pixel array unit 11 is composed of a group of pixels arranged in an array in the horizontal direction (row direction) and the vertical direction (column direction).
  • the area of the pixel group arranged in an array constitutes a so-called "angle of view" corresponding to the target space to be imaged.
  • Each pixel typically comprises a pixel circuit including a photoelectric conversion element such as a photodiode and an electronic element such as various transistors.
  • the pixel array unit 11 converts the amount of charge corresponding to the intensity of the incident light imaged on each pixel into an electric signal and outputs it as a pixel signal.
  • an optical system element such as a micro-on-chip lens or a color filter that collects incident light is formed on each pixel of the pixel array unit 11.
  • the vertical drive unit 12 includes a shift register, an address decoder, and the like.
  • the vertical drive unit 12 drives each pixel of the pixel array unit 11, for example, simultaneously or row by row, by supplying a drive signal or the like to each pixel via a plurality of pixel drive lines 18.
  • the column processing unit 13 reads a pixel signal from each pixel via a vertical signal line 19 for each pixel row (column) of the pixel array unit 11, and performs noise reduction processing, correlated double sampling (CDS) processing, and A /. Performs D (Analog-to-Digital) conversion processing and the like.
  • the pixel signal processed by the column processing unit 13 is output to the signal processing unit 16 as pixel data.
  • the horizontal drive unit 14 includes a shift register, an address decoder, and the like.
  • the horizontal drive unit 14 sequentially selects pixels corresponding to the pixel row of the column processing unit 13. By the selective scanning by the horizontal drive unit 14, the pixel signals signal-processed for each pixel in the column processing unit 13 are sequentially output to the signal processing unit 16.
  • the system control unit 15 includes a timing generator and the like that generate various timing signals.
  • the system control unit 15 controls the drive of the vertical drive unit 12, the column processing unit 13, and the horizontal drive unit 14 based on a timing signal generated by a timing generator (not shown), for example.
  • the signal processing unit 16 temporarily stores pixel data in the data storage unit 17 as necessary, and performs signal processing such as arithmetic processing on the pixel data supplied from the column processing unit 13, and each pixel signal. Outputs an image signal based on.
  • the solid-state image sensor 1 to which the present technology is applied is not limited to the above-mentioned configuration.
  • the data storage unit 17 is arranged after the column processing unit 13, and the pixel signal output from the column processing unit 13 is supplied to the signal processing unit 16 via the data storage unit 17. It may be configured as follows.
  • the solid-state image sensor 1 may be configured such that the column processing unit 13, the data storage unit 17, and the signal processing unit 16 that are vertically connected to each other process each pixel signal in parallel.
  • FIG. 2 is a partial vertical sectional view showing an example of the semiconductor structure of the solid-state image sensor according to the embodiment of the present technology.
  • the semiconductor structure 20 is roughly configured to include, for example, a semiconductor support substrate 21, a wiring layer 22, a photoelectric conversion layer 23, a color filter 24, and an on-chip lens 25.
  • the semiconductor structure 20 of the present disclosure includes a reflective structure 26.
  • Such a semiconductor structure 20 is formed by, for example, integrally joining a first silicon substrate including a wiring layer 22 and various logic circuits (not shown) and a second silicon substrate including a photoelectric conversion layer 23. Can be configured.
  • the on-chip lens 25 is an optical lens for efficiently condensing light incident on the solid-state image sensor 1 from the outside and forming an image on each pixel of the photoelectric conversion layer 23 (that is, the photoelectric conversion element 231). ..
  • the on-chip lens 25 is typically arranged pixel by pixel. Further, in the present disclosure, the on-chip lens 25 is arranged according to so-called pupil correction in order to effectively utilize the light in the peripheral portion of the angle of view of the solid-state image sensor 1. That is, the on-chip lens 25 corresponding to the pixel located in the center of the angle of view (zero image height) is arranged so that its optical axis and the center of the pixel substantially coincide with each other, while it is located in the peripheral portion of the angle of view.
  • the on-chip lens 25 is formed of, for example, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, organic SOG, a polyimide resin, a fluorine resin, or the like.
  • the color filter 24 is an optical filter that selectively transmits light having a predetermined wavelength among the light focused by the on-chip lens 25.
  • four color filters 24 that selectively transmit wavelengths of red light, green light, blue light, and near-infrared light are used, but the present invention is not limited to this.
  • a color filter 24 corresponding to any color (wavelength) is arranged in each pixel.
  • the photoelectric conversion layer 23 is a functional layer in which a pixel circuit group including photoelectric conversion elements 231 such as photodiodes constituting each pixel and electronic elements such as various transistors is formed.
  • Each photoelectric conversion element 231 of the photoelectric conversion layer 23 generates an electric charge amount according to the intensity of the light incident on the on-chip lens 25 and the color filter 24, converts this into an electric signal, and outputs it as a pixel signal. do.
  • a part of the light incident on the incident surface of the photoelectric conversion layer 23 (for example, near-infrared light) may pass through the surface (that is, the front surface) opposite to the incident surface (that is, the back surface). ..
  • the photoelectric conversion layer 23 is manufactured on a silicon substrate by a semiconductor manufacturing process.
  • the photoelectric conversion element 231 and various electronic elements are electrically connected to a predetermined metal wiring in the wiring layer 22. Further, the photoelectric conversion layer 23 may be formed with a pixel separation unit 27 that separates each pixel.
  • the pixel separation unit 27 has, for example, a trench structure formed by an etching process. The pixel separation unit 27 prevents the light incident on the pixel from entering the adjacent pixel.
  • the wiring layer 22 is a layer on which a metal wiring pattern for transmitting electric power and various drive signals to each pixel in the photoelectric conversion layer 23 and transmitting a pixel signal read from each pixel is formed.
  • the wiring layer 22 is formed on the semiconductor support substrate 21.
  • the wiring layer 22 may typically be configured by laminating a plurality of layers of metal wiring patterns with an interlayer insulating film interposed therebetween. Further, the laminated metal wiring patterns are electrically connected, for example, by vias, if necessary.
  • the wiring layer 22 is formed of, for example, a metal such as aluminum (Al) or copper (Cu).
  • the interlayer insulating film is formed of, for example, silicon oxide or the like.
  • the semiconductor support substrate 21 is a substrate for supporting various layers formed in the semiconductor manufacturing process. Further, on the semiconductor support substrate 21, for example, a logic circuit that realizes some of the various components described above is formed.
  • the semiconductor support substrate 21 is made of, for example, single crystal silicon.
  • the reflection structure 26 is a structure having a property of reflecting the light transmitted through the photoelectric conversion element 231 in the photoelectric conversion layer 23 toward the photoelectric conversion element 231.
  • the reflection structure 26 is configured to control the reflection direction so that the reflected light is focused on the substantially central portion of the photoelectric conversion element 231.
  • the reflective structure 26 is formed between the photoelectric conversion layer 23 and the wiring layer 22. With such a configuration, it is possible to prevent the light transmitted through the photoelectric conversion element 231 (for example, near infrared light) from being reflected by the metal wiring pattern of the wiring layer 22 and entering toward the adjacent photoelectric conversion element 231. ..
  • the reflection structure 26 of the present disclosure is a structure (metamaterial structure) as a “metamaterial” having the concept of a phenomenon of improving electromagnetic characteristics (optical characteristics) by increasing capacitance and inductance (“metamaterial structure”).
  • metal structure By controlling the effective dielectric constant and effective magnetic permeability of the metamaterial, respectively, and making both values negative, the effective refractive index becomes a negative value (that is, reflection).
  • Such a metamaterial structure may consist of a collection of unit structures typically referred to as "metaatoms".
  • the reflection structure 26 is each metaatom, as shown in FIG. Is configured as a GSP (Gap Surface Plasman) structure, but is not limited to this.
  • GSP Gap Surface Plasman
  • the light incident on the incident surface of each pixel from the outside is collected by the on-chip lens 25 and has a predetermined wavelength corresponding to the pixel by the color filter 24.
  • Light selectively transmits and reaches the photoelectric conversion layer 23.
  • the photoelectric conversion element 231 of the photoelectric conversion layer 23 generates an electric charge according to the intensity of the incident light and outputs it as a pixel signal.
  • a part of the light that has reached the photoelectric conversion layer 23 and is incident (for example, near-infrared light) is transmitted through the photoelectric conversion layer 23, but is reflected by the reflection structure 26, and the photoelectric conversion element 231 is used as the reflected light. Proceed towards the center of.
  • the light transmitted through the photoelectric conversion layer 23 is not reflected by the wiring layer 22 and incident on the adjacent photoelectric conversion element 231, it is possible to prevent the occurrence of crosstalk. Further, the light transmitted through the photoelectric conversion layer 23 has its reflection directivity controlled by the reflection structure 26, and is collected by the photoelectric conversion element 231 and reused, so that efficient photoelectric conversion is possible.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an example of a reflection structure in a solid-state image sensor according to an embodiment of the present technology. That is, FIGS. (A) to (C) illustrate the outline of the meta atom constituting the reflection structure 26.
  • the reflection structure 26 of this example is configured as a GSP (Gap Surface Plasmon) structure.
  • the GSP structure is a sandwich structure in which the dielectric D is sandwiched between metals M1 and M2 which are low resistance materials.
  • Such a GSP structure is sometimes referred to as a GSP resonator.
  • the metals M1 and M2 there may be an alloy containing any one or at least one of gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), and aluminum (Al). Further, when considering near-infrared light that easily passes through the photoelectric conversion layer 23 mainly made of silicon (Si), a material having a small value of the imaginary part of the complex permittivity in the near-infrared region is selected.
  • the listed metal materials are known to meet that requirement.
  • dielectric D for example, single crystal silicon (c—Si), amorphous silicon (a—Si), germanium (Ge) and the like can be used.
  • c—Si single crystal silicon
  • a—Si amorphous silicon
  • Ge germanium
  • the resonance wavelength when light is vertically incident on the GSP structure as shown in FIG. 3A simply follows the formula of the Fabry-Perot resonator shown below. ... (Equation 1) However, w is the device width, ⁇ 0 is the wavelength of the incident light, n gsp is the refractive index of the dielectric, m is the resonance order, and ⁇ is the phase delay amount of the reflected light.
  • the GSP structure is designed so that the effective magnetic permeability becomes negative due to the resonance response phenomenon when light having a resonance wavelength according to the above equation (1) is incident on the GSP structure.
  • each metaatom may be configured to share the metal M2 on the lower layer side.
  • a metal M2 on the lower layer side can be formed as a so-called “solid” layer that is not patterned in the semiconductor manufacturing process.
  • each metaatom may be configured to share the metal M2 and the dielectric D on the lower layer side.
  • a dielectric D can be formed as a so-called "solid" layer that is not patterned in the semiconductor manufacturing process. It is known that in the GSP structure as shown in FIG. 3C, the primary reflected light is well observed.
  • the reflective structure 26 may be configured by appropriately combining at least two of the metaatoms shown in FIGS. (A) to (c).
  • the reflection structure 26 is configured to control the reflection directivity so that the reflected light is focused on the substantially central portion of the original photoelectric conversion element 231.
  • the radial phase profile ⁇ of a Fresnel lens that collects reflected light in the xy plane is expressed by the following equation. ... (Equation 2)
  • ⁇ 0 is the wavelength of the incident light
  • f is the focal length.
  • the distance ⁇ between adjacent metaatoms in the case of a one-dimensional Fresnel lens is expressed by the following equation. ... (Equation 3)
  • N is the number of stages of the one-dimensional Fresnel lens.
  • the reflection structure 26 is designed with a GSP structure in consideration of reflection directivity according to the parabolic phase profile ⁇ shown in the above formula (2) and the interval ⁇ shown in the above formula (3).
  • FIG. 4A is an example of a concentric reflective structure 26 that fits in one pixel having a size of 3 ⁇ 3 ⁇ m.
  • the refractive index n gsp of the dielectric D in each metaatom is 3 and the focusing distance f is 3 ⁇ m in consideration of the incident light having a wavelength ⁇ of 940 nm. It is designed so that the phase profile ⁇ changes by 15 ° in the radial direction from the center (see FIG. 4B).
  • the profile shape of such a concentric geometric pattern is sometimes referred to as a bullseye target shape.
  • the light-collecting effect (reflection directivity) of such a reflection structure 26 is calculated as follows. That is, consider the intensity of the light (beam) in the direction inclined by the angle ⁇ from the vertical direction of the reflection structure 26 as shown in FIG. 5A.
  • the light-collecting ability of a Fresnel lens is basically calculated by phase calculation based on the Hoischen principle.
  • the directivity function R ( ⁇ ) of the disk-shaped light source is expressed by the following equation. ...
  • Equation 4 ⁇ is the directivity angle from the center of the disk, k is the wave number (2 ⁇ / ⁇ ), a is the radius of the disk, and J 1 (x) is a first-order Bessel function of the first kind.
  • the directivity function R ( ⁇ ) of the annular light source is expressed by the following equation. ... (Equation 5)
  • ⁇ is the directing angle from the center of the disk
  • k is the wave number (2 ⁇ / ⁇ )
  • a is the outer peripheral radius of the circle
  • b is the inner peripheral radius
  • J 1 (x) is the first-order Bessel function of the first order. ..
  • the beam profile of the reflection structure 26 as shown in FIG. 4 (a) is shown in FIG. 5 (b).
  • FIG. 3B 70% or more of the incident light is reflected in the vertical direction, while the beam intensity with ⁇ of 30 ° or more is reduced to 10% or less. Therefore, the reflection of the present embodiment.
  • the light-collecting effect of the structure 26 can be confirmed.
  • the reflection structure 26 of the present disclosure can adopt various metaatom structures (for example, GSP structures) that are effective by controlling the phase profile as shown in FIGS. 6 (a) to 6 (c). That is, the reflective structure 26 shown in FIG. 6A is composed of an aggregate of metaatoms in which each annular portion has a striped shape. The width of the striped portion can be set as appropriate. Further, in the reflection structure 26 shown in FIG. 6B, each annular portion is composed of an aggregate of bar-shaped metaatoms. The length of the Bar-shaped portion in the longitudinal axis direction and / or the length in the lateral direction (width direction) perpendicular to the length and the arrangement layout can be appropriately set. Further, in the reflection structure 26 shown in FIG. 6C, each annular portion is composed of an aggregate of metaatoms having a v-antenna shape. The angle (V-shaped angle) of the V-antenna shape and the arrangement layout can be appropriately set.
  • GSP structures metaatom structures
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a manufacturing process of a solid-state image sensor according to an embodiment of the present technology. Specifically, the figure shows a step of manufacturing the reflection structure 26 on the second silicon substrate (see FIG. 2) on which the photoelectric conversion layer 23 is formed (the figure is shown in FIG. 2). The second silicon substrate is shown upside down.) The photodiodes, transistors (for example, HCl transistors) and the like constituting the pixel circuit of the photoelectric conversion layer 23 on the second silicon substrate are formed, for example, in the manufacturing process of the first half (FEOL: Front End of Line) of the known semiconductor front process. Ru.
  • FEOL Front End of Line
  • the photoelectric conversion layer 23 including the photoelectric conversion element 231 separated by the pixel separation unit 27 is shown. Further, a gate electrode 232 is formed on the photoelectric conversion layer 23, and a silicon oxide insulating film 233 is further formed.
  • the contact plug structure 234 is formed on the pixel separation portion 27.
  • tungsten is embedded in the contact plug structure 234. This contact plug structure 234 prevents light (transmitted light) from entering adjacent pixels.
  • the silicon oxide insulating film 233 is laminated, and then, as shown in FIG. 3D, the first metal layer 235 constituting the GSP structure is, for example, a damascene ( damascene) Formed using technology.
  • the damascene technology is a technology in which a groove is formed in a portion of an insulating film where metal is to be formed, and metal is embedded in the groove. Excess metal attached to the portion other than the groove is removed by, for example, chemical mechanical polishing (CMP).
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the metal material of the first metal layer 235 an alloy containing any one or at least one of gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), and aluminum (Al) is selected. Will be done.
  • the dielectric layer 236 is formed, and subsequently, similarly, for example, using the damascene technique, the second metal layer 237 is formed. Further, in this example, a space (via) for electrical connection to the gate electrode 232 is secured in the portion directly above the gate electrode 232 (see the third embodiment). That is, the GSP structure is not formed in the portion directly above the gate electrode 232. In the partial cross-sectional view of FIG. 3E, the electrical connection structure is shown for the gate electrode 232 on the right side.
  • the reflective structure 26 having a GSP structure is formed on the second silicon substrate.
  • the second silicon substrate on which the reflection structure 26 is formed on the photoelectric conversion layer 23 is integrally bonded to the wiring layer 22 and the first silicon substrate on which the logic circuit is formed, so that the semiconductor structure (FIG. 6). 2).
  • the reflection structure 26 of the metamaterial is provided between the photoelectric conversion layer 23 and the wiring layer 22, the photoelectric conversion element 231 of the photoelectric conversion layer 23 is transmitted.
  • the light is reflected by the reflection structure 26 in the direction of the photoelectric conversion element 231 to prevent the occurrence of crosstalk due to the intrusion of the light into the adjacent pixels.
  • the reflection structure 26 reflects the light so as to concentrate the light toward the substantially central portion of the photoelectric conversion element 231, the light transmitted through the photoelectric conversion layer 23 can be reused, and the light is efficiently photoelectric. Conversion is possible.
  • the reflective structure 26 is made of a metamaterial, it does not require a thickness in the depth direction unlike the concave shape, and contributes to the thinning of the solid-state image pickup device 1. Further, since the reflective structure 26 can be formed by, for example, damascene technology in the semiconductor manufacturing process, it can be manufactured with very high accuracy, and the occurrence of manufacturing variation can be suppressed.
  • This embodiment is a modification of the above embodiment, and is characterized in that the position of the reflection structure is adjusted in consideration of the pupil correction of the on-chip lens.
  • the on-chip lens 25 corresponding to the pixel located at the center of the angle of view is arranged so that its optical axis and the center of the pixel substantially coincide with each other, while it is located at the peripheral portion of the angle of view. The more it is, the more it is offset from the center of the pixel.
  • the reflection structure 26 is arranged so as to be offset according to the direction of the incident main light beam according to the offset amount of the on-chip lens 25 due to such pupil correction.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining an example of the arrangement of the reflection structure according to the pupil correction in the solid-state image sensor according to the embodiment of the present technology.
  • FIG. 6A shows the positional relationship between the on-chip lens 25 corresponding to the pixel located at the center of the angle of view and the reflection structure 26.
  • the on-chip lens 25 corresponding to the pixel located at the center of the angle of view is arranged so that its optical axis and the center of the pixel are substantially aligned with each other, and thus is a reflection structure.
  • 26 is also arranged so as to coincide with its center.
  • FIG. 3B shows the positional relationship between the on-chip lens 25 and the reflective structure 26 corresponding to the pixels located in the peripheral portion of the angle of view.
  • the on-chip lens 25 corresponding to the pixel located at the peripheral portion of the angle of view (in this example, the left end side in the plan view with respect to the central portion of the angle of view) is mainly directed toward the center of the pixel.
  • the reflective structure 26 is arranged so as to be offset in the extending direction, that is, at a position symmetrical with respect to the point. That is, the reflective structure 26 is arranged so as to be offset in the opposite direction to the center of the photoelectric conversion element 231 according to the position of the on-chip lens 25 corresponding to the corresponding photoelectric conversion element 231.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a part of pixels in the solid-state image sensor according to the embodiment of the present technology.
  • EPD is the emission pupil distance from the virtual light source
  • du is the thickness of the upper layer on the photoelectric conversion element 231 (in this example, the distance from the silicon layer to the on-chip lens)
  • dSi is on the photoelectric conversion element 231.
  • x is the distance from the image height zero to the center of the pixel
  • n u the refractive index of the upper layer
  • the offset amount ⁇ x of the on-chip lens 25 Is expressed by the following equation.
  • ⁇ x x * ( du / EPD) ⁇ ( na / n u ) ... (Equation 6)
  • ⁇ x' x / EPD ⁇ d Si / n u ...
  • Equation 10 the total pupil correction amount of the reflection structure 26 is ⁇ x + ⁇ x'
  • ⁇ x + ⁇ x' x / (EPD ⁇ n u ) ⁇ (d Si + du ) ...
  • Equation 10 Will be. Therefore, as the reflection structure 26 is located farther from the center of the angle of view (center of the image height) toward the periphery of the angle of view, the center of the pixel and the center of the reflection structure 26 and the offset amount become larger. Be placed. As a result, the reflection structure 26 can effectively collect and reflect the light that has passed through the on-chip lens 25 offsetly arranged according to the pupil correction.
  • the present embodiment is a modification of the above embodiment, and is characterized in that the reflective structure 26 has a profile shape of an incomplete geometric pattern. That is, the reflective structure 26 of the present embodiment has a configuration in which a part of the profile shape (for example, the bull's eye target shape) of the geometric pattern is missing or divided.
  • the metal wiring pattern (for example, the gate electrode) of the wiring layer 22 and the reflection structure 26 may be close to each other and cause electromagnetic interference with each other. ..
  • the reflective structure 26 has a configuration in which a part of the profile shape of the geometric pattern is missing (not formed).
  • FIG. 11 is a plan sectional view for explaining the profile shape of the reflection structure in the solid-state imaging device according to the embodiment of the present technology.
  • the portion corresponding to the gate electrode formed in the wiring layer 22 is not formed in order to avoid interference.
  • the reflective structure 26 forms an incomplete bullseye target shape that is fragmented in places.
  • the reflective structure 26 can avoid electromagnetic interference with the metal wiring pattern in the wiring layer 22.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining an example of a beam profile by a reflection structure in a solid-state image sensor according to an embodiment of the present technology. That is, the figure shows the beam profile of the reflective structure with the incomplete bullseye target shape shown in FIG. As shown in the figure, in the reflection structure 26 of the present embodiment, the intensity of the focused light is reduced by about 20% due to the imperfect bull's eye target shape (see FIG. 5 (b)), but the reflection directivity. Is still maintained. Therefore, the light transmitted through the photoelectric conversion layer 23 has its reflection directivity controlled by the reflection structure 26, and is condensed and reused by the photoelectric conversion element 231.
  • the solid-state image sensor 1 can be applied to electronic devices such as cameras and image sensors.
  • Such an electronic device may include a control unit that comprehensively controls the operation of the solid-state image pickup device 1 and performs various image processing based on the image signal output from the signal processing unit 16.
  • the control unit is realized as, for example, a programmable logic device, but the control unit is not limited thereto.
  • the present technology may be configured to include the following technical matters.
  • a reflective structure which is arranged between the predetermined metal wiring pattern and the photoelectric conversion layer corresponding to each of the plurality of photoelectric conversion elements and has predetermined electromagnetic characteristics, is provided.
  • the reflection structure collects and reflects the light that has passed through each of the photoelectric conversion elements of the photoelectric conversion layer to the photoelectric conversion element.
  • Solid-state image sensor Solid-state image sensor.
  • the reflective structure is a metamaterial structure having a negative effective refractive index.
  • the reflection structure is configured to be focused and reflected at a substantially central portion of the photoelectric conversion element.
  • the reflective structure is formed from at least one of a metallic material and a dielectric material.
  • Each of the metaatoms has a GSP (Gap Surface Plasmon) structure.
  • GSP Gap Surface Plasmon
  • the metal material is selected from at least one of Ag, Au, Cu, and Al.
  • the dielectric material is selected from at least one of Si, Ge, and SiGe.
  • the solid-state image sensor according to (6) above. (9)
  • the reflective structure is configured such that the metaatoms form a bullseye pattern shape.
  • the reflective structure is configured such that the metaatoms form an incomplete bullseye pattern shape.
  • the incomplete bullseye pattern shape lacks a portion of the shape so as to avoid electromagnetic interference with the predetermined metal wiring pattern in the wiring layer.
  • a plurality of on-chip lenses provided corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements are further provided on the incident surface side of the photoelectric conversion layer.
  • the reflective structure is arranged so as to be offset in a direction opposite to the predetermined direction with respect to the center of the photoelectric conversion element according to the position of the on-chip lens corresponding to the corresponding photoelectric conversion element.
  • the reflection structure is arranged so that the offset amount between the center of the reflection structure and the center of the photoelectric conversion element increases as the corresponding photoelectric conversion element is located farther from the center of the angle of view.
  • An electronic device including a solid-state image sensor and a control unit for controlling the image sensor.
  • the solid-state image sensor Semiconductor support board and A wiring layer formed on the semiconductor support substrate and containing a predetermined metal wiring pattern, A photoelectric conversion layer provided on the wiring layer and including a plurality of photoelectric conversion elements formed in an array to generate electric charges by photoelectric conversion based on light incident on an incident surface.
  • a reflective structure which is arranged between the predetermined metal wiring pattern and the photoelectric conversion layer corresponding to each of the plurality of photoelectric conversion elements and has predetermined electromagnetic characteristics, is provided.
  • the reflection structure collects and reflects the light that has passed through each of the photoelectric conversion elements of the photoelectric conversion layer to the photoelectric conversion element. Electronics.

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Abstract

本発明は、半導体支持基板と、前記半導体支持基板上に形成され、所定の金属配線パターンを含む配線層と、前記配線層上に設けられ、入射面に入射した光に基づく光電変換により電荷を生成するアレイ状に形成された複数の光電変換素子を含む光電変換層と、前記所定の金属配線パターンと前記光電変換層との間に前記複数の光電変換素子のそれぞれに対応して配置され、所定の電磁的特性を有する反射構造体とを備える固体撮像装置である。前記反射構造体は、前記光電変換層に入射した前記光のうち、前記光電変換層の各前記光電変換素子を通過した光を、該光電変換素子へ集光反射する。

Description

[規則37.2に基づきISAが決定した発明の名称]　固体撮像装置及び電子機器
　本発明は、固体撮像装置に関し、特に、裏面照射型固体撮像装置における効率的な光電変換技術に関する。
　固体撮像装置は、各画素を構成するフォトダイオード等の光電変換素子を用いて、該画素上に結像した光の強弱に応じた電荷量を電気信号に変換する半導体装置である。入射光の利用効率の高さの観点から、入射した光が直接的に画素に到達する裏面照射型固体撮像装置が注目されている。
　このような裏面照射型固体撮像装置では、金属配線層は、外部からの光が照射される光電変換素子を含む光電変換層の面と反対側の面に配置されている。このため、光電変換層に入射した光の一部が、光電変換層を透過して金属配線層まで到達し、そこで反射することで、反射光が隣接する画素に進入する、いわゆるクロストークが発生し得る。このようなクロストークは、解像度や色再現性の低下、混色、輝度段差といった画質の劣化を招いてしまうため、これを防止する技術が提案されている。
　下記特許文献１は、裏面照射型の撮像素子におけるクロストークの発生を軽減する技術を開示する。具体的には、特許文献１の撮像素子は、光電変換部、画素回路及び配線層を備える画素と偏光部とを備える。光電変換部は、半導体基板に形成されて入射光に基づく光電変換を行う。画素回路は、光電変換により生成された電荷に応じた画像信号を生成する。配線層は、半導体基板における入射光が入射する面とは異なる面に配置されて画像信号又は画素回路に印加される信号の何れかを伝達する。偏光部は、半導体基板及び配線層の間に配置されて光電変換部を透過した入射光のうち特定の偏光方向の光を透過させる。
　また、下記特許文献２は、基板を透過する入射光を光電変換部に反射させる構造の固体撮像素子を開示する。具体的には、特許文献２の固体撮像素子は、画素ごとに基板内部に形成された光電変換部と、前記基板に対して入射光が入射する側に設けられ、該入射光を前記光電変換部に集光する集光部と、前記基板に対して前記集光部の反対側に設けられ、該基板に向かって凹型形状を有する反射部とを備えている。
特開2019-091745号公報 特開2011-091128号公報
　上述したように、裏面照射型固体撮像装置では、光電変換層を透過した光の一部が、金属配線層まで到達し、そこで反射することで、反射光が隣接する画素に進入するクロストークが発生し、これにより、解像度や色再現性の低下、混色、輝度段差といった画質の低下を招いてしまう。とりわけ、例えば約９４０ｎｍの波長を有する近赤外線（ＮＩＲ）光は、シリコン（Ｓｉ）を主材料とする光電変換層を透過し易く、金属配線層で反射して、クロストークによる解像度や色再現性の低下、混色、輝度段差といった画質の劣化を招いてしまうという課題がある。
　上記特許文献１に開示される技術は、隣接する画素に対応する偏光部どうしがそれぞれ異なる方向の偏光特性を有することで、一の偏光部を透過して金属配線層で反射した特定の偏光方向の光が隣接する他の偏光部により遮断され、これにより、クロストークの問題に対処している。
　しかしながら、上記特許文献１に開示された技術は、ある画素について、偏光部を透過した光が金属配線層で元の画素に向けて反射しない構成であるため、透過した光が無駄となり、外部から取り込まれる光を効率的に利用することができないという課題がある。
　また、上記特許文献２に開示される技術は、凹型形状を有する反射部を画素の直下に配置するために、その製造工程が複雑になるとともに、製造バラツキが発生し易いという課題がある。更に、反射部は凹型形状を有するため深さ方向に十分な厚みが必要となり、薄型化することできないという課題がある。
　そこで、本開示に係る技術は、解像度や色再現性の低下、混色、輝度段差といった画質の劣化を防止する裏面照射型固体撮像装置を提供することを目的とする。
　より具体的には、本技術は、光電変換層を透過する光のクロストークの発生を防止し、外部から取り込まれる光を効率的に利用することができる裏面照射型固体撮像装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するための本技術は、以下に示す特定事項乃至は技術的特徴を含んで構成される。
　すなわち、ある観点に従う本技術は、半導体支持基板と、前記半導体支持基板上に形成され、所定の金属配線パターンを含む配線層と、前記配線層上に設けられ、入射面に入射した光に基づく光電変換により電荷を生成するアレイ状に形成された複数の光電変換素子を含む光電変換層と、前記所定の金属配線パターンと前記光電変換層との間に前記複数の光電変換素子のそれぞれに対応して配置され、所定の電磁的特性を有する反射構造体とを備える固体撮像装置である。そして、前記反射構造体は、前記光電変換層に入射した前記光のうち、前記光電変換層の各前記光電変換素子を通過した光を、該光電変換素子へ集光反射する。
　また、別の観点に従う本技術は、前記固体撮像装置を製造する方法であり得る。前記方法は、前記光電変換層上にＧＳＰ（Gap Surface Plasmon）構造のメタアトム群の集合体からなる前記反射構造体を形成することを含む。前記反射構造体を形成することは、ＧＳＰ構造を構成する金属層をダマシン（damascene）技術を用いて形成することを含む。
　更に、別の観点に従う本技術は、前記固体撮像装置とこれを制御する制御部とを備える電子機器であり得る。
　なお、本明細書等において、手段／部とは、単に物理的手段／部を意味するものではなく、その手段／部が有する機能をソフトウェアによって実現する場合も含む。また、１つの手段／部が有する機能が２つ以上の物理的手段／部により実現されても、２つ以上の手段／部の機能が１つの物理的手段／部により実現されても良い。また、「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことをいい、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
　本技術に係る他の技術的特徴、目的、及び作用効果乃至は利点は、添付した図面を参照して説明される以下の実施形態により明らかにされる。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、また他の効果があっても良い。
図１は、本技術の一実施形態に係る固体撮像装置の概略的構成の一例を示すブロックダイアグラムである。 図２は、本本技術の一実施形態に係る固体撮像装置の半導体構造の一例を示す部分縦断面図である。 図３は、本技術の一実施形態に係る固体撮像装置における反射構造体のメタアトムの一例を説明するための図である。 図４は、本技術の一実施形態に係る固体撮像装置における反射構造体の一例を説明するための図である。 図５は、本技術の一実施形態に係る固体撮像装置における反射構造体による集光の一例を説明するための図である。 図６は、本技術の一実施形態に係る固体撮像装置における反射構造体の構成の一例を説明するための図である。 図７は、本技術の一実施形態に係る固体撮像装置の製造工程の一例を示す図である。 図８は、本技術の一実施形態に係る固体撮像装置における瞳補正に応じた反射構造体の配置の一例を説明するための図である。 図９は、本技術の一実施形態に係る固体撮像装置における画素の一部を示す断面図である。 図１０は、本技術の一実施形態に係る固体撮像装置における反射構造体と金属配線パターンとの位置関係を説明するための図である。 図１１は、本技術の一実施形態に係る固体撮像装置における反射構造体のプロファイル形状を説明するための平面断面図である。 図１２は、本技術の一実施形態に係る固体撮像装置における反射構造体によるビームプロファイルの一例を説明するための図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形（例えば各実施形態を組み合わせる等）して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。図面は模式的なものであり、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることがある。なお、本開示では、以下の実施形態に分けて説明される。
　１．第１の実施形態（反射構造体を用いた裏面照射型固体撮像装置）
　２．第２の実施形態（画角内の画素位置を考慮した反射構造体の配置）
　３．第３の実施形態（金属配線パターンとの電磁的干渉を考慮した反射構造体）
［１．第１の実施形態］
　図１は、本技術の一実施形態に係る固体撮像装置の概略的構成の一例を示すブロックダイアグラムである。固体撮像装置１は、各画素を構成するフォトダイオード等の光電変換素子を用いて、該画素上に結像した光の強弱に応じた電荷量を電気信号に変換し、これを画像データとして出力する半導体装置であり、例えばＣＭＯＳイメージセンサとして構成される。固体撮像装置１は、例えば、ＣＭＯＳ　ＬＳＩのようなシステム・オン・チップ（ＳｏＣ）として一体的に構成され得るが、例えば、以下に示すいくつかのコンポーネントが別体のＬＳＩとして構成されても良い。本開示では、固体撮像装置１は、いわゆる裏面照射型固体撮像装置であるものとする。裏面照射型固体撮像装置では、外部からの光が入射する半導体基板の面を「裏面」と称し、その反対側を「おもて面」と称している。
　同図に示すように、固体撮像装置１は、例えば、画素アレイ部１１と、垂直駆動部１２と、カラム処理部１３と、水平駆動部１４と、システム制御部１５と、信号処理部１６と、データ格納部１７といった各種のコンポーネントを含み構成される。
　画素アレイ部１１は、水平方向（行方向）及び垂直方向（列方向）にアレイ状に配列された画素群により構成される。アレイ状に配列された画素群による領域は、撮像する対象空間に対応するいわゆる「画角」を構成する。各画素は、典型的には、フォトダイオード等の光電変換素子及び各種のトランジスタ等の電子素子を含む画素回路からなる。画素アレイ部１１は、各画素上に結像した入射光の強さに応じた電荷量を電気信号に変換し、画素信号として出力する。なお、画素アレイ部１１の各画素上には、後述するように、入射光を集光するマイクロオンチップレンズやカラーフィルタといった光学系素子が形成される。
　垂直駆動部１２は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等を含み構成される。垂直駆動部１２は、複数の画素駆動線１８を介して各画素に駆動信号等を供給することにより、画素アレイ部１１の各画素を例えば同時に又は行単位等で駆動する。
　カラム処理部１３は、画素アレイ部１１の画素列（カラム）ごとに垂直信号線１９を介して各画素から画素信号を読み出して、ノイズ除去処理、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）処理、及びＡ／Ｄ（Analog-to-Digital）変換処理等を行う。カラム処理部１３により処理された画素信号は、画素データとして信号処理部１６に出力される。
　水平駆動部１４は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等を含み構成される。水平駆動部１４は、カラム処理部１３の画素列に対応する画素を順番に選択する。この水平駆動部１４による選択走査により、カラム処理部１３において画素ごとに信号処理された画素信号が順番に信号処理部１６に出力される。
　システム制御部１５は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ等を含み構成される。システム制御部１５は、例えば図示しないタイミングジェネレータにより生成されたタイミング信号に基づいて、垂直駆動部１２、カラム処理部１３、及び水平駆動部１４の駆動制御を行なう。
　信号処理部１６は、必要に応じてデータ格納部１７に画素データを一時的に格納しながら、カラム処理部１３から供給された画素データに対して演算処理等の信号処理を行ない、各画素信号に基づく画像信号を出力する。
　なお、本技術が適用される固体撮像装置１は、上述した構成に限られるものではない。例えば、固体撮像装置１は、データ格納部１７がカラム処理部１３の後段に配置され、カラム処理部１３から出力される画素信号を、データ格納部１７を経由して信号処理部１６に供給するように構成されても良い。或いは、固体撮像装置１は、縦続的に接続されたカラム処理部１３とデータ格納部１７と信号処理部１６とが各画素信号を並列的に処理するように構成されても良い。
　図２は、本技術の一実施形態に係る固体撮像装置の半導体構造の一例を示す部分縦断面図である。同図に示すように、半導体構造２０は、概略的には、例えば、半導体支持基板２１と、配線層２２と、光電変換層２３と、カラーフィルタ２４と、オンチップレンズ２５とを含み構成される。また、本開示の半導体構造２０は、反射構造体２６を含む。このような半導体構造２０は、例えば、配線層２２及び各種のロジック回路（図示せず）を含む第１シリコン基板と、光電変換層２３を含む第２シリコン基板とを一体的に接合することにより構成され得る。
　オンチップレンズ２５は、外部から固体撮像装置１に入射する光を、効率的に集光して光電変換層２３の各画素（すなわち、光電変換素子２３１）に結像するための光学レンズである。オンチップレンズ２５は、典型的には、画素ごとに配置される。また、本開示では、オンチップレンズ２５は、固体撮像装置１の画角周辺部での光を有効に利用するため、いわゆる瞳補正に従って配置される。すなわち、画角中央部（像高ゼロ）に位置する画素に対応するオンチップレンズ２５は、その光軸と画素の中心とが略一致するように配置される一方、画角周辺部に位置するほど（高い像高ほど）、オンチップレンズ２５は画素の中心からオフセットされて配置される。換言すれば、画角周辺部に位置するほど、オンチップレンズ２５の位置は、主光線の出射の向きに合わせてオフセットされる。なお、画角のコーナー領域においては、オンチップレンズ２５は、画素の中心から縦横それぞれの方向にオフセットされて配置される。このような瞳補正により、画角周辺部において斜めに入射する主光線の利用が可能になる。また、このような瞳補正により、後述する反射構造体２６による光の反射が有効になされ、クロストークの発生をより効果的に抑制することができるようになる。なお、オンチップレンズ２５は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、有機ＳＯＧ、ポリイミド系樹脂、又はフッ素系樹脂等から形成される。
　カラーフィルタ２４は、オンチップレンズ２５により集光された光のうち、所定の波長の光を選択的に透過する光学フィルタである。本例では、赤色光、緑色光、青色光、及び近赤外光の波長をそれぞれ選択的に透過する４つのカラーフィルタ２４が用いられるが、これに限られない。各画素には、いずれかの色（波長）に対応するカラーフィルタ２４が配置される。
　光電変換層２３は、各画素を構成するフォトダイオード等の光電変換素子２３１及び各種のトランジスタ等の電子素子を含む画素回路群が形成された機能層である。光電変換層２３の各光電変換素子２３１は、オンチップレンズ２５及びカラーフィルタ２４を介して入射した光の強さに応じた電荷量を生成し、これを電気信号に変換し、画素信号として出力する。なお、光電変換層２３の入射面に入射した光の一部（例えば近赤外光等）は、入射面（すなわち裏面）とは反対側の面（すなわち、おもて面）に通過し得る。光電変換層２３は、半導体製造プロセスによりシリコン基板に作製される。光電変換素子２３１及び各種の電子素子は、配線層２２における所定の金属配線に電気的に接続される。また、光電変換層２３には、各画素どうしを分離する画素分離部２７が形成され得る。画素分離部２７は、例えばエッチング処理により形成されたトレンチ構造からなる。画素分離部２７は、画素に入射した光が隣接する画素へ入り込むことを防止する。
　配線層２２は、光電変換層２３における各画素へ電力及び各種の駆動信号を伝達し、また、各画素から読み出される画素信号を伝達するための金属配線パターンが形成された層である。本例では、配線層２２は、半導体支持基板２１上に形成されている。配線層２２は、典型的には、複数の金属配線パターンの層が層間絶縁膜を挟み積層されて構成され得る。また、積層された金属配線パターンは、必要に応じて例えばビアにより電気的に接続される。配線層２２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等の金属により形成される。一方、層間絶縁膜は、例えば、酸化シリコン等により形成される。
　半導体支持基板２１は、半導体製造プロセスにおいて形成される各種の層を支持するための基板である。また、半導体支持基板２１には、例えば、上述した各種のコンポーネントのいくつかを実現するロジック回路が形成される。半導体支持基板２１は、例えば、単結晶シリコンにより作製される。
　反射構造体２６は、光電変換層２３における光電変換素子２３１を透過した光を、該光電変換素子２３１に向けて反射する特性を有する構造体である。一例として、反射構造体２６は、光電変換素子２３１の略中心部に反射光が集光されるように、その反射方向を制御するように構成される。本開示では、反射構造体２６は、光電変換層２３と配線層２２との間に形成されている。このような構成により、光電変換素子２３１を透過した光（例えば近赤外光）が、配線層２２の金属配線パターンに反射して、隣接する光電変換素子２３１に向けて進入することを防止する。
　本開示の反射構造体２６は、容量及びインダクタンスの増加により電磁的特性（光学的特性）を向上させる現象の概念を持つ「メタマテリアル」としての構造体（メタマテリアル構造体である（「メタサーフェス」と称されることもある。）。メタマテリアルの有効誘電率及び有効透磁率をそれぞれ制御して、両者の値を負にすることにより、有効屈折率を負の値（すなわち反射）にすることができる。このようなメタマテリアル構造体は、典型的には「メタアトム」と称される単位構造の集合体からなる。例えば、反射構造体２６は、図３に示されるように、各メタアトムがＧＳＰ（Gap Surface Plasmon）構造として構成されるが、これに限られない。
　以上のように構成される固体撮像装置１においては、外部から各画素の入射面に入射した光は、オンチップレンズ２５で集光されるとともにカラーフィルタ２４により該画素に対応した所定の波長の光が選択的に透過して、光電変換層２３に到達する。光電変換層２３の光電変換素子２３１は、入射した光の強度に応じて電荷を生成し、画素信号として出力する。また、光電変換層２３に到達し入射した光の一部（例えば近赤外光）は、光電変換層２３を透過するが、反射構造体２６で反射し、反射光として、該光電変換素子２３１の略中心部に向けて進行する。このように、光電変換層２３を透過した光は、配線層２２で反射して隣接する光電変換素子２３１に入射することないため、クロストークの発生を防止することができる。また、光電変換層２３を透過した光は、反射構造体２６により反射指向性が制御され、光電変換素子２３１に集光され再利用されるので、効率的な光電変換が可能となる。
　図３は、本技術の一実施形態に係る固体撮像装置における反射構造体の一例を説明するための図である。すなわち、同図（ａ）～（ｃ）は、反射構造体２６を構成するメタアトムの概略を例示している。
　同図（ａ）に示すように、本例の反射構造体２６は、ＧＳＰ（Gap Surface Plasmon）構造として構成される。ＧＳＰ構造は、誘電体Ｄを低抵抗材料である金属Ｍ１及びＭ２により挟み込んだサンドウィッチ構造である。このようなＧＳＰ構造は、ＧＳＰ共鳴器と称されることもある。
　金属Ｍ１及びＭ２の一例としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、及びアルミニウム（Ａｌ）のいずれか又は少なくともその１つを含む合金等があり得る。また、シリコン（Ｓｉ）を主材料とする光電変換層２３を透過し易い近赤外光を考慮する場合、近赤外領域における複素誘電率の虚部の値が小さい材料が選択され、上記に挙げた金属材料はその条件を満たしていることが知られている。
　また、誘電体Ｄの一例としては、例えば単結晶シリコン（ｃ－Ｓｉ）、アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）、及びゲルマニウム（Ｇｅ）等があり得る。同様に、光電変換層２３を透過し易い近赤外光を考慮する場合、近赤外領域における光の屈折率が３より大きい材料が選択され、上記に挙げた誘電体材料はその条件を満たしていることが知られている。
　同図（ａ）に示すようなＧＳＰ構造に光が垂直に入射する場合の共鳴波長は、簡略的には、以下に示す単純ファブリ・ペロー（Fabry-Perot）共鳴器の公式に従う。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 ・・・（式１）
　ただし、ｗはデバイス幅、λ０は入射光の波長、ｎｇｓｐは誘電体の屈折率、ｍは共鳴次数、φは反射光の位相遅れ量である。
　すなわち、上記式（１）に従う共鳴波長の光がＧＳＰ構造に入射したときに、共鳴的な応答現象により有効透磁率が負となるように、ＧＳＰ構造が設計される。
　ＧＳＰ構造の他の例として、同図（ｂ）に示すように、各メタアトムが下層側の金属Ｍ２を共有する構成であっても良い。例えば、このような下層側の金属Ｍ２は、半導体製造プロセスにおいて、パターニングされない、いわゆる「ベタ」の層として形成され得る。
　或いは、同図（ｃ）のように、各メタアトムが下層側の金属Ｍ２及び誘電体Ｄを共有する構成であっても良い。同様に、このような誘電体Ｄは、半導体製造プロセスにおいて、パターニングされない、いわゆる「ベタ」の層として形成され得る。同図（ｃ）に示すようなＧＳＰ構造では、一次の反射光が良好に観測されることが知られている。
　なお、反射構造体２６は、同図（ａ）～（ｃ）に示したメタアトムの少なくとも２つが適宜に組み合わされて構成されても良い。
　また、反射構造体２６は、上述したように、反射光が元の光電変換素子２３１の略中心部に集光されるように、その反射指向性を制御するように構成される。例えば、ｘ－ｙ平面における反射光を集光させるフレネルレンズの放物位相プロファイルφは、以下の式で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 ・・・（式２）
　ただし、λ０は入射光の波長、ｆは焦点距離である。
　また、１次元フレネルレンズの場合における隣接するメタアトムどうしの間隔Δφは、以下の式で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 ・・・（式３）
　ただし、Ｎは1次元フレネルレンズの段数である。
　以上のようにして、反射構造体２６は、上記式（２）に示す放物位相プロファイルφ及び上記式（３）に示す間隔Δφに従って、反射指向性を考慮したＧＳＰ構造が設計される。
　図４（ａ）は、大きさが３×３μｍの１つの画素に収まる同心円型の反射構造体２６の一例である。具体的には、同図（ａ）に示す反射構造体２６は、波長λが９４０ｎｍである入射光を考慮して、各メタアトムにおける誘電体Ｄの屈折率ｎｇｓｐが３、集束距離ｆが３μｍであり、中心から半径方向に位相プロファイルφが１５°ずつ変化する（図４（ｂ）参照）ように設計されている。このような同心円型の幾何学的パターンのプロファイル形状は、ブルズアイターゲット形状と称されることもある。
　このような反射構造体２６の集光効果（反射指向性）は以下のように試算される。つまり、図５（ａ）のように反射構造体２６の鉛直方向から角度θだけ傾いた方向の光（ビーム）の強度を考える。フレネルレンズの集光能力は、基本的に、ホイスヘンの原理に基づき、位相計算により算出される。波動の考慮を前提とする波動光学によれば、円盤状光源の指向性関数Ｒ（θ）は次式で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 ・・・（式４）
　ただし、θは円盤中心からの指向角、ｋは波数（２π／λ）、ａは円盤半径、Ｊ１（ｘ）は１次の第一種ベッセル関数である。
　また、円環状光源の指向性関数Ｒ（θ）は、以下の式で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 ・・・（式５）
　ただし、θは円盤中心からの指向角、ｋは波数（２π／λ）、ａは円環の外周半径、ｂは内周半径、Ｊ１（ｘ）は１次の第一種ベッセル関数である。
　上記式（５）に従い、図４（ａ）に示したような反射構造体２６のビームプロファイルは、図５（ｂ）に示されるようになる。同図（ｂ）に示すように、入射光の７０％以上が鉛直方向に反射される一方、θが３０°以上のビーム強度は１０％以下に低減していることから、本実施形態の反射構造体２６の集光効果を確認することができる。
（反射構造体２６の変形例）
　本開示の反射構造体２６は、図６（ａ）～（ｃ）に示すような、位相プロファイルの制御により効果的な様々なメタアトムの構造（例えばＧＳＰ構造）を採用することができる。すなわち、同図（ａ）に示す反射構造体２６は、各円環状部分がストライプ形状のメタアトムの集合体からなる。ストライプ形状部分の幅は適宜に設定され得る。また、同図（ｂ）に示す反射構造体２６は、各円環状部分がＢａｒ形状のメタアトムの集合体からなる。Ｂａｒ形状部分の長手軸方向の長さ及び／又はこれに直行する短手方向（幅方向）の長さ並びに配置レイアウトは適宜に設定され得る。更に、同図（ｃ）に示す反射構造体２６は、各円環状部分がｖ－アンテナ形状のメタアトムの集合体からなる。Ｖ－アンテナ形状の角度（Ｖ字角度）並びに配置レイアウトは適宜に設定され得る。
　図７は、本技術の一実施形態に係る固体撮像装置の製造工程の一例を示す図である。具体的には、同図は、光電変換層２３が形成された第２シリコン基板（図２参照）上に反射構造体２６を作製する工程を示している（同図は、図２に示した第２シリコン基板が上下反対に示されている。）。第２シリコン基板における光電変換層２３の画素回路を構成するフォトダイオードやトランジスタ（例えばＮＭＯＳトランジスタ）等は、例えば、既知の半導体前工程の前半（ＦＥＯＬ：Front End of Line）の製造工程で形成される。
　まず、同図（ａ）では、画素分離部２７により分離された光電変換素子２３１を含む光電変換層２３が示されている。また、光電変換層２３上には、ゲート電極２３２が形成され、更に、シリコン酸化絶縁膜２３３が形成されている。
　次に、同図（ｂ）に示すように、画素分離部２７上にコンタクトプラグ構造２３４が形成される。コンタクトプラグ構造２３４には、例えばタングステンが埋め込まれる。このコンタクトプラグ構造２３４は、隣接する画素への光（透過光）の進入を防止する。
　次に、同図（ｃ）に示すように、シリコン酸化絶縁膜２３３が積層され、続いて、同図（ｄ）に示すように、ＧＳＰ構造を構成する第１金属層２３５が、例えばダマシン（damascene）技術を用いて形成される。ダマシン技術は、絶縁膜上の金属形成予定部分に溝を形成し、その溝に金属を埋め込む技術である。溝以外の部分に付いた余分な金属は、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ：chemical mechanical polishing）によって除去される。なお、本開示では、第１金属層２３５の金属材料として、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、及びアルミニウム（Ａｌ）のいずれか又は少なくともその１つを含む合金等が選択される。
　次に、同図（ｅ）に示すように、誘電体層２３６が形成され、続いて、同様に、例えばダマシン（damascene）技術を用いて、第２金属層２３７が形成される。また、本例では、ゲート電極２３２の直上部分には、ゲート電極２３２への電気的接続のための空間（ビア）が確保される（第３実施形態参照）。つまり、ゲート電極２３２の直上部分では、ＧＳＰ構造が形成されない。同図（ｅ）の部分断面図では、右側のゲート電極２３２について、電気的接続構造が示されている。
　以上のようにして、第２シリコン基板においてＧＳＰ構造の反射構造体２６が形成される。なお、光電変換層２３上に反射構造体２６が形成された第２シリコン基板は、配線層２２及びロジック回路が形成された第１シリコン基板と一体的に接合されることにより、半導体構造（図２参照）となる。
　以上のように、本実施形態によれば、光電変換層２３と配線層２２との間にメタマテリアルの反射構造体２６が設けられているので、光電変換層２３の光電変換素子２３１を透過した光が、反射構造体２６で該光電変換素子２３１の方向に反射し、これにより、隣接する画素への光の侵入によるクロストークの発生を防止することができる。また、反射構造体２６は、光電変換素子２３１の略中心部に向けて集光するように光を反射するので、光電変換層２３を透過した光を再利用することができ、効率的な光電変換が可能になる。
　更に、反射構造体２６は、メタマテリアルにより構成されているため、凹型形状のような深さ方向に厚みを必要とせず、固体撮像装置１の薄型化に寄与する。更に、反射構造体２６は、例えば半導体製造工程におけるダマシン技術により形成することができるため、非常に精度良く作製することができ、製造バラツキの発生を抑えることができる。
［２．第２の実施形態］
　本実施形態は、上記実施形態の変形であり、オンチップレンズの瞳補正を考慮して、反射構造体の位置を調整することを特徴としている。
　すなわち、上述したように、画角中央部に位置する画素に対応するオンチップレンズ２５は、その光軸と画素の中心とが略一致するように配置される一方、画角周辺部に位置するほど、画素の中心からオフセットされて配置される。このような瞳補正によるオンチップレンズ２５のオフセット量に応じて、反射構造体２６は、入射する主光線の方向に合わせてオフセットされて配置される。
　図８は、本技術の一実施形態に係る固体撮像装置における瞳補正に応じた反射構造体の配置の一例を説明するための図である。
　すなわち、同図（ａ）は、画角中央部に位置する画素に対応するオンチップレンズ２５と反射構造体２６との位置関係を示している。同図（ａ）に示すように、画角中央部に位置する画素に対応するオンチップレンズ２５は、その光軸と画素の中心とが略一致するように配置されることから、反射構造体２６もまた、その中心に一致するように配置される。
　同図（ｂ）は、画角周辺部に位置する画素に対応するオンチップレンズ２５と反射構造体２６との位置関係を示している。同図（ｂ）に示すように、画角周辺部（本例では画角中央部に対して平面視左端側）に位置する画素に対応するオンチップレンズ２５は、画素の中心に向けて主光線を斜めに出射することから、反射構造体２６は、その延伸方向、すなわち、その点対称の位置にオフセットされて配置される。つまり、反射構造体２６は、対応する光電変換素子２３１に対応するオンチップレンズ２５の位置に応じて、該光電変換素子２３１の中心に対して反対の方向にオフセットされて配置される。
　次に、瞳補正によるオンチップレンズ２５のオフセット量を考慮した反射構造体２６のオフセット量について説明する。
　図９は、本技術の一実施形態に係る固体撮像装置における画素の一部を示す断面図である。同図において、ＥＰＤは仮想光源からの射出瞳距離、ｄｕは光電変換素子２３１上の上層の厚み（本例ではシリコン層からオンチップレンズまでの距離）、ｄＳｉは光電変換素子２３１上のシリコン層の厚み、ｘは像高ゼロから画素の中心までの距離、ｎａは空気の屈折率（ｎａ＝１）、ｎｕは上層の屈折率とすると、オンチップレンズ２５のオフセット量Δｘは、以下の式で示される。
　　Δｘ＝ｘ＊（ｄｕ／ＥＰＤ）×（ｎａ／ｎｕ）
・・・（式６）
　同様にして、瞳補正位置から反射構造体２６までの距離をΔｘ’とすると、以下の式で示される。
　　Δｘ’＝ｘ’×（ｄＳｉ／ＥＰＤ’）×（ｎｕ／ｎＳｉ）
・・・（式７）
ここで、ｘ’＝Δｘ×（ｄｕ＋ｄＳｉ）／ｄｕであり、ＥＰＤ’＝ｄｕ＋ｄＳｉであるから、
　　Δｘ’＝Δｘ×ｄＳｉ／ｄｕ×ｎａ／ｎｕ
・・・（式８）
となる。
　したがって、式６及び空気の屈折率（ｎａ＝１）から、
　　Δｘ’＝ｘ／ＥＰＤ×ｄＳｉ／ｎｕ
・・・（式９）
となる。反射構造体２６の瞳総補正量はΔｘ＋Δｘ’であるから、
　　Δｘ＋Δｘ’＝ｘ／（ＥＰＤ×ｎｕ）×（ｄＳｉ＋ｄｕ）・・・（式１０）
となる。したがって、反射構造体２６は、画角中央部（像高中心）から画角周辺部に向けて離れた位置にあるほど、画素の中心と反射構造体２６の中心とオフセット量が大きくなるように配置される。これにより、瞳補正に従いオフセット配置されたオンチップレンズ２５を通過した光に対して、反射構造体２６は、効果的に集光反射することができる。
［３．第３の実施形態］
　本実施形態は、上記実施形態の変形であり、反射構造体２６が不完全な幾何学的パターンのプロファイル形状を有することを特徴としている。つまり、本実施形態の反射構造体２６は、幾何学的パターンのプロファイル形状（例えばブルズアイターゲット形状）の一部が欠如ないしは分断した構成となっている。
　固体撮像装置１の半導体構造２０において、図１０に示すように、配線層２２の金属配線パターン（例えばゲート電極）と反射構造体２６とが近接し、互いに電磁的干渉を起こしてしまう場合がある。とりわけ、反射構造体２６の大きさが画素の大きさに近いと、電磁的干渉の影響が大きくなる。そこで、本実施形態では、反射構造体２６は、幾何学的パターンのプロファイル形状の一部が欠如した（形成されていない）構成となっている。
　図１１は、本技術の一実施形態に係る固体撮像装置における反射構造体のプロファイル形状を説明するための平面断面図である。
　同図に示すように、反射構造体２６において、配線層２２に形成されたゲート電極に対応する箇所は、干渉を回避するために、その構造が形成されていない。換言すれば、反射構造体２６は、所々が分断された、不完全なブルズアイターゲット形状を形成している。これにより、反射構造体２６は、配線層２２における金属配線パターンとの電磁的干渉を回避することができる。
　図１２は、本技術の一実施形態に係る固体撮像装置における反射構造体によるビームプロファイルの一例を説明するための図である。すなわち、同図は、図１１に示した不完全なブルズアイターゲット形状を有する反射構造体のビームプロファイルを示している。同図に示すように、本実施形態の反射構造体２６では、不完全なブルズアイターゲット形状により、集束光の強度が約２０％減少しているが（図５（ｂ）参照）、反射指向性は依然として維持されている。したがって、光電変換層２３を透過した光は、反射構造体２６により反射指向性が制御され、光電変換素子２３１に集光され再利用されることになる。
　上記各実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな形態で実施することができる。例えば、本明細書に開示される方法においては、その結果に矛盾が生じない限り、ステップ、動作又は機能を並行して又は異なる順に実施しても良い。説明されたステップ、動作及び機能は、単なる例として提供されており、ステップ、動作及び機能のうちのいくつかは、発明の要旨を逸脱しない範囲で、省略でき、また、互いに結合させることで一つのものとしてもよく、また、他のステップ、動作又は機能を追加してもよい。
　また、例えば、本技術に係る固体撮像装置１は、カメラやイメージセンサ等の電子機器に適用し得る。このような電子機器は、固体撮像装置１の動作を統括的に制御し、信号処理部１６から出力される画像信号に基づいて様々な画像処理を行う制御部を備え得る。制御部は、例えばプログラマブルロジックデバイスとして実現されるが、これに限られない。
　また、本明細書では、さまざまな実施形態が開示されているが、一の実施形態における特定のフィーチャ（技術的事項）を、適宜改良しながら、他の実施形態に追加し、又は該他の実施形態における特定のフィーチャと置換することができ、そのような形態も本発明の要旨に含まれる。
　また、本技術は、以下のような技術的事項を含み構成されても良い。
（１）
　半導体支持基板と、
　前記半導体支持基板上に形成され、所定の金属配線パターンを含む配線層と、
　前記配線層上に設けられ、入射面に入射した光に基づく光電変換により電荷を生成するアレイ状に形成された複数の光電変換素子を含む光電変換層と、
　前記所定の金属配線パターンと前記光電変換層との間に前記複数の光電変換素子のそれぞれに対応して配置され、所定の電磁的特性を有する反射構造体と、を備え、
　前記反射構造体は、前記光電変換層に入射した前記光のうち、前記光電変換層の各前記光電変換素子を通過した光を、該光電変換素子へ集光反射する、
固体撮像装置。
（２）
　前記反射構造体は、負の有効屈折率を有するメタマテリアル構造体である、
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
　前記反射構造体は、前記光電変換素子の略中心部に集光反射するように構成される、
前記（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
　前記反射構造体は、前記所定の電磁特性を有するメタアトム群からなる構造体である、前記（３）に記載の固体撮像装置。
（５）
　前記反射構造体は、金属材料及び誘電体材料の少なくともいずれかから形成される、
前記（４）に記載の固体撮像装置。
（６）
　前記メタアトム群のそれぞれは、ＧＳＰ（Gap Surface Plasmon）構造である、
前記（５）に記載の固体撮像装置。
（７）
　前記金属材料は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、及びＡｌのうちの少なくとも１つから選択される、
前記（６）に記載の固体撮像装置。
（８）
　前記誘電体材料は、Ｓｉ、Ｇｅ、及びＳｉＧｅのうちの少なくとも１つから選択される、
前記（６）に記載の固体撮像装置。
（９）
　前記反射構造体は、前記メタアトム群がブルズアイパターン形状を形成するように構成される、
前記（４）に記載の固体撮像装置。
（１０）
　前記反射構造体は、前記メタアトム群が不完全なブルズアイパターン形状を形成するように構成される、
前記（４）に記載の固体撮像装置。
（１１）
　不完全なブルズアイパターン形状は、前記配線層における前記所定の金属配線パターンとの電磁的干渉を回避するように、その形状の一部が欠如している、
前記（１０）に記載の固体撮像装置。
（１２）
　前記光電変換層の前記入射面側に、前記複数の光電変換素子に対応してそれぞれ設けられた複数のオンチップレンズを更に備え、
　前記複数のオンチップレンズのそれぞれは、前記複数の光電変換素子かなる画角における位置に応じて、該光電変換素子の中心から所定の方向にオフセットされて配置される、前記（１）に記載の固体撮像装置。
（１３）
　前記反射構造体は、対応する前記光電変換素子に対応する前記オンチップレンズの位置に応じて、該光電変換素子の中心に対して前記所定の方向と反対の方向にオフセットされて配置される、
前記（１２）に記載の固体撮像装置。
（１４）
　前記反射構造体は、前記対応する光電変換素子が前記画角の中心から離れて位置するほど、該反射構造体の中心と該光電変換素子の中心とのオフセット量が大きくなるように配置される、
前記（１３）に記載の固体撮像装置。
（１５）
　固体撮像装置とこれを制御する制御部とを備える電子機器であって、
　前記固体撮像装置は、
　半導体支持基板と、
　前記半導体支持基板上に形成され、所定の金属配線パターンを含む配線層と、
　前記配線層上に設けられ、入射面に入射した光に基づく光電変換により電荷を生成するアレイ状に形成された複数の光電変換素子を含む光電変換層と、
　前記所定の金属配線パターンと前記光電変換層との間に前記複数の光電変換素子のそれぞれに対応して配置され、所定の電磁的特性を有する反射構造体と、を備え、
　前記反射構造体は、前記光電変換層に入射した前記光のうち、前記光電変換層の各前記光電変換素子を通過した光を、該光電変換素子へ集光反射する、
電子機器。
１…固体撮像装置
１１…画素アレイ部
１２…垂直駆動部
１３…カラム処理部
１４…水平駆動部
１５…システム制御部
１６…信号処理部
１７…データ格納部
１８…画素駆動線
１９…垂直信号線
２０…半導体構造
２１…半導体支持基板
２２…配線層
２３…光電変換層
　２３１…光電変換素子
　２３２…ゲート電極
　２３３…シリコン酸化絶縁膜
　２３４…コンタクトプラグ構造
　２３５…第１金属層
　２３６…誘電体層
　２３７…第２金属層
２４…カラーフィルタ
２５…オンチップレンズ
２６…反射構造体
２７…画素分離部

Claims (15)

  1. 　半導体支持基板と、
    　前記半導体支持基板上に形成され、所定の金属配線パターンを含む配線層と、
    　前記配線層上に設けられ、入射面に入射した光に基づく光電変換により電荷を生成するアレイ状に形成された複数の光電変換素子を含む光電変換層と、
    　前記所定の金属配線パターンと前記光電変換層との間に前記複数の光電変換素子のそれぞれに対応して配置され、所定の電磁的特性を有する反射構造体と、を備え、
    　前記反射構造体は、前記光電変換層に入射した前記光のうち、前記光電変換層の各前記光電変換素子を通過した光を、該光電変換素子へ集光反射する、
    固体撮像装置。
  2. 　前記反射構造体は、負の有効屈折率を有するメタマテリアル構造体である、
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 　前記反射構造体は、前記光電変換素子の略中心部に集光反射するように構成される、
    請求項２に記載の固体撮像装置。
  4. 　前記反射構造体は、メタアトム群の集合体である、
    請求項３に記載の固体撮像装置。
  5. 　前記反射構造体は、金属材料及び誘電体材料の少なくともいずれかから形成される、
    請求項４に記載の固体撮像装置。
  6. 　前記メタアトム群のそれぞれは、ＧＳＰ（Gap Surface Plasmon）構造である、
    請求項５に記載の固体撮像装置。
  7. 　前記金属材料は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、及びＡｌのうちの少なくとも１つから選択される、
    請求項６に記載の固体撮像装置。
  8. 　前記誘電体材料は、Ｓｉ、Ｇｅ、及びＳｉＧｅのうちの少なくとも１つから選択される、
    請求項６に記載の固体撮像装置。
  9. 　前記反射構造体は、前記メタアトム群がブルズアイパターン形状を形成するように構成される、
    請求項４に記載の固体撮像装置。
  10. 　前記反射構造体は、前記メタアトム群が不完全なブルズアイパターン形状を形成するように構成される、
    請求項４に記載の固体撮像装置。
  11. 　不完全なブルズアイパターン形状は、前記配線層における前記所定の金属配線パターンとの電磁的干渉を回避するように、その形状の一部が欠如している、
    請求項１０に記載の固体撮像装置。
  12. 　前記光電変換層の前記入射面側に、前記複数の光電変換素子に対応してそれぞれ設けられた複数のオンチップレンズを更に備え、
    　前記複数のオンチップレンズのそれぞれは、前記複数の光電変換素子かなる画角における位置に応じて、該光電変換素子の中心から所定の方向にオフセットされて配置される、請求項１に記載の固体撮像装置。
  13. 　前記反射構造体は、対応する前記光電変換素子に対応する前記オンチップレンズの位置に応じて、該光電変換素子の中心に対して前記所定の方向と反対の方向にオフセットされて配置される、
    請求項１２に記載の固体撮像装置。
  14. 　前記反射構造体は、前記対応する光電変換素子が前記画角の中心から離れて位置するほど、該反射構造体の中心と該光電変換素子の中心とのオフセット量が大きくなるように配置される、
    請求項１３に記載の固体撮像装置。
  15. 　固体撮像装置とこれを制御する制御部とを備える電子機器であって、
    　前記固体撮像装置は、
    　半導体支持基板と、
    　前記半導体支持基板上に形成され、所定の金属配線パターンを含む配線層と、
    　前記配線層上に設けられ、入射面に入射した光に基づく光電変換により電荷を生成するアレイ状に形成された複数の光電変換素子を含む光電変換層と、
    　前記所定の金属配線パターンと前記光電変換層との間に前記複数の光電変換素子のそれぞれに対応して配置され、所定の電磁的特性を有する反射構造体と、を備え、
    　前記反射構造体は、前記光電変換層に入射した前記光のうち、前記光電変換層の各前記光電変換素子を通過した光を、該光電変換素子へ集光反射する、
    電子機器。
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