(57)【要約】  固体撮像素子は、半導体層と、電極と、配線層と、複数のフィルタと、入力端子と、電圧生成回路とを有する。前記電圧生成回路は、前記入力端子に入力された基準電圧に基づいて第１の電圧と第２の電圧とを生成する。前記複数のフィルタは、第１のフィルタと第２のフィルタとを含む。前記第１のフィルタの光の透過率は、青に対応する波長範囲においてピークを有する。前記第２のフィルタの光の透過率は４５０ｎｍ以上の波長においてピークを有し、かつ前記第２のフィルタにおいて、波長が４５０ｎｍ以下である光の透過率は、波長が４５０ｎｍよりも長い光の透過率の最小値よりも大きい。前記第１の電圧と前記第２の電圧とが前記電極に選択的に印加される。
2017051451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面照射型の固体撮像素子であって、
第１の面と、第２の面と、複数の光電変換素子とを有する半導体層と、
前記第１の面に配置された電極と、
前記第２の面において前記半導体層に積層された配線層と、
前記第１の面側において前記複数の光電変換素子に対応する位置に配置された複数のフィルタと、
外部から基準電圧が入力される入力端子と、
前記入力端子に入力された前記基準電圧に基づいて第１の電圧と第２の電圧とを生成する電圧生成回路と、
を有し、
前記複数のフィルタは、第１のフィルタと第２のフィルタとを含み、
前記第１のフィルタの光の透過率は、青に対応する波長範囲においてピークを有し、
前記第２のフィルタの光の透過率は４５０ｎｍ以上の波長においてピークを有し、かつ前記第２のフィルタにおいて、波長が４５０ｎｍ以下である光の透過率は、波長が４５０ｎｍよりも長い光の透過率の最小値よりも大きく、
前記第１の電圧と前記第２の電圧とが前記電極に選択的に印加され、
前記第２の電圧は、前記第１の電圧と異なる
固体撮像素子。
【請求項２】
前記第１の電圧が前記電極に印加されたとき、前記半導体層の断面におけるポテンシャルは第１の分布を有し、
前記第２の電圧が前記電極に印加されたとき、前記半導体層の断面におけるポテンシャルは第２の分布を有し、
第１の領域において、前記第１の分布のピークにおけるポテンシャルは、前記第２の分布のピークにおけるポテンシャルよりも大きく、
前記第１の領域は、前記第１の面からの距離が０．３μｍ未満である領域である
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記半導体層を構成する材料は、シリコンを含み、
前記第１の分布は、前記第１の領域に前記ピークを有し、
前記第１の分布において、第２の領域におけるポテンシャルの変化の傾きは、第３の領域におけるポテンシャルの変化の傾きよりも大きく、
前記第２の領域は、前記距離が前記ピークにおける第１の距離よりも大きく、かつ前記距離が０．３μｍ未満である領域であり、
前記第３の領域は、前記第１の面と前記光電変換素子との間において前記距離が０．３μｍ以上である領域である
請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記半導体層の前記第１の面側において前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとの境界に対応する領域にトレンチが配置されている
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
裏面照射型の固体撮像素子であって、
第１の面と、第２の面と、複数の光電変換素子とを有する半導体層と、
前記第１の面に配置された電極と、
前記第２の面において前記半導体層に積層された配線層と、
前記第１の面側において前記複数の光電変換素子に対応する位置に配置された複数のフィルタと、
を有し、
前記複数のフィルタは、第１のフィルタと第２のフィルタとを含み、
前記第１のフィルタの光の透過率は、青に対応する波長範囲においてピークを有し、
前記第２のフィルタの光の透過率は４５０ｎｍ以上の波長においてピークを有し、かつ前記第２のフィルタにおいて、波長が４５０ｎｍ以下である光の透過率は、波長が４５０ｎｍよりも長い光の透過率の最小値よりも大きく、
第１の電圧と第２の電圧とが前記電極に選択的に印加され、
前記第２の電圧は、前記第１の電圧と異なる
固体撮像素子と、
白色光と、波長が４５０ｎｍよりも短い狭帯域光とを発生する照明装置と、
前記照明装置が発生する光に応じて前記電極に印加される電圧を制御する制御装置と、
を有し、
前記照明装置が前記白色光を発生するとき、前記第１の電圧が前記電極に印加され、
前記照明装置が前記狭帯域光を発生するとき、前記第２の電圧が前記電極に印加される
内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子および内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示すように、波長が４１０ｎｍ近傍である狭帯域光を使用して粘膜表層の血管の観察が可能となる技術が開示されている。血液中のヘモグロビンに吸収されやすい狭帯域光を血管に照射することにより、血管が強調された画像を取得することができる。例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の可視光の各々に対応する画素が配置された固体撮像素子（イメージセンサ）を使用することにより、３色のカラー画像と狭帯域光画像とが取得される。【０００３】
例えば、３色のカラー画像を取得できる固体撮像素子において各画素に配置されたカラーフィルタの配列は、ベイヤパターンである。図１４は、ベイヤパターンを構成するカラーフィルタの単位配列Ｆ１０を示している。図１４に示すように、単位配列Ｆ１０は、１つの赤のカラーフィルタＦｒ１０と、２つの緑のカラーフィルタＦｇ１０と、１つの青のカラーフィルタＦｂ１０とを有する。固体撮像素子において、図１４に示す単位配列Ｆ１０が２次元状に配置されている。【０００４】
図１５は、３色の各々のカラーフィルタの分光透過特性を示している。図１５に示すグラフの横軸は波長を示し、縦軸はカラーフィルタの透過率を示す。グラフＧｒ２０は、赤のカラーフィルタの分光透過特性を示している。グラフＧｇ２０は、緑のカラーフィルタの分光透過特性を示している。グラフＧｂ２０は、青のカラーフィルタの分光透過特性を示している。赤のカラーフィルタは、赤の波長に対応する６１０ｎｍの近傍の波長に対して透過率のピークＰＫｒ２０を有する。緑のカラーフィルタは、緑の波長に対応する５４０ｎｍの近傍の波長に対して透過率のピークＰＫｇ２０を有する。青のカラーフィルタは、青の波長に対応する４５０ｎｍの近傍の波長に対して透過率のピークＰＫｂ２０を有する。【０００５】
狭帯域光の波長である４１０ｎｍにおいて青のカラーフィルタの透過率は高い。一方、４１０ｎｍにおいて赤と緑との各々のカラーフィルタの透過率は低い。このため、青のカラーフィルタを有する画素のみにおいて狭帯域光は検出されやすく、かつ赤と緑との各々のカラーフィルタを有する画素において狭帯域光は検出されにくい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】日本国特開２０１２−１７０６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
赤と緑との各々のカラーフィルタを有する画素において狭帯域光が検出されにくいため、狭帯域光画像の解像度は低い。狭帯域光画像の解像度を向上させるために、赤と緑との各々のカラーフィルタが狭帯域光の波長に対して透過性を有することが望ましい。しかし、白色光が観察対象に照射されたときに画素において赤色光または緑色光と狭帯域光とが検出されることにより、カラー画像の色分解能が低下する。このため、狭帯域光の波長に対して透過率の急峻なピークを有する赤のカラーフィルタを使用することが考えられる。同様に、狭帯域光の波長に対して透過率の急峻なピークを有する緑のカラーフィルタを使用することが考えられる。【０００８】
図１６は、狭帯域光の波長に対して透過率の急峻なピークを有する緑のカラーフィルタの分光透過特性を示している。図１６に示すグラフＧｇ２１の横軸は波長を示し、縦軸はカラーフィルタの透過率を示す。カラーフィルタは、緑の波長に対応する５４０ｎｍの近傍の波長に対して透過率のピークＰＫｇ２１を有する。さらに、カラーフィルタは、狭帯域光の波長に対応する４１０ｎｍの近傍の波長に対して透過率のピークＰＫｇ２２を有する。【０００９】
狭帯域光が観察対象に照射されたとき、ピークＰＫｇ２２近傍の分光透過特性により狭帯域光がカラーフィルタを透過する。このため、画素が狭帯域光を検出することができる。一方、白色光が観察対象に照射されたとき、ピークＰＫｇ２１近傍の分光透過特性により緑色光がカラーフィルタを透過する。このため、画素が緑色光を検出することができる。白色光が観察対象に照射されたとき、狭帯域光もカラーフィルタを透過する。ピークＰＫｇ２２近傍において透過性を有する波長範囲が狭いため、カラー画像の色分解能の低下が抑制される。しかし、狭帯域光の波長に対して透過率の急峻なピークを有するカラーフィルタの作製が難しい。【００１０】
本発明は、狭帯域光と、狭帯域光よりも波長が長い光とを選択的に検出することができる固体撮像素子および内視鏡システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、固体撮像素子は、裏面照射型である。前記固体撮像素子は、半導体層と、電極と、配線層と、複数のフィルタと、入力端子と、電圧生成回路とを有する。前記半導体層は、第１の面と、第２の面と、複数の光電変換素子とを有する。前記電極は、前記第１の面に配置されている。前記配線層は、前記第２の面において前記半導体層に積層されている。前記複数のフィルタは、前記第１の面側において前記複数の光電変換素子に対応する位置に配置されている。外部から基準電圧が前記入力端子に入力される。前記電圧生成回路は、前記入力端子に入力された前記基準電圧に基づいて第１の電圧と第２の電圧とを生成する。前記複数のフィルタは、第１のフィルタと第２のフィルタとを含む。前記第１のフィルタの光の透過率は、青に対応する波長範囲においてピークを有する。前記第２のフィルタの光の透過率は４５０ｎｍ以上の波長においてピークを有し、かつ前記第２のフィルタにおいて、波長が４５０ｎｍ以下である光の透過率は、波長が４５０ｎｍよりも長い光の透過率の最小値よりも大きい。前記第１の電圧と前記第２の電圧とが前記電極に選択的に印加される。前記第２の電圧は、前記第１の電圧と異なる。【００１２】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様において、前記第１の電圧が前記電極に印加されたとき、前記半導体層の断面におけるポテンシャルは第１の分布を有してもよい。前記第２の電圧が前記電極に印加されたとき、前記半導体層の断面におけるポテンシャルは第２の分布を有してもよい。第１の領域において、前記第１の分布のピークにおけるポテンシャルは、前記第２の分布のピークにおけるポテンシャルよりも大きくてもよい。前記第１の領域は、前記第１の面からの距離が０．３μｍ未満である領域であってもよい。【００１３】
本発明の第３の態様によれば、第２の態様において、前記半導体層を構成する材料は、シリコンを含んでもよい。前記第１の分布は、前記第１の領域に前記ピークを有してもよい。前記第１の分布において、第２の領域におけるポテンシャルの変化の傾きは、第３の領域におけるポテンシャルの変化の傾きよりも大きくてもよい。前記第２の領域は、前記距離が前記ピークにおける第１の距離よりも大きく、かつ前記距離が０．３μｍ未満である領域であってもよい。前記第３の領域は、前記第１の面と前記光電変換素子との間において前記距離が０．３μｍ以上である領域であってもよい。【００１４】
本発明の第４の態様によれば、第１の態様において、前記半導体層の前記第１の面側において前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとの境界に対応する領域にトレンチが配置されてもよい。【００１５】
本発明の第５の態様によれば、内視鏡システムは、固体撮像素子と、照明装置と、制御装置とを有する。前記固体撮像素子は、半導体層と、電極と、配線層と、複数のフィルタとを有する。前記半導体層は、第１の面と、第２の面と、複数の光電変換素子とを有する。前記電極は、前記第１の面に配置されている。前記配線層は、前記第２の面において前記半導体層に積層されている。前記複数のフィルタは、前記第１の面側において前記複数の光電変換素子に対応する位置に配置されている。前記複数のフィルタは、第１のフィルタと第２のフィルタとを含む。前記第１のフィルタの光の透過率は、青に対応する波長範囲においてピークを有する。前記第２のフィルタの光の透過率は４５０ｎｍ以上の波長においてピークを有し、かつ前記第２のフィルタにおいて、波長が４５０ｎｍ以下である光の透過率は、波長が４５０ｎｍよりも長い光の透過率の最小値よりも大きい。第１の電圧と第２の電圧とが前記電極に選択的に印加される。前記第２の電圧は、前記第１の電圧と異なる。前記照明装置は、白色光と、波長が４５０ｎｍよりも短い狭帯域光とを発生する。前記制御装置は、前記照明装置が発生する光に応じて前記電極に印加される電圧を制御する。前記照明装置が前記白色光を発生するとき、前記第１の電圧が前記電極に印加される。前記照明装置が前記狭帯域光を発生するとき、前記第２の電圧が前記電極に印加される。
【発明の効果】
【００１６】
上記の各態様によれば、第１の電圧と第２の電圧とが電極に選択的に印加されることにより、固体撮像素子および内視鏡システムは、狭帯域光と、狭帯域光よりも波長が長い光とを選択的に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態の固体撮像素子の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の固体撮像素子の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の固体撮像素子の平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の固体撮像素子における半導体層のポテンシャルを示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態の固体撮像素子における光電変換素子の分光感度特性を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施形態の固体撮像素子におけるカラーフィルタの分光透過特性を示すグラフである。
【図７】本発明の第１の実施形態の固体撮像素子におけるカラーフィルタの分光透過特性を示すグラフである。
【図８】本発明の第２の実施形態の固体撮像素子の断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の固体撮像素子の平面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の固体撮像素子の断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態の固体撮像素子の平面図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態の内視鏡システムの全体図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態の内視鏡システムの内部構成を示すブロック図である。
【図１４】ベイヤパターンを構成するカラーフィルタの単位配列を示す参考図である。
【図１５】カラーフィルタの分光透過特性を示すグラフである。
【図１６】カラーフィルタの分光透過特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の固体撮像素子２４４の構成を示している。図１に示すように、固体撮像素子２４４は、受光部２４４ｅ（画素部）と、入力端子２４４ｈと、電圧生成回路２４４ｃと、垂直走査回路２４４ｆ１と、水平走査回路２４４ｆ２と、信号処理部２４４ｂとを有する。例えば、受光部２４４ｅと、入力端子２４４ｈと、電圧生成回路２４４ｃと、垂直走査回路２４４ｆ１と、水平走査回路２４４ｆ２と、信号処理部２４４ｂとは、同一基板上に配置されている。
【００２０】
受光部２４４ｅは、行列状に配置された複数の画素２４４ｅ１を有する。図１では、代表として１つの画素２４４ｅ１の符号が示されている。複数の画素２４４ｅ１の各々は、画素２４４ｅ１に入射した光の量に応じた撮像信号を生成する。複数の画素２４４ｅ１の各々は、垂直信号線２４４ｉに接続されている。複数の垂直信号線２４４ｉが配置されている。図１では、代表として１つの垂直信号線２４４ｉの符号が示されている。複数の垂直信号線２４４ｉの各々は、複数の画素２４４ｅ１の配列における列毎に配置されている。複数の画素２４４ｅ１の各々は、生成された撮像信号を垂直信号線２４４ｉに出力する。
【００２１】
複数の画素２４４ｅ１の各々は、制御信号線２４４ｊに接続されている。複数の制御信号線２４４ｊが配置されている。図１では、代表として１つの制御信号線２４４ｊの符号が示されている。複数の制御信号線２４４ｊの各々は、複数の画素２４４ｅ１の配列における行毎に配置されている。複数の制御信号線２４４ｊの各々は、垂直走査回路２４４ｆ１に接続されている。複数の画素２４４ｅ１の動作を制御するための制御信号が垂直走査回路２４４ｆ１から制御信号線２４４ｊに出力される。
【００２２】
垂直走査回路２４４ｆ１は、複数の画素２４４ｅ１の動作を制御するための制御信号を生成する。垂直走査回路２４４ｆ１は、複数の画素２４４ｅ１の配列における複数の行の各々に対応する制御信号を生成する。垂直走査回路２４４ｆ１は、生成された制御信号を制御信号線２４４ｊに出力する。
【００２３】
信号処理部２４４ｂは、複数の信号処理回路２４４ｂ１を有する。信号処理回路２４４ｂ１は、複数の画素２４４ｅ１の配列における列毎に配置されている。信号処理回路２４４ｂ１は、垂直信号線２４４ｉに接続されている。信号処理回路２４４ｂ１は、垂直信号線２４４ｉに出力された撮像信号に対して、ノイズ除去等の信号処理を行う。
【００２４】
信号処理回路２４４ｂ１によって処理された撮像信号は、水平走査回路２４４ｆ２に入力される。水平走査回路２４４ｆ２は、複数の画素２４４ｅ１の配列における列を順次選択する。水平走査回路２４４ｆ２によって選択された列に対応する撮像信号は、出力端子ＯＵＴから固体撮像素子２４４の外部に出力される。
【００２５】
電圧生成回路２４４ｃは、入力端子２４４ｈに入力された基準電圧（電源電圧）に基づいて複数の電圧を生成する。第１の基準電圧Ｖｄｄと、第２の基準電圧ＧＮＤと、第３の基準電圧Ｖｓｓとが外部の電源から入力端子２４４ｈに入力される。例えば、第１の基準電圧Ｖｄｄは、正電圧である。例えば、第２の基準電圧ＧＮＤは、グランドである。例えば、第３の基準電圧Ｖｓｓは、負電圧である。電圧生成回路２４４ｃによって生成される複数の電圧は、第２の基準電圧ＧＮＤと第３の基準電圧Ｖｓｓとの間の電圧である。電圧生成回路２４４ｃによって生成される複数の電圧は、第２の基準電圧ＧＮＤと第３の基準電圧Ｖｓｓとの少なくとも１つを含んでもよい。電圧生成回路２４４ｃによって生成される複数の電圧は、第１の電圧と第２の電圧とを含む。第１の電圧と第２の電圧とは、互いに異なる。電圧生成回路２４４ｃは、第１の電圧と第２の電圧とを含む複数の電圧を選択的に出力する。制御信号φＣＴＬが電圧生成回路２４４ｃに入力される。電圧生成回路２４４ｃは、制御信号φＣＴＬに基づいて、電圧生成回路２４４ｃから出力される電圧を切り替える。
【００２６】
図２は、固体撮像素子２４４の部分断面を示している。固体撮像素子２４４は、半導体層１００と、配線層１１０と、絶縁層１２０と、透明電極１３０と、カラーフィルタ１４０と、樹脂層１５０と、マイクロレンズ１６０とを有する。固体撮像素子２４４は、裏面照射型の固体撮像素子である。
【００２７】
固体撮像素子２４４を構成する部分の寸法は、図２に示される寸法に従うわけではない。固体撮像素子２４４を構成する部分の寸法は任意であってよい。図２以外の断面図における寸法についても同様である。
【００２８】
半導体層１００と配線層１１０とは、半導体層１００の厚さ方向Ｄｒ１に積層されている。半導体層１００の厚さ方向Ｄｒ１は、半導体層１００の面１００ａに垂直な方向である。半導体層１００と配線層１１０とは互いに接触する。半導体層１００と配線層１１０とは、基板を構成する。
【００２９】
半導体層１００は、半導体材料で構成されている。例えば、半導体材料は、シリコン（Ｓｉ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との少なくとも１つである。半導体層１００は、面１００ａ（第１の面）と面１００ｂ（第２の面）とを有する。半導体層１００の面１００ａは、半導体層１００の裏面である。半導体層１００の面１００ａは、絶縁層１２０と接触する。半導体層１００の面１００ａは、基板の主面である。基板の主面は、基板の表面を構成する複数の面のうち相対的に広い面である。半導体層１００の面１００ｂは、配線層１１０と接触する。
【００３０】
半導体層１００は、複数の光電変換素子１０１（フォトダイオード）を有する。図２では、代表として１つの光電変換素子１０１が示されている。例えば、光電変換素子１０１は、半導体層１００を構成する半導体材料とは不純物濃度が異なる半導体材料で構成されている。光電変換素子１０１は、光を信号に変換する。半導体層１００の面１００ａと光電変換素子１０１との距離ｄ１は、半導体層１００の面１００ｂと光電変換素子１０１との距離ｄ２よりも大きい。光電変換素子１０１と、カラーフィルタ１４０と、マイクロレンズ１６０とは、画素２４４ｅ１を構成する。
【００３１】
配線層１１０は、半導体層１００の面１００ｂにおいて半導体層１００に積層されている。配線層１１０は、面１１０ａと面１１０ｂとを有する。配線層１１０の面１１０ａは、半導体層１００と接触する。配線層１１０の面１１０ｂは、基板の主面である。
【００３２】
配線層１１０は、配線１１１と、ビア１１２と、ゲート電極１１３と、層間絶縁膜１１４とを有する。図２では、複数の配線１１１が存在するが、代表として１つの配線１１１の符号が示されている。図２では、複数のビア１１２が存在するが、代表として１つのビア１１２の符号が示されている。
【００３３】
配線１１１とビア１１２とは、導電材料で構成されている。例えば、導電材料は、アルミニウム（Ａｌ）および銅（Ｃｕ）等の金属である。配線１１１とビア１１２とが、互いに異なる導電材料で構成されてもよい。配線１１１は、配線パターンが形成された薄膜である。配線１１１は、光電変換素子１０１によって生成された信号を伝送する。１層のみの配線１１１が配置されてもよいし、複数層の配線１１１が配置されてもよい。図２に示す例では、２層の配線１１１が配置されている。例えば、受光部２４４ｅの周囲において、配線１１１は開口部に配置されている。開口部において配線１１１にパッドが配置され、かつパッドはワイヤボンディングによって外部の配線と電気的に接続される。
【００３４】
ビア１１２は、異なる層の配線１１１を接続する。ゲート電極１１３は、半導体材料で構成されている。ゲート電極１１３を構成する半導体材料は、半導体層１００を構成する半導体材料と同一であってもよい。配線層１１０において、配線１１１、ビア１１２、およびゲート電極１１３以外の部分は、層間絶縁膜１１４で構成されている。層間絶縁膜１１４は、第１の絶縁材料で構成されている。例えば、第１の絶縁材料は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）である。
【００３５】
絶縁層１２０は、半導体層１００の面１００ａにおいて半導体層１００に積層されている。絶縁層１２０は、半導体層１００と接触する。絶縁層１２０は、第２の絶縁材料で構成されている。例えば、第２の絶縁材料は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）である。
【００３６】
透明電極１３０は、絶縁層１２０に積層されている。透明電極１３０は、絶縁層１２０と接触する。透明電極１３０は、導電性かつ透明性を有する材料で構成されている。例えば、透明電極１３０は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）と酸化亜鉛（ＺｎＯ）との少なくとも１つである。電圧生成回路２４４ｃによって生成された第１の電圧と第２の電圧とが選択的に透明電極１３０に印加される。例えば、受光部２４４ｅの周囲において透明電極１３０は開口部に配置されている。開口部において透明電極１３０にパッドが配置され、かつパッドはワイヤボンディングによって外部の配線と電気的に接続される。絶縁層１２０が配置されず、かつ透明電極１３０が半導体層１００に積層されてもよい。つまり、透明電極１３０は、半導体層１００と接触してもよい。
【００３７】
固体撮像素子２４４は、複数のカラーフィルタ１４０を有する。図２では、代表として１つのカラーフィルタ１４０の符号が示されている。複数のカラーフィルタ１４０は、透明電極１３０に積層されている。複数のカラーフィルタ１４０は、透明電極１３０と接触する。
【００３８】
複数のカラーフィルタ１４０は、第１のフィルタと第２のフィルタとを含む。第１のフィルタは、青のカラーフィルタである。第２のフィルタは、赤のカラーフィルタと緑のカラーフィルタとの少なくとも１つである。青のカラーフィルタは、青の波長に対応する４５０ｎｍの近傍の波長に対して透過率のピークを有する。青のカラーフィルタは、青に対応する波長範囲の光を透過する。赤のカラーフィルタは、赤の波長に対応する６１０ｎｍの近傍の波長に対して透過率のピークを有する。赤のカラーフィルタは、赤に対応する波長範囲の光を透過する。緑のカラーフィルタは、緑の波長に対応する５４０ｎｍの近傍の波長に対して透過率のピークを有する。緑のカラーフィルタは、緑に対応する波長範囲の光を透過する。
【００３９】
樹脂層１５０は、カラーフィルタ１４０に積層されている。樹脂層１５０は、カラーフィルタ１４０と接触する。樹脂層１５０は、樹脂材料で構成されている。
【００４０】
固体撮像素子２４４は、複数のマイクロレンズ１６０を有する。図２では、代表として１つのマイクロレンズ１６０の符号が示されている。複数のマイクロレンズ１６０は、樹脂層１５０に積層されている。複数のマイクロレンズ１６０は、樹脂層１５０と接触する。
【００４１】
固体撮像素子２４４の光学的前方に配置された撮像レンズを通過した、被写体からの光がマイクロレンズ１６０に入射する。マイクロレンズ１６０は、撮像レンズを通過した光を結像する。カラーフィルタ１４０は、マイクロレンズ１６０と対応する領域に配置されている。つまり、カラーフィルタ１４０は、マイクロレンズ１６０を通過した光が通過する領域に配置されている。マイクロレンズ１６０を通過した光は、樹脂層１５０を透過し、かつカラーフィルタ１４０に入射する。カラーフィルタ１４０は、特定の波長範囲の光を透過させる。
【００４２】
カラーフィルタ１４０を透過した光は、透明電極１３０と絶縁層１２０とを透過し、かつ半導体層１００に入射する。光は、半導体層１００の裏面すなわち面１００ａに入射する。半導体層１００において光電変換素子１０１は、マイクロレンズ１６０と対応する領域に配置されている。つまり、光電変換素子１０１は、マイクロレンズ１６０を通過した光が通過する領域に配置されている。半導体層１００に入射した光は、光電変換素子１０１に入射する。光電変換素子１０１は、入射した光を信号に変換する。
【００４３】
図３は、複数の光電変換素子１０１と、複数のカラーフィルタ１４０と、複数のマイクロレンズ１６０との配列を示している。図３では、半導体層１００の面１００ａに垂直な方向に固体撮像素子２４４を見たときの配列が示されている。つまり、図３では、固体撮像素子２４４を構成する基板の正面から固体撮像素子２４４を見たときの配列が示されている。図３では、代表として１つのマイクロレンズ１６０の符号が示されている。図３では、代表として１つの光電変換素子１０１の符号が示されている。
【００４４】
複数のカラーフィルタ１４０は、カラーフィルタ１４０ｒと、カラーフィルタ１４０ｇと、カラーフィルタ１４０ｂとを含む。カラーフィルタ１４０ｒは、赤のカラーフィルタである。カラーフィルタ１４０ｇは、緑のカラーフィルタである。カラーフィルタ１４０ｂは、青のカラーフィルタである。図３では、固体撮像素子２４４において各画素２４４ｅ１に配置されたカラーフィルタ１４０の配列がベイヤパターンである例が示されている。
【００４５】
図３では、４つのカラーフィルタが示されている。図３に示す４つのカラーフィルタの配列は、ベイヤパターンを構成するカラーフィルタの単位配列である。図３に示すように、単位配列は、１つの赤のカラーフィルタ１４０ｒと、２つの緑のカラーフィルタ１４０ｇと、１つの青のカラーフィルタ１４０ｂとを有する。固体撮像素子２４４の受光部２４４ｅにおいて、図３に示す単位配列が２次元状に配置されている。
【００４６】
複数の光電変換素子１０１と、複数のカラーフィルタ１４０と、複数のマイクロレンズ１６０とは、行列状に配置されている。半導体層１００の面１００ａに垂直な方向に固体撮像素子２４４を見たとき、複数の光電変換素子１０１の各々は、複数のマイクロレンズ１６０のいずれか１つと重なる。１つの光電変換素子１０１と１つのマイクロレンズ１６０とが互いに対応する。半導体層１００の面１００ａに垂直な方向に固体撮像素子２４４を見たとき、複数の光電変換素子１０１の各々は、複数のカラーフィルタ１４０のいずれか１つと重なる。１つの光電変換素子１０１と１つのカラーフィルタ１４０とが互いに対応する。半導体層１００の面１００ａに垂直な方向に固体撮像素子２４４を見たとき、光電変換素子１０１の中心とマイクロレンズ１６０の中心とが一致し、かつ光電変換素子１０１の中心とカラーフィルタ１４０の中心とが一致する。
【００４７】
図３において透明電極１３０は省略されている。半導体層１００の面１００ａに垂直な方向に固体撮像素子２４４を見たとき、透明電極１３０は、複数の光電変換素子１０１、複数のカラーフィルタ１４０、および複数のマイクロレンズ１６０と重なるように配置されている。
【００４８】
図４は、半導体層１００の断面におけるポテンシャルの分布を示している。図４は、半導体層１００を構成する半導体材料がシリコンである場合のポテンシャルの分布を示している。図４は、光電変換素子１０１を通る断面におけるポテンシャルの分布を示している。図４において横軸は、半導体層１００の面１００ａからの距離すなわち裏面からの距離を示す。図４において縦軸は、ポテンシャルを示す。
【００４９】
図４においてポテンシャルの第１の分布Ｐ１０と第２の分布Ｐ１１とが示されている。第１の分布Ｐ１０は、第１の電圧が透明電極１３０に印加されたときの半導体層１００の断面におけるポテンシャルの分布を示す。第２の分布Ｐ１１は、第２の電圧が透明電極１３０に印加されたときの半導体層１００の断面におけるポテンシャルの分布を示す。第１の分布Ｐ１０と第２の分布Ｐ１１とは、数値計算により算出することができる。第１の分布Ｐ１０と第２の分布Ｐ１１との右端における距離Ｔ１は、半導体層１００の厚さを示す。例えば、半導体層１００の厚さは、２．５μｍ以上かつ３．０μｍ以下である。
【００５０】
第１の分布Ｐ１０は、裏面からの距離が０μｍ以上かつ０．３μｍ未満である第１の領域Ｒ１０にピークＰＫ１を有する。第２の分布Ｐ１１は、第１の領域Ｒ１０にピークＰＫ２を有する。ピークＰＫ１におけるポテンシャルは、ピークＰＫ２におけるポテンシャルよりも大きい。第１の領域Ｒ１０の各距離において、第１の分布Ｐ１０が示すポテンシャルは第２の分布Ｐ１１が示すポテンシャルよりも大きい。
【００５１】
第２の領域Ｒ１１において、第１の分布Ｐ１０が示すポテンシャルは、裏面からの距離の増加に応じて急激に減少する。第２の領域Ｒ１１は、裏面からの距離がピークＰＫ１における第１の距離Ｄｐｋ１よりも大きく、かつ裏面からの距離が０．３μｍ未満である領域である。第３の領域Ｒ１２において、第１の分布Ｐ１０が示すポテンシャルは、裏面からの距離の増加に応じて緩やかに変化する。第３の領域Ｒ１２は、半導体層１００の面１００ａと光電変換素子１０１との間において半導体層１００の面１００ａからの距離が０．３μｍ以上である領域である。第１の分布Ｐ１０において、第２の領域Ｒ１１におけるポテンシャルの変化の傾きは、第３の領域Ｒ１２におけるポテンシャルの変化の傾きよりも大きい。第１の領域Ｒ１０において第１の分布Ｐ１０が示すポテンシャルは、第３の領域Ｒ１２において第１の分布Ｐ１０が示すポテンシャルよりも大きい。
【００５２】
第４の領域Ｒ１３において、第２の分布Ｐ１１が示すポテンシャルは、裏面からの距離の増加に応じて急激に減少する。第４の領域Ｒ１３は、裏面からの距離がピークＰＫ２における第２の距離Ｄｐｋ２よりも大きく、かつ裏面からの距離が０．３μｍ未満である領域である。第３の領域Ｒ１２において、第２の分布Ｐ１１が示すポテンシャルは、裏面からの距離の増加に応じて緩やかに変化する。第３の領域Ｒ１２において、第１の分布Ｐ１０と第２の分布Ｐ１１とは、ほぼ同一である。第２の分布Ｐ１１において、第４の領域Ｒ１３におけるポテンシャルの変化の傾きは、第３の領域Ｒ１２におけるポテンシャルの変化の傾きよりも大きい。第１の領域Ｒ１０において第２の分布Ｐ１１が示すポテンシャルは、第３の領域Ｒ１２において第２の分布Ｐ１１が示すポテンシャルよりも大きい。
【００５３】
光電変換素子１０１が配置されている領域Ｒ１４において、第１の分布Ｐ１０と第２の分布Ｐ１１との各々が示すポテンシャルは大きく減少する。
【００５４】
透明電極１３０に第１の電圧と第２の電圧とが選択的に印加されることにより、半導体層１００におけるポテンシャルが制御される。半導体層１００に入射した光によって電荷と正孔とのペアが生成される。半導体層１００において、ポテンシャルが高い領域では、光によって生成された電荷と正孔とが再結合により消滅しやすい。このため、ポテンシャルが高い領域は、光に対する感度が低い。半導体層１００に入射した光のうち波長が比較的短い光は、裏面からの距離が小さい第１の領域Ｒ１０において電荷を生成する。半導体層１００に入射した光のうち波長が４５０ｎｍである光の約半分が、裏面からの距離が０．３μｍ未満である第１の領域Ｒ１０において電荷を生成する。
【００５５】
第１の分布Ｐ１０において、第１の領域Ｒ１０におけるポテンシャルが高いため、波長が短い光によって生成された電荷は消滅しやすい。このため、第１の電圧が透明電極１３０に印加されたとき、第１の領域Ｒ１０で生成された電荷は、光電変換素子１０１に蓄積されにくい。一方、第２の分布Ｐ１１において、第１の領域Ｒ１０におけるポテンシャルは、第１の分布Ｐ１０において、第１の領域Ｒ１０におけるポテンシャルよりも小さい。このため、第２の電圧が透明電極１３０に印加されたとき、第１の領域Ｒ１０で生成された電荷は、光電変換素子１０１に蓄積されやすい。つまり、半導体層１００におけるポテンシャルを制御することによって、光電変換素子１０１の分光感度特性を制御することができる。
【００５６】
第１の電圧と第２の電圧との差が大きくなるに従って、第１の分布Ｐ１０のピークＰＫ１と第２の分布Ｐ１１のピークＰＫ２との差が大きくなる。第１の電圧と第２の電圧との差が大きくなるに従って、第１の分布Ｐ１０のポテンシャルが第２の分布Ｐ１１のポテンシャルよりも大きい領域（図４では第１の領域Ｒ１０）が広くなる。
【００５７】
図４に示すポテンシャルの分布は、半導体層１００がＰ型のシリコンで構成され、かつ光電変換素子１０１がＮ型の不純物領域で構成される場合の分布である。半導体層１００がＰ型のシリコンで構成され、かつ光電変換素子１０１がＮ型の不純物領域で構成される場合、より低い電圧が透明電極１３０に印加されることにより、裏面からの距離が小さい領域におけるポテンシャルがより高くなる。半導体層１００がＰ型のシリコンで構成され、かつ光電変換素子１０１がＮ型の不純物領域で構成される場合、第１の電圧は、第２の電圧よりも小さい。
【００５８】
半導体層１００がＮ型のシリコンで構成され、かつ光電変換素子１０１がＰ型の不純物領域で構成される場合のポテンシャルの分布は、図４に示す分布と同様の傾向を有する。半導体層１００がＮ型のシリコンで構成され、かつ光電変換素子１０１がＰ型の不純物領域で構成される場合、より高い電圧が透明電極１３０に印加されることにより、裏面からの距離が小さい領域におけるポテンシャルがより高くなる。半導体層１００がＮ型のシリコンで構成され、かつ光電変換素子１０１がＰ型の不純物領域で構成される場合、第１の電圧は、第２の電圧よりも大きい。
【００５９】
図５は、光電変換素子１０１の分光感度特性を示している。図５に示すグラフの横軸は波長を示し、縦軸は感度を示す。
【００６０】
図５において分光感度の第１の特性Ｓ１０と第２の特性Ｓ１１とが示されている。第１の特性Ｓ１０は、第１の電圧が透明電極１３０に印加されたときの光電変換素子１０１の分光感度特性を示す。第２の特性Ｓ１１は、第２の電圧が透明電極１３０に印加されたときの光電変換素子１０１の分光感度特性を示す。第１の特性Ｓ１０と第２の特性Ｓ１１とは、数値計算により算出することができる。
【００６１】
波長が４５０ｎｍ以下である領域Ｒ１５において、第１の特性Ｓ１０が示す感度は、第２の特性Ｓ１１が示す感度よりも小さい。つまり、第１の電圧が透明電極１３０に印加されたとき、第２の電圧が透明電極１３０に印加されたときと比較して、波長が４５０ｎｍ以下である光に対する光電変換素子１０１の感度が低い。このため、第１の電圧が透明電極１３０に印加されたとき、波長が４５０ｎｍ以下である光によって生成される電荷は光電変換素子１０１に蓄積されにくい。
【００６２】
白色光が被検体に照射されるとき、第１の電圧が透明電極１３０に印加される。このとき、半導体層１００のポテンシャルの分布は、第１の分布Ｐ１０である。波長が４５０ｎｍよりも短い狭帯域光が被検体に照射されるとき、第２の電圧が透明電極１３０に印加される。このとき、半導体層１００のポテンシャルの分布は、第２の分布Ｐ１１である。例えば、狭帯域光の波長は、３９０ｎｍ以上かつ４４５ｎｍ以下である。
【００６３】
白色光が被検体に照射され、かつ第１の電圧が透明電極１３０に印加されたとき、波長が４５０ｎｍ以下である光に対する光電変換素子１０１の感度は比較的低い。このため、固体撮像素子２４４は、赤色光、緑色光、および青色光の各々に対する分解能が高い信号を得ることができる。
【００６４】
波長が４５０ｎｍよりも短い狭帯域光が被検体に照射され、かつ第２の電圧が透明電極１３０に印加されたとき、波長が４５０ｎｍ以下である光に対する光電変換素子１０１の感度は比較的高い。このため、固体撮像素子２４４は、狭帯域光に対する分解能が高い信号を得ることができる。カラーフィルタ１４０ｒとカラーフィルタ１４０ｇとカラーフィルタ１４０ｂとの各々に対応する光電変換素子１０１から狭帯域光に基づく信号が取得されるため、狭帯域光画像の解像度は３色のカラー画像の解像度と同等である。
【００６５】
したがって、固体撮像素子２４４は、狭帯域光と、狭帯域光よりも波長が長い光とを選択的に検出することができる。波長が４５０ｎｍ以下である光に対する光電変換素子１０１の感度を制御できるため、波長が４５０ｎｍ以下である光に対してカラーフィルタ１４０が透過性を有してもよい。このため、カラーフィルタ１４０の作製が容易である。
【００６６】
図６と図７とは、カラーフィルタ１４０の分光透過特性を示している。図６と図７とに示すグラフの横軸は波長を示し、縦軸はカラーフィルタ１４０の透過率を示す。グラフＧｒ１０は、赤のカラーフィルタ１４０ｒの分光透過特性を示している。グラフＧｇ１０は、緑のカラーフィルタ１４０ｇの分光透過特性を示している。グラフＧｂ１０は、青のカラーフィルタ１４０ｂの分光透過特性を示している。
【００６７】
図６に示すように、カラーフィルタ１４０ｂの光の透過率は、青に対応する波長範囲においてピークＰＫｂ１０を有する。ピークＰＫｂ１０に対応する波長は、青の波長に対応する４５０ｎｍの近傍の波長である。カラーフィルタ１４０ｂの光の透過率は、波長が３８０ｎｍ以上かつ５４０ｎｍ以下である範囲においてピークＰＫｂ１０を有する。例えば、青の波長帯域の下限すなわち可視光の波長帯域の下限の波長は３８０ｎｍである。カラーフィルタ１４０ｂは、狭帯域光に対して透過性を有する。
【００６８】
図６に示すように、カラーフィルタ１４０ｒの光の透過率は、４５０ｎｍ以上の波長のうち赤に対応する波長範囲においてピークＰＫｒ１０を有する。ピークＰＫｒ１０に対応する波長は、赤の波長に対応する６１０ｎｍの近傍の波長である。カラーフィルタ１４０ｒの光の透過率は、波長が５４０ｎｍ以上かつ７５０ｎｍ以下である範囲においてピークＰＫｒ１０を有する。例えば、赤の波長帯域の上限すなわち可視光の波長帯域の上限の波長は７５０ｎｍである。カラーフィルタ１４０ｒにおいて、波長が３８０ｎｍ以上かつ４５０ｎｍ以下である光の透過率は、波長が４５０ｎｍよりも長く、かつ７５０ｎｍ以下である光の透過率の最小値ＭＩＮｒよりも大きい。つまり、カラーフィルタ１４０ｒは、波長が３８０ｎｍ以上かつ４５０ｎｍ以下である光に対して透過性を有する。したがって、カラーフィルタ１４０ｒは、狭帯域光に対して透過性を有する。
【００６９】
図６に示すように、カラーフィルタ１４０ｇの光の透過率は、４５０ｎｍ以上の波長のうち緑に対応する波長範囲においてピークＰＫｇ１０を有する。ピークＰＫｇ１０に対応する波長は、緑の波長に対応する５４０ｎｍの近傍の波長である。カラーフィルタ１４０ｇの光の透過率は、波長が４５０ｎｍ以上かつ６１０ｎｍ以下である範囲においてピークＰＫｇ１０を有する。カラーフィルタ１４０ｇにおいて、波長が３８０ｎｍ以上かつ４５０ｎｍ以下である光の透過率は、波長が４５０ｎｍよりも長く、かつ７５０ｎｍ以下である光の透過率の最小値ＭＩＮｇよりも大きい。つまり、カラーフィルタ１４０ｇは、波長が３８０ｎｍ以上かつ４５０ｎｍ以下である光に対して透過性を有する。したがって、カラーフィルタ１４０ｇは、狭帯域光に対して透過性を有する。
【００７０】
白色光が被検体に照射され、かつ第１の電圧が透明電極１３０に印加されたとき、カラーフィルタ１４０ｂの分光透過特性は、図７におけるグラフＧｂ２０に示す特性であるとみなすことができる。グラフＧｂ２０に示す特性は、グラフＧｂ１０に示す特性と比較して、４５０ｎｍ以下の波長の光を透過させにくい。
【００７１】
白色光が被検体に照射され、かつ第１の電圧が透明電極１３０に印加されたとき、カラーフィルタ１４０ｒの分光透過特性は、図７におけるグラフＧｒ２０に示す特性であるとみなすことができる。グラフＧｒ２０に示す特性は、グラフＧｒ１０に示す特性と比較して、４５０ｎｍ以下の波長の光を透過させにくい。
【００７２】
白色光が被検体に照射され、かつ第１の電圧が透明電極１３０に印加されたとき、カラーフィルタ１４０ｇの分光透過特性は、図７におけるグラフＧｇ２０に示す特性であるとみなすことができる。グラフＧｇ２０に示す特性は、グラフＧｇ１０に示す特性と比較して、４５０ｎｍ以下の波長の光を透過させにくい。
【００７３】
図４に示すように、半導体層１００の面１００ａからの距離が０．３μｍ未満である第１の領域Ｒ１０の境界を示す距離は０．３μｍでなくてもよい。例えば、第１の領域Ｒ１０の境界を示す距離は０．１２μｍであってもよい。半導体層１００に入射した光のうち波長が４３０ｎｍである光の約半分が、裏面からの距離が０．１２μｍ未満である領域において電荷を生成する。
【００７４】
上記のように、固体撮像素子２４４は、裏面照射型の固体撮像素子である。固体撮像素子２４４は、半導体層１００と、透明電極１３０（電極）と、配線層１１０と、複数のカラーフィルタ１４０（フィルタ）と、入力端子２４４ｈと、電圧生成回路２４４ｃとを有する。半導体層１００は、面１００ａ（第１の面）と、面１００ｂ（第２の面）と、複数の光電変換素子１０１とを有する。透明電極１３０は、半導体層１００の面１００ａに配置されている。配線層１１０は、半導体層１００の面１００ｂにおいて半導体層１００に積層されている。複数のカラーフィルタ１４０は、半導体層１００の面１００ａ側において複数の光電変換素子１０１に対応する位置に配置されている。外部から基準電圧が入力端子２４４ｈに入力される。電圧生成回路２４４ｃは、入力端子２４４ｈに入力された基準電圧に基づいて第１の電圧と第２の電圧とを生成する。複数のカラーフィルタ１４０は、カラーフィルタ１４０ｂ（第１のフィルタ）とカラーフィルタ１４０ｒ，１４０ｇ（第２のフィルタ）とを含む。カラーフィルタ１４０ｂの光の透過率は、青に対応する波長範囲においてピークＰＫｂ１０を有する。カラーフィルタ１４０ｒ，１４０ｇの光の透過率は４５０ｎｍ以上の波長においてピークＰＫｒ１０，ＰＫｇ１０を有し、かつカラーフィルタ１４０ｒ，１４０ｇにおいて、波長が４５０ｎｍ以下である光の透過率は、波長が４５０ｎｍよりも長い光の透過率の最小値ＭＩＮｒ，ＭＩＮｇよりも大きい。第１の電圧と第２の電圧とが透明電極１３０に選択的に印加される。第２の電圧は、第１の電圧と異なる。
【００７５】
第１の電圧が透明電極１３０に印加されたとき、半導体層１００の断面におけるポテンシャルは第１の分布Ｐ１０を有する。第２の電圧が透明電極１３０に印加されたとき、半導体層１００の断面におけるポテンシャルは第２の分布Ｐ１１を有する。第１の領域Ｒ１０において、第１の分布Ｐ１０のピークＰＫ１におけるポテンシャルは、第２の分布Ｐ１１のピークＰＫ２におけるポテンシャルよりも大きい。第１の領域Ｒ１０は、半導体層１００の面１００ａからの距離が０．３μｍ未満である領域である。
【００７６】
半導体層１００を構成する材料は、シリコンを含む。第１の分布Ｐ１０は、第１の領域Ｒ１０にピークＰＫ１を有する。第１の分布Ｐ１０において、第２の領域Ｒ１１におけるポテンシャルの変化の傾きは、第３の領域Ｒ１２におけるポテンシャルの変化の傾きよりも大きい。第２の領域Ｒ１１は、半導体層１００の面１００ａからの距離がピークＰＫ１における第１の距離Ｄｐｋ１よりも大きく、かつ半導体層１００の面１００ａからの距離が０．３μｍ未満である領域である。第３の領域Ｒ１２は、半導体層１００の面１００ａと光電変換素子１０１との間において半導体層１００の面１００ａからの距離が０．３μｍ以上である領域である。
【００７７】
本発明の各態様の固体撮像素子は、垂直走査回路２４４ｆ１と、水平走査回路２４４ｆ２と、信号処理部２４４ｂとの少なくとも１つに対応する構成を有していなくてもよい。本発明の各態様の固体撮像素子は、絶縁層１２０と、樹脂層１５０と、マイクロレンズ１６０との少なくとも１つに対応する構成を有していなくてもよい。
【００７８】
第１の実施形態では、第１の電圧と第２の電圧とが透明電極１３０に選択的に印加されることにより、固体撮像素子２４４は、狭帯域光と、狭帯域光よりも波長が長い光とを選択的に検出することができる。
【００７９】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態では、第１の実施形態における固体撮像素子２４４が図８に示す固体撮像素子２４５に変更される。
【００８０】
図８は、固体撮像素子２４５の部分断面を示している。固体撮像素子２４５は、半導体層１００と、配線層１１０と、絶縁層１２０と、コンタクト電極１３１と、カラーフィルタ１４０と、樹脂層１５０と、マイクロレンズ１６０とを有する。
【００８１】
図８に示す構成について、図２に示す構成と異なる点を説明する。絶縁層１２０は、半導体層１００に積層されている。絶縁層１２０は、半導体層１００と接触する。
【００８２】
コンタクト電極１３１は、絶縁層１２０に埋め込まれている。コンタクト電極１３１は、導電性を有する材料で構成されている。例えば、コンタクト電極１３１は、タングステン（Ｗ）等の金属である。コンタクト電極１３１は、カラーフィルタ１４０を透過し、かつ光電変換素子１０１に入射する光の大部分を遮蔽しない位置に配置されている。電圧生成回路２４４ｃによって生成された第１の電圧と第２の電圧とが選択的にコンタクト電極１３１に印加される。例えば、コンタクト電極１３１は配線に接続されている。図８において、配線は省略されている。受光部２４４ｅの周囲において、コンタクト電極１３１が接続された配線は開口部に配置されている。開口部において配線にパッドが配置され、かつパッドはワイヤボンディングによって外部の配線と電気的に接続される。
【００８３】
上記以外の点については、図８に示す構成は、図２に示す構成と同様である。
【００８４】
図９は、複数の光電変換素子１０１と、複数のカラーフィルタ１４０と、複数のマイクロレンズ１６０と、複数のコンタクト電極１３１との配列を示している。図９では、半導体層１００の面１００ａに垂直な方向に固体撮像素子２４５を見たときの配列が示されている。つまり、図９では、固体撮像素子２４５を構成する基板の正面から固体撮像素子２４５を見たときの配列が示されている。
【００８５】
図９に示す構成について、図３に示す構成と異なる点を説明する。図９では、代表として１つのコンタクト電極１３１の符号が示されている。複数のコンタクト電極１３１は、行列状に配置されている。半導体層１００の面１００ａに垂直な方向に固体撮像素子２４５を見たとき、複数のコンタクト電極１３１は、マイクロレンズ１６０と光電変換素子１０１との周囲に配置されている。図９において、コンタクト電極１３１に接続された配線１７０が示されている。例えば、配線１７０は、絶縁層１２０に埋め込まれている。図８において、配線１７０は省略されている。
【００８６】
複数のコンタクト電極１３１が配置される位置は、図９に示す位置に限らない。図９において複数のコンタクト電極１３１のパターンは、ドット状である。複数のコンタクト電極１３１のパターンは、図９に示すパターンに限らない。例えば、複数のコンタクト電極１３１のパターンは、細長い線状であってもよい。
【００８７】
上記以外の点については、図９に示す構成は、図３に示す構成と同様である。
【００８８】
第２の実施形態では、第１の電圧と第２の電圧とがコンタクト電極１３１に選択的に印加されることにより、固体撮像素子２４５は、狭帯域光と、狭帯域光よりも波長が長い光とを選択的に検出することができる。
【００８９】
透明電極１３０は、透明性を有する材料で構成されている。しかし、透明電極１３０が光を完全に透過させるとは限らない。一方、コンタクト電極１３１は、光電変換素子１０１に入射する光の大部分を遮蔽しない位置に配置されている。コンタクト電極１３１が配置されることにより、カラーフィルタ１４０を透過した光が光電変換素子１０１に入射しやすくなる。
【００９０】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態では、第１の実施形態における固体撮像素子２４４が図１０に示す固体撮像素子２４６に変更される。
【００９１】
図１０は、固体撮像素子２４６の部分断面を示している。固体撮像素子２４６は、半導体層１０２と、配線層１１０と、絶縁層１２０と、透明電極１３２と、カラーフィルタ１４０と、樹脂層１５０と、マイクロレンズ１６０とを有する。
【００９２】
図１０に示す構成について、図２に示す構成と異なる点を説明する。図１０において、図２における半導体層１００が半導体層１０２に変更される。半導体層１０２は、面１０２ａ（第１の面）と面１０２ｂ（第２の面）とを有する。半導体層１０２の面１０２ａは、半導体層１０２の裏面である。半導体層１０２の面１０２ａは、絶縁層１２０と接触する。半導体層１０２の面１０２ａは、基板の主面である。半導体層１０２の面１０２ｂは、配線層１１０と接触する。
【００９３】
半導体層１０２は、複数の光電変換素子１０１とトレンチ１０３とを有する。図１０では、複数のトレンチ１０３が存在するが、代表として１つのトレンチ１０３の符号が示されている。半導体層１０２において、トレンチ１０３は、半導体層１０２の面１０２ａ側に配置されている。トレンチ１０３は、半導体層１０２の面１０２ａ側から半導体層１０２を削ることにより形成される。
【００９４】
図１０において、カラーフィルタ１４０として、青のカラーフィルタ１４０ｂと赤のカラーフィルタ１４０ｒとが示されている。トレンチ１０３は、カラーフィルタ１４０ｂとカラーフィルタ１４０ｒとの境界に対応する領域に配置されている。トレンチ１０３は、底面１０３ａと側壁１０３ｂとを有する。トレンチ１０３の側壁１０３ｂは、トレンチ１０３の底面１０３ａに接続されている。例えば、半導体層１０２の面１０２ａとトレンチ１０３の底面１０３ａとの距離すなわちトレンチ１０３の深さは、０．３μｍ以上かつ半導体層１００の厚さＴ１以下である。
【００９５】
図１０において、図２における透明電極１３０が透明電極１３２に変更される。透明電極１３２を構成する材料は、透明電極１３０を構成する材料と同様である。半導体層１０２の面１０２ａにおいて、透明電極１３２は、カラーフィルタ１４０ｒに対応する領域に配置されている。図１０に示されていないが、透明電極１３２は、カラーフィルタ１４０ｇに対応する領域にも配置されている。透明電極１３２は、カラーフィルタ１４０ｂに対応する領域に配置されていない。つまり、透明電極１３２は、カラーフィルタ１４０ｂとカラーフィルタ１４０ｒとカラーフィルタ１４０ｇとのうちカラーフィルタ１４０ｒとカラーフィルタ１４０ｇとのみに対応する領域に配置されている。
【００９６】
トレンチ１０３は、絶縁層１２０に接触する。つまり、トレンチ１０３は、絶縁層１２０を構成する絶縁材料によって充填されている。
【００９７】
上記以外の点については、図１０に示す構成は、図２に示す構成と同様である。
【００９８】
図１１は、複数の光電変換素子１０１と、複数のカラーフィルタ１４０と、複数のマイクロレンズ１６０と、複数の透明電極１３２との配列を示している。図１１では、半導体層１０２の面１０２ａに垂直な方向に固体撮像素子２４６を見たときの配列が示されている。つまり、図１１では、固体撮像素子２４６を構成する基板の正面から固体撮像素子２４６を見たときの配列が示されている。
【００９９】
図１１に示す構成について、図３に示す構成と異なる点を説明する。図１１では、代表として１つの透明電極１３２の符号が示されている。半導体層１０２の面１０２ａに垂直な方向に固体撮像素子２４６を見たとき、複数の透明電極１３２の各々は、複数のマイクロレンズ１６０のいずれか１つと重なる。１つの透明電極１３２と１つのマイクロレンズ１６０とが互いに対応する。半導体層１０２の面１０２ａに垂直な方向に固体撮像素子２４６を見たとき、複数の透明電極１３２の各々は、複数のカラーフィルタ１４０ｒのいずれか１つまたは複数のカラーフィルタ１４０ｇのいずれか１つと重なる。１つの透明電極１３２と１つのカラーフィルタ１４０ｒまたはカラーフィルタ１４０ｇとが互いに対応する。半導体層１０２の面１０２ａに垂直な方向に固体撮像素子２４６を見たとき、透明電極１３２の中心とマイクロレンズ１６０の中心とが一致し、かつ透明電極１３２の中心とカラーフィルタ１４０ｒまたはカラーフィルタ１４０ｇの中心とが一致する。
【０１００】
トレンチ１０３は、隣接するカラーフィルタ１４０の間の領域に配置されている。透明電極１３２は配線に接続されているが、図１０と図１１とにおいて配線は省略されている。
【０１０１】
上記以外の点については、図１１に示す構成は、図３に示す構成と同様である。
【０１０２】
上記のように、半導体層１００の面１００ａ側においてカラーフィルタ１４０ｂとカラーフィルタ１４０ｒまたはカラーフィルタ１４０ｇとの境界に対応する領域にトレンチ１０３が配置されている。
【０１０３】
カラーフィルタ１４０ｂに対応する半導体層１０２の第１の領域と、カラーフィルタ１４０ｒまたはカラーフィルタ１４０ｇに対応する半導体層１０２の第２の領域とは、トレンチ１０３によって分離される。このため、透明電極１３２に印加される電圧の影響が第１の領域に及びにくい。この結果、カラーフィルタ１４０ｒまたはカラーフィルタ１４０ｇのみに対応する半導体層１０２の領域のポテンシャルを制御することができる。つまり、第１の領域のポテンシャルと第２の領域のポテンシャルとを独立的に制御することができる。
【０１０４】
第１の電圧と第２の電圧との各々が透明電極１３２に印加されたとき、カラーフィルタ１４０ｂに対応する半導体層１０２の第１の領域のポテンシャルは、ほぼ同一である。つまり、第１の電圧と第２の電圧との各々が透明電極１３２に印加されたとき、カラーフィルタ１４０ｂに対応する光電変換素子１０１の感度は、ほぼ同一である。したがって、白色光が被検体に照射され、かつ第１の電圧が透明電極１３２に印加されたとき、青色光に対応する光電変換素子１０１の感度は低下しない。
【０１０５】
透明電極１３２は、カラーフィルタ１４０ｂに対応する半導体層１０２の第１の領域と、カラーフィルタ１４０ｒまたはカラーフィルタ１４０ｇに対応する半導体層１０２の第２の領域とに配置されてもよい。第１の領域に配置された透明電極１３２に印加される第１の電圧と、第２の領域に配置された透明電極１３２に印加される第１の電圧とが異なってもよい。第１の領域に配置された透明電極１３２に印加される第２の電圧と、第２の領域に配置された透明電極１３２に印加される第２の電圧とが異なってもよい。
【０１０６】
第３の実施形態では、第１の実施形態と同様に、固体撮像素子２４６は、狭帯域光と、狭帯域光よりも波長が長い光とを選択的に検出することができる。
【０１０７】
第３の実施形態では、トレンチ１０３が配置されている。このため、カラーフィルタ１４０ｂに対応する半導体層１０２の第１の領域のポテンシャルと、カラーフィルタ１４０ｒまたはカラーフィルタ１４０ｇに対応する半導体層１０２の第２の領域のポテンシャルとを独立的に制御することができる。
【０１０８】
（第４の実施形態）
図１２は、本発明の第４の実施形態の内視鏡システム１の全体構成を示している。内視鏡システム１は、患者等の被検体の体腔内の画像を撮像して表示する医療システムである。図１に示すように、内視鏡システム１は、内視鏡２と、光源装置３と、処理装置４と、表示装置５とを有する。
【０１０９】
内視鏡２の先端は、被検体の体腔内に挿入される。内視鏡２は、被検体の内部の画像を取得する。光源装置３は、内視鏡２の先端から出射される照明光を発生する。処理装置４は、内視鏡２が取得した画像に所定の画像処理を施す。処理装置４はさらに、内視鏡システム１全体の動作を制御する。表示装置５は、処理装置４によって処理された画像を表示する。
【０１１０】
内視鏡２は、挿入部２１と、操作部２２と、ユニバーサルコード２３とを有する。挿入部２１は、可撓性を有し、かつ細長い形状である。操作部２２は、挿入部２１の基端側に接続されている。操作部２２は、各種の操作の入力を受け付ける。ユニバーサルコード２３は、操作部２２に接続されている。ユニバーサルコード２３は、光源装置３と処理装置４との各々に対して着脱できる。ユニバーサルコード２３は、光源装置３および処理装置４の各々と電気的に接続する各種ケーブルを内蔵する。
【０１１１】
挿入部２１は、先端部２４と、湾曲部２５と、可撓管部２６とを有する。先端部２４は、第１の実施形態の固体撮像素子２４４を内蔵する。湾曲部２５は、複数方向に湾曲できる。可撓管部２６は、湾曲部２５の基端側に接続されている。可撓管部２６は、可撓性を有し、かつ長尺である。
【０１１２】
操作部２２は、湾曲ノブ２２１と、処置具挿入部２２２と、複数のスイッチ２２３とを有する。湾曲ノブ２２１は、湾曲部２５を複数方向に湾曲させるためのノブである。処置具挿入部２２２から被検体の体腔内に処置具が挿入される。操作指示が複数のスイッチ２２３に入力される。
【０１１３】
図１３は、内視鏡システム１の内部構成を示している。先端部２４は、ライトガイド２４１と、照明レンズ２４２と、撮像光学系２４３と、固体撮像素子２４４とを有する。ライトガイド２４１は、グラスファイバ等により構成されている。ライトガイド２４１は、光源装置３が発生した光を先端部２４に導く。ライトガイド２４１は、ユニバーサルコード２３に内蔵されている。照明レンズ２４２は、ライトガイド２４１の先端に設けられている。照明レンズ２４２は、ライトガイド２４１を伝送した光を外部に出射する。撮像光学系２４３は、先端部２４の先端面と受光部２４４ｅとの間に配置されている。撮像光学系２４３は、１つ以上のレンズを有する。
【０１１４】
固体撮像素子２４４は、センサ部２４４ａと、撮像制御部２４４ｄとを有する。センサ部２４４ａは、受光部２４４ｅと、読み出し部２４４ｆと、信号処理部２４４ｂとを有する。受光部２４４ｅと信号処理部２４４ｂとについては既に説明したので、説明を省略する。読み出し部２４４ｆは、垂直走査回路２４４ｆ１と水平走査回路２４４ｆ２とに対応する。撮像制御部２４４ｄは、固体撮像素子２４４の各部の動作を制御する。
【０１１５】
光源装置３は、照明部３１（照明装置）と、照明制御部３２とを有する。照明部３１は、波長帯域が互いに異なる複数の照明光を選択的に生成する。照明部３１は、光源３３と、光源ドライバ３４と、切替フィルタ３５と、駆動部３６と、駆動ドライバ３７とを有する。
【０１１６】
光源３３は、赤と緑と青との各々の波長帯域の光を含む白色光を発生する。光源３３が発生する白色光は、狭帯域光を含む。光源３３が発生した白色光は、切替フィルタ３５とライトガイド２４１とを経由して先端部２４に導かれる。白色光は、先端部２４から外部に出射される。例えば、光源３３は、白色ＬＥＤまたはキセノンランプである。光源３３は、単一のランプでなくてもよい。例えば、光源３３は、赤色光を発生するＬＥＤと、緑色光を発生するＬＥＤと、青色光を発生するＬＥＤとを有し、かつ各色の光を合成して出力する光源であってもよい。
【０１１７】
光源ドライバ３４は、光源３３に電流を供給することにより、光源３３を駆動する。切替フィルタ３５は、光源３３が発生した白色光のうち所定の波長範囲の狭帯域光のみを透過する。例えば、狭帯域光の波長は、３９０ｎｍ以上かつ４４５ｎｍ以下である。照明制御部３２は、光源３３が発生する白色光の光路に切替フィルタ３５が挿入された状態と、切替フィルタ３５が光路から外れた状態とを切り替えることができる。切替フィルタ３５が白色光の光路上に配置された場合、切替フィルタ３５は、狭帯域光のみを透過する。したがって、照明部３１は、狭帯域光を生成する。切替フィルタ３５が光路から外れた場合、照明部３１は、白色光を生成する。
【０１１８】
駆動部３６は、ステッピングモータとＤＣモータとを含む。駆動部３６は、切替フィルタ３５を移動させる。駆動ドライバ３７は、駆動部３６に所定の電流を供給する。
【０１１９】
照明制御部３２は、光源ドライバ３４を制御することにより光源３３をオンまたはオフにさせる。また、照明制御部３２は、駆動ドライバ３７を制御することにより、切替フィルタ３５を移動させる。これによって、照明制御部３２は、照明部３１から出射される照明光の種類（波長帯域）を制御する。つまり、照明制御部３２は、切替フィルタ３５の状態を制御することにより、照明部３１から出射される照明光を白色光と狭帯域光とのいずれか１つに切り替える。
【０１２０】
処理装置４は、電源４０１と、画像処理部４０２と、入力部４０３と、記録部４０４と、制御部４０５（制御装置）とを有する。電源４０１は、固体撮像素子２４４を駆動する電圧を生成する。電源４０１によって生成された電圧は、センサ部２４４ａに伝送される。電源４０１はさらに、光源装置３と処理装置４とを駆動する電圧を生成する。電源４０１によって生成された電圧は、光源装置３と処理装置４との各部に供給される。
【０１２１】
画像処理部４０２は、センサ部２４４ａから出力された撮像信号に対して所定の信号処理を行うことにより画像信号を生成する。例えば、画像処理部４０２は、オプティカルブラック低減処理、ホワイトバランス調整処理、カラーマトリクス演算処理、ガンマ補正処理、色再現処理、およびエンハンス処理の少なくとも１つを行う。
【０１２２】
入力部４０３は、内視鏡システム１の動作を指示する動作指示を含む各種指示の入力を受け付ける。入力部４０３は、受け付けた指示に応じた信号を制御部４０５に出力する。記録部４０４は、内視鏡システム１を動作させるための各種プログラムと、内視鏡システム１の動作に必要な各種パラメータとを含むデータが記録された媒体である。例えば、記録部４０４は、フラッシュメモリまたはＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）である。
【０１２３】
制御部４０５は、内視鏡２と光源装置３とを含む各構成を制御する。例えば、制御部４０５は、制御信号を照明制御部３２に出力することにより、照明部３１を制御する。制御部４０５は、照明部３１が発生する光の切替を制御する。制御部４０５は、制御信号を撮像制御部２４４ｄに出力することにより、固体撮像素子２４４を制御する。制御部４０５は、電源４０１から出力される電圧を制御する。制御部４０５は、照明部３１が発生する光に応じて透明電極１３０に印加される電圧を制御する。例えば、制御部４０５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）である。
【０１２４】
表示装置５は、処理装置４によって生成された画像信号に基づいて画像を表示する。例えば、表示装置５は、液晶ディスプレイまたは有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイである。
【０１２５】
固体撮像素子２４４の代わりに、第２の実施形態の固体撮像素子２４５または第３の実施形態の固体撮像素子２４６が使用されてもよい。
【０１２６】
第４の実施形態の内視鏡システム１に使用される固体撮像素子２４４は、入力端子２４４ｈと電圧生成回路２４４ｃとを有していなくてもよい。つまり、第１の電圧と第２の電圧とが固体撮像素子２４４に直接入力されてもよい。
【０１２７】
制御部４０５は、照明部３１に白色光を発生させ、かつ電源４０１に第１の電圧を生成させる。あるいは、制御部４０５は、照明部３１に白色光を発生させ、かつ電圧生成回路２４４ｃに第１の電圧を生成させる。制御部４０５は、照明部３１に狭帯域光を発生させ、かつ電源４０１に第２の電圧を生成させる。あるいは、制御部４０５は、照明部３１に狭帯域光を発生させ、かつ電圧生成回路２４４ｃに第２の電圧を生成させる。
【０１２８】
上記のように、内視鏡システム１は、固体撮像素子２４４と、照明部３１（照明装置）と、制御部４０５（制御装置）とを有する。照明部３１は、白色光と、波長が４５０ｎｍよりも短い狭帯域光とを発生する。制御部４０５は、照明部３１が発生する光に応じて透明電極１３０に印加される電圧を制御する。照明部３１が白色光を発生するとき、第１の電圧が透明電極１３０に印加される。照明部３１が狭帯域光を発生するとき、第２の電圧が透明電極１３０に印加される。
【０１２９】
本発明の各態様の内視鏡システムは、表示装置５と、操作部２２と、ユニバーサルコード２３との少なくとも１つに対応する構成を有していなくてもよい。本発明の各態様の内視鏡システムは、ライトガイド２４１と、照明レンズ２４２と、撮像光学系２４３と、撮像制御部２４４ｄとの少なくとも１つに対応する構成を有していなくてもよい。本発明の各態様の内視鏡システムは、照明制御部３２と、電源４０１と、画像処理部４０２と、入力部４０３と、記録部４０４との少なくとも１つに対応する構成を有していなくてもよい。
【０１３０】
第４の実施形態では、第１の実施形態と同様に、固体撮像素子２４４は、狭帯域光と、狭帯域光よりも波長が長い光とを選択的に検出することができる。したがって、内視鏡システム１は、狭帯域光と、狭帯域光よりも波長が長い光とを選択的に検出することができる。
【０１３１】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態およびその変形例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
本発明の各実施形態によれば、固体撮像素子および内視鏡システムは、狭帯域光と、狭帯域光よりも波長が長い光とを選択的に検出することができる。
【符号の説明】
【０１３３】
１  内視鏡システム
２  内視鏡
３  光源装置
４  処理装置
５  表示装置
２１  挿入部
２２  操作部
２３  ユニバーサルコード
２４  先端部
２５  湾曲部
２６  可撓管部
３１  照明部
３２  照明制御部
３３  光源
３４  光源ドライバ
３５  切替フィルタ
３６  駆動部
３７  駆動ドライバ
１００，１０２  半導体層
１０１  光電変換素子
１０３  トレンチ
１１０  配線層
１１１  配線
１１２  ビア
１１３  ゲート電極
１１４  層間絶縁膜
１２０  絶縁層
１３０，１３２  透明電極
１３１  コンタクト電極
１４０，１４０ｒ，１４０ｇ，１４０ｂ  カラーフィルタ
１５０  樹脂層
１６０  マイクロレンズ
１７０  配線
２２１  湾曲ノブ
２２２  処置具挿入部
２２３  スイッチ
２４１  ライトガイド
２４２  照明レンズ
２４３  撮像光学系
２４４，２４５，２４６  固体撮像素子
２４４ａ  センサ部
２４４ｂ  信号処理部
２４４ｂ１  信号処理回路
２４４ｃ  電圧生成回路
２４４ｄ  撮像制御部
２４４ｅ  受光部
２４４ｅ１  画素
２４４ｆ  読み出し部
２４４ｆ１  垂直走査回路
２４４ｆ２  水平走査回路
２４４ｈ  入力端子
４０１  電源
４０２  画像処理部
４０３  入力部
４０４  記録部
４０５  制御部
【図１】
2017051451.tif 000003
【図２】
2017051451.tif 000004
【図３】
2017051451.tif 000005
【図４】
2017051451.tif 000006
【図５】
2017051451.tif 000007
【図６】
2017051451.tif 000008
【図７】
2017051451.tif 000009
【図８】
2017051451.tif 000010
【図９】
2017051451.tif 000011
【図１０】
2017051451.tif 000012
【図１１】
2017051451.tif 000013
【図１２】
2017051451.tif 000014
【図１３】
2017051451.tif 000015
【図１４】
2017051451.tif 000016
【図１５】
2017051451.tif 000017
【図１６】
2017051451.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月26日(2018.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面照射型の固体撮像素子であって、
第１の面と、第２の面と、複数の光電変換素子とを有する半導体層と、
前記第１の面に配置された電極と、
前記第２の面において前記半導体層に積層された配線層と、
前記第１の面側において前記複数の光電変換素子に対応する位置に配置された複数のフィルタと、
外部から基準電圧が入力される入力端子と、
前記入力端子に入力された前記基準電圧に基づいて第１の電圧と第２の電圧とを生成する電圧生成回路と、
を有し、
前記複数のフィルタは、第１のフィルタと第２のフィルタとを含み、
前記第１のフィルタの光の透過率は、青に対応する波長範囲においてピークを有し、
前記第２のフィルタの光の透過率は４５０ｎｍ以上の波長においてピークを有し、かつ前記第２のフィルタにおいて、波長が４５０ｎｍ以下である光の透過率は、波長が４５０ｎｍよりも長い光の透過率の最小値よりも大きく、
前記第１の電圧と前記第２の電圧とが前記電極に選択的に印加され、
前記第２の電圧は、前記第１の電圧と異なり、
前記電圧生成回路は、前記第１の電圧が前記電極に印加されたときに比べ、波長が４５０ｎｍ以下である光に対する前記光電変換素子の感度が高くなるような前記第２の電圧を生成する
固体撮像素子。
【請求項２】
前記第１の電圧が前記電極に印加されたとき、前記半導体層の断面におけるポテンシャルは第１の分布を有し、
前記第２の電圧が前記電極に印加されたとき、前記半導体層の断面におけるポテンシャルは第２の分布を有し、
第１の領域において、前記第１の分布のピークにおけるポテンシャルは、前記第２の分布のピークにおけるポテンシャルよりも大きく、
前記第１の領域は、前記第１の面からの距離が０．３μｍ未満である領域である
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記半導体層を構成する材料は、シリコンを含み、
前記第１の分布において、第２の領域におけるポテンシャルの変化の傾きは、第３の領域におけるポテンシャルの変化の傾きよりも大きく、
前記第２の領域は、前記距離が前記第１の分布の前記ピークにおける第１の距離よりも大きく、かつ前記距離が０．３μｍ未満である領域であり、
前記第３の領域は、前記第１の面と前記光電変換素子との間において前記距離が０．３μｍ以上である領域である
請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記半導体層の前記第１の面側において前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとの境界に対応する領域にトレンチが配置されている
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
裏面照射型の固体撮像素子であって、
第１の面と、第２の面と、複数の光電変換素子とを有する半導体層と、
前記第１の面に配置された電極と、
前記第２の面において前記半導体層に積層された配線層と、
前記第１の面側において前記複数の光電変換素子に対応する位置に配置された複数のフィルタと、
を有し、
前記複数のフィルタは、第１のフィルタと第２のフィルタとを含み、
前記第１のフィルタの光の透過率は、青に対応する波長範囲においてピークを有し、
前記第２のフィルタの光の透過率は４５０ｎｍ以上の波長においてピークを有し、かつ前記第２のフィルタにおいて、波長が４５０ｎｍ以下である光の透過率は、波長が４５０ｎｍよりも長い光の透過率の最小値よりも大きく、
第１の電圧と第２の電圧とが前記電極に選択的に印加され、
前記第２の電圧は、前記第１の電圧と異なる
固体撮像素子と、
白色光と、波長が４５０ｎｍよりも短い狭帯域光とを発生する照明装置と、
前記照明装置が発生する光に応じて前記電極に印加される電圧を制御する制御装置と、
を有し、
前記照明装置が前記白色光を発生するとき、前記第１の電圧が前記電極に印加され、
前記照明装置が前記狭帯域光を発生するとき、前記第２の電圧が前記電極に印加され、
前記第１の電圧が前記電極に印加されたときに比べ、波長が４５０ｎｍ以下である光に対する前記光電変換素子の感度が高くなるような前記第２の電圧が前記電極に印加される
内視鏡システム。
【請求項６】
前記第１の電圧が前記電極に印加されたとき、前記半導体層の断面におけるポテンシャルは第１の分布を有し、
前記第２の電圧が前記電極に印加されたとき、前記半導体層の断面におけるポテンシャルは第２の分布を有し、
第１の領域において、前記第１の分布のピークにおけるポテンシャルは、前記第２の分布のピークにおけるポテンシャルよりも大きく、
前記第１の領域は、前記第１の面からの距離が０．３μｍ未満である領域である
請求項５に記載の内視鏡システム。
【請求項７】
前記半導体層を構成する材料は、シリコンを含み、
前記第１の分布において、第２の領域におけるポテンシャルの変化の傾きは、第３の領域におけるポテンシャルの変化の傾きよりも大きく、
前記第２の領域は、前記距離が前記第１の分布の前記ピークにおける第１の距離よりも大きく、かつ前記距離が０．３μｍ未満である領域であり、
前記第３の領域は、前記第１の面と前記光電変換素子との間において前記距離が０．３μｍ以上である領域である
請求項６に記載の内視鏡システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、固体撮像素子は、裏面照射型である。前記固体撮像素子は、半導体層と、電極と、配線層と、複数のフィルタと、入力端子と、電圧生成回路とを有する。前記半導体層は、第１の面と、第２の面と、複数の光電変換素子とを有する。前記電極は、前記第１の面に配置されている。前記配線層は、前記第２の面において前記半導体層に積層されている。前記複数のフィルタは、前記第１の面側において前記複数の光電変換素子に対応する位置に配置されている。外部から基準電圧が前記入力端子に入力される。前記電圧生成回路は、前記入力端子に入力された前記基準電圧に基づいて第１の電圧と第２の電圧とを生成する。前記複数のフィルタは、第１のフィルタと第２のフィルタとを含む。前記第１のフィルタの光の透過率は、青に対応する波長範囲においてピークを有する。前記第２のフィルタの光の透過率は４５０ｎｍ以上の波長においてピークを有し、かつ前記第２のフィルタにおいて、波長が４５０ｎｍ以下である光の透過率は、波長が４５０ｎｍよりも長い光の透過率の最小値よりも大きい。前記第１の電圧と前記第２の電圧とが前記電極に選択的に印加される。前記第２の電圧は、前記第１の電圧と異なる。前記電圧生成回路は、前記第１の電圧が前記電極に印加されたときに比べ、波長が４５０ｎｍ以下である光に対する前記光電変換素子の感度が高くなるような前記第２の電圧を生成する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の第３の態様によれば、第２の態様において、前記半導体層を構成する材料は、シリコンを含んでもよい。前記第１の分布において、第２の領域におけるポテンシャルの変化の傾きは、第３の領域におけるポテンシャルの変化の傾きよりも大きくてもよい。前記第２の領域は、前記距離が前記第１の分布の前記ピークにおける第１の距離よりも大きく、かつ前記距離が０．３μｍ未満である領域であってもよい。前記第３の領域は、前記第１の面と前記光電変換素子との間において前記距離が０．３μｍ以上である領域であってもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明の第５の態様によれば、内視鏡システムは、固体撮像素子と、照明装置と、制御装置とを有する。前記固体撮像素子は、半導体層と、電極と、配線層と、複数のフィルタとを有する。前記半導体層は、第１の面と、第２の面と、複数の光電変換素子とを有する。前記電極は、前記第１の面に配置されている。前記配線層は、前記第２の面において前記半導体層に積層されている。前記複数のフィルタは、前記第１の面側において前記複数の光電変換素子に対応する位置に配置されている。前記複数のフィルタは、第１のフィルタと第２のフィルタとを含む。前記第１のフィルタの光の透過率は、青に対応する波長範囲においてピークを有する。前記第２のフィルタの光の透過率は４５０ｎｍ以上の波長においてピークを有し、かつ前記第２のフィルタにおいて、波長が４５０ｎｍ以下である光の透過率は、波長が４５０ｎｍよりも長い光の透過率の最小値よりも大きい。第１の電圧と第２の電圧とが前記電極に選択的に印加される。前記第２の電圧は、前記第１の電圧と異なる。前記照明装置は、白色光と、波長が４５０ｎｍよりも短い狭帯域光とを発生する。前記制御装置は、前記照明装置が発生する光に応じて前記電極に印加される電圧を制御する。前記照明装置が前記白色光を発生するとき、前記第１の電圧が前記電極に印加される。前記照明装置が前記狭帯域光を発生するとき、前記第２の電圧が前記電極に印加される。前記第１の電圧が前記電極に印加されたときに比べ、波長が４５０ｎｍ以下である光に対する前記光電変換素子の感度が高くなるような前記第２の電圧が前記電極に印加される。
本発明の第６の態様によれば、第５の態様において、前記第１の電圧が前記電極に印加されたとき、前記半導体層の断面におけるポテンシャルは第１の分布を有してもよい。前記第２の電圧が前記電極に印加されたとき、前記半導体層の断面におけるポテンシャルは第２の分布を有してもよい。第１の領域において、前記第１の分布のピークにおけるポテンシャルは、前記第２の分布のピークにおけるポテンシャルよりも大きくてもよい。前記第１の領域は、前記第１の面からの距離が０．３μｍ未満である領域であってもよい。
本発明の第７の態様によれば、第６の態様において、前記半導体層を構成する材料は、シリコンを含んでもよい。前記第１の分布において、第２の領域におけるポテンシャルの変化の傾きは、第３の領域におけるポテンシャルの変化の傾きよりも大きくてもよい。前記第２の領域は、前記距離が前記第１の分布の前記ピークにおける第１の距離よりも大きく、かつ前記距離が０．３μｍ未満である領域であってもよい。前記第３の領域は、前記第１の面と前記光電変換素子との間において前記距離が０．３μｍ以上である領域であってもよい。
【国際調査報告】
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