(57)【要約】【課題】撮像装置において、高解像度でありかつ十分な色再現性を得ることができるようにする。【解決手段】分光イメージセンサ１０の受光面側に、散乱体３とスリット５と散乱体７の順に各散乱体を配した回折格子１を設ける。散乱体で電磁波が散乱されることで発生する回折波同士での干渉縞のパターンが、波長によって変化することを利用して、フォトダイオード群１２内の各光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒで波長別に信号を検知する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を検知して対応する単位信号を出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための半導体装置を使用して、前記単位信号に基づいて所定目的用の物理情報を取得する物理情報取得方法であって、
前記半導体装置の前記電磁波が入射する入射面側に平行に、前記電磁波を遮断する遮断部間に設けられた開口部を前記電磁波が通ることによる回折効果を利用して前記電磁波を複数の波長成分に分け、それぞれの波長成分を前記入射面内における近接したそれぞれ異なる位置に入射させる波長分散部を設け、当該波長分散部により分けられた波長成分ごとの前記単位信号を取得し、
前記波長成分ごとの前記単位信号に基づいて、前記所定目的用の物理情報を取得する
ことを特徴とする物理情報取得方法。
【請求項２】
電磁波を検知して対応する単位信号を出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための半導体装置を使用して、前記単位信号に基づいて所定目的用の物理情報を取得する物理情報取得装置であって、
前期半導体装置の前記電磁波が入射する入射面側に平行に設けられた、前記電磁波を遮断する遮断部間に設けられた開口部を前記電磁波が通ることによる回折効果を利用して前記電磁波を複数の波長成分に分け、それぞれの波長成分を前記入射面内における近接したそれぞれ異なる位置に入射させる波長分散部と、
前記波長分散部により分けられた波長成分ごとに前記単位信号を検知する波長別検知部と、
前記波長別検知部が検知した前記波長成分ごとの前記単位信号に基づいて、前記所定目的用の物理情報を取得する物理情報取得部と
を備えたことを特徴とする物理情報取得装置。
【請求項３】
前記波長分散部は、前記物理量を前記入射面に入射させる所定形状の開口部が前記単位構成要素ごとに設けられ、かつ当該開口部の周囲に前記物理量が前記入射面に入射するのを遮断する狭小の遮断部が設けられた第１の散乱体を含み、前記開口部が、周期的に配置されて構成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の物理情報取得装置。
【請求項４】
前記波長分散部は、所定形状の狭小の開口部が前記単位構成要素ごとに設けられ、かつ当該開口部の周囲に前記物理量が前記入射面に入射するのを遮断する遮断部が設けられた第２の散乱体を含み、当該第２の散乱体の前記開口部が、前記単位信号の読出方向に平行に配列されて構成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の物理情報取得装置。
【請求項５】
前記第２の散乱体は、前記第１の散乱体と前記物理量の前記入射面との間に備えられる
ことを特徴とする請求項４に記載の物理情報取得装置。
【請求項６】
前記波長分散部は、所定形状の開口部が前記単位構成要素ごとに設けられ、かつ当該開口部の周囲に前記物理量が前記入射面に入射するのを遮断する狭小の遮断部が設けられた第３の散乱体を、前記第２の散乱体と前記物理量の前記入射面との間に備え、当該第３の散乱体の前記開口部が、前記単位信号の読出方向に平行に配列されて構成されている
ことを特徴とする請求項５に記載の物理情報取得装置。
【請求項７】
電磁波を検知して対応する単位信号を出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための半導体装置であって、
前記電磁波を遮断する遮断部間に設けられた開口部を前記電磁波が通ることによる回折効果を利用して前記電磁波を複数の波長成分に分け、それぞれの波長成分を前記入射面内における近接したそれぞれ異なる位置に入射させる波長分散部を、前記電磁波が入射する入射面側に平行に備えるとともに、
前記単位構成要素は、前記波長分散部により分けられた波長成分ごとに前記電磁波を検知する波長別検知部を有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
前記波長分散部は、前記物理量を前記入射面に入射させる所定形状の開口部が前記単位構成要素ごとに設けられ、かつ当該開口部の周囲に前記物理量が前記入射面に入射するのを遮断する狭小の遮断部が設けられた第１の散乱体を含み、前記開口部が、周期的に配置されて構成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記波長分散部は、交互に配設された前記開口部および前記遮断部がそれぞれ長尺状であり、それぞれ長尺状の前記開口部および前記遮断部が前記単位信号の読出方向に平行に配列されて構成されている
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１の散乱体は、前記開口部が方形状であり、前記開口部が前記単位信号の読出方向に平行に配列されて構成されている
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第１の散乱体は、前記開口部が円形状であり、前記開口部が前記単位信号の読出方向に平行に配列されて構成されている
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記波長分散部は、所定形状の狭小の開口部が前記単位構成要素ごとに設けられ、かつ当該開口部の周囲に前記物理量が前記入射面に入射するのを遮断する遮断部が設けられた第２の散乱体を含み、当該第２の散乱体の前記開口部が、前記単位信号の読出方向に平行に配列されて構成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記波長分散部は、前記物理量を前記入射面に入射させる所定形状の開口部が前記単位構成要素ごとに設けられ、かつ当該開口部の周囲に前記物理量が前記入射面に入射するのを遮断する狭小の遮断部が設けられた第１の散乱体を含み、前記開口部が、周期的に配置されて構成されており、さらに
所定形状の狭小の開口部が前記単位構成要素ごとに設けられ、かつ当該開口部の周囲に前記物理量が前記入射面に入射するのを遮断する遮断部が設けられた第２の散乱体を、前記第１の散乱体と前記物理量の前記入射面との間に備え、当該第２の散乱体の前記開口部が、前記単位信号の読出方向に平行に配列されて構成されている
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記第１の散乱体の開口部の配列周期と、前記第２の散乱体の開口部の配列周期とが、が等しく、かつこれら開口部が平行に配置されている
ことを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記隣接する第１の散乱体の遮断部間の中点を通る略中心線上の位置に、前記第２の散乱体の開口部が配設されている
ことを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記波長分散部は、所定形状の開口部が前記単位構成要素ごとに設けられ、かつ当該開口部の周囲に前記物理量が前記入射面に入射するのを遮断する狭小の遮断部が設けられた第３の散乱体を、前記第２の散乱体と前記物理量の前記入射面との間に備え、当該第３の散乱体の前記開口部が、前記単位信号の読出方向に平行に配列されて構成されている
ことを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記第３の散乱体の前記開口部と前記遮断部の配列周期が、前記第１の散乱体および／または前記第２の散乱体の前記開口部と前記遮断部の配列周期と等しい
ことを特徴とする請求項１６に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記隣接する第１の散乱体の遮断部間の中点を通る略中心線上の位置に、前記第３の散乱体の遮断部が配設されている
ことを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記開口部の配列周期が、０．５μｍから５μｍまでの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記開口部の配列周期が、１．０μｍから２μｍまでの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項１９に記載の半導体装置。
【請求項２１】
前記開口部の配列周期が、１．５〜２．０μｍに設定されている
ことを特徴とする請求項２０に記載の半導体装置。
【請求項２２】
前記第１の散乱体の前記遮断部の厚みが０．０１μｍ以上である
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項２３】
前記第１の散乱体の前記遮断部の厚みが０．１μｍ以上である
ことを特徴とする請求項２２に記載の半導体装置。
【請求項２４】
前記第１の散乱体の前記遮断部の厚みが０．２±０．０５μｍの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項２３に記載の半導体装置。
【請求項２５】
前記第１の散乱体の前記遮断部の幅が０．０５μｍ以上で、かつ配列ピッチ以下である
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項２６】
前記第１の散乱体の前記遮断部の幅が０．１±０．０５μｍの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項２３に記載の半導体装置。
【請求項２７】
前記第３の散乱体の前記遮断部の厚みが０．０１μｍ以上である
ことを特徴とする請求項１６に記載の半導体装置。
【請求項２８】
前記第３の散乱体の前記遮断部の幅が０．０５μｍ以上で、かつ配列ピッチ以下である
ことを特徴とする請求項１６に記載の半導体装置。
【請求項２９】
前記第３の散乱体の前記遮断部の幅が０．１±０．０５μｍの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項２８に記載の半導体装置。
【請求項３０】
前記第２の散乱体の前記開口部の幅が０．１μｍ以上で、かつ配列ピッチ以下である
ことを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項３１】
前記波長分散部は、可視光帯を複数の波長成分に分光するように構成されており、前記第２の散乱体の前記開口部の幅が０．３±０．１μｍの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項３０に記載の半導体装置。
【請求項３２】
前記第２の散乱体の前記遮断部の厚みが０．０１μｍ以上である
ことを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項３３】
前記波長分散部は、可視光帯を複数の波長成分に分光するように構成されており、前記第２の散乱体の前記遮断部の厚みが０．１２５±０．１μｍの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項３２に記載の半導体装置。
【請求項３４】
波長成分ごとに設けられた前記波長別検知部は、それぞれから出力される各単位信号の読出方向に配列されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項３５】
前記波長別検知部のそれぞれはｐ型とｎ型の各半導体層の接合で形成されており、当該ｐｎ接合部分の前記読出方向の幅が、０よりも大きく０．５〜１．０μｍ以下に設定されている
ことを特徴とする請求項３４に記載の半導体装置。
【請求項３６】
前記ｐｎ接合部分の前記読出方向の幅が、０．３μｍ以下に設定されている
ことを特徴とする請求項３５に記載の半導体装置。
【請求項３７】
青、緑、赤の各３原色光の波長成分を個別に検知可能な数の前記波長別検知部が設けられており、
これら波長別検知部は、青、緑、赤、緑、青、緑、赤、緑、青、…の各色光を検知するような順に配列されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項３８】
青色光の波長成分を検知可能な前記波長別検知部はｐ型とｎ型の各半導体層の接合で形成されており、当該ｐｎ接合部分の最大深さが０．２±０．１μｍの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項３７に記載の半導体装置。
【請求項３９】
緑色光の波長成分を検知可能な前記波長別検知部はｐ型とｎ型の各半導体層の接合で形成されており、当該ｐｎ接合部分の最大深さが０．８±０．３μｍの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項３７に記載の半導体装置。
【請求項４０】
赤色光の波長成分を検知可能な前記波長別検知部はｐｎ接合で形成されており、当該ｐｎ接合部分の最大深さが１．４±０．６μｍの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項３７に記載の半導体装置。
【請求項４１】
青、緑、赤、および他の色の各色光の波長成分を個別に検知可能な数の前記波長別検知部が設けられている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項４２】
前記波長別検知部をなすｐ型とｎ型の各半導体層が、交互に湾曲に積層されている
ことを特徴とする請求項３５に記載の半導体装置。
【請求項４３】
前記波長別検知部もしくは当該波長別検知部の前記ｐｎ接合部分の全部または一部が孤立化されている
ことを特徴とする請求項３５に記載の半導体装置。
【請求項４４】
前記波長別検知部もしくは当該波長別検知部の前記ｐｎ接合部分が、前記入射面内で、くし状に形成されている
ことを特徴とする請求項３５に記載の半導体装置。
【請求項４５】
それぞれの前記波長別検知部で構成される検知部群は、前記波長分散部の前記開口部の配列周期の２周期分以上を担当するように構成されている
ことを特徴とする請求項４４に記載の半導体装置。
【請求項４６】
前記波長分散部は、前記入射面に入射する前記電磁波の垂直方向からの角度成分の補正がなされるように、前記開口部と前記遮断部の位置関係が設定さている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項４７】
前記波長分散部は、レンズや絞りなどを用いた光学系を通して入射される前記電磁波の垂直方向からの角度成分が、１８°以内となるように構成されている
ことを特徴とする請求項４６に記載の半導体装置。
【請求項４８】
前記波長分散部は、前記垂直方向からの角度成分が、１５°以内となるように構成されている
ことを特徴とする請求項４７に記載の半導体装置。
【請求項４９】
前記波長分散部は、前記垂直方向からの角度成分が、１０°以内となるように構成されている
ことを特徴とする請求項４８に記載の半導体装置。
【請求項５０】
前記波長分散部は、レンズや絞りなどを用いた光学系を通して入射される前記電磁波の垂直方向からの角度成分が、１８°以内となるように構成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項５１】
前記波長分散部は、前記垂直方向からの角度成分が、１５°以内となるように構成されている
ことを特徴とする請求項５０に記載の半導体装置。
【請求項５２】
前記波長分散部は、前記垂直方向からの角度成分が、１０°以内となるように構成されている
ことを特徴とする請求項５１に記載の半導体装置。
【請求項５３】
前記波長分散部は、前記遮断部が窒化シリコン（ＳｉＮ）で形成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項５４】
前記波長分散部は、前記遮断部がシリコン（Ｓｉ）で形成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項５５】
前記波長分散部は、前記遮断部がゲルマニウム（Ｇｅ）で形成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項５６】
前記波長分散部は、前記遮断部が酸化膜または窒化膜で埋められている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項５７】
前記酸化膜は、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）で形成されている
ことを特徴とする請求項５６に記載の半導体装置。
【請求項５８】
前記酸化膜は、２酸化シリコン（ＳｉＯ２）で形成されている
ことを特徴とする請求項５７に記載の半導体装置。
【請求項５９】
前記波長分散部は、可視光帯内を複数の波長成分に分光するように構成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項６０】
前記波長分散部は、赤外光または紫外光と、可視光とに分光するように構成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項６１】
前記波長分散部は、さらに、可視光帯内を複数の波長成分に分光するように構成されている
ことを特徴とする請求項６０に記載の半導体装置。
【請求項６２】
前記可視光を複数の波長成分に分離する色分離フィルタ
をさらに備えていることを特徴とする請求項６０に記載の半導体装置。
【請求項６３】
前記色分離フィルタは、前記可視光を青、緑、赤の各３原色光の波長成分に分離するものである
ことを特徴とする請求項６２に記載の半導体装置。
【請求項６４】
前記波長別検知部が検知した前記波長成分ごとの前記単位信号に基づいて、所定目的用の物理情報を取得する物理情報取得部
をさらに備えたことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項６５】
前記波長別検知部にて検知された各波長別の単位信号について、共通に前記物理情報取得部に転送する転送部と、
前記各波長別の単位信号の内の一方を除く他方をリセットするリセット部と、
前記各波長別の単位信号の内の一方を前記物理情報取得部に転送する前に、前記他方をリセットするように前記転送部と前記リセット部とを制御する制御部と
をさらに備えたことを特徴とする請求項６４に記載の半導体装置。
【請求項６６】
前記各波長別の単位信号のそれぞれを個別に前記物理情報取得部に転送する転送部と、
前記転送部を制御する制御部と
をさらに備えたことを特徴とする請求項６４に記載の半導体装置。
【請求項６７】
前記波長分散部は、赤外光と可視光とに分光するように構成されており、前記第２の散乱体の前記開口部の幅が０．８±０．２μｍの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項３０に記載の半導体装置。
【請求項６８】
前記波長分散部は、赤外光と可視光とに分光するように構成されており、前記第２の散乱体の前記遮断部の厚みが０．１±０．１μｍの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項３２に記載の半導体装置。
【請求項６９】
電磁波を検知して対応する単位信号を出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための半導体装置を製造する方法であって、
前記電磁波を遮断する遮断部間に設けられた開口部を前記電磁波が通ることによる回折効果により分けられた波長成分ごとに前記電磁波を検知する波長別検知部を、ｐ型とｎ型の各半導体層を交互に湾曲に積層することで形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７０】
電磁波を検知して対応する単位信号を出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための半導体装置を製造する方法であって、
前記電磁波を遮断する遮断部間に設けられた開口部を前記電磁波が通ることによる回折効果により分けられた波長成分ごとに前記電磁波を検知する波長別検知部を、同じマスクを使ってｎ型とｐ型の各不純物拡散を順次繰り返すことで形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７１】
前記ｎ型とｐ型の各不純物拡散を順次繰り返すことで、前記波長別検知部もしくは当該波長別検知部の前記ｐｎ接合部分の全部または一部を孤立化させる
ことを特徴とする請求項７０に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理情報取得方法および物理情報取得装置、複数の単位構成要素が配列されてなる物理量分布検知の半導体装置、並びに半導体装置の製造方法に関する。たとえば、物理量分布検知の半導体装置を利用した撮像方法および撮像装置、撮像装置の駆動制御装置、並びに撮像装置の製造方法に関する。
【０００２】
より詳細には、たとえば光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をする複数の単位構成要素が配列されてなり、単位構成要素によって電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読出可能な物理量分布検知の半導体装置を利用した固体撮像装置などへの適用に好適な信号取得技術に関する。
【背景技術】
【０００３】
光や放射線などの外部から入力される電磁波などの物理量変化に対して感応性をする単位構成要素（たとえば画素）をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなる物理量分布検知半導体装置が様々な分野で使われている。
【０００４】
たとえば、映像機器の分野では、物理量の一例である光（電磁波の一例）の変化を検知するＣＣＤ（Charge Coupled Device ）型あるいはＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor ）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-oxide Semiconductor ）型の固体撮像装置が使われている。これらは、単位構成要素（固体撮像装置にあっては画素）によって電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読み出す。
【０００５】
たとえば、固体撮像装置は、デバイス部の撮像部（画素部）に設けられている光電変換素子（受光素子；フォトセンサ）であるフォトダイオードにて、光や放射線などの外部から入力される電磁波を検知して信号電荷を生成・蓄積し、この蓄積された信号電荷（光電子）を、画像情報として読み出す。
【０００６】
ここで、従来の単板式カラー画像撮像用の固体撮像装置は、１つの撮像デバイスで色の情報を持つ信号を取得するべく、撮像部の受光面側に色の（識別）選別を行なうためのカラーフィルタ（色分離フィルタ）が設けられているものが主流となっている。
【０００７】
この場合、１画素をなす１つの光電変換素子に対して、それぞれ個別の色成分を割り当てる必要があり、色分離の１単位は、色分離フィルタの繰返周期分となってしまう。
【０００８】
たとえば、カラーフィルタの組合せとしては、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）の３種類を用いる原色系と、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、およびグリーン（Ｇ）の４種類を用いる補色系がある。原色系は補色系に比べて色再現性がよく、補色系はカラーフィルタの光透過率が高いことから感度の点で有利となる。映像の再生時には、原色系あるいは補色系のカラーフィルタを用いて得られた色信号（たとえばＲ，Ｇ，Ｂの原色信号）に対して信号処理が行なわれ、輝度信号および色差信号が合成される。
【０００９】
ところで、原色系あるいは補色系のカラーフィルタの組合せは、何れも、特定の波長領域成分のみを透過し光電変換素子に導く一方、その他波長領域成分を遮断（カット）することで、色選択を行なう減色フィルタとなっている。
【００１０】
たとえば、色の３原色である赤，緑，青の３色の減色フィルタを用いることによって色を識別し、それぞれのフィルタの下に光を検出する半導体層を光電変換素子として設けることで、各減色フィルタを透過した３原色光をそれぞれ個別に検出する。
【００１１】
しかしながら、減色フィルタ方式の場合、カットする光が多いために光の利用効率が悪い。特に、赤，緑，青の３原色のフィルタを用いてそれぞれの色を識別する場合、光量はそれだけで１／３以下に落ちてしまう。
【００１２】
また色別に光電変換素子が必要であるために、色分離の１単位に最低でも３つの光電変換素子が必要となり、高密度画素数のセンサを実現する上で障害となる。その上、色分離フィルタが必要であるためにコストが高くなる。
【００１３】
このような減色フィルタが持つ問題に対して最近、光の波長によって半導体の吸収係数が異なることを利用して色を識別するセンサが提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【００１４】
【特許文献１】米国特許第５９６５８７５号
【００１５】
図１１３は、特許文献１に記載のセンサの仕組みを説明する図であって、図１１３（Ａ）は半導体層の光吸収スペクトル特性を示す図、図１１３（Ｂ）は、デバイスの断面構造の模式図である。
【００１６】
この仕組みにおいては、Ｓｉ（シリコン）半導体の３原色光の吸収係数が＠２−１（Ａ）に示すように青，緑，赤の順に小さくなる、すなわち入射光Ｌ１に含まれる青色光、緑色光、および赤色光に関しては、深さ方向において波長による場所依存性を呈することを利用して、図１１３（Ｂ）に示すように、Ｓｉ半導体の表面から深さ方向に青，緑，赤の各色光を検出するための層を順次設けている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、波長による吸収係数の違いを利用した特許文献１に記載の仕組みでは、理論上検知できる光量が低下しないが、青色光を検知する層では赤色光や緑色光が通過するときにある程度吸収を受けるためにそれらの光が青色光として検知されてしまう。このために、青の信号が本来ない場合でも緑や赤の信号が入ることで青にも信号が入り偽信号が生じてしまうことになるので、十分な色再現性を得られない。
【００１８】
これを避けるためには、３原色全体で計算による信号処理で補正を行なう必要があり、計算に必要な回路を別途必要となるので、その分だけ回路構成が複雑・大規模になり、またコスト的に高くなる。さらに、たとえば３原色のうちどれか１色が飽和するとその飽和した光の本来の値が判らなくなることで計算に狂いが生じ、結果として本来の色とは異なるように信号を処理することになる。
【００１９】
また、図１１３（Ａ）に示すように、殆どの半導体は赤外光に対して吸収感度を有する。したがって、たとえばＳｉ半導体を用いた固体撮像装置（イメージセンサ）などにおいては通常、減色フィルタの一例として赤外線カットフィルタをセンサの前に入れる必要がある。
【００２０】
これに対して、最近、１つの固体撮像装置で可視光による像と赤外光による像を同時に撮像する要望がある。たとえば赤外線の発光点を予め用意してそれを追跡することで、可視光の像の中にある赤外光の発光点の位置を検出することができる。また可視光のない、たとえば夜間においても赤外光を照射して撮像することで鮮明な像を得ることができる。このように赤外光を信号として受け取って撮像するためには赤外線カットフィルタを外すか、赤外光のカットする割合を低くする必要がある。
【００２１】
ところが、このようにすると赤外光が可視光に混じって光電変換素子に入射することになるので、可視光の像の色合いが本来のものとは異なることになる。
【００２２】
また上述の課題とは別に、通常の固体撮像装置のように赤外線カットフィルタを用いることによって、可視光も幾らかカットされるので感度が落ちることになる。また赤外線カットフィルタを用いることによってコストが高くなる。
【００２３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、減色フィルタを使わずに、単位面積当たり（実質的には１つの光電変換素子などの単位構成要素）に入射する電磁波量（典型例は光量）をより多くすることができる（典型例は光量変換効率のよい）新たな半導体装置とその駆動制御技術および製造方法、並びにこの半導体装置を利用した物理情報取得の仕組みを提供することを目的とする。
【００２４】
一例として、高解像度でありかつ十分な色再現性を得ることのできる撮像技術の仕組みを提供する。
【００２５】
また、他の例として、１つの半導体装置を用いて、色合いが正確な可視光による像と赤外光や紫外光による像を同時に撮像することができる仕組みを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明に係る物理情報取得方法は、散乱体が並んだ回折格子で構成される単位構成要素を有する半導体装置を用いて、散乱体で電磁波が散乱されることで発生する回折波同士での干渉縞のパターンが、波長によって変化することを利用して物理情報を取得することとした。
【００２７】
具体的には、半導体装置の電磁波が入射する入射面側に平行に、電磁波を遮断する遮断部間に設けられた開口部を電磁波が通ることによる回折効果を利用して電磁波を複数の波長成分に分け、各波長成分を入射面内における近接したそれぞれ異なる位置に入射させる波長分散部を設け、この波長分散部により分けられた波長成分ごとの単位信号を取得し、波長成分ごとの単位信号に基づいて所定目的用の物理情報を取得することとした。
【００２８】
また、本発明に係る物理情報取得装置は、上記本発明に係る物理情報取得方法を実施するのに好適な装置であって、半導体装置の電磁波が入射する入射面側に平行に設けられた、電磁波を遮断する遮断部間に設けられた開口部を電磁波が通ることによる回折効果を利用して電磁波を複数の波長成分に分け、それぞれの波長成分を入射面内における近接したそれぞれ異なる位置に入射させる波長分散部と、波長分散部により分けられた波長成分ごとに単位信号を検知する波長別検知部と、波長別検知部が検知した波長成分ごとの単位信号に基づいて所定目的用の物理情報を取得する物理情報取得部とを備えるものとした。
【００２９】
また、本発明に係る半導体装置は、上記本発明に係る物理情報取得装置に用いて好適な装置であって、少なくとも、波長別検知部と、波長分散部により分けられた波長成分ごとに電磁波を検知する波長別検知部とを、単位構成要素内に設けるようにした。
【００３０】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記本発明に係る半導体装置の製造にに用いて好適な方法であって、ｐ型とｎ型の各半導体層を交互に湾曲に積層することで波長別検知部を形成する、あるいは同じマスクを使ってｎ型とｐ型の各不純物拡散を順次繰り返すことで波長別検知部を形成するようにした。
【００３１】
また従属項に記載された発明は、本発明のさらなる有利な具体例を規定する。
【００３２】
たとえば、波長分散部は、種々の波長が混ざった電磁波を波長ごとに分ける（分散）構造を備えていればよく、様々な構成を採ることができる。たとえば、波長別検知部が形成されている半導体装置と波長分散部とを、半導体製造技術を用いて一体的に構成してもよいし、波長別検知部が形成されている半導体装置とは別に波長分散部を形成し、その後に、半導体装置の入射面側に波長分散部を配するようにしてもよい。
【００３３】
最も単純な波長分散部は、それぞれ長尺状の開口部と遮断部とでなる多数の平行スリットが等間隔で配列した構造をしている第２の散乱体としての回折格子（グレーティング）である。たとえば、白色光が回折格子に入射すると、波長ごとに決まったある角度で光が強め合い（回折）、この強め合った光を取り出すことで波長選択ができる。
【００３４】
なお、開口部の形状は、長尺状に限らず、円形状や方形状のものであってもよい。
【００３５】
また、波長分散部は、回折格子に加えて、その前面に所定形状の開口部と遮断部とでなる別の散乱体（第２の散乱体）を配するとさらに好ましい。また、回折格子と半導体装置の入射面との間に、さらに所定形状の開口部と遮断部とでなる別の散乱体（第３の散乱体）を配するとよい。
【００３６】
また、波長分散部が電磁波を複数の波長成分に分けるに当たっては、青、緑、および赤といった３原色成分など、可視光帯内を複数の波長成分に分光するようにしてもよい。
【００３７】
また、波長分散部は、赤外光または紫外光と、可視光とに分光するように構成されていてもよい。この場合、波長分散部は、さらに、可視光帯内を複数の波長成分に分光するように構成されているものであってもよい。あるいは、青、緑、および赤といった３原色成分など、可視光を複数の波長成分に分離する色分離フィルタをさらに備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、回折効果による波長分散によって得られる波長成分ごとに、入射面に入射される電磁波を検知するようにした。これにより、分離フィルタを用いることなく波長成分ごとの信号を検知できる。電気信号への変換効率が高くなり、高い感度特性が得られる。たとえば、高解像でかつ色再現性に優れたイメージセンサを実現できる。
【００３９】
また、従来の１画素分で、波長成分ごとの信号を検知できるために、高密度化・高解像度化を図ることができる。
【００４０】
また、波長成分ごとの信号を同時に検知できるために、たとえば、赤外光や紫外光と可視光とを分けて検知する構造とすることで、可視光による像と赤外光や紫外光による像を同時に撮像することができるようになる。この際、可視光をさらに３原色信号成分に分けて検知するように構成することで、色合いが正確な可視光による像と、赤外光や紫外光による像を同時に撮像することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００４２】
＜＜分波イメージセンサの概念＞＞
図１は、回折格子を利用して電磁波を所定波長ごとに分光する分波イメージセンサの概念を説明する図である。ここでは、電磁波の一例である光を所定波長ごとに分光する分光イメージセンサを例に説明する。
【００４３】
回折格子１は、図１（Ａ）に示すように、電磁波（たとえば光）を遮断（光の場合には遮光）する遮断部材で構成された散乱体２が周期的に並んだ構造をしており、入射光Ｌ１が入射すると、各散乱体２で光が散乱されることで回折波Ｌ２が発生する。また、この回折波Ｌ２が周期的に多数存在する散乱体２によって回折波Ｌ２同士で干渉が起こる。
【００４４】
これにより、図１（Ｂ）に示すように、光強度は、各回折波Ｌ２の位相が一致するところでは強くなり、逆に位相が半波長分ずれるところでは弱めあうことになる。結果的に、干渉縞がＳｉ（シリコン）基板９の表面およびＳｉ基板内部にかけて生じることになる。
【００４５】
本実施形態では、この干渉縞のパターンが波長λによって変化する波長分散性を呈することを利用することで、分光イメージセンサを実現する。
【００４６】
＜回折格子を利用した分波イメージセンサの基本構成＞
図２は、回折格子を利用した分波イメージセンサの基本構成を説明する概念図である。また図３は、図２に示した分光イメージセンサ１０の１つのフォトダイオード群１２部分を拡大して示した図である。
【００４７】
ここで、フォトダイオード群１２は、従来の撮像デバイスにおける１画素に対応する１つのフォトダイオードに相当するものである。本実施形態では、開口部を前記電磁波が通ることによる回折効果を利用することで分光されたそれぞれ異なる波長（色成分）を検知する波長別（色別）の光電変換素子をフォトダイオード群１２内に複数個設けることで、高解像度化・高画素化などを図るようにする点に特徴を有する。１画素をなす１つのフォトダイオード群１２に対して、色分離用の全色成分を割り当てる構成であり、１画素をなす色別の光電変換素子に対して色分離用の何れかの色成分を割り当てる構成とは異なる。
【００４８】
図２に示した光電変換素子を複数個有してなるフォトダイオード群１２が配列された分光イメージセンサ１０は、回折効果を利用して電磁波を複数の波長成分に分け、それぞれの波長成分を入射面内における近接したそれぞれ異なる位置に入射させる波長分散部を、散乱体３（第１の散乱体）とスリット５（第２の散乱体）と散乱体７（第３の散乱体）とで構成している点に特徴を有する。
【００４９】
具体的には、入射光Ｌ１側において、電磁波（たとえば光）を通過させる長尺状（線状または棒状）の開口部３ａと、電磁波（たとえば光）を遮断（光の場合には遮光）する部分である長尺状（線状または棒状）の遮光部３ｂが交互に配列されてなる散乱体３が、遮光部３ｂ同士が平行かつ周期的かつ受光面内の所定方向に列をなすように（たとえば横方向；図中のＸ方向）に配置されている。横方向（図中のＸ方向）は、フォトダイオード群１２が有する色別の光電変換素子からの画素信号の読出方向に対応するものである。
【００５０】
ここで、“線状”とは、その断面積が光の波長に対して限りなく０（ゼロ）に近い形態のものを意味し、“棒状”とは、その断面積が有限なる形態のものを意味するが、何れも、細長い形状すなわち長尺状のものである点では共通する。
【００５１】
また分光イメージセンサ１０は、散乱体３とＳｉ基板９との間における回折波Ｌ２が集まる周辺に電磁波（たとえば光）を通過させる長尺状の開口部（スリットの隙間）５ａと開口部５ａを包囲する、電磁波（たとえば光）を遮断（光の場合には遮光）する部分である遮光部５ｂとが配されるように、回折格子１の主要部をなすスリット状の光散乱体（以下単にスリットという）５が設けられている。
【００５２】
このスリット５は、開口部５ａの周期（隣接する開口部５ａの間隔）と散乱体３の周期（隣接する散乱体３の遮光部３ｂの間隔；散乱体３の開口部の間隔）が等しく、かつこれらが平行に配置されている。加えて、隣接する散乱体３間の中点を通る略中心線CL０上（フォトダイオード群１２表面に対して垂直）の位置に開口部５ａが配されるようになっている。
【００５３】
さらに分光イメージセンサ１０は、スリット５とフォトダイオード群１２の間に別の長尺状の遮光部７ｂが開口部７ａを挟んで周期的にかつ平行に配置されている散乱体７が設けられている。この散乱体７は、散乱体７の周期（隣接する遮光部７ｂの間隔）と散乱体３の周期（散乱体３の隣接する遮光部３ｂの間隔）またはスリット５の開口部５ａの周期（スリット５の隣接する開口部５ａの間隔）が等しくなるように設定されている。加えて、散乱体７の遮光部７ｂが、散乱体３間の中点を通る略中心線CL０上（フォトダイオード群１２表面に対して垂直）の位置に配されるようになっている。
【００５４】
このような構造の分光イメージセンサ１０において、各散乱体３を周期的に配置することで、図２のように回折波Ｌ２の集光するところが現れる。特に、横方向に周期的でかつ平行に等間隔で各散乱体３を配置する場合、各散乱体３間の中心線CL０上で回折波Ｌ２が集まる。
【００５５】
また、長尺状の散乱体３を用いることで、回折波Ｌ２が長尺状に集光したり、回折波Ｌ２同士の干渉縞（光強度分布）が長尺状になったりする。したがって、デバイス構造を考えるとフォトダイオード群１２内に設ける光電変換素子（フォトデテクタ）を長尺状の構造にできるので、設計し易い利点がある。
【００５６】
加えて、図２は集光効果について着目して表しているが、その後、回折波Ｌ２がさらに進むことによって、図３のようにスリット５およびもう１つの散乱体７の効果によって分光される。
【００５７】
したがって、これら２つの効果の合わせ技で集光および分光が成される。このとき、回折波Ｌ２が集まる周辺である散乱体３とフォトダイオード群１２との間に、長尺状の開口部５ａ（スリットの隙間）が横方向に周期的でかつ平行となるようにスリット５を配置することで、青色光Ｌ３−Ｂ，緑色光Ｌ３−Ｇ，赤色光Ｌ３−Ｒ，赤外光Ｌ３−ＩＲ（纏めて分光成分Ｌ３という）というように、入射光Ｌ１を制御よく分光することができる。
【００５８】
図２に示した光電変換素子を複数個有してなるフォトダイオード群１２が配列された分光イメージセンサ１０は、入射光Ｌ１側において、長尺状（線状または棒状）の散乱体３が平行かつ周期的かつ受光面内の所定方向に列をなすように（たとえば横方向；図中のＸ方向）に配置されている。横方向（図中のＸ方向）は、フォトダイオード群１２が有する色別の光電変換素子からの画素信号の読出方向に対応するものである。
【００５９】
また、特に、スリット５の開口部５ａの周期（隣接する開口部５ａの間隔）と散乱体３の周期（隣接する遮光部３ｂの間隔）が等しく、かつこれらを平行に配置すれば、全体構造（特に散乱体３とスリット５との関係）において周期性および対称性が高まり、光の干渉特性がよくなる。その結果、分光特性がよくなる。
【００６０】
また、散乱体３によって回折した光（回折波Ｌ２）がその中点（遮光部３ｂ間の中心）付近に集光する。よって、散乱体３間の中点を通る略中心線CL０上（フォトダイオード群１２表面に対して垂直）の位置にスリット５の開口部５ａが配されるようにすることで、効率よく分光されることになる。
【００６１】
また、スリット幅Ｄｓを８００ｎｍ±３００ｎｍとすることで可視光（青色光Ｌ３−Ｂ，緑色光Ｌ３−Ｇ，赤色光Ｌ３−Ｒ）と赤外光Ｌ３−ＩＲを分光できることが判った。
【００６２】
さらに場合によっては、そのスリット５の開口部５ａの中心線CL０上でかつスリット５とフォトダイオード群１２の間にもう１つの散乱体７を置いてもよいし、置かなくてもよいことも判った。
【００６３】
ここで、スリット５の開口部５ａの中心線CL０上でかつスリット５とフォトダイオード群１２の間にもう１つの線状の散乱体７を置くことで、図３に示す拡大図ように、長波長側の光（緑色光〜赤色光）が回折でその散乱体７から離れたところに集まるが、短波長側の光（特に青色光）がその散乱体の後ろ側のフォトダイオード群１２の中心線CL０上に集まることが Maxwell方程式に従ったＦＤＴＤ法（Finite Difference Time Domain Method）の光場計算によって判明した。
【００６４】
ここで、長尺状の散乱体７を用いることで、回折波Ｌ２が長尺状に集光したり、回折波Ｌ２同士の干渉縞（光強度分布）が長尺状になったりする。したがって、デバイス構造を考えるとフォトダイオード群１２内に設ける光電変換素子（フォトデテクタ）を長尺状の構造にできるので、設計し易い利点がある。また、散乱体７を周期的にかつ平行に配置させることで、全体構造において周期性および対称性が高まり、光の干渉特性がよくなる。その結果、分光特性がよくなる。両者を組み合わせることで、分光特性のよく、かつ設計し易い構造になる。
【００６５】
また、散乱体３の周期（隣接する遮光部３ｂの間隔）と散乱体７の周期（隣接する遮光部７ｂの間隔）とが等しく、かつこれらを平行に配置すれば、全体構造（特に散乱体３と散乱体７との関係）において周期性および対称性が高まり、光の干渉特性がよくなる。その結果、分光特性がよくなる。
【００６６】
さらに、 スリット５の開口部５ａの周期（隣接する開口部５ａの間隔）と散乱体７の周期（隣接する遮光部７ｂの間隔）が等しく、かつこれらを平行に配置すれば、全体構造（特にスリット５と散乱体７との関係）において周期性および対称性が高まり、光の干渉特性がよくなる。その結果、分光特性がよくなる。
【００６７】
特に、散乱体３の周期（隣接する遮光部３ｂの間隔）とスリット５の開口部５ａの周期（隣接する開口部５ａの間隔）と散乱体７の周期（隣接する遮光部７ｂの間隔）が等しく、かつこれらを平行に配置すれば、全ての散乱体の位置関係を合わせることができ、周期性および対称性において最大の効果を得ることができる。結果として、光の干渉特性が極めてよくなり、分光特性が格段によくなる。
【００６８】
＜分波手法のシミュレーション；可視光帯内（その１）＞
図４および図５は、図２に示した概念図において、可視光を複数の波長成分に分光する手法を説明する計算シミュレーション図である。ここで、図４は、緑色光である波長５４０ｎｍの光を入射したときの計算シミュレーション結果であって、（Ａ），（Ｂ）それぞれは散乱体７を入れない場合と入れた場合の結果である（散乱体７以外は同じ構造である）。
【００６９】
この結果から、散乱体７がない場合には緑色光は直進して中心線CL０上にも光が集まることになる。そのため図中では６箇所に光が集まることになる。これが散乱体７の存在により、効率よく回折されて、中心線CL０上を除く４箇所に緑色光が集まり光密度が高くなることが判る。
【００７０】
さらに図５は青色光である波長４６０ｎｍの光を入射したときの計算シミュレーション結果であって、（Ａ），（Ｂ）それぞれは散乱体７を入れない場合と入れた場合の結果である（散乱体７以外は同じ構造である）。
【００７１】
この結果から、散乱体７が存在の有無に関係なく後ろ側のフォトダイオード群１２の中心線CL０上に青色光が集まることが判る。
【００７２】
したがって、散乱体７が存在しなければ緑色光と青色光は混ざることになるが、散乱体７の存在により効率よくこれらの光が分光されることになる。これとは別に、散乱体３の存在によって光が集光している様子もすべての計算結果から判る。
【００７３】
本実施形態においては、以上のような回折特性を用いて分光する方法を利用することで、分光イメージセンサ１０を実現する点に特徴を有する。このような構造は、母材である透明な酸化膜または窒化膜の中に散乱体を埋めた構造としてもよい。つまり、散乱体は、所定の透明な部材（母材）で埋め尽くして半導体基板と一体的に構成できるようにするのがよい。この場合、屈折率が母材より高いものを散乱体に選べばよい。
【００７４】
ここで、酸化膜や窒化膜が母材としてよい理由は２つある。１つは、一般的な半導体のプロセスで用いられる膜であり、安価で低コストが挙げられる。もう１つは、シリコンに比べて低屈折率であるため、シリコンと組み合わせることで大きな屈折率差が設けられ、結果として効率よく回折が生じる。
【００７５】
また、透明な母材としては、酸化膜または窒化膜を用いるのがよい。ここで、酸化膜としてはＳｉＯｘがよく、特にＳｉＯ２がよい。また、窒化膜としてはＳｉＮｘでもよい。これは、ＳｉＯｘ、特にその中でも完全に酸化されているＳｉＯ２が化学的に安定しており、また屈折率も最も低いからである。ＳｉＮｘも同様であり、Ｓｉ３Ｎ４が最も化学的に安定である。
【００７６】
また、散乱体はプロセスの整合性のよいシリコンＳｉで形成するのが好ましいが、その他の部材で形成してもよく、たとえば窒化シリコンＳｉＮを用いることができる。このとき、散乱体３，７の双方を同じ部材で形成してもよいし、それぞれ異なる部材で形成してもよい。ＳｉＮｘは一般的な半導体のプロセスで用いられる材料であり、安価で低コストである利点がある。
【００７７】
また、散乱体はゲルマニウムで形成してもよい。屈折率がシリコンＳｉよりも高く、散乱効果や回折効果が高まる利点が得られる。
【００７８】
なお、散乱体は屈折率が異なればメタルやその化合物でもよい。つまり、遷移金属，遷移金属シリサイド，遷移金属窒化化合物，遷移金属窒化酸化化合物，貴金属，貴金属シリサイド，高融点金属，高融点金属シリサイドなどでもよい。具体的にはＡｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｗ，ＷＳｉ，ＷＳｉ２，Ｔｉ，ＴｉＳｉ２，ＴｉＳｉ，ＴｉＮ，ＴｉＯＮ，Ｔａ，ＴａＮ，ＮｉＳｉ，ＮｉＳｉ２，Ｈｆ，ＨｆＮ，ＨｆＳｉ２，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，ＣｏＳｉ２，ＲｕＮ，ＲｕＯｘ，．ＲｕＯｘＮ．などが挙げられる。この中で特にＡｌ，Ｃｕ，Ｎｉなどを用いることで安価でコストの低いものができる。
【００７９】
＜＜可視光帯の分光のセンサ構造；周期１．５μｍ＞＞
図６は、回折格子１をＳｉ基板９（分光イメージセンサのフォトダイオード群に対応する）の入射面側に配した分波イメージセンサの一実施形態を説明する図であって、可視光帯内を分光する分光イメージセンサ１０の断面構造を示す。ハッチング部分がＳｉ材料を示し、それ以外の白色部分が酸化膜ＳｉＯ２を示す。
【００８０】
本実施形態の分光イメージセンサ１０は、散乱体３の位置の周期（隣接する散乱体３の中心点の横方向の間隔）が１．５μｍのものとしている。また、全体として、Ｓｉ基板９上に酸化膜ＳｉＯ２が形成されている。また本実施形態の分光イメージセンサ１０は、Ｓｉ基板９の他、散乱体３、スリット５、および散乱体７をＳｉ材料で形成している。
【００８１】
長尺状の各散乱体３は、Ｓｉ基板９（フォトダイオード群１２に対応）の入射面側において、横方向（図中のＸ方向）に周期的でかつ平行に配置されており、それぞれの厚みが０．２μｍであって、それぞれの散乱体３の位置の周期すなわち散乱体３の中心点から次の散乱体３の中心点までの横方向（図中のＸ方向）の間隔が１．５μｍである。散乱体３は、Ｓｉ基板９表面から１．６μｍの位置に配されている。
【００８２】
分光イメージセンサ１０は、その表面（散乱体３の入射光Ｌ１の入射側）から深さ方向（図中のＺ方向）に１．２２５μｍの位置でかつＳｉ基板９から０．２５μｍの位置に、すなわち散乱体３とＳｉ基板９（フォトダイオード群１２に対応）の間に、厚さが０．１２５μｍでスリット幅Ｄｓが０．３μｍのスリット５が設けられている。
【００８３】
スリット５は、それぞれのスリット幅Ｄｓの開口部５ａが、横方向（図中のＸ方向）に周期的でかつ平行に配置されており、さらにそれぞれのスリット幅Ｄｓの開口部５ａが、散乱体３間の中点を通る略中心線CL０上（Ｓｉ基板９やフォトダイオード群１２表面に対して垂直）の位置に設けられ、長尺状の散乱体３と平行に配置されている。つまり、スリット５の開口部５ａの周期（隣接する開口部５ａの間隔）と散乱体３の周期（隣接する遮光部３ｂの間隔）および位相が等しく、かつこれらが平行に配置されている。
【００８４】
また、分光イメージセンサ１０は、スリット５とＳｉ基板９（フォトダイオード群１２に対応）との間における略中心位置でかつスリット５の開口部５ａの中心位置に、厚さが０．０３μｍで幅が０．１μｍの長尺状の散乱体７が設けられている。散乱体７は、それぞれが、横方向（図中のＸ方向）に周期的でかつ平行に配置されており、さらに、散乱体３間の中点を通る略中心線CL０上（Ｓｉ基板９やフォトダイオード群１２表面に対して垂直）の位置に設けられ、長尺状の散乱体３と平行に配置されている。つまり、散乱体７の周期（隣接する散乱体７の間隔）と散乱体３の周期（隣接する遮光部３ｂの間隔）および位相、並びに散乱体７の周期（隣接する散乱体７の間隔）とスリット５の開口部５ａの周期（隣接する開口部５ａの間隔）および位相が等しく、かつこれらが平行に配置されている。
【００８５】
図７は、本実施形態の分光イメージセンサ１０において使用するＳｉ（シリコン）の屈折率（ｎ）と消衰係数（Ｋ）の波長分散の関係例を示す図表である。ここでは、青色、緑色、赤色として代表的な波長をそれぞれ４６０ｎｍ，５４０ｎｍ，６４０ｎｍとしている。値は、屈折率および減衰係数の各値は文献値である。また、酸化膜ＳｉＯ２の屈折率分散は極めて小さいので、どの波長に対しても屈折率１．４、消衰係数０とする。
【００８６】
＜分光手法のシミュレーション；可視光帯内（その２）＞
図８〜図１０は、図７に示す特性を用いた、図６に示す構造を持つ分光イメージセンサ１０に受光面（図中の下側）から各色の光を入れたときの可視光帯内の分光手法を説明する計算シミュレーション図である。図８〜図１０において、Ｚ＝１．６μｍの横破線はフォトダイオード群１２とシリコン酸化膜ＳｉＯ２との界面（センサ表面）を表す。なお、シミュレーションは、ＦＤＴＤ法による光場計算で行なったものである。
【００８７】
ここで、図８は、青色光（波長λ＝４６０ｎｍ）を入射したときの計算シミュレーション結果である。この図から、Ｘ＝−２．２５，−０．７５，０．７５，２．２５μｍのところで、Ｚ＝１．６〜１．８μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ０．２±０．１μｍ）まで、すなわちセンサ表面近傍において光強度が強くなっているのが判る。
【００８８】
図９は、緑色光（波長λ＝５４０ｎｍ）を入射したときの計算シミュレーション結果である。図９において、Ｘ＝−２．６７，−１．８３，−１．１７，−０．３３，０．３３，１．１７，１．８３，２．６７μｍのところで、Ｚ＝１．６〜２．４μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ０．８±０．３μｍ）までにおいて光強度が強くなっているのが判る。すなわち緑色光に関しては、センサ表面だけでなく、やや深い位置においても光強度が強くなっている。
【００８９】
図１０は、赤色光（波長λ＝６４０ｎｍ）を入射したときの計算シミュレーション結果である。図１０において、Ｘ＝−３．０，−１．５，０，１．５，３．０μｍのところで、Ｚ＝１．６〜４．０μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ１．４±０．６μｍ付近）までにおいて光強度が強くなっているのが判る。とりわけ、Ｚ＝２．８μｍ付近で光密度が強くなっている。すなわち赤色光に関しては、センサ表面〜やや深い位置だけでなく、より深い位置においても光強度が強くなっている。
【００９０】
つまり、入射光Ｌ１に含まれる青色光、緑色光、および赤色光に関しては、図６に示す分光イメージセンサ１０に入射させることで、幅方向（図中のＸ方向）において波長による場所依存性を呈するとともに、深さ方向においても波長による場所依存性を呈することが判る。
【００９１】
なお、上記数値限定における括弧内は、マクスウェル方程式を用いたＦＤＴＤ法でのシミュレーション結果から導いたもので、光が括弧内で示す数値範囲までに主に集中していることに基づくものである。
【００９２】
しかしながら文献上の吸収係数αの値（図１１３（Ａ）参照）からＳｉ表面から光が入射した場合の進入深さ（＝１／α；光強度が１／ｅまで低下）を見積もってみると、青色光（λ＝４６０ｎｍ）の場合０．６μｍ、緑色光（λ＝５４０ｎｍ）の場合１．４μｍ、赤色光（λ＝６４０ｎｍ）の場合３μｍになる。ここでｅは自然対数である。
【００９３】
よって、好ましいデバイス構造としては、青色光の場合にはｐｎ接合の最大深さが０．６μｍ以下で、望ましくは０．３μｍ以下にするのがよい。緑色光の場合にはｐｎ接合の最大深さが１．４μｍ以下で、望ましくは１．０μｍ以下にするのがよい。赤色光の場合にはｐｎ接合の最大深さが３μｍ以下で、望ましくは２．４μｍ以下にするのがよい。
【００９４】
＜検出位置の適正例；可視光帯内＞
図１１〜図１３は、上記シミュレーション結果に基づく、可視光帯内を分光するに当たっての検出位置の適正例を説明する図である。
【００９５】
たとえば、図１１に示す第１例のようなエリアで光を検出できるように分光イメージセンサ１０を構成すれば、赤、緑、青の３原色を分光して検出できることになる。すなわち青色光（波長４６０ｎｍ）ではＸ＝−２．２５，−０．７５，０．７５，２．２５μｍのところでＺ＝１．６〜１．８μｍ（ｐｎ接合の最大深さが０．３μｍ以下；特にフォトダイオード群１２の表面から深さ０．２±０．１μｍ）において、緑色光（波長５４０ｎｍ）ではＸ＝−２．６７，−１．８３，−１．１７，−０．３３，０．３３，１．１７，１．８３，２．６７μｍのところでＺ＝１．６〜２．４μｍ（ｐｎ接合の最大深さが１．０μｍ以下；特にフォトダイオード群１２の表面から深さ０．８±０．２μｍ）において、赤色光（波長６４０ｎｍ）ではＸ＝−３．０，−１．５，０，１．５，３．０μｍのところでＺ＝１．６〜４．０μｍ（ｐｎ接合の最大深さが２．４μｍ以下；特にフォトダイオード群１２の表面から深さ１．４±０．６μｍ）において検出するようにすればよい。
【００９６】
つまり、ｐｎ接合の最大深さを各Ｚ方向の範囲に、波長別検知部の一例である波長別の光電変換素子をなすｐｎ接合部分を設定すればよいことになる。具体的には、青色光用の光電変換素子１２Ｂをなすｐｎ接合部分の最大深さはフォトダイオード群１２の表面から深さ０．６μｍ以下で望ましくは０．３μｍ以下にし、緑色光用の光電変換素子１２Ｇをなすｐｎ接合部分の最大深さはフォトダイオード群１２の表面から深さ１．４μｍ以下で望ましくは１．０μｍ以下にし、赤色光用の光電変換素子１２Ｒをなすｐｎ接合部分の最大深さはフォトダイオード群１２の表面から深さ３μｍ以下で望ましくは２．４μｍ以下にすれば、それぞれの色の検知効率が高くなる。
【００９７】
このときフォトダイオード群１２間での混色を防止するべく、各フォトダイオード群１２の横方向（Ｘ方向）の幅は、各散乱体３の横方向（図中のＸ方向）の間隔１．５μｍ以下とするのがよい。また、フォトダイオード群１２内に設けられる色別の光電変換素子をなすｐｎ接合部分の横方向（Ｘ方向）の幅は０．５μｍ以下にするのがよく、さらに好ましくは０．３μｍ以下にするのがよい。これらの値は半導体プロセス上、量産製造し易い値である。
【００９８】
ここで、０．５μｍは３原色分光を考えた場合１．５μｍ／３＝０．５μｍとして最大値に基づき設定したものである。さらに０．３μｍは現状の０．２５μｍプロセスに対応して量産可能なものとして設定したものである。なお、最近ではさらに細かいプロセスが可能となっており、各散乱体３の横方向（図中のＸ方向）の間隔をさらに狭小化することも可能である。
【００９９】
ただし、青色光、緑色光、および赤色光の何れも、深さ方向においても波長による場所依存性を呈し、青色光および緑色光がＺ方向において２．４μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ方向において０．８μｍ）までにかなり減衰してしまう。そこで、この点を利用して、赤色光に関しては、図１２に示す第２例のように、Ｚ≧２．４μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ方向において０．８μｍ以上）であれば、Ｘ方向には場所の限定は必ずしも必要ない。
【０１００】
同様に、青色光がＺ＝１．８μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ０．２μｍ）までにかなり減衰してしまう点を利用して、緑色光に関しては、図１３に示す第３例のように、Ｘ方向は赤色の領域（Ｘ＝−３．０，−１．５，０，１．５，３．０μｍ）を除けば、場所の限定は必ずしも必要ない。
【０１０１】
＜分光手法のシミュレーション；可視光帯内；波長分散の他の関係例＞
図１４は、分光イメージセンサ１０において使用するＳｉ（シリコン）の屈折率（ｎ）と消衰係数（Ｋ）の波長分散の他の関係例を示す図表である。ここでは、青色、緑色、赤色として代表的な波長をそれぞれ４６０ｎｍ，５４０ｎｍ，６４０ｎｍとしている。屈折率および減衰係数の各値は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長法）で作製されたポリシリコン膜の実測値である。また、酸化膜ＳｉＯ２の屈折率分散は極めて小さいので、どの波長に対しても屈折率１．４、消衰係数０とする。
【０１０２】
また、図１５〜図１７は、図６に示す構造を持つ分光イメージセンサ１０に受光面（図中の下側）から各色の光を入れたときの、図１４に示す特性を用いた、可視光帯内の分光手法を説明する計算シミュレーション図（ＦＤＴＤ法による光場計算で行なったもの）である。図７では、屈折率および減衰係数の各値を文献値で示し、その値に基づいてシミュレーションを行なったが、図１４では、屈折率および減衰係数の各値を実測値で示し、その値に基づいてシミュレーションを行なった例で説明する。
【０１０３】
図１５〜図１７において、Ｚ＝１．６μｍの横破線はフォトダイオード群１２とシリコン酸化膜ＳｉＯ２との界面（センサ表面）を表す。ここで、図１５は、青色光（波長４６０ｎｍ）を入射したときの計算シミュレーション結果である。この図から、Ｘ＝−２．２５，−０．７５，０．７５，２．２５μｍのところでＺ＝１．６〜１．８μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ０．２μｍ）まで、すなわちセンサ表面近傍において光強度が強くなっているのが判る。
【０１０４】
図１６は、緑色光（波長５４０ｎｍ）を入射したときの計算シミュレーション結果である。図１６において、Ｘ＝−２．６７，−１．８３，−１．１７，−０．３３，０．３３，１．１７，１．８３，２．６７μｍのところでＺ＝１．６〜２．２μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ０．６μｍ）までにおいて光強度が強くなっているのが判る。すなわち緑色光に関しては、センサ表面だけでなく、やや深い位置においても光強度が強くなっている。
【０１０５】
図１７は、赤色光（波長６４０ｎｍ）を入射したときの計算シミュレーション結果である。図１７において、Ｘ＝−３．０，−１．５，０，１．５，３．０μｍのところでＺ＝１．６〜４．０μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ２．４μｍ）までにおいて光強度が強くなっているのが判る。すなわち赤色光に関しては、センサ表面〜やや深い位置だけでなく、より深い位置においても光強度が強くなっている。
【０１０６】
つまり、入射光Ｌ１に含まれる青色光、緑色光、および赤色光における幅方向（図中のＸ方向）においての波長による場所依存性および深さ方向における波長による場所依存性関しては、図７に示した屈折率と消衰係数の波長分散の関係と図１４に示した屈折率と消衰係数の波長分散の関係との相違の分だけ、分光の度合いが異なるので、それに応じて、各色成分を検知する光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒの適切な配置位置（たとえばｐｎ接合の最大深さを）を調整する必要が生じることが判る。
【０１０７】
すなわち、図１５〜図１７のシミュレーション結果に基づいて、可視光帯内を分光するに当たっての検出位置の適正例は、以下の通りとなる。
【０１０８】
たとえば、青色光（波長４６０ｎｍ）ではＸ＝−２．２５，−０．７５，０．７５，２．２５μｍのところでＺ＝１．６〜１．８μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ０．２μｍ）において、緑色光（波長５４０ｎｍ）ではＸ＝−２．６７，−１．８３，−１．１７，−０．３３，０．３３，１．１７，１．８３，２．６７μｍのところでＺ＝１．６〜２．２μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ０．６μｍ）において、赤色光（波長６４０ｎｍ）ではＸ＝−３．０，−１．５，０，１．５，３．０μｍのところでＺ＝１．６〜４．０μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ２．４μｍ）において検出するようにすれば、それぞれの色の検知効率が高くなる。
【０１０９】
＜波長分散部の変形例＞
なお、上記で示した構成例は、散乱体３とスリット５と散乱体７といった３種類の散乱体の組合せで波長分散部を構成しているが、波長分散部の構成はこのようなものに限定されるものではなく、回折効果を利用して電磁波を複数の波長成分に分け、それぞれの波長成分を入射面内における近接したそれぞれ異なる位置に入射させる構造であればよい。すなわち種々の波長が混ざった電磁波を波長ごとに分ける（分散）構造を備えていて、干渉縞のパターンが波長によって変化する波長分散性を呈することを利用する構成であればよく、散乱体３、スリット５、および散乱体７の全てを備えている必要はない。
【０１１０】
こういった点で、Ｂ，Ｇ，Ｒの３色分光を行なう分光イメージセンサ１０を実現する上では、上記構造において分光効果に大きく寄与しているスリット５の役割は大きいと考えられる。しかしながら、３色分光ではなく、単純に大きな波長領域だけの分光であれば、散乱体がスリット５以外の構造を持つ１種だけでなる波長分散部でも分光できる。
【０１１１】
たとえば、図１８〜図２０は、その変形例を説明する図である。ここで、図１８は、この変形例の断面構造を示す。また、図１９および図２０は、図７に示す特性を用いた、図１８に示す構造を持つ分光イメージセンサ１０に受光面（図中の下側）から光を入れたときの可視光帯内の分光手法（ＦＤＴＤ法による）を説明する計算シミュレーション図である。図１９および図２０において、Ｚ＝４．８μｍの横破線はフォトダイオード群１２とシリコン酸化膜ＳｉＯ２との界面（センサ表面）を表す。
【０１１２】
図１８に示すこの変形例の構造と、図６に示した構造との比較においては、波長分散部がスリット５および散乱体７を備えていない点に大きな特徴を有する。散乱体３は、図６に示した構造と同様に、Ｓｉ基板９表面から１．６μｍの位置に配されている。
【０１１３】
図１９は、波長λ＝６４０ｎｍの光を入射したときの計算シミュレーション結果である。この図から、Ｘ＝−２．２５，−１．５，−０．７５，０，０．７５，１．５，２．２５μｍのところで、Ｚ＝３．８〜５．８μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ１．０μｍ程度）までにおいて光強度が強くなっているのが判る。すなわち波長λ＝６４０ｎｍの光に関しては、センサ表面だけでなく、やや深い位置においても光強度が強くなっている。
【０１１４】
また、図２０は、波長λ＝４６０ｎｍの光を入射したときの計算シミュレーション結果である。この図から、Ｘ＝−２．６２５，−１．８７５，−１．１２５，−０．３７５，０．３７５，１．１２５，１．８７５，２．６２５μｍのところで、Ｚ＝３．８〜４．２μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ０．２程度）までにおいて光強度が強くなっているのが判る。すなわち波長λ＝４６０ｎｍの光に関しては、センサ表面近傍において光強度が強くなっているのが判る。
【０１１５】
よって、このような散乱体３のみを波長分散部に備えてなる変形例の構造であっても、波長６４０ｎｍと波長４６０ｎｍにおいては、光が集まる領域が異なる、すなわち２つの波長成分を分光できることが判る。
【０１１６】
＜第１例の検出位置に対応した第１例のセンサ構造＞
図２１は、図１１の検出位置に対応した第１例のセンサ構造の一構成例を示す断面図である。また、図２２および図２３は、３原色でない波長成分の分光を説明する図である。ここで、図２２は、図６に示すデバイスに対して、黄色光（波長λ＝５９０ｎｍ）を入射したときの分光手法を説明する計算シミュレーション結果である。また、図２３は、ＣＩＥ１９７６のＵＣＳ／ｕ’ｖ’色度図である。
【０１１７】
第１例の分光イメージセンサ１０は、ｐ型Ｓｉ基板９０内において、それぞれのフォトダイオード群１２ごとに、青色光、緑色光、および赤色光のそれぞれに対応する幅方向（図中のＸ方向）および深さ方向（図中のＺ方向）の各検出位置にｎ型の不純物をドープする。
【０１１８】
こうすることで、青色光、緑色光、および赤色光を検出するｎ型Ｓｉ領域９１が形成されて、各色光用の光電変換素子（フォトダイオード）１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒが設けられている。光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒは、Ｓｉ基板９０の受光面側においても、またＳｉ基板９０内においても、横方向（Ｘ方向）に、青、緑、赤、緑、青、緑、赤、緑、青、…の順に配列された構造となっている。
【０１１９】
このような色配列となるように光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒを横方向（Ｘ方向）に配列することで、波長の連続性を考慮したデバイスにすることができる。すなわち、“青→緑→赤”で短波長から長波長にシフトし、逆に“赤→緑→青”で長波長から短波長にシフトする。こうすることで、青，緑，赤以外の３原色でない途中の波長の光でも光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒのうちの隣接する両者に跨って感知されるので適正な色情報を取り込むことができる。
【０１２０】
たとえば、図２２から判るように、波長５９０ｎｍの黄色光は、赤色用の光電変換素子１２Ｒと緑色用の光電変換素子１２Ｇの両者に分光されることが判る。このことは、これらの信号をディスプレイ側に入れたときに赤色と緑色を同時に表示することになり、結局それが図２３のｕ’ｖ’色度図を見ても判るように混色して黄色の表現になる。
【０１２１】
また、光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒのうち、赤色検出用の光電変換素子１２Ｒは、隣接するフォトダイオード群１２間で共通に使用される構造となる。この場合でも、青色検出用の光電変換素子１２Ｂおよび緑色検出用の光電変換素子１２Ｇの画素中心と、赤色検出用の光電変換素子１２Ｒの画素中心とは、ともに中心線CL０となる。
【０１２２】
ここではｎ型とｐ型Ｓｉ半導体の界面付近の空乏層で光が吸収されることで電子と正孔が生成され、かつ電子と正孔が空乏層の電界によってそれぞれｎ型とｐ型半導体に移動することで信号電荷が溜まる。この信号電荷をそれぞれの光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒから読み出すことで、電気信号として検知できることになる。
【０１２３】
つまり、フォトダイオード群１２の各々は、幅方向（図中のＸ方向）および深さ方向（図中のＺ方向）の各検出位置において、青色光、緑色光、および赤色光を独立に検知する検知領域が設けられている。このような構造により、減色フィルタを使わないので単位面積あたりに入射する光量が多くなる。そのために光−電気信号の変換効率が高くなり、高い感度特性が得られる。その上、色分離フィルタが必要ないために低コストになる。
【０１２４】
また１つのフォトダイオード群１２が、青色光、緑色光、および赤色光を独立に検知する構造であり、１つの画素をなす１つのフォトダイオード群１２で色分離の１単位（色分離単位）を実現できる。すなわち実質的にはフォトダイオード群１２内において色別に光電変換素子を形成した構造であるために、画素に対応するフォトダイオード群１２を色別に用意する必要がない。このため、１つの色分離単位に１つのフォトダイオード群１２で済むようになり、結果的に、高密度画素数の分光イメージセンサ１０を実現することができる。
【０１２５】
また、入射光Ｌ１を回折格子１を通してＳｉ基板９０に入射させることで、幅方向（図中のＸ方向）における波長による場所依存性を利用することができるようになり、波長による吸収係数の違いを利用した特許文献１に記載のセンサに比べると、たとえば青色光を検知する層で赤色光や緑色光が通過することに起因した吸収効果を受けて偽信号が生じてしまう現象が生じない。このため、色の識別がよくなり、十分な色再現性を得ることができ、３原色全体で計算による信号処理で正確な補正が行なわれる。場合によっては、この計算が不必要になり回路が省けて低コストになる。
【０１２６】
＜第１例の検出位置に対応したセンサ構造；ＣＣＤ対応＞
図２４は、図２１に示す第１例のセンサ構造をインターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子（ＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサ）に適用した場合の構造例を示す見取り図である。また、図２５は、インターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子に適用した場合の回路図である。
【０１２７】
図２４に示す構造において、ＣＣＤ固体撮像素子１０１は、Ｓｉ基板９のｐ型半導体として、たとえばＳｉ基板にＡｌ（アルミニウム）やＢ（ホウ素）などの III族元素をドーピングした半導体を用い、ｎ型半導体としてたとえばＳｉ基板にＰ（リン）やＳｂ（アンチモン）などのＶ族元素をドーピングした半導体を用いてもよい。
【０１２８】
図２４および図２５に示すように、図２１に示すセンサ構造を持つＣＣＤ固体撮像素子１０１は、フォトダイオード群１２の他に、長尺状の散乱体３に対して直交する方向に、垂直転送ＣＣＤ１２２が複数本並べられて設けられている。垂直転送ＣＣＤ１２２の電荷転送方向すなわち画素信号の読出方向が横方向（図中のＸ方向）であり、長尺状の散乱体３が垂直転送ＣＣＤ１２２に対して直交する方向に配設されている。
【０１２９】
さらに、垂直転送ＣＣＤ１２２と各フォトダイオード群１２との間には読出ゲート１２４（色別には１２４Ｂ，１２４Ｇ，１２４Ｒ）をなすＭＯＳトランジスタが介在し、また各ユニットセル（単位構成要素）の境界部分には図示しないチャネルストップが設けられる。
【０１３０】
なお、図１１および図２１から判るように、１つのフォトダイオード群１２が、青色光、緑色光、および赤色光を独立に検知する構造であり、実質的には１つのフォトダイオード群１２内において色別に光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒを形成した構造である。これらフォトダイオード群１２を有して構成されるセンサ部１１２の垂直列ごとに設けられ、各センサ部から読出ゲート１２４によって読み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直転送ＣＣＤ１２２によって撮像エリア１１０が構成される。
【０１３１】
ここで、図１１に示す第１例の検出位置に対応したセンサ構造においては、Ｓｉ基板９の受光面側における、横方向（Ｘ方向）に青、緑、赤、緑、青、緑、赤、緑、青、…の順に配列された各色光用の光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒのそれぞれに対して読出ゲート１２４が設けられる。結果的には、画素の配列順も、青、緑、赤、緑、青、緑、赤、緑、青、…の順になる。
【０１３２】
センサ部１１２のフォトダイオード群１２（各光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒ）に蓄積された信号電荷は、読出ゲート１２４に読出パルスＲＯＧに対応するドライブパルスφＲＯＧが印加されることで、同一垂直列の垂直転送ＣＣＤ１２２に読み出される。垂直転送ＣＣＤ１２２は、たとえば３相〜８相などの垂直転送クロックＶｘに基づくドライブパルスφＶｘよって転送駆動され、読み出された信号電荷を水平ブランキング期間の一部にて１走査線（１ライン）に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。この１ラインずつの垂直転送を、特にラインシフトという。
【０１３３】
また、ＣＣＤ固体撮像素子１０１には、複数本の垂直転送ＣＣＤ１２２の各転送先側端部すなわち、最後の行の垂直転送ＣＣＤ１２２に隣接して、所定（たとえば左右）方向に延在する水平転送ＣＣＤ１２６（Ｈレジスタ部、水平転送部）が１ライン分設けられる。この水平転送ＣＣＤ１２６は、たとえば２相の水平転送クロックＨ１，Ｈ２に基づくドライブパルスφＨ１，φＨ２によって転送駆動され、複数本の垂直転送ＣＣＤ１２２から転送された１ライン分の信号電荷を、水平ブランキング期間後の水平走査期間において順次水平方向に転送する。このため２相駆動に対応する複数本（２本）の水平転送電極が設けられる。
【０１３４】
水平転送ＣＣＤ１２６の転送先の端部には、たとえばフローティング・ディフュージョン・アンプ（ＦＤＡ）構成の電荷電圧変換部を有する出力アンプ１２８が設けられる。出力アンプ１２８は、物理情報取得部の一例であって、電荷電圧変換部において、水平転送ＣＣＤ１２６によって水平転送されてきた信号電荷を順次電圧信号に変換し所定レベルに増幅して出力する。この電圧信号は、被写体からの光の入射量に応じたＣＣＤ出力（Ｖout ）として画素信号が導出される。以上により、インターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子１１が構成される。
【０１３５】
ＣＣＤ出力（Ｖout ）として出力アンプ１２８から導出された画素信号は、図示しない画像信号処理部に入力される。ここで、画像信号処理部は、たとえば、補色の撮像データから、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の原色信号を分光・同時化する原色分離処理、原色の撮像データ（Ｒ，Ｇ，Ｂの各画素データ）を同時化する同時化処理、スミア現象やブルーミング現象によって生じる縦縞のノイズ成分を補正する縦縞ノイズ補正処理、ホワイトバランス（ＷＢ；White Balance ）調整を制御するＷＢ制御処理、階調度合いを調整するガンマ補正処理、電荷蓄積時間の異なる２画面の画素情報を利用してダイナミックレンジを拡大するダイナミックレンジ拡大処理、あるいは輝度データ（Ｙ）や色データ（Ｃ）を生成するＹＣ信号生成処理などを行ない、そのままハードディスク装置などの記憶装置に記憶・保存し、あるいはその他の機能部に処理済みデータを送る。
【０１３６】
＜第１例の検出位置に対応したセンサ構造；ＣＭＯＳ対応＞
図２６は、図２１に示す第１例のセンサ構造をＣＭＯＳ固体撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）に適用した場合の構造例を示す見取り図である。また、図２７は、ＣＭＯＳ固体撮像素子に適用した場合の回路図である。
【０１３７】
図２１をＣＯＭＳに応用した場合、フォトダイオード群１２内の１つ１つの光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒに対してセルアンプを１つ持つ構造となる。よってこの場合、図２６および図２７のような構造となる。画素信号はセルアンプで増幅された後にノイズキャンセル回路などを通して出力されることになる。
【０１３８】
たとえばＣＭＯＳ固体撮像素子２０１は、入射光量に応じた信号を出力する受光素子（電荷生成部の一例）を含む複数個の画素が行および列に配列された（すなわち２次元マトリクス状の）画素部を有し、各画素からの信号出力が電圧信号であって、ＣＤＳ(Correlated Double Sampling ；相関２重サンプリング）処理機能部やデジタル変換部（ＡＤＣ；Analog Digital Converter）などが列並列に設けられている。
【０１３９】
“列並列にＣＤＳ処理機能部やデジタル変換部が設けられている”構造において、画素信号の読出方向である垂直信号線２１９の延在方向が横方向（図中のＸ方向）であり、長尺状の散乱体３が垂直信号線２１９の延在方向に対して直交する方向に配設される。
【０１４０】
ここで、“列並列にＣＤＳ処理機能部やデジタル変換部が設けられている”とは、垂直列の垂直信号線２１９に対し実質的に並列に複数のＣＤＳ処理機能部やデジタル変換部が設けられていることを意味する。複数の各機能部は、デバイスを平面視したときに、ともに画素部２１０に対して列方向の一方の端縁側（図の下側に配されている出力側）にのみ配されている形態のものであってもよく、画素部２１０に対して列方向の一方の端縁側（図の下側に配されている出力側）とその反対側である他方の端縁側（図の上側）に分けて配されている形態のものであってもよい。後者の場合、行方向の読出走査（水平走査）を行なう水平走査部も、各端縁側に分けて配して、それぞれが独立に動作可能に構成するのがよい。
【０１４１】
たとえば、列並列にＣＤＳ処理機能部やデジタル変換部が設けられている典型例としては、撮像部の出力側に設けたカラム領域と呼ばれる部分に、ＣＤＳ処理機能部やデジタル変換部を垂直列ごとに設け、順次出力側に読み出すカラム型のものである。また、カラム型に限らず、隣接する複数（たとえば２つ分）の垂直信号線２１９（垂直列）に対して１つのＣＤＳ処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態や、Ｎ本おき（Ｎは正の整数；間にＮ−１本を配する）のＮ本分の垂直信号線２１９（垂直列）に対して１つのＣＤＳ処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態などを採ることもできる。
【０１４２】
カラム型を除くものは、何れの形態も、複数の垂直信号線２１９（垂直列）が１つのＣＤＳ処理機能部やデジタル変換部を共通に使用する構成となるので、画素部２１０側から供給される複数列分の画素信号を１つのＣＤＳ処理機能部やデジタル変換部に供給する切替回路（スイッチ）を設ける。なお、後段の処理によっては、出力信号を保持するメモリを設けるなどの対処が必要になる。
【０１４３】
何れにしても、複数の垂直信号線２１９（垂直列）に対して１つのＣＤＳ処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態などを採ることで、各画素信号の信号処理を画素列単位で読み出した後に行なうことで、同様の信号処理を各単位画素内で行なうものに比べて、各単位画素内の構成を簡素化し、イメージセンサの多画素化、小型化、低コスト化などに対応できる。
【０１４４】
また、列並列に配された複数の信号処理部にて１行分の画素信号を同時並行処理することができるので、出力回路側やデバイスの外部で１つのＣＤＳ処理機能部やデジタル変換部にて処理を行なう場合に比べて、信号処理部を低速で動作させることができ、消費電力や帯域性能やノイズなどの面で有利である。逆に言えば、消費電力や帯域性能などを同じにする場合、センサ全体の高速動作が可能となる。
【０１４５】
なお、カラム型の構成の場合、低速で動作させることができ消費電力や帯域性能やノイズなどの面で有利であるとともに切替回路（スイッチ）が不要である利点もある。以下の形態では、特に断りのない限り、このカラム型で説明する。
【０１４６】
図２６および図２７に示すように、ＣＭＯＳ固体撮像素子２０１は、複数の単位画素２０３が行および列に配列された画素部（撮像部）２１０と、画素部２１０の外側に設けられた駆動制御部２０７と、カラム処理部２２６と、出力回路２２８とを備えている。
【０１４７】
なお、カラム処理部２２６の前段または後段には、必要に応じて信号増幅機能を持つＡＧＣ(Auto Gain Control) 回路などをカラム処理部２２６と同一の半導体領域に設けることも可能である。カラム処理部２２６の前段でＡＧＣを行なう場合にはアナログ増幅、カラム処理部２２６の後段でＡＧＣを行なう場合にはデジタル増幅となる。ｎビットのデジタルデータを単純に増幅してしまうと、階調が損なわれてしまう可能性があるため、どちらかというとアナログにて増幅した後にデジタル変換するのが好ましいと考えられる。
【０１４８】
駆動制御部２０７は、画素部２１０の信号を順次読み出すための制御回路機能を備えている。たとえば、駆動制御部２０７としては、列アドレスや列走査を制御する水平走査回路（列走査回路）２１２と、行アドレスや行走査を制御する垂直走査回路（行走査回路）２１４と、外部との間でのインタフェース機能や内部クロックを生成するなどの機能を持つ通信・タイミング制御部２２０とを備えている。
【０１４９】
水平走査回路２１２は、カラム処理部２２６からカウント値を読み出す読出走査部の機能を持つ。これらの駆動制御部２０７の各要素は、画素部２１０とともに、半導体集積回路製造技術と同様の技術を用いて単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成され、半導体システムの一例である固体撮像素子（撮像デバイス）として構成される。
【０１５０】
図２６および図２７では、簡単のため行および列の一部を省略して示しているが、現実には、各行や各列には、数十から数千の単位画素２０３が配置される。この単位画素２０３は、典型的には、受光素子（電荷生成部）としてのフォトダイオード群１２と、増幅用の半導体素子（たとえばトランジスタ）を有する画素内アンプ（セルアンプ；画素信号生成部）２０５（色別には２０５Ｂ，２０５Ｇ，２０５Ｒ）とから構成される。
【０１５１】
また、図１１および図２１から判るように、１つのフォトダイオード群１２が、青色光、緑色光、および赤色光を独立に検知する構造であり、実質的には１つのフォトダイオード群１２内において色別に光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒを形成した構造である。
【０１５２】
ここで、図１１に示す第１例の検出位置に対応したセンサ構造においては、Ｓｉ基板９の受光面側における、横方向（Ｘ方向）に青、緑、赤、緑、青、緑、赤、緑、青、…の順に配列された各色光用の光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒのそれぞれに対して物理情報取得部の一例である画素内アンプ２０５が設けられる。結果的には、画素の配列順も、青、緑、赤、緑、青、緑、赤、緑、青、…の順になる。
【０１５３】
画素内アンプ２０５としては、たとえばフローティングディフュージョンアンプ構成のものが用いられる。一例としては、電荷生成部に対して、電荷読出部（転送ゲート部／読出ゲート部）の一例である読出選択用トランジスタ、リセットゲート部の一例であるリセットトランジスタ、垂直選択用トランジスタ、およびフローティングディフュージョンの電位変化を検知する検知素子の一例であるソースフォロア構成の増幅用トランジスタを有する、ＣＭＯＳセンサとして汎用的な４つのトランジスタからなる構成のものを使用することができる。
【０１５４】
あるいは、特許第２７０８４５５号公報に記載のように、電荷生成部により生成された信号電荷に対応する信号電圧を増幅するための、ドレイン線（ＤＲＮ）に接続された増幅用トランジスタと、画素内アンプ２０５をリセットするためのリセットトランジスタと、垂直シフトレジスタより転送配線（ＴＲＦ）を介して走査される読出選択用トランジスタ（転送ゲート部）を有する、３つのトランジスタからなる構成のものを使用することもできる。
【０１５５】
単位画素２０３は、行選択のための行制御線２１５を介して垂直走査回路２１４と、また垂直信号線２１９を介してカラム処理部２２６と、それぞれ接続されている。ここで、行制御線２１５は垂直走査回路２１４から画素に入る配線全般を示す。一例として、この行制御線２１５は、長尺状の散乱体３に対して平行な方向に配される。
【０１５６】
水平走査回路２１２や垂直走査回路２１４は、たとえばシフトレジスタやデコーダを含んで構成され、通信・タイミング制御部２２０から与えられる制御信号に応答してアドレス選択動作（走査）を開始するようになっている。このため、行制御線２１５には、単位画素２０３を駆動するための種々のパルス信号（たとえば、リセットパルスＲＳＴ、転送パルスＴＲＦ、ＤＲＮ制御パルスＤＲＮなど）が含まれる。
【０１５７】
通信・タイミング制御部２２０は、図示しないが、各部の動作に必要なクロックや所定タイミングのパルス信号を供給するタイミングジェネレータＴＧ（読出アドレス制御装置の一例）の機能ブロックと、端子２２０ａを介してマスタークロックCLK0を受け取り、また端子２２０ｂを介して動作モードなどを指令するデータＤＡＴＡを受け取り、さらにＣＭＯＳ固体撮像素子２０１の情報を含むデータを端子２２０ｃを介して出力する通信インタフェースの機能ブロックとを備える。
【０１５８】
たとえば、水平アドレス信号を水平デコーダへ、また垂直アドレス信号を垂直デコーダへ出力し、各デコーダは、それを受けて対応する行もしくは列を選択し、駆動回路を介して単位画素２０３やカラム処理部２２６を駆動する。
【０１５９】
この際、単位画素２０３を２次元マトリックス状に配置してあるので、画素信号生成部５により生成され垂直信号線２１９を介して列方向に出力されるアナログの画素信号を行単位で（列並列で）アクセスし取り込む（垂直）スキャン読みを行ない、この後に、垂直列の並び方向である行方向にアクセスし画素信号（たとえばデジタル化された画素データ）を出力側へ読み出す（水平）スキャン読みを行なうようにすることで、画素信号や画素データの読出しの高速化を図るのがよい。勿論、スキャン読みに限らず、読み出したい単位画素２０３を直接にアドレス指定することで、必要な単位画素２０３の情報のみを読み出すランダムアクセスも可能である。
【０１６０】
また、通信・タイミング制御部２２０では、端子２２０ａを介して入力されるマスタークロック（マスタークロック）CLK0と同じ周波数のクロックCLK1や、それを２分周したクロックやより分周した低速のクロックをデバイス内の各部、たとえば水平走査回路２１２、垂直走査回路２１４、カラム処理部２２６などに供給する。
【０１６１】
垂直走査回路２１４は、画素部２１０の行を選択し、その行に必要なパルスを供給するものである。たとえば、垂直方向の読出行を規定する（画素部２１０の行を選択する）垂直デコーダと、垂直デコーダにて規定された読出アドレス上（行方向）の単位画素２０３に対する行制御線２１５にパルスを供給して駆動する垂直駆動回路とを有する。なお、垂直デコーダは、信号を読み出す行の他に、電子シャッタ用の行なども選択する。
【０１６２】
水平走査回路２１２は、低速クロックCLK2に同期してカラム処理部２２６内の図示しないカラム回路を順番に選択し、その信号を水平信号線（水平出力線）２１８に導くものである。たとえば、水平方向の読出列を規定する（カラム処理部２２６内の個々のカラム回路を選択する）水平デコーダと、水平デコーダにて規定された読出アドレスに従って、選択スイッチ２２７にてカラム処理部２２６の各信号を水平信号線２１８に導く水平駆動回路とを有する。なお、水平信号線２１８は、たとえばカラムＡＤ回路が取り扱うビット数ｎ（ｎは正の整数）分、たとえば１０（＝ｎ）ビットならば、そのビット数分に対応して１０本配置される。
【０１６３】
このような構成のＣＭＯＳ固体撮像素子２０１において、単位画素２０３から出力された画素信号は、垂直列ごとに、長尺状の散乱体３に対して直交する方向に配される垂直信号線２１９を介して、カラム処理部２２６のカラム回路に供給される。ここで、フォトダイオード群１２（各光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒ）に蓄積された信号電荷は、同一垂直列の垂直信号線２１９を介して読み出される。
【０１６４】
カラム処理部２２６の各カラム回路は、１列分の画素の信号を受けて、その信号を処理する。たとえば、各カラム回路は、アナログ信号を、たとえば低速クロックCLK2を用いて、たとえば１０ビットのデジタルデータに変換するＡＤＣ(Analog Digital Converter)回路を持つ。
【０１６５】
また、回路構成を工夫することで、垂直信号線２１９を介して入力された電圧モードの画素信号に対して、画素リセット直後の信号レベル（ノイズレベル）と真の（受光光量に応じた）信号レベルＶsig との差分をとる処理を行なうことができる。これにより、固定パターンノイズ（ＦＰＮ；Fixed Pattern Noise ）やリセットノイズといわれるノイズ信号成分を取り除くことができる。
【０１６６】
このカラム回路で処理されたアナログの画素信号（あるいはデジタルの画素データ）は、水平走査回路２１２からの水平選択信号により駆動される水平選択スイッチ２１７を介して水平信号線２１８に伝達され、さらに出力回路２２８に入力される。なお、１０ビットは一例であって、１０ビット未満（たとえば８ビット）や１０ビットを超えるビット数（たとえば１４ビット）など、その他のビット数としてもよい。
【０１６７】
このような構成によって、電荷生成部としてのフォトダイオード群１２（光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒ）が行列状に配された画素部２１０からは、行ごとに各垂直列について画素信号が順次出力される。そして、受光素子が行列状に配された画素部２１０に対応する１枚分の画像すなわちフレーム画像が、画素部２１０全体の画素信号の集合で示されることとなる。
出力回路２２８は、ＣＣＤ固体撮像素子１０１における出力アンプ１２８に対応するものであって、その後段には、ＣＣＤ固体撮像素子１０１と同様に、図示しない画像信号処理部が設けられる。
【０１６８】
＜第２例の検出位置に対応した第２例のセンサ構造＞
図２８は、図１２の検出位置に対応した第２例のセンサ構造の一構成例を示す断面図である。また図２９は、図２８に示す第２例のセンサ構造をインターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子（ＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサ）１０１に適用した場合の構造例を示す見取り図である。さらに、図３０は、図２８に示す第２例のセンサ構造をＣＭＯＳ固体撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）２０１に適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【０１６９】
第２例の分光イメージセンサ１０は、ｎ型Ｓｉ基板９０内において、それぞれのフォトダイオード群１２ごとに、幅方向（図中のＸ方向）および深さ方向（図中のＺ方向）の各対応位置にｐ型の不純物をドープすることでそれぞれ独立したｐ型Ｓｉ領域９２を形成し、それぞれのフォトダイオード群１２ごとに対応するｐ型Ｓｉ領域９２において、青色光および緑色光のそれぞれに対応する幅方向（図中のＸ方向）および深さ方向（図中のＺ方向）の各検出位置にｎ型の不純物をドープすることで、青色光および緑色光を検出するｎ型Ｓｉ領域９３が形成されて、各色光用の光電変換素子（フォトダイオード）１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒが設けられている。
【０１７０】
第２例の構造を持つ分光イメージセンサ１０において、各フォトダイオード群１２は、青色光と緑色光はそれぞれの画素のｎ型層（ｎ型Ｓｉ領域９３）とそれに対応した共通のｐ型層（ｐ型Ｓｉ領域９２）で形成される光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇの層間に発生する電荷によって検知するが、赤色光に関してはｎ型Ｓｉ基板９０とそれぞれの画素に対応したｐ型層（ｐ型Ｓｉ領域９２）で形成される光電変換素子１２Ｒの層間で発生する電荷によって検知する。
【０１７１】
こうすることで、フォトダイオード群１２ごとに光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒが独立して設けられるようになる。光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒは、Ｓｉ基板９０の受光面側においても、またＳｉ基板９０内においても、横方向（Ｘ方向）に、赤、緑、青、緑、赤の順に配列された構造となっている。
【０１７２】
ただし、光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒのうちの赤色光用の光電変換素子１２Ｒに関しては、両側が共通の半導体層（ｐ型Ｓｉ領域９２およびｎ型Ｓｉ基板９０）で形成されるので、図２９および図３０に示すように、両側の内の何れか一方についてのみ読出ゲート１２４や画素内アンプ２０５を設ければよいことになる。
【０１７３】
画素の配列順は、読出ゲート１２４や画素内アンプ２０５の色配列順となるので、結果的には、第１例のセンサ構造と同様に、青、緑、赤、緑、青、緑、赤、緑、青、…の順となる。
【０１７４】
図３１は、第２例の構造を持つ分光イメージセンサ１０を製造する製造プロセス（特に不純物拡散プロセス）の概要を示す図である。第２例の構造は、ＡｌやＢなどの III族元素の不純物を拡散して作るｐ型層やＰやＳｂなどのＶ族元素の不純物を拡散してｎ型層を得る場合、拡散領域を同じマスクを用いて順次ｐ型とｎ型不純物を拡散させるプロセス工程を経ることで製造しても、複数（多層）のフォトダイオード領域の形成が可能となる。このようなプロセス工程にすれば、プロセス上簡便であり、コストの低減を図ることができる。
【０１７５】
たとえば、図２９（図２８〜図３０では？）の構造では、青色光用の光電変換素子１２Ｂ，１２Ｂ，１２Ｂと赤色光用の光電変換素子１２Ｒ，１２Ｒ，１２Ｒを形成するためのマスクを共通にすることもできる。
【０１７６】
また、各フォトダイオード群１２のＸ方向の幅は、各散乱体３の横方向（図中のＸ方向）の間隔１．５μｍ以下とすることができ、フォトダイオード群１２間での混色を防止する上で都合がよい。
【０１７７】
＜第３例の検出位置に対応した第３例のセンサ構造＞
図３２は、図１３の検出位置に対応した第３例のセンサ構造の一構成例を示す断面図である。また図３３は、図３２に示す第３例のセンサ構造をインターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子（ＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサ）１０１に適用した場合の構造例を示す見取り図である。さらに、図３４は、図３２に示す第３例のセンサ構造をＣＭＯＳ固体撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）２０１に適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【０１７８】
第３例の分光イメージセンサ１０は、ｎ型Ｓｉ基板９０内において、それぞれのフォトダイオード群１２ごとに、幅方向（図中のＸ方向）および深さ方向（図中のＺ方向）の各対応位置にｐ型の不純物をドープすることでそれぞれ独立したｐ型Ｓｉ領域９２を形成し、それぞれのフォトダイオード群１２ごとに対応するｐ型Ｓｉ領域９２において、緑色光に対応する幅方向（図中のＸ方向）および深さ方向（図中のＺ方向）の検出位置にｎ型の不純物をドープすることで緑色光を検出するｎ型Ｓｉ領域９４が形成されて緑色光用の光電変換素子１２Ｇが設けられている。
【０１７９】
さらに、ｎ型Ｓｉ領域９４において、青色光に対応する幅方向（図中のＸ方向）および深さ方向（図中のＺ方向）の検出位置にｐ型の不純物をドープしてｐ型Ｓｉ領域９５を設け、さらにｐ型Ｓｉ領域９５において、青色光に対応する幅方向（図中のＸ方向）および深さ方向（図中のＺ方向）の検出位置にｎ型の不純物をドープしてｎ型Ｓｉ領域９６が形成されて青色光用の光電変換素子１２Ｂが設けられている。
【０１８０】
すなわち、図２８〜図３０に示した第２例の構造をさらに発展させて、ｐ型Ｓｉ領域９２、ｎ型Ｓｉ領域９４、ｐ型Ｓｉ領域９５、ｎ型Ｓｉ領域９６を、交互に湾曲に積層させてバームクーヘン状の構造を持つようにしている。
【０１８１】
第３例の構造を持つ分光イメージセンサ１０において、各フォトダイオード群１２は、それぞれの画素のｎ型層（ｎ型Ｓｉ領域９６）とそれに対応したｐ型層（ｐ型Ｓｉ領域９５）で形成される光電変換素子１２Ｂの層間に発生する電荷によって青色光を検知し、それぞれの画素のｎ型層（ｎ型Ｓｉ領域９４）とそれに対応したｐ型層（ｐ型Ｓｉ領域９２）で形成される光電変換素子１２Ｇの層間の間に発生する電荷によって緑色光を検知し、ｎ型Ｓｉ基板９０とそれぞれの画素に対応したｐ型層（ｐ型Ｓｉ領域９２）で形成される光電変換素子１２Ｒの層間で発生する電荷によって赤色光を検知する。
【０１８２】
こうすることで、第２例のセンサ構造と同様に、フォトダイオード群１２ごとに光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒが独立して設けられるようになる。光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒは、Ｓｉ基板９の受光面側においても、またＳｉ基板９０内の表層側においても、横方向（Ｘ方向）に、赤、緑、青、緑、赤の順に配列された構造となる。
【０１８３】
ただし、光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒのうちの緑色光用の光電変換素子１２Ｇに関しては両側が共通の半導体層（ｐ型Ｓｉ領域９５およびｎ型Ｓｉ領域９４）で形成され、また赤色光用の光電変換素子１２Ｒに関しては両側が共通の半導体層（ｐ型Ｓｉ領域９２およびｎ型Ｓｉ基板９０）で形成されるので、図３３および図３４に示すように、それぞれの両側の内の何れか一方についてのみ読出ゲート１２４や画素内アンプ２０５を設ければよいことになる。
【０１８４】
画素の配列順は、読出ゲート１２４や画素内アンプ２０５の色配列順となるので、結果的には、第１例や第２例のセンサ構造のような、青、緑、赤、緑、青、緑、赤、緑、青、…の順ではなく、たとえば図３３および図３４に示すように、赤、青、緑、赤、青、緑、…、あるいは図示しないが赤、緑、青、赤、緑、青、…の順となる。
【０１８５】
図３５は、第３例の構造を持つ分光イメージセンサ１０を製造する製造プロセス（特に不純物拡散プロセス）の概要を示す図である。第３例の構造においても、ＡｌやＢなどの III族元素の不純物を拡散して作るｐ型層やＰやＳｂなどのＶ族元素の不純物を拡散してｎ型層を得る場合、拡散領域を同じマスクを用いて順次ｐ型とｎ型不純物を拡散させることでも複数（多層）のフォトダイオード領域の形成が可能となる。したがってプロセス上簡便であり、コストの低減が図られる。
【０１８６】
特に、第３例のようなバームクーヘン状の構造を持つ分光イメージセンサ１０では、３原色の光電変換素子（フォトダイオード）１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒの全てを形成するためのマスクを１つにして共通にすることができる。
【０１８７】
＜第２例の検出位置に対応した第２例のセンサ構造の変形例＞
図３６は、図１２の検出位置に対応した第２例のセンサ構造の変形例を示す断面図である。また、図３７は、図３６に示す第２例に対する変形例のセンサ構造をインターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子（ＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサ）１０１に適用した場合の構造例を示す見取り図である。さらに、図３８は、図３６に示す第２例に対する変形例のセンサ構造をＣＭＯＳ固体撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）２０１に適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【０１８８】
第２例に対する変形例のセンサ構造を持つ分光イメージセンサ１０は、ｐ型Ｓｉ基板９０上に、ＡｌやＢなどの III族不純物を拡散などで形成されるｐ型Ｓｉ領域９２と、ＰやＳｂなどのＶ族不純物の拡散などで形成されるｎ型Ｓｉ領域９７とが積層されている。ここで、ｐ型Ｓｉ領域９２は、ｐ型Ｓｉ基板９０と同じ伝導性で繋がって連結されるようになっている。
【０１８９】
また、ｐ型Ｓｉ領域９２は、それぞれのフォトダイオード群１２ごとに、幅方向（図中のＸ方向）および深さ方向（図中のＺ方向）の各対応位置に独立（孤立化）して設けられている。そして、それぞれのｐ型Ｓｉ領域９２の境界間にｎ型Ｓｉ領域９７が配されるようになっている。
【０１９０】
また、第２例のセンサ構造と同様に、それぞれのフォトダイオード群１２ごとに対応するｐ型Ｓｉ領域９２において、青色光および緑色光のそれぞれに対応する幅方向（図中のＸ方向）および深さ方向（図中のＺ方向）の各検出位置にｎ型の不純物をドープすることで、青色光および緑色光を検出するｎ型Ｓｉ領域９３が形成されて、各色光用の光電変換素子（フォトダイオード）１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒが設けられている。
【０１９１】
つまり、第２例に対する変形例のセンサ構造を持つ分光イメージセンサ１０は、第２例のセンサ構造を示した図２８において、ｎ型Ｓｉ基板９０内の、ｐ型Ｓｉ領域９２のボトム位置（図中Ｚ≒３μｍの点線位置）よりも深い部分を、ｎ型からｐ型に変更したような構造となっている。
【０１９２】
ｐ型基板を用いてイメージセンサを量産することも多く、このような構造にすることで通常のプロセスで作製できる利点がある。その場合に、キャリアを電子として扱う場合、ｐ基板上にＮ領域を作製させることで、ＮＰ接合をつくり、Ｎの完全空乏化を行なうことで可能となる。
【０１９３】
こうすることで、フォトダイオード群１２ごとに光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒが独立して設けられるようになる。光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒは、第２例と同様に、Ｓｉ基板９の受光面側においても、またＳｉ基板９０内においても、横方向（Ｘ方向）に、赤、緑、青、緑、赤の順に配列された構造となっている。
【０１９４】
また、光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒのうち、赤色検出用の光電変換素子１２Ｒは、隣接するフォトダイオード群１２間で共通に使用される構造となる。この場合でも、第１例と同様に、青色検出用の光電変換素子１２Ｂおよび緑色検出用の光電変換素子１２Ｇの画素中心と、赤色検出用の光電変換素子１２Ｒの画素中心とは、ともに中心線CL０となる。
【０１９５】
また、１つのフォトダイオード群１２が、青色光、緑色光、および赤色光を独立に検知する構造であり、実質的には１つのフォトダイオード群１２内において色別に光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒを形成した構造である点では、第２例と同様である。
【０１９６】
光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒは、Ｓｉ基板９の受光面側においても、またＳｉ基板９０内においても、横方向（Ｘ方向）に、青、緑、赤、緑、青、緑、赤、緑、青、…の順に配列された構造となる。
【０１９７】
さらに、図３７および図３８に示すように、Ｓｉ基板９の受光面側における、横方向（Ｘ方向）に青、緑、赤、緑、青、緑、赤、緑、青、…の順に配列された各色光用の光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒ（図ではｎ型層に対応する位置）のそれぞれに対して読出ゲート１２４や画素内アンプ２０５が設けられる。結果的には、第２例と同様に、画素の配列順も、青、緑、赤、緑、青、緑、赤、緑、青、…の順になる。
【０１９８】
図３９は、第２例に対する変形例の構造を持つ分光イメージセンサ１０を製造する第２例の製造プロセス（特に不純物拡散プロセス）の概要を示す図である。
【０１９９】
図３９のように、ｐ型Ｓｉ基板９０上に、ＰやＳｂなどのＶ族不純物の拡散などでｎ型層（ｎ型Ｓｉ領域９７）を形成させた後に、酸化膜などのマスクをして選択的にＡｌやＢなどの III族不純物を拡散させることでｐ型層（ｐ型Ｓｉ領域９２）を形成する。このとき、ｐ型層（ｐ型Ｓｉ領域９２）とｐ型Ｓｉ基板９０が同じ伝導性で繋がって連結されるようにする。
【０２００】
こうすることで、赤色光用のｎ型層（ｐ型Ｓｉ領域９２）またはｐ型Ｓｉ領域９２とｎ型Ｓｉ領域９７との間に形成されるｐｎ接合部が孤立化され、ｐ型層（ｐ型Ｓｉ領域９２）は共通となる上に、赤色光の検出用のｎ型層（ｎ型Ｓｉ領域９７）はそれぞれの画素に対して分光される、すなわち光電変換素子または光電変換素子をなすｐｎ接合部の全部または一部を画素ごとに孤立化させた構造となるので、赤色光に関しても、青色光や緑色光と同様に、赤色光に対応したｎ型層（ｎ型Ｓｉ領域９７）と共通のｐ型層（ｐ型Ｓｉ領域９２）の間で発生する電荷を読み取ればよいことになる。
【０２０１】
＜第３例の検出位置に対応した第３例のセンサ構造の変形例＞
図４０は、図１３の検出位置に対応した第３例のセンサ構造の変形例を示す断面図である。また、図４１は、図４０に示す第３例に対する変形例のセンサ構造をインターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子（ＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサ）１０１に適用した場合の構造例を示す見取り図である。さらに、図４２は、図４０に示す第３例に対する変形例のセンサ構造をＣＭＯＳ固体撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）２０１に適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【０２０２】
第３例に対する変形例のセンサ構造を持つ分光イメージセンサ１０も、第２例に対する変形例のセンサ構造を持つ分光イメージセンサ１０と同様に、ｐ型Ｓｉ基板９０上に、ＡｌやＢなどの III族不純物を拡散などで形成されるｐ型Ｓｉ領域９２と、ＰやＳｂなどのＶ族不純物の拡散などで形成されるｎ型Ｓｉ領域９７とが積層されている。ここで、ｐ型Ｓｉ領域９２は、ｐ型Ｓｉ基板９０と同じ伝導性で繋がって連結されるようになっている。また、ｐ型Ｓｉ領域９２は、それぞれのフォトダイオード群１２ごとに、幅方向（図中のＸ方向）および深さ方向（図中のＺ方向）の各対応位置に独立（孤立化）して設けられている。そして、それぞれのｐ型Ｓｉ領域９２の境界間にｎ型Ｓｉ領域９７が配されるようになっている。
【０２０３】
また、第３例のセンサ構造と同様に、それぞれのフォトダイオード群１２ごとに対応するｐ型Ｓｉ領域９２において、緑色光に対応する幅方向（図中のＸ方向）および深さ方向（図中のＺ方向）の検出位置にｎ型の不純物をドープすることで緑色光を検出するｎ型Ｓｉ領域９４が形成されて緑色光用の光電変換素子１２Ｇが設けられている。
【０２０４】
さらに、ｎ型Ｓｉ領域９４において、青色光に対応する幅方向（図中のＸ方向）および深さ方向（図中のＺ方向）の検出位置にｐ型の不純物をドープしてｐ型Ｓｉ領域９５を設け、さらにｐ型Ｓｉ領域９５において、青色光に対応する幅方向（図中のＸ方向）および深さ方向（図中のＺ方向）の検出位置にｎ型の不純物をドープしてｎ型Ｓｉ領域９６が形成されて青色光用の光電変換素子１２Ｂが設けられている。
【０２０５】
つまり、第３例に対する変形例のセンサ構造を持つ分光イメージセンサ１０は、第３例のセンサ構造を示した図３２において、ｎ型Ｓｉ基板９０内の、ｐ型Ｓｉ領域９２のボトム位置（図中Ｚ≒３μｍの点線位置）よりも深い部分を、ｎ型からｐ型に変更したような構造となっている。
【０２０６】
こうすることで、フォトダイオード群１２ごとに光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒが独立して設けられるようになる。光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒは、第２例と同様に、Ｓｉ基板９の受光面側においても、またＳｉ基板９０内においても、横方向（Ｘ方向）に、赤、緑、青、緑、赤の順に配列された構造となる。
【０２０７】
また、光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒのうち、赤色検出用の光電変換素子１２Ｒは、隣接するフォトダイオード群１２間で共通に使用される構造となる。この場合でも、青色検出用の光電変換素子１２Ｂおよび緑色検出用の光電変換素子１２Ｇの画素中心と、赤色検出用の光電変換素子１２Ｒの画素中心とは、ともに中心線CL０となる。
【０２０８】
ただし、光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒのうちの緑色光用の光電変換素子１２Ｇに関しては両側が共通の半導体層（ｐ型Ｓｉ領域９５およびｎ型Ｓｉ領域９４）で形成されるので、図４１および図４２に示すように、その両側の内の何れか一方についてのみ読出ゲート１２４や画素内アンプ２０５を設ければよいことになる。
【０２０９】
画素の配列順は、読出ゲート１２４や画素内アンプ２０５の色配列順となるので、結果的には、たとえば図４１および図４２に示すように、赤、青、緑、赤、青、緑、…、あるいは図示しないが赤、緑、青、赤、緑、青、…の順となる。
【０２１０】
第３例に対する変形例の構造を持つ分光イメージセンサ１０を製造する製造プロセス（特に不純物拡散プロセス）の概要は、図示を割愛するが、第２例に対する変形例の構造を持つ分光イメージセンサ１０を製造する図３９のプロセスと同様であり、特に、図３５と同様にバームクーヘン状の構造を持つようにする点が異なるだけで、同様の効果を享受できる。
【０２１１】
＜センサ構造；他の変形例；くし型構造＞
図４３は、第１例〜第３例のセンサ構造に対する他の変形例を示す断面図である。ここでは、図１２の検出位置に対応した第２例のセンサ構造に対する他の変形例で説明する。また、図４４は、図４３に示す第２例に対する他の変形例のセンサ構造をインターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子（ＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサ）１０１に適用した場合の構造例を示す見取り図である。さらに、図４５は、図４３に示す第２例に対する他の変形例のセンサ構造をＣＭＯＳ固体撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）２０１に適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【０２１２】
上述の構造はそれぞれの光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒが、散乱体３の間隔が１．５μｍである場合に、その１．５μｍをほぼ４等分した面積を占めることになる。これに対して、さらに面積を増やして入射する光量を増やすためには、受光面内において、ｐ型とｎ型のパターンをくし型構造にするとよい。こうすることで、検知する面積が実効的に増えることになる。
【０２１３】
たとえば、図４３に示す例では、第２例のセンサ構造に対する変形例を示しており、１ユニットセルが上述の３周期分に対応するように、ｐ型とｎ型のパターンをくし型構造に形成している。具体的には、ｎ型Ｓｉ基板９０上に１ユニットセルごとに独立したｐ型Ｓｉ領域９８を設けている。そして、このｐ型Ｓｉ領域９８内にそれぞれ、第２例のセンサ構造を３周期分設けている。こうすることで、１つの画素が回折格子１の周期の３周期分の長さを持つ撮像デバイスが構成される。
【０２１４】
このとき、図４４および図４５に示すように、対応する複数個の光電変換素子またはその光電変換素子をなすｐｎ接合部が受光面内でくし状になるようにすることで電気的にそれらが連結された構造を持つようにする。
【０２１５】
図示した例では、赤色光用の光電変換素子１２Ｒをなすｐ型Ｓｉ領域９２の面内において、緑色光用の光電変換素子１２Ｇをなすｎ型Ｓｉ領域９３と、青色光用の光電変換素子１２Ｂをなすｎ型Ｓｉ領域９３とをくし状に構成し、それぞれのくし歯が入れ子状態となるように配している。そして、緑色用および青色用のくし（たとえば対応するくし歯を電気的に接続したくしげた部分）に対して、それぞれ１つの読出ゲート１２４や画素内アンプ２０５を設けるとともに、赤色用に関しても１つの読出ゲート１２４や画素内アンプ２０５を設ける。
【０２１６】
なお、図４４から判るように、上述の図２４などとは異なり、フォトダイオード群１２の各光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒのうちの光電変換素子１２Ｇ，１２Ｒに蓄積された信号電荷は、同一垂直列の垂直転送ＣＣＤ１２２ａに読み出されるが、光電変換素子１２Ｂに蓄積された信号電荷は、隣接するフォトダイオード群１２における光電変換素子１２Ｇ，１２Ｒ用の垂直転送ＣＣＤ１２２ｂに読み出される。
【０２１７】
また図４５から判るように、上述の図２６などとは異なり、フォトダイオード群１２の各光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒのうちの光電変換素子１２Ｇ，１２Ｒに蓄積された信号電荷は、同一垂直列の垂直信号線２１９ａに読み出されるが、光電変換素子１２Ｂに蓄積された信号電荷は、隣接するフォトダイオード群１２における光電変換素子１２Ｇ，１２Ｒ用の垂直信号線２１９ｂに読み出される。
【０２１８】
なお、１つのフォトダイオード群１２が回折格子１の周期の２周期以上を担当するようにされた撮像デバイスを構成できればよく、１ユニットセル内に設ける周期数は３周期に限定されず、図示を割愛するが、くしの数を２周期分となるように構成してもよいし、または、４周期分となるように構成するなど、３周期よりさらに増やすことも可能である。
【０２１９】
＜その他の変形例の概要＞
以上説明した全てのセンサ構造は、ｐ型半導体とｎ型半導体をすべて逆にしても成り立つ。また図２１，図２４，図２６，図３６，図４０，図３７〜図４２においては、ノイズ信号を抑える意味でｎ型基板を用いてもよい。この場合、ｎ基板にＡｌやＢなどの III族ドーパントの熱拡散処理などを行なうことで表面から深さ２μｍ以上をｐ型化した上で、このような構造を作ってもよい。
【０２２０】
さらに、リーク電流を抑える意味で、図４５までのすべての構造の半導体最表面の深さ０．１μｍ以内をＡｌやＢなどの III族ドーパントの熱拡散などを行なうことでｐ型化してもよい。
【０２２１】
また、図６を用いて説明したシミュレーション結果と、それに対応するセンサ構造の各例は、散乱体３の位置の周期（光散乱体の中心点から次の同じ光散乱体の中心点までの横方向の間隔）が１．５μｍの場合であるが、この周期を変えても同様な効果が得られることは容易に推測できるであろう。また、この周期はフォトダイオード群１２の配列ピッチ（従来構造の画素ピッチ）に対応するので、結果として、散乱体３の位置の周期を変えることで画素ピッチを調整可能となる。高密度の撮像デバイスにする場合は、この周期を小さくすればよく、低密度の撮像デバイスにする場合は、この周期を大きくすればよい。
【０２２２】
たとえば、散乱体３の位置の周期が０．５〜５μｍまででも同じ効果が得られる。下限の０．５μｍは可視光の回折限界に基づき設定したものである。すなわち、可視光の場合、０．３μｍ以上が回折限界となる。周期構造は少なくともこれより大きい値にする必要性があるので、下限を０．５μｍとした。しかしながら、そもそもの限界である０．３μｍを下限に設定しても不都合はない。
【０２２３】
一方、上限の５μｍは回折現象が顕著に生じるオーダーに基づき設定したものである。もちろん５μｍ以上でも回折現象が生じるので上限を特に限定するものではない。この点では、“望ましくは５μｍ以下”ということでも不都合はない。
【０２２４】
また、必ずしも特定するものではないが、望ましくは周期が１〜２μｍの範囲、さらに好ましくは上記で説明したように周期が１．５μｍであるのがよい。ここで下限の１μｍは一般的な可視光の回折格子の周期構造および１周期の中に２つ以上作る光電変換素子の作製のし易さに基づき設定したものである。一方、上限の２μｍはシミュレーションの結果から２μｍまでであれば作製が今のところ容易であることが確認されたことに基づき設定したものである。
【０２２５】
また、図６において、散乱体３，７は回折効果および集光性を得ることができるものであればよく、散乱体３，７の何れも、その厚みは通常０．０１μｍ以上であればよい。ここで下限の０．０１μｍは、光の散乱および回折が生じることのできる最小値に基づき設定したものである。通常、光の波長の１／１０程度の散乱体があれば光の散乱および回折が生じる。
【０２２６】
また、散乱体３の厚みは、母材であるＳｉＯ２の屈折率の関係から、望ましくは０．１μｍ以上、さらに望ましくは０．２±０．０５μｍの範囲であればよい。ここで下限の０．１μｍは有効に散乱および回折が生じる厚みに基づき設定したものである。また中心値の０．２μｍはシミュレーション結果で特によい分光特性を示したことに基づき設定したものであり、その範囲０．０５μｍは作製上のバラツキを考慮して設定したものである。
【０２２７】
また、散乱体３，７として効率よく機能するために散乱体３，７の何れも、その横方向の幅は０．０５μｍ以上あればよい。ここで下限の０．０５μｍは光の散乱および回折が生じることのできる最小値に基づき設定したものである。通常、光の波長の１／１０程度の散乱体があれば光の散乱および回折が生じる。なお、この横方向の幅は散乱体の厚みとの整合性を考えて下限を０．０１μｍに設定したいところであるが、プロセスを考えると最新のプロセスで０．０５μｍ幅ができるかどうかに依存する。よって、光の散乱および回折が可能なことと最小プロセス幅を考慮して、０．０５μｍを下限に設定している。
【０２２８】
また、特に望ましくは散乱体の幅ｄは０．０５μｍ≦ｄ≦０．３μｍの範囲（０．１−０．０５／＋０．２μｍ）であればよい。ここで大凡の中心値である０．１μｍはシミュレーションの結果、分光特性がよかったことからこの値０．１μｍを中心値に設定したものである。また範囲の−０．０５μｍは下限の関係で限定したものである一方、上限に関しては、製造し易い量産化プロセス（０．２５μｍプロセス）のことを考えて＋０．２μｍに設定したものである。
【０２２９】
また、スリット５の開口部５ａの幅（スリット幅Ｄｓ）は０．１μｍ以上で、好ましくは０．４μｍ以下であればよい。ここで下限の０．１μｍは効果的に回折が生じる最小値に基づき設定したものであり、上限の０．４μｍは、可視光（λ≦７８０ｎｍ）、特に赤色光６４０ｎｍと緑色光５４０ｎｍを効率よく分光するのがスリット幅０．４μｍ以下である点に基づき設定したものである。なお、０．５μｍで分光しないわけではなく、好ましくは０．４μｍ以下である。
【０２３０】
また、特に分光特性を高めるためには、このスリット幅Ｄｓは０．３±０．１μｍの範囲であればよい。ここで中心値の０．３μｍはシミュレーションの結果で分光特性がよかったことから０．３μｍを中心値に設定したものである。その範囲±０．１μｍは、同じくシミュレーションの結果から可視光の場合に特に効果的に回折で分光ができる条件に基づき設定したものである。なお、赤外分光の場合、ここの値が大きく異なることになる。
【０２３１】
また、スリット５の厚みは、分光効果を得るために０．０１μｍ以上あればよい。ここで下限の０．０１μｍはスリットの機能が働く最小値に基づき設定したものである。すなわちその機能とは光の遮断効果が少しでも現れる厚みのことである。また特に効率的な効果を得るためには、０．１２５±０．１μｍの範囲であればよい。ここで中心値の０．１２５μｍはシミュレーションの結果で分光特性がよかったことから０．１２５μｍを中心値に設定したものであり、その範囲±０．１μｍの下限−０．１μｍは青色光の遮断の効果が十分になるとして設定したものであり、上限＋０．１μｍは製造上の作り易さから設定したものである。
【０２３２】
＜＜可視光帯の分光のセンサ構造；周期２．０μｍ＞＞
たとえば、図４６は、これらのバリエーション例として、散乱体３の位置の周期を２．０μｍにした場合のセンサ構成例を示した図である。なお、この分光イメージセンサ１０において使用するＳｉ（シリコン）の屈折率と消衰係数の波長分散の関係は、先に示した図７と同様である。
【０２３３】
＜分光手法のシミュレーション；可視光帯内（その３）＞
図４７〜図４９は、図４６に示す構造を持つ分光イメージセンサ１０に受光面（図中の下側）から各波長成分の光を入れたときの可視光帯内の分光手法を説明する計算シミュレーション図である。図４７〜図４９において、Ｚ≒１．９μｍの横実線はフォトダイオード群１２とシリコン酸化膜ＳｉＯ２との界面（センサ表面）を表す。なお、シミュレーションは、ＦＤＴＤ法による光場計算で行なったものである。
【０２３４】
ここで、図４７は、青色光（波長４６０ｎｍ）を入射したときの計算シミュレーション結果である。この図から、Ｘ＝−３．０，−１．０，１．０，３．０μｍのところで、Ｚ≒１．９〜２．３μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ０．４μｍ付近）まで、すなわちセンサ表面近傍において光強度が強くなっているのが判る。
【０２３５】
図４８は、緑色光（波長５４０ｎｍ）を入射したときの計算シミュレーション結果である。図４８において、Ｘ＝−２．７，−１．８，−１．２，−０．３，０．３，１．２，１．８，２．７μｍのところで、Ｚ≒１．９〜３．２μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ１．３μｍ付近）までにおいて光強度が強くなっているのが判る。すなわち緑色光に関しては、センサ表面だけでなく、やや深い位置においても光強度が強くなっている。
【０２３６】
図４９は、赤色光（波長６４０ｎｍ）を入射したときの計算シミュレーション結果である。図４９において、Ｘ＝−３．０，−１．５，０，１．５，３．０μｍのところで、Ｚ＝１．９〜４．８μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ２．９μｍ付近）までにおいて光強度が強くなっているのが判る。とりわけ、Ｚ＝３．４μｍ付近で光密度が強くなっている。すなわち赤色光に関しては、センサ表面〜やや深い位置だけでなく、より深い位置においても光強度が強くなっている。
【０２３７】
つまり、図４６に示す散乱体３の位置の周期を２．０μｍにした分光イメージセンサ１０であっても、入射光Ｌ１に含まれる青色光、緑色光、および赤色光に関しては、幅方向（図中のＸ方向）において波長による場所依存性を呈するとともに、深さ方向においても波長による場所依存性を呈することが判る。
【０２３８】
したがって、図１１〜図１３に示したと同様にして、ｐｎ接合の最大深さを、赤、緑、青の３原色を分光して検出できる各Ｚ方向の適正な範囲に設定すればよい。具体的には、青色光用の光電変換素子１２Ｂをなすｐｎ接合部分の最大深さはフォトダイオード群１２の表面から深さ０．４μｍの範囲、緑色光用の光電変換素子１２Ｇをなすｐｎ接合部分の最大深さはフォトダイオード群１２の表面から深さ１．８μｍの範囲、赤色光用の光電変換素子１２Ｒをなすｐｎ接合部分の最大深さはフォトダイオード群１２の表面から深さ２．９μｍの範囲となるようにすれば、それぞれの色の検知効率が高くなる。
【０２３９】
＜包囲形状の開口部を持つ散乱体を用いたセンサ構造＞
また、上記説明は全て、線状光散乱体または棒状光散乱体というように長尺状の開口部３ａと遮光部３ｂとが交互に配列された散乱体３を用いた場合について述べていたが、包囲形状の開口部を持つ散乱体を使ってもよい。包囲形状の散乱体を用いることで、回折効果を、１次元方向（上記説明の横方向）だけでなく、それと直交する方向にも、すなわち２次元方向に得ることができるようになる。
【０２４０】
ここで、「包囲形状の開口部を持つ散乱体」とは、ＣＣＤ固体撮像素子１０１における垂直転送ＣＣＤ１２２の電荷転送方向やＣＭＯＳ固体撮像素子２０１における垂直信号線２１９の延在方向に対応する横方向だけでなく、それらと直交する方向にも、電磁波（たとえば光）を遮断（光の場合には遮光）する部材が設けられ、その内部に電磁波（たとえば光）を通過させる開口部が設けられた構造を有する散乱体を意味する。
【０２４１】
たとえば、四方が遮断部材（光の場合には遮光部材）で取り囲まれ、その内部の開口部の形状が方形状（正方形状や長方形状）を呈した散乱体を用いることができる。長尺状の散乱体を縦横の両方に間をすかして組み込んで、方形状（正方形状や長方形状）の開口部を四方に周期的に配列した散乱体とすれば、いわゆる井形状の散乱体となる。この場合、スリット５の開口部５ａは、それにあわせて正方形状または長方形状にすればよい。つまり、それぞれの開口部の形状を同じにして組み合せるのがよい。
【０２４２】
あるいは、四方が遮断部材（光の場合には遮光部材）で取り囲まれ、その内部の開口部の形状が円形状（真円状や楕円形状）を呈した散乱体を用いることができる。この場合、スリット５の開口部５ａは、それにあわせて円形状にすればよい。つまり、それぞれの開口部の形状を同じにして組み合せるのがよい。
【０２４３】
なお、散乱体３とスリット５の各開口部３ａ，５ａの形状を同じにして組み合せることに限らず、たとえば方形状に対して円形状を組み合わせてもよい。
【０２４４】
また、方形状や円形状の開口部を持つ散乱体３と方形状や円形状の開口部を持つスリット５を用いた場合、スリット５とフォトダイオード群１２の間に設ける散乱体７は、それぞれの開口部の形状並びに組合せに拘らず、正方形状または長方形状あるいは円形状とすることができる。なお、それぞれの開口部の形状を同じにして組み合せる場合に応じて、散乱体７も同じ形状にすると、回折効果を高めることができ、より望ましい。
【０２４５】
図５０は、包囲形状の散乱体を散乱体３に用いたセンサ構造をインターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子（ＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサ）１０１に適用した場合の構造例を示す見取り図である。さらに、図５１は、包囲形状の散乱体を散乱体３に用いたセンサ構造をＣＭＯＳ固体撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）２０１に適用した場合の構造例を示す見取り図である。なお、それぞれの断面構造は、図２１や図２８や図３２や図３６や図４０としてもよい。
【０２４６】
このように、包囲形状の散乱体を散乱体３に使う場合においても、散乱体３、スリット５、散乱体７の配置関係は、図２にて説明したと同様にすればよく、上記で説明したと同様の効果を享受可能である。
【０２４７】
たとえば、入射光Ｌ１側において、所定形状（たとえば正方形状や長方形状や円形状）の開口部３ａとその周囲に遮光部３ｂを有する散乱体３が平行かつ周期的かつ受光面内の所定方向に列をなすように横方向（図中のＸ方向）に配置する。遮光部３ｂは、電磁波（たとえば光）を遮断（光の場合には遮光）する遮断部材が長尺状をなした散乱体３に相当する部分である。
【０２４８】
また、散乱体３とＳｉ基板９との間における回折波Ｌ２が集まる周辺に所定形状（たとえば正方形状や長方形状や円形状）の開口部５ａが配されるようにスリット５を設ける。このスリット５は、開口部５ａの周期（隣接する開口部５ａの間隔）と散乱体３の開口部３ａの周期（隣接する開口部３ａの間隔）が等しく、かつこれらを平行に配置する。加えて、隣接する散乱体３の開口部３ａ間の中点を通る略中心線CL０上（フォトダイオード群１２表面に対して垂直）の位置にスリット５の開口部５ａが配されるようにする。
【０２４９】
さらに、スリット５とフォトダイオード群１２の間に別の所定形状（たとえば正方形状や長方形状や円形状）の散乱体７を、周期的にかつ平行に配置する。この散乱体７は、散乱体７の周期（隣接する散乱体７の間隔）と散乱体３の開口部３ａの周期（隣接する開口部３ａの間隔）またはスリット５の開口部５ａの周期（隣接する開口部５ａの間隔）が等しくなるように設定する。加えて、散乱体７が、散乱体３の開口部３ａの中心すなわち隣接する散乱体３の遮光部３ｂの中点を通る略中心線CL０上（フォトダイオード群１２表面に対して垂直）の位置に配される。
【０２５０】
たとえば図５０のＣＣＤ構造や図５１のＣＭＯＳ構造のように方形状の開口部３ａを持つ散乱体３（井形形状の散乱体）と正方形状の開口部５ａを持つスリット５を用いた場合、スリット５とフォトダイオード群１２（光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒ）の間に設ける散乱体７は、正方形状または長方形状、あるいは円形状である。
【０２５１】
またフォトダイオード群１２（光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒ）は図に示すような構造となる。すなわち、包囲形状の散乱体を用いることで、回折効果を２次元方向に得ることができるので、青色光は開口部５ａの中心を通る垂線上に集まり、その周辺に緑色光が分光され、さらにその周囲に赤色光が分光されるようになる。
【０２５２】
このため、青色光を検知する光電変換素子１２Ｂが開口部５ａの中心を通る垂線上に配置され、その周辺に緑色光を検知する光電変換素子１２Ｇが、さらにその周囲に赤色光を検知する光電変換素子１２Ｒが配置されるようにする。
【０２５３】
たとえば、図５０および図５１に示すように、フォトダイオード群１２の受光面側において、青色光用の光電変換素子１２Ｂをなすｎ型Ｓｉ領域９１（あるいはｎ型Ｓｉ領域９３など；以下同様）を開口部５ａの中心を通る垂線上に配置し、その周辺にｐ型Ｓｉ領域９２を挟んで、緑色光用の光電変換素子１２Ｇをなすｎ型Ｓｉ領域９１を配し、さらにその周辺にｐ型Ｓｉ領域９２を挟んで、赤色光用の光電変換素子１２Ｒをなすｎ型Ｓｉ領域９１を配する。
【０２５４】
ただし、図示するように、緑色光用の光電変換素子１２Ｇに関しては、一部を青色光用の光電変換素子１２Ｂの読出ゲート１２４Ｇや画素内アンプ２０５Ｇのために空スペースを設ける必要が生じる。このため、たとえば、図示するように、緑色光用の光電変換素子１２Ｇをなすｎ型Ｓｉ領域９１における四方の一部を刳り抜いた形状（たとえばコの字状）にするとよい。
【０２５５】
さらに、赤色光用の光電変換素子１２Ｒに関しては、青色光用の光電変換素子１２Ｂや緑色光用の光電変換素子１２Ｂの読出ゲート１２４Ｂ，１２４Ｇやセルアンプ２０５Ｂ，２０５Ｇや隣の赤色光用の光電変換素子１２Ｒを独立させる必要が生じる。このためには、赤色光用の光電変換素子１２Ｒをなすｎ型Ｓｉ領域９１における四方の一部を刳り抜いた形状にするのがよい。
【０２５６】
ただし、この刳抜き部分は、緑色光用の光電変換素子１２Ｇをなすｎ型Ｓｉ領域９１における刳抜き部分よりも広く取る必要が生じる。よってたとえば、赤色光用の光電変換素子１２Ｒをなすｎ型Ｓｉ領域９１における四方の一部を、図示のようなＬ字状するとよいし、または図示しないがＩ字状にしてもよい。
【０２５７】
＜＜斜め入射の影響とその補正手法＞＞
ところで、上述したシミュレーションは、垂直入射した光について述べている。しかしながら、回折格子を利用した分光イメージセンサ１０を撮像デバイスとして応用した場合、レンズや絞りなどの光学系を通してこの撮像デバイス表面で結像することになる。この場合、斜め入射する光についても考察する必要がある。
【０２５８】
図５２は、斜め入射の影響とその補正手法を説明する図である。図５２において、被写体９１０の像を、レンズ９２０および絞り９３０を通して分光イメージセンサ１０に導く。この場合、撮像面Ｍ上に分光イメージセンサ１０を配置することになるが、絞り９１０の周囲近傍を通過した光に関しては、垂直方向からθの角度で光が入射することになる。
【０２５９】
この角度θに関しては２つに分けて考えられる。すなわち、図中に示すように、分光イメージセンサ１０側の検出位置が中心にない場合に生じるβの角度と、絞り９３０側の光の通過が中心からずれることによって生じる角度αであり、この両者（角度αと角度β）の足し算で、角度θが殆ど決まる。
【０２６０】
ここで、絞り９３０の口径をＤとすると、角度αは下記式（１）で表わされる。
【０２６１】
【数１】
2006064634.tif 000003
【０２６２】
一方、角度βに関しては、図５２に示すように、分光イメージセンサ１０（フォトダイオード群１２）の受光面内において、中心から検出位置までの距離ｘと、レンズ９２０までの距離ｙとの関係で、角度βは下記式（２）に従って決定できる。
【０２６３】
【数２】
2006064634.tif 000004
【０２６４】
なお、図５２では、レンズ９２０が１つしか描かれていないが、実際には複数枚レンズがある場合がある。この場合には、分光イメージセンサ１０に最も近いレンズまでの距離をｙとするとよい。
【０２６５】
ここで、散乱体３，７とスリット５とフォトダイオード群１２内の色別の検出位置の関係（光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒの位置関係）を補正することで、角度βの影響を無くすることができる。角度βの影響を補正すれば、絞り側の光の通過が中心からずれることによって生じる角度α＝θとなる。
【０２６６】
図５３は、検出位置の関係を補正する手法を説明するに当たっての角度βの補正方法を説明する図である。上記式（２）に従って求めた角度βの分だけ、位置関係を図５３のようにシフトさせるとよい。
【０２６７】
具体的には、先ず、望ましくは入射光Ｌ１側に配される散乱体３に対して、スリット５の遮光部５ｂの中心ｂの位置関係を、散乱体３とスリット５との各中心間の距離をＬ１としたとき、図に示すように本来の中心位置CL１から角度βに応じた分だけの位置CL２にシフトさせるとよい。通常、角度βは小さくＳｉｎβ≒βであるので、そのシフト量Δ１は、距離Ｌ１と角度βとの積に等しくしてよい。
【０２６８】
また、通常は、散乱体７の中心位置CL３を開口部５ａの中心位置CL４上に置くが、さらに望ましくは、散乱体７の中心位置CL３を、図に示すように開口部５ａの中心位置CL４から角度βに応じた分だけの位置にシフトさせるとよい。通常、角度βは小さくＳｉｎβ≒βであるので、そのシフト量Δ２は、スリット５と散乱体７との各中心間の距離をＬ２としたとき、距離Ｌ２と角度βとの積に等しくしてよい。
【０２６９】
また、通常は、開口部５ａの中心位置CL４や散乱体７と青色光用の光電変換素子１２Ｂの中心位置CL５が垂直方向（図中の横方向）に一列となるようにフォトダイオード群１２を配置するが、さらに望ましくは、青色光用の光電変換素子１２Ｂの中心位置CL５を、図に示すように開口部５ａの中心位置CL４から角度βに応じた分だけ（あるいは散乱体７の中心位置CL３から角度βに応じた分だけ）の位置CL５となるように、フォトダイオード群１２の位置を全体的にシフトさせるとよい。
【０２７０】
結果的には、中心線CL０（隣接する散乱体３間の中心位置）に対して、角度βの線分Ｌ０上に、開口部５ａの中心位置CL４、散乱体７の中心位置CL３、青色光用の光電変換素子１２Ｂの中心位置CL５が配されるようにする。
【０２７１】
通常、角度βは小さくＳｉｎβ≒βであるので、散乱体７の中心位置CL３に対するフォトダイオード群１２のシフト量Δ３は、散乱体７とフォトダイオード群１２の受光面との距離をＬ３としたとき、距離Ｌ３と角度βとの積に等しくしてよく、また開口部５ａの中心位置CL３に対するフォトダイオード群１２のシフト量Δ４は、開口部５ａの中心とフォトダイオード群１２の受光面との距離（Ｌ２＋Ｌ３）と角度βとの積に等しくしてよい。
【０２７２】
つまり、散乱体３、スリット５、散乱体７、およびフォトダイオード群１２を、角度βに応じて全体的にシフトさせるのがよい。それぞれのシフト量はフォトダイオード群１２と散乱体３との距離などに応じて、離れるほど大きくする。
【０２７３】
なお、上記説明では３種類のシフト操作を同時に行なう例で説明したが、これに限らず、それぞれを単独で行なっても効果があるし、任意の組合せの２種類を同時に行なっても効果がある。
【０２７４】
ここで、フォトダイオード群１２に入射する光の垂直方向からの角度成分βの補正を行なった分光イメージセンサ１０を構成したとしても、角度αの成分は依然として残る。通常の光学系において角度αは垂直方向から±２０度までの範囲が多い。そこで空気中で垂直方向から１０°と１５°と１８°で入射した場合を代表してシミュレーションを行なった。
【０２７５】
図５４〜図６２は、光が斜め入射した場合のシミュレーション結果を示す図である。ここで、図５４〜図５６はそれぞれ、１０°斜め入射における青色光（波長４６０ｎｍ）、緑色光（波長５４０ｎｍ）、赤色光（波長６４０ｎｍ）の結果である。また、図５７〜図５９はそれぞれ、１５°斜め入射における青色光（波長４６０ｎｍ）、緑色光（波長５４０ｎｍ）、赤色光（波長６４０ｎｍ）の結果である。また、図６０〜図６２はそれぞれ、１８°斜め入射における青色光（波長４６０ｎｍ）、緑色光（波長５４０ｎｍ）、赤色光（波長６４０ｎｍ）の結果である。
【０２７６】
これらの図において、白い部分が現れているのは電界強度が“１”を超えて飽和したところである。ただし、シリコン酸化膜ＳｉＯ２の屈折率を１．４とすると、ＳｉＯ２膜中でのこの角度はスネル則により、それぞれ７°，１０．６°，１３°となる。
【０２７７】
これらの結果から、垂直方向から１０°までの入射角度であれば、図１１または図１２または図１３の検出位置で３原色のそれぞれの光を分光して所定の位置でほぼ検出できることが判る。また１５°の入射角度であれば、青色光の検知がかなり減少していることになるが、３原色とも検知できている。さらに  １８°の入射角度であれば青色光の検知が殆どできなくなる。しかしながら緑色光や赤色光を所定の位置で検出できるのが判る。
【０２７８】
これらの結果から、入射方向は１８°から効果が得られ、望ましくは１５°以内で、さらに望ましくは１０°以内ということになる。このことは、角度βに対する補正を行なうか否かに拘らず言えることである。
【０２７９】
すなわち、回折格子１を利用した分光イメージセンサ１０を構成するに当たっては、レンズと絞りなどを用いた光学系において垂直方向からの角度θが、１８°以内、好ましくは１５°以内、さらに好ましくは１０°以内であるのがよい。また、分光イメージセンサ１０に入射する光の垂直方向からの角度成分βの補正を行なった構造にすればさらに望ましく、この場合でも、レンズと絞りなどを用いた光学系において垂直方向からの角度θ（＝補正後における、絞り側の光の通過が中心からずれることによって生じる角度α）が、１８°以内、好ましくは１５°以内、さらに好ましくは１０°以内であるのがよい。
【０２８０】
＜４色以上の分光＞
ところで以上の構造は可視光帯をＢ，Ｇ，Ｒの３原色の波長成分に分けることについて述べたが、実際にはフォトダイオード群１２内に設ける色別の光電変換素子をさらに小さいピッチで横方向に並べることで、さらに細かく分光できるようになるから、４色以上の多色の検知が可能となる。この場合、従来の３原色方式の撮像ではできなかった正確な色の情報を検知できるようになる。すなわち、４色以上の多色に分けて検知することも可能であり、赤、緑、および青以外の分光色の成分を増やすほど、より正確な情報を得ることができるようになる。
【０２８１】
３原色だけの撮像方式では色度図上で３原色のそれぞれの原点で構成される三角形より外側のところを検出することができない。これに対して、三角形の外側の色成分を検知する第４色（あるいはそれ以上）用の光電変換素子を配してフォトダイオード群１２内において色を細かく分光することで、三角形の外側での正確な色を検知できることになる。したがってディスプレイ側でその信号を再生した場合、色再現もより正確に行なわれることになる。さらにディスプレイ側にも４色以上の多色表示システムを用いるとさらに正確でかつ色度図上の色再現範囲の広い映像が得られることになる。
【０２８２】
たとえば、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３色を感知するため各光電変換素子に加えて、第４色としてエメラルド（Ｅ）を感知するため光電変換素子を配して、４色の分光を行なう構成とすることもできる。エメラルドは、波長的には青色と緑色との間に位置し、青色光と緑色光との間に分光されるので、フォトダイオード群１２内において、青色光を検知する光電変換素子１２Ｂと緑色光を検知する光電変換素子１２Ｇとの間に、エメラルド光を検知する光電変換素子１２Ｅを配置するようにすればよい。
【０２８３】
この場合、カラー画素に色再現性を高めるために第４のカラー画素Ｅが加わったものであり、全体の動作は、上記説明と全く同様にすることができ、上記で述べたと同様の効果を享受することができる。この４色の場合、より正確な情報を得ることができ、このセンサを用いて検出したイメージ像を信号に変換して、さらにディスプレイ側でその信号を再生した場合、色再現も正確に行なわれる。さらにディスプレイ側にも４色以上の多色表示システムを用いると正確でかつ色再現範囲の広い映像が得られる。
【０２８４】
色信号処理についての詳細な説明は割愛するが、４色分の光電変換素子に対応して、４色で撮影された各色の画素信号から、人間の目に近いＲＧＢの３色を作り出すためのマトリックス演算を行なう画像処理プロセッサを出力アンプ２８の後段に設ける。赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）に加えてエメラルド（Ｅ）をも検知するようにすれば、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色での検知よりも色再現の差を低減させることができ、たとえば青緑色や赤色の再現性を向上させることができる。
【０２８５】
＜＜可視光帯以外の分光＞＞
さらに上述の技術は必ずしも可視光帯内での複数の波長成分への分光に限った技術ではない。減色フィルタを用いずに、構造によって最適化すれば、赤外光や紫外光の分光や検知も可能となる。この場合、たとえば可視光とともに赤外光や紫外光も同時に検出してイメージ化できる。また、同時に検出する可視光については、分光せずにモノクロ画像を検知することに限らず、上述のようにして可視光帯内をたとえば３原色成分に分光することでカラー画像を検知することもできる。これによって眼で見ることができる可視光のイメージ像（モノクロ画像あるいはカラー画像）と対応して、眼で見ることのできない赤外光や紫外光の像情報を同時に取得することができる。これによって暗視カメラや光合成監視カメラなどの新しい情報システムのキーデバイスとして応用が広がる。
【０２８６】
＜＜赤外光と可視光の分光の構造＞＞
図６３は、回折格子１をＳｉ基板９（分光イメージセンサ１１のフォトダイオード群１２に対応する）の入射面側に配した分波イメージセンサの他の実施形態を説明する図であって、赤外光と可視光を分光する分光イメージセンサ１１の断面構造を示す。ハッチング部分がＳｉ材料を示し、それ以外の白色部分が酸化膜ＳｉＯ２を示し、本実施形態の分光イメージセンサ１１は、全体として、Ｓｉ基板９上に酸化膜ＳｉＯ２が形成されている。
【０２８７】
また赤外光と可視光の２つの波長成分に分光する本実施形態の分光イメージセンサ１１は、可視光帯内を複数（前例ではあお、緑、赤の３つ）の波長成分に分光する分光イメージセンサ１０とは異なり、スリット５とフォトダイオード群１２との間に散乱体７が設けられていない点に特徴を有する。
【０２８８】
図４および図５についての説明で述べたが、散乱体７を設けない場合には緑色光と青色光が混ざり合うので、可視光の検知に際しては、フォトダイオード群１２内に、赤外光検知用の光電変換素子に加えて、単一の光電変換素子を可視光検知用に配して、可視光帯内を分光せずにモノクロ画像を得るようにする。
【０２８９】
長尺状の各散乱体３は、Ｓｉ基板９（フォトダイオード群１２に対応）の入射面側において、横方向（図中のＸ方向）に周期的でかつ平行に配置されており、それぞれの厚みが０．１５μｍであって、それぞれの散乱体３の位置の周期すなわち散乱体３の中心点から次の散乱体３の中心点までの横方向（図中のＸ方向）の間隔が２．０μｍである。
【０２９０】
分光イメージセンサ１１は、その表面（散乱体３の入射光Ｌ１の入射側）から深さ方向（図中のＺ方向）に２．５０μｍの位置でかつＳｉ基板９から１．０５μｍの位置に、すなわち散乱体３とＳｉ基板９（フォトダイオード群１２に対応）の間に、厚さが０．１μｍでスリット幅Ｄｓが０．８０μｍのスリット５が設けられている。結果として、開口部５ａを包囲する、電磁波（たとえば光）を遮断（光の場合には遮光）する部分である遮光部５ｂの幅が１．２０μｍとなっている。
【０２９１】
スリット５は、それぞれのスリット幅Ｄｓの開口部５ａが、横方向（図中のＸ方向）に周期的でかつ平行に配置されており、さらにそれぞれのスリット幅Ｄｓの開口部５ａが、散乱体３間の中点を通る略中心線CL０上（Ｓｉ基板９やフォトダイオード群１２表面に対して垂直）の位置に設けられ、長尺状の散乱体３と平行に配置されている。つまり、スリット５の開口部５ａの周期（隣接する開口部５ａの間隔）と散乱体３の周期（隣接する遮光部３ｂの間隔）および位相が等しく、かつこれらが平行に配置されている。
【０２９２】
図６４は、赤外光対応の分光イメージセンサ１１において使用するＳｉ（シリコン）の屈折率と消衰係数の波長分散の関係を示す図表である。ここでは、青色、緑色、赤色として代表的な波長をそれぞれ４６０ｎｍ，５４０ｎｍ，６４０ｎｍとしている。可視光（青色、緑色、赤色）については、図７との間で数値の違いがあるが、これは、Ｓｉの作製条件の違いによるものである。また酸化膜ＳｉＯ２の屈折率分散は極めて小さいので、どの波長に対しても屈折率１．４、消衰係数０とする。
【０２９３】
＜分波手法のシミュレーション；赤外光と可視光＞
図６５〜図６９は、図６３に示す構造を持つ分光イメージセンサ１１に受光面（図中の下側）から各波長成分の光を入れたときの赤外光と可視光との分光手法を説明する計算シミュレーション図（ＦＤＴＤ法による光場計算で行なったもの）である。図６５〜図６９において、Ｚ＝２．５μｍの横破線はフォトダイオード群１２とシリコン酸化膜ＳｉＯ２との界面（センサ表面）を表す。
【０２９４】
ここで、図６５は青色光（波長４６０ｎｍ）を、図６６は緑色光（波長５４０ｎｍ）を、図６７は赤色光（波長６４０ｎｍ）を、それぞれ入射したときの計算シミュレーション結果である。これら図から、可視光（青色光、緑色光、赤色光の何れも）に関しては、Ｘ＝−３．０，−１．０，１．０，３．０μｍのところで、Ｚ＝２．５〜３．５μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ１．０μｍ）まで、すなわちセンサ表面近傍〜やや深い領域までにおいて光強度が強くなっているのが判る。
【０２９５】
また、図６８は赤外光（波長７８０ｎｍ）を、図６９は赤外光（波長８８０ｎｍ）を、それぞれ入射したときの計算シミュレーション結果である。ここで、波長７８０ｎｍは、可視光と赤外光の境界付近である。図６９から、赤外光（波長８８０ｎｍ）に関しては、Ｘ＝−２．０，０，２．０μｍのところで、Ｚ＝２．５〜４．５μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ２．０μｍ）まで、すなわちセンサ表面近傍〜かなり深い領域までにおいて光強度が強くなっているのが判る。
【０２９６】
つまり、入射光Ｌ１に含まれる可視光（青色光、緑色光、および赤色光）と赤外光との関係においては、図６３に示す分光イメージセンサ１１に入射させることで、幅方向（図中のＸ方向）において波長による場所依存性を呈するとともに、深さ方向においても波長による場所依存性を呈することが判る。
【０２９７】
また、可視光と赤外光の境界付近である波長７８０ｎｍについて示した図６９では、Ｘ＝−３．０，−２．０，−１．０，０，１．０，２．０，３．０μｍのところで、Ｚ＝２．５〜４．５μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ２．０μｍ）まで、すなわちセンサ表面近傍〜やや深い領域までにおいて光強度が強くなっているのが判る。つまり、可視光（青色光、緑色光、および赤色光）を示した図６５〜図６７と、赤外光（波長８８０ｎｍ）を示した図６９の双方の性質を呈している。
【０２９８】
＜＜赤外光と可視光（３原色分光）＞＞
なお、散乱体７をスリット５とフォトダイオード群１２の受光面との間に配することで、緑色光と青色光を効率よく分光できるので（図４および図５の説明を参照）、フォトダイオード群１２内に、赤外光検知用の光電変換素子に加えて、可視光帯内の青色光、緑色光、および赤色光を受光する個別の光電変換素子を配することで、赤外像とカラー画像とを得るようにすることもできる。
【０２９９】
図７０は、赤外光と可視光帯内を３原色成分に分光する分光イメージセンサ１１の断面構造を示す図である。ハッチング部分がＳｉ材料を示し、それ以外の白色部分が酸化膜ＳｉＯ２を示し、本実施形態の分光イメージセンサ１１は、全体として、Ｓｉ基板９上に酸化膜ＳｉＯ２が形成されている。
【０３００】
図７１〜図７３は、図７０に示す構造を持つ分光イメージセンサ１１に受光面（図中の下側）から各波長成分の光を入れたときの赤外光と可視光（３原色成分）との分光手法を説明する計算シミュレーション図（ＦＤＴＤ法による光場計算で行なったもの）である。図７１〜図７３において、Ｚ≒３．８μｍの横破線はフォトダイオード群１２とシリコン酸化膜ＳｉＯ２との界面（センサ表面）を表す。
【０３０１】
ここで、図７１は赤外光（波長８８０ｎｍ）を、図７２は青色光（波長４６０ｎｍ）を、図７３は緑色光（波長５４０ｎｍ）を、それぞれ入射したときの計算シミュレーション結果である。
【０３０２】
図７２から、青色光（波長４６０ｎｍ）に関しては、Ｘ＝−３．０，−１．０，１．０，３．０μｍのところで、Ｚ≒２．５〜３．０μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ０．５μｍ付近）までにおいて光強度が強くなっているのが判る。
【０３０３】
図７３から、緑色光（波長５４０ｎｍ）に関しても、Ｘ＝−３．０，−１．０，１．０，３．０μｍのところで、Ｚ≒２．５〜３．２μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ０．７μｍ付近）までにおいて光強度が強くなっているのが判る。
【０３０４】
赤色光（波長６４０ｎｍ）に関しては、図示を割愛するが、散乱体７を入れることで、赤外光との分光性能が劣る。よって、この点では、可視光（赤、緑、青）と赤外光を完全に分けて分光するためには、散乱体７がない構造が最適であると考えられる。
【０３０５】
ただし、図７２および図７３から分かるように、Ｘ方向の中心位置は青色光および緑色光の何れも同じであるが、緑色光の方が、Ｘ方向に広くなっているし、表面よりより深いところまで光強度が強くなっている。
【０３０６】
つまり、何れにしても、幅方向（図中のＸ方向）において波長による場所依存性を呈するとともに、深さ方向においても波長による場所依存性を呈することが判る。散乱体７があれば、必ず青色光と緑色光とをうまく分光できるわけではないが、全体構造の中で青色光と緑色光をうまく分光することができる効果を多少なりとも享受できる。
【０３０７】
よって、赤外光対応とする場合においても、散乱体７をセンサ表面とスリット５との間に配することで、図１１〜図１３に示したと同様にして、ｐｎ接合の最大深さを、赤、緑、青の３原色を分光して検出できる各Ｚ方向の適正な範囲に設定すれば、単純に赤外光と可視光とを分離するだけでなく、可視光帯内をさらに赤、緑、青の３原色成分に分離でき、それぞれの色の検知効率が高くなる。可視光帯内の赤、緑、青の分光と赤外光の分光との両立が可能である。
【０３０８】
ただし、可視光帯内のみを赤、緑、青の３原色に分光する場合に比べて、赤、緑、青それぞれの分光性能は劣る。しかしながら、赤、緑、青の３原色を少しでも分光することで、完全なモノクロ画像ではなく、カラー画像を再現し得る効果を得ることは可能である。
【０３０９】
さらに減色フィルタを用いずに、構造によって最適化すれば赤外光と可視光の３原色や紫外光の分光や検知も同時に可能となる。この場合、たとえば可視光とともに赤外光や紫外光も同時に検出してイメージ化できる。これによって眼で見ることができる可視光のイメージ像と対応して、眼で見ることのできない赤外光や紫外光の像情報を同時に受けることができる。これによって新しい情報システムのキーデバイスとして応用が広がる。
【０３１０】
また、図示を割愛するが、散乱体７をセンサ表面とスリット５との間に配することに代えて、可視光についてさらに複数の波長成分に分離する色分離フィルタをはいしてもよい。たとえば、可視光を青、緑、赤の各３原色光の波長成分に分離する赤、緑、青の減色フィルタ（色分離フィルタ）を従来構造と同様の手法を利用して３原色用の光電変換素子（フォトディテクタ）の前にそれぞれ入れることで、可視光帯内を従来構造と同様に、３原色に分光することもできる。可視光（赤、緑、青）と赤外光を完全に分けて分光するためには、散乱体７がない構造が最適であるという性質を十分に享受できるようになる。
【０３１１】
なおこの場合、赤外光用の光電変換素子の前にも同時に減色フィルタを入れてもよい。さらに若干の赤外光が漏れて可視光用の光電変換素子に入射する場合、全体に弱い赤外線カットフィルタを入れてもよい。たとえば５０％以下の赤外線カットフィルタを入れることで、可視光に対してほとんど問題のないレベルまでカットしても赤外光用の光電変換素子では赤外線が集光するので十分な感度となる。
【０３１２】
＜検出位置の適正例；赤外光と可視光＞
図７４は、上記シミュレーション結果に基づく可視光と赤外光との分光における検出位置の適正例を説明する図である。
【０３１３】
たとえば、図７４に示す例のようなエリアで光を検出できるように分光イメージセンサ１１を構成すれば、赤、緑、青の３原色でなる可視光帯と赤外光（波長８８０ｎｍ）とを分光して検出できることになる。
【０３１４】
すなわち可視光（波長４６０ｎｍの青色光、波長５４０ｎｍの緑色光、および波長６４０ｎｍの赤色光）ではＸ＝−３．０，−１．０，１．０，３．０μｍのところでＺ＝２．５〜３．５μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ１．０μｍ）において、赤外光（波長８８０ｎｍ）ではＸ＝−２．０，０，２．０μｍのところでＺ＝２．５〜４．５μｍ（フォトダイオード群１２の表面から深さ２．０μｍ）において検出するようにすればよい。
【０３１５】
つまり、ｐｎ接合の最大深さを各Ｚ方向の範囲に設定すればよいことになる。具体的には、可視光用の光電変換素子１２Ｗをなすｐｎ接合部分の最大深さはフォトダイオード群１２の表面から深さ１．０μｍの範囲、赤外光用の光電変換素子１２IRをなすｐｎ接合部分の最大深さはフォトダイオード群１２の表面から深さ２．０の範囲となるようにすれば、それぞれの波長成分の検知効率が高くなる。
【０３１６】
このときフォトダイオード群１２間での混色を防止するべく、各フォトダイオード群１２の横方向（Ｘ方向）の幅は、各散乱体３の横方向（図中のＸ方向）の間隔２．０μｍ以下とするのがよい。また、フォトダイオード群１２内に設けられる波長別（可視光と赤外光）の光電変換素子をなすｐｎ接合部分の横方向（Ｘ方向）の幅は１．０μｍ以下にするのがよく、さらに好ましくは０．３μｍ以下にするのがよい。これらの値は半導体プロセス上、量産製造し易い値である。
【０３１７】
ここで、ｐｎ接合部分の横幅０．５μｍは赤外光と可視光の２分光を考えた場合２．０μｍ／２＝１．０μｍとして最大値に基づき設定したものである。さらに０．３μｍは現状の０．２５μｍプロセスに対応して量産可能なものとして設定したものである。可視光帯内のみを分光する場合、この寸法が０．５μｍであった点を考慮すると、一般的には、０．５（可視光帯のみのとき）〜１．０（赤外光対応のとき）μｍ以下に設定すればよいこととなる。
【０３１８】
＜赤外光対応の検出位置に対応したセンサ構造；第１例＞
図７５は、図７４の検出位置に対応した赤外光対応のセンサ構造の一構成例を示す断面図である。この分光イメージセンサ１１は、ｐ型Ｓｉ基板９０内において、それぞれのフォトダイオード群１２ごとに、可視光（青色光、緑色光、および赤色光）と赤外光のそれぞれに対応する幅方向（図中のＸ方向）および深さ方向（図中のＺ方向）の各検出位置にｎ型の不純物をドープする。
【０３１９】
こうすることで、可視光と赤外光のそれぞれを検出するｎ型Ｓｉ領域９１が形成されて、各波長成分用の光電変換素子（フォトダイオード）１２Ｗ，１２IRが設けられている。光電変換素子１２Ｗ，１２IRは、Ｓｉ基板９０の受光面側においても、またＳｉ基板９０内においても、横方向（Ｘ方向）に、可視光、赤外光、可視光、赤外光、…の順に配列された構造となっている。
【０３２０】
ここではｎ型とｐ型Ｓｉ半導体の界面付近の空乏層で光が吸収されることで電子と正孔が生成され、かつ電子と正孔が空乏層の電界によってそれぞれｎ型とｐ型半導体に移動することで信号電荷が溜まる。この信号電荷をそれぞれの光電変換素子１２Ｗ，１２IRから読み出すことで、電気信号として検知できることになる。
【０３２１】
つまり、フォトダイオード群１２の各々は、幅方向（図中のＸ方向）および深さ方向（図中のＺ方向）の各検出位置において、可視光と赤外光を独立に検知する検知領域が設けられている。このような構造により、通常のイメージセンサに用いられるような赤外線カットフィルタを使う必要がない（あるいはカットする割合を減らすことができる）ので単位面積あたりに入射する光量が多くなる。そのために光−電気信号の変換効率が高くなり、可視光に関しても高い感度特性が得られる。その上、赤外線カットフィルタが必要ないために低コストになる。
【０３２２】
また１つのフォトダイオード群１２が、可視光（青色光、緑色光、および赤色光）と赤外光を独立に検知する構造であり、１つの画素をなす１つのフォトダイオード群１２で波長分光の１単位（波長分光単位）を実現できる。すなわち実質的にはフォトダイオード群１２内において波長別に光電変換素子を形成した構造であるために、画素に対応するフォトダイオード群１２を波長別に用意する必要がない。
【０３２３】
このため、１つの波長分光単位に１つのフォトダイオード群１２で済むようになり、可視光によるモノクロ画像と赤外光による赤外像を同時に撮像することができる。これによって、たとえば赤外線の発光点を予め用意してそれを追跡することで、可視光の像（モノクロ画像）の中にある赤外光の発光点の位置を検出することができる。
【０３２４】
なお、スリット５とフォトダイオード群１２の受光面との間に散乱体７を配することで、フォトダイオード群１２内に、赤外光検知用の光電変換素子１２IRに加えて、可視光帯検知用の光電変換素子１２Ｗに代えて、可視光帯内の青色光、緑色光、および赤色光を受光する個別の光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒを配することで、１つのイメージセンサで色合いが正確な可視光によるカラー画像と赤外光による像を同時に撮像することもできる。
【０３２５】
また可視光のない、たとえば夜間においても赤外光を照射して撮像することで鮮明な像を得ることができるので、防犯用のイメージセンサとしての応用も可能である。このように眼で見ることができる可視光のイメージ像と対応して、眼で見ることのできない赤外光の像情報を同時に受けることができる。これによって新しい情報システムへのキーデバイスとして応用が広がる。
【０３２６】
＜赤外光対応の検出位置に対応したセンサ構造；ＣＣＤ対応の第１例＞
図７６は、図７５に示す赤外光対応のセンサ構造をインターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子（ＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサ）に適用した場合の構造例を示す見取り図である。また、図７７は、インターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子に適用した場合の回路図である。
【０３２７】
詳細な説明は割愛するが、基本的な構成は、図２４や図２５に示したと同様であり、１つのフォトダイオード群１２が、可視光（青色光、緑色光、および赤色光）と赤外光とを独立に検知する構造であり、実質的には１つのフォトダイオード群１２内において波長別に光電変換素子１２Ｗ，１２IRを形成した構造である。
【０３２８】
＜赤外光対応の検出位置に対応したセンサ構造；ＣＭＯＳ対応の第１例＞
図７８は、図７５に示す赤外光対応のセンサ構造をＣＭＯＳ固体撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）に適用した場合の構造例を示す見取り図である。また、図７９は、ＣＭＯＳ固体撮像素子に適用した場合の回路図である。
【０３２９】
詳細な説明は割愛するが、基本的な構成は、図２６や図２７に示したと同様であり、１つのフォトダイオード群１２が、可視光（青色光、緑色光、および赤色光）と赤外光とを独立に検知する構造であり、実質的には１つのフォトダイオード群１２内において波長別に光電変換素子１２Ｗ，１２IRを形成した構造である。
【０３３０】
＜赤外光対応の検出位置に対応したセンサ構造；第２例＞
図８０は、図７４の赤外光対応の検出位置に対応した第２例のセンサ構造の一構成例を示す断面図である。また、図８１は、図８０に示す第２例のセンサ構造をインターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子（ＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサ）１１１に適用した場合の構造例を示す見取り図である。さらに、図８２は、図８０に示す第２例のセンサ構造をＣＭＯＳ固体撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）２１１に適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【０３３１】
第２例の赤外光対応の分光イメージセンサ１１は、ｎ型Ｓｉ基板９０内において、それぞれのフォトダイオード群１２ごとに、幅方向（図中のＸ方向）および深さ方向（図中のＺ方向）の各対応位置にｐ型の不純物をドープすることでそれぞれ独立したｐ型Ｓｉ領域９２を形成し、それぞれのフォトダイオード群１２ごとに対応するｐ型Ｓｉ領域９２において、可視光に対応する幅方向（図中のＸ方向）および深さ方向（図中のＺ方向）の検出位置にｎ型の不純物をドープすることで、可視光を検出するｎ型Ｓｉ領域９４が形成されて、各波長用の光電変換素子（フォトダイオード）１２Ｗ，１２IRが設けられている。
【０３３２】
つまり、第２例の赤外光対応の分光イメージセンサ１１は、可視光帯内を３原色成分に分光する第３例の分光イメージセンサ１０と同様の構造をしており、ｐ型Ｓｉ領域９２、ｎ型Ｓｉ領域９４を、交互に湾曲に積層させてバームクーヘン状の構造を持つようにしている。
【０３３３】
第２例の構造を持つ分光イメージセンサ１１において、各フォトダイオード群１２は、可視光はそれぞれの画素のｎ型層（ｎ型Ｓｉ領域９３）とそれに対応した共通のｐ型層（ｐ型Ｓｉ領域９２）で形成される光電変換素子１２Ｗの層間に発生する電荷によって検知するが、赤外光に関してはｎ型Ｓｉ基板９０とそれぞれの画素に対応したｐ型層（ｐ型Ｓｉ領域９２）で形成される光電変換素子１２IRの層間で発生する電荷によって検知する。
【０３３４】
こうすることで、フォトダイオード群１２ごとに光電変換素子１２Ｗ、１２IRが独立して設けられるようになる。光電変換素子１２Ｗ、１２IRは、Ｓｉ基板９０の受光面側においても、またＳｉ基板９０内においても、横方向（Ｘ方向）に、赤外光、可視光、赤外光、可視光、の順に配列された構造となっている。
【０３３５】
第２例の赤外光対応の分光イメージセンサ１１を製造する製造プロセス（特に不純物拡散プロセス）の概要は、図示を割愛するが、可視光帯内を３原色成分に分光する第３例の分光イメージセンサ１０に関しての製造プロセスを示した図３５と同様であり、同様の効果を享受できる。ｎ型Ｓｉ領域９４の製造段階で中止すれば、第２例の赤外光対応の分光イメージセンサ１１を製造できる。
【０３３６】
＜赤外光対応の検出位置に対応したセンサ構造；第３例＞
図８３は、図７４の赤外光対応の検出位置に対応した第３例のセンサ構造の一構成例を示す断面図である。また、図８４は、図８３に示す第３例のセンサ構造をインターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子（ＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサ）１１１に適用した場合の構造例を示す見取り図である。さらに、図８５は、図８３に示す第３例のセンサ構造をＣＭＯＳ固体撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）２１１に適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【０３３７】
第３例の赤外光対応の分光イメージセンサ１１は、ｐ型Ｓｉ基板９０上に、ＡｌやＢなどの III族不純物を拡散などで形成されるｐ型Ｓｉ領域９２と、ＰやＳｂなどのＶ族不純物の拡散などで形成されるｎ型Ｓｉ領域９７とが積層されている。ここで、ｐ型Ｓｉ領域９２は、ｐ型Ｓｉ基板９０と同じ伝導性で繋がって連結されるようになっている。
【０３３８】
また、ｐ型Ｓｉ領域９２は、それぞれのフォトダイオード群１２ごとに、幅方向（図中のＸ方向）および深さ方向（図中のＺ方向）の各対応位置に独立（孤立化）して設けられている。そして、それぞれのｐ型Ｓｉ領域９２の境界間にｎ型Ｓｉ領域９７が配されるようになっている。
【０３３９】
つまり、第３例の赤外光対応のセンサ構造を持つ分光イメージセンサ１１は、第２例のセンサ構造を示した図８０において、ｎ型Ｓｉ基板９０内の、ｐ型Ｓｉ領域９２のボトム位置（図中Ｚ≒４．７μｍの点線位置）よりも深い部分を、ｎ型からｐ型に変更したような構造となっており、可視光帯内を３原色成分に分光する分光イメージセンサ１０の第２例あるいは第３例に対する変形例を示した図３６〜図４２に対応するもので、同様の効果が得られる。
【０３４０】
＜赤外光対応のセンサ構造；くし型構造＞
図８６は、第１例〜第３例の赤外光対応のセンサ構造に対する変形例を示す断面図である。また、図８７は、図８６に示す変形例のセンサ構造をインターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子（ＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサ）１１１に適用した場合の構造例を示す見取り図である。さらに、図８８は、図８６に示す変形例のセンサ構造をＣＭＯＳ固体撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）２１１に適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【０３４１】
上述の構造はそれぞれの光電変換素子１２Ｗ，１２IRが、散乱体３の間隔が２．０μｍである場合に、その２．０μｍをほぼ２等分した面積を占めることになる。これに対して、さらに面積を増やして入射する光量を増やすためには、可視光帯内を３原色成分に分光する分光イメージセンサ１０について図４３〜図４５に示したと同様に、受光面内において、ｐ型とｎ型のパターンをくし型構造にするとよい。こうすることで、図４３〜図４５に示した構造と同様に、検知する面積が実効的に増えることになる。
【０３４２】
たとえば、図８６〜図８８に示す例では、１ユニットセルが上述の３周期分に対応するように、赤外用の光電変換素子１２IRをなすｐ型Ｓｉ領域９２の面内において、可視光用の光電変換素子１２Ｗをなすｎ型Ｓｉ領域９３を、ｐ型とｎ型のパターンをくし型構造に形成し、それぞれに対して１つの読出ゲート１２４や画素内アンプ２０５を設けている。ここで、赤外光は可視光より侵入深さが大きいので、ｐ型Ｓｉ領域９２は、Ｚ＝３．５μｍ以上であればよいことになる（フォトダイオード表面から１μｍ以上）。
【０３４３】
なお、１つのフォトダイオード群１２が回折格子１の周期の２周期以上の長さを持つ撮像デバイスを構成できればよく、１ユニットセル内に設ける周期数は３周期に限定されず、くしの数を２周期分となるように構成してもよいし、３周期よりさらに増やすことも可能である。
【０３４４】
＜その他の赤外光対応のセンサ構造の変形例の概要＞
以上説明した全ての赤外光対応のセンサ構造は、ｐ型半導体とｎ型半導体をすべて逆にしても成り立つ。また図７５，図７６，図７８，図８３，図８４，図８５においては、ノイズ信号を抑える意味でｎ型基板を用いてもよい。この場合、ｎ基板にＡｌやＢなどの III族ドーパントの熱拡散処理などを行なうことで表面から深さ４．５μｍ以上をｐ型化した上で、このような構造を作ってもよい。
【０３４５】
さらに、リーク電流を抑える意味で、図８８までのすべての構造の半導体最表面の深さ０．１μｍ以内をＡｌやＢなどの III族ドーパントの熱拡散などを行なうことでｐ型化してもよい。
【０３４６】
また、図６３を用いて説明したシミュレーション結果と、それに対応するセンサ構造の各例は、散乱体３の位置の周期（光散乱体の中心点から次の同じ光散乱体の中心点までの横方向の間隔）が２．０μｍの場合であるが、この周期を変えても同様な効果が得られることは容易に推測できるであろう。また、この周期はフォトダイオード群１２の配列ピッチ（従来構造の画素ピッチ）に対応するので、結果として、散乱体３の位置の周期を変えることで画素ピッチを調整可能となる。高密度の赤外光対応の撮像デバイスにする場合には、この周期を小さくすればよく、低密度の赤外光対応の撮像デバイスにする場合には、この周期を大きくすればよい。
【０３４７】
たとえば、散乱体３の位置の周期が０．５〜５μｍまででも同じ効果が得られる。下限の０．５μｍは可視光帯内を３原色成分に分光する場合と同様に赤外光の回折限界に基づき設定したものである。そもそもの限界である０．３μｍを下限に設定しても不都合はない。また、上限の５μｍについても可視光帯内を３原色成分に分光する場合と同様に回折現象が顕著に生じるオーダーに基づき設定したものである。もちろん５μｍ以上でも回折現象が生じるので上限を特に限定するものではない。この点では、“望ましくは５μｍ以下”ということでも不都合はない。
【０３４８】
また、必ずしも特定するものではないが、望ましくは周期が１〜２μｍの範囲、さらに好ましくは上記で説明したように周期が１．５μｍであるのがよい。ここで下限の１μｍは一般的な可視光や赤外光の回折格子の周期構造および１周期の中に２つ以上作る光電変換素子の作製のし易さに基づき設定したものである。一方、上限の２μｍはシミュレーションの結果から２μｍまでであれば作製が今のところ容易であることが確認されたことに基づき設定したものである。
【０３４９】
また、図６３において、散乱体３は、回折効果および集光性を得ることができるものであればよく、その厚みは通常０．０１μｍ以上であればよい。ここで下限の０．１μｍは光の散乱および回折が生じることのできる最小値に基づき設定したものである。通常、光の波長の１／１０程度の散乱体があれば光の散乱および回折が生じる。
【０３５０】
また、散乱体３の厚みは、母材であるＳｉＯ２の屈折率の関係から、望ましくは０．１μｍ以上、さらに望ましくは０．１５±０．０５の範囲であればよい。ここで下限の０．１μｍは有効に散乱および回折が生じる厚みに基づき設定したものである。また、中心値の０．１５μｍはシミュレーション結果で特によい分光特性を示したことに基づき設定したものであり、範囲０．０５μｍは作製上のバラツキを考慮して設定したものである。
【０３５１】
なお、スリット５とフォトダイオード群１２の表面との間に散乱体７を設けて、可視光をさらに分光することで、カラー画像と赤外像とを同時に取得する構造とする場合には、散乱体７に関しても散乱体３と同様であり、その厚みは通常０．０１μｍ以上であればよい。
【０３５２】
また、散乱体３の横方向の幅は０．０５μｍ以上あればよい。ここで下限の０．０５μｍは光の散乱および回折が生じることのできる最小値に基づき設定したものである。通常、光の波長の１／１０程度の散乱体があれば光の散乱および回折が生じる。なお、この横方向の幅は散乱体の厚みとの整合性を考えて下限を０．０１μｍに設定したいところであるが、プロセスを考えると最新のプロセスで０．０５μｍ幅ができるかどうかに依存する。よって、光の散乱および回折が可能なことと最小プロセス幅を考慮して、０．０５μｍを下限に設定している。
【０３５３】
なお、スリット５とフォトダイオード群１２の表面との間に散乱体７を設けて、可視光をさらに分光することで、カラー画像と赤外像とを同時に取得する構造とする場合には、散乱体７に関しても散乱体３と同様であり、その横方向の幅は０．０５μｍ以上であるのがよい。
【０３５４】
また、特に望ましくは散乱体３の横方向の幅ｄは０．０５μｍ≦ｄ≦０．３μｍの範囲（０．２−０．１５／＋０．１μｍ）であればよい。ここで大凡の中心値である０．２μｍはシミュレーションの結果、分光特性がよかったことからこの値０．２μｍを中心値に設定したものである。また範囲の−０．１５μｍは下限の関係で限定したものである一方、上限に関しては、製造し易い量産化プロセス（０．２５μｍプロセス）のことを考えて＋０．１μｍに設定したものである。
【０３５５】
また、スリット５の開口部５ａの幅（スリット幅Ｄｓ）は、０．１μｍ以上あればよい。ここで下限の０．１μｍは効果的に回折が生じる最小値に基づき設定したものである。また、好ましくは０．８±０．３μｍの範囲であるのがよく、特に分光特性を高めるためには０．８±０．１μｍの範囲であるのがよい。ここで中心値の０．８μｍと範囲±０．３は、図１の概念図で説明したように、スリットの幅を８００ｎｍ±３００ｎｍとすることで可視光と赤外光を分光されることが判ったことに基づき設定したものである。また範囲±０．１μｍは、同じくシミュレーションの結果から正確に可視光と赤外光の境界波長である７８０ｎｍ付近で分光できる条件に基づき設定したものである。
【０３５６】
また、スリット５の厚みｔは、分光効果を得るために０．０１μｍ以上あればよい。ここで下限の０．０１μｍはスリットの機能が働く最小値に基づき設定したものである。また特に効率的な効果を得るためには、０．０１μｍ≦ｔ≦０．２μｍ（０．１−０．０９／＋０．１μｍ）の範囲であればよい。ここで大凡の中心値の０．１μｍはシミュレーションの結果で分光特性がよかったことから０．１μｍを中心値に設定したものである。その範囲−０．０９／＋０．１は同じくシミュレーションの結果から効率よく赤外光と可視光の間を分光できる条件（±０．１）に基づき設定したものである。下限を−０．０９としているのは、０．０１μｍ以上を充たすためである。
【０３５７】
また、スリット５からフォトダイオード群１２の表面までの距離は１．５±１．３μｍであればよい。これはプロセスが可能でかつ赤外分光できる距離に基づき設定したものである。また特に分光特性を高めるために、この距離は１．０５±０．５μｍの範囲であればよい。ここで中心値の１．０５μｍは、シミュレーションの結果、最もよく分光される値に基づき設定したものであり、その範囲±０．５μｍはシミュレーションの結果から限定したものである。
【０３５８】
なお、上記で示した赤外光対応の構成例は、散乱体３とスリット５といった２種類の散乱体の組合せもしくは散乱体３とスリット５と散乱体７といった３種類の散乱体の組合せで波長分散部を構成しているが、可視光帯内を３原色成分に分光する場合の＜波長分散部の変形例＞の項にて説明したと同様に、波長分散部の構成はこのようなものに限定されるものではない。赤外光と可視光といった大きな波長領域の分光であるので、散乱体がスリット５以外の構造を持つ１種（散乱体３）だけでなる波長分散部でも、赤外光と可視光とを分光できる。
【０３５９】
＜包囲形状の散乱体を用いた赤外光対応のセンサ構造＞
図８９は、包囲形状の散乱体を散乱体３に用いた赤外光対応のセンサ構造をインターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子（ＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサ）１１１に適用した場合の構造例を示す見取り図である。さらに、図９０は、包囲形状の散乱体を散乱体３に用いた赤外光対応のセンサ構造をＣＭＯＳ固体撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）２１１に適用した場合の構造例を示す見取り図である。ここでは、散乱体７を使用した形態で示している。なお、それぞれの断面構造は、図７５や図８０や図８３としてもよい。
【０３６０】
上記説明は全て、散乱体３として、線状光散乱体または棒状光散乱体というように長尺状のものを用いた場合について述べていたが、可視光帯内を複数の波長成分（前例では青、緑、赤の３つの波長成分）に分光するセンサ構造の場合と同様に、包囲形状の散乱体を使ってもよい。包囲形状の散乱体を用いることで、回折効果を、１次元方向（上記説明の横方向）だけでなく、それと直交する方向にも、すなわち２次元方向に得ることができるようになる。
【０３６１】
このように、包囲形状の散乱体を散乱体３に使う場合においても、散乱体３およびスリット５の配置関係は、図２にて説明したと同様にすればよく、上記で説明したと同様の効果を享受可能である。
【０３６２】
たとえば、入射光Ｌ１側において、所定形状（たとえば正方形状や長方形状や円形状）の開口部３ａとその周囲に遮光部３ｂを有する散乱体３が平行かつ周期的かつ受光面内の所定方向に列をなすように横方向（図中のＸ方向）に配置する。遮光部３ｂは、電磁波（たとえば光）を遮断（光の場合には遮光）する遮断部材が長尺状をなした散乱体３に相当する部分である。
【０３６３】
また、散乱体３とＳｉ基板９との間における回折波Ｌ２が集まる周辺に所定形状（たとえば正方形状や長方形状や円形状）の開口部５ａが配されるようにスリット５を設ける。このスリット５は、開口部５ａの周期（隣接する開口部５ａの間隔）と散乱体３の開口部３ａの周期（隣接する開口部３ａの間隔）が等しく、かつこれらを平行に配置する。加えて、隣接する散乱体３の開口部３ａ間の中点を通る略中心線CL０上（フォトダイオード群１２表面に対して垂直）の位置にスリット５の開口部５ａが配されるようにする。
【０３６４】
たとえば図８９のＣＣＤ構造や図９０のＣＭＯＳ構造のように方形状の開口部３ａを持つ散乱体３（井形形状の散乱体）と正方形状の開口部５ａを持つスリット５を用いた場合、フォトダイオード群１２（光電変換素子１２Ｗ，１２IR）は図に示すような構造となる。すなわち、包囲形状の散乱体を用いることで、回折効果を２次元方向に得ることができるので、可視光は開口部５ａの中心を通る垂線上およびその近傍に集まり、その周辺に赤外光が分光されるようになる。
【０３６５】
このため、可視光を検知する光電変換素子１２Ｗが開口部５ａの中心を通る垂線上に配置され、その周辺に赤外光を検知する光電変換素子１２IRが配置されるようにする。
【０３６６】
たとえば、図８９および図９０に示すように、フォトダイオード群１２の受光面側において、可視光用の光電変換素子１２Ｗをなすｎ型Ｓｉ領域９１（あるいはｎ型Ｓｉ領域９３など；以下同様）を開口部５ａの中心を通る垂線上に配置し、その周辺にｐ型Ｓｉ領域９２を挟んで、赤外光用の光電変換素子１２IRをなすｎ型Ｓｉ領域９１を配を配する。
【０３６７】
ただし、図示するように、赤外光用の光電変換素子１２IRに関しては、可視光用の光電変換素子１２Ｗの読出ゲート１２４Ｗやセルアンプ２０５Ｗや隣の赤外光用の光電変換素子１２IRを独立させる必要が生じる。このためには、赤外光用の光電変換素子１２IRをなすｎ型Ｓｉ領域９１における四方の一部を刳り抜いた形状にするのがよい。たとえば、赤外光用の光電変換素子１２IRをなすｎ型Ｓｉ領域９１における四方の一部を、図示のようなＬ字状するとよいし、または図示しないがＩ字状にしてもよい。
【０３６８】
＜＜製造プロセスの具体例＞＞
図９１〜図９３は、上記実施形態で説明したセンサ構造の分光イメージセンサ１０，１１を製造する具体的なプロセス例を示す図である。この図９１〜図９３は、図１３、図２１、あるいは図７４に示されるセンサ構造の製造プロセス例である。この構造の作製方法は、ｎ型Ｓｉ半導体に酸化膜のマスクをリソグラフィ技術によってパターニングする。さらに上から熱拡散技術を用いて III族元素をドーピングする。この場合、ドーピングの深さは時間で制御される。
【０３６９】
たとえば、ｎ型Ｓｉ半導体基板５００上に、たとえば、素子分光用作製用の窒化シリコン（ＳｉＮ）膜５１２を成膜後、パターニングおよび酸化処理を行なうことで酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜５１４を形成する（図９１（Ａ））。この後に窒化シリコン膜５１２を除去することで、素子分離領域５１０を作製する（図９１（Ｂ））。その後、ゲート酸化膜（Ｇａｔｅ  Ｏｘ．）５２０を形成した後、ゲート用のポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ  Ｓｉ；ゲート多結晶Ｓｉ）５２２などを成膜させる（図９１（Ｃ））。
【０３７０】
この後、リソグラフィおよびドライエッチング技術でゲート配線５３０のパターニングを行なう（図９１（Ｄ））。また、イオン注入を行なうことで、センサ領域５３２とトランジスタ領域５３４（両者を纏めてイオンセンサ領域ともいう）を形成する（図９１（Ｄ））。
【０３７１】
なお、上述した不純物のドーピングおよび熱拡散は、ゲート配線形成前後に、目的に応じて形成させる。
【０３７２】
その後、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜などの層間膜５４０，５４２を形成する。ここで、ゲート配線５３０形成後の層間膜５４０，５４２形成時に、たとえばポリシリコン（Ｐｏｌｙ  Ｓｉ）膜や窒化シリコン（ＳｉＮ）膜などの回折格子膜を層間膜５４０内に形成する。なお、この回折格子膜は配線金属膜でも形成できる。この後、回折格子膜に対してリソグラフィおよびドライエッチでパターニングを行なうことで回折格子５８０を形成する（図９２の拡大図を参照）。
【０３７３】
この後、メタル配線などによる電気的な接続孔５５０，５５２および配線金属膜５６０，５６２でなるメタル配線を層間膜５４０，５４２に形成し、さらにパッシベーション膜（図示せず）を成膜することで、半導体ＬＳＩを伴ったセンサを形成する（図９２）。
【０３７４】
なお、回折格子を形成するに当たっては、図９３に示すように、層間膜５４０，５４２間の配線金属膜５６０を形成すると同時に形成することでメタル回折格子５８２として形成することができるし、別の膜（別の金属）でも形成させることができる。
【０３７５】
＜構成例１；可視光帯内＞
図９４および図９５は、上記製造プロセスを例として作製した、可視光帯内を３原色成分に分光するＣＭＯＳ固体撮像素子２０１の第１の構成例を示す図であって、図９４はその構造例の平面図および断面図で（何れも模式図）あり、図９５は回路図（Ａ）および信号タイミング図（Ｂ）である。
【０３７６】
フォトダイオード群７３２をなす各色用の光電変換素子７３２Ｂ，７３２Ｇ，７３２Ｒは、Ｎ+ 型不純物領域からなるＮＰダイオードの表面側の電荷蓄積層上にさらに、Ｐ+型不純物領域からなる正孔蓄積層（以下第２センサ領域ともいう）が積層された、いわゆるＨＡＤ（Hole Accumulated Diode)構造となっている（たとえば特開平５−３３５５４８号公報、特開２００３−７８１２５号公報参照）。
【０３７７】
光電変換素子７３２Ｂ，７３２Ｇ，７３２Ｒのカソード側は共通に転送ゲート７３４のソースに接続され、アノードはフローティング状態とされている。
【０３７８】
画素内アンプ７０５は、電荷生成部に相当する光電変換素子（Ｓ／Ｄ）７３２Ｂ，７３２Ｇ，７３２Ｒにより生成されフローティングディフュージョン７３８に保持された信号電荷に対応する信号電圧を増幅するためのドレイン線（ＤＲＮ）７５４に接続された増幅用トランジスタ７４０と、リセット配線７５６を介してリセットパルスＲＳＴの元で制御されるリセットトランジスタ７３６と、転送ゲート配線７５５を介して駆動パルスＴＸで走査される転送部の一例である転送ゲート（読出選択用トランジスタ）７３４を有する、３つのトランジスタからなる構成のものである。増幅用トランジスタ７４０は、信号電圧を画素信号線７５１を介して垂直信号線７５３に出力する。
【０３７９】
また、本構成例特有の構成として、転送ゲート７３４は光電変換素子７３２Ｂ，７３２Ｇ，７３２Ｒの読出しの全てに関わるように構成されている（光電変換素子７３２Ｂ，７３２Ｇ，７３２Ｒのカソード側が共通にソースに接続）とともに、リセットパルスＲＧの指示の元で光電変換素子７３２Ｇの読出しに関わるスイッチをなすリセットトランジスタ７３５Ｇが光電変換素子７３２Ｇに対して設けられ、また、リセットパルスＲＲの指示の元で光電変換素子７３２Ｒの読出しに関わるスイッチをなすリセットトランジスタ７３５Ｒが光電変換素子７３２Ｒに対して設けられている。
【０３８０】
転送ゲート７３４やリセットトランジスタ７３５Ｇ，７３５Ｒは、図示しない制御部（図２７の駆動制御部２０７に相当）によって制御される。
【０３８１】
各格子で色分離された各光電変換素子７３２Ｂ，７３２Ｇ，７３２Ｒは転送ゲート７３４を通じて増幅用トランジスタ７４０とリセットトランジスタ７３６などを通じた画素内アンプ７０５へ接続されて、リセット状態と信号読出し状態を示した図９５（Ｂ）に示す各タイミングに応じて画素信号を垂直信号線７５３に出力する。
【０３８２】
なお、図９４および図９５（Ａ）においては、各光電変換素子７３２Ｂ，７３２Ｇ，７３２Ｒからは転送ゲート７３４を通じて信号電荷が画素内アンプ７０５に出力されているが、これに限らず、転送ゲートは存在せず、各光電変換素子７３２Ｂ，７３２Ｇ，７３２Ｒから直接電気的に画素内アンプ７０５に接続される構成を採ることもできる。各光電変換素子７３２Ｂ，７３２Ｇ，７３２Ｒから出力される回路例は本方式にこだわらず、回折格子から色分離され各光電変換素子７３２Ｂ，７３２Ｇ，７３２Ｒから得た信号はすべての回路方式に適用される。
【０３８３】
ここで、赤色成分Ｒと緑色成分Ｇはそれぞれリセットスイッチ（リセットトランジスタ７３５Ｇ，７３５Ｒ）が装着され、青色成分Ｂを読み出す前に、それぞれ電位状態にリセットされる。赤色成分Ｒはさらに緑色成分Ｇを読み出す前にも電位をリセット状態にされる。これにより、同一の転送ゲート７３４を通じて画素信号が読み出されるが、リセットされていない光電変換素子のみからそれぞれの信号電荷を読み出すことができる。青色成分Ｂは転送ゲート７３４でそれぞれ読み出す際にリセットされる。それぞれの信号電荷を読み出す前にフローティングディフュージョン７３８をリセットさせることで、Ｂ→Ｇ→Ｒの順に、画素信号Ｂ，Ｇ，Ｒを独立に読み出すことができる。
【０３８４】
＜構成例２；可視光帯内＞
図９６および図９７は、上記製造プロセスを例として作製した、可視光帯内を３原色成分に分光するＣＭＯＳ固体撮像素子２０１の第２の構成例を示す図であって、図９６はその構造例の平面図および断面図で（何れも模式図）あり、図９７は回路図（Ａ）および信号タイミング図（Ｂ）である。
【０３８５】
図９４および図９５に示した構成例１との対比においては、フォトダイオード群７３２をなす各色用の光電変換素子７３２Ｂ，７３２Ｇ，７３２Ｒとフローティングディフュージョン７３８との間の接続構成が異なる。具体的には、光電変換素子７３２Ｂ，７３２Ｇ，７３２Ｒのそれぞれに対して、色別に転送ゲート７３４Ｂ，７３４Ｇ，７３４Ｒが設けられている構造である。各転送ゲート７３４Ｂ，７３４Ｇ，７３４Ｒは、図示しない制御部（図２７の駆動制御部２０７に相当）によって制御される。
【０３８６】
このような構成例の構造においては、各格子で色分離された各光電変換素子７３２Ｂ，７３２Ｇ，７３２Ｒはそれぞれに対応する転送ゲート７３４Ｂ，７３４Ｇ，７３４Ｒを通じて、増幅用トランジスタ７４０とリセットトランジスタ７３６などを通じた画素内アンプ７０５へ接続されて、リセット状態と信号読出し状態を示した図９７（Ｂ）に示す各タイミングに応じて画素信号を垂直信号線７５３に出力する。それぞれの信号電荷を読み出す前にフローティングディフュージョン７３８をリセットさせることで、Ｒ→Ｇ→Ｂの順（順序を入れ替えてもよい）に、画素信号Ｒ，Ｇ，Ｂを独立に読み出すことができる。
【０３８７】
なお、図９６および図９７（Ａ）においては、各光電変換素子７３２Ｂ，７３２Ｇ，７３２Ｒからは対応する転送ゲート７３４Ｂ，７３４Ｇ，７３４Ｒを通じて信号電荷が画素内アンプ７０５に出力されているが、これに限らず、転送ゲートは存在せず、各光電変換素子７３２Ｂ，７３２Ｇ，７３２Ｒから直接電気的に画素内アンプ７０５に接続される構成を採ることもできる。各光電変換素子７３２Ｂ，７３２Ｇ，７３２Ｒから出力される回路例は本方式にこだわらず、回折格子から色分離され各光電変換素子７３２Ｂ，７３２Ｇ，７３２Ｒから得た信号はすべての回路方式に適用される。
【０３８８】
＜構成例３；可視光帯内＞
図９８、図９９、および図１００は、ＣＭＯＳ固体撮像素子の光電変換素子領域を裏面側にも作製した第３の構成例を示す図である。ここで、図９８および図９９は、裏面側に回折格子膜を設定させ、表面側へ信号を転送させるデバイス構造例を示し、また図１００は、表面および裏面にそれぞれ、信号を転送させるゲートを設定させた例を示す。なお、画素内アンプの回路方式は、図９５や図９７で示した回路例がそのまま裏面側へも適用できる。
【０３８９】
たとえば、図９８および図９９に示す第３の構成例（その１）においては、ｎ型Ｓｉ半導体基板５００の裏面側におけるセンサ領域５３２に対応する位置にイオン注入を行なうことで、裏面側センサ領域５３３を形成する。
【０３９０】
その後、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜などの層間膜５４２をｎ型Ｓｉ半導体基板５００の裏面側に形成する。ここで、層間膜５４４形成時に、たとえばポリシリコン（Ｐｏｌｙ  Ｓｉ）膜や窒化シリコン（ＳｉＮ）膜などの回折格子膜を層間膜５４４内に形成する。なお、この回折格子膜は配線金属膜でも形成できる。この後、回折格子膜に対してリソグラフィおよびドライエッチでパターニングを行なうことで回折格子５８４を形成する。
【０３９１】
信号は、ｎ型Ｓｉ半導体基板５００の表面側に形成される層間膜５４０，５４２の接続孔５５０および配線金属膜５６０を介して取り出される。
【０３９２】
また図１００に示す第３の構成例（その２）においては、図９９に示す第３の構成例（その１）に加えて、層間膜５４４上に層間膜５４６を形成し、またメタル配線などによる電気的な接続孔５５４および配線金属膜５６４を層間膜５４５，５４６に形成する。
【０３９３】
このように、光電変換素子領域を裏面側に作製した構成を採ることで、開口を大きくして効率よく光を集光できる。
【０３９４】
また、第３の構成例（その１）では、表面に転送ゲートと配線領域などを配置させ、裏面側に回折格子を形成させた構造である。集光面は裏面だけの場合であり、かつ電気信号は全て表面で得ることを意図した構造であり、３色はＸ面に対してそれぞれ独立に信号を出力できる利点を有する。また、従来と比較して表面に回折格子を配置させる場合に対して配線などが光集光に対して妨げとなるが、本構造は悪影響がない。
【０３９５】
一方、第３の構成例（その２）では、基本的には第３の構成例（その１）と同様であるが、さらに裏面から光を集光させ、青、緑は浅い領域で発生する電子を裏面側で電気信号に変換させて出力させる。深い赤は表面で電気信号に変換させて出力させる方式である。深さ方向もデザインに利用することで、青、緑、赤の集光するデザインが一面であった第３の構成例（その１）に比較して、両面を用いてデザインできるのでより自由度の高い設計が可能となる。
【０３９６】
青、緑はＸ面に対して上記同様独立に信号を出力できるが、さらに赤は深さＺ方向に対して分離された状態でも出力できる。これは、Ｘ面だけに、それぞれ信号を出力させるための電極もしくは信号出力部を形成させる必要があるが、Ｘ面に対しては最低２つの出力端子を設定させ、さらに深さＺ方向に電極を設定できることから電極面積を削減できる。結果として、光電変換領域を広く確保でき、光電変換させる電子数を多数に確保できる利点を有する。つまり、高感度化に対しては、第３の構成例（その２）はより有利となる構造である。
【０３９７】
＜構成例４；可視光帯内＞
図１０１および図１０２は、上記製造プロセスを例として作製した、可視光帯内を３原色成分に分光するＣＣＤ固体撮像素子１０１の構成例（構成例４という）を示す図であって、図１０１はその構造例の１画素分（１つのフォトダイオード群１２）を示し、図１０２は、画素（フォトダイオード群１２）を並べた場合を示し、また、図１０３は信号タイミング図である。
【０３９８】
各光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒに回折格子を設定し色分離を行ない、各読出ゲート１２４Ｂ，１２４Ｇ，１２４Ｒを通じて垂直転送ＣＣＤ１２２へ電荷転送を行なう。そして、垂直転送ＣＣＤ１２２（１２２ａ，１２２ｂ）から転送された信号電荷は水平転送ＣＣＤ１２６に送られ、さらに水平転送ＣＣＤ１２６の転送先の端部に設けられたフローティング・ディフュージョン・アンプ（ＦＤＡ）構成の電荷電圧変換部を有する出力アンプ１２８に送られる。
【０３９９】
ここで、図１０１および図１０２から判るように、上述の図２４などとは異なり、フォトダイオード群１２の各光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒのうちの光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇに蓄積された信号電荷は、同一垂直列の垂直転送ＣＣＤ１２２ａに読み出されるが、光電変換素子１２Ｒに蓄積された信号電荷は、隣接するフォトダイオード群１２における光電変換素子１２Ｂ，１２Ｇ用の垂直転送ＣＣＤ１２２ｂに読み出されるようにしている。
【０４００】
このような構造において、すべてリセット後に露光開始、赤色光成分を読み出し、青色光成分を読み出し、最後に緑色光成分を読み出すことで、それぞれの波長成分信号に応じて電荷転送が可能となる。たとえば図１０３に示す信号タイミング図のように、全面リセットＲＳＴを基板方向へ抜いたあと、露光開始し、その後、読出パルスＲＯＧ＿Ｒ，ＲＯＧ＿Ｂの順番に読出ゲート１２４Ｒ，１２４Ｂに供給して垂直転送ＣＣＤ１２２ａ，１２２ｂへ各色光成分Ｒ，Ｂの信号を抜いていく。そして、最後に読出パルスＲＯＧ＿Ｇを読出ゲート１２４Ｇに供給して垂直転送ＣＣＤ１２２ａへ緑色光成分Ｇの信号を抜いていく。
【０４０１】
なお、ここではインターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子（ＩＴ＿ＣＣＤ）を例に示すが、フレーム転送方式のＣＣＤ固体撮像素子（ＦＴ＿ＣＣＤ）やフレーム−インターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子（ＦＩＴ＿ＣＣＤ）にも適用できる。
【０４０２】
＜構成例１Ａ；赤外光対応＞
図１０４〜図１０６は、上記製造プロセスを例として作製した、赤外光と可視光の２つの波長成分に分光するＣＭＯＳ固体撮像素子２０１の第１の構成例を示す図であって、図１０４はその構造例の平面図および断面図で（何れも模式図）あり、図１０５および図１０６は回路図（Ａ）および信号タイミング図（Ｂ）である。
【０４０３】
図１０４に示す構造については、詳細な説明を割愛するが、図９４に示した可視光帯内を３つの波長成分（色成分）に分光する構造を、赤外光と可視光の２つの波長成分に分光する構造に変更しているものの、基本的な構造に、相違はない。
【０４０４】
また、図１０５および図１０６に示す回路図において、画素内アンプ７０５は、図９５（Ａ）に示すものと同様である。
【０４０５】
また、本構成例特有の構成として、転送ゲート７３４は光電変換素子７３２Ｗ，７３２IRの読出しの全てに関わるように構成されているとともに、図１０５（Ａ）に示す回路では、リセットパルスＲIRの指示の元で光電変換素子７３２IRの読出しに関わるスイッチをなすリセットトランジスタ７３５IRが光電変換素子７３２IRに対して設けられている。
【０４０６】
各格子で波長分離された各光電変換素子７３２Ｗ，７３２IRは転送ゲート７３４を通じて増幅用トランジスタ７４０とリセットトランジスタ７３６などを通じた画素内アンプ７０５へ接続されて、リセット状態と信号読出し状態を示した図１０５（Ｂ）に示す各タイミングに応じて画素信号を出力する。
【０４０７】
ここで、図１０５（Ａ）に示す回路では、赤外光成分IRはリセットスイッチ（リセットトランジスタ７３５IR）が装着されており、先ず赤外光成分IRをリセットした状態で可視光成分Ｗを読み出す。これにより、同一の転送ゲート７３４を通じて画素信号が読み出されるが、リセットされていない光電変換素子７３２Ｗのみから信号電荷に応じた電位を読み出すことができる。
【０４０８】
この後、図１０５（Ｂ）に示すタイミングでは、各リセットパルスＲＳＴをリセットトランジスタ７３６に供給することなく非破壊読出しにより、赤外光成分IRと可視光成分Ｗとを合成して読み出す。赤外光成分IRは、合成成分Ｗ＋IRから可視光成分Ｗを減算する演算“IR＝（Ｗ＋IR）−Ｗ”を行なうことで求めることができる。
【０４０９】
一方、図１０６（Ａ）に示す回路では、リセットパルスＲIRの指示の元で光電変換素子７３２IRの読出しに関わるスイッチをなすリセットトランジスタ７３５IRに加えて、リセットパルスＲＷの指示の元で光電変換素子７３２Ｗの読出しに関わるスイッチをなすリセットトランジスタ７３５Ｗが光電変換素子７３２Ｗに対して設けられている。
【０４１０】
各格子で波長分離された各光電変換素子７３２Ｗ，７３２IRは転送ゲート７３４を通じて増幅用トランジスタ７４０とリセットトランジスタ７３６などを通じた画素内アンプ７０５へ接続されて、リセット状態と信号読出し状態を示した図１０６（Ｂ）に示す各タイミングに応じて画素信号を出力する。
【０４１１】
ここで、先ず赤外光成分IRをリセットした状態で可視光成分Ｗを読み出す。これにより、同一の転送ゲート７３４を通じて画素信号が読み出されるが、リセットされていない光電変換素子７３２Ｗのみから信号電荷に応じた電位を読み出すことができる。
【０４１２】
この後、図１０６（Ｂ）に示すタイミングでは、可視光成分Ｗをリセットした状態でリセットトランジスタ７３６もリセットして、赤外光成分IRを読み出す。それぞれの信号電荷を読み出す前にフローティングディフュージョン７３８をリセットさせることで、可視光成分Ｌ→赤外光成分IRの順に、画素信号を独立に読み出すことができる。
【０４１３】
＜構成例２Ａ；赤外光対応＞
図１０７および図１０８は、上記製造プロセスを例として作製した、赤外光と可視光の２つの波長成分に分光するＣＭＯＳ固体撮像素子２０１の第２の構成例を示す図であって、図１０７はその構造例の平面図および断面図で（何れも模式図）あり、図１０８は回路図（Ａ）および信号タイミング図（Ｂ）である。
【０４１４】
図１０４および図１０５に示した構成例１との対比においては、図９６および図９７と同様に、光電変換素子７３２Ｗ，７３２IRのそれぞれに対して、波長別に転送ゲート７３４Ｗ，７３４IRが設けられている構造であり、各格子で波長分離された各光電変換素子７３２Ｗ，７３２IRはそれぞれに対応する転送ゲート７３４Ｗ，７３４IRを通じて、増幅用トランジスタ７４０とリセットトランジスタ７３６などを通じた画素内アンプ７０５へ接続されて、リセット状態と信号読出し状態を示した図１０８（Ｂ）に示す各タイミングに応じて画素信号を出力する。それぞれの信号電荷を読み出す前にフローティングディフュージョン７３８をリセットさせることで、赤外光成分IR→可視光成分Ｌ→の順（その逆でもよい）に、画素信号を独立に読み出すことができる。
【０４１５】
＜構成例３Ａ；赤外光対応＞
なお、図示を割愛するが、図９８〜図１００にて説明したと同様に、赤外光対応のＣＭＯＳ固体撮像素子の光電変換素子領域を裏面側にも作製することができる。画素内アンプの回路方式は、図１０５や図１０８で示した回路例がそのまま裏面側へも適用できる。
【０４１６】
なお、図９８に対応する図は、平面図は図１０４と同じである。この点では、可視光帯内を３原色に分光する場合と異なった図となる。一方、図９９，図１００はデバイスの断面構造であり、可視光帯内を３つの波長成分（色成分）に分光する構造を赤外光と可視光の２つの波長成分に分光する構造に変更すればく、基本的な構造に相違はなく、図９９，図１００に対応する図は概念は同じ構造になる。
【０４１７】
＜構成例４Ａ；赤外光対応＞
図１０９および図１１０は、上記製造プロセスを例として作製した、赤外光と可視光の２つの波長成分に分光するＣＣＤ固体撮像素子１０１の構成例（構成例４という）を示す図であって、図１０９はその構造例の１画素分（１つのフォトダイオード群１２）を示し、図１１０は、画素（フォトダイオード群１２）を並べた場合を示す。
【０４１８】
各光電変換素子１２Ｗ，１２IRに回折格子を設定し波長分離を行ない、各読出ゲート１２４Ｗ，１２４IRを通じて垂直転送ＣＣＤ１２２へ電荷転送を行なう。
【０４１９】
このような構造において、すべてリセット後に露光開始、赤外光成分を読み出し、可視光成分を読み出すことで、それぞれの波長成分信号に応じて電荷転送が可能となる。たとえば、全面リセットＲＳＴを基板方向へ抜いたあと、露光開始し、その後、読出パルスＲＯＧ＿IRを読出ゲート１２４IRに供給して垂直転送ＣＣＤ１２２へ赤外光成分の信号を抜いていく。この後、読出パルスＲＯＧ＿Ｗを読出ゲート１２４Ｗに供給して垂直転送ＣＣＤ１２２へ可視光成分Ｗの信号を抜いていく。
【０４２０】
以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【０４２１】
また、上記の実施形態は、クレーム（請求項）にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【０４２２】
たとえば、デバイス基板は、ｎ型およびｐ型の何れを用いることができ、何れにおいても、フォトダイオード群をなす各色用の光電変換素子は、いわゆるＨＡＤ構造を採ることができる。
【０４２３】
たとえば、図１１１および図１１２は、デバイスの積層構造例を示している。ここで、図１１１（Ａ）に示すように、ｐ基板上に光電変換素子を形成した図３６に示したデバイス構造においても、Ｐ領域を表面に形成させればＨＡＤ化が可能である。ＨＡＤ構造とすれば、低ノイズ化を図ることができる。
【０４２４】
また、図１１１（Ｂ）に示すように、Ｐ基板を用いて、キャリアがホールの場合も可能である。Ｎ＿ウェル（well）を作製させその上にＰ領域を形成させる状態である。この場合にも、図１１１（Ｃ）に示すように、Ｎ領域を表面に形成させればＨＡＤ化が可能である。
【０４２５】
また、上記実施形態では、Ｎ基板を用いた場合にＮキャリア（電子）を用いる構造を示したが、図１１２（Ａ）に示すように、Ｎ基板を用いた場合にＰキャリア（ホール）を用いることも可能である。この場合にも、図１１２（Ｂ）に示すように、Ｎ領域を表面に形成させればＨＡＤ化が可能である。
【０４２６】
さらに、図１１２（Ｃ）に示すように、Ｎ基板（Ｎ＿ｓｕｂ）でＰウェルを作れば、電子をキャリアとする構成、すなわち、図３６に示した構造をＮ基板（Ｎ＿ｓｕｂ）上に形成したデバイスとすることも可能である。このような構造にすることで、過剰な電荷を基板側にオーバーフローさせることも可能である。もちろんこの場合にも、図１１２（Ｄ）に示すように、Ｐ領域を表面に形成させればＨＡＤ化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０４２７】
【図１】回折格子を利用して電磁波を所定波長ごとに分光する分波イメージセンサの概念を説明する図である。
【図２】回折格子を利用した分波イメージセンサの基本構成を説明する図である。
【図３】図２に示した分光イメージセンサの１つのフォトダイオード群を拡大して示した図である。
【図４】図２に示した概念図において、可視光を複数の波長成分に分光する手法を説明する計算シミュレーション図（その１）である。
【図５】図２に示した概念図において、可視光を複数の波長成分に分光する手法を説明する計算シミュレーション図（その２）である。
【図６】回折格子をＳｉ基板の入射面側に配した分波イメージセンサの一実施形態を説明する図である。
【図７】分光イメージセンサにおいて使用するＳｉの屈折率と消衰係数の波長分散の関係を示す図表である。
【図８】図７に示す特性を用いた、図６に示す構造を持つ分光イメージセンサに受光面から青色光（波長４６０ｎｍ）を入れたときの分光手法を説明する計算シミュレーション図である。
【図９】図７に示す特性を用いた、図６に示す構造を持つ分光イメージセンサに受光面から、緑色光（波長５４０ｎｍ）を入れたときの分光手法を説明する計算シミュレーション図である。
【図１０】図７に示す特性を用いた、図６に示す構造を持つ分光イメージセンサに受光面から、緑色光（波長５４０ｎｍ）を入れたときの分光手法を説明する計算シミュレーション図である。
【図１１】シミュレーション結果に基づく、可視光帯内を分光するに当たっての検出位置の適正例（第１例）を説明する図である。
【図１２】シミュレーション結果に基づく、可視光帯内を分光するに当たっての検出位置の適正例（第２例）を説明する図である。
【図１３】シミュレーション結果に基づく、可視光帯内を分光するに当たっての検出位置の適正例（第３例）を説明する図である。
【図１４】分光イメージセンサにおいて使用するＳｉの屈折率と消衰係数の波長分散の他の関係例を示す図表である。
【図１５】図１４に示す特性を用いた、図６に示す構造を持つ分光イメージセンサに受光面から青色光（波長４６０ｎｍ）を入れたときの分光手法を説明する計算シミュレーション図である。
【図１６】図１４に示す特性を用いた、図６に示す構造を持つ分光イメージセンサに受光面から、緑色光（波長５４０ｎｍ）を入れたときの分光手法を説明する計算シミュレーション図である。
【図１７】図１４に示す特性を用いた、図６に示す構造を持つ分光イメージセンサに受光面から、緑色光（波長６４０ｎｍ）を入れたときの分光手法を説明する計算シミュレーション図である。
【図１８】波長分散部の変形例の断面構造を示す図である。
【図１９】図７に示す特性を用いた、図１８に示す構造を持つ分光イメージセンサに受光面から波長６４０ｎｍの光を入れたときの可視光帯内の分光手法を説明する計算シミュレーション図である。
【図２０】図７に示す特性を用いた、図１８に示す構造を持つ分光イメージセンサに受光面から波長４６０ｎｍの光を入れたときの可視光帯内の分光手法を説明する計算シミュレーション図である。
【図２１】図１１の検出位置に対応した第１例のセンサ構造の一構成例を示す断面図である。
【図２２】図６に示すデバイスに対して、黄色光（波長λ＝５９０ｎｍ）を入射したときの分光手法を説明する計算シミュレーション図である。
【図２３】ＣＩＥ１９７６のＵＣＳ／ｕ’ｖ’色度図である。
【図２４】図２１に示す第１例のセンサ構造をＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図２５】ＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサに適用した場合の回路図である。
【図２６】図２１に示す第１例のセンサ構造をＣＭＯＳイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図２７】ＣＭＯＳ固体撮像素子に適用した場合の回路図である。
【図２８】図１２の検出位置に対応した第２例のセンサ構造の一構成例を示す断面図である。
【図２９】図２８に示す第２例のセンサ構造をＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図３０】図２８に示す第２例のセンサ構造をＣＭＯＳイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図３１】第２例の構造を持つ分光イメージセンサを製造する製造プロセスの概要を示す図である。
【図３２】図１３の検出位置に対応した第３例のセンサ構造の一構成例を示す断面図である。
【図３３】図３２に示す第３例のセンサ構造をＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図３４】図３２に示す第３例のセンサ構造をＣＭＯＳイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図３５】第３例の構造を持つ分光イメージセンサを製造する製造プロセスの概要を示す図である。
【図３６】図１２の検出位置に対応した第２例のセンサ構造の変形例を示す断面図である。
【図３７】図３６に示す第２例に対する変形例のセンサ構造をＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図３８】図３６に示す第２例に対する変形例のセンサ構造をＣＭＯＳイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図３９】第２例に対する変形例の構造を持つ分光イメージセンサ１０を製造する製造プロセスの概要を示す図である。
【図４０】図１３の検出位置に対応した第３例のセンサ構造の変形例を示す断面図である。
【図４１】図４０に示す第３例に対する変形例のセンサ構造をＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図４２】図４０に示す第３例に対する変形例のセンサ構造をＣＭＯＳイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図４３】第１例〜第３例のセンサ構造に対する他の変形例を示す断面図である。
【図４４】図４３に示す第２例に対する他の変形例のセンサ構造をＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図４５】図４３に示す第２例に対する他の変形例のセンサ構造をＣＭＯＳイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図４６】散乱体の位置の周期を２．０μｍにした場合のセンサ構成例を示した図である。
【図４７】図４６に示す構造を持つ分光イメージセンサに受光面から青色光（波長４６０ｎｍ）を入れたときの可視光帯内の分光手法を説明する計算シミュレーション図である。
【図４８】図４６に示す構造を持つ分光イメージセンサに受光面から緑色光（波長５４０ｎｍ）を入れたときの可視光帯内の分光手法を説明する計算シミュレーション図である。
【図４９】図４６に示す構造を持つ分光イメージセンサに受光面から赤色光（波長６４０ｎｍ）を入れたときの可視光帯内の分光手法を説明する計算シミュレーション図である。
【図５０】包囲形状の散乱体を用いたセンサ構造をＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図５１】包囲形状の散乱体を用いたセンサ構造をＣＭＯＳイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図５２】斜め入射の影響とその補正手法を説明する図である。
【図５３】検出位置の関係を補正する手法を説明するに当たっての角度βの補正方法を説明する図である。
【図５４】青色光（波長４６０ｎｍ）が１０°斜め入射した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図５５】緑色光（波長５４０ｎｍ）が１０°斜め入射した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図５６】赤色光（波長６４０ｎｍ）が１０°斜め入射した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図５７】青色光（波長４６０ｎｍ）が１５°斜め入射した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図５８】緑色光（波長５４０ｎｍ）が１５°斜め入射した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図５９】赤色光（波長６４０ｎｍ）が１５°斜め入射した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図６０】青色光（波長４６０ｎｍ）が１８°斜め入射した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図６１】緑色光（波長５４０ｎｍ）が１８°斜め入射した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図６２】赤色光（波長６４０ｎｍ）が１８°斜め入射した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図６３】回折格子をＳｉ基板の入射面側に配した分波イメージセンサの他の実施形態（赤外光対応）を説明する図である。
【図６４】赤外光対応の分光イメージセンサにおいて使用するＳｉの屈折率と消衰係数の波長分散の関係を示す図表である。
【図６５】図６３に示す構造を持つ分光イメージセンサに受光面から青色光（波長４６０ｎｍ）を入れたときの分光手法を説明する計算シミュレーション図である。
【図６６】図６３に示す構造を持つ分光イメージセンサに受光面から緑色光（波長５４０ｎｍ）を入れたときの分光手法を説明する計算シミュレーション図である。
【図６７】図６３に示す構造を持つ分光イメージセンサに受光面から赤色光（波長６４０ｎｍ）を入れたときの分光手法を説明する計算シミュレーション図である。
【図６８】図６３に示す構造を持つ分光イメージセンサに受光面から赤外光（波長７８０ｎｍ）を入れたときの分光手法を説明する計算シミュレーション図である。
【図６９】図６３に示す構造を持つ分光イメージセンサに受光面から赤外光（波長８８０ｎｍ）を入れたときの分光手法を説明する計算シミュレーション図である。
【図７０】赤外光と可視光帯内を３原色成分に分光する分光イメージセンサの断面構造を示す図である。
【図７１】図７０に示す構造を持つ分光イメージセンサに受光面から赤外光（波長８８０ｎｍ）を入れたときの分光手法を説明する計算シミュレーション図である。
【図７２】図７０に示す構造を持つ分光イメージセンサに受光面から青色光（波長４６０ｎｍ）を入れたときの分光手法を説明する計算シミュレーション図である。
【図７３】図７０に示す構造を持つ分光イメージセンサに受光面から緑色光（波長５４０ｎｍ）を入れたときの分光手法を説明する計算シミュレーション図である。
【図７４】シミュレーション結果に基づく可視光と赤外光との分光における検出位置の適正例を説明する図である。
【図７５】図７４の検出位置に対応した赤外光対応のセンサ構造の一構成例を示す断面図である。
【図７６】図７５に示す赤外光対応のセンサ構造をＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図７７】ＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサに適用した場合の回路図である。
【図７８】図７５に示す赤外光対応のセンサ構造をＣＭＯＳイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図７９】ＣＭＯＳイメージセンサに適用した場合の回路図である。
【図８０】図７４の赤外光対応の検出位置に対応した第２例のセンサ構造の一構成例を示す断面図である。
【図８１】図８０に示す第２例のセンサ構造をＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図８２】図８０に示す第２例のセンサ構造をＣＭＯＳイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図８３】図７４の赤外光対応の検出位置に対応した第３例のセンサ構造の一構成例を示す断面図である。
【図８４】図８３に示す第３例のセンサ構造をＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図８５】図８３に示す第３例のセンサ構造をＣＭＯＳイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図８６】第１例〜第３例の赤外光対応のセンサ構造に対する変形例を示す断面図である。
【図８７】図８６に示す変形例のセンサ構造をＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図８８】図８６に示す変形例のセンサ構造をＣＭＯＳイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図８９】包囲形状の散乱体を用いた赤外光対応のセンサ構造をＩＴ＿ＣＣＤイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図９０】包囲形状の散乱体を散乱体３に用いた赤外光対応のセンサ構造をＣＭＯＳイメージセンサに適用した場合の構造例を示す見取り図である。
【図９１】分光イメージセンサを製造する具体的なプロセス例を示す図（その１）である。
【図９２】分光イメージセンサを製造する具体的なプロセス例を示す図（その２）である。
【図９３】分光イメージセンサを製造する具体的なプロセス例を示す図（その３）である。
【図９４】可視光帯内を３原色成分に分光するＣＭＯＳ固体撮像素子の第１の構造例を示す図である。
【図９５】可視光帯内を３原色成分に分光するＣＭＯＳ固体撮像素子の第１の構造例に対応する回路図および信号タイミング図である。
【図９６】可視光帯内を３原色成分に分光するＣＭＯＳ固体撮像素子の第２の構造例を示す図である。
【図９７】可視光帯内を３原色成分に分光するＣＭＯＳ固体撮像素子の第２の構造例に対応する回路図および信号タイミング図である。
【図９８】ＣＭＯＳ固体撮像素子の光電変換素子領域を裏面側にも作製した第３の構成例を示す図である（その１）。
【図９９】ＣＭＯＳ固体撮像素子の光電変換素子領域を裏面側にも作製した第３の構成例を示す図である（その２）。
【図１００】ＣＭＯＳ固体撮像素子の光電変換素子領域を裏面側にも作製した第３の構成例を示す図である（その３）。
【図１０１】可視光帯内を３原色成分に分光するＣＣＤ固体撮像素子の構成例（構成例４）を示す図（その１）である。
【図１０２】可視光帯内を３原色成分に分光するＣＣＤ固体撮像素子の構成例（構成例４）を示す図（その２）である。
【図１０３】可視光帯内を３原色成分に分光するＣＣＤ固体撮像素子の構成例（構成例４）に対応する信号タイミング図である。
【図１０４】赤外光対応のＣＭＯＳ固体撮像素子の第１の構造例を示す図である。
【図１０５】赤外光対応のＣＭＯＳ固体撮像素子の第１の構造例に対応する回路図および信号タイミング図（その１）である。
【図１０６】赤外光対応のＣＭＯＳ固体撮像素子の第１の構造例に対応する回路図および信号タイミング図（その２）である。
【図１０７】赤外光対応のＣＭＯＳ固体撮像素子の第２の構造例を示す図である。
【図１０８】赤外光対応のＣＭＯＳ固体撮像素子の第２の構造例に対応する回路図および信号タイミング図である。
【図１０９】赤外光対応のＣＣＤ固体撮像素子の構成例（構成例４）を示す図（その１）である。
【図１１０】赤外光対応のＣＣＤ固体撮像素子の構成例（構成例４）を示す図（その２）である。
【図１１１】デバイスの積層構造例（その１）を示す図である。
【図１１２】デバイスの積層構造例（その２）を示す図である。
【図１１３】特許文献１に記載のセンサの仕組みを説明する図である。
【符号の説明】
【０４２８】
１…回折格子、２，３…散乱体、５…スリット、７…散乱体、１０…分光イメージセンサ（可視光内）、１１…分光イメージセンサ（赤外光対応）、１２…フォトダイオード群、１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒ，１２Ｗ，１２IR…光電変換素子、９０…Ｓｉ基板、９１…ｎ型Ｓｉ領域、９２…ｐ型Ｓｉ領域、９３…ｎ型Ｓｉ領域、９４…ｎ型Ｓｉ領域、９５…ｐ型Ｓｉ領域、９６…ｎ型Ｓｉ領域、９７…ｎ型Ｓｉ領域、９８…ｐ型Ｓｉ領域、１０１…ＣＣＤ固体撮像素子、１２２…垂直転送ＣＣＤ、１２４…読出ゲート、１２６…水平転送ＣＣＤ、１２８…出力アンプ、２０１…ＣＭＯＳ固体撮像素子、２０５…画素内アンプ、２０７…駆動制御部、２１９…垂直信号線、２２６…カラム処理部
【図１】
2006064634.tif 000005
【図２】
2006064634.tif 000006
【図３】
2006064634.tif 000007
【図６】
2006064634.tif 000008
【図７】
2006064634.tif 000009
【図１１】
2006064634.tif 000010
【図１２】
2006064634.tif 000011
【図１３】
2006064634.tif 000012
【図１４】
2006064634.tif 000013
【図１８】
2006064634.tif 000014
【図２１】
2006064634.tif 000015
【図２３】
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【図２４】
2006064634.tif 000017
【図２５】
2006064634.tif 000018
【図２６】
2006064634.tif 000019
【図２７】
2006064634.tif 000020
【図２８】
2006064634.tif 000021
【図２９】
2006064634.tif 000022
【図３０】
2006064634.tif 000023
【図３１】
2006064634.tif 000024
【図３２】
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【図３３】
2006064634.tif 000026
【図３４】
2006064634.tif 000027
【図３５】
2006064634.tif 000028
【図３６】
2006064634.tif 000029
【図３７】
2006064634.tif 000030
【図３８】
2006064634.tif 000031
【図３９】
2006064634.tif 000032
【図４０】
2006064634.tif 000033
【図４１】
2006064634.tif 000034
【図４２】
2006064634.tif 000035
【図４３】
2006064634.tif 000036
【図４４】
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【図４５】
2006064634.tif 000038
【図４６】
2006064634.tif 000039
【図５０】
2006064634.tif 000040
【図５１】
2006064634.tif 000041
【図５２】
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【図５３】
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【図６３】
2006064634.tif 000044
【図６４】
2006064634.tif 000045
【図７０】
2006064634.tif 000046
【図７４】
2006064634.tif 000047
【図７５】
2006064634.tif 000048
【図７６】
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【図７７】
2006064634.tif 000050
【図７８】
2006064634.tif 000051
【図７９】
2006064634.tif 000052
【図８０】
2006064634.tif 000053
【図８１】
2006064634.tif 000054
【図８２】
2006064634.tif 000055
【図８３】
2006064634.tif 000056
【図８４】
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【図８５】
2006064634.tif 000058
【図８６】
2006064634.tif 000059
【図８７】
2006064634.tif 000060
【図８８】
2006064634.tif 000061
【図８９】
2006064634.tif 000062
【図９０】
2006064634.tif 000063
【図９１】
2006064634.tif 000064
【図９２】
2006064634.tif 000065
【図９３】
2006064634.tif 000066
【図９５】
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【図９７】
2006064634.tif 000068
【図９９】
2006064634.tif 000069
【図１００】
2006064634.tif 000070
【図１０３】
2006064634.tif 000071
【図１０５】
2006064634.tif 000072
【図１０６】
2006064634.tif 000073
【図１０８】
2006064634.tif 000074
【図１１１】
2006064634.tif 000075
【図１１２】
2006064634.tif 000076
【図１１３】
2006064634.tif 000077
【図４】
2006064634.tif 000078
【図５】
2006064634.tif 000079
【図８】
2006064634.tif 000080
【図９】
2006064634.tif 000081
【図１０】
2006064634.tif 000082
【図１５】
2006064634.tif 000083
【図１６】
2006064634.tif 000084
【図１７】
2006064634.tif 000085
【図１９】
2006064634.tif 000086
【図２０】
2006064634.tif 000087
【図２２】
2006064634.tif 000088
【図４７】
2006064634.tif 000089
【図４８】
2006064634.tif 000090
【図４９】
2006064634.tif 000091
【図５４】
2006064634.tif 000092
【図５５】
2006064634.tif 000093
【図５６】
2006064634.tif 000094
【図５７】
2006064634.tif 000095
【図５８】
2006064634.tif 000096
【図５９】
2006064634.tif 000097
【図６０】
2006064634.tif 000098
【図６１】
2006064634.tif 000099
【図６２】
2006064634.tif 000100
【図６５】
2006064634.tif 000101
【図６６】
2006064634.tif 000102
【図６７】
2006064634.tif 000103
【図６８】
2006064634.tif 000104
【図６９】
2006064634.tif 000105
【図７１】
2006064634.tif 000106
【図７２】
2006064634.tif 000107
【図７３】
2006064634.tif 000108
【図９４】
2006064634.tif 000109
【図９６】
2006064634.tif 000110
【図９８】
2006064634.tif 000111
【図１０１】
2006064634.tif 000112
【図１０２】
2006064634.tif 000113
【図１０４】
2006064634.tif 000114
【図１０７】
2006064634.tif 000115
【図１０９】
2006064634.tif 000116
【図１１０】
2006064634.tif 000117
【手続補正書】
【提出日】平成17年11月10日(2005.11.10)
【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】
電磁波を検知して対応する単位信号を出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための半導体装置を使用して、前記単位信号に基づいて所定目的用の物理情報を取得する物理情報取得方法であって、
前記半導体装置の前記電磁波が入射する入射面側に平行に、前記電磁波を遮断する遮断部間に設けられた開口部を前記電磁波が通ることによる回折効果を利用して前記電磁波を複数の波長成分に分け、それぞれの波長成分を前記入射面内における近接したそれぞれ異なる位置に入射させる波長分散部を設け、当該波長分散部により分けられた波長成分ごとの前記単位信号を取得し、
前記波長成分ごとの前記単位信号に基づいて、前記所定目的用の物理情報を取得する
ことを特徴とする物理情報取得方法。
【請求項２】
電磁波を検知して対応する単位信号を出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための半導体装置を使用して、前記単位信号に基づいて所定目的用の物理情報を取得する物理情報取得装置であって、
前期半導体装置の前記電磁波が入射する入射面側に平行に設けられた、前記電磁波を遮断する遮断部間に設けられた開口部を前記電磁波が通ることによる回折効果を利用して前記電磁波を複数の波長成分に分け、それぞれの波長成分を前記入射面内における近接したそれぞれ異なる位置に入射させる波長分散部と、
前記波長分散部により分けられた波長成分ごとに前記単位信号を検知する波長別検知部と、
前記波長別検知部が検知した前記波長成分ごとの前記単位信号に基づいて、前記所定目的用の物理情報を取得する物理情報取得部と
を備えたことを特徴とする物理情報取得装置。
【請求項３】
前記波長分散部は、前記物理量を前記入射面に入射させる所定形状の開口部が前記単位構成要素ごとに設けられ、かつ当該開口部の周囲に前記物理量が前記入射面に入射するのを遮断する狭小の遮断部が設けられた第１の散乱体を含み、前記開口部が、周期的に配置されて構成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の物理情報取得装置。
【請求項４】
前記波長分散部は、所定形状の狭小の開口部が前記単位構成要素ごとに設けられ、かつ当該開口部の周囲に前記物理量が前記入射面に入射するのを遮断する遮断部が設けられた第２の散乱体を含み、当該第２の散乱体の前記開口部が、前記単位信号の読出方向に平行に配列されて構成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の物理情報取得装置。
【請求項５】
前記第２の散乱体は、前記第１の散乱体と前記物理量の前記入射面との間に備えられる
ことを特徴とする請求項４に記載の物理情報取得装置。
【請求項６】
前記波長分散部は、所定形状の開口部が前記単位構成要素ごとに設けられ、かつ当該開口部の周囲に前記物理量が前記入射面に入射するのを遮断する狭小の遮断部が設けられた第３の散乱体を、前記第２の散乱体と前記物理量の前記入射面との間に備え、当該第３の散乱体の前記開口部が、前記単位信号の読出方向に平行に配列されて構成されている
ことを特徴とする請求項５に記載の物理情報取得装置。
【請求項７】
電磁波を検知して対応する単位信号を出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための半導体装置であって、
前記電磁波を遮断する遮断部間に設けられた開口部を前記電磁波が通ることによる回折効果を利用して前記電磁波を複数の波長成分に分け、それぞれの波長成分を前記入射面内における近接したそれぞれ異なる位置に入射させる波長分散部を、前記電磁波が入射する入射面側に平行に備えるとともに、
前記単位構成要素は、前記波長分散部により分けられた波長成分ごとに前記電磁波を検知する波長別検知部を有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
前記波長分散部は、前記物理量を前記入射面に入射させる所定形状の開口部が前記単位構成要素ごとに設けられ、かつ当該開口部の周囲に前記物理量が前記入射面に入射するのを遮断する狭小の遮断部が設けられた第１の散乱体を含み、前記開口部が、周期的に配置されて構成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記波長分散部は、交互に配設された前記開口部および前記遮断部がそれぞれ長尺状であり、それぞれ長尺状の前記開口部および前記遮断部が前記単位信号の読出方向に平行に配列されて構成されている
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１の散乱体は、前記開口部が方形状であり、前記開口部が前記単位信号の読出方向に平行に配列されて構成されている
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第１の散乱体は、前記開口部が円形状であり、前記開口部が前記単位信号の読出方向に平行に配列されて構成されている
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記波長分散部は、所定形状の狭小の開口部が前記単位構成要素ごとに設けられ、かつ当該開口部の周囲に前記物理量が前記入射面に入射するのを遮断する遮断部が設けられた第２の散乱体を含み、当該第２の散乱体の前記開口部が、前記単位信号の読出方向に平行に配列されて構成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記波長分散部は、前記物理量を前記入射面に入射させる所定形状の開口部が前記単位構成要素ごとに設けられ、かつ当該開口部の周囲に前記物理量が前記入射面に入射するのを遮断する狭小の遮断部が設けられた第１の散乱体を含み、前記開口部が、周期的に配置されて構成されており、さらに
所定形状の狭小の開口部が前記単位構成要素ごとに設けられ、かつ当該開口部の周囲に前記物理量が前記入射面に入射するのを遮断する遮断部が設けられた第２の散乱体を、前記第１の散乱体と前記物理量の前記入射面との間に備え、当該第２の散乱体の前記開口部が、前記単位信号の読出方向に平行に配列されて構成されている
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記第１の散乱体の開口部の配列周期と、前記第２の散乱体の開口部の配列周期とが、が等しく、かつこれら開口部が平行に配置されている
ことを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記隣接する第１の散乱体の遮断部間の中点を通る略中心線上の位置に、前記第２の散乱体の開口部が配設されている
ことを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記波長分散部は、所定形状の開口部が前記単位構成要素ごとに設けられ、かつ当該開口部の周囲に前記物理量が前記入射面に入射するのを遮断する狭小の遮断部が設けられた第３の散乱体を、前記第２の散乱体と前記物理量の前記入射面との間に備え、当該第３の散乱体の前記開口部が、前記単位信号の読出方向に平行に配列されて構成されている
ことを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記第３の散乱体の前記開口部と前記遮断部の配列周期が、前記第１の散乱体および／または前記第２の散乱体の前記開口部と前記遮断部の配列周期と等しい
ことを特徴とする請求項１６に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記隣接する第１の散乱体の遮断部間の中点を通る略中心線上の位置に、前記第３の散乱体の遮断部が配設されている
ことを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記開口部の配列周期が、０．５μｍから５μｍまでの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記開口部の配列周期が、１．０μｍから２μｍまでの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項１９に記載の半導体装置。
【請求項２１】
前記開口部の配列周期が、１．５〜２．０μｍに設定されている
ことを特徴とする請求項２０に記載の半導体装置。
【請求項２２】
前記第１の散乱体の前記遮断部の厚みが０．０１μｍ以上である
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項２３】
前記第１の散乱体の前記遮断部の厚みが０．１μｍ以上である
ことを特徴とする請求項２２に記載の半導体装置。
【請求項２４】
前記第１の散乱体の前記遮断部の厚みが０．２±０．０５μｍの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項２３に記載の半導体装置。
【請求項２５】
前記第１の散乱体の前記遮断部の幅が０．０５μｍ以上で、かつ配列ピッチ以下である
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項２６】
前記第１の散乱体の前記遮断部の幅が０．１±０．０５μｍの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項２３に記載の半導体装置。
【請求項２７】
前記第３の散乱体の前記遮断部の厚みが０．０１μｍ以上である
ことを特徴とする請求項１６に記載の半導体装置。
【請求項２８】
前記第３の散乱体の前記遮断部の幅が０．０５μｍ以上で、かつ配列ピッチ以下である
ことを特徴とする請求項１６に記載の半導体装置。
【請求項２９】
前記第３の散乱体の前記遮断部の幅が０．１±０．０５μｍの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項２８に記載の半導体装置。
【請求項３０】
前記第２の散乱体の前記開口部の幅が０．１μｍ以上で、かつ配列ピッチ以下である
ことを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項３１】
前記波長分散部は、可視光帯を複数の波長成分に分光するように構成されており、前記第２の散乱体の前記開口部の幅が０．３±０．１μｍの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項３０に記載の半導体装置。
【請求項３２】
前記第２の散乱体の前記遮断部の厚みが０．０１μｍ以上である
ことを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項３３】
前記波長分散部は、可視光帯を複数の波長成分に分光するように構成されており、前記第２の散乱体の前記遮断部の厚みが０．１２５±０．１μｍの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項３２に記載の半導体装置。
【請求項３４】
波長成分ごとに設けられた前記波長別検知部は、それぞれから出力される各単位信号の読出方向に配列されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項３５】
前記波長別検知部のそれぞれはｐ型とｎ型の各半導体層の接合で形成されており、当該ｐｎ接合部分の前記読出方向の幅が、０よりも大きく０．５〜１．０μｍ以下に設定されている
ことを特徴とする請求項３４に記載の半導体装置。
【請求項３６】
前記ｐｎ接合部分の前記読出方向の幅が、０．３μｍ以下に設定されている
ことを特徴とする請求項３５に記載の半導体装置。
【請求項３７】
青、緑、赤の各３原色光の波長成分を個別に検知可能な数の前記波長別検知部が設けられており、
これら波長別検知部は、青、緑、赤、緑、青、緑、赤、緑、青、…の各色光を検知するような順に配列されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項３８】
青色光の波長成分を検知可能な前記波長別検知部はｐ型とｎ型の各半導体層の接合で形成されており、当該ｐｎ接合部分の最大深さが０．２±０．１μｍの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項３７に記載の半導体装置。
【請求項３９】
緑色光の波長成分を検知可能な前記波長別検知部はｐ型とｎ型の各半導体層の接合で形成されており、当該ｐｎ接合部分の最大深さが０．８±０．３μｍの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項３７に記載の半導体装置。
【請求項４０】
赤色光の波長成分を検知可能な前記波長別検知部はｐｎ接合で形成されており、当該ｐｎ接合部分の最大深さが１．４±０．６μｍの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項３７に記載の半導体装置。
【請求項４１】
青、緑、赤、および他の色の各色光の波長成分を個別に検知可能な数の前記波長別検知部が設けられている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項４２】
前記波長別検知部をなすｐ型とｎ型の各半導体層が、交互に湾曲に積層されている
ことを特徴とする請求項３５に記載の半導体装置。
【請求項４３】
前記波長別検知部もしくは当該波長別検知部の前記ｐｎ接合部分の全部または一部が孤立化されている
ことを特徴とする請求項３５に記載の半導体装置。
【請求項４４】
前記波長別検知部もしくは当該波長別検知部の前記ｐｎ接合部分が、前記入射面内で、くし状に形成されている
ことを特徴とする請求項３５に記載の半導体装置。
【請求項４５】
それぞれの前記波長別検知部で構成される検知部群は、前記波長分散部の前記開口部の配列周期の２周期分以上を担当するように構成されている
ことを特徴とする請求項４４に記載の半導体装置。
【請求項４６】
前記波長分散部は、前記入射面に入射する前記電磁波の垂直方向からの角度成分の補正がなされるように、前記開口部と前記遮断部の位置関係が設定さている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項４７】
前記波長分散部は、レンズや絞りなどを用いた光学系を通して入射される前記電磁波の垂直方向からの角度成分が、１８°以内となるように構成されている
ことを特徴とする請求項４６に記載の半導体装置。
【請求項４８】
前記波長分散部は、前記垂直方向からの角度成分が、１５°以内となるように構成されている
ことを特徴とする請求項４７に記載の半導体装置。
【請求項４９】
前記波長分散部は、前記垂直方向からの角度成分が、１０°以内となるように構成されている
ことを特徴とする請求項４８に記載の半導体装置。
【請求項５０】
前記波長分散部は、レンズや絞りなどを用いた光学系を通して入射される前記電磁波の垂直方向からの角度成分が、１８°以内となるように構成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項５１】
前記波長分散部は、前記垂直方向からの角度成分が、１５°以内となるように構成されている
ことを特徴とする請求項５０に記載の半導体装置。
【請求項５２】
前記波長分散部は、前記垂直方向からの角度成分が、１０°以内となるように構成されている
ことを特徴とする請求項５１に記載の半導体装置。
【請求項５３】
前記波長分散部は、前記遮断部が窒化シリコン（ＳｉＮ）で形成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項５４】
前記波長分散部は、前記遮断部がシリコン（Ｓｉ）で形成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項５５】
前記波長分散部は、前記遮断部がゲルマニウム（Ｇｅ）で形成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項５６】
前記波長分散部は、前記遮断部が酸化膜または窒化膜で埋められている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項５７】
前記酸化膜は、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）で形成されている
ことを特徴とする請求項５６に記載の半導体装置。
【請求項５８】
前記酸化膜は、２酸化シリコン（ＳｉＯ２）で形成されている
ことを特徴とする請求項５７に記載の半導体装置。
【請求項５９】
前記波長分散部は、可視光帯内を複数の波長成分に分光するように構成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項６０】
前記波長分散部は、赤外光または紫外光と、可視光とに分光するように構成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項６１】
前記波長分散部は、さらに、可視光帯内を複数の波長成分に分光するように構成されている
ことを特徴とする請求項６０に記載の半導体装置。
【請求項６２】
前記可視光を複数の波長成分に分離する色分離フィルタ
をさらに備えていることを特徴とする請求項６０に記載の半導体装置。
【請求項６３】
前記色分離フィルタは、前記可視光を青、緑、赤の各３原色光の波長成分に分離するものである
ことを特徴とする請求項６２に記載の半導体装置。
【請求項６４】
前記波長別検知部が検知した前記波長成分ごとの前記単位信号に基づいて、所定目的用の物理情報を取得する物理情報取得部
をさらに備えたことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項６５】
前記波長別検知部にて検知された各波長別の単位信号について、共通に前記物理情報取得部に転送する転送部と、
前記各波長別の単位信号の内の一方を除く他方をリセットするリセット部と、
前記各波長別の単位信号の内の一方を前記物理情報取得部に転送する前に、前記他方をリセットするように前記転送部と前記リセット部とを制御する制御部と
をさらに備えたことを特徴とする請求項６４に記載の半導体装置。
【請求項６６】
前記各波長別の単位信号のそれぞれを個別に前記物理情報取得部に転送する転送部と、
前記転送部を制御する制御部と
をさらに備えたことを特徴とする請求項６４に記載の半導体装置。
【請求項６７】
前記波長分散部は、赤外光と可視光とに分光するように構成されており、前記第２の散乱体の前記開口部の幅が０．８±０．２μｍの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項３０に記載の半導体装置。
【請求項６８】
前記波長分散部は、赤外光と可視光とに分光するように構成されており、前記第２の散乱体の前記遮断部の厚みが０．１±０．１μｍの範囲内に設定されている
ことを特徴とする請求項３２に記載の半導体装置。
【請求項６９】
入射する電磁波が通過するスリット部と、
前記スリット部の下方に形成され前記電磁波を分散させる波長分散部と、
１つの前記スリット部を通過し前記波長分散部で分散された前記電磁波を平面方向に異なる位置で受光する複数の受光部と
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項７０】
電磁波を検知して対応する単位信号を出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための半導体装置を製造する方法であって、
前記電磁波を遮断する遮断部間に設けられた開口部を前記電磁波が通ることによる回折効果により分けられた波長成分ごとに前記電磁波を検知する波長別検知部を、ｐ型とｎ型の各半導体層を交互に湾曲に積層することで形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７１】
電磁波を検知して対応する単位信号を出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための半導体装置を製造する方法であって、
前記電磁波を遮断する遮断部間に設けられた開口部を前記電磁波が通ることによる回折効果により分けられた波長成分ごとに前記電磁波を検知する波長別検知部を、同じマスクを使ってｎ型とｐ型の各不純物拡散を順次繰り返すことで形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７２】
前記ｎ型とｐ型の各不純物拡散を順次繰り返すことで、前記波長別検知部もしくは当該波長別検知部の前記ｐｎ接合部分の全部または一部を孤立化させる
ことを特徴とする請求項７１に記載の半導体装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
また、本発明に係る半導体装置は、上記本発明に係る物理情報取得装置に用いて好適な装置であって、少なくとも、波長別検知部と、波長分散部により分けられた波長成分ごとに電磁波を検知する波長別検知部とを、単位構成要素内に設けるようにした。また、入射する電磁波が通過するスリット部と、スリット部の下方に形成され電磁波を分散させる波長分散部と、１つのスリット部を通過し波長分散部で分散された電磁波を平面方向に異なる位置で受光する複数の受光部とを有するものとした。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
要するに、入射光（入射する電磁波の一例）が通過するスリット５と、スリット５の下方（Ｓｉフォトダイオード側）に光を分散させる波長分散部としての散乱体７（第３の散乱体）を設け、１つのスリット５を通過し散乱体７（第３の散乱体）で分散された光を平面方向に異なる位置で受光するように複数の受光部として各波長対応のフォトダイオードを設けた構成とする。具体的には、入射光Ｌ１側において、電磁波（たとえば光）を通過させる長尺状（線状または棒状）の開口部３ａと、電磁波（たとえば光）を遮断（光の場合には遮光）する部分である長尺状（線状または棒状）の遮光部３ｂが交互に配列されてなる散乱体３が、遮光部３ｂ同士が平行かつ周期的かつ受光面内の所定方向に列をなすように（たとえば平面方向である横方向；図中のＸ方向）に配置されている。横方向（図中のＸ方向）は、フォトダイオード群１２が有する色別の光電変換素子からの画素信号の読出方向に対応するものである。