(57)【要約】      （修正有）【課題】混色を低減させる方法を提供する。【解決手段】シリコン基板に形成されている光電変換素子６１と、光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタ１２１と、狭帯域フィルタの上下にそれぞれ形成された層間膜１０２とを備え、光電変換素子は、狭帯域フィルタの透過波長を最も吸収する、シリコン基板の界面からの深さに形成されている。狭帯域フィルタの透過波長が長いほど、光電変換素子のシリコン基板からの深さは、深くなる。本技術は、プラズモンフィルタやファブリーペロー干渉計を用いた撮像素子やセンサに適用できる。【選択図】図１８
2019114602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板に形成されている光電変換素子と、
前記光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、
前記狭帯域フィルタの上下にそれぞれ形成された層間膜と
を備え、
前記光電変換素子は、前記狭帯域フィルタの透過波長を最も吸収する、前記シリコン基板の界面からの深さに形成されている
電磁波処理装置。
【請求項２】
前記狭帯域フィルタの透過波長が長いほど、前記光電変換素子の前記シリコン基板からの深さは、深くなる
請求項１に記載の電磁波処理装置。
【請求項３】
前記狭帯域フィルタは、ホールアレイ型のプラズモンフィルタである
請求項１に記載の電磁波処理装置。
【請求項４】
前記狭帯域フィルタは、ドットアレイ型のプラズモンフィルタである
請求項１に記載の電磁波処理装置。
【請求項５】
前記狭帯域フィルタは、ＧＭＲ（Guided Mode Resonant）を用いたプラズモンフィルタである
請求項１に記載の電磁波処理装置。
【請求項６】
前記狭帯域フィルタは、ブルズアイ構造のプラズモンフィルタである
請求項１に記載の電磁波処理装置。
【請求項７】
前記狭帯域フィルタは、ファブリーペロー干渉計である
請求項１に記載の電磁波処理装置。
【請求項８】
前記光電変換素子は、前記狭帯域フィルタの吸収波長を最も吸収する前記シリコン基板の領域には形成されていない
請求項１に記載の電磁波処理装置。
【請求項９】
前記狭帯域フィルタの吸収波長が長いほど、前記光電変換素子が形成されていない領域の深さは、深くなる
請求項８に記載の電磁波処理装置。
【請求項１０】
前記光電変換素子が形成されていない領域よりも浅い位置、および深い位置に、それぞれ前記光電変換素子が形成されている
請求項８に記載の電磁波処理装置。
【請求項１１】
第１の深さに形成されている第１の光電変換素子から取得される第１の信号量から、第２の深さに形成されている第２の光電変換素子から取得される第２の信号量を減算する
請求項１に記載の電磁波処理装置。
【請求項１２】
前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子の上端の深さは異なるが、前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子の下端の位置は、略同一の位置とされている
請求項１１に記載の電磁波処理装置。
【請求項１３】
前記第１の光電変換素子は、前記シリコン基板の所定の深さから、前記シリコン基板の界面付近まで形成され、前記第２の光電変換素子は、前記シリコン基板の浅い位置に、前記第１の光電変換素子よりも小さい領域で形成されている
請求項１１に記載の電磁波処理装置。
【請求項１４】
前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子は、横方向に配置されている
請求項１１に記載の電磁波処理装置。
【請求項１５】
前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子は、縦方向に配置されている
請求項１１に記載の電磁波処理装置。
【請求項１６】
不要な電荷または正孔を排出するドレインをさらに備える
請求項１に記載の電磁波処理装置。
【請求項１７】
前記ドレインは、不純物濃度に勾配が形成されている
請求項１６に記載の電磁波処理装置。
【請求項１８】
少なくとも２以上の半導体基板が積層され、上側にある半導体基板および下側にある半導体基板の少なくとも一方の半導体基板に、前記光電変換素子が形成されている
請求項１に記載の電磁波処理装置。
【請求項１９】
前記上側にある半導体基板には、前記光電変換素子が形成され、前記下側にある半導体基板としてサーマルセンサが積層されている
請求項１８に記載の電磁波処理装置。
【請求項２０】
前記サーマルセンサは、プラズモン共鳴を用いたセンサである
請求項１９に記載の電磁波処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、電磁波処理装置に関し、例えば、狭い波長帯域の光を検出する場合に用いて好適な電磁波処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズモンフィルタを用いて、所定の狭い波長帯域（狭帯域）の光（以下、狭帯域光とも称する）を検出する撮像素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１６５７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プラズモンフィルタを用いて狭帯域光を検出するとき、検出したい光の波形以外の混色成分も検出してしまい、特性が悪化してしまう可能性があった。
【０００５】
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、混色成分を低減させることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本技術の一側面の電磁波処理装置は、シリコン基板に形成されている光電変換素子と、前記光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、前記狭帯域フィルタの上下にそれぞれ形成された層間膜とを備え、前記光電変換素子は、前記狭帯域フィルタの透過波長を最も吸収する、前記シリコン基板の界面からの深さに形成されている。
【０００７】
本技術の一側面の電磁波処理装置においては、シリコン基板に形成されている光電変換素子と、光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、狭帯域フィルタの上下にそれぞれ形成された層間膜とが備えられ、光電変換素子は、狭帯域フィルタの透過波長を最も吸収する、シリコン基板の界面からの深さに形成されている。
【０００８】
なお、電磁波処理装置は、独立した装置であっても良いし、１つの装置を構成している内部ブロックであっても良い。
【発明の効果】
【０００９】
本技術の一側面によれば、混色成分を低減することができる。
【００１０】
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本技術を適用した撮像装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】撮像素子の回路の構成例を示すブロック図である。
【図３】撮像素子の第１の実施の形態の構成例を模式的に示す断面図である。
【図４】ホールアレイ構造のプラズモンフィルタの構成例を示す図である。
【図５】表面プラズモンの分散関係を示すグラフである。
【図６】ホールアレイ構造のプラズモンフィルタの分光特性の第１の例を示すグラフである。
【図７】ホールアレイ構造のプラズモンフィルタの分光特性の第２の例を示すグラフである。
【図８】プラズモンモードと導波管モードを示すグラフである。
【図９】表面プラズモンの伝搬特性の例を示すグラフである。
【図１０】ホールアレイ構造のプラズモンフィルタの他の構成例を示す図である。
【図１１】２層構造のプラズモンフィルタの構成例を示す図である。
【図１２】ドットアレイ構造のプラズモンフィルタの構成例を示す図である。
【図１３】ドットアレイ構造のプラズモンフィルタの分光特性の例を示すグラフである。
【図１４】ＧＭＲを用いたプラズモンフィルタの構成例を示す図である。
【図１５】ＧＭＲを用いたプラズモンフィルタの分光特性の例を示すグラフである。
【図１６】ブルズアイ構造のプラズモンフィルタの構成例を示す図である。
【図１７】ファブリーペロー干渉計について説明するための図である。
【図１８】プラズモンフィルタを備える画素の構成を示す図である。
【図１９】混色の発生について説明するための図である。
【図２０】プラズモフィルタの透過波長に適した深さにフォトダイオードが形成されている画素について説明するための図である。
【図２１】フォトダイオードの深さの設定の仕方について説明するための図である。
【図２２】フォトダイオードの深さの設定の仕方について説明するための図である。
【図２３】フォトダイオードの深さの設定の仕方について説明するための図である。
【図２４】ホールアレイ型のプラズモンフィルタフィルタを用いた画素の構成について説明するための図である。
【図２５】ＧＭＲを用いたプラズモンフィルタを用いた画素の構成について説明するための図である。
【図２６】ファブリーペロー干渉計を用いた画素の構成について説明するための図である。
【図２７】ドレインを備える画素について説明するための図である。
【図２８】ドレインを備える画素について説明するための図である。
【図２９】濃度勾配を有するドレインを備える画素について説明するための図である。
【図３０】画素アレイ部のフォトダイオードの配置について説明するための図である。
【図３１】画素アレイ部のフォトダイオードの配置について説明するための図である。
【図３２】画素の製造について説明するための図である。
【図３３】画素の製造について説明するための図である。
【図３４】画素の製造について説明するための図である。
【図３５】画素を組み合わせて用いる場合の構成について説明するための図である。
【図３６】画素を組み合わせて用いる場合の構成について説明するための図である。
【図３７】縦方向にフォトダイオードを積層した場合の構成について説明するための図である。
【図３８】縦方向にフォトダイオードを積層した場合の構成について説明するための図である。
【図３９】ドットアレイ型のプラズモンフィルタを用いた場合の画素の構成について説明するための図である。
【図４０】スクエアアレイ型のプラズモンフィルタを用いた場合の画素の構成について説明するための図である。
【図４１】積層構造の画素について説明するための図である。
【図４２】積層構造の画素について説明するための図である。
【図４３】積層構造について説明するための図である。
【図４４】積層構造について説明するための図である。
【図４５】積層構造について説明するための図である。
【図４６】積層構造について説明するための図である。
【図４７】積層構造について説明するための図である。
【図４８】積層構造における遮光構造について説明するための図である。
【図４９】積層構造における遮光構造について説明するための図である。
【図５０】サーマルセンサを積層した画素の構成例を示す図である。
【図５１】サーマルセンサの形状について説明するための図である。
【図５２】サーマルセンサを積層した画素の構成例を示す図である。
【図５３】内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【図５４】カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
【図５５】車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【図５６】車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。
【００１３】
＜撮像装置の構成例＞
図１は、本技術を適用した電子機器の一種である撮像装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【００１４】
図１の撮像装置１０は、例えば、静止画及び動画のいずれも撮像することが可能なデジタルカメラからなる。また、撮像装置１０は、例えば、色の３原色若しくは等色関数に基づく従来のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、又は、Ｙ（黄）、Ｍ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）の３つの波長帯域（３バンド）より多い４以上の波長帯域（４バンド以上）の光（マルチスペクトル）を検出可能なマルチスペクトルカメラからなる。
【００１５】
撮像装置１０は、光学系１１、撮像素子１２、メモリ１３、信号処理部１４、出力部１５、及び、制御部１６を備える。
【００１６】
光学系１１は、例えば、図示せぬズームレンズ、フォーカスレンズ、絞り等を備え、外部からの光を、撮像素子１２に入射させる。また、光学系１１には、必要に応じて偏光フィルタ等の各種のフィルタが設けられる。
【００１７】
撮像素子１２は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサからなる。撮像素子１２は、光学系１１からの入射光を受光し、光電変換を行って、入射光に対応する画像データを出力する。
【００１８】
メモリ１３は、撮像素子１２が出力する画像データを一時的に記憶する。
【００１９】
信号処理部１４は、メモリ１３に記憶された画像データを用いた信号処理（例えば、ノイズの除去、ホワイトバランスの調整等の処理）を行い、出力部１５に供給する。
【００２０】
出力部１５は、信号処理部１４からの画像データを出力する。例えば、出力部１５は、液晶等で構成されるディスプレイ（不図示）を有し、信号処理部１４からの画像データに対応するスペクトル（画像）を、いわゆるスルー画として表示する。例えば、出力部１５は、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク等の記録媒体を駆動するドライバ（不図示）を備え、信号処理部１４からの画像データを記録媒体に記録する。例えば、出力部１５は、図示せぬ外部の装置との通信を行う通信インタフェースとして機能し、信号処理部１４からの画像データを、外部の装置に無線又は有線で送信する。
【００２１】
制御部１６は、ユーザの操作等に従い、撮像装置１０の各部を制御する。
【００２２】
＜撮像素子の回路の構成例＞
図２は、図１の撮像素子１２の回路の構成例を示すブロック図である。
【００２３】
撮像素子１２は、画素アレイ部３１、行走査回路３２、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）３３、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）３４、カラムＡＤＣ（Analog Digital Converter）回路３５、列走査回路３６、及び、センスアンプ３７を備える。
【００２４】
画素アレイ部３１には、複数の画素５１が２次元に配列されている。
【００２５】
画素５１は、行走査回路３２に接続される水平信号線Ｈと、カラムＡＤＣ回路３５に接続される垂直信号線Ｖとが交差する点にそれぞれ配置されており、光電変換を行うフォトダイオード６１と、蓄積された信号を読み出すための数種類のトランジスタを備える。すなわち、画素５１は、図２の右側に拡大して示されているように、フォトダイオード６１、転送トランジスタ６２、フローティングディフュージョン６３、増幅トランジスタ６４、選択トランジスタ６５、及び、リセットトランジスタ６６を備える。
【００２６】
フォトダイオード６１に蓄積された電荷は、転送トランジスタ６２を介してフローティングディフュージョン６３に転送される。フローティングディフュージョン６３は、増幅トランジスタ６４のゲートに接続されている。画素５１が信号の読み出しの対象となると、行走査回路３２から水平信号線Ｈを介して選択トランジスタ６５がオンにされ、選択された画素５１の信号は、増幅トランジスタ６４をソースフォロワ（Source Follower）駆動することで、フォトダイオード６１に蓄積された電荷の蓄積電荷量に対応する画素信号として、垂直信号線Ｖに読み出される。また、画素信号はリセットトランジスタ６６をオンすることでリセットされる。
【００２７】
行走査回路３２は、画素アレイ部３１の画素５１の駆動（例えば、転送、選択、リセット等）を行うための駆動信号を、行ごとに順次、出力する。
【００２８】
ＰＬＬ３３は、外部から供給されるクロック信号に基づいて、撮像素子１２の各部の駆動に必要な所定の周波数のクロック信号を生成して出力する。
【００２９】
ＤＡＣ３４は、所定の電圧値から一定の傾きで電圧が降下した後に所定の電圧値に戻る形状（略鋸形状）のランプ信号を生成して出力する。
【００３０】
カラムＡＤＣ回路３５は、比較器７１及びカウンタ７２を、画素アレイ部３１の画素５１の列に対応する個数だけ有しており、画素５１から出力される画素信号から、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング）動作により信号レベルを抽出して、画素データを出力する。すなわち、比較器７１が、ＤＡＣ３４から供給されるランプ信号と、画素５１から出力される画素信号（輝度値）とを比較し、その結果得られる比較結果信号をカウンタ７２に供給する。そして、カウンタ７２が、比較器７１から出力される比較結果信号に応じて、所定の周波数のカウンタクロック信号をカウントすることで、画素信号がＡ／Ｄ変換される。
【００３１】
列走査回路３６は、カラムＡＤＣ回路３５のカウンタ７２に、順次、所定のタイミングで、画素データを出力させる信号を供給する。
【００３２】
センスアンプ３７は、カラムＡＤＣ回路３５から供給される画素データを増幅し、撮像素子１２の外部に出力する。
【００３３】
＜撮像素子の構成＞
図３は、図１の撮像素子１２の断面の構成例を模式的に示している。図３には、撮像素子１２の画素５１−１乃至画素５１−４の４画素分の断面が示されている。なお、以下、画素５１−１乃至画素５１−４を個々に区別する必要がない場合、単に画素５１と称する。
【００３４】
各画素５１においては、上から順に、オンチップマイクロレンズ１０１、層間膜１０２、狭帯域フィルタ層１０３、層間膜１０４、光電変換素子層１０５、及び、配線層１０６が積層されている。すなわち、撮像素子１２は、光電変換素子層１０５が配線層１０６より光の入射側に配置された裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサからなる。
【００３５】
オンチップマイクロレンズ１０１は、各画素５１の光電変換素子層１０５に光を集光するための光学素子である。
【００３６】
層間膜１０２及び層間膜１０４は、ＳｉＯ２等の誘電体からなる。後述するように、層間膜１０２及び層間膜１０４の誘電率は、できる限り低い方が望ましい。
【００３７】
狭帯域フィルタ層１０３には、所定の狭い波長帯域（狭帯域）の狭帯域光を透過する光学フィルタである狭帯域フィルタＮＢが各画素５１に設けられている。例えば、アルミニウム等の金属製の薄膜を用いた金属薄膜フィルタの一種であり、表面プラズモンを利用したプラズモンフィルタが、狭帯域フィルタＮＢに用いられる。また、狭帯域フィルタＮＢの透過帯域は、画素５１毎に設定される。狭帯域フィルタＮＢの透過帯域の種類（バンド数）は任意であり、例えば、４以上に設定される。
【００３８】
ここで、狭帯域とは、例えば、色の３原色若しくは等色関数に基づく従来のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、又は、Ｙ（黄）、Ｍ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）従来のＲ（赤）、Ｇ（緑）、又は、Ｂ（青）のカラーフィルタの透過帯域より狭い波長帯域のことである。また、以下、狭帯域フィルタＮＢを透過した狭帯域光を受光する画素を、マルチスペクトル画素又はＭＳ画素と称する。
【００３９】
光電変換素子層１０５は、例えば、図２のフォトダイオード６１等を備え、狭帯域フィルタ層１０３（狭帯域フィルタＮＢ）を透過した光（狭帯域光）を受光し、受光した光を電荷に変換する。また、光電変換素子層１０５は、各画素５１間が素子分離層により電気的に分離されて構成されている。
【００４０】
配線層１０６には、光電変換素子層１０５に蓄積された電荷を読み取るための配線等が設けられる。
【００４１】
＜プラズモンフィルタについて＞
次に、図４乃至図１５を参照して、狭帯域フィルタＮＢに用いることが可能なプラズモンフィルタについて説明する。
【００４２】
図４は、ホールアレイ構造のプラズモンフィルタ１２１Ａの構成例を示している。
【００４３】
プラズモンフィルタ１２１Ａは、金属製の薄膜（以下、導体薄膜と称する）１３１Ａにホール１３２Ａがハニカム状に配置されたプラズモン共鳴体により構成されている。
【００４４】
各ホール１３２Ａは、導体薄膜１３１Ａを貫通しており、導波管として作用する。一般的に導波管には、辺の長さや直径などの形状により決まる遮断周波数及び遮断波長が存在し、それ以下の周波数（それ以上の波長）の光は伝搬しないという性質がある。ホール１３２Ａの遮断波長は、主に開口径Ｄ１に依存し、開口径Ｄ１が小さいほど遮断波長も短くなる。なお、開口径Ｄ１は透過させたい光の波長よりも小さい値に設定される。
【００４５】
一方、光の波長以下の短い周期でホール１３２Ａが周期的に形成されている導体薄膜１３１Ａに光が入射すると、ホール１３２Ａの遮断波長より長い波長の光を透過する現象が発生する。この現象をプラズモンの異常透過現象という。この現象は、導体薄膜１３１Ａとその上層の層間膜１０２との境界において表面プラズモンが励起されることによって発生する。
【００４６】
ここで、図５を参照して、プラズモンの異常透過現象（表面プラズモン共鳴）の発生条件について説明する。
【００４７】
図５は、表面プラズモンの分散関係を示すグラフである。グラフの横軸は角波数ベクトルｋを示し、縦軸は角周波数ωを示している。ωpは導体薄膜１３１Ａのプラズマ周波数を示している。ωspは層間膜１０２と導体薄膜１３１Ａとの境界面における表面プラズマ周波数を示しており、次式（１）により表される。
【００４８】
【数１】
2019114602.tif 000003
【００４９】
εdは、層間膜１０２を構成する誘電体の誘電率を示している。
【００５０】
式（１）より、表面プラズマ周波数ωspは、プラズマ周波数ωpが高くなるほど高くなる。また、表面プラズマ周波数ωspは、誘電率εdが小さくなるほど、高くなる。
【００５１】
線Ｌ１は、光の分散関係（ライトライン）を示し、次式（２）で表される。
【００５２】
【数２】
2019114602.tif 000004
【００５３】
ｃは、光速を示している。
【００５４】
線Ｌ２は、表面プラズモンの分散関係を表し、次式（３）で表される。
【００５５】
【数３】
2019114602.tif 000005
【００５６】
εmは、導体薄膜１３１Ａの誘電率を示している。
【００５７】
線Ｌ２により表される表面プラズモンの分散関係は、角波数ベクトルｋが小さい範囲では、線Ｌ１で表されるライトラインに漸近し、角波数ベクトルｋが大きくなるにつれて、表面プラズマ周波数ωspに漸近する。
【００５８】
そして、次式（４）が成り立つとき、プラズモンの異常透過現象が発生する。
【００５９】
【数４】
2019114602.tif 000006
【００６０】
λは、入射光の波長を示している。θは、入射光の入射角を示している。Ｇx及びＧyは、次式（５）で表される。
【００６１】
｜Ｇx｜＝｜Ｇy｜＝２π／ａ0  ・・・（５）
【００６２】
ａ0は、導体薄膜１３１Ａのホール１３２Ａからなるホールアレイ構造の格子定数を示している。
【００６３】
式（４）の左辺は、表面プラズモンの角波数ベクトルを示し、右辺は、導体薄膜１３１Ａのホールアレイ周期の角波数ベクトルを示している。従って、表面プラズモンの角波数ベクトルと導体薄膜１３１Ａのホールアレイ周期の角波数ベクトルが等しくなるとき、プラズモンの異常透過現象が発生する。そして、このときのλの値が、プラズモンの共鳴波長（プラズモンフィルタ１２１Ａの透過波長）となる。
【００６４】
なお、式（４）の左辺の表面プラズモンの角波数ベクトルは、導体薄膜１３１Ａの誘電率εm及び層間膜１０２の誘電率εdにより決まる。一方、右辺のホールアレイ周期の角波数ベクトルは、光の入射角θ、及び、導体薄膜１３１Ａの隣接するホール１３２Ａ間のピッチ（ホールピッチ）Ｐ１により決まる。従って、プラズモンの共鳴波長及び共鳴周波数は、導体薄膜１３１Ａの誘電率εm、層間膜１０２の誘電率εd、光の入射角θ、及び、ホールピッチＰ１により決まる。なお、光の入射角が０°の場合、プラズモンの共鳴波長及び共鳴周波数は、導体薄膜１３１Ａの誘電率εm、層間膜１０２の誘電率εd、及び、ホールピッチＰ１により決まる。
【００６５】
従って、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過帯域（プラズモンの共鳴波長）は、導体薄膜１３１Ａの材質及び膜厚、層間膜１０２の材質及び膜厚、ホールアレイのパターン周期（例えば、ホール１３２Ａ開口径Ｄ１及びホールピッチＰ１）等により変化する。特に、導体薄膜１３１Ａ及び層間膜１０２の材質及び膜厚が決まっている場合、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過帯域は、ホールアレイのパターン周期、特にホールピッチＰ１により変化する。すなわち、ホールピッチＰ１が狭くなるにつれて、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過帯域は短波長側にシフトし、ホールピッチＰ１が広くなるにつれて、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過帯域は長波長側にシフトする。
【００６６】
図６は、ホールピッチＰ１を変化させた場合のプラズモンフィルタ１２１Ａの分光特性の例を示すグラフである。グラフの横軸は波長（単位はｎｍ）を示し、縦軸は感度（単位は任意単位）を示している。線Ｌ１１は、ホールピッチＰ１を２５０ｎｍに設定した場合の分光特性を示し、線Ｌ１２は、ホールピッチＰ１を３２５ｎｍに設定した場合の分光特性を示し、線Ｌ１３は、ホールピッチＰ１を５００ｎｍに設定した場合の分光特性を示している。
【００６７】
ホールピッチＰ１を２５０ｎｍに設定した場合、プラズモンフィルタ１２１Ａは、主に青色の波長帯域の光を透過する。ホールピッチＰ１を３２５ｎｍに設定した場合、プラズモンフィルタ１２１Ａは、主に緑色の波長帯域の光を透過する。ホールピッチＰ１を５００ｎｍに設定した場合、プラズモンフィルタ１２１Ａは、主に赤色の波長帯域の光を透過する。ただし、ホールピッチＰ１を５００ｎｍに設定した場合、プラズモンフィルタ１２１Ａは、後述する導波管モードにより、赤色より低波長の帯域の光も多く透過する。
【００６８】
図７は、ホールピッチＰ１を変化させた場合のプラズモンフィルタ１２１Ａの分光特性の他の例を示すグラフである。グラフの横軸は波長（単位はｎｍ）を示し、縦軸は感度（単位は任意単位）を示している。この例では、ホールピッチＰ１を２５０ｎｍから６２５ｎｍまで２５ｎｍ刻みで変化させた場合の１６種類のプラズモンフィルタ１２１Ａの分光特性の例を示している。
【００６９】
なお、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過率は、主にホール１３２Ａの開口径Ｄ１により決まる。開口径Ｄ１が大きくなるほど透過率が高くなる一方、混色が発生しやすくなる。一般的に、開口率がホールピッチＰ１の５０％〜６０％になるように開口径Ｄ１を設定することが望ましい。
【００７０】
また、上述したように、プラズモンフィルタ１２１Ａの各ホール１３２Ａは、導波管として作用する。従って、プラズモンフィルタ１２１Ａのホールアレイのパターンによっては、分光特性において、表面プラズモン共鳴により透過される波長成分（プラズモンモードにおける波長成分）だけでなく、ホール１３２Ａ（導波管）を透過する波長成分（導波管モードにおける波長成分）が大きくなる場合がある。
【００７１】
図８は、図６の線Ｌ１３により表される分光特性と同様に、ホールピッチＰ１を５００ｎｍに設定した場合のプラズモンフィルタ１２１Ａの分光特性を示している。この例において、６３０ｎｍ付近の遮断波長より長波長側がプラズモンモードにおける波長成分であり、遮断波長より短波長側が導波管モードにおける波長成分である。
【００７２】
上述したように、遮断波長は、主にホール１３２Ａの開口径Ｄ１に依存し、開口径Ｄ１が小さいほど遮断波長も短くなる。そして、遮断波長とプラズモンモードにおけるピーク波長との間の差をより大きくするほど、プラズモンフィルタ１２１Ａの波長分解能特性が向上する。
【００７３】
また、上述したように、導体薄膜１３１Ａのプラズマ周波数ωpが高くなるほど、導体薄膜１３１Ａの表面プラズマ周波数ωspが高くなる。また、層間膜１０２の誘電率εdが小さくなるほど、表面プラズマ周波数ωspが高くなる。そして、表面プラズマ周波数ωspが高くなるほど、プラズモンの共鳴周波数をより高く設定することができ、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過帯域（プラズモンの共鳴波長）をより短い波長帯域に設定することが可能になる。
【００７４】
従って、プラズマ周波数ωpがより小さい金属を導体薄膜１３１Ａに用いた方が、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過帯域をより短い波長帯域に設定することが可能になる。例えば、アルミニウム、銀、金等が好適である。ただし、透過帯域を赤外光などの長い波長帯域に設定する場合には、銅なども用いることが可能である。
【００７５】
また、誘電率εdがより小さい誘電体を層間膜１０２に用いた方が、プラズモンフィルタ１２１Ａの透過帯域をより短い波長帯域に設定することが可能になる。例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｌｏｗ−Ｋ、ＳｉＣ、ＴｉＯ２、ＺｎＳ、ＭｇＦ２等が好適である。
【００７６】
また、図９は、導体薄膜１３１Ａにアルミニウムを用い、層間膜１０２にＳｉＯ２を用いた場合の導体薄膜１３１Ａと層間膜１０２の界面における表面プラズモンの伝搬特性を示すグラフである。グラフの横軸は光の波長（単位はｎｍ）を示し、縦軸は伝搬距離（単位はμｍ）を示している。また、線Ｌ２１は、界面方向の伝搬特性を示し、線Ｌ２２は、層間膜１０２の深さ方向（界面に垂直な方向）の伝搬特性を示し、線Ｌ２３は、導体薄膜１３１Ａの深さ方向（界面に垂直な方向）の伝搬特性を示している。
【００７７】
表面プラズモンの深さ方向の伝搬距離ΛSPP（λ）は、次式（６）により表される。
【００７８】
【数５】
2019114602.tif 000007
【００７９】
ｋSPPは、表面プラズモンが伝搬する物質の吸収係数を示す。εm（λ）は、波長λの光に対する導体薄膜１３１Ａの誘電率を示す。εd（λ）は、波長λの光に対する層間膜１０２の誘電率を示す。
【００８０】
従って、図９に示されるように、波長４００ｎｍの光に対する表面プラズモンは、ＳｉＯ２からなる層間膜１０２の表面から深さ方向に約１００ｎｍまで伝搬する。従って、層間膜１０２の厚みを１００ｎｍ以上に設定することにより、層間膜１０２と導体薄膜１３１Ａとの界面における表面プラズモンに、層間膜１０２の導体薄膜１３１Ａと反対側の面に積層された物質の影響が及ぶことが防止される。
【００８１】
また、波長４００ｎｍの光に対する表面プラズモンは、アルミニウムからなる導体薄膜１３１Ａの表面から深さ方向に約１０ｎｍまで伝搬する。従って、導体薄膜１３１Ａの厚みを１０ｎｍ以上に設定することにより、層間膜１０２と導体薄膜１３１Ａとの界面における表面プラズモンに、層間膜１０４の影響が及ぶことが防止される。
【００８２】
＜プラズモンフィルタのその他の例＞
次に、図１０乃至図１５を参照して、プラズモンフィルタのその他の例について説明する。
【００８３】
図１０のＡのプラズモンフィルタ１２１Ｂは、導体薄膜１３１Ｂにホール１３２Ｂが直行行列状に配置されたプラズモン共鳴体により構成されている。プラズモンフィルタ１２１Ｂにおいては、例えば、隣接するホール１３２Ｂ間のピッチＰ２により透過帯域が変化する。
【００８４】
また、プラズモン共鳴体において、全てのホールが導体薄膜を貫通する必要はなく、一部のホールは、導体薄膜を貫通しない非貫通穴により構成しても、プラズモン共鳴体はフィルタとして機能する。
【００８５】
例えば、図１０のＢには、導体薄膜１３１Ｃに貫通穴からなるホール１３２Ｃ、及び、非貫通穴からなるホール１３２Ｃ’がハニカム状に配置されたプラズモン共鳴体により構成されたプラズモンフィルタ１２１Ｃの平面図および断面図（平面図におけるＡ−Ａ’での断面図）が示されている。すなわち、プラズモンフィルタ１２１Ｃには、貫通穴からなるホール１３２Ｃと非貫通穴からなるホール１３２Ｃ’とが周期的に配置されている。
【００８６】
さらに、プラズモンフィルタとしては、基本的に単層のプラズモン共鳴体が使用されるが、例えば、２層のプラズモン共鳴体により構成することもできる。
【００８７】
例えば、図１１に示されているプラズモンフィルタ１２１Ｄは、２層のプラズモンフィルタ１２１Ｄ−１及びプラズモンフィルタ１２１Ｄ−２により構成されている。プラズモンフィルタ１２１Ｄ−１及びプラズモンフィルタ１２１Ｄ−２は、図４のプラズモンフィルタ１２１Ａを構成するプラズモン共鳴体と同様に、ホールがハニカム状に配置された構造となっている。
【００８８】
また、プラズモンフィルタ１２１Ｄ−１とプラズモンフィルタ１２１Ｄ−２との間隔Ｄ２は、透過帯域のピーク波長の１／４程度とすることが好適である。また、設計自由度を考慮すると、間隔Ｄ２は、透過帯域のピーク波長の１／２以下がより好適である。
【００８９】
なお、プラズモンフィルタ１２１Ｄのように、プラズモンフィルタ１２１Ｄ−１及びプラズモンフィルタ１２１Ｄ−２において同一のパターンでホールが配置されるようにする他、例えば、２層のプラズモン共鳴体構造において互いに相似するパターンでホールが配置されていてもよい。また、２層のプラズモン共鳴体構造において、ホールアレイ構造とドットアレイ構造（後述）とが反転するようなパターンでホールとドットとが配置されていてもよい。さらに、プラズモンフィルタ１２１Ｄは２層構造となっているが、３層以上の多層化も可能である。
【００９０】
また、以上では、ホールアレイ構造のプラズモン共鳴体によるプラズモンフィルタの構成例を示したが、プラズモンフィルタとして、ドットアレイ構造のプラズモン共鳴体を採用してもよい。
【００９１】
図１２を参照して、ドットアレイ構造のプラズモンフィルタについて説明する。
【００９２】
図１２のＡのプラズモンフィルタ１２１Ａ’は、図４のプラズモンフィルタ１２１Ａのプラズモン共鳴体に対してネガポジ反転した構造、すなわち、ドット１３３Ａが誘電体層１３４Ａにハニカム状に配置されたプラズモン共鳴体により構成されている。各ドット１３３Ａ間には、誘電体層１３４Ａが充填されている。
【００９３】
プラズモンフィルタ１２１Ａ’は、所定の波長帯域の光を吸収するため、補色系のフィルタとして用いられる。プラズモンフィルタ１２１Ａ’が吸収する光の波長帯域（以下、吸収帯域と称する）は、隣接するドット１３３Ａ間のピッチ（以下、ドットピッチと称する）Ｐ３等により変化する。また、ドットピッチＰ３に合わせて、ドット１３３Ａの径Ｄ３が調整される。
【００９４】
図１２のＢのプラズモンフィルタ１２１Ｂ’は、図１０のＡのプラズモンフィルタ１２１Ｂのプラズモン共鳴体に対してネガポジ反転した構造、すなわち、ドット１３３Ｂが誘電体層１３４Ｂに直行行列状に配置されたプラズモン共鳴体構造により構成されている。各ドット１３３Ｂ間には、誘電体層１３４Ｂが充填されている。
【００９５】
プラズモンフィルタ１２１Ｂ’の吸収帯域は、隣接するドット１３３Ｂ間のドットピッチＰ４等により変化する。また、ドットピッチＰ４に合わせて、ドット１３３Ｂの径Ｄ３が調整される。
【００９６】
図１３は、図１２のＡのプラズモンフィルタ１２１Ａ’のドットピッチＰ３を変化させた場合の分光特性の例を示すグラフである。グラフの横軸は波長（単位はｎｍ）を示し、縦軸は透過率を示している。線Ｌ３１は、ドットピッチＰ３を３００ｎｍに設定した場合の分光特性を示し、線Ｌ３２は、ドットピッチＰ３を４００ｎｍに設定した場合の分光特性を示し、線Ｌ３３は、ドットピッチＰ３を５００ｎｍに設定した場合の分光特性を示している。
【００９７】
この図に示されるように、ドットピッチＰ３が狭くなるにつれて、プラズモンフィルタ１２１Ａ’の吸収帯域は短波長側にシフトし、ドットピッチＰ３が広くなるにつれて、プラズモンフィルタ１２１Ａ’の吸収帯域は長波長側にシフトする。
【００９８】
なお、ホールアレイ構造及びドットアレイ構造のいずれのプラズモンフィルタにおいても、ホール又はドットの平面方向のピッチを調整するだけで、透過帯域又は吸収帯域を調整することができる。従って、例えば、リソグラフィ工程においてホール又はドットのピッチを調整するだけで、画素毎に透過帯域又は吸収帯域を個別に設定することが可能であり、より少ない工程でフィルタの多色化が可能になる。
【００９９】
また、プラズモンフィルタの厚さは、有機材料系のカラーフィルタとほぼ同様の約１００〜５００ｎｍ程度であり、プロセスの親和性が良い。
【０１００】
また、狭帯域フィルタＮＢには、図１４に示されるＧＭＲ（Guided Mode Resonant）を用いたプラズモンフィルタ１５１を用いることも可能である。
【０１０１】
プラズモンフィルタ１５１においては、上から順に、導体層１６１、ＳｉＯ２膜１６２、ＳｉＮ膜１６３、ＳｉＯ２基板１６４が積層されている。導体層１６１は、例えば、図３の狭帯域フィルタ層１０３に含まれ、ＳｉＯ２膜１６２、ＳｉＮ膜１６３、及び、ＳｉＯ２基板１６４は、例えば、図３の層間膜１０４に含まれる。
【０１０２】
導体層１６１には、例えばアルミニウムからなる矩形の導体薄膜１６１Ａが、所定のピッチＰ５で、導体薄膜１６１Ａの長辺側が隣接するように並べられている。そして、ピッチＰ５等によりプラズモンフィルタ１５１の透過帯域が変化する。
【０１０３】
図１５は、ピッチＰ５を変化させた場合のプラズモンフィルタ１５１の分光特性の例を示すグラフである。グラフの横軸は波長（単位はｎｍ）を示し、縦軸は透過率を示している。この例では、ピッチＰ５を２８０ｎｍから４８０ｎｍまで４０ｎｍ刻みで６種類に変化させるとともに、隣接する導体薄膜１６１Ａの間のスリットの幅をピッチＰ５の１／４に設定した場合の分光特性の例を示している。また、透過帯域のピーク波長が最も短い波形が、ピッチＰ５を２８０ｎｍに設定した場合の分光特性を示し、ピッチＰ５が広くなるにつれて、ピーク波長が長くなっている。すなわち、ピッチＰ５が狭くなるにつれて、プラズモンフィルタ１５１の透過帯域は短波長側にシフトし、ピッチＰ５が広くなるにつれて、プラズモンフィルタ１５１の透過帯域は長波長側にシフトする。
【０１０４】
このＧＭＲを用いたプラズモンフィルタ１５１も、上述したホールアレイ構造及びドットアレイ構造のプラズモンフィルタと同様に、有機材料系のカラーフィルタと親和性が良い。
【０１０５】
プラズモンフィルタとして、上記したホールアレイ構造、ドットアレイ構造、ＧＭＲ以外の形状として、例えば、ブルズアイ（Bull’s eye）と称される形状（以下、ブルズアイ構造と記述する）のフィルタを適用することもできる。ブルズアイ構造とは、ダーツの的や弓矢の的と似ていることから付けられた名称である。
【０１０６】
図１６のＡに示したように、ブルズアイ構造のプラズモンフィルタ１７１は、中央に、貫通孔１８１を有し、その貫通孔１８１を中心とする同心円状に形成された複数の凸部１８２から構成されている。すなわち、ブルズアイ構造のプラズモンフィルタ１７１は、プラズモン共鳴を生じさせる金属の回折格子構造を適用した形状である。
【０１０７】
ブルズアイ構造のプラズモンフィルタ１７１は、ＧＭＲのプラズモンフィルタ１５１と同様の特徴を有する。すなわち、凸部１８２間をピッチＰ６とした場合、ピッチＰ６が狭くなるにつれて、プラズモンフィルタ１７１の透過帯域は短波長側にシフトし、ピッチＰ６が広くなるにつれて、プラズモンフィルタ１７１の透過帯域は長波長側にシフトするという特徴を有する。
【０１０８】
特定の波長の光を透過するフィルタとして、ファブリーペロー干渉計がある。本技術を適用する狭帯域フィルタとして、プラズモンフィルタの代わりに、ファブリーペロー干渉計を用いることも可能である。
【０１０９】
ファブリーペロー干渉計２０１は、図１７に示すように、２枚の半透鏡２０２と半透鏡２０３から構成され、この２枚の半透鏡２０２，２０３が向かい合わせ平行になるように配置された光学装置である。半透鏡２０２，２０３は、高い反射率とわずかな透過率をもつ反射面に仕上げられている。
【０１１０】
ファブリーペロー干渉計２０１の一方（図中、上側）から入射した光は、両反射面間を何回も反射往復して互いに干渉する。半透鏡２０３を透過した光は、一定の光路差をもって多数回往復した光による、かなりの長さのある干渉光となる。したがって、これを分光器として用いれば、非常に高い分解能が得られる。
【０１１１】
すなわち、上記したプラズモンフィルタ１２１（１５１）と同じく、ファブリーペロー干渉計２０１によっても、入射してきた光のうち、ファブリーペロー干渉計２０１で分析したい波長が選択され、その選択された光が、フォトダイオード６１で受光されるようにすることができる。
【０１１２】
本技術が適用される撮像装置に適用できる狭帯域フィルタＮＢとしては、上記したホールアレイ構造、ドットアレイ構造、ＧＭＲ、ブルズアイ構造などのプラズモンフィルタや、ファブリーペロー干渉計がある。
【０１１３】
以下の説明において、狭帯域フィルタＮＢは、特に断りがない場合、ホールアレイ構造のプラズモンフィルタ１２１である場合を例に挙げて説明を続けるが、ドットアレイ構造、ＧＭＲ、ブルズアイ構造などのプラズモンフィルタや、ファブリーペロー干渉計を適用することもでき、適宜、ドットアレイ構造、ＧＭＲ、ブルズアイ構造などのプラズモンフィルタや、ファブリーペロー干渉計と読み替えることができるとして説明を続ける。
【０１１４】
＜混色による影響について＞
プラズモンフィルタ１２１を用いて狭帯域光を検出するとき、検出したい光の波形以外の混色成分も検出してしまい、特性が悪化してしまう可能性がある。このことについて、図１８を参照して説明する。以下の説明においては、図３に示した構成例よりも簡略化した画素５１の構成例を参照して説明を行う。
【０１１５】
図１８に示した画素は、図中上から順に、層間膜１０２、プラズモンフィルタ１２１、層間膜１０４、およびフォトダイオード６１が積層されている。プラズモンフィルタ１２１は、図３においては狭帯域フィルタ層１０３を構成し、フォトダイオード６１は、光電変換素子層１０５に含まれる１光電変換素子を表している。
【０１１６】
フォトダイオード６１は、Ｐ型の半導体領域６１−１とＮ型の半導体領域６１−２から構成されている。なお、図１８では図示していないが、Ｎ型の半導体領域６１−２の周りを、Ｐ型の半導体領域６１−１が囲むように形成されていても良い。このＰ型の半導体領域６１−１は、暗電流抑制のための正孔電荷蓄積領域を兼ねている。
【０１１７】
以下の説明においては、Ｎ型の半導体領域６１−２が、フォトダイオード６１の主要部分の領域であり、読み出し電荷が電子である場合を例に挙げて説明を続けるが、フォトダイオード６１の主要部分の領域が、Ｐ型の半導体領域であり、読み出し電荷が正孔であるフォトダイオードであっても、本技術を適用できる。
【０１１８】
図１８に示した画素５１で受光したときの分光特性例を、図１９に示す。図１９に示した分光特性のグラフにおいて、横軸は、入射光の波長を示し、縦軸は出力値を表す。
【０１１９】
プラズモンフィルタ１２１が、約６００ｎｍの波長の光を透過するフィルタとして設計されている場合、図１９に示したグラフのように、６００ｎｍをピークとするグラフが分光特性のグラフとして得られる。このピーク値を中心とした末広がりのグラフであれば良いが、図１９に示したように、６００ｎｍよりも短い波長側で、混色成分が発生していることが読み取れる。
【０１２０】
図１９に示したグラフにおいて、円で囲った部分は、混色成分が発生している部分を示す。このように、プラズモンフィルタ１２１を用いた画素５１によると、混色成分が発生してしまう可能性がある。この混色成分は、プラズモンフィルタ１２１で透過させたい光の波長として設定されている波長が、長波長側になると、発生しやすくなる傾向にある。このような混色成分は、分光特性を悪化させる原因となるため、発生しないように抑制されることが好ましい。
【０１２１】
また、プラズモンフィルタ１２１を、図１８に示したように、シリコン（Ｓｉ）基板に形成されたフォトダイオード６１と組み合わせて用いる場合、シリコンの分光特性も考慮する必要がある。すなわち、混色成分に対するシリコンの感度が高い場合、混色成分による影響が大きくなる。よって、プラズモンフィルタ１２１と、シリコン（Ｓｉ）基板に形成されたフォトダイオード６１と組み合わせて用いる場合、混色成分の発生をより抑制する必要がある。
【０１２２】
混色成分を抑制できる画素５１について、説明を加える。
【０１２３】
＜画素の構成＞
図２０は、本技術を適用した画素５１の一実施の形態の構成を示す図である。図２０に示した画素５１ａは、プラズモンフィルタ１２１が透過する光の波長に適切な深さにフォトダイオード６１が形成されている。
【０１２４】
図２０の上部には、プラズモンフィルタ１２１の分光特性のグラフを示し、そのような分光特性のグラフが得られるときの画素５１の構成であり、本技術を適用した画素５１の構成を、図２０の下部に示す。
【０１２５】
図２０の下部に示した画素５１の構成は、図１８に示した画素５１の構成と同じであるが、フォトダイオード６１（フォトダイオード６１を構成するＮ型の半導体領域６１−２）の深さが異なる。
【０１２６】
以下、“フォトダイオード６１の深さ”と記載するが、“フォトダイオード６１の深さ”とは、フォトダイオード６１を構成するＮ型の半導体領域６１−２の深さであるとする。また、“フォトダイオード６１の深さ”とは、フォトダイオード６１が形成されているシリコン基板の界面（層間膜１０４との境界）から、空乏層が広がる位置までの距離であり、この空乏層が広がる領域が、Ｎ型の半導体領域６１−２であるとする。
【０１２７】
フォトダイオード６１の深さは、シリコン基板の界面から、空乏層が広がる位置までの距離とすることができ、この空乏層、すなわちこの場合、Ｎ型の半導体領域６１−２の界面（上端）までの距離としても良いし、Ｎ型の半導体領域６１−２の中心部分までの距離としても良い。ここでは、Ｎ型の半導体領域６１−２の界面までの距離として説明を続ける。
【０１２８】
なお、ここでは、Ｎ型の半導体領域が、光電変換の主要部分の領域である場合を例に挙げて説明を続けるが、Ｐ型の半導体領域が、光電変換の主要部分の領域であるように画素５１を構成すること可能であり、Ｐ型の半導体領域が、光電変換の主要部分の領域である画素５１の場合、上記および以下の説明において、Ｎ型の半導体領域との部分を、適宜、Ｐ型の半導体領域と読み替えることで、本技術を適用できる。
【０１２９】
また、フォトダイオード６１の深さは、物理的な深さである場合を例に挙げて説明を続けるが、フォトダイオード６１の深さを変更する方法としては、チャネルカットや表面のｐ＋領域の深さ（不純物濃度プロファイル）を変えたり、ウェルの深さ（不純物濃度プロファイル）を変えたりしても可能であり、そのような方法により、フォトダイオード６１の深さを変更しても良い。
【０１３０】
図２０では、ホールアレイ型のプラズモンフィルタ１２１である場合を例に挙げて説明を続けるが、後述するように、ホールアレイ型のプラズモンフィルタ１２１の代わりに、ドットアレイ型のプラズモンフィルタ１２１、ＧＭＲを用いたプラズモンフィルタ１５１、ブルズアイ構造のプラズモンフィルタ１７１、ファブリーペロー干渉計２０１を用いることも可能であり、これらを用いた場合も、ホールアレイ型のプラズモンフィルタ１２１を用いた場合と同様に、本技術を適用できる。
【０１３１】
図２０のＡは、プラズモンフィルタ１２１ａを透過する光の波長として、４５０ｎｍが設定されたプラズモンフィルタ１２１ａを用いた場合の画素５１ａの構成を示す。画素５１ａにおいて、フォトダイオード６１ａは、深さｄ１の位置に形成されている。
【０１３２】
図２０のＢは、プラズモンフィルタ１２１ｂを透過する光の波長として、５３０ｎｍが設定されたプラズモンフィルタ１２１ｂを用いた場合の画素５１ｂの構成を示す。画素５１ｂにおいて、フォトダイオード６１ｂは、深さｄ２の位置に形成されている。
【０１３３】
図２０のＣは、プラズモンフィルタ１２１ｃを透過する光の波長として、６００ｎｍが設定されたプラズモンフィルタ１２１ｃを用いた場合の画素５１ｃの構成を示す。画素５１ｃにおいて、フォトダイオード６１ｃは、深さｄ３の位置に形成されている。
【０１３４】
図２０のＤは、プラズモンフィルタ１２１ｄを透過する光の波長として、６５０ｎｍが設定されたプラズモンフィルタ１２１ｄを用いた場合の画素５１ｄの構成を示す。画素５１ｄにおいて、フォトダイオード６１ｄは、深さｄ４の位置に形成されている。
【０１３５】
図２０のＡ乃至Ｄに示した画素５１ａ乃至５１ｄを参照するに、フォトダイオード６１が形成されている深さが異なる。画素５１ａ乃至５１ｄのそれぞれの深さは、深さｄ１、深さｄ２、深さｄ３、および深さｄ４である。この深さｄ１乃至ｄ４は、
深さｄ１＜深さｄ２＜深さｄ３＜深さｄ４
という関係が満たされている。
【０１３６】
プラズモンフィルタ１２１ａ乃至１２１ｄは、それぞれ波長が４５０ｎｍ、５３０ｎｍ、６００ｎｍ、および６５０ｎｍの光を最も効率良く透過するように設計されたフィルタとされている。すなわち、プラズモンフィルタ１２１ａ、プラズモンフィルタ１２１ｂ、プラズモンフィルタ１２１ｃ、プラズモンフィルタ１２１ｄの順で、透過する光の波長が長波長側へとシフトする。
【０１３７】
プラズモンフィルタ１２１で透過する光の波長が、長波長側にシフトすると、フォトダイオード６１の深さも深くなるように構成されている。フォトダイオード６１の深さは、プラズモンフィルタ１２１で透過する光の波長に適した深さに形成されている。
【０１３８】
フォトダイオード６１は、シリコン基板に形成されている。一般的にシリコン基板に入射してきた光は、長波長の光ほど、シリコン基板の深いところまで到達することが知られている。このようなことを利用し、シリコン基板のうち、プラズモンフィルタ１２１で透過する波長の光が到達する位置に、フォトダイオード６１が形成されているため、プラズモンフィルタ１２１で透過する光の波長に応じて、フォトダイオード６１が形成されている位置が異なる。
【０１３９】
ここで、フォトダイオード６１の深さについてさらに説明を加える。一般的に、物質の表面から光が入射した場合、表面からの深さｘでの光強度Ｉは、
Ｉ＝Ｉ0e-αx
となる。Ｉ0は物質表面での光強度を表し、αは吸収係数を表す。
【０１４０】
吸収係数αが大きいほど物質表面で光は吸収され、小さいと物質の深いところまで侵入する。
【０１４１】
図２１に、単結晶シリコンの吸収係数αと光の波長との関係を示す。図２１に示したグラフの横軸は、光の波長を表し、縦軸は、吸収係数αを表す。図２１のグラフから、単結晶シリコンに入射してきた光の波長に応じて、吸収係数αが変化し、一定では無いことが読み取れる。すなわち、吸収係数αは、物質や、入射してきた光の波長に大きく依存することがわかる。
【０１４２】
図２２に、単結晶シリコンにおける光強度と侵入深さの関係を示す。図２２に示したグラフの横軸は、光が侵入する深さを表し、縦軸は、光強度を表す。また、図２２には、波長λ＝４５０ｎｍの青色光が入射されたときのグラフ、波長λ＝５３０ｎｍの緑色光が入射されたときのグラフ、波長λ＝７００ｎｍの赤色光が入射されたときのグラフを、それぞれ図示してある。
【０１４３】
図２２に示したグラフから、例えば、光強度が５０％（図中、一点鎖線で示した部分）となる深さ、すなわち、I/Ｉ0＝0.5 となる深さは、青色光の場合、０．３ｕｍ、緑色光の場合、０．８ｕｍ、赤色光の場合、３．２ｕｍであることが読み取れる。この結果から、青色光は、シリコンに入射して比較的浅い部分で強度が半減するが、赤色光は、シリコンに入射して比較的深い部分で強度が半減することが読み取れる。
【０１４４】
例えば、青色光を透過するプラズモンフィルタ１２１を用いた場合に、シリコン表面にフォトダイオード６１を形成すれば、感度を向上させることができる。一方で、シリコンの深い位置、例えば０．３ｕｍよりも深い位置にフォトダイオード６１を形成すると、青色光は、フォトダイオード６１に到達する前に強度が弱まり、フォトダイオード６１に到達する青色光は低減し、感度は低下してしまう。
【０１４５】
このことから、プラズモンフィルタ１２１が透過する光の波長に適した位置にフォトダイオード６１が形成されていれば、効率良く受光できるが、プラズモンフィルタ１２１が透過する光の波長に適していない位置にフォトダイオード６１が形成されていると、効率良く受光できないことがわかる。
【０１４６】
またプラズモンフィルタ１２１が透過する光の波長に適した位置にフォトダイオード６１が形成されていれば、混色成分を低減させることもできる。
【０１４７】
このようなことを考慮し、フォトダイオード６１の深さは設定される。フォトダイオード６１の深さの設定の仕方の一例を説明する。
【０１４８】
プラズモンフィルタ１２１が透過する光の波長に適したフォトダイオード６１の深さ（＝Ｎ型の半導体領域６１−１の上端の位置）は、
（フォトダイオードの上端の深さ）＝ （カットしたい光の侵入深さ）
に設定する。カットしたい光とは、例えば混色成分として検出される可能性のある光とすることができる。
【０１４９】
プラズモンフィルタ１２１でカットしたい波長を、波長λcutoffとした場合、
λcutoff ＝ （プラズモンフィルタのピーク透過波長）−（プラズモンフィルタの目標半値幅／２）
と表せる。
【０１５０】
これらのことから、
（フォトダイオードの上端の深さ）＝（波長λcutoff時の侵入深さ）
となる。
【０１５１】
例えば、プラズモンフィルタ１２１のピークの透過波長が５８０ｎｍ、半値幅が１００ｎｍのフィルタを設計する場合、プラズモンフィルタ１２１でカットしたい波長は、
λcutoff ＝５８０−（１００／２）＝５３０ｎｍ
となる。
【０１５２】
そして、この５３０ｎｍのときの侵入深さは、図２２の緑色光（λ＝５３０ｎｍ）のグラフから、光強度が５０％となる深さとして０．８ｕｍと読み取れる。よって、プラズモンフィルタ１２１のピークの透過波長が５８０ｎｍ、半値幅が１００ｎｍのフィルタを用いる場合、フォトダイオード６１の深さは、０．８ｕｍに設定されれば良い。
【０１５３】
また他の一例として、プラズモンフィルタ１２１のピークの透過波長が４７５ｎｍ、半値幅が５０ｎｍのフィルタを設計する場合、プラズモンフィルタ１２１でカットしたい波長は、
λcutoff ＝４７５−（５０／２）＝４５０ｎｍ
となる。
【０１５４】
そして、この４５０ｎｍのときの侵入深さは、図２２の青色光（λ＝４５０ｎｍ）のグラフから、光強度が５０％となる深さとして０．３ｕｍと読み取れる。よって、プラズモンフィルタ１２１のピークの透過波長が４７５ｎｍ、半値幅が５０ｎｍのフィルタを用いる場合、フォトダイオード６１の深さは、０．３ｕｍに設定されれば良い。
【０１５５】
このような演算を行った結果の一例を、図２３に示す。図２３に示したグラフの横軸は、波長を示し、縦軸は、光強度が５０％になるフォトダイオード６１の深さ（上端の位置）を示す。このようなグラフを作成し、このグラフに基づき、フォトダイオード６１の上端の深さを設定することができる。
【０１５６】
図２０に示した画素５１ａ乃至５１ｄを再度参照するに、画素５１ａの深さｄ１、画素５１ｂの深さｄ２、画素５１ｃの深さｄ３、および画素５１ｄの深さｄ４は、それぞれ、例えば、図２３に示したグラフを利用して、プラズモンフィルタ１２１ａ乃至１２１ｄのそれぞれの透過波長に合った深さに設定されている。
【０１５７】
図２３に示したように、プラズモンフィルタ１２１のピークの透過波長が長波長側にシフトすると、フォトダイオード６１の深さも深くなり、図２０に示したような画素５１ａ乃至５１ｄのような構成となることがわかる。
【０１５８】
＜ホールアレイ型のプラズモフィルタを適用した場合＞
プラズモンフィルタ１２１として、ホールアレイ型のプラズモンフィルタ１２１を適用した場合、ホール１３２のピッチと、フォトダイオード６１の深さには、図２４に示すような関係がある。
【０１５９】
図２４の上図は、プラズモンフィルタ１２１を上面（光入射側）から見たときの図であり、下図は、図２０の下図と同じく、画素５１の構成を示す図である。図２４のＡは、プラズモンフィルタ１２１ａのピッチが２５０ｎｍに設定されているプラズモンフィルタ１２１ａを用いた場合の画素５１ａの構成を示す。画素５１ａにおいて、フォトダイオード６１ａは、深さｄ１の位置に形成されている。
【０１６０】
図２４のＢは、プラズモンフィルタ１２１ｂのピッチが３５０ｎｍに設定されているプラズモンフィルタ１２１ｂを用いた場合の画素５１ｂの構成を示す。画素５１ｂにおいて、フォトダイオード６１ｂは、深さｄ２の位置に形成されている。
【０１６１】
図２４のＣは、プラズモンフィルタ１２１ｃのピッチが４５０ｎｍに設定されているプラズモンフィルタ１２１ｃを用いた場合の画素５１ｃの構成を示す。画素５１ｃにおいて、フォトダイオード６１ｃは、深さｄ３の位置に形成されている。
【０１６２】
図２４のｄは、プラズモンフィルタ１２１ｄのピッチが５５０ｎｍに設定されているプラズモンフィルタ１２１ｄを用いた場合の画素５１ｄの構成を示す。画素５１ｄにおいて、フォトダイオード６１ｄは、深さｄ４の位置に形成されている。
【０１６３】
ホールアレイ型のプラズモンフィルタ１２１については、図４乃至図９を参照して説明したので、詳細な説明は省略するが、ホール１３２のピッチが大きいほど、透過波長が長くなる。
【０１６４】
例えば、図２４のＡに示したピッチが２５０ｎｍのプラズモンフィルタ１２１ａの場合、主に青色の波長帯域の光を透過するフィルタとして機能する。また、図２４のＤに示したピッチが５５０ｎｍのプラズモンフィルタ１２１ｄの場合、主に赤色の波長帯域の光を透過するフィルタとして機能する。
【０１６５】
ホールアレイ型のプラズモンフィルタ１２１を用いた場合、プラズモンフィルタ１２１のホール１３２同士のピッチが大きくなると、フォトダイオード６１の深さが深くなるという関係がある。
【０１６６】
プラズモンフィルタ１２１の特性として、ホール１３２の間隔（ピッチ）を変えると、透過波長が変化するため、その透過波長を、シリコンが最も吸収する深さに、フォトダイオード６１が形成される。また、プラズモンフィルタ１２１の特性として、ホール１３２の間隔（ピッチ）を長くすると、透過波長も長波長側にシフトするため、このような特性に合わせて、シリコン基板内のフォトダイオード６１の深さも深くなるように形成される。
【０１６７】
プラズモンフィルタ１２１として、ドットアレイ型のプラズモンフィルタ１２１を適用することも可能である。ドットアレイ型のプラズモンフィルタ１２１については、図１２、図１３を参照して説明したように、ドットアレイ型のプラズモンフィルタ１２１は、所定の波長帯域の光を吸収するフィルタとなり、補色系のフィルタとして用いられる。ドットアレイ型のプラズモンフィルタ１２１が吸収する光の波長帯域は、隣接するドット１３３間のピッチなどにより変化する。
【０１６８】
ドットアレイ型のプラズモンフィルタ１２１においては、ドット１３３間のピッチが狭くなるにつれて、プラズモンフィルタ１２１の吸収帯域は短波長側にシフトし、ドット１３３間のピッチが広くなるにつれて、プラズモンフィルタ１２１の吸収帯域は長波長側にシフトする。
【０１６９】
ドットアレイ型のプラズモンフィルタ１２１は、所定の波長帯域の光を吸収するフィルタであるため、その所定の波長帯域に合った深さにフォトダイオード６１を形成するのでは無く、その所定の波長帯域に合った深さ以外の深さの領域にフォトダイオード６１を形成するようにしても良い。このようにした場合の画素５１については、後述する。
【０１７０】
＜ＧＭＲのプラズモフィルタを適用した場合＞
プラズモンフィルタとして、ＧＭＲを用いたプラズモンフィルタ１５１を適用した場合、導体薄膜１６１の間隔（以下、スリット間隔と記述する）と、フォトダイオード６１の深さには、図２５に示すような関係がある。
【０１７１】
図２５の上図は、プラズモンフィルタ１５１を上面（光入射側）から見たときの図であり、下図は、図２０の下図と同じく、画素５１の構成を示す図である。図２５のＡは、プラズモンフィルタ１５１ａのスリット間隔が２５０ｎｍに設定されているプラズモンフィルタ１５１ａを用いた場合の画素５１ａの構成を示す。画素５１ａにおいて、フォトダイオード６１ａは、深さｄ１の位置に形成されている。
【０１７２】
図２５のＢは、プラズモンフィルタ１５１ｂのスリット間隔が３００ｎｍに設定されているプラズモンフィルタ１５１ｂを用いた場合の画素５１ｂの構成を示す。画素５１ｂにおいて、フォトダイオード６１ｂは、深さｄ２の位置に形成されている。
【０１７３】
図２５のＣは、プラズモンフィルタ１５１ｃのスリット間隔が３５０ｎｍに設定されているプラズモンフィルタ１５１ｃを用いた場合の画素５１ｃの構成を示す。画素５１ｃにおいて、フォトダイオード６１ｃは、深さｄ３の位置に形成されている。
【０１７４】
図２５のｄは、プラズモンフィルタ１５１ｄのスリット間隔が４００ｎｍに設定されているプラズモンフィルタ１５１ｄを用いた場合の画素５１ｄの構成を示す。画素５１ｄにおいて、フォトダイオード６１ｄは、深さｄ４の位置に形成されている。
【０１７５】
ＧＭＲのプラズモンフィルタ１５１については、図１４、図１５を参照して説明したので、詳細な説明は省略するが、導体薄膜１６１のスリット間隔が大きいほど、透過波長が長くなる。
【０１７６】
例えば、図２５のＡに示したスリット間隔が２５０ｎｍのプラズモンフィルタ１５１ａの場合、主に青色の波長帯域の光を透過するフィルタとして機能する。また、図２５のＤに示したスリット間隔が４００ｎｍのプラズモンフィルタ１５１ｄの場合、主に赤色の波長帯域の光を透過するフィルタとして機能する。
【０１７７】
ＧＭＲのプラズモンフィルタ１５１を用いた場合、プラズモンフィルタ１５１の導体薄膜１６１同士のスリット間隔が大きくなると、フォトダイオード６１の深さが深くなるという関係がある。
【０１７８】
プラズモンフィルタ１５１の特性として、導体薄膜１６１の間隔（スリット間隔）を変えると、透過波長が変化するため、その透過波長を、シリコンが最も吸収する深さに、フォトダイオード６１が形成される。また、プラズモンフィルタ１５１の特性として、導体薄膜１６１の間隔（スリット間隔）を長くすると、透過波長も長波長側にシフトするため、このような特性に合わせて、シリコン基板内のフォトダイオード６１の深さも深くなるように形成される。
【０１７９】
図１６に示したブルズアイ構造のプラズモンフィルタ１７１を、上記したプラズモンフィルタ１２１やプラズモンフィルタ１５１の代わりに用いることも可能である。本技術に適用できる狭帯域フィルタとしては、プラズモン共鳴を利用したフィルタを用いることができ、上記したフィルタ以外のフィルタであっても、プラズモン共鳴を利用したフィルタであれば適用することができる。
【０１８０】
＜ファブリーペロー干渉計を適用した場合＞
さらに以下に説明するように、狭帯域フィルタとしては、所定の周波数帯域の光を透過するファブリーペロー干渉計２０１を適用することができる。すなわち、本技術には、波長選択フィルタを適用することができ、ファブリーペローやエタロンと称されるフィルタ（干渉計）を適用することができる。ここでは、これらの波長選択フィルタの一例（総称）として、ファブリーペロー型との記述をする。
【０１８１】
ファブリーペロー干渉計２０１は、図１７を参照して説明したように、２枚の半透鏡２０２，２０３が向かい合わせ平行になるように配置された光学装置であり、両反射面間を何回も反射往復して互いに干渉することで、所定の波長の光の干渉光を出力する装置である。
【０１８２】
プラズモンフィルタの代わりに、ファブリーペロー干渉計２０１を適用した場合、ファブリーペロー干渉計２０１で分光され、出力される光と、フォトダイオード６１の深さには、図２６に示すような関係がある。
【０１８３】
図２６の上部には、ファブリーペロー干渉計２０１の分光特性のグラフを示し、そのような分光特性のグラフが得られるときの画素５１の構成であり、本技術を適用した画素５１の構成を、図２６の下部に示す。ファブリーペロー干渉計２０１は、２枚の半透鏡２０２，２０３の間隔や、２枚の半透鏡２０２，２０３の間に充填されている物質の屈折率などにより選択される波長が異なるため、図２６の下部では、同一の厚さ（形状）で図示してある。
【０１８４】
図２６のＡは、ファブリーペロー干渉計２０１ａで選択される光の波長として、４５０ｎｍが設定されたファブリーペロー干渉計２０１ａを用いた場合の画素５１ａの構成を示す。画素５１ａにおいて、フォトダイオード６１ａは、深さｄ１の位置に形成されている。
【０１８５】
図２６のＢは、ファブリーペロー干渉計２０１ｂで選択される光の波長として、５３０ｎｍが設定されたファブリーペロー干渉計２０１ｂを用いた場合の画素５１ｂの構成を示す。画素５１ｂにおいて、フォトダイオード６１ｂは、深さｄ２の位置に形成されている。
【０１８６】
図２６のＣは、ファブリーペロー干渉計２０１ｃで選択される光の波長として、６００ｎｍが設定されたファブリーペロー干渉計２０１ｃを用いた場合の画素５１ｃの構成を示す。画素５１ｃにおいて、フォトダイオード６１ｃは、深さｄ３の位置に形成されている。
【０１８７】
図２６のＤは、ファブリーペロー干渉計２０１ｄで選択される光の波長として、６５０ｎｍが設定されたファブリーペロー干渉計２０１ｄを用いた場合の画素５１ｄの構成を示す。画素５１ｄにおいて、フォトダイオード６１ｄは、深さｄ４の位置に形成されている。
【０１８８】
図２６のＡ乃至Ｄに示した画素５１ａ乃至５１ｄを参照するに、フォトダイオード６１が形成されている深さが異なる。画素５１ａ乃至５１ｄのそれぞれの深さは、深さｄ１、深さｄ２、深さｄ３、および深さｄ４である。この深さｄ１乃至ｄ４は、
深さｄ１＜深さｄ２＜深さｄ３＜深さｄ４
という関係が満たされている。
【０１８９】
ファブリーペロー干渉計２０１ａ乃至１２１ｄは、それぞれ波長が４５０ｎｍ、５３０ｎｍ、６００ｎｍ、および６５０ｎｍの光を最も効率良く透過するように設計されたフィルタとされている。すなわち、ファブリーペロー干渉計２０１ａ、ファブリーペロー干渉計２０１ｂ、ファブリーペロー干渉計２０１ｃ、ファブリーペロー干渉計２０１ｄの順で、透過する光の波長が長波長側へとシフトする。
【０１９０】
ファブリーペロー干渉計２０１で透過する光の波長が、長波長側にシフトすると、フォトダイオード６１の深さも深くなるように構成されている。フォトダイオード６１の深さは、プラズモンフィルタ１２１で透過する光の波長に適した深さに形成されている。
【０１９１】
このように、ファブリーペロー干渉計２０１で選択される波長を、シリコンが最も吸収する深さに、フォトダイオード６１が形成される。
【０１９２】
＜ドレインを有する構成＞
上記したように、フォトダイオード６１は、狭帯域フィルタでフィルタリングされた光を、効率良く受光できる深さに形成されている。図２６のＤを再度参照するに、画素５１ｄのフォトダイオード６１ｄは、シリコン基板の深い位置に形成されているため、フォトダイオード６１ｄと、シリコン基板の界面までに、フォトダイオード６１が形成されていない領域が存在する。
【０１９３】
フォトダイオード６１が形成されていない領域に、電荷が蓄積されてしまう可能性があり、領域が大きくなると、その可能性も高くなる。そこで、図２７乃至図２９に示すように、電荷を排出するドレイン領域を、画素５１内に形成するようにしても良い。
【０１９４】
図２７に示した画素５１ａ乃至５１ｄは、図２０の下図に示した画素５１ａ乃至５１ｄと同様の構成を有し、深さｄ１乃至ｄ４の位置に、それぞれフォトダイオード６１ａ乃至６１ｄが形成されている。
【０１９５】
図２７のＢに示した画素５１ｂは、シリコン基板内のフォトダイオード６１ｂが形成されている領域の上部であり、シリコン基板の界面付近に、ドレイン３０１ｂが形成されている。光電変換の主要部分が、Ｎ型の半導体領域で形成されている場合、ドレイン３０１ｂは、Ｎ型の拡散層とされる。この場合、Ｎ型の拡散層であるドレイン３０１ｂの下部に、Ｐ型の半導体領域６１−１ｂが形成され、このＰ型の半導体領域６１−１ｂの下部に、Ｎ型の半導体領域６１−２（フォトダイオード６１ｂ）が形成される。
【０１９６】
なお、光電変換の主要部分が、Ｐ型の半導体領域で形成されている場合、ドレイン３０１ｂは、Ｐ型の拡散層とされる。以下、Ｎ型の拡散層であるドレイン３０１である場合を例に挙げて説明を続ける。また、Ｎ型の拡散層であるドレイン３０１の下部に、Ｐ型の半導体領域６１−１が形成され、このＰ型の半導体領域６１−１の下部に、Ｎ型の半導体領域６１−２（フォトダイオード６１）が形成されている構成は、以下の説明においても同様であるため、適宜説明は省略する。
【０１９７】
図２７のＣに示した画素５１ｃは、シリコン基板内のフォトダイオード６１ｃが形成されている領域の上部であり、シリコン基板の界面付近に、ドレイン３０１ｃが形成されている。このドレイン３０１ｃは、ドレイン３０１ｂよりも大きく形成されている。ドレイン３０１は、シリコン基板内であり、フォトダイオード６１が形成されていない領域と同等の大きさで形成しても良いし、フォトダイオード６１が形成されていない領域の一部に形成されているようにしても良い。
【０１９８】
図２７のＤに示した画素５１ｄは、シリコン基板内のフォトダイオード６１ｄが形成されている領域の上部であり、シリコン基板の界面付近に、ドレイン３０１ｄが形成されている。このように、シリコン基板内のフォトダイオード６１が形成されていない領域に、ドレイン３０１が形成されている。
【０１９９】
図２７のＡに示した画素５１ａは、シリコン基板内のフォトダイオード６１ｃが形成されていない領域が小さい、またはＰ型の半導体領域６１−１が界面付近まで形成されているため、ドレインは形成されていない。
【０２００】
上記した実施の形態においては、フォトダイオード６１の上端は、狭帯域フィルタを透過する光の波長に適したシリコン基板の界面からの深さに位置しているとして説明し、フォトダイオード６１の下端の位置については説明を加えていない。よって、図２７に示したように、画素５１毎に、フォトダイオード６１の大きさが異なる。
【０２０１】
図２８に示したように、画素５１のフォトダイオード６１の大きさを揃え、かつ狭帯域フィルタを透過する光の波長に適したシリコン基板の界面からの深さに上端が位置するように、フォトダイオード６１が形成されていても良い。さらに、図２８には、ドレイン３０１が形成された場合を示している。
【０２０２】
図２８のＡに示した画素５１ａは、フォトダイオード６１ａが、シリコン基板の上側に形成されており、下側には形成されていない構成とされている。このフォトダイオード６１ａの下側の、フォトダイオード６１ａが形成されていない領域にドレイン３０１ａが形成されている。
【０２０３】
例えば、図２７のＡに示した画素５１ａを再度参照するに、図２７のＡに示した画素５１ａのように、フォトダイオード６１ａが、シリコン基板の上側の界面付近から、下側の界面付近まで形成されている場合、波長の短い光を受光するのに適した位置にフォトダイオード６１ａは形成されていることになるが、波長の長い光を受光するのに適した位置にもフォトダイオード６１ａは形成されていることになる。
【０２０４】
波長の短い光を受光することを考えると、長波長の光を受光する位置に形成されているフォトダイオード６１ａは、形成されていなくても性能は劣化しないと考えられる。また、波長の短い光を受光することを考えると、長波長の光を受光する位置に形成されているフォトダイオード６１ａが形成されていることで、長波長側の光も受光し、この長波長側の光が混色となってしまう可能性もある。
【０２０５】
よって、狭帯域フィルタを透過してきた光を効率良く受光できる位置から、所定の大きさでフォトダイオード６１が形成されているようにしても良い。この一例を、図２８に示した。
【０２０６】
図２８を参照した説明に戻る。図２８のＢに示した画素５１ｂは、シリコン基板内のフォトダイオード６１ｂが形成されている領域の上部であり、シリコン基板の界面付近に、ドレイン３０１ｂ−１が形成され、フォトダイオード６１ｂの下端から、シリコン基板の下端の界面付近に、ドレイン３０１ｂ−２が形成されている。このように、フォトダイオード６１の上下にそれぞれドレイン３０１が形成されていても良い。
【０２０７】
図２８のＣに示した画素５１ｃは、シリコン基板内のフォトダイオード６１ｃが形成されている領域の上部であり、シリコン基板の界面付近に、ドレイン３０１ｃ−１が形成され、フォトダイオード６１ｂの下端から、シリコン基板の下端の界面付近に、ドレイン３０１ｃ−２が形成されている。
【０２０８】
図２８のＤに示した画素５１ｄは、シリコン基板内のフォトダイオード６１ｄが形成されている領域の上部であり、シリコン基板の界面付近に、ドレイン３０１ｄが形成されている。このように、シリコン基板内のフォトダイオード６１が形成されていない領域に、ドレイン３０１が形成されている。
【０２０９】
図２８に示したように、ドレイン３０１を構成すると、後述する縦型トランジスタと組み合わせやすい構成とすることができる。
【０２１０】
図２７、図２８に示したドレイン３０１の位置、大きさ、形状などは、一例であり、限定を示す記載ではない。フォトダイオード６１以外の領域に蓄積された電荷を、排出できる位置、大きさ、形状で、ドレイン３０１は形成されていれば良い。
【０２１１】
ドレイン３０１は、電源に接続され、所定のタイミングで、蓄積された電荷が排出されるように構成されている。ドレイン３０１と電源との接続の仕方は、どのような方法でも良いが、例えば、画素５１毎に表面側（配線層１０６側）で接続されていても良いし、裏面側（入射面側）で接続されていても良い。また、画素アレイ部３１（図２）に配置されている画素５１の全てが電源と個別に接続されているようにしても良いし、間引きで接続されていても良いし、外周付近に配置されている画素５１だけ接続されているようにしても良い。
【０２１２】
また、ドレイン３０１の不純物の濃度は、一定であっても良いし、勾配があるように形成されていても良い。図２９に、ドレイン３０１の不純物の濃度に勾配があるように構成した場合の画素５１の構成を示す。図２９に示した画素５１は、図２８に示した画素５１と同様の構成とされている場合を例に挙げて説明するが、図２７に示した画素５１と同様の構成としても良い。
【０２１３】
図２９のＡに示した画素５１ａのドレイン３０１ａには、濃度勾配が設けられている。ドレイン３０１ａの濃度勾配は、フォトダイオード６１ａに近い側の濃度は薄く、遠い側（配線層１０６側）に向かうほど濃くなる勾配とされている。
【０２１４】
図２９のＢに示した画素５１ｂのドレイン３０１ｂ−１とドレイン３０１ｂ−２には、それぞれ濃度勾配が設けられている。ドレイン３０１ｂ−１の濃度勾配は、フォトダイオード６１ｂに近い側の濃度は薄く、遠い側（配線層１０６側）に向かうほど濃くなる勾配とされている。また、ドレイン３０１ｂ−２の濃度勾配は、フォトダイオード６１ｂに近い側の濃度は薄く、遠い側（配線層１０６側）に向かうほど濃くなる勾配とされている。
【０２１５】
図２９のＣに示した画素５１ｃのドレイン３０１ｃ−１とドレイン３０１ｃ−２には、それぞれ濃度勾配が設けられている。ドレイン３０１ｃ−１の濃度勾配は、フォトダイオード６１ｃに近い側の濃度は薄く、遠い側（配線層１０６側）に向かうほど濃くなる勾配とされている。また、ドレイン３０１ｃ−２の濃度勾配は、フォトダイオード６１ｃに近い側の濃度は薄く、遠い側（配線層１０６側）に向かうほど濃くなる勾配とされている。
【０２１６】
図２９のＤに示した画素５１ｄのドレイン３０１ｄには、濃度勾配が設けられている。ドレイン３０１ｄの濃度勾配は、フォトダイオード６１ｄに近い側の濃度は薄く、遠い側（層間膜１０４側）に向かうほど濃くなる勾配とされている。
【０２１７】
このように、ドレイン３０１の不純物濃度は、フォトダイオード６１に近い側から徐々に濃くなるような勾配が設けられている。このように、ドレイン３０１の不純物濃度に勾配を持たせることで、発生した電荷が、ドレイン３０１に流れやすくすることができ、効率良く不要な電荷を排出することができるようになる。
【０２１８】
なお、図２９に示したドレイン３０１の不純物濃度の勾配は、一例であり、他の濃度勾配であっても良い。
【０２１９】
＜画素アレイ部での画素配置＞
上記したように、狭帯域フィルタ（以下、プラズモンフィルタ１２１を例に挙げる）が透過する光の波長に適した位置に、フォトダイオード６１が形成されている。画素アレイ部３１（図２）に、同一のプラズモンフィルタ１２１が配置された画素５１が配置されている構成とすることもできるし、異なるプラズモンフィルタ１２１が配置された画素５１が配置されている構成とすることもできる。
【０２２０】
図３０は、同一のプラズモンフィルタ１２１が配置された画素５１が配置されている場合を示す。図３０に示した例は、図２０のＢに示した画素５１ｂの１種類の画素が配置されている場合の画素アレイ部３１の一部を示している。
【０２２１】
画素５１−１乃至５１−４に、それぞれ配置されているプラズモンフィルタ１２１は、同一の透過波長のフィルタとされている。また画素５１−１乃至５１−４に、それぞれ形成されているフォトダイオード６１ｂは、シリコン基板の界面から同一の深さに上端が位置するように形成されている。
【０２２２】
このような構成の場合、プラズモンフィルタ１２１の１種類の透過波長の光を受光するのに適した画素アレイ部３１を有する撮像装置１０（図１）とすることができる。例えば、赤外光を受光する撮像装置１０や、モノクロの画像を撮像する撮像装置１０などに適用できる。
【０２２３】
図３１は、異なるプラズモンフィルタ１２１が配置された画素５１が配置されている場合を示す。図３１に示した例は、図２０のＢに示した画素５１ａ乃至５１ｄの４種類の画素が配置されている場合の画素アレイ部３１の一部を示している。
【０２２４】
画素５１−１乃至５１−４に、それぞれ配置されているプラズモンフィルタ１２１は、異なる透過波長のフィルタとされている。また画素５１−１乃至５１−４に、それぞれ形成されているフォトダイオード６１ａ乃至６１ｄは、シリコン基板の界面から異なるの深さに上端が位置するように形成されている。
【０２２５】
このような構成の場合、プラズモンフィルタ１２１の４種類の透過波長の光を受光するのに適した画素アレイ部３１を有する撮像装置１０（図１）とすることができる。例えば、カラー画像を撮像する撮像装置１０などに適用できる。
【０２２６】
＜製造工程＞
図３０または図３１に示した画素アレイ部３１を製造するときの製造工程について説明を加える。
【０２２７】
図３２、図３３を参照し、画素５１を裏面側から構成する場合について説明する。裏面側とは、画素５１のフォトダイオード６１において入射面側となる側である。
【０２２８】
工程Ｓ１１において、シリコン基板３２１にフォトダイオード６１が形成され、配線層１０６が積層される。工程Ｓ１１において形成されているフォトダイオード６１は、まだ所定の深さに位置していない状態であり、最終的に形成される大きさよりも大きく形成されている。
【０２２９】
工程Ｓ１２において、フォトダイオード６１が形成され、配線層１０６が積層されている基板の上下がひっくり返され、配線層１０６に支持基板３２２が積層される。なお、支持基板３２２は、ロジック回路やメモリなどが形成されている回路基板であっても良い。
【０２３０】
工程Ｓ１３において、フォトダイオード６１が形成されているシリコン基板３２１が、所望とされる膜厚まで研磨される。
【０２３１】
工程Ｓ１４において、イオン注入用のスルー酸化膜３２３が、シリコン基板３２１の研磨した側に成膜される。
【０２３２】
工程Ｓ１５（図３３）において、イオン注入が行われることで、フォトダイオード６１の上端の位置が、所望とされる深さまで下げられる。図３０に示した画素アレイ部３１のように、フォトダイオード６１の上端が同一の深さに形成される場合、全画素５１に対して、同一のイオン注入が行われることで、フォトダイオード６１の上端の位置が調整される。
【０２３３】
この位置調整は、フォトダイオード６１がＮ型の場合、ボロンなどのＰ型の不純物をイオン注入し、既に形成されているＮ型の領域を打ち消すことで行われる。
【０２３４】
図３１に示した画素アレイ部３１のように、フォトダイオード６１の上端が異なる深さに形成される場合、工程Ｓ１５’（図３３）に示すように、画素５１毎に、適切なイオン注入が行われることで、フォトダイオード６１の上端の位置が調整される。
【０２３５】
この位置調整は、フォトダイオード６１がＮ型の場合、ボロンなどのＰ型の不純物をイオン注入し、既に形成されているＮ型の領域を打ち消すことで行われる。また、イオン注入のエネルギーとドーズ量を調整することで、所望とされる深さまで、Ｎ型の領域が打ち消されるように、イオン注入が行われる。
【０２３６】
なお、工程Ｓ１５において、全画素５１を対象とし、一律にイオン注入を行い、所定の深さまで、フォトダイオード６１の上端を下げた後、工程Ｓ１５’が実行され、個別にフォトダイオード６１の上端の位置調整が行われるようにしても良い。
【０２３７】
工程Ｓ１５または工程Ｓ１５’の処理が終了後、工程Ｓ１６に工程は進められる。工程Ｓ１６において、必要に応じて、シリコン基板３２１上に、層間膜１０４、狭帯域フィルタ層１０３（狭帯域フィルタ層１０３を形成するプラズモンフィルタ１２１等）、層間膜１０２、オンチップマイクロレンズ１０１等が形成される。
【０２３８】
このようにして、画素５１が形成され、画素アレイ部３１が形成される。
【０２３９】
図３２、図３３に示した製造工程は、裏面工程（基板貼り合わせ後）に、フォトダイオード６１の深さを調整する。この製造工程によると、フォトダイオード６１の位置調整を行うのが、最終工程に近いため、フォトダイオード６１の濃度プロファイルを制御しやすい。またフォトダイオード６１自体の活性化を行う必要があるが、ラピッドサーマルアニールやレーザアニールなどの、極短時間または基板表面近くのみを加熱して活性化する技術を適用することで活性化させることができる。
【０２４０】
次に、図３４を参照し、画素５１を表面側から構成する場合について説明する。表面側とは、画素５１のフォトダイオード６１において配線層１０６が積層される側である。
【０２４１】
工程Ｓ３１において、シリコン基板３２１にフォトダイオード６１が形成される。フォトダイオード６１を形成するとき、画素５１毎にイオン注入エネルギーを変えて、異なった位置にフォトダイオード６１の上端が位置するように形成される。この工程Ｓ３１の後、シリコン基板３２１を研磨することで、シリコン基板３２１内で、所定の深さにフォトダイオード６１の上端が位置するように調整が行われるため、工程Ｓ３１では、まだフォトダイオード６１の状態の位置は、最終的な位置にはない状態である。
【０２４２】
なお、図３０に示したように、フォトダイオード６１の上端の位置が揃っている画素アレイ部３１を製造する場合、画素５１毎にイオン注入エネルギーを変える必要は無く、一律に所定のイオン注入エネルギーでフォトダイオード６１が形成される。
【０２４３】
工程Ｓ３２において、配線層１０６が、フォトダイオード６１が形成されている側のシリコン基板３２１に積層される。
【０２４４】
工程Ｓ３３において、フォトダイオード６１が形成され、配線層１０６が積層されている基板の上下がひっくり返され、配線層１０６に支持基板３２２が積層される。なお、支持基板３２２は、ロジック回路やメモリなどが形成されている回路基板であっても良い。
【０２４５】
工程Ｓ３４において、シリコン基板３２１の配線層１０６が積層されてない側（裏面側）が研磨される。各画素５１のフォトダイオード６１の上端の位置が、所望とされる深さとなるように、研磨が行われる。この研磨量は、一律であり、一律の研磨が終了した地点で各画素５１のフォトダイオード６１の上端の位置が、所望とされる深さとなるように、工程Ｓ３１において、イオン注入エネルギーが調整され、各画素５１のフォトダイオード６１は形成される。
【０２４６】
この後、工程Ｓ１６（図３３）と同じ処理がなされることで、必要に応じて、シリコン基板３２１上に、層間膜１０４、狭帯域フィルタ層１０３（狭帯域フィルタ層１０３を形成するプラズモンフィルタ１２１等）、層間膜１０２、オンチップマイクロレンズ１０１等が形成される。
【０２４７】
このようにして、画素５１が形成され、画素アレイ部３１が形成される。
【０２４８】
図３４に示した製造工程は、表面工程（基板貼り合わせ前）に、フォトダイオード６１の深さを調整する。この製造工程によると、フォトダイオード６１の位置調整を行うのが、比較的前工程であるため、フォトダイオード６１の活性化を行いやすい。
【０２４９】
＜横方向に配置された複数のフォトダイオードを用いた構成＞
上記した画素５１を、２個組み合わせて利用し、より狭帯域の情報を得られるようにすることもできる。ここで、２個の画素５１を用いてより狭帯域の情報を得られるようにした画素５１の構成について説明を加える。
【０２５０】
図３５に示した画素５１は、画素５１−１と画素５１−２が隣接して形成されている。この画素５１−１には、フォトダイオード６１−１が、シリコン界面から深さｄ１のところに形成されている。また、画素５１−２には、フォトダイオード６１−２が、シリコン界面から深さｄ２のところに形成されている。
【０２５１】
フォトダイオード６１−１とフォトダイオード６１−２の光入射側には、プラズモンフィルタ１２１が形成されている。フォトダイオード６１−１上に形成されているプラズモンフィルタ１２１と、フォトダイオード６１−２上に形成されているプラズモンフィルタ１２１は、同一のフィルタであり、所定の波長の光を透過するフィルタとして機能する。
【０２５２】
例えば、プラズモンフィルタ１２１の透過波長を、透過波長Ａとする。この透過波長Ａに適した深さが深さｄ１である場合、フォトダイオード６１−１は、透過波長Ａの光を効率良く受光する。また、フォトダイオード６１−１は、配線層１０６側まで形成されているため、透過波長Ａ以外の波長の光も受光する。
【０２５３】
より具体的には、透過波長Ａよりも長波長側の光も、フォトダイオード６１−１は受光する可能性がある。この長波長側の光の成分は、混色成分となる。
【０２５４】
一方で、深さｄ２に形成されているフォトダイオード６１−２は、透過波長Ａの光を受光する位置には形成されていない。換言すれば、フォトダイオード６１−２は、透過波長Ａの混色成分を受光する位置に形成されている。
【０２５５】
このような特性を有するフォトダイオード６１−１とフォトダイオード６１−２でそれぞれ得られた信号量を用いた演算を行うことで、より狭帯域の情報を得ることができる。すなわち、
（フォトダイオード６１−１の信号量）―（フォトダイオード６１−２の信号量）
を演算することで、混色成分を除去した信号量を得ることができる。
【０２５６】
このような演算を行うことで、フォトダイオード６１−１の上側部分における分光特性を得ることができる。フォトダイオード６１−１の上側部分とは、図３５において、（ｄ２−ｄ１）に相当する部分に形成されている部分である。
【０２５７】
このように、異なる位置に形成されたフォトダイオード６１からの信号を用いることで、所望とする狭帯域の光の情報を得ることができる。
【０２５８】
２画素用いた場合の他の構成を図３６に示す。
【０２５９】
図３６に示した画素５１は、図３５に示した画素５１と同一であるが、フォトダイオード６１−２が形成されている位置が異なり、他の部分は同一とされている。同一の部分については説明を省略する。
【０２６０】
フォトダイオード６１−２の上端は、シリコン界面から深さｄ１の位置に位置し、フォトダイオード６１−２の下端は、シリコン界面から深さｄ２の位置に位置するように、フォトダイオード６１−２は形成されている。また、フォトダイオード６１−２は、配線層１０６と接していない構成とされているため、フォトダイオード６１―２からの電荷を読み出すための縦型トランジスタ４０１が、フォトダイオード６１−２と配線層１０６（内の所定の配線）と接続するように形成されている。
【０２６１】
図３６に示した画素においても、
（フォトダイオード６１−１の信号量）―（フォトダイオード６１−２の信号量）
を演算することで、フォトダイオード６１−１の下側部分の分光特性を得ることができる。フォトダイオード６１−１の下側部分とは、フォトダイオード６１−２の下側から、配線層１０６の界面までの部分であり、図３６中の厚みｄ３に相当する部分に形成されている部分である。
【０２６２】
例えば、プラズモンフィルタ１２１の透過波長を、透過波長Ｂとし、この透過波長Ｂに適した深さが深さｄ２であるとする。この場合、フォトダイオード６１−１は、透過波長Ｂの光を効率良く受光する位置にも形成されているし、透過波長Ｂ以外の波長の光も受光する位置にも形成されている。
【０２６３】
フォトダイオード６１−１において、透過波長Ｂ以外の波長の光も受光する位置とは、（深さｄ２−深さｄ１）の領域に形成されている部分であり、透過波長Ｂよりも短波長側の光を受光するのに適した位置である。
【０２６４】
深さｄ１から深さｄ２の領域に形成されているフォトダイオード６１−２は、透過波長Ｂの光以外の光を受光する位置に形成されている。換言すれば、フォトダイオード６１−２は、透過波長Ｂの混色成分を受光する位置に形成されている。
【０２６５】
このような特性を有するフォトダイオード６１−１とフォトダイオード６１−２でそれぞれ得られた信号量を用い、
（フォトダイオード６１−１の信号量）―（フォトダイオード６１−２の信号量）
を演算することで、混色成分を除去した信号量を得ることができる。
【０２６６】
このように、異なる位置に形成されたフォトダイオード６１からの信号を用いることで、所望とする狭帯域の光の情報を得ることができる。
【０２６７】
図３５、図３６では、２画素の場合を例に挙げて説明したが、２画素以上の画素、例えば、４画素や５画素といった複数の画素から得られる信号量を用いた演算を行うことで、所望とされる狭帯域の光の信号量を得るような構成としても良い。
【０２６８】
また、ここでは、演算として減算の場合を例に挙げて説明したが、他の演算が行われるようにしても良い。例えば、図３５、図３６に示したように、隣接する画素５１−１と画素５１−２からの信号量を用いた演算を行う場合、画素５１−１と画素５１−２は空間上の位置が異なるため、その違いを吸収するための演算が含まれる演算が行われるようにしても良い。
【０２６９】
＜縦方向に配置された複数のフォトダイオードを用いる構成＞
図３５、図３６に示した例では、横方向に配置された異なる深さに形成されたフォトダイオード６１を用いる場合を例示して説明した。次に、縦方向に配置された複数のフォトダイオードを用いる場合について説明を加える。
【０２７０】
図３７に、縦方向に２個のフォトダイオード６１が配置された画素５１の構成例を示す。図３７に示し画素５１は、シリコン基板の界面から、深さｄ１のところに、フォトダイオード６１−１が形成され、深さｄ２のところに、フォトダイオード６１−２が形成されている。
【０２７１】
フォトダイオード６１−１とフォトダイオード６１−２の間には、Ｐ型の半導体領域４１１が形成されており、フォトダイオード６１−１とフォトダイオード６１−２は分離された構成とされている。また、フォトダイオード６１−１には、配線層１０６内の配線と接続するための縦型トランジスタ４０１が接続されている。
【０２７２】
図３７に示した画素５１においては、シリコン基板の上側にあるフォトダイオード６１−１により、短波長側の光が受光され、シリコン基板の下側にあるフォトダイオード６１−２により、長波長側の光が受光される。
【０２７３】
図３７に示した画素５１は、例えば、図３５に示した画素５１−１と画素５１−２を組み合わせたような構成であるため、図３５を参照して説明した場合と同じく、
（フォトダイオード６１−１の信号量）―（フォトダイオード６１−２の信号量）
を演算することで、混色成分を除去した信号量を得ることができる。
【０２７４】
よって、図３７に示した画素５１においても、所望とする狭帯域の光の情報を得ることができる。また、図３７に示した画素５１は、１画素に２つのフォトダイオード６１が形成されているため、例えば図３５に示した画素５１よりも、空間的に高解像度な分光特性を得ることができる。
【０２７５】
＜ドットアレイ型のプラズモンフィルタを用いた構造＞
図３７に示した画素５１のプラズモンフィルタ１２１として、ドットアレイ型のプラズモンフィルタ１２１を用いた場合について説明を加える。図３８は、図３７に示した画素５１と同じ構造を有しているが、プラズモンフィルタ１２１が、ドットアレイ型のプラズモンフィルタ１２１である点が異なる。
【０２７６】
ドットアレイ型のプラズモンフィルタ１２１については、図１２、図１３を参照して説明したので、詳細な説明は省略する。ドットアレイ型のプラズモンフィルタ１２１は、所定の波長帯域の光を吸収するフィルタとなり、補色系のフィルタとして用いられる。ドットアレイ型のプラズモンフィルタ１２１が吸収する光の波長帯域は、隣接するドット１３３間のピッチなどにより変化する。
【０２７７】
ドットアレイ型のプラズモンフィルタ１２１においては、ドット１３３間のピッチが狭くなるにつれて、プラズモンフィルタ１２１の吸収帯域は短波長側にシフトし、ドット１３３間のピッチが広くなるにつれて、プラズモンフィルタ１２１の吸収帯域は長波長側にシフトする。
【０２７８】
ドットアレイ型のプラズモンフィルタ１２１を用いた場合、プラズモンフィルタ１２１で吸収される波長の光を受光する位置に、フォトダイオード６１が形成されていない画素５１とすることができる。このような構成とした画素５１について、図３９を参照して説明する。
【０２７９】
図３９の上図は、図１４に示したグラフと同じグラフであり、図１３に示したドットアレイ型のプラズモンフィルタ１２１を用いたときの分光特性を示すグラフである。図３９の下図は、プラズモンフィルタ１２１の吸収波長に合った位置にフォトダイオード６１が形成されている一例を示す図である。
【０２８０】
図３９のＡは、プラズモンフィルタ１２１のドットピッチを３００ｎｍに設定した場合に得られる分光特性に合わせてフォトダイオード６１−１とフォトダイオード６１−２が形成された画素５１ａの一例の構成を示す図である。
【０２８１】
プラズモンフィルタ１２１のドットピッチを３００ｎｍに設定した場合に得られる分光特性は、主に青色光（波長λ＝４５０ｎｍ）を吸収する分光特性である。画素５１ａは、青色光を受光する深さに、フォトダイオード６１が形成されていない構成とされている。フォトダイオード５１が形成されていないとは、その部分において光電変換が発生しても、その発生した電子（または正孔）が、電気信号として読み出すことができない（読み出すことを行わない）状態に形成されていることを示す。
【０２８２】
フォトダイオード６１−１ａは、シリコン基板の界面から深さｄ１から、深さｄ３ａの領域に形成され、フォトダイオード６１−２ａは、シリコン基板の界面から深さｄ２ａから、配線層１０６の界面付近までの領域に形成されている。図３９のＡに示したように、深さｄ１＜深さｄ３ａ＜深さｄ２ａの関係にある。
【０２８３】
シリコン基板の界面から深さｄ３ａから深さｄ２ａの領域には、フォトダイオード６１は形成されていない。この深さｄ３ａから深さｄ２ａの領域が、青色光を受光しやすい領域とすることで、プラズモンフィルタ１２１ａで吸収されなかった青色の周波数帯域の光が、この領域で吸収され、フォトダイオード６１−１ａやフォトダイオード６１ａ−２で受光されることを防ぐことができる。
【０２８４】
このように、画素５１ａにおいては、プラズモンフィルタ１２１ａで吸収する波長帯域の光による混色を低減させることができ、補色フィルタの吸収波長が、より強い吸収波長として観測されるようにすることができ、分光特性を向上させることができる。
【０２８５】
図３９のＢは、プラズモンフィルタ１２１のドットピッチを４００ｎｍに設定した場合に得られる分光特性に合わせてフォトダイオード６１−１とフォトダイオード６１−２が形成された画素５１ｂの一例の構成を示す図である。
【０２８６】
プラズモンフィルタ１２１のドットピッチを４００ｎｍに設定した場合に得られる分光特性は、主に緑色光（波長λ＝５３０ｎｍ）を吸収する分光特性である。画素５１ｂは、緑色光を受光する深さに、フォトダイオード６１が形成されていない構成とされている。
【０２８７】
フォトダイオード６１−１ｂは、シリコン基板の界面から深さｄ１から、深さｄ３ｂの領域に形成され、フォトダイオード６１−２ｂは、シリコン基板の界面から深さｄ２ｂから、配線層１０６の界面付近までの領域に形成されている。図３９のＢに示したように、深さｄ１＜深さｄ３ｂ＜深さｄ２ｂの関係にある。
【０２８８】
シリコン基板の界面から深さｄ３ｂから深さｄ２ｂの領域には、フォトダイオード６１は形成されていない。この深さｄ３ｂから深さｄ２ｂの領域が、緑色光を受光しやすい領域とすることで、プラズモンフィルタ１２１ｂで吸収されなかった緑色の周波数帯域の光が、この領域で吸収され、フォトダイオード６１−１ｂやフォトダイオード６１ｂ−２で受光されることを防ぐことができる。
【０２８９】
このように、画素５１ｂにおいては、プラズモンフィルタ１２１ｂで吸収する波長帯域の光による混色を低減させることができ、補色フィルタの吸収波長が、より強い吸収波長として観測されるようにすることができ、分光特性を向上させることができる。
【０２９０】
図３９のＣは、プラズモンフィルタ１２１のドットピッチを５００ｎｍに設定した場合に得られる分光特性に合わせてフォトダイオード６１−１とフォトダイオード６１−２が形成された画素５１ｃの一例の構成を示す図である。
【０２９１】
プラズモンフィルタ１２１のドットピッチを４００ｎｍに設定した場合に得られる分光特性は、主に赤色光（波長λ＝７００ｎｍ）を吸収する分光特性である。画素５１ｃは、赤色光を受光する深さに、フォトダイオード６１が形成されていない構成とされている。
【０２９２】
フォトダイオード６１−１ｃは、シリコン基板の界面から深さｄ１から、深さｄ３ｃの領域に形成され、フォトダイオード６１−２ｃは、シリコン基板の界面から深さｄ２ｃから、配線層１０６の界面付近までの領域に形成されている。図３９のＣに示したように、深さｄ１＜深さｄ３ｃ＜深さｄ２ｃの関係にある。
【０２９３】
シリコン基板の界面から深さｄ３ｃから深さｄ２ｃの領域には、フォトダイオード６１は形成されていない。この深さｄ３ｃから深さｄ２ｃの領域が、赤色光を受光しやすい領域とすることで、プラズモンフィルタ１２１ｃで吸収されなかった赤色の周波数帯域の光が、この領域で吸収され、フォトダイオード６１−１ｃやフォトダイオード６１ｃ−２で受光されることを防ぐことができる。
【０２９４】
このように、画素５１ｃにおいては、プラズモンフィルタ１２１ｃで吸収する波長帯域の光による混色を低減させることができ、補色フィルタの吸収波長が、より強い吸収波長として観測されるようにすることができ、分光特性を向上させることができる。
【０２９５】
このように、ドットアレイ型のプラズモンフィルタ１２１を用いた場合も、プラズモンフィルタ１２１が吸収する波長が長くなるほど、フォトダイオード６１が形成されない深さが深くなるように設定される。このような設定が行われることで、上記したような効果を得られる画素５１とすることできる。
【０２９６】
＜スクエアアレイ型のプラズモンフィルタ＞
上記したプラズモンフィルタ１２１以外のプラズモンフィルタとして、図４０のＡに示したようなスクエアアレイ型のプラズモンフィルタ４５１を、本技術に適用することもできる。
【０２９７】
スクエアアレイ型のプラズモンフィルタ４５１の基本的な構成は、図１４を参照して説明したＧＭＲを用いたプラズモンフィルタ１５１の構成と同様とすることができる。ＧＭＲを用いたプラズモンフィルタ１５１は、導体層１６１（図１４）に、矩形の導体薄膜１６１Ａが、所定のピッチＰ５で隣接するように並べられているが、この矩形の導体薄膜１６１Ａを、四角形（スクエア）型の導体薄膜１５１Ａとすることで、スクエアアレイ型のプラズモンフィルタ４５１とすることができる。
【０２９８】
本技術に、スクエアアレイ型のプラズモンフィルタ４５１を適用することもできる。図４０のＢは、スクエアアレイ型のプラズモンフィルタ４５１を、図３７に示した画素５１のプラズモンフィルタ１２１の代わりに適用した場合の構成を示す。図４０に示したように、スクエアアレイ型のプラズモンフィルタ４５１を用いた場合、プラズモンフィルタ４５１を透過する光の波長に適した位置に、フォトダイオード６１−１またはフォトダイオード６１−２を形成し、混色成分を受光する可能性のある位置に、フォトダイオード６１−１またはフォトダイオード６１−２を形成する。
【０２９９】
このように、スクエアアレイ型のプラズモンフィルタ４５１を用いた場合も、上記したプラズモンフィルタ１２１などを用いた場合と同じく、分光特性を向上させることができる。
【０３００】
＜複数層での構成＞
次に、画素５１が複数層で形成されている場合、換言すれば、複数の半導体基板が積層された構成とされている場合について説明を加える。
【０３０１】
図４１は、複数の半導体基板で形成されている画素５１の一例の構成を示す図である。図４１では、上半導体基板５０１と下半導体基板５０２を含む構成の画素５１の構成例を示している。図４１のＡ乃至Ｃに示した画素５１ａ乃至５１ｃの基本的な構成は同一であり、フォトダイオード６１ａ乃至６１ｃが形成されている深さが異なる。
【０３０２】
図４１のＡ乃至Ｃに示した画素５１ａ乃至５１ｃの基本的な構成は、上層から順に、プラズモンフィルタ１２１、層間膜１０４、上半導体基板５０１、配線層１０６、および下半導体基板５０２が積層された構成とされている。また、下半導体基板５０２には、フォトダイオード６１が形成されている。なお、図４１では、上層のオンチップマイクロレンズ１０１などは省略してある。
【０３０３】
図４１のＡに示した画素５１ａは、プラズモンフィルタ１２１ａの透過波長に適した位置であり、下半導体基板５０２ａ内に、フォトダイオード６１ａが形成されている。
【０３０４】
図４１のＢに示した画素５１ｂは、プラズモンフィルタ１２１ｂの透過波長に適した位置であり、下半導体基板５０２ｂ内に、フォトダイオード６１ｂが形成されている。
【０３０５】
図４１のＣに示した画素５１ｃは、プラズモンフィルタ１２１ｃの透過波長に適した位置であり、下半導体基板５０２ｃ内に、フォトダイオード６１ｃが形成されている。
【０３０６】
プラズモンフィルタ１２１ａ、プラズモンフィルタ１２１ｂ、プラズモンフィルタ１２１ｃは、この順で、透過波長が長波長側にシフトするフィルタとされているため、フォトダイオード６１ａの深さ、フォトダイオード６１ｂの深さ、フォトダイオード６１ｃの深さも、この順で深くなるように形成されている。
【０３０７】
上半導体基板５０１は、シリコン基板とされ、フォトダイオード６１等は形成されていない。上半導体基板５０１をシリコン基板とすることで、プラズモンフィルタ１２１を透過してきた光のうち、短波長側の光は、シリコン基板（上半導体基板５０１）に吸収され、長波長側の光は、下半導体基板５０２内に形成されているフォトダイオード６１に到達し、受光される。
【０３０８】
よって、長波長側の光を受光する画素５１の場合、混色成分となる可能性がある短波長側の光を、上半導体基板５０１で吸収することができるため、混色成分を抑制できる画素５１とすることができる。
【０３０９】
さらに、下半導体基板５０２に形成されているフォトダイオード６１は、上記した実施の形態と同じく、プラズモンフィルタ１２１の透過波長に適した位置に形成されているため、所望とされる波長の光を効率良く受光することができる。
【０３１０】
図４１では、下半導体基板５０２にのみフォトダイオード６１が形成されている場合を例に挙げて説明したが、図４２に示すように、上半導体基板５０１と下半導体基板５０２の両方に、それぞれフォトダイオード６１が形成されている構成とすることもできる。
【０３１１】
図４２のＡ乃至Ｃに示した画素５１ａ乃至５１ｃの基本的な構成は、図４１のＡ乃至Ｃに示した画素５１ａ乃至５１ｃと同様であるが、上半導体基板５０１にフォトダイオード６１ａ−１乃至６１ｃ−１がそれぞれ形成されている点が異なる。
【０３１２】
図４２のＡに示した画素５１ａは、プラズモンフィルタ１２１ａの透過波長に適した位置であり、上半導体基板５０１ａ内にフォトダイオード６１ａ−１が形成され、下半導体基板５０２ａ内に、フォトダイオード６１ａ−２が形成されている。画素５１ａにおいては、上半導体基板５０１ａに形成されているフォトダイオード６１ａ−１で、プラズモンフィルタ１２１ａの透過波長の光が受光され、フォトダイオード６１ａ−１を透過した長波長の光が、下半導体基板５０２に形成されているフォトダイオード６１ａ−２で受光される。
【０３１３】
図４２のＢに示した画素５１ｂは、プラズモンフィルタ１２１ｂの透過波長に適した位置であり、上半導体基板５０１ｂ内にフォトダイオード６１ｂ−１が形成され、下半導体基板５０２ｂ内に、フォトダイオード６１ｂ−２が形成されている。画素５１ｂにおいては、上半導体基板５０１ｂに形成されているフォトダイオード６１ｂ−１で、プラズモンフィルタ１２１ｂの透過波長の光が受光され、フォトダイオード６１ｂ−１を透過した長波長の光が、下半導体基板５０２に形成されているフォトダイオード６１ｂ−２で受光される。
【０３１４】
図４２のＣに示した画素５１ｃは、プラズモンフィルタ１２１ｃの透過波長に適した位置であり、上半導体基板５０１ｃ内にフォトダイオード６１ｃ−１が形成され、下半導体基板５０２ｃ内に、フォトダイオード６１ｃ−２が形成されている。画素５１ｃにおいては、上半導体基板５０１ｃに形成されているフォトダイオード６１ｃ−１で、プラズモンフィルタ１２１ｃの透過波長の光が受光され、フォトダイオード６１ｃ−１を透過した長波長の光が、下半導体基板５０２に形成されているフォトダイオード６１ｃ−２で受光される。
【０３１５】
プラズモンフィルタ１２１ａ、プラズモンフィルタ１２１ｂ、プラズモンフィルタ１２１ｃは、この順で、透過波長が長波長側にシフトするフィルタとされているため、フォトダイオード６１ａ−１の深さ、フォトダイオード６１ｂ−１の深さ、フォトダイオード６１ｃ−１の深さも、この順で深くなるように形成されている。
【０３１６】
図４２に示した例では、上半導体基板５０１に形成されているフォトダイオード６１−１の深さだけ、変化する場合を例に挙げて説明したが、下半導体基板５０２に形成されているフォトダイオード６１−２の深さも、プラズモンフィルタ１２１の特性に合わせて変更されるようにしても良い。
【０３１７】
図４１、図４２に示したように、上半導体基板５０１と下半導体基板５０２を積層した構成とした場合、図４３乃至４７に示すように積層することができる。
【０３１８】
図４３を参照するに、上半導体基板５０１は、フォトダイオード６１−１がアレイ状に形成されている半導体基板とされ、下半導体基板５０２は、ロジック回路が形成されている半導体基板であり、その一部にフォトダイオード６１−２が形成されている半導体基板とされている。すなわち、下半導体基板５０２には、フォトダイオード６１−２とロジック回路が混載されている。
【０３１９】
図４４に示した積層構造は、上半導体基板５０１と下半導体基板５０２が積層され、さらに、３層目の半導体基板５０３が積層されている。３層目の半導体基板５０３は、ロジック回路やメモリなどが形成されている半導体基板とすることができる。すなわち、下半導体基板５０２には、フォトダイオード６１−２とロジック回路が混載され、３層目の半導体基板５０３には、ロジック回路やメモリが混載されている。
【０３２０】
図４３や図４４に示したように、フォトダイオード６１とロジック回路やメモリなどを混載することで、半導体基板面積を有効に利用することができる。
【０３２１】
また、図４４に示した積層構造によると、２層目の下半導体基板５０２と３層目の半導体基板５０３にロジック回路やメモリを配置することができ、ロジック回路やメモリの配置に対する自由度を高めることができる。
【０３２２】
図４３、図４４に示した積層構造では、上半導体基板５０１に形成されているフォトダイオード６１−１と、下半導体基板５０２内のフォトダイオード６１−２は、１対１の関係に無く、換言すれば、上半導体基板５０１に形成されているフォトダイオード６１−１よりも少ない数のフォトダイオード６１−２が下半導体基板５０２に形成されている。
【０３２３】
このように、上半導体基板５０１に形成されているフォトダイオード６１−１より少なく数のフォトダイオード６１−２が下半導体基板５０２内に形成される場合、図４３、図４４に示したように、フォトダイオード６１−２は、下半導体基板５０２の中央付近に形成される。これは一般的に、中央付近は外周付近に比べ、入射光の光量が多く、入射角もほぼ垂直から入射するため、特性面から有利であると考えられる。
【０３２４】
図示はしないが、下半導体基板５０２の外周付近にフォトダイオード６１−２を形成するようにしても良い。例えば、観測したい被写体が画面周辺など、特定の場所に来る可能性が高い場合であり、そのような場所を撮像したい場合など、下半導体基板５０２の外周付近にフォトダイオード６１−２を形成するようにしても良い。
【０３２５】
本技術は、下半導体基板５０２のどの部分にフォトダイオード６１−２を形成するかによらず、適用することができる。また、図４５に示すように、上半導体基板５０１に形成されているフォトダイオード６１−１と、下半導体基板５０２内のフォトダイオード６１−２は、１対１の関係に形成されていても、もちろん良い。
【０３２６】
図４５に示した積層構造においては、上半導体基板５０１は、フォトダイオード６１−１がアレイ状に形成されている半導体基板とされ、下半導体基板５０２も上半導体基板５０１と同じく、フォトダイオード６１−２がアレイ状に形成されている半導体基板とされ、３層目の半導体基板５０３は、ロジック回路やメモリなどが形成されている半導体基板とされている。
【０３２７】
図４５に示した積層構造によれば、３層目の半導体基板５０３にロジック回路を配置することで、２層目の半導体基板５０２に、フォトダイオード６１−２だけを配置することが可能となり、２層目におけるフォトダイオード６１−２の面積を大きくすることが可能となる。フォトダイオード６１−２の面積が大きくなることで、感度や解像度を向上させることが可能となる。また、３層目の半導体基板にロジック回路やメモリを配置することで、ロジック回路やメモリを配置する面積を大きくすることができ、ロジック回路やメモリを搭載しやすくなる。
【０３２８】
なおここでは、３層の場合を例に挙げて説明したが、４層、５層といった多層であっても、本技術を適用できる。
【０３２９】
さらに他の積層構造について説明を加える。図４６に示した積層構造は、上半導体基板５０１と下半導体基板５０２の２層が形成されている点で、図４３に示した積層構造と同様であるが、２層目の下半導体基板５０２のフォトダイオード６１−２の配置位置が異なる。
【０３３０】
図４６に示した下半導体基板５０２には、ロジック回路とフォトダイオード６１−２が混載されている。フォトダイオード６１−２は、下半導体基板５０２内で、数画素毎に離散的に配置されている。図４６に示した例では、中央部分に横方向に６画素（６画素分のフォトダイオード６１−２）が配置され、その左上方向、右上方向、左下方向、および右下方向に、それぞれ横方向に６画素（６画素分のフォトダイオード６１−２）が配置されている。
【０３３１】
このように、中心部と周辺部など、必要な部分の情報を取得することができる画素配置とすることができる。図４６に示した例では、フォトダイオード６１−２が横一列に並んだ状態で配置された１次元センサを例に挙げているが、フォトダイオード６１−２を、縦方向に並んだ状態で配置した１次元センサとすることも可能である。
【０３３２】
また、フォトダイオード６１−２を、縦方向と横方向に配置し、２次元センサとして機能するようにしても良い。下半導体基板５０２内におけるフォトダイオード６１−２の配置は、一例であり、必要に応じて変形しても良く。図４６に示したような配置に限定されるわけではない。
【０３３３】
フォトダイオード６１−２の配置を変えることで、所望とされる領域（像高）の情報を得ることが可能になる。また、フォトダイオード６１−２の配置は、アプリケーションに応じた適切な配置とすることもできる。
【０３３４】
図４６に示した例においても、２層以上、例えば、３層や４層の積層構造とし、ロジック回路やメモリなどが搭載された半導体基板が、下半導体基板５０２の下層にさらに積層されるようにしても良い。
【０３３５】
下半導体基板５０２に離散的にフォトダイオード６１−２を配置する場合の他の例を図４７に示す。上記した図４６に示した下半導体基板５０２に離散的にフォトダイオード６１−２を配置した例では、局所的に配置されている例を示したが、図４７に示した下半導体基板５０２に配置されているフォトダイオード６１−２は、離散的に、均一に配置されている。
【０３３６】
図４７に示した例では、下半導体基板５０２には、１画素（１フォトダイオード６１−２）ずつ離散的に配置されている。このようにフォトダイオード６１−２を配置した場合、全画面で間引きされた画像情報が得られる。
【０３３７】
図４７に示したように、１画素ずつ離散的に配置される場合に本技術の適用範囲が限定されるのではなく、例えば、１×２画素、２×２画素、３×３画素など、複数画素毎に、均一に、離散的に配置されていても良い。
【０３３８】
また、図４６に示した積層構造の場合と同じく、フォトダイオード６１−２の配置を変えることで、所望とされる領域（像高）の情報を得ることが可能になる。また、フォトダイオード６１−２の配置は、アプリケーションに応じた適切な配置とすることもできる。
【０３３９】
このように、積層構造で画素５１を構成した場合、下半導体基板５０２に配置されたロジック回路やメモリに光が入射し、ロジック回路やメモリの動作に影響が出る可能性がある。また、ロジック回路やメモリを構成する金属部分で、光が反射する可能性もあり、そのような反射光があると、迷光の原因となってしまう可能性もある。
【０３４０】
そこでロジック回路やメモリへの光を遮光する遮光部を有する撮像素子１２の構成を図４８、図４９に示す。図４８は、像高中心（０割）または入射光が略垂直に入射する部分に形成されている撮像素子１２の構成を示し、図４９は、像高中心（０割）以外または入射光が斜めから入射する部分に形成されている撮像素子１２の構成を示す。
【０３４１】
図４８に示した撮像素子１２の基本的な構成は、図３に示した撮像素子１２と同様であり、上部には、オンチップマイクロレンズ１０１、層間膜１０２、狭帯域フィルタ層１０３、層間膜１０４、光電変換素子層１０５、および配線層１０６が積層されている。これらが、上半導体基板５０１に配置されているとする。
【０３４２】
上半導体基板５０１の下側には、アパーチャ６０１が配置されている。このアパーチャ６０１は、左右対称に配置されている。また、アパーチャ６０１の開口部６０２の直下に、下半導体基板５０２に形成されているフォトダイオード６１−２が配置されている。図４８に示した実施の形態においては、上半導体基板５０１と下半導体基板５０２は、層間膜６１１を介して接合（接着）されている。
【０３４３】
下半導体基板５０２の中央付近には、フォトダイオード６１−２が配置され、そのフォトダイオード６１−２の両側には、ロジック回路６１２−１とロジック回路６１２−２が配置されている。
【０３４４】
このような撮像素子１２において、光電変換素子層１０５に含まれる各フォトダイオード６１−１は、オンチップマイクロレンズ１０１を透過してきた光を受光する。
【０３４５】
配線層１０６の配線層は、銅などで構成される配線を含む。配線層１０６は、アパーチャ６０１と合わせて遮光膜としても機能するように構成することも可能である。図４８に示すように、図中中央部分に示したオンチップマイクロレンズ１０１をオンチップマイクロレンズ１０１Ａとした場合、オンチップマイクロレンズ１０１Ａを透過した光が、アパーチャ６０１の開口部６０２を介して、フォトダイオード６１−２に受光されるように構成されている。
【０３４６】
一方で、オンチップマイクロレンズ１０１Ａとは異なるオンチップマイクロレンズ１０１、例えば、オンチップマイクロレンズ１０１Ａの右隣のオンチップマイクロレンズ１０１Ｂからの光は、アパーチャ６０１により透過されず、ロジック回路６１２−１,６１２−２に入射されないように構成されている。
【０３４７】
このように、１枚のオンチップマイクロレンズ１０１を透過した光が、下半導体基板５０２のフォトダイオード６１−２に受光され、ロジック回路６１２には入射されないように、アパーチャ６０１により遮光が行われる構成とされている。
【０３４８】
次に、図４９を参照し、像高中心（０割）以外または入射光が斜めから入射する部分に形成されている撮像素子１２の構成について説明を加える。図４９に示した撮像素子１２と図４８に示した撮像素子１２は、基本的に同様の構成を有するが、アパーチャ６０１の開口部６０２の位置、大きさ、形状などが異なる。ここでは、図４８に示した撮像素子１２のアパーチャ６０１と異なることを示すためにアパーチャ６５１とし、開口部６０２も開口部６５２として記述する。
【０３４９】
図４９に示したアパーチャ６５１は、左右非対称に配置されている。図４９に示したアパーチャ６５１の開口部６５２は、２つの画素にまたがるような位置に形成されている。図４９に示した撮像素子１２においては、図中矢印で示したようにオンチップマイクロレンズ１０１Ａを斜め方向から入射してきた光は、上半導体基板５０１の光電変換素子層１０５に含まれるフォトダイオード６１−１で受光され、さらに、フォトダイオード６１−１を透過した光は、下半導体基板５０２に形成されているフォトダイオード６１−２に受光される。
【０３５０】
このように、斜め方向からの光を受光できる位置であり、アパーチャ６５１の開口部６５２の直下ではない位置に、フォトダイオード６１−２は形成されている。
【０３５１】
一方で、図中矢印で示したようにオンチップマイクロレンズ１０１Ｂを斜め方向から入射してきた光は、上半導体基板５０１の光電変換素子層１０５に含まれるフォトダイオード６１−１で受光される。仮に、アパーチャ６５１が、非対称に配置されていなければ、図中点線の矢印で示したように、フォトダイオード６１−１を透過した光は、ロジック回路部６１２−２に入射される。
【０３５２】
しかしながら、図４９に示したように、アパーチャ６５２は非対称に配置されているため、フォトダイオード６１−１を透過した光は、アパーチャ６５１により遮光され、ロジック回路部６１２−２に入射されるようなことを防ぐことができる。
【０３５３】
アパーチャ６０１,６５１は、上半導体基板５０１の配線層１０６内の配線を形成するときに一緒に形成することができる。また、アパーチャ６０１,６５１を、配線層１０６とは別の層として形成しても良い。また、アパーチャ６０１,６５１を、配線層１０６の配線の一部として形成することも可能である。
【０３５４】
このように、アパーチャ６０１、アパーチャ６５１を、像高に応じて変化させることで、また、下半導体基板５０２のフォトダイオード６１−２の位置を変化させることで、ロジック回路６１２に光が入射されるようなことを防ぐ構成とすることができる。また、ロジック回路６１２を構成する金属部分による反射を防ぐこともできるため、迷光による悪影響を低減させることができる。
【０３５５】
＜サーマルセンサを積層した構造＞
上記した実施の形態においては、フォトダイオード６１を積層する場合を例に挙げて説明したが、フォトダイオード６１以外のセンサを積層する構造とすることも可能である。ここでは、サーマルセンサを積層する場合を例に挙げて説明する。
【０３５６】
図５０は、サーマルセンサ７０１を積層した場合の画素５１の構成例を示す図である。図５０に示した画素５１の構成は、上層から順に、プラズモンフィルタ１２１、層間膜１０４、上半導体基板５０１、配線層１０６、およびサーマルセンサ７０１が積層された構成とされている。また、上半導体基板５０１には、フォトダイオード６１が形成されている。なお、図５０では、上層のオンチップマイクロレンズ１０１などは省略してある。
【０３５７】
図５０に示した画素５１は、例えば、図４２に示した画素５１の下半導体基板５０２が積層されていた部分に、サーマルセンサ７０１が積層された構成とされている。
【０３５８】
ＭＥＭＳ型のサーマルセンサ７０１は、２種類の金属接点間の温度差に応じた起電力を測定することで温度を検知するもので、熱電対を直列につないで熱電対列を形成するものなどがあるが、ここではプラズモン共鳴を利用した、プラズモン吸収体によるサーマルセンサ７０１の構造を図５１に示す。図５１に示したサーマルセン７０１ａ乃至ｃは、それぞれプラズモンフィルタ１２１の形状と同様の形状を適用した場合を示している。
【０３５９】
図５１のＡに示したサーマルセンサ７０１ａは、ホールアレイ型のプラズモンフィルタ１２１と同様の形状を適用した場合のサーマルセンサ７０１ａである。図５１のＢに示したサーマルセンサ７０１ｂは、ＧＭＲを用いたプラズモンフィルタ１５１と同様の形状を適用した場合のサーマルセンサ７０１ｂである。図５１のＣに示したサーマルセンサ７０１ｃは、ブルズアイ構造のプラズモンフィルタ１７１と同様の形状を適用した場合のサーマルセンサ７０１ｃである。
【０３６０】
サーマルセンサ７０１を、プラズモン共鳴を利用したサーマルセンサ７０１とした場合、例えば、図５１のＡを参照するに、ホールアレイ型のプラズモンフィルタ１２１は、ホールが貫通しているが、サーマルセンサ７０１ａでは貫通していない構成とされている点が異なる。
【０３６１】
図５１のＡに示したサーマルセンサ７０１ａは、円形のホールを周期的に並べたものとされているが、円形以外の楕円、三角、四角などの多角形、十字型、星形などでも良い。また、円形のホールが三角形の頂点になるように配置されているが、正方配列でも良く、周期的構造であれば良い。この場合、プラズモンフィルタ１２１（図４）の場合と同じく、ホール間のピッチを変えることで、吸収する波長を変えることができる。
【０３６２】
また、図５１のＢに示したサーマルセンサ７０１ｂは、直線状の溝が周期的に形成されたものとされ、図５１のＣに示したサーマルセンサ７０１ｃは、同心円状の溝が形成されたものとされている。この場合、プラズモンフィルタ１５１（図１４）の場合と同じく、溝の周期を変えることで、吸収する波長を変えることができる。
【０３６３】
また、非対称な形状を用いることもでき、非対称な形状を用いた場合は、同時に偏光特性も得ることが可能になる。また、サーマルセンサ７０１を構成する材料としては銅や金を用いることができ、銅に金をコーティングしたものを用いることができる。サーマルセンサ７０１を構成する材料としては銅や金以外の材料を用いても良い。
【０３６４】
図５１には、図示していないが、サーマルセンサ７０１には、一端に温接点が形成され、その温接点から引き出された端子の反対側に冷接点が形成されている。この温接点と冷接点が、サーマルセンサ７０１に形成されることで、サーマルセンサとして動作する。
【０３６５】
図５０を再度参照する。画素５１は、プラズモンフィルタ１２１と、プラズモン共鳴を用いたサーマルセンサ７０１とを備える。プラズモンフィルタ１２１を透過した光は、上半導体基板５０１に形成されているフォトダイオード６１により受光される。図５２を参照して後述するように、このフォトダイオード６１は、上記した場合と同じく、プラズモンフィルタ１２１の透過波長に適した位置に形成されている。
【０３６６】
フォトダイオード６１により受光された光の一部は、フォトダイオード６１を透過し、さらに配線層１０６を透過して、サーマルセンサ７０１に到達する。サーマルセンサ７０１には、長波長側の光が入射される。よって、サーマルセンサ７０１を、例えば、ホールアレイ型のプラズモンフィルタ１２１の形状とした場合、長波長側の光を受光するのに適したホール間のピッチが設定されている。
【０３６７】
このように、プラズモンフィルタ１２１を透過する波長と、サーマルセンサ７０１が吸収する波長は、異なる波長とされている。よって、仮に、プラズモンフィルタ１２１とサーマルセンサ７０１をともにホールアレイ型で形成した場合、ホール間の間隔は、プラズモンフィルタ１２１とサーマルセンサ７０１とでは異なる間隔とされている。
【０３６８】
図５０に示したようなプラズモンフィルタ１２１とサーマルセンサ７０１を備える画素５１において、上記した実施の形態と同じく、フォトダイオード６１の位置を、プラズモンフィルタ１２１の透過波長に適した位置とした構成とすることもできる。図５２に、そのような構成とした画素５１の一例を示す。
【０３６９】
図５２は、複数の半導体基板で形成され、下層にサーマルセンサ７０１を備えている画素５１の一例の構成を示す図である。図５２では、上半導体基板５０１とサーマルセンサ７０１を含む構成の画素５１の構成例を示している。図５２のＡ乃至Ｃに示した画素５１ａ乃至５１ｃの基本的な構成は同一であり、フォトダイオード６１ａ乃至６１ｃが形成されている深さが異なる。
【０３７０】
図５２のＡ乃至Ｃに示した画素５１ａ乃至５１ｃの基本的な構成は、上層から順に、プラズモンフィルタ１２１、層間膜１０４、上半導体基板５０１、配線層１０６、およびサーマルセンサ７０１が積層された構成とされている。また、上半導体基板５０１には、フォトダイオード６１が形成されている。なお、図５２では、上層のオンチップマイクロレンズ１０１などは省略してある。
【０３７１】
図５２のＡに示した画素５１ａは、プラズモンフィルタ１２１ａの透過波長に適した位置であり、上半導体基板５０１ａ内に、フォトダイオード６１ａが形成されている。
【０３７２】
図５２のＢに示した画素５１ｂは、プラズモンフィルタ１２１ｂの透過波長に適した位置であり、上半導体基板５０１ｂ内に、フォトダイオード６１ｂが形成されている。
【０３７３】
図５２のＣに示した画素５１ｃは、プラズモンフィルタ１２１ｃの透過波長に適した位置であり、上半導体基板５０１ｃ内に、フォトダイオード６１ｃが形成されている。
【０３７４】
プラズモンフィルタ１２１ａ、プラズモンフィルタ１２１ｂ、プラズモンフィルタ１２１ｃは、この順で、透過波長が長波長側にシフトするフィルタとされているため、フォトダイオード６１ａの深さ、フォトダイオード６１ｂの深さ、フォトダイオード６１ｃの深さも、この順で深くなるように形成されている。
【０３７５】
このように、上半導体基板５０１に形成されているフォトダイオード６１は、上記した実施の形態と同じく、プラズモンフィルタ１２１の透過波長に適した位置に形成されているため、所望とされる波長の光を効率良く受光することができる。
【０３７６】
また、サーマルセンサ７０１を、長波長側でプラズモン共鳴を起こす形状としておくことで、プラズモンフィルタ１２１、フォトダイオード６１、配線層１０６などを透過してきた長波長側の光を受光させ、サーマルセンサとして機能させることができる。
【０３７７】
なお、ここでは、ＭＥＭＳ型のセンサであり、プラズモン共鳴を用いるサーマルセンサ７０１を例に挙げて説明したが、プラズモン共鳴を用いたサーマルセンサ以外に、例えば、熱電対列をもいたセンサや、ゼーベック効果を利用したセンサであっても良い。
【０３７８】
また、サーマルセンサ７０１は、真空封止されているチップであっても良い。真空封止されていることで、熱が逃げることを防ぐことができ、高感度のサーマルセンサとすることができる。
【０３７９】
このように、シリコンが、主に可視光領域を吸収し、短波長側ほどシリコン表層で吸収され、長波長側ほどシリコン深層まで到達することを利用し、プラズモンフィルタの透過波長に適したシリコン内の位置に、フォトダイオードを形成することで、混色を抑制し、感度を向上させることができる。
【０３８０】
また、プラズモンフィルタの特性と、その特性に適した位置にフォトダイオードを形成することで、波長分解能を向上させることができる。
【０３８１】
＜内視鏡手術システムへの応用例＞
また、例えば、本開示に係る技術（本技術）は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
【０３８２】
図５３は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【０３８３】
図５３では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
【０３８４】
内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
【０３８５】
鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
【０３８６】
カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ: Camera Control Unit）１１２０１に送信される。
【０３８７】
ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
【０３８８】
表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
【０３８９】
光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
【０３９０】
入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
【０３９１】
処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
【０３９２】
なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
【０３９３】
また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
【０３９４】
また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Narrow Band Imaging）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ICG）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
【０３９５】
図５４は、図５３に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
【０３９６】
カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
【０３９７】
レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
【０３９８】
撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（dimensional）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
【０３９９】
また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
【０４００】
駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
【０４０１】
通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
【０４０２】
また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
【０４０３】
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Auto Exposure）機能、ＡＦ（Auto Focus）機能及びＡＷＢ（Auto White Balance）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
【０４０４】
カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
【０４０５】
通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
【０４０６】
また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
【０４０７】
画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
【０４０８】
制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
【０４０９】
また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
【０４１０】
カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
【０４１１】
ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
【０４１２】
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、カメラヘッド１１１０２や、カメラヘッド１１１０２の撮像部１１４０２に適用され得る。具体的には、例えば、図１の撮像素子１２を、撮像部１１４０２に適用することができる。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、より詳細かつ高精度な術部画像を得ることができるため、術者が術部を確実に確認することが可能になる。
【０４１３】
なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
【０４１４】
＜移動体への応用例＞
また、例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
【０４１５】
図５５は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
【０４１６】
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図５５に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（Interface）１２０５３が図示されている。
【０４１７】
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
【０４１８】
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
【０４１９】
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
【０４２０】
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
【０４２１】
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
【０４２２】
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
【０４２３】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【０４２４】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
【０４２５】
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図５５の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
【０４２６】
図５６は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【０４２７】
図５６では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
【０４２８】
撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２、１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
【０４２９】
なお、図５６には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
【０４３０】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
【０４３１】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０km/h以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【０４３２】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
【０４３３】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
【０４３４】
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、例えば、図１の撮像装置１０を撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、例えば、車外の情報をより詳細かつ高精度に取得することができ、自動運転の安全性の向上等を実現することができる。
【０４３５】
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
【０４３６】
なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０４３７】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
シリコン基板に形成されている光電変換素子と、
前記光電変換素子の光入射面側に積層され、所望の波長の電磁波を透過させる狭帯域フィルタと、
前記狭帯域フィルタの上下にそれぞれ形成された層間膜と
を備え、
前記光電変換素子は、前記狭帯域フィルタの透過波長を最も吸収する、前記シリコン基板の界面からの深さに形成されている
電磁波処理装置。
（２）
前記狭帯域フィルタの透過波長が長いほど、前記光電変換素子の前記シリコン基板からの深さは、深くなる
前記（１）に記載の電磁波処理装置。
（３）
前記狭帯域フィルタは、ホールアレイ型のプラズモンフィルタである
前記（１）に記載の電磁波処理装置。
（４）
前記狭帯域フィルタは、ドットアレイ型のプラズモンフィルタである
前記（１）に記載の電磁波処理装置。
（５）
前記狭帯域フィルタは、ＧＭＲ（Guided Mode Resonant）を用いたプラズモンフィルタである
前記（１）に記載の電磁波処理装置。
（６）
前記狭帯域フィルタは、ブルズアイ構造のプラズモンフィルタである
前記（１）に記載の電磁波処理装置。
（７）
前記狭帯域フィルタは、ファブリーペロー干渉計である
前記（１）に記載の電磁波処理装置。
（８）
前記光電変換素子は、前記狭帯域フィルタの吸収波長を最も吸収する前記シリコン基板の領域には形成されていない
前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の電磁波処理装置。
（９）
前記狭帯域フィルタの吸収波長が長いほど、前記光電変換素子が形成されていない領域の深さは、深くなる
前記（８）に記載の電磁波処理装置。
（１０）
前記光電変換素子が形成されていない領域よりも浅い位置、および深い位置に、それぞれ前記光電変換素子が形成されている
前記（８）に記載の電磁波処理装置。
（１１）
第１の深さに形成されている第１の光電変換素子から取得される第１の信号量から、第２の深さに形成されている第２の光電変換素子から取得される第２の信号量を減算する
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の電磁波処理装置。
（１２）
前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子の上端の深さは異なるが、前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子の下端の位置は、略同一の位置とされている
前記（１１）に記載の電磁波処理装置。
（１３）
前記第１の光電変換素子は、前記シリコン基板の所定の深さから、前記シリコン基板の界面付近まで形成され、前記第２の光電変換素子は、前記シリコン基板の浅い位置に、前記第１の光電変換素子よりも小さい領域で形成されている
前記（１１）に記載の電磁波処理装置。
（１４）
前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子は、横方向に配置されている
前記（１１）に記載の電磁波処理装置。
（１５）
前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子は、縦方向に配置されている
前記（１１）に記載の電磁波処理装置。
（１６）
不要な電荷または正孔を排出するドレインをさらに備える
前記（１）乃至（１５）のいずれかに記載の電磁波処理装置。
（１７）
前記ドレインは、不純物濃度に勾配が形成されている
前記（１６）に記載の電磁波処理装置。
（１８）
少なくとも２以上の半導体基板が積層され、上側にある半導体基板および下側にある半導体基板の少なくとも一方の半導体基板に、前記光電変換素子が形成されている
前記（１）乃至（１７）のいずれかに記載の電磁波処理装置。
（１９）
前記上側にある半導体基板には、前記光電変換素子が形成され、前記下側にある半導体基板としてサーマルセンサが積層されている
前記（１８）に記載の電磁波処理装置。
（２０）
前記サーマルセンサは、プラズモン共鳴を用いたセンサである
前記（１９）に記載の電磁波処理装置。
【符号の説明】
【０４３８】
１０  撮像装置，  １１  光学系，  １２  撮像素子，  １３  メモリ，  １４  信号処理部，  １５  出力部，  １６  制御部，  ３１  画素アレイ部，  ３２  行走査回路，  ３３  ＰＬＬ，  ３５  カラムＡＤＣ回路，  ３６  列走査回路，  ３７  センスアンプ，  ５１  画素，  ６１  フォトダイオード，  １０１  オンチップマイクロレンズ，  １０２  層間膜，  １０３  狭帯域フィルタ層，  １０４  層間膜，  １０５  光電変換素子層，  １０６  配線層，  １２１  プラズモンフィルタ，  １３１  導体薄膜，  １３２  ホール，  １３３  ドット，  １３４  誘電体層，  １５１  プラズモンフィルタ，  １６１  導体層，  １６２  ＳｉＯ２膜，  １６３  ＳｉＮ膜，  １６４  ＳｉＯ２基板，  １７１  プラズモンフィルタ，  １８１  貫通孔，  １８２  凸部，  ２０１  ファブリーペロー干渉計，  ２０２  半透鏡，  ２０３  半透鏡，  ３０１  ドレイン，  ３２１  シリコン基板，  ３２２  支持基板，  ３２３  スルー酸化膜，  ４０１  縦型トランジスタ，  ４１１  半導体領域，  ４５１  プラズモンフィルタ，  ５０１  上半導体基板，  ５０２  下半導体基板，  ５０３  半導体基板，  ６０１  アパーチャ，  ６０２  開口部，  ６１１  層間膜，  ６１２  ロジック回路，  ６５１  アパーチャ，  ６５２  開口部，  ７０１  サーマルセンサ
【図１】
2019114602.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2019114602.tif 000020
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2019114602.tif 000023
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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