(57)【要約】【課題】２種類の波長帯域の光を同時に検知する際に、解像度の劣化を防止しつつ、混色を防止し、かつ、駆動回路を容易に分離することが可能なイメージセンサ、撮像システム及びイメージセンサの製造方法を提案すること。【解決手段】本開示に係るイメージセンサは、所定の波長帯域の光のうち長波長側の光を受光する複数の画素からなる長波長センサアレイと、前記長波長センサアレイ上に位置し、前記所定の波長帯域の光のうち短波長側の光は反射させつつ、前記長波長側の光を透過させる絶縁体層と、前記絶縁体層上に位置し、前記短波長側の光を受光する複数の画素からなる短波長センサアレイと、を有する受光部を備える。【選択図】図１
2017112169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長帯域の光のうち長波長側の光を受光する複数の画素からなる長波長センサアレイと、
前記長波長センサアレイ上に位置し、前記所定の波長帯域の光のうち短波長側の光は反射させつつ、前記長波長側の光を透過させる絶縁体層と、
前記絶縁体層上に位置し、前記短波長側の光を受光する複数の画素からなる短波長センサアレイと、
を有する受光部を備える、イメージセンサ。
【請求項２】
前記長波長側の光は、赤外光帯域の光であり、
前記短波長側の光は、可視光帯域の光である、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項３】
前記受光部の前段に位置し、前記長波長側の光のうち一部の波長帯域の光を透過させる光学フィルタを更に備える、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項４】
前記絶縁体層は、前記可視光帯域の光は反射しつつ、前記赤外光帯域の光を透過させる絶縁体多層膜からなる、請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項５】
前記長波長センサアレイの駆動電圧と、前記短波長センサアレイの駆動電圧とは、同一であり、
前記長波長センサアレイ及び前記短波長センサアレイのそれぞれは、共通の貫通接続孔を介して配線される、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項６】
前記長波長センサアレイの駆動電圧と、前記短波長センサアレイの駆動電圧とは、互いに相違しており、
前記長波長センサアレイ及び前記短波長センサアレイのそれぞれは、別個の貫通接続孔を介して配線される、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項７】
前記長波長センサアレイの下層に位置し、ロジック回路又はメモリ回路の少なくとも何れかを有する半導体層を更に備え、
前記長波長センサアレイ及び前記短波長センサアレイは、前記半導体層に対して、それぞれ別個に電気的に接続される、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項８】
前記長波長センサアレイは、波長１．１μｍ以上の赤外光帯域の光を検知し、
前記光学フィルタは、可視光帯域の光、及び、波長１．１μｍ以上の赤外光帯域の光を透過するフィルタである、請求項３に記載のイメージセンサ。
【請求項９】
前記長波長センサアレイは、キャリア増倍型のセンサアレイである、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項１０】
前記長波長センサアレイにおける光電変換材料と、前記短波長センサアレイにおける光電変換材料と、が互いに相違する、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項１１】
前記短波長センサアレイの光電変換材料は、少なくともＳｉを含有し、
前記長波長センサアレイの光電変換材料は、ＩｎＧａＡｓ、ＦｅＳ２、ＣｕＩｎＧａＳｅ、又は、Ｓｉを少なくとも含有する、請求項１０に記載のイメージセンサ。
【請求項１２】
前記長波長センサアレイにおける画素の繰り返しピッチは、前記短波長センサアレイにおける画素の繰り返しピッチの整数倍である、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項１３】
所定の波長帯域の光のうち長波長側の光を受光する複数の画素からなる長波長センサアレイ、前記長波長センサアレイ上に位置し、前記所定の波長帯域の光のうち短波長側の光は反射させつつ、前記長波長側の光を透過させる絶縁体層、及び、前記絶縁体層上に位置し、前記短波長側の光を受光する複数の画素からなる短波長センサアレイを有する受光部と、
前記受光部の前段に位置し、前記長波長側の光のうち一部の波長帯域の光を透過させる光学フィルタと、を備えるイメージセンサと、
前記光学フィルタを透過する波長帯域の光を発光する光源と、
を備える、撮像システム。
【請求項１４】
前記イメージセンサ及び前記光源のそれぞれを制御する制御部を更に備え、
前記制御部は、前記光源から出射された光が撮像対象物との間を往復するために生じる遅延時間に基づき、前記撮像対象物までの距離を算出する、請求項１３に記載の撮像システム。
【請求項１５】
前記制御部は、前記短波長イメージセンサにより生成される撮像画像と、算出した前記撮像対象物までの距離に関する距離情報と、を対応付けて出力する、請求項１４に記載の撮像システム。
【請求項１６】
衝突防止用車載カメラシステムに用いられる、請求項１４に記載の撮像システム。
【請求項１７】
自動焦点合わせ機構に用いられる、請求項１４に記載の撮像システム。
【請求項１８】
所定の基板上に、所定の波長帯域の光のうち短波長側の光を受光する複数の画素からなる短波長センサアレイを形成することと、
所定の基板上に、所定の波長帯域の光のうち長波長側の光を受光する複数の画素からなる長波長センサアレイを形成することと、
前記短波長側の光は反射させつつ、前記長波長側の光を透過させる絶縁体の一方の側に、前記短波長センサアレイを設置するとともに、前記絶縁体の他方の側に、前記長波長センサアレイを配置することと、
を含む、イメージセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、イメージセンサ、撮像システム及びイメージセンサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、距離測定等に応用するために、可視光の画像と赤外光の画像の双方を同時に取得することが可能な固体撮像素子が、各種提案されている。かかる固体撮像素子において、可視光（ＲＧＢ）を検知する画素と、赤外光（ＩＲ）を検知する画素と、を横方向に配列する構造が考えられるが、このような構造では、ＲＧＢ画素＋ＩＲ画素の４つの画素が配列されることとなる。このような構造を有する固体撮像素子を、ＲＧＢ画素がベイヤー（Ｂａｙｅｒ）配列となるように構成された固体撮像素子と比較すると、通常のベイヤー配列において可視光用の画素が配置される位置の少なくとも一つがＩＲ画素に置換されるために、解像度が劣化してしまう。
【０００３】
上記のような横配列の構造における解像度の劣化を防止するために、例えば以下の特許文献１では、可視光の画像と赤外光の画像の双方を同時に取得することが可能な固体撮像素子において、可視光用の画素と赤外光用の画素とを縦方向に積層する構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−８８６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に提案されているような縦方向に積層された構造であり、赤外光画素が、例えばシングルフォトン・アヴァランシェダイオード（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｄｉｏｄｅ：ＳＰＡＤ）等のアヴァランシェ増倍型の発光ダイオード（Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ：ＡＰＤ）である場合、ＡＰＤに対しては高い電圧印加が求められることから、同一基板内に高電圧駆動を要する部位と低電圧駆動を要する部位とが生じてしまう。その結果、このような縦方向に積層された構造では、回路的に困難となる上に、可視光画素と赤外光画素とで画素サイズが相違してしまう。
【０００６】
そこで、本開示では、上記事情に鑑みて、２種類の波長帯域の光を同時に検知する際に、解像度の劣化を防止しつつ、混色を防止し、かつ、駆動回路を容易に分離することが可能なイメージセンサ、撮像システム及びイメージセンサの製造方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示によれば、所定の波長帯域の光のうち長波長側の光を受光する複数の画素からなる長波長センサアレイと、前記長波長センサアレイ上に位置し、前記所定の波長帯域の光のうち短波長側の光は反射させつつ、前記長波長側の光を透過させる絶縁体層と、前記絶縁体層上に位置し、前記短波長側の光を受光する複数の画素からなる短波長センサアレイと、を有する受光部を備えるイメージセンサが提供される。
【０００８】
また、本開示によれば、所定の波長帯域の光のうち長波長側の光を受光する複数の画素からなる長波長センサアレイ、前記長波長センサアレイ上に位置し、前記所定の波長帯域の光のうち短波長側の光は反射させつつ、前記長波長側の光を透過させる絶縁体層、及び、前記絶縁体層上に位置し、前記短波長側の光を受光する複数の画素からなる短波長センサアレイを有する受光部と、前記受光部の前段に位置し、前記長波長側の光のうち一部の波長帯域の光を透過させる光学フィルタと、を備えるイメージセンサと、前記光学フィルタを透過する波長帯域の光を発光する光源と、を備える撮像システムが提供される。
【０００９】
また、本開示によれば、所定の基板上に、所定の波長帯域の光のうち短波長側の光を受光する複数の画素からなる短波長センサアレイを形成することと、所定の基板上に、所定の波長帯域の光のうち長波長側の光を受光する複数の画素からなる長波長センサアレイを形成することと、前記短波長側の光は反射させつつ、前記長波長側の光を透過させる絶縁体の一方の側に、前記短波長センサアレイを設置するとともに、前記絶縁体の他方の側に、前記長波長センサアレイを配置することと、を含むイメージセンサの製造方法が提供される。
【００１０】
本開示によれば、受光部のうち短波長センサアレイは、所定の波長帯域の光のうち短波長側の光を受光し、受光部のうち長波長センサアレイは、所定の波長帯域の光のうち長波長側の光を受光する。また、短波長センサアレイと長波長センサアレイとは、所定の波長帯域の光のうち短波長側の光は反射させつつ、長波長側の光を透過させる絶縁体層により、電気的に分離される。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように本開示によれば、種類の波長帯域の光を同時に検知する際に、解像度の劣化を防止しつつ、混色を防止し、かつ、駆動回路を容易に分離することが可能となる。
【００１２】
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、又は、本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の実施形態に係るイメージセンサの全体構成を模式的に示した説明図である。
【図２Ａ】同実施形態に係るイメージセンサの全体構成を模式的に示した説明図である。
【図２Ｂ】同実施形態に係るイメージセンサの全体構成を模式的に示した説明図である。
【図３Ａ】同実施形態に係るイメージセンサにおける可視光波長選択フィルタの配置パターンの一例を模式的に示した説明図である。
【図３Ｂ】同実施形態に係るイメージセンサにおける可視光波長選択フィルタの配置パターンの一例を模式的に示した説明図である。
【図４Ａ】同実施形態に係る絶縁体層の一例を模式的に示した説明図である。
【図４Ｂ】同実施形態に係る絶縁体層の反射特性の一例を示したグラフ図である。
【図５】同実施形態に係るイメージセンサの全体構成を模式的に示した説明図である。
【図６Ａ】同実施形態に係るイメージセンサにおける光学フィルタの光学特性の一例を説明するための説明図である。
【図６Ｂ】同実施形態に係るイメージセンサにおける光学フィルタの光学特性の一例を説明するための説明図である。
【図７Ａ】同実施形態に係るイメージセンサにおける短波長センサアレイの配線例を模式的に示した説明図である。
【図７Ｂ】同実施形態に係るイメージセンサにおける短波長センサアレイの配線例を模式的に示した説明図である。
【図８Ａ】同実施形態に係るイメージセンサにおける配線例を模式的に示した説明図である。
【図８Ｂ】同実施形態に係るイメージセンサにおける配線例を模式的に示した説明図である。
【図９】同実施形態に係るイメージセンサの全体構成を模式的に示した説明図である。
【図１０】同実施形態に係るイメージセンサの製造方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図１１】同実施形態に係る撮像システムの全体構成を模式的に示した説明図である。
【図１２】同実施形態に係る撮像システムについて説明するための説明図である。
【図１３】同実施形態に係る撮像システムについて説明するための説明図である。
【図１４】同実施形態に係る撮像システムについて説明するための説明図である。
【図１５】同実施形態に係るイメージセンサの第１の具体例を説明するための説明図である。
【図１６】イメージセンサの第１の具体例における光学フィルタの透過特性を示したグラフ図である。
【図１７】イメージセンサの第１の具体例に適用可能な光源の構造を模式的に示した説明図である。
【図１８】同実施形態に係るイメージセンサの第２の具体例における絶縁体層の反射特性を示したグラフ図である。
【図１９】イメージセンサの第２の具体例における長波長センサアレイを説明するための説明図である。
【図２０】イメージセンサの第２の具体例における光学フィルタの透過特性を示したグラフ図である。
【図２１】イメージセンサの第２の具体例に適用可能な光源の構造を模式的に示した説明図である。
【図２２】同実施形態に係るイメージセンサの第３の具体例における長波長センサアレイを説明するための説明図である。
【図２３】同実施形態に係るイメージセンサの第４の具体例における長波長センサアレイを説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１５】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．実施形態
１．１．イメージセンサの全体構成について
１．２．イメージセンサの製造方法について
１．３．撮像システムについて
１．４．イメージセンサの具体例について
【００１６】
（実施形態）
＜イメージセンサの全体構成について＞
まず、図１〜図９を参照しながら、本開示の実施形態に係るイメージセンサの全体構成について、詳細に説明する。
図１〜図２Ｂは、本実施形態に係るイメージセンサの全体構成を模式的に示した説明図である。図３Ａ及び図３Ｂは、本実施形態に係るイメージセンサにおける可視光波長選択フィルタの配置パターンの一例を模式的に示した説明図である。図４Ａは、本実施形態に係る絶縁体層の一例を模式的に示した説明図であり、図４Ｂは、本実施形態に係る絶縁体層の反射特性の一例を示したグラフ図である。図５は、本実施形態に係るイメージセンサの全体構成を模式的に示した説明図である。図６Ａ及び図６Ｂは、本実施形態に係るイメージセンサにおける光学フィルタの光学特性の一例を説明するための説明図である。図７Ａ及び図７Ｂは、本実施形態に係るイメージセンサにおける短波長センサアレイの配線例を模式的に示した説明図である。図８Ａ及び図８Ｂは、本実施形態に係るイメージセンサにおける配線例を模式的に示した説明図である。図９は、本実施形態に係るイメージセンサの全体構成を模式的に示した説明図である。
【００１７】
本実施形態に係るイメージセンサ１０は、例えばＣＭＯＳ型のイメージセンサであり、図１に模式的に示したように、長波長センサアレイ１０１と、絶縁体層１０３と、短波長センサアレイ１０５と、を有する受光部を備える。
【００１８】
長波長センサアレイ１０１は、イメージセンサ１０に入射する所定の波長帯域の入射光のうち、相対的に長波長側の光を受光する複数の画素を有しているセンサアレイである。この長波長センサアレイ１０１は、長波長側の光を、検知した長波長側の光の光量に対応する量の電荷（例えば、電子）へと変換する光電変換材料を用いて形成される。
【００１９】
長波長センサアレイ１０１上には、絶縁体層１０３が位置している。絶縁体層１０３は、イメージセンサ１０に入射する所定の波長帯域の入射光のうち、相対的に短波長側の光は反射させつつ、長波長側の光を透過するものである。
【００２０】
絶縁体層１０３上には、短波長センサアレイ１０５が位置している。短波長センサアレイ１０５は、イメージセンサ１０に入射する所定の波長帯域の入射光のうち、相対的に短波長側の光を受光する複数の画素を有しているセンサアレイである。この短波長センサアレイ１０５は、短波長側の光を、検知した短波長側の光の光量に対応する量の電荷（例えば、電子）へと変換する光電変換材料を用いて形成される。
【００２１】
長波長センサアレイ１０１と、短波長センサアレイ１０５と、は、検知したい光の波長が互いに異なるように形成することが好ましいため、長波長センサアレイ１０１に用いる光電変換材料と、短波長センサアレイ１０５に用いる光電変換材料と、は、互いに相違することが好ましい。
【００２２】
図１から明らかなように、本実施形態に係るイメージセンサ１０は、長波長センサアレイ１０１と、短波長センサアレイ１０５と、が、絶縁体層１０３を介して縦型に配置された、積層型のイメージセンサである。
【００２３】
本実施形態に係るイメージセンサ１０の受光部は、上記のような構造を有することにより、短波長側の光を、上部に位置する短波長センサアレイ１０５により検知する。また、短波長側の光は、絶縁体層１０３を透過できないため、短波長センサアレイ１０５と絶縁体層１０３との界面まで到達した短波長側の光は、短波長センサアレイ１０５の側へと反射される。これにより、短波長センサアレイ１０５の検出感度を向上させることが可能となるとともに、短波長側の光が長波長センサアレイ１０１まで到達することを防止できるため、長波長センサアレイ１０１の混色を防止することが可能となる。一方、長波長側の光は、短波長センサアレイ１０５及び絶縁体層１０３を透過して、長波長センサアレイ１０１まで到達し、長波長センサアレイ１０１により検知される。
【００２４】
ここで、本実施形態に係るイメージセンサ１０において、着目する入射光の波長帯域は、可視光帯域〜赤外光帯域とすることが好ましい。このような波長帯域に着目した場合、短波長センサアレイ１０５を、相対的に短波長の光である可視光を検知する可視光センサアレイとするとともに、長波長センサアレイ１０１を、相対的に長波長の光である赤外光を検知する赤外光センサアレイとすることが好ましい。以下では、可視光帯域〜赤外光帯域の入射光に着目し、短波長センサアレイ１０５を可視光センサアレイとするとともに、長波長センサアレイ１０１を赤外光センサアレイとする場合を例に挙げて、詳細に説明を行うものとする。
【００２５】
赤外光センサアレイとして機能する長波長センサアレイ１０１としては、赤外光を検知可能な光電変換材料を用いた、公知の赤外光検知用のセンサアレイを適宜利用することが可能である。このような光電変換材料として、赤外光を検知可能な各種の半導体材料を利用することが可能であり、例えば、ＩｎＧａＡｓ、ＦｅＳ２、ＣｕＩｎＧａＳｅ、又は、Ｓｉを少なくとも含有する半導体材料を挙げることができる。また、このような赤外光検知用のセンサアレイとして、シングルフォトン・アヴァランシェダイオード（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｄｉｏｄｅ：ＳＰＡＤ）等のアヴァランシェ増倍型ダイオード（ＡＰＤ）（すなわち、キャリア増倍型のダイオード）を利用することも可能である。
【００２６】
また、可視光センサアレイとして機能する短波長センサアレイ１０５としては、可視光を検知可能な光電変換材料を用いた、公知の可視光検知用のセンサアレイを適宜利用することが可能である。このような光電変換材料として、化合物半導体も含む各種の半導体を挙げることができ、例えば、少なくともＳｉを含有する光電変換材料を用いることが簡便である。
【００２７】
長波長センサアレイ１０１と、短波長センサアレイ１０５と、の間には、図１に示したように、絶縁体層１０３が配設される。長波長センサアレイ１０１が赤外光センサアレイとして機能し、短波長センサアレイ１０５が可視光センサアレイとして機能する場合、この絶縁体層１０３は、可視光は反射させつつ、赤外光は透過させる絶縁体を用いて形成することが好ましく、複数の絶縁体が層状に多数積層された絶縁体多層膜を用いることが好ましい。
【００２８】
このように、本実施形態に係るイメージセンサ１０では、長波長センサアレイ１０１と、短波長センサアレイ１０５と、を絶縁体層１０３により上下に分離することで、従来のように可視光センサアレイの画素の一部を犠牲にして赤外光センサの画素を配置しなくとも良くなるため、横方向に可視光／赤外光画素を配列したイメージセンサ（例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ）と比較して、解像度の劣化を抑制することが可能となる。
【００２９】
また、赤外光センサアレイとして機能する長波長センサアレイ１０１として、ＡＰＤ等のキャリア増倍型のセンサアレイを用いた場合、可視光センサアレイとして機能する短波長センサアレイ１０５は低い駆動電圧で駆動できる一方で、長波長センサアレイ１０１は、高い駆動電圧で駆動することが求められる。このように、異なる電圧駆動が求められる場合であっても、本実施形態に係るイメージセンサ１０では、絶縁体層１０３により長波長センサアレイ１０１と短波長センサアレイ１０５とを電気的に分離することが可能となる。その結果、イメージセンサ１０の回路設計が、従来と比較して極めて容易となる。
【００３０】
このようなイメージセンサ１０において、短波長センサアレイ１０５の上部には、図２Ａに示したように、可視光波長選択フィルタ１０７と、集光構造素子１０９と、を更に設けることが好ましい。
【００３１】
可視光波長選択フィルタ１０７については、特に限定されるものではなく、着目している短波長センサアレイ１０５の画素に結像させたい波長帯域に応じて、かかる波長帯域の光を透過させ、他の波長帯域の光を吸収又は反射させるような公知の材料を用いて形成すればよい。
【００３２】
可視光波長選択フィルタ１０７の上部には、着目している短波長センサアレイ１０５の画素に入射する光を適切に短波長センサアレイ１０５に結像させるための集光構造素子（Ｏｎ−Ｃｈｉｐ−Ｌｅｎｓ：ＯＣＬ）１０９が設けられることが好ましい。図２Ａでは、かかる集光構造素子１０９が凸レンズ形状を有している場合について図示しているが、集光構造素子１０９の形状については特に限定されるものではなく、所望の集光特性に応じて、任意の形状を有していればよい。かかる集光構造素子１０９は、所望の屈折率を有する光学素材を用いて形成することが可能である。
【００３３】
ここで、本実施形態に係る長波長センサアレイ１０１は、図２Ａに示したように、複数の短波長センサアレイ１０５の画素で共有してもよく、図２Ｂに示したように、個々の短波長センサアレイ１０５の画素に、それぞれ別個に設けてもよい。図２Ａに示したように、長波長センサアレイ１０１を短波長センサアレイ１０５の画素で共有する場合には、長波長センサアレイ１０１の感度を更に向上させることが可能となる。また、図２Ｂに示したように、長波長センサアレイ１０１を、個々の短波長センサアレイ１０５の画素に別個に設ける場合には、長波長センサアレイ１０１の解像度を更に向上させることが可能となる。
【００３４】
また、可視光波長選択フィルタ１０７の配置パターンについては、特に限定されるものではなく、赤系統の光を透過させる色フィルタからなるＲフィルタと、緑系統の光を透過させる色フィルタからなるＧフィルタと、青系統の光を透過させる色フィルタからなるＢフィルタと、を、例えば図３Ａに示したようなベイヤー配列となるように配置してもよい。また、可視光波長選択フィルタ１０７として、上記３種類の色フィルタに加えて可視光帯域の光を透過させるホワイトフィルタからなるＷフィルタを更に用い、これら４種類の色フィルタを、図３Ｂに示したようなホワイト市松配列となるように配置してもよい。
【００３５】
次に、図４Ａ及び図４Ｂを参照しながら、本実施形態に係るイメージセンサ１０に設けられる絶縁体層１０３の一例について、具体的に説明する。
先だって言及したように、長波長センサアレイ１０１が赤外光センサアレイとして機能し、短波長センサアレイ１０５が可視光センサアレイとして機能する場合、絶縁体層１０３は、複数の絶縁体が層状に多数積層された絶縁体多層膜を用いることが好ましい。このような絶縁体多層膜は、特に限定されるものではないが、例えば図４Ａに示したような、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２及びＳｉ３Ｎ４からなる多層構造の絶縁体多層膜を利用することが可能である。
【００３６】
このようなＴｉＯ２、ＳｉＯ２及びＳｉ３Ｎ４からなる絶縁体多層膜の反射スペクトル特性を、図４Ｂに示した。図４Ｂにおいて、横軸は、波長（単位：ｎｍ）であり、縦軸は、反射率である。図４Ｂから明らかなように、波長６５０ｎｍ以下の可視光領域では反射率は高いが、波長８００ｎｍ以上の赤外光領域では、反射率が極めて低くなっている。この反射スペクトル特性から明らかなように、このような絶縁体多層膜を絶縁体層１０３として用いることで、可視光は反射させつつ、赤外光を透過させることが可能となる。
【００３７】
以上説明したような本実施形態に係るイメージセンサ１０は、短波長センサアレイ１０５の前段に、入射する長波長側の光のうち一部の波長帯域の光を透過させる光学フィルタ１１１を更に備えることが好ましい。長波長センサアレイ１０１が赤外光センサアレイとして機能し、短波長センサアレイ１０５が可視光センサアレイとして機能する場合、かかる光学フィルタ１１１は、赤外光帯域のうち一部の波長帯域λ０のみを透過させる赤外カットフィルタとして機能する。このように、光学フィルタ１１１により長波長側の光の一部をカットして、短波長センサアレイ１０５に入射する長波長側の光の波長帯域を一部に制限することで、短波長センサアレイ１０５への長波長側の光の混色を減らすことが可能となり、短波長センサアレイ１０５の色再現性を更に向上させることが可能となる。
【００３８】
なお、光学フィルタ１１１の配置位置であるが、短波長センサアレイ１０５の前段でさえあれば特に制限されるものではなく、図５に示したように、集光構造素子１０９の前段に設けても良いし、集光構造素子１０９と可視光波長選択フィルタ１０７との間に設けても良いし、可視光波長選択フィルタ１０７と短波長センサアレイ１０５との間に設けても良い。
【００３９】
このような光学フィルタ１１１の光学特性については、短波長センサアレイ１０５の光電変換材料の光学特性に応じて適宜決定すればよい。例えば、短波長センサアレイ１０５の光電変換材料としてＳｉが用いられている場合、Ｓｉは、波長１．０μｍまでの近赤外光を吸収してしまう。そのため、波長帯域λ０として波長１．０μｍ以下の近赤外光帯域を選択する場合、光学フィルタ１１１の光学特性は、図６Ａに模式的に示したように、可視光帯域は透過させるとともに、波長帯域λ０の近傍の帯域のみを極めて選択的に透過させるような光学特性であることが好ましい。また、短波長センサアレイ１０５の光電変換材料としてＳｉが用いられている場合であっても、Ｓｉは、波長１．１μｍ以上の近赤外光を吸収しないため、波長帯域λ０が１．１μｍ以上であれば、短波長センサアレイ１０５における近赤外光の吸収は抑制される。この場合、光学フィルタ１１１の光学特性は、図６Ｂに模式的に示したように、可視光帯域及び波長１．１μｍ以上の近赤外光帯域は透過させる一方で、波長１．１μｍ未満の近赤外光を透過させないような光学特性であることが好ましい。この場合、光学フィルタ１１１を透過する赤外光の波長の上限は特に規定するものではなく、中赤外光帯域に属する波長であっても良いし、遠赤外光帯域に属する波長であっても良い。
【００４０】
次に、図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら、本実施形態に係るイメージセンサにおける短波長センサアレイの配線について、具体的に説明する。
上側に位置する短波長センサアレイ１０５の配線が、下側に位置する長波長センサアレイ１０１の各画素の集光状態に影響を及ぼす場合が生じうる。このような影響は、長波長センサアレイ１０１の画素が、短波長センサアレイ１０５の画素よりも大きい場合に、顕著となる。この場合に、長波長センサアレイ１０１における画素の繰り返しピッチを、短波長センサアレイ１０５における画素の繰り返しピッチの整数倍とすることで、このような影響を抑制することが可能となる。より詳細には、長波長センサアレイ１０１の画素サイズを、短波長センサアレイ１０１の画素のレイアウトにおける縦横の最小繰り返し（ＯＣＣＦピッチ）に対して、それぞれｍ倍、ｎ倍とすることで、上記のような影響を抑制することができる。ここでｍ，ｎは、それぞれ２以上の整数である。
【００４１】
例えば、図７Ａに示したように、長波長センサアレイ１０１の画素配列が、短波長センサアレイ１０５における画素配列の２倍の周期となっている場合を考える。この際、短波長センサアレイ１０５の画素の配線による長波長センサアレイ１０１の画素への光の遮光を避けるために、２×２の短波長センサアレイ１０５の画素において、右側と左側の画素配線の２本、及び、上側と下側の画素の配線の２本を、図７Ａのように配置することが好ましい。これにより、長波長センサアレイ１０１の画素の遮光が、減少することとなる。また、ｍ、ｎが３以上である場合においても、例えば図７Ｂに示した３倍の周期の場合のように、少なくとも画素と画素との境界をなるべく一致させて、かかる境界に配線を２本以上配置することで、長波長センサアレイ１０１の画素への遮光性を減少させることが可能となる。
【００４２】
また、より具体的にイメージセンサ１０の配線を考慮する場合、図８Ａ及び図８Ｂに示したように、長波長センサアレイ１０１の下方に、長波長センサアレイ１０１用の画素配線層１２１が設けられるとともに、短波長センサアレイ１０５の下方に、短波長センサアレイ１０５用の画素配線層１２３が設けられると考えられる。これら画素配線層１２１，１２３の内部には、長波長センサアレイ１０１及び短波長センサアレイ１０５の画素配置に応じて、複数の配線１２５が設けられる。この際、貫通接続孔をイメージセンサ１０に形成し、貫通接続孔の底部に設けられた金属製のパッドにより、着目する画素配線層から信号を取り出すことが考えられる。
【００４３】
ここで、長波長センサアレイ１０１の駆動電圧と、短波長センサアレイ１０５の駆動電圧と、が相違している場合には、図８Ａに示したように、長波長センサアレイ１０１から信号を取り出すための貫通接続孔１２７と、短波長センサアレイ１０５から信号を取り出すための貫通接続孔１２９と、をそれぞれ別個に設けることが好ましい。その上で、貫通接続孔１２７の底部に、長波長センサアレイ用パッド１３１を設けるとともに、貫通接続孔１２９の底部に、短波長センサアレイ用パッド１３３を設けておけばよい。
【００４４】
一方、長波長センサアレイ１０１の駆動電圧と、短波長センサアレイ１０５の駆動電圧と、が同一である場合には、図８Ｂに示したように、長波長センサアレイ１０１から信号を取り出すための貫通接続孔と、短波長センサアレイ１０５から信号を取り出すための貫通接続孔と、を共通なものとし、このような共通の貫通接続孔１３５の底部に、パッド１３７を設けておけばよい。
【００４５】
また、本実施形態に係るイメージセンサ１０では、図９に示したように、長波長センサアレイ１０１の下層に、ロジック回路又はメモリ回路の少なくとも何れかを有する半導体層１５１を更に設けても良い。この際、本実施形態に係るイメージセンサ１０では、長波長センサアレイ１０１と短波長センサアレイ１０５とが電気的に接続されていないことが重要であるため、長波長センサアレイ１０１及び短波長センサアレイ１０５は、かかる半導体層１５１に対して、それぞれ別個に電気的に接続される。このような半導体層１５１を、長波長センサアレイ１０１及び短波長センサアレイ１０５に更に積層することで、より複雑な信号処理をセンサアレイの直下で実施することが可能となり、イメージセンサ１０における信号処理をより一層高速化することが可能となる。
【００４６】
以上、図１〜図９を参照しながら、本実施形態に係るイメージセンサ１０の全体構成について、詳細に説明した。
【００４７】
＜イメージセンサの製造方法について＞
続いて、以上説明したような本実施形態に係るイメージセンサ１０の製造方法について、図１０を参照しながら簡単に説明する。図１０は、本実施形態に係るイメージセンサ１０の製造方法の一例を示した流れ図である。
【００４８】
本実施形態に係るイメージセンサ１０の製造方法は、所定の基板上に、所定の波長帯域の光のうち、相対的に短波長側の光を受光する複数の画素からなる短波長センサアレイを形成することと、所定の基板上に、所定の波長帯域の光のうち、相対的に長波長側の光を受光する複数の画素からなる長波長センサアレイを形成することと、短波長側の光は反射させつつ、長波長側の光を透過させる絶縁体の一方の側に、短波長センサアレイを設置するとともに、絶縁体の他方の側に、長波長センサアレイを配置することと、を含む。
【００４９】
より具体的には、例えば図１０に一例を示したように、まず、所定の基板上に、先だって説明したような短波長センサアレイ１０５を、公知の製造プロセスを利用して形成する（ステップＳ１０１）。その後、短波長センサアレイ１０５を形成した側とは逆側の基板上に、公知の製造プロセスを利用して、絶縁体層１０３を形成する（ステップＳ１０３）。
【００５０】
一方では、所定の基板上に、先だって説明したような長波長センサアレイ１０１を、公知の製造プロセスを利用して形成する（ステップＳ１０５）。
【００５１】
その後、短波長センサアレイ１０５と、長波長センサアレイ１０１と、を、絶縁体層１０３を介して接続する（ステップＳ１０７）。これにより、本実施形態に係るイメージセンサ１０を製造することができる。
【００５２】
なお、図１０では、短波長センサアレイ１０５を形成するための基板の裏面に絶縁体層１０３を形成する場合について図示しているが、長波長センサアレイ１０１を形成するための基板の裏面に絶縁体層１０３を形成してもよいことは、言うまでもない。
【００５３】
以上、図１０を参照しながら、本実施形態に係るイメージセンサ１０の製造方法について、簡単に説明した。なお、本実施形態に係るイメージセンサ１０のより具体的な製造方法については、以下で具体例を示しながら改めて説明する。
【００５４】
＜撮像システムについて＞
次に、図１１〜図１４を参照しながら、本実施形態に係るイメージセンサ１０を利用した撮像システムについて説明する。図１１は、本実施形態に係る撮像システムの全体構成を模式的に示した説明図である。図１２〜図１４は、本実施形態に係る撮像システムについて説明するための説明図である。
【００５５】
本実施形態に係る撮像システム１は、図１１に模式的に示したように、光学フィルタ１１１を備えたイメージセンサ１０と、光源２０と、制御部３０と、を備える。また、本実施形態に係る撮像システム１は、必要に応じて、更に、１又は複数の光学素子からなる光学系４０を備えていても良い。
【００５６】
本実施形態に係る撮像システム１に用いられるイメージセンサ１０は、図１１に示したように、光学フィルタ１１１を備えたイメージセンサ１０であることが好ましい。以下では、かかるイメージセンサ１０が、赤外光センサアレイとして機能する長波長センサアレイ１０１と、可視光センサアレイとして機能する短波長センサアレイ１０５と、を有している場合を例に挙げて、説明を行うものとする。
【００５７】
光源２０は、イメージセンサ１０に設けられた光学フィルタ１１１を透過する波長帯域の光（本例では、近赤外光）を、撮像対象物に向けて発光する。かかる光源２０は、所望の波長帯域の光を発光可能なものであれば、特に限定されるものではなく、光源２０として、例えば、各種の発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）や、各種のレーザ光源を利用することが可能である。
【００５８】
例えば、イメージセンサ１０の短波長センサアレイ１０５がＳｉを含む光電変換材料で形成されており、光学フィルタ１１１を透過する近赤外光帯域がＳｉに吸収される波長帯域に包含されるように設定されている場合を考える。この場合、光源２０として、例えばＡｌＧａＡｓ系の半導体を利用したＬＥＤやレーザ光源を用いることが可能である。
【００５９】
また、イメージセンサ１０の短波長センサアレイ１０５がＳｉを含む光電変換材料で形成されており、光学フィルタ１１１を透過する近赤外光帯域がＳｉに吸収される波長帯域を含まないように設定されている場合を考える。この場合、光源２０として、例えばＩｎＧａＡｓ系の半導体を利用したＬＥＤやレーザ光源を用いることが可能である。
【００６０】
本実施形態に係る光源２０は、上記のような波長の光を連続的に発光するものであっても良いが、上記のような波長のパルス光を発光可能なものであることが好ましい。パルス駆動が可能な光源２０を用いることで、射出されたパルス光が撮像対象物により反射して戻ってくるまでの遅延時間Δｔを利用して撮像対象物までの距離を測定する、タイム・オブ・フライト（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ：ＴＯＦ）の原理に基づく距離測定が可能となる。ＴＯＦの原理に基づく距離測定方法については、以下で改めて説明する。
【００６１】
制御部３０は、例えば、各種の電気回路、又は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成された各種のＩＣチップ等、又は、デジタルシグナルプロセッサ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：ＤＳＰ）等により実現される。この制御部３０は、本実施形態に係るイメージセンサ１０及び光源２０の駆動状態を統括的に制御する処理部である。例えば、制御部３０は、光源２０に対して所定波長の光を発光させるための制御信号を出力し、所定のタイミングで光源２０から所定波長の光を発光させる。また、制御部３０は、イメージセンサ１０の駆動状態を制御して、イメージセンサ１０の長波長センサアレイ１０１から出力された信号データ、及び、短波長センサアレイ１０５から出力された信号データを取得する。その上で、取得した各信号データに対して、各種の信号処理を施すことが可能である。
【００６２】
また、制御部３０は、光源２０をパルス駆動させて、ＴＯＦの原理に基づく距離測定処理を行うことも可能である。この場合、制御部３０は、光源２０に対して、パルス光を射出させるための制御信号を出力するとともに、遅延時間Δｔの計測を開始する。その後、制御部３０は、イメージセンサ１０の長波長センサアレイ１０１から、パルス光を検知することで発生する信号データが出力されるのを、待ち受ける。パルス光を射出させるための制御信号を出力してから、長波長センサアレイ１０１から信号データが出力されるまでの時間が、遅延時間Δｔとなる。いま、撮像対象物までの距離（測定したい距離）をＬとし、光速をｃとすると、Ｌ＝（１／２）×ｃ×Δｔの関係が成立する。従って、制御部３０は、得られた遅延時間Δｔと、光速ｃと、を利用して、撮像対象物までの距離Ｌを算出することができる。
【００６３】
ここで、本実施形態に係る撮像システム１では、長波長センサアレイ１０１のどの位置に存在している画素から信号データが出力されたかに着目することで、長波長センサアレイ１０１の画素毎に、ＴＯＦの原理基づく距離情報（距離Ｌの値に関する情報）を算出することが可能である。従って、長波長センサアレイ１０１に含まれる全ての画素での距離情報を算出することで、距離情報の２次元マップを生成することができる。
【００６４】
また、従来の技術では、画像情報と、距離情報と、を別々の光学系で取得していたため、画像情報と距離情報を正確に一致させることが出来なかったが、本実施形態に係るイメージセンサ１０では、長波長センサアレイ１０１と短波長センサアレイ１０５とが上下に積層された状態で存在するため、短波長センサアレイ１０５で生成される画像（例えば、可視光画像）と、距離情報と、を容易かつ正確に一致させることが可能となる。
【００６５】
なお、本実施形態に係る撮像システム１を用いてＴＯＦによる距離測定を実施する場合、撮像対象物までの距離が長距離となっても距離測定が可能なように、赤外光センサアレイとして機能する長波長センサアレイ１０１を、ＡＰＤ又はＳＰＡＤ等のキャリア増倍型のセンサを利用した高感度のものとすることが好ましい。ＡＰＤやＳＰＡＤを用いる場合、駆動電圧が高くなってしまうが、本実施形態に係るイメージセンサ１０は、長波長センサアレイ１０１と短波長センサアレイ１０５とが絶縁体層１０３で分離されているため、異なる電圧でも各センサアレイを別々に駆動することが容易となる。
【００６６】
光学系４０は、撮像対象物の側から伝播してくる光をイメージセンサ１０に導光するために、必要に応じて設けられる。このような光学系４０は、特に限定されるものではなく、１又は複数のレンズ等の光学素子を利用した、公知の光学系を利用することが可能である。
【００６７】
以上、図１１を参照しながら、本実施形態に係る撮像システム１の構成について説明した。
【００６８】
以上説明したような撮像システム１を、例えば図１２に示したように車両に搭載される衝突防止用車載カメラシステムに適用することで、ＴＯＦの原理に基づく距離測定を利用した、衝突防止システムを実現することが可能となる。撮像システム１の光源２０をパルス駆動させて、ＴＯＦの原理に基づき距離情報を算出することで、可視光画像と、距離情報と、を正確に一致させることができる。本実施形態に係るイメージセンサ１０では、長波長センサアレイ１０１のどの位置の画素から出力された信号データに基づいて、距離情報が算出されたのかを容易に特定することができる。また、本実施形態に係るイメージセンサ１０では、長波長センサアレイ１０１を構成する画素と、短波長センサアレイ１０５を構成する画素と、の位置関係についても、容易に特定することができる。従って、図１３に模式的に示したように、前方を走る車両のどの位置が最も接近した状態にあるのか、更には、具体的な距離の大きさはどの程度であるのか、を容易に把握することが可能となる。
【００６９】
なお、簡便に衝突防止システムを実現する場合には、長波長センサアレイ１０１を構成する全ての画素について距離情報を算出する必要はない。例えば、最も短い遅延時間Δｔｍｉｎを与える長波長センサアレイ１０１の画素位置を特定しておき、かかる画素位置に対応する短波長センサアレイ１０５の画素を特定することで、可視光画像における最も接近した状態にある場所を特定すればよい。
【００７０】
また、以上説明したような撮像システム１を、例えば図１４に示したように、カメラ等の自動焦点合わせ機構に適用することも可能である。従来のカメラ等は、可視光画像を生成するためのセンサと、距離測定を行うためのセンサが離隔していたため、可視光画像と距離情報とを正確に一致させることはできず、被写体の焦点にズレが生じる可能性があった。しかしながら、本実施形態に係る撮像システム１を利用することで、可視光画像と正確に一致した距離情報を容易に取得することが可能となるため、被写体として狙った位置を指定することで、被写体に対して容易に焦点を合わせることが可能となる。
【００７１】
なお、図１４では、カメラを例に挙げて図示を行っているが、本実施形態に係る撮像システム１を適用可能な撮像機器は、カメラに限定されるものではなく、携帯電話、スマートフォン、各種のタブレット端末等といった、撮像機能を有する各種の機器に対して適用することが可能であることは言うまでもない。
【００７２】
以上、図１１〜図１４を参照しながら、本実施形態に係るイメージセンサ１０を利用した撮像システム１について、詳細に説明した。
【００７３】
＜イメージセンサの具体例について＞
以下では、本実施形態に係るイメージセンサ１０について、図１５〜図２３を参照しながら、具体的に説明する。なお、以下に示すイメージセンサの具体例は、本開示に係るイメージセンサのあくまでも一例であって、本開示に係るイメージセンサが下記の具体例に限定されるものではない。
【００７４】
［第１の具体例］
まず、図１５〜図１７を参照しながら、本実施形態に係るイメージセンサの第１の具体例について説明する。図１５は、本実施形態に係るイメージセンサの第１の具体例を説明するための説明図である。図１６は、イメージセンサの第１の具体例における光学フィルタの透過特性を示したグラフ図である。図１７は、イメージセンサの第１の具体例に適用可能な光源の構造を模式的に示した説明図である。
【００７５】
本具体例では、図１５の右側に示したような構造を有するイメージセンサを製造した。イメージセンサ１０の最上部には、集光構造素子（ＯＣＬ）１０９が位置している。また、集光構造素子１０９の下層には、ＲＧＢ等のＯＣＣＦ（Ｏｎ  Ｃｈｉｐ  Ｃｏｌｏｒ  Ｆｉｌｔｅｒ）が、可視光波長選択フィルタ１０７として設けられている。本具体例では、可視光波長選択フィルタ１０７の配列として、図３Ａに示したようなベイヤー配列を採用した。可視光波長選択フィルタ１０７の下層に、Ｓｉ基板を用いて製造された、可視光センサアレイとして機能する短波長センサアレイ１０５が位置している。短波長センサアレイ１０５の下層に、絶縁体多層膜からなる絶縁体層１０３が位置し、絶縁体層１０３の下層に、赤外光センサアレイとして機能する長波長センサアレイ１０１が位置している。
【００７６】
本具体例における絶縁体層１０３は、図４Ａに示したように、ＳｉＯ２膜とＳｉ３Ｎ４膜とＴｉＯ２膜とで形成されている。すなわち、１μｍ以上の厚みを有するＳｉＯ２膜の上に、干渉膜として、Ｓｉ３Ｎ４膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＯ２膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＯ２膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＯ２膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＯ２膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＯ２膜／ＴｉＯ２膜／Ｓｉ３Ｎ４膜の順番に、各膜を形成した。それぞれの膜の厚みは、０．１３３μｍ，０．０４６μｍ，０．０８２μｍ，０．０４６μｍ，０．０８２μｍ，０．０４６μｍ，０．０８２μｍ，０．０４６μｍ，０．０８２μｍ，０．０４６μｍ，０．０８２μｍ，０．０４６μｍ，０．１３３μｍである。その上で、最後に、１μｍ以上のＳｉＯ２膜を積層した。このようにして製造した絶縁体層１０３の反射スペクトルは、図４Ｂに示したものとなる。
【００７７】
なお、具体的なイメージセンサ１０の製造過程であるが、図１５に模式的に示したように、Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＳＯＩ）基板上に、公知のＣＩＳプロセス（ＣＭＯＳ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ：ＣＩＳの製造プロセスである。レジストマスク工程、イオン注入工程、アニール工程、電極配線プロセス等を含む。）により、ｐｎ接合を持ったＰＤ（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）構造等をＳｉ側に製造して、短波長センサアレイ１０５とした。その後、真空蒸着法により、ＳＯＩ基板の裏面に上記のような絶縁体層１０３を形成した。
【００７８】
また、別のＳＯＩ基板上に、公知のＣＩＳプロセスを利用して、長波長センサアレイ１０１を製造しておき、製造した２つのセンサアレイを、絶縁体層１０３を介して貼り合わせた。最後に、上層の可視光波長選択フィルタ１０７及び集光構造素子１０９を製造するプロセス（以下、「上層形成プロセス」ともいう。）を実施した。
【００７９】
なお、短波長センサアレイ１０５や長波長センサアレイ１０１を形成する際に利用するドーパントとしては、ｐ型ドーパントとしては、ボロン（Ｂ）、インジウム（Ｉｎ）などを利用可能であり、ｎ型ドーパントとしては、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）を利用可能である。また、長波長センサアレイ１０１として、アヴァランシェ増倍が可能なＡＰＤを利用してもよい。
【００８０】
次に、図６Ａに示したような光学特性を有する光学フィルタ１１１を製造して、集光構造素子１０９の前段に設置した。この赤外カットフィルタとして機能する光学フィルタ１１１は、真空蒸着法を利用し、ガラス基板上に干渉膜として、Ｓｉ３Ｎ４膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＯ２膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＯ２膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＯ２膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＯ２膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＯ２膜／ＴｉＯ２膜／Ｓｉ３Ｎ４膜を順に形成したものである。各干渉膜の厚みは、それぞれ、０．０７３μｍ，０．１０３μｍ，０．１８７μｍ，０．０８３μｍ，０．１５０μｍ，０．０８３μｍ，０．５２μｍ，０．０８３μｍ，０．１５０μｍ，０．０８３μｍ，０．１５０μｍ，０．０８３μｍ，０．１３３μｍとした。
【００８１】
このようにして製造した光学フィルタ１１１の透過スペクトルを、図１６に示した。図１６において、横軸は、波長であり、縦軸は、透過率Ｔである。図１６から明らかなように、波長６５０ｎｍ以下の可視光と、赤外光の一部の波長８００ｎｍ（半値幅波長約２０ｎｍ）の光と、が透過していることがわかる。
【００８２】
また、このような光学フィルタ１１１に適用可能な光源としては、図１７に示したようなものを挙げることができる。図１７に示した光源は、波長８００ｎｍ近傍でレーザ発振するＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザである。この半導体レーザをパルス駆動で動作させ、撮像対象物にパルス光を照射することで、遅延時間Δｔを測定して、撮像対象物までの距離情報を算出することが可能となる。
【００８３】
なお、図１７に示した半導体レーザの発振波長に関しては、図１７に示したＡｌＧａＡｓ活性層を構成する３族元素である、ＡｌとＧａとの組成比を制御することで、適宜調整することが可能である。また、本具体例では、半導体レーザを光源２０として用いる場合を説明しているが、ＡｌＧａＡｓ系のＬＥＤを利用しても距離測定は可能であるし、他の材料系であっても、上記のような波長で発光又は発振する光源であればよい。
【００８４】
また、半導体レーザ等の光源２０の前段にコリメータレンズ等のレンズを配置して、レーザ光又はＬＥＤ光を、効率良く撮像対象物に照射してもよい。上記のようなイメージセンサ１０及び光源２０からなる撮像システム１を用いることで、同一の光学系により、可視光画像と赤外光情報とを同時に取得することができるため、可視光画像と、かかる可視光画像に正確に一致する距離情報と、を得ることができる。この撮像システムは、前述のように、車載の衝突防止システムに応用したり、カメラの自動焦点合わせ機構に応用したりすることが可能である。
【００８５】
以上、図１５〜図１７を参照しながら、本実施形態に係るイメージセンサ１０の第１の具体例について、詳細に説明した。
【００８６】
［第２の具体例］
次に、図１８〜図２１を参照しながら、本実施形態に係るイメージセンサの第２の具体例について説明する。図１８は、本実施形態に係るイメージセンサの第２の具体例における絶縁体層の反射特性を示したグラフ図である。図１９は、イメージセンサの第２の具体例における長波長センサアレイを説明するための説明図である。図２０は、イメージセンサの第２の具体例における光学フィルタの透過特性を示したグラフ図である。図２１は、イメージセンサの第２の具体例に適用可能な光源の構造を模式的に示した説明図である。
【００８７】
本具体例は、図６Ｂに示したような光学特性を有する光学フィルタ１１１を利用するイメージセンサ１０に関するものである。本具体例に係るイメージセンサ１０は、図１５右側に示したような、第１の具体例と同様な全体構成を有するイメージセンサ１０である。
【００８８】
本具体例において、絶縁体層１０３は、ＳｉＯ２膜とＳｉ３Ｎ４膜とＴｉＯ２膜とで形成されている。すなわち、１μｍ以上のＳｉＯ２膜の上に、干渉膜として、Ｓｉ３Ｎ４膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＯ２膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＯ２膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＯ２膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＯ２膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＯ２膜／ＴｉＯ２膜／Ｓｉ３Ｎ４膜の順番に、各層を形成した。それぞれの膜の厚みは、０．２２８μｍ，０．０４６μｍ，０．０８２μｍ，０．０４６μｍ，０．０８２μｍ，０．０４６μｍ，０．０８２μｍ，０．０４６μｍ，０．０８２μｍ，０．０４６μｍ，０．０８２μｍ，０．０４６μｍ，０．２２８μｍである。その上で、最後に、１μｍ以上のＳｉＯ２膜を積層した。このようにして製造した絶縁体層１０３の反射スペクトルは、図１８に示したものとなる。
【００８９】
図１８において、横軸は、波長であり、縦軸は、反射率Ｒである。図１８から明らかなように、上記のような構造を有する絶縁体層１０３は、波長６５０ｎｍ以下の可視光を反射するだけでなく、波長１．１μｍ以上の赤外光を透過させることが可能であることがわかる。
【００９０】
具体的なイメージセンサ１０の製造過程であるが、可視光センサアレイとして機能する短波長センサアレイ１０５は、ＳＯＩ基板上に、公知のＣＩＳプロセスによりｐｎ接合を持ったＰＤ構造等をＳｉ側に形成することで製造した。その後、上記のような構造を有する絶縁体層１０３を、真空蒸着法により、ＳＯＩ基板の裏面に形成した。
【００９１】
一方で、図１９に示したような、波長１．１μｍ以上に感度を持つＩｎＧａＡｓ材料を光電変換材料として用いたイメージセンサを、長波長センサアレイ１０１として、別個に製造した。まず、例えば図１９に示したように、ｎ−ＩｎＰ基板上に、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）、又は、分子線エピタキシー法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）を利用して、ｐ−ＩｎＧａＡｓ膜を結晶成長させた。このとき形成されたｐｎ接合により、ｐ−ＩｎＧａＡｓ膜は、ＰＤとして機能する。更に、画素ごとにコンタクトをとるためのｐ＋層（ｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層）を孤立して形成できるように、公知のリソグラフィによりＳｉＯ２等のマスクを形成し、部分的にＺｎ等のｐ型ドーパントを拡散させた。その後、ＳｉＯ２マスクを除去した後、インジウム−スズ酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）を利用した電極形成プロセスを実施し、更に、形成した電極を覆うように絶縁膜を形成した。このような手順により、波長１．１μｍ以上に感度を持つ長波長センサアレイ１０１を製造した。
【００９２】
製造した長波長センサアレイ１０１を、短波長センサアレイ１０５及び絶縁体層１０３と貼り合わせ、最後に、第１の具体例で説明したような上層形成プロセスを実施して、本具体例に係るイメージセンサ１０を製造した。なお、本具体例においても、ＩｎＧａＡｓ系の半導体を利用した長波長センサアレイ１０１にかえて、アヴァランシェ増倍が可能なＡＰＤを利用することが可能である。
【００９３】
次に、図６Ｂに示したような光学特性を有する光学フィルタ１１１を製造して、集光構造素子１０９の前段に設置した。この赤外カットフィルタとして機能する光学フィルタ１１１は、真空蒸着法を利用し、ガラス基板上に干渉膜として、Ｓｉ３Ｎ４膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＯ２膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＯ２膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＯ２膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＯ２膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＯ２膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＯ２膜／ＴｉＯ２膜／Ｓｉ３Ｎ４膜を、順に形成したものである。各干渉膜の厚みは、それぞれ、０．２２８μｍ，０．０８１μｍ，０．１４６μｍ，０．０８１μｍ，０．１４６μｍ，０．０８１μｍ，０．１４６μｍ，０．０８１μｍ，０．１４６μｍ，０．０８１μｍ，０．１４６μｍ，０．０８１μｍ，０．１４６μｍ，０．０８１μｍ，０．２２８μｍとした。
【００９４】
このようにして製造した光学フィルタ１１１の透過スペクトルを、図２０に示した。図２０において、横軸は、波長であり、縦軸は、透過率Ｔである。図２０から明らかなように、波長６５０ｎｍ以下の可視光と、赤外光の一部である波長域λ０が１１００ｎｍ（１．１μｍ）以上の光と、が透過していることがわかる。
【００９５】
また、このような光学フィルタ１１１に適用可能な光源としては、図２１に示したようなものを挙げることができる。図２１に示した光源は、波長１１００ｎｍ以上でレーザ発振するＩｎＧａＡｓ系の半導体レーザである。この半導体レーザをパルス駆動で動作させ、撮像対象物にパルス光を照射することで、遅延時間Δｔを測定して、撮像対象物までの距離情報を算出することが可能となる。
【００９６】
なお、図２１に示した半導体レーザの発振波長に関しては、図２１に示したＩｎＧａＡｓＰ活性層の組成比を制御することで、適宜調整することが可能である。また、本具体例では、半導体レーザを光源２０として用いる場合を説明しているが、ＩｎＧａＡｓ系のＬＥＤを利用しても距離測定は可能であるし、他の材料系であっても、上記のような波長で発光又は発振する光源であればよい。
【００９７】
また、半導体レーザ等の光源２０の前段にコリメータレンズ等のレンズを配置して、レーザ光又はＬＥＤ光を、効率良く撮像対象物に照射してもよい。本具体例では、波長１．１μｍ以上の光を利用しているため、かかる光が人間の網膜に照射されたとしても網膜が損傷されにくく、ｅｙｅ−ｓａｆｅなシステムを構築可能である。上記のようなイメージセンサ１０及び光源２０からなる撮像システム１を用いることで、同一の光学系により、可視光画像と赤外光情報とを同時に取得することができるため、可視光画像と、かかる可視光画像に正確に一致する距離情報と、を得ることができる。この撮像システムは、前述のように、車載の衝突防止システムに応用したり、カメラの自動焦点合わせ機構に応用したりすることが可能である。
【００９８】
以上、図１８〜図２１を参照しながら、本実施形態に係るイメージセンサ１０の第２の具体例について、詳細に説明した。
【００９９】
［第３の具体例］
次に、図２２を参照しながら、本実施形態に係るイメージセンサの第３の具体例について説明する。図２２は、本実施形態に係るイメージセンサの第３の具体例における長波長センサアレイを説明するための説明図である。
【０１００】
本具体例は、第２の具体例に示したＩｎＧａＡｓ系の長波長センサアレイ１０１を、図２２に示したような、ＦｅＳ系（ＦｅＳＳｅ系）のセンサアレイに置き換えたものである。ＦｅＳ系（ＦｅＳＳｅ系）のセンサアレイの詳細な構造は、図２２に示した例に限定されるものではなく、また、かかるセンサアレイの製造プロセスについても、例えば特開２０１５−１１９０６７号公報に開示されているような、公知の製造プロセスを適用することが可能である。
【０１０１】
図２２に示したような長波長センサアレイ１０１を利用したイメージセンサ１０の場合、Ｓｉ基板上に形成することが可能であるため、ＩｎＰ基板に比べて大きいウェハ上で、イメージセンサ１０を製造することが可能となる。従って、本具体例に係るイメージセンサ１０は、量産化に優れ、コストダウンを図ることが可能となる。
【０１０２】
以上、図２２を参照しながら、本実施形態に係るイメージセンサ１０の第３の具体例について、簡単に説明した。
【０１０３】
［第４の具体例］
次に、図２３を参照しながら、本実施形態に係るイメージセンサの第４の具体例について説明する。図２３は、本実施形態に係るイメージセンサの第４の具体例における長波長センサアレイを説明するための説明図である。
【０１０４】
本具体例は、第２の具体例に示したＩｎＧａＡｓ系の長波長センサアレイ１０１を、図２３に示したような、ＣｕＩｎＧａＳｅ系のセンサアレイに置き換えたものである。ＣｕＩｎＧａＳｅ系のセンサアレイの詳細な構造は、図２３に示した例に限定されるものではなく、また、かかるセンサアレイの製造プロセスについても、公知の製造プロセスを適用することが可能である。
【０１０５】
図２３に示したような長波長センサアレイ１０１を利用したイメージセンサ１０の場合、Ｓｉ基板上に形成することが可能であるため、ＩｎＰ基板に比べて大きいウェハ上で、イメージセンサ１０を製造することが可能となる。従って、本具体例に係るイメージセンサ１０は、量産化に優れ、コストダウンを図ることが可能となる。
【０１０６】
以上、図２３を参照しながら、本実施形態に係るイメージセンサ１０の第４の具体例について、簡単に説明した。
【０１０７】
以上、図１５〜図２３を参照しながら、本実施形態に係るイメージセンサ１０の具体例について、詳細に説明した。
【０１０８】
以上説明したように、本実施形態に係るイメージセンサ１０は、短波長センサアレイ１０５と、長波長センサアレイ１０１と、を電気的に分離しつつ積層させることで、短波長センサアレイ１０５に欠陥画素を作ることなく、長波長側の光を画像化することができる。また、本実施形態に係るイメージセンサ１０は、短波長センサアレイ１０５と、長波長センサアレイ１０１と、を電気的に分離しつつ積層させることで、低電圧駆動の回路と、高電圧駆動の回路と、を容易に分離することができる。
【０１０９】
更に、本実施形態に係るイメージセンサ１０は、絶縁体層１０３を設けることで、長波長センサアレイ１０１への短波長側の光の到達を防止できるため、長波長センサアレイ１０１での混色を防止することができる。また、光学フィルタ１１１を更に利用することで、短波長センサアレイ１０５への長波長側の光の混色を更に抑制することが可能となり、色再現性を向上させることが可能となる。
【０１１０】
また、本実施形態に係るイメージセンサ１０を用いた撮像システム１を用いることで、可視光画像と距離情報の両者を取得可能となるとともに、距離情報を容易かつ正確に可視光画像に対して対応づけることが可能となる。
【０１１１】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１１２】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的又は例示的なものであって、限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【０１１３】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）所定の波長帯域の光のうち長波長側の光を受光する複数の画素からなる長波長センサアレイと、
前記長波長センサアレイ上に位置し、前記所定の波長帯域の光のうち短波長側の光は反射させつつ、前記長波長側の光を透過させる絶縁体層と、
前記絶縁体層上に位置し、前記短波長側の光を受光する複数の画素からなる短波長センサアレイと、
を有する受光部を備える、イメージセンサ。
（２）前記長波長側の光は、赤外光帯域の光であり、
前記短波長側の光は、可視光帯域の光である、（１）に記載のイメージセンサ。
（３）前記受光部の前段に位置し、前記長波長側の光のうち一部の波長帯域の光を透過させる光学フィルタを更に備える、（１）又は（２）に記載のイメージセンサ。
（４）前記絶縁体層は、前記可視光帯域の光は反射しつつ、前記赤外光帯域の光を透過させる絶縁体多層膜からなる、（２）又は（３）に記載のイメージセンサ。
（５）前記長波長センサアレイの駆動電圧と、前記短波長センサアレイの駆動電圧とは、同一であり、
前記長波長センサアレイ及び前記短波長センサアレイのそれぞれは、共通の貫通接続孔を介して配線される、（１）〜（４）の何れか１つに記載のイメージセンサ。
（６）前記長波長センサアレイの駆動電圧と、前記短波長センサアレイの駆動電圧とは、互いに相違しており、
前記長波長センサアレイ及び前記短波長センサアレイのそれぞれは、別個の貫通接続孔を介して配線される、（１）〜（４）の何れか１つに記載のイメージセンサ。
（７）前記長波長センサアレイの下層に位置し、ロジック回路又はメモリ回路の少なくとも何れかを有する半導体層を更に備え、
前記長波長センサアレイ及び前記短波長センサアレイは、前記半導体層に対して、それぞれ別個に電気的に接続される、（１）〜（６）の何れか１つに記載のイメージセンサ。
（８）前記長波長センサアレイは、波長１．１μｍ以上の赤外光帯域の光を検知し、
前記光学フィルタは、可視光帯域の光、及び、波長１．１μｍ以上の赤外光帯域の光を透過するフィルタである、（１）〜（３）の何れか１つに記載のイメージセンサ。
（９）前記長波長センサアレイは、キャリア増倍型のセンサアレイである、（１）〜（８）の何れか１つに記載のイメージセンサ。
（１０）前記長波長センサアレイにおける光電変換材料と、前記短波長センサアレイにおける光電変換材料と、が互いに相違する、（１）〜（９）の何れか１つに記載のイメージセンサ。
（１１）前記短波長センサアレイの光電変換材料は、少なくともＳｉを含有し、
前記長波長センサアレイの光電変換材料は、ＩｎＧａＡｓ、ＦｅＳ２、ＣｕＩｎＧａＳｅ、又は、Ｓｉを少なくとも含有する、（１０）に記載のイメージセンサ。
（１２）前記長波長センサアレイにおける画素の繰り返しピッチは、前記短波長センサアレイにおける画素の繰り返しピッチの整数倍である、（１）〜（１１）の何れか１つに記載のイメージセンサ。
（１３）所定の波長帯域の光のうち長波長側の光を受光する複数の画素からなる長波長センサアレイ、前記長波長センサアレイ上に位置し、前記所定の波長帯域の光のうち短波長側の光は反射させつつ、前記長波長側の光を透過させる絶縁体層、及び、前記絶縁体層上に位置し、前記短波長側の光を受光する複数の画素からなる短波長センサアレイを有する受光部と、
前記受光部の前段に位置し、前記長波長側の光のうち一部の波長帯域の光を透過させる光学フィルタと、を備えるイメージセンサと、
前記光学フィルタを透過する波長帯域の光を発光する光源と、
を備える、撮像システム。
（１４）前記イメージセンサ及び前記光源のそれぞれを制御する制御部を更に備え、
前記制御部は、前記光源から出射された光が撮像対象物との間を往復するために生じる遅延時間に基づき、前記撮像対象物までの距離を算出する、（１３）に記載の撮像システム。
（１５）前記制御部は、前記短波長イメージセンサにより生成される撮像画像と、算出した前記撮像対象物までの距離に関する距離情報と、を対応付けて出力する、（１４）に記載の撮像システム。
（１６）衝突防止用車載カメラシステムに用いられる、（１４）又は（１５）に記載の撮像システム。
（１７）自動焦点合わせ機構に用いられる、（１４）又は（１５）に記載の撮像システム。
（１８）所定の基板上に、所定の波長帯域の光のうち短波長側の光を受光する複数の画素からなる短波長センサアレイを形成することと、
所定の基板上に、所定の波長帯域の光のうち長波長側の光を受光する複数の画素からなる長波長センサアレイを形成することと、
前記短波長側の光は反射させつつ、前記長波長側の光を透過させる絶縁体の一方の側に、前記短波長センサアレイを設置するとともに、前記絶縁体の他方の側に、前記長波長センサアレイを配置することと、
を含む、イメージセンサの製造方法。
【符号の説明】
【０１１４】
１    撮像システム
１０    イメージセンサ
２０    光源
３０    制御部
４０    光学系
１０１    長波長センサアレイ
１０３    絶縁体層
１０５    短波長センサアレイ
１０７    可視光波長選択フィルタ
１０９    集光構造素子
１１１    光学フィルタ
１２１，１２３    画素配線層
１５１    半導体層
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【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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