撮像素子、電子機器、並びに、情報処理装置
【課題】より容易により多様な光電変換出力を得ることができるようにする。
【解決手段】本開示の撮像素子は、入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、前記光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、前記光電変換素子層および前記配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板とを備える。本開示は撮像素子、電子機器、並びに、情報処理装置に適用することができる。
【解決手段】本開示の撮像素子は、入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、前記光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、前記光電変換素子層および前記配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板とを備える。本開示は撮像素子、電子機器、並びに、情報処理装置に適用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、撮像素子、電子機器、並びに、情報処理装置に関し、特に、より容易により多様な光電変換出力を得ることができるようにした撮像素子、電子機器、並びに、情報処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線は、シリコン（Si）への侵入長が長いので、近赤外の光を利用した高感度センサを作る場合、シリコン中での光路長を長くする必要がある。また、光が入射するシリコン表面から深い位置で光電変換が起こるため、光電変換した電子を貯めるためのポテンシャルも深い位置まで形成する必要がある。
【０００３】
従来、深い位置にポテンシャルを形成するためには、超高エネルギーのイオンインプランテーション（イオン注入）が必要となり、開発や製造のコストが増大する恐れがあった。また、それに応じたレジストの開発も必要になり、開発の難易度がさらに上がってしまう恐れがあった。
【０００４】
そこで、シリコン基板表面の表面側と裏面側からイオン注入を行うことで、赤外光が光電変換した電子を十分に貯めることが可能な深いフォトダイオードを形成する方法（（超高エネルギーのイオン注入を必要としない方法）が考えられた（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
この方法の場合、まず、シリコン基板の表面側からイオン注入を行うことにより、シリコン基板表面に可視光に対応したイメージセンサと同程度の深さにフォトダイオードを形成する。その後シリコン基板を裏返してシリコン基板裏面の研磨を行う。そして、その裏面側からイオン注入を行うことにより、シリコン基板裏面に可視光に対応したイメージセンサと同程度の深さにフォトダイオードを形成する。このように製造することにより、深さ方向に対して、最大２倍の深さを持った光電変換領域を、超高エネルギーのイオン注入を行わずに形成する。
【０００６】
なお、裏返されたシリコン基板は、必要な膜厚まで研磨され、イオン注入された後、研磨後のシリコンの厚さを支持するための支持基板と接合される。そして、シリコン基板の裏面側からイオン注入された不純物が高温の活性化処理により活性化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１９２４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の方法は、単に長波長域の光電変換効率を向上させるためのものであり、１画素において複数の光電変換出力を得ることはできず、多様な用途への利用は困難であった。また、特許文献１に記載の方法の場合、その製造においては、シリコン基板と支持基板との接合が破壊されないように、シリコン基板の裏面側からイオン注入された不純物を活性化させる活性化処理を行う必要があった。そのため、短時間で熱処理を行うことができ、接合界面に熱的な影響を与えないレーザーアニール等の処理を行う特殊な設備が必要であった。そのため、製造コストが増大する恐れがあった。
【０００９】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、１画素において、入射光の互いに異なる複数の波長域成分の光電変換結果を得ることができるようにし、より容易により多様な光電変換出力を得ることができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一側面は、入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、前記光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、前記光電変換素子層および前記配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板とを備える撮像素子である。
【００１１】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光の互いに異なる波長域成分を光電変換することができる。
【００１２】
前記光電変換素子層の光電変換素子が可視光の波長域成分を光電変換し、前記支持基板の光電変換素子が近赤外光の波長域成分を光電変換することができる。
【００１３】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、厚さが互いに異なるようにすることができる。
【００１４】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して蓄積した電荷を、互いに同一のタイミングで出力することができる。
【００１５】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して蓄積した電荷を、互いに異なるタイミングで出力することができる。
【００１６】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して蓄積した電荷を出力することにより、前記光電変換素子層において得られる画像と前記支持基板において得られる画像とが合成された合成画像を出力することができる。
【００１７】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して電荷を蓄積する電荷蓄積時間が、互いに異なるようにすることができる。
【００１８】
前記配線層の前記配線は、前記配線層の一方の側から他方の側に透過する入射光の光路が確保されるように配置されるようにすることができる。
【００１９】
前記配線層の前記光路に、周囲よりも光の屈折率の大きな素材よりなる導波路が形成されるようにすることができる。
【００２０】
前記配線層の前記光路に、光吸収体が形成されるようにすることができる。
【００２１】
前記支持基板は、前記支持基板の光電変換素子の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記支持基板の光電変換素子から電荷を読み出すための配線をさらに有し、前記配線層の配線の外部端子と、前記支持基板の配線の外部端子とが貫通ビアにより互いに接続されるようにすることができる。
【００２２】
前記光電変換素子層の光電変換素子から電荷が読み出され、前記光電変換素子の光電変換素子の電荷が所定の閾値を超えた場合、前記支持基板の光電変換素子から電荷が読み出されるようにすることができる。
【００２３】
前記光電変換素子が有機光電変換膜を有するようにすることができる。
【００２４】
白色カラーフィルタをさらに備え、前記光電変換素子層の光電変換素子において、前記白色カラーフィルタを透過した前記入射光の白色成分を光電変換し、前記支持基板の光電変換素子において、前記入射光の他の色成分を光電変換するようにすることができる。
【００２５】
前記光電変換素子において光電変換された赤外光を用いて、対象物までの奥行き情報を求めることができる。
【００２６】
前記光電変換素子層の光電変換素子および前記支持基板の光電変換素子において光電変換された前記入射光のデータを、個別に出力するか、合算して出力するかを制御することができる。
【００２７】
前記支持基板は、前記支持基板の光電変換素子が形成される光電変換素子層と、前記支持基板の光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記支持基板の光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、前記支持基板の光電変換素子層および前記支持基板の配線層に積層され、さらに他の光電変換素子を有する支持基板とを有するようにすることができる。
【００２８】
本開示の他の側面は、入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、前記光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、前記光電変換素子層および前記配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板とを備え、被写体を撮像する撮像素子と、前記撮像素子の光電変換素子において得られた信号を用いて情報処理を行う情報処理部とを備える電子機器である。
【００２９】
本開示のさらに他の側面は、入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、前記光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、前記光電変換素子層および前記配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板とを備える撮像素子と、前記撮像素子の光電変換素子において得られた複数の波長帯の信号を用いて、解析を行う信号処理部とを備える情報処理装置である。
【００３０】
本開示の一側面においては、入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、光電変換素子層の、入射光の入射面とは反対の側に形成される、光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、光電変換素子層および配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板とが備えられる。
【００３１】
本開示の他の側面においては、入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、光電変換素子層の、入射光の入射面とは反対の側に形成される、光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、光電変換素子層および配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板とが備えられ、被写体を撮像する撮像素子と、撮像素子の光電変換素子において得られた信号を用いて情報処理を行う情報処理部とが備えられる。
【００３２】
本開示のさらに他の側面においては、入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、光電変換素子層の、入射光の入射面とは反対の側に形成される、光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、光電変換素子層および配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板とを備える撮像素子と、撮像素子の光電変換素子において得られた複数の波長帯の信号を用いて、解析を行う信号処理部とを備える情報処理装置である。
【発明の効果】
【００３３】
本開示によれば、入射光を光電変換することができる。特に、より容易により多様な光電変換出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来のCMOSイメージセンサの主な構成例を示す図である。
【図２】本技術のCMOSイメージセンサの主な構成例を示す図である。
【図３】本技術の製造装置の主な構成例を示すブロック図である。
【図４】製造処理の流れの例を説明するフローチャートである。
【図５】本技術のCMOSイメージセンサの他の構成例を示す図である。
【図６】瞳補正の例を説明する図である。
【図７】本技術のCMOSイメージセンサのさらに他の構成例を示す図である。
【図８】本技術のCMOSイメージセンサのさらに他の構成例を示す図である。
【図９】本技術のCMOSイメージセンサのさらに他の構成例を示す図である。
【図１０】本技術のCMOSイメージセンサのさらに他の構成例を示す図である。
【図１１】撮像装置の主な構成例を示すブロック図である。
【図１２】本技術のCMOSイメージセンサのさらに他の構成例を示す図である。
【図１３】本技術の製造装置の他の構成例を示すブロック図である。
【図１４】支持基板製造処理の流れの例を説明するフローチャートである。
【図１５】支持基板製造処理の様子を説明する図である。
【図１６】製造処理の流れの他の例を説明するフローチャートである。
【図１７】製造処理の様子を説明する図である。
【図１８】本技術の製造装置の、さらに他の構成例を示すブロック図である。
【図１９】製造処理の流れの、さらに他の例を説明するフローチャートである。
【図２０】製造処理の様子を説明する図である。
【図２１】本技術のCMOSイメージセンサのさらに他の構成例を示す図である。
【図２２】信号読み出しの様子の例を示す図である。
【図２３】画素配置の例を示す図である。
【図２４】下層の構成例を示す図である。
【図２５】画素配置の他の例を示す図である。
【図２６】フォトダイオード形成位置の例を示す図である。
【図２７】本技術の撮像装置の主な構成例を示すブロック図である。
【図２８】医療機器への応用例を示す図である。
【図２９】ToFへの応用例を示す図である。
【図３０】撮像モジュールへの応用例を示す図である。
【図３１】撮像処理の流れの例を説明するフローチャートである。
【図３２】画素配置のさらに他の例を示す図である。
【図３３】本技術の撮像装置の他の構成例を示すブロック図である。
【図３４】サンプリング間隔の例を説明する図である。
【図３５】電極接続の構成例を示す図である。
【図３６】画素配置のさらに他の例を示す図である。
【図３７】制御処理の流れの例を説明するフローチャートである。
【図３８】携帯通信端末への応用例を示す図である。
【図３９】電子機器への応用例を示す図である。
【図４０】撮像装置への応用例を示す図である。
【図４１】電子機器への応用例を示す図である。
【図４２】制御処理の流れの例を説明するフローチャートである。
【図４３】撮像装置への応用例を示す図である。
【図４４】入力インタフェースへの応用例を示す図である。
【図４５】電子機器への応用例を示すブロック図である。
【図４６】入射光の反射の様子の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本技術を実施するための形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（撮像素子：裏面型＋表面型）
２．第２の実施の形態（製造装置および方法）
３．第３の実施の形態（応用例１：導波路）
４．第４の実施の形態（応用例２：瞳補正）
５．第５の実施の形態（応用例３：PDピッチ変更）
６．第６の実施の形態（応用例４：可視光＋可視光）
７．第７の実施の形態（応用例５：裏面型＋裏面型）
８．第８の実施の形態（撮像装置）
９．第９の実施の形態（各種応用例）
【００３６】
＜１．第１の実施の形態＞
［従来撮像素子］
まず、従来の撮像素子の構成例について説明する。図１は、従来のCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサの主な構成例を示す図である。図１に示されるCMOSイメージセンサ１０は、CMOSを用いた、単位セルごとに増幅器を持つ、裏面照射型のイメージセンサである。
【００３７】
図１においては、CMOSイメージセンサ１０の縦方向（積層方向）の構造の概略（断面の概略図）が示されている。図１に示されるように、CMOSイメージセンサ１０は、画素毎に集光レンズ１１、カラーフィルタ１２、およびフォトダイオード（Photo Diode）１５を有する。
【００３８】
図１においては、CMOSイメージセンサ１０の有効画素領域として４画素が示されている。この４画素の構成として、半導体基板１４にフォトダイオード１５−１乃至フォトダイオード１５−４が形成されている。各フォトダイオードを互いに区別して説明する必要が無い場合、単にフォトダイオード１５と称する。
【００３９】
フォトダイオード１５−１に対して集光レンズ１１−１およびカラーフィルタ１２−１が設けられている。フォトダイオード１５−２に対して集光レンズ１１−２およびカラーフィルタ１２−２が設けられている。フォトダイオード１５−３に対して集光レンズ１１−３およびカラーフィルタ１２−３が設けられている。フォトダイオード１５−４に対して集光レンズ１１−４およびカラーフィルタ１２−４が設けられている。各集光レンズを互いに区別して説明する必要が無い場合、単に集光レンズ１１と称する。また、各カラーフィルタを互いに区別して説明する必要が無い場合、単にカラーフィルタ１２と称する。
【００４０】
図１に示されるように、半導体基板１４の光入射面である裏面側に絶縁膜１３が形成され、その上に、カラーフィルタ１２および集光レンズ１１が形成される。
【００４１】
また、半導体基板１４の光入射面に対向する表面側には、配線層１６、パッシベーション膜１９、および支持基板２０が形成される。配線層１６には、配線１７および配線層間膜１８が形成される。
【００４２】
なお、CMOSイメージセンサ１０の有効画素領域でない領域の配線層には、CMOSイメージセンサ１０の外部の回路と接続するためのパッド２１が形成される。
【００４３】
このような構成のCMOSイメージセンサ１０に対して、例えば、可視光３１が集光レンズ１１−２に入射すると、その可視光３１は、集光レンズ１１−２、カラーフィルタ１２−２、および絶縁膜１３を透過し、フォトダイオード１５−２において効率よく光電変換される。
【００４４】
これに対して近赤外光３２は、可視光３１に比べて波長が長いため、シリコン（半導体基板１４）への侵入長が可視光３１よりも長く、可視光３１よりも深い位置で光電変換させた電子を集めるポテンシャル分布が必要になる。
【００４５】
しかしながら、図１に示されるCMOSイメージセンサ１０のように裏面照射型の場合、一般的に、混色の発生を抑制するために、半導体基板１４の膜厚を２μｍ乃至３μｍ程度に薄膜化する必要がある。そのため、フォトダイオード１５−４は、集光レンズ１１―４、カラーフィルタ１２−４、および絶縁膜１３を透過して入射された近赤外光３２を効率よく光電変換することができない恐れがあった。すなわち、裏面照射型のCMOSイメージセンサ１０では、近赤外光３２に対する十分な感度を得ることが困難であった。
【００４６】
そこで、特に長波長域の感度を向上させるために、特許文献１に記載の方法が考えられた。しかしながら、この方法では、１画素において複数の光電変換出力を得ることはできず、多様な用途への利用は困難であった。また、特許文献１に記載の方法の場合、半導体基板の両面からイオンインプランテーション（イオン注入）を行うが、短時間で熱処理を行うレーザーアニール等の処理を行う特殊な設備が必要であった。また混色が発生する恐れがあった。
【００４７】
なお、表面照射型のイメージセンサの場合、シリコン基板を厚くすることが可能であるが、近赤外光が効率よく光電変換される程深い位置にポテンシャルを形成するためには、超高エネルギーのイオン注入が必要であった。
【００４８】
［本技術の撮像素子］
そこで、本開示においては、１画素内において、例えば上述した可視光と近赤外光のような、入射光の互いに異なる複数の波長域成分を光電変換することができる撮像素子について説明する。
【００４９】
図２は、本技術を適用したCMOSイメージセンサの構成例を示す図である。図２に示されるCMOSイメージセンサ１００は、図１のCMOSイメージセンサ１０と同様の、CMOSを用いたイメージセンサである。
【００５０】
図２においては、CMOSイメージセンサ１００の縦方向（積層方向）の構造の概略（断面の概略図）が示されている。図２に示されるように、CMOSイメージセンサ１００には、光が、図中、略上から下に向かって入射する。CMOSイメージセンサ１００は、その入射光の進行方向に対して多層構造を有する。つまり、CMOSイメージセンサ１００に入射された光は、各層を透過するように進行する。
【００５１】
図２においては、CMOSイメージセンサ１００の有効画素領域として４画素が示されている。すなわち、この４画素の構成として、半導体基板１１４にフォトダイオード１１５−１乃至フォトダイオード１１５−４が形成される。また、フォトダイオード１１５−１の画素の構成として、集光レンズ１１１−１およびカラーフィルタ１１２−１が形成される。さらに、フォトダイオード１１５−２の画素の構成として、集光レンズ１１１−２およびカラーフィルタ１１２−２が形成される。また、フォトダイオード１１５−３の画素の構成として、集光レンズ１１１−３およびカラーフィルタ１１２−３が形成される。さらに、フォトダイオード１１５−４の画素の構成として、集光レンズ１１１−４およびカラーフィルタ１１２−４が形成される。
【００５２】
各フォトダイオードを互いに区別して説明する必要が無い場合、単にフォトダイオード１１５と称する。また、各集光レンズを互いに区別して説明する必要が無い場合、単に集光レンズ１１１と称する。さらに、各カラーフィルタを互いに区別して説明する必要が無い場合、単にカラーフィルタ１１２と称する。
【００５３】
CMOSイメージセンサ１００の、図中、パッシベーション膜１１９より上側の層は、図１のCMOSイメージセンサ１０と同様の構成を有する。すなわち、図中上から、集光レンズ１１１、カラーフィルタ１１２、絶縁膜１１３、半導体基板１１４（フォトダイオード１１５を含む）、配線層１１６（配線１１７および配線層間膜１１８を含む）、およびパッシベーション膜１１９が形成される。
【００５４】
集光レンズ１１１は、撮像面に入射した光を、対応するフォトダイオード１１５に集めることにより、フォトダイオード１１５の量子効率を向上させる。
【００５５】
カラーフィルタ１１２は、対応する集光レンズ１１１を介して入射された入射光を透過させることにより、対応するフォトダイオード１１５に、入射光の所定の波長（色）域の成分を入射させる。各カラーフィルタ１１２が透過させる波長（色）域は任意であり、可視光であってもよいし、赤外線や紫外線であってもよい。また、カラーフィルタ１１２は、全て同一の波長（色）域を透過させるフィルタであっても良いし、例えばRGBや、可視光と赤外光等のように、互いに異なる波長（色）域を透過させる複数種類のフィルタであってもよい。
【００５６】
カラーフィルタ１１２が複数種類のフィルタよりなる場合、各波長（色）域のフィルタは、例えばベイヤ配列等の所定の順に並べられるようにしてもよい。例えば、図２においてカラーフィルタ１１２−１およびカラーフィルタ１１２−３が赤（Ｒ）を透過させるフィルタであり、カラーフィルタ１１２−２およびカラーフィルタ１１２−４が緑（Ｇ（Gr））を透過させるフィルタであるようにしてもよい。また、例えば、図２においてカラーフィルタ１１２−１およびカラーフィルタ１１２−３が緑（Ｇ（Gb））を透過させるフィルタであり、カラーフィルタ１１２−２およびカラーフィルタ１１２−４が青（Ｂ）を透過させるフィルタであるようにしてもよい。
【００５７】
半導体基板１１４に形成されるフォトダイオード１１５は、図１の場合と同様に、主に可視光の波長域成分を効率よく光電変換する。すなわち、フォトダイオード１１５は、入射光に含まれる可視光の波長域成分に対して適切な深さに、光電変換した電子を貯めるためのポテンシャル分布が形成される。例えば、可視光１４１は、集光レンズ１１１−２、カラーフィルタ１１２−２、および絶縁膜１１３を透過し、フォトダイオード１１５−２において効率よく光電変換される。
【００５８】
なお半導体基板１１４の膜厚は任意である。例えば、混色の発生を抑制するために２μｍ乃至３μｍ程度に形成されるようにしてもよい。
【００５９】
配線層１１６の配線１１７は、例えばアルミニウム（AL）や同（Cu）により形成される。なお、図２において配線１１７として１つのみ示しているが、図２の配線層１１６内のグレーの四角は、全て配線１１７である。図２の例の配線層１１６においては、配線１１７が４層構造となっているが、配線の層数は任意である。
【００６０】
ところで、CMOSイメージセンサ１００は、図１のCMOSイメージセンサ１０の場合と異なり、図２に示されるように、パッシベーション膜１１９の図中下側に、さらに、配線層１２０、半導体基板１２３、および支持基板１２５を有する。
【００６１】
配線層１２０は、基本的に、配線層１１６と同様の層である。配線層１２０には、配線１２１および配線層間膜１２２が形成される。なお、図２においては、配線１２１として１つのみ示しているが、図２の配線層１２０内のグレーの四角は、全て配線１２１である。図２の例の配線層１２０においては、配線１２１が２層構造となっているが、配線の層数は任意である。
【００６２】
配線層１１６の、CMOSイメージセンサ１００の有効画素領域で無い領域には、配線層１１６の回路の外部電極としてパッド１３２が形成される。配線層１２０の、CMOSイメージセンサ１０の有効画素領域で無い領域には、配線層１２０の回路の外部電極としてパッド１３３が形成される。また、パッド１３２とパッド１３３は、TSV（Through-Silicon Via）１３１（所謂、貫通ビア）により接続される。すなわち、配線層１１６の回路と配線層１２０の回路とが接続されている。なお、このTSV１３１の数は任意である。また、図示は省略するが、配線層１１６および配線層１２０の、CMOSイメージセンサ１００の有効画素領域で無い領域には、パッド１３２やパッド１３３のようにTSV１３１により互いに接続される電極以外の、CMOSイメージセンサ１００の外部の回路と接続されるためのパッド（外部電極）が形成される。
【００６３】
半導体基板１２３は、基本的に、半導体基板１１４と同様の層である。半導体基板１２３には、フォトダイオード１１５−１の画素の構成としてフォトダイオード１２４−１が形成される。また、半導体基板１２３には、フォトダイオード１１５−２の画素の構成としてフォトダイオード１２４−２が形成される。さらに、半導体基板１２３には、フォトダイオード１１５−３の画素の構成としてフォトダイオード１２４−３が形成される。また、半導体基板１２３には、フォトダイオード１１５−４の画素の構成としてフォトダイオード１２４−４が形成される。フォトダイオード１２４−１乃至フォトダイオード１２４−４を互いに区別して説明する必要が無い場合、単にフォトダイオード１２４と称する。
【００６４】
フォトダイオード１１５を透過した入射光（フォトダイオード１１５において光電変換されなかった入射光）は、配線層１１６、パッシベーション膜１１９、および配線層１２０を介して、半導体基板１２３（フォトダイオード１２４）に入射される。配線層１１６および配線層１２０において、配線１１７および配線１２１は、この入射光の光路が確保されるように配置される。例えば、図２に示されるように、半導体基板１１４の斜線部分で示される部分（フォトダイオード１１５が形成されていない部分）の下の部分（換言するに、半導体基板１２３の斜線部分で示される部分（フォトダイオード１２４が形成されていない部分）の上の部分）にのみ、配線１１７および配線１２１が配置されるようにしてもよい。換言するに、このような配置により、配線１１７および配線１２１を光路の周囲の遮光壁として利用することができる。つまり、入射光が配線１１７および配線１２１によって反射されやすくなるので、光路の外部に入射光が漏れ出すことを抑制することができる。したがって、光電変換の効率を向上させることができるとともに、混色の発生を抑制することができる。
【００６５】
フォトダイオード１２４は、近赤外光の波長域成分を光電変換するのに適切な位置（深さ）に設けられ、フォトダイオード１１５において光電変換されずにフォトダイオード１２４に入射された入射光に含まれる近赤外光の波長域成分を効率よく光電変換する。例えば、近赤外光１４２は、集光レンズ１１１−４、カラーフィルタ１１２−４、絶縁膜１１３、フォトダイオード１１５−４、配線層１１６、パッシベーション膜１１９、および配線層１２０を透過し、フォトダイオード１２４−４において効率よく光電変換される。
【００６６】
以上のように、CMOSイメージセンサ１００は、入射光の進行方向に対して多層構造を有し、配線層（配線層１１６および配線層１２０）を挟む２層のフォトダイオード（光電変換素子）の層（半導体基板１１４および半導体基板１２３）を有する。
【００６７】
このような構成とすることにより、CMOSイメージセンサ１００は、１画素において、フォトダイオード１１５およびフォトダイオード１２４により、例えば、可視光と近赤外光との両方の波長域成分（すなわち、互いに異なる複数の波長域成分）を効率良く光電変換することができる。換言するに、フォトダイオード１１５とフォトダイオード１２４との間に、配線層（配線層１１６および配線層１２０）を挟むことにより、設定が容易なこれらの配線層の厚さによって、フォトダイオード１２４の深さを容易に設定することができる。つまり、より容易に、任意の複数の波長域の光電変換の効率を向上させることができる。
【００６８】
CMOSイメージセンサ１００は、一部若しくは全部の画素がこのように構成される。したがって、CMOSイメージセンサ１００は、画素数および画素サイズを低減させずに、すなわち、画質の低減を抑制しながら、（高画質な）可視光の画像を得ることができるとともに、（高画質な）近赤外光の画像を得ることができる。少なくとも、CMOSイメージセンサ１００は、図１のCMOSイメージセンサ１０と同程度の画質の可視光の画像を得ることができ、さらに、近赤外光の画像も得ることができる。
【００６９】
なお、CMOSイメージセンサ１００は、２段のフォトダイオード（フォトダイオード１１５およびフォトダイオード１２４）を用いて、可視光の画像と近赤外光の画像を得る。したがって、CMOSイメージセンサ１００は、可視光の画像と近赤外光の画像を同時に得ることができる（互いに同タイミングの画像を得ることができる）。例えば、赤外光の画像を用いて画像補正方法を決定し、その画像補正方法を用いて可視光の画像を補正する等、両者の画像を用いて処理を行う場合のように、この赤外光の画像と可視光の画像が同タイミングの画像であるのが望ましい場合も考えられる。もちろん、両者の画像のタイミングが互いに異なる方が望ましい場合も考えられるが、CMOSイメージセンサ１００は、可視光の画像と近赤外光の画像を互いに異なるタイミングに取得するようにすることもできる。
【００７０】
また、CMOSイメージセンサ１００は、フォトダイオード１１５において得られた画像と、フォトダイオード１２４において得られた画像とを合成することにより、高画質な赤外光画像を得ることができる。すなわち、実効的な光路長を伸ばした近赤外センサを実現することができる。
【００７１】
なお、配線１１７および配線１２１の少なくとも一部が、フォトダイオード１１５およびフォトダイオード１２４のうち少なくともいずれか一方から電荷を読み出すための回路の配線であるようにしてもよい。例えば、配線層１１６の配線１１７の少なくとも一部がフォトダイオード１１５から電荷を読み出すための回路の配線であり、配線層１２０の配線１２１の少なくとも一部がフォトダイオード１２４から電荷を読み出すための回路の配線であり、これらの回路が互いに独立しているものとしてもよい。
【００７２】
この場合、図２において、集光レンズ１１１乃至パッシベーション膜１１９の各層は、裏面照射型のCMOSイメージセンサを形成し、配線層１２０乃至支持基板１２５の各層は、表面照射型のCMOSイメージセンサを形成する。この裏面照射型のCMOSイメージセンサと、表面照射型のCMOSイメージセンサとは、互いに独立している。すなわち、この場合、CMOSイメージセンサ１００は、互いに独立した２つのCMOSイメージセンサが重畳され、接続されている。
【００７３】
この場合のCMOSイメージセンサ１００は、裏面照射型のCMOSイメージセンサにより入射光の可視光の波長域成分を光電変換して高画質な可視光の画像を得ることができる。また、CMOSイメージセンサ１００は、表面照射型のCMOSイメージセンサにより入射光の近赤外光の波長域成分を光電変換して高画質な近赤外光の画像を得ることができる。
【００７４】
また、CMOSイメージセンサ１００の構成として重畳されたこれらのCMOSイメージセンサは、互いに独立して動作させることができる。したがって、CMOSイメージセンサ１００は、例えば、可視光の画像と近赤外光の画像を同時に得る（互いに同タイミングの画像を得る）ようにすることも、可視光の画像と近赤外光の画像を互いに異なるタイミングに取得するようにすることも、容易に行うことができる。また、その切り替え制御も容易に行うことができる。
【００７５】
例えば、可視光の画像と近赤外光の画像を同時に得る場合、フォトダイオード１１５が入射光を光電変換して蓄積した電荷の出力と、フォトダイオード１２４が入射光を光電変換して蓄積した電荷の出力とを互いに同じタイミングで行うようにすればよい。また、例えば、可視光の画像と近赤外光の画像を互いに異なるタイミングに取得する場合、フォトダイオード１１５に蓄積された電荷の出力と、フォトダイオード１２４に蓄積された電荷の出力とを互いに異なるタイミングで行うようにすればよい。
【００７６】
つまり、CMOSイメージセンサ１００は、より容易により多様な光電変換出力を得ることができる。
【００７７】
＜２．第２の実施の形態＞
［製造装置］
上述したように、図２のCMOSイメージセンサ１００は、集光レンズ１１１乃至パッシベーション膜１１９の各層が、裏面照射型のCMOSイメージセンサを形成しているようにし、配線層１２０乃至支持基板１２５の各層が、表面照射型のCMOSイメージセンサを形成しているようにすることができる。
【００７８】
これらのCMOSイメージセンサが互いに独立しているものとすると、CMOSイメージセンサ１００は、裏面照射型のCMOSイメージセンサと表面照射型のCMOSイメージセンサとをそれぞれ生成し、生成した裏面照射型のCMOSイメージセンサの表面側に、表面照射型のCMOSイメージセンサを重畳し、TSV１３１により両者を接続することにより生成することができる。
【００７９】
図３は、本技術を適用した製造装置の主な構成例を示すブロック図である。図３に示される製造装置２００は、CMOSイメージセンサ１００を製造する装置である。
【００８０】
図３に示されるように、製造装置２００は、制御部２０１、裏面照射型イメージセンサ製造部２０２、表面照射型イメージセンサ製造部２０３、および組み立て部２０４を有する。また、製造装置２００は、入力部２１１、出力部２１２、記憶部２１３、通信部２１４、およびドライブ２１５を有する。
【００８１】
制御部２０１は、例えば、CPU（Central Processing Unit）、ROM（Read Only Memory）、およびRAM（Random Access Memory）等を有し、その他の各部を制御し、CMOSイメージセンサ１００の製造に関する処理を行う。例えば、制御部２０１のCPUは、ROMに記憶されているプログラムに従って各種の処理を実行する。また、CPUは、記憶部２１３からRAMにロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAMにはまた、CPUが各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。
【００８２】
制御部２０１には、キーボード、マウス、タッチパネルなどよりなる入力部２１１が接続されている。制御部２０１にはまた、CRT（Cathode Ray Tube）ディスプレイやLCD（Liquid Crystal Display）等のディスプレイ、並びにスピーカなどよりなる出力部２１２も接続されている。制御部２０１にはさらに、フラッシュメモリ等SSD（Solid State Drive）やハードディスクなどよりなる記憶部２１３も接続されている。制御部２０１にはまた、有線LAN（Local Area Network）や無線LANのインタフェースやモデムなどよりなる通信部２１４も接続されている。通信部２１４は、インターネットを含むネットワークを介しての通信処理を行う。
【００８３】
制御部２０１にはさらに、必要に応じてドライブ２１５が接続され、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア２２１がそのドライブ２１５に適宜装着される。そして、そのドライブ２１５を介してリムーバブルメディア２２１から読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部２１３にインストールされる。
【００８４】
裏面照射型イメージセンサ製造部２０２は、制御部２０１の制御に従って、裏面照射型のCMOSイメージセンサを製造する。つまり、裏面照射型イメージセンサ製造部２０２は、CMOSイメージセンサ１００の集光レンズ１１１乃至パッシベーション膜１１９を生成する。この製造方法は任意である。例えば、裏面照射型イメージセンサ製造部２０２は、従来と同様の方法で裏面照射型のCMOSイメージセンサを製造する。
【００８５】
表面照射型イメージセンサ製造部２０３は、制御部２０１の制御に従って、表面照射型のCMOSイメージセンサを製造する。つまり、表面照射型イメージセンサ製造部２０３は、CMOSイメージセンサ１００の配線層１２０乃至支持基板１２５を生成する。この製造方法は任意である。例えば、表面照射型イメージセンサ製造部２０３は、従来と同様の方法で表面照射型のCMOSイメージセンサを製造する。
【００８６】
組み立て部２０４は、制御部２０１の制御に従って、CMOSイメージセンサ１００を組み立てる。つまり、組み立て部２０４は、裏面照射型イメージセンサ製造部２０２により製造された裏面照射型のCMOSイメージセンサと、表面照射型イメージセンサ製造部２０３により製造された表面照射型のCMOSイメージセンサとを接続する。より具体的には、組み立て部２０４は、裏面照射型のCMOSイメージセンサの表面側に、表面照射型のCMOSイメージセンサを重畳し、互いのパッドをTSV１３１により接続する。
【００８７】
［製造方法の流れ］
図４のフローチャートを参照して、製造処理の流れの例を説明する。
【００８８】
製造装置２００がCMOSイメージセンサ１００を製造する際、制御部２０１は、製造処理を実行する。
【００８９】
製造処理が開始されると、制御部２０１は、ステップＳ１０１において、裏面照射型イメージセンサ製造部２０２を制御し、裏面照射型のCMOSイメージセンサを製造させる。
【００９０】
ステップＳ１０２において、制御部２０１は、表面照射型イメージセンサ製造部２０３を制御し、表面照射型のCMOSイメージセンサを製造させる。
【００９１】
ステップＳ１０３において、制御部２０１は、組み立て部２０４を制御し、CMOSイメージセンサ１００を組み立てる。より具体的には、組み立て部２０４は、制御部２０１の制御に従って、ステップＳ１０１の処理により製造させた裏面照射型のCMOSイメージセンサの表面側に、ステップＳ１０２の処理により製造させた表面照射型のCMOSイメージセンサを重畳する。さらに、組み立て部２０４は、制御部２０１の制御に従って、それらのパッドを貫通ビア（TSV）で接続する。
【００９２】
ステップＳ１０３の処理を終了すると、制御部２０１は、製造処理を終了する。
【００９３】
以上のように製造することにより、製造装置２００は、超高エネルギーのイオン注入やレーザーアニール等の特殊な処理や設備を必要とせずに、より容易にCMOSイメージセンサ１００を製造することができる。つまり、より容易により多様な光電変換出力を得る撮像素子を、より容易に実現することができる。
【００９４】
＜３．第３の実施の形態＞
［撮像素子］
なお、CMOSイメージセンサ１００は、フォトダイオード１１５を透過した光の多くが配線層１１６および配線層１２０（の各配線間）を透過し、フォトダイオード１２４に到達するようになされていればよい。つまり、配線層１１６の各配線１１７、および、配線層１２０の各配線１２１の位置は、フォトダイオード１１５からフォトダイオード１２４までの入射光の光路が確保されている限り、任意である。例えば、配線１１７や配線１２１が、フォトダイオード１１５の下や、フォトダイオード１２４の上に配置されてもよい。
【００９５】
また、例えば、配線層１１６に導波路を設けるようにしてもよい。図５は、その場合のCMOSイメージセンサ１００の主な構成例を示す図である。図５に示される例の場合、CMOSイメージセンサ１００の配線層１１６の、フォトダイオード１１５−１の略下の部分に、導波路２５１−１が形成されている。また、配線層１１６の、フォトダイオード１１５−２の略下の部分に導波路２５１−２が形成されている。さらに、配線層１１６の、フォトダイオード１１５−３の略下の部分に導波路２５１−３が形成されている。また、配線層１１６の、フォトダイオード１１５−４の下の部分に導波路２５１−４が形成されている。導波路２５１−１乃至導波路２５１−４を互いに区別して説明する必要が無い場合、単に導波路２５１と称する。
【００９６】
導波路２５１は、例えば周囲よりも光の屈折率の大きな素材よりなる所定の導波路材料よりなる。なお、その他の構成は、図２の場合と同様である。
【００９７】
導波路２５１の生成は、裏面照射型のCMOSイメージセンサの生成において行われる。例えば、まず、配線層１１６の、フォトダイオード１１５の略下の部分（配線１１７の間）に、図中下から上に向かって穴が形成される。次に、その穴を含む、裏面照射型のCMOSイメージセンサの表面側（図中、下側の面）からパッシベーション膜１１９が形成される。そして、配線層１１６の各穴に導波路２５１が形成される。
【００９８】
図５に示されるように、フォトダイオード１１５を透過した入射光は、この導波路２５１を介してフォトダイオード１２４に到達する。したがって、この場合、CMOSイメージセンサ１００は、導波路２５１の導波路効果により、入射光に含まれる近赤外光の波長域成分である近赤外光１４２をより効率よくフォトダイオード１２４に供給することができる。つまり、フォトダイオード１２４の感度を向上させることができる。
【００９９】
なお、導波路は、配線層１２０に形成するようにしてもよい。また、配線層１１６および配線層１２０の両方に導波路を形成するようにしてもよい。いずれの場合も上述したように、フォトダイオード１２４の感度を向上させることができる。また、導波路素材は任意である。
【０１００】
本実施の形態において説明したCMOSイメージセンサ１００も、第２の実施の形態において説明したのと同様の方法により製造することができる。つまり、制御部２０１が、裏面照射型イメージセンサ製造部２０２を制御し、裏面照射型のCMOSイメージセンサを製造させる際に（ステップＳ１０１）、上述したような導波路を配線層１１６に形成させるようにすればよい。導波路は、従来と同様の方法により形成することができる。
【０１０１】
なお、導波路を配線層１２０に設ける場合、制御部２０１は、表面照射型イメージセンサ製造部２０３を制御し、表面照射型のCMOSイメージセンサを製造させる際に（ステップＳ１０２）、上述したような導波路を配線層１２０に形成させるようにすればよい。この場合も、導波路は、従来と同様の方法により形成することができる。
【０１０２】
なお、導波路を配線層１１６および配線層１２０の両方に設ける場合、制御部２０１は、裏面照射型イメージセンサ製造部２０２および表面照射型イメージセンサ製造部２０３の両方を制御し、それぞれの配線層に導波路を形成させるようにすればよい。
【０１０３】
すなわち、本実施の形態の場合も、製造装置２００は、より容易にCMOSイメージセンサ１００を製造することができる。
【０１０４】
＜４．第４の実施の形態＞
［撮像素子］
また、各画素の構成の位置は、上述した例に限らない。例えば、入射光の入射角等に応じた位置補正（瞳補正）を行うようにしてもよい。
【０１０５】
一般的に撮像素子に入射する入射光は、例えばレンズ等の影響を受け、中央付近の画素に対しては略直角に入射するものの、周辺部の画素に対しては、中心方向に向かって所定の角度（入射角θ）で入射する。
【０１０６】
図２や図５のCMOSイメージセンサ１００の場合、入射光の光路は、図中縦方向に形成されている。すなわち、この光路は、略直角に入射する入射光に対して最適化されているが、所定の角度をもって入射する光に対しては最適とは限らず、フォトダイオード１１５やフォトダイオード１２４への集光率が低減する可能性が考えられる。
【０１０７】
そこで、図６に示されるように、各画素の各構成の位置を、このような入射光の入射角θに応じて補正する（適切な位置に配置する）ようにしてもよい。
【０１０８】
図６は、入射光の入射角θを考慮して各画素の構成を配置したCMOSイメージセンサを光が入射する側から見たときの様子の概略を示す図である。
【０１０９】
図６に示されるように、CMOSイメージセンサ１００の各画素３１０において、各画素のマイクロレンズであるレンズ３２０は、入射光の入射角θに応じて、センサ受光部３１０Ａに対して中央よりに設けられている。
【０１１０】
図７に、この場合のCMOSイメージセンサ１００の、図２や図５と同様の断面を示す。図７に示されるように、各画素において、集光レンズ１１１およびカラーフィルタ１１２は、フォトダイオード１１５に対して、入射角θに応じて中央寄りに配置される。実際には、図６に示されるように、２次元配列における中央寄りに配置される。
【０１１１】
以上のように配置することにより、集光レンズ１１１からフォトダイオード１１５までの光路が、垂直方向に対して、入射角θに応じた角度で傾斜する。したがって、この場合、入射光に対して光路が適切に設定されるので、フォトダイオード１１５の集光率の低減を抑制することができる。
【０１１２】
なお、配線１１７の各層も、図７に示される例のように、近赤外光の入射角θに応じて傾斜するように配置されるようにしてもよい。つまり、配線１１７は、入射角θに応じて、フォトダイオード１１５よりも外側に（中央の逆側寄りに）配置されるようにしてもよい。
【０１１３】
さらに、配線１２１の各層も、図７に示される例のように、近赤外光の入射角θに応じて傾斜するように配置されるようにしてもよい。つまり、配線１２１は、入射角θに応じて、配線１１７よりもさらに外側に（中央の逆側寄りに）配置されるようにしてもよい。
【０１１４】
さらに、フォトダイオード１２４も、図７に示される例のように、近赤外光の入射角θに応じて、配線１２１よりもさらに外側に（中央の逆側寄りに）配置されるようにしてもよい。
【０１１５】
以上のように配置することにより、フォトダイオード１１５からフォトダイオード１２４までの光路が、垂直方向に対して、入射角θに応じた角度で傾斜する。したがって、この場合、入射光に対して光路が適切に設定されるので、フォトダイオード１２４の集光率の低減を抑制することができる。
【０１１６】
本実施の形態において説明したCMOSイメージセンサ１００も、第２の実施の形態において説明したのと同様の方法により製造することができる。つまり、制御部２０１が、裏面照射型イメージセンサ製造部２０２および表面照射型イメージセンサ製造部２０３の両方を制御し、各CMOSイメージセンサを製造させる際に（ステップＳ１０１およびステップＳ１０２）、各層を上述したような瞳補正を行うような配置にさせるようにすればよい。
【０１１７】
すなわち、本実施の形態の場合も、製造装置２００は、より容易にCMOSイメージセンサ１００を製造することができる。
【０１１８】
＜５．第５の実施の形態＞
［撮像素子］
フォトダイオードの大きさ、形状、および間隔は任意であり、例えば、図８に示される例のように、フォトダイオード１１５とフォトダイオード１２４とで、それらの内、少なくとも１つが互いに異なっていても良い。
【０１１９】
図８の例の場合、半導体基板１２３には、フォトダイオード１１５の２つ分の大きさの、フォトダイオード３５１−１およびフォトダイオード３５１−２が形成される。つまり、フォトダイオード３５１−１は、半導体基板１の、フォトダイオード１１５−１およびフォトダイオード１１５−２の下側に形成され、フォトダイオード１１５−１およびフォトダイオード１１５−２に対応する。つまり、フォトダイオード３５１−１は、フォトダイオード１１５−１若しくはフォトダイオード１１５−２を透過した入射光の近赤外光の波長域成分を光電変換する。
【０１２０】
これに対して、フォトダイオード３５１−２は、半導体基板１の、フォトダイオード１１５−３およびフォトダイオード１１５−４の下側に形成され、フォトダイオード１１５−３およびフォトダイオード１１５−４に対応する。つまり、フォトダイオード３５１−２は、フォトダイオード１１５−３若しくはフォトダイオード１１５−４を透過した入射光の近赤外光の波長域成分を光電変換する。なお、フォトダイオード３５１−１およびフォトダイオード３５１−２を互いに区別して説明する必要が無い場合、単に、フォトダイオード３５１と称する。
【０１２１】
なお、このような場合、配線層１１６における配線１１７の配置間隔と、配線層１２０における配線１２１の配線間隔とが互いに異なっていても良い。図８の例の場合、配線１１７は、フォトダイオード１１５の配置間隔に応じて、半導体基板１１４のフォトダイオード１１５でない部分の下側に形成される。これに対して、配線１２１は、フォトダイオード３５１の配置間隔に応じて、半導体基板１２３のフォトダイオード３５１でない部分の上側に形成される。
【０１２２】
なお、配線１１７および配線１２１の配置位置は、図８の例に限らず、任意である。例えば、配線１１７の配置位置を、配線１２１に合わせて、半導体基板１２３のフォトダイオード３５１でない部分の上側に形成されるようにしてもよい。また、配線１２１の配置位置を、配線１１７に合わせて、半導体基板１１４のフォトダイオード１１５でない部分の下側に形成されるようにしてもよい。
【０１２３】
このようにすることにより、CMOSイメージセンサ１００は、可視光の画像と近赤外光の画像とで解像度を互いに独立に設定することができる。例えば、CMOSイメージセンサ１００は、互いに解像度が異なる可視光の画像と近赤外光の画像とを得ることができる。
【０１２４】
なお、図８の例においては、フォトダイオードの図中横方向の大きさが層毎に異なる様子が示されているが、これに限らず、各層のフォトダイオードの大きさ、形状、および間隔の内、少なくとも１つが、層毎に異なるようにしても良い。
【０１２５】
本実施の形態において説明したCMOSイメージセンサ１００も、第２の実施の形態において説明したのと同様の方法により製造することができる。つまり、裏面照射型イメージセンサ製造部２０２および表面照射型イメージセンサ製造部２０３は、互いに独立してCMOSイメージセンサを製造するので、フォトダイオードの大きさ、形状、および間隔は、互いに独立に設定することができる。
【０１２６】
すなわち、本実施の形態の場合も、製造装置２００は、より容易にCMOSイメージセンサ１００を製造することができる。
【０１２７】
＜６．第６の実施の形態＞
［撮像素子］
以上においては、可視光と近赤外光の画像が得られるように説明したが、各フォトダイオードの厚さは任意である。つまり、各フォトダイオードで光電変換される波長域は任意であり、CMOSイメージセンサ１００は、入射光のシリコンへの侵入長に応じて各フォトダイオードのポテンシャル分布の深さを設定することにより、任意の波長域の画像を得ることができる。
【０１２８】
例えば、図９に示される例のように、CMOSイメージセンサ１００が、波長域が互いに異なる２つの可視光の画像を得るようにしてもよい。図９の例の場合、図２の半導体基板１１４の代わりに、半導体基板３６０が形成されている。半導体基板３６０には、フォトダイオード３６１−１乃至フォトダイオード３６１−４が形成されている。つまり、フォトダイオード３６１−１乃至フォトダイオード３６１−４は、フォトダイオード１１５−１乃至フォトダイオード１１５−４にそれぞれ対応する。フォトダイオード３６１−１乃至フォトダイオード３６１−４を互いに区別して説明する必要が無い場合、単にフォトダイオード３６１と称する。これ以外の構成は図２と同様である。
【０１２９】
半導体基板３６０は、その厚さが、図２の半導体基板１１４よりも薄く形成される（例えば１μｍ等）。このようにすることにより、フォトダイオード３６１は、入射光に含まれる可視光の短波長域成分（可視光３８１）を光電変換することができる。また、フォトダイオード３６１が薄く形成されることにより、フォトダイオード１２４の深さも浅くなる。したがって、この場合、フォトダイオード１２４は、近赤外光ではなく、入射光に含まれる可視光の長波長域成分（可視光３８２）を光電変換することができる。例えば、CMOSイメージセンサ１００は、色毎に異なる層のフォトダイオードにおいて画像化することもできる。
【０１３０】
このように、CMOSイメージセンサ１００は、複数層のフォトダイオードを有し、それぞれにおいて光電変換を行う。したがって、各フォトダイオードの層において光電変換される波長域成分をそれぞれ設定すれば良い。上述したように、各フォトダイオードの厚さは、任意であるので、層毎に互いに独立して設定することができる。例えば、フォトダイオードの厚さを層毎に異なるようにすることもできるし、全層のフォトダイオードの厚さを統一するようにすることもできる。つまり、各フォトダイオードにおいて光電変換される波長域成分の設定は、より容易かつより自由に行うことができる。
【０１３１】
なお、上述したように、CMOSイメージセンサ１００は、フォトダイオード３６１の厚さによって、フォトダイオード３６１が光電変換する波長域成分だけでなくフォトダイオード１２４が光電変換する波長域成分も制御することができる。
【０１３２】
本実施の形態において説明したCMOSイメージセンサ１００も、第２の実施の形態において説明したのと同様の方法により製造することができる。つまり、裏面照射型イメージセンサ製造部２０２および表面照射型イメージセンサ製造部２０３は、互いに独立してCMOSイメージセンサを製造するので、フォトダイオードの層の厚さは、互いに独立に設定することができる。
【０１３３】
すなわち、本実施の形態の場合も、製造装置２００は、より容易にCMOSイメージセンサ１００を製造することができる。
【０１３４】
＜７．第７の実施の形態＞
［撮像素子］
以上においては、裏面照射型のCMOSイメージセンサの表面側に表面照射型のCMOSイメージセンサを重畳するように説明したが、これに限らず、例えば、図１０に示されるように、表面照射型のCMOSイメージセンサの代わりに裏面照射型のCMOSイメージセンサを重畳するようにしてもよい。
【０１３５】
図１０に示されるCMOSイメージセンサ４００は、上述したCMOSイメージセンサ１００と同様の集光レンズ１１１乃至パッシベーション膜１１９を有する。CMOSイメージセンサ４００は、配線層１２０乃至支持基板１２５の代わりに、半導体基板４１１および配線層４１３を有する。
【０１３６】
半導体基板４１１には、フォトダイオード１１５−１乃至フォトダイオード１１５−４の各画素に対応して、フォトダイオード４１２−１乃至フォトダイオード４１２−４をが形成される。フォトダイオード４１２−１乃至フォトダイオード４１２−４を互いに区別して説明する必要が無い場合、単にフォトダイオード４１２と称する。
【０１３７】
フォトダイオード４１２は、フォトダイオード１２４と同様に、フォトダイオード１１５と異なる波長域成分を光電変換する。より具体的には、フォトダイオード４１２は、フォトダイオード１１５よりも長い波長域を光電変換する。例えば、フォトダイオード１１５が可視光の波長域成分を光電変換するのに対して、フォトダイオード４１２は、近赤外光の波長域成分を光電変換する。また、例えば、フォトダイオード１１５が可視光の短波長域成分を光電変換するのに対して、フォトダイオード４１２は、可視光の長波長域成分を光電変換する。
【０１３８】
CMOSイメージセンサ４００の場合、配線層４１３が半導体基板４１１の図中下側に形成される。つまり、CMOSイメージセンサ４００は、裏面照射型のCMOSイメージセンサの表面側に裏面照射型のCMOSイメージセンサが形成されている。
【０１３９】
配線層４１３は、基本的に上述した配線層１１６や配線層１２０と同様であり、任意の層数の配線４１４および配線層間膜４１５を有する。ただし、配線層４１３は、フォトダイオード４１２の下側に位置するので、光路を設ける必要がない。したがって、配線４１４は任意の位置に配置することができる。つまり、配線４１４は、より容易にレイアウトを行うことができる。
【０１４０】
配線層１１６や配線層１２０の場合と同様に、配線層４１３の有効画素領域でない領域には、外部端子であるパッド４２３が設けられる。このパッド４２３は、TSV４２１により、配線層１１６のパッド１３２に接続される。
【０１４１】
このように、CMOSイメージセンサ４００は、CMOSイメージセンサ１００の場合と同様に、より容易により多様な光電変換出力を得ることができる。
【０１４２】
なお、CMOSイメージセンサ４００の場合、入射光は、配線層４１３を介さずに奥側のフォトダイオード（フォトダイオード４１２）に到達することができる。したがって、CMOSイメージセンサ４００は、CMOSイメージセンサ１００のように表面照射型のCMOSイメージセンサを重畳させる場合よりも、フォトダイオード４１２の感度をより向上させることができる。
【０１４３】
本実施の形態において説明したCMOSイメージセンサ１００も、第２の実施の形態において説明したのと、基本的に同様の方法により製造することができる。ただし、この場合、制御部２０１は、ステップＳ１０２の処理において、表面照射型イメージセンサ製造部２０３を制御する代わりに、裏面照射型イメージセンサ製造部２０２を制御し、裏面照射型のCMOSイメージセンサを製造させる。この裏面照射型のCMOSイメージセンサも、ステップＳ１０１の場合と同様に、従来と同様の方法により製造することができる。それ以外の処理は、第２の実施の形態において説明したのと同様に行うことができる。
【０１４４】
すなわち、本実施の形態の場合も、製造装置２００は、より容易にCMOSイメージセンサ１００を製造することができる。
【０１４５】
なお、各実施の形態において説明したCMOSイメージセンサの製造方法は、上述したように、いずれも大きな違いは無い。したがって、製造装置２００は、上述した各種製造方法の中であれば、製造方法の切り替えを、特殊な装置を新たに用意したり、特殊な工程を新たに設けたりする必要なく、容易に行うことができる。つまり、製造装置２００は、より多様なCMOSイメージセンサをより容易に製造することができる。
【０１４６】
以上においては、本技術をCMOSイメージセンサに適用する場合について説明したが、本技術は、CMOSイメージセンサに限らず、フォトダイオード等の光電変換素子を用いるイメージセンサであればどのようなイメージセンサにも適用することができる。例えば、CCD（Charge Coupled Device）イメージセンサにも適用することができる。
【０１４７】
また、以上においては、配線層を挟む２層のフォトダイオードの層を有する場合について説明したが、フォトダイオードは、３層以上であってもよい。つまり、３層以上のフォトダイオードの層が、それぞれの間に配線層を挟んで形成されるようにしてもよい。換言するに、裏面照射型若しくは表面照射型のCMOSイメージセンサを３つ以上重畳し、互いのパッドを貫通ビアによって接続するようにしてもよい。
【０１４８】
このようにフォトダイオードの層を３層以上形成する場合も、フォトダイオードの各層は、互いに異なる波長域の画像を得ることができる。つまり、この場合のCMOSイメージセンサは、互いに異なる波長域の画像を、３つ以上得ることができる。つまり、CMOSイメージセンサは、より容易により多様な光電変換出力を得ることができる。
【０１４９】
なお、各層のフォトダイオードの電荷蓄積時間は、互いに独立して設定することができる。つまり、各層のフォトダイオードは、容易に、電荷蓄積時間が互いに異なるように駆動させることができる。したがって、例えば、フォトダイオードの一方の層の電荷蓄積時間を、他方の層の電荷蓄積時間よりも長くするように設定することもできる。このように、電荷蓄積時間が互いに異なる複数の画像を得て、それらを合成することにより、CMOSイメージセンサは、１層のフォトダイオードにより得られる画像よりも高いダイナミックレンジの画像を得ることができる。
【０１５０】
以上のように、CMOSイメージセンサ１００は、入射光の互いに異なる波長域成分を、各フォトダイオードの層において光電変換することができる。
【０１５１】
＜８．第８の実施の形態＞
［撮像装置］
図１１は、本技術を適用した撮像装置の構成例を示す図である。図１１に示される撮像装置６００は、被写体を撮像し、その被写体の画像を電気信号として出力する装置である。
【０１５２】
図１１に示されるように撮像装置６００は、レンズ部６１１、CMOSセンサ６１２、A/D変換部６１３、A/D変換器６１３、操作部６１４、制御部６１５、画像処理部６１６、表示部６１７、コーデック処理部６１８、および記録部６１９を有する。
【０１５３】
レンズ部６１１は、被写体までの焦点を調整し、焦点が合った位置からの光を集光し、CMOSセンサ６１２に供給する。
【０１５４】
CMOSセンサ６１２は、上述で説明した構造を有する固体撮像素子であり、有効画素領域内に、混色検出画素が設けられている。
【０１５５】
A/D変換器６１３は、CMOSセンサ６１２から、所定のタイミングで供給された画素毎の電圧信号を、デジタルの画像信号（以下、適宜、画素信号ともいう）に変換し、所定のタイミングで順次、画像処理部６１６に供給する。
【０１５６】
操作部６１４は、例えば、ジョグダイヤル（商標）、キー、ボタン、またはタッチパネル等により構成され、ユーザによる操作入力を受け、その操作入力に対応する信号を制御部６１５に供給する。
【０１５７】
制御部６１５は、操作部６１４により入力されたユーザの操作入力に対応する信号に基づいて、レンズ部６１１、CMOSセンサ６１２、A/D変換器６１３、画像処理部６１６、表示部６１７、コーデック処理部６１８、および記録部６１９の駆動を制御し、各部に撮像に関する処理を行わせる。
【０１５８】
画像処理部６１６は、A/D変換器６１３から供給された画像信号に対して、例えば、上述した混色補正や、黒レベル補正、ホワイトバランス調整、デモザイク処理、マトリックス処理、ガンマ補正、およびYC変換等の各種画像処理を施す。画像処理部６１６は、画像処理を施した画像信号を表示部６１７およびコーデック処理部６１８に供給する。
【０１５９】
表示部６１７は、例えば、液晶ディスプレイ等として構成され、画像処理部６１６からの画像信号に基づいて、被写体の画像を表示する。
【０１６０】
コーデック処理部６１８は、画像処理部６１６からの画像信号に対して、所定の方式の符号化処理を施し、符号化処理の結果得られた画像データを記録部６１９に供給する。
【０１６１】
記録部６１９は、コーデック処理部６１８からの画像データを記録する。記録部６１９に記録された画像データは、必要に応じて画像処理部６１６に読み出されることで、表示部６１７に供給され、対応する画像が表示される。
【０１６２】
なお、本技術を適用した固体撮像素子や画像処理部を備える撮像装置は、上述した構成に限らず、他の構成であってもよい。
【０１６３】
＜９．第９の実施の形態＞
［一般的なイメージセンサ］
一般的なイメージセンサ（例えば特開２０１０−２３２５９５号公報、特開２０１０−４１０３４号公報、および特開２００８−１０３３６８号公報等）においては、シリコン（Ｓｉ）基板に形成できるフォトダイオード深さには限りがある。これは、フォトダイオード形成プロセスにおけるインプラントによる制約や、光電変換後の電荷の転送性能、もしくは隣接画素との電気的混色などといった要素から決まっており、３μｍ程度の深さになることが多かった。しかしながら、近年、赤外感度の需要が高まっている。シリコン（Ｓｉ）が吸収可能な光には波長依存があり、３μｍの深さがあっても光の半分程度しか吸収することができず、赤外を十分に高感度化することができない恐れがあった。
【０１６４】
そこで、２つの撮像素子を重ね合わせる手法が提案されている（例えば特開２００８−２２７２５０号公報参照）。しかしながら、単に２つの撮像素子を貼り合わせるだけは、撮像素子間に距離（スペーサなど）が生じ、距離やスペーサなどの挿入物によって感度をロスする恐れがあった。上面と下面のフォトダイオードの両方を高感度にするには、上面のフォトダイオードと下面のフォトダイオードの両方が可能な限りオンチップレンズ（OCL）に近い位置にあることが望ましい。
【０１６５】
より具体的に説明すると、特開２００８−２２７２５０号公報に記載された複合型固体撮像素子は、既に完成された固体撮像素子同士を接合する。各固体撮像素子は非常に薄いので、各固体撮像素子が形成されるウエハは割れやすい。そのためウエハが割れないようにしながらこれらを接合するためには専用の特別な装置が必要になるので、その製造が困難になり、コストが増大する恐れがある。また、十分な歩留まりを得ることが困難になる恐れがある。
【０１６６】
そこで、一般的な方法を用いて接合するのが望ましいが、その接合において、各ウエハが割れないようにするためには、各ウエハの厚さを数百um以上の厚さにする必要がある。そのため、接合する各固体撮像素子に支持基板を設ける必要がある。例えば、図２の例の場合、図中下側の撮像素子の構成には、支持基板が設けられているが、上側の撮像素子の構成には、支持基板が設けられていない。
【０１６７】
このような上側の撮像素子の構成に対しては、特開２００８−２２７２５０号公報に記載の方法の場合、支持基板の代わりにスペーサが設けられている。このように、支持基板、若しくは、それに代わる構成を接合する撮像素子間に設ける必要があった。
【０１６８】
しかしながら、この場合、その支持基板（若しくはそれに代わる構成）によって、１画素において重畳されるフォトダイオード間の距離が長くなり過ぎてしまう恐れがある。そのため、光入射側からみて遠い方のフォトダイオード（図２の例の場合、フォトダイオード１２４）において所望の波長域を光電変換することが困難になる恐れがあった。また、入射光がそのフォトダイオードまで届き難くなり、感度が不要に低減する恐れがあった。
【０１６９】
その他の例として、ＵＳ２００９／０２９４８１３ Ａ１やＵＳ２００９/０２００５８９ Ａ１などがある。前者の文献では、表面照射型イメージセンサに、フォトダイオードを有する他の基板を接合させる方法が提案されている。しかしながら、上述したように、上面と下面のフォトダイオードの両方を高感度にするには、上面のフォトダイオードと下面のフォトダイオードの両方が可能な限りオンチップレンズ（OCL）に近い位置にあることが望ましい。つまり、上面フォトダイオードは、裏面照射型イメージセンサ（例えば特開２００８−１０３３６８号公報）で形成されていることが望ましい。また、この文献では、表面照射に対して仮の支持基板を接合（例えばFig3）し、さらに他の工程でそれを除去する（例えばFig6）という複雑な工程となっており工程としても煩雑で無駄が多かった。
【０１７０】
次に、後者の文献に記載された技術においては、同一シリコン（Si）基板に２つの受光部が形成され、上面と下面の個別の読み出しが困難である他、下面はIR光にしか対応できず制約が多かった。
【０１７１】
上述した赤外光は、近年、TOFと呼ばれる距離計測手法などでも利用されている（例えば特開２０１２−４９５４７号公報参照）。また、米国特許ＵＳ２０１０/０１１８１２３ Ａ１などに記載の投影法により距離計測する手法などもある。このような技術においてはさらなる距離計測精度の向上や、外光による影響に対する耐性の向上などが求められている。
【０１７２】
また、近赤外波長などは、医療分野でも用いられ始めており、解析精度の向上などが期待されている波長領域でもある。しかしながら、上述したように赤外感度の低さなどが弊害となっている。さらに、従来は１画素で１波長の解析であったため、複数波長の情報からヘモグロビンの解析を行うような手法（例えば特許２９３２６４４号など）においては、複数波長の光を照射するか、複数の近赤外画素を使用する必要があり、撮像素子、装置の微細化の弊害となっていた。
【０１７３】
また、今後、カプセル内視鏡などへの応用を考えると、さらなる小型化、高精度化が望まれる。また、微小分子やDNAの光学特性を解析する場合、１画素内に分子サイズが収まるため、ベイヤ配列のように複数画素を用いるようなとき、画素毎に配置される分子の数や構造が異なってしまい、正確な解析の妨げとなる恐れがあった。
【０１７４】
また、赤外以外の光も考慮し、RGBなどの色を１画素で得る縦型分光構造も提案されている。例えば、特開２０１１−２９４５３号公報等において提案されている。これは単一シリコン（Ｓｉ）基板内にフォトダイオードを複数設ける手法である。そのため、シリコン（Ｓｉ）表面側のフォトダイオード、シリコン（Ｓｉ）奥側のフォトダイオードで個別に読み出しゲート電極を設ける必要があった。しかもシリコン（Ｓｉ）奥側のフォトダイオードから読み出す為に、フォトダイオードと同程度の深さまでシリコン（Ｓｉ）をエッチングした上でゲート電極を配置する必要があった（例えば特開２０１１−２９４５３号公報の図１６）。このため、ゲート面積分だけ光電変換を行うフォトダイオード面積が縮小してしまい、飽和電子数や感度に対して悪影響を及ぼし、さらにはゲート電極を配置する上でシリコンを彫り込むエッチングによってシリコン（Ｓi）基板にダメージが入ることによる暗電流、白点などの発生が懸念された。
【０１７５】
また、その縦型分光において、複数のフォトダイオードの波長成分を左右できるのは、フォトダイオードの深さやインプラによるポテンシャル形成のみであり、分光の制御性は高くなかった。
【０１７６】
［実施例１］
そこで、図１２に示されるように、裏面照射型のCMOSイメージセンサにおいて、支持基板層にもフォトダイオードを設ける構造とする。
【０１７７】
図１２に示されるCMOSイメージセンサ１０００は、撮像素子の一態様であり、図１０に示されるCMOSイメージセンサ４００と基本的に同様の構成を有する。つまり、図１２に示されるように、CMOSイメージセンサ１０００は、上層である撮像機能を有する構成１００１と、下層である支持基板１００２の２層構造を有する。
【０１７８】
撮像機能を有する構成１００１は、一般的な裏面照射型のCMOSイメージセンサと同様の構成を有する。つまり、フォトダイオード１０２１、配線層１０２２、電極１０２３、およびパッシベーション膜１０２４等が積層される。また、この撮像機能を有する構成１００１の図中上面側には、絶縁膜１０２５、カラーフィルタ１０２６、およびオンチップレンズ１０２７等が積層される。さらに、撮像機能を有する構成１００１には、図中上面側から電極１０２３に接続される貫通電極１０２８が形成される。
【０１７９】
一般的なCMOSイメージセンサの場合、下層である支持基板１００２は、シリコン（Si）基板のみにより形成されるが、このCMOSイメージセンサ１０００の場合、支持基板１００２にもフォトダイオード１０３１が形成される。つまり、この支持基板１００２は、撮像機能を有する構成１０１１および支持基板１０１２により形成される。
【０１８０】
撮像機能を有する構成１０１１は、積層されるフォトダイオード１０３１、配線層１０３２、電極１０３３、およびパッシベーション膜１０３４を有する。パッシベーション膜１０３４の図中下面側に。シリコン（Si）基板よりなる支持基板１０１２が積層される。さらに、図中上面側から支持基板１００２の電極１０３３に接続される貫通電極１０３５が形成される。
【０１８１】
つまり、CMOSイメージセンサ１０００は、２層の裏面照射CMOSイメージセンサ（撮像機能を有する構成）を有する。したがって、CMOSイメージセンサ１０００は、上層のフォトダイオード１０２１だけでなく、下層のフォトダイオード１０３１においても入射光を光電変換する。これにより、CMOSイメージセンサ１００は、より多様な光電変換を行うことができ、その適用範囲（応用範囲）を拡張することができる。
【０１８２】
例えば、この構造を用いることで、受光面に対して上層のフォトダイード１０２１では従来通り、裏面照射型の高感度特性を活かすことができ、さらに追加で配置する下層のフォトダイオード１０３１では、上層とは異なる光学特性の出力を得ることが可能となる。支持基板１００２とフォトダイオード１０２１との距離は、配線層分の厚さしかないため、光学的なロスも少なく、両フォトダイオードにおいて高感度の特性を得ることができる。
さらに、従来の裏面照射型イメージセンサでは、フォトダイオードを透過した光がその下の配線層の配線にあたり、その光が反射することで、隣接するフォトダイオードに混色することがあったが、CMOSイメージセンサ１０００の場合、入射光をより下層まで導くことができるので、上層のフォトダイオード１０２１における混色の発生を抑制することができる。
【０１８３】
CMOSイメージセンサ１０００は、図１２に示されるように、同一画素（レイアウト上の座標が同じという意味）の中に２つのフォトダイオードを有する。CMOSイメージセンサ１０００は、これらのフォトダイオードのそれぞれに、互いに独立な配線層を有することができる。つまり、CMOSイメージセンサ１０００は、各層のフォトダイオードを、互いに独立して駆動させたり、読み出したりすることができる。
【０１８４】
また、CMOSイメージセンサ１０００は、例えば特開２０１１−２９４５３号公報に記載されているような縦型分光構造のイメージセンサと異なり、各層のフォトダイオードを用途に応じてそれぞれ最適化することができる。したがって、例えば、シリコン（Ｓｉ）をエッチングして、フォトダイオード真横に転送ゲートを設ける等の構成を増大させる必要がなく、フォトダイオードを大きく形成することができる。したがって、CMOSイメージセンサ１０００は、上述した縦型分光構造のイメージセンサよりも、飽和電子数を増大させることができ、また、感度を向上させることができる。さらに、フォトダイオード横をエッチングなどで掘り込む必要がないためプラズマダメージや欠陥による、暗電流、白点の発生を抑制することができる。
【０１８５】
そして、この結果、解像度を落とすことなく複数の分光を同一画素から得られ、さらに高い赤外感度が得られたりする効果や、上述したように上面フォトダイオードに対する混色（配線からの反射）の発生を抑制することができる。
【０１８６】
なお、以上のように、単に、完成された固体撮像素子を接合するのではなく、通常の裏面照射型のCMOSイメージセンサ１０００の支持基板１００２に、フォトダイオード１０２１とは別のフォトダイオード１０３１を設けるようにすることにより、後述するように、通常の裏面照射型CMOSイメージセンサの製造方法を利用して、容易に、図１２の例に示される構成を実現（製造）することができる。
【０１８７】
換言するに、図１２に示されるように、CMOSイメージセンサ１０００は、上側と下側の２つの撮像素子の構成を有するが、その間に、支持基板やスペーサ等の構成を設ける必要がなく、フォトダイオード１０２１とフォトダイオード１０３１との距離を短くすることができる。つまり、フォトダイオード１０３１の感度や受光帯域の設計を、配線層１０２２等の厚さによって、容易に行うことができる。
【０１８８】
また、CMOSイメージセンサ１０００は、一部若しくは全部の画素がこのように構成されるので、画素数および画素サイズを低減させずに、すなわち、画質の低減を抑制しながら、１画素において入射光の互いに異なる複数の波長域を光電変換することができる。つまり、CMOSイメージセンサ１０００は、より容易により多様な光電変換出力を得ることができる。
【０１８９】
なお、フォトダイオード１０２１とフォトダイオード１０３１の入射光進行方向（図中縦方向）の厚さは、任意である。例えば、フォトダイオード１０２１とフォトダイオード１０３１とでその厚さが同一であっても良いし、互いに異なるようにしても良い。光電変換する帯域に応じて各フォトダイオードの厚さを設計するようにしてもよい。
【０１９０】
［製造装置］
次に、以上のようなCMOSイメージセンサ１０００を製造する製造装置について説明する。
【０１９１】
図１３は、CMOSイメージセンサ１０００の製造装置の主な構成例を示すブロック図である。図１３に示される製造装置１２００は、制御部１２０１および製造部１２０２を有する。
【０１９２】
制御部１２０１は、例えば、CPU（Central Processing Unit）、ROM（Read Only Memory）、およびRAM（Random Access Memory）等を有し、製造部１２０２の各部を制御し、CMOSイメージセンサ１０００の製造に関する制御処理を行う。例えば、制御部１２０１のCPUは、ROMに記憶されているプログラムに従って各種の処理を実行する。また、そのCPUは、記憶部１２１３からRAMにロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAMにはまた、CPUが各種の処理を実行するにあたって必要なデータなども適宜記憶される。
【０１９３】
製造部１２０２は、制御部１２０１に制御されて、CMOSイメージセンサ１０００の製造に関する処理を行う。製造部１２０２は、支持基板製造部１２３１、撮像機能を有する構成製造部１２３２、表面処理部１２３３、接合部１２３４、姿勢反転部１２３５、研磨部１２３６、上層形成部１２３７、および電極形成部１２３８を有する。
【０１９４】
これらの支持基板製造部１２３１乃至電極形成部１２３８は、制御部１２０１に制御され、後述するように、CMOSイメージセンサ１０００を製造する各工程の処理を行う。
【０１９５】
製造装置１２００は、入力部１２１１、出力部１２１２、記憶部１２１３、通信部１２１４、およびドライブ１２１５を有する。
【０１９６】
入力部１２１１は、キーボード、マウス、タッチパネル、および外部入力端子などよりなり、ユーザ指示や外部からの情報の入力を受け付け、制御部１２０１に供給する。出力部１２１２は、CRT（Cathode Ray Tube）ディスプレイやLCD（Liquid Crystal Display）等のディスプレイ、スピーカ、並びに外部出力端子などよりなり、制御部１２０１から供給される各種情報を画像、音声、若しくは、アナログ信号やデジタルデータとして出力する。
【０１９７】
記憶部１２１３は、フラッシュメモリ等SSD（Solid State Drive）やハードディスクなどよりなり、制御部１２０１から供給される情報を記憶したり、制御部１２０１からの要求に従って、記憶している情報を読み出して供給したりする。
【０１９８】
通信部１２１４は、例えば、有線LAN（Local Area Network）や無線LANのインタフェースやモデムなどよりなり、インターネットを含むネットワークを介して、外部の装置との通信処理を行う。例えば、通信部１２１４は、制御部１２０１から供給される情報を通信相手に送信したり、通信相手から受信した情報を制御部１２０１に供給したりする。
【０１９９】
ドライブ１２１５は、必要に応じて制御部１２０１に接続される。そして、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア１２２１がそのドライブ１２１５に適宜装着される。そして、そのドライブ１２１５を介してリムーバブルメディア１２２１から読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部１２１３にインストールされる。
【０２００】
［支持基板製造処理の流れ］
支持基板製造部１２３１は、支持基板製造処理を実行し、支持基板１００２を製造する。図１４のフローチャートを参照して、支持基板製造部１２３１により実行される支持基板製造処理の流れの例を説明する。なお、適宜、図１５を参照して説明する。図１５は、支持基板製造処理の各工程の様子を説明する図である。
【０２０１】
支持基板製造処理が開始されると、支持基板製造部１２３１は、ステップＳ１２０１において、制御部１２０１に制御されて、外部より供給されたシリコン基板フォトダイオード１０３１、トランジスタ（図示せず）、配線層１０３２、および電極１０３３を形成する（図１５Ａ）。なお、ここでは、裏面照射型の構造を形成するように説明するが、支持基板側は"表面照射"、"裏面照射"のいずれでも選択可能である。例えば、表面照射型イメージセンサであれば特開２０１０−４１０３４号公報に掲載のものがある。また、例えば、裏面照射型イメージセンサであれば特開２００８−１０３３６８号公報に掲載のものがある。
【０２０２】
ステップＳ１２０２において、支持基板製造部１２３１は、制御部１２０１に制御されて、表面を保護するパッシベーション膜１０３４（例えばＳＩＮやＳｉＯ２など）を形成し、ＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）などで平坦化を行う（図１５Ｂ）。
【０２０３】
ステップＳ１２０３において、支持基板製造部１２３１は、制御部１２０１に制御されて、以上のように製造された撮像機能を有する構成１０１１に、支持基板１０１２を、プラズマ接合や接着剤などを用いて接合する（図１５Ｃ）。
【０２０４】
ステップＳ１２０４において、支持基板製造部１２３１は、制御部１２０１に制御されて、以上のように製造された支持基板１００２を裏返す（図１５Ｄ）。
【０２０５】
ステップＳ１２０５において、支持基板製造部１２３１は、制御部１２０１に制御されて、裏返した支持基板１００２の図中上面を、ＣＭＰやバックグラインド、エッチングなどいずれかの手法、もしくはその組み合わせでフォトダイオード１０３１付近まで研磨する（図１５Ｅ）。つまり、この支持基板１００２は、通常の裏面照射型イメージセンサに、カラーフィルタやオンチップレンズ（OCL）がついていないものに相当する。つまり、支持基板１００２は、通常の裏面照射型イメージセンサと同様の方法により容易に製造することができる。
【０２０６】
［製造処理の流れ］
製造部１２０２の撮像機能を有する構成製造部１２３２乃至電極形成部１２３８は、製造処理を実行し、以上のように生成された支持基板１００２を用いてCMOSイメージセンサ１０００を製造する。図１６のフローチャートを参照して、撮像機能を有する構成製造部１２３２乃至電極形成部１２３８により実行される製造処理の流れの例を説明する。なお、適宜、図１７を参照して説明する。図１７は、製造処理の各工程の様子を説明する図である。
【０２０７】
製造処理が開始されると、撮像機能を有する構成製造部１２３２は、ステップＳ１２２１において、制御部１２０１に制御されて、通常のシリコン基板にフォトダイオード１０２１、トランジスタ（図示せず）、配線層１０２２、および電極１０２３を形成する（図１７Ａ）。
【０２０８】
ステップＳ１２２２において、表面処理部１２３３は、制御部１２０１に制御されて、このように形成された撮像機能を有する構成１００１の図１７Ａ中上側の表面を保護するパッシベーション膜１０２４（例えばＳＩＮやＳｉＯ２など）を形成し、ＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）などで平坦化を行う。（図１７Ｂ）。
【０２０９】
ステップＳ１２２３において、接合部１２３４は、制御部１２０１に制御されて、パッシベーション膜１０２４が形成された撮像機能を有する構成１００１に、支持基板１００２をプラズマ接合や接着剤などを用いて接合する（図１７Ｃ）。図１７Ｃに示されるように、この時点において、撮像機能を有する構成１００１には支持基板は設けられていないが、そのフォトダイオード１０２１が形成されるシリコン基板は、まだ、研磨されておらず、厚い状態である。したがって、撮像機能を有する構成１００１が形成されるウエハは、十分に厚さを確保することができるので、接合の際に割れる恐れは非常に少ない。したがって、接合部１２３４は、容易に、撮像機能を有する構成１００１と支持基板１００２とを接合することができる。
【０２１０】
ステップＳ１２２４において、姿勢反転部１２３５は、制御部１２０１に制御されて、以上のように接合された撮像機能を有する構成１００１および支持基板１００２を裏返す（図１７Ｄ）。
【０２１１】
ステップＳ１２２５において、研磨部１２３６は、制御部１２０１に制御されて、裏返した撮像機能を有する構成１００１の図中上面を、ＣＭＰやバックグラインド、エッチングなどいずれかの手法、もしくはその組み合わせでフォトダイオード１０２１付近まで研磨する（図１７Ｅ）。
【０２１２】
ステップＳ１２２６において、上層形成部１２３７は、制御部１２０１に制御されて、研磨された上面に、絶縁膜１０２５、カラーフィルタ１０２６、およびオンチップレンズ（OCL）１０２７を形成する（図１７Ｆ）。
【０２１３】
ステップＳ１２２７において、電極形成部１２３８は、制御部１２０１に制御されて、電極１０２３を図中上面側に引き出す貫通電極１０２８と、電極１０３３を図中上面側に引き出す貫通電極１０３５とを形成する（図１７Ｇ）。
【０２１４】
以上の処理によりCMOSイメージセンサ１０００が製造される。なお、配線を有する支持基板の接合方法などプロセスフローは、例えば、特開２０１１−２０４９１５号公報に開示されている。
【０２１５】
以上のように、製造装置１２００は、一般的な１層のCMOSイメージセンサの製造行程を利用して、容易に複数層のCMOSイメージセンサ１０００を製造することができる。
【０２１６】
［実施例２］
本技術の特徴として、フォトダイオード間に別の膜（酸化膜やその他配線層など）が存在しうる。これは、上層のフォトダイオード１０２１から、下層のフォトダイオード１０３１に流入する光を制御するのにも活用することができるのが特徴である。フォトダイオード１０３１に可能な限り多くの光を流入させたければ、配線層１０２２には光伝搬路（例えば導波路）を設けて光学的なロスを低減させるのがよい。逆に、フォトダイオード１０３１に流入する光を低減させたければ、配線層１０２２の配線（例えばＣｕやＡｌ、Ｗ）などによって一部を遮光するようにしても良い。また、フォトダイオード１０３１に流入する波長を制御する場合、特定波長を多く吸収する構造物を配置するようにしても良い（例えばPoly-Siは短波長側を吸収できる。もしくはカラーフィルタなどのような光吸収体であっても良い）。
【０２１７】
［製造装置］
次に、このような場合のCMOSイメージセンサ１０００を製造する製造装置について説明する。
【０２１８】
図１８は、このような場合のCMOSイメージセンサ１０００の製造装置の主な構成例を示すブロック図である。図１８に示される製造装置１３００は、図１３の製造装置１２００と基本的に同様の装置であり、制御部１３０１および製造部１３０２を有する。
【０２１９】
制御部１３０１は、制御部１２０１と同様の処理部であり、製造部１３０２の動作を制御する。製造部１３０２は、製造部１２０２の場合と同様に、制御部１３０１に制御されて、CMOSイメージセンサ１０００の製造に関する処理を行う。
【０２２０】
製造部１３０２は、支持基板製造部１３３１、撮像機能を有する構成製造部１３３２、光路形成部１３３３、表面処理部１３３４、接合部１３３５、姿勢反転部１３３６、研磨部１３３７、上層形成部１３３８、および電極形成部１３３９を有する。
【０２２１】
支持基板製造部１３３１は、支持基板製造部１２３１と同様の処理部である。撮像機能を有する構成製造部１３３２は、撮像機能を有する構成製造部１２３２と同様の処理部である。表面処理部１３３４は、表面処理部１２３３と同様の処理部である。接合部１３３５は、接合部１２３４と同様の処理部である。姿勢反転部１３３６は、姿勢反転部１２３５と同様の処理部である。研磨部１３３７は、研磨部１２３６と同様の処理部である。上層形成部１３３８は、上層形成部１２３７と同様の処理部である。電極形成部１３３９は、電極形成部１２３８と同様の処理部である。
【０２２２】
また、製造装置１３００は、入力部１３１１、出力部１３１２、記憶部１３１３、通信部１３１４、およびドライブ１３１５を有する。これらは、入力部１２１１乃至ドライブ１２１５と同様の処理部である。ドライブ１３１５には、リムーバブルメディア１２２１と同様のリムーバブルメディア１３２１が適宜装着される。
【０２２３】
［製造処理の流れ］
支持基板製造部１３３１は、制御部１３０１に制御されて、支持基板製造部１２３１と同様の支持基板製造処理（図１４）を実行し、支持基板１００２を製造する。
【０２２４】
製造部１３０２の撮像機能を有する構成製造部１３３２乃至電極形成部１３３９は、製造処理を実行し、以上のように生成された支持基板１００２を用いてCMOSイメージセンサ１０００を製造する。図１９のフローチャートを参照して、撮像機能を有する構成製造部１３３２乃至電極形成部１３３９により実行される製造処理の流れの例を説明する。なお、適宜、図２０を参照して説明する。図２０は、製造処理の各工程の様子を説明する図である。
【０２２５】
製造処理が開始されると、撮像機能を有する構成製造部１３３２は、ステップＳ１３０１において、制御部１３０１に制御されて、ステップＳ１２２１の場合と同様に、通常のシリコン基板にフォトダイオード１０２１、トランジスタ（図示せず）、配線層１０２２、および電極１０２３を形成する（図２０Ａ）。
【０２２６】
ステップＳ１３０２において、光路形成部１３３３は、制御部１３０１に制御されて、配線層１０２２の、導波路、もしくは光吸収体を挿入したい箇所（光路）に該当する部分（例えば図２０Ｂのエッチング部１３４１）をエッチングする（図２０Ｂ）。
【０２２７】
ステップＳ１３０３において、光路形成部１３３３は、制御部１３０１に制御されて、導波路（高屈折率材料）、もしくは光吸収体（カラーフィルタや、Poly-Siなど吸収率に波長依存のあるもの）（図２０Ｃの埋め込み材１３４２）をALD（Atomic Layer Deposition）もしくはCVD（Chemical Vapor Deposition）、PVD（Physical Vapor Deposition）、塗布などの方法でエッチング部１３４１に埋め込む（図２０Ｃ）。ここでの例として、ALDで成膜させた窒化シリコンSIN（屈折率１．８〜２程度）とする。SINは屈折率が、周辺の配線層（酸化膜であれば屈折率１．５以下）に比べて高く、集光特性が良い。また、無機膜であるため、その後の製造工程での熱や圧力を仮にかけたとしても耐性があるのが特徴である。但し、埋め込む膜は有機膜であっても良い。
【０２２８】
ステップＳ１３０４において、光路形成部１３３３は、制御部１３０１に制御されて、埋め込み材１３４２（導波路材若しくは光吸収体）の画素間等の不要な部分（図２０Ｄのエッチング部１３４３）を、エッチングにより除去する（図２０Ｄ）
【０２２９】
例えば、SINは屈折率が高いため、隣接画素と接続されていると混色を招く可能性もある。そこで、光路形成部１３３３は、上述したように画素間のエッチング部１３４３を除去する。これにより、この埋め込み材１３４２（例えばSIN）を介して光が隣接画素に伝搬するのを抑制することができる。なお、必要でない場合、この処理は省略することができる。
【０２３０】
ステップＳ１３０５乃至ステップＳ１３１０の各処理は、制御部１３０１により制御される表面処理部１３３４乃至電極形成部１３３９により、図１６のステップＳ１２２２乃至ステップＳ１２２７の各処理と同様に実行される（図２０Ｅ乃至図２０Ｋ）。
【０２３１】
このように製造処理を実行することにより、製造装置１３００は、配線層１０２２に導波路（若しくは光吸収体）が設けられた撮像機能を有する構成１３５１を製造することができる。つまり、製造装置１３００は、撮像機能を有する構成１３５１を有するCMOSイメージセンサ１０００を製造することができる。
【０２３２】
［実施例３］
なお、同様にして、フォトダイオードを３層以上にすることも可能である。フォトダイオード３層構造の場合のCMOSイメージセンサの構成例を図２１に示す。図２１に示されるCMOSイメージセンサ１４００は、上層１４０１、中層１４０２、および下層１４０３よりなる。上層１４０１乃至下層１４０３は、それぞれ、フォトダイオードを有することができる。つまり、１画素内に、最大３つのフォトダイオードが形成される。
【０２３３】
このCMOSイメージセンサ１４００は、上述したCMOSイメージセンサ１０００と比較して、撮像機能を有する構成が１層分増えただけであるので、上述したCMOSイメージセンサ１０００の製造方法を利用して製造することができる。
【０２３４】
つまり、図１４のフローチャートを参照して説明した支持基板製造処理のステップＳ１２０３において、撮像機能を有する構成１０１１にシリコン基板よりなる支持基板１０１２を接合したが、この処理において、図１６のステップＳ１２２３の処理の場合と同様に、撮像機能を有する構成１０１１に、撮像機能を有する構成を含む支持基板を接合するようにすればよい。
【０２３５】
このように、再帰的に処理を繰り返すことで、３層以上の互いに異なるシリコン層に形成されたフォトダイオードを得ることができる。フォトダイオードを含むシリコン（Si）の各膜厚を制御することで、各層のフォトダイオードが受光（光電変換）する波長を制御することができる。例えば、各フォトダイオードが、上から順に青、緑、赤色を受光するようにすることもできる（Si吸収率が各色で異なるため）。また、赤外領域の受光に大変有用で、高感度化を実現することができる。
【０２３６】
なお、各層の画素サイズは必ずしも同じでなくても良い。
【０２３７】
以下において、駆動/信号処理としての実施例について説明する。
【０２３８】
［実施例４］
なお、以上のように複数積層される各フォトダイオードに対して、互いに独立した配線層を設けるようにしてもよい。このようにすることにより、各フォトダイオードの駆動の自由度を向上させることができる。例えば、図２２Ａに示される２層のCMOSイメージセンサ１０００の場合、フォトダイオード１０２１において得られた信号値、および、フォトダイオード１０３１において得られた信号値は、図２２Ｂに示されるように、それぞれ個別に出力させることもできるし、図２２Ｃに示されるように、両者を合成して出力させることもできる。
【０２３９】
図２２Ｃに示されるように、上下のフォトダイオードの信号値を合成して出力する場合、受光感度を向上させることができるので高感度モードとして使用することができる。例えば赤外光のように、１つのフォトダイオードだけでは十分に光電変換できないような光に対しても、高出力を得ることができる。
【０２４０】
また、例えば、シリコン（Ｓｉ）の光吸収係数は短波長側の方が高く、光の入射面に対して、上面の方がより多く短波長の光を吸収する。つまり、上層のフォトダイオード１０２１と下層のフォトダイオード１０３１とでは、分光特性が異なる。より具体的には、下層のフォトダイオード１０３１は、図２２Ｂに示されるように、上層のフォトダイオード１０２１よりも長波長側にピークを持つ分光特性となる（短波長側は上層のフォトダイオード１０２１で吸収されやすいため）。
【０２４１】
図２２Ｂの例では、オンチップレンズ下に緑色カラーフィルタが設けられている。そのため、上層のフォトダイオード１０２１に入射される光は緑色である。フォトダイオード１０２１中を伝搬するにつれて短波長側が特に吸収されるため、下層のフォトダイオード１０３１に入射する光は、上層よりも長波長にシフトしている。
【０２４２】
したがって、上層のフォトダイオード１０２１の信号値と下層のフォトダイオード１０３１の信号値とを合成せずに出力することにより、１画素において複数の波長の光の信号値を得ることができる。
【０２４３】
なお、実施例２で上述したように、フォトダイオード間に波長依存のある光吸収体を挿入すると、さらに波長制御をおこなうこともできる。
【０２４４】
信号処理において、１画素から複数の分光を持つデータを得ることはメリットが大きい。例えば、上面フォトダイオードにおいて可視光を光電変換させ、下面フォトダイオードにおいて近赤外光を光電変換させるようにしてもよい。色配置の一例を図２３に示す。まず、図２３Ａにおいては、カラーフィルタとして、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）が設けられる。上面フォトダイオード（PD）１５０１は、カラーフィルタを透過した波長域（色）成分を光電変換する。下面フォトダイオード１５０２は、上面フォトダイオード１５０１で吸収されなかった成分のみが入射するため、上面フォトダイオード１５０１よりも長波長域成分を光電変換する。図２３Ａの例では、赤色（Ｒ）フィルタに対応する画素の上面フォトダイオード１５０１では、赤色（Ｒ）成分が光電変換され、同画素の下面フォトダイオード１５０２では、赤外（近赤外を含む）（ＩＲ）成分が光電変換される。また、緑色（Ｇ）フィルタに対応する画素の上面フォトダイオード１５０１では、緑色（Ｇ）成分が光電変換され、同画素の下面フォトダイオード１５０２では赤色（Ｒ'）成分が光電変換される。
【０２４５】
なお、青色（Ｂ）フィルタに対応する画素の上面フォトダイオード１５０１では、青色（Ｂ）成分が光電変換され、同画素の下には、フォトダイオードを設けないものとしている。上面フォトダイオード１５０１に短波長である青色成分しか入射しなかった場合、下面フォトダイオード１５０２に入射する光の成分がほとんど無いからである。
【０２４６】
下面フォトダイオード１５０２を設ける代わりに、例えば図２４Ｂに示されるように、フォトダイオード間により多くの配線を設けるようにしても良い。また、下面フォトダイオード１５０２（の一部の画素）を、例えば図２３Ｂに示されるように、ＯＰＢ（オプティカルブラック）として用いるようにしても良い。この場合、図２４Ｃに示されるように、例えば、光を透過しない素材よりなる遮光膜１５１１等を用いて意図的に完全遮光することで、フォトダイオード１０３１を、ＯＰＢとして用いることができる。ＯＰＢが画素領域内にあることで、位置ごと黒レベルや、混色量の推定に用いることが可能となる。
【０２４７】
さらに、別のレイアウト例を図２５に示す。図２５Ａでは、カラーフィルタとして、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および白色（Ｗ）が設けられる。赤色（Ｒ）フィルタに対応する画素の上面フォトダイオード１５３１では、赤色（Ｒ）成分が光電変換され、同画素の下面のフォトダイオード１５３２では、赤外（近赤外を含む）（ＩＲ）成分が光電変換される。また、白色（全色透過）（Ｗ）フィルタに対応する画素の上面フォトダイオード１５３１では、白色（Ｗ）成分（すなわち全成分）が光電変換され、同画素の下面フォトダイオード１５３２では、上面フォトダイオード１５３１において光電変換しきれなかった入射光の内、下面フォトダイオード１５３２まで届く長波長の、赤外光（ＩＲ'）成分、若しくは、赤色（Ｒ'）成分が光電変換される。なお、緑色（Ｇ）フィルタに対応する画素の上面フォトダイオード１５３１では、緑色（Ｇ）成分が光電変換され、同画素の下面フォトダイオード１５３２では、赤色（Ｒ''）成分が光電変換される。
【０２４８】
この例の特徴として、上面が同じ色のフォトダイオード（図２５Ａの例では白色）であっても、下面フォトダイオードで受光する色を変化させることができる（図２５Ａの例では、赤色と赤外）。これは、実施例２で述べた光吸収体になどによって波長を制御するか、もしくは図２６の例のように、フォトダイオードの形成位置を変えることにより制御するようにしてもよい（オンチップレンズから離れてシリコン（Si）位置が深くなるほど長波長成分が支配的となってくる）。
【０２４９】
なお、白色（Ｗ）のカラーフィルタを含むカラーフィルタにおける色の配置パターンは、任意であり、図２５Ａの例に限らない。また、カラーフィルタの色数は任意であり、例えば４色以上であってもよい。例えば、図２５Ｂに示されるように、カラーフィルタとして、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）、および白色（Ｗ）が設けられるようにしてもよい。この場合、上面フォトダイオード１５３３においては、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）、および白色（Ｗ）成分が、それぞれの画素において光電変換される。
【０２５０】
これに対して、下面フォトダイオード１５３４で光電変換される成分は、上面フォトダイオード１５３３において光電変換される成分よりも長波長域であればよい。例えば、図２５Ｂに示されるように、カラーフィルタの色に関わらず、全ての画素において、下面フォトダイオード１５３４では、赤外（ＩＲ）成分が光電変換されるようにしてもよい。以上のような下面フォトダイオードが光電変換する帯域の制御は、その下面フォトダイオードが形成される深さ方向の位置や厚さ等により行っても良いが、上面フォトダイオードとの間（例えば配線層）に設けられる光吸収体により行ってもよい。
【０２５１】
これらフォトダイオードから得られた信号は、上述したように個別に読み出し、合算しても良いし、合算せずにそのまま信号処理に用いても良い。また、フォトダイオード１０２１の電荷読み出しタイミングと、フォトダイオード１０３１の電荷読み出しタイミングは、同一であっても良いし、互いに異なるようにしてもよい。
【０２５２】
なお、本技術の撮像素子を実施可能なブロック図の例を図２７に示した。図２７に示される撮像装置１６００は、被写体を撮像し、被写体の画像を電気信号（画像データ）として出力する。図２７に示されるように、撮像装置１６００は、レンズ系１６０１、撮像素子１６０２、A/D変換部１６０３、クランプ部１６０４、デモザイク部１６０５、リニアマトリックス部１６０６、ガンマ補正部１６０７、輝度クロマ信号生成部１６０８、およびビデオインタフェース（IF）１６０９を有する。
【０２５３】
このような撮像素子１６０２に、本技術を適用したCMOSイメージセンサ（例えば、CMOSイメージセンサ１０００や１４００等）を適用することで、１画素で縦方向に複数の分光を持つ特性を高感度で得ることができる。
【０２５４】
A/D変換部１６０３は、撮像素子１６０２において光電変換された被写体の画像のアナログ信号をデジタル値へ変換する。クランプ部１６０４は、A/D変換部１６０３から供給される被写体の画像のデジタルデータ（画像データ）の黒レベルを減算する。デモザイク部１６０５は、クランプ部１６０４から供給される画像データについて、必要に応じて色信号を補完する。リニアマトリックス部１６０６は、デモザイク部１６０５から供給される画像データについて、必要に応じてリニアマトリックスをかけて色再現などを向上させる。ガンマ補正部１６０７は、リニアマトリックス部１６０６から供給される画像データについて、輝度表現を自然にするガンマ補正処理を行う。輝度クロマ信号生成部１６０８は、ガンマ補正部１６０７から供給される画像データから、輝度信号およびクロマ信号を生成する。ビデオインタフェース１６０９は、輝度クロマ信号生成部１６０８から供給される輝度信号およびクロマ信号を出力する。
【０２５５】
［実施例５］
次に実施例４で述べたように個別に信号を取り出す場合の、取り出した後の信号処理における活用、応用例を記載する。
【０２５６】
１．色再現性の向上
例えば、ＲＧＢを上面フォトダイオードで取り出し、下面ではさらに別の波長帯の色を取り出すとする。この場合、信号処理に用いることの出来る分光（色）の種類が増えることになる。例えば、ＲＧＢに加えてエメラルドを用いる等、画作りに使用できる分光（色）が増やすことにより、色再現性を向上させることができる。同一画素に複数色を持たせるため、解像度を落とすことなく、色再現性の向上を実現することができる。
【０２５７】
つまり、使用できる画素が増えるということは、図２７の撮像装置１６００において、撮像素子１６０２からの入力が増えることになる。したがって、リニアマトリックス部１６０６において使用することができる係数が増えるので、色再現性を向上することができる。
【０２５８】
例えば、受光（光電変換）する波長成分がR,G,Bのみの場合、リニアマトリックス部１６０６は、以下の式（１）のようなModeAのリニアマトリックスしか加えることができない（左辺がリニアマトリックス後の値、右辺が計算式）。
【０２５９】
【数１】
・・・（１）
【０２６０】
これに対して、例えば、R,G,Bだけでなくエメラルド色（E）も受光（光電変換）するようにすると、リニアマトリックス部１６０６は、以下の式（２）に示されるようなModeBのリニアマトリックスを加えることができる。
【０２６１】
【数２】
・・・（２）
【０２６２】
つまり、使用することができる係数が増える。これにより、より自由度の高いリニアマトリックス後出力が得られ、これにより色再現性の向上が期待できる。
【０２６３】
２．光源推定精度の向上（撮像装置）
カメラなどの撮像機器において、撮影時の周辺の照明（蛍光灯や白熱電球、白色ＬＥＤなど）を推定して、照明に応じた画作り（例えば色ターゲットを変えるなど）を実施する手法が広く用いられている。しかし、白色LED（Light Emitting Diode）などのように新しい光源が増えてきたことで、その光源が何であるかを推定するのが難しくなってきていた。
【０２６４】
そこで、上述したCMOSイメージセンサ１０００において、RGBを上面フォトダイオード１０２１で光電変換して取り出し、下面のフォトダイオード１０３１ではさらに別の波長帯の色成分を光電変換して取り出すようにする。この場合、上面のフォトダイオード１０２１において得られた信号値だけで光源が推定しきれない場合、下面のフォトダイオード１０３１において得られた信号値も用いて光源を推定することができる。これにより、光源推定の精度を高めることができる。
【０２６５】
例えば、従来、光源推定をＲ／Ｇ、Ｂ／Ｇの出力比で実施していたとする。仮に光源出力分光の異なる光源１と光源２があったとしても、Ｒ／Ｇ、Ｂ／Ｇが異なる値になるとは限らない。出力は、光の波長毎に出るわけではなく、センサの分光特性と光源の掛け算などで決まる積分的な要素であるため、積分値が一緒になれば、各波長における出力が異なっていても判別ができなくなる。しかしながら、本技術では、下面フォトダイオードでも新たな分光特性を得ることができるため、例えば上面でＲ／Ｇ、Ｂ／Ｇが同等の値であっても、下面でＲ／ＩＲの特性は異なってくる可能性があり、光源推定の精度を高めることができる。同一画素に複数色を持たせるため、解像度を落とすことなく、これを実現することができる。
【０２６６】
３．医療機器などへの応用
近赤外波長などは医療分野でも用いられ始めており、解析精度の向上などが期待されている波長領域でもある。これに対して、上述したように赤外感度の低さなどが弊害となっている。
【０２６７】
例えば、複数波長の情報からヘモグロビンの解析を行うような手法がある。例えば、特許番号２９３２６４４号においては、ヘモグロビンの酸素化−脱酸素化に伴う吸光度変化とチトクロムオキシダーゼの酸化還元状態変化に伴う吸光度変化がともに生ずる近赤外領域において、２組の異なる波長群の光を生体組織に照射して各波長での吸光度変化を測定し、各波長群について吸光度変化が全てヘモグロビンの酸素化−脱酸素化に依存すると仮定し、吸光係数として各波長での酸素化型ヘモグロビンの吸光係数及び脱酸素化型ヘモグロビンの吸光係数のみを用いてヘモグロビン量変動を算出し、これら２組の波長群のヘモグロビン量変動算出値の差からチトクロムオキシダーゼの変動量を算出する手法が提案されている。
【０２６８】
このような手法において、従来は１画素で１波長の解析であったため、複数波長の光を照射するか、複数の近赤外画素を使用する必要があり、撮像素子、装置の微細化の弊害となっていた。
【０２６９】
本技術を適用することで、図２８のような医療機器（ヘルスケア装置、カプセル内視鏡、DNAチップなど）において、単一光で複数波長成分の出力を単一画素で得ることができる。
【０２７０】
図２８Ａに示されるヘルスケア装置１６２０は、撮像装置１６２１および解析装置１６２２よりなる。撮像装置１６２１は、検体である人体１６３１（例えば指等）を撮像し、上述したように複数波長光の信号を検出し、解析装置１６２２は、その信号から例えばヘモグロビンの解析等、医療に関する所定の解析を行う。
【０２７１】
また、図２８Ｂに示されるカプセル内視鏡１６４０は、被験者等がこれを飲み込み、体内において人体の様子を撮像する小型の装置である。カプセル内視鏡１６４０は、撮像装置１６４１を内蔵する。
【０２７２】
これらの装置の撮像装置として、本技術を適用した撮像装置１６００（図２７）を用いる。これにより、高解像度を維持したまま、波長依存取得を同時に行うことが可能となる。波長依存を取得することで前述したようなヘモグロビンの解析など、ヘルスケア、病理解析に使用することが可能となる。
【０２７３】
また、単一画素に分子サイズが収まってしまうような分子やDNAの光学特性解析においても、１画素で複数の光学特性を得ることができる本技術は、光学特性をより正確に取得することができる（同一分子を同一画素で複数分光することができる）。
【０２７４】
４．ToFへの応用
赤外光などを使って奥行き情報を得るToF（Time of Flight）の手法がある（例えば特開２０１２−４９５４７号公報参照）。このような手法に本技術を適用することにより、精度を向上させることができる。
【０２７５】
図２９に示される電子機器１６５０は、互いに異なる波長の赤外光を照射する赤外光照射部１６５１および赤外光照射部１６５２を有する。このように互いに異なる複数の波長の赤外光を計測対象物１６６１に照射することにより、外光（ノイズ源１６６２）の影響により一方の波長帯には多くのノイズがのり、計測できなかった場合であっても、他方の波長帯の出力を得ることにより、距離計測をより確実に行うことができる。
【０２７６】
このような電子機器１６５０の撮像素子１６５３として、本技術を適用することにより、１画素で複数の赤外光をサンプリングすることができるため、解像度を落とすことなく精度向上が期待できる。
【０２７７】
５．ＩＲカットフィルタレス化
赤外（ＩＲ）光の受光、コストメリット、低背化などの目的でＩＲカットフィルタを無くしたりするようなケースも考えられる。また、モジュール内のメカによりIRカットフィルタ（IRCF）の挿入ON/OFFを切り替えても良い。図３０Ａに示されるレイアウトでは、上面ＰＤ１６７１でＩＲを含むＲＧＢ出力を得て、下面ＰＤ１６７２では残ったＩＲ成分が出力される。つまり、上面ＰＤ１６７１の出力から下面ＰＤ１６７２の出力を差し引くことで、ＩＲ成分を低減、もしくは除去することができる。除去する際に、個別の出力に補正係数をかけて演算しても良いし、他の色の赤外情報なども用いてリニアマトリックスのような演算を行っても良い。
【０２７８】
また、図３０Ｂに示されるように、撮像素子としてCMOSイメージセンサ１０００を適用する撮像モジュール１６８０が、IRカットフィルタ（IRCF）１６８３の挿入をメカで制御することができる構成を有するとする。この撮像モジュール１６８０には、集光レンズ１６８１を介して光が入射される。
【０２７９】
IRカットフィルタ１６８３挿入時は、この入射光の赤外成分がカットされる。したがって、下面フォトダイオードには上面のＲＧＢで吸収し切れなかった光成分が光電変換される。この時は、上面ＰＤの出力と下面ＰＤの出力とを合成して使用してもよい。
【０２８０】
これに対して、IRカットフィルタ無しの場合、上面ＰＤと下面ＰＤの両方に赤外成分が入射し、なおかつ下面フォトダイオードには赤外の割合がより多くなる。そのため、上述したように上面PDの信号から下面PDの出力を差し引いて使用するようにしても良い。このように、IRカットフィルタ１６８３の状態に応じて制御方法を変えることが可能である。
【０２８１】
［実施例６］
上面ＰＤと下面ＰＤでは、波長ピークが異なるだけでなく、出力も異なる。同じ電荷蓄積時間、同じフォトダイオード設計の場合、下面フォトダイオードの方が上面フォトダイオードよりも出力が低くなる。これは、上面フォトダイオードで吸収されきれなかった光のみが下面フォトダイオードに入射するためである。これを利用し、上面フォトダイオードが飽和した際は、下面フォトダイオードの値を用いて画作りを行っても良い。つまり、まず、上面フォトダイオードから電荷を読み出すようにし、上面フォトダイオードが飽和した（例えば所定の閾値を超えた）際に、下面フォトダイオードから電荷を読み出すようにしてもよい。この時、図２２Ｂの例で示したように分光の波長ピークが異なるため、上面ＰＤ使用時と下面ＰＤ使用時では、それぞれでリニアマトリックスの係数を変えることが望ましい。
【０２８２】
図３１にリニアマトリックス選択の際のフロー例を示した。
【０２８３】
ステップＳ１６０１において、リニアマトリックス部１６０６は、上面PD出力を取得し、その値から、上面PD出力が飽和しているか否かを判定し、その判定結果に基づいて上面PDを用いるか下面PDを用いるかを判別する。
【０２８４】
上面PD出力が飽和していると判定された場合、処理は、ステップＳ１６０２に進む。
【０２８５】
ステップＳ１６０２において、リニアマトリックス部１６０６は、下面PD出力を読み出させ、その出力から生成された画像データをデモザイク部１６０５から取得する。ステップＳ１６０２の処理が終了すると、処理はステップＳ１６０４に進む。
【０２８６】
また、ステップＳ１６０１において、上面PD出力が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップＳ１６０３に進む。ステップＳ１６０３において、リニアマトリックス部１６０６は、上面PD出力を読み出させ、その出力から生成された画像データをデモザイク部１６０５から取得する。ステップＳ１６０３の処理が終了すると、処理はステップＳ１６０４に進む。
【０２８７】
ステップＳ１６０４において、リニアマトリックス部１６０６は、他の色が上面か下面のどちらを使っているかを判別する。
【０２８８】
ステップＳ１６０５において、リニアマトリックス部１６０６は、その判別結果にしたがって、リニアマトリックスを選択する。リニアマトリックスは、前提となる画素の分光特性の組み合わせ次第で最適値が異なるためである。
【０２８９】
リニアマトリックス部１６０６は、画像データに、選択したリニアマトリックスをかけて色再現などを向上させ、ガンマ補正を行わせた後、輝度信号と色差信号を生成させ、ステップＳ１６０６において、ビデオインタフェース（IF）１６０９から出力させる。
【０２９０】
また、上面と下面の感度差を自由に制御したい場合、実施例２に記載したように、光吸収体や配線層による遮光などで入射光を制御しても良いし、電荷蓄積時間を個別制御して光電変換される量を制御しても良い。もしくは、色別の感度差の補正を蓄積時間でおこなってもよい（上面PDに入射する光が短波長である程、下面PDの出力が減るため、これを波長依存のないように蓄積時間で調整する）。
【０２９１】
この例を図３２に示す。図３２の例の場合、上面ＰＤ１６７１においては、RGBの各色の蓄積時間は互いに同一（蓄積時間R’＝G'＝B’）であるが、下面PD１６９２においては、R',G',B'のそれぞれの蓄積時間が互いに異なる（蓄積時間R’＜G'＜B’）時間に設定されている。
【０２９２】
このようにすることで、例えば上面フォトダイオード１６７１に対して、下面のフォトダイオード１６９２の感度（光量差/蓄積時間差）を例えば1/16にすることができる。そうすると、上面で飽和に達していても、下面はその１６倍の光（OnChipLensに入射する光）を受光することができる。つまり、ダイナミックレンジが１６倍に拡大する。
【０２９３】
信号処理で、読み出し時に上面フォトダイオード１６７１が飽和に達していれば、下面フォトダイオード１６７２を用いる選択をする。上面フォトダイオード１６７１の信号とと下面フォトダイオード１６７２の信号を組み合わせても色成分や輝度成分が変わらないように、光量差、感度差をゲインやリニアマトリックスを変えて調整するようにしてもよい。
【０２９４】
なお、光量差の倍率は上記手法により、任意に設定できるものである。なお、HDRを実施する際の撮像装置の主な構成例を図３３に示す。
【０２９５】
図３３に示される撮像装置１７００は、被写体を撮像し、被写体の画像を電気信号（画像データ）として出力する。図３３に示されるように、撮像装置１７００は、レンズ系１７０１、撮像素子１７０２、A/D変換部１７０３、クランプ部１７０４、メモリ部１７０５、倍率演算部（HDR演算部）１７０６、上面／下面合成部１７０７、デモザイク部１７０８、リニアマトリックス部１７０９、ガンマ補正部１７１０、輝度クロマ信号生成部１７１１、およビデオインタフェース（IF）１７１２を有する。
【０２９６】
つまり、撮像装置１６００（図２７）と比較して、撮像装置１７００は、撮像装置１６００のレンズ系１６０１乃至ビデオインタフェース（IF）１６０９のそれぞれに対応するレンズ系１７０１乃至クランプ部１７０４、並びに、デモザイク部１７０８乃至ビデオインタフェース（IF）１７１２に加え、メモリ部１７０５、倍率演算部１７０６、および上面／下面合成部１７０７を有する。
【０２９７】
メモリ部１７０５は、上面PD出力と下面PD出力をそれぞれ記憶する。倍率演算部１７０６は、下面PDの出力データに、下面PDと上面PDとの間の感度差分のゲインを乗算する。上面／下面合成部１７０７は、上面PDの出力データと、ゲインを乗算した下面PDの出力データとを合成する。ここでの処理は、例えば、図３１で述べた上面PD出力が飽和していれば下面PD出力を使うなどの選択肢が考えられる。
【０２９８】
飽和でなくとも、閾値や他色画素に基準（閾値）を設けて選択するようにしても良い。その後、デモザイク部１７０８が色信号を必要に応じて補完し、リニアマトリックス部１７０９が、リニアマトリックスを加える。ここで加えるリニアマトリックスは、上面、下面のどちらのPDを各色に対してどのように使用しているかに応じて変化させるのが望ましい（上面と下面で分光特性が異なるため）。つまり、図３１で述べたフローでリニアマトリックスを選択する。
【０２９９】
リニアマトリックス部１７０９は、全て上面PD（R,G,B）の画素が用いられれば、上述した式（１）のModeAのリニアマトリックスを適用し、例えばGのみ下面PDの画素（G '）が用いられれば、以下の式（３）に示されるようにリニアマトリックスの値をModeCに変化させる。
【０３００】
【数３】
・・・（３）
【０３０１】
［実施例７］
上記でも述べた赤外光などを使って奥行き情報を得るToF（Time of Flight）の手法（例えば特開２０１２−４９５４７号公報参照）を組み合わせることで、精度が高まる効果も得られる。
【０３０２】
例えば、図２９に示される例において、発光波長を１波長にしても精度を高めることができる。１波長の波長帯のLEDを被写体に向けて照射し、その際の反射する光の位相差を捕らえて距離を計測するのがToFであるが、ToFでは発光強度を時系列に変えて照射し、被写体に当たった光が撮像素子に入射した時の位相状態から距離を判別している。図３４に示されるように、受光上下PD（PD1,PD2）でシャッタタイミングを変えることで、時系列でのサンプリング回数を増やすことができ、解像度を維持したまま精度を向上させることが可能となる。また、サンプリング回数が増えれば、動被写体の判別にも有用である。
【０３０３】
これは、ToFの手法に限らず、他の奥行き判別手法においても精度を向上させることが可能で、例えば米国特許「US 2010/0118123 A1」のように、赤外光を投影するような距離検出システムにおいても適用することができる。つまり、光源の波長種類を増やし、外光の影響を受けにくくし、同一画素に設けられた複数のフォトダイオードを用いて、それらを個別に受光する。この際、一方の波長帯に外光によるノイズ源があっても、他方で測位することができる。また、フォトダイオード毎に転送ゲートや配線層を持つ本技術では個別にシャッタータイミングを変えることができるため、サンプリングタイミングをズラして、１画素で複数タイミングの情報を得ることにより、動被写体にも強くなり、これを解像度を維持したまま実現することができる。
【０３０４】
［実施例８］
上面フォトダイオードと下面フォトダイオードは、例えば図３５Ａに示されるように、異なる配線層を有することができるが、駆動のための配線層を共有しても良い。例えば、上面フォトダイオードの駆動の際に、支持基板側の配線層を用いても良い。これは、特開２０１１−２０４９１５号公報などにある方法である。こうすることで、上面フォトダイオードと下面フォトダイオード間の配線層を薄くすることができ、下面フォトダイオードに光学的なロスが少ない状態で光を入射させることが可能となる。
【０３０５】
配線の接続方法は、例えば図３５Ｂに示されるように、特開２０１１−２０４９１５号公報の方式を用いても良いし、青色カラーフィルタ下の下面フォトダイオードは前述したように感度が期待できないため、この色を接続用電極取り出し部として用いても良い（例えば図３５Ｃ）。画素領域内で電極を共有するため、チップサイズを小さくすることができる。さらに、例えば図３５Ｄのように、素子分離領域を電極取り出し部として用いても良い。この場合、画素の光路周辺にコンタクトや電極が配置されるため、隣接画素からの混色のバリヤともなり、混色改善に寄与することができる。
【０３０６】
［実施例９］
図１２に示されるCMOSイメージセンサ１０００の構造において、カラーフィルタ１０２６を例えば有機光電変換膜に変更しても良い。例えば、緑色の成分を有機光電変換膜で光電変換して取り出す。有機光電変換膜を抜けた光は、青と赤の成分になる。青と赤は波長帯が離れているため、上面フォトダイオードと下面フォトダイオードで個別に分離しやすくなる。分光が色毎に分離しやすくなることで、高色再現を実現することができる。また、特開２０１１−２９４５３号公報に記載のようにフォトダイオード横に読み出し電極などを配置しないため、フォトダイオード面積を大きくすることができ、飽和電子数や感度を向上させることができる。さらに、ゲート電極を配置する上でシリコンを彫り込む必要がないため、エッチングによってＳi基板にダメージが入ることによる暗電流、白点などの発生を防ぐことができる。
【０３０７】
以下に、電子機器としての実施例について説明する。
【０３０８】
［実施例１０］
近赤外波長などは医療分野でも用いられ始めており、解析精度の向上などが期待されている波長領域でもある。その一方、前述したように赤外感度の低さなどが弊害となっている。さらに、従来は１画素で１波長の解析であったため、複数波長の情報からヘモグロビンの解析を行うような手法（例えば特許番号２９３２６４４号に記載の方法等）においては、複数波長の光を照射するか、複数の近赤外画素を使用する必要があり、撮像素子、装置の微細化の弊害となっていた。
【０３０９】
本技術を適用することで、図２８に示されるような医療機器（ヘルスケア機器、カプセル内視鏡、DNAチップ等）において、単一光で複数波長成分の出力を単一画素で得ることが出来る。つまり、高解像度を維持したまま、波長依存取得を同時に行うことが可能となる。波長依存を取得することで前述したようなヘモグロビンの解析など、ヘルスケア、病理解析に使用することが可能となる。
【０３１０】
また、単一画素に分子サイズが収まってしまうような分子やDNAの光学特性解析においても、１画素で複数の光学特性を得ることができる本技術は、光学特性をより正確に取得することができる（同一分子を同一画素で複数分光することができる）。
【０３１１】
［実施例１１］
図３６には図２１で示したフォトダイオード３層構造のCMOSイメージセンサ１４００における色配置例を示した。この撮像素子は、図３０Ｂで示したIRカットフィルタ挿入／非挿入が可動なものに組み込むようにしても良い。図３６の配列例では、上面PD１７３１では通常通り、ＲＧＢを受光し、中面PD１７３２および下面PD１７３３でＩＲ光を受光する設計としている。このような構造のCMOSイメージセンサ１４００を図３３の撮像装置１７００の撮像素子１７０２に適用することができる。その場合、メモリ部１７０５は、上面PD１７３１の出力、中面PD１７３２の出力、および下面PD１７３３の出力の各データを記憶する。また、上面／下面合成部１７０７は、その上面PD１７３１の出力、中面PD１７３２の出力、および下面PD１７３３の出力の各データの合成を行う。また、上面／下面合成部１７０７は、その合成の為に必要な、他の処理部で実行される処理の制御も行う。このような撮像装置１７００（図３３）において、例えば、赤外光により奥行き情報を得たい場合、図３７の信号処理フロー例に従い処理を行う。
【０３１２】
処理が開始されると、上面／下面合成部１７０７は、ステップＳ１７０１において、撮像素子１０７２（CMOSイメージセンサ１４００）の上面PD１７３１のRGBの出力を得て、被写体（被検出対象）がどういった外光下に置かれているかを推定する。
【０３１３】
ステップＳ１７０２において上面／下面合成部１７０７は、ステップＳ１７０１の推定結果を用いて、図示せぬIR光照射部から被写体に向けて照射するIR光を決定する。ここで照射するIR光は、図２９のような電子機器１６５０から被写体に向けて照射されるものである。例えば、外光が強い際はこの強度を上げたり、周辺光源の色温度に応じて図２９中の各赤外光の割合を変えたりすることができる。
【０３１４】
ステップＳ１７０３において、撮像素子１７０２は、ステップＳ１７０３において照射された最適なIR光で被写体を撮影し、中面PD１７３２および下面PD１７３３でIRを受光する。
【０３１５】
ステップＳ１７０４において、上面／下面合成部１７０７は、中面PD１７３２と下面PD１７３３のそれぞれにおいて受光した光の強度を個別にメモリ部１７０５から読み出し、それぞれの値が信頼できる値かどうかを判断する（例えば、外光によるノイズが多くないかなどを判定する）。その結果、中面PD１７３２の出力および下面PD１７３３の出力の両方が信頼できると判定された場合、処理はステップＳ１７０５に進む。
【０３１６】
ステップＳ１７０５において、上面／下面合成部１７０７は、その信頼できる中面PD１７３２の出力および下面PD１７３３の出力を合成する。
【０３１７】
また、ステップＳ１７０４において、中面PD１７３２の出力および下面PD１７３３の出力の両方を信頼することは困難であると判定された場合、処理はステップＳ１７０６に進む。
【０３１８】
ステップＳ１７０６において、上面／下面合成部１７０７は、中面PD１７３２の値は信頼できるか否かを判定する。信頼できると判定された場合、処理はステップＳ１７０７に進む。ステップＳ１７０７において、上面／下面合成部１７０７は、メモリ部１７０５から中面PD１７３２の画素値のみを読み出し、出力する。
【０３１９】
さらに、ステップＳ１７０６において、中面PD１７３２の出力を信頼することは困難であると判定された場合、処理はステップＳ１７０８に進む。
【０３２０】
ステップＳ１７０８において、上面／下面合成部１７０７は、下面PD１７３３の値は信頼できるか否かを判定する。信頼できると判定された場合、処理はステップＳ１７０９に進む。ステップＳ１７０９において、上面／下面合成部１７０７は、メモリ部１７０５から下面PD１７３３の画素値のみを読み出し、出力する。
【０３２１】
また、ステップＳ１７０８において、下面PD１７３３の出力を信頼することは困難であると判定された場合、処理はステップＳ１７０２に戻る。
【０３２２】
もちろん、上記手段に限らず合算読み出しなど、多くの使用例が想定される。こういった撮像素子を電子機器に埋め込むことで、奥行き情報取得の精度を上げることが出来る。もちろん、奥行き情報に限らず、色再現やダイナミックレンジなど、前述した効果を得る目的で使用しても良い。
【０３２３】
使用できる電子機器の例としては、例えば前述した医療機器や、図３８のような携帯通信端末（スマートフォン）１８００、図３９のような白杖１８２０、図４０のようなカメラ１８３０、図４１のようなカメラの設置台１８４０、図２８のようなシステムユニット１８６０など多くの用途が考えられる。
【０３２４】
［実施例１２］
本技術の撮像素子は、前述したように図３８に示されるような携帯通信端末１８００に組み込むことができる。例えば、図３６の構造を用いて、上面ＲＧＢで色や陰などから被写体を判別し（例えば手かどうか）、撮像素子１８０１の中面、下面のＩＲ受光部で奥行き情報を得る。こうすることで、人体１８１０（例えば手）を近づけた時は、通話音量（電話使用時）を上げ、人体１８１０（例えば手）を離した時は、通話音量を下げる、手を振ったときは通話を切るなど、動作に応じて個々の操作内容を組み込むことができる。実施例１１で述べたように、外光に応じて適切なＩＲ光を照射することもできるので、精度良く判別が可能となる。
【０３２５】
［実施例１３］
本技術の撮像素子は、特開２０１０−１５８４７２号公報に記載されているように、図３９のような白杖１８２０にも組み込むことができる（撮像装置１８２１）。撮像装置１８２１において得られた撮像画像から、色と奥行き情報を個別に判別できることで、足下の物体が何かを瞬時に判別し、杖１８２０のバイブレーションや音などで危険を伝えることができる。実施例１１で述べたように、外光に応じて適切なＩＲ光を照射することもできるので、精度良く判別が可能となる。また、点字ブロック自体が特定の赤外波長で発光していて、それを本技術の撮像素子で受光しても良い。この場合、従来のような凹凸式の点字ブロックもなくすことも可能となる。
【０３２６】
［実施例１４］
本技術の撮像素子は、前述したように図４０に示されるようなカメラ１８３０（電子機器）にも用いることができる。この例のカメラ１８３０は、被写体に対して正面側に撮像部１８３１と正面ディスプレイ１８３２を有している。なお、背面側にもディスプレイが設けられていてもよい。
【０３２７】
カメラ１８３０から離れた場所から自分撮りをする際に、正面ディスプレイ１８３２に映った自分を確認しながら撮影することができる。この際、本技術の撮像素子を適用することで、例えば、ズームイン、ズームアウトを自分自身の動作により実施することができる（これ以外の動作であっても良い）。同様に、例えば図４１Ａに示されるように、カメラ１８３０と接続された設置台１８４０に本技術の撮像素子を組み込んでも良い。この場合も同様に、設置台１８４０に設けられた撮像素子１８４１により、被写体の動きが検出され、カメラにズームイン、ズームアウトの命令を出す。また、カメラ１８３０に指示するだけでなく、被写体の動作に応じて設置台１８４０の可動部を動かすようにしても良い。例えば、設置台１８４０の可動部が動くことにより、カメラ１８３０の水平方向や垂直方向の向きを変えるようにしてもよい。例えば、図４１Ｂに示されるように、設置台１８４０の可動部が動くことにより、カメラ１８３０が回転するようにしてもい。また、例えば、図４１Ｃに示されるように、設置台１８４０の可動部が動くことにより、カメラ１８３０が上を向いたり下を向いたりするようにしてもよい。
【０３２８】
これらを実施する場合の信号処理フロー例を図４２に示した。図４０の例を用いて説明する。
【０３２９】
処理が開始されると、ステップＳ１８０１において撮像部１８３１は、ＲＧＢデータを取得する。ステップＳ１８０２において撮像部１８３１は、撮像領域内に人がいるかどうかを判別する。人がいる場合、処理は、ステップＳ１８０３に進む。
【０３３０】
ステップＳ１８０３において、撮像部１８３１は、ＩＲデータを取得するように命令（同時にＩＲ発光させても良い）する。ステップＳ１８０４において、撮像部１８３１は、奥行き情報を算出する。
【０３３１】
ステップＳ１８０５において、撮像部１８３１は、人の手が垂直に上げられているか、否かを判定する。手が垂直に上げられていると判定された場合、処理は、ステップＳ１８０６に進む。
【０３３２】
ステップＳ１８０６において、カメラ１８３０は、手が垂直に上げられたことに対応する処理である操作１を実行する。
【０３３３】
また、手が垂直に上げられていないと判定された場合、処理は、ステップＳ１８０７に進む。
【０３３４】
ステップＳ１８０７において、撮像部１８３１は、手の方が顔より前にあるか否かを判定する。手の方が顔より前に有ると判定された場合、処理はステップＳ１８０８に進む。
【０３３５】
ステップＳ１８０８において、カメラ１８３０は、手の方が顔より前にあることに対応する処理である操作２を実行する。
【０３３６】
さらに、手の方が顔より前に無いと判定された場合、処理は、ステップＳ１８０９に進む。
【０３３７】
ステップＳ１８０９において、カメラ１８３０は、手の方が顔より前にないことに対応する処理である操作３を実行する。
【０３３８】
この操作１乃至操作３は、例えば、ズーム動作やシャッタの駆動などである。
【０３３９】
そして、図３０の例の場合、上記操作の中でシャッタが切られる際、IRカットフィルタ１６８３が挿入される。そして、本技術の最上面のフォトダイオードは裏面照射と同等の高い感度特性が得られるため、高画質の静止画、動画映像を得ることが可能となる。もちろん、前述したようにHDRや高色再現、光源推定精度向上などの用途で用いても良い。また、カメラは図４３に示されるような３板式のものなど複数板のものであっても良い。つまり、図４３に示される撮像装置は、本技術を適用した撮像素子１８５１乃至撮像素子１８５３を有する。この場合、前段でR,G,Bに分光した後に撮像素子に入射させるため、撮像素子１８５１乃至撮像素子１８５３にはカラーフィルタが無くても良い。上記同様、HDRや高色再現、光源推定精度向上などの用途で用いることができる。
【０３４０】
［実施例１５］
本技術の撮像素子は、前述したように図４４のような特表２０１１−５０７１２９号公報に記載のゲーム機器であるシステムユニット１８６０（もしくはテレビ受像機１８６２）にも用いることができる。このシステムユニット１８６０は、例えば、カメラ１８６１により得られた画像により、被写体の物体、形状、動作の判別を行うことで、特定のアクションを指示として受け付け、その指示に応じた処理を行い、その処理結果に応じた映像をディスプレイ（テレビ受像機１８６２など）に表示する。
【０３４１】
本技術の撮像素子を用いることで、上述したように奥行き情報をより精度良く得ることができ、図３４を使って説明したように上下のPDでシャッタータイミングを変えることで、データ取得タイミングが実質２倍にすることができるため、動被写体にも強いものとなり、激しい動作を伴うようなゲームに対しても好適である。もちろん、同じタイミングで読み出し、合算値を出力として用いても良い。また、図３７のフローで説明したように、被写体のおかれている光源環境を推定した上で、ＩＲ光を決定し、さらに取得したデータから、上面（もしくは中面）、下面のどのＰＤの値を使うかを決めても良い。これらにより、精度の高い検出が可能となる。
【０３４２】
なお、この電子機器のブロック図例を図４５に示す。
【０３４３】
図４５は、本技術の一実施形態による、ユーザ定義コントローラを作成するために動的３次元オブジェクトマッピングを使用可能なコンピュータシステムである、ソニー（登録商標）プレイステーション（登録商標）３エンターテイメントデバイスの全体的なシステムアーキテクチャを模式的に示す。システムユニット１８６０は、例えばソニー（登録商標）プレイステーション（登録商標）３エンターテイメントデバイス等のゲーム機器本体である。システムユニット１８６０に接続可能なさまざまな周辺機器を備える。システムユニット１８６０は、Cellプロセッサ１９０１、Rambus（登録商標）ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＸＤＲＡＭ）ユニット１９０２、専用のビデオランダムアクセスメモリ（ＶＲＡＭ）ユニット１９０８を有するReality Synthesizerグラフィックユニット（ＲＳＸ）１９０３、およびＩ／Ｏブリッジ１９０４を備える。また、システムユニット１８６０は、Ｉ／Ｏブリッジ１９０４を介してアクセス可能な、ディスク１９４１および着脱可能なスロットインハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１９０５から読み出すためのブルーレイ（登録商標）ディスクＢＤ−ＲＯＭ（登録商標）光ディスクリーダ１９０７も備える。任意選択で、システムユニット１８６０は、同様にＩ／Ｏブリッジ１９０４を介してアクセス可能な、コンパクトフラッシュ（登録商標）メモリカード、メモリースティック（登録商標）メモリカードなどを読み出すためのメモリカードリーダ１９０６も備える。
【０３４４】
また、Ｉ／Ｏブリッジ１９０４は、６つのユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）２．０ポート１９１２、ギガビットイーサネット（登録商標）ポート１９１１、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂ／ｇ無線ネットワーク（Ｗｉ−Ｆｉ）ポート１９１０、および最大７つのブルートゥース接続に対応可能なブルートゥース（登録商標）無線リンクポート１９０９にも接続している。
【０３４５】
動作時に、Ｉ／Ｏブリッジ１９０４は、１つ以上のゲームコントローラ１９５１からのデータを含む、全ての無線、ＵＳＢ、およびイーサネット（登録商標）のデータを処理する。例えば、ユーザがゲームをプレイ中に、Ｉ／Ｏブリッジ１９０４はブルートゥースリンクを介してゲームコントローラ１９５１からデータを受信して、これをＣｅｌｌプロセッサ１９０１に転送し、Ｃｅｌｌプロセッサ１９０１が適宜ゲームの現在の状態を更新する。
【０３４６】
また、無線、ＵＳＢ、およびイーサネット（登録商標）の各ポートを介して、ゲームコントローラ１９５１のほかに、他の周辺機器１９６１も接続することが可能となる。このような周辺機器１９６１には、例えば、リモコン１９５２、キーボード１９５３、マウス１９５４、ソニープレイステーションポータブル（登録商標）エンターテイメントデバイスなどのポータブルエンターテイメントデバイス１９５５、ＥｙｅＴｏｙ（登録商標）ビデオカメラ１９５６などのビデオカメラ（本技術の撮像素子適用部）（例えば、図４４のカメラ１８６１）、マイクロフォンヘッドセット１９５７などがある。このため、これらの周辺機器は、原則としてシステムユニット１８６０に無線で接続されうる。例えば、ポータブルエンターテイメントデバイス１９５５はＷｉ−Ｆｉアドホック接続を介してし、マイクロフォンヘッドセット１９５７はブルートゥースリンクを介して通信しうる。
【０３４７】
これらのインタフェースを提供することにより、プレイステーション３デバイスは、デジタルビデオレコーダ（ＤＶＲ）、セットトップボックス、デジタルカメラ、ポータブルメディアプレーヤ、VoIP電話、携帯電話、プリンタ、およびスキャナなどの他の周辺機器と場合によっては互換となりうる。
【０３４８】
更に、ＵＳＢポート１９１２を介して旧式メモリカードリーダ１９３１をシステムユニットに接続することができ、プレイステーション（登録商標）デバイスまたはプレイステーション２（登録商標）で用いられていたタイプのメモリカードの読み出しが可能となる。
【０３４９】
本実施形態では、ゲームコントローラ１９５１は、ブルートゥースリンクを介してシステムユニット１８６０と無線通信するように動作可能である。しかし、その代わりに、ゲームコントローラ１９５１が、ＵＳＢポートに接続されてもよく、これにより、ゲームコントローラ１９５１のバッテリに充電するための電力も供給する。ゲームコントローラは、１つ以上のアナログジョイスティックおよび従来の制御ボタンを有するほか、各軸の並進運動および回転に対応する６自由度の移動を感知する。したがって、従来のボタンまたはジョイスティックコマンドのほかに、またはこれらの代わりに、ゲームコントローラのユーザが行ったジェスチャおよび移動が、ゲームへの入力として変換されうる。任意選択で、プレイステーションポータブルデバイスなどの他の無線対応の周辺機器をコントローラとして使用することができる。プレイステーションポータブルデバイスの場合、追加のゲーム情報または制御情報（例えば制御命令またはライブの数）が、当該デバイスの画面に提示されうる。ほかの代替的または補助的な制御装置が使用されてもよく、これには、ダンスマット（図示せず）、ライトガン（図示せず）、ハンドルおよびペダル（図示せず）、あるいは、即答クイズゲームのための１つまたは複数の大型のボタン（これも図示なし）などの特注品のコントローラなどがある。
【０３５０】
また、リモコン１９５２も、ブルートゥースリンクを介してシステムユニット１８６０と無線通信するように動作可能である。リモコン１９５２は、ブルーレイディスクＢＤＲＯＭリーダ１９０７の操作、およびディスクの内容の閲覧のために適した制御を備える。
【０３５１】
ブルーレイディスクＢＤ−ＲＯＭリーダ１９０７は、従来の記録済みＣＤ、記録可能ＣＤ、およびいわゆるスーパーオーディオＣＤのほか、プレイステーションデバイスおよびプレイステーション２デバイスと互換のＣＤ−ＲＯＭを読み出すように動作可能である。また、リーダ１９０７は、従来の記録済みＤＶＤおよび記録可能ＤＶＤのほか、プレイステーション２デバイスおよびプレイステーション３デバイスと互換のＤＶＤ−ＲＯＭを読み出すように動作可能である。更に、リーダ１９０７は、従来の記録済みブルーレイディスクおよび記録可能ブルーレイディスクのほか、プレイステーション３デバイスと互換のＢＤ−ＲＯＭを読み出すように動作可能である。
【０３５２】
システムユニット１８６０は、Reality Synthesizerグラフィックユニット１９０３を介して、プレイステーション３デバイスによって生成またはデコードされた音声およびビデオを、音声コネクタおよびビデオコネクタ経由で、ディスプレイ１９２１および１つ以上のスピーカ１９２２を備えた表示および音声出力装置１８６２（モニタまたはテレビ受像機など）に提供するように動作可能である。音声コネクタは、従来のアナログ出力およびデジタル出力を備える一方、ビデオコネクタは、コンポーネントビデオ、Ｓ−ビデオ、コンポジットビデオ、および１つ以上の高品位マルチメディアインタフェース（ＨＤＭＩ）の出力などを種々備えうる。したがって、ビデオ出力は、ＰＡＬまたはＮＴＳＣ、あるいは７２０ｐ、１０８０ｉまたは１０８０ｐの高解像度などのフォーマットであってもよい。
【０３５３】
音声処理（生成、デコードなど）はＣｅｌｌプロセッサ１９０１によって実行される。プレイステーション３デバイスのオペレーティングシステムは、ドルビー（登録商標）５．１サラウンドサウンド、ドルビー（登録商標）シアターサラウンド（ＤＴＳ）、およびブルーレイディスクからの７．１サラウンドサウンドのデコードに対応している。
【０３５４】
本実施形態では、ビデオカメラ１９５６は、１つの撮像素子（本技術）、ＬＥＤインジケータ、およびハードウェアベースのリアルタイムデータ圧縮およびエンコード装置を備え、圧縮ビデオデータが、システムユニット１８６０によるデコードのために、イントラ画像ベースのＭＰＥＧ（motion picture expert group）標準などの適切なフォーマットで送信されるようになる。カメラのＬＥＤインジケータは、例えば不利な照明条件を示す適切な制御データをシステムユニット１８６０から受け取ると、発光するように配置されている。ビデオカメラ１９５６の実施形態は、ＵＳＢ、ブルートゥースまたはＷｉ−Ｆｉの通信ポートを介して、システムユニット１８６０にさまざまな方法で接続しうる。
【０３５５】
ビデオカメラの実施形態は、１つ以上の関連するマイクロフォンを備えており、音声データを送信することができる。ビデオカメラの実施形態では、撮像素子（本技術）は、高解像度のビデオキャプチャに適した分解能を備えうる。使用時に、ビデオカメラによってキャプチャされた画像が、例えば、ゲーム内に取り込まれるか、またはゲームの制御入力として解釈されうる。
【０３５６】
このブロック図では表示デバイス１９２１とシステムユニット１８６０などを個別のデバイスと表記しているが、これらの機能の一部、もしくは全てが表示デバイス内に組み込まれていても良く、その時、大きさも持ち運び可能なサイズの携帯端末であっても良い。
【０３５７】
以上に説明したような本技術を用いることで、１画素で複数の分光を持つフォトダイオードが得られ、出力として複数の色成分を持つ出力を得ることができる。また、積層構造を２層化だけでなく３層以上にすることもできるため、赤外光の受光に対しても効果が大きい。さらに、裏面照射型イメージセンサのプロセスをベースとしているため、オンチップレンズ側のフォトダイオード（上面）は高感度であり、なおかつ配線層だけの膜厚だけしかフォトダイオードが離れていないため、下面フォトダイオードも高感度にすることが可能である。
【０３５８】
また、フォトダイオード間に任意の物質を形成することも容易であり、例えば周辺配線部よりも屈折率の高い物質を形成すれば、導波路としての役割を果たし、下面フォトダイオードの高感度化を実現できる。その一方で波長成分や入射光量を制限したい場合は、特定波長、もしくは全ての波長を吸収、反射する膜を形成すれば良い。こうすることで、下面フォトダイオードの分光特性を制御することが可能となる。もちろん、フォトダイオード位置を調整することで分光形状を制御しても良い。こういった制御性の向上は、下記３に述べる個別読み出しの際に活用できる。また、上面と下面を加算して高感度モードとして用いることも可能で、その切り替えにより、１つの電子機器で多様な操作が可能になる。
【０３５９】
さらに、上面と下面フォトダイオード、及びその配線層やトランジスタは、この２つが接合されるまで個別に作製できるため、各々に最適化されたプロセスを適用することができるようになる。また、個別駆動も容易であり、上面と下面のフォトダイオードから個別に信号を取り出すことができるし、個別にシャッタータイミングや、電荷蓄積時間を変化させることも可能である。これにより、色再現性の向上、ＨＤＲ、光源推定精度向上、奥行き情報取得精度向上、ヘモグロビンなどの解析によるヘルスケア、病理診断などが、それぞれ高解像度のまま実現できる。こういった技術は、カメラモジュール、カメラ、スマートフォン向けカメラ、内視鏡、カプセル内視鏡などの撮像素子を搭載する電子機器、医療機器に組み込むことで、それぞれの機器の小型化、もしくは高精度化、もしくはその両方が実現できる。
【０３６０】
また、これまでに述べた効果に加え、これまでの上面ＰＤだけで信号を出す場合でもメリットがある。図４６Ａに示したように、従来の裏面照射型イメージセンサでは、フォトダイオードを透過した光が配線層にあたり、その光が反射することで、隣接するフォトダイオードに混色することがあった。本技術を適用することで、図４６Ｂに示されるように、光をより下層まで導くことができ、上面のフォトダイオードに反射した光が入射するのを低減することが可能となる。つまり、下面フォトダイオードを駆動させない場合でも、こういった二次的な効果が得られる。
【０３６１】
以上に説明した各装置は、それぞれ、上述した以外の構成を含むようにしてももちろんよい。また、１つの装置としてだけでなく、複数の装置よりなるシステムとして構成されるようにしてもよい。
【０３６２】
上述した一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、ネットワークや記録媒体からインストールされる。
【０３６３】
この記録媒体は、例えば、装置本体とは別に、ユーザにプログラムを配信するために配布される、プログラムが記録されているリムーバブルメディアにより構成される。このリムーバブルメディアには、磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）や光ディスク（CD-ROMやDVDを含む）が含まれる。さらに、光磁気ディスク（MD（Mini Disc）を含む）や半導体メモリ等も含まれる。また、上述した記録媒体は、このようなリムーバブルメディアだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに配信される、プログラムが記録されている制御部のROMや、記憶部に含まれるハードディスクなどにより構成されるようにしてもよい。
【０３６４】
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
【０３６５】
また、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【０３６６】
また、本明細書において、システムとは、複数のデバイス（装置）により構成される装置全体を表すものである。
【０３６７】
また、以上において、１つの装置（または処理部）として説明した構成が、複数の装置（または処理部）として構成されるようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置（または処理部）として説明した構成が、まとめて１つの装置（または処理部）として構成されるようにしてもよい。また、各装置（または各処理部）の構成に上述した以外の構成が付加されるようにしてももちろんよい。さらに、システム全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある装置（または処理部）の構成の一部が他の装置（または他の処理部）の構成に含まれるようにしてもよい。つまり、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示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。
【０３６８】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１） 入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、
前記光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、
前記光電変換素子層および前記配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板と
を備える撮像素子。
（２） 前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光の互いに異なる波長域成分を光電変換する
前記（１）に記載の撮像素子。
（３） 前記光電変換素子層の光電変換素子が可視光の波長域成分を光電変換し、前記支持基板の光電変換素子が近赤外光の波長域成分を光電変換する
前記（２）に記載の撮像素子。
（４） 前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、厚さが互いに異なる
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の撮像素子。
（５） 前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して蓄積した電荷を、互いに同一のタイミングで出力する
前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の撮像素子。
（６） 前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して蓄積した電荷を、互いに異なるタイミングで出力する
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の撮像素子。
（７） 前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して蓄積した電荷を出力することにより、前記光電変換素子層において得られる画像と前記支持基板において得られる画像とが合成された合成画像を出力する
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の撮像素子。
（８） 前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して電荷を蓄積する電荷蓄積時間が、互いに異なる
前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の撮像素子。
（９） 前記配線層の前記配線は、前記配線層の一方の側から他方の側に透過する入射光の光路が確保されるように配置される
前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の撮像素子。
（１０） 前記配線層の前記光路に、周囲よりも光の屈折率の大きな素材よりなる導波路が形成される
前記（９）に記載の撮像素子。
（１１） （前記入射光が入射される側の前記撮像機能を有する構成の）前記配線層の前記光路に、光吸収体が形成される
前記（９）または（１０）に記載の撮像素子。
（１２） 前記支持基板は、前記支持基板の光電変換素子の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記支持基板の光電変換素子から電荷を読み出すための配線をさらに有し、
前記配線層の配線の外部端子と、前記支持基板の配線の外部端子とが貫通ビアにより互いに接続される
前記（１）乃至（１１）のいずれかに記載の撮像素子。
（１３） 前記光電変換素子層の光電変換素子から電荷が読み出され、前記光電変換素子の光電変換素子の電荷が所定の閾値を超えた場合、前記支持基板の光電変換素子から電荷が読み出される
前記（１）乃至（１２）のいずれかに記載の撮像素子。
（１４） 前記光電変換素子が有機光電変換膜を有する
前記（１）乃至（１３）のいずれかに記載の撮像素子。
（１５） 白色カラーフィルタをさらに備え、
前記光電変換素子層の光電変換素子において、前記白色カラーフィルタを透過した前記入射光の白色成分を光電変換し、前記支持基板の光電変換素子において、前記入射光の他の色成分を光電変換する
前記（１）乃至（１４）のいずれかに記載の撮像素子。
（１６） 前記光電変換素子において光電変換された赤外光を用いて、対象物までの奥行き情報を求める
前記（１）乃至（１５）のいずれかに記載の撮像素子。
（１７） 前記光電変換素子層の光電変換素子および前記支持基板の光電変換素子において光電変換された前記入射光のデータを、個別に出力するか、合算して出力するかを制御する
前記（１）乃至（１６）のいずれかに記載の撮像素子。
（１８） 前記支持基板は、
前記支持基板の光電変換素子が形成される光電変換素子層と、
前記支持基板の光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記支持基板の光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、
前記支持基板の光電変換素子層および前記支持基板の配線層に積層され、さらに他の光電変換素子を有する支持基板と
を有する前記（１）乃至（１７）のいずれかに記載の撮像素子。
（１９） 入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、
前記光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、
前記光電変換素子層および前記配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板と
を備え、被写体を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子の光電変換素子において得られた信号を用いて情報処理を行う情報処理部と
を備える電子機器。
（２０） 入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、
前記光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、
前記光電変換素子層および前記配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板と
を備える撮像素子と、
前記撮像素子の光電変換素子において得られた複数の波長帯の信号を用いて、解析を行う信号処理部と
を備える情報処理装置。
【符号の説明】
【０３６９】
１００ CMOSイメージセンサ， １１１ 集光レンズ， １１２ カラーフィルタ， １１３ 絶縁膜， １１４ 半導体基板， １１５ フォトダイオード， １１６ 配線層， １１７ 配線， １１８ 配線層間膜， １１９ パッシベーション膜， １２０ 配線層， １２１ 配線， １２２ 配線層間膜， １２３ 半導体基板， １２４ フォトダイオード， １２５ 支持基板， １３１ TSV， ２００ 製造装置， ２０１ 制御部， ２０２ 裏面照射型イメージセンサ製造部， ２０３ 表面照射型イメージセンサ製造部， ２０４ 組み立て部， ２５１ 導波路， ３５１ フォトダイオード， ３６０ 半導体基板， ３６１ フォトダイオード， ４００ CMOSイメージセンサ， ４１１ 半導体基板， ４１２ フォトダイオード， ４１３ 配線層， ６００ 撮像装置， CMOSイメージセンサ， １００２ 支持基板， １０２１ フォトダイオード， １０３１， フォトダイオード， １２００ 製造装置， １３００ 製造装置， １４００ CMOSイメージセンサ， １６００ 撮像装置， １７００ 撮像装置
【技術分野】
【０００１】
本開示は、撮像素子、電子機器、並びに、情報処理装置に関し、特に、より容易により多様な光電変換出力を得ることができるようにした撮像素子、電子機器、並びに、情報処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線は、シリコン（Si）への侵入長が長いので、近赤外の光を利用した高感度センサを作る場合、シリコン中での光路長を長くする必要がある。また、光が入射するシリコン表面から深い位置で光電変換が起こるため、光電変換した電子を貯めるためのポテンシャルも深い位置まで形成する必要がある。
【０００３】
従来、深い位置にポテンシャルを形成するためには、超高エネルギーのイオンインプランテーション（イオン注入）が必要となり、開発や製造のコストが増大する恐れがあった。また、それに応じたレジストの開発も必要になり、開発の難易度がさらに上がってしまう恐れがあった。
【０００４】
そこで、シリコン基板表面の表面側と裏面側からイオン注入を行うことで、赤外光が光電変換した電子を十分に貯めることが可能な深いフォトダイオードを形成する方法（（超高エネルギーのイオン注入を必要としない方法）が考えられた（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
この方法の場合、まず、シリコン基板の表面側からイオン注入を行うことにより、シリコン基板表面に可視光に対応したイメージセンサと同程度の深さにフォトダイオードを形成する。その後シリコン基板を裏返してシリコン基板裏面の研磨を行う。そして、その裏面側からイオン注入を行うことにより、シリコン基板裏面に可視光に対応したイメージセンサと同程度の深さにフォトダイオードを形成する。このように製造することにより、深さ方向に対して、最大２倍の深さを持った光電変換領域を、超高エネルギーのイオン注入を行わずに形成する。
【０００６】
なお、裏返されたシリコン基板は、必要な膜厚まで研磨され、イオン注入された後、研磨後のシリコンの厚さを支持するための支持基板と接合される。そして、シリコン基板の裏面側からイオン注入された不純物が高温の活性化処理により活性化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１９２４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の方法は、単に長波長域の光電変換効率を向上させるためのものであり、１画素において複数の光電変換出力を得ることはできず、多様な用途への利用は困難であった。また、特許文献１に記載の方法の場合、その製造においては、シリコン基板と支持基板との接合が破壊されないように、シリコン基板の裏面側からイオン注入された不純物を活性化させる活性化処理を行う必要があった。そのため、短時間で熱処理を行うことができ、接合界面に熱的な影響を与えないレーザーアニール等の処理を行う特殊な設備が必要であった。そのため、製造コストが増大する恐れがあった。
【０００９】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、１画素において、入射光の互いに異なる複数の波長域成分の光電変換結果を得ることができるようにし、より容易により多様な光電変換出力を得ることができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一側面は、入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、前記光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、前記光電変換素子層および前記配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板とを備える撮像素子である。
【００１１】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光の互いに異なる波長域成分を光電変換することができる。
【００１２】
前記光電変換素子層の光電変換素子が可視光の波長域成分を光電変換し、前記支持基板の光電変換素子が近赤外光の波長域成分を光電変換することができる。
【００１３】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、厚さが互いに異なるようにすることができる。
【００１４】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して蓄積した電荷を、互いに同一のタイミングで出力することができる。
【００１５】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して蓄積した電荷を、互いに異なるタイミングで出力することができる。
【００１６】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して蓄積した電荷を出力することにより、前記光電変換素子層において得られる画像と前記支持基板において得られる画像とが合成された合成画像を出力することができる。
【００１７】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して電荷を蓄積する電荷蓄積時間が、互いに異なるようにすることができる。
【００１８】
前記配線層の前記配線は、前記配線層の一方の側から他方の側に透過する入射光の光路が確保されるように配置されるようにすることができる。
【００１９】
前記配線層の前記光路に、周囲よりも光の屈折率の大きな素材よりなる導波路が形成されるようにすることができる。
【００２０】
前記配線層の前記光路に、光吸収体が形成されるようにすることができる。
【００２１】
前記支持基板は、前記支持基板の光電変換素子の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記支持基板の光電変換素子から電荷を読み出すための配線をさらに有し、前記配線層の配線の外部端子と、前記支持基板の配線の外部端子とが貫通ビアにより互いに接続されるようにすることができる。
【００２２】
前記光電変換素子層の光電変換素子から電荷が読み出され、前記光電変換素子の光電変換素子の電荷が所定の閾値を超えた場合、前記支持基板の光電変換素子から電荷が読み出されるようにすることができる。
【００２３】
前記光電変換素子が有機光電変換膜を有するようにすることができる。
【００２４】
白色カラーフィルタをさらに備え、前記光電変換素子層の光電変換素子において、前記白色カラーフィルタを透過した前記入射光の白色成分を光電変換し、前記支持基板の光電変換素子において、前記入射光の他の色成分を光電変換するようにすることができる。
【００２５】
前記光電変換素子において光電変換された赤外光を用いて、対象物までの奥行き情報を求めることができる。
【００２６】
前記光電変換素子層の光電変換素子および前記支持基板の光電変換素子において光電変換された前記入射光のデータを、個別に出力するか、合算して出力するかを制御することができる。
【００２７】
前記支持基板は、前記支持基板の光電変換素子が形成される光電変換素子層と、前記支持基板の光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記支持基板の光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、前記支持基板の光電変換素子層および前記支持基板の配線層に積層され、さらに他の光電変換素子を有する支持基板とを有するようにすることができる。
【００２８】
本開示の他の側面は、入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、前記光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、前記光電変換素子層および前記配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板とを備え、被写体を撮像する撮像素子と、前記撮像素子の光電変換素子において得られた信号を用いて情報処理を行う情報処理部とを備える電子機器である。
【００２９】
本開示のさらに他の側面は、入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、前記光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、前記光電変換素子層および前記配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板とを備える撮像素子と、前記撮像素子の光電変換素子において得られた複数の波長帯の信号を用いて、解析を行う信号処理部とを備える情報処理装置である。
【００３０】
本開示の一側面においては、入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、光電変換素子層の、入射光の入射面とは反対の側に形成される、光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、光電変換素子層および配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板とが備えられる。
【００３１】
本開示の他の側面においては、入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、光電変換素子層の、入射光の入射面とは反対の側に形成される、光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、光電変換素子層および配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板とが備えられ、被写体を撮像する撮像素子と、撮像素子の光電変換素子において得られた信号を用いて情報処理を行う情報処理部とが備えられる。
【００３２】
本開示のさらに他の側面においては、入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、光電変換素子層の、入射光の入射面とは反対の側に形成される、光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、光電変換素子層および配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板とを備える撮像素子と、撮像素子の光電変換素子において得られた複数の波長帯の信号を用いて、解析を行う信号処理部とを備える情報処理装置である。
【発明の効果】
【００３３】
本開示によれば、入射光を光電変換することができる。特に、より容易により多様な光電変換出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来のCMOSイメージセンサの主な構成例を示す図である。
【図２】本技術のCMOSイメージセンサの主な構成例を示す図である。
【図３】本技術の製造装置の主な構成例を示すブロック図である。
【図４】製造処理の流れの例を説明するフローチャートである。
【図５】本技術のCMOSイメージセンサの他の構成例を示す図である。
【図６】瞳補正の例を説明する図である。
【図７】本技術のCMOSイメージセンサのさらに他の構成例を示す図である。
【図８】本技術のCMOSイメージセンサのさらに他の構成例を示す図である。
【図９】本技術のCMOSイメージセンサのさらに他の構成例を示す図である。
【図１０】本技術のCMOSイメージセンサのさらに他の構成例を示す図である。
【図１１】撮像装置の主な構成例を示すブロック図である。
【図１２】本技術のCMOSイメージセンサのさらに他の構成例を示す図である。
【図１３】本技術の製造装置の他の構成例を示すブロック図である。
【図１４】支持基板製造処理の流れの例を説明するフローチャートである。
【図１５】支持基板製造処理の様子を説明する図である。
【図１６】製造処理の流れの他の例を説明するフローチャートである。
【図１７】製造処理の様子を説明する図である。
【図１８】本技術の製造装置の、さらに他の構成例を示すブロック図である。
【図１９】製造処理の流れの、さらに他の例を説明するフローチャートである。
【図２０】製造処理の様子を説明する図である。
【図２１】本技術のCMOSイメージセンサのさらに他の構成例を示す図である。
【図２２】信号読み出しの様子の例を示す図である。
【図２３】画素配置の例を示す図である。
【図２４】下層の構成例を示す図である。
【図２５】画素配置の他の例を示す図である。
【図２６】フォトダイオード形成位置の例を示す図である。
【図２７】本技術の撮像装置の主な構成例を示すブロック図である。
【図２８】医療機器への応用例を示す図である。
【図２９】ToFへの応用例を示す図である。
【図３０】撮像モジュールへの応用例を示す図である。
【図３１】撮像処理の流れの例を説明するフローチャートである。
【図３２】画素配置のさらに他の例を示す図である。
【図３３】本技術の撮像装置の他の構成例を示すブロック図である。
【図３４】サンプリング間隔の例を説明する図である。
【図３５】電極接続の構成例を示す図である。
【図３６】画素配置のさらに他の例を示す図である。
【図３７】制御処理の流れの例を説明するフローチャートである。
【図３８】携帯通信端末への応用例を示す図である。
【図３９】電子機器への応用例を示す図である。
【図４０】撮像装置への応用例を示す図である。
【図４１】電子機器への応用例を示す図である。
【図４２】制御処理の流れの例を説明するフローチャートである。
【図４３】撮像装置への応用例を示す図である。
【図４４】入力インタフェースへの応用例を示す図である。
【図４５】電子機器への応用例を示すブロック図である。
【図４６】入射光の反射の様子の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本技術を実施するための形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（撮像素子：裏面型＋表面型）
２．第２の実施の形態（製造装置および方法）
３．第３の実施の形態（応用例１：導波路）
４．第４の実施の形態（応用例２：瞳補正）
５．第５の実施の形態（応用例３：PDピッチ変更）
６．第６の実施の形態（応用例４：可視光＋可視光）
７．第７の実施の形態（応用例５：裏面型＋裏面型）
８．第８の実施の形態（撮像装置）
９．第９の実施の形態（各種応用例）
【００３６】
＜１．第１の実施の形態＞
［従来撮像素子］
まず、従来の撮像素子の構成例について説明する。図１は、従来のCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサの主な構成例を示す図である。図１に示されるCMOSイメージセンサ１０は、CMOSを用いた、単位セルごとに増幅器を持つ、裏面照射型のイメージセンサである。
【００３７】
図１においては、CMOSイメージセンサ１０の縦方向（積層方向）の構造の概略（断面の概略図）が示されている。図１に示されるように、CMOSイメージセンサ１０は、画素毎に集光レンズ１１、カラーフィルタ１２、およびフォトダイオード（Photo Diode）１５を有する。
【００３８】
図１においては、CMOSイメージセンサ１０の有効画素領域として４画素が示されている。この４画素の構成として、半導体基板１４にフォトダイオード１５−１乃至フォトダイオード１５−４が形成されている。各フォトダイオードを互いに区別して説明する必要が無い場合、単にフォトダイオード１５と称する。
【００３９】
フォトダイオード１５−１に対して集光レンズ１１−１およびカラーフィルタ１２−１が設けられている。フォトダイオード１５−２に対して集光レンズ１１−２およびカラーフィルタ１２−２が設けられている。フォトダイオード１５−３に対して集光レンズ１１−３およびカラーフィルタ１２−３が設けられている。フォトダイオード１５−４に対して集光レンズ１１−４およびカラーフィルタ１２−４が設けられている。各集光レンズを互いに区別して説明する必要が無い場合、単に集光レンズ１１と称する。また、各カラーフィルタを互いに区別して説明する必要が無い場合、単にカラーフィルタ１２と称する。
【００４０】
図１に示されるように、半導体基板１４の光入射面である裏面側に絶縁膜１３が形成され、その上に、カラーフィルタ１２および集光レンズ１１が形成される。
【００４１】
また、半導体基板１４の光入射面に対向する表面側には、配線層１６、パッシベーション膜１９、および支持基板２０が形成される。配線層１６には、配線１７および配線層間膜１８が形成される。
【００４２】
なお、CMOSイメージセンサ１０の有効画素領域でない領域の配線層には、CMOSイメージセンサ１０の外部の回路と接続するためのパッド２１が形成される。
【００４３】
このような構成のCMOSイメージセンサ１０に対して、例えば、可視光３１が集光レンズ１１−２に入射すると、その可視光３１は、集光レンズ１１−２、カラーフィルタ１２−２、および絶縁膜１３を透過し、フォトダイオード１５−２において効率よく光電変換される。
【００４４】
これに対して近赤外光３２は、可視光３１に比べて波長が長いため、シリコン（半導体基板１４）への侵入長が可視光３１よりも長く、可視光３１よりも深い位置で光電変換させた電子を集めるポテンシャル分布が必要になる。
【００４５】
しかしながら、図１に示されるCMOSイメージセンサ１０のように裏面照射型の場合、一般的に、混色の発生を抑制するために、半導体基板１４の膜厚を２μｍ乃至３μｍ程度に薄膜化する必要がある。そのため、フォトダイオード１５−４は、集光レンズ１１―４、カラーフィルタ１２−４、および絶縁膜１３を透過して入射された近赤外光３２を効率よく光電変換することができない恐れがあった。すなわち、裏面照射型のCMOSイメージセンサ１０では、近赤外光３２に対する十分な感度を得ることが困難であった。
【００４６】
そこで、特に長波長域の感度を向上させるために、特許文献１に記載の方法が考えられた。しかしながら、この方法では、１画素において複数の光電変換出力を得ることはできず、多様な用途への利用は困難であった。また、特許文献１に記載の方法の場合、半導体基板の両面からイオンインプランテーション（イオン注入）を行うが、短時間で熱処理を行うレーザーアニール等の処理を行う特殊な設備が必要であった。また混色が発生する恐れがあった。
【００４７】
なお、表面照射型のイメージセンサの場合、シリコン基板を厚くすることが可能であるが、近赤外光が効率よく光電変換される程深い位置にポテンシャルを形成するためには、超高エネルギーのイオン注入が必要であった。
【００４８】
［本技術の撮像素子］
そこで、本開示においては、１画素内において、例えば上述した可視光と近赤外光のような、入射光の互いに異なる複数の波長域成分を光電変換することができる撮像素子について説明する。
【００４９】
図２は、本技術を適用したCMOSイメージセンサの構成例を示す図である。図２に示されるCMOSイメージセンサ１００は、図１のCMOSイメージセンサ１０と同様の、CMOSを用いたイメージセンサである。
【００５０】
図２においては、CMOSイメージセンサ１００の縦方向（積層方向）の構造の概略（断面の概略図）が示されている。図２に示されるように、CMOSイメージセンサ１００には、光が、図中、略上から下に向かって入射する。CMOSイメージセンサ１００は、その入射光の進行方向に対して多層構造を有する。つまり、CMOSイメージセンサ１００に入射された光は、各層を透過するように進行する。
【００５１】
図２においては、CMOSイメージセンサ１００の有効画素領域として４画素が示されている。すなわち、この４画素の構成として、半導体基板１１４にフォトダイオード１１５−１乃至フォトダイオード１１５−４が形成される。また、フォトダイオード１１５−１の画素の構成として、集光レンズ１１１−１およびカラーフィルタ１１２−１が形成される。さらに、フォトダイオード１１５−２の画素の構成として、集光レンズ１１１−２およびカラーフィルタ１１２−２が形成される。また、フォトダイオード１１５−３の画素の構成として、集光レンズ１１１−３およびカラーフィルタ１１２−３が形成される。さらに、フォトダイオード１１５−４の画素の構成として、集光レンズ１１１−４およびカラーフィルタ１１２−４が形成される。
【００５２】
各フォトダイオードを互いに区別して説明する必要が無い場合、単にフォトダイオード１１５と称する。また、各集光レンズを互いに区別して説明する必要が無い場合、単に集光レンズ１１１と称する。さらに、各カラーフィルタを互いに区別して説明する必要が無い場合、単にカラーフィルタ１１２と称する。
【００５３】
CMOSイメージセンサ１００の、図中、パッシベーション膜１１９より上側の層は、図１のCMOSイメージセンサ１０と同様の構成を有する。すなわち、図中上から、集光レンズ１１１、カラーフィルタ１１２、絶縁膜１１３、半導体基板１１４（フォトダイオード１１５を含む）、配線層１１６（配線１１７および配線層間膜１１８を含む）、およびパッシベーション膜１１９が形成される。
【００５４】
集光レンズ１１１は、撮像面に入射した光を、対応するフォトダイオード１１５に集めることにより、フォトダイオード１１５の量子効率を向上させる。
【００５５】
カラーフィルタ１１２は、対応する集光レンズ１１１を介して入射された入射光を透過させることにより、対応するフォトダイオード１１５に、入射光の所定の波長（色）域の成分を入射させる。各カラーフィルタ１１２が透過させる波長（色）域は任意であり、可視光であってもよいし、赤外線や紫外線であってもよい。また、カラーフィルタ１１２は、全て同一の波長（色）域を透過させるフィルタであっても良いし、例えばRGBや、可視光と赤外光等のように、互いに異なる波長（色）域を透過させる複数種類のフィルタであってもよい。
【００５６】
カラーフィルタ１１２が複数種類のフィルタよりなる場合、各波長（色）域のフィルタは、例えばベイヤ配列等の所定の順に並べられるようにしてもよい。例えば、図２においてカラーフィルタ１１２−１およびカラーフィルタ１１２−３が赤（Ｒ）を透過させるフィルタであり、カラーフィルタ１１２−２およびカラーフィルタ１１２−４が緑（Ｇ（Gr））を透過させるフィルタであるようにしてもよい。また、例えば、図２においてカラーフィルタ１１２−１およびカラーフィルタ１１２−３が緑（Ｇ（Gb））を透過させるフィルタであり、カラーフィルタ１１２−２およびカラーフィルタ１１２−４が青（Ｂ）を透過させるフィルタであるようにしてもよい。
【００５７】
半導体基板１１４に形成されるフォトダイオード１１５は、図１の場合と同様に、主に可視光の波長域成分を効率よく光電変換する。すなわち、フォトダイオード１１５は、入射光に含まれる可視光の波長域成分に対して適切な深さに、光電変換した電子を貯めるためのポテンシャル分布が形成される。例えば、可視光１４１は、集光レンズ１１１−２、カラーフィルタ１１２−２、および絶縁膜１１３を透過し、フォトダイオード１１５−２において効率よく光電変換される。
【００５８】
なお半導体基板１１４の膜厚は任意である。例えば、混色の発生を抑制するために２μｍ乃至３μｍ程度に形成されるようにしてもよい。
【００５９】
配線層１１６の配線１１７は、例えばアルミニウム（AL）や同（Cu）により形成される。なお、図２において配線１１７として１つのみ示しているが、図２の配線層１１６内のグレーの四角は、全て配線１１７である。図２の例の配線層１１６においては、配線１１７が４層構造となっているが、配線の層数は任意である。
【００６０】
ところで、CMOSイメージセンサ１００は、図１のCMOSイメージセンサ１０の場合と異なり、図２に示されるように、パッシベーション膜１１９の図中下側に、さらに、配線層１２０、半導体基板１２３、および支持基板１２５を有する。
【００６１】
配線層１２０は、基本的に、配線層１１６と同様の層である。配線層１２０には、配線１２１および配線層間膜１２２が形成される。なお、図２においては、配線１２１として１つのみ示しているが、図２の配線層１２０内のグレーの四角は、全て配線１２１である。図２の例の配線層１２０においては、配線１２１が２層構造となっているが、配線の層数は任意である。
【００６２】
配線層１１６の、CMOSイメージセンサ１００の有効画素領域で無い領域には、配線層１１６の回路の外部電極としてパッド１３２が形成される。配線層１２０の、CMOSイメージセンサ１０の有効画素領域で無い領域には、配線層１２０の回路の外部電極としてパッド１３３が形成される。また、パッド１３２とパッド１３３は、TSV（Through-Silicon Via）１３１（所謂、貫通ビア）により接続される。すなわち、配線層１１６の回路と配線層１２０の回路とが接続されている。なお、このTSV１３１の数は任意である。また、図示は省略するが、配線層１１６および配線層１２０の、CMOSイメージセンサ１００の有効画素領域で無い領域には、パッド１３２やパッド１３３のようにTSV１３１により互いに接続される電極以外の、CMOSイメージセンサ１００の外部の回路と接続されるためのパッド（外部電極）が形成される。
【００６３】
半導体基板１２３は、基本的に、半導体基板１１４と同様の層である。半導体基板１２３には、フォトダイオード１１５−１の画素の構成としてフォトダイオード１２４−１が形成される。また、半導体基板１２３には、フォトダイオード１１５−２の画素の構成としてフォトダイオード１２４−２が形成される。さらに、半導体基板１２３には、フォトダイオード１１５−３の画素の構成としてフォトダイオード１２４−３が形成される。また、半導体基板１２３には、フォトダイオード１１５−４の画素の構成としてフォトダイオード１２４−４が形成される。フォトダイオード１２４−１乃至フォトダイオード１２４−４を互いに区別して説明する必要が無い場合、単にフォトダイオード１２４と称する。
【００６４】
フォトダイオード１１５を透過した入射光（フォトダイオード１１５において光電変換されなかった入射光）は、配線層１１６、パッシベーション膜１１９、および配線層１２０を介して、半導体基板１２３（フォトダイオード１２４）に入射される。配線層１１６および配線層１２０において、配線１１７および配線１２１は、この入射光の光路が確保されるように配置される。例えば、図２に示されるように、半導体基板１１４の斜線部分で示される部分（フォトダイオード１１５が形成されていない部分）の下の部分（換言するに、半導体基板１２３の斜線部分で示される部分（フォトダイオード１２４が形成されていない部分）の上の部分）にのみ、配線１１７および配線１２１が配置されるようにしてもよい。換言するに、このような配置により、配線１１７および配線１２１を光路の周囲の遮光壁として利用することができる。つまり、入射光が配線１１７および配線１２１によって反射されやすくなるので、光路の外部に入射光が漏れ出すことを抑制することができる。したがって、光電変換の効率を向上させることができるとともに、混色の発生を抑制することができる。
【００６５】
フォトダイオード１２４は、近赤外光の波長域成分を光電変換するのに適切な位置（深さ）に設けられ、フォトダイオード１１５において光電変換されずにフォトダイオード１２４に入射された入射光に含まれる近赤外光の波長域成分を効率よく光電変換する。例えば、近赤外光１４２は、集光レンズ１１１−４、カラーフィルタ１１２−４、絶縁膜１１３、フォトダイオード１１５−４、配線層１１６、パッシベーション膜１１９、および配線層１２０を透過し、フォトダイオード１２４−４において効率よく光電変換される。
【００６６】
以上のように、CMOSイメージセンサ１００は、入射光の進行方向に対して多層構造を有し、配線層（配線層１１６および配線層１２０）を挟む２層のフォトダイオード（光電変換素子）の層（半導体基板１１４および半導体基板１２３）を有する。
【００６７】
このような構成とすることにより、CMOSイメージセンサ１００は、１画素において、フォトダイオード１１５およびフォトダイオード１２４により、例えば、可視光と近赤外光との両方の波長域成分（すなわち、互いに異なる複数の波長域成分）を効率良く光電変換することができる。換言するに、フォトダイオード１１５とフォトダイオード１２４との間に、配線層（配線層１１６および配線層１２０）を挟むことにより、設定が容易なこれらの配線層の厚さによって、フォトダイオード１２４の深さを容易に設定することができる。つまり、より容易に、任意の複数の波長域の光電変換の効率を向上させることができる。
【００６８】
CMOSイメージセンサ１００は、一部若しくは全部の画素がこのように構成される。したがって、CMOSイメージセンサ１００は、画素数および画素サイズを低減させずに、すなわち、画質の低減を抑制しながら、（高画質な）可視光の画像を得ることができるとともに、（高画質な）近赤外光の画像を得ることができる。少なくとも、CMOSイメージセンサ１００は、図１のCMOSイメージセンサ１０と同程度の画質の可視光の画像を得ることができ、さらに、近赤外光の画像も得ることができる。
【００６９】
なお、CMOSイメージセンサ１００は、２段のフォトダイオード（フォトダイオード１１５およびフォトダイオード１２４）を用いて、可視光の画像と近赤外光の画像を得る。したがって、CMOSイメージセンサ１００は、可視光の画像と近赤外光の画像を同時に得ることができる（互いに同タイミングの画像を得ることができる）。例えば、赤外光の画像を用いて画像補正方法を決定し、その画像補正方法を用いて可視光の画像を補正する等、両者の画像を用いて処理を行う場合のように、この赤外光の画像と可視光の画像が同タイミングの画像であるのが望ましい場合も考えられる。もちろん、両者の画像のタイミングが互いに異なる方が望ましい場合も考えられるが、CMOSイメージセンサ１００は、可視光の画像と近赤外光の画像を互いに異なるタイミングに取得するようにすることもできる。
【００７０】
また、CMOSイメージセンサ１００は、フォトダイオード１１５において得られた画像と、フォトダイオード１２４において得られた画像とを合成することにより、高画質な赤外光画像を得ることができる。すなわち、実効的な光路長を伸ばした近赤外センサを実現することができる。
【００７１】
なお、配線１１７および配線１２１の少なくとも一部が、フォトダイオード１１５およびフォトダイオード１２４のうち少なくともいずれか一方から電荷を読み出すための回路の配線であるようにしてもよい。例えば、配線層１１６の配線１１７の少なくとも一部がフォトダイオード１１５から電荷を読み出すための回路の配線であり、配線層１２０の配線１２１の少なくとも一部がフォトダイオード１２４から電荷を読み出すための回路の配線であり、これらの回路が互いに独立しているものとしてもよい。
【００７２】
この場合、図２において、集光レンズ１１１乃至パッシベーション膜１１９の各層は、裏面照射型のCMOSイメージセンサを形成し、配線層１２０乃至支持基板１２５の各層は、表面照射型のCMOSイメージセンサを形成する。この裏面照射型のCMOSイメージセンサと、表面照射型のCMOSイメージセンサとは、互いに独立している。すなわち、この場合、CMOSイメージセンサ１００は、互いに独立した２つのCMOSイメージセンサが重畳され、接続されている。
【００７３】
この場合のCMOSイメージセンサ１００は、裏面照射型のCMOSイメージセンサにより入射光の可視光の波長域成分を光電変換して高画質な可視光の画像を得ることができる。また、CMOSイメージセンサ１００は、表面照射型のCMOSイメージセンサにより入射光の近赤外光の波長域成分を光電変換して高画質な近赤外光の画像を得ることができる。
【００７４】
また、CMOSイメージセンサ１００の構成として重畳されたこれらのCMOSイメージセンサは、互いに独立して動作させることができる。したがって、CMOSイメージセンサ１００は、例えば、可視光の画像と近赤外光の画像を同時に得る（互いに同タイミングの画像を得る）ようにすることも、可視光の画像と近赤外光の画像を互いに異なるタイミングに取得するようにすることも、容易に行うことができる。また、その切り替え制御も容易に行うことができる。
【００７５】
例えば、可視光の画像と近赤外光の画像を同時に得る場合、フォトダイオード１１５が入射光を光電変換して蓄積した電荷の出力と、フォトダイオード１２４が入射光を光電変換して蓄積した電荷の出力とを互いに同じタイミングで行うようにすればよい。また、例えば、可視光の画像と近赤外光の画像を互いに異なるタイミングに取得する場合、フォトダイオード１１５に蓄積された電荷の出力と、フォトダイオード１２４に蓄積された電荷の出力とを互いに異なるタイミングで行うようにすればよい。
【００７６】
つまり、CMOSイメージセンサ１００は、より容易により多様な光電変換出力を得ることができる。
【００７７】
＜２．第２の実施の形態＞
［製造装置］
上述したように、図２のCMOSイメージセンサ１００は、集光レンズ１１１乃至パッシベーション膜１１９の各層が、裏面照射型のCMOSイメージセンサを形成しているようにし、配線層１２０乃至支持基板１２５の各層が、表面照射型のCMOSイメージセンサを形成しているようにすることができる。
【００７８】
これらのCMOSイメージセンサが互いに独立しているものとすると、CMOSイメージセンサ１００は、裏面照射型のCMOSイメージセンサと表面照射型のCMOSイメージセンサとをそれぞれ生成し、生成した裏面照射型のCMOSイメージセンサの表面側に、表面照射型のCMOSイメージセンサを重畳し、TSV１３１により両者を接続することにより生成することができる。
【００７９】
図３は、本技術を適用した製造装置の主な構成例を示すブロック図である。図３に示される製造装置２００は、CMOSイメージセンサ１００を製造する装置である。
【００８０】
図３に示されるように、製造装置２００は、制御部２０１、裏面照射型イメージセンサ製造部２０２、表面照射型イメージセンサ製造部２０３、および組み立て部２０４を有する。また、製造装置２００は、入力部２１１、出力部２１２、記憶部２１３、通信部２１４、およびドライブ２１５を有する。
【００８１】
制御部２０１は、例えば、CPU（Central Processing Unit）、ROM（Read Only Memory）、およびRAM（Random Access Memory）等を有し、その他の各部を制御し、CMOSイメージセンサ１００の製造に関する処理を行う。例えば、制御部２０１のCPUは、ROMに記憶されているプログラムに従って各種の処理を実行する。また、CPUは、記憶部２１３からRAMにロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAMにはまた、CPUが各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。
【００８２】
制御部２０１には、キーボード、マウス、タッチパネルなどよりなる入力部２１１が接続されている。制御部２０１にはまた、CRT（Cathode Ray Tube）ディスプレイやLCD（Liquid Crystal Display）等のディスプレイ、並びにスピーカなどよりなる出力部２１２も接続されている。制御部２０１にはさらに、フラッシュメモリ等SSD（Solid State Drive）やハードディスクなどよりなる記憶部２１３も接続されている。制御部２０１にはまた、有線LAN（Local Area Network）や無線LANのインタフェースやモデムなどよりなる通信部２１４も接続されている。通信部２１４は、インターネットを含むネットワークを介しての通信処理を行う。
【００８３】
制御部２０１にはさらに、必要に応じてドライブ２１５が接続され、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア２２１がそのドライブ２１５に適宜装着される。そして、そのドライブ２１５を介してリムーバブルメディア２２１から読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部２１３にインストールされる。
【００８４】
裏面照射型イメージセンサ製造部２０２は、制御部２０１の制御に従って、裏面照射型のCMOSイメージセンサを製造する。つまり、裏面照射型イメージセンサ製造部２０２は、CMOSイメージセンサ１００の集光レンズ１１１乃至パッシベーション膜１１９を生成する。この製造方法は任意である。例えば、裏面照射型イメージセンサ製造部２０２は、従来と同様の方法で裏面照射型のCMOSイメージセンサを製造する。
【００８５】
表面照射型イメージセンサ製造部２０３は、制御部２０１の制御に従って、表面照射型のCMOSイメージセンサを製造する。つまり、表面照射型イメージセンサ製造部２０３は、CMOSイメージセンサ１００の配線層１２０乃至支持基板１２５を生成する。この製造方法は任意である。例えば、表面照射型イメージセンサ製造部２０３は、従来と同様の方法で表面照射型のCMOSイメージセンサを製造する。
【００８６】
組み立て部２０４は、制御部２０１の制御に従って、CMOSイメージセンサ１００を組み立てる。つまり、組み立て部２０４は、裏面照射型イメージセンサ製造部２０２により製造された裏面照射型のCMOSイメージセンサと、表面照射型イメージセンサ製造部２０３により製造された表面照射型のCMOSイメージセンサとを接続する。より具体的には、組み立て部２０４は、裏面照射型のCMOSイメージセンサの表面側に、表面照射型のCMOSイメージセンサを重畳し、互いのパッドをTSV１３１により接続する。
【００８７】
［製造方法の流れ］
図４のフローチャートを参照して、製造処理の流れの例を説明する。
【００８８】
製造装置２００がCMOSイメージセンサ１００を製造する際、制御部２０１は、製造処理を実行する。
【００８９】
製造処理が開始されると、制御部２０１は、ステップＳ１０１において、裏面照射型イメージセンサ製造部２０２を制御し、裏面照射型のCMOSイメージセンサを製造させる。
【００９０】
ステップＳ１０２において、制御部２０１は、表面照射型イメージセンサ製造部２０３を制御し、表面照射型のCMOSイメージセンサを製造させる。
【００９１】
ステップＳ１０３において、制御部２０１は、組み立て部２０４を制御し、CMOSイメージセンサ１００を組み立てる。より具体的には、組み立て部２０４は、制御部２０１の制御に従って、ステップＳ１０１の処理により製造させた裏面照射型のCMOSイメージセンサの表面側に、ステップＳ１０２の処理により製造させた表面照射型のCMOSイメージセンサを重畳する。さらに、組み立て部２０４は、制御部２０１の制御に従って、それらのパッドを貫通ビア（TSV）で接続する。
【００９２】
ステップＳ１０３の処理を終了すると、制御部２０１は、製造処理を終了する。
【００９３】
以上のように製造することにより、製造装置２００は、超高エネルギーのイオン注入やレーザーアニール等の特殊な処理や設備を必要とせずに、より容易にCMOSイメージセンサ１００を製造することができる。つまり、より容易により多様な光電変換出力を得る撮像素子を、より容易に実現することができる。
【００９４】
＜３．第３の実施の形態＞
［撮像素子］
なお、CMOSイメージセンサ１００は、フォトダイオード１１５を透過した光の多くが配線層１１６および配線層１２０（の各配線間）を透過し、フォトダイオード１２４に到達するようになされていればよい。つまり、配線層１１６の各配線１１７、および、配線層１２０の各配線１２１の位置は、フォトダイオード１１５からフォトダイオード１２４までの入射光の光路が確保されている限り、任意である。例えば、配線１１７や配線１２１が、フォトダイオード１１５の下や、フォトダイオード１２４の上に配置されてもよい。
【００９５】
また、例えば、配線層１１６に導波路を設けるようにしてもよい。図５は、その場合のCMOSイメージセンサ１００の主な構成例を示す図である。図５に示される例の場合、CMOSイメージセンサ１００の配線層１１６の、フォトダイオード１１５−１の略下の部分に、導波路２５１−１が形成されている。また、配線層１１６の、フォトダイオード１１５−２の略下の部分に導波路２５１−２が形成されている。さらに、配線層１１６の、フォトダイオード１１５−３の略下の部分に導波路２５１−３が形成されている。また、配線層１１６の、フォトダイオード１１５−４の下の部分に導波路２５１−４が形成されている。導波路２５１−１乃至導波路２５１−４を互いに区別して説明する必要が無い場合、単に導波路２５１と称する。
【００９６】
導波路２５１は、例えば周囲よりも光の屈折率の大きな素材よりなる所定の導波路材料よりなる。なお、その他の構成は、図２の場合と同様である。
【００９７】
導波路２５１の生成は、裏面照射型のCMOSイメージセンサの生成において行われる。例えば、まず、配線層１１６の、フォトダイオード１１５の略下の部分（配線１１７の間）に、図中下から上に向かって穴が形成される。次に、その穴を含む、裏面照射型のCMOSイメージセンサの表面側（図中、下側の面）からパッシベーション膜１１９が形成される。そして、配線層１１６の各穴に導波路２５１が形成される。
【００９８】
図５に示されるように、フォトダイオード１１５を透過した入射光は、この導波路２５１を介してフォトダイオード１２４に到達する。したがって、この場合、CMOSイメージセンサ１００は、導波路２５１の導波路効果により、入射光に含まれる近赤外光の波長域成分である近赤外光１４２をより効率よくフォトダイオード１２４に供給することができる。つまり、フォトダイオード１２４の感度を向上させることができる。
【００９９】
なお、導波路は、配線層１２０に形成するようにしてもよい。また、配線層１１６および配線層１２０の両方に導波路を形成するようにしてもよい。いずれの場合も上述したように、フォトダイオード１２４の感度を向上させることができる。また、導波路素材は任意である。
【０１００】
本実施の形態において説明したCMOSイメージセンサ１００も、第２の実施の形態において説明したのと同様の方法により製造することができる。つまり、制御部２０１が、裏面照射型イメージセンサ製造部２０２を制御し、裏面照射型のCMOSイメージセンサを製造させる際に（ステップＳ１０１）、上述したような導波路を配線層１１６に形成させるようにすればよい。導波路は、従来と同様の方法により形成することができる。
【０１０１】
なお、導波路を配線層１２０に設ける場合、制御部２０１は、表面照射型イメージセンサ製造部２０３を制御し、表面照射型のCMOSイメージセンサを製造させる際に（ステップＳ１０２）、上述したような導波路を配線層１２０に形成させるようにすればよい。この場合も、導波路は、従来と同様の方法により形成することができる。
【０１０２】
なお、導波路を配線層１１６および配線層１２０の両方に設ける場合、制御部２０１は、裏面照射型イメージセンサ製造部２０２および表面照射型イメージセンサ製造部２０３の両方を制御し、それぞれの配線層に導波路を形成させるようにすればよい。
【０１０３】
すなわち、本実施の形態の場合も、製造装置２００は、より容易にCMOSイメージセンサ１００を製造することができる。
【０１０４】
＜４．第４の実施の形態＞
［撮像素子］
また、各画素の構成の位置は、上述した例に限らない。例えば、入射光の入射角等に応じた位置補正（瞳補正）を行うようにしてもよい。
【０１０５】
一般的に撮像素子に入射する入射光は、例えばレンズ等の影響を受け、中央付近の画素に対しては略直角に入射するものの、周辺部の画素に対しては、中心方向に向かって所定の角度（入射角θ）で入射する。
【０１０６】
図２や図５のCMOSイメージセンサ１００の場合、入射光の光路は、図中縦方向に形成されている。すなわち、この光路は、略直角に入射する入射光に対して最適化されているが、所定の角度をもって入射する光に対しては最適とは限らず、フォトダイオード１１５やフォトダイオード１２４への集光率が低減する可能性が考えられる。
【０１０７】
そこで、図６に示されるように、各画素の各構成の位置を、このような入射光の入射角θに応じて補正する（適切な位置に配置する）ようにしてもよい。
【０１０８】
図６は、入射光の入射角θを考慮して各画素の構成を配置したCMOSイメージセンサを光が入射する側から見たときの様子の概略を示す図である。
【０１０９】
図６に示されるように、CMOSイメージセンサ１００の各画素３１０において、各画素のマイクロレンズであるレンズ３２０は、入射光の入射角θに応じて、センサ受光部３１０Ａに対して中央よりに設けられている。
【０１１０】
図７に、この場合のCMOSイメージセンサ１００の、図２や図５と同様の断面を示す。図７に示されるように、各画素において、集光レンズ１１１およびカラーフィルタ１１２は、フォトダイオード１１５に対して、入射角θに応じて中央寄りに配置される。実際には、図６に示されるように、２次元配列における中央寄りに配置される。
【０１１１】
以上のように配置することにより、集光レンズ１１１からフォトダイオード１１５までの光路が、垂直方向に対して、入射角θに応じた角度で傾斜する。したがって、この場合、入射光に対して光路が適切に設定されるので、フォトダイオード１１５の集光率の低減を抑制することができる。
【０１１２】
なお、配線１１７の各層も、図７に示される例のように、近赤外光の入射角θに応じて傾斜するように配置されるようにしてもよい。つまり、配線１１７は、入射角θに応じて、フォトダイオード１１５よりも外側に（中央の逆側寄りに）配置されるようにしてもよい。
【０１１３】
さらに、配線１２１の各層も、図７に示される例のように、近赤外光の入射角θに応じて傾斜するように配置されるようにしてもよい。つまり、配線１２１は、入射角θに応じて、配線１１７よりもさらに外側に（中央の逆側寄りに）配置されるようにしてもよい。
【０１１４】
さらに、フォトダイオード１２４も、図７に示される例のように、近赤外光の入射角θに応じて、配線１２１よりもさらに外側に（中央の逆側寄りに）配置されるようにしてもよい。
【０１１５】
以上のように配置することにより、フォトダイオード１１５からフォトダイオード１２４までの光路が、垂直方向に対して、入射角θに応じた角度で傾斜する。したがって、この場合、入射光に対して光路が適切に設定されるので、フォトダイオード１２４の集光率の低減を抑制することができる。
【０１１６】
本実施の形態において説明したCMOSイメージセンサ１００も、第２の実施の形態において説明したのと同様の方法により製造することができる。つまり、制御部２０１が、裏面照射型イメージセンサ製造部２０２および表面照射型イメージセンサ製造部２０３の両方を制御し、各CMOSイメージセンサを製造させる際に（ステップＳ１０１およびステップＳ１０２）、各層を上述したような瞳補正を行うような配置にさせるようにすればよい。
【０１１７】
すなわち、本実施の形態の場合も、製造装置２００は、より容易にCMOSイメージセンサ１００を製造することができる。
【０１１８】
＜５．第５の実施の形態＞
［撮像素子］
フォトダイオードの大きさ、形状、および間隔は任意であり、例えば、図８に示される例のように、フォトダイオード１１５とフォトダイオード１２４とで、それらの内、少なくとも１つが互いに異なっていても良い。
【０１１９】
図８の例の場合、半導体基板１２３には、フォトダイオード１１５の２つ分の大きさの、フォトダイオード３５１−１およびフォトダイオード３５１−２が形成される。つまり、フォトダイオード３５１−１は、半導体基板１の、フォトダイオード１１５−１およびフォトダイオード１１５−２の下側に形成され、フォトダイオード１１５−１およびフォトダイオード１１５−２に対応する。つまり、フォトダイオード３５１−１は、フォトダイオード１１５−１若しくはフォトダイオード１１５−２を透過した入射光の近赤外光の波長域成分を光電変換する。
【０１２０】
これに対して、フォトダイオード３５１−２は、半導体基板１の、フォトダイオード１１５−３およびフォトダイオード１１５−４の下側に形成され、フォトダイオード１１５−３およびフォトダイオード１１５−４に対応する。つまり、フォトダイオード３５１−２は、フォトダイオード１１５−３若しくはフォトダイオード１１５−４を透過した入射光の近赤外光の波長域成分を光電変換する。なお、フォトダイオード３５１−１およびフォトダイオード３５１−２を互いに区別して説明する必要が無い場合、単に、フォトダイオード３５１と称する。
【０１２１】
なお、このような場合、配線層１１６における配線１１７の配置間隔と、配線層１２０における配線１２１の配線間隔とが互いに異なっていても良い。図８の例の場合、配線１１７は、フォトダイオード１１５の配置間隔に応じて、半導体基板１１４のフォトダイオード１１５でない部分の下側に形成される。これに対して、配線１２１は、フォトダイオード３５１の配置間隔に応じて、半導体基板１２３のフォトダイオード３５１でない部分の上側に形成される。
【０１２２】
なお、配線１１７および配線１２１の配置位置は、図８の例に限らず、任意である。例えば、配線１１７の配置位置を、配線１２１に合わせて、半導体基板１２３のフォトダイオード３５１でない部分の上側に形成されるようにしてもよい。また、配線１２１の配置位置を、配線１１７に合わせて、半導体基板１１４のフォトダイオード１１５でない部分の下側に形成されるようにしてもよい。
【０１２３】
このようにすることにより、CMOSイメージセンサ１００は、可視光の画像と近赤外光の画像とで解像度を互いに独立に設定することができる。例えば、CMOSイメージセンサ１００は、互いに解像度が異なる可視光の画像と近赤外光の画像とを得ることができる。
【０１２４】
なお、図８の例においては、フォトダイオードの図中横方向の大きさが層毎に異なる様子が示されているが、これに限らず、各層のフォトダイオードの大きさ、形状、および間隔の内、少なくとも１つが、層毎に異なるようにしても良い。
【０１２５】
本実施の形態において説明したCMOSイメージセンサ１００も、第２の実施の形態において説明したのと同様の方法により製造することができる。つまり、裏面照射型イメージセンサ製造部２０２および表面照射型イメージセンサ製造部２０３は、互いに独立してCMOSイメージセンサを製造するので、フォトダイオードの大きさ、形状、および間隔は、互いに独立に設定することができる。
【０１２６】
すなわち、本実施の形態の場合も、製造装置２００は、より容易にCMOSイメージセンサ１００を製造することができる。
【０１２７】
＜６．第６の実施の形態＞
［撮像素子］
以上においては、可視光と近赤外光の画像が得られるように説明したが、各フォトダイオードの厚さは任意である。つまり、各フォトダイオードで光電変換される波長域は任意であり、CMOSイメージセンサ１００は、入射光のシリコンへの侵入長に応じて各フォトダイオードのポテンシャル分布の深さを設定することにより、任意の波長域の画像を得ることができる。
【０１２８】
例えば、図９に示される例のように、CMOSイメージセンサ１００が、波長域が互いに異なる２つの可視光の画像を得るようにしてもよい。図９の例の場合、図２の半導体基板１１４の代わりに、半導体基板３６０が形成されている。半導体基板３６０には、フォトダイオード３６１−１乃至フォトダイオード３６１−４が形成されている。つまり、フォトダイオード３６１−１乃至フォトダイオード３６１−４は、フォトダイオード１１５−１乃至フォトダイオード１１５−４にそれぞれ対応する。フォトダイオード３６１−１乃至フォトダイオード３６１−４を互いに区別して説明する必要が無い場合、単にフォトダイオード３６１と称する。これ以外の構成は図２と同様である。
【０１２９】
半導体基板３６０は、その厚さが、図２の半導体基板１１４よりも薄く形成される（例えば１μｍ等）。このようにすることにより、フォトダイオード３６１は、入射光に含まれる可視光の短波長域成分（可視光３８１）を光電変換することができる。また、フォトダイオード３６１が薄く形成されることにより、フォトダイオード１２４の深さも浅くなる。したがって、この場合、フォトダイオード１２４は、近赤外光ではなく、入射光に含まれる可視光の長波長域成分（可視光３８２）を光電変換することができる。例えば、CMOSイメージセンサ１００は、色毎に異なる層のフォトダイオードにおいて画像化することもできる。
【０１３０】
このように、CMOSイメージセンサ１００は、複数層のフォトダイオードを有し、それぞれにおいて光電変換を行う。したがって、各フォトダイオードの層において光電変換される波長域成分をそれぞれ設定すれば良い。上述したように、各フォトダイオードの厚さは、任意であるので、層毎に互いに独立して設定することができる。例えば、フォトダイオードの厚さを層毎に異なるようにすることもできるし、全層のフォトダイオードの厚さを統一するようにすることもできる。つまり、各フォトダイオードにおいて光電変換される波長域成分の設定は、より容易かつより自由に行うことができる。
【０１３１】
なお、上述したように、CMOSイメージセンサ１００は、フォトダイオード３６１の厚さによって、フォトダイオード３６１が光電変換する波長域成分だけでなくフォトダイオード１２４が光電変換する波長域成分も制御することができる。
【０１３２】
本実施の形態において説明したCMOSイメージセンサ１００も、第２の実施の形態において説明したのと同様の方法により製造することができる。つまり、裏面照射型イメージセンサ製造部２０２および表面照射型イメージセンサ製造部２０３は、互いに独立してCMOSイメージセンサを製造するので、フォトダイオードの層の厚さは、互いに独立に設定することができる。
【０１３３】
すなわち、本実施の形態の場合も、製造装置２００は、より容易にCMOSイメージセンサ１００を製造することができる。
【０１３４】
＜７．第７の実施の形態＞
［撮像素子］
以上においては、裏面照射型のCMOSイメージセンサの表面側に表面照射型のCMOSイメージセンサを重畳するように説明したが、これに限らず、例えば、図１０に示されるように、表面照射型のCMOSイメージセンサの代わりに裏面照射型のCMOSイメージセンサを重畳するようにしてもよい。
【０１３５】
図１０に示されるCMOSイメージセンサ４００は、上述したCMOSイメージセンサ１００と同様の集光レンズ１１１乃至パッシベーション膜１１９を有する。CMOSイメージセンサ４００は、配線層１２０乃至支持基板１２５の代わりに、半導体基板４１１および配線層４１３を有する。
【０１３６】
半導体基板４１１には、フォトダイオード１１５−１乃至フォトダイオード１１５−４の各画素に対応して、フォトダイオード４１２−１乃至フォトダイオード４１２−４をが形成される。フォトダイオード４１２−１乃至フォトダイオード４１２−４を互いに区別して説明する必要が無い場合、単にフォトダイオード４１２と称する。
【０１３７】
フォトダイオード４１２は、フォトダイオード１２４と同様に、フォトダイオード１１５と異なる波長域成分を光電変換する。より具体的には、フォトダイオード４１２は、フォトダイオード１１５よりも長い波長域を光電変換する。例えば、フォトダイオード１１５が可視光の波長域成分を光電変換するのに対して、フォトダイオード４１２は、近赤外光の波長域成分を光電変換する。また、例えば、フォトダイオード１１５が可視光の短波長域成分を光電変換するのに対して、フォトダイオード４１２は、可視光の長波長域成分を光電変換する。
【０１３８】
CMOSイメージセンサ４００の場合、配線層４１３が半導体基板４１１の図中下側に形成される。つまり、CMOSイメージセンサ４００は、裏面照射型のCMOSイメージセンサの表面側に裏面照射型のCMOSイメージセンサが形成されている。
【０１３９】
配線層４１３は、基本的に上述した配線層１１６や配線層１２０と同様であり、任意の層数の配線４１４および配線層間膜４１５を有する。ただし、配線層４１３は、フォトダイオード４１２の下側に位置するので、光路を設ける必要がない。したがって、配線４１４は任意の位置に配置することができる。つまり、配線４１４は、より容易にレイアウトを行うことができる。
【０１４０】
配線層１１６や配線層１２０の場合と同様に、配線層４１３の有効画素領域でない領域には、外部端子であるパッド４２３が設けられる。このパッド４２３は、TSV４２１により、配線層１１６のパッド１３２に接続される。
【０１４１】
このように、CMOSイメージセンサ４００は、CMOSイメージセンサ１００の場合と同様に、より容易により多様な光電変換出力を得ることができる。
【０１４２】
なお、CMOSイメージセンサ４００の場合、入射光は、配線層４１３を介さずに奥側のフォトダイオード（フォトダイオード４１２）に到達することができる。したがって、CMOSイメージセンサ４００は、CMOSイメージセンサ１００のように表面照射型のCMOSイメージセンサを重畳させる場合よりも、フォトダイオード４１２の感度をより向上させることができる。
【０１４３】
本実施の形態において説明したCMOSイメージセンサ１００も、第２の実施の形態において説明したのと、基本的に同様の方法により製造することができる。ただし、この場合、制御部２０１は、ステップＳ１０２の処理において、表面照射型イメージセンサ製造部２０３を制御する代わりに、裏面照射型イメージセンサ製造部２０２を制御し、裏面照射型のCMOSイメージセンサを製造させる。この裏面照射型のCMOSイメージセンサも、ステップＳ１０１の場合と同様に、従来と同様の方法により製造することができる。それ以外の処理は、第２の実施の形態において説明したのと同様に行うことができる。
【０１４４】
すなわち、本実施の形態の場合も、製造装置２００は、より容易にCMOSイメージセンサ１００を製造することができる。
【０１４５】
なお、各実施の形態において説明したCMOSイメージセンサの製造方法は、上述したように、いずれも大きな違いは無い。したがって、製造装置２００は、上述した各種製造方法の中であれば、製造方法の切り替えを、特殊な装置を新たに用意したり、特殊な工程を新たに設けたりする必要なく、容易に行うことができる。つまり、製造装置２００は、より多様なCMOSイメージセンサをより容易に製造することができる。
【０１４６】
以上においては、本技術をCMOSイメージセンサに適用する場合について説明したが、本技術は、CMOSイメージセンサに限らず、フォトダイオード等の光電変換素子を用いるイメージセンサであればどのようなイメージセンサにも適用することができる。例えば、CCD（Charge Coupled Device）イメージセンサにも適用することができる。
【０１４７】
また、以上においては、配線層を挟む２層のフォトダイオードの層を有する場合について説明したが、フォトダイオードは、３層以上であってもよい。つまり、３層以上のフォトダイオードの層が、それぞれの間に配線層を挟んで形成されるようにしてもよい。換言するに、裏面照射型若しくは表面照射型のCMOSイメージセンサを３つ以上重畳し、互いのパッドを貫通ビアによって接続するようにしてもよい。
【０１４８】
このようにフォトダイオードの層を３層以上形成する場合も、フォトダイオードの各層は、互いに異なる波長域の画像を得ることができる。つまり、この場合のCMOSイメージセンサは、互いに異なる波長域の画像を、３つ以上得ることができる。つまり、CMOSイメージセンサは、より容易により多様な光電変換出力を得ることができる。
【０１４９】
なお、各層のフォトダイオードの電荷蓄積時間は、互いに独立して設定することができる。つまり、各層のフォトダイオードは、容易に、電荷蓄積時間が互いに異なるように駆動させることができる。したがって、例えば、フォトダイオードの一方の層の電荷蓄積時間を、他方の層の電荷蓄積時間よりも長くするように設定することもできる。このように、電荷蓄積時間が互いに異なる複数の画像を得て、それらを合成することにより、CMOSイメージセンサは、１層のフォトダイオードにより得られる画像よりも高いダイナミックレンジの画像を得ることができる。
【０１５０】
以上のように、CMOSイメージセンサ１００は、入射光の互いに異なる波長域成分を、各フォトダイオードの層において光電変換することができる。
【０１５１】
＜８．第８の実施の形態＞
［撮像装置］
図１１は、本技術を適用した撮像装置の構成例を示す図である。図１１に示される撮像装置６００は、被写体を撮像し、その被写体の画像を電気信号として出力する装置である。
【０１５２】
図１１に示されるように撮像装置６００は、レンズ部６１１、CMOSセンサ６１２、A/D変換部６１３、A/D変換器６１３、操作部６１４、制御部６１５、画像処理部６１６、表示部６１７、コーデック処理部６１８、および記録部６１９を有する。
【０１５３】
レンズ部６１１は、被写体までの焦点を調整し、焦点が合った位置からの光を集光し、CMOSセンサ６１２に供給する。
【０１５４】
CMOSセンサ６１２は、上述で説明した構造を有する固体撮像素子であり、有効画素領域内に、混色検出画素が設けられている。
【０１５５】
A/D変換器６１３は、CMOSセンサ６１２から、所定のタイミングで供給された画素毎の電圧信号を、デジタルの画像信号（以下、適宜、画素信号ともいう）に変換し、所定のタイミングで順次、画像処理部６１６に供給する。
【０１５６】
操作部６１４は、例えば、ジョグダイヤル（商標）、キー、ボタン、またはタッチパネル等により構成され、ユーザによる操作入力を受け、その操作入力に対応する信号を制御部６１５に供給する。
【０１５７】
制御部６１５は、操作部６１４により入力されたユーザの操作入力に対応する信号に基づいて、レンズ部６１１、CMOSセンサ６１２、A/D変換器６１３、画像処理部６１６、表示部６１７、コーデック処理部６１８、および記録部６１９の駆動を制御し、各部に撮像に関する処理を行わせる。
【０１５８】
画像処理部６１６は、A/D変換器６１３から供給された画像信号に対して、例えば、上述した混色補正や、黒レベル補正、ホワイトバランス調整、デモザイク処理、マトリックス処理、ガンマ補正、およびYC変換等の各種画像処理を施す。画像処理部６１６は、画像処理を施した画像信号を表示部６１７およびコーデック処理部６１８に供給する。
【０１５９】
表示部６１７は、例えば、液晶ディスプレイ等として構成され、画像処理部６１６からの画像信号に基づいて、被写体の画像を表示する。
【０１６０】
コーデック処理部６１８は、画像処理部６１６からの画像信号に対して、所定の方式の符号化処理を施し、符号化処理の結果得られた画像データを記録部６１９に供給する。
【０１６１】
記録部６１９は、コーデック処理部６１８からの画像データを記録する。記録部６１９に記録された画像データは、必要に応じて画像処理部６１６に読み出されることで、表示部６１７に供給され、対応する画像が表示される。
【０１６２】
なお、本技術を適用した固体撮像素子や画像処理部を備える撮像装置は、上述した構成に限らず、他の構成であってもよい。
【０１６３】
＜９．第９の実施の形態＞
［一般的なイメージセンサ］
一般的なイメージセンサ（例えば特開２０１０−２３２５９５号公報、特開２０１０−４１０３４号公報、および特開２００８−１０３３６８号公報等）においては、シリコン（Ｓｉ）基板に形成できるフォトダイオード深さには限りがある。これは、フォトダイオード形成プロセスにおけるインプラントによる制約や、光電変換後の電荷の転送性能、もしくは隣接画素との電気的混色などといった要素から決まっており、３μｍ程度の深さになることが多かった。しかしながら、近年、赤外感度の需要が高まっている。シリコン（Ｓｉ）が吸収可能な光には波長依存があり、３μｍの深さがあっても光の半分程度しか吸収することができず、赤外を十分に高感度化することができない恐れがあった。
【０１６４】
そこで、２つの撮像素子を重ね合わせる手法が提案されている（例えば特開２００８−２２７２５０号公報参照）。しかしながら、単に２つの撮像素子を貼り合わせるだけは、撮像素子間に距離（スペーサなど）が生じ、距離やスペーサなどの挿入物によって感度をロスする恐れがあった。上面と下面のフォトダイオードの両方を高感度にするには、上面のフォトダイオードと下面のフォトダイオードの両方が可能な限りオンチップレンズ（OCL）に近い位置にあることが望ましい。
【０１６５】
より具体的に説明すると、特開２００８−２２７２５０号公報に記載された複合型固体撮像素子は、既に完成された固体撮像素子同士を接合する。各固体撮像素子は非常に薄いので、各固体撮像素子が形成されるウエハは割れやすい。そのためウエハが割れないようにしながらこれらを接合するためには専用の特別な装置が必要になるので、その製造が困難になり、コストが増大する恐れがある。また、十分な歩留まりを得ることが困難になる恐れがある。
【０１６６】
そこで、一般的な方法を用いて接合するのが望ましいが、その接合において、各ウエハが割れないようにするためには、各ウエハの厚さを数百um以上の厚さにする必要がある。そのため、接合する各固体撮像素子に支持基板を設ける必要がある。例えば、図２の例の場合、図中下側の撮像素子の構成には、支持基板が設けられているが、上側の撮像素子の構成には、支持基板が設けられていない。
【０１６７】
このような上側の撮像素子の構成に対しては、特開２００８−２２７２５０号公報に記載の方法の場合、支持基板の代わりにスペーサが設けられている。このように、支持基板、若しくは、それに代わる構成を接合する撮像素子間に設ける必要があった。
【０１６８】
しかしながら、この場合、その支持基板（若しくはそれに代わる構成）によって、１画素において重畳されるフォトダイオード間の距離が長くなり過ぎてしまう恐れがある。そのため、光入射側からみて遠い方のフォトダイオード（図２の例の場合、フォトダイオード１２４）において所望の波長域を光電変換することが困難になる恐れがあった。また、入射光がそのフォトダイオードまで届き難くなり、感度が不要に低減する恐れがあった。
【０１６９】
その他の例として、ＵＳ２００９／０２９４８１３ Ａ１やＵＳ２００９/０２００５８９ Ａ１などがある。前者の文献では、表面照射型イメージセンサに、フォトダイオードを有する他の基板を接合させる方法が提案されている。しかしながら、上述したように、上面と下面のフォトダイオードの両方を高感度にするには、上面のフォトダイオードと下面のフォトダイオードの両方が可能な限りオンチップレンズ（OCL）に近い位置にあることが望ましい。つまり、上面フォトダイオードは、裏面照射型イメージセンサ（例えば特開２００８−１０３３６８号公報）で形成されていることが望ましい。また、この文献では、表面照射に対して仮の支持基板を接合（例えばFig3）し、さらに他の工程でそれを除去する（例えばFig6）という複雑な工程となっており工程としても煩雑で無駄が多かった。
【０１７０】
次に、後者の文献に記載された技術においては、同一シリコン（Si）基板に２つの受光部が形成され、上面と下面の個別の読み出しが困難である他、下面はIR光にしか対応できず制約が多かった。
【０１７１】
上述した赤外光は、近年、TOFと呼ばれる距離計測手法などでも利用されている（例えば特開２０１２−４９５４７号公報参照）。また、米国特許ＵＳ２０１０/０１１８１２３ Ａ１などに記載の投影法により距離計測する手法などもある。このような技術においてはさらなる距離計測精度の向上や、外光による影響に対する耐性の向上などが求められている。
【０１７２】
また、近赤外波長などは、医療分野でも用いられ始めており、解析精度の向上などが期待されている波長領域でもある。しかしながら、上述したように赤外感度の低さなどが弊害となっている。さらに、従来は１画素で１波長の解析であったため、複数波長の情報からヘモグロビンの解析を行うような手法（例えば特許２９３２６４４号など）においては、複数波長の光を照射するか、複数の近赤外画素を使用する必要があり、撮像素子、装置の微細化の弊害となっていた。
【０１７３】
また、今後、カプセル内視鏡などへの応用を考えると、さらなる小型化、高精度化が望まれる。また、微小分子やDNAの光学特性を解析する場合、１画素内に分子サイズが収まるため、ベイヤ配列のように複数画素を用いるようなとき、画素毎に配置される分子の数や構造が異なってしまい、正確な解析の妨げとなる恐れがあった。
【０１７４】
また、赤外以外の光も考慮し、RGBなどの色を１画素で得る縦型分光構造も提案されている。例えば、特開２０１１−２９４５３号公報等において提案されている。これは単一シリコン（Ｓｉ）基板内にフォトダイオードを複数設ける手法である。そのため、シリコン（Ｓｉ）表面側のフォトダイオード、シリコン（Ｓｉ）奥側のフォトダイオードで個別に読み出しゲート電極を設ける必要があった。しかもシリコン（Ｓｉ）奥側のフォトダイオードから読み出す為に、フォトダイオードと同程度の深さまでシリコン（Ｓｉ）をエッチングした上でゲート電極を配置する必要があった（例えば特開２０１１−２９４５３号公報の図１６）。このため、ゲート面積分だけ光電変換を行うフォトダイオード面積が縮小してしまい、飽和電子数や感度に対して悪影響を及ぼし、さらにはゲート電極を配置する上でシリコンを彫り込むエッチングによってシリコン（Ｓi）基板にダメージが入ることによる暗電流、白点などの発生が懸念された。
【０１７５】
また、その縦型分光において、複数のフォトダイオードの波長成分を左右できるのは、フォトダイオードの深さやインプラによるポテンシャル形成のみであり、分光の制御性は高くなかった。
【０１７６】
［実施例１］
そこで、図１２に示されるように、裏面照射型のCMOSイメージセンサにおいて、支持基板層にもフォトダイオードを設ける構造とする。
【０１７７】
図１２に示されるCMOSイメージセンサ１０００は、撮像素子の一態様であり、図１０に示されるCMOSイメージセンサ４００と基本的に同様の構成を有する。つまり、図１２に示されるように、CMOSイメージセンサ１０００は、上層である撮像機能を有する構成１００１と、下層である支持基板１００２の２層構造を有する。
【０１７８】
撮像機能を有する構成１００１は、一般的な裏面照射型のCMOSイメージセンサと同様の構成を有する。つまり、フォトダイオード１０２１、配線層１０２２、電極１０２３、およびパッシベーション膜１０２４等が積層される。また、この撮像機能を有する構成１００１の図中上面側には、絶縁膜１０２５、カラーフィルタ１０２６、およびオンチップレンズ１０２７等が積層される。さらに、撮像機能を有する構成１００１には、図中上面側から電極１０２３に接続される貫通電極１０２８が形成される。
【０１７９】
一般的なCMOSイメージセンサの場合、下層である支持基板１００２は、シリコン（Si）基板のみにより形成されるが、このCMOSイメージセンサ１０００の場合、支持基板１００２にもフォトダイオード１０３１が形成される。つまり、この支持基板１００２は、撮像機能を有する構成１０１１および支持基板１０１２により形成される。
【０１８０】
撮像機能を有する構成１０１１は、積層されるフォトダイオード１０３１、配線層１０３２、電極１０３３、およびパッシベーション膜１０３４を有する。パッシベーション膜１０３４の図中下面側に。シリコン（Si）基板よりなる支持基板１０１２が積層される。さらに、図中上面側から支持基板１００２の電極１０３３に接続される貫通電極１０３５が形成される。
【０１８１】
つまり、CMOSイメージセンサ１０００は、２層の裏面照射CMOSイメージセンサ（撮像機能を有する構成）を有する。したがって、CMOSイメージセンサ１０００は、上層のフォトダイオード１０２１だけでなく、下層のフォトダイオード１０３１においても入射光を光電変換する。これにより、CMOSイメージセンサ１００は、より多様な光電変換を行うことができ、その適用範囲（応用範囲）を拡張することができる。
【０１８２】
例えば、この構造を用いることで、受光面に対して上層のフォトダイード１０２１では従来通り、裏面照射型の高感度特性を活かすことができ、さらに追加で配置する下層のフォトダイオード１０３１では、上層とは異なる光学特性の出力を得ることが可能となる。支持基板１００２とフォトダイオード１０２１との距離は、配線層分の厚さしかないため、光学的なロスも少なく、両フォトダイオードにおいて高感度の特性を得ることができる。
さらに、従来の裏面照射型イメージセンサでは、フォトダイオードを透過した光がその下の配線層の配線にあたり、その光が反射することで、隣接するフォトダイオードに混色することがあったが、CMOSイメージセンサ１０００の場合、入射光をより下層まで導くことができるので、上層のフォトダイオード１０２１における混色の発生を抑制することができる。
【０１８３】
CMOSイメージセンサ１０００は、図１２に示されるように、同一画素（レイアウト上の座標が同じという意味）の中に２つのフォトダイオードを有する。CMOSイメージセンサ１０００は、これらのフォトダイオードのそれぞれに、互いに独立な配線層を有することができる。つまり、CMOSイメージセンサ１０００は、各層のフォトダイオードを、互いに独立して駆動させたり、読み出したりすることができる。
【０１８４】
また、CMOSイメージセンサ１０００は、例えば特開２０１１−２９４５３号公報に記載されているような縦型分光構造のイメージセンサと異なり、各層のフォトダイオードを用途に応じてそれぞれ最適化することができる。したがって、例えば、シリコン（Ｓｉ）をエッチングして、フォトダイオード真横に転送ゲートを設ける等の構成を増大させる必要がなく、フォトダイオードを大きく形成することができる。したがって、CMOSイメージセンサ１０００は、上述した縦型分光構造のイメージセンサよりも、飽和電子数を増大させることができ、また、感度を向上させることができる。さらに、フォトダイオード横をエッチングなどで掘り込む必要がないためプラズマダメージや欠陥による、暗電流、白点の発生を抑制することができる。
【０１８５】
そして、この結果、解像度を落とすことなく複数の分光を同一画素から得られ、さらに高い赤外感度が得られたりする効果や、上述したように上面フォトダイオードに対する混色（配線からの反射）の発生を抑制することができる。
【０１８６】
なお、以上のように、単に、完成された固体撮像素子を接合するのではなく、通常の裏面照射型のCMOSイメージセンサ１０００の支持基板１００２に、フォトダイオード１０２１とは別のフォトダイオード１０３１を設けるようにすることにより、後述するように、通常の裏面照射型CMOSイメージセンサの製造方法を利用して、容易に、図１２の例に示される構成を実現（製造）することができる。
【０１８７】
換言するに、図１２に示されるように、CMOSイメージセンサ１０００は、上側と下側の２つの撮像素子の構成を有するが、その間に、支持基板やスペーサ等の構成を設ける必要がなく、フォトダイオード１０２１とフォトダイオード１０３１との距離を短くすることができる。つまり、フォトダイオード１０３１の感度や受光帯域の設計を、配線層１０２２等の厚さによって、容易に行うことができる。
【０１８８】
また、CMOSイメージセンサ１０００は、一部若しくは全部の画素がこのように構成されるので、画素数および画素サイズを低減させずに、すなわち、画質の低減を抑制しながら、１画素において入射光の互いに異なる複数の波長域を光電変換することができる。つまり、CMOSイメージセンサ１０００は、より容易により多様な光電変換出力を得ることができる。
【０１８９】
なお、フォトダイオード１０２１とフォトダイオード１０３１の入射光進行方向（図中縦方向）の厚さは、任意である。例えば、フォトダイオード１０２１とフォトダイオード１０３１とでその厚さが同一であっても良いし、互いに異なるようにしても良い。光電変換する帯域に応じて各フォトダイオードの厚さを設計するようにしてもよい。
【０１９０】
［製造装置］
次に、以上のようなCMOSイメージセンサ１０００を製造する製造装置について説明する。
【０１９１】
図１３は、CMOSイメージセンサ１０００の製造装置の主な構成例を示すブロック図である。図１３に示される製造装置１２００は、制御部１２０１および製造部１２０２を有する。
【０１９２】
制御部１２０１は、例えば、CPU（Central Processing Unit）、ROM（Read Only Memory）、およびRAM（Random Access Memory）等を有し、製造部１２０２の各部を制御し、CMOSイメージセンサ１０００の製造に関する制御処理を行う。例えば、制御部１２０１のCPUは、ROMに記憶されているプログラムに従って各種の処理を実行する。また、そのCPUは、記憶部１２１３からRAMにロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAMにはまた、CPUが各種の処理を実行するにあたって必要なデータなども適宜記憶される。
【０１９３】
製造部１２０２は、制御部１２０１に制御されて、CMOSイメージセンサ１０００の製造に関する処理を行う。製造部１２０２は、支持基板製造部１２３１、撮像機能を有する構成製造部１２３２、表面処理部１２３３、接合部１２３４、姿勢反転部１２３５、研磨部１２３６、上層形成部１２３７、および電極形成部１２３８を有する。
【０１９４】
これらの支持基板製造部１２３１乃至電極形成部１２３８は、制御部１２０１に制御され、後述するように、CMOSイメージセンサ１０００を製造する各工程の処理を行う。
【０１９５】
製造装置１２００は、入力部１２１１、出力部１２１２、記憶部１２１３、通信部１２１４、およびドライブ１２１５を有する。
【０１９６】
入力部１２１１は、キーボード、マウス、タッチパネル、および外部入力端子などよりなり、ユーザ指示や外部からの情報の入力を受け付け、制御部１２０１に供給する。出力部１２１２は、CRT（Cathode Ray Tube）ディスプレイやLCD（Liquid Crystal Display）等のディスプレイ、スピーカ、並びに外部出力端子などよりなり、制御部１２０１から供給される各種情報を画像、音声、若しくは、アナログ信号やデジタルデータとして出力する。
【０１９７】
記憶部１２１３は、フラッシュメモリ等SSD（Solid State Drive）やハードディスクなどよりなり、制御部１２０１から供給される情報を記憶したり、制御部１２０１からの要求に従って、記憶している情報を読み出して供給したりする。
【０１９８】
通信部１２１４は、例えば、有線LAN（Local Area Network）や無線LANのインタフェースやモデムなどよりなり、インターネットを含むネットワークを介して、外部の装置との通信処理を行う。例えば、通信部１２１４は、制御部１２０１から供給される情報を通信相手に送信したり、通信相手から受信した情報を制御部１２０１に供給したりする。
【０１９９】
ドライブ１２１５は、必要に応じて制御部１２０１に接続される。そして、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア１２２１がそのドライブ１２１５に適宜装着される。そして、そのドライブ１２１５を介してリムーバブルメディア１２２１から読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部１２１３にインストールされる。
【０２００】
［支持基板製造処理の流れ］
支持基板製造部１２３１は、支持基板製造処理を実行し、支持基板１００２を製造する。図１４のフローチャートを参照して、支持基板製造部１２３１により実行される支持基板製造処理の流れの例を説明する。なお、適宜、図１５を参照して説明する。図１５は、支持基板製造処理の各工程の様子を説明する図である。
【０２０１】
支持基板製造処理が開始されると、支持基板製造部１２３１は、ステップＳ１２０１において、制御部１２０１に制御されて、外部より供給されたシリコン基板フォトダイオード１０３１、トランジスタ（図示せず）、配線層１０３２、および電極１０３３を形成する（図１５Ａ）。なお、ここでは、裏面照射型の構造を形成するように説明するが、支持基板側は"表面照射"、"裏面照射"のいずれでも選択可能である。例えば、表面照射型イメージセンサであれば特開２０１０−４１０３４号公報に掲載のものがある。また、例えば、裏面照射型イメージセンサであれば特開２００８−１０３３６８号公報に掲載のものがある。
【０２０２】
ステップＳ１２０２において、支持基板製造部１２３１は、制御部１２０１に制御されて、表面を保護するパッシベーション膜１０３４（例えばＳＩＮやＳｉＯ２など）を形成し、ＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）などで平坦化を行う（図１５Ｂ）。
【０２０３】
ステップＳ１２０３において、支持基板製造部１２３１は、制御部１２０１に制御されて、以上のように製造された撮像機能を有する構成１０１１に、支持基板１０１２を、プラズマ接合や接着剤などを用いて接合する（図１５Ｃ）。
【０２０４】
ステップＳ１２０４において、支持基板製造部１２３１は、制御部１２０１に制御されて、以上のように製造された支持基板１００２を裏返す（図１５Ｄ）。
【０２０５】
ステップＳ１２０５において、支持基板製造部１２３１は、制御部１２０１に制御されて、裏返した支持基板１００２の図中上面を、ＣＭＰやバックグラインド、エッチングなどいずれかの手法、もしくはその組み合わせでフォトダイオード１０３１付近まで研磨する（図１５Ｅ）。つまり、この支持基板１００２は、通常の裏面照射型イメージセンサに、カラーフィルタやオンチップレンズ（OCL）がついていないものに相当する。つまり、支持基板１００２は、通常の裏面照射型イメージセンサと同様の方法により容易に製造することができる。
【０２０６】
［製造処理の流れ］
製造部１２０２の撮像機能を有する構成製造部１２３２乃至電極形成部１２３８は、製造処理を実行し、以上のように生成された支持基板１００２を用いてCMOSイメージセンサ１０００を製造する。図１６のフローチャートを参照して、撮像機能を有する構成製造部１２３２乃至電極形成部１２３８により実行される製造処理の流れの例を説明する。なお、適宜、図１７を参照して説明する。図１７は、製造処理の各工程の様子を説明する図である。
【０２０７】
製造処理が開始されると、撮像機能を有する構成製造部１２３２は、ステップＳ１２２１において、制御部１２０１に制御されて、通常のシリコン基板にフォトダイオード１０２１、トランジスタ（図示せず）、配線層１０２２、および電極１０２３を形成する（図１７Ａ）。
【０２０８】
ステップＳ１２２２において、表面処理部１２３３は、制御部１２０１に制御されて、このように形成された撮像機能を有する構成１００１の図１７Ａ中上側の表面を保護するパッシベーション膜１０２４（例えばＳＩＮやＳｉＯ２など）を形成し、ＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）などで平坦化を行う。（図１７Ｂ）。
【０２０９】
ステップＳ１２２３において、接合部１２３４は、制御部１２０１に制御されて、パッシベーション膜１０２４が形成された撮像機能を有する構成１００１に、支持基板１００２をプラズマ接合や接着剤などを用いて接合する（図１７Ｃ）。図１７Ｃに示されるように、この時点において、撮像機能を有する構成１００１には支持基板は設けられていないが、そのフォトダイオード１０２１が形成されるシリコン基板は、まだ、研磨されておらず、厚い状態である。したがって、撮像機能を有する構成１００１が形成されるウエハは、十分に厚さを確保することができるので、接合の際に割れる恐れは非常に少ない。したがって、接合部１２３４は、容易に、撮像機能を有する構成１００１と支持基板１００２とを接合することができる。
【０２１０】
ステップＳ１２２４において、姿勢反転部１２３５は、制御部１２０１に制御されて、以上のように接合された撮像機能を有する構成１００１および支持基板１００２を裏返す（図１７Ｄ）。
【０２１１】
ステップＳ１２２５において、研磨部１２３６は、制御部１２０１に制御されて、裏返した撮像機能を有する構成１００１の図中上面を、ＣＭＰやバックグラインド、エッチングなどいずれかの手法、もしくはその組み合わせでフォトダイオード１０２１付近まで研磨する（図１７Ｅ）。
【０２１２】
ステップＳ１２２６において、上層形成部１２３７は、制御部１２０１に制御されて、研磨された上面に、絶縁膜１０２５、カラーフィルタ１０２６、およびオンチップレンズ（OCL）１０２７を形成する（図１７Ｆ）。
【０２１３】
ステップＳ１２２７において、電極形成部１２３８は、制御部１２０１に制御されて、電極１０２３を図中上面側に引き出す貫通電極１０２８と、電極１０３３を図中上面側に引き出す貫通電極１０３５とを形成する（図１７Ｇ）。
【０２１４】
以上の処理によりCMOSイメージセンサ１０００が製造される。なお、配線を有する支持基板の接合方法などプロセスフローは、例えば、特開２０１１−２０４９１５号公報に開示されている。
【０２１５】
以上のように、製造装置１２００は、一般的な１層のCMOSイメージセンサの製造行程を利用して、容易に複数層のCMOSイメージセンサ１０００を製造することができる。
【０２１６】
［実施例２］
本技術の特徴として、フォトダイオード間に別の膜（酸化膜やその他配線層など）が存在しうる。これは、上層のフォトダイオード１０２１から、下層のフォトダイオード１０３１に流入する光を制御するのにも活用することができるのが特徴である。フォトダイオード１０３１に可能な限り多くの光を流入させたければ、配線層１０２２には光伝搬路（例えば導波路）を設けて光学的なロスを低減させるのがよい。逆に、フォトダイオード１０３１に流入する光を低減させたければ、配線層１０２２の配線（例えばＣｕやＡｌ、Ｗ）などによって一部を遮光するようにしても良い。また、フォトダイオード１０３１に流入する波長を制御する場合、特定波長を多く吸収する構造物を配置するようにしても良い（例えばPoly-Siは短波長側を吸収できる。もしくはカラーフィルタなどのような光吸収体であっても良い）。
【０２１７】
［製造装置］
次に、このような場合のCMOSイメージセンサ１０００を製造する製造装置について説明する。
【０２１８】
図１８は、このような場合のCMOSイメージセンサ１０００の製造装置の主な構成例を示すブロック図である。図１８に示される製造装置１３００は、図１３の製造装置１２００と基本的に同様の装置であり、制御部１３０１および製造部１３０２を有する。
【０２１９】
制御部１３０１は、制御部１２０１と同様の処理部であり、製造部１３０２の動作を制御する。製造部１３０２は、製造部１２０２の場合と同様に、制御部１３０１に制御されて、CMOSイメージセンサ１０００の製造に関する処理を行う。
【０２２０】
製造部１３０２は、支持基板製造部１３３１、撮像機能を有する構成製造部１３３２、光路形成部１３３３、表面処理部１３３４、接合部１３３５、姿勢反転部１３３６、研磨部１３３７、上層形成部１３３８、および電極形成部１３３９を有する。
【０２２１】
支持基板製造部１３３１は、支持基板製造部１２３１と同様の処理部である。撮像機能を有する構成製造部１３３２は、撮像機能を有する構成製造部１２３２と同様の処理部である。表面処理部１３３４は、表面処理部１２３３と同様の処理部である。接合部１３３５は、接合部１２３４と同様の処理部である。姿勢反転部１３３６は、姿勢反転部１２３５と同様の処理部である。研磨部１３３７は、研磨部１２３６と同様の処理部である。上層形成部１３３８は、上層形成部１２３７と同様の処理部である。電極形成部１３３９は、電極形成部１２３８と同様の処理部である。
【０２２２】
また、製造装置１３００は、入力部１３１１、出力部１３１２、記憶部１３１３、通信部１３１４、およびドライブ１３１５を有する。これらは、入力部１２１１乃至ドライブ１２１５と同様の処理部である。ドライブ１３１５には、リムーバブルメディア１２２１と同様のリムーバブルメディア１３２１が適宜装着される。
【０２２３】
［製造処理の流れ］
支持基板製造部１３３１は、制御部１３０１に制御されて、支持基板製造部１２３１と同様の支持基板製造処理（図１４）を実行し、支持基板１００２を製造する。
【０２２４】
製造部１３０２の撮像機能を有する構成製造部１３３２乃至電極形成部１３３９は、製造処理を実行し、以上のように生成された支持基板１００２を用いてCMOSイメージセンサ１０００を製造する。図１９のフローチャートを参照して、撮像機能を有する構成製造部１３３２乃至電極形成部１３３９により実行される製造処理の流れの例を説明する。なお、適宜、図２０を参照して説明する。図２０は、製造処理の各工程の様子を説明する図である。
【０２２５】
製造処理が開始されると、撮像機能を有する構成製造部１３３２は、ステップＳ１３０１において、制御部１３０１に制御されて、ステップＳ１２２１の場合と同様に、通常のシリコン基板にフォトダイオード１０２１、トランジスタ（図示せず）、配線層１０２２、および電極１０２３を形成する（図２０Ａ）。
【０２２６】
ステップＳ１３０２において、光路形成部１３３３は、制御部１３０１に制御されて、配線層１０２２の、導波路、もしくは光吸収体を挿入したい箇所（光路）に該当する部分（例えば図２０Ｂのエッチング部１３４１）をエッチングする（図２０Ｂ）。
【０２２７】
ステップＳ１３０３において、光路形成部１３３３は、制御部１３０１に制御されて、導波路（高屈折率材料）、もしくは光吸収体（カラーフィルタや、Poly-Siなど吸収率に波長依存のあるもの）（図２０Ｃの埋め込み材１３４２）をALD（Atomic Layer Deposition）もしくはCVD（Chemical Vapor Deposition）、PVD（Physical Vapor Deposition）、塗布などの方法でエッチング部１３４１に埋め込む（図２０Ｃ）。ここでの例として、ALDで成膜させた窒化シリコンSIN（屈折率１．８〜２程度）とする。SINは屈折率が、周辺の配線層（酸化膜であれば屈折率１．５以下）に比べて高く、集光特性が良い。また、無機膜であるため、その後の製造工程での熱や圧力を仮にかけたとしても耐性があるのが特徴である。但し、埋め込む膜は有機膜であっても良い。
【０２２８】
ステップＳ１３０４において、光路形成部１３３３は、制御部１３０１に制御されて、埋め込み材１３４２（導波路材若しくは光吸収体）の画素間等の不要な部分（図２０Ｄのエッチング部１３４３）を、エッチングにより除去する（図２０Ｄ）
【０２２９】
例えば、SINは屈折率が高いため、隣接画素と接続されていると混色を招く可能性もある。そこで、光路形成部１３３３は、上述したように画素間のエッチング部１３４３を除去する。これにより、この埋め込み材１３４２（例えばSIN）を介して光が隣接画素に伝搬するのを抑制することができる。なお、必要でない場合、この処理は省略することができる。
【０２３０】
ステップＳ１３０５乃至ステップＳ１３１０の各処理は、制御部１３０１により制御される表面処理部１３３４乃至電極形成部１３３９により、図１６のステップＳ１２２２乃至ステップＳ１２２７の各処理と同様に実行される（図２０Ｅ乃至図２０Ｋ）。
【０２３１】
このように製造処理を実行することにより、製造装置１３００は、配線層１０２２に導波路（若しくは光吸収体）が設けられた撮像機能を有する構成１３５１を製造することができる。つまり、製造装置１３００は、撮像機能を有する構成１３５１を有するCMOSイメージセンサ１０００を製造することができる。
【０２３２】
［実施例３］
なお、同様にして、フォトダイオードを３層以上にすることも可能である。フォトダイオード３層構造の場合のCMOSイメージセンサの構成例を図２１に示す。図２１に示されるCMOSイメージセンサ１４００は、上層１４０１、中層１４０２、および下層１４０３よりなる。上層１４０１乃至下層１４０３は、それぞれ、フォトダイオードを有することができる。つまり、１画素内に、最大３つのフォトダイオードが形成される。
【０２３３】
このCMOSイメージセンサ１４００は、上述したCMOSイメージセンサ１０００と比較して、撮像機能を有する構成が１層分増えただけであるので、上述したCMOSイメージセンサ１０００の製造方法を利用して製造することができる。
【０２３４】
つまり、図１４のフローチャートを参照して説明した支持基板製造処理のステップＳ１２０３において、撮像機能を有する構成１０１１にシリコン基板よりなる支持基板１０１２を接合したが、この処理において、図１６のステップＳ１２２３の処理の場合と同様に、撮像機能を有する構成１０１１に、撮像機能を有する構成を含む支持基板を接合するようにすればよい。
【０２３５】
このように、再帰的に処理を繰り返すことで、３層以上の互いに異なるシリコン層に形成されたフォトダイオードを得ることができる。フォトダイオードを含むシリコン（Si）の各膜厚を制御することで、各層のフォトダイオードが受光（光電変換）する波長を制御することができる。例えば、各フォトダイオードが、上から順に青、緑、赤色を受光するようにすることもできる（Si吸収率が各色で異なるため）。また、赤外領域の受光に大変有用で、高感度化を実現することができる。
【０２３６】
なお、各層の画素サイズは必ずしも同じでなくても良い。
【０２３７】
以下において、駆動/信号処理としての実施例について説明する。
【０２３８】
［実施例４］
なお、以上のように複数積層される各フォトダイオードに対して、互いに独立した配線層を設けるようにしてもよい。このようにすることにより、各フォトダイオードの駆動の自由度を向上させることができる。例えば、図２２Ａに示される２層のCMOSイメージセンサ１０００の場合、フォトダイオード１０２１において得られた信号値、および、フォトダイオード１０３１において得られた信号値は、図２２Ｂに示されるように、それぞれ個別に出力させることもできるし、図２２Ｃに示されるように、両者を合成して出力させることもできる。
【０２３９】
図２２Ｃに示されるように、上下のフォトダイオードの信号値を合成して出力する場合、受光感度を向上させることができるので高感度モードとして使用することができる。例えば赤外光のように、１つのフォトダイオードだけでは十分に光電変換できないような光に対しても、高出力を得ることができる。
【０２４０】
また、例えば、シリコン（Ｓｉ）の光吸収係数は短波長側の方が高く、光の入射面に対して、上面の方がより多く短波長の光を吸収する。つまり、上層のフォトダイオード１０２１と下層のフォトダイオード１０３１とでは、分光特性が異なる。より具体的には、下層のフォトダイオード１０３１は、図２２Ｂに示されるように、上層のフォトダイオード１０２１よりも長波長側にピークを持つ分光特性となる（短波長側は上層のフォトダイオード１０２１で吸収されやすいため）。
【０２４１】
図２２Ｂの例では、オンチップレンズ下に緑色カラーフィルタが設けられている。そのため、上層のフォトダイオード１０２１に入射される光は緑色である。フォトダイオード１０２１中を伝搬するにつれて短波長側が特に吸収されるため、下層のフォトダイオード１０３１に入射する光は、上層よりも長波長にシフトしている。
【０２４２】
したがって、上層のフォトダイオード１０２１の信号値と下層のフォトダイオード１０３１の信号値とを合成せずに出力することにより、１画素において複数の波長の光の信号値を得ることができる。
【０２４３】
なお、実施例２で上述したように、フォトダイオード間に波長依存のある光吸収体を挿入すると、さらに波長制御をおこなうこともできる。
【０２４４】
信号処理において、１画素から複数の分光を持つデータを得ることはメリットが大きい。例えば、上面フォトダイオードにおいて可視光を光電変換させ、下面フォトダイオードにおいて近赤外光を光電変換させるようにしてもよい。色配置の一例を図２３に示す。まず、図２３Ａにおいては、カラーフィルタとして、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）が設けられる。上面フォトダイオード（PD）１５０１は、カラーフィルタを透過した波長域（色）成分を光電変換する。下面フォトダイオード１５０２は、上面フォトダイオード１５０１で吸収されなかった成分のみが入射するため、上面フォトダイオード１５０１よりも長波長域成分を光電変換する。図２３Ａの例では、赤色（Ｒ）フィルタに対応する画素の上面フォトダイオード１５０１では、赤色（Ｒ）成分が光電変換され、同画素の下面フォトダイオード１５０２では、赤外（近赤外を含む）（ＩＲ）成分が光電変換される。また、緑色（Ｇ）フィルタに対応する画素の上面フォトダイオード１５０１では、緑色（Ｇ）成分が光電変換され、同画素の下面フォトダイオード１５０２では赤色（Ｒ'）成分が光電変換される。
【０２４５】
なお、青色（Ｂ）フィルタに対応する画素の上面フォトダイオード１５０１では、青色（Ｂ）成分が光電変換され、同画素の下には、フォトダイオードを設けないものとしている。上面フォトダイオード１５０１に短波長である青色成分しか入射しなかった場合、下面フォトダイオード１５０２に入射する光の成分がほとんど無いからである。
【０２４６】
下面フォトダイオード１５０２を設ける代わりに、例えば図２４Ｂに示されるように、フォトダイオード間により多くの配線を設けるようにしても良い。また、下面フォトダイオード１５０２（の一部の画素）を、例えば図２３Ｂに示されるように、ＯＰＢ（オプティカルブラック）として用いるようにしても良い。この場合、図２４Ｃに示されるように、例えば、光を透過しない素材よりなる遮光膜１５１１等を用いて意図的に完全遮光することで、フォトダイオード１０３１を、ＯＰＢとして用いることができる。ＯＰＢが画素領域内にあることで、位置ごと黒レベルや、混色量の推定に用いることが可能となる。
【０２４７】
さらに、別のレイアウト例を図２５に示す。図２５Ａでは、カラーフィルタとして、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および白色（Ｗ）が設けられる。赤色（Ｒ）フィルタに対応する画素の上面フォトダイオード１５３１では、赤色（Ｒ）成分が光電変換され、同画素の下面のフォトダイオード１５３２では、赤外（近赤外を含む）（ＩＲ）成分が光電変換される。また、白色（全色透過）（Ｗ）フィルタに対応する画素の上面フォトダイオード１５３１では、白色（Ｗ）成分（すなわち全成分）が光電変換され、同画素の下面フォトダイオード１５３２では、上面フォトダイオード１５３１において光電変換しきれなかった入射光の内、下面フォトダイオード１５３２まで届く長波長の、赤外光（ＩＲ'）成分、若しくは、赤色（Ｒ'）成分が光電変換される。なお、緑色（Ｇ）フィルタに対応する画素の上面フォトダイオード１５３１では、緑色（Ｇ）成分が光電変換され、同画素の下面フォトダイオード１５３２では、赤色（Ｒ''）成分が光電変換される。
【０２４８】
この例の特徴として、上面が同じ色のフォトダイオード（図２５Ａの例では白色）であっても、下面フォトダイオードで受光する色を変化させることができる（図２５Ａの例では、赤色と赤外）。これは、実施例２で述べた光吸収体になどによって波長を制御するか、もしくは図２６の例のように、フォトダイオードの形成位置を変えることにより制御するようにしてもよい（オンチップレンズから離れてシリコン（Si）位置が深くなるほど長波長成分が支配的となってくる）。
【０２４９】
なお、白色（Ｗ）のカラーフィルタを含むカラーフィルタにおける色の配置パターンは、任意であり、図２５Ａの例に限らない。また、カラーフィルタの色数は任意であり、例えば４色以上であってもよい。例えば、図２５Ｂに示されるように、カラーフィルタとして、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）、および白色（Ｗ）が設けられるようにしてもよい。この場合、上面フォトダイオード１５３３においては、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）、および白色（Ｗ）成分が、それぞれの画素において光電変換される。
【０２５０】
これに対して、下面フォトダイオード１５３４で光電変換される成分は、上面フォトダイオード１５３３において光電変換される成分よりも長波長域であればよい。例えば、図２５Ｂに示されるように、カラーフィルタの色に関わらず、全ての画素において、下面フォトダイオード１５３４では、赤外（ＩＲ）成分が光電変換されるようにしてもよい。以上のような下面フォトダイオードが光電変換する帯域の制御は、その下面フォトダイオードが形成される深さ方向の位置や厚さ等により行っても良いが、上面フォトダイオードとの間（例えば配線層）に設けられる光吸収体により行ってもよい。
【０２５１】
これらフォトダイオードから得られた信号は、上述したように個別に読み出し、合算しても良いし、合算せずにそのまま信号処理に用いても良い。また、フォトダイオード１０２１の電荷読み出しタイミングと、フォトダイオード１０３１の電荷読み出しタイミングは、同一であっても良いし、互いに異なるようにしてもよい。
【０２５２】
なお、本技術の撮像素子を実施可能なブロック図の例を図２７に示した。図２７に示される撮像装置１６００は、被写体を撮像し、被写体の画像を電気信号（画像データ）として出力する。図２７に示されるように、撮像装置１６００は、レンズ系１６０１、撮像素子１６０２、A/D変換部１６０３、クランプ部１６０４、デモザイク部１６０５、リニアマトリックス部１６０６、ガンマ補正部１６０７、輝度クロマ信号生成部１６０８、およびビデオインタフェース（IF）１６０９を有する。
【０２５３】
このような撮像素子１６０２に、本技術を適用したCMOSイメージセンサ（例えば、CMOSイメージセンサ１０００や１４００等）を適用することで、１画素で縦方向に複数の分光を持つ特性を高感度で得ることができる。
【０２５４】
A/D変換部１６０３は、撮像素子１６０２において光電変換された被写体の画像のアナログ信号をデジタル値へ変換する。クランプ部１６０４は、A/D変換部１６０３から供給される被写体の画像のデジタルデータ（画像データ）の黒レベルを減算する。デモザイク部１６０５は、クランプ部１６０４から供給される画像データについて、必要に応じて色信号を補完する。リニアマトリックス部１６０６は、デモザイク部１６０５から供給される画像データについて、必要に応じてリニアマトリックスをかけて色再現などを向上させる。ガンマ補正部１６０７は、リニアマトリックス部１６０６から供給される画像データについて、輝度表現を自然にするガンマ補正処理を行う。輝度クロマ信号生成部１６０８は、ガンマ補正部１６０７から供給される画像データから、輝度信号およびクロマ信号を生成する。ビデオインタフェース１６０９は、輝度クロマ信号生成部１６０８から供給される輝度信号およびクロマ信号を出力する。
【０２５５】
［実施例５］
次に実施例４で述べたように個別に信号を取り出す場合の、取り出した後の信号処理における活用、応用例を記載する。
【０２５６】
１．色再現性の向上
例えば、ＲＧＢを上面フォトダイオードで取り出し、下面ではさらに別の波長帯の色を取り出すとする。この場合、信号処理に用いることの出来る分光（色）の種類が増えることになる。例えば、ＲＧＢに加えてエメラルドを用いる等、画作りに使用できる分光（色）が増やすことにより、色再現性を向上させることができる。同一画素に複数色を持たせるため、解像度を落とすことなく、色再現性の向上を実現することができる。
【０２５７】
つまり、使用できる画素が増えるということは、図２７の撮像装置１６００において、撮像素子１６０２からの入力が増えることになる。したがって、リニアマトリックス部１６０６において使用することができる係数が増えるので、色再現性を向上することができる。
【０２５８】
例えば、受光（光電変換）する波長成分がR,G,Bのみの場合、リニアマトリックス部１６０６は、以下の式（１）のようなModeAのリニアマトリックスしか加えることができない（左辺がリニアマトリックス後の値、右辺が計算式）。
【０２５９】
【数１】
・・・（１）
【０２６０】
これに対して、例えば、R,G,Bだけでなくエメラルド色（E）も受光（光電変換）するようにすると、リニアマトリックス部１６０６は、以下の式（２）に示されるようなModeBのリニアマトリックスを加えることができる。
【０２６１】
【数２】
・・・（２）
【０２６２】
つまり、使用することができる係数が増える。これにより、より自由度の高いリニアマトリックス後出力が得られ、これにより色再現性の向上が期待できる。
【０２６３】
２．光源推定精度の向上（撮像装置）
カメラなどの撮像機器において、撮影時の周辺の照明（蛍光灯や白熱電球、白色ＬＥＤなど）を推定して、照明に応じた画作り（例えば色ターゲットを変えるなど）を実施する手法が広く用いられている。しかし、白色LED（Light Emitting Diode）などのように新しい光源が増えてきたことで、その光源が何であるかを推定するのが難しくなってきていた。
【０２６４】
そこで、上述したCMOSイメージセンサ１０００において、RGBを上面フォトダイオード１０２１で光電変換して取り出し、下面のフォトダイオード１０３１ではさらに別の波長帯の色成分を光電変換して取り出すようにする。この場合、上面のフォトダイオード１０２１において得られた信号値だけで光源が推定しきれない場合、下面のフォトダイオード１０３１において得られた信号値も用いて光源を推定することができる。これにより、光源推定の精度を高めることができる。
【０２６５】
例えば、従来、光源推定をＲ／Ｇ、Ｂ／Ｇの出力比で実施していたとする。仮に光源出力分光の異なる光源１と光源２があったとしても、Ｒ／Ｇ、Ｂ／Ｇが異なる値になるとは限らない。出力は、光の波長毎に出るわけではなく、センサの分光特性と光源の掛け算などで決まる積分的な要素であるため、積分値が一緒になれば、各波長における出力が異なっていても判別ができなくなる。しかしながら、本技術では、下面フォトダイオードでも新たな分光特性を得ることができるため、例えば上面でＲ／Ｇ、Ｂ／Ｇが同等の値であっても、下面でＲ／ＩＲの特性は異なってくる可能性があり、光源推定の精度を高めることができる。同一画素に複数色を持たせるため、解像度を落とすことなく、これを実現することができる。
【０２６６】
３．医療機器などへの応用
近赤外波長などは医療分野でも用いられ始めており、解析精度の向上などが期待されている波長領域でもある。これに対して、上述したように赤外感度の低さなどが弊害となっている。
【０２６７】
例えば、複数波長の情報からヘモグロビンの解析を行うような手法がある。例えば、特許番号２９３２６４４号においては、ヘモグロビンの酸素化−脱酸素化に伴う吸光度変化とチトクロムオキシダーゼの酸化還元状態変化に伴う吸光度変化がともに生ずる近赤外領域において、２組の異なる波長群の光を生体組織に照射して各波長での吸光度変化を測定し、各波長群について吸光度変化が全てヘモグロビンの酸素化−脱酸素化に依存すると仮定し、吸光係数として各波長での酸素化型ヘモグロビンの吸光係数及び脱酸素化型ヘモグロビンの吸光係数のみを用いてヘモグロビン量変動を算出し、これら２組の波長群のヘモグロビン量変動算出値の差からチトクロムオキシダーゼの変動量を算出する手法が提案されている。
【０２６８】
このような手法において、従来は１画素で１波長の解析であったため、複数波長の光を照射するか、複数の近赤外画素を使用する必要があり、撮像素子、装置の微細化の弊害となっていた。
【０２６９】
本技術を適用することで、図２８のような医療機器（ヘルスケア装置、カプセル内視鏡、DNAチップなど）において、単一光で複数波長成分の出力を単一画素で得ることができる。
【０２７０】
図２８Ａに示されるヘルスケア装置１６２０は、撮像装置１６２１および解析装置１６２２よりなる。撮像装置１６２１は、検体である人体１６３１（例えば指等）を撮像し、上述したように複数波長光の信号を検出し、解析装置１６２２は、その信号から例えばヘモグロビンの解析等、医療に関する所定の解析を行う。
【０２７１】
また、図２８Ｂに示されるカプセル内視鏡１６４０は、被験者等がこれを飲み込み、体内において人体の様子を撮像する小型の装置である。カプセル内視鏡１６４０は、撮像装置１６４１を内蔵する。
【０２７２】
これらの装置の撮像装置として、本技術を適用した撮像装置１６００（図２７）を用いる。これにより、高解像度を維持したまま、波長依存取得を同時に行うことが可能となる。波長依存を取得することで前述したようなヘモグロビンの解析など、ヘルスケア、病理解析に使用することが可能となる。
【０２７３】
また、単一画素に分子サイズが収まってしまうような分子やDNAの光学特性解析においても、１画素で複数の光学特性を得ることができる本技術は、光学特性をより正確に取得することができる（同一分子を同一画素で複数分光することができる）。
【０２７４】
４．ToFへの応用
赤外光などを使って奥行き情報を得るToF（Time of Flight）の手法がある（例えば特開２０１２−４９５４７号公報参照）。このような手法に本技術を適用することにより、精度を向上させることができる。
【０２７５】
図２９に示される電子機器１６５０は、互いに異なる波長の赤外光を照射する赤外光照射部１６５１および赤外光照射部１６５２を有する。このように互いに異なる複数の波長の赤外光を計測対象物１６６１に照射することにより、外光（ノイズ源１６６２）の影響により一方の波長帯には多くのノイズがのり、計測できなかった場合であっても、他方の波長帯の出力を得ることにより、距離計測をより確実に行うことができる。
【０２７６】
このような電子機器１６５０の撮像素子１６５３として、本技術を適用することにより、１画素で複数の赤外光をサンプリングすることができるため、解像度を落とすことなく精度向上が期待できる。
【０２７７】
５．ＩＲカットフィルタレス化
赤外（ＩＲ）光の受光、コストメリット、低背化などの目的でＩＲカットフィルタを無くしたりするようなケースも考えられる。また、モジュール内のメカによりIRカットフィルタ（IRCF）の挿入ON/OFFを切り替えても良い。図３０Ａに示されるレイアウトでは、上面ＰＤ１６７１でＩＲを含むＲＧＢ出力を得て、下面ＰＤ１６７２では残ったＩＲ成分が出力される。つまり、上面ＰＤ１６７１の出力から下面ＰＤ１６７２の出力を差し引くことで、ＩＲ成分を低減、もしくは除去することができる。除去する際に、個別の出力に補正係数をかけて演算しても良いし、他の色の赤外情報なども用いてリニアマトリックスのような演算を行っても良い。
【０２７８】
また、図３０Ｂに示されるように、撮像素子としてCMOSイメージセンサ１０００を適用する撮像モジュール１６８０が、IRカットフィルタ（IRCF）１６８３の挿入をメカで制御することができる構成を有するとする。この撮像モジュール１６８０には、集光レンズ１６８１を介して光が入射される。
【０２７９】
IRカットフィルタ１６８３挿入時は、この入射光の赤外成分がカットされる。したがって、下面フォトダイオードには上面のＲＧＢで吸収し切れなかった光成分が光電変換される。この時は、上面ＰＤの出力と下面ＰＤの出力とを合成して使用してもよい。
【０２８０】
これに対して、IRカットフィルタ無しの場合、上面ＰＤと下面ＰＤの両方に赤外成分が入射し、なおかつ下面フォトダイオードには赤外の割合がより多くなる。そのため、上述したように上面PDの信号から下面PDの出力を差し引いて使用するようにしても良い。このように、IRカットフィルタ１６８３の状態に応じて制御方法を変えることが可能である。
【０２８１】
［実施例６］
上面ＰＤと下面ＰＤでは、波長ピークが異なるだけでなく、出力も異なる。同じ電荷蓄積時間、同じフォトダイオード設計の場合、下面フォトダイオードの方が上面フォトダイオードよりも出力が低くなる。これは、上面フォトダイオードで吸収されきれなかった光のみが下面フォトダイオードに入射するためである。これを利用し、上面フォトダイオードが飽和した際は、下面フォトダイオードの値を用いて画作りを行っても良い。つまり、まず、上面フォトダイオードから電荷を読み出すようにし、上面フォトダイオードが飽和した（例えば所定の閾値を超えた）際に、下面フォトダイオードから電荷を読み出すようにしてもよい。この時、図２２Ｂの例で示したように分光の波長ピークが異なるため、上面ＰＤ使用時と下面ＰＤ使用時では、それぞれでリニアマトリックスの係数を変えることが望ましい。
【０２８２】
図３１にリニアマトリックス選択の際のフロー例を示した。
【０２８３】
ステップＳ１６０１において、リニアマトリックス部１６０６は、上面PD出力を取得し、その値から、上面PD出力が飽和しているか否かを判定し、その判定結果に基づいて上面PDを用いるか下面PDを用いるかを判別する。
【０２８４】
上面PD出力が飽和していると判定された場合、処理は、ステップＳ１６０２に進む。
【０２８５】
ステップＳ１６０２において、リニアマトリックス部１６０６は、下面PD出力を読み出させ、その出力から生成された画像データをデモザイク部１６０５から取得する。ステップＳ１６０２の処理が終了すると、処理はステップＳ１６０４に進む。
【０２８６】
また、ステップＳ１６０１において、上面PD出力が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップＳ１６０３に進む。ステップＳ１６０３において、リニアマトリックス部１６０６は、上面PD出力を読み出させ、その出力から生成された画像データをデモザイク部１６０５から取得する。ステップＳ１６０３の処理が終了すると、処理はステップＳ１６０４に進む。
【０２８７】
ステップＳ１６０４において、リニアマトリックス部１６０６は、他の色が上面か下面のどちらを使っているかを判別する。
【０２８８】
ステップＳ１６０５において、リニアマトリックス部１６０６は、その判別結果にしたがって、リニアマトリックスを選択する。リニアマトリックスは、前提となる画素の分光特性の組み合わせ次第で最適値が異なるためである。
【０２８９】
リニアマトリックス部１６０６は、画像データに、選択したリニアマトリックスをかけて色再現などを向上させ、ガンマ補正を行わせた後、輝度信号と色差信号を生成させ、ステップＳ１６０６において、ビデオインタフェース（IF）１６０９から出力させる。
【０２９０】
また、上面と下面の感度差を自由に制御したい場合、実施例２に記載したように、光吸収体や配線層による遮光などで入射光を制御しても良いし、電荷蓄積時間を個別制御して光電変換される量を制御しても良い。もしくは、色別の感度差の補正を蓄積時間でおこなってもよい（上面PDに入射する光が短波長である程、下面PDの出力が減るため、これを波長依存のないように蓄積時間で調整する）。
【０２９１】
この例を図３２に示す。図３２の例の場合、上面ＰＤ１６７１においては、RGBの各色の蓄積時間は互いに同一（蓄積時間R’＝G'＝B’）であるが、下面PD１６９２においては、R',G',B'のそれぞれの蓄積時間が互いに異なる（蓄積時間R’＜G'＜B’）時間に設定されている。
【０２９２】
このようにすることで、例えば上面フォトダイオード１６７１に対して、下面のフォトダイオード１６９２の感度（光量差/蓄積時間差）を例えば1/16にすることができる。そうすると、上面で飽和に達していても、下面はその１６倍の光（OnChipLensに入射する光）を受光することができる。つまり、ダイナミックレンジが１６倍に拡大する。
【０２９３】
信号処理で、読み出し時に上面フォトダイオード１６７１が飽和に達していれば、下面フォトダイオード１６７２を用いる選択をする。上面フォトダイオード１６７１の信号とと下面フォトダイオード１６７２の信号を組み合わせても色成分や輝度成分が変わらないように、光量差、感度差をゲインやリニアマトリックスを変えて調整するようにしてもよい。
【０２９４】
なお、光量差の倍率は上記手法により、任意に設定できるものである。なお、HDRを実施する際の撮像装置の主な構成例を図３３に示す。
【０２９５】
図３３に示される撮像装置１７００は、被写体を撮像し、被写体の画像を電気信号（画像データ）として出力する。図３３に示されるように、撮像装置１７００は、レンズ系１７０１、撮像素子１７０２、A/D変換部１７０３、クランプ部１７０４、メモリ部１７０５、倍率演算部（HDR演算部）１７０６、上面／下面合成部１７０７、デモザイク部１７０８、リニアマトリックス部１７０９、ガンマ補正部１７１０、輝度クロマ信号生成部１７１１、およビデオインタフェース（IF）１７１２を有する。
【０２９６】
つまり、撮像装置１６００（図２７）と比較して、撮像装置１７００は、撮像装置１６００のレンズ系１６０１乃至ビデオインタフェース（IF）１６０９のそれぞれに対応するレンズ系１７０１乃至クランプ部１７０４、並びに、デモザイク部１７０８乃至ビデオインタフェース（IF）１７１２に加え、メモリ部１７０５、倍率演算部１７０６、および上面／下面合成部１７０７を有する。
【０２９７】
メモリ部１７０５は、上面PD出力と下面PD出力をそれぞれ記憶する。倍率演算部１７０６は、下面PDの出力データに、下面PDと上面PDとの間の感度差分のゲインを乗算する。上面／下面合成部１７０７は、上面PDの出力データと、ゲインを乗算した下面PDの出力データとを合成する。ここでの処理は、例えば、図３１で述べた上面PD出力が飽和していれば下面PD出力を使うなどの選択肢が考えられる。
【０２９８】
飽和でなくとも、閾値や他色画素に基準（閾値）を設けて選択するようにしても良い。その後、デモザイク部１７０８が色信号を必要に応じて補完し、リニアマトリックス部１７０９が、リニアマトリックスを加える。ここで加えるリニアマトリックスは、上面、下面のどちらのPDを各色に対してどのように使用しているかに応じて変化させるのが望ましい（上面と下面で分光特性が異なるため）。つまり、図３１で述べたフローでリニアマトリックスを選択する。
【０２９９】
リニアマトリックス部１７０９は、全て上面PD（R,G,B）の画素が用いられれば、上述した式（１）のModeAのリニアマトリックスを適用し、例えばGのみ下面PDの画素（G '）が用いられれば、以下の式（３）に示されるようにリニアマトリックスの値をModeCに変化させる。
【０３００】
【数３】
・・・（３）
【０３０１】
［実施例７］
上記でも述べた赤外光などを使って奥行き情報を得るToF（Time of Flight）の手法（例えば特開２０１２−４９５４７号公報参照）を組み合わせることで、精度が高まる効果も得られる。
【０３０２】
例えば、図２９に示される例において、発光波長を１波長にしても精度を高めることができる。１波長の波長帯のLEDを被写体に向けて照射し、その際の反射する光の位相差を捕らえて距離を計測するのがToFであるが、ToFでは発光強度を時系列に変えて照射し、被写体に当たった光が撮像素子に入射した時の位相状態から距離を判別している。図３４に示されるように、受光上下PD（PD1,PD2）でシャッタタイミングを変えることで、時系列でのサンプリング回数を増やすことができ、解像度を維持したまま精度を向上させることが可能となる。また、サンプリング回数が増えれば、動被写体の判別にも有用である。
【０３０３】
これは、ToFの手法に限らず、他の奥行き判別手法においても精度を向上させることが可能で、例えば米国特許「US 2010/0118123 A1」のように、赤外光を投影するような距離検出システムにおいても適用することができる。つまり、光源の波長種類を増やし、外光の影響を受けにくくし、同一画素に設けられた複数のフォトダイオードを用いて、それらを個別に受光する。この際、一方の波長帯に外光によるノイズ源があっても、他方で測位することができる。また、フォトダイオード毎に転送ゲートや配線層を持つ本技術では個別にシャッタータイミングを変えることができるため、サンプリングタイミングをズラして、１画素で複数タイミングの情報を得ることにより、動被写体にも強くなり、これを解像度を維持したまま実現することができる。
【０３０４】
［実施例８］
上面フォトダイオードと下面フォトダイオードは、例えば図３５Ａに示されるように、異なる配線層を有することができるが、駆動のための配線層を共有しても良い。例えば、上面フォトダイオードの駆動の際に、支持基板側の配線層を用いても良い。これは、特開２０１１−２０４９１５号公報などにある方法である。こうすることで、上面フォトダイオードと下面フォトダイオード間の配線層を薄くすることができ、下面フォトダイオードに光学的なロスが少ない状態で光を入射させることが可能となる。
【０３０５】
配線の接続方法は、例えば図３５Ｂに示されるように、特開２０１１−２０４９１５号公報の方式を用いても良いし、青色カラーフィルタ下の下面フォトダイオードは前述したように感度が期待できないため、この色を接続用電極取り出し部として用いても良い（例えば図３５Ｃ）。画素領域内で電極を共有するため、チップサイズを小さくすることができる。さらに、例えば図３５Ｄのように、素子分離領域を電極取り出し部として用いても良い。この場合、画素の光路周辺にコンタクトや電極が配置されるため、隣接画素からの混色のバリヤともなり、混色改善に寄与することができる。
【０３０６】
［実施例９］
図１２に示されるCMOSイメージセンサ１０００の構造において、カラーフィルタ１０２６を例えば有機光電変換膜に変更しても良い。例えば、緑色の成分を有機光電変換膜で光電変換して取り出す。有機光電変換膜を抜けた光は、青と赤の成分になる。青と赤は波長帯が離れているため、上面フォトダイオードと下面フォトダイオードで個別に分離しやすくなる。分光が色毎に分離しやすくなることで、高色再現を実現することができる。また、特開２０１１−２９４５３号公報に記載のようにフォトダイオード横に読み出し電極などを配置しないため、フォトダイオード面積を大きくすることができ、飽和電子数や感度を向上させることができる。さらに、ゲート電極を配置する上でシリコンを彫り込む必要がないため、エッチングによってＳi基板にダメージが入ることによる暗電流、白点などの発生を防ぐことができる。
【０３０７】
以下に、電子機器としての実施例について説明する。
【０３０８】
［実施例１０］
近赤外波長などは医療分野でも用いられ始めており、解析精度の向上などが期待されている波長領域でもある。その一方、前述したように赤外感度の低さなどが弊害となっている。さらに、従来は１画素で１波長の解析であったため、複数波長の情報からヘモグロビンの解析を行うような手法（例えば特許番号２９３２６４４号に記載の方法等）においては、複数波長の光を照射するか、複数の近赤外画素を使用する必要があり、撮像素子、装置の微細化の弊害となっていた。
【０３０９】
本技術を適用することで、図２８に示されるような医療機器（ヘルスケア機器、カプセル内視鏡、DNAチップ等）において、単一光で複数波長成分の出力を単一画素で得ることが出来る。つまり、高解像度を維持したまま、波長依存取得を同時に行うことが可能となる。波長依存を取得することで前述したようなヘモグロビンの解析など、ヘルスケア、病理解析に使用することが可能となる。
【０３１０】
また、単一画素に分子サイズが収まってしまうような分子やDNAの光学特性解析においても、１画素で複数の光学特性を得ることができる本技術は、光学特性をより正確に取得することができる（同一分子を同一画素で複数分光することができる）。
【０３１１】
［実施例１１］
図３６には図２１で示したフォトダイオード３層構造のCMOSイメージセンサ１４００における色配置例を示した。この撮像素子は、図３０Ｂで示したIRカットフィルタ挿入／非挿入が可動なものに組み込むようにしても良い。図３６の配列例では、上面PD１７３１では通常通り、ＲＧＢを受光し、中面PD１７３２および下面PD１７３３でＩＲ光を受光する設計としている。このような構造のCMOSイメージセンサ１４００を図３３の撮像装置１７００の撮像素子１７０２に適用することができる。その場合、メモリ部１７０５は、上面PD１７３１の出力、中面PD１７３２の出力、および下面PD１７３３の出力の各データを記憶する。また、上面／下面合成部１７０７は、その上面PD１７３１の出力、中面PD１７３２の出力、および下面PD１７３３の出力の各データの合成を行う。また、上面／下面合成部１７０７は、その合成の為に必要な、他の処理部で実行される処理の制御も行う。このような撮像装置１７００（図３３）において、例えば、赤外光により奥行き情報を得たい場合、図３７の信号処理フロー例に従い処理を行う。
【０３１２】
処理が開始されると、上面／下面合成部１７０７は、ステップＳ１７０１において、撮像素子１０７２（CMOSイメージセンサ１４００）の上面PD１７３１のRGBの出力を得て、被写体（被検出対象）がどういった外光下に置かれているかを推定する。
【０３１３】
ステップＳ１７０２において上面／下面合成部１７０７は、ステップＳ１７０１の推定結果を用いて、図示せぬIR光照射部から被写体に向けて照射するIR光を決定する。ここで照射するIR光は、図２９のような電子機器１６５０から被写体に向けて照射されるものである。例えば、外光が強い際はこの強度を上げたり、周辺光源の色温度に応じて図２９中の各赤外光の割合を変えたりすることができる。
【０３１４】
ステップＳ１７０３において、撮像素子１７０２は、ステップＳ１７０３において照射された最適なIR光で被写体を撮影し、中面PD１７３２および下面PD１７３３でIRを受光する。
【０３１５】
ステップＳ１７０４において、上面／下面合成部１７０７は、中面PD１７３２と下面PD１７３３のそれぞれにおいて受光した光の強度を個別にメモリ部１７０５から読み出し、それぞれの値が信頼できる値かどうかを判断する（例えば、外光によるノイズが多くないかなどを判定する）。その結果、中面PD１７３２の出力および下面PD１７３３の出力の両方が信頼できると判定された場合、処理はステップＳ１７０５に進む。
【０３１６】
ステップＳ１７０５において、上面／下面合成部１７０７は、その信頼できる中面PD１７３２の出力および下面PD１７３３の出力を合成する。
【０３１７】
また、ステップＳ１７０４において、中面PD１７３２の出力および下面PD１７３３の出力の両方を信頼することは困難であると判定された場合、処理はステップＳ１７０６に進む。
【０３１８】
ステップＳ１７０６において、上面／下面合成部１７０７は、中面PD１７３２の値は信頼できるか否かを判定する。信頼できると判定された場合、処理はステップＳ１７０７に進む。ステップＳ１７０７において、上面／下面合成部１７０７は、メモリ部１７０５から中面PD１７３２の画素値のみを読み出し、出力する。
【０３１９】
さらに、ステップＳ１７０６において、中面PD１７３２の出力を信頼することは困難であると判定された場合、処理はステップＳ１７０８に進む。
【０３２０】
ステップＳ１７０８において、上面／下面合成部１７０７は、下面PD１７３３の値は信頼できるか否かを判定する。信頼できると判定された場合、処理はステップＳ１７０９に進む。ステップＳ１７０９において、上面／下面合成部１７０７は、メモリ部１７０５から下面PD１７３３の画素値のみを読み出し、出力する。
【０３２１】
また、ステップＳ１７０８において、下面PD１７３３の出力を信頼することは困難であると判定された場合、処理はステップＳ１７０２に戻る。
【０３２２】
もちろん、上記手段に限らず合算読み出しなど、多くの使用例が想定される。こういった撮像素子を電子機器に埋め込むことで、奥行き情報取得の精度を上げることが出来る。もちろん、奥行き情報に限らず、色再現やダイナミックレンジなど、前述した効果を得る目的で使用しても良い。
【０３２３】
使用できる電子機器の例としては、例えば前述した医療機器や、図３８のような携帯通信端末（スマートフォン）１８００、図３９のような白杖１８２０、図４０のようなカメラ１８３０、図４１のようなカメラの設置台１８４０、図２８のようなシステムユニット１８６０など多くの用途が考えられる。
【０３２４】
［実施例１２］
本技術の撮像素子は、前述したように図３８に示されるような携帯通信端末１８００に組み込むことができる。例えば、図３６の構造を用いて、上面ＲＧＢで色や陰などから被写体を判別し（例えば手かどうか）、撮像素子１８０１の中面、下面のＩＲ受光部で奥行き情報を得る。こうすることで、人体１８１０（例えば手）を近づけた時は、通話音量（電話使用時）を上げ、人体１８１０（例えば手）を離した時は、通話音量を下げる、手を振ったときは通話を切るなど、動作に応じて個々の操作内容を組み込むことができる。実施例１１で述べたように、外光に応じて適切なＩＲ光を照射することもできるので、精度良く判別が可能となる。
【０３２５】
［実施例１３］
本技術の撮像素子は、特開２０１０−１５８４７２号公報に記載されているように、図３９のような白杖１８２０にも組み込むことができる（撮像装置１８２１）。撮像装置１８２１において得られた撮像画像から、色と奥行き情報を個別に判別できることで、足下の物体が何かを瞬時に判別し、杖１８２０のバイブレーションや音などで危険を伝えることができる。実施例１１で述べたように、外光に応じて適切なＩＲ光を照射することもできるので、精度良く判別が可能となる。また、点字ブロック自体が特定の赤外波長で発光していて、それを本技術の撮像素子で受光しても良い。この場合、従来のような凹凸式の点字ブロックもなくすことも可能となる。
【０３２６】
［実施例１４］
本技術の撮像素子は、前述したように図４０に示されるようなカメラ１８３０（電子機器）にも用いることができる。この例のカメラ１８３０は、被写体に対して正面側に撮像部１８３１と正面ディスプレイ１８３２を有している。なお、背面側にもディスプレイが設けられていてもよい。
【０３２７】
カメラ１８３０から離れた場所から自分撮りをする際に、正面ディスプレイ１８３２に映った自分を確認しながら撮影することができる。この際、本技術の撮像素子を適用することで、例えば、ズームイン、ズームアウトを自分自身の動作により実施することができる（これ以外の動作であっても良い）。同様に、例えば図４１Ａに示されるように、カメラ１８３０と接続された設置台１８４０に本技術の撮像素子を組み込んでも良い。この場合も同様に、設置台１８４０に設けられた撮像素子１８４１により、被写体の動きが検出され、カメラにズームイン、ズームアウトの命令を出す。また、カメラ１８３０に指示するだけでなく、被写体の動作に応じて設置台１８４０の可動部を動かすようにしても良い。例えば、設置台１８４０の可動部が動くことにより、カメラ１８３０の水平方向や垂直方向の向きを変えるようにしてもよい。例えば、図４１Ｂに示されるように、設置台１８４０の可動部が動くことにより、カメラ１８３０が回転するようにしてもい。また、例えば、図４１Ｃに示されるように、設置台１８４０の可動部が動くことにより、カメラ１８３０が上を向いたり下を向いたりするようにしてもよい。
【０３２８】
これらを実施する場合の信号処理フロー例を図４２に示した。図４０の例を用いて説明する。
【０３２９】
処理が開始されると、ステップＳ１８０１において撮像部１８３１は、ＲＧＢデータを取得する。ステップＳ１８０２において撮像部１８３１は、撮像領域内に人がいるかどうかを判別する。人がいる場合、処理は、ステップＳ１８０３に進む。
【０３３０】
ステップＳ１８０３において、撮像部１８３１は、ＩＲデータを取得するように命令（同時にＩＲ発光させても良い）する。ステップＳ１８０４において、撮像部１８３１は、奥行き情報を算出する。
【０３３１】
ステップＳ１８０５において、撮像部１８３１は、人の手が垂直に上げられているか、否かを判定する。手が垂直に上げられていると判定された場合、処理は、ステップＳ１８０６に進む。
【０３３２】
ステップＳ１８０６において、カメラ１８３０は、手が垂直に上げられたことに対応する処理である操作１を実行する。
【０３３３】
また、手が垂直に上げられていないと判定された場合、処理は、ステップＳ１８０７に進む。
【０３３４】
ステップＳ１８０７において、撮像部１８３１は、手の方が顔より前にあるか否かを判定する。手の方が顔より前に有ると判定された場合、処理はステップＳ１８０８に進む。
【０３３５】
ステップＳ１８０８において、カメラ１８３０は、手の方が顔より前にあることに対応する処理である操作２を実行する。
【０３３６】
さらに、手の方が顔より前に無いと判定された場合、処理は、ステップＳ１８０９に進む。
【０３３７】
ステップＳ１８０９において、カメラ１８３０は、手の方が顔より前にないことに対応する処理である操作３を実行する。
【０３３８】
この操作１乃至操作３は、例えば、ズーム動作やシャッタの駆動などである。
【０３３９】
そして、図３０の例の場合、上記操作の中でシャッタが切られる際、IRカットフィルタ１６８３が挿入される。そして、本技術の最上面のフォトダイオードは裏面照射と同等の高い感度特性が得られるため、高画質の静止画、動画映像を得ることが可能となる。もちろん、前述したようにHDRや高色再現、光源推定精度向上などの用途で用いても良い。また、カメラは図４３に示されるような３板式のものなど複数板のものであっても良い。つまり、図４３に示される撮像装置は、本技術を適用した撮像素子１８５１乃至撮像素子１８５３を有する。この場合、前段でR,G,Bに分光した後に撮像素子に入射させるため、撮像素子１８５１乃至撮像素子１８５３にはカラーフィルタが無くても良い。上記同様、HDRや高色再現、光源推定精度向上などの用途で用いることができる。
【０３４０】
［実施例１５］
本技術の撮像素子は、前述したように図４４のような特表２０１１−５０７１２９号公報に記載のゲーム機器であるシステムユニット１８６０（もしくはテレビ受像機１８６２）にも用いることができる。このシステムユニット１８６０は、例えば、カメラ１８６１により得られた画像により、被写体の物体、形状、動作の判別を行うことで、特定のアクションを指示として受け付け、その指示に応じた処理を行い、その処理結果に応じた映像をディスプレイ（テレビ受像機１８６２など）に表示する。
【０３４１】
本技術の撮像素子を用いることで、上述したように奥行き情報をより精度良く得ることができ、図３４を使って説明したように上下のPDでシャッタータイミングを変えることで、データ取得タイミングが実質２倍にすることができるため、動被写体にも強いものとなり、激しい動作を伴うようなゲームに対しても好適である。もちろん、同じタイミングで読み出し、合算値を出力として用いても良い。また、図３７のフローで説明したように、被写体のおかれている光源環境を推定した上で、ＩＲ光を決定し、さらに取得したデータから、上面（もしくは中面）、下面のどのＰＤの値を使うかを決めても良い。これらにより、精度の高い検出が可能となる。
【０３４２】
なお、この電子機器のブロック図例を図４５に示す。
【０３４３】
図４５は、本技術の一実施形態による、ユーザ定義コントローラを作成するために動的３次元オブジェクトマッピングを使用可能なコンピュータシステムである、ソニー（登録商標）プレイステーション（登録商標）３エンターテイメントデバイスの全体的なシステムアーキテクチャを模式的に示す。システムユニット１８６０は、例えばソニー（登録商標）プレイステーション（登録商標）３エンターテイメントデバイス等のゲーム機器本体である。システムユニット１８６０に接続可能なさまざまな周辺機器を備える。システムユニット１８６０は、Cellプロセッサ１９０１、Rambus（登録商標）ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＸＤＲＡＭ）ユニット１９０２、専用のビデオランダムアクセスメモリ（ＶＲＡＭ）ユニット１９０８を有するReality Synthesizerグラフィックユニット（ＲＳＸ）１９０３、およびＩ／Ｏブリッジ１９０４を備える。また、システムユニット１８６０は、Ｉ／Ｏブリッジ１９０４を介してアクセス可能な、ディスク１９４１および着脱可能なスロットインハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１９０５から読み出すためのブルーレイ（登録商標）ディスクＢＤ−ＲＯＭ（登録商標）光ディスクリーダ１９０７も備える。任意選択で、システムユニット１８６０は、同様にＩ／Ｏブリッジ１９０４を介してアクセス可能な、コンパクトフラッシュ（登録商標）メモリカード、メモリースティック（登録商標）メモリカードなどを読み出すためのメモリカードリーダ１９０６も備える。
【０３４４】
また、Ｉ／Ｏブリッジ１９０４は、６つのユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）２．０ポート１９１２、ギガビットイーサネット（登録商標）ポート１９１１、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂ／ｇ無線ネットワーク（Ｗｉ−Ｆｉ）ポート１９１０、および最大７つのブルートゥース接続に対応可能なブルートゥース（登録商標）無線リンクポート１９０９にも接続している。
【０３４５】
動作時に、Ｉ／Ｏブリッジ１９０４は、１つ以上のゲームコントローラ１９５１からのデータを含む、全ての無線、ＵＳＢ、およびイーサネット（登録商標）のデータを処理する。例えば、ユーザがゲームをプレイ中に、Ｉ／Ｏブリッジ１９０４はブルートゥースリンクを介してゲームコントローラ１９５１からデータを受信して、これをＣｅｌｌプロセッサ１９０１に転送し、Ｃｅｌｌプロセッサ１９０１が適宜ゲームの現在の状態を更新する。
【０３４６】
また、無線、ＵＳＢ、およびイーサネット（登録商標）の各ポートを介して、ゲームコントローラ１９５１のほかに、他の周辺機器１９６１も接続することが可能となる。このような周辺機器１９６１には、例えば、リモコン１９５２、キーボード１９５３、マウス１９５４、ソニープレイステーションポータブル（登録商標）エンターテイメントデバイスなどのポータブルエンターテイメントデバイス１９５５、ＥｙｅＴｏｙ（登録商標）ビデオカメラ１９５６などのビデオカメラ（本技術の撮像素子適用部）（例えば、図４４のカメラ１８６１）、マイクロフォンヘッドセット１９５７などがある。このため、これらの周辺機器は、原則としてシステムユニット１８６０に無線で接続されうる。例えば、ポータブルエンターテイメントデバイス１９５５はＷｉ−Ｆｉアドホック接続を介してし、マイクロフォンヘッドセット１９５７はブルートゥースリンクを介して通信しうる。
【０３４７】
これらのインタフェースを提供することにより、プレイステーション３デバイスは、デジタルビデオレコーダ（ＤＶＲ）、セットトップボックス、デジタルカメラ、ポータブルメディアプレーヤ、VoIP電話、携帯電話、プリンタ、およびスキャナなどの他の周辺機器と場合によっては互換となりうる。
【０３４８】
更に、ＵＳＢポート１９１２を介して旧式メモリカードリーダ１９３１をシステムユニットに接続することができ、プレイステーション（登録商標）デバイスまたはプレイステーション２（登録商標）で用いられていたタイプのメモリカードの読み出しが可能となる。
【０３４９】
本実施形態では、ゲームコントローラ１９５１は、ブルートゥースリンクを介してシステムユニット１８６０と無線通信するように動作可能である。しかし、その代わりに、ゲームコントローラ１９５１が、ＵＳＢポートに接続されてもよく、これにより、ゲームコントローラ１９５１のバッテリに充電するための電力も供給する。ゲームコントローラは、１つ以上のアナログジョイスティックおよび従来の制御ボタンを有するほか、各軸の並進運動および回転に対応する６自由度の移動を感知する。したがって、従来のボタンまたはジョイスティックコマンドのほかに、またはこれらの代わりに、ゲームコントローラのユーザが行ったジェスチャおよび移動が、ゲームへの入力として変換されうる。任意選択で、プレイステーションポータブルデバイスなどの他の無線対応の周辺機器をコントローラとして使用することができる。プレイステーションポータブルデバイスの場合、追加のゲーム情報または制御情報（例えば制御命令またはライブの数）が、当該デバイスの画面に提示されうる。ほかの代替的または補助的な制御装置が使用されてもよく、これには、ダンスマット（図示せず）、ライトガン（図示せず）、ハンドルおよびペダル（図示せず）、あるいは、即答クイズゲームのための１つまたは複数の大型のボタン（これも図示なし）などの特注品のコントローラなどがある。
【０３５０】
また、リモコン１９５２も、ブルートゥースリンクを介してシステムユニット１８６０と無線通信するように動作可能である。リモコン１９５２は、ブルーレイディスクＢＤＲＯＭリーダ１９０７の操作、およびディスクの内容の閲覧のために適した制御を備える。
【０３５１】
ブルーレイディスクＢＤ−ＲＯＭリーダ１９０７は、従来の記録済みＣＤ、記録可能ＣＤ、およびいわゆるスーパーオーディオＣＤのほか、プレイステーションデバイスおよびプレイステーション２デバイスと互換のＣＤ−ＲＯＭを読み出すように動作可能である。また、リーダ１９０７は、従来の記録済みＤＶＤおよび記録可能ＤＶＤのほか、プレイステーション２デバイスおよびプレイステーション３デバイスと互換のＤＶＤ−ＲＯＭを読み出すように動作可能である。更に、リーダ１９０７は、従来の記録済みブルーレイディスクおよび記録可能ブルーレイディスクのほか、プレイステーション３デバイスと互換のＢＤ−ＲＯＭを読み出すように動作可能である。
【０３５２】
システムユニット１８６０は、Reality Synthesizerグラフィックユニット１９０３を介して、プレイステーション３デバイスによって生成またはデコードされた音声およびビデオを、音声コネクタおよびビデオコネクタ経由で、ディスプレイ１９２１および１つ以上のスピーカ１９２２を備えた表示および音声出力装置１８６２（モニタまたはテレビ受像機など）に提供するように動作可能である。音声コネクタは、従来のアナログ出力およびデジタル出力を備える一方、ビデオコネクタは、コンポーネントビデオ、Ｓ−ビデオ、コンポジットビデオ、および１つ以上の高品位マルチメディアインタフェース（ＨＤＭＩ）の出力などを種々備えうる。したがって、ビデオ出力は、ＰＡＬまたはＮＴＳＣ、あるいは７２０ｐ、１０８０ｉまたは１０８０ｐの高解像度などのフォーマットであってもよい。
【０３５３】
音声処理（生成、デコードなど）はＣｅｌｌプロセッサ１９０１によって実行される。プレイステーション３デバイスのオペレーティングシステムは、ドルビー（登録商標）５．１サラウンドサウンド、ドルビー（登録商標）シアターサラウンド（ＤＴＳ）、およびブルーレイディスクからの７．１サラウンドサウンドのデコードに対応している。
【０３５４】
本実施形態では、ビデオカメラ１９５６は、１つの撮像素子（本技術）、ＬＥＤインジケータ、およびハードウェアベースのリアルタイムデータ圧縮およびエンコード装置を備え、圧縮ビデオデータが、システムユニット１８６０によるデコードのために、イントラ画像ベースのＭＰＥＧ（motion picture expert group）標準などの適切なフォーマットで送信されるようになる。カメラのＬＥＤインジケータは、例えば不利な照明条件を示す適切な制御データをシステムユニット１８６０から受け取ると、発光するように配置されている。ビデオカメラ１９５６の実施形態は、ＵＳＢ、ブルートゥースまたはＷｉ−Ｆｉの通信ポートを介して、システムユニット１８６０にさまざまな方法で接続しうる。
【０３５５】
ビデオカメラの実施形態は、１つ以上の関連するマイクロフォンを備えており、音声データを送信することができる。ビデオカメラの実施形態では、撮像素子（本技術）は、高解像度のビデオキャプチャに適した分解能を備えうる。使用時に、ビデオカメラによってキャプチャされた画像が、例えば、ゲーム内に取り込まれるか、またはゲームの制御入力として解釈されうる。
【０３５６】
このブロック図では表示デバイス１９２１とシステムユニット１８６０などを個別のデバイスと表記しているが、これらの機能の一部、もしくは全てが表示デバイス内に組み込まれていても良く、その時、大きさも持ち運び可能なサイズの携帯端末であっても良い。
【０３５７】
以上に説明したような本技術を用いることで、１画素で複数の分光を持つフォトダイオードが得られ、出力として複数の色成分を持つ出力を得ることができる。また、積層構造を２層化だけでなく３層以上にすることもできるため、赤外光の受光に対しても効果が大きい。さらに、裏面照射型イメージセンサのプロセスをベースとしているため、オンチップレンズ側のフォトダイオード（上面）は高感度であり、なおかつ配線層だけの膜厚だけしかフォトダイオードが離れていないため、下面フォトダイオードも高感度にすることが可能である。
【０３５８】
また、フォトダイオード間に任意の物質を形成することも容易であり、例えば周辺配線部よりも屈折率の高い物質を形成すれば、導波路としての役割を果たし、下面フォトダイオードの高感度化を実現できる。その一方で波長成分や入射光量を制限したい場合は、特定波長、もしくは全ての波長を吸収、反射する膜を形成すれば良い。こうすることで、下面フォトダイオードの分光特性を制御することが可能となる。もちろん、フォトダイオード位置を調整することで分光形状を制御しても良い。こういった制御性の向上は、下記３に述べる個別読み出しの際に活用できる。また、上面と下面を加算して高感度モードとして用いることも可能で、その切り替えにより、１つの電子機器で多様な操作が可能になる。
【０３５９】
さらに、上面と下面フォトダイオード、及びその配線層やトランジスタは、この２つが接合されるまで個別に作製できるため、各々に最適化されたプロセスを適用することができるようになる。また、個別駆動も容易であり、上面と下面のフォトダイオードから個別に信号を取り出すことができるし、個別にシャッタータイミングや、電荷蓄積時間を変化させることも可能である。これにより、色再現性の向上、ＨＤＲ、光源推定精度向上、奥行き情報取得精度向上、ヘモグロビンなどの解析によるヘルスケア、病理診断などが、それぞれ高解像度のまま実現できる。こういった技術は、カメラモジュール、カメラ、スマートフォン向けカメラ、内視鏡、カプセル内視鏡などの撮像素子を搭載する電子機器、医療機器に組み込むことで、それぞれの機器の小型化、もしくは高精度化、もしくはその両方が実現できる。
【０３６０】
また、これまでに述べた効果に加え、これまでの上面ＰＤだけで信号を出す場合でもメリットがある。図４６Ａに示したように、従来の裏面照射型イメージセンサでは、フォトダイオードを透過した光が配線層にあたり、その光が反射することで、隣接するフォトダイオードに混色することがあった。本技術を適用することで、図４６Ｂに示されるように、光をより下層まで導くことができ、上面のフォトダイオードに反射した光が入射するのを低減することが可能となる。つまり、下面フォトダイオードを駆動させない場合でも、こういった二次的な効果が得られる。
【０３６１】
以上に説明した各装置は、それぞれ、上述した以外の構成を含むようにしてももちろんよい。また、１つの装置としてだけでなく、複数の装置よりなるシステムとして構成されるようにしてもよい。
【０３６２】
上述した一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、ネットワークや記録媒体からインストールされる。
【０３６３】
この記録媒体は、例えば、装置本体とは別に、ユーザにプログラムを配信するために配布される、プログラムが記録されているリムーバブルメディアにより構成される。このリムーバブルメディアには、磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）や光ディスク（CD-ROMやDVDを含む）が含まれる。さらに、光磁気ディスク（MD（Mini Disc）を含む）や半導体メモリ等も含まれる。また、上述した記録媒体は、このようなリムーバブルメディアだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに配信される、プログラムが記録されている制御部のROMや、記憶部に含まれるハードディスクなどにより構成されるようにしてもよい。
【０３６４】
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
【０３６５】
また、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【０３６６】
また、本明細書において、システムとは、複数のデバイス（装置）により構成される装置全体を表すものである。
【０３６７】
また、以上において、１つの装置（または処理部）として説明した構成が、複数の装置（または処理部）として構成されるようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置（または処理部）として説明した構成が、まとめて１つの装置（または処理部）として構成されるようにしてもよい。また、各装置（または各処理部）の構成に上述した以外の構成が付加されるようにしてももちろんよい。さらに、システム全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある装置（または処理部）の構成の一部が他の装置（または他の処理部）の構成に含まれるようにしてもよい。つまり、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示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。
【０３６８】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１） 入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、
前記光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、
前記光電変換素子層および前記配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板と
を備える撮像素子。
（２） 前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光の互いに異なる波長域成分を光電変換する
前記（１）に記載の撮像素子。
（３） 前記光電変換素子層の光電変換素子が可視光の波長域成分を光電変換し、前記支持基板の光電変換素子が近赤外光の波長域成分を光電変換する
前記（２）に記載の撮像素子。
（４） 前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、厚さが互いに異なる
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の撮像素子。
（５） 前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して蓄積した電荷を、互いに同一のタイミングで出力する
前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の撮像素子。
（６） 前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して蓄積した電荷を、互いに異なるタイミングで出力する
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の撮像素子。
（７） 前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して蓄積した電荷を出力することにより、前記光電変換素子層において得られる画像と前記支持基板において得られる画像とが合成された合成画像を出力する
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の撮像素子。
（８） 前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して電荷を蓄積する電荷蓄積時間が、互いに異なる
前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の撮像素子。
（９） 前記配線層の前記配線は、前記配線層の一方の側から他方の側に透過する入射光の光路が確保されるように配置される
前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の撮像素子。
（１０） 前記配線層の前記光路に、周囲よりも光の屈折率の大きな素材よりなる導波路が形成される
前記（９）に記載の撮像素子。
（１１） （前記入射光が入射される側の前記撮像機能を有する構成の）前記配線層の前記光路に、光吸収体が形成される
前記（９）または（１０）に記載の撮像素子。
（１２） 前記支持基板は、前記支持基板の光電変換素子の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記支持基板の光電変換素子から電荷を読み出すための配線をさらに有し、
前記配線層の配線の外部端子と、前記支持基板の配線の外部端子とが貫通ビアにより互いに接続される
前記（１）乃至（１１）のいずれかに記載の撮像素子。
（１３） 前記光電変換素子層の光電変換素子から電荷が読み出され、前記光電変換素子の光電変換素子の電荷が所定の閾値を超えた場合、前記支持基板の光電変換素子から電荷が読み出される
前記（１）乃至（１２）のいずれかに記載の撮像素子。
（１４） 前記光電変換素子が有機光電変換膜を有する
前記（１）乃至（１３）のいずれかに記載の撮像素子。
（１５） 白色カラーフィルタをさらに備え、
前記光電変換素子層の光電変換素子において、前記白色カラーフィルタを透過した前記入射光の白色成分を光電変換し、前記支持基板の光電変換素子において、前記入射光の他の色成分を光電変換する
前記（１）乃至（１４）のいずれかに記載の撮像素子。
（１６） 前記光電変換素子において光電変換された赤外光を用いて、対象物までの奥行き情報を求める
前記（１）乃至（１５）のいずれかに記載の撮像素子。
（１７） 前記光電変換素子層の光電変換素子および前記支持基板の光電変換素子において光電変換された前記入射光のデータを、個別に出力するか、合算して出力するかを制御する
前記（１）乃至（１６）のいずれかに記載の撮像素子。
（１８） 前記支持基板は、
前記支持基板の光電変換素子が形成される光電変換素子層と、
前記支持基板の光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記支持基板の光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、
前記支持基板の光電変換素子層および前記支持基板の配線層に積層され、さらに他の光電変換素子を有する支持基板と
を有する前記（１）乃至（１７）のいずれかに記載の撮像素子。
（１９） 入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、
前記光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、
前記光電変換素子層および前記配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板と
を備え、被写体を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子の光電変換素子において得られた信号を用いて情報処理を行う情報処理部と
を備える電子機器。
（２０） 入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、
前記光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、
前記光電変換素子層および前記配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板と
を備える撮像素子と、
前記撮像素子の光電変換素子において得られた複数の波長帯の信号を用いて、解析を行う信号処理部と
を備える情報処理装置。
【符号の説明】
【０３６９】
１００ CMOSイメージセンサ， １１１ 集光レンズ， １１２ カラーフィルタ， １１３ 絶縁膜， １１４ 半導体基板， １１５ フォトダイオード， １１６ 配線層， １１７ 配線， １１８ 配線層間膜， １１９ パッシベーション膜， １２０ 配線層， １２１ 配線， １２２ 配線層間膜， １２３ 半導体基板， １２４ フォトダイオード， １２５ 支持基板， １３１ TSV， ２００ 製造装置， ２０１ 制御部， ２０２ 裏面照射型イメージセンサ製造部， ２０３ 表面照射型イメージセンサ製造部， ２０４ 組み立て部， ２５１ 導波路， ３５１ フォトダイオード， ３６０ 半導体基板， ３６１ フォトダイオード， ４００ CMOSイメージセンサ， ４１１ 半導体基板， ４１２ フォトダイオード， ４１３ 配線層， ６００ 撮像装置， CMOSイメージセンサ， １００２ 支持基板， １０２１ フォトダイオード， １０３１， フォトダイオード， １２００ 製造装置， １３００ 製造装置， １４００ CMOSイメージセンサ， １６００ 撮像装置， １７００ 撮像装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、
前記光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、
前記光電変換素子層および前記配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板と
を備える撮像素子。
【請求項２】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光の互いに異なる波長域成分を光電変換する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記光電変換素子層の光電変換素子が可視光の波長域成分を光電変換し、前記支持基板の光電変換素子が近赤外光の波長域成分を光電変換する
請求項２に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、厚さが互いに異なる
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して蓄積した電荷を、互いに同一のタイミングで出力する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して蓄積した電荷を、互いに異なるタイミングで出力する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項７】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して蓄積した電荷を出力することにより、前記光電変換素子層において得られる画像と前記支持基板において得られる画像とが合成された合成画像を出力する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項８】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して電荷を蓄積する電荷蓄積時間が、互いに異なる
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項９】
前記配線層の前記配線は、前記配線層の一方の側から他方の側に透過する入射光の光路が確保されるように配置される
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１０】
前記配線層の前記光路に、周囲よりも光の屈折率の大きな素材よりなる導波路が形成される
請求項９に記載の撮像素子。
【請求項１１】
前記配線層の前記光路に、光吸収体が形成される
請求項９に記載の撮像素子。
【請求項１２】
前記支持基板は、前記支持基板の光電変換素子の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記支持基板の光電変換素子から電荷を読み出すための配線をさらに有し、
前記配線層の配線の外部端子と、前記支持基板の配線の外部端子とが貫通ビアにより互いに接続される
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１３】
前記光電変換素子層の光電変換素子から電荷が読み出され、前記光電変換素子の光電変換素子の電荷が所定の閾値を超えた場合、前記支持基板の光電変換素子から電荷が読み出される
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１４】
前記光電変換素子が有機光電変換膜を有する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１５】
白色カラーフィルタをさらに備え、
前記光電変換素子層の光電変換素子において、前記白色カラーフィルタを透過した前記入射光の白色成分を光電変換し、前記支持基板の光電変換素子において、前記入射光の他の色成分を光電変換する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１６】
前記光電変換素子において光電変換された赤外光を用いて、対象物までの奥行き情報を求める
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１７】
前記光電変換素子層の光電変換素子および前記支持基板の光電変換素子において光電変換された前記入射光のデータを、個別に出力するか、合算して出力するかを制御する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１８】
前記支持基板は、
前記支持基板の光電変換素子が形成される光電変換素子層と、
前記支持基板の光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記支持基板の光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、
前記支持基板の光電変換素子層および前記支持基板の配線層に積層され、さらに他の光電変換素子を有する支持基板と
を有する請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１９】
入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、
前記光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、
前記光電変換素子層および前記配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板と
を備え、被写体を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子の光電変換素子において得られた信号を用いて情報処理を行う情報処理部と
を備える電子機器。
【請求項２０】
入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、
前記光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、
前記光電変換素子層および前記配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板と
を備える撮像素子と、
前記撮像素子の光電変換素子において得られた複数の波長帯の信号を用いて、解析を行う信号処理部と
を備える情報処理装置。
【請求項１】
入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、
前記光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、
前記光電変換素子層および前記配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板と
を備える撮像素子。
【請求項２】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光の互いに異なる波長域成分を光電変換する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記光電変換素子層の光電変換素子が可視光の波長域成分を光電変換し、前記支持基板の光電変換素子が近赤外光の波長域成分を光電変換する
請求項２に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、厚さが互いに異なる
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して蓄積した電荷を、互いに同一のタイミングで出力する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して蓄積した電荷を、互いに異なるタイミングで出力する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項７】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して蓄積した電荷を出力することにより、前記光電変換素子層において得られる画像と前記支持基板において得られる画像とが合成された合成画像を出力する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項８】
前記光電変換素子層の光電変換素子、および、前記支持基板の光電変換素子は、入射光を光電変換して電荷を蓄積する電荷蓄積時間が、互いに異なる
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項９】
前記配線層の前記配線は、前記配線層の一方の側から他方の側に透過する入射光の光路が確保されるように配置される
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１０】
前記配線層の前記光路に、周囲よりも光の屈折率の大きな素材よりなる導波路が形成される
請求項９に記載の撮像素子。
【請求項１１】
前記配線層の前記光路に、光吸収体が形成される
請求項９に記載の撮像素子。
【請求項１２】
前記支持基板は、前記支持基板の光電変換素子の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記支持基板の光電変換素子から電荷を読み出すための配線をさらに有し、
前記配線層の配線の外部端子と、前記支持基板の配線の外部端子とが貫通ビアにより互いに接続される
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１３】
前記光電変換素子層の光電変換素子から電荷が読み出され、前記光電変換素子の光電変換素子の電荷が所定の閾値を超えた場合、前記支持基板の光電変換素子から電荷が読み出される
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１４】
前記光電変換素子が有機光電変換膜を有する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１５】
白色カラーフィルタをさらに備え、
前記光電変換素子層の光電変換素子において、前記白色カラーフィルタを透過した前記入射光の白色成分を光電変換し、前記支持基板の光電変換素子において、前記入射光の他の色成分を光電変換する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１６】
前記光電変換素子において光電変換された赤外光を用いて、対象物までの奥行き情報を求める
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１７】
前記光電変換素子層の光電変換素子および前記支持基板の光電変換素子において光電変換された前記入射光のデータを、個別に出力するか、合算して出力するかを制御する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１８】
前記支持基板は、
前記支持基板の光電変換素子が形成される光電変換素子層と、
前記支持基板の光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記支持基板の光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、
前記支持基板の光電変換素子層および前記支持基板の配線層に積層され、さらに他の光電変換素子を有する支持基板と
を有する請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１９】
入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、
前記光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、
前記光電変換素子層および前記配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板と
を備え、被写体を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子の光電変換素子において得られた信号を用いて情報処理を行う情報処理部と
を備える電子機器。
【請求項２０】
入射光を光電変換する光電変換素子が形成される光電変換素子層と、
前記光電変換素子層の、前記入射光の入射面とは反対の側に形成される、前記光電変換素子から電荷を読み出すための配線が形成される配線層と、
前記光電変換素子層および前記配線層に積層され、他の光電変換素子を有する支持基板と
を備える撮像素子と、
前記撮像素子の光電変換素子において得られた複数の波長帯の信号を用いて、解析を行う信号処理部と
を備える情報処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【公開番号】特開２０１３−７００３０（Ｐ２０１３−７００３０Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１６３６７８（Ｐ２０１２−１６３６７８）
【出願日】平成２４年７月２４日（２０１２．７．２４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＨＤＭＩ
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月２４日（２０１２．７．２４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＨＤＭＩ
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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