WO2021192677A1

WO2021192677A1 - センサ装置およびその製造方法

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Publication number: WO2021192677A1
Application number: PCT/JP2021/004868
Authority: WO
Inventors: 戸田　淳
Original assignee: ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
Priority date: 2020-03-23
Filing date: 2021-02-10
Publication date: 2021-09-30
Also published as: JP2021150615A

Abstract

［課題］共振器を好適な態様で実装することが可能なセンサ装置およびその製造方法を提供する。［解決手段］本開示のセンサ装置は、光電変換部と、前記光電変換部上に設けられたファブリペロ共振器と、前記ファブリペロ共振器上または前記ファブリペロ共振器と前記光電変換部との間に設けられたフィルタ層とを備える。

Description

センサ装置およびその製造方法

　本開示は、センサ装置およびその製造方法に関する。

　ファブリペロ共振器を用いたマルチ分光では、画素ごとに共振器長（共振器の厚み）を変化させることで、光のピーク波長を変化させることが考えられる。この場合、画素ごとに共振器長を変化させる必要があるため、共振器の作製プロセスが困難となる。

　一方、屈折率の異なる２種類以上の材料を含む微細加工構造を用いることで、共振器の実効屈折率を変化させて、光のピーク波長を変化させることが考えられる。これにより、画素ごとに共振器長を変化させずに、光のピーク波長を変化させることが可能となる。しかしながら、例えば酸化シリコン部分と窒化シリコン部分とを含む微細加工構造を用いる場合には、実効屈折率の変化が小さいため、可視光から近赤外光ではピーク波長の変化は、せいぜい１００ｎｍ程である。また、上記の窒化シリコン部分の代わりに高屈折率の窒化チタン部分を含む微細加工構造を用いる場合でも、ピーク波長の変化は、せいぜい１５０ｎｍ程である。

特開２００７－１０３４０１号公報特開２００６－２２９０７８号公報特開２０１０－２５１４８９号公報特開２０１８－２６３７８号公報特開２０１１－９６７３２号公報特許第５４２８２０６号公報特開２０１５－８８９４７号公報

　ファブリペロ共振器は不要な光を反射させるため、ファブリペロ共振器の表面は反射率が高い。そのため、ファブリペロ共振器をイメージセンサ内に配置した場合、太陽光などの強い光がイメージセンサに入射すると、ファブリペロ共振器の反射光によりフレアなどが発生しやすく、撮像時に画像が劣化する可能性がある。さらには、像高によって主光線の入射角度が変化することで、ファブリペロ共振器による分光スペクトルのピーク波長が短波長側にシフトする可能性がある。

　そのため、ファブリペロ共振器を用いたマルチ分光では、共振器により光のピーク波長を変化させることや、得られる光の半値幅を広い波長領域で狭くすることや、共振器を実装したセンサを量産しやすくすることなどが求められる。さらには、フレアなどの撮像上の問題を抑制することや、像高による分光波長の変化を抑制することなどが求められる。

　そこで、本開示は、共振器を好適な態様で実装することが可能なセンサ装置およびその製造方法を提供する。

　本開示の第１の側面のセンサ装置は、光電変換部と、前記光電変換部上に設けられたファブリペロ共振器と、前記ファブリペロ共振器上または前記ファブリペロ共振器と前記光電変換部との間に設けられたフィルタ層とを備える。これにより、例えばファブリペロ共振器の欠点をフィルタ層で補うことができるなど、ファブリペロ共振器を好適な態様でセンサ装置に実装することが可能となる。

　本開示の第２の側面のセンサ装置は、光電変換部と、前記光電変換部上に設けられ、メタマテリアル層を含む共振器と、前記共振器上または前記共振器と前記光電変換部との間に設けられたフィルタ層とを備え、前記メタマテリアル層は、第１材料で形成された第１部分と、前記第１材料とは異なる第２材料で形成され、前記第１部分内に設けられた複数の第２部分とを含む。これにより、例えば共振器の欠点をフィルタ層で補うことができるなど、共振器を好適な態様でセンサ装置に実装することが可能となる。

　また、この第２の側面において、前記第１および第２材料の一方は、シリコンを含む絶縁材料でもよく、前記第１および第２材料の他方は、シリコンを含む絶縁材料または半導体材料でもよい。これにより例えば、メタマテリアル層をシリコン系材料で形成することが可能となり、異なるシリコン系材料で形成された第１部分と第２部分との体積比を変えることで、共振器の実効屈折率を変えることが可能となる。

　また、この第２の側面のセンサ装置は、前記メタマテリアル層の上面または下面に接する半導体層をさらに備えていてもよい。これにより例えば、メタマテリアル層の上面または下面を、非絶縁材料で覆うことが可能となる。

　また、この第２の側面において、前記メタマテリアル層上と、前記メタマテリアル層と前記光電変換部を含む基板との間には、前記メタマテリアル層の上面または下面に接する前記半導体層以外の半導体層は設けられていなくてもよい。これにより例えば、メタマテリアル層の上面または下面に接する半導体層以外に、積層膜内に非絶縁材料を配置しないことが可能となる。

　また、この第２の側面において、前記半導体層は、シリコン層でもよい。これにより例えば、半導体層を容易に形成することが可能となる。

　また、この第２の側面において、前記共振器は、前記メタマテリアル層と、前記メタマテリアル層の上面または下面に接する絶縁膜とを含んでいてもよい。これにより例えば、メタマテリアル層の上面または下面を、非絶縁材料から離隔することが可能となる。

　また、この第２の側面において、前記絶縁膜は、前記第１または第２材料で形成されていてもよい。これにより例えば、メタマテリアル層と同じ材料で絶縁膜を容易に形成することが可能となる。

　また、この第２の側面において、前記共振器は、前記光電変換部上に設けられた積層膜内に設けられており、前記フィルタ層は、前記積層膜上または前記積層膜と前記光電変換部との間に設けられており、前記積層膜は、前記光電変換部上に設けられた第１層と、前記第１層上に設けられた前記共振器と、前記共振器上に設けられた第２層とを含んでいてもよい。これにより例えば、共振器の性能を第１層や第２層により調整することが可能となる。

　また、この第２の側面において、前記第１および第２層の少なくともいずれかは、１つ以上の絶縁膜および／または１つ以上の半導体層を含んでいてもよい。これにより例えば、共振器の性能を絶縁膜や半導体層により調整することが可能となる。

　また、この第２の側面において、前記第２材料の屈折率は、前記第１材料の屈折率と異なっていてもよい。これにより例えば、第１部分と第２部分との体積比を変えることで、共振器の実効屈折率を変えることが可能となる。

　また、この第２の側面において、前記共振器を透過する光のピーク波長は、前記共振器の実効屈折率に応じて変化してもよい。これにより例えば、共振器を透過する光のピーク波長を、共振器の実効屈折率により調整することが可能となる。

　また、この第２の側面において、前記共振器の実効屈折率は、前記センサ装置の像高に基づいて設定されてもよい。これにより例えば、短波長シフトを抑制することが可能となる。

　また、この第２の側面のセンサ装置は、前記共振器上に設けられたレンズをさらに備えていてもよく、前記レンズの平面形状は、前記レンズの中心に対して非対称でもよい。これにより例えば、短波長シフトを抑制することが可能となる。

　また、この第２の側面において、前記共振器は、前記光電変換部を含む化合物半導体基板上に設けられていてもよい。これにより例えば、シリコン基板を用いた場合より優れた特性のセンサ装置を実現することが可能となる。

　また、この第２の側面において、前記化合物半導体基板は、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）層と、前記ＩｎＧａＡｓ層上に設けられたＩｎＰ（リン化インジウム）層とを含み、前記共振器は、前記ＩｎＰ層上に設けられていてもよい。これにより例えば、シリコン基板を用いた場合より優れた特性のセンサ装置を実現することが可能となる。

　また、この第２の側面において、前記共振器の共振器長は、λ／ｎ以上でもよい（λは、前記共振器から出力される光の真空中におけるピーク波長を表し、ｎは、前記共振器の実効屈折率を表す）。これにより例えば、広い波長エリアでの分光が可能となる。

　また、この第２の側面において、前記共振器の共振器長は、７００ｎｍ／ｎ以上でもよい（ｎは、前記共振器の実効屈折率を表す）。これにより例えば、広い波長エリアでの分光が可能となる。

　また、この第２の側面のセンサ装置は、前記第１材料で形成された前記第１部分と、前記第２材料で形成され、前記第１部分内に設けられた前記複数の第２部分とを含む前記メタマテリアル層、を含む前記共振器と、前記第２材料で形成された第２部分と、前記第１材料で形成され、前記第２部分内に設けられた複数の第１部分とを含む第２メタマテリアル層、を含む第２共振器とを備えていてもよい。これにより例えば、第１部分と第２部分との体積比をより広範囲に変えることが可能となる。

　また、この第２の側面において、前記センサ装置は、多モードの光を前記フィルタ層および前記共振器を透過させることで、前記光のモードの数を低減させてもよい。これにより例えば、所定のモードの光を光電変換部に選択的に入射させることが可能となる。

　また、この第２の側面において、前記センサ装置は、多モード分光を信号処理により単一モード分光に変換してもよい。これにより例えば、共振器により得られる分光スペクトルが多モードとなる場合でも、単一モードの分光スペクトルを得ることが可能となる。

　また、この第２の側面において、前記センサ装置は、多モードの光を前記フィルタ層および前記共振器を透過させることで、近赤外光の波長域内にピーク波長を有する単一モードの光を生成してもよい。これにより例えば、太陽光のノイズの少ない光である近赤外光を光電変換部に選択的に入射させることが可能となる。

　また、この第２の側面において、前記センサ装置は、複数の画素を有する画素アレイ領域を備える固体撮像装置でもよい。これにより例えば、優れた共振器を撮像に適用することが可能となる。

　また、この第２の側面において、前記画素アレイ領域は、ｎ×ｎ個（ｎは２以上の整数）の画素を単位とする周期配列を有していてもよい。これにより例えば、マルチ分光に適した固体撮像装置を実現することが可能となる。

　本開示の第３の側面のセンサ装置の製造方法は、光電変換部を形成し、前記光電変換部上にファブリペロ共振器を形成し、前記ファブリペロ共振器上または前記ファブリペロ共振器と前記光電変換部との間にフィルタ層を形成することを含む。これにより、例えばファブリペロ共振器の欠点をフィルタ層で補うことができるなど、ファブリペロ共振器を好適な態様でセンサ装置に実装することが可能となる。

　本開示の第４の側面のセンサ装置の製造方法は、光電変換部を形成し、前記光電変換部上に、メタマテリアル層を含む共振器を形成し、前記共振器上または前記共振器と前記光電変換部との間にフィルタ層を形成することを含み、前記メタマテリアル層は、第１材料で形成された第１部分と、前記第１材料とは異なる第２材料で形成され、前記第１部分内に設けられた複数の第２部分とを含む。これにより、例えば共振器の欠点をフィルタ層で補うことができるなど、共振器を好適な態様でセンサ装置に実装することが可能となる。

　また、この第４の側面において、前記メタマテリアル層は、前記第１材料で形成された第１部分を形成し、前記第１部分内に、前記第２材料で形成された前記複数の第２部分を埋め込む、ことで形成されてもよい。これにより例えば、メタマテリアル層を半導体製造プロセスの一般的な手法により簡単に形成することが可能となる。

第１実施形態の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。第１実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。第１実施形態の固体撮像装置の構造を示す別の断面図である。第１実施形態の共振器の構造を示す斜視図である。第１実施形態の共振器の構造を示す平面図である。第１実施形態の固体撮像装置の特性を説明するためのグラフである。第１実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。第１実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。第１実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。第１実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。第１実施形態の固体撮像装置の動作を示すフローチャートである。第１実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。第１実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。第２実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。第２実施形態の固体撮像装置の構造を示す模式図である。第２実施形態の固体撮像装置の特性を説明するためのグラフである。第２実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。第２実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。第３実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。第３実施形態の固体撮像装置の特性を説明するためのグラフである。第３実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。第３実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。第３実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。第４実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。第４実施形態の固体撮像装置の特性を説明するためのグラフである。第４実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。第４実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。第４実施形態の固体撮像装置の動作を示すフローチャートである。第５実施形態の固体撮像装置の構造を説明するための模式図である。第５実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。第５実施形態の固体撮像装置の特性を説明するためのグラフである。第５実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。第５実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。第６実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。第６実施形態の固体撮像装置の特性を説明するためのグラフである。第６実施形態の共振器の構造を説明するための平面図である。第７実施形態の固体撮像装置の構造を説明するための平面図である。第７実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。第７実施形態の固体撮像装置の変形例の構造を説明するための平面図および断面図である。第８実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(1/2)である。第８実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(2/2)である。第８実施形態の固体撮像装置の製造方法の詳細を示す断面図(1/2)である。第８実施形態の固体撮像装置の製造方法の詳細を示す断面図(2/2)である。第９実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。第９実施形態の共振器の構造を示す斜視図である。第９実施形態の固体撮像装置の特性を説明するためのグラフである。第１０実施形態の固体撮像装置の動作を説明するためのグラフである。第１１実施形態の固体撮像装置の動作を説明するためのグラフである。電子機器の構成例を示すブロック図である。移動体制御システムの構成例を示すブロック図である。図５０の撮像部の設定位置の具体例を示す平面図である。

　以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

　（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。

　図１の固体撮像装置は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型のイメージセンサであり、複数の画素１を有する画素アレイ領域２と、制御回路３と、垂直駆動回路４と、複数のカラム信号処理回路５と、水平駆動回路６と、出力回路７と、複数の垂直信号線８と、水平信号線９とを備えている。図１の固体撮像装置は、本開示のセンサ装置の例である。

　各画素１は、光電変換部として機能するフォトダイオードと、複数の画素トランジスタとを備えている。画素トランジスタの例は、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタ等のＭＯＳトランジスタである。

　画素アレイ領域２は、２次元アレイ状に配置された複数の画素１を有している。画素アレイ領域２は、光を受光して光電変換を行い、光電変換により生成された信号電荷を増幅して出力する有効画素領域と、黒レベルの基準になる光学的黒を出力するための黒基準画素領域（図示せず）とを含んでいる。一般に、黒基準画素領域は有効画素領域の外周部に配置されている。

　制御回路３は、垂直同期信号、水平同期信号、およびマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、水平駆動回路６等の動作の基準となる種々の信号を生成する。制御回路３により生成される信号は、例えばクロック信号や制御信号であり、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、水平駆動回路６等に入力される。

　垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタを備えており、画素アレイ領域２内の各画素１を行単位で垂直方向に走査する。垂直駆動回路４はさらに、各画素１が生成した信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線８を通してカラム信号処理回路５に供給する。

　カラム信号処理回路５は、例えば画素アレイ領域２内の画素１の列ごとに配置されており、１行分の画素１から出力された信号の信号処理を、黒基準画素領域からの信号に基づいて列ごとに行う。この信号処理の例は、ノイズ除去や信号増幅である。

　水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタを備えており、各カラム信号処理回路５からの画素信号を水平信号線９に供給する。

　出力回路７は、各カラム信号処理回路５から水平信号線９を通して供給される信号に対し信号処理を行い、この信号処理が行われた信号を出力する。

　図２は、第１実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。図２は、図１の画素アレイ領域２の縦断面を示している。

　本実施形態の固体撮像装置は、支持基板１１と、複数の配線層１２、１３、１４と、層間絶縁膜１５と、各転送トランジスタＴｒ１に含まれるゲート電極１６およびゲート絶縁膜１７とを備えている。

　本実施形態の固体撮像装置はさらに、基板２１と、基板２１内の複数の光電変換部２２と、各光電変換部２２に含まれるｐ型半導体領域２３、ｎ型半導体領域２４、およびｐ型半導体領域２５と、基板２１内の画素分離層２６、ｐウェル層２７、および複数の浮遊拡散部２８とを備えている。

　本実施形態の固体撮像装置はさらに、溝３１と、溝３１内に設けられた素子分離部３２と、素子分離部３２に含まれる固定電荷膜（負の固定電荷を有する膜）３３および絶縁膜３４と、遮光膜３５と、平坦化膜３６と、各光電変換部２２の上方に設けられた積層膜３７、カラーフィルタ層３８、およびオンチップレンズ３９とを備えている。

　図２は、互いに垂直なＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を示している。Ｘ方向およびＹ方向は横方向（水平方向）に相当し、Ｚ方向は縦方向（垂直方向）に相当する。また、＋Ｚ方向は上方向に相当し、－Ｚ方向は下方向に相当する。－Ｚ方向は、厳密に重力方向に一致していてもよいし、厳密には重力方向に一致していなくてもよい。

　基板２１は例えば、シリコン（Ｓｉ）基板等の半導体基板である。図２において、基板２１の－Ｚ方向の面は、基板２１の表側の面であり、基板２１のＺ方向の面は、基板２１の裏側の面（裏面）である。本実施形態の固体撮像装置は裏面照射型であるため、カラーフィルタ層３８やオンチップレンズ３９は基板２１の裏側に設けられており、図２では基板２１の上方に位置している。基板２１の裏面は、基板２１の光入射面となる。一方、配線層１２～１４は、基板２１の表側に設けられており、図２では基板２１の下方に位置している。

　光電変換部２２は、基板２１内に画素１ごとに設けられている。図２は、３つの画素１用の３つの光電変換部２２を例示している。各光電変換部２２は、基板２１の表側から裏側に向かって基板２１内に順に形成されたｐ型半導体領域２３、ｎ型半導体領域２４、およびｐ型半導体領域２５を備えている。光電変換部２２では、ｐ型半導体領域２３とｎ型半導体領域２４との間のｐｎ接合と、ｎ型半導体領域２４とｐ型半導体領域２５との間のｐｎ接合により、主なフォトダイオードが実現されており、フォトダイオードが光を電荷に変換する。光電変換部２２は、オンチップレンズ３９に入射した光をカラーフィルタ層３８を介して受光し、受光した光の光量に応じた信号電荷を生成し、生成した信号電荷をｎ型半導体領域２４に蓄積する。

　画素分離層２６は、互いに隣接する光電変換部２２同士の間に設けられたｐ型半導体領域である。ｐウェル層２７は、画素分離層２６に対して基板２１の表側に設けられたｐ型半導体領域である。浮遊拡散部２８は、ｐウェル層２７に対して基板２１の表側に設けられたｎ＋型半導体領域である。浮遊拡散部２８は、ｐウェル層２７内にｎ型不純物を高濃度に注入することで形成される。

　溝３１は、基板２１の裏面から深さ方向（－Ｚ方向）に延びる形状を有しており、画素分離層２６と同様に、互いに隣接する光電変換部２２同士の間に設けられている。溝３１は、画素分離層２６内にエッチングにより凹部を形成することで形成される。

　素子分離部３２は、溝３１内に順に形成された固定電荷膜３３および絶縁膜３４を含んでいる。固定電荷膜３３は、溝３１の側面および底面に形成されている。絶縁膜３４は、溝３１内に固定電荷膜３３を介して埋め込まれている。

　固定電荷膜３３は、負の固定電荷を有する膜であり、素子分離部３２の材料となっている。一般に固体撮像装置では、入射光がなく信号電荷がない状態でも、基板２１の界面に存在する微小欠陥から電荷が発生することがある。この電荷は、暗電流と呼ばれるノイズの原因となる。しかしながら、負の固定電荷を有する膜には、このような暗電流の発生を抑制する作用がある。よって、本実施形態によれば、固定電荷膜３３により暗電流を低減することが可能となる。本実施形態の固定電荷膜３３は、基板２１の裏面全体に形成されており、素子分離部３２内だけでなく光電変換部２２上にも配置されている。固定電荷膜３３は例えば、ハフニウム（Ｈｆ）、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、またはチタン（Ｔｉ）を含む酸化膜または窒化膜である。

　絶縁膜３４は、固定電荷膜３３と共に素子分離部３２の材料となっている。絶縁膜３４は、固定電荷膜３３と異なる屈折率を有する材料で形成することが好ましい。このような絶縁膜３４の例は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、樹脂膜等である。また、絶縁膜３４は、正の固定電荷を持たない膜や、正の固定電荷が少ない膜としてもよい。本実施形態の絶縁膜３４は、基板２１の裏面全体に形成されており、素子分離部３２内だけでなく光電変換部２２上にも配置されている。

　遮光膜３５は、基板２１の裏面に形成された絶縁膜３４上の所定の領域に形成されており、オンチップレンズ３９からの光を遮光する作用を有する。画素アレイ領域２では、遮光膜３５は、光電変換部２２がオンチップレンズ３９に対して開口するように網目状に形成されており、具体的には、素子分離部３２上に形成されている。遮光膜３５は、光を遮光する材料で形成された膜であり、例えばタングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、または銅（Ｃｕ）を含む金属膜である。

　平坦化膜３６は、遮光膜３５を覆うように絶縁膜３４の全面に形成されており、これにより基板２１の裏面上の面が平坦となっている。平坦化膜３６は例えば、樹脂膜等の有機膜である。

　積層膜３７は、平坦化膜３６上に形成されており、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、シリコン層等を含んでいる。本実施形態の積層膜３７はさらに、後述するように、画素１ごとに構造の異なる共振器５１を含んでいる。積層膜３７の詳細については、後述する。

　カラーフィルタ層３８は、積層膜３７上に画素１ごとに形成されており、ＯＣＣＦ（オンチップカラーフィルタ）とも呼ばれる。例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）用のカラーフィルタ層３８がそれぞれ、赤色、緑色、青色の画素１の光電変換部２２の上方に配置されている。あるいは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）用のカラーフィルタ層３８がそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアンの画素１の光電変換部２２の上方に配置されていてもよい。さらに、これらのカラーフィルタ層３８は、赤外光（ＩＲ）の画素１の光電変換部２２の上方に、赤外光用のカラーフィルタ層３８を含んでいてもよい。各カラーフィルタ層３８は、所定の波長の光が透過できるまたはできない性質を有しており、各カラーフィルタ層３８を透過した光が、積層膜３７、絶縁膜３４、および固定電荷膜３３を介して光電変換部２２に入射する。なお、カラーフィルタ層３８は、積層膜３７とオンチップレンズ３９との間に配置される代わりに、積層膜３７と平坦化膜３６との間に配置されていてもよい。すなわち、カラーフィルタ層３８は、積層膜３７上に配置される代わりに、積層膜３７下に配置されていてもよい。

　オンチップレンズ３９は、カラーフィルタ層３８上に画素１ごとに形成されている。各オンチップレンズ３９は、入射した光を集光する性質を有しており、各オンチップレンズ３９により集光された光は、対応するカラーフィルタ層３８等を介して光電変換部２２に入射する。

　支持基板１１は、基板２１の表側に層間絶縁膜１５を介して設けられており、基板２１の強度を確保するために設けられている。支持基板１１は例えば、シリコン基板等の半導体基板である。

　配線層１２～１４は、基板２１の表側に設けられた層間絶縁膜１５内に設けられ、多層配線構造をなしている。本実施形態の多層配線構造は、３層の配線層１２～１４を含んでいるが、４層以上の配線層を含んでいてもよい。配線層１２～１４の各々は、種々の配線を含んでおり、転送トランジスタＴｒ１等の画素トランジスタは、これらの配線を用いて駆動される。配線層１２～１４は例えば、タングステン、アルミニウム、または銅を含む金属層である。層間絶縁膜１５は例えば、酸化シリコン膜等を含む絶縁膜である。

　各転送トランジスタＴｒ１のゲート電極１６は、ｐ型半導体領域２３と浮遊拡散部２８との間のｐウェル層２７の下に、ゲート絶縁膜１７を介して設けられている。各転送トランジスタＴｒ１は、光電変換部２２内の信号電荷を浮遊拡散部２８に転送することができる。ゲート電極１６およびゲート絶縁膜１７は、層間絶縁膜１５内に設けられている。

　本実施形態の固体撮像装置では、基板２１の裏側から光が照射され、オンチップレンズ３９に光が入射する。オンチップレンズ３９に入射した光は、オンチップレンズ３９により集光され、カラーフィルタ層３８、積層膜３７、平坦化膜３６、絶縁膜３４、および固定電荷膜３３を介して光電変換部２２に入射する。光電変換部２２は、この光を光電変換により電荷に変換して、信号電荷を生成する。信号電荷は、基板２１の表側に設けられた配線層１２～１４内の垂直信号線８を介して、画素信号として出力される。

　図３は、第１実施形態の固体撮像装置の構造を示す別の断面図である。

　図３は、１つの画素１に含まれる基板２１、積層膜３７、およびカラーフィルタ層３８を示している。基板２１内の光電変換部２２等や、基板２１上の平坦化膜３６およびオンチップレンズ３９等の図示は省略されている。

　本実施形態の積層膜３７は、図３に示すように、基板２１上に順に形成された酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２膜）４１、窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜（Ｓｉ_３Ｎ_４膜））４２、酸化シリコン膜４１、ポリシリコン層（ｐｏｌｙ－Ｓｉ層）４３、メタマテリアル層４４、ポリシリコン層４３、および酸化シリコン膜４１を備えている。メタマテリアル層４４は、共振器５１として機能する。本実施形態の積層膜３７は、共振器５１を含むことで、屈折率変調型のファブリペロ共振器となっている。積層膜３７内の各層や各膜は、例えば図３に示す厚さを有している。共振器５１下の酸化シリコン膜４１、窒化シリコン膜４２、酸化シリコン膜４１、およびポリシリコン層４３は、本開示の第１層の例であり、共振器５１上のポリシリコン層４３および酸化シリコン膜４１は、本開示の第２層の例である。図３に示すＱＥは、量子効率（Quantum Efficiency）の略語である。共振器５１は、キャビティとも呼ばれる。

　図４は、第１実施形態の共振器５１（メタマテリアル層４４）の構造を示す斜視図である。

　本実施形態のメタマテリアル層４４は、図４に示すように、窒化シリコン膜４２で形成された窒化シリコン部分４２ａと、酸化シリコン膜４１で形成されており、窒化シリコン部分４２ａ内に設けられた複数の酸化シリコン部分４１ａとを含んでいる。窒化シリコン部分４２ａはおおむね、四角形の板状の形状を有している。一方、各酸化シリコン部分４１ａは、Ｚ方向に延びる柱状の形状を有しており、窒化シリコン部分４２ａを貫通している。窒化シリコン部分４２ａは、第１材料で形成された第１部分の例であり、酸化シリコン部分４１ａは、第２材料で形成された複数の第２部分の例である。

　酸化シリコン部分４１ａと窒化シリコン部分４２ａは、異なる屈折率を有している。具体的には、窒化シリコン部分４２ａの屈折率が、酸化シリコン部分４１ａの屈折率より高い。そのため、共振器５１の実効屈折率は、メタマテリアル層４４内の酸化シリコン部分４１ａと窒化シリコン部分４２ａとの体積比に依存する。よって、本実施形態では、酸化シリコン部分４１ａと窒化シリコン部分４２ａとの体積比を画素１ごとに変えることで、共振器５１の実効屈折率を画素１ごとに変えることができる。これにより、共振器５１の共振器長を変化させずに実効屈折率を変化させることで、共振器５１から出力される（すなわち、共振器５１を透過する）光のピーク波長を変化させることが可能となる。

　なお、メタマテリアル層４４は、屈折率の異なる２種類以上の材料を選択し、これらの材料で微細構造を形成することで、様々な態様で形成することが可能である。例えば、メタマテリアル層４４は、後述するように、酸化シリコンとアモルファスシリコンにより形成してもよい。また、メタマテリアル層４４は、酸化シリコンと酸化チタンにより形成してもよい。本実施形態のメタマテリアル層４４は、上記のピーク波長の１／２以下の微細構造により実現されている。

　図５は、第１実施形態の共振器５１（メタマテリアル層４４）の構造を示す平面図である。

　図５は、４×４個の画素１のメタマテリアル層４４を示している。図５では、酸化シリコン部分４１ａと窒化シリコン部分４２ａとの体積比が、メタマテリアル層４４ごと（画素１ごと）に異なっている。図５はさらに、窒化シリコン部分４２ａ内に複数の酸化シリコン部分４１ａが設けられたメタマテリアル層４４だけでなく、酸化シリコン部分４１ａ内に複数の窒化シリコン部分４２ａが設けられたメタマテリアル層４４も示している。後者のメタマテリアル層４４（共振器５１）は、本開示の第２メタマテリアル層（第２共振器）の例である。

　このように、本実施形態の固体撮像装置は、窒化シリコン部分４２ａ内に複数の酸化シリコン部分４１ａが設けられたメタマテリアル層４４と、酸化シリコン部分４１ａ内に複数の窒化シリコン部分４２ａが設けられたメタマテリアル層４４とを備えている。これにより、酸化シリコン部分４１ａと窒化シリコン部分４２ａとの体積比をより広範囲に変えることが可能となり、共振器５１の実効屈折率をより広範囲に変化させることが可能となる。本実施形態の固体撮像装置はさらに、図５に示すように、酸化シリコン部分４１ａのみを含むメタマテリアル層４４や、窒化シリコン部分４２ａのみを含むメタマテリアル層４４を備えていてもよい。

　次に、図３から図５を参照し、本実施形態の共振器５１等のさらなる詳細を説明する。

　図３では、メタマテリアル層４４下にポリシリコン層４３が設けられており、このポリシリコン層４３がメタマテリアル層４４の下面に接している。そのため、メタマテリアル層４４の下面が、メタマテリアル層４４の下方の酸化シリコン膜４１等から離隔されている。例えば、メタマテリアル層４４の下面に透明な材料（例えば酸化シリコン膜４１）が接している場合、この透明な材料は、メタマテリアル層４４と共に共振器５１の一部となる。本実施形態によれば、ポリシリコン層４３がメタマテリアル層４４の下面に接していることで、共振器５１の厚みを薄くすることができる。

　図３ではさらに、メタマテリアル層４４上にポリシリコン層４３が設けられており、このポリシリコン層４３がメタマテリアル層４４の上面に接している。そのため、メタマテリアル層４４の上面が、メタマテリアル層４４の上方の酸化シリコン膜４１等から離隔されている。例えば、メタマテリアル層４４の上面に透明な材料（例えば酸化シリコン膜４１）が接している場合、この透明な材料は、メタマテリアル層４４と共に共振器５１の一部となる。本実施形態によれば、ポリシリコン層４３がメタマテリアル層４４の上面に接していることで、共振器５１の厚みを薄くすることができる。

　なお、本実施形態では、メタマテリアル層４４とカラーフィルタ層３８との間や、メタマテリアル層４４と基板２１との間には、上述の２つのポリシリコン層４３以外の半導体層は設けられていない。よって、本実施形態の積層膜３７は、これらのポリシリコン層４３以外すべて絶縁膜で形成されている。一方、これらのポリシリコン層４３以外の半導体層を含む積層膜３７の例については、後述する。

　図４に示すメタマテリアル層４４は、屈折率の高い窒化シリコン部分４２ａと、屈折率の低い複数の酸化シリコン部分４１ａとを含んでいる。これにより、メタマテリアル層４４を含む共振器５１が実現されている。

　図４の各酸化シリコン部分４１ａの形状は、例えば円柱形である。本実施形態では、この円柱形の円の直径を、共振器５１から出力される光のピーク波長のオーダーより小さく設定する。すなわち、酸化シリコン部分４１ａを微細加工する。これにより、好適な特性を有する共振器５１を実現することが可能となる。

　図５は、４×４個の画素１のメタマテリアル層４４（共振器５１）を示している。本実施形態では、これらの共振器５１の共振器長は、すべて同じに設定されている。理由は、共振器５１の共振器長を変化させずに実効屈折率を変化させることで、共振器５１から出力される光のピーク波長を変化させることができるからである。共振器５１の共振器長を変化させないことには、例えば共振器５１の製造が容易になるという利点がある。

　図６は、第１実施形態の固体撮像装置の特性を説明するためのグラフである。図７は、第１実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。図８は、第１実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。

　図６は、積層膜３７を透過する光のスペクトルの例を示しており、横軸は、この光の波長を表し、縦軸は、この光の各波長における透過率を表す。図７は、積層膜３７を透過する光のスペクトルの別の例を示しており、横軸は、この光の波長を表し、縦軸は、この光の各波長における量子効率を表す。図８は、積層膜３７を透過する光のスペクトルの別の例を示しており、横軸は、この光の波長を表し、縦軸は、この光の各波長における量子効率を表す。

　本実施形態の共振器５１の共振器長は、例えばλ／ｎ以上に設定される。λは、この共振器５１を透過する光の真空中におけるピーク波長を表す。ｎは、この共振器５１の実効屈折率を表す。なお、本実施形態では、このλの値として例えば、このピーク波長の目標値λ_０が使用される。本実施形態の共振器５１の共振器長は、例えば７００ｎｍ／ｎ以上に設定することが望ましい。

　本実施形態では、共振器長をλ／ｎ以上に設定することで、あるモードのピーク波長と次のモードのピーク波長との間隔が狭くなる。このことは、図６のＦＳＲ（Free Spectal Range）により示されている。その結果、図７に示すように、例えば広い波長エリアでの分光が可能となる。

　しかし、この場合には、１つの分光スペクトルが、マルチモード（多モード）となり、多数のピークを含むことになる（図７）。そこで、本実施形態では、積層膜３７上に、カラーフィルタ層３８のような波長選択性のある層を配置する。これにより、積層膜３７に入射する光のモードの数（波長の範囲）を低減することが可能となり、積層膜３７を透過する光の分光スペクトルに含まれるピークの数を低減することが可能となる（図８）。その結果、所定のモードの光を光電変換部２２に選択的に入射させることが可能となる。なお、積層膜３７上にカラーフィルタ層３８を配置する場合、積層膜３７に入射する光は、場合によってシングルモード（単一モード）となり、積層膜３７を透過する光は、場合によって単一ピークとなる。

　図９は、第１実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。図１０は、第１実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。

　図９は、カラーフィルタ層３８を透過する光のスペクトルの例を示しており、横軸は、この光の波長を表し、縦軸は、この光の各波長における透過率を表す。図１０は、カラーフィルタ層３８を透過する光のスペクトルの別の例を示しており、横軸は、この光の波長を表し、縦軸は、この光の各波長における透過率を表す。

　図９は、カラーフィルタ層３８が例えば、赤色（Ｒ）フィルタ、緑色（Ｇ）フィルタ、青色（Ｂ）フィルタ等である場合のスペクトルを示している。図１０は、カラーフィルタ層３８を、６５０ｎｍ、８００ｎｍ、９００ｎｍを閾値波長とするハイパスフィルタ層に置き換えた場合のスペクトルを示している。

　カラーフィルタ層３８は、図９に例示するいずれかの特性を有していてもよいし、その他の特性を有していてもよい。また、カラーフィルタ層３８は、赤外光（ＩＲ）フィルタでもよいし、赤色フィルタと緑色フィルタとを重ねて配置したフィルタでもよい。

　また、カラーフィルタ層３８は、図１０に例示するいずれかの特性を有するハイパスフィルタ層に置き換えてもよいし、波長選択性を有するその他のフィルタ層に置き換えてもよい。例えば、カラーフィルタ層３８は、メタサーフェスや、表面プラズモン共鳴フィルタや、本実施形態の積層膜３７と異なる方式のファブリペロ共振器に置き換えてもよい。

　また、カラーフィルタ層３８は、共振器５１の上方に配置する代わりに、共振器５１の下方に配置してもよい。これは、カラーフィルタ層３８を、その他のフィルタ層に置き換える場合においても同様である。

　さらに、本実施形態では、共振器５１同士の境界や、カラーフィルタ層３８同士の境界に混色防止のための画素間遮光膜を設けてもよい。これにより、各画素１から隣接画素１への光の侵入を防ぎ、波長選択性を向上させることが可能となる。

　また、ポリシリコン層４３は、短波長側の吸収係数が大きくロスが大きいが、その厚みを５０ｎｍ以下に設定することで、吸収が抑えられることが分かっている。そのため、図３に示す各ポリシリコン層４３の厚みは、３１ｎｍに設定されている。図３に示す各ポリシリコン層４３は、アモルファスシリコン（α－Ｓｉ）層や、マイクロクリスタル（微結晶）シリコン（μｃ－Ｓｉ）層に置き換えてもよい。

　図１１は、第１実施形態の固体撮像装置の動作を示すフローチャートである。

　本実施形態の固体撮像装置は、共振器５１を透過した光を光電変換部２２により電荷に変換することで、光を検出することができる。これにより得られる分光スペクトルの未加工データ（Raw Data）は、単一モードとなる場合と、多モードになる場合とがある。

　本実施形態の固体撮像装置は、多モードの未加工データを取得した場合には（ステップＳ１１）、多モードの未加工データに信号処理を施し（ステップＳ１２）、多モードの未加工データを単一モードのデータに変換してもよい（ステップＳ１３）。信号処理では、例えば単一モード化と混色成分除去とを行う。これにより、単一モードの分光スペクトルを、カラーフィルタ層３８の作用に代えて、信号処理の作用により得ることが可能となる。

　図１２は、第１実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。図１３は、第１実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。

　図１２は、上記信号処理により得られた分光スペクトルの例を示しており、横軸は、光の波長を表し、縦軸は、この光のピークの各波長における半値幅（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum）を表す。ＦＷＨＭについては、図６を参照されたい。図１３は、上記信号処理により得られた分光スペクトルの各波長に関し、目指す波長（目標値）と出力波長（計測値）との対応を示している。

　上記信号処理をチコノフの理論（Tychonoff's theorem）を適用して実行した場合、半値幅は、図１２に示すように、ほぼ波長４００～９００ｎｍにおいて、１００ｎｍ未満となっており、狭い分光を得ることができた。さらに、図１３に示すように、出力波長は、目指す波長にほぼ一致することが分かった。

　以上のように、本実施形態の固体撮像装置は、メタマテリアル層４４を含む共振器５１上（または下）にカラーフィルタ層３８を備えている。よって、本実施形態によれば、例えば共振器５１の欠点をカラーフィルタ層３８で補うことができるなど、共振器５１を好適な態様で固体撮像装置に実装することが可能となる。

　例えば、図１２に示すように、得られる光の半値幅を広い波長領域で狭くすることが可能となる。また、共振器５１をメタマテリアル層４４により実現することで、光のピーク波長を変化させることが可能な共振器５１を簡単に量産することが可能となる。このような共振器５１は、カラーフィルタ層３８と積層することも容易である。共振器５１上（または下）にカラーフィルタ層３８を積層することで、共振器５１に入射する光のモードの数（波長の範囲）を低減することが可能となり、共振器５１を透過する光の分光スペクトルに含まれるピークの数を低減することが可能となる（図８）。本実施形態のようなマルチ分光による信号検知は、植生状態を評価するために農業に適用することや、人肌などの生体部位を検知するために生体認知に適用するなど、様々な応用が可能である。

　なお、本実施形態の共振器５１は、イメージセンサ（固体撮像装置）内に設けられているが、光を検知するその他のセンサ装置内に設けられていてもよい。このようなセンサ装置の例は、測距センサである。

　また、本実施形態の積層膜３７（図３参照）は、上述のように、共振器５１を含むことで、屈折率変調型のファブリペロ共振器となっている。そして、本実施形態の共振器５１は、メタマテリアル層４４を含んでいる。しかしながら、積層膜３７は、メタマテリアル層を含まない共振器を含むことで、ファブリペロ共振器となっていてもよい。例えば、積層膜３７は、均一な屈折率を有する材料で形成されていてもよい。ただし、メタマテリアル層４４を用いて共振器５１を形成することには、例えば、共振器５１の厚みを画素１ごとに変える必要がなくなるため、共振器５１を容易に形成できるという利点がある。これは、後述する第２から第１１実施形態の積層膜３７でも同様である（図１４、図１９、図２４、図３０、図４４等を参照）。

　以下、第２から第１１実施形態について説明する。これらの実施形態については、第１実施形態や他の実施形態との相違点を中心に説明し、第１実施形態や他の実施形態との共通点の説明は適宜省略する。

　（第２実施形態）
　図１４は、第２実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。

　図１４は、図３と同様に、１つの画素１に含まれる基板２１、積層膜３７、およびカラーフィルタ層３８を示している。基板２１内の光電変換部２２等や、基板２１上の平坦化膜３６およびオンチップレンズ３９等の図示は省略されている。

　本実施形態の積層膜３７は、図１４に示すように、基板２１上に順に形成された反射防止膜（ＡＲ（Anti-Refrective）膜）４５、酸化シリコン膜４１、ポリシリコン層４３、酸化シリコン膜４１、ポリシリコン層４３、酸化シリコン膜４１、メタマテリアル層４４、酸化シリコン膜４１、ポリシリコン層４３、酸化シリコン膜４１、ポリシリコン層４３、および酸化シリコン膜４１を備えている。本実施形態のメタマテリアル層４４は、メタマテリアル層４４の下面に接する酸化シリコン膜４１や、メタマテリアル層４４の上面に接する酸化シリコン膜４１と共に、共振器５１として機能する。本実施形態のメタマテリアル層４４は、第１実施形態のメタマテリアル層４４と同様の構造を有しており、本実施形態の積層膜３７は、共振器５１を含むことで、屈折率変調型のファブリペロ共振器となっている。積層膜３７内の各層や各膜は、例えば図１４に示す厚さを有している。共振器５１下の反射防止膜４５、酸化シリコン膜４１、ポリシリコン層４３、酸化シリコン膜４１、およびポリシリコン層４３は、本開示の第１層の例であり、共振器５１上のポリシリコン層４３、酸化シリコン膜４１、ポリシリコン層４３、および酸化シリコン膜４１は、本開示の第２層の例である。

　図１４では、メタマテリアル層４４下に酸化シリコン膜４１が設けられており、この酸化シリコン膜４１がメタマテリアル層４４の下面に接している。そのため、メタマテリアル層４４の下面が、メタマテリアル層４４の下方のポリシリコン層４３等から離隔されている。メタマテリアル層４４は例えば、窒化シリコン部分４２ａと複数の酸化シリコン部分４１ａとを含んでおり（図４）、上記の酸化シリコン膜４１は、これら窒化シリコン部分４２ａおよび酸化シリコン部分４１ａの下面に接している。本実施形態では、メタマテリアル層４４の下面に接する酸化シリコン膜４１が、透明なガラス膜であり、メタマテリアル層４４と共に共振器５１の一部となっている。

　図１４ではさらに、メタマテリアル層４４上に酸化シリコン膜４１が設けられており、この酸化シリコン膜４１がメタマテリアル層４４の上面に接している。そのため、メタマテリアル層４４の上面が、メタマテリアル層４４の上方のポリシリコン層４３等から離隔されている。メタマテリアル層４４は例えば、窒化シリコン部分４２ａと複数の酸化シリコン部分４１ａとを含んでおり（図４）、上記の酸化シリコン膜４１は、これら窒化シリコン部分４２ａおよび酸化シリコン部分４１ａの上面に接している。本実施形態では、メタマテリアル層４４の上面に接する酸化シリコン膜４１が、透明なガラス膜であり、メタマテリアル層４４と共に共振器５１の一部となっている。

　本実施形態によれば、３５０ｎｍ～１０００ｎｍのワイドバンドのマルチ分光で半値幅の狭い固体撮像装置を実現することができる。本実施形態の積層膜３７は、４つのポリシリコン層４３を含んでおり、これにより半値幅を狭くすることができる。各ポリシリコン層４３は例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などによりアモルファスシリコン層を形成し、アモルファスシリコン層を７００℃のアニールにより結晶化することで形成可能である。また、各ポリシリコン層４３は例えば、ＣＶＤなどによりマイクロクリスタルシリコン層を形成し、マイクロクリスタルシリコン層を４００℃の低温アニールにより結晶化することで形成可能である。符号「４３」の層をポリシリコン層とすることで、この層における光の吸収を抑制することが可能となる。さらに、本実施形態では、メタマテリアル層４４の微細加工のマージンとして、メタマテリアル層４４の上面および下面に酸化シリコン膜４１が配置されている。

　本実施形態の共振器５１の共振器長は、例えばλ／ｎ以上に設定される。λは、この共振器５１を透過する光の真空中におけるピーク波長を表す。ｎは、この共振器５１の実効屈折率を表す。なお、本実施形態では、このλの値として例えば、このピーク波長の目標値λ_０が使用される。本実施形態の共振器５１の共振器長は、例えば７００ｎｍ／ｎ以上に設定することが望ましい。本実施形態では、共振器５１の共振器長を１０００ｎｍに設定することでマルチモード化がなされており、かつ、共振器５１の上方にカラーフィルタ層３８を配置することで波長選択性のある構造が実現されている。

　図１５は、第２実施形態の固体撮像装置の構造を示す模式図である。本実施形態の固体撮像装置の画素アレイ領域２は、図１５に示す構造を有している。

　図１５において、各正方形は、１個の画素１を表し、符号Ｒは、１６個の画素１を含む単位領域を表している。各単位領域Ｒ内の数字「１～１６」は、各単位領域Ｒが１６種類の色に対応する１６種類の画素１を含んでいることを表している。このように、本実施形態の画素アレイ領域２は、４×４個の画素１を単位とする周期配列を有している。

　本実施形態では、１６種類の画素１が、互いに異なる構造の共振器５１（メタマテリアル層４４）を含んでいる（図５も参照）。これにより、１６分光の固体撮像装置を実現することができる。本実施形態の画素アレイ領域２は、複数の単位領域ＲがＸ方向およびＹ方向に繰り返し配置された構造を有している。

　なお、各単位領域Ｒに含まれる画素１の個数は、５×５個でもよいし、６×６個でもよいし、ｎ×ｎ個でもよい（ｎは２以上の整数）。これにより、マルチ分光に適した固体撮像装置を実現することが可能となり、複数の分光に信号処理を施すことよってマルチ分光の画像を得ることが可能となる。この信号処理により得られる画像は、農業や生体検知などの様々なアプリケーションに応用するのに適している。

　なお、各単位領域Ｒに含まれる画素１の個数は、ｍ×ｎ個でもよい（ｍは、ｎと異なる２以上の整数）。ただし、２の累乗個の種類の画素１を取り扱うことが好ましい場合には、各単位領域Ｒに含まれる画素１の個数はｎ×ｎ個とすることが好ましい。

　図１６は、第２実施形態の固体撮像装置の特性を説明するためのグラフである。

　図１６は、積層膜３７を透過する光のスペクトルの例を示しており、横軸は、この光の波長を表し、縦軸は、この光の各波長における量子効率を表す。図１６は、上述の図８と同様に、積層膜３７の上方にカラーフィルタ層３８を配置した場合のスペクトルを示している。このような配置により、積層膜３７に入射する光のモードの数（波長の範囲）を低減することが可能となり、積層膜３７を透過する光の分光スペクトルに含まれるピークの数を低減することが可能となる。

　図１７は、第２実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。図１８は、第２実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。

　図１７は、上述の図１２と同様に、図１１の信号処理により得られた分光スペクトルの例を示しており、横軸は、光の波長を表し、縦軸は、この光のピークの各波長における半値幅（ＦＷＨＭ）を表す。図１８は、上述の図１３と同様に、上記信号処理により得られた分光スペクトルの各波長に関し、目指す波長（目標値）と出力波長（計測値）との対応を示している。

　上記信号処理をチコノフの理論を適用して実行した場合、図１７に示すように、単一ピークで半値幅が３０ｎｍ以下の狭い分光を得ることができた。さらに、図１８に示すように、出力波長は、目指す波長にほぼ一致することが分かった。

　以上のように、本実施形態の固体撮像装置は、第１実施形態と同様に、メタマテリアル層４４を含む共振器５１上（または下）にカラーフィルタ層３８を備えている。よって、本実施形態によれば、例えば共振器５１の欠点をカラーフィルタ層３８で補うことができるなど、共振器５１を好適な態様で固体撮像装置に実装することが可能となる。

　（第３実施形態）
　図１９は、第３実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。

　図１９は、図３と同様に、１つの画素１に含まれる基板２１、積層膜３７、およびカラーフィルタ層３８を示している。基板２１内の光電変換部２２等や、基板２１上の平坦化膜３６およびオンチップレンズ３９等の図示は省略されている。

　本実施形態の積層膜３７は、図１９に示すように、基板２１上に順に形成された反射防止膜４５、酸化シリコン膜４１、アモルファスシリコン層４６、酸化シリコン膜４１、メタマテリアル層４４、酸化シリコン膜４１、アモルファスシリコン層４６、および酸化シリコン膜４１を備えている。本実施形態のメタマテリアル層４４は、メタマテリアル層４４の下面に接する酸化シリコン膜４１や、メタマテリアル層４４の上面に接する酸化シリコン膜４１と共に、共振器５１として機能する。本実施形態のメタマテリアル層４４は、第１実施形態のメタマテリアル層４４と同様の構造を有しており、本実施形態の積層膜３７は、共振器５１を含むことで、屈折率変調型のファブリペロ共振器となっている。積層膜３７内の各層や各膜は、例えば図１９に示す厚さを有している。共振器５１下の反射防止膜４５、酸化シリコン膜４１、およびアモルファスシリコン層４６は、本開示の第１層の例であり、共振器５１上のアモルファスシリコン層４６および酸化シリコン膜４１は、本開示の第２層の例である。

　本実施形態によれば、符号「４６」の層をアモルファスシリコン層とすることで、この層をアニールなしで簡単に形成することが可能となる。

　図２０は、第３実施形態の固体撮像装置の特性を説明するためのグラフである。

　図２０は、積層膜３７を透過する光のスペクトルの例を示しており、横軸は、この光の波長を表し、縦軸は、この光の各波長における量子効率を表す。図２０は、上述の図８と同様に、積層膜３７の上方にカラーフィルタ層３８を配置した場合のスペクトルを示している。このような配置により、積層膜３７に入射する光のモードの数（波長の範囲）を低減することが可能となり、積層膜３７を透過する光の分光スペクトルに含まれるピークの数を低減することが可能となる。

　図２１は、第３実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。図２２は、第３実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。

　図２１は、上述の図１２と同様に、図１１の信号処理により得られた分光スペクトルの例を示しており、横軸は、光の波長を表し、縦軸は、この光のピークの各波長における半値幅（ＦＷＨＭ）を表す。図２２は、上述の図１３と同様に、上記信号処理により得られた分光スペクトルの各波長に関し、目指す波長（目標値）と出力波長（計測値）との対応を示している。

　上記信号処理をチコノフの理論を適用して実行した場合、図２１に示すように、単一ピークで半値幅が３０ｎｍ以下の狭い分光を得ることができた。さらに、図２２に示すように、出力波長は、目指す波長にほぼ一致することが分かった。

　図２３は、第３実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。

　図２３は、上記信号処理により得られた分光スペクトルの例を示しており、横軸は、光の波長を表し、縦軸は、この光の出力信号（計測信号）を表す。図２３に示すように、この光は、単一モードとなっている。

　（第４実施形態）
　図２４は、第４実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。

　図２４は、図３と同様に、１つの画素１に含まれる基板２１、積層膜３７、およびカラーフィルタ層３８を示している。基板２１内の光電変換部２２等や、基板２１上の平坦化膜３６およびオンチップレンズ３９等の図示は省略されている。

　本実施形態の積層膜３７は、図２４に示すように、基板２１上に順に形成された酸化シリコン膜４１、窒化シリコン膜４２、酸化シリコン膜４１、ポリシリコン層４３、メタマテリアル層４４、ポリシリコン層４３、および酸化シリコン膜４１を備えている。メタマテリアル層４４は、共振器５１として機能する。本実施形態のメタマテリアル層４４は、第１実施形態のメタマテリアル層４４と同様の構造を有しており、本実施形態の積層膜３７は、共振器５１を含むことで、屈折率変調型のファブリペロ共振器となっている。積層膜３７内の各層や各膜は、例えば図２４に示す厚さを有している。共振器５１下の酸化シリコン膜４１、窒化シリコン膜４２、酸化シリコン膜４１、およびポリシリコン層４３は、本開示の第１層の例であり、共振器５１上のポリシリコン層４３および酸化シリコン膜４１は、本開示の第２層の例である。

　本実施形態の共振器５１の共振器長は、例えばλ／ｎ以上に設定される。λは、この共振器５１を透過する光の真空中におけるピーク波長を表す。ｎは、この共振器５１の実効屈折率を表す。なお、本実施形態では、このλの値として例えば、このピーク波長の目標値λ_０が使用される。本実施形態の共振器５１の共振器長は、例えば７００ｎｍ／ｎ以上に設定することが望ましい。本実施形態では、共振器５１の共振器長を１５００ｎｍに設定することでマルチモード化がなされており、かつ、共振器５１の上方にカラーフィルタ層３８を配置することで波長選択性のある構造が実現されている。

　メタマテリアル層４４は例えば、窒化シリコン部分４２ａと複数の酸化シリコン部分４１ａとを含んでいる（図４）。本実施形態では、この窒化シリコン部分４２ａを、窒化シリコン膜４２以外の第１材料で形成された第１部分に置き換えてもよく、これらの酸化シリコン部分４１ａを、酸化シリコン膜４１以外の第２材料で形成された第２部分に置き換えてもよい。この場合、第２材料の屈折率は、第１材料の屈折率と異なる値に設定する。

　本実施形態の固体撮像装置は、約９４０ｎｍという単一波長のみに感度を有する画素１を備えており、このような画素１が、図２４に示す構造を有している。太陽光のスペクトルは、９４０ｎｍの成分をあまり含まないことが知られている。よって、本実施形態によれば、９４０ｎｍの波長の光を測距や顔認証などに使用し、上記の画素１により９４０ｎｍの波長の光を検知することで、太陽光に起因するノイズの少ない測距や顔認証を実現することが可能となる。

　なお、９４０ｎｍの波長の光は、近赤外光（ＮＩＲ）に相当し、人間の眼の視感度がゼロとなる。よって、本実施形態によれば、人間に不快感を与えることなく、測距や顔認証を行うことが可能となる。なお、本実施形態では、９４０ｎｍの波長の光を、その他のＴｏＦ（Time of Flight）技術に適用してもよい。また、本実施形態では、９４０ｎｍ以外の波長の近赤外光を使用してもよい。また、本実施形態の固体撮像装置は、近赤外光用の画素１のみを備えていてもよいし、赤色、緑色、青色用の画素１など、その他の画素１も備えていてもよい。

　図２５は、第４実施形態の固体撮像装置の特性を説明するためのグラフである。図２６は、第４実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。図２７は、第４実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。

　図２５は、積層膜３７を透過する光のスペクトルの例を示しており、横軸は、この光の波長を表し、縦軸は、この光の各波長における量子効率を表す。図２６は、カラーフィルタ層３８を透過する光のスペクトルの例を示しており、横軸は、この光の波長を表し、縦軸は、この光の各波長における透過率を表す。図２７は、積層膜３７を透過する光のスペクトルの別の例を示しており、横軸は、この光の波長を表し、縦軸は、この光の各波長における量子効率を表す。

　図２５は、積層膜３７の上方にカラーフィルタ層３８を配置しない場合の分光特性の例を示している。この場合、９４０ｎｍの波長の光は、他の波長の光に比べて検出が難しくなる。

　そこで、本実施形態では、図２６に示す特性を有するカラーフィルタ層３８を、共振器５１の上方に配置する。これにより、約９００ｎｍ以下の波長の光をカラーフィルタ層３８でカットすることが可能となる。

　図２７は、共振器５１の上方にこのようなカラーフィルタ層３８を配置した場合の分光特性の例を示している。図２７では、チコノフの信号処理を施さなくても、ピーク波長が９４０ｎｍで半値幅が６０ｎｍの単一モードかつ単一ピークの光が得られている。これにより、９４０ｎｍの波長の光を容易に検出することが可能となる。

　図２８は、第４実施形態の固体撮像装置の動作を示すフローチャートである。

　本実施形態の固体撮像装置は、共振器５１を透過した光を光電変換部２２により電荷に変換することで、光を検出することができる。これにより得られる分光スペクトルの未加工データ（Raw Data）は、図２７に示すように単一モードとなる場合がある。この場合、上述の図１１に示す処理は、図２８に示す処理に置き換えてもよい。

　本実施形態の固体撮像装置は、単一モードの未加工データを取得した場合には（ステップＳ２１）、単一モードの未加工データに信号処理を施し（ステップＳ２２）、単一モードの未加工データを別の単一モードのデータに変換してもよい（ステップＳ２３）。この信号処理では例えば、単一モード化は行わず、混色成分除去を行う。これにより、よりノイズの少ない単一モードの分光スペクトルを信号処理により得ることが可能となる。

　以上のように、本実施形態によれば、ＴｏＦ技術等に適した固体撮像装置を実現することが可能となる。

　（第５実施形態）
　図２９は、第５実施形態の固体撮像装置の構造を説明するための模式図である。図２９のＡは、第１実施形態の固体撮像装置を示し、図２９のＢは、第５実施形態の固体撮像装置を示している。

　図２９のＡは、メタマテリアル層４４の上下にポリシリコン層４３が配置されている場合の積層膜３７内での屈折率（実効屈折率）ｎの変化を示している。このメタマテリアル層４４は、窒化シリコン部分４２ａ内に複数の酸化シリコン部分４１ａが埋め込まれた構造（または、酸化シリコン部分４１ａ内に複数の窒化シリコン部分４２ａが埋め込まれた構造）を有している。図２９のＡでは、メタマテリアル層４４の実効屈折率が、メタマテリアル層４４の上下の酸化シリコン膜４１の屈折率よりも小さく設定されている。

　図２９のＢは、メタマテリアル層４４の上下に酸化シリコン膜４１が配置されている場合の積層膜３７内での屈折率（実効屈折率）ｎの変化を示している。このメタマテリアル層４４は、ポリシリコン部分内に複数の酸化シリコン部分４１ａが埋め込まれた構造（または、酸化シリコン部分４１ａ内に複数のポリシリコン部分が埋め込まれた構造）を有している。これらのポリシリコン部分の形状は、上述の窒化シリコン部分４２ａの形状と同じである。図２９のＢでは、メタマテリアル層４４の実効屈折率が、メタマテリアル層４４の上下の酸化シリコン膜４３の屈折率よりも大きく設定されている。本実施形態によれば、このような構造を採用することで例えば、積層膜３７内の層や膜の数を低減することが可能となり、積層膜３７を薄くすることが可能となる。

　図３０は、第５実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。図３０に示す構造は、図２９のＢに示す構造の具体的に相当する。

　図３０は、図３と同様に、１つの画素１に含まれる基板２１、積層膜３７、およびカラーフィルタ層３８を示している。基板２１内の光電変換部２２等や、基板２１上の平坦化膜３６およびオンチップレンズ３９等の図示は省略されている。

　本実施形態の積層膜３７は、図３０に示すように、基板２１上に順に形成された反射防止膜４５、酸化シリコン膜４１、ポリシリコン層４３、酸化シリコン膜４１、メタマテリアル層４４、酸化シリコン膜４１、ポリシリコン層４３、および酸化シリコン膜４１を備えている。本実施形態のメタマテリアル層４４は、共振器５１として機能する。本実施形態のメタマテリアル層４４は、図２９のＢを参照して説明した構造を有し、本実施形態の積層膜３７は、共振器５１を含むことで、屈折率変調型のファブリペロ共振器となっている。積層膜３７内の各層や各膜は、例えば図３０に示す厚さを有している。共振器５１下の反射防止膜４５、酸化シリコン膜４１、およびポリシリコン層４３は、本開示の第１層の例であり、共振器５１上のポリシリコン層４３および酸化シリコン膜４１は、本開示の第２層の例である。

　図３１は、第５実施形態の固体撮像装置の特性を説明するためのグラフである。

　図３１は、積層膜３７を透過する光のスペクトルの例を示しており、横軸は、この光の波長を表し、縦軸は、この光の各波長における量子効率を表す。図３１は、上述の図８と同様に、積層膜３７の上方にカラーフィルタ層３８を配置した場合のスペクトルを示している。このような配置により、積層膜３７に入射する光のモードの数（波長の範囲）を低減することが可能となり、積層膜３７を透過する光の分光スペクトルに含まれるピークの数を低減することが可能となる。

　図３２は、第５実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。図３３は、第５実施形態の固体撮像装置の特性を説明するための別のグラフである。

　図３２は、上述の図１２と同様に、図１１の信号処理により得られた分光スペクトルの例を示しており、横軸は、光の波長を表し、縦軸は、この光のピークの各波長における半値幅（ＦＷＨＭ）を表す。図３３は、上述の図１３と同様に、上記信号処理により得られた分光スペクトルの各波長に関し、目指す波長（目標値）と出力波長（計測値）との対応を示している。

　上記信号処理をチコノフの理論を適用して実行した場合、図３２に示すように狭い分光を得ることができた。さらに、図３３に示すように、出力波長は、目指す波長にほぼ一致することが分かった。

　以上のように、本実施形態によれば、積層膜３７が上述の他の実施形態に比べて薄いにもかかわらず、上述の他の実施形態と同様の狭い半値幅を維持することが可能となる。上述の他の実施形態では、反射防止膜４５を除く積層膜３７の厚みは１μｍよりも大きいのに対し、本実施形態では、反射防止膜４５を除く積層膜３７の厚みは１μｍよりも小さくなっている。

　（第６実施形態）
　図３４は、第６実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。

　図３４は、図３と同様に、１つの画素１に含まれる基板２１、積層膜３７、およびカラーフィルタ層３８を示している。基板２１内の光電変換部２２等や、基板２１上の平坦化膜３６およびオンチップレンズ３９等の図示は省略されている。

　本実施形態の積層膜３７は、図３４に示すように、基板２１上に順に形成された酸化シリコン膜４１、窒化シリコン膜４２、酸化シリコン膜４１、ポリシリコン層４３、メタマテリアル層４４、ポリシリコン層４３、および酸化シリコン膜４１を備えている。メタマテリアル層４４は、共振器５１として機能する。本実施形態のメタマテリアル層４４は、第１実施形態のメタマテリアル層４４と同様の構造を有しており、本実施形態の積層膜３７は、共振器５１を含むことで、屈折率変調型のファブリペロ共振器となっている。積層膜３７内の各層や各膜は、例えば図３４に示す厚さを有している。共振器５１下の酸化シリコン膜４１、窒化シリコン膜４２、酸化シリコン膜４１、およびポリシリコン層４３は、本開示の第１層の例であり、共振器５１上のポリシリコン層４３および酸化シリコン膜４１は、本開示の第２層の例である。

　図３４は、本実施形態の固体撮像装置の像高に起因して、主光線がカラーフィルタ層３８、積層膜３７、および基板２１に斜めに入射する様子を示している。図３４は、基板２１の上面に垂直な方向（Ｚ方向）に対する主光線の進行方向の角度を示している。本実施形態の固体撮像装置はカメラ内に設けられており、図３４の角度は、このカメラの構造により一定値に定まっている。

　図４に示す構造を有する共振器５１では、像高により主光線が積層膜３７に斜めに入射すると、主光線が積層膜３７に垂直に入射する場合に比べて、積層膜３７を透過する光のピーク波長が短波長側にシフトする（短波長シフト）。本実施形態では、この短波長シフトを補正する手法について説明する。具体的には、共振器５１の実効屈折率を変化させることで、積層膜３７を透過する光のピーク波長を逆に長波長側にシフトさせ、短波長シフトを補正する。

　図３５は、第６実施形態の固体撮像装置の特性を説明するためのグラフである。

　図３５は、積層膜３７を透過する光のスペクトルの２つの例（Ｋ１およびＫ２）を示しており、横軸は、この光の波長を表し、縦軸は、この光の各波長における透過率を表す。図３５において、Ｋ１は、主光線が積層膜３７に垂直に入射する場合の透過光を示し、Ｋ２は、主光線が積層膜３７に３５度傾いて入射する場合の透過光を示している。

　図３５は、像高により主光線が積層膜３７に斜めに入射すると、Ｋ１からＫ２への短波長シフトが生じることを示している。本実施形態では、主光線が積層膜３７に３５度傾いて入射する場合に、共振器５１の実効屈折率を変化させることで、積層膜３７からＫ２ではなくＫ３の透過光を出力する。

　図３６は、第６実施形態の共振器５１（メタマテリアル層４４）の構造を説明するための平面図である。

　図３６は、メタマテリアル層４４の５つの例を示している。矢印Ａは、メタマテリアル層４４内の窒化シリコン部分４２ａの割合が、徐々に増加する様子を示しており、別言すると、メタマテリアル層４４がＳｉＯ_２リッチからＳｉＮリッチに変化する様子を示している。

　本実施形態では、撮像や測距などに使用する共振器５１の実効屈折率を、像高に基づいて設定する。例えば、図３４の角度が０度に近い場合には、ＳｉＯ_２リッチなメタマテリアル層４４を含む共振器５１を使用する。一方、図３４の角度が大きい場合には、ＳｉＮリッチなメタマテリアル層４４を含む共振器５１を使用する。これにより、透過光をＫ２からＫ３へと変化させて、短波長シフトを補正することが可能となる。

　本実施形態では例えば、図３６に示すような配列で、複数の共振器５１（メタマテリアル層４４）を基板２１の上方に配置する。図３６に示す符号Ｃは、画素アレイ領域２の中心（撮像面の中心）を示している。本実施形態では、ＳｉＯ_２リッチなメタマテリアル層４４を含む共振器５１を中心Ｃの近くに配置し、ＳｉＮリッチなメタマテリアル層４４を含む共振器５１を中心Ｃから遠くに配置する。

　（第７実施形態）
　図３７は、第７実施形態の固体撮像装置の構造を説明するための平面図である。

　図３７は、画素アレイ領域２の中心Ｃ（撮像面の中心）と、いくつかの画素１のオンチップレンズ３９の中心Ｌとを示している。本実施形態では、オンチップレンズ３９を「レンズ３９」と略記することにする。

　本実施形態の各レンズ３９の平面形状は、画素アレイ領域２の中心Ｃに位置するレンズ３９を除き、各レンズ３９の中心Ｌに対して非対称となっている。図３７は、画素アレイ領域２の中心Ｃに位置し、対称な平面形状を有する１つのレンズ３９と、画素アレイ領域２の中心Ｃから外れた場所に位置し、非対称な平面形状を有する８つのレンズ３９とを例示している。本実施形態では、各レンズ３９の中心Ｌの位置が、画素アレイ領域２の中心Ｃの方向に偏っている。

　図３８は、第７実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。

　図３８は、１つの画素１に含まれる基板２１、積層膜３７、カラーフィルタ層３８、およびレンズ３９を示している。基板２１内の光電変換部２２等や、基板２１上の平坦化膜３６等の図示は省略されている。このレンズ３９は、図３８に示すように、非対称な平面形状を有している。本実施形態の各レンズ３９は、図３７および図３８に示すように、複数の環状の凸部と複数の環状の凹部とを交互に含む形状を有している。

　本実施形態の積層膜３７は、図３８に示すように、基板２１上に順に形成された反射防止膜４５、酸化シリコン膜４１、アモルファスシリコン層４６、メタマテリアル層４４、アモルファスシリコン層４６、および酸化シリコン膜４１を備えている。メタマテリアル層４４は、共振器５１として機能する。本実施形態のメタマテリアル層４４は、第１実施形態のメタマテリアル層４４と同様の構造を有しており、本実施形態の積層膜３７は、共振器５１を含むことで、屈折率変調型のファブリペロ共振器となっている。共振器５１下の反射防止膜４５、酸化シリコン膜４１、およびアモルファスシリコン層４６は、本開示の第１層の例であり、共振器５１上のアモルファスシリコン層４６および酸化シリコン膜４１は、本開示の第２層の例である。

　本実施形態では、第６実施形態と異なる方式で、斜めに入射する主光線の進行方向を補正する。具体的には、斜め入射した主光線の進行方向を、非対称な平面形状を有するレンズ３９により垂直方向に曲げて、この光を集光する。図３８は、レンズ３９に斜めに入射して集光される光の複数の波面（等位相面）Ｓを示している。

　本実施形態の各レンズ３９は、上述のように、複数の環状の凸部と複数の環状の凹部とを交互に含むように微細加工されている。これにより、各レンズ３９の各部の実効屈折率は、画素アレイ領域２の中心Ｃに近付くほど高くなっている。よって、本実施形態によれば、主光線の進行方向を上述のように垂直方向に曲げることができ、短波長シフトを抑制することができる。

　図３９は、第７実施形態の固体撮像装置の変形例の構造を説明するための平面図および断面図である。

　図３９のＡは、図３７および図３８のレンズ３９とは異なるタイプのレンズ３９を示している。図３９のＡは、一例として、画素アレイ領域２の中心Ｃ付近に位置する９つの画素１のレンズ３９の平面形状を示している。図３９のＡに示す矢印は、各画素１への光の入射方向を示している。図３９のＢは、図３９のＡに示す固体撮像装置の縦断面を示している。

　本変形例の各レンズ３９は、低屈折率部分３９ａおよび高屈折率部分３９ｂを含んでおり、低屈折率部分３９ａが高屈折率部分３９ｂを包囲している。本変形例の各レンズ３９の平面形状は、画素アレイ領域２の中心Ｃに位置するレンズ３９を除き、各レンズ３９の中心に対して非対称となっている。具体的には、高屈折率部分３９ｂが、低屈折率部分３９ａの中心に配置されておらず、低屈折率部分３９ａの中心に対して画素アレイ領域２の中心Ｃの方向に偏っている。

　本変形例によれば、図３７および図３８のレンズ３９のような微細加工をしなくても、図３７および図３８のレンズ３９の作用と同様の作用を実現することが可能となる。これにより、短波長シフトを抑制することが可能となる。なお、本変形例のレンズ３９は、屈折率の異なる３種類以上の材料で形成されていてもよい。

　（第８実施形態）
　図４０および図４１は、第８実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図であり、図２に示す固体撮像装置を製造する工程を示している。

　まず、図４０のＡに示すように、基板２１内や基板２１上に、ｐ型半導体領域２３、ｎ型半導体領域２４、ｐ型半導体領域２５、画素分離層２６、ｐウェル層２７、浮遊拡散部２８、ゲート絶縁膜１７、ゲート電極１６等を形成する。このようにして、光電変換部２２や、転送トランジスタＴｒ１などの画素トランジスタが形成される。次に、図４０のＡに示すように、基板２１の表側に、層間絶縁膜１５と配線層１２～１４とを交互に形成する。なお、図４０のＡの工程は、基板２１の表側を上向きにし、基板２１の裏側を下向きにした状態で実行される。

　次に、図４０のＢに示すように、基板２１の表側に層間絶縁膜１５を介して支持基板１１を接着させた後、基板２１の上下を反転させる。図４０のＢは、基板２１の表側を下向きにし、基板２１の裏側を上向きにした状態を示している。次に、図４０のＢに示すように、基板２１を裏面から薄膜化した後、基板２１内に所定の深さの溝３１をエッチングにより形成する。溝３１は、基板２１の裏面から画素分離層２６内に形成される。

　次に、図４１のＡに示すように、基板２１の裏面に固定電荷膜３３と絶縁膜３４とを順に形成する。その結果、固定電荷膜３３が、溝３１の側面および底面や、光電変換部２２上に形成される。さらには、絶縁膜３４が、溝３１内に固定電荷膜３３を介して埋め込まれると共に、光電変換部２２上に固定電荷膜３３を介して形成される。このようにして、溝３１内に素子分離部３２が形成される。

　次に、図４１のＡに示すように、基板２１の裏面に形成された絶縁膜３４上の所定の領域に遮光膜３５を形成する。遮光膜３５は例えば、絶縁膜３４上に遮光膜３５の材料層を形成し、この材料層を所定の形状にパターニングすることで形成される。本実施形態の遮光膜３５は、素子分離部３２上に形成される。次に、図４１のＡに示すように、絶縁膜３４上に遮光膜３５を介して平坦化膜３６を形成する。

　次に、図４１のＢに示すように、各光電変換部２２の上方に、平坦化膜３６を介して、積層膜３７、カラーフィルタ層３８、およびオンチップレンズ３９を順に形成する。このようにして、図２に示す固体撮像装置が製造される。

　図４２および図４３は、第８実施形態の固体撮像装置の製造方法の詳細を示す断面図であり、図４１のＢに示す工程の詳細を示している。

　まず、図４２のＡに示すように、基板２１の上方に、不図示の固定電荷膜３３、絶縁膜３４、遮光膜３５、平坦化膜３６などを介して、ＣＶＤにより反射防止膜４５、酸化シリコン膜４１、アモルファスシリコン層４６、酸化シリコン膜４１、および窒化シリコン部分４２ａを順に形成する。この時点の窒化シリコン部分４２ａは、平坦な窒化シリコン膜である。

　次に、図４２のＢに示すように、レジスト膜を用いたリソグラフィおよびエッチングにより、窒化シリコン部分４２ａを加工する。その結果、窒化シリコン膜４２ａに、複数の酸化シリコン膜４１ａを埋め込むための複数の開口部が形成される。窒化シリコン部分４２ａは例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により加工される。

　次に、図４３のＡに示すように、窒化シリコン部分４２ａの複数の開口部内に、複数の酸化シリコン部分４１ａを埋め込む。このようにして、酸化シリコン膜４１上に、窒化シリコン部分４２ａと複数の酸化シリコン部分４１ａとを含むメタマテリアル層４４が形成される。複数の酸化シリコン部分４１ａは、基板２１の全面にＣＶＤにより酸化シリコン膜を形成し、酸化シリコン膜の上面をＣＭＰにより平坦化することで形成される。酸化シリコン膜の上面を平坦化することで、開口部外の酸化シリコン膜が除去され、開口部内の酸化シリコン膜が酸化シリコン部分４１ａとなる。

　次に、図４３のＡに示すように、メタマテリアル層４４上に、ＣＶＤにより酸化シリコン膜４１を形成する。このようにして、酸化シリコン膜４１と、酸化シリコン膜上のメタマテリアル層４４と、メタマテリアル層４４上の酸化シリコン膜４１とを含む共振器５１が形成される。なお、メタマテリアル層４４上の酸化シリコン膜４１は、酸化シリコン部分４１ａと同時に形成してもよい。この場合、上述のＣＭＰは、開口部外の酸化シリコン膜が全部除去される時点までではなく、開口部外の酸化シリコン膜が一部残存する時点まで行う。これにより、開口部外に残存する酸化シリコン膜が、メタマテリアル層４４上の酸化シリコン膜４１となる。

　次に、図４３のＢに示すように、共振器５１上に、ＣＶＤによりアモルファスシリコン層４６および酸化シリコン膜４１を順に形成する。このようにして、基板２１の上方に積層膜３７が形成される。次に、図４３のＢに示すように、積層膜３７上にカラーフィルタ層３８を形成する。カラーフィルタ層３８は例えば、積層膜３７上にカラーフィルタ層３８の材料（例えば感光性樹脂材料）を塗布し、当該材料をカラーフィルタ層３８の形状に加工することで形成される。

　その後、カラーフィルタ層３８上にオンチップレンズ３９が形成される。このようにして、本実施形態の固体撮像装置が製造される。

　なお、図４０から図４３に示す方法は、第１から第７実施形態の固体撮像装置のいずれにも適用可能である。ただし、積層膜３７の構造が、実施形態に応じて変化する。例えば第１実施形態の積層膜３７を形成する際には、基板２１上に酸化シリコン膜４１、窒化シリコン膜４２、酸化シリコン膜４１、ポリシリコン層４３、メタマテリアル層４４、ポリシリコン層４３、および酸化シリコン膜４１を順に形成する（図３を参照）。また、図４０から図４３に示す方法は、後述する第９実施形態の固体撮像装置にも適用可能である。

　以上のように、本実施形態では、図４０から図４３に示す方法により固体撮像装置を製造する。これにより例えば、メタマテリアル層４４やその他の膜および層を半導体製造プロセスの一般的な手法により簡単に形成することが可能となる。

　なお、酸化シリコン部分４１ａと複数の窒化シリコン部分４２ａとを含むメタマテリアル層４４を形成する際には、酸化シリコン部分４１ａに複数の開口部を形成し、酸化シリコン部分４１ａのこれらの開口部内に複数の窒化シリコン部分４２ａを埋め込む。

　（第９実施形態）
　図４４は、第９実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。

　図４４は、１つの画素１に含まれる化合物半導体基板２９と、積層膜３７と、カラーフィルタ層３８とを示している。本実施形態では、基板２１が化合物半導体基板２９に置き換えられている。本実施形態の化合物半導体基板基板２９内の構成要素の構造は、基板２１内の構成要素の構造と同様である。すなわち、本実施形態の化合物半導体基板２９は、基板２１と同様に光電変換部２２等を含んでいる。ただし、化合物半導体基板２９内の光電変換部２２等や、基板２９上の平坦化膜３６およびオンチップレンズ３９等の図示は省略されている。

　本実施形態の化合物半導体基板２９は、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）層２９ａと、ＩｎＧａＡｓ層２９ａ上に形成されたＩｎＰ（リン化インジウム）層２９ｂとを含んでいる。本実施形態のＩｎＰ層２９ｂは、ＩｎＰ基板がエッチングで薄化されたものである。本実施形態では、ＩｎＰ基板の表面に結晶成長によりＩｎＧａＡｓ層２９ａが形成され、その後にＩｎＰ基板の薄化によりＩｎＰ層２９ｂが形成される。なお、本実施形態の光電変換部２２は、基板２１の代わりにＩｎＧａＡｓ層２９ａ内に形成されている。

　なお、ＩｎＧａＡｓ層２９ａは、他の半導体層に置き換えてもよい。このような半導体層の例は、ＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）層や、ＣｕＩｎＧａＳｅ（銅インジウムガリウムセレン）層や、量子ドット膜である。当該半導体層は、シリコン層の検出できる波長より長い波長の光を検出できる材料で形成することが望ましい。また、化合物半導体基板２９は、その全体が化合物半導体で形成されていてもよいし、その一部のみが化合物半導体で形成されていてもよい。

　本実施形態の積層膜３７は、図４４に示すように、ＩｎＰ層２９ｂ上に順に形成されたＩＴＯ（酸化インジウムスズ）層４７、酸化シリコン膜４１、窒化シリコン膜４２、酸化シリコン膜４１、アモルファスシリコン層４６、酸化シリコン膜４１、アモルファスシリコン層４６、酸化シリコン膜４１、メタマテリアル層４４、酸化シリコン膜４１、アモルファスシリコン層４６、酸化シリコン膜４１、アモルファスシリコン層４６、および酸化シリコン膜４１を備えている。

　本実施形態のメタマテリアル層４４は、共振器５１として機能する。本実施形態のメタマテリアル層４４は、後述するように、第１実施形態のメタマテリアル層４４と似た構造を有しており、本実施形態の積層膜３７は、共振器５１を含むことで、屈折率変調型のファブリペロ共振器となっている。積層膜３７内の各層や各膜は、例えば図４４に示す厚さを有している。共振器５１下のＩＴＯ層４７、酸化シリコン膜４１、窒化シリコン膜４２、酸化シリコン膜４１、アモルファスシリコン層４６、酸化シリコン膜４１、およびアモルファスシリコン層４６は、本開示の第１層の例である。共振器５１上のアモルファスシリコン層４６、酸化シリコン膜４１、アモルファスシリコン層４６、および酸化シリコン膜４１は、本開示の第２層の例である。

　図４５は、第９実施形態の共振器５１（メタマテリアル層４４）の構造を示す斜視図である。

　本実施形態のメタマテリアル層４４は、図４に示すように、アモルファスシリコン層４６で形成されたアモルファスシリコン部分４６ａと、酸化シリコン膜４１で形成されており、アモルファスシリコン部分４６ａ内に設けられた複数の酸化シリコン部分４１ａとを含んでいる。本実施形態のアモルファスシリコン部分４６ａおよび酸化シリコン部分４１ａの形状はそれぞれ、第１実施形態の窒化シリコン部分４２ａおよび酸化シリコン部分４１ａの形状と同様である。アモルファスシリコン部分４６ａは、第１材料で形成された第１部分の例であり、酸化シリコン部分４１ａは、第２材料で形成された複数の第２部分の例である。

　酸化シリコン部分４１ａとアモルファスシリコン部分４６ａは、異なる屈折率を有している。具体的には、アモルファスシリコン部分４６ａの屈折率が、酸化シリコン部分４１ａの屈折率より高い。そのため、本実施形態の共振器５１の実効屈折率は、メタマテリアル層４４内の酸化シリコン部分４１ａとアモルファスシリコン部分４６ａとの体積比に依存する。よって、本実施形態では、酸化シリコン部分４１ａとアモルファスシリコン部分４６ａとの体積比を画素１ごとに変えることで、共振器５１の実効屈折率を画素１ごとに変えることができる。これにより、共振器５１の共振器長を変化させずに実効屈折率を変化させることで、積層膜３７から出力される（すなわち、積層膜３７を透過する）光のピーク波長を変化させることが可能となる。

　なお、図５に示す構造は、本実施形態の共振器５１（メタマテリアル層４４）にも適用可能である。すなわち、本実施形態のメタマテリアル層４４は、酸化シリコン部分４１ａ内に複数のアモルファスシリコン部分４６ａが埋め込まれた構造を有していてもよい。

　図４６は、第９実施形態の固体撮像装置の特性を説明するためのグラフである。

　図４６のＡは、第９実施形態の比較例の固体撮像装置の特性を示しており、より詳細には、積層膜３７上にカラーフィルタ層３８を設けない場合の量子効率を示している。図４６のＢは、第９実施形態の固体撮像装置の特性を示しており、具体的には、積層膜３７上にカラーフィルタ層３８を設けた場合の量子効率を示している。図４６のＡでは、８００ｎｍ付近に高次モードピークが見られるが、図４６のＢでは、この高次モードピークが抑制されている。このように、本実施形態によれば、上述のような信号処理を行わずに単一モードを実現することが可能となる。

　本実施形態によれば、ＩｎＧａＡｓ基板２９ａとＩｎＰ層２９ｂとを含む化合物半導体基板２９上に共振器５１を形成することで、シリコン基板を用いた場合より優れた特性の固体撮像装置を実現することが可能となる。例えば、シリコン基板を用いた場合に比べて長波長の領域のマルチ分光を実現することが可能となる。また、本実施形態のメタマテリアル層４４の厚みは、例えば２０ｎｍ～１００ｎｍであり、本実施形態によれば、共振器長の小さい共振器５１を実現することが可能となる。

　（第１０実施形態）
　図４７は、第１０実施形態の固体撮像装置の動作を説明するためのグラフである。

　本実施形態の固体撮像装置は、第１実施形態の固体撮像装置と同様に、図１に示す構成や図２に示す構造を有している。加えて、本実施形態の固体撮像装置は、図４７を参照して説明するような態様で使用される。

　図４７は、本実施形態の固体撮像装置を、農業や植物の育成等のＮＤＶＩ（Normalized Difference Vegetation Index）に応用した例を説明するためのグラフである。図４７は、植物の反射率の分光特性を示す。

　図４７から、植物の反射率は、波長６００～８００ｎｍ（０．６～０．８μｍ）の範囲において、植生状態によって大きく変化することが分かる。具体的には、健康な植物と、弱った植物と、枯れた植物で、植物の反射率が異なることが分かる。この反射率は、主に植物の葉に由来するものである。

　図４７の結果によれば、６００～８００ｎｍの範囲内の２つ以上の波長において、植物からの反射光を取得できれば、植物の植生状態を感知できることになる。あるいは、６００～８００ｎｍよりも低波長域の１つ以上の波長と、６００～８００ｎｍよりも高波長域の１つ以上の波長において、植物からの反射光を取得できれば、植物の植生状態を感知できることになる。

　例えば、６００～７００ｎｍの範囲内の波長の反射光を第１検出器で検出し、７００～８００ｎｍの範囲内の波長の反射光を第２検出器で検出し、これらの検出器の信号値の関係を分析すれば、植生状態を感知することができる。あるいは、４００～６００ｎｍの範囲内の波長の反射光を第１検出器で検出し、８００～１０００ｎｍの範囲内の波長の反射光を第２検出器で検出し、これらの検出器の信号値の関係を分析すれば、植生状態を感知することができる。

　本実施形態では、固体撮像装置の一部の画素１を第１検出器として使用し、固体撮像装置の別の一部の画素１を第２検出器として使用することで、固体撮像装置により植生状態を感知することが可能となる。あるいは、２台の固体撮像装置を第１および第２検出器として使用してもよい。

　なお、本実施形態では、反射光の検出精度を上げるために、３つ以上の波長において反射光を取得するようにしてもよい。また、本実施形態では、固体撮像装置をドローン（小型無人ヘリコプタ）に載せて、上空から農作物の育成状態を観測して、農作物の植生状態の感知結果を農作物の育成に活用してもよい。

　（第１１実施形態）
　図４８は、第１１実施形態の固体撮像装置の動作を説明するためのグラフである。

　本実施形態の固体撮像装置は、第１実施形態の固体撮像装置と同様に、図１に示す構成や図２に示す構造を有している。加えて、本実施形態の固体撮像装置は、図４８を参照して説明するような態様で使用される。

　図４８は、本実施形態の固体撮像装置を、生体認証に応用した例を説明するためのグラフである。図４８は、人肌の反射率の分光特性を示す。

　図４８から、人肌の反射率は、モンゴロイド、コーカソイド、ネグロイドのいずれにおいても、波長４５０～４５０ｎｍの範囲において大きく変化することが分かる。このような変化を利用すれば、被写体が人肌かどうかの認証が可能となる。例えば、波長４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、および６５０ｎｍの反射光を検出することで、被写体が人肌かどうかを認証することができる。被写体が人肌でない別の材料の場合、その反射率の分光特性が人肌とは異なるため、人肌とその他の材料とを区別することができる。

　本実施形態では、固体撮像装置の一部の画素１を波長４５０ｎｍの反射光の検出用に使用し、固体撮像装置の別の一部の画素１を波長５５０ｎｍの反射光の検出用に使用し、固体撮像装置の別の一部の画素１を波長６５０ｎｍの反射光の検出用に使用することで、固体撮像装置により人肌を感知することが可能となる。あるいは、２台以上の固体撮像装置を反射光検出に使用してもよい。

　本実施形態によれば、人肌を検出することで、顔、指紋、虹彩などを用いた生体認証における偽造や不正行為を防止することが可能となる。例えば、ある者が、ゴムに刻印した指紋を指紋認証用に使用した場合、ゴムの反射率の分光特性は、人肌の反射率の分光特性と異なることから、その者の不正行為を発見することが可能となる。これにより、より精度の高い生体認証が可能となる。

　（応用例）
　図４９は、電子機器の構成例を示すブロック図である。図４９に示す電気機器は、カメラ１００である。

　カメラ１００は、レンズ群などを含む光学部１０１と、第１から第１１実施形態のいずれかの固体撮像装置である撮像装置１０２と、カメラ信号処理回路であるＤＳＰ（Digital Signal Processor）回路１０３と、フレームメモリ１０４と、表示部１０５と、記録部１０６と、操作部１０７と、電源部１０８とを備えている。また、ＤＳＰ回路１０３、フレームメモリ１０４、表示部１０５、記録部１０６、操作部１０７、および電源部１０８は、バスライン１０９を介して相互に接続されている。

　光学部１０１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで、撮像装置１０２の撮像面上に結像する。撮像装置１０２は、光学部１０１により撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して、画素信号として出力する。

　ＤＳＰ回路１０３は、撮像装置１０２により出力された画素信号について信号処理を行う。フレームメモリ１０４は、撮像装置１０２で撮像された動画または静止画の１画面を記憶しておくためのメモリである。

　表示部１０５は、例えば液晶パネルや有機ＥＬパネルなどのパネル型表示装置を含んでおり、撮像装置１０２で撮像された動画または静止画を表示する。記録部１０６は、撮像装置１０２で撮像された動画または静止画を、ハードディスクや半導体メモリなどの記録媒体に記録する。

　操作部１０７は、ユーザによる操作の下に、カメラ１００が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部１０８は、ＤＳＰ回路１０３、フレームメモリ１０４、表示部１０５、記録部１０６、および操作部１０７の動作電源となる各種の電源を、これらの供給対象に対して適宜供給する。

　撮像装置１０２として、第１から第１１実施形態のいずれかの固体撮像装置を使用することで、良好な画像の取得が期待できる。

　当該固体撮像装置は、その他の様々な製品に応用することができる。例えば、当該固体撮像装置は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボットなどの種々の移動体に搭載されてもよい。

　図５０は、移動体制御システムの構成例を示すブロック図である。図５０に示す移動体制御システムは、車両制御システム２００である。

　車両制御システム２００は、通信ネットワーク２０１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図５０に示した例では、車両制御システム２００は、駆動系制御ユニット２１０と、ボディ系制御ユニット２２０と、車外情報検出ユニット２３０と、車内情報検出ユニット２４０と、統合制御ユニット２５０とを備えている。図５０はさらに、統合制御ユニット２５０の構成部として、マイクロコンピュータ２５１と、音声画像出力部２５２と、車載ネットワークＩ／Ｆ（Interface）２５３とを示している。

　駆動系制御ユニット２１０は、各種プログラムに従って、車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット２１０は、内燃機関や駆動用モータなどの車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置や、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構や、車両の舵角を調節するステアリング機構や、車両の制動力を発生させる制動装置などの制御装置として機能する。

　ボディ系制御ユニット２２０は、各種プログラムに従って、車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット２２０は、スマートキーシステム、キーレスエントリシステム、パワーウィンドウ装置、各種ランプ（例えば、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー、フォグランプ）などの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット２２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波または各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット２２０は、このような電波または信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプなどを制御する。

　車外情報検出ユニット２３０は、車両制御システム２００を搭載した車両の外部の情報を検出する。車外情報検出ユニット２３０には、例えば撮像部２３１が接続される。車外情報検出ユニット２３０は、撮像部２３１に車外の画像を撮像させると共に、撮像された画像を撮像部２３１から受信する。車外情報検出ユニット２３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識、路面上の文字などの物体検出処理または距離検出処理を行ってもよい。

　撮像部２３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部２３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。撮像部２３１が受光する光は、可視光であってもよいし、赤外線などの非可視光であってもよい。撮像部２３１は、第１から第１１実施形態のいずれかの固体撮像装置を含んでいる。

　車内情報検出ユニット２４０は、車両制御システム２００を搭載した車両の内部の情報を検出する。車内情報検出ユニット２４０には例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部２４１が接続される。例えば、運転者状態検出部２４１は、運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット２４０は、運転者状態検出部２４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合いまたは集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。このカメラは、第１から第１１実施形態のいずれかの固体撮像装置を含んでいてもよく、例えば、図４９に示すカメラ１００でもよい。

　マイクロコンピュータ２５１は、車外情報検出ユニット２３０または車内情報検出ユニット２４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構、または制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット２１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ２５１は、車両の衝突回避、衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、衝突警告、レーン逸脱警告などのＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。

　また、マイクロコンピュータ２５１は、車外情報検出ユニット２３０または車内情報検出ユニット２４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構、または制動装置を制御することにより、運転者の操作によらずに自律的に走行する自動運転などを目的とした協調制御を行うことができる。

　また、マイクロコンピュータ２５１は、車外情報検出ユニット２３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット２２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ２５１は、車外情報検出ユニット２３０で検知した先行車または対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替えるなどの防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。

　音声画像出力部２５２は、車両の搭乗者または車外に対して視覚的または聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置に、音声および画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図５０の例では、このような出力装置として、オーディオスピーカ２６１、表示部２６２、およびインストルメントパネル２６３が示されている。表示部２６２は例えば、オンボードディスプレイまたはヘッドアップディスプレイを含んでいてもよい。

　図５１は、図５０の撮像部２３１の設定位置の具体例を示す平面図である。

　図５１に示す車両３００は、撮像部２３１として、撮像部３０１、３０２、３０３、３０４、３０５を備えている。撮像部３０１、３０２、３０３、３０４、３０５は例えば、車両３００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア、車室内のフロントガラスの上部などの位置に設けられる。

　フロントノーズに備えられる撮像部３０１は、主として車両３００の前方の画像を取得する。左のサイドミラーに備えられる撮像部３０２と、右のサイドミラーに備えられる撮像部３０３は、主として車両３００の側方の画像を取得する。リアバンパまたはバックドアに備えられる撮像部３０４は、主として車両３００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部３０５は、主として車両３００の前方の画像を取得する。撮像部３０５は例えば、先行車両、歩行者、障害物、信号機、交通標識、車線などの検出に用いられる。

　図５１は、撮像部３０１、３０２、３０３、３０４（以下「撮像部３０１～３０４」と表記する）の撮像範囲の例を示している。撮像範囲３１１は、フロントノーズに設けられた撮像部３０１の撮像範囲を示す。撮像範囲３１２は、左のサイドミラーに設けられた撮像部３０２の撮像範囲を示す。撮像範囲３１３は、右のサイドミラーに設けられた撮像部３０３の撮像範囲を示す。撮像範囲３１４は、リアバンパまたはバックドアに設けられた撮像部３０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部３０１～３０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両３００を上方から見た俯瞰画像が得られる。以下、撮像範囲３１１、３１２、３１３、３１４を「撮像範囲３１１～３１４」と表記する。

　撮像部３０１～３０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部３０１～３０４の少なくとも１つは、複数の撮像装置を含むステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像装置であってもよい。

　例えば、マイクロコンピュータ２５１（図５０）は、撮像部３０１～３０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲３１１～３１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両３００に対する相対速度）を算出する。マイクロコンピュータ２５１は、これらの算出結果に基づいて、車両３００の進行路上にある最も近い立体物で、車両３００とほぼ同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を、先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ２５１は、先行車の手前にあらかじめ確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように、この例によれば、運転者の操作によらずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。

　例えば、マイクロコンピュータ２５１は、撮像部３０１～３０４から得られた距離情報を基に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ２５１は、車両３００の周辺の障害物を、車両３００のドライバが視認可能な障害物と、視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ２５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ２６１や表示部２６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット２１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。

　撮像部３０１～３０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ２５１は、撮像部３０１～３０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで、歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は例えば、赤外線カメラとしての撮像部３０１～３０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順により行われる。マイクロコンピュータ２５１が、撮像部３０１～３０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部２５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部２６２を制御する。また、音声画像出力部２５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部２６２を制御してもよい。

　以上、本開示の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本開示の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の変更を加えて実施してもよい。例えば、２つ以上の実施形態を組み合わせて実施してもよい。

　なお、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。

　（１）
　光電変換部と、
　前記光電変換部上に設けられたファブリペロ共振器と、
　前記ファブリペロ共振器上または前記ファブリペロ共振器と前記光電変換部との間に設けられたフィルタ層と、
　を備えるセンサ装置。

　（２）
　光電変換部と、
　前記光電変換部上に設けられ、メタマテリアル層を含む共振器と、
　前記共振器上または前記共振器と前記光電変換部との間に設けられたフィルタ層と、
　を備え、
　前記メタマテリアル層は、第１材料で形成された第１部分と、前記第１材料とは異なる第２材料で形成され、前記第１部分内に設けられた複数の第２部分とを含む、
　センサ装置。

　（３）
　前記第１および第２材料の一方は、シリコンを含む絶縁材料であり、
　前記第１および第２材料の他方は、シリコンを含む絶縁材料または半導体材料である、
　（２）に記載のセンサ装置。

　（４）
　前記メタマテリアル層の上面または下面に接する半導体層をさらに備える、（２）に記載のセンサ装置。

　（５）
　前記メタマテリアル層上と、前記メタマテリアル層と前記光電変換部を含む基板との間には、前記メタマテリアル層の上面または下面に接する前記半導体層以外の半導体層は設けられていない、（４）に記載のセンサ装置。

　（６）
　前記半導体層は、シリコン層である、（４）に記載のセンサ装置。

　（７）
　前記共振器は、前記メタマテリアル層と、前記メタマテリアル層の上面または下面に接する絶縁膜とを含む、（２）に記載のセンサ装置。

　（８）
　前記絶縁膜は、前記第１または第２材料で形成されている、（７）に記載のセンサ装置。

　（９）
　前記共振器は、前記光電変換部上に設けられた積層膜内に設けられており、
　前記フィルタ層は、前記積層膜上または前記積層膜と前記光電変換部との間に設けられており、
　前記積層膜は、前記光電変換部上に設けられた第１層と、前記第１層上に設けられた前記共振器と、前記共振器上に設けられた第２層とを含む、（２）に記載のセンサ装置。

　（１０）
　前記第１および第２層の少なくともいずれかは、１つ以上の絶縁膜および／または１つ以上の半導体層を含む、（９）に記載のセンサ装置。

　（１１）
　前記第２材料の屈折率は、前記第１材料の屈折率と異なる、（２）に記載のセンサ装置。

　（１２）
　前記共振器を透過する光のピーク波長は、前記共振器の実効屈折率に応じて変化する、（２）に記載のセンサ装置。

　（１３）
　前記共振器の実効屈折率は、前記センサ装置の像高に基づいて設定される、（２）に記載のセンサ装置。

　（１４）
　前記共振器上に設けられたレンズをさらに備え、
　前記レンズの平面形状は、前記レンズの中心に対して非対称である、（２）に記載のセンサ装置。

　（１５）
　前記共振器は、前記光電変換部を含む化合物半導体基板上に設けられている、（２）に記載のセンサ装置。

　（１６）
　前記化合物半導体基板は、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）層と、前記ＩｎＧａＡｓ層上に設けられたＩｎＰ（リン化インジウム）層とを含み、
　前記共振器は、前記ＩｎＰ層上に設けられている、
　（１５）に記載のセンサ装置。

　（１７）
　前記共振器の共振器長は、λ／ｎ以上である（λは、前記共振器から出力される光の真空中におけるピーク波長を表し、ｎは、前記共振器の実効屈折率を表す）、（２）に記載のセンサ装置。

　（１８）
　前記共振器の共振器長は、７００ｎｍ／ｎ以上である（ｎは、前記共振器の実効屈折率を表す）、（２）に記載のセンサ装置。

　（１９）
　前記第１材料で形成された前記第１部分と、前記第２材料で形成され、前記第１部分内に設けられた前記複数の第２部分とを含む前記メタマテリアル層、を含む前記共振器と、
　前記第２材料で形成された第２部分と、前記第１材料で形成され、前記第２部分内に設けられた複数の第１部分とを含む第２メタマテリアル層、を含む第２共振器と、
　を備える（２）に記載のセンサ装置。

　（２０）
　前記センサ装置は、多モードの光を前記フィルタ層および前記共振器を透過させることで、前記光のモードの数を低減させる、（２）に記載のセンサ装置。

　（２１）
　前記センサ装置は、多モード分光を信号処理により単一モード分光に変換する、（２）に記載のセンサ装置。

　（２２）
　前記センサ装置は、多モードの光を前記フィルタ層および前記共振器を透過させることで、近赤外光の波長域内にピーク波長を有する単一モードの光を生成する、（２）に記載のセンサ装置。

　（２３）
　前記センサ装置は、複数の画素を有する画素アレイ領域を備える固体撮像装置である、（２）に記載のセンサ装置。

　（２４）
　前記画素アレイ領域は、ｎ×ｎ個（ｎは２以上の整数）の画素を単位とする周期配列を有する、（２３）に記載のセンサ装置。

　（２５）
　光電変換部を形成し、
　前記光電変換部上にファブリペロ共振器を形成し、
　前記ファブリペロ共振器上または前記ファブリペロ共振器と前記光電変換部との間にフィルタ層を形成する、
　ことを含むセンサ装置の製造方法。

　（２６）
　光電変換部を形成し、
　前記光電変換部上に、メタマテリアル層を含む共振器を形成し、
　前記共振器上または前記共振器と前記光電変換部との間にフィルタ層を形成する、
　ことを含み、
　前記メタマテリアル層は、第１材料で形成された第１部分と、前記第１材料とは異なる第２材料で形成され、前記第１部分内に設けられた複数の第２部分とを含む、
　センサ装置の製造方法。

　（２７）
　前記メタマテリアル層は、
　前記第１材料で形成された第１部分を形成し、
　前記第１部分内に、前記第２材料で形成された前記複数の第２部分を埋め込む、
　ことで形成される、（２６）に記載のセンサ装置の製造方法。

　１：画素、２：画素アレイ領域、３：制御回路、
　４：垂直駆動回路、５：カラム信号処理回路、６：水平駆動回路、
　７：出力回路、８：垂直信号線、９：水平信号線、
　１１：支持基板、１２、１３、１４：配線層、
　１５：層間絶縁膜、１６：ゲート電極、１７：ゲート絶縁膜、
　２１：基板、２２：光電変換部、２３：ｐ型半導体領域、２４：ｎ型半導体領域、
　２５：ｐ型半導体領域、２６：画素分離層、２７：ｐウェル層、２８：浮遊拡散部、
　２９：化合物半導体基板、２９ａ：ＩｎＧａＡｓ層、２９ｂ：ＩｎＰ層、
　３１：溝、３２：素子分離部、３３：固定電荷膜、３４：絶縁膜、３５：遮光膜、
　３６：平坦化膜、３７：積層膜、３８：カラーフィルタ層、
　３９：オンチップレンズ、３９ａ：低屈折率部分、３９ｂ：高屈折率部分、
　４１：酸化シリコン膜、４１ａ：酸化シリコン部分、
　４２：窒化シリコン膜、４２ａ：窒化シリコン部分、
　４３：ポリシリコン層、４４：メタマテリアル層、４５：反射防止膜、
　４６：アモルファスシリコン層、４６ａ：アモルファスシリコン部分、
　４７：ＩＴＯ層、５１：共振器

Claims

　光電変換部と、
　前記光電変換部上に設けられたファブリペロ共振器と、
　前記ファブリペロ共振器上または前記ファブリペロ共振器と前記光電変換部との間に設けられたフィルタ層と、
　を備えるセンサ装置。
　光電変換部と、
　前記光電変換部上に設けられ、メタマテリアル層を含む共振器と、
　前記共振器上または前記共振器と前記光電変換部との間に設けられたフィルタ層と、
　を備え、
　前記メタマテリアル層は、第１材料で形成された第１部分と、前記第１材料とは異なる第２材料で形成され、前記第１部分内に設けられた複数の第２部分とを含む、
　センサ装置。
　前記第１および第２材料の一方は、シリコンを含む絶縁材料であり、
　前記第１および第２材料の他方は、シリコンを含む絶縁材料または半導体材料である、
　請求項２に記載のセンサ装置。
　前記メタマテリアル層の上面または下面に接する半導体層をさらに備える、請求項２に記載のセンサ装置。
　前記メタマテリアル層上と、前記メタマテリアル層と前記光電変換部を含む基板との間には、前記メタマテリアル層の上面または下面に接する前記半導体層以外の半導体層は設けられていない、請求項４に記載のセンサ装置。
　前記半導体層は、シリコン層である、請求項４に記載のセンサ装置。
　前記共振器は、前記メタマテリアル層と、前記メタマテリアル層の上面または下面に接する絶縁膜とを含む、請求項２に記載のセンサ装置。
　前記絶縁膜は、前記第１または第２材料で形成されている、請求項７に記載のセンサ装置。
　前記共振器は、前記光電変換部上に設けられた積層膜内に設けられており、
　前記フィルタ層は、前記積層膜上または前記積層膜と前記光電変換部との間に設けられており、
　前記積層膜は、前記光電変換部上に設けられた第１層と、前記第１層上に設けられた前記共振器と、前記共振器上に設けられた第２層とを含む、請求項２に記載のセンサ装置。
　前記第１および第２層の少なくともいずれかは、１つ以上の絶縁膜および／または１つ以上の半導体層を含む、請求項９に記載のセンサ装置。
　前記第２材料の屈折率は、前記第１材料の屈折率と異なる、請求項２に記載のセンサ装置。
　前記共振器を透過する光のピーク波長は、前記共振器の実効屈折率に応じて変化する、請求項２に記載のセンサ装置。
　前記共振器の実効屈折率は、前記センサ装置の像高に基づいて設定される、請求項２に記載のセンサ装置。
　前記共振器上に設けられたレンズをさらに備え、
　前記レンズの平面形状は、前記レンズの中心に対して非対称である、請求項２に記載のセンサ装置。
　前記共振器は、前記光電変換部を含む化合物半導体基板上に設けられている、請求項２に記載のセンサ装置。
　前記化合物半導体基板は、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）層と、前記ＩｎＧａＡｓ層上に設けられたＩｎＰ（リン化インジウム）層とを含み、
　前記共振器は、前記ＩｎＰ層上に設けられている、
　請求項１５に記載のセンサ装置。
　前記共振器の共振器長は、λ／ｎ以上である（λは、前記共振器から出力される光の真空中におけるピーク波長を表し、ｎは、前記共振器の実効屈折率を表す）、請求項２に記載のセンサ装置。
　前記共振器の共振器長は、７００ｎｍ／ｎ以上である（ｎは、前記共振器の実効屈折率を表す）、請求項２に記載のセンサ装置。
　前記第１材料で形成された前記第１部分と、前記第２材料で形成され、前記第１部分内に設けられた前記複数の第２部分とを含む前記メタマテリアル層、を含む前記共振器と、
　前記第２材料で形成された第２部分と、前記第１材料で形成され、前記第２部分内に設けられた複数の第１部分とを含む第２メタマテリアル層、を含む第２共振器と、
　を備える請求項２に記載のセンサ装置。
　前記センサ装置は、多モードの光を前記フィルタ層および前記共振器を透過させることで、前記光のモードの数を低減させる、請求項２に記載のセンサ装置。
　前記センサ装置は、多モード分光を信号処理により単一モード分光に変換する、請求項２に記載のセンサ装置。
　前記センサ装置は、多モードの光を前記フィルタ層および前記共振器を透過させることで、近赤外光の波長域内にピーク波長を有する単一モードの光を生成する、請求項２に記載のセンサ装置。
　前記センサ装置は、複数の画素を有する画素アレイ領域を備える固体撮像装置である、請求項２に記載のセンサ装置。
　前記画素アレイ領域は、ｎ×ｎ個（ｎは２以上の整数）の画素を単位とする周期配列を有する、請求項２３に記載のセンサ装置。
　光電変換部を形成し、
　前記光電変換部上にファブリペロ共振器を形成し、
　前記ファブリペロ共振器上または前記ファブリペロ共振器と前記光電変換部との間にフィルタ層を形成する、
　ことを含むセンサ装置の製造方法。
　光電変換部を形成し、
　前記光電変換部上に、メタマテリアル層を含む共振器を形成し、
　前記共振器上または前記共振器と前記光電変換部との間にフィルタ層を形成する、
　ことを含み、
　前記メタマテリアル層は、第１材料で形成された第１部分と、前記第１材料とは異なる第２材料で形成され、前記第１部分内に設けられた複数の第２部分とを含む、
　センサ装置の製造方法。
　前記メタマテリアル層は、
　前記第１材料で形成された第１部分を形成し、
　前記第１部分内に、前記第２材料で形成された前記複数の第２部分を埋め込む、
　ことで形成される、請求項２６に記載のセンサ装置の製造方法。