專利名稱：光電轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
近來提出的光電轉(zhuǎn)換裝置包括光波導(dǎo)和層內(nèi)透鏡，以便增加入射在光電轉(zhuǎn)換部分上的光的量。日本專利公開No. 2007-201091的圖8示出了下面的作為光電轉(zhuǎn)換裝置的固態(tài)圖 像拾取元件。具有貫通孔的平坦化層被設(shè)置在具有光電轉(zhuǎn)換部分的半導(dǎo)體襯底上。第一高折射率的材料被設(shè)置在平坦化層之上，使得貫通孔用第一高折射率的材料填充，其形成光波導(dǎo)。由第二高折射率的材料制成的作為層內(nèi)透鏡的內(nèi)側(cè)透鏡被設(shè)置在第一高折射率的材料上。頂部微透鏡被設(shè)置在內(nèi)側(cè)透鏡上。日本專利公開No. 2008-192951的圖I示出了下面的作為光電轉(zhuǎn)換裝置的固態(tài)圖像拾取裝置。多個(gè)層間電介質(zhì)膜被堆疊在具有光電轉(zhuǎn)換元件的半導(dǎo)體襯底上。以使得與相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件交迭的方式在層間電介質(zhì)膜的疊層的部分中設(shè)置開口。光波導(dǎo)被嵌入相應(yīng)的開口中。層內(nèi)透鏡被設(shè)置在相應(yīng)的光波導(dǎo)上。頂部透鏡被設(shè)置在相應(yīng)的層內(nèi)透鏡上。在由日本專利公開No. 2007-201091公開的固態(tài)圖像拾取元件被應(yīng)用于其的光電轉(zhuǎn)換裝置中，由與形成層內(nèi)透鏡的材料相同的高折射率的材料制成的膜被插入層內(nèi)透鏡和光波導(dǎo)之間。因此，透射通過層內(nèi)透鏡的光中的一些可能不進(jìn)入光波導(dǎo)。在由日本專利公開No. 2008-192951公開的光電轉(zhuǎn)換裝置中，每個(gè)光波導(dǎo)與層內(nèi)透鏡中的對(duì)應(yīng)的一個(gè)層內(nèi)透鏡接觸。在這種配置中，入射在層內(nèi)透鏡的周邊區(qū)域上的光中的一些可能不進(jìn)入光波導(dǎo)。在光線相對(duì)于光軸傾斜地入射在層內(nèi)透鏡上的情況下，上述情形是顯著的。因此，在這種光電轉(zhuǎn)換裝置中，在圖像拾取區(qū)域的中心周圍的一組像素與接近圖像拾取區(qū)域的端部的一組像素之間可能存在靈敏度方面的差別。這是因?yàn)椋c圖像拾取區(qū)域的中心周圍的像素相比，接近圖像拾取區(qū)域的端部的像素傾向于接收更傾斜的光線。隨著光電轉(zhuǎn)換裝置的圖像拾取區(qū)域變得越大，該現(xiàn)象變得越顯著。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種光電轉(zhuǎn)換裝置包括半導(dǎo)體襯底；設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底中的光電轉(zhuǎn)換部分；設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上的絕緣體；第一部件，所述第一部件被設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上并且被配置為與所述光電轉(zhuǎn)換部分交迭；第一透鏡，所述第一透鏡被設(shè)置在所述第一部件的較遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換部分的較遠(yuǎn)側(cè)并且被配置為將光會(huì)聚到所述第一部件上；第二透鏡，所述第二透鏡被設(shè)置在所述第一透鏡的較遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換部分的較遠(yuǎn)側(cè)；以及波長(zhǎng)選擇部件，所述波長(zhǎng)選擇部件被設(shè)置在所述第一透鏡的較遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換部分的較遠(yuǎn)側(cè)。所述光電轉(zhuǎn)換部分和所述第一部件被沿著第一方向并排設(shè)置。所述絕緣體包括第一部分和與所述第一部分不同的第二部分。所述第一部分、所述第一部件和所述第二部分被沿著與所述第一方向相交的第二方向并排設(shè)置。所述裝置還包括設(shè)置在所述第一部件與所述第一透鏡之間的第二部件。所述第二部件的面積比所述第一部件的面積大。包括在所述第二部件中的材料的折射率比包括在所述第一透鏡中的材料的折射率低。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種光電轉(zhuǎn)換裝置包括半導(dǎo)體襯底；設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底中的光電轉(zhuǎn)換部分。絕緣體被設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上。第一部件被設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上并且被配置為與所述光電轉(zhuǎn)換部分交迭。透鏡被設(shè)置在所述第一部件的較遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換部分的較遠(yuǎn)側(cè)并且被配置為將光會(huì)聚到所述第一部件上。波長(zhǎng)選擇部件被設(shè)置在所述透鏡的較遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換部分的較遠(yuǎn)側(cè)。所述光電轉(zhuǎn)換部分和所述第一部件被沿著第一方向并排設(shè)置。所述絕緣體包括第一部分和與所述第一部分不同的第二部分。所述第一部分、所述第一部件和所述第二部分被沿著與所述第一方向相交的第二方向并排設(shè)置。僅僅將具有比所述透鏡低的折射率的膜設(shè)置在所述透鏡與所述第一部件之間，并且所述膜的面積比所述第一部件的面積大。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，一種光電轉(zhuǎn)換裝置包括半導(dǎo)體襯底和設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底中的光電轉(zhuǎn)換部分。絕緣體被設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上。第一部件被設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上并且被配置為與所述光電轉(zhuǎn)換部分交迭。透鏡被設(shè)置在所述第一部件的較遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換部分的較遠(yuǎn)側(cè)并且被配置為將光會(huì)聚到所述第一部件上。第一中間部件被設(shè)置在所述第一部件與所述透鏡之間。第二中間部件被設(shè)置在所述第一部件與所述第一中間部件之間。第三中間部件被設(shè)置在所述透鏡與所述第一中間部件之間。所述光電轉(zhuǎn)換部分和所述第一部件被沿著第一方向并排設(shè)置。所述絕緣體包括第一部分和與所述第一部分不同的第二部分。所述第一部分、所述第一部件和所述第二部分被沿著與所述第一方向相交的第二方向并排設(shè)置。包括在所述透鏡中的材料的折射率nfl、所述第三中間部件的折射率nf2、所述第一中間部件的折射率nf3、所述第二中間部件的折射率nf4和所述第一部件的折射率nf5滿足nfl > nf5 > nf2 > nf4 > nf3的關(guān)系。從以下參考附圖的示例性實(shí)施例的描述中本發(fā)明更多的特征將變得清晰。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的示意性的截面圖。圖2是根據(jù)第一實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的示意性平面圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的示意性的截面圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的示意性的截面圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的示意性的截面圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的示意性平面圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的第一方面的光電轉(zhuǎn)換裝置100 (參見圖I)。光電轉(zhuǎn)換裝 置100包括半導(dǎo)體襯底101。半導(dǎo)體襯底101是在光電轉(zhuǎn)換裝置100中包括的部件之中的由半導(dǎo)體材料制成的部件。半導(dǎo)體襯底101的示例包括由經(jīng)受已知的半導(dǎo)體制造工藝的半導(dǎo)體圓片(wafer)制造并且由此具有半導(dǎo)體區(qū)的部件。半導(dǎo)體材料的示例包括硅。在半導(dǎo)體襯底101與其它部件之間的界面被定義為半導(dǎo)體襯底101的主表面102。其它部件的示例包括設(shè)置在半導(dǎo)體襯底101上的或者與半導(dǎo)體襯底101接觸的熱氧化膜。在本說明書中，術(shù)語“平面”指的是與主表面102、具體地、主表面102的其中設(shè)置有下面描述的光電轉(zhuǎn)換部分的部分或者主表面102的其中設(shè)置有金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管的溝道的部分平行地延伸的平坦區(qū)域。在本說明書中，術(shù)語“截面”指的是與平面相交的平坦區(qū)域。半導(dǎo)體襯底101具有光電轉(zhuǎn)換部分103。在半導(dǎo)體襯底101的主表面102上設(shè)置絕緣體104。絕緣體104具有與光電轉(zhuǎn)換部分103對(duì)應(yīng)的孔105?？?05在其內(nèi)部設(shè)置有波導(dǎo)部件106。換句話說，波導(dǎo)部件106被設(shè)置在半導(dǎo)體襯底101上的與光電轉(zhuǎn)換部分103交迭的位置處。波導(dǎo)部件106由絕緣體104包圍。可以用波導(dǎo)部件106完全地填充孔105，或者可以用波導(dǎo)部件106僅僅填充孔105的部分。包括 在波導(dǎo)部件106內(nèi)的材料可以具有比包括在絕緣體104內(nèi)的材料高的折射率。在那種情況下，進(jìn)入波導(dǎo)部件106但是漏出到絕緣體104中的光的量被減少。因此，如果波導(dǎo)部件106的至少部分與光電轉(zhuǎn)換部分103交迭，則入射在光電轉(zhuǎn)換部分103上的光的量增大。波導(dǎo)部件106可以不必具有比絕緣體104高的折射率。只要波導(dǎo)部件106具有使得已經(jīng)進(jìn)入波導(dǎo)部件106的光不漏出到設(shè)置在其周圍的絕緣體104中的配置，波導(dǎo)部件106就發(fā)揮其光引導(dǎo)作用。示例性配置如下反射光的反射部件被設(shè)置在孔105的側(cè)壁上，并且孔105的剩余部分用波導(dǎo)部件106填充。另一個(gè)示例性配置如下在設(shè)置在孔105中的波導(dǎo)部件106與絕緣體104之間存在氣隙。氣隙可以是真空或者可以填充有氣體。在這種情況下，包括在波導(dǎo)部件106中的材料的折射率和包括在絕緣體104中的材料的折射率在其之間可以具有任何關(guān)系?，F(xiàn)在將描述在絕緣體104和波導(dǎo)部件106之間的位置關(guān)系。在某個(gè)平面中，在其中設(shè)置有波導(dǎo)部件106的區(qū)域被在其中設(shè)置有絕緣體104的區(qū)域包圍，或者被放置在其中各設(shè)置有絕緣體104的區(qū)域之間。換句話說，在與光電轉(zhuǎn)換部分103和波導(dǎo)部件106被并排設(shè)置的方向相交的方向上，絕緣體104的第一部分、絕緣體104的與第一部分不同的第二部分和波導(dǎo)部件106被并排設(shè)置。與光電轉(zhuǎn)換部分103和波導(dǎo)部件106被并排設(shè)置的方向相交的方向?qū)?yīng)于例如半導(dǎo)體襯底101的主表面102延伸的方向。根據(jù)不同的觀點(diǎn)，絕緣體104包括不與光電轉(zhuǎn)換部分103交迭的第一部分和第二部分，并且波導(dǎo)部件106被設(shè)置在第一部分和第二部分之間。層內(nèi)透鏡107被設(shè)置在波導(dǎo)部件106的較遠(yuǎn)離半導(dǎo)體襯底101的一側(cè)。換句話說，波導(dǎo)部件106被放置在層內(nèi)透鏡107和半導(dǎo)體襯底101之間。層內(nèi)透鏡107使進(jìn)入層內(nèi)透鏡107的光會(huì)聚。將光會(huì)聚到波導(dǎo)部件106上意指將光折射朝向波導(dǎo)部件106。例如，從層內(nèi)透鏡107的相對(duì)于半導(dǎo)體襯底101較遠(yuǎn)一側(cè)的表面進(jìn)入層內(nèi)透鏡107的光被折射朝向光軸OP。光軸OP是經(jīng)過層內(nèi)透鏡107的較接近半導(dǎo)體襯底101 —側(cè)的表面的中心和波導(dǎo)部件106的較遠(yuǎn)離半導(dǎo)體襯底101 —側(cè)的表面的中心的線?？梢源嬖谄渲胁幌薅ü廨SOP的一些情況。這種情況是可接受的，只要已經(jīng)進(jìn)入層內(nèi)透鏡107的光被折射朝向波導(dǎo)部件106即可。波長(zhǎng)選擇部件108和微透鏡109被設(shè)置在層內(nèi)透鏡107的較遠(yuǎn)離半導(dǎo)體襯底101的一側(cè)。波長(zhǎng)選擇部件108選擇性地允許一定波長(zhǎng)的光朝向光電轉(zhuǎn)換部分103地透射通過波長(zhǎng)選擇部件108。波長(zhǎng)選擇部件108被設(shè)置在從圖像拾取的對(duì)象或光源延伸到層內(nèi)透鏡107的光路上。第一中間部件110被設(shè)置在波導(dǎo)部件106與層內(nèi)透鏡107之間。本發(fā)明的第一方面的特征在于，包括在第一中間部件Iio中的材料具有比包括在層內(nèi)透鏡107中的材料低的折射率。此外，第一中間部件110具有比波導(dǎo)部件106大的面積。在本說明書中，第一中間部件110的面積指的是通過將第一中間部件110投影到某個(gè)平面上而限定的在該平面上的面積。除非另作說明，用于其它部件的術(shù)語“面積”也具有相同的意思。例如，第一中間部件110可以被設(shè)置在其中設(shè)置有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分103的圖像拾取區(qū)的全部之上。此外，第一中間部件110可以在半導(dǎo)體襯底101的全部(包括具有周邊電路的區(qū)域在內(nèi))之上延伸。在圖I中，箭頭LI表示入射在半導(dǎo)體襯底101上的光的光路。從圖像拾取的對(duì)象 收(在點(diǎn)A處)。光由微透鏡109會(huì)聚并且由層內(nèi)透鏡107接收(在點(diǎn)B處)。光由層內(nèi)透鏡107會(huì)聚并且在層內(nèi)透鏡107與第一中間部件110之間的界面(點(diǎn)C)處被折射。此時(shí)，由于第一中間部件110具有比層內(nèi)透鏡107低的折射率，因此由層內(nèi)透鏡107會(huì)聚的光被折射朝向光軸0P。隨后，光進(jìn)入波導(dǎo)部件106 (從點(diǎn)D)。因此，要入射在光電轉(zhuǎn)換部分103上的光的量增大。圖I中的虛線箭頭L2表示比較示例中的光路。在比較示例中，在波導(dǎo)部件106與層內(nèi)透鏡107之間設(shè)置的部件具有與層內(nèi)透鏡107相同的折射率。在根據(jù)比較示例的這種光電轉(zhuǎn)換裝置中，光在層內(nèi)透鏡107的較接近半導(dǎo)體襯底101的一端(點(diǎn)C)處不被折射。因此，由層內(nèi)透鏡107會(huì)聚的光沿著由虛線箭頭L2表示的光路行進(jìn)并且入射在不存在波導(dǎo)部件106的點(diǎn)(點(diǎn)E)上。由于由布線等的反射，不進(jìn)入波導(dǎo)部件106的光可能不入射在光電轉(zhuǎn)換部分103上的概率高。因此，這種配置可能具有低靈敏度?，F(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的第二方面的光電轉(zhuǎn)換裝置600 (參見圖5)。光電轉(zhuǎn)換裝置600包括半導(dǎo)體襯底101。半導(dǎo)體襯底101是在光電轉(zhuǎn)換裝置600中包括的部件之中的由半導(dǎo)體材料制成的部件。半導(dǎo)體襯底101的示例包括由經(jīng)受已知的半導(dǎo)體制造工藝的半導(dǎo)體圓片制造并且由此具有半導(dǎo)體區(qū)的部件。半導(dǎo)體材料的示例包括硅。在半導(dǎo)體襯底101與其它部件之間的界面被定義為半導(dǎo)體襯底101的主表面102。其它部件的示例包括設(shè)置在半導(dǎo)體襯底101上的或者與半導(dǎo)體襯底101接觸的熱氧化膜。半導(dǎo)體襯底101具有光電轉(zhuǎn)換部分103。在半導(dǎo)體襯底101的主表面102上設(shè)置絕緣體104。絕緣體104具有與光電轉(zhuǎn)換部分103對(duì)應(yīng)的孔105?？?05在其內(nèi)部設(shè)置有波導(dǎo)部件106。換句話說，波導(dǎo)部件106被設(shè)置在半導(dǎo)體襯底101上的與光電轉(zhuǎn)換部分103交迭的位置處。波導(dǎo)部件106由絕緣體104包圍?？梢杂貌▽?dǎo)部件106完全地填充孔105，或者可以用波導(dǎo)部件106僅僅填充孔105的部分。包括在波導(dǎo)部件106內(nèi)的材料可以具有比包括在絕緣體104內(nèi)的材料高的折射率。在那種情況下，進(jìn)入波導(dǎo)部件106但是漏出到絕緣體104中的光的量被減少。因此，如果波導(dǎo)部件106的至少部分與光電轉(zhuǎn)換部分103交迭，則入射在光電轉(zhuǎn)換部分103上的光的量增大。波導(dǎo)部件106可以不必具有比絕緣體104高的折射率。只要波導(dǎo)部件106具有使得已經(jīng)進(jìn)入波導(dǎo)部件106的光不漏出到設(shè)置在其周圍的絕緣體104中的配置，波導(dǎo)部件106就發(fā)揮其光引導(dǎo)作用。示例性配置如下反射光的反射部件被設(shè)置在孔105的側(cè)壁上，并且孔105的剩余部分用波導(dǎo)部件106填充。另一個(gè)示例性配置如下在設(shè)置在孔105中的波導(dǎo)部件106與絕緣體104之間存在氣隙。氣隙可以是真空或者可以填充有氣體。在這種情況下，包括在波導(dǎo)部件106中的材料的折射率和包括在絕緣體104中的材料的折射率在其之間可以具有任何關(guān)系現(xiàn)在將描述在絕緣體104和波導(dǎo)部件106之間的位置關(guān)系。在某個(gè)平面中，在其中設(shè)置有波導(dǎo)部件106的區(qū)域被在其中設(shè)置有絕緣體104的區(qū)域包圍，或者被放置在其中各設(shè)置有絕緣體104的區(qū)域之間。換句話說，在與光電轉(zhuǎn)換部分103和波導(dǎo)部件106被并排設(shè)置的方向相交的方向上，絕緣體104的第一部分、絕緣體104的與第一部分不同的第二部分和波導(dǎo)部件106被并排設(shè)置。與光電轉(zhuǎn)換部分103和波導(dǎo)部件106被并排設(shè)置的方向相交的方向?qū)?yīng)于例如半導(dǎo)體襯底101的主表面102延伸的方向。根據(jù)不同的觀點(diǎn)，絕緣體104包括不與光電轉(zhuǎn)換部分103交迭的第一部分和第二部分，并且波導(dǎo)部件106被設(shè)置在第一部分和第二部分之間。透鏡107被設(shè)置在波導(dǎo)部件106的較遠(yuǎn)離半導(dǎo)體襯底101的一側(cè)。換句話說，波導(dǎo)部件106被放置在透鏡107和半導(dǎo)體襯底101之間。透鏡107使進(jìn)入透鏡107的光會(huì)聚。將光會(huì)聚到波導(dǎo)部件106上意指將光折射朝向波導(dǎo)部件106。例如，從透鏡107的相對(duì)于半導(dǎo)體襯底101較遠(yuǎn)一側(cè)的表面進(jìn)入透鏡107的光被折射朝向光軸0P。光軸OP是經(jīng)過透鏡107的較接近半導(dǎo)體襯底101 —側(cè)的表面的中心和波導(dǎo)部件106的較遠(yuǎn)離半導(dǎo)體襯底101一側(cè)的表面的中心的線。可以存在其中不限定光軸OP的一些情況。這種情況是可接受的，只要已經(jīng)進(jìn)入透鏡107的光被折射朝向波導(dǎo)部件106即可。第一中間部件601、第二中間部件602和第三中間部件603被設(shè)置在波導(dǎo)部件106與透鏡107之間。第二中間部件602被設(shè)置在第一中間部件601與波導(dǎo)部件106之間。第三中間部件603被設(shè)置在第一中間部件601與透鏡107之間。本發(fā)明的第二方面的特征在于，透鏡107、波導(dǎo)部件106、第三中間部件603、第二中間部件602和第一中間部件601的折射率依次降低。也就是說，讓包括在透鏡107中的材料、第三中間部件603、第一中間部件601、第二中間部件602和波導(dǎo)部件106的折射率分別為 nfUnf2.nf3.nf4 和 nf5，保持 nfl > nf5 > nf2 > nf4 > nf3 的關(guān)系。在圖5中，箭頭LI表示入射在半導(dǎo)體襯底101上的光的光路。從圖像拾取的對(duì)象或光源(未示出)發(fā)射光。光從主表面102進(jìn)入半導(dǎo)體襯底101。光首先由透鏡107接收(在點(diǎn)A處)。在透鏡107與第三中間部件603的折射率之間的關(guān)系由nfl > nf2表示。因此，由透鏡107會(huì)聚的光在界面B處被折射朝向波導(dǎo)部件106的中心。由于nf2 > nf3，因此光在界面C處被進(jìn)一步折射朝向波導(dǎo)部件106的中心。由于在這三個(gè)折射率之間的關(guān)系由nfl > nf2 > nf3表示，因此第三中間部件603用作抗反射膜。因此，要進(jìn)入波導(dǎo)部件106中的光的量增大。在第一中間部件601與第二中間部件602的折射率之間的關(guān)系由nf3 < nf4表示。因此，傾斜地入射在界面D上的光被折射為使得傾斜的程度被降低。此外，由于nf4 < nf5，因此光在界面E處被折射為使得傾斜的程度被進(jìn)一步降低，并且進(jìn)入波導(dǎo)部件106。此外，由于在這三個(gè)折射率之間的關(guān)系由nf3 < nf4 < nf5表示，因此第二中間部件602用作抗反射膜。因此，要進(jìn)入波導(dǎo)部件106中的光的量(即，要進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分103(光電二極管)中的光的量)增大。圖5中的虛線箭頭L2表示比較示例中的光路。在比較示例中，在波導(dǎo)部件106與透鏡107之間設(shè)置的部件具有與透鏡107相同的折射率。在根據(jù)比較示例的這種光電轉(zhuǎn)換裝置中，光在透鏡107的較接近半導(dǎo)體襯底101的一端(點(diǎn)B)處不被折射。因此，由透鏡107會(huì)聚的光沿著由虛線箭頭L2表示的光路行進(jìn)并且入射在不存在波導(dǎo)部件106的點(diǎn)(點(diǎn)F)上。由于布線等的反射，不進(jìn)入波導(dǎo)部件106的光可能不入射在光電轉(zhuǎn)換部分103上的概率高。因此，這種配置可能具有低靈敏度。第一實(shí)施例現(xiàn)在將參考相關(guān)的附圖描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置100。圖I是根據(jù)第一實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置100的示意性的截面圖。在圖I中，示出了一個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分103。可替代地，可以設(shè)置多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分103的陣列。下面的描述涉及其中電子用作信號(hào)載流子的情況。可替代地，空穴可以用作信號(hào)載流子。如果空穴用作信號(hào)載流子，則在半導(dǎo)體區(qū)之間的導(dǎo)電類型被反轉(zhuǎn)。光電轉(zhuǎn)換裝置100包括半導(dǎo)體襯底101。在第一實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底101是η型外延層。半導(dǎo)體襯底101包括P型半導(dǎo)體區(qū)和η型半導(dǎo)體區(qū)。半導(dǎo)體襯底101可以包括P型阱和/或η型阱。半導(dǎo)體襯底101具有主表面102。在第一實(shí)施例中，主表面102是在半導(dǎo)體襯底101與設(shè)置在半導(dǎo)體襯底101上的熱氧化膜(未示出)之間的界面。光從主表面102進(jìn)入半導(dǎo)體襯底101。光電轉(zhuǎn)換部分103是例如光電二極管。在第一實(shí)施例中，光電轉(zhuǎn)換部分103包括η型半導(dǎo)體區(qū)，該η型半導(dǎo)體區(qū)與鄰近于其設(shè)置的P型半導(dǎo)體區(qū)結(jié)合地形成ρη結(jié)。通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷被收集到光電轉(zhuǎn)換部分103中的η型半導(dǎo)體區(qū)。P型半導(dǎo)體區(qū)可以被設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換部分103的與主表面102接觸的區(qū)域中。浮置擴(kuò)散區(qū)(在下文中縮寫成FD) 114是η型半導(dǎo)體區(qū)。由光電轉(zhuǎn)換部分103產(chǎn)生的電荷被傳遞到FD 114，在FD 114中電荷被轉(zhuǎn)換為電壓。FD 114與放大器(未示出)的輸入節(jié)點(diǎn)或信號(hào)輸出線電連接。柵極電極111被設(shè)置在半導(dǎo)體襯底101上，在柵極電極111與半導(dǎo)體襯底101之間插入有熱氧化膜(未示出)。柵極電極111控制在光電轉(zhuǎn)換部分103與FD 114之間的電荷的傳遞。絕緣體104被設(shè)置在半導(dǎo)體襯底101上。在第一實(shí)施例中，形成絕緣體104的材料是硅氧化物膜。形成絕緣體104的材料不限于硅氧化物膜并且僅需要是絕緣的。絕緣體104可以不必與半導(dǎo)體襯底101接觸。形成絕緣體104的材料具有例如I. 40到I. 60的折射率。第一布線層112a和第二布線層112b被設(shè)置在半導(dǎo)體襯底101上。在第一實(shí)施例中，包括在第一布線層112a和第二布線層112b中的導(dǎo)電部件由銅制成?？商娲?，導(dǎo)電部件可以由任何導(dǎo)電材料制成。第一布線層112a的導(dǎo)電部件的部分和第二布線層112b的導(dǎo)電部件的部分可以利用接觸件(未示出)來彼此電連接。除了利用接觸件彼此電連接的部分之外，第一布線層112a的導(dǎo)電部件和第二布線層112b的導(dǎo)電部件利用絕緣體104而彼此 絕緣。也就是說，絕緣體104可以包括層間電介質(zhì)膜。設(shè)置的布線層的數(shù)量不限于兩個(gè)，并且可以是一個(gè)或者三個(gè)或更多個(gè)。絕緣體104具有與光電轉(zhuǎn)換部分103對(duì)應(yīng)的孔105。在截面圖中，孔105可以不必延伸穿過絕緣體104。孔105可以是設(shè)置在絕緣體104中的凹陷。在平面圖中，孔105的邊緣形成閉環(huán)，諸如圓形或矩形形狀?？商娲?，孔105可以具有在平面圖中在多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分103之上延伸的槽狀的形狀。也就是說，在本說明書中，如果在某一平面中，不具有絕緣體104的區(qū)域由具有絕緣體104的區(qū)域包圍或者被放置在每個(gè)具有絕緣體104的區(qū)域之間，則絕緣體104被認(rèn)為具有孔105。不具有絕緣體104的區(qū)域可以不必是氣隙?？?05被設(shè)置在使得在平面圖中其至少部分與光電轉(zhuǎn)換部分103交迭的位置處。也就是說，在孔105和光電轉(zhuǎn)換部分103被投影到某一平面上時(shí)，孔105和光電轉(zhuǎn)換部分103兩者被投影在其中的區(qū)域存在于該平面中。波導(dǎo)部件106被設(shè)置在孔105中。在第一實(shí)施例中，波導(dǎo)部件106由硅氮化物膜制成?？商娲兀▽?dǎo)部件106可以由硅氧氮化物膜或者有機(jī)材料(諸如聚酰亞胺聚合物之類的樹脂)制成。優(yōu)選地，波導(dǎo)部件106可以由在由下面描述的波長(zhǎng)選擇部件選擇的波長(zhǎng)處透射光或電磁波的材料制成。波導(dǎo)部件106可以具有比絕緣體104高的折射率。波導(dǎo)部件106的折射率是例如I. 60或更高，或者優(yōu)選地是I. 80或更高。在第一實(shí)施例中，硅氮 化物膜的折射率落入I. 70到2. 30的范圍內(nèi)。在第一實(shí)施例中，孔105用波導(dǎo)部件106完全地填充?？商娲兀梢杂貌▽?dǎo)部件106僅僅填充孔105的部分。此外，波導(dǎo)部件106可以包括多種材料。在那種情況下，多種材料中的一種材料可以具有比絕緣體104高的折射率。例如，波導(dǎo)部件106可以是硅氮化物膜和硅氧氮化物膜的組合?？商娲?，硅氮化物膜可以被設(shè)置在側(cè)壁之上和孔105的底部附近，并且孔105的剩余部分用與硅氮化物膜相比在容易嵌入方面優(yōu)越的有機(jī)材料填充。參考圖1，絕緣體104包括第一部分104a和第二部分104b。第一部分104a和第二部分104b被設(shè)置在不同的區(qū)域中。如圖I中所示出的，波導(dǎo)部件106被設(shè)置在第一部分104a與第二部分104b之間；或者沿與并排設(shè)置波導(dǎo)部件106和光電轉(zhuǎn)換部分103的方向相交的方向并排設(shè)置第一部分104a、第二部分104b和波導(dǎo)部件106。與并排設(shè)置波導(dǎo)部件106和光電轉(zhuǎn)換部分103的方向相交的方向?qū)?yīng)于例如半導(dǎo)體襯底101的主表面102延伸的方向。在圖I中，并排設(shè)置波導(dǎo)部件106和光電轉(zhuǎn)換部分103的方向與并排設(shè)置第一部分104a、第二部分104b和波導(dǎo)部件106的方向正交。在一些情況下，可以沿相對(duì)于與半導(dǎo)體襯底101的主表面102垂直的線成角度的方向并排設(shè)置波導(dǎo)部件106和光電轉(zhuǎn)換部分103。在這種情況下，并排設(shè)置波導(dǎo)部件106和光電轉(zhuǎn)換部分103的方向可以不必與并排設(shè)置第一部分104a、第二部分104b和波導(dǎo)部件106的方向正交。在圖I中，第一部分104a和第二部分104b不與光電轉(zhuǎn)換部分103交迭?？商娲兀^緣體104的部分可以與光電轉(zhuǎn)換部分103交迭。實(shí)際上，在第一部分104a和第二部分104b中的每一個(gè)與在其周圍設(shè)置的絕緣體104之間沒有邊界。第一部分104a、第二部分104b和絕緣體104由相同的材料制成。在第一實(shí)施例中，從波導(dǎo)部件106的較遠(yuǎn)離或較離開半導(dǎo)體襯底101的表面到主表面102的距離比從包括在第二布線層112b中的導(dǎo)電部件的較遠(yuǎn)離或較離開半導(dǎo)體襯底101的表面到主表面102的距離長(zhǎng)。此外，從波導(dǎo)部件106的較靠近或較接近半導(dǎo)體襯底101的表面到主表面102的距離比從包括在第一布線層112a中的導(dǎo)電部件的較靠近半導(dǎo)體襯底101的表面到主表面102的距離短。波導(dǎo)部件106與布線層112a和112b不限于這種位置關(guān)系。例如，從波導(dǎo)部件106的較靠近或較接近半導(dǎo)體襯底101的表面到主表面102的距離可以比從包括在第二布線層112b中的導(dǎo)電部件的較靠近或較接近半導(dǎo)體襯底101的表面到主表面102的距離短，并且比從包括在第一布線層112a中的導(dǎo)電部件的較遠(yuǎn)離或較離開半導(dǎo)體襯底101的表面到主表面102的距離長(zhǎng)或大。在圖I中，波導(dǎo)部件106與半導(dǎo)體襯底101接觸。可替代地，波導(dǎo)部件106的較靠近或較接近半導(dǎo)體襯底101的表面可以在與主表面102 —定距離處。例如，保護(hù)膜或抗反射膜可以被插入波導(dǎo)部件106與半導(dǎo)體襯底101之間層內(nèi)透鏡107被設(shè)置在波導(dǎo)部件106的較遠(yuǎn)離或較離開半導(dǎo)體襯底101的一側(cè)。在第一實(shí)施例中，層內(nèi)透鏡107是硅氮化物膜。形成層內(nèi)透鏡107的材料的折射率是例如I. 80或更高。層間電介質(zhì)膜113被設(shè)置在層內(nèi)透鏡107的較遠(yuǎn)離或較離開半導(dǎo)體襯底101的一側(cè)。在第一實(shí)施例中，層間電介質(zhì)膜113是硅氧化物膜。形成層間電介質(zhì)膜113的材料可以具有比形成層內(nèi)透鏡107的材料低的折射率。層內(nèi)透鏡107的較遠(yuǎn)離或較離開半導(dǎo)體襯底101的表面朝向較遠(yuǎn)離半導(dǎo)體襯底101的那側(cè)凸起。根據(jù)在層間電介質(zhì)膜113與層內(nèi)透鏡107之間的界面的凸形以及在層間電介質(zhì)膜113與層內(nèi)透鏡107之間的折射率的差而使光會(huì)聚。如果層內(nèi)透鏡107由如第一實(shí)施例中那樣的單種材料制成，則形成層內(nèi)透鏡107的材料的折射率被確定為該材料的折射率。這種材料的示例包括無機(jī)化合物、聚合物等。在該情況下的聚合物可以由一定種類或不同種類的聚合的單體組成。層內(nèi)透鏡107可以不必由如第一實(shí)施例中那樣的單種材料制成，而是可以由被混合在一起的多種材料制成。例如，層內(nèi)透鏡107可以由其中分散有無機(jī)珠子的有機(jī)樹脂制成。如果層內(nèi)透鏡107由均勻地混合在一起的多種材料制成，則形成層內(nèi)透鏡107的材料的折射率被確定為多種材料的混合物的折射率。如果每個(gè)珠子的直徑相對(duì)于波長(zhǎng)足夠地小，則混合物的折射率可以根據(jù)包括在混合物中的多種材料的體積比和各自的折射率來計(jì)算。層內(nèi)透鏡107可以不必具有均勻的折射率分布。例如，層內(nèi)透鏡107可以包括由具有不同的折射率的不同的材料制成的多個(gè)部分?？商娲?，在層內(nèi)透鏡107由其中分散有無機(jī)珠子的有機(jī)樹脂制成的情況下，如果珠子沒有被均勻地分散，則層內(nèi)透鏡107可以具有不均勻的折射率分布?？商娲?，下面也是可接受的可用紫外線固化的樹脂和不可用紫外線固化的樹脂被均勻地混合在一起并且形成透鏡形狀的部件，并且紫外線被施加到該透鏡形狀的部件的部分，由此設(shè)置具有不均勻的折射率分布的層內(nèi)透鏡107。如果層內(nèi)透鏡107具有不均勻的折射率分布，則形成層內(nèi)透鏡107的材料的折射率可以被認(rèn)為是形成層內(nèi)透鏡107的最靠近半導(dǎo)體襯底101的一部分的材料的折射率。如果層內(nèi)透鏡107的最靠近半導(dǎo)體襯底101的該部分中的折射率沿主表面102延伸的方向而改變，則折射率中的最低的一個(gè)可以被視為形成層內(nèi)透鏡107的材料的折射率。如果層內(nèi)透鏡107包括多個(gè)部分，則形成層間電介質(zhì)膜113的材料可以具有比形成與層間電介質(zhì)膜113接觸的層內(nèi)透鏡107的一個(gè)部分的材料低的折射率。如果層內(nèi)透鏡107具有不均勻的折射率分布，則形成層間電介質(zhì)膜113的材料可以具有比形成與層間電介質(zhì)膜113接觸的層內(nèi)透鏡107的部分的材料低的折射率。根據(jù)需要，可以使層間電介質(zhì)膜113的較遠(yuǎn)離或較離開半導(dǎo)體襯底101的表面平坦化。例如，可以通過化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)來使層間電介質(zhì)膜113平坦化。此外，具有在層間電介質(zhì)膜113的折射率與層內(nèi)透鏡107的折射率之間的中間的折射率的膜可以被插入層間電介質(zhì)膜113與層內(nèi)透鏡107之間。
波長(zhǎng)選擇部件108被設(shè)置在層內(nèi)透鏡107的較遠(yuǎn)離或較離開半導(dǎo)體襯底101的一偵U。波長(zhǎng)選擇部件108是例如濾色器。濾色器由例如透射一定波長(zhǎng)處的光但是吸收其它波長(zhǎng)處的光的有機(jī)樹脂制成。波長(zhǎng)選擇部件108可以可替代地是僅僅將在一定波長(zhǎng)處的光與其它波長(zhǎng)處的光分離的棱鏡。波長(zhǎng)選擇部件108可以具有將一定波長(zhǎng)處的光轉(zhuǎn)換成另一個(gè)波長(zhǎng)處的光的功能。例如，波長(zhǎng)選擇部件108可以是閃爍體。波長(zhǎng)選擇部件108的位置不限于圖I中示出的位置。波長(zhǎng)選擇部件108僅僅需要被設(shè)置在從圖像拾取的對(duì)象或光源延伸到層內(nèi)透鏡107的光路上的位置處。微透鏡109被設(shè)置在波長(zhǎng)選擇部件108的較遠(yuǎn)離或較離開半導(dǎo)體襯底101的一偵U。在第一實(shí)施例中，微透鏡109由有機(jī)樹脂制成。微透鏡109具有使入射于其上的光會(huì)聚的功能。第一中間部件110 —般被設(shè)置在層內(nèi)透鏡107與波導(dǎo)部件106之間。在第一實(shí)施例中，第一中間部件110是硅氧化物膜。形成第一中間部件110的材料具有比形成層內(nèi)透鏡107的材料低的折射率。如果層內(nèi)透鏡107包括多個(gè)部分，則形成第一中間部件110的材料具有比形成層內(nèi)透鏡107的多個(gè)部分中的最靠近半導(dǎo)體襯底101的一個(gè)部分的材料低的折射率。第一中間部件110的折射率與形成層內(nèi)透鏡107的材料的折射率的比例是例如
O.95或更小，或者優(yōu)選地是O. 85或更小。第一中間部件110的折射率是例如I. 40到I. 60，或者優(yōu)選地是I. 40到I. 50。第一中間部件110可以對(duì)于由波長(zhǎng)選擇部件108選擇的波長(zhǎng)處的電磁波或光透明。第一中間部件110的折射率可以不必沿平面方向均勻。第一中間部件110可以包括具有相對(duì)低的折射率的區(qū)域和具有相對(duì)高的折射率的區(qū)域。在第一實(shí)施例中，第一中間部件110被設(shè)置在其中設(shè)置有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分103的圖像拾取區(qū)的全部之上。第一中間部件110可以可替代地被設(shè)置在半導(dǎo)體襯底101的全部之上。然而，第一中間部件110可以不必被設(shè)置在圖像拾取區(qū)的全部之上。通常，第一中間部件110僅僅需要具有比波導(dǎo)部件106更大的面積。具體地，由第一中間部件110的平面圖輪廓限定的面積僅僅需要比波導(dǎo)部件106的平面圖面積大。例如，在平面圖中，第一中間部件Iio可以不必存在于波導(dǎo)部件106的中心部分中。也就是說，第一中間部件110在平面圖中可以具有環(huán)狀形狀。在這種情況下，其中由第一中間部件110實(shí)際占據(jù)的面積比波導(dǎo)部件106的面積小的情形是可接受的，只要由第一中間部件110的輪廓限定的面積比波導(dǎo)部件106的面積大即可。現(xiàn)在將描述其中第一中間部件110具有比波導(dǎo)部件106小的面積的比較實(shí)施例。在比較實(shí)施例中，第一中間部件110不在波導(dǎo)部件106的全部之上延伸。在其中第一中間部件110不存在的區(qū)域中，光不通過折射而被會(huì)聚。因此，進(jìn)入波導(dǎo)部件106的光的量減少。第一中間部件110具有例如60nm到500nm的厚度，或者優(yōu)選地80nm到120nm的厚度。第一中間部件110的厚度指的是從第一中間部件110的較靠近半導(dǎo)體襯底101的表面到第一中間部件110的較遠(yuǎn)離半導(dǎo)體襯底101的表面的距離。第一中間部件110的厚度可以小于波導(dǎo)部件106的高度。從層內(nèi)透鏡107的較靠近半導(dǎo)體襯底101的表面到波導(dǎo)部件106的較遠(yuǎn)離半導(dǎo)體襯底101的表面的距離例如短于700nm。
圖2是根據(jù)第一實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置100的示意性平面圖。沿著圖2中示出的線I-I截取圖I中示出的截面圖。功能與圖I中示出的那些相同的元件由相應(yīng)的附圖標(biāo)記表示。圖2示出四個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分103。這里，為方便起見，包括在相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換部分103中的η型半導(dǎo)體區(qū)被示出為光電轉(zhuǎn)換部分103。在光電轉(zhuǎn)換部分103的每相鄰兩個(gè)之間設(shè)置對(duì)信號(hào)載流子的勢(shì)壘201。勢(shì)壘201用作防止信號(hào)載流子在兩個(gè)相鄰的光電轉(zhuǎn)換部分103(光電二極管)之間傳遞的元件隔離區(qū)。四個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分103被設(shè)置有四個(gè)相應(yīng)的柵極電極111。在第一實(shí)施例中，為多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分103提供一個(gè)FD 114。換句話說，多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分103的電子被傳遞到一個(gè)FD 114。在第一實(shí)施例中，多個(gè)FD 114利用導(dǎo)線202彼此電連接。FD 114利用共用的接觸件203來與導(dǎo)線202電連接。因此，在電路方面，四個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分103的電子被傳遞到一個(gè)節(jié)點(diǎn)。與放大晶體管的柵極電極(未不出)一體地設(shè)置導(dǎo)線202。彼此電連接的多個(gè)FD 114中的至少一個(gè)還用作具有柵極電極203的復(fù)位晶體管的源極或漏極。如圖2中所示出的，每個(gè)波導(dǎo)部件106與光電轉(zhuǎn)換部分103中的對(duì)應(yīng)一個(gè)交迭。波導(dǎo)部件106的平面圖形狀不限于如圖2中所示出的圓形，并且可以可替代地為例如多邊形(諸如矩形)或橢圓形。雖然在圖2中光電轉(zhuǎn)換部分103的部分不與波導(dǎo)部件106交迭，但是光電轉(zhuǎn)換部分103的全部可以與波導(dǎo)部件106交迭。 在圖2中，第一中間部件110被設(shè)置在半導(dǎo)體襯底101的全部之上。因此，第一中間部件110具有比波導(dǎo)部件106更大的面積。然而，第一中間部件110可以不必被設(shè)置在半導(dǎo)體襯底101的全部之上。此外，可以與多個(gè)波導(dǎo)部件106對(duì)應(yīng)地設(shè)置多個(gè)第一中間部件110，而不管它們是否作為整體被設(shè)置。如上所述，在第一實(shí)施例中，具有比層內(nèi)透鏡107低的折射率的第一中間部件110被設(shè)置在層內(nèi)透鏡107與波導(dǎo)部件106之間。此外，第一中間部件110具有比波導(dǎo)部件106更大的面積。因此，進(jìn)入波導(dǎo)部件106的光的量增大。只要使光進(jìn)入波導(dǎo)部件106，光就傳播直到光電轉(zhuǎn)換部分103。不進(jìn)入波導(dǎo)部件106的光被認(rèn)為是具有通過導(dǎo)線等反射的形式的損失。特別地，如果在波導(dǎo)部件106周圍設(shè)置布線，則波導(dǎo)部件106的入口的大小具有上限。在這方面，層內(nèi)透鏡107可以具有比波導(dǎo)部件106的入口更大的面積。在這種配置中，本發(fā)明的有利的效果變得顯著。為了允許波導(dǎo)部件106讓光傳播直到光電轉(zhuǎn)換部分103，期望波導(dǎo)部件106的折射率盡可能高。在這方面，波導(dǎo)部件106可以具有比第一中間部件110高的折射率。如果波導(dǎo)部件106由多種材料制成，則波導(dǎo)部件106的多種材料的折射率中的最高的一個(gè)可以比第一中間部件110的折射率高。第二實(shí)施例現(xiàn)在將參考相關(guān)的附圖描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置300。圖3是根據(jù)第二實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置300的示意性的截面圖。功能與圖I中示出的那些相同的元件由相應(yīng)的附圖標(biāo)記表示，并且省略了其詳細(xì)描述。第二實(shí)施例的特征在于，在波導(dǎo)部件106與第一中間部件110之間設(shè)置第二中間部件301，并且在第一中間部件110與層內(nèi)透鏡107之間設(shè)置第三中間部件302。第二中間部件301的折射率比第一中間部件110的折射率高并且比波導(dǎo)部件106的折射率低。第三中間部件302的折射率比第一中間部件110的折射率高并且比形成層內(nèi)透鏡107的材料的折射率低。第二中間部件301和第三中間部件302的折射率例如是I. 60到I. 80。第二中間部件301的折射率優(yōu)選地是波導(dǎo)部件106和第一中間部件110的折射率的平均值。此外，第三中間部件302的折射率優(yōu)選地是第一中間部件110和形成層內(nèi)透鏡107的材料的折射率的平均值。在第二實(shí)施例中，第二中間部件301和第三中間部件302中的每一個(gè)是具有約I. 72的折射率的硅氧氮化物膜。在存在第二中間部件301和第三中間部件302的情況下，入射光的反射減少。通常，在光從具有折射率nl的介質(zhì)行進(jìn)到具有折射率n2的介質(zhì)的情況中，隨著nl和n2之間的差變得越大，反射率變得越高。由于具有在波導(dǎo)部件106和第一中間部件110的折射率之間的中間的折射率的第二中間部件301被設(shè)置在波導(dǎo)部件106和第一中間部件110之間，因此這兩者之間的界面處的折射率的差減少。因此，行進(jìn)通過第一中間部件110并且入射在波導(dǎo)部件106上的光的反射率變得低于在波導(dǎo)部件106和第一中間部件110彼此接觸的情況下的反射率。同樣地，由于具有在層內(nèi)透鏡107和第一中間部件110的折射率之間的中間的折射率的第三中間部件302被設(shè)置在層內(nèi)透鏡107和第一中間部件110之間，因此這兩者之間的界面處的折射率的差減少。因此，行進(jìn)通過層內(nèi)透鏡107并且入射在第一中 間部件110上的光的反射率降低。在存在第二中間部件301的情況下實(shí)現(xiàn)的反射率的降低的程度隨著第二中間部件301的厚度d、第二中間部件301的折射率N和入射光的波長(zhǎng)P之間的關(guān)系而變化。這是因?yàn)樵诙鄠€(gè)界面處的多次反射彼此抵消。理論上，在保持下面給出的表達(dá)式(I)時(shí)最大程度地降低反射率
權(quán)利要求
1.一種光電轉(zhuǎn)換裝置，包括 半導(dǎo)體襯底； 設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底中的光電轉(zhuǎn)換部分； 設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上的絕緣體； 第一部件，所述第一部件被設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上并且被配置為與所述光電轉(zhuǎn)換部分交迭； 第一透鏡，所述第一透鏡被設(shè)置在所述第一部件的較遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換部分的較遠(yuǎn)側(cè)并且被配置為將光會(huì)聚到所述第一部件上； 第二透鏡，所述第二透鏡被設(shè)置在所述第一透鏡的較遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換部分的較遠(yuǎn)側(cè)； 波長(zhǎng)選擇部件，所述波長(zhǎng)選擇部件被設(shè)置在所述第一透鏡的較遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換部分的較遠(yuǎn)側(cè)；以及 設(shè)置在所述第一部件與所述第一透鏡之間的第二部件， 其中所述光電轉(zhuǎn)換部分和所述第一部件被沿著第一方向并排設(shè)置， 其中所述絕緣體包括第一部分和與所述第一部分不同的第二部分， 其中所述第一部分、所述第一部件和所述第二部分被沿著與所述第一方向相交的第二方向并排設(shè)置， 其中所述第二部件的面積比所述第一部件的面積大，以及 其中包括在所述第二部件中的材料的折射率比包括在所述第一透鏡中的材料的折射率低。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中包括在所述第二部件中的材料的折射率比包括在所述第一部件中的材料的折射率低。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，還包括設(shè)置在所述第一部件與所述第二部件之間的第三部件， 其中包括在所述第三部件中的材料的折射率比包括在所述第一部件中的材料的折射率低并且比包括在所述第二部件中的材料的折射率高。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，滿足下面的表達(dá)式 dl > p/8Xdl < 3p/8X 其中dl表示所述第三部件的厚度，X表示包括在所述第三部件中的材料的折射率，并且P表示由所述波長(zhǎng)選擇部件選擇的光的波長(zhǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，還包括設(shè)置在所述第一部件與所述第一透鏡之間的第四部件， 其中包括在所述第四部件中的材料的折射率比包括在所述第一透鏡中的材料的折射率低并且比包括在所述第二部件中的材料的折射率高。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，滿足下面的表達(dá)式 d2 > p/8Yd2 < 3p/8Y 其中d2表示所述第四部件的厚度，Y表示包括在所述第四部件中的材料的折射率，并且P表示由所述波長(zhǎng)選擇部件選擇的光的波長(zhǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，還包括 設(shè)置在所述第一部件與所述第二部件之間的第三部件；以及 設(shè)置在所述第一部件與所述第一透鏡之間的第四部件， 其中包括在所述第二部件中的材料的折射率比包括在所述第一部件中的材料的折射率低， 其中包括在所述第三部件中的材料的折射率比包括在所述第一部件中的材料的折射率低并且比包括在所述第二部件中的材料的折射率高，以及 其中包括在所述第四部件中的材料的折射率比包括在所述第一透鏡中的材料的折射率低并且比包括在所述第二部件中的材料的折射率高。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，還包括布線層，所述布線層包括導(dǎo)電部件， 其中從所述半導(dǎo)體襯底到所述第一部件的較遠(yuǎn)離所述半導(dǎo)體襯底的那側(cè)的表面的第一距離比從所述半導(dǎo)體襯底到所述導(dǎo)電部件的較遠(yuǎn)離所述半導(dǎo)體襯底的那側(cè)的表面的第二距離長(zhǎng)，并且 其中從所述半導(dǎo)體襯底到所述第一部件的較接近所述半導(dǎo)體襯底的那側(cè)的表面的第三距離比從所述半導(dǎo)體襯底到所述導(dǎo)電部件的較接近所述半導(dǎo)體襯底的那側(cè)的表面的第四距離短。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置， 其中所述半導(dǎo)體襯底包括圖像拾取區(qū)和電路區(qū)，在所述圖像拾取區(qū)中設(shè)置有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分，在所述電路區(qū)中設(shè)置有被配置為處理來自所述光電轉(zhuǎn)換部分的信號(hào)的電路，并且 其中所述第二部件被至少設(shè)置在所述圖像拾取區(qū)的全部之上。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中包括在所述第一部件中的材料的折射率比所述第一部分的折射率和所述第二部分的折射率高。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中被配置為反射經(jīng)過所述第一部件的光的反射部件被設(shè)置在所述第一部件和所述第一部分之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中氣隙被設(shè)置在所述第一部件和所述第一部分之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，還包括 與所述光電轉(zhuǎn)換部分不同的另一個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分；以及 膜，所述膜被設(shè)置在所述第一部件的較遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換部分的較遠(yuǎn)一側(cè)并且由與所述第一部件相同的材料制成， 其中所述膜與所述第一部件、所述第一部分和所述第二部分接觸，以及 其中所述膜延伸到在所述光電轉(zhuǎn)換部分與所述另一個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分之間的區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中所述第一透鏡的較接近所述半導(dǎo)體襯底的一側(cè)的表面的面積比所述第一部件的較遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換部分的一側(cè)的表面的面積大。
15.一種光電轉(zhuǎn)換裝置，包括 半導(dǎo)體襯底；設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底中的光電轉(zhuǎn)換部分； 設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上的絕緣體； 第一部件，所述第一部件被設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上并且被配置為與所述光電轉(zhuǎn)換部分交迭； 透鏡，所述透鏡被設(shè)置在所述第一部件的較遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換部分的較遠(yuǎn)側(cè)并且被配置為將光會(huì)聚到所述第一部件上；以及 波長(zhǎng)選擇部件，所述波長(zhǎng)選擇部件被設(shè)置在所述透鏡的較遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換部分的較遠(yuǎn)側(cè)； 其中所述光電轉(zhuǎn)換部分和所述第一部件被沿著第一方向并排設(shè)置， 其中所述絕緣體包括第一部分和與所述第一部分不同的第二部分， 其中所述第一部分、所述第一部件和所述第二部分被沿著與所述第一方向相交的第二方向并排設(shè)置， 其中僅僅將具有比所述透鏡低的折射率的膜設(shè)置在所述透鏡與所述第一部件之間，以及 其中所述膜的面積比所述第一部件的面積大。
16.一種光電轉(zhuǎn)換裝置，包括 半導(dǎo)體襯底； 設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底中的光電轉(zhuǎn)換部分； 設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上的絕緣體； 第一部件，所述第一部件被設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上并且被配置為與所述光電轉(zhuǎn)換部分交迭； 透鏡，所述透鏡被設(shè)置在所述第一部件的較遠(yuǎn)離所述光電轉(zhuǎn)換部分的較遠(yuǎn)側(cè)并且被配置為將光會(huì)聚到所述第一部件上； 設(shè)置在所述第一部件與所述透鏡之間的第一中間部件； 設(shè)置在所述第一部件與所述第一中間部件之間的第二中間部件；以及 設(shè)置在所述透鏡與所述第一中間部件之間的第三中間部件， 其中所述光電轉(zhuǎn)換部分和所述第一部件被沿著第一方向并排設(shè)置， 其中所述絕緣體包括第一部分和與所述第一部分不同的第二部分， 其中所述第一部分、所述第一部件和所述第二部分被沿著與所述第一方向相交的第二方向并排設(shè)置，以及 其中包括在所述透鏡中的材料的折射率nfl、所述第三中間部件的折射率nf2、所述第一中間部件的折射率nf3、所述第二中間部件的折射率nf4和所述第一部件的折射率nf5滿足 nfl > nf5 > nf2 > nf4 > nf3 的關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明涉及光電轉(zhuǎn)換裝置。該光電轉(zhuǎn)換裝置包括具有光電轉(zhuǎn)換部分的半導(dǎo)體襯底。絕緣體被設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上。所述絕緣體具有與所述光電轉(zhuǎn)換部分對(duì)應(yīng)的孔。波導(dǎo)部件被設(shè)置在所述孔中。層內(nèi)透鏡被設(shè)置在所述波導(dǎo)部件的較遠(yuǎn)離所述半導(dǎo)體襯底的一側(cè)。第一中間部件被設(shè)置在所述波導(dǎo)部件與所述層內(nèi)透鏡之間。所述第一中間部件具有比所述層內(nèi)透鏡低的折射率。
文檔編號(hào)H01L27/146GK102637702SQ20121002457
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月9日
發(fā)明者下津佐峰生, 佐野博晃, 關(guān)根康弘, 加藤太朗, 市川武史, 篠原真人, 門間玄三 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社