專利名稱：光電轉(zhuǎn)換裝置和圖像感測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及配備了具有多個光電轉(zhuǎn)換部分的半導(dǎo)體基板的光電轉(zhuǎn)換裝置以及圖像感測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在具有多個光電轉(zhuǎn)換部分的光電轉(zhuǎn)換裝置中，需要使光束充分地分別進入多個光電轉(zhuǎn)換部分中。為了做到這一點，提供具有用于收集入射光束的透鏡(微透鏡)或用于將入射光束引導(dǎo)到光電轉(zhuǎn)換部分的光導(dǎo)路徑(光波導(dǎo))的光導(dǎo)結(jié)構(gòu)是有效的。在已
公開日本專利第2007-201091號和已
公開日本專利第2008-192951號中，公開了具有透鏡和光導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面提供了一種光電轉(zhuǎn)換裝置，包括多個光電轉(zhuǎn)換部分；絕緣膜；多個高折射率構(gòu)件，分別配備在各自光電轉(zhuǎn)換部分上以便被所述絕緣膜圍繞并具有比所述絕緣膜的折射率大的折射率；高折射率膜，配備在所述絕緣膜上以連接所述多個高折射率構(gòu)件，并且具有比所述絕緣膜的折射率大的折射率；多個第一透鏡部分，安排成與各自光電轉(zhuǎn)換部分相對應(yīng)；以及多個第二透鏡部分，每一個第二透鏡部分被安排成在所述第一透鏡部分和所述高折射率構(gòu)件之間與各自光電轉(zhuǎn)換部分相對應(yīng)，其中，(I)所述多個第一透鏡部分當(dāng)中彼此相鄰的第一透鏡部分和(2)所述多個第二透鏡部分當(dāng)中彼此相鄰的第二透鏡部分中的至少一個彼此毗接。本發(fā)明的另一個方面還提供了一種光電轉(zhuǎn)換裝置，包括多個光電轉(zhuǎn)換部分；絕緣膜；多個高折射率構(gòu)件，分別配備在所述多個光電轉(zhuǎn)換部分的每一個上以便被所述絕緣膜圍繞并具有比所述絕緣膜的折射率大的折射率；高折射率膜，配備在所述絕緣膜上以連接所述多個高折射率構(gòu)件，并且具有比所述絕緣膜的折射率大的折射率；以及多個集光透鏡部分，安排成分別與各自光電轉(zhuǎn)換部分相對應(yīng)并配備在復(fù)合構(gòu)件上，其中，所述多個集光透鏡部分當(dāng)中彼此相鄰并被安排成其光軸彼此相隔預(yù)定距離的集光透鏡部分彼此毗接，以及所述多個集光透鏡部分當(dāng)中彼此相鄰并被安排成其光軸彼此相隔大于預(yù)定距離的距離的集光透鏡部分彼此毗接。本發(fā)明的進一步特征將從如下參考附圖對示范性實施例的描述中明顯看出。


圖IA是按照第一實施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的說明性示意平面圖；圖IB是沿著圖IA中的直線IB-IB和IB' -IB'截取的說明性剖面圖；圖IC是沿著圖IA中的直線IC-IC和IC' -IC'截取的說明性剖面圖；圖2A是按照第二實施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的說明性示意平面圖；圖2B是沿著圖2A中的直線IIB-IIB和IIB' -IIB'截取的說明性剖面圖2C是沿著圖2A中的直線IIC-IIC和IIC' -Iic'截取的說明性剖面圖；圖3A是按照第三實施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的說明性示意平面圖；圖3B是沿著圖3A中的直線IIIB-IIIB和IIIB' -IIIB'截取的說明性剖面圖；圖3C是沿著圖3A中的直線IIIC-IIIC和IIIC' -IIIC'截取的說明性剖面圖；圖4A是示出第一例子的按照第四實施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的說明性示意剖面圖；圖4B是示出第二例子的按照第四實施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的說明性剖面圖；圖4C是示出第三例子的按照第四實施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的說明性剖面圖；圖5A是按照第一種變型的光電轉(zhuǎn)換裝置的說明性示意剖面圖；圖5B是按照第二種變型的光電轉(zhuǎn)換裝置的說明性剖面圖；圖5C是按照第三種變型的光電轉(zhuǎn)換裝置的說明性剖面圖；圖6A是按照第四種變型的光電轉(zhuǎn)換裝置的說明性示意剖面圖；圖6B是按照第五種變型的光電轉(zhuǎn)換裝置的說明性剖面圖；圖6C是按照第六種變型的光電轉(zhuǎn)換裝置的說明性剖面圖；圖6D是按照第七種變型的光電轉(zhuǎn)換裝置的說明性剖面圖；圖6E是按照第八種變型的光電轉(zhuǎn)換裝置的說明性剖面圖；圖7是按照第五實施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的一個例子的剖面圖；圖8是本發(fā)明的說明性示意圖；以及圖9是說明圖像感測系統(tǒng)的一個例子的示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)在參照圖IA到1C，描述光電轉(zhuǎn)換裝置I的概況。光電轉(zhuǎn)換裝置I包括多個光電檢測器10、11和12。圖IA是光電轉(zhuǎn)換裝置I的平面圖，例示了以3X3矩陣的形式二維排列的九個光電檢測器。然而，只要光電檢測器的數(shù)量是兩個或更多個，就可以應(yīng)用本發(fā)明，以及兩個或更多個光電檢測器可以一維地排列。將只用于說明的九個光電檢測器(10，11，12)之一定義為感興趣光電檢測器10。在顯示在圖IA中的例子中，感興趣光電檢測器10位于中心，有八個光電檢測器(11，12)與感興趣光電檢測器10相鄰。實施例中的術(shù)語“彼此相鄰”指的是在多個光電檢測器之間不存在另一個光電檢測器的模式，并且包括多個光電檢測器彼此毗接的情況和多個光電檢測器不彼此毗接(彼此隔開)的情況兩者。在本說明書中，術(shù)語“彼此相鄰”可以具有這種含
義地用于各種構(gòu)件以及用于光電檢測器。術(shù)語“與......鄰近”或“在......附近”可以
指多個構(gòu)件彼此毗接的情況和多個構(gòu)件彼此相鄰但并不彼此毗接(彼此隔開)的情況兩者。與感興趣光電檢測器10相鄰的八個光電檢測器(11，12)中的四個(主相鄰光電檢測器11)在其對邊方向(圖中上、下、左、右方向)上與感興趣光電檢測器10相鄰，并被安排在離感興趣光電檢測器10最短的距離(間距)上。與感興趣光電檢測器10相鄰的八個光電檢測器(11，12)中的其余四個(次相鄰光電檢測器12)在其對角方向(圖中斜向)上與感興趣光電檢測器10相鄰，并被安排在與主相鄰光電檢測器11相比離感興趣光電檢測器10更遠的位置上。感興趣光電檢測器10、主相鄰光電檢測器11和次相鄰光電檢測器12為了方便起見根據(jù)相對位置關(guān)系來區(qū)分，并且可以分別具有大致相同的結(jié)構(gòu)。當(dāng)只有兩、個光電檢測器或光電檢測器一維排列時，不存在次相鄰光電檢測器12。當(dāng)有六個以正六邊形圖案圍繞感興趣光電檢測器排列的光電檢測器時，可能存在六個主相鄰光電檢測器11和六個次相鄰光電檢測器12。圖IB是沿著圖IA中的直線IB-IB和IB' -IB'截取的包括光電轉(zhuǎn)換裝置I的感興趣光電檢測器10和主相鄰光電檢測器11的剖面圖。圖IC是沿著圖IA中的直線IC-IC和IC' -IC'截取的包括光電轉(zhuǎn)換裝置I的感興趣光電檢測器10和次相鄰光電檢測器12的剖面圖。盡管顯示在圖IB中的結(jié)構(gòu)可能只建立在沿著顯示在圖IA中的直線IB-IB截取的剖面和沿著顯示在圖IA中的直線IB' -IB'截取的剖面之一中，但優(yōu)選的是建立在這兩個剖面中。同樣，盡管顯示在圖IC中的結(jié)構(gòu)可能只建立在沿著顯示在圖IA中的直線IC-IC截取的剖面和沿著顯示在圖IA中的直線IC' -IC'截取的剖面之一中，但優(yōu)選的是建立在這兩個剖面中。半導(dǎo)體基板2具有多個光電轉(zhuǎn)換部分3，每個光電轉(zhuǎn)換部分3形成多個光電檢測器的相應(yīng)一個光電檢測器的一部分。也可以將每個光電檢測器的光電轉(zhuǎn)換部分3劃分成多個區(qū)域，使得每個光電檢測器具有具有多個光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的光電轉(zhuǎn)換部分。半導(dǎo)體基板2通常由硅形成。每一個光電轉(zhuǎn)換部分3由光電二極管或光電門形成，并且生成取決于入射在上面的光束的強度的信號載波。除了光電轉(zhuǎn)換部分3之外，半導(dǎo)體基板2還可以具有半導(dǎo)體器件4。當(dāng)光電轉(zhuǎn)換裝置I像所謂的CMOS(互補金屬氧化物半導(dǎo)體)傳感器那樣是像素放大型時，作為半導(dǎo)體器件4的可能例子，包括放大晶體管、轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管等。當(dāng)光電轉(zhuǎn)換裝置I像所謂的CCD (電荷耦合器件)傳感器那樣是電荷轉(zhuǎn)移型時，作為半導(dǎo)體器件4，包括電荷耦合器件。如上所述，當(dāng)將每個光電檢測器的光電轉(zhuǎn)換部分3劃分成多個光電轉(zhuǎn)換區(qū)域時，可以從每個光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中獲取信號。光電轉(zhuǎn)換部分3通常通過將雜質(zhì)引A (注入或擴散)單晶硅晶片中而形成。然而，光電轉(zhuǎn)換部分3也可以像具有MIS型結(jié)構(gòu)或PIN型結(jié)構(gòu)的薄膜那樣在玻璃基板上形成。使用多種材料形成的復(fù)合構(gòu)件300被配備成覆蓋半導(dǎo)體基板2上的多個光電轉(zhuǎn)換部分3。復(fù)合構(gòu)件300至少包括絕緣膜310、高折射率構(gòu)件320和高折射率膜330。復(fù)合構(gòu)件300至少具有光學(xué)功能和電氣功能。高折射率構(gòu)件320和高折射率膜330是透明的。在該實施例中，術(shù)語“透明”意味著相對于通過進入光電轉(zhuǎn)換部分3而生成信號載波的光束具有透明性。例如，當(dāng)配備了像如后所述的濾色器那樣的波長選擇構(gòu)件時，高折射率構(gòu)件320和高折射率膜330只需相對于通過波長選擇構(gòu)件的光束的波長具有透明性。絕緣膜310可以是具有堆疊的分別由彼此不同的材料(絕緣材料)形成的多個絕緣層的多層膜。絕緣膜310通常是透明的。絕緣膜310的材料的優(yōu)選例子包括氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、BSG (硼硅玻璃)、PSG (磷硅玻璃)、BPSG (硼磷硅玻璃)。絕緣膜310的折射率優(yōu)選的是I. 4到I. 6。絕緣膜310的厚度T1優(yōu)選的是0. 55 y m或更大，更優(yōu)選的是l.Oym或更大。當(dāng)絕緣膜310的厚度過大時，應(yīng)力增大，并且制造所需時間增加。因此，實際上，絕緣膜310的厚度T1被設(shè)置成不超過10 u m。 絕緣膜310包括多個開口 311。多個開口 311配備在光電轉(zhuǎn)換部分3所在的區(qū)域中，以便與各自光電轉(zhuǎn)換部分3相對應(yīng)。開口 311的內(nèi)部被絕緣膜310包圍，絕緣膜310的表面的一些部分構(gòu)成開口 311的側(cè)面312。在圖IB和IC中，絕緣膜310的表面的不同部分構(gòu)成開口 311的底面313。然而，半導(dǎo)體基板2可以構(gòu)成開口 311的底面313。這樣，開口311是配備在絕緣膜310中的凹坑或通孔。當(dāng)半導(dǎo)體基板2構(gòu)成開口 311的底面313時，開口 311被配備成穿過絕緣膜310。然而，為了降低對光電轉(zhuǎn)換部分3的損害，優(yōu)選的是讓絕緣膜310構(gòu)成開口 311的底面313。當(dāng)蝕刻絕緣膜以形成開口 311時，可以通過在絕緣膜上配備蝕刻停止層(未示出)并將蝕刻停止層用作開口 311的底面313來實現(xiàn)。當(dāng)大多數(shù)絕緣膜310由氧化硅形成時，建議蝕刻停止層由氮化硅形成。開口 311的深度Do優(yōu)選的是絕緣膜310的厚度T1的1/4或更大，更優(yōu)選的是絕緣膜310的厚度T1的1/2或更大。在平面圖中開口 311的形狀(在與半導(dǎo)體基板2平行的平面中開口 311的形狀)只需是閉環(huán)，如圖IA所不的圓形、捕圓形、圓方形、正方形、六角形都是適用的。開口 311的剖面形狀(在與半導(dǎo)體基板2垂直的平面中開口 311的形狀)可以是如圖IB和IC所示的 倒梯形、梯形、長方形、正方形、或綜合這些形狀的階梯狀形狀。
每個高折射率構(gòu)件320被配備在多個開口 311的相應(yīng)一個的內(nèi)部。因此，多個高折射率構(gòu)件320的每一個都被絕緣膜310包圍。當(dāng)開口 311是絕緣膜310的凹坑時，可以認(rèn)為高折射率構(gòu)件320被絕緣膜310的一部分包圍。高折射率構(gòu)件320的形狀與開口 311的形狀大致匹配。在顯示在圖IA到IC中的例子中，高折射率構(gòu)件320具有截圓錐形狀。然而，取決于開口 311的形狀，它們也可以具有截棱錐形狀、方柱形狀、或圓柱形狀。高折射率構(gòu)件320的典型材料(透明材料)是絕緣材料。高折射率構(gòu)件320的折射率高于絕緣膜310的折射率。在顯示在圖IB和IC中的例子中，高折射率構(gòu)件320和絕緣膜310彼此毗接形成邊界，該邊界與開口 311的側(cè)面312—致。在這個邊界上，取決于高折射率構(gòu)件320的折射率和絕緣膜310的折射率之差，可能發(fā)生全反射。因此，進入開口 311中的高折射率構(gòu)件320中的光束當(dāng)中指向側(cè)面312的光束能夠朝向光電轉(zhuǎn)換部分3反射。高折射率膜330的折射率高于絕緣膜310的折射率。高折射率膜330的材料可以不同于高折射率構(gòu)件320的材料。高折射率膜330可以由與高折射率構(gòu)件320相同的材料(透明材料)形成。在實施例中，表述“相同材料”指的是化學(xué)計量成分相同的材料。因此，偏離化學(xué)計量成分(即，非化學(xué)計量成分不同)的材料和其結(jié)晶度、材料密度、雜質(zhì)(不大于lwt% )和濃度不同的材料可能被視為“相同材料”。例如，盡管材料的氮化硅的化學(xué)計量成分的比例是Si N = 3 4，但在化學(xué)計量成分的比例相同的范圍內(nèi)Si與N之間的實際比例彼此不同也被認(rèn)為是相同材料?；瘜W(xué)計量成分不同的材料不是相同材料。例如，盡管一氧化鈦(TiO)和二氧化鈦(TiO2)兩者的成分都是氧和鈦(氧化鈦)，但它們在化學(xué)計量上是不同的。在下面給出的描述中，術(shù)語“氧化硅”指的是化學(xué)計量成分比是Si 0 =I 2的二氧化硅(SiO2)。此外，術(shù)語“氮化硅”指的是化學(xué)計量成分比是Si N = 3 4的四氮化三硅(Si3N4)15如果需要的話，其它材料的化學(xué)計量成分比將使用化學(xué)成分分子式來描述。高折射率膜330位于絕緣膜310上。然后，高折射率膜330從絕緣膜310的頂部延伸到高折射率構(gòu)件320的頂部。更具體地說，高折射率膜330與多個高折射率構(gòu)件320毗接。因此，高折射率膜330被配備成使多個高折射率構(gòu)件320彼此耦合。在顯示在圖IA和IB中的例子中，高折射率膜330被配備成完全覆蓋高折射率構(gòu)件320，換句話說，覆蓋開口 311。然而，高折射率膜330只需與每個高折射率構(gòu)件320的至少一部分毗接。當(dāng)高折射率構(gòu)件320和高折射率膜330由相同透明構(gòu)件形成時，可以將高折射率構(gòu)件320和高折射率膜330 —體化，并使得不可能清楚地觀察到高折射率構(gòu)件320和高折射率膜330之間的邊界。如上所述，高折射率構(gòu)件320位于開口 311的內(nèi)部，而高折射率膜330存在于開口 311的外部。因此，通過確定透明材料存在于開口 311的內(nèi)部還是開口 311的外部，可以區(qū)分高折射率構(gòu)件320和高折射率膜330。開口 311的內(nèi)部和外部通過如圖IB和IC中的點線所指，在復(fù)合構(gòu)件300的剖面的觀察圖像中假想地將絕緣膜310的上表面延伸到開口 311的頂部(通過假想地用直線相互連接開口 311的側(cè)面312的上端)來劃分。高折射率構(gòu)件320或高折射率膜330的材料(透明材料)可以是有機材料(樹脂)。然而，無機材料是優(yōu)選的，因為它們化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。優(yōu)選樹脂的例子包括硅氧烷基樹脂和聚酰亞胺。優(yōu)選無機材料的例子包括氮化硅、氧氮化硅、氧化鈦(TiO2),明確地說，氮化硅是優(yōu)選的。高折射率構(gòu)件320和高折射率膜330的折射率優(yōu)選的是I. 6或更高。一般樹脂的折射率是I. 3到I. 6，甚至高折射率樹脂的折射率也只是I. 6到I. 8。然而，可以通過混合諸如金屬氧化物等的高折射率無機材料來提高有效折射率。包含在樹脂中的高折射率無機材料的例子包括氧化鈦、氧化鉭、氧化銀、氧化鶴、氧化錯、氧化鋅、氧化銦和氧化鉿。如果高折射率膜330的厚度Tt至少是\ /4n33(l，其中\(zhòng)是進入高折射率構(gòu)件320中的光束的波長，以及n33(l是高折射率膜330的折射率，則可以取得顯著效果。高折射率膜330的厚度Tt通常是0. IOiim或更大。相反，如果高折射率膜330的厚度過大，則進入開口 311中的入射光量就減小。高折射率膜330的厚度Tt優(yōu)選的是不超過開口 311的深度Do，更優(yōu)選的是不超過開口 311的深度Do的一半。如果高折射率膜330的厚度Tt不大于2 A/nT，其中，入是進入高折射率構(gòu)件320中的光束的波長，nT是高折射率膜330的折射率，則可以取得顯著效果。下面示出作為高折射率構(gòu)件320、高折射率膜330和絕緣膜310的材料的例子的材料的折射率的粗略值。這些值對于氧化硅是I. 4到I. 5，對于氧氮化硅是I. 6到I. 9，對于氮化硅是I. 8到2. 3，對于氧化鈦是2. 5至2. 7，以及對于BSG、PSG和BPSG是I. 4到2. O。上述的數(shù)值只是例子。即使材料相同，也可以通過改變膜形成的方法來改變化學(xué)計量成分的比例或材料密度，因此可以按需設(shè)置折射率。當(dāng)絕緣膜310是多層膜時，部分多層膜的層的折射率可以是高折射率構(gòu)件320的折射率或更高。然而，折射率等于或高于高折射率構(gòu)件320的折射率的層(高折射率絕緣層未示出)構(gòu)成開口 311的大部分側(cè)面312不是優(yōu)選的。原因是進入高折射率構(gòu)件320中的光束可能在高折射率絕緣層中傳播并從開口 311泄漏出去。因此，由高折射率絕緣層形成的開口 311的側(cè)面312優(yōu)選的是不超過開口 311的側(cè)面312的整個表面積的一半，更優(yōu)選的是，不超過它的1/4。換句話說，多層膜中折射率低于高折射率構(gòu)件320的層(低折射率絕緣層)至少構(gòu)成開口 311的側(cè)面312的整個表面積的一半，更優(yōu)選的是它的3/4。如果需要的話，可以通過設(shè)置各個層的厚度和開口 311的側(cè)面312的角度來調(diào)整由各個層形成的開口 311的側(cè)面312的表面積。一個低折射率絕緣層的厚度通常至少是0. IOum0 一個高折射率絕緣層的厚度優(yōu)選的是不超過X/2nHI，更優(yōu)選的是不超過X/4nHI，其中\(zhòng)是進入高折射率構(gòu)件320中的光束的波長，以及nHI是高折射率絕緣層的折射率。高折射率絕緣層的厚度通常不大于0. 10 V- m。將層內(nèi)透鏡層配備在復(fù)合構(gòu)件300上，將中間膜500配備在層內(nèi)透鏡層上，將波長、選擇層400配備在中間膜500上，以及將頂部透鏡層(微透鏡層)配備在波長選擇層400上。在如下描述中，頂部透鏡層被稱為第一透鏡層100，層內(nèi)透鏡層被稱為第二透鏡層200。第二透鏡層200位于第一透鏡層100與復(fù)合構(gòu)件300之間。下面將描述第一透鏡層100和第二透鏡層200之間的共同點。各個透鏡層都具有多個集光透鏡部分。更具體地說，第一透鏡層100包括多個第一集光透鏡部分110，第二透鏡層200包括多個第二集光透鏡部分210。多個第一集光透鏡部分110的每一個和多個第二集光透鏡部分210的每一個構(gòu)成光電檢測器之一的一部分，并位于與各自光電轉(zhuǎn)換部分3相對應(yīng)的位置上。如后所述，(I)多個第一集光透鏡部分110當(dāng)中彼此相鄰的第一集光透鏡部分110和(2)多個第二集光透鏡部分當(dāng)中彼此相鄰的第二集光透鏡部分210中的至少一個彼此H比接。每個集光透鏡部分的形狀的關(guān)鍵之處在于光入射側(cè)的表面(圖中的上側(cè))是彎 曲成朝向入射側(cè)凸出的凸面(凸透鏡形狀)，或光出射側(cè)的表面(圖中的下側(cè))是彎曲成朝向光出射側(cè)凸出的凸面(凸透鏡形狀)。曲面形狀的例子包括理想球面形狀、大致球面形狀和非球面形狀。盡管圖IB和IC中的集光透鏡部分具有向上凸出的平凸透鏡形狀，但雙凸透鏡形狀和凸彎月面形狀也是適用的。集光透鏡部分的折射率被設(shè)置成高于與集光透鏡部分的凸透鏡形狀的表面形成界面的膜(在這種情況下，中間膜500和波長選擇層400)的折射率。由于集光透鏡部分的凸透鏡形狀及其折射率，入射光束可被收集。當(dāng)配備第一透鏡層100和第二透鏡層200兩者時，第一集光透鏡部分110所收集的入射光束進一步被第二集光透鏡部分210收集。也可以在光路上配備具有凹透鏡形狀的發(fā)散透鏡部分。發(fā)散透鏡部分的折射率也被設(shè)置成高于與具有凹透鏡形狀的表面形成界面的膜的折射率。例如，盡管中間膜500在其下表面具有凹透鏡形狀，但由于折射率低于第二透鏡部分200，所以中間膜500不起發(fā)散透鏡部分的作用。第一透鏡層100和第二透鏡層200的材料可以是有機材料(樹脂)和無機材料。第一透鏡層100的折射率和第二透鏡層200的折射率可以相同，也可以不同。然而，優(yōu)選的是第二透鏡層的折射率高于第一透鏡層的折射率。例如，最好將樹脂用作第一透鏡層100的材料，而將氮化硅用作第二透鏡層200的材料。第二透鏡層200的材料可以與高折射率膜330的材料和高折射率構(gòu)件320的材料的至少一種相同。集光透鏡部分(第二集光透鏡部分210)是包括在在透鏡層(第二透鏡層200)的表面上具有凸透鏡形狀的區(qū)域(曲面區(qū)域)相對于半導(dǎo)體基板2的幾何正交投影中的部分。顯示在圖IB中的連接部分(第二連接部分220)是包括在在透鏡層的表面上不具有凸透鏡形狀而是幾乎平坦的區(qū)域(平坦表面區(qū)域)相對于半導(dǎo)體基板2的幾何正交投影中的部分。在圖IB中，各個第一集光透鏡部分110的光軸和各個第二集光透鏡部分210的光軸通過長虛線不出。這里，第一集光透鏡部分110的光軸和第二集光透鏡部分210的光軸是一致的。然而，光軸可以在第一集光透鏡部分110所收集的光束可以進入第二集光透鏡部分210中的范圍內(nèi)偏移。主相鄰光電檢測器11的第一集光透鏡部分110的光軸與感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110的光軸相隔預(yù)定距離Pl。在沿著直線IB-IB截取的剖面和沿著直線IB' -IB'截取的剖面中，第一集光透鏡部分110的寬度用Wll表達。
此外，由于第一集光透鏡部分110的光軸和第二集光透鏡部分210的光軸是一致的，所以主相鄰光電檢測器11的第二集光透鏡部分210的光軸與感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210的光軸相隔預(yù)定距離P1。通常，預(yù)定距離Pl不大于10 Pm，優(yōu)選的是不大于5. 0 y m，以及進一步優(yōu)選的是不大于2. 0 y m。在沿著直線IB-IB截取的剖面和沿著直線IB' -IB'截取的剖面中，各個第二集光透鏡部分210的寬度用W12表達。在圖IC中，各個第一集光透鏡部分110的光軸和各個第二集光透鏡部分210的光軸也通過長虛線示出。感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110的光軸與次相鄰光電檢測器12的第一集光透鏡部分110的光軸之間的距離用P2表達。距離P2長于距離P1。
這里，由于多個第一集光透鏡部分110以正方格圖案排列，所以表達式P2 =V2XP1成立。
在沿著直線IC-IC截取的剖面和沿著直線IC' -IC'截取的剖面中，各個第一集光透鏡部分110的寬度用W21表達。此外，由于第一集光透鏡部分110的光軸和第二集光透鏡部分210的光軸是一致的，所以次相鄰光電檢測器12的第二集光透鏡部分210的光軸與感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210的光軸相隔距離P2。在沿著直線IC-IC截取的剖面和沿著直線IC' -IC'截取的剖面中，各個第二集光透鏡部分210的寬度用W22表達。如果第一集光透鏡部分110的輪廓是圓形，則表達式Wll =W21成立，如果第二集光透鏡部分210的輪廓是圓形，則表達式W12 = W22成立。由于在顯示在圖IA中的例子中第一集光透鏡部分110和第二集光透鏡部分210具有圓方形狀，表達式Wll < W21和W12< W22成立。用于電連接配備在半導(dǎo)體基板2上的半導(dǎo)體器件4的布線340可以配備在絕緣膜310的內(nèi)部。布線340可以是多層布線。在顯示在圖IB中的例子中，布線340包括第一布線層341、第二布線層342、第一接觸層343和第二接觸層344。第一接觸層343連接半導(dǎo)體器件4和第一布線層341，第二接觸層344連接第一布線層341和第二布線層342。盡管已經(jīng)描述了布線層有兩層的例子，但也可以在第一布線層341和第二布線層342之間配備另一個布線層，以形成有三層或更多層的布線層。布線340構(gòu)成復(fù)合構(gòu)件300的一部分。布線340可以由像銅、鋁、鎢、鉭、和多晶硅那樣的導(dǎo)電材料形成。典型的布線340是不透明的，并具有金屬光澤。波長選擇層400可以通過排列配備成分別與各自光電轉(zhuǎn)換部分3相對應(yīng)并與彼此不同的波長相對應(yīng)的多種類型波長選擇構(gòu)件(濾色器)來構(gòu)成多色濾色器。波長選擇構(gòu)件的類型可以是原色系統(tǒng)(RGB)或補色系統(tǒng)(CMY)，但與之相對應(yīng)的波長不局限于可見光束。也可以使用一種類型的波長選擇構(gòu)件讓具有一種波長的光束進入多個相應(yīng)光電轉(zhuǎn)換部分3中。當(dāng)使用多種類型的波長選擇構(gòu)件時，可以應(yīng)用拜耳(Bayer)排列或條紋排列。例如，當(dāng)使用拜耳排列的波長選擇層400時，當(dāng)感興趣光電檢測器10具有綠色的波長選擇構(gòu)件時，主相鄰光電檢測器11具有具有藍色的波長選擇構(gòu)件的光電檢測器和具有紅色的波長選擇構(gòu)件的光電檢測器。此外，所有次相鄰光電檢測器12都是具有綠色的波長選擇構(gòu)件的光電檢測器。
盡管已經(jīng)描述了波長選擇層400位于第一透鏡層100和第二透鏡層200之間的例子，但波長選擇層400可以位于第二透鏡層200和復(fù)合構(gòu)件300之間。盡管波長選擇層400可以配備在第一透鏡層100上，但容易引起混色。因此，優(yōu)選的是將波長選擇層400配備在第一透鏡層100或第二透鏡層200和復(fù)合構(gòu)件300之間?？梢詮墓怆娹D(zhuǎn)換裝置I中去掉波長選擇層400。在后面描述的圖像感測系統(tǒng)中，可以將波長選擇構(gòu)件配備在與光電轉(zhuǎn)換裝置I隔開的位置上以取 代被去掉的波長選擇層400。中間膜500處在第一透鏡層100和第二透鏡層200之間。中間膜500起，例如，在具有平凸透鏡狀第二集光透鏡部分210的第二透鏡層200上配備具有平凸透鏡狀第一集光透鏡部分110的第一透鏡層100的平化膜的作用。中間膜500的折射率被設(shè)置成高于第一透鏡層100和第二透鏡層200的折射率。中間膜500可以是多層膜?，F(xiàn)在參照圖IA到圖7，描述本發(fā)明的實施例。在該描述中，具有相同功能的部分用相同標(biāo)號表不，并省略詳細描述。第一實施例現(xiàn)在參照圖IA到圖1C，描述按照第一實施例的光電轉(zhuǎn)換裝置I。在圖IA中，點線表示多個第一集光透鏡部分110的輪廓，虛線表示第二集光透鏡部分210的輪廓，以及實線表示開口 311的側(cè)面312的上端。如圖IA和IB所例示，在第一透鏡層100中，感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110和主相鄰光電檢測器11的第一集光透鏡部分110彼此毗接。相反，如圖IA和IB所例示，在第二透鏡層200中，感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和主相鄰光電檢測器11的第二集光透鏡部分210彼此隔開。配備在感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和主相鄰光電檢測器11的第二集光透鏡部分210之間的是沒有光收集功能的第二連接部分220。如圖IA和IC所例示，在第一透鏡層100中，感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110和次相鄰光電檢測器12的第一集光透鏡部分110彼此隔開。配備在感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110和次相鄰光電檢測器12的第一集光透鏡部分110之間的是沒有光收集功能的第一連接部分120。此外，如圖IA和IC所例示，在第二透鏡層200中，感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和次相鄰光電檢測器12的第二集光透鏡部分210彼此隔開。配備在感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和次相鄰光電檢測器12的第二集光透鏡部分210之間的是沒有光收集功能的第二連接部分 220。集光透鏡部分的彼此毗接基本上與下列情況是同義的感興趣光電檢測器10的集光透鏡部分的光軸和主相鄰光電檢測器11以及次相鄰光電檢測器12的集光透鏡部分的光軸之間的距離(間距)與感興趣光電檢測器10的集光透鏡部分在光軸連接方向上的寬度相同。集光透鏡部分的光軸是包括集光透鏡部分的入射表面或出射表面的頂端的軸線，并且通常是包括集光透鏡部分的彎曲形狀的曲率中心的軸線。光軸可以稱為中心軸(旋轉(zhuǎn)對稱軸)。第一集光透鏡部分110的曲率優(yōu)選的不小于0.49(1/^!11)。例如，彼此相鄰的第一集光透鏡部分110的曲率可以是0. 63(1/ V- m)。相反,第二集光透鏡部分210的曲率優(yōu)選的大于第一集光透鏡部分110的曲率，也就是說，第二集光透鏡部分210的曲率半徑優(yōu)選的小于第一集光透鏡部分110的曲率半徑。如果主相鄰光電檢測器11的集光透鏡部分與感興趣光電檢測器10的集光透鏡部分隔開，則感興趣光電檢測器10的集光透鏡部分的光軸與主相鄰光電檢測器11的集光透鏡部分的光軸之間的距離(間距)大于感興趣光電檢測器10的集光透鏡部分的寬度。感興趣光電檢測器10的集光透鏡部分的寬度在這里指的是集光透鏡部分在連接兩者的光軸的方向(對邊方向)上的寬度。同樣，如果次相鄰光電檢測器12的集光透鏡部分與感興趣光電檢測器10的集光透鏡部分隔開，則感興趣光電檢測器10的集光透鏡部分的光軸與次相鄰光電檢測器12的集光透鏡部分的光軸之間的距離(間距)大于感興趣光電檢測器10的集光透鏡部分的寬度。感興趣光電檢測器10的集光透鏡部分的寬度在這里指的是集光透鏡部分在連接兩者的光軸的方向(對角方向)上的寬度。此外，彼此毗接的集光透鏡部分之間的邊界的高度可以與連接部分的高度相同，但通常高于連接部分。現(xiàn)在參照圖IB和1C，詳細描述間距與寬度之間的關(guān)系。如圖IB所示，由于感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110和主相鄰光電檢測器11的第一集光透鏡部分110彼此毗接，所以表達式Wll = Pl成立。由于感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和主相鄰光電檢測器11的第二集光透鏡部分210彼此隔開，所以表達式W12 < Pl成立。換句話說，感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和主相鄰光電檢測器11的第二集光透鏡部分210彼此相隔P1-W12。
如圖IC所不，由于感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110和次相鄰光電檢測器12的第一集光透鏡部分110彼此隔開，所以表達式W21 < P2成立。換句話說，感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110和次相鄰光電檢測器12的第一集光透鏡部分110彼此相隔P2-W21。由于感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和次相鄰光電檢測器12的第二集光透鏡部分210彼此隔開，所以表達式W22 < P2成立。換句話說，感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和次相鄰光電檢測器12的第二集光透鏡部分210彼此相隔P2-W22?，F(xiàn)在為了比較參照作為圖IB中的第一實施例的變型的圖8來描述實施例。如圖8所示，第一透鏡層100中彼此相鄰的第一集光透鏡部分110彼此隔開，第二透鏡層200中彼此相鄰的第二集光透鏡部分210也彼此隔開。因此，進入彼此相鄰的第一集光透鏡部分110之間的第一連接部分120中的光束基本上未被收集，其光路沒有彎曲地進入彼此相鄰的第二集光透鏡部分210之間的部分中。然后，進入第二集光透鏡部分210之間的第二連接部分220中的光束進入高折射率膜330中。由于高折射率膜330具有高于絕緣膜310的折射率，所以入射光束如在幾何光學(xué)或波動光學(xué)中所說明的那樣在高折射率膜330中傳播。當(dāng)感興趣光電檢測器10和主相鄰光電檢測器11的集光透鏡部分的光軸之間的距離(預(yù)定距離Pl)未超過5. 0 ii m時，容易發(fā)生這樣的光束在高折射率膜330中的傳播，并且當(dāng)未超過2. 0 ii m時，特別明顯。由于高折射率膜330將高折射率構(gòu)件320相互連接，所以傳播通過高折射率膜330的光束被引導(dǎo)到分立高折射率構(gòu)件320。這是因為依據(jù)波動光學(xué)，光束具有比折射率較低的媒體(絕緣膜310)更容易地傳播通過折射率較高的媒體(高折射率構(gòu)件320)的性質(zhì)。具體地說，當(dāng)高折射率構(gòu)件320和高折射率膜330由相同構(gòu)件形成時，高折射率構(gòu)件320與高折射率膜330之間的光束損耗與高折射率構(gòu)件320和高折射率膜330由彼此不同的材料形成的情況相比更小。因此，對光束在高折射率膜330中的傳播和到高折射率構(gòu)件320的傳播的影響可能是相當(dāng)大的。引導(dǎo)到分立高折射率構(gòu)件320的光束進入分立光電轉(zhuǎn)換部分3中并生成電荷。因此，認(rèn)為圖像的邊緣是模糊的，因為原來可能只進入感興趣光電檢測器10的光電轉(zhuǎn)換部分3中的光束也進入主相鄰光電檢測器11的光電轉(zhuǎn)換部分3中。而且，當(dāng)使用具有多種類型的波長選擇層的波長選擇層400時，具有原來可能只進入感興趣光電檢測器10中的波長的光束也進入具有支持不同波長的波長選擇構(gòu)件的主相鄰光電檢測器11中。當(dāng)支持不同波長的波長選擇構(gòu)件彼此毗接時，明確地說，當(dāng)它們在高折射率膜330上的一個區(qū)域中以重疊方式毗接時，具有多個波段的光束(混色光束)進入高折射率膜330中，然后進入高折射率構(gòu)件320中。這被認(rèn)為會造成圖像混色。光束進入感興趣光電檢測器10和次相鄰光電檢測器12之間的部分中可以以相同方式說明。在第一實施例中，感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110和主相鄰光電檢測器11的第一集光透鏡部分110彼此毗接。因此，進入感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110和主相鄰光電檢測器11的第一集光透鏡部分110之間的邊界中的光束可以被兩個第一集光透鏡部分110的任何一個收集。因此，光路在朝向光導(dǎo)構(gòu)件的方向上彎曲，并且能夠禁止進入高折射率膜330中。因此，能夠抑制進入高折射率膜330中并在其中傳播的光束所引起的光接收精度的降低。第二實施例現(xiàn)在參照圖2A到圖2C，描述按照第二實施例的光電轉(zhuǎn)換裝置I。圖2A是光電轉(zhuǎn)換裝置I的平面圖，在圖2A中，點線表示多個第一集光透鏡部分110的輪廓，虛線表示第二 集光透鏡部分210的輪廓，以及實線表示開口 311的側(cè)面312。圖2B是沿著圖2A中的直線IIB-IIB和IIB' -IIB'截取的包括光電轉(zhuǎn)換裝置I的感興趣光電檢測器10和主相鄰光電檢測器11的剖面圖。圖2C是沿著圖2A中的直線IIC-IIC和IIC' -IIC'截取的包括光電轉(zhuǎn)換裝置I的感興趣光電檢測器10和次相鄰光電檢測器12的剖面圖。盡管顯示在圖2B中的結(jié)構(gòu)可能只建立在沿著顯示在圖2A中的直線IIB-IIB截取的剖面和沿著顯示在圖2A中的直線IIB' -IIB'截取的剖面之一中，但優(yōu)選的是建立在這兩個剖面中。同樣，盡管顯示在圖2C中的結(jié)構(gòu)可能只建立在沿著顯示在圖2A中的直線IIC-IIC截取的剖面和沿著顯示在圖2A中的直線IIC' -IIC'截取的剖面之一中，但優(yōu)選的是建立在這兩個剖面中。如圖2A和2B所例示，在第一透鏡層100中，感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110和主相鄰光電檢測器11的第一集光透鏡部分110彼此毗接。此外，如圖2A和2B所例示，在第二透鏡層200中，感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和主相鄰光電檢測器11的第二集光透鏡部分210彼此毗接。如圖2A和2C所例示，在第一透鏡層100中，感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110和次相鄰光電檢測器12的第一集光透鏡部分110彼此毗接。相反，如圖2A和2C所例示，在第二透鏡層200中，感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和次相鄰光電檢測器12的第二集光透鏡部分210彼此隔開。配備在感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和次相鄰光電檢測器12的第二集光透鏡部分210之間的是沒有光收集功能的第二連接部分220。現(xiàn)在參照圖2B和2C，詳細描述間距與寬度之間的關(guān)系。顯示在圖2B和2C中的W11、P1、W12、W21、P2和W22的定義與圖IB和IC中的那些相同。如圖2B所不，由于感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110和主相鄰光電檢測器11的第一集光透鏡部分110彼此毗接，所以表達式Wll = Pl成立。由于感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和主相鄰光電檢測器11的第二集光透鏡部分210彼此毗接，所以表達式W12 = Pl成立。表達式W12 = Wll也成立。如圖2C所不，由于感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110和次相鄰光電檢測器12的第一集光透鏡部分110彼此毗接，所以表達式W21 =P2成立。盡管感興趣光電檢測器10和主相鄰光電檢測器11的第一集光透鏡部分110在一定寬度上彼此毗接，但感興趣光電檢測器10和次相鄰光電檢測器12的第一集光透鏡部分110基本上在一個點上彼此毗接。然后，如圖2A所示，感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110的輪廓是正方形。由于感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和次相鄰光電檢測器12的第二集光透鏡部分210彼此隔開，所以表達式W22 < P2成立。換句話說，感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和次相鄰光電檢測器12的第二集光透鏡部分210彼此相隔P2-W22。在第二實施例中，感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110和主相鄰光電檢測器11的第一集光透鏡部分110彼此毗接，感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110和次相鄰光電檢測器12的第一集光透鏡部分110彼此毗接。因此，與第一實施例不同，第一透鏡層100沒有第一連接部分120。因此，防止了進入第一透鏡層100的光束進入第二透鏡層200的第二連接部分220和高折射率膜330中。第三實施例現(xiàn)在參照圖3A到圖3C，描述按照第三實施例的光電轉(zhuǎn)換裝置I。圖3A是光電轉(zhuǎn)換裝置I的平面圖，在圖3A中，點線表示多個第一集光透鏡部分110的輪廓，虛線表示第二集光透鏡部分210的輪廓，以及實線表示開口 311的側(cè)面312。圖3B是沿著圖3A中的直線IIIB-IIIB和IIIB' -IIIB'截取的包括光電轉(zhuǎn)換裝置I的感興趣光電檢測器10和主相鄰光電檢測器11的剖面圖。圖3C是沿著圖3A中的直線IIIC-IIIC和IIIC' -IIIC'截取的包括光電轉(zhuǎn)換裝置I的感興趣光電檢測器10和次相鄰光電檢測器12的剖面圖。盡管顯示在圖3B中的結(jié)構(gòu)可能只建立在沿著顯示在圖3A中的直線IIIB-IIIB截取的剖面和沿著顯示在圖3A中的直線IIIB' -IIIB'截取的剖面之一中，但優(yōu)選的是建立在這兩個剖面中。同樣，盡管顯示在圖3C中的結(jié)構(gòu)可能只建立在沿著顯示在圖3A中的直線IIIC-IIIC截取的剖面和沿著顯示在圖3A中的直線IIIC' -IIIC'截取的剖面之一中，但優(yōu)選的是建立在這兩個剖面中。如圖3A和3B所例示，在第一透鏡層100中，感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110和主相鄰光電檢測器11的第一集光透鏡部分110彼此毗接。此外，如圖3A和3B所例示，在第二透鏡層200中，感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和主相鄰光電檢測器11的第二集光透鏡部分210彼此隔開。配備在感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和主相鄰光電檢測器11的第二集光透鏡部分210之間的是沒有光收集功能的第二連接部分220。相反，如圖3A和3C所例示，在第一透鏡層100中，感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110和次相鄰光電檢測器12的第一集光透鏡部分110彼此田比接。此外，如圖3A和3C所例示，在第二透鏡層200中，感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和次相鄰光電檢測器12的第二集光透鏡部分210彼此隔開。配備在感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和次相鄰光電檢測器12的第二集光透鏡部分210之間的是沒有光收集功能的第二連接部分220?，F(xiàn)在參照圖3B和3C，詳細描述間距與寬度之間的關(guān)系。顯示在圖3B和3C中的W11、P1、W12、W21、P2和W22的定義與圖IB和IC中的那些相同。如圖3B所示，由于感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110和主相鄰光電檢測器11的第一集光透鏡部分110彼此毗接，所以表達式Wll = Pl成立。由于感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和主相鄰光電檢測器11的第二集光透鏡部分210彼、此隔開，所以表達式W12 < Pl成立。表達式W12 < Wll也成立。如圖3C所不，由于感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110和次相鄰光電檢測器12的第一集光透鏡部分110彼此毗接，所以表達式W21 = P2成立。由于感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和次相鄰光電檢測器12的第二集光透鏡部分210彼此隔開，所以表達式W22 < P2成立。換句話說，感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和次相鄰光電檢測器12的第二集光透鏡部分210彼此相隔P2-W22。表達式W22 < W21也成立。第二集光透鏡部分210的表面積優(yōu)選的被設(shè)置成小于第一集光透鏡部分110的表面積，因為第一集光透鏡部分110所收集的光束進入第二集光透鏡部分210中。通過縮小第二集光透鏡部分210的表面積，第二集光透鏡部分210能夠具有更高的收集性能(較小曲率)，而不增加第二集光透鏡部分210的厚度。在這個實施例中，即使第二集光透鏡部分210的表面積縮小到小于第一集光透鏡部分110的表面積，也可以減少進入第二集光透鏡部分210之間的部分中的光束。本發(fā)明不局限于第一到第三實施例。本發(fā)明的關(guān)鍵之處在于彼此相鄰的光電檢測器的集光透鏡部分在第一透鏡層100和第二透鏡層200的至少一個中彼此毗接。下面將描述其它實施例的例子。作為第一實施例的一種變型，可以應(yīng)用感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和主相鄰光電檢測器11的第二集光透鏡部分210彼此毗接的配置。作為第一實施例的一種變型，可以應(yīng)用感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和次相鄰光電檢測器12的第二集光透鏡部分210彼此毗接的配置。作為第二實施例的一種變型，可以應(yīng)用感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和次相鄰光電檢測器12的第二集光透鏡部分210彼此毗接的配置。作為第二實施例的一種變型，可以應(yīng)用感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110和主相鄰光電檢測器11的第一集光透鏡部分110彼此隔開，以及感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110和次相鄰光電檢測器12的第一集光透鏡部分110彼此隔開的配置。作為第二實施例的一種變型，可以應(yīng)用感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110和主相鄰光電檢測器11的第一集光透鏡部分110彼此隔開，感興趣光電檢測器10的第一集光透鏡部分110和次相鄰光電檢測器12的第一集光透鏡部分110彼此隔開，以及感興趣光電檢測器10的第二集光透鏡部分210和次相鄰光電檢測器12的第二集光透鏡部分210彼此毗接的配置。盡管已經(jīng)描述了具有兩個透鏡層的配置，但也可以應(yīng)用只配備第一透鏡層100和第二透鏡層200之一而不配備另一個的配置。本公開的一個方面只是配備具有多個集光透鏡部分的至少一個透鏡層以及光電檢測器的彼此相鄰的集光透鏡部分在相應(yīng)透鏡層中彼此毗接。例如，當(dāng)感興趣光電檢測器10和主相鄰光電檢測器10的第二集光透鏡部分210像 第一實施例和第三實施例中的第二透鏡層200那樣彼此隔開時，可以去掉第二透鏡層200。形成彼此相鄰的集光透鏡部分的方法可以通過單獨或組合使用漸變曝光方法、回蝕法、或回流法以及如果需要的話，設(shè)置這些方法的條件來實現(xiàn)。例如，可以參考已
公開日本專利第2006-041467號、已
公開日本專利第2004-145319號、已
公開日本專利第61-67003號、已
公開日本專利第2008-277800號、已
公開日本專利第2008-52004號、和已
公開日本專利第2003-33254號。為了使在對角方向上彼此相鄰的集光透鏡部分(感興趣光電檢測器10和次相鄰光電檢測器12的集光透鏡部分)彼此毗接，在制作各個集光透鏡部分圖案的時候通過足夠大的表面積將對角方向上的集光透鏡部分的圖案設(shè)置成彼此重疊。當(dāng)在只有一層作為透鏡層的情況下配備波長選擇層400時，優(yōu)選的將波長選擇層400配備在透鏡層和復(fù)合構(gòu)件300之間。第四實施例現(xiàn)在參照圖4A到4C，描述按照第四實施例的光電轉(zhuǎn)換裝置I。圖4A示出了第四實施例的第一例子，圖4B示出了第四實施例的第二例子，以及圖4C示出了第四實施例的第三例子。圖4A到4C示出了將各個例子應(yīng)用于圖IB所示的第一實施例的例子。然而,第四實施例也可以應(yīng)用于第二和第三實施例。第一到第三例子的共同之處在于將折射率比第二透鏡層200低的透明低折射率膜配備在第二透鏡層200和高折射率構(gòu)件320之間。盡管下面將描述低折射率膜600與高折射率膜330形成界面的例子，但低折射率膜600也可以 與高折射率構(gòu)件320形成界面。在第一例子中，低折射率膜600是單層膜，配備在第二透鏡層200和高折射率膜330之間。更具體地說，低折射率膜600的上表面與第二透鏡層200的下表面形成界面，低折射率膜600的下表面與高折射率膜330的上表面形成界面。例如，當(dāng)?shù)诙哥R層200的材料是折射率為2. 00的氮化硅時，可以將折射率為I. 72的氧氮化硅或折射率為I. 46的氧化硅用作低折射率膜600的材料。第二集光透鏡部分210所收集的光束可以相對于低折射率膜600傾斜地進入。低折射率膜600的折射率低于第二透鏡層200的折射率，使得光束按照斯涅耳(Snell)折射定律在低折射率膜600中朝向開口 311的中心(光軸)折射。因此，可以使進入開口 311的光量增加。當(dāng)?shù)驼凵渎誓?00的折射率低于高折射率膜330的折射率時，在低折射率膜600中折射的光束傾斜地進入高折射率膜330。高折射率膜330的折射率高于低折射率膜600的折射率，使得光束按照斯涅耳折射定律在高折射率膜330中在減小相對于開口 311的中心(光軸)的角度的方向上折射。因此，能夠使進入開口 311之后從側(cè)面312全反射的光通量增加，并能夠使從開口 311的側(cè)面312泄漏的光量減少。實際上，優(yōu)選的低折射率膜600的折射率不大于第二透鏡層200的折射率的0. 95倍，更優(yōu)選的不大于0. 85倍。在第二例子中，低折射率膜600是多層膜，包括第一低折射率層610和第二低折射率層620。第一低折射率層610的上表面與第二透鏡層200的下表面形成界面，第一低折射率層610的折射率低于第二透鏡層200的折射率。第二低折射率層620的上表面與第一低折射率層610的下表面形成界面，第二低折射率層620的折射率低于第一低折射率層610的折射率。第二低折射率層620的下表面與高折射率膜330的上表面形成界面。因此，第一低折射率層610具有在第二透鏡層200的折射率和第二低折射率層620的折射率之間的折射率。這個例子可以被認(rèn)為是將第一例子中的單層低折射率膜600當(dāng)作第二低折射率層620，并將第一低折射率層610配備在第一例子中的單層低折射率膜600和第二透鏡層200之間的例子。例如，當(dāng)?shù)诙哥R層200的材料是氮化硅時，可以將氧氮化硅用作第一低折射率層610的材料，可以將氧化硅用作第二低折射率層620的材料。實際上，具有最低折射率的層(本例中的第二低折射率層620)的折射率優(yōu)選的從I. 40到I. 60。在第一例子的情況下，由于第二透鏡層200和低折射率膜600之間的折射率差異，可能在第二透鏡層200和低折射率膜600之間的界面上引起垂直入射光束的反射。此時的反射率R可以通過表達式R = (n2(IQ-n6J2/(n2(l(l+n6J2來表達，其中，n200是第二透鏡層200的折射率，以及n_是低折射率膜600的折射率。在第二例子中，第二透鏡層200與第一低折射率層610之間的折射率差和第一低折射率層610與第二低折射率層620之間的折射率差兩者都小于第二透鏡層200與第二低折射率層620之間的折射率差。因此，可以提高第二透鏡層200與第一低折射率層610之間的界面處的透射系數(shù)、和第一低折射率層610與第二低折射率層620之間的界面處的透射系數(shù)，以及可以增加進入第二低折射率層620中的光量。第一低折射率層610的厚度Tki優(yōu)選的是入射光束的波長的
(M+0. 5) Mn1倍，更優(yōu)選的是入射光束的波長的MAn1倍。這里，M是奇數(shù)，H1是第一低折射率層610的折射率。M優(yōu)選的是“I”或“3”，更優(yōu)選的是“I”。當(dāng)如上所述設(shè)置第一低折射率層610的厚度Tki時，第一低折射率層610減輕了來自與第二透鏡層200的界面的反射光束與來自與第二低折射率層620的界面的反射光束之間的干涉，從而能夠增加進入第二低折射率層620中的光束的強度。
為了在低折射率膜600的厚度受到限制的范圍內(nèi)如第一例子所述增大朝向光軸的折射，可以按如下設(shè)置第一低折射率層610的厚度Tki和第二低折射率層620的厚度TK2。首先，比較第二透鏡層200與第一低折射率層610之間的相對折射率和第一低折射率層610與第二低折射率層620之間的相對折射率。將具有較大相對折射率的層的出射側(cè)媒體(第一低折射率層610和第二低折射率層620之一)的厚度設(shè)置成大于具有較小相對折射率的層的出射側(cè)媒體(第一低折射率層610和第二低折射率層620之一)的厚度。這里，相對折射率是(入射側(cè)媒體的折射率)/ (出射側(cè)媒體的折射率)，在本例中，相對折射率大于“I”。在至此為止的描述中，簡單表達成“折射率”的術(shù)語指的是絕對折射率。按照斯涅耳折射定律，相對折射率越大，出射角就越大。因此，通過增加上述的具有較大相對折射率的出射側(cè)媒體的厚度，可以使出射光束更接近光軸。例如，當(dāng)?shù)诙哥R層200的折射率是2. 0，第一低折射率層610的折射率是I. 72，以及第二低折射率層620的折射率是I. 46時，表達式2. 00/1. 72 < I. 72/1. 46成立。因此，可以將第二低折射率層620的厚度Tk2設(shè)置成大于第一低折射率層610的厚度Tki。第二低折射率層620的厚度Tk2優(yōu)選的是60nm到500nm，更優(yōu)選的是80nm到200nm。第一低折射率層610的厚度Tki優(yōu)選的是20nm到300nm,更優(yōu)選的是40nm到150nm。在第三例子中，低折射率膜600是多層膜，包括第一低折射率層610、第二低折射率層620和第三低折射率層630。第一低折射率層610的上表面與第二透鏡層200的下表面形成界面，第一低折射率層610的折射率低于第二透鏡層200的折射率。第二低折射率層620的上表面與第一低折射率層610的下表面形成界面，第二低折射率層620的折射率低于第一低折射率層610的折射率。第三低折射率層630的上表面與第二低折射率層620的下表面形成界面，第三低折射率層630的折射率高于第二低折射率層620的折射率。第三低折射率層630的下表面與高折射率膜330的上表面形成界面，第三低折射率層630的折射率低于高折射率膜300的折射率。因此，第三低折射率層630具有在第二低折射率層620的折射率和高折射率層330的折射率之間的折射率。這個例子可以被認(rèn)為是在上面所示的第二例子中在第二低折射率層620的折射率低于高折射率膜330的折射率的情況下將第三低折射率層630配備在第二例子中的第二低折射率層620和高折射率膜330之間的例子。例如，當(dāng)?shù)诙哥R層200和高折射率膜300的材料是氮化硅時，可以將氧氮化硅用作第一低折射率層610和第三低折射率層630的材料，可以將氧化硅用作第二低折射率層620的材料。
在第三例子中，第二低折射率層620與第三低折射率層630之間的折射率差和第三低折射率層630與高折射率膜330之間的折射率差兩者都小于第二低折射率層620與高折射率膜330之間的折射率差。因此，可以提高第二低折射率層620與第三低折射率層630之間的界面處的透射系數(shù)、以及第三低折射率層630與高折射率膜330之間的界面處的透射系數(shù)，以及能夠增加進入高折射率膜330中的光量。與第二例子的方式一樣，第三低折射率層630的厚度Tk3優(yōu)選的是入射光束的波長的(M-0. 5) Mn3到(M+0. 5) Mn3倍，更優(yōu)選的是入射光束的波長的M/4n3倍。這里，M是奇數(shù)，n3是第三低折射率層630的折射率。第三低折射率層630的厚度Tk3與第二低折射率層620的厚度Tk2之間的大小關(guān)系可以像第二例子那樣設(shè)置。與第二例子中的第一低折射率層610的方式一樣，第三低折射率層630的厚度Tk3優(yōu)選的是20nm到300nm，更優(yōu)選的是40nm 到 150nm。第一低折射率層610的折射率Ii1優(yōu)選的不低于(n2(KI+n2)/4，也優(yōu)選的不超過3X (n200+n2)/4o第三低折射率層630的折射率113優(yōu)選的不低于(n33CI+n2)/4,也優(yōu)選的不超過3X (n200+n2)/4o這里，n330是高折射率膜330的折射率。當(dāng)?shù)诙哥R層200的折射率高于高折射率膜330的折射率時，優(yōu)選的是將第一低折射率層610的折射率設(shè)置成比第三低折射率層630的折射率高的折射率。換句話說，優(yōu)選的是建立n2 < n3 < Ii1 < n330 < n200的關(guān)系，其中n2(l(l是第二透鏡層200的折射率，以及n330是高折射率膜330的折射率。相反，當(dāng)?shù)诙哥R層200的折射率低于高折射率膜330的折射率時，優(yōu)選的是將第一低折射率層610的折射率設(shè)置成比第三低折射率層630的折射率低的折射率。換句話說，優(yōu)選的是建立n2 < Ii1 < n3 < n200 < n330的關(guān)系。這樣，通過按照上下構(gòu)件的折射率來區(qū)分第一低折射率層610和第三低折射率層630的折射率，能夠提高光束從第二透鏡層200到高折射率膜300的透射系數(shù)，并因此能夠提高光電轉(zhuǎn)換裝置I的靈敏度。下面將描述光電轉(zhuǎn)換裝置I的復(fù)合構(gòu)件300的變型。分別地，圖5A示出了第一種變型，圖5B示出了第二種變型，以及圖5C示出了第三種變型。圖5A到5C是將各種變型應(yīng)用于顯示在圖IB中的第一實施例的例子。然而，這些變型也可以應(yīng)用于第二到第四實施例。第一種到第三種變型的共同之處在于開口 511中的構(gòu)件每一個都包括第一高折射率部分321和第二高折射率部分322。絕緣膜310的配置與顯示在圖IA中的配置相同，多個開口 311被配備成與光電轉(zhuǎn)換部分3相對應(yīng)。第一種變型在顯示在圖5A中的第一種變型中，將第二高折射率部分322配備在開口 311的側(cè)面312上，將第一高折射率部分321配備在開口 311的內(nèi)部和第二高折射率部分322的內(nèi)部。如圖5A所示，可以將第二高折射率部分322配備在開口 311的底面313上，但未必覆蓋開口 311的底面313。因此，第二高折射率部分322位于第一高折射率部分321與開口 311的側(cè)面312之間。高折射率膜330位于絕緣膜310上，并在第一高折射率部分321上延伸。高折射率膜330由與第一高折射率部分321相同的透明材料形成。高折射率膜330的折射率高于絕緣膜310的折射率，將高折射率膜330配備成使分別配備在多個開口 311中的多個第二高折射率部分322相互連接。高折射率膜330的材料可以與第一高折射率部分321的材料相同或不同，但優(yōu)選的是相同。第一高折射率部分321和第二高折射率部分322的折射率彼此不同。通過將第一高折射率部分321的折射率設(shè)置成高于第二高折射率部分322的折射率，可以主要將第一高折射率部分321用作光導(dǎo)路徑。相反，通過將第一高折射率部分321的折射率設(shè)置成低于第二高折射率部分322的折射率，可以主要將第二高折射率部分322用作光導(dǎo)路徑。換句話說，依據(jù)幾何光學(xué)，通過第一高折射率部分321與第二高折射率部分322之間的界面處的全反射進入開口 311中的第一高折射率部分321中的光束當(dāng)中，指向側(cè)面312的光束可以朝向光電轉(zhuǎn)換部分3反射。此外，由于光束被引導(dǎo)到較高折射率側(cè)，所以依據(jù)波動光學(xué)，第一高折射率部分321可以起光導(dǎo)路徑的作用。第二種變型在顯示在圖5B中的第二種變型中，將第二高折射率部分322配備在開口 311的側(cè)面312上，將第一高折射率部分321配備在開口 311的內(nèi)部和第二高折射率部分322的內(nèi)部。因此，第二高折射率部分322位于第一高折射率部分321與開口 311的側(cè)面312之間。高折射率膜330位于絕緣膜310上，并在第一高折射率部分321上延伸。高折射率膜330包括第一高折射率層331、和位于第一高折射率層331和絕緣膜310之間的第二高折射率層332。第一高折射率層331的折射率高于絕緣膜310的折射率，將高折射率膜330配備成使分別配備在多個開口 311中的多個第一高折射率部分321相互連接。第一高折射率層331的材料可以與第一高折射率部分321的材料相同。第一高折射率部分321的折射率和第二高折射率部分322的折射率彼此不同。第一高折射率層331的折射率不同于第二高折射率層332的折射率。第二高折射率層332的折射率高于第一高折射率層331的折射率，將高折射率膜330配備成使分別配備在多個開口 311中的多個第二高折射率部分322相互連接。第二高折射率層332的材料可以與第二高折射率部分322的材料相同。第三種變型在顯示在圖5C中的第三種變型中，將第二高折射率部分322配備在開口 311的側(cè)面312上，將第一高折射率部分321配備在開口 311的內(nèi)部和第二高折射率部分322的內(nèi)部。因此，第二高折射率部分322位于第一高折射率部分321與開口 311的側(cè)面312之間。在這種變型中，只在第一高折射率部分321的入射側(cè)的一部分和側(cè)面312的入射側(cè)的一部分上配備了第二高折射率部分322。第一高折射率部分321和第二高折射率部分322的折射率高于絕緣膜310的折射率。第二高折射率部分322的材料可以與第一高折射率部分321的材料相同。高折射率膜330包括第一高折射率區(qū)333和第二高折射率區(qū)334。第一高折射率區(qū)333由與第一高折射率部分321相同的材料形成，并位于第一高折射率部分321上。第二高折射率區(qū)334的折射率高于絕緣膜310的折射率，第二高折射率區(qū)334從第二高折射率部分321的頂部延伸到絕緣膜310的頂部。將第二高折射率區(qū)334配備成使分別配備在多個開口 311中的多個第二高折射率部分322相互連接。第二高折射率區(qū)334的材料可 以與第二高折射率部分322的材料相同。在顯示在圖5A中的第一種變型中，可以用折射率低于絕緣膜310的折射率的透明材料取代第二高折射率部分322。在顯示在圖5B中的第二種變型中，可以用折射率低于絕緣膜310的折射率的透明材料取代第一高折射率部分321和第一高折射率層331之一，或第二高折射率部分322和第二高折射率層332之一。在顯示在圖5A和5B中的第一種變型和第二種變型中，可以用具有金屬光澤的不透明材料取代第二高折射率部分322。在這種情況下，可以將與第二高折射率部分322相對應(yīng)的由金屬材料形成的部分配備成不覆蓋開口 311的底面313。進入開口 311中的第一高折射率部分321中的光束當(dāng)中指 向側(cè)面312的光束能夠通過金屬光澤朝向光電轉(zhuǎn)換部分3反射。在顯示在圖5A和5B中的第一種變型和第二種變型中，可以如圖5C所示只在第一高折射率部分321的入射側(cè)的一部分和側(cè)面312的入射側(cè)的一部分上配備第二高折射率部分。在如上所述的第一到第三種變型中，第一高折射率部分321和第二高折射率部分322可以由具有不同折射率的不同材料形成，或可以由具有不同折射率的相同材料形成。這同樣適用于第二種變型中的第一高折射率層331和第二高折射率層332、和第三種變型的第一高折射率區(qū)333和第二高折射率區(qū)334。甚至可以通過改變材料密度從折射率方面區(qū)分相同材料。在這樣的情況下，折射率在第一高折射率部分與第二高折射率部分之間、在第一高折射率層與第二高折射率層之間、以及在第一高折射率膜與第二高折射率膜之間可以連續(xù)變化。使用相同的材料并區(qū)分它們的折射率是優(yōu)選的，因為與材料不同的情況相比可以減小應(yīng)力。下面將描述光電轉(zhuǎn)換裝置I的透鏡層的變型。分別地，圖6A示出了第四種變型，圖6B示出了第五種變型，圖6C示出了第六種變型，圖6D示出了第七種變型，以及圖6E示出了第八種變型。圖6A到6E示出了將各種變型應(yīng)用于第二透鏡層200的例子。然而，第四到第八種變型也可以以相同方式應(yīng)用于第一透鏡層100。圖6A到6E中的構(gòu)件700是與第二透鏡層200的下表面形成界面的構(gòu)件，對應(yīng)于顯示在圖IA中的高折射率膜330和顯示在圖4A中的低折射率膜600。第二透鏡層200包括多個第二集光透鏡部分210。然而，在第四和第五種變型中，彼此相鄰的第二集光透鏡部分彼此隔開，而在第六到第八種變型中，彼此相鄰的第二集光透鏡部分彼此毗接。在第五、第六和第八種變型中，第二透鏡層200包括彼此相鄰的多個透鏡體230、透鏡基底構(gòu)件240、和涂層250。透鏡層只需至少具有透鏡體230，如果需要的話，可以省略透鏡基底構(gòu)件240和涂層250。第四種變型在顯示在圖6A中的第四種變型中，未配備透鏡基底構(gòu)件240，并且在彼此相鄰和彼此隔開的第二集光透鏡部分210之間不存在如圖IB所示的第二連接部分220。第五種變型在顯示在圖6B中的第五種變型中，第二透鏡層200包括彼此相鄰的多個透鏡體230、透鏡基底構(gòu)件240、和涂層250。透鏡體230的表面是大致球形表面，以及彼此相鄰的透鏡體230彼此隔開。多個透鏡體230位于透鏡基底構(gòu)件240上。透鏡基底構(gòu)件240由與整個透鏡體230或其靠近透鏡基底構(gòu)件240的部分的材料相同的單個材料形成。因此，在許多情況下難以在透鏡體230與透鏡基底構(gòu)件240之間觀察到邊界，優(yōu)選的是設(shè)置連接透鏡體230的表面(大致球形表面)的端部的想像邊界?？赡艽嬖诘诙哥R層200的材料與高折射率膜330的材料相同，因此高折射率膜330與透鏡基底構(gòu)件240之間的邊界不清楚的情況。在這樣的情況下，可以將上述想像邊界當(dāng)作第二透鏡層200的下表面，以認(rèn)為第二透鏡層與高折射率膜330彼此毗接。存在于從透鏡體230指向半導(dǎo)體基板2的正交投影的區(qū)域中的透鏡基底構(gòu)件240的部分被稱為透鏡體相關(guān)部分241，而存在于除了那個區(qū)域之外的其它區(qū)域中的部分被稱為透鏡體無關(guān)部分242。透鏡體無關(guān)部分242具有幾乎平坦表面。涂層250是沿著透鏡體230和透鏡基底構(gòu)件240的表面(大致球形表面)配備的膜，涂層250的部分表面的區(qū)域具有大致球形，并且這些區(qū)域被稱為曲面區(qū)域251。涂層250由不同于透鏡體230的材料形成。涂層250可以是單層涂層，或可以是包括兩層或更多層不同材料的多層涂層。例如，涂層250可以由從氧化硅層、氧氮化硅層、氮化硅、和含氟樹脂層中選擇的兩個或更多個層構(gòu)成。除了曲面區(qū)域251之外的涂層250的表面的區(qū)域是大致平坦的，這些區(qū)域被稱為平坦區(qū)域252。透鏡體230的整個部分、透鏡基底構(gòu)件240的一部 分、和位于曲面區(qū)域251朝向半導(dǎo)體基板2的正交投影的區(qū)域中的涂層250的部分構(gòu)成多個第二集光透鏡部分210。透鏡基底構(gòu)件240的一部分在這里具體指透鏡體相關(guān)部分241的整個部分和透鏡體無關(guān)部分242的一部分。相反，透鏡基底構(gòu)件240的一部分(具體地說，透鏡體無關(guān)部分242的其余部分的一部分)、和位于從平坦區(qū)域252指向半導(dǎo)體基板2的正交投影的區(qū)域中的涂層250的一部分構(gòu)成第二連接部分220。以此方式，可以獲得彼此相鄰的第二集光透鏡部分210彼此隔開的配置。涂層250的折射率最好被設(shè)置成低于透鏡體230的折射率。通過如上所述設(shè)置涂層250的折射率，涂層250提高了入射到透射體230的表面上的光束的透射系數(shù)，即，具有依據(jù)幾何光學(xué)禁止反射的功能。涂層250的厚度T。小于透鏡體230的厚度1\。厚度T。優(yōu)選的是厚度IY的1/2或更小。涂層250的厚度T。優(yōu)選的不大于200nm。涂層250的厚度T。優(yōu)選的是入射光束的波長的(M-0. 5)/4n。到(M+0. 5)/4n。倍，更優(yōu)選的是入射光束的波長的M/4n。倍。這里，M是奇數(shù)，n。是涂層250的折射率。M優(yōu)選的是“I”或“3”，更優(yōu)選的是“I”。通過如上所述設(shè)置涂層250的厚度，涂層250具有削弱來自透鏡體230的表面的反射光與來自涂層250的表面的反射光之間的干涉，即，依據(jù)波動光學(xué)禁止反射的功能。如上所述，光束的損耗被具有反射禁止結(jié)構(gòu)的透鏡部分減小，從而獲得具有高靈敏度的光電轉(zhuǎn)換裝置。例如，當(dāng)透鏡體230由折射率為2. 00的氮化硅形成時，涂層250優(yōu)選的由折射率為I. 73的氧氮化硅形成。涂層250的厚度可以設(shè)置成，例如，80nm。此外，例如，當(dāng)透鏡體230由折射率為I. 60的樹脂形成時，涂層250優(yōu)選的由折射率為I. 46的氧氮化硅形成。涂層250的厚度可以設(shè)置成，例如，94nm。在多層涂層的情況下，涂層250可以由折射率低于透鏡體230的折射率的多個層形成。然而，取決于可以削弱基于厚度和波長的干涉的條件，涂層250可以構(gòu)成折射率高于透鏡體230的層和折射率低于透鏡體230的層。第六種變型在顯示在圖6C中的第六種變型中，彼此相鄰的透鏡體230彼此隔開，透鏡基底構(gòu)件240包括具有大致平坦表面的透鏡體無關(guān)部分242。相反，涂層250的曲面區(qū)域251彼此毗接。因此，透鏡體230的整個部分、透鏡基底構(gòu)件240的整個部分(更具體地說，透鏡體相關(guān)部分241的整個部分和透鏡體無關(guān)部分242的整個部分)、和涂層250的整個部分構(gòu)成多個第二集光透鏡部分210。這樣，通過配備涂層250，實現(xiàn)了即使透鏡體230彼此隔開，但彼此相鄰的第二集光透鏡部分210彼此毗接的配置。第七種變型在顯示在圖6D中的第七種變型中，彼此相鄰的透鏡體230彼此隔開。在這個例子中，去掉了透鏡基底構(gòu)件240。相反，涂層250的曲面區(qū)域251彼此毗接。因此，透鏡體230的整個部分和涂層250的整個部分構(gòu)成多個第二集光透鏡部分210。這樣，通過配備涂層250，實現(xiàn)了即使透鏡體230彼此隔開，但彼此相鄰的第二集光透鏡部分210彼此毗接的配置。第八種變型在顯示在圖6E中的第八種變型中，彼此相鄰的透鏡體230彼此毗接，彼此相鄰的曲面區(qū)域251也彼此毗接。透鏡基底構(gòu)件240沒有大致平坦的透鏡體無關(guān)部分242。因此， 透鏡體230的整個部分、透鏡基底構(gòu)件240的整個部分、和涂層250的整個部分構(gòu)成多個第二集光透鏡部分210。因此，彼此相鄰的第二集光透鏡部分210彼此毗接。在這種變型中，由于透鏡體230彼此毗接，進入彼此相鄰的第二集光透鏡部分210的邊界附近(曲面區(qū)域251之間的邊界附近)的部分中的光束可以被分立透鏡體230進一步可靠地收集。第五實施例如上所述，第四到第八種變型也可以以相同方式應(yīng)用于第一透鏡層100。作為第五實施例，將在圖7中示出將第八種變型應(yīng)用于第一透鏡層100的例子和將第五種變型應(yīng)用于結(jié)合圖4C所述的第四實施例的第三例子中的第二透鏡層200的例子。第一透鏡層100的第一集光透鏡部分110包括第一基底構(gòu)件140、第一透鏡體130、和第一涂層150。在本例中，第一基底構(gòu)件140和第一透鏡體130由樹脂形成，第一涂層150由氧化硅形成。第二透鏡層200的第二集光透鏡部分210包括第二基底構(gòu)件240、第二透鏡體230、和第二涂層250。在本例中，第二基底構(gòu)件240和第二透鏡體230由氮化硅形成，第二涂層250由氧氮化硅形成。如結(jié)合圖8所述，可能存在當(dāng)光束進入透鏡層的連接部分中時使圖像質(zhì)量惡化的情況。因此，如果在第一集光透鏡部分110之間的第一連接部分上配備禁止反射光束的涂層，圖像質(zhì)量的惡化可能變得明顯。相反，如果如上所述，彼此相鄰的第一集光透鏡部分110彼此毗接，則在感興趣光電檢測器10和主相鄰光電檢測器的第一集光透鏡部分110之間不存在連接部分。因此，沒有光束進入連接部分中，抑制了圖像質(zhì)量的惡化。這同樣適用于感興趣光電檢測器10和次相鄰光電檢測器12。如果在第一透鏡層100和半導(dǎo)體基板2之間存在具有高反射率的界面，則在每個界面處可能容易引起反射光束的干涉，以及色調(diào)不規(guī)則可能是明顯的。尤其，第一透鏡層100的表面(上表面)上的反射、第二透鏡層200的表面(上表面)上的反射、以及半導(dǎo)體基板的表面上的反射可能成為由光束之間的干涉引起的色調(diào)不規(guī)則的重要原因。在本例中，由于可以通過第一涂層150禁止第一透鏡層100上的反射，所以可以改善色調(diào)不規(guī)則。而且，在本例中，可以通過第二涂層禁止第二透鏡層200的表面上的反射。當(dāng)反射面的間隔小時，色調(diào)不規(guī)則可能變得明顯。然而，通過禁止第一透鏡層100的表面和第二透鏡層200的表面兩者的反射，可以進一步改善色調(diào)不規(guī)則。第二透鏡層200包括第二連接部分220，因此可以通過第二涂層250禁止第二連接部分220上的反射。然而，由于第一透鏡層100的第一集光透鏡部分Iio彼此毗接，所以可以盡可能多地減少進入第二連接部分220中的入射光束。通過將第一集光透鏡部分110的曲率設(shè)置成0.49 (I/Pm)或更大，可以抑制色調(diào)不規(guī)則。色調(diào)不規(guī)則主要由在半導(dǎo)體基板2的法線方向上生成的光束的干涉引起。通過減小第一集光透鏡部分110的曲率半徑，可以使來自第一集光透鏡部分110的表面(上表面)的反射光束的行進方向偏離來自其它表面的反射光束的行進方向。因此，防止了來自第一集光透鏡部分110的表面(上表面)的反射光束與來自其它表面的反射光束的干涉。另外，在本實施例中，第二透鏡層200的折射率(具體地說，第二透鏡層200的第二基底構(gòu)件240的折射率)高于高折射率膜330的折射率。例如，第二透鏡層200可以由折射率為2. 00的氮化硅形成，高折射率膜330可以由折射率為I. 84的氧氮化硅形成。因此，通過如在第三種變型中所述將第一低折射率層610的折射率設(shè)置成比第三低折射率層630的折射率高的折射率，可以減少第二透鏡層200的下表面和高折射率膜330的上表面處的反射光束。例如，第一低折射率層610可以由折射率為I. 73的氧化硅形成，第二低折射率層620可以由折射率為I. 46的氧化硅形成，以及第三低折射率層630可以由折射率為I. 65的材料形成。至此為止所述的光電轉(zhuǎn)換裝置I可以用作，例如，成像傳感器、測距傳感器、光度傳感器。光電轉(zhuǎn)換裝置I可以具有成像傳感器、測距傳感器、和光度傳感器當(dāng)中的多種功倉泛。也可以構(gòu)建具有光電轉(zhuǎn)換裝置I和配置成接收從光電轉(zhuǎn)換裝置I輸出的電信號的輸入并處理所述電信號的信號處理裝置的圖像感測系統(tǒng)。圖9是示出圖像感測系統(tǒng)1001的例子的圖形。電信號從光電轉(zhuǎn)換裝置I的OUTl、0UT2輸出。這里，已經(jīng)描述了配備兩條輸出路線，即，OUTI和0UT2的例子，輸出路線的數(shù)量可以是一條、三條或更多條。電信號輸入信號處理裝置100的IN中。電信號可以是電流信號或電壓信號，并且可以是模擬信號和數(shù)字信號。當(dāng)光電轉(zhuǎn)換裝置I被用作圖像傳感器時，將信號處理裝置1000配置成當(dāng)被供給輸A IN的電信號時從0UT3輸出圖像信號。當(dāng)光電轉(zhuǎn)換裝置I被用作檢測焦點的測距傳感器時，將信號處理裝置1000配置成當(dāng)被供給輸入IN的電信號時從0UT3輸出用于驅(qū)動配備在光電轉(zhuǎn)換裝置I前面的透鏡的驅(qū)動信號。當(dāng)光電轉(zhuǎn)換裝置I被用作光度傳感器時，將信號處理裝置1000配置成當(dāng)被供給輸入IN的電信號時從0UT3輸出控制快門和調(diào)整曝光時間的控制信號。上述的快門可以是機械快門或電子快門。在電子快門的情況下，主要控制光電轉(zhuǎn)換裝置I。本公開中的光電轉(zhuǎn)換裝置I可被用作圖像傳感器，并且可以獲得滿意的圖像。下面描述顯示在圖9中的圖像感測系統(tǒng)1001中的光電轉(zhuǎn)換裝置I的例子。在本例中，將作為光電轉(zhuǎn)換裝置I的像素放大型光電轉(zhuǎn)換裝置用作圖像傳感器。在圖9中，光電轉(zhuǎn)換裝置I包括像素部分711、垂直掃描電路712、兩個讀取電路713、兩個水平掃描電路714、以及兩個輸出放大器715。除了像素部分711之外的其它區(qū)域也被稱為外圍電路部分。像素部分711包括二維排列的多個像素單元。各個像素單元包括多個像素。每個像素包括讀取電路713，例如，列放大器、⑶S電路、相加電路等，并對從經(jīng)由垂直信號線由垂直掃描電路712選擇的行的像素中讀取的信號進行放大、相加等。列放大器、CDS電路、、相加電路等是為，例如，像素列，或多個像素列的每個像素列安排的。水平掃描電路714依次生成用于讀取來自讀取電路713的信號的信號。輸出放大器715放大和輸出水平掃描電路714所選擇的列的信號。上述的配置只是光電轉(zhuǎn)換裝置I的一個例子，本發(fā)明不局限于此。在跨過像素部分711的上側(cè)和下側(cè)各安排了一套構(gòu)成輸出路線(0UT1，0UT2)的兩個系統(tǒng)的讀取電路713、水平掃描電路714和輸出放大器715。代表性圖像感測系統(tǒng)1001的例子包括諸如照相機和攝像機的相機。圖像感測系統(tǒng)1001可以包括使光電轉(zhuǎn)換裝置I可動的移動機構(gòu)。移動機構(gòu)的例子包括諸如電機、往復(fù)引擎、和旋轉(zhuǎn)引擎那樣的驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動的輪。移動機構(gòu)的例子包括諸如螺旋槳、渦輪發(fā)動機、火箭發(fā)動機的推進設(shè)備。如上所述配有移動機構(gòu)的圖像感測系統(tǒng)可以通過將光電轉(zhuǎn)換裝置I和信號處理裝置1000安裝在車輛、火車、船舶、飛機、地球衛(wèi)星等上來實現(xiàn)。
如上所述，按照本發(fā)明，可以使充足的光束高精度地進入光電轉(zhuǎn)換部分中。雖然通過參考示范性實施例對本發(fā)明作了描述，但應(yīng)該明白，本發(fā)明不局限于所公開的示范性實施例。使所附權(quán)利要求書的范圍與最廣義的解釋一致，以便包含所有這樣的變型以及等效結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種光電轉(zhuǎn)換裝置，包含 多個光電轉(zhuǎn)換部分； 絕緣膜； 多個高折射率構(gòu)件，分別配備在各自光電轉(zhuǎn)換部分上以便被所述絕緣膜包圍，并具有比所述絕緣膜的折射率大的折射率； 高折射率膜，配備在所述絕緣膜上以相互連接所述多個高折射率構(gòu)件，并具有比所述絕緣膜的折射率大的折射率； 多個第一透鏡部分，安排成與各自光電轉(zhuǎn)換部分相對應(yīng)；以及多個第二透鏡部分，安排成在所述第一透鏡部分和所述高折射率構(gòu)件之間與各自光電轉(zhuǎn)換部分相對應(yīng)， 其中，下述中的至少之一彼此毗接 (1)所述多個第一透鏡部分當(dāng)中彼此相鄰的第一透鏡部分，以及 (2)所述多個第二透鏡部分當(dāng)中彼此相鄰的第二透鏡部分。
2.按照權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，進一步包含安排在所述多個第一透鏡部分和所述多個第二透鏡部分之間的波長選擇層，所述波長選擇層具有與具有彼此不同值的波長相對應(yīng)并被安排成與各自光電轉(zhuǎn)換部分相對應(yīng)的多種類型的波長選擇構(gòu)件，其中， 彼此相鄰的第一透鏡部分彼此毗接，以及彼此相鄰的第二透鏡部分彼此隔開。
3.按照權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述多個第一透鏡部分當(dāng)中彼此相鄰并被安排成使其光軸彼此相隔預(yù)定距離的第一透鏡部分彼此毗接，以及所述多個第一透鏡部分當(dāng)中彼此相鄰并被安排成使其光軸彼此相隔大于所述預(yù)定距離的距離的第一透鏡部分彼此H比接。
4.按照權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，進一步包含折射率小于所述第二透鏡部分的折射率的低折射率膜，所述低折射率膜被安排在所述第二透鏡部分和所述高折射率構(gòu)件之間以相對于所述第二透鏡部分形成界面。
5.按照權(quán)利要求4所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述低折射率膜包括 第一低折射率層，相對于所述第二透鏡部分形成界面并具有比所述第二透鏡部分的折射率小的折射率；以及 第二低折射率層，安排在所述第一低折射率層和所述高折射率膜之間，相對于所述第一低折射率層形成界面，并具有比所述第一低折射率層的折射率小的折射率。
6.按照權(quán)利要求5所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述低折射率膜包括 第三低折射率層，安排在所述第二低折射率層和所述高折射率膜之間，相對于所述高折射率膜形成界面，并具有在所述第二低折射率層的折射率和所述高折射率膜的折射率之間的折射率。
7.按照權(quán)利要求6所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述第二透鏡部分的折射率高于所述高折射率膜的折射率，以及所述第一低折射率層的折射率大于所述第三低折射率層的折射率。
8.按照權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述多個第一透鏡部分的每一個包括第一透鏡體、和沿著所述第一透鏡體的彎曲表面配備并具有比所述第一透鏡體的折射率小的折射率的第一涂層。
9.按照權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述多個第二透鏡部分的每一個包括第二透鏡體、和沿著所述第二透鏡體的彎曲表面配備并具有比所述第二透鏡體的折射率小的折射率的第二涂層。
10.按照權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中，滿足如下條件(a)和(b)中的至少一個 (a)所述多個第一透鏡部分的每一個包括由樹脂形成的第一透鏡體、和沿著所述第一透鏡體的彎曲表面配備并包括氧化硅的第一涂層；以及 (b)所述多個第一透鏡部分的每一個包括由氮化硅形成的第二透鏡體、和沿著所述第二透鏡體的彎曲表面配備并包括氧氮化硅的第二涂層。
11.按照權(quán)利要求10所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，進一步包含折射率小于所述高折射率膜的折射率的低折射率膜，所述低折射率膜被配備在集光透鏡部分和所述高折射率膜之間以相對于所述高折射率膜形成界面。
12.按照權(quán)利要求11所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中， 所述低折射率膜包括 第一低折射率層； 第二低折射率層，安排在所述第一低折射率層和所述高折射率膜之間，相對于所述第一低折射率層形成界面，并具有比所述第一低折射率層的折射率小的折射率；以及 第三低折射率層，安排在所述第二低折射率層和所述高折射率膜之間，相對于所述高折射率膜形成界面，并具有在所述第二低折射率層的折射率和所述高折射率膜的折射率之間的折射率。
13.按照權(quán)利要求6所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述第一低折射率層和所述第三低折射率層由氧氮化硅形成，以及所述第二低折射率層由氧化硅形成。
14.按照權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述高折射率膜和所述高折射率構(gòu)件具有近似相同的化學(xué)計量成分。
15.按照權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述多個高折射率構(gòu)件的每一個包括第一高折射率部分、和位于所述絕緣膜和所述第一高折射率部分之間的第二高折射率部分，所述第一高折射率部分的折射率不同于所述第二高折射率部分的折射率。
16.按照權(quán)利要求15所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中，滿足如下條件(i)、(ii)、(iii)和(iv)中的至少一個 (i)所述高折射率膜具有與所述第一高折射率部分近似相同的化學(xué)計量成分，并被配備成相互連接所述多個高折射率構(gòu)件的各個第一高折射率部分； (ii)所述高折射率膜具有與所述第二高折射率部分近似相同的化學(xué)計量成分，并被配備成相互連接所述多個高折射率構(gòu)件的各個第二高折射率部分； (iii)所述高折射率膜包括具有與所述第一高折射率部分近似相同的化學(xué)計量成分的第一高折射率層、和具有與所述第二高折射率部分相同的化學(xué)計量成分的第二高折射率層，所述第一高折射率層被配備成相互連接所述多個高折射率構(gòu)件的第一高折射率部分，以及所述第二高折射率層被配備成相互連接所述多個高折射率構(gòu)件的第二高折射率部分；以及 (iv)所述第二高折射率部分和所述第一高折射率部分具有近似相同的化學(xué)計量成分。
17.一種光電轉(zhuǎn)換裝置，包含 多個光電轉(zhuǎn)換部分； 絕緣膜； 多個高折射率構(gòu)件，分別配備在所述多個光電轉(zhuǎn)換部分的每一個上以便被所述絕緣膜包圍，并具有比所述絕緣膜的折射率大的折射率； 高折射率膜，配備在所述絕緣膜上以相互連接所述多個高折射率構(gòu)件，并具有比所述絕緣膜的折射率大的折射率；以及 多個集光透鏡部分，安排成分別與各自光電轉(zhuǎn)換部分相對應(yīng)并配備在復(fù)合構(gòu)件上，其中， 所述多個集光透鏡部分當(dāng)中彼此相鄰并被安排成使其光軸彼此相隔預(yù)定距離的集光透鏡部分彼此毗接，以及所述多個集光透鏡部分當(dāng)中彼此相鄰并被安排成使其光軸彼此相隔大于預(yù)定距離的距離的集光透鏡部分彼此毗接。
18.按照權(quán)利要求17所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述多個集光透鏡部分的每一個包括透鏡體、和沿著所述透鏡體的彎曲表面配備并具有比所述透鏡體的折射率小的折射率的涂層。
19.按照權(quán)利要求17所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述多個集光透鏡部分的每一個的曲率至少是0. 49(l/um)。
20.一種圖像感測系統(tǒng)，包含 按照權(quán)利要求I到權(quán)利要求19的任何一個所述的光電轉(zhuǎn)換裝置、和配置成被供給從所述光電轉(zhuǎn)換裝置輸出的電信號作為輸入并處理所述電信號的信號處理裝置。
全文摘要
公開了光電轉(zhuǎn)換裝置和圖像感測系統(tǒng)，該光電轉(zhuǎn)換裝置至少包括絕緣膜；多個高折射率構(gòu)件，配備成分別與各自光電轉(zhuǎn)換部分相對應(yīng)，被所述絕緣膜包圍并具有比所述絕緣膜的折射率高的折射率；以及高折射率膜，配備在所述絕緣膜上以便相互連接所述多個高折射率構(gòu)件，并具有比所述絕緣膜的折射率高的折射率，以及多個透鏡部分當(dāng)中彼此相鄰的透鏡部分彼此毗接。
文檔編號H01L27/146GK102637704SQ20121002770
公開日2012年8月15日 申請日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月9日
發(fā)明者關(guān)根康弘, 加藤太朗, 小林昌弘, 市川武史, 栗原政樹, 篠原真人, 門間玄三 申請人:佳能株式會社