CN101809743A - 光电转换器件和成像系统 - Google Patents
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Abstract
一种光电转换器件包括：各自具有光感测表面的多个光电转换元件；绝缘膜；布置在所述绝缘膜之上的多个光引导部分，所述多个光引导部分中的每一个将光引导在所述多个光电转换元件中的每一个的光感测表面上；以及边界部分，所述边界部分中的每一个限定邻近光引导部分之间的边界，并且是由折射率比形成所述多个光引导部分的材料低的材料形成的，其中，所述边界部分中的每一个的宽度不大于可见光的波长范围中的最短波长的一半，以及所述多个光引导部分中的每一个的从下表面到上表面的高度不小于可见光的波长范围中的最长波长的两倍。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电转换器件和成像系统。
背景技术
需要光电转换器件来高效地将入射光聚集在光电转换元件的光感测表面上。在日本专利特许公开No.06-224398中公开的固态图像感测装置中，树脂间隙层被插入在微透镜与光电转换元件的光感测表面之间，如日本专利特许公开No.06-224398中图1所示的那样。折射率比间隙层低的层被插入在间隙层与用于传输光电转换元件的电荷的传输电极之间。根据日本专利特许公开No.06-224398，在传统技术中对光电转换没有贡献的倾斜入射的光可以通过利用在间隙层与低折射率层之间的界面处的全反射而进入光电转换元件的光感测表面。
然而，日本专利特许公开No.06-224398中的固态图像感测装置并不检查进入预定像素的间隙层与邻近于所述预定像素的像素的间隙层之间的边界区域的光。例如，当垂直于光电转换元件的光感测表面传播的光进入预定像素的间隙层与邻近于所述预定像素的像素的间隙层之间的边界区域时，难以将光引导至光电转换元件的光感测表面。
随着包括光电转换元件的像素的面积减少，边界区域的面积相对于像素面积的比率增加。无法忽略进入边界区域的光。
发明内容
本发明的目的在于将进入光电转换器件的光高效地聚集(collect)到光电转换器件中的光电转换元件的光感测表面上。
根据本发明第一方面，一种光电转换器件的特征在于包括：多个光电转换元件，每个光电转换元件具有光感测表面；绝缘膜，被布置在所述多个光电转换元件上；多个光引导部分，被布置在所述绝缘膜之上，所述多个光引导部分中的每一个将光引导在所述多个光电转换元件中的每一个的光感测表面上；以及边界部分，所述边界部分中的每一个限定邻近光引导部分之间的边界，并且是由折射率比形成所述多个光引导部分的材料低的材料形成的，其中，所述边界部分中的每一个的宽度不大于可见光的波长范围中的最短波长的一半，以及所述多个光引导部分中的每一个的从下表面到上表面的高度不小于可见光的波长范围中的最长波长的两倍。
根据本发明第二方面，一种光电转换器件的特征在于包括：多个光电转换元件，每个光电转换元件具有光感测表面；绝缘膜，被布置在所述多个光电转换元件上；多个光引导部分，被布置在多层的所述绝缘膜之上，所述多个光引导部分中的每一个将光引导在所述多个光电转换元件中的每一个的光感测表面上；以及边界部分，所述边界部分中的每一个限定邻近光引导部分之间的边界，并且是由折射率比形成所述多个光引导部分的材料低的材料形成的，其中，所述边界部分中的每一个的宽度不大于可见光的波长范围中的最短波长的一半，以及所述多个光引导部分中的每一个的从下表面到上表面的高度不小于所述边界部分中的每一个的宽度的四倍。
根据本发明第三方面，一种成像系统的特征在于包括：根据本发明第一方面或第二方面的光电转换器件；光学系统，其在所述光电转换元件的图像感测平面上形成图像；以及信号处理单元，其处理从所述光电转换器件输出的信号，以生成图像数据。
根据本发明，可使得进入光电转换器件的光高效地聚集到光电转换器件中的光电转换元件的光感测表面上。
结合附图从以下示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清楚。
附图说明
图1是根据第一实施例的光电转换器件的截面图；
图2包括图2A和图2B，图2A和图2B是用于解释根据第一实施例的光电转换器件中的光的行为的图；
图3是用于解释根据第一实施例的光电转换器件中的光的行为的视图；
图4是示出光引导部分的高度、光引导部分之间的间隔(clearance)、与集光率(light collection ratio)之间的关系的图；
图5是根据第二实施例的光电转换器件的截面图；
图6是根据第二实施例的光电转换器件的平面图；
图7包括图7A至图7F，图7A至图7F是用于解释根据第二实施例的制造光电转换器件的步骤的截面图；
图8是根据第三实施例的光电转换器件的截面图；以及
图9是用于解释成像系统的框图。
具体实施方式
本发明所具有的特征在于：光引导部分的结构以及光引导部分与邻近于所述光引导部分的其它光引导部分之间的布置方式，所述光引导部分被布置为对应于具有多个光电转换元件的光电转换器件中的各光电转换元件。
更具体地说，本发明所具有的特征在于：邻近光引导部分之间的间隔(即边界部分的宽度)被设置为不大于可见光的波长范围中的最短波长的一半，光引导部分的高度被设置为不小于可见光的波长范围中的最长波长的两倍。这种结构可以将进入边界部分的光高效地引导(或者聚集)在光电转换元件的光感测表面上，并且由此增加集光率，所述集光率表示被引导至光电转换元件的光感测表面的光相对于进入光电转换器件的光的比率。
可见光也称为可见谱，并且被定义为落入可见电磁谱的范围内的电磁波。可见光的波长的范围通常是从大约400nm(包括该值)至750nm(包括该值)。对于可见光的波长范围，见“Dictionary ofTechnical Terms of Optics，3rd ed.”，Optoelectronics。
在本说明书中，术语“可见光的波长范围”也表示穿过对应于各个光电转换元件而布置的滤色器(例如红色、绿色和蓝色基色滤色器)的光分量的波长范围。在此情况下，“可见光的波长范围中的最短波长”表示由在光电转换器件中的滤色器所限定的颜色之中对应于最短波长的颜色的滤色器的谱透射率分布所限定的波长(例如蓝色波长)。
“可见光的波长范围中的最长波长”表示由在光电转换器件中滤色器所限定的颜色之中对应于最长波长的颜色的滤色器的谱透射率分布所限定的波长(例如红色波长)。
还将解释说明书中所使用的其它术语。
像素是包括光电转换元件的最小单位。除了光电转换元件之外，像素还可以包括上述滤色器、晶体管等。
“基板”是充当材料基板的半导体基板，但也可以包括如下所处理的材料基板。例如，基板甚至表示其中形成有一个或多个半导体区域等的构件、一系列制造工艺的过程中的构件、或经受了一系列制造工艺的构件。
以下将参照附图详细描述本发明。
(第一实施例)
图1是根据第一实施例的光电转换器件1的截面图。光引导部分对应于各自的光电转换元件而被布置在多个光电转换元件上。将邻近光引导部分之间的间隔(即边界部分的宽度)和光引导部分的高度设置为预定值。
在图1中，基板100包括阱(well)101和光电转换元件102。基板100例如是以硅形成的。
阱101包含浓度低于光电转换元件102的第一导电类型(例如P型)的杂质。
光电转换元件102包含对应于载流子并且浓度高于阱101的第二导电类型(例如N型)的杂质。第二导电类型是与第一导电类型相对的导电类型。
光电转换元件102具有光感测表面103。多个光电转换元件102被布置在基板100中。每一光电转换元件102在形成在光电转换元件102与阱101之间的边界附近的耗尽层中执行光电转换，生成并且累积对应于光感测表面103上入射的光的电荷。
多层的绝缘膜104a和104b被布置在光电转换元件102上。绝缘膜104a使得基板100的表面与配线层105(稍后描述)绝缘。绝缘膜104b使得其上的层与配线层105绝缘。绝缘膜104a和104b中的每一个是由例如硅氧化物(silicon oxide)膜形成的。
配线层105被插入绝缘膜104a和104b之间。配线层105是以例如主要包含铝的金属间化合物(intermetallic compound)形成的。
多个光引导部分106对应于各个光电转换元件102而被形成在绝缘膜104b上。形成光引导部分106的材料例如是硅氧化物(siliconoxide)，并且空气被填充在邻近光引导部分之间的边界部分107中。在该结构中，从光引导部分106的上表面106a进入光引导部分106的光容易被充当光引导部分106与边界部分107之间的界面的侧表面106c全反射，并且被引导至下表面106b。当光引导部分106和绝缘膜104b的折射率几乎彼此相等时，光几乎不在它们之间的界面处被反射。因此，被引导至下表面106b的光容易地经由绝缘膜104a和104b到达光电转换元件102的光感测表面103。
每一光引导部分106的高度H被设置为不小于可见光的波长范围中的最长波长的两倍。两个邻近光引导部分106之间的间隔W(即边界部分107的宽度W)被设置为不大于可见光的波长范围中的最短波长的一半。通过该结构，进入不存在光引导部分的区域(边界部分)的光得以朝向光引导部分的中心而折射，并且容易地从光引导部分的侧表面进入光引导部分。如上所述，进入光引导部分的光被容易地引导至光电转换元件的光感测表面。这可以增加集光率，集光率表示被引导至光电转换元件的光感测表面的光相对于进入光电转换器件1的光的比率。
在图1中，光引导部分106的高度H被设置为不小于可见光的波长范围中的最长波长的两倍(例如1.5μm)。邻近光引导部分106之间的间隔W(即边界部分107的宽度W)被设置为不大于可见光的波长范围中的最短波长的一半(例如200nm)。将在稍后详细描述光引导部分106的高度H、边界部分107的宽度W以及可聚集的光的波长。
图2包括2A和2B，2A和2B示出对根据第一实施例的光电转换器件1的光的行为进行仿真的结果。更具体地说，图2的2A示出对当光(以0°入射角)垂直进入光引导部分的上表面时光的行为进行分析的结果。图2的2B示出对当光(以20°入射角)倾斜进入光引导部分的上表面时光的行为进行分析的结果。
在仿真中，平行光的波长是500nm，光引导部分的高度H是5.0μm，各邻近光引导部分106之间的间隔W(即边界部分107的宽度W)是250nm。
在图2的2A和2B中，黑色背景上的矩形画面200表示仿真结果。画面200中的黑色和白色条纹表示光的行为。较深的黑和白的灰度级表示光波的幅度变得较大，并且由幅度的平方所给出的光能量变得较高。灰色部分表示幅度的中心，并且表示光能量是低的。
图2的2A示出的情况是：平行光分量以0°入射角进入光引导部分的上表面。图2的2B示出的情况是：平行光分量以20°入射角进入光引导部分的上表面。图2的2A和2B中的轮廓箭头示意性地解释取决于入射角的差的入射光的行为。
在图2的2A中，由箭头203指示的并且进入光引导部分201的中心附近的平行光分量几乎垂直于光电转换元件的光感测表面而传播通过光引导部分。由箭头204指示的并且进入光引导部分201与光引导部分202之间的边界部分的平行光分量根据光引导部分201(硅氧化物)与边界部分(空气)的折射率之间的差而由光引导部分201的侧表面(即光引导部分和边界部分之间的界面)所折射，进入光引导部分201，并且通过光引导部分201朝向光引导部分201的下表面上的中心而传播，如箭头205指示的那样。
在图2的2B中，以20°入射角进入光引导部分206的平行光分量208由光引导部分206的侧表面金反射，并且以箭头210指示的行为朝向光引导部分206的下表面上的中心而传播。与图2的2A中的行为相似，进入光引导部分206与光引导部分207之间的边界部分的平行光分量209根据光引导部分206(硅氧化物)与边界部分(空气)的折射率之间的差而由光引导部分206的侧表面(即光引导部分与边界部分之间的界面)所折射，进入光引导部分206，并且朝向光引导部分206的下表面上的中心而传播，如箭头210所指示的那样。
在传统光电转换器件中，当光进入对应于光电转换元件102而以二维方式排列的微透镜的透镜阵列中的邻近透镜之间的边界区域时，光一般直线传播。因此，难以将进入透镜阵列上的边界区域的光引导至光电转换元件的光感测表面。
反之，在根据第一实施例的光电转换器件1中，进入邻近光引导部分之间的边界部分的光由光引导部分的侧表面(即光引导部分与边界部分之间的界面)所折射，进入光引导部分，并且被容易地引导至光电转换元件的光感测表面。也就是说，容易将进入邻近光引导部分之间的边界部分的光引导至光电转换元件的光感测表面。与传统光电转换器件相比，光电转换器件1可以增加集光率，其中集光率表示被引导至光电转换元件的光感测表面的光相对于进入光电转换器件1的光的比率。
将参照图3详细描述光引导部分中的光的行为。图3是用于解释当平行光分量进入邻近光引导部分之间的边界部分时对光进行聚集的原理的视图。与图1相同的标号表示具有相同功能的部分。
在图3中，为了方便，将两个光引导部分106区分为光引导部分106-1和106-2。在图3中，点光源302、303和304分别表示紧接在平行光分量301进入光引导部分106-1、边界部分107和光引导部分106-2之后的光分量。多个光引导部分106-1和106-2彼此邻近。点光源302和304处于光引导部分106-1和106-2上，而点光源303处于光引导部分106-1和106-2之间的边界部分(间隙)107处。在此情况下，边界部分107的宽度(即光引导部分106-1和106-2之间的间隔)被设置为不大于入射平行光分量301的波长的一半，并且不大于可见光的波长范围中的最短波长的一半。光引导部分106-1和106-2中的每一个的高度被设置为不小于可见光的波长范围中的最长波长的两倍。为了简便，将通过关注一个光引导部分106-1来对此进行解释。
进入边界部分107的光线308几乎直线传播。然而，具有角度的光线307进入光引导部分106-1的侧表面106c-1。光线307由光引导部分106-1的侧表面106c-1所折射，进入光引导部分106-1，并且朝向光引导部分106-1的下表面106b-1上的中心而传播。
与之对照，因为光引导部分106-1与边界部分107的折射率彼此不同(具体地说，光引导部分106-1的折射率高于边界部分107的折射率)，因此，进入光引导部分106-1的光线305和306中的多数由光引导部分106-1的侧表面106c-1全反射，所以光很少进入边界部分107。由于光几乎不进入边界部分107，因此几乎不存在使得通过边界部分107直线传播的光线308得以加强的光线。由于通过边界部分107传播的多数光线进入光引导部分106-1或106-2，因此通过边界部分107传播的光线308的能量最终变弱。也就是说，进入边界部分107的多数光被聚集到光引导部分。
图4是示出光引导部分的高度、光引导部分之间的间隔(即边界部分的宽度)与集光率之间的关系的曲线图。图4中的曲线图是通过与图2的2A和2B相同的仿真而获得的。图4示出当入射光的波长被设置为500nm以及邻近光引导部分之间的间隔(即边界部分的宽度)被设置为0.25μm、0.5μm、0.75μm和1.0μm时相对于光引导部分的高度的集光率。曲线图的横坐标轴表示当光引导部分的上表面106a(见图1)被定义为垂直于基板的方向上的原点时以波长来归一化(normalize)的长度的值，光传播的基板方向被定义为正方向。换句话说，横坐标轴表示边界部分中的位置(距与光引导部分的上表面106a齐平的位置的光学距离)。纵坐标轴表示当与光引导部分的表面齐平的边界部分的位置处的光能量的值被定义为1时在邻近光引导部分之间边界部分处留下的光能量的归一化值。如上所述，在邻近光引导部分之间的边界部分中留下的光能量的减少意味着边界部分中的多数光被聚集在光引导部分中。
从图4可以明显看出，随着光引导部分之间的边界部分中的位置移动远离与光引导部分的表面齐平的位置，只要光引导部分之间的间隔恒定，在边界部分中的位置处的光能量就下降。在图4中，对当光通过对应于光引导部分之间1.0μm的间隔的边界部分传播两个波长的距离(横坐标轴的“2”)时的光能量与当光通过对应于光引导部分之间0.25μm的间隔的边界部分传播两个波长的距离时的光能量进行比较。光能量在对应于光引导部分之间1.0μm的间隔的边界部分中衰减到大约70％，而在对应于它们之间0.25μm的间隔的边界部分中衰减到大约10％。
更具体地说，进入对应于光引导部分之间1.0μm的间隔的边界部分的光的约30％进入光引导部分。与之对照，进入对应于光引导部分之间0.25μm的间隔的边界部分的光的约90％进入光引导部分。这说明，光引导部分之间的间隔越窄(边界部分的宽度越窄)，集光率越高。此外，甚至在光传播10倍大的波长的距离之后，当光引导部分之间的间隔是1.0μm时也留有20％的光能量。因此，没有获得与当光引导部分之间的间隔是0.25μm时所获得的效果相同的效果。
根据这些结果，当光引导部分之间的间隔被设置为波长的一半(即0.5λ)并且光引导部分的高度(即2λ)被设置为不小于光引导部分之间的间隔的四倍就够了时，集光率充分地增加。此外，可以通过将光引导部分之间的间隔相对于波长设置得较短并且将光引导部分设置得较高来增加集光率。当波长是分布式的(比如可见光)时，更期望的是，将光引导部分之间的间隔设置为不大于可见光的波长范围中的最短波长的一半，并且将光引导部分的高度设置为不小于可见光的波长范围中的最长波长的两倍。这种结构对于落入可见光的波长范围内的所有光分量可以实现满意的光聚集效果。由于无需形成复杂的形状来增加集光率，因此制造工艺变得简单，并且形状控制也变得容易。
在上述可见光的波长范围中，最短波长是400nm，最长波长是750nm。在此情况下，足够的是，光引导部分之间的间隔(即边界部分的宽度)不大于0.2μm，并且光引导部分的高度不小于1.5μm。例如，以光引导部分之间大约0.2μm的间隔(即以大约0.2μm的宽度形成边界部分)并且以大约1.5μm的光引导部分高度形成光引导部分。光电转换器件1具有增加可见光的集光率的光引导部分，光电转换器件1可以尤其用作可见光光电转换器件。此时，期望将光电转换元件形成为具有对应于可见光的谱灵敏度。
可以在某种程度上预测实际进入光电转换器件1的光的波长范围(例如，根据穿过滤色器的波长来对此进行确定)。因此，也可以基于光源的波长范围来设计光引导部分之间的间隔以及光引导部分的高度。例如，采用若干光源(穿过滤色器的波长)，将光引导部分之间的间隔和高度选择为覆盖来自这些光源的光线的波长范围。
也可以如上所述使用可见光的波长范围来确定限定光引导部分的高度以及光引导部分之间的间隔的最长波长和最短波长，但也可以如下面那样对此进行限定。例如，也可以据光电转换元件的谱灵敏度(相对于入射光波长的光电转换效率)的分布来限定光引导部分之间的间隔以及光引导部分的高度。
例如，限定光电转换元件的谱灵敏度分布中所许可的谱灵敏度的下限值。相应地，可以设置波长的上限(红外带侧)和下限(紫外带侧)。
例如，当光电转换元件的谱灵敏度具有峰值时，也可以使用当光强度变为峰值的一半时的波长范围的上限和下限处的波长。当光强度变为峰值一半时波长范围的上限和下限处的波长是在当获得半峰全宽(full width at half maximum)时的下限和上限处的波长。可以根据形成光电转换元件的半导体的类型、形成方法等来适当地确定光电转换元件的谱灵敏度。以上述方式设置的光引导部分可以高效地聚集对应于光电转换元件的灵敏度峰值的光。
当滤色器被布置为在每一像素中将光划分为多个波长并且执行光电转换时，可以据滤色器的谱透射率(关于每一波长穿过滤色器的光的强度)估计并且限定入射光的波长范围。对于具有基色的滤色器的光电转换器件1，足够的是，从蓝色滤色器的谱透射率选择可见光的波长范围中的最短波长，并且从红色滤色器的谱透射率选择最长波长。例如，可以从当光在红色滤色器的谱透射率处展现出峰值的一半强度时的波长选择最长波长。可以从当光在蓝色滤色器的谱透射率处展现出峰值的一半强度时的波长选择最短波长。也可以选择当光展现出峰值强度时的波长。也可以通过对光电转换元件的谱灵敏度与滤色器的谱透射率进行组合来设置波长。通过以此方式设置波长，可以高效地聚集对应于光电转换元件的灵敏度峰值的光。
在根据第一实施例的光电转换器件1中，进入不存在光引导部分的区域(边界部分)的光从光引导部分的侧表面进入光引导部分，朝向底面的中心传播，并且被引导至光电转换元件的光感测表面，这增加了集光率。在第一实施例中，空气被填充在光引导部分之间，但也可以布置折射率低于光引导部分的材料。光引导部分的材料不限于上述材料。
第一实施例已经描述了以多层的绝缘膜和配线层制成的多层化互连结构。然而，第一实施例还可应用于CCD光电转换器件等的结构、或光引导部分被布置在透明电极上的结构。
(第二实施例)
根据第二实施例的光电转换器件5具有透镜阵列、以及对应于所述透镜阵列的滤色器阵列。除了第一实施例的结构之外，滤色器阵列的每一滤色器还被包括在光引导部分中。图5是根据第二实施例的光电转换器件5的截面图，图6是光电转换器件5的平面图。与图1相同的标号表示相同的部分，并且将不重复其描述。
在图5中，透镜501被插入在光引导部分505与绝缘膜104b之间。对应于各自的光电转换元件102通过二维方式来排列多个透镜501。
每一光引导部分505包括滤色器503。通过将透镜501插入在光引导部分505与绝缘膜104b之间，可以在光电转换元件的光感测表面103上高效地聚集由光引导部分505所聚集到的光。由于光引导部分505包括滤色器503，因此可以布置滤色器503，而不增加距光感测表面103的光电转换器件5的高度。换句话说，可以缩短光电转换器件5中光感测表面103与滤色器503之间的距离。
期望以对于光引导部分505的下部分502和上部分504折射率相等的材料来形成滤色器503。这种折射率关系可以减少在滤色器503与光引导部分的下部分502或上部分504之间的界面处的光反射。
滤色器503的侧表面503c优选地形成从光引导部分505的下部分502的侧表面502c与上部分504的侧表面504c连续的表面。
如果滤色器的侧表面从光引导部分的上部分和下部分的侧表面凹陷到光引导部分的内侧，则甚至进入光引导部分505的光都可能不通过滤色器503，从而使得颜色选择性降级。当在从顶部(在垂直于图5的纸面的方向上)观看时滤色器的横向宽度小于光引导部分的上表面或下表面时，滤色器的侧表面从光引导部分的上部分和下部分的侧表面凹陷到光引导部分的内侧。
如果滤色器的侧表面从光引导部分505的上部分和下部分的侧表面突出到光引导部分的外侧(朝向边界部分)，则甚至进入边界部分506的光都可能不进入光引导部分，从而减少了集光率。当在从顶部(在垂直于图5的纸面的方向上)观看时滤色器的横向宽度大于光引导部分时，滤色器的侧表面从光引导部分的上部分和下部分的侧表面突出到光引导部分的外侧(朝向边界部分)。
将参照图6解释透镜501与光引导部分505之间的二维尺寸的关系。图6是示出光电转换元件的光感测表面103、像素601(包括光电转换元件)、透镜501以及光引导部分505的布局的平面图。透镜501的下表面501a大于光引导部分505的上表面504a或下表面502b(见图6)。在该结构中，透镜501可以无损地将由光引导部分505聚集的光聚焦在光感测表面103上(如虚线所指示的那样)。透镜501是由折射率高于光引导部分505的材料形成的，并且是凸透镜。然而，当透镜501的折射率低于光引导部分505的折射率时，透镜501也可以是凹透镜。可以适当地设计透镜501的材料和形状。
当从垂直于光感测表面103的方向透视地观看时，光电转换元件的光感测表面103被包括在透镜501的下表面501a中(位于内侧)，并且被包括在光引导部分505的上表面504a和底表面502b中(位于内侧)。
图7的7A至7F示出制造根据第二实施例的光电转换器件5的方法的示例。
在图7的步骤7A中，将第一导电类型的杂质离子注入基板100，在基板100中形成阱101。此外，将第二导电类型的杂质离子注入基板100中的预定区域，形成被布置为由基板100中的阱101所环绕的光电转换元件102。
然后，在基板100上形成绝缘膜104a。在绝缘膜104a上形成配线层105。绝缘膜104b被形成为覆盖绝缘膜104a和配线层105。
适当地设置所堆叠的绝缘膜和配线层的数量。
在绝缘膜104b上形成透镜501。透镜501是以例如硅氮化物(silicon nitride)形成的。
在图7的步骤7B中，平面化层701被形成为覆盖透镜501。平面化层701具有平坦的上表面。平面化层701和滤色器702是以例如树脂形成的。
在平面化层701上形成红(R)、绿(G)和蓝(B)色的滤色器702。滤色器702是以例如树脂形成的。
在图7的步骤7C中，在滤色器702上形成充当光引导部分的透明膜703。透明膜703可以是以例如硅氧化物形成的。期望地，通过例如旋涂玻璃方法来形成硅氧化物，旋涂玻璃方法能够在低温形成硅氧化物，从而不使得已经形成了的半导体元件、透镜和滤色器劣化。
在图7的步骤7D中，在透明膜703上形成蚀刻掩模704。蚀刻掩模704是通过光刻法而将光致抗蚀剂构图为光引导部分505的图案(见图6)而被形成的。
在图7的步骤7E中，使用蚀刻掩模704来对透明膜703进行蚀刻，形成光引导部分505的上部分504。当以硅氧化物制成透明膜时，使用CF气体来执行各向异性蚀刻。
在图7的步骤7F中，为了完成光引导部分505，对滤色器702和平面化层701进行蚀刻。作为蚀刻方法，使用含氧气体来进行各向异性蚀刻，移除滤色器和平面化层的一部分。结果，形成光引导部分505的下部分502和滤色器503。同时，在透明膜703上形成的蚀刻掩模704也被蚀刻去掉。以硅氮化物形成的透镜501也可以用作蚀刻停止层。
此外，在光引导部分505上形成微透镜(未示出)等。
以此方式，形成根据第二实施例的光电转换器件5。
第二实施例采用基色(R、G和B)的滤色器。因此，可以根据各个颜色的滤色器的特性来设计光引导部分之间的间隔(即边界部分的宽度)以及光引导部分的高度，如第一实施例中描述的那样。例如，穿过B滤色器的光展现出峰值一半的强度的波长范围中的最短波长被设置为可见光的波长范围中的最短波长。穿过R滤色器的光展现出峰值一半的强度的波长范围中的最长波长被设置为可见光的波长范围中的最长波长。基于这些设置，限定光引导部分之间的间隔以及光引导部分的高度。
在第二实施例中，平面化层被布置在滤色器之下，但并非总是必需的。当未布置平面化层时，可以消除光引导部分中不同介质之间的界面，减少了界面反射。如上所述，根据第二实施例的制造方法，可以通过使用半导体工艺的简单方法来制造具有高集光率的光电转换器件。这种制造方法也可应用于其它实施例。
(第三实施例)
第三实施例具有的特征在于：作为光学构件的低通滤波器被布置在光引导部分上。图8是根据第三实施例的光电转换器件8的截面图。与图1相同的标号表示相同的部分，并且将不重复其描述。
在图8中，在绝缘膜104b上形成透镜801，并且在透镜801上形成光引导部分802。光引导部分802的详细结构与第一实施例相同，并且将不重复其描述。在光引导部分802上布置低通滤波器803。
传统上，当在考虑甚至集光率的同时将低通滤波器布置在光电转换器件中时，光学纤维板(fiber optic plate，FOP)需要被插入光电转换器件与低通滤波器之间。还必须在光电转换器件上布置微透镜，并且将平面化层插入在微透镜与低通滤波器之间。
反之，光引导部分802的上表面在根据第三实施例的光电转换器件8中是平坦的，从而可以将低通滤波器803布置在光电转换元件上，而无需FOP或平面化层在中间。由于可以消除通过布置FOP和平面化层而形成的界面，因此可以防止在界面处的光的反射。
第三实施例使用低通滤波器作为光学构件。光学构件的其它示例是波长转换器、平凸透镜、平凹透镜和滤色器。这些光学构件也可以被适当地组合和堆叠。该结构有助于安装。由于可以将光学元件布置为接近于光电转换元件，因此可以增加集光率，并且还可以减少像差。
(对于成像系统的应用)
图9是当在本发明第一实施例至第三实施例中的每一个中所描述的光电转换器件应用于成像系统时的框图。成像系统例如是数码相机或摄像机。
如图9所示，成像系统90主要包括光学系统、图像感测装置904和信号处理单元。光学系统主要包括快门901、照相透镜902和光阑903。图像感测装置904包括光电转换器件1(或5或8)。信号处理单元主要包括感测信号处理电路905、A/D转换器906、图像信号处理器907、存储器910、外部I/F 913、定时发生器908、全局控制/算术单元909、记录介质912和记录介质控制I/F 911。信号处理单元可以不包括记录介质912。
快门901在光学路径上被布置在照相透镜902的前面，以控制曝光。
照相透镜902对入射光进行折射，从而在图像感测装置904中的光电转换器件1的图像感测平面上形成对象图像。
光阑903在光学路径上被插入在照相透镜902与光电转换器件1之间，并且对在穿过照相透镜902之后向光电转换器件1引导的光的量进行调整。
图像感测装置904的光电转换器件1将光电转换器件1的图像感测平面上形成的对象图像转换为图像信号。图像感测装置904从光电转换器件1读出图像信号，并且将其输出。
感测信号处理电路905连接到图像感测装置904，并且处理从图像感测装置904输出的图像信号。
A/D转换器906连接到感测信号处理电路905，并且将从感测信号处理电路905输出的处理的图像信号(模拟信号)转换为图像信号(数字信号)。
图像信号处理器907连接到A/D转换器906，并且对于从A/D转换器906输出的图像信号(数字信号)执行各种算术处理(例如校正)，从而生成图像数据。图像信号处理器907根据全局控制/算术单元909经由输入单元(例如快门按钮)从用户接受的操作模式的设置(指令)而将图像数据提供给存储器910、外部I/F 913、全局控制/算术单元909、记录介质控制I/F 911等。
存储器910连接到图像信号处理器907，并且存储(累积)从图像信号处理器907输出的图像数据。
外部I/F 913连接到图像信号处理器907。外部I/F 913可以将从图像信号处理器907输出的图像数据发送到外部设备(例如计算机或打印机)。
记录介质912以可拆卸方式而连接到记录介质控制I/F 911。记录介质912记录经由记录介质控制I/F 911从图像信号处理器907输出的图像数据。
定时发生器908连接到图像感测装置904、感测信号处理电路905、A/D转换器906和图像信号处理器907。定时发生器908将时序信号提供给图像感测装置904、感测信号处理电路905、A/D转换器906和图像信号处理器907。图像感测装置904、感测信号处理电路905、A/D转换器906和图像信号处理器907与所述时序信号同步地进行操作。
全局控制/算术单元909连接到定时发生器908、图像信号处理器907和记录介质控制I/F 911，并且控制它们全部。
包括光电转换器件1的图像感测装置904和A/D转换器906也可以形成在单个基板(图1中基板100)上，或者也可以通过单个步骤而得以形成。包括光电转换器件1的图像感测装置904和成像系统90的其它构建元件也可以形成在单个基板上，并且也可以通过单个步骤而得以形成。
当成像系统采用根据本发明的光电转换器件时，可以减少用于布置低通滤波器等的所安装的组件的数量。可以制造尺寸较小的成像系统。
如上所述，本发明可以提供增加集光率的光电转换元件。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围与最宽泛的解释一致，从而包括所有这样的修改和等同结构以及功能。上述实施例也可以彼此组合。
本申请要求2007年10月3日提交的日本专利申请No.2007-259874的权益，其在此全部引入作为参考。
Claims (12)
1.一种光电转换器件，其特征在于，包括：
多个光电转换元件，每个光电转换元件具有光感测表面；
绝缘膜，被布置在所述多个光电转换元件上；
多个光引导部分，被布置在所述绝缘膜之上，所述多个光引导部分中的每一个将光引导在所述多个光电转换元件中的一个光电转换元件的光感测表面上；以及
边界部分，所述边界部分中的每一个限定邻近光引导部分之间的边界，并且是由折射率比形成所述多个光引导部分的材料低的材料形成的，
其中，所述边界部分中的每一个的宽度不大于可见光的波长范围中的最短波长的一半，以及
所述多个光引导部分中的每一个的从下表面到上表面的高度不小于可见光的波长范围中的最长波长的两倍。
2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，还包括：
多个透镜，被插入在所述绝缘膜与所述多个光引导部分之间。
3.如权利要求2所述的器件，其中，
所述透镜中的每一个是由硅氮化物形成的，以及
所述多个光引导部分中的每一个是由硅氧化物形成的。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的器件，其中，
所述多个光引导部分的上表面彼此齐平并且是平坦的。
5.根据权利要求4所述的器件，其特征在于，还包括：
低通滤波器，被布置在所述多个光引导部分上。
6.如权利要求1至5中的任意一项所述的器件，其特征在于，还包括：
多个滤色器，被布置在所述多个光电转换元件之上。
7.如权利要求6所述的器件，其中，
所述多个滤色器中的每一个被包括在所述光引导部分中。
8.根据权利要求6或7所述的器件，其中，
所述滤色器是基色的滤色器，
所述可见光的波长范围中的最短波长是由蓝色滤色器的谱透射率分布所限定的波长，以及
所述可见光的波长范围中的最长波长是由红色滤色器的谱透射率分布所限定的波长。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的器件，其中，
所述边界部分中的每一个的宽度不大于0.2μm，以及
所述多个光引导部分中的每一个的从下表面到上表面的高度不小于1.5μm。
10.一种光电转换器件，其特征在于，包括：
多个光电转换元件，每个光电转换元件具有光感测表面；
绝缘膜，被布置在所述多个光电转换元件上；
多个光引导部分，被布置在多层的绝缘膜之上，所述多个光引导部分中的每一个将光引导在所述多个光电转换元件中的一个光电转换元件的光感测表面上；以及
边界部分，所述边界部分中的每一个限定邻近光引导部分之间的边界，并且是由折射率比形成所述多个光引导部分的材料低的材料形成的，
其中，所述边界部分中的每一个的宽度不大于可见光的波长范围中的最短波长的一半，以及
所述多个光引导部分中的每一个的从下表面到上表面的高度不小于所述边界部分中的每一个的宽度的四倍。
11.一种光电转换器件，其特征在于，包括：
多个光电转换元件，每个光电转换元件具有光感测表面；
多个光引导部分，被布置在所述多个光电转换元件之上，每一个光引导部分对应于所述多个光电转换元件中的一个光电转换元件；以及
边界部分，所述边界部分中的每一个限定邻近光引导部分之间的边界，并且是由折射率比形成所述多个光引导部分的材料低的材料形成的，
其中，所述边界部分中的每一个的宽度不大于可见光的波长范围中的最短波长的一半，以及
所述多个光引导部分中的每一个的从下表面到上表面的高度不小于可见光的波长范围中的最长波长的两倍。
12.一种成像系统，其特征在于，包括：
在权利要求1至11中的任何一项中所限定的光电转换器件；
光学系统，其在所述光电转换元件的图像感测平面上形成图像；以及
信号处理单元，其处理从所述光电转换器件输出的信号，以生成图像数据。
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