CN102637710B - 光电转换元件、光电转换装置和图像感测系统 - Google Patents

光电转换元件、光电转换装置和图像感测系统 Download PDF

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Abstract

本公开涉及光电转换元件、光电转换装置和图像感测系统。用于使光路通向所述光电转换部分的部件包括中间部分和具有与中间部分的折射率不同的折射率的外围部分，并且，在与光电转换部分的受光面平行的某一平面内以及在与受光面平行并且比该某一平面更接近受光面的另一平面内，外围部分与中间部分连续并且包围中间部分，并且，外围部分的折射率比包围所述部件的绝缘膜的折射率高，并且，所述另一平面内的外围部分的厚度比所述某一平面内的外围部分的厚度小。

Description

光电转换元件、光电转换装置和图像感测系统
技术领域
本发明涉及具有导光路径构造的光电转换装置。
背景技术
对于包括多个光电转换元件的光电转换装置，为了增加光电转换部分的数量并且/或者减小光电转换装置的尺寸，必须减小受光面的宽度。因此，光电转换部分自身的灵敏度可能劣化。因此，可通过增加入射光的利用效率提高光电转换元件的灵敏度。
为了提高入射光的利用效率，如在日本专利公开No.2008-166677中描述的那样将光波导路径设置于光电转换元件(受光部分)的受光面上是有效的。
发明内容
本发明的第一实施例提供一种光电转换元件，该光电转换元件包括：光电转换部分；和设置在光电转换部分上并被绝缘膜包围的光路部件，其中，光路部件包括第一部分和与第一部分具有相同的化学计量成分并且折射率比第一部分的折射率高的第二部分；在与光电转换部分的受光面平行的某一平面内以及在与受光面平行并且比所述某一平面更接近受光面的另一平面内，第二部分与第一部分连续并包围第一部分，并且第一部分的折射率比绝缘膜的折射率高；并且，所述另一平面内的第二部分的厚度比所述某一平面内的第二部分的厚度小。
根据本发明的第二实施例提供一种光电转换元件，该光电转换元件包括：光电转换部分；和设置在光电转换部分上并被绝缘膜包围的光路部件，绝缘膜包括氧化硅或硅酸盐玻璃的第一绝缘层和第二绝缘层；其中，光路部件包括第一部分和折射率比第一部分的折射率低的第二部分；在与光电转换部分的受光面平行的某一平面内以及在与受光面平行并且比所述某一平面更接近受光面的另一平面内，第二部分与第一部分连续并且包围第一部分，并且第二部分的折射率比绝缘膜的折射率高；并且，所述另一平面内的第二部分的厚度比所述某一平面内的第二部分的厚度小。
参照附图阅读示例性实施例的以下说明，本发明的其它特征将变得十分明显。
附图说明
图1是用于描述光电转换元件的例子的示意性断面图。
图2(包括图2A和图2B)是用于描述第一实施例的例子的光电转换元件的一部分的示意性断面图。
图3(包括图3A和图3B)是用于描述第一实施例的示意图。
图4(包括图4A和图4B)是用于描述第二实施例的例子的光电转换元件的一部分的示意性断面图。
图5(包括图5A和图5B)是用于描述第三实施例的例子的光电转换元件的一部分的示意性断面图。
图6(包括图6A和图6B)是用于描述第四实施例的例子的光电转换元件的一部分的示意性断面图。
图7(包括图7A和图7B)是用于描述第五实施例的例子的光电转换元件的一部分的示意性断面图。
图8(包括图8A和图8B)是用于描述第六实施例的例子的光电转换元件的一部分的示意性断面图。
图9(包括图9A和图9B)是用于描述第七实施例的例子的光电转换元件的一部分的示意性断面图。
图10是用于描述第七实施例的示意图。
图11是用于描述光电转换装置和图像感测系统的例子的示意图。
具体实施方式
首先，参照图1描述光电转换元件1的概要。图1是代表光电转换元件的例子的示意性断面图。
光电转换元件1包含光电转换部分110。多个光电转换元件1以一维或二维的形状排列，由此构成光电转换装置。将在后面参照图11描述光电转换装置，但是，光电转换装置还可包括用于控制从光电转换元件1获得的信号的外围电路。
针对基板100设置光电转换部分110。在光电转换装置内，一个基板100包含多个光电转换部分110，并且，多个光电转换部分110中的每一个构成单独的光电转换元件1的一部分。
光电转换部分110的图中，上侧面是受光面111。包含受光面111的假想(几何学)平面被称为第一平面1001。一般地，通过将杂质引入到比半导体基板100的主面101深的部分中形成光电转换部分110。因此，一般地，光电转换部分110的受光面111基本上与基板100的主面101的至少一部分一致，并且，第一平面1001包含基板100的主面101。
但是，通过针对半导体基板100的主面101设置凹坑，可以在比该凹坑的底面深的部分中形成光电转换部分110。作为替代方案，可以在玻璃板等的主面上形成具有MIS型构造或PIN型构造的薄膜。在这些情况下，基板100的主面101和光电转换部分110的受光面111不总是存在于同一平面内。
在基板100上(在主面101上)至少设置覆盖基板100的布置有光电转换部分110的一个主面101的绝缘膜200。也就是说，绝缘膜200的底面与基板100的主面101接触。在图1中的例子中，绝缘膜200覆盖基板100的主面101和光电转换部分110的受光面111。绝缘膜200具有与多个光电转换部分110不导电的程度相当的绝缘性质(比基板100的导电率低的导电率)。一般地，绝缘膜200是透明的。绝缘膜200可以是由一种类型的材料构成的单层膜，但是，一般地，绝缘膜200是层叠由相互不同的材料构成的多个层的多层膜。
将描述多层膜的情况下的绝缘膜200的例子。在绝缘膜200内，从主面101侧依次层叠第一绝缘层205、第二绝缘层206、第三绝缘层207、第四绝缘层208、第五绝缘层209、第六绝缘层210、第七绝缘层211、第八绝缘层212、第九绝缘层213、第十绝缘体214和第十一绝缘体215。并且，绝缘膜200包含位于第二绝缘层206的一部分和第三绝缘层207的一部分之间的第十二绝缘层216。
在这些绝缘层中，第二绝缘层206、第五绝缘层209、第七绝缘层211、第九绝缘层213和第十一绝缘体215由氧化硅(SiO2)构成。第三绝缘层207由BPSG(硼磷硅酸盐玻璃)构成，但是，作为BPSG的替代，可以由PSG(磷硅酸盐玻璃)或BSG(硼硅酸盐玻璃)或氧化硅(SiO2)构成。在这些绝缘层中，第一绝缘层205、第四绝缘层208、第六绝缘层210、第八绝缘层212、第十绝缘层214和第十二绝缘层216由氮化硅(Si3N4)构成。
可针对绝缘膜200的内部设置布线217。布线217可以是多层布线。图1示出布线217由第一布线层2171、第二布线层2172和插塞层2173构成的例子。插塞层2173位于第一布线层2171和第二布线层2172之间，并且连接第一布线层2171和第二布线层2172。虽然示出了布线层由两个层构成的例子，但是，可通过进一步在第一布线层2171和第二布线层2172之间设置布线层而设置三个或更多个布线层。可以使用诸如铜、铝、钨、钽、钛或多晶硅等的导电材料作为布线217。典型的布线217是不透明的，并且具有金属光泽。具有MOS构造的传送栅的栅电极218被设置于半导体基板100的主面101上。栅电极218由多晶硅构成，并且，通过未示出的插塞与第一布线层2171连接。
关于布线217举出例子。可以以钨为主要成分通过单大马士革方法形成未示出的插塞。可以以铜为主要成分通过单大马士革方法形成第一布线层2171。可以以铜为主要成分通过双大马士革方法一体化形成插塞层2173和第二布线层2172。此时，第四绝缘层208、第六绝缘层210和第八绝缘层212可被用作蚀刻控制层和铜扩散防止层，并且，第十绝缘层214可被用作铜扩散防止层。注意，第一布线层2171、第二布线层2172、接触层2173和插塞可在与绝缘膜200的界面附近具有以钽等为主要成分的阻挡金属。
绝缘膜200具有开口部分(孔部分)201。虽然开口部分201可由通孔或凹陷部分构成，但是，图1示出开口部分201由凹陷部分构成的情况下的构造。绝缘膜200是基本上平坦的，并且具有与基板100的主面101平行的上表面202。这里，第十一绝缘层215构成绝缘膜200的上表面202。包含上表面202的假想(几何学)平面被称为第二平面1002。第二平面1002与第一平面1001平行，并且，第一平面1001和第二平面1002基本上相隔绝缘膜200的厚度。开口部分201与上表面202连续。详细而言，开口部分201由底面203和侧面204构成。这里，第十二绝缘层216构成底面203。包含底面203的假想(几何学)平面被称为第三平面1003。底面203位于与受光面111对应的区域中。详细而言，底面203被定位为在与主面101平行的方向(与第一平面1001和第三平面1003平行的方向)上进入来自受光面111的正交投影。以这种方式，受光面111和底面203经由绝缘膜200的一部分相面对。第三平面1003与第二平面1002(及第一平面1001)平行，并且，第二平面1002和第三平面1003基本上相隔开口部分201的深度。侧面204与上表面202和底面203连续。因此，侧面204基本上在第二平面1002和第三平面1003之间延伸。注意，开口部分201的断面形状为U形，并且，底面203和侧面204之间的边界实际上可能是不明确的。即使在这种情况下，第三平面1003也至少包含在绝缘膜200的基板100侧的对侧的表面(开口部分201的底部)中的最接近基板100的点。如上所述，绝缘膜200的基板100侧的对侧的面具有上表面202、底面203和侧面204。绝缘膜200的基板100侧的表面是绝缘膜200的底面。从以上的描述可以看出，第一平面1001和第三平面1003之间的距离基本上等于绝缘膜200的厚度与开口部分201的深度之差。
在一个实施例中，开口部分201的深度为绝缘膜200的厚度的四分之一或更多，并且可以为绝缘膜200的厚度的一半或更多。并且，开口部分201的深度比入射光的波长长。入射光的典型波长为绿色的0.55μm，并且，开口部分的深度等于或大于0.55μm。因此，绝缘膜200的厚度比0.55μm大。绝缘膜200的厚度可等于或大于1.0μm。在大大加厚绝缘膜200时，应力增加或者制造耗时，因此，绝缘膜200的厚度T1基本上等于或小于10μm，并且可等于或小于5.0μm。
开口部分201的侧面204的平面形状(在与第一平面1001平行的平面内的开口部分201的形状)是闭环形状，并且也可具有圆形形状、椭圆形状、圆角矩形形状、矩形形状或六边形形状。这里，开口部分201的侧面204的平面形状具有圆形形状。注意，底面203也具有圆形形状。开口部分201的开口边缘(在第二平面1002内的侧面204)的宽度(直径)一般等于或小于10μm，并且可等于或小于5.0μm。在开口边缘的宽度等于或小于2.0μm的情况下，本发明表现出特别明显的优点。
开口部分201的断面形状(在通过中心轴且与第一平面2001垂直的平面内的开口部分201的形状)可具有倒梯形形状、正梯形形状、矩形形状、正方形形状或作为这些形状的组合的阶梯形状。
光路部件220位于开口部分201内。为了使得光通过光路部件220，光路部件220是透明的。注意，这里提到的透明可具有波长选择性，只要对于用于基本上执行光电转换的波长带的光满足足够的透明性即可。
由于光路部件220位于开口部分201的内侧，因此光路部件220位于光电转换部分110上方，并且被绝缘膜200包围。详细而言，光路部件220被开口部分201的侧面204包围，并且与绝缘膜200的侧面204接触。并且，光路部件220也与开口部分201的底面203接触。进一步详细而言，光路部件220被绝缘膜200的第三绝缘层207、第四绝缘层208、第五绝缘层209、第六绝缘层210、第七绝缘层211、第八绝缘层212、第九绝缘层213、第十绝缘层214和第十一绝缘层215包围。光路部件220然后与构成开口部分201的底面203的第十二绝缘层216接触。以这种方式，光路部件220位于与光电转换部分110对应的区域(受光面111的正交投影的区域)中。注意，在替代凹陷部分以通孔作为开口部分201的情况下，受光面111构成开口部分201的底面203。换句话说，光路部件220与光电转换部分110接触。开口部分201的深度基本上等于绝缘膜200的厚度。
光路部件220的形状一般与开口部分201的形状一致。在本实施例中，光路部件220具有圆锥台形状，但可根据开口部分201的形状为角锥台形状、棱柱形状或圆柱形状。光路部件220关于中心轴具有旋转对称形状。光路部件220的宽度(直径)一般等于或小于10μm，并且可等于或小于5.0μm。在开口边缘的宽度等于或小于2.0μm的情况下，本发明表现出特别明显的优点。
光路部件220的至少一部分的折射率比绝缘膜200的折射率高。注意，在以下的描述中，构成绝缘膜200的大部分的材料的折射率将作为绝缘膜200的折射率被描述。光路部件220的一部分的折射率可等于或小于绝缘膜的折射率。在本发明中，在简单提到折射率的情况下，这意味着绝对折射率。虽然折射率根据波长不同，但是，这里提到的折射率是至少对于可在光电转换部分110中产生信号电荷的光的波长的折射率。并且，在光电转换元件1具有诸如滤色片等的波长选择部分的情况下，使用透过该波长选择部分的光的波长。但是，出于实际的目的，入射光的波长可被视为0.55μm，这是人眼敏感的绿色的波长，并且，在以下的描述中，折射率将被描述为对于0.55μm的折射率。
在光路部件220的最外层的折射率比绝缘膜200的折射率高并且光路部件220和绝缘膜200构成界面的情况下，在该界面上出现几何光学上的全反射，这将入射光引入光路部件220中，并因此可将其引入受光面111中。
注意，作为导波路径构造，在光路部件和绝缘膜的侧面之间设置不透明膜以防止光路部件与绝缘膜接触的构造是已知的(例如，日本专利公开No.2002-118245)。在设置不透明膜的情况下，可以减少会变为杂散光的原因的、从侧面204泄漏的光的量。并且，在不透明膜是具有金属光泽的膜(金属膜等)的情况下，在该不透明膜处出现金属反射，并因此可在光路部件内将入射光引导到受光面中。但是，当不透明膜位于光路部件220和侧面204之间时，没有输入到光路部件220但已输入到绝缘膜200的光会在光利用效率上明显劣化，原因是该光没有被输入到光路部件220。另一方面，在不设置不透明膜的情况下，当光路部件220与绝缘膜200的侧面204接触时，输入到绝缘膜200的光可从绝缘膜200被输入到光路部件220，由此可以提高光利用效率。
光路部件220的材料(透明材料)可以是有机材料(树脂)或无机材料。但是，由于无机材料是化学稳定的，因此，无机材料是所希望的。树脂的例子包括硅氧烷系树脂和聚酰亚胺等。氮化硅(Si3N4)、氧氮化硅(SiOxNy)和氧化钛(TiO2)适于用作无机材料。光路部件220可由单一材料构成，或者可由多种材料构成。将举出例示为光路部件220和绝缘膜200的材料的折射率的粗略值。氧化硅为1.4～1.5，氧氮化硅为1.6～1.9，氮化硅为1.8～2.3，氧化钛为2.5～2.7，并且，BSG、PSG和BPSG为1.4～1.6。注意，这里提到的折射率的值的有效数字为两位，并且，小数点后面的第二个小数被舍入掉。以上的值是例子，并且，即使用相同的材料，通过改变用于成膜的方法，非化学计量成分比或材料密度会改变，由此可适当地设定折射率。注意，一般的树脂的折射率为1.3～1.6，并且，即使高折射率树脂也为1.6～1.8，但是，可通过在树脂中包含诸如金属氧化物等的高折射率无机材料来增加有效折射率。要包含于树脂中的高折射率无机材料的例子包括氧化钛、氧化钽、氧化铌、氧化钨、氧化锆、氧化锌、氧化铟和氧化铪等。
虽然将在后面参照实施例描述细节，但是，在本发明中，光路部件220具有由第一高折射率区域和折射率比第一高折射率区域的折射率高的第二高折射率区域构成的折射率分布。在被至少构成光路部件220的一部分的相同的材料占据的部分(中间部分和外围部分)内形成该折射率分布。实际上，光路部件220的折射率等于或大于1.6。并且，实际上，被以上的一种材料占据的部分内的折射率分布中的折射率的最大值和最小值之间的差值等于或大于0.025，并且可等于或大于0.050。注意，一般地，折射率的最大值和最小值之间的差值等于或小于0.50，并且在实践中可等于或小于0.25。在折射率分布中，可能能够明确地观察到或者可能不能明确地观察到第一高折射率区域和第二高折射率区域之间的边界。例如，在折射率从中心轴向绝缘膜200缓慢地变化的情况下，不能明确地观察到第一高折射率区域和第二高折射率区域之间的边界。在这种情况下，第一高折射率区域和第二高折射率区域之间的边界可被如下确定。特别地，获得光路部件220内由相同的材料构成的部分的折射率的最大值和最小值之间的中间值((最大值+最小值)/2)。在光路部件220内的折射率分布中，连接用作该中间值的点的线可被确定为第一高折射率区域和第二高折射率区域之间的边界。不用说，第一高折射率区域包含折射率最小的部分，并且，第二高折射率区域包含折射率最大的部分。
注意，相同的材料意味着具有相同的化学计量成分(stoichiometric composition)的材料。因此，偏离化学计量成分(即，具有不同的非化学计量成分)的材料和结晶性、材料密度、夹杂物(比主要材料少)的浓度、杂质的材料(等于或小于1wt％)和杂质的浓度不同的材料可被视为相同的材料。例如，虽然氮化硅的化学计量成分比为Si∶N＝3∶4，但是，Si和N之间的实际的比在化学计量成分比相同的范围内相互不同的材料可被视为相同的材料。并且，例如，单晶硅和多晶硅(多结晶硅)被视为相同的材料。注意，具有不同的化学计量成分的材料不是相同的材料。例如，虽然一氧化钛(TiO)和二氧化钛(TiO2)均是氧和钛的化合物(氧化钛)，但是，这些材料在化学计量的方式上不同。如上所述，氮化硅与氧化硅相比具有明显更高的折射率，并且与氧氮化硅相比具有更宽的可用折射率范围，因此适于用作具有以上的折射率分布的材料。在使用氮化硅作为光路部件220的情况下，可通过改变成膜过程中氮化硅的成膜方法来形成以上的折射率分布。并且，在光路部件220采用具有分散的金属氧化物颗粒的树脂的情况下，也可通过改变包含于树脂中的高折射率无机材料的浓度来形成以上的折射率分布。虽然可通过使用相互不同的材料来形成光路部件220中的折射率分布，但是，当通过以上述的方式使用相同的材料形成光路部件220中的折射率分布时，本发明表现出特别明显的优点。
光路部件220和绝缘膜200的形成方法不限于特定的方法。一般地，可以使用在通过使不具有开口部分201的绝缘膜经受蚀刻处理形成具有开口部分201的绝缘膜200之后将光路部件220的材料沉积于开口部分201中由此形成光路部件220的第一形成方法。另外，可以使用第二形成方法，其中重复每当形成构成绝缘膜200的每一绝缘层时使绝缘层经受蚀刻从而设置开口的处理和将光路部件220的材料沉积到开口中的处理。并且，可以使用在事先设置了光路部件220之后在光路部件220周围设置绝缘膜200的绝缘层的一部分的第三形成方法。并且，可以使用在形成不具有开口部分201的绝缘膜之后改善与光路部件220对应的绝缘膜的部分由此形成光路部件220的第四形成方法。
在图1中的例子中，示出使用了第一形成方法的例子。第十二绝缘层216构成绝缘膜200的一部分，并且，构成开口部分201的底面203。第十二绝缘层216被设置在受光面111的上部上，并且被设置在栅电极218的一部分的上部上。在平面方向上第十二绝缘层216的面积比底面203的面积大。在平面方向上第十二绝缘层216的面积比第一绝缘层205和第二绝缘层206的面积小。这里，开口部分201的底面203位于第三绝缘层207存在的范围内。换句话说，第三绝缘层207位于第三平面1003内。开口部分201的底面(第三平面1003)可被设置为比第一布线层2171更接近半导体基板100。
第十二绝缘层216可用作在多层绝缘膜200中形成开口部分201时的蚀刻阻止体。为了使第十二绝缘层216用作蚀刻阻止体，使用与接触第十二绝缘层216的上表面的层(这里，为由BPSG构成的第三绝缘层207)不同的材料。图1示出在形成开口部分201时作为第十二绝缘层216经受些许蚀刻的结果，底面203的位置比第十二绝缘层216的上表面更接近光电转换部分110侧的模式。作为其结果，第十二绝缘层216构成侧面204中更接近底面203的一小部分。用作蚀刻阻止体的第十二绝缘层216可能根本未经受蚀刻，在这种情况下，第十二绝缘层216只构成底面203。
在在第二绝缘层206和光电转换部分110之间设置折射率在第二绝缘层206的折射率和光电转换部分110的折射率之间的层(这里，为由氮化硅构成的第一绝缘层205)的情况下，从光路部件220向光电转换部分110的透射改善。
如上所述，至少光路部件220和绝缘膜200具有导波路径构造，并且，输入到光电转换元件1的光主要通过光路部件220被传播到光电转换部分110。在光路部件220和绝缘膜200之上设置透明膜319。
在透明膜319的受光面111侧的对侧，从透明膜319侧，依次层叠第二中间折射率层320、低折射率层321、第一中间折射率层322、第二透镜基板层323、第二透镜体层324、第二透镜体涂层325、平坦化膜326、滤色片层327、第一透镜基板层328和第一透镜体层329。虽然将在后面详细描述这些层的细节，但是，可以在不限于该构造的情况下执行各种变更。例如，第一透镜体层329(及第一透镜基板层328)和第二透镜体层324(及第二透镜基板层323)中的至少一个可被省略。在省略第二透镜体层324(及第二透镜基板层323)的情况下，平坦化膜326也可被省略。并且，滤色片层327可被省略，或者，滤色片层327也可起平坦化膜326的作用。
透明膜319控制从光电转换元件1的最外面(这里，为第一透镜体层329的表面)到绝缘膜200和光路部件220的距离(光路长度)。透明膜319的典型的厚度等于或大于0.080μm。另一方面，在大大加宽透明膜319时，对于光路部件220的入射光量减少。透明膜319的厚度等于或小于开口部分201的深度，并且也可等于或小于开口部分201的深度的一半。透明膜319的典型厚度等于或小于0.50μm。
虽然透明膜319的材料可与光路部件220的材料不同，但是，希望两者具有相同的材料。在透明膜319的材料和光路部件220的材料相同的情况下，光路部件220和透明膜319被一体化，因此，可能不能明确地观察到光路部件220和透明膜319之间的边界。如上所述，光路部件220位于开口部分201的内侧(在第二平面1002和第三平面1003之间)，并且，透明膜319存在于开口部分201的外侧。因此，可通过确定透明材料是存在于开口部分201的内侧还是开口部分201的外侧，来区分光路部件220和透明膜319。可通过在光电转换元件1的断面的观察图像中以假想的方式将绝缘膜200的上表面202延伸到开口部分201之上(侧面204的上边缘以假想的方式被直线连接)，执行开口部分201的内侧和外侧之间的划分。
以上描述了光电转换元件1的概要。下面参照图2～10描述光路部件220具有的折射率分布的实施例。注意，图2和图4～9仅示出图1中的基板100、从第一平面1001到第二平面1002的部分、以及透明膜319。关于透明膜319之上的部分的构造是共同的，并且也可适当地改变，因此，它们的描述被省略。并且，在附图中，具有相同功能的部件或部分由相同的附图标记表示，并且，省略它们的详细描述。
第一实施例
图2A是根据第一实施例的光电转换元件1的一部分的在垂直于主面101(和受光面111)的方向上的断面图，并且，图2B是根据第一实施例的光电转换元件1的一部分的在平行于主面101(和受光面111)的方向上的断面图。
除了参照图1描述的第一平面1001、第二平面1002和第三平面1003以外，图2A示出第四平面1004、第五平面1005和第六平面1006。第四平面1004位于第二平面1002和第三平面1003之间，并且是与第二平面1002和第三平面1003等距的平面。也就是说，第四平面1004位于第二平面1002和第三平面1003的中间。第五平面1005位于第二平面1002和第四平面1004之间，并且，第六平面1006位于第三平面1003和第四平面1004之间。也就是说，第五平面1005是代表光路部件220的上部(输入侧的一半)的平面，并且为了方便，在这里被作为与第二平面1002和第四平面1004等距的平面。类似地，第六平面1006是代表光路部件220的下部(输出侧的一半)的平面，并且为了方便，在这里被作为与第三平面1003和第四平面1004等距的平面。
图2B中的S1示出第二平面1002中的断面，S2示出第五平面1005中的断面，S3示出第四平面1004中的断面，并且，S4示出第六平面1006中的断面。S5示出第三平面1003的光路部件220侧附近，具体而言，示出侧面204的第三绝缘层207构成的一部分的下边缘中的断面。
光路部件220至少具有中间部分222和外围部分221。外围部分221位于中间部分222和绝缘膜200之间。
外围部分221包围中间部分222。外围部分221由与中间部分222相同的材料制成。至少在外围部分221的一部分和中间部分222的一部分之间不存在由与外围部分221和中间部分222的材料不同的材料构成的部分，并且，相同的材料从中间部分222延续到外围部分221。因此，可以说，外围部分221与中间部分222连续。希望在整个外围部分221与整个中间部分222之间不存在由与两者的材料不同的材料构成的部分。如图2所示的例子，希望外围部分221与绝缘膜200接触。
在本实施例中，中间部分222的折射率比绝缘膜200的折射率高。外围部分221的折射率比中间部分222的折射率高。因此，外围部分221的折射率也比绝缘膜200的折射率高。
以这种方式，光路部件220由折射率比绝缘膜200的折射率高的高折射率材料构成。该高折射率材料具有由第一高折射率区域和折射率比第一高折射率区域的折射率高的第二高折射率区域构成的折射率分布。在本实施例中，中间部分222是第一高折射率区域，并且，外围部分221是第二高折射率区域。图2A示出折射率在中间部分222和外围部分221之间明显不同的情形。例如，在中间部分222的折射率为1.83并且外围部分221的折射率为1.90的情况下，在通过电子显微镜观察到的在垂直于主面101的方向上光路部件220的断面观察图像中，可以辨认出图像在中间部分222和外围部分221之间具有衬度(contrast)。
为了使用氮化硅形成折射率分布，例如可以使用以下的方法。关于第一方法，首先，通过相对增加成膜材料中硅成分相对于氮成分的量，在侧面204上形成第一氮化硅膜。然后，通过与形成第一氮化硅时相比，减少成膜材料中硅成分相对于氮成分的量，在第一氮化硅膜之上形成第二氮化硅膜。此时，在形成第一氮化硅膜时和在形成第二氮化硅膜时，氮成分的量和硅成分的量之一可以相同，或者，两者可以都不相同。根据该第一方法，可以形成光路部件220，其中，第一氮化硅膜构成外围部分221，并且，第二氮化硅膜构成中间部分222。这是由于，即使化学计量成分比为Si∶N＝3∶4，但是，关于非化学计量成分，硅与氮之比(Si/N)相对较高的氮化硅比硅与氮之比(Si/N)相对较低的氮化硅具有更高的折射率。对于通过诸如CVD之类的一般成膜方法形成的氮化硅，硅与氮之比为1/2～3/2，并且典型地为3/5～1。注意，硅与氮之比为3/4的氮化硅的折射率(即实际成分与化学计量成分一致的氮化硅的折射率)可以为2.0。
关于第二方法，首先，通过减少成膜材料的输入能量，在侧面204之上形成粘接性和材料密度较高的第一氮化硅膜。然后，通过增加成膜材料的输入能量，在第一氮化硅膜之上形成埋入性较高并且材料密度较低的第二氮化硅膜。因此，可以形成光路部件220，其中，第一氮化硅膜构成外围部分221，并且，第二氮化硅膜构成中间部分222。这是由于氮化硅的密度相对较高的致密氮化硅膜比氮化硅的密度相对较低的粗制氮化硅膜具有更高的折射率。
外围部分221越接近受光面111，外围部分221的厚度越薄。参照图2B描述细节。DS1、DS2、DS3、DS4和DS5代表断面S1～S5中的开口部分201的宽度(直径)。在本实施例中，图1所示的侧面204相对于受光面111具有正锥形状(forward tapered shape)，并且具有DS1＞DS2＞DS3＞DS4＞DS5的关系。
DL1、DL2、DL3、DL4和DL5代表断面S1～S5中的中间部分222的宽度(直径)。中心轴穿过中间部分222，并且，中间部分222不中断地沿中心轴连续延伸。在本实施例中，中间部分222具有圆锥台形状，并且，中间部分222的外面(在外围部分221侧的面)相对于受光面111具有正锥形状。中间部分222的外面与中心轴同心，并且关于中心轴旋转对称，并且具有DL1＜DL2＜DL3＜DL4＜DL5的关系。注意，DL5是小于DS5的值，但是是极接近DS5的值。
TH1、TH2、TH3和TH4代表断面S1～S4中的外围部分221的厚度(宽度)。在本实施例中，外围部分221的内面(在中间部分222侧的面)和外围部分221的外面(在绝缘膜200侧的面)相对于受光面111具有倒锥形状(reverse tapered shape)。TH1＞TH2＞TH3＞TH4＞TH5的关系成立。这里，TH5(未示出)表示断面S5中的外围部分221的厚度，并且是等于(DS5-DL5)/2的值，并且是极接近0的值。以这种方式，外围部分221不中断地沿绝缘膜200的侧面204连续延伸。
这里，虽然外围部分221的厚度的最大值(TH1)和最小值(TH5)之比(TH1/TH5)几乎无限大，但是，外围部分221的厚度的最小值等于或小于最大值的一半(最大值/最小值≥2)。当假定输入到光路部件220的光的波长为λ并且绝缘膜200的折射率为n0而外围部分221的折射率为n1时，外围部分221的厚度的最大值大于并且，外围部分221的厚度的最小值小于外围部分221的厚度在光路部件220的上部(从第二平面1002到第四平面1004)具有最大值。并且，外围部分221的厚度在光路部件220的下部(从第四平面1004到第三平面1003)具有最小值。
即使在外围部分221的厚度处于最小值和最大值之间的部分中，在更接近受光面111的平面中的厚度也等于或小于该最大值的1/2。在图2A和图2B所示的例子中，第四平面1004中的外围部分221的厚度(TH3)为第二平面1002中的外围部分221的厚度(TH1)的1/2。并且，第六平面1006中的外围部分221的厚度(TH4)比第五平面1005中的外围部分221的厚度(TH2)的1/2小。
图3A示出在本实施例中与光路部件220的中心轴平行的光被输入到光路部件220时的场强分布。详细而言，三个场强分布是在光路部件220内的高度不同的三个位置处，场强在与受光面111平行的平面内的分布。横轴的位置表示光路部件220内的高度。
由波动光学可以想到，光易于集中于具有高的折射率的区域。因此，在比中间部分222具有更高折射率的外围部分221的厚度大的位置，外围部分221的场强比中间部分222的场强高。并且，光很少从光路部件220泄漏到比外围部分221具有更低折射率的绝缘膜200。因此，可以认为光的损失被抑制。
在本实施例中，随着外围部分221接近光电转换部分110，外围部分221的厚度逐渐减小。因此，防止了光量水平与厚度大的位置相同的光在外围部分221的厚度小的部分传播通过外围部分221。因此，防止光传播通过外围部分221使其迁移到中间部分222。在本实施例中，相同的材料连续经过外围部分221和中间部分222，因此，该迁移中的光损失被抑制。一般可以想到，折射率以不连续的方式在不同材料之间的界面处改变。另一方面，外围部分221和中间部分222由相同的材料构成，因此，折射率在外围部分221和中间部分222之间的边界处连续地改变。
通过从较宽的中间部分222发射光，与从较窄的外围部分221发射光的情况相比，防止了在光路部件220和光电转换部分110之间出现衍射。因此，可以想到，由于从光路部件220发射的光被衍射并无法输入到光电转换部分110而导致的损失被抑制。
如上所述，在本实施例中，可以想到，在光传播时，抑制了光路部件220和绝缘膜200之间、光路部件220内、以及光路部件220和光电转换部分110之间的光损失，因此提高了灵敏度。
如本实施例所示，希望随着外围部分221接近受光面111，外围部分221的厚度连续减小。也就是说，希望外围部分221的厚度随着到受光面111的距离的减小而狭义地单调减小。随着外围部分221接近受光面111，外围部分221的厚度间歇地减小。也就是说，外围部分221的厚度可随着到受光面111的距离的减小而广义地单调减小。但是，可以想到，在外围部分221的厚度间歇地减小时，上述的向中间部分222的迁移在外围部分221的厚度恒定的部分处相对较小。因此，可以想到，在外围部分221的厚度突然减小时，除了向中间部分222的迁移，还促使了向绝缘膜200的迁移的出现，并因此出现损失。
图3B示出在本实施例中相对于光路部件220的中心轴改变入射角时的灵敏度。注意，它是作为比较例的模式，其中，光路部件220不具有折射率分布。从图3B可以理解，根据本实施例，对于斜入射光的灵敏度提高。作为其结果，可以改善F值线性度。注意，对于与光电转换元件1的中心轴平行地输入的光，在绝缘膜200的内部中形成焦点，并且，也可在第二平面1002和第四平面1004之间形成焦点。一般地，对于与光电转换元件1的中心轴平行地输入的光，在中间部分222内形成焦点。另一方面，对于斜着输入到光电转换元件1的中心轴的光，主要在外围部分221内形成焦点。
在绝缘膜200是多层膜的情况下，多层膜的一部分层的折射率可等于或大于光路部件220的中间部分222的折射率，并且，可进一步等于或大于外围部分221的折射率。这种折射率等于或大于第一高折射率区域的折射率的层将被称为高折射率绝缘层。另一方面，该多层膜中折射率比光路部件220的中间部分222的折射率低(即折射率比第一高折射率区域的折射率小)的其余层将被称为低折射率绝缘层。
另一方面，在本实施例的情况下，在绝缘膜200中，由氧化硅或硅酸盐玻璃构成并且构成开口部分201的侧面204的第三绝缘层207、第五绝缘层209、第七绝缘层211、第九绝缘层213和第十一绝缘层215是低折射率绝缘层。低折射率绝缘层包围光路部件220。例如，在中间部分222的折射率为1.83并且外围部分221的折射率为1.90的情况下，当第三绝缘层207、第五绝缘层209、第七绝缘层211、第九绝缘层213和第十一绝缘层215的折射率为1.46时，这些绝缘层是低折射率绝缘层。注意，第二绝缘层206也是低折射率绝缘层，但是不构成开口部分201的侧面204。虽然在图2B中示出断面S1～S5中的侧面204，但是，详细而言，从图2A可以理解，各断面中的侧面204分别由不同的绝缘层形成。具体而言，断面S1中的侧面204由第十一绝缘层215形成，断面S2中的侧面204由第九绝缘层213形成，断面S3中的侧面204由第七绝缘层211形成，并且，断面S4和S5中的侧面204由第三绝缘层207形成。另一方面，由于外围部分221和中间部分222是氮化硅，因此，在绝缘膜200中，由氮化硅构成并且构成开口部分201的侧面204的第四绝缘层208、第六绝缘层210、第八绝缘层212和第十绝缘层214是高折射率绝缘层。这些高折射率绝缘层包围光路部件220。例如，在中间部分222的折射率为1.83并且外围部分221的折射率为1.90的情况下，当第四绝缘层208、第六绝缘层210、第八绝缘层212和第十绝缘层214的折射率为2.03时，这些绝缘层是高折射率绝缘层。注意，第一绝缘层205也是高折射率绝缘层，但不构成开口部分201的侧面204。因此，在本例子中，高折射率绝缘层由与外围部分221和中间部分222相同的材料构成，并且，低折射率绝缘层由与外围部分221和中间部分222的材料不同的材料构成。
但是，不希望由折射率等于或大于这种光路部件220的折射率的层(高折射率绝缘层)构成开口部分201的侧面204的大部分。这是由于，存在输入到光路部件220的光将在高折射率绝缘层内传播并从开口部分201泄漏的可能性。因此，由高折射率绝缘层构成的开口部分201的侧面204小于开口部分201的整个侧面204的面积的一半，并且可小于1/4。换句话说，在多层膜中，折射率低于光路部件220的折射率的层(低折射率绝缘层)等于或大于开口部分201的整个侧面204的面积的一半，并且可等于或大于3/4。可通过适当地设定每一层的厚度或侧面204的角度来调整每一层所构成的侧面204的面积。一个低折射率绝缘层的厚度一般等于或大于0.10μm并且还等于或小于0.60μm。当假定输入到光路部件220的光的波长为λ并且高折射率绝缘层的折射率为n0H时，一个高折射率绝缘层的厚度可等于或小于λ/(2n0H)，并且可等于或小于λ/(4n0H)。高折射率绝缘层的厚度一般等于或大于0.010μm，并且还等于或小于0.10μm。
第二实施例
图4A是根据第二实施例的光电转换元件1的一部分的在垂直于主面101(和受光面111)的方向上的断面图，并且，图4B是根据第二实施例的光电转换元件1的一部分的在平行于主面101(和受光面111)的方向上的断面图。
在本实施例中，同样，中间部分222是第一高折射率区域，并且，外围部分221是折射率比第一高折射率区域(中间部分222)的折射率高的第二高折射率区域。
第一平面1001、第二平面1002、第三平面1003、第四平面1004、第五平面1005、第六平面1006、S1～S5、DS1～DS5、DL1～DL5和TH1～TH5的定义与图2A和图2B相同，因此，它们的描述被省略。
在本实施例中，与第一实施例同样，侧面204具有正锥形状。另一方面，中间部分222具有圆柱形状，并且，中间部分222的外面(在外围部分221侧的面)与受光面111垂直。DL1＝DL2＝DL3＝DL4＝DL5的关系成立。并且，虽然外围部分221的内面(在中间部分222侧的面)与受光面111垂直，但是，外围部分221的外面(在绝缘膜200侧的面)相对于受光面111具有倒锥形状。TH1＞TH2＞TH3＞TH4＞TH5的关系成立。
描述本实施例的变更例(未示出)。绝缘膜200的侧面204可以不具有锥体形状(tapered shape)，并且，可与受光面111垂直(DS1＝DS2＝DS3＝DS4＝DS5)。在这种情况下，中间部分222的外面应相对于受光面111具有正锥形状(DL1＜DL2＜DL3＜DL4＜DL5)。此外，绝缘膜200的侧面204可具有倒锥形状，并且，DS1＜DS2＜DS3＜DS4＜DS5可成立。在这种情况下，中间部分222的外面应相对于受光面111具有斜度比侧面204小的正锥形状。也就是说，DS1-DL1＞DS2-DL2＞DS3-DL3＞DS4-DL4＞DS5-DL5成立，由此，可以实现TH1＞TH2＞TH3＞TH4＞TH5的关系。
第三实施例
图5A是根据第三实施例的光电转换元件1的一部分的在垂直于主面101(和受光面111)的方向上的断面图，并且，图5B是根据第三实施例的光电转换元件1的一部分的在平行于主面101(和受光面111)的方向上的断面图。
在本实施例中，同样，中间部分222是第一高折射率区域，并且，外围部分221是折射率比第一高折射率区域(中间部分222)的折射率高的第二高折射率区域。
第一平面1001、第二平面1002、第三平面1003、第四平面1004、第五平面1005、第六平面1006、S1～S5、DS1～DS5、DL1～DL5和TH1～TH5的定义与图2A和图2B相同，因此，它们的描述被省略。
在本实施例中，与第一实施例同样，侧面204具有正锥形状。另一方面，中间部分222的上部的一部分(从第二平面1002到第五平面1005的部分)具有圆柱形状。中间部分222的上部的剩余部分(从第五平面1005到第四平面1004的部分)和中间部分222的下部具有规则的圆锥台形状。DL1＝DL2＜DL3＜DL4＜DL5的关系成立。并且，外围部分221的外面(在绝缘膜200侧的面)相对于受光面111具有倒锥形状。TH1＞TH2＞TH3＞TH4＞TH5的关系成立。
第四实施例
图6A是根据第四实施例的光电转换元件1的一部分的在垂直于主面101(和受光面111)的方向上的断面图，并且，图6B是根据第四实施例的光电转换元件1的一部分的在平行于主面101(和受光面111)的方向上的断面图。
在本实施例中，同样，中间部分222是第一高折射率区域，并且，外围部分221是折射率比第一高折射率区域(中间部分222)的折射率高的第二高折射率区域。
第一平面1001、第二平面1002、第三平面1003、第四平面1004、第五平面1005、第六平面1006、S1～S5、DS1～DS5、DL1～DL3和TH1～TH3的定义与图2A和图2B相同，因此，它们的描述被省略。
在本实施例中，与第一实施例同样，侧面204具有正锥形状，并且，DS1＞DS2＞DS3＞DS4＞DS5的关系成立。另一方面，本实施例与第一到第三实施例的不同在于，外围部分221和中间部分222位于第二平面1002和第六平面1006之间，并且不位于第六平面1006和第三平面1003之间。在本实施例中，光路部件220具有折射率比外围部分221的折射率低的发射部分2221。发射部分2221的折射率比绝缘膜200的折射率高，并且一般与中间部分222的折射率相同。因此，在本实施例中，中间部分222和发射部分2221构成第一折射率区域，并且，外围部分221是折射率比第一高折射率区域(中间部分222)的折射率高的第二高折射率区域。
发射部分2221位于第三平面1003和第六平面1006之间。也就是说，发射部分2221位于中间部分222和光电转换部分110之间，并且，详细而言，位于图1所示的底面203和中间部分222之间。发射部分2221由与中间部分222(及外围部分221)相同的材料构成，并且与中间部分222连续。图6B所示的DL4和DL5代表发射部分2221的宽度(直径)。发射部分2221具有倒圆锥台形状。
在本实施例中，与第三实施例同样，中间部分222的上部的一部分(从第二平面1002到第五平面1005的部分)具有圆柱形状。并且，中间部分222的上部的剩余部分和中间部分222的下部的一部分(从第四平面1004到第六平面1006的部分)具有规则的圆锥台形状。
中间部分222的上部的剩余部分(从第五平面1005到第四平面1004的部分)和中间部分222的下部(从第四平面1004到第六平面1006的部分)具有规则的圆锥台形状。DL1＝DL2＜DL3＜DL4＜DL5的关系成立。注意，发射部分2221与绝缘膜200接触，并且，DL4＝DS4和DL5＝DS5的关系成立。TH1＞TH2＞TH3＞TH4的关系成立。
第五实施例
图7A是根据第五实施例的光电转换元件1的一部分的在垂直于主面101(和受光面111)的方向上的断面图，并且，图7B是根据第五实施例的光电转换元件1的一部分的在平行于主面101(和受光面111)的方向上的断面图。
在本实施例中，同样，中间部分222是第一高折射率区域，并且，外围部分221是折射率比第一高折射率区域(中间部分222)的折射率高的第二高折射率区域。
第一平面1001、第二平面1002、第三平面1003、第四平面1004、第五平面1005、第六平面1006、S1～S5、DS1～DS5、DL3～DL5和TH3～TH5的定义与图2A和图2B相同，因此，它们的描述被省略。
在本实施例中，与第一实施例同样，侧面204具有正锥形状，并且，DS1＞DS2＞DS3＞DS4＞DS5的关系成立。另一方面，本实施例与第一到第四实施例的不同在于，外围部分221和中间部分222位于第五平面1005和第三平面1003之间，并且不位于第二平面1002和第五平面1005之间。
在本实施例中，光路部件220具有折射率比中间部分222的折射率高的入射部分2212。入射部分2212的折射率比绝缘膜200的折射率高，并且一般与外围部分221的折射率相同。因此，在本实施例中，中间部分222是第一高折射率区域，并且，外围部分221和入射部分2212构成折射率比第一高折射率区域(中间部分222)的折射率高的第二高折射率区域。
入射部分2212位于第二平面1002和第五平面1005之间。也就是说，入射部分2212位于透明膜319和外围部分221之间。入射部分2212由与外围部分221(及中间部分222)相同的材料构成，并且与外围部分221连续。图7B所示的DL1和DL2表示入射部分2212的宽度(直径)。入射部分2212具有倒圆锥台形状。
在本实施例中，中间部分222具有圆锥形状，但可以是圆锥台形状。DL3＜DL4＜DL5的关系成立。注意，入射部分2212与绝缘膜200接触，并且，DL4＝DS4和DL5＝DS5的关系成立。TH1＞TH2＞TH3＞TH4的关系成立。可通过应用spindt型电子发射器件的制造方法(例如，旋转遮蔽)，来形成具有这种圆锥形状或圆锥台形状的中间部分222。
第六实施例
图8A是根据第六实施例的光电转换元件1的一部分的在垂直于主面101(和受光面111)的方向上的断面图，并且，图8B是根据第六实施例的光电转换元件1的一部分的在平行于主面101(和受光面111)的方向上的断面图。在本实施例中，同样，中间部分222是第一高折射率区域，并且，外围部分221是折射率比第一高折射率区域(中间部分222)的折射率高的第二高折射率区域。
第一平面1001、第二平面1002、第三平面1003、第四平面1004、第五平面1005、第六平面1006、S1～S5、DS1～DS5、DL1～DL4和TH1～TH4的定义与图2A和图2B相同，因此，它们的描述被省略。
在本实施例中，光路部件220具有发射部分2211。发射部分2211与外围部分221连续，并且由与外围部分221相同的材料制成。发射部分2211的折射率比中间部分222的折射率高。发射部分2211的厚度较薄。在本实施例中，中间部分222是第一高折射率区域，并且，外围部分221和发射部分2211构成折射率比第一高折射率区域(中间部分222)的折射率高的第二高折射率区域。图8B中的DL5代表发射部分2211的宽度(直径)，并且，这里，DL5＝DS5成立。
在上述的第一到第六实施例中，描述了外围部分221与绝缘膜200的侧面204接触的模式。但是，构成光路部件220的一部分的一个或多个层可位于外围部分221和绝缘膜200的侧面204之间，使得外围部分221不与绝缘膜200的侧面204接触。
例如，光路部件220可在外围部分221和绝缘膜200之间具有折射率比外围部分221的折射率小的低折射率层(未示出)。该低折射率层的折射率比绝缘膜200的折射率高，并且可低于中间部分222的折射率。注意，该低折射率层的材料可以是与外围部分221(及中间部分222)相同的材料，或者可与其不同。当设置这种低折射率层时，可以减少光的损失。并且，该低折射率层可包围外围部分221。
此外，例如，光路部件220可在外围部分221和绝缘膜200之间具有由与外围部分221的材料不同的材料构成的、折射率比外围部分221的折射率高的高折射率层(未示出)。但是，可以想到，当与外围部分221的折射率相比大大增加这种高折射率层的折射率时，并且/或者，当大大加厚该高折射率层的厚度时，输入到光路部件220的光被集中于该高折射率层。因此，可能无法充分地获得根据本实施例的优点。因此，希望外围部分221与高折射率层之间的折射率差比外围部分221与中间部分222之间的折射率差小。并且，希望在任意的断面中，高折射率层的厚度比外围部分221的厚度薄。这样的高折射率层或低折射率层可执行用于规定外围部分221的形状或者提高对于光路部件220的开口部分201的粘接性的功能。并且，在使用有机材料(树脂)作为外围部分221和中间部分222的材料的情况下，以上的高折射率层或低折射率层用作对于有机材料的保护层(钝化层)。希望使用氮化硅作为这种保护层的材料。
注意，可在中间部分222的内侧存在由与中间部分222不同的材料构成的区域或者被中间部分222包围的空隙。但是，当这种区域的折射率比中间部分222的折射率低时，或者，当该区域的折射率比外围部分221的折射率高时，希望尽可能地消除这种区域。
将描述从第一到第六实施例共同的透明膜319。如图2和图4～8所示，透明膜319被设置于绝缘膜200的上表面202上。透明膜319由与外围部分221和中间部分222同样的材料构成，并且，具有比绝缘膜200(这里，为第十一绝缘层215)的折射率高的折射率。透明膜319的折射率比中间部分222的折射率高，并且可与外围部分221折射率相同。具体而言，当假定透明膜319的折射率为n3、中间部分222的折射率为n2并且外围部分221的折射率为n1时，希望(n1+n2)/2＜n3＜(3n1-n2)/2成立。
将详细描述透明膜319。如第一实施例(图2)、第二实施例(图4)、第三实施例(图5)、第四实施例(图6)和第六实施例(图8)所示，透明膜319具有第一区域3191和第二区域3192。透明膜319的第二区域3192与作为第一高折射率区域的中间部分222连续。透明膜319的第一区域3191与作为第二高折射率区域的外围部分221连续，并且位于绝缘膜200上。第一区域3191的折射率比第二区域3192的折射率高，并且，透明膜319具有折射率分布。第一区域3191包围第二区域3192。如果存在沿输入到绝缘膜200的上表面202而不是开口部分201的方向传播的光，则透明膜319可将该光引向光路部件220。具体而言，在输入到绝缘膜200之前，光尝试在折射率比具有较低折射率的绝缘膜200高的透明膜319(第一区域3191)内传播，以输入到透明膜319的第一区域3191。传播通过透明膜319的光以低的损失被输入到由与透明膜319的第一区域3191相同的材料构成的外围部分221。因此，可以提高光的利用效率。为了获得这种优点，当假定被输入到光路部件220的光的波长为λ并且透明膜319的折射率为n3时，透明膜319的厚度等于或大于λ/(4n3)并且等于或小于2λ/n3。在图7所示的第五实施例内，透明膜319与入射部分2212连续，并且透明膜319具有与入射部分2212相同的折射率。透明膜319基本上不具有折射率分布。如上所述，在透明膜319具有第一区域3191和第二区域3192的情况下，希望光可以集中于与外围部分221连续的第一区域3191上。
第七实施例
本实施例是外围部分221和中间部分222之间的高/低关系颠倒的实施例，并且将主要参照图9A和图9B被描述。
光路部件220至少具有中间部分224和外围部分223。外围部分223位于中间部分224和绝缘膜200之间。外围部分223包围中间部分224。虽然外围部分223可由与中间部分224不同的材料构成，但是希望外围部分223由与中间部分224相同的材料构成。希望至少在外围部分223的一部分和中间部分224的一部分之间不存在由与外围部分223和中间部分224的材料不同的材料构成的部分，并且，相同的材料从中间部分224连续到外围部分223。在这种情况下，可以说，外围部分223与中间部分224连续。希望在整个外围部分223和整个中间部分224之间不存在由与两者的材料不同的材料构成的部分。
在本实施例中，外围部分223的折射率比绝缘膜200的折射率高。中间部分224的折射率则比外围部分223的折射率高。因此，中间部分224的折射率也比绝缘膜200的折射率高。具体而言，在本实施例中，外围部分223是第一高折射率区域，并且，中间部分224是折射率比第一高折射率区域(外围部分223)高的第二高折射率区域。
随着外围部分223接近受光面111，外围部分223的厚度不断变薄。参照图9B描述细节。DS1、DS2、DS3、DS4和DS5代表断面S1～S5中的开口部分201的宽度(直径)。在本实施例中，图9A所示的侧面204相对于受光面111具有正锥形状，并且，DS1＞DS2＞DS3＞DS4＞DS5的关系成立。
DH1、DH2、DH3、DH4和DH5代表断面S1～S5中的中间部分224的宽度(直径)。在本实施例中，中间部分224具有圆锥台形状，并且，中间部分224的外面(在外围部分223侧的面)相对于受光面111具有正锥形状。DH1＜DH2＜DH3＜DH4＜DH5的关系成立。TL1、TL2、TL3、TL4和TL5代表断面S1～S5中的外围部分223的厚度(宽度)。在本实施例中，外围部分223的内面(在中间部分224侧的面)和外围部分223的外面(在绝缘膜200侧的面)相对于受光面111具有倒锥形状。TL1＞TL2＞TL3＞TL4＞TL5的关系成立。
这里，虽然外围部分223的厚度的最大值(TL1)和最小值(TL5)之比(TL1/TL5)几乎无限大，但是，外围部分223的厚度的最小值至少等于或小于最大值的一半(最大值/最小值≥2)。当假定输入到光路部件220的光的波长为λ并且绝缘膜200的折射率为n0而外围部分223的折射率为n1时，外围部分223的厚度的最大值大于并且，外围部分223的厚度的最小值小于外围部分223的厚度在光路部件220的上部(从第二平面1002到第四平面1004)具有最大值。并且，外围部分223的厚度在光路部件220的下部(从第四平面1004到第三平面1003)具有最小值。
即使在外围部分223的厚度处于最小值和最大值之间的的部分中，在更接近受光面111的平面中的厚度也等于或小于该最大值的1/2。在图9A和图9B所示的例子中，第四平面1004中的外围部分223的厚度(TL3)为第二平面1002中的外围部分223的厚度(TL1)的1/2。并且，第六平面1006中的外围部分223的厚度(TL4)比第五平面1005中的外围部分223的厚度(TL2)的1/2小。
图10示出在本实施例中与光路部件220的中心轴平行的光被输入到光路部件220时的场强分布。详细而言，三个场强分布是在光路部件220内的高度不同的三个位置处，场强在与受光面111平行的平面内的分布。横轴的位置表示光路部件220内的高度。
由波动光学可以想到，光易于集中于具有高的折射率的区域上。因此，在比外围部分223具有更高折射率的中间部分224的厚度大的位置，中间部分224的场强比外围部分223的场强高。并且，光的大部分传播通过中间部分224，由此可以减少从光路部件220泄漏到绝缘膜200的光。因此，可以认为光的损失被抑制。因此，与第一到第六实施例相比，可以提高与光电转换元件1的中心轴平行地输入的光的利用效率。与光电转换元件1的中心轴平行的光基本上是与光电转换部分110的受光面垂直地输入的光，它是对于光电转换部分110的典型的入射光。因此，可以获得具有高的灵敏度的光电转换元件1。
本发明的发明人等针对假定入射光的波长为550nm(绿光)、绝缘膜200的折射率为1.46并且光路部件220的折射率为1.83～1.90的三个模型，研究了与光路部件220的中心轴平行的光被输入到光路部件220时的灵敏度。第一模型是中间部分的折射率和外围部分的折射率均为1.83并且光路部件220不具有折射率分布的模型。第二模型是中间部分的折射率和外围部分的折射率均为1.90并且光路部件220不具有折射率分布的模型。第三模型是与本实施例对应的模型，其中，中间部分224的折射率为1.90，并且，外围部分223的折射率为1.83。在以第一模型的灵敏度为1.00执行了标准化的情况下，第三模型的标准化灵敏度为1.05，而第二模型的标准化灵敏度为1.04。以这种方式，第三模型可通过针对第一模型将中间部分224的折射率设为比外围部分223的折射率高，或者通过针对第二模型将外围部分223的折射率设为比中间部分224的折射率低，来提高光电转换元件1的灵敏度。
注意，可以使用作为第七实施例的变更例的布置，其中，根据第二到第六实施例的外围部分221与中间部分222之间的折射率的高/低关系被颠倒。例如，可以根据第四实施例如下布置：外围部分221被作为第一高折射率区域，并且中间部分222和发射部分2221被作为折射率比第一高折射率区域(外围部分221)高的第二高折射率区域。作为替代方案，可以根据第五实施例如下布置：外围部分221和入射部分2212被作为第一高折射率区域，并且中间部分222被作为折射率比第一高折射率区域(外围部分221)高的第二高折射率区域。并且，可以根据第六实施例如下布置：外围部分221和发射部分2211被作为第一高折射率区域，并且中间部分222被作为折射率比第一高折射率区域(外围部分221)高的第二高折射率区域的构造。
并且，透明膜319具有第一区域3193和第二区域3194。透明膜319的第二区域3194与作为第二高折射率区域的中间部分224连续。透明膜319的第一区域3193与作为第一高折射率区域的外围部分223连续，并且位于绝缘膜200上。第二区域3194的折射率比第一区域3193的折射率高，并且，透明膜319具有折射率分布。第一区域3193包围第二区域3194。因此，输入到透明膜319的光可被引向光路部件220的中间部分224，并且，可以提高光的利用效率。
第七实施例是外围部分221与绝缘膜200的侧面204相接触的模式。但是，以与第一到第六实施例相同的方式，构成光路部件的一部分的一个或多个层可位于外围部分223与绝缘膜200的侧面204之间，使得外围部分223不与绝缘膜200的侧面204相接触。
例如，在一个实施例中，导光路径可在外围部分221和绝缘膜200之间具有折射率比外围部分223的折射率低的低折射率层(未示出)。该低折射率层的折射率比绝缘膜200的折射率高，并且可比中间部分224的折射率低。注意，该低折射率层的材料可以与外围部分223(及中间部分224)的材料相同，或者可与其不同。当设置这种低折射率层时，可以减少光的损失。并且，该低折射率层可包围外围部分223。
此外，例如，导波路径构造可具有由与外围部分223的材料不同的材料制成的、折射率比外围部分223的折射率高的高折射率层(未示出)。但是，可以想到，当与外围部分223的折射率相比大大增加这种高折射率层的折射率时，并且/或者，当大大加厚该高折射率层的厚度时，输入到光路部件220的光被集中于该高折射率层。因此，可能无法充分地获得根据本实施例的优点。因此，希望外围部分223与高折射率层之间的折射率差比外围部分223与中间部分224之间的折射率差小。并且，希望在任意的断面中，高折射率层的厚度比外围部分221的厚度薄。这样的高折射率层或低折射率层可执行用于规定外围部分221的形状或者提高对于光路部件220的开口部分201的粘接性的功能。并且，在使用有机材料(树脂)作为外围部分221和中间部分222的材料的情况下，以上的高折射率层或低折射率层用作对于有机材料的保护层(钝化层)。希望使用氮化硅作为这种保护层的材料。
为了使用氮化硅形成折射率分布，例如可以使用以下的方法。关于第一方法，首先，通过相对减少成膜材料中硅成分的量相对于氮成分的量，在侧面204上形成第一氮化硅膜。然后，通过与形成第一氮化硅时相比，增加成膜材料中硅成分的量相对于氮成分的量，在第一氮化硅之上形成第二氮化硅膜。此时，在形成第一氮化硅膜时和在形成第二氮化硅膜时，氮成分的量和硅成分的量之一可以相同，或者，两者可以都不相同。根据该第一方法，可以形成光路部件220，其中，第一氮化硅膜构成外围部分223，并且，第二氮化硅膜构成中间部分224。这是由于，即使化学计量成分比为Si∶N＝3∶4，但是，关于非化学计量成分，硅与氮之比(Si/N)相对较高的氮化硅比硅与氮之比(Si/N)相对较低的氮化硅具有更高的折射率。
关于第二方法，首先，通过相对增加成膜材料的输入能量，在侧面204之上形成材料密度相对较低的第一氮化硅膜。然后，通过与形成第一氮化硅膜时相比降低成膜材料的输入能量，形成材料密度比第一氮化硅膜高的第二氮化硅膜。因此，可以形成光路部件220，其中，第一氮化硅膜构成外围部分223，并且，第二氮化硅膜构成中间部分224。这是由于氮化硅的密度相对较高的致密氮化硅膜比氮化硅的密度相对较低的粗制氮化硅膜具有更高的折射率。
光电转换元件的细节
参照图1详细描述光电转换元件1的例子。N+型半导体区域112被设置在由N型硅制成的半导体基板100中。在包含N+型半导体区域112的下部的周围设置N型半导体区域113。在N型半导体区域113的下部设置P型半导体区域114。N+型半导体区域112可主要用作电荷蓄积区域。N+型半导体区域112、N型半导体区域113和P型半导体区域114可构成光电转换部分110的一部分。
第一透镜基板层328的输入侧表面(图1中的上表面)向着输入侧具有凸形的理想球面、大致球面或者非球面(以下，它们被统称为“曲面”)，即，具有凸透镜形状。因此，输入到透镜体层329的光接近中心轴并且被会聚。透镜基板层328和透镜体层329相互由相同的有机材料(树脂)构成，并且，透镜基板层328和透镜体层329相互接触。也就是说，透镜基板层328和透镜体层329基本上被设置作为一个单元。经常难以观察到透镜基板层328和透镜体层329之间的边界。在这种情况下，连接透镜体层329的曲面区域的边缘的平面可被设为假想的边界。注意，可以提出通过省略第一透镜基板层328使得第一透镜体层329和滤色片层327相互接触的布置。
第一透镜体层329的材料性质(特别是折射率)和曲面的形状(特别是其曲率、高度和宽度)大大影响焦点的位置。一般地，曲率被设定得越大，则焦点的位置越远离第一平面1001。透镜基板层328的材料性质(特别是折射率)和厚度会影响会聚光在透镜基板层328内接近中心轴的距离，因此，它们成为用于确定焦点的因素之一。第一透镜体层329的典型的折射率为1.6～2.0。
滤色片层327由包含着色材料的有机材料(树脂)制成。虽然可以使用染料作为着色材料，但是也可以使用颜料。滤色片层327的材料性质(特别是折射率)和厚度会影响在透镜基板层328和滤色片层327之间的界面处折射的光在滤色片层327内接近中心轴的距离，因此，它们成为用于确定焦点的因素之一。滤色片层327的典型的厚度为0.1～1.0μm，并且，典型的折射率为1.4～1.6。
平坦化膜326由有机材料(树脂)制成，并且，具有用于调整第一透镜体层329和第二透镜体层324之间的距离的功能。并且，平坦化膜326针对第二透镜体层324的曲面形状被平坦化，并且具有用于抑制滤色片层327、第一透镜基板层328和第一透镜体层329处的光路倾斜的功能。平坦化膜326的最薄部分的厚度一般为0.1～0.5μm，并且，平坦化膜326的折射率为1.4～1.5。
第二透镜基板层323和第二透镜体层324由氮化硅制成，并且，第二透镜体层324具有凸透镜形状(平凸透镜形状)。注意，第二透镜体层324的折射率比平坦化膜326的折射率高。因此，在第一透镜体层329处会聚的光可进一步被会聚。
第二透镜体涂层325由氧化硅制成，并且折射率第二透镜体层324的折射率和平坦化膜326的折射率之间。以这种方式，在第二透镜体涂层325的折射率在第二透镜体层324的折射率和平坦化膜326的折射率之间的情况下，从平坦化膜326入射到第二透镜体层324的光增加。这是由于，在不设置第二透镜体涂层325的情况下可能出现的在平坦化膜326和第二透镜体层324之间的界面处的反射可被抑制，并且，透射率可增加。
在一个实施例中，第二透镜体涂层325的厚度比第二透镜体层324的厚度小，并且可以等于或小于第二透镜体层324的厚度的1/2。第二透镜体涂层325的厚度为入射光的波长的(M-0.5)/4n325～(M+0.5)/4n325倍，并且其厚度也可以为入射光的波长的M/4n325倍。这里，M是奇数，并且，n325是第二透镜体涂层325的折射率。M为1或3。在以这种方式设定了第二透镜体涂层325的厚度的情况下，由第二透镜体层324的表面上的反射光和第二透镜体涂层325的表面上的反射光所引起的干涉可被弱化，因此实现波动光学观点的反射抑制功能。
第一中间折射率层322被设置在第二透镜基板层323和低折射率层321之间，并且，第二中间折射率层320被设置在低折射率层321和透明膜319之间。第一中间折射率层322和第二中间折射率层320的材料由氧氮化硅制成，并且，低折射率层321的材料为氧化硅。
第一中间折射率层322的上表面与第二透镜基板层323的底面一起构成界面，并且，第一中间折射率层322的折射率比第二透镜基板层323的折射率低。低折射率层321的上表面与第一中间折射率层322的底面一起构成界面，并且，低折射率层321的折射率比第一中间折射率层322的折射率低。因此，第一中间折射率层322的折射率在第二透镜基板层323的折射率和低折射率层321的折射率之间。第二中间折射率层320的上表面与低折射率层321的底面一起构成界面，并且，第二中间折射率层320的折射率比低折射率层321的折射率高。第二中间折射率层320的底面与透明膜319的上表面一起构成界面，并且，第二中间折射率层320的折射率比透明膜319的折射率低。因此，第二中间折射率层320的折射率在低折射率层321的折射率和透明膜319的折射率之间。以这种方式，第一中间折射率层322、低折射率层321和第二中间折射率层320中的任一个的折射率比第二透镜基板层323和第二透镜体层324的折射率低，因此，第一中间折射率层322、低折射率层321和第二中间折射率层320可被统称为低折射率膜。注意，可从低折射率膜中省略第一中间折射率层322和第二中间折射率层320中的至少一个，并且，低折射率膜可被视为单层膜或二层膜。注意，低折射率膜也可被省略。
低折射率层321的折射率比第一中间折射率层322的折射率低，因此，光根据Snell定律在低折射率层321内沿朝着开口部分201和光路部件220的中心轴的方向被折射。因此，可以增加输入到开口部分201(光路部件220)的光量。即使在不存在第一中间折射率层322的情况下，低折射率层321的折射率也比第一中间折射率层322的折射率低，因此，可出现相同的折射。但是，根据第二透镜基板层323和低折射率层321之间的折射率差，可在第二透镜基板层323和低折射率层321之间的界面处发生入射光的反射。并且，根据低折射率层321和透明膜319之间的折射率差，可在低折射率层321和透明膜319之间的界面处发生入射光的反射。可以用R＝(n321-n319)2/(n321+n319)2表示此时的反射率R。这里，n321是低折射率层321的折射率，并且，n319是透明膜319的折射率。在图1的例子中，第二透镜基板层323和第一中间折射率层322之间的折射率差以及第一中间折射率层322和低折射率层321之间的折射率差均比第二透镜基板层323和低折射率层321之间的折射率差小。因此，可以提高从第二透镜基板层323到低折射率层321的透射率，并且，可以增加输入到低折射率层321的光量。透明膜319的折射率比第二中间折射率层320的折射率高，因此，光根据Snell定律在透明膜319内沿远离开口部分201和光路部件220的中心轴的方向被折射。因此，可以增加输入到外围部分221(或外围部分223)的光通量。并且，可以减小关于侧面204的角度，可增加以等于或大于临界角度的入射角输入到侧面204的光通量，并且，可减少从开口部分201的侧面204泄漏的光量。即使在不存在第二中间折射率层320的情况下，也可通过使低折射率层321的折射率比透明膜319的折射率低，而出现相同的折射。在图1的例子中，低折射率层321和第二中间折射率层320之间的折射率差以及第二中间折射率层320和透明膜319之间的折射率差均比低折射率层321和透明膜319之间的折射率差小。因此，可以提高从低折射率层321到透明膜319的透射率，并且，可以增加输入到透明膜319的光量。
在一个实施例中，第一中间折射率层322的厚度为入射光的波长的(M-0.5)/4n322～(M+0.5)/4n322倍，并且其厚度也可以为入射光的波长的M/4n322倍。这里，M是奇数，并且，n322是第一中间折射率层322的折射率。M为1或3。在以这种方式设定第一中间折射率层322的厚度的情况下，由第一中间折射率层322和第二透镜基板层323之间的界面上的反射光和第一中间折射率层322和低折射率层321之间的界面上的反射光所引起的干涉可被弱化，并因此实现波动光学观点的反射抑制功能。
类似地，第二中间折射率层320的厚度为入射光的波长的(M-0.5)/4n320～(M+0.5)/4n320倍，并且其厚度可以为入射光的波长的M/4n320倍。这里，M是奇数，并且，n320是第二中间折射率层320的折射率。M为1或3。
为了在各层的厚度受限的范围内，增大在低折射率膜内的折射以更接近中心轴，希望将第一中间折射率层322的厚度和低折射率层321的厚度如下设定。首先，将第二透镜基板层323和第一中间折射率层322之间的相对折射率与第一中间折射率层322和低折射率层321之间的相对折射率进行比较。相对折射率较大的输出侧的介质(第一中间折射率层322和低折射率层321中的一个)的厚度被设定为比相对折射率较小的输出侧的介质(第一中间折射率层322和低折射率层321中的另一个)的厚度大。注意，这里提到的相对折射率是(输入侧介质的折射率)/输出侧介质的折射率)，并且在本实施例中是大于1的值。注意，在前面的描述中，比方说，在简单地描述为折射率的情况下，这意味着绝对折射率。根据Snell定律，相对折射率越大，则输出角越大，由此，通过增加上述相对折射率较大的输出侧介质的厚度，发射光可进一步接近中心轴。例如，在第二透镜基板层323的折射率为2.00、第一中间折射率层322的折射率为1.72并且低折射率层321的折射率为1.46的情况下，2.00/1.72＜1.72/1.46成立。因此，与第一中间折射率层322的厚度相比，应增加低折射率层321的厚度。
光电转换装置和图像感测系统
参照图11描述光电转换装置10和使用它的图像感测系统30的例子。光电转换装置10可被用作例如成像传感器、测距传感器或测光传感器。光电转换装置10也可具有作为成像传感器、测距传感器或测光传感器的功能中的多种功能。
也可构建包含光电转换装置10和信号处理装置20的图像感测系统30，其中，向信号处理装置20输入从光电转换装置10输出的电信号，并且信号处理装置20用于处理该电信号。图9是示出图像感测系统30的例子的示图。从光电转换装置10的OUT1和OUT2输出电信号。虽然这里示出设置了OUT1和OUT2这两输出路径的例子，但是，输出路径的数量可以为一个或者可以为三个或更多个。电信号被输入到信号处理装置20的IN。电信号可以是电流信号或电压信号，并且可以是模拟信号或数字信号。作为电信号的替代，可以使用光信号。
在使用光电转换装置10作为图像传感器的情况下，信号处理装置20被配置为通过向IN输入电信号从OUT3输出图像信号。在使用光电转换装置10作为用于焦点检测的测距传感器的情况下，信号处理装置20被配置为通过向IN输入电信号从OUT3输出用于驱动设置在光电转换装置10前面的透镜的驱动信号。在使用光电转换装置10作为测光传感器的情况下，信号处理装置20被配置为通过向IN输入电信号从OUT3输出用于控制快门以调整曝光时间的控制信号。注意，以上的快门可以是机械快门或电子快门，并且，在电子快门的情况下，实质上控制的是光电转换装置10。使用根据本发明的光电转换装置10作为图像传感器是特别合适的，并且，可以获得令人满意的图像。
将描述图11所示的图像感测系统30中的光电转换装置10的例子。在本例子中，使用作为光电转换装置10的像素放大型光电转换装置作为图像传感器。在图11中，光电转换装置10包含像素区域611、垂直扫描电路612、两个读出电路613、两个水平扫描电路614和两个输出放大器615。像素区域611以外的区域将被称为外围电路区域。
在像素区域611中，以二维的方式排列大量的光电转换元件1。每一个光电转换元件1与一个像素相当。彼此相邻的光电转换元件1的中心轴之间的间隔(像素间距)一般等于或小于10μm，可等于或小于5.0μm，并且可等于或小于2.0μm。在外围电路区域中，设置使通过垂直信号线从垂直扫描电路612所选择的行中的像素读出的信号经受放大或相加等的读出电路613和例如列放大器、CDS电路、加法器电路等。对于每个像素列或每几个像素列设置列放大器、CDS电路和加法器电路等。水平扫描电路614产生用于将读出电路613的信号依次读出的信号。输出放大器615放大并输出由水平扫描电路614选择的列中的信号。
以上的构造仅是光电转换装置10的构造例子，并且，本发明不限于此。读出电路613、水平扫描电路614和输出放大器615构成两个系统的输出路径(OUT1和OUT2)，因此同时在上面和下面各设置其中一个，它们之间夹着像素区域611。
典型的图像感测系统30的例子包括诸如静态照相机和视频摄像机等的照相机。图像感测系统30还可包括使得光电转换装置10能够移动的移动单元(未示出)。移动单元的例子包括以电动机、往复引擎或旋转引擎等为动力源的轮子，并且还包括诸如螺旋桨、涡轮引擎和火箭引擎等的推进装置。可通过在汽车、轨道车辆、船舶、航空器或卫星等上安装光电转换装置10和信号处理装置20，来实现这种包括移动单元的图像感测系统。
如上所述，在可具有第一到第七实施例的本发明中，可以获得具有高的光利用效率的光电转换元件。特别地，在包含于本发明的第一观点的第一到第六实施例中，可以提供改善F值线性度的光电转换元件。并且，在包含于本发明的第二观点的第七实施例中，可以提供改善对于与中心轴平行的光的灵敏度的光电转换元件。
虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有的变更方式和等同的结构和功能。

Claims (29)

1.一种光电转换元件，包括：
光电转换部分；和
设置在所述光电转换部分上并被绝缘膜包围的、用于使光路通向所述光电转换部分的部件，
其中，所述部件包括：
第一部分；和
与第一部分具有相同的化学计量成分并且折射率比所述第一部分的折射率高的第二部分，
并且其中，在与所述光电转换部分的受光面平行的某一平面内以及在与所述受光面平行并且比所述某一平面更接近所述受光面的另一平面内，所述第二部分与所述第一部分连续并包围所述第一部分，并且所述第一部分的折射率比所述绝缘膜的折射率高，
并且其中，所述另一平面内的所述第二部分的厚度比所述某一平面内的所述第二部分的厚度小。
2.一种光电转换元件，包括：
光电转换部分；和
设置在所述光电转换部分上并被绝缘膜包围的、用于使光路通向所述光电转换部分的部件，所述绝缘膜包括氧化硅或硅酸盐玻璃的第一绝缘层和氧化硅或硅酸盐玻璃的第二绝缘层，
其中，所述部件包括：
氮化硅的第一部分；和
氮化硅的第二部分，所述第二部分中的氮化硅的密度比所述第一部分中的氮化硅的密度高，
并且其中，在与所述光电转换部分的受光面平行的某一平面内，所述第二部分位于所述第一部分和所述第一绝缘层之间，并且所述第二部分与所述第一部分连续并包围所述第一部分，
并且其中，在与所述光电转换部分的受光面平行并且比所述某一平面更接近所述受光面的另一平面内，所述第二部分位于所述第一部分和所述第二绝缘层之间，并且所述第二部分也与所述第一部分连续并包围所述第一部分，
并且其中，所述另一平面内的所述第二部分的厚度比所述某一平面内的所述第二部分的厚度小。
3.一种光电转换元件，包括：
光电转换部分；和
设置在所述光电转换部分上并被绝缘膜包围的、用于使光路通向所述光电转换部分的部件，所述绝缘膜包括氧化硅或硅酸盐玻璃的第一绝缘层和氧化硅或硅酸盐玻璃的第二绝缘层，
其中，所述部件包括：
氮化硅的第一部分；和
氮化硅的第二部分，所述第二部分的硅与氮之比高于所述第一部分的硅与氮之比，
并且其中，在与所述光电转换部分的受光面平行的某一平面内，所述第二部分位于所述第一部分和所述第一绝缘层之间，并且所述第二部分与所述第一部分连续并包围所述第一部分，
并且其中，在与所述光电转换部分的受光面平行并且比所述某一平面更接近所述受光面的另一平面内，所述第二部分位于所述第一部分和所述第二绝缘层之间，并且所述第二部分与所述第一部分连续并包围所述第一部分，
并且其中，所述另一平面内的所述第二部分的厚度比所述某一平面内的所述第二部分的厚度小。
4.一种光电转换元件，包括：
光电转换部分；和
设置在所述光电转换部分上并被绝缘膜包围的、用于使光路通向所述光电转换部分的部件，
其中，所述部件包括：
第一部分；和
第二部分，所述第二部分的折射率比所述第一部分的折射率低；
并且其中，在与所述光电转换部分的受光面平行的某一平面内以及在与所述受光面平行并且比所述某一平面更接近所述受光面的另一平面内，所述第二部分与所述第一部分连续并包围所述第一部分，并且所述第二部分的折射率比所述绝缘膜的折射率高，
并且其中，所述另一平面内的所述第二部分的厚度比所述某一平面内的所述第二部分的厚度小。
5.一种光电转换元件，包括：
光电转换部分；和
设置在所述光电转换部分上并被绝缘膜包围的、用于使光路通向所述光电转换部分的部件，所述绝缘膜包括氧化硅或硅酸盐玻璃的第一绝缘层和氧化硅或硅酸盐玻璃的第二绝缘层，
其中，所述部件包括：
氮化硅的第一部分；和
氮化硅的第二部分，所述第二部分中的氮化硅的密度比所述第一部分中的氮化硅的密度低；
并且其中，在与所述光电转换部分的受光面平行的某一平面内，所述第二部分位于所述第一部分和所述第一绝缘层之间，并且所述第二部分与所述第一部分连续并包围所述第一部分，
并且其中，在与所述光电转换部分的受光面平行并且比所述某一平面更接近所述受光面的另一平面内，所述第二部分位于所述第一部分和所述第二绝缘层之间，并且所述第二部分与所述第一部分连续并包围所述第一部分，
并且其中，所述另一平面内的所述第二部分的厚度比所述某一平面内的所述第二部分的厚度小。
6.一种光电转换元件，包括：
光电转换部分；和
设置在所述光电转换部分上并被绝缘膜包围的、用于使光路通向所述光电转换部分的部件，所述绝缘膜包括氧化硅或硅酸盐玻璃的第一绝缘层和氧化硅或硅酸盐玻璃的第二绝缘层，
其中，所述部件包括：
氮化硅的第一部分；和
氮化硅的第二部分，所述第二部分的硅与氮之比低于所述第一部分的硅与氮之比；
并且其中，在与所述光电转换部分的受光面平行的某一平面内，所述第二部分位于所述第一部分和所述第一绝缘层之间，并且所述第二部分与所述第一部分连续并包围所述第一部分，
并且其中，在与所述光电转换部分的受光面平行并且比所述某一平面更接近所述受光面的另一平面内，所述第二部分位于所述第一部分和所述第二绝缘层之间，并且所述第二部分与所述第一部分连续并包围所述第一部分，
并且其中，所述另一平面内的所述第二部分的厚度比所述某一平面内的所述第二部分的厚度小。
7.根据权利要求4的光电转换元件，其中，所述第二部分与所述第一部分具有相同的化学计量成分。
8.根据权利要求1～6中的任一项的光电转换元件，其中，所述第一部分和所述第二部分的折射率从与所述受光面垂直并在所述某一平面和所述另一平面内穿过所述第一部分的轴朝着所述绝缘膜连续变化。
9.根据权利要求1～6中的任一项的光电转换元件，其中，所述另一平面内的所述第二部分的厚度等于或小于所述某一平面内的所述第二部分的厚度的一半。
10.根据权利要求9的光电转换元件，其中，所述部件被设置在所述绝缘膜的开口部分内，所述开口部分具有从所述绝缘膜的顶面连续的侧面和与所述侧面连续的底面，
并且其中，以包含所述受光面的平面为第一平面并以与所述第一平面平行且包含所述顶面的平面为第二平面，所述底面位于所述第一平面和所述第二平面之间并且在与所述第一平面平行的第三平面内，
并且其中，与所述第一平面平行并且与所述第二平面和所述第三平面等距的平面被作为第四平面，
并且其中，与所述第一平面平行并且与所述第二平面和所述第四平面等距的平面被作为第五平面，
并且其中，与所述第一平面平行并且与所述第三平面和所述第四平面等距的平面被作为第六平面，
并且其中，所述某一平面是所述第五平面或者位于所述第四平面和所述第五平面之间，并且，所述另一平面位于所述第三平面和所述第四平面之间。
11.根据权利要求1～6中的任一项的光电转换元件，其中，当输入到所述部件的光的波长为λ、所述绝缘膜的折射率为n0并且所述第二部分的折射率为n1时，所述第二部分的厚度的最大值大于并且所述第二部分的厚度的最小值小于 λ / ( 4 ( n 1 2 - n 0 2 ) ) .
12.根据权利要求1或4的光电转换元件，其中，所述绝缘膜是多层膜，该多层膜包括：
第一和第二高折射率绝缘层，所述第一和第二高折射率绝缘层中的每一个具有等于或大于所述第一部分和第二部分中的至少一个的折射率的折射率并且包围所述部件；和
第一和第二低折射率绝缘层，所述第一和第二低折射率绝缘层中的每一个具有比所述第一部分和第二部分两者的折射率低的折射率并包围所述部件，
并且其中，所述第一和第二高折射率绝缘层中的每一个的厚度比所述第一和第二低折射率绝缘层中的每一个的厚度小，
并且其中，所述第一低折射率绝缘层位于所述第一高折射率绝缘层和所述第二低折射率绝缘层之间，
并且，所述第一低折射率绝缘层位于所述某一平面内，并且所述第二低折射率绝缘层位于所述另一平面内，并且其中，所述另一平面内的所述第二部分的厚度等于或小于所述某一平面内的所述第二部分的厚度的一半。
13.根据权利要求2、3、5和6中的任一项的光电转换元件，其中，所述绝缘膜包括各自包围所述部件并且各自具有等于或大于0.01μm且等于或小于0.10μm的厚度的氮化硅的第三和第四绝缘层，所述第一绝缘层位于所述第三绝缘层和所述第四绝缘层之间，并且，所述另一平面内的所述第二部分的厚度等于或小于所述某一平面内的所述第二部分的厚度的一半。
14.根据权利要求1～3中的任一项的光电转换元件，其中，所述部件在所述第一部分和所述光电转换部分之间包括与所述第二部分具有相同的化学计量成分并且折射率比所述第一部分的折射率高的第三部分；或者，
根据权利要求4～6中的任一项的光电转换元件，其中，所述用于使光路通向所述光电转换部分的部件在所述第一部分和所述光电转换部分之间包括与所述第二部分具有相同的化学计量成分并且折射率比所述第一部分的折射率低的第三部分。
15.根据权利要求1～6中的任一项的光电转换元件，其中，所述第二部分与所述绝缘膜接触，或者，在所述第二部分和所述绝缘膜之间设置折射率比所述第二部分的折射率低的低折射率层。
16.根据权利要求1～6中的任一项的光电转换元件，包括：
位于所述第二部分和所述绝缘膜之间、与所述第二部分具有不同的化学计量成分、并且折射率比所述第二部分的折射率高的高折射率层。
17.根据权利要求1～6中的任一项的光电转换元件，其中，所述部件在所述另一平面内的宽度小于所述部件在所述某一平面内的宽度，所述第二部分在所述某一平面和所述另一平面之间沿所述绝缘膜连续延伸，并且，随着所述第二部分接近所述受光面，所述第二部分的厚度连续减小。
18.根据权利要求1～3中的任一项的光电转换元件，其中，与所述第一部分具有相同的化学计量成分的透明膜被设置为从所述部件上方延伸到所述绝缘膜上方，
并且其中，所述透明膜包括：
与所述第二部分连续的第一区域；和
与所述第一部分连续的第二区域，
并且其中，在与所述受光面平行的平面内，所述第一区域包围所述第二区域，
并且其中，所述第一区域的折射率比所述第二区域的折射率高；或者，
根据权利要求4～6中的任一项的光电转换元件，其中，与所述第一部分具有相同的化学计量成分的透明膜被设置为从所述部件上方延伸到所述绝缘膜上方，
并且其中，所述透明膜包括：
与所述第二部分连续的第一区域；和
与所述第一部分连续的第二区域，
并且其中，在与所述受光面平行的平面内，所述第一区域包围所述第二区域，
并且其中，所述第一区域的折射率比所述第二区域的折射率低。
19.根据权利要求1～6中的任一项的光电转换元件，其中，通过插塞层相互连接的多个布线层被设置在所述绝缘膜内，并且，第一透镜体层和位于所述第一透镜体层与所述部件之间的第二透镜体层被设置为关于所述部件处于所述光电转换部分的对侧。
20.根据权利要求1或7的光电转换元件，其中，所述第一部分和所述第二部分的材料为氮化硅或者为树脂。
21.一种光电转换装置，其中，与根据权利要求1或7的光电转换元件对应的多个像素被排列，与彼此相邻的光电转换元件中的每一个的所述受光面垂直并且在所述某一平面和所述另一平面内穿过所述第一部分的轴的间隔等于或小于5.0μm，以及
其中，所述第一部分的折射率和所述第二部分的折射率之间的差值等于或大于0.025且等于或小于0.25。
22.一种光电转换装置，其中，与根据权利要求8的光电转换元件对应的多个像素被排列，与彼此相邻的光电转换元件中的每一个的所述受光面垂直并且在所述某一平面和所述另一平面内穿过所述第一部分的轴的间隔等于或小于2.0μm。
23.一种光电转换装置，其中，与根据权利要求10的光电转换元件对应的多个像素被排列，与彼此相邻的光电转换元件中的每一个的所述受光面垂直并且在所述某一平面和所述另一平面内穿过所述第一部分的轴的间隔等于或小于5.0μm,
其中，所述第二部分在所述另一平面内的厚度小于所述第二部分在所述第四平面内的厚度，
其中，所述开口部分在所述另一平面内的宽度小于所述开口部分在所述第四平面内的宽度，以及
其中，所述第一部分在所述另一平面内的宽度大于所述第一部分在所述第四平面内的宽度。
24.一种光电转换装置，其中，与根据权利要求12的光电转换元件对应的多个像素被排列，与彼此相邻的光电转换元件中的每一个的所述受光面垂直并且在所述某一平面和所述另一平面内穿过所述第一部分的轴的间隔等于或小于5.0μm，
其中，所述第二部分在所述另一平面内的厚度小于所述第二部分在所述某一平面内的厚度，
其中，所述部件被设置在所述绝缘膜的开口部分内，并且所述开口部分在所述另一平面内的宽度小于所述开口部分在所述某一平面内的宽度，以及
其中，所述第一部分在所述另一平面内的宽度大于所述第一部分在所述某一平面内的宽度。
25.一种光电转换装置，其中，与根据权利要求13的光电转换元件对应的多个像素被排列，与彼此相邻的光电转换元件中的每一个的所述受光面垂直并且在所述某一平面和所述另一平面内穿过所述第一部分的轴的间隔等于或小于5.0μm，
其中，所述第二部分在所述另一平面内的厚度小于所述第二部分在所述某一平面内的厚度，
其中，所述部件被设置在所述绝缘膜的开口部分内，并且所述开口部分在所述另一平面内的宽度小于所述开口部分在所述某一平面内的宽度，以及
其中，所述第一部分在所述另一平面内的宽度大于所述第一部分在所述某一平面内的宽度。
26.一种光电转换装置，其中，与根据权利要求17的光电转换元件对应的多个像素被排列，与彼此相邻的光电转换元件中的每一个的所述受光面垂直并且在所述某一平面和所述另一平面内穿过所述第一部分的轴的间隔等于或小于5.0μm，以及
其中，所述第一部分在所述另一平面内的宽度大于所述第一部分在所述某一平面内的宽度。
27.一种图像感测系统，包括：
其中排列有根据权利要求19的多个光电转换元件的光电转换装置；和
信号处理装置，在所述信号处理装置中输入从所述光电转换装置输出的信号并且处理所述信号。
28.一种图像感测系统，包括：
其中排列有根据权利要求1～7中的任一项的多个光电转换元件的光电转换装置；和
信号处理装置，在所述信号处理装置中输入从所述光电转换装置输出的信号并且处理所述信号。
29.一种图像感测系统，包括：
其中排列有根据权利要求10的多个光电转换元件的光电转换装置；和
信号处理装置，在所述信号处理装置中输入从所述光电转换装置输出的信号并且处理所述信号。
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