CN102637711A - 光电转换元件、及使用该元件的光电转换装置和成像系统 - Google Patents

光电转换元件、及使用该元件的光电转换装置和成像系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光电转换元件、及使用该元件的光电转换装置和成像系统。一种聚光构件使入射在聚光构件的与绝缘膜的开口部分对应的第一区域上的光聚集在布置在所述开口部分内的光路构件的上部区域中，所述绝缘膜具有从所述开口部分延伸的上面，并且所述光路构件具有在与光电转换部分的光接收面对应的区域中的下面。

Description

光电转换元件、及使用该元件的光电转换装置和成像系统
技术领域
本发明涉及一种具有光导的光电转换元件。
背景技术
关于具有光电转换部分的光电转换装置，诸如光电转换部分的间距和光接收面的面积的缩小对于增加光电转换部分的数量和/或使光电转换装置小型化是必要的。因此，通过提高入射光的使用效率，可改进光电转换装置的灵敏度。
为了提高入射光的使用效率，如日本专利公开No.07-045805、日本专利公开No.2002-118245和日本专利公开No.2008-218650中所公开的，在光接收部分(光电转换部分)的光接收表面上提供光导(光路构件)和在光导的上部部分上形成微透镜是有效的。
日本专利公开No.07-045805公开了位于光导的入射面附近的微透镜焦点。日本专利公开No.2002-118245公开了位于光接收面附近的微透镜焦点。日本专利公开No.2008-218650公开了从微透镜的光轴附近的区域输入的光的、位于光导的出射面附近的焦点和从微透镜外围附近的区域输入的光的、位于光导的入射面附近的焦点。
发明内容
本发明提供一种光电转换元件，包括：光电转换部分；光路构件，该电路构件布置在绝缘膜的开口部分内，所述绝缘膜具有从所述开口部分延伸的上面，所述光路构件具有在与光电转换部分的光接收面对应的区域中的下面；和聚光构件，该聚光构件包括至少一个聚光透镜本体层；其中，所述光接收面位于第一平面中，所述上面位于第二平面中，第二平面与第一平面平行，并与第一平面相距距离T；并且其中，所述下面位于第三平面中，第三平面与第一平面平行，并朝向光接收面侧与第二平面相距距离D，所述距离D等于或小于距离T；并且其中，所述聚光构件使入射在光路构件的与开口部分对应的第一区域上的光聚集在光路构件的区域中，所述区域在第二平面与第四平面之间，第四平面与第一平面平行，并朝向光接收面侧与第二平面相距距离D/2。
从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得明白。
附图说明
图1是描述本发明的截面示意图。
图2是描述本发明的示意图。
图3是描述光电转换元件的第一实施例的截面示意图。
图4是描述光电转换元件的第二实施例的截面示意图。
图5是描述光电转换元件的第三实施例的截面示意图。
图6是描述光电转换元件的第四实施例的截面示意图。
图7是描述光电转换元件的第五实施例的截面示意图。
图8是描述光电转换元件的第六实施例的截面示意图。
图9是描述光电转换装置和成像系统的示意图。
图10是描述光电转换装置的示例的截面示意图。
具体实施方式
以下将参照附图对本发明进行描述。图1是光电转换元件1的示意性截面图，该示意性截面图示出本发明的概念。
光电转换元件1具有光电转换部分110。光电转换装置可通过将多个(许多)光电转换元件1排列成一维形式或两维形式来形成。光电转换装置稍后将参照图9进行描述，并且还可包括未显示的用于控制从光电转换元件1获得的信号的外围路径。
光电转换部分110设置在衬底100上。关于光电转换装置，一个衬底100具有多个光电转换部分110，并且多个光电转换部分110中的每一个形成单个光电转换元件1的一部分。
光电转换部分110的示图的上侧的面是光接收面111。我们将把包括光接收面111的假想(几何)平面称为第一平面1001。通常，通过将杂质引入到半导体衬底100的比主面101深的部分中来形成光电转换部分110。因此，通常，光电转换部分110的光接收面111基本上与衬底100的主面101的至少一部分匹配，并且第一平面1001包括衬底100的主面101。
然而，光电转换部分110可具有设置在半导体衬底100的主面101中的凹陷部分，并可形成在比该凹陷部分的底面深的部分中。可替换地，光电转换部分110可被形成为MIS型构造或者在玻璃板等的主面上具有PIN型构造的薄膜。在这样的情况下，衬底100的主面101和光电转换部分110的光接收面111不必存在于同一平面上。
覆盖在其上排列衬底100的光电转换部分的至少一个主面101的绝缘层200设置在衬底100上(主面101上)。具体地讲，绝缘层200覆盖衬底100的主面101和光电转换部分110的光接收面111。也就是说，绝缘层200的下面与衬底100的主面101和光接收面111接触。绝缘层200具有使得多个光电转换部分110之间不导电(导电率低于衬底100的导电率)的绝缘性。通常，绝缘层200是透明的。绝缘层200可以是由一种类型的材料制成的单层膜，但是绝缘层200通常是由多层制成的多层膜。稍后将对多层膜进行描述。
绝缘层200具有开口部分201(孔部分)。开口部分201可以是通孔或凹陷部分，但是图1显示开口部分201是凹陷部分的情况下的构造。绝缘层200具有基本上平坦的且与衬底100的主面101平行的上面202。我们将把包括上面202的假想(几何)平面称为第二平面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分隔距离T。距离T基本上匹配绝缘层200的厚度。开口部分201延续到上面202。具体地讲，开口部分201由底面203和侧面204构成。包括底面203的假想(几何)平面被称为第三平面1003。底面203位于与光接收面111对应的区域中。具体地讲，底面203位于与主面101平行的方向上(与第一平面1001和第三平面1003平行的方向上)，以使得与光接收面111的正交投影一致。因此，光接收面111和底面203经由绝缘膜200的一部分彼此面对。第三平面1003与第二平面1002(和第一平面1001)平行，并且第二平面1002和第三平面1003分隔距离D。距离D基本上匹配开口部分201的深度。侧面204延续到上面202和底面203。因此，侧面204基本上在第二平面1002与第三平面1003之间延伸。指出，可存在这样的情况，即，开口部分201的截面形状为U形，并且底面203与侧面204之间的边界实际上不清楚。第三平面1003至少被确定为包括在绝缘层200的与衬底100侧相对的侧的表面上的、离衬底100最近的点(开口部分201的底面)。如上所述，“绝缘层200的与衬底100相对的侧的表面”具有上面202、底面203和侧面204。绝缘层200的衬底100侧的表面是绝缘层200的下面。如从到目前为止的描述清楚地看出，第一平面1001和第三平面1003分隔距离T-D(＞0)。指出，在开口部分201是通孔、而不是凹陷部分的情况下，光接收面111形成开口部分的底面。开口部分201的深度基本上与绝缘层200的厚度相同，由此T＝D适用。
现在，将把第四平面1004定义为位于第二平面1002与第三平面1003之间的假想(几何)平面。第四平面1004朝向光接收面111侧与第二平面1002分离距离D/2，并朝向光接收面111侧与第三平面1003分离距离(D/2)。因此，第四平面1004与第一平面1001分离距离T-(D/2)。
距离D(开口部分201的深度)优选地在距离T(绝缘层200的厚度)的1/4或更大处，更优选地在距离T的1/2或更大处。此外，距离D优选地比入射光的波长长。在距离D在0.55μm或更大处的情况下，典型的入射光波长优选地为绿色的0.55μm。因此，绝缘层200的厚度优选地比0.55μm厚，并且更优选地比1.0μm大。当绝缘层200厚很多时，应力增大，制造时间增加，由此从实用的角度来看，绝缘层200的厚度TI被设置为10μm或更小，并且优选地5.0μm或更小。
开口部分201的开口边缘(第二平面1002内的侧面204)的宽度(直径)通常为10μm或更小，并且优选地为5.0μm或更小。在开口边缘的宽度为2.0μm或更小的情况下，本发明提供特别明显的优点。
此外，将把第五平面1005和第六平面1006定义为位于第二平面1002与第四平面1004之间的假想(几何)平面。第五平面1005朝向光接收面111侧与第二平面1002分离距离D/8。第六平面1006朝向第二平面1002侧与第四平面1004分离距离D/8。因此，第六平面1006与第五平面1005分离距离D/4。
光路构件220位于开口部分201内。光路构件220是透明的。指出，这里所使用的“透明”意指就将对其执行光电转换的波长带的光而言基本上具有某个水平的透明度，并可具有波长选择性。光路构件220的折射率优选地高于绝缘层200的折射率。然而，光路构件220的一部分的折射率可低于绝缘层200的折射率。指出，在与本发明相关地仅提及折射率的情况下，这意味着绝对折射率。尽管折射率根据波长而不同，但是这至少是关于可通过光电转换部分110产生信号电荷的光的波长的折射率。此外，在光电转换元件1具有诸如滤色器等的波长选择层的情况下，使用穿过波长选择层的光的波长。然而，在实际使用时，入射光的波长可被认为是0.55μm，0.55μm是人眼对其敏感的绿色的波长，并且在以下描述中，将对与0.55μm对应的折射率进行描述。
光路构件220的形状以实质性的方式与开口部分201的形状大致匹配。根据本实施例，光路构件220具有截锥形状，但是根据开口部分201的形状，光路构件220可以是截棱锥形、方柱形或圆柱形。光路构件220优选地关于中心轴具有旋转对称性。光路构件220的宽度(直径)通常为10μm或更小，并且优选地为5.0μm或更小。在开口边缘的宽度为2.0μm或更小的情况下，本发明具有特别明显的优点。
光路构件220与开口部分201的底面203接触。指出，在开口部分是通孔的情况下，光路构件220与光电转换部分110的光接收面111接触。光路构件220的与开口部分201接触的面称之为下面。输入到光路构件220的光从光路构件220的下面朝向光电转换部分110出射。因此，光路构件220的下面也可称之为出射面。光路构件220的下面与底面203形成界面，并且光路构件220的下面基本上位于与底面203相同的平面(第三平面1003)内。因此，示图仅显示了底面203，而不是下面。存在这样的情况，即，当光路构件220与光电转换部分110的光接收面111接触(T＝D)时，易于在光电转换部分110中出现噪声，因此，优选地，T＞D适用，所以光路构件220不与光电转换部分110接触。
光路构件220优选地被开口部分201的侧面204包围。在光路构件220的折射率大于绝缘层200的折射率并且光路构件220和绝缘层200形成界面的情况下，在该界面处发生几何光学全反射，并且入射光可被导向光路构件220，因此被导向光接收面111。此外，在光路构件220与侧面204之间提供与光路构件220相比不透明的膜的情况下，光路构件220的折射率可等于或低于绝缘层200的折射率。提供不透明膜可减少从侧面204漏出的光的量，所述漏出的光是杂散光的起因。此外，如果不透明膜是具有金属光泽的膜，(金属膜等)，则在不透明膜处发生金属反射，并且入射光可被导入光路构件220，因此可被导向光接收面111。指出，当然，不透明膜至少不覆盖底面203的一部分，并且底面203和光路构件220应该接触。当不透明膜位于光路构件220与侧面204之间时，不输入到光路构件220、而是输入到绝缘层200的光不输入到光路构件220。另一方面，如果在没有提供不透明膜的情况下光路构件220与绝缘层200的侧面204接触，则入射在绝缘层200中的光可从绝缘层200入射到光路构件220中。因此，光路构件220优选地与侧面204接触，而不提供不透明膜。
如上所述，至少光路构件220和绝缘层200形成光导构造，并且光路构件220具有用作光导构造的光路的功能。
光路构件220的材料(透明材料)可以是有机金属(树脂)，但是无机材料化学上稳定，从而是优选的。氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(SiOxNy)、氧化硅(SiO2)和氧化钛(TiO2)优选作为无机材料，特别是氮氧化硅和氮化硅是优选的。光路构件220可由多种材料构成，并且光路构件220可具有折射率分布。实际上，光路构件220的折射率优选为1.6或更大。此外，“透明”可意指就对其执行光电转换的波长带的光而言可具有基本上充分的光透明度。
光电转换元件1具有在第二平面1002的与光接收面111侧相对的侧的聚光构件300。图1使用双凸透镜形状示意性地显示聚光构件300的聚光功能310。虽然稍后将描述细节，但是聚光构件300包括至少一个聚光透镜本体层。通常，聚光构件是由多层构成的分层构件。作为聚光构件300的一部分的层301是聚光构件300的多层中的、从光路构件220移除最远的层(最外层)。最外层301可具有聚光功能。聚光构件300具有光轴501。图1显示光轴501与第一平面1001正交的示例，但是光轴501可关于第一平面1001倾斜。
作为聚光构件300的一部分的层302是聚光构件300的最内层。最内层302与光路构件220接触。最内层302可具有聚光功能。最内层302的材料可以是与光路构件220相同的材料。在这样的情况下，存在这样的情况，即，相互由相同的透明材料制成的光路构件220和最内层302形成一体，并且光路构件220与最内层302之间的边界不能被清楚地观察到。如上所述，光路构件220位于开口部分201的内侧(第二平面1002与第三平面1003之间)，并且最内层302存在于开口部分201的外侧。因此，通过确定透明材料是存在于开口部分201的内侧还是存在于开口部分201的外侧，可区分光路构件220和最内层302。开口部分201的内侧与外侧之间的区分可通过在光电转换元件1的截面的观察图像中虚拟地将绝缘层200的上面202延伸到开口部分201的顶部(虚拟地将侧面204的上边缘用直线连接在一起)来进行。
指出，“相同材料”意指具有相同的化学计量组成的材料。因此，化学计量组成有区别(即，非化学计量组成不同)的材料或者具有不同结晶、材料密度、杂质(1wt％或更小)及其浓度的材料也可被看作“相同材料”。例如，氮化硅的化学计量组成比为Si∶N＝3∶4，但是在具有相同化学计量组成比的范围内，实际上具有不同Si和N比率的材料可被看作相同材料。指出，具有不同化学计量组成的材料不是相同材料。例如，一氧化钛(TiO)和二氧化钛(TiO2)都是氧和钛的化合物(氧化钛)，但是是化学计量不同的材料。
最外层301与介质400形成界面，介质400具有大于等于1.000且小于等于1.001的折射率。基本上，介质400是诸如空气或氮气的气体或者真空。指出，介质400是与光电转换元件1分离的单元，并且不是光电转换元件1的一部分。
关于光电转换元件1，从介质400到聚光构件300的、与聚光构件300的光轴501平行的入射光基本上在一个点处会聚。光在该点会聚的点是焦点500。图1用虚线显示光轴501，并用点线显示未标记的入射光的示意性光路。
根据本发明，聚光构件300使焦点500形成在光路构件220内。进一步，焦点500位于第二平面1002与第四平面1004之间的区域中。开口部分201的区域位于开口部分201的上部部分上，因此称之为上部区域。指出，焦点500不位于第二平面1002中和第四平面1004中。
图2显示通过仿真找到在恒定入射光量的情况下通过光电转换部分产生的信号电荷量与焦点500的位置之间的关系的结果。焦点500的位置通过改变聚光构件300的构造来改变。此外，线A和线B就开口部分201在第二平面1002中的开口边缘面积(被上面202包围的区域的面积)而言不同，并且线B具有比线A小的开口边缘面积。因此，线B的灵敏度低于线A的灵敏度。
如从图2可理解的，当焦点500位于第二平面1002与第四平面1004之间的区域(上部区域)中时，与位于上部区域外部的情况相比，灵敏度提高。
这可被认为是由于光在以波动光学的方式而不是线性(几何光学)的方式折射的同时被输送。折射光变为不包含在开口边缘中的光(即，进入绝缘层200，变为杂散光)，并可导致损失。然而，通过将焦点500定位在第二平面1002与第四平面1004之间，由此折射光可入射在开口部分201中，并可推测灵敏度提高。在开口边缘的宽度为2.0μm或更小的情况下，这样的波动光学折射具有特别大的影响。
此外，焦点500优选地形成在第五平面1005与第四平面1004之间，而不是形成在第二平面1002与第五平面1005之间。这是因为，当焦点500位于第二平面1002与第五平面1005之间时，在光对角地进入到聚光构件300中的情况下，焦点500不形成在光路构件220中的可能性发生。
此外，如可从线A和线B的比较所理解的，随着开口边缘面积减小(线A-＞线B)，在焦点500离第二平面1002与第四平面1004之间的区域较远的情况下的灵敏度降低变得明显。在上部区域中，焦点500优选地位于第五平面1005与第六平面1006之间的区域(中上区域)中。当焦点500在中上区域中时，灵敏度尤其提高。此外，即使开口边缘面积本身的差异由于例如制造误差而发生，或者即使开口边缘面积的实质差异由于开口边缘的中心和光轴501的移位而发生，也可减小灵敏度差异。
如图1所示，聚光构件300的到最外层301的入射光包括最外层301在光轴501附近的中间区域510的入射光和远离光轴501的外围区域520的入射光。中间区域510是与开口部分201对应的区域。具体地讲，中间区域510是在与主面101平行的方向上(在与第一平面1001和第二平面1002平行的方向上)的、与开口边缘的正交投影一致的区域。另一方面，外围区域520是与上面202对应的区域。具体地讲，这是在与主面101平行的方向上(在与第一平面1001和第二平面1002平行的方向上)的、与上面202的正交投影一致的区域。
从几何光学的观点来讲，中间区域510的入射光不偏离开口边缘的正交投影，只要在用于使光通量发散的光路上没有元件(比如，凹透镜或远离光轴的方向上的折射)即可。然而，如上所述，从波动光学的观点来讲，存在这样的情况，即，折射发生，并且光通量偏离开口边缘的正交投影，导致损失。因此，根据本发明，入射在中间区域510中的光的焦点位于上部区域中。此外，入射在外围区域520中的光的焦点优选地位于上部区域中。指出，当聚光构件300具有像差时，存在这样的情况，即，外围区域520的入射光的焦点与中间区域510中入射的光的焦点不同。在这样的情况下，外围区域520的入射光的焦点也优选地位于上部区域中，并且更优选地，位于中上区域中。
焦点500的位置通过以下确定：聚光构件300的光轴501穿过的多层的每层的材料的物理属性(主要是折射率)、表面形状、厚度、多层的分层次序、入射光的波长和它们的组合。此外，从波动光学的观点来讲，除了聚光构件300之外的构造，比如，绝缘层200和光路构件220的折射率和形状也影响焦点500的位置。
为了将焦点500定位在上部区域中，必须使用光学分析仿真器来确定聚光构件300的构造。焦点500的位置受波动光学因素影响，由此关于光学分析仿真器，最好是使用利用FDTD(时域有限差分)方法的三维波动光学分析仿真器。上述图2显示FDTD的分析结果。指出，在分析中，即使聚光构件300的构造的一部分(特别是形状)用类似构造取代，也不存在实际问题。
以下如第一实施例至第八实施例那样以可应用的CMOS型等像素放大光电转换元件作为示例对用于将焦点500定位在上部区域中的特定构造进行描述。指出，在以下实施例中，光路构件220的折射率高于绝缘层200的折射率。
关于各种材料，通常，氮化硅(Si3N4)的折射率为1.8至2.3，氮氧化硅(SiOxNy)的折射率为1.6至1.9，氧化硅(SiO2)的折射率为1.4至1.5，并且BPSG、PSG和BSG的折射率为1.4至2.0。为了方便以下描述，我们将说，氧化硅的折射率＜氮氧化硅的折射率＜氮化硅的折射率适用。指出，树脂的折射率通常为1.3至2.0，并根据类型而不同。
本发明不限于以下实施例，并且在不脱离本发明的范围的情况下，可进行对第一实施例至第八实施例的部分构造的组合、修改、省略和构造的材料的改变。本发明还可应用于背投型光电转换元件或电荷转移(CCD型)光电转换元件。
第一实施例
图3是描述第一实施例的光电转换元件1的示例的截面示意图。N+型半导体区112设置在由N型硅构成的半导体衬底100中。N型半导体区113设置在包括N+型半导体区112的下部部分的外围中。P型半导体区114设置在N型半导体区113的下部部分中。N+型半导体区112可主要用作电荷储存区。N+型半导体区112与N型半导体区113和P型半导体区114可构成光电转换部分110的一部分。
绝缘层200设置在主面101上。绝缘层200为多层膜。绝缘层200从主面101侧起依次具有第一绝缘层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、第十绝缘层214和第十一绝缘层215。此外，绝缘层200包括位于第二绝缘层206的一部分与第三绝缘层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、第九绝缘层213和第十一绝缘层215由氧化硅(SiO2)制成。第三绝缘层207由BPSG(掺杂硼磷的硅玻璃)制成，但是代替BPSG，可使用PSG(磷硅玻璃)或BSG(硼硅玻璃)。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)制成。绝缘层200的厚度是第一层至第十一层的厚度的总和，并且距离T基本上与绝缘层200的厚度相同。现在，第十一层绝缘层215形成绝缘层200的上面202。此外，第十二层216形成开口部分201的底面203。
布线217设置在绝缘层200内。布线217可以是多层布线，并且图3显示布线217被构造有第一布线层2171、第二布线层2172和接触层2173(通路)的示例。接触层2173位于第一布线层2171与第二布线层2172之间，并将第一布线层2171和第二布线层2172彼此连接。显示了具有两层的分层布线的示例，但是另外的布线层可设置在第一布线层2171与第二布线层2172之间，以具有三层或更多分层的布线。诸如铜、铝、钨、钽、钛、多晶硅等的导电材料可用于布线217。典型的布线217是不透明的，并具有金属光泽。具有MOS构造的传输栅极的栅极218设置在半导体衬底100的主面101上。栅极218由多晶硅制成，并通过未显示的接触层(插头)与第一布线层2171连接。
将给出布线217的示例。未显示的插头主要由钨制成，并可通过单镶嵌法形成。第一布线层2171主要由铜制成，并可通过单镶嵌法一体地形成。接触层2173和第二布线层2172主要由铜制成，并可通过双镶嵌法形成为一体。在这种情况下，第四绝缘层208、第六绝缘层210和第八绝缘层212可用作蚀刻控制层和铜扩散防止层，并且第十绝缘层214可用作铜扩散防止层。指出，第一布线层2171、第二布线层2172、接触层2173和插头可具有在绝缘层200的界面附近的、主要由钽等制成的势垒金属。
开口部分201的侧面204的平面形状(开口部分201在与第一平面1001平行的平面中的形状)处于闭环形状，并且可以是圆形、椭圆形、倒圆四边形、四边形或六边形。这里，所述形状是圆形。因此，底面203也是圆形。开口部分201的开口边缘(第二平面1002中的侧面204)的宽度(直径)通常为10μm或更小，并且优选地为5.0μm或更小。在开口边缘的宽度为2.0μm或更小的情况下，本发明提供特别明显的优点。根据本发明，开口边缘的宽度大约为1.5μm。
开口部分201的截面形状(开口部分201在与第一平面1001正交的平面中的形状)可以是倒梯形、梯形(正常梯形)、矩形、正方形或者组合这些形状的台阶形状。
开口部分201的底面位于第三绝缘层207存在的范围中。换句话讲，第三绝缘层207位于第三平面中。开口部分201的底面(第三平面1003)优选地位于比第一布线层2171更接近于半导体衬底100。
光路构件220位于开口部分201的内侧。光路构件220的下面(出射面)与开口部分201的底面接触。因此，开口部分201的下面203和光路构件220的下面基本上匹配，并且光路构件220的下面位于第三平面1003中。光路构件220被绝缘膜200包围。具体地讲，光路构件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。光路构件220的形状以实质性的方式与开口部分201的形状大致匹配。根据本实施例，光路构件200具有截锥形状，但是根据开口部分201的形状，光路构件220可以是截棱锥形、方柱形或圆柱形。
形成光路构件220和绝缘层200的方法不特别受限。通常，可使用第一形成方法，在第一形成方法中，当对不具有开口部分201的多层绝缘膜执行蚀刻处理并形成具有开口部分201的绝缘层200时，可累积开口部分201内的光路构件200的材料来形成光路220。另外，可使用第二形成方法，在第二形成方法中，每次形成构成绝缘膜200的绝缘层时，重复蚀刻绝缘层和提供开口部分的处理和将光路构件220的材料设置在开口部分中的处理。此外，可使用第三形成方法，在第三形成方法中，在设置光路构件220之后，将绝缘膜200的一部分的绝缘层设置在光路构件220的外围中。
本实施例显示使用第一形成方法的示例。第十二绝缘层216构成绝缘膜200的一部分，并构成开口部分201的底面203。第十二绝缘层216设置在光接收面的上部部分和栅极218的部分的上部部分上。第十二绝缘层216在平面方向上的面积大于底面203的面积。此外，第十二绝缘层216在平面方向上的面积大于第一绝缘层205和第二绝缘层206的面积。
在绝缘层200上形成开口部分201的情况下，第十二绝缘层216可用作蚀刻停止体。如果具有光路构件220的折射率与光电转换部分110的折射率之间的折射率的层(这里，由氧化硅构成的第二绝缘层206)设置在光路构件220与光电转换部分110之间，从光路构件220到光电转换部分110的透射率改进。
这里，开口部分201的底面位于第三绝缘层207存在的范围中。换句话讲，第三绝缘层207位于第三平面1003中。开口部分201的底面(第三平面1003)优选地位于比第一布线层2171更接近于半导体衬底100。
指出，在绝缘层200是多层膜的情况下，多层膜的层的部分的折射率可等于或大于光路构件220的折射率。这样的层称之为高折射率绝缘层。另一方面，多层膜的具有比光路构件220的折射率低的折射率的其余层称之为低折射率绝缘层。
在本实施例的情况下，光路构件220是氮氧化硅，由此绝缘膜200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由氮化硅制成，并形成开口部分201的侧面204，所以是高折射率绝缘层。例如，在光路构件220的折射率大约为1.9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具有大约2.0的折射率时，这些绝缘层是高折射率层。指出，第一绝缘层205也是高折射率层，但是不形成开口部分201的侧面204。
然而，不可取的是，折射率等于或大于光路构件220的折射率的这样的层(高折射率绝缘层)形成开口部分201的侧面204的大部分。这是因为入射在光路构件220中的光在高折射率层内输送，并具有从开口部分201泄漏的可能。因此，开口部分201的由高折射率层形成的侧面204优选地小于开口部分201的侧面204的整个面积的一半，并且更优选地，小于四分之一。换句话讲，在多层膜中，折射率低于光路构件220的折射率的层(低折射率绝缘层)优选地形成开口部分201的侧面204的整个面积的一半或更大是有利的，并且更优选地，形成四分之三或更大。由各层形成的侧面204的面积可通过适当地设置各层的厚度和侧面204的角度来调整。一个低折射率绝缘层的厚度通常为大于等于0.10μm且小于等于0.60μm。一个高折射率绝缘层的厚度优选地为λ/2N0H或更小，并且更优选地为λ/4N0H或更小，其中，入射在光路构件220中的光的波长为λ，并且高折射率绝缘层的折射率为N0H。高折射率绝缘层的厚度通常为大于等于0.010μm且小于等于0.10μm。
将对聚光构件300的构造进行描述。聚光构件300通过从第二平面1002起依次序分层为中间层319、滤色器层327、透镜基体层328和透镜本体层329来制作。至少透镜本体层329构成透镜层，并且透镜基体层328也可与透镜本体层329一起构成透镜层。
透镜基体层328的入射侧表面(图3中的上面)形成理想球面、近似球面或者朝向入射侧凸出的非球面(以下，将这些都称为曲面)，即，具有凸透镜形状。因此，入射在透镜本体层329中的光随着该光接近光轴501而会聚。透镜基体层328和透镜本体层329由相同的有机材料(树脂)制成，并且透镜基体层328和透镜本体层329彼此接触。也就是说，透镜基体层328和透镜本体层329被设置为基本上形成一体。观察透镜基体层328和透镜本体层329的边界通常是困难的。在这样的情况下，链接透镜本体层329的曲面区域的边缘的平面可位于假想边界上。指出，透镜基体层328可省略，并且可具有透镜本体层329和滤色器层327接触的构造。
曲面的形状(特别是曲率、高度和宽度)和透镜本体层329的材料的物理属性(特别是折射率)极大地影响焦点500的位置。总而言之，曲率越大，焦点500的位置离第一平面1001越远。透镜基体层328材料的物理属性(特别是折射率)和厚度受会聚光在透镜基体层328中在光轴501附近的距离影响，由此这是用于确定焦点500的一个元素。典型的透镜本体层329折射率为1.6至2.0。
滤色器层327由包括颜色材料的有机材料(树脂)制成。染料可用于颜色材料，或者可使用颜料。滤色器层327的材料的厚度和物理属性(特别是折射率)受在透镜基体层328和滤色器层327的边界处折射的光在滤色器层327中在光轴501附近的距离影响，因此变为用于确定焦点500的一个元件。典型的滤色器层327的厚度为0.1至1.0μm，并且折射率为1.4至1.6。
中间层319与光路构件220一样由氮氧化硅构成，并且中间层319与光路构件220接触。因此，中间层319和光路构件220被设置为基本上形成一体。中间层319等同于参照图1描述的最内层302。中间层319具有调整透镜本体层329与光路构件220之间的距离的功能，并且通过适当地设置中间层319的厚度，可控制焦点500的位置。典型的中间层319的厚度为0.080μm或更大。另一方面，当中间层319非常厚时，光路构件220的入射光量减小。中间层319的厚度优选地为开口部分201的深度D或更小，并且更优选地为开口部分201的深度D的一半或更小。此外，中间层319的厚度优选地为大于等于λ/4N319且小于等于2λ/N319，其中，优选地，入射光的波长为λ，并且中间层319的折射率为N319。典型的中间层319的厚度为0.20μm或更小。
第二实施例
将参照图4对第二实施例进行描述。根据本实施例，作为聚光构件300的最内层的中间层319的折射率高于光路构件220的折射率。这里，光路构件220由氮氧化硅制成，并且中间层319由氮化硅制成。除了这个要点之外，第二实施例与第一实施例相同，所以这里将省略描述。
根据本实施例，中间层319的折射率高于光路构件220的折射率。因此，在从中间层319入射在光路构件220中的光中，对角地入射在中间层319与光路构件220之间的界面中的光遵循斯涅耳定律，并在光轴501附近的方向上折射。因此，与第一实施例相比，焦点500的位置可更接近于中上区域。
指出，与第一实施例相比，中间层319与滤色器层327之间的折射率的差异增大，由此在中间层319中，远离光轴501的方向上的折射易于发生。因此，与第一实施例相比，中间层319的厚度优选地更薄。
第三实施例
将参照图5对第三实施例进行描述。根据本实施例，聚光构件300具有第一透镜本体层329和第二透镜本体层324的两个透镜本体层。至少第一透镜本体层329构成第一透镜层，并且至少第二透镜本体层324构成第二透镜层。具体地讲，在第二实施例中的第二平面1002与滤色器层327之间，从第二平面1002侧起依次设置第一中间层319、第二透镜基体层323、第二透镜本体层324、第二透镜涂层325和第二中间层326。第二透镜基体层323还与第二透镜本体层324一起构成第二透镜层。第一透镜基体层328和第一透镜本体层329可以与第一实施例和第二实施例的透镜基体层328和透镜本体层329相同。透镜基体层328还可与第一透镜本体层329一起构成第一透镜层。第一中间层319可与第二实施例的中间层319相同，并由氮化硅制成。此外，光路构件220和中间层319由氮化硅制成。除了这些要点之外，第三实施例与第二实施例相同，所以将省略描述。
第二中间层326由有机材料(树脂)制成，并具有调整第一透镜本体层329与第二透镜本体层324之间的距离的功能。此外，第二中间层326被平滑化为第二透镜本体层324的弯曲形状，并且还具有控制滤色器层327、第一透镜基体层328和第一透镜本体层329中的光路的倾斜的功能。第二中间层326的最薄部分处的厚度通常为0.1至0.5μm。第二中间层326的折射率为1.4至1.5。
第二透镜衬底323和第二透镜本体层324由有机材料(树脂)制成，第二透镜本体层324具有凸透镜形状(扁平的凸透镜形状)。指出，第二透镜本体层324的折射率高于第二中间层326的折射率。因此，通过第一透镜本体层329会聚的光可进一步会聚，并且焦点的位置可被置于更接近于中上区域。
此外，根据本实施例，氮化硅用于光路构件220。因此，与第一实施例和第二实施例相比，光路构件220与绝缘膜200的低折射率绝缘层(第三绝缘层207、第五绝缘层209、第九绝缘层213和第十一绝缘层215)之间的折射率差异增大。因此，从光路构件220朝向绝缘膜200的低折射率绝缘层泄漏的光的量可减小。此外，与第一实施例和第二实施例相比，光路构件220与绝缘膜200的高折射率绝缘层(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)之间的折射率差异减小(大致相同)。因此，从光路构件220朝向绝缘膜200的高折射率绝缘层泄漏的光的量可减小。
第二透镜涂层325由氧化硅制成，并具有在第二透镜本体层324的折射率与第二中间层326的折射率之间的折射率。因此，如果第二透镜涂层325具有在第二透镜本体层324的折射率与第二中间层326的折射率之间的折射率，则从第二中间层326到第二透镜本体层324的入射光增加。这使得在不设置第二透镜涂层325的情况下可发生的、第二中间层326与第二透镜本体层324之间的边界处的反射被抑制，以提高透射率。
第二透镜涂层325的厚度优选地小于第二透镜本体层324的厚度，并更优选地小于第二透镜本体层324的厚度的一半或更小。第二透镜涂层325的厚度优选地为入射光波长的(M-0.5)/4N325倍到(M+0.5)/4N325倍，并且更优选地为入射光波长的M/4N325倍。现在，M是奇数，并且N325是第二透镜涂层325的折射率。M优选为1或3，并且更优选为1。当第二透镜涂层325的厚度被如此设置时，离开第二透镜本体层324的表面的反射光与离开第二透镜涂层325的表面的反射光之间的干涉可变弱，并且从波动光学的观点来讲，可提供反射抑制功能。
第四实施例
将参照图6对第四实施例进行描述。根据本实施例，聚光构件300具有低折射率层321。具体地讲，低折射率层321设置在第三实施例的第一中间层319与第二透镜基体层323之间。低折射率层321由氮化硅制成。此外，第二透镜基体层323和第二透镜本体层324由氮化硅制成。除了这些要点之外，第四实施例与第三实施例相同，所以将省略描述。
当第二透镜本体层324由氮化硅制成时，与由树脂制成的情况相比，第二透镜本体层324的折射率可增大。因此，与第三实施例相比，第二中间层326与第二透镜本体层324之间的折射率差异增大，并且聚光功能(折光力)可提高。因此，焦点500可被设置到更有利的位置。
根据第三实施例，第一中间层319的折射率高于第二透镜基体层323的折射率，由此在第一中间层319和第二透镜基体层323的界面处，远离光轴501的方向上的折射发生，遵循斯涅尔定律。根据第四实施例，即使假设在不提供低折射率层321的情况下第一中间层319和第二透镜基体层323接触，因为二者都由氮化硅制成那样，所以二者之间的折射率差异小(或者不存在)，由此远离光轴的方向上的折射可减小。此外，根据第四实施例，与第二透镜基体层323形成边界的低折射率层321设置在第二透镜基体层323与第一中间层319之间。因此，在第二透镜基体层323与低折射率层321之间的边界处，折射在光轴501附近的方向上发生，遵循斯涅尔定律。因此，焦点500可被设置在更有利的位置，以补充第二透镜本体层324，第二透镜本体层324由于制造限制而导致对聚光能力的改进有限。指出，即使在省略第二透镜基体层323并且第二透镜本体层324和低折射率层321接触的构造的情况下，也可获得类似的优点。此外，即使具有比低折射率层321的折射率高的折射率的高折射率层设置在第二透镜基体层323与低折射率层321之间，光轴501附近的方向上的折射也可类似地限于在高折射率层与低折射率层321之间的界面处发生。
另一方面，低折射率层321的折射率低于第一中间层319的折射率，由此在低折射率层321与第一中间层319之间的界面处，折射在远离光轴501的方向上发生，遵循斯涅尔定律。然而，低折射率层321与第一中间层319之间的界面比第二透镜基体层323与低折射率层321之间的界面更接近于光路构件220。因此，与第二透镜基体层323与低折射率层321之间的界面处的折射相比，低折射率层321与第一中间层319之间的界面处的焦点500的位置上的折射的影响小。
实际上，低折射率层321的折射率优选地为第二透镜基体层323(或第二透镜本体层324)的折射率的0.95倍或更小，并且更优选地，为0.85倍或更小。如第三实施例中那样，即使在将树脂用于第二透镜基体层323的材料的情况下，也可如本实施例中那样设置低折射率层321。在第二透镜基体层323(或第二透镜本体层324)由氮化硅制成的情况下，实际上，对于低折射率层321，大于等于1.40且小于等于1.60的折射率是优选的。
第五实施例
将参照图7对第五实施例进行描述。根据本实施例，聚光构件300具有第一中折射率层322和第二中折射率层320。具体地讲，第一中折射率层322设置在第四实施例的第二透镜基体层323与低折射率层321之间，并且第二中折射率层320设置在低折射率层321与中间层319之间。第一中折射率层322和第二中折射率层320的材料是氮氧化硅，并且低折射率层321的材料是氧化硅。除了这些要点之外，第五实施例与第四实施例相同，所以将省略描述。
第一中折射率层322的上面与第二透镜基体层323的下面形成界面，并且第一中折射率层322的折射率低于第二透镜基体层323的折射率。低折射率层321的上面与第一中折射率层322的下面形成界面，并且低折射率层321的折射率低于第一中折射率层322的折射率。因此，第一中折射率层320具有在第二透镜基体层323的折射率与低折射率层321的折射率之间的折射率。第二中折射率层320的上面与低折射率层321的下面形成界面，并且第二折射率层320的折射率高于低折射率层321的折射率。第二中折射率层320的下面与第一中间层319的上面形成界面，并且第二中折射率层320的折射率低于第一中间层319的折射率。因此，第二中折射率层320具有在低折射率层321的折射率与第一中间层319的折射率之间的折射率。
在第四实施例的情况下，存在这样的情况，即，由于第二透镜基体层323与低折射率层321之间的折射率差异，入射光的反射在第二透镜基体层323与低折射率层321之间的界面处发生。此外，存在这样的情况，即，由于低折射率层321与第一中间层319之间的折射率差异，入射光的反射在低折射率层321与第一中间层319之间的界面处发生。此时的折射率R可被表达为R＝(N321-N319)2/(N321+N319)2。现在，N321是低折射率层321的折射率，并且N319是第一中间层319的折射率。
根据第五实施例，第二透镜基体层323与第一中折射率层322之间的折射率差异和中折射率层322与低折射率层321之间的折射率差异两者都小于第二透镜基体层323与低折射率层321之间的折射率差异。因此，从第二透镜基体层323到低折射率层321的透射率可得到改进，并且入射在低折射率层321中的光的量可增加。
此外，低折射率层321与第二中折射率层320之间的折射率差异和第二中折射率层320与第一中间层319之间的折射率差异两者都小于低折射率层321与第一中间层319之间的折射率差异。因此，从低折射率层321到第一中间层319的透射率可得到改进，并且入射在第一中间层319中的光的量可增加。
此外，根据本实施例，在实际使用时，低折射率层321的折射率优选为第二透镜基体层323(或第二透镜本体层324)的折射率的0.95倍或更小，并且更优选地为0.85倍或更小。低折射率层321的折射率优选地为大于等于1.40且小于等于1.60。
低折射率层321的厚度优选地为大于等于60nm且小于等于500nm，并且更优选地为大于等于80nm且小于等于200nm。此外，第一中折射率层322的厚度优选地为大于等于20nm且小于等于300nm，并且更优选地为大于等于40nm且小于等于150nm。与第一中折射率层322一样，第二中折射率层320的厚度优选地为大于等于20nm且小于等于300nm，并且更优选地为大于等于40nm且小于等于150nm。
第一中折射率层322的折射率N322优选地为(N323+N322)/4或更大，还优选地为3×(N323+N322)/4或更小。现在，N323是第二透镜基体层323的折射率。第二中折射率层320的折射率N320优选地为(N319+N320)/4或更大，并且还优选地为3×(N319+N320)/4或更小。
在第二透镜基体层323的折射率高于第一中间层319的折射率的情况下，第一中折射率层322的折射率优选地高于第二中折射率层320的折射率。也就是说，N321＜N320＜N322＜N319＜N323是优选的。相反，在第二透镜基体层323的折射率低于第一中间层319的折射率的情况下，第一中折射率层322的折射率优选地低于第二中折射率层320的折射率。也就是说，N321＜N322＜N320＜N323＜N319是优选的。因此，通过使第一中折射率层322和第二中折射率层320的折射率根据其上方和下方构件的折射率而不同，从第二透镜基体层323到第一中间层319的透光率可得到改进，并且光电转换元件1的灵敏度可得到改进。
第一中折射率层322的厚度优选地为(M-0.5)λ/4N322到(M+0.5)λ/4N322倍是有利的，其中，入射光的波长是λ，并且更优选地为入射光的波长的M/4N322倍。这里，M是奇数，并且N322是第一中折射率层322的折射率。M优选为1或3，并且更优选为1。当第一中折射率层322的厚度如此被设置时，离开第一中折射率层322与第二透镜基体层323之间的界面的反射光与离开第一中折射率层322与低折射率层321之间的界面的反射光之间的干涉可变弱，并且从波动光学的观点来讲，可提供反射抑制功能。
类似地，第二中折射率层320的厚度优选为入射光波长的(M-0.5)λ/4N320到(M+0.5)λ/4N320倍，并且更优选地为入射光波长的M/4N320倍。现在，M是奇数，并且N320是第二中折射率层320的折射率。
如第四实施例所述，在具有各层的有限厚度的范围中提高光轴501附近的折射时，应该如下设置第一中折射率层322的厚度和低折射率层321的厚度。首先，将第二透镜基体层323与第一中折射率层322的相对折射率和第一中折射率层322与低折射率层321的相对折射率进行比较。将相对折射率较大的那个(第一中折射率层322和低折射率层321之一)的出射侧的介质的厚度设置为大于较小的那个(第一中折射率层322和低折射率层321中的另一个)的出射侧的介质的厚度。指出，根据本实施例，这里相对折射率为(入射侧介质的折射率)/(出射侧介质的折射率)，并且为大于1的值。指出，在对该要点的描述中，在简单地写“折射率”的情况下，这意指绝对折射率。根据斯涅耳定律，相对折射率越大，出射角将越大，所以通过增大相对折射率较大的出射侧介质的厚度，可使出射光明显地更接近于光轴501。例如，在第二透镜基体层323的折射率为2.00的情况下，第一中折射率层322的折射率为1.72，并且低折射率层321的折射率为1.46，那么2.00/1.72＜1.72/1.46适用。因此，低折射率层321的厚度应该大于第一中折射率层322的厚度。
例如，第二透镜基体层323可以是折射率为2.00的氮化硅，并且第一中间层319可以是折射率为1.84的氮化硅。因此，第一中折射率层322的折射率可增加得比第二中折射率层320的折射率多，由此离开第二透镜基体层323的下面和离开第一中间层319的上面的出射光可减小。例如，第一中折射率层322可以是折射率为1.73的氮氧化硅，低折射率层321可以是折射率为1.46的氧化硅，并且第二中折射率层320可以是1.65。
已针对第一中折射率层322与第二透镜基体层323形成界面的情况对上述第一中折射率层322和低折射率层321的关系进行了描述，但是同样可适用于不设置第二透镜基体层323并且第一中折射率层322与第二透镜本体层324形成界面的情况。此外，已针对第二中折射率层320与第一中间层319形成界面的情况对第二中折射率层320与低折射率层321之间的关系进行了描述，但是同样可适用于不设置第一中间层319并且第一中折射率层322与光路构件220形成界面的情况。
第六实施例
将参照图8对第六实施例进行描述。根据本实施例，聚光构件300具有在第五实施例的第一透镜本体层329上的第一透镜涂层330。因此，第一透镜涂层330等同于参照图1描述的最外层301。除了这些要点之外，第六实施例与第五实施例相同，所以将省略描述。
第一透镜涂层330由氟树脂制成，并可抑制杂质等的粘附。第一透镜涂层330具有在第一透镜本体层329的折射率与介质400的折射率之间的折射率。介质400的折射率为1.001或更小，并且第一透镜涂层330的折射率高于1.001，并低于第一透镜本体层329的折射率。第一透镜涂层330的厚度可被设置为与第二透镜涂层325相同。
光电转换装置
将参照图9对光电转换装置10和使用光电转换装置10的成像系统30的示例进行描述。光电转换装置10可用作例如成像传感器、距离测量传感器或光测量传感器。光电转换装置10还可具有用作成像传感器、距离测量传感器或光测量传感器的功能的多种功能。
还可构造具有光电转换装置10和信号处理装置20的成像系统30，从光电转换装置10输出的电信号输入到信号处理装置20中，并且信号处理装置20处理这些电信号。图9是显示成像系统30的示例的示图。电信号从光电转换装置10的OUT1和OUT2输出。现在，显示提供OUT1和OUT2的两个输出路径的示例，但是可存在一个输出路径或者可存在三个或更多个输出路径。电信号输入到信号处理装置20的IN中。电信号可以是电流信号，或者可以是电压信号，并且还可以是模拟信号，或者可以是数字信号。
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被构造为，通过将电信号输入到IN中，图像信号从OUT3输出。在使用光电转换装置10作为用于焦点检测的距离测量传感器的情况下，信号处理装置20被构造为，通过将电信号输入到IN中，用于驱动设置在光电转换装置10的前面的透镜的驱动信号从OUT3输出。在使用光电转换装置10作为光测量装置的情况下，信号处理装置20被构造为，通过将电信号输入到IN中，控制快门并调整曝光时间的控制信号从OUT3输出。指出，快门可以是机械快门或电子快门，但是在电子快门的情况下，实际上，为此目的控制光电转换装置10。使用本发明的光电转换装置10作为图像传感器特别合适，并可获得优良的图像。
将对根据图9中所示的成像系统30的光电转换装置10的示例进行描述。根据本示例，用作图像传感器的像素放大光电转换装置用于光电转换装置10。在图9中，光电转换装置10具有像素区域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。除了像素区域611之外的区域也称之为外围电路区域。
多个(许多)光电转换元件1以两维的形式排列在像素区域611中。每个光电转换元件1等同于一个像素。每个相邻光电转换元件1之间的间隔(像素间距)通常为10μm或更小，并且优选地为5.0μm或更小，并且如果为2.0μm或更小，则本发明得到特别明显的优点。比如行放大器、CDS电路、加法电路等的读出电路613设置在外围电路区域中，并对通过垂直信号线从由垂直扫描电路612选择的行中的像素读出的信号执行放大、相加等。行放大器、CDS电路、加法电路等设置在例如每个像素行中或者每多个像素行中。水平扫描电路614产生用于依次从读出电路613读出信号的信号。输出放大器615放大来自由水平扫描电路614选择的行的信号，并输出这些信号。
上述构造仅仅是光电转换装置10的一个构造示例，并且不应该限于该示例。读出电路613与水平扫描电路614和输出放大器615构成用于两个系统的输出路径(OUT1、OUT2)，所以被设置为夹住像素区域611，一个在像素区域611的顶部，一个在像素区域611的底部。
成像系统30的代表性示例是照相机，诸如静态照相机或摄像机等。成像系统30还可具有可输送光电转换装置10的输送构造(未显示)。输送构造的示例是轮，由此电动机、往复式发动机、旋转发动机等用作运动源。此外，输送构造的示例是推进装置，诸如推进器、涡轮发动机、火箭发动机等。这样的具有输送构造的成像系统可通过将光电转换装置10和信号处理装置20安装在汽车、轨道机动车、船、飞机、卫星等上来实现。
将参照图10对光电转换装置10的示例进行描述。根据本实施例，光电转换装置10具有封装700、接合线710、引线720和密封层331。引线720是上述OUT1和OUT2。
衬底100通过未显示的粘接剂(模片接合浆料)固定到封装700。陶瓷或塑料可用作封装700的材料。衬底100被透明密封层331涂布。密封层331由具有比透镜本体层329(或第一透镜本体层329)的折射率低的折射率的透明树脂制成。未显示的形成绝缘层200和聚光构件300的一部分的层位于密封层331与衬底100之间。密封层331与介质400接触，并且密封层331等同于参照图1描述的聚光构件300的最外层301。密封层331可保护衬底100不被外部冲击和污物损伤。不言而喻，密封层331可从图10中所示的构造移除(用介质400取代密封层331)，或者进一步，透明板可经由介质400面对衬底100。在这种情况下，第一实施例至第五实施例中的透镜本体层329(或第一透镜本体层329)和第六实施例中的第一透镜涂层330等同于最外层301。
示例
如第五实施例所述的具有诸如图7中所示的构造的构造的光电转换元件1以1.5μm的间隔两维排列(按网格图案排列)，从而形成光电转换装置10。绝缘膜200的厚度(距离T)为1.5μm，并且开口部分201的深度(距离D)为1.4μm。指出，第一绝缘层205、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都具有0.07μm或更小的厚度。开口部分201的上部边缘的直径为0.8μm。光路构件220的折射率大约为1.9。第一透镜本体层329的高度为0.5μm，宽度为1.5μm。表面大致上是理想球面。第二透镜本体层324的高度为0.27μm，第二透镜基体层323的厚度为0.23μm，并且第二透镜本体层324的宽度为1.2μm。第二透镜本体层324的表面大致为理想球面。此外，第一透镜本体层329的尖端与第二透镜本体层324的尖端之间的距离被设置为0.7μm。指出，第一中折射率层322(氮氧化硅)的厚度为0.08μm，低折射率层321(氧化硅)的厚度为0.10μm，第二中折射率层320(氮氧化硅)的厚度为0.08μm，并且第二中间层319(氮化硅)的厚度为0.2μm。作为使用FDTD的仿真的结果，理解的是，焦点500的位置形成在光路构件220内与光接收面111相距大约1.1μm的位置处。通过使用该光电转换装置10作为图像传感器来制造摄像机。如上所述，根据本发明，可增加入射到光接收面的光的量。
尽管已参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应该理解本发明不限于所公开的示例性实施例。应该给予权利要求的范围以最广泛的解释，以涵盖所有这样的修改以及等同结构和功能。

Claims (17)

1.一种光电转换元件，包括：
光电转换部分；
光路构件，所述光路构件布置在绝缘膜的开口部分内，所述绝缘膜具有从所述开口部分延伸的上面，并且所述光路构件具有在与所述光电转换部分的光接收面对应的区域中的下面；和
聚光构件，所述聚光构件包括至少一个聚光透镜本体层；
其中，所述光接收面位于第一平面中，并且所述上面位于第二平面中，所述第二平面与所述第一平面平行，并与所述第一平面相距距离T；
并且其中，所述下面位于第三平面中，所述第三平面与所述第一平面平行，并朝向所述光接收面侧与所述第二平面相距距离D，所述距离D等于或小于所述距离T；
并且其中，所述聚光构件使入射在所述聚光构件的与所述开口部分对应的第一区域上的光聚集在所述光路构件内的所述第二平面与第四平面之间的区域中，所述第四平面与所述第一平面平行，并朝向所述光接收面侧与所述第二平面相距距离D/2。
2.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述聚光构件使入射在所述聚光构件的与所述上面对应的第二区域上的光聚集在所述光路构件内的所述第二平面与所述第四平面之间的区域中。
3.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述聚光构件使入射到所述第一区域的光聚集在第五平面与第六平面之间的区域中，所述第五平面与所述光接收面平行，并朝向所述光接收面侧与所述第二平面相距距离D/8，并且所述第六平面与所述光接收面平行，并在与所述光接收面相对的方向上与所述第三平面相距距离D/8。
4.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述距离D为0.55μm或更大。
5.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述距离D为1.0μm或更大。
6.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述光路构件的至少一部分具有比所述绝缘膜的折射率高的折射率，并且其中，所述光路构件被所述绝缘膜包围，并与所述绝缘膜接触。
7.根据权利要求6所述的光电转换元件，其中，多个绝缘层构成所述绝缘膜，所述多个绝缘层包括：
高折射率绝缘层，所述高折射率绝缘层具有比所述光路构件的折射率大的折射率，并形成所述侧面；和
低折射率绝缘层，所述低折射率绝缘层具有比所述光路构件的折射率低的折射率，并形成所述侧面，所述低折射率绝缘层形成所述侧面的面积的一半或更多。
8.根据权利要求1至7中的任何一个所述的光电转换元件，其中，所述聚光构件还包括：
第一透镜层；和
第二透镜层，所述第二透镜层位于所述第一透镜层与所述光路构件之间。
9.根据权利要求8所述的光电转换元件，其中，所述聚光构件还包括低折射率层，所述低折射率层位于所述第二透镜层与所述光路构件之间，并具有比所述第二透镜层的折射率低的折射率。
10.根据权利要求9所述的光电转换元件，其中，所述聚光构件还包括：
第一中折射率层，所述第一中折射率层位于所述第二透镜层与所述低折射率层之间，并具有在所述第二透镜层的折射率与所述低折射率层的折射率之间的折射率；和
第二中折射率层，所述第二中折射率层位于所述光路构件与所述低折射率层之间，并具有在所述光路构件的折射率与所述低折射率层的折射率之间的折射率。
11.根据权利要求10所述的光电转换元件，其中，所述第二透镜层的所述折射率大于所述光路构件的折射率，并且所述第一中折射率层的折射率大于所述第二中折射率层的折射率。
12.根据权利要求9所述的光电转换元件，其中，所述第二透镜层和所述光路构件由氮化硅制成，并且所述低折射率层由氧化硅制成。
13.根据权利要求8所述的光电转换元件，还包括以下中的至少一个：
第一透镜涂层，所述第一透镜涂层设置在所述第一透镜层上，并具有比所述第一透镜层的折射率低的折射率；和
第二透镜涂层，所述第二透镜涂层设置在所述第二透镜层上，并具有比所述第一透镜层的折射率低的折射率。
14.一种光电转换装置，其中，排列根据权利要求1所述的多个光电转换元件。
15.一种光电转换装置，其中，排列根据权利要求8所述的多个光电转换元件。
16.一种成像系统，包括：
根据权利要求14所述的光电转换装置；和
信号处理装置，从所述光电转换装置输出的电信号输入到所述信号处理装置中，所述信号处理装置处理所述电信号。
17.一种成像系统，包括：
根据权利要求15所述的光电转换装置；和
信号处理装置，从所述光电转换装置输出的电信号输入到所述信号处理装置中，并且所述信号处理装置处理所述电信号。
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