CN107591418B - 光电转换设备、成像系统、及光电转换设备的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种光电转换设备、成像系统、及光电转换设备的制造方法，该光电转换设备包括设置在光电转换单元上方的波导构件，以及设置在基板上方并且包围波导构件的至少一部分的绝缘构件。波导构件具有从基板依次布置的第一侧面、第二侧面和第三侧面。第一侧面的倾斜角小于第二侧面的倾斜角。第三侧面的倾斜角小于第二侧面的倾斜角。第二侧面的倾斜角小于90度。

Description

光电转换设备、成像系统、及光电转换设备的制造方法
技术领域
本发明涉及光电转换设备、成像系统、可移动装置以及光电转换设备的制造方法。
背景技术
日本专利公开No.2007-194606(以下称“PTL 1”)中描述的光电转换设备具有光电转换单元和设置在光电转换单元上方的波导。对于PTL 1中描述的波导，平行于光电转换单元的光接收表面的波导的截面积随着与光接收表面的距离增加而增加，而且其增加率持续增加。这意味着，离光接收表面越远，波导的侧面的倾斜增加越多。这种配置使得波导的入射面能够增加，由此提高灵敏度。
发明内容
根据本公开的一方面的光电转换设备包括：设置在基板中的光电转换单元；设置在光电转换单元上方的波导构件；以及设置在基板上方并且包围波导构件的至少一部分的绝缘构件。波导构件具有从基板按以下顺序布置的第一侧面、第二侧面和第三侧面。第二侧面的倾斜角小于90度。第一侧面的倾斜角小于第二侧面的倾斜角。第三侧面的倾斜角度小于第二侧面的倾斜角。
根据本公开的另一方面的光电转换设备包括：设置在基板中的光电转换单元；设置在基板上方并且在与光电转换单元对应的位置处具有开口的绝缘构件；以及设置在光电转换单元上方且在所述开口内的波导构件。开口具有从基板按以下顺序布置的第一侧面、第二侧面和第三侧面。第二侧面的倾斜角小于90度。第一侧面的倾斜角小于第二侧面的倾斜角。第三侧面的倾斜角小于第二侧面的倾斜角。
光电转换设备的制造方法包括：形成包括第一绝缘膜、第二绝缘膜和第三绝缘膜的绝缘构件，这些绝缘膜从基板按以上顺序布置在包括光电转换单元的基板上；在与光电转换单元对应的位置处在绝缘构件中形成开口；以及在所述开口中形成波导构件。由第一绝缘膜提供的第一侧面的倾斜角小于由第二绝缘膜提供的第二侧面的倾斜角。由第三绝缘膜提供的第三侧面的倾斜角小于第二侧面的倾斜角。第二侧面的倾斜角小于90度。
参考附图从以下对示例性实施例的描述，本发明的其它特征将变得清楚。
附图说明
图1A至1C示意性地图示光电转换设备，图1A图示光电转换设备的平面配置，而图1B和1C图示光电转换设备的截面结构。
图2是示意性地图示光电转换设备的截面结构的图。
图3A至3E是示意性地图示光电转换设备的截面结构的图。
图4A至4C示意性地图示光电转换设备，图4A图示光电转换设备的平面配置，而4B和4C图示光电转换设备的截面结构。
图5A至5C示意性地图示光电转换设备，图5A图示光电转换设备的平面配置，而图5B和5C图示光电转换设备的截面结构。
图6是示意性地图示光电转换设备的平面结构的图。
图7A和7B是示意性地图示光电转换设备的截面结构的图。
图8A和8B是示意性地图示光电转换设备的截面结构的图。
图9A和9B是示意性地图示光电转换设备的平面结构的图。
图10是示意性地图示光电转换设备的截面结构的图。
图11A至11C是示意性地图示光电转换设备的截面结构的图。
图12是图示成像系统的实施例的框图。
图13A和13B是可移动装置的实施例的框图。
具体实施方式
根据本公开的一些实施例，可以提高光电转换设备的灵敏度。本发明人已经发现，关于在PTL 1中描述的波导的灵敏度，还有进一步提高的空间。作为研究的结果，本发明人已经获得了具有倾斜侧面的波导的灵敏度可以通过增加在波导的入射面或进入面附近到达波导侧面的光的反射率(反射比、反射效率或反射比率)进一步改进的知识。
根据PTL 1中的公开内容，在光电转换单元的光接收面附近的部分处的波导的侧面处的倾斜角小，即，倾斜角几乎垂直于光接收面。另一方面，在光电转换单元的光入射面附近的部分处的波导侧面处的倾斜角大，即，倾斜角几乎与光接收面是水平的。因而，存在入射光不会在入射面附近的波导侧面处反射的可能性。因此，光会从波导泄漏，并且灵敏度会恶化。
根据本公开的一个实施例是光电转换设备。光电转换设备具有设置在基板中的光电转换单元和设置在光电转换单元上方的波导。光电转换设备还具有设置在基板上的绝缘构件。绝缘构件围绕形成或构成波导的波导构件的至少一部分。例如，在与光电转换单元对应的位置处，在绝缘构件中设置开口。波导设置在这个开口内。在这种配置中，波导将入射光引导到光电转换单元，并且光电转换单元将入射光转换为电荷。
根据这个实施例的光电转换设备的波导包括至少第一侧面、第二侧面和第三侧面。第一侧面、第二侧面和第三侧面从基板依次布置或排列。第一侧面、第二侧面和第三侧面每个都倾斜。第一侧面的倾斜角小于第二侧面的倾斜角。第三侧面的倾斜角小于第二侧面的倾斜角。波导的侧面例如是波导构件和绝缘构件相接触的界面。可替代地，波导的侧面是例如波导构件和金属反射构件相接触的界面。可替代地，在波导周围存在间隙的情况下，波导的侧面是例如暴露于该间隙的波导材料的面。
从该实施例的另一个角度来看，提供给绝缘构件的开口包括至少第一侧面、第二侧面和第三侧面。第一侧面、第二侧面和第三侧面从基板依次布置或排列。第一侧面、第二侧面和第三侧面每个都倾斜。第一侧面的倾斜角小于第二侧面的倾斜角。第三侧面的倾斜角小于第二侧面的倾斜角。在下文中，除非另有特别说明，否则关于波导的侧面的描述也适用于绝缘构件的开口的侧面。
在本说明书中，当在与某个面相交并包括到光电转换单元的光接收面的垂线的横截面观察时，某个面的术语“倾斜角”是指在该面与该垂线之间形成的角度。但是，要指出的是，倾斜角在90度或更小的范围内被定义。例如，在某个面垂直于光电转换单元的光接收面的情况下，这个面的倾斜角为0度。另一方面，在某个面与光电转换单元的光接收面水平的情况下，这个面的倾斜角为90度。即，对于光电转换单元的光接收面，波导的侧面越接近垂直，则侧面的倾斜角越小。对于光电转换单元的光接收面，波导的侧面越接近水平，则侧面的倾斜角越大。当本说明书阐述某个面倾斜时，这意味着该面的倾斜角大于0度。换句话说，垂直于光电转换单元的光接收面的面不倾斜。
还要指出的是，本说明书中的术语“面”至少包括平面和曲面。波导的侧面可以是平面，或者可以是曲面，如下面的实施例所描述的。在波导的侧面是曲面的情况下，当在与这个面相交且包括到光电转换单元的光接收面的垂线的截面观察时，在这个面与垂线之间形成的角度是倾斜角。
根据该实施例的波导具有相对较大倾斜角的第二侧面，因此可以扩展波导的入射面。因此，可以使更多的光进入波导。波导还具有在第二侧面上方(即，波导的入射面附近)具有相对较小倾斜角的第三侧面。因而，可以升高关于到达波导入射面附近的波导侧面的光的反射率。一般而言，在进入光电转换设备的光与光电转换单元的光接收面的垂线(光轴)之间形成的角度不那么大。因此，波导侧面的倾斜角越小，光越能被反射。根据本实施例的波导，具有相对较小倾斜角的第一侧面和第三侧面以及具有相对较大倾斜角的第二侧面按照从基板起第一侧面、第二侧面和第三侧面的次序布置或排列。因此，可以增加入射面附近的反射效率(率)，同时拓宽波导的入射面。因此，这种配置使得能够提高灵敏度。
除了第一至第三侧面，波导还可以具有另一个侧面。例如，波导可以具有从第一侧面起设置在基板侧的另一个侧面。可替代地，波导可以在第三侧面上方具有另一个侧面。可替代地，波导可以在第一侧面和第二侧面之间具有另一个侧面。可替代地，波导可以在第二侧面和第三侧面之间具有另一个侧面。
将参考附图详细描述本公开的实施例。本公开不仅限于下面描述的实施例。在不背离本公开的实质的情况下，下面描述的实施例的配置已被部分修改的修改也是本公开的实施例。另外，其中将以下实施例之一的部分配置添加到另一个实施例的示例以及其中以下实施例之一的部分配置被另一个实施例的部分配置替代的示例也是本公开的实施例。
第一实施例
将描述第一实施例。图1A至1C示意性地图示根据第一实施例的光电转换设备的配置。图1A示意性地图示光电转换设备的平面结构。图1B示意性地图示沿图1A中的IB-IB截取的光电转换设备的横截面结构。图1C示意性地图示沿图1A中的IC-IC截取的光电转换设备的横截面结构。
光电转换设备包括光电转换单元101和设置在光电转换单元101上方的波导301。波导301设置成在平面图中覆盖在光电转换单元101上，如图1A中所示。在本说明书中，一个构件设置在另一个构件上方使得一个构件在平面图中重叠在另一个构件上的情况被表示为一个构件“覆盖”另一个构件。
光电转换设备包括布线251以及连接布线251和光电转换单元101的接触插塞25。这种配置使得在光电转换单元101处生成的电荷作为电信号从布线251输出。光电转换设备可以包括连接到布线251的信号处理电路。可替代地，布线251可以直接连接到外部设备。在通过电容耦合检测光电转换单元101的电位变化的光电转换设备中不使用布线251和接触插塞252。
图1A还图示了波导301的入射面303的外边缘和波导301的出射面302的外边缘。出射面302的面积在平面图中小于入射面303的面积，这可以在图1中看到。在平面图中，入射面303也包含出射面302。这种配置使得能够将入射到波导301的光高效地引导到光电转换单元101。例如，波导301的一部分覆盖布线251。因而，通过布线251进入这个部分的光的反射减小。因此，可以增加进入光电转换单元101的光量。
光电转换设备包括基板100、布线结构部分200和光学单元400，如图1B和1C中所示。在图1B和1C中省略了光学单元400的详细结构。
基板100是硅基板。基板100的其它示例包括无机半导体基板、有机半导体基板、无机光电转换膜、有机光电转换膜等。光电转换单元101设置在基板100中。
光电转换单元101将入射光转换为电荷。根据本实施例的光电转换单元101是光电二极管。光电转换单元101具有构成PN结并将电子作为信号电荷存储的N型半导体区域。光电转换单元101还可以包括设置在N型半导体区域上的P型半导体区域。光电转换单元101的光接收面是基板100和设置在基板100上的绝缘构件201之间的界面。在提供P型半导体区域的情况下，这个P型半导体区域和绝缘构件201之间的界面构成光接收面。在不提供P型半导体区域的情况下，存储信号电荷的N型半导体区域与绝缘构件201之间的界面构成光接收面。在使用空穴作为信号电荷的情况下，可以颠倒N型和P型。在所使用的基板100不同于硅基板的情况下，这个基板100和由与基板100的材料不同的材料形成的绝缘构件201之间的界面构成光接收面。
布线结构部分200包括：设置在基板100上的绝缘构件201、布置在绝缘构件201上的布线251、和接触插塞252。绝缘构件201由氧化硅、氮化硅、碳化硅等等形成。绝缘构件201可以由单一材料形成。可替代地，绝缘构件201可以包括多个绝缘膜。绝缘构件201使多个配线251彼此电绝缘。可替代地，绝缘构件201在布线251和基板100之间电绝缘。
绝缘构件201设置在波导301周围。具体而言，向绝缘构件201提供开口。开口位于光电转换单元101的上方。波导301设置在开口内。波导301的折射率的至少一部分优选地高于绝缘构件201的折射率。这种折射率差使得光能够在波导301的侧面反射。作为另一个示例，可以通过在波导301的侧面处提供诸如金属等反射构件而在波导301的侧面反射光。作为另一个示例，可以在波导301周围提供间隙或气隙。即，波导301和绝缘构件201可以彼此分离。
波导301可以由单一的材料形成。例如，波导301可以由氮化硅或有机树脂形成。可替代地，波导301可以由具有不同成分的多层形成。例如，通过彼此具有不同条件的多种成膜工艺，形成多个氮化硅层。工艺条件不同，因此多个氮化硅层的成分可以具有彼此不同的成分比率。作为另一个示例，波导301包括由氧化硅形成的衬垫层和由氮化硅形成的芯层。衬垫层是沿着绝缘构件201的开口的侧面设置的薄绝缘膜。芯层是填充绝缘构件201的开口的剩余部分的绝缘膜。
波导301具有从基板100依次排列的第一侧面311、第二侧面312和第三侧面313。波导301的侧面是例如在波导301和绝缘构件201之间的接触面。因而，波导301的侧面可以与绝缘构件201的开口的侧面一致。绝缘构件201可以包含与波导301的第一侧面311、第二侧面312和第三侧面313接触的多个绝缘膜。
如图1B和1C中所示，第一侧面311、第二侧面312和第三侧面313每个都倾斜。即，第一侧面311、第二侧面312和第三侧面313各自具有大于0度的倾斜角。如上所述，波导301的侧面的倾斜角是在关于光电转换单元101的光接收面的垂线P和波导301的侧面之间形成的角度。关于光电转换单元101的光接收面的垂线P在图1B和1C中图示。即，图1B和1C示意性地图示了包括关于光电转换单元101的光接收面的垂线P的横截面。
将通过图2描述倾斜角。图2是图示图1B和1C中的波导301的侧面放大的图。图1B和1C中相同的构件用相同的标号表示。在包括垂线P的横截面中，波导301的第一侧面311和垂线P形成两个角度，角度a1和角度b1，如图2中所示。在这两个角度中，角度a1小于90度，因此角度a1是波导301的第一侧面311的倾斜角。以相同的方式，波导301的第二侧面312具有倾斜角a2，并且波导301的第三侧面313具有倾斜角a3。
在本实施例中，波导301的第一侧面311的倾斜角a1小于波导301的第二侧面312的倾斜角a2。而且，波导301的第三侧面313的倾斜角a3小于波导301的第二侧面312的倾斜角a2。即，具有小倾斜角的侧面、具有大倾斜角的侧面和具有小倾斜角的侧面从基板100依次排列。
波导301的入射面303可以由于波导301具有其倾斜角大的第二侧面312而变宽。因此，可以向波导301输入大量的光。另外，波导301在第二侧面312上方(即，入射面附近)具有其倾斜角小的第三侧面313。因而，可以升高关于到达波导301的入射面303附近的波导301的侧面的光的反射率。由此，这种配置能够提高灵敏度。本发明人的研究证实，在入射面303在平面图中的面积、出射面302的面积与波导301的高度相同的情况下，与侧面的倾斜角连续增加的示例相比，灵敏度提高了大约8.5％。
关于第一侧面311的倾斜角、第二侧面312的倾斜角和第三侧面313的倾斜角，具体数值不受限制。优选地，第一侧面311的倾斜角包括在5度至20度的范围内。优选地，第二侧面312的倾斜角包括在55度至85度的范围内。优选地，第三侧面313的倾斜角包括在5度至20度的范围内。入射面303与出射面302之比以及波导301的高度可以通过将每个侧面的倾斜角包括在这些范围内而被以良好的平衡设计。因此，可以提高灵敏度。
优选地，第三侧面313的倾斜角小于第一侧面311的倾斜角。即，越靠近波导301的入射面303的部分处的侧面优选地关于光电转换单元101的光接收面越接近垂直。这种配置使得能够进一步提高灵敏度。
形成波导301的第一侧面311的第一部分具有t1的厚度，如图1B和1C所示。形成波导301的第二侧面312的第二部分具有t2的厚度。形成波导301的第三侧面313的第三部分具有t3的厚度。优选地，厚度t1大于厚度t2，并且厚度t3大于厚度t2。可以根据这种配置增加波导301的高度。因此，即使在基板100上设置大量布线层的情况下，也可以提高灵敏度。
接下来，将参考图3A至3E描述光学单元400的结构。图3A至3E示意性地图示光电转换设备的横截面结构。与图1A至2中那些相同的构件用相同的标号表示。图3A至3E仅图示波导301的上部和在波导301上方的光电转换设备的部分。在图3A中所示的示例中，绝缘构件201的一部分设置在波导301上。设置在波导301上的绝缘构件201的这部分及其设置在侧面的部分可以通过不同的工艺形成。
在图3B中所示的示例中，微透镜401设置在波导301的上方。微透镜401可以设置成覆盖波导301。微透镜401能够朝着波导301的入射面303收集光。因此，微透镜401可以提高灵敏度。在提供多个光电转换单元101的情况下，微透镜401可以减少颜色的混合。要指出的是，微透镜401和波导301可以彼此接触地设置。
在图3C中所示的示例中，滤光器403、平坦化层402和微透镜401设置在波导301的上方。滤色器403、平坦化层402和微透镜401以这个次序从基板100侧排列。滤色器403可以设置成覆盖波导301。
滤色器403选择性地透射特定波长的光。这使得能够获取彩色图像，或者获取用于特殊用途的图像。平坦化层402减少由于滤色器403而发生的不均匀性。因而，在具有多个光电转换单元101的光电转换设备中，可以提高图像质量。要指出的是，平坦化层402不是必需的。
在图3D中所示的示例中，层间透镜405、平坦化层404、滤色器403、平坦化层402、和微透镜401设置在波导301的上方。层间透镜405、平坦化层404、滤色器403、平坦化层402和微透镜401以这个次序从基板100侧排列。
层间透镜405能够朝着波导301的入射面303收集光。因而，由微透镜401收集的光甚至更高效地输入到波导301。因此，可以提高灵敏度。平坦化层404减少由于层间透镜405而发生的不均匀性。因而，可以提高具有多个光电转换单元101的光电转换设备中的图像质量。要指出的是，平坦化层404不是必需的。
在图3E中所示的示例中，光电转换设备具有多个光电转换单元101(从图示中省略)。对应的波导301被提供给每个光电转换单元101。链接部分407、低折射率层406、层间透镜405、平坦化层404、滤色器403、平坦化层402和微透镜401设置在波导301的上方。
多个波导301通过链接部分407链接到彼此，如图3E中所示。链接部分407由与波导301相同的材料形成。链接部分407也通过相同的工艺与波导301一体地形成。链接部分407的厚度优选在约20nm至100nm的范围内。链接部分407在绝缘构件201上形成，如图3E中所示。因而，绝缘构件201部分地包围包括波导301和链接部分407的波导构件。
链接部分407可以增加进入波导301的光量。原因是通过链接部分407的收容效应(containment effect)将链接部分407的入射光传播到波导301。链接部分407还使得能够减小多个光电转换单元101之间的灵敏度的变化。
在图3E中所示的示例中，波导301的入射面303是波导301和链接部分407之间的虚拟接触面。具体而言，其中设置在波导301的侧面的绝缘构件201的顶面延伸到波导301的平面是波导301的入射面303。在这个示例中波导301的入射面303的外周在图1A中示出。
低折射率层406设置在链接部分407和层间透镜405之间。低折射率层406的折射率低于形成层间透镜405的材料的折射率。根据这种配置，可以提高层间透镜405的光收集能力。
滤色器403还包括第一颜色(例如，红色)的滤色器403R和第二颜色(例如，绿色)的滤色器403G。这种配置提供彩色图像。在提供多种颜色的滤色器403的情况下，由于滤色器403而导致不均匀性趋于增加。因而，由于平坦化层402而改进的图像质量的优点是显著的。
如上所述，根据本实施例的波导301具有从基板100依次排列的第一侧面311、第二侧面312和第三侧面313。第一侧面311的倾斜角小于第二侧面312的倾斜角。第三侧面313的倾斜角小于第二侧面312的倾斜角。根据这种配置，能够提高灵敏度。
第二实施例。
将描述第二实施例。根据第一实施例的光电转换设备与根据第二实施例的光电转换设备关于波导301的侧面的形状彼此不同。因而，下面将主要描述与第一实施例不同的部分，并且将省略与第一实施例中相同的部分的描述。
图4A至4C示意性地图示根据第二实施例的光电转换设备的配置。图4A示意性地图示光电转换设备的平面结构。图4B示意性地图示沿着IVB-IVB的光电转换设备的横截面结构。图4C示意性地图示沿着IVC-IVC的光电转换设备的横截面结构。与图1A至3E相同的部分用相同的标号表示。
光电转换设备包括光电转换单元101和设置在光电转换单元101上方的波导301。波导301设置成在平面图中覆盖在光电转换单元101上，如图4A中所示。
光电转换设备包括布线251以及连接布线251和光电转换单元101的接触插塞252。布线251和接触插塞252的配置与第一实施例中的相同。以与第一实施例相同的方式，可以从配置中省略布线251和接触插塞252。
图4A还图示波导301的入射面303的外边缘和波导301的出射面302的外边缘。出射面302的面积在平面图中小于入射面303的面积，这可以在图4A中看到。这种配置使得能够将入射到波导301的光高效地引导到光电转换单元101。例如，波导301的一部分覆盖布线251。因而，通过布线251进入这个部分的光的反射减小。因此，可以增加进入光电转换单元101的光量。
在本实施例中，入射面303的外边缘的一部分和出射面302的外边缘的一部分在平面图中重叠。即，波导301的侧面的一部分垂直于光电转换单元101的光接收面。换句话说，波导301的侧面的一部分不倾斜。这是与第一实施例不同的一点。
如图4B和4C中所示，光电转换设备包括基板100、布线结构部分200和光学单元400。在图4B和4C中省略了光学单元400的详细结构。
基板100和分布到基板100的光电转换单元101的结构与第一实施例中相同。因而，这里将省略对基板100的描述。而且，图3A至3E中所示的配置以与第一实施例相同的方式用于光学单元400。因而，将省略关于光学单元400的描述。
布线结构部分200包括绝缘构件201、设置在绝缘构件201上的布线251和接触插塞252。除了绝缘构件201的开口的形状和波导301的形状之外，根据本实施例的布线结构部分200与第一实施例中的布线结构部分200相同。因而，在这里将省略除关于开口的形状之外的描述。
绝缘构件201围绕波导301设置。具体而言，在设置在基板100上的绝缘构件201中设置有开口。开口位于光电转换单元101的上方。波导301设置在开口中。用于波导301的材料与第一实施例中的相同。除了波导301的侧面的形状之外，波导301的结构也与第一实施例中的相同。
波导301具有从基板100依次排列的第一侧面311、第二侧面312和第三侧面313。波导301的侧面例如是波导301和绝缘构件201之间的接触面。因而，波导301的侧面可以与绝缘构件201的开口的侧面一致。绝缘构件201可以包括与波导301的第一侧面311、第二侧面312和第三侧面313中的每一个接触的多个绝缘膜。
如图4B和4C中所示，第一侧面311、第二侧面312和第三侧面313中的每一个都是倾斜的。即，第一侧面311、第二侧面312和第三侧面313各自具有大于0度的倾斜角。如上所述，波导301的侧面的倾斜角是在关于光电转换单元101的光接收面的垂线P与波导301的侧面之间形成的角度。关于光电转换单元101的光接收面的垂线P在图4B和4C中示出。即，图4B和4C示意性地图示包括关于光电转换单元101的光接收面的垂线P的横截面。
在本实施例中，波导301的第一侧面311的倾斜角小于波导301的第二侧面312的倾斜角。而且，波导301的第三侧面313的倾斜角小于波导301的第二侧面312的倾斜角。即，具有小倾斜角的侧面、具有大倾斜角的侧面和具有小倾斜角的侧面从基板100起按那个次序排列。这一点与第一实施例中的相同。即，第一实施例中关于图2的描述也适用于本实施例。
波导301的入射面303可以由于波导301具有其倾斜角大的第二侧面312而变宽。因此，可以向波导输入大量的光。另外，波导301在第二侧面312的上方(即，入射面303附近)具有倾斜角小的第三侧面313。因而，可以提高关于到达波导301的入射面303附近的波导301的侧面的光的反射率。由此，该配置使得能够提高灵敏度。
另外，根据本实施例的波导301具有垂直于光电转换单元101的光接收面的侧面321。换句话说，波导301具有不倾斜的侧面321。根据这种配置，仅波导301的侧面的一部分可以倾斜。因此，可以提高灵敏度。
布线251被设置成覆盖光电转换单元101的一部分，如图4A中所示。至少布线251设置在其上的波导301的部分优选地具有倾斜的侧面，以将入射到布线251的光引导到光电转换单元101。具体而言，波导301具有第一侧面311、第二侧面312和第三侧面313，在本实施方式中，每个侧面都是倾斜的。
光电转换单元101的其它部分不被布线251覆盖。在波导301和光电转换单元101之间没有设置布线251的情况下，波导301的侧面不必是倾斜的。一般而言，入射光和关于光电转换单元101的光接收面的垂线P之间形成的角度不是非常大，因此波导301的侧面的倾斜角越小，光可以反射越多。因而，垂直于光电转换单元101的光接收面的侧面321可以反射更多的光。因此，可以通过根据本实施例的波导301提高灵敏度。
如上所述，根据本实施例的波导301具有从基板100依次排列的第一侧面311、第二侧面312和第三侧面313。第一侧面311的倾斜角小于第二侧面312的倾斜角。而且，第三侧面313的倾斜角小于第二侧面312的倾斜角。根据这种配置，灵敏度可以以与第一实施例相同的方式提高。
根据本实施例中的光电转换设备的结构，波导301的侧面的只有一部分可以倾斜。因此，灵敏度可以进一步提高。
第三实施例
将描述第三实施例。根据第一实施例的光电转换设备与根据第三实施例的光电转换设备关于波导301的平面形状彼此不同。因而，下面的描述将主要关于与第一实施例不同的部分进行，并且将省略与第一实施例中相同的部分的描述。
图5A至5C示意性地图示根据第三实施例的光电转换设备的配置。图5A示意性地图示光电转换设备的平面结构。图5B示意性地图示沿VB-VB截取的光电转换设备的横截面结构。图5C示意性地图示沿VC-VC截取的光电转换设备的横截面结构。与图1A至4C中相同的部分用相同的标号表示。
光电转换设备包括光电转换单元101和设置在光电转换单元101上方的波导301。波导301设置成在平面图中覆盖在光电转换单元101上，如图5A中所示。
光电转换设备包括布线251以及连接布线251和光电转换单元101的接触插塞252。以与第一实施例中相同的方式，可以从配置中省略布线251和接触插塞252。
图5A还图示波导301的入射面303的外边缘和波导301的出射面302的外边缘。出射面302的面积在平面图中小于入射面303的面积，这可以在图5A中看到。在平面图中，入射面303也包含出射面302。这种配置使得能够将入射到波导301的光高效地引导到光电转换单元101。例如，波导301的一部分覆盖布线251。因而，通过布线251进入这部分的光的反射减少。因此，进入光电转换单元101的光量可以增加。
在本实施例中，入射面303的外边缘在平面图中是圆形的。在本实施例中，出射面302的外边缘在平面图中也是圆形的。另外，当沿着平行于光电转换单元101的光接收面的平面切割时，波导301的横截面具有圆形外边缘。这一点与第一实施例不同。
在平面视图中具有波导301的圆形形状是有利的，因为出射面302的面积可以减小。即，即使在除光电转换单元101之外的其它元件分布在基板100上的情况下，也可以将光高效地收集到光电转换单元101。而且，波导301的侧面是在波导301的整个周边上具有大致均匀的曲率的弯曲面。因此，依赖于位置的光的反射率几乎没有差别。因此，可以将光高效地收集到光电转换单元101。
光电转换设备包括基板100、布线结构部分200和光学单元400，如图5B和5C中所示。在图5B和5C中省略了光学单元400的详细结构。除了如上所述波导301的平面形状之外，根据本实施例的基板100、布线结构部分200和光学单元400与根据第一实施例的基板100、布线结构部分200和光学单元400相同。因而，关于第一实施例的描述和关于图1A至3C的描述全都结合在本实施例的光电转换设备中。
绝缘构件201围绕波导301设置。具体而言，在设置在基板100上的绝缘构件201中设置有开口。开口位于光电转换单元101的上方。波导301设置在开口内。用于波导301的材料与第一实施例中相同。除了波导301的形状之外，波导301的结构也与第一实施例中的结构相同。
波导301具有从基板100依次排列的第一侧面311、第二侧面312和第三侧面313。波导301的各侧面例如是波导301和绝缘构件201之间的接触面。因而，波导301的侧面可以与绝缘构件201的开口的侧面一致。绝缘构件201可以包括与波导301的第一侧面311、第二侧面312和第三侧面313中的每一个接触的多个绝缘膜。
如图5B和5C中所示，第一侧面311、第二侧面312和第三侧面313中的每一个都是倾斜的。即，第一侧面311、第二侧面312和第三侧面313各自具有大于0度的倾斜角。如上所述，波导301的侧面的倾斜角是关于光电转换单元101的光接收面的垂线P和波导301的侧面之间形成的角度。关于光电转换单元101的光接收面的垂线P在图5B和5C中示出。即，图5B和图5C示意性地图示包括关于光电转换单元101的光接收面的垂线P的横截面。
波导301的第一侧面311的倾斜角小于波导301的第二侧面312的倾斜角。而且，波导301的第三侧面313的倾斜角301小于波导301的第二侧面312的倾斜角。即，具有小倾斜角的侧面、具有大倾斜角的侧面和具有小的倾斜角的侧面从基板100起依次排列。这一点与第一实施例中相同。即，在第一实施例中关于图2的描述也适用于本实施例。
本实施例中的波导301的侧面是曲面。因而，在包括关于光电转换单元101的光接收面的垂线P的横截面处，倾斜角由垂线P和波导301的侧面之间形成的角度表示。
波导301的入射面303可以由于波导301具有其倾斜角大的第二侧面312而变宽。因此，可以向波导输入大量的光。另外，波导301在第二侧面312的上方(即，在入射面303附近)具有其倾斜角小的第三侧面313。因而，可以提高关于到达波导301的入射面303附近的波导301的侧面的光的反射率。由此，这种配置使得能够提高灵敏度。
在根据本实施例的光电转换设备中，平面图中波导301的形状是圆形的。根据这种配置，除了第一实施例的优点，还可以获得提高的光收集效率的优点。
第四实施例
将描述第四实施例。图6示意性地图示根据第四实施例的光电转换设备的平面结构。图7A示意性地图示沿着图6中的VIIA-VIIA截取的光电转换设备的横截面结构。图7B示意性地图示沿着图6中VIIB-VIIB截取的光电转换设备的横截面结构。与图1A至5C中相同的部分用相同的标号表示。图6图示重复相同结构的布局，因此从重复的部分省略了标号。
根据本实施例的光电转换设备与根据第一至第三实施例的光电转换设备的不同之处在于，除了光电转换单元101之外还具有设置在基板100上的其它元件，并且具有多个布线层。因而，下面将主要描述与第一至第三实施例不同的部分，并且适当地省略与第一至第三实施例中任一个相同的部分的描述。
光电转换设备包括光电转换单元101和设置在光电转换单元101上方的波导301。波导301被设置成在平面图中覆盖在光电转换单元101上，如图6中所示。即，波导301被设置成覆盖光电转换单元101。
光电转换设备还包括设置在基板100上的浮置扩散部分103(以下称为“FD部分103”)和放大晶体管。传输栅极电极241、放大栅极电极242、布线251和布线261设置在基板100上。布线251和布线261通过接触插塞连接到基板100、传输栅极电极241或放大栅极电极242。为了简单起见，没有给出标号来表示图6中的接触插塞，但是其中具有两条对角线的方形指示接触插塞的位置。
光电转换单元101的配置与根据第一实施例的光电转换单元101的配置相同。在光电转换单元101处生成的信号电荷通过传输栅极电极241被传送到FD部分103。光电转换单元101、传输栅极电极241和FD部分103构成传输晶体管。布线251a经由接触插塞连接到传输栅极电极241。布线251a向传输栅极电极241供给控制传送信号电荷的控制信号。
FD部分103经由布线251b连接到放大栅极电极242。放大栅极电极242以及提供给基板100的源极区域105和漏极区域106构成放大晶体管。布线261a连接到源极区域105。布线261a构成输出信号的输出线。布线261b连接到漏极区域106。布线261b构成向放大晶体管供电的电源线。根据这种配置，放大晶体管可以将基于信号电荷的信号输出到输出线。即，放大晶体管构成放大单元。
而且，根据本实施例的光电转换设备包括多个光电转换单元101。传输晶体管、放大晶体管和波导301分布到每个光电转换单元101。光电转换单元101、传输晶体管和放大晶体管构成本实施例中的一个像素。
基板100包括有源区域110，以及定义有源区域110的元件隔离区域112。分布到有源区域110的是光电转换单元101、FD部分103、源极区域105、漏极区域106等。元件隔离区域112是电隔离相邻元件的区域。元件隔离区域112的示例包括浅沟槽隔离(STI)结构、硅局部氧化(LOCOS)结构、PN结和隔离结构。
图6还图示波导301的入射面303的外边缘和波导301的出射面302的外边缘。出射面302的面积在平面图中小于入射面303的面积，这可以在图6中看到。在平面图中，入射面303也包含出射面302。这种配置使得能够将入射到波导301的光高效地引导到光电转换单元101。例如，波导301的一部分覆盖布线251a、布线261a和布线261b。因而，通过布线251a、布线261a或布线261b进入这个部分的光的反射减少。因此，进入光电转换单元101的光量可以增加。波导301的另一部分还覆盖与光电转换单元101相邻的元件隔离区域112。因而，入射到元件隔离区域112的光被引导到光电转换单元101。因此，进入光电转换单元101的光量可以增加。
图6图示具有与第三实施例中相同的圆形平面形状的波导301。但是，在图1A至1C中示出的根据第一实施例的波导301，或者根据在图4A至4C中所示的第二实施例的波导301可以适用于本实施例。
光电转换设备包括基板100、设置在基板100上的布线结构部分200和设置在布线结构部分200上的光学单元400，如图7A和7B中所示。要指出的是，在图7A和7B中仅示出了光学单元400的链接部分407，并且省略了光学单元400的其它部分。
基板100是硅基板。基板100的其它示例包括无机半导体基板、有机半导体基板、无机光电转换膜、有机光电转换膜等。元件隔离区域112设置在基板100中。未设置有元件隔离区域112的基板100的部分是有源区域110。光电转换单元101和FD部分103可以设置在有源区域110处，如图7A和7B中所示。
光电转换单元101将入射光转换成电荷。根据本实施例的光电转换单元101是光电二极管。光电转换单元101具有构成PN结并将电子作为信号电荷存储的N型半导体区域。光电转换单元101还可以包括设置在N型半导体区域上的P型半导体区域。光电转换单元101的光接收面是基板100和设置在基板100上的绝缘构件201之间的界面。在提供P型半导体区域的情况下，P型半导体区域与绝缘构件201之间的界面构成光接收面。在不提供P型半导体区域的情况下，存储信号电荷的N型半导体区域与绝缘构件201之间的界面构成光接收面。在使用空穴作为信号电荷的情况下，可以颠倒N型和P型。在使用不同于硅基板的基板100的情况下，这个基板100与由与基板100的材料不同的材料形成的绝缘构件201之间的界面构成光接收面。
FD部分103由N型半导体区域构成。FD部分103经由接触插塞连接到布线251b。在使用空穴作为信号电荷的情况下，FD部分103由P型半导体区域构成。
布线结构部分200包括：包括设置在基板100上的多个绝缘膜211至215的绝缘构件，包括在第一布线层中的布线251a和布线251b，以及包括在第二布线层中的布线261a和布线261b。
绝缘膜211、绝缘膜213和绝缘膜215均由氧化硅形成。即，绝缘膜211、绝缘膜213和绝缘膜215的成分包括至少硅和氧。绝缘膜212和绝缘膜214各自由氮化硅、碳化硅或碳氮化硅形成。即，绝缘膜212和绝缘膜214的成分包括硅和选自碳和氮的至少一种元素。因此，根据本实施例，绝缘膜211、绝缘膜213和绝缘膜215的成分与绝缘膜212和绝缘膜214的成分不同。换句话说，具有不同成分的绝缘膜彼此交替地层叠在基板100上。绝缘膜211至215将布线251、布线261和基板100彼此电绝缘。
绝缘膜212设置成与被包括在第一布线层中的布线251的上表面接触。绝缘膜214设置成与被包括在第二布线层中的布线261的上表面接触。绝缘膜212和绝缘膜214可以充当用于布线251和布线261中包含的金属的防扩散层。具体而言，布线251和布线261包含铜。如上所述，绝缘膜212和绝缘膜214含有碳或氮。因而，绝缘膜212和绝缘膜214中的铜的扩散系数小于绝缘膜211、绝缘膜213和绝缘膜215中的铜的扩散系数。根据这种配置，金属向基板100的扩散可以减少，从而可以降低噪声。也可以使用铜以外的各种金属(诸如金、铝等)形成布线。通过根据布线中使用的金属类型适当地选择绝缘膜212和绝缘膜214的成分，可以使绝缘膜212和绝缘膜214充当防扩散层。
绝缘膜211至215被设置成围绕波导301。具体而言，绝缘膜211至215中的每一个都提供有开口。开口位于光电转换单元101的上方。波导301设置在开口内。波导301的折射率的至少一部分优选地高于绝缘膜211至215的折射率。由于折射率的差异，可以使光在波导301的侧面反射。作为另一个示例，通过在波导301的侧面处提供诸如金属等反射构件，可以使光在波导301的侧面反射。作为另一个示例，间隙或气隙可以在波导301周围提供。即，波导301和绝缘膜211至215可以彼此分离。
波导301可以由单一的材料形成。例如，波导301可以由氮化硅或有机树脂形成。可替代地，波导301可以由具有不同成分的多层形成。例如，通过具有彼此不同条件的多种膜形成工艺，形成多个氮化硅层。工艺条件不同，因此多个氮化硅层的成分可以具有彼此不同的成分比率。作为另一个示例，波导301包括由氧化硅形成的衬垫层和由氮化硅形成的芯层。衬垫层是沿着绝缘构件201的开口的侧面设置的薄绝缘膜。芯层是填充绝缘构件201的开口的剩余部分的绝缘膜。
波导301具有从基板100依次排列的第一侧面311、第二侧面312、第三侧面313、第四侧面314和第五侧面315。波导301的侧面是例如波导301与多个绝缘膜211至215之间的接触面。因而，波导301的侧面可以与开口的侧面一致。具体而言，绝缘膜211与波导301的第一侧面311接触。以同样的方式，绝缘膜212至215分别与波导301的第二侧面312、第三侧面313、第四侧面314和第五侧面315接触。
如图7A和7B中所示，第一至第五侧面311至315每个都是倾斜的。即，第一至第五侧面311至315各自具有大于0度的倾斜角。如上所述，波导301的侧面的倾斜角是关于光电转换单元101的光接收面的垂线P与波导301的侧面之间形成的角度。关于光电转换单元101的光接收面的垂线P在图7A和7B中示出。即，图7A和7B示意性地图示了包括关于光电转换单元101的光接收面的垂线P的横截面。倾斜角的定义与第一实施例中的相同。即，第一实施例中关于图2的描述也适用于本实施例。
在本实施例中，波导301的第一侧面311的倾斜角小于波导301的第二侧面312的倾斜角，并且也小于波导301的第四侧面314的倾斜角。波导301的第三侧面313的倾斜角小于波导301的第二侧面312的倾斜角，并且也小于波导的第四侧面314的倾斜角。波导301的第五侧面315的倾斜角小于波导301的第二侧面312的倾斜角，也小于波导301的第三侧面314的倾斜角。即，从基板100起交替排列具有小倾斜角的侧面和具有大倾斜角的侧面。
由于波导301具有其倾斜角大的第二侧面312和第四侧面314，所以波导301的入射面303可以加宽。因此，可以向波导输入大量的光。另外，波导301在第二侧面312的上方(即，在入射面303附近)具有倾斜角小的第三侧面313。而且，波导301在第四侧面314上方(即，在入射面303附近)具有倾斜角小的第五侧面315。因而，可以提高关于到达波导301的入射面303附近的波导301的侧面的光的反射率。由此，这种配置使得能够提高灵敏度。
关于第一至第五侧面311至315的倾斜角，具体数值不受限制。优选地，第一侧面311、第三侧面313和第五侧面315的倾斜角包括在5度至20度的范围内。优选地，第二侧面312和第四侧面314的倾斜角包括在55度至85度的范围内。入射面303与出射面302之比率以及波导301的高度可以通过将每个侧面的倾斜角包括在这些范围内而被以良好的平衡设计。因此，可以提高灵敏度。
第三侧面313和第五侧面315的倾斜角优选地小于第一侧面311的倾斜角。另外，第五侧面315的倾斜角优选地小于第三侧面313的倾斜角。即，更靠近波导301的入射面303的部分的侧面优选地关于光电转换单元101的光接收面更接近垂直。这种配置使得能够进一步提高灵敏度。
在包括关于光电转换单元101的光接收面的垂线P的横截面中，第一至第五侧面311至315的最小二乘逼近线的倾斜角可以大于25度。即，即使在除光电转换单元101之外还有其它元件分布在基板100上的情况下，也可以将光高效地收集到光电转换单元101中。最小二乘逼近线通过已知的技术来计算。
在本实施例中，多个绝缘膜211至215各自与第一至第五侧面311至315接触。优选地，绝缘膜211、绝缘膜213和绝缘膜215各自比绝缘膜212更厚和比绝缘膜214更厚。与此结合，构成波导301的第一至第五侧面311至315的多个部分的厚度优选地等于多个绝缘膜211至215的相应厚度。波导301的高度可以根据这种配置增加。因此，即使在基板100上设置大量布线层的情况下，也可以提高灵敏度。要指出的是，在本说明书中，构件的厚度和膜的厚度意味着构件沿着关于光电转换单元101的光接收面的垂线P的长度。
绝缘膜213优选地比绝缘膜211薄。绝缘膜215优选地比绝缘膜213薄。根据这种配置，可以使波导301的入射面303相对于波导301的出射面302更宽。
根据本实施例的光学单元400包括链接部分407。图3A至3E中所示的结构用在根据本实施例的光学单元400中。即，关于图3A至3E的描述全部适用于光学单元400。这里将省略详细描述。
如上所述，根据本实施例的波导301具有从基板100依次排列的第一至第五侧面311至315。具有小倾斜角的侧面和具有大倾斜角的侧面从基板100交替排列。这种配置使得能够提高灵敏度。
要指出的是，在第一侧面311的倾斜角小于第二侧面312的倾斜角并且第三侧面313的倾斜角小于第二侧面312的倾斜角的情况下，第四侧面314的倾斜角和第五侧面315的倾斜角没有特别限定。图8A图示这种修改。图8A示意性地图示光电转换设备的波导301的横截面结构。第四侧面314的倾斜角可以是10度或更小，并且第四侧面314不必倾斜。第五侧面315的倾斜角可以大于第三侧面313的倾斜角和第四侧面314的倾斜角，或者可以是80度或更大，并且第五侧面315不必倾斜。在这些情况下也可以获得灵敏度提高的优点。
图8B还图示另一种修改。第三侧面313的倾斜角大于第一侧面311、第二侧面312、第四侧面314以及第五侧面315的倾斜角。例如，第三侧面313的倾斜角包括在55度至85度的范围内。第一侧面311、第二侧面312、第四侧面314和第五侧面315的倾斜角各自包括在5度至20度的范围内。在这些情况下也可以获得灵敏度提高的优点。
第五实施例
将描述第五实施例。图9A和9B示意性地图示根据第五实施例的光电转换设备的平面结构。图9B是为了解释而被提取的图9A中所示的部分配置。图10示意性地图示沿图9A中的X-X截取的光电转换设备的横截面结构。与图1A至8B中相同的部分用相同的标号表示。图9A和9B图示重复相同结构的布局，因此从重复部分中省略标号。
根据本实施例的光电转换设备与根据第一至第三实施例的光电转换设备的不同之处在于除了光电转换单元101之外还具有设置在基板100上的其它元件，并且具有多个布线层。根据本实施例的光电转换设备与第四实施例的不同之处还在于，除了光电转换单元101和FD部分103之外，它具有暂时保持信号电荷的电荷保持部分102以及屏蔽电荷保持部分102的遮光部分270。因而，下面将主要描述与第一至第四实施例不同的部分，并且将省略与第一至第四实施例相同的部分的描述。
光电转换设备包括光电转换单元101和设置在光电转换单元101上方的波导301。波导301设置成在平面图中覆盖在光电转换单元101上，如图9A中所示。即，波导301设置成覆盖光电转换单元101。
光电转换设备包括设置在基板100上的电荷保持部分102和FD部分103。光电转换设备还包括放大晶体管、复位晶体管和选择晶体管。传输栅极电极241、放大栅极电极242、第二传输栅极电极243、复位栅极电极244、选择栅极电极245和放电栅极电极246设置在基板之上。为了简化起见，图9A中未示出布线。连接到布线的接触插塞在图9A中由小圆圈表示。为了简化起见，没有给出表示图9A中的接触插塞的标号。
基板100包括有源区域110和定义有源区域110的元件隔离区域112。分布到有源区域110的是光电转换单元101、电荷保持部分102、FD部分103、晶体管的源极区域和漏极区域等等。元件隔离区域112是电隔离相邻元件的区域。元件隔离区域112的示例包括STI结构、LOCOS结构以及PN结和隔离结构。
光电转换单元101的配置与根据第一实施例的光电转换单元101的配置相同。在光电转换单元101处生成的信号电荷通过传输栅极电极241传送到电荷保持部分102。电荷保持部分102处的信号电荷通过第二传输栅极电极243传送到FD部分103。光电转换单元101、传输栅极电极241和电荷保持部分102构成传输晶体管。电荷保持部分102、第二传输栅极电极243和FD部分103组成第二传输晶体管。传输栅极电极241和第二传输栅极电极243各自被提供有来自从图示中省略的布线的控制信号。
FD部分103经由从图示中省略的布线连接到放大栅极电极242。根据本实施例的放大晶体管包括：放大栅极电极242，向其供应电源电压的半导体区域107，以及半导体区域108。半导体区域108既充当放大晶体管的源极区域又充当选择晶体管的漏极区域。选择晶体管包括：选择栅极电极245、半导体区域108和半导体区域109。构成选择晶体管的漏极区域的半导体区域109连接到从图示中省略的输出线。根据这种配置，放大晶体管可以将基于信号电荷的信号输出到输出线。即，放大晶体管构成放大单元。本实施例的半导体区域107至109各自为N型半导体区域。FD部分103也由N型半导体区域构成。
复位晶体管包括：复位栅极电极244、向其供应电源电压的半导体区域107以及FD部分103。半导体区域107既充当复位晶体管的漏极区域又充当放大晶体管的漏极区域。经由从图示中省略的布线，将控制信号供应给复位栅极电极244。复位晶体管复位FD部分103的电位。放电栅极电极246将光电转换单元101的信号电荷放电到半导体区域107。即，半导体区域107也充当电荷放电单元。经由从图示中省略的布线，将控制信号供应给放电栅极电极246。
根据本实施例的光电转换设备具有多个光电转换单元101。每个光电转换单元101都提供有电荷保持部分102、传输晶体管、放大晶体管、复位晶体管、选择晶体管、放电栅极电极246以及波导301。在本实施例中，一个像素包括光电转换单元101、电荷保持部分102、传输晶体管、放大晶体管、复位晶体管、选择晶体管和放电栅极电极246。
图9A还图示波导301的入射面303的外边缘和波导301的出射面302的外边缘。出射面302的面积在平面图中小于入射面303的面积，这可以在图9A中看到。在平面图中，入射面303也包含出射面302。这种配置使得能够将入射到波导301的光高效地引导到光电转换单元101。例如，波导301的一部分覆盖与光电转换单元101相邻的元件隔离区域112。因而，入射到元件隔离层区域112上的光被引导到光电转换单元101。因此，可以增加进入光电转换单元101的光量。
对于波导301的尺寸的示例，波导301的入射面303的直径大于波导301的出射面302的直径的两倍。例如，入射面303的直径大于2.0μm。另一方面，出射面302的直径小于1.2μm。根据这种配置，即使由于在基板100上设置电荷保持部分102而使光电转换单元101的面积减小，也可以提高灵敏度。
图9A图示了具有与第三实施例和第四实施例中相同的圆形平面形状的波导301。但是，根据在图1A至1C中图示的第一实施例的波导301，或者根据在图4A至4C中图示的第二实施例的波导301，可以应用于本实施例。
光电转换设备具有设置在基板100上方的遮光部分270。遮光部分270覆盖至少电荷保持部分102。在本实施例中，遮光部分270覆盖除电荷保持部分102以外的其它元件。这种配置使得能够减少入射到电荷保持部分102的光量。因此，可以降低噪声。
如图9A中所示，波导301覆盖遮光部分270。特别地，波导301覆盖遮光部分270的覆盖电荷保持部分102的部分。遮光部分270具有在光电转换单元101上方提供的开口275a。在平面图中，波导301的出射面302被开口275a包围。根据这种配置，入射到遮光部分270的光被引导到光电转换单元101。由遮光部分270反射的入射光量减少，因此可以提高灵敏度。
图9B示意性地图示有源区域110、元件隔离区域112和遮光部分270的平面结构。与图9A中相同的部分用相同的标号表示。多个开口275在遮光部分270中提供。开口275a设置在光电转换单元101的上方。因而，光经由开口275a进入光电转换单元101。提供用于设置接触插塞的开口275b。
接下来，将描述根据本实施例的光电转换设备的横截面结构。图10示意性地图示光电转换设备的横截面结构。如图10中所示，光电转换设备包括：基板100、设置在基板100上的布线结构部分200、和设置在布线结构部分200上的光学单元400。要指出的是，图10中仅示出了光学单元400的链接部分407，光学单元400的其它部分已被省略。
基板100是硅基板。基板100的其它示例包括无机半导体基板、有机半导体基板、无机光电转换膜、有机光电转换膜等。元件隔离区域112设置在基板100中。基板100中未设置元件隔离区域112的部分是有源区域110。光电转换单元101和电荷保持部分102设置在有源区域110处，如图10中所示。
光电转换单元101将入射光转换成电荷。根据本实施例的光电转换单元101是光电二极管。光电转换单元101具有构成PN结并将电子作为信号电荷存储的N型半导体区域。光电转换单元101还可以包括设置在N型半导体区域上的P型半导体区域。光电转换单元101的光接收面是基板100和设置在基板100上的绝缘构件201之间的界面。在提供P型半导体区域的情况下，这个P型半导体区域与绝缘构件201之间的界面构成光接收面。在不提供P型半导体区域的情况下，存储信号电荷的N型半导体区域与绝缘构件201之间的界面构成光接收面。在使用空穴作为信号电荷的情况下，可以颠倒N型和P型。在使用除硅基板之外的基板100的情况下，这个基板100和由与基板100的材料不同的材料形成的绝缘构件201之间的界面构成光接收面。
电荷保持部分102包括被配置为保持信号电荷的N型半导体区域。电荷保持部分102可以包括设置在N型半导体区域上的P型半导体区域。在使用空穴作为信号电荷的情况下，电荷保持部分102被配置为包括保持信号电荷的P型半导体区域。
布线结构部分200包括：绝缘构件，包括设置在基板100上的多个绝缘膜211至215；布线251，包括在第一布线层中；以及布线261，包括在第二布线层中。从图9A和9B的图示中省略了布线251和布线261。
绝缘膜211、绝缘膜213和绝缘膜215各自由氧化硅形成。即，绝缘膜211、绝缘膜213和绝缘膜215的成分包括至少硅和氧。绝缘膜212和绝缘膜214均由氮化硅、碳化硅或碳氮化硅形成。即，绝缘膜212和绝缘膜214的成分包括硅和选自碳和氮中的至少一种元素。因此，根据本实施例，绝缘膜211、绝缘膜213和绝缘膜215的成分与绝缘膜212和绝缘膜214的成分不同。换句话说，彼此具有不同成分的多个绝缘膜交替地层叠在基板100上。绝缘膜211至215将布线251、布线261和基板100彼此电绝缘。
绝缘膜212设置成与包括在第一布线层中的布线251的上面接触。绝缘膜214设置成与包括在第二布线层中的布线261的上面接触。绝缘膜212和绝缘膜214可以充当用于布线251和布线261中包含的金属的防扩散层。具体而言，布线251和布线261包含铜。如上所述，绝缘膜212和绝缘膜214含有碳或氮。因而，绝缘膜212和绝缘膜214中的铜的扩散系数小于绝缘膜211、绝缘膜213和绝缘膜215中的铜的扩散系数。根据这种配置，金属向基板100的扩散可以减少，从而可以降低噪声。也可以使用铜以外的各种金属(诸如金、铝等)来形成布线。通过根据布线中使用的金属种类适当地选择绝缘膜212和绝缘膜214的成分，能够使绝缘膜212和绝缘膜214充当防扩散层。
遮光部分270设置成覆盖至少电荷保持部分102。遮光部分270在本实施例中覆盖传输栅极电极241、元件隔离区域112以及光电转换单元101的一部分。绝缘膜211的一部分设置在遮光部分270上。绝缘膜211的单独一部分设置在遮光部分270和基板100之间。在遮光部分270下方形成的绝缘膜211的部分与在遮光部分270上方形成的部分可以通过分开的处理形成。在传输栅极电极241下方形成的绝缘膜211的部分与在传输栅极电极241和遮光部分270之间形成的部分可以通过分开的处理形成。
例如，遮光部分270由诸如钨等金属形成。可替代地，遮光部分270由具有低透光率的树脂形成。遮光部分270的透射率比绝缘膜211的透射率低。
从基板100到遮光部分270的上表面的距离d1比从基板100到包括在第一布线层中的布线251的距离d3短。连接到FD部分103的布线包括在第一布线层中。即，从基板100到遮光部分270的上面的距离d1比从基板100到连接到布线251的FD部分103的距离d3短。离基板100的距离是遵循关于光电转换单元101的光接收面的垂线P的距离。根据这种配置，遮光部分270设置在电荷保持部分102附近，使得遮光部分270的遮光能力可以改进。因此，可以降低噪声。
绝缘膜211至215设置成围绕波导301。具体而言，绝缘膜211至215中的每一个都提供有开口。开口位于光电转换单元101的上方。波导301设置在开口内。波导301的折射率的至少一部分优选地高于绝缘膜211至215的折射率。由于折射率的这种差异，可以使光在波导301的侧面反射。作为另一个示例，通过在波导301的侧面处设置诸如金属等反射构件，可以使光在波导301的侧面反射。作为另一个示例，间隙或气隙可以在波导301周围提供。即，波导301和绝缘膜211至215可以彼此分离。
波导301可以由单一材料形成。例如，波导301可以由氮化硅或有机树脂形成。可替代地，波导301可以由具有不同成分的多层形成。例如，通过具有彼此不同条件的多种膜形成工艺形成多个氮化硅层。工艺条件不同，因此多个氮化硅层的成分可以具有彼此不同的成分比率。作为另一个示例，波导301包括由氧化硅形成的衬垫层和由氮化硅形成的芯层。衬垫层是沿着绝缘构件201的开口的侧面设置的薄绝缘膜。芯层是填充绝缘构件201的开口的剩余部分的绝缘膜。
波导301具有从基板100依次排列的第一侧面311、第二侧面312、第三侧面313、第四侧面314和第五侧面315。波导301的侧面是例如波导301与多个绝缘膜211至215中的一个之间的接触面。因而，波导301的侧面可以与开口的侧面一致。具体而言，绝缘膜211与波导301的第一侧面311接触。以相同的方式，绝缘膜212至215分别与波导301的第二侧面312、第三侧面313、第四侧面314和第五侧面315接触。
如图10中所示，第一至第五侧面311至315各自倾斜。即，第一至第五侧面311至315各自具有大于0度的倾斜角。在本实施例中，波导301的侧面的倾斜角是关于光电转换单元101的光接收面的垂线P与波导301的侧面之间形成的角度。关于光电转换单元101的光接收面的垂线P在图10中示出。即，图10示意性地图示包括关于光电转换单元101的光接收面的垂线P的横截面。倾斜角的定义与第一实施例中的相同。即，第一实施例中关于图2的描述也适用于本实施例。
在本实施例中，波导301的第一侧面311的倾斜角小于波导301的第二侧面312的倾斜角，并且也小于波导301的第四侧面314的倾斜角。波导301的第三侧面313的倾斜角小于波导301的第二侧面312的倾斜角，并且也小于波导301的第四侧面314的倾斜角。波导301的第五侧面315的倾斜角小于波导301的第二侧面312的倾斜角，并且也小于波导301的第四侧面314的倾斜角。即，从基板100交替排列具有小倾斜角的侧面和具有大倾斜角的侧面。
波导301的入射面303可以由于波导301具有其倾斜角大的第二侧面312和第四侧面314而变宽。因此，可以向波导输入大量的光。另外，波导301在第二侧面312的上方(即，在入射面303附近)具有其倾斜角小的第三侧面313。此外，波导301在第四侧面314上方，即在入射面303附近，具有倾斜角小的第五侧面315。而且，可以升高关于到达波导301的入射面303附近的波导301的侧面的光的反射率。因此，这种配置使得能够提高灵敏度。
接下来，将描述波导301与遮光部分270之间的关系。从基板100到遮光部分270的上面的距离d1比从基板100到波导301的第一侧面311和第二侧面312之间的边界的距离d2短。第一侧面311在波导301的所有侧面中最靠近基板100。即，当从基板100观察时，波导301的侧面的倾斜角首先变化的点位于遮光部分270上方。换句话说，在遮光部分270的顶面所在的高度处，不存在波导301的侧面的转折。
通过使用这种结构，即使在覆盖电荷保持部分102的遮光部分270的面积大的情况下，也可以通过波导301将大量的光输入到光电转换单元101。例如，在遮光部分270覆盖整个电荷保持部分102的情况下，让光进入光电转换单元101的开口275a变得相对较小。因而，波导301的出射面302的面积也变小。因而，如果遮光部分270远离基板100设置，那么增加波导301的入射面303变得困难。
相反，在本实施例中，遮光部分270设置在与第一侧面311接触的绝缘膜211处。即，遮光部分270设置在基板100附近。因而，即使开口275a小，并且因此波导301的出射面302小，波导301的入射面303也可以更宽。其原因在于，波导301具有设置在遮光部分270的上方的倾斜角大的第二侧面312。通过将距离d1设置为小于距离d2，可以大大提高具有电荷保持部分102的光电转换设备中的灵敏度。
根据本实施例，基板100与波导301的出射面302之间的距离比从基板100到遮光部分270的上面的距离d1短。根据这种配置，离开波导301的光高效地进入光电转换单元101。因此，可以提高灵敏度。
要指出的是，从基板100到波导301的每个部分的距离与从基板100到遮光部分270的上面的距离之间的关系不限于图10中的关系。例如，波导301的出射面302可以位于比遮光部分270的上面更高的位置。
关于第一至第五侧面311至315的倾斜角，具体数值没有限制。优选地，第一侧面311、第三侧面313和第五侧面315的倾斜角包括在5度至20度的范围内。优选地，第二侧面312和第四侧面314的倾斜角包括在55度至85度的范围内。入射面303与出射面302之比率以及波导301的高度可以通过将每个侧面的倾斜角包括在这些范围内而被以良好的平衡设计。因此，可以提高灵敏度。
第三侧面313和第五侧面315的倾斜角优选地小于第一侧面311的倾斜角。另外，第五侧面315的倾斜角优选地小于第三侧面313的倾斜角。即，在更靠近波导301的入射面303的部分处的侧面优选地关于光电转换单元101的光接收面更接近垂直。这种配置使得能够进一步提高灵敏度。
在包括关于光电转换单元101的光接收面的垂线P的横截面中，第一至第五侧面311至315的最小二乘逼近线的倾斜角可以大于25度。即使在除了光电转换单元101之外还有其它元件分布在基板100上的情况下，光也可以被高效地收集到光电转换单元101。特别地，在电荷保持部分102设置在基板100上的情况下，光电转换单元101的面积趋于小。因而，最小二乘逼近线的倾斜角优选地是20度或更大。根据这种配置，可以提高将光收集到光电转换单元101的效率，因此即使电荷保持部分102的面积大，也可以提高灵敏度。通过已知技术来计算最小二乘逼近线。
波导301的侧面中具有相对较大倾斜角的部分(例如，第四侧面314)被设置成覆盖至少电荷保持部分102。根据这种配置，波导301的光接收面可以变宽，以覆盖电荷保持部分102。因此，可以增加进入光电转换单元101的光量。
在本实施例中，多个绝缘膜211至215各自与第一至第五侧面311至315接触。优选地，第一绝缘膜211、第三绝缘膜213和第五绝缘膜215每个都比第二绝缘膜212厚，并且比第四绝缘膜214厚。与此结合，构成波导301的第一至第五侧面311至315的多个部分的厚度优选地等于多个绝缘膜211至215的相应厚度。根据这种配置，可以增加波导301的高度。因此，即使在基板100上设置大量布线层的情况下，也可以增加灵敏度。要指出的是，在本说明书中，构件的厚度和膜的厚度意味着构件沿着关于光电转换单元101的光接收面的垂线P的长度。
绝缘膜213优选地比绝缘膜211薄。绝缘膜215优选地比绝缘膜213薄。根据这种配置，可以使波导301的入射面303相对于波导301的出射面302更宽。
绝缘膜211、绝缘膜213和绝缘膜215的厚度之和T1与绝缘膜212和绝缘膜214的厚度之和T2之比优选地为大约10:1至4:1。例如，T1与T2之比为大约9:1。但是，要指出的是，上述范围可以被超过，以适当地设置比率。
根据本实施例的光学单元400包括链接部分407。图3A至3E中所示的结构用在根据本实施例的光学单元400中。即，关于图3A至3E的描述全部适用于光学单元400。
在本实施例中，微透镜401优选地覆盖波导301和电荷保持部分102的至少由波导301覆盖的部分。滤色器403还优选地覆盖波导301和电荷保持部分102的至少由波导301覆盖的部分。
如上所述，根据本实施例的波导301具有从基板100依次排列的第一至第五侧面311至315。具有小倾斜角的侧面和具有大倾斜角的侧面从基板100交替排列。这种配置使得能够提高灵敏度。
要指出的是，在第一侧面311的倾斜角小于第二侧面312的倾斜角并且第三侧面313的倾斜角小于第二侧面312的倾斜角的情况下，第四侧面314的倾斜角和第五侧面315的倾斜角没有特别限制。图8A图示这种修改。图8A示意性地图示光电转换设备的波导301的横截面结构。第四侧面314的倾斜角可以是10度或更小，并且第四侧面314不必倾斜。第五侧面315的倾斜角可以大于第三侧面313的倾斜角和第四侧面314的倾斜角，或者可以是80度或更大，并且第五侧面315不必倾斜。在这些情况下也可以获得改进灵敏度的优点。
图8B图示还有另一个修改。第三侧面313的倾斜角大于第一侧面311、第二侧面312、第四侧面314以及第五侧面315的倾斜角。例如，第三侧面313的倾斜角包括在55度至85度的范围内。第一侧面311、第二侧面312、第四侧面314和第五侧面315的倾斜角各自包括在5度至20度的范围内。在这些情况下也可以获得改进灵敏度的优点。
第六实施例
将描述第六实施例。本实施例是具有设置在基板100上的光电转换单元101和波导301的光电转换设备的制造方法。图11A至11C示意性地图示根据第六实施例的光电转换设备的横截面结构。图11A至11C图示根据本实施例的制造方法的不同阶段的光电转换设备。在图1A至图10中相同的部分用相同的标号表示。
如图11A中所示，元件在基板100上形成，元件诸如元件隔离区域112、设置在有源区域110上的光电转换单元101、电荷保持部分102等等。其后，形成传输栅极电极241、遮光部分270、布线251、布线261、多个绝缘膜211至215等等。这些结构与第一至第五实施例中所述的相同。在布线251和布线261由铜形成的情况下，使用双镶嵌工艺。
绝缘膜211、绝缘膜213和绝缘膜215各自由氧化硅形成。即，绝缘膜211、绝缘膜213和绝缘膜215的成分包括至少硅和氧。绝缘膜212和绝缘膜214均由氮化硅、碳化硅或碳氮化硅形成。即，绝缘膜212和绝缘膜214的成分包括硅和选自碳和氮中的至少一种元素。因此，根据本实施例，绝缘膜211、绝缘膜213和绝缘膜215的成分与绝缘膜212和绝缘膜214的成分不同。换句话说，彼此具有不同成分的绝缘膜交替地层叠在基板100上。
接下来，在绝缘膜215上形成光致抗蚀剂图案501。光致抗蚀剂图案501通过对涂覆在整个面上的光致抗蚀剂膜执行光刻而形成。光致抗蚀剂图案501具有开口510。开口510的位置和形状决定波导301的位置和形状。开口510在光电转换单元101的上方形成，以便使波导301位于光电转换单元101之上。
绝缘膜215是使用光致抗蚀剂图案501作为掩模来蚀刻的，如图11B中所示。接下来，使用光致抗蚀剂图案501作为掩模来蚀刻绝缘膜214。
在本实施例中执行使用气体的等离子体蚀刻。具体而言，将一氧化碳作为载气添加到含有氟的气体中，诸如CF4、CHF3、C4F8等。在这种条件下执行蚀刻使得绝缘膜215的第五侧面315和绝缘膜214的第四侧面314能够倾斜。在这个时候，绝缘膜215的第五侧面315的倾斜角和绝缘膜214的第四侧面314的倾斜角可以通过蚀刻条件来控制。
首先，将描述由氧化硅形成的绝缘膜215的蚀刻条件。室压力在100mTorr(Torr是压力单位，托)至140mTorr的范围内。施加到上部电极以生成等离子体的能量在1000W至1400W的范围内。施加到下部电极以生成等离子体的能量在95W至1050W的范围内。含氟气体的流率在35标准立方厘米每分钟(SCCM)到70SCCM范围内。一氧化碳的流率在400SCCM至600SCCM的范围内。可替代地，一氧化碳的流率在总气体流率的35％或更多就足够了。通过将蚀刻条件改变到上述范围内，绝缘膜215的第五侧面315的倾斜角在5度至20度的范围内。
示例如下所示。
●在室压为100mTorr、上部电极为1000W、下部电极为1000W、CF4的流率为70SCCM、一氧化碳的流率为500SCCM的情况下，发现绝缘膜215的第五侧面315的倾斜角为大约8度。
●在室压为140mTorr、上部电极为1400W、下部电极为1000W、CF4的流率为70SCCM、一氧化碳的流率为500SCCM的情况下，发现绝缘膜215的第五侧面315的倾斜角为大约10度。
●在室压为140mTorr、上部电极为1400W、下部电极为1000W、CHF3的流率为35SCCM、一氧化碳的流率为500SCCM的情况下，发现绝缘膜215的第五侧面315的倾斜角为大约13度。
●在室压为140mTorr、上部电极为1400W、下部电极为1000W、CHF3的流率为70SCCM，一氧化碳的流率为500SCCM的情况下，发现绝缘膜215的第五侧面315的倾斜角为大约18度。
在这些条件下，可以通过使CHF3与CF4之比率大来增加倾斜角。倾斜角也可以通过增加为生成等离子体而施加的室压和能量而增加。
接下来，将描述由碳化硅形成的绝缘膜214的蚀刻条件。室压力在100mTorr至140mTorr的范围内。施加到上部电极以生成等离子体的能量在1000W至1400W的范围内。施加到下部电极以生成等离子体的能量在95W至1050W的范围内。含氟气体的流率在35SCCM至70SCCM的范围内。一氧化碳的流率在400SCCM至600SCCM的范围内。可替代地，一氧化碳的流率在总气体流速的35％或更多就足够了。通过将蚀刻条件改变到上述范围内，绝缘膜214的第四侧面314的倾斜角在55度至85度的范围内。
示例如下所示。
●在室压为100mTorr、上部电极为1000W、下部电极为1000W、CF4的流率为70SCCM、一氧化碳的流率为500SCCM的情况下，发现绝缘膜214的第四侧面314的倾斜角为大约55度。
●在室压为140mTorr、上部电极为1400W、下部电极为1000W、CF4的流率为70SCCM、一氧化碳的流率为500SCCM的情况下，发现绝缘膜214的第四侧面314的倾斜角为大约65度。
●在室压为140mTorr、上部电极为1400W、下部电极为1000W、CHF3的流率为35SCCM、一氧化碳的流率为500SCCM的情况下，发现绝缘膜214的第四侧面314的倾斜角为大约68度。
●在室压为140mTorr、上部电极为1400W、下部电极为1000W、CHF3的流率为70SCCM、一氧化碳的流率为500SCCM的情况下，发现绝缘膜214的第四侧面314的倾斜角为大约78度。
在这些条件下，可以通过使CFF3与CF4之比率大来增加倾斜角。倾斜角也可以通过增加为了生成等离子体而施加的室压和能量而增加。关于绝缘膜214由氮化硅形成的情况以及绝缘膜214由碳氮化硅形成的情况，结果大致相同。因此，在相同条件下执行蚀刻的情况下，绝缘膜214的第四侧面314的倾斜角大于绝缘膜215的第五侧面315的倾斜角。这将接下来进行描述。
在根据本实施例的蚀刻中，与绝缘膜215或绝缘膜214被蚀刻并行地，副产物沉积在已经形成的开口的侧面上。已经沉积在侧面上的副产物充当掩模。因此，绝缘膜215与绝缘膜214之间的蚀刻速率不同，因此，已经形成的开口的侧面倾斜。
所生成的副产物被认为由于被包括在一氧化碳中的碳而沉积在开口的侧面上，一氧化碳用作与作为蚀刻对象的材料中所包括的元素反应的载气。因而，副产物的积累程度根据绝缘膜215的成分与绝缘膜214的成分之间的差异而不同。例如，在由氧化硅形成的绝缘膜215的情况下，作为副产物而生成一氧化碳。但是，由于一氧化碳的高挥发性，所以沉积在绝缘膜215的第五侧面315上的副产物的量很小。因此，绝缘膜215的第五侧面315的倾斜角小。在由碳化硅形成的绝缘膜214的情况下，作为副产物而生成碳或含碳的化合物。由于这种副产物的挥发性低于一氧化碳的挥发性，因此沉积在绝缘膜214的侧面314上的副产物的量更大。因此，绝缘膜214的第四侧面314的倾斜角大。
因此，由于副产物的挥发性不同，可以通过在相同条件下执行蚀刻而形成具有含有不同倾斜角的侧面的开口。如果充当载气的一氧化碳的流率是用于蚀刻的气体的总流率的35％或更多，那么可以如上所述地形成具有含有不同倾斜角的侧面的开口。其原因是与使用氩作为载气的情况相比，由于一氧化碳的物理蚀刻较不容易发生。
接下来，如图11C中所示，光致抗蚀剂图案501用作掩模以蚀刻绝缘膜213、绝缘膜212和绝缘膜211。这里的蚀刻是根据与图11B中相同的过程执行的，因此将省略描述。
其后，构成波导301的波导构件至少在开口内形成。波导301通过使波导构件接受诸如蚀刻、平坦化等处理而形成。图3A至3E中所示的光学单元400在波导301的上方形成。因此，光电转换设备通过上述处理形成。
可以根据本实施例的方法在不改变处理条件的情况下形成开口。因而，根据第一至第五实施例的波导301可以通过更简单的处理形成。
第七实施例
将描述成像系统的实施例。成像系统的示例包括数码相机、数码摄像机、摄像头、复印机、传真机、移动电话、车载摄像机、观测卫星等。图12图示作为成像系统的示例的数码相机的框图。
在图12中，标号1001表示用于保护透镜的屏障，1002表示用于将物体的光学图像聚焦在光电转换设备1004上的透镜，并且1003表示用于改变透过透镜1002的光量的光阑。标号1004是上面实施例中描述的光电转换设备，并将由透镜1002聚焦的光学图像转换为电信号。AD转换单元在光电转换设备1004的基板上形成。标号1007表示使从光电转换设备1004输出的信号接受各种类型的校正、数据压缩等的图像处理设备，由此获取图像信号。图12中的标号1008表示向光电转换设备1004和图像处理设备1007输出各种类型定时信号的定时发生器，并且1009表示控制整个数码相机的中央控制单元。标号1010表示用于临时存储图像数据的帧存储单元，1011表示用于向记录介质记录和从记录介质读取的接口单元，并且1012表示用于记录和读取摄影数据的、可分离地安装的记录介质(诸如半导体存储器等)。标号1013是用于与外部计算机等进行通信的接口单元。要指出的是，定时信号可以从成像系统的外部从外部输入。成像系统具有光电转换设备1004和处理从光电转换设备1004输出的成像信号的图像处理设备1007就足够了。
在本实施例中已经描述了在同一基板上形成光电转换设备1004和AD转换单元的配置。但是，光电转换设备1004和AD转换单元可以在不同的基板上形成。另外，光电转换设备1004和图像处理设备1007可以在同一基板上形成。
而且，每个像素可以被配置为包括第一光电转换单元和第二光电转换单元。图像处理设备1007可以被配置为处理基于在第一光电转换单元处生成的电荷的信号和基于在第二光电转换单元处生成的电荷的信号，并且获取从光电转换设备1004到物体的距离信息。
第八实施例
图13A图示与车载摄像机相关的成像系统的示例。成像系统2000具有光电转换设备2010，即，根据上述实施例的光电转换设备。成像系统2000具有对由光电转换设备2010获取的多个图像数据集合执行图像处理的图像处理单元2030，以及从由成像系统2000获取的多个图像数据集合计算视差(视差图像之间的相位差)的视差计算单元2040。成像系统2000还具有基于计算出的视差来计算到物体的距离的距离测量单元2050；以及基于计算出的距离确定是否存在碰撞的可能性的碰撞确定单元2060。视差计算单元2040和距离测量单元2050是获取到物体的距离信息的距离信息获取单元的示例。即，距离信息是关于视差、散焦值、到物体的距离等等的信息。碰撞确定单元2060可以使用这些种类的距离信息中的任何信息来确定碰撞的可能性。距离信息获取单元可以通过专门设计的硬件、通过软件模块、通过现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)等或通过其组合来实现。
成像系统2000还连接到车辆信息获取设备2310，并且可以获取车辆信息(诸如车辆速度、偏航率、转向角等)。连接到成像系统2000的是控制电子控制单元(ECU)2410，它是基于碰撞确定单元2060的确定结果输出生成车辆制动力的控制信号的控制设备。成像系统2000还连接到基于碰撞确定单元2060的确定结果向驾驶员发出警告的警告设备2420。例如，在碰撞确定单元2060确定碰撞的可能性高的情况下，通过控制ECU 2410执行车辆控制，以避免碰撞或减少损害，诸如刹车、降低加速器、抑制引擎输出等。警告设备2420通过用声音等发出警告、在汽车导航系统的屏幕上显示警告信息、对安全带或方向盘等施加振动等来警告用户。
例如，根据本实施例的成像系统2000对车辆的周边(诸如车辆的前方或后方)进行成像。图13B图示了在车辆前方成像的情况下的成像系统。虽然上面已经描述了避免与另一个车辆的碰撞的控制的示例，但是这也适用于车辆在其它车辆之后进行自动驾驶的控制，或者车辆在车道中进行自动驾驶的控制。另外，成像系统不限于诸如汽车等的车辆，并且可以应用于包括例如船舶、飞行器、工业机器人等的可移动体(可移动设备)。此外，成像系统不限于可动体，并且广泛适用于使用对象识别的设备，诸如智能运输系统(ITS)等。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，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将被赋予最广泛的解释，以便涵盖所有此类修改以及等效结构和功能。

Claims (28)

1.一种光电转换设备，其特征在于，包括：
光电转换单元，被设置在基板中；
波导构件，被设置在光电转换单元的上方；以及
绝缘构件，被设置在基板的上方，并且包围波导构件的至少一部分，
其中波导构件具有从基板按以下顺序布置的第一侧面、第二侧面和第三侧面，
其中第一侧面、第二侧面和第三侧面中的每个都是倾斜的，
其中第二侧面和第三侧面连续连接，
其中第二侧面的倾斜角小于90度，
其中第一侧面的倾斜角小于第二侧面的倾斜角，以及
其中第三侧面的倾斜角小于第二侧面的倾斜角,
其中绝缘构件包括与第一侧面接触的第一绝缘膜、与第二侧面接触的第二绝缘膜、和与第三侧面接触的第三绝缘膜，
以及其中第二绝缘膜的成分与第一绝缘膜的成分不同，并且与第三绝缘膜的成分不同。
2.如权利要求1所述的光电转换设备，还包括：
布线，被设置在基板的上方，
以及其中第二绝缘膜被设置成与布线的上表面接触。
3.如权利要求2所述的光电转换设备，
其中第一绝缘膜比第二绝缘膜厚，以及
其中第三绝缘膜比第二绝缘膜厚。
4.如权利要求3所述的光电转换设备，
其中布线包括金属，以及
其中第二绝缘膜中的金属的扩散系数分别小于第一绝缘膜中的金属的扩散系数和第三绝缘膜中的金属的扩散系数。
5.如权利要求4所述的光电转换设备，
其中第一绝缘膜的成分包含硅和氧，
其中第二绝缘膜的成分包含硅和选自碳和氮的至少一种元素，以及
其中第三绝缘膜的成分包含硅和氧。
6.如权利要求5所述的光电转换设备，
其中波导构件覆盖布线的至少一部分。
7.如权利要求1所述的光电转换设备，还包括：
多个像素，
其中所述多个像素中的每个像素包括：光电转换单元，被配置为接收在光电转换单元处生成的电荷的浮置扩散部分，连接到浮置扩散部分的放大单元，以及被配置为在与光电转换单元和浮置扩散部分不同的部分处保持电荷的电荷保持部分。
8.如权利要求7所述的光电转换设备，
其中波导构件覆盖电荷保持部分的至少一部分。
9.如权利要求7所述的光电转换设备，还包括：
遮光部分，被配置为覆盖电荷保持部分，
其中波导构件至少部分地覆盖遮光部分。
10.如权利要求9所述的光电转换设备，
其中波导构件覆盖遮光部分的一部分，遮光部分的所述部分覆盖电荷保持部分。
11.如权利要求9所述的光电转换设备，
其中从基板到遮光部分的上表面的第一距离比从基板到第一侧面与第二侧面之间的边界的距离短。
12.如权利要求11所述的光电转换设备，还包括：
布线，被设置在基板的上方并连接到浮置扩散部分，
其中第一距离比从基板到布线的第三距离短。
13.如权利要求12所述的光电转换设备，
其中第二距离比第三距离长。
14.如权利要求13所述的光电转换设备，
其中绝缘构件包括与第一侧面接触的第一绝缘膜、与第二侧面接触的第二绝缘膜、以及与第三侧面接触的第三绝缘膜，以及
其中第二绝缘膜被设置成与所述布线的上表面接触。
15.如权利要求14所述的光电转换设备，
其中第一绝缘膜比第二绝缘膜厚，以及
其中第三绝缘膜比第二绝缘膜厚。
16.如权利要求15所述的光电转换设备，
其中布线包括金属，
其中第二绝缘膜的成分与第一绝缘膜的成分不同，并且与第三绝缘膜的成分不同，以及
其中第二绝缘膜中的金属的扩散系数分别小于第一绝缘膜中的金属的扩散系数和第三绝缘膜中的金属的扩散系数。
17.如权利要求16所述的光电转换设备，还包括：
微透镜，覆盖波导构件和电荷保持部分的至少一部分。
18.如权利要求17所述的光电转换设备，还包括：
滤色器，被设置在基板与微透镜之间；以及
平坦化层，被设置在滤色器与微透镜之间，
其中滤色器覆盖波导构件和电荷保持部分的至少一部分。
19.如权利要求1所述的光电转换设备，
其中形成波导构件的第一侧面的第一部分的厚度大于形成所述波导构件的第二侧面的第二部分的厚度，以及
其中形成所述波导构件的第三侧面的第三部分的厚度大于第二部分的厚度。
20.如权利要求1所述的光电转换设备，
其中第一侧面的倾斜角大于第三侧面的倾斜角。
21.如权利要求1所述的光电转换设备，
其中第一侧面的倾斜角包括在5度至20度的范围内，
其中第二侧面的倾斜角包括在55度至85度的范围内，
并且其中第三侧面的倾斜角包括在5度至20度的范围内。
22.如权利要求1所述的光电转换设备，
其中波导构件具有第四侧面，
其中第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面从基板以此顺序布置，以及
其中第三侧面的倾斜角小于第四侧面的倾斜角。
23.如权利要求22所述的光电转换设备，
其中波导构件具有第五侧面，
其中第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面和第五侧面从基板以此顺序布置，以及
其中第五侧面的倾斜角小于第四侧面的倾斜角。
24.如权利要求23所述的光电转换设备，
其中第一侧面的倾斜角大于第三侧面的倾斜角，
并且其中第三侧面的倾斜角大于第五侧面的倾斜角。
25.如权利要求1所述的光电转换设备，
其中针对第一侧面、第二侧面和第三侧面计算的最小二乘逼近线的倾斜角是20度或大于20度。
26.如权利要求25所述的光电转换设备，
其中最小二乘逼近线的倾斜角是25度或大于25度。
27.一种成像系统，其特征在于，包括：
如权利要求1至26中任一项所述的光电转换设备，以及
处理设备，被配置为通过处理来自光电转换设备的信号来获取图像信号。
28.一种可移动装置，其特征在于，包括：
如权利要求1至26中任一项所述的光电转换设备，
处理设备，被配置为基于来自光电转换设备的信号来处理图像信号；以及
控制单元，被配置为基于处理的结果来控制可移动装置。
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