CN113540135A - 光电转换装置和装备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了光电转换装置和装备。遮光部的上端与光电转换层之间的距离比遮光膜的下表面与光电转换层之间的距离长。遮光部的下端与光电转换层之间的距离比遮光膜的下表面与光电转换层之间的距离短。在包括遮光膜和遮光部的平面中，配设有由遮光部限定的开口和在遮光部与遮光膜之间的间隙，该间隙的宽度小于开口的宽度。

Description

光电转换装置和装备
技术领域
实施例方面涉及光电转换装置。
背景技术
光电转换装置配设有光接收像素和遮光像素。各个遮光像素通过遮光膜遮光。在光接收像素之间使用遮光壁进行遮光防止了串扰的发生。
日本特开第2019-12739号公报讨论了一种固态图像传感器，该固态图像传感器包括遮光像素和遮光壁，该遮光像素各自包括在绝缘层中的靠近滤色器布设的遮光膜，该遮光壁布设在像素之间的绝缘层中。
在日本特开第2019-12739号公报中讨论的技术在光学特性上仍有改进的空间。即，例如，在有效像素区域中的光学黑色(OPB)像素区域的端部处的有效像素中可能发生串扰。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种光电转换装置，其包括光接收像素区域和遮光像素区域，所述光电转换装置包括：光电转换层，其包括多个光电转换部；在光接收像素区域中的光电转换层上方的遮光部，该遮光部围绕各个透光部，各个透光部作为入射到光接收像素区域中的多个光电转换部中的各个上的光的光路；以及沿着光电转换层的主表面的遮光膜，所述遮光膜在遮光像素区域中的光电转换层上方，其中，所述遮光部包括下端和上端，该下端作为在垂直于所述光电转换层的主表面的第一方向上更靠近所述光电转换层的一端，该上端作为在第一方向上与所述遮光部的下端相对的一端，其中，遮光膜包括作为在第一方向上更靠近光电转换层的表面的下表面和作为在第一方向上与光电转换层相对的表面的上表面，其中，所述遮光部的上端与光电转换层之间的距离比遮光膜的下表面与光电转换层之间的距离长，其中，所述遮光部的下端与光电转换层之间的距离比遮光膜的下表面与光电转换层之间的距离短，其中，在包括遮光膜和所述遮光部的平面中，配设有由所述遮光部限定的开口和在所述遮光部与遮光膜之间的间隙，并且其中，间隙的在开口和间隙并排布置的第二方向上的宽度比开口在第二方向上的宽度窄。
通过参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的其他特征将变得显而易见。
附图说明
图1A是示出根据第一示例性实施例的光电转换装置的构造的平面图，并且图1B是示出光电转换装置和装备的示意图。
图2A是示出光电转换装置的包括区域的部分的平面图，并且图2B是光电转换装置的示意性截面图。
图3是示出光电转换装置的示意图。
图4A至图4C是各自示出光电转换装置的制造处理的示意图。
图5A至图5C是各自示出光电转换装置的制造处理的示意图。
图6A和图6B是各自示出光电转换装置的示意性截面图。
图7A和图7B是各自示出光电转换装置的示意性截面图。
图8A和图8B是各自示出光电转换装置的示意性截面图。
图9A和图9B是各自示出光电转换装置的示意性截面图。
图10A至图10C是各自示出光电转换装置的示意性截面图。
具体实施方式
下面将参照附图描述用于实现本公开的示例性实施例。在以下描述和附图中，整个附图中的相同部件由相同的附图标记标示。交叉参照附图描述相同的部件，并且适当地省略对由共同的附图标记标示的部件的冗余描述。
本文使用的短语“A高于B”是指A与半导体层的主表面之间的距离比B与主表面之间的距离长。本文使用的短语“A小于B”是指A与主表面之间的距离比B与主表面之间的距离短。本文使用的术语“A的下端”是指在垂直于主表面的方向上的A的两端中的更靠近半导体层的那端。本文使用的术语“A的上端”是指在垂直于主表面的方向上的A的两端中的与下端相对的那端。本文使用的术语“A的下表面”是指与垂直于主表面的方向相交(或正交)的A的两个表面中的、更靠近半导体层的表面。术语“A的上表面”是指与垂直于主表面的方向相交(或正交)的A的两个表面中的、与下表面相对的表面。
图1A是示出根据第一示例性实施例的光电转换装置930的构造的平面图。光电转换装置930包括光接收像素区域101、遮光像素区域102和外围区域103。光接收像素区域101是多个光电转换部(第一光电转换部)以多行和多列的形式布设的区域。换句话说，光接收像素区域101是多个像素形成多行和多列的区域。在光接收像素区域101和遮光像素区域102中，多个光电转换部以矩阵布设。来自光接收像素区域101的各个列中的第一光电转换部的信号通过列信号线输出。遮光像素区域102是被遮光的多个光电转换部以多行和多列的形式布设的区域。换句话说，遮光像素区域102是布设有被遮光的多个像素的区域。遮光的多个像素用于提供光学黑色(OB)级别，并且可以称为OB像素。遮光像素区域102可以不配设有光电转换部1072。如果不考虑是否存在光电转换部1072，则可以将遮光像素区域102称为遮光区域。可以在光接收像素区域101与遮光像素区域102之间配设包括像素结构的缓冲区域。光接收像素区域101中的各个像素和遮光像素区域102中的各个像素包括光电转换部以及用于将与在光电转换部中产生的电荷相对应的信号输出到像素的外部的电路元件。
外围区域103位于光接收像素区域101和遮光像素区域102的周边附近。在外围区域103中，可以布设用于向外部装置输入和从外部装置输出信号的至少一些焊盘电极，和至少一些外围电路。外围电路的示例可以包括行选择电路、读出电路和列选择电路。布设在光接收像素区域101中的多个光电转换部和布设在遮光像素区域102中的多个光电转换部可以被布设以形成多行和多列的光电转换阵列。行选择电路选择光电转换阵列中的行，并且驱动所选择的行中的光电转换部。来自所选择的行中的光电转换部的信号通过列信号线输出到读出电路。读出电路读出输出到列信号线的信号，并且列选择电路顺序地选择并输出由读出电路从列信号线读出的信号。上述外围电路中的一些或全部可以配设在叠置在用作光电转换层的半导体层上的其他半导体层中。在外围区域103中，可以配设用于连接用作光电转换层的半导体层和其他半导体层的连接部。该连接部可以是凸块电极或贯通电极、引线接合或通过直接金属接合的布线。
图1B是示出包括光电转换装置930的装备9191的示意图。将详细描述包括半导体设备的装备9191。光电转换装置930可以包括：半导体设备910，其包括光电转换层104；以及容纳半导体设备910的封装920。封装920可以包括固定半导体设备910的基座；以及与半导体设备910相对的、由玻璃或其他材料制成的盖。封装920可以进一步包括诸如接合线或凸块等的接合构件，该接合构件将配设在基座上的端子连接到配设在半导体设备910上的端子。装备9191可以包括光学装置940、控制装置950、处理装置960、显示装置970、存储装置980或机械装置990中的至少一者。将在下面更详细地描述装备9191。
图2A是示出包括光接收像素区域101、遮光像素区域102以及光接收像素区域101与遮光像素区域102之间的区域的部分的平面图。图2B是沿着图1A和图2A所示的线Z-Z截取的光电转换装置930的示意性截面图。
光电转换装置930包括光电转换层104，该光电转换层104包括多个光电转换部1071和1072。光电转换装置930包括配设在光接收像素区域101中的光电转换层104上方的遮光部115。遮光部115被布设成围绕透光部141。透光部141形成入射到配设在光接收像素区域101中的多个光电转换部1071的各个上的光的光路。
光电转换装置930包括在遮光像素区域102中的光电转换层104上方、沿光电转换层104的主表面(背面106)布设的遮光膜112。
遮光部115和遮光膜112各自由用遮光材料制成的金属层或金属化合物层形成。金属层的材料示例可以包括铝、钨、钽、钛、金、银和铜。金属化合物层的材料示例可以包括这些金属的氮化物或碳化物。遮光部115中所包括的金属层的主要成分可以与遮光膜112中所包括的金属层的主要成分相同或不同。例如，遮光部115可以包括主要由钨构成的金属层，并且遮光膜112可以包括主要由铝构成的金属层。铝比钨具有更高的消光系数、更高的反射率和更高的吸收率，这导致更低的透射率。因此，铝适合用作遮光膜112中所包括的金属层的主要成分。遮光部115通过被掩埋在长而深的凹槽中而形成，从而减小了遮光部115的宽度以实现增强的灵敏度，此外，从而延长遮光部115的长度，以提供增强的遮光性能。可以容易地使钨的晶粒尺寸小于铝的晶粒尺寸。因此，钨适合用作被掩埋在长而深的凹槽中的遮光部115中所包括的金属层的主要成分。
光电转换层104可以是诸如单晶硅层或化合物半导体层等半导体层。各个光电转换部1071可以是诸如pn光电二极管、pin光电二极管或雪崩光电二极管等光电二极管，或光电门。根据本示例性实施例的光电转换层104配设有用于从各个光电转换部1071读出电荷的晶体管。晶体管的栅电极配设在光电转换层104的表面105上。读出电路可以布设在叠置在光电转换层104上的其他半导体层中。在这种情况下，光电转换层104可以不配设有晶体管。在其他示例中，光电转换装置930可以包括配设在表面105上的像素电极和配设在光电转换层104的背面106上的相对电极。在这种情况下，光电转换层104可以是由有机材料和/或无机材料制成的光电转换膜。光电转换膜可以是量子点膜。光电转换膜中的相对电极与像素电极之间是光电转换部。
如图2A所示，由遮光部115限定的开口140和遮光部115与遮光膜112之间的间隙150被配设在包括遮光膜112和遮光部115的平面中。间隙150在开口140与间隙150并排布置的X方向上的宽度W窄于开口140在X方向上的宽度V(W<V)。开口140的宽度V基本上等于像素尺寸，并且可以根据光电转换装置930的性能(灵敏度、像素数等)来设置。宽度W例如在从0.5到10μm的范围内。宽度W越窄越合适。宽度W可以小于宽度V的1/2(W＜V/2)，并且宽度W可以小于宽度V的1/4(W＜V/4)。宽度W可以小于宽度V的1/8(W<V/8)。宽度W可以例如在从50nm到5μm的范围内，并且宽度W可以小于500nm。
在遮光像素区域102中，遮光膜112覆盖有作为氮化硅膜的介电膜113。介电膜113在光接收像素区域101中延伸。遮光部115贯穿介电膜113。因此，在包括遮光膜112和遮光部115的平面中，除了遮光膜112和遮光部115之外，还配设有作为氮化硅膜的介电膜113。
在各个透光部141上，配设有微透镜124和层间透镜119。层间透镜119位于微透镜124与透光部141之间。滤色器123配设在层间透镜119与微透镜124之间。光电转换装置930是背面照明光电转换装置，该背面照明光电转换装置包括布线结构部130，该布线结构部130配设在光电转换层104的与遮光膜112相对的一侧。
将参照图3详细描述遮光膜112与遮光部115之间的位置关系。遮光部115包括下端811和上端，该下端811是在垂直于光电转换层104的主表面(背面106)的Z方向上更靠近光电转换层104的一端，并且上端是在Z方向上与遮光部115的下端811相对的一端。遮光部115包括侧面810，该侧面810是更靠近遮光膜112的表面。遮光部115包括侧面830，该侧面830是与遮光膜112相对(与透光部141相邻)的表面。下端811是侧面810的更靠近光电转换层104的一端。上端812是侧面810的与光电转换层104(下侧)相对(上侧)的一端。
遮光膜112具有下表面840，其是在Z方向上更靠近光电转换层104的表面；以及上表面860，其是在Z方向上与光电转换层104相对的表面。遮光膜112具有侧面820，其是更靠近遮光部115的表面。侧面820的更靠近光电转换层104的下端是下端821。侧面820的与光电转换层104(下)相对的上端是上端822。
遮光部115的上端812与光电转换层104之间的距离C长于遮光膜112的下表面840与光电转换层104之间的距离A(C>A)。遮光部115的下端811与光电转换层104之间的距离用D标示。距离D比距离A短(D＜A)。
遮光膜112的上表面860与光电转换层104之间的距离由B标示。在本示例性实施例中，距离C比距离B长(C>B)。然而，距离C可以等于或小于距离B(C≤B)。
间隙150的宽度W是下端811与上端822之间在X方向上的距离。下端811与上端822在Z方向上位于不同的位置，而这两端之间在X方向上的距离仅关注在X方向上的分量上。下端811与上端812之间在Z方向上的距离由C-D表示。距离C-D对应于遮光部115在Z方向上的长度。下表面840(下端821)与上表面860(上端822)之间在Z方向上的距离由B-A表示。距离B-A对应于遮光膜112在Z方向上的厚度。距离D对应于下端811距背面106的高度。距离D可以小于200nm。下端811与上端822之间在Z方向上的距离由T表示。距离D与距离T之和等于距离B(D+T＝B)。距离B对应于上端822距背面106的高度。
在图3中，连接下端811和上端822的直线由点划线表示。点划线与背面106之间形成角度α。如图3所示，tanα＝T/W。
侧面830的下端下方的位置由边界1310表示。边界1310位于遮光部115与透光部141之间的边界下方。遮光部115在X方向上的宽度L与在下端811与边界1310之间在X方向上的距离L匹配。下端811与边界1310之间在Z方向上的距离是距离D。下端811和边界1310在Z方向和X方向上位于不同的位置。然而，两个位置之间在X方向上的距离仅关注在X方向上的分量上，并且两个位置之间在Z方向上的距离仅关注在Z方向上的分量上。
在图3中，连接下端811和边界1310的直线由交替的长短两虚线表示。在交替的长短两虚线与背面106之间形成角度β。从图3中可以看出，tanβ＝D/L。
这里，假设光束从遮光部115的与光透射部141相对的一侧的外侧沿着长虚线E以预定角度入射。长虚线E是连接上端822和边界1310的直线。在长虚线E与背面106之间形成角度γ。
假设在距背面106的距离A的范围内不存在遮光部115的情况。角度大于角度γ的经过上端822的入射光可以入射到背面106的在遮光部115的下方的部分。另一方面，角度小于角度γ的经过上端822的入射光可以入射到在遮光部115的下方的背面106之外的、背面106的在透光部141的下方的部分。因此，入射到透光部141的下部的光在光电转换时引起诸如串扰等光噪声，将尽可能地阻挡光噪声的光。为了阻挡光，下端811位于长虚线E的下方。下端811位于长虚线E的下方，满足α＞β或γ＞β。从图3可以从几何上理解这一点。
现在将考虑条件α>β。当α＞β时，满足tanα＞tanβ。如上所述，当tanα＝T/W且tanβ＝D/L时，满足T/W＞D/L。由于B＝T+D，因此T＝B-D。通过将该表达式代入T/W>D/L并重写获得的表达式，可以导出B/D>(W+L)/L。通过重写B/D>(W+L)/L，可以获得W/L<(B-D)/D。
现在将考虑条件γ>β。当γ＞β时，满足tanγ＞tanβ。由于tanγ＝B/(L+W)且tanβ＝D/L，因此B/(L+W)>D/L。通过重写此表达式，可以得出B/D>(W+L)/L。通过重写B/D>(W+L)/L，可以获得W/L<(B-D)/D。
因此，满足B/D>(W+L)/L将致使防止光入射在透光部141下方的部分中。由于分数分母不是“0”，因此当D>0并且L>0时，满足上述表达式。在表达式L/(W+L)>D/B中，当L>0成立时，即使D＝0也可以满足该表达式。
为了获得更高的光学特性(遮光性能)，适合的是将距离D和距离W设置为尽可能短，并且将距离L、距离T和距离B设置为尽可能长。
对于光接收像素区域101的遮光性能，距离D越短，相邻的光接收像素之间的串扰被减小得越多。因此，满足D＜W是合适的。此外，出于更多地阻挡光的优点，满足D＜W/2是合适的。
随着距离W的减小和/或距离B的增大，从间隙150入射到透光部141的下部的光可以减少更多。因此，满足W<B是合适的。
对于光接收像素区域101中的光接收性能，可以随着距离L的减小而在开口140的宽度V越宽的情况下增大灵敏度。因此，距离L尽可能短是合适的，例如满足L＜B。
对于在光接收像素区域101中的遮光性能，随着距离L的增大，可以减小相邻的光接收像素之间的串扰。较窄的距离W允许从间隙150入射的光减少。结果，满足W＜L是合适的。但是，在很难将遮光部115配设为靠近遮光膜112的一些情况下，可以设置L＜W。例如，如图2B所示，覆盖遮光膜112的侧面820的介电膜113创建介电膜113中的台阶。为了形成遮光部115，遮光部115位于远离介电膜113上的台阶的位置。台阶在X方向上的宽度取决于介电膜113的厚度。介电膜113的厚度通常比遮光膜112的厚度薄。因此，可以将台阶X方向上的宽度设置为不大于距离T。因此，当T＜W时，可以在遮光部115受介电膜113中的台阶的影响较小的位置处形成遮光部115。由于T＝B-D，因此满足B-D＜W是合适的。因此，满足W＜L和/或B-D<W是合适的。
鉴于上述情况，典型的关系是D<L且W<A<T<B<C<V。距离D例如在50nm至200nm的范围内。距离L例如在100nm至400nm的范围内。距离W例如在100nm至400nm的范围内。距离A例如在100nm至500nm的范围内。距离T例如在200nm至800nm的范围内。距离B例如在200nm至1000nm的范围内。
光电转换装置930包括诸如支撑基板或电路板的基板131，并且光电转换层104布设在基板131上方。布线结构部130在基板131与光电转换层104之间。光电转换层104具有更靠近布线结构部130的表面105，以及作为光入射侧的背面106。光电转换层104包括在光接收像素区域中的光电转换部1071和在遮光像素区域102中的光电转换部1072。背面106配设有介电层108和抗反射膜109。在遮光像素区域102中形成遮光膜112，并且在抗反射膜109与遮光膜112之间配设介电层110。此外，将介电膜113配设为覆盖遮光膜112，并且将介电膜114配设为覆盖介电膜113。如作为沿着线Z-Z截取的截面图的图2B所示，围绕各个像素的遮光部115配设在介电膜114中。围绕各个像素的结构防止在相邻像素之间发生串扰。入射光穿过背面106进入光电转换层104。在图2B中，为了简单说明，垂直入射光和斜入射光分别由箭头L和L'表示。
随着近来趋向于缩短相机的出瞳距离的趋势，即，随着广角镜头的入射角的增大，更可能发生串扰。因此，在光接收像素区域101中发现串扰。另一个问题是流入遮光像素区域102的暗电流增大。防止在光接收像素区域101中发生串扰的遮光部115布设在比遮光像素区域102中的遮光膜112低的位置。结果，从遮光像素区域102上方以大角度倾斜入射的光进入光接收像素区域101内的遮光膜112与防止发生串扰的遮光部115之间，然后该光到达与遮光像素相邻的像素的光接收部。结果，在光接收像素区域101与遮光像素区域102之间的边界处的光接收像素区域101中的光接收部处可能无法正确地检测到光信号。根据本示例性实施例，对遮光膜112和遮光部115的精心设计的布局，可以防止由于光接收像素区域101中的杂散光而发生串扰，并且可以同时防止遮光像素区域102中的暗电流的增大，从而提供更高质量的图像。
将参照图4A至图4C以及图5A至图5C描述光电转换装置的制造处理的示例。
在图4A所示的步骤A中，形成包括布线结构部130和具有调整的厚度的光电转换层104的构件。光电转换层104具有更靠近基板的表面105和作为光入射侧的背面106。光电转换层104的厚度在1μm至10μm的范围内，并且典型地在1μm至5μm的范围内，例如，大约3μm。光电转换层104的厚度可以根据要检测的物体的波长而变化。另外，光电转换层104具有用于进行光电转换的多个光电转换部，多个光电转换部是在光接收像素区域101中的光电转换部1071和在遮光像素区域102中的光电转换部1072。
在图4B所示的步骤B中，在背面106上形成介电层108，然后形成用作抗反射膜的介电层109。介电层108可以是金属氧化物层，例如氧化铝或氧化铪。介电层109可以是金属氧化物层，例如氧化钽或氧化钛。介电层110可以是用于为背面106提供更高平坦度的平坦化层，或者是来自光电转换层10的层间绝缘层。此外，在步骤B中，在介电层110上形成遮光材料膜1120。遮光材料膜1120可以包括例如由铝或钨制成的金属层。遮光材料膜1120可以是多个金属层和/或金属化合物层的多层膜。可以在介电层108、介电层109和/或介电层110中形成开口(未示出)。通过该开口，遮光膜112和光电转换层104可以在某个位置(未示出)电连接，将预定的电势供给到遮光膜112，从而防止遮光膜112的电势被置于电浮置状态。
在图4C所示的步骤C中，通过诸如光刻和干蚀刻的方法去除光接收像素区域101中的整个或部分遮光材料膜1120。另外，对遮光材料膜1120进行图案化，从而留下覆盖遮光像素区域102的遮光膜112。
在图5A所示的步骤D中，形成介电膜113和介电膜114以覆盖遮光膜112和介电层110，然后进行平坦化处理。
在图5B所示的步骤E中，在介电膜113和介电膜114中形成凹槽1150，以使凹槽1150围绕光接收像素区域101中的各个像素。由介电膜113和114中的凹槽1150围绕的部分可以是透光部141。
在图5C所示的步骤F中，在凹槽1150中形成遮光材料膜，并且通过化学机械平坦化(CMP)方法或其他方法去除位于凹槽1150外部的遮光材料膜的多余部分。遮光材料膜可以包括例如由钨制成的金属层。遮光材料膜1120可以是包括多个金属层和/或金属化合物层的多层膜。因此，遮光部115由遮光材料膜形成。可以将遮光部115布设为围绕在各个光电转换部1071上方的透光部141。
在图5C所示的步骤F中，在遮光部115的上部上方形成绝缘膜116作为保护膜。
之后，在步骤G(未示出)中，形成多个层间透镜119，各个层间透镜119包括透光膜117和介电膜118。首先，形成构成透光膜117的材料膜以覆盖绝缘膜116，并在透光膜117上进一步形成介电膜118。透光膜117的材料膜可以由诸如氧化硅膜或氮氧化硅膜的介电膜形成。换句话说，材料膜可以由包括硅和氧的化合物形成。然后，在材料膜中形成蚀刻掩模图案，并且可以处理蚀刻掩模图案。例如，加热蚀刻掩模图案使弯曲的表面转印到要形成的基材膜上。然后，用蚀刻掩模对材料膜进行部分蚀刻，其将弯曲的表面转印到材料膜上，这使得可以形成多个层间透镜119。可以由氧化硅膜、氮氧化硅膜或其他类似的膜形成的抗反射膜120可以放置在层间透镜119上。各个层间透镜119的上表面朝着要进入的光L形成为凸形，并且各个层间透镜119可以对准相应的光电转换部1071。
在步骤H(未示出)中，在形成层间透镜119的元件上方形成绝缘膜121，然后进行平坦化工艺。此外，在绝缘膜121和抗反射膜120中形成各个开口，使得该开口围绕光接收像素区域101中的各个像素，并且在该开口处形成金属膜，从而提供遮光部122。在遮光部122处形成的金属膜例如可以是钨制成的金属膜。在形成金属膜之后，进行平坦化处理。另外，形成与位于遮光部的最上部的绝缘膜116相似的保护膜。
在步骤I(未示出)中，在绝缘膜上方形成滤色器123，然后在滤色器123上形成微透镜124。这样，可以获得图2B所示的光电转换装置930。
图6A是示出根据第二示例性实施例的光电转换装置930的截面图。在第二示例性实施例中，光电转换层104配设有分离部201。在光接收像素区域101中的光电转换层104在光电转换层104中配设的多个光电转换部的第一光电转换部10711与第二光电转换部10712之间配设有凹槽1041。分离部201各自配设在凹槽1041中。分离部201的布置使得，即使来自图2B所示的遮光像素区域102的斜入射光L’的入射角小也可以防止光泄漏到光接收像素区域101中。分离部201可以防止光泄漏到规则布置的光电转换部1071中，并且还可以具有使光电转换层104中的相邻像素电分离的效果。为了获得更高的遮光性能，分离部201可以布设在遮光部115的下方。
为了形成分离部201，在第一示例性实施例中的上述步骤A之后，在光电转换层104的背面106中形成凹槽，该凹槽围绕光电转换部1071和1072，然后执行步骤B。在步骤B中，在形成介电层108和介电层109之后，可以进一步埋入金属以在相邻像素之间形成反射结构或遮光结构。
图6B是示出根据第三示例性实施例的光电转换装置930的截面图。在第三示例性实施例中，在单个光接收像素中配设多个光电转换部10711和10712。可以在透光部141下方配设两个或更多个光电转换部。该构造使得能够进行焦点检测、测距和动态范围扩大。此外，在单个遮光像素中配设多个光电转换部10721和10722。在单个像素中的多个光电转换部10711和10712上方配设公共滤色器和/或公共微透镜。另外，可以在用于诸如自动聚焦功能等应用的各个规则布置的光电转换部1071和1072中的被划分的光电转换部之间配设分离部202。
图7A是示出根据第四示例性实施例的光电转换装置930的截面图。在第四示例性实施例中，没有介电膜113覆盖遮光膜112。为了形成通过蚀刻处理形成的、用于遮光部115的凹槽1150，采用诸如氧化硅膜的膜在没有介电膜113的情况下作为介电层110和介电膜114两者，有助于凹槽1150的处理。
图7B是示出根据第五示例性实施例的光电转换装置930的截面图。在第五示例性实施例中，介电膜113包括作为层间透镜的透镜部301。尽管未示出，但是如在第一示例性实施例中那样，可以在层间透镜上层叠抗反射膜。
图8A是示出根据第六示例性实施例的光电转换装置930的截面图。第六示例性实施例与第一示例性实施例的不同之处在于，根据第一示例性实施例的遮光部115包括下遮光部501和形成在遮光部501上方的上遮光部502。在第一示例性实施例中，在遮光部115的最上部与在遮光部115的正上方的遮光部122的最下部之间存在间隙。在第六示例性实施例中，消除了该间隙。该间隙的存在创建与由根据第一示例性实施例的图3所示的背面106与遮光部115的最下部之间的距离D引起的关系相似的关系。如果间隙较宽，则来自遮光像素区域102的斜入射光L'很有可能进入光接收像素区域101。在遮光部115的最上部与遮光部122的最下部之间不配设间隙能够消除斜入射光L'的入射的可能性。对于遮光性能，适合的是消除遮光部115的最上部与遮光部122的最下部之间的距离。根据本示例性实施例的制造处理可以通过在对用于形成遮光部122的凹槽的形成过程中形成深入到向下最多至遮光部115的最上部的位置(作为底部)的范围中的开口来实现，而不使用步骤F中形成的绝缘膜116。在另一种方法中，可以在不形成遮光部115的情况下一体地形成用于形成遮光部115和遮光部122两者的凹槽。
图8B是示出根据第七示例性实施例的光电转换装置930的截面图。第七示例性实施例与第一示例性实施例不同之处在于在遮光膜112的布局位置和用于改善遮光部115的遮光性能的形状。在第七示例性实施例中，光接收像素区域101中的遮光部115包括上遮光部502和位于上遮光部502与光电转换层104之间的下遮光部501。下遮光部501具有图3所示的下端811，上遮光部502具有图3所示的上端812。上遮光部502的宽度比下遮光部501的宽度窄。因此，宽度较窄的上遮光部502提供较高灵敏度，并且宽度较大的上遮光部502提供较高遮光性能。
图9A是示出根据第八示例性实施例的光电转换装置930的截面图。在第八示例性实施例中，由与遮光部115相同的材料制成的遮光部601配设在遮光膜112上。遮光部601由放置在遮光膜112上的遮光部115组成。另外，遮光部601和遮光部602的形成防止了光从遮光像素区域102的上部泄漏。
图9B是示出图9A中的虚线框中指示的部分的放大图。以在将遮光部602的最上部与遮光部115的最下端相连接的最短直线与遮光部115的更靠近遮光像素区域102的侧壁之间形成的窄角度θ布设遮光部601和遮光部602。令距离F为从遮光部115的更靠近遮光像素区域102的侧壁到遮光部602的更靠近光接收像素区域101的侧壁的水平距离，并且令距离G为从遮光部115的最下部到遮光部602的最上部的垂直距离，则角度θ可以由下式表达。
θ＝arctan(F/G)
假设遮光部115和遮光部122的垂直长度为大约1700nm，则可以使水平距离F比垂直距离G短得多，角度θ变为大约1°。遮光部601和遮光部602可以与遮光部115和遮光部122同时形成。
图10A是示出根据第九示例性实施例的光电转换装置930的截面图。在第九示例性实施例中，光电转换装置930是前侧照明光电转换装置。而且，在前侧照明光电转换装置中，以与第一示例性实施例相同的方式布设遮光部115，这可以获得相同的有利效果。前侧照明光电转换装置包括配设在光电转换层104中的光电转换部1071和1072，并且可以被构造成具有在表面105上方形成、适合于预期用途的布线结构801，并且具有覆盖遮光像素区域102的遮光膜112。
图10B是示出根据第十示例性实施例的光电转换装置930的截面图。在第一示例性实施例中，遮光膜112和遮光部115是分立形成的，但是可以同时形成。在第十示例性实施例中，在介电层110中形成用于遮光膜112的浅而宽的凹槽1121和用于遮光部115的深而窄的凹槽1151。此外，遮光材料膜被埋入凹槽1121和凹槽1151中，然后去除多余部分，产生了在凹槽1121中形成的遮光膜112和凹槽1151中形成的遮光部115。由于凹槽1151比凹槽1121更深，因此遮光部115的下端比遮光膜112的下表面更接近光电转换层104。遮光部115的上端与光电转换层104之间的距离基本等于遮光膜112的上表面与光电转换层104之间的距离。
图10C是根据第十一示例性实施例的光电转换装置930的截面图。在第一示例性实施例中，遮光膜112和遮光部115是分立形成的，但是可以同时形成。在第十一示例性实施例中，在遮光像素区域102中的介电层110上形成台阶形成构件190。用作遮光膜112和遮光部115的遮光材料膜形成在光接收像素区域101和遮光像素区域102中以覆盖台阶形成构件190。在光接收像素区域101中的遮光材料膜的一部分被去除。结果，可以利用遮光材料膜获得台阶形成构件190和遮光部115上方的遮光膜112。通过配设台阶形成构件190，遮光部115的下端位于比遮光膜112的下表面更接近光电转换层104的位置。遮光部115的上端位于比遮光膜112的上表面更接近光电转换层104的位置。遮光部115的高度(从下端到上端的距离)基本上等于遮光膜112的厚度(从下表面到上表面的距离)。
将更详细地描述图1B所示的装备9191。光学装置940与光电转换装置930兼容。光学装置940是例如透镜、快门或镜子。控制装置950控制光电转换装置930。控制装置950是诸如专用集成电路(ASIC)等半导体设备。处理装置960处理从光电转换装置930输出的信号。处理装置960是用于形成模拟前端(AFE)或数字前端(DFE)的半导体设备，诸如中央处理单元(CPU)或ASIC。显示装置970是显示由光电转换装置930获得的信息(图像)的电致发光(EL)显示装置或液晶显示装置。存储装置980是存储由光电转换装置930获得的信息(图像)的磁性设备或半导体设备。存储装置980是诸如静态随机存取存储器(SRAM)或动态RAM(DRAM)等易失性存储器，或者诸如闪存或硬盘驱动器等非易失性存储器。
机械装置990包括诸如电动机或发动机的驱动单元或推进单元。在装备9191中，显示装置970显示从光电转换装置930输出的信号，并且装备9191中包括的通信装置(未示出)将信号发送到装备9191的外部。对于操作，合适的是，除光电转换装置930中包括的存储电路和算术电路之外，装备9191还包括存储装置980和处理装置960。可以基于从光电转换装置930输出的信号来控制机械装置990。
此外，装备9191适合用于具有摄像功能的信息终端(例如，智能电话或可穿戴终端)，或电子设备，诸如相机(例如，可互换镜头相机、紧凑型相机、摄像机或监控相机)。相机中的机械装置990可以驱动光学装置940的组件以用于变焦、聚焦或快门操作。可选地，相机中的机械装置990可以移动光电转换装置930以进行图像稳定操作。
此外，装备9191可以是诸如车辆、船舶或飞行器等运输装置。运输装置中的机械装置990可以用作移动装置。用作运输装置的装备9191适合用于运输光电转换装置930的装备或使用摄像功能辅助和/或自动驱动(操纵)的装备。用于辅助和/或自动驱动(操纵)的处理装置960可以基于由光电转换装置930获取的信息来进行用于操作用作移动装置的机械装置990的处理。可选地，装备9191可以是诸如内窥镜的医疗装备、诸如测距传感器的测量装备、诸如电子显微镜的分析装备或诸如复印机的办公装备。
根据上述示例性实施例，可以提供优异的光学特性。因此，这可以增大半导体设备的价值。本文所述的价值增大对应于以下各项中的至少一项：功能增加、性能增强、特性改善、可靠性增大、产量提高、环境负荷降低、成本消减、尺寸减小或重量减轻。
因此，将根据示例性实施例的光电转换装置930用于装备9191使得可以增大装备的价值。例如，安装在运输装置上的光电转换装置930在拍摄运输装置的外部或测量外部环境时提供优异的性能。因此，做出将根据示例性实施例的半导体设备安装在运输装置上的决定在针对制造和销售运输装置而提高运输装置的性能方面具有优势。特别地，光电转换装置930适合用于辅助运输装置和/或用于使用由半导体设备获得的信息进行自动驾驶的运输装置。
本发明不限于上述示例性实施例，并且可以包括各种修改。例如，将示例性实施例中的任一个的一部分构造添加到另一示例性实施例中的示例，或者将示例性实施例中的任一个的一部分构造替换成另一示例性实施例的一部分的示例的也是本发明的示例性实施例之一。本说明书的公开内容不限于本说明书中描述的内容，并且包括可以从本说明书和随附于本说明书的附图中理解的所有事项。此外，本说明书的公开内容包括对本说明书中描述的各个概念的补充。即，例如，如果在本说明书中描述“A大于B”，则可以说，即使“A不大于B”的描述已被省略，本说明书也公开了“A不大于B”。这是由于在描述“A大于B”的情况推测“A不大于B”的情况。
根据本公开，可以提供在改善光电转换装置的光学特性方面有利的技术。
尽管已经参照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应被赋予最宽泛的解释，以涵盖所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (23)

1.一种光电转换装置，其包括光接收像素区域和遮光像素区域，所述光电转换装置包括：
光电转换层，其包括多个光电转换部；
在光接收像素区域中的光电转换层上方的遮光部，所述遮光部围绕各个透光部，各个透光部作为入射到光接收像素区域中的所述多个光电转换部中的各个上的光的光路；以及
沿着光电转换层的主表面的遮光膜，所述遮光膜在遮光像素区域中的光电转换层上方，
其中，所述遮光部包括下端和上端，该下端作为在垂直于所述光电转换层的主表面的第一方向上更靠近所述光电转换层的一端，该上端作为在第一方向上与所述遮光部的下端相对的一端，
其中，所述遮光膜包括作为在第一方向上更靠近光电转换层的表面的下表面和作为在第一方向上与光电转换层相对的表面的上表面，
其中，所述遮光部的上端与光电转换层之间的距离比所述遮光膜的下表面与光电转换层之间的距离长，
其中，所述遮光部的下端与光电转换层之间的距离比所述遮光膜的下表面与光电转换层之间的距离短，
其中，在包括所述遮光膜和所述遮光部的平面中，配设有由所述遮光部限定的开口和在所述遮光部与所述遮光膜之间的间隙，并且
其中，间隙在开口和间隙并排布置的第二方向上的宽度比开口在第二方向上的宽度窄。
2.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，满足以下不等式：
B/D>(W+L)/L
其中，W是间隙的宽度，
L是所述遮光部在第一方向上的宽度，
B是所述遮光膜的上表面与光电转换层之间的距离，
D是所述遮光部的下端与光电转换层之间的距离。
3.根据权利要求2所述的光电转换装置，其中，满足D＜W。
4.根据权利要求2所述的光电转换装置，其中，满足D＜W/2。
5.根据权利要求2所述的光电转换装置，其中，满足W＜B。
6.根据权利要求3所述的光电转换装置，其中，满足W＜B。
7.根据权利要求4所述的光电转换装置，其中，满足W＜B。
8.根据权利要求2所述的光电转换装置，其中，满足L＜B。
9.根据权利要求2所述的光电转换装置，其中，满足W＜L
和/或
满足B-D<W。
10.根据权利要求8所述的光电转换装置，其中，满足W＜L
和/或
满足B-D<W。
11.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，所述间隙的宽度小于500nm。
12.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，所述遮光部的下端与所述光电转换层之间的距离小于200nm。
13.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，所述遮光部包括主要由钨构成的金属层，并且所述遮光膜包括主要由铝构成的金属层。
14.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，在所述平面中配设有氮化硅膜。
15.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，所述遮光部的上端与所述光电转换层之间的距离比所述上表面与所述光电转换层之间的距离长。
16.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，在所述光接收像素区域中的光电转换层中的第一光电转换部与第二光电转换部之间配设有凹槽，第一光电转换部与第二光电转换部包括在所述多个光电转换部中。
17.根据权利要求1所述的光电转换装置，
其中，所述遮光部包括第一遮光部和位于第一遮光部与光电转换层之间的第二遮光部，
其中，第二遮光部包括下端，
其中，第一遮光部包括上端，以及
其中，第一遮光部的宽度比第二遮光部的宽度窄。
18.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，由与所述遮光部相同的材料制成的遮光部配设在所述遮光膜上方。
19.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，在所述透光部的下方配设有至少两个光电转换部。
20.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，在所述透光部的上方配设有第一透镜和布设在所述第一透镜与所述透光部之间的第二透镜。
21.根据权利要求14所述的光电转换装置，其中，所述氮化硅膜配设在透镜部处。
22.根据权利要求1所述的光电转换装置，所述光电转换装置还包括：布线结构部，其配设在所述光电转换层的与所述遮光膜相对的一侧。
23.一种使用所述光电转换装置的装备，包括：
根据权利要求1至22中任一项所述的光电转换装置；和
下述中的至少一者：
光学设备，其与光电转换装置兼容；
控制器，其被构造为控制所述光电转换装置；
处理设备，其被构造为处理从所述光电转换装置输出的信号；
显示器，其被构造为显示从所述光电转换装置获得的信息；
存储器，其被构造为存储从所述光电转换装置获得的信息；或
机械设备，其被构造为基于从所述光电转换装置获得的信息来操作。
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