CN117616576A - 光电探测器、光电探测器的制造方法和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光电探测器，其提高了视角端处的光的倾斜入射引起的光学特性。该光电探测器包括在半导体基板上以矩阵状配置的多个像素。多个像素的每个像素包括对入射光进行光电转换的光电转换部以及配置在光电转换部的光入射表面侧上的偏转部，并且该偏转部在像素中具有多个柱状物，该柱状物具有不同的厚度、间距或形状。柱状物以棱镜角将针对各图像高度以不同角度入射的主光线引导到光电转换部，在该棱镜角，光针对每个像素相对于主光线不同地弯曲。

Description

光电探测器、光电探测器的制造方法和电子设备

技术领域

根据本公开的技术(本技术)涉及一种光电探测器、光电探测器的制造方法以及包括该光电探测器的电子设备。

背景技术

光电探测器使用包括在每个像素中的诸如光电二极管等光电转换元件，以将根据光强度的电荷量转换为电气信号，该光的图像通过片上透镜形成在像素上。从入射光的高使用效率的观点来看，其中入射光通过片上透镜直接到达像素的背面照射型光电探测器已经引起了关注。

同时，由于片上透镜有效地使用光电探测器的视角周边部(视角端)处的光，因此根据通常被称为光瞳校正来配置片上透镜。也就是说，当与位于视角中间(图像高度为零)的像素相对应的片上透镜被配置为使得其光轴与像素中央大致一致时，片上透镜的位置相对于像素中央的偏移量随着它们到视角端的距离的减小(随着图像高度的增加)而增加。换句话说，随着到视角端的距离减小，片上透镜的位置在主光线的出射方向上的偏移量增加。然而，由于视角端处的倾斜入射，因此不期望串扰、不均匀灵敏度等方面的光学特性劣化。

鉴于此，已经提出了一种防止串扰、不均匀灵敏度等方面的光学特性劣化的技术。下述专利文献1公开了一种改变片上透镜的形状以控制像素处的光偏转的技术。

[引文列表]

[专利文献]

[专利文献1]：JP 2006-156515A

发明内容

[技术问题]

根据上述专利文献1中公开的技术，抗蚀剂溶解度对曝光量的响应性高，并且另外，其行为不是线性的。因此，加工难度高，形状也不稳定，并且可行性低。

鉴于这种情况做出了本公开，并且本公开的目的是提供一种光电探测器、光电探测器的制造方法和电子设备，其能够尝试改善光在视角端处倾斜入射的光学特性。

[问题的解决方案]

本公开的一个方面是一种光电探测器，光电探测器包括：多个像素，其以矩阵状排列在半导体基板上，其中，多个所述像素的每个像素包括对入射光进行光电转换的光电转换部和配置在所述半导体基板的光入射表面侧上的偏转部，并且所述偏转部在所述像素中具有多个柱状物，所述柱状物具有不同的厚度、间距或形状，并且所述柱状物以棱镜角将针对各图像高度以不同角度入射的主光线引导到所述光电转换部，在所述棱镜角，光针对每个所述像素相对于所述主光线不同地弯曲。

本公开的另一方面是一种光电探测器制造方法，该方法包括：在半导体基板上以矩阵状形成多个像素，并且在多个所述像素的每个像素中形成对入射光进行光电转换的光电转换部和配置在所述半导体基板的光入射表面侧上的偏转部；和在所述偏转部中，在多个所述像素的每个像素中形成具有不同的厚度、间距或形状的多个柱状物以获得所述像素的棱镜角。

此外，本公开的再一方面是一种包括光电探测器的电子设备，所述光电探测器包括在半导体基板上以矩阵状配置的多个像素，其中，多个所述像素的每个像素包括对入射光进行光电转换的光电转换部和配置在所述半导体基板的光入射表面侧上的偏转部，并且所述偏转部在所述像素中具有多个柱状物，所述柱状物具有不同的厚度、间距或形状，并且所述柱状物以棱镜角将针对各图像高度以不同角度入射的主光线引导到所述光电转换部，在所述棱镜角，光针对每个所述像素相对于所述主光线不同地弯曲。

附图说明

图1是示出根据本技术第一实施方案的光电探测器的构成例的图。

图2是表示根据本技术第一实施方案的像素的构成例的电路图。

图3包括示出根据本技术第一实施方案的像素的构成例并表示配置在像素阵列部中的像素的示意性截面图。

图4是示出配置在像素中的多个柱状物的平面图。

图5是示出根据第一实施方案的第一变形例的光电探测器的半导体结构的示例的局部垂直截面图。

图6是示出根据第一实施方案的第二变形例的光电探测器的半导体结构的示例的局部垂直截面图。

图7A是示出本第一实施方案中的光电探测器的制造方法的示例的图(No.1)。

图7B是示出本第一实施方案中的光电探测器的制造方法的示例的图(No.2)。

图7C是示出本第一实施方案中的光电探测器的制造方法的示例的图(No.3)。

图7D是示出本第一实施方案中的光电探测器的制造方法的示例的图(No.4)。

图7E是示出本第一实施方案中的光电探测器的制造方法的示例的图(No.5)。

图8是示出根据第一实施方案的第三变形例的光电探测器的半导体结构的示例的局部垂直截面图。

图9是用于说明根据第一实施方案的第三变形例的光电探测器的视角的平面图。

图10是示出第一实施方案的第三变形例中的每个图像高度的柱状物的布置示例的平面图。

图11是示出使倾斜入射光垂直地透过所需的相位差的图。

图12是示出与某一方向的棱镜角相对应的相位差图的图。

图13是示出将相位差和柱状物直径相关联的相位差库(library)的特性图。

图14是用于说明用柱状物直径替换每个柱状物的相位差的过程的图。

图15是示出根据第一实施方案的第四变形例的光电探测器的视角的平面图。

图16是示出第一实施方案的第四变形例中的每个图像高度的柱状物的布置示例的平面图。

图17是示出组合透镜功能和棱镜功能的相位差图的图。

图18是用于说明透镜相位差图的图。

图19是示出柱阵列图案的平面图。

图20是示出沿着垂直于高度方向的方向截取的柱状物的截面形状的平面图。

图21是用于说明布局校正和有效折射率分布的平面图。

图22是示出在350nm的间距下圆形非晶Si柱状物的相位差库的示例的特性图。

图23是用于说明相位的转变的图。

图24是示出形成在柱状物上的防反射膜的局部垂直截面图。

图25A是示出包括兼作蚀刻停止层的防反射膜的结构的图。

图25B是示出通过柱状物底部的楔形加工形成的填充材料防剥离结构的图。

图26是示出填充材料制造过程的图。

图27A是示出遮光金属的变形例的平面图(No.1)。

图27B是示出遮光金属的变形例的平面图(No.2)。

图27C是示出遮光金属的变形例的平面图(No.3)。

图27D是示出遮光金属的变形例的平面图(No.4)。

图28A是示出元件分离部的变形例的局部垂直截面图(No.1)。

图28B是示出元件分离部的变形例的局部垂直截面图(No.2)。

图28C是示出元件分离部的变形例的局部垂直截面图(No.3)。

图28D是示出元件分离部的变形例的局部垂直截面图(No.4)。

图28E是示出元件分离部的变形例的局部垂直截面图(No.5)。

图28F是示出元件分离部的变形例的局部垂直截面图(No.6)。

图29是示出在半导体基板的光接收面侧的界面处设置有规则凹部和凸部的衍射/散射元件的局部垂直截面。

图30是示出设置在半导体基板的光接收面侧的界面上的分光部的局部垂直截面(No.1)。

图31是示出设置在半导体基板的光接收面侧的界面上的分光部的局部垂直截面(No.2)。

图32是示出设置在半导体基板的光接收面侧的界面上的分光部的局部垂直截面(No.3)。

图33是示出具有棱镜功能的偏转部和片上透镜的组合的局部垂直截面图。

图34是示出将棱镜功能和透镜功能相组合的偏转部和片上透镜的组合的局部垂直截面图。

图35是示出具有棱镜功能的偏转部和内部透镜的组合的局部垂直截面图。

图36是示出将棱镜功能和透镜功能相组合的偏转部和内部透镜的组合的局部垂直截面图。

图37A是示出遮光壁的构成的局部垂直截面图(No.1)。

图37B是示出遮光壁的构成的局部垂直截面图(No.2)。

图37C是示出遮光壁的构成的局部垂直截面图(No.3)。

图37D是示出遮光壁的构成的局部垂直截面图(No.4)。

图38A是示出光电转换部的分割的构成的平面图(No.1)。

图38B是示出光电转换部的分割的构成的平面图(No.2)。

图39是示出包括滤色器的构成例的局部垂直截面图，该滤色器包括偏转元件下方的通常使用的颜料或染料。

图40是示出在偏转部上包括滤色器的构成例的局部垂直截面图。

图41是示出滤色器的阵列示例的平面图。

图42是示出与表面等离子体共振滤波器的组合的局部垂直截面图。

图43是示出与GMR滤波器的组合的局部垂直截面图。

图44是示出具有不同折射率的堆叠滤波器的组合的局部垂直截面图。

图45是包括多级偏转部的光电探测器的局部垂直截面图。

图46A是示出根据本技术第二实施方案的光电探测器的构成例的局部垂直截面图。

图46B是示出第二实施方案中的相位分布的示例的图。

图46C是示出第二实施方案中的柱状物的配置布局的示例的图。

图47是示出作为与第二实施方案进行比较的示例的光电探测器的构成例的局部垂直截面图。

图48A是示出根据本技术第三实施方案的光电探测器的构成例的局部垂直截面图。

图48B是示出第三实施方案中的相位分布的示例的图。

图48C是示出第三实施方案中的柱状物的配置布局的示例的图。

图49是示出作为与第三实施方案进行比较的示例的光电探测器的构成例的局部垂直截面图。

图50是示出根据本技术第四实施方案的光电探测器的构成例的局部垂直截面图。

图51A是示出根据本技术第四实施方案的第一变形例的光电探测器的构成例的局部垂直截面图。

图51B是示出第四实施方案的第一变形例中的相位分布的示例的图。

图51C是示出第四实施方案的第一变形例中的柱状物的配置布局的示例的图。

图52是示出根据本技术第四实施方案的第二变形例的光电探测器的构成例的局部垂直截面图。

图53是示出根据本技术第五实施方案的光电探测器的构成例的局部垂直截面图。

图54A是示出根据本技术第五实施方案的第一变形例的光电探测器的构成例的局部垂直截面图。

图54B是示出第五实施方案的第一变形例中的相位分布的示例的图。

图54C是示出第五实施方案的第一变形例中的柱状物的配置布局的示例的图。

图55是示出根据本技术第五实施方案的第二变形例的光电探测器的构成例的局部垂直截面图。

图56是示出根据本技术第六实施方案的光电探测器的构成例的局部垂直截面图。

图57A是示出根据本技术第六实施方案的第一变形例的光电探测器的构成例的局部垂直截面图。

图57B是示出第六实施方案的第一变形例中的相位分布的示例的图。

图57C是示出第六实施方案的第一变形例中的柱状物的配置布局的示例的图。

图58A是示出根据本技术第六实施方案的第二变形例的光电探测器的构成例的局部垂直截面图。

图58B是示出第六实施方案的第二变形例中的相位分布的示例的图。

图58C是示出第六实施方案的第二变形例中的柱状物的配置布局的示例的图。

图59是示出根据本技术第六实施方案的第三变形例的光电探测器的构成例的局部垂直截面图。

图60是示出根据本技术第七实施方案的光电探测器的构成例的局部垂直截面图。

图61是示出第七实施方案中的多个柱状物的阵列示例的平面图。

图62是用于说明在第七实施方案中当聚光点远离FD部时的外观的图。

图63是示出根据本技术第八实施方案的偏转部相对于像素的布置示例的平面图。

图64是示出根据本技术第九实施方案的偏转部相对于像素的布置示例的平面图。

图65是示出根据本技术第十实施方案的偏转部相对于像素的布置示例的平面图。

图66是示出根据本技术第十实施方案的偏转部相对于像素的另一布置示例的平面图。

图67是示出根据本技术第十一实施方案的光电探测器的构成例的局部垂直截面图。

图68是用于说明在第十一实施方案中当聚光点远离FD部时的外观的图。

图69是示出根据本技术第十二实施方案的光电探测器的构成例的局部垂直截面图。

图70是示出第十二实施方案中的柱状物的构成要素的图。

图71是示出根据本技术第十三实施方案的光电探测器的构成例的局部垂直截面图。

图72是示出根据本技术第十四实施方案的光电探测器的构成例的局部垂直截面图。

图73是示出根据本技术第十五实施方案的柱状物形状的平面图。

图74是示出根据本技术第二实施方案的变形例的光电探测器的构成例的局部垂直截面图。

图75是示出使用可以应用于本实施方案的测距装置的电子设备的示例构成的框图。

具体实施方式

在下文中，参照附图说明本公开的实施方案。在以下说明中所参照的附图的说明中，相同或相似的部分被赋予相同或类似的附图标记，并且省略重复的说明。应当注意，这些图是示意图，并且厚度与平面尺寸之间的关系、各个装置或各个构件的厚度之间的比率等与实际情况不同。因此，应当通过考虑以下说明来确定具体厚度和尺寸。另外，当然，不同附图中示出的部分包括具有不同关系或比率的尺寸的部分。

另外，在以下说明中，诸如上下方向等方向的定义是为了便于说明而简单使用的定义，并且不限制本公开的技术思想。例如，当然，如果在主体对象旋转90度之后进行观察，在主体对象的说明中提到的上下方向被解释为是指左右方向，并且如果在主体对象旋转180之后进行观察，在主体对象的说明中提到的上下方向被解释为是指反转的方向。

另外，假定本说明书中的透明状态被定义为指主体部件对于期望由光电探测器接收的光的波长区域的透射率接近100％的状态。例如，即使材料本身吸收预期波长区域的光，如果材料被处理得非常薄，则该材料是透明的，并且透射率接近100％。例如，在用于近红外区域的光电探测器的情况下，即使部件吸收可见光区域中的大部分光，如果用于近红外区域的透射率接近100％，则该部件也可以说是透明的。或者，假定即使存在一些被吸收的成分或被反射的成分，如果吸收或反射的影响仅在考虑到光电探测器的灵敏度规格可以容忍的范围内，则该部件也可以被视为是透明的。

注意，本说明书中所述的优点仅用于列举、示例而非限制，并且可能存在其他优点。

<第一实施方案>

(光电探测器的构成)

图1是示出根据本技术第一实施方案的光电探测器的构成例的图。图中的光电探测器1包括像素阵列部10、垂直驱动部20、列信号处理部30和控制部40。像素阵列部10包括以阵列状(以矩阵状)配置的像素100。多个阵列状像素100的区域形成与图像捕获目标空间相对应的所谓的“视角”(图像高度)。这里，像素100生成对应于接收光的图像信号。

每个像素100具有光电转换元件，该光电转换元件生成对应于接收光的电荷。另外，像素100还具有像素电路。像素电路基于由光电转换元件生成的电荷生成图像信号。图像信号的生成由稍后提及的垂直驱动部20生成的控制信号来控制。

信号线11和12被配置在像素阵列部10中的XY矩阵中。信号线11是传输像素100中的像素电路的控制信号的信号线。每条信号线11针对一行像素阵列部10进行配置。信号线11被布置为使得配置在每行中的像素100共享信号线11。

信号线12是传输由像素100的像素电路生成的图像信号的信号线。每条信号线12针对每列像素阵列部10进行配置。信号线12被布置为使得配置在每列中的像素100共享信号线12。这些光电转换元件和像素电路形成在半导体基板上。垂直驱动部20生成用于像素100的像素电路的控制信号。

垂直驱动部20通过图中的信号线11将生成的控制信号传送到像素100。列信号处理部30处理由像素100生成的图像信号。列信号处理部30对通过图中的信号线12从像素100传送过来的图像信号执行处理。

例如，列信号处理部30中的一种处理是模数转换，其中在像素100处生成的模拟图像信号被转换为数字图像信号。由列信号处理部30处理的图像信号作为光电探测器1的图像信号输出。

控制部40执行对光电探测器1的整体控制。控制部40通过生成并输出用于控制垂直驱动部20和列信号处理部30的控制信号来控制光电探测器1。由控制部40生成的控制信号分别通过信号线41和42传送到垂直驱动部20和列信号处理部30。

(像素的构成)

图2是表示根据本技术第一实施方案的像素的构成例的电路图。图中的像素100包括光电转换元件101、电荷保持部102和MOS晶体管103至106。光电转换元件101的阳极接地，并且光电转换元件101的阴极连接到MOS晶体管103的源极。

MOS晶体管103的漏极连接到MOS晶体管104的源极、MOS晶体管105的栅极和电荷保持部102的一端。电荷保持部102的另一端接地。

MOS晶体管105和106的漏极共享且连接到电源线Vdd，并且MOS晶体管105的源极连接到MOS晶体管106的漏极。MOS晶体管106的源极连接到输出信号线OUT。

MOS晶体管103、104和106的栅极分别连接到传输信号线TR、复位信号线RST和选择信号线SEL。注意，传输信号线TR、复位信号线RST和选择信号线SEL被包括在信号线11中。

另外，输出信号线OUT被包括在信号线12中。如上所述，光电转换元件101生成对应于接收光的电荷。光电二极管可以用作光电转换元件101。另外，电荷保持部102和MOS晶体管103至106被包括在像素电路中。

MOS晶体管103是将通过光电转换元件101的光电转换生成的电荷传输到电荷保持部102的晶体管。通过MOS晶体管103的电荷传输由传输信号线TR传送的信号来控制。

电荷保持部102是保持由MOS晶体管103传输的电荷的电容器。MOS晶体管105是基于电荷保持部102中保持的电荷生成信号的晶体管。

MOS晶体管106是将由MOS晶体管105生成的信号作为图像信号输出到输出信号线OUT的晶体管。MOS晶体管106由通过选择信号线SEL传送的信号来控制。MOS晶体管104是通过将电荷保持部102中保持的电荷排出到电源线Vdd来复位电荷保持部102的晶体管。

通过MOS晶体管104的复位由复位信号线RST传送的信号来控制，并且在MOS晶体管103传输电荷之前执行。注意，通过在复位时使MOS晶体管103导通，光电转换元件101也可以被复位。以这种方式，像素电路将由光电转换元件101生成的电荷转换为图像信号。

(像素的构成)

图3包括示出根据本技术第一实施方案的像素的构成例并表示配置在像素阵列部10中的像素100的示意性截面图。该图描绘了背面照射型光电探测器1的示例。半导体基板209的背面侧是作为照射表面侧的面向上的一侧，并且形成有布线层210的半导体基板209的前表面侧是面向下的一侧。

像素100包括无机保护膜200、填充材料201、防反射膜202、柱状物203、防反射膜204、绝缘膜205、遮光金属206、绝缘膜207、固定电荷膜208、半导体基板209、布线层210、支撑基板211和绝缘膜214。半导体基板209和支撑基板211通过等离子体接合等进行接合。另外，填充材料201、防反射膜202、柱状物203和防反射膜204被包括在偏转部2001中。

例如，半导体基板209的可能示例包括Si基板、SiGe基板、InGaAs基板等。这里假定半导体基板209是Si基板，并且针对每个像素100包括光电转换部212和未示出的多个像素晶体管。光电转换部212被形成为使得它们在半导体基板209的厚度方向上的整个区域中延伸。光电转换部212被形成为pn接合型光电二极管，该光电二极管包括在本示例中为了方便起见为n型半导体区域的第一导电区域和在本示例中为p型半导体区域且面向半导体基板209的前后两面的第二导电区域。

面向半导体基板209的前后两面的p型半导体区域兼用作抑制暗电流的空穴电荷累积区域。分别包括光电二极管PD和像素晶体管Tr的像素100由元件分离部213分离。例如，元件分离部213被形成为p型半导体区域，并且接地。像素晶体管Tr是如下形成的：通过在半导体基板209的前表面侧上形成的p型半导体阱区域中形成n型源极区域和漏极区域，并且经由栅极绝缘膜在n型源极区域和漏极区域之间的基板表面上形成栅电极。

布线层210传送由像素100生成的图像信号。另外，布线层210还传送施加到像素电路的信号。具体地，布线层210包括在参照图2说明的信号线(输出信号线OUT、传输信号线TR、复位信号线RST和选择信号线SEL)和电源线Vdd中。布线层210和像素电路经由过孔插塞连接。

另外，布线层210是多层的，并且布线层210中的布线层也通过过孔插塞连接。例如，布线层210可以通过使用诸如Al或Cu等金属来形成。例如，过孔插塞可以通过使用诸如W或Cu等金属来形成。例如，氧化硅膜等可以用于布线层210的绝缘。

固定电荷膜208具有通过氧偶极子获得的负的固定电荷，并且起到确保钉扎的作用。例如，固定电荷膜208可以通过使用包含Hf、Al、锆、Ta和Ti中的至少一种的氧化物或氮化物来形成。另外，固定电荷膜208还可以通过使用包含镧、铈、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铥、镱、镥和钇中的至少一种的氧化物或氮化物来形成。

另外，固定电荷膜208也可以通过使用氧氮化铪或氧氮化铝来形成。另外，固定电荷膜208还可以掺杂不损害绝缘性能的量的硅或氮。由此，可以提高耐热性等。期望地，通过控制膜厚度或堆叠多个层，固定电荷膜208兼作具有高折射率的Si基板的防反射膜。

绝缘膜207是与半导体基板209的背面相邻地形成并使半导体基板209绝缘的膜。例如，绝缘膜207通过使用SiO2形成，并使半导体基板209的背面侧绝缘，并且还保护半导体基板209的背面侧。

(像素的构成)

遮光金属206被配置在相对于柱状物203的半导体基板侧上的像素100的边界区域中，并且阻挡从相邻像素100泄漏的杂散光。遮光金属206只需要是阻挡光的材料，但例如作为具有高遮光性能的材料，优选通过使用Al、W、铜等的金属膜来形成，并且另外可以通过例如蚀刻的微处理来精确地处理。除此之外，遮光金属206可以通过使用银、金、铂、Mo、Cr、Ti、镍、铁、碲等或包括这些金属的合金来形成。另外，遮光金属206还可以通过堆叠多种这些材料来形成。

为了增强与下面的绝缘膜207的粘附性，可以在遮光金属206下方设置阻挡金属，例如，Ti、Ta、W、Co或Mo或者它们中的任一种的合金、氮化物、氧化物或碳化物。另外，遮光金属206可以兼用作确定光学黑电平的像素的遮光阻挡物，并且可以兼用作防止噪声到周边电路区域的遮光阻挡物。

期望地，遮光金属206接地，使得其在处理期间不被由于累积电荷而引起的等离子体损伤所破坏。接地结构可以形成在像素阵列中，但接地结构可以设置在所有导体电气连接之后图3所示的有效区域外部的区域中。

绝缘膜205是与绝缘膜207和遮光金属206相邻配置的膜。绝缘膜使半导体基板209的背面侧绝缘，并且使半导体基板209的背面侧平坦。

例如，支撑基板211是在光电探测器1的制造步骤中加固和支撑半导体基板209等的基板，并且通过使用硅基板等形成。支撑基板211通过等离子体接合或通过使用粘合材料与半导体基板209接合在一起，并支撑半导体基板209等。支撑基板211可以包括逻辑电路，并且能够通过在基板之间形成连接过孔并且通过垂直堆叠各种周边电路功能来减小芯片尺寸。

为了抑制在柱状物203底部的折射率界面处的反射，防反射膜204可以具有考虑到所谓的λ/4n规则的膜厚度，其中光电探测器的期望波长是λ，并且防反射膜204的折射率是n。此外，为了增强防反射效果，可以堆叠具有不同折射率的膜。注意，除了防反射之外，还能够通过选择相对于柱状物203具有高蚀刻选择性的材料，使防反射膜204在通过干法蚀刻进行处理时用作蚀刻停止层。例如，当柱状物203包括非晶硅时，防反射膜204可以通过包括125nm氮化硅而同时用作组合防反射功能的膜和蚀刻停止层。

如图4所示，偏转部2001可以包括在每个像素100中被处理成柱状的柱状物203，使得多个柱状物203不同地排列或者具有不同的厚度、间距或形状。通过以这种方式设置柱状物203，光的相位差局部地改变，并且能够根据柱状物203的布局来控制光的方向。

为了抑制柱状物203顶部处的折射率界面处的反射，防反射膜202可以具有考虑所谓的λ/4n规则的膜厚度。此外，为了增强防反射效果，可以堆叠具有不同折射率的膜。通过在处理柱状物203之前形成膜，可以仅在具有高折射率的柱状物部分处设置膜。

填充材料201被设置在柱状物203之间的空间中，并且可以防止柱状物203塌陷，并且可以避免在组装步骤之后留下带隙。填充材料201不仅可以设置在柱状物203之间的空间中，而且可以设置为覆盖柱状物203的光入射表面侧上的柱状物203。

无机保护膜200被包括在填充材料201上方，并且能够避免在后一步骤中剥离PAD开口的PAD抗蚀剂时对填充材料201的损坏。例如，通过使用菲涅尔系数法等，考虑对象波长和折射率来确定从柱状物203的上端起的填充材料201的膜厚度和无机保护膜200的膜厚度，使得多层膜作为整体抵消反射波。

注意，尽管这里公开的像素的构成例示出了背面照射型光电探测器，但这不是唯一示例，并且本技术可以应用于表面照明型光电探测器，并且还可以应用于使用有机光电转换膜等的光电探测器。

<第一实施方案的第一变形例>

(多级处的超表面元件)

图5是示出根据第一实施方案的第一变形例的光电探测器1的半导体结构的示例的局部垂直截面图。在图5中，与上述图3中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

图5示出了多级构成，其中偏转部2002堆叠在偏转部2001的光入射侧上。偏转部2002包括填充材料2151、防反射膜2161、柱状物2171和防反射膜2181。无机保护膜200堆叠在偏转部2002的光入射侧上。

如上所述，根据第一实施方案的第一变形例，在由于湿法清洁中的化学干燥时发生的图案塌陷等而难以增加柱状物203和2171的高度的情况下，能够通过形成多级结构来减小每级柱状物的纵横比，并且能够避免图案塌陷的问题。此外，具有单层的柱状物结构主要是在存在单个波长的前提下设计的，但通过在多级处设置柱状物203和2171，能够通过组合具有不同设计的级来应对宽带波长和多光谱。此外，还能够实现偏转控制。

<第一实施方案的第二变形例>

(包括盒式透镜形状的填充材料的超表面元件)

图6是示出根据第一实施方案的第二变形例的光电探测器1的半导体结构的示例的局部垂直截面图。在图6中，与上述图3中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

在图6中，偏转部2003的填充材料201-1在像素100之间的边界处具有沟槽形状的开口。尽管该图示出了在中间部分处停止的沟槽的实例，但沟槽也可以贯通填充材料201-1，从而增强了盒式透镜的透镜光学能力(lens power)。期望地，从组装的角度来看，无机保护膜200以盒式透镜形状堆叠在填充材料201-1的顶面(入射表面侧)上。此外，无机保护膜200可以堆叠在盒式透镜形状的侧壁上，从而允许诸如控制填充材料201-1的吸湿性等可靠性的提高。

如上所述，根据第一实施方案的第二变形例，除了柱状物203的控制之外，还能够通过使用填充材料201-1和大气之间的折射率差来将对象像素100的边界附近的光引导到像素100。这为填充材料201-1提供了透镜效应和波导效应，从而能够获得抑制颜色混合和更高灵敏度方面的优点。期望地，根据λ/4n规则来选择无机保护膜200的材料和膜厚度，以防止反射。关于制造方法，如果在形成柱状物203和填充材料201-1之后，通过使用抗蚀剂掩模的各向异性蚀刻来执行处理，并且在根据需要进行清洁之后，通过CVD、溅射等形成无机表面保护膜就足够了。

(像素制造方法)

在图7A至图7E中示出了本第一实施方案中的光电探测器1的制造方法的示例。

在本第一实施方案的光电探测器1中应当形成像素区域的例如硅基板的半导体基板209的区域中，形成由作为p型半导体区域的元件分离部213分离的光电转换部。光电转换部被形成为具有pn接的区域，该pn接包括形成为在基板厚度方向上在整个区域中延伸的n型半导体区域和与n型半导体区接触且面向基板的前后两面的p型半导体区域。

例如，如图7A的(1)所示，通过使用抗蚀剂310作为掩模，从半导体基板209的前表面侧离子注入期望的杂质来形成杂质区域。每个均与元件分离部213接触的p型半导体阱区域形成在半导体基板209的表面上与各个像素相对应的区域中，并且在每个p型半导体阱区域中形成各多个像素晶体管。每个像素晶体管包括源极区域和漏极区域、栅极绝缘膜和栅电极。

此外，包括铝、铜等的布线层210隔着插入其间的诸如SiO2膜等层间介电膜形成在半导体基板209的表面顶部上。贯通孔形成在基板表面上形成的像素晶体管和布线层之间，并且电气连接以驱动光电探测器1。诸如SiO2膜等层间介电膜堆叠在配线上。通过化学机械抛光(CMP：chemical mechanical polishing)使每个层间介电膜平坦化，以使布线层的表面成为大致平坦的表面，并且在通过贯通孔与下层配线建立连接的同时，在其上形成配线。重复此操作以依次形成每一层的配线。

接下来，如图7A的(2)所示，将半导体基板209上下翻转，并通过等离子体接合等将其贴合到支撑基板211上。例如，在通过湿法蚀刻或干法蚀刻从半导体基板209的背面侧使半导体基板209变薄之后，例如，如图7B的(3)所示，通过CMP使半导体基板209变薄到期望的厚度。半导体基板209的厚度取决于期望的波长区域。例如，如果期望的波长区域仅包括可见光区域，则半导体基板209的厚度期望在2至6μm的范围内，并且例如，如果待感测的期望的波长区域还包括近红外区域，则半导体基板209的厚度期望在3至15μm的范围内，但这些不是唯一示例。

如图7B的(4)所示，固定电荷膜208可以通过CVD、溅射或原子层沉积(ALD：AtomicLayer Deposition)来形成。在采用ALD的情况下，由于可以在原子层水平上获得有利的覆盖而是合适的，并且同时能够形成固定电荷膜208的膜形成期间降低界面状态的氧化硅膜。通过控制膜厚度或堆叠多个层，期望地，固定电荷膜208兼用作具有高折射率的Si基板的防反射膜。更好的是，绝缘膜207，例如，通过ALD形成为膜的SiO2具有至少等于或大于20nm的厚度，期望等于或大于50nm，这是因为如果厚度较小，则可能会发生由于起泡现象而引起的膜剥离。

作为遮光金属206，通过使用CVD、溅射等将前面提到的材料形成为膜。注意，由于如果在电气浮动状态下处理金属，则存在发生等离子体损伤的风险，因此期望地，如图7B的(5)所示，在光电探测器1的外部区域(图7B的(5)中的右侧)中转印具有例如数微米宽度的抗蚀剂的蚀刻图案，通过由各向异性蚀刻或湿法蚀刻形成凹槽来露出半导体基板209的表面，然后，如图7C的(6)所示，遮光金属206在其接地到半导体基板209上的状态下形成为膜。

期望地，例如，将遮光金属206接地的半导体基板区域作为p型半导体区域预先给定接地电位。遮光金属206可以通过堆叠多个层来形成，并且例如，形成为紧密接触绝缘膜207的钛、氮化钛或它们的堆叠膜的层。可替换地，也可以仅使用钛、氮化钛或它们的堆叠膜作为遮光金属206。

另外，遮光金属206还可以兼用作黑电平计算像素(该像素为用于计算图像信号的黑电平的像素100)(未示出)的遮光膜，或者用作防止周边电路的操作误差的遮光膜。接下来，如图7C的(7)所示，例如，在遮光金属206上的抗蚀剂中形成用于将光引导到光电转换部212的开口的蚀刻图案，并且还形成焊盘部、划线部等，通过各向异性蚀刻等部分地去除遮光金属206，并根据需要通过化学清洗去除残留物。

接下来，如图7C的(8)所示，通过使用CVD、溅射等在遮光金属206上形成绝缘膜205，例如SiO2，并通过CMP使绝缘膜205平坦化。

此外，如图7D的(9)所示，例如，通过使用CVD将SiN形成为具有125nm厚度的膜作为防反射膜204。例如，非晶硅形成为具有800nm厚度的膜作为柱状物203的材料，并且例如，SiN形成为具有125nm厚度的膜作为防反射膜202。注意，在后一步骤的热处理中，柱状物材料发生氢气等脱气的情况下，如果诸如SiN膜等高度可密封的致密膜被设置为与柱状物材料接触，则气体被限制在界面处，并且不期望形成被称为气泡的膜的圆形浮动部。作为避免这种情况的措施，作为气体的通风口，可以形成贯通像素阵列部10的外部区域的一部分或像素100的边界部的一部分的孔。通过以这种方式设置孔，能够避免起泡，并且具体地，Ta2O5等是合适的。注意，根据材料的单独选择，膜厚度需要被设定为对于防反射膜而言最佳的厚度。

接下来，如图7D的(10)所示，通过使用抗蚀剂作为掩模，将防反射膜204和柱状物203处理成柱状形状。在抗蚀剂的选择性不足的情况下，可以执行硬掩模处理，硬掩模处理中，抗蚀剂图案被一次转印到例如SiO2掩模的硬掩模上并且通过硬掩模执行蚀刻。注意，柱状物203下方的防反射膜204是为了防止光学防反射而设置的，并且除了该功能之外，还可以用作蚀刻时的蚀刻停止层。

接下来，执行湿法化学清洗，以去除抗蚀剂残留物和加工残渣。在化学清洁之后，典型的旋转干燥由于化学干燥时不平衡的表面张力而不期望地增加了图案塌陷的风险。作为应对此的措施，可以在用具有低表面张力的IPA替换之后进行干燥，或者还可以使用超临界清洁。

接下来，如图7E的(11)所示，在柱状物203之间形成填充材料201。理想地，填充材料201对于对象波长是可穿透的，并且由此使用相对于柱状物203具有大折射率差的材料。例如，填充材料201可以通过旋涂含氟硅氧烷基树脂来形成。通过以这种方式设置填充材料201，能够避免在组装时剥离保护带时对柱状物203的损坏或与粘合剂残留物有关的缺陷，并且避免在市场上由于跌落冲击而导致的故障模式。

接下来，如图7E的(12)所示，在填充材料201是有机材料的情况下，可以在填充材料201的最上部设置无机保护膜200，例如SiO2。通过以这种方式设置无机保护膜200，能够避免在PAD处理时由于抗蚀剂的剥离而损坏填充材料201。

<第一实施方案的第三变形例>

(柱状物的构成例)棱镜功能

图8是示出根据第一实施方案的第三变形例的光电探测器1的半导体结构的示例的局部垂直截面图。在图8中，与上述图3中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

在图8中的偏转部2004中，根据图像高度所需的棱镜角，根据图像高度，每个像素的柱状物203被设计为具有偏转设计，以便有效地使用光电探测器1的视角端处的光。例如，与位于图9的(1)中所示的视角中央(图像高度为零)处的像素100相对应的偏转部2004-1具有配置在其中的与图10的(1)中所示的柱状物直径相同的柱状物直径的10×10个柱状物203-1。以这种方式配置柱状物203-1防止了像素100中相位差变化的发生，并且垂直入射到偏转部2004-1上的光垂直透过光电转换部212。

在图9所示的图像高度(2)的情况下，主光线在水平方向上以10度的倾斜入射，并且偏转部2004-2被设置于与图像高度(2)相对应的像素100。如图10的(2)所示，在偏转部2004-2中，鉴于图像高度(水平10度)所需的棱镜角，例如，柱状物203可以不被配置在第五列中，柱状物203-1可以被配置在第一列和第二列中，直径小于柱状物203-1的柱状物203-2可以被配置在第三列和第四列中，并且直径大于柱状物203-1的柱状物203-3可以被配置在第六列至第十列中。通过以这种方式配置柱状物203，在柱状物部分处生成连续相位差的梯度，并且以10度入射到偏转部2004-2上的光垂直透过光电转换部212。

在图9所示的图像高度(3)的情况下，主光线在水平方向上以20度的倾斜入射，并且偏转部2004-3被设置于与图像高度(3)相对应的像素100。例如，如图10的(3)所示，在偏转部2004-3中，鉴于图像高度(水平20度)所需的棱镜角，柱状物203-1可以被配置在第一列至第四列中，柱状物203-2可以被配置在第五列中，柱状物203-3可以被配置在第六列和第八列中，并且直径小于柱状物203-3且大于柱状物203-1的柱状物203-4可以被配置在第九列和第十列中。此时相位差的线性斜率被设定为大约是10度时的斜率的两倍大的斜率。通过以这种方式配置柱状物203，在柱状物部分处生成连续相位差的梯度，并且以20度入射到偏转部2004-3上的光垂直透过光电转换部212。

在图9所示的图像高度(4)的情况下，主光线在水平方向上以30度的倾斜入射，并且偏转部2004-4被设置于与图像高度(4)相对应的像素100。如图10的(4)所示，在偏转部2004-4中，鉴于图像高度(水平30度)所需的棱镜角，可以配置柱状物203。此时相位差的线性斜率被设定为大约是10度时的斜率的三倍大的斜率。通过以这种方式配置柱状物203，在柱状物部分处生成连续相位差的梯度，并且以30度入射到偏转部2004-4上的光垂直透过光电转换部212。注意，图9的(1)至(4)是示例，并且还能够采用在稍后提及的相位差2π转变(2πturn)或偏移处理方面不同的布局。重要的是柱状物203之间的相对相位差。

(超表面设计的导出)

(步骤1)每个像素的相位差图的导出

如图11所示，当假定某个像素100的光的入射角为θ，其像素大小为D，期望波长为λ，并且像素中的柱状物位置为x时，可以根据式(1)确定垂直入射所需的相位差。

[数学式1]

尽管这里为了简化示出了x方向上的棱镜角，但如图12所示，可以通过二维扩展来创建与任何方向的棱镜角相对应的相位差图。

注意，由于在棱镜设计中，在柱状物203之间设定相对相位差就足够了，因此可以容忍常数的可变性。

(步骤2)相位差库的导出

对于将要安装在光电探测器1上的结构，考虑柱状物的间距、高度、折射率、消光系数和形状、柱状物附近的膜组成等，如图13所示，创建将相位差和柱状物直径相关联的相位差库。

相位差库可以通过执行诸如FDTD或RCWA等光学模拟来计算，或者也可以通过实验来确定。注意，具有相位差α的光等价于α+2π×N(N是整数)。即，即使在相位差2π+φ是必要的情况下，只设定相位差φ也是足够的。用等效相位进行这种替换被称为“2π转变”

(步骤3)柱状物布局的导出

基于相位差图，可以通过使用相位差库将每个柱状物203的相位差替换为柱状物直径，但由于诸如光刻的分辨率或高纵横比柱状物的图案塌陷等各种原因而在工艺限制方面存在束缚，因此将这些规定为设计规则，并且执行控制以使得生成的柱状物203满足设计规则。

具体地，在针对相位差对图14的(a)中所示的常数项进行调整(一致的偏移处理)之后，执行图14的(b)中所述的2π转弯的处理，然后可以通过使用相位差库来执行用图14的(c)中所示的柱状物直径代替每个柱状物203的相位差的处理。在这些过程不能满足设计规则的情况下，采取以下措施。

第一种措施是强制进行非2π转弯。在执行该处理的情况下，存在在转弯部分发生散射并生成杂散光的问题。

第二种措施是强制执行舍入处理，使得不满足设计规则的图案的柱状物直径近似于它们最接近的满足设计规则的相位的柱状物直径。舍入量可以是误差，但如果对像素特性的影响仅限于不会造成问题的程度，则可以容忍这种情况。

<第一实施方案的第四变形例>

(柱状物的构成例)棱镜功能+透镜功能

图15是示出根据第一实施方案的第四变形例的光电探测器1的视角的平面图。

在图15中的偏转部2005中，为了有效地使用光电探测器1的视角端处的光，利用透镜设计和偏转设计的组合设计每个像素100的柱状物203，该透镜设计根据图像高度将光会聚到像素中央，并且偏转设计基于各图像高度所需的棱镜角。

(超表面设计的导出)

(步骤1)每个像素的相位差图的导出

如果可以确定用于获得透镜功能的相位差图和用于获得棱镜功能的相位差图，则针对每个柱状物简单地添加它们，从而能够合成将透镜功能和棱镜功能组合的相位差图(图17的(c))。由于前面已经提到，因此省略了图17的(a)所示的导出棱镜相位差图的过程的说明。如稍后所述，如果已知期望的透镜形状和折射率，则可以由与各个柱状物位置相对应的透镜厚度和期望的波长来计算图17的(b)所示的透镜相位差图中的相位差。可替换地，相位差可以通过执行诸如FDTD或RCWA等光学模拟来计算，或者也可以通过实验来确定。注意，对于远心光学系统等，也能够仅给出透镜功能，而无需针对每个像素100采用棱镜设计。

此后，执行(步骤2)相位差库的导出和(步骤3)柱状物布局的导出，但由于这些细节在前面已经提到，因此省略对它们的说明。

作为具体示例，图16公开了柱状物直径的阵列，该柱状物直径的阵列被设计为在来自模块透镜的主光线以(1)0度、(2)水平10度、(3)水平20度和(4)水平30度入射的情况下，针对图15所示的每个图像高度组合透镜功能和棱镜功能。这些是在柱状物间距为0.35μm、像素尺寸为3.5μm、柱状物203的高度为600nm且柱状物之间的填充材料的折射率约为1.5的情况下的非晶硅的实例。通过采用这种方式的设计，可以提供同时组合透镜功能和棱镜功能的偏转元件。

在更广义的表现方式中，如果可以给出试图在每个像素上安装被赋予特定功能的光学元件时材料的折射率和几何形状，则可以使该形状反映在相位差图中，并且可以通过基于相位差库的转换指定每个柱状物的直径并创建柱状物元素来实现该功能。此外，通过合成以这种方式设计的多个相位差图，还能够同时实现多个功能。

作为光学元件的示例，如图18所示，如果针对柱状物的位置(x，y)给出透镜厚度T(x，y)的函数，则当透镜的折射率为n1，并且透镜上方的折射率为n2(例如，大气)时，根据式(2)确定透镜相位差图。

[数学式2]

(柱状物的材料)

柱状物203的材料在用于近红外光的情况下期望为α-Si、多晶硅或锗，并且在用于可见光的情况下，期望是选自氧化钛、氧化铌、氧化钽、氧化铝、氧化铪、氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅、硅碳氮化物和氧化锆的任何材料或它们的堆叠结构体。注意，例如，氮氧化硅、碳氧化硅和硅碳氮化物被包括在多晶硅中。

(柱状物阵列)

柱状物203之间的空间等于或短于光的对象波长。

如图19的(a)所示，可以采用正方形阵列，或者如图19的(b)所示，可以采用六边形紧密堆积阵列。

(柱状物的截面形状)

除了控制有效折射率之外，还从偏转成分的各向异性控制、取决于面积率的反射成分、可加工性和图案抗塌陷性的角度来确定超表面元件、柱状物203的形状。在图20中示出了它们的顶视图的各种图案。

图20的(1)至(3)在偏转控制的各向同性方面表现优异。可替换地，从偏转的角度来看，图20的(4)至(8)具有关于水平轴、垂直轴或者在45度或135度方向上的轴的4次对称性或镜像对称性。可替换地，从偏转的角度来看，图20的(9)至(21)表现出单轴特性。

此外，在通过使图20的(12)中的短边变短来执行控制时会发生图案塌陷的情况下，期望配置如图20的(22)或(23)那样的用于防止塌陷的辅助图案。如果在假定截面面积相同的情况下进行比较，则图20的(3)、(5)、(11)、(13)、(17)和(19)可以避免图案塌陷的风险，并且另外允许设定较小的有效折射率差，这是因为由于它们具有环形形状。此外，如果在假定间距相同的情况下进行比较，则图20的(4)和(5)在正方形阵列的情况下提高了柱状物填充率，图20的(1)至(3)在六边形紧密堆积阵列的情况下提高了柱状物填充率，并且这些在设定相位差的情况下是有利的。

另外，如图21所示，可以执行模拟来预测图案塌陷和不可解性，并且在图案可能会落入这些情况的情况下，可以通过使用规则或模拟来校正布局或图案形状，直到可以容忍有效折射率分布的变化。

(柱状物的高度)

期望地，对于由波长、柱状物203和填充材料201的折射率、柱状物形状和高度等指定的相位差库，高度被设定为使得可以在通过处理可以获得的柱状物直径的范围内获得2π以上的相位。

图22示出了在350nm的间距下圆形非晶Si柱状物的相位差库的示例。在处理极限指定柱状物直径为250nm的情况下，期望将柱状物高度设定为大约800nm。

(关于相位转变)

如图23所示，如果相位变得不连续，则会发生散射，并且不期望生成杂散光。可替换地，如果相邻像素具有不同的面积率，则由于像素之间的反射成分(灵敏度损失)不同，不期望地发生输出功率的变化。因此，优选地，相位具有根据下述的规则(a)和(b)的转变。

(a)存在以像素为单位的转变。

(b)像素中的转变位于像素中心附近。

根据规则(a)，使得位于附近的像素的面积率彼此相同，并且能够抑制反射率变化。根据规则(b)，如果来自转变部分的杂散光超过像素边界，则会发生串扰，导致不期望的特性劣化。因此，期望地，在转变处和每个像素边界之间确保足够的距离。即，适当地，在对称性方面，将像素内转变设定为使得其通过像素中心附近。

(防反射膜)

图24是示出形成在柱状物203上的防反射膜的局部垂直截面图。

具有不同折射率且具有反射波的相位彼此抵消的膜厚度的防反射膜202和204被设置于柱状物203的顶部、柱状物203的底部或柱状物203的顶部和底部。具体地，期望地，假定折射率为n且波长为λ，防反射膜的厚度为λ/(4·n)。例如，对于940nm的预期波长，在SiN(n≈1.9)的情况下，厚度估计大约为125nm。实际上，有必要考虑多层膜干涉效应和倾斜入射特性，并且期望通过光学模拟或实际测量来优化厚度。

(柱状物的加工形状)

图25A示出了包括兼作蚀刻停止层的防反射膜的结构。在图25A中，通过各向异性干法蚀刻来蚀刻防反射膜202和柱状物203。为了使防反射膜204兼用作蚀刻停止层，不仅从折射率的角度来看，防反射膜204需要是相对于柱状物203的材料具有高蚀刻选择性的材料。在干法蚀刻之后，防反射膜204在柱状物之间具有较小的膜厚度，而柱状物正下方部分的膜厚度保持在初始膜厚度。

图25B的(1)示出了通过在柱状物底部使用楔形形状的填充材料201的防剥离结构。通过采用这种形状，填充材料201像钩子一样咬入柱状物底部的楔形部分并被其卡住，并且可以提高抗膜剥离性。图25B的(2)示出了这样一种结构，该结构中除了(1)中所示的之外，楔形部分被加工成具有扩口端的圆形形状。由于这些圆形形状，可以减小在防反射膜204的台阶处的应力集中，并且可以抑制图案塌陷。

提到了一种处理这些柱状物的方法。由于在柱状物的各向异性干法蚀刻时的过蚀刻，柱状物之间的部分具有垂直浅槽形状。接下来，通过实施湿法化学处理，会发生各向同性膜厚度减小，并且可以将防反射膜204处理为在柱状物的正下方且蚀刻速率高于柱状物材料的部分处具有圆形楔形形状。

(填充材料(填充物)的构成例)

针对填充材料201，使用硅氧烷基树脂、苯乙烯基树脂、丙烯酸树脂、苯乙烯-丙烯酸共聚物树脂、树脂的含F材料、树脂的含F材料或者包括内部填充有折射率低于树脂折射率的珠粒的树脂的材料作为有机材料。

另外，对于填充材料201，还可以使用氧化硅、氧化铌、氧化钽、氧化铝、氧化铪、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅、硅碳氮化物、氧化锆以及这些无机材料的堆叠结构体。

(填充物结构的另一种制造方法)

图26示出了填充物结构的另一制造过程。在制造过程中，在防反射膜204上形成无机材料320作为膜(图26的(1))，并且通过使用具有负-正颠倒的柱状物布局的抗蚀剂掩模来执行孔处理(图26的(2))。此后，通过使用提供高覆盖性的方法，例如CVD法或ALD法将柱状物203嵌入孔部中(图26的(3))。此时，柱状物材料也在柱状物的顶部平面地形成为膜。通过CMP处理或整个表面回蚀法选择性地去除平面地形成的为膜的多余的柱状物材料(图26的(4))。根据需要，可以形成保护膜200(图26的(5))。期望地，设置保护膜200，以抑制来自柱状物的反射，并且适当地形成为具有考虑λ/(4n)规则的膜厚度。注意，尽管也可以被省略步骤(4)，以保持柱状物材料的平坦部，但这增加了界面，并引起对反射的担忧。

(遮光金属的变形例)

图27A至图27D是示出遮光金属206的变形例的平面图。在图27A中，遮光金属206形成在相邻的光电转换部212之间。由此，可以通过像素间遮光来抑制串扰。黑色基准像素也被一起遮光。

图27B示出了没有像素间遮光的结构。在图27B中，试图通过使用柱状物203来控制像素边界处的杂散光，并且在没有像素间遮光的情况下提高灵敏度。

图27C示出了包括像面相位差像素的结构。在图27C中，通过使用遮光金属206形成具有不同视差的像素(分割的光电转换部)，能够计算出基于图像偏移量的被摄体距离，并且能够执行相机镜头的快速聚焦处理或距离测量(感测)。由于在可互换相机的情况下，视角端处的入射角在不同镜头中是不同的，因此有必要针对每个角度设置相位差像素。传统技术的片上透镜不能改变每个像素100的光瞳校正，出现了遮光金属206的开口尺寸变窄的像素，并且灵敏度劣化。

另一方面，如果使用本实施方案，由于能够将任何入射角的光会聚到像素中心上，因此能够防止开口尺寸变窄。因此，可以防止像面相差的灵敏度劣化。

图27D示出了针孔结构。在图27D中，遮光金属206被设置为针孔，并且入射光被引导，使得光在每个像素的偏转部处被会聚的同时通过针孔。注意，这里针孔的开口率期望等于或低于25％。通过以这种方式设置遮光金属206，通过针孔且由于在半导体基板209的照射表面侧上反射而没有到达光电转换部的光在针孔的底面处被再反射，并且返回到光电转换部212，从而能够提高灵敏度。可替换地，贯通半导体基板209且在布线层210上被再反射的返回光也在针孔的底面处被再反射，并且返回到光电转换部212，从而能够提高灵敏度。

通过针孔实现的封闭结构可以抑制从光电探测器1释放到外部的反射光，并且可以减少被称为光斑或重影的图像质量劣化。此外，不仅在抑制在光电探测器1中出现的反射光方面，而且在遮挡不穿透到光电探测器1的不必要的光方面都可以获得利益。

针孔结构对于针对容易穿透半导体基板209的近红外光的光电探测器1是有效的。另一方面，限制具有长波长的近红外光需要包括例如非晶硅、多晶硅、锗等具有高折射率的材料的片上透镜，但如果在具有较大折射率差的平面上存在界面，则不期望地发生强烈反射。关于片上透镜处的反射，不通过使用具有曲面的透镜形状来聚光，而使用柱状物。由此，能够调整为具有较小的折射率差的适当的有效折射率，并且能够抑制透镜界面处的反射。

本实施方案通过调整针孔的会聚点来增加灵敏度。另一方面，还能够通过改变每个像素100的柱状物设计通过散焦生成低灵敏度像素和高灵敏度像素，并且实现高动态范围(HDR)。可替换地，也能够通过改变每个像素的针孔大小来实现HDR。

(元件分离部的变形例)

图28A至图28F是示出元件分离部213的变形例的局部垂直截面图。超表面设计通过具有尺寸等于或小于目标光波长的微型结构控制光的相位/波面，但在不连续的物质界面处在很大程度上不期望生成微小的杂散光。在超表面元件被安装在光电探测器上的情况下，必须确保元件分离，使得杂散光不会变成像素间串扰。这里，提到抑制由超表面元件引起的串扰的元件分离部的实施方案。

图28A示出了如下结构：该结构包括通过在半导体基板209的正上方使用遮光金属206实现的像素间遮光分离部，并且通过使用通过在半导体基板209侧上的离子注入实现的电位330来减少电荷串扰。尽管不能抑制已经穿透到半导体基板209中的杂散光的串扰，但对半导体基板209的处理损伤较小，并且这在暗设定下的特性方面是有利的。

图28B示出了如下结构：其中沟槽形成在半导体基板209深处或贯通半导体基板209，通过使用固定电荷膜来确保侧壁上的钉扎，并且嵌入有绝缘膜207。与图28A相比，确保了电荷串扰的减小，并且通过使用半导体基板209和绝缘膜207之间的折射率差，能够使杂散光的一部分返回到对象像素100的光电转换部212。应该注意，由于沟槽处理而引起的界面损伤，存在步骤数量增加以及在暗设定下特性劣化的担忧。

图28C示出了如下结构：其中在半导体基板209中形成具有非常小的宽度(例如，等于或小于100nm)的沟槽，当在侧壁上形成固定电荷膜208时，封闭沟槽的上端，并且形成空隙340。折射率差大于图28B中的绝缘膜207的折射率差，并且可能会发生界面反射，并且可以增强将杂散光封闭在对象像素内的效果。应该注意，存在着封闭性变化较大的问题。

图28D示出了如下结构：其中在半导体基板209中形成浅沟槽(例如，100至400nm)，设置有固定电荷膜208和绝缘膜207，然后使遮光金属206的一部分朝向半导体基板209突出。与图28A相比，尽管能够中断遮光金属206和半导体基板209之间的串扰路径，但存在由于加工引起的损坏和污染劣化而导致暗设定下的特性劣化的担忧。

图28E示出了如下结构：其中沟槽形成在半导体基板209深处或贯通半导体基板209，侧壁的钉扎由固定电荷膜208确保，嵌入有绝缘膜，并且遮光金属206嵌入绝缘膜的空间中。与图28B相比，尽管遮光膜吸收杂散光并且抑制串扰，但返回到对象像素的杂散光的成分减少，灵敏度稍微劣化，并且存在由于加工损坏或污染而导致的暗设定下特性劣化的担忧。

图28F示出了如下结构：其中固定电荷膜208确保具有细线宽度的深沟槽以及以比深沟槽更厚的线宽度形成在浅处的沟槽的侧壁的钉扎，嵌入绝缘膜207，并且遮光金属仅嵌入在浅沟槽中。与图28A相比，中断了遮光金属206和半导体基板209之间的串扰路径，确保了在深位置处对半导体基板209中的电荷串扰的抑制，即使在深位置处也获得了将杂散光封闭在对象像素内的效果，并且能够减小在图28E的情况下发生的灵敏度损失。应该注意，存在由于加工损坏或污染而导致的步骤数量增加和在暗设定下特性劣化的担忧。

(基板光接收面侧的变形例)

由于确保了用于抑制在超表面元件部分处出现的杂散光的元件分离，因此也抑制了除该杂散光以外的杂散光。具体地，如果与处理基板表面以倾斜地传输已经穿透到基板中的光以提高灵敏度的技术相组合，则能够通过一个元件分离部213同时抑制在超表面元件处生成的杂散光和在基板表面上生成的杂散光。

在图29中，在形成有光电转换部212的半导体基板209的光接收面侧上的界面包括衍射/散射元件219，衍射/散射元件设置有规则的凹部和凸部(未示出偏转部)。凹部和凸部用作衍射光栅，高阶成分在倾斜方向上衍射，可以增加光电转换部212中的光路长度，并且特别是可以提高对近红外光成分的灵敏度。具体地，例如，通过使用碱水(AKW：AlkaliWater)对Si(111)表面进行湿法蚀刻而形成的四棱锥可以应用于衍射/散射结构。这不是唯一示例，并且衍射/散射结构可以通过干法蚀刻来形成。此外，通过采用其截面面积在深度方向上变化的形状，抑制了反射，并且灵敏度也略有提高。

在图30中，设置有分光部220(未示出偏转部)。通过使光在通过嵌入氧化物膜形成的浅凹槽处分开并给定角度，光倾斜地传播，光路长度增加，并且预期灵敏度增加的效果。分光部220通过在光电转换部212的顶部形成沟槽并且通过ALD等嵌入固定电荷膜208和例如SiO2的绝缘膜207来形成。分光部220可以被设置为当从入射光侧观看时以90°的角度交叉的部分。此时，交叉角不限于90°。

另外，如图31和图32所示，包括交叉部的分光部221和222可以设置有其他的分光部。当嵌入元件分离部213时，固定电荷膜208或氧化物膜被同时嵌入到分光部221和222的沟槽凹槽中，从而能够减少步骤数量。

(具有棱镜功能的偏转部和片上透镜)

图33的(a)是示出具有棱镜功能的偏转部和片上透镜的组合的局部垂直截面图。图33的(b)是从上方观察的偏转部的平面图。

除了棱镜功能之外，超表面设计还可以提供透镜功能，但这需要相位差。在由于柱状物高度的限制而需要相位差转变(turn)的情况下，存在对由于转变部分处的散射而引起的杂散光的担忧。

作为避免这种情况的措施，柱状物203可以仅专用于将光垂直引导到光电转换部212的棱镜功能，并且可以通过设置片上透镜216来实现光会聚。

通过以这种方式设置柱状物203和片上透镜216，可以减小视角中所需的相位差，并且可以尽可能地避免转变。

此外，通过在偏转部2006上设置片上透镜216，还可以减少击中像素100的边界处的转变处的光量，并且还可以减少杂散光。

(组合棱镜功能和透镜功能的偏转部和片上透镜)

图34的(a)是示出将棱镜功能和透镜功能相结合的偏转部和片上透镜的组合的局部垂直截面图。图34的(b)是从上方观察的偏转部的平面图。

在前面提到的包括作为针孔的遮光金属206的构成中，通过增加透镜光学能力并进一步缩小光，可以减小针孔直径。如果可以减小针孔直径，则可以增强近红外光的限制效果和光斑灵敏度的抑制效果。用于增加透镜光学能力的可能手段是在柱状物203被赋予棱镜功能和透镜功能的状态下设置片上透镜216。此外，可以将光瞳校正添加到片上透镜216，以便减少由于光击中柱状物203的像素100的边界而产生的杂散光。

在图33和图34中，可以通过使用诸如苯乙烯基树脂、丙烯酸树脂、苯乙烯-丙烯酸树脂或硅氧烷基树脂等有机材料来形成片上透镜216。另外，还可以通过将氧化钛颗粒分散到上述有机材料或聚酰亚胺基树脂来形成片上透镜216。片上透镜216也可以通过使用诸如氮化硅或氮氧化硅等无机材料来形成。另外，用于防止反射的具有与片上透镜216的折射率不同的折射率的材料膜也可以被配置在片上透镜216的表面上。另外，如果光电探测器1用于NIR，则也可以使用诸如非晶Si、多晶硅或锗等材料。

(具有棱镜功能的偏转部和内部透镜)

图35的(a)是示出具有棱镜功能的偏转部和内部透镜217的组合的局部垂直截面图。图35的(b)是从上方观察的偏转部2006的平面图。

除了棱镜功能之外，超表面设计还可以提供透镜功能，但这需要相位差。在由于柱状物高度的限制而需要相位差转变的情况下，存在对由于转变部分处的散射而引起的杂散光的担忧。

作为避免这种情况的措施，柱状物203可以仅专用于将光垂直引导到光电转换部212的棱镜功能，并且可以通过设置内部透镜217来实现光会聚。

通过以这种方式设置柱状物203和内部透镜217，可以减小视角中所需的相位差，并且可以尽可能地避免转变。

(组合棱镜功能和透镜功能的偏转部和内部透镜)

图36的(a)是示出将棱镜功能和透镜功能相结合的偏转部和内部透镜的组合的局部垂直截面图。图36的(b)是从上方观察的偏转部的平面图。

在前面提到的包括作为针孔的遮光金属206的构成中，通过增加透镜光学能力并进一步缩小光，可以减小针孔直径。如果可以减小针孔直径，则可以增强近红外光的限制效果和光斑灵敏度的抑制效果。用于增加透镜光学能力的可能手段是在柱状物203被赋予棱镜功能和透镜功能的状态下设置内部透镜217。

在图35和图36中，可以通过使用诸如氮化硅或氮氧化硅等无机材料来形成内部透镜。另外，在内部透镜217的表面上，可以在考虑所谓的λ/4n规则的膜厚度处设置用于防止反射的具有不同折射率的防反射膜。

另外，如果光电探测器1用于近红外光，则也可以使用诸如非晶Si、多晶硅或锗等材料。此外，内部透镜217可以被设置为具有矩形截面形状的盒式透镜。即使截面形状为矩形，也能够通过使用与盒式透镜之间的材料的折射率的折射率差弯曲波面来获得透镜效应。

(遮光壁的构成例)

图37A至图37D是示出遮光壁的构成的局部垂直截面图。

在偏转部2006和半导体基板209之间的距离随着高度的增加而增加的情况下，例如，在将会聚点调整为针孔结构或以多级形成偏转部2006的情况下，偏转部2006和半导体基板209之间的串扰路径被加宽，并且存在对不期望的特性劣化的担忧。作为应对此的措施，可以设置遮光壁或包层部。

图37A中的结构包括遮光壁410，该遮光壁410通过对遮光金属206执行绝缘膜207的沟槽处理、嵌入例如钨的遮光材料以及执行CMP来形成。通过以这种方式设置遮光壁410，能够中断半导体基板209和偏转部2006之间的串扰路径。

图37B中的结构设置有遮光壁411，该遮光壁411的上端与偏转部2006相距一定距离，以便减少遮光壁411上端的渐晕。尽管串扰轻微劣化，但可以抑制灵敏度劣化。

图37C中的结构设置有折射率低于绝缘膜205的折射率的材料作为包层部420。通过以这种方式设置包层部420，包层部420不吸收光，并且可以抑制灵敏度劣化。应当注意，串扰中断的特性劣化。注意，包层部420可以被形成为空隙，并且防反射膜204可以被形成封闭该空隙。

图37D中的结构在整个偏转部2006上设置有包层部421。通过以这种方式设置包层部421，可以增强波导效应。

(光电转换部的分割构成)

图38A是示出光电转换部的分割构成的平面图。

通过将像素100的光电转换部212分割成多个部分并生成视差，能够计算出基于图像的偏移量的被摄体距离，并且能够执行相机镜头的快速聚焦处理或距离测量(感测)。在用于图像增强的信号处理时，可以通过像素100内的输出相加来改善S/N，或者可以通过具有不同视差的图像的偏移相加来减少模糊量。

存在分割光电转换部212的各种可能的变形例，并且在图38A所示的水平分割成两个的情况下，可以利用垂直条纹对比度进行被摄体的距离测量。另外，在图38B所示的水平和垂直分割的情况下，可以进行具有垂直条纹的被摄体和具有水平条纹的被摄体两者的距离测量。光电转换部212的分割不限于此。

另外，关于像素100中的元素分离部213，可以提出类似于关于像素100的边界所提及的实例的衍生示例。此外，如果步骤数量增加，则也可以将像素100中的元件分离和像素100之间的元件分离进行不同地组合。例如，通过嵌入如图28的(E)中一样的遮光金属206作为像素100之间的元件分离部213以及通过嵌入如图28的(B)中一样的氧化硅在像素100中实现元件分离，能够在维持像素100中的灵敏度的同时抑制像素间串扰。注意，这并不是组合的唯一示例。

(滤色器的构成)

由于包括偏转元件的超表面元件原则上具有根据波长的不同的设计，因此期望地，尽可能地将单一波长作为对象波长。例如，超表面元件适于在感测中从单色的IR-LED主动投射光并且感测反射光的情况或者其他情况。

另一方面，在基于宽波段连续波长的光源的被摄体的图像被捕获的情况下，如果不采取措施，则难以进行超表面设计，这是因为最佳设计针对每个波长是不同的。然而，通过在像素中设置滤波器来限制波段，可以更容易找到超表面元件的设计方案。

图39是示出包括滤色器的构成例的局部垂直截面图，该滤色器包括偏转元件下方通常使用的颜料或染料。通过设置这种滤色器430R和430G，能够缩小波长范围，并且可以增强光的可控性。在这种情况下，期望地，偏转部2006除了棱镜功能之外还具有透镜功能。注意，在这种情况下，柱状物需要包括针对不同颜色像素的不同设计。

图40是示出在偏转部上包括滤色器的构成例的局部垂直截面图。由于用于倾斜入射的滤色器430R和430G的透射光谱的波动较小而允许这种构成。在该构成的情况下，片上透镜216可以被设置在滤色器430R和430G上，用于视角端的倾斜入射光，并且可以应用光瞳校正。能够减少由于像素间遮光而引起的灵敏度损失。

接下来，图41的(a)至(d)示出了滤色器的阵列示例。在图41的(a)至(d)中，排列有红色像素100R、绿色像素100G和蓝色像素100B。注意，在图41的(b)中，排列有其上未安装滤色器的白色像素100W。

图41的(a)示出了包括三原色RGB的拜耳阵列。图41的(b)示出了包括其上未安装滤色器的像素的GRB-W阵列。图41的(c)示出了实现2×2像素相加或单独输出的四方拜耳阵列。图41的(d)示出了利用旋转了45度的阵列来提高图像分辨率的清标阵列。在图41的(a)所示的拜耳阵列中，例如，红色像素100R和绿色像素100G交替地排列在第一行中，并且例如，绿色像素100G和蓝色像素100B交替地排列在第二行中。在图41的(b)所示的GRB-W阵列中，例如，红色像素100R和绿色像素100G交替地排列在第一行中，并且例如，白色像素100W和蓝色像素100B交替地排列在第二行中。在图41的(c)所示的四方拜耳阵列中，例如，红色像素100R、红色像素100R、绿色像素100G、绿色像素100G、红色像素100R和红色像素100R排列在第一行和第二行中，并且例如，绿色像素100G、绿色像素100G、蓝色像素100B、蓝色像素100B、绿色像素100G和绿色像素100G排列在第三行和第四行中。

阵列不限于原色阵列。例如，可以存在补色阵列或者将原色和补色组合的阵列，并且这不是唯一示例。

(滤色器的变形例)

(与表面等离子体共振滤波器的组合)

图42的(a)是示出与表面等离子体共振滤波器的组合的局部垂直截面图。图42的(b)是从上方观察的表面等离子体共振滤波器的平面图。

等离子体滤波器440是通过使用表面等离子体共振来获得滤光效果并且使用金属导体薄膜作为其基材的光学元件。为了有效地获得表面等离子体共振效果，需要尽可能地降低导体薄膜表面的电阻。作为金属导体薄膜，通常使用具有低电阻且可以容易加工的铝或其合金(例如，JP 2018-98641A)。

已知用于倾斜入射的等离子体滤波器440的透射率光谱不期望地变化，并且期望在等离子体滤波器上设置本发明的偏转元件，并且偏转元件被设计为使得来自相机镜头的入射光对于0度入射光谱的峰值波长垂直入射。

(与GMR滤波器的组合)

图43的(a)是示出与GMR滤波器的组合的局部垂直截面图。图43的(b)是从上方观察的GMR滤波器的平面图。

导模共振(GMR：Guided Mode Resonance)滤波器450是通过组合衍射光栅和包芯结构而仅允许窄波长带域(窄带域)中的光透过的光学滤波器(例如，JP 2018-195908A)。GMR滤波器450使用波导中发生的波导模式和衍射光的共振，提供高的光使用效率，并获得尖锐的共振光谱。

已知用于倾斜入射的GMR滤波器450的透射光谱不期望地变化，并且期望在GMR滤波器450上设置本实施方案的偏转部2006，并且偏转元件被设计为使得来自相机镜头的入射光对于0度入射光谱的峰值波长垂直入射。

(与具有不同折射率的堆叠滤波器的组合)

图44的(a)是示出具有不同折射率的堆叠滤波器的组合的局部垂直截面图。图44的(b)是具有不同折射率的堆叠滤波器的详细局部垂直截面图。

堆叠滤波器460通过光干涉效应控制折射率不同的膜厚度而交替堆叠，使其具有特定的透射/反射光谱。另外，还能够通过被称为光子验证的技术设定干扰周期性的伪缺陷层来设计窄带域光谱。

然而，由于如下事实：即，如果光倾斜入射，则有效膜厚度不期望地改变，因此堆叠滤波器460的光谱不期望地偏移到短波长。

期望地，对于这种堆叠滤波器460，偏转部2006被设置在堆叠滤波器460上，并且偏转元件被设计为使得来自相机镜头的入射光对于0度入射光谱的峰值波长垂直入射。

(多级偏转部的变形例)

图45是包括多级偏转部的光电探测器1的局部垂直截面图。在以多级设置偏转部470和2006的情况下，不必连续地形成它们，并且例如，内部透镜217、遮光壁、针孔、分光部等可以夹在其间。

<第一实施方案的作用和效果>

如上所述，根据第一实施方案，在光电转换部212的光入射侧上设置偏转部2001，该偏转部2001是通过针对不同像素100而不同的柱状物203具有棱镜功能的超表面元件。由此，可以改善针对由于视角端的倾斜入射而引起的串扰和灵敏度的不均匀性的光学特性。另外，改变片上透镜216的形状的工艺变得不必要，并且通过使用超表面元件的简单工艺，可以改善由于在视角端的倾斜入射而引起的关于串扰的光学特性和灵敏度的不均匀性。

另外，根据第一实施方案，通过经由平坦膜以至少两级以上设置偏转部2001，即使在单层不能获得足够的光的相位差的情况下，也能够获得必要的光的相位差，可以改善由于视角端的倾斜入射而引起的关于串扰的光学特性和灵敏度的不均匀性，并且还可以实现对连续的波长光谱的每种颜色的控制。

另外，根据第一实施方案，由于具有高折射率的柱状物203可以容易地反射光，因此通过向柱状物203设置具有不同折射率的防反射膜202和204，可以从灵敏度和光斑的角度实现防反射。

另外，根据第一实施方案，填充材料201可以形成为盒式透镜，并且可以增加集光能力。

<第二实施方案>

图46A是示出根据本技术第二实施方案的光电探测器1A的构成例的局部垂直截面图。在图46A中，与上述图3中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

在光电探测器1A中，偏转部2007被配置在半导体基板209和片上透镜216之间。

<与第二实施方案进行比较的示例>

图47是示出作为与第二实施方案进行比较的示例的光电探测器B-1的构成例的局部垂直截面图。在图47中，与上述图3中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

光电探测器B-1在半导体基板209的硅表面上设置有诸如衍射/散射元件510或光扩散沟槽等结构，并且增加了光路长度，从而提高了量子效率。

然而，通过处理硅，存在对诸如在暗设定下的特性等像素特性的担忧，或者对由于步骤数量的增加而引起的成本的担忧。

＜根据第二实施方案的实现手段＞

在根据第二实施方案的偏转部2007中，如图46B所示，通过使用如下相位分布：在像素100，即光电转换部212的中心处的相移较小且在周边处的相移较大，并且另外通过相位翻转(phase turn)处理，以图46C所示的布局配置多个柱状物203。即，使位于光电转换部212中央的多个柱状物203之间的间距或柱状物203的直径小于位于像素100中央以外的位置的多个柱状物203之间的间距或小于柱状物的直径等，以获得使像素周边的入射光相位相对于像素中央延迟的凹状的折射率梯度。

＜第二实施方案的作用和效果＞

如上所述，根据第二实施方案，配置多个柱状物203，并且通过使用如下相位分布：其中，在像素100，即光电转换部212的中心处的相移较小且在周边处的相移较大，并且另外通过相位转变处理，使折射率梯度成凹状。由此，在不处理半导体基板209的硅表面的情况下，可以获得光扩散效果，并且可以提高量子效率。注意，如图74所示，也可以实现不设置片上透镜216的光电探测器1A-1。

<第三实施方案>

图48A是示出根据本技术第三实施方案的光电探测器1B的构成例的局部垂直截面图。在图48A中，与上述图46A中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

在光电探测器1B中，偏转部2007被配置在半导体基板209和片上透镜216之间，并且在光电转换部212中还设置有电荷保持部102，在该电荷保持部102中累积由光电转换部212生成的信号电荷。

<与第三实施方案进行比较的示例>

图49是示出作为与第三实施方案进行比较的示例的光电探测器B-2的构成例的局部垂直截面图。在图49中，与上述图3中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

在IR(红外)区域波长下，在光电探测器B-2中，会聚在片上透镜216处的光击中电荷保持部102，例如，FD部或MEM部，会发生被称为寄生光灵敏度(PLS：Parasitic LightSensitivity)的串扰问题。

＜根据第三实施方案的实现手段＞

在根据第三实施方案的偏转部2007中，如图48B所示，通过使用如下相位分布：其中像素100，即光电转换部212的周边处的相移较小，并且另外通过相位翻转处理，以图48C所示的布局配置多个柱状物203，使得光不会击中电荷保持部102。即，多个柱状物203排列在偏转部2007中，使得从像素100中央到像素端以折射率梯度出现的波面移动避开了电荷保持部102。

<第三实施方案的作用和效果>

如上所述，根据第三实施方案，能够控制从像素100中央到像素端以折射率梯度出现的波面，并且防止入射光直接击中电荷保持部102等，并且可以减少由于光泄漏到电荷保持部102中而引起的PLS(Parasitic Light Sensitivity：噪声成分)。

<第四实施方案>

图50是示出根据本技术第四实施方案的光电探测器1C1的构成例的局部垂直截面图。在图50中，与上述图3中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

在光电探测器1C1中，会聚在片上透镜216处的光可以通过设置在偏转部2008中的多个柱状物203而扩散。

<第四实施方案的第一变形例>

图51A是示出根据本技术第四实施方案的第一变形例的光电探测器1C2的构成例的局部垂直截面图。在图51A中，与上述图50中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

在光电探测器1C2中的偏转部2008中，如图51B所示，通过使用如下相位分布：其中在像素100，即光电转换部212的周边处的相移较小，并且另外通过相位翻转处理，以图51C所示的布局配置多个柱状物203。由此，可以增加光路长度，使得会聚在片上透镜216处的光由于设置在偏转部2008中的多个柱状物203而倾斜入射。

<第四实施方案的第二变形例>

图52是示出根据本技术第四实施方案的第二变形例的光电探测器1C3的构成例的局部垂直截面图。在图52中，与上述图50中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

在光电探测器1C3中，会聚在片上透镜216处的光可以被设置在偏转部2008中的多个柱状物203以使光被元件分离部213全反射的角度散射。

<第五实施方案>

图53是示出根据本技术第五实施方案的光电探测器1D1的构成例的局部垂直截面图。在图53中，与上述图3中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

在光电探测器1D1中，会聚在片上透镜216处的光可以通过设置在偏转部2008中的多个柱状物203而扩散。

<第五实施方案的第一变形例>

图54A是示出根据本技术第五实施方案的第一变形例的光电探测器1D2的构成例的局部垂直截面图。在图54A中，与上述图53中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

在光电探测器1D2中，在布线层210中的布线图案210a和半导体基板209之间设置有其中排列有多个柱状物521的光扩散部520。

在根据第五实施方案的第一变形例的光扩散部520中，如图54B所示，通过使用如下相位分布：其中光电转换部212的中心处的相移较小且周边处的相移较大，并且另外通过相位翻转处理，以图54C所示的布局配置多个柱状物521。

光扩散部520扩散已经通过光电转换部212的光。例如，已经通过光电转换部212的光通过光扩散部520，在光扩散的状态下在布线层210的布线图案210a上反射，并且以倾斜的角度返回到光电转换部212。

<第五实施方案的第二变形例>

图55是示出根据本技术第五实施方案的第二变形例的光电探测器1D3的构成例的局部垂直截面图。在图55中，与上述图54A中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

在光电探测器1D3中，在布线层210中的布线图案210a和半导体基板209之间设置有其中排列有多个柱状物的光扩散部520，并且在半导体基板209和片上透镜216之间还设置有偏转部2008。

在光电探测器1D1中，会聚在片上透镜216处的光通过设置在偏转部2008中的多个柱状物203在光电转换部212中扩散。然后，透过光电转换部212的光通过光扩散部520，在光扩散的状态下在布线层210的布线图案210a上反射，并且以倾斜的角度返回到光电转换部212。

以这种方式，由于透过光电转换部212的光在布线层210上被反射，并且不入射到相邻的光电转换部212上，因此可以防止串扰的发生。

<第六实施方案>

图56是示出根据本技术第六实施方案的光电探测器1E1的构成例的局部垂直截面图。在图56中，与上述图3中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

在光电探测器1E1中，会聚在片上透镜216处的光可以通过设置在偏转部2008中的多个柱状物203而扩散。

<第六实施方案的第一变形例>

图57A是示出根据本技术第六实施方案的第一变形例的光电探测器1E2的构成例的局部垂直截面图。在图57A中，与上述图56中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

在光电探测器1E2中，偏转部2008被配置在箱形片上透镜529中。另外，包括多个柱状物2171的偏转部2009被配置在片上透镜529的顶面上。在根据第六实施方案的第一变形例的偏转部2009中，如图17所示，通过使用如下相位分布：其中光电转换部212的中心处的相移较大且周边处的相移较小，并且另外通过相位翻转处理，以图16的(1)所示的布局配置多个柱状物2171。另一方面，在偏转部2008中，如图57B所示，通过使用如下相位分布：其中在光电转换部212的中心处的相移较小且周边处的相移较大，并且另外通过相位翻转处理，以图57C所示的布局配置多个柱状物203。

在光电探测器1E2中，入射光通过多个柱状物2171会聚到偏转部2008的多个柱状物203上，并且通过多个柱状物203扩散到光电转换部212中。

<第六实施方案的第二变形例>

图58A是示出根据本技术第六实施方案的第二变形例的光电探测器1E3的构成例的局部垂直截面图。在图58A中，与上述图56中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

在光电探测器1E3中，针对一个像素100配置多个片上透镜530(图58A中为两个)。

在图58A的光电探测器1E3中的右侧偏转部2008-1中，如图58B所示，通过使用中心处的相移较小且周边处的相移较大的相位分布，并且另外通过相位翻转处理，以图58C所示的布局配置多个柱状物203。类似地，在图58A的右侧偏转部2008-2中，通过使用中心处的相移较小且周边处的相位移较大的相位分布，并且另外通过相位翻转处理，以图58C所示的布局配置多个柱状物203。入射光通过片上透镜530会聚到偏转部2008的多个柱状物203上，并且通过多个柱状物203在光电转换部212中扩散。

<第六实施方案的第三变形例>

图59是示出根据本技术第六实施方案的第三变形例的光电探测器1E4的构成例的局部垂直截面图。在图59中，与上述图56中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

在光电探测器1E4中，每个像素100被小型化，并且片上透镜540也随着小型化而被小型化。注意，绝缘膜541被设置在遮光金属206的顶面上。

<第七实施方案>

图60是示出根据本技术第七实施方案的光电探测器1F的构成例的局部垂直截面图。在图60中，与上述图3中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

在光电探测器1F中，片上透镜216和偏转部2008被配置为使得通过使用柱状物203使已经会聚过一次的聚光点远离电荷保持部102。在这种情况下，在偏转部2008中，排列如图61所示的多个柱状物203。由此，如图62所示，聚光点SP1被保持远离电荷保持部102。

注意，片上透镜216和偏转部2008可以被配置为彼此偏移，用于倾斜入射的光瞳校正。

<第八实施方案>

图63是示出根据本技术第八实施方案的偏转部相对于像素100的布置示例的平面图。

在第八实施方案中，配置有偏转部611、612和613，并且聚光点SP1、SP2和SP3被分布为使得光不击中电荷保持部(FD部)102或MEM部。

＜第八实施方案的作用和效果＞

如上所述，根据第八实施方案，可以减少由于光泄漏到电荷保持部102而引起的PLS(Parasitic Light Sensitivity：噪声成分)，还可以获得光扩散效果，并且可以提高量子效率。注意，在第八实施方案中，偏转部611、612和613可以被配置为使得倾斜入射光被校正，并且变为垂直入射光。

<第九实施方案>

图64是示出根据本技术第九实施方案的偏转部相对于像素100的布置示例的平面图。在图64中，与上述图63中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

在第九实施方案中，较大尺寸的偏转部621被配置在离电荷保持部102最远的位置，使得离电荷保持部102最远的聚光位置的聚光力增加，并且较小尺寸的偏转部631和632被配置在其它位置。由此，可以增加离电荷保持部102最远的聚光点SP1的聚光力。

＜第九实施方案的作用和效果＞

如上所述，根据第九实施方案，可以进一步提高量子效率。

<第十实施方案>

图65是示出根据本技术第十实施方案的偏转部相对于像素100的布置示例的平面图。在图65中，与上述图63中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

在第十实施方案中，聚光位置SPA1扩大，并且柱状物203被配置在偏转部641处，使得它们不与FD部102a和102b以及MEM部的区域重叠。由此，通过扩大聚光位置SPA1，可以进一步提高量子效率。注意，如图66所示，可以配置扩大MEM部107a和MEM部107b之间的聚光位置SPA2的偏转部651。

＜第十一实施方案＞

图67是示出根据本技术第十一实施方案的光电探测器1G的构成例的局部垂直截面图。在图67中，与上述图3中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

在光电探测器1G中，偏转部2008被偏移用于倾斜入射，并且获得光瞳校正。由此，配置在基于光瞳校正的偏移位置处的偏转部2008可以有效地将倾斜入射光会聚到光电转换部212上，并且此外，如图68所示，可以保持聚光点SP1远离电荷保持部102。

<第十二实施方案>

图69是示出根据本技术第十二实施方案的光电探测器1G1的构成例的局部垂直截面图。在图69中，与上述图3中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

在图69的(a)中的光电探测器1H1中，光的折射率通过多个柱状物203和防反射膜204而倾斜。

在图69的(b)中的光电探测器1H2中，光的折射率通过片上透镜216和多个柱状物203而倾斜。

在图69的(c)中的光电探测器1H3中，光通过片上透镜216和多个柱状物203在光电转换部212中扩散，通过形成在光电转换部件212的表面侧上的多个柱状物710在光电转换部212中反射，并且会聚。

＜第十二实施方案的作用和效果＞

根据第十二实施方案，可以在没有衍射/散射元件的情况下提高量子效率。注意，作为柱状物203的构成元件，图70的(1)中存在衍射/散射元件720、图70的(2)中存在纳米颗粒730、图70的(3)中存在空气740、图70的(4)中存在多层750以及图70的(5)中存在高度差。

＜第十三实施方案＞

图71是示出根据本技术第十三实施方案的光电探测器1I的构成例的局部垂直截面图。在图71中，与上述图3中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

在光电探测器1I中，光扩散沟槽810形成在光电转换部212的背面侧上，并且柱状物203将入射光会聚到光扩散沟槽810上。由此，增加了光扩散沟槽810的散射效果。

<第十四实施方案>

图72是示出根据本技术第十四实施方案的光电探测器1J的构成例的局部垂直截面图。在图72中，与上述图3中的对应部分相同的部分被赋予相同的附图标记，并且省略其详细说明。

在光电探测器1J中，多个柱状物203的每个都具有折射率梯度，以获得元件分离部213的全反射角。由此，由于可以在没有颜色混合的情况下增加元件分离部213处的光路长度，因此可以增加量子效率(QE)。

<第十五实施方案>

图73是示出根据本技术第十五实施方案的柱状物的形状的平面图。柱状物203的形状可以是图73的(a)所示的圆形，可以是图73的(b)所示的四边形，或者可以是图73的(c)所示的十字形，只要它们提供了相位差即可。

<其他实施方案>

已经参照如上所述的第一至第十五实施方案和变形例说明了本技术，并且作为公开内容的一部分包括的陈述和附图不应当被理解为限制本技术。如果理解了上述第一至第十五实施方案和变形例所公开的技术内容的要点，则对本领域技术人员显而易见的是，本技术可以包括各种替代实施方案、实现示例和操作技术。另外，由第一至第十五实施方案和变形例中的每个公开的构成可以适当地彼此组合，只要这种组合不会前后矛盾即可。例如，由多个不同实施方案中的每个公开的构成可以彼此组合，或者由同一实施方案的多个不同变形例中的每个公开的构成也可以彼此组合。

<电子设备的应用例>

本实施方案是将根据本公开的像素结构应用于通过使用光的反射进行距离测量的测距装置的光接收部的示例。图75是示出使用可以应用于本实施方案的测距装置的电子设备的示例构成的框图。电子设备3000包括测距装置3010和应用部3200。

例如，应用部3200通过在CPU上操作的程序来实现，请求测距装置3010执行距离测量，并且从测距装置3020接收作为距离测量等的结果的距离信息。

测距装置3010包括光源部3100、光接收部3110和测距处理部3120。例如，光源部3100包括发射具有红外区域波长的光的发光元件以及驱动发光元件使其发光的驱动电路。例如，包括在光源部3100中的发光元件的示例包括LED(发光二极管)。这不是唯一示例，包括在光源部3100中的发光元件的示例还包括以阵列状形成多个发光元件的垂直腔表面发射激光器(VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting LASER)。

例如，光接收部3110包括可以检测具有红外区域波长的光的光接收元件以及输出对应于由光接收元件检测到的光的像素信号的信号处理电路。包括在光接收部3110中的光接收元件的示例包括第一实施方案中所述的像素100。

例如，测距处理部3120根据来自应用部3200的测距指示在测距装置301中执行测距处理。例如，测距处理部3120生成用于驱动光源部3100的光源控制信号，并将光源控制信号提供给光源部3100。

另外，测距处理部3120与提供给光源部3100的光源控制信号同步地控制光接收部3110的光接收。例如，测距处理部3120与光源控制信号同步地生成用于控制光接收部3110处的曝光期的曝光控制信号，并将曝光控制信号提供给光接收部311。光接收部3110在由曝光控制信号所示的曝光期中输出有效像素信号。

测距处理部3120基于根据光接收从光接收部3110输出的像素信号和用于驱动光源部3100的光源控制信号来计算距离信息。另外，测距处理部3120还可以基于像素信号生成预定的图像信息。测距处理部3120将基于像素信号计算出和生成的距离信息和图像信息传递到应用部3200。

在这种构成中，例如，测距处理部3120根据来自应用部3200的用于执行距离测量的指示生成用于驱动光源部3100的光源控制信号，并将光源控制信号提供给光源部3100。与此同时，测距处理部3120基于与光源控制信号同步的曝光控制信号来控制光接收部3110的光接收。

在测距装置3010中，光源部3100根据由测距处理部3120生成的光源控制信号来发光。光源部3100处生成的光作为出射光3300从光源部3100射出。例如，出射光3300在被测量物3310上被反射，并且作为反射光3320被光接收部3110接收。

光接收部3110将基于接收的反射光3320的像素信号提供给测距处理部3120。测距处理部3120基于光源部3100射出光的时间和光接收部3110接收光的时间来测量到被测量物3310的距离D。这里，作为使用反射光的距离测量方案，已知的是直接飞行时间(ToF：Timeof Flight)方案和间接ToF方案。

在直接ToF方案中，基于光源部3100的发光时间和光接收部3110接收光的时间之间的差(时间差)来执行距离D的测量。另外，在间接ToF方案中，基于由光源部3100生成的光的相位和由光接收部3110接收的光的相位之间的相位差来执行距离D的测量。

在直接ToF中，雪崩元件通常被用于放大电子。如果光在视角端倾斜入射到光电转换部212上，则会发生光电转换的电子到达雪崩元件的时间的像素间变化，并且这成为测距误差的原因。另一方面，如果应用本实施方案，则能够使光以任何图像高度垂直入射到光电转换元件上，并且可以减少到达雪崩元件的时间的像素间变化。

在间接ToF中，设置有被称为浮动扩散部(FD：Floating Difusion)的两个电荷累积部，并且被交替读出以计算相位。如果光在视角端倾斜入射到光电转换部212上，则由于两个FD之间被称为PLS的不同串扰而生成输出差，并且计算偏移的相位，从而导致不期望的测距误差。另一方面，如果应用本实施方案，则能够使光以任何图像高度垂直入射到光电转换元件上，不生成两个FD之间的串扰差，并且可以实现具有较小误差的测距精度。

注意，本公开可以以如下构成实现。

(1)

一种光电探测器，包括：

多个像素，其以矩阵状排列在半导体基板上，其中

多个所述像素的每个像素包括：

光电转换部，其对入射光进行光电转换，和

偏转部，其配置在所述半导体基板的光入射表面侧上，并且所述偏转部在所述像素中具有多个柱状物，所述柱状物具有不同的厚度、间距或形状，并且

所述柱状物以棱镜角将针对各图像高度以不同角度入射的主光线引导到所述光电转换部，在所述棱镜角，光针对每个所述像素相对于所述主光线不同地弯曲。

(2)

根据上述(1)所述的光电探测器，其中，所述柱状物具有将通过所述像素的入射光朝向各像素中心会聚的透镜功能。

(3)

根据上述(1)所述的光电探测器，其中，隔着平坦膜设置至少两级以上的所述偏转部。

(4)

根据上述(1)所述的光电探测器，其中，所述柱状物包括在入射表面侧、在光电转换部侧或者在入射表面侧和光电转换部侧两者上具有不同折射率的防反射膜。

(5)

根据上述(4)所述的光电探测器，其中，所述光电转换部侧的所述防反射膜包括蚀刻停止层。

(6)

根据上述(1)所述的光电探测器，其中，

所述柱状物包括非晶硅、多晶硅或锗，并且

所述柱状物的高度等于或大于200nm。

(7)

根据上述(1)所述的光电探测器，其中，所述偏转部的所述柱状物包括选自氧化钛、氧化铌、氧化钽、氧化铝、氧化铪、氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅、硅碳氮化物和氧化锆中的任何材料或者它们的堆叠结构体，并且所述柱状物的高度等于或大于300nm。

(8)

根据上述(1)所述的光电探测器，其中，包括遮光膜，所述遮光膜位于所述半导体基板的照射面侧和所述偏转部之间，并且在所述像素中的至少一部分处具有开口。

(9)

根据上述(1)所述的光电探测器，其中，在相邻的两个所述光电转换部之间设置有具有沟槽结构的分离部，所述沟槽结构具有与所述半导体基板接触的绝缘膜。

(10)

根据上述(9)所述的光电探测器，其中，

所述分离部包括空气区域，并且

所述绝缘膜被设置在所述空气区域和所述半导体基板之间。

(11)

根据上述(9)所述的光电探测器，其中，

在所述分离部中，金属材料嵌入在所述沟槽结构中，并且

所述绝缘膜被设置在所述金属材料和所述半导体基板之间。

(12)

根据上述(1)所述的光电探测器，其中，在所述偏转部中，用填充材料填充所述多个柱状物之间，所述填充材料的折射率低于所述柱状物的折射率。

(13)

根据上述(12)所述的光电探测器，其中，在所述偏转部中，所述像素的边界处的填充物的至少一部分具有沟槽形状的开口。

(14)

根据上述(1)所述的光电探测器，其中，具有曲面形状的透镜部设置在所述偏转部的顶部、设置在所述半导体基板的照射面侧和所述偏转部之间或者设置在所述偏转部的顶部以及在所述半导体基板的照射面侧和所述偏转部之间。

(15)

根据上述(2)、(8)或(14)所述的光电探测器，其中，所述多个像素中的至少一些像素具有遮光膜的开口率等于或低于25％的针孔。

(16)

根据上述(1)所述的光电探测器，其中，所述多个像素中的至少一些像素包括被分割的多个分割光电转换部。

(17)

根据上述(8)所述的光电探测器，其中，所述半导体基板具有至少两种以上的像素，所述像素具有不同的遮光膜的开口部的重心。

(18)

根据上述(1)所述的光电探测器，其中，所述多个像素中的至少一些像素在所述半导体基板的表面上具有凹凸形状。

(19)

根据上述(1)所述的光电探测器，其中，

所述像素在所述半导体基板的照射面和所述偏转部之间具有导光部，并且

在所述导光部的像素边界的至少一部分处设置遮光壁。

(20)

根据上述(1)所述的光电探测器，其中，

所述像素在所述半导体基板的照射面和所述偏转部之间具有导光部，并且

在所述导光部的像素边界的至少一部分处设置折射率低于所述导光部的折射率的包层部。

(21)

根据上述(20)所述的光电探测器，其中，所述包层部至少部分地包括空气区域。

(22)

根据上述(19)、(20)或(21)所述的光电探测器，其中，遮光壁的一部分或包层部的一部分除了设置在所述导光部的像素边界处之外，还设置在所述半导体基板的基板中、设置在相对于所述偏转部的底部靠近入射光侧的区域中或者设置在它们两者中。

(23)

根据上述(1)所述的光电探测器，其中，

所述多个像素中的至少一些像素包括在相对于所述偏转部靠近入射表面侧上或者在偏转部和半导体基板的照射面侧之间的分光部，并且

所述分光部包括滤色器、通过堆叠具有不同折射率的膜形成的带通滤波器、法布里-珀罗干涉滤波器、包括具有规则开口的金属膜的表面等离子体滤波器、包括衍射光栅和包芯结构的导模共振(GMR：Guided Mode Resonance)滤波器或其堆叠结构体。

(24)

根据上述(3)、(8)、(14)、(15)、(17)、(19)、(20)、(21)、(22)或(23)中任一项所述的光电探测器，其中，在至少两级以上的偏转部和偏转部之间设置有遮光膜、针孔部、透镜部、导光部、遮光壁、包层部或分光部。

(25)

根据上述(1)所述的光电探测器，其中，在所述偏转部中，位于所述像素中央的所述多个柱状物之间的间距小于位于所述像素中央以外的所述多个柱状物之间的间距。

(26)

根据上述(1)所述的光电探测器，其中，

所述多个像素中的每个包括累积由所述光电转换部生成的信号电荷的电荷累积部，并且

在所述偏转部中，所述多个柱状物被排列成使得光不击中所述电荷累积部。

(27)

根据上述(26)所述的光电探测器，其中，在所述偏转部中，多个所述柱状物从所述像素中央到像素端不对称地排列，使得光不击中所述电荷累积部。

(28)

根据上述(1)所述的光电探测器，其中，

所述多个像素中的每个包括

布线层，其堆叠在与所述光电转换部的光入射表面相对的表面上，并且包括读出在所述光电转换部处生成的信号电荷的预定的金属布线图案，和

光扩散部，其在所述预定的金属布线图案和所述光电转换部之间对应于所述多个像素的每个像素配置，并且所述光扩散部在所述像素中具有多个柱状物，所述柱状物具有不同的厚度、间距或形状，并且

所述光扩散部将入射到所述光电转换部上的光中已经通过所述光电转换部的光会聚到所述光电转换部并朝向所述光电转换部反射。

(29)

根据上述(1)所述的光电探测器，其中，所述多个像素的每个在所述光电转换部的光入射表面侧上还包括将入射光会聚到所述偏转部上的片上透镜。

(30)

根据上述(29)所述的光电探测器，其中，在一个像素中设置有多个所述片上透镜。

(31)

根据上述(26)所述的光电探测器，其中，在所述偏转部中，所述多个柱状物被排列成使得聚光点被分布为防止光击中所述电荷累积部。

(32)

根据上述(26)所述的光电探测器，其中，在所述偏转部中，所述多个柱状物被排列成使得离所述电荷累积部最远的聚光位置的聚光力增加。

(33)

根据上述(26)所述的光电探测器，其中，在所述偏转部中，所述多个柱状物被排列成使得聚光位置扩大到除所述电荷累积部以外的区域。

(34)

根据上述(1)所述的光电探测器，其中，根据图像高度中的位置，所述偏转部配置成在预定方向上偏移所述像素中央。

(35)

根据上述(1)所述的光电探测器，其中，

所述光电转换部包括使光朝向光入射表面侧扩散的光扩散部，并且

在所述偏转部中，所述多个柱状物被配置为使得入射光会聚到所述光扩散部上。

(36)

根据上述(9)所述的光电探测器，其中，多个所述柱状物的每个具有折射率梯度，以获得所述分离部的全反射角。

(37)

根据上述(1)所述的光电探测器，其中，所述柱状物以针对每个所述像素不同的棱镜角将入射的主光线垂直地引导到所述光电转换部，所述主光线针对各图像高度以不同的角度入射。

(38)

一种光电探测器的制造方法，包括：

在半导体基板上以矩阵状形成多个像素，并且在所述多个像素的每个像素中形成对入射光进行光电转换的光电转换部和配置在所述光电转换部的光入射表面侧上的偏转部；和

在所述偏转部中，在所述多个像素的每个像素中形成具有不同的厚度、间距或形状的多个柱状物以获得所述像素的棱镜角。

(39)

一种电子设备，包括：

光电探测器，其包括在半导体基板上以矩阵状配置的多个像素，其中，

所述多个像素的每个像素包括：

光电转换部，其对入射光进行光电转换，和

偏转部，其配置在所述半导体基板的光入射表面侧上，并且所述偏转部在所述像素中具有多个柱状物，所述柱状物具有不同的厚度、间距或形状，并且

所述柱状物以棱镜角将针对各图像高度以不同角度入射的主光线引导到所述光电转换部，在所述棱镜角，光针对每个所述像素相对于所述主光线不同地弯曲。

[附图标记列表]

1、1A、1B、1C1、1C2、1C3、1D1、1D2、1D3、1E1、1E2、1E3、1E4、1F、1G、1H1、1H2、1H3、1I、1J：光电探测器

10：像素阵列部

11、12、41、42：信号线

20：垂直驱动部

30：列信号处理部

40：控制部

100、100R、100G、100B、100W：像素

101：光电转换元件

102：电荷保持部

102a、102b：FD部

103104105106：MOS晶体管

107a、107b：MEM部

200：无机保护膜

201、2151、201-1：填充材料

202：防反射膜

203、203-1、203-2、203-3、203-4：柱状物

204：防反射膜

205：绝缘膜

206：遮光金属

207、214：绝缘膜

208：固定电荷膜

209：半导体基板

210：布线层

210a：布线图案

211：支撑基板

212：光电转换部

213：元件分离部

216：片上透镜

217：内部透镜

218：防反射膜

219：衍射/散射元件

220、221、222：分光部

301：测距装置

310：抗蚀剂

320：无机材料

410、411：遮光壁

420、421：包层部

430G、430R：滤色器

440：等离子体滤波器

450：GMR滤波器

460：堆叠滤波器

470：偏转部

520：反射结构部

529、530：片上透镜

611、612、621、631、632、641、651：偏转部

710：柱状物

730：纳米颗粒

740：空气

750：多层

2001、2002、2003、2004、2006、2007、2008、2008-1、2008-2：偏转部

3000：电子设备

3010：测距装置

3100：光源部

3110：光接收部

3120：测距处理部

3200：应用部

3300：出射光

3310：被测量物

3320：反射光。

Claims (39)

1.一种光电探测器，包括：

多个像素，其以矩阵状排列在半导体基板上，其中，

所述多个像素的每个像素包括：

光电转换部，其对入射光进行光电转换，和

偏转部，其配置在所述半导体基板的光入射表面侧上，并且所述偏转部在像素中包括具有不同的厚度、间距或形状的多个柱状物，并且

所述柱状物以棱镜角将针对各图像高度以不同角度入射的主光线引导到所述光电转换部，在所述棱镜角，光针对每个像素相对于所述主光线不同地弯曲。

2.根据权利要求1所述的光电探测器，其中，所述柱状物具有将通过所述像素的入射光朝向各像素中心会聚的透镜功能。

3.根据权利要求1所述的光电探测器，其中，隔着平坦膜设置至少两级以上的所述偏转部。

4.根据权利要求1所述的光电探测器，其中，所述柱状物包括在入射表面侧、在光电转换部侧或者在入射表面侧和光电转换部侧两者上具有不同折射率的防反射膜。

5.根据权利要求4所述的光电探测器，其中，所述光电转换部侧的所述防反射膜包括蚀刻停止层。

6.根据权利要求1所述的光电探测器，其中，

所述柱状物包括非晶硅、多晶硅或锗，并且

所述柱状物的高度等于或大于200nm。

7.根据权利要求1所述的光电探测器，其中，所述偏转部的所述柱状物包括选自氧化钛、氧化铌、氧化钽、氧化铝、氧化铪、氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅、硅碳氮化物和氧化锆中的任何材料或者它们的堆叠结构体，并且所述柱状物的高度等于或大于300nm。

8.根据权利要求1所述的光电探测器，其中，包括遮光膜，所述遮光膜位于所述半导体基板的照射面侧和所述偏转部之间，并且在所述像素中的至少一部分处具有开口。

9.根据权利要求1所述的光电探测器，其中，在相邻的两个所述光电转换部之间设置有具有沟槽结构的分离部，所述沟槽结构具有与所述半导体基板接触的绝缘膜。

10.根据权利要求9所述的光电探测器，其中，

所述分离部包括空气区域，并且

所述绝缘膜被设置在所述空气区域和所述半导体基板之间。

11.根据权利要求9所述的光电探测器，其中，

在所述分离部中，金属材料嵌入在所述沟槽结构中，并且

所述绝缘膜被设置在所述金属材料和所述半导体基板之间。

12.根据权利要求1所述的光电探测器，其中，在所述偏转部中，用填充材料填充所述多个柱状物之间，所述填充材料的折射率低于所述柱状物的折射率。

13.根据权利要求12所述的光电探测器，其中，在所述偏转部中，所述像素的边界处的填充物的至少一部分具有沟槽形状的开口。

14.根据权利要求1所述的光电探测器，其中，具有曲面形状的透镜部设置在所述偏转部的顶部、设置在所述半导体基板的照射面侧和所述偏转部之间或者设置在它们两者中。

15.根据权利要求2、8或14所述的光电探测器，其中，所述多个像素中的至少一些像素具有遮光膜的开口率等于或低于25％的针孔。

16.根据权利要求1所述的光电探测器，其中，所述多个像素中的至少一些像素包括被分割的多个分割光电转换部。

17.根据权利要求8所述的光电探测器，其中，所述半导体基板具有至少两种以上的像素，所述像素具有不同的遮光膜的开口部的重心。

18.根据权利要求1所述的光电探测器，其中，所述多个像素中的至少一些像素在所述半导体基板的表面上具有凹凸形状。

19.根据权利要求1所述的光电探测器，其中，

所述像素在所述半导体基板的照射面和所述偏转部之间具有导光部，并且

在所述导光部的像素边界的至少一部分处设置有遮光壁。

20.根据权利要求1所述的光电探测器，其中，

所述像素在所述半导体基板的照射面和所述偏转部之间具有导光部，并且

在所述导光部的像素边界的至少一部分处设置有折射率低于所述导光部的折射率的包层部。

21.根据权利要求20所述的光电探测器，其中，所述包层部至少部分地包括空气区域。

22.根据权利要求19、20或21所述的光电探测器，其中，遮光壁的一部分或包层部的一部分除了设置在所述导光部的像素边界处之外，还设置在所述半导体基板的基板中、设置在相对于所述偏转部的底部靠近入射光侧的区域中或者设置在它们两者中。

23.根据权利要求1所述的光电探测器，其中，

所述多个像素中的至少一些像素包括在相对于所述偏转部靠近入射表面侧上或者在偏转部和半导体基板的照射面侧之间的分光部，并且

所述分光部包括滤色器、通过堆叠具有不同折射率的膜形成的带通滤波器、法布里-珀罗干涉滤波器、包括具有规则开口部的金属膜的表面等离子体滤波器、包括衍射光栅和包芯结构的导模共振滤波器或它们的堆叠结构体。

24.根据权利要求3、8、14、17、19、20、21或23中任一项所述的光电探测器，其中，在至少两级以上的偏转部和偏转部之间设置有遮光膜、针孔部、透镜部、导光部、遮光壁、包层部或分光部。

25.根据权利要求1所述的光电探测器，其中，在所述偏转部中，位于所述像素中央的所述多个柱状物之间的间距小于位于所述像素中央以外的所述多个柱状物之间的间距。

26.根据权利要求1所述的光电探测器，其中，

所述多个像素中的每个包括累积由所述光电转换部生成的信号电荷的电荷累积部，并且

在所述偏转部中，所述多个柱状物被排列成使得光不击中所述电荷累积部。

27.根据权利要求26所述的光电探测器，其中，在所述偏转部中，多个所述柱状物从所述像素中央到像素端不对称地排列，使得光不击中所述电荷累积部。

28.根据权利要求1所述的光电探测器，其中，

所述多个像素中的每个像素包括：

布线层，其堆叠在与所述光电转换部的光入射表面相对侧的表面上，并且包括读出在所述光电转换部处生成的信号电荷的预定的金属布线图案，和

光扩散部，其在所述预定的金属布线图案和所述光电转换部之间对应于所述多个像素的每个像素配置，并且所述光扩散部在所述像素中包括具有不同的厚度、间距或形状的多个柱状物，并且所述光扩散部将入射到所述光电转换部上的光中已经通过所述光电转换部的光会聚到所述光电转换部并朝向所述光电转换部反射。

29.根据权利要求1所述的光电探测器，其中，所述多个像素的每个在所述光电转换部的光入射表面侧上还包括将入射光会聚到所述偏转部上的片上透镜。

30.根据权利要求29所述的光电探测器，其中，在一个像素中设置有多个所述片上透镜。

31.根据权利要求26所述的光电探测器，其中，在所述偏转部中，所述多个柱状物被排列成使得聚光点被分散为防止光击中所述电荷累积部。

32.根据权利要求26所述的光电探测器，其中，在所述偏转部中，所述多个柱状物被排列成使得离所述电荷累积部最远的聚光位置的聚光力增加。

33.根据权利要求26所述的光电探测器，其中，在所述偏转部中，所述多个柱状物被排列成使得聚光位置扩大到除所述电荷累积部以外的区域。

34.根据权利要求1所述的光电探测器，其中，根据所述图像高度中的位置，所述偏转部配置成在预定方向上偏移所述像素中央。

35.根据权利要求1所述的光电探测器，其中，

所述光电转换部包括使光朝向光入射表面侧扩散的光扩散部，并且

在所述偏转部中，所述多个柱状物被配置为使得入射光会聚到所述光扩散部上。

36.根据权利要求9所述的光电探测器，其中，所述多个柱状物的每个具有折射率梯度，以获得所述分离部的全反射角。

37.根据权利要求1所述的光电探测器，其中，所述柱状物以针对每个所述像素不同的所述棱镜角将入射的主光线垂直地引导到所述光电转换部，所述主光线针对各所述图像高度以不同的角度入射。

38.一种光电探测器的制造方法，包括以下步骤：

在半导体基板上以矩阵状形成多个像素，并且在所述多个像素的每个像素中形成对入射光进行光电转换的光电转换部和配置在所述半导体基板的光入射表面侧上的偏转部；和

在所述偏转部中，在所述多个像素的每个像素中形成具有不同的厚度、间距或形状的多个柱状物以获得所述像素的棱镜角。

39.一种电子设备，包括：

光电探测器，其包括在半导体基板上以矩阵状配置的多个像素，其中，

所述多个像素的每个像素包括：

光电转换部，其对入射光进行光电转换，和

偏转部，其配置在所述半导体基板的光入射表面侧上，并且所述偏转部在像素中具有多个柱状物，所述柱状物具有不同的厚度、间距或形状，并且

所述柱状物以棱镜角将针对各图像高度以不同角度入射的主光线引导到所述光电转换部，在所述棱镜角，光针对每个所述像素相对于所述主光线不同地弯曲。