JP5888985B2 - Photoelectric conversion element, photoelectric conversion device using the same, and imaging system - Google Patents

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Description

本発明は導光路構造を有する光電変換装置に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion device having a light guide structure.

複数の光電変換素子を備えた光電変換装置において、光電変換部の数を増やすため、及び/又は光電変換装置を小型化するためには、受光面の幅を小さくする必要がある。そのため、光電変換部自体の感度が低下する場合がある。そこで、入射光の利用効率を高めることで光電変換素子の感度を向上することができる。
入射光の利用効率を高めるためには、特許文献1に記載されているように、光電変換部(受光部)の受光面上に光導波路を設けることが有効である。
In a photoelectric conversion device including a plurality of photoelectric conversion elements, in order to increase the number of photoelectric conversion units and / or to downsize the photoelectric conversion device, it is necessary to reduce the width of the light receiving surface. Therefore, the sensitivity of the photoelectric conversion unit itself may be reduced. Therefore, the sensitivity of the photoelectric conversion element can be improved by increasing the utilization efficiency of incident light.
In order to increase the utilization efficiency of incident light, as described in Patent Document 1, it is effective to provide an optical waveguide on the light receiving surface of a photoelectric conversion unit (light receiving unit).

特開2010−103458号公報JP 2010-103458 A

本発明は、入射光の利用効率を向上することを目的とする。   An object of the present invention is to improve the utilization efficiency of incident light.

上記課題を解決するための本発明の第1は、光電変換部と、前記光電変換部の上に設けられ、絶縁膜に囲まれた光路部材と、を備える光電変換素子において、前記光路部材は、第1部分と、前記第1部分の屈折率よりも低い屈折率を有する第2部分と、を含んでおり、前記光電変換部の受光面に平行な或る平面内および前記受光面に平行で前記或る平面よりも前記受光面に近い別の平面内において、前記第2部分が前記第1部分に連続するとともに前記第1部分を囲み、かつ、前記第2部分の屈折率が前記絶縁膜の屈折率よりも高く、前記或る平面内における前記第2部分の厚みよりも、前記別の平面内における前記第2部分の厚みが小さいことを特徴とする。   A first aspect of the present invention for solving the above problem is a photoelectric conversion element comprising a photoelectric conversion unit and an optical path member provided on the photoelectric conversion unit and surrounded by an insulating film. A first portion and a second portion having a refractive index lower than the refractive index of the first portion, and in a certain plane parallel to the light receiving surface of the photoelectric conversion unit and parallel to the light receiving surface In another plane closer to the light receiving surface than the certain plane, the second portion is continuous with the first portion and surrounds the first portion, and the refractive index of the second portion is the insulating layer. The refractive index is higher than the refractive index of the film, and the thickness of the second portion in the other plane is smaller than the thickness of the second portion in the certain plane.

また、上記課題を解決するための本発明の第2は、光電変換部と、前記光電変換部の上に設けられ、絶縁膜に囲まれた光路部材と、を備える光電変換素子において、前記光路部材は、窒化シリコンを材料とする第1部分と、窒化シリコンを材料とし、かつ、前記第1部分よりも窒化シリコンの密度が低い第2部分と、を含み、前記絶縁膜は、各々が酸化シリコンまたは珪酸塩ガラスを材料とする第1の絶縁層および第2の絶縁層を含み、前記光電変換部の受光面に平行な或る平面内において、前記第2部分が前記第1部分と前記第1の絶縁層との間に位置し、かつ、前記第2部分が前記第1部分に連続するとともに前記第1部分を囲み、前記光電変換部の受光面に平行で前記或る平面よりも前記受光面に近い別の平面内において、前記第2部分が前記第1部分と前記第2の絶縁層との間に位置し、かつ、前記第2部分が前記第1部分に連続するとともに前記第1部分を囲み、前記或る平面内における前記第2部分の厚みよりも、前記別の平面内における前記第2部分の厚みが小さいことを特徴とする。   In addition, a second aspect of the present invention for solving the above-described problem is a photoelectric conversion element including a photoelectric conversion unit and an optical path member provided on the photoelectric conversion unit and surrounded by an insulating film. The member includes a first portion made of silicon nitride and a second portion made of silicon nitride and having a silicon nitride density lower than that of the first portion, and each of the insulating films is oxidized. Including a first insulating layer and a second insulating layer made of silicon or silicate glass, and in a certain plane parallel to the light receiving surface of the photoelectric conversion portion, the second portion is the first portion and the second portion It is located between the first insulating layer, and the second portion is continuous with the first portion and surrounds the first portion, and is parallel to the light receiving surface of the photoelectric conversion unit and more than the certain plane. In another plane close to the light receiving surface, the second part Is located between the first part and the second insulating layer, and the second part is continuous with the first part and surrounds the first part, and the second part in the certain plane The thickness of the second portion in the other plane is smaller than the thickness of the portion.

上記課題を解決するための本発明の第3は、光電変換部と、前記光電変換部の上に設けられ、絶縁膜に囲まれた光路部材と、を備える光電変換素子において、前記光路部材は、窒化シリコンを材料とする第1部分と、窒化シリコンを材料とし、かつ、前記第1部分よりも窒素に対するシリコンの比が低い第2部分と、を含み、前記絶縁膜は、各々が酸化シリコンまたは珪酸塩ガラスを材料とする第1の絶縁層および第2の絶縁層を含み、前記光電変換部の受光面に平行な或る平面内において、前記第2部分が前記第1部分と前記第1の絶縁層との間に位置し、かつ、前記第2部分が前記第1部分に連続するとともに前記第1部分を囲み、前記光電変換部の受光面に平行で前記或る平面よりも前記受光面に近い別の平面内において、前記第2部分が前記第1部分と第2の絶縁層との間に位置し、かつ、前記第2部分が前記第1部分に連続するとともに前記第1部分を囲み、前記或る平面内における前記第2部分の厚みよりも、前記別の平面内における前記第2部分の厚みが小さいことを特徴とする。   A third aspect of the present invention for solving the above problems is a photoelectric conversion element comprising a photoelectric conversion unit and an optical path member provided on the photoelectric conversion unit and surrounded by an insulating film, wherein the optical path member is A first portion made of silicon nitride and a second portion made of silicon nitride and having a lower ratio of silicon to nitrogen than the first portion, each of the insulating films being made of silicon oxide Or a first insulating layer and a second insulating layer made of silicate glass, and the second portion is the first portion and the first in a plane parallel to the light receiving surface of the photoelectric conversion unit. And the second portion is continuous with the first portion and surrounds the first portion, and is parallel to the light receiving surface of the photoelectric conversion unit and more than the certain plane. In another plane close to the light receiving surface, the second part Is located between the first part and the second insulating layer, and the second part is continuous with the first part and surrounds the first part, and the second part in the certain plane The thickness of the second portion in the other plane is smaller than the thickness of the second portion.

本発明によれば、入射光の利用効率を向上することができる。   According to the present invention, the utilization efficiency of incident light can be improved.

光電変換素子の一例を説明する、光電変換素子の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a photoelectric conversion element for explaining an example of the photoelectric conversion element. 第1実施形態の一例を説明する光電変換素子の一部の断面模式図である。It is a partial cross-sectional schematic diagram of the photoelectric conversion element explaining an example of the first embodiment. 第1実施形態を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining 1st Embodiment. 第2実施形態の一例を説明する光電変換素子の一部の断面模式図である。It is a one part cross-sectional schematic diagram of the photoelectric conversion element explaining an example of 2nd Embodiment. 第3実施形態の一例を説明する光電変換素子の一部の断面模式図である。It is a one part cross-sectional schematic diagram of the photoelectric conversion element explaining an example of 3rd Embodiment. 第4実施形態の一例を説明する光電変換素子の一部の断面模式図である。It is a one part cross-sectional schematic diagram of the photoelectric conversion element explaining an example of 4th Embodiment. 第5実施形態の一例を説明する光電変換素子の一部の断面模式図である。It is a one part cross-sectional schematic diagram of the photoelectric conversion element explaining an example of 5th Embodiment. 第6実施形態の一例を説明する光電変換素子の一部の断面模式図である。It is a one part cross-sectional schematic diagram of the photoelectric conversion element explaining an example of 6th Embodiment. 光電変換装置および撮像システムの一例を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining an example of a photoelectric conversion apparatus and an imaging system.

まず、図1を用いて光電変換素子1の概要を説明する。図1は光電変換素子の一例を表す断面模式図である。   First, the outline | summary of the photoelectric conversion element 1 is demonstrated using FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a photoelectric conversion element.

光電変換素子1は、光電変換部110を備えている。光電変換素子1を1次元状あるいは2次元状に複数(多数)配列することで光電変換装置を成すことができる。光電変換装置については図9を用いて後述するが、光電変換装置は光電変換素子1から得られた信号を制御するための周辺回路をさらに含んでいてもよい。   The photoelectric conversion element 1 includes a photoelectric conversion unit 110. A photoelectric conversion device can be formed by arranging a plurality (multiple) of photoelectric conversion elements 1 in a one-dimensional or two-dimensional manner. The photoelectric conversion device will be described later with reference to FIG. 9, but the photoelectric conversion device may further include a peripheral circuit for controlling a signal obtained from the photoelectric conversion element 1.

光電変換部110は基板100に設けられている。光電変換装置では、1つの基板100は複数の光電変換部110を有しており、複数の光電変換部110の各々が別々の光電変換素子1の一部を成す。   The photoelectric conversion unit 110 is provided on the substrate 100. In the photoelectric conversion device, one substrate 100 includes a plurality of photoelectric conversion units 110, and each of the plurality of photoelectric conversion units 110 forms part of a separate photoelectric conversion element 1.

光電変換部110の、図面上で上側の面が受光面111である。受光面111を含む仮想的(幾何学的な)な平面を第1平面1001と呼ぶことにする。典型的には、光電変換部110は半導体基板100の主面101より深部に、不純物を導入することによって形成される。そのため、光電変換部110の受光面111は、典型的には基板100の主面101の少なくとも一部と実質的に一致し、第1平面1001は基板100の主面101を含む。   The upper surface of the photoelectric conversion unit 110 in the drawing is the light receiving surface 111. A virtual (geometric) plane including the light receiving surface 111 is referred to as a first plane 1001. Typically, the photoelectric conversion unit 110 is formed by introducing impurities deeper than the main surface 101 of the semiconductor substrate 100. Therefore, the light receiving surface 111 of the photoelectric conversion unit 110 typically substantially coincides with at least a part of the main surface 101 of the substrate 100, and the first plane 1001 includes the main surface 101 of the substrate 100.

ただし、光電変換部110は、半導体基板100の主面101に凹みを設けて、該凹みの底面より深部に形成されていてもよい。あるいは、ガラス板等の主面上にMIS型構造あるいはPIN型構造を有する薄膜として形成されていてもよい。これらの場合には、基板100の主面101と光電変換部110の受光面111は必ずしも同一平面内には存在しない。   However, the photoelectric conversion unit 110 may be formed deeper than the bottom surface of the recess by providing a recess in the main surface 101 of the semiconductor substrate 100. Alternatively, it may be formed as a thin film having a MIS type structure or a PIN type structure on the main surface of a glass plate or the like. In these cases, the main surface 101 of the substrate 100 and the light receiving surface 111 of the photoelectric conversion unit 110 are not necessarily in the same plane.

基板100上(主面101上)には、少なくとも基板100の、光電変換部110が配された一主面101を覆う絶縁膜200が設けられている。すなわち、絶縁膜200の下面は基板100の主面101に接している。
図1の例では、絶縁膜200は基板100の主面101と、光電変換部110の受光面111を覆っている。絶縁膜200は、複数の光電変換部110同士が導通しない程度の絶縁性(基板100の導電率よりも低い導電率)を有する。典型的には、絶縁膜200は透明である。絶縁膜200は一種類の材料からなる単層膜であってもよいが、典型的には絶縁膜200は互いに異なる材料からなる複数の層が積層された多層膜である。
On the substrate 100 (on the main surface 101), an insulating film 200 that covers at least one main surface 101 of the substrate 100 on which the photoelectric conversion unit 110 is disposed is provided. That is, the lower surface of the insulating film 200 is in contact with the main surface 101 of the substrate 100.
In the example of FIG. 1, the insulating film 200 covers the main surface 101 of the substrate 100 and the light receiving surface 111 of the photoelectric conversion unit 110. The insulating film 200 has an insulating property (conductivity lower than the conductivity of the substrate 100) such that the plurality of photoelectric conversion units 110 do not conduct with each other. Typically, the insulating film 200 is transparent. Although the insulating film 200 may be a single layer film made of one kind of material, the insulating film 200 is typically a multilayer film in which a plurality of layers made of different materials are laminated.

多層膜である場合の絶縁膜200の一例を説明する。絶縁膜200は、主面101側から順に、第1絶縁層205、第2絶縁層206、第3絶縁層207、第4絶縁層208、第5絶縁層209、第6絶縁層210、第7絶縁層211、第8絶縁層212、第9絶縁層213、第10絶縁層214、第11絶縁層215が順次積層されてなる。また絶縁膜200は、第2絶縁層206の一部と第3絶縁層207の一部との間に位置した第12絶縁層216を含んでいる。   An example of the insulating film 200 in the case of a multilayer film will be described. The insulating film 200 includes a first insulating layer 205, a second insulating layer 206, a third insulating layer 207, a fourth insulating layer 208, a fifth insulating layer 209, a sixth insulating layer 210, and a seventh insulating layer in order from the main surface 101 side. The insulating layer 211, the eighth insulating layer 212, the ninth insulating layer 213, the tenth insulating layer 214, and the eleventh insulating layer 215 are sequentially stacked. The insulating film 200 includes a twelfth insulating layer 216 located between a part of the second insulating layer 206 and a part of the third insulating layer 207.

これらの絶縁層のうち、第2絶縁層206、第5絶縁層209、第7絶縁層211、第9絶縁層213、および、第11絶縁層215は酸化シリコン(SiO)からなる。第3絶縁層207はBPSG(硼燐珪酸塩ガラス)からなるが、BPSGに代えて、PSG(燐珪酸塩ガラス)、BSG(硼珪酸塩ガラス)でもよいし、酸化シリコン(SiO)でもよい。これらの絶縁層のうち、第1絶縁層205、第4絶縁層208、第6絶縁層210、第8絶縁層212、および、第10絶縁層214、第12絶縁層216は窒化シリコン(Si)からなる。 Among these insulating layers, the second insulating layer 206, the fifth insulating layer 209, the seventh insulating layer 211, the ninth insulating layer 213, and the eleventh insulating layer 215 are made of silicon oxide (SiO 2 ). The third insulating layer 207 is made of BPSG (borophosphosilicate glass), but instead of BPSG, PSG (phosphosilicate glass), BSG (borosilicate glass), or silicon oxide (SiO 2 ) may be used. . Among these insulating layers, the first insulating layer 205, the fourth insulating layer 208, the sixth insulating layer 210, the eighth insulating layer 212, the tenth insulating layer 214, and the twelfth insulating layer 216 are made of silicon nitride (Si 3 N 4 ).

絶縁膜200の内部には配線217を設けてもよい。配線217は多層配線であってもよく、図1では、配線217が、第1配線層2171と、第2配線層2172と、プラグ層2173とで構成された例を示している。プラグ層2173は、第1配線層2171と第2配線層2172との間に位置しており、第1配線層2171と第2配線層2172同士を接続している。配線層を2層とした例を示したが、第1配線層2171と第2配線層2172との間にさらに配線層を設けて3層以上の配線層としてもよい。配線217には銅やアルミニウム、タングステン、タンタル、チタン、ポリシリコンなどの導電材料を用いることができる。典型的な配線217は不透明であり、金属光沢を有している。半導体基板100の主面101上にMOS構造を有する転送ゲートのゲート電極218が設けられている。ゲート電極218はポリシリコンからなり、不図示のプラグを介して第1配線層2171に接続されている。   A wiring 217 may be provided inside the insulating film 200. The wiring 217 may be a multilayer wiring, and FIG. 1 shows an example in which the wiring 217 includes a first wiring layer 2171, a second wiring layer 2172, and a plug layer 2173. The plug layer 2173 is located between the first wiring layer 2171 and the second wiring layer 2172, and connects the first wiring layer 2171 and the second wiring layer 2172 to each other. Although an example in which two wiring layers are provided has been described, a wiring layer may be further provided between the first wiring layer 2171 and the second wiring layer 2172 to form three or more wiring layers. For the wiring 217, a conductive material such as copper, aluminum, tungsten, tantalum, titanium, or polysilicon can be used. A typical wiring 217 is opaque and has a metallic luster. A gate electrode 218 of a transfer gate having a MOS structure is provided on the main surface 101 of the semiconductor substrate 100. The gate electrode 218 is made of polysilicon and connected to the first wiring layer 2171 through a plug (not shown).

配線217について、一例を挙げる。不図示のプラグはタングステンを主成分とし、シングルダマシン法によって形成することができる。第1配線層2171は銅を主成分とし、シングルダマシン法によって形成することができる。プラグ層2173および第2配線層2172は銅を主成分とし、デュアルダマシン法によって一体的に形成することができる。この際、第4絶縁層208、第6絶縁層210、第8絶縁層212はエッチング制御層および銅の拡散防止層として、第10絶縁層214は銅の拡散防止層として用いることができる。なお、第1配線層2171、第2配線層2172、コンタクト層2173、プラグは、絶縁膜200との界面近傍に、タンタル等を主成分とするバリアメタルを有することができる。   An example of the wiring 217 is given. The plug (not shown) contains tungsten as a main component and can be formed by a single damascene method. The first wiring layer 2171 is mainly composed of copper and can be formed by a single damascene method. The plug layer 2173 and the second wiring layer 2172 are mainly composed of copper and can be integrally formed by a dual damascene method. At this time, the fourth insulating layer 208, the sixth insulating layer 210, and the eighth insulating layer 212 can be used as an etching control layer and a copper diffusion preventing layer, and the tenth insulating layer 214 can be used as a copper diffusion preventing layer. Note that the first wiring layer 2171, the second wiring layer 2172, the contact layer 2173, and the plug can have a barrier metal whose main component is tantalum or the like in the vicinity of the interface with the insulating film 200.

絶縁膜200は開口部(穴部)201を有している。開口部201は貫通穴もしくは凹部とすることができるが、図1では、開口部201を凹部とした場合の構成を示している。絶縁膜200は、実質的に平坦で基板100の主面101に平行な上面202を有している。ここでは、第11絶縁層215が絶縁膜200の上面202を成す。上面202を含む仮想的(幾何学的な)な平面を第2平面1002と呼ぶことにする。第2平面1002は第1平面1001に平行であって、第1平面1001と第2平面1002は実質的に絶縁膜200の厚み分だけ離れている。開口部201は上面202に連続している。詳細には、開口部201は、底面203と側面204とで構成されている。ここでは、第12絶縁層216が底面203を成す。底面203を含む仮想的(幾何学的な)な平面を第3平面1003と呼ぶことにする。底面203は受光面111に対応した領域に位置している。詳細には、底面203は主面101に平行な方向(第1平面1001および第3平面1003に平行な方向)において、受光面111からの正射影に入るように位置している。このようにして、受光面111と底面203とは絶縁膜200の一部を介して対向している。第3平面1003は第2平面1002(及び第1平面1002)に平行であって、第2平面1002と第3平面1003は実質的に開口部201の深さ分だけ離れている。側面204は上面202及び底面203に連続している。そのため、側面204は実質的に第2平面1002と第3平面1003との間に延在している。なお、開口部201の断面形状がU字型を呈していて、実際には底面203と側面204の境界が明確でない場合がある。その場合でも、第3平面1003は、少なくとも、絶縁膜200の基板100側とは反対側の表面において基板100に最も近い点(開口部201の底)を含む。上記したように、「絶縁膜200の基板100側とは反対側の表面」は上面202、底面203、側面204を有している。絶縁膜200の基板100側の表面は、絶縁膜200の下面である。これまでの説明から明らかなように、第1平面1001と第3平面1003の距離は、実質的に、絶縁膜200の厚みと開口部201の深さとの差に相当する。   The insulating film 200 has an opening (hole) 201. Although the opening 201 can be a through hole or a recess, FIG. 1 shows a configuration in which the opening 201 is a recess. The insulating film 200 has an upper surface 202 that is substantially flat and parallel to the main surface 101 of the substrate 100. Here, the eleventh insulating layer 215 forms the upper surface 202 of the insulating film 200. A virtual (geometric) plane including the upper surface 202 is referred to as a second plane 1002. The second plane 1002 is parallel to the first plane 1001, and the first plane 1001 and the second plane 1002 are substantially separated by the thickness of the insulating film 200. The opening 201 is continuous with the upper surface 202. Specifically, the opening 201 includes a bottom surface 203 and a side surface 204. Here, the twelfth insulating layer 216 forms the bottom surface 203. A virtual (geometric) plane including the bottom surface 203 is referred to as a third plane 1003. The bottom surface 203 is located in a region corresponding to the light receiving surface 111. Specifically, the bottom surface 203 is positioned so as to enter an orthogonal projection from the light receiving surface 111 in a direction parallel to the main surface 101 (a direction parallel to the first plane 1001 and the third plane 1003). In this way, the light receiving surface 111 and the bottom surface 203 are opposed to each other through part of the insulating film 200. The third plane 1003 is parallel to the second plane 1002 (and the first plane 1002), and the second plane 1002 and the third plane 1003 are substantially separated by the depth of the opening 201. The side surface 204 is continuous with the top surface 202 and the bottom surface 203. Therefore, the side surface 204 extends substantially between the second plane 1002 and the third plane 1003. Note that the cross-sectional shape of the opening 201 is U-shaped, and the boundary between the bottom surface 203 and the side surface 204 may not be clear in practice. Even in that case, the third plane 1003 includes at least a point closest to the substrate 100 (the bottom of the opening 201) on the surface of the insulating film 200 opposite to the substrate 100 side. As described above, “the surface of the insulating film 200 opposite to the substrate 100 side” has the upper surface 202, the bottom surface 203, and the side surface 204. The surface of the insulating film 200 on the substrate 100 side is the lower surface of the insulating film 200. As is clear from the above description, the distance between the first plane 1001 and the third plane 1003 substantially corresponds to the difference between the thickness of the insulating film 200 and the depth of the opening 201.

開口部201の深さは、絶縁膜200の厚みの1/4以上であることが好ましく、絶縁膜200の厚みの1/2以上であることがより好ましい。また、開口部201の深さは、入射光の波長よりも長いことが好ましい。典型的な入射光の波長は緑色の0.55μmであり、開口部201の深さに相当する、第2平面1002と第3平面1003との距離は0.55μm以上であることが好ましい。したがって、絶縁膜200の厚みは0.55μmより厚いことが好ましい。より好ましくは、絶縁膜200の厚みを1.0μm以上とする。絶縁膜200を極端に厚くすると応力が大きくなったり、製造に時間がかかったりするため、実用的には、絶縁膜200の厚みTは10μm以下、好ましくは5.0μm以下とする。 The depth of the opening 201 is preferably ¼ or more of the thickness of the insulating film 200, and more preferably ½ or more of the thickness of the insulating film 200. The depth of the opening 201 is preferably longer than the wavelength of incident light. The wavelength of typical incident light is 0.55 μm for green, and the distance between the second plane 1002 and the third plane 1003 corresponding to the depth of the opening 201 is preferably 0.55 μm or more. Therefore, the thickness of the insulating film 200 is preferably thicker than 0.55 μm. More preferably, the thickness of the insulating film 200 is 1.0 μm or more. Or greater when extremely thickening the insulating film 200 stress, for it takes time to manufacture, in practice, the thickness T I of the insulating film 200 is 10μm or less, preferably not more than 5.0 .mu.m.

開口部201の側面204の平面形状(第1平面1001に平行な平面内での開口部201の形状)は閉ループ状であり、円形や、楕円形、角丸四角形、四角形、六角形とすることができる。ここでは、円形である。なお、底面203も円形である。開口部201の開口端(第2平面1002内での側面204)の幅(直径)は、典型的には10μm以下であり、5.0μm以下であることが好ましい。開口端の幅が、2.0μm以下である場合に本発明は特に顕著な効果を奏する。   The planar shape of the side surface 204 of the opening 201 (the shape of the opening 201 in a plane parallel to the first plane 1001) is a closed loop shape, and may be a circle, an ellipse, a rounded rectangle, a rectangle, or a hexagon. Can do. Here, it is circular. The bottom surface 203 is also circular. The width (diameter) of the opening end of the opening 201 (side surface 204 in the second plane 1002) is typically 10 μm or less, and preferably 5.0 μm or less. The present invention has a particularly remarkable effect when the width of the opening end is 2.0 μm or less.

開口部201の断面形状(中心軸を通り、第1平面1001に垂直な平面内での開口部201の形状)は、図1に示す様な逆台形や、正台形、長方形、正方形、あるいはこれらを組み合わせた階段形とすることができる。   The cross-sectional shape of the opening 201 (the shape of the opening 201 in a plane that passes through the central axis and is perpendicular to the first plane 1001) may be an inverted trapezoid, a regular trapezoid, a rectangle, a square, or the like as shown in FIG. It can be made into the step form which combined.

開口部201内には光路部材220が位置している。光が光路部材220を通過するために、光路部材220は透明である。なお、ここでいう透明とは実質的に光電変換を行う波長域の光に対して十分な透明性を有していればよく、波長選択性を有していてもよい。   An optical path member 220 is located in the opening 201. Since light passes through the optical path member 220, the optical path member 220 is transparent. The term “transparent” as used herein is sufficient if it has sufficient transparency with respect to light in a wavelength region where photoelectric conversion is substantially performed, and may have wavelength selectivity.

光路部材220は開口部201の内側に位置している。そのため、光路部材220は、光電変換部110上に位置しており、絶縁膜200で囲まれている。詳細には、光路部材220は開口部201の側面204に囲まれており、絶縁膜200の側面204に接している。また、光路部材220は開口部201の底面203にも接している。さらに詳細には、光路部材220は、絶縁膜200の第3絶縁層207、第4絶縁層208、第5絶縁層209、第6絶縁層210、第7絶縁層211、第8絶縁層212、第9絶縁層213、第10絶縁層214および、第11絶縁層215で囲まれている。そして、光路部材220は、開口部201の底面203を成す第12絶縁層216と接している。このようにして、光路部材220は、光電変換部110に対応する領域(受光面111の正射影の領域)に位置している。なお、開口部201を凹部ではなく、貫通穴とした場合には、受光面111が開口部201の底面203を成す。換言すれば、光路部材220は光電変換部110と接する。そして、開口部201の深さは実質的に絶縁膜200の厚みと等しくなる。   The optical path member 220 is located inside the opening 201. Therefore, the optical path member 220 is located on the photoelectric conversion unit 110 and is surrounded by the insulating film 200. Specifically, the optical path member 220 is surrounded by the side surface 204 of the opening 201 and is in contact with the side surface 204 of the insulating film 200. The optical path member 220 is also in contact with the bottom surface 203 of the opening 201. More specifically, the optical path member 220 includes the third insulating layer 207, the fourth insulating layer 208, the fifth insulating layer 209, the sixth insulating layer 210, the seventh insulating layer 211, the eighth insulating layer 212, the insulating film 200, Surrounded by a ninth insulating layer 213, a tenth insulating layer 214, and an eleventh insulating layer 215. The optical path member 220 is in contact with the twelfth insulating layer 216 that forms the bottom surface 203 of the opening 201. In this way, the optical path member 220 is located in an area corresponding to the photoelectric conversion unit 110 (an orthogonal projection area of the light receiving surface 111). When the opening 201 is not a recess but a through hole, the light receiving surface 111 forms the bottom surface 203 of the opening 201. In other words, the optical path member 220 is in contact with the photoelectric conversion unit 110. The depth of the opening 201 is substantially equal to the thickness of the insulating film 200.

光路部材220の形状は実質的に開口部201の形状と略一致する。本実施形態では、光路部材220は円錐台形状を呈するが、開口部201の形状に応じて、角錐台形状でもよいし、角柱形状、円柱形状でもよい。光路部材220は中心軸に対して回転対称であることが好ましい。光路部材220の幅(直径)は、典型的には10μm以下であり、5.0μm以下であることが好ましい。開口端の幅が、2.0μm以下である場合に本発明は特に顕著な効果を奏する。   The shape of the optical path member 220 substantially matches the shape of the opening 201. In the present embodiment, the optical path member 220 has a truncated cone shape, but may have a truncated pyramid shape, a prismatic shape, or a cylindrical shape according to the shape of the opening 201. The optical path member 220 is preferably rotationally symmetric with respect to the central axis. The width (diameter) of the optical path member 220 is typically 10 μm or less, and preferably 5.0 μm or less. The present invention has a particularly remarkable effect when the width of the opening end is 2.0 μm or less.

光路部材220の少なくとも一部の屈折率は、絶縁膜200の屈折率よりも高い。なお、以下の説明では、「絶縁膜200の屈折率」を絶縁膜200の大部分を成す材料の屈折率として説明する。光路部材220の一部の屈折率が絶縁膜200の屈折率以下であってもよい。本発明において単に屈折率という場合には絶対屈折率を意味している。屈折率は波長によって異なるが、少なくとも光電変換部110で信号電荷を生成し得る光の波長に対する屈折率である。さらに、光電変換素子1がカラーフィルタ等の波長選択部を有している場合には、当該波長選択部を透過した光の波長を用いる。しかしながら、実用的には、入射光の波長を人間の眼が敏感な緑色の波長である0.55μmとみなしても差支えなく、以下の説明では、0.55μmに対する屈折率として説明する。   The refractive index of at least a part of the optical path member 220 is higher than the refractive index of the insulating film 200. In the following description, the “refractive index of the insulating film 200” will be described as the refractive index of the material constituting most of the insulating film 200. The refractive index of a part of the optical path member 220 may be equal to or lower than the refractive index of the insulating film 200. In the present invention, the simple refractive index means the absolute refractive index. Although the refractive index varies depending on the wavelength, it is at least a refractive index with respect to the wavelength of light that can generate a signal charge in the photoelectric conversion unit 110. Furthermore, when the photoelectric conversion element 1 has a wavelength selection unit such as a color filter, the wavelength of light transmitted through the wavelength selection unit is used. However, practically, the wavelength of incident light may be regarded as 0.55 μm, which is a green wavelength that is sensitive to human eyes. In the following description, the refractive index will be described with respect to 0.55 μm.

光路部材220の最外層の屈折率が絶縁膜200の屈折率よりも高く、光路部材220と絶縁膜200とが界面を成す場合には、幾何光学的には当該界面で全反射を生じ、光路部材220内に入射光を導き、結果として受光面111に導くことができる。   When the refractive index of the outermost layer of the optical path member 220 is higher than the refractive index of the insulating film 200 and the optical path member 220 and the insulating film 200 form an interface, total reflection occurs at the interface in terms of geometrical optics, and the optical path Incident light can be guided into the member 220, and as a result, can be guided to the light receiving surface 111.

なお、導波路構造として、光路部材と絶縁膜の側面との間に、光路部材と絶縁膜とが接しないように不透明膜を設ける構成が知られている(例えば、特開2002−118245号公報)。不透明膜を設けると、迷光の原因となる、側面204から漏れ出す光の量を低減できる。さらに、不透明膜が金属光沢を有する膜(金属膜等)であると、当該不透明膜で金属反射を生じ、光路部材内に入射光を受光面に導くことができる。しかしながら、不透明膜が光路部材220と側面204との間に位置すると、光路部材220に入射せずに絶縁膜200に入射した光は、光路部材220には入射しないために、光利用効率が著しく低下してしまう。一方、不透明膜を設けずに、光路部材220が絶縁膜200の側面204と接していると、絶縁膜200に入射した光を、絶縁膜200から光路部材220に入射させることが可能となり、光利用効率を向上することができる。   As a waveguide structure, a configuration is known in which an opaque film is provided between the optical path member and the side surface of the insulating film so that the optical path member and the insulating film are not in contact with each other (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-118245). ). When an opaque film is provided, the amount of light leaking from the side surface 204 that causes stray light can be reduced. Furthermore, when the opaque film is a film having a metallic luster (such as a metal film), metal reflection occurs in the opaque film, and incident light can be guided to the light receiving surface in the optical path member. However, when the opaque film is positioned between the optical path member 220 and the side surface 204, the light incident on the insulating film 200 without entering the optical path member 220 does not enter the optical path member 220, so that the light utilization efficiency is remarkably high. It will decline. On the other hand, when the optical path member 220 is in contact with the side surface 204 of the insulating film 200 without providing the opaque film, the light incident on the insulating film 200 can be incident on the optical path member 220 from the insulating film 200. Utilization efficiency can be improved.

光路部材220の材料(透明材料)は、有機材料(樹脂)でもよいし無機材料でもよい。しかしながら、無機材料は化学的に安定であるために好ましい。樹脂としては、シロキサン系樹脂やポリイミド等が挙げられる。無機材料としては、窒化シリコン(Si)、酸窒化シリコン(SiO)、酸化チタン(TiO)が好適である。光路部材220は単一の材料で構成されていてもよいし、複数の材料で構成されていてもよい。光路部材220、絶縁膜200の材料として例示した材料の屈折率の大まかな値を挙げる。酸化シリコンは1.4〜1.5、酸窒化シリコンは1.6〜1.9、窒化シリコンは1.8〜2.3、酸化チタンは2.5〜2.7、BSG、PSG、BPSGは1.4〜1.6である。なお、ここで述べた屈折率の値の有効数字は2桁であり、小数点2桁目は四捨五入している。上記した値は一例であって、同じ材料であっても、成膜方法を変更することによって、非化学量論的組成比や、材料密度が変化するため、屈折率を適宜設定することが可能である。なお、一般的な樹脂の屈折率は1.3〜1.6、高屈折率樹脂でも1.6〜1.8であるが、金属酸化物等の高屈折率無機材料を含有させることにより、実効的な屈折率を高くすることができる。樹脂に含有させる高屈折率無機材料としては、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化ハフニウム等が挙げられる。 The material (transparent material) of the optical path member 220 may be an organic material (resin) or an inorganic material. However, inorganic materials are preferred because they are chemically stable. Examples of the resin include siloxane-based resins and polyimide. As the inorganic material, silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon oxynitride (SiO x N y ), and titanium oxide (TiO 2 ) are preferable. The optical path member 220 may be made of a single material or may be made of a plurality of materials. The rough values of the refractive index of the materials exemplified as the materials of the optical path member 220 and the insulating film 200 are given. 1.4 to 1.5 for silicon oxide, 1.6 to 1.9 for silicon oxynitride, 1.8 to 2.3 for silicon nitride, 2.5 to 2.7 for titanium oxide, BSG, PSG, BPSG Is 1.4 to 1.6. Note that the significant figures of the refractive index values described here are two digits, and the second decimal place is rounded off. The above values are examples, and even for the same material, the refractive index can be set as appropriate because the non-stoichiometric composition ratio and material density change by changing the film formation method. It is. In addition, the refractive index of a general resin is 1.3 to 1.6, and even a high refractive index resin is 1.6 to 1.8, but by including a high refractive index inorganic material such as a metal oxide, The effective refractive index can be increased. Examples of the high refractive index inorganic material contained in the resin include titanium oxide, tantalum oxide, niobium oxide, tungsten oxide, zirconium oxide, zinc oxide, indium oxide, and hafnium oxide.

詳細は実施形態を用いて後述するが、本発明では、光路部材220は、第1高屈折率領域と、第1高屈折率領域の屈折率よりも高い屈折率を有する第2高屈折率領域とで構成されるような屈折率分布を有している。そして、この屈折率分布は、光路部材220の少なくとも一部を成す、同じ材料(同一の材料)で占められた部分(中心部分及び周辺部分)内に形成することができる。実用的には、光路部材220の屈折率は1.6以上であることが好ましい。また、実用的には、上記1つの材料で占められた部分が有する屈折率分布における、屈折率の最大値と最小値との差は0.025以上であることが好ましく、0.050以上であることがより好ましい。なお、典型的には、屈折率の最大値と最小値との差は0.50以下であり、実用的には0.25以下である。屈折率分布において、第1高屈折率領域と第2高屈折率領域の境界を明確に観察できる場合もあるが、明確に観察できない場合もある。例えば、中心軸から絶縁膜200へ向かって、屈折率が緩やかに変化している場合には、第1高屈折率領域と第2高屈折率領域の境界は明確に観察できないであろう。このような場合には、次のようにして、第1高屈折率領域と第2高屈折率領域の境界を決めることができる。すなわち、光路部材220中の同一材料からなる部分の屈折率の最大値と最小値の中間値((最大値+最小値)/2)を求める。そして、光路部材220内の屈折率分布において、当該中間値となる点を結んだ線を、第1高屈折率領域と第2高屈折率領域の境界に定めることができる。当然、第1高屈折率領域は屈折率が最小である部分を含み、第2高屈折率領域は屈折率が最大である部分を含む。   Although details will be described later using an embodiment, in the present invention, the optical path member 220 includes a first high refractive index region and a second high refractive index region having a refractive index higher than the refractive index of the first high refractive index region. And a refractive index distribution as shown in FIG. And this refractive index distribution can be formed in the part (center part and peripheral part) which comprises at least one part of the optical path member 220, and was occupied with the same material (same material). Practically, the optical path member 220 preferably has a refractive index of 1.6 or more. Further, practically, the difference between the maximum value and the minimum value of the refractive index in the refractive index distribution of the portion occupied by the one material is preferably 0.025 or more, and 0.050 or more. More preferably. Typically, the difference between the maximum value and the minimum value of the refractive index is 0.50 or less, and practically 0.25 or less. In the refractive index distribution, the boundary between the first high refractive index region and the second high refractive index region may be clearly observable, but may not be clearly observable. For example, when the refractive index changes gently from the central axis toward the insulating film 200, the boundary between the first high refractive index region and the second high refractive index region will not be clearly observable. In such a case, the boundary between the first high refractive index region and the second high refractive index region can be determined as follows. That is, an intermediate value ((maximum value + minimum value) / 2) between the maximum value and the minimum value of the refractive index of the portion made of the same material in the optical path member 220 is obtained. In the refractive index distribution in the optical path member 220, a line connecting the intermediate points can be defined at the boundary between the first high refractive index region and the second high refractive index region. Naturally, the first high refractive index region includes a portion having the minimum refractive index, and the second high refractive index region includes a portion having the maximum refractive index.

なお、「同じ材料」とは、化学量論的組成が同じである材料を意味している。そのため、化学量論的組成からずれた(すなわち、非化学量論的組成が異なっている)材料や、結晶性、材料密度、添加物(主材料より少ない)の濃度、不純物(1wt%以下)およびその濃度が異なっている材料も「同じ材料」とみなすことができる。例えば、窒化シリコンの化学量論的組成比はSi:N=3:4であるが、化学量論的組成比が同じである範囲内において、実際のSiとNの比が互いに異なる材料同士も同じ材料とみなす。また、例えば、単結晶シリコンとポリシリコン(多結晶シリコン)は同じ材料とみなす。なお、化学量論的組成が異なる材料は同じ材料ではない。例えば、一酸化チタン(TiO)と二酸化チタン(TiO)はいずれも酸素とチタンの化合物(チタン酸化物)ではあるが、化学量論的には異なる材料である。上記したように、窒化シリコンは酸化シリコンよりもかなり高い屈折率を有するとともに、酸窒化シリコンに比べて有し得る屈折率の範囲が広いことから、光路部材220の上記屈折率分布を有する材料として好適である。光路部材220に窒化シリコンを用いる場合には、窒化シリコンの成膜方法を成膜途中で変えることによって、上記した屈折率分布を形成することが可能である。また、光路部材220に、金属酸化物粒子が分散した樹脂を用いる場合には、樹脂に含有させる金属酸化物粒子などの高屈折率無機材料の濃度を変化させることによっても、上記した屈折率分布を形成することが可能である。光路部材220の屈折率分布は、互いに異なる材料で形成することもできる。しかしながら、上述したような手法により、同じ材料で屈折率分布を形成することで本発明は顕著な効果を奏し得る。 The “same material” means materials having the same stoichiometric composition. Therefore, materials that deviate from the stoichiometric composition (that is, non-stoichiometric composition is different), crystallinity, material density, concentration of additives (less than the main material), impurities (1 wt% or less) In addition, materials having different concentrations can be regarded as “the same material”. For example, the stoichiometric composition ratio of silicon nitride is Si: N = 3: 4. However, within the range where the stoichiometric composition ratio is the same, materials having different actual Si / N ratios may be used. Consider the same material. For example, single crystal silicon and polysilicon (polycrystalline silicon) are regarded as the same material. Note that materials having different stoichiometric compositions are not the same material. For example, titanium monoxide (TiO) and titanium dioxide (TiO 2 ) are both oxygen and titanium compounds (titanium oxides), but are stoichiometrically different materials. As described above, silicon nitride has a significantly higher refractive index than silicon oxide and has a wider range of refractive index than silicon oxynitride. Therefore, as a material having the refractive index distribution of the optical path member 220, Is preferred. When silicon nitride is used for the optical path member 220, the above refractive index distribution can be formed by changing the silicon nitride film forming method during film formation. In addition, when a resin in which metal oxide particles are dispersed is used for the optical path member 220, the refractive index distribution described above can also be obtained by changing the concentration of a high refractive index inorganic material such as metal oxide particles contained in the resin. Can be formed. The refractive index distribution of the optical path member 220 may be formed of different materials. However, the present invention can achieve a remarkable effect by forming a refractive index profile with the same material by the method described above.

光路部材220および絶縁膜200の形成方法は特に限定されない。典型的には、開口部201のない絶縁膜にエッチング加工を施して開口部201を有する絶縁膜200を形成した後に、開口部201内に光路部材220の材料を堆積させて光路部材220を形成する第1の形成方法を採用することができる。他には、絶縁膜200を構成する各絶縁層を形成するごとに、各絶縁層をエッチングして開口を設ける工程と、光路部材220の材料を開口内に堆積させる工程とを繰り返す第2の形成方法を採用してもよい。また、先に光路部材220を配置した後に、光路部材220の周囲に絶縁膜200の一部の絶縁層を配置する第3の形成方法を採用してもよい。また、開口部201のない絶縁膜を形成した後に、光路部材220に対応する絶縁膜の一部を改質することによって光路部材220を形成する第4の形成方法を採用してもよい。   The formation method of the optical path member 220 and the insulating film 200 is not particularly limited. Typically, after an insulating film 200 having the opening 201 is formed by etching the insulating film without the opening 201, the material of the optical path member 220 is deposited in the opening 201 to form the optical path member 220. The first forming method can be adopted. In addition, each time each insulating layer constituting the insulating film 200 is formed, a second step of repeating the step of etching each insulating layer to provide an opening and the step of depositing the material of the optical path member 220 in the opening is repeated. A forming method may be adopted. Alternatively, a third forming method may be employed in which after the optical path member 220 is first disposed, a part of the insulating layer of the insulating film 200 is disposed around the optical path member 220. Alternatively, a fourth forming method may be employed in which the optical path member 220 is formed by modifying a part of the insulating film corresponding to the optical path member 220 after forming the insulating film without the opening 201.

図1の例では、第1の形成方法を採用した例を示している。第12絶縁層216は、絶縁膜200の一部を構成し、開口部201の底面203を構成している。第12絶縁層216は、受光面111の上部及びゲート電極218の一部の上部に配置されている。平面方向における第12絶縁層216の面積は、底面203の面積よりも大きい。また、平面方向における第12絶縁層216の面積は、第1絶縁層205、第2絶縁層206の面積よりも小さい。ここでは、第3絶縁層207が存在する範囲内に開口部201の底面203が位置している。換言すれば、第3平面1003内に第3絶縁層207が位置している。開口部201の底面(第3平面1003)は、第1配線層2171よりも半導体基板100の近くに位置していることが好ましい。   In the example of FIG. 1, the example which employ | adopted the 1st formation method is shown. The twelfth insulating layer 216 constitutes part of the insulating film 200 and constitutes the bottom surface 203 of the opening 201. The twelfth insulating layer 216 is disposed on the light receiving surface 111 and a part of the gate electrode 218. The area of the twelfth insulating layer 216 in the planar direction is larger than the area of the bottom surface 203. The area of the twelfth insulating layer 216 in the planar direction is smaller than the areas of the first insulating layer 205 and the second insulating layer 206. Here, the bottom surface 203 of the opening 201 is located within the range where the third insulating layer 207 exists. In other words, the third insulating layer 207 is located in the third plane 1003. The bottom surface (third plane 1003) of the opening 201 is preferably located closer to the semiconductor substrate 100 than the first wiring layer 2171.

第12絶縁層216は多層絶縁膜200に開口部201を形成する際のエッチングストッパーとして機能することができる。エッチングストッパーとして機能させる上では、第12絶縁層216の上面と接する層(ここでは、BPSGからなる第3絶縁層207)と異なる材料を用いる。図1では開口部201の形成時に、第12絶縁層216がわずかにエッチングされた結果、底面203が第12絶縁層216の上面よりも光電変換部110側に位置している形態を示している。その結果、第12絶縁層216は、底面203のごく近傍で側面204のごく一部を成している。エッチングストッパーとしての第12絶縁層216は全くエッチングされなくてもよく、その場合には、第12絶縁層216は、底面203のみを成す。   The twelfth insulating layer 216 can function as an etching stopper when the opening 201 is formed in the multilayer insulating film 200. In order to function as an etching stopper, a material different from the layer in contact with the upper surface of the twelfth insulating layer 216 (here, the third insulating layer 207 made of BPSG) is used. FIG. 1 shows a mode in which the bottom surface 203 is positioned closer to the photoelectric conversion unit 110 than the top surface of the twelfth insulating layer 216 as a result of the twelfth insulating layer 216 being slightly etched when the opening 201 is formed. . As a result, the twelfth insulating layer 216 forms a small part of the side surface 204 in the immediate vicinity of the bottom surface 203. The twelfth insulating layer 216 as an etching stopper may not be etched at all. In this case, the twelfth insulating layer 216 forms only the bottom surface 203.

第2絶縁層206と光電変換部110との間に、第2絶縁層206の屈折率と光電変換部110の屈折率との間の屈折率を有する層(ここでは、窒化シリコンからなる第1絶縁層205)を設けると、光路部材220から光電変換部110への透過率が向上する。   Between the second insulating layer 206 and the photoelectric conversion unit 110, a layer having a refractive index between the refractive index of the second insulating layer 206 and the refractive index of the photoelectric conversion unit 110 (here, a first layer made of silicon nitride). When the insulating layer 205) is provided, the transmittance from the optical path member 220 to the photoelectric conversion unit 110 is improved.

以上説明したように、少なくとも光路部材220と絶縁膜200とが導波路構造をなし、光電変換素子1に入射した光は、主に光路部材220を介して光電変換部110へ伝搬される。   As described above, at least the optical path member 220 and the insulating film 200 form a waveguide structure, and light incident on the photoelectric conversion element 1 is mainly propagated to the photoelectric conversion unit 110 via the optical path member 220.

光路部材220及び絶縁膜200の上には、透明膜319が設けられている。   A transparent film 319 is provided on the optical path member 220 and the insulating film 200.

透明膜319に対して受光面111側とは反対側には、透明膜319側から順に、第2中屈折率層320、低屈折率層321、第1中屈折率層322、第2レンズ基体層323、第2レンズ体層324、第2レンズ体コーティング層325、平坦化膜326、カラーフィルタ層327、第1レンズ基体層328、第1レンズ体層329が積層されている。これらの層の詳細は後述するが、この構成に限定されることはなく、様々な改変をしてもよい。例えば、第1レンズ体層329(及び第1レンズ基体層328)と、第2レンズ体層324(及び第2レンズ基体層323)の少なくとも一方を省略してもよい。第2レンズ体層324(及び第2レンズ基体層323)を省略する場合には、平坦化膜326を省略してもよい。また、カラーフィルタ層327を省略してもよいし、カラーフィルタ層327が平坦化膜326の機能を兼ねていてもよい。   The second medium refractive index layer 320, the low refractive index layer 321, the first medium refractive index layer 322, and the second lens base are arranged in this order from the transparent film 319 side on the side opposite to the light receiving surface 111 side with respect to the transparent film 319. A layer 323, a second lens body layer 324, a second lens body coating layer 325, a planarizing film 326, a color filter layer 327, a first lens base layer 328, and a first lens body layer 329 are laminated. Although details of these layers will be described later, the present invention is not limited to this configuration, and various modifications may be made. For example, at least one of the first lens body layer 329 (and the first lens base layer 328) and the second lens body layer 324 (and the second lens base layer 323) may be omitted. When the second lens body layer 324 (and the second lens base layer 323) is omitted, the planarizing film 326 may be omitted. Further, the color filter layer 327 may be omitted, or the color filter layer 327 may also function as the planarization film 326.

透明膜319は、光電変換素子1の最外面(ここでは第1レンズ体層329の表面)から絶縁膜200および光路部材220までの距離(光路長)を制御している。典型的な透明膜319の厚みは、0.080μm以上である。一方、透明膜319を極端に厚くすると光路部材220への入射光量が減少する。透明膜319の厚みは開口部201の深さ以下であることが好ましく、開口部201の深さの半分以下であることがより好ましい。典型的な透明膜319の厚みは0.50μm以下である。   The transparent film 319 controls the distance (optical path length) from the outermost surface of the photoelectric conversion element 1 (here, the surface of the first lens body layer 329) to the insulating film 200 and the optical path member 220. A typical transparent film 319 has a thickness of 0.080 μm or more. On the other hand, when the transparent film 319 is made extremely thick, the amount of light incident on the optical path member 220 decreases. The thickness of the transparent film 319 is preferably less than or equal to the depth of the opening 201, and more preferably less than or equal to half the depth of the opening 201. A typical transparent film 319 has a thickness of 0.50 μm or less.

透明膜319の材料は、光路部材220の材料と異なっていてもよいが、同じ材料であることが好ましい。透明膜319の材料が光路部材220の材料と同じである場合、光路部材220と透明膜319とが一体となって、光路部材220と透明膜319との境界が明確に観察できない場合がある。上述したように、光路部材220は開口部201の内側(第2平面1002と第3平面1003との間)に位置し、透明膜319は開口部201の外側に存在する。したがって、透明材料が、開口部201の内側に存在するか、開口部201の外側に存在するかを判断することにより、光路部材220と透明膜319を区別することができる。開口部201の内側と外側の区分は、光電変換素子1の断面の観察画像において、絶縁膜200の上面202を開口部201上まで仮想的に延長する(側面204の上端同士を仮想的に直線で結ぶ)ことにより可能である。   The material of the transparent film 319 may be different from the material of the optical path member 220, but is preferably the same material. When the material of the transparent film 319 is the same as the material of the optical path member 220, the optical path member 220 and the transparent film 319 may be integrated, and the boundary between the optical path member 220 and the transparent film 319 may not be clearly observed. As described above, the optical path member 220 is located inside the opening 201 (between the second plane 1002 and the third plane 1003), and the transparent film 319 exists outside the opening 201. Therefore, by determining whether the transparent material exists inside the opening 201 or outside the opening 201, the optical path member 220 and the transparent film 319 can be distinguished. In the observation image of the cross section of the photoelectric conversion element 1, the inner and outer sections of the opening 201 virtually extend the upper surface 202 of the insulating film 200 over the opening 201 (the upper ends of the side surfaces 204 are virtually straight lines). Is possible).

以上が、光電変換素子1の概要である。次に、図2〜8を用いて、光路部材220が有する屈折率分布の実施形態を説明する。なお、図2、図4〜8は、図1の基板100、第1平面1001から第2平面1002までの部分、および、透明膜319のみを示している。透明膜319より上の部分の構成に関しては共通であり、また適宜変更することができるので、説明を省略する。また、各図面において、同様の機能を奏する部材あるいは部分には、同じ符号を付してあり、詳細な説明は省略する。   The above is the outline of the photoelectric conversion element 1. Next, an embodiment of the refractive index distribution of the optical path member 220 will be described with reference to FIGS. 2 and 4 to 8 show only the substrate 100 of FIG. 1, the portion from the first plane 1001 to the second plane 1002, and the transparent film 319. FIG. Since the configuration of the portion above the transparent film 319 is common and can be changed as appropriate, description thereof is omitted. Moreover, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected to the member or part which show | plays the same function, and detailed description is abbreviate | omitted.

<第1実施形態>
図2(a)は第1実施形態に係る光電変換素子1の一部の、主面101(および受光面111)に垂直な方向の断面図であり、図2(b)は第1実施形態に係る光電変換素子1の一部の、主面101(および受光面111)に平行な方向の断面図である。
<First Embodiment>
2A is a cross-sectional view of a part of the photoelectric conversion element 1 according to the first embodiment in a direction perpendicular to the main surface 101 (and the light receiving surface 111), and FIG. 2B is a diagram illustrating the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of a part of the photoelectric conversion element 1 according to 1 in a direction parallel to the main surface 101 (and the light receiving surface 111).

図2(a)には、図1を用いて説明した第1平面1001、第2平面1002、第3平面1003に加えて、第4平面1004、第5平面1005、第6平面1006を示している。第4平面1004は、第2平面1002と第3平面1003との間に位置しており、第2平面1002及び第3平面1003から等距離に位置する平面である。すなわち、第4平面1004は、第2平面1002と第3平面1003との中間に位置している。第5平面1005は、第2平面1002と第4平面1004との間に位置しており、第6平面1006は、第3平面1003と第4平面1004との間に位置している。すなわち、第5平面1005は、光路部材220の上部(入射側の半分)を代表する平面であり、ここでは便宜的に第2平面1002と第4平面1004から等距離に位置する平面としている。同様に、第6平面1006は、光路部材220の下部(出射側の半分)を代表する平面であり、ここでは便宜的に第3平面1003と第4平面1004から等距離に位置する平面としている。   2A shows a fourth plane 1004, a fifth plane 1005, and a sixth plane 1006 in addition to the first plane 1001, the second plane 1002, and the third plane 1003 described with reference to FIG. Yes. The fourth plane 1004 is located between the second plane 1002 and the third plane 1003, and is a plane located at an equal distance from the second plane 1002 and the third plane 1003. That is, the fourth plane 1004 is located between the second plane 1002 and the third plane 1003. The fifth plane 1005 is located between the second plane 1002 and the fourth plane 1004, and the sixth plane 1006 is located between the third plane 1003 and the fourth plane 1004. That is, the fifth plane 1005 is a plane that represents the upper part (half of the incident side) of the optical path member 220, and is here a plane that is located at an equal distance from the second plane 1002 and the fourth plane 1004 for convenience. Similarly, the sixth plane 1006 is a plane that represents the lower part (half of the emission side) of the optical path member 220, and is here a plane that is located at an equal distance from the third plane 1003 and the fourth plane 1004 for convenience. .

図2(b)のS1は第2平面1002における断面、S2は第5平面1005における断面、S3は第4平面1004における断面、S4は第6平面1006における断面を示している。S5は第3平面1003の光路部材220側近傍、具体的には、側面204の第3絶縁層207が成す部分の下端における断面を示している。   In FIG. 2B, S1 indicates a cross section on the second plane 1002, S2 indicates a cross section on the fifth plane 1005, S3 indicates a cross section on the fourth plane 1004, and S4 indicates a cross section on the sixth plane 1006. S5 shows a cross section in the vicinity of the optical path member 220 side of the third plane 1003, specifically, the lower end of the portion formed by the third insulating layer 207 of the side surface 204.

光路部材220は、少なくとも中心部分222と周辺部分221とを有している。周辺部分221は中心部分222と絶縁膜200との間に位置している。   The optical path member 220 has at least a central portion 222 and a peripheral portion 221. The peripheral portion 221 is located between the central portion 222 and the insulating film 200.

そして、周辺部分221は中心部分222を囲んでいる。周辺部分221は中心部分222と同じ材料からなる。少なくとも周辺部分221の一部と中心部分222の一部との間には、周辺部分221および中心部分222の材料と異なる材料からなる部分が存在しておらず、中心部分222から周辺部分221にかけては、同じ材料が連続している。したがって、周辺部分221は中心部分222に連続していると云うことができる。周辺部分221の全体と中心部分222の全体との間に、両者の材料と異なる材料からなる部分が存在しないことが望ましい。図2に示した例のように、周辺部分221は絶縁膜200と接していることが好ましい。   The peripheral portion 221 surrounds the central portion 222. The peripheral portion 221 is made of the same material as the central portion 222. At least a part made of a material different from the material of the peripheral part 221 and the central part 222 does not exist between at least a part of the peripheral part 221 and a part of the central part 222, and extends from the central part 222 to the peripheral part 221. The same material is continuous. Therefore, it can be said that the peripheral portion 221 is continuous with the central portion 222. It is desirable that a portion made of a material different from both materials does not exist between the entire peripheral portion 221 and the entire central portion 222. As in the example illustrated in FIG. 2, the peripheral portion 221 is preferably in contact with the insulating film 200.

本実施形態では、周辺部分221の屈折率は、絶縁膜200の屈折率よりも高い。そして、中心部分222の屈折率は周辺部分221の屈折率よりも高い。そのため、中心部分222の屈折率も絶縁膜200の屈折率よりも高い。   In the present embodiment, the refractive index of the peripheral portion 221 is higher than the refractive index of the insulating film 200. The refractive index of the central portion 222 is higher than the refractive index of the peripheral portion 221. For this reason, the refractive index of the central portion 222 is also higher than the refractive index of the insulating film 200.

このように、光路部材220は、絶縁膜200の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈率材料からなる。そして、高屈折率材料は、第1高屈折率領域と、第1高屈折率領域の屈折率よりも高い屈折率を有する第2の高屈折率領域とで構成されるような屈折率分布を有している。本実施形態では、周辺部分221が第1高屈折率領域であり、中心部分222が第2高屈折率領域である。図2(a)では、中心部分222と周辺部分221との間で、屈折率が顕著に異なっている様子を示している。例えば、中心部分222の屈折率が1.90、周辺部分221の屈折率が1.83である場合、電子顕微鏡で観察した、主面101に垂直な方向における光路部材220の断面観察画像では、中心部分222と周辺部分221とで、画像にコントラストがあることを確認することができる。   Thus, the optical path member 220 is made of a high refractive index material having a refractive index higher than that of the insulating film 200. The high refractive index material has a refractive index distribution that includes a first high refractive index region and a second high refractive index region having a refractive index higher than that of the first high refractive index region. Have. In the present embodiment, the peripheral portion 221 is a first high refractive index region, and the central portion 222 is a second high refractive index region. FIG. 2A shows a state in which the refractive index is significantly different between the central portion 222 and the peripheral portion 221. For example, when the refractive index of the central portion 222 is 1.90 and the refractive index of the peripheral portion 221 is 1.83, in the cross-sectional observation image of the optical path member 220 in the direction perpendicular to the main surface 101, observed with an electron microscope, It can be confirmed that the image has a contrast between the central portion 222 and the peripheral portion 221.

窒化シリコンを用いて屈折率分布を形成するには、例えば次のような方法が挙げられる。第1の方法としては、まず、側面204上に、成膜材料の窒素成分の量に対するシリコン成分の量を比較的少なくして第1の窒化シリコン膜を成膜する。その後に、第1の窒化シリコン膜上に、成膜材料の窒素成分の量に対するシリコン成分の量を、第1の窒化シリコン膜を成膜する際よりも多くして第2の窒化シリコン膜を成膜する。このとき、第1の窒化シリコンを成膜する時と第2の窒化シリコンを成膜する時とで、窒素成分の量およびシリコン成分の量の一方が同じであってもよいし、両方が異なっていてもよい。この第1の方法により、第1の窒化シリコン膜が周辺部分221をなし、第2の窒化シリコン膜が中心部分222をなす、光路部材220を形成することができる。これは、化学量論的組成比がSi:N=3:4であっても、非化学量論的組成に関して、窒素(N)に対するシリコン(Si)の比(Si/N)が比較的高い窒化シリコンは、窒素に対するシリコンの比が比較的低い窒化シリコンよりも、屈折率が高くなるからである。CVD法などの慣用的な成膜法で形成される窒化シリコン膜の、窒素に対するシリコンの比は一般的には1/2〜3/2であり、3/5〜1が典型的である。窒化シリコン膜の窒素に対するシリコンの比が3/4となる、実際の組成が化学量論的組成に一致する窒化シリコンの屈折率は2.0になり得る。   In order to form a refractive index profile using silicon nitride, for example, the following method can be cited. As a first method, first, a first silicon nitride film is formed on the side surface 204 by relatively reducing the amount of silicon component relative to the amount of nitrogen component of the film forming material. After that, on the first silicon nitride film, the amount of the silicon component relative to the amount of the nitrogen component of the film formation material is made larger than that when the first silicon nitride film is formed, so that the second silicon nitride film is formed. Form a film. At this time, one of the amount of the nitrogen component and the amount of the silicon component may be the same when forming the first silicon nitride and when forming the second silicon nitride, or both are different. It may be. By this first method, the optical path member 220 in which the first silicon nitride film forms the peripheral portion 221 and the second silicon nitride film forms the central portion 222 can be formed. This is because the ratio of silicon (Si) to nitrogen (N) (Si / N) is relatively high with respect to the non-stoichiometric composition even if the stoichiometric composition ratio is Si: N = 3: 4. This is because silicon nitride has a higher refractive index than silicon nitride, which has a relatively low ratio of silicon to nitrogen. In a silicon nitride film formed by a conventional film formation method such as a CVD method, the ratio of silicon to nitrogen is generally 1/2 to 3/2, and 3/5 to 1 is typical. The ratio of silicon to nitrogen in the silicon nitride film can be 3/4, and the refractive index of silicon nitride whose actual composition matches the stoichiometric composition can be 2.0.

第2の方法としては、まず、側面204上に、成膜材料の入射エネルギーを比較的高くして、材料密度の比較的低い第1の窒化シリコン膜を成膜する。その後に、上記第1の窒化シリコン膜上に、第1の窒化シリコン膜を成膜する際よりも成膜材料の入射エネルギーを低くして、第1の窒化シリコン膜よりも材料密度の高い第2の窒化シリコン膜を成膜する。これにより、第1の窒化シリコン膜が周辺部分221をなし、第2の窒化シリコン膜が中心部分222をなす、光路部材220を形成することができる。これは、窒化シリコンの密度が比較的高い、密な窒化シリコン膜は、窒化シリコンの密度が比較的低い、粗な窒化シリコン膜よりも、屈折率が高くなるからである。   As a second method, first, a first silicon nitride film having a relatively low material density is formed on the side surface 204 by relatively increasing the incident energy of the film forming material. After that, the incident energy of the film forming material is made lower than that when the first silicon nitride film is formed on the first silicon nitride film, and the material density higher than that of the first silicon nitride film is obtained. A silicon nitride film 2 is formed. Thereby, the optical path member 220 in which the first silicon nitride film forms the peripheral portion 221 and the second silicon nitride film forms the central portion 222 can be formed. This is because a dense silicon nitride film having a relatively high silicon nitride density has a higher refractive index than a coarse silicon nitride film having a relatively low silicon nitride density.

周辺部分221の厚みは受光面111に近づくにつれて薄くなっている。図2(b)を用いて詳細に説明する。DS1、DS2、DS3、DS4、DS5は、各断面S1〜S5における開口部201の幅(直径)を表している。本実施形態では、側面204が受光面111に対して順テーパー形状を呈しており、DS1>DS2>DS3>DS4>DS5の関係となっている。   The thickness of the peripheral portion 221 decreases as it approaches the light receiving surface 111. This will be described in detail with reference to FIG. DS1, DS2, DS3, DS4, and DS5 represent the width (diameter) of the opening 201 in each of the cross sections S1 to S5. In the present embodiment, the side surface 204 has a forward taper shape with respect to the light receiving surface 111, and the relationship is DS1> DS2> DS3> DS4> DS5.

DL1、DL2、DL3、DL4、DL5は、各断面S1〜S5における中心部分222の幅(直径)を表している。中心軸は中心部分222を通り、中心部分222は中心軸に沿って、途切れることなく連続的に延在している。本実施形態では、中心部分222が円錐台形状を呈しており、中心部分222の外面(周辺部分221側の面)が受光面111に対して順テーパー形状を呈している。中心部分222の外面は中心軸と同心円であり、中心軸に対して回転対称となっている。そして、DL1<DL2<DL3<DL4<DL5の関係となっている。なお、DL5は、DS5よりも小さい値であるが、極めてDS5に近い値である。   DL1, DL2, DL3, DL4, and DL5 represent the width (diameter) of the central portion 222 in each of the cross sections S1 to S5. The central axis passes through the central portion 222, and the central portion 222 continuously extends along the central axis without interruption. In the present embodiment, the central portion 222 has a truncated cone shape, and the outer surface of the central portion 222 (the surface on the peripheral portion 221 side) has a forward tapered shape with respect to the light receiving surface 111. The outer surface of the central portion 222 is concentric with the central axis and is rotationally symmetric with respect to the central axis. The relationship is DL1 <DL2 <DL3 <DL4 <DL5. DL5 is a value smaller than DS5, but is very close to DS5.

TH1、TH2、TH3、TH4は、各断面S1〜S4における周辺部分221の厚み(幅)を表している。本実施形態では、周辺部分221の内面(中心部分222側の面)および、周辺部分221の外面(絶縁膜200側の面)が受光面111に対して逆テーパー形状を呈している。そして、TH1>TH2>TH3>TH4>TH5の関係となっている。ここで、TH5(不図示)は、断面S5における周辺部分221の厚みを表しており、(DS5−DL5)/2に相当する値であり、極めて0に近い値である。このように、周辺部分221は、絶縁膜200の側面204に沿って、途切れることなく連続的に延在している。   TH1, TH2, TH3, and TH4 represent the thickness (width) of the peripheral portion 221 in each of the cross sections S1 to S4. In the present embodiment, the inner surface of the peripheral portion 221 (the surface on the central portion 222 side) and the outer surface of the peripheral portion 221 (the surface on the insulating film 200 side) have a reverse taper shape with respect to the light receiving surface 111. The relationship is TH1> TH2> TH3> TH4> TH5. Here, TH5 (not shown) represents the thickness of the peripheral portion 221 in the cross section S5, and is a value corresponding to (DS5-DL5) / 2, which is extremely close to zero. As described above, the peripheral portion 221 continuously extends along the side surface 204 of the insulating film 200 without interruption.

ここでは、周辺部分221の厚みの最大値(TH1)と最小値(TH5)との比(TH1/TH5)はほぼ無限大であるが、少なくとも、周辺部分221の厚みの最小値は、最大値の1/2以下である(最大値/最小値≧2)ことが好ましい。光路部材220に入射する光の波長をλ、絶縁膜200の屈折率をn、周辺部分221の屈折率をnとして、周辺部分221の厚みの最大値がλ/2√(n −n )よりも大きいことが好ましい。また、周辺部分221の厚みの最小値がλ/4√(n −n )よりも小さいことが好ましい。周辺部分221の厚みは、光路部材220の上部(第2平面1002から第4平面1004まで)で最大値となることが好ましい。また、周辺部分221の厚みは、光路部材220の下部(第4平面1004から第3平面1003まで)で最小値となることが好ましい。 Here, the ratio (TH1 / TH5) between the maximum value (TH1) and the minimum value (TH5) of the thickness of the peripheral portion 221 is almost infinite, but at least the minimum value of the thickness of the peripheral portion 221 is the maximum value. Or less (maximum value / minimum value ≧ 2). The wavelength of light incident on the optical path member 220 is λ, the refractive index of the insulating film 200 is n 0 , the refractive index of the peripheral portion 221 is n 1 , and the maximum thickness of the peripheral portion 221 is λ / 2√ (n 1 2 -N 0 2 ) is preferred. Further, it is preferable that the minimum value of the thickness of the peripheral portion 221 is smaller than λ / 4√ (n 1 2 −n 0 2 ). The thickness of the peripheral portion 221 is preferably the maximum value in the upper part of the optical path member 220 (from the second plane 1002 to the fourth plane 1004). In addition, the thickness of the peripheral portion 221 is preferably a minimum value below the optical path member 220 (from the fourth plane 1004 to the third plane 1003).

周辺部分221の厚みが、最小値と最大値の間である部分においても、受光面111により近い平面における厚みが1/2以下となっていることが好ましい。図2(a)、(b)に示した例では、第4平面1004における周辺部分221の厚み(TH3)が、第2平面1002における周辺部分221の厚み(TH1)の1/2となっている。また、第6平面1006における周辺部分221の厚み(TH4)が、第5平面1005における周辺部分221の厚み(TH2)の1/2未満となっている。   Even in a portion where the thickness of the peripheral portion 221 is between the minimum value and the maximum value, it is preferable that the thickness in a plane closer to the light receiving surface 111 is ½ or less. In the example shown in FIGS. 2A and 2B, the thickness (TH3) of the peripheral portion 221 in the fourth plane 1004 is ½ of the thickness (TH1) of the peripheral portion 221 in the second plane 1002. Yes. Further, the thickness (TH4) of the peripheral portion 221 in the sixth plane 1006 is less than ½ of the thickness (TH2) of the peripheral portion 221 in the fifth plane 1005.

図3は、本実施形態において、光路部材220の中心軸と平行な光が光路部材220に入射した際の電界強度分布を示している。詳細には、3つの電界強度分布は、光路部材220中で高さの異なる3つの位置における電界強度の、受光面111に平行な面内での分布である。横軸の位置が、光路部材220中での高さを示している。   FIG. 3 shows an electric field intensity distribution when light parallel to the central axis of the optical path member 220 is incident on the optical path member 220 in the present embodiment. Specifically, the three electric field strength distributions are distributions of electric field strengths at three positions having different heights in the optical path member 220 in a plane parallel to the light receiving surface 111. The position on the horizontal axis indicates the height in the optical path member 220.

波動光学的には、光は屈折率の高い領域に集中しやすいと考えることができる。そのため、周辺部分221よりも屈折率の高い中心部分222の、厚みが大きい位置では、中心部分222の電界強度が周辺部分221の電界強度に比べて高くなる。また、光の多くは中心部分222を伝搬するために、光路部材220から絶縁膜200に漏れ出す光を減少させることができる。そのため、光の損失が抑制されると考えられる。このため、光電変換素子1の中心軸に平行に入射する光の利用効率を向上することができる。   From the viewpoint of wave optics, it can be considered that light tends to concentrate in a region having a high refractive index. Therefore, the electric field strength of the central portion 222 is higher than the electric field strength of the peripheral portion 221 at a position where the thickness of the central portion 222 having a higher refractive index than that of the peripheral portion 221 is large. In addition, since most of the light propagates through the central portion 222, light leaking from the optical path member 220 to the insulating film 200 can be reduced. Therefore, it is considered that light loss is suppressed. For this reason, the utilization efficiency of the light incident in parallel to the central axis of the photoelectric conversion element 1 can be improved.

光電変換素子1の中心軸と平行な光とは、実質的に、光電変換部110の受光面に垂直に入射する光であり、光電変換部110への入射光の典型的なものである。したがって、感度の高い光電変換素子1を得ることができる。なお、光電変換素子1の中心軸に平行に入射する光は、光路部材200の内部に焦点を結ぶことが好ましく、第2平面1002と第4平面1004との間に焦点を結ぶことがより好ましい。典型的には、光電変換素子1の中心軸に平行に入射する光は、中心部分222内に焦点を結ぶ。一方、光電変換素子1の中心軸に斜めに入射する光は、主に周辺部分221内に焦点を結ぶ。   The light parallel to the central axis of the photoelectric conversion element 1 is light that is substantially incident perpendicularly to the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 110, and is typical of light incident on the photoelectric conversion unit 110. Therefore, the photoelectric conversion element 1 with high sensitivity can be obtained. Note that light incident parallel to the central axis of the photoelectric conversion element 1 is preferably focused inside the optical path member 200, and more preferably focused between the second plane 1002 and the fourth plane 1004. . Typically, light incident parallel to the central axis of the photoelectric conversion element 1 is focused in the central portion 222. On the other hand, light incident obliquely on the central axis of the photoelectric conversion element 1 is mainly focused in the peripheral portion 221.

本実施形態では、周辺部分221の厚みが、光電変換部110に近づくにつれて徐々に小さくなっている。そのため、周辺部分221の、厚みが小さい位置では、厚みが大きい位置と同じ程度の量の光が周辺部分221を伝搬することが困難となる。したがって、周辺部分221を伝搬しきれなくなった光は中心部分222に遷移する。本実施形態では、周辺部分221と中心部分222は同じ材料が連続しているために、この遷移における光の損失が抑制される。これは、通常、異なる材料同士の界面では、屈折率が不連続に変化する。一方、周辺部分221と中心部分222が同じ材料からなることによって、周辺部分221と中心部分222との境界で、屈折率が連続的に変化するためと考えることができる。   In the present embodiment, the thickness of the peripheral portion 221 gradually decreases as it approaches the photoelectric conversion unit 110. Therefore, at the position where the thickness of the peripheral portion 221 is small, it is difficult for the same amount of light to propagate through the peripheral portion 221 as the position where the thickness is large. Therefore, the light that can no longer propagate through the peripheral portion 221 transitions to the central portion 222. In the present embodiment, since the same material is continuous in the peripheral portion 221 and the central portion 222, the light loss in this transition is suppressed. In general, the refractive index changes discontinuously at the interface between different materials. On the other hand, it can be considered that the peripheral portion 221 and the central portion 222 are made of the same material, so that the refractive index continuously changes at the boundary between the peripheral portion 221 and the central portion 222.

幅の広い中心部分222から出射した光は、厚み(幅)の狭い周辺部分221から出射する場合に比べて、光路部材220と光電変換部110との間での回折を生じにくい。そのため、光路部材220から出射した光が回折して、光電変換部110に入射しないことによる損失が抑制されると考えられる。   The light emitted from the wide central portion 222 is less likely to be diffracted between the optical path member 220 and the photoelectric conversion unit 110 than when emitted from the peripheral portion 221 having a small thickness (width). Therefore, it is considered that the light emitted from the optical path member 220 is diffracted and the loss due to not entering the photoelectric conversion unit 110 is suppressed.

以上のように、本実施形態では、光路部材220と絶縁膜200との間、光路部材220内、そして光路部材220と光電変換部110との間での光の損失が抑制しつつ、光が伝搬するために、感度が向上すると考えられる。   As described above, in the present embodiment, light loss is suppressed while suppressing light loss between the optical path member 220 and the insulating film 200, in the optical path member 220, and between the optical path member 220 and the photoelectric conversion unit 110. Propagation is considered to improve sensitivity.

本実施形態で示したように、周辺部分221の厚みは、受光面111に近づくにしたがって連続的に薄くなることが好ましい。すなわち、受光面111までの距離の短縮に対して、周辺部分221の厚みが狭義単調減少していることが好ましい。周辺部分221の厚みが、受光面111に近づくにつれて断続的に薄くなる、すなわち、受光面111までの距離の短縮に対して周辺部分221の厚みが広義単調減少していてもよい。しかしながら、断続的に薄くなると、周辺部分221の厚みが一定である部分では、上記した中心部分222への遷移は比較的小さいと考えられる。そのため、周辺部分221が急激に薄くなると、中心部分222への遷移に加えて絶縁膜200への遷移も生じやすくなり、損失が生じてしまうと考えられる。   As shown in the present embodiment, it is preferable that the thickness of the peripheral portion 221 is continuously reduced as it approaches the light receiving surface 111. That is, it is preferable that the thickness of the peripheral portion 221 decreases monotonously in a narrow sense as the distance to the light receiving surface 111 is shortened. The thickness of the peripheral portion 221 may intermittently become thinner as it approaches the light receiving surface 111, that is, the thickness of the peripheral portion 221 may decrease monotonously in a broad sense with respect to the shortening of the distance to the light receiving surface 111. However, when the thickness is intermittently reduced, it is considered that the transition to the central portion 222 is relatively small in the portion where the thickness of the peripheral portion 221 is constant. For this reason, when the peripheral portion 221 is thinned rapidly, a transition to the insulating film 200 is likely to occur in addition to a transition to the central portion 222, which may cause a loss.

本発明者らは、入射光の波長を550nm(緑色光)とし、絶縁膜200の屈折率を1.46、光路部材220の屈折率を1.83〜1.90とした3つのモデルに対して、光路部材220の中心軸と平行な光が光路部材220に入射した際の感度の検討を行った。第1モデルは、中心部分の屈折率および周辺部分の屈折率を共に1.83とした、光路部材220が屈折率分布を有しないモデルである。第2モデルは中心部分の屈折率および周辺部分の屈折率を共に1.90とした、光路部材220が屈折率分布を有しないモデルである。第3モデルは、中心部分222の屈折率を1.90、周辺部分221の屈折率を1.83とした本実施形態に対応するモデルである。第1モデルの感度を1.00として規格化したところ、第2モデルの規格化感度が1.04であったのに対し、第3モデルの規格化感度は1.05であった。このように、第1モデルに対しては、中心部分222の屈折率を周辺部分221の屈折率よりも高くすることにより、また、第2モデルに対しては、
周辺部分221の屈折率を中心部分222の屈折率よりも低くすることにより、光電変換素子1の感度を向上することができる。
For the three models in which the wavelength of incident light is 550 nm (green light), the refractive index of the insulating film 200 is 1.46, and the refractive index of the optical path member 220 is 1.83 to 1.90. Thus, the sensitivity when light parallel to the central axis of the optical path member 220 is incident on the optical path member 220 was examined. The first model is a model in which the optical path member 220 does not have a refractive index distribution in which the refractive index of the central portion and the refractive index of the peripheral portion are both 1.83. The second model is a model in which the optical path member 220 does not have a refractive index distribution in which the refractive index of the central portion and the refractive index of the peripheral portion are both 1.90. The third model is a model corresponding to this embodiment in which the refractive index of the central portion 222 is 1.90 and the refractive index of the peripheral portion 221 is 1.83. When the sensitivity of the first model was normalized to 1.00, the normalized sensitivity of the second model was 1.04, whereas the normalized sensitivity of the third model was 1.05. Thus, for the first model, by making the refractive index of the central portion 222 higher than the refractive index of the peripheral portion 221, and for the second model,
By making the refractive index of the peripheral portion 221 lower than the refractive index of the central portion 222, the sensitivity of the photoelectric conversion element 1 can be improved.

絶縁膜200が多層膜である場合、多層膜の一部の層の屈折率が光路部材220の周辺部分221の屈折率以上、さらには中心部分222の屈折率以上であってもよい。このような、第1高屈折率領域の屈折率以上の屈折率を有する層を高屈折率絶縁層と呼ぶ。一方、光路部材220の周辺部分221の屈折率よりも低い屈折率を有する、換言すれば、第1高屈折率領域の屈折率未満の屈折率を有する、多層膜の残りの層を低屈折率絶縁層と呼ぶ。高屈折率絶縁層の屈折率は低屈折率絶縁層の屈折率よりも高い。   When the insulating film 200 is a multilayer film, the refractive index of a part of the multilayer film may be equal to or higher than the refractive index of the peripheral portion 221 of the optical path member 220, and more than the refractive index of the central portion 222. Such a layer having a refractive index equal to or higher than the refractive index of the first high refractive index region is referred to as a high refractive index insulating layer. On the other hand, the remaining layers of the multilayer film having a refractive index lower than the refractive index of the peripheral portion 221 of the optical path member 220, in other words, having a refractive index lower than the refractive index of the first high refractive index region are reduced to a low refractive index. Called an insulating layer. The refractive index of the high refractive index insulating layer is higher than the refractive index of the low refractive index insulating layer.

本実施形態の場合、絶縁膜200のうちの、酸化シリコンあるいは珪酸塩ガラスからなり開口部201の側面204を成す、第3絶縁層207、第5絶縁層209、第7絶縁層211、第9絶縁層213、および、第11絶縁層215は低屈折率絶縁層である。これらの低屈折率絶縁層は、光路部材220を囲んでいる。例えば、中心部分222の屈折率が1.83、周辺部分221の屈折率が1.90である場合、第3絶縁層207、第5絶縁層209、第7絶縁層211、第9絶縁層213、および、第11絶縁層215の屈折率が1.46であると、これらの絶縁層は、低屈折率絶縁層である。なお、第2絶縁層206も低屈折率絶縁層であるが、開口部201の側面204を成していない。   In the case of the present embodiment, the third insulating layer 207, the fifth insulating layer 209, the seventh insulating layer 211, the ninth insulating layer 200, which are made of silicon oxide or silicate glass and form the side surface 204 of the opening 201. The insulating layer 213 and the eleventh insulating layer 215 are low refractive index insulating layers. These low refractive index insulating layers surround the optical path member 220. For example, when the refractive index of the central portion 222 is 1.83 and the refractive index of the peripheral portion 221 is 1.90, the third insulating layer 207, the fifth insulating layer 209, the seventh insulating layer 211, and the ninth insulating layer 213 When the refractive index of the eleventh insulating layer 215 is 1.46, these insulating layers are low refractive index insulating layers. The second insulating layer 206 is also a low refractive index insulating layer, but does not form the side surface 204 of the opening 201.

図2(b)には各平面での断面における側面204を示しているが、詳細には、図2(a)から理解されるように、各断面における側面204は、それぞれ異なる絶縁層によって形成されている。具体的には、断面S1における側面204は第11絶縁層215によって、断面S2における側面204は第9絶縁層213によって、断面S3における側面204は第7絶縁層211によって、断面S4および断面S5における側面204およびは第3絶縁層207によって、それぞれ形成されている。   FIG. 2B shows the side surface 204 in the cross section in each plane. In detail, as can be understood from FIG. 2A, the side surface 204 in each cross section is formed by a different insulating layer. Has been. Specifically, the side surface 204 in the cross section S1 is the eleventh insulating layer 215, the side surface 204 in the cross section S2 is the ninth insulating layer 213, and the side surface 204 in the cross section S3 is the seventh insulating layer 211 in the cross sections S4 and S5. The side surfaces 204 and the third insulating layer 207 are formed respectively.

一方、周辺部分221および中心部分222が窒化シリコンであるから、絶縁膜200のうちの、窒化シリコンからなり開口部201の側面204を成す、第4絶縁層208、第6絶縁層210、第8絶縁層212、および、第10絶縁層214は高屈折率絶縁層である。これらの高屈折率絶縁層は、光路部材220を囲んでいる。例えば、中心部分222の屈折率が1.83、周辺部分221の屈折率が1.90である場合、第4絶縁層208、第6絶縁層210、第8絶縁層212、および、第10絶縁層214の屈折率が2.03であると、これらの絶縁層は、高屈折率絶縁層である。なお、第1絶縁層205も高屈折率絶縁層であるが、開口部201の側面204を成していない。本例では、高屈折率絶縁層は周辺部分221および中心部分222の材料と同じ材料からなり、低屈折率絶縁層は周辺部分221および中心部分222の材料と異なる材料からなる。   On the other hand, since the peripheral portion 221 and the central portion 222 are made of silicon nitride, the fourth insulating layer 208, the sixth insulating layer 210, and the eighth insulating layer 200 are made of silicon nitride and form the side surface 204 of the opening 201. The insulating layer 212 and the tenth insulating layer 214 are high refractive index insulating layers. These high refractive index insulating layers surround the optical path member 220. For example, when the refractive index of the central portion 222 is 1.83 and the refractive index of the peripheral portion 221 is 1.90, the fourth insulating layer 208, the sixth insulating layer 210, the eighth insulating layer 212, and the tenth insulating layer When the refractive index of the layer 214 is 2.03, these insulating layers are high refractive index insulating layers. Note that the first insulating layer 205 is also a high refractive index insulating layer, but does not form the side surface 204 of the opening 201. In this example, the high refractive index insulating layer is made of the same material as that of the peripheral portion 221 and the central portion 222, and the low refractive index insulating layer is made of a material different from the material of the peripheral portion 221 and the central portion 222.

しかしながら、このような光路部材220の屈折率以上の層(高屈折率絶縁層)が開口部201の側面204の大部分を形成することは好ましくない。これは、光路部材220に入射した光が高屈折率絶縁層内を伝搬して、開口部201から漏れる可能性があるためである。そのため、高屈折率絶縁層が成す開口部201の側面204は、開口部201の側面204全体の面積の半分未満とすること好ましく、1/4未満とすることがより好ましい。換言すれば、多層膜のうちの光路部材220の屈折率より低い層(低屈折率絶縁層)が、開口部201の側面204全体の面積の半分以上、好ましくは3/4以上を成すことが好ましい。各層が成す側面204の面積は、各層の厚みや側面204の角度を適宜設定することで調整できる。1つの低屈折率絶縁層の厚みは、典型的には0.10μm以上0.60μm以下である。1つの高屈折率絶縁層の厚みは、光路部材220に入射する光の波長をλ、高屈折率絶縁層の屈折率をn0Hとして、λ/2n0H以下であることが好ましく、λ/4n0H以下であることがより好ましい。高屈折率絶縁層の厚みは、典型的には0.010μm以上0.10μm以下である。 However, it is not preferable that a layer (high refractive index insulating layer) having a refractive index higher than that of the optical path member 220 forms most of the side surface 204 of the opening 201. This is because the light incident on the optical path member 220 may propagate through the high refractive index insulating layer and leak from the opening 201. Therefore, the side surface 204 of the opening 201 formed by the high refractive index insulating layer is preferably less than half the area of the entire side surface 204 of the opening 201, and more preferably less than ¼. In other words, the layer (low refractive index insulating layer) lower than the refractive index of the optical path member 220 in the multilayer film may constitute half or more, preferably 3/4 or more of the entire area of the side surface 204 of the opening 201. preferable. The area of the side surface 204 formed by each layer can be adjusted by appropriately setting the thickness of each layer and the angle of the side surface 204. The thickness of one low refractive index insulating layer is typically 0.10 μm or more and 0.60 μm or less. The thickness of one high refractive index insulating layer is preferably λ / 2n 0H or less, where λ is the wavelength of light incident on the optical path member 220 and n 0H is the refractive index of the high refractive index insulating layer. More preferably, it is 0H or less. The thickness of the high refractive index insulating layer is typically 0.010 μm or more and 0.10 μm or less.

<第2実施形態>
図4(a)は第2実施形態に係る光電変換素子1の一部の、主面101(および受光面111)に垂直な方向の断面図であり、図4(b)は第2実施形態に係る光電変換素子1の一部の一部の、主面101(および受光面111)に平行な方向の断面図である。
Second Embodiment
4A is a cross-sectional view of a part of the photoelectric conversion element 1 according to the second embodiment in a direction perpendicular to the main surface 101 (and the light receiving surface 111), and FIG. 4B is a second embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of a part of the photoelectric conversion element 1 according to 1 in a direction parallel to the main surface 101 (and the light receiving surface 111).

本実施形態でも、周辺部分221が第1高屈折率領域であり、中心部分222が、第1高屈折率領域(周辺部分221)よりも高い屈折率を有する第2高屈折率領域である。   Also in this embodiment, the peripheral portion 221 is a first high refractive index region, and the central portion 222 is a second high refractive index region having a higher refractive index than the first high refractive index region (peripheral portion 221).

第1平面1001、第2平面1002、第3平面1003、第4平面1004、第5平面1005、第6平面1006、S1〜S5、DS1〜5、DL1〜5、TH1〜5の定義は図2(a)、(b)と同様であるから、説明を省略する。   Definitions of the first plane 1001, the second plane 1002, the third plane 1003, the fourth plane 1004, the fifth plane 1005, the sixth plane 1006, S1 to S5, DS1 to 5, DL1 to 5, and TH1 to 5 are shown in FIG. Since it is the same as (a) and (b), description is abbreviate | omitted.

本実施形態でも、第1実施形態と同様に、側面204は順テーパー形状を呈している。一方、中心部分222が円柱形状を呈しており、中心部分222の外面(周辺部分221側の面)が受光面111に対して垂直になっている。そして、DL1=DL2=DL3=DL4=DL5の関係となっている。また、周辺部分221の内面(中心部分222側の面)は、受光面111に対して垂直になっているが、周辺部分221の外面(絶縁膜200側の面)が受光面111に対して逆テーパー形状を呈している。そして、TH1>TH2>TH3>TH4>TH5の関係となっている。   Also in this embodiment, as in the first embodiment, the side surface 204 has a forward tapered shape. On the other hand, the central portion 222 has a cylindrical shape, and the outer surface of the central portion 222 (surface on the peripheral portion 221 side) is perpendicular to the light receiving surface 111. The relationship is DL1 = DL2 = DL3 = DL4 = DL5. The inner surface (surface on the central portion 222 side) of the peripheral portion 221 is perpendicular to the light receiving surface 111, but the outer surface (surface on the insulating film 200) of the peripheral portion 221 is relative to the light receiving surface 111. It has a reverse taper shape. The relationship is TH1> TH2> TH3> TH4> TH5.

本実施形態の変形例(不図示)を説明する。絶縁膜200の側面204がテーパー形状を呈しておらず、受光面111に対して垂直(DS1=DS2=DS3=DS4=DS5)となっていてもよい。その場合には、中心部分222の外面を受光面111に対して順テーパー形状(DL1<DL2<DL3<DL4<DL5)とすればよい。また、絶縁膜200の側面204が逆テーパー形状を呈して、DS1<DS2<DS3<DS4<DS5となっていてもよい。その場合には、中心部分222の外面を受光面111に対して、側面204よりも傾斜の小さい順テーパー形状とすればよい。すなわち、DS1−DL1>DS2−DL2>DS3−DL3>DS4−DL4>DS5−DL5とすることで、TH1>TH2>TH3>TH4>TH5の関係を実現することができる。   A modification (not shown) of this embodiment will be described. The side surface 204 of the insulating film 200 may not be tapered and may be perpendicular to the light receiving surface 111 (DS1 = DS2 = DS3 = DS4 = DS5). In that case, the outer surface of the central portion 222 may have a forward taper shape with respect to the light receiving surface 111 (DL1 <DL2 <DL3 <DL4 <DL5). In addition, the side surface 204 of the insulating film 200 may have an inversely tapered shape so that DS1 <DS2 <DS3 <DS4 <DS5. In that case, the outer surface of the central portion 222 may have a forward tapered shape with a smaller inclination than the side surface 204 with respect to the light receiving surface 111. That is, by setting DS1-DL1> DS2-DL2> DS3-DL3> DS4-DL4> DS5-DL5, the relationship TH1> TH2> TH3> TH4> TH5 can be realized.

<第3実施形態>
図5(a)は第3実施形態に係る光電変換素子1の一部の、主面101(および受光面111)に垂直な方向の断面図であり、図5(b)は第3実施形態に係る光電変換素子1の一部の、主面101(および受光面111)に平行な方向の断面図である。
<Third Embodiment>
FIG. 5A is a cross-sectional view of a part of the photoelectric conversion element 1 according to the third embodiment in a direction perpendicular to the main surface 101 (and the light receiving surface 111), and FIG. 5B is a third embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of a part of the photoelectric conversion element 1 according to 1 in a direction parallel to the main surface 101 (and light receiving surface 111).

本実施形態でも、周辺部分221が第1高屈折率領域であり、中心部分222が、第1高屈折率領域(周辺部分221)よりも高い屈折率を有する第2高屈折率領域である。   Also in this embodiment, the peripheral portion 221 is a first high refractive index region, and the central portion 222 is a second high refractive index region having a higher refractive index than the first high refractive index region (peripheral portion 221).

第1平面1001、第2平面1002、第3平面1003、第4平面1004、第5平面1005、第6平面1006、S1〜S5、DS1〜5、DL1〜5、TH1〜5の定義は図2(a)、(b)と同様であるから、説明を省略する。   Definitions of the first plane 1001, the second plane 1002, the third plane 1003, the fourth plane 1004, the fifth plane 1005, the sixth plane 1006, S1 to S5, DS1 to 5, DL1 to 5, and TH1 to 5 are shown in FIG. Since it is the same as (a) and (b), description is abbreviate | omitted.

本実施形態でも、第1実施形態と同様に、側面204は順テーパー形状を呈している。一方、中心部分222の上部の一部分(第2平面1002から第5平面1005までの部分)が円柱形状を呈している。中心部分222の上部の残りの部分(第5平面1005から第4平面1004までの部分)と中心部分222の下部が正円錐台形状を呈している。そして、DL1=DL2<DL3<DL4<DL5の関係となっている。また、周辺部分221の外面(絶縁膜200側の面)が受光面111に対して逆テーパー形状を呈している。そして、TH1>TH2>TH3>TH4>TH5の関係となっている。   Also in this embodiment, as in the first embodiment, the side surface 204 has a forward tapered shape. On the other hand, a part of the upper portion of the central portion 222 (portion from the second plane 1002 to the fifth plane 1005) has a cylindrical shape. The remaining upper part of the central part 222 (the part from the fifth plane 1005 to the fourth plane 1004) and the lower part of the central part 222 have a regular truncated cone shape. Then, DL1 = DL2 <DL3 <DL4 <DL5. In addition, the outer surface of the peripheral portion 221 (the surface on the insulating film 200 side) has a reverse taper shape with respect to the light receiving surface 111. The relationship is TH1> TH2> TH3> TH4> TH5.

<第4実施形態>
図6(a)は第4実施形態に係る光電変換素子1の一部の、主面101(および受光面111)に垂直な方向の断面図であり、図6(b)は第4実施形態に係る光電変換素子1の一部の、主面101(および受光面111)に平行な方向の断面図である。
<Fourth embodiment>
FIG. 6A is a cross-sectional view of a part of the photoelectric conversion element 1 according to the fourth embodiment in a direction perpendicular to the main surface 101 (and the light receiving surface 111), and FIG. 6B is a fourth embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of a part of the photoelectric conversion element 1 according to 1 in a direction parallel to the main surface 101 (and light receiving surface 111).

本実施形態でも、周辺部分221が第1高屈折率領域であり、中心部分222が、第1高屈折率領域(周辺部分221)よりも高い屈折率を有する第2高屈折率領域である。   Also in this embodiment, the peripheral portion 221 is a first high refractive index region, and the central portion 222 is a second high refractive index region having a higher refractive index than the first high refractive index region (peripheral portion 221).

第1平面1001、第2平面1002、第3平面1003、第4平面1004、第5平面1005、第6平面1006、S1〜S5、DS1〜5、DL1〜3、TH1〜3の定義は図2(a)、(b)と同様であるから、説明を省略する。   Definitions of the first plane 1001, the second plane 1002, the third plane 1003, the fourth plane 1004, the fifth plane 1005, the sixth plane 1006, S1 to S5, DS1 to 5, DL1 to 3, and TH1 to TH3 are shown in FIG. Since it is the same as (a) and (b), description is abbreviate | omitted.

本実施形態でも、第1実施形態と同様に、側面204は順テーパー形状を呈しており、DS1>DS2>DS3>DS4>DS5の関係となっている。一方、本実施形態は、周辺部分221および中心部分222が、第2平面1002と第6平面1006との間に位置して、第6平面1006と第3平面1003との間には位置しない点が、第1〜第3実施形態とは異なる。本実施形態では、光路部材220は、周辺部分221より高い屈折率を有する出射部分2221を有している。出射部分2221の屈折率は、絶縁膜200の屈折率よりも高く、典型的には、中心部分222と同程度の屈折率を有している。したがって、本実施形態では、周辺部分221が第1高屈折率領域であり、中心部分222および出射部分2221が、第1高屈折率領域(中心部分222)よりも高い屈折率を有する第2高屈折率領域である。   Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the side surface 204 has a forward tapered shape, and has a relationship of DS1> DS2> DS3> DS4> DS5. On the other hand, in the present embodiment, the peripheral portion 221 and the central portion 222 are located between the second plane 1002 and the sixth plane 1006 and are not located between the sixth plane 1006 and the third plane 1003. However, it is different from the first to third embodiments. In the present embodiment, the optical path member 220 has an exit part 2221 having a higher refractive index than the peripheral part 221. The exit portion 2221 has a refractive index higher than that of the insulating film 200 and typically has a refractive index comparable to that of the central portion 222. Therefore, in the present embodiment, the peripheral portion 221 is the first high refractive index region, and the central portion 222 and the emission portion 2221 have the second high refractive index higher than that of the first high refractive index region (the central portion 222). It is a refractive index region.

出射部分2221は、第3平面1003と第6平面1006との間に位置している。すなわち、出射部分2221は、中心部分222と光電変換部110との間、詳細には、図1で示した底面203と中心部分222との間に位置している。出射部分2221は、中心部分222(および周辺部分221)と同じ材料からなり、中心部分222に連続している。図6(b)に示したDL4,DL5は出射部分2221の幅(直径)を表している。出射部分2221は逆円錐台形状を呈している。   The emission part 2221 is located between the third plane 1003 and the sixth plane 1006. That is, the emission part 2221 is located between the central part 222 and the photoelectric conversion unit 110, specifically, between the bottom surface 203 and the central part 222 shown in FIG. The emission part 2221 is made of the same material as the central part 222 (and the peripheral part 221), and is continuous with the central part 222. DL4 and DL5 shown in FIG. 6B represent the width (diameter) of the emission portion 2221. The emission part 2221 has an inverted truncated cone shape.

本実施形態では、第3実施形態と同様に、中心部分222の上部の一部分(第2平面1002から第5平面1005までの部分)が円柱形状を呈している。また、中心部分222の上部の残りの一部分と中心部分222の下部の一部分(第4平面1004から第6平面1006までの部分)が正円錐台形状を呈している。   In the present embodiment, as in the third embodiment, a part of the upper portion of the center portion 222 (portion from the second plane 1002 to the fifth plane 1005) has a cylindrical shape. Further, the remaining part of the upper part of the central part 222 and a part of the lower part of the central part 222 (parts from the fourth plane 1004 to the sixth plane 1006) have a regular truncated cone shape.

中心部分222の上部の残りの部分(第5平面1005から第4平面1004までの部分)と中心部分222の下部(第4平面1004から第6平面1006までの部分)が正円錐台形状を呈している。そして、DL1=DL2<DL3<DL4<DL5の関係となっている。なお、出射部分2221は、絶縁膜200と接しており、DL4=DS4、DL5=DS5の関係となっている。そして、TH1>TH2>TH3>TH4の関係となっている。   The remaining upper portion of the central portion 222 (the portion from the fifth plane 1005 to the fourth plane 1004) and the lower portion of the central portion 222 (the portion from the fourth plane 1004 to the sixth plane 1006) have a regular truncated cone shape. ing. Then, DL1 = DL2 <DL3 <DL4 <DL5. Note that the emission portion 2221 is in contact with the insulating film 200 and has a relationship of DL4 = DS4 and DL5 = DS5. The relationship is TH1> TH2> TH3> TH4.

<第5実施形態>
図7(a)は第5実施形態に係る光電変換素子1の一部の、主面101(および受光面111)に垂直な方向の断面図であり、図7(b)は第5実施形態に係る光電変換素子1の一部の、主面101(および受光面111)に平行な方向の断面図である。
<Fifth Embodiment>
FIG. 7A is a sectional view of a part of the photoelectric conversion element 1 according to the fifth embodiment in a direction perpendicular to the main surface 101 (and the light receiving surface 111), and FIG. 7B is a fifth embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of a part of the photoelectric conversion element 1 according to 1 in a direction parallel to the main surface 101 (and light receiving surface 111).

本実施形態でも、周辺部分221が第1高屈折率領域であり、中心部分222が、第1高屈折率領域(周辺部分221)よりも高い屈折率を有する第2高屈折率領域である。   Also in this embodiment, the peripheral portion 221 is a first high refractive index region, and the central portion 222 is a second high refractive index region having a higher refractive index than the first high refractive index region (peripheral portion 221).

第1平面1001、第2平面1002、第3平面1003、第4平面1004、第5平面1005、第6平面1006、S1〜S5、DS1〜5、DL3〜5、TH3〜5の定義は図2(a)、(b)と同様であるから、説明を省略する。   Definitions of the first plane 1001, the second plane 1002, the third plane 1003, the fourth plane 1004, the fifth plane 1005, the sixth plane 1006, S1 to S5, DS1 to 5, DL3 to 5, and TH3 to 5 are shown in FIG. Since it is the same as (a) and (b), description is abbreviate | omitted.

本実施形態でも、第1実施形態と同様に、側面204は順テーパー形状を呈しており、DS1>DS2>DS3>DS4>DS5の関係となっている。一方、本実施形態は、周辺部分221および中心部分222が、第5平面1005と第3平面1003との間に位置して、第2平面1002と第5平面1005との間には位置しない点が、第1〜第4実施形態とは異なる。   Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the side surface 204 has a forward tapered shape, and has a relationship of DS1> DS2> DS3> DS4> DS5. On the other hand, in the present embodiment, the peripheral portion 221 and the central portion 222 are located between the fifth plane 1005 and the third plane 1003 and are not located between the second plane 1002 and the fifth plane 1005. However, it is different from the first to fourth embodiments.

本実施形態では、光路部材220は、中心部分222より低い屈折率を有する入射部分2212を有している。入射部分2212の屈折率は、絶縁膜200の屈折率よりも高く、典型的には、周辺部分221と同程度の屈折率を有している。したがって、本実施形態では、周辺部分221および入射部分2212が第1高屈折率領域であり、中心部分222が、第1高屈折率領域(周辺部分221および入射部分2212)よりも高い屈折率を有する第2高屈折率領域である。   In the present embodiment, the optical path member 220 has an incident portion 2212 having a lower refractive index than the central portion 222. The refractive index of the incident portion 2212 is higher than the refractive index of the insulating film 200, and typically has the same refractive index as that of the peripheral portion 221. Therefore, in the present embodiment, the peripheral portion 221 and the incident portion 2212 are the first high refractive index region, and the central portion 222 has a higher refractive index than the first high refractive index region (the peripheral portion 221 and the incident portion 2212). A second high refractive index region.

入射部分2212は、第2平面1002と第5平面1005との間に位置している。すなわち、入射部分2212は、透明膜319と周辺部分221との間に位置している。入射部分2212は、周辺部分221(および中心部分222)と同じ材料からなり、周辺部分221に連続している。図7(b)に示したDL1,DL2は入射部分2212の幅(直径)を表している。入射部分2212は逆円錐台形状を呈している。   The incident portion 2212 is located between the second plane 1002 and the fifth plane 1005. That is, the incident part 2212 is located between the transparent film 319 and the peripheral part 221. The incident portion 2212 is made of the same material as the peripheral portion 221 (and the central portion 222), and is continuous with the peripheral portion 221. DL1 and DL2 shown in FIG. 7B represent the width (diameter) of the incident portion 2212. The incident portion 2212 has an inverted truncated cone shape.

本実施形態では、中心部分222が円錐形状を呈しているが、円錐台形状であってもよい。そして、DL3<DL4<DL5の関係となっている。なお、入射部分2212は、絶縁膜200と接しており、DL4=DS4、DL5=DS5の関係となっている。そして、TH1>TH2>TH3>TH4の関係となっている。このような、円錐形状あるいは円錐台形状の中心部分222は、spindt型の電子放出素子の製法(例えば回転蒸着法)を応用して形成することも可能である。   In the present embodiment, the central portion 222 has a conical shape, but may have a truncated cone shape. The relationship is DL3 <DL4 <DL5. Note that the incident portion 2212 is in contact with the insulating film 200 and has a relationship of DL4 = DS4 and DL5 = DS5. The relationship is TH1> TH2> TH3> TH4. Such a conical or frustoconical center portion 222 can also be formed by applying a spindt-type electron-emitting device manufacturing method (for example, rotational evaporation).

<第6実施形態>
図8(a)は第6実施形態に係る光電変換素子1の一部の、主面101(および受光面111)に垂直な方向の断面図であり、図8(b)は第6実施形態に係る光電変換素子1の一部の、主面101(および受光面111)に平行な方向の断面図である。
<Sixth Embodiment>
FIG. 8A is a cross-sectional view of a part of the photoelectric conversion element 1 according to the sixth embodiment in a direction perpendicular to the main surface 101 (and the light receiving surface 111), and FIG. 8B is a diagram illustrating the sixth embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of a part of the photoelectric conversion element 1 according to 1 in a direction parallel to the main surface 101 (and the light receiving surface 111).

本実施形態でも、周辺部分221が第1高屈折率領域であり、中心部分222が、第1高屈折率領域(周辺部分221)よりも高い屈折率を有する第2高屈折率領域である。   Also in this embodiment, the peripheral portion 221 is a first high refractive index region, and the central portion 222 is a second high refractive index region having a higher refractive index than the first high refractive index region (peripheral portion 221).

第1平面1001、第2平面1002、第3平面1003、第4平面1004、第5平面1005、第6平面1006、S1〜S5、DS1〜5、DL1〜4、TH1〜4の定義は図2(a)、(b)と同様であるから、説明を省略する。   Definitions of the first plane 1001, the second plane 1002, the third plane 1003, the fourth plane 1004, the fifth plane 1005, the sixth plane 1006, S1 to S5, DS1 to 5, DL1 to 4, and TH1 to 4 are shown in FIG. Since it is the same as (a) and (b), description is abbreviate | omitted.

本実施形態では、光路部材220は、出射部分2211を有している。出射部分2211は周辺部分221に連続しており、出射部分2211は周辺部分221と同じ材料からなる。そして、出射部分2211の屈折率は中心部分222の屈折率よりも低い。出射部分2211の厚みは薄いことが好ましい。本実施形態では、周辺部分221および出射部分2211が第1高屈折率領域であり、中心部分222が、第1高屈折率領域(周辺部分221および出射部分2211)よりも高い屈折率を有する第2高屈折率領域である。図8(b)のTH5は出射部分2221の幅(直径)を表しており、ここでは、TH5=DS5となっている。   In the present embodiment, the optical path member 220 has an emission part 2211. The emission part 2211 is continuous with the peripheral part 221, and the emission part 2211 is made of the same material as the peripheral part 221. The refractive index of the emission part 2211 is lower than the refractive index of the central part 222. The exit portion 2211 is preferably thin. In the present embodiment, the peripheral portion 221 and the emission portion 2211 are first high refractive index regions, and the central portion 222 has a higher refractive index than the first high refractive index region (the peripheral portion 221 and the emission portion 2211). 2 High refractive index region. In FIG. 8B, TH5 represents the width (diameter) of the emission portion 2221. Here, TH5 = DS5.

以上説明した第1〜第6実施形態では、周辺部分221が絶縁膜200の側面204と接する形態を説明してきた。しかしながら、周辺部分221が絶縁膜200の側面204と接さずに、周辺部分221と絶縁膜200の側面204との間に、光路部材220の一部を成す1層以上の層が介在していてもよい。   In the first to sixth embodiments described above, the form in which the peripheral portion 221 is in contact with the side surface 204 of the insulating film 200 has been described. However, the peripheral portion 221 is not in contact with the side surface 204 of the insulating film 200, and one or more layers constituting a part of the optical path member 220 are interposed between the peripheral portion 221 and the side surface 204 of the insulating film 200. May be.

例えば、光路部材220は、周辺部分221と絶縁膜200との間に、周辺部分221の屈折率より低い屈折率を有する低屈折率層(不図示)を有していてもよい。この低屈折率層の屈折率は、絶縁膜200の屈折率よりも高いことが好ましく、中心部分222の屈折率よりも低いことがより好ましい。なお、低屈折率層の材料は周辺部分221(および中心部分222)の材料と同じでもよいし、異なっていてもよい。このような低屈折率層を設けると、光の損失を低減することができる。また、この低屈折率層は周辺部分221を囲んでいてもよい。   For example, the optical path member 220 may have a low refractive index layer (not shown) having a refractive index lower than that of the peripheral portion 221 between the peripheral portion 221 and the insulating film 200. The refractive index of the low refractive index layer is preferably higher than the refractive index of the insulating film 200, and more preferably lower than the refractive index of the central portion 222. The material of the low refractive index layer may be the same as or different from the material of the peripheral portion 221 (and the central portion 222). When such a low refractive index layer is provided, light loss can be reduced. Further, this low refractive index layer may surround the peripheral portion 221.

また、例えば光路部材220は、周辺部分221と絶縁膜200との間に、周辺部分221の材料と異なる材料からなる、周辺部分221の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率層(不図示)を有していてもよい。しかしながら、このような高屈折率層の屈折率を、周辺部分221の屈折率よりも極端に高くすると、及び/又は、高屈折率層の厚みを極端に厚くすると、光路部材220に入射する光は当該高屈折率層に集中すると考えられる。そのため、本実施形態による効果が十分に得られない可能性がある。したがって、周辺部分221と高屈折率層との屈折率差は、周辺部分221と中心部分222との屈折率差よりも小さくすることが好ましい。また、任意の断面において、高屈折率層の厚みは、周辺部分221の厚みよりも薄くすることが好ましい。上記したような高屈折率層あるいは低屈折率層は、周辺部分221の形状を規定したり、光路部材220の開口部201への密着性を向上したりする機能を果たすことができる。また、周辺部分221および中心部分222の材料に有機材料(樹脂)を用いる場合には、上記高屈折率層あるいは低屈折率層は、有機材料に対する保護層(パッシベーション層)として機能する。このような保護層の材料に窒化シリコンを用いることが好ましい。   Further, for example, the optical path member 220 is a high refractive index layer (non-reflective layer) having a refractive index higher than the refractive index of the peripheral portion 221 and made of a material different from the material of the peripheral portion 221 between the peripheral portion 221 and the insulating film 200. May be included). However, if the refractive index of such a high refractive index layer is made extremely higher than the refractive index of the peripheral portion 221 and / or if the thickness of the high refractive index layer is made extremely thick, light incident on the optical path member 220 will be described. Is considered to concentrate on the high refractive index layer. Therefore, the effect according to the present embodiment may not be sufficiently obtained. Therefore, it is preferable that the refractive index difference between the peripheral portion 221 and the high refractive index layer is smaller than the refractive index difference between the peripheral portion 221 and the central portion 222. In any cross section, the thickness of the high refractive index layer is preferably smaller than the thickness of the peripheral portion 221. The high refractive index layer or the low refractive index layer as described above can fulfill the functions of defining the shape of the peripheral portion 221 and improving the adhesion of the optical path member 220 to the opening 201. In the case where an organic material (resin) is used as the material of the peripheral portion 221 and the central portion 222, the high refractive index layer or the low refractive index layer functions as a protective layer (passivation layer) for the organic material. Silicon nitride is preferably used as the material for such a protective layer.

なお、中心部分222の内側に、中心部分222に囲まれた、中心部分222とは異なる材料からなる領域、あるいは空隙(ボイド)が存在することもある。しかしながら、かかる領域の屈折率が中心部分222の屈折率よりも低い場合、あるいはこの領域の屈折率が周辺部分221の屈折率よりも高い場合には、これらの領域は極力無くすることが望ましい。   Note that a region made of a material different from the central portion 222 or a void (void) may be present inside the central portion 222 and surrounded by the central portion 222. However, when the refractive index of such a region is lower than the refractive index of the central portion 222, or when the refractive index of this region is higher than the refractive index of the peripheral portion 221, it is desirable to eliminate these regions as much as possible.

第1〜6実施形態に共通する透明膜319について説明する。図2、図4〜8に示す様に、絶縁膜200の上面202上には透明膜319が設けられている。透明膜319は、周辺部分221および中心部分222と同じ材料からなり、絶縁膜200(ここでは第11絶縁層215)の屈折率よりも高い屈折率を有する。透明膜319の屈折率は、中心部分222の屈折率より高いことが好ましく、周辺部分221の屈折率と同程度であることがより好ましい。すなわち、透明膜319の屈折率をn、中心部分222の屈折率をn、周辺部分221の屈折率nとして、(n+n)/2<n<(3n−n)/2であることが好ましい。 The transparent film 319 common to the first to sixth embodiments will be described. As shown in FIGS. 2 and 4 to 8, a transparent film 319 is provided on the upper surface 202 of the insulating film 200. The transparent film 319 is made of the same material as the peripheral portion 221 and the central portion 222, and has a refractive index higher than that of the insulating film 200 (herein, the eleventh insulating layer 215). The refractive index of the transparent film 319 is preferably higher than the refractive index of the central portion 222, and more preferably about the same as the refractive index of the peripheral portion 221. That is, assuming that the refractive index of the transparent film 319 is n 3 , the refractive index of the central portion 222 is n 2 , and the refractive index n 1 of the peripheral portion 221 is (n 1 + n 2 ) / 2 <n 3 <(3n 1 −n 2 ) / 2.

透明膜319についてより詳細に説明する。第1実施形態(図2)、第2実施形態(図4)、第3実施形態(図5)、第4実施形態(図6)、第6実施形態(図8)に示すように、透明膜319は、第1領域3191と第2領域3192を有している。透明膜319の第2領域3192は第2高屈折率領域である中心部分222に連続している。透明膜319の第1領域3191は第1高屈折率領域である周辺部分221に連続しており絶縁膜200上に位置している。そして、第2領域3192の屈折率は第1領域3191の屈折率よりも高く、透明膜319は屈折率分布を有している。第1領域3191は第2領域3192を囲んでいる。このようにすると、透明膜319に入射した光を、光路部材220の中心部分224へ導くことができ、光の利用効率を向上することができる。仮に開口部201ではなく、絶縁膜201の上面202へ入射しようとする方向に伝搬してきた光が存在していたとしても、透明膜319が光路部材220に光を導くことができる。すなわち、絶縁膜201に入射する前に、透明膜319の第1領域3191に入射するために、光は、屈折率の低い絶縁膜201よりも屈折率の高い透明膜319(第1領域3191)内を伝搬しようとする。透明膜319を伝搬する光は、透明膜319の第1領域3191と同じ材料からなる周辺部分221へ低損失で入射する。また、第1領域3191の光は、第1領域3191よりも屈折率の高い第2領域3192や中心部分222へ伝搬しやすくなる。そのため、光の利用効率を向上することができる。このような効果を得るうえでは、光路部材220に入射する光の波長をλ、透明膜319の屈折率をnとして、透明膜319の厚みがλ/4n以上2λ/n以下であることが好ましい。図7に示した第5実施形態では、透明膜319は入射部分2212に連続しており、透明膜319は、入射部分2212と同程度の屈折率を有している。そして、透明膜319は実質的に屈折率分布を有していない。上記のように第1領域3191と第2領域3192とで屈折率分布を有していると、中心部分222に連続する第2領域3192に光を集中させることができるため好ましい。 The transparent film 319 will be described in more detail. As shown in the first embodiment (FIG. 2), the second embodiment (FIG. 4), the third embodiment (FIG. 5), the fourth embodiment (FIG. 6), and the sixth embodiment (FIG. 8), transparent The film 319 includes a first region 3191 and a second region 3192. The second region 3192 of the transparent film 319 is continuous with the central portion 222 which is the second high refractive index region. The first region 3191 of the transparent film 319 is continuous with the peripheral portion 221 that is the first high refractive index region, and is located on the insulating film 200. The refractive index of the second region 3192 is higher than that of the first region 3191, and the transparent film 319 has a refractive index distribution. The first area 3191 surrounds the second area 3192. In this way, the light incident on the transparent film 319 can be guided to the central portion 224 of the optical path member 220, and the light utilization efficiency can be improved. Even if there is light propagating in a direction to enter the upper surface 202 of the insulating film 201 instead of the opening 201, the transparent film 319 can guide the light to the optical path member 220. That is, since the light enters the first region 3191 of the transparent film 319 before entering the insulating film 201, the light has a higher refractive index than the insulating film 201 having a lower refractive index (first region 3191). Try to propagate inside. The light propagating through the transparent film 319 enters the peripheral portion 221 made of the same material as the first region 3191 of the transparent film 319 with low loss. In addition, the light in the first region 3191 easily propagates to the second region 3192 or the central portion 222 having a higher refractive index than the first region 3191. Therefore, the light use efficiency can be improved. In order to obtain such an effect, the wavelength of light incident on the optical path member 220 is λ, the refractive index of the transparent film 319 is n 3 , and the thickness of the transparent film 319 is not less than λ / 4n 3 and not more than 2λ / n 3. It is preferable. In the fifth embodiment shown in FIG. 7, the transparent film 319 is continuous with the incident portion 2212, and the transparent film 319 has the same refractive index as the incident portion 2212. The transparent film 319 has substantially no refractive index distribution. As described above, it is preferable that the first region 3191 and the second region 3192 have a refractive index distribution because light can be concentrated on the second region 3192 continuous with the central portion 222.

<光電変換素子の詳細>
図1を用いて、光電変換素子1の一例を詳細に説明する。
<Details of photoelectric conversion element>
An example of the photoelectric conversion element 1 will be described in detail with reference to FIG.

N型シリコンからなる半導体基板100の中にN型半導体領域112が設けられている。N型半導体領域112の下部を含む周囲にはN型半導体領域113が設けられている。N型半導体領域113の下部にはP型半導体領域114が設けられている。N型半導体領域112が主に電荷蓄積領域として機能することができる。N型半導体領域112とN型半導体領域113とP型半導体領域114とが光電変換部110の一部を構成することができる。 An N + type semiconductor region 112 is provided in a semiconductor substrate 100 made of N type silicon. An N-type semiconductor region 113 is provided in the periphery including the lower portion of the N + -type semiconductor region 112. A P-type semiconductor region 114 is provided below the N-type semiconductor region 113. The N + type semiconductor region 112 can mainly function as a charge storage region. The N + type semiconductor region 112, the N type semiconductor region 113, and the P type semiconductor region 114 can constitute a part of the photoelectric conversion unit 110.

第1レンズ基体層328の入射側表面(図1における上面)は、入射側に向かって凸の理想球面、略球面、あるいは非球面(以下、これらを合わせて曲面と呼ぶ)を成している、すなわち凸レンズ形状を有している。これにより、レンズ体層329に入射した光は中心軸に近づき、集光される。レンズ基体層328とレンズ体層329は互いに同じ有機材料(樹脂)からなり、レンズ基体層328とレンズ体層329は互いに接している。つまり、レンズ基体層328とレンズ体層329は実質的に一体として設けられている。レンズ基体層328とレンズ体層329の境界を観察することは困難な場合が多い。その場合には、レンズ体層329の曲面領域の端同士を結んだ平面を仮想的な境界に設定することができる。なお、第1レンズ基体層328を省略して、第1レンズ体層329とカラーフィルタ層327が接する構成としてもよい。   The incident-side surface (upper surface in FIG. 1) of the first lens base layer 328 forms an ideal spherical surface, substantially spherical surface, or aspherical surface (hereinafter collectively referred to as a curved surface) convex toward the incident side. That is, it has a convex lens shape. Thereby, the light incident on the lens body layer 329 approaches the central axis and is condensed. The lens base layer 328 and the lens body layer 329 are made of the same organic material (resin), and the lens base layer 328 and the lens body layer 329 are in contact with each other. That is, the lens base layer 328 and the lens body layer 329 are provided substantially integrally. It is often difficult to observe the boundary between the lens base layer 328 and the lens body layer 329. In that case, a plane connecting the ends of the curved region of the lens body layer 329 can be set as a virtual boundary. The first lens base layer 328 may be omitted, and the first lens body layer 329 and the color filter layer 327 may be in contact with each other.

第1レンズ体層329の材料の物性(特に屈折率)、曲面の形状(特にその曲率、高さ、幅)は焦点の位置に大きく影響する。概して、曲率を大きくするほど、焦点の位置は第1平面1001から遠くなる。レンズ基体層328の材料の物性(特に屈折率)および厚みは、集光された光がレンズ基体層328内で中心軸に近づく距離に影響するため、焦点を決定する要因の一つとなる。典型的な第1レンズ体層329の屈折率は、1.6〜2.0である。   The physical properties (especially the refractive index) of the material of the first lens body layer 329 and the shape of the curved surface (especially its curvature, height, width) greatly affect the position of the focal point. In general, the greater the curvature, the farther the focal point is from the first plane 1001. The physical properties (particularly the refractive index) and thickness of the material of the lens base layer 328 affect the distance at which the collected light approaches the central axis in the lens base layer 328, and thus become one of the factors that determine the focal point. A typical first lens body layer 329 has a refractive index of 1.6 to 2.0.

カラーフィルタ層327は、色材を含有する有機材料(樹脂)からなる。色材としては染料を用いることができるが、顔料を用いてもよい。カラーフィルタ層327の材料の物性(特に屈折率)および厚みは、レンズ基体層328とカラーフィルタ層327との界面で屈折した光がカラーフィルタ層327中で中心軸に近づく距離に影響するため、焦点500を決定する要因の一つとなる。典型的なカラーフィルタ層327の厚みは0.1〜1.0μm、屈折率は1.4〜1.6である。   The color filter layer 327 is made of an organic material (resin) containing a color material. A dye can be used as the color material, but a pigment may be used. The physical properties (particularly the refractive index) and thickness of the material of the color filter layer 327 affect the distance that the light refracted at the interface between the lens base layer 328 and the color filter layer 327 approaches the central axis in the color filter layer 327. This is one of the factors that determine the focal point 500. A typical color filter layer 327 has a thickness of 0.1 to 1.0 μm and a refractive index of 1.4 to 1.6.

平坦化膜326は有機材料(樹脂)からなり、第1レンズ体層329と第2レンズ体層324との距離を調整する機能を有している。また、第2レンズ体層324の曲面形状に対して平坦化されており、カラーフィルタ層327や第1レンズ基体層328、第1レンズ体層329での光路の傾きを抑制する機能も有している。平坦化膜326の最薄部の厚みは、典型的には0.1〜0.5μmである。平坦化膜326の屈折率は1.4〜1.5である。   The planarizing film 326 is made of an organic material (resin) and has a function of adjusting the distance between the first lens body layer 329 and the second lens body layer 324. Further, the second lens body layer 324 is flattened with respect to the curved shape, and has a function of suppressing the inclination of the optical path in the color filter layer 327, the first lens base layer 328, and the first lens body layer 329. ing. The thickness of the thinnest portion of the planarizing film 326 is typically 0.1 to 0.5 μm. The refractive index of the planarizing film 326 is 1.4 to 1.5.

第2レンズ基体層323及び第2レンズ体層324は窒化シリコンからなり、第2レンズ体層324は凸レンズ形状(平凸レンズ形状)を有している。なお、第2レンズ体層324の屈折率は、平坦化膜326の屈折率よりも高い。そのため、第1レンズ体層329で集光された光をさらに集光することができる。   The second lens base layer 323 and the second lens body layer 324 are made of silicon nitride, and the second lens body layer 324 has a convex lens shape (plano-convex lens shape). Note that the refractive index of the second lens body layer 324 is higher than the refractive index of the planarizing film 326. Therefore, the light condensed by the first lens body layer 329 can be further condensed.

第2レンズ体コーティング層325は酸化シリコンからなり、第2レンズ体層324の屈折率と平坦化膜326の屈折率の間の屈折率を有している。このように、第2レンズ体コーティング層325が第2レンズ体層324の屈折率と平坦化膜326の屈折率の間の屈折率を有すると、平坦化膜326から第2レンズ体層324への入射光が増加する。これは、第2レンズ体コーティング層325を設けない場合に生じ得る平坦化膜326と第2レンズ体層324との界面での反射を抑制し、透過率を高くできるためである。   The second lens body coating layer 325 is made of silicon oxide and has a refractive index between the refractive index of the second lens body layer 324 and the refractive index of the planarization film 326. Thus, when the second lens body coating layer 325 has a refractive index between the refractive index of the second lens body layer 324 and the refractive index of the planarization film 326, the planarization film 326 to the second lens body layer 324 is provided. Incident light increases. This is because reflection at the interface between the planarizing film 326 and the second lens body layer 324 that may occur when the second lens body coating layer 325 is not provided can be suppressed, and the transmittance can be increased.

第2レンズ体コーティング層325の厚みは、第2レンズ体層324の厚みより小さく、第2レンズ体層324の厚みの1/2以下であることが好ましい。第2レンズ体コーティング層325の厚みを、入射光の波長の(M−0.5)/4n325倍〜(M+0.5)/4n325倍とすると好ましく、入射光の波長のM/4n325倍とすることがより好ましい。ここで、Mは奇数、n325は第2レンズ体コーティング層325の屈折率である。Mは1又は3が好ましく、1がより好ましい。第2レンズ体コーティング層325の厚みをこのように設定すると、第2レンズ体層324の表面での反射光と、第2レンズ体コーティング層325の表面での反射光との干渉を弱めることができ、波動光学的な視点での反射抑制機能を奏する。 The thickness of the second lens body coating layer 325 is preferably smaller than the thickness of the second lens body layer 324 and not more than ½ of the thickness of the second lens body layer 324. The thickness of the second lens body coating layer 325 is preferably (M−0.5) / 4n 325 times to (M + 0.5) / 4n 325 times the wavelength of incident light, and M / 4n 325 of the wavelength of incident light . More preferably, it is doubled. Here, M is an odd number, and n 325 is the refractive index of the second lens body coating layer 325. M is preferably 1 or 3, and more preferably 1. When the thickness of the second lens body coating layer 325 is set in this way, interference between the reflected light on the surface of the second lens body layer 324 and the reflected light on the surface of the second lens body coating layer 325 can be weakened. It has a function of suppressing reflection from the viewpoint of wave optics.

第2レンズ基体層323と低屈折率層321との間に第1中屈折率層322が設けられており、低屈折率層321と透明膜319との間に第2中屈折率層320が設けられている。第1中屈折率層322および第2中屈折率層320の材料は酸窒化シリコンからなり、低屈折率層321の材料は酸化シリコンである。   A first intermediate refractive index layer 322 is provided between the second lens base layer 323 and the low refractive index layer 321, and the second intermediate refractive index layer 320 is provided between the low refractive index layer 321 and the transparent film 319. Is provided. The material of the first medium refractive index layer 322 and the second medium refractive index layer 320 is made of silicon oxynitride, and the material of the low refractive index layer 321 is silicon oxide.

第1中屈折率層322の上面は第2レンズ基体層323の下面と界面を成しており、第1中屈折率層322の屈折率は、第2レンズ基体層323の屈折率よりも低い。低屈折率層321の上面は第1中屈折率層322の下面と界面を成しており、低屈折率層321の屈折率は、第1中屈折率層322の屈折率よりも低い。そのため、第1中屈折率層322は、第2レンズ基体層323の屈折率と低屈折率層321の屈折率の間の屈折率を有している。第2中屈折率層320の上面は低屈折率層321の下面と界面を成しており、第2中屈折率層320の屈折率は、低屈折率層321の屈折率より高い。第2中屈折率層320の下面は透明膜319の上面と界面を成しており、第2中屈折率層320の屈折率は、透明膜319の屈折率よりも低い。そのため、第2中屈折率層320は、低屈折率層321の屈折率と、透明膜319の屈折率の間の屈折率を有している。このように、第1中屈折率層322、低屈折率層321、第2中屈折率層320はいずれも、第2レンズ基体層323および第2レンズ体層324の屈折率より低いため、第1中屈折率層322と低屈折率層321と第2中屈折率層320を合わせて、低屈折率膜ということができる。なお低屈折率膜から第1中屈折率層322と第2中屈折率層320の少なくとも一方を省略して、低屈折率膜を単層膜あるいは2層膜としてもよい。なお、低屈折率膜を省略することも可能である。   The upper surface of the first intermediate refractive index layer 322 forms an interface with the lower surface of the second lens base layer 323, and the refractive index of the first intermediate refractive index layer 322 is lower than the refractive index of the second lens base layer 323. . The upper surface of the low refractive index layer 321 forms an interface with the lower surface of the first medium refractive index layer 322, and the refractive index of the low refractive index layer 321 is lower than the refractive index of the first medium refractive index layer 322. Therefore, the first intermediate refractive index layer 322 has a refractive index between the refractive index of the second lens base layer 323 and the refractive index of the low refractive index layer 321. The upper surface of the second intermediate refractive index layer 320 forms an interface with the lower surface of the low refractive index layer 321, and the refractive index of the second intermediate refractive index layer 320 is higher than the refractive index of the low refractive index layer 321. The lower surface of the second intermediate refractive index layer 320 forms an interface with the upper surface of the transparent film 319, and the refractive index of the second intermediate refractive index layer 320 is lower than the refractive index of the transparent film 319. Therefore, the second middle refractive index layer 320 has a refractive index between the refractive index of the low refractive index layer 321 and the refractive index of the transparent film 319. As described above, the first medium refractive index layer 322, the low refractive index layer 321 and the second medium refractive index layer 320 are all lower than the refractive indexes of the second lens base layer 323 and the second lens body layer 324. The first medium refractive index layer 322, the low refractive index layer 321 and the second medium refractive index layer 320 are collectively referred to as a low refractive index film. Note that at least one of the first medium refractive index layer 322 and the second medium refractive index layer 320 may be omitted from the low refractive index film, and the low refractive index film may be a single layer film or a two layer film. It is possible to omit the low refractive index film.

低屈折率膜321の屈折率は第1中屈折率層322の屈折率よりも低いため、低屈折率層321内ではスネルの法則に従って、開口部201および光路部材220の中心軸へ近づく方向に屈折する。そのため、開口部201内(光路部材220)に入射する光量を増加させることができる。第1中屈折率層322が無い場合も、低屈折率膜321の屈折率は第1中屈折率層322の屈折率よりも低いため、同様の屈折を生じることができる。しかしながら、第2レンズ基体層323と低屈折率層321の屈折率差により、第2レンズ基体層323と低屈折率層321との界面で入射光の反射が生じる場合がある。また、低屈折率層321と透明膜319の屈折率差により、低屈折率層321と透明膜319の界面で入射光の反射が生じる場合がある。この時の反射率Rは、R=(n321−n319/(n321+n319で表すことができる。ここでn321は低屈折率層321の屈折率、n319は透明膜319の屈折率である。図1の例では、第2レンズ基体層323と第1中屈折率層322との屈折率差と、第1中屈折率層322と低屈折率層321との屈折率差の双方が、第2レンズ基体層323と低屈折率層321との屈折率差よりも小さい。したがって、第2レンズ基体層323から低屈折率層321への透過率を向上でき、低屈折率層321へ入射する光量を増加させることができる。透明膜319の屈折率は第2中屈折率層320の屈折率よりも高いため、透明膜319内ではスネルの法則に従って、開口部201および光路部材220の中心軸から離れる方向に屈折する。そのため、周辺部分221(あるいは周辺部分223)入射する光束を増やすことができる。また、側面204に対する角度を小さくし、臨界角以上の入射角で側面204に入射する光束を増やし、開口部201の側面204から漏れてしまう光の量を減少させることができる。第2中屈折率層320が無い場合も、低屈折率層321の屈折率を透明膜319の屈折率よりも低くすることで、同様の屈折を生じることができる。図1の例では、低屈折率層321と第2中屈折率層320との屈折率差と、第2中屈折率層320と透明膜319との屈折率差の双方が、低屈折率層321と透明膜319との屈折率差よりも小さい。したがって、低屈折率層321から透明膜319への透過率を向上でき、透明膜319へ入射する光量を増加させることができる。 Since the refractive index of the low refractive index film 321 is lower than the refractive index of the first medium refractive index layer 322, the low refractive index layer 321 approaches the central axis of the opening 201 and the optical path member 220 according to Snell's law. Refract. Therefore, the amount of light incident on the opening 201 (optical path member 220) can be increased. Even without the first intermediate refractive index layer 322, the refractive index of the low refractive index film 321 is lower than the refractive index of the first intermediate refractive index layer 322, so that similar refraction can be generated. However, due to the difference in refractive index between the second lens base layer 323 and the low refractive index layer 321, incident light may be reflected at the interface between the second lens base layer 323 and the low refractive index layer 321. Further, due to the difference in refractive index between the low refractive index layer 321 and the transparent film 319, incident light may be reflected at the interface between the low refractive index layer 321 and the transparent film 319. The reflectance R at this time can be represented by R = (n 321 −n 319 ) 2 / (n 321 + n 319 ) 2 . Here, n 321 is the refractive index of the low refractive index layer 321, and n 319 is the refractive index of the transparent film 319. In the example of FIG. 1, both the refractive index difference between the second lens base layer 323 and the first medium refractive index layer 322 and the refractive index difference between the first medium refractive index layer 322 and the low refractive index layer 321 are the same. The difference in refractive index between the two-lens base layer 323 and the low refractive index layer 321 is smaller. Therefore, the transmittance from the second lens base layer 323 to the low refractive index layer 321 can be improved, and the amount of light incident on the low refractive index layer 321 can be increased. Since the refractive index of the transparent film 319 is higher than the refractive index of the second medium refractive index layer 320, the transparent film 319 is refracted in a direction away from the central axis of the opening 201 and the optical path member 220 according to Snell's law. Therefore, the light flux incident on the peripheral portion 221 (or the peripheral portion 223) can be increased. In addition, the angle with respect to the side surface 204 can be reduced, the luminous flux incident on the side surface 204 can be increased at an incident angle greater than the critical angle, and the amount of light leaking from the side surface 204 of the opening 201 can be reduced. Even when the second middle refractive index layer 320 is not provided, the same refraction can be caused by making the refractive index of the low refractive index layer 321 lower than the refractive index of the transparent film 319. In the example of FIG. 1, both the refractive index difference between the low refractive index layer 321 and the second middle refractive index layer 320 and the refractive index difference between the second middle refractive index layer 320 and the transparent film 319 are low refractive index layers. It is smaller than the refractive index difference between 321 and the transparent film 319. Therefore, the transmittance from the low refractive index layer 321 to the transparent film 319 can be improved, and the amount of light incident on the transparent film 319 can be increased.

第1中屈折率層322の厚みを、入射光の波長の(M−0.5)/4n322倍〜(M+0.5)/4n322倍とすると好ましく、入射光の波長のM/4n322倍とすることがより好ましい。ここで、Mは奇数、n322は第1中屈折率層322の屈折率である。Mは1又は3が好ましく、1がより好ましい。第1中屈折率層322の厚みをこのように設定すると、第1中屈折率層322と第2レンズ基体層323との界面での反射光と、第1中屈折率層322と低屈折率層321との界面での反射光の干渉を弱める、波動光学的な視点での反射抑制機能を奏する。 The thickness of the first medium refractive index layer 322 is preferably (M−0.5) / 4n 322 times to (M + 0.5) / 4n 322 times the wavelength of incident light, and M / 4n 322 of the wavelength of incident light . More preferably, it is doubled. Here, M is an odd number, and n 322 is the refractive index of the first medium refractive index layer 322. M is preferably 1 or 3, and more preferably 1. When the thickness of the first middle refractive index layer 322 is set in this way, the reflected light at the interface between the first middle refractive index layer 322 and the second lens base layer 323, the first middle refractive index layer 322, and the low refractive index. It has a function of suppressing reflection from the viewpoint of wave optics, which weakens interference of reflected light at the interface with the layer 321.

同様に、第2中屈折率層320の厚みを、入射光の波長の(M−0.5)/4n320倍〜(M+0.5)/4n320倍とすると好ましく、入射光の波長のM/4n320倍とすることがより好ましい。ここで、Mは奇数、n320は第2中屈折率層320の屈折率である。Mは1又は3が好ましく、1がより好ましい。 Similarly, the thickness of the second intermediate refractive index layer 320 is preferably (M−0.5) / 4n 320 times to (M + 0.5) / 4n 320 times the wavelength of the incident light, and the M of the wavelength of the incident light is preferably set. / 4n is more preferably 320 times. Here, M is an odd number, and n 320 is the refractive index of the second middle refractive index layer 320. M is preferably 1 or 3, and more preferably 1.

低屈折率膜内において中心軸へ近づくような屈折を、各層の厚みが限られた範囲で大きくする上では、第1中屈折率層322の厚みと低屈折率層321の厚みを次のように設定すると良い。まず、第2レンズ基体層323と第1中屈折率層322との相対屈折率と、第1中屈折率層322と低屈折率層321との相対屈折率とを比較する。相対屈折率が大きい方の出射側の媒質(第1中屈折率層322と低屈折率層321の一方)の厚みを、小さい方の出射側の媒質(第1中屈折率層322と低屈折率層321の他方)の厚みよりも大きくする。なお、ここで相対屈折率は、(入射側媒質の屈折率)/(出射側媒質の屈折率)であり、本実施形態では1より大きい値である。なお、これまでの説明において、単に「屈折率」と記載した場合には、絶対屈折率を意味するものとする。スネルの法則によれば、相対屈折率が大きいほど出射角が大きくなるため、上記相対屈折率が大きい方の出射側媒質の厚みを大きくすることにより、出射光をより大きく中心軸に近づけることができる。例えば、第2レンズ基体層323の屈折率が2.00、第1中屈折率層322の屈折率が1.72、低屈折率層321の屈折率が1.46の場合には、2.00/1.72<1.72/1.46である。したがって、低屈折率層321の厚みを、第1中屈折率層322の厚みよりも大きくすればよい。   In order to increase the refraction approaching the central axis in the low refractive index film within the range where the thickness of each layer is limited, the thickness of the first medium refractive index layer 322 and the thickness of the low refractive index layer 321 are as follows. It is good to set to. First, the relative refractive index of the second lens base layer 323 and the first medium refractive index layer 322 is compared with the relative refractive index of the first medium refractive index layer 322 and the low refractive index layer 321. The thickness of the exit side medium (one of the first medium refractive index layer 322 and the low refractive index layer 321) having the larger relative refractive index is set to the thickness of the medium on the smaller exit side (the first medium refractive index layer 322 and the low refractive index layer 321). It is made larger than the thickness of the other of the rate layer 321. Here, the relative refractive index is (refractive index of the incident-side medium) / (refractive index of the outgoing-side medium), and is a value larger than 1 in this embodiment. In the description so far, the simple description of “refractive index” means the absolute refractive index. According to Snell's law, the larger the relative refractive index, the larger the exit angle. Therefore, by increasing the thickness of the exit side medium having the larger relative refractive index, the emitted light can be made closer to the central axis. it can. For example, when the refractive index of the second lens base layer 323 is 2.00, the refractive index of the first medium refractive index layer 322 is 1.72, and the refractive index of the low refractive index layer 321 is 1.46, 2. 00 / 1.72 <1.72 / 1.46. Accordingly, the thickness of the low refractive index layer 321 may be made larger than the thickness of the first medium refractive index layer 322.

<光電変換装置および撮像システム>
図9を用いて、光電変換装置10およびそれを用いた撮像システム30の一例を説明する。光電変換装置10は、例えば、イメージングセンサーや測距センサー、測光センサーとしての利用が可能である。光電変換装置10が、イメージングセンサーと測距センサー、測光センサーとしての機能のうちの複数の機能を兼ね備えていてもよい。
<Photoelectric conversion device and imaging system>
An example of the photoelectric conversion device 10 and an imaging system 30 using the same will be described with reference to FIG. The photoelectric conversion device 10 can be used as, for example, an imaging sensor, a distance measuring sensor, or a photometric sensor. The photoelectric conversion device 10 may have a plurality of functions among functions as an imaging sensor, a distance measuring sensor, and a photometric sensor.

光電変換装置10と、光電変換装置10から出力された電気信号が入力され、当該電気信号を処理する信号処理装置20とを備える撮像システム30を構築することもできる。図9は、撮像システム30の一例を示す図である。電気信号は、光電変換装置10のOUT1、OUT2から出力される。ここでは、出力経路をOUT1、OUT2の2つを設けた例を示したが、出力経路は、1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。電気信号は、信号処理装置20のINに入力される。電気信号は、電流信号であってもよいし電圧信号でもよく、また、アナログ信号であってもよいしデジタル信号であってもよい。電気信号の代わりに光信号を用いてもよい。   An imaging system 30 including the photoelectric conversion device 10 and a signal processing device 20 that receives the electrical signal output from the photoelectric conversion device 10 and processes the electrical signal can also be constructed. FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the imaging system 30. The electrical signal is output from OUT1 and OUT2 of the photoelectric conversion device 10. Here, an example in which two output paths OUT1 and OUT2 are provided is shown, but there may be one output path or three or more output paths. The electric signal is input to IN of the signal processing device 20. The electrical signal may be a current signal, a voltage signal, an analog signal, or a digital signal. An optical signal may be used instead of the electrical signal.

光電変換装置10をイメージセンサーとして用いる場合には、信号処理装置20を、INに電気信号を入力することにより、OUT3から画像信号を出力するように構成する。光電変換装置10を焦点検出用の測距センサーとして用いる場合には、信号処理装置20を、INに電気信号を入力することにより、光電変換装置10の前方に設けられたレンズを駆動するための駆動信号を、OUT3から出力するように構成する。光電変換装置10を測光センサーとして用いる場合には、信号処理装置20を、INに電気信号を入力することにより、シャッターを制御して露光時間を調整する制御信号をOUT3から出力するように構成する。なお、上記シャッターはメカニカルシャッターでも電子シャッターでもよいが、電子シャッターの場合は、実質的に光電変換装置10を制御することになる。本発明の光電変換装置10をイメージセンサーとして用いると特に好適であり、良好な画像を得ることができる。   When the photoelectric conversion device 10 is used as an image sensor, the signal processing device 20 is configured to output an image signal from OUT3 by inputting an electric signal to IN. When the photoelectric conversion device 10 is used as a focus detection distance measuring sensor, the signal processing device 20 inputs an electric signal to IN to drive a lens provided in front of the photoelectric conversion device 10. A drive signal is configured to be output from OUT3. When the photoelectric conversion device 10 is used as a photometric sensor, the signal processing device 20 is configured to output from the OUT3 a control signal for controlling the shutter and adjusting the exposure time by inputting an electrical signal to the IN. . The shutter may be a mechanical shutter or an electronic shutter. However, in the case of an electronic shutter, the photoelectric conversion device 10 is substantially controlled. The photoelectric conversion device 10 of the present invention is particularly suitable for use as an image sensor, and a good image can be obtained.

図9に示した撮像システム30における光電変換装置10の一例を説明する。本例では、光電変換装置10として画素増幅型光電変換装置をイメージセンサーとして用いている。図9において、光電変換装置10は、画素領域611と、垂直走査回路612と、2つの読み出し回路613と、2つの水平走査回路614と、2つの出力アンプ615を備えている。画素領域611以外の領域を周辺回路領域とも称する。   An example of the photoelectric conversion device 10 in the imaging system 30 illustrated in FIG. 9 will be described. In this example, a pixel amplification type photoelectric conversion device is used as the image sensor as the photoelectric conversion device 10. In FIG. 9, the photoelectric conversion device 10 includes a pixel region 611, a vertical scanning circuit 612, two readout circuits 613, two horizontal scanning circuits 614, and two output amplifiers 615. An area other than the pixel area 611 is also referred to as a peripheral circuit area.

画素領域611には、多数の光電変換素子1が2次元状に配列されている。各光電変換素子1が1画素に相当する。互いに隣り合う光電変換素子1の中心軸同士の間隔(画素ピッチ)は、典型的には、10μm以下であり、5.0μm以下であることが好ましく、2.0μm以下であることがより好ましい。周辺回路領域には、読み出し回路613、例えば、列アンプ、CDS回路、加算回路等が設けられ、垂直走査回路612によって選択された行の画素から垂直信号線を介して読み出された信号に対して増幅、加算等を行う。列アンプ、CDS回路、加算回路等は、例えば、画素列又は複数の画素列毎に配置される。水平走査回路614は、読み出し回路613の信号を順番に読み出すための信号を生成する。出力アンプ615は、水平走査回路614によって選択された列の信号を増幅して出力する。   A large number of photoelectric conversion elements 1 are two-dimensionally arranged in the pixel region 611. Each photoelectric conversion element 1 corresponds to one pixel. The interval (pixel pitch) between the central axes of the photoelectric conversion elements 1 adjacent to each other is typically 10 μm or less, preferably 5.0 μm or less, and more preferably 2.0 μm or less. In the peripheral circuit area, a read circuit 613, for example, a column amplifier, a CDS circuit, an adder circuit, and the like are provided, and a signal read out from a pixel in a row selected by the vertical scanning circuit 612 via a vertical signal line. Amplification, addition, etc. The column amplifier, the CDS circuit, the addition circuit, and the like are arranged for each pixel column or a plurality of pixel columns, for example. The horizontal scanning circuit 614 generates a signal for sequentially reading the signals from the reading circuit 613. The output amplifier 615 amplifies and outputs the signal of the column selected by the horizontal scanning circuit 614.

以上の構成は、光電変換装置10の一つの構成例に過ぎず、これに限定されるものではない。読み出し回路613と水平走査回路614と出力アンプ615とは、2系統の出力経路(OUT1、OUT2)を構成するため、画素領域611を挟んで上下に1つずつ配置されている。   The above configuration is only one configuration example of the photoelectric conversion device 10 and is not limited to this. The readout circuit 613, the horizontal scanning circuit 614, and the output amplifier 615 are arranged one above the other with the pixel region 611 sandwiched therebetween in order to form two output paths (OUT 1 and OUT 2).

代表的な撮像システム30としてはスチルカメラやビデオカメラ等のカメラが挙げられる。撮像システム30は、光電変換装置10を移動可能にする移動手段(不図示)を備えることもできる。移動手段としては、電動モーターやレシプロエンジン、ロータリーエンジン等を動力源とする車輪が挙げられる。また、移動手段としては、プロペラ、タービンエンジン、ロケットエンジン等の推進装置も挙げられる。このような、移動手段を備える撮像システムは、自動車や鉄道車両、船舶、航空機、人工衛星等に、光電変換装置10および信号処理装置20を搭載することにより実現が可能である。   Examples of the typical imaging system 30 include cameras such as a still camera and a video camera. The imaging system 30 can also include moving means (not shown) that allows the photoelectric conversion device 10 to move. Examples of the moving means include wheels that use an electric motor, a reciprocating engine, a rotary engine, or the like as a power source. Moreover, propulsion apparatuses, such as a propeller, a turbine engine, a rocket engine, are also mentioned as a moving means. Such an imaging system including a moving unit can be realized by mounting the photoelectric conversion device 10 and the signal processing device 20 on an automobile, a railway vehicle, a ship, an aircraft, an artificial satellite, or the like.

100 基板
110 光電変換部
200 絶縁膜
220 光路部材
221 周辺部分
222 中心部分
319 透明膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Substrate 110 Photoelectric conversion part 200 Insulating film 220 Optical path member 221 Peripheral part 222 Central part 319 Transparent film

Claims (23)

光電変換部と、前記光電変換部の上に設けられ、絶縁膜に囲まれた光路部材と、を備える光電変換素子において、
前記光路部材は、第1部分と、前記第1部分の屈折率よりも低い屈折率を有する第2部分と、を含んでおり、
前記光電変換部の受光面に平行な或る平面内および前記受光面に平行で前記或る平面よりも前記受光面に近い別の平面内において、前記第2部分が前記第1部分に連続するとともに前記第1部分を囲み、かつ、前記第2部分の屈折率が前記絶縁膜の屈折率よりも高く、
前記或る平面内における前記第2部分の厚みよりも、前記別の平面内における前記第2部分の厚みが小さいことを特徴とする光電変換素子。
In a photoelectric conversion element comprising a photoelectric conversion unit and an optical path member provided on the photoelectric conversion unit and surrounded by an insulating film,
The optical path member includes a first portion and a second portion having a refractive index lower than the refractive index of the first portion,
The second portion continues to the first portion in a certain plane parallel to the light receiving surface of the photoelectric conversion unit and in another plane parallel to the light receiving surface and closer to the light receiving surface than the certain plane. And surrounding the first portion, and the refractive index of the second portion is higher than the refractive index of the insulating film,
The photoelectric conversion element, wherein a thickness of the second portion in the other plane is smaller than a thickness of the second portion in the certain plane.
前記第1部分および前記第2部分は窒化シリコンを材料とし、かつ、前記第2部分は前記第1部分よりも窒化シリコンの密度が低
前記絶縁膜は、各々が酸化シリコンまたは珪酸塩ガラスを材料とする第1の絶縁層および第2の絶縁層を含み、
前記或る平面内において、前記第2部分が前記第1部分と前記第1の絶縁層との間に位置し、かつ、前記第2部分が前記第1部分に連続するとともに前記第1部分を囲み、
前記別の平面内において、前記第2部分が前記第1部分と前記第2の絶縁層との間に位置し、かつ、前記第2部分が前記第1部分に連続するとともに前記第1部分を囲ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
It said first portion and said second portion is a silicon nitride as a material, and said second portion is rather the density of silicon nitride is lower than the first portion,
The insulating film includes a first insulating layer and a second insulating layer each made of silicon oxide or silicate glass,
Within said one plane, the second portion is positioned between the first insulating layer and the first portion, and said first portion with said second portion continuous with the first portion Box,
In the other plane, the second portion is located between the first portion and the second insulating layer, and the second portion is continuous with the first portion, and the first portion is the photoelectric conversion device according to claim 1, wherein enclose it.
前記第1部分および前記第2部分は窒化シリコンを材料とし、かつ、前記第2部分は前記第1部分よりも窒素に対するシリコンの比が低
前記絶縁膜は、各々が酸化シリコンまたは珪酸塩ガラスを材料とする第1の絶縁層および第2の絶縁層を含み、
前記或る平面内において、前記第2部分が前記第1部分と前記第1の絶縁層との間に位置し、かつ、前記第2部分が前記第1部分に連続するとともに前記第1部分を囲み、
前記別の平面内において、前記第2部分が前記第1部分と第2の絶縁層との間に位置し、かつ、前記第2部分が前記第1部分に連続するとともに前記第1部分を囲ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
It said first portion and said second portion is a silicon nitride as a material, and said second portion is the ratio of the silicon rather low for nitrogen than the first portion,
The insulating film includes a first insulating layer and a second insulating layer each made of silicon oxide or silicate glass,
Within said one plane, the second portion is positioned between the first insulating layer and the first portion, and said first portion with said second portion continuous with the first portion Box,
In the another plane, the second portion is located between the first portion and the second insulating layer, and the second portion is continuous with the first portion and surrounds the first portion. the photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the free it.
前記別の平面内における前記第2部分の厚みが、前記或る平面内における前記第2部分の厚みの1/2以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The thickness of the said 2nd part in said another plane is 1/2 or less of the thickness of the said 2nd part in the said certain plane, The any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. Photoelectric conversion element. 前記或る平面内における前記光路部材の幅よりも、前記別の平面内における前記光路部材の幅が小さいことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光電変換素子。   5. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein a width of the optical path member in the other plane is smaller than a width of the optical path member in the certain plane. 6. 前記或る平面内における前記第1部分の幅よりも、前記別の平面内における前記第1部分の幅が大きいことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光電変換素子。   6. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein a width of the first portion in the other plane is larger than a width of the first portion in the certain plane. 7. . 前記光路部材は、前記絶縁膜の上面に連続し前記光路部材を囲む前記絶縁膜の側面と、前記側面に連続する底面と、で構成された開口部に設けられており、
前記受光面を含む平面を第1平面とし、前記上面を含み前記第1平面に平行な平面を第2平面として、前記底面は、前記第1平面と前記第2平面との間の、前記第1平面に平行な第3平面内に位置しており、
前記第2平面および前記第3平面から等距離に位置する、前記第1平面に平行な平面を第4平面として、前記或る平面は、前記第2平面と前記第4平面との間に位置し、前記別の平面は、前記第3平面と前記第4平面との間に位置することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光電変換素子。
The optical path member is provided in an opening composed of a side surface of the insulating film that is continuous with the upper surface of the insulating film and surrounds the optical path member, and a bottom surface that is continuous with the side surface,
A plane including the light receiving surface is a first plane, a plane including the top surface and parallel to the first plane is a second plane, and the bottom surface is between the first plane and the second plane. Located in a third plane parallel to one plane,
The plane parallel to the first plane and located at the same distance from the second plane and the third plane is defined as a fourth plane, and the certain plane is positioned between the second plane and the fourth plane. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the another plane is located between the third plane and the fourth plane.
前記第4平面内における前記光路部材の幅よりも前記別の平面内における前記光路部材の幅が大きく、前記第4平面内における前記第1部分の幅よりも前記別の平面内における前記第1部分の幅が大きいことを特徴とする請求項に記載の光電変換素子。 The width of the optical path member in the other plane is larger than the width of the optical path member in the fourth plane, and the first in the other plane is larger than the width of the first portion in the fourth plane. The photoelectric conversion element according to claim 7 , wherein the width of the portion is large. 前記絶縁膜は、各々が前記第2部分の屈折率より低い屈折率を有する第1の絶縁層および第2の絶縁層と、各々が前記第1の絶縁層および前記第2の絶縁層よりも高い屈折率を有する第3の絶縁層および第4の絶縁層と、を含む多層膜であって、
前記第1の絶縁層、前記第2の絶縁層、前記第3の絶縁層および前記第4の絶縁層の各々が前記光路部材を囲んでおり、前記第1の絶縁層は前記第3の絶縁層と前記第4の絶縁層との間に位置し、前記或る平面内には前記第1の絶縁層が位置し、前記別の平面内には前記第2の絶縁層が位置することを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
The insulating film includes a first insulating layer and a second insulating layer each having a refractive index lower than that of the second portion, and each of the insulating films is higher than the first insulating layer and the second insulating layer. A multilayer film including a third insulating layer and a fourth insulating layer having a high refractive index,
Each of the first insulating layer, the second insulating layer, the third insulating layer, and the fourth insulating layer surrounds the optical path member, and the first insulating layer is the third insulating layer. The first insulating layer is located in the certain plane, and the second insulating layer is located in the other plane. The photoelectric conversion element according to claim 1.
前記絶縁膜の内部には、銅を主成分とする第1配線層と、銅を主成分とする第2配線層と、が設けられており、
前記絶縁膜は、前記第1配線層に含まれる銅に対する第1の拡散防止層と、前記第2配線層に含まれる銅に対する第2の拡散防止層と、を含む多層膜であって、
前記第1の絶縁層は前記第1の拡散防止層と前記第2の拡散防止層との間に位置していることを特徴とする請求項2又は3に記載の光電変換素子。
Inside the insulating film, a first wiring layer mainly composed of copper and a second wiring layer mainly composed of copper are provided,
The insulating film is a multilayer film including a first diffusion prevention layer for copper contained in the first wiring layer and a second diffusion prevention layer for copper contained in the second wiring layer,
4. The photoelectric conversion element according to claim 2, wherein the first insulating layer is located between the first diffusion prevention layer and the second diffusion prevention layer. 5.
前記光路部材は、前記第1部分と前記光電変換部との間に、前記第2部分の屈折率よりも低い屈折率を有する第3部分を含むことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の光電変換素子。   11. The optical path member includes a third portion having a refractive index lower than that of the second portion between the first portion and the photoelectric conversion unit. The photoelectric conversion element of Claim 1. 前記光路部材が前記絶縁膜と接しており、前記光路部材の幅が2.0μm以下であることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the optical path member is in contact with the insulating film, and the width of the optical path member is 2.0 μm or less. 前記第2部分が前記絶縁膜と接していることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the second portion is in contact with the insulating film. 前記第2部分と前記絶縁膜との間に、前記第2部分の屈折率より低い屈折率を有する低屈折率層、または、前記第2部分の屈折率より高い屈折率を有する高屈折率層が設けられていることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の光電変換素子。   A low refractive index layer having a refractive index lower than that of the second portion or a high refractive index layer having a refractive index higher than that of the second portion between the second portion and the insulating film. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element is provided. 前記受光面に垂直で、前記或る平面および前記別の平面内において前記第1部分を通る軸から、前記絶縁膜へ向かって、前記第1部分および前記第2部分の屈折率が連続的に変化していることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の光電変換素子。   Refractive indexes of the first portion and the second portion are continuous from the axis passing through the first portion in the certain plane and the other plane toward the insulating film perpendicular to the light receiving surface. It has changed, The photoelectric conversion element of any one of Claims 1 thru | or 14 characterized by the above-mentioned. 前記或る平面と前記別の平面との間で、前記第2部分の厚みは、前記受光面に近づくに従って連続的に薄くなることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の光電変換素子。   16. The thickness of the second portion between the certain flat surface and the another flat surface is continuously reduced as it approaches the light receiving surface. Photoelectric conversion element. 前記光電変換部で光電変換される光の波長をλ、前記絶縁膜の屈折率をn、前記第2部分の屈折率をnとして、
前記或る平面内における前記第2部分の厚みがλ/2√(n −n )よりも大きく、
前記別の平面内における前記第2部分の厚みがλ/4√(n −n )よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載の光電変換素子。
The wavelength of light photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit is λ, the refractive index of the insulating film is n 0 , and the refractive index of the second portion is n 1 .
A thickness of the second portion in the certain plane is larger than λ / 2√ (n 1 2 −n 0 2 );
17. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein a thickness of the second portion in the another plane is smaller than λ / 4√ (n 1 2 −n 0 2 ). .
前記光路部材の上から前記絶縁膜の上に延在する透明膜が設けられており、前記透明膜は、前記第2部分に連続した第1領域と、前記第1部分に連続した第2領域とを有し、
前記第1領域は、前記受光面に平行な平面内において前記第2領域を囲み、
前記第2領域の屈折率が、前記第1領域の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載の光電変換素子。
A transparent film extending on the insulating film from above the optical path member is provided, and the transparent film includes a first region continuous with the second portion and a second region continuous with the first portion. And
The first region surrounds the second region in a plane parallel to the light receiving surface,
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein a refractive index of the second region is higher than a refractive index of the first region.
前記第1部分と前記第2部分は化学量論的組成が互いに同じであることを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 18, wherein the first portion and the second portion have the same stoichiometric composition. 前記光路部材に対して前記光電変換部とは反対側には、第1レンズ体層と、前記第1レンズ体層と前記光路部材との間に位置する第2レンズ体層と、前記第2レンズ体層と前記光路部材の間に位置する低屈折率膜と、が設けられており、前記低屈折率膜は前記第2レンズ体層の屈折率よりも低い屈折率を有することを特徴とする請求項1乃至19のいずれか1項に記載の光電変換素子。   On the opposite side of the optical path member from the photoelectric conversion unit, a first lens body layer, a second lens body layer positioned between the first lens body layer and the optical path member, and the second A low refractive index film positioned between the lens body layer and the optical path member, wherein the low refractive index film has a refractive index lower than that of the second lens body layer. The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 19. 前記第2部分の材料が窒化シリコンであること、または前記第1部分の材料が樹脂であることを特徴とする請求項1又は9に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1 or 9, wherein the material of the second portion is silicon nitride, or the material of the first portion is a resin. 請求項1乃至21のいずれか1項に記載の光電変換素子を含む画素の複数が配列された画素領域を備える光電変換装置であって、前記画素領域には、前記或る平面内および前記別の平面内に位置する配線が前記絶縁膜の内部に設けられており、互いに隣り合う前記光電変換素子のそれぞれの前記受光面に垂直で、前記或る平面内および前記別の平面内において前記第1部分を通る軸の間隔が5.0μm以下であることを特徴とする光電変換装置。   A photoelectric conversion device comprising a pixel region in which a plurality of pixels including the photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 21 are arranged, wherein the pixel region includes the certain plane and the different region. Wiring located in the plane is provided inside the insulating film, and is perpendicular to the light receiving surfaces of the photoelectric conversion elements adjacent to each other, in the one plane and in the other plane, A photoelectric conversion device characterized in that an interval between axes passing through one portion is 5.0 μm or less. 請求項1乃至21のいずれか1項に記載の光電変換素子の複数が配列された光電変換装置と、前記光電変換装置から出力された信号が入力され、前記信号を処理する信号処理装置と、を有することを特徴とする撮像システム。   A photoelectric conversion device in which a plurality of photoelectric conversion elements according to any one of claims 1 to 21 are arranged, a signal processing device that receives a signal output from the photoelectric conversion device and processes the signal, An imaging system comprising:
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