KR20100057695A

KR20100057695A - 광전 변환 장치 및 촬상 시스템

Info

Publication number: KR20100057695A
Application number: KR1020107008878A
Authority: KR
Inventors: 유이찌로 야마시따
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2007-10-03
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2010-05-31
Also published as: US20100200738A1; WO2009044924A1; RU2426195C1; KR101117391B1; US8872086B2; EP2195844A1; CN101809743A; JP5164509B2; CN101809743B; JP2009088450A; EP2195844A4

Abstract

광전 변환 장치는, 각각 감광면을 갖는 복수의 광전 변환 소자; 절연막; 절연막 위에 배치된 복수의 도광부로서, 복수의 도광부 각각은 복수의 광전 변환 소자 각각의 감광면 상에서 광을 유도하는, 복수의 도광부; 및 인접한 도광부들 사이에서 경계를 각각 규정하고, 복수의 도광부를 형성하는 재료보다 굴절률이 더 낮은 재료로 형성되는 경계부들을 포함하고, 경계부 각각의 폭이 가시광의 파장 범위의 최단 파장의 절반 이하이며, 복수의 도광부 각각의 하부면으로부터 상부면까지의 높이는 가시광의 파장 범위의 최장 파장의 2배 이상이다.

Description

광전 변환 장치 및 촬상 시스템{PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE AND IMAGING SYSTEM}

본 발명은 광전 변환 장치(photoelectric conversion device) 및 촬상 시스템에 관한 것이다.

광전 변환 장치는, 입사광을 효율적으로 광전 변환 소자(photoelectric conversion element)의 감광면에 집광시키도록 기대된다. 일본 공개 특허 평06-224398호에 기재된 고체 촬상 장치에서는, 일본 공개 특허 평06-224398호의 도 1에 나타낸 바와 같이, 마이크로렌즈와 광전 변환 소자의 감광면과의 사이에 수지 갭층을 설치한다. 광전 변환 소자의 전하를 전송하기 위한 전송 전극과 갭층과의 사이에, 갭층보다 낮은 굴절률을 갖는 층을 설치하는 구성이 개시되어 있다. 일본 공개 특허 평06-224398호에 따르면, 종래 기술에서 광전 변환에 기여하지 않는 사입사광이, 갭층과 저굴절률층(low-refractive-index layer) 사이의 계면에서의 전반사를 이용하여, 광전 변환 소자의 감광면에 입사할 수 있다.

그러나, 일본 공개 특허 평06-224398호의 고체 촬상 장치는, 미리 정해진 화소의 갭층과 미리 정해진 화소에 인접하는 화소의 갭층 사이의 경계 영역에 입사하는 광을 검토하지 않는다. 예를 들어, 광전 변환 소자의 감광면에 대하여 수직으로 입사한 광이, 미리 정해진 화소의 갭층과 미리 정해진 화소에 인접하는 화소의 갭층과의 사이의 경계 영역에 입사했을 때, 광전 변환 소자의 감광면으로 도광하는 것이 어렵다.

광전 변환 소자를 포함하는 화소의 면적이 작아짐에 따라서, 화소 면적에 대한 경계 영역의 면적의 비율이 증가한다. 경계 영역에 입사하는 광을 무시할 수는 없게 된다.

본 발명의 목적은, 광전 변환 장치에 입사하는 광을 광전 변환 장치의 광전 변환 소자의 감광면 상에 효율적으로 집광하는 것이다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 광전 변환 장치는, 각각 감광면을 갖는 복수의 광전 변환 소자; 복수의 광전 변환 소자 상에 배치된 절연막; 절연막 위에 배치된 복수의 도광부로서, 복수의 도광부 각각은 복수의 광전 변환 소자 각각의 감광면 상에서 광을 유도하는, 복수의 도광부; 및 인접한 도광부들 사이에서 경계를 각각 규정하고, 복수의 도광부를 형성하는 재료보다 굴절률이 더 낮은 재료로 형성되는 경계부들을 포함하고, 경계부 각각의 폭이 가시광의 파장 범위의 최단 파장의 절반 이하이며, 복수의 도광부 각각의 하부면으로부터 상부면까지의 높이는 가시광의 파장 범위의 최장 파장의 2배 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 광전 변환 장치는, 각각 감광면을 갖는 복수의 광전 변환 소자; 복수의 광전 변환 소자 상에 배치된 절연막; 복수의 층의 절연막 위에 배치된 복수의 도광부로서, 복수의 도광부 각각은 복수의 광전 변환 소자 각각의 감광면 상에서 광을 유도하는, 복수의 도광부; 및 인접한 도광부들 사이에서 경계를 각각 규정하고, 복수의 도광부를 형성하는 재료보다 굴절률이 더 낮은 재료로 형성되는 경계부들을 포함하고, 경계부 각각의 폭이 가시광의 파장 범위의 최단 파장의 절반 이하이며, 복수의 도광부 각각의 하부면으로부터 상부면까지의 높이는 경계부 각각의 폭의 4배 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3 양태에 따르면, 촬상 시스템은, 본 발명의 제1 또는 제2 양태에 따른 광전 변환 장치; 광전 변환 소자의 촬상면 상에 상을 형성하는 광학계; 및 광전 변환 장치로부터 출력된 신호를 처리하여 화상 데이터를 생성하는 신호 처리 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 광전 변환 장치의 광전 변환 소자의 감광면 상에 광전 변환 장치에 입사하는 광을 효과적으로 집광하는 것이 가능하다.

본 발명의 다른 특징은, 첨부 도면을 참조하여 이하의 예시적인 실시예의 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 제1 실시예에 따른 광전 변환 장치의 단면도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 광전 변환 장치에서의 광의 거동을 설명하는 그래프들인 2A와 2B를 포함한다.
도 3은 제1 실시예에 따른 광전 변환 장치에서의 광의 거동을 설명하는 도면이다.
도 4는 도광부의 높이 및 도광부들 사이의 간격과, 집광률 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 광전 변환 장치의 단면도이다.
도 6은 제2 실시예에 따른 광전 변환 장치의 평면도이다.
도 7은 제2 실시예에 따른 광전 변환 장치의 제조 단계를 설명하기 위한 단면도들인 7A 내지 7F를 포함한다.
도 8은 제3 실시예에 따른 광전 변환 장치의 단면도이다.
도 9는 촬상 시스템을 설명하는 블록도이다.

본 발명은, 복수의 광전 변환 소자를 갖는 광전 변환 장치의 각 광전 변환 소자에 대응해서 설치된 도광부의 구조에 특징을 갖고, 도광부와 그 도광부에 인접한 다른 도광부 사이의 배치에 특징을 갖는다.

더욱 구체적으로는, 본 발명은 인접하는 도광부들 사이의 간격(즉, 경계부의 폭)이 가시광의 파장 범위의 최단 파장의 절반 이하로 설정되고, 도광부의 높이가 가시광의 파장 범위의 최장 파장의 2배 이상으로 설정된다는 것에 특징을 갖는다. 이러한 구조는, 경계부에 입사하는 광을 광전 변환 소자의 감광면에 효율적으로 유도(또는 집광)하므로, 광전 변환 장치에 입사하는 광에 대하여 광전 변환 소자의 감광면에 유도되는 광의 비율을 나타내는 집광률을 증가시킬 수 있다.

가시광은 가시스펙트럼이라고도 칭하고, 눈으로 보이는 전자기 스펙트럼의 범위 내가 되는 전자기파로서 규정된다. 가시광의 파장은 일반적으로 약 400nm 이상 750nm 이하의 범위이다. 가시광의 파장 범위는, 옵토일렉트로닉스사의 "광학 기술 용어 사전 제3판"을 참조했다.

본 명세서에서는, "가시광의 파장 범위"라는 용어는, 각 광전 변환 소자에 대응해서 배치된 컬러 필터(예를 들어, 적색, 녹색, 및 청색의 원색 필터)를 투과하는 광 성분의 파장 범위도 의미한다. 이 경우, "가시광의 파장 범위의 최단 파장"은, 광전 변환 장치의 컬러 필터들에 의해 규정되는 색 중에서, 최단 파장에 대응하는 색의 컬러 필터의 분광 투과율 분포(spectral transmittance distribution)에 의해 규정되는 파장(예를 들어, 청색 파장)을 의미한다. "가시광의 파장 범위의 최장 파장"은, 광전 변환 장치의 컬러 필터에 의해 규정되는 색 중에서, 최장 파장에 대응하는 색의 컬러 필터의 분광 투과율 분포에 의해 규정되는 파장(예를 들어, 적색 파장)을 의미한다.

본 명세서에서 사용하는 다른 용어에 관해서도 설명을 한다.

화소는, 광전 변환 소자를 포함하는 최소의 단위이다. 화소는, 광전 변환 소자 이외에, 상술한 컬러 필터, 트랜지스터 등을 포함할 수 있다.

"기판"은 재료 기판으로서 기능하는 반도체 기판이지만, 이하와 같이 처리된 재료 기판도 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판은 하나 또는 복수의 반도체 영역 등이 형성된 부재, 일련의 제조 공정의 도중에 있는 부재, 또는, 일련의 제조 공정을 거친 부재를 의미할 수도 있다.

첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

(제1 실시예)

도 1은, 제1 실시예에 따른 광전 변환 장치(1)의 단면도이다. 복수의 광전 변환 소자 상에 각 광전 변환 소자에 대응하여 도광부가 배치된다. 인접하는 도광부들 사이의 간격(즉, 경계부의 폭)과 도광부의 높이가 미리 정해진 값으로 설정된다.

도 1에서, 기판(100)은, 웰(101)과 광전 변환 소자(102)를 포함한다. 기판(100)은, 예를 들어, 실리콘으로 형성된다.

웰(101)은, 제1 도전형(예를 들어, P형)의 불순물을, 광전 변환 소자(102)보다 저농도로 함유한다.

광전 변환 소자(102)는, 캐리어에 대응하는 제2 도전형(예를 들어, N형)의 불순물을, 웰(101)보다 고농도로 함유한다. 제2 도전형은 제1 도전형과 반대의 도전형이다.

광전 변환 소자(102)는 감광면(103)을 갖는다. 복수의 광전 변환 소자(102)가 기판(100)에 배치된다. 각 광전 변환 소자(102)는 광전 변환 소자(102)와 웰(101)과의 경계 근방에 형성된 공핍층에서 광전 변환을 행함으로써, 감광면(103) 상에 입사한 광에 대응하는 전하를 발생시켜 축적한다.

복수층의 절연막(104a, 104b)이 광전 변환 소자(102) 상에 배치된다. 절연막(104a)은, 기판(100)의 표면과 (후술될) 배선층(105) 사이를 절연한다. 절연막(104b)은, 그 위의 층과 배선층(105) 사이를 절연한다. 절연막(104a 및 104b) 각각은 예를 들어, 산화 실리콘막으로 형성된다.

배선층(105)은, 절연막들(104a 및 104b) 사이에 설치된다. 배선층(105)은, 예를 들어, 알루미늄을 주성분으로 하는 금속간 화합물로 형성된다.

절연막(104b) 상에는, 복수의 도광부(106)가 각각의 광전 변환 소자(102)에 대응해서 형성된다. 도광부(106)를 형성하는 물질은, 예를 들어 산화 실리콘이며, 인접하는 도광부들 사이의 경계부(107)에는 공기가 충전된다. 이와 같은 구성에서, 도광부(106)의 상면(106a)으로부터 도광부(106)에 입사하는 광은, 도광부(106)와 경계부(107) 사이의 계면으로서 기능하는 측면(106c)에 의해 용이하게 전반사해서 하부면(106b)에 유도된다. 도광부(106)의 굴절률과 절연막(104b)의 굴절률이 서로 거의 동등할 때, 그들의 계면에서 광이 거의 반사되지 않는다. 그리하여, 하부면(106b)에 유도된 광은, 절연막(104a 및 104b)을 통해서 광전 변환 소자(102)의 감광면(103)에 용이하게 도달한다.

각 도광부(106)의 높이 H는, 가시광의 파장 범위의 최장 파장의 2배 이상으로 설정된다. 인접하는 2개의 도광부(106) 사이의 간격 W(즉, 경계부(107)의 폭 W)는, 가시광의 파장 범위에서의 최단 파장의 절반 이하로 설정된다. 이러한 구성에 의해, 도광부가 존재하지 않는 영역(경계부)에 입사한 광이, 도광부의 중심 방향을 향해서 굴절해서 도광부의 측면으로부터 도광부에 용이하게 입사한다. 상술한 바와 같이, 도광부에 입사하는 광은 광전 변환 소자의 감광면에 용이하게 유도된다. 이것은 광전 변환 장치(1)에 입사하는 광에 대하여 광전 변환 소자의 감광면에 유도되는 광의 비율을 나타내는 집광률을 증가시킬 수 있다.

도 1에서, 도광부(106)의 높이 H는 가시광의 파장 범위에서의 최장 파장의 2배 이상(예를 들어, 1.5μm)으로 설정된다. 인접하는 도광부들(106) 사이의 간격 W(즉, 경계부(107)의 폭 W)는 가시광의 파장 범위의 최단 파장의 절반 이하(예를 들어, 200nm)로 설정된다. 도광부(106)의 높이 H, 경계부(107)의 폭 W, 및 집광가능한 광의 파장에 대해서는 후에 상세하게 설명한다.

도 2는 제1 실시예에 따른 광전 변환 장치(1)의 광의 거동의 시뮬레이션 결과를 도시하는 2A와 2B를 포함한다. 더욱 구체적으로는, 도 2의 2A는, 도광부의 상면에 수직으로(입사각 0°로) 광이 입사할 때 광이 입사할 때 광의 거동을 분석한 결과를 나타낸다. 도 2의 2B는 도광부의 상면에 광이 비스듬하게(입사각 20°로) 입사했을 때 광의 거동을 분석한 결과를 나타낸다.

시뮬레이션에서는, 평행광의 파장이 500nm였고, 도광부의 높이 H가 5.0μm였으며, 인접하는 도광부들(106) 사이의 간격 W(즉, 경계부(107)의 폭 W)가 250nm였다.

도 2의 2A와 2B에서, 흑색 배경 상의 직사각형의 화면(200)이 시뮬레이션의 결과를 나타낸다. 화면(200) 내의 흑색과 백색의 줄무늬는 광의 거동을 나타낸다. 흑색과 백색이 더욱 짙어지는 것은, 광의 진폭이 커지는 것과, 진폭의 제곱인 광 에너지가 높아지는 것을 의미한다. 회색 부분은 진폭의 중심을 나타내고, 광 에너지가 낮은 것을 의미한다.

도 2의 2A는, 도광체의 상면에 대하여 입사각 0°로 평행광 성분이 입사할 경우를 도시한다. 도 2의 2B는 도광부의 상면에 입사각 20°로 평행광 성분이 입사할 경우를 도시한다. 도 2의 2A와 2B의 백 화살표는 입사각의 차이에 따른 입사광의 거동을 모식적으로 설명한다.

도 2의 2A에서, 화살표(203)에 의해 나타낸, 도광부(201)의 중앙 부근에 입사한 평행광 성분은, 광전 변환 소자의 감광면에 대하여 거의 수직하게 도광부를 통하여 전파한다. 화살표(204)에 의해 나타낸, 도광부(201)와 도광부(202) 사이의 경계부에 입사하는 평행광 성분은, 도광부(201)(산화 실리콘)의 굴절률과 경계부(공기)의 굴절률 사이의 차에 따라, 도광부(201)의 측면(즉, 도광부와 경계부 사이의 계면)에 의해 굴절해서 도광부(201)에 입사하고, 화살표(205)로 나타낸 바와 같이, 도광부(201)의 하부면에 있어서의 중심을 향해서 도광부(201)를 통하여 전파한다.

도 2의 2B에서, 도광부(206)에 입사각 20°로 입사하는 평행광 성분(208)은 도광부(206)의 측면에 의해 전반사하고, 화살표(210)로 나타낸 바와 같은 거동으로 도광부(206)의 하부면에 있어서의 중심을 향해서 전파한다. 도 2의 2A의 거동과 유사하게, 도광부(206)와 도광부(207) 사이의 경계부에 입사하는 평행광 성분(209)은, 도광부(206)(산화 실리콘)의 굴절률과 경계부(공기)의 굴절률 사이의 차에 따라, 도광부(206)의 측면(즉, 도광부와 경계부 사이의 계면)에 의해 굴절해서 도광부(206)에 입사하고, 화살표(210)로 나타낸 바와 같이, 도광부(206)의 하부면에 있어서의 중심을 향해서 전파한다.

종래의 광전 변환 장치에서는, 광전 변환 소자(102)와 대응하여 2차원적으로 배열된 마이크로렌즈의 렌즈 어레이의 인접하는 렌즈들 사이의 경계 영역에 광이 입사했을 때, 광이 직진할 때가 많다. 그리하여, 렌즈 어레이 상의 경계 영역에 입사하는 광을 광전 변환 소자의 감광면에 유도하는 것은 어렵다.

반대로, 제1 실시예에 따른 광전 변환 장치(1)에서는, 인접하는 도광부들 사이의 경계부에 입사하는 광은, 도광부의 측면(즉, 도광부와 경계부 사이의 계면)에 의해 굴절해서 도광부에 입사하고, 광전 변환 소자의 감광면에 용이하게 유도된다. 즉, 인접하는 도광부들 사이의 경계부에 입사하는 광을 광전 변환 소자의 감광면에 유도하는 것이 용이하다. 종래의 광전 변환 장치에 비하여, 광전 변환 장치(1)는, 광전 변환 장치(1)에 입사한 광에 대하여 광전 변환 소자의 감광면에 유도되는 광의 비율을 나타내는 집광률을 증가시킬 수 있다.

도광부의 광의 거동에 대해서 도 3을 참조해서 상세하게 설명한다. 도 3은, 평행광 성분이 인접하는 도광부들 사이의 경계부에 입사할 때의 집광의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 1의 참조 번호들과 동일한 참조 번호들이 동일한 기능을 갖는 부품을 표시한다.

도 3에서, 2개의 도광부(106)는 편의를 위해, 도광부들(106-1 및 106-2)로서 구별된다. 도 3에서, 점광원들(302, 303 및 304)은, 평행광 성분(301)이 도광부(106-1), 경계부(107), 및 도광부(106-2)에 입사한 직후의 광 성분을 각각 나타낸다. 복수의 도광부(106-1 및 106-2)는 서로 인접한다. 점광원들(302 및 304)은 도광부들(106-1 및 106-2) 상에 있는 한편, 점광원(303)은 도광부들(106-1 및 106-2) 사이의 경계부(갭)(107)에 있다. 이 경우에, 경계부(107)의 폭, 즉, 도광부들(106-1 및 106-2) 사이의 간격은 입사 평행광 성분(301)의 파장의 절반 이하이고 가시광의 파장 범위의 최단 파장의 절반 이하로 설정된다. 각 도광부(106-1 및 106-2)의 높이를, 가시광의 파장 범위의 최장 파장의 2배 이상으로 설정한다. 편의를 위하여 이것을 1개의 도광부(106-1)에 착안해서 설명한다.

경계부(107)에 입사하는 광선(308)은 거의 직진한다. 그러나, 각도를 가지는 광선(307)은 도광부(106-1)의 측면(106c-1)에 입사한다. 광선(307)은 도광부(106-1)의 측면(106c-1)에 의해 굴절해서 도광부(106-1)에 입사하고, 도광부(106-1)의 하부면(106b-1)에 있어서의 중심을 향해서 전파한다.

대조적으로, 도광부(106-1)에 입사하는 대부분의 광선들(305 및 306)은, 도광부(106-1)의 굴절률과 경계부(107)의 굴절률이 상이하기(구체적으로 도광부(106-1)의 굴절률이 경계부(107)의 굴절률보다 높기) 때문에, 도광부(106-1)의 측면(106c-1)에 의해 전반사되어, 경계부(107)에 입사하는 광은 거의 없다. 경계부(107)에 입사하는 광이 거의 없기 때문에, 경계부(107)를 통하여 직진하는 광선(308)을 강화하는 광선은 거의 없다. 또한, 경계부(107)를 통하여 전파하는 대부분의 광선은 도광부(106-1 또는 106-2)에 입사하므로, 경계부(107)를 통하여 전파하는 광선(308)의 에너지는 최종적으로는 적어진다. 즉, 경계부(107)에 입사하는 광의 대부분은 도광부에 집광된다.

도 4는 도광부의 높이, 도광부들 사이의 간격(즉, 경계부의 폭)과, 집광률과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 4의 그래프는 도 2의 2A 및 2B에서의 시뮬레이션과 동일한 시뮬레이션에 의해 얻어진다. 도 4는 입사광의 파장을 500nm으로 설정하고, 인접하는 도광부들 사이의 간격(즉, 경계부의 폭)을 0.25μm, 0.5μm, 0.75μm 및 1.0μm로 설정했을 때 도광부의 높이에 대한 집광률을 나타낸다. 그래프의 횡축은, 기판에 수직인 방향에 있어서 도광부의 상면(106a, 도 1 참조)을 원점으로서 규정하고, 광이 전파하는 방향인 기판 방향을 양의 방향(positive direction)으로서 규정했을 때 파장에 의해 정규화한 길이의 값을 나타낸다. 즉, 가로축은 경계부 내에서의 위치(도광부의 상면(106a)과 동일 평면인 위치로부터의 광학적인 거리)를 나타낸다. 세로축은, 도광부의 표면과 동일 평면인 경계부의 위치에서의 광 에너지의 값을 1로서 규정했을 때, 인접하는 도광부들 사이의 경계부에 남는 광 에너지를 정규화한 값을 나타낸다. 상술된 바와 같이, 인접하는 도광부들 사이의 경계부에 남는 광 에너지의 감소는, 경계부의 대부분의 광이 도광부 내에 집광되는 것을 의미한다.

도 4로부터 명백한 바와 같이, 도광부들 사이의 간격이 일정한 한, 그 도광부들 사이의 경계부 내에서의 위치가 도광부의 표면과 동일 평면인 위치로부터 이격될수록, 그 경계부 내에서의 위치에서의 광 에너지가 감소한다. 도 4에서, 광이 도광부들 사이의 간격 1.0μm에 대응하는 경계부를 통하여 2 파장(가로축의 "2")의 거리만큼 전파했을 때의 광 에너지와, 광이 도광부들 사이의 간격 0.25μm에 대응하는 경계부를 통하여 2 파장의 거리만큼 진행했을 때의 광 에너지를 비교한다. 도광부들 사이의 간격 1.0μm에 대응하는 경계부에서는 광 에너지가 70% 정도로 감쇠하고, 도광부들 사이의 간격 0.25μm에 대응하는 경계부에서는 광 에너지가 10% 정도로 감쇠한다.

더욱 구체적으로, 도광부들 사이의 간격 1.0μm에 대응하는 경계부에 입사하는 광의 약 30%가 도광부에 입사한다. 대조적으로, 도광부들 사이의 간격 0.25μm에 대응하는 경계부에 입사하는 광의 약 90%가 도광부에 입사한다. 이에 의해, 더 좁은 도광부들 사이의 간격(더 좁은 경계부의 폭)에 대하여 집광률이 더 높은 것을 알 수 있다. 또한, 도광부들 사이의 간격이 1.0μm일 때는, 파장의 10배의 거리를 광이 진행한 후에도 20%의 광 에너지가 남아있다. 그로 인해, 도광부들 사이의 간격이 0.25μm일 때 얻어지는 동일한 효과는 얻어지지 않는다.

이들 결과로부터, 도광부들 사이의 간격을 파장의 절반(즉, 0.5λ)으로 설정하고, 도광부의 높이(즉, 2λ)가 도광부들 사이의 간격의 4배 이상으로 설정될 때 집광률은 충분히 증가한다. 또한, 파장에 대하여 도광부들 사이의 간격을 더 좁게 설정하고, 도광부의 높이를 더 높이 설정함으로써, 집광률을 증가시킬 수 있다. 가시광과 같이 파장이 분포될 때, 도광부들 사이의 간격을 가시광의 파장 범위에서의 최단 파장의 절반 이하로 설정하고 도광부의 높이를 가시광의 파장 범위에서의 최장 파장의 2배 이상으로 설정하는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 구조는, 가시광의 파장 범위 내로 되는 모든 광 성분에 대하여 충분한 집광 효과를 얻을 수 있다. 집광률을 증가시키기 위해서 복잡한 형상을 형성할 필요가 없기 때문에, 제조 프로세스가 단순하게 되고, 형상 제어도 용이하게 된다.

상술한 가시광의 파장의 범위에서, 최단 파장은 400nm이고, 최장 파장은 750nm이다. 이 경우에, 도광부들 사이의 간격(즉, 경계부의 폭)은 0.2μm이하이고, 도광부의 높이는 1.5μm 이상이다. 예를 들어, 도광부들 사이의 간격이 약 0.2μm이고(즉, 경계부가 약 0.2μm의 폭으로 형성됨), 도광부 높이가 약 1.5μm이도록 도광부를 형성한다. 가시광의 집광률이 증가되는 도광부를 갖는 광전 변환 장치(1)는, 특히 가시광 광전 변환 장치로서 사용될 수 있다. 이때, 광전 변환 소자는 가시광에 대응하는 분광 감도(spectral sensitivity)를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.

실제로 광전 변환 장치(1)에 입사하는 광의 파장 범위는 어느 정도 예상할 수 있다(예를 들어, 컬러 필터를 투과하는 파장에 의해 결정된다). 그리하여, 그 광원의 파장 범위를 기초로 도광부들 사이의 간격 및 도광부의 높이를 설계할 수 있다. 예를 들어, 몇 개의 광원(컬러 필터를 투과하는 파장)을 상정하고, 이 광원들로부터의 광선의 파장 범위를 망라하도록 도광부들 사이의 간격과 도광부의 높이를 선택할 수 있다.

도광부의 높이와 도광부들 사이의 간격을 규정하는 최장 파장과 최단 파장은 상술된 바와 같이, 가시광의 파장 범위를 사용하여 결정될 수도 있지만, 아래와 같이 규정될 수도 있다. 예를 들어, 도광부들 사이의 간격과 도광부의 높이를, 광전 변환 소자의 분광 감도(입사광의 파장에 대한 광전 변환 효율)의 분포로부터 규정할 수도 있다.

예를 들어, 광전 변환 소자의 분광 감도 분포에 있어서 허용되는 분광 감도의 하한값이 규정된다. 따라서, 파장의 상한(적외 영역측)과 하한(자외 영역측)을 설정할 수 있다.

예를 들어, 광전 변환 소자의 분광 감도가 피크를 가질 때, 광의 강도가 피크의 절반이 될 때의 파장의 범위의 상한과 하한에서의 파장을 사용하는 것도 가능하다. 광의 강도가 피크의 절반이 될 때의 파장의 범위의 상한에서의 파장과 하한에서의 파장은, 반치전폭(full width at half maximum)을 구할 때의 하한의 파장과 상한의 파장이다. 광전 변환 소자의 분광 감도는, 광전 변환 소자를 형성하는 반도체의 유형, 형성 방법 등에 따라 적절히 결정할 수 있다. 상술된 방식으로 설정된 도광부에 의해, 광전 변환 소자의 감도 피크에 대응하는 광을 효율적으로 집광할 수 있다.

광을 파장들로 분리하기 위해서 컬러 필터를 배치하고, 각 화소에서 광전 변환을 행할 때, 컬러 필터의 분광 투과율(컬러 필터를 투과하는 광의, 각 파장에 대한 강도)로부터 입사광의 파장 범위를 추측하고, 규정할 수 있다. 원색의 컬러 필터를 갖는 광전 변환 장치(1)의 경우, 가시광의 파장 범위의 최단 파장을 청색 컬러 필터의 분광 투과율로부터 선택하고, 최장 파장을 적색 컬러 필터의 분광 투과율로부터 선택하면 좋다. 예를 들어, 적색 컬러 필터의 분광 투과율에서 광이 피크의 절반의 강도를 나타낼 때의 파장에서 최장 파장을 선택할 수 있다. 청색 컬러 필터의 분광 투과율에서 광이 피크의 절반의 강도를 나타낼 때의 파장에서 최단 파장을 선택할 수 있다. 광이 피크 강도를 나타낼 때의 파장을 선택할 수도 있다. 광전 변환 소자의 분광 감도와 컬러 필터의 분광 투과율을 조합해서 파장을 설정할 수도 있다. 이러한 방식으로 파장을 설정함으로써, 광전 변환 소자의 감도 피크에 대응한 광을 효율적으로 집광할 수 있다.

제1 실시예에 따른 광전 변환 장치(1)에서, 도광부가 존재하지 않는 영역(경계부)에 입사하는 광이, 도광부의 측면으로부터 도광부에 입사해 하부면의 중심을 향해서 전파하고, 광전 변환 소자의 감광면에 유도되어, 집광률이 증가한다. 제1 실시예에서, 도광부들 사이에는 공기가 충전되지만, 도광부보다 굴절률이 낮은 물질이 배치될 수도 있다. 도광부의 재료는 상술된 재료에 한정되지 않는다.

제1 실시예는, 복수층의 절연막과 배선층으로 이루어지는 다층 배선 구조( multilayered interconnection structure)를 갖는 구성에 대해서 설명했다. 그러나, CCD형 광전 변환 장치, 또는 그와 같은 구조, 또는 투명 전극 상에 도광부를 배치하는 구조에도 제1 실시예를 적용가능하다.

(제2 실시예)

제2 실시예에 따른 광전 변환 장치(5)는, 렌즈 어레이와 렌즈 어레이에 대응하는 컬러 필터 어레이를 갖는다. 제1 실시예의 구조에 더하여, 컬러 필터 어레이의 각 컬러 필터는 도광부에 포함된다. 도 5는 제2 실시예에 따른 광전 변환 장치(5)의 단면도이고, 도 6은 광전 변환 장치(5)의 평면도이다. 도 1의 참조 번호들과 동일한 참조 번호들은 동일한 부품을 표시하며, 그 설명은 반복하지 않는다.

도 5에서, 렌즈(501)는 도광부(505)와 절연막(104b) 사이에 설치된다. 복수의 렌즈(501)는, 개별적인 광전 변환 소자(102)에 대응하여, 2차원적으로 배열된다.

각 도광부(505)는 컬러 필터(503)를 포함한다. 렌즈(501)를 도광부(505)와 절연막(104b) 사이에 설치함으로써, 도광부(505)에 의해 집광된 광을, 광전 변환 소자의 감광면(103)에 효율적으로 집광할 수 있다. 도광부(505)가 컬러 필터(503)를 포함하기 때문에, 광전 변환 장치(5)의 감광면(103)으로부터의 높이를 높게 하지 않고 컬러 필터(503)를 배치할 수 있다. 즉, 광전 변환 장치(5)의 감광면(103)과 컬러 필터(503) 사이의 거리를 짧게 할 수 있다.

컬러 필터(503)는 도광부(505)의 하부(502) 및 상부(504)와 동등한 굴절률을 갖는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 굴절률 관계는, 컬러 필터(503)와 도광부의 하부(502) 또는 상부(504) 사이의 계면에서의 광의 반사를 저감시킬 수 있다.

컬러 필터(503)의 측면(503c)은, 도광부(505)의 하부(502)의 측면(502c)과 상부(504)의 측면(504c)으로부터 연속하는 면을 형성하는 것이 바람직하다.

컬러 필터의 측면이 도광부의 상부 측면과 하부 측면으로부터 도광부의 내측으로 움푹하게 들어가 있을(dented) 경우에는, 도광부(505)에 입사한 광이어도 컬러 필터(503)를 통과하지 않아, 색상 선택성이 열화될 수 있다. 상부로부터(도 5의 종이면에 수직인 방향으로) 보았을 때 컬러 필터의 가로 폭이 도광부의 상면 또는 하부면보다 작을 경우에, 도광부의 상부 측면과 하부 측면으로부터 컬러 필터의 측면이 도광부의 내측으로 움푹하게 들어간다.

도광부(505)의 상부 측면과 하부 측면으로부터 컬러 필터의 측면이 도광부의 외측으로(경계부를 향하여) 돌출할 경우에는, 경계부(506)에 입사한 광이어도, 도광부에 입사하지 않아, 집광률이 저하할 수 있다. 상부로부터(도 5의 종이면에 직교하는 방향으로) 보았을 때에, 컬러 필터의 가로 폭이 도광부보다 큰 경우에, 도광부의 상부 측면 및 하부 측면으로부터 도광부의 외측으로(경계부를 향하여) 컬러 필터의 측면이 돌출한다.

도 6을 참조하여, 렌즈(501)와 도광부(505) 사이의 2차원적인 크기 관계에 대해서 설명한다. 도 6은, 광전 변환 소자의 감광면(103), 광전 변환 소자를 포함하는 화소(601), 렌즈(501) 및 도광부(505)의 레이아웃을 도시하는 평면도이다. 도광부(505)의 상면(504a) 또는 하부면(502b)에 비교해서 렌즈(501)의 하부면(501a)이 더 크다(도 6 참조). 이러한 구조에서, 도광부(505)에 의해 집광된 광을, 렌즈(501)에 의해 (쇄선에 의해 표시한 바와 같은) 감광면(103) 상에 손실 없이 초점에 모을 수 있다. 렌즈(501)는, 도광부(505)에 비해서 높은 굴절률의 재료로 형성되고, 볼록 렌즈이다. 그러나, 렌즈(501)의 굴절률이 도광부(505)의 굴절률보다 낮을 때에는, 렌즈(501)는 오목렌즈일 수도 있다. 렌즈(501)의 재료 및 형상은 적절히 설계될 수 있다.

광전 변환 소자의 감광면(103)은, 감광면(103)에 수직인 방향으로부터 투시했을 때, 렌즈(501)의 하부면(501a)에 포함되고(내측에 위치하고), 도광부(505)의 상면(504a) 및 하부면(502b)에 포함된다(내측에 위치한다).

도 7의 7A 내지 7F는 제2 실시예에 따른 광전 변환 장치(5)의 제조 방법의 예를 도시한다.

도 7의 7A 단계에서, 제1 도전형의 불순물 이온을 기판(100)에 주입함으로써, 기판(100) 내에 웰(101)을 형성한다. 또한, 기판(100) 내의 미리 정해진 영역에 제2 도전형의 불순물 이온을 주입함으로써, 기판(100) 내에서 웰(101)에 둘러싸이도록 배치된 광전 변환 소자(102)를 형성한다.

그 후, 기판(100) 상에 절연막(104a)을 형성한다. 그리고, 절연막(104a) 상에 배선층(105)을 형성한다. 절연막(104a) 및 배선층(105)을 덮도록 절연막(104b)을 형성한다.

절연막과 배선층의 적층수는 적절히 설정된다.

절연막(104b) 상에 렌즈(501)를 형성한다. 렌즈(501)는, 예를 들어 질화 실리콘으로 형성된다.

도 7의 7B의 단계에서, 렌즈(501)를 덮도록 평탄화층(701)을 형성한다. 평탄화층(701)은, 평탄한 상면을 갖는다. 평탄화층(701) 및 컬러 필터(702)는, 예를 들어, 수지로 형성된다.

평탄화층(701) 상에 적(R), 녹(G), 청(B)의 컬러 필터(702)를 형성한다. 컬러 필터(702)는, 예를 들어 수지로 형성된다.

도 7의 7C의 단계에서, 도광부로서 기능하는 투명막(703)이 컬러 필터(702) 상에 형성된다. 투명막(703)은 예를 들어 산화 실리콘으로 형성될 수 있다. 산화 실리콘은, 예를 들어, 이미 형성되어 있는 반도체 소자, 렌즈 및 컬러 필터를 열화시키지 않도록 저온에서 산화 실리콘을 형성할 수 있는 스핀 온 글래스법(spin-on-glass method)에 의해 형성하는 것이 바람직하다.

도 7의 7D의 단계에서, 투명막(703) 상에 에칭 마스크(704)가 형성된다. 에칭 마스크(704)는, 포토리소그래피에 의해, 도광부(505)의 패턴(도 6 참조)으로 포토레지스트를 패터닝함으로써 형성된다.

도 7의 7E의 단계에서는, 에칭 마스크(704)를 사용해서 투명막(703)을 에칭하고, 도광부(505)의 상부(504)를 형성한다. 투명막이 산화 실리콘으로 형성된 때에는, CF 가스를 사용해서 이방성 에칭(anisotropic etching)을 행한다.

도 7의 7F의 단계에서, 도광부(505)를 완성시키기 위해서, 컬러 필터(702) 및 평탄화층(701)을 에칭한다. 에칭 방법으로서는, 산소를 함유하는 가스를 사용해서 이방성 에칭을 행하고, 컬러 필터 및 평탄화층의 일부를 제거한다. 이 결과, 도광부(505)의 컬러 필터(503)와 하부(502)가 형성된다. 동시에, 투명막(703) 상에 형성된 에칭 마스크(704)도 에칭되어서 제거된다. 질화 실리콘으로 형성되는 렌즈(501)는 에칭 스톱 층으로서도 기능할 수 있다.

또한, 도광부(505) 상에는 마이크로렌즈(도시하지 않음) 등을 형성한다.

이러한 방식으로, 제2 실시예에 따른 광전 변환 장치(5)가 형성된다.

제2 실시예에는 원색(R, G 및 B)의 컬러 필터를 사용한다. 따라서, 제1 실시예에서 설명한 것과 같이, 각 색의 컬러 필터의 특성에 따라 도광부들 사이의 간격(즉, 경계부의 폭) 및 도광부의 높이를 설계할 수 있다. 예를 들어, B 컬러 필터를 통과하는 광이 피크의 절반의 강도를 나타내는 파장 범위의 최단 파장을 가시광의 파장 범위의 최단 파장으로서 설정한다. R 컬러 필터를 통과하는 광이 피크의 절반의 강도를 나타내는 파장 범위의 최장 파장을 가시광의 파장 범위의 최장 파장으로서 설정한다. 이러한 설정들에 기초하여, 도광부들 사이의 간격과 도광부의 높이를 규정한다.

제2 실시예에서는, 컬러 필터 아래에 평탄화층이 배치되어 있지만, 항상 필요하지는 않다. 평탄화층이 배치되지 않을 때에는 도광부 내의 상이한 매질들 사이의 계면을 없앨 수 있고, 계면 반사를 저감시킬 수 있다. 상술한 것과 같이, 제2 실시예의 제조 방법에 따르면, 반도체 프로세스를 사용하는 간이한 방법으로, 집광 효율이 높은 광전 변환 장치를 제조할 수 있다. 이러한 제조 방법은 다른 실시예에도 적용가능하다.

(제3 실시예)

제3 실시예는, 도광부 상에 광학 부재로서의 로우 패스 필터를 배치한 특징을 가지고 있다. 도 8은 제3 실시예에 따른 광전 변환 장치(8)의 단면도이다. 도 1의 참조 번호들과 동일한 참조 번호들은 동일한 부품을 표시하며, 그 설명은 반복하지 않는다.

도 8에서, 절연막(104b) 상에 렌즈(801)가 형성되고, 렌즈(801) 상에 도광부(802)가 형성된다. 도광부(802)의 상세한 구성은 제1 실시예의 것과 마찬가지이므로 그 설명은 반복하지 않는다. 도광부(802) 상에 로우 패스 필터(803)가 배치된다.

종래, 집광률도 고려하면서, 로우 패스 필터를 광전 변환 장치에 배치할 때에는, 예를 들어, 광전 변환 장치와 로우 패스 필터의 사이에 파이버 광학 플레이트(fiber optic plate, FOP)를 설치할 필요가 있다. 또한, 예를 들어 광전 변환 장치 상에 마이크로렌즈를 배치하고, 마이크로렌즈와 로우 패스 필터의 사이에 평탄화층을 설치할 필요가 있다.

대조적으로, 제3 실시예에 따른 광전 변환 장치(8)에서는, 도광부(802)의 상면이 평탄하기 때문에, FOP나 평탄화층을 개재하지 않고 로우 패스 필터(803)를 광전 변환 소자 상에 배치할 수 있다. FOP 및 평탄화층을 배치함으로써 형성되는 계면을 없앨 수 있기 때문에, 계면에서의 광의 반사를 방지할 수 있다.

제3 실시예에는 광학 부재로서 로우 패스 필터를 사용한다. 광학 부재의 다른 예들은 파장 변환기, 평볼록렌즈, 평오목렌즈, 및 컬러 필터이다. 이 광학 부재들은 적절히 조합해서 적층(stacked)될 수도 있다. 이러한 구성에 의해, 실장이 용이하게 된다. 광학 부재를 광전 변환 소자에 가깝게 배치할 수 있기 때문에, 집광률을 증가시킬 수 있고. 수차를 저감할 수도 있다.

(촬상 시스템에의 응용)

도 9는, 본 발명의 제1 내지 제3 실시예 각각에서 설명한 광전 변환 장치를 촬상 시스템에 적용하였을 때의 블록도이다. 촬상 시스템은, 예를 들어, 디지털 카메라 또는 비디오 캠코더이다.

도 9에 나타낸 바와 같이, 촬상 시스템(90)은 주로, 광학계, 촬상 장치(904) 및 신호 처리 유닛을 포함한다. 광학계는 주로, 셔터(901), 촬영 렌즈(902) 및 조리개(903)를 포함한다. 촬상 장치(904)는, 광전 변환 장치(1 또는, 5 또는 8)를 포함한다. 신호 처리 유닛은 주로, 촬상 신호 처리 회로(905), A/D 변환기(906), 화상 신호 프로세서(907), 메모리(910), 외부 I/F(913), 타이밍 발생기(908), 전체 제어/연산 유닛(909), 기록 매체(912) 및 기록 매체 제어 I/F(911)를 포함한다. 신호 처리 유닛은, 기록 매체(912)를 포함하지 않을 수 있다.

셔터(901)는, 광로 상에 있어서 촬영 렌즈(902)의 앞에 배치되어, 노출을 제어한다.

촬상 렌즈(902)는, 입사한 광을 굴절시켜서, 촬상 장치(904)의 광전 변환 장치(1)의 촬상면 상에 피사체의 상을 형성한다.

조리개(903)는 광로상에 있어서 촬영 렌즈(902)와 광전 변환 장치(1)의 사이에 설치되고, 촬영 렌즈(902)을 통과한 후에 광전 변환 장치(1)에 유도되는 광의 양을 조절한다.

촬상 장치(904)의 광전 변환 장치(1)는 광전 변환 장치(1)의 촬상면 상에 형성된 피사체의 상을 화상 신호로 변환한다. 촬상 장치(904)는, 화상 신호를 광전 변환 장치(1)로부터 판독해서 출력한다.

촬상 신호 처리 회로(905)는, 촬상 장치(904)에 접속되고, 촬상 장치(904)로부터 출력된 화상 신호를 처리한다.

A/D 변환기(906)는 촬상 신호 처리 회로(905)에 접속되고, 촬상 신호 처리 회로(905)로부터 출력된 처리된 화상 신호(아날로그 신호)를 화상 신호(디지털 신호)로 변환한다.

화상 신호 프로세서(907)는, A/D 변환기(906)에 접속되고, A/D 변환기(906)로부터 출력된 화상 신호(디지털 신호)에 보정 등의 각종 연산 처리를 행하여 화상 데이터를 생성한다. 화상 신호 프로세서(907)는, 메모리(910), 외부 I/F(913), 전체 제어/연산 유닛(909), 기록 매체 제어 I/F(911) 등에, 사용자로부터 입력 유닛(예를 들어, 셔터 버튼)을 통하여 전체 제어/연산 유닛(909)에 의해 접수한 동작 모드의 설정(지시)에 따라, 화상 데이터를 공급한다.

메모리(910)는, 화상 신호 프로세서(907)에 접속되고, 화상 신호 프로세서(907)로부터 출력된 화상 데이터를 저장(축적)한다.

외부 I/F부(913)는, 화상 신호 처리부(907)에 접속된다. 외부 I/F(913)는 화상 신호 프로세서(907)로부터 출력된 화상 데이터를, 컴퓨터 또는 프린터 등의 외부 장치에 송신할 수 있다.

기록 매체(912)는, 기록 매체 제어 I/F(911)에 탈착 가능하게(detachably) 접속된다. 기록 매체(912)는 이에 의해, 화상 신호 프로세서(907)로부터 출력된 화상 데이터를, 기록 매체 제어 I/F(911)를 통해서 기록한다.

타이밍 발생기(908)는, 촬상 장치(904), 촬상 신호 처리 회로(905), A/D 변환기(906), 및 화상 신호 프로세서(907)에 접속된다. 타이밍 발생기(908)는 촬상 장치(904), 촬상 신호 처리 회로(905), A/D 변환기(906) 및 화상 신호 프로세서(907)에 타이밍 신호를 공급한다. 촬상 장치(904), 촬상 신호 처리 회로(905), A/D 변환기(906), 및 화상 신호 프로세서(907)는 타이밍 신호에 동기해서 동작한다.

전체 제어/연산 유닛(909)은, 타이밍 발생기(908), 화상 신호 프로세서(907), 및 기록 매체 제어 I/F(911)에 접속되고, 그들 모두를 제어한다.

광전 변환 장치(1)를 포함하는 촬상 장치(904)와 A/D 변환기(906)는, 하나의 기판(도 1의 기판(100)) 상에 형성될 수 있고, 또한 하나의 단계에 의해 형성될 수도 있다. 광전 변환 장치(1)를 포함하는 촬상 장치(904)와 촬상 시스템(90)의 다른 구성 요소가 하나의 기판 상에 형성될 수도 있고, 하나의 단계에 의해 형성될 수도 있다.

촬상 시스템이, 본 발명에 따른 광전 변환 장치를 사용할 때, 로우 패스 필터 등을 배치하기 위한 실장 컴포넌트의 수를 감소시킬 수 있다. 더욱 소형인 촬상 시스템이 제조될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은, 집광률을 증가시키는 광전 변환 소자를 제공할 수 있다.

본 발명이 예시적인 실시예를 참조하여 기술되었지만, 본 발명이 기술된 예시적인 실시예에 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 이하의 청구항들의 범위는 모든 그러한 수정과, 동등한 구조 및 기능을 포괄하도록 최광의의 해석을 따라야 한다. 상술된 실시예들은 서로 조합될 수도 있다.

본 출원은 2007년 10월 3일 출원된 일본 특허 출원 제2007-259874호의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다.

Claims

광전 변환 장치이며,
각각 감광면을 갖는 복수의 광전 변환 소자;
상기 복수의 광전 변환 소자 상에 배치된 절연막;
상기 절연막 위에 배치된 복수의 도광부로서, 상기 복수의 도광부 각각은 상기 복수의 광전 변환 소자 중 하나의 광전 변환 소자의 감광면 상에서 광을 유도하는, 복수의 도광부; 및
인접한 도광부들 사이에서 경계를 각각 규정하고, 상기 복수의 도광부를 형성하는 재료보다 굴절률이 더 낮은 재료로 형성되는 경계부들을 포함하고,
상기 경계부 각각의 폭이 가시광의 파장 범위의 최단 파장의 절반 이하이며,
상기 복수의 도광부 각각의 하부면으로부터 상부면까지의 높이는 가시광의 파장 범위의 최장 파장의 2배 이상인 것을 특징으로 하는, 광전 변환 장치.
제1항에 있어서,
상기 절연막과 상기 복수의 도광부 사이에 설치된 복수의 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 광전 변환 장치.
제2항에 있어서,
상기 렌즈들 각각은 질화 실리콘으로 형성되고,
상기 복수의 도광부 각각은 산화 실리콘으로 형성되는, 광전 변환 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 도광부의 상부면들은 서로 동일 평면에 있으며(flush) 편평한, 광전 변환 장치.
제4항에 있어서,
상기 복수의 도광부 상에 배치된 로우 패스 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 광전 변환 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 광전 변환 소자 위에 배치된 복수의 컬러 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 광전 변환 장치.
제6항에 있어서,
상기 복수의 컬러 필터 각각은 상기 도광부에 포함되는, 광전 변환 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 컬러 필터들은 원색의 컬러 필터이고,
가시광의 파장 범위의 최단 파장은 청색 컬러 필터의 분광 투과율 분포(spectral transmittance distribution)에 의해 규정되는 파장이며,
가시광의 파장 범위의 최장 파장은 적색 컬러 필터의 분광 투과율 분포에 의해 규정되는 파장인, 광전 변환 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 경계부 각각의 폭은 0.2μm 이하이고,
상기 복수의 도광부 각각의 하부면으로부터 상부면까지의 높이는 1.5μm 이상인, 광전 변환 장치.
광전 변환 장치이며,
각각 감광면을 갖는 복수의 광전 변환 소자;
상기 복수의 광전 변환 소자 상에 배치된 절연막;
상기 절연막 위에 배치된 복수의 도광부로서, 상기 복수의 도광부 각각은 상기 복수의 광전 변환 소자 중 하나의 광전 변환 소자의 감광면 상에서 광을 유도하는, 복수의 도광부; 및
인접한 도광부들 사이에서 경계를 각각 규정하고, 상기 복수의 도광부를 형성하는 재료보다 굴절률이 더 낮은 재료로 형성되는 경계부들을 포함하고,
상기 경계부 각각의 폭이 가시광의 파장 범위의 최단 파장의 절반 이하이며,
상기 복수의 도광부 각각의 하부면으로부터 상부면까지의 높이는 상기 경계부 각각의 폭의 4배 이상인 것을 특징으로 하는, 광전 변환 장치.
광전 변환 장치이며,
각각 감광면을 갖는 복수의 광전 변환 소자;
상기 복수의 광전 변환 소자 위에 배치된 복수의 도광부로서, 도광부 각각은 상기 복수의 광전 변환 소자 중 하나의 광전 변환 소자에 대응하는, 복수의 도광부; 및
인접한 도광부들 사이에서 경계를 각각 규정하고, 상기 복수의 도광부를 형성하는 재료보다 굴절률이 더 낮은 재료로 형성되는 경계부들을 포함하고,
상기 경계부 각각의 폭이 가시광의 파장 범위의 최단 파장의 절반 이하이며,
상기 복수의 도광부 각각의 하부면으로부터 상부면까지의 높이는 가시광의 파장 범위의 최장 파장의 2배 이상인 것을 특징으로 하는, 광전 변환 장치.
촬상 시스템이며,
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에서 규정된 광전 변환 장치;
상기 광전 변환 소자의 촬상면 상에 상을 형성하는 광학계; 및
상기 광전 변환 장치로부터 출력된 신호를 처리하여 화상 데이터를 생성하는 신호 처리 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는, 촬상 시스템.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
가시광의 파장 범위는 400nm로부터 750nm까지의 파장 범위를 포함하는, 광전 변환 장치.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
가시광의 파장 범위의 최단 파장과 최장 파장은, 상기 컬러 필터의 상기 분광 투과율 분포에 의해 각각 규정되는, 광전 변환 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 절연막층이 상기 복수의 광전 변환 소자 상에 배치되고,
상기 복수의 도광부는 상기 복수의 절연막층 위에 배치되는, 광전 변환 장치.