TWI661570B - 光電轉換裝置、成像系統、可移動設備以及光電轉換裝置的製造方法 - Google Patents

光電轉換裝置、成像系統、可移動設備以及光電轉換裝置的製造方法 Download PDF

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Abstract

一種光電轉換裝置包含設置在光電轉換單元上方的波導構件，以及設置在基板上方並且包圍波導構件的至少一部分的絕緣構件。波導構件具有從基板依次佈置的第一側面、第二側面和第三側面。第一側面的傾斜角小於第二側面的傾斜角。第三側面的傾斜角小於第二側面的傾斜角。第二側面的傾斜角小於90度。

Description

光電轉換裝置、成像系統、可移動設備以及光電轉換裝置的製造方法
本發明涉及光電轉換裝置、成像系統、可移動設備以及光電轉換裝置的製造方法。
日本專利公開No.2007-194606(以下稱“PTL 1”)中描述的光電轉換裝置具有光電轉換單元和設置在光電轉換單元上方的波導。對於PTL 1中描述的波導，平行於光電轉換單元的光接收表面的波導的截面積隨著與光接收表面的距離增加而增加，而且其增加率持續增加。這意味著，離光接收表面越遠，波導的側面的傾斜增加越多。這種配置使得波導的入射面能夠增加，由此提高靈敏度。
根據本公開的一方面的光電轉換裝置包括：設置在基 板中的光電轉換單元；設置在光電轉換單元上方的波導構件；以及設置在基板上方並且包圍波導構件的至少一部分的絕緣構件。波導構件具有從基板按以下順序佈置的第一側面、第二側面和第三側面。第二側面的傾斜角小於90度。第一側面的傾斜角小於第二側面的傾斜角。第三側面的傾斜角度小於第二側面的傾斜角。
根據本公開的另一方面的光電轉換裝置包括：設置在基板中的光電轉換單元；設置在基板上方並且在與光電轉換單元對應的位置處具有開口的絕緣構件；以及設置在光電轉換單元上方且在所述開口內的波導構件。開口具有從基板按以下順序佈置的第一側面、第二側面和第三側面。第二側面的傾斜角小於90度。第一側面的傾斜角小於第二側面的傾斜角。第三側面的傾斜角小於第二側面的傾斜角。
光電轉換裝置的製造方法包括：形成包括第一絕緣膜、第二絕緣膜和第三絕緣膜的絕緣構件，這些絕緣膜從基板按以上順序佈置在包括光電轉換單元的基板上；在與光電轉換單元對應的位置處在絕緣構件中形成開口；以及在所述開口中形成波導構件。由第一絕緣膜提供的第一側面的傾斜角小於由第二絕緣膜提供的第二側面的傾斜角。由第三絕緣膜提供的第三側面的傾斜角小於第二側面的傾斜角。第二側面的傾斜角小於90度。
參考圖式從以下對示例性實施例的描述，本發明的其它特徵將變得清楚。
100‧‧‧基板
101‧‧‧光電轉換單元
102‧‧‧電荷保持部分
103‧‧‧FD部分
105‧‧‧源極區域
106‧‧‧汲極區域
107‧‧‧半導體區域
108‧‧‧半導體區域
109‧‧‧半導體區域
110‧‧‧主動區域
112‧‧‧元件隔離區域
200‧‧‧佈線結構部分
201‧‧‧絕緣構件
211‧‧‧絕緣膜
212‧‧‧絕緣膜
213‧‧‧絕緣膜
214‧‧‧絕緣膜
215‧‧‧絕緣膜
241‧‧‧傳輸閘極電極
242‧‧‧放大閘極電極
243‧‧‧第二傳輸閘極電極
244‧‧‧複位閘極電極
245‧‧‧選擇閘極電極
246‧‧‧放電閘極電極
251‧‧‧佈線
405‧‧‧層間透鏡
406‧‧‧低折射率層
407‧‧‧鏈接部分
501‧‧‧光阻圖案
510‧‧‧開口
1001‧‧‧屏障
1002‧‧‧透鏡
1003‧‧‧光闌
1004‧‧‧光電轉換裝置
1007‧‧‧影像處理裝置
1008‧‧‧定時信號發生器
1009‧‧‧中央控制單元
1010‧‧‧訊框記憶單元
1011‧‧‧介面單元
1012‧‧‧記錄媒體
1013‧‧‧介面單元
2000‧‧‧成像系統
2010‧‧‧光電轉換裝置
2030‧‧‧影像處理單元
2040‧‧‧視差計算單元
2050‧‧‧距離測量單元
2060‧‧‧碰撞確定單元
2310‧‧‧車輛資訊獲取裝置
2410‧‧‧控制電子控制單元
2420‧‧‧警告裝置
d1‧‧‧距離
d2‧‧‧距離
d3‧‧‧距離
a1‧‧‧角度
a2‧‧‧傾斜角
a3‧‧‧傾斜角
b1‧‧‧角度
P‧‧‧垂線
t1‧‧‧厚度
t2‧‧‧厚度
t3‧‧‧厚度
圖1A至1C示意性地圖示光電轉換裝置，圖1A圖示光電轉換裝置的平面配置，而圖1B和1C圖示光電轉換裝置的截面結構。
圖2是示意性地圖示光電轉換裝置的截面結構的圖。
圖3A至3E是示意性地圖示光電轉換裝置的截面結構的圖。
圖4A至4C示意性地圖示光電轉換裝置，圖4A圖示光電轉換裝置的平面配置，而4B和4C圖示光電轉換裝置的截面結構。
圖5A至5C示意性地圖示光電轉換裝置，圖5A圖示光電轉換裝置的平面配置，而圖5B和5C圖示光電轉換裝置的截面結構。
圖6是示意性地圖示光電轉換裝置的平面結構的圖。
圖7A和7B是示意性地圖示光電轉換裝置的截面結構的圖。
圖8A和8B是示意性地圖示光電轉換裝置的截面結構的圖。
圖9A和9B是示意性地圖示光電轉換裝置的平面結構的圖。
圖10是示意性地圖示光電轉換裝置的截面結構的圖。
圖11A至11C是示意性地圖示光電轉換裝置的截面結構的圖。
圖12是圖示成像系統的實施例的方塊圖。
圖13A和13B是可移動設備的實施例的方塊圖。
根據本公開的一些實施例，可以提高光電轉換裝置的靈敏度。本發明人已經發現，關於在PTL 1中描述的波導的靈敏度，還有進一步提高的空間。作為研究的結果，本發明人已經獲得了具有傾斜側面的波導的靈敏度可以透過增加在波導的入射面或進入面附近到達波導側面的光的反射率(反射比、反射效率或反射比率)進一步改進的知識。
根據PTL 1中的公開內容，在光電轉換單元的光接收面附近的部分處的波導的側面處的傾斜角小，即，傾斜角幾乎垂直於光接收面。另一方面，在光電轉換單元的光入射面附近的部分處的波導側面處的傾斜角大，即，傾斜角幾乎與光接收面是水平的。因而，存在入射光不會在入射面附近的波導側面處反射的可能性。因此，光會從波導洩漏，並且靈敏度會惡化。
根據本公開的一個實施例是光電轉換裝置。光電轉換裝置具有設置在基板中的光電轉換單元和設置在光電轉換單元上方的波導。光電轉換裝置還具有設置在基板上的絕緣構件。絕緣構件圍繞形成或構成波導的波導構件的至少一部分。例如，在與光電轉換單元對應的位置處，在絕緣構件中設置開口。波導設置在這個開口內。在這種配置 中，波導將入射光引導到光電轉換單元，並且光電轉換單元將入射光轉換為電荷。
根據這個實施例的光電轉換裝置的波導包括至少第一側面、第二側面和第三側面。第一側面、第二側面和第三側面從基板依次佈置或排列。第一側面、第二側面和第三側面每個都傾斜。第一側面的傾斜角小於第二側面的傾斜角。第三側面的傾斜角小於第二側面的傾斜角。波導的側面例如是波導構件和絕緣構件相接觸的介面。可替代地，波導的側面是例如波導構件和金屬反射構件相接觸的介面。可替代地，在波導周圍存在間隙的情況下，波導的側面是例如暴露於該間隙的波導材料的面。
從該實施例的另一個角度來看，提供給絕緣構件的開口包括至少第一側面、第二側面和第三側面。第一側面、第二側面和第三側面從基板依次佈置或排列。第一側面、第二側面和第三側面每個都傾斜。第一側面的傾斜角小於第二側面的傾斜角。第三側面的傾斜角小於第二側面的傾斜角。在下文中，除非另有特別說明，否則關於波導的側面的描述也適用於絕緣構件的開口的側面。
在本說明書中，當在與某個面相交並包括到光電轉換單元的光接收面的垂線的橫截面觀察時，某個面的術語“傾斜角”是指在該面與該垂線之間形成的角度。但是，要指出的是，傾斜角在90度或更小的範圍內被定義。例如，在某個面垂直於光電轉換單元的光接收面的情況下，這個面的傾斜角為0度。另一方面，在某個面與光電轉換 單元的光接收面水平的情況下，這個面的傾斜角為90度。即，對於光電轉換單元的光接收面，波導的側面越接近垂直，則側面的傾斜角越小。對於光電轉換單元的光接收面，波導的側面越接近水平，則側面的傾斜角越大。當本說明書闡述某個面傾斜時，這意味著該面的傾斜角大於0度。換句話說，垂直於光電轉換單元的光接收面的面不傾斜。
還要指出的是，本說明書中的術語“面”至少包括平面和曲面。波導的側面可以是平面，或者可以是曲面，如下面的實施例所描述的。在波導的側面是曲面的情況下，當在與這個面相交且包括到光電轉換單元的光接收面的垂線的截面觀察時，在這個面與垂線之間形成的角度是傾斜角。
根據該實施例的波導具有相對較大傾斜角的第二側面，因此可以擴展波導的入射面。因此，可以使更多的光進入波導。波導還具有在第二側面上方(即，波導的入射面附近)具有相對較小傾斜角的第三側面。因而，可以升高關於到達波導入射面附近的波導側面的光的反射率。一般而言，在進入光電轉換裝置的光與光電轉換單元的光接收面的垂線(光軸)之間形成的角度不那麼大。因此，波導側面的傾斜角越小，光越能被反射。根據本實施例的波導，具有相對較小傾斜角的第一側面和第三側面以及具有相對較大傾斜角的第二側面按照從基板起第一側面、第二側面和第三側面的次序佈置或排列。因此，可以增加入射 面附近的反射效率(率)，同時拓寬波導的入射面。因此，這種配置使得能夠提高靈敏度。
除了第一至第三側面，波導還可以具有另一個側面。例如，波導可以具有從第一側面起設置在基板側的另一個側面。可替代地，波導可以在第三側面上方具有另一個側面。可替代地，波導可以在第一側面和第二側面之間具有另一個側面。可替代地，波導可以在第二側面和第三側面之間具有另一個側面。
將參考圖式詳細描述本公開的實施例。本公開不僅限於下面描述的實施例。在不背離本公開的實質的情況下，下面描述的實施例的配置已被部分修改的修改也是本公開的實施例。另外，其中將以下實施例之一的部分配置添加到另一個實施例的示例以及其中以下實施例之一的部分配置被另一個實施例的部分配置替代的示例也是本公開的實施例。
第一實施例
將描述第一實施例。圖1A至1C示意性地圖示根據第一實施例的光電轉換裝置的配置。圖1A示意性地圖示光電轉換裝置的平面結構。圖1B示意性地圖示沿圖1A中的IB-IB截取的光電轉換裝置的橫截面結構。圖1C示意性地圖示沿圖1A中的IC-IC截取的光電轉換裝置的橫截面結構。
光電轉換裝置包括光電轉換單元101和設置在光電轉 換單元101上方的波導301。波導301設置成在平面圖中覆蓋在光電轉換單元101上，如圖1A中所示。在本說明書中，一個構件設置在另一個構件上方使得一個構件在平面圖中重疊在另一個構件上的情況被表示為一個構件“覆蓋”另一個構件。
光電轉換裝置包括佈線251以及連接佈線251和光電轉換單元101的接觸插塞252。這種配置使得在光電轉換單元101處產生的電荷作為電信號從佈線251輸出。光電轉換裝置可以包括連接到佈線251的信號處理電路。可替代地，佈線251可以直接連接到外部裝置。在透過電容耦合檢測光電轉換單元101的電位變化的光電轉換裝置中不使用佈線251和接觸插塞252。
圖1A還圖示了波導301的入射面303的外邊緣和波導301的出射面302的外邊緣。出射面302的面積在平面圖中小於入射面303的面積，這可以在圖1中看到。在平面圖中，入射面303也包含出射面302。這種配置使得能夠將入射到波導301的光高效地引導到光電轉換單元101。例如，波導301的一部分覆蓋佈線251。因而，透過佈線251進入這個部分的光的反射減小。因此，可以增加進入光電轉換單元101的光量。
光電轉換裝置包括基板100、佈線結構部分200和光學單元400，如圖1B和1C中所示。在圖1B和1C中省略了光學單元400的詳細結構。
基板100是矽基板。基板100的其它示例包括無機半 導體基板、有機半導體基板、無機光電轉換膜、有機光電轉換膜等。光電轉換單元101設置在基板100中。
光電轉換單元101將入射光轉換為電荷。根據本實施例的光電轉換單元101是光電二極體。光電轉換單元101具有構成PN接點並將電子作為信號電荷儲存的N型半導體區域。光電轉換單元101還可以包括設置在N型半導體區域上的P型半導體區域。光電轉換單元101的光接收面是基板100和設置在基板100上的絕緣構件201之間的介面。在提供P型半導體區域的情況下，這個P型半導體區域和絕緣構件201之間的介面構成光接收面。在不提供P型半導體區域的情況下，儲存信號電荷的N型半導體區域與絕緣構件201之間的介面構成光接收面。在使用電洞作為信號電荷的情況下，可以顛倒N型和P型。在所使用的基板100不同於矽基板的情況下，這個基板100和由與基板100的材料不同的材料形成的絕緣構件201之間的介面構成光接收面。
佈線結構部分200包括：設置在基板100上的絕緣構件201、佈置在絕緣構件201上的佈線251、和接觸插塞252。絕緣構件201由氧化矽、氮化矽、碳化矽等等形成。絕緣構件201可以由單一材料形成。可替代地，絕緣構件201可以包括多個絕緣膜。絕緣構件201使多個配線251彼此電絕緣。可替代地，絕緣構件201在佈線251和基板100之間電絕緣。
絕緣構件201設置在波導301周圍。具體而言，向絕 緣構件201提供開口。開口位於光電轉換單元101的上方。波導301設置在開口內。波導301的折射率的至少一部分優選地高於絕緣構件201的折射率。這種折射率差使得光能夠在波導301的側面反射。作為另一個示例，可以透過在波導301的側面處提供諸如金屬等反射構件而在波導301的側面反射光。作為另一個示例，可以在波導301周圍提供間隙或氣隙。即，波導301和絕緣構件201可以彼此分離。
波導301可以由單一的材料形成。例如，波導301可以由氮化矽或有機樹脂形成。可替代地，波導301可以由具有不同成分的多層形成。例如，透過彼此具有不同條件的多種成膜製程，形成多個氮化矽層。製程條件不同，因此多個氮化矽層的成分可以具有彼此不同的成分比率。作為另一個示例，波導301包括由氧化矽形成的襯墊層和由氮化矽形成的核心層。襯墊層是沿著絕緣構件201的開口的側面設置的薄絕緣膜。核心層是填充絕緣構件201的開口的剩餘部分的絕緣膜。
波導301具有從基板100依次排列的第一側面311、第二側面312和第三側面313。波導301的側面是例如在波導301和絕緣構件201之間的接觸面。因而，波導301的側面可以與絕緣構件201的開口的側面一致。絕緣構件201可以包含與波導301的第一側面311、第二側面312和第三側面313接觸的多個絕緣膜。
如圖1B和1C中所示，第一側面311、第二側面312 和第三側面313每個都傾斜。即，第一側面311、第二側面312和第三側面313各自具有大於0度的傾斜角。如上所述，波導301的側面的傾斜角是在關於光電轉換單元101的光接收面的垂線P和波導301的側面之間形成的角度。關於光電轉換單元101的光接收面的垂線P在圖1B和1C中圖示。即，圖1B和1C示意性地圖示了包括關於光電轉換單元101的光接收面的垂線P的橫截面。
將透過圖2描述傾斜角。圖2是圖示圖1B和1C中的波導301的側面放大的圖。圖1B和1C中相同的構件用相同的標號表示。在包括垂線P的橫截面中，波導301的第一側面311和垂線P形成兩個角度，角度a1和角度b1，如圖2中所示。在這兩個角度中，角度a1小於90度，因此角度a1是波導301的第一側面311的傾斜角。以相同的方式，波導301的第二側面312具有傾斜角a2，並且波導301的第三側面313具有傾斜角a3。
在本實施例中，波導301的第一側面311的傾斜角a1小於波導301的第二側面312的傾斜角a2。而且，波導301的第三側面313的傾斜角a3小於波導301的第二側面312的傾斜角a2。即，具有小傾斜角的側面、具有大傾斜角的側面和具有小傾斜角的側面從基板100依次排列。
波導301的入射面303可以由於波導301具有其傾斜角大的第二側面312而變寬。因此，可以向波導301輸入大量的光。另外，波導301在第二側面312上方(即，入 射面303附近)具有其傾斜角小的第三側面313。因而，可以升高關於到達波導301的入射面303附近的波導301的側面的光的反射率。由此，這種配置能夠提高靈敏度。本發明人的研究證實，在入射面303在平面圖中的面積、出射面302的面積與波導301的高度相同的情況下，與側面的傾斜角連續增加的示例相比，靈敏度提高了大約8.5%。
關於第一側面311的傾斜角、第二側面312的傾斜角和第三側面313的傾斜角，具體數值不受限制。優選地，第一側面311的傾斜角包括在5度至20度的範圍內。優選地，第二側面312的傾斜角包括在55度至85度的範圍內。優選地，第三側面313的傾斜角包括在5度至20度的範圍內。入射面303與出射面302之比以及波導301的高度可以透過將每個側面的傾斜角包括在這些範圍內而被以良好的平衡設計。因此，可以提高靈敏度。
優選地，第三側面313的傾斜角小於第一側面311的傾斜角。即，越靠近波導301的入射面303的部分處的側面優選地關於光電轉換單元101的光接收面越接近垂直。這種配置使得能夠進一步提高靈敏度。
形成波導301的第一側面311的第一部分具有t1的厚度，如圖1B和1C所示。形成波導301的第二側面312的第二部分具有t2的厚度。形成波導301的第三側面313的第三部分具有t3的厚度。優選地，厚度t1大於厚度t2，並且厚度t3大於厚度t2。可以根據這種配置增加波 導301的高度。因此，即使在基板100上設置大量佈線層的情況下，也可以提高靈敏度。
接下來，將參考圖3A至3E描述光學單元400的結構。圖3A至3E示意性地圖示光電轉換裝置的橫截面結構。與圖1A至2中那些相同的構件用相同的標號表示。圖3A至3E僅圖示波導301的上部和在波導301上方的光電轉換裝置的部分。在圖3A中所示的示例中，絕緣構件201的一部分設置在波導301上。設置在波導301上的絕緣構件201的這部分及其設置在側面的部分可以透過不同的製程形成。
在圖3B中所示的示例中，微透鏡401設置在波導301的上方。微透鏡401可以設置成覆蓋波導301。微透鏡401能夠朝著波導301的入射面303收集光。因此，微透鏡401可以提高靈敏度。在提供多個光電轉換單元101的情況下，微透鏡401可以減少顏色的混合。要指出的是，微透鏡401和波導301可以彼此接觸地設置。
在圖3C中所示的示例中，濾光器403、平坦化層402和微透鏡401設置在波導301的上方。濾色器403、平坦化層402和微透鏡401以這個次序從基板100側排列。濾色器403可以設置成覆蓋波導301。
濾色器403選擇性地透射特定波長的光。這使得能夠獲取彩色影像，或者獲取用於特殊用途的影像。平坦化層402減少由於濾色器403而發生的不均勻性。因而，在具有多個光電轉換單元101的光電轉換裝置中，可以提高影 像品質。要指出的是，平坦化層402不是必需的。
在圖3D中所示的示例中，層間透鏡405、平坦化層404、濾色器403、平坦化層402、和微透鏡401設置在波導301的上方。層間透鏡405、平坦化層404、濾色器403、平坦化層402和微透鏡401以這個次序從基板100側排列。
層間透鏡405能夠朝著波導301的入射面303收集光。因而，由微透鏡401收集的光甚至更高效地輸入到波導301。因此，可以提高靈敏度。平坦化層404減少由於層間透鏡405而發生的不均勻性。因而，可以提高具有多個光電轉換單元101的光電轉換裝置中的影像品質。要指出的是，平坦化層404不是必需的。
在圖3E中所示的示例中，光電轉換裝置具有多個光電轉換單元101(從圖示中省略)。對應的波導301被提供給每個光電轉換單元101。鏈接部分407、低折射率層406、層間透鏡405、平坦化層404、濾色器403、平坦化層402和微透鏡401設置在波導301的上方。
多個波導301透過鏈接部分407鏈接到彼此，如圖3E中所示。鏈接部分407由與波導301相同的材料形成。鏈接部分407也透過相同的製程與波導301一體地形成。鏈接部分407的厚度優選在約20nm至100nm的範圍內。鏈接部分407在絕緣構件201上形成，如圖3E中所示。因而，絕緣構件201部分地包圍包括波導301和鏈接部分407的波導構件。
鏈接部分407可以增加進入波導301的光量。原因是透過鏈接部分407的圍阻效應(containment effect)將鏈接部分407的入射光傳播到波導301。鏈接部分407還使得能夠減小多個光電轉換單元101之間的靈敏度的變化。
在圖3E中所示的示例中，波導301的入射面303是波導301和鏈接部分407之間的虛擬接觸面。具體而言，其中設置在波導301的側面的絕緣構件201的頂面延伸到波導301的平面是波導301的入射面303。在這個示例中波導301的入射面303的外周在圖1A中示出。
低折射率層406設置在鏈接部分407和層間透鏡405之間。低折射率層406的折射率低於形成層間透鏡405的材料的折射率。根據這種配置，可以提高層間透鏡405的光收集能力。
濾色器403還包括第一顏色(例如，紅色)的濾色器403R和第二顏色(例如，綠色)的濾色器403G。這種配置提供彩色影像。在提供多種顏色的濾色器403的情況下，由於濾色器403而導致不均勻性趨於增加。因而，由於平坦化層402而改進的影像品質的優點是顯著的。
如上所述，根據本實施例的波導301具有從基板100依次排列的第一側面311、第二側面312和第三側面313。第一側面311的傾斜角小於第二側面312的傾斜角。第三側面313的傾斜角小於第二側面312的傾斜角。根據這種配置，能夠提高靈敏度。
第二實施例
將描述第二實施例。根據第一實施例的光電轉換裝置與根據第二實施例的光電轉換裝置關於波導301的側面的形狀彼此不同。因而，下面將主要描述與第一實施例不同的部分，並且將省略與第一實施例中相同的部分的描述。
圖4A至4C示意性地圖示根據第二實施例的光電轉換裝置的配置。圖4A示意性地圖示光電轉換裝置的平面結構。圖4B示意性地圖示沿著IVB-IVB的光電轉換裝置的橫截面結構。圖4C示意性地圖示沿著IVC-IVC的光電轉換裝置的橫截面結構。與圖1A至3E相同的部分用相同的標號表示。
光電轉換裝置包括光電轉換單元101和設置在光電轉換單元101上方的波導301。波導301設置成在平面圖中覆蓋在光電轉換單元101上，如圖4A中所示。
光電轉換裝置包括佈線251以及連接佈線251和光電轉換單元101的接觸插塞252。佈線251和接觸插塞252的配置與第一實施例中的相同。以與第一實施例相同的方式，可以從配置中省略佈線251和接觸插塞252。
圖4A還圖示波導301的入射面303的外邊緣和波導301的出射面302的外邊緣。出射面302的面積在平面圖中小於入射面303的面積，這可以在圖4A中看到。這種配置使得能夠將入射到波導301的光高效地引導到光電轉換單元101。例如，波導301的一部分覆蓋佈線251。因而，透過佈線251進入這個部分的光的反射減小。因此， 可以增加進入光電轉換單元101的光量。
在本實施例中，入射面303的外邊緣的一部分和出射面302的外邊緣的一部分在平面圖中重疊。即，波導301的側面的一部分垂直於光電轉換單元101的光接收面。換句話說，波導301的側面的一部分不傾斜。這是與第一實施例不同的一點。
如圖4B和4C中所示，光電轉換裝置包括基板100、佈線結構部分200和光學單元400。在圖4B和4C中省略了光學單元400的詳細結構。
基板100和分佈到基板100的光電轉換單元101的結構與第一實施例中相同。因而，這裡將省略對基板100的描述。而且，圖3A至3E中所示的配置以與第一實施例相同的方式用於光學單元400。因而，將省略關於光學單元400的描述。
佈線結構部分200包括絕緣構件201、設置在絕緣構件201上的佈線251和接觸插塞252。除了絕緣構件201的開口的形狀和波導301的形狀之外，根據本實施例的佈線結構部分200與第一實施例中的佈線結構部分200相同。因而，在這裡將省略除關於開口的形狀之外的描述。
絕緣構件201圍繞波導301設置。具體而言，在設置在基板100上的絕緣構件201中設置有開口。開口位於光電轉換單元101的上方。波導301設置在開口中。用於波導301的材料與第一實施例中的相同。除了波導301的側面的形狀之外，波導301的結構也與第一實施例中的相 同。
波導301具有從基板100依次排列的第一側面311、第二側面312和第三側面313。波導301的側面例如是波導301和絕緣構件201之間的接觸面。因而，波導301的側面可以與絕緣構件201的開口的側面一致。絕緣構件201可以包括與波導301的第一側面311、第二側面312和第三側面313中的每一個接觸的多個絕緣膜。
如圖4B和4C中所示，第一側面311、第二側面312和第三側面313中的每一個都是傾斜的。即，第一側面311、第二側面312和第三側面313各自具有大於0度的傾斜角。如上所述，波導301的側面的傾斜角是在關於光電轉換單元101的光接收面的垂線P與波導301的側面之間形成的角度。關於光電轉換單元101的光接收面的垂線P在圖4B和4C中示出。即，圖4B和4C示意性地圖示包括關於光電轉換單元101的光接收面的垂線P的橫截面。
在本實施例中，波導301的第一側面311的傾斜角小於波導301的第二側面312的傾斜角。而且，波導301的第三側面313的傾斜角小於波導301的第二側面312的傾斜角。即，具有小傾斜角的側面、具有大傾斜角的側面和具有小傾斜角的側面從基板100起按那個次序排列。這一點與第一實施例中的相同。即，第一實施例中關於圖2的描述也適用於本實施例。
波導301的入射面303可以由於波導301具有其傾斜 角大的第二側面312而變寬。因此，可以向波導輸入大量的光。另外，波導301在第二側面312的上方(即，入射面303附近)具有傾斜角小的第三側面313。因而，可以提高關於到達波導301的入射面303附近的波導301的側面的光的反射率。由此，該配置使得能夠提高靈敏度。
另外，根據本實施例的波導301具有垂直於光電轉換單元101的光接收面的側面321。換句話說，波導301具有不傾斜的側面321。根據這種配置，僅波導301的側面的一部分可以傾斜。因此，可以提高靈敏度。
佈線251被設置成覆蓋光電轉換單元101的一部分，如圖4A中所示。至少佈線251設置在其上的波導301的部分優選地具有傾斜的側面，以將入射到佈線251的光引導到光電轉換單元101。具體而言，波導301具有第一側面311、第二側面312和第三側面313，在本實施方式中，每個側面都是傾斜的。
光電轉換單元101的其它部分不被佈線251覆蓋。在波導301和光電轉換單元101之間沒有設置佈線251的情況下，波導301的側面不必是傾斜的。一般而言，入射光和關於光電轉換單元101的光接收面的垂線P之間形成的角度不是非常大，因此波導301的側面的傾斜角越小，光可以反射越多。因而，垂直於光電轉換單元101的光接收面的側面321可以反射更多的光。因此，可以透過根據本實施例的波導301提高靈敏度。
如上所述，根據本實施例的波導301具有從基板100 依次排列的第一側面311、第二側面312和第三側面313。第一側面311的傾斜角小於第二側面312的傾斜角。而且，第三側面313的傾斜角小於第二側面312的傾斜角。根據這種配置，靈敏度可以以與第一實施例相同的方式提高。
根據本實施例中的光電轉換裝置的結構，波導301的側面的只有一部分可以傾斜。因此，靈敏度可以進一步提高。
第三實施例
將描述第三實施例。根據第一實施例的光電轉換裝置與根據第三實施例的光電轉換裝置關於波導301的平面形狀彼此不同。因而，下面的描述將主要關於與第一實施例不同的部分進行，並且將省略與第一實施例中相同的部分的描述。
圖5A至5C示意性地圖示根據第三實施例的光電轉換裝置的配置。圖5A示意性地圖示光電轉換裝置的平面結構。圖5B示意性地圖示沿VB-VB截取的光電轉換裝置的橫截面結構。圖5C示意性地圖示沿VC-VC截取的光電轉換裝置的橫截面結構。與圖1A至4C中相同的部分用相同的標號表示。
光電轉換裝置包括光電轉換單元101和設置在光電轉換單元101上方的波導301。波導301設置成在平面圖中覆蓋在光電轉換單元101上，如圖5A中所示。
光電轉換裝置包括佈線251以及連接佈線251和光電轉換單元101的接觸插塞252。以與第一實施例中相同的方式，可以從配置中省略佈線251和接觸插塞252。
圖5A還圖示波導301的入射面303的外邊緣和波導301的出射面302的外邊緣。出射面302的面積在平面圖中小於入射面303的面積，這可以在圖5A中看到。在平面圖中，入射面303也包含出射面302。這種配置使得能夠將入射到波導301的光高效地引導到光電轉換單元101。例如，波導301的一部分覆蓋佈線251。因而，透過佈線251進入這部分的光的反射減少。因此，進入光電轉換單元101的光量可以增加。
在本實施例中，入射面303的外邊緣在平面圖中是圓形的。在本實施例中，出射面302的外邊緣在平面圖中也是圓形的。另外，當沿著平行於光電轉換單元101的光接收面的平面切割時，波導301的橫截面具有圓形外邊緣。這一點與第一實施例不同。
在平面視圖中具有波導301的圓形形狀是有利的，因為出射面302的面積可以減小。即，即使在除光電轉換單元101之外的其它元件分佈在基板100上的情況下，也可以將光高效地收集到光電轉換單元101。而且，波導301的側面是在波導301的整個周邊上具有大致均勻的曲率的彎曲面。因此，依賴於位置的光的反射率幾乎沒有差別。因此，可以將光高效地收集到光電轉換單元101。
光電轉換裝置包括基板100、佈線結構部分200和光 學單元400，如圖5B和5C中所示。在圖5B和5C中省略了光學單元400的詳細結構。除了如上所述波導301的平面形狀之外，根據本實施例的基板100、佈線結構部分200和光學單元400與根據第一實施例的基板100、佈線結構部分200和光學單元400相同。因而，關於第一實施例的描述和關於圖1A至3C的描述全都結合在本實施例的光電轉換裝置中。
絕緣構件201圍繞波導301設置。具體而言，在設置在基板100上的絕緣構件201中設置有開口。開口位於光電轉換單元101的上方。波導301設置在開口內。用於波導301的材料與第一實施例中相同。除了波導301的形狀之外，波導301的結構也與第一實施例中的結構相同。
波導301具有從基板100依次排列的第一側面311、第二側面312和第三側面313。波導301的各側面例如是波導301和絕緣構件201之間的接觸面。因而，波導301的側面可以與絕緣構件201的開口的側面一致。絕緣構件201可以包括與波導301的第一側面311、第二側面312和第三側面313中的每一個接觸的多個絕緣膜。
如圖5B和5C中所示，第一側面311、第二側面312和第三側面313中的每一個都是傾斜的。即，第一側面311、第二側面312和第三側面313各自具有大於0度的傾斜角。如上所述，波導301的側面的傾斜角是關於光電轉換單元101的光接收面的垂線P和波導301的側面之間形成的角度。關於光電轉換單元101的光接收面的垂線P 在圖5B和5C中示出。即，圖5B和圖5C示意性地圖示包括關於光電轉換單元101的光接收面的垂線P的橫截面。
波導301的第一側面311的傾斜角小於波導301的第二側面312的傾斜角。而且，波導301的第三側面313的傾斜角301小於波導301的第二側面312的傾斜角。即，具有小傾斜角的側面、具有大傾斜角的側面和具有小的傾斜角的側面從基板100起依次排列。這一點與第一實施例中相同。即，在第一實施例中關於圖2的描述也適用於本實施例。
本實施例中的波導301的側面是曲面。因而，在包括關於光電轉換單元101的光接收面的垂線P的橫截面處，傾斜角由垂線P和波導301的側面之間形成的角度表示。
波導301的入射面303可以由於波導301具有其傾斜角大的第二側面312而變寬。因此，可以向波導輸入大量的光。另外，波導301在第二側面312的上方(即，在入射面303附近)具有其傾斜角小的第三側面313。因而，可以提高關於到達波導301的入射面303附近的波導301的側面的光的反射率。由此，這種配置使得能夠提高靈敏度。
在根據本實施例的光電轉換裝置中，平面圖中波導301的形狀是圓形的。根據這種配置，除了第一實施例的優點，還可以獲得提高的光收集效率的優點。
第四實施例
將描述第四實施例。圖6示意性地圖示根據第四實施例的光電轉換裝置的平面結構。圖7A示意性地圖示沿著圖6中的VIIA-VIIA截取的光電轉換裝置的橫截面結構。圖7B示意性地圖示沿著圖6中VIIB-VIIB截取的光電轉換裝置的橫截面結構。與圖1A至5C中相同的部分用相同的標號表示。圖6圖示重複相同結構的佈局，因此從重複的部分省略了標號。
根據本實施例的光電轉換裝置與根據第一至第三實施例的光電轉換裝置的不同之處在於，除了光電轉換單元101之外還具有設置在基板100上的其它元件，並且具有多個佈線層。因而，下面將主要描述與第一至第三實施例不同的部分，並且適當地省略與第一至第三實施例中任一個相同的部分的描述。
光電轉換裝置包括光電轉換單元101和設置在光電轉換單元101上方的波導301。波導301被設置成在平面圖中覆蓋在光電轉換單元101上，如圖6中所示。即，波導301被設置成覆蓋光電轉換單元101。
光電轉換裝置還包括設置在基板100上的浮接擴散部分103(以下稱為“FD部分103”)和放大電晶體。傳輸閘極電極241、放大閘極電極242、佈線251和佈線261設置在基板100上。佈線251和佈線261透過接觸插塞連接到基板100、傳輸閘極電極241或放大閘極電極242。為了簡單起見，沒有給出標號來表示圖6中的接觸插塞，但 是其中具有兩條對角線的方形指示接觸插塞的位置。
光電轉換單元101的配置與根據第一實施例的光電轉換單元101的配置相同。在光電轉換單元101處產生的信號電荷透過傳輸閘極電極241被傳送到FD部分103。光電轉換單元101、傳輸閘極電極241和FD部分103構成傳輸電晶體。佈線251a經由接觸插塞連接到傳輸閘極電極241。佈線251a向傳輸閘極電極241供給控制傳送信號電荷的控制信號。
FD部分103經由佈線251b連接到放大閘極電極242。放大閘極電極242以及提供給基板100的源極區域105和汲極區域106構成放大電晶體。佈線261a連接到源極區域105。佈線261a構成輸出信號的輸出線。佈線261b連接到汲極區域106。佈線261b構成向放大電晶體供電的電源線。根據這種配置，放大電晶體可以將基於信號電荷的信號輸出到輸出線。即，放大電晶體構成放大單元。
而且，根據本實施例的光電轉換裝置包括多個光電轉換單元101。傳輸電晶體、放大電晶體和波導301分佈到每個光電轉換單元101。光電轉換單元101、傳輸電晶體和放大電晶體構成本實施例中的一個像素。
基板100包括主動區域110，以及定義主動區域110的元件隔離區域112。分佈到主動區域110的是光電轉換單元101、FD部分103、源極區域105、汲極區域106等。元件隔離區域112是電隔離相鄰元件的區域。元件隔 離區域112的示例包括淺溝槽隔離(STI)結構、矽局部氧化(LOCOS)結構、PN接點和隔離結構。
圖6還圖示波導301的入射面303的外邊緣和波導301的出射面302的外邊緣。出射面302的面積在平面圖中小於入射面303的面積，這可以在圖6中看到。在平面圖中，入射面303也包含出射面302。這種配置使得能夠將入射到波導301的光高效地引導到光電轉換單元101。例如，波導301的一部分覆蓋佈線251a、佈線261a和佈線261b。因而，透過佈線251a、佈線261a或佈線261b進入這個部分的光的反射減少。因此，進入光電轉換單元101的光量可以增加。波導301的另一部分還覆蓋與光電轉換單元101相鄰的元件隔離區域112。因而，入射到元件隔離區域112的光被引導到光電轉換單元101。因此，進入光電轉換單元101的光量可以增加。
圖6圖示具有與第三實施例中相同的圓形平面形狀的波導301。但是，在圖1A至1C中示出的根據第一實施例的波導301，或者根據在圖4A至4C中所示的第二實施例的波導301可以適用於本實施例。
光電轉換裝置包括基板100、設置在基板100上的佈線結構部分200和設置在佈線結構部分200上的光學單元400，如圖7A和7B中所示。要指出的是，在圖7A和7B中僅示出了光學單元400的鏈接部分407，並且省略了光學單元400的其它部分。
基板100是矽基板。基板100的其它示例包括無機半 導體基板、有機半導體基板、無機光電轉換膜、有機光電轉換膜等。元件隔離區域112設置在基板100中。未設置有元件隔離區域112的基板100的部分是主動區域110。光電轉換單元101和FD部分103可以設置在主動區域110處，如圖7A和7B中所示。
光電轉換單元101將入射光轉換成電荷。根據本實施例的光電轉換單元101是光電二極體。光電轉換單元101具有構成PN接點並將電子作為信號電荷儲存的N型半導體區域。光電轉換單元101還可以包括設置在N型半導體區域上的P型半導體區域。光電轉換單元101的光接收面是基板100和設置在基板100上的絕緣構件201之間的介面。在提供P型半導體區域的情況下，P型半導體區域與絕緣構件201之間的介面構成光接收面。在不提供P型半導體區域的情況下，儲存信號電荷的N型半導體區域與絕緣構件201之間的介面構成光接收面。在使用電洞作為信號電荷的情況下，可以顛倒N型和P型。在使用不同於矽基板的基板100的情況下，這個基板100與由與基板100的材料不同的材料形成的絕緣構件201之間的介面構成光接收面。
FD部分103由N型半導體區域構成。FD部分103經由接觸插塞連接到佈線251b。在使用電洞作為信號電荷的情況下，FD部分103由P型半導體區域構成。
佈線結構部分200包括：包括設置在基板100上的多個絕緣膜211至215的絕緣構件，包括在第一佈線層中的 佈線251a和佈線251b，以及包括在第二佈線層中的佈線261a和佈線261b。
絕緣膜211、絕緣膜213和絕緣膜215均由氧化矽形成。即，絕緣膜211、絕緣膜213和絕緣膜215的成分包括至少矽和氧。絕緣膜212和絕緣膜214各自由氮化矽、碳化矽或碳氮化矽形成。即，絕緣膜212和絕緣膜214的成分包括矽和選自碳和氮的至少一種元素。因此，根據本實施例，絕緣膜211、絕緣膜213和絕緣膜215的成分與絕緣膜212和絕緣膜214的成分不同。換句話說，具有不同成分的絕緣膜彼此交替地層疊在基板100上。絕緣膜211至215將佈線251、佈線261和基板100彼此電絕緣。
絕緣膜212設置成與被包括在第一佈線層中的佈線251的上表面接觸。絕緣膜214設置成與被包括在第二佈線層中的佈線261的上表面接觸。絕緣膜212和絕緣膜214可以充當用於佈線251和佈線261中包含的金屬的防擴散層。具體而言，佈線251和佈線261包含銅。如上所述，絕緣膜212和絕緣膜214含有碳或氮。因而，絕緣膜212和絕緣膜214中的銅的擴散係數小於絕緣膜211、絕緣膜213和絕緣膜215中的銅的擴散係數。根據這種配置，金屬向基板100的擴散可以減少，從而可以降低雜訊。也可以使用銅以外的各種金屬(例如金、鋁等)形成佈線。透過根據佈線中使用的金屬類型適當地選擇絕緣膜212和絕緣膜214的成分，可以使絕緣膜212和絕緣膜 214充當防擴散層。
絕緣膜211至215被設置成圍繞波導301。具體而言，絕緣膜211至215中的每一個都提供有開口。開口位於光電轉換單元101的上方。波導301設置在開口內。波導301的折射率的至少一部分優選地高於絕緣膜211至215的折射率。由於折射率的差異，可以使光在波導301的側面反射。作為另一個示例，透過在波導301的側面處提供諸如金屬等反射構件，可以使光在波導301的側面反射。作為另一個示例，間隙或氣隙可以在波導301周圍提供。即，波導301和絕緣膜211至215可以彼此分離。
波導301可以由單一的材料形成。例如，波導301可以由氮化矽或有機樹脂形成。可替代地，波導301可以由具有不同成分的多層形成。例如，透過具有彼此不同條件的多種膜形成製程，形成多個氮化矽層。製程條件不同，因此多個氮化矽層的成分可以具有彼此不同的成分比率。作為另一個示例，波導301包括由氧化矽形成的襯墊層和由氮化矽形成的核心層。襯墊層是沿著絕緣構件201的開口的側面設置的薄絕緣膜。核心層是填充絕緣構件201的開口的剩餘部分的絕緣膜。
波導301具有從基板100依次排列的第一側面311、第二側面312、第三側面313、第四側面314和第五側面315。波導301的側面是例如波導301與多個絕緣膜211至215之間的接觸面。因而，波導301的側面可以與開口的側面一致。具體而言，絕緣膜211與波導301的第一側 面311接觸。以同樣的方式，絕緣膜212至215分別與波導301的第二側面312、第三側面313、第四側面314和第五側面315接觸。
如圖7A和7B中所示，第一至第五側面311至315每個都是傾斜的。即，第一至第五側面311至315各自具有大於0度的傾斜角。如上所述，波導301的側面的傾斜角是關於光電轉換單元101的光接收面的垂線P與波導301的側面之間形成的角度。關於光電轉換單元101的光接收面的垂線P在圖7A和7B中示出。即，圖7A和7B示意性地圖示了包括關於光電轉換單元101的光接收面的垂線P的橫截面。傾斜角的定義與第一實施例中的相同。即，第一實施例中關於圖2的描述也適用於本實施例。
在本實施例中，波導301的第一側面311的傾斜角小於波導301的第二側面312的傾斜角，並且也小於波導301的第四側面314的傾斜角。波導301的第三側面313的傾斜角小於波導301的第二側面312的傾斜角，並且也小於波導的第四側面314的傾斜角。波導301的第五側面315的傾斜角小於波導301的第二側面312的傾斜角，也小於波導301的第三側面314的傾斜角。即，從基板100起交替排列具有小傾斜角的側面和具有大傾斜角的側面。
由於波導301具有其傾斜角大的第二側面312和第四側面314，所以波導301的入射面303可以加寬。因此，可以向波導輸入大量的光。另外，波導301在第二側面312的上方(即，在入射面303附近)具有傾斜角小的第 三側面313。而且，波導301在第四側面314上方(即，在入射面303附近)具有傾斜角小的第五側面315。因而，可以提高關於到達波導301的入射面303附近的波導301的側面的光的反射率。由此，這種配置使得能夠提高靈敏度。
關於第一至第五側面311至315的傾斜角，具體數值不受限制。優選地，第一側面311、第三側面313和第五側面315的傾斜角包括在5度至20度的範圍內。優選地，第二側面312和第四側面314的傾斜角包括在55度至85度的範圍內。入射面303與出射面302之比率以及波導301的高度可以透過將每個側面的傾斜角包括在這些範圍內而被以良好的平衡設計。因此，可以提高靈敏度。
第三側面313和第五側面315的傾斜角優選地小於第一側面311的傾斜角。另外，第五側面315的傾斜角優選地小於第三側面313的傾斜角。即，更靠近波導301的入射面303的部分的側面優選地關於光電轉換單元101的光接收面更接近垂直。這種配置使得能夠進一步提高靈敏度。
在包括關於光電轉換單元101的光接收面的垂線P的橫截面中，第一至第五側面311至315的最小平方近似線的傾斜角可以大於25度。即，即使在除光電轉換單元101之外還有其它元件分佈在基板100上的情況下，也可以將光高效地收集到光電轉換單元101中。最小平方近似線透過已知的技術來計算。
在本實施例中，多個絕緣膜211至215各自與第一至第五側面311至315接觸。優選地，絕緣膜211、絕緣膜213和絕緣膜215各自比絕緣膜212更厚和比絕緣膜214更厚。與此結合，構成波導301的第一至第五側面311至315的多個部分的厚度優選地等於多個絕緣膜211至215的相應厚度。波導301的高度可以根據這種配置增加。因此，即使在基板100上設置大量佈線層的情況下，也可以提高靈敏度。要指出的是，在本說明書中，構件的厚度和膜的厚度意味著構件沿著關於光電轉換單元101的光接收面的垂線P的長度。
絕緣膜213優選地比絕緣膜211薄。絕緣膜215優選地比絕緣膜213薄。根據這種配置，可以使波導301的入射面303相對於波導301的出射面302更寬。
根據本實施例的光學單元400包括鏈接部分407。圖3A至3E中所示的結構用在根據本實施例的光學單元400中。即，關於圖3A至3E的描述全部適用於光學單元400。這裡將省略詳細描述。
如上所述，根據本實施例的波導301具有從基板100依次排列的第一至第五側面311至315。具有小傾斜角的側面和具有大傾斜角的側面從基板100交替排列。這種配置使得能夠提高靈敏度。
要指出的是，在第一側面311的傾斜角小於第二側面312的傾斜角並且第三側面313的傾斜角小於第二側面312的傾斜角的情況下，第四側面314的傾斜角和第五側 面315的傾斜角沒有特別限定。圖8A圖示這種修改。圖8A示意性地圖示光電轉換裝置的波導301的橫截面結構。第四側面314的傾斜角可以是10度或更小，並且第四側面314不必傾斜。第五側面315的傾斜角可以大於第三側面313的傾斜角和第四側面314的傾斜角，或者可以是80度或更大，並且第五側面315不必傾斜。在這些情況下也可以獲得靈敏度提高的優點。
圖8B還圖示另一種修改。第三側面313的傾斜角大於第一側面311、第二側面312、第四側面314以及第五側面315的傾斜角。例如，第三側面313的傾斜角包括在55度至85度的範圍內。第一側面311、第二側面312、第四側面314和第五側面315的傾斜角各自包括在5度至20度的範圍內。在這些情況下也可以獲得靈敏度提高的優點。
第五實施例
將描述第五實施例。圖9A和9B示意性地圖示根據第五實施例的光電轉換裝置的平面結構。圖9B是為了解釋而被提取的圖9A中所示的部分配置。圖10示意性地圖示沿圖9A中的X-X截取的光電轉換裝置的橫截面結構。與圖1A至8B中相同的部分用相同的標號表示。圖9A和9B圖示重複相同結構的佈局，因此從重複部分中省略標號。
根據本實施例的光電轉換裝置與根據第一至第三實施 例的光電轉換裝置的不同之處在於除了光電轉換單元101之外還具有設置在基板100上的其它元件，並且具有多個佈線層。根據本實施例的光電轉換裝置與第四實施例的不同之處還在於，除了光電轉換單元101和FD部分103之外，它具有暫時保持信號電荷的電荷保持部分102以及屏蔽電荷保持部分102的遮光部分270。因而，下面將主要描述與第一至第四實施例不同的部分，並且將省略與第一至第四實施例相同的部分的描述。
光電轉換裝置包括光電轉換單元101和設置在光電轉換單元101上方的波導301。波導301設置成在平面圖中覆蓋在光電轉換單元101上，如圖9A中所示。即，波導301設置成覆蓋光電轉換單元101。
光電轉換裝置包括設置在基板100上的電荷保持部分102和FD部分103。光電轉換裝置還包括放大電晶體、複位電晶體和選擇電晶體。傳輸閘極電極241、放大閘極電極242、第二傳輸閘極電極243、複位閘極電極244、選擇閘極電極245和放電閘極電極246設置在基板之上。為了簡化起見，圖9A中未示出佈線。連接到佈線的接觸插塞在圖9A中由小圓圈表示。為了簡化起見，沒有給出表示圖9A中的接觸插塞的標號。
基板100包括主動區域110和定義主動區域110的元件隔離區域112。分佈到主動區域110的是光電轉換單元101、電荷保持部分102、FD部分103、電晶體的源極區域和汲極區域等等。元件隔離區域112是電隔離相鄰元件 的區域。元件隔離區域112的示例包括STI結構、LOCOS結構以及PN接點和隔離結構。
光電轉換單元101的配置與根據第一實施例的光電轉換單元101的配置相同。在光電轉換單元101處產生的信號電荷透過傳輸閘極電極241傳送到電荷保持部分102。電荷保持部分102處的信號電荷透過第二傳輸閘極電極243傳送到FD部分103。光電轉換單元101、傳輸閘極電極241和電荷保持部分102構成傳輸電晶體。電荷保持部分102、第二傳輸閘極電極243和FD部分103組成第二傳輸電晶體。傳輸閘極電極241和第二傳輸閘極電極243各自被提供有來自從圖示中省略的佈線的控制信號。
FD部分103經由從圖示中省略的佈線連接到放大閘極電極242。根據本實施例的放大電晶體包括：放大閘極電極242，向其供應電源電壓的半導體區域107，以及半導體區域108。半導體區域108既充當放大電晶體的源極區域又充當選擇電晶體的汲極區域。選擇電晶體包括：選擇閘極電極245、半導體區域108和半導體區域109。構成選擇電晶體的汲極區域的半導體區域109連接到從圖示中省略的輸出線。根據這種配置，放大電晶體可以將基於信號電荷的信號輸出到輸出線。即，放大電晶體構成放大單元。本實施例的半導體區域107至109各自為N型半導體區域。FD部分103也由N型半導體區域構成。
複位電晶體包括：複位閘極電極244、向其供應電源電壓的半導體區域107以及FD部分103。半導體區域 107既充當複位電晶體的汲極區域又充當放大電晶體的汲極區域。經由從圖示中省略的佈線，將控制信號供應給複位閘極電極244。複位電晶體複位FD部分103的電位。放電閘極電極246將光電轉換單元101的信號電荷放電到半導體區域107。即，半導體區域107也充當電荷放電單元。經由從圖示中省略的佈線，將控制信號供應給放電閘極電極246。
根據本實施例的光電轉換裝置具有多個光電轉換單元101。每個光電轉換單元101都提供有電荷保持部分102、傳輸電晶體、放大電晶體、複位電晶體、選擇電晶體、放電閘極電極246以及波導301。在本實施例中，一個像素包括光電轉換單元101、電荷保持部分102、傳輸電晶體、放大電晶體、複位電晶體、選擇電晶體和放電閘極電極246。
圖9A還圖示波導301的入射面303的外邊緣和波導301的出射面302的外邊緣。出射面302的面積在平面圖中小於入射面303的面積，這可以在圖9A中看到。在平面圖中，入射面303也包含出射面302。這種配置使得能夠將入射到波導301的光高效地引導到光電轉換單元101。例如，波導301的一部分覆蓋與光電轉換單元101相鄰的元件隔離區域112。因而，入射到元件隔離層區域112上的光被引導到光電轉換單元101。因此，可以增加進入光電轉換單元101的光量。
對於波導301的尺寸的示例，波導301的入射面303 的直徑大於波導301的出射面302的直徑的兩倍。例如，入射面303的直徑大於2.0μm。另一方面，出射面302的直徑小於1.2μm。根據這種配置，即使由於在基板100上設置電荷保持部分102而使光電轉換單元101的面積減小，也可以提高靈敏度。
圖9A圖示了具有與第三實施例和第四實施例中相同的圓形平面形狀的波導301。但是，根據在圖1A至1C中圖示的第一實施例的波導301，或者根據在圖4A至4C中圖示的第二實施例的波導301，可以應用於本實施例。
光電轉換裝置具有設置在基板100上方的遮光部分270。遮光部分270覆蓋至少電荷保持部分102。在本實施例中，遮光部分270覆蓋除電荷保持部分102以外的其它元件。這種配置使得能夠減少入射到電荷保持部分102的光量。因此，可以降低雜訊。
如圖9A中所示，波導301覆蓋遮光部分270。特別地，波導301覆蓋遮光部分270的覆蓋電荷保持部分102的部分。遮光部分270具有在光電轉換單元101上方提供的開口275a。在平面圖中，波導301的出射面302被開口275a包圍。根據這種配置，入射到遮光部分270的光被引導到光電轉換單元101。由遮光部分270反射的入射光量減少，因此可以提高靈敏度。
圖9B示意性地圖示主動區域110、元件隔離區域112和遮光部分270的平面結構。與圖9A中相同的部分用相同的標號表示。多個開口275在遮光部分270中提供。開 口275a設置在光電轉換單元101的上方。因而，光經由開口275a進入光電轉換單元101。提供用於設置接觸插塞的開口275b。
接下來，將描述根據本實施例的光電轉換裝置的橫截面結構。圖10示意性地圖示光電轉換裝置的橫截面結構。如圖10中所示，光電轉換裝置包括：基板100、設置在基板100上的佈線結構部分200、和設置在佈線結構部分200上的光學單元400。要指出的是，圖10中僅示出了光學單元400的鏈接部分407，光學單元400的其它部分已被省略。
基板100是矽基板。基板100的其它示例包括無機半導體基板、有機半導體基板、無機光電轉換膜、有機光電轉換膜等。元件隔離區域112設置在基板100中。基板100中未設置元件隔離區域112的部分是主動區域110。光電轉換單元101和電荷保持部分102設置在主動區域110處，如圖10中所示。
光電轉換單元101將入射光轉換成電荷。根據本實施例的光電轉換單元101是光電二極體。光電轉換單元101具有構成PN接點並將電子作為信號電荷儲存的N型半導體區域。光電轉換單元101還可以包括設置在N型半導體區域上的P型半導體區域。光電轉換單元101的光接收面是基板100和設置在基板100上的絕緣構件201之間的介面。在提供P型半導體區域的情況下，這個P型半導體區域與絕緣構件201之間的介面構成光接收面。在不提供P 型半導體區域的情況下，儲存信號電荷的N型半導體區域與絕緣構件201之間的介面構成光接收面。在使用電洞作為信號電荷的情況下，可以顛倒N型和P型。在使用除矽基板之外的基板100的情況下，這個基板100和由與基板100的材料不同的材料形成的絕緣構件201之間的介面構成光接收面。
電荷保持部分102包括架構用於保持信號電荷的N型半導體區域。電荷保持部分102可以包括設置在N型半導體區域上的P型半導體區域。在使用電洞作為信號電荷的情況下，電荷保持部分102架構用於包括保持信號電荷的P型半導體區域。
佈線結構部分200包括：絕緣構件，包括設置在基板100上的多個絕緣膜211至215；佈線251，包括在第一佈線層中；以及佈線261，包括在第二佈線層中。從圖9A和9B的圖示中省略了佈線251和佈線261。
絕緣膜211、絕緣膜213和絕緣膜215各自由氧化矽形成。即，絕緣膜211、絕緣膜213和絕緣膜215的成分包括至少矽和氧。絕緣膜212和絕緣膜214均由氮化矽、碳化矽或碳氮化矽形成。即，絕緣膜212和絕緣膜214的成分包括矽和選自碳和氮中的至少一種元素。因此，根據本實施例，絕緣膜211、絕緣膜213和絕緣膜215的成分與絕緣膜212和絕緣膜214的成分不同。換句話說，彼此具有不同成分的多個絕緣膜交替地層疊在基板100上。絕緣膜211至215將佈線251、佈線261和基板100彼此電 絕緣。
絕緣膜212設置成與包括在第一佈線層中的佈線251的上面接觸。絕緣膜214設置成與包括在第二佈線層中的佈線261的上面接觸。絕緣膜212和絕緣膜214可以充當用於佈線251和佈線261中包含的金屬的防擴散層。具體而言，佈線251和佈線261包含銅。如上所述，絕緣膜212和絕緣膜214含有碳或氮。因而，絕緣膜212和絕緣膜214中的銅的擴散係數小於絕緣膜211、絕緣膜213和絕緣膜215中的銅的擴散係數。根據這種配置，金屬向基板100的擴散可以減少，從而可以降低雜訊。也可以使用銅以外的各種金屬(諸如金、鋁等)來形成佈線。透過根據佈線中使用的金屬種類適當地選擇絕緣膜212和絕緣膜214的成分，能夠使絕緣膜212和絕緣膜214充當防擴散層。
遮光部分270設置成覆蓋至少電荷保持部分102。遮光部分270在本實施例中覆蓋傳輸閘極電極241、元件隔離區域112以及光電轉換單元101的一部分。絕緣膜211的一部分設置在遮光部分270上。絕緣膜211的單獨一部分設置在遮光部分270和基板100之間。在遮光部分270下方形成的絕緣膜211的部分與在遮光部分270上方形成的部分可以透過分開的處理形成。在傳輸閘極電極241下方形成的絕緣膜211的部分與在傳輸閘極電極241和遮光部分270之間形成的部分可以透過分開的處理形成。
例如，遮光部分270由諸如鎢等金屬形成。可替代 地，遮光部分270由具有低透光率的樹脂形成。遮光部分270的透射率比絕緣膜211的透射率低。
從基板100到遮光部分270的上表面的距離d1比從基板100到包括在第一佈線層中的佈線251的距離d3短。連接到FD部分103的佈線包括在第一佈線層中。即，從基板100到遮光部分270的上面的距離d1比從基板100到連接到佈線251的FD部分103的距離d3短。離基板100的距離是遵循關於光電轉換單元101的光接收面的垂線P的距離。根據這種配置，遮光部分270設置在電荷保持部分102附近，使得遮光部分270的遮光能力可以改進。因此，可以降低雜訊。
絕緣膜211至215設置成圍繞波導301。具體而言，絕緣膜211至215中的每一個都提供有開口。開口位於光電轉換單元101的上方。波導301設置在開口內。波導301的折射率的至少一部分優選地高於絕緣膜211至215的折射率。由於折射率的這種差異，可以使光在波導301的側面反射。作為另一個示例，透過在波導301的側面處設置諸如金屬等反射構件，可以使光在波導301的側面反射。作為另一個示例，間隙或氣隙可以在波導301周圍提供。即，波導301和絕緣膜211至215可以彼此分離。
波導301可以由單一材料形成。例如，波導301可以由氮化矽或有機樹脂形成。可替代地，波導301可以由具有不同成分的多層形成。例如，透過具有彼此不同條件的多種膜形成製程形成多個氮化矽層。製程條件不同，因此 多個氮化矽層的成分可以具有彼此不同的成分比率。作為另一個示例，波導301包括由氧化矽形成的襯墊層和由氮化矽形成的核心層。襯墊層是沿著絕緣構件201的開口的側面設置的薄絕緣膜。核心層是填充絕緣構件201的開口的剩餘部分的絕緣膜。
波導301具有從基板100依次排列的第一側面311、第二側面312、第三側面313、第四側面314和第五側面315。波導301的側面是例如波導301與多個絕緣膜211至215中的一個之間的接觸面。因而，波導301的側面可以與開口的側面一致。具體而言，絕緣膜211與波導301的第一側面311接觸。以相同的方式，絕緣膜212至215分別與波導301的第二側面312、第三側面313、第四側面314和第五側面315接觸。
如圖10中所示，第一至第五側面311至315各自傾斜。即，第一至第五側面311至315各自具有大於0度的傾斜角。在本實施例中，波導301的側面的傾斜角是關於光電轉換單元101的光接收面的垂線P與波導301的側面之間形成的角度。關於光電轉換單元101的光接收面的垂線P在圖10中示出。即，圖10示意性地圖示包括關於光電轉換單元101的光接收面的垂線P的橫截面。傾斜角的定義與第一實施例中的相同。即，第一實施例中關於圖2的描述也適用於本實施例。
在本實施例中，波導301的第一側面311的傾斜角小於波導301的第二側面312的傾斜角，並且也小於波導 301的第四側面314的傾斜角。波導301的第三側面313的傾斜角小於波導301的第二側面312的傾斜角，並且也小於波導301的第四側面314的傾斜角。波導301的第五側面315的傾斜角小於波導301的第二側面312的傾斜角，並且也小於波導301的第四側面314的傾斜角。即，從基板100交替排列具有小傾斜角的側面和具有大傾斜角的側面。
波導301的入射面303可以由於波導301具有其傾斜角大的第二側面312和第四側面314而變寬。因此，可以向波導輸入大量的光。另外，波導301在第二側面312的上方(即，在入射面303附近)具有其傾斜角小的第三側面313。此外，波導301在第四側面314上方，即在入射面303附近，具有傾斜角小的第五側面315。而且，可以升高關於到達波導301的入射面303附近的波導301的側面的光的反射率。因此，這種配置使得能夠提高靈敏度。
接下來，將描述波導301與遮光部分270之間的關係。從基板100到遮光部分270的上面的距離d1比從基板100到波導301的第一側面311和第二側面312之間的邊界的距離d2短。第一側面311在波導301的所有側面中最靠近基板100。即，當從基板100觀察時，波導301的側面的傾斜角首先變化的點位於遮光部分270上方。換句話說，在遮光部分270的頂面所在的高度處，不存在波導301的側面的轉折。
透過使用這種結構，即使在覆蓋電荷保持部分102的 遮光部分270的面積大的情況下，也可以透過波導301將大量的光輸入到光電轉換單元101。例如，在遮光部分270覆蓋整個電荷保持部分102的情況下，讓光進入光電轉換單元101的開口275a變得相對較小。因而，波導301的出射面302的面積也變小。因而，如果遮光部分270遠離基板100設置，那麼增加波導301的入射面303變得困難。
相反，在本實施例中，遮光部分270設置在與第一側面311接觸的絕緣膜211處。即，遮光部分270設置在基板100附近。因而，即使開口275a小，並且因此波導301的出射面302小，波導301的入射面303也可以更寬。其原因在於，波導301具有設置在遮光部分270的上方的傾斜角大的第二側面312。透過將距離d1設置為小於距離d2，可以大大提高具有電荷保持部分102的光電轉換裝置中的靈敏度。
根據本實施例，基板100與波導301的出射面302之間的距離比從基板100到遮光部分270的上面的距離d1短。根據這種配置，離開波導301的光高效地進入光電轉換單元101。因此，可以提高靈敏度。
要指出的是，從基板100到波導301的每個部分的距離與從基板100到遮光部分270的上面的距離之間的關係不限於圖10中的關係。例如，波導301的出射面302可以位於比遮光部分270的上面更高的位置。
關於第一至第五側面311至315的傾斜角，具體數值 沒有限制。優選地，第一側面311、第三側面313和第五側面315的傾斜角包括在5度至20度的範圍內。優選地，第二側面312和第四側面314的傾斜角包括在55度至85度的範圍內。入射面303與出射面302之比率以及波導301的高度可以透過將每個側面的傾斜角包括在這些範圍內而被以良好的平衡設計。因此，可以提高靈敏度。
第三側面313和第五側面315的傾斜角優選地小於第一側面311的傾斜角。另外，第五側面315的傾斜角優選地小於第三側面313的傾斜角。即，在更靠近波導301的入射面303的部分處的側面優選地關於光電轉換單元101的光接收面更接近垂直。這種配置使得能夠進一步提高靈敏度。
在包括關於光電轉換單元101的光接收面的垂線P的橫截面中，第一至第五側面311至315的最小平方近似線的傾斜角可以大於25度。即使在除了光電轉換單元101之外還有其它元件分佈在基板100上的情況下，光也可以被高效地收集到光電轉換單元101。特別地，在電荷保持部分102設置在基板100上的情況下，光電轉換單元101的面積趨於小。因而，最小平方近似線的傾斜角優選地是20度或更大。根據這種配置，可以提高將光收集到光電轉換單元101的效率，因此即使電荷保持部分102的面積大，也可以提高靈敏度。透過已知技術來計算最小平方近似線。
波導301的側面中具有相對較大傾斜角的部分(例 如，第四側面314)被設置成覆蓋至少電荷保持部分102。根據這種配置，波導301的光接收面可以變寬，以覆蓋電荷保持部分102。因此，可以增加進入光電轉換單元101的光量。
在本實施例中，多個絕緣膜211至215各自與第一至第五側面311至315接觸。優選地，第一絕緣膜211、第三絕緣膜213和第五絕緣膜215每個都比第二絕緣膜212厚，並且比第四絕緣膜214厚。與此結合，構成波導301的第一至第五側面311至315的多個部分的厚度優選地等於多個絕緣膜211至215的相應厚度。根據這種配置，可以增加波導301的高度。因此，即使在基板100上設置大量佈線層的情況下，也可以增加靈敏度。要指出的是，在本說明書中，構件的厚度和膜的厚度意味著構件沿著關於光電轉換單元101的光接收面的垂線P的長度。
絕緣膜213優選地比絕緣膜211薄。絕緣膜215優選地比絕緣膜213薄。根據這種配置，可以使波導301的入射面303相對於波導301的出射面302更寬。
絕緣膜211、絕緣膜213和絕緣膜215的厚度之和T1與絕緣膜212和絕緣膜214的厚度之和T2之比優選地為大約10：1至4：1。例如，T1與T2之比為大約9：1。但是，要指出的是，上述範圍可以被超過，以適當地設置比率。
根據本實施例的光學單元400包括鏈接部分407。圖3A至3E中所示的結構用在根據本實施例的光學單元400 中。即，關於圖3A至3E的描述全部適用於光學單元400。
在本實施例中，微透鏡401優選地覆蓋波導301和電荷保持部分102的至少由波導301覆蓋的部分。濾色器403還優選地覆蓋波導301和電荷保持部分102的至少由波導301覆蓋的部分。
如上所述，根據本實施例的波導301具有從基板100依次排列的第一至第五側面311至315。具有小傾斜角的側面和具有大傾斜角的側面從基板100交替排列。這種配置使得能夠提高靈敏度。
要指出的是，在第一側面311的傾斜角小於第二側面312的傾斜角並且第三側面313的傾斜角小於第二側面312的傾斜角的情況下，第四側面314的傾斜角和第五側面315的傾斜角沒有特別限制。圖8A圖示這種修改。圖8A示意性地圖示光電轉換裝置的波導301的橫截面結構。第四側面314的傾斜角可以是10度或更小，並且第四側面314不必傾斜。第五側面315的傾斜角可以大於第三側面313的傾斜角和第四側面314的傾斜角，或者可以是80度或更大，並且第五側面315不必傾斜。在這些情況下也可以獲得改進靈敏度的優點。
圖8B圖示還有另一個修改。第三側面313的傾斜角大於第一側面311、第二側面312、第四側面314以及第五側面315的傾斜角。例如，第三側面313的傾斜角包括在55度至85度的範圍內。第一側面311、第二側面 312、第四側面314和第五側面315的傾斜角各自包括在5度至20度的範圍內。在這些情況下也可以獲得改進靈敏度的優點。
第六實施例
將描述第六實施例。本實施例是具有設置在基板100上的光電轉換單元101和波導301的光電轉換裝置的製造方法。圖11A至11C示意性地圖示根據第六實施例的光電轉換裝置的橫截面結構。圖11A至11C圖示根據本實施例的製造方法的不同階段的光電轉換裝置。在圖1A至圖10中相同的部分用相同的標號表示。
如圖11A中所示，元件在基板100上形成，元件諸如元件隔離區域112、設置在主動區域110上的光電轉換單元101、電荷保持部分102等等。其後，形成傳輸閘極電極241、遮光部分270、佈線251、佈線261、多個絕緣膜211至215等等。這些結構與第一至第五實施例中所述的相同。在佈線251和佈線261由銅形成的情況下，使用雙鑲嵌製程。
絕緣膜211、絕緣膜213和絕緣膜215各自由氧化矽形成。即，絕緣膜211、絕緣膜213和絕緣膜215的成分包括至少矽和氧。絕緣膜212和絕緣膜214均由氮化矽、碳化矽或碳氮化矽形成。即，絕緣膜212和絕緣膜214的成分包括矽和選自碳和氮中的至少一種元素。因此，根據本實施例，絕緣膜211、絕緣膜213和絕緣膜215的成分 與絕緣膜212和絕緣膜214的成分不同。換句話說，彼此具有不同成分的絕緣膜交替地層疊在基板100上。
接下來，在絕緣膜215上形成光阻圖案501。光阻圖案501透過對塗覆在整個面上的光阻膜執行光刻而形成。光阻圖案501具有開口510。開口510的位置和形狀決定波導301的位置和形狀。開口510在光電轉換單元101的上方形成，以便使波導301位於光電轉換單元101之上。
絕緣膜215是使用光阻圖案501作為遮罩來蝕刻的，如圖11B中所示。接下來，使用光阻圖案501作為遮罩來蝕刻絕緣膜214。
在本實施例中執行使用氣體的電漿蝕刻。具體而言，將一氧化碳作為載氣添加到含有氟的氣體中，諸如CF4、CHF3、C4F8等。在這種條件下執行蝕刻使得絕緣膜215的第五側面315和絕緣膜214的第四側面314能夠傾斜。在這個時候，絕緣膜215的第五側面315的傾斜角和絕緣膜214的第四側面314的傾斜角可以透過蝕刻條件來控制。
首先，將描述由氧化矽形成的絕緣膜215的蝕刻條件。腔室壓力在100mTorr(Torr是壓力單位，托)至140mTorr的範圍內。施加到上部電極以產生電漿的能量在1000W至1400W的範圍內。施加到下部電極以產生電漿的能量在95W至1050W的範圍內。含氟氣體的流率在35標準立方釐米每分鐘(SCCM)到70SCCM範圍內。一氧化碳的流率在400SCCM至600SCCM的範圍內。可替 代地，一氧化碳的流率在總氣體流率的35%或更多就足夠了。透過將蝕刻條件改變到上述範圍內，絕緣膜215的第五側面315的傾斜角在5度至20度的範圍內。
示例如下所示。
●在腔室壓為100mTorr、上部電極為1000W、下部電極為1000W、CF4的流率為70SCCM、一氧化碳的流率為500SCCM的情況下，發現絕緣膜215的第五側面315的傾斜角為大約8度。
●在腔室壓為140mTorr、上部電極為1400W、下部電極為1000W、CF4的流率為70SCCM、一氧化碳的流率為500SCCM的情況下，發現絕緣膜215的第五側面315的傾斜角為大約10度。
●在腔室壓為140mTorr、上部電極為1400W、下部電極為1000W、CHF3的流率為35SCCM、一氧化碳的流率為500SCCM的情況下，發現絕緣膜215的第五側面315的傾斜角為大約13度。
●在腔室壓為140mTorr、上部電極為1400W、下部電極為1000W、CHF3的流率為70SCCM，一氧化碳的流率為500SCCM的情況下，發現絕緣膜215的第五側面315的傾斜角為大約18度。
在這些條件下，可以透過使CHF3與CF4之比率大來增加傾斜角。傾斜角也可以透過增加為產生電漿而施加的腔室壓和能量而增加。
接下來，將描述由碳化矽形成的絕緣膜214的蝕刻條 件。腔室壓力在100mTorr至140mTorr的範圍內。施加到上部電極以產生電漿的能量在1000W至1400W的範圍內。施加到下部電極以產生電漿的能量在95W至1050W的範圍內。含氟氣體的流率在35SCCM至70SCCM的範圍內。一氧化碳的流率在400SCCM至600SCCM的範圍內。可替代地，一氧化碳的流率在總氣體流速的35%或更多就足夠了。透過將蝕刻條件改變到上述範圍內，絕緣膜214的第四側面314的傾斜角在55度至85度的範圍內。
示例如下所示。
●在腔室壓為100mTorr、上部電極為1000W、下部電極為1000W、CF4的流率為70SCCM、一氧化碳的流率為500SCCM的情況下，發現絕緣膜214的第四側面314的傾斜角為大約55度。
●在腔室壓為140mTorr、上部電極為1400W、下部電極為1000W、CF4的流率為70SCCM、一氧化碳的流率為500SCCM的情況下，發現絕緣膜214的第四側面314的傾斜角為大約65度。
●在腔室壓為140mTorr、上部電極為1400W、下部電極為1000W、CHF3的流率為35SCCM、一氧化碳的流率為500SCCM的情況下，發現絕緣膜214的第四側面314的傾斜角為大約68度。
●在腔室壓為140mTorr、上部電極為1400W、下部電極為1000W、CHF3的流率為70SCCM、一氧化碳的流率為500SCCM的情況下，發現絕緣膜214 的第四側面314的傾斜角為大約78度。
在這些條件下，可以透過使CFF3與CF4之比率大來增加傾斜角。傾斜角也可以透過增加為了產生電漿而施加的腔室壓和能量而增加。關於絕緣膜214由氮化矽形成的情況以及絕緣膜214由碳氮化矽形成的情況，結果大致相同。因此，在相同條件下執行蝕刻的情況下，絕緣膜214的第四側面314的傾斜角大於絕緣膜215的第五側面315的傾斜角。這將接下來進行描述。
在根據本實施例的蝕刻中，與絕緣膜215或絕緣膜214被蝕刻並行地，副產物沉積在已經形成的開口的側面上。已經沉積在側面上的副產物充當遮罩。因此，絕緣膜215與絕緣膜214之間的蝕刻速率不同，因此，已經形成的開口的側面傾斜。
所產生的副產物被認為由於被包括在一氧化碳中的碳而沉積在開口的側面上，一氧化碳用作與作為蝕刻對象的材料中所包括的元素反應的載氣。因而，副產物的積累程度根據絕緣膜215的成分與絕緣膜214的成分之間的差異而不同。例如，在由氧化矽形成的絕緣膜215的情況下，作為副產物而產生一氧化碳。但是，由於一氧化碳的高揮發性，所以沉積在絕緣膜215的第五側面315上的副產物的量很小。因此，絕緣膜215的第五側面315的傾斜角小。在由碳化矽形成的絕緣膜214的情況下，作為副產物而產生碳或含碳的化合物。由於這種副產物的揮發性低於一氧化碳的揮發性，因此沉積在絕緣膜214的側面314上 的副產物的量更大。因此，絕緣膜214的第四側面314的傾斜角大。
因此，由於副產物的揮發性不同，可以透過在相同條件下執行蝕刻而形成具有含有不同傾斜角的側面的開口。如果充當載氣的一氧化碳的流率是用於蝕刻的氣體的總流率的35%或更多，那麼可以如上所述地形成具有含有不同傾斜角的側面的開口。其原因是與使用氬作為載氣的情況相比，起因於一氧化碳的物理蝕刻較不容易發生。
接下來，如圖11C中所示，光阻圖案501用作遮罩以蝕刻絕緣膜213、絕緣膜212和絕緣膜211。這裡的蝕刻是根據與圖11B中相同的過程執行的，因此將省略描述。
其後，構成波導301的波導構件至少在開口內形成。波導301透過使波導構件接受諸如蝕刻、平坦化等處理而形成。圖3A至3E中所示的光學單元400在波導301的上方形成。因此，光電轉換裝置透過上述處理形成。
可以根據本實施例的方法在不改變處理條件的情況下形成開口。因而，根據第一至第五實施例的波導301可以透過更簡單的處理形成。
第七實施例
將描述成像系統的實施例。成像系統的示例包括數位相機、數位攝像機、攝像頭、影印機、傳真機、行動電話、機載攝像機、觀測衛星等。圖12圖示作為成像系統的示例的數位相機的方塊圖。
在圖12中，標號1001表示用於保護透鏡的屏障，1002表示用於將物體的光學影像聚焦在光電轉換裝置1004上的透鏡，並且1003表示用於改變透過透鏡1002的光量的光闌。標號1004是上面實施例中描述的光電轉換裝置，並將由透鏡1002聚焦的光學影像轉換為電信號。AD轉換單元在光電轉換裝置1004的基板上形成。標號1007表示使從光電轉換裝置1004輸出的信號接受各種類型的校正、資料壓縮等的影像處理裝置，由此獲取影像信號。圖12中的標號1008表示向光電轉換裝置1004和影像處理裝置1007輸出各種類型定時信號的定時信號發生器，並且1009表示控制整個數位相機的中央控制單元。標號1010表示用於臨時儲存影像資料的訊框記憶單元，1011表示用於向記錄媒體記錄和從記錄媒體讀取的介面單元，並且1012表示用於記錄和讀取攝影資料的、可分離地安裝的記錄媒體(諸如半導體記憶體等)。標號1013是用於與外部電腦等進行通訊的介面單元。要指出的是，定時信號可以從成像系統的外部從外部輸入。成像系統具有光電轉換裝置1004和處理從光電轉換裝置1004輸出的成像信號的影像處理裝置1007就足夠了。
在本實施例中已經描述了在同一基板上形成光電轉換裝置1004和AD轉換單元的配置。但是，光電轉換裝置1004和AD轉換單元可以在不同的基板上形成。另外，光電轉換裝置1004和影像處理裝置1007可以在同一基板上形成。
而且，每個像素可以架構用於包括第一光電轉換單元和第二光電轉換單元。影像處理裝置1007可以架構用於處理基於在第一光電轉換單元處產生的電荷的信號和基於在第二光電轉換單元處產生的電荷的信號，並且獲取從光電轉換裝置1004到物體的距離資訊。
第八實施例
圖13A圖示與機載攝像機相關的成像系統的示例。成像系統2000具有光電轉換裝置2010，即，根據上述實施例的光電轉換裝置。成像系統2000具有對由光電轉換裝置2010獲取的多個影像資料集合執行影像處理的影像處理單元2030，以及從由成像系統2000獲取的多個影像資料集合計算視差(視差影像之間的相位差)的視差計算單元2040。成像系統2000還具有基於計算出的視差來計算到物體的距離的距離測量單元2050；以及基於計算出的距離確定是否存在碰撞的可能性的碰撞確定單元2060。視差計算單元2040和距離測量單元2050是獲取到物體的距離資訊的距離資訊獲取單元的示例。即，距離資訊是關於視差、散焦值、到物體的距離等等的資訊。碰撞確定單元2060可以使用這些種類的距離資訊中的任何資訊來確定碰撞的可能性。距離資訊獲取單元可以透過專門設計的硬體、透過軟體模組、透過現場可程式閘陣列(FPGA)或專用集成電路(ASIC)等或透過其組合來實現。
成像系統2000還連接到車輛資訊獲取裝置2310，並 且可以獲取車輛資訊(諸如車輛速度、偏航率、轉向角等)。連接到成像系統2000的是控制電子控制單元(ECU)2410，它是基於碰撞確定單元2060的確定結果輸出產生車輛制動力的控制信號的控制裝置。成像系統2000還連接到基於碰撞確定單元2060的確定結果向駕駛發出警告的警告裝置2420。例如，在碰撞確定單元2060確定碰撞的可能性高的情況下，透過控制ECU 2410執行車輛控制，以避免碰撞或減少損害，諸如剎車、降低加速器、抑制引擎輸出等。警告裝置2420透過用聲音等發出警告、在汽車導航系統的螢幕上顯示警告資訊、對安全帶或方向盤等施加振動等來警告使用者。
例如，根據本實施例的成像系統2000對車輛的周邊(諸如車輛的前方或後方)進行成像。圖13B圖示了在車輛前方成像的情況下的成像系統。雖然上面已經描述了避免與另一個車輛的碰撞的控制的示例，但是這也適用於車輛在其它車輛之後進行自動駕駛的控制，或者車輛在車道中進行自動駕駛的控制。另外，成像系統不限於諸如汽車等的車輛，並且可以應用於包括例如船、飛行器、工業機器人等的可移動體(可移動裝置)。此外，成像系統不限於可動體，並且廣泛適用於使用對象識別的裝置，諸如智慧運輸系統(ITS)等。
雖然已經參考示例性實施例描述了本發明，但是應當理解，本發明不限於所公開的示例性實施例。所附申請專利範圍的範圍將被賦予最廣泛的解釋，以便涵蓋所有此類 修改以及等同結構和功能。

Claims (38)

  1. 一種光電轉換裝置，包括：光電轉換單元，設置在基板中；波導構件，設置在該光電轉換單元的上方；以及絕緣構件，設置在該基板的上方，並且包圍該波導構件的至少一部分，其中該波導構件具有從該基板按以下順序佈置的第一側面、第二側面和第三側面，其中該第一側面、該第二側面和該第三側面每個都傾斜，其中該第二側面的傾斜角小於90度，其中該第一側面的傾斜角小於該第二側面的該傾斜角，以及其中該第三側面的傾斜角小於該第二側面的該傾斜角。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光電轉換裝置，其中該絕緣構件包含與該第一側面接觸的第一絕緣膜、與該第二側面接觸的第二絕緣膜、和與該第三側面接觸的第三絕緣膜，以及其中該第二絕緣膜的成分與該第一絕緣膜的成分不同，並且與該第三絕緣膜的成分不同。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的光電轉換裝置，還包括：佈線，設置在該基板的上方，其中該第二絕緣膜設置成與該佈線的上表面接觸。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的光電轉換裝置，其中該第一絕緣膜比該第二絕緣膜厚，以及其中該第三絕緣膜比該第二絕緣膜厚。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的光電轉換裝置，其中該佈線包括金屬，以及其中該第二絕緣膜中的該金屬的擴散係數分別小於該第一絕緣膜中的該金屬的擴散係數和該第三絕緣膜中的該金屬的擴散係數。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的光電轉換裝置，其中該第一絕緣膜的該成分含有矽和氧，其中該第二絕緣膜的該成分含有矽和選自包含碳及氮的群組中的至少一種元素，以及其中該第三絕緣膜的該成分含有矽和氧。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的光電轉換裝置，其中該波導構件覆蓋該佈線的至少一部分。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的光電轉換裝置，還包括：複數個像素，其中該複數個像素中的每個像素包含該光電轉換單元、架構用於接收在該光電轉換單元處產生的電荷的浮接擴散部分、連接到該浮接擴散部分的放大單元、以及架構用於在與該光電轉換單元和該浮接擴散部分不同的部分處保持該電荷的電荷保持部分。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的光電轉換裝置，其中該波導構件覆蓋該電荷保持部分的至少一部分。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的光電轉換裝置，還包括：遮光部分，架構用於覆蓋該電荷保持部分，其中該波導構件至少部分地覆蓋該遮光部分。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的光電轉換裝置，其中該波導構件覆蓋該遮光部分的一部分，該遮光部分的該部分覆蓋該電荷保持部分。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的光電轉換裝置，其中從該基板到該遮光部分的上表面的第一距離比從該基板到該第一側面與該第二側面之間的邊界的距離短。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的光電轉換裝置，還包括：佈線，設置在該基板的上方並且連接到該浮接擴散部分，其中該第一距離比從該基板到該佈線的第三距離短。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的光電轉換裝置，其中該第二距離比該第三距離長。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的光電轉換裝置，其中該絕緣構件包括與該第一側面接觸的第一絕緣膜、與該第二側面接觸的第二絕緣膜、以及與該第三側面接觸的第三絕緣膜，以及其中該第二絕緣膜設置成與該佈線的上表面接觸。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的光電轉換裝置，其中該第一絕緣膜比該第二絕緣膜厚，以及其中該第三絕緣膜比該第二絕緣膜厚。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的光電轉換裝置，其中該佈線包括金屬，其中該第二絕緣膜的成分與該第一絕緣膜的成分不同，並且與該第三絕緣膜的成分不同，以及其中該第二絕緣膜中的該金屬的擴散係數分別小於該第一絕緣膜中的該金屬的擴散係數和該第三絕緣膜中的該金屬的擴散係數。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的光電轉換裝置，還包括：微透鏡，覆蓋該波導構件和該電荷保持部分的至少一部分。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的光電轉換裝置，還包括：濾色器，設置在該基板與該微透鏡之間；以及平坦化層，設置在該濾色器與該微透鏡之間，其中該濾色器覆蓋該波導構件和該電荷保持部分的至少一部分。
  20. 如申請專利範圍第1項所述的光電轉換裝置，其中形成該波導構件的該第一側面的第一部分的厚度大於形成該波導構件的該第二側面的第二部分的厚度，以及其中形成該波導構件的該第三側面的第三部分的厚度大於該第二部分的該厚度。
  21. 如申請專利範圍第1項所述的光電轉換裝置，其中該第一側面的該傾斜角大於該第三側面的該傾斜角。
  22. 如申請專利範圍第1項所述的光電轉換裝置，其中該第一側面的該傾斜角包含在5度至20度的範圍內，其中該第二側面的該傾斜角包含在55度至85度的範圍內，並且其中該第三側面的該傾斜角包含在5度至20度的範圍內。
  23. 如申請專利範圍第1項所述的光電轉換裝置，其中該波導構件具有第四側面，其中該第一側面、該第二側面、該第三側面和該第四側面從該基板以此順序佈置，以及其中該第三側面的該傾斜角小於該第四側面的傾斜角。
  24. 如申請專利範圍第23項所述的光電轉換裝置，其中該波導構件具有第五側面，其中該第一側面、該第二側面、該第三側面、該第四側面和該第五側面從該基板以此順序佈置，以及其中該第五側面的傾斜角小於該第四側面的該傾斜角。
  25. 如申請專利範圍第24項所述的光電轉換裝置，其中該第一側面的該傾斜角大於該第三側面的該傾斜角，並且其中該第三側面的該傾斜角大於該第五側面的該傾斜角。
  26. 如申請專利範圍第1項所述的光電轉換裝置，其中針對該第一側面、該第二側面和該第三側面計算的最小平方近似線的傾斜角是20度或大於20度。
  27. 如申請專利範圍第26項所述的光電轉換裝置，其中該最小平方近似線的傾斜角是25度或大於25度。
  28. 一種光電轉換裝置，包括：光電轉換單元，設置在基板中；絕緣構件，設置在該基板的上方，並且在與該光電轉換單元對應的位置處具有開口；以及波導構件，設置在該光電轉換單元的上方且在該開口內，其中該開口具有從該基板按以下順序佈置的第一側面、第二側面和第三側面，其中該第一側面、該第二側面和該第三側面每個都傾斜，其中該第二側面的傾斜角小於90度，其中該第一側面的傾斜角小於該第二側面的該傾斜角，以及其中該第三側面的傾斜角小於該第二側面的該傾斜角。
  29. 如申請專利範圍第28項所述的光電轉換裝置，其中該絕緣構件包含形成該開口的該第一側面的第一絕緣膜、形成該第二側面的第二絕緣膜、和形成該第三側面的第三絕緣膜，以及其中該第二絕緣膜的成分與該第一絕緣膜的成分不同，並且與該第三絕緣膜的成分不同。
  30. 一種成像系統，包括：如申請專利範圍第1項所述的光電轉換裝置，以及處理裝置，架構用於透過處理來自該光電轉換裝置的信號來獲取影像信號。
  31. 一種成像系統，包括：如申請專利範圍第28項所述的光電轉換裝置，以及處理裝置，架構用於透過處理來自該光電轉換裝置的信號來獲取影像信號。
  32. 一種可移動設備，包括：如申請專利範圍第1項所述的光電轉換裝置，處理裝置，架構用於基於來自該光電轉換裝置的信號來處理影像信號；以及控制單元，架構用於基於該處理的結果來控制該可移動設備。
  33. 一種可移動設備，包括：如申請專利範圍第28項所述的光電轉換裝置，處理裝置，架構用於基於來自該光電轉換裝置的信號來處理影像信號；以及控制單元，架構用於基於該處理的結果來控制該可移動設備。
  34. 一種光電轉換裝置的製造方法，該方法包括：形成包含從基板按以下順序佈置在該基板上的第一絕緣膜、第二絕緣膜和第三絕緣膜的絕緣構件，該基板包含光電轉換單元；在與該光電轉換單元對應的位置處在該絕緣構件中形成開口；以及在該開口中形成波導構件，其中，在該開口中，由該第一絕緣膜提供的第一側面的傾斜角小於由該第二絕緣膜提供的第二側面的傾斜角，其中，在該開口中，由該第三絕緣膜提供的第三側面的傾斜角小於該第二側面的傾斜角，其中該第一側面、該第二側面和該第三側面每個都傾斜，以及其中，在該開口中，該第二側面的傾斜角小於90度。
  35. 如申請專利範圍第34項所述的光電轉換裝置的製造方法，其中該第二絕緣膜的成分與該第一絕緣膜的成分不同，並且與該第三絕緣膜的成分不同，以及其中該開口的形成包含對於該第一絕緣膜、該第二絕緣膜和該第三絕緣膜在相同條件下執行的蝕刻。
  36. 如申請專利範圍第35項所述的光電轉換裝置的製造方法，其中該開口的形成是透過使用包含一氧化碳的氣體進行的電漿蝕刻來執行的。
  37. 如申請專利範圍第36項所述的光電轉換裝置的製造方法，其中該氣體中的一氧化碳的流率是總流率的35%或更多。
  38. 如申請專利範圍第34項所述的光電轉換裝置的製造方法，其中，在該開口的形成中，該絕緣構件的蝕刻與沉積在所形成的該開口的部分處的側面的副產物的沉積並行地執行，其中當蝕刻該第一絕緣膜時產生的第一副產物的揮發性高於當蝕刻該第二絕緣膜時產生的第二副產物的揮發性，以及其中當蝕刻該第三絕緣膜時產生的第三副產物的揮發性高於該第二副產物的該揮發性。
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