光电转换装置和图像感测系统技术领域
本发明涉及配备了具有多个光电转换部分的半导体基板的光电转
换装置以及图像感测系统。
背景技术
在具有多个光电转换部分的光电转换装置中，需要使光束充分地
分别进入多个光电转换部分中。为了做到这一点，提供具有用于收集
入射光束的透镜(微透镜)或用于将入射光束引导到光电转换部分的
光导路径(光波导)的光导结构是有效的。在已公开日本专利第
2007-201091号和已公开日本专利第2008-192951号中，公开了具有透
镜和光导结构的光电转换装置。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种光电转换装置，包括：多个光电转
换部分；绝缘膜；多个高折射率构件，分别配备在各自光电转换部分
上以便被所述绝缘膜围绕并具有比所述绝缘膜的折射率大的折射率；
高折射率膜，配备在所述绝缘膜上以连接所述多个高折射率构件，并
且具有比所述绝缘膜的折射率大的折射率；多个第一透镜部分，安排
成与各自光电转换部分相对应；以及多个第二透镜部分，每一个第二
透镜部分被安排成在所述第一透镜部分和所述高折射率构件之间与各
自光电转换部分相对应，其中，(1)所述多个第一透镜部分当中彼此
相邻的第一透镜部分和(2)所述多个第二透镜部分当中彼此相邻的第
二透镜部分中的至少一个彼此毗接。
本发明的另一个方面还提供了一种光电转换装置，包括：多个光
电转换部分；绝缘膜；多个高折射率构件，分别配备在所述多个光电
转换部分的每一个上以便被所述绝缘膜围绕并具有比所述绝缘膜的折
射率大的折射率；高折射率膜，配备在所述绝缘膜上以连接所述多个
高折射率构件，并且具有比所述绝缘膜的折射率大的折射率；以及多
个集光透镜部分，安排成分别与各自光电转换部分相对应并配备在复
合构件上，其中，所述多个集光透镜部分当中彼此相邻并被安排成其
光轴彼此相隔预定距离的集光透镜部分彼此毗接，以及所述多个集光
透镜部分当中彼此相邻并被安排成其光轴彼此相隔大于预定距离的距
离的集光透镜部分彼此毗接。
本发明的进一步特征将从如下参考附图对示范性实施例的描述中
明显看出。
附图说明
图1A是按照第一实施例的光电转换装置的说明性示意平面图；
图1B是沿着图1A中的直线IB-IB和IB′-IB′截取的说明性剖面
图；
图1C是沿着图1A中的直线IC-IC和IC′-IC′截取的说明性剖面
图；
图2A是按照第二实施例的光电转换装置的说明性示意平面图；
图2B是沿着图2A中的直线IIB-IIB和IIB′-IIB′截取的说明性剖
面图；
图2C是沿着图2A中的直线IIC-IIC和IIC′-IIC′截取的说明性剖
面图；
图3A是按照第三实施例的光电转换装置的说明性示意平面图；
图3B是沿着图3A中的直线IIIB-IIIB和IIIB′-IIIB′截取的说明
性剖面图；
图3C是沿着图3A中的直线IIIC-IIIC和IIIC′-IIIC′截取的说明
性剖面图；
图4A是示出第一例子的按照第四实施例的光电转换装置的说明
性示意剖面图；
图4B是示出第二例子的按照第四实施例的光电转换装置的说明
性剖面图；
图4C是示出第三例子的按照第四实施例的光电转换装置的说明
性剖面图；
图5A是按照第一种变型的光电转换装置的说明性示意剖面图；
图5B是按照第二种变型的光电转换装置的说明性剖面图；
图5C是按照第三种变型的光电转换装置的说明性剖面图；
图6A是按照第四种变型的光电转换装置的说明性示意剖面图；
图6B是按照第五种变型的光电转换装置的说明性剖面图；
图6C是按照第六种变型的光电转换装置的说明性剖面图；
图6D是按照第七种变型的光电转换装置的说明性剖面图；
图6E是按照第八种变型的光电转换装置的说明性剖面图；
图7是按照第五实施例的光电转换装置的一个例子的剖面图；
图8是本发明的说明性示意图；以及
图9是说明图像感测系统的一个例子的示意图。
具体实施方式
现在参照图1A到1C，描述光电转换装置1的概况。光电转换装
置1包括多个光电检测器10、11和12。图1A是光电转换装置1的平
面图，例示了以3×3矩阵的形式二维排列的九个光电检测器。然而，
只要光电检测器的数量是两个或更多个，就可以应用本发明，以及两
个或更多个光电检测器可以一维地排列。
将只用于说明的九个光电检测器(10，11，12)之一定义为感兴
趣光电检测器10。在显示在图1A中的例子中，感兴趣光电检测器10
位于中心，有八个光电检测器(11，12)与感兴趣光电检测器10相邻。
实施例中的术语“彼此相邻”指的是在多个光电检测器之间不存在另
一个光电检测器的模式，并且包括多个光电检测器彼此毗接的情况和
多个光电检测器不彼此毗接(彼此隔开)的情况两者。在本说明书中，
术语“彼此相邻”可以具有这种含义地用于各种构件以及用于光电检
测器。术语“与......邻近”或“在......附近”可以指多个构件彼此毗接
的情况和多个构件彼此相邻但并不彼此毗接(彼此隔开)的情况两者。
与感兴趣光电检测器10相邻的八个光电检测器(11，12)中的四
个(主相邻光电检测器11)在其对边方向(图中上、下、左、右方向)
上与感兴趣光电检测器10相邻，并被安排在离感兴趣光电检测器10
最短的距离(间距)上。与感兴趣光电检测器10相邻的八个光电检测
器(11，12)中的其余四个(次相邻光电检测器12)在其对角方向(图
中斜向)上与感兴趣光电检测器10相邻，并被安排在与主相邻光电检
测器11相比离感兴趣光电检测器10更远的位置上。感兴趣光电检测
器10、主相邻光电检测器11和次相邻光电检测器12为了方便起见根
据相对位置关系来区分，并且可以分别具有大致相同的结构。当只有
两个光电检测器或光电检测器一维排列时，不存在次相邻光电检测器
12。当有六个以正六边形图案围绕感兴趣光电检测器排列的光电检测
器时，可能存在六个主相邻光电检测器11和六个次相邻光电检测器
12。
图1B是沿着图1A中的直线IB-IB和IB′-IB′截取的包括光电转
换装置1的感兴趣光电检测器10和主相邻光电检测器11的剖面图。
图1C是沿着图1A中的直线IC-IC和IC′-IC′截取的包括光电转换装
置1的感兴趣光电检测器10和次相邻光电检测器12的剖面图。尽管
显示在图1B中的结构可能只建立在沿着显示在图1A中的直线IB-IB
截取的剖面和沿着显示在图1A中的直线IB′-IB′截取的剖面之一中，
但优选的是建立在这两个剖面中。同样，尽管显示在图1C中的结构
可能只建立在沿着显示在图1A中的直线IC-IC截取的剖面和沿着显
示在图1A中的直线IC′-IC′截取的剖面之一中，但优选的是建立在这
两个剖面中。
半导体基板2具有多个光电转换部分3，每个光电转换部分3形
成多个光电检测器的相应一个光电检测器的一部分。也可以将每个光
电检测器的光电转换部分3划分成多个区域，使得每个光电检测器具
有具有多个光电转换区域的光电转换部分。半导体基板2通常由硅形
成。每一个光电转换部分3由光电二极管或光电门形成，并且生成取
决于入射在上面的光束的强度的信号载波。除了光电转换部分3之外，
半导体基板2还可以具有半导体器件4。当光电转换装置1像所谓的
CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器那样是像素放大型时，作为
半导体器件4的可能例子，包括放大晶体管、转移晶体管、复位晶体
管等。当光电转换装置1像所谓的CCD(电荷耦合器件)传感器那样
是电荷转移型时，作为半导体器件4，包括电荷耦合器件。如上所述，
当将每个光电检测器的光电转换部分3划分成多个光电转换区域时，
可以从每个光电转换区域中获取信号。光电转换部分3通常通过将杂
质引入(注入或扩散)单晶硅晶片中而形成。然而，光电转换部分3
也可以像具有MIS型结构或PIN型结构的薄膜那样在玻璃基板上形
成。
使用多种材料形成的复合构件300被配备成覆盖半导体基板2上
的多个光电转换部分3。复合构件300至少包括绝缘膜310、高折射率
构件320和高折射率膜330。复合构件300至少具有光学功能和电气
功能。
高折射率构件320和高折射率膜330是透明的。在该实施例中，
术语“透明”意味着相对于通过进入光电转换部分3而生成信号载波
的光束具有透明性。例如，当配备了像如后所述的滤色器那样的波长
选择构件时，高折射率构件320和高折射率膜330只需相对于通过波
长选择构件的光束的波长具有透明性。
绝缘膜310可以是具有堆叠的分别由彼此不同的材料(绝缘材料)
形成的多个绝缘层的多层膜。绝缘膜310通常是透明的。绝缘膜310
的材料的优选例子包括氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、BSG(硼硅玻璃)、
PSG(磷硅玻璃)、BPSG(硼磷硅玻璃)。绝缘膜310的折射率优选
的是1.4到1.6。绝缘膜310的厚度TI优选的是0.55μm或更大，更优
选的是1.0μm或更大。当绝缘膜310的厚度过大时，应力增大，并且
制造所需时间增加。因此，实际上，绝缘膜310的厚度TI被设置成不
超过10μm。
绝缘膜310包括多个开口311。多个开口311配备在光电转换部
分3所在的区域中，以便与各自光电转换部分3相对应。开口311的
内部被绝缘膜310包围，绝缘膜310的表面的一些部分构成开口311
的侧面312。在图1B和1C中，绝缘膜310的表面的不同部分构成开
口311的底面313。然而，半导体基板2可以构成开口311的底面313。
这样，开口311是配备在绝缘膜310中的凹坑或通孔。当半导体基板
2构成开口311的底面313时，开口311被配备成穿过绝缘膜310。然
而，为了降低对光电转换部分3的损害，优选的是让绝缘膜310构成
开口311的底面313。当蚀刻绝缘膜以形成开口311时，可以通过在
绝缘膜上配备蚀刻停止层(未示出)并将蚀刻停止层用作开口311的
底面313来实现。当大多数绝缘膜310由氧化硅形成时，建议蚀刻停
止层由氮化硅形成。开口311的深度Do优选的是绝缘膜310的厚度
TI的1/4或更大，更优选的是绝缘膜310的厚度TI的1/2或更大。
在平面图中开口311的形状(在与半导体基板2平行的平面中开
口311的形状)只需是闭环，如图1A所示的圆形、椭圆形、圆方形、
正方形、六角形都是适用的。开口311的剖面形状(在与半导体基板
2垂直的平面中开口311的形状)可以是如图1B和1C所示的倒梯形、
梯形、长方形、正方形、或综合这些形状的阶梯状形状。
每个高折射率构件320被配备在多个开口311的相应一个的内部。
因此，多个高折射率构件320的每一个都被绝缘膜310包围。当开口
311是绝缘膜310的凹坑时，可以认为高折射率构件320被绝缘膜310
的一部分包围。高折射率构件320的形状与开口311的形状大致匹配。
在显示在图1A到1C中的例子中，高折射率构件320具有截圆锥形状。
然而，取决于开口311的形状，它们也可以具有截棱锥形状、方柱形
状、或圆柱形状。高折射率构件320的典型材料(透明材料)是绝缘
材料。高折射率构件320的折射率高于绝缘膜310的折射率。在显示
在图1B和1C中的例子中，高折射率构件320和绝缘膜310彼此毗接
形成边界，该边界与开口311的侧面312一致。在这个边界上，取决
于高折射率构件320的折射率和绝缘膜310的折射率之差，可能发生
全反射。因此，进入开口311中的高折射率构件320中的光束当中指
向侧面312的光束能够朝向光电转换部分3反射。
高折射率膜330的折射率高于绝缘膜310的折射率。高折射率膜
330的材料可以不同于高折射率构件320的材料。高折射率膜330可
以由与高折射率构件320相同的材料(透明材料)形成。在实施例中，
表述“相同材料”指的是化学计量成分相同的材料。因此，偏离化学
计量成分(即，非化学计量成分不同)的材料和其结晶度、材料密度、
杂质(不大于1wt％)和浓度不同的材料可能被视为“相同材料”。
例如，尽管材料的氮化硅的化学计量成分的比例是Si∶N＝3∶4，但在
化学计量成分的比例相同的范围内Si与N之间的实际比例彼此不同也
被认为是相同材料。化学计量成分不同的材料不是相同材料。例如，
尽管一氧化钛(TiO)和二氧化钛(TiO2)两者的成分都是氧和钛(氧
化钛)，但它们在化学计量上是不同的。在下面给出的描述中，术语
“氧化硅”指的是化学计量成分比是Si∶O＝1∶2的二氧化硅(SiO2)。
此外，术语“氮化硅”指的是化学计量成分比是Si∶N＝3∶4的四氮
化三硅(Si3N4)。如果需要的话，其它材料的化学计量成分比将使用
化学成分分子式来描述。
高折射率膜330位于绝缘膜310上。然后，高折射率膜330从绝
缘膜310的顶部延伸到高折射率构件320的顶部。更具体地说，高折
射率膜330与多个高折射率构件320毗接。因此，高折射率膜330被
配备成使多个高折射率构件320彼此耦合。
在显示在图1A和1B中的例子中，高折射率膜330被配备成完全
覆盖高折射率构件320，换句话说，覆盖开口311。然而，高折射率膜
330只需与每个高折射率构件320的至少一部分毗接。当高折射率构
件320和高折射率膜330由相同透明构件形成时，可以将高折射率构
件320和高折射率膜330一体化，并使得不可能清楚地观察到高折射
率构件320和高折射率膜330之间的边界。如上所述，高折射率构件
320位于开口311的内部，而高折射率膜330存在于开口311的外部。
因此，通过确定透明材料存在于开口311的内部还是开口311的外部，
可以区分高折射率构件320和高折射率膜330。开口311的内部和外
部通过如图1B和1C中的点线所指，在复合构件300的剖面的观察图
像中假想地将绝缘膜310的上表面延伸到开口311的顶部(通过假想
地用直线相互连接开口311的侧面312的上端)来划分。
高折射率构件320或高折射率膜330的材料(透明材料)可以是
有机材料(树脂)。然而，无机材料是优选的，因为它们化学性质稳
定。优选树脂的例子包括硅氧烷基树脂和聚酰亚胺。优选无机材料的
例子包括氮化硅、氧氮化硅、氧化钛(TiO2)，明确地说，氮化硅是
优选的。高折射率构件320和高折射率膜330的折射率优选的是1.6
或更高。一般树脂的折射率是1.3到1.6，甚至高折射率树脂的折射率
也只是1.6到1.8。然而，可以通过混合诸如金属氧化物等的高折射率
无机材料来提高有效折射率。包含在树脂中的高折射率无机材料的例
子包括氧化钛、氧化钽、氧化铌、氧化钨、氧化锆、氧化锌、氧化铟
和氧化铪。如果高折射率膜330的厚度TT至少是λ/4n330，其中λ是进
入高折射率构件320中的光束的波长，以及n330是高折射率膜330的
折射率，则可以取得显著效果。高折射率膜330的厚度TT通常是0.10
μm或更大。相反，如果高折射率膜330的厚度过大，则进入开口311
中的入射光量就减小。高折射率膜330的厚度TT优选的是不超过开口
311的深度Do，更优选的是不超过开口311的深度Do的一半。如果
高折射率膜330的厚度TT不大于2λ/nT，其中，λ是进入高折射率构
件320中的光束的波长，nT是高折射率膜330的折射率，则可以取得
显著效果。
下面示出作为高折射率构件320、高折射率膜330和绝缘膜310
的材料的例子的材料的折射率的粗略值。这些值对于氧化硅是1.4到
1.5，对于氧氮化硅是1.6到1.9，对于氮化硅是1.8到2.3，对于氧化
钛是2.5至2.7，以及对于BSG、PSG和BPSG是1.4到2.0。上述的
数值只是例子。即使材料相同，也可以通过改变膜形成的方法来改变
化学计量成分的比例或材料密度，因此可以按需设置折射率。
当绝缘膜310是多层膜时，部分多层膜的层的折射率可以是高折
射率构件320的折射率或更高。然而，折射率等于或高于高折射率构
件320的折射率的层(高折射率绝缘层：未示出)构成开口311的大
部分侧面312不是优选的。原因是进入高折射率构件320中的光束可
能在高折射率绝缘层中传播并从开口311泄漏出去。因此，由高折射
率绝缘层形成的开口311的侧面312优选的是不超过开口311的侧面
312的整个表面积的一半，更优选的是，不超过它的1/4。换句话说，
多层膜中折射率低于高折射率构件320的层(低折射率绝缘层)至少
构成开口311的侧面312的整个表面积的一半，更优选的是它的3/4。
如果需要的话，可以通过设置各个层的厚度和开口311的侧面312的
角度来调整由各个层形成的开口311的侧面312的表面积。一个低折
射率绝缘层的厚度通常至少是0.10μm。一个高折射率绝缘层的厚度
优选的是不超过λ/2nHI，更优选的是不超过λ/4nHI，其中λ是进入高折
射率构件320中的光束的波长，以及nHI是高折射率绝缘层的折射率。
高折射率绝缘层的厚度通常不大于0.10μm。
将层内透镜层配备在复合构件300上，将中间膜500配备在层内
透镜层上，将波长选择层400配备在中间膜500上，以及将顶部透镜
层(微透镜层)配备在波长选择层400上。在如下描述中，顶部透镜
层被称为第一透镜层100，层内透镜层被称为第二透镜层200。第二透
镜层200位于第一透镜层100与复合构件300之间。
下面将描述第一透镜层100和第二透镜层200之间的共同点。各
个透镜层都具有多个集光透镜部分。更具体地说，第一透镜层100包
括多个第一集光透镜部分110，第二透镜层200包括多个第二集光透
镜部分210。多个第一集光透镜部分110的每一个和多个第二集光透
镜部分210的每一个构成光电检测器之一的一部分，并位于与各自光
电转换部分3相对应的位置上。如后所述，(1)多个第一集光透镜部
分110当中彼此相邻的第一集光透镜部分110和(2)多个第二集光透
镜部分当中彼此相邻的第二集光透镜部分210中的至少一个彼此毗
接。
每个集光透镜部分的形状的关键之处在于：光入射侧的表面(图
中的上侧)是弯曲成朝向入射侧凸出的凸面(凸透镜形状)，或光出
射侧的表面(图中的下侧)是弯曲成朝向光出射侧凸出的凸面(凸透
镜形状)。曲面形状的例子包括理想球面形状、大致球面形状和非球
面形状。
尽管图1B和1C中的集光透镜部分具有向上凸出的平凸透镜形
状，但双凸透镜形状和凸弯月面形状也是适用的。集光透镜部分的折
射率被设置成高于与集光透镜部分的凸透镜形状的表面形成界面的膜
(在这种情况下，中间膜500和波长选择层400)的折射率。由于集
光透镜部分的凸透镜形状及其折射率，入射光束可被收集。当配备第
一透镜层100和第二透镜层200两者时，第一集光透镜部分110所收
集的入射光束进一步被第二集光透镜部分210收集。也可以在光路上
配备具有凹透镜形状的发散透镜部分。发散透镜部分的折射率也被设
置成高于与具有凹透镜形状的表面形成界面的膜的折射率。例如，尽
管中间膜500在其下表面具有凹透镜形状，但由于折射率低于第二透
镜部分200，所以中间膜500不起发散透镜部分的作用。
第一透镜层100和第二透镜层200的材料可以是有机材料(树脂)
和无机材料。第一透镜层100的折射率和第二透镜层200的折射率可
以相同，也可以不同。然而，优选的是第二透镜层的折射率高于第一
透镜层的折射率。例如，最好将树脂用作第一透镜层100的材料，而
将氮化硅用作第二透镜层200的材料。第二透镜层200的材料可以与
高折射率膜330的材料和高折射率构件320的材料的至少一种相同。
集光透镜部分(第二集光透镜部分210)是包括在在透镜层(第
二透镜层200)的表面上具有凸透镜形状的区域(曲面区域)相对于
半导体基板2的几何正交投影中的部分。显示在图1B中的连接部分
(第二连接部分220)是包括在在透镜层的表面上不具有凸透镜形状
而是几乎平坦的区域(平坦表面区域)相对于半导体基板2的几何正
交投影中的部分。
在图1B中，各个第一集光透镜部分110的光轴和各个第二集光
透镜部分210的光轴通过长虚线示出。这里，第一集光透镜部分110
的光轴和第二集光透镜部分210的光轴是一致的。然而，光轴可以在
第一集光透镜部分110所收集的光束可以进入第二集光透镜部分210
中的范围内偏移。主相邻光电检测器11的第一集光透镜部分110的光
轴与感兴趣光电检测器10的第一集光透镜部分110的光轴相隔预定距
离P1。在沿着直线IB-IB截取的剖面和沿着直线IB′-IB′截取的剖面中，
第一集光透镜部分110的宽度用W11表达。
此外，由于第一集光透镜部分110的光轴和第二集光透镜部分210
的光轴是一致的，所以主相邻光电检测器11的第二集光透镜部分210
的光轴与感兴趣光电检测器10的第二集光透镜部分210的光轴相隔预
定距离P1。通常，预定距离P1不大于10μm，优选的是不大于5.0μm，
以及进一步优选的是不大于2.0μm。在沿着直线IB-IB截取的剖面和
沿着直线IB′-IB′截取的剖面中，各个第二集光透镜部分210的宽度用
W12表达。
在图1C中，各个第一集光透镜部分110的光轴和各个第二集光
透镜部分210的光轴也通过长虚线示出。感兴趣光电检测器10的第一
集光透镜部分110的光轴与次相邻光电检测器12的第一集光透镜部分
110的光轴之间的距离用P2表达。距离P2长于距离P1。这里，由于
多个第一集光透镜部分110以正方格图案排列，所以表达式P2＝
成立。在沿着直线IC-IC截取的剖面和沿着直线IC′-IC′截取的
剖面中，各个第一集光透镜部分110的宽度用W21表达。
此外，由于第一集光透镜部分110的光轴和第二集光透镜部分210
的光轴是一致的，所以次相邻光电检测器12的第二集光透镜部分210
的光轴与感兴趣光电检测器10的第二集光透镜部分210的光轴相隔距
离P2。在沿着直线IC-IC截取的剖面和沿着直线IC′-IC′截取的剖面
中，各个第二集光透镜部分210的宽度用W22表达。
如果第一集光透镜部分110的轮廓是圆形，则表达式W11＝W21
成立，如果第二集光透镜部分210的轮廓是圆形，则表达式W12＝W22
成立。由于在显示在图1A中的例子中第一集光透镜部分110和第二
集光透镜部分210具有圆方形状，表达式W11＜W21和W12＜W22成
立。
用于电连接配备在半导体基板2上的半导体器件4的布线340可
以配备在绝缘膜310的内部。布线340可以是多层布线。在显示在图
1B中的例子中，布线340包括第一布线层341、第二布线层342、第
一接触层343和第二接触层344。第一接触层343连接半导体器件4
和第一布线层341，第二接触层344连接第一布线层341和第二布线
层342。尽管已经描述了布线层有两层的例子，但也可以在第一布线
层341和第二布线层342之间配备另一个布线层，以形成有三层或更
多层的布线层。布线340构成复合构件300的一部分。布线340可以
由像铜、铝、钨、钽、和多晶硅那样的导电材料形成。典型的布线340
是不透明的，并具有金属光泽。
波长选择层400可以通过排列配备成分别与各自光电转换部分3
相对应并与彼此不同的波长相对应的多种类型波长选择构件(滤色器)
来构成多色滤色器。波长选择构件的类型可以是原色系统(RGB)或
补色系统(CMY)，但与之相对应的波长不局限于可见光束。也可以
使用一种类型的波长选择构件让具有一种波长的光束进入多个相应光
电转换部分3中。当使用多种类型的波长选择构件时，可以应用拜耳
(Bayer)排列或条纹排列。例如，当使用拜耳排列的波长选择层400
时，当感兴趣光电检测器10具有绿色的波长选择构件时，主相邻光电
检测器11具有具有蓝色的波长选择构件的光电检测器和具有红色的
波长选择构件的光电检测器。此外，所有次相邻光电检测器12都是具
有绿色的波长选择构件的光电检测器。
尽管已经描述了波长选择层400位于第一透镜层100和第二透镜
层200之间的例子，但波长选择层400可以位于第二透镜层200和复
合构件300之间。尽管波长选择层400可以配备在第一透镜层100上，
但容易引起混色。因此，优选的是将波长选择层400配备在第一透镜
层100或第二透镜层200和复合构件300之间。可以从光电转换装置
1中去掉波长选择层400。在后面描述的图像感测系统中，可以将波长
选择构件配备在与光电转换装置1隔开的位置上以取代被去掉的波长
选择层400。
中间膜500处在第一透镜层100和第二透镜层200之间。中间膜
500起，例如，在具有平凸透镜状第二集光透镜部分210的第二透镜
层200上配备具有平凸透镜状第一集光透镜部分110的第一透镜层
100的平化膜的作用。中间膜500的折射率被设置成高于第一透镜层
100和第二透镜层200的折射率。中间膜500可以是多层膜。
现在参照图1A到图7，描述本发明的实施例。在该描述中，具有
相同功能的部分用相同标号表示，并省略详细描述。
第一实施例
现在参照图1A到图1C，描述按照第一实施例的光电转换装置1。
在图1A中，点线表示多个第一集光透镜部分110的轮廓，虚线表示
第二集光透镜部分210的轮廓，以及实线表示开口311的侧面312的
上端。
如图1A和1B所例示，在第一透镜层100中，感兴趣光电检测器
10的第一集光透镜部分110和主相邻光电检测器11的第一集光透镜
部分110彼此毗接。相反，如图1A和1B所例示，在第二透镜层200
中，感兴趣光电检测器10的第二集光透镜部分210和主相邻光电检测
器11的第二集光透镜部分210彼此隔开。配备在感兴趣光电检测器
10的第二集光透镜部分210和主相邻光电检测器11的第二集光透镜
部分210之间的是没有光收集功能的第二连接部分220。如图1A和
1C所例示，在第一透镜层100中，感兴趣光电检测器10的第一集光
透镜部分110和次相邻光电检测器12的第一集光透镜部分110彼此隔
开。配备在感兴趣光电检测器10的第一集光透镜部分110和次相邻光
电检测器12的第一集光透镜部分110之间的是没有光收集功能的第一
连接部分120。此外，如图1A和1C所例示，在第二透镜层200中，
感兴趣光电检测器10的第二集光透镜部分210和次相邻光电检测器
12的第二集光透镜部分210彼此隔开。配备在感兴趣光电检测器10
的第二集光透镜部分210和次相邻光电检测器12的第二集光透镜部分
210之间的是没有光收集功能的第二连接部分220。
集光透镜部分的彼此毗接基本上与下列情况是同义的：感兴趣光
电检测器10的集光透镜部分的光轴和主相邻光电检测器11以及次相
邻光电检测器12的集光透镜部分的光轴之间的距离(间距)与感兴趣
光电检测器10的集光透镜部分在光轴连接方向上的宽度相同。集光透
镜部分的光轴是包括集光透镜部分的入射表面或出射表面的顶端的轴
线，并且通常是包括集光透镜部分的弯曲形状的曲率中心的轴线。光
轴可以称为中心轴(旋转对称轴)。第一集光透镜部分110的曲率优
选的不小于0.49(1/μm)。例如，彼此相邻的第一集光透镜部分110
的曲率可以是0.63(1/μm)。相反，第二集光透镜部分210的曲率优
选的大于第一集光透镜部分110的曲率，也就是说，第二集光透镜部
分210的曲率半径优选的小于第一集光透镜部分110的曲率半径。
如果主相邻光电检测器11的集光透镜部分与感兴趣光电检测器
10的集光透镜部分隔开，则感兴趣光电检测器10的集光透镜部分的
光轴与主相邻光电检测器11的集光透镜部分的光轴之间的距离(间
距)大于感兴趣光电检测器10的集光透镜部分的宽度。感兴趣光电检
测器10的集光透镜部分的宽度在这里指的是集光透镜部分在连接两
者的光轴的方向(对边方向)上的宽度。同样，如果次相邻光电检测
器12的集光透镜部分与感兴趣光电检测器10的集光透镜部分隔开，
则感兴趣光电检测器10的集光透镜部分的光轴与次相邻光电检测器
12的集光透镜部分的光轴之间的距离(间距)大于感兴趣光电检测器
10的集光透镜部分的宽度。感兴趣光电检测器10的集光透镜部分的
宽度在这里指的是集光透镜部分在连接两者的光轴的方向(对角方向)
上的宽度。此外，彼此毗接的集光透镜部分之间的边界的高度可以与
连接部分的高度相同，但通常高于连接部分。
现在参照图1B和1C，详细描述间距与宽度之间的关系。如图1B
所示，由于感兴趣光电检测器10的第一集光透镜部分110和主相邻光
电检测器11的第一集光透镜部分110彼此毗接，所以表达式W11＝P1
成立。由于感兴趣光电检测器10的第二集光透镜部分210和主相邻光
电检测器11的第二集光透镜部分210彼此隔开，所以表达式W12＜P1
成立。换句话说，感兴趣光电检测器10的第二集光透镜部分210和主
相邻光电检测器11的第二集光透镜部分210彼此相隔P1-W12。
如图1C所示，由于感兴趣光电检测器10的第一集光透镜部分110
和次相邻光电检测器12的第一集光透镜部分110彼此隔开，所以表达
式W21＜P2成立。换句话说，感兴趣光电检测器10的第一集光透镜
部分110和次相邻光电检测器12的第一集光透镜部分110彼此相隔
P2-W21。由于感兴趣光电检测器10的第二集光透镜部分210和次相
邻光电检测器12的第二集光透镜部分210彼此隔开，所以表达式
W22＜P2成立。换句话说，感兴趣光电检测器10的第二集光透镜部分
210和次相邻光电检测器12的第二集光透镜部分210彼此相隔
P2-W22。
现在为了比较参照作为图1B中的第一实施例的变型的图8来描
述实施例。如图8所示，第一透镜层100中彼此相邻的第一集光透镜
部分110彼此隔开，第二透镜层200中彼此相邻的第二集光透镜部分
210也彼此隔开。因此，进入彼此相邻的第一集光透镜部分110之间
的第一连接部分120中的光束基本上未被收集，其光路没有弯曲地进
入彼此相邻的第二集光透镜部分210之间的部分中。然后，进入第二
集光透镜部分210之间的第二连接部分220中的光束进入高折射率膜
330中。由于高折射率膜330具有高于绝缘膜310的折射率，所以入
射光束如在几何光学或波动光学中所说明的那样在高折射率膜330中
传播。当感兴趣光电检测器10和主相邻光电检测器11的集光透镜部
分的光轴之间的距离(预定距离P1)未超过5.0μm时，容易发生这
样的光束在高折射率膜330中的传播，并且当未超过2.0μm时，特别
明显。由于高折射率膜330将高折射率构件320相互连接，所以传播
通过高折射率膜330的光束被引导到分立高折射率构件320。这是因
为依据波动光学，光束具有比折射率较低的媒体(绝缘膜310)更容
易地传播通过折射率较高的媒体(高折射率构件320)的性质。具体
地说，当高折射率构件320和高折射率膜330由相同构件形成时，高
折射率构件320与高折射率膜330之间的光束损耗与高折射率构件
320和高折射率膜330由彼此不同的材料形成的情况相比更小。因此，
对光束在高折射率膜330中的传播和到高折射率构件320的传播的影
响可能是相当大的。引导到分立高折射率构件320的光束进入分立光
电转换部分3中并生成电荷。因此，认为图像的边缘是模糊的，因为
原来可能只进入感兴趣光电检测器10的光电转换部分3中的光束也进
入主相邻光电检测器11的光电转换部分3中。而且，当使用具有多种
类型的波长选择层的波长选择层400时，具有原来可能只进入感兴趣
光电检测器10中的波长的光束也进入具有支持不同波长的波长选择
构件的主相邻光电检测器11中。当支持不同波长的波长选择构件彼此
毗接时，明确地说，当它们在高折射率膜330上的一个区域中以重叠
方式毗接时，具有多个波段的光束(混色光束)进入高折射率膜330
中，然后进入高折射率构件320中。这被认为会造成图像混色。光束
进入感兴趣光电检测器10和次相邻光电检测器12之间的部分中可以
以相同方式说明。
在第一实施例中，感兴趣光电检测器10的第一集光透镜部分110
和主相邻光电检测器11的第一集光透镜部分110彼此毗接。因此，进
入感兴趣光电检测器10的第一集光透镜部分110和主相邻光电检测器
11的第一集光透镜部分110之间的边界中的光束可以被两个第一集光
透镜部分110的任何一个收集。因此，光路在朝向光导构件的方向上
弯曲，并且能够禁止进入高折射率膜330中。因此，能够抑制进入高
折射率膜330中并在其中传播的光束所引起的光接收精度的降低。
第二实施例
现在参照图2A到图2C，描述按照第二实施例的光电转换装置1。
图2A是光电转换装置1的平面图，在图2A中，点线表示多个第一集
光透镜部分110的轮廓，虚线表示第二集光透镜部分210的轮廓，以
及实线表示开口311的侧面312。图2B是沿着图2A中的直线IIB-IIB
和IIB′-IIB′截取的包括光电转换装置1的感兴趣光电检测器10和主相
邻光电检测器11的剖面图。图2C是沿着图2A中的直线IIC-IIC和
IIC′-IIC′截取的包括光电转换装置1的感兴趣光电检测器10和次相邻
光电检测器12的剖面图。尽管显示在图2B中的结构可能只建立在沿
着显示在图2A中的直线IIB-IIB截取的剖面和沿着显示在图2A中的
直线IIB′-IIB′截取的剖面之一中，但优选的是建立在这两个剖面中。
同样，尽管显示在图2C中的结构可能只建立在沿着显示在图2A中的
直线IIC-IIC截取的剖面和沿着显示在图2A中的直线IIC′-IIC′截取
的剖面之一中，但优选的是建立在这两个剖面中。
如图2A和2B所例示，在第一透镜层100中，感兴趣光电检测器
10的第一集光透镜部分110和主相邻光电检测器11的第一集光透镜
部分110彼此毗接。此外，如图2A和2B所例示，在第二透镜层200
中，感兴趣光电检测器10的第二集光透镜部分210和主相邻光电检测
器11的第二集光透镜部分210彼此毗接。如图2A和2C所例示，在
第一透镜层100中，感兴趣光电检测器10的第一集光透镜部分110
和次相邻光电检测器12的第一集光透镜部分110彼此毗接。相反，如
图2A和2C所例示，在第二透镜层200中，感兴趣光电检测器10的
第二集光透镜部分210和次相邻光电检测器12的第二集光透镜部分
210彼此隔开。配备在感兴趣光电检测器10的第二集光透镜部分210
和次相邻光电检测器12的第二集光透镜部分210之间的是没有光收集
功能的第二连接部分220。
现在参照图2B和2C，详细描述间距与宽度之间的关系。显示在
图2B和2C中的W11、P1、W12、W21、P2和W22的定义与图1B
和1C中的那些相同。
如图2B所示，由于感兴趣光电检测器10的第一集光透镜部分110
和主相邻光电检测器11的第一集光透镜部分110彼此毗接，所以表达
式W11＝P1成立。由于感兴趣光电检测器10的第二集光透镜部分210
和主相邻光电检测器11的第二集光透镜部分210彼此毗接，所以表达
式W12＝P1成立。表达式W12＝W11也成立。
如图2C所示，由于感兴趣光电检测器10的第一集光透镜部分110
和次相邻光电检测器12的第一集光透镜部分110彼此毗接，所以表达
式W21＝P2成立。尽管感兴趣光电检测器10和主相邻光电检测器11
的第一集光透镜部分110在一定宽度上彼此毗接，但感兴趣光电检测
器10和次相邻光电检测器12的第一集光透镜部分110基本上在一个
点上彼此毗接。然后，如图2A所示，感兴趣光电检测器10的第一集
光透镜部分110的轮廓是正方形。由于感兴趣光电检测器10的第二集
光透镜部分210和次相邻光电检测器12的第二集光透镜部分210彼此
隔开，所以表达式W22＜P2成立。换句话说，感兴趣光电检测器10
的第二集光透镜部分210和次相邻光电检测器12的第二集光透镜部分
210彼此相隔P2-W22。
在第二实施例中，感兴趣光电检测器10的第一集光透镜部分110
和主相邻光电检测器11的第一集光透镜部分110彼此毗接，感兴趣光
电检测器10的第一集光透镜部分110和次相邻光电检测器12的第一
集光透镜部分110彼此毗接。因此，与第一实施例不同，第一透镜层
100没有第一连接部分120。因此，防止了进入第一透镜层100的光束
进入第二透镜层200的第二连接部分220和高折射率膜330中。
第三实施例
现在参照图3A到图3C，描述按照第三实施例的光电转换装置1。
图3A是光电转换装置1的平面图，在图3A中，点线表示多个第一集
光透镜部分110的轮廓，虚线表示第二集光透镜部分210的轮廓，以
及实线表示开口311的侧面312。图3B是沿着图3A中的直线IIIB-IIIB
和IIIB′-IIIB′截取的包括光电转换装置1的感兴趣光电检测器10和主
相邻光电检测器11的剖面图。图3C是沿着图3A中的直线IIIC-IIIC
和IIIC′-IIIC′截取的包括光电转换装置1的感兴趣光电检测器10和次
相邻光电检测器12的剖面图。尽管显示在图3B中的结构可能只建立
在沿着显示在图3A中的直线IIIB-IIIB截取的剖面和沿着显示在图3A
中的直线IIIB′-IIIB′截取的剖面之一中，但优选的是建立在这两个剖
面中。同样，尽管显示在图3C中的结构可能只建立在沿着显示在图
3A中的直线IIIC-IIIC截取的剖面和沿着显示在图3A中的直线
IIIC′-IIIC′截取的剖面之一中，但优选的是建立在这两个剖面中。
如图3A和3B所例示，在第一透镜层100中，感兴趣光电检测器
10的第一集光透镜部分110和主相邻光电检测器11的第一集光透镜
部分110彼此毗接。此外，如图3A和3B所例示，在第二透镜层200
中，感兴趣光电检测器10的第二集光透镜部分210和主相邻光电检测
器11的第二集光透镜部分210彼此隔开。配备在感兴趣光电检测器
10的第二集光透镜部分210和主相邻光电检测器11的第二集光透镜
部分210之间的是没有光收集功能的第二连接部分220。相反，如图
3A和3C所例示，在第一透镜层100中，感兴趣光电检测器10的第
一集光透镜部分110和次相邻光电检测器12的第一集光透镜部分110
彼此毗接。此外，如图3A和3C所例示，在第二透镜层200中，感兴
趣光电检测器10的第二集光透镜部分210和次相邻光电检测器12的
第二集光透镜部分210彼此隔开。配备在感兴趣光电检测器10的第二
集光透镜部分210和次相邻光电检测器12的第二集光透镜部分210
之间的是没有光收集功能的第二连接部分220。
现在参照图3B和3C，详细描述间距与宽度之间的关系。显示在
图3B和3C中的W11、P1、W12、W21、P2和W22的定义与图1B
和1C中的那些相同。
如图3B所示，由于感兴趣光电检测器10的第一集光透镜部分110
和主相邻光电检测器11的第一集光透镜部分110彼此毗接，所以表达
式W11＝P1成立。由于感兴趣光电检测器10的第二集光透镜部分210
和主相邻光电检测器11的第二集光透镜部分210彼此隔开，所以表达
式W12＜P1成立。表达式W12＜W11也成立。
如图3C所示，由于感兴趣光电检测器10的第一集光透镜部分110
和次相邻光电检测器12的第一集光透镜部分110彼此毗接，所以表达
式W21＝P2成立。由于感兴趣光电检测器10的第二集光透镜部分210
和次相邻光电检测器12的第二集光透镜部分210彼此隔开，所以表达
式W22＜P2成立。换句话说，感兴趣光电检测器10的第二集光透镜
部分210和次相邻光电检测器12的第二集光透镜部分210彼此相隔
P2-W22。表达式W22＜W21也成立。
第二集光透镜部分210的表面积优选的被设置成小于第一集光透
镜部分110的表面积，因为第一集光透镜部分110所收集的光束进入
第二集光透镜部分210中。通过缩小第二集光透镜部分210的表面积，
第二集光透镜部分210能够具有更高的收集性能(较小曲率)，而不
增加第二集光透镜部分210的厚度。在这个实施例中，即使第二集光
透镜部分210的表面积缩小到小于第一集光透镜部分110的表面积，
也可以减少进入第二集光透镜部分210之间的部分中的光束。
本发明不局限于第一到第三实施例。本发明的关键之处在于：彼
此相邻的光电检测器的集光透镜部分在第一透镜层100和第二透镜层
200的至少一个中彼此毗接。下面将描述其它实施例的例子。
作为第一实施例的一种变型，可以应用感兴趣光电检测器10的第
二集光透镜部分210和主相邻光电检测器11的第二集光透镜部分210
彼此毗接的配置。作为第一实施例的一种变型，可以应用感兴趣光电
检测器10的第二集光透镜部分210和次相邻光电检测器12的第二集
光透镜部分210彼此毗接的配置。作为第二实施例的一种变型，可以
应用感兴趣光电检测器10的第二集光透镜部分210和次相邻光电检测
器12的第二集光透镜部分210彼此毗接的配置。作为第二实施例的一
种变型，可以应用感兴趣光电检测器10的第一集光透镜部分110和主
相邻光电检测器11的第一集光透镜部分110彼此隔开，以及感兴趣光
电检测器10的第一集光透镜部分110和次相邻光电检测器12的第一
集光透镜部分110彼此隔开的配置。作为第二实施例的一种变型，可
以应用感兴趣光电检测器10的第一集光透镜部分110和主相邻光电检
测器11的第一集光透镜部分110彼此隔开，感兴趣光电检测器10的
第一集光透镜部分110和次相邻光电检测器12的第一集光透镜部分
110彼此隔开，以及感兴趣光电检测器10的第二集光透镜部分210和
次相邻光电检测器12的第二集光透镜部分210彼此毗接的配置。
尽管已经描述了具有两个透镜层的配置，但也可以应用只配备第
一透镜层100和第二透镜层200之一而不配备另一个的配置。本公开
的一个方面只是配备具有多个集光透镜部分的至少一个透镜层以及光
电检测器的彼此相邻的集光透镜部分在相应透镜层中彼此毗接。例如，
当感兴趣光电检测器10和主相邻光电检测器10的第二集光透镜部分
210像第一实施例和第三实施例中的第二透镜层200那样彼此隔开时，
可以去掉第二透镜层200。形成彼此相邻的集光透镜部分的方法可以
通过单独或组合使用渐变曝光方法、回蚀法、或回流法以及如果需要
的话，设置这些方法的条件来实现。例如，可以参考已公开日本专利
第2006-041467号、已公开日本专利第2004-145319号、已公开日本
专利第61-67003号、已公开日本专利第2008-277800号、已公开日本
专利第2008-52004号、和已公开日本专利第2003-33254号。为了使
在对角方向上彼此相邻的集光透镜部分(感兴趣光电检测器10和次相
邻光电检测器12的集光透镜部分)彼此毗接，在制作各个集光透镜部
分图案的时候通过足够大的表面积将对角方向上的集光透镜部分的图
案设置成彼此重叠。当在只有一层作为透镜层的情况下配备波长选择
层400时，优选的将波长选择层400配备在透镜层和复合构件300之
间。
第四实施例
现在参照图4A到4C，描述按照第四实施例的光电转换装置1。
图4A示出了第四实施例的第一例子，图4B示出了第四实施例的第二
例子，以及图4C示出了第四实施例的第三例子。图4A到4C示出了
将各个例子应用于图1B所示的第一实施例的例子。然而，第四实施
例也可以应用于第二和第三实施例。第一到第三例子的共同之处在于：
将折射率比第二透镜层200低的透明低折射率膜配备在第二透镜层
200和高折射率构件320之间。尽管下面将描述低折射率膜600与高
折射率膜330形成界面的例子，但低折射率膜600也可以与高折射率
构件320形成界面。
在第一例子中，低折射率膜600是单层膜，配备在第二透镜层200
和高折射率膜330之间。更具体地说，低折射率膜600的上表面与第
二透镜层200的下表面形成界面，低折射率膜600的下表面与高折射
率膜330的上表面形成界面。例如，当第二透镜层200的材料是折射
率为2.00的氮化硅时，可以将折射率为1.72的氧氮化硅或折射率为
1.46的氧化硅用作低折射率膜600的材料。
第二集光透镜部分210所收集的光束可以相对于低折射率膜600
倾斜地进入。低折射率膜600的折射率低于第二透镜层200的折射率，
使得光束按照斯涅耳(Snell)折射定律在低折射率膜600中朝向开口
311的中心(光轴)折射。因此，可以使进入开口311的光量增加。
当低折射率膜600的折射率低于高折射率膜330的折射率时，在低折
射率膜600中折射的光束倾斜地进入高折射率膜330。高折射率膜330
的折射率高于低折射率膜600的折射率，使得光束按照斯涅耳折射定
律在高折射率膜330中在减小相对于开口311的中心(光轴)的角度
的方向上折射。因此，能够使进入开口311之后从侧面312全反射的
光通量增加，并能够使从开口311的侧面312泄漏的光量减少。实际
上，优选的低折射率膜600的折射率不大于第二透镜层200的折射率
的0.95倍，更优选的不大于0.85倍。
在第二例子中，低折射率膜600是多层膜，包括第一低折射率层
610和第二低折射率层620。第一低折射率层610的上表面与第二透镜
层200的下表面形成界面，第一低折射率层610的折射率低于第二透
镜层200的折射率。第二低折射率层620的上表面与第一低折射率层
610的下表面形成界面，第二低折射率层620的折射率低于第一低折
射率层610的折射率。第二低折射率层620的下表面与高折射率膜330
的上表面形成界面。因此，第一低折射率层610具有在第二透镜层200
的折射率和第二低折射率层620的折射率之间的折射率。这个例子可
以被认为是将第一例子中的单层低折射率膜600当作第二低折射率层
620，并将第一低折射率层610配备在第一例子中的单层低折射率膜
600和第二透镜层200之间的例子。例如，当第二透镜层200的材料
是氮化硅时，可以将氧氮化硅用作第一低折射率层610的材料，可以
将氧化硅用作第二低折射率层620的材料。实际上，具有最低折射率
的层(本例中的第二低折射率层620)的折射率优选的从1.40到1.60。
在第一例子的情况下，由于第二透镜层200和低折射率膜600之
间的折射率差异，可能在第二透镜层200和低折射率膜600之间的界
面上引起垂直入射光束的反射。此时的反射率R可以通过表达式
R＝(n200-n600)2/(n200+n600)2来表达，其中，n200是第二透镜层200的折
射率，以及n600是低折射率膜600的折射率。在第二例子中，第二透
镜层200与第一低折射率层610之间的折射率差和第一低折射率层
610与第二低折射率层620之间的折射率差两者都小于第二透镜层200
与第二低折射率层620之间的折射率差。因此，可以提高第二透镜层
200与第一低折射率层610之间的界面处的透射系数、和第一低折射
率层610与第二低折射率层620之间的界面处的透射系数，以及可以
增加进入第二低折射率层620中的光量。
第一低折射率层610的厚度TR1优选的是入射光束的波长的
(M-0.5)/4n1到(M+0.5)/4n1倍，更优选的是入射光束的波长的M/4n1
倍。这里，M是奇数，n1是第一低折射率层610的折射率。M优选的
是“1”或“3”，更优选的是“1”。当如上所述设置第一低折射率层
610的厚度TR1时，第一低折射率层610减轻了来自与第二透镜层200
的界面的反射光束与来自与第二低折射率层620的界面的反射光束之
间的干涉，从而能够增加进入第二低折射率层620中的光束的强度。
为了在低折射率膜600的厚度受到限制的范围内如第一例子所述
增大朝向光轴的折射，可以按如下设置第一低折射率层610的厚度TR1
和第二低折射率层620的厚度TR2。首先，比较第二透镜层200与第
一低折射率层610之间的相对折射率和第一低折射率层610与第二低
折射率层620之间的相对折射率。将具有较大相对折射率的层的出射
侧媒体(第一低折射率层610和第二低折射率层620之一)的厚度设
置成大于具有较小相对折射率的层的出射侧媒体(第一低折射率层
610和第二低折射率层620之一)的厚度。这里，相对折射率是(入
射侧媒体的折射率)/(出射侧媒体的折射率)，在本例中，相对折射
率大于“1”。在至此为止的描述中，简单表达成“折射率”的术语指
的是绝对折射率。按照斯涅耳折射定律，相对折射率越大，出射角就
越大。因此，通过增加上述的具有较大相对折射率的出射侧媒体的厚
度，可以使出射光束更接近光轴。例如，当第二透镜层200的折射率
是2.0，第一低折射率层610的折射率是1.72，以及第二低折射率层
620的折射率是1.46时，表达式2.00/1.72＜1.72/1.46成立。因此，可
以将第二低折射率层620的厚度TR2设置成大于第一低折射率层610
的厚度TR1。第二低折射率层620的厚度TR2优选的是60nm到500
nm，更优选的是80nm到200nm。第一低折射率层610的厚度TR1
优选的是20nm到300nm，更优选的是40nm到150nm。
在第三例子中，低折射率膜600是多层膜，包括第一低折射率层
610、第二低折射率层620和第三低折射率层630。第一低折射率层610
的上表面与第二透镜层200的下表面形成界面，第一低折射率层610
的折射率低于第二透镜层200的折射率。第二低折射率层620的上表
面与第一低折射率层610的下表面形成界面，第二低折射率层620的
折射率低于第一低折射率层610的折射率。第三低折射率层630的上
表面与第二低折射率层620的下表面形成界面，第三低折射率层630
的折射率高于第二低折射率层620的折射率。第三低折射率层630的
下表面与高折射率膜330的上表面形成界面，第三低折射率层630的
折射率低于高折射率膜300的折射率。因此，第三低折射率层630具
有在第二低折射率层620的折射率和高折射率层330的折射率之间的
折射率。这个例子可以被认为是在上面所示的第二例子中在第二低折
射率层620的折射率低于高折射率膜330的折射率的情况下将第三低
折射率层630配备在第二例子中的第二低折射率层620和高折射率膜
330之间的例子。例如，当第二透镜层200和高折射率膜300的材料
是氮化硅时，可以将氧氮化硅用作第一低折射率层610和第三低折射
率层630的材料，可以将氧化硅用作第二低折射率层620的材料。
在第三例子中，第二低折射率层620与第三低折射率层630之间
的折射率差和第三低折射率层630与高折射率膜330之间的折射率差
两者都小于第二低折射率层620与高折射率膜330之间的折射率差。
因此，可以提高第二低折射率层620与第三低折射率层630之间的界
面处的透射系数、以及第三低折射率层630与高折射率膜330之间的
界面处的透射系数，以及能够增加进入高折射率膜330中的光量。
与第二例子的方式一样，第三低折射率层630的厚度TR3优选的
是入射光束的波长的(M-0.5)/4n3到(M+0.5)/4n3倍，更优选的是入射光
束的波长的M/4n3倍。这里，M是奇数，n3是第三低折射率层630的
折射率。第三低折射率层630的厚度TR3与第二低折射率层620的厚
度TR2之间的大小关系可以像第二例子那样设置。与第二例子中的第
一低折射率层610的方式一样，第三低折射率层630的厚度TR3优选
的是20nm到300nm，更优选的是40nm到150nm。
第一低折射率层610的折射率n1优选的不低于(n200+n2)/4，也优
选的不超过3×(n200+n2)/4。第三低折射率层630的折射率n3优选的不
低于(n330+n2)/4，也优选的不超过3×(n200+n2)/4。这里，n330是高折射
率膜330的折射率。
当第二透镜层200的折射率高于高折射率膜330的折射率时，优
选的是将第一低折射率层610的折射率设置成比第三低折射率层630
的折射率高的折射率。换句话说，优选的是建立n2＜n3＜n1＜n330＜n200
的关系，其中n200是第二透镜层200的折射率，以及n330是高折射率
膜330的折射率。相反，当第二透镜层200的折射率低于高折射率膜
330的折射率时，优选的是将第一低折射率层610的折射率设置成比
第三低折射率层630的折射率低的折射率。换句话说，优选的是建立
n2＜n1＜n3＜n200＜n330的关系。这样，通过按照上下构件的折射率来区分
第一低折射率层610和第三低折射率层630的折射率，能够提高光束
从第二透镜层200到高折射率膜300的透射系数，并因此能够提高光
电转换装置1的灵敏度。下面将描述光电转换装置1的复合构件300
的变型。分别地，图5A示出了第一种变型，图5B示出了第二种变型，
以及图5C示出了第三种变型。图5A到5C是将各种变型应用于显示
在图1B中的第一实施例的例子。然而，这些变型也可以应用于第二
到第四实施例。第一种到第三种变型的共同之处在于：开口511中的
构件每一个都包括第一高折射率部分321和第二高折射率部分322。
绝缘膜310的配置与显示在图1A中的配置相同，多个开口311被配
备成与光电转换部分3相对应。
第一种变型
在显示在图5A中的第一种变型中，将第二高折射率部分322配
备在开口311的侧面312上，将第一高折射率部分321配备在开口311
的内部和第二高折射率部分322的内部。如图5A所示，可以将第二
高折射率部分322配备在开口311的底面313上，但未必覆盖开口311
的底面313。因此，第二高折射率部分322位于第一高折射率部分321
与开口311的侧面312之间。高折射率膜330位于绝缘膜310上，并
在第一高折射率部分321上延伸。高折射率膜330由与第一高折射率
部分321相同的透明材料形成。高折射率膜330的折射率高于绝缘膜
310的折射率，将高折射率膜330配备成使分别配备在多个开口311
中的多个第二高折射率部分322相互连接。高折射率膜330的材料可
以与第一高折射率部分321的材料相同或不同，但优选的是相同。
第一高折射率部分321和第二高折射率部分322的折射率彼此不
同。通过将第一高折射率部分321的折射率设置成高于第二高折射率
部分322的折射率，可以主要将第一高折射率部分321用作光导路径。
相反，通过将第一高折射率部分321的折射率设置成低于第二高折射
率部分322的折射率，可以主要将第二高折射率部分322用作光导路
径。换句话说，依据几何光学，通过第一高折射率部分321与第二高
折射率部分322之间的界面处的全反射进入开口311中的第一高折射
率部分321中的光束当中，指向侧面312的光束可以朝向光电转换部
分3反射。此外，由于光束被引导到较高折射率侧，所以依据波动光
学，第一高折射率部分321可以起光导路径的作用。
第二种变型
在显示在图5B中的第二种变型中，将第二高折射率部分322配
备在开口311的侧面312上，将第一高折射率部分321配备在开口311
的内部和第二高折射率部分322的内部。因此，第二高折射率部分322
位于第一高折射率部分321与开口311的侧面312之间。高折射率膜
330位于绝缘膜310上，并在第一高折射率部分321上延伸。高折射
率膜330包括第一高折射率层331、和位于第一高折射率层331和绝
缘膜310之间的第二高折射率层332。第一高折射率层331的折射率
高于绝缘膜310的折射率，将高折射率膜330配备成使分别配备在多
个开口311中的多个第一高折射率部分321相互连接。第一高折射率
层331的材料可以与第一高折射率部分321的材料相同。第一高折射
率部分321的折射率和第二高折射率部分322的折射率彼此不同。第
一高折射率层331的折射率不同于第二高折射率层332的折射率。第
二高折射率层332的折射率高于第一高折射率层331的折射率，将高
折射率膜330配备成使分别配备在多个开口311中的多个第二高折射
率部分322相互连接。第二高折射率层332的材料可以与第二高折射
率部分322的材料相同。
第三种变型
在显示在图5C中的第三种变型中，将第二高折射率部分322配
备在开口311的侧面312上，将第一高折射率部分321配备在开口311
的内部和第二高折射率部分322的内部。因此，第二高折射率部分322
位于第一高折射率部分321与开口311的侧面312之间。在这种变型
中，只在第一高折射率部分321的入射侧的一部分和侧面312的入射
侧的一部分上配备了第二高折射率部分322。第一高折射率部分321
和第二高折射率部分322的折射率高于绝缘膜310的折射率。第二高
折射率部分322的材料可以与第一高折射率部分321的材料相同。高
折射率膜330包括第一高折射率区333和第二高折射率区334。第一
高折射率区333由与第一高折射率部分321相同的材料形成，并位于
第一高折射率部分321上。第二高折射率区334的折射率高于绝缘膜
310的折射率，第二高折射率区334从第二高折射率部分321的顶部
延伸到绝缘膜310的顶部。将第二高折射率区334配备成使分别配备
在多个开口311中的多个第二高折射率部分322相互连接。第二高折
射率区334的材料可以与第二高折射率部分322的材料相同。
在显示在图5A中的第一种变型中，可以用折射率低于绝缘膜310
的折射率的透明材料取代第二高折射率部分322。在显示在图5B中的
第二种变型中，可以用折射率低于绝缘膜310的折射率的透明材料取
代第一高折射率部分321和第一高折射率层331之一，或第二高折射
率部分322和第二高折射率层332之一。
在显示在图5A和5B中的第一种变型和第二种变型中，可以用具
有金属光泽的不透明材料取代第二高折射率部分322。在这种情况下，
可以将与第二高折射率部分322相对应的由金属材料形成的部分配备
成不覆盖开口311的底面313。进入开口311中的第一高折射率部分
321中的光束当中指向侧面312的光束能够通过金属光泽朝向光电转
换部分3反射。
在显示在图5A和5B中的第一种变型和第二种变型中，可以如图
5C所示只在第一高折射率部分321的入射侧的一部分和侧面312的入
射侧的一部分上配备第二高折射率部分。
在如上所述的第一到第三种变型中，第一高折射率部分321和第
二高折射率部分322可以由具有不同折射率的不同材料形成，或可以
由具有不同折射率的相同材料形成。这同样适用于第二种变型中的第
一高折射率层331和第二高折射率层332、和第三种变型的第一高折
射率区333和第二高折射率区334。甚至可以通过改变材料密度从折
射率方面区分相同材料。在这样的情况下，折射率在第一高折射率部
分与第二高折射率部分之间、在第一高折射率层与第二高折射率层之
间、以及在第一高折射率膜与第二高折射率膜之间可以连续变化。使
用相同的材料并区分它们的折射率是优选的，因为与材料不同的情况
相比可以减小应力。
下面将描述光电转换装置1的透镜层的变型。分别地，图6A示
出了第四种变型，图6B示出了第五种变型，图6C示出了第六种变型，
图6D示出了第七种变型，以及图6E示出了第八种变型。图6A到6E
示出了将各种变型应用于第二透镜层200的例子。然而，第四到第八
种变型也可以以相同方式应用于第一透镜层100。图6A到6E中的构
件700是与第二透镜层200的下表面形成界面的构件，对应于显示在
图1A中的高折射率膜330和显示在图4A中的低折射率膜600。
第二透镜层200包括多个第二集光透镜部分210。然而，在第四
和第五种变型中，彼此相邻的第二集光透镜部分彼此隔开，而在第六
到第八种变型中，彼此相邻的第二集光透镜部分彼此毗接。在第五、
第六和第八种变型中，第二透镜层200包括彼此相邻的多个透镜体
230、透镜基底构件240、和涂层250。透镜层只需至少具有透镜体230，
如果需要的话，可以省略透镜基底构件240和涂层250。
第四种变型
在显示在图6A中的第四种变型中，未配备透镜基底构件240，并
且在彼此相邻和彼此隔开的第二集光透镜部分210之间不存在如图1B
所示的第二连接部分220。
第五种变型
在显示在图6B中的第五种变型中，第二透镜层200包括彼此相
邻的多个透镜体230、透镜基底构件240、和涂层250。透镜体230的
表面是大致球形表面，以及彼此相邻的透镜体230彼此隔开。
多个透镜体230位于透镜基底构件240上。透镜基底构件240由
与整个透镜体230或其靠近透镜基底构件240的部分的材料相同的单
个材料形成。因此，在许多情况下难以在透镜体230与透镜基底构件
240之间观察到边界，优选的是设置连接透镜体230的表面(大致球
形表面)的端部的想像边界。可能存在第二透镜层200的材料与高折
射率膜330的材料相同，因此高折射率膜330与透镜基底构件240之
间的边界不清楚的情况。在这样的情况下，可以将上述想像边界当作
第二透镜层200的下表面，以认为第二透镜层与高折射率膜330彼此
毗接。
存在于从透镜体230指向半导体基板2的正交投影的区域中的透
镜基底构件240的部分被称为透镜体相关部分241，而存在于除了那
个区域之外的其它区域中的部分被称为透镜体无关部分242。透镜体
无关部分242具有几乎平坦表面。
涂层250是沿着透镜体230和透镜基底构件240的表面(大致球
形表面)配备的膜，涂层250的部分表面的区域具有大致球形，并且
这些区域被称为曲面区域251。涂层250由不同于透镜体230的材料
形成。涂层250可以是单层涂层，或可以是包括两层或更多层不同材
料的多层涂层。例如，涂层250可以由从氧化硅层、氧氮化硅层、氮
化硅、和含氟树脂层中选择的两个或更多个层构成。除了曲面区域251
之外的涂层250的表面的区域是大致平坦的，这些区域被称为平坦区
域252。透镜体230的整个部分、透镜基底构件240的一部分、和位
于曲面区域251朝向半导体基板2的正交投影的区域中的涂层250的
部分构成多个第二集光透镜部分210。透镜基底构件240的一部分在
这里具体指透镜体相关部分241的整个部分和透镜体无关部分242的
一部分。相反，透镜基底构件240的一部分(具体地说，透镜体无关
部分242的其余部分的一部分)、和位于从平坦区域252指向半导体
基板2的正交投影的区域中的涂层250的一部分构成第二连接部分
220。以此方式，可以获得彼此相邻的第二集光透镜部分210彼此隔开
的配置。
涂层250的折射率最好被设置成低于透镜体230的折射率。通过
如上所述设置涂层250的折射率，涂层250提高了入射到透射体230
的表面上的光束的透射系数，即，具有依据几何光学禁止反射的功能。
涂层250的厚度TC小于透镜体230的厚度TL。厚度TC优选的是
厚度TL的1/2或更小。涂层250的厚度TC优选的不大于200nm。涂
层250的厚度TC优选的是入射光束的波长的(M-0.5)/4nC到(M
+0.5)/4nC倍，更优选的是入射光束的波长的M/4nC倍。这里，M是奇
数，nC是涂层250的折射率。M优选的是“1”或“3”，更优选的是
“1”。通过如上所述设置涂层250的厚度，涂层250具有削弱来自透
镜体230的表面的反射光与来自涂层250的表面的反射光之间的干涉，
即，依据波动光学禁止反射的功能。如上所述，光束的损耗被具有反
射禁止结构的透镜部分减小，从而获得具有高灵敏度的光电转换装置。
例如，当透镜体230由折射率为2.00的氮化硅形成时，涂层250优选
的由折射率为1.73的氧氮化硅形成。涂层250的厚度可以设置成，例
如，80nm。此外，例如，当透镜体230由折射率为1.60的树脂形成
时，涂层250优选的由折射率为1.46的氧氮化硅形成。涂层250的厚
度可以设置成，例如，94nm。在多层涂层的情况下，涂层250可以
由折射率低于透镜体230的折射率的多个层形成。然而，取决于可以
削弱基于厚度和波长的干涉的条件，涂层250可以构成折射率高于透
镜体230的层和折射率低于透镜体230的层。
第六种变型
在显示在图6C中的第六种变型中，彼此相邻的透镜体230彼此
隔开，透镜基底构件240包括具有大致平坦表面的透镜体无关部分
242。相反，涂层250的曲面区域251彼此毗接。因此，透镜体230
的整个部分、透镜基底构件240的整个部分(更具体地说，透镜体相
关部分241的整个部分和透镜体无关部分242的整个部分)、和涂层
250的整个部分构成多个第二集光透镜部分210。这样，通过配备涂层
250，实现了即使透镜体230彼此隔开，但彼此相邻的第二集光透镜部
分210彼此毗接的配置。
第七种变型
在显示在图6D中的第七种变型中，彼此相邻的透镜体230彼此
隔开。在这个例子中，去掉了透镜基底构件240。相反，涂层250的
曲面区域251彼此毗接。因此，透镜体230的整个部分和涂层250的
整个部分构成多个第二集光透镜部分210。这样，通过配备涂层250，
实现了即使透镜体230彼此隔开，但彼此相邻的第二集光透镜部分210
彼此毗接的配置。
第八种变型
在显示在图6E中的第八种变型中，彼此相邻的透镜体230彼此
毗接，彼此相邻的曲面区域251也彼此毗接。透镜基底构件240没有
大致平坦的透镜体无关部分242。因此，透镜体230的整个部分、透
镜基底构件240的整个部分、和涂层250的整个部分构成多个第二集
光透镜部分210。因此，彼此相邻的第二集光透镜部分210彼此毗接。
在这种变型中，由于透镜体230彼此毗接，进入彼此相邻的第二集光
透镜部分210的边界附近(曲面区域251之间的边界附近)的部分中
的光束可以被分立透镜体230进一步可靠地收集。
第五实施例
如上所述，第四到第八种变型也可以以相同方式应用于第一透镜
层100。作为第五实施例，将在图7中示出将第八种变型应用于第一
透镜层100的例子和将第五种变型应用于结合图4C所述的第四实施
例的第三例子中的第二透镜层200的例子。
第一透镜层100的第一集光透镜部分110包括第一基底构件140、
第一透镜体130、和第一涂层150。在本例中，第一基底构件140和第
一透镜体130由树脂形成，第一涂层150由氧化硅形成。第二透镜层
200的第二集光透镜部分210包括第二基底构件240、第二透镜体230、
和第二涂层250。在本例中，第二基底构件240和第二透镜体230由
氮化硅形成，第二涂层250由氧氮化硅形成。
如结合图8所述，可能存在当光束进入透镜层的连接部分中时使
图像质量恶化的情况。因此，如果在第一集光透镜部分110之间的第
一连接部分上配备禁止反射光束的涂层，图像质量的恶化可能变得明
显。相反，如果如上所述，彼此相邻的第一集光透镜部分110彼此毗
接，则在感兴趣光电检测器10和主相邻光电检测器的第一集光透镜部
分110之间不存在连接部分。因此，没有光束进入连接部分中，抑制
了图像质量的恶化。这同样适用于感兴趣光电检测器10和次相邻光电
检测器12。
如果在第一透镜层100和半导体基板2之间存在具有高反射率的
界面，则在每个界面处可能容易引起反射光束的干涉，以及色调不规
则可能是明显的。尤其，第一透镜层100的表面(上表面)上的反射、
第二透镜层200的表面(上表面)上的反射、以及半导体基板的表面
上的反射可能成为由光束之间的干涉引起的色调不规则的重要原因。
在本例中，由于可以通过第一涂层150禁止第一透镜层100上的反射，
所以可以改善色调不规则。而且，在本例中，可以通过第二涂层禁止
第二透镜层200的表面上的反射。当反射面的间隔小时，色调不规则
可能变得明显。然而，通过禁止第一透镜层100的表面和第二透镜层
200的表面两者的反射，可以进一步改善色调不规则。第二透镜层200
包括第二连接部分220，因此可以通过第二涂层250禁止第二连接部
分220上的反射。然而，由于第一透镜层100的第一集光透镜部分110
彼此毗接，所以可以尽可能多地减少进入第二连接部分220中的入射
光束。
通过将第一集光透镜部分110的曲率设置成0.49(1/μm)或更大，
可以抑制色调不规则。色调不规则主要由在半导体基板2的法线方向
上生成的光束的干涉引起。通过减小第一集光透镜部分110的曲率半
径，可以使来自第一集光透镜部分110的表面(上表面)的反射光束
的行进方向偏离来自其它表面的反射光束的行进方向。因此，防止了
来自第一集光透镜部分110的表面(上表面)的反射光束与来自其它
表面的反射光束的干涉。
另外，在本实施例中，第二透镜层200的折射率(具体地说，第
二透镜层200的第二基底构件240的折射率)高于高折射率膜330的
折射率。例如，第二透镜层200可以由折射率为2.00的氮化硅形成，
高折射率膜330可以由折射率为1.84的氧氮化硅形成。因此，通过如
在第三种变型中所述将第一低折射率层610的折射率设置成比第三低
折射率层630的折射率高的折射率，可以减少第二透镜层200的下表
面和高折射率膜330的上表面处的反射光束。例如，第一低折射率层
610可以由折射率为1.73的氧化硅形成，第二低折射率层620可以由
折射率为1.46的氧化硅形成，以及第三低折射率层630可以由折射率
为1.65的材料形成。
至此为止所述的光电转换装置1可以用作，例如，成像传感器、
测距传感器、光度传感器。光电转换装置1可以具有成像传感器、测
距传感器、和光度传感器当中的多种功能。
也可以构建具有光电转换装置1和配置成接收从光电转换装置1
输出的电信号的输入并处理所述电信号的信号处理装置的图像感测系
统。图9是示出图像感测系统1001的例子的图形。电信号从光电转换
装置1的OUT1、OUT2输出。这里，已经描述了配备两条输出路线，
即，OUT1和OUT2的例子，输出路线的数量可以是一条、三条或更
多条。电信号输入信号处理装置100的IN中。电信号可以是电流信
号或电压信号，并且可以是模拟信号和数字信号。
当光电转换装置1被用作图像传感器时，将信号处理装置1000
配置成当被供给输入IN的电信号时从OUT3输出图像信号。当光电
转换装置1被用作检测焦点的测距传感器时，将信号处理装置1000
配置成当被供给输入IN的电信号时从OUT3输出用于驱动配备在光
电转换装置1前面的透镜的驱动信号。当光电转换装置1被用作光度
传感器时，将信号处理装置1000配置成当被供给输入IN的电信号时
从OUT3输出控制快门和调整曝光时间的控制信号。上述的快门可以
是机械快门或电子快门。在电子快门的情况下，主要控制光电转换装
置1。本公开中的光电转换装置1可被用作图像传感器，并且可以获
得满意的图像。
下面描述显示在图9中的图像感测系统1001中的光电转换装置1
的例子。在本例中，将作为光电转换装置1的像素放大型光电转换装
置用作图像传感器。在图9中，光电转换装置1包括像素部分711、
垂直扫描电路712、两个读取电路713、两个水平扫描电路714、以及
两个输出放大器715。除了像素部分711之外的其它区域也被称为外
围电路部分。
像素部分711包括二维排列的多个像素单元。各个像素单元包括
多个像素。每个像素包括读取电路713，例如，列放大器、CDS电路、
相加电路等，并对从经由垂直信号线由垂直扫描电路712选择的行的
像素中读取的信号进行放大、相加等。列放大器、CDS电路、相加电
路等是为，例如，像素列，或多个像素列的每个像素列安排的。水平
扫描电路714依次生成用于读取来自读取电路713的信号的信号。输
出放大器715放大和输出水平扫描电路714所选择的列的信号。
上述的配置只是光电转换装置1的一个例子，本发明不局限于此。
在跨过像素部分711的上侧和下侧各安排了一套构成输出路线
(OUT1，OUT2)的两个系统的读取电路713、水平扫描电路714和
输出放大器715。
代表性图像感测系统1001的例子包括诸如照相机和摄像机的相
机。图像感测系统1001可以包括使光电转换装置1可动的移动机构。
移动机构的例子包括诸如电机、往复引擎、和旋转引擎那样的驱动机
构驱动的轮。移动机构的例子包括诸如螺旋桨、涡轮发动机、火箭发
动机的推进设备。如上所述配有移动机构的图像感测系统可以通过将
光电转换装置1和信号处理装置1000安装在车辆、火车、船舶、飞机、
地球卫星等上来实现。
如上所述，按照本发明，可以使充足的光束高精度地进入光电转
换部分中。
虽然通过参考示范性实施例对本发明作了描述，但应该明白，本
发明不局限于所公开的示范性实施例。使所附权利要求书的范围与最
广义的解释一致，以便包含所有这样的变型以及等效结构和功能。