JP2012182430A5 - - Google Patents

Description

本発明の第１の側面に係る光電変換装置は、半導体基板と、前記半導体基板に配された光電変換部と、前記半導体基板の上に配された絶縁体と、前記半導体基板の上であって、前記光電変換部に重なる位置に配された第１部材と、前記第１部材に対して前記光電変換部とは反対側に配され、前記第１部材に光を集光する第１レンズと、前記第１レンズに対して前記光電変換部とは反対側に配された第２レンズと、前記第１レンズに対して前記光電変換部とは反対側に配された波長選択部と、を有する光電変換装置において、前記絶縁体は、第１部分、及び前記第１部分とは異なる領域に配された第２部分を有し、前記光電変換部と前記第１部材とが並ぶ第１方向と交差する第２方向に沿って、前記第１部分、前記第１部材、及び前記第２部分が並んで配され、前記第１部材と前記第１レンズとの間に配された第２部材を有し、前記第２部材の前記半導体基板の主面と平行な面への射影の面積は前記第１部材の前記面への射影の面積よりも大きく、前記第２部材を構成する材料の屈折率は前記第１レンズを構成する材料の屈折率より低いことを特徴とする。

本発明の別の側面に係る光電変換装置は、半導体基板と、前記半導体基板に配された光電変換部と、前記半導体基板の上に配された絶縁体と、前記半導体基板の上であって、前記光電変換部に重なる位置に配された第１部材と、前記第１部材に対して前記光電変換部とは反対側に配され、前記第１部材に光を集光する第１レンズと、前記第１レンズに対して前記光電変換部とは反対側に配された第２レンズと、前記第１レンズに対して前記光電変換部とは反対側に配された波長選択部と、を有する光電変換装置において、前記第１部材は前記半導体基板の主面に平行な面において、前記絶縁体に囲まれて配され、前記第１部材と前記第１レンズとの間に配された第２部材を有し、前記第２部材の前記面への射影の面積は、前記面における前記第１部材の配された領域の面積よりも大きく、前記第２部材を構成する材料の屈折率は前記第１レンズを構成する材料の屈折率より低いことを特徴とする。

本発明の別の側面に係る光電変換装置は、半導体基板と、前記半導体基板に配された光電変換部と、前記半導体基板の上に配された絶縁体と、前記半導体基板の上であって、前記光電変換部に重なる位置に配された第１部材と、前記第１部材に対して前記光電変換部とは反対側に配され、前記第１部材に光を集光するレンズと、を有する光電変換装置において、前記絶縁体は、第１部分、及び前記第１部分とは異なる領域に配された第２部分を有し、前記光電変換部と前記第１部材とが並ぶ第１方向と交差する第２方向に沿って、前記第１部分、前記第１部材、及び前記第２部分が並んで配され、前記光電変換装置はさらに、前記第１部材と前記レンズとの間に配された第１中間部材を有し、前記第１部材と前記第１中間部材の間に第２中間部材を有し、前記レンズと前記第１中間部材の間に第３中間部材を有し、前記レンズを構成する材料の屈折率ｎｆ１、前記第３中間部材の屈折率ｎｆ２、前記第１中間部材の屈折率ｎｆ３、前記第２中間部材の屈折率ｎｆ４、及び前記第１部材の屈折率ｎｆ５が、ｎｆ１＞ｎｆ５＞ｎｆ２＞ｎｆ４＞ｎｆ３の関係を満たすことを特徴とする。

本発明のさらに別の側面に係る光電変換装置は、半導体基板と、前記半導体基板に配された光電変換部と、前記半導体基板の上に配された絶縁体と、前記半導体基板の上であって、前記光電変換部に重なる位置に配された第１部材と、前記第１部材に対して前記光電変換部とは反対側に配され、前記第１部材に光を集光するレンズと、を有する光電変換装置において、前記第１部材は前記半導体基板の主面に平行な面において、前記絶縁体に囲まれて配され、前記光電変換装置はさらに、前記第１部材と前記レンズとの間に配された第１中間部材を有し、前記第１部材と前記第１中間部材の間に第２中間部材を有し、前記レンズと前記第１中間部材の間に第３中間部材を有し、前記レンズを構成する材料の屈折率ｎｆ１、前記第３中間部材の屈折率ｎｆ２、前記第１中間部材の屈折率ｎｆ３、前記第２中間部材の屈折率ｎｆ４、及び前記第１部材の屈折率ｎｆ５が、ｎｆ１＞ｎｆ５＞ｎｆ２＞ｎｆ４＞ｎｆ３の関係を満たすことを特徴とする。

Claims (18)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板に配された光電変換部と、
   前記半導体基板の上に配された絶縁体と、
   前記半導体基板の上であって、前記光電変換部に重なる位置に配された第１部材と、
   前記第１部材に対して前記光電変換部とは反対側に配され、前記第１部材に光を集光する第１レンズと、
   前記第１レンズに対して前記光電変換部とは反対側に配された第２レンズと、
   前記第１レンズに対して前記光電変換部とは反対側に配された波長選択部と、を有する光電変換装置において、
   前記絶縁体は、第１部分、及び前記第１部分とは異なる領域に配された第２部分を有し、
   前記光電変換部と前記第１部材とが並ぶ第１方向と交差する第２方向に沿って、前記第１部分、前記第１部材、及び前記第２部分が並んで配され、
   前記第１部材と前記第１レンズとの間に配された第２部材を有し、
   前記第２部材の前記半導体基板の主面と平行な面への射影の面積は前記第１部材の前記面への射影の面積よりも大きく、
   前記第１部材の前記面への前記射影は、前記第２部材の前記面への前記射影に内包され、
   前記第２部材を構成する材料の屈折率は前記第１レンズを構成する材料の屈折率より低いことを特徴とする光電変換装置。
2. 半導体基板と、
   前記半導体基板に配された光電変換部と、
   前記半導体基板の上に配された絶縁体と、
   前記半導体基板の上であって、前記光電変換部に重なる位置に配された第１部材と、
   前記第１部材に対して前記光電変換部とは反対側に配され、前記第１部材に光を集光する第１レンズと、
   前記第１レンズに対して前記光電変換部とは反対側に配された第２レンズと、
   前記第１レンズに対して前記光電変換部とは反対側に配された波長選択部と、を有する光電変換装置において、
   前記第１部材は前記半導体基板の主面に平行な面において、前記絶縁体に囲まれて配され、
   前記第１部材と前記第１レンズとの間に配された第２部材を有し、
   前記第２部材の前記面への射影の面積は、前記面における前記第１部材の配された領域の面積よりも大きく、
   前記面における前記第１部材の配された領域は、前記第２部材の前記面への前記射影に内包され、
   前記第２部材を構成する材料の屈折率は前記第１レンズを構成する材料の屈折率より低いことを特徴とする光電変換装置。
3. 前記第２部材を構成する材料の屈折率は、前記第１部材を構成する材料の屈折率よりも低いことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の光電変換装置。
4. 前記光電変換装置は、前記第１部材と前記第２部材との間に配された第３部材をさらに有し、
   前記第３部材を構成する材料の屈折率は、前記第１部材を構成する材料の屈折率よりも低く、かつ前記第２部材を構成する材料の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項３に記載の光電変換装置。
5. 前記第３部材の厚さｄ１、前記第３部材を構成する材料の屈折率Ｘ、及び前記波長選択部によって選択された光の波長ｐが、関係式（１）及び関係式（２）を満足することを特徴とする請求項４に記載の光電変換装置：
   関係式（１） ｄ１＞ｐ／８Ｘ、
   関係式（２） ｄ１＜３ｐ／８Ｘ。
6. 前記光電変換装置は、前記第１部材と前記第１レンズとの間に配された第４部材をさらに有し、
   前記第４部材を構成する材料の屈折率は、前記第１レンズを構成する材料の屈折率よりも低く、かつ前記第２部材を構成する材料の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の光電変換装置。
7. 前記第４部材の厚さｄ２、前記第４部材を構成する材料の屈折率Ｙ、及び前記波長選択部によって選択された光の波長ｐが、関係式（３）及び関係式（４）を満足することを特徴とする請求項６に記載の光電変換装置：
   関係式（３）ｄ２＞ｐ／８Ｙ、
   関係式（４）ｄ２＜３ｐ／８Ｙ。
8. 前記光電変換装置は、導電部材を含む配線層をさらに有し、
   前記半導体基板から前記第１部材の前記半導体基板とは反対側の面までの第１の距離が、前記半導体基板から前記導電部材の前記半導体基板とは反対側の面までの第２の距離よりも大きく、
   前記半導体基板から前記第１部材の前記半導体基板の側の面までの第３の距離が、前記半導体基板から前記導電部材の前記半導体基板の側の面までの第４の距離よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光電変換装置。
9. 前記半導体基板は、複数の前記光電変換部が配された撮像領域と、前記光電変換部からの信号を処理する回路が配された回路領域とを含み、
   前記第２部材は少なくとも前記撮像領域の全体に重なって配されたことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の光電変換装置。
10. 前記第１部材を構成する材料の屈折率は、前記絶縁体の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の光電変換装置。
11. 前記第１部材と前記絶縁体との間に、前記第１部材に入射した光を反射する反射部材が配されたことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の光電変換装置。
12. 前記第１部材と前記絶縁体との間に、エアギャップが配されたことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の光電変換装置。
13. 前記光電変換装置は、
    前記光電変換部とは別の光電変換部と、
    前記第１部材に対して前記光電変換部とは反対側に配され、前記第１部材と同じ材料で形成された膜を有し、
    前記膜は前記第１部材、及び前記絶縁体と接して配され、
    前記膜は前記光電変換部と前記別の光電変換部との間の領域に延在して配されたことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の光電変換装置。
14. 前記第１レンズの前記半導体基板の側の面の面積は、前記第１部材の前記光電変換部とは反対側の面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の光電変換装置。
15. 半導体基板と、
    前記半導体基板に配された光電変換部と、
    前記半導体基板の上に配された絶縁体と、
    前記半導体基板の上であって、前記光電変換部に重なる位置に配された第１部材と、
    前記第１部材に対して前記光電変換部とは反対側に配され、前記第１部材に光を集光するレンズと、
    前記レンズに対して前記光電変換部とは反対側に配された波長選択部と、を有する光電変換装置において、
    前記絶縁体は、第１部分、及び前記第１部分とは異なる領域に配された第２部分を有し、
    前記光電変換部と前記第１部材とが並ぶ第１方向と交差する第２方向に沿って、前記第１部分、前記第１部材、及び前記第２部分が並んで配され、
    前記レンズと前記第１部材との間に前記レンズより屈折率の低い膜のみが配され、
    前記膜の面積は前記第１部材の面積より大きいことを特徴とする光電変換装置。
16. 半導体基板と、
    前記半導体基板に配された光電変換部と、
    前記半導体基板の上に配された絶縁体と、
    前記半導体基板の上であって、前記光電変換部に重なる位置に配された第１部材と、
    前記第１部材に対して前記光電変換部とは反対側に配され、前記第１部材に光を集光するレンズと、
    前記レンズに対して前記光電変換部とは反対側に配された波長選択部と、を有する光電変換装置において、
    前記第１部材は前記半導体基板の主面に平行な面において、前記絶縁体に囲まれて配され、
    前記レンズと前記第１部材との間に前記レンズより屈折率の低い膜のみが配され、
    前記膜の前記面への射影の面積は、前記面における前記第１部材の配された領域の面積より大きいことを特徴とする光電変換装置。
17. 半導体基板と、
    前記半導体基板に配された光電変換部と、
    前記半導体基板の上に配された絶縁体と、
    前記半導体基板の上であって、前記光電変換部に重なる位置に配された第１部材と、
    前記第１部材に対して前記光電変換部とは反対側に配され、前記第１部材に光を集光するレンズと、を有する光電変換装置において、
    前記絶縁体は、第１部分、及び前記第１部分とは異なる領域に配された第２部分を有し、
    前記光電変換部と前記第１部材とが並ぶ第１方向と交差する第２方向に沿って、前記第１部分、前記第１部材、及び前記第２部分が並んで配され、
    前記光電変換装置はさらに、
    前記第１部材と前記レンズとの間に配された第１中間部材を有し、
    前記第１部材と前記第１中間部材の間に第２中間部材を有し、
    前記レンズと前記第１中間部材の間に第３中間部材を有し、
    前記レンズを構成する材料の屈折率ｎｆ１、前記第３中間部材の屈折率ｎｆ２、前記第１中間部材の屈折率ｎｆ３、前記第２中間部材の屈折率ｎｆ４、及び前記第１部材の屈折率ｎｆ５が、ｎｆ１＞ｎｆ５＞ｎｆ２＞ｎｆ４＞ｎｆ３の関係を満たすことを特徴とする光電変換装置。
18. 半導体基板と、
    前記半導体基板に配された光電変換部と、
    前記半導体基板の上に配された絶縁体と、
    前記半導体基板の上であって、前記光電変換部に重なる位置に配された第１部材と、
    前記第１部材に対して前記光電変換部とは反対側に配され、前記第１部材に光を集光するレンズと、を有する光電変換装置において、
    前記第１部材は前記半導体基板の主面に平行な面において、前記絶縁体に囲まれて配され、
    前記光電変換装置はさらに、
    前記第１部材と前記レンズとの間に配された第１中間部材を有し、
    前記第１部材と前記第１中間部材の間に第２中間部材を有し、
    前記レンズと前記第１中間部材の間に第３中間部材を有し、
    前記レンズを構成する材料の屈折率ｎｆ１、前記第３中間部材の屈折率ｎｆ２、前記第１中間部材の屈折率ｎｆ３、前記第２中間部材の屈折率ｎｆ４、及び前記第１部材の屈折率ｎｆ５が、ｎｆ１＞ｎｆ５＞ｎｆ２＞ｎｆ４＞ｎｆ３の関係を満たすことを特徴とする光電変換装置。