(57)【要約】【課題】光電変換装置において色むらを低減するための技術を提供する。【解決手段】光電変換装置は、複数の光電変換部、および、複数の光電変換部の上に配されたマイクロレンズアレイを有する光電変換基板と、透光板と、光電変換基板と透光板との間に配され、光電変換基板と透光板とを結合する第１部材と、第１部材とマイクロレンズアレイとの間に配された第２部材と、第１部材と第２部材との間に配された第３部材と、を備える。第１部材の屈折率＞第３部材の屈折率＞第２部材の屈折率と、第１部材の空隙率＜第３部材の空隙率＜第２部材の空隙率と、の少なくとも一方を満たす。【選択図】図１
2018060921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換装置であって、
複数の光電変換部、および、前記複数の光電変換部の上に配されたマイクロレンズアレイを有する光電変換基板と、
透光板と、
前記光電変換基板と前記透光板との間に配され、前記光電変換基板と前記透光板とを結合する第１部材と、
前記第１部材と前記マイクロレンズアレイとの間に配された第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材との間に配された第３部材と、
を備え、
前記第１部材の屈折率＞前記第３部材の屈折率＞前記第２部材の屈折率と、
前記第１部材の空隙率＜前記第３部材の空隙率＜前記第２部材の空隙率と、
の少なくとも一方を満たす、ことを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記マイクロレンズアレイに含まれるマイクロレンズの頂点の上において、前記第３部材の膜厚が前記第２部材の膜厚よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記第３部材の膜密度＞前記第２部材の膜密度
をさらに満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記複数の光電変換部の上において、前記第３部材が前記第２部材に接触することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記複数の光電変換部の上において、前記第２部材の上面が平坦であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記複数の光電変換部の上において、前記第３部材の上面が平坦であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記第１部材が前記光電変換装置の側面の一部を構成することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の光電変換装置。
【請求項８】
前記第２部材の側面と前記第３部材の側面とが互いに同一面上にあることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の光電変換装置。
【請求項９】
前記第３部材が前記第２部材の側面を覆うことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１０】
前記光電変換装置は、前記第２部材と前記マイクロレンズアレイとの間に第４部材をさらに備え、
前記第４部材の屈折率＞前記第２部材の屈折率と、
前記第４部材の空隙率＜前記第２部材の空隙率と、
の少なくとも一方を満たし、
前記第４部材の上面は、レンズ形状を有することを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１１】
前記マイクロレンズアレイは、集光に寄与しない領域を有し、
前記第４部材は、前記集光に寄与しない領域において、前記マイクロレンズアレイの下にある部材に接触することを特徴とする請求項１０に記載の光電変換装置。
【請求項１２】
前記光電変換装置は、前記複数の光電変換部と前記マイクロレンズアレイとの間に第４部材をさらに備え、
前記マイクロレンズアレイの屈折率＞前記第４部材の屈折率＞前記第２部材の屈折率と、
前記マイクロレンズアレイの空隙率＜前記第４部材の空隙率＜前記第２部材の空隙率と、
の少なくとも一方を満たし、
前記複数の光電変換部の上において、前記マイクロレンズアレイが前記第４部材に接触することを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１３】
前記第２部材と前記第３部材との少なくとも一方は、バインダによって結合された複数のフィラーを含み、
前記少なくとも一方は、前記複数のフィラーの間に空隙を有することを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１４】
前記第２部材と前記第３部材との少なくとも一方は、バインダによって結合された複数のフィラーを含み、
前記複数のフィラーは、中空構造を有することを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１５】
前記複数のフィラーは、シリカ粒子を含むことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の光電変換装置。
【請求項１６】
前記光電変換装置は、前記透光板とは反対側の面に、半田接合のための電極を有し、
前記透光板の上面に対する平面視において、前記電極と前記第２部材とは互いに間隔を置いて配されることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１７】
前記第１部材は、有機材料で構成された部材であることを特徴とする請求項１乃至１６の何れか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１７の何れか１項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置から出力された信号を処理する信号処理部と、
を備えることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハレベルチップサイズパッケージ（ＷＬ−ＣＳＰ）を使用した光電変換装置は、キャビティ構造を有するものと、充填構造を有するものとに大別される。キャビティ構造を有する光電変換装置は、光電変換基板と透光板とが環状の結合部材によって互いに結合されており、光電変換基板のマイクロレンズアレイと透光板との間に空隙を有する。充填構造を有する光電変換装置は、光電変換基板の上面全体と透光板とが結合部材によって互いに結合されている。充填構造を有する光電変換装置は、キャビティ構造を有する光電変換装置と比較して、構造的強度の点で優れるものの、空気よりも屈折率が高い結合部材によってマイクロレンズアレイが覆われているので、マイクロレンズのパワーの点で劣る。そこで、特許文献１では、結合部材よりも屈折率が低い低屈折率部材でマイクロレンズアレイの上面を覆った後に、光電変換基板と透光板とを結合部材によって互いに結合する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１５９２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の構造では、低屈折率部材と結合部材との界面での反射率が大きいので、反射の影響による色むらが発生する恐れがある。本発明は、光電変換装置において色むらを低減するための技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題に鑑みて、光電変換装置であって、複数の光電変換部、および、前記複数の光電変換部の上に配されたマイクロレンズアレイを有する光電変換基板と、透光板と、前記光電変換基板と前記透光板との間に配され、前記光電変換基板と前記透光板とを結合する第１部材と、前記第１部材と前記マイクロレンズアレイとの間に配された第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との間に配された第３部材と、を備え、前記第１部材の屈折率＞前記第３部材の屈折率＞前記第２部材の屈折率と、前記第１部材の空隙率＜前記第３部材の空隙率＜前記第２部材の空隙率と、の少なくとも一方を満たす、ことを特徴とする光電変換装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
上記手段により、光電変換装置において色むらを低減するための技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一部の実施形態の光電変換装置の構造例を説明する図。
【図２】一部の実施形態の光電変換装置の構造例を説明する図。
【図３】一部の実施形態の低屈折率部材の材料例を説明する図。
【図４】一部の実施形態の光電変換装置の製造方法例を説明する図。
【図５】一部の実施形態の光電変換装置の製造方法例を説明する図。
【図６】一部の実施形態の光電変換装置の製造方法例を説明する図。
【図７】一部の実施形態の光電変換装置の別の構造例を説明する図。
【図８】一部の実施形態の光電変換装置の別の構造例を説明する図。
【図９】一部の実施形態の光電変換装置の別の構造例を説明する図。
【図１０】一部の実施形態の光電変換装置の別の構造例を説明する図。
【図１１】一部の実施形態の光電変換装置の別の構造例を説明する図。
【図１２】一部の実施形態の光電変換装置の別の構造例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。様々な実施形態を通じて同様の要素には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。添付の図面では、説明される要素の理解を容易にするために、各要素の縮尺は実際の装置のものとは異なりうる。以下では表面照射型の光電変換装置について説明するが、裏面照射型の光電変換装置に対しても同様に本発明を適用できる。光電変換装置は、画像形成に用いられる場合に、固体撮像装置とも呼ばれうる。
【０００９】
図１〜図３を参照して、本発明の一部の実施形態に係る光電変換装置１００の構造の一例について説明する。図１（ａ）は光電変換装置１００の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡＡ線における断面図であり、図２（ａ）は図１（ａ）のＢＢ線における断面図であり、図２（ｂ）は図１（ａ）のＣＣ線における断面図である。光電変換装置１００は、ウェハレベルチップサイズパッケージの光電変換装置である。すなわち、後述する製造方法で説明されるように、光電変換装置１００は、半導体ウェハに複数の光電変換装置の構成要素を形成した後、半導体ウェハをダイシングして光電変換装置を個片化することによって得られる。
【００１０】
図１（ａ）に示すように、光電変換装置１００は、破線ＤＬ１の内側に画素領域ＰＸを有し、破線ＤＬ１と破線ＤＬ２との間に周辺領域ＰＥを有し、破線ＤＬ２の外側にスクライブ領域ＳＣを有する。画素領域ＰＸは、入射光を信号電荷に変換する複数の画素がアレイ状に配された領域である。周辺領域ＰＥは、画素に蓄積された信号電荷を読み出す回路や画素を駆動する回路が配された領域である。スクライブ領域ＳＣは、光電変換装置１００の製造過程でダイシングの対象となる領域であり、光電変換装置１００の動作に用いられる回路は配されない。図１（ａ）では、図の理解を容易にするために、各領域の境界を示す破線ＤＬ１、ＤＬ２と、低屈折率部材１１１のみを示す。
【００１１】
図１（ｂ）を参照して、光電変換装置１００の断面構造について説明する。図１（ｂ）の断面図は、画素領域ＰＸの一部から光電変換装置１００の側面１００ａを越えて光電変換装置１００の外部までに着目する。図１（ｂ）では、光電変換装置１００の１つの側面１００ａ（図１（ａ）で左側の側面）について説明するが、光電変換装置１００は他の側面についても同様の断面構造を有する。
【００１２】
光電変換装置１００は、半導体層１０１を有する。半導体層１０１は、例えばシリコン層である。画素領域ＰＸにおいて、半導体層１０１に複数の光電変換部１０２がアレイ状に配される。複数の光電変換部１０２のそれぞれは、画素の一部を構成する。トランジスタ等の画素の他の要素は周知であるので、説明を省略する。
【００１３】
光電変換装置１００はさらに、半導体層１０１の上に絶縁層１０３を有する。光電変換装置１００はさらに、絶縁層１０３の内部に形成された配線層１０４と、絶縁層１０３の上に形成された配線層１０５とを有する。そのため、絶縁層１０３は層間絶縁層とも呼ばれうる。配線層１０４、１０５は導電部材によって構成され、電気信号を伝達する。図１（ｂ）の例では２層の配線層１０４を有するが、配線層１０４の層数はこれに限られない。配線層１０４、１０５は、画素領域ＰＸ及び周辺領域ＰＥに配される。光電変換装置１００はさらに、周辺領域ＰＥにおいて、絶縁層１０３の内部に形成され絶縁層１０３の上側に突出する環状の耐湿リング１１４を有する。耐湿リング１１４は、配線層１０４、１０５の周囲を全体的に囲む。耐湿リング１１４は配線層１０４と同じ材料で形成されてもよい。
【００１４】
光電変換装置１００はさらに、絶縁層１０３及び配線層１０５の上にパッシベーション膜１０６を有する。パッシベーション膜１０６は、光電変換装置１００の全体にわたって配される。すなわち、パッシベーション膜１０６の端部は、光電変換装置１００の側面１００ａまで延びる。図１（ｂ）の例で、パッシベーション膜１０６の上面は、配線層１０５のパターンに応じた凹凸を有する。これに代えて、パッシベーション膜１０６の上面は、配線層１０５のパターンに応じた凹凸に比べて平坦であってもよい。
【００１５】
光電変換装置１００はさらに、パッシベーション膜１０６の上に平坦化層１０７を有する。平坦化層１０７は、例えば樹脂で形成された樹脂層である。平坦化層１０７の上面は下面に比べて平坦である。以下、平坦化層１０７に限らず、平坦化層は下面に比べて上面が平坦な層を意味する。平坦化層１０７は、画素領域ＰＸ及び周辺領域ＰＥの全体にわたって配されており、スクライブ領域ＳＣには配されない。図１（ｂ）の例で、平坦化層１０７の端部は周辺領域ＰＥとスクライブ領域ＳＣとの境界（破線ＤＬ２）まで延びる。これに代えて、平坦化層１０７の端部は周辺領域ＰＥの途中まで延びてもよい。
【００１６】
光電変換装置１００はさらに、平坦化層１０７の上にカラーフィルタ層１０８を有する。カラーフィルタ層１０８は、例えば樹脂で形成される。カラーフィルタ層１０８には、複数の画素に対応する複数のカラーフィルタが形成されている。複数のカラーフィルタは、例えばベイヤー配列で配置される。カラーフィルタごとに高さが異なるので、カラーフィルタ層１０８の上面は凹凸を有する。カラーフィルタ層１０８は、画素領域ＰＸの全体から周辺領域ＰＥの途中までにわたって配されており、スクライブ領域ＳＣには配されない。すなわち、カラーフィルタ層１０８の端部は、周辺領域ＰＥの途中まで延びる。
【００１７】
光電変換装置１００はさらに、平坦化層１０７及びカラーフィルタ層１０８の上に平坦化層１０９を有する。平坦化層１０９は、例えば樹脂で形成された樹脂層である。平坦化層１０９の上面のうちカラーフィルタ層１０８の上にある部分は、カラーフィルタ層１０８による凹凸に比べて平坦であり、平坦化層１０９の上面のうちカラーフィルタ層１０８の外側にある部分も、カラーフィルタ層１０８による凹凸に比べて平坦である。平坦化層１０９の上面のうちカラーフィルタ層１０８の上にある部分と外側にある部分とは、半導体層１０１から異なる高さにある。平坦化層１０９は、画素領域ＰＸ及び周辺領域ＰＥの全体にわたって配されており、スクライブ領域ＳＣには配されない。図１（ｂ）の例で、平坦化層１０９の端部は周辺領域ＰＥとスクライブ領域ＳＣとの境界（破線ＤＬ２）まで延びる。これに代えて、平坦化層１０９の端部は周辺領域ＰＥの途中まで延びてもよい。図１（ｂ）の例では、平坦化層１０７の端部と平坦化層１０９の端部とは同じ位置まで延びる。光電変換装置１００において色の識別が必要ない場合に、光電変換装置１００はカラーフィルタ層１０８及び平坦化層１０９を有していなくてもよい。
【００１８】
光電変換装置１００はさらに、平坦化層１０９の上にマイクロレンズアレイ１１０を有する。マイクロレンズアレイ１１０は、例えば樹脂で形成される。マイクロレンズアレイ１１０は、有機材料で形成されてもよいし、無機材料で形成されてもよい。マイクロレンズアレイ１１０は、アレイ状に配された複数のマイクロレンズの集合体である。複数のマイクロレンズは複数の光電変換部１０２に対応して配され、各マイクロレンズの上面は凸曲面である。マイクロレンズアレイ１１０は、画素領域ＰＸの全体から周辺領域ＰＥの途中までにわたって配されており、スクライブ領域ＳＣには配されない。マイクロレンズアレイ１１０は平坦化層１０９と同じ材料で形成されてもよいし、異なる材料で形成されてもよい。マイクロレンズアレイ１１０の端部は、カラーフィルタ層１０８の端部よりも内側（側面１００ａから遠い側）に位置する。
【００１９】
光電変換装置１００はさらに、マイクロレンズアレイ１１０の上に低屈折率部材１１１を有し、低屈折率部材１１１の上に中屈折率部材１１８を有する。低屈折率部材１１１及び中屈折率部材１１８は、画素領域ＰＸの全体から周辺領域ＰＥの途中までにわたって配されており、スクライブ領域ＳＣには配されない。低屈折率部材１１１及び中屈折率部材１１８の端部は、マイクロレンズアレイ１１０の端部よりも内側（側面１００ａから遠い側）に位置する。このように、低屈折率部材１１１及び中屈折率部材１１８はマイクロレンズアレイ１１０の一部を覆う。低屈折率部材１１１の側面と中屈折率部材１１８の側面とは互いに同一面上にある。複数の光電変換部１０２の上において、低屈折率部材１１１の上面及び中屈折率部材１１８の上面のいずれも、マイクロレンズ１１０ａによる凹凸に比べて平坦である。また、複数の光電変換部１０２の上において、低屈折率部材１１１はマイクロレンズアレイ１１０に接触し、中屈折率部材１１８は低屈折率部材１１１に接触する。マイクロレンズアレイ１１０に含まれるマイクロレンズの頂点の上において、中屈折率部材１１８の膜厚ｔ２は低屈折率部材１１１の膜厚ｔ１よりも小さい。例えば、低屈折率部材１１１のうちマイクロレンズの頂点の上にある部分の膜厚ｔ１は、２．０μｍ以上であってもよく、５．０μｍ以下であってもよく、２．０μｍ以下であってもよい。中屈折率部材１１８の膜厚ｔ２は全域にわたって一定であってもよく、例えば５０ｎｍ以上であり、例えば１５０ｎｍ以下であり、例えば９７ｎｍであってもよい。
【００２０】
上述した半導体層１０１からマイクロレンズアレイ１１０までによって構成される構造を光電変換基板と呼ぶ。光電変換装置１００はさらに、低屈折率部材１１１、中屈折率部材１１８、結合部材１１２及び透光板１１３を有する。
【００２１】
透光板１１３は、光を透過する板状の部材であり、例えばガラスで形成される。透光板１１３は、光電変換基板を保護するような強度を有していてもよい。透光板１１３の上面１１３ａは、光電変換装置１００へ入射する光を受光する受光面である。上面１１３ａから入射した光が光電変換基板によって電気信号に変換される。
【００２２】
結合部材１１２は、光電変換基板と透光板１１３との間に配されており、光電変換基板と透光板１１３とを互いに結合する。低屈折率部材１１１は、結合部材１１２とマイクロレンズアレイ１１０との間に配されている。中屈折率部材１１８は、結合部材１１２と低屈折率部材１１１との間に配されている。後述する製造方法で説明するように、結合部材１１２は接着剤が硬化することによって形成される。そのため、結合部材１１２は、単一の材料で構成された部材である。接着剤の材料として、硬化後に透明になる有機材料、例えばアクリル系エポキシが用いられうる。
【００２３】
結合部材１１２の側面は光電変換装置１００の側面１００ａの一部を構成する。結合部材１１２の上面１１２ａ（すなわち、透光板１１３側の面）は、透光板１１３に接触し、結合される。そこで、結合部材１１２の上面１１２ａを接触面又は結合面と呼ぶこともできる。上面１１２ａは光電変換装置１００の側面１００ａまで延びており、上面１１２ａの全面が透光板１１３に結合される。透光板１１３は板状の部材なので、上面１１２ａは平坦である。
【００２４】
結合部材１１２の下面１１２ｂ（すなわち、光電変換基板側の面）は、光電変換基板及び低屈折率部材１１１に接触し、結合される。そこで、結合部材１１２の下面１１２ｂを接触面又は結合面と呼ぶこともできる。上面１１２ａと下面１１２ｂとは互いに反対側にある。下面１１２ｂは光電変換装置１００の側面１００ａまで延びており、下面１１２ｂの外周付近において光電変換基板に結合される。具体的に、下面１１２ｂは、低屈折率部材１１１の上面及び側面と、マイクロレンズアレイ１１０の上面のうち低屈折率部材１１１で覆われていない部分とに接触し、結合される。下面１１２ｂはさらに、平坦化層１０９の上面のうちマイクロレンズアレイ１１０で覆われていない部分と、平坦化層１０７の端部と、パッシベーション膜１０６のうち平坦化層１０７で覆われていない部分とに接触し、結合される。
【００２５】
低屈折率部材１１１、中屈折率部材１１８及び結合部材１１２のそれぞれの屈折率が以下の関係を満たすことによって、色むらに代表される光学特性が向上しうる。
結合部材１１２の屈折率＞中屈折率部材１１８の屈折率＞低屈折率部材１１１の屈折率  …（式１）
マイクロレンズアレイ１１０、低屈折率部材１１１、中屈折率部材１１８及び結合部材１１２のそれぞれの屈折率は、以下の関係を満たしてもよい。
マイクロレンズアレイ１１０の屈折率＞結合部材１１２の屈折率＞中屈折率部材１１８の屈折率＞低屈折率部材１１１の屈折率  …（式１ａ）
例えば、波長５５０ｎｍの光に対して、マイクロレンズアレイ１１０の屈折率は１．８７であり、結合部材１１２の屈折率は１．５５であり、中屈折率部材１１８の屈折率は１．３３であり、低屈折率部材１１１の屈折率は１．２２である。さらに、低屈折率部材１１１の屈折率は１．１５以上であってもよく、１．３０以下であってもよい。マイクロレンズアレイ１１０の屈折率は１．５０以上であってもよく、１．９０以下であってもよい。マイクロレンズアレイ１１０が単一の部材で形成される場合に、その部材の屈折率がマイクロレンズアレイ１１０の屈折率である。マイクロレンズアレイ１１０が積層構造を有しており、各層が異なる材料で形成される場合に、低屈折率部材１１１に最も近い層の屈折率をマイクロレンズアレイ１１０の屈折率としてもよい。
マイクロレンズアレイ１１０、低屈折率部材１１１、中屈折率部材１１８及び結合部材１１２のそれぞれの屈折率は、以下の関係を満たしてもよい。
結合部材１１２の屈折率＞マイクロレンズアレイ１１０の屈折率＞中屈折率部材１１８の屈折率＞低屈折率部材１１１の屈折率  …（式１ｂ）
【００２６】
一般的に、主成分が同じ材料である部材の屈折率と空隙率とは負の相関関係を有しうる。空隙率は、全体のうち気体部分が占める体積の比率として定義可能である。空隙率は、断面図において、全体のうち空隙部分が占める面積の比率として測定することも可能である。空隙率の具体的な測定方法の一例では、測定対象の断面の電子顕微鏡写真を得て、画像処理により空隙部と固体部を２値化処理し、単位面積当たりの空隙部の面積を空隙率とする。そこで、マイクロレンズアレイ１１０、低屈折率部材１１１、中屈折率部材１１８及び結合部材１１２のそれぞれの空隙率が以下の関係を満たすことによって、光学的特性や機械的特性が向上しうる。
結合部材１１２の空隙率＜中屈折率部材１１８の空隙率＜低屈折率部材１１１の空隙率  …（式２）
光電変換装置１００は、式１と式２との少なくとも一方を満たしてもよい。低屈折率部材１１１の空隙率は例えば４０％以上であってもよく、６０％以下であってもよい。中屈折率部材１１８の空隙率は例えば２０％以上であってもよく、４０％以下であってもよい。結合部材１１２の空隙率は例えば２０％以上であってもよく、３０％以下であってもよい。マイクロレンズアレイ１１０の空隙率は例えば０％以上であってもよく、２０％以下であってもよい。マイクロレンズアレイ１１０の空隙率は０％であってもよい。
マイクロレンズアレイ１１０、中屈折率部材１１８及び結合部材１１２のそれぞれの空隙率は、以下の関係を満たしてもよい。
マイクロレンズアレイ１１０の空隙率≠中屈折率部材１１８の空隙率  …（式２ａ）
マイクロレンズアレイ１１０の空隙率＜結合部材１１２の空隙率  …（式２ｂ）
【００２７】
さらに、低屈折率部材１１１及び中屈折率部材１１８は、以下の関係を満たしてもよい。
中屈折率部材１１８の膜密度＞低屈折率部材１１１の膜密度  …（式３）
例えば、低屈折率部材１１１の膜密度は０．１ｇ／ｃｍ3以上であってもよく、１．０ｇ／ｃｍ3以下であってもよい。中屈折率部材１１８の膜密度は１．０ｇ／ｃｍ3以上であってもよく、１０ｇ／ｃｍ3以下であってもよい。
【００２８】
続いて、図２（ａ）を参照して、光電変換装置１００の別の断面構造について説明する。図２（ａ）は、図１（ｂ）とは別の位置にある断面であり、電極１１６を通る断面を示す。図２（ａ）の断面図も、画素領域ＰＸの一部から光電変換装置１００の側面１００ａを越えて光電変換装置１００の外部までに着目する。図２（ａ）では、光電変換装置１００の１つの側面１００ａ（図１（ａ）で左側の側面）について説明するが、光電変換装置１００は他の側面についても同様の断面構造を有してもよい。
【００２９】
図２（ａ）に示すように、半導体層１０１及び絶縁層１０３には貫通孔１１５が形成されている。貫通孔１１５の一端は、配線層１０５の一部１０５ａに到達する。光電変換装置１００はさらに、貫通孔１１５を通る電極１１６を有する。電極１１６の一部は配線層１０５の一部１０５ａに接触し、結合されており、電極１１６の他の一部１１６ａは、半導体層１０１の下面（すなわち、透光板１１３とは反対側の面）に平行に延びる。電極１１６の一部１１６ａには、光電変換装置１００を実装基板に半田接合するための半田バンプ１１７が設けられる。電極１１６の一部１１６ａと、低屈折率部材１１１及び中屈折率部材１１８とは、透光板１１３の上面１１３ａに対する平面視において、互いに間隔Ｗを置いて配される。このような配置によって、光電変換装置１００を実装基板に半田接合する際に低屈折率部材１１１及び中屈折率部材１１８に及ぶ力を低減することができる。この配置は、低屈折率部材１１１及び中屈折率部材１１８の構造的強度が低い場合に有利である。
【００３０】
続いて、図２（ｂ）を参照して、光電変換装置１００の別の断面構造について説明する。図２（ｂ）は、図１（ｂ）とは別の位置にある断面であり、検査用のパッドを通る断面を示す。図２（ｂ）の断面図も、画素領域ＰＸの一部から光電変換装置１００の側面１００ａを越えて光電変換装置１００の外部までに着目する。図２（ｂ）では、光電変換装置１００の１つの側面１００ａ（図１（ａ）で左側の側面）について説明するが、光電変換装置１００は他の側面についても同様の断面構造を有してもよい。
【００３１】
配線層１０５の一部１０５ｂの上から、パッシベーション膜１０６、平坦化層１０７及び平坦化層１０９が除去されている。配線層１０５の一部１０５ｂは、周辺領域ＰＥに位置する。配線層１０５の一部１０５ｂは、光電変換装置１００の製造中に、光電変換基板を検査するためのパッドとして機能する。結合部材１１２の下面１１２ｂは、配線層１０５の一部１０５ｂにも接触し、結合される。
【００３２】
続いて、図３を参照して、低屈折率部材１１１の材料の例を説明する。中屈折率部材１１８も、以下に説明する低屈折率部材１１１と同様の材料で形成されてもよい。図３（ａ）に示される例で、低屈折率部材１１１は、複数の鎖状フィラー３０１と、複数の鎖状フィラー３０１を結合するバインダ３０２（結合剤）とによって形成される。複数の鎖状フィラー３０１のそれぞれは例えばソリッドなシリカ粒子を含みうる。バインダは、例えばポリシロキサンやアクリル樹脂である。鎖状フィラー３０１の各々はバインダ３０２に包まれている。バインダ３０２によって複数の鎖状フィラー３０１が互いに結合することによって、複数の鎖状フィラー３０１は鎖が立体的に結合した構造が形成される。そのため、低屈折率部材１１１は、複数の鎖状フィラー３０１の間に空隙３０３を有する。
【００３３】
図３（ｂ）に示される例では、低屈折率部材１１１は、複数の粒状フィラー３０４と、複数の粒状フィラー３０４を結合するバインダ３０５（結合剤）とによって形成される。複数の粒状フィラー３０４のそれぞれは内部に空隙３０６を含む中空構造を有し、例えば中空のシリカ粒子を含みうる。バインダは、例えばポリシロキサンやアクリル樹脂である。
【００３４】
低屈折率部材１１１及び中屈折率部材１１８はどちらの同じ構造を有してもよいし、異なる構造を有してもよい。例えば、低屈折率部材１１１及び中屈折率部材１１８の両方が図３（ａ）又は図３（ｂ）の構造を有してもよい。これに代えて、低屈折率部材１１１が図３（ａ）及び図３（ｂ）の一方の構造を有し、中屈折率部材１１８が図３（ａ）又は図３（ｂ）の他方の構造を有してもよい。低屈折率部材１１１及び中屈折率部材１１８のそれぞれの空隙率は、空隙３０３、３０６の占める割合を調整することで設定可能である。図３のいずれの例の材料を用いても、低屈折率部材１１１及び中屈折率部材１１８が空隙３０３、３０６を含む構造であるので、空隙率をマイクロレンズアレイ１１０よりも高くすることができる。
【００３５】
上述のように、光電変換装置１００では、式１と式２との少なくとも一方を満たすので、以下の効果を有しうる。まず、低屈折率部材１１１の上面での１次反射及びマイクロレンズアレイ１１０の上面での２次反射をともに低減できる。そのため、光電変換装置１００における色むらが低減される。また、低屈折率部材１１１を薄膜化できるため、光電変換装置１００におけるクラックの発生を抑制できる。さらに、低屈折率部材１１１と結合部材１１２との間に中屈折率部材１１８を配することによって、低屈折率部材１１１と結合部材１１２との間の応力が緩和され、その結果として光電変換装置１００におけるクラックや膜剥がれを抑制できる。さらに、結合部材１１２の下面１１２ｂが、マイクロレンズアレイ１１０の上面の一部及び平坦化層１０９の上面の一部とも接触し、結合するので、結合強度が相対的に弱い中屈折率部材１１８との結合面積の割合を減らすことができる。さらに、光電変換基板の一部（例えば、マイクロレンズアレイ１１０）が有機材料で形成されており、結合部材１１２の下面１１２ｂが有機材料の部分に接触し、結合される場合に、ＯＨ基やＣＯＯＨ基等の極性基による密着性向上が図れる。結合部材１１２と光電変換基板との結合が向上することによって、光電変換装置１００の使用時の吸湿、衝撃、温度変化による剥れやクラックを抑制できる。
【００３６】
続いて、図４〜図６を参照して、光電変換装置１００の製造方法について説明する。まず、図４（ａ）、（ｂ）に示すような半導体層１０１を準備する。図４（ａ）は半導体層１０１の平面図を示し、図４（ｂ）はＤＤ線における断面図を示す。図４（ａ）のＤＤ線は、図１（ａ）のＣＣ線に対応する位置にある。図４（ａ）に示すように、半導体層１０１には、画素領域ＰＸとその周囲にある周辺領域ＰＥとの組が複数、間隔を置いて３行３列に配されている。画素領域ＰＸ及び周辺領域ＰＥの各組には、１つの光電変換装置１００を構成するための不純物領域（例えば、光電変換部１０２）が形成されている。周辺領域ＰＥの外側の領域がスクライブ領域ＳＣとなる。図４（ｂ）の断面図は、１つの画素領域ＰＸの一部からスクライブ領域ＳＣを越えて、他の光電変換装置１００を形成するための周辺領域ＰＥの一部までに着目する。
【００３７】
次に、図４（ｃ）に示すように、半導体層１０１の上に、絶縁層１０３、配線層１０４、配線層１０５、耐湿リング１１４及びパッシベーション膜１０６を形成する。この工程には既存の技術を用いてもよいので、詳細な説明を省略する。次に、図５（ａ）に示すように、配線層１０５の一部１０５ｂを露出するように、パッシベーション膜１０６に開口を形成する。上述のように、配線層１０５の一部１０５ｂは検査用のパッドとして用いられる。
【００３８】
次に、図５（ｂ）に示すように、パッシベーション膜１０６の上に、平坦化層１０７、カラーフィルタ層１０８、平坦化層１０９及びマイクロレンズアレイ１１０をこの順に形成する。例えば、平坦化層１０７及び平坦化層１０９はそれぞれ、樹脂材料をスピンコートした後にベークすることによって形成される。カラーフィルタ層１０８は、有機樹脂を塗布した後、フォトリソグラフィー工程を行うことで形成される。マイクロレンズアレイ１１０は、有機材料又は無機材料を成膜した後、フォトリソグラフィー工程やエッチバック工程を行うことで形成される。
【００３９】
次に、図６（ａ）に示すように、平坦化層１０７及び平坦化層１０９のうち、スクライブ領域ＳＣを覆う部分と、配線層１０５の一部１０５ｂを覆う部分とを除去する。この工程において、図６（ａ）に示すように、平坦化層１０７及び平坦化層１０９のうち、スクライブ領域ＳＣと配線層１０５の一部１０５ｂとの間を覆う部分も除去してもよい。その後、低屈折率部材１１１及び中屈折率部材１１８をこの順に形成する。例えば、低屈折率部材１１１及び中屈折率部材１１８は、ドライエッチング、ウェットエッチング又は印刷法などによって形成される。低屈折率部材１１１及び中屈折率部材１１８が感光性材料で形成される場合に、低屈折率部材１１１は、フォトリソグラフィー工程によって形成されてもよい。以上の工程によって、光電変換基板が形成される。
【００４０】
次に、図６（ｂ）に示すように、上記の工程で形成された光電変換基板と、別途用意した透光板１１３とを接着剤１１２’によって貼り合わせ、その後に接着剤１１２’を硬化させる。硬化した接着剤１１２’が結合部材１１２となる。その後、図示しない工程において、半導体層１０１の下面を研磨することによって半導体層１０１を薄くする。そして、半導体層１０１及び絶縁層１０３を貫通する貫通孔１１５を形成し、この貫通孔１１５を通る電極１１６を形成する。さらに、スクライブ領域ＳＣをダイシングすることによって、複数の（この例では９個の）光電変換装置１００が得られる。
【００４１】
続いて、図７〜図９を参照して、光電変換装置１００の様々な変形例について説明する。変形例に示される構成は、光電変換装置１００の一部の側面に対してのみ適用されてもよいし、すべての側面に対して適用されてもよい。また、光電変換装置１００の側面ごとに、適用する変形例が同じであってもよいし、異なっていてもよい。以下の説明において、光電変換装置１００と同様の構成については説明を省略し、相違点について説明する。以下の説明する各図面は、図１（ｂ）に示した光電変換装置１００の断面図に対応する。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した断面図についても同様の相違点を有する。
【００４２】
図７（ａ）に示される光電変換装置７００では、低屈折率部材１１１及び中屈折率部材１１８の端部の位置が光電変換装置１００とは異なる。低屈折率部材１１１及び中屈折率部材１１８は、マイクロレンズアレイ１１０の全体を覆う。透光板１１３の上面１１３ａに対する平面視において、低屈折率部材１１１及び中屈折率部材１１８の端部は、マイクロレンズアレイ１１０の端部とカラーフィルタ層１０８の端部との間に位置する。
【００４３】
図７（ｂ）に示される光電変換装置７５０では、低屈折率部材１１１及び中屈折率部材１１８の端部の位置が光電変換装置１００とは異なる。低屈折率部材１１１及び中屈折率部材１１８は、マイクロレンズアレイ１１０の全体を覆う。透光板１１３の上面１１３ａに対する平面視において、低屈折率部材１１１及び中屈折率部材１１８の端部は、カラーフィルタ層１０８の端部と平坦化層１０９の端部との間に位置する。
【００４４】
図８（ａ）に示される光電変換装置８００では、マイクロレンズアレイ１１０の上面全体を覆う中間膜８０１をさらに有する点で光電変換装置１００とは異なる。中間膜８０１は、マイクロレンズアレイ１１０の少なくとも一部と低屈折率部材１１１との間に配されている。中間膜８０１は、以下の式４と式５との少なくとも一方を満たす材料で形成されてもよい。
マイクロレンズアレイ１１０の屈折率＞中間膜８０１の屈折率＞低屈折率部材１１１の屈折率  …（式４）
中間膜８０１の空隙率＜低屈折率部材１１１の空隙率  …（式５）
さらに、中間膜８０１は、以下の式６と式７との少なくとも一方を満たす材料で形成されてもよい。
マイクロレンズアレイ１１０の屈折率＞中間膜８０１の屈折率＞中屈折率部材１１８の屈折率  …（式６）
中間膜８０１の空隙率＜中屈折率部材１１８の空隙率  …（式７）
例えば、マイクロレンズアレイ１１０がシリコン窒化物（波長５５０ｎｍの光に対して屈折率は１．８７）で形成される場合に、中間膜８０１はシリコン酸化物（波長５５０ｎｍの光に対して屈折率は１．４７）で形成されてもよい。中間膜８０１は、マイクロレンズアレイ１１０と低屈折率部材１１１との間から、低屈折率部材１１１の端部よりも外側に延在した部分を有する。この延在した部分は、光電変換基板と結合部材１１２との間に位置する。中間膜８０１は、一例では平坦化層１０９の端部まで延在しており、この延在した部分の端部は光電変換装置８００の側面から離れている。中間膜８０１のうちマイクロレンズアレイ１１０を覆う部分の上面は、マイクロレンズアレイ１１０の上面と同様の曲面形状となる。すなわち、中間膜８０１の上面はレンズ形状を有する。すなわち、中間膜８０１の上面はレンズアレイ１１０の凹凸に応じた凹凸を有する。そのため、マイクロレンズアレイ１１０と、中間膜８０１のうちマイクロレンズアレイ１１０の上にある部分とを合わせたものがマイクロレンズアレイを構成するとみなしてもよい。中間膜８０１は、反射防止、密着性向上、汚染防止、応力緩和などの様々な効果を有する部材として機能する。中間膜８０１は、例えば無機材料膜である。
【００４５】
図８（ｂ）に示される光電変換装置８５０では、マイクロレンズアレイ１１０の上面の一部を覆う中間膜８５１をさらに有する点で光電変換装置１００とは異なる。中間膜８５１の材料は中間膜８０１の材料と同じであってもよい。中間膜８５１の端部は低屈折率部材１１１の端部と一致する。そのため、中間膜８５１の上面は低屈折率部材１１１で覆われているので、結合部材１１２の下面１１２ｂに接触する部分を含まない。
【００４６】
図９（ａ）に示される光電変換装置９００では、スクライブ領域ＳＣに絶縁層１０３が段差を有する点で光電変換装置１００とは異なる。結合部材１１２の下面１１２ｂは、この段差に接触し、結合される。この段差の底の部分に絶縁層１０３の一部が残っているので、結合部材１１２は半導体層１０１に接触しない。
【００４７】
図９（ｂ）に示される光電変換装置９５０では、平坦化層１０７、カラーフィルタ層１０８、平坦化層１０９及びマイクロレンズアレイ１１０がそれぞれ光電変換装置１００の側面１００ａまで延びている点で光電変換装置１００とは異なる。マイクロレンズアレイ１１０の一部は低屈折率部材１１１で覆われていない。そのため、結合部材１１２の下面１１２ｂは、マイクロレンズアレイ１１０のこの部分に接触し、結合される。
【００４８】
図１０（ａ）に示される光電変換装置１０００では、中屈折率部材１１８の端部が平坦化層１０９の端部まで延在している点で光電変換装置１００とは異なる。この結果、中屈折率部材１１８は、低屈折率部材１１１の側面と、マイクロレンズアレイ１１０の一部分と、平坦化層１０９の一部分とを覆い、これらに接触する。これに代えて、中屈折率部材１１８の端部は、低屈折率部材１１１の端部と平坦化層１０９の端部との間の何れに位置にあってもよい。
【００４９】
図１０（ｂ）に示される光電変換装置１０５０では、中屈折率部材１１８と結合部材１１２との間にマスク層１１９をさらに有する点で光電変換装置１００とは異なる。マスク層１１９は、上述の図６（ａ）において低屈折率部材１１１及び中屈折率部材１１８を形成するためのエッチングに用いられるものである。エッチング後に、マスク層１１９を除去することなく、光電変換基板と透光板１１３とを接着剤１１２’によって貼り合わせる。
【００５０】
図１１に示される光電変換装置１１００では、中間膜１１０１をさらに有する点で光電変換装置１００とは異なる。中間膜１１０１は、平坦化層１０９とマイクロレンズアレイ１１０との間に配されている。すなわち、中間膜１１０１は、複数の光電変換部１０２とマイクロレンズアレイ１１０との間に配されている。複数の光電変換部１０２の上において、マイクロレンズアレイ１１０は中間膜１１０１に接触し、中間膜１１０１は平坦化層１０９に接触する。中間膜１１０１の材料は中間膜８０１の材料と同じであってもよい。中間膜１１０１の端部は平坦化層１０９の端部まで延在している。これに代えて、中間膜１１０１の端部は、低屈折率部材１１１の端部とマイクロレンズアレイ１１０の端部との間の何れに位置にあってもよい。さらに、中間膜１１０１を設けるかわりに、平坦化層１０９が中間膜１１０１と同様の反射防止、密着性向上、汚染防止、応力緩和などの様々な効果を有する部材として機能してもよい。
【００５１】
図１２を参照して、上述の様々な実施形態に係る光電変換装置のマイクロレンズアレイ１１０の具体例について説明する。図１２（ａ）は、マイクロレンズアレイ１１０の一部分に着目した平面図である。マイクロレンズアレイ１１０は、複数の光電変換部１０２に対応した複数のマイクロレンズ１１０ａによって構成される。複数のマイクロレンズは、複数の光電変換部１０２と同様に、アレイ状に配されている。マイクロレンズアレイ１１０は、アレイの対角線方向に並んだ２つのマイクロレンズ１１０ａの間に、集光に寄与しない領域１００ｂを有する。集光に寄与しない領域１００ｂは、マイクロレンズ１１０ａと同じ材料で形成された、マイクロレンズ１１０ａによる凹凸に比べて平坦な部分であってもよい。また、集光に寄与しない領域１００ｂは、他の部材（後述するように結合部材１１２や中間膜８０１など）が配された部分であってもよい。図１２は、後者の場合について説明する。
【００５２】
図１２（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ、上述の様々な実施形態に係る光電変換装置のうち、マイクロレンズアレイ１１０を含む部分の断面図である。各図の左側は図１２（ａ）のＤＤ線断面図であり、右側は図１２（ａ）のＥＥ線断面図である。図１２（ｂ）は、光電変換装置１００のように結合部材１１２がマイクロレンズアレイ１１０に接触し、マイクロレンズアレイ１１０が平坦化層１０９に接触する光電変換装置の断面図を示す。この例では、集光に寄与しない領域１００ｂにおいて、結合部材１１２が平坦化層１０９に接触する。図１２（ｃ）は、光電変換装置８００のように結合部材１１２とマイクロレンズアレイ１１０との間に中間膜８０１が配された光電変換装置の断面図を示す。この例では、集光に寄与しない領域１００ｂにおいて、結合部材１１２が中間膜８０１に接触し、中間膜８０１が平坦化層１０９に接触する。図１２（ｄ）は、光電変換装置１１００のようにマイクロレンズアレイ１１０と平坦化層１０９との間に中間膜１１０１が配された光電変換装置の断面図を示す。この例では、集光に寄与しない領域１００ｂにおいて、結合部材１１２が中間膜８０１に接触する。図１２（ｂ）〜図１２（ｄ）の構成のうち、図１２（ｃ）及び図１２（ｄ）の構成では、結合部材１１２と平坦化層１０９との間に中間膜８０１又は中間膜１１０１が配されるので、低屈折率部材１１１の底面での１次反射を低減できる。
【００５３】
以下、上記の各実施形態に係る光電変換装置の応用例として、この光電変換装置が組み込まれたシステムの一例であるカメラについて例示的に説明する。カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に有するシステム（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末、自動車等）も含まれる。また、カメラはたとえばカメラヘッドなどのモジュール部品であってもよい。カメラは、上記の実施形態として例示された本発明に係る光電変換装置と、この光電変換装置から出力された信号を処理する信号処理部とを含む。この信号処理部は、例えば、光電変換装置で得られた信号に基づくデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。このデジタルデータを生成するためのＡ／Ｄ変換器を、光電変換装置の半導体層に設けてもよいし、別の半導体層に設けてもよい。また、半導体層１０１を１μｍ〜５００μｍ程度に薄化する場合には半導体層１０１に対して透光板１１３とは反対側に配された支持基板を別途用いることができる。この支持基板にＡ／Ｄ変換器やプロセッサ、メモリを配置してもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１００  光電変換装置、１１０  マイクロレンズアレイ、１１１  低屈折率部材、１１２  結合部材、１１３  透光板、１１８  中屈折率部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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