[发明专利]半导体器件和电子装置

说明书

相关申请的交叉参考

本申请包含与2009年12月28日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-298365所公开的内容相关的主题，在此将该项日本优先权申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及利用等离子体激元(plasmon)现象的半导体器件，并涉及设有由这种半导体器件构成的固体摄像器件的例如照相机等电子装置。

背景技术

近年来，一种被称为表面等离子体激元的特殊光倍受关注，这种表面等离子体激元作为光与例如金、银、铜或铝等金属型材料在特殊条件下发生耦合的结果，是因在微小区域内所产生的强电场而引发的。在实践中，这种现象的应用一直活跃于生物学领域，这些应用例如有SPR(Surface Plasmon Resonance)显微镜：该显微镜中利用了Kretschmann结构与衰减全反射(Attenuated Total Reflection)原理的结合，以用于观察对例如蛋白质单分子等单分子的吸收。可将“衰减全反射”缩写为“ATR”，并“SPR”是表面等离子体激元共振的缩写。

已经提出了利用等离子体激元的优点来减小图像传感器(所谓的固体摄像器件)中的光电二极管的厚度并提高光电二极管的灵敏度的技术(见JP-A-2009-38352(专利文件1)和JP-A-2009-147326(专利文件2))。

图14A和图14B示出了专利文件1中所披露的图像传感器。基本上，上述图像传感器设有埋置于其中的等离子体激元共振体(金属粒子)，这使得上述传感器能够被设置成具有较小厚度并具有在其深度方向上起作用的分光功能。图14A中所示的图像传感器101具有在p型半导体基板102上依次形成的n型半导体区域103、p型半导体区域104和另一个n型半导体区域105，从而提供了具有pn结的光电转换层。在p型半导体基板102中埋置有与红光R进行等离子体激元共振的等离子体激元共振体106。在n型半导体区域103中埋置有与绿光G进行等离子体激元共振的等离子体激元共振体107。在p型半导体区域104中埋置有与蓝光B进行等离子体激元共振的等离子体激元共振体108。等离子体激元共振体106、107和108中的每一者都包覆有透明绝缘膜109。光L进入这种具有pn结的光电转换层中，并且光的红色光束、绿色光束和蓝色光束分别进入等离子体激元共振体106、107和108。当这些等离子体激元共振体与入射在其上的光束进行等离子体激元共振时，上述红色光束、绿色光束和蓝色光束被局限在等离子体激元共振体106、107和108附近的狭小区域内。由从上述那些狭小区域再出射的光束产生的电荷被累积起来，并且所生成的信号通过读出部111而被读出。

图14B中所示的图像传感器113设有光电转换层115、116和117，这些光电转换层通过透明绝缘膜114而彼此隔开。在光电转换层115、116和117中分别埋置有与红光R、绿光G和蓝光B进行等离子体激元共振的等离子体激元共振体106、107和108。等离子体激元共振体106、107和108中的每一者都包覆有透明绝缘膜109。在光电转换层115、116和117中的每一者的两端处形成有作为读出部的电极118A和118B。光L进入光电转换层115、116和117中，并通过等离子体激元共振体106、107和108而将光的红色光束、绿色光束和蓝色光束增强。通过电极118A和118B将如上所述已从价带激发至导带的电子作为信号而读出。

通过使用上述结构(该结构中，层叠地形成有多个光电转换层，各光电转换层中设置有等离子体激元共振体)，能够以更小的厚度来提供传感器而灵敏度没有丝毫降低。由于设置在各个光电转换层中的等离子体激元共振体的共振峰位于不同波段中，且由此可将这些共振体作为分光元件，所以能够提供具有在深度方向上起作用的颜色分离功能的传感器。

当设置于传感器的不同深度处的等离子体激元共振体仅仅吸收光束时，无法检测这些光束的强度。因为从等离子体激元共振体再次出射的光束通过这些共振体周围的材料而被光电转换从而将入射光束的强度转换为电荷量，所以能够检测出与等离子体激元共振体的共振峰相关联的各个波段中的光束强度。通过使用pn结和电极，能够以电压或电流的形式获得电荷的量，从而能够获得在各个波段中的光束强度作为电信号。