JP2016092824A - 半導体装置、撮像装置及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1乃至第4の画素を有する画素部と、第1乃至第4の画素の外部に設けられた第1及び第2のスイッチと、第1乃至第4の画素の外部に設けられた第1の配線と、を有し、第1の画素及び第2の画素は、第2の配線と電気的に接続され、第3の画素及び第4の画素は、第3の配線と電気的に接続され、第1のスイッチの第1の端子は、第1の配線と電気的に接続され、第1のスイッチの第2の端子は、第2の配線と電気的に接続され、第2のスイッチの第1の端子は、第1の配線と電気的に接続され、第2のスイッチの第2の端子は、第3の配線と電気的に接続されている半導体装置。
【選択図】図1
Description
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置の構成例について説明する。
図1に、本発明の一態様にかかる半導体装置10の構成例を示す。半導体装置10は、画素部20、回路30、回路40を有する。また、半導体装置10は、画素部20の外部に配線VIN、複数のスイッチSを有する。
次に、半導体装置10の具体的な回路構成について説明する。図2に、画素21、回路41を含む半導体装置10の回路構成の一例を示す。なお、ここではトランジスタが全てnチャネル型である例を示すが、以下に説明する各トランジスタは、それぞれnチャネル型であってもpチャネル型であってもよい。
次に、画素21から光データ信号を読み出す際の動作について説明する。
次に、半導体装置10の具体的な動作例について説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様に係る画素の構成例について説明する。
上記実施の形態で用いることができる画素21のレイアウトの例を、図5に示す。なお、図5において、同一のハッチパターンで表す配線、導電層、半導体層は、同一の材料を用いて同一の工程で形成することができる。
次に、実施の形態1で説明した画素21の変形例について説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置を用いた撮像装置について説明する。
本実施の形態では、半導体装置10に用いることができる素子の構成例について説明する。
図11(A)に、トランジスタ801、トランジスタ802、フォトダイオード803の構成例を示す。トランジスタ801は、配線819及び導電層823を介してトランジスタ802と接続され、トランジスタ802は、導電層830を介してフォトダイオード803と接続されている。
まず、トランジスタ801について説明する。
次に、トランジスタ802について説明する。トランジスタ802は、OSトランジスタである。
次に、フォトダイオード803について説明する。
図11においては、フォトダイオード803がトランジスタ802上に積層された構造を示したが、フォトダイオード803の位置はこれに限られない。例えば、図12(A)に示すように、フォトダイオード803をトランジスタ801とトランジスタ802の間の層に設けることもできる。
半導体基板810を用いて複数のトランジスタを形成することもできる。図13(A)に、半導体基板810を用いてトランジスタ804およびトランジスタ805を形成した例を示す。
本実施の形態では、カラーフィルタ等が付加された撮像装置の構成例について説明する。
本実施の形態では、半導体装置10の別の構成例について説明する。
本実施の形態では、上記実施の形態において用いることができるトランジスタの構成について説明する。
図16(A)に、上記実施の形態で用いることができるトランジスタ400の構成を示す。トランジスタ400は、絶縁層402及び絶縁層403を介して絶縁層401上に形成されている。なお、ここではトランジスタ400をトップゲート構造のトランジスタとして例示しているが、ボトムゲート構造のトランジスタとしてもよい。
次に、上記のトランジスタ400と置き換えて使用することができるトランジスタの構成例について、図17乃至図21を用いて説明する。
図17(A1)に例示するトランジスタ510は、ボトムゲート型のトランジスタの1つであるチャネル保護型のトランジスタである。トランジスタ510は、絶縁層403上にゲート電極として機能できる電極446を有する。また、電極446上に絶縁層411を介して半導体層421を有する。電極446は電極444、電極445と同様の材料及び方法で形成することができる。
図18(A1)に例示するトランジスタ530は、トップゲート型のトランジスタの1つである。トランジスタ530は、絶縁層403の上に半導体層421を有し、半導体層421および絶縁層403上に、半導体層421の一部に接する電極444および半導体層421の一部に接する電極445を有し、半導体層421、電極444、および電極445上に絶縁層411を有し、絶縁層411上に電極446を有する。
図19に例示するトランジスタ550は、半導体層421bの上面及び側面が半導体層421aに覆われた構造を有する。図19(A)はトランジスタ550の上面図である。図19(B)は、図19(A)中のX1−X2の一点鎖線で示した部位の断面図(チャネル長方向の断面図)である。図19(C)は、図19(A)中のY1−Y2の一点鎖線で示した部位の断面図(チャネル幅方向の断面図)である。
次に、酸化物半導体の構造について説明する。
CAAC−OS膜は、c軸配向した複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つである。
微結晶酸化物半導体膜は、高分解能TEM像において、結晶部を確認することのできる領域と、明確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。微結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶部は、1nm以上100nm以下、または1nm以上10nm以下の大きさであることが多い。特に、1nm以上10nm以下、または1nm以上3nm以下の微結晶であるナノ結晶(nc:nanocrystal)を有する酸化物半導体膜を、nc−OS(nanocrystalline Oxide Semiconductor)膜と呼ぶ。また、nc−OS膜は、例えば、高分解能TEM像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。
非晶質酸化物半導体膜は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶部を有さない酸化物半導体膜である。石英のような無定形状態を有する酸化物半導体膜が一例である。
本明細書において、特に断りがない場合、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態(非導通状態、遮断状態、ともいう)にあるときのドレイン電流をいう。オフ状態とは、特に断りがない場合、nチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Vgsがしきい値電圧Vthよりも低い状態、pチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Vgsがしきい値電圧Vthよりも高い状態をいう。例えば、nチャネル型のトランジスタのオフ電流とは、ゲートとソースの間の電圧Vgsがしきい値電圧Vthよりも低いときのドレイン電流を言う場合がある。
本明細書等で開示された、金属膜、半導体膜、無機絶縁膜など様々な膜はスパッタ法やプラズマCVD法により形成することができるが、他の方法、例えば、熱CVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成してもよい。熱CVD法の例としてMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法やALD(Atomic Layer Deposition)法を使っても良い。
本実施の形態では、本発明の一態様に係る撮像装置を用いた電子機器の一例について説明する。
20 画素部
21 画素
30 回路
40 回路
41 回路
50 回路
60 回路
101 光電変換素子
102 トランジスタ
103 トランジスタ
104 トランジスタ
105 容量
110 トランジスタ
120 トランジスタ
201 導電層
202 導電層
203 導電層
204 導電層
211 導電層
212 導電層
221 半導体層
222 半導体層
231 導電層
232 導電層
233 導電層
234 導電層
241 導電層
242 導電層
243 導電層
250 導電層
251 開口部
252 開口部
253 開口部
254 開口部
255 開口部
256 開口部
257 開口部
300 撮像装置
310 光検出部
320 データ処理部
321 回路
400 トランジスタ
401 絶縁層
402 絶縁層
403 絶縁層
411 絶縁層
412 絶縁層
413 絶縁層
414 層
417 絶縁層
421 半導体層
443 電極
444 電極
445 電極
446 電極
450 絶縁層
451 電極
452 トランジスタ
455 不純物元素
490 トラップ準位
510 トランジスタ
511 トランジスタ
520 トランジスタ
521 トランジスタ
530 トランジスタ
531 トランジスタ
540 トランジスタ
541 トランジスタ
550 トランジスタ
551 トランジスタ
801 トランジスタ
802 トランジスタ
803 フォトダイオード
804 トランジスタ
805 トランジスタ
806 トランジスタ
807 トランジスタ
810 半導体基板
811 素子分離層
812 不純物領域
813 絶縁層
814 導電層
815 サイドウォール
816 絶縁層
817 絶縁層
818 導電層
819 配線
820 絶縁層
821 導電層
822 絶縁層
823 導電層
824 酸化物半導体層
825 導電層
826 絶縁層
827 導電層
828 絶縁層
829 絶縁層
830 導電層
831 配線
832 n型半導体層
833 i型半導体層
834 p型半導体層
835 絶縁層
836 導電層
837 配線
842 不純物領域
843 絶縁層
844 導電層
852 不純物領域
853 絶縁層
854 導電層
861 不純物領域
862 導電層
900 素子
901 基板
902 電極
903 光電変換層
904 電極
905 正孔注入障壁層
1001 筐体
1002 筐体
1003 表示部
1004 表示部
1005 マイク
1006 スピーカー
1007 操作キー
1008 スタイラス
1009 カメラ
1011 筐体
1012 表示部
1019 カメラ
1021 筐体
1022 シャッターボタン
1023 マイク
1025 レンズ
1027 発光部
1031 筐体
1032 表示部
1033 リストバンド
1039 カメラ
1041 筐体
1042 筐体
1043 表示部
1044 操作キー
1045 レンズ
1046 接続部
1051 筐体
1052 表示部
1054 スピーカー
1055 ボタン
1056 入出力端子
1057 マイク
1059 カメラ
1100 層
1400 層
1500 絶縁層
1510 遮光層
1520 有機樹脂層
1530a カラーフィルタ
1530b カラーフィルタ
1530c カラーフィルタ
1540 マイクロレンズアレイ
1550 光学変換層
1600 支持基板
Claims (8)
- 第1乃至第4の画素を有する画素部と、
前記第1乃至第4の画素の外部に設けられた第1及び第2のスイッチと、
前記第1乃至第4の画素の外部に設けられた第1の配線と、を有し、
前記第1の画素及び前記第2の画素は、第2の配線と電気的に接続され、
前記第3の画素及び前記第4の画素は、第3の配線と電気的に接続され、
前記第1のスイッチの第1の端子は、前記第1の配線と電気的に接続され、
前記第1のスイッチの第2の端子は、前記第2の配線と電気的に接続され、
前記第2のスイッチの第1の端子は、前記第1の配線と電気的に接続され、
前記第2のスイッチの第2の端子は、前記第3の配線と電気的に接続されている半導体装置。 - 第1乃至第4の画素を有する画素部と、
前記第1乃至第4の画素の外部に設けられた第1及び第2のスイッチと、
前記第1乃至第4の画素の外部に設けられた第1の配線と、を有し、
前記第1の画素及び前記第2の画素は、第2の配線と電気的に接続され、
前記第3の画素及び前記第4の画素は、第3の配線と電気的に接続され、
前記第1のスイッチの第1の端子は、前記第1の配線と電気的に接続され、
前記第1のスイッチの第2の端子は、前記第2の配線と電気的に接続され、
前記第2のスイッチの第1の端子は、前記第1の配線と電気的に接続され、
前記第2のスイッチの第2の端子は、前記第3の配線と電気的に接続され、
前記第1乃至第4の画素のリセットを行う第1のステップと、
前記第1のステップの後、前記第1のスイッチをオン状態とし、前記第1の配線の電位を前記第2の配線に供給し、前記第1の画素及び前記第2の画素から電気信号を読み出す第2のステップと、
前記第2のステップの後、前記第1乃至第4の画素のリセットを行う第3のステップと、
前記第3のステップの後、前記第2のスイッチをオン状態とし、前記第1の配線の電位を前記第3の配線に供給し、前記第3の画素及び前記第4の画素から電気信号を読み出す第4のステップと、を有する半導体装置。 - 請求項1又は2において、
前記第1乃至第4の画素にリセット電位を供給する機能を有する第4の配線を有し、
前記第1の配線には、前記第4の配線よりも高い電位が供給される半導体装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一項において、
前記第1乃至第4の画素は、光電変換素子と、トランジスタと、を有し、
前記光電変換素子は、前記トランジスタと電気的に接続され、
前記トランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有する半導体装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一項において、
前記第1のスイッチは、第1のトランジスタによって構成され、
前記第2のスイッチは、第2のトランジスタによって構成され、
前記第1乃至第4の画素は、光電変換素子と、第3のトランジスタと、を有し、
前記光電変換素子は、前記第3のトランジスタと電気的に接続され、
前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタは、チャネル形成領域に単結晶半導体を有し、
前記第3のトランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有し、
前記第3のトランジスタは、前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタ上に積層されている半導体装置。 - 請求項4又は5において、
前記光電変換素子は、第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極の間の光電変換層と、を有し、
前記光電変換層は、セレンを含む半導体装置。 - 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の半導体装置を有する光検出部と、
前記光検出部からの信号に基づいて画像データの生成を行う機能を有するデータ処理部と、を有する撮像装置。 - 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の半導体装置、又は、請求項7に記載の撮像装置と、
レンズ、表示部、操作キー、又はシャッターボタンと、を有する電子機器。
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