JP2020109995A - Electronic apparatus - Google Patents

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誠一 米田
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修平 前田
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Abstract

To provide an imaging apparatus that can reduce power consumption.SOLUTION: In an imaging apparatus 10, pixels 11 are arranged in matrix to form a pixel array 12. The imaging apparatus selects a row and a column of the pixel array with first and second circuits 13, 14, 17, and performs difference calculation between imaging data of a first frame and image data of a second frame of a selected pixel with a third circuit 16, and outputs a row address and a column address of the pixel for which the difference calculation is performed or a pixel for which difference calculation is performed immediately before the pixel with fourth and fifth circuits 18, 19. The imaging apparatus stores a row address and a column address defining a designated region of the pixel array in a sixth circuit 21, and compares the coordinates included in the stores region with the coordinates of the pixel in which the difference is detected with a seventh circuit 22. When the coordinates of the pixel in which the difference is detected are included in the region stored by the sixth circuit 21, the imaging apparatus acquires imaging data of a third frame and outputs the imaging data to external apparatuses, such as a display device and a storage device.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の一態様は、撮像装置およびその動作方法、ならびに電子機器に関する。 One embodiment of the present invention relates to an imaging device, an operation method thereof, and an electronic device.

なお本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の技
術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は
、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マタ
ー)に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の
技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、撮像装置、記憶装置、
それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
Note that one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field. The technical field of the invention disclosed in this specification and the like relates to an object, a method, or a manufacturing method. Alternatively, one embodiment of the present invention relates to a process, a machine, a manufacture, or a composition (composition of matter). Therefore, more specifically, as technical fields of one embodiment of the present invention disclosed in this specification, a semiconductor device, a display device, a light-emitting device, a power storage device, an imaging device, a storage device,
The driving method thereof or the manufacturing method thereof can be cited as an example.

リーク電流の小さいトランジスタを画素のトランジスタに用いて、画像データを書き換え
る頻度を減らす表示装置が提案されている(例えば特許文献1)。画像データの書き換え
は、差分検出用フレームの画像データと、基準フレームの画像データを差分処理によるデ
ジタル処理によって比較し、このデジタル処理結果に基づいて、画像データの書き換えの
要否を判定している。画像データが書き換えられる頻度を減らすことで、表示装置におけ
る消費電力の低減を図っている。
A display device has been proposed in which a transistor having a small leak current is used as a pixel transistor to reduce the frequency of rewriting image data (for example, Patent Document 1). When rewriting the image data, the image data of the difference detection frame and the image data of the reference frame are compared by digital processing by the difference processing, and it is determined whether or not the image data needs to be rewritten based on the digital processing result. .. By reducing the frequency of rewriting image data, the power consumption of the display device is reduced.

米国特許出願公開第2011/0090204号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2011/0090204

撮像装置のさらなる消費電力の低減を図るためには、撮像データが書き換えられる頻度を
さらに減らすことが望まれる。また、これにより、撮像データを記憶装置に保存する場合
、記憶容量を節約することができる。
In order to further reduce the power consumption of the image pickup apparatus, it is desirable to further reduce the frequency of rewriting image pickup data. Further, this makes it possible to save the storage capacity when the imaged data is stored in the storage device.

本発明の一態様は、新規な撮像装置、新規な撮像装置の動作方法および新規な電子機器等
を提供することを課題の一とする。
An object of one embodiment of the present invention is to provide a novel imaging device, a novel imaging device operating method, a novel electronic device, and the like.

または、本発明の一態様は、消費電力の低減を実現できる、新規な構成の撮像装置等を提
供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、画素に書き込まれた撮像デー
タを保持した状態で撮像データの書き換えの要否を判定できる、新規な構成の撮像装置等
を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、撮像データを保存するた
めの記憶装置の記憶容量を節約できる、新規な構成の撮像装置等を提供することを課題の
一とする。
Alternatively, it is an object of one embodiment of the present invention to provide an imaging device or the like having a novel structure that can reduce power consumption. Alternatively, it is an object of one embodiment of the present invention to provide an imaging device or the like having a novel structure in which it is possible to determine whether or not to rewrite imaging data while holding the imaging data written in a pixel. Alternatively, it is an object of one embodiment of the present invention to provide an imaging device or the like having a novel structure in which the storage capacity of a storage device for storing imaging data can be saved.

または、本発明の一態様は、消費電力の低減を実現できる、新規な撮像装置の動作方法等
を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、画素に書き込まれた撮像
データを保持した状態で撮像データの書き換えの要否を判定できる、新規な撮像装置の動
作方法等を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、撮像データを保
存するための記憶装置の記憶容量を節約できる、新規な撮像装置の動作方法等を提供する
ことを課題の一とする。
Another object of one embodiment of the present invention is to provide a novel method for operating an imaging device and the like that can reduce power consumption. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a novel method for operating an imaging device in which it is possible to determine the necessity of rewriting imaging data while holding the imaging data written in pixels. .. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a novel method for operating an imaging device in which the storage capacity of a storage device for storing imaging data can be saved.

なお本発明の一態様の課題は、上記列挙した課題に限定されない。上記列挙した課題は、
他の課題の存在を妨げるものではない。なお他の課題は、以下の記載で述べる、本項目で
言及していない課題である。本項目で言及していない課題は、当業者であれば明細書また
は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる
。なお、本発明の一態様は、上記列挙した記載、および/または他の課題のうち、少なく
とも一つの課題を解決するものである。
Note that the problem of one embodiment of the present invention is not limited to the problems listed above. The issues listed above are
It does not prevent the existence of other issues. The other issues are the ones not mentioned in this item, which will be described below. Problems that are not mentioned in this item can be derived from the description such as the specification or the drawings by those skilled in the art, and can be appropriately extracted from these descriptions. Note that one embodiment of the present invention is to solve at least one of the above description and/or other problems.

本発明の一態様は、画素と、第1の回路と、第2の回路と、第3の回路と、第4の回路と
、第5の回路と、第6の回路と、第7の回路と、を有する撮像装置である。画素はマトリ
クス状に配置されて画素アレイを構成し、第1の回路は画素アレイの行を選択する機能を
有し、第2の回路は画素アレイの列を選択する機能を有し、第3の回路は、第1の回路お
よび第2の回路によって選択された画素の、第1のフレームの撮像データと、第2のフレ
ームの撮像データとの差分計算を行う機能を有する。また、第4の回路は差分計算の対象
となった画素の行アドレスを出力する機能を有し、第5の回路は差分計算の対象となった
画素の列アドレスを出力する機能を有する。さらに、第6の回路は、指定した画素アレイ
の領域を規定する行アドレスおよび列アドレスを記憶する機能を有し、第7の回路は、第
6の回路に記憶された行アドレスおよび列アドレスで規定される領域に含まれる座標と、
差分が検出された画素の行アドレスおよび列アドレスから構成される座標とを比較する機
能を有することを特徴とする。
One embodiment of the present invention is a pixel, a first circuit, a second circuit, a third circuit, a fourth circuit, a fifth circuit, a sixth circuit, and a seventh circuit. And an image pickup apparatus including. The pixels are arranged in a matrix to form a pixel array, the first circuit has a function of selecting a row of the pixel array, the second circuit has a function of selecting a column of the pixel array, and a third circuit The circuit of 2 has a function of calculating a difference between the image data of the first frame and the image data of the second frame of the pixel selected by the first circuit and the second circuit. Further, the fourth circuit has a function of outputting a row address of a pixel which is a target of difference calculation, and the fifth circuit has a function of outputting a column address of a pixel which is a target of difference calculation. Further, the sixth circuit has a function of storing a row address and a column address which define a specified region of the pixel array, and a seventh circuit uses the row address and the column address stored in the sixth circuit. Coordinates included in the defined area,
It is characterized by having a function of comparing with a coordinate composed of a row address and a column address of a pixel for which a difference is detected.

また、本発明の一態様の撮像装置は、差分が検出された画素の行アドレスおよび列アドレ
スから構成される座標が、第6の回路に記憶された領域に含まれる場合に第3のフレーム
の撮像データを取得し、該撮像データを外部機器に出力する機能を有していてもよい。
In addition, in the imaging device of one embodiment of the present invention, when the coordinates including the row address and the column address of the pixel in which the difference is detected are included in the region stored in the sixth circuit, It may have a function of acquiring image pickup data and outputting the image pickup data to an external device.

また、本発明の一態様の撮像装置は、指定した画素アレイの行アドレスおよび列アドレス
がそれぞれ2個ずつ第6の回路に記憶されて四の座標を構成し、差分が検出された画素の
行アドレスおよび列アドレスから構成される座標が、第6の回路に記憶された四の座標で
囲われた四角形の内部に含まれる場合に、第3のフレームの撮像データを取得し、該撮像
データを外部機器に出力する機能を有していてもよい。
Further, in the imaging device of one embodiment of the present invention, two row addresses and two column addresses of a specified pixel array are stored in the sixth circuit to form four coordinates, and a row of pixels in which a difference is detected. When the coordinate composed of the address and the column address is included in the inside of the quadrangle surrounded by the four coordinates stored in the sixth circuit, the image data of the third frame is acquired, and the image data is acquired. It may have a function of outputting to an external device.

また、本発明の一態様の撮像装置において、画素はトランジスタと、光電変換素子を有し
ていてもよい。該トランジスタは、活性層が酸化物半導体を有し、該酸化物半導体は、I
nと、Znと、M(MはAl、Ti、Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce、NdまたはH
f)と、を有していてもよい。
Further, in the imaging device of one embodiment of the present invention, the pixel may include a transistor and a photoelectric conversion element. In the transistor, the active layer has an oxide semiconductor, and the oxide semiconductor is I
n, Zn, M (M is Al, Ti, Ga, Sn, Y, Zr, La, Ce, Nd or H
f) and may be included.

また、光電変換素子は、光電変換層にセレンまたはセレンを含む化合物を有していてもよ
い。
The photoelectric conversion element may have selenium or a compound containing selenium in the photoelectric conversion layer.

また、撮像装置の動作方法も本発明の一態様である。該動作方法では、第1のステップに
おいて、第1のフレームの撮像データを取得し、第2のステップにおいて、第1のフレー
ムの撮像データを外部機器に出力し、第3のステップにおいて、前記第1のステップに戻
るか否かを判定し、前記第1のステップに戻らない場合は、第2のフレームの撮像データ
の取得を行った後、第4のステップにおいて、第3のフレームの撮像データの取得を行っ
た後に、第2のフレームの撮像データと、第3のフレームの撮像データとの差分計算を一
の画素ごとに行い、さらに差分計算の対象となった画素の行アドレスおよび列アドレスを
計算する。差分が検出されなかった場合は、第4のステップに戻り、第4のステップにお
いて差分が検出された場合は、第5のステップにおいて、撮像データを外部機器に出力す
るか否かを判定し、撮像データを外部機器に出力しない場合は第4のステップに戻り、撮
像データを外部機器に出力する場合は、第6のステップにおいて、第4のフレームの撮像
データの取得を行い、第7のステップにおいて第4のフレームの撮像データを外部機器に
出力した後、第4のステップに戻る。
A method for operating the imaging device is also one embodiment of the present invention. In the operation method, in the first step, the image data of the first frame is acquired, in the second step, the image data of the first frame is output to an external device, and in the third step, the image data of the first frame is output. If it does not return to the first step, it is determined whether or not to return to the first step, and after acquiring the imaging data of the second frame, the imaging data of the third frame is acquired in the fourth step. Of the second frame and the third frame, the difference calculation between the image data of the second frame and the image data of the third frame is performed for each pixel, and the row address and the column address of the pixel subjected to the difference calculation are further calculated. To calculate. When the difference is not detected, the procedure returns to the fourth step, and when the difference is detected in the fourth step, in the fifth step, it is determined whether or not the imaging data is output to the external device, When the imaging data is not output to the external device, the process returns to the fourth step. When the imaging data is output to the external device, the imaging data of the fourth frame is acquired in the sixth step, and the seventh step is performed. In, after outputting the image data of the fourth frame to the external device, the process returns to the fourth step.

また、本発明の一態様の撮像装置の動作方法は、第4のステップでの差分計算により差分
が検出されなかった場合および/または、第5のステップにより撮像データを外部機器に
出力しないと判定された場合は、第2のフレームの撮像データの取得を行った後、第4の
ステップに戻ってもよい。
In addition, according to the operation method of the imaging device of one embodiment of the present invention, it is determined that the imaging data is not output to the external device when the difference is not detected by the difference calculation in the fourth step and/or the fifth step. In that case, the imaging data of the second frame may be acquired, and then the process may return to the fourth step.

また、本発明の一態様の撮像装置の動作方法は、画素を複数配置して形成された画素アレ
イの領域を指定し、差分が検出された画素の行アドレスおよび列アドレスから構成される
座標が画素アレイの領域に含まれる場合に、第6のステップにより第4のフレームの撮像
データを取得し、第7のステップにおいて該撮像データを外部機器に出力してもよい。
Further, according to an operation method of an imaging device of one embodiment of the present invention, a region of a pixel array formed by arranging a plurality of pixels is designated, and a coordinate including a row address and a column address of a pixel in which a difference is detected is determined. When the image data is included in the area of the pixel array, the image data of the fourth frame may be acquired in the sixth step, and the image data may be output to an external device in the seventh step.

また、本発明の一態様の撮像装置の動作方法は、画素アレイの行アドレスおよび列アドレ
スをそれぞれ2個ずつ指定することにより四の座標を指定し、四の座標で囲われた四角形
の内部を画素アレイの領域としてもよい。
Further, according to an operation method of an imaging device of one embodiment of the present invention, four coordinates are specified by specifying two row addresses and two column addresses of a pixel array, and an inside of a rectangle surrounded by the four coordinates is specified. It may be a region of the pixel array.

なお、上記外部機器は、表示装置および/または記憶装置としてもよい。 The external device may be a display device and/or a storage device.

本発明の一態様の撮像装置と、表示装置と、を有する電子機器も本発明の一態様である。 An electronic device including the imaging device of one embodiment of the present invention and the display device is also one embodiment of the present invention.

本発明の一態様は、新規な撮像装置、新規な撮像装置の動作方法および新規な電子機器等
を提供することができる。
One embodiment of the present invention can provide a novel imaging device, a method for operating the novel imaging device, a novel electronic device, and the like.

または、本発明の一態様は、消費電力の低減を実現できる、新規な構成の撮像装置等を提
供することができる。または、本発明の一態様は、画素に書き込まれた撮像データを保持
した状態で撮像データの書き換えの要否を判定できる、新規な構成の撮像装置等を提供す
ることができる。または、本発明の一態様は、撮像データを保存するための記憶装置の記
憶容量を節約できる、新規な構成の撮像装置等を提供することができる。
Alternatively, according to one embodiment of the present invention, it is possible to provide an imaging device or the like having a novel structure that can reduce power consumption. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, an imaging device or the like having a novel structure can be provided in which it is possible to determine whether or not to rewrite imaging data in a state where imaging data written in a pixel is held. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, an imaging device or the like having a novel structure in which the storage capacity of a storage device for storing imaging data can be saved can be provided.

または、本発明の一態様は、消費電力の低減を実現できる、新規な撮像装置の動作方法等
を提供することができる。または、本発明の一態様は、画素に書き込まれた撮像データを
保持した状態で撮像データの書き換えの要否を判定できる、新規な撮像装置の動作方法等
を提供することができる。または、本発明の一態様は、撮像データを保存するための記憶
装置の記憶容量を節約できる、新規な撮像装置の動作方法等を提供することができる。
Alternatively, one embodiment of the present invention can provide a novel method for operating an imaging device and the like that can reduce power consumption. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a novel method for operating an imaging device and the like, which can determine whether or not imaging data written in a pixel is held, can be provided. Alternatively, one embodiment of the present invention can provide a novel method for operating an imaging device in which the storage capacity of a storage device for storing imaging data can be saved.

なお本発明の一態様の効果は、上記列挙した効果に限定されない。上記列挙した効果は、
他の効果の存在を妨げるものではない。なお他の効果は、以下の記載で述べる、本項目で
言及していない効果である。本項目で言及していない効果は、当業者であれば明細書また
は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる
。なお、本発明の一態様は、上記列挙した効果、および/または他の効果のうち、少なく
とも一つの効果を有するものである。従って本発明の一態様は、場合によっては、上記列
挙した効果を有さない場合もある。
Note that the effects of one embodiment of the present invention are not limited to the effects listed above. The effects listed above are
It does not prevent the existence of other effects. The other effects are the effects which are not mentioned in this item, which will be described below. The effects not mentioned in this item can be derived from the description in the specification or the drawings by those skilled in the art, and can be appropriately extracted from these descriptions. Note that one embodiment of the present invention has at least one of the effects listed above and/or other effects. Therefore, one embodiment of the present invention may not have the effects listed above in some cases.

撮像装置のブロック図。The block diagram of an imaging device. 撮像装置のブロック図。The block diagram of an imaging device. 撮像装置の動作を説明するフローチャート。6 is a flowchart illustrating an operation of the imaging device. 撮像データの外部機器への出力判定について説明する図。The figure explaining the output determination to the external device of imaging data. 撮像装置の画素回路を説明する図。FIG. 6 illustrates a pixel circuit of an imaging device. 撮像動作を説明するタイミングチャート。7 is a timing chart illustrating an imaging operation. 撮像動作を説明するタイミングチャート。7 is a timing chart illustrating an imaging operation. 撮像装置の画素回路を説明する図。FIG. 6 illustrates a pixel circuit of an imaging device. 撮像装置の画素回路を説明する図。FIG. 6 illustrates a pixel circuit of an imaging device. 撮像装置の画素回路を説明する図。FIG. 6 illustrates a pixel circuit of an imaging device. 撮像装置の画素回路を説明する図。FIG. 6 illustrates a pixel circuit of an imaging device. 撮像装置の画素回路を説明する図。FIG. 6 illustrates a pixel circuit of an imaging device. 撮像装置の画素回路を説明する図。FIG. 6 illustrates a pixel circuit of an imaging device. ローリングシャッタ方式およびグローバルシャッタ方式の動作を説明する図。The figure explaining operation of a rolling shutter system and a global shutter system. 撮像装置の画素回路を説明する図。FIG. 6 illustrates a pixel circuit of an imaging device. 撮像装置の画素回路を説明する図。FIG. 6 illustrates a pixel circuit of an imaging device. 撮像装置の差分検出回路を説明する図。FIG. 6 illustrates a difference detection circuit of an imaging device. 撮像装置の差分検出動作を説明するタイミングチャート。6 is a timing chart illustrating a difference detection operation of the image pickup apparatus. 撮像装置の構成を説明する断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of an imaging device. 撮像装置の構成を説明する断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of an imaging device. 撮像装置の構成を説明する断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of an imaging device. 撮像装置の構成を説明する断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of an imaging device. 撮像装置の構成を説明する断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of an imaging device. 撮像装置の構成を説明する断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of an imaging device. 撮像装置の構成を説明する断面図および回路図。3A and 3B are a cross-sectional view and a circuit diagram illustrating a structure of an imaging device. 撮像装置の構成を説明する断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of an imaging device. 撮像装置の構成を説明する断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of an imaging device. 撮像装置の構成を説明する断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of an imaging device. 撮像装置の構成を説明する断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of an imaging device. 撮像装置の構成を説明する断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of an imaging device. 撮像装置の構成を説明する断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of an imaging device. 撮像装置の構成を説明する断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of an imaging device. 撮像装置の構成を説明する断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of an imaging device. 湾曲した撮像装置を説明する図。FIG. 6 illustrates a curved imaging device. 表示装置の画素回路を説明する図。FIG. 6 illustrates a pixel circuit of a display device. 表示装置の画素回路を説明する図。FIG. 6 illustrates a pixel circuit of a display device. トランジスタを説明する上面図および断面図。3A and 3B are a top view and a cross-sectional view illustrating a transistor. トランジスタを説明する上面図および断面図。3A and 3B are a top view and a cross-sectional view illustrating a transistor. トランジスタのチャネル幅方向の断面を説明する図。6A to 6C each illustrate a cross section of a transistor in a channel width direction. 酸化物半導体層を説明する上面図および断面図。3A and 3B are a top view and a cross-sectional view illustrating an oxide semiconductor layer. トランジスタを説明する上面図および断面図。3A and 3B are a top view and a cross-sectional view illustrating a transistor. トランジスタを説明する上面図および断面図。3A and 3B are a top view and a cross-sectional view illustrating a transistor. トランジスタのチャネル幅方向の断面を説明する図。6A to 6C each illustrate a cross section of a transistor in a channel width direction. トランジスタのチャネル長方向の断面を説明する図。6A to 6C each illustrate a cross section of a transistor in a channel length direction. トランジスタのチャネル長方向の断面を説明する図。6A to 6C each illustrate a cross section of a transistor in a channel length direction. トランジスタを説明する上面図および断面図。3A and 3B are a top view and a cross-sectional view illustrating a transistor. トランジスタを説明する上面図。FIG. 6 is a top view illustrating a transistor. CAAC−OSおよび単結晶酸化物半導体のXRDによる構造解析を説明する図、ならびにCAAC−OSの制限視野電子回折パターンを示す図。6A to 6C each illustrate a structural analysis of a CAAC-OS and a single crystal oxide semiconductor by XRD, and a selected area electron diffraction pattern of the CAAC-OS. CAAC−OSの断面TEM像、ならびに平面TEM像およびその画像解析像。A cross-sectional TEM image of the CAAC-OS, a planar TEM image, and an image analysis image thereof. nc−OSの電子回折パターンを示す図、およびnc−OSの断面TEM像。The figure which shows the electron diffraction pattern of nc-OS, and the cross-sectional TEM image of nc-OS. a−like OSの断面TEM像。Cross-sectional TEM image of a-like OS. In−Ga−Zn酸化物の電子照射による結晶部の変化を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a change in a crystal part of an In—Ga—Zn oxide by electron irradiation. 撮像装置を収めたパッケージの斜視図および断面図。3A and 3B are a perspective view and a cross-sectional view of a package including an imaging device. 撮像装置を収めたパッケージの斜視図および断面図。3A and 3B are a perspective view and a cross-sectional view of a package including an imaging device. 監視装置の構成を説明する図。The figure explaining the structure of a monitoring apparatus. 監視装置の用途を説明する図。The figure explaining the use of a monitoring device. 電子機器を説明する図。7A to 7C each illustrate an electronic device. 試料のXRDスペクトルの測定結果を説明する図。The figure explaining the measurement result of the XRD spectrum of a sample. 試料のTEM像、および電子線回折パターンを説明する図。6A and 6B each illustrate a TEM image of a sample and an electron diffraction pattern. 試料のEDXマッピングを説明する図。The figure explaining EDX mapping of a sample.

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定さ
れず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変
更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に示す実施
の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成
において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通
して用い、その繰り返しの説明は省略することがある。なお、図を構成する同じ要素のハ
ッチングを異なる図面間で適宜省略または変更する場合もある。
Embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously modified without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. Note that in the structure of the invention described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and repeated description thereof may be omitted. In addition, hatching of the same elements forming the drawings may be appropriately omitted or changed between different drawings.

また、図面において、大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている
場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を
模式的に示したものであり、図面に示す形状または値などに限定されない。例えば、ノイ
ズによる信号、電圧、若しくは電流のばらつき、または、タイミングのずれによる信号、
電圧、若しくは電流のばらつきなどを含むことが可能である。
In the drawings, the size, the layer thickness, or the region is exaggerated for clarity in some cases. Therefore, it is not necessarily limited to that scale. Note that the drawings schematically show ideal examples and are not limited to the shapes or values shown in the drawings. For example, a signal due to noise, a variation in voltage or current, or a signal due to a timing shift,
It is possible to include variations in voltage or current.

また本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少
なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン(ドレイン端子、ドレイン領
域またはドレイン電極)とソース(ソース端子、ソース領域またはソース電極)の間にチ
ャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流すことが
できるものである。
In addition, in this specification and the like, a transistor is an element having at least three terminals including a gate, a drain, and a source. A channel region is provided between the drain (drain terminal, drain region or drain electrode) and the source (source terminal, source region or source electrode), and a current flows through the drain, the channel region, and the source. Can be done.

ここで、ソースとドレインとは、トランジスタの構造または動作条件等によって変わるた
め、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。このため、「
ソース」という用語と、「ドレイン」という用語とは、場合によっては、または、状況に
応じて、互いに入れ替えることが可能である。
Here, since the source and the drain are changed depending on the structure of the transistor, operating conditions, and the like, it is difficult to determine which is the source or the drain. For this reason,"
The terms “source” and “drain” can be interchanged with each other depending on the case or circumstances.

なお本明細書にて用いる「第1」、「第2」、「第3」という序数詞は、構成要素の混同
を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
It should be noted that the ordinal numbers “first”, “second”, and “third” used in this specification are added to avoid confusion among constituent elements, and are not limited numerically. To do.

また、本明細書等において、XとYとが接続されている、と明示的に記載されている場合
は、XとYとが電気的に接続されている場合と、XとYとが機能的に接続されている場合
と、XとYとが直接接続されている場合とが、本明細書等に開示されているものとする。
したがって、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、
図または文章に示された接続関係以外のものも、図または文章に記載されているものとす
る。
Further, in this specification and the like, when it is explicitly described that X and Y are connected, a case where X and Y are electrically connected and a case where X and Y function The case where they are connected to each other and the case where X and Y are directly connected are disclosed in this specification and the like.
Therefore, it is not limited to a predetermined connection relationship, for example, the connection relationship shown in the figure or text,
Other than the connection relation shown in the figure or the text, it shall be described in the figure or the text.

ここで、X、Yは、対象物(例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電層、層
、など)であるとする。
Here, X and Y are objects (for example, devices, elements, circuits, wirings, electrodes, terminals, conductive layers, layers, etc.).

XとYとが直接的に接続されている場合の一例としては、XとYとの電気的な接続を可能
とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイ
オード、表示素子、発光素子、負荷など)が、XとYとの間に接続されていない場合であ
り、XとYとの電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量
素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など)を介さずに
、XとYとが、接続されている場合である。
As an example of the case where X and Y are directly connected, an element (for example, a switch, a transistor, a capacitance element, an inductor, a resistance element, a diode, a display, etc.) that enables an electrical connection between X and Y is given. Elements, light-emitting elements, loads, etc.) are not connected between X and Y, and elements that enable electrical connection between X and Y (for example, switches, transistors, capacitive elements, inductors) , Resistor element, diode, display element, light emitting element, load, etc.) and X and Y are connected.

XとYとが電気的に接続されている場合の一例としては、XとYとの電気的な接続を可能
とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイ
オード、表示素子、発光素子、負荷など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが
可能である。なお、スイッチは、オンオフが制御される機能を有している。つまり、スイ
ッチは、導通状態(オン状態)、または、非導通状態(オフ状態)になり、電流を流すか
流さないかを制御する機能を有している。または、スイッチは、電流を流す経路を選択し
て切り替える機能を有している。なお、XとYとが電気的に接続されている場合は、Xと
Yとが直接的に接続されている場合を含むものとする。
As an example of the case where X and Y are electrically connected, an element (for example, a switch, a transistor, a capacitance element, an inductor, a resistance element, a diode, a display, etc.) that enables the X and Y to be electrically connected. Element, light emitting element, load, etc.) may be connected between X and Y. The switch has a function of controlling on/off. That is, the switch is in a conducting state (on state) or a non-conducting state (off state), and has a function of controlling whether or not to pass a current. Alternatively, the switch has a function of selecting and switching a path through which current flows. Note that the case where X and Y are electrically connected includes the case where X and Y are directly connected.

XとYとが機能的に接続されている場合の一例としては、XとYとの機能的な接続を可能
とする回路(例えば、論理回路(インバータ、NAND回路、NOR回路など)、信号変
換回路(DA変換回路、AD変換回路、ガンマ補正回路など)、電位レベル変換回路(電
源回路(昇圧回路、降圧回路など)、信号の電位レベルを変えるレベルシフタ回路など)
、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路(信号振幅または電流量などを大きく出来る
回路、オペアンプ、差動増幅回路、ソースフォロワ回路、バッファ回路など)、信号生成
回路、記憶回路、制御回路など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能であ
る。なお、一例として、XとYとの間に別の回路を挟んでいても、Xから出力された信号
がYへ伝達される場合は、XとYとは機能的に接続されているものとする。なお、XとY
とが機能的に接続されている場合は、XとYとが直接的に接続されている場合と、XとY
とが電気的に接続されている場合とを含むものとする。
Examples of the case where X and Y are functionally connected include a circuit (for example, a logic circuit (inverter, NAND circuit, NOR circuit, etc.)) that enables functional connection between X and Y, and signal conversion. Circuits (DA conversion circuit, AD conversion circuit, gamma correction circuit, etc.), potential level conversion circuit (power supply circuit (step-up circuit, step-down circuit, etc.), level shifter circuit for changing signal potential level, etc.)
, Voltage source, current source, switching circuit, amplifier circuit (circuit that can increase signal amplitude or current amount, operational amplifier, differential amplifier circuit, source follower circuit, buffer circuit, etc.), signal generation circuit, memory circuit, control circuit, etc. ) Can be connected more than once between X and Y. As an example, even if another circuit is sandwiched between X and Y, if the signal output from X is transmitted to Y, it is assumed that X and Y are functionally connected. To do. Note that X and Y
When and are functionally connected, when X and Y are directly connected, and when X and Y are connected.
It includes cases where and are electrically connected.

なお、XとYとが電気的に接続されている、と明示的に記載されている場合は、XとYと
が電気的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子または別の回路を挟ん
で接続されている場合)と、XとYとが機能的に接続されている場合(つまり、XとYと
の間に別の回路を挟んで機能的に接続されている場合)と、XとYとが直接接続されてい
る場合(つまり、XとYとの間に別の素子または別の回路を挟まずに接続されている場合
)とが、本明細書等に開示されているものとする。つまり、電気的に接続されている、と
明示的に記載されている場合は、単に、接続されている、とのみ明示的に記載されている
場合と同様な内容が、本明細書等に開示されているものとする。
In addition, when it is explicitly described that X and Y are electrically connected, when X and Y are electrically connected (that is, when X and Y are separately connected, Element or another circuit is sandwiched and connected) and X and Y are functionally connected (that is, another circuit is sandwiched between X and Y and functionally connected) And a case where X and Y are directly connected (that is, a case where another element or another circuit is connected between X and Y without being sandwiched). It is assumed to be disclosed in a written document. That is, when explicitly described as being electrically connected, the same content as the case where only explicitly described as being connected is disclosed in this specification and the like. It has been done.

なお、例えば、トランジスタのソース(または第1の端子など)が、Z1を介して(また
は介さず)、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(または第2の端子など)
が、Z2を介して(または介さず)、Yと電気的に接続されている場合や、トランジスタ
のソース(または第1の端子など)が、Z1の一部と直接的に接続され、Z1の別の一部
がXと直接的に接続され、トランジスタのドレイン(または第2の端子など)が、Z2の
一部と直接的に接続され、Z2の別の一部がYと直接的に接続されている場合では、以下
のように表現することが出来る。
Note that, for example, the source (or the first terminal or the like) of the transistor is electrically connected to X via Z1 (or not), and the drain of the transistor (or the second terminal or the like) is connected.
Is electrically connected to Y via Z2 (or not), or the source of the transistor (or the first terminal or the like) is directly connected to a part of Z1, and Another part is directly connected to X, the drain (or the second terminal or the like) of the transistor is directly connected to part of Z2, and another part of Z2 is directly connected to Y. If so, it can be expressed as follows.

例えば、「XとYとトランジスタのソース(または第1の端子など)とドレイン(または
第2の端子など)とは、互いに電気的に接続されており、X、トランジスタのソース(ま
たは第1の端子など)、トランジスタのドレイン(または第2の端子など)、Yの順序で
電気的に接続されている。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース
(または第1の端子など)は、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(または
第2の端子など)はYと電気的に接続され、X、トランジスタのソース(または第1の端
子など)、トランジスタのドレイン(または第2の端子など)、Yは、この順序で電気的
に接続されている」と表現することができる。または、「Xは、トランジスタのソース(
または第1の端子など)とドレイン(または第2の端子など)とを介して、Yと電気的に
接続され、X、トランジスタのソース(または第1の端子など)、トランジスタのドレイ
ン(または第2の端子など)、Yは、この接続順序で設けられている」と表現することが
できる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規
定することにより、トランジスタのソース(または第1の端子など)と、ドレイン(また
は第2の端子など)とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。
For example, “X and Y, the source (or the first terminal or the like) of the transistor, and the drain (or the second terminal or the like) are electrically connected to each other, and X, the source of the transistor (or the first terminal, or the like). Terminal), the drain of the transistor (or the second terminal, etc.), and Y are electrically connected in this order.” Or “the source of the transistor (or the first terminal or the like) is electrically connected to X, the drain of the transistor (or the second terminal or the like) is electrically connected to Y, and X, the source of the transistor (or the like). Alternatively, the first terminal or the like), the drain of the transistor (or the second terminal, or the like), and Y are electrically connected in this order”. Or, "X is the source (
Alternatively, it is electrically connected to Y via a first terminal or the like) and a drain (or a second terminal or the like), and X, the source of the transistor (or the first terminal, etc.), the drain of the transistor (or the second terminal, etc.). 2 terminals), and Y are provided in this connection order.” The source (or the first terminal or the like) of the transistor and the drain (or the second terminal or the like) are separated from each other by defining the order of connection in the circuit structure using the expression method similar to these examples. Apart from this, the technical scope can be determined.

または、別の表現方法として、例えば、「トランジスタのソース(または第1の端子など
)は、少なくとも第1の接続経路を介して、Xと電気的に接続され、前記第1の接続経路
は、第2の接続経路を有しておらず、前記第2の接続経路は、トランジスタを介した、ト
ランジスタのソース(または第1の端子など)とトランジスタのドレイン(または第2の
端子など)との間の経路であり、前記第1の接続経路は、Z1を介した経路であり、トラ
ンジスタのドレイン(または第2の端子など)は、少なくとも第3の接続経路を介して、
Yと電気的に接続され、前記第3の接続経路は、前記第2の接続経路を有しておらず、前
記第3の接続経路は、Z2を介した経路である。」と表現することができる。または、「
トランジスタのソース(または第1の端子など)は、少なくとも第1の接続経路によって
、Z1を介して、Xと電気的に接続され、前記第1の接続経路は、第2の接続経路を有し
ておらず、前記第2の接続経路は、トランジスタを介した接続経路を有し、トランジスタ
のドレイン(または第2の端子など)は、少なくとも第3の接続経路によって、Z2を介
して、Yと電気的に接続され、前記第3の接続経路は、前記第2の接続経路を有していな
い。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース(または第1の端子な
ど)は、少なくとも第1の電気的パスによって、Z1を介して、Xと電気的に接続され、
前記第1の電気的パスは、第2の電気的パスを有しておらず、前記第2の電気的パスは、
トランジスタのソース(または第1の端子など)からトランジスタのドレイン(または第
2の端子など)への電気的パスであり、トランジスタのドレイン(または第2の端子など
)は、少なくとも第3の電気的パスによって、Z2を介して、Yと電気的に接続され、前
記第3の電気的パスは、第4の電気的パスを有しておらず、前記第4の電気的パスは、ト
ランジスタのドレイン(または第2の端子など)からトランジスタのソース(または第1
の端子など)への電気的パスである。」と表現することができる。これらの例と同様な表
現方法を用いて、回路構成における接続経路について規定することにより、トランジスタ
のソース(または第1の端子など)と、ドレイン(または第2の端子など)とを、区別し
て、技術的範囲を決定することができる。
Alternatively, as another expression method, for example, “the source of the transistor (or the first terminal or the like) is electrically connected to X via at least the first connection path, and the first connection path is The second connection path does not have a second connection path, and the second connection path is provided between the source (or the first terminal or the like) of the transistor and the drain (or the second terminal or the like) of the transistor through the transistor. The first connection path is a path via Z1, and the drain (or the second terminal or the like) of the transistor is at least via a third connection path.
It is electrically connected to Y, the third connection path does not have the second connection path, and the third connection path is a path via Z2. Can be expressed as Or,
The source of the transistor (or the first terminal or the like) is electrically connected to X via at least the first connection path via Z1, and the first connection path has a second connection path. The second connection path has a connection path via a transistor, and the drain (or the second terminal or the like) of the transistor is connected to Y via Z2 by at least the third connection path. It is electrically connected and the third connection path does not have the second connection path. Can be expressed as Or “the source of the transistor (or the first terminal, etc.) is electrically connected to X via Z1 by at least a first electrical path,
The first electrical path does not have a second electrical path, and the second electrical path is
An electrical path from a source of a transistor (or a first terminal or the like) to a drain of a transistor (or a second terminal or the like), where the drain of the transistor (or the second terminal or the like) is at least a third electrical Is electrically connected to Y through a path Z2, the third electrical path does not have a fourth electrical path, and the fourth electrical path is a drain of a transistor. (Or second terminal, etc.) to source of transistor (or first
Electrical terminals). Can be expressed as By defining the connection path in the circuit configuration using the expression method similar to these examples, the source (or the first terminal or the like) and the drain (or the second terminal or the like) of the transistor can be distinguished from each other. , The technical scope can be determined.

なお、これらの表現方法は、一例であり、これらの表現方法に限定されない。ここで、X
、Y、Z1、Z2は、対象物(例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電層、
層、など)であるとする。
Note that these expression methods are examples and are not limited to these expression methods. Where X
, Y, Z1, and Z2 are objects (for example, devices, elements, circuits, wirings, electrodes, terminals, conductive layers,
Layers, etc.).

なお、回路図上は独立している構成要素同士が電気的に接続しているように図示されてい
る場合であっても、1つの構成要素が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もあ
る。例えば配線の一部が電極としての機能を有する場合は、一の導電層が、配線の機能、
および電極の機能の両方の構成要素の機能を併せ持っている。したがって、本明細書にお
ける電気的に接続とは、このような、一の導電層が、複数の構成要素の機能を併せ持って
いる場合も、その範疇に含める。
In addition, even when independent components are illustrated as electrically connected to each other in the circuit diagram, when one component also has the functions of a plurality of components. There is also. For example, when a part of the wiring has a function as an electrode, one conductive layer has a function of the wiring,
It also has the functions of both components of the function of the electrode. Therefore, the term “electrically connect” in this specification includes in its category such a case where one conductive layer also has functions of a plurality of components.

なお本明細書において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関
係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は
、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明した語
句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
Note that in this specification, terms such as “above” and “below” are used for convenience in order to describe the positional relationship between components with reference to the drawings. Further, the positional relationship between the components changes appropriately according to the direction in which each component is depicted. Therefore, it is not limited to the words and phrases described in the specification, but can be paraphrased appropriately according to the situation.

なお図面におけるブロック図の各回路ブロックの配置は、説明のため位置関係を特定する
ものであり、異なる回路ブロックで別々の機能を実現するよう示していても、実際の回路
ブロックにおいては同じ回路ブロック内で別々の機能を実現しうるように設けられている
場合もある。また図面における各回路ブロックの機能は、説明のため機能を特定するもの
であり、一つの回路ブロックとして示していても、実際の回路ブロックにおいては一つの
回路ブロックで行う処理を、複数の回路ブロックで行うよう設けられている場合もある。
Note that the layout of the circuit blocks in the block diagrams in the drawings is for specifying the positional relationship for the sake of explanation, and even if it is shown that different functions are realized by different circuit blocks, the same circuit blocks are actually used. In some cases, they are provided so that different functions can be realized inside. Further, the function of each circuit block in the drawings is to identify the function for the purpose of explanation, and even if it is shown as one circuit block, in the actual circuit block, the processing performed by one circuit block is performed by a plurality of circuit blocks. In some cases, it may be provided to do so.

なお、「膜」という用語と、「層」という用語とは、場合によっては、または、状況に応
じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜
」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用
語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
Note that the term “film” and the term “layer” can be interchanged with each other depending on the case or circumstances. For example, it may be possible to change the term "conductive layer" to the term "conductive film". Alternatively, for example, it may be possible to change the term “insulating film” to the term “insulating layer”.

(実施の形態1)
本発明の一態様の撮像装置の構成について図面を用いて説明する。
(Embodiment 1)
A structure of an imaging device of one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

本明細書等において撮像装置とは、撮像機能を有する装置全般を指す。または、撮像機能
を有する回路、あるいは該回路を含むシステム全体を撮像装置という。
In this specification and the like, an imaging device refers to all devices having an imaging function. Alternatively, a circuit having an imaging function or an entire system including the circuit is referred to as an imaging device.

本明細書等において、表示装置とは、表示機能を有する装置全般を指す。表示装置は、複
数の画素、および画素を駆動する回路等を有する。また、表示装置は、制御回路、電源回
路、信号生成回路等を含む場合がある。
In this specification and the like, a display device generally means a device having a display function. The display device has a plurality of pixels, a circuit for driving the pixels, and the like. Further, the display device may include a control circuit, a power supply circuit, a signal generation circuit, and the like.

図1は、本発明の一態様の撮像装置の構成を示すブロック図である。撮像装置10は、画
素11、回路13、回路14、回路15、回路16、回路17、回路18、回路19、回
路21および回路22を有する。画素11はマトリクス状に配置されてn行m列(n,m
は自然数)の画素アレイ12を構成している。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a structure of an imaging device of one embodiment of the present invention. The imaging device 10 includes a pixel 11, a circuit 13, a circuit 14, a circuit 15, a circuit 16, a circuit 17, a circuit 18, a circuit 19, a circuit 21, and a circuit 22. The pixels 11 are arranged in a matrix and are arranged in n rows and m columns (n, m
Is a natural number).

また、撮像装置10の外部に表示装置23および記憶装置24などの外部機器を設けるこ
とができる。記憶装置24として、ハードディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク(M
O;Magneto−Optical disk)、フラッシュメモリなどの任意の不揮
発性メモリを用いることができる。
Further, external devices such as the display device 23 and the storage device 24 can be provided outside the imaging device 10. As the storage device 24, a hard disk, a magnetic disk, a magneto-optical disk (M
Any non-volatile memory such as O (Magneto-Optical disk) or flash memory can be used.

回路13は、画素アレイ12の行を選択する、行ドライバとしての機能を有することがで
きる。回路14は、画素アレイ12の列を選択する、第1の列ドライバとしての機能を有
することができる。回路15は、A/D変換回路としての機能を有することができる。
The circuit 13 can function as a row driver that selects a row of the pixel array 12. The circuit 14 can function as a first column driver that selects a column of the pixel array 12. The circuit 15 can have a function as an A/D conversion circuit.

回路16は、各画素11から出力されたアナログデータである撮像データに対してデータ
処理を行う機能を有することができる。回路17は、回路16によるデータ処理を行う列
の画素11を選択する、第2の列ドライバとしての機能を有することができる。
The circuit 16 can have a function of performing data processing on imaging data which is analog data output from each pixel 11. The circuit 17 can have a function as a second column driver that selects the pixel 11 in the column for which the data processing is performed by the circuit 16.

回路18は、回路13により選択された行の画素11の行アドレスを計算する機能を有す
ることができる。回路19は、回路17により選択された列の画素11の列アドレスを計
算する機能を有することができる。回路21は、指定した画素アレイ12の領域を規定す
る行アドレスおよび列アドレスを記憶する機能を有することができる。回路22は、回路
16から出力された信号と、回路18から出力された行アドレスおよび回路19から出力
された列アドレスと、回路21に記憶された行アドレスおよび列アドレスと、をもとに、
撮像データを外部機器に出力するか否かを判定する機能を有することができる。
The circuit 18 can have a function of calculating the row address of the pixel 11 of the row selected by the circuit 13. The circuit 19 can have a function of calculating a column address of the pixel 11 in the column selected by the circuit 17. The circuit 21 can have a function of storing a row address and a column address which define a specified region of the pixel array 12. The circuit 22 is based on the signal output from the circuit 16, the row address output from the circuit 18 and the column address output from the circuit 19, and the row address and the column address stored in the circuit 21.
It is possible to have a function of determining whether or not to output the imaging data to an external device.

ここで、画素アレイ12の領域とは、画素11の座標の集合を意味する。また、座標とは
、画素アレイ12の何番目の行および何番目の列に配置された画素かを示す数値の組であ
り、行アドレスおよび列アドレスにより規定される。例えば、画素11[1,1]は、1
行1列目に配置された画素11を示す。また、画素11[n,m]は、n行m列目に配置
された画素11を示す。
Here, the area of the pixel array 12 means a set of coordinates of the pixels 11. Further, the coordinates are a set of numerical values indicating in which row and in which column the pixels of the pixel array 12 are arranged, and are defined by the row address and the column address. For example, pixel 11[1,1] is 1
The pixels 11 arranged in the first row and the first column are shown. The pixel 11[n,m] indicates the pixel 11 arranged in the n-th row and the m-th column.

回路13、回路14および回路17には、様々な回路、例えば、デコーダやシフトレジス
タ等が用いられる。
Various circuits such as a decoder and a shift register are used for the circuit 13, the circuit 14, and the circuit 17.

なお、回路14および回路17は、同じ回路構成としてもよいし、違う回路構成としても
よい。また、図2に示すように、回路14と回路17を共通化して、回路25としてもよ
い。
The circuit 14 and the circuit 17 may have the same circuit configuration or different circuit configurations. Further, as shown in FIG. 2, the circuit 14 and the circuit 17 may be commonly used as a circuit 25.

次に、図1に示す撮像装置10の動作について、図3に示すフローチャートを用いて説明
する。なお、撮像装置10は、第1のモードまたは第2のモードにより動作することがで
きる。
Next, the operation of the imaging device 10 shown in FIG. 1 will be described using the flowchart shown in FIG. The imaging device 10 can operate in the first mode or the second mode.

まず、第1のモードによる撮像を行う(S1)。該モードでは、すべての画素11で撮像
データ31を取得する。取得した撮像データ31は、回路15でデジタルデータに変換後
、外部機器へ出力する(S2)。
First, imaging in the first mode is performed (S1). In this mode, the imaging data 31 is acquired from all the pixels 11. The acquired image data 31 is converted into digital data by the circuit 15 and then output to an external device (S2).

つまり、第1のモードは、撮像データを取得して外部機器へ出力する撮像モードである。 That is, the first mode is an imaging mode in which imaging data is acquired and output to an external device.

次に、第2のモードに切り替えるか否かの判定を行う(S3)。あらかじめ設定した切り
替え条件が満たされていない場合、S1乃至S3を再度行う。なお、切り替え条件として
、例えば指定した時間が経過、あるいは第2のモードに切り替える信号の入力などが挙げ
られる。
Next, it is determined whether to switch to the second mode (S3). When the preset switching condition is not satisfied, S1 to S3 are performed again. The switching condition may be, for example, the elapse of a designated time, or the input of a signal for switching to the second mode.

切り替え条件が満たされている場合、第2のモードにより基準フレームの撮像データの取
得および差分検出用フレームの撮像データの取得を行う。該モードでは、回路13によっ
て画素アレイ12の行を選択しつつ、回路17によって画素アレイ12の列を選択するこ
とにより、一の画素11を選択する。そして、選択した画素11により基準フレームの撮
像データを取得して回路16に出力した後、選択した画素11により差分検出用フレーム
の撮像データを取得して回路16に出力する。
その後、基準フレームの撮像データと、差分検出用フレームの撮像データとの間で差分計
算を行う(S4)。また、回路16が信号36を生成する。差分が検出された場合は信号
36をアクティブとし、差分が検出されなかった場合は非アクティブとする。なお、差分
計算の結果を表す差分データは、画素11に保存することができる。
When the switching condition is satisfied, the image pickup data of the reference frame and the image pickup data of the difference detection frame are obtained in the second mode. In this mode, one pixel 11 is selected by selecting a row of the pixel array 12 by the circuit 13 and selecting a column of the pixel array 12 by the circuit 17. Then, after the image data of the reference frame is acquired by the selected pixel 11 and output to the circuit 16, the image data of the difference detection frame is acquired by the selected pixel 11 and output to the circuit 16.
Then, difference calculation is performed between the image data of the reference frame and the image data of the difference detection frame (S4). The circuit 16 also produces a signal 36. The signal 36 is made active when a difference is detected, and made inactive when no difference is detected. The difference data representing the result of the difference calculation can be stored in the pixel 11.

つまり、第2のモードは、基準フレームの撮像データと差分検出用フレームの撮像データ
の差分を検出する、差分検出モードである。
That is, the second mode is a difference detection mode in which the difference between the image data of the reference frame and the image data of the difference detection frame is detected.

ここで、信号36をアクティブにするとは、例えば”H”の信号(高電位の信号ともいう
)を出力することをいう。逆に信号36を非アクティブにするとは、例えば”L”の信号
(低電位の信号ともいう)を出力することをいう。信号36の論理は、逆でもよい。
Here, making the signal 36 active means outputting a signal of “H” (also referred to as a high-potential signal), for example. Conversely, deactivating the signal 36 means outputting a signal of "L" (also referred to as a low potential signal), for example. The logic of signal 36 may be reversed.

なお、本明細書において”L”は例えば接地電位とすることができる。 In this specification, “L” can be set to the ground potential, for example.

回路16による差分計算の方法として、画素11から出力された基準フレームの撮像デー
タに起因する電流値と、差分検出用フレームの撮像データに起因する電流値との差によっ
て差分の有無を判定する方法などを用いることができる。電流値に差が生じれば差分あり
と判定され、生じなければ差分なしと判定される。該方法を実現するための回路16の具
体的な回路構成および動作については後述する。
As a method of calculating a difference by the circuit 16, a method of determining the presence or absence of a difference based on a difference between a current value resulting from the imaging data of the reference frame output from the pixel 11 and a current value resulting from the imaging data of the difference detection frame Etc. can be used. If there is a difference between the current values, it is determined that there is a difference, and if there is no difference, it is determined that there is no difference. The specific circuit configuration and operation of the circuit 16 for realizing the method will be described later.

また、差分計算の対象となった画素11の座標を構成する行アドレス32を回路18によ
り計算し、列アドレス33を回路19により計算する。そして、行アドレス32および列
アドレス33を、アドレス信号として回路22に出力する。なお、クロック信号34を回
路13および回路18に供給することにより、回路13による画素アレイ12の行の選択
と、回路18による行アドレス32の計算とを同期して行うことができる。また、クロッ
ク信号35を回路17および回路19に供給することにより、回路17による画素アレイ
12の列の選択と、回路19による列アドレス33の計算とを同期して行うことができる
Further, the circuit 18 calculates the row address 32 and the circuit 19 calculates the column address 33, which form the coordinates of the pixel 11 for which the difference is calculated. Then, the row address 32 and the column address 33 are output to the circuit 22 as an address signal. By supplying the clock signal 34 to the circuits 13 and 18, the selection of the row of the pixel array 12 by the circuit 13 and the calculation of the row address 32 by the circuit 18 can be performed in synchronization. Further, by supplying the clock signal 35 to the circuits 17 and 19, the column selection of the pixel array 12 by the circuit 17 and the calculation of the column address 33 by the circuit 19 can be performed in synchronization.

なお、本発明の一態様では差分の有無に関わらず、差分計算を行うすべての画素11につ
いて、行アドレス32を回路18により計算し、列アドレス33を回路19により計算し
ているが、差分が検出された画素11の行アドレス32および列アドレス33のみ計算し
てもよい。
Note that in one embodiment of the present invention, the row address 32 is calculated by the circuit 18 and the column address 33 is calculated by the circuit 19 for all the pixels 11 for which the difference calculation is performed regardless of the presence or absence of the difference. Only the row address 32 and the column address 33 of the detected pixel 11 may be calculated.

差分が検出されず、信号36が非アクティブとなった場合はS4に戻って再度差分検出用
フレームの撮像データの取得を行い、基準フレームと、該差分検出用フレームとの間で差
分計算を行う。
When no difference is detected and the signal 36 becomes inactive, the process returns to S4, the image pickup data of the difference detection frame is acquired again, and the difference calculation is performed between the reference frame and the difference detection frame. ..

第2のモードでは、例えば1行1列目の画素11を選択して差分計算を行い、次に1行2
列目の画素11を選択して差分計算を行い、1行m列目の画素11まで順次選択して差分
計算を行う。2行目以降の画素11についても1行目の画素11と同様の手順で1列目の
画素11からm列目の画素11まで順次差分計算を行う。そしてn行m列目の画素11に
ついて差分計算を行ったら、再度1行1列目の画素11からn行m列目の画素11につい
て順次差分計算を行う。画素11のいずれかにおいて、基準フレームの撮像データと差分
検出用フレームの撮像データとの間に差分が検出された時点で信号36がアクティブとな
る。
In the second mode, for example, the pixel 11 in the first row and the first column is selected, the difference calculation is performed, and then the first row 2
The pixel 11 in the column is selected to calculate the difference, and the pixels 11 in the first row and the m-th column are sequentially selected to calculate the difference. For the pixels 11 on the second and subsequent rows, the difference calculation is sequentially performed from the pixel 11 on the first column to the pixel 11 on the m-th column in the same procedure as the pixel 11 on the first row. After the difference calculation is performed on the pixel 11 in the nth row and the mth column, the difference calculation is sequentially performed again from the pixel 11 in the 1st row and 1st column to the pixel 11 in the nth row and mth column. In any one of the pixels 11, the signal 36 becomes active when a difference is detected between the image data of the reference frame and the image data of the difference detection frame.

なお、基準フレームの撮像データは、回路16に保持することができる。このため、差分
計算で差分が検出されず、再び第2のモードによる動作を行う場合、基準フレームの撮像
データの取得は行ってもよいし、行わなくてもよい。基準フレームの撮像データの取得を
行う場合、保持された撮像データが時間の経過などにより変化していたとしても精度の高
い差分計算を行うことができる。基準フレームの撮像データの取得を行わない場合、消費
電力を低減することができ、また動作を高速化することができる。
Note that the imaging data of the reference frame can be held in the circuit 16. Therefore, when the difference is not detected in the difference calculation and the operation in the second mode is performed again, the acquisition of the image data of the reference frame may or may not be performed. When acquiring the imaged data of the reference frame, it is possible to perform highly accurate difference calculation even if the held imaged data changes due to the passage of time or the like. When the imaged data of the reference frame is not acquired, the power consumption can be reduced and the operation can be speeded up.

差分が検出され、信号36がアクティブとなった場合は、撮像データを外部機器へ出力す
るか否かの判定を、回路22により行う(S5)。以下に、S5における動作の一例につ
いて詳細に説明する。
When the difference is detected and the signal 36 becomes active, the circuit 22 determines whether to output the imaging data to the external device (S5). Hereinafter, an example of the operation in S5 will be described in detail.

撮像装置10を動作させるに先立って、回路21に、画素アレイ12中の領域41(図4
参照)を規定する行アドレス37および列アドレス38を記憶させる。なお、行アドレス
37および列アドレス38の回路21への記憶は、撮像装置10の動作中に行ってもよい
Prior to operating the imaging device 10, the circuit 21 is provided with a region 41 (see FIG. 4) in the pixel array 12.
The row address 37 and the column address 38 defining the reference) are stored. The row address 37 and the column address 38 may be stored in the circuit 21 during the operation of the imaging device 10.

領域41において基準フレームの撮像データと差分検出用フレームの撮像データとの間に
差分を検出した場合に、第1のモードにより新たに撮像データを取得して外部機器へ出力
する。なお、行アドレス37および列アドレス38はそれぞれ複数指定して領域を規定す
ることができる。例えば各アドレスが指定する座標を結んで囲われた領域を領域41とす
ることができる。また、例えば各アドレスが指定する座標を直線または線分で結び、該直
線上または該線分上を領域41とすることもできる。また、例えば各アドレスが指定する
座標そのものを領域41とすることもできる。
When a difference is detected between the image data of the reference frame and the image data of the difference detection frame in the area 41, the image data is newly acquired in the first mode and output to the external device. A plurality of row addresses 37 and column addresses 38 can be designated to define the area. For example, the area enclosed by connecting the coordinates designated by the respective addresses can be the area 41. Further, for example, the coordinates designated by each address may be connected by a straight line or a line segment, and the straight line or the line segment may be set as the region 41. Further, for example, the coordinates themselves designated by each address can be set as the area 41.

そして、S4により差分が検出され、信号36がアクティブになった場合、領域41が有
する座標と、差分が検出された(信号36がアクティブになる直前に回路16により差分
計算を行っていた)画素11の行アドレス32および列アドレス33から構成される座標
42とを回路22により比較する。なお、領域41および座標42は図1には図示してい
ない。そして、回路22は信号39を生成し、座標42が領域41に含まれる場合は、撮
像データの外部機器への出力条件を満たしているとして信号39をアクティブとする。ま
た、座標42が領域41に含まれない場合は、撮像データの外部機器への出力条件を満た
していないとして信号39を非アクティブとする。
Then, when the difference is detected by S4 and the signal 36 becomes active, the coordinates of the region 41 and the pixel in which the difference is detected (the difference calculation was performed by the circuit 16 immediately before the signal 36 becomes active) The circuit 22 compares the coordinates 42 composed of the row address 32 and the column address 33 of 11 with each other. The area 41 and the coordinates 42 are not shown in FIG. Then, the circuit 22 generates the signal 39, and when the coordinate 42 is included in the region 41, the signal 39 is activated because it is determined that the output condition of the imaging data to the external device is satisfied. If the coordinates 42 are not included in the area 41, the signal 39 is deactivated because it is determined that the output condition of the imaging data to the external device is not satisfied.

ここで、座標42が領域41に含まれるとは、座標42が、領域41が有する座標のうち
の1つと一致することを意味する。また、座標42が領域41に含まれないとは、座標4
2が、領域41が有する座標と1つも一致しないことを意味する。
Here, the fact that the coordinate 42 is included in the area 41 means that the coordinate 42 coincides with one of the coordinates included in the area 41. Further, if the coordinate 42 is not included in the area 41, it means that the coordinate
2 means that none of the coordinates of the area 41 match.

また、信号39をアクティブにするとは、信号36と同様に例えば”H”の信号を出力す
ることをいう。逆に信号39を非アクティブにするとは、例えば”L”の信号を出力する
ことをいう。信号39の論理は、逆でもよい。
In addition, making the signal 39 active means outputting a signal of, for example, “H” like the signal 36. On the contrary, deactivating the signal 39 means outputting a signal of "L", for example. The logic of signal 39 may be reversed.

なお、撮像装置10において、回路21を有しない構造とすることもできる。この場合、
行アドレス37および列アドレス38を直接回路22に供給する。
Note that the imaging device 10 may have a structure without the circuit 21. in this case,
The row address 37 and the column address 38 are directly supplied to the circuit 22.

次に、前述した撮像データの外部機器への出力判定の具体例について、図4を用いて説明
する。
Next, a specific example of the above-mentioned determination of the output of the imaged data to the external device will be described with reference to FIG.

画素アレイ12において、左上の画素11の座標は[1,1]、右下の画素11の座標は
[n,m]とする。そして、”xmin”および”xmax”が行アドレス37として、
”ymin”および”ymax”が列アドレス38として、それぞれ回路21に記憶され
ている。ここで、1≦xmin≦xmax≦n(xminは1以上xmax以下、xma
xはxmin以上n以下)、1≦ymin≦ymax≦m(yminは1以上ymax以
下、ymaxはymin以上m以下)とする。また、xmin、xmax、yminおよ
びymaxは自然数とする。
In the pixel array 12, the coordinates of the upper left pixel 11 are [1, 1], and the coordinates of the lower right pixel 11 are [n, m]. Then, "xmin" and "xmax" are set as the row address 37,
“Ymin” and “ymax” are stored in the circuit 21 as column addresses 38, respectively. Here, 1≦xmin≦xmax≦n (xmin is 1 or more and xmax or less, xma
x is xmin or more and n or less), and 1≦ymin≦ymax≦m (ymin is 1 or more and ymax or less, ymax is ymin or more and m or less). Further, xmin, xmax, ymin and ymax are natural numbers.

この場合、領域41は例えば図4に示すように、座標[xmin,ymin]、[xmi
n,ymax]、[xmax,ymin]および[xmax,ymax]の4点で囲われ
た四角形の内部の領域とすることができる。そして、座標42を[x1,y1](x1は
xmin以上xmax以下の自然数、y1はymin以上ymax以下の自然数)とする
と、座標42は領域41に含まれるとして信号39をアクティブとすることができる。ま
た、例えば座標42を[x2,y2](x2はxmax以上n以下の自然数、y2はym
in以上ymax以下の自然数)とすると、座標42は領域41に含まれないとして信号
39を非アクティブとすることができる。また、例えば座標42を[x,y](xとyは
自然数)とし、xはxmin以下、xはxmax以上、yはymin以下、yはymax
以上のうちいずれか一の条件を満たす場合、座標42が領域41に含まれないとして信号
39を非アクティブとすることができる。
In this case, the area 41 has coordinates [xmin, ymin], [xmi, as shown in FIG.
It may be an area inside a quadrangle surrounded by four points of [n, ymax], [xmax, ymin] and [xmax, ymax]. When the coordinate 42 is [x1, y1] (x1 is a natural number of xmin or more and xmax or less, y1 is a natural number of ymin or more and ymax or less), the signal 42 can be activated because the coordinate 42 is included in the region 41. .. Further, for example, the coordinate 42 is [x2, y2] (x2 is a natural number of xmax or more and n or less, y2 is ym).
If a natural number from in to ymax), the signal 39 can be made inactive because the coordinate 42 is not included in the region 41. Further, for example, the coordinates 42 are [x, y] (x and y are natural numbers), x is xmin or less, x is xmax or more, y is ymin or less, and y is ymax.
When any one of the above conditions is satisfied, the signal 39 can be made inactive because the coordinate 42 is not included in the region 41.

なお、領域41を、座標[xmin,ymin]、[xmin,ymax]、[xmax
,ymin]および[xmax,ymax]の4点で囲われた四角形の外部の領域とする
こともできる。この場合、例えば座標42が[x2,y2]または[x,y]である場合
は座標42が領域41に含まれるとして信号39をアクティブとし、例えば座標42が[
x1,y1]である場合は座標42が領域41に含まれないとして非アクティブとするこ
とができる。
Note that the region 41 has coordinates [xmin, ymin], [xmin, ymax], [xmax
, Ymin] and [xmax, ymax] can be an area outside the quadrangle. In this case, for example, when the coordinate 42 is [x2, y2] or [x, y], it is determined that the coordinate 42 is included in the region 41 and the signal 39 is activated.
x1, y1], the coordinate 42 is not included in the region 41 and can be made inactive.

なお、図4では領域41は四角形として説明したが、領域41は様々な形状とすることが
できる。例えば、行アドレス37と列アドレス38をそれぞれ3個ずつ回路21に記憶さ
せて座標を3点指定し、各座標を直線で結ぶことにより形成した三角形の内部または外部
を領域41とすることもできる。また、領域41を、行アドレス37および列アドレス3
8によって規定された円の内部または外部とすることもできる。また、領域41を、行ア
ドレス37および列アドレス38によって規定された多角形の内部または外部とすること
もできる。
Although the region 41 is described as a quadrangle in FIG. 4, the region 41 can have various shapes. For example, three row addresses 37 and three column addresses 38 are stored in the circuit 21, three coordinates are designated, and the inside or outside of the triangle formed by connecting each coordinate with a straight line can be used as the region 41. .. Further, the area 41 is set to the row address 37 and the column address 3
It can also be inside or outside the circle defined by 8. The area 41 can also be inside or outside the polygon defined by the row address 37 and the column address 38.

なお、領域41の内部と外部の境界線上の座標は、領域41の内部に含めることもできる
し、外部に含めることもできる。
The coordinates on the boundary line between the inside and the outside of the area 41 can be included inside or outside the area 41.

以上、領域41を面とした場合について説明したが、領域41を線または点とすることも
できる。領域41を線とする場合、例えば、行アドレス37と列アドレス38をそれぞれ
2個ずつ回路21に記憶させて座標を2点指定して各座標を直線または線分で結び、座標
42が該直線上または該線分上に位置する場合は信号39をアクティブとし、該直線また
は該線分が座標42を通らない場合は信号39を非アクティブとすることもできる。また
、該直線または該線分が座標42を通らない場合は信号39をアクティブとし、座標42
が該直線上または該線分上に位置する場合は信号39を非アクティブとすることもできる
Although the case where the area 41 is a surface has been described above, the area 41 may be a line or a point. When the area 41 is a line, for example, two row addresses 37 and two column addresses 38 are stored in the circuit 21, two coordinates are designated, each coordinate is connected by a straight line or a line segment, and the coordinate 42 is the straight line. It is also possible to activate the signal 39 when it is located on or above the line segment, and deactivate the signal 39 when the straight line or the line segment does not pass through the coordinate 42. When the straight line or the line segment does not pass through the coordinate 42, the signal 39 is activated and the coordinate 42
It is also possible to deactivate the signal 39 when is on the straight line or on the line segment.

領域41を点とする場合、例えば、一または複数の行アドレス37および一または複数の
列アドレス38を回路21に記憶させて一または複数の座標を指定し、座標42が指定し
た座標(領域41)と同一である場合は信号39をアクティブとし、指定した座標(領域
41)と異なる場合は非アクティブとすることもできる。また、行アドレス37および列
アドレス38を回路21に記憶させて座標を指定し、座標42が指定した座標(領域41
)と異なる場合は信号39をアクティブとし、指定した座標(領域41)と同一である場
合は非アクティブとすることもできる。
When the area 41 is used as a point, for example, one or a plurality of row addresses 37 and one or a plurality of column addresses 38 are stored in the circuit 21 to specify one or more coordinates, and the coordinates 42 specify the coordinates (the area 41 ), the signal 39 can be made active, and if it is different from the designated coordinate (area 41), it can be made inactive. Further, the row address 37 and the column address 38 are stored in the circuit 21 to specify coordinates, and the coordinates 42 specify the specified coordinates (area 41
Signal 39, the signal 39 can be made active, and if it is the same as the designated coordinate (region 41), it can be made inactive.

また、一または複数の行アドレス37および/または列アドレス38を回路21に記憶さ
せ、座標42が行アドレス37または列アドレス38の一方あるいは両方を含む場合は信
号39をアクティブとし、行アドレス37および列アドレス38の両方とも含まない場合
は信号39を非アクティブとすることもできる。また、一または複数の行アドレス37お
よび/または列アドレス38を回路21に記憶させ、座標42が行アドレス37および列
アドレス38の両方とも含まない場合は信号39をアクティブとし、行アドレス37また
は列アドレス38の一方あるいは両方を含む場合は信号39を非アクティブとすることも
できる。
Further, one or a plurality of row addresses 37 and/or column addresses 38 are stored in the circuit 21, and when the coordinate 42 includes one or both of the row address 37 and the column address 38, the signal 39 is activated, and the row address 37 and Signal 39 may be deactivated if neither column address 38 is included. Further, one or a plurality of row addresses 37 and/or column addresses 38 are stored in the circuit 21, and when the coordinate 42 does not include both the row address 37 and the column address 38, the signal 39 is activated and the row address 37 or the column address 38 is stored. If one or both of the addresses 38 are included, the signal 39 may be inactive.

また、回路21に記憶させた行アドレスおよび列アドレスのうち、すべてを領域41の規
定のために用いてもよいし、一部を領域41の規定のために用いてもよい。一部を領域4
1の規定のために用いる場合、例えば、信号を回路21に供給することにより、領域41
を規定するために用いる行アドレス37および/または列アドレス38を、回路21に記
憶させた行アドレスおよび/または列アドレスの中から指定することができる。
Further, all of the row address and the column address stored in the circuit 21 may be used for defining the region 41, or a part thereof may be used for defining the region 41. Area 4
1 is used to define the area 41 by supplying a signal to the circuit 21, for example.
The row address 37 and/or the column address 38 used to define the address can be specified from among the row address and/or the column address stored in the circuit 21.

以上説明した領域41の規定方法は、それぞれ適宜組み合わせて用いることができる。 The methods of defining the area 41 described above can be used in combination as appropriate.

S5において、信号39が非アクティブとなった場合、S4に戻って再度第2のモードに
より基準フレームの撮像データの取得および差分検出用フレームの撮像データの取得を行
い、取得した撮像データをもとにして差分計算を行う。なお、前述のように、基準フレー
ムの撮像データが回路16などに保持されている場合は、基準フレームの撮像データの取
得を省略してもよい。
If the signal 39 becomes inactive in S5, the process returns to S4 and the image data of the reference frame and the image data of the difference detection frame are acquired again in the second mode. And calculate the difference. As described above, when the image data of the reference frame is held in the circuit 16 or the like, the acquisition of the image data of the reference frame may be omitted.

信号39がアクティブとなった場合、第1のモードに切り替えてS1と同様の手順で撮像
データ31の取得を行う(S6)。そして、S2と同様の手順で撮像データ31を外部機
器に出力する(S7)。
When the signal 39 becomes active, the mode is switched to the first mode and the imaging data 31 is acquired in the same procedure as S1 (S6). Then, the imaging data 31 is output to the external device in the same procedure as S2 (S7).

S7実行後、S4に戻って第2のモードに切り替えて、再度差分検出用フレームの撮像デ
ータの取得を行い、基準フレームと、該差分検出用フレームとの間で差分計算を行う。な
お、S7実行後に、S4に戻って第2のモードによる動作を行うか、S6に戻って第1の
モードによる撮像を続けるかの判定を行ってもよい。さらに、S1に戻るか否かの判定を
行ってもよい。判定条件として、S3と同様に、例えば指定した時間が経過、あるいは第
2のモードに切り替える信号の入力などが挙げられる。以上が本発明の一態様である撮像
装置の動作である。
After execution of S7, the process returns to S4, switches to the second mode, acquires the image pickup data of the difference detection frame again, and calculates the difference between the reference frame and the difference detection frame. It should be noted that, after execution of S7, it may be determined whether to return to S4 to perform the operation in the second mode or return to S6 to continue the imaging in the first mode. Further, it may be determined whether to return to S1. Similar to S3, the determination condition may be, for example, the elapse of a designated time or the input of a signal for switching to the second mode. The above is the operation of the imaging device which is one embodiment of the present invention.

以上説明したように、図1に示す撮像装置10において、第2のモードでは、A/D変換
などの膨大な電力を消費する処理を行わない。また、差分が検出されたか否かを他の回路
に伝える機能を有する信号36を生成するための、最低限の処理を行うだけでよい。この
ため、A/D変換などを伴って基準フレームと差分検出用フレームの差分を検出する構成
の場合に比べ、消費電力を低減することができる。
As described above, in the image pickup apparatus 10 shown in FIG. 1, in the second mode, processing such as A/D conversion that consumes a huge amount of power is not performed. Further, it is only necessary to perform the minimum processing for generating the signal 36 having a function of transmitting to the other circuits whether or not the difference is detected. Therefore, it is possible to reduce power consumption as compared with the case of a configuration in which the difference between the reference frame and the difference detection frame is detected with A/D conversion or the like.

また、第2のモードにより差分が検出された場合であっても、撮像データの外部機器への
出力判定を行い、出力条件を満たしている場合のみ撮像データ31を第1のモードにより
撮像して外部機器へ出力する。このため、差分が検出された場合に無条件で撮像データ3
1を撮像して外部機器へ出力する場合より、撮像データ31の出力頻度を減らすことがで
きる。これにより、例えば外部機器として表示装置23を撮像装置10に接続した場合、
表示装置23における画像データの書き換えの頻度を減らすことができる。画像データを
書き換えない期間は、特に表示装置23を実施の形態6に示す構成とすることにより表示
装置23の回路の動作を停止させることができるので、消費電力を低減することができる
。また、例えば外部機器として記憶装置24を撮像装置10に接続した場合、保存される
データ量を減らすことができる。このため、記憶装置24の記憶容量を節約することがで
き、より長時間の撮像が可能となるだけでなく、保存されたデータから必要なデータを検
索することが容易にできるようになる。
Even when the difference is detected in the second mode, the output determination of the image data to the external device is performed, and the image data 31 is imaged in the first mode only when the output condition is satisfied. Output to external device. Therefore, if the difference is detected, the imaging data 3 is unconditionally detected.
The output frequency of the imaging data 31 can be reduced as compared with the case of imaging 1 and outputting it to an external device. Thereby, for example, when the display device 23 is connected to the imaging device 10 as an external device,
The frequency of rewriting the image data in the display device 23 can be reduced. In the period when the image data is not rewritten, the operation of the circuit of the display device 23 can be stopped particularly by configuring the display device 23 to have the structure described in Embodiment 6, so that power consumption can be reduced. Further, for example, when the storage device 24 is connected to the imaging device 10 as an external device, the amount of data stored can be reduced. As a result, the storage capacity of the storage device 24 can be saved, and not only imaging for a longer time can be performed, but also necessary data can be easily retrieved from the stored data.

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the structures described in the other embodiments.

(実施の形態2)
本実施の形態では、撮像装置10が有する画素11、および動作の一例について図面を用
いて説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, the pixel 11 included in the imaging device 10 and an example of operation are described with reference to drawings.

図5は、画素11の回路図である。画素11は、光電変換素子120と、トランジスタ1
31と、トランジスタ132と、トランジスタ133と、トランジスタ134と、トラン
ジスタ135と、容量素子141と、容量素子142と、を有する。なお、図5において
、トランジスタ131乃至トランジスタ135はすべてn−ch型とする。
FIG. 5 is a circuit diagram of the pixel 11. The pixel 11 includes the photoelectric conversion element 120 and the transistor 1
31 includes a transistor 132, a transistor 133, a transistor 134, a transistor 135, a capacitor 141, and a capacitor 142. Note that in FIG. 5, all the transistors 131 to 135 are n-ch types.

図5の画素11において、光電変換素子120の一方の端子は、トランジスタ131のソ
ースまたはドレインの一方と電気的に接続されている。また、トランジスタ131のソー
スまたはドレインの他方は、トランジスタ132のソースまたはドレインの一方および容
量素子141の一方の端子と電気的に接続されている。また、トランジスタ133のソー
スまたはドレインの一方は、容量素子141の他方の端子、容量素子142の一方の端子
およびトランジスタ134のゲートと電気的に接続されている。また、トランジスタ13
4のソースまたはドレインの一方は、トランジスタ135のソースまたはドレインの一方
と電気的に接続されている。
In the pixel 11 of FIG. 5, one terminal of the photoelectric conversion element 120 is electrically connected to one of a source and a drain of the transistor 131. The other of the source and the drain of the transistor 131 is electrically connected to one of the source and the drain of the transistor 132 and one terminal of the capacitor 141. Further, one of a source and a drain of the transistor 133 is electrically connected to the other terminal of the capacitor 141, one terminal of the capacitor 142, and the gate of the transistor 134. Also, the transistor 13
One of the source and the drain of 4 is electrically connected to one of the source and the drain of the transistor 135.

また、光電変換素子120の他方の端子は、配線151(VPD)と電気的に接続されて
いる。また、トランジスタ132のソースまたはドレインの他方は、配線152(VR)
と電気的に接続されている。また、トランジスタ133のソースまたはドレインの他方は
、配線153(VAZ)と電気的に接続されている。また、容量素子142の他方の端子
は、配線154(VSS)と電気的に接続されている。また、トランジスタ135のソー
スまたはドレインの他方は、配線155(VPI)と電気的に接続されている。また、ト
ランジスタ134のソースまたはドレインの他方は、配線156(VOUT)と電気的に
接続されている。また、トランジスタ131のゲートは、配線161(TX)と電気的に
接続されている。また、トランジスタ132のゲートは、配線162(RES)と電気的
に接続されている。また、トランジスタ133のゲートは、配線163(AZ)と電気的
に接続されている。また、トランジスタ135のゲートは、配線165(SEL)と電気
的に接続されている。
The other terminal of the photoelectric conversion element 120 is electrically connected to the wiring 151 (VPD). The other of the source and the drain of the transistor 132 is connected to the wiring 152 (VR).
Is electrically connected to. The other of the source and the drain of the transistor 133 is electrically connected to the wiring 153 (VAZ). The other terminal of the capacitor 142 is electrically connected to the wiring 154 (VSS). The other of the source and the drain of the transistor 135 is electrically connected to the wiring 155 (VPI). The other of the source and the drain of the transistor 134 is electrically connected to the wiring 156 (VOUT). The gate of the transistor 131 is electrically connected to the wiring 161 (TX). The gate of the transistor 132 is electrically connected to the wiring 162 (RES). The gate of the transistor 133 is electrically connected to the wiring 163 (AZ). The gate of the transistor 135 is electrically connected to the wiring 165 (SEL).

ここで、配線151(VPD)、配線152(VR)、配線153(VAZ)、配線15
4(VSS)および配線155(VPI)は、電源線として機能させることができる。ま
た、配線161(TX)、配線162(RES)、配線163(AZ)および配線165
(SEL)は、信号線として機能させることができる。
Here, the wiring 151 (VPD), the wiring 152 (VR), the wiring 153 (VAZ), and the wiring 15
4 (VSS) and the wiring 155 (VPI) can function as power supply lines. In addition, the wiring 161 (TX), the wiring 162 (RES), the wiring 163 (AZ), and the wiring 165.
(SEL) can function as a signal line.

上記構成において、トランジスタ131のソースまたはドレインの他方、トランジスタ1
32のソースまたはドレインの一方および容量素子141の一方の端子が接続されるノー
ドをFD1とする。また、トランジスタ133のソースまたはドレインの一方、トランジ
スタ134のゲート、容量素子141の他方の端子および容量素子142の一方の端子が
接続されるノードをFD2とする。
In the above structure, the other of the source and the drain of the transistor 131, the transistor 1
A node to which one of the source and the drain of 32 and one terminal of the capacitor 141 is connected is FD1. In addition, a node to which one of the source and the drain of the transistor 133, the gate of the transistor 134, the other terminal of the capacitor 141, and one terminal of the capacitor 142 is connected is FD2.

画素11において、光電変換素子120は受光素子であり、画素11に入射した光に応じ
た電流を生成する機能を有することができる。トランジスタ131は、光電変換素子12
0によるノードFD1への電荷蓄積または放出を制御する機能を有することができる。ト
ランジスタ132は、ノードFD1の電位をリセットする機能を有することができる。ト
ランジスタ133は、ノードFD2の電位をリセットする機能を有することができる。ト
ランジスタ134は、ノードFD2の電位に応じた信号を出力する、増幅トランジスタと
しての機能を有することができる。トランジスタ135は、読み出し時に画素11の選択
を制御する、選択トランジスタとしての機能を有することができる。また、配線156(
VOUT)は、画素11が取得した撮像データを信号として出力する機能を有することが
できる。
In the pixel 11, the photoelectric conversion element 120 is a light receiving element and can have a function of generating a current according to light incident on the pixel 11. The transistor 131 is the photoelectric conversion element 12
It can have a function of controlling charge accumulation or discharge to the node FD1 by 0. The transistor 132 can have a function of resetting the potential of the node FD1. The transistor 133 can have a function of resetting the potential of the node FD2. The transistor 134 can have a function as an amplification transistor which outputs a signal according to the potential of the node FD2. The transistor 135 can have a function as a selection transistor which controls selection of the pixel 11 at the time of reading. In addition, the wiring 156 (
VOUT) can have a function of outputting imaging data acquired by the pixel 11 as a signal.

第1のモードにおける画素11の動作について、図6に示すタイミングチャートを用いて
詳細な説明を行う。図6に示すタイミングチャートは、配線161(TX)、配線162
(RES)、配線163(AZ)、配線165(SEL)、ノードFD1およびノードF
D2の電位を示す。なお、各トランジスタをオンまたはオフする動作は、各トランジスタ
のゲートに接続される配線にトランジスタをオンまたはオフする電位が供給されることに
より行われるものとする。
The operation of the pixel 11 in the first mode will be described in detail with reference to the timing chart shown in FIG. The timing chart shown in FIG. 6 shows the wiring 161 (TX) and the wiring 162.
(RES), wiring 163 (AZ), wiring 165 (SEL), node FD1 and node F
The potential of D2 is shown. Note that the operation of turning on or off each transistor is performed by supplying a potential which turns on or off the transistor to a wiring connected to the gate of each transistor.

なお、配線151(VPD)は”L”、配線152(VR)は”H”、配線153(VA
Z)は”H”、配線154(VSS)は”L”、配線155(VPI)は”H”とするが
、上記配線にその他の電位を印加して動作させることもできる。
Note that the wiring 151 (VPD) is “L”, the wiring 152 (VR) is “H”, and the wiring 153 (VA
Z) is “H”, the wiring 154 (VSS) is “L”, and the wiring 155 (VPI) is “H”. However, other potentials can be applied to the wiring to operate.

時刻T1において、配線161(TX)、配線162(RES)および配線163(AZ
)を”H”とすることにより、トランジスタ131、トランジスタ132およびトランジ
スタ133をオンとする。また、配線165(SEL)を”L”とすることによりトラン
ジスタ135をオフとする。これにより、ノードFD1の電位は配線152(VR)の電
位”VR”に設定され、ノードFD2の電位は配線153(VAZ)の電位”VAZ”に
設定される。
At time T1, the wiring 161 (TX), the wiring 162 (RES), and the wiring 163 (AZ
) Is set to "H", the transistors 131, 132, and 133 are turned on. Further, the transistor 135 is turned off by setting the wiring 165 (SEL) to “L”. Accordingly, the potential of the node FD1 is set to the potential "VR" of the wiring 152 (VR), and the potential of the node FD2 is set to the potential "VAZ" of the wiring 153 (VAZ).

時刻T2において、配線162(RES)および配線163(AZ)を”L”とすること
により、トランジスタ132およびトランジスタ133をオフとする。これにより、ノー
ドFD1の電位が低下する。
At the time T2, the wiring 162 (RES) and the wiring 163 (AZ) are set to "L", whereby the transistors 132 and 133 are turned off. As a result, the potential of the node FD1 drops.

ここで、ノードFD1の電位低下を”ΔV1”とすると、ノードFD1の電位は”VR−
ΔV1”となる。また、容量素子141(容量値”C1”)と、容量素子142(容量値
”C2”)とトランジスタ134のゲート容量(容量値”Cg”)との合成容量と、の容
量結合により、ノードFD2の電位も低下する。ここで、ノードFD2の電位低下を”Δ
V2”とすると、”ΔV2=ΔV1・C1/(C1+C2+Cg)=ΔV1・α”であり
、ノードFD2の電位は”VAZ−ΔV2”となる。なお、”α=C1/(C1+C2+
Cg)”である。
Here, assuming that the potential decrease of the node FD1 is “ΔV1”, the potential of the node FD1 is “VR−”.
ΔV1”. Also, the capacitance of the capacitor 141 (capacitance value “C1”) and the combined capacitance of the capacitor 142 (capacitance value “C2”) and the gate capacitance of the transistor 134 (capacitance value “Cg”). The coupling also lowers the potential of the node FD2.
If V2”, then “ΔV2=ΔV1·C1/(C1+C2+Cg)=ΔV1·α”, and the potential of the node FD2 becomes “VAZ−ΔV2”. Note that “α=C1/(C1+C2+).
Cg)”.

なお、”ΔV1”と”ΔV2”をできる限り等しくするため、容量素子141の容量値は
、容量素子142の容量値とトランジスタ134のゲート容量の容量値との和より大きい
構成が好ましい。
Note that in order to make “ΔV1” and “ΔV2” as equal as possible, it is preferable that the capacitance value of the capacitor 141 be larger than the sum of the capacitance value of the capacitor element 142 and the gate capacitance value of the transistor 134.

光電変換素子120に照射する光の照度が高いほど、ノードFD1の電位は大きく低下す
る。したがって、ノードFD2の電位も大きく低下する。
The higher the illuminance of the light with which the photoelectric conversion element 120 is irradiated, the more the potential of the node FD1 decreases. Therefore, the potential of the node FD2 also drops significantly.

時刻T3において配線161(TX)を”L”とすることにより、トランジスタ131を
オフとする。これにより、ノードFD1およびノードFD2の電位が保持される。
At the time T3, the wiring 161 (TX) is set to “L”, whereby the transistor 131 is turned off. As a result, the potentials of the nodes FD1 and FD2 are held.

時刻T4において配線165(SEL)を”H”とすることにより、トランジスタ135
をオンとする。これにより、ノードFD2の電位に応じて、配線156(VOUT)に、
撮像データに対応する信号が出力される。なお、ノードFD2の電位が低いほど、配線1
56(VOUT)から出力される信号の電位は低くなる。すなわち、光電変換素子120
に照射する光の照度が高いほど、配線156(VOUT)の電位は低くなる。
At the time T4, the wiring 165 (SEL) is set to “H”, whereby the transistor 135
To turn on. Accordingly, the wiring 156 (VOUT) is connected to the wiring 156 (VOUT) depending on the potential of the node FD2.
A signal corresponding to the imaged data is output. Note that the lower the potential of the node FD2, the wiring 1
The potential of the signal output from 56 (VOUT) becomes low. That is, the photoelectric conversion element 120
The higher the illuminance of the light with which the wiring 156 is irradiated, the lower the potential of the wiring 156 (VOUT).

時刻T5において、配線165(SEL)を”L”とすることによりトランジスタ135
をオフとする。以上が第1のモードにおける画素11の動作である。
At the time T5, the wiring 165 (SEL) is set to “L”, whereby the transistor 135
To turn off. The above is the operation of the pixel 11 in the first mode.

次に、第2のモードにおける動作について、図7を用いて説明する。 Next, the operation in the second mode will be described with reference to FIG.

時刻T01乃至時刻T06は、基準フレームの撮像データを取得して出力する期間に相当
する。時刻T01において、配線161(TX)、配線162(RES)および配線16
3(AZ)を”H”とすることにより、トランジスタ131、トランジスタ132および
トランジスタ133をオンとする。また、配線165(SEL)を”L”とすることによ
りトランジスタ135をオフとする。これにより、ノードFD1の電位は配線152(V
R)の電位”VR”にリセットされ、ノードFD2の電位は配線153(VAZ)の電位
”VAZ”にリセットされる。
Times T01 to T06 correspond to a period in which the imaging data of the reference frame is acquired and output. At time T01, the wiring 161 (TX), the wiring 162 (RES), and the wiring 16
By setting 3(AZ) to "H", the transistor 131, the transistor 132, and the transistor 133 are turned on. Further, the transistor 135 is turned off by setting the wiring 165 (SEL) to “L”. Accordingly, the potential of the node FD1 is set to the wiring 152 (V
R) is reset to the potential “VR”, and the potential of the node FD2 is reset to the potential “VAZ” of the wiring 153 (VAZ).

時刻T02において、配線162(RES)を”L”とすることにより、トランジスタ1
32をオフとする。これにより、ノードFD1の電位が低下する。また、時刻T03にお
いて、配線161(TX)を”L”とすることにより、トランジスタ131をオフとする
。これにより、ノードFD1の電位が保持される。なお、時刻T02乃至時刻T03の間
隔をTとする。
At Time T02, the wiring 162 (RES) is set to “L”, so that the transistor 1
Turn off 32. As a result, the potential of the node FD1 drops. Further, at time T03, the wiring 161 (TX) is set to “L”, whereby the transistor 131 is turned off. As a result, the potential of the node FD1 is held. The interval from time T02 to time T03 is T.

時刻T02乃至時刻T03におけるノードFD1の電位低下を”ΔV1”とすると、ノー
ドFD1の電位は”VR−ΔV1”となる。光電変換素子120に照射する光の照度が高
いほど、ノードFD1の電位は大きく低下する。なお、ノードFD2の電位は変化しない
When the potential decrease of the node FD1 from time T02 to time T03 is “ΔV1”, the potential of the node FD1 becomes “VR−ΔV1”. The higher the illuminance of the light with which the photoelectric conversion element 120 is irradiated, the more the potential of the node FD1 decreases. Note that the potential of the node FD2 does not change.

そして、時刻T04において、配線163(AZ)を”L”とすることにより、トランジ
スタ133をオフとする。以上により基準フレームの撮像データが取得される。
Then, at Time T04, the wiring 163 (AZ) is set to “L”, whereby the transistor 133 is turned off. As described above, the imaging data of the reference frame is acquired.

時刻T05において配線165(SEL)を”H”とすることにより、トランジスタ13
5をオンとする。これにより、ノードFD2の電位に応じて、配線156(VOUT)に
、撮像データに対応する信号が出力される。
By setting the wiring 165 (SEL) to “H” at time T05, the transistor 13
Turn 5 on. Accordingly, a signal corresponding to imaging data is output to the wiring 156 (VOUT) according to the potential of the node FD2.

時刻T06において、配線165(SEL)を”L”とすることによりトランジスタ13
5をオフとする。以上が基準フレームの撮像データの取得および出力動作である。
At the time T06, the wiring 165 (SEL) is set to “L”, so that the transistor 13
Turn off 5. The above is the acquisition and output operation of the imaging data of the reference frame.

時刻T11乃至時刻T15は、基準フレームの撮像データと差分検出用フレームの撮像デ
ータとの間に差分が無い場合に、差分検出用フレームの撮像データの取得および出力によ
って差分データを取得する期間に相当する。これは、後述する時刻T12乃至時刻T13
において光電変換素子120に照射される光の照度が、時刻T02乃至時刻T03におい
て照射される光の照度と等しい場合に対応する。
Times T11 to T15 correspond to a period in which the difference data is acquired by acquiring and outputting the image data of the difference detection frame when there is no difference between the image data of the reference frame and the image data of the difference detection frame. To do. This is from time T12 to time T13 described later.
This corresponds to the case where the illuminance of the light applied to the photoelectric conversion element 120 is equal to the illuminance of the light applied from time T02 to time T03.

時刻T11において、配線161(TX)および配線162(RES)を”H”とするこ
とにより、トランジスタ131およびトランジスタ132をオンとする。これにより、ノ
ードFD1の電位は”VR−ΔV1”から”VR”となる。すなわち、時刻T02乃至時
刻T03における電位低下分”ΔV1”だけ電位が上昇する。また、ノードFD2の電位
も上昇する。ここで、ノードFD2の電位上昇を”ΔV2”とすると、”ΔV2=ΔV1
・α”である。すなわち、ノードFD2の電位は”VAZ”から”VAZ+ΔV2”とな
る。
At Time T11, the wiring 161 (TX) and the wiring 162 (RES) are set to “H”, whereby the transistors 131 and 132 are turned on. As a result, the potential of the node FD1 changes from "VR-ΔV1" to "VR". That is, the potential rises by "ΔV1", which is the potential decrease from time T02 to time T03. In addition, the potential of the node FD2 also rises. Here, if the potential rise of the node FD2 is “ΔV2”, then “ΔV2=ΔV1
.Alpha.", that is, the potential of the node FD2 changes from "VAZ" to "VAZ+.DELTA.V2".

時刻T12において、配線162(RES)を”L”とすることにより、トランジスタ1
32をオフとする。これにより、ノードFD1の電位は低下し、合わせてノードFD2の
電位も低下する。
At time T12, the wiring 162 (RES) is set to “L”, so that the transistor 1
Turn off 32. As a result, the potential of the node FD1 drops, and the potential of the node FD2 also drops.

時刻T13において配線161(TX)を”L”とすることにより、トランジスタ131
をオフとする。これにより、ノードFD1およびノードFD2の電位が保持される。
By setting the wiring 161 (TX) to “L” at time T13, the transistor 131
To turn off. As a result, the potentials of the nodes FD1 and FD2 are held.

ここで、時刻T12乃至時刻T13の間隔をTとすると、時刻T02乃至時刻T03と同
じ照度の光が光電変換素子120に照射しているので、ノードFD1の電位低下は時刻T
02乃至時刻T03での電位低下”ΔV1”に等しい。つまり、時刻T12乃至時刻T1
3におけるノードFD1の電位低下は、時刻T11におけるノードFD1の電位上昇と等
しい。また、ノードFD2の電位低下は時刻T11での電位上昇”ΔV2”に等しい。し
たがって、ノードFD2の電位は、”VAZ”になる。つまり、配線153(VAZ)の
電位と等しい。
Here, assuming that the interval from time T12 to time T13 is T, light having the same illuminance as that from time T02 to time T03 is applied to the photoelectric conversion element 120, so that the potential drop of the node FD1 occurs at time T.
It is equal to the potential decrease “ΔV1” from 02 to time T03. That is, from time T12 to time T1
The potential decrease of the node FD1 at 3 is equal to the potential increase of the node FD1 at time T11. Further, the potential decrease of the node FD2 is equal to the potential increase “ΔV2” at the time T11. Therefore, the potential of the node FD2 becomes "VAZ". That is, it is equal to the potential of the wiring 153 (VAZ).

時刻T14において、配線165(SEL)を”H”とすることにより、トランジスタ1
35をオンとする。これにより、ノードFD2の電位に応じて、配線156(VOUT)
に撮像データに対応する信号が出力される。なお、当該信号の電位は、時刻T05乃至時
刻T06における当該信号の電位と等しくなる。
At time T14, the wiring 165 (SEL) is set to “H”, whereby the transistor 1
Turn on 35. Accordingly, the wiring 156 (VOUT) is supplied depending on the potential of the node FD2.
A signal corresponding to the imaged data is output to. Note that the potential of the signal is equal to the potential of the signal from time T05 to time T06.

時刻T15において、配線165(SEL)を”L”とすることによりトランジスタ13
5をオフとする。以上が基準フレームと、差分検出用フレームとの間で差分がない場合に
おける、差分検出用フレームの撮像データの取得および出力動作である。
At time T15, the wiring 165 (SEL) is set to “L”, so that the transistor 13
Turn off 5. The above is the operation of acquiring and outputting the imaged data of the difference detection frame when there is no difference between the reference frame and the difference detection frame.

時刻T21乃至時刻T25は、基準フレームの撮像データと差分検出用フレームの撮像デ
ータとの間に差分がある場合に、差分検出用フレームの撮像データの取得および出力によ
って差分データを取得する期間に相当する。これは、後述する時刻T22乃至時刻T23
において光電変換素子120に照射される光の照度が、時刻T12乃至時刻T13におい
て照射される光の照度より高い場合に対応する。
Times T21 to T25 correspond to a period in which the difference data is acquired by acquiring and outputting the image data of the difference detection frame when there is a difference between the image data of the reference frame and the image data of the difference detection frame. To do. This is from time T22 to time T23 described later.
This corresponds to the case where the illuminance of the light applied to the photoelectric conversion element 120 is higher than the illuminance of the light applied from time T12 to time T13.

時刻T21乃至時刻T25におけるトランジスタ131、トランジスタ132、トランジ
スタ133およびトランジスタ135の動作は、時刻T11乃至時刻T15における各ト
ランジスタの動作と同様である。
The operations of the transistor 131, the transistor 132, the transistor 133, and the transistor 135 at times T21 to T25 are similar to the operations of the transistors at times T11 to T15.

時刻T21において、ノードFD1の電位は”VR”となる。すなわち、時刻T12乃至
時刻T13における電位低下分”ΔV1”だけ電位が上昇する。一方、ノードFD2の電
位も、時刻T12乃至時刻T13における電位低下分”ΔV2”だけ上昇する。すなわち
、ノードFD2の電位は”VAZ+ΔV2”となる。
At time T21, the potential of the node FD1 becomes “VR”. That is, the potential rises by "ΔV1", which is the potential decrease from time T12 to time T13. On the other hand, the potential of the node FD2 also increases by “ΔV2”, which is the potential decrease from time T12 to time T13. That is, the potential of the node FD2 becomes “VAZ+ΔV2”.

時刻T22において、ノードFD1の電位は低下し、合わせてノードFD2の電位も低下
する。
At time T22, the potential of the node FD1 drops, and the potential of the node FD2 also drops.

時刻T23において、ノードFD1およびノードFD2の電位が保持される。時刻T22
乃至時刻T23の間隔をTとすると、光電変換素子120に照射する光の照度は、時刻T
12乃至時刻T13において光電変換素子120に照射する光の照度より高いので、ノー
ドFD1の電位低下”ΔV1’”は時刻T12乃至時刻T13での電位低下”ΔV1”よ
り大きい(ΔV1’>ΔV1)。また、ノードFD2の電位低下”ΔV2’=ΔV1’・
α”も時刻T12乃至時刻T13での低下分”ΔV2”より大きい(ΔV2’>ΔV2)
。したがって、ノードFD2の電位”VAZ+ΔV2−ΔV2’”は、配線153(VA
Z)の電位”VAZ”より低い。
At time T23, the potentials of the nodes FD1 and FD2 are held. Time T22
The illuminance of the light with which the photoelectric conversion element 120 is irradiated is T
Since the illuminance of light with which the photoelectric conversion element 120 is irradiated from 12 to time T13 is higher, the potential decrease “ΔV1′” of the node FD1 is larger than the potential decrease “ΔV1” from time T12 to time T13 (ΔV1′>ΔV1). In addition, the potential drop of the node FD2 “ΔV2′=ΔV1′·
α” is also larger than the decrease amount “ΔV2” from time T12 to time T13 (ΔV2′>ΔV2)
.. Therefore, the potential “VAZ+ΔV2-ΔV2′” of the node FD2 is equal to the wiring 153 (VA
Z) potential lower than "VAZ".

時刻T24において、ノードFD2の電位に応じて、配線156(VOUT)に撮像デー
タに対応する信号が出力される。なお、時刻T22乃至時刻T23において光電変換素子
120に照射する光の照度が高いほど配線156(VOUT)から出力される信号の電位
は低くなるので、出力信号の電位は、時刻T14乃至時刻T15における出力信号の電位
より低くなる。
At time T24, a signal corresponding to imaging data is output to the wiring 156 (VOUT) in accordance with the potential of the node FD2. Note that the potential of the signal output from the wiring 156 (VOUT) is lower as the illuminance of light with which the photoelectric conversion element 120 is irradiated is higher from Time T22 to Time T23; therefore, the potential of the output signal is from Time T14 to Time T15. It becomes lower than the potential of the output signal.

時刻T31乃至時刻T35は、時刻T11乃至時刻T15の場合と同様に基準フレームの
撮像データと差分検出用フレームの撮像データとの差分がない場合に、差分検出用フレー
ムの撮像データの取得および出力によって、差分データを取得する期間に相当する。
From time T31 to time T35, as in the case of time T11 to time T15, when there is no difference between the image data of the reference frame and the image data of the difference detection frame, the image data of the difference detection frame is acquired and output. , Which corresponds to the period for acquiring the difference data.

時刻T31乃至時刻T35におけるトランジスタ131、トランジスタ132、トランジ
スタ133およびトランジスタ135の動作は、時刻T11乃至時刻T15における各ト
ランジスタの動作と同様である。
The operations of the transistor 131, the transistor 132, the transistor 133, and the transistor 135 from time T31 to time T35 are similar to the operation of each transistor from time T11 to time T15.

時刻T31乃至時刻T32において、ノードFD1の電位は”VR”となる。すなわち、
時刻T22乃至時刻T23における電位低下分”ΔV1’”だけ電位が上昇する。一方、
ノードFD2の電位も、時刻T22乃至時刻T23における電位低下分”ΔV2’”だけ
上昇する。すなわち、ノードFD2の電位は”V2+ΔV2”となる。
From time T31 to time T32, the potential of the node FD1 becomes “VR”. That is,
The potential rises by "ΔV1'", which is the potential drop from time T22 to time T23. on the other hand,
The potential of the node FD2 also increases by “ΔV2′”, which is the decrease in potential from time T22 to time T23. That is, the potential of the node FD2 becomes “V2+ΔV2”.

時刻T32乃至時刻T33の間隔をTとすると、時刻T12乃至時刻T13と同じ照度の
光が光電変換素子120に照射されているので、ノードFD1の電位低下は時刻T12乃
至時刻T13での電位低下”ΔV1”に等しい。また、ノードFD2の電位低下も時刻T
12乃至時刻T13での電位低下”ΔV2”に等しい。したがって、ノードFD2の電位
は、”VAZ”になる。つまり、配線153(VAZ)の電位と等しい。
Assuming that the interval from time T32 to time T33 is T, light having the same illuminance as that from time T12 to time T13 is applied to the photoelectric conversion element 120. It is equal to ΔV1″. In addition, the potential drop of the node FD2 also occurs at time T
It is equal to the potential decrease “ΔV2” from 12 to time T13. Therefore, the potential of the node FD2 becomes "VAZ". That is, it is equal to the potential of the wiring 153 (VAZ).

時刻T41乃至時刻T45は、基準フレームの撮像データと差分検出用フレームの撮像デ
ータとの間に差分がある場合に、差分検出用フレームの撮像データの取得および出力によ
って差分データを取得する期間に相当する。これは、後述する時刻T42乃至時刻T43
において光電変換素子120に照射される光の照度が、時刻T32乃至時刻T33におい
て照射される光の照度より低い場合に対応する。
Times T41 to T45 correspond to a period during which difference data is acquired by acquiring and outputting the image data of the difference detection frame when there is a difference between the image data of the reference frame and the image data of the difference detection frame. To do. This is from time T42 to time T43 described later.
This corresponds to the case where the illuminance of the light applied to the photoelectric conversion element 120 is lower than the illuminance of the light applied from time T32 to time T33.

時刻T41乃至時刻T45におけるトランジスタ131、トランジスタ132、トランジ
スタ133およびトランジスタ135の動作は、時刻T31乃至時刻T35における各ト
ランジスタの動作と同様である。
The operations of the transistor 131, the transistor 132, the transistor 133, and the transistor 135 at times T41 to T45 are similar to the operations of the transistors at times T31 to T35.

時刻T41において、ノードFD1の電位は”VR”となる。すなわち、時刻T32乃至
時刻T33における電位低下分”ΔV1”だけ電位が上昇する。一方、ノードFD2の電
位も、時刻T32乃至時刻T33における電位低下分”ΔV2”だけ上昇する。すなわち
、ノードFD2の電位は”VAZ+ΔV2”となる。
At time T41, the potential of the node FD1 becomes “VR”. That is, the potential rises by "ΔV1", which is the potential decrease from time T32 to time T33. On the other hand, the potential of the node FD2 also increases by the amount of decrease in potential “ΔV2” from time T32 to time T33. That is, the potential of the node FD2 becomes “VAZ+ΔV2”.

時刻T42において、ノードFD1の電位は低下し、合わせてノードFD2の電位も低下
する。
At time T42, the potential of the node FD1 drops, and the potential of the node FD2 also drops.

時刻T43において、ノードFD1およびノードFD2の電位が保持される。時刻T42
乃至時刻T43の間隔をTとすると、光電変換素子120に照射する光の照度は、時刻T
32乃至時刻T33において光電変換素子120に照射する光の照度より低いので、ノー
ドFD1の電位低下”ΔV1’’”は時刻T32乃至時刻T33での電位低下”ΔV1”
より小さい(ΔV1’’<ΔV1)。また、ノードFD2の電位低下”ΔV2’’=ΔV
1’’・α”も時刻T32乃至時刻T33での低下分”ΔV2”より小さい(ΔV2’’
<ΔV2)。したがって、ノードFD2の電位”VAZ+ΔV2−ΔV2’’”は、配線
153(VAZ)の電位”VAZ”より高い。
At time T43, the potentials of the nodes FD1 and FD2 are held. Time T42
The illuminance of light with which the photoelectric conversion element 120 is irradiated is T
Since it is lower than the illuminance of light with which the photoelectric conversion element 120 is irradiated from 32 to time T33, the potential decrease “ΔV1”” of the node FD1 is equal to the potential decrease “ΔV1” from time T32 to time T33.
It is smaller (ΔV1″<ΔV1). In addition, the potential drop of the node FD2 "ΔV2"=ΔV
1″·α” is also smaller than the decrease “ΔV2” from time T32 to time T33 (ΔV2″)
<ΔV2). Therefore, the potential “VAZ+ΔV2−ΔV2″” of the node FD2 is higher than the potential “VAZ” of the wiring 153 (VAZ).

時刻T44において、ノードFD2の電位に応じて、配線156(VOUT)に撮像デー
タに対応する信号が出力される。なお、時刻T42乃至時刻T43において光電変換素子
120に照射する光の照度が低いほど配線156(VOUT)から出力される信号の電位
は高くなるので、出力信号の電位は、時刻T34乃至時刻T35における出力信号の電位
より高くなる。
At time T44, a signal corresponding to imaging data is output to the wiring 156 (VOUT) in accordance with the potential of the node FD2. Note that the potential of the signal output from the wiring 156 (VOUT) is higher as the illuminance of light with which the photoelectric conversion element 120 is irradiated is lower from Time T42 to Time T43; therefore, the potential of the output signal is from Time T34 to Time T35. It becomes higher than the potential of the output signal.

以上、第2のモードにおける画素11の動作の一例を示した。 The example of the operation of the pixel 11 in the second mode has been described above.

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the structures described in the other embodiments.

(実施の形態3)
本実施の形態では、撮像装置10が有する画素11の変形例について図面を用いて説明す
る。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, a modified example of the pixel 11 included in the imaging device 10 will be described with reference to the drawings.

本発明の一態様の撮像装置10が有する画素11は、図5に示す構成だけでなく。図8に
示す構成とすることもできる。図8は、図5に示すトランジスタ131乃至トランジスタ
135をすべてp−ch型とした構成である。必要に応じて電位の大小関係を逆にするこ
となどにより、第1のモードにおける動作は図6を、第2のモードにおける動作は図7を
それぞれ参照することができる。なお、トランジスタ131乃至トランジスタ135のう
ち、一部のトランジスタをp−ch型に置き換えてもよい。または、CMOS構成にして
もよい。
The pixel 11 included in the imaging device 10 of one embodiment of the present invention is not limited to the structure illustrated in FIG. The configuration shown in FIG. 8 can also be used. FIG. 8 illustrates a structure in which all the transistors 131 to 135 illustrated in FIG. 5 are p-ch types. By reversing the magnitude relationship of the potentials as necessary, the operation in the first mode can be referred to FIG. 6, and the operation in the second mode can be referred to FIG. Note that some of the transistors 131 to 135 may be replaced with p-ch transistors. Alternatively, a CMOS configuration may be used.

また、図5ではトランジスタ135はトランジスタ134と配線155(VPI)の間に
配置されているが、図9に示すようにトランジスタ134をトランジスタ135と配線1
55(VPI)の間に配置する構成としてもよい。
Further, although the transistor 135 is arranged between the transistor 134 and the wiring 155 (VPI) in FIG. 5, the transistor 134 is connected to the transistor 135 and the wiring 1 as shown in FIG.
It may be arranged between 55 (VPI).

また、本発明の一態様の撮像装置10が有する画素11は、図10に示す構成であっても
よい。図10は、画素11における光電変換素子120の接続の向きが図5とは逆になる
構成である。この場合、配線151(VPD)は”H”、配線152(VR)は”L”と
する。第1のモードにおける動作は図6を、第2のモードにおける動作は図7をそれぞれ
参照することができるが、この場合は光電変換素子120に照射される光の照度が高いほ
どノードFD1およびノードFD2の電位が高くなる。したがって、図10の回路構成に
おいては、光電変換素子120に照射される光の照度が高いほど配線156(VOUT)
から出力される出力信号の電位は大きくなる。
The pixel 11 included in the imaging device 10 of one embodiment of the present invention may have the structure illustrated in FIG. FIG. 10 is a configuration in which the connection direction of the photoelectric conversion element 120 in the pixel 11 is opposite to that in FIG. In this case, the wiring 151 (VPD) is "H" and the wiring 152 (VR) is "L". 6 can be referred to for the operation in the first mode and FIG. 7 can be referred to for the operation in the second mode. In this case, the higher the illuminance of the light with which the photoelectric conversion element 120 is irradiated, the higher the illuminance of the node FD1 and the node. The potential of FD2 becomes high. Therefore, in the circuit configuration of FIG. 10, the higher the illuminance of the light with which the photoelectric conversion element 120 is irradiated, the wiring 156 (VOUT).
The electric potential of the output signal output from is large.

また、図11(A)は、図5に示す画素11からトランジスタ132が除かれた構成であ
る。この場合、配線151(VPD)は”L”と”H”に変動できる構成とする。ノード
FD1のリセット動作は、配線151(VPD)を”H”とすることで行うことができる
。定められた期間において、配線151(VPD)を”H”とすると光電変換素子120
には順方向バイアスがかかる。したがって、ノードFD1を配線151(VPD)の電位
”VPD”とすることができる。
In addition, FIG. 11A illustrates a structure in which the transistor 132 is removed from the pixel 11 illustrated in FIG. In this case, the wiring 151 (VPD) can be changed to "L" and "H". The reset operation of the node FD1 can be performed by setting the wiring 151 (VPD) to “H”. When the wiring 151 (VPD) is set to “H” during the predetermined period, the photoelectric conversion element 120
Is forward biased. Therefore, the node FD1 can be set to the potential "VPD" of the wiring 151 (VPD).

また、撮像データの取得を行う場合は、配線151(VPD)を”L”とする。配線15
1(VPD)を”L”とすることで光電変換素子120には逆方向バイアスがかかるため
、光の照度に応じてノードFD1から配線151(VPD)へ電荷を放出することができ
る。この場合は光電変換素子120に照射される光の照度が高いほどノードFD1の電位
が低くなり、したがってノードFD2の電位も低くなる。したがって、図11(A)の回
路構成においては、光電変換素子120に照射される光の照度が高いほど配線156(V
OUT)から出力される出力信号の電位は低くなる。
In addition, when the imaging data is acquired, the wiring 151 (VPD) is set to “L”. Wiring 15
By setting 1 (VPD) to "L", a reverse bias is applied to the photoelectric conversion element 120, so that charge can be discharged from the node FD1 to the wiring 151 (VPD) depending on the illuminance of light. In this case, the higher the illuminance of the light with which the photoelectric conversion element 120 is irradiated, the lower the potential of the node FD1 and thus the lower the potential of the node FD2. Therefore, in the circuit configuration of FIG. 11A, as the illuminance of the light with which the photoelectric conversion element 120 is irradiated is higher, the wiring 156 (V
The potential of the output signal output from (OUT) becomes low.

また、本発明の一態様の撮像装置10が有する画素11のその他の形態として、図11(
B)のようにトランジスタ131を有さない構造であってもよい。また、図11(C)の
ように容量素子142を有さない構造であってもよい。
In addition, as another mode of the pixel 11 included in the imaging device 10 of one embodiment of the present invention, FIG.
A structure without the transistor 131 as in B) may be used. Alternatively, a structure without the capacitor 142 may be used as shown in FIG.

なお、図11において、配線の一部を省略している。 In addition, in FIG. 11, a part of the wiring is omitted.

また、図5では、同じ電位を与える配線であっても異なる配線として図示したが、同じ配
線としてもよい。例えば、図12(A)に示す画素11のように、“H”を印加する配線
152(VR)、配線153(VAZ)および配線155(VPI)を同じ配線としても
よい。または、図12(B)に示す画素11のように、“L”を印加する配線151(V
PD)および配線154(VSS)を同じ配線としてもよい。
Further, in FIG. 5, the wirings that give the same potential are shown as different wirings, but the wirings may be the same. For example, like the pixel 11 illustrated in FIG. 12A, the wiring 152 (VR) for applying “H”, the wiring 153 (VAZ), and the wiring 155 (VPI) may be the same wiring. Alternatively, as in the pixel 11 illustrated in FIG. 12B, the wiring 151 (V which applies “L”)
PD) and the wiring 154 (VSS) may be the same wiring.

図13(A)は、図5の画素11において、トランジスタ131乃至トランジスタ135
を、活性層または活性領域を酸化物半導体で形成したトランジスタ(以下、OSトランジ
スタと呼ぶ)とする構成である。
FIG. 13A illustrates transistors 131 to 135 in the pixel 11 in FIG.
Is a transistor in which an active layer or an active region is formed using an oxide semiconductor (hereinafter referred to as an OS transistor).

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いう場合がある。
Unless otherwise specified, the off-state current in this specification refers to a drain current of a transistor in an off state (also referred to as a non-conduction state or a cutoff state). Unless otherwise specified, the off state is a state in which the voltage “Vgs” between the gate and the source is lower than the threshold voltage “Vth” in the n-channel type transistor, and the voltage between the gate and the source in the p-channel type transistor is lower than the threshold voltage “Vth”. A voltage "Vgs" between them is higher than a threshold voltage "Vth". For example, the off-state current of an n-channel transistor may be a drain current when the voltage “Vgs” between the gate and the source is lower than the threshold voltage “Vth”.

トランジスタのオフ電流は、”Vgs”に依存する場合がある。したがって、トランジス
タのオフ電流が”I”以下である、とは、トランジスタのオフ電流が”I”以下となる”
Vgs”の値が存在することをいう場合がある。トランジスタのオフ電流は、所定の”V
gs”におけるオフ状態、所定の範囲内の”Vgs”におけるオフ状態、または、十分に
低減されたオフ電流が得られる”Vgs”におけるオフ状態、等におけるオフ電流を指す
場合がある。
The off-state current of a transistor may depend on "Vgs". Therefore, the off-state current of a transistor is "I" or less means that the off-state current of a transistor is "I" or less".
It may mean that there is a value of “Vgs”. The off-state current of a transistor is a predetermined “V”.
It may refer to an off-state in gs", an off-state in "Vgs" within a predetermined range, or an off-state in "Vgs" at which a sufficiently reduced off-state current is obtained.

一例として、しきい値電圧”Vth”が0.5Vであり、”Vgs”が0.5Vにおける
ドレイン電流が1×10−9Aであり、”Vgs”が0.1Vにおけるドレイン電流が1
×10−13Aであり、”Vgs”が−0.5Vにおけるドレイン電流が1×10−19
Aであり、”Vgs”が−0.8Vにおけるドレイン電流が1×10−22Aであるよう
なnチャネル型トランジスタを想定する。当該トランジスタのドレイン電流は、”Vgs
”が−0.5Vにおいて、または、”Vgs”が−0.5V乃至−0.8Vの範囲におい
て、1×10−19A以下であるから、当該トランジスタのオフ電流は1×10−19
以下である、という場合がある。当該トランジスタのドレイン電流が1×10−22A以
下となる”Vgs”が存在するため、当該トランジスタのオフ電流は1×10−22A以
下である、という場合がある。
As an example, when the threshold voltage “Vth” is 0.5V, the drain current when “Vgs” is 0.5V is 1×10 −9 A, and the drain current when “Vgs” is 0.1V is 1V.
× 10 -13 is A, "Vgs" is the drain current at -0.5 V 1 × 10 -19
Assume an n-channel transistor with A and a drain current of 1×10 −22 A at “Vgs” of −0.8V. The drain current of the transistor is “Vgs
Since "" is -0.5 V or "Vgs" is in the range of -0.5 V to -0.8 V, it is 1×10 −19 A or less, and thus the off-state current of the transistor is 1×10 −19 A.
The following may be the case. Since there is "Vgs" in which the drain current of the transistor is 1×10 −22 A or lower, the off-state current of the transistor is 1×10 −22 A or lower in some cases.

本明細書では、チャネル幅Wを有するトランジスタのオフ電流を、チャネル幅Wあたりを
流れる電流値で表す場合がある。また、所定のチャネル幅(例えば1μm)あたりを流れ
る電流値で表す場合がある。後者の場合、オフ電流の単位は、電流/長さの次元を持つ単
位(例えば、A/μm)で表される場合がある。
In this specification, the off-state current of a transistor having a channel width W may be represented by a current value flowing around the channel width W. Further, it may be represented by a current value flowing around a predetermined channel width (for example, 1 μm). In the latter case, the unit of off-current may be represented by a unit having a dimension of current/length (for example, A/μm).

トランジスタのオフ電流は、温度に依存する場合がある。本明細書において、オフ電流は
、特に記載がない場合、室温、60℃、85℃、95℃、または125℃におけるオフ電
流を表す場合がある。または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証
される温度、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度(例え
ば、5℃乃至35℃のいずれか一の温度)におけるオフ電流、を表す場合がある。トラン
ジスタのオフ電流が”I”以下である、とは、室温、60℃、85℃、95℃、125℃
、当該トランジスタが含まれる半導体装置の信頼性が保証される温度、または、当該トラ
ンジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度(例えば、5℃乃至35℃のいずれか
一の温度)、におけるトランジスタのオフ電流が”I”以下となる”Vgs”の値が存在
することを指す場合がある。
The off-state current of a transistor may depend on temperature. In the present specification, off-state current may represent off-state current at room temperature, 60° C., 85° C., 95° C., or 125° C., unless otherwise specified. Alternatively, at a temperature at which reliability of a semiconductor device or the like including the transistor is guaranteed or at a temperature at which the semiconductor device or the like including the transistor is used (for example, any one temperature of 5 °C to 35 °C). Off current may be expressed. The off-state current of a transistor is "I" or less means that the temperature is room temperature, 60°C, 85°C, 95°C, 125°C
A transistor at a temperature at which reliability of a semiconductor device including the transistor is guaranteed or at a temperature at which a semiconductor device including the transistor is used (eg, any one temperature of 5° C. to 35° C.) In some cases, there is a value of "Vgs" at which the off-state current of "Is" is less than or equal to "I".

トランジスタのオフ電流は、ドレインとソースの間の電圧”Vds”に依存する場合があ
る。本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、”Vds”が0.1V、0.
8V、1V、1.2V、1.8V、2.5V、3V、3.3V、10V、12V、16V
、または20Vにおけるオフ電流を表す場合がある。または、当該トランジスタが含まれ
る半導体装置等の信頼性が保証される”Vds”、または、当該トランジスタが含まれる
半導体装置等において使用される”Vds”におけるオフ電流、を表す場合がある。トラ
ンジスタのオフ電流が”I”以下である、とは、”Vds”が0.1V、0.8V、1V
、1.2V、1.8V、2.5V、3V、3.3V、10V、12V、16V、20V、
当該トランジスタが含まれる半導体装置の信頼性が保証されるVds、または、当該トラ
ンジスタが含まれる半導体装置等において使用される”Vds”、におけるトランジスタ
のオフ電流が”I”以下となる”Vgs”の値が存在することを指す場合がある。
The off-state current of a transistor may depend on the voltage "Vds" between the drain and the source. In the present specification, unless otherwise specified, the off-state current is "Vds" of 0.1 V, 0.
8V, 1V, 1.2V, 1.8V, 2.5V, 3V, 3.3V, 10V, 12V, 16V
, Or off current at 20V. Alternatively, it may represent “Vds” with which reliability of a semiconductor device or the like including the transistor is guaranteed or off-state current at “Vds” used in the semiconductor device or the like including the transistor. The off-state current of the transistor is "I" or less means that "Vds" is 0.1V, 0.8V, 1V.
, 1.2V, 1.8V, 2.5V, 3V, 3.3V, 10V, 12V, 16V, 20V,
The Vds that guarantees the reliability of the semiconductor device including the transistor, or the "Vds" used in the semiconductor device including the transistor, in which the off-state current of the transistor is "I" or less. It may indicate that a value exists.

本明細書では、オフ電流と同じ意味で、リーク電流と記載する場合がある。 In this specification, the term “leakage current” may be used in the same meaning as off-state current.

本明細書において、オフ電流とは、例えば、トランジスタがオフ状態にあるときに、ソー
スとドレインとの間に流れる電流を指す場合がある。
In this specification, the off-state current may refer to a current flowing between the source and the drain when the transistor is in an off state, for example.

OSトランジスタを画素11に用いると、撮像のダイナミックレンジを拡大することがで
きる。図5に示す回路構成では、光電変換素子120に入射される光の照度が高いときに
ノードFD1の電位が小さくなり、したがってノードFD2の電位も小さくなる。OSト
ランジスタは極めてオフ電流が低いため、ノードFD2の電位(トランジスタ134のゲ
ート電位)が極めて小さい場合においても当該ゲート電位に応じた電流を正確に出力する
ことができる。したがって、検出することのできる照度のレンジ、すなわちダイナミック
レンジを広げることができる。
When the OS transistor is used for the pixel 11, the dynamic range of imaging can be expanded. In the circuit configuration shown in FIG. 5, when the illuminance of light incident on the photoelectric conversion element 120 is high, the potential of the node FD1 becomes small, and therefore the potential of the node FD2 also becomes small. Since the OS transistor has an extremely low off-state current, even when the potential of the node FD2 (the gate potential of the transistor 134) is extremely low, a current according to the gate potential can be accurately output. Therefore, the range of illuminance that can be detected, that is, the dynamic range can be expanded.

また、トランジスタの低いオフ電流特性によってノードFD1およびノードFD2で電荷
を保持できる期間を極めて長くすることができる。そのため、回路構成や動作方法を複雑
にすることなく、全画素で同時に撮像データを取得するグローバルシャッタ方式を適用す
ることができる。
In addition, the low off-state current characteristics of the transistor can significantly extend the period in which electric charge can be held in the nodes FD1 and FD2. Therefore, it is possible to apply the global shutter method in which the imaging data is simultaneously acquired in all pixels without complicating the circuit configuration and the operating method.

一般的に、画素がマトリクス状に配置された撮像装置では、図14(A)に示す、行毎に
撮像動作201、データ保持動作202、読み出し動作203を行う駆動方法であるロー
リングシャッタ方式が用いられる。ローリングシャッタ方式を用いる場合には、撮像の同
時性が失われるため、被写体が移動した場合には、画像に歪が生じてしまう。
Generally, in an imaging device in which pixels are arranged in a matrix, a rolling shutter method, which is a driving method for performing an imaging operation 201, a data holding operation 202, and a reading operation 203 for each row, is used as illustrated in FIG. To be When the rolling shutter method is used, the simultaneity of image pickup is lost, so that the image is distorted when the subject moves.

したがって、本発明の一態様は、図14(B)に示す、全行で同時に撮像動作201を行
い、行毎に順次読み出し動作203を行うことができるグローバルシャッタ方式を用いる
ことが好ましい。グローバルシャッタ方式を用いることで、撮像装置の各画素における撮
像の同時性を確保することができ、被写体が移動する場合であっても歪の小さい画像を容
易に得ることができる。
Therefore, according to one embodiment of the present invention, it is preferable to use a global shutter method in which the imaging operation 201 is simultaneously performed in all rows and the reading operation 203 is sequentially performed in each row, as illustrated in FIG. By using the global shutter method, it is possible to ensure the simultaneity of image pickup in each pixel of the image pickup apparatus, and it is possible to easily obtain an image with small distortion even when the subject moves.

また、OSトランジスタは、活性層または活性領域をシリコンで形成したトランジスタ(
以下、Siトランジスタと呼ぶ)よりも電気特性変動の温度依存性が小さいため、極めて
広い温度範囲で使用することができる。したがって、OSトランジスタを有する撮像装置
および半導体装置は、自動車、航空機、宇宙機などへの搭載にも適している。
Further, the OS transistor is a transistor whose active layer or region is formed of silicon (
Since the temperature dependence of the electric characteristic fluctuation is smaller than that of Si transistor), it can be used in an extremely wide temperature range. Therefore, the imaging device and the semiconductor device having the OS transistor are suitable for mounting on an automobile, an aircraft, a spacecraft, or the like.

また、ノードFD1およびノードFD2のいずれかと接続するトランジスタはノイズが少
ないことが求められる。後述する二層または三層の酸化物半導体層を有するトランジスタ
はチャネルが埋め込み型であり、極めてノイズに強い特性を有する。したがって、当該ト
ランジスタを用いることでノイズの少ない画像を得ることができる。
In addition, a transistor connected to either the node FD1 or the node FD2 is required to have low noise. A transistor including a two-layer oxide semiconductor layer or a three-layer oxide semiconductor layer to be described later has a buried channel and has extremely strong noise resistance. Therefore, an image with less noise can be obtained by using the transistor.

特に、図13(A)に示すような構成とすることで、画素をシリコンで形成した光電変換
素子と、OSトランジスタと、で構成することができる。このような構成とすることで、
画素にSiトランジスタを形成する必要が無いため、光電変換素子の有効面積を増大する
ことが容易になる。したがって、撮像感度を向上することができる。
In particular, with the structure shown in FIG. 13A, a pixel can be formed using a photoelectric conversion element including silicon and an OS transistor. With this configuration,
Since it is not necessary to form the Si transistor in the pixel, it becomes easy to increase the effective area of the photoelectric conversion element. Therefore, the imaging sensitivity can be improved.

また、画素11だけでなく、回路13、回路14、回路15、回路16、回路17、回路
18、回路19、回路21および回路22などの周辺回路をOSトランジスタで形成して
もよい。周辺回路をOSトランジスタのみで形成する構成は、Siトランジスタの形成工
程が不要となるため、撮像装置の低価格化に有効である。また、周辺回路をOSトランジ
スタとp型Siトランジスタのみで形成する構成は、n型Siトランジスタの形成工程が
不要となるため、撮像装置の低価格化に有効である。さらに、周辺回路をCMOS回路と
することができるので、周辺回路の低消費電力化、すなわち、撮像装置の低消費電力化に
有効である。
In addition to the pixel 11, peripheral circuits such as the circuit 13, the circuit 14, the circuit 15, the circuit 16, the circuit 17, the circuit 18, the circuit 19, the circuit 21, and the circuit 22 may be formed using OS transistors. The configuration in which the peripheral circuit is formed by only the OS transistors is effective in reducing the cost of the image pickup device because the step of forming the Si transistors is unnecessary. Further, the configuration in which the peripheral circuit is formed only of the OS transistor and the p-type Si transistor does not require the step of forming the n-type Si transistor, and is therefore effective in reducing the cost of the imaging device. Further, since the peripheral circuit can be a CMOS circuit, it is effective for reducing the power consumption of the peripheral circuit, that is, for reducing the power consumption of the imaging device.

また図13(B)には、図13(A)をさらに変形した画素11の回路図の変形例を示す
。図13(B)に示す画素11では、トランジスタ134およびトランジスタ135を、
Siトランジスタとする構成としている。
Further, FIG. 13B shows a modification example of the circuit diagram of the pixel 11 which is a modification of FIG. 13A. In the pixel 11 illustrated in FIG. 13B, the transistor 134 and the transistor 135 are
It is configured to be a Si transistor.

Siトランジスタは、OSトランジスタに比べて優れた電界効果移動度を有するといった
特性を有する。そのため、増幅トランジスタや選択トランジスタとして機能するトランジ
スタに流れる電流値を増やすことができる。例えば、図13(B)においてノードFD2
に蓄積された電荷に応じて、トランジスタ134およびトランジスタ135に流れる電流
値を増やすことができる。
The Si transistor has a characteristic of having a field effect mobility superior to that of the OS transistor. Therefore, the value of current flowing through the transistor functioning as an amplification transistor or a selection transistor can be increased. For example, in FIG. 13B, the node FD2
The amount of current flowing through the transistor 134 and the transistor 135 can be increased in accordance with the charge stored in the transistor.

なお、図13(A)、(B)に示した回路図においては、OSトランジスタであることを
明示するために、OSトランジスタの回路記号に「OS」の記載を付している。
In the circuit diagrams shown in FIGS. 13A and 13B, “OS” is added to the circuit symbol of the OS transistor in order to clearly indicate that it is an OS transistor.

また、画素11に用いるトランジスタは、図15(A)または図15(B)に示すように
、トランジスタ131、トランジスタ132およびトランジスタ133にバックゲートを
設けた構成であってもよい。図15(A)はバックゲートに定電位を印加する構成であり
、しきい値電圧を制御することができる。また、図15(B)はフロントゲートと同じ電
位がバックゲートに印加される構成であり、オン電流を増加させることができる。なお、
図15(C)または図15(D)に示すように、トランジスタ131乃至トランジスタ1
35にバックゲートを設ける構成であってもよい。
The transistor used for the pixel 11 may have a structure in which a back gate is provided for the transistor 131, the transistor 132, and the transistor 133 as illustrated in FIG. 15A or 15B. FIG. 15A shows a structure in which a constant potential is applied to the back gate, and the threshold voltage can be controlled. Further, FIG. 15B shows a structure in which the same potential as that of the front gate is applied to the back gate, so that the on-state current can be increased. In addition,
As illustrated in FIG. 15C or 15D, the transistors 131 to 1
A configuration in which a back gate is provided at 35 may be used.

また、図15(E)に示すように、一つの画素に含まれるトランジスタに対し、フロント
ゲートと同じ電位がバックゲートに印加される構成、バックゲートに定電位を印加する構
成を必要に応じて組み合わせた構成であってもよい。さらにバックゲートを設けない構成
を必要に応じて任意に組み合わせた構成としてもよい。なお、バックゲートに定電位を印
加する構成においては、例えば、図15(F)に示すように、全てのバックゲートに同じ
電位を印加する構成とすることができる。
Further, as shown in FIG. 15E, a transistor in one pixel may have a structure in which the same potential as the front gate is applied to the back gate, or a structure in which a constant potential is applied to the back gate as needed. It may be a combined configuration. Furthermore, a configuration in which a back gate is not provided may be arbitrarily combined as needed. Note that the constant potential is applied to the back gates, for example, as shown in FIG. 15F, the same potential can be applied to all the back gates.

なお、図15において、配線の一部を省略している。 Note that in FIG. 15, a part of the wiring is omitted.

OSトランジスタはSiトランジスタよりもオン電流が低いので、OSトランジスタには
バックゲートを設けることが特に好ましい。例えば、図13(A)に示すように、トラン
ジスタ131乃至トランジスタ135にOSトランジスタが用いられている場合、トラン
ジスタ131乃至トランジスタ135にバックゲートを設けることが好ましい。また、例
えば図13(B)に示すように、トランジスタ131乃至トランジスタ133にOSトラ
ンジスタが用いられている場合、トランジスタ131乃至トランジスタ133にバックゲ
ートを設けることが好ましい。
Since the OS transistor has a lower on-current than the Si transistor, it is particularly preferable to provide the OS transistor with a back gate. For example, as illustrated in FIG. 13A, in the case where OS transistors are used for the transistors 131 to 135, it is preferable to provide a back gate to the transistors 131 to 135. In the case where OS transistors are used for the transistors 131 to 133, for example, as illustrated in FIG. 13B, a back gate is preferably provided for the transistors 131 to 133.

また、画素11は、図16に示すようにトランジスタ132、トランジスタ133、トラ
ンジスタ134およびトランジスタ135を複数の画素で共用する形態としてもよい。な
お、図16では垂直方向の複数の画素でトランジスタ132、トランジスタ133、トラ
ンジスタ134およびトランジスタ135を共用する構成を例示しているが、水平方向ま
たは水平垂直方向の複数の画素でトランジスタ132、トランジスタ133、トランジス
タ134およびトランジスタ135を共用してもよい。このような構成とすることで、一
画素あたりが有するトランジスタ数を削減させることができる。
Further, the pixel 11 may have a mode in which the transistor 132, the transistor 133, the transistor 134, and the transistor 135 are shared by a plurality of pixels as illustrated in FIG. 16. Note that although FIG. 16 illustrates a structure in which the plurality of pixels in the vertical direction share the transistor 132, the transistor 133, the transistor 134, and the transistor 135, the plurality of pixels in the horizontal direction or the plurality of pixels in the horizontal and vertical directions form the transistor 132 and the transistor 133. , The transistor 134 and the transistor 135 may be shared. With such a structure, the number of transistors included in one pixel can be reduced.

なお、図16ではトランジスタ132、トランジスタ133、トランジスタ134および
トランジスタ135を4画素で共用する形態を図示しているが、2画素、3画素または5
画素以上で共用する形態であってもよい。
Note that although FIG. 16 illustrates a mode in which the transistor 132, the transistor 133, the transistor 134, and the transistor 135 are shared by four pixels, two pixels, three pixels, or five pixels are shown.
It may be a form shared by more than one pixel.

以上のような構成とすることで、高集積化された画素アレイを有する撮像装置を形成する
ことができる。また、高品質な撮像データを得ることのできる撮像装置を提供することが
できる。
With the above structure, an imaging device having a highly integrated pixel array can be formed. Further, it is possible to provide an image pickup apparatus capable of obtaining high quality image pickup data.

なお、図5、図8乃至図13、図15および図16に示す構成は、それぞれ任意に組み合
わせることができる。
The configurations shown in FIGS. 5, 8 to 13, 15 and 16 can be arbitrarily combined.

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the structures described in the other embodiments.

(実施の形態4)
本実施の形態では、撮像装置10が含む回路16の構成の一例について図面を用いて説明
する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, an example of the structure of the circuit 16 included in the imaging device 10 will be described with reference to the drawings.

本実施の形態において、画素11は実施の形態1と同様にn行m列配置されているとする
。また、画素11の回路構成は、実施の形態2で前述した図5に示す回路構成と同様とす
る。
In the present embodiment, it is assumed that the pixels 11 are arranged in n rows and m columns as in the first embodiment. Further, the circuit configuration of the pixel 11 is similar to the circuit configuration shown in FIG. 5 described in the second embodiment.

回路16の構成および、画素11と、回路16と、回路17との接続関係を図17に示す
。回路16は、トランジスタ50、トランジスタ51、トランジスタ52、トランジスタ
53、トランジスタ54、トランジスタ55、トランジスタ56、トランジスタ57、ト
ランジスタ58、トランジスタ59、トランジスタ60、トランジスタ61、トランジス
タ62、容量素子63、コンパレータ64およびコンパレータ65を有する。なお、回路
16は、トランジスタ50乃至トランジスタ55および容量素子63をそれぞれm個ずつ
有する。
FIG. 17 shows the configuration of the circuit 16 and the connection relationship between the pixel 11, the circuit 16, and the circuit 17. The circuit 16 includes a transistor 50, a transistor 51, a transistor 52, a transistor 53, a transistor 54, a transistor 55, a transistor 56, a transistor 57, a transistor 58, a transistor 59, a transistor 60, a transistor 61, a transistor 62, a capacitor 63, a comparator 64, and It has a comparator 65. Note that the circuit 16 includes m transistors each including the transistors 50 to 55 and the capacitor 63.

また、図17では画素11はn行目のみ図示している。 Further, in FIG. 17, the pixel 11 is shown only in the n-th row.

なお、図17ではトランジスタ50乃至トランジスタ55、トランジスタ58、トランジ
スタ59およびトランジスタ62はn−ch型、トランジスタ56、トランジスタ57、
トランジスタ60およびトランジスタ61はp−ch型としているが、一部のn−ch型
トランジスタをp−ch型に、また一部のp−ch型トランジスタをn−ch型に適宜置
き換えてもよい。
Note that in FIG. 17, the transistors 50 to 55, the transistor 58, the transistor 59, and the transistor 62 are n-ch type transistors, the transistor 56, the transistor 57,
Although the transistors 60 and 61 are p-ch type transistors, some n-ch type transistors may be replaced with p-ch type transistors, and some p-ch type transistors may be replaced with n-ch type transistors.

図17の回路16において、トランジスタ50[1]乃至[m]のソースまたはドレイン
の一方は、配線156(VOUT[1]乃至[m])によりトランジスタ134のソース
またはドレインの他方と電気的に接続されている。また、トランジスタ50[1]乃至[
m]のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ51[1]乃至[m]のソースまた
はドレインの一方、トランジスタ52[1]乃至[m]のソースまたはドレインの一方お
よびトランジスタ53[1]乃至[m]のソースまたはドレインの一方と電気的に接続さ
れている。また、トランジスタ50[1]乃至[m]のゲートは、配線70(ABU)と
電気的に接続されている。
In the circuit 16 in FIG. 17, one of a source and a drain of the transistors 50[1] to [m] is electrically connected to the other of a source and a drain of the transistor 134 by a wiring 156 (VOUT[1] to [m]). Has been done. In addition, the transistors 50[1] to [[
The other of the sources or drains of m] is one of the sources or drains of the transistors 51[1] to [m], one of the sources or drains of the transistors 52[1] to [m] and the transistors 53[1] to [m]. ], and is electrically connected to one of a source and a drain. Further, the gates of the transistors 50[1] to [m] are electrically connected to the wiring 70 (ABU).

また、トランジスタ51[1]乃至[m]のソースまたはドレインの他方は、容量素子6
3[1]乃至[m]の一方の端子および配線71(VSS)と電気的に接続されている。
また、トランジスタ51[1]乃至[m]のゲートは、トランジスタ52[1]乃至[m
]のソースまたはドレインの他方および容量素子63[1]乃至[m]の他方の端子と電
気的に接続されている。
The other of the source and the drain of the transistors 51[1] to [m] is connected to the capacitor 6
3[1] to [m], and is electrically connected to the wiring 71 (VSS).
The gates of the transistors 51[1] to [m] are connected to the transistors 52[1] to [m].
] And the other terminal of the capacitive element 63[1] to [m].

また、トランジスタ52[1]乃至[m]のゲートは、配線72(ATC)と電気的に接
続されている。
The gates of the transistors 52[1] to 52[m] are electrically connected to the wiring 72 (ATC).

また、トランジスタ53[1]乃至[m]のゲートは、配線73(AOP[1]乃至[m
])によって回路17と電気的に接続されている。また、トランジスタ53[1]乃至[
m]のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ54[1]乃至[m]のソースまた
はドレインの一方、トランジスタ55[1]乃至[m]のゲートおよびトランジスタ55
[1]乃至[m]のソースまたはドレインの一方と電気的に接続されている。
The gates of the transistors 53[1] to [m] are connected to the wiring 73 (AOP[1] to [m].
]) is electrically connected to the circuit 17. In addition, the transistors 53[1] to 53[1]
The other of the source and the drain of m] is one of the source and the drain of the transistors 54[1] to [m], the gate of the transistors 55[1] to [m], and the transistor 55.
It is electrically connected to either the source or the drain of [1] to [m].

また、トランジスタ54[1]乃至[m]のソースまたはドレインの他方は、トランジス
タ54[1]乃至[m]のゲート、トランジスタ56のソースまたはドレインの一方およ
びコンパレータ64の非反転入力端子と電気的に接続されている。
The other of the sources and drains of the transistors 54[1] to [m] is electrically connected to the gates of the transistors 54[1] to [m], one of the sources and drains of the transistors 56, and the non-inverting input terminal of the comparator 64. It is connected to the.

また、トランジスタ55[1]乃至[m]のソースまたはドレインの他方は、トランジス
タ58のソースまたはドレインの一方およびコンパレータ65の非反転入力端子と電気的
に接続されている。
The other of the sources and drains of the transistors 55[1] to [m] is electrically connected to one of the source and the drain of the transistor 58 and the non-inverting input terminal of the comparator 65.

また、トランジスタ56のソースまたはドレインの他方は、配線76(VDD2)により
トランジスタ57のソースまたはドレインの一方、トランジスタ60のソースまたはドレ
インの一方およびトランジスタ61のソースまたはドレインの一方と電気的に接続されて
いる。また、トランジスタ56のゲートは、トランジスタ57のゲートおよびコンパレー
タ64の出力端子と電気的に接続されている。
The other of the source and the drain of the transistor 56 is electrically connected to one of the source and the drain of the transistor 57, one of the source and the drain of the transistor 60, and one of the source and the drain of the transistor 61 by a wiring 76 (VDD2). ing. The gate of the transistor 56 is electrically connected to the gate of the transistor 57 and the output terminal of the comparator 64.

トランジスタ57のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ61のソースまたはド
レインの他方およびトランジスタ62のソースまたはドレインの一方と電気的に接続され
ている。
The other of the source and the drain of the transistor 57 is electrically connected to the other of the source and the drain of the transistor 61 and one of the source and the drain of the transistor 62.

また、トランジスタ58のソースまたはドレインの他方は、配線78(VSS2)により
トランジスタ59のソースまたはドレインの一方と電気的に接続されている。また、トラ
ンジスタ58のゲートは、トランジスタ59のゲートおよびコンパレータ65の出力端子
と電気的に接続されている。
The other of the source and the drain of the transistor 58 is electrically connected to one of the source and the drain of the transistor 59 by a wiring 78 (VSS2). The gate of the transistor 58 is electrically connected to the gate of the transistor 59 and the output terminal of the comparator 65.

また、トランジスタ59のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ60のソースま
たはドレインの他方、トランジスタ60のゲートおよびトランジスタ61のゲートと電気
的に接続されている。
The other of the source and the drain of the transistor 59 is electrically connected to the other of the source and the drain of the transistor 60, the gate of the transistor 60, and the gate of the transistor 61.

また、トランジスタ62のソースまたはドレインの他方は、配線81(VSS3)と電気
的に接続されている。また、トランジスタ62のゲートは、配線82(BIAS)と電気
的に接続されている。
The other of the source and the drain of the transistor 62 is electrically connected to the wiring 81 (VSS3). The gate of the transistor 62 is electrically connected to the wiring 82 (BIAS).

コンパレータ64の反転入力端子は、配線84(Vref−)と電気的に接続されている
。また、コンパレータ65の反転入力端子は、配線85(Vref+)と電気的に接続さ
れている。
The inverting input terminal of the comparator 64 is electrically connected to the wiring 84 (Vref−). The inverting input terminal of the comparator 65 is electrically connected to the wiring 85 (Vref+).

なお、配線84(Vref−)の電位”Vref−”および配線85(Vref+)の電
位”Vref+”は適宜設定することができる。
Note that the potential “Vref−” of the wiring 84 (Vref−) and the potential “Vref+” of the wiring 85 (Vref+) can be set as appropriate.

また、配線71(VSS)は”L”とすることができるが、その他の電位を印加して動作
させることもできる。
Further, the wiring 71 (VSS) can be set to “L”, but it can be operated by applying another potential.

図18は、回路16の動作の一例を示すタイミングチャートである。時刻T01において
、配線165(SEL[x])、配線163(AZ)、配線70(ABU)および配線7
2(ATC)を”H”とする。これにより、トランジスタ135、トランジスタ133、
トランジスタ50[1]乃至[m]およびトランジスタ52[1]乃至[m]をオンとす
る。また、配線73(AOP[1]乃至[m])を”L”とすることにより、トランジス
タ53[1]乃至[m]をオフとする。なお、配線165(SEL[x])は、任意の行
(xはn以下の自然数)の配線165である。
FIG. 18 is a timing chart showing an example of the operation of the circuit 16. At time T01, the wiring 165 (SEL[x]), the wiring 163 (AZ), the wiring 70 (ABU), and the wiring 7
2 (ATC) is set to "H". As a result, the transistors 135, 133,
The transistors 50[1] to [m] and the transistors 52[1] to [m] are turned on. Further, the wirings 73 (AOP[1] to [m]) are set to "L", whereby the transistors 53[1] to [m] are turned off. Note that the wiring 165 (SEL[x]) is the wiring 165 in an arbitrary row (x is a natural number of n or less).

この時、各列の配線156(VOUT[1]乃至[m])に供給される電流は基準フレー
ムの撮像データに対応し、基準フレームの撮像データと差分検出用フレームの撮像データ
とで差分がゼロの時の電流値”I0”になる。この電流値I0は、基準電流値という場合
もある。
At this time, the current supplied to the wiring 156 (VOUT[1] to [m]) of each column corresponds to the image data of the reference frame, and there is a difference between the image data of the reference frame and the image data of the difference detection frame. The current value at zero is "I0". The current value I0 may be referred to as a reference current value.

トランジスタ50[1]乃至[m]を介して流れる電流Ip[1]乃至電流Ip[m]の
電流値は電流値I0に等しく、また、トランジスタ51[1]乃至[m]を介して流れる
電流Ic[1]乃至電流Ic[m]の電流値も”I0”に等しい。また、容量素子63[
1]乃至[m]には、トランジスタ51[1]乃至[m]に”I0”を流すのに必要なゲ
ート電圧に相当する電位が充電される。
The current values Ip[1] to Ip[m] flowing through the transistors 50[1] to [m] are equal to the current value I0, and the current values flowing through the transistors 51[1] to [m]. The current values of Ic[1] to current Ic[m] are also equal to "I0". In addition, the capacitive element 63 [
1] to [m] are charged with a potential corresponding to the gate voltage required to flow “I0” through the transistors 51[1] to [m].

時刻T02において、配線165(SEL[x])、配線163(AZ)、配線70(A
BU)および配線72(ATC)を”L”とすることにより、トランジスタ135、トラ
ンジスタ133、トランジスタ50[1]乃至[m]およびトランジスタ52[1]乃至
[m]をオフとする。
At time T02, the wiring 165 (SEL[x]), the wiring 163 (AZ), and the wiring 70 (A
BU) and the wiring 72 (ATC) are set to “L”, whereby the transistor 135, the transistor 133, the transistors 50[1] to [m], and the transistors 52[1] to [m] are turned off.

時刻T11において、配線165(SEL[1])、配線70(ABU)および配線73
(AOP[1])を”H”とすることにより、第1の行の画素11が有するトランジスタ
135と、トランジスタ50[1]乃至[m]およびトランジスタ53[1]とをオンと
する。この時、画素11[1,1]により検出された差分に相当する電流が配線156(
VOUT[1])に供給される。ここで、画素11[1,1]における差分はゼロとする
と、配線156(VOUT[1])に供給される電流の電流値は”I0”となる。また、
電流Ip[1]の電流値は”I0”に等しく、電流Ic[1]の電流値も”I0”に等し
い。
At time T11, the wiring 165 (SEL[1]), the wiring 70 (ABU), and the wiring 73.
By setting (AOP[1]) to "H", the transistor 135 included in the pixel 11 in the first row, the transistors 50[1] to [m], and the transistor 53[1] are turned on. At this time, a current corresponding to the difference detected by the pixel 11[1,1] is supplied to the wiring 156(
VOUT[1]). Here, if the difference in the pixel 11[1,1] is zero, the current value of the current supplied to the wiring 156 (VOUT[1]) is “I0”. Also,
The current value of the current Ip[1] is equal to “I0”, and the current value of the current Ic[1] is also equal to “I0”.

時刻T12において、配線73(AOP[2])を”H”とすることにより、トランジス
タ53[2]をオンとする。また、配線73(AOP[1])を”L”とすることにより
、トランジスタ53[1]をオフとする。この時、画素11[1,2]により検出された
差分に相当する電流が配線156(VOUT[2])に供給される。ここで、画素11[
1,2]における差分はゼロとすると、配線156(VOUT[2])に供給される電流
の電流値は”I0”となる。また、電流Ip[2]の電流値は”I0”に等しく、流れる
電流Ic[2]の電流値も”I0”に等しい。
At Time T12, the wiring 73 (AOP[2]) is set to “H”, whereby the transistor 53[2] is turned on. Further, the wiring 73 (AOP[1]) is set to “L”, whereby the transistor 53[1] is turned off. At this time, a current corresponding to the difference detected by the pixel 11[1,2] is supplied to the wiring 156 (VOUT[2]). Here, the pixel 11 [
If the difference between 1, 2] is zero, the current value of the current supplied to the wiring 156 (VOUT[2]) is “I0”. Further, the current value of the current Ip[2] is equal to “I0”, and the current value of the flowing current Ic[2] is also equal to “I0”.

時刻T13において、配線73(AOP[2])を”L”とすることにより、トランジス
タ53[2]をオフとする。また、時刻T14において、配線73(AOP[m])を”
H”とすることにより、トランジスタ53[m]をオンとする。この時、画素11[1,
m]により検出された差分に相当する電流が配線156(VOUT[m])に供給される
。ここで、画素11[1,m]における差分はゼロとすると、配線156(VOUT[m
])に供給される電流の電流値は”I0”となる。また、電流Ip[m]の電流値は”I
0”に等しく、電流Ic[m]の電流値も”I0”に等しい。
At Time T13, the wiring 73 (AOP[2]) is set to “L” to turn off the transistor 53[2]. Further, at time T14, the wiring 73 (AOP[m]) is set to "
By setting to H″, the transistor 53[m] is turned on. At this time, the pixel 11[1,
The current corresponding to the difference detected by [m] is supplied to the wiring 156 (VOUT[m]). Here, if the difference between the pixels 11[1,m] is zero, the wiring 156 (VOUT[m
]) has a current value of “I0”. Further, the current value of the current Ip[m] is “I
The current value of the current Ic[m] is also equal to 0".

時刻T15において、配線165(SEL[1])、配線70(ABU)および配線73
(AOP[m])を”L”とすることにより、第1の行の画素11が有するトランジスタ
135と、トランジスタ50[1]乃至[m]およびトランジスタ53[m]とをオフと
する。以上で第1の行の画素11の差分検出が終了となる。
At time T15, the wiring 165 (SEL[1]), the wiring 70 (ABU), and the wiring 73.
By setting (AOP[m]) to "L", the transistor 135 included in the pixel 11 in the first row, the transistors 50[1] to [m], and the transistor 53[m] are turned off. This is the end of the difference detection of the pixels 11 in the first row.

次に、時刻T21において、配線165(SEL[2])、配線70(ABU)および配
線73(AOP[1])を”H”とすることにより、第2の行の画素11が有するトラン
ジスタ135と、トランジスタ50[1]乃至[m]およびトランジスタ53[1]とを
オンとする。この時、画素11[2,1]により検出された差分に相当する電流が配線1
56(VOUT[1])に供給される。ここで、画素11[2,1]における差分はゼロ
とすると、配線156(VOUT[1])に供給される電流の電流値は”I0”となる。
また、電流Ip[1]の電流値は”I0”に等しく、電流Ic[1]の電流値も”I0”
に等しい。
Next, at time T21, the wiring 165 (SEL[2]), the wiring 70 (ABU), and the wiring 73 (AOP[1]) are set to “H”, whereby the transistor 135 included in the pixel 11 in the second row. Then, the transistors 50[1] to [m] and the transistor 53[1] are turned on. At this time, a current corresponding to the difference detected by the pixel 11[2,1] is applied to the wiring 1
56 (VOUT[1]). Here, assuming that the difference between the pixels 11[2,1] is zero, the current value of the current supplied to the wiring 156 (VOUT[1]) is “I0”.
The current value of the current Ip[1] is equal to “I0”, and the current value of the current Ic[1] is also “I0”.
be equivalent to.

時刻T22において、配線73(AOP[2])を”H”とすることにより、トランジス
タ53[2]をオンとする。また、配線73(AOP[1])を”L”とすることにより
、トランジスタ53[1]をオフとする。この時、画素11[2,2]により検出された
差分に相当する電流が配線156(VOUT[2])に供給される。ここで、配線156
(VOUT[2])に供給される電流の電流値を”I0−ΔI1”とすると、電流Ip[
2]の電流値は”I0−ΔI1”に等しく、また、電流Ic[2]の電流値は”I0”に
等しいため、トランジスタ53[2]とトランジスタ54[2]を介して、電流値”ΔI
1”の電流が流れることになる。
At Time T22, the wiring 73 (AOP[2]) is set to “H”, whereby the transistor 53[2] is turned on. Further, the wiring 73 (AOP[1]) is set to “L”, whereby the transistor 53[1] is turned off. At this time, a current corresponding to the difference detected by the pixel 11[2,2] is supplied to the wiring 156 (VOUT[2]). Here, the wiring 156
If the current value of the current supplied to (VOUT[2]) is “I0−ΔI1”, the current Ip[
2] is equal to “I0−ΔI1”, and the current value of the current Ic[2] is equal to “I0”. Therefore, the current value of “2” is obtained via the transistor 53[2] and the transistor 54[2]. ΔI
A current of 1" will flow.

なお、電流値”I0−ΔI1”は、電流値“I0”より小さい。これは、画素11[2,
2]が差分検出用フレームの撮像データを取得する際に光電変換素子120に照射される
光の照度が、画素11[2,2]が基準フレームの撮像データを取得する際に光電変換素
子120に照射される光の照度より高い場合に対応する。
The current value “I0−ΔI1” is smaller than the current value “I0”. This is pixel 11[2
2] when the pixel 11[2, 2] acquires the image data of the reference frame, the illuminance of light applied to the photoelectric conversion element 120 when the image data of the difference detection frame is acquired by the photoelectric conversion element 120. It corresponds to the case where the illuminance is higher than that of the light radiated to the.

ここで、コンパレータ64とトランジスタ56の働きにより、当該電流”I”が供給さ
れる。ここで、トランジスタ56を介してトランジスタ54[2]に供給される電流”I
”が”ΔI1”より少ない(多い)場合は、コンパレータ64の+端子の電位が下がる
(上がる)ことになり、コンパレータ64の出力は低下(上昇)する。すなわち、トラン
ジスタ56のゲート電圧が低下(上昇)する。トランジスタ56はp−ch型なので、よ
り多い(少ない)電流”I”を供給することができるようになる。
Here, the current “I ”is supplied by the functions of the comparator 64 and the transistor 56. Here, the current “I” supplied to the transistor 54[2] through the transistor 56.
When − ” is less (more) than “ΔI1”, the potential of the + terminal of the comparator 64 decreases (increases), and the output of the comparator 64 decreases (increases). That is, the gate voltage of the transistor 56 decreases. Since the transistor 56 is a p-ch type, it is possible to supply a larger (smaller) current “I ”.

さらに、トランジスタ56のゲートと同電位がトランジスタ57に印加されるため、トラ
ンジスタ56に対するトランジスタ57のW(チャネル幅方向)/L(チャネル長方向)
比(n1)倍した電流”n1・I”がトランジスタ57に流れる。また、トランジスタ
62とトランジスタ57とで構成されるバッファにより、信号36(TRIG)が”H”
となる。なお配線82(BIAS)にはバイアス電圧が印加される。バイアス電圧は適宜
設定することができる。
Further, since the same potential as the gate of the transistor 56 is applied to the transistor 57, W (channel width direction)/L (channel length direction) of the transistor 57 with respect to the transistor 56.
A current “n1·I ”multiplied by the ratio (n1) flows through the transistor 57. In addition, the signal 36 (TRIG) changes to "H" by the buffer including the transistor 62 and the transistor 57.
Becomes A bias voltage is applied to the wiring 82 (BIAS). The bias voltage can be set appropriately.

時刻T23において、配線73(AOP[2])を”L”とすることにより、トランジス
タ53[2]をオフとする。また、時刻T24において、配線73(AOP[m])を”
H”とすることにより、トランジスタ53[m]をオンとする。この時、画素11[2,
m]により検出された差分に相当する電流が配線156(VOUT[m])に供給される
。ここで、画素11[2,m]における差分はゼロとすると、配線156(VOUT[m
])に供給される電流の電流値は”I0”となる。また、電流Ip[1]の電流値は”I
0”に等しく、電流Ic[1]の電流値も”I0”に等しい。
At Time T23, the wiring 73 (AOP[2]) is set to "L", whereby the transistor 53[2] is turned off. In addition, at time T24, the wiring 73 (AOP[m]) is set to "
By setting it to H″, the transistor 53[m] is turned on. At this time, the pixel 11[2]
The current corresponding to the difference detected by [m] is supplied to the wiring 156 (VOUT[m]). Here, assuming that the difference between the pixels 11[2, m] is zero, the wiring 156 (VOUT[m
]) has a current value of “I0”. The current value of the current Ip[1] is "I
0", and the current value of the current Ic[1] is also equal to "I0".

時刻T25において、配線165(SEL[2])、配線70(ABU)および配線73
(AOP[m])を”L”とすることにより、第2の行の画素11が有するトランジスタ
135と、トランジスタ50[1]乃至[m]およびトランジスタ53[m]とをオフと
する。以上で第2の行の画素11の差分検出が終了となる。
At time T25, the wiring 165 (SEL[2]), the wiring 70 (ABU), and the wiring 73.
By setting (AOP[m]) to "L", the transistor 135 included in the pixel 11 in the second row, the transistors 50[1] to [m], and the transistor 53[m] are turned off. This is the end of the difference detection for the pixels 11 in the second row.

次に、時刻T31において、配線165(SEL[n])、配線70(ABU)および配
線73(AOP[1])を”H”とすることにより、第nの行の画素11が有するトラン
ジスタ135と、トランジスタ50[1]乃至[m]およびトランジスタ53[1]とを
オンとする。この時、画素11[n,1]により検出された差分に相当する電流が配線1
56(VOUT[1])に供給される。ここで、画素11[n,1]における差分はゼロ
とすると、配線156(VOUT[1])に供給される電流の電流値は”I0”となる。
また、電流Ip[1]の電流値は”I0”に等しく、電流Ic[1]の電流値も”I0”
に等しい。
Next, at time T31, the wiring 165 (SEL[n]), the wiring 70 (ABU), and the wiring 73 (AOP[1]) are set to “H”, whereby the transistor 135 included in the pixel 11 in the nth row. Then, the transistors 50[1] to [m] and the transistor 53[1] are turned on. At this time, a current corresponding to the difference detected by the pixel 11[n, 1] is applied to the wiring 1
56 (VOUT[1]). Here, when the difference in the pixel 11[n, 1] is zero, the current value of the current supplied to the wiring 156 (VOUT[1]) is “I0”.
The current value of the current Ip[1] is equal to “I0”, and the current value of the current Ic[1] is also “I0”.
be equivalent to.

時刻T32において、配線73(AOP[2])を”H”とすることにより、トランジス
タ53[2]をオンとする。また、配線73(AOP[1])を”L”とすることにより
、トランジスタ53[1]をオフとする。この時、画素11[n,2]により検出された
差分に相当する電流が配線156(VOUT[2])に供給される。ここで、配線156
(VOUT[2])に供給される電流の電流値を”I0+ΔI2”とすると、電流Ip[
2]の電流値は”I0+ΔI2”に等しく、また、電流Ic[2]の電流値は”I0”に
等しいため、トランジスタ53[2]とトランジスタ55[2]を介して、電流値”ΔI
2”の電流が流れることになる。
At Time T32, the wiring 73 (AOP[2]) is set to “H”, whereby the transistor 53[2] is turned on. Further, the wiring 73 (AOP[1]) is set to “L”, whereby the transistor 53[1] is turned off. At this time, a current corresponding to the difference detected by the pixel 11[n, 2] is supplied to the wiring 156 (VOUT[2]). Here, the wiring 156
If the current value of the current supplied to (VOUT[2]) is “I0+ΔI2”, the current Ip[
2] is equal to “I0+ΔI2” and the current value of the current Ic[2] is equal to “I0”. Therefore, the current value “ΔI” is obtained via the transistor 53[2] and the transistor 55[2].
A 2" current will flow.

なお、電流値”I0+ΔI2”は、電流値“I0”より大きい。これは、画素11[2,
2]が差分検出用フレームの撮像データを取得する際に光電変換素子120に照射される
光の照度が、画素11[2,2]が基準フレームの撮像データを取得する際に光電変換素
子120に照射される光の照度より低い場合に対応する。
The current value “I0+ΔI2” is larger than the current value “I0”. This is pixel 11[2
2] when the pixel 11[2, 2] acquires the image data of the reference frame, the illuminance of light applied to the photoelectric conversion element 120 when the image data of the difference detection frame is acquired by the photoelectric conversion element 120. It corresponds to the case where the illuminance of the light irradiating to is lower than.

ここで、コンパレータ65とトランジスタ58の働きにより、当該電流”I”供給され
る。ここで、トランジスタ55[2]からトランジスタ58に流れ込む電流”I”が”
ΔI2”より少ない(多い)場合は、コンパレータ65の+端子の電位が上がる(下がる
)ことになり、コンパレータの出力は上昇(低下)する。すなわち、トランジスタ58の
ゲート電圧が上昇(低下)し、より多い(少ない)電流”I”を供給することができる
ようになる。
Here, the current “I + ”is supplied by the functions of the comparator 65 and the transistor 58. Here, the current “I + ” flowing from the transistor 55[2] into the transistor 58 is “
If it is smaller (more) than ΔI2″, the potential of the + terminal of the comparator 65 rises (falls), and the output of the comparator rises (falls). That is, the gate voltage of the transistor 58 rises (falls), It becomes possible to supply more (less) current "I + ".

また、トランジスタ58のゲートと同電位がトランジスタ59に印加されるため、トラン
ジスタ58に対するトランジスタ59のW/L比(n2)倍した電流”n2・I”がト
ランジスタ59に流れる。トランジスタ59に流れる電流がトランジスタ60にも流れ、
さらに、トランジスタ60に対するトランジスタ61のW/L比(n3)倍した電流”n
3・n2・I”がトランジスタ61に流れる。そして、トランジスタ62と、トランジ
スタ57と、トランジスタ61と、で構成されるバッファにより、信号36(TRIG)
が”H”となる。
Since the same potential as the gate of the transistor 58 is applied to the transistor 59, a current “n2·I + ”, which is the W/L ratio (n2) of the transistor 59 to the transistor 58, flows through the transistor 59. The current flowing through the transistor 59 also flows through the transistor 60,
Further, the current “n” multiplied by the W/L ratio (n3) of the transistor 61 with respect to the transistor 60
3·n2·I + ″ flows into the transistor 61. Then, the signal 36 (TRIG) is generated by the buffer including the transistor 62, the transistor 57, and the transistor 61.
Becomes "H".

時刻T33において、配線73(AOP[2])を”L”とすることにより、トランジス
タ53[2]をオフとする。また、時刻T34において、配線73(AOP[m])を”
H”とすることにより、トランジスタ53[m]をオンとする。この時、画素11[n,
m]により検出された差分に相当する電流が配線156(VOUT[m])に供給される
。ここで、画素11[n,m]における差分はゼロとすると、配線156(VOUT[m
])に供給される電流の電流値は”I0”となる。また、電流Ip[m]の電流値は”I
0”に等しく、電流Ic[m]の電流値も”I0”に等しい。
At Time T33, the wiring 73 (AOP[2]) is set to “L”, whereby the transistor 53[2] is turned off. In addition, at time T34, the wiring 73 (AOP[m]) is set to "
By setting it to H″, the transistor 53[m] is turned on. At this time, the pixel 11[n,
The current corresponding to the difference detected by [m] is supplied to the wiring 156 (VOUT[m]). Here, assuming that the difference in the pixel 11[n,m] is zero, the wiring 156 (VOUT[m
]) has a current value of “I0”. Further, the current value of the current Ip[m] is “I
The current value of the current Ic[m] is also equal to 0".

時刻T35において、配線165(SEL[n])、配線70(ABU)および配線73
(AOP[m])を”L”とすることにより、第nの行の画素11が有するトランジスタ
135と、トランジスタ50[1]乃至[m]およびトランジスタ53[m]とをオフと
する。以上で第nの行の画素11の差分検出が終了となる。
At Time T35, the wiring 165 (SEL[n]), the wiring 70 (ABU), and the wiring 73.
By setting (AOP[m]) to "L", the transistor 135 included in the pixel 11 in the nth row, the transistors 50[1] to [m], and the transistor 53[m] are turned off. This is the end of the difference detection for the pixels 11 in the nth row.

上述した構成とすることで本発明の一態様は、差分検出の際にデジタル処理を要すること
なく、簡単な構成で画像データを書き換えるための信号36(TRIG)を生成できる。
また、配線73(AOP)を配線73(AOP[1]乃至[m])に分離し、それぞれト
ランジスタ53[1]乃至[m]に電気的に接続することにより、1画素ごとの差分検出
が可能となり、差分が検出された画素11を特定することができる。
With the above structure, one embodiment of the present invention can generate the signal 36 (TRIG) for rewriting image data with a simple structure without requiring digital processing in the difference detection.
Further, the wiring 73 (AOP) is separated into the wiring 73 (AOP [1] to [m]) and electrically connected to the transistors 53 [1] to [m], respectively, so that difference detection for each pixel can be performed. This makes it possible to specify the pixel 11 in which the difference is detected.

なお、画素11が図5に示す構成以外の場合であっても、図17に示す構成の回路16を
用いることができる。また、画素11が図5に示す構成以外である場合における回路16
の動作は、図18に示すタイミングチャートを適宜参照することができる。
Even when the pixel 11 has a configuration other than that shown in FIG. 5, the circuit 16 having the configuration shown in FIG. 17 can be used. Further, the circuit 16 in the case where the pixel 11 has a configuration other than that shown in FIG.
The operation can be referred to the timing chart shown in FIG. 18 as appropriate.

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the structures described in the other embodiments.

(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の一態様の撮像装置の具体的な構成例について、図面を用いて
説明する。
(Embodiment 5)
In this embodiment, a specific structural example of the imaging device of one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図19(A)は、本発明の一態様の撮像装置の断面図の一例であり、図1に示す画素11
における光電変換素子120、トランジスタ131およびトランジスタ132の具体的な
接続形態の一例を示している。なお、図19(A)にはトランジスタ133乃至トランジ
スタ135は図示されていない。当該撮像装置は、トランジスタ131乃至トランジスタ
135が設けられる層1100、および光電変換素子120が設けられる層1200を有
する。
19A is an example of a cross-sectional view of the imaging device of one embodiment of the present invention, which includes the pixel 11 shown in FIG.
1 shows an example of a specific connection mode of the photoelectric conversion element 120, the transistor 131, and the transistor 132 in FIG. Note that the transistors 133 to 135 are not illustrated in FIG. The imaging device includes a layer 1100 including the transistors 131 to 135 and a layer 1200 including the photoelectric conversion element 120.

なお、本実施の形態で説明する断面図において、各配線、各電極および各導電体91を個
別の要素として図示しているが、それらが電気的に接続している場合においては、同一の
要素として設けられる場合もある。また、トランジスタのゲート、ソース、またはドレイ
ンが導電体91を介して各配線と接続される形態は一例であり、トランジスタのゲート、
ソース、またはドレインのそれぞれが配線としての機能を有する場合もある。
Note that in the cross-sectional views described in this embodiment, each wiring, each electrode, and each conductor 91 is illustrated as an individual element; however, when they are electrically connected, the same element is used. It may be provided as. In addition, a mode in which the gate, the source, or the drain of the transistor is connected to each wiring through the conductor 91 is an example.
In some cases, each of the source and the drain has a function as a wiring.

また、各要素上には保護膜、層間絶縁層または平坦化膜としての機能を有することができ
る絶縁層92および絶縁層93等が設けられる。例えば、絶縁層92および絶縁層93等
は、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などの無機絶縁膜を用いることができる。また
は、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などの有機絶縁膜などを用いてもよい。絶縁層92お
よび絶縁層93等の上面は、必要に応じてCMP(Chemical Mechanic
al Polishing)法等で平坦化処理を行うことが好ましい。
Further, an insulating layer 92 and an insulating layer 93 which can function as a protective film, an interlayer insulating layer, or a planarizing film are provided over each element. For example, as the insulating layer 92, the insulating layer 93, and the like, an inorganic insulating film such as a silicon oxide film or a silicon oxynitride film can be used. Alternatively, an organic insulating film such as an acrylic resin or a polyimide resin may be used. The upper surfaces of the insulating layer 92, the insulating layer 93, etc. may be CMP (Chemical Mechanical) as necessary.
It is preferable to perform the flattening treatment by an al polishing method or the like.

なお、図面に示される配線等の一部が設けられない場合や、図面に示されない配線等やト
ランジスタ等が各層に含まれる場合もある。また、図面に示されない層が当該積層構造に
含まれる場合もある。また、図面に示される層の一部が含まれない場合もある。
In some cases, some of the wirings and the like shown in the drawings may not be provided, or wirings and transistors not shown in the drawings may be included in each layer. In addition, a layer not shown in the drawings may be included in the layered structure. In addition, some of the layers illustrated in the drawings may not be included.

なお、図19(A)において、各トランジスタはバックゲートを有する形態を例示してい
るが、図19(B)に示すように、バックゲートを有さない形態であってもよい。また、
図19(C)に示すように一部のトランジスタ、例えばトランジスタ131のみにバック
ゲートを有するような形態であってもよい。当該バックゲートは、対向して設けられるト
ランジスタのフロントゲートと電気的に接続する場合がある。または、当該バックゲート
にフロントゲートとは異なる固定電位が供給される場合がある。なお、当該バックゲート
の有無に関する形態は、本実施の形態で説明する他の撮像装置の形態にも適用することが
できる。
Note that although each transistor has a back gate in FIG. 19A, the transistor may have no back gate as illustrated in FIG. 19B. Also,
As shown in FIG. 19C, only some of the transistors, for example, the transistor 131 may have a back gate. The back gate may be electrically connected to the front gates of the transistors provided to face each other. Alternatively, a fixed potential different from that of the front gate may be supplied to the back gate. Note that the form regarding the presence or absence of the back gate can be applied to the forms of other imaging devices described in the present embodiment.

層1200に設けられる光電変換素子120は、様々な形態の素子を用いることができる
。図19(A)では、セレン系材料を光電変換層121に用いた形態を図示している。セ
レン系材料を用いた光電変換素子120は、可視光に対する外部量子効率が高い特性を有
する。当該光電変換素子では、アバランシェ現象により入射される光量に対する電子の増
幅が大きい高感度のセンサとすることができる。また、セレン系材料は光吸収係数が高い
ため、光電変換層121を薄くしやすい利点を有する。
As the photoelectric conversion element 120 provided in the layer 1200, various types of elements can be used. In FIG. 19A, a mode in which a selenium-based material is used for the photoelectric conversion layer 121 is illustrated. The photoelectric conversion element 120 using a selenium-based material has characteristics of high external quantum efficiency with respect to visible light. The photoelectric conversion element can be a highly sensitive sensor in which the amplification of electrons with respect to the amount of light incident due to the avalanche phenomenon is large. Further, since the selenium-based material has a high light absorption coefficient, it has an advantage that the photoelectric conversion layer 121 can be easily thinned.

セレン系材料としては、非晶質セレンまたは結晶セレンを用いることができる。結晶セレ
ンは、一例として、非晶質セレンを成膜後、熱処理することで得ることができる。なお、
結晶セレンの結晶粒径を画素ピッチより小さくすることで、画素ごとの特性ばらつきを低
減させることができる。また、結晶セレンは、非晶質セレンよりも可視光に対する分光感
度や光吸収係数が高い特性を有する。
Amorphous selenium or crystalline selenium can be used as the selenium-based material. Crystalline selenium can be obtained, for example, by heat treatment after forming amorphous selenium into a film. In addition,
By making the crystal grain size of crystalline selenium smaller than the pixel pitch, it is possible to reduce the characteristic variation between pixels. Further, crystalline selenium has characteristics such as higher spectral sensitivity to visible light and a higher light absorption coefficient than amorphous selenium.

また、光電変換層121は、銅、インジウム、セレンの化合物(CIS)を含む層であっ
てもよい。または、銅、インジウム、ガリウム、セレンの化合物(CIGS)を含む層で
あってもよい。CISおよびCIGSでは、セレンの単層と同様にアバランシェ現象が利
用できる光電変換素子を形成することができる。
Further, the photoelectric conversion layer 121 may be a layer containing a compound of copper, indium, and selenium (CIS). Alternatively, it may be a layer containing a compound of copper, indium, gallium, and selenium (CIGS). With CIS and CIGS, it is possible to form a photoelectric conversion element that can utilize the avalanche phenomenon as in the case of a single layer of selenium.

セレン系材料を用いた光電変換素子120は、例えば、金属材料などで形成された電極1
26と透光性導電層122との間に光電変換層121を有する構成とすることができる。
また、CISおよびCIGSはp型半導体であり、接合を形成するためにn型半導体の硫
化カドミウムや硫化亜鉛等を接して設けてもよい。
The photoelectric conversion element 120 using a selenium-based material is, for example, an electrode 1 formed of a metal material or the like.
The photoelectric conversion layer 121 may be provided between the transparent conductive layer 122 and the transparent conductive layer 122.
Further, CIS and CIGS are p-type semiconductors, and n-type semiconductors such as cadmium sulfide and zinc sulfide may be provided in contact with each other in order to form a junction.

アバランシェ現象を発生させるためには、光電変換素子に比較的高い電圧(例えば、10
V以上)を印加することが好ましい。OSトランジスタは、Siトランジスタよりもドレ
イン耐圧の高い特性を有するため、光電変換素子に比較的高い電圧を印加することが容易
である。したがって、ドレイン耐圧の高いOSトランジスタと、セレン系材料を光電変換
層とした光電変換素子とを組み合わせることで、高感度、かつ信頼性の高い撮像装置とす
ることができる。
In order to generate the avalanche phenomenon, a relatively high voltage (for example, 10
V or more) is preferably applied. Since the OS transistor has a higher drain breakdown voltage than the Si transistor, it is easy to apply a relatively high voltage to the photoelectric conversion element. Therefore, by combining an OS transistor having a high drain breakdown voltage and a photoelectric conversion element including a selenium-based material as a photoelectric conversion layer, an imaging device with high sensitivity and high reliability can be obtained.

なお、図19(A)では、光電変換層121および透光性導電層122を回路間で分離し
ない構成としているが、図20(A)に示すように回路間で分離する構成としてもよい。
また、画素間において、電極126を有さない領域には、絶縁体で隔壁127を設け、光
電変換層121および透光性導電層122に亀裂が入らないようにすることが好ましいが
、図20(B)に示すように隔壁127を設けない構成としてもよい。また、図19(A
)では、透光性導電層122と、配線94との間に配線95および導電体91を介する構
成を図示しているが、図20(C)、(D)に示すように透光性導電層122と配線94
が直接接する形態としてもよい。
Note that although the photoelectric conversion layer 121 and the light-transmitting conductive layer 122 are not separated between the circuits in FIG. 19A, they may be separated between the circuits as illustrated in FIG.
In addition, it is preferable that a partition wall 127 is provided between the pixels in a region where the electrode 126 is not provided with an insulator so that a crack is not formed in the photoelectric conversion layer 121 and the light-transmitting conductive layer 122. The partition 127 may not be provided as shown in FIG. In addition, FIG.
20C illustrates a structure in which the wiring 95 and the conductor 91 are provided between the light-transmitting conductive layer 122 and the wiring 94, as shown in FIGS. Layer 122 and wiring 94
May be in direct contact with each other.

また、電極126および配線94等は多層としてもよい。例えば、図21(A)に示すよ
うに、電極126を導電層126aおよび導電層126bの二層とし、配線94を導電層
94aおよび導電層94bの二層とすることができる。図21(A)の構成においては、
例えば、導電層126aおよび導電層94aを低抵抗の金属等を選択して形成し、導電層
126bを光電変換層121とコンタクト特性の良い金属等を選択して形成するとよい。
このような構成とすることで、光電変換素子の電気特性を向上させることができる。また
、一部の金属は透光性導電層122と接触することにより電蝕を起こすことがある。その
ような金属を導電層94aに用いた場合でも導電層94bを介することによって電蝕を防
止することができる。
Further, the electrode 126, the wiring 94, and the like may be multi-layered. For example, as illustrated in FIG. 21A, the electrode 126 can be a double layer of a conductive layer 126a and a conductive layer 126b, and the wiring 94 can be a double layer of a conductive layer 94a and a conductive layer 94b. In the configuration of FIG. 21(A),
For example, the conductive layer 126a and the conductive layer 94a may be formed by selecting a metal or the like having low resistance, and the conductive layer 126b may be formed by selecting a metal or the like having good contact characteristics with the photoelectric conversion layer 121.
With such a structure, the electrical characteristics of the photoelectric conversion element can be improved. Further, some metals may cause electrolytic corrosion by coming into contact with the translucent conductive layer 122. Even when such a metal is used for the conductive layer 94a, electrolytic corrosion can be prevented by interposing the conductive layer 94b.

導電層126aおよび導電層94aには、例えば、アルミニウム、チタン、またはアルミ
ニウムをチタンで挟むような積層を用いることができる。また、導電層126bおよび導
電層94bには、例えば、モリブデンやタングステンなどを用いることができる。
For the conductive layer 126a and the conductive layer 94a, for example, aluminum, titanium, or a stack in which aluminum is sandwiched by titanium can be used. For the conductive layer 126b and the conductive layer 94b, molybdenum, tungsten, or the like can be used, for example.

また、絶縁層92等が多層である構成であってもよい。例えば、図21(B)に示すよう
に、絶縁層92が絶縁層92aおよび絶縁層92bを有し、かつ絶縁層92aと絶縁層9
2bとのエッチングレート等が異なる場合は、導電体91は段差を有するようになる。層
間絶縁層や平坦化膜に用いられるその他の絶縁層が多層である場合も同様に導電体91は
段差を有するようになる。なお、ここでは絶縁層92が2層である例を示したが、絶縁層
92およびその他の絶縁層は3層以上の構成であってもよい。
Further, the insulating layer 92 and the like may have a multi-layer structure. For example, as shown in FIG. 21B, the insulating layer 92 has an insulating layer 92a and an insulating layer 92b, and the insulating layer 92a and the insulating layer 9 are
If the etching rate is different from that of 2b, the conductor 91 has a step. Similarly, when the interlayer insulating layer and other insulating layers used for the flattening film are multilayer, the conductor 91 also has a step. Although the example in which the insulating layer 92 has two layers is shown here, the insulating layer 92 and the other insulating layers may have three or more layers.

なお、隔壁127は、無機絶縁体や絶縁有機樹脂などを用いて形成することができる。ま
た、隔壁127は、トランジスタ等に対する遮光のため、および/または1画素あたりの
受光部の面積を確定するために黒色等に着色されていてもよい。
Note that the partition wall 127 can be formed using an inorganic insulator, an insulating organic resin, or the like. In addition, the partition wall 127 may be colored in black or the like in order to shield the transistor or the like from light and/or to determine the area of the light receiving portion per pixel.

また、光電変換素子120には、非晶質シリコン膜や微結晶シリコン膜などを用いたpi
n型ダイオード素子などを用いてもよい。
Further, for the photoelectric conversion element 120, a pi using an amorphous silicon film, a microcrystalline silicon film, or the like is used.
An n-type diode element or the like may be used.

例えば、図22は光電変換素子120にpin型の薄膜フォトダイオードを用いた例であ
る。当該フォトダイオードは、p型の半導体層125、i型の半導体層124、およびn
型の半導体層123が順に積層された構成を有している。i型の半導体層124には非晶
質シリコンを用いることが好ましい。また、n型の半導体層123およびp型の半導体層
125には、それぞれの導電型を付与するドーパントを含む非晶質シリコンまたは微結晶
シリコンなどを用いることができる。非晶質シリコンを光電変換層とするフォトダイオー
ドは可視光の波長領域における感度が高く、微弱な可視光を検知しやすい。
For example, FIG. 22 shows an example in which a pin type thin film photodiode is used as the photoelectric conversion element 120. The photodiode includes a p-type semiconductor layer 125, an i-type semiconductor layer 124, and an n-type semiconductor layer 124.
The semiconductor layers 123 of the mold have a configuration in which they are sequentially stacked. Amorphous silicon is preferably used for the i-type semiconductor layer 124. For the n-type semiconductor layer 123 and the p-type semiconductor layer 125, amorphous silicon or microcrystalline silicon containing a dopant imparting each conductivity type can be used. A photodiode including amorphous silicon as a photoelectric conversion layer has high sensitivity in a visible light wavelength region and easily detects weak visible light.

図22に示す光電変換素子120では、p型の半導体層125と電極126が電気的に接
続されている。また、n型の半導体層123は、導電体91を介して配線94と電気的に
接続されている。
In the photoelectric conversion element 120 shown in FIG. 22, the p-type semiconductor layer 125 and the electrode 126 are electrically connected. The n-type semiconductor layer 123 is electrically connected to the wiring 94 via the conductor 91.

また、pin型の薄膜フォトダイオードの形態を有する光電変換素子120の構成、なら
びに光電変換素子120および配線の接続形態は、図23(A)、(B)、(C)、(D
)、(E)、(F)に示す例であってもよい。なお、光電変換素子120の構成、光電変
換素子120と配線の接続形態はこれらに限定されず、他の形態であってもよい。
23A, 23B, 23C, and 23D show the structure of the photoelectric conversion element 120 in the form of a pin-type thin film photodiode and the connection mode of the photoelectric conversion element 120 and wiring.
), (E), and (F). Note that the configuration of the photoelectric conversion element 120 and the connection mode of the photoelectric conversion element 120 and the wiring are not limited to these and may be another mode.

図23(A)は、光電変換素子120のn型の半導体層123と接する透光性導電層12
2を設けた構成である。透光性導電層122は電極として作用し、光電変換素子120の
出力電流を高めることができる。
FIG. 23A shows the light-transmitting conductive layer 12 in contact with the n-type semiconductor layer 123 of the photoelectric conversion element 120.
2 is provided. The transparent conductive layer 122 acts as an electrode and can increase the output current of the photoelectric conversion element 120.

透光性導電層122には、例えば、インジウム錫酸化物、シリコンを含むインジウム錫酸
化物、亜鉛を含む酸化インジウム、酸化亜鉛、ガリウムを含む酸化亜鉛、アルミニウムを
含む酸化亜鉛、酸化錫、フッ素を含む酸化錫、アンチモンを含む酸化錫、またはグラフェ
ン等を用いることができる。また、透光性導電層122は単層に限らず、異なる膜の積層
であってもよい。
For the light-transmitting conductive layer 122, for example, indium tin oxide, indium tin oxide containing silicon, indium oxide containing zinc, zinc oxide, zinc oxide containing gallium, zinc oxide containing aluminum, tin oxide, or fluorine is used. Tin oxide containing, tin oxide containing antimony, graphene, or the like can be used. The transparent conductive layer 122 is not limited to a single layer and may be a stack of different films.

図23(B)は、光電変換素子120のn型の半導体層123と配線95が直接接続され
た構成である。
FIG. 23B shows a structure in which the n-type semiconductor layer 123 of the photoelectric conversion element 120 and the wiring 95 are directly connected.

図23(C)は、光電変換素子120のn型の半導体層123と接する透光性導電層12
2が設けられ、配線95と透光性導電層122が電気的に接続されている構成である。
FIG. 23C shows the light-transmitting conductive layer 12 in contact with the n-type semiconductor layer 123 of the photoelectric conversion element 120.
2 is provided, and the wiring 95 and the transparent conductive layer 122 are electrically connected.

図23(D)は、光電変換素子120を覆う絶縁層にn型の半導体層123が露出する開
口部が設けられ、当該開口部を覆う透光性導電層122と配線95が電気的に接続されて
いる構成である。
In FIG. 23D, an opening where the n-type semiconductor layer 123 is exposed is provided in an insulating layer that covers the photoelectric conversion element 120, and the light-transmitting conductive layer 122 that covers the opening is electrically connected to the wiring 95. It is a configured structure.

図23(E)は、光電変換素子120を貫通する導電体91が設けられた構成である。当
該構成では、配線94は導電体91を介してn型の半導体層123と電気的に接続されて
いる。なお、図面上では、配線94と電極126とは、p型の半導体層125を介して見
かけ上導通してしまう形態を示している。しかしながら、p型の半導体層125の横方向
の電気抵抗が高いため、配線94と電極126との間に適切な間隔を設ければ、両者間は
極めて高抵抗となる。したがって、光電変換素子120は、アノードとカソードが短絡す
ることなく、ダイオード特性を有することができる。なお、n型の半導体層123と電気
的に接続されている導電体91は複数であってもよい。
FIG. 23E illustrates a structure in which the conductor 91 which penetrates the photoelectric conversion element 120 is provided. In this structure, the wiring 94 is electrically connected to the n-type semiconductor layer 123 via the conductor 91. Note that, in the drawing, the wiring 94 and the electrode 126 are shown to be electrically connected to each other through the p-type semiconductor layer 125. However, the electric resistance in the lateral direction of the p-type semiconductor layer 125 is high, and therefore, if an appropriate interval is provided between the wiring 94 and the electrode 126, the resistance between them becomes extremely high. Therefore, the photoelectric conversion element 120 can have diode characteristics without short-circuiting the anode and the cathode. Note that a plurality of conductors 91 may be electrically connected to the n-type semiconductor layer 123.

図23(F)は、図23(E)の光電変換素子120に対して、n型の半導体層123と
接する透光性導電層122を設けた構成である。
FIG. 23F illustrates a structure in which the photoelectric conversion element 120 in FIG. 23E is provided with a light-transmitting conductive layer 122 which is in contact with the n-type semiconductor layer 123.

なお、図23(D)、図23(E)、および図23(F)に示す光電変換素子120では
、受光領域と配線等が重ならないため、広い受光面積を確保できる利点を有する。
The photoelectric conversion element 120 shown in FIGS. 23D, 23E, and 23F has an advantage that a wide light receiving area can be secured because the light receiving region and the wiring and the like do not overlap with each other.

また、光電変換素子120には、図24に示すように、シリコン基板100を光電変換層
としたフォトダイオードを用いることもできる。
Further, as the photoelectric conversion element 120, as shown in FIG. 24, a photodiode having a silicon substrate 100 as a photoelectric conversion layer can be used.

上述したセレン系材料や非晶質シリコンなどを用いて形成した光電変換素子120は、成
膜工程、リソグラフィ工程、エッチング工程などの一般的な半導体作製工程を用いて作製
するこができる。また、セレン系材料は高抵抗であり、図19(A)に示すように、光電
変換層121を回路間で分離しない構成とすることもできる。したがって、本発明の一態
様の撮像装置は、歩留りが高く、低コストで作製することができる。一方で、シリコン基
板100を光電変換層としたフォトダイオードを形成する場合は、研磨工程や貼り合わせ
工程などの難度の高い工程が必要となる。
The photoelectric conversion element 120 formed using the above-described selenium-based material, amorphous silicon, or the like can be manufactured using a general semiconductor manufacturing process such as a film forming process, a lithography process, or an etching process. Further, the selenium-based material has high resistance, and the photoelectric conversion layer 121 can have a structure in which it is not separated between circuits as illustrated in FIG. Therefore, the imaging device of one embodiment of the present invention has high yield and can be manufactured at low cost. On the other hand, when forming a photodiode using the silicon substrate 100 as a photoelectric conversion layer, highly difficult steps such as a polishing step and a bonding step are required.

また、本発明の一態様の撮像装置は、回路が形成されたシリコン基板106が積層された
構成としてもよい。例えば、図25(A)に示すようにシリコン基板106に活性領域を
有するトランジスタ101およびトランジスタ102を有する層1400が画素回路と重
なる構成とすることができる。なお、図25(B)はトランジスタのチャネル幅方向の断
面図に相当する。
Further, the imaging device of one embodiment of the present invention may have a structure in which silicon substrates 106 each having a circuit are stacked. For example, as illustrated in FIG. 25A, the layer 1400 including the transistor 101 and the transistor 102 each having an active region in the silicon substrate 106 can overlap with the pixel circuit. Note that FIG. 25B corresponds to a cross-sectional view of the transistor in the channel width direction.

シリコン基板106に形成された回路は、画素回路が出力する信号を読み出す機能や当該
信号を変換する処理などを行う機能を有することができ、例えば、図25(C)に示す回
路図のようなCMOSインバータを含む構成とすることができる。トランジスタ101(
n−ch型)のゲートとトランジスタ102(p−ch型)のゲートは互いに電気的に接
続されている。また、一方のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、他方のトラ
ンジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続されている。また、両方のトラン
ジスタのソースまたはドレインの他方はそれぞれ別の配線に電気的に接続されている。
The circuit formed on the silicon substrate 106 can have a function of reading a signal output from the pixel circuit and a function of performing a process of converting the signal, for example, as shown in a circuit diagram in FIG. It can be configured to include a CMOS inverter. Transistor 101 (
The gate of the n-ch type) and the gate of the transistor 102 (p-ch type) are electrically connected to each other. In addition, one of a source and a drain of one transistor is electrically connected to one of a source and a drain of the other transistor. Further, the other of the source and the drain of both transistors is electrically connected to another wiring.

また、シリコン基板100およびシリコン基板106はバルクのシリコン基板に限らず、
ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、ガリウムヒ素、アルミニウムガリ
ウムヒ素、インジウムリン、窒化ガリウム、有機半導体を材料とする基板を用いることも
できる。
Further, the silicon substrate 100 and the silicon substrate 106 are not limited to bulk silicon substrates,
It is also possible to use a substrate made of germanium, silicon germanium, silicon carbide, gallium arsenide, aluminum gallium arsenide, indium phosphide, gallium nitride, or an organic semiconductor.

ここで、図24および図25(A)に示すように、酸化物半導体を有するトランジスタが
形成される領域と、Siデバイス(SiトランジスタまたはSiフォトダイオード)が形
成される領域との間には絶縁層96が設けられる。
Here, as shown in FIGS. 24 and 25A, insulation is provided between a region where a transistor including an oxide semiconductor is formed and a region where a Si device (Si transistor or Si photodiode) is formed. A layer 96 is provided.

トランジスタ101およびトランジスタ102の活性領域近傍に設けられる絶縁層中の水
素はシリコンのダングリングボンドを終端する。したがって、当該水素はトランジスタ1
01およびトランジスタ102の信頼性を向上させる効果がある。一方、トランジスタ1
31等の活性層である酸化物半導体層の近傍に設けられる絶縁層中の水素は、酸化物半導
体層中にキャリアを生成する要因の一つとなる。そのため、当該水素はトランジスタ13
1等の信頼性を低下させる要因となる場合がある。したがって、Siトランジスタを有す
る一方の層と、OSトランジスタを有する他方の層を積層する場合、これらの間に水素の
拡散を防止する機能を有することができる絶縁層96を設けることが好ましい。絶縁層9
6により、一方の層に水素を閉じ込めることでトランジスタ101およびトランジスタ1
02の信頼性が向上することができる。また、一方の層から他方の層への水素の拡散が抑
制されることでトランジスタ131等の信頼性も向上させることができる。
Hydrogen in the insulating layer provided in the vicinity of the active regions of the transistors 101 and 102 terminates a dangling bond of silicon. Therefore, the hydrogen is
01 and the transistor 102 have an effect of improving reliability. On the other hand, transistor 1
Hydrogen in the insulating layer such as 31 provided in the vicinity of the oxide semiconductor layer which is an active layer is one of the factors which generate carriers in the oxide semiconductor layer. Therefore, the hydrogen is
In some cases, it may cause a decrease in reliability such as 1. Therefore, when one layer having a Si transistor and the other layer having an OS transistor are stacked, an insulating layer 96 which can have a function of preventing diffusion of hydrogen is preferably provided between them. Insulation layer 9
6, by confining hydrogen in one layer, the transistor 101 and the transistor 1
02 reliability can be improved. In addition, since the diffusion of hydrogen from one layer to the other layer is suppressed, the reliability of the transistor 131 or the like can be improved.

絶縁層96としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム
、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化
窒化ハフニウム、イットリア安定化ジルコニア(YSZ:Yttria−Stabili
zed Zirconia)等を用いることができる。
Examples of the insulating layer 96 include aluminum oxide, aluminum oxynitride, gallium oxide, gallium oxynitride, yttrium oxide, yttrium oxynitride, hafnium oxide, hafnium oxynitride, and yttria-stabilized zirconia (YSZ: Ytria-Stabili).
zed Zirconia) or the like can be used.

なお、図25(A)に示すような構成では、シリコン基板106に形成される回路(例え
ば、駆動回路)と、トランジスタ131等と、光電変換素子120とを重なるように形成
することができるため、画素の集積度を高めることができる。すなわち、撮像装置の解像
度を高めることができる。例えば、画素数が4K2K、8K4Kまたは16K8Kなどの
撮像装置に用いることが適する。なお、8K4Kの撮像装置は約3千3百万個の画素を有
するため、33Mと呼ぶこともできる。また、例えば画素11が有するトランジスタ13
4およびトランジスタ135をSiトランジスタで形成し、トランジスタ131、トラン
ジスタ132、トランジスタ133および光電変換素子120と、トランジスタ134お
よびトランジスタ135と、が重なる領域を有する構成とすることもできる。この場合、
トランジスタ131、トランジスタ132およびトランジスタ133はOSトランジスタ
で形成する。
Note that in the structure illustrated in FIG. 25A, a circuit (eg, a driver circuit) formed over the silicon substrate 106, the transistor 131, and the photoelectric conversion element 120 can be formed to overlap with each other. The degree of integration of pixels can be increased. That is, the resolution of the imaging device can be increased. For example, it is suitable to be used for an image pickup device having a pixel number of 4K2K, 8K4K, or 16K8K. Since the 8K4K image pickup device has about 33 million pixels, it can be called 33M. In addition, for example, the transistor 13 included in the pixel 11
4 and the transistor 135 may be formed of Si transistors, and a region in which the transistor 131, the transistor 132, the transistor 133, and the photoelectric conversion element 120 overlap with the transistor 134 and the transistor 135 may be included. in this case,
The transistors 131, 132, and 133 are OS transistors.

また、図25(A)に示す撮像装置は、シリコン基板106には光電変換素子を設けない
構成である。したがって、各種トランジスタや配線などの影響を受けずに光電変換素子1
20に対する光路を確保することができ、高開口率の画素を形成することができる。
The imaging device illustrated in FIG. 25A has a structure in which the silicon substrate 106 is not provided with a photoelectric conversion element. Therefore, the photoelectric conversion element 1 is not affected by various transistors and wirings.
An optical path for 20 can be secured, and a pixel with a high aperture ratio can be formed.

なお、図25(A)、(B)において、Siトランジスタはフィン型の構成を例示してい
るが、図26(A)に示すようにプレーナー型であってもよい。または、図26(B)に
示すように、シリコン薄膜の活性層105を有するトランジスタであってもよい。また、
活性層105は、多結晶シリコンやSOI(Silicon on Insulator
)の単結晶シリコンとすることができる。
25A and 25B, the Si transistor exemplifies a fin-type structure, but may be a planar type as shown in FIG. Alternatively, as illustrated in FIG. 26B, the transistor may include a silicon thin film active layer 105. Also,
The active layer 105 is made of polycrystalline silicon or SOI (Silicon on Insulator).
) Single crystal silicon.

また、本発明の一態様の撮像装置は、図27に示す構成とすることができる。 The imaging device of one embodiment of the present invention can have a structure illustrated in FIG. 27.

図27に示す撮像装置は、図25(A)に示す撮像装置の変形例であり、OSトランジス
タおよびSiトランジスタでCMOSインバータを構成する例を図示している。
The image pickup device shown in FIG. 27 is a modification of the image pickup device shown in FIG. 25A, and illustrates an example in which a CMOS inverter is formed using an OS transistor and a Si transistor.

ここで、層1400に設けるSiトランジスタであるトランジスタ102はp−ch型と
し、層1100に設けるOSトランジスタであるトランジスタ101はn−ch型とする
。p−ch型トランジスタのみをシリコン基板106に設けることで、ウェル形成やn型
不純物層形成など工程を省くことができる。
Here, the transistor 102 which is a Si transistor provided in the layer 1400 is a p-ch type and the transistor 101 which is an OS transistor provided in the layer 1100 is an n-ch type. By providing only the p-ch type transistor on the silicon substrate 106, steps such as well formation and n type impurity layer formation can be omitted.

なお、図27に示す撮像装置は、光電変換素子120にセレン等を用いた例を示したが、
図22と同様にpin型の薄膜フォトダイオードを用いた構成としてもよい。
Although the image pickup apparatus shown in FIG. 27 shows an example in which selenium or the like is used for the photoelectric conversion element 120,
A configuration using a pin type thin film photodiode may be used as in the case of FIG.

図27に示す撮像装置において、トランジスタ101は、層1100に形成するトランジ
スタ131およびトランジスタ132と同一の工程で作製することができる。したがって
、撮像装置の製造工程を簡略化することができる。
In the imaging device illustrated in FIG. 27, the transistor 101 can be manufactured in the same step as the transistor 131 and the transistor 132 which are formed in the layer 1100. Therefore, the manufacturing process of the imaging device can be simplified.

また、本発明の一態様の撮像装置は、図28に示すように、シリコン基板100に形成さ
れたフォトダイオードおよびその上に形成されたOSトランジスタで構成された画素を有
する構成と、回路が形成されたシリコン基板106とを貼り合わせた構成としてもよい。
このような構成とすることで、シリコン基板100に形成するフォトダイオードの実効的
な面積を向上することが容易になる。また、シリコン基板106に形成する回路を微細化
したSiトランジスタで高集積化することで高性能な半導体装置を提供することができる
In addition, as shown in FIG. 28, the imaging device of one embodiment of the present invention has a structure including a pixel formed of a photodiode formed over the silicon substrate 100 and an OS transistor formed over the photodiode, and a circuit formed therein. It may be configured to be bonded to the silicon substrate 106 that has been formed.
With such a configuration, it becomes easy to increase the effective area of the photodiode formed on the silicon substrate 100. Further, a high-performance semiconductor device can be provided by highly integrating a circuit formed on the silicon substrate 106 with a miniaturized Si transistor.

図29(A)は、撮像装置にカラーフィルタ等を付加した形態の一例の断面図である。当
該断面図は、3画素分の画素回路を有する領域の一部を示している。光電変換素子120
が形成される層1200上には、絶縁層2500が形成される。絶縁層2500は可視光
に対して透光性の高い酸化シリコン膜などを用いることができる。また、パッシベーショ
ン膜として窒化シリコン膜を積層する構成としてもよい。また、反射防止膜として、酸化
ハフニウムなどの誘電体膜を積層する構成としてもよい。
FIG. 29A is a cross-sectional view of an example of a mode in which a color filter or the like is added to the imaging device. The cross-sectional view shows a part of a region having a pixel circuit for three pixels. Photoelectric conversion element 120
An insulating layer 2500 is formed on the layer 1200 in which the insulating layer 2500 is formed. For the insulating layer 2500, a silicon oxide film or the like having a high light-transmitting property with respect to visible light can be used. Alternatively, a silicon nitride film may be stacked as the passivation film. Further, as the antireflection film, a dielectric film of hafnium oxide or the like may be laminated.

絶縁層2500上には、遮光層2510が形成されてもよい。遮光層2510は、上部の
カラーフィルタを通る光の混色を防止する機能を有することができる。遮光層2510に
は、アルミニウム、タングステンなどの金属層や当該金属層と反射防止膜としての機能を
有することができる誘電体膜を積層する構成とすることができる。
A light-blocking layer 2510 may be formed over the insulating layer 2500. The light-blocking layer 2510 can have a function of preventing color mixture of light passing through the upper color filter. The light-blocking layer 2510 can have a structure in which a metal layer of aluminum, tungsten, or the like or a dielectric film that can function as an antireflection film is stacked with the metal layer.

絶縁層2500および遮光層2510上には平坦化膜として有機樹脂層2520を設ける
構成とすることができる。また、画素別にカラーフィルタ2530(カラーフィルタ25
30a、カラーフィルタ2530b、カラーフィルタ2530c)が形成される。例えば
、カラーフィルタ2530a、カラーフィルタ2530bおよびカラーフィルタ2530
cに、R(赤)、G(緑)、B(青)、Y(黄)、C(シアン)、M(マゼンタ)などの
色を割り当てることにより、カラー画像を得ることができる。
An organic resin layer 2520 can be provided as a planarization film over the insulating layer 2500 and the light-blocking layer 2510. In addition, a color filter 2530 (color filter 25
30a, a color filter 2530b, and a color filter 2530c) are formed. For example, the color filter 2530a, the color filter 2530b, and the color filter 2530
A color image can be obtained by assigning colors such as R (red), G (green), B (blue), Y (yellow), C (cyan), and M (magenta) to c.

カラーフィルタ2530上には、透光性を有する絶縁層2560などを設けることができ
る。
An insulating layer 2560 having a light-transmitting property or the like can be provided over the color filter 2530.

また、図29(B)に示すように、カラーフィルタ2530の代わりに光学変換層255
0を用いてもよい。このような構成とすることで、様々な波長領域における画像が得られ
る撮像装置とすることができる。
Further, as shown in FIG. 29B, instead of the color filter 2530, the optical conversion layer 255 is used.
You may use 0. With such a configuration, it is possible to provide an imaging device that can obtain images in various wavelength regions.

例えば、光学変換層2550に可視光線の波長以下の光を遮るフィルタを用いれば赤外線
撮像装置とすることができる。また、光学変換層2550に近赤外線の波長以下の光を遮
るフィルタを用いれば遠赤外線撮像装置とすることができる。また、光学変換層2550
に可視光線の波長以上の光を遮るフィルタを用いれば紫外線撮像装置とすることができる
For example, an infrared imaging device can be obtained by using a filter that blocks light having a wavelength of visible light or less in the optical conversion layer 2550. Further, if a filter that blocks light having a wavelength of near infrared rays or less is used for the optical conversion layer 2550, a far infrared imaging device can be obtained. Also, the optical conversion layer 2550
An ultraviolet imaging device can be obtained by using a filter that blocks light having a wavelength of visible light or more.

また、光学変換層2550にシンチレータを用いれば、X線撮像装置などに用いる、放射
線の強弱を可視化した画像を得る撮像装置とすることができる。被写体を透過したX線等
の放射線がシンチレータに入射されると、フォトルミネッセンスと呼ばれる現象により可
視光線や紫外光線などの光(蛍光)に変換される。そして、当該光を光電変換素子120
で検知することにより撮像データを取得する。また、放射線検出器などに当該構成の撮像
装置を用いてもよい。
Further, if a scintillator is used for the optical conversion layer 2550, it can be used as an imaging device used for an X-ray imaging device or the like to obtain an image in which the intensity of radiation is visualized. When radiation such as X-rays that have passed through a subject is incident on a scintillator, it is converted into light (fluorescence) such as visible light and ultraviolet light by a phenomenon called photoluminescence. Then, the light is converted into the photoelectric conversion element 120.
The imaging data is acquired by detecting with. Moreover, you may use the imaging device of the said structure for a radiation detector etc.

シンチレータは、X線やガンマ線などの放射線が照射されると、そのエネルギーを吸収し
て可視光や紫外光を発する物質、または当該物質を含む材料からなる。例えば、Gd
S:Tb、GdS:Pr、GdS:Eu、BaFCl:Eu、NaI、C
sI、CaF、BaF、CeF、LiF、LiI、ZnOなどの材料や、それらを
樹脂やセラミクスに分散させたものが知られている。
The scintillator is made of a substance that absorbs energy of the radiation such as X-rays and gamma rays to emit visible light or ultraviolet light, or a material containing the substance. For example, Gd 2 O
2 S:Tb, Gd 2 O 2 S:Pr, Gd 2 O 2 S:Eu, BaFCl:Eu, NaI, C
Materials such as sI, CaF 2 , BaF 2 , CeF 3 , LiF, LiI, and ZnO, and those obtained by dispersing them in a resin or ceramics are known.

なお、セレン系材料を用いた光電変換素子120においては、X線等の放射線を電荷に直
接変換することができるため、シンチレータを不要とする構成とすることもできる。
In addition, in the photoelectric conversion element 120 using a selenium-based material, radiation such as X-rays can be directly converted into electric charges, so that a scintillator can be omitted.

カラーフィルタ2530a、カラーフィルタ2530bおよびカラーフィルタ2530c
上には、マイクロレンズアレイ2540を設けてもよい。マイクロレンズアレイ2540
が有する個々のレンズを通る光が直下のカラーフィルタを通り、光電変換素子120に照
射されるようになる。なお、図29(A)、(B)、(C)に示す層1200以外の領域
を層1600とする。
Color filter 2530a, color filter 2530b, and color filter 2530c
A microlens array 2540 may be provided above. Micro lens array 2540
The light passing through the individual lenses of the device passes through the color filter immediately below and is applied to the photoelectric conversion element 120. Note that a region other than the layer 1200 illustrated in FIGS. 29A, 29B, and 29C is a layer 1600.

図29(C)に示す撮像装置の具体的な構成は、図19(A)に示す撮像装置を例にする
と、図30に示すようになる。また、図24に示す撮像装置を例にすると、図31に示す
ようになる。
The specific configuration of the imaging device illustrated in FIG. 29C is as illustrated in FIG. 30 when the imaging device illustrated in FIG. 19A is taken as an example. Further, when the image pickup apparatus shown in FIG. 24 is taken as an example, it becomes as shown in FIG.

また、本発明の一態様の撮像装置は、図32および図33に示すように回折格子1500
と組み合わせてもよい。回折格子1500を介した被写体の像(回折画像)を画素に取り
込み、画素における撮像画像から演算処理により入力画像(被写体の像)を構成すること
ができる。また、レンズの替わりに回折格子1500を用いることで撮像装置のコストを
下げることができる。
In addition, as shown in FIGS. 32 and 33, the imaging device of one embodiment of the present invention has a diffraction grating 1500.
May be combined with. An image of a subject (diffraction image) that has passed through the diffraction grating 1500 can be captured in a pixel, and an input image (image of the subject) can be configured by arithmetic processing from a captured image in the pixel. Further, the cost of the image pickup device can be reduced by using the diffraction grating 1500 instead of the lens.

回折格子1500は、透光性を有する材料で形成することができる。例えば、酸化シリコ
ン膜、酸化窒化シリコン膜などの無機絶縁膜を用いることができる。または、アクリル樹
脂、ポリイミド樹脂などの有機絶縁膜などを用いてもよい。または、上記無機絶縁膜と有
機絶縁膜との積層であってもよい。
The diffraction grating 1500 can be formed using a light-transmitting material. For example, an inorganic insulating film such as a silicon oxide film or a silicon oxynitride film can be used. Alternatively, an organic insulating film such as an acrylic resin or a polyimide resin may be used. Alternatively, it may be a laminate of the above-mentioned inorganic insulating film and organic insulating film.

また、回折格子1500は、感光性樹脂などを用いたリソグラフィ工程で形成することが
できる。また、リソグラフィ工程とエッチング工程とを用いて形成することもできる。ま
た、ナノインプリントリソグラフィやレーザスクライブなどを用いて形成することもでき
る。
The diffraction grating 1500 can be formed by a lithography process using a photosensitive resin or the like. Alternatively, it can be formed using a lithography process and an etching process. It can also be formed using nanoimprint lithography, laser scribing, or the like.

なお、回折格子1500とマイクロレンズアレイ2540との間に間隔Xを設けてもよい
。間隔Xは、1mm以下、好ましくは100μm以下とすることができる。なお、当該間
隔は空間でもよいし、透光性を有する材料を封止層または接着層として設けてもよい。例
えば、窒素や希ガスなどの不活性ガスを当該間隔に封じ込めることができる。または、ア
クリル樹脂、エポキシ樹脂またはポリイミド樹脂などを当該間隔に設けてもよい。または
シリコーンオイルなどの液体を設けてもよい。なお、マイクロレンズアレイ2540を設
けない場合においても、カラーフィルタ2530と回折格子1500との間に間隔Xを設
けてもよい。
A space X may be provided between the diffraction grating 1500 and the microlens array 2540. The interval X can be 1 mm or less, preferably 100 μm or less. Note that the space may be a space, or a light-transmitting material may be provided as a sealing layer or an adhesive layer. For example, an inert gas such as nitrogen or a rare gas can be contained in the space. Alternatively, an acrylic resin, an epoxy resin, a polyimide resin, or the like may be provided at the interval. Alternatively, a liquid such as silicone oil may be provided. Even when the microlens array 2540 is not provided, the space X may be provided between the color filter 2530 and the diffraction grating 1500.

また、本発明の一態様における撮像装置は、図34(A1)および図34(B1)に示す
ように湾曲させてもよい。図34(A1)は、撮像装置を同図中の二点鎖線X1−X2の
方向に湾曲させた状態を示している。図34(A2)は、図34(A1)中の二点鎖線X
1−X2で示した部位の断面図である。図34(A3)は、図34(A1)中の二点鎖線
Y1−Y2で示した部位の断面図である。
In addition, the imaging device of one embodiment of the present invention may be curved as illustrated in FIGS. 34A1 and 34B1. FIG. 34(A1) shows a state in which the imaging device is curved in the direction of the chain double-dashed line X1-X2 in the figure. FIG. 34(A2) is a chain double-dashed line X in FIG. 34(A1).
It is sectional drawing of the site|part shown by 1-X2. 34A3 is a cross-sectional view of a portion indicated by dashed-two dotted line Y1-Y2 in FIG. 34A1.

図34(B1)は、撮像装置を同図中の二点鎖線X3−X4の方向に湾曲させ、かつ、同
図中の二点鎖線Y3−Y4の方向に湾曲させた状態を示している。図34(B2)は、図
34(B1)中の二点鎖線X3−X4で示した部位の断面図である。図34(B3)は、
図34(B1)中の二点鎖線Y3−Y4で示した部位の断面図である。
FIG. 34(B1) shows a state in which the imaging device is curved in the direction of the alternate long and two short dashes line X3-X4 in the same figure and is also curved in the direction of the alternate long and two short dashes line Y3-Y4 in the same figure. FIG. 34(B2) is a cross-sectional view of a portion indicated by alternate long and two short dashes line X3-X4 in FIG. 34(B1). FIG. 34(B3) shows
FIG. 35 is a cross-sectional view of a portion indicated by alternate long and two short dashes line Y3-Y4 in FIG. 34(B1).

撮像装置を湾曲させることで、像面湾曲や非点収差を低減することができる。よって、撮
像装置と組み合わせて用いるレンズなどの光学設計を容易とすることができる。例えば、
収差補正のためのレンズ枚数を低減できるため、撮像装置を用いた半導体装置などの小型
化や軽量化を容易とすることができる。また、撮像された画像の品質を向上させる事がで
きる。
By curving the imaging device, field curvature and astigmatism can be reduced. Therefore, the optical design of a lens or the like used in combination with the imaging device can be facilitated. For example,
Since the number of lenses for aberration correction can be reduced, it is possible to easily reduce the size and weight of a semiconductor device or the like using an image pickup device. Moreover, the quality of the captured image can be improved.

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the structures described in the other embodiments.

(実施の形態6)
本実施の形態では、表示装置23の構成について図面を用いて詳細に説明する。
(Embodiment 6)
In this embodiment, the configuration of the display device 23 will be described in detail with reference to the drawings.

図35は、表示装置23が有する画素210の構成例を示す回路図である。図35(A)
は、表示素子として液晶素子を用いる画素の例であり、図35(B)は、表示素子として
発光素子を用いる画素の例である。
FIG. 35 is a circuit diagram showing a configuration example of the pixel 210 included in the display device 23. FIG. 35(A)
Is an example of a pixel using a liquid crystal element as a display element, and FIG. 35B is an example of a pixel using a light emitting element as a display element.

図35(A)に示す画素210は、トランジスタ211、液晶素子212および容量素子
213を有する。
A pixel 210 illustrated in FIG. 35A includes a transistor 211, a liquid crystal element 212, and a capacitor 213.

トランジスタ211のゲートには配線215が電気的に接続されている。また、トランジ
スタ211のソースまたはドレインの一方には配線216が電気的に接続されている。ま
た、トランジスタ211のソースまたはドレインの他方には液晶素子212および容量素
子213の一方の端子が電気的に接続されている。
A wiring 215 is electrically connected to the gate of the transistor 211. A wiring 216 is electrically connected to one of a source and a drain of the transistor 211. Further, the liquid crystal element 212 and one terminal of the capacitor 213 are electrically connected to the other of the source and the drain of the transistor 211.

トランジスタ211は、液晶素子212と配線216との電気的接続を制御するスイッチ
ング素子として機能することができ、配線215から入力される走査信号によりオン、オ
フが制御される。なおトランジスタ211には、オフ電流を小さくできるOSトランジス
タが好適である。
The transistor 211 can function as a switching element which controls electrical connection between the liquid crystal element 212 and the wiring 216, and is turned on/off by a scan signal input from the wiring 215. Note that the transistor 211 is preferably an OS transistor which can reduce off-state current.

図35(B)に示す画素210は、トランジスタ221、トランジスタ222および発光
素子223を有する。
A pixel 210 illustrated in FIG. 35B includes a transistor 221, a transistor 222, and a light emitting element 223.

トランジスタ221のゲートには配線215が電気的に接続されている。また、トランジ
スタ221のソースまたはドレインの一方には配線216が電気的に接続されている。ま
た、トランジスタ221のソースまたはドレインの他方にはトランジスタ222のゲート
が電気的に接続されている。また、トランジスタ222のソースまたはドレインの一方に
は配線217が電気的に接続されている。また、トランジスタ222のソースまたはドレ
インの他方には発光素子223の一方の端子が電気的に接続されている。
A wiring 215 is electrically connected to the gate of the transistor 221. A wiring 216 is electrically connected to one of a source and a drain of the transistor 221. The gate of the transistor 222 is electrically connected to the other of the source and the drain of the transistor 221. A wiring 217 is electrically connected to one of a source and a drain of the transistor 222. Further, one terminal of the light emitting element 223 is electrically connected to the other of the source and the drain of the transistor 222.

トランジスタ221は、トランジスタ222のゲートと、配線216と、の電気的接続を
制御するスイッチング素子であり、配線215から入力される走査信号によりオン、オフ
が制御される。なおトランジスタ221には、オフ電流を小さくできるOSトランジスタ
が好適である。
The transistor 221 is a switching element that controls electrical connection between the gate of the transistor 222 and the wiring 216, and is turned on/off by a scan signal input from the wiring 215. Note that the transistor 221 is preferably an OS transistor which can reduce off-state current.

図35(A)、(B)に示した回路図においては、OSトランジスタであることを明示す
るために、OSトランジスタの回路記号に「OS」の記載を付している。
In the circuit diagrams shown in FIGS. 35A and 35B, “OS” is added to the circuit symbol of the OS transistor in order to clearly indicate that it is an OS transistor.

なお画素210は、撮像データ31の出力を行わない第2のモードにおいて、画像データ
を保持できればよい。このため、オフ電流の小さいトランジスタを用いる構成に限らない
。画素210は、画像データを保持可能なメモリを有する構成でもよい。
Note that the pixel 210 only needs to be able to hold the image data in the second mode in which the imaging data 31 is not output. Therefore, the structure is not limited to the case where a transistor with low off-state current is used. The pixel 210 may have a configuration including a memory capable of holding image data.

画素210内にメモリを有する構成について図36(A)に示す。画素210は、メモリ
214を有することで、ビデオデータを保持することができる。メモリとしては、SRA
M(Static Random Access Memory)やDRAM(Dyna
mic Random Access Memory)等におけるメモリ回路を適用すれ
ばよい。図36(B)には、メモリ214にSRAMを適用した場合の回路図の一例を示
す。
A structure having a memory in the pixel 210 is shown in FIG. The pixel 210 can hold video data by including the memory 214. As the memory, SRA
M (Static Random Access Memory) and DRAM (Dyna)
Mic Random Access Memory) or the like may be applied. FIG. 36B shows an example of a circuit diagram in the case where SRAM is applied to the memory 214.

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the structures described in the other embodiments.

(実施の形態7)
本実施の形態では、本発明の一態様に用いることのできる酸化物半導体を有するトランジ
スタについて図面を用いて説明する。なお、本実施の形態における図面では、明瞭化のた
めに一部の要素を拡大、縮小、または省略して図示している。
(Embodiment 7)
In this embodiment, a transistor including an oxide semiconductor, which can be used in one embodiment of the present invention, will be described with reference to drawings. Note that in the drawings of this embodiment, some of the elements are enlarged, reduced, or omitted for clarity.

図37(A)は本発明の一態様のトランジスタ401の上面図である。また、図37(A
)に示す一点鎖線B1−B2方向の断面が図37(B)に相当する。また、図37(A)
に示す一点鎖線B3−B4方向の断面が図39(A)に相当する。なお、一点鎖線B1−
B2方向をチャネル長方向、一点鎖線B3−B4方向をチャネル幅方向と呼称する場合が
ある。
FIG. 37A is a top view of the transistor 401 of one embodiment of the present invention. In addition, in FIG.
37B corresponds to a cross section in the direction of dashed-dotted line B1-B2 in FIG. In addition, FIG. 37(A)
The cross section in the direction of dashed-dotted line B3-B4 shown in FIG. The alternate long and short dash line B1-
The B2 direction may be referred to as the channel length direction, and the alternate long and short dash line B3-B4 direction may be referred to as the channel width direction.

トランジスタ401は、基板415と、絶縁層420と、酸化物半導体層430と、導電
層440と、導電層450と、絶縁層460と、導電層470と、絶縁層475と、絶縁
層480と、を有する。
The transistor 401 includes a substrate 415, an insulating layer 420, an oxide semiconductor layer 430, a conductive layer 440, a conductive layer 450, an insulating layer 460, a conductive layer 470, an insulating layer 475, and an insulating layer 480. Have.

絶縁層420は基板415と接し、酸化物半導体層430は絶縁層420と接し、導電層
440および導電層450は絶縁層420および酸化物半導体層430と接し、絶縁層4
60は絶縁層420、酸化物半導体層430、導電層440および導電層450と接し、
導電層470は絶縁層460と接し、絶縁層475は絶縁層420、導電層440、導電
層450および導電層470と接し、絶縁層480は絶縁層475と接する。
The insulating layer 420 is in contact with the substrate 415, the oxide semiconductor layer 430 is in contact with the insulating layer 420, and the conductive layers 440 and 450 are in contact with the insulating layer 420 and the oxide semiconductor layer 430.
60 is in contact with the insulating layer 420, the oxide semiconductor layer 430, the conductive layer 440, and the conductive layer 450,
The conductive layer 470 is in contact with the insulating layer 460, the insulating layer 475 is in contact with the insulating layer 420, the conductive layer 440, the conductive layer 450, and the conductive layer 470, and the insulating layer 480 is in contact with the insulating layer 475.

ここで、酸化物半導体層430における、導電層440と重なる領域を領域531、導電
層450と重なる領域を領域532、絶縁層460と重なる領域を領域533とする。
Here, in the oxide semiconductor layer 430, a region overlapping with the conductive layer 440 is a region 531, a region overlapping with the conductive layer 450 is a region 532, and a region overlapping with the insulating layer 460 is a region 533.

また、導電層440および導電層450は酸化物半導体層430と電気的に接続されてい
る。
The conductive layers 440 and 450 are electrically connected to the oxide semiconductor layer 430.

導電層440はソースまたはドレインの一方、導電層450はソースまたはドレインの他
方、絶縁層460はゲート絶縁層、導電層470はゲートとしての機能を有することがで
きる。
The conductive layer 440 can function as a source or a drain, the conductive layer 450 can function as a source or a drain, the insulating layer 460 can function as a gate insulating layer, and the conductive layer 470 can function as a gate.

また、図37(B)に示す領域531はソース領域またはドレイン領域の一方、領域53
2はソース領域またはドレイン領域の他方、領域533はチャネル形成領域としての機能
を有することができる。
A region 531 illustrated in FIG. 37B is one of the source region and the drain region, which is the region 53.
2 is a source region or a drain region, and the region 533 can function as a channel formation region.

また、導電層440および導電層450は単層で形成される例を図示しているが、二層以
上の積層であってもよい。さらに、導電層470は、導電層471および導電層472の
二層で形成される例を図示しているが、一層または三層以上の積層であってもよい。当該
構成は本実施の形態で説明する他のトランジスタにも適用できる。
Further, although the conductive layer 440 and the conductive layer 450 are illustrated as an example of being formed as a single layer, they may be a stack of two or more layers. Furthermore, although the conductive layer 470 is illustrated as an example formed of two layers of the conductive layer 471 and the conductive layer 472, it may be a single layer or a stacked layer of three or more layers. The structure can be applied to the other transistors described in this embodiment.

なお、必要に応じて絶縁層480に平坦化膜としての機能を付加してもよい。 Note that a function as a planarization film may be added to the insulating layer 480 as needed.

また、本発明の一態様のトランジスタは、図37(C)、(D)に示す構成であってもよ
い。図37(C)はトランジスタ402の上面図である。また、図37(C)に示す一点
鎖線C1−C2方向の断面が図37(D)に相当する。また、図37(C)に示す一点鎖
線C3−C4方向の断面は、図39(B)に相当する。なお、一点鎖線C1−C2方向を
チャネル長方向、一点鎖線C3−C4方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
In addition, the transistor of one embodiment of the present invention may have the structure illustrated in FIGS. 37C and 37D. FIG. 37C is a top view of the transistor 402. A cross section in the direction of dashed-dotted line C1-C2 in FIG. 37C corresponds to FIG. 37D. A cross section in the direction of dashed-dotted line C3-C4 in FIG. 37C corresponds to FIG. 39B. In addition, the dashed-dotted line C1-C2 direction may be called a channel length direction, and the dashed-dotted line C3-C4 direction may be called a channel width direction.

トランジスタ402は、絶縁層460の端部と導電層470の端部を一致させない点が、
トランジスタ401と異なる。トランジスタ402の構造は、導電層440および導電層
450が絶縁層460で広く覆われているため、導電層440および導電層450と、導
電層470の間の電気抵抗が高く、ゲートリーク電流の少ない特徴を有している。
In the transistor 402, the end portion of the insulating layer 460 and the end portion of the conductive layer 470 do not match,
Different from the transistor 401. In the structure of the transistor 402, the conductive layer 440 and the conductive layer 450 are widely covered with the insulating layer 460; therefore, the electrical resistance between the conductive layer 440 and the conductive layer 450 and the conductive layer 470 is high and the gate leakage current is small. It has features.

トランジスタ401およびトランジスタ402は、導電層470と導電層440および導
電層450が重なる領域を有するトップゲート構造である。当該領域のチャネル長方向の
幅は、寄生容量を小さくするために3nm以上300nm未満とすることが好ましい。当
該構成では、酸化物半導体層430にオフセット領域が形成されないため、オン電流の高
いトランジスタを形成しやすい。
The transistors 401 and 402 each have a top-gate structure including a region where the conductive layer 470 overlaps with the conductive layers 440 and 450. The width of the region in the channel length direction is preferably 3 nm or more and less than 300 nm in order to reduce the parasitic capacitance. In this structure, since the offset region is not formed in the oxide semiconductor layer 430, a transistor with high on-state current can be easily formed.

また、本発明の一態様のトランジスタは、図37(E)、(F)に示す構成であってもよ
い。図37(E)はトランジスタ403の上面図である。また、図37(E)に示す一点
鎖線D1−D2方向の断面が図37(F)に相当する。また、図37(E)に示す一点鎖
線D3−D4方向の断面は、図39(A)に相当する。なお、一点鎖線D1−D2方向を
チャネル長方向、一点鎖線D3−D4方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
In addition, the transistor of one embodiment of the present invention may have a structure illustrated in FIGS. 37E and 37F. FIG. 37E is a top view of the transistor 403. A cross section in the direction of dashed-dotted line D1-D2 in FIG. 37E corresponds to FIG. A cross section in the direction of dashed-dotted line D3-D4 in FIG. 37E corresponds to FIG. In addition, the dashed-dotted line D1-D2 direction may be called a channel length direction, and the dashed-dotted line D3-D4 direction may be called a channel width direction.

トランジスタ403の絶縁層420は基板415と接し、酸化物半導体層430は絶縁層
420と接し、絶縁層460は絶縁層420および酸化物半導体層430と接し、導電層
470は絶縁層460と接し、絶縁層475は絶縁層420、酸化物半導体層430およ
び導電層470と接し、絶縁層480は絶縁層475と接し、導電層440および導電層
450は酸化物半導体層430および絶縁層480と接する。
The insulating layer 420 of the transistor 403 is in contact with the substrate 415, the oxide semiconductor layer 430 is in contact with the insulating layer 420, the insulating layer 460 is in contact with the insulating layer 420 and the oxide semiconductor layer 430, and the conductive layer 470 is in contact with the insulating layer 460. The insulating layer 475 is in contact with the insulating layer 420, the oxide semiconductor layer 430, and the conductive layer 470, the insulating layer 480 is in contact with the insulating layer 475, and the conductive layer 440 and the conductive layer 450 are in contact with the oxide semiconductor layer 430 and the insulating layer 480.

絶縁層475および絶縁層480に開口部が設けられ、当該開口部を通じて導電層440
および導電層450が酸化物半導体層430と電気的に接続されている。
Openings are provided in the insulating layer 475 and the insulating layer 480, and the conductive layer 440 is provided through the openings.
The conductive layer 450 is electrically connected to the oxide semiconductor layer 430.

なお、必要に応じて導電層440、導電層450および絶縁層480に接する絶縁層(平
坦化膜)などを有していてもよい。
Note that an insulating layer (planarizing film) in contact with the conductive layer 440, the conductive layer 450, and the insulating layer 480 may be included as needed.

また、酸化物半導体層430において、絶縁層475と重なり、領域531と領域533
に挟まれた領域を領域534とする。また、絶縁層475と重なり、領域532と領域5
33に挟まれた領域を領域535とする。
In the oxide semiconductor layer 430, the insulating layer 475 overlaps with the regions 531 and 533.
The region sandwiched between is the region 534. In addition, the region 532 and the region 5 overlap with the insulating layer 475.
A region sandwiched by 33 is a region 535.

また、本発明の一態様のトランジスタは、図38(A)、(B)に示す構成であってもよ
い。図38(A)はトランジスタ404の上面図である。また、図38(A)に示す一点
鎖線E1−E2方向の断面が図38(B)に相当する。また、図38(A)に示す一点鎖
線E3−E4方向の断面は、図39(A)に相当する。なお、一点鎖線E1−E2方向を
チャネル長方向、一点鎖線E3−E4方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
In addition, the transistor of one embodiment of the present invention may have a structure illustrated in FIGS. 38A and 38B. FIG. 38A is a top view of the transistor 404. A cross section in the direction of dashed-dotted line E1-E2 in FIG. 38A corresponds to FIG. 38B. A cross section in the direction of dashed-dotted line E3-E4 in FIG. 38A corresponds to FIG. In addition, the dashed-dotted line E1-E2 direction may be called a channel length direction, and the dashed-dotted line E3-E4 direction may be called a channel width direction.

トランジスタ404の絶縁層420は基板415と接し、酸化物半導体層430は絶縁層
420と接し、導電層440および導電層450は絶縁層420および酸化物半導体層4
30と接し、絶縁層460は絶縁層420および酸化物半導体層430と接し、導電層4
70は絶縁層460と接し、絶縁層475は絶縁層420、酸化物半導体層430、導電
層440、導電層450および導電層470と接し、絶縁層480は絶縁層475と接す
る。
The insulating layer 420 of the transistor 404 is in contact with the substrate 415, the oxide semiconductor layer 430 is in contact with the insulating layer 420, and the conductive layers 440 and 450 are the insulating layer 420 and the oxide semiconductor layer 4.
30, the insulating layer 460 is in contact with the insulating layer 420 and the oxide semiconductor layer 430, and the conductive layer 4 is
70 is in contact with the insulating layer 460, the insulating layer 475 is in contact with the insulating layer 420, the oxide semiconductor layer 430, the conductive layer 440, the conductive layer 450, and the conductive layer 470, and the insulating layer 480 is in contact with the insulating layer 475.

トランジスタ404は、導電層440および導電層450が酸化物半導体層430の端部
を覆うように接している点が、トランジスタ403と異なる。
The transistor 404 is different from the transistor 403 in that the conductive layers 440 and 450 are in contact with each other so as to cover the end portion of the oxide semiconductor layer 430.

トランジスタ403およびトランジスタ404は導電層470と、導電層440および導
電層450が重なる領域を有さないセルフアライン構造である。セルフアライン構造のト
ランジスタはゲートと、ソースおよびドレインと、の寄生容量が極めて小さいため、高速
動作用途に適している。
The transistors 403 and 404 have a self-aligned structure in which the conductive layer 470 does not have a region where the conductive layers 440 and 450 overlap. The self-aligned transistor has extremely small parasitic capacitance between the gate and the source and drain, and is suitable for high-speed operation.

また、本発明の一態様のトランジスタは、図38(C)、(D)に示す構成であってもよ
い。図38(C)はトランジスタ405の上面図である。また、図38(C)に示す一点
鎖線F1−F2方向の断面が図38(D)に相当する。また、図38(C)に示す一点鎖
線F3−F4方向の断面は、図39(A)に相当する。なお、一点鎖線F1−F2方向を
チャネル長方向、一点鎖線F3−F4方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
In addition, the transistor of one embodiment of the present invention may have the structure illustrated in FIGS. 38C and 38D. FIG. 38C is a top view of the transistor 405. A cross section in the direction of dashed-dotted line F1-F2 in FIG. 38C corresponds to FIG. A cross section in the direction of dashed-dotted line F3-F4 in FIG. 38C corresponds to FIG. 39A. In addition, the dashed-dotted line F1-F2 direction may be called a channel length direction, and the dashed-dotted line F3-F4 direction may be called a channel width direction.

トランジスタ405は、導電層440が導電層441と導電層442の2層で形成され、
導電層450が導電層451と導電層452の2層で形成されている。また、絶縁層42
0は基板415と接し、酸化物半導体層430は絶縁層420と接し、導電層441およ
び導電層451は酸化物半導体層430と接し、絶縁層460は絶縁層420、酸化物半
導体層430、導電層441および導電層451と接し、導電層470は絶縁層460と
接し、絶縁層475は絶縁層420、導電層441、導電層451および導電層470と
接し、絶縁層480は絶縁層475と接し、導電層442は導電層441および絶縁層4
80と接し、導電層452は導電層451および絶縁層480と接する。
In the transistor 405, the conductive layer 440 is formed of two layers of a conductive layer 441 and a conductive layer 442,
The conductive layer 450 is formed of two layers, a conductive layer 451 and a conductive layer 452. In addition, the insulating layer 42
0 is in contact with the substrate 415, the oxide semiconductor layer 430 is in contact with the insulating layer 420, the conductive layers 441 and 451 are in contact with the oxide semiconductor layer 430, and the insulating layer 460 is the insulating layer 420, the oxide semiconductor layer 430, and the conductive layer. The layer 441 and the conductive layer 451 are in contact, the conductive layer 470 is in contact with the insulating layer 460, the insulating layer 475 is in contact with the insulating layer 420, the conductive layer 441, the conductive layer 451, and the conductive layer 470, and the insulating layer 480 is in contact with the insulating layer 475. , The conductive layer 442 is the conductive layer 441 and the insulating layer 4.
80, the conductive layer 452 is in contact with the conductive layer 451 and the insulating layer 480.

ここで、導電層441および導電層451は、酸化物半導体層430の上面と接し、側面
には接しない構成となっている。
Here, the conductive layers 441 and 451 are in contact with the top surface of the oxide semiconductor layer 430 and are not in contact with the side surfaces thereof.

なお、必要に応じて導電層442、導電層452および絶縁層480に接する絶縁層など
を有していてもよい。
Note that an insulating layer in contact with the conductive layer 442, the conductive layer 452, and the insulating layer 480 may be included as needed.

また、導電層441および導電層451が酸化物半導体層430と電気的に接続されてい
る。そして、導電層442が導電層441と、導電層452が導電層451とそれぞれ電
気的に接続されている。
In addition, the conductive layers 441 and 451 are electrically connected to the oxide semiconductor layer 430. The conductive layer 442 is electrically connected to the conductive layer 441, and the conductive layer 452 is electrically connected to the conductive layer 451.

酸化物半導体層430において、導電層441と重なる領域がソース領域またはドレイン
領域の一方としての機能を有することができる領域531となり、導電層451と重なる
領域がソース領域またはドレイン領域の他方としての機能を有することができる領域53
2となる。
In the oxide semiconductor layer 430, a region overlapping with the conductive layer 441 serves as a region 531 which can function as one of a source region and a drain region, and a region overlapping with the conductive layer 451 serves as the other of the source region and the drain region. Area 53 which can have
It becomes 2.

また、本発明の一態様のトランジスタは、図38(E)、(F)に示す構成であってもよ
い。図38(E)はトランジスタ406の上面図である。また、図38(E)に示す一点
鎖線G1−G2方向の断面が図38(F)に相当する。また、図38(E)に示す一点鎖
線G3−G4方向の断面は、図39(A)に相当する。なお、一点鎖線G1−G2方向を
チャネル長方向、一点鎖線G3−G4方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
The transistor of one embodiment of the present invention may have any of the structures illustrated in FIGS. 38E and 38F. FIG. 38E is a top view of the transistor 406. A cross section in the direction of dashed-dotted line G1-G2 in FIG. 38E corresponds to FIG. A cross section in the direction of dashed-dotted line G3-G4 in FIG. 38E corresponds to FIG. 39A. In addition, the dashed-dotted line G1-G2 direction may be called a channel length direction, and the dashed-dotted line G3-G4 direction may be called a channel width direction.

トランジスタ406は、導電層440が導電層441および導電層442の2層で形成さ
れ、導電層450が導電層451および導電層452の2層で形成されている点が、トラ
ンジスタ403と異なる。
The transistor 406 is different from the transistor 403 in that the conductive layer 440 is formed of two layers of a conductive layer 441 and a conductive layer 442, and the conductive layer 450 is formed of two layers of a conductive layer 451 and a conductive layer 452.

トランジスタ405およびトランジスタ406の構成では、導電層440および導電層4
50が絶縁層420と接しない構成であるため、絶縁層420中の酸素が導電層440お
よび導電層450に奪われにくくなり、絶縁層420から酸化物半導体層430中への酸
素の供給を容易とすることができる。
In the structure of the transistor 405 and the transistor 406, the conductive layer 440 and the conductive layer 4 are included.
Since 50 is not in contact with the insulating layer 420, oxygen in the insulating layer 420 is less likely to be taken by the conductive layers 440 and 450, and oxygen can be easily supplied from the insulating layer 420 into the oxide semiconductor layer 430. Can be

なお、トランジスタ403、トランジスタ404およびトランジスタ406における領域
534および領域535には、酸素欠損を形成し導電率を高めるための不純物を添加して
もよい。酸化物半導体層に酸素欠損を形成する不純物としては、例えば、リン、砒素、ア
ンチモン、ホウ素、アルミニウム、シリコン、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリ
プトン、キセノン、インジウム、フッ素、塩素、チタン、亜鉛、および炭素のいずれかか
ら選択される一つ以上を用いることができる。当該不純物の添加方法としては、プラズマ
処理法、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテ
ーション法などを用いることができる。
Note that an impurity for forming oxygen vacancies and increasing conductivity may be added to the regions 534 and 535 in the transistors 403, 404, and 406. Examples of impurities that form oxygen vacancies in the oxide semiconductor layer include phosphorus, arsenic, antimony, boron, aluminum, silicon, nitrogen, helium, neon, argon, krypton, xenon, indium, fluorine, chlorine, titanium, zinc, and And one or more selected from carbon and carbon can be used. As a method for adding the impurities, a plasma treatment method, an ion implantation method, an ion doping method, a plasma immersion ion implantation method, or the like can be used.

不純物元素として、上記元素が酸化物半導体層に添加されると、酸化物半導体層中の金属
元素および酸素の結合が切断され、酸素欠損が形成される。酸化物半導体層に含まれる酸
素欠損と酸化物半導体層中に残存または後から添加される水素の相互作用により、酸化物
半導体層の導電率を高くすることができる。
When the above element is added to the oxide semiconductor layer as an impurity element, the bond between the metal element and oxygen in the oxide semiconductor layer is broken and oxygen vacancies are formed. The conductivity of the oxide semiconductor layer can be increased by the interaction between oxygen vacancies contained in the oxide semiconductor layer and hydrogen left in the oxide semiconductor layer or added later.

なお、不純物元素の添加により酸素欠損が形成された酸化物半導体に水素を添加すると、
酸素欠損サイトに水素が入り伝導帯近傍にドナー準位が形成される。その結果、酸化物導
電体を形成することができる。ここでは、導電体化された酸化物半導体を酸化物導電体と
いう。なお、酸化物導電体は酸化物半導体と同様に透光性を有する。
Note that when hydrogen is added to an oxide semiconductor in which oxygen vacancies are formed by addition of an impurity element,
Hydrogen enters the oxygen vacancy site and a donor level is formed near the conduction band. As a result, an oxide conductor can be formed. Here, the oxide semiconductor which is made to be a conductor is referred to as an oxide conductor. Note that the oxide conductor has a light-transmitting property like an oxide semiconductor.

酸化物導電体は、縮退半導体であり、伝導帯端とフェルミ準位とが一致または略一致して
いると推定される。このため、酸化物導電体層とソースおよびドレインとしての機能を有
することができる導電層との接触はオーミック接触であり、酸化物導電体層と、ソースお
よびドレインとしての機能を有することができる導電層と、の接触抵抗を低減することが
できる。
The oxide conductor is a degenerate semiconductor, and it is presumed that the conduction band edge and the Fermi level match or substantially match. Therefore, the contact between the oxide conductor layer and the conductive layer which can have a function as a source and a drain is an ohmic contact, and the oxide conductor layer and a conductive layer which can have a function as a source and a drain. The contact resistance with the layer can be reduced.

また、図37乃至図39におけるトランジスタ401乃至トランジスタ406では、酸化
物半導体層430が単層である例を図示したが、酸化物半導体層430は積層であっても
よい。図40(A)は酸化物半導体層430の上面図であり、図40(B)、(C)は、
酸化物半導体層430aおよび酸化物半導体層430bの二層構造を有する酸化物半導体
層430の断面図である。また、図40(D)、(E)は、酸化物半導体層430a、酸
化物半導体層430bおよび酸化物半導体層430cの三層構造を有する酸化物半導体層
430の断面図である。
Although the oxide semiconductor layer 430 is a single layer in the transistors 401 to 406 in FIGS. 37 to 39, the oxide semiconductor layer 430 may be a stacked layer. 40A is a top view of the oxide semiconductor layer 430, and FIGS. 40B and 40C are
FIG. 4 is a cross-sectional view of an oxide semiconductor layer 430 having a two-layer structure of an oxide semiconductor layer 430a and an oxide semiconductor layer 430b. 40D and 40E are cross-sectional views of the oxide semiconductor layer 430 having a three-layer structure of the oxide semiconductor layer 430a, the oxide semiconductor layer 430b, and the oxide semiconductor layer 430c.

なお、酸化物半導体層430aおよび酸化物半導体層430cは、チャネル領域を形成し
ないため絶縁層と呼ぶこともできる。
Note that the oxide semiconductor layer 430a and the oxide semiconductor layer 430c do not form a channel region and thus can be referred to as insulating layers.

酸化物半導体層430a、酸化物半導体層430b、酸化物半導体層430cには、それ
ぞれ組成の異なる酸化物半導体層などを用いることができる。
For the oxide semiconductor layer 430a, the oxide semiconductor layer 430b, and the oxide semiconductor layer 430c, oxide semiconductor layers having different compositions, or the like can be used.

トランジスタ401乃至トランジスタ406の酸化物半導体層430は、図40(B)、
(C)または図40(D)、(E)に示す酸化物半導体層430と入れ替えることができ
る。
The oxide semiconductor layer 430 of the transistors 401 to 406 is shown in FIG.
It can be replaced with the oxide semiconductor layer 430 shown in (C) or FIGS. 40D and 40E.

また、本発明の一態様のトランジスタは、図41乃至図43に示す構成であってもよい。
図41(A)、(C)、(E)および図42(A)、(C)、(E)はトランジスタ40
7乃至トランジスタ412の上面図である。また、図41(A)、(C)、(E)および
図42(A)、(C)、(E)に示す一点鎖線H1−H2方向乃至M1−M2方向の断面
が図41(B)、(D)、(F)および図42(B)、(D)、(F)に相当する。また
、図41(A)、(E)および図42(A)、(C)、(E)に示す一点鎖線H3−H4
およびJ3−J4乃至M3−M4方向の断面が図43(A)に相当する。さらに、図41
(C)に示す一点鎖線I3−I4方向の断面が図43(B)に相当する。なお、一点鎖線
H1−H2方向乃至M1−M2方向をチャネル長方向、一点鎖線H3−H4方向乃至M1
−M2方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
In addition, the transistor of one embodiment of the present invention may have any of the structures illustrated in FIGS.
41(A), (C), (E) and FIGS. 42(A), (C), (E) show the transistor 40.
7 is a top view of transistors 7 to 412. FIG. 41B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line H1-H2 direction to M1-M2 direction in FIGS. 41A, 41C, and 42E, 42A, 42C, and 42E. , (D), (F) and FIGS. 42(B), (D), (F). In addition, alternate long and short dash lines H3-H4 shown in FIGS. 41(A) and (E) and FIGS. 42(A), (C), and (E)
A cross section in the directions J3-J4 to M3-M4 corresponds to FIG. Further, FIG.
A cross section in the direction of dashed-dotted line I3-I4 shown in (C) corresponds to FIG. Note that the dashed-dotted line H1-H2 direction to M1-M2 direction is the channel length direction, and the dashed-dotted line H3-H4 direction to M1.
The -M2 direction may be referred to as the channel width direction.

トランジスタ407およびトランジスタ408は、領域531および領域532において
酸化物半導体層430が二層(酸化物半導体層430a、酸化物半導体層430b)であ
る点、領域533において酸化物半導体層430が三層(酸化物半導体層430a、酸化
物半導体層430b、酸化物半導体層430c)である点、および導電層440および導
電層450と、絶縁層460と、の間に酸化物半導体層の一部(酸化物半導体層430c
)が介在している点を除き、トランジスタ401およびトランジスタ402と同様の構成
を有する。
In the transistor 407 and the transistor 408, the oxide semiconductor layer 430 has two layers (the oxide semiconductor layer 430a and the oxide semiconductor layer 430b) in the regions 531 and 532, and the oxide semiconductor layer 430 has three layers (in the region 533). The oxide semiconductor layer 430a, the oxide semiconductor layer 430b, and the oxide semiconductor layer 430c), and between the conductive layers 440 and 450 and the insulating layer 460, part of the oxide semiconductor layer (oxide). Semiconductor layer 430c
) Is included, the transistor 401 and the transistor 402 have the same configuration.

トランジスタ409、トランジスタ410およびトランジスタ412は、領域531、領
域532、領域534および領域535において酸化物半導体層430が二層(酸化物半
導体層430a、酸化物半導体層430b)である点、領域533において酸化物半導体
層430が三層(酸化物半導体層430a、酸化物半導体層430b、酸化物半導体層4
30c)である点を除き、トランジスタ403、トランジスタ404およびトランジスタ
406と同様の構成を有する。
In the transistor 409, the transistor 410, and the transistor 412, in the region 531, the region 532, the region 534, and the region 535, the oxide semiconductor layer 430 has two layers (the oxide semiconductor layer 430a and the oxide semiconductor layer 430b), and in the region 533. The oxide semiconductor layer 430 has three layers (the oxide semiconductor layer 430a, the oxide semiconductor layer 430b, and the oxide semiconductor layer 4).
30c), and has the same configuration as the transistor 403, the transistor 404, and the transistor 406.

トランジスタ411は、領域531および領域532において酸化物半導体層430が二
層(酸化物半導体層430a、酸化物半導体層430b)である点、領域533において
酸化物半導体層430が三層(酸化物半導体層430a、酸化物半導体層430b、酸化
物半導体層430c)である点、ならびに導電層441および導電層451と、絶縁層4
60と、の間に酸化物半導体層の一部(酸化物半導体層430c)が介在している点を除
き、トランジスタ405と同様の構成を有する。
In the transistor 411, the oxide semiconductor layer 430 has two layers (the oxide semiconductor layer 430a and the oxide semiconductor layer 430b) in the regions 531 and 532, and the transistor 411 has three layers (the oxide semiconductor layer 430 in the region 533). The layer 430a, the oxide semiconductor layer 430b, the oxide semiconductor layer 430c), the conductive layer 441 and the conductive layer 451, and the insulating layer 4
60 has the same configuration as the transistor 405 except that a part of the oxide semiconductor layer (the oxide semiconductor layer 430c) is interposed between the transistor 60 and the transistor 60.

また、本発明の一態様のトランジスタは、図44(A)、(B)、(C)、(D)、(E
)、(F)および図45(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)に示すトラン
ジスタ401乃至トランジスタ412のチャネル長方向の断面図、ならびに図39(C)
に示すトランジスタ401乃至トランジスタ406のチャネル幅方向の断面図および図4
3(C)に示すトランジスタ407乃至トランジスタ412のチャネル幅方向の断面図の
ように、酸化物半導体層430と基板415との間に導電層473を備えていてもよい。
導電層473を第2のゲート(バックゲートともいう)として用いることで、酸化物半導
体層430のチャネル形成領域は、導電層470と導電層473により電気的に取り囲ま
れる。このようなトランジスタの構造を、surrounded channel(s−
channel)構造とよぶ。これにより、オン電流を増加させることができる。また、
しきい値電圧の制御を行うことができる。なお、図44(A)、(B)、(C)、(D)
、(E)、(F)および図45(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)に示す
断面図において、導電層473の幅を酸化物半導体層430よりも短くしてもよい。さら
に、導電層473の幅を導電層470の幅よりも短くしてもよい。
In addition, a transistor of one embodiment of the present invention has a structure shown in FIGS.
), (F) and FIGS. 45(A), (B), (C), (D), (E), and (F), the cross-sectional views in the channel length direction of the transistors 401 to 412, and FIG. C)
4A to 4C and cross-sectional views in the channel width direction of the transistors 401 to 406 illustrated in FIGS.
A conductive layer 473 may be provided between the oxide semiconductor layer 430 and the substrate 415 as in a cross-sectional view in the channel width direction of the transistors 407 to 412 illustrated in FIG.
By using the conductive layer 473 as a second gate (also referred to as a back gate), the channel formation region of the oxide semiconductor layer 430 is electrically surrounded by the conductive layers 470 and 473. The structure of such a transistor is described as a rounded channel (s-
channel) structure. As a result, the on-current can be increased. Also,
The threshold voltage can be controlled. 44(A), (B), (C), (D)
45(A), (E), (F) and FIGS. 45A, 45B, 45C, 45D, 45E, and 45F, the width of the conductive layer 473 is set to be the oxide semiconductor layer. It may be shorter than 430. Further, the width of the conductive layer 473 may be shorter than the width of the conductive layer 470.

オン電流を増加させるには、例えば、導電層470と導電層473を同電位とし、ダブル
ゲートトランジスタとして駆動させればよい。また、しきい値電圧の制御を行うには、導
電層470とは異なる定電位を導電層473に供給すればよい。導電層470と導電層4
73を同電位とするには、例えば、図39(D)および図43(D)に示すように、導電
層470と導電層473とをコンタクトホールを介して電気的に接続すればよい。
To increase the on-state current, for example, the conductive layer 470 and the conductive layer 473 may be set to the same potential and driven as a double gate transistor. Further, in order to control the threshold voltage, a constant potential different from that of the conductive layer 470 may be supplied to the conductive layer 473. Conductive layer 470 and conductive layer 4
To make 73 the same potential, for example, as shown in FIGS. 39D and 43D, the conductive layer 470 and the conductive layer 473 may be electrically connected to each other through a contact hole.

また、本発明の一態様のトランジスタは、図46(A)、(B)、(C)に示す構成とす
ることもできる。図46(A)は上面図である。また、図46(B)は、図46(A)に
示す一点鎖線N1−N2に対応する断面図である。また、図46(C)は、図46(A)
に示す一点鎖線N3−N4に対応する断面図である。なお、図46(A)の上面図では、
図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
In addition, the transistor of one embodiment of the present invention can have a structure illustrated in FIGS. 46A, 46B, and 46C. FIG. 46A is a top view. 46B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line N1-N2 in FIG. In addition, FIG. 46C is the same as FIG.
It is sectional drawing corresponding to the dashed-dotted line N3-N4 shown in FIG. Note that in the top view of FIG.
Some elements are omitted for clarity.

トランジスタ413の絶縁層420は基板415と接し、酸化物半導体層430(酸化物
半導体層430a、酸化物半導体層430bおよび酸化物半導体層430c)は絶縁層4
20と接し、導電層440および導電層450は酸化物半導体層430bと接し、絶縁層
460は酸化物半導体層430cと接し、導電層470は絶縁層460と接し、絶縁層4
80は絶縁層420、導電層440および導電層450と接する。なお、酸化物半導体層
430c、絶縁層460および導電層470は、絶縁層480に設けられ、酸化物半導体
層430bに達する開口部に設けられている。
The insulating layer 420 of the transistor 413 is in contact with the substrate 415, and the oxide semiconductor layer 430 (the oxide semiconductor layer 430a, the oxide semiconductor layer 430b, and the oxide semiconductor layer 430c) is the insulating layer 4
20, the conductive layers 440 and 450 are in contact with the oxide semiconductor layer 430b, the insulating layer 460 is in contact with the oxide semiconductor layer 430c, the conductive layer 470 is in contact with the insulating layer 460, and the insulating layer 4
80 contacts the insulating layer 420, the conductive layer 440, and the conductive layer 450. Note that the oxide semiconductor layer 430c, the insulating layer 460, and the conductive layer 470 are provided in the insulating layer 480 and are provided in openings which reach the oxide semiconductor layer 430b.

トランジスタ413の構成は、前述したその他のトランジスタの構成と比較して、導電層
440または導電層450と、導電層470と、が重なる領域が少ないため、寄生容量を
小さくすることができる。したがって、トランジスタ413は、高速動作を必要とする回
路の要素として適している。なお、トランジスタ413の上面は、図46(B)、(C)
に示すようにCMP(Chemical Mechanical Polishing)
法等を用いて平坦化することが好ましいが、平坦化しない構成とすることもできる。
In the structure of the transistor 413, the conductive layer 440 or the conductive layer 450 and the conductive layer 470 do not overlap with each other in a small region as compared with the structures of the other transistors described above, so that parasitic capacitance can be reduced. Therefore, the transistor 413 is suitable as an element of a circuit which needs high speed operation. Note that the top surface of the transistor 413 is shown in FIGS.
As shown in, CMP (Chemical Mechanical Polishing)
Although it is preferable to planarize by using a method or the like, it is also possible to adopt a configuration in which it is not planarized.

また、本発明の一態様のトランジスタにおける導電層440および導電層450は、図4
7(A)に示す上面図のように酸化物半導体層の幅(WOS)よりも導電層440および
導電層450の幅(WSD)が長く形成されていてもよいし、図47(B)に示す上面図
のように短く形成されていてもよい。特に、WOS≧WSD(WSDはWOS以下)とす
ることで、ゲート電界が酸化物半導体層430全体にかかりやすくなり、トランジスタの
電気特性を向上させることができる。また、図47(C)に示すように、導電層440お
よび導電層450が酸化物半導体層430と重なる領域のみに形成されていてもよい。
In addition, the conductive layers 440 and 450 in the transistor of one embodiment of the present invention are shown in FIG.
The width (W SD ) of the conductive layer 440 and the conductive layer 450 may be longer than the width (W OS ) of the oxide semiconductor layer as in the top view illustrated in FIG. It may be formed short as in the top view shown in FIG. In particular, when W OS ≧W SD (W SD is less than or equal to W OS ), a gate electric field is easily applied to the entire oxide semiconductor layer 430, so that electric characteristics of the transistor can be improved. Further, as shown in FIG. 47C, the conductive layers 440 and 450 may be formed only in a region overlapping with the oxide semiconductor layer 430.

なお、図47(A)、(B)、(C)において、酸化物半導体層430、導電層440お
よび導電層450のみ図示している。
Note that in FIGS. 47A, 47B, and 47C, only the oxide semiconductor layer 430, the conductive layer 440, and the conductive layer 450 are illustrated.

また、酸化物半導体層430aおよび酸化物半導体層430bを有するトランジスタ、な
らびに酸化物半導体層430a、酸化物半導体層430bおよび酸化物半導体層430c
を有するトランジスタにおいては、酸化物半導体層430を構成する二層または三層の材
料を適切に選択することで酸化物半導体層430bに電流を流すことができる。酸化物半
導体層430bに電流が流れることで、界面散乱の影響を受けにくく、高いオン電流を得
ることができる。したがって、酸化物半導体層430bを厚くすることでオン電流が向上
する場合がある。
Further, a transistor including the oxide semiconductor layer 430a and the oxide semiconductor layer 430b, and the oxide semiconductor layer 430a, the oxide semiconductor layer 430b, and the oxide semiconductor layer 430c.
In the transistor including, by appropriately selecting a two-layer material or a three-layer material forming the oxide semiconductor layer 430, current can be supplied to the oxide semiconductor layer 430b. Since a current flows through the oxide semiconductor layer 430b, it is less susceptible to interface scattering and a high on-state current can be obtained. Therefore, increasing the thickness of the oxide semiconductor layer 430b might improve the on-state current.

以上の構成のトランジスタを用いることにより、半導体装置に良好な電気特性を付与する
ことができる。
By using the transistor having the above structure, favorable electric characteristics can be given to the semiconductor device.

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることが
できる。
The structure described in this embodiment can be combined with any of the structures described in the other embodiments as appropriate.

(実施の形態8)
本実施の形態では、実施の形態6に示したトランジスタの構成要素について詳細を説明す
る。
(Embodiment 8)
In this embodiment, the components of the transistor described in Embodiment 6 will be described in detail.

基板415の種類は、特定のものに限定されることはない。その基板415の一例として
は、半導体基板(例えば単結晶基板またはシリコン基板)、SOI基板、ガラス基板、石
英基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス・スチル基板、ステンレス・スチル・
ホイルを有する基板、タングステン基板、タングステン・ホイルを有する基板、可撓性基
板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、または基材フィルムなどがある。ガラ
ス基板の一例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、または
ソーダライムガラスなどがある。可撓性基板、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどの
一例としては、以下のものがあげられる。例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET
)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリテ
トラフルオロエチレン(PTFE)に代表されるプラスチックがある。または、一例とし
ては、アクリル等の合成樹脂などがある。または、一例としては、ポリプロピレン、ポリ
エステル、ポリフッ化ビニル、またはポリ塩化ビニルなどからなるフィルムがある。また
は、一例としては、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、エポキシ、無機蒸着フィルム、
または紙類などがある。特に、半導体基板、単結晶基板、またはSOI基板などを用いて
トランジスタを製造することによって、特性、サイズ、または形状などのばらつきが少な
く、電流能力が高く、サイズの小さいトランジスタを製造することができる。このような
トランジスタによって回路を構成すると、回路の低消費電力化、または回路の高集積化を
図ることができる。
The type of the substrate 415 is not limited to a particular type. Examples of the substrate 415 include a semiconductor substrate (for example, a single crystal substrate or a silicon substrate), an SOI substrate, a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate, a metal substrate, a stainless steel substrate, a stainless steel substrate.
There is a substrate having a foil, a tungsten substrate, a substrate having a tungsten foil, a flexible substrate, a laminated film, paper including a fibrous material, a base film, or the like. Examples of glass substrates include barium borosilicate glass, aluminoborosilicate glass, and soda lime glass. Examples of the flexible substrate, the laminated film, the base film and the like include the following. For example, polyethylene terephthalate (PET)
), polyethylene naphthalate (PEN), polyether sulfone (PES), and polytetrafluoroethylene (PTFE). Alternatively, as an example, there is a synthetic resin such as acrylic resin. Alternatively, as an example, there is a film formed of polypropylene, polyester, polyvinyl fluoride, polyvinyl chloride, or the like. Or, as an example, polyamide, polyimide, aramid, epoxy, inorganic vapor deposition film,
Or there is paper etc. In particular, by manufacturing a transistor using a semiconductor substrate, a single crystal substrate, an SOI substrate, or the like, a transistor with small variation in characteristics, size, shape, high current capability, or small size can be manufactured. .. When a circuit is formed using such transistors, low power consumption of the circuit or high integration of the circuit can be achieved.

また、基板415として、トランジスタが形成されたシリコン基板、および当該シリコン
基板上に絶縁層、配線、コンタクトプラグとしての機能を有することができる導電体等が
形成されたものを用いることができる。なお、シリコン基板にp−ch型のトランジスタ
のみを形成する場合は、n型の導電型を有するシリコン基板を用いることが好ましい。
または、n型またはi型のシリコン層を有するSOI基板であってもよい。また、当該
シリコン基板におけるトランジスタを形成する面の面方位は、(110)面であることが
好ましい。(110)面にp−ch型トランジスタを形成することで、移動度を高くする
ことができる。
As the substrate 415, a silicon substrate over which a transistor is formed and an insulating layer, a wiring, a conductor that can function as a contact plug, or the like formed over the silicon substrate can be used. When only p-ch type transistors are formed on the silicon substrate, it is preferable to use a silicon substrate having an n type conductivity type.
Alternatively, it may be an SOI substrate having an n type or i type silicon layer. Further, the plane direction of the surface of the silicon substrate on which the transistor is formed is preferably (110) plane. The mobility can be increased by forming a p-ch type transistor on the (110) plane.

また、基板415として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、トランジスタを形成
してもよい。または、基板とトランジスタの間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その
上に半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、基板より分離し、他の基板に転載する
ために用いることができる。その際、トランジスタは耐熱性の劣る基板や可撓性の基板に
も転載できる。なお、上述の剥離層には、例えば、タングステン膜と酸化シリコン膜との
無機膜の積層構造の構成や、基板上にポリイミド等の有機樹脂膜が形成された構成等を用
いることができる。
Alternatively, a flexible substrate may be used as the substrate 415, and the transistor may be directly formed over the flexible substrate. Alternatively, a peeling layer may be provided between the substrate and the transistor. The peeling layer can be used for separating a semiconductor device over a part or the whole of the semiconductor layer, separating it from the substrate, and transferring the semiconductor device to another substrate. At that time, the transistor can be transferred to a substrate having poor heat resistance or a flexible substrate. Note that, for the above-described release layer, for example, a structure having a laminated structure of an inorganic film of a tungsten film and a silicon oxide film, a structure in which an organic resin film such as polyimide is formed on a substrate, or the like can be used.

つまり、ある基板を用いてトランジスタを形成し、その後、別の基板にトランジスタを転
置し、別の基板上にトランジスタを配置してもよい。トランジスタが転置される基板の一
例としては、上述したトランジスタを形成することが可能な基板に加え、紙基板、セロフ
ァン基板、アラミドフィルム基板、ポリイミドフィルム基板、石材基板、木材基板、布基
板(天然繊維(絹、綿、麻)、合成繊維(ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル)若し
くは再生繊維(アセテート、キュプラ、レーヨン、再生ポリエステル)などを含む)、皮
革基板、またはゴム基板などがある。これらの基板を用いることにより、特性のよいトラ
ンジスタの形成、消費電力の小さいトランジスタの形成、壊れにくい装置の製造、耐熱性
の付与、軽量化、または薄型化を図ることができる。
That is, a transistor may be formed using a certain substrate, and then the transistor may be transferred to another substrate and the transistor may be arranged on another substrate. As an example of a substrate on which a transistor is transferred, in addition to a substrate on which the above transistor can be formed, a paper substrate, a cellophane substrate, an aramid film substrate, a polyimide film substrate, a stone substrate, a wood substrate, a cloth substrate (natural fiber) (Including silk, cotton, hemp), synthetic fibers (nylon, polyurethane, polyester) or recycled fibers (acetate, cupra, rayon, recycled polyester, etc.), leather substrate, or rubber substrate. By using these substrates, formation of a transistor with excellent characteristics, formation of a transistor with low power consumption, manufacture of a device that is not easily broken, heat resistance imparted, weight reduction, or thickness reduction can be achieved.

絶縁層420は、基板415に含まれる要素からの不純物の拡散を防止する役割を有する
ほか、酸化物半導体層430に酸素を供給する役割を担うことができる。したがって、絶
縁層420は酸素を含む絶縁層であることが好ましく、化学量論組成よりも多い酸素を含
む絶縁層であることがより好ましい。例えば、昇温脱離ガス分析法(TDS(Therm
al Desorption Spectroscopy))にて、酸素原子に換算して
の酸素の放出量が1.0×1019atoms/cm以上である膜とする。なお、上記
TDS分析時における膜の表面温度としては100℃以上700℃以下、または100℃
以上500℃以下の範囲が好ましい。また、基板415が他のデバイスが形成された基板
である場合、絶縁層420は、層間絶縁層としての機能も有する。その場合は、表面が平
坦になるようにCMP法等で平坦化処理を行うことが好ましい。
The insulating layer 420 has a role of preventing diffusion of impurities from an element included in the substrate 415 and a role of supplying oxygen to the oxide semiconductor layer 430. Therefore, the insulating layer 420 is preferably an insulating layer containing oxygen, and more preferably an insulating layer containing oxygen at a higher stoichiometric composition. For example, thermal desorption gas analysis (TDS (Therm
al Desorption Spectroscopy)), the amount of released oxygen in terms of oxygen atoms is 1.0×10 19 atoms/cm 3 or more. The surface temperature of the film during the TDS analysis is 100° C. or higher and 700° C. or lower, or 100° C.
The range of not less than 500° C. is preferable. When the substrate 415 is a substrate on which another device is formed, the insulating layer 420 also has a function as an interlayer insulating layer. In that case, it is preferable to perform a flattening treatment by a CMP method or the like so that the surface becomes flat.

例えば、絶縁層420には、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化
窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム
、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルなどの酸化物絶縁層
、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウムなどの窒
化物絶縁層、またはこれらの混合材料を用いることができる。また、上記材料の積層であ
ってもよい。
For example, the insulating layer 420 includes an oxide insulating layer such as aluminum oxide, magnesium oxide, silicon oxide, silicon oxynitride, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, or tantalum oxide. , A nitride insulating layer such as silicon nitride, silicon nitride oxide, aluminum nitride, or aluminum nitride oxide, or a mixed material thereof can be used. Alternatively, a stack of the above materials may be used.

なお、本実施の形態では、トランジスタが有する酸化物半導体層430が酸化物半導体層
430a、酸化物半導体層430bおよび酸化物半導体層430cを絶縁層420側から
順に積んだ三層構造である場合を主として詳細を説明する。
Note that in this embodiment, the case where the oxide semiconductor layer 430 included in the transistor has a three-layer structure in which the oxide semiconductor layer 430a, the oxide semiconductor layer 430b, and the oxide semiconductor layer 430c are sequentially stacked from the insulating layer 420 side is described. The details will be mainly described.

なお、酸化物半導体層430が単層の場合は、本実施の形態に示す、酸化物半導体層43
0bに相当する層を用いればよい。
Note that when the oxide semiconductor layer 430 is a single layer, the oxide semiconductor layer 43 described in this embodiment is used.
A layer corresponding to 0b may be used.

また、酸化物半導体層430が二層の場合は、本実施の形態に示す、酸化物半導体層43
0aに相当する層および酸化物半導体層430bに相当する層を絶縁層420側から順に
積んだ積層を用いればよい。この構成の場合、酸化物半導体層430aと酸化物半導体層
430bとを入れ替えることもできる。
In the case where the oxide semiconductor layer 430 has two layers, the oxide semiconductor layer 43 described in this embodiment.
0a and a layer corresponding to the oxide semiconductor layer 430b may be stacked in this order from the insulating layer 420 side. In this structure, the oxide semiconductor layer 430a and the oxide semiconductor layer 430b can be replaced with each other.

また、酸化物半導体層430が四層以上である場合は、例えば、本実施の形態で説明する
三層構造の酸化物半導体層430に対して他の酸化物半導体層を付加する構成とすること
ができる。
In the case where the number of the oxide semiconductor layers 430 is four or more, another oxide semiconductor layer is added to the oxide semiconductor layer 430 having a three-layer structure described in this embodiment, for example. You can

一例としては、酸化物半導体層430bには、酸化物半導体層430aおよび酸化物半導
体層430cよりも電子親和力(真空準位から伝導帯下端までのエネルギー)が大きい酸
化物半導体を用いる。電子親和力は、真空準位と価電子帯上端とのエネルギー差(イオン
化ポテンシャル)から、伝導帯下端と価電子帯上端とのエネルギー差(エネルギーギャッ
プ)を差し引いた値として求めることができる。
For example, the oxide semiconductor layer 430b is formed using an oxide semiconductor whose electron affinity (energy from the vacuum level to the bottom of the conduction band) is higher than that of the oxide semiconductor layers 430a and 430c. The electron affinity can be obtained as a value obtained by subtracting the energy difference (energy gap) between the bottom of the conduction band and the top of the valence band from the energy difference (ionization potential) between the vacuum level and the top of the valence band.

酸化物半導体層430aおよび酸化物半導体層430cは、酸化物半導体層430bを構
成する金属元素を一種以上含み、例えば、伝導帯下端のエネルギーが酸化物半導体層43
0bよりも、0.05eV、0.07eV、0.1eV、0.15eVのいずれか以上で
あって、2eV、1eV、0.5eV、0.4eVのいずれか以下の範囲で真空準位に近
い酸化物半導体で形成することが好ましい。
The oxide semiconductor layer 430a and the oxide semiconductor layer 430c include one or more kinds of metal elements included in the oxide semiconductor layer 430b, and for example, the energy at the bottom of the conduction band is the oxide semiconductor layer 43.
It is closer to the vacuum level in the range of 0.05 eV, 0.07 eV, 0.1 eV, 0.15 eV or more than 0 b, and 2 eV, 1 eV, 0.5 eV, 0.4 eV or less. It is preferably formed using an oxide semiconductor.

このような構造において、導電層470に電界を印加すると、酸化物半導体層430のう
ち、伝導帯下端のエネルギーが最も小さい酸化物半導体層430bにチャネルが形成され
る。
In such a structure, when an electric field is applied to the conductive layer 470, a channel is formed in the oxide semiconductor layer 430b of the oxide semiconductor layer 430, which has the lowest energy at the bottom of the conduction band.

また、酸化物半導体層430aは、酸化物半導体層430bを構成する金属元素を一種以
上含んで構成されるため、酸化物半導体層430bと絶縁層420が接した場合の界面と
比較して、酸化物半導体層430bと酸化物半導体層430aとの界面には界面準位が形
成されにくくなる。該界面準位はチャネルを形成することがあるため、トランジスタのし
きい値電圧が変動することがある。したがって、酸化物半導体層430aを設けることに
より、トランジスタのしきい値電圧などの電気特性のばらつきを低減することができる。
また、当該トランジスタの信頼性を向上させることができる。
In addition, since the oxide semiconductor layer 430a includes one or more metal elements included in the oxide semiconductor layer 430b, the oxide semiconductor layer 430a is more likely to be oxidized than the interface when the oxide semiconductor layer 430b and the insulating layer 420 are in contact with each other. An interface state is less likely to be formed at the interface between the object semiconductor layer 430b and the oxide semiconductor layer 430a. Since the interface state may form a channel, the threshold voltage of the transistor may change. Therefore, by providing the oxide semiconductor layer 430a, variation in electrical characteristics such as the threshold voltage of the transistor can be reduced.
In addition, reliability of the transistor can be improved.

また、酸化物半導体層430cは、酸化物半導体層430bを構成する金属元素を一種以
上含んで構成されるため、酸化物半導体層430bとゲート絶縁層(絶縁層460)が接
した場合の界面と比較して、酸化物半導体層430bと酸化物半導体層430cとの界面
ではキャリアの散乱が起こりにくくなる。したがって、酸化物半導体層430cを設ける
ことにより、トランジスタの電界効果移動度を高くすることができる。
In addition, since the oxide semiconductor layer 430c includes one or more metal elements that form the oxide semiconductor layer 430b, an interface when the oxide semiconductor layer 430b is in contact with the gate insulating layer (insulating layer 460) is formed. In comparison, carrier scattering is less likely to occur at the interface between the oxide semiconductor layer 430b and the oxide semiconductor layer 430c. Therefore, by providing the oxide semiconductor layer 430c, the field-effect mobility of the transistor can be increased.

酸化物半導体層430aおよび酸化物半導体層430cには、例えば、Al、Ti、Ga
、Ge、Y、Zr、Sn、La、CeまたはHfを酸化物半導体層430bよりも高い原
子数比で含む材料を用いることができる。具体的には、当該原子数比を1.5倍以上、好
ましくは2倍以上、さらに好ましくは3倍以上とする。前述の元素は酸素と強く結合する
ため、酸素欠損が酸化物半導体層に生じることを抑制する機能を有することができる。す
なわち、酸化物半導体層430aおよび酸化物半導体層430cは、酸化物半導体層43
0bよりも酸素欠損が生じにくいということができる。
The oxide semiconductor layer 430a and the oxide semiconductor layer 430c include, for example, Al, Ti, and Ga.
, Ge, Y, Zr, Sn, La, Ce, or Hf with a higher atomic ratio than the oxide semiconductor layer 430b can be used. Specifically, the atomic ratio is 1.5 times or more, preferably 2 times or more, and more preferably 3 times or more. Since the above element is strongly bonded to oxygen, it can have a function of suppressing generation of oxygen vacancies in the oxide semiconductor layer. That is, the oxide semiconductor layer 430a and the oxide semiconductor layer 430c are the same as the oxide semiconductor layer 43.
It can be said that oxygen deficiency is less likely to occur than 0b.

また、酸化物半導体層430a、酸化物半導体層430b、および酸化物半導体層430
cとして用いることのできる酸化物半導体は、少なくともInもしくはZnを含むことが
好ましい。または、InとZnの双方を含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用
いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすため、それらと共に、スタビライザーを
含むことが好ましい。
In addition, the oxide semiconductor layer 430a, the oxide semiconductor layer 430b, and the oxide semiconductor layer 430.
The oxide semiconductor that can be used as c preferably contains at least In or Zn. Alternatively, it preferably contains both In and Zn. In addition, in order to reduce variation in electric characteristics of a transistor including the oxide semiconductor, it is preferable to include a stabilizer together with the oxide semiconductor.

スタビライザーとしては、Ga、Sn、Hf、Al、またはZr等がある。また、他のス
タビライザーとしては、ランタノイドである、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、G
d、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等がある。
Examples of the stabilizer include Ga, Sn, Hf, Al, Zr and the like. Other stabilizers include lanthanoids such as La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu and G.
There are d, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu and the like.

例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化ガリウム、酸化亜鉛、I
n−Zn酸化物、Sn−Zn酸化物、Al−Zn酸化物、Zn−Mg酸化物、Sn−Mg
酸化物、In−Mg酸化物、In−Ga酸化物、In−Ga−Zn酸化物、In−Al−
Zn酸化物、In−Sn−Zn酸化物、Sn−Ga−Zn酸化物、Al−Ga−Zn酸化
物、Sn−Al−Zn酸化物、In−Hf−Zn酸化物、In−La−Zn酸化物、In
−Ce−Zn酸化物、In−Pr−Zn酸化物、In−Nd−Zn酸化物、In−Sm−
Zn酸化物、In−Eu−Zn酸化物、In−Gd−Zn酸化物、In−Tb−Zn酸化
物、In−Dy−Zn酸化物、In−Ho−Zn酸化物、In−Er−Zn酸化物、In
−Tm−Zn酸化物、In−Yb−Zn酸化物、In−Lu−Zn酸化物、In−Sn−
Ga−Zn酸化物、In−Hf−Ga−Zn酸化物、In−Al−Ga−Zn酸化物、I
n−Sn−Al−Zn酸化物、In−Sn−Hf−Zn酸化物、In−Hf−Al−Zn
酸化物を用いることができる。
For example, as an oxide semiconductor, indium oxide, tin oxide, gallium oxide, zinc oxide, I
n-Zn oxide, Sn-Zn oxide, Al-Zn oxide, Zn-Mg oxide, Sn-Mg
Oxide, In-Mg oxide, In-Ga oxide, In-Ga-Zn oxide, In-Al-
Zn oxide, In-Sn-Zn oxide, Sn-Ga-Zn oxide, Al-Ga-Zn oxide, Sn-Al-Zn oxide, In-Hf-Zn oxide, In-La-Zn oxidation. Thing, In
-Ce-Zn oxide, In-Pr-Zn oxide, In-Nd-Zn oxide, In-Sm-
Zn oxide, In-Eu-Zn oxide, In-Gd-Zn oxide, In-Tb-Zn oxide, In-Dy-Zn oxide, In-Ho-Zn oxide, In-Er-Zn oxidation. Thing, In
-Tm-Zn oxide, In-Yb-Zn oxide, In-Lu-Zn oxide, In-Sn-
Ga-Zn oxide, In-Hf-Ga-Zn oxide, In-Al-Ga-Zn oxide, I
n-Sn-Al-Zn oxide, In-Sn-Hf-Zn oxide, In-Hf-Al-Zn
Oxides can be used.

なお、ここで、例えば、In−Ga−Zn酸化物とは、InとGaとZnを主成分として
有する酸化物という意味である。また、InとGaとZn以外の金属元素が入っていても
よい。また、本明細書においては、In−Ga−Zn酸化物で構成した膜をIGZO膜と
も呼ぶ。
Note that here, for example, an In-Ga-Zn oxide means an oxide containing In, Ga, and Zn as main components. Further, a metal element other than In, Ga and Zn may be contained. In addition, in this specification, a film formed of an In—Ga—Zn oxide is also referred to as an IGZO film.

また、InMO(ZnO)(m>0、且つ、mは整数でない)で表記される材料を用
いてもよい。なお、Mは、Ga、Y、Zr、La、Ce、またはNdから選ばれた一つの
金属元素または複数の金属元素を示す。また、InSnO(ZnO)(n>0、且
つ、nは整数)で表記される材料を用いてもよい。
Alternatively, a material represented by InMO 3 (ZnO) m (m>0, and m is not an integer) may be used. In addition, M represents one metal element or a plurality of metal elements selected from Ga, Y, Zr, La, Ce, or Nd. Alternatively, a material represented by In 2 SnO 5 (ZnO) n (n>0, and n is an integer) may be used.

なお、酸化物半導体層430a、酸化物半導体層430b、酸化物半導体層430cが、
少なくともインジウム、亜鉛およびM(Al、Ti、Ga、Ge、Y、Zr、Sn、La
、CeまたはHf等の金属)を含むIn−M−Zn酸化物であるとき、酸化物半導体層4
30aをIn:M:Zn=x:y:z[原子数比]、酸化物半導体層430bをI
n:M:Zn=x:y:z[原子数比]、酸化物半導体層430cをIn:M:Z
n=x:y:z[原子数比]とすると、y/xおよびy/xがy/x
よりも大きくなることが好ましい。y/xおよびy/xはy/xよりも1.
5倍以上、好ましくは2倍以上、さらに好ましくは3倍以上とする。このとき、酸化物半
導体層430bにおいて、yがx以上であるとトランジスタの電気特性を安定させる
ことができる。ただし、yがxの3倍以上になると、トランジスタの電界効果移動度
が低下してしまうため、yはxの3倍未満であることが好ましい。
Note that the oxide semiconductor layer 430a, the oxide semiconductor layer 430b, and the oxide semiconductor layer 430c are
At least indium, zinc and M (Al, Ti, Ga, Ge, Y, Zr, Sn, La
, Ce, or a metal such as Hf), the oxide semiconductor layer 4 is an In-M-Zn oxide.
30a is In:M:Zn=x 1 :y 1 :z 1 [atomic ratio], and the oxide semiconductor layer 430b is I.
n: M: Zn = x 2 : y 2: z 2 [ atomic ratio], the oxide semiconductor layer 430c In: M: Z
n = x 3: y 3: z 3 When atomic ratio], y 1 / x 1 and y 3 / x 3 is y 2 / x 2
It is preferably larger than 1 than y 1 / x 1 and y 3 / x 3 is y 2 / x 2.
It is 5 times or more, preferably 2 times or more, more preferably 3 times or more. At this time, when y 2 is greater than or equal to x 2 in the oxide semiconductor layer 430b, electrical characteristics of the transistor can be stable. However, when y 2 is 3 times or more as large as x 2 , field effect mobility of the transistor is lowered, so that y 2 is preferably less than 3 times as large as x 2 .

酸化物半導体層430aおよび酸化物半導体層430cにおけるZnおよびOを除いた場
合において、InおよびMの原子数比率は、好ましくはInが50atomic%未満、
Mが50atomic%より高く、さらに好ましくはInが25atomic%未満、M
が75atomic%より高くする。また、酸化物半導体層430bのZnおよびOを除
いてのInおよびMの原子数比率は、好ましくはInが25atomic%より高く、M
が75atomic%未満、さらに好ましくはInが34atomic%より高く、Mが
66atomic%未満とする。
When Zn and O in the oxide semiconductor layer 430a and the oxide semiconductor layer 430c are excluded, the atomic ratio of In and M is preferably In of less than 50 atomic %.
M is higher than 50 atomic%, more preferably In is less than 25 atomic%, M
Is higher than 75 atomic %. The atomic ratio of In and M excluding Zn and O in the oxide semiconductor layer 430b is preferably In higher than 25 atomic% and M.
Is less than 75 atomic %, more preferably In is higher than 34 atomic %, and M is less than 66 atomic %.

また、酸化物半導体層430bは、酸化物半導体層430aおよび酸化物半導体層430
cよりもインジウムの含有量を多くするとよい。酸化物半導体では主として重金属のs軌
道がキャリア伝導に寄与しており、Inの含有率を多くすることにより、より多くのs軌
道が重なるため、InがMよりも多い組成となる酸化物はInがMと同等または少ない組
成となる酸化物と比較して移動度が高くなる。そのため、酸化物半導体層430bにイン
ジウムの含有量が多い酸化物を用いることで、高い電界効果移動度のトランジスタを実現
することができる。
The oxide semiconductor layer 430b is the oxide semiconductor layer 430a and the oxide semiconductor layer 430.
The content of indium may be higher than that of c. In an oxide semiconductor, the s orbital of a heavy metal mainly contributes to carrier conduction, and by increasing the In content, more s orbitals are overlapped. Therefore, an oxide having a composition of In larger than M is In Has a higher mobility than an oxide having a composition equal to or smaller than M. Therefore, by using an oxide with a high content of indium for the oxide semiconductor layer 430b, a transistor with high field-effect mobility can be realized.

酸化物半導体層430aの厚さは、3nm以上100nm以下、好ましくは5nm以上5
0nm以下、さらに好ましくは5nm以上25nm以下とする。また、酸化物半導体層4
30bの厚さは、3nm以上200nm以下、好ましくは5nm以上150nm以下、さ
らに好ましくは10nm以上100nm以下とする。また、酸化物半導体層430cの厚
さは、1nm以上50nm以下、好ましくは2nm以上30nm以下、さらに好ましくは
3nm以上15nm以下とする。また、酸化物半導体層430bは、酸化物半導体層43
0cより厚い方が好ましい。
The thickness of the oxide semiconductor layer 430a is 3 nm or more and 100 nm or less, preferably 5 nm or more 5
The thickness is 0 nm or less, and more preferably 5 nm or more and 25 nm or less. In addition, the oxide semiconductor layer 4
The thickness of 30b is 3 nm or more and 200 nm or less, preferably 5 nm or more and 150 nm or less, and more preferably 10 nm or more and 100 nm or less. The thickness of the oxide semiconductor layer 430c is 1 nm to 50 nm inclusive, preferably 2 nm to 30 nm inclusive, more preferably 3 nm to 15 nm inclusive. The oxide semiconductor layer 430b is the oxide semiconductor layer 43.
Thicker than 0c is preferable.

なお、酸化物半導体層をチャネルとするトランジスタに安定した電気特性を付与するため
には、酸化物半導体層中の不純物濃度を低減し、酸化物半導体層を真性または実質的に真
性にすることが有効である。ここで、実質的に真性とは、酸化物半導体層のキャリア密度
が、1×1015/cm未満であること、1×1013/cm未満であること、8×
1011/cm未満であること、あるいは1×10/cm未満であり、かつ1×1
−9/cm以上であることとする。
Note that in order to impart stable electric characteristics to a transistor including an oxide semiconductor layer as a channel, it is necessary to reduce the concentration of impurities in the oxide semiconductor layer and make the oxide semiconductor layer intrinsic or substantially intrinsic. It is valid. Here, “substantially intrinsic” means that the carrier density of the oxide semiconductor layer is less than 1×10 15 /cm 3, less than 1×10 13 /cm 3 , and 8×
Less than 10 11 /cm 3 , or less than 1×10 8 /cm 3 and 1×1
And it is at 0 -9 / cm 3 or more.

また、酸化物半導体層において、水素、窒素、炭素、シリコン、および主成分以外の金属
元素は不純物となる。例えば、水素および窒素はドナー準位の形成に寄与し、キャリア密
度を増大させてしまう。また、シリコンは酸化物半導体層中で不純物準位の形成に寄与す
る。当該不純物準位はトラップとなり、トランジスタの電気特性を劣化させることがある
。したがって、酸化物半導体層430a、酸化物半導体層430bおよび酸化物半導体層
430cの層中や、それぞれの界面において不純物濃度を低減させることが好ましい。
In the oxide semiconductor layer, hydrogen, nitrogen, carbon, silicon, and a metal element other than the main component become impurities. For example, hydrogen and nitrogen contribute to the formation of donor levels and increase the carrier density. In addition, silicon contributes to the formation of impurity levels in the oxide semiconductor layer. The impurity level serves as a trap and may deteriorate the electrical characteristics of the transistor. Therefore, it is preferable to reduce the concentration of impurities in the oxide semiconductor layer 430a, the oxide semiconductor layer 430b, and the oxide semiconductor layer 430c, and at the interfaces between them.

酸化物半導体層を真性または実質的に真性とするためには、SIMS(Secondar
y Ion Mass Spectrometry)分析で見積もられるシリコン濃度が
1×1019atoms/cm未満、好ましくは5×1018atoms/cm未満
、さらに好ましくは1×1018atoms/cm未満となる領域を有するように制御
する。また、水素濃度が、2×1020atoms/cm以下、好ましくは5×10
atoms/cm以下、より好ましくは1×1019atoms/cm以下、さら
に好ましくは5×1018atoms/cm以下になる領域を有するように制御する。
また、窒素濃度は、例えば、酸化物半導体層のある深さにおいて、または、酸化物半導体
層のある領域において、5×1019atoms/cm未満、好ましくは5×1018
atoms/cm以下、より好ましくは1×1018atoms/cm以下、さらに
好ましくは5×1017atoms/cm以下とする。
In order to make the oxide semiconductor layer intrinsic or substantially intrinsic, SIMS (Secondary)
The region where the silicon concentration estimated by y Ion Mass Spectrometry) is less than 1×10 19 atoms/cm 3 , preferably less than 5×10 18 atoms/cm 3 , and more preferably less than 1×10 18 atoms/cm 3. Control to have. Further, the hydrogen concentration is 2×10 20 atoms/cm 3 or less, preferably 5×10 1.
It is controlled so as to have a region of 9 atoms/cm 3 or less, more preferably 1×10 19 atoms/cm 3 or less, and further preferably 5×10 18 atoms/cm 3 or less.
The nitrogen concentration is, for example, less than 5×10 19 atoms/cm 3 , preferably 5×10 18 at a certain depth of the oxide semiconductor layer or in a certain region of the oxide semiconductor layer.
Atoms/cm 3 or less, more preferably 1×10 18 atoms/cm 3 or less, and further preferably 5×10 17 atoms/cm 3 or less.

また、シリコンや炭素が高濃度で含まれると、酸化物半導体層の結晶性を低下させること
がある。酸化物半導体層の結晶性を低下させないためには、例えばシリコン濃度を1×1
19atoms/cm未満、好ましくは5×1018atoms/cm未満、さら
に好ましくは1×1018atoms/cm未満になる領域を有するように制御する。
また、炭素濃度を1×1019atoms/cm未満、好ましくは5×1018ato
ms/cm未満、さらに好ましくは1×1018atoms/cm未満になる領域を
有するように制御する。
Further, when silicon or carbon is contained at a high concentration, the crystallinity of the oxide semiconductor layer may be deteriorated. In order not to reduce the crystallinity of the oxide semiconductor layer, for example, the silicon concentration is set to 1×1.
It is controlled to have a region of less than 0 19 atoms/cm 3 , preferably less than 5×10 18 atoms/cm 3 , and more preferably less than 1×10 18 atoms/cm 3 .
The carbon concentration is less than 1×10 19 atoms/cm 3 , preferably 5×10 18 atoms.
It is controlled to have a region of less than ms/cm 3 , more preferably less than 1×10 18 atoms/cm 3 .

また、上述のように高純度化された酸化物半導体層をチャネル形成領域に用いたトランジ
スタのオフ電流は極めて小さい。例えば、ソースとドレインとの間の電圧を0.1V、5
V、または、10V程度とした場合に、トランジスタのチャネル幅あたりのオフ電流を数
yA/μm乃至数zA/μmにまで低減することが可能となる。
Further, the off-state current of the transistor including the highly purified oxide semiconductor layer in the channel formation region is extremely low. For example, if the voltage between the source and drain is 0.1V, 5
When it is set to V or about 10 V, the off current per channel width of the transistor can be reduced to several yA/μm to several zA/μm.

なお、トランジスタのゲート絶縁層としては、シリコンを含む絶縁層が多く用いられるた
め、上記理由により酸化物半導体層のチャネルとなる領域は、本発明の一態様のトランジ
スタのようにゲート絶縁層と接しない構造が好ましいということができる。また、ゲート
絶縁層と酸化物半導体層との界面にチャネルが形成される場合、該界面でキャリアの散乱
が起こり、トランジスタの電界効果移動度が低くなることがある。このような観点からも
、酸化物半導体層のチャネルとなる領域はゲート絶縁層から離すことが好ましいといえる
Note that an insulating layer containing silicon is often used as a gate insulating layer of a transistor; therefore, a region of the oxide semiconductor layer, which serves as a channel, is in contact with the gate insulating layer like the transistor of one embodiment of the present invention. It can be said that the structure which does not include is preferable. In the case where a channel is formed at the interface between the gate insulating layer and the oxide semiconductor layer, carrier scattering may occur at the interface, which leads to low field-effect mobility of the transistor. From this point of view, it can be said that it is preferable to separate the region of the oxide semiconductor layer, which serves as a channel, from the gate insulating layer.

したがって、酸化物半導体層430を酸化物半導体層430a、酸化物半導体層430b
、酸化物半導体層430cの積層構造とすることで、酸化物半導体層430bにチャネル
を形成することができ、高い電界効果移動度および安定した電気特性を有したトランジス
タを形成することができる。
Therefore, the oxide semiconductor layer 430 is replaced with the oxide semiconductor layer 430a and the oxide semiconductor layer 430b.
With the stacked-layer structure of the oxide semiconductor layer 430c, a channel can be formed in the oxide semiconductor layer 430b, so that a transistor having high field-effect mobility and stable electric characteristics can be formed.

酸化物半導体層430a、酸化物半導体層430b、酸化物半導体層430cのバンド構
造においては、伝導帯下端のエネルギーが連続的に変化する。これは、酸化物半導体層4
30a、酸化物半導体層430b、酸化物半導体層430cの組成が近似することにより
、酸素が相互に拡散しやすい点からも理解される。したがって、酸化物半導体層430a
、酸化物半導体層430b、酸化物半導体層430cは組成が異なる層の積層体ではある
が、物性的に連続であるということもでき、図面において、当該積層体のそれぞれの界面
は点線で表している。
In the band structure of the oxide semiconductor layer 430a, the oxide semiconductor layer 430b, and the oxide semiconductor layer 430c, the energy at the bottom of the conduction band continuously changes. This is the oxide semiconductor layer 4
It can also be understood from the fact that the compositions of the oxide semiconductor layer 430b, the oxide semiconductor layer 430b, and the oxide semiconductor layer 430c are similar to each other, whereby oxygen easily diffuses into each other. Therefore, the oxide semiconductor layer 430a
Although the oxide semiconductor layer 430b and the oxide semiconductor layer 430c are stacked bodies each having a different composition, it can be said that the oxide semiconductor layer 430b and the oxide semiconductor layer 430c are physically continuous, and in the drawings, each interface of the stacked body is represented by a dotted line. There is.

主成分を共通として積層された酸化物半導体層430は、各層を単に積層するのではなく
連続接合(ここでは特に伝導帯下端のエネルギーが各層の間で連続的に変化するU字型の
井戸構造(U Shape Well))が形成されるように作製する。すなわち、各層
の界面にトラップ中心や再結合中心のような欠陥準位を形成するような不純物が存在しな
いように積層構造を形成する。仮に、積層された酸化物半導体層の層間に不純物が混在し
ていると、エネルギーバンドの連続性が失われ、界面でキャリアがトラップあるいは再結
合により消滅してしまう。
The oxide semiconductor layer 430 stacked with the main component in common is not a simple stack of the layers but a continuous junction (here, a U-shaped well structure in which the energy at the bottom of the conduction band continuously changes between the layers). (U Shape Well)) is formed. That is, the laminated structure is formed so that impurities that form a defect level such as a trap center and a recombination center do not exist at the interface of each layer. If impurities are mixed between the layers of the stacked oxide semiconductor layers, the continuity of energy bands is lost and carriers disappear at the interface due to trapping or recombination.

例えば、酸化物半導体層430aおよび酸化物半導体層430cにはIn:Ga:Zn=
1:3:2、1:3:3、1:3:4、1:3:6、1:4:5、1:6:4または1:
9:6(原子数比)などのIn−Ga−Zn酸化物などを用いることができる。また、酸
化物半導体層430bにはIn:Ga:Zn=1:1:1、2:1:3、5:5:6、ま
たは3:1:2(原子数比)などのIn−Ga−Zn酸化物などを用いることができる。
なお、酸化物半導体層430a、酸化物半導体層430b、および酸化物半導体層430
cの原子数比はそれぞれ、誤差として上記の原子数比のプラスマイナス40%の変動を含
む。
For example, In:Ga:Zn= for the oxide semiconductor layers 430a and 430c.
1:3:2, 1:3:3, 1:3:4, 1:3:6, 1:4:5, 1:6:4 or 1:
An In—Ga—Zn oxide such as 9:6 (atomic ratio) can be used. In the oxide semiconductor layer 430b, In:Ga:Zn=1:1:1, 2:1:3, 5:5:6, or 3:1:2 (atomic ratio), such as In-Ga-. Zn oxide or the like can be used.
Note that the oxide semiconductor layer 430a, the oxide semiconductor layer 430b, and the oxide semiconductor layer 430 are included.
Each of the atomic ratios of c includes a variation of ±40% of the above atomic ratio as an error.

酸化物半導体層430における酸化物半導体層430bはウェル(井戸)となり、チャネ
ルは酸化物半導体層430bに形成される。なお、酸化物半導体層430は伝導帯下端の
エネルギーが連続的に変化しているため、U字型井戸とも呼ぶことができる。また、この
ような構成で形成されたチャネルを埋め込みチャネルということもできる。
The oxide semiconductor layer 430b in the oxide semiconductor layer 430 serves as a well and a channel is formed in the oxide semiconductor layer 430b. Note that since the energy at the bottom of the conduction band of the oxide semiconductor layer 430 is continuously changed, it can be referred to as a U-shaped well. In addition, the channel formed with such a configuration can also be referred to as a buried channel.

また、酸化物半導体層430aおよび酸化物半導体層430cと、酸化シリコン膜などの
絶縁層との界面近傍には、不純物や欠陥に起因したトラップ準位が形成され得る。酸化物
半導体層430aおよび酸化物半導体層430cがあることにより、酸化物半導体層43
0bと当該トラップ準位とを遠ざけることができる。
Further, a trap level due to impurities or defects can be formed in the vicinity of the interface between the oxide semiconductor layers 430a and 430c and an insulating layer such as a silicon oxide film. Since the oxide semiconductor layer 430a and the oxide semiconductor layer 430c are provided, the oxide semiconductor layer 43
It is possible to separate 0b from the trap level.

ただし、酸化物半導体層430aおよび酸化物半導体層430cの伝導帯下端のエネルギ
ーと、酸化物半導体層430bの伝導帯下端のエネルギーとの差が小さい場合、酸化物半
導体層430bの電子が該エネルギー差を越えてトラップ準位に達することがある。電子
がトラップ準位に捕獲されることで、絶縁層界面にマイナスの電荷が生じ、トランジスタ
のしきい値電圧はプラス方向にシフトしてしまう。
However, when the difference between the energy at the bottom of the conduction band of the oxide semiconductor layers 430a and 430c and the energy at the bottom of the conduction band of the oxide semiconductor layers 430b is small, the electrons in the oxide semiconductor layer 430b have the energy difference. And reach the trap level. Since the electrons are trapped by the trap level, a negative charge is generated at the interface of the insulating layer, and the threshold voltage of the transistor shifts in the positive direction.

酸化物半導体層430a、酸化物半導体層430bおよび酸化物半導体層430cには、
結晶部が含まれることが好ましい。特にc軸に配向した結晶を用いることでトランジスタ
に安定した電気特性を付与することができる。また、c軸に配向した結晶は歪曲に強く、
フレキシブル基板を用いた半導体装置の信頼性を向上させることができる。
The oxide semiconductor layer 430a, the oxide semiconductor layer 430b, and the oxide semiconductor layer 430c include
It is preferable that a crystal part is included. In particular, the use of crystals oriented in the c-axis makes it possible to impart stable electric characteristics to the transistor. Also, the crystals oriented to the c-axis are strong against distortion,
The reliability of a semiconductor device using a flexible substrate can be improved.

ソースまたはドレインの一方として作用する導電層440およびソースまたはドレインの
他方として作用する導電層450には、例えば、Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、
W、Ni、Mn、Nd、Sc、および当該金属材料の合金から選ばれた材料の単層、また
は積層を用いることができる。代表的には、特に酸素と結合しやすいTiや、後のプロセ
ス温度が比較的高くできることなどから、融点の高いWを用いることがより好ましい。ま
た、低抵抗のCuやCu−Mnなどの合金と上記材料との積層を用いてもよい。なお、ト
ランジスタ405、トランジスタ406、トランジスタ411およびトランジスタ412
においては、例えば、導電層441および導電層451にW、導電層442および導電層
452にTiとAlとの積層膜などを用いることができる。
The conductive layer 440 acting as one of the source and the drain and the conductive layer 450 acting as the other of the source and the drain include, for example, Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo,
A single layer or a stacked layer of a material selected from W, Ni, Mn, Nd, Sc, and an alloy of the metal material can be used. Typically, it is more preferable to use W, which has a high melting point, because Ti is particularly likely to bond with oxygen, and the subsequent process temperature can be relatively high. Alternatively, a stack of a low-resistance alloy such as Cu or Cu-Mn and the above material may be used. Note that the transistor 405, the transistor 406, the transistor 411, and the transistor 412.
In this case, for example, W can be used for the conductive layers 441 and 451 and a laminated film of Ti and Al can be used for the conductive layers 442 and 452.

上記材料は酸化物半導体層から酸素を引き抜く性質を有する。そのため、上記材料と接し
た酸化物半導体層の一部の領域では酸化物半導体層中の酸素が脱離し、酸素欠損が形成さ
れる。膜中に僅かに含まれる水素と当該酸素欠損が結合することにより当該領域は顕著に
n型化する。したがって、n型化した当該領域はトランジスタのソースまたはドレインと
して作用させることができる。
The above material has a property of extracting oxygen from the oxide semiconductor layer. Therefore, oxygen in the oxide semiconductor layer is released in part of the region of the oxide semiconductor layer which is in contact with the above material and oxygen vacancies are formed. Due to the combination of the hydrogen deficiency contained in the film and the oxygen deficiency, the region is remarkably made n-type. Therefore, the n-type region can serve as a source or a drain of the transistor.

また、導電層440および導電層450にWを用いる場合には、窒素をドーピングしても
よい。窒素をドーピングすることで酸素を引き抜く性質を適度に弱めることができ、n型
化した領域がチャネル領域まで拡大することを防ぐことができる。また、導電層440お
よび導電層450をn型の半導体層との積層とし、n型の半導体層と酸化物半導体層を接
触させることによってもn型化した領域がチャネル領域まで拡大することを防ぐことがで
きる。n型の半導体層としては、窒素が添加されたIn−Ga−Zn酸化物、酸化亜鉛、
酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムスズなどを用いることができる。
When W is used for the conductive layers 440 and 450, nitrogen may be doped. By doping nitrogen, the property of extracting oxygen can be appropriately weakened, and the n-type region can be prevented from expanding to the channel region. In addition, the conductive layer 440 and the conductive layer 450 are stacked with an n-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer and the oxide semiconductor layer are in contact with each other to prevent the n-type region from expanding to the channel region. be able to. As the n-type semiconductor layer, nitrogen-added In-Ga-Zn oxide, zinc oxide,
Indium oxide, tin oxide, indium tin oxide, or the like can be used.

ゲート絶縁層として作用する絶縁層460には、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、
酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸
化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、
酸化ハフニウムおよび酸化タンタルを一種以上含む絶縁層を用いることができる。また、
絶縁層460は上記材料の積層であってもよい。なお、絶縁層460に、La、N、Zr
などを、不純物として含んでいてもよい。
The insulating layer 460 which functions as a gate insulating layer includes aluminum oxide, magnesium oxide,
Silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide,
An insulating layer containing one or more of hafnium oxide and tantalum oxide can be used. Also,
The insulating layer 460 may be a stack of any of the above materials. Note that La, N, and Zr are formed on the insulating layer 460.
Etc. may be included as impurities.

また、絶縁層460の積層構造の一例について説明する。絶縁層460は、例えば、酸素
、窒素、シリコン、ハフニウムなどを有する。具体的には、酸化ハフニウム、および酸化
シリコンまたは酸化窒化シリコンを含むと好ましい。
In addition, an example of a stacked structure of the insulating layer 460 is described. The insulating layer 460 includes, for example, oxygen, nitrogen, silicon, hafnium, or the like. Specifically, it is preferable to contain hafnium oxide and silicon oxide or silicon oxynitride.

酸化ハフニウムおよび酸化アルミニウムは、酸化シリコンや酸化窒化シリコンと比べて比
誘電率が高い。したがって、酸化シリコンを用いた場合と比べて、絶縁層460の膜厚を
大きくできるため、トンネル電流によるリーク電流を小さくすることができる。即ち、オ
フ電流の小さいトランジスタを実現することができる。さらに、結晶構造を有する酸化ハ
フニウムは、非晶質構造を有する酸化ハフニウムと比べて高い比誘電率を備える。したが
って、オフ電流の小さいトランジスタとするためには、結晶構造を有する酸化ハフニウム
を用いることが好ましい。結晶構造の例としては、単斜晶系や立方晶系などが挙げられる
。ただし、本発明の一態様は、これらに限定されない。
Hafnium oxide and aluminum oxide have higher relative permittivity than silicon oxide and silicon oxynitride. Therefore, compared with the case where silicon oxide is used, the thickness of the insulating layer 460 can be increased, so that the leakage current due to the tunnel current can be reduced. That is, a transistor with low off-state current can be realized. Further, hafnium oxide having a crystalline structure has a higher relative dielectric constant than hafnium oxide having an amorphous structure. Therefore, it is preferable to use hafnium oxide having a crystal structure in order to obtain a transistor with a low off-state current. Examples of the crystal structure include monoclinic system and cubic system. However, one embodiment of the present invention is not limited to these.

また、酸化物半導体層430と接する絶縁層420および絶縁層460は、窒素酸化物の
放出量の少ない膜を用いることが好ましい。窒素酸化物の放出量の多い絶縁層と酸化物半
導体が接した場合、窒素酸化物に起因する準位密度が高くなることがある。当該窒素酸化
物に起因する準位密度は酸化物半導体のエネルギーギャップ内に形成されうる場合がある
。絶縁層420および絶縁層460には、例えば、窒素酸化物の放出量の少ない酸化窒化
シリコン膜または酸化窒化アルミニウム膜等の酸化物絶縁層を用いることができる。
For the insulating layer 420 and the insulating layer 460 which are in contact with the oxide semiconductor layer 430, it is preferable to use a film from which the amount of released nitrogen oxide is small. When the insulating layer that releases a large amount of nitrogen oxide is in contact with the oxide semiconductor, the level density due to the nitrogen oxide might be high. The level density due to the nitrogen oxide may be formed in the energy gap of the oxide semiconductor in some cases. For the insulating layer 420 and the insulating layer 460, for example, an oxide insulating layer such as a silicon oxynitride film or an aluminum oxynitride film that releases less nitrogen oxide can be used.

なお、窒素酸化物の放出量の少ない酸化窒化シリコン膜は、TDS法において、窒素酸化
物の放出量よりアンモニアの放出量が多い膜であり、代表的にはアンモニアの放出量が1
×1018個/cm以上5×1019個/cm以下である。なお、アンモニアの放出
量は、膜の表面温度が50℃以上650℃以下、好ましくは50℃以上550℃以下の加
熱処理による放出量とする。
Note that a silicon oxynitride film with a small amount of released nitrogen oxide is a film with a larger amount of released ammonia than the amount of released nitrogen oxide in the TDS method.
It is not less than ×10 18 pieces/cm 3 and not more than 5×10 19 pieces/cm 3 . Note that the amount of released ammonia is an amount released by heat treatment at a surface temperature of the film of 50° C. to 650° C., preferably 50° C. to 550° C.

絶縁層420および絶縁層460として、上記酸化物絶縁層を用いることで、トランジス
タのしきい値電圧のシフトを低減することが可能であり、トランジスタの電気特性の変動
を低減することができる。
By using the above oxide insulating layer as the insulating layers 420 and 460, shift of the threshold voltage of the transistor can be reduced and variation in electric characteristics of the transistor can be reduced.

ゲートとして作用する導電層470には、例えば、Al、Ti、Cr、Co、Ni、Cu
、Y、Zr、Mo、Ru、Ag、Mn、Nd、Sc、TaおよびWなどの導電層を用いる
ことができる。また、上記材料の合金や上記材料の導電性窒化物を用いてもよい。また、
上記材料、上記材料の合金、および上記材料の導電性窒化物から選ばれた複数の材料の積
層であってもよい。代表的には、タングステン、タングステンと窒化チタンの積層、タン
グステンと窒化タンタルの積層などを用いることができる。また、低抵抗のCuまたはC
u−Mnなどの合金や上記材料とCuまたはCu−Mnなどの合金との積層を用いてもよ
い。本実施の形態では、導電層471に窒化タンタル、導電層472にタングステンを用
いて導電層470を形成する。
The conductive layer 470 acting as a gate is formed of, for example, Al, Ti, Cr, Co, Ni, Cu.
, Y, Zr, Mo, Ru, Ag, Mn, Nd, Sc, Ta and W can be used. Alternatively, an alloy of the above materials or a conductive nitride of the above materials may be used. Also,
It may be a stack of a plurality of materials selected from the above materials, alloys of the above materials, and conductive nitrides of the above materials. Typically, tungsten, a stack of tungsten and titanium nitride, a stack of tungsten and tantalum nitride, or the like can be used. In addition, low resistance Cu or C
An alloy such as u-Mn or a stack of the above material and an alloy such as Cu or Cu-Mn may be used. In this embodiment, the conductive layer 470 is formed using tantalum nitride for the conductive layer 471 and tungsten for the conductive layer 472.

絶縁層475には、水素を含む窒化シリコン膜または窒化アルミニウム膜などを用いるこ
とができる。実施の形態6に示したトランジスタ403、トランジスタ404、トランジ
スタ406、トランジスタ409、トランジスタ410、およびトランジスタ412では
酸化物半導体層430と絶縁層475が一部接しているため、絶縁層475として水素を
含む絶縁層を用いることで酸化物半導体層430の一部をn型化することができる。また
、窒化絶縁層は水分などのブロッキング膜としての作用も有し、トランジスタの信頼性を
向上させることができる。
As the insulating layer 475, a silicon nitride film containing hydrogen, an aluminum nitride film, or the like can be used. In the transistor 403, the transistor 404, the transistor 406, the transistor 409, the transistor 410, and the transistor 412 described in Embodiment 6, the oxide semiconductor layer 430 and the insulating layer 475 are partly in contact with each other; therefore, the insulating layer 475 contains hydrogen. By using the insulating layer, part of the oxide semiconductor layer 430 can be made n-type. In addition, the nitride insulating layer also has a function as a blocking film against moisture and the like, so that reliability of the transistor can be improved.

また、絶縁層475としては酸化アルミニウム膜を用いることもできる。特に、実施の形
態6に示したトランジスタ401、トランジスタ402、トランジスタ405、トランジ
スタ407、トランジスタ408、およびトランジスタ411では絶縁層475に酸化ア
ルミニウム膜を用いることが好ましい。酸化アルミニウム膜は、水素、水分などの不純物
、および酸素の両方に対して膜を透過させない遮断効果が高い。したがって、酸化アルミ
ニウム膜は、トランジスタの作製工程中および作製後において、水素、水分などの不純物
の酸化物半導体層430への混入防止、酸素の酸化物半導体層からの放出防止、絶縁層4
20からの酸素の不必要な放出防止の効果を有する保護膜として用いることに適している
。また、酸化アルミニウム膜に含まれる酸素を酸化物半導体層中に拡散させることもでき
る。
Alternatively, an aluminum oxide film can be used as the insulating layer 475. In particular, in the transistor 401, the transistor 402, the transistor 405, the transistor 407, the transistor 408, and the transistor 411 described in Embodiment 6, it is preferable to use an aluminum oxide film for the insulating layer 475. The aluminum oxide film has a high blocking effect of not permeating both the impurities such as hydrogen and water and oxygen. Therefore, the aluminum oxide film is used for preventing impurities such as hydrogen and moisture from entering the oxide semiconductor layer 430, preventing oxygen from being released from the oxide semiconductor layer, and insulating layer 4 during and after the manufacturing process of the transistor.
It is suitable for use as a protective film having an effect of preventing unnecessary release of oxygen from 20. Further, oxygen contained in the aluminum oxide film can be diffused into the oxide semiconductor layer.

また、絶縁層475上には絶縁層480が形成されていることが好ましい。当該絶縁層に
は、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリ
コン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ラ
ンタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルを一種以上含む絶縁層を用い
ることができる。また、当該絶縁層は上記材料の積層であってもよい。
Further, the insulating layer 480 is preferably formed over the insulating layer 475. The insulating layer contains one or more of magnesium oxide, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, and tantalum oxide. An insulating layer can be used. Further, the insulating layer may be a stack of any of the above materials.

ここで、絶縁層480は絶縁層420と同様に化学量論組成よりも多くの酸素を有するこ
とが好ましい。絶縁層480から放出される酸素は絶縁層460を経由して酸化物半導体
層430のチャネル形成領域に拡散させることができることから、チャネル形成領域に形
成された酸素欠損に酸素を補填することができる。したがって、安定したトランジスタの
電気特性を得ることができる。
Here, like the insulating layer 420, the insulating layer 480 preferably contains more oxygen than the stoichiometric composition. Since oxygen released from the insulating layer 480 can be diffused into the channel formation region of the oxide semiconductor layer 430 through the insulating layer 460, oxygen vacancies formed in the channel formation region can be supplemented with oxygen. .. Therefore, stable electrical characteristics of the transistor can be obtained.

半導体装置を高集積化するにはトランジスタの微細化が必須である。一方、トランジスタ
の微細化によりトランジスタの電気特性が悪化することが知られており、特にチャネル幅
が縮小するとオン電流が低下する。
The miniaturization of transistors is essential for high integration of semiconductor devices. On the other hand, it is known that miniaturization of a transistor deteriorates electrical characteristics of the transistor. Especially, when the channel width is reduced, the on-current is reduced.

本発明の一態様のトランジスタ407乃至トランジスタ412では、チャネルが形成され
る酸化物半導体層430bを覆うように酸化物半導体層430cが形成されており、チャ
ネル形成層とゲート絶縁層が接しない構成となっている。そのため、チャネル形成層とゲ
ート絶縁層との界面で生じるキャリアの散乱を抑えることができ、トランジスタのオン電
流を大きくすることができる。
In each of the transistors 407 to 412 of one embodiment of the present invention, the oxide semiconductor layer 430c is formed so as to cover the oxide semiconductor layer 430b in which a channel is formed, and the channel formation layer and the gate insulating layer are not in contact with each other. Has become. Therefore, scattering of carriers generated at the interface between the channel formation layer and the gate insulating layer can be suppressed and the on-state current of the transistor can be increased.

また、本発明の一態様のトランジスタでは、前述したように酸化物半導体層430のチャ
ネル幅方向を電気的に取り囲むようにゲート(導電層470)が形成されているため、酸
化物半導体層430に対しては垂直方向からのゲート電界に加えて、側面方向からのゲー
ト電界が印加される。すなわち、チャネル形成層に対して全体的にゲート電界が印加され
ることになり実効チャネル幅が拡大するため、さらにオン電流を高められる。
In the transistor of one embodiment of the present invention, the gate (the conductive layer 470) is formed so as to electrically surround the oxide semiconductor layer 430 in the channel width direction as described above; On the other hand, in addition to the gate electric field from the vertical direction, the gate electric field from the side surface direction is applied. That is, the gate electric field is applied to the channel forming layer as a whole, and the effective channel width is expanded, so that the on-current can be further increased.

また、本発明の一態様における酸化物半導体層430が二層または三層のトランジスタで
は、チャネルが形成される酸化物半導体層430bを酸化物半導体層430a上に形成す
ることで界面準位を形成しにくくする効果を有する。また、本発明の一態様における酸化
物半導体層430が三層のトランジスタでは、酸化物半導体層430bを三層構造の中間
に位置する層とすることで上下からの不純物混入の影響を排除できる効果などを併せて有
する。そのため、上述したトランジスタのオン電流の向上に加えて、しきい値電圧の安定
化や、S値(サブスレッショルド値)の低減をはかることができる。したがって、ゲート
電圧VGが0V時の電流を下げることができ、消費電力を低減させることができる。また
、トランジスタのしきい値電圧が安定化することから、半導体装置の長期信頼性を向上さ
せることができる。また、本発明の一態様のトランジスタは、微細化にともなう電気特性
の劣化が抑えられることから、集積度の高い半導体装置の形成に適しているといえる。
In addition, in the transistor in which the oxide semiconductor layer 430 has two or three layers in one embodiment of the present invention, the interface state is formed by forming the oxide semiconductor layer 430b in which a channel is formed over the oxide semiconductor layer 430a. It has the effect of making it difficult to do. In the transistor including the three-layer oxide semiconductor layer 430 in one embodiment of the present invention, the effect of mixing impurities from above and below can be eliminated by forming the oxide semiconductor layer 430b in the middle of the three-layer structure. And so on. Therefore, in addition to improving the on-state current of the transistor described above, it is possible to stabilize the threshold voltage and reduce the S value (subthreshold value). Therefore, the current when the gate voltage VG is 0 V can be reduced, and the power consumption can be reduced. Further, since the threshold voltage of the transistor is stabilized, the long-term reliability of the semiconductor device can be improved. Further, the transistor of one embodiment of the present invention can be said to be suitable for formation of a highly integrated semiconductor device because deterioration of electrical characteristics due to miniaturization can be suppressed.

なお、本実施の形態で説明した金属膜、半導体膜、無機絶縁膜など様々な膜は、代表的に
はスパッタリング法やプラズマCVD(Chemical Vapor Deposit
ion)法により形成することができるが、他の方法、例えば、熱CVD法により形成し
てもよい。熱CVD法の例としては、MOCVD法やALD(Atomic Layer
Deposition)法などがある。
Note that various films such as a metal film, a semiconductor film, and an inorganic insulating film described in this embodiment are typically formed by a sputtering method or a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition).
Ion) method, but may be formed by another method, for example, a thermal CVD method. Examples of the thermal CVD method include MOCVD method and ALD (Atomic Layer).
Deposition) method.

熱CVD法は、プラズマを使わない成膜方法のため、プラズマダメージにより欠陥が生成
されることが無いという利点を有する。
Since the thermal CVD method is a film forming method that does not use plasma, it has an advantage that defects are not generated due to plasma damage.

また、熱CVD法では、原料ガスと酸化剤を同時にチャンバー内に送り、チャンバー内を
大気圧または減圧下とし、基板近傍または基板上で反応させて基板上に堆積させることで
成膜を行ってもよい。
Further, in the thermal CVD method, a raw material gas and an oxidant are simultaneously sent into a chamber, the inside of the chamber is kept at atmospheric pressure or under reduced pressure, and the reaction is performed in the vicinity of the substrate or on the substrate to deposit the film on the substrate. Good.

ALD法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、反応のための原料ガスをチャンバ
ーに導入・反応させ、これを繰り返すことで成膜を行う。原料ガスと一緒に不活性ガス(
アルゴン、或いは窒素など)をキャリアガスとして導入してもよい。例えば2種類以上の
原料ガスを順番にチャンバーに供給してもよい。その際、複数種の原料ガスが混ざらない
ように第1の原料ガスの反応後、不活性ガスを導入し、第2の原料ガスを導入する。ある
いは、不活性ガスを導入する代わりに真空排気によって第1の原料ガスを排出した後、第
2の原料ガスを導入してもよい。第1の原料ガスが基板の表面に吸着・反応して第1の層
を成膜し、後から導入される第2の原料ガスが吸着・反応して、第2の層が第1の層上に
積層されて薄膜が形成される。このガス導入順序を制御しつつ所望の厚さになるまで複数
回繰り返すことで、段差被覆性に優れた薄膜を形成することができる。薄膜の厚さは、ガ
ス導入の繰り返す回数によって調節することができるため、精密な膜厚調節が可能であり
、微細なFETを作製する場合に適している。
In the ALD method, the inside of the chamber is set to atmospheric pressure or reduced pressure, a source gas for reaction is introduced into the chamber and reacted, and this is repeated to form a film. Inert gas (
Argon or nitrogen) may be introduced as a carrier gas. For example, two or more kinds of source gases may be sequentially supplied to the chamber. At that time, an inert gas is introduced and a second source gas is introduced after the reaction of the first source gas so that a plurality of types of source gases are not mixed. Alternatively, instead of introducing the inert gas, the second raw material gas may be introduced after exhausting the first raw material gas by evacuation. The first source gas is adsorbed/reacted on the surface of the substrate to form a first layer, and the second source gas introduced later is adsorbed/reacted, so that the second layer is the first layer. A thin film is formed by laminating on top. By repeating the gas introduction sequence a plurality of times until the desired thickness is achieved, a thin film having excellent step coverage can be formed. Since the thickness of the thin film can be adjusted by the number of times the gas introduction is repeated, it is possible to precisely adjust the film thickness, which is suitable for producing a fine FET.

MOCVD法やALD法などの熱CVD法は、これまでに記載した実施形態に開示された
金属膜、半導体膜、無機絶縁膜など様々な膜を形成することができ、例えば、In−Ga
−Zn−O膜を成膜する場合には、トリメチルインジウム(In(CH)、トリメ
チルガリウム(Ga(CH)、およびジメチル亜鉛(Zn(CH)を用いる
ことができる。これらの組み合わせに限定されず、トリメチルガリウムに代えてトリエチ
ルガリウム(Ga(C)を用いることもでき、ジメチル亜鉛に代えてジエチル
亜鉛(Zn(C)を用いることもできる。
The thermal CVD method such as the MOCVD method and the ALD method can form various films such as the metal film, the semiconductor film, and the inorganic insulating film disclosed in the above-described embodiments. For example, In-Ga
In the case of forming the -zn-O film, trimethylindium (In (CH 3) 3) , trimethyl gallium (Ga (CH 3) 3) , and dimethyl zinc (Zn (CH 3) 2) be used it can. Not limited to these combinations, triethylgallium (Ga(C 2 H 5 ) 3 ) can be used instead of trimethylgallium, and diethylzinc (Zn(C 2 H 5 ) 2 ) can be used instead of dimethylzinc. You can also

例えば、ALDを利用する成膜装置により酸化ハフニウム膜を形成する場合には、溶媒と
ハフニウム前駆体を含む液体(ハフニウムアルコキシドや、テトラキスジメチルアミドハ
フニウム(TDMAH、Hf[N(CH)やテトラキス(エチルメチルアミド
)ハフニウムなどのハフニウムアミド)を気化させた原料ガスと、酸化剤としてオゾン(
)の2種類のガスを用いる。
For example, when forming a hafnium oxide film by a film forming apparatus using ALD, a liquid containing a solvent and a hafnium precursor (hafnium alkoxide, tetrakisdimethylamide hafnium (TDMAH, Hf[N(CH 3 ) 2 ] 4 ) ) Or tetrakis(ethylmethylamide) hafnium and other hafnium amides) source gas and ozone (oxidizer)
Two types of gas, O 3 ) are used.

例えば、ALDを利用する成膜装置により酸化アルミニウム膜を形成する場合には、溶媒
とアルミニウム前駆体を含む液体(トリメチルアルミニウム(TMA、Al(CH
)など)を気化させた原料ガスと、酸化剤としてHOの2種類のガスを用いる。他の材
料としては、トリス(ジメチルアミド)アルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、ア
ルミニウムトリス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート)など
がある。
For example, when forming an aluminum oxide film by a film forming apparatus using ALD, a liquid containing a solvent and an aluminum precursor (trimethylaluminum (TMA, Al(CH 3 ) 3
), Etc.) and the raw material gas by vaporizing, using two types of gases H 2 O as the oxidizing agent. Other materials include tris(dimethylamido)aluminum, triisobutylaluminum, aluminum tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate), and the like.

例えば、ALDを利用する成膜装置により酸化シリコン膜を形成する場合には、ヘキサク
ロロジシランを被成膜面に吸着させ、酸化性ガス(O、一酸化二窒素)のラジカルを供
給して吸着物と反応させる。
For example, when a silicon oxide film is formed by a film forming apparatus using ALD, hexachlorodisilane is adsorbed on the film formation surface, and radicals of an oxidizing gas (O 2 , nitrous oxide) are supplied to adsorb the hexachlorodisilane. React with things.

例えば、ALDを利用する成膜装置によりタングステン膜を成膜する場合には、WF
スとBガスを順次導入して初期タングステン膜を形成し、その後、WFガスとH
ガスを順次導入してタングステン膜を形成する。なお、Bガスに代えてSiH
ガスを用いてもよい。
For example, in the case of forming a tungsten film by a film forming apparatus using ALD, WF 6 gas and B 2 H 6 gas are sequentially introduced to form an initial tungsten film, and then WF 6 gas and H 2
Two gases are sequentially introduced to form a tungsten film. Incidentally, SiH 4 instead of B 2 H 6 gas
Gas may be used.

例えば、ALDを利用する成膜装置により酸化物半導体層、例えばIn−Ga−Zn−O
膜を成膜する場合には、In(CHガスとOガスを順次導入してIn−O層を形
成し、その後、Ga(CHガスとOガスを順次導入してGaO層を形成し、更に
その後Zn(CHガスとOガスを順次導入してZnO層を形成する。なお、これ
らの層の順番はこの例に限らない。これらのガスを用いてIn−Ga−O層やIn−Zn
−O層、Ga−Zn−O層などの混合化合物層を形成してもよい。なお、Oガスに変え
てAr等の不活性ガスでバブリングして得られたHOガスを用いてもよいが、Hを含ま
ないOガスを用いる方が好ましい。
For example, an oxide semiconductor layer such as In-Ga-Zn-O is formed by a deposition apparatus using ALD.
When forming a film, In(CH 3 ) 3 gas and O 3 gas are sequentially introduced to form an In—O layer, and then Ga(CH 3 ) 3 gas and O 3 gas are sequentially introduced. To form a GaO layer, and then Zn(CH 3 ) 2 gas and O 3 gas are sequentially introduced to form a ZnO layer. The order of these layers is not limited to this example. Using these gases, an In-Ga-O layer or In-Zn
A mixed compound layer such as an —O layer or a Ga—Zn—O layer may be formed. Incidentally, instead of the O 3 gas may be used the H 2 O gas obtained by bubbling with an inert gas such as Ar, but better to use an O 3 gas containing no H are preferred.

なお、酸化物半導体層の成膜には、対向ターゲット式スパッタリング装置を用いることも
できる。当該対向ターゲット式スパッタリング装置を用いた成膜法を、VDSP(vap
or deposition SP)と呼ぶこともできる。
Note that a facing target sputtering apparatus can be used for forming the oxide semiconductor layer. The film formation method using the facing target type sputtering apparatus is performed by VDSP (vap
or position position SP).

対向ターゲット式スパッタリング装置を用いて酸化物半導体層を成膜することによって、
酸化物半導体層の成膜時におけるプラズマ損傷を低減することができる。そのため、膜中
の酸素欠損を低減することができる。また、対向ターゲット式スパッタリング装置を用い
ることで低圧での成膜が可能となるため、成膜された酸化物半導体層中の不純物濃度(例
えば水素、希ガス(アルゴンなど)、水など)を低減させることができる。
By forming an oxide semiconductor layer using a facing target type sputtering apparatus,
Plasma damage at the time of forming the oxide semiconductor layer can be reduced. Therefore, oxygen vacancies in the film can be reduced. In addition, since film formation can be performed at low pressure by using a facing target sputtering apparatus, the concentration of impurities in the formed oxide semiconductor layer (eg, hydrogen, rare gas (argon, etc.), water, etc.) can be reduced. Can be made.

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることが
できる。
The structure described in this embodiment can be combined with any of the structures described in the other embodiments as appropriate.

(実施の形態9)
以下では、本発明の一態様に用いることのできる酸化物半導体層の構造について説明する
(Embodiment 9)
The structure of an oxide semiconductor layer that can be used in one embodiment of the present invention is described below.

本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−10°以上10°以下の角度で配置さ
れている状態をいう。したがって、−5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「略平
行」とは、二つの直線が−30°以上30°以下の角度で配置されている状態をいう。ま
た、「垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態を
いう。したがって、85°以上95°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二
つの直線が60°以上120°以下の角度で配置されている状態をいう。
In the present specification, “parallel” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of −10° or more and 10° or less. Therefore, the case of -5° or more and 5° or less is also included. Further, “substantially parallel” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of −30° or more and 30° or less. In addition, “vertical” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80° or more and 100° or less. Therefore, the case of 85° or more and 95° or less is also included. Further, “substantially vertical” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of 60° or more and 120° or less.

また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す
In this specification, trigonal and rhombohedral crystal systems are included in a hexagonal crystal system.

酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けら
れる。非単結晶酸化物半導体としては、CAAC−OS(c−axis−aligned
crystalline oxide semiconductor)、多結晶酸化物
半導体、nc−OS(nanocrystalline oxide semicond
uctor)、擬似非晶質酸化物半導体(a−like OS:amorphous−l
ike oxide semiconductor)および非晶質酸化物半導体などがあ
る。
Oxide semiconductors are classified into single crystal oxide semiconductors and other non-single crystal oxide semiconductors. As a non-single-crystal oxide semiconductor, a CAAC-OS (c-axis-aligned) is used.
crystalline oxide semiconductor, polycrystalline oxide semiconductor, nc-OS (nanocrystalline oxide semiconductor)
uctor), pseudo-amorphous oxide semiconductor (a-like OS: amorphous-l)
ike oxide semiconductor) and an amorphous oxide semiconductor.

また別の観点では、酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体と、それ以外の結晶性酸化物半
導体と、に分けられる。結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、CAAC−
OS、多結晶酸化物半導体およびnc−OSなどがある。
From another viewpoint, the oxide semiconductor is classified into an amorphous oxide semiconductor and a crystalline oxide semiconductor other than the amorphous oxide semiconductor. As the crystalline oxide semiconductor, a single crystal oxide semiconductor, CAAC-
OS, polycrystalline oxide semiconductor, nc-OS, and the like.

非晶質構造は、一般に、等方的であって不均質構造を持たない、準安定状態で原子の配置
が固定化していない、結合角度が柔軟である、短距離秩序は有するが長距離秩序を有さな
い、などといわれている。
Amorphous structure is generally isotropic and does not have a heterogeneous structure, metastable state in which the arrangement of atoms is not fixed, bond angle is flexible, short-range order but long-range order It is said that they do not have

即ち、安定な酸化物半導体を完全な非晶質(completely amorphous
)酸化物半導体とは呼べない。また、等方的でない(例えば、微小な領域において周期構
造を有する)酸化物半導体を、完全な非晶質酸化物半導体とは呼べない。一方、a−li
ke OSは、等方的でないが、鬆(ボイドともいう。)を有する不安定な構造である。
不安定であるという点では、a−like OSは、物性的に非晶質酸化物半導体に近い
That is, a stable oxide semiconductor is completely amorphous.
) It cannot be called an oxide semiconductor. In addition, an oxide semiconductor that is not isotropic (eg, has a periodic structure in a minute region) cannot be called a completely amorphous oxide semiconductor. On the other hand, a-li
The ke OS is not isotropic but has an unstable structure having a void (also referred to as a void).
The a-like OS is physically similar to an amorphous oxide semiconductor in that it is unstable.

まずは、CAAC−OSについて説明する。 First, the CAAC-OS will be described.

CAAC−OSは、c軸配向した複数の結晶部(ペレットともいう。)を有する酸化物半
導体の一種である。
The CAAC-OS is a kind of oxide semiconductor having a plurality of c-axis aligned crystal parts (also referred to as pellets).

CAAC−OSをX線回折(XRD:X−Ray Diffraction)によって解
析した場合について説明する。例えば、空間群R−3mに分類されるInGaZnO
結晶を有するCAAC−OSに対し、out−of−plane法による構造解析を行う
と、図48(A)に示すように回折角(2θ)が31°近傍にピークが現れる。このピー
クは、InGaZnOの結晶の(009)面に帰属されることから、CAAC−OSで
は、結晶がc軸配向性を有し、c軸がCAAC−OSの膜を形成する面(被形成面ともい
う。)、または上面に略垂直な方向を向いていることが確認できる。なお、2θが31°
近傍のピークの他に、2θが36°近傍にもピークが現れる場合がある。2θが36°近
傍のピークは、空間群Fd−3mに分類される結晶構造に起因する。そのため、CAAC
−OSは、該ピークを示さないことが好ましい。
A case where the CAAC-OS is analyzed by X-ray diffraction (XRD: X-Ray Diffraction) will be described. For example, when the CAAC-OS including InGaZnO 4 crystals classified into the space group R-3m is subjected to structural analysis by an out-of-plane method, a diffraction angle (2θ) is obtained as illustrated in FIG. Shows a peak near 31°. Since this peak is assigned to the (009) plane of the InGaZnO 4 crystal, in the CAAC-OS, the crystal has c-axis orientation and the c-axis is a plane which forms a film of the CAAC-OS (formation target). It is also confirmed that it is oriented in a direction substantially perpendicular to the upper surface). Note that 2θ is 31°
In addition to the peak in the vicinity, a peak may appear near 2θ of 36°. The peak near 2θ of 36° is due to the crystal structure classified into the space group Fd-3m. Therefore, CAAC
-OS preferably does not exhibit the peak.

一方、CAAC−OSに対し、被形成面に平行な方向からX線を入射させるin−pla
ne法による構造解析を行うと、2θが56°近傍にピークが現れる。このピークは、I
nGaZnOの結晶の(110)面に帰属される。そして、2θを56°近傍に固定し
、試料面の法線ベクトルを軸(φ軸)として試料を回転させながら分析(φスキャン)を
行っても、図48(B)に示すように明瞭なピークは現れない。一方、単結晶InGaZ
nOに対し、2θを56°近傍に固定してφスキャンした場合、図48(C)に示すよ
うに(110)面と等価な結晶面に帰属されるピークが6本観察される。したがって、X
RDを用いた構造解析から、CAAC−OSは、a軸およびb軸の配向が不規則であるこ
とが確認できる。
On the other hand, with respect to the CAAC-OS, X-rays are made incident on the CAAC-OS in a direction parallel to the formation surface.
When structural analysis is performed by the ne method, a peak appears at 2θ of around 56°. This peak is I
It is assigned to the (110) plane of the crystal of nGaZnO 4 . Then, even if 2θ is fixed to around 56° and the analysis (φ scan) is performed while rotating the sample with the normal vector of the sample surface as the axis (φ axis), it is clear as shown in FIG. No peak appears. On the other hand, single crystal InGaZ
When 2θ is fixed to 56° in the vicinity of nO 4 and a φ scan is performed, as shown in FIG. 48C, six peaks attributed to a crystal plane equivalent to the (110) plane are observed. Therefore, X
From the structural analysis using RD, it can be confirmed that the CAAC-OS has irregular a-axis and b-axis orientations.

次に、電子回折によって解析したCAAC−OSについて説明する。例えば、InGaZ
nOの結晶を有するCAAC−OSに対し、CAAC−OSの被形成面に平行にプロー
ブ径が300nmの電子線を入射させると、図48(D)に示すような回折パターン(制
限視野電子回折パターンともいう。)が現れる場合がある。この回折パターンには、In
GaZnOの結晶の(009)面に起因するスポットが含まれる。したがって、電子回
折によっても、CAAC−OSに含まれるペレットがc軸配向性を有し、c軸が被形成面
または上面に略垂直な方向を向いていることがわかる。一方、同じ試料に対し、試料面に
垂直にプローブ径が300nmの電子線を入射させたときの回折パターンを図48(E)
に示す。図48(E)より、リング状の回折パターンが確認される。したがって、プロー
ブ径が300nmの電子線を用いた電子回折によっても、CAAC−OSに含まれるペレ
ットのa軸およびb軸は配向性を有さないことがわかる。なお、図48(E)における第
1リングは、InGaZnOの結晶の(010)面および(100)面などに起因する
と考えられる。また、図48(E)における第2リングは(110)面などに起因すると
考えられる。
Next, the CAAC-OS analyzed by electron diffraction will be described. For example, InGaZ
When an electron beam with a probe diameter of 300 nm is incident on the CAAC-OS having nO 4 crystals in parallel to the surface where the CAAC-OS is formed, a diffraction pattern (selected area electron diffraction) shown in FIG. (Also referred to as a pattern) may appear. In this diffraction pattern, In
A spot due to the (009) plane of the GaZnO 4 crystal is included. Therefore, electron diffraction also shows that the pellets included in the CAAC-OS have c-axis orientation and the c-axis is oriented in a direction substantially perpendicular to the formation surface or the top surface. On the other hand, FIG. 48E shows a diffraction pattern of the same sample when an electron beam having a probe diameter of 300 nm was made incident perpendicular to the sample surface.
Shown in. From FIG. 48E, a ring-shaped diffraction pattern is confirmed. Therefore, it is found that the a-axis and the b-axis of the pellet included in the CAAC-OS do not have orientation even by electron diffraction using an electron beam with a probe diameter of 300 nm. Note that the first ring in FIG. 48E is considered to be derived from the (010) plane and the (100) plane of the InGaZnO 4 crystal. The second ring in FIG. 48E is considered to be derived from the (110) plane and the like.

また、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Mi
croscope)によって、CAAC−OSの明視野像と回折パターンとの複合解析像
(高分解能TEM像ともいう。)を観察すると、複数のペレットを確認することができる
。一方、高分解能TEM像であってもペレット同士の境界、即ち結晶粒界(グレインバウ
ンダリーともいう。)を明確に確認することができない場合がある。そのため、CAAC
−OSは、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
In addition, a transmission electron microscope (TEM) is used.
A plurality of pellets can be confirmed by observing a composite analysis image (also referred to as a high-resolution TEM image) of a bright field image and a diffraction pattern of the CAAC-OS with a microscope. On the other hand, even in a high-resolution TEM image, a boundary between pellets, that is, a grain boundary (also referred to as a grain boundary) may not be clearly confirmed in some cases. Therefore, CAAC
It can be said that -OS is unlikely to cause a decrease in electron mobility due to the grain boundaries.

図49(A)に、試料面と略平行な方向から観察したCAAC−OSの断面の高分解能T
EM像を示す。高分解能TEM像の観察には、球面収差補正(Spherical Ab
erration Corrector)機能を用いた。球面収差補正機能を用いた高分
解能TEM像を、特にCs補正高分解能TEM像と呼ぶ。Cs補正高分解能TEM像は、
例えば、日本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡JEM−ARM200Fなどによ
って観察することができる。
FIG. 49A shows a high resolution T of the cross section of the CAAC-OS observed from a direction substantially parallel to the sample surface.
An EM image is shown. For observation of high resolution TEM images, spherical aberration correction (Spherical Ab
The error correction function was used. A high-resolution TEM image using the spherical aberration correction function is particularly called a Cs-corrected high-resolution TEM image. The Cs-corrected high resolution TEM image is
For example, it can be observed with an atomic resolution analysis electron microscope JEM-ARM200F manufactured by JEOL Ltd.

図49(A)より、金属原子が層状に配列している領域であるペレットを確認することが
できる。ペレット一つの大きさは1nm以上のものや、3nm以上のものがあることがわ
かる。したがって、ペレットを、ナノ結晶(nc:nanocrystal)と呼ぶこと
もできる。また、CAAC−OSを、CANC(C−Axis Aligned nan
ocrystals)を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。ペレットは、CAAC
−OSを被形成面または上面の凹凸を反映しており、CAAC−OSの被形成面または上
面と平行となる。
From FIG. 49A, a pellet which is a region where metal atoms are arranged in layers can be confirmed. It can be seen that the size of one pellet is 1 nm or more and 3 nm or more. Therefore, the pellet can also be called a nanocrystal (nc). In addition, the CAAC-OS is replaced by the CANC (C-Axis Aligned Nan).
The oxide semiconductor can also be referred to as an oxide semiconductor. Pellets are CAAC
-OS reflects unevenness on the formation surface or the top surface, and is parallel to the formation surface or the top surface of the CAAC-OS.

また、図49(B)および図49(C)に、試料面と略垂直な方向から観察したCAAC
−OSの平面のCs補正高分解能TEM像を示す。図49(D)および図49(E)は、
それぞれ図49(B)および図49(C)を画像処理した像である。以下では、画像処理
の方法について説明する。まず、図49(B)を高速フーリエ変換(FFT:Fast
Fourier Transform)処理することでFFT像を取得する。次に、取得
したFFT像において原点を基準に、2.8nm−1から5.0nm−1の間の範囲を残
すマスク処理する。次に、マスク処理したFFT像を、逆高速フーリエ変換(IFFT:
Inverse Fast Fourier Transform)処理することで画像
処理した像を取得する。こうして取得した像をFFTフィルタリング像と呼ぶ。FFTフ
ィルタリング像は、Cs補正高分解能TEM像から周期成分を抜き出した像であり、格子
配列を示している。
Further, in FIGS. 49B and 49C, CAAC observed from a direction substantially perpendicular to the sample surface.
-Shows a Cs-corrected high resolution TEM image of the OS plane. 49D and 49E,
49(B) and FIG. 49(C) are image-processed images, respectively. The method of image processing will be described below. First, the fast Fourier transform (FFT: Fast) of FIG.
An FFT image is acquired by performing a Fourier Transform. Then, relative to the origin in the FFT image acquired, for masking leaves a range between 5.0 nm -1 from 2.8 nm -1. Next, the masked FFT image is subjected to an inverse fast Fourier transform (IFFT:
Inverse Fast Fourier Transform) processing is performed to obtain the image-processed image. The image thus obtained is called an FFT filtered image. The FFT filtered image is an image obtained by extracting the periodic component from the Cs-corrected high resolution TEM image, and shows a lattice arrangement.

図49(D)では、格子配列の乱れた箇所を破線で示している。破線で囲まれた領域が、
一つのペレットである。そして、破線で示した箇所がペレットとペレットとの連結部であ
る。破線は、六角形状であるため、ペレットが六角形状であることがわかる。なお、ペレ
ットの形状は、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合が多い。
In FIG. 49(D), the places where the lattice arrangement is disturbed are indicated by broken lines. The area surrounded by the broken line
It is one pellet. And the part shown by the broken line is the connecting portion between the pellets. Since the broken line has a hexagonal shape, it can be seen that the pellet has a hexagonal shape. The shape of the pellet is not limited to the regular hexagonal shape, and is often a non-regular hexagonal shape.

図49(E)では、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子
配列の向きが変化している箇所を点線で示し、格子配列の向きの変化を破線で示している
。点線近傍においても、明確な結晶粒界を確認することはできない。点線近傍の格子点を
中心に周囲の格子点を繋ぐと、歪んだ六角形や、五角形または/および七角形などが形成
できる。即ち、格子配列を歪ませることによって結晶粒界の形成を抑制していることがわ
かる。これは、CAAC−OSが、a−b面方向において原子配列が稠密でないことや、
金属元素が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容す
ることができるためと考えられる。
In FIG. 49E, a dotted line indicates a portion where the orientation of the lattice arrangement is changed between the area where the lattice arrangement is aligned and another area where the lattice arrangement is aligned. It is indicated by a broken line. Even in the vicinity of the dotted line, no clear grain boundary can be confirmed. By connecting surrounding grid points around a grid point near the dotted line, a distorted hexagon, pentagon, and/or heptagon can be formed. That is, it is understood that the formation of crystal grain boundaries is suppressed by distorting the lattice arrangement. This is because the CAAC-OS has a non-dense atomic arrangement in the ab plane direction,
It is considered that strain can be tolerated because the bond distance between atoms changes due to the substitution with the metal element.

以上に示すように、CAAC−OSは、c軸配向性を有し、かつa−b面方向において複
数のペレット(ナノ結晶)が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。よって、CA
AC−OSを、CAA crystal(c−axis−aligned a−b−pl
ane−anchored crystal)と称することもできる。
As described above, the CAAC-OS has a c-axis orientation and has a strained crystal structure in which a plurality of pellets (nanocrystals) are connected in the ab plane direction. Therefore, CA
AC-OS, CAA crystal (c-axis-aligned a-b-pl.
It can also be referred to as an an-anchored crystal).

CAAC−OSは結晶性の高い酸化物半導体である。酸化物半導体の結晶性は不純物の混
入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、CAAC−OSは不純物や欠陥(
酸素欠損など)の少ない酸化物半導体ともいえる。
CAAC-OS is an oxide semiconductor with high crystallinity. Since the crystallinity of an oxide semiconductor may be deteriorated due to entry of impurities, generation of defects, or the like, the CAAC-OS includes impurities and defects (
It can also be said to be an oxide semiconductor with little oxygen deficiency.

なお、不純物は、酸化物半導体の主成分以外の元素で、水素、炭素、シリコン、遷移金属
元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体を構成する金属元素よりも酸素
との結合力の強い元素は、酸化物半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列を
乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二
酸化炭素などは、原子半径(または分子半径)が大きいため、酸化物半導体の原子配列を
乱し、結晶性を低下させる要因となる。
Note that the impurities are elements other than the main components of the oxide semiconductor, such as hydrogen, carbon, silicon, and transition metal elements. For example, an element such as silicon which has a stronger bonding force with oxygen than a metal element forming the oxide semiconductor deprives the oxide semiconductor of oxygen, which disturbs the atomic arrangement of the oxide semiconductor and reduces crystallinity. It becomes a factor. In addition, heavy metals such as iron and nickel, argon, carbon dioxide, and the like have a large atomic radius (or a molecular radius), which disturbs the atomic arrangement of the oxide semiconductor and causes deterioration of crystallinity.

次に、nc−OSについて説明する。 Next, the nc-OS will be described.

nc−OSをXRDによって解析した場合について説明する。例えば、nc−OSに対し
、out−of−plane法による構造解析を行うと、配向性を示すピークが現れない
。即ち、nc−OSの結晶は配向性を有さない。
A case where the nc-OS is analyzed by XRD will be described. For example, when structural analysis is performed on the nc-OS by the out-of-plane method, no peak showing orientation is observed. That is, the nc-OS crystal has no orientation.

また、例えば、InGaZnOの結晶を有するnc−OSを薄片化し、厚さが34nm
の領域に対し、被形成面に平行にプローブ径が50nmの電子線を入射させると、図50
(A)に示すようなリング状の回折パターン(ナノビーム電子回折パターン)が観測され
る。また、同じ試料にプローブ径が1nmの電子線を入射させたときの回折パターン(ナ
ノビーム電子回折パターン)を図50(B)に示す。図50(B)より、リング状の領域
内に複数のスポットが観測される。したがって、nc−OSは、プローブ径が50nmの
電子線を入射させることでは秩序性が確認されないが、プローブ径が1nmの電子線を入
射させることでは秩序性が確認される。
In addition, for example, nc-OS having a crystal of InGaZnO 4 is thinned to have a thickness of 34 nm.
When an electron beam with a probe diameter of 50 nm is made incident on the region of FIG.
A ring-shaped diffraction pattern (nano-beam electron diffraction pattern) as shown in (A) is observed. A diffraction pattern (nano-beam electron diffraction pattern) when an electron beam with a probe diameter of 1 nm is incident on the same sample is shown in FIG. From FIG. 50B, a plurality of spots are observed in the ring-shaped region. Therefore, in the nc-OS, ordering is not confirmed when an electron beam having a probe diameter of 50 nm is incident, but ordering is confirmed when an electron beam having a probe diameter of 1 nm is incident.

また、厚さが10nm未満の領域に対し、プローブ径が1nmの電子線を入射させると、
図50(C)に示すように、スポットが略正六角状に配置された電子回折パターンを観測
される場合がある。したがって、厚さが10nm未満の範囲において、nc−OSが秩序
性の高い領域、即ち結晶を有することがわかる。なお、結晶が様々な方向を向いているた
め、規則的な電子回折パターンが観測されない領域もある。
Further, when an electron beam with a probe diameter of 1 nm is incident on a region with a thickness of less than 10 nm,
As shown in FIG. 50C, an electron diffraction pattern in which spots are arranged in a substantially regular hexagon may be observed. Therefore, it is found that the nc-OS has a highly ordered region, that is, a crystal in the thickness range of less than 10 nm. In addition, since the crystals are oriented in various directions, there are regions where a regular electron diffraction pattern is not observed.

図50(D)に、被形成面と略平行な方向から観察したnc−OSの断面のCs補正高分
解能TEM像を示す。nc−OSは、高分解能TEM像において、補助線で示す箇所など
のように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。nc−OSに含まれる結晶部は、1nm以上10nm以下の大きさで
あり、特に1nm以上3nm以下の大きさであることが多い。なお、結晶部の大きさが1
0nmより大きく100nm以下である酸化物半導体を微結晶酸化物半導体(micro
crystalline oxide semiconductor)と呼ぶことがある
。nc−OS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。なお、ナノ結晶は、CAAC−OSにおけるペレットと起源を同じくする可能性が
ある。そのため、以下ではnc−OSの結晶部をペレットと呼ぶ場合がある。
FIG. 50D shows a Cs-corrected high-resolution TEM image of a cross section of the nc-OS observed from a direction substantially parallel to the formation surface. In the high-resolution TEM image, the nc-OS has a region where crystal parts can be confirmed, such as a portion indicated by an auxiliary line, and a region where clear crystal parts cannot be confirmed. The crystal part included in the nc-OS has a size of 1 nm to 10 nm, in particular, a size of 1 nm to 3 nm in many cases. The size of the crystal part is 1
An oxide semiconductor having a size of greater than 0 nm and less than or equal to 100 nm is a microcrystalline oxide semiconductor (micro
It may be referred to as a crystalline oxide semiconductor). In the nc-OS, for example, in a high-resolution TEM image, crystal grain boundaries may not be clearly confirmed in some cases. Note that nanocrystals may have the same origin as pellets in CAAC-OS. Therefore, the crystal part of nc-OS may be called a pellet below.

このように、nc−OSは、微小な領域(例えば、1nm以上10nm以下の領域、特に
1nm以上3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc−OSは
、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見ら
れない。したがって、nc−OSは、分析方法によっては、a−like OSや非晶質
酸化物半導体と区別が付かない場合がある。
As described above, the nc-OS has periodicity in atomic arrangement in a minute region (for example, a region of 1 nm to 10 nm, in particular, a region of 1 nm to 3 nm). Further, in the nc-OS, no regularity is found in the crystal orientation between different pellets. Therefore, no orientation is seen in the entire film. Therefore, the nc-OS may be indistinguishable from the a-like OS or the amorphous oxide semiconductor depending on the analysis method.

なお、ペレット(ナノ結晶)間で結晶方位が規則性を有さないことから、nc−OSを、
RANC(Random Aligned nanocrystals)を有する酸化物
半導体、またはNANC(Non−Aligned nanocrystals)を有す
る酸化物半導体と呼ぶこともできる。
Since the crystal orientation between the pellets (nanocrystals) has no regularity, nc-OS is
It can also be referred to as an oxide semiconductor having RANC (Random Aligned nanocrystals) or an oxide semiconductor having NANC (Non-Aligned nanocrystals).

nc−OSは、非晶質酸化物半導体よりも規則性の高い酸化物半導体である。そのため、
nc−OSは、a−like OSや非晶質酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くなる
。ただし、nc−OSは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため
、nc−OSは、CAAC−OSと比べて欠陥準位密度が高くなる。
The nc-OS is an oxide semiconductor that has higher regularity than an amorphous oxide semiconductor. for that reason,
The defect level density of the nc-OS is lower than that of the a-like OS or the amorphous oxide semiconductor. However, in the nc-OS, no regularity is found in the crystal orientation between different pellets. Therefore, the nc-OS has a higher density of defect states than the CAAC-OS.

a−like OSは、nc−OSと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半
導体である。
The a-like OS is an oxide semiconductor having a structure between the nc-OS and the amorphous oxide semiconductor.

図51に、a−like OSの高分解能断面TEM像を示す。ここで、図51(A)は
電子照射開始時におけるa−like OSの高分解能断面TEM像である。図51(B
)は4.3×10/nmの電子(e)照射後におけるa−like OSの高
分解能断面TEM像である。図51(A)および図51(B)より、a−like OS
は電子照射開始時から、縦方向に延伸する縞状の明領域が観察されることがわかる。また
、明領域は、電子照射後に形状が変化することがわかる。なお、明領域は、鬆または低密
度領域と推測される。
FIG. 51 shows a high-resolution cross-sectional TEM image of a-like OS. Here, FIG. 51A is a high-resolution cross-sectional TEM image of the a-like OS at the start of electron irradiation. Figure 51 (B
) Is a high-resolution cross-sectional TEM image of a-like OS after irradiation with electrons (e ) at 4.3×10 8 e /nm 2 . From FIG. 51(A) and FIG. 51(B), the a-like OS
It can be seen that a striped bright region extending in the longitudinal direction is observed from the start of electron irradiation. Also, it is found that the shape of the bright region changes after the electron irradiation. The bright region is presumed to be a void or a low density region.

鬆を有するため、a−like OSは、不安定な構造である。以下では、a−like
OSが、CAAC−OSおよびnc−OSと比べて不安定な構造であることを示すため
、電子照射による構造の変化を示す。
The a-like OS has an unstable structure because it has a void. In the following, a-like
Since the OS has a more unstable structure than the CAAC-OS and the nc-OS, a structure change due to electron irradiation is shown.

試料として、a−like OS、nc−OSおよびCAAC−OSを準備する。いずれ
の試料もIn−Ga−Zn酸化物である。
As samples, a-like OS, nc-OS and CAAC-OS are prepared. All the samples are In-Ga-Zn oxides.

まず、各試料の高分解能断面TEM像を取得する。高分解能断面TEM像により、各試料
は、いずれも結晶部を有する。
First, a high-resolution cross-sectional TEM image of each sample is acquired. From the high-resolution cross-sectional TEM image, each sample has a crystal part.

なお、InGaZnOの結晶の単位格子は、In−O層を3層有し、またGa−Zn−
O層を6層有する、計9層がc軸方向に層状に重なった構造を有することが知られている
。これらの近接する層同士の間隔は、(009)面の格子面間隔(d値ともいう。)と同
程度であり、結晶構造解析からその値は0.29nmと求められている。したがって、以
下では、格子縞の間隔が0.28nm以上0.30nm以下である箇所を、InGaZn
の結晶部と見なした。なお、格子縞は、InGaZnOの結晶のa−b面に対応す
る。
Note that the unit cell of the InGaZnO 4 crystal has three In—O layers and also has a Ga—Zn—
It is known that a total of 9 layers having 6 O layers are layered in the c-axis direction. The spacing between these adjacent layers is about the same as the lattice spacing (also referred to as the d value) of the (009) plane, and the value is determined to be 0.29 nm from the crystal structure analysis. Therefore, in the following, the portion where the lattice fringe spacing is 0.28 nm or more and 0.30 nm or less is referred to as InGaZn.
It was regarded as a crystal part of O 4 . Note that the lattice fringes correspond to the ab plane of the InGaZnO 4 crystal.

図52は、各試料の結晶部(22箇所から30箇所)の平均の大きさを調査した例である
。なお、上述した格子縞の長さを結晶部の大きさとしている。図52より、a−like
OSは、TEM像の取得などに係る電子の累積照射量に応じて結晶部が大きくなってい
くことがわかる。図52より、TEMによる観察初期においては1.2nm程度の大きさ
だった結晶部(初期核ともいう。)が、電子(e)の累積照射量が4.2×10
/nmにおいては1.9nm程度の大きさまで成長していることがわかる。一方、nc
−OSおよびCAAC−OSは、電子照射開始時から電子の累積照射量が4.2×10
/nmまでの範囲で、結晶部の大きさに変化が見られないことがわかる。図52よ
り、電子の累積照射量によらず、nc−OSおよびCAAC−OSの結晶部の大きさは、
それぞれ1.3nm程度および1.8nm程度であることがわかる。なお、電子線照射お
よびTEMの観察は、日立透過電子顕微鏡H−9000NARを用いた。電子線照射条件
は、加速電圧を300kV、電流密度を6.7×10/(nm・s)、照射領域
の直径を230nmとした。
FIG. 52 is an example in which the average size of the crystal parts (22 to 30 points) of each sample was investigated. The length of the above-mentioned lattice fringes is the size of the crystal part. From FIG. 52, a-like
It can be seen that the crystal part of the OS becomes larger according to the cumulative irradiation amount of electrons related to the acquisition of the TEM image. As shown in FIG. 52, the crystal part (also referred to as an initial nucleus), which had a size of about 1.2 nm in the initial observation with TEM, had an accumulated irradiation dose of electrons (e ) of 4.2×10 8 e −.
It can be seen that the film has grown to a size of about 1.9 nm at /nm 2 . On the other hand, nc
-OS and CAAC-OS have a cumulative electron irradiation amount of 4.2×10 8 from the start of electron irradiation.
It can be seen that there is no change in the size of the crystal part in the range up to e /nm 2 . From FIG. 52, the size of the crystal part of the nc-OS and the CAAC-OS is
It can be seen that they are about 1.3 nm and about 1.8 nm, respectively. For electron beam irradiation and TEM observation, a Hitachi Transmission Electron Microscope H-9000NAR was used. The electron beam irradiation conditions were such that the acceleration voltage was 300 kV, the current density was 6.7×10 5 e /(nm 2 ·s), and the diameter of the irradiation region was 230 nm.

このように、a−like OSは、電子照射によって結晶部の成長が見られる場合があ
る。一方、nc−OSおよびCAAC−OSは、電子照射による結晶部の成長がほとんど
見られない。即ち、a−like OSは、nc−OSおよびCAAC−OSと比べて、
不安定な構造であることがわかる。
As described above, in the a-like OS, crystal growth may be observed by electron irradiation. On the other hand, in the nc-OS and the CAAC-OS, almost no crystal part growth due to electron irradiation is observed. That is, the a-like OS is
It can be seen that the structure is unstable.

また、鬆を有するため、a−like OSは、nc−OSおよびCAAC−OSと比べ
て密度の低い構造である。具体的には、a−like OSの密度は、同じ組成の単結晶
の密度の78.6%以上92.3%未満である。また、nc−OSの密度およびCAAC
−OSの密度は、同じ組成の単結晶の密度の92.3%以上100%未満である。単結晶
の密度の78%未満である酸化物半導体は、成膜すること自体が困難である。
Further, since it has a void, the a-like OS has a lower density than the nc-OS and the CAAC-OS. Specifically, the density of a-like OS is 78.6% or more and less than 92.3% of the density of a single crystal having the same composition. Also, the density of nc-OS and CAAC
The density of -OS is 92.3% or more and less than 100% of the density of a single crystal having the same composition. It is difficult to form an oxide semiconductor having a single crystal density of less than 78%.

例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体において、菱
面体晶構造を有する単結晶InGaZnOの密度は6.357g/cmである。よっ
て、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体において
、a−like OSの密度は5.0g/cm以上5.9g/cm未満である。また
、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体において、
nc−OSの密度およびCAAC−OSの密度は5.9g/cm以上6.3g/cm
未満である。
For example, in an oxide semiconductor satisfying In:Ga:Zn=1:1:1 [atomic ratio], the density of single crystal InGaZnO 4 having a rhombohedral structure is 6.357 g/cm 3 . Therefore, for example, in an oxide semiconductor satisfying In:Ga:Zn=1:1:1 [atomic ratio], the density of a-like OS is 5.0 g/cm 3 or more and less than 5.9 g/cm 3. .. In addition, for example, in an oxide semiconductor satisfying In:Ga:Zn=1:1:1 [atomic ratio],
nc-OS Density Density and CAAC-OS of 5.9 g / cm 3 or more 6.3 g / cm 3
Is less than.

なお、同じ組成の単結晶が存在しない場合、任意の割合で組成の異なる単結晶を組み合わ
せることにより、所望の組成における単結晶に相当する密度を見積もることができる。所
望の組成の単結晶に相当する密度は、組成の異なる単結晶を組み合わせる割合に対して、
加重平均を用いて見積もればよい。ただし、密度は、可能な限り少ない種類の単結晶を組
み合わせて見積もることが好ましい。
When single crystals having the same composition do not exist, the density corresponding to the single crystal having the desired composition can be estimated by combining the single crystals having different compositions at an arbitrary ratio. The density corresponding to a single crystal having a desired composition is relative to the ratio of combining single crystals having different compositions,
It may be estimated using a weighted average. However, it is preferable to estimate the density by combining as few kinds of single crystals as possible.

以上のように、酸化物半導体は、様々な構造をとり、それぞれが様々な特性を有する。な
お、酸化物半導体は、例えば、非晶質酸化物半導体、a−like OS、nc−OS、
CAAC−OSのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
As described above, oxide semiconductors have various structures and have various characteristics. Note that the oxide semiconductor is, for example, an amorphous oxide semiconductor, a-like OS, nc-OS,
A stacked film including two or more kinds of CAAC-OS may be used.

次に、酸化物半導体のキャリア密度について、以下に説明を行う。 Next, the carrier density of the oxide semiconductor will be described below.

酸化物半導体のキャリア密度に影響を与える因子としては、酸化物半導体中の酸素欠損(
Vo)、または酸化物半導体中の不純物などが挙げられる。
Factors that affect the carrier density of an oxide semiconductor include oxygen vacancies in the oxide semiconductor (
Vo), impurities in the oxide semiconductor, or the like.

酸化物半導体中の酸素欠損が多くなると、該酸素欠損に水素が結合(この状態をVoHと
もいう)した際に、欠陥準位密度が高くなる。または、酸化物半導体中の不純物が多くな
ると、該不純物に起因し欠陥準位密度が高くなる。したがって、酸化物半導体中の欠陥準
位密度を制御することで、酸化物半導体のキャリア密度を制御することができる。
When the number of oxygen vacancies in the oxide semiconductor is large, the density of defect states is high when hydrogen is bonded to the oxygen vacancies (this state is also referred to as VoH). Alternatively, when the amount of impurities in the oxide semiconductor is large, the density of defect states is high due to the impurities. Therefore, the carrier density of the oxide semiconductor can be controlled by controlling the density of defect states in the oxide semiconductor.

ここで、酸化物半導体をチャネル領域に用いるトランジスタを考える。 Here, consider a transistor including an oxide semiconductor in a channel region.

トランジスタのしきい値電圧のマイナスシフトの抑制、またはトランジスタのオフ電流の
低減を目的とする場合においては、酸化物半導体のキャリア密度を低くする方が好ましい
。酸化物半導体のキャリア密度を低くする場合においては、酸化物半導体中の不純物濃度
を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠
陥準位密度の低いことを高純度真性または実質的に高純度真性と言う。高純度真性の酸化
物半導体のキャリア密度としては、8×1015cm−3未満、好ましくは1×1011
cm−3未満、さらに好ましくは1×1010cm−3未満であり、1×10−9cm
以上とすればよい。
For the purpose of suppressing the negative shift of the threshold voltage of the transistor or reducing the off-state current of the transistor, it is preferable to lower the carrier density of the oxide semiconductor. In the case of reducing the carrier density of the oxide semiconductor, the concentration of impurities in the oxide semiconductor may be lowered and the density of defect states may be lowered. In this specification and the like, low impurity concentration and low defect level density are referred to as high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic. The carrier density of a high-purity intrinsic oxide semiconductor is less than 8×10 15 cm −3 , preferably 1×10 11
less than cm −3 , more preferably less than 1×10 10 cm −3 , and 1×10 −9 cm −.
It may be 3 or more.

一方で、トランジスタのオン電流の向上、またはトランジスタの電界効果移動度の向上を
目的とする場合においては、酸化物半導体のキャリア密度を高くする方が好ましい。酸化
物半導体のキャリア密度を高くする場合においては、酸化物半導体の不純物濃度をわずか
に高める、または酸化物半導体の欠陥準位密度をわずかに高めればよい。あるいは、酸化
物半導体のバンドギャップをより小さくするとよい。例えば、トランジスタのId−Vg
特性のオン/オフ比が取れる範囲において、不純物濃度がわずかに高い、または欠陥準位
密度がわずかに高い酸化物半導体は、実質的に真性とみなせる。また、電子親和力が大き
く、それにともなってバンドギャップが小さくなり、その結果、熱励起された電子(キャ
リア)の密度が増加した酸化物半導体は、実質的に真性とみなせる。なお、より電子親和
力が大きな酸化物半導体を用いた場合には、トランジスタのしきい値電圧がより低くなる
On the other hand, when the purpose is to improve the on-current of the transistor or the field-effect mobility of the transistor, it is preferable to increase the carrier density of the oxide semiconductor. In the case of increasing the carrier density of the oxide semiconductor, the impurity concentration of the oxide semiconductor may be slightly increased or the defect level density of the oxide semiconductor may be slightly increased. Alternatively, the band gap of the oxide semiconductor may be smaller. For example, the transistor Id-Vg
An oxide semiconductor in which the impurity concentration is slightly higher or the defect level density is slightly higher in a range where the on/off ratio of characteristics can be taken can be regarded as substantially intrinsic. Further, an oxide semiconductor in which the electron affinity is high and the band gap is reduced accordingly, and as a result, the density of thermally excited electrons (carriers) is increased can be regarded as substantially intrinsic. Note that when an oxide semiconductor having a higher electron affinity is used, the threshold voltage of the transistor becomes lower.

上述のキャリア密度が高められた酸化物半導体は、わずかにn型化している。したがって
、キャリア密度が高められた酸化物半導体を、「Slightly−n」と呼称してもよ
い。
The above oxide semiconductor with an increased carrier density is slightly n-type. Therefore, the oxide semiconductor with an increased carrier density may be referred to as “Slightly-n”.

実質的に真性の酸化物半導体のキャリア密度は、1×10cm−3以上1×1018
−3未満が好ましく、1×10cm−3以上1×1017cm−3以下がより好まし
く、1×10cm−3以上5×1016cm−3以下がさらに好ましく、1×1010
cm−3以上1×1016cm−3以下がさらに好ましく、1×1011cm−3以上1
×1015cm−3以下がさらに好ましい。
The carrier density of the substantially intrinsic oxide semiconductor is 1×10 5 cm −3 or more and 1×10 18 c.
It is preferably less than m −3, more preferably 1×10 7 cm −3 or more and 1×10 17 cm −3 or less, still more preferably 1×10 9 cm −3 or more and 5×10 16 cm −3 or less, 1×10 3. 10
cm −3 or more and 1×10 16 cm −3 or less are more preferable, and 1×10 11 cm −3 or more 1.
×10 15 cm −3 or less is more preferable.

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the structures described in the other embodiments.

(実施の形態10)
<CACの構成>
以下では、本発明の一態様に用いることができるCAC(Cloud Aligned
Complementary)−OSの構成について説明する。
(Embodiment 10)
<CAC configuration>
Hereinafter, a CAC (Cloud Aligned) that can be used in one embodiment of the present invention will be described.
Complementary) The configuration of the OS will be described.

CACとは、例えば、酸化物半導体を構成する元素が、0.5nm以上10nm以下、好
ましくは、1nm以上2nm以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成であ
る。なお、以下では、酸化物半導体において、一つあるいはそれ以上の金属元素が偏在し
、該金属元素を有する領域が、0.5nm以上10nm以下、好ましくは、1nm以上2
nm以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状ともい
う。
CAC is, for example, a structure of a material in which an element included in an oxide semiconductor is unevenly distributed at a size of 0.5 nm to 10 nm, preferably 1 nm to 2 nm, or a size in the vicinity thereof. Note that in the following, in the oxide semiconductor, one or more metal elements are unevenly distributed and the region containing the metal element is 0.5 nm to 10 nm inclusive, preferably 1 nm to 2 nm inclusive.
A state of being mixed in a size of not more than nm or in the vicinity thereof is also called a mosaic shape or a patch shape.

例えば、In−Ga−Zn酸化物(以下、IGZOともいう。)におけるCAC−IGZ
Oとは、インジウム酸化物(以下、InOX1(X1は0よりも大きい実数)とする。)
、またはインジウム亜鉛酸化物(以下、InX2ZnY2Z2(X2、Y2、およびZ
2は0よりも大きい実数)とする。)と、ガリウム酸化物(以下、GaOX3(X3は0
よりも大きい実数)とする。)、またはガリウム亜鉛酸化物(以下、GaX4ZnY4
Z4(X4、Y4、およびZ4は0よりも大きい実数)とする。)などと、に材料が分離
することでモザイク状となり、モザイク状のInOX1、またはInX2ZnY2Z2
が、膜中に均一に分布した構成(以下、クラウド状ともいう。)である。
For example, CAC-IGZ in In-Ga-Zn oxide (hereinafter also referred to as IGZO).
O is indium oxide (hereinafter, InO X1 (X1 is a real number larger than 0).)
Or indium zinc oxide (hereinafter, In X2 Zn Y2 O Z2 (X2, Y2, and Z
2 is a real number larger than 0). ) And gallium oxide (hereinafter GaO X3 (X3 is 0
Greater than the real number). ), or gallium zinc oxide (hereinafter, Ga X4 Zn Y4 O
Let Z4 (X4, Y4, and Z4 are real numbers greater than 0). ) And the like, the material is separated into a mosaic shape, and the mosaic InO X1 or In X2 Zn Y2 O Z2
Is a structure uniformly distributed in the film (hereinafter, also referred to as a cloud shape).

つまり、CAC−IGZOは、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2
、またはInOX1が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合酸化物半
導体である。なお、本明細書において、例えば、第1の領域の元素Mに対するInの原子
数比が、第2の領域の元素Mに対するInの原子数比よりも大きいことを、第1の領域は
、第2の領域と比較して、Inの濃度が高いとする。
That is, CAC-IGZO has a region containing GaO X3 as a main component and In X2 Zn Y2 O Z.
2 or a region containing InO X1 as a main component is a mixed oxide semiconductor having a mixed structure. In the present specification, for example, the atomic ratio of In to the element M in the first region is larger than the atomic ratio of In to the element M in the second region. It is assumed that the concentration of In is higher than that in the region of No. 2.

なお、IGZOは通称であり、In、Ga、Zn、およびOによる1つの化合物をいう場
合がある。代表例として、InGaO(ZnO)m1(m1は自然数)、またはIn
1+x0)Ga(1−x0)(ZnO)m0(−1≦x0≦1、m0は任意数)で表
される結晶性の化合物が挙げられる。
Note that IGZO is a common name and may refer to one compound of In, Ga, Zn, and O. As a typical example, InGaO 3 (ZnO) m1 (m1 is a natural number), or In (
1 + x0) Ga (1- x0) O 3 (ZnO) m0 (-1 ≦ x0 ≦ 1, m0 can be mentioned crystalline compound represented by any number).

上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、またはCAAC構造を有する。なお、
CAAC構造とは、複数のIGZOナノ結晶がc軸配向を有し、かつa−b面においては
配向せずに連結した結晶構造である。
The crystalline compound has a single crystal structure, a polycrystalline structure, or a CAAC structure. In addition,
The CAAC structure is a crystal structure in which a plurality of IGZO nanocrystals has c-axis orientation and is connected without being oriented in the ab plane.

一方、CACは、材料構成に関する。CACとは、In、Ga、Zn、およびOを含む材
料構成において、一部にGaを主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にIn
を主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散
している構成をいう。従って、CACにおいて、結晶構造は副次的な要素である。
On the other hand, CAC relates to material composition. CAC is, in a material structure containing In, Ga, Zn, and O, a partly observed region in the form of nanoparticles containing Ga as a main component, and a part of In.
A region in which nanoparticles are contained as a main component and are observed in the form of nanoparticles is randomly dispersed in a mosaic pattern. Therefore, in CAC, the crystal structure is a secondary factor.

なお、CACは、組成の異なる二種類以上の膜の積層構造は含まないものとする。例えば
、Inを主成分とする膜と、Gaを主成分とする膜との2層からなる構造は、含まない。
Note that CAC does not include a laminated structure of two or more kinds of films having different compositions. For example, a structure having two layers of a film containing In as a main component and a film containing Ga as a main component is not included.

なお、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2Z2、またはInOX1
主成分である領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。
Note that a clear boundary may not be observed between the region containing GaO X3 as a main component and the region containing In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 as a main component.

<CAC−IGZOの解析>
続いて、各種測定方法を用い、基板上に成膜した酸化物半導体について測定を行った結果
について説明する。
<Analysis of CAC-IGZO>
Next, the results of measuring the oxide semiconductor formed on the substrate by using various measuring methods will be described.

≪試料の構成と作製方法≫
以下では、本発明の一態様に係る9個の試料について説明する。各試料は、それぞれ、酸
化物半導体を成膜する際の基板温度、および酸素ガス流量比を異なる条件で作製する。な
お、試料は、基板と、基板上の酸化物半導体と、を有する構造である。
≪Sample structure and preparation method≫
Hereinafter, nine samples according to one embodiment of the present invention will be described. Each sample is manufactured under the condition that the substrate temperature and the oxygen gas flow rate ratio when forming the oxide semiconductor are different. Note that the sample has a structure including a substrate and an oxide semiconductor over the substrate.

各試料の作製方法について、説明する。 The method for producing each sample will be described.

まず、基板として、ガラス基板を用いる。続いて、スパッタリング装置を用いて、ガラス
基板上に酸化物半導体として、厚さ100nmのIn−Ga−Zn酸化物を形成する。成
膜条件は、チャンバー内の圧力を0.6Paとし、ターゲットには、酸化物ターゲット(
In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比])を用いる。また、スパッタリング装置
内に設置された酸化物ターゲットに2500WのAC電力を供給する。
First, a glass substrate is used as the substrate. Then, a 100-nm-thick In-Ga-Zn oxide is formed as an oxide semiconductor on a glass substrate using a sputtering device. The film forming conditions were such that the pressure in the chamber was 0.6 Pa, and the target was an oxide target (
In:Ga:Zn=4:2:4.1 [atomic ratio]) is used. Also, 2500 W of AC power is supplied to the oxide target installed in the sputtering apparatus.

なお、酸化物を成膜する際の条件として、基板温度を、意図的に加熱しない温度(以下、
R.T.ともいう。)、130℃、または170℃とした。また、Arと酸素の混合ガス
に対する酸素ガスの流量比(以下、酸素ガス流量比ともいう。)を、10%、30%、ま
たは100%とすることで、9個の試料を作製する。
As a condition for forming the oxide film, the substrate temperature is set to a temperature at which heating is not intentionally performed (hereinafter,
R. T. Also called. ), 130° C., or 170° C. Further, nine samples are prepared by setting the flow rate ratio of oxygen gas to the mixed gas of Ar and oxygen (hereinafter, also referred to as oxygen gas flow rate ratio) to 10%, 30%, or 100%.

≪X線回折による解析≫
本項目では、9個の試料に対し、X線回折(XRD:X−ray diffractio
n)測定を行った結果について説明する。なお、XRD装置として、Bruker社製D
8 ADVANCEを用いた。また、条件は、Out−of−plane法によるθ/2
θスキャンにて、走査範囲を15deg.乃至50deg.、ステップ幅を0.02de
g.、走査速度を3.0deg./分とした。
<<Analysis by X-ray diffraction>>
In this item, X-ray diffraction (XRD: X-ray diffratio) was applied to nine samples.
n) The result of the measurement will be described. As an XRD device, D manufactured by Bruker
8 ADVANCE was used. Further, the condition is θ/2 by the Out-of-plane method.
In the θ scan, the scanning range is 15 deg. To 50 deg. , Step width 0.02de
g. , The scanning speed is 3.0 deg. /Min.

図58にOut−of−plane法を用いてXRDスペクトルを測定した結果を示す。
なお、図58において、上段には成膜時の基板温度条件が170℃の試料における測定結
果、中段には成膜時の基板温度条件が130℃の試料における測定結果、下段には成膜時
の基板温度条件がR.T.の試料における測定結果を示す。また、左側の列には酸素ガス
流量比の条件が10%の試料における測定結果、中央の列には酸素ガス流量比の条件が3
0%の試料における測定結果、右側の列には酸素ガス流量比の条件が100%の試料にお
ける測定結果、を示す。
FIG. 58 shows the result of measurement of the XRD spectrum using the Out-of-plane method.
58, the upper part shows the measurement result of the sample whose substrate temperature condition at the time of film formation is 170° C., the middle part shows the measurement result of the sample whose substrate temperature condition at the time of film formation is 130° C., the lower part shows the time of film formation. The substrate temperature condition of R. T. The measurement results of the sample are shown. Further, the left column shows the measurement results of the sample having the oxygen gas flow rate ratio of 10%, and the center column shows the oxygen gas flow rate ratio of 3%.
The measurement result for the 0% sample and the measurement result for the sample with the oxygen gas flow rate ratio of 100% are shown in the right column.

図58に示すXRDスペクトルは、成膜時の基板温度を高くする、または、成膜時の酸素
ガス流量比の割合を大きくすることで、2θ=31°付近のピーク強度が高くなる。なお
、2θ=31°付近のピークは、被形成面または上面に略垂直方向に対してc軸に配向し
た結晶性IGZO化合物(CAAC(c−axis aligned crystall
ine)−IGZOともいう。)であることに由来することが分かっている。
In the XRD spectrum shown in FIG. 58, the peak intensity near 2θ=31° is increased by increasing the substrate temperature during film formation or increasing the ratio of the oxygen gas flow rate ratio during film formation. Note that the peak near 2θ=31° is a crystalline IGZO compound (CAAC (c-axis aligned crystal) oriented in the c-axis with respect to the direction substantially perpendicular to the formation surface or the upper surface.
ine)-also referred to as IGZO. ) Is known to be derived from.

また、図58に示すXRDスペクトルは、成膜時の基板温度が低い、または、酸素ガス流
量比が小さいほど、明確なピークが現れなかった。従って、成膜時の基板温度が低い、ま
たは、酸素ガス流量比が小さい試料は、測定領域のa−b面方向、およびc軸方向の配向
は見られないことが分かる。
In the XRD spectrum shown in FIG. 58, a clearer peak did not appear as the substrate temperature during film formation was lower or the oxygen gas flow rate ratio was smaller. Therefore, it can be seen that the samples having a low substrate temperature during film formation or a small oxygen gas flow rate ratio do not show orientation in the ab plane direction and the c-axis direction of the measurement region.

≪電子顕微鏡による解析≫
本項目では、成膜時の基板温度R.T.、および酸素ガス流量比10%で作製した試料を
、HAADF(High−Angle Annular Dark Field)−ST
EM(Scanning Transmission Electron Micros
cope)によって観察、および解析した結果について説明する(以下、HAADF−S
TEMによって取得した像は、TEM像ともいう。)。
<<Analysis by electron microscope>>
In this item, the substrate temperature R. T. , And a sample prepared at an oxygen gas flow rate ratio of 10%, HAADF (High-Angle Annular Dark Field)-ST
EM (Scanning Transmission Electron Micros)
The result of observation and analysis by the following (hereinafter, HAADF-S will be described.
The image acquired by TEM is also called a TEM image. ).

HAADF−STEMによって取得した平面像(以下、平面TEM像ともいう。)、およ
び断面像(以下、断面TEM像ともいう。)の画像解析を行った結果について説明する。
なお、TEM像は、球面収差補正機能を用いて観察した。なお、HAADF−STEM像
の撮影には、日本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡JEM−ARM200Fを用
いて、加速電圧200kV、ビーム径約0.1nmφの電子線を照射して行った。
The results of image analysis of a planar image (hereinafter, also referred to as a planar TEM image) and a sectional image (hereinafter, also referred to as a sectional TEM image) acquired by HAADF-STEM will be described.
The TEM image was observed using the spherical aberration correction function. The HAADF-STEM image was photographed by using an atomic resolution analytical electron microscope JEM-ARM200F manufactured by JEOL Ltd. and irradiating an electron beam with an acceleration voltage of 200 kV and a beam diameter of about 0.1 nmφ.

図59(A)は、成膜時の基板温度R.T.、および酸素ガス流量比10%で作製した試
料の平面TEM像である。図59(B)は、成膜時の基板温度R.T.、および酸素ガス
流量比10%で作製した試料の断面TEM像である。
FIG. 59A shows the substrate temperature R.V. T. And a plane TEM image of a sample manufactured at an oxygen gas flow rate ratio of 10%. FIG. 59B shows the substrate temperature R.V. T. And a cross-sectional TEM image of a sample manufactured at an oxygen gas flow rate ratio of 10%.

≪電子線回折パターンの解析≫
本項目では、成膜時の基板温度R.T.、および酸素ガス流量比10%で作製した試料に
、プローブ径が1nmの電子線(ナノビーム電子線ともいう。)を照射することで、電子
線回折パターンを取得した結果について説明する。
<<Analysis of electron diffraction pattern>>
In this item, the substrate temperature R. T. , And the sample prepared at an oxygen gas flow rate ratio of 10% are irradiated with an electron beam having a probe diameter of 1 nm (also referred to as a nanobeam electron beam), and a result of acquiring an electron beam diffraction pattern will be described.

図59(A)に示す、成膜時の基板温度R.T.、および酸素ガス流量比10%で作製し
た試料の平面TEM像において、黒点a1、黒点a2、黒点a3、黒点a4、および黒点
a5で示す電子線回折パターンを観察する。なお、電子線回折パターンの観察は、電子線
を照射しながら0秒の位置から35秒の位置まで一定の速度で移動させながら行う。黒点
a1の結果を図59(C)、黒点a2の結果を図59(D)、黒点a3の結果を図59(
E)、黒点a4の結果を図59(F)、および黒点a5の結果を図59(G)に示す。
As shown in FIG. 59A, the substrate temperature R. T. , And in a plane TEM image of a sample manufactured at an oxygen gas flow rate ratio of 10%, electron beam diffraction patterns indicated by black dots a1, black dots a2, black dots a3, black dots a4, and black dots a5 are observed. The electron beam diffraction pattern is observed while irradiating the electron beam while moving from the position of 0 seconds to the position of 35 seconds at a constant speed. The result of black dot a1 is shown in FIG. 59(C), the result of black dot a2 is shown in FIG. 59(D), and the result of black dot a3 is shown in FIG.
E), the result of black dot a4 is shown in FIG. 59(F), and the result of black dot a5 is shown in FIG. 59(G).

図59(C)、図59(D)、図59(E)、図59(F)、および図59(G)より、
円を描くように(リング状に)輝度の高い領域が観測できる。また、リング状の領域に複
数のスポットが観測できる。
From FIG. 59(C), FIG. 59(D), FIG. 59(E), FIG. 59(F), and FIG. 59(G),
Regions with high brightness can be observed like a circle (in a ring). Moreover, a plurality of spots can be observed in the ring-shaped region.

また、図59(B)に示す、成膜時の基板温度R.T.、および酸素ガス流量比10%で
作製した試料の断面TEM像において、黒点b1、黒点b2、黒点b3、黒点b4、およ
び黒点b5で示す電子線回折パターンを観察する。黒点b1の結果を図59(H)、黒点
b2の結果を図59(I)、黒点b3の結果を図59(J)、黒点b4の結果を図59(
K)、および黒点b5の結果を図59(L)に示す。
In addition, as shown in FIG. 59B, the substrate temperature R. T. , And an electron diffraction pattern shown by black dots b1, black dots b2, black dots b3, black dots b4, and black dots b5 in a cross-sectional TEM image of a sample manufactured at an oxygen gas flow rate ratio of 10%. The result of black point b1 is shown in FIG. 59(H), the result of black point b2 is shown in FIG. 59(I), the result of black point b3 is shown in FIG. 59(J), and the result of black point b4 is shown in FIG.
K) and the result of black dot b5 are shown in FIG. 59(L).

図59(H)、図59(I)、図59(J)、図59(K)、および図59(L)より、
リング状に輝度の高い領域が観測できる。また、リング状の領域に複数のスポットが観測
できる。
From FIG. 59(H), FIG. 59(I), FIG. 59(J), FIG. 59(K), and FIG. 59(L),
A ring-shaped area of high brightness can be observed. Moreover, a plurality of spots can be observed in the ring-shaped region.

ここで、例えば、InGaZnOの結晶を有するCAAC−OSに対し、試料面に平行
にプローブ径が300nmの電子線を入射させると、InGaZnOの結晶の(009
)面に起因するスポットが含まれる回折パターンが見られる。つまり、CAAC−OSは
、c軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることがわか
る。一方、同じ試料に対し、試料面に垂直にプローブ径が300nmの電子線を入射させ
ると、リング状の回折パターンが確認される。つまり、CAAC−OSは、a軸およびb
軸は配向性を有さないことがわかる。
Here, for example, to CAAC-OS having a crystal InGaZnO 4, the probe diameter parallel to the sample surface is caused to enter the electron beam 300 nm, of InGaZnO 4 of crystals (009
) A diffraction pattern containing a spot due to the surface is seen. That is, it is found that the CAAC-OS has c-axis orientation and the c-axis faces a direction substantially perpendicular to the formation surface or the top surface. On the other hand, when an electron beam having a probe diameter of 300 nm is incident on the same sample perpendicularly to the sample surface, a ring-shaped diffraction pattern is confirmed. That is, the CAAC-OS has the a-axis and the b-axis.
It can be seen that the axis has no orientation.

また、微結晶を有する酸化物半導体(nano crystalline oxide
semiconductor。以下、nc−OSという。)に対し、大きいプローブ径(
例えば50nm以上)の電子線を用いる電子線回折を行うと、ハローパターンのような回
折パターンが観測される。また、nc−OSに対し、小さいプローブ径の電子線(例えば
50nm未満)を用いるナノビーム電子線回折を行うと、輝点(スポット)が観測される
。また、nc−OSに対しナノビーム電子線回折を行うと、円を描くように(リング状に
)輝度の高い領域が観測される場合がある。さらに、リング状の領域に複数の輝点が観測
される場合がある。
In addition, an oxide semiconductor having nanocrystals (nano crystalline oxide)
semiductor. Hereinafter referred to as nc-OS. ), a large probe diameter (
When electron beam diffraction using an electron beam of, for example, 50 nm or more) is performed, a diffraction pattern such as a halo pattern is observed. In addition, when the nc-OS is subjected to nanobeam electron diffraction using an electron beam with a small probe diameter (for example, less than 50 nm), bright spots (spots) are observed. In addition, when nanobeam electron diffraction is performed on the nc-OS, a region with high luminance may be observed like a circle (in a ring shape). Furthermore, a plurality of bright spots may be observed in the ring-shaped region.

成膜時の基板温度R.T.、および酸素ガス流量比10%で作製した試料の電子線回折パ
ターンは、リング状に輝度の高い領域と、該リング領域に複数の輝点を有する。従って、
成膜時の基板温度R.T.、および酸素ガス流量比10%で作製した試料は、電子線回折
パターンが、nc−OSになり、平面方向、および断面方向において、配向性は有さない
Substrate temperature R. T. , And the electron beam diffraction pattern of the sample manufactured at an oxygen gas flow rate ratio of 10% have a ring-shaped region of high brightness and a plurality of bright points in the ring region. Therefore,
Substrate temperature R. T. , And the sample produced with the oxygen gas flow rate ratio of 10% have an electron beam diffraction pattern of nc-OS and have no orientation in the plane direction and the cross-sectional direction.

以上より、成膜時の基板温度が低い、または、酸素ガス流量比が小さい酸化物半導体は、
アモルファス構造の酸化物半導体膜とも、単結晶構造の酸化物半導体膜とも明確に異なる
性質を有すると推定できる。
From the above, the oxide semiconductor having a low substrate temperature during film formation or a small oxygen gas flow rate ratio,
It can be inferred that the oxide semiconductor film having an amorphous structure and the oxide semiconductor film having a single crystal structure have clearly different properties.

≪元素分析≫
本項目では、エネルギー分散型X線分光法(EDX:Energy Dispersiv
e X−ray spectroscopy)を用い、EDXマッピングを取得し、評価
することによって、成膜時の基板温度R.T.、および酸素ガス流量比10%で作製した
試料の元素分析を行った結果について説明する。なお、EDX測定には、元素分析装置と
して日本電子株式会社製エネルギー分散型X線分析装置JED−2300Tを用いる。な
お、試料から放出されたX線の検出にはSiドリフト検出器を用いる。
<< Elemental analysis >>
In this item, energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX: Energy Dispersive) is used.
e X-ray spectroscopy), the EDX mapping is acquired and evaluated to determine the substrate temperature R. T. , And the results of elemental analysis of the sample prepared at an oxygen gas flow rate ratio of 10% will be described. For the EDX measurement, an energy dispersive X-ray analyzer JED-2300T manufactured by JEOL Ltd. is used as an elemental analyzer. A Si drift detector is used to detect the X-rays emitted from the sample.

EDX測定では、試料の分析対象領域の各点に電子線照射を行い、これにより発生する試
料の特性X線のエネルギーと発生回数を測定し、各点に対応するEDXスペクトルを得る
。本実施の形態では、各点のEDXスペクトルのピークを、In原子のL殻への電子遷移
、Ga原子のK殻への電子遷移、Zn原子のK殻への電子遷移及びO原子のK殻への電子
遷移に帰属させ、各点におけるそれぞれの原子の比率を算出する。これを試料の分析対象
領域について行うことにより、各原子の比率の分布が示されたEDXマッピングを得るこ
とができる。
In the EDX measurement, each point in the analysis target region of the sample is irradiated with an electron beam, the energy of the characteristic X-ray of the sample generated thereby and the number of times of generation are measured, and the EDX spectrum corresponding to each point is obtained. In the present embodiment, the peaks of the EDX spectrum at each point are represented by the electronic transition of the In atom to the L shell, the Ga atom to the K shell, the Zn atom to the K shell, and the O atom to the K shell. Then, the ratio of each atom at each point is calculated. By performing this for the analysis target region of the sample, EDX mapping showing the distribution of the ratio of each atom can be obtained.

図60には、成膜時の基板温度R.T.、および酸素ガス流量比10%で作製した試料の
断面におけるEDXマッピングを示す。図60(A)は、Ga原子のEDXマッピング(
全原子に対するGa原子の比率は1.18乃至18.64[atomic%]の範囲とす
る。)である。図60(B)は、In原子のEDXマッピング(全原子に対するIn原子
の比率は9.28乃至33.74[atomic%]の範囲とする。)である。図60(
C)は、Zn原子のEDXマッピング(全原子に対するZn原子の比率は6.69乃至2
4.99[atomic%]の範囲とする。)である。また、図60(A)、図60(B
)、および図60(C)は、成膜時の基板温度R.T.、および酸素ガス流量比10%で
作製した試料の断面において、同範囲の領域を示している。なお、EDXマッピングは、
範囲における、測定元素が多いほど明るくなり、測定元素が少ないほど暗くなるように、
明暗で元素の割合を示している。また、図60に示すEDXマッピングの倍率は720万
倍である。
In FIG. 60, the substrate temperature R. T. , And EDX mapping in the cross section of the sample produced with the oxygen gas flow rate ratio of 10%. FIG. 60A shows EDX mapping of Ga atom (
The ratio of Ga atoms to all atoms is 1.18 to 18.64 [atomic %]. ). FIG. 60B is EDX mapping of In atoms (the ratio of In atoms to all atoms is in the range of 9.28 to 33.74 [atomic %]). Fig. 60 (
C) is EDX mapping of Zn atoms (the ratio of Zn atoms to all atoms is 6.69 to 2).
The range is 4.99 [atomic %]. ). Further, FIG. 60(A) and FIG. 60(B
), and FIG. 60C show the substrate temperature R. T. , And the cross-section of the sample manufactured with the oxygen gas flow rate ratio of 10%, the region of the same range is shown. EDX mapping is
In the range, the more measurement elements there are, the brighter it becomes, and the fewer measurement elements, the darker it becomes,
The ratio of elements is shown in light and dark. The EDX mapping magnification shown in FIG. 60 is 7.2 million times.

図60(A)、図60(B)、および図60(C)に示すEDXマッピングでは、画像に
相対的な明暗の分布が見られ、成膜時の基板温度R.T.、および酸素ガス流量比10%
で作製した試料において、各原子が分布を持って存在している様子が確認できる。ここで
、図60(A)、図60(B)、および図60(C)に示す実線で囲む範囲と破線で囲む
範囲に注目する。
In the EDX mapping shown in FIGS. 60(A), 60(B), and 60(C), a relative brightness distribution is seen in the image, and the substrate temperature R. T. , And oxygen gas flow rate ratio 10%
It can be confirmed that each atom exists in a distribution in the sample prepared in. Here, attention is paid to the range surrounded by the solid line and the range surrounded by the broken line shown in FIGS. 60A, 60B, and 60C.

図60(A)では、実線で囲む範囲は、相対的に暗い領域を多く含み、破線で囲む範囲は
、相対的に明るい領域を多く含む。また、図60(B)では実線で囲む範囲は、相対的に
明るい領域を多く含み、破線で囲む範囲は、相対的に暗い領域を多く含む。
In FIG. 60A, the range surrounded by the solid line includes many relatively dark regions, and the range surrounded by the broken line includes many relatively bright regions. Further, in FIG. 60B, the range surrounded by the solid line includes many relatively bright regions, and the range surrounded by the broken line includes many relatively dark regions.

つまり、実線で囲む範囲はIn原子が相対的に多い領域であり、破線で囲む範囲はIn原
子が相対的に少ない領域である。ここで、図60(C)では、実線で囲む範囲において、
右側は相対的に明るい領域であり、左側は相対的に暗い領域である。従って、実線で囲む
範囲は、InX2ZnY2Z2、またはInOX1などが主成分である領域である。
That is, the range surrounded by the solid line is a region having a relatively large amount of In atoms, and the range surrounded by a broken line is a region having a relatively small amount of In atoms. Here, in FIG. 60C, in a range surrounded by a solid line,
The right side is a relatively bright area and the left side is a relatively dark area. Therefore, the range surrounded by the solid line is a region whose main component is In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 .

また、実線で囲む範囲はGa原子が相対的に少ない領域であり、破線で囲む範囲はGa原
子が相対的に多い領域である。図60(C)では、破線で囲む範囲において、左上の領域
は、相対的に明るい領域であり、右下側の領域は、相対的に暗い領域である。従って、破
線で囲む範囲は、GaOX3、またはGaX4ZnY4Z4などが主成分である領域で
ある。
The range surrounded by the solid line is a region where the Ga atoms are relatively small, and the range surrounded by the broken line is a region where the Ga atoms are relatively large. In FIG. 60C, the upper left region is a relatively bright region and the lower right region is a relatively dark region in the range surrounded by the broken line. Therefore, the range surrounded by a broken line is a region whose main component is GaO X3 , Ga X4 Zn Y4 O Z4 , or the like.

また、図60(A)、図60(B)、および図60(C)より、In原子の分布は、Ga
原子よりも、比較的、均一に分布しており、InOX1が主成分である領域は、InX2
ZnY2Z2が主成分となる領域を介して、互いに繋がって形成されているように見え
る。このように、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域は、ク
ラウド状に広がって形成されている。
From FIGS. 60A, 60B, and 60C, the distribution of In atoms is Ga.
The region in which InO X1 is the main component, which is relatively uniformly distributed as compared with the atoms, is In X2
It seems that they are formed so as to be connected to each other through the region where Zn Y2 O Z2 is the main component. As described above, the region containing In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 as a main component is formed to spread in a cloud shape.

このように、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2Z2、またはInO
X1が主成分である領域とが、偏在し、混合している構造を有するIn−Ga−Zn酸化
物を、CAC−IGZOと呼称することができる。
As described above, a region containing GaO X3 as a main component, In X2 Zn Y2 O Z2 , or InO
The In-Ga-Zn oxide having a structure in which the region where X1 is a main component is unevenly distributed and mixed can be referred to as CAC-IGZO.

また、CACにおける結晶構造は、nc構造を有する。CACが有するnc構造は、電子
線回折像において、単結晶、多結晶、またはCAAC構造を含むIGZOに起因する輝点
(スポット)以外にも、数か所以上の輝点(スポット)を有する。または、数か所以上の
輝点(スポット)に加え、リング状に輝度の高い領域が現れるとして結晶構造が定義され
る。
The crystal structure of CAC has an nc structure. In the electron diffraction image, the nc structure of CAC has several or more bright spots (spots) in addition to the bright spots (spots) caused by IGZO containing a single crystal, a polycrystal, or a CAAC structure. Alternatively, the crystal structure is defined as a ring-shaped region of high brightness in addition to several bright spots.

また、図60(A)、図60(B)、および図60(C)より、GaOX3が主成分であ
る領域、及びInX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域のサイズは
、0.5nm以上10nm以下、または1nm以上3nm以下で観察される。なお、好ま
しくは、EDXマッピングにおいて、各金属元素が主成分である領域の径は、1nm以上
2nm以下とする。
From FIGS. 60A, 60B, and 60C, the size of a region containing GaO X3 as a main component and a region containing In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 as a main component Is observed at 0.5 nm or more and 10 nm or less, or 1 nm or more and 3 nm or less. In the EDX mapping, the diameter of the region containing each metal element as a main component is preferably 1 nm or more and 2 nm or less.

以上より、CAC−IGZOは、金属元素が均一に分布したIGZO化合物とは異なる構
造であり、IGZO化合物と異なる性質を有する。つまり、CAC−IGZOは、GaO
X3などが主成分である領域と、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分で
ある領域と、に互いに相分離し、各元素を主成分とする領域がモザイク状である構造を有
する。従って、CAC−IGZOを半導体素子に用いた場合、GaOX3などに起因する
性質と、InX2ZnY2Z2、またはInOX1に起因する性質とが、相補的に作用
することにより、高いオン電流(Ion)、および高い電界効果移動度(μ)を実現する
ことができる。
From the above, CAC-IGZO has a structure different from that of the IGZO compound in which the metal element is uniformly distributed, and has a property different from that of the IGZO compound. That is, CAC-IGZO is GaO
A region having X3 or the like as a main component and a region having In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 as a main component are phase-separated from each other, and a region having each element as a main component has a mosaic structure. .. Therefore, when CAC-IGZO is used for a semiconductor element, a property due to GaO X3 or the like and a property due to In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 act in a complementary manner so that a high on-state current is obtained. (I on ) and high field effect mobility (μ) can be realized.

また、CAC−IGZOを用いた半導体素子は、信頼性が高い。従って、CAC−IGZ
Oは、ディスプレイをはじめとするさまざまな半導体装置に最適である。
Further, a semiconductor element using CAC-IGZO has high reliability. Therefore, CAC-IGZ
O is most suitable for various semiconductor devices such as displays.

本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態、または他
の実施例と適宜組み合わせて実施することができる。
At least part of this embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments or other examples described in this specification.

(実施の形態11)
本実施の形態では、イメージセンサチップを収めたパッケージおよびモジュールの一例に
ついて説明する。当該イメージセンサチップには、本発明の一態様の撮像装置の構成を用
いることができる。
(Embodiment 11)
In this embodiment mode, an example of a package and a module each accommodating an image sensor chip will be described. The structure of the imaging device of one embodiment of the present invention can be used for the image sensor chip.

図53(A)は、イメージセンサチップを収めたパッケージの上面側の外観斜視図である
。当該パッケージは、イメージセンサチップ850を固定するパッケージ基板810、カ
バーガラス820および両者を接着する接着剤830等を有する。
FIG. 53A is an external perspective view of the upper surface side of the package containing the image sensor chip. The package has a package substrate 810 for fixing the image sensor chip 850, a cover glass 820, an adhesive 830 for bonding the both, and the like.

図53(B)は、当該パッケージの下面側の外観斜視図である。パッケージの下面には、
半田ボールをバンプ840としたBGA(Ball grid array)の構成を有
する。なお、BGAに限らず、LGA(Land grid array)やPGA(P
in Grid Array)などであってもよい。
FIG. 53B is an external perspective view of the lower surface side of the package. On the bottom of the package,
It has a BGA (Ball grid array) configuration in which solder balls are used as the bumps 840. Not only BGA but also LGA (Land grid array) and PGA (P
in Grid Array) or the like.

図53(C)は、カバーガラス820および接着剤830の一部を省いて図示したパッケ
ージの斜視図であり、図53(D)は、当該パッケージの断面図である。パッケージ基板
810上には電極パッド860が形成され、電極パッド860およびバンプ840はスル
ーホール880およびランド885を介して電気的に接続されている。電極パッド860
は、イメージセンサチップ850が有する電極とワイヤ870によって電気的に接続され
ている。
53C is a perspective view of the package in which the cover glass 820 and the adhesive 830 are partially omitted, and FIG. 53D is a cross-sectional view of the package. Electrode pads 860 are formed on the package substrate 810, and the electrode pads 860 and the bumps 840 are electrically connected through the through holes 880 and the lands 885. Electrode pad 860
Are electrically connected to the electrodes of the image sensor chip 850 by wires 870.

また、図54(A)は、イメージセンサチップをレンズ一体型のパッケージに収めたカメ
ラモジュールの上面側の外観斜視図である。当該カメラモジュールは、イメージセンサチ
ップ851を固定するパッケージ基板811、レンズカバー821、およびレンズ835
等を有する。また、パッケージ基板811およびイメージセンサチップ851の間には撮
像装置の駆動回路および信号変換回路などの機能を有するICチップ890も設けられて
おり、SiP(System in package)としての構成を有している。
Also, FIG. 54A is an external perspective view of the upper surface side of a camera module in which an image sensor chip is housed in a lens-integrated package. The camera module includes a package substrate 811, which fixes an image sensor chip 851, a lens cover 821, and a lens 835.
And so on. Further, an IC chip 890 having a function such as a driving circuit and a signal conversion circuit of an imaging device is provided between the package substrate 811 and the image sensor chip 851, and has a structure as a SiP (System in package). There is.

図54(B)は、当該カメラモジュールの下面側の外観斜視図である。パッケージ基板8
11の下面および4側面には、実装用のランド841が設けられるQFN(Quad f
lat no− lead package)の構成を有する。なお、当該構成は一例で
あり、QFP(Quad flat package)や前述したBGA等であってもよ
い。
FIG. 54B is an external perspective view of the lower surface side of the camera module. Package board 8
Mounting lands 841 are provided on the lower surface and four side surfaces of the QFN (Quad f).
lat no-lead package). In addition, the said structure is an example and QFP(Quad flat package), the above-mentioned BGA, etc. may be used.

図54(C)は、レンズカバー821およびレンズ835の一部を省いて図示したモジュ
ールの斜視図であり、図54(D)は、当該カメラモジュールの断面図である。ランド8
41の一部は電極パッド861として利用され、電極パッド861はイメージセンサチッ
プ851およびICチップ890が有する電極とワイヤ871によって電気的に接続され
ている。
54C is a perspective view of the module without the lens cover 821 and the lens 835, and FIG. 54D is a cross-sectional view of the camera module. Land 8
Part of 41 is used as an electrode pad 861, and the electrode pad 861 is electrically connected to the electrodes of the image sensor chip 851 and the IC chip 890 by a wire 871.

イメージセンサチップを上述したような形態のパッケージに収めることで実装が容易にな
り、様々な半導体装置、電子機器に組み込むことができる。
By mounting the image sensor chip in the package having the above-described form, mounting becomes easy, and the image sensor chip can be incorporated in various semiconductor devices and electronic devices.

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることが
できる。
The structure described in this embodiment can be combined with any of the structures described in the other embodiments as appropriate.

(実施の形態12)
本実施の形態では、上記実施の形態1で説明した撮像装置10を監視装置に利用する場合
について説明する。
(Embodiment 12)
In the present embodiment, a case will be described in which the imaging device 10 described in the first embodiment is used as a monitoring device.

図55は、本実施の形態の監視装置の構成例を示すブロック図である。監視装置は、カメ
ラ600、記憶装置24および表示装置23を有する。カメラ600は、本発明の一態様
の撮像装置である撮像装置10を有する。カメラ600、記憶装置24および表示装置2
3は、それぞれ機能的に接続される。カメラ600で撮影された画像は、記憶装置24に
記録され、表示装置23に表示される。
FIG. 55 is a block diagram showing a configuration example of the monitoring device according to the present embodiment. The monitoring device has a camera 600, a storage device 24, and a display device 23. The camera 600 includes the imaging device 10 which is an imaging device according to one embodiment of the present invention. Camera 600, storage device 24 and display device 2
3 are functionally connected to each other. The image captured by the camera 600 is recorded in the storage device 24 and displayed on the display device 23.

カメラ600は、基準フレームと差分検出用フレームとの差分を検知した場合のみ、撮像
装置10により撮像された撮像データを記憶装置24および表示装置23に出力する。こ
のため、差分検出を行わない場合より撮像データを記憶装置24および表示装置23に出
力する頻度を減らすことができ、したがって記憶装置24および表示装置23における消
費電力を低減することができる。また、記憶装置24の記憶容量を節約することができ、
より長時間の撮像が可能となるだけでなく、保存されたデータから必要なデータを検索す
ることが容易にできるようになる。
The camera 600 outputs the imaging data captured by the imaging device 10 to the storage device 24 and the display device 23 only when the difference between the reference frame and the difference detection frame is detected. Therefore, the frequency of outputting the imaged data to the storage device 24 and the display device 23 can be reduced as compared with the case where the difference detection is not performed, and thus the power consumption of the storage device 24 and the display device 23 can be reduced. In addition, the storage capacity of the storage device 24 can be saved,
Not only will it be possible to capture images for a longer time, but it will also be possible to easily retrieve the necessary data from the stored data.

また、撮像装置10において、A/D変換などの膨大な電力を消費する処理は、記憶装置
24および表示装置23に出力するための撮像データを取得する場合にのみ行えばよい。
このため、差分検出を行わない場合、またはA/D変換後のデータを用いて差分検出を行
う場合と比べて消費電力を低減することができる。
Further, in the image pickup device 10, a huge power consumption process such as A/D conversion may be performed only when the image pickup data to be output to the storage device 24 and the display device 23 is acquired.
Therefore, power consumption can be reduced as compared with the case where the difference detection is not performed or the difference detection is performed using the data after A/D conversion.

本実施の形態における監視装置は、例えば、交通事故が起きやすい事象を検出したときの
み撮像データを記憶装置24および表示装置23に出力することができる。図56は、T
字路の上方にカメラ600を設置した場合に、表示装置23に表示される画像を示す。該
T字路では、右折する車の事故発生率が高く、直進する車の事故発生率は低いとする。こ
の場合、事故発生率が高いT字路付近を、実施の形態1で前述した、基準フレームと差分
検出用フレームとの差分を検出した場合に新たに撮像データを取得して外部機器へ出力す
る領域41とすることにより、T字路付近を車が通過した場合は撮像データを記憶装置2
4および表示装置23に出力することができる。一方、領域43のような、事故発生率が
低い直線領域を車が通過しても撮像データは記憶装置24および表示装置23には出力さ
れない。つまり、事故発生率が高い場所を車が通過した場合のみ記憶装置24に撮像デー
タを記憶し、表示装置23に表示される画像を更新することができる。これにより、消費
電力および記憶装置24の記憶容量を削減できる。また、領域41で事故が発生した場合
、事故発生時の画像が容易に検索できる。
The monitoring device according to the present embodiment can output the imaging data to the storage device 24 and the display device 23, for example, only when an event in which a traffic accident is likely to occur is detected. FIG. 56 shows T
An image displayed on the display device 23 when the camera 600 is installed above the path is shown. At the T-shaped road, it is assumed that the accident rate of the vehicle turning right is high and the accident rate of the vehicle going straight is low. In this case, when the difference between the reference frame and the difference detection frame described above in the first embodiment is detected in the vicinity of the T-junction where the accident rate is high, new imaging data is acquired and output to an external device. By setting the area 41, when the vehicle passes near the T-shaped road, the imaging data is stored in the storage device 2.
4 and the display device 23. On the other hand, even if the vehicle passes through a straight line area having a low accident rate, such as the area 43, the imaging data is not output to the storage device 24 and the display device 23. That is, it is possible to store the imaging data in the storage device 24 and update the image displayed on the display device 23 only when the vehicle passes through a place where the accident rate is high. As a result, the power consumption and the storage capacity of the storage device 24 can be reduced. Further, when an accident occurs in the area 41, the image at the time of the accident can be easily searched.

なお、基準フレームを更新しない場合、領域41を車が通らなくても、例えば時間の経過
とともに明るさが変化しただけでも差分が検出されたとみなされ、撮像データが記憶装置
24および表示装置23に出力されてしまう場合がある。例えば、基準フレームを深夜に
撮影した場合、朝になって明るくなれば領域41への車の通行の有無によらず、全フレー
ムで差分が検出されたと見なされてしまう。また、例えば深夜の交通量が少ない場合、朝
になって明るくなるまで基準フレームが書き換えられない場合もある。そこで、基準フレ
ームを定期的に書き換えることにより、領域41を車が通った場合のみ撮像データを記憶
装置24および表示装置23に出力することができる。これにより、消費電力および記憶
装置24の記憶容量を削減できる。また、領域41で事故が発生した場合、事故発生時の
画像が容易に検索できる。
If the reference frame is not updated, it is considered that the difference is detected even if the vehicle does not pass through the area 41, for example, the brightness changes with the passage of time, and the imaging data is stored in the storage device 24 and the display device 23. It may be output. For example, when the reference frame is photographed at midnight, if it becomes bright in the morning, it is considered that the difference is detected in all the frames regardless of whether or not there is a vehicle passing through the area 41. Further, for example, when the traffic volume is low at midnight, the reference frame may not be rewritten until it becomes bright in the morning. Therefore, by periodically rewriting the reference frame, it is possible to output the imaging data to the storage device 24 and the display device 23 only when the vehicle passes through the area 41. As a result, the power consumption and the storage capacity of the storage device 24 can be reduced. Further, when an accident occurs in the area 41, the image at the time of the accident can be easily searched.

なお、本実施の形態における監視装置は、例えば不法侵入者を撮像する防犯カメラなど、
様々な用途に応用することができる。
The monitoring device according to the present embodiment may be, for example, a security camera that images an illegal intruder,
It can be applied to various purposes.

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることが
できる。
The structure described in this embodiment can be combined with any of the structures described in the other embodiments as appropriate.

(実施の形態13)
本実施の形態では、本発明の一態様に係る撮像装置を適用できる電子機器の一例について
説明する。
(Embodiment 13)
In this embodiment, examples of electronic devices to which the imaging device of one embodiment of the present invention can be applied are described.

本発明の一態様に係る撮像装置を適用できる電子機器として、テレビ、モニタ等の表示装
置、照明装置、デスクトップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ワードプロセ
ッサ、DVD(Digital Versatile Disc)などの記録媒体に記憶
された静止画又は動画を再生する画像再生装置、ポータブルCDプレーヤ、ラジオ、テー
プレコーダ、ヘッドホンステレオ、ステレオ、ナビゲーションシステム、置き時計、壁掛
け時計、コードレス電話子機、トランシーバ、携帯電話、自動車電話、携帯型ゲーム機、
タブレット型端末、パチンコ機などの大型ゲーム機、電卓、携帯情報端末、電子手帳、電
子書籍端末、電子翻訳機、音声入力機器、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電気シ
ェーバ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃除機、温水器
、扇風機、毛髪乾燥機、エアコンディショナー、加湿器、除湿器などの空調設備、食器洗
い器、食器乾燥器、衣類乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫
、DNA保存用冷凍庫、懐中電灯、チェーンソー等の工具、煙感知器、透析装置等の医療
機器、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払い機(ATM)、
自動販売機などが挙げられる。さらに、誘導灯、信号機、ベルトコンベア、エレベータ、
エスカレータ、産業用ロボット、電力貯蔵システム、電力の平準化やスマートグリッドの
ための蓄電装置等の産業機器が挙げられる。また、電力を用いて電動機により推進する移
動体なども、電子機器の範疇に含まれるものとする。上記移動体として、例えば、電気自
動車(EV)、内燃機関と電動機を併せ持ったハイブリッド車(HEV)、プラグインハ
イブリッド車(PHEV)、これらのタイヤ車輪を無限軌道に変えた装軌車両、電動アシ
スト自転車を含む原動機付自転車、自動二輪車、電動車椅子、ゴルフ用カート、小型又は
大型船舶、潜水艦、ヘリコプター、航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機や惑星探査
機、宇宙船などが挙げられる。
As an electronic device to which the imaging device according to one embodiment of the present invention can be applied, a display device such as a television or a monitor, a lighting device, a desktop or notebook personal computer, a word processor, or a recording medium such as a DVD (Digital Versatile Disc) is stored. Image reproducing device for reproducing still images or moving images, portable CD player, radio, tape recorder, headphone stereo, stereo, navigation system, table clock, wall clock, cordless telephone handset, transceiver, mobile phone, car phone, portable type game machine,
High frequency heating devices such as tablet type terminals, large game machines such as pachinko machines, calculators, portable information terminals, electronic organizers, electronic book terminals, electronic translators, voice input devices, video cameras, digital still cameras, electric shavers, microwave ovens, etc. , Electric rice cooker, electric washing machine, electric vacuum cleaner, water heater, fan, hair dryer, air conditioner, humidifier, dehumidifier and other air conditioning equipment, dishwasher, tableware dryer, clothes dryer, futon dryer, Electric refrigerators, electric freezers, electric freezers, DNA storage freezers, flashlights, tools such as chainsaws, smoke detectors, medical equipment such as dialysis machines, facsimiles, printers, printer multifunction machines, automatic teller machines (ATM). ,
Examples include vending machines. In addition, guide lights, traffic lights, belt conveyors, elevators,
Examples include industrial equipment such as escalator, industrial robot, power storage system, power leveling and power storage device for smart grid. In addition, a moving body or the like that is driven by an electric motor using electric power is also included in the category of electronic devices. Examples of the moving body include an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HEV) having both an internal combustion engine and an electric motor, a plug-in hybrid vehicle (PHEV), a tracked vehicle in which these tire wheels are changed to an endless track, and an electric assist. Examples thereof include motorized bicycles including bicycles, motorcycles, electric wheelchairs, golf carts, small or large vessels, submarines, helicopters, aircraft, rockets, artificial satellites, space probes, planetary probes, and spacecraft.

図57(A)は監視装置であり、筐体961、レンズ962、支持部963等を有する。
レンズ962の焦点となる位置には本発明の一態様の撮像装置を備えることができる。該
監視装置として、実施の形態12で前述した監視装置を用いることができる。
FIG. 57A illustrates a monitoring device, which includes a housing 961, a lens 962, a supporting portion 963, and the like.
The imaging device of one embodiment of the present invention can be provided at a position where the lens 962 is a focal point. As the monitoring device, the monitoring device described in Embodiment 12 can be used.

図57(B)はビデオカメラであり、筐体941、筐体942、表示部943、操作キー
944、レンズ945、接続部946等を有する。操作キー944およびレンズ945は
筐体941に設けられており、表示部943は筐体942に設けられている。そして、筐
体941と筐体942とは、接続部946により接続されており、筐体941と筐体94
2の間の角度は、接続部946により変更が可能である。表示部943における映像を、
接続部946における筐体941と筐体942との間の角度に従って切り替える構成とし
ても良い。レンズ945の焦点となる位置には本発明の一態様の撮像装置を備えることが
できる。
FIG. 57B illustrates a video camera, which includes a housing 941, a housing 942, a display portion 943, operation keys 944, a lens 945, a connection portion 946, and the like. The operation keys 944 and the lens 945 are provided in the housing 941, and the display portion 943 is provided in the housing 942. Then, the housing 941 and the housing 942 are connected to each other by the connection portion 946, and the housing 941 and the housing 94 are connected to each other.
The angle between the two can be changed by the connecting portion 946. The image on the display unit 943
The connection portion 946 may be switched according to the angle between the housing 941 and the housing 942. The imaging device of one embodiment of the present invention can be provided at a position which is a focus of the lens 945.

図57(C)は携帯電話であり、筐体951に、表示部952、マイク957、スピーカ
ー954、カメラ959、入出力端子956、操作用のボタン955等を有する。カメラ
959には本発明の一態様の撮像装置を用いることができる。
FIG. 57C illustrates a mobile phone, which includes a housing 951 including a display portion 952, a microphone 957, a speaker 954, a camera 959, an input/output terminal 956, operation buttons 955, and the like. For the camera 959, the imaging device of one embodiment of the present invention can be used.

図57(D)はデジタルカメラであり、筐体921、シャッターボタン922、マイク9
23、発光部927、レンズ925等を有する。レンズ925の焦点となる位置には本発
明の一態様の撮像装置を備えることができる。
FIG. 57D illustrates a digital camera, which includes a housing 921, a shutter button 922, and a microphone 9.
23, a light emitting unit 927, a lens 925, and the like. The imaging device of one embodiment of the present invention can be provided at a position which is a focus of the lens 925.

図57(E)は携帯型ゲーム機であり、筐体901、筐体902、表示部903、表示部
904、マイク905、スピーカー906、操作キー907、スタイラス908、カメラ
909等を有する。なお、図57(A)に示した携帯型ゲーム機は、2つの表示部903
と表示部904とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定さ
れない。カメラ909には本発明の一態様の撮像装置を用いることができる。
FIG. 57E illustrates a portable game machine including a housing 901, a housing 902, a display portion 903, a display portion 904, a microphone 905, a speaker 906, operation keys 907, a stylus 908, a camera 909, and the like. The portable game machine illustrated in FIG. 57A has two display portions 903.
However, the number of display portions included in the portable game machine is not limited to this. The imaging device of one embodiment of the present invention can be used for the camera 909.

図57(F)は腕時計型の情報端末であり、筐体931、表示部932、リストバンド9
33、カメラ939等を有する。表示部932はタッチパネルとなっていてもよい。カメ
ラ939には本発明の一態様の撮像装置を用いることができる。
FIG. 57F shows a wristwatch type information terminal, which includes a housing 931, a display portion 932, and a wristband 9.
33, a camera 939 and the like. The display portion 932 may be a touch panel. For the camera 939, the imaging device of one embodiment of the present invention can be used.

なお、本発明の一態様の撮像装置を具備していれば、上記で示した電子機器に特に限定さ
れない。
Note that the electronic device described above is not particularly limited as long as the imaging device of one embodiment of the present invention is included.

本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。 This embodiment can be combined with any of the other embodiments in this specification as appropriate.

10 撮像装置
11 画素
12 画素アレイ
13 回路
14 回路
15 回路
16 回路
17 回路
18 回路
19 回路
21 回路
22 回路
23 表示装置
24 記憶装置
25 回路
31 撮像データ
32 行アドレス
33 列アドレス
34 クロック信号
35 クロック信号
36 信号
37 行アドレス
38 列アドレス
39 信号
41 領域
42 座標
43 領域
50 トランジスタ
51 トランジスタ
52 トランジスタ
53 トランジスタ
54 トランジスタ
55 トランジスタ
56 トランジスタ
57 トランジスタ
58 トランジスタ
59 トランジスタ
60 トランジスタ
61 トランジスタ
62 トランジスタ
63 容量素子
64 コンパレータ
65 コンパレータ
70 配線
71 配線
72 配線
73 配線
76 配線
78 配線
81 配線
82 配線
84 配線
85 配線
91 導電体
92 絶縁層
92a 絶縁層
92b 絶縁層
93 絶縁層
94 配線
94a 導電層
94b 導電層
95 配線
96 絶縁層
100 シリコン基板
101 トランジスタ
102 トランジスタ
105 活性層
106 シリコン基板
120 光電変換素子
121 光電変換層
122 透光性導電層
123 半導体層
124 半導体層
125 半導体層
126 電極
126a 導電層
126b 導電層
127 隔壁
131 トランジスタ
132 トランジスタ
133 トランジスタ
134 トランジスタ
135 トランジスタ
141 容量素子
142 容量素子
151 配線
152 配線
153 配線
154 配線
155 配線
156 配線
161 配線
162 配線
163 配線
165 配線
201 撮像動作
202 データ保持動作
203 読み出し動作
210 画素
211 トランジスタ
212 液晶素子
213 容量素子
214 メモリ
215 配線
216 配線
217 配線
221 トランジスタ
222 トランジスタ
223 発光素子
401 トランジスタ
402 トランジスタ
403 トランジスタ
404 トランジスタ
405 トランジスタ
406 トランジスタ
407 トランジスタ
408 トランジスタ
409 トランジスタ
410 トランジスタ
411 トランジスタ
412 トランジスタ
413 トランジスタ
415 基板
420 絶縁層
430 酸化物半導体層
430a 酸化物半導体層
430b 酸化物半導体層
430c 酸化物半導体層
440 導電層
441 導電層
442 導電層
450 導電層
451 導電層
452 導電層
460 絶縁層
470 導電層
471 導電層
472 導電層
473 導電層
475 絶縁層
480 絶縁層
531 領域
532 領域
533 領域
534 領域
535 領域
600 カメラ
810 パッケージ基板
811 パッケージ基板
820 カバーガラス
821 レンズカバー
830 接着剤
835 レンズ
840 バンプ
841 ランド
850 イメージセンサチップ
851 イメージセンサチップ
860 電極パッド
861 電極パッド
870 ワイヤ
871 ワイヤ
880 スルーホール
885 ランド
890 ICチップ
901 筐体
902 筐体
903 表示部
904 表示部
905 マイク
906 スピーカー
907 操作キー
908 スタイラス
909 カメラ
921 筐体
922 シャッターボタン
923 マイク
925 レンズ
927 発光部
931 筐体
932 表示部
933 リストバンド
939 カメラ
941 筐体
942 筐体
943 表示部
944 操作キー
945 レンズ
946 接続部
951 筐体
952 表示部
954 スピーカー
955 ボタン
956 入出力端子
957 マイク
959 カメラ
961 筐体
962 レンズ
963 支持部
1100 層
1200 層
1400 層
1500 回折格子
1600 層
2500 絶縁層
2510 遮光層
2520 有機樹脂層
2530 カラーフィルタ
2530a カラーフィルタ
2530b カラーフィルタ
2530c カラーフィルタ
2540 マイクロレンズアレイ
2550 光学変換層
2560 絶縁層
10 image pickup device 11 pixel 12 pixel array 13 circuit 14 circuit 15 circuit 16 circuit 17 circuit 18 circuit 19 circuit 21 circuit 22 circuit 23 display device 24 storage device 25 circuit 31 image pickup data 32 row address 33 column address 34 clock signal 35 clock signal 36 Signal 37 Row address 38 Column address 39 Signal 41 Region 42 Coordinates 43 Region 50 Transistor 51 Transistor 52 Transistor 53 Transistor 54 Transistor 55 Transistor 56 Transistor 57 Transistor 58 Transistor 59 Transistor 60 Transistor 61 Transistor 62 Transistor 63 Capacitive element 64 Comparator 65 Comparator 70 Wiring 71 wiring 72 wiring 73 wiring 76 wiring 78 wiring 81 wiring 82 wiring 84 wiring 85 wiring 91 conductor 92 insulating layer 92a insulating layer 92b insulating layer 93 insulating layer 94 wiring 94a conductive layer 94b conductive layer 95 wiring 96 insulating layer 100 silicon substrate 101 Transistor 102 Transistor 105 Active layer 106 Silicon substrate 120 Photoelectric conversion element 121 Photoelectric conversion layer 122 Translucent conductive layer 123 Semiconductor layer 124 Semiconductor layer 125 Semiconductor layer 126 Electrode 126a Conductive layer 126b Conductive layer 127 Partition wall 131 Transistor 132 Transistor 133 Transistor 134 Transistor 135 transistor 141 capacitance element 142 capacitance element 151 wiring 152 wiring 153 wiring 154 wiring 155 wiring 156 wiring 161 wiring 162 wiring 163 wiring 165 wiring 201 imaging operation 202 data holding operation 203 reading operation 210 pixel 211 transistor 212 liquid crystal element 213 capacitive element 214 memory 215 wiring 216 wiring 217 wiring 221 transistor 222 transistor 223 light emitting element 401 transistor 402 transistor 403 transistor 404 transistor 405 transistor 406 transistor 407 transistor 408 transistor 409 transistor 410 transistor 411 transistor 412 transistor 413 transistor 415 substrate 420 insulating layer 430 oxide semiconductor layer 430a Oxide semiconductor layer 430b Oxide semiconductor layer 430c Oxide semiconductor layer 440 Conductive layer 441 Conductive layer 442 Conductive layer 450 conductive layer 451 conductive layer 452 conductive layer 460 insulating layer 470 conductive layer 471 conductive layer 472 conductive layer 473 conductive layer 475 insulating layer 480 insulating layer 531 region 532 region 533 region 534 region 535 region 600 camera 810 package substrate 811 package substrate 820 cover Glass 821 Lens cover 830 Adhesive 835 Lens 840 Bump 841 Land 850 Image sensor chip 851 Image sensor chip 860 Electrode pad 861 Electrode pad 870 Wire 871 Wire 880 Through hole 885 Land 890 IC chip 901 Housing 902 Housing 903 Display 904 Display 905 microphone 906 speaker 907 operation key 908 stylus 909 camera 921 housing 922 shutter button 923 microphone 925 lens 927 light emitting unit 931 housing 932 display unit 933 wristband 939 camera 941 housing 942 housing 943 display unit 944 operation key 945 lens 946 Connection portion 951 Housing 952 Display portion 954 Speaker 955 Button 956 Input/output terminal 957 Microphone 959 Camera 961 Housing 962 Lens 963 Support portion 1100 layer 1200 layer 1400 layer 1500 Diffraction grating 1600 layer 2500 Insulating layer 2510 Light shielding layer 2520 Organic resin layer 2530 color filter 2530a color filter 2530b color filter 2530c color filter 2540 microlens array 2550 optical conversion layer 2560 insulating layer

Claims (3)

レンズと、複数の画素を有する画素アレイと、第1乃至第5の回路と、を有し、
前記複数の画素の各々は、光電変換素子を有し、
前記光電変換素子は、正面視において、前記レンズと重なりを有するように配置され、
前記第1の回路は、選択された画素の、第1のフレームの撮像データと、第2のフレームの撮像データとの差分計算を行う機能を有し、
前記第2の回路は、前記差分計算の対象となった画素の行アドレスを出力する機能を有し、
前記第3の回路は、前記差分計算の対象となった画素の列アドレスを出力する機能を有し、
前記第4の回路は、指定した前記画素アレイの領域を規定する行アドレスおよび列アドレスを記憶する機能を有し、
前記第5の回路は、前記第4の回路に記憶された行アドレスおよび列アドレスで規定される領域に含まれる座標と、差分が検出された画素の行アドレスおよび列アドレスから構成される座標とを比較する機能を有する、電子機器。
A lens, a pixel array having a plurality of pixels, and first to fifth circuits,
Each of the plurality of pixels has a photoelectric conversion element,
The photoelectric conversion element is arranged so as to have an overlap with the lens in a front view,
The first circuit has a function of calculating a difference between the image data of the first frame and the image data of the second frame of the selected pixel,
The second circuit has a function of outputting a row address of a pixel which is a target of the difference calculation,
The third circuit has a function of outputting a column address of a pixel which is a target of the difference calculation,
The fourth circuit has a function of storing a row address and a column address which define a designated area of the pixel array,
The fifth circuit has coordinates included in an area defined by the row address and the column address stored in the fourth circuit, and coordinates composed of the row address and the column address of the pixel in which the difference is detected. An electronic device having a function of comparing.
レンズと、複数の画素を有する画素アレイと、第1乃至第5の回路と、を有し、
前記複数の画素の各々は、光電変換素子を有し、
前記レンズを通して入射した光は、前記光電変換素子に入射され、
前記第1の回路は、選択された画素の、第1のフレームの撮像データと、第2のフレームの撮像データとの差分計算を行う機能を有し、
前記第2の回路は、前記差分計算の対象となった画素の行アドレスを出力する機能を有し、
前記第3の回路は、前記差分計算の対象となった画素の列アドレスを出力する機能を有し、
前記第4の回路は、指定した前記画素アレイの領域を規定する行アドレスおよび列アドレスを記憶する機能を有し、
前記第5の回路は、前記第4の回路に記憶された行アドレスおよび列アドレスで規定される領域に含まれる座標と、差分が検出された画素の行アドレスおよび列アドレスから構成される座標とを比較する機能を有する、電子機器。
A lens, a pixel array having a plurality of pixels, and first to fifth circuits,
Each of the plurality of pixels has a photoelectric conversion element,
Light incident through the lens is incident on the photoelectric conversion element,
The first circuit has a function of calculating a difference between the image data of the first frame and the image data of the second frame of the selected pixel,
The second circuit has a function of outputting a row address of a pixel which is a target of the difference calculation,
The third circuit has a function of outputting a column address of a pixel which is a target of the difference calculation,
The fourth circuit has a function of storing a row address and a column address which define a designated area of the pixel array,
The fifth circuit has coordinates included in an area defined by the row address and the column address stored in the fourth circuit, and coordinates composed of the row address and the column address of the pixel in which the difference is detected. An electronic device having a function of comparing.
請求項1又は2において、
前記複数の画素の各々は、前記光電変換素子と電気的に接続されたトランジスタを有し、
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、電子機器。
In claim 1 or 2,
Each of the plurality of pixels has a transistor electrically connected to the photoelectric conversion element,
An electronic device in which the transistor includes an oxide semiconductor in a channel formation region.
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