JP2020198446A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
Description
一態様の技術分野は、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、液晶表示装置、発光装置、照明装
置、蓄電装置、記憶装置、撮像装置、それらの動作方法、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。
全般を指す。トランジスタ、半導体回路は半導体装置の一態様である。また、記憶装置、
表示装置、撮像装置、電子機器は、半導体装置を有する場合がある。
化物半導体として酸化亜鉛、またはIn−Ga−Zn系酸化物半導体を用いてトランジス
タを作製する技術が開示されている(特許文献1および特許文献2参照)。
許文献3に開示されている。
されている。現状のCMOSイメージセンサのダイナミックレンジは、3桁乃至4桁(6
0dB乃至80dB)程度であり、銀塩フィルムや肉眼相当の5桁乃至6桁(100dB
乃至120dB)に向上させることが望まれている。
でアナログデータ処理を行う方法などが提案されている。しかしながら、前者は外部から
の制御が必要となり、照度等の検知手段が別途必要となる。また、後者は画素内のトラン
ジスタが増加するため、当該トランジスタのリーク電流やノイズなどによる画像の劣化が
問題となる。
る撮像装置を提供することを目的の一つとする。または、1回目の撮像後に画素の感度を
変更し、2回目の撮像を行う撮像装置を提供することを目的の一つとする。または、低消
費電力の撮像装置を提供することを目的の一つとする。または、露光期間中に前フレーム
のデータの読み出しを行う撮像装置を提供することを目的の一つとする。または、ノイズ
の少ない画像を撮像することができる撮像装置を提供することを目的の一つとする。また
は、高速動作に適した撮像装置を提供することを目的の一つとする。または、解像度の高
い撮像装置を提供することを目的の一つとする。または、集積度の高い撮像装置を提供す
ることを目的の一つとする。または、低照度下で撮像することができる撮像装置を提供す
ることを目的の一つとする。または、広い温度範囲において使用可能な撮像装置を提供す
ることを目的の一つとする。または、高開口率の撮像装置を提供することを目的の一つと
する。または、信頼性の高い撮像装置を提供することを目的の一つとする。または、新規
な撮像装置などを提供することを目的の一つとする。または、上記撮像装置の動作方法を
提供することを目的の一つとする。または、新規な半導体装置などを提供することを目的
の一つとする。
態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題
は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図
面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
る。
1の容量素子と、第2の容量素子と、を有する撮像装置であって、光電変換素子の一方の
電極は第1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、第1のト
ランジスタのソースまたはドレインの一方は第2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、第1のトランジスタのソースまたはドレインの他方は第3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、第1のトランジスタの
ソースまたはドレインの他方は第4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、第1のトランジスタのソースまたはドレインの他方は第5のトランジスタ
のゲート電極と電気的に接続され、第1のトランジスタのソースまたはドレインの他方は
第1の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第4のトランジスタのソースまたはド
レインの他方は第2の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第5のトランジスタの
ソースまたはドレインの一方は第6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、第1のトランジスタ、第2のトランジスタ、第3のトランジスタおよび第
4のトランジスタは、チャネルが形成される領域に酸化物半導体を有することを特徴とす
る撮像装置である。
Ce、NdまたはHf)と、を有することが好ましい。また、第5のトランジスタおよび
第6のトランジスタもチャネルが形成される領域に酸化物半導体を有していてもよい。
例えば、セレン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。
4の回路と、第5の回路と、を有する撮像装置であって、画素は第1の回路と電気的に接
続され、第1の回路は第2の回路と電気的に接続され、第2の回路は第3の回路と電気的
に接続され、第2の回路は第4の回路と電気的に接続され、第3の回路は第5の回路と電
気的に接続され、第5の回路は画素と電気的に接続され、画素は、第1の撮像データまた
は第2の撮像データを取得する機能を有し、画素は、第1の撮像データまたは第2の撮像
データを電荷蓄積部に蓄積する機能を有し、画素は、電荷蓄積部に蓄積した第1の撮像デ
ータまたは第2の撮像データを電荷検出部に転送する機能を有し、第1の回路は、第2の
撮像データに応じた電位と、電荷検出部のリセット電位に応じた電位との差分の絶対値を
基準電位に対して加算または減算した信号を出力する機能を有し、第2の回路は、第1の
撮像データによる電荷検出部の飽和の有無を判定する機能を有し、第3の回路は、判定に
より電荷検出部が飽和していないとき、第2の撮像データを取得しない信号を第5の回路
を介して画素に出力する機能を有し、第3の回路は、判定により電荷検出部が飽和してい
るとき、電荷検出部の飽和を解消し、第2の撮像データを取得する信号を第5の回路を介
して画素に出力する機能を有し、第2の回路および第4の回路は、第1の回路が出力する
信号をデジタルデータに変換する機能を有することを特徴とする撮像装置である。
荷蓄積部の電位をリセットする第1のステップと、電荷蓄積部に電荷を蓄積する第2のス
テップと、電荷検出部の電位をリセットする第3のステップと、電荷蓄積部の電位を電荷
検出部に転送する第4のステップと、電荷検出部の電位に対応する信号を読み出し、当該
信号から電荷検出部の飽和の有無を判定する第5のステップと、を上記順序で行い、第5
のステップにおいて、電荷検出部が飽和していると判定された場合は、電荷蓄積部の電位
をリセットする第6のステップと、電荷蓄積部に電荷を蓄積する第7のステップと、電荷
検出部の容量を一時的に増加させ、電荷検出部の飽和を解消する第8のステップと、電荷
蓄積部の電位を電荷検出部に転送する第9のステップと、を上記順序で行い、第n+1フ
レーム期間における第1のステップおよび第2のステップと並行して、第nフレーム期間
における第9のステップの電荷検出部の電位に対応する信号を読み出し、第5のステップ
において、電荷検出部が飽和していないと判定された場合は、第n+1フレーム期間にお
ける第1のステップおよび第2のステップと並行して、第nフレーム期間における第4の
ステップの電荷検出部の電位に対応する信号を読み出すことを特徴とする撮像装置の動作
方法である。
1の容量素子と、第2の容量素子と、第3の容量素子と、を有する撮像装置であって、光
電変換素子の一方の電極は第1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、第1のトランジスタのソースまたはドレインの一方は第2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、第1のトランジスタのソースまたはドレ
インの他方は第3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、第
1のトランジスタのソースまたはドレインの他方は第4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、第1のトランジスタのソースまたはドレインの他方は
第5のトランジスタのゲート電極と電気的に接続され、第1のトランジスタのソースまた
はドレインの他方は第1の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第4のトランジス
タのソースまたはドレインの他方は第2の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第
5のトランジスタのソースまたはドレインの一方は第6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、第4のトランジスタのゲートには第7のトランジスタ
のソースまたはドレインの一方が電気的に接続され、第4のトランジスタのゲートには第
3の容量素子の一方の電極が電気的に接続され、第1のトランジスタ、第2のトランジス
タ、第3のトランジスタ、第4のトランジスタおよび第7のトランジスタは、チャネルが
形成される領域に酸化物半導体を有することを特徴とする撮像装置である。
Ce、NdまたはHf)と、を有することが好ましい。また、第5のトランジスタおよび
第6のトランジスタもチャネルが形成される領域に酸化物半導体を有していてもよい。
例えば、セレン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。
4の回路と、を有する撮像装置であって、画素は電荷蓄積部および電荷検出部を有し、電
荷検出部は第1の容量素子および第2の容量素子と電気的に接続され、画素は第1の回路
と電気的に接続され、第1の回路は第2の回路と電気的に接続され、第2の回路は第3の
回路と電気的に接続され、第2の回路は第4の回路と電気的に接続され、第3の回路は画
素と電気的に接続され、画素は第1の撮像データまたは第2の撮像データを取得する機能
を有し、画素は第1の撮像データまたは第2の撮像データを電荷蓄積部に蓄積する機能を
有し、画素は電荷蓄積部に蓄積した第1の撮像データまたは第2の撮像データを電荷検出
部に転送する機能を有し、第1の回路は、第2の撮像データに対応する電位と、電荷検出
部のリセット電位に対応する電位との差分の絶対値を基準電位に対して加算または減算し
た信号を出力する機能を有し、第2の回路は、第1の撮像データによる電荷検出部の飽和
の有無を判定する機能を有し、第3の回路は、判定により電荷検出部が飽和していないと
き、電荷検出部と前記第2の容量素子の一方の電極とを導通させない信号を画素に出力す
る機能を有し、第3の回路は、判定により電荷検出部が飽和しているとき、電荷検出部と
前記第2の容量素子の一方の電極とを導通させる信号を前記画素に出力する機能を有し、
画素は、判定の後に第2の撮像データを電荷蓄積部から電荷検出部に転送する機能を有し
、第2の回路および第4の回路は、第1の回路が出力する信号をデジタルデータに変換す
る機能を有することを特徴とする撮像装置である。
荷蓄積部の電位をリセットする第1のステップと、電荷蓄積部に電荷を蓄積する第2のス
テップと、電荷検出部の電位をリセットする第3のステップと、電荷蓄積部の電位を電荷
検出部に転送する第4のステップと、電荷検出部の電位に対応する信号を読み出し、当該
信号から電荷検出部の飽和の有無を判定する第5のステップと、を上記順序で行い、第5
のステップにおいて、電荷検出部が飽和していると判定された場合は、電荷検出部の容量
を増加させる第6のステップと、電荷検出部の電位をリセットする第7のステップと、を
上記順序で行い、第5のステップにおいて、電荷検出部が飽和していないと判定された場
合は、第7のステップを行い、第5のステップ乃至前記第7のステップと並行して、電荷
蓄積部の電位をリセットする第8のステップと、電荷蓄積部に電荷を蓄積する第9のステ
ップと、を上記順序で行い、電荷蓄積部の電位を電荷検出部に転送する第10のステップ
を行い、第n+1フレーム期間における第1のステップおよび第2のステップと並行して
、第nフレーム期間における第10のステップの電荷検出部の電位に対応する信号を読み
出すことを特徴とする撮像装置の動作方法である。
撮像装置を提供することができる。または、1回目の撮像後に画素の感度を変更し、2回
目の撮像を行う撮像装置を提供することができる。または、低消費電力の撮像装置を提供
することができる。または、露光期間中に前フレームのデータの読み出しを行う撮像装置
を提供することができる。または、ノイズの少ない画像を撮像することができる撮像装置
を提供することができる。または、高速動作に適した撮像装置を提供することができる。
または、解像度の高い撮像装置を提供することができる。または、集積度の高い撮像装置
を提供することができる。または、低照度下で撮像することができる撮像装置を提供する
ことができる。または、広い温度範囲において使用可能な撮像装置を提供することができ
る。または、高開口率の撮像装置を提供することができる。または、信頼性の高い撮像装
置を提供することができる。または、新規な撮像装置などを提供することができる。また
は、上記撮像装置の動作方法を提供することができる。または、新規な半導体装置などを
提供することができる。
様は、場合によっては、または、状況に応じて、これらの効果以外の効果を有する場合も
ある。または、例えば、本発明の一態様は、場合によっては、または、状況に応じて、こ
れらの効果を有さない場合もある。
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。
順を示すものではない。そのため、例えば、「第1の」を「第2の」または「第3の」な
どと適宜置き換えて説明することができる。また、本明細書などに記載されている序数詞
と、本発明の一態様を特定するために用いられる序数詞は一致しない場合がある。
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。
、など)であるとする。
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。
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。
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(D/A変換回路、A/D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。
が電気的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子又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との間に別の素子又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。
さず)、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)が、Z
2を介して(又は介さず)、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
(又は第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(又は第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。
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(又は第
1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第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(又は第
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(又は第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(又は第1の端子など)、トラ
ンジスタのドレイン(又は第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(又は第1の端子な
ど)とドレイン(又は第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(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第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(又は第1の端子など)と、ドレイン(又は第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。
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(又は第1の端子など)とトランジスタのドレイン(又は第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(又は第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(又は第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
(又は第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(又は第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(又は第1の端子など)からトランジスタのドレイン(又は第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(又は第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
(又は第2の端子など)からトランジスタのソース(又は第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(又は第1の端子
など)と、ドレイン(又は第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。
、Y、Z1、Z2は、対象物(例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、
層、など)であるとする。
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も機能する場合は、一の導電膜が、配線の機能、及び
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、一の導電膜が、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。
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。
さによって大きさが決定される。したがって、「接地」「GND」「グラウンド」などと
記載されている場合であっても、必ずしも、電位が0ボルトであるとは限らないものとす
る。例えば、回路で最も低い電位を基準として、「接地」や「GND」を定義する場合も
ある。または、回路で中間くらいの電位を基準として、「接地」や「GND」を定義する
場合もある。その場合には、その電位を基準として、正の電位と負の電位が規定されるこ
ととなる。
本実施の形態では、本発明の一態様である撮像装置について、図面を参照して説明する。
果に応じて動作モードを変更することができる撮像装置の回路構成および動作方法である
。まず、第1の撮像データを取得し、電荷検出部が飽和していない場合は第1の撮像デー
タをそのまま読み出す。電荷検出部が飽和している場合は電荷検出部の飽和を解消し、第
2の撮像データの取得および読み出しを行う。第1の撮像データは低照度に対応した画像
データに相当し、第2の撮像データは高照度に対応した画像データに相当する。
ンジの画像を取得することができる。また、高照度を含む環境下での撮像においても明部
の階調を維持することができ、広ダイナミックレンジの画像を取得することができる。
おいてはトランジスタがn−ch型である場合の例を示すが、本発明の一態様はこれに限
定されず、一部のトランジスタをp−ch型トランジスタに置き換えてもよい。
ドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ41のソースまたはドレインの一方
は、トランジスタ42のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジス
タ41のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ43のソースまたはドレインの一
方と電気的に接続される。トランジスタ41のソースまたはドレインの他方は、トランジ
スタ44のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ41のソー
スまたはドレインの他方は、トランジスタ45のゲートと電気的に接続される。トランジ
スタ41のソースまたはドレインの他方は、容量素子C1の一方の電極と電気的に接続さ
れる。トランジスタ44のソースまたはドレインの他方は、容量素子C2の一方の電極と
電気的に接続される。トランジスタ45のソースまたはドレインの一方は、トランジスタ
46のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。
方およびトランジスタ42のソースまたはドレインの一方が接続されるノードANを電荷
蓄積部とする。また、トランジスタ41のソースまたはドレインの他方、トランジスタ4
3のソースまたはドレインの一方、トランジスタ44のソースまたはドレインの一方、ト
ランジスタ45のゲートおよび容量素子C1の一方の電極が接続されるノードFDを電荷
検出部とする。
スタ42のソースまたはドレインの他方およびトランジスタ43のソースまたはドレイン
の他方は、配線72(VRS)に電気的に接続される。容量素子C1の他方の電極および
容量素子C2の他方の電極は、配線73(VSS)に電気的に接続される。トランジスタ
45のソースまたはドレインの他方は、配線74(VPI)に電気的に接続される。トラ
ンジスタ46のソースまたはドレインの他方は、配線91(OUT1)に電気的に接続さ
れる。
接続される配線を共有する例を示しているが、それぞれが異なる配線と電気的に接続して
もよい。
I)は、電源線としての機能を有することができる。例えば、配線71(VPD)および
配線73(VSS)は、低電位電源線として機能させることができる。配線72(VRS
)および配線74(VPI)は、高電位電源線として機能させることができる。
2のゲートは、配線62(GWRS)と電気的に接続される。トランジスタ43のゲート
は、配線63(RS)と電気的に接続される。トランジスタ44のゲートは、配線64(
CN)と電気的に接続される。トランジスタ46のゲートは、配線65(SE)と電気的
に接続される。
配線65(SE)は、それぞれが接続されるトランジスタの導通を制御する信号線として
機能させることができる。なお、配線63(RS)および配線65(SE)は、行毎に制
御することができる。
て機能させることができる。トランジスタ42は、ノードANの電位をリセットするため
のトランジスタとして機能させることができる。トランジスタ43は、ノードFDの電位
をリセットするためのトランジスタとして機能させることができる。トランジスタ44は
、ノードFDと容量素子C2との電気的な接続を制御し、ノードFDに蓄積した電子を分
割するためのトランジスタとして機能させることができる。トランジスタ45は、ノード
FDの電位に応じた出力を行うためのトランジスタとして機能させることができる。トラ
ンジスタ46は、画素10を選択するためのトランジスタとして機能させることができる
。
容量素子、または一部の配線等が含まれない場合もある。または、上述した構成に含まれ
ない回路、トランジスタ、容量素子、配線等が含まれる場合もある。また、一部の配線の
接続形態が上述した構成とは異なる場合もある。
クス状に配列された画素10を有する画素アレイ11と、画素10を駆動する機能を有す
る回路12(ロードライバ)と、画素10の出力信号に対してCDS(Correlat
ed Double Sampling)動作を行うための回路13(CDS回路)と、
ノードFDの飽和の有無を判定する機能および回路13から出力されたアナログデータを
デジタルデータに変換する機能を有する回路14(A/D変換回路等)と、回路14で変
換されたデータを選択して読み出す機能を有する回路15(カラムドライバ)と、ノード
FDの飽和の有無に従って画素の動作モードを変更する回路16(画素制御回路)と、を
有する。なお、回路13を設けない構成とすることもできる。
ブロック図である。回路13は、トランジスタ51、トランジスタ52、トランジスタ5
3、容量素子C3および容量素子C4を有する構成とすることができる。また、回路14
はコンパレータ回路17、判定出力回路18およびカウンター回路19を有する構成とす
ることができる。
ドレインの一方に配線91(OUT1)が電気的に接続され、ソースまたはドレインの他
方には電源線が接続される。当該電源線は、例えば低電位電源線とすることができる。ま
た、トランジスタ54のゲートには常時バイアス電圧が印加されている状態とする。
のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ51のソースまたは
ドレインの一方は容量素子C3の一方の電極と電気的に接続される。トランジスタ52の
ソースまたはドレインの他方はトランジスタ53のソースまたはドレインの一方と電気的
に接続される。トランジスタ52のソースまたはドレインの他方は容量素子C4の一方の
電極と電気的に接続される。トランジスタ52のソースまたはドレインの他方は、配線9
2(OUT2)と電気的に接続される。トランジスタ53のソースまたはドレインの他方
および容量素子C3の他方の電極は、配線91(OUT1)と電気的に接続される。トラ
ンジスタ51のソースまたはドレインの他方は、例えば基準電位が供給される高電位電源
線(CDSVDD)と電気的に接続される。容量素子C4の他方の電極は、例えば低電位
電源線(CDSVSS)と電気的に接続される。
ジスタ51およびトランジスタ52を導通させる。次に、画素10から配線91(OUT
1)に撮像データの電位を出力し、配線92(OUT2)に基準電位(CDSVDD)を
保持する。その後、トランジスタ51を非導通として画素10から配線91(OUT1)
にリセット電位(ここでは撮像データの電位よりも高い電位、例えばVDD電位とする)
を出力する。このとき、配線92(OUT2)は、撮像データの電位とリセット電位の差
分の絶対値を基準電位(CDSVDD)に加算した電位となる。したがって、基準電位(
CDSVDD)に正味の撮像データの電位を加算した、ノイズの少ない電位信号を回路1
4に供給することができる。
場合、配線92(OUT2)は撮像データの電位とリセット電位の差分の絶対値を基準電
位(CDSVDD)から減算した電位となる。
T1)の信号を配線92(OUT2)に直接出力することができる。
準電位(REF)とが比較される。コンパレータ回路17には、配線92(OUT2)を
介して第1の撮像データまたは第2の撮像データに対応する信号電位が入力される。ここ
で、第1の撮像データは1回目の露光データであり、画素10のノードFDの飽和の有無
を判定するためのデータである。また、第2の撮像データは、当該判定に従って取得する
2回目の露光データである。
結果を出力する。判定出力回路18は、出力のタイミングを調整してコンパレータ回路1
7から出力されるノイズを除去する機能を有する。
か否かの判定を行う。このとき、コンパレータ回路17に入力される基準電位(REF)
はノードFDの飽和時に相当する一定の電位であり、当該電位と第1の撮像データに対応
する信号電位とを比較することによって、飽和の有無を判定する。なお、本実施の形態で
は、第1の撮像データに対応する信号電位は回路13をバイパスしてコンパレータ回路1
7に入力する構成とするが、回路13をバイパスしないでコンパレータ回路17に入力し
てもよい。
取得しない信号を回路16に出力する。したがって、第1の撮像データに対応する信号電
位が回路13を介してコンパレータ回路17に入力される。また、コンパレータ回路17
に入力される基準電位はランプ波であり、第1の撮像データに対応する信号電位と比較し
た結果をカウンター回路19に出力する。そして、カウンター回路19は、配線94(O
UT4)に第1の撮像データに対応するデジタルデータを出力する。
得する信号を回路16に出力する。また、回路16は画素10に第2の撮像データを取得
する信号を出力する。第2の撮像データに対応する信号電位は回路13を介してコンパレ
ータ回路17に入力される。また、コンパレータ回路17に入力される基準電位はランプ
波であり、第2の撮像データに対応する信号電位と比較した結果をカウンター回路19に
出力する。そして、カウンター回路19は、配線94(OUT4)に第2の撮像データに
対応するデジタルデータを出力する。
入力端子(IN)にはコンパレータ回路17の出力端子が電気的に接続される。また、当
該回路の出力端子(OUT)には配線93(OUT3)が電気的に接続される。判定出力
回路18は選択された行毎にJRES信号によってリセットされた後、コンパレータ回路
17の判定結果を回路16に出力する。
(IN)には配線93(OUT3)が電気的に接続される。また、当該回路の出力端子(
OUT)は二系統あり、一方は配線61(TX)と電気的に接続され、他方は配線64(
CN)と電気的に接続される。当該回路から配線61(TX)には、端子TX1または端
子TX2に入力される一方の信号が出力される。また、当該回路から配線64(CN)に
は、端子CN1または端子CN2に入力される一方の信号が出力される。なお、端子GC
Nに制御信号を入力し、配線61(TX)および配線64(CN)から出力される信号を
固定することもできる。なお、回路16はラッチ機能を有するため、ノードFDが飽和し
ていると判定された場合に判定出力回路18から出力された信号は回路16に保持される
。したがって、最終行まで判定を繰り返しても当該信号は保持される。
に示すRCK1/2およびRCKB1/2は回路12(ロードライバ)に入力されるクロ
ック信号および反転クロック信号、JRESは図3(A)の回路に入力される信号、GR
ESおよびJENBは図3(B)の回路に入力される信号、EN_CDSは回路13のト
ランジスタ53のゲートに入力される信号、SE[1]は1行目の画素10の配線65に
入力される信号、SE[N]は最終行の画素10の配線65に入力される信号である。
第nフレームにおいて、期間401は第n−1フレームのデータを読み出す期間、期間4
02は前述した第1の撮像データを読み出して判定を行う期間であり、期間400はロー
ドライバが動作しない期間である。また、第n+1フレームにおける期間403は第nフ
レームのデータを読み出す期間である。
示す画素10の動作について説明する。本発明の一態様の撮像装置はグローバルシャッタ
方式で動作し、1フレーム内の動作は第1の撮像データの取得、第1の撮像データの判定
、第2の撮像データの取得、前フレームの撮像データの読み出しに大別される。なお、第
1の撮像データの取得および前フレームの撮像データの読み出しは並行して行われる。
D)および配線73(VSS)は低電位(”L”)、配線72(VRS)および配線74
(VPI)は高電位(”H”)とする。
定の画素10における配線63(RS)の電位、RS[N]は最終行の特定の画素10に
おける配線63(RS)の電位、CNは配線64(CN)の電位、TXは配線61(TX
)の電位、AN[1]は1行目の特定の画素10におけるノードANの電位、AN[N]
は最終行の特定の画素10におけるノードANの電位、FD[1]は1行目の特定の画素
10におけるノードFDの電位、FD[N]は最終行の特定の画素10におけるノードF
Dの電位である。
て説明する。
ミックレンジの画像が得られる。一方で、露光時間が相対的に長いため、高照度環境では
ノードFDが飽和する。なお、図6のタイミングチャートでは、第1の撮像データの判定
においてノードFDが飽和している場合の動作を示している。
(配線72(VRS)の電位)となる(S1)。
める(露光1回目、S2)。
リセットされて、”H”(配線72(VRS)の電位)となる(S3)。このとき、ノー
ドFDには容量素子C2がトランジスタ44を介して電気的に接続される。
ードFDと容量素子C2の電気的な接続は切断され、容量素子C2にリセット時のノード
FDの電位が保持される。また、ノードANの電位がノードFDに転送され、ノードFD
の電位が低下し始める(S4)。
1の撮像データの取得動作である。
なり、第n−1フレームで確定した撮像データが読み出される(S10’)。つまり、上
記第nフレームの第1の撮像データの取得動作と、第n−1フレームで確定した撮像デー
タの読み出しは並行して行われる。このように撮像データを次フレームで読み出すことで
、グローバルシャッタ方式においても露光などに割り当てる時間を長くすることができる
。したがって、低照度下においても広ダイナミックレンジ、低ノイズの画像を取得するこ
とができる。
は回路13におけるトランジスタ52のゲートに供給される電位、CLは回路13におけ
るトランジスタ51のゲートに供給される電位、REF(RAMP)はコンパレータ回路
17に供給される基準電位、OUT2は配線92(OUT2)の電位、COMP_OUT
はコンパレータ回路17の出力端子の電位である。
、ノードFDがリセットされるが、これは図7(A)に示す回路13の動作にともなう動
作である。
毎に第1の撮像データが読み出され、有効な画素全てについてノードFDの飽和の有無が
判定される(S5)。
グチャートである。第1の撮像データの読み出し期間中はEN_CDSを”H”、CLを
”H”とし、画素10から出力される信号は回路13をバイパスさせてコンパレータ回路
17に入力する。REF(CONST)の電位は一定とし、ノードFDが飽和していると
きに配線91(OUT1)に出力される電位よりもわずかに大きい値とする。このように
動作させることで、コンパレータ回路17の出力によってノードFDの飽和の有無を判断
することができる。なお、図7(B)では選択された特定の画素10のノードFDが飽和
しているときの状態を示しており、コンパレータ回路17の出力端子からは”L”が出力
される。なお、EN_CDSを”L”として回路13をバイパスしないで第1の撮像デー
タを読み出してもよい。このとき、コンパレータ回路17の出力端子からは”H”が出力
される。
部には出力されない。したがって、外部出力に必要な回路15(カラムドライバ)などの
出力回路の動作を停止させてもよい。
、各列の判定出力回路18の出力端子は全て配線93(OUT3)に接続されているため
、全ての画素10のうち一つでもノードFDが飽和していると判断された場合、回路16
は指定された時刻にCNを”H”、TXを”H”とする動作を行い、第2の撮像データを
取得するモードに切り替わる。ここまでが第1の撮像データの判定および当該判定結果に
ともなう動作である。
は露光時間が相対的に短く、高照度環境において広ダイナミックレンジの画像が得られる
。
データを取得する露光動作は行っていてもよい。例えば、図6に示すように、時刻T7に
おいてGWRSを”H”とし、AN[1:N]をリセットする(S6)。そして、時刻T
8にGWRSを”L”、とし、時刻T10までに2回目の露光を行う(S7)。なお、2
回目の露光では、ノードFDが飽和することがないように1回目の露光よりも露光時間を
短くする。
ジスタ44を導通させてノードFDと容量素子C2を再度電気的に接続させる。
状態であるが、時刻T9においてノードFDのリセット時の電位を保持した容量素子C2
が電気的に接続されるため、蓄積電子が分割されてノードFDの電位は上昇する(S8)
。
ドANの電位がノードFDに転送される(S9)。
第2の撮像データの取得動作である。また、当該第2の撮像データは、第n+1のフレー
ムにおいて第nフレームの撮像データとして読み出される(S10)。
ャートである。全ての画素10のノードFDが飽和していない場合、回路16はCNおよ
びTXを”H”とする動作を行わない。すなわち、第2の撮像データを取得するモードに
切り替わらない。したがって、第1の撮像データとして取得したデータがそのまま読み出
される。なお、ノードFDの飽和がないと判定された場合、時刻T7乃至T8におけるG
WRSを”H”とする動作を無効とし、2回目の露光を行わない動作としてもよい。
。したがって、全ての画素10のうち一つでもノードFDが飽和していると判断された場
合、第2の撮像データを取得するモードに切り替わるため、全ての画素10で第2の撮像
データが取得される。
暗が混在した視野の撮像においても、明部の階調を維持することができる。すなわち、広
ダイナミックレンジの画像を取得することができる。また、低照度下においてもノイズが
少なく、階調が維持された広ダイナミックレンジの画像を取得することができる。
の接続される向きが図1に示す画素10と異なる。図9に示す画素10は、図11のタイ
ミングチャート(第2の撮像データの取得あり)または図12のタイミングチャート(第
2の撮像データの取得なし)に従って動作させることができる。このとき、配線71(V
PD)および配線74(VPI)は高電位(”H”)、配線72(VRS)、配線73(
VSS)は低電位(”L”)とする。
いとノードANおよびノードFDの電子は不足状態となる。したがって、前述した図1に
示す画素10の動作の説明とは逆になるようにノードANおよびノードFDの電位は変化
する。
ンジスタ42を設けない構成である。当該構成では、配線71(VPD)の電位を高電位
とすることによりノードANの電位をリセットすることができる。図10(B)はトラン
ジスタ45のソースまたはドレインの一方が配線91(OUT)に接続する構成である。
スタ41乃至トランジスタ46にバックゲートを設けた構成であってもよい。図13(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
。図13(A)では、一例としてバックゲートが低電位を供給する配線71(VPD)、
配線73(VSS)または配線75(VSS2)と接続する例を示しているが、いずれか
一つの配線に接続する構成であってもよい。また、図13(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、かつオフ電流を減少
させることができる。また、所望のトランジスタが適切な電気特性を有するように、図1
3(A)および図13(B)の構成などを組み合わせた構成としてもよい。なお、バック
ゲートが設けられないトランジスタがあってもよい。また、図9、図10(A)、(B)
、および13(A)、(B)の構成は、必要に応じて組み合わせることができる。
共用する形態としてもよい。図14では垂直方向の複数の画素でトランジスタ43乃至ト
ランジスタ46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。
示しているが、2画素、3画素または5画素以上で共用される形態であってもよい。なお
、当該構成と図9、図10(A)、(B)、および図13(A)、(B)の構成は任意に
組み合すことができる。
基板35との積層構造とすることができる。例えば、図15(A)を画素アレイ11の上
面図、図15(B)を基板35の上面図としたとき、図15(C)の正面図に示すような
画素アレイ11と基板35との積層構成とすることができる。当該構成とすることで、そ
れぞれの要素に適したトランジスタを用いることができ、かつ撮像装置の面積を小さくす
ることができる。なお、図15(B)における回路のレイアウトは一例であり、他のレイ
アウトであってもよい。
を用いたトランジスタ(以下、Siトランジスタ)を用いて作製することが好ましい。例
えば、基板35をシリコン基板とし、当該シリコン基板に上記回路を形成することができ
る。また、画素アレイ11は、酸化物半導体を用いたトランジスタ(以下、OSトランジ
スタ)を用いて作製することが好ましい。なお、回路12乃至回路16を構成する一部の
トランジスタを画素アレイ11と同じ面上に設けてもよい。
(A)に示す断面図は、図1に示す画素10における光電変換素子PD、トランジスタ4
1、トランジスタ43および容量素子C1の具体的な接続形態の一例を示している。なお
、図16(A)にはトランジスタ42、トランジスタ44、トランジスタ45、トランジ
スタ46および容量素子C2は図示されていない。トランジスタ41乃至トランジスタ4
6および容量素子C1、C2は層1100、光電変換素子PDは層1200に設けること
ができる。
1)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、配線と電極が導電体81を介して接続
される形態は一例であり、電極が配線と直接接続される場合もある。
絶縁層83等が設けられる。例えば、絶縁層82および絶縁層83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82および絶縁層83等の
上面は、必要に応じてCMP(Chemical Mechanical Polish
ing)法等で平坦化処理を行うことが好ましい。
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。
OSトランジスタを用いることが好ましい。OSトランジスタは極めて低いオフ電流特性
を有するため、撮像のダイナミックレンジを拡大することができる。図1に示す画素10
の回路構成では、光電変換素子PDに入射される光の強度が大きいときにノードANおよ
びノードFDの電位が小さくなる。酸化物半導体を用いたトランジスタは極めてオフ電流
が低いため、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。
の低いオフ電流特性によってノードANおよびノードFD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
で同時に電荷の蓄積動作を行うグローバルシャッタ方式を適用することができる。なお、
本発明の一態様の撮像装置は、ローリングシャッタ方式で動作させることもできる。
(A)、(B)、(C)において、”E”は露光動作が行える期間、”R”は読み出し動
作が行える期間を意味する。また、nは任意のn番目(nは2以上の自然数)のフレーム
である第nフレームを意味する。また、n−1は第nフレームの一つ前のフレーム、n+
1は第nフレームの一つ後のフレームを意味する。また、Line[1]は画素アレイ1
1の1行目、Line[M]は画素アレイ11のM行目(図17においてMは4以上の自
然数)を意味する。
ャッタ方式は、行毎に露光とデータの読み出しを順次行う動作方法である。全画素におい
て撮像の同時性がないため、動体の撮像においては画像に歪が生じる。
バルシャッタ方式は、全画素で同時に露光を行い、その後行毎にデータを読み出す動作方
法である。したがって、動体の撮像であっても歪のない画像を得ることができる。
該動作方法では、第nフレームで全画素の同時露光を行い、第n+1フレームにおいて第
nフレームで取得したデータの読み出しを行う。したがって、1フレーム期間内に同一フ
レームの露光と読み出しを行わないため、従来のグローバルシャッタ方式のように読み出
し時間の増大によって、露光時間が制限されることはない。したがって、露光時間を長く
することができる。
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。
セレン系材料を光電変換層とした光電変換素子では、アバランシェ増倍を利用するために
比較的高い電圧(例えば、10V以上)を印加して動作させることが好ましい。したがっ
て、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、信頼性の高い撮像装置とすることができる。
図16(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16
(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41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、当該バックゲート有無に関
する形態は、本実施の形態で説明する他の画素の構成にも適用することができる。
図16(A)では、セレン系材料を光電変換層561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PDは、可視光に対する外部量子効率が高い特性を有する
。また、セレン系材料は光吸収係数が高いため、光電変換層561を薄くしやすい利点を
有する。セレン系材料を用いた光電変換素子PDでは、アバランシェ倍増により増幅が大
きい高感度のセンサとすることができる。つまり、セレン系材料を光電変換層561に用
いることで、画素面積が縮小しても十分な光電流を得ることができる。したがって、セレ
ン系材料を用いた光電変換素子PDは、低照度環境における撮像にも適しているといえる
。
ンは、例えば、非晶質セレンを成膜後に熱処理することで得ることができる。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。
ように受光面側に正孔注入阻止層568として酸化ガリウム、酸化セリウムまたはIn−
Ga−Zn酸化物などを設けてもよい。または、図18(B)に示すように、電極566
側に電子注入阻止層569として酸化ニッケルまたは硫化アンチモンなどを設けてもよい
。または、図18(C)に示すように、正孔注入阻止層568および電子注入阻止層56
9を設ける構成としてもよい。なお、図1および図9に示すように、画素10では光電変
換素子PDの接続の向きが異なる構成とすることができる。したがって、図18(A)乃
至図18(C)に示す正孔注入阻止層568および電子注入阻止層569を入れ替える構
成であってもよい。
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増倍を利用する
光電変換素子を形成することができる。
6と透光性導電層562との間に光電変換層561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。
(A)に示すように配線88を介して両者が接する構成としてもよい。また、図16(A
)では光電変換層561および透光性導電層562を画素回路間で分離しない構成として
いるが、図19(B)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
おいては、電極566を有さない領域には絶縁体で隔壁567を設け、光電変換層561
および透光性導電層562に亀裂が入らないようにすることが好ましいが、図19(C)
、(D)に示すように隔壁567を設けない構成としてもよい。
うに、電極566を導電層566aおよび導電層566bの二層とし、配線71を導電層
71aおよび導電層71bの二層とすることができる。図20(A)の構成においては、
例えば、導電層566aおよび導電層71aを低抵抗の金属等を選択して形成し、導電層
566bおよび導電層71bを光電変換層561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PD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562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71aに用いた場合でも導電層71bを介す
ることによって電蝕を防止することができる。
ることができる。また、導電層566aおよび導電層71a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。
88を介して接続してもよい。また、絶縁層82等が多層である構成であってもよい。例
えば、図20(B)に示すように、絶縁層82が絶縁層82aおよび絶縁層82bを有し
、かつ絶縁層82aと絶縁層82bとのエッチングレート等が異なる場合は、導電体81
は段差を有するようになる。層間絶縁膜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81は段差を有するようになる。ここでは絶縁層82が2層であ
る例を示したが、絶縁層82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。
壁567は、トランジスタ等に対する遮光、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。
型ダイオード素子などを用いてもよい。
。当該フォトダイオードは、n型の半導体層565、i型の半導体層564、およびp型
の半導体層563が順に積層された構成を有している。i型の半導体層564には非晶質
シリコンを用いることが好ましい。また、p型の半導体層563およびn型の半導体層5
65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。
ランジスタ41と電気的な接続を有する電極566と接する構成となっている。また、ア
ノードとして作用するp型の半導体層563が配線88を介して配線71と電気的な接続
を有する。
接続形態を逆とすれば、図9に示す回路図に従った構成とすることができる。
を形成することが好ましい。p型の半導体層563を受光面とすることで、光電変換素子
PDの出力電流を高めることができる。
に光電変換素子PDおよび配線の接続形態は、図22(A)、(B)、(C)に示す例で
あってもよい。なお、光電変換素子PDの構成、光電変換素子PD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。
を設けた構成である。透光性導電層562は電極として作用し、光電変換素子PDの出力
電流を高めることができる。
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、グラフェンまた
は酸化グラフェン等を用いることができる。また、透光性導電層562は単層に限らず、
異なる膜の積層であっても良い。
続された構成である。なお、光電変換素子PDのp型の半導体層563と配線71が導電
体81および配線88を介して接続された構成とすることもできる。なお、図22(B)
においては、透光性導電層562を設けない構成とすることもできる。
部が設けられ、当該開口部を覆う透光性導電層562と配線71が電気的な接続を有する
構成である。
したフォトダイオードを用いることもできる。
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16(A)に示すように、光電変
換層561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
600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。
構成としてもよい。例えば、図24(A)に示すように、シリコン基板600に活性領域
を有するトランジスタ610およびトランジスタ620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。図24(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。
いるが、図25(A)に示すようにプレーナー型であってもよい。または、図25(B)
に示すように、シリコン薄膜の活性層650を有するトランジスタであってもよい。また
、活性層650は、多結晶シリコンやSOI(Silicon on Insulato
r)の単結晶シリコンとすることができる。
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)に回路図
で示す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610(n−c
h型)およびトランジスタ620(p−ch型)のゲートは電気的に接続される。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る。
回路12、回路13、回路14、回路15、回路16などに相当する。
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。
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80が設けられる。
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6
10およびトランジスタ620の信頼性を向上させる効果がある。一方、トランジスタ4
1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41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、シリコン系半導体材料を用い
たトランジスタを有する一方の層と、酸化物半導体を用いた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絶縁層80を設ける
ことが好ましい。絶縁層80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6
10およびトランジスタ620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41等の信頼性も向上させること
ができる。
、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)等を用いることができる。
えば駆動回路)と、トランジスタ41等と、光電変換素子PD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、画素10が有するトランジスタ45およびトランジス
タ46をSiトランジスタで形成し、トランジスタ41、トランジスタ42、トランジス
タ43、トランジスタ44、光電変換素子PD等と、重なる領域を有する構成とすること
もできる。
す撮像装置は図24(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。
し、層1100に設けるOSトランジスタであるトランジスタ610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600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。
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。
スタ41およびトランジスタ43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。
れた光電変換素子PD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600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660に形成する光電変換素子PDの実効的
な面積を大きくすることが容易になる。また、シリコン基板600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。
ジスタで回路を構成する形態であってもよい。このような構成とすることで、シリコン基
板660に形成する光電変換素子PD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600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。
形成されたOSトランジスタでCMOS回路を構成することができる。OSトランジスタ
は極めてオフ電流が低いため、静的なリーク電流が極めて少ないCMOS回路を構成する
ことができる。
一例である。したがって、例えば、トランジスタ41乃至トランジスタ46のいずれか、
または一つ以上を活性領域または活性層にシリコン等を有するトランジスタで構成するこ
ともできる。また、トランジスタ610およびトランジスタ620の両方または一方を活
性層に酸化物半導体層を有するトランジスタで構成することもできる。
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PD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。
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。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誘電体
膜を積層する構成とすることができる。
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。
る。
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。
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
。
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PDで
検知することにより画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。
て可視光や紫外光を発する物質を含む。例えば、Gd2O2S:Tb、Gd2O2S:P
r、Gd2O2S:Eu、BaFCl:Eu、NaI、CsI、CaF2、BaF2、C
eF3、LiF、LiI、ZnOを樹脂やセラミクスに分散させたものを用いることがで
きる。
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。
bおよびカラーフィルタ2530c上に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PDに照射されるようになる。また、図29(D)に示すように、光
学変換層2550上にマイクロレンズアレイ2540を設けてもよい。なお、図29(A
)、(B)、(C)、(D)に示す層1200以外の領域を層1600とする。
540等の具体的な積層構成を例示する図である。図30は、図24(A)に示す画素の
構成を用いた例である。また、図31は、図28に示す画素の構成を用いた例である。
いに重なる領域を有するように構成することができるため、撮像装置を小型化することが
できる。
1500を設けた構成としてもよい。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。
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。
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。
Xは、1mm以下、好ましくは100μm以下とすることができる。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。
。図32(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32(A2)は、図32(A1)中の二点鎖線X1−X2で示した部位の
断面図である。図32(A3)は、図32(A1)中の二点鎖線Y1−Y2で示した部位
の断面図である。
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32(B2)は、図
32(B1)中の二点鎖線X3−X4で示した部位の断面図である。図32(B3)は、
図32(B1)中の二点鎖線Y3−Y4で示した部位の断面図である。
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。
において、本発明の一態様について述べる。ただし、本発明の一態様は、これらに限定さ
れない。つまり、本実施の形態および他の実施の形態では、様々な発明の態様が記載され
ているため、本発明の一態様は、特定の態様に限定されない。例えば、本発明の一態様と
して、撮像装置に適用した場合の例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない
。場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様は、撮像装置に適用しなくて
もよい。例えば、本発明の一態様は、別の機能を有する半導体装置に適用してもよい。例
えば、本発明の一態様として、トランジスタのチャネル形成領域、ソースドレイン領域な
どが、酸化物半導体を有する場合の例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されな
い。場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様における様々なトランジス
タ、トランジスタのチャネル形成領域、または、トランジスタのソースドレイン領域など
は、様々な半導体を有していてもよい。場合によっては、または、状況に応じて、本発明
の一態様における様々なトランジスタ、トランジスタのチャネル形成領域、または、トラ
ンジスタのソースドレイン領域などは、例えば、シリコン、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、または、有機半導体などの少なくとも一つを有していてもよい。または例
えば、場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様における様々なトランジ
スタ、トランジスタのチャネル形成領域、または、トランジスタのソースドレイン領域な
どは、酸化物半導体を有していなくてもよい。
である。
本実施の形態では、実施の形態1とは異なる撮像装置について、図面を参照して説明する
。なお、実施の形態1で説明した撮像装置と共通する部分の詳細な説明は省略する。
果に応じて動作モードを変更することができる撮像装置の回路構成および動作方法である
。まず、第1の撮像データを取得し、電荷検出部が飽和していない場合は電荷検出部の容
量値を変更しない制御を行う。また、電荷検出部が飽和している場合は電荷検出部の容量
値を増加させる制御を行う。これらの制御を全ての画素について個々に行ったのち、第2
の撮像データの取得および読み出しを行う。電荷検出部の容量値を変更しないで取得した
第2の撮像データは低照度に対応したデータに相当する。また、電荷検出部の容量値を増
加して取得した第2の撮像データは高照度に対応したデータに相当する。
ンジの画像を取得することができる。また、高照度を含む環境下での撮像においても明部
の階調を維持することができ、広ダイナミックレンジの画像を取得することができる。
どにおいてはトランジスタがn−ch型である場合の例を示すが、本発明の一態様はこれ
に限定されず、一部のトランジスタをp−ch型トランジスタに置き換えてもよい。
はドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ741のソースまたはドレインの
一方は、トランジスタ742のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トラ
ンジスタ741のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ743のソースまたはド
レインの一方と電気的に接続される。トランジスタ741のソースまたはドレインの他方
は、トランジスタ744のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジ
スタ741のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ745のゲートと電気的に接
続される。トランジスタ741のソースまたはドレインの他方は、容量素子C71の一方
の電極と電気的に接続される。トランジスタ744のソースまたはドレインの他方は、容
量素子C72の一方の電極と電気的に接続される。トランジスタ745のソースまたはド
レインの一方は、トランジスタ746のソースまたはドレインの一方と電気的に接続され
る。トランジスタ744のゲートは、トランジスタ747のソースまたはドレインの一方
が電気的に接続される。トランジスタ744のゲートは、容量素子C73の一方の電極が
電気的に接続される。
一方およびトランジスタ742のソースまたはドレインの一方が接続されるノードANを
電荷蓄積部とする。また、トランジスタ741のソースまたはドレインの他方、トランジ
スタ743のソースまたはドレインの一方、トランジスタ744のソースまたはドレイン
の一方、トランジスタ745のゲートおよび容量素子C71の一方の電極が接続されるノ
ードFDを電荷検出部とする。また、トランジスタ744のゲート、トランジスタ747
のソースまたはドレインの一方および容量素子C73の一方の電極が接続されるノードC
Nを信号保持部とする。
ジスタ742のソースまたはドレインの他方およびトランジスタ743のソースまたはド
レインの他方は、配線772(VRS)に電気的に接続される。容量素子C1の他方の電
極、容量素子C72の他方の電極および容量素子C73の他方の電極は、配線773(V
SS)に電気的に接続される。トランジスタ745のソースまたはドレインの他方は、配
線774(VPI)に電気的に接続される。トランジスタ746のソースまたはドレイン
の他方は、配線791(OUT1)に電気的に接続される。
接続される配線を共有する例を示しているが、それぞれが異なる配線と電気的に接続して
もよい。
4(VPI)は、電源線としての機能を有することができる。例えば、配線771(VP
D)および配線773(VSS)は、低電位電源線として機能させることができる。配線
772(VRS)および配線774(VPI)は、高電位電源線として機能させることが
できる。
タ742のゲートは、配線762(GWRS)と電気的に接続される。トランジスタ74
3のゲートは、配線763(RS)と電気的に接続される。トランジスタ746のゲート
は、配線764(SE)と電気的に接続される。トランジスタ747のゲートは、配線7
65(SE2)と電気的に接続される。トランジスタ747のソースまたはドレインの他
方は、配線793(OUT3)と電気的に接続される。
)および配線765(SE2)は、それぞれが接続されるトランジスタの導通を制御する
信号線として機能させることができる。なお、配線763(RS)、配線764(SE)
および配線765(SE2)は、行毎に制御することができる。
して機能させることができる。トランジスタ742は、ノードANの電位をリセットする
ためのトランジスタとして機能させることができる。トランジスタ743は、ノードFD
の電位をリセットするためのトランジスタとして機能させることができる。トランジスタ
744は、ノードFDと容量素子C72との電気的な接続を制御するためのトランジスタ
として機能させることができる。トランジスタ745は、ノードFDの電位に応じた出力
を行うためのトランジスタとして機能させることができる。トランジスタ746は、画素
20を選択するためのトランジスタとして機能させることができる。トランジスタ747
は、ノードCNの電位を保持するためのトランジスタとして機能させることができる。
容量素子、または一部の配線等が含まれない場合もある。または、上述した構成に含まれ
ない回路、トランジスタ、容量素子、配線等が含まれる場合もある。また、一部の配線の
接続形態が上述した構成とは異なる場合もある。
リクス状に配列された画素20を有する画素アレイ21と、画素20を駆動する機能を有
する回路22(ロードライバ)と、画素20の出力信号に対してCDS(Correla
ted Double Sampling)動作を行うための回路23(CDS回路)と
、ノードFDの飽和の有無を判定する機能、当該判定結果に従って画素の動作モードを制
御する機能および回路23から出力されたアナログデータをデジタルデータに変換する機
能を有する回路24(A/D変換回路等)と、回路24で変換されたデータを選択して読
み出す機能を有する回路25(カラムドライバ)と、を有する。なお、回路23を設けな
い構成とすることもできる。
のブロック図である。回路23は、トランジスタ751、トランジスタ752、トランジ
スタ753、容量素子C74および容量素子C75を有する構成とすることができる。ま
た、回路24はコンパレータ回路27、判定出力回路28およびカウンター回路29を有
する構成とすることができる。
たはドレインの一方に配線791(OUT1)が電気的に接続され、ソースまたはドレイ
ンの他方には電源線が接続される。当該電源線は、例えば低電位電源線とすることができ
る。また、トランジスタ754のゲートには常時バイアス電圧が印加されている状態とす
る。
52のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ751のソース
またはドレインの一方は容量素子C74の一方の電極と電気的に接続される。トランジス
タ752のソースまたはドレインの他方はトランジスタ753のソースまたはドレインの
一方と電気的に接続される。トランジスタ752のソースまたはドレインの他方は容量素
子C75の一方の電極と電気的に接続される。トランジスタ752のソースまたはドレイ
ンの他方は、配線792(OUT2)と電気的に接続される。トランジスタ753のソー
スまたはドレインの他方および容量素子C74の他方の電極は、配線791(OUT1)
と電気的に接続される。トランジスタ751のソースまたはドレインの他方は、例えば基
準電位が供給される高電位電源線(CDSVDD)と電気的に接続される。容量素子C7
5の他方の電極は、例えば低電位電源線(CDSVSS)と電気的に接続される。
ンジスタ751およびトランジスタ752を導通させる。次に、画素20から配線791
(OUT1)に撮像データの電位を出力し、配線792(OUT2)に基準電位(CDS
VDD)を保持する。その後、トランジスタ751を非導通として画素20から配線79
1(OUT1)にリセット電位(ここでは撮像データの電位よりも高い電位、例えばVD
D電位とする)を出力する。このとき、配線792(OUT2)は、撮像データの電位と
リセット電位の差分の絶対値を基準電位(CDSVDD)に加算した電位となる。したが
って、基準電位(CDSVDD)に正味の撮像データの電位を加算した、ノイズの少ない
電位信号を回路24に供給することができる。
場合、配線792(OUT2)は撮像データの電位とリセット電位の差分の絶対値を基準
電位(CDSVDD)から減算した電位となる。
OUT1)の信号を配線792(OUT2)に直接出力することができる。
準電位(REF)とが比較される。コンパレータ回路27には、配線792(OUT2)
を介して第1の撮像データまたは第2の撮像データに対応する信号電位が入力される。こ
こで、第1の撮像データは1回目の露光データであり、画素20のノードFDの飽和の有
無を判定するためのデータである。また、第2の撮像データは、当該判定に従って取得す
る2回目の露光データである。
結果を出力する。判定出力回路28は、出力のタイミングを調整してコンパレータ回路2
7から出力されるノイズを除去する機能を有する。
か否かの判定を行う。このとき、コンパレータ回路27に入力される基準電位(REF)
はノードFDの飽和時に相当する一定の電位であり、当該電位と第1の撮像データに対応
する信号電位とを比較することによって、飽和の有無を判定する。なお、本実施の形態で
は、第1の撮像データに対応する信号電位は回路23をバイパスしてコンパレータ回路2
7に入力する構成とするが、回路23をバイパスしないでコンパレータ回路27に入力し
てもよい。
を変更しない信号を前記画素に出力する。具体的にはトランジスタ744が導通しない電
位を配線793(OUT3)に出力し、当該電位を画素20のノードCNに保持する。こ
のとき、ノードFDの容量値は変化しない。
増加させる信号を前記画素に出力する。具体的にはトランジスタ744が導通する電位を
配線793(OUT3)に出力し、当該電位を画素20のノードCNに保持する。このと
き、容量素子C72がノードFDと電気的に接続されるため、ノードFDの容量値は増加
する。
データを取得する。第2の撮像データに対応する信号電位は回路23を介してコンパレー
タ回路27に入力される。このとき、コンパレータ回路27に入力される基準電位(RE
F)はランプ波であり、第2の撮像データに対応する信号電位と比較した結果をカウンタ
ー回路29に出力する。そして、カウンター回路29は、配線794(OUT4)に第2
の撮像データに対応するデジタルデータを出力する。
端子(IN)にはコンパレータ回路27の出力端子が電気的に接続される。また、当該回
路の出力端子(OUT)には配線793(OUT3)が電気的に接続される。判定出力回
路28は選択された行毎にJRES信号によってリセットされた後、コンパレータ回路2
7の判定結果を配線793(OUT3)に出力する。なお、端子GCNに制御信号を入力
し、配線793(OUT3)に出力される信号を固定することもできる。
。図36に示すRCK1/2およびRCKB1/2は回路22(ロードライバ)に入力さ
れるクロック信号および反転クロック信号、JRESおよびJENBは図35の回路に入
力される信号、EN_CDSは回路23のトランジスタ753のゲートに入力される信号
、SE[1]は1行目の画素20の配線764に入力される信号、SE[N]は最終行の
画素20の配線764に入力される信号、SE2[1]は1行目の画素20の配線765
に入力される信号、SE2[N]は最終行の画素20の配線765に入力される信号であ
る。
第nフレームにおいて、期間401は第n−1フレームのデータを読み出す期間、期間4
02は前述した第1の撮像データを読み出して判定を行う期間であり、期間400はロー
ドライバが動作しない期間である。また、第n+1フレームにおける期間403は第nフ
レームのデータを読み出す期間である。
33に示す画素20の動作について説明する。本発明の一態様の撮像装置はグローバルシ
ャッタ方式で動作し、1フレーム内の動作は第1の撮像データの取得、第1の撮像データ
の判定、第2の撮像データの取得、前フレームの撮像データの読み出しに大別される。な
お、第1の撮像データの取得および前フレームの撮像データの読み出しは並行して行われ
る。
(VPD)および配線773(VSS)は低電位(”L”)、配線772(VRS)およ
び配線774(VPI)は高電位(”H”)とする。
の特定の画素20における配線763(RS)の電位、RS[N]は最終行の特定の画素
20における配線763(RS)の電位、CN[1]は1行目の特定の画素20における
ノードCNの電位、CN[N]は最終行の特定の画素20におけるノードCNの電位、T
Xは配線761(TX)の電位、AN[1]は1行目の特定の画素20におけるノードA
Nの電位、AN[N]は最終行の特定の画素20におけるノードANの電位、FD[1]
は1行目の特定の画素20におけるノードFDの電位、FD[N]は最終行の特定の画素
20におけるノードFDの電位である。
て説明する。
である。第1の撮像データの撮像モードでは、ノードFDに容量素子C71のみが接続さ
れる低容量値での撮像を行うため、高照度環境ではノードFDが飽和する。したがって、
ノードFDの飽和の有無を判定することで、撮像の対象の照度を見分けることができる。
なお、図38のタイミングチャートでは、第1の撮像データにおいて、1行目はノードF
Dが飽和していない場合の動作を示しており、N行目(最終行)はノードFDが飽和して
いる場合の動作を示している。
(配線772(VRS)の電位)となる(S1)。
める(露光1回目、S2)。
1:N]はリセットされて、”H”(配線772(VRS)の電位)となる(S3)。こ
のとき、ノードFDには容量素子C72がトランジスタ744を介して電気的に接続され
る。なお、CN[1:N]を”H”とするには、配線765(SE2)[1:N]を”H
”としてトランジスタ747を導通し、判定出力回路28の端子GCNの入力信号を”H
”とすればよい。
ンジスタ744が非導通となるため、ノードFDと容量素子C72との電気的な接続は切
断される。なお、CN[1:N]を”L”とするには、判定出力回路28をリセット状態
かつ端子GCNを”L”とすればよい。なお、時刻T4より後にSE2[1:N]を”L
”としてトランジスタ747を非導通とすれば、CN[1:N]は容量素子C73等によ
って保持される。
ドANの電位がノードFDに転送され、ノードFDの電位が低下し始める(S4)。
1の撮像データの取得動作である。
なり、第n−1フレームで確定した撮像データが読み出される(S10’)。つまり、上
記第nフレームの第1の撮像データの取得動作と、第n−1フレームで確定した撮像デー
タの読み出しは並行して行われる。このように撮像データを次フレームで読み出すことで
、グローバルシャッタ方式においても露光などに割り当てる時間を長くすることができる
。したがって、低照度下においても広ダイナミックレンジ、低ノイズの画像を取得するこ
とができる。
Hは回路23におけるトランジスタ752のゲートに供給される電位、CLは回路23に
おけるトランジスタ751のゲートに供給される電位、REF(RAMP)はコンパレー
タ回路27に供給される基準電位、OUT2は配線792(OUT2)の電位、COMP
_OUTはコンパレータ回路27の出力端子の電位である。
り、ノードFDがリセットされるが、これは図39(A)に示す回路23の動作にともな
う動作である。
毎に第1の撮像データが読み出され、有効な画素20すべてについてノードFDの飽和の
有無が判定される(S5)。
ングチャートである。第1の撮像データの読み出し期間中はEN_CDSを”H”、CL
を”H”とし、画素20から出力される信号は回路23をバイパスさせてコンパレータ回
路27に入力する。REF(CONST)の電位は一定とし、ノードFDが飽和している
ときに配線791(OUT1)に出力される電位よりもわずかに大きい値とする。このよ
うに動作させることで、コンパレータ回路27の出力によってノードFDの飽和の有無を
判断することができる。なお、図39(B)では選択された特定の画素20のノードFD
が飽和しているときの状態を示しており、コンパレータ回路27の出力端子からは”L”
が出力される。なお、EN_CDSを”L”として回路23をバイパスしないで第1の撮
像データを読み出してもよい。このとき、コンパレータ回路27の出力端子からは”H”
が出力される。
部には出力されない。したがって、外部出力に必要な回路25(カラムドライバ)などの
出力回路の動作を停止させてもよい。
出した画素20に出力される。ここで、画素20のノードCNに当該判定結果を入力する
ため、当該判定結果を出力するタイミングにあわせて同一行の配線765(SE2)を一
定期間”H”とする。
るため、トランジスタ744は導通しない。したがって、ノードFDに容量素子C71の
みが電気的に接続される形態となり、ノードFDの容量値は変化しない。すなわち、当該
画素20は、低照度での撮像に適した撮像モードに設定される。
ため、トランジスタ744は導通する。したがって、ノードFDに容量素子C71および
容量素子C72が電気的に接続される形態となり、ノードFDの容量値が増加する(S6
)。すなわち、当該画素20は、高照度での撮像に適した撮像モードに設定される。ここ
までが第1の撮像データの判定および当該判定結果にともなう動作である。
例えば、図38に示すように、時刻T7においてGWRSを”H”とし、AN[1:N]
をリセットする(S7)。そして、時刻T8にGWRSを”L”、とし、時刻T10まで
に2回目の露光を行う(S8)。なお、2回目の露光時間は1回目の露光時間と同じとす
ればよい。または、1回目の露光時間よりも短くしてもよい。
]はリセットされて、”H”(配線772(VRS)の電位)となる(S9)。
FDに転送される(S10)。
る。ここまでが第2の撮像データの取得動作である。また、当該第2の撮像データは、第
n+1のフレームにおいて第nフレームの撮像データとして読み出される(S11)。
、明暗が混在した視野の撮像においても、階調が維持された広ダイナミックレンジの画像
を取得することができる。
PDの接続される向きが図33に示す画素20と異なる。図40に示す画素20は、図4
2のタイミングチャートに従って動作させることができる。このとき、配線771(VP
D)および配線774(VPI)は高電位(”H”)、配線772(VRS)、配線77
3(VSS)は低電位(”L”)とする。
いとノードANおよびノードFDの電子は不足状態となる。したがって、前述した図33
に示す画素20の動作の説明とは逆になるようにノードANおよびノードFDの電位は変
化する。
ンジスタ742を設けない構成である。当該構成では、配線771(VPD)の電位を高
電位とすることによりノードANの電位をリセットすることができる。図41(B)はト
ランジスタ745のソースまたはドレインの一方が配線791(OUT)に接続する構成
である。
スタ741乃至トランジスタ747にバックゲートを設けた構成であってもよい。図43
(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。図43(A)では、一例としてバックゲートが低電位を供給する配線771(VP
D)、配線773(VSS)または配線775(VSS2)と接続する例を示しているが
、いずれか一つの配線に接続する構成であってもよい。また、図43(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、かつオフ
電流を減少させることができる。また、所望のトランジスタが適切な電気特性を有するよ
うに、図43(A)および図43(B)の構成などを組み合わせた構成としてもよい。な
お、バックゲートが設けられないトランジスタがあってもよい。また、図40、図41(
A)、(B)、および43(A)、(B)の構成は、必要に応じて組み合わせることがで
きる。
素で共用する形態としてもよい。図44では垂直方向の複数の画素でトランジスタ743
乃至トランジスタ747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。
を図示しているが、2画素、3画素または5画素以上で共用される形態あってもよい。な
お、当該構成と図40、図41(A)、(B)、および図43(A)、(B)の構成は任
意に組み合すことができる。
である。
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。
ある。図45(A)は上面図であり、図45(A)に示す一点鎖線B1−B2方向の断面
が図45(B)に相当する。また、図45(A)に示す一点鎖線B3−B4方向の断面が
図47(A)に相当する。また、一点鎖線B1−B2方向をチャネル長方向、一点鎖線B
3−B4方向をチャネル幅方向と呼称する。
物半導体層130と、酸化物半導体層130と電気的に接続する導電層140および導電
層150と、酸化物半導体層130、導電層140および導電層150と接する絶縁層1
60と、絶縁層160と接する導電層170と、導電層140、導電層150、絶縁層1
60および導電層170と接する絶縁層175と、絶縁層175と接する絶縁層180と
、を有する。また、必要に応じて絶縁層180に平坦化膜としての機能を付加してもよい
。
ゲート絶縁膜、導電層170はゲート電極層としてそれぞれ機能することができる。
33はチャネル形成領域として機能することができる。領域231および領域232は導
電層140および導電層150とそれぞれ接しており、導電層140および導電層150
として酸素と結合しやすい導電材料を用いれば領域231および領域232を低抵抗化す
ることができる。
酸化物半導体層130内に酸素欠損が生じ、当該酸素欠損と酸化物半導体層130内に残
留または外部から拡散する水素との相互作用により、領域231および領域232は低抵
抗のn型となる。
採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることが
ある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」という用語は、入れ替
えて用いることができるものとする。また、「電極層」は、「配線」と言い換えることも
できる。
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。
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。
い。図45(C)はトランジスタ102の上面図であり、図45(C)に示す一点鎖線C
1−C2方向の断面が図45(D)に相当する。また、図45(C)に示す一点鎖線C3
−C4方向の断面は、図47(B)に相当する。また、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。
として作用する導電層170の端部とを一致させない点を除き、トランジスタ101と同
様の構成を有する。トランジスタ102の構造は、導電層140および導電層150が絶
縁層160で広く覆われているため、導電層140および導電層150と導電層170と
の間の抵抗が高く、ゲートリーク電流の少ない特徴を有している。
電層150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130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。
い。図45(E)はトランジスタ103の上面図であり、図45(E)に示す一点鎖線D
1−D2方向の断面が図45(F)に相当する。また、図45(E)に示す一点鎖線D3
−D4方向の断面は、図47(A)に相当する。また、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。
物半導体層130と、酸化物半導体層130と接する絶縁層160と、絶縁層160と接
する導電層170と、酸化物半導体層130、絶縁層160および導電層170を覆う絶
縁層175と、絶縁層175と接する絶縁層180と、絶縁層175および絶縁層180
に設けられた開口部を通じて酸化物半導体層130と電気的に接続する導電層140およ
び導電層150を有する。また、必要に応じて絶縁層180、導電層140および導電層
150に接する絶縁層(平坦化膜)などを有していてもよい。
ゲート絶縁膜、導電層170はゲート電極層としてそれぞれ機能することができる。
33はチャネル形成領域として機能することができる。領域231および領域232は絶
縁層175と接しており、例えば絶縁層175として水素を含む絶縁材料を用いれば領域
231および領域232を低抵抗化することができる。
じる酸素欠損と、絶縁層175から領域231および領域232に拡散する水素との相互
作用により、領域231および領域232は低抵抗のn型となる。なお、水素を含む絶縁
材料としては、例えば窒化シリコンや窒化アルミニウムなどを用いることができる。
い。図46(A)はトランジスタ104の上面図であり、図46(A)に示す一点鎖線E
1−E2方向の断面が図46(B)に相当する。また、図46(A)に示す一点鎖線E3
−E4方向の断面は、図47(A)に相当する。また、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。
を覆うように接している点を除き、トランジスタ103と同様の構成を有する。
領域335はドレイン領域、領域333はチャネル形成領域として機能することができる
。
2と同様に低抵抗化することができる。
域232と同様に低抵抗化することができる。なお、チャネル長方向における領域334
および領域335の長さが100nm以下、好ましくは50nm以下の場合には、ゲート
電界の寄与によりオン電流は大きく低下しない。したがって、領域334および領域33
5の低抵抗化を行わない場合もある。
電層150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電極層とソース電極層およびドレイン電極層間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。
い。図46(C)はトランジスタ105の上面図であり、図46(C)に示す一点鎖線F
1−F2方向の断面が図46(D)に相当する。また、図46(C)に示す一点鎖線F3
−F4方向の断面は、図47(A)に相当する。また、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。
物半導体層130と、酸化物半導体層130と電気的に接続する導電層141および導電
層151と、酸化物半導体層130、導電層141、導電層151と接する絶縁層160
と、絶縁層160と接する導電層170と、酸化物半導体層130、導電層141、導電
層151、絶縁層160および導電層170と接する絶縁層175と、絶縁層175と接
する絶縁層180と、絶縁層175および絶縁層180に設けられた開口部を通じて導電
層141および導電層151とそれぞれ電気的に接続する導電層142および導電層15
2を有する。また、必要に応じて絶縁層180、導電層142および導電層152に接す
る絶縁層などを有していてもよい。
には接しない構成となっている。
び絶縁層180に設けられた開口部を有する点、ならびに当該開口部を通じて導電層14
1および導電層151とそれぞれ電気的に接続する導電層142および導電層152を有
する点を除き、トランジスタ101と同様の構成を有する。導電層140(導電層141
および導電層142)はソース電極層として作用させることができ、導電層150(導電
層151および導電層152)はドレイン電極層として作用させることができる。
い。図46(E)はトランジスタ106の上面図であり、図46(E)に示す一点鎖線G
1−G2方向の断面が図46(F)に相当する。また、図46(A)に示す一点鎖線G3
−G4方向の断面は、図47(A)に相当する。また、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。
物半導体層130と、酸化物半導体層130と電気的に接続する導電層141および導電
層151と、酸化物半導体層130と接する絶縁層160と、絶縁層160と接する導電
層170と、絶縁層120、酸化物半導体層130、導電層141、導電層151、絶縁
層160、導電層170と接する絶縁層175と、絶縁層175と接する絶縁層180と
、絶縁層175および絶縁層180に設けられた開口部を通じて導電層141および導電
層151とそれぞれ電気的に接続する導電層142および導電層152を有する。また、
必要に応じて絶縁層180、導電層142および導電層152に接する絶縁層(平坦化膜
)などを有していてもよい。
には接しない構成となっている。
タ103と同様の構成を有する。導電層140(導電層141および導電層142)はソ
ース電極層として作用させることができ、導電層150(導電層151および導電層15
2)はドレイン電極層として作用させることができる。
50が絶縁層120と接しない構成であるため、絶縁層120中の酸素が導電層140お
よび導電層150に奪われにくくなり、絶縁層120から酸化物半導体層130中への酸
素の供給を容易とすることができる。
ランジスタ106における領域334および領域335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。
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。
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。
いると推定される。このため、酸化物導電体層とソース電極層およびドレイン電極層とし
て機能す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電極層およ
びドレイン電極層として機能する導電層との接触抵抗を低減することができる。
)、(F)に示すチャネル長方向の断面図、ならびに図47(C)、(D)に示すチャネ
ル幅方向の断面図のように、酸化物半導体層130と基板115との間に導電層173を
備えていてもよい。当該導電層を第2のゲート電極層(バックゲート)として用いること
で、オン電流の増加や、しきい値電圧の制御を行うことができる。なお、図48(A)、
(B)、(C)、(D)、(E)、(F)に示す断面図において、導電層173の幅を酸
化物半導体層130よりも短くしてもよい。さらに、導電層173の幅を導電層170の
幅よりも短くしてもよい。
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170とは異なる定電位を導電層173に供給すればよい。導電層170と導電層1
73を同電位とするには、例えば、図47(D)に示すように、導電層170と導電層1
73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。
化物半導体層130が単層である例を図示したが、酸化物半導体層130は積層であって
もよい。トランジスタ101乃至トランジスタ106の酸化物半導体層130は、図49
(B)、(C)または図49(D)、(E)に示す酸化物半導体層130と入れ替えるこ
とができる。
造である酸化物半導体層130の断面図である。また、図49(D)、(E)は、三層構
造である酸化物半導体層130の断面図である。
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。
い。図50(A)はトランジスタ107の上面図であり、図50(A)に示す一点鎖線H
1−H2方向の断面が図50(B)に相当する。また、図50(A)に示す一点鎖線H3
−H4方向の断面が図52(A)に相当する。また、一点鎖線H1−H2方向をチャネル
長方向、一点鎖線H3−H4方向をチャネル幅方向と呼称する。
物半導体層130aおよび酸化物半導体層130bからなる積層と、当該積層と電気的に
接続する導電層140および導電層150と、当該積層、導電層140および導電層15
0と接する酸化物半導体層130cと、酸化物半導体層130cと接する絶縁層160と
、絶縁層160と接する導電層170と、導電層140、導電層150、酸化物半導体層
130c、絶縁層160および導電層170と接する絶縁層175と、絶縁層175と接
する絶縁層180と、を有する。また、必要に応じて絶縁層180に平坦化膜としての機
能を付加してもよい。
層(酸化物半導体層130a、酸化物半導体層130b)である点、領域233において
酸化物半導体層130が三層(酸化物半導体層130a、酸化物半導体層130b、酸化
物半導体層130c)である点、および導電層140および導電層150と絶縁層160
との間に酸化物半導体層の一部(酸化物半導体層130c)が介在している点を除き、ト
ランジスタ101と同様の構成を有する。
い。図50(C)はトランジスタ108の上面図であり、図50(C)に示す一点鎖線I
1−I2方向の断面が図50(D)に相当する。また、図50(C)に示す一点鎖線I3
−I4方向の断面が図52(B)に相当する。また、一点鎖線I1−I2方向をチャネル
長方向、一点鎖線I3−I4方向をチャネル幅方向と呼称する。
0の端部と一致しない点がトランジスタ107と異なる。
い。図50(E)はトランジスタ109の上面図であり、図50(E)に示す一点鎖線J
1−J2方向の断面が図50(F)に相当する。また、図50(E)に示す一点鎖線J3
−J4方向の断面が図52(A)に相当する。また、一点鎖線J1−J2方向をチャネル
長方向、一点鎖線J3−J4方向をチャネル幅方向と呼称する。
物半導体層130aおよび酸化物半導体層130bからなる積層と、当該積層と接する酸
化物半導体層130cと、酸化物半導体層130cと接する絶縁層160と、絶縁層16
0と接する導電層170と、当該積層、酸化物半導体層130c、絶縁層160および導
電層170を覆う絶縁層175と、絶縁層175と接する絶縁層180と、絶縁層175
および絶縁層180に設けられた開口部を通じて当該積層と電気的に接続する導電層14
0および導電層150を有する。また、必要に応じて絶縁層180、導電層140および
導電層150に接する絶縁層(平坦化膜)などを有していてもよい。
層(酸化物半導体層130a、酸化物半導体層130b)である点、領域233において
酸化物半導体層130が三層(酸化物半導体層130a、酸化物半導体層130b、酸化
物半導体層130c)である点を除き、トランジスタ103と同様の構成を有する。
い。図51(A)はトランジスタ110の上面図であり、図51(A)に示す一点鎖線K
1−K2方向の断面が図51(B)に相当する。また、図51(A)に示す一点鎖線K3
−K4方向の断面が図52(A)に相当する。また、一点鎖線K1−K2方向をチャネル
長方向、一点鎖線K3−K4方向をチャネル幅方向と呼称する。
層(酸化物半導体層130a、酸化物半導体層130b)である点、領域333において
酸化物半導体層130が三層(酸化物半導体層130a、酸化物半導体層130b、酸化
物半導体層130c)である点を除き、トランジスタ104と同様の構成を有する。
い。図51(C)はトランジスタ111の上面図であり、図51(C)に示す一点鎖線L
1−L2方向の断面が図51(D)に相当する。また、図51(C)に示す一点鎖線L3
−L4方向の断面が図52(A)に相当する。また、一点鎖線L1−L2方向をチャネル
長方向、一点鎖線L3−L4方向をチャネル幅方向と呼称する。
物半導体層130aおよび酸化物半導体層130bからなる積層と、当該積層と電気的に
接続する導電層141および導電層151と、当該積層、導電層141および導電層15
1と接する酸化物半導体層130cと、酸化物半導体層130cと接する絶縁層160と
、絶縁層160と接する導電層170と、当該積層、導電層141、導電層151、酸化
物半導体層130c、絶縁層160および導電層170と接する絶縁層175と、絶縁層
175と接する絶縁層180と、絶縁層175および絶縁層180に設けられた開口部を
通じて導電層141および導電層151とそれぞれ電気的に接続する導電層142および
導電層152を有する。また、必要に応じて絶縁層180、導電層142および導電層1
52に接する絶縁層(平坦化膜)などを有していてもよい。
層(酸化物半導体層130a、酸化物半導体層130b)である点、領域233において
酸化物半導体層130が三層(酸化物半導体層130a、酸化物半導体層130b、酸化
物半導体層130c)である点、ならびに導電層141および導電層151と絶縁層16
0との間に酸化物半導体層の一部(酸化物半導体層130c)が介在している点を除き、
トランジスタ105と同様の構成を有する。
い。図51(E)はトランジスタ112の上面図であり、図51(E)に示す一点鎖線M
1−M2方向の断面が図51(F)に相当する。また、図51(E)に示す一点鎖線M3
−M4方向の断面が図52(A)に相当する。また、一点鎖線M1−M2方向をチャネル
長方向、一点鎖線M3−M4方向をチャネル幅方向と呼称する。
酸化物半導体層130が二層(酸化物半導体層130a、酸化物半導体層130b)であ
る点、領域333において酸化物半導体層130が三層(酸化物半導体層130a、酸化
物半導体層130b、酸化物半導体層130c)である点を除き、トランジスタ106と
同様の構成を有する。
)、(F)に示すチャネル長方向の断面図、ならびに図52(C)、(D)に示すチャネ
ル幅方向の断面図のように、酸化物半導体層130と基板115との間に導電層173を
備えていてもよい。当該導電層を第2のゲート電極層(バックゲート)として用いること
で、更なるオン電流の増加や、しきい値電圧の制御を行うことができる。なお、図53(
A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)に示す断面図において、導電層173の
幅を酸化物半導体層130よりも短くしてもよい。さらに、導電層173の幅を導電層1
70の幅よりも短くしてもよい。
することもできる。図54(A)は上面図であり、図54(B)は、図54(A)に示す
一点鎖線N1−N2、および一点鎖線N3−N4に対応する断面図である。なお、図54
(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。
5上の絶縁層120と、絶縁層120上の酸化物半導体層130(酸化物半導体層130
a、酸化物半導体層130b、酸化物半導体層130c)と、酸化物半導体層130に接
し、間隔を開けて配置された導電層140および導電層150と、酸化物半導体層130
cと接する絶縁層160と、絶縁層160と接する導電層170を有する。なお、酸化物
半導体層130c、絶縁層160および導電層170は、トランジスタ113上の絶縁層
190に設けられた酸化物半導体層130a、酸化物半導体層130bおよび絶縁層12
0に達する開口部に設けられている。
電極またはドレイン電極となる導電体とゲート電極となる導電体の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113は、高速動作
を必要とする回路の要素として適している。トランジスタ113の上面は、図54(B)
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。
層150(ドレイン電極層)は、図55(A)、(B)に示す上面図(酸化物半導体層1
30、導電層140および導電層150のみを図示)のように酸化物半導体層の幅(WO
S)よりも導電層140および導電層150の幅(WSD)が長く形成されていてもよい
し、短く形成されていてもよい。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130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55(C)に示すように、導電層140および導電層
150が酸化物半導体層130と重なる領域のみに形成されていてもよい。
ずれの構成においても、ゲート電極層である導電層170は、ゲート絶縁膜である絶縁層
160を介して酸化物半導体層130のチャネル幅方向を電気的に取り囲み、オン電流が
高められる。このようなトランジスタの構造を、surrounded channel
(s−channel)構造とよぶ。
らびに酸化物半導体層130a、酸化物半導体層130bおよび酸化物半導体層130c
を有するトランジスタにおいては、酸化物半導体層130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130bに電流を流すことができる。酸化物半
導体層130b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130bを厚くすることでオン電流が向上
する場合がある。
できる。
本実施の形態では、実施の形態2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。
理された金属基板などを用いることができる。または、トランジスタやフォトダイオード
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
グとして機能を有す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、シリコン基板に設けるトランジスタがp−ch型である場合は、
トランジスタを形成する面の面方位は、(110)面であるシリコン基板を用いることが
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。
ほか、酸化物半導体層130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120は酸素を含む絶縁膜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
む絶縁膜であることがより好ましい。絶縁層120は、TDS法で測定した酸素原子に換
算した酸素の放出量が1.0×1019atoms/cm3以上であることが好ましい。
なお、上記TDS分析時における膜の表面温度は100℃以上700℃以下、または10
0℃以上500℃以下の範囲とする。また、基板115が他のデバイスが形成された基板
である場合、絶縁層120は、層間絶縁膜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。
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膜
、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
化物絶縁膜、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。
a、酸化物半導体層130bおよび酸化物半導体層130cを絶縁層120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。
0bに相当する層を用いればよい。
0aに相当する層および酸化物半導体層130bに相当する層を絶縁層120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130aと酸化物半導体層
130bとを入れ替えることもできる。
三層構造の酸化物半導体層130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。
体層130c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。
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13
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。
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130bにチャネルが形成され
る。したがって、酸化物半導体層130bは半導体として機能する領域を有するといえる
が、酸化物半導体層130aおよび酸化物半導体層130cは絶縁体または半絶縁体とし
て機能する領域を有するともいえる。
上含んで構成されるため、酸化物半導体層130bと絶縁層120が接した場合の界面と
比較して、酸化物半導体層130bと酸化物半導体層130a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130a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。
上含んで構成されるため、酸化物半導体層130bとゲート絶縁膜(絶縁層160)が接
した場合の界面と比較して、酸化物半導体層130bと酸化物半導体層130c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130c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。
、Ge、Y、Zr、Sn、La、CeまたはHfを酸化物半導体層130b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。すなわち、酸化
物半導体層130aおよび酸化物半導体層130cは、酸化物半導体層130bよりも酸
素欠損が生じにくいということができる。
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。
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。
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。
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
。
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、In2SnO5(ZnO)n(n>0、且
つ、nは整数)で表記される材料を用いてもよい。
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130b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。
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1
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130c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130bは、酸化物半導体層13
0cより厚い方が好ましい。
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(i型)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、1×1019/cm3未満であること、1×1015/cm3未満であること、1
×1013/cm3未満であること、あるいは1×108/cm3未満であり、1×10
−9/cm3以上であることを指す。
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130a、酸化物半導体層130bおよび酸化物半導体層
130c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。
y Ion Mass Spectrometry)分析で見積もられる水素濃度が、2
×1020atoms/cm3以下、好ましくは5×1019atoms/cm3以下、
より好ましくは1×1019atoms/cm3以下、さらに好ましくは5×1018a
toms/cm3以下であって、1×1017atoms/cm3以上になる領域を有す
るように制御する。また、窒素濃度は、5×1019atoms/cm3未満、好ましく
は5×1018atoms/cm3以下、より好ましくは1×1018atoms/cm
3以下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm3以下であって、5×1016
atoms/cm3以上になる領域を有するように制御する。
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、シリコン濃度を1×1019
atoms/cm3未満、好ましくは5×1018atoms/cm3未満であり、1×
1018atoms/cm3以上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/cm3未満、好ましくは5×1018atoms/cm3未満
、さらに好ましくは1×1018atoms/cm3未満であって、6×1017ato
ms/cm3以上になる領域を有するように制御する。
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。
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
ようにゲート絶縁膜と接しない構造が好ましいということができる。また、ゲート絶縁膜
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膜から離すことが好ましいといえる。
、酸化物半導体層130cの積層構造とすることで、酸化物半導体層130b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。
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1
30a、酸化物半導体層130b、酸化物半導体層130c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130a
、酸化物半導体層130b、酸化物半導体層130c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。
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。
1:3:2、1:3:3、1:3:4、1:3:6、1:4:5、1:6:4、1:9:
6、1:10:1またはそれらの近傍値(原子数比)などのIn−Ga−Zn酸化物、G
a:Zn=10:1またはそれらの近傍値(原子数比)などのGa−Zn酸化物を用いる
ことができる。また、酸化物半導体層130bにはIn:Ga:Zn=1:1:1、2:
1:3、5:5:6、3:1:2、4:2:3、4:2:4.1またはそれらの近傍値(
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、上記酸化物
をスパッタターゲットとして成膜を行った場合、成膜される酸化物半導体層130a、酸
化物半導体層130b、および酸化物半導体層130cの原子数比は必ずしも同一となら
ない。
ルは酸化物半導体層130bに形成される。酸化物半導体層130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。
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130aおよび酸化物半導体層130cがあることにより、酸化物半導体層13
0bと当該トラップ準位とを遠ざけることができる。
ーと、酸化物半導体層130b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130b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。
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。
50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−M
nなどの合金と上記材料との積層を用いてもよい。トランジスタ105、トランジスタ1
06、トランジスタ111、トランジスタ112においては、例えば、導電層141およ
び導電層151にW、導電層142および導電層152にTiとAlとの積層膜などを用
いることができる。
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。
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140お
よび導電層150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。
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膜を用いることができる。また、
絶縁層160は上記材料の積層であってもよい。なお、絶縁層160に、La、N、Zr
などを、不純物として含んでいてもよい。
、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。
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160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。
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。絶縁層120
および絶縁層160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。
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1×10
18cm−3以上5×1019cm−3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。
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。
、Cu、Y、Zr、Mo、Ru、Ag、Mn、Nd、Sc、TaおよびWなどの導電膜を
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Cu−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171に窒化タンタル、導電層172にタングステ
ンを用いて導電層170を形成する。
とができる。実施の形態2に示したトランジスタ103、トランジスタ104、トランジ
スタ106、トランジスタ109、トランジスタ110、およびトランジスタ112では
、絶縁層175として水素を含む絶縁膜を用いることで酸化物半導体層の一部をn型化す
ることができる。また、窒化絶縁膜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。
態2に示したトランジスタ101、トランジスタ102、トランジスタ105、トランジ
スタ107、トランジスタ108、およびトランジスタ111では絶縁層175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130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1
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。
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膜を用い
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。
とが好ましい。絶縁層180から放出される酸素は絶縁層160を経由して酸化物半導体
層130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。
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。
る酸化物半導体層130bを覆うように酸化物半導体層130cが形成されており、チャ
ネル形成層とゲート絶縁膜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
ート絶縁膜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。
ネル幅方向を電気的に取り囲むようにゲート電極層(導電層170)が形成されているた
め、酸化物半導体層130に対しては上面に垂直な方向からのゲート電界に加えて、側面
に垂直な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。
は、チャネルが形成される酸化物半導体層130bを酸化物半導体層130a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130が三層のトランジスタでは、酸化物半導体層130b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。
ッタ法やプラズマCVD法により形成することができるが、他の方法、例えば、熱CVD
法により形成してもよい。熱CVD法の例としては、MOCVD(Metal Orga
nic Chemical Vapor Deposition)法やALD(Atom
ic Layer Deposition)法などがある。
されることが無いという利点を有する。
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。
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良い。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。
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(CH3)3)、トリメ
チルガリウム(Ga(CH3)3)、およびジメチル亜鉛(Zn(CH3)2)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(C2H5)3)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(C2H5)2)を用いることもできる。
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(CH3)2]4)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(
O3)の2種類のガスを用いる。
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(CH3)3
)など)を気化させた原料ガスと、酸化剤としてH2O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。
ロロジシランを被成膜面に吸着させ、酸化性ガス(O2、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。
スとB2H6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、WF6ガスとH
2ガスを順次導入してタングステン膜を形成する。なお、B2H6ガスに代えてSiH4
ガスを用いてもよい。
層を成膜する場合には、In(CH3)3ガスとO3ガスを順次導入してIn−O層を形
成し、その後、Ga(CH3)3ガスとO3ガスを順次導入してGaO層を形成し、更に
その後Zn(CH3)2ガスとO3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良い。なお、O3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H2Oガスを用いても良いが、Hを含ま
ないO3ガスを用いる方が好ましい。
。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(vapor
deposition SP)と呼ぶこともできる。
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。
できる。
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
。
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、
「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。
。
以下では、酸化物半導体の構造について説明する。
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。
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。
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。
rphous)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−like 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。
まずは、CAAC−OSについて説明する。
導体の一種である。
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InGaZnO4の
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56(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、InGaZnO4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。
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
nGaZnO4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56(B)に示すように明瞭なピークは現れない。一方、単結晶InGaZ
nO4に対し、2θを56°近傍に固定してφスキャンした場合、図56(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。
nO4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56(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
GaZnO4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56(E)
に示す。図56(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56(E)における第
1リングは、InGaZnO4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56(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。
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。
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。
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の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。
−OSの平面のCs補正高分解能TEM像を示す。図57(D)および図57(E)は、
それぞれ図57(B)および図57(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57(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。
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。
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。
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)を有する酸化物半導体と称することもでき
る。
入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、逆の見方をすると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。
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。
る。例えば、酸化物半導体に含まれる不純物は、キャリアトラップとなる場合や、キャリ
ア発生源となる場合がある。例えば、酸化物半導体中の酸素欠損は、キャリアトラップと
なる場合や、水素を捕獲することによってキャリア発生源となる場合がある。
る。具体的には、8×1011cm−3未満、好ましくは1×1011cm−3未満、さ
らに好ましくは1×1010cm−3未満であり、1×10−9cm−3以上のキャリア
密度の酸化物半導体とすることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または
実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。CAAC−OSは、不純物濃度が低く、欠陥
準位密度が低い。即ち、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。
次に、nc−OSについて説明する。
、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。
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58
(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58(B)に示す。図58(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。
図58(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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59(B
)は4.3×108e−/nm2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59(A)および図59(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。
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。
の試料もIn−Ga−Zn酸化物である。
は、いずれも結晶部を有する。
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
O4の結晶部と見なした。なお、格子縞は、InGaZnO4の結晶のa−b面に対応す
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60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60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4.2×108e−
/nm2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4.2×108
e−/nm2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60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6.7×105e−/(nm2・s)、照射領域
の直径を230nmとした。
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。
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%未満となる。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%未満となる。単結晶
の密度の78%未満となる酸化物半導体は、成膜すること自体が困難である。
面体晶構造を有する単結晶InGaZnO4の密度は6.357g/cm3となる。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/cm3以上5.9g/cm3未満となる。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/cm3以上6.3g/cm3
未満となる。
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。
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。
できる。
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カメラモジュールの
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。
。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。
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。
ージの斜視図であり、図61(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。
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。
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。
ールの斜視図であり、図62(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。
への実装が容易になり、イメージセンサチップを様々な半導体装置、電子機器に組み込む
ことができる。
できる。
本発明の一態様に係る撮像装置、および当該撮像装置を含む半導体装置を用いることがで
きる電子機器として、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像記憶装
置または画像再生装置、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯データ端末、電子書籍端
末、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッド
マウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、デ
ジタルオーディオプレイヤー等)、複写機、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。これら電子機器の具
体例を図63に示す。
。当該監視カメラにおける画像を取得するための部品の一つとして本発明の一態様の撮像
装置を備えることができる。なお、監視カメラとは慣用的な名称であり、用途を限定する
ものではない。例えば監視カメラとしての機能を有する機器はカメラ、またはビデオカメ
ラとも呼ばれる。
操作キー974、レンズ975、接続部976等を有する。操作キー974およびレンズ
975は第1筐体971に設けられており、表示部973は第2筐体972に設けられて
いる。当該ビデオカメラにおける画像を取得するための部品の一つとして本発明の一態様
の撮像装置を備えることができる。
63、発光部967、レンズ965等を有する。当該デジタルカメラにおける画像を取得
するための部品の一つとして本発明の一態様の撮像装置を備えることができる。
33、操作用のボタン935、竜頭936、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。当該情報端末における画像を取得するための部品の一つ
として本発明の一態様の撮像装置を備えることができる。
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63(E)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。当該携帯型ゲーム機における画像を取得するための部品の一つとして本発明の一
態様の撮像装置を備えることができる。
する。表示部912が有するタッチパネル機能により情報の入出力を行うことができる。
当該携帯データ端末における画像を取得するための部品の一つとして本発明の一態様の撮
像装置を備えることができる。
。
11 画素アレイ
12 回路
13 回路
14 回路
15 回路
16 回路
17 コンパレータ回路
18 判定出力回路
19 カウンター回路
20 画素
21 画素アレイ
22 回路
23 回路
24 回路
25 回路
27 コンパレータ回路
28 判定出力回路
29 カウンター回路
35 基板
41 トランジスタ
42 トランジスタ
43 トランジスタ
44 トランジスタ
45 トランジスタ
46 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
61 配線
62 配線
63 配線
64 配線
65 配線
71 配線
71a 導電層
71b 導電層
72 配線
73 配線
74 配線
75 配線
80 絶縁層
81 導電体
82 絶縁層
82a 絶縁層
82b 絶縁層
83 絶縁層
88 配線
91 配線
92 配線
93 配線
94 配線
101 トランジスタ
102 トランジスタ
103 トランジスタ
104 トランジスタ
105 トランジスタ
106 トランジスタ
107 トランジスタ
108 トランジスタ
109 トランジスタ
110 トランジスタ
111 トランジスタ
112 トランジスタ
113 トランジスタ
115 基板
120 絶縁層
130 酸化物半導体層
130a 酸化物半導体層
130b 酸化物半導体層
130c 酸化物半導体層
140 導電層
141 導電層
142 導電層
150 導電層
151 導電層
152 導電層
160 絶縁層
170 導電層
171 導電層
172 導電層
173 導電層
175 絶縁層
180 絶縁層
190 絶縁層
231 領域
232 領域
233 領域
331 領域
332 領域
333 領域
334 領域
335 領域
400 期間
401 期間
402 期間
403 期間
561 光電変換層
562 透光性導電層
563 半導体層
564 半導体層
565 半導体層
566 電極
566a 導電層
566b 導電層
567 隔壁
568 正孔注入阻止層
569 電子注入阻止層
600 シリコン基板
610 トランジスタ
620 トランジスタ
650 活性層
660 シリコン基板
741 トランジスタ
742 トランジスタ
743 トランジスタ
744 トランジスタ
745 トランジスタ
746 トランジスタ
747 トランジスタ
751 トランジスタ
752 トランジスタ
753 トランジスタ
754 トランジスタ
761 配線
762 配線
763 配線
764 配線
765 配線
771 配線
772 配線
773 配線
774 配線
775 配線
791 配線
792 配線
793 配線
794 配線
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
911 筐体
912 表示部
919 カメラ
931 筐体
932 表示部
933 リストバンド
935 ボタン
936 竜頭
939 カメラ
951 筐体
952 レンズ
953 支持部
961 筐体
962 シャッターボタン
963 マイク
965 レンズ
967 発光部
971 筐体
972 筐体
973 表示部
974 操作キー
975 レンズ
976 接続部
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
Claims (2)
- 光電変換素子と、容量素子と、トランジスタと、を有し、
前記光電変換素子のカソードは、前記トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記光電変換素子のアノードは、受光面側に配置され、
前記容量素子と、前記トランジスタとは、前記光電変換素子の受光面とは逆側に配置される撮像装置であって、
前記トランジスタソース又はドレインの他方は、第1の導電層と電気的に接続され、
前記容量素子は、前記第1の導電層と、第2の導電層と、前記第1の導電層と前記第2の導電層との間の絶縁層と、で構成され、
前記第2の導電層は、前記トランジスタのゲート配線と同層に配置され、
前記アノードは、第3の導電層を介して第4の導電層と電気的に接続され、
前記第4の導電層は、前記アノードに電位を入力する配線として機能し、
前記第3の導電層は、前記第1の導電層と同層に配置される、撮像装置。 - 請求項1において、
前記光電変換素子の受光面側に遮光層を有し、
前記遮光層は、前記第4の導電層と重なるように配置される、撮像装置。
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