JP2022058889A - 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。
集積化から3次元的な集積化への移行が進んでいる。3次元的な集積化では作製工程が複
雑になることがあるが、各層の材料および設計ルールなどの自由度が高まることから、2
次元的な集積化では作製が困難な高機能の半導体集積回路を作製することができる。
有する。当該光電変換素子には高い光感度が求められ、当該トランジスタには、オフ電流
およびノイズ特性が小さいことが求められる。光電変換素子およびトランジスタを3次元
的に集積化する構成とし、それぞれに適した材料を用いた製造工程を行うことで、より高
機能の撮像素子を作製することができる。
適するが、同一のシリコン基板に形成されるトランジスタは、オフ電流が比較的大きい課
題を有していた。
の一つとする。または、シリコン基板を用いたフォトダイオードおよび酸化物半導体を用
いたトランジスタを有する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、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、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、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、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。
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。
金属酸化物を有する第1のトランジスタ、第1の絶縁層、および第2の絶縁層を有し、第
1のトランジスタは、第1の絶縁層と、第2の絶縁層との間に設けられ、第1のトランジ
スタは、金属酸化物と接する第1の導電層を有し、第2の層はフォトダイオードを有し、
第1の導電層と、フォトダイオードのカソードまたはアノードの一方とは、第1の絶縁層
および第2の絶縁層を貫通する導電体を介して電気的に接続されている撮像装置である。
よい。
有する第2のトランジスタと、第3の絶縁層と、第4の絶縁層と、を有し、第1のトラン
ジスタおよび第2のトランジスタは、互いにゲートの上面が向かい合うように配置され、
第3の絶縁層に埋没する領域を有するように第2の導電層が設けられ、第2のトランジス
タのソース、ドレインまたはゲートと、第2の導電層とは第4の絶縁層を貫通する導電体
を介して電気的に接続され、単結晶シリコン基板の、フォトダイオードの受光面側に第3
の導電層が設けられ、第2の導電層と、第3の導電層とは、第1乃至第3の絶縁層および
単結晶シリコン基板を貫通する導電体を介して電気的に接続されていてもよい。
の一方とは、第1の絶縁層、金属酸化物および第2の絶縁層を貫通する導電体を介して電
気的に接続されていてもよい。
第3のトランジスタと、第4のトランジスタと、第1の配線と、第2の配線と、を有し、
第1のトランジスタは画素回路に設けられ、第2のトランジスタは行ドライバに設けられ
、第3のトランジスタは列ドライバに設けられ、第4のトランジスタはアナログスイッチ
に設けられ、第2乃至第4のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有しても
よい。
電気的に接続され、アナログスイッチは、第2の配線と電気的に接続され、第1の配線は
、画素回路と電気的に接続され、第2の配線は、A/Dコンバータと電気的に接続され、
A/Dコンバータは、シリコンをチャネル形成領域に用いたトランジスタを有していても
よい。
はSn)と、を有してもよい。
ある。
ある。
。または、シリコン基板を用いたフォトダイオードおよび酸化物半導体を用いたトランジ
スタを有する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、解像度の高い撮像装置を提供す
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、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、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。
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。
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。
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。
)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。
、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、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の構成について説明する。
素子およびトランジスタを3次元的に集積化する構成とし、それぞれに適した材料を用い
て製造工程を行うことで、より高機能の撮像素子を作製することができる。
画素20a、20b、20c)の構成を表している。
h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。
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のゲートと電気的に接
続される。トランジスタ43のソースまたはドレインの一方は、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。
たはドレインの一方、トランジスタ43のゲートが接続されるノードFDを電荷蓄積部と
する。なお、図2(A)に示すように、ノードFDに容量素子が接続される構成であって
もよい。
スタ42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。
トランジスタ43のソースまたはドレインの他方は、配線73(VPI)に電気的に接続
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、配線91(OUT1)に電
気的に接続される。
それぞれの要素が異なる配線と電気的に接続される場合や、複数の要素が同一の配線に電
気的に接続される場合もある。
機能を有する。例えば、配線71(VPD)は、低電位電源線としての機能を有する。配
線72(VRS)および配線73(VPI)は、高電位電源線としての機能を有する。
2のゲートは、配線62(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63(SE)と電気的に接続される。
トランジスタの導通を制御する信号線としての機能を有する。
トランジスタとしての機能を有する。トランジスタ42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の機能を有する。トランジスタ43は、ノードFDの電位
に対応した出力を行うためのトランジスタとしての機能を有する。トランジスタ44は、
画素20を選択するためのトランジスタとしての機能を有する。
であってもよい。この場合は、領域510をアノード(p型領域)、領域520をカソー
ド(n型領域)とすることができる。例えば、n型の単結晶シリコン基板を用い、領域5
10にホウ素などのドーパントを添加することでp型化すればよい。
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。
る構成とすることができる。例えば、層1100は、画素回路を構成するトランジスタ4
1乃至44などを有する。層1200は、光電変換素子PDなどを有する。層1300は
カラーフィルタおよびマイクロレンズアレイなどを有する。
化膜としての機能を有する絶縁層81a乃至81e等が設けられる。例えば、絶縁層81
a乃至81eは、CVD(Chemical Vapor Deposition)法な
どで成膜する酸化シリコン膜、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81a乃至81e等の上面は、必要に応じてCMP(Chemical Mechan
ical Polishing)法等で平坦化処理を行ってもよい。
用いたトランジスタ(以下、OSトランジスタ)を用いることが好ましい。OSトランジ
スタはシリコンをチャネル形成領域に用いたトランジスタ(以下、Siトランジスタ)よ
りもオフ電流が小さい。したがって、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。
がある。
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。
は、OSトランジスタおよびSiトランジスタ(n-ch型、p-ch型)の1/fノイ
ズ特性を比較したデータである。
イン電流およびトランジスタのチャネルサイズで規格化した値であり、周波数1Hz乃至
10kHzの範囲で測定を行っている。なお、Lはトランジスタのチャネル長、Wはトラ
ンジスタのチャネル幅であり、OSトランジスタはL/W=30nm/30nmまたはL
/W=30nm/60nm、SiトランジスタはL/W=0.8μm/10μmである。
また、OSトランジスタの測定条件は、Vd=1.0V、Id=1μA、Siトランジス
タの測定条件は、Vd=0.1V、Id=1μAである。
スパッタ法で成膜した酸化物半導体層をチャネル形成領域に用いたOSトランジスタ(L
/W=30nm/30nm)のデータである。OSトランジスタの1/fノイズは、n-
ch型のSiトランジスタよりも小さい。さらに、p-ch型のSiトランジスタと比較
すると、1Hz以上500Hz以下の範囲では小さく、それより大きいの周波数において
はほぼ同等の結果となっている。すなわち、図3の周波数対数軸の1Hz以上10kHz
以下の60%以上の範囲において、1/fノイズは、p-ch型のSiトランジスタより
もOSトランジスタの方が小さいといえる。
て作製したOSトランジスタは、Siトランジスタよりも1/fノイズ特性が良好である
といえる。したがって、例えば、当該OSトランジスタをCMOSイメージセンサの画素
などに用いることにより、Siトランジスタを用いる場合よりもノイズの少ない鮮明な画
像を得ることが可能となる。また、In:Ga:Zn=3:1:4、または5:1:6(
原子数比)のIGZOターゲットを用いて作製したOSトランジスタであってもよい。な
お、上記原子数比近傍もその範疇に含まれる。
スタ41は、例えばトップゲート型のOSトランジスタとすることができる。OSトラン
ジスタは、層1200上に形成された絶縁層81c上に設けられ、酸化物半導体層130
と、ソース電極またはドレイン電極の一方として機能する導電層140と、ソース電極ま
たはドレイン電極の他方として機能する導電層150と、ゲート絶縁層として機能する絶
縁層160と、ゲート電極として機能する導電層170を有する。なお、絶縁層81cは
後述するバックゲート側のゲート絶縁層としての機能を有することもできる。
ける構成を例示している。画素回路に設けるOSトランジスタをトップゲート型トランジ
スタとする場合は、層1200側を透過した光が層1100に入射することがあるため、
バックゲート電極を設けて遮光する構成とすることが好ましい。ただし、層1200の厚
さが十分にあり、光の透過量が許容範囲であれば、バックゲート電極を設けない構成とす
ることもできる。または、遮光層などが別途設けられている場合もバックゲート電極を設
けない構成とすることもできる。
ドを用いることができる。当該フォトダイオードは、光電変換特性に優れている。また、
当該フォトダイオードは、母材の単結晶シリコン基板が光電変換層として機能するため、
比較的簡易に製造することができる。単結晶シリコン基板は必要に応じて研磨し、例えば
3乃至30μmの厚さとすればよい。
路図に従って、領域510をカソード(n型領域)、領域520をアノード(p型領域)
とすることができる。例えば、p型の単結晶シリコン基板を用い、領域510にリンなど
のドーパントを添加することでn型化すればよい。
縁層81dとの間の一部に領域510とは逆の導電型を有する領域530を設けてもよい
。なお、図4(B)に示すように領域510と絶縁層81dとの間の全域に領域530が
設けられていてもよい。このような構成とすることで、フォトダイオードが埋め込み型と
なるため、シリコンと絶縁層の界面で発生するノイズを抑えることができる。
設ける構成としてもよい。当該隔壁は、画素間に溝を形成し、絶縁層81eで当該溝を充
填するように形成すればよい。このような構成とすることで、斜め方向から入射される光
(迷光)の侵入を防止することができる。
、絶縁層81eには前述した材料を用いればよい。または、光を吸収しやすい材料を用い
て隔壁を形成してもよい。例えば、カーボンブラックなどのカーボン系黒色顔料、チタン
ブラックなどのチタン系黒色顔料、鉄の酸化物、銅およびクロムの複合酸化物、銅、クロ
ムおよび亜鉛の複合酸化物、などの材料が添加された樹脂などを用いることもできる。
縁層81eとの間に領域520と同じ導電型で領域520よりもドーパント濃度の高い領
域540を設けてもよい。このような構成とすることで、キャリアを効率良く収集するこ
とができる。
接して領域540を設けてもよい。
と配線71が電気的に接続する構成とすればよい。また、図4(D)の構成では、複数の
画素毎に領域540と配線71が領域545を介して電気的に接続する構成とすればよい
。なお、領域545は領域540と同様に、領域520と同じ導電型で領域520よりも
ドーパント濃度の高い領域である。また、図4(E)の構成では、各領域540が配線7
1と電気的に接続する構成とすればよい。
たはドレインの一方と光電変換素子PDの一方の電極との電気的な接続は、導電体82を
介して行う。導電体82は、絶縁層81b、導電層140、酸化物半導体層130、絶縁
層81cおよび絶縁層81dを貫通するように設けられる。
接続を行うことなく上記電気的な接続を得ることができ、工程を簡略化することができる
。また、トランジスタ41の形成前に絶縁層81c、81dなどに開口部を設ける必要が
なく、段差などの形状に起因した工程不良の発生を抑えることができる。
すように導電層550を介して行ってもよい。導電層550には、例えばW、Ta、Al
、Ti、Ni、SUS、Pdなどの金属層を用いることができる。導電層550は、光電
変換素子PDの電極として作用するほか、導電体82を設ける貫通口を形成する際のエッ
チングストッパーとしても作用する。また、トランジスタに対する遮光層、および光電変
換素子PDの反射電極としても作用する。
を貫通せず、導電層140の上面および側面、ならびに酸化物半導体層130の側面と接
することで電気的な接続を得てもよい。導電層140には、主に難エッチング材料である
金属層が用いられるため、このような構成とすることで貫通口を形成する際のエッチング
工程の負荷を低減することができる。
導電層560と導電体82が電気的な接続を有する構成としてもよい。導電層560は、
絶縁層81dに開口部を設けた後、導電層173と同一の工程で形成すればよい。導電層
560は、導電体82を設ける貫通口を形成する際のエッチングストッパーとして作用す
る。
ができる。この場合、画素20を図6(A)に示す構成とすることができる。また、例え
ばトランジスタ41以外においても、層1100に設けられた各トランジスタのバックゲ
ート電極を共通化することができる。以上のような構成の画素20では、導電層173に
よるトランジスタに対する遮光効果を高めることができる。
もよい。図6(B)では、画素20a、画素20bおよび画素20cが有する導電層17
3が、配線71と電気的に接続された場合の構成を示している。当該構成とすることによ
り、配線71の電位と、画素20が有するトランジスタのバックゲート電位とを同時に制
御することができるため、画素20の動作を簡単に制御することができる。
とは交差しない構成としている。
単結晶シリコン基板500に領域143および領域153が設けられている。領域143
および領域153は、領域510と同様に、例えばリンなどのドーパントを添加すること
により形成したn型領域とすることができる。
。そして、導電層140は領域143と重なるように設けられ、導電層150は領域15
3と重なるように設けられる。当該構成では、領域143および、導電層140と領域1
43に挟まれた領域はソースまたはドレインの一方として機能し、領域153および、導
電層150と領域153に挟まれた領域はソースまたはドレインの他方として機能する。
つまり、トランジスタ41は、酸化物半導体層130の他、単結晶シリコン基板500に
もチャネル領域が形成される。したがって、トランジスタ41のチャネル領域は、酸化物
半導体とシリコンとの積層構造となる。これにより、トランジスタ41のオン電流を大き
くすることができる。
ソースまたはドレインの一方と、光電変換素子PDの一方の電極とが電気的に接続されて
いる。つまり、トランジスタ41のソースまたはドレインの一方と、光電変換素子PDの
一方の電極とを電気的に接続するための導電層等を設ける必要がない。これにより、本発
明の一態様の撮像装置の製造工程を簡略化することができる。
い。図7(B)に示すトランジスタは、光電変換素子PDの領域510と接し、ソース電
極またはドレイン電極の一方として機能する導電層140と、領域510が露出するよう
に絶縁層81jに設けられた開口部を覆う酸化物半導体層130と、酸化物半導体層13
0上に設けられたソース電極またはドレイン電極の他方として機能する導電層150と、
酸化物半導体層130とゲート絶縁層として機能する絶縁層160を介して重なるゲート
電極として機能する導電層170を有する。
層81jに設けられた開口部の側壁を含む領域がチャネル領域となるため、トランジスタ
の占有面積を小さくすることができる。
が設けられていない。
イクロレンズアレイ1540などを設けることができる。
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。
素の境に配置され、斜め方向から侵入する迷光を遮蔽する機能を有する。遮光層1530
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。
0cを設けることができる。例えば、光学変換層1550a、1550b、1550cに
、R(赤)、G(緑)、B(青)、Y(黄)、C(シアン)、M(マゼンタ)などのカラ
ーフィルタ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。
することができる。また、光学変換層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。
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。
を設けることができる。マイクロレンズアレイ1540が有する個々のレンズを通る光が
直下の光学変換層1550a、1550b、1550cを通り、光電変換素子PDに照射
されるようになる。
1400を有する構成とすることができる。層1400は、例えばカラムドライバおよび
ロードライバなどの駆動回路、A/Dコンバータなどのデータ変換回路、CDS(Cor
related Double Sampling)回路などのノイズ低減回路、および
撮像装置全体の制御回路など、画素回路以外の外部回路を有する。
ランジスタ46,47上に設けられた絶縁層81f、81g、81hなどを有する。
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4
6およびトランジスタ47など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などのチャネル形成領域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など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絶縁層81hを設けることが好ましい。絶縁層8
1h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46およびトランジスタ4
7などの信頼性を向上させることができる。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などの信頼性も向上させることができる。
る。導電層64は、絶縁層81fに形成された開口部を埋めるように設けられた導電層を
介して、トランジスタ47のゲートと電気的に接続されている。導電層94は、絶縁層8
1fに形成された開口部を埋めるように設けられた導電層を介して、トランジスタ47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。
面が向かい合うように配置されている。また、絶縁層81eと接し、マイクロレンズアレ
イ1540と重なる領域を有さないように導電層84が設けられている。つまり、導電層
84は、単結晶シリコン基板500の、光電変換素子PDの受光面側に設けられている。
電体83はマイクロレンズアレイ1540と重なる領域を有しない。導電体83は、絶縁
層81a乃至絶縁層81e、絶縁層81g、絶縁層81hおよび単結晶シリコン基板50
0に形成された開口部を埋めるように設けられている。つまり、導電体83は、画素20
を有する領域の外部に、層1100および層1200を貫通して設けられている。当該構
成とすることにより、本発明の一態様の撮像装置の製造工程を簡略化することができる。
り、絶縁層81eと接するように導電体83が設けられている。つまり、導電体83と単
結晶シリコン基板500とは接する領域を有さない。当該構成とすることにより、導電体
83と光電変換素子PDが導通することを抑制することができる。
、導電体83が、絶縁層81fおよび単結晶シリコン基板600に形成された開口部を埋
めるように設けられている。つまり、導電体83は、画素20を有する領域の外部に、層
1400を貫通して設けられている。
成を例示しているが、図10(A)に示すようにプレーナー型であってもよい。または、
図10(B)に示すように、シリコン薄膜のチャネル形成領域660を有するトランジス
タであってもよい。チャネル形成領域660は、多結晶シリコンやSOI(Silico
n on Insulator)の単結晶シリコンとすることができる。
画素アレイ21と、列ドライバ23と、行ドライバ24と、アナログスイッチ25と、電
流源回路26と、端子30を有する。
1(A)では、配線63(SE)と、配線91(OUT1)を図示しているが、その他の
配線は省略している。
のOSトランジスタのみで構成することができる。また、アナログスイッチ25および電
流源回路26には、OSトランジスタを用いることができる。つまり、層1100には、
画像データを外部に出力するための回路も設けることができる。
されるデータはアナログデータである。当該アナログデータをデジタルデータに変換する
ためには撮像素子11の外部に設けられたA/Dコンバータに当該アナログデータを出力
する。
タ12は、コンパレータ28、カウンター回路29等を有し、配線93に複数ビットのデ
ジタルデータを出力することができる。
するように掃引される基準電位(VREF)とが比較される。そして、コンパレータ28
の出力に応じてカウンター回路29が動作し、配線93(OUT3)にデジタル信号が出
力される。
できるSiトランジスタで形成することが好ましい。
端子30と端子31とをワイヤボンディング法などを用いてワイヤで接続すればよい。
、図12を用いて説明する。
力回路710を有する。本明細書等では、1段目のパルス出力回路710を「パルス出力
回路710_1」と記す場合があり、n段目のパルス出力回路710を「パルス出力回路
710_n」と記す場合がある。また、i段目(iは1以上n以下の自然数。)のパルス
出力回路710を「パルス出力回路710_i」と記す場合がある。なお、パルス出力回
路710が有する端子や出力信号OUTなどについても上記と同様に記す場合がある。例
えば、パルス出力回路710_iの出力信号OUTを「出力信号OUT_i」と記す場合
がある。
ク信号が供給される配線701乃至配線704を有している。配線701には第1のクロ
ック信号CLK1が供給され、配線702には第2のクロック信号CLK2が供給され、
配線703には第3のクロック信号CLK3が供給され、配線704には第4のクロック
信号CLK4が供給される。
号CLK1乃至第4のクロック信号CLK4は、順に1/4周期分遅延している。本実施
の形態では、第1のクロック信号CLK1乃至第4のクロック信号CLK4を利用して、
パルス出力回路の制御等を行う。
)。端子711、端子712は、配線701乃至配線704のいずれかと電気的に接続さ
れている。例えば、図12(A)において、パルス出力回路710_1は、端子711が
配線701と電気的に接続され、端子712が配線702と電気的に接続されている。ま
た、パルス出力回路710_2は、端子711が配線702と電気的に接続され、端子7
12が配線703と電気的に接続されている。また、端子714が配線705と電気的に
接続されている。
からは、出力信号OUT_1が出力される。また、パルス出力回路710_iの端子71
3は、パルス出力回路710_i-1(i-1段目のパルス出力回路710)の端子71
5と電気的に接続されている。また、パルス出力回路710_iの端子715は、パルス
出力回路710_i+1の端子713と電気的に接続されている。パルス出力回路710
_iの端子716からは、出力信号OUT_iが出力される。また、n段目のパルス出力
回路710_nの端子716からは、出力信号OUT_nが出力される。
10_nが端子715を有する場合は、当該端子715(端子715_n)を1段目のパ
ルス出力回路710_1の端子713(端子713_1)と電気的に接続する場合もある
。
力回路710は、トランジスタ721、トランジスタ722、トランジスタ724乃至ト
ランジスタ729、トランジスタ731、トランジスタ732、容量素子733、および
容量素子734を有している。
ースまたはドレインの他方はノード762と電気的に接続され、ゲートは端子712と電
気的に接続されている。トランジスタ722のソースまたはドレインの一方は配線741
と電気的に接続され、ソースまたはドレインの他方はノード762と電気的に接続され、
ゲートは端子714と電気的に接続されている。トランジスタ724のソースまたはドレ
インの一方は配線741と電気的に接続され、ソースまたはドレインの他方はノード76
3と電気的に接続され、ゲートは端子713と電気的に接続されている。トランジスタ7
25のソースまたはドレインの一方はノード763と電気的に接続され、ソースまたはド
レインの他方は配線746と電気的に接続され、ゲートはノード762と電気的に接続さ
れている。トランジスタ726のソースまたはドレインの一方は端子711と電気的に接
続され、ソースまたはドレインの他方は端子715と電気的に接続され、ゲートはノード
761と電気的に接続されている。トランジスタ727のソースまたはドレインの一方は
端子715と電気的に接続され、ソースまたはドレインの他方は配線746と電気的に接
続され、ゲートはノード762と電気的に接続されている。トランジスタ728のソース
またはドレインの一方は端子711と電気的に接続され、ソースまたはドレインの他方は
端子716と電気的に接続され、ゲートはノード761と電気的に接続されている。トラ
ンジスタ729のソースまたはドレインの一方は端子716と電気的に接続され、ソース
またはドレインの他方は配線746と電気的に接続され、ゲートはノード762と電気的
に接続されている。トランジスタ731のソースまたはドレインの一方はノード762と
電気的に接続され、ソースまたはドレインの他方は配線746と電気的に接続され、ゲー
トは端子713と電気的に接続されている。トランジスタ732のソースまたはドレイン
の一方はノード763と電気的に接続され、ソースまたはドレインの他方はノード761
と電気的に接続され、ゲートは配線741と電気的に接続されている。容量素子733の
一方の電極はノード762と電気的に接続され、他方の電極は配線746と電気的に接続
されている。
乃至44にバックゲートを設けた回路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。
ることができる。または、図13(B)に示すように、トランジスタ41およびトランジ
スタ42が有するバックゲートに接続される配線は電気的に接続されていてもよい。また
、トランジスタ43およびトランジスタ44が有するバックゲートに接続される配線は電
気的に接続されていてもよい。
、しきい値電圧はプラス方向にシフトする。逆に、バックゲートにソース電位よりも高い
電位を印加すると、しきい値電圧はマイナス方向にシフトする。したがって、予め定めら
れたゲート電圧で各トランジスタのオン、オフを制御する場合、バックゲートにソース電
位よりも低い電位を印加すると、オフ電流を小さくすることができる。また、バックゲー
トにソース電位よりも高い電位を印加すると、オン電流を小さくすることができる。
電位保持能力が高いことが望まれるため、前述したようにトランジスタ41、42にはオ
フ電流の低いOSトランジスタを用いることが好ましい。トランジスタ41、42のバッ
クゲートにソース電位よりも低い電位を印加することで、オフ電流をより小さくすること
ができる。したがって、ノードFDの電位保持能力を高めることができる。
ることが好ましい。トランジスタ43、44のバックゲートにソース電位よりも高い電位
を印加することで、オン電流をより大きくすることができる。したがって、配線91(O
UT1)に出力される読み出し電位を速やかに確定することができる、すなわち、高い周
波数で動作させることができる。
クゲートに印加される構成であってもよい。
る電位など、複数の電位を用いる。撮像装置の外部から複数の電位を供給すると、端子数
などが増加するため、撮像装置の内部で複数の電位を生成する電源回路を有していること
が好ましい。
る。タイミングチャートにおいて、“V1”は基準電位よりも高い電位であり、例えば高
電源電位(VDD)とすることができる。“V0”は基準電位、すなわちソース電位であ
り、例えば、0V、GND電位または低電源電位(VSS)とすることができる。
すると、トランジスタ41、42が導通し、ノードFDはリセット電位(例えばVDD)
にリセットされる(リセット動作)。このとき、配線75および配線76を“V0”より
高い電位(>“V0”)とすることで、トランジスタ41、42のオン電流が高められ、
速やかにリセット動作を行うことができる。
り、リセット動作が終了して蓄積動作が開始される。このとき、配線76を“V0”より
低い電位とすることで、トランジスタ42のオフ電流を低くすることができ、リーク電流
によるノードFDへの電荷の供給を防止することができる。なお、時刻T2において、配
線75の電位を“V0”としてもよい。
り、ノードFDの電位が確定して保持される(保持動作)。このとき、配線75を“V0
”より低い電位(<“V0”)とすることで、トランジスタ41のオフ電流を低くするこ
とができ、リーク電流によるノードFDから電荷の流出を防止することができる。
ランジスタ43に流れる電流に従って配線91(OUT1)の電位が変化する(読み出し
動作)。このとき、配線77および配線78を“V0”より高い電位(>“V0”)とす
ることで、トランジスタ43、44のオン電流が高められ、速やかに配線91(OUT1
)の電位を確定することができる。
り、読み出し動作が完了する。なお、読み出し動作が終了するまで、ノードFDの電位が
変化しないように配線75、76の電位を“V0”より低い電位(<“V0”)に保持し
ておくことが好ましい。なお、上記説明において、配線76は配線75と同じタイミング
で電位を変化させてもよい。
に示す画素20は、図14に示すタイミングチャートの配線75乃至78の制御を省いて
動作させればよい。図13(B)に示す画素20は、図14に示すタイミングチャートの
配線76、78の制御を省いて動作させればよい。
ランジスタを共有する構成としてもよい。
変換素子PDおよびトランジスタ41を個別に有し、トランジスタ42、43、44およ
び容量素子C1を共有している構成である。画素20h乃至20kが有するトランジスタ
41のそれぞれは、配線61h乃至61kで動作が制御される。当該構成では、画素ごと
にリセット動作、蓄積動作、保持動作、読み出し動作を順次行うことができ、主にローリ
ングシャッタ方式を用いた撮像に適している。
変換素子PDおよびトランジスタ41、45を個別に有し、トランジスタ42、43、4
4および容量素子C1を共有している構成である。配線65(GPD)の電位により動作
が制御されるトランジスタ45を光電変換素子PDと配線71(VPD)との間に設ける
ことで、光電変換素子PDのカソードに電位を保持することができる。したがって、全て
の画素で同時にリセット動作、蓄積動作、保持動作を順次行い、画素ごとに読み出し動作
を行うグローバルシャッタ方式を用いた撮像に適している。
垂直方向)に並んだ複数の画素(画素20h、20i、20j、20k)でトランジスタ
を共有する構成を示しているが、配線63(SE)が延在する方向(以下、水平方向)に
並んだ複数の画素でトランジスタを共有する構成であってもよい。または、水平垂直方向
に並んだ複数の画素でトランジスタを共有する構成であってもよい。
以上であってもよい。
PI)とを統合して、配線72(VRS)を省く構成を示しているが、配線72(VRS
)を有する構成であってもよい。また、容量素子C1の他方の電極は、配線73(VPI
)と接続する例を示しているが、配線71(VPD)と接続してもよい。
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OS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16(A)は上面図であり、図16(A)に示す一点鎖線B1-B2方向の断面
が図16(B)に相当する。また、図16(A)に示す一点鎖線B3-B4方向の断面が
図18(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
。
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。
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1
40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。
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。
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
。
ブロッキング層として作用するが、適切な材料を選択することで導電層170の酸化防止
や、酸化物半導体層130の一部を低抵抗化する水素の供給源としての機能も有する。
16(C)はトランジスタ102の上面図であり、図16(C)に示す一点鎖線C1-C
2方向の断面が図16(D)に相当する。また、図16(C)に示す一点鎖線C3-C4
方向の断面は、図18(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。
16(E)はトランジスタ103の上面図であり、図16(E)に示す一点鎖線D1-D
2方向の断面が図16(F)に相当する。また、図16(E)に示す一点鎖線D3-D4
方向の断面は、図18(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。
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。
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1
75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。
17(A)はトランジスタ104の上面図であり、図17(A)に示す一点鎖線E1-E
2方向の断面が図17(B)に相当する。また、図17(A)に示す一点鎖線E3-E4
方向の断面は、図18(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。
35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。
2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335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。
17(C)はトランジスタ105の上面図であり、図17(C)に示す一点鎖線F1-F
2方向の断面が図17(D)に相当する。また、図17(C)に示す一点鎖線F3-F4
方向の断面は、図18(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。
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。
17(E)はトランジスタ106の上面図であり、図17(E)に示す一点鎖線G1-G
2方向の断面が図17(F)に相当する。また、図17(E)に示す一点鎖線G3-G4
方向の断面は、図18(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。
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18(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119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19(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18(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。
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20(B)
、(C)または図20(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20(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。
21(A)はトランジスタ107の上面図であり、図21(A)に示す一点鎖線H1-H
2方向の断面が図21(B)に相当する。また、図21(A)に示す一点鎖線H3-H4
方向の断面が図23(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。
21(C)はトランジスタ108の上面図であり、図21(C)に示す一点鎖線I1-I
2方向の断面が図21(D)に相当する。また、図21(C)に示す一点鎖線I3-I4
方向の断面が図23(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。
21(E)はトランジスタ109の上面図であり、図21(E)に示す一点鎖線J1-J
2方向の断面が図21(F)に相当する。また、図21(E)に示す一点鎖線J3-J4
方向の断面が図23(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。
22(A)はトランジスタ110の上面図であり、図22(A)に示す一点鎖線K1-K
2方向の断面が図22(B)に相当する。また、図22(A)に示す一点鎖線K3-K4
方向の断面が図23(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。
22(C)はトランジスタ111の上面図であり、図22(C)に示す一点鎖線L1-L
2方向の断面が図22(D)に相当する。また、図22(C)に示す一点鎖線L3-L4
方向の断面が図23(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。
22(E)はトランジスタ112の上面図であり、図22(E)に示す一点鎖線M1-M
2方向の断面が図22(F)に相当する。また、図22(E)に示す一点鎖線M3-M4
方向の断面が図23(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23(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119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24(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。
もできる。図25(A)は上面図であり、図25(B)は、図25(A)に示す一点鎖線
N1-N2に対応する断面図であり、図25(C)は、図25(A)に示す一点鎖線N3
-N4に対応する断面図である。なお、図25(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。
び導電層151を覆う構成である点を除き、トランジスタ111と同様の構成を有する。
該構成とすることにより、酸化物半導体層130cがブロッキング層として作用し、絶縁
層175から、水素、水およびハロゲン等の不純物が酸化物半導体層130bへ拡散する
ことを抑制することができる。なお、トランジスタ113の構成は、本発明の一態様のほ
かの構成のトランジスタにも適用することができる。
との間に第2のゲート電極層(バックゲート)として機能する導電層173を備えていて
もよい。
もできる。図26(A)は上面図であり、図26(B)は、図26(A)に示す一点鎖線
O1-O2に対応する断面図であり、図26(C)は、図26(A)に示す一点鎖線O3
-O4に対応する断面図である。なお、図26(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。
1および導電層151の側面が、絶縁層175と接していない点を除き、トランジスタ1
11と同様の構成を有する。つまり、酸化物半導体層130a、酸化物半導体層130b
、導電層141および導電層151の側面が、絶縁層180と接している。
、効率的に絶縁層180が有する酸素を酸化物半導体層130bに供給することができる
。
との間に第2のゲート電極層(バックゲート)として機能する導電層173を備えていて
もよい。
もできる。図27(A)は上面図であり、図27(B)は、図27(A)に示す一点鎖線
P1-P2に対応する断面図であり、図27(C)は、図27(A)に示す一点鎖線P3
-P4に対応する断面図である。なお、図27(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。
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130a
、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130c
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115上の絶縁層1
90に設けられた酸化物半導体層130aおよび酸化物半導体層130bに達する開口部
に設けられている。なお、絶縁層190として、例えば絶縁層180と同様の材料を用い
ることができる。
またはドレイン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115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115の上面は、図27(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。
との間に第2のゲート電極層(バックゲート)として機能する導電層173を備えていて
もよい。
もできる。図28(A)は上面図であり、図28(B)は、図28(A)に示す一点鎖線
Q1-Q2に対応する断面図であり、図28(C)は、図28(A)に示す一点鎖線Q3
-Q4に対応する断面図である。なお、図28(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。
b、酸化物半導体層130c、導電層140および導電層150と接するように酸化物半
導体層130dが形成され、酸化物半導体層130cおよび酸化物半導体層130dと接
するように絶縁層190が形成されている点を除き、トランジスタ115と同様の構成を
有する。酸化物半導体層130dとして、例えば酸化物半導体層130cと同様の材料を
用いることができる。該構成とすることにより、酸化物半導体層130dがブロッキング
層として作用し、絶縁層190から水素、水およびハロゲン等の不純物が酸化物半導体層
130bへ拡散することを抑制することができる。
との間に第2のゲート電極層(バックゲート)として機能する導電層173を備えていて
もよい。
もできる。図29(A)は上面図であり、図29(B)は、図29(A)に示す一点鎖線
R1-R2に対応する断面図であり、図29(C)は、図29(A)に示す一点鎖線R3
-R4に対応する断面図である。なお、図29(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。
縁層190を覆うように絶縁層191が設けられている点を除き、トランジスタ115と
同様の構成を有する。絶縁層191として、例えば絶縁層175と同様の材料を用いるこ
とができる。該構成とすることにより、導電層170の酸化を防止することができる。ま
た、絶縁層190が有する酸素を酸化物半導体層130bに効率的に供給することができ
る。
との間に第2のゲート電極層(バックゲート)として機能する導電層173を備えていて
もよい。
0(ドレイン電極層)は、図30(A)、(B)に示す上面図(酸化物半導体層130、
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130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30(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。
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。
ことができる。
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。例えば、膜の表面温度が100℃以上700℃以下
、好ましくは100℃以上500℃以下の加熱処理で行われるTDS法にて、酸素原子に
換算した酸素の放出量が1.0×1019atoms/cm3以上である膜とする。また
、基板119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。
物半導体層130cを絶縁層120側から順に積んだ三層構造とすることができる。
0bに相当する層を用いればよい。
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。
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。
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。
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、Al、Ga、Y、または
Sn等のスタビライザーを含むことが好ましい。
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または導電性窒化物から選ばれた材料の単層、あるいは積層
を用いることができる。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。トランジスタ105、トランジスタ106、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14
2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。
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。
、酸化インジウムスズなどの酸化物導電層を用いてもよい。
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
。
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は悪化する傾向にあり、例えばチャネル幅を縮小
させるとオン電流は低下してしまう。
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。
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。
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ガスに代え
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。
対向ターゲット式スパッタ装置を用いた成膜法を、VDSP(vapor deposi
tion SP)と呼ぶこともできる。
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。
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の材料について説
明する。
ムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、
イットリウムまたはスズなどが含まれていることが好ましい。また、ホウ素、シリコン、
チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム
、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれ
た一種、または複数種が含まれていてもよい。
素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどとする。そのほかの元素
Mに適用可能な元素としては、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム
、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、
タングステン、マグネシウムなどがある。ただし、元素Mとして、前述の元素を複数組み
合わせても構わない場合がある。
半導体が有するインジウム、元素M及び亜鉛の原子数比の好ましい範囲について説明する
。なお、図31には、酸素の原子数比については記載しない。また、酸化物半導体が有す
るインジウム、元素M、及び亜鉛の原子数比のそれぞれの項を[In]、[M]、および
[Zn]とする。
:[Zn]=(1+α):(1-α):1の原子数比(-1≦α≦1)となるライン、[
In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1-α):2の原子数比となるライン、[I
n]:[M]:[Zn]=(1+α):(1-α):3の原子数比となるライン、[In
]:[M]:[Zn]=(1+α):(1-α):4の原子数比となるライン、および[
In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1-α):5の原子数比となるラインを表す
。
るライン、[In]:[M]:[Zn]=1:2:βの原子数比となるライン、[In]
:[M]:[Zn]=1:3:βの原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn]
=1:4:βの原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn]=2:1:βの原子
数比となるライン、及び[In]:[M]:[Zn]=5:1:βの原子数比となるライ
ンを表す。
傍値の酸化物半導体は、スピネル型の結晶構造をとりやすい。
ウム、元素M、及び亜鉛の原子数比の好ましい範囲の一例について示している。
4の結晶構造を示す。また、図32は、b軸に平行な方向から観察した場合のInMZn
O4の結晶構造である。なお、図32に示すM、Zn、酸素を有する層(以下、(M,Z
n)層)における金属元素は、元素Mまたは亜鉛を表している。この場合、元素Mと亜鉛
の割合が等しいものとする。元素Mと亜鉛とは、置換が可能であり、配列は不規則である
。
インジウム、および酸素を有する層(以下、In層)が1に対し、元素M、亜鉛、および
酸素を有する(M,Zn)層が2となる。
Mがインジウムと置換し、(In,M,Zn)層と表すこともできる。その場合、In層
が1に対し、(In,M,Zn)層が2である層状構造をとる。
に対し、(M,Zn)層が3である層状構造をとる。つまり、[In]および[M]に対
し[Zn]が大きくなると、酸化物半導体が結晶化した場合、In層に対する(M,Zn
)層の割合が増加する。
である場合、In層が1層に対し、(M,Zn)層の層数が整数である層状構造を複数種
有する場合がある。例えば、[In]:[M]:[Zn]=1:1:1.5である場合、
In層が1に対し、(M,Zn)層が2である層状構造と、(M,Zn)層が3である層
状構造とが混在する層状構造となる場合がある。
らずれた原子数比の膜が形成される。特に、成膜時の基板温度によっては、ターゲットの
[Zn]よりも、膜の[Zn]が小さくなる場合がある。
えば、[In]:[M]:[Zn]=0:2:1の原子数比の近傍値である原子数比では
、スピネル型の結晶構造と層状の結晶構造との二相が共存しやすい。また、[In]:[
M]:[Zn]=1:0:0を示す原子数比の近傍値である原子数比では、ビックスバイ
ト型の結晶構造と層状の結晶構造との二相が共存しやすい。酸化物半導体中に複数の相が
共存する場合、異なる結晶構造の間において、粒界(グレインバウンダリーともいう)が
形成される場合がある。
度)を高くすることができる。これは、インジウム、元素M及び亜鉛を有する酸化物半導
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、インジウムの含有率を
高くすることにより、s軌道が重なる領域がより大きくなるため、インジウムの含有率が
高い酸化物半導体はインジウムの含有率が低い酸化物半導体と比較してキャリア移動度が
高くなるためである。
低くなる。従って、[In]:[M]:[Zn]=0:1:0を示す原子数比、およびそ
の近傍値である原子数比(例えば図31(C)に示す領域C)では、絶縁性が高くなる。
層状構造となりやすい、図31(A)の領域Aで示される原子数比を有することが好まし
い。
1、およびその近傍値を示している。近傍値には、例えば、原子数比が[In]:[M]
:[Zn]=5:3:4が含まれる。領域Bで示される原子数比を有する酸化物半導体は
、特に、結晶性が高く、キャリア移動度も高い優れた酸化物半導体である。
い。原子数比により、層状構造を形成するための難易の差はある。一方、同じ原子数比で
あっても、形成条件により、層状構造になる場合も層状構造にならない場合もある。従っ
て、図示する領域は、酸化物半導体が層状構造を有する原子数比を示す領域であり、領域
A乃至領域Cの境界は厳密ではない。
減少させることができるため、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。また、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
えば、酸化物半導体は、キャリア密度が8×1011/cm3未満、好ましくは1×10
11/cm3未満、さらに好ましくは1×1010/cm3未満であり、1×10-9/
cm3以上とすればよい。
ないため、キャリア密度を低くすることができる。また、高純度真性または実質的に高純
度真性である酸化物半導体は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場
合がある。
く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い
酸化物半導体にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定となる場合
がある。
低減することが有効である。また、酸化物半導体中の不純物濃度を低減するためには、近
接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。不純物としては、水素、窒素、アル
カリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
半導体において欠陥準位が形成される。このため、酸化物半導体におけるシリコンや炭素
の濃度と、酸化物半導体との界面近傍のシリコンや炭素の濃度(二次イオン質量分析法(
SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)により
得られる濃度)を、2×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×1017at
oms/cm3以下とする。
成し、キャリアを生成する場合がある。従って、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が
含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。こ
のため、酸化物半導体中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を低減することが
好ましい。具体的には、SIMSにより得られる酸化物半導体中のアルカリ金属またはア
ルカリ土類金属の濃度を、1×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×101
6atoms/cm3以下にする。
密度が増加し、n型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を半導体に
用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、該酸化物半導体におい
て、窒素はできる限り低減されていることが好ましい。例えば、酸化物半導体中の窒素濃
度は、SIMSにおいて、5×1019atoms/cm3未満、好ましくは5×101
8atoms/cm3以下、より好ましくは1×1018atoms/cm3以下、さら
に好ましくは5×1017atoms/cm3以下とする。
、酸素欠損を形成する場合がある。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子
が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャ
リアである電子を生成することがある。従って、水素が含まれている酸化物半導体を用い
たトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、酸化物半導体中の水素は
できる限り低減されていることが好ましい。具体的には、酸化物半導体において、SIM
Sにより得られる水素濃度を、1×1020atoms/cm3未満、好ましくは1×1
019atoms/cm3未満、より好ましくは5×1018atoms/cm3未満、
さらに好ましくは1×1018atoms/cm3未満とする。
で、安定した電気特性を付与することができる。
半導体S1、酸化物半導体S2、および酸化物半導体S3の積層構造、および積層構造に
接する絶縁体のバンド図と、酸化物半導体S2および酸化物半導体S3の積層構造、およ
び積層構造に接する絶縁体のバンド図と、について、図33を用いて説明する。なお、酸
化物半導体S1は酸化物半導体層130a、酸化物半導体S2は酸化物半導体層130b
、酸化物半導体S3は酸化物半導体層130cに相当する。
、及び絶縁体I2を有する積層構造の膜厚方向のバンド図の一例である。また、図33(
B)は、絶縁体I1、酸化物半導体S2、酸化物半導体S3、及び絶縁体I2を有する積
層構造の膜厚方向のバンド図の一例である。なお、バンド図は、理解を容易にするため絶
縁体I1、酸化物半導体S1、酸化物半導体S2、酸化物半導体S3、及び絶縁体I2の
伝導帯下端のエネルギー準位(Ec)を示す。
ー準位が真空準位に近く、代表的には、酸化物半導体S2の伝導帯下端のエネルギー準位
と、酸化物半導体S1、酸化物半導体S3の伝導帯下端のエネルギー準位との差が、0.
15eV以上、または0.5eV以上、かつ2eV以下、または1eV以下であることが
好ましい。すなわち、酸化物半導体S1、酸化物半導体S3の電子親和力よりも、酸化物
半導体S2の電子親和力が大きく、酸化物半導体S1、酸化物半導体S3の電子親和力と
、酸化物半導体S2の電子親和力との差は、0.15eV以上、または0.5eV以上、
かつ2eV以下、または1eV以下であることが好ましい。
、酸化物半導体S3において、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言
すると、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。このようなバンド図を
有するためには、酸化物半導体S1と酸化物半導体S2との界面、または酸化物半導体S
2と酸化物半導体S3との界面において形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよ
い。
3が、酸素以外に共通の元素を有する(主成分とする)ことで、欠陥準位密度が低い混合
層を形成することができる。例えば、酸化物半導体S2がIn-Ga-Zn酸化物半導体
の場合、酸化物半導体S1、酸化物半導体S3として、In-Ga-Zn酸化物半導体、
Ga-Zn酸化物半導体、酸化ガリウムなどを用いるとよい。
半導体S2との界面、および酸化物半導体S2と酸化物半導体S3との界面における欠陥
準位密度を低くすることができるため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さく、
高いオン電流が得られる。
め、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。酸化物半導体S1、
酸化物半導体S3を設けることにより、トラップ準位を酸化物半導体S2より遠ざけるこ
とができる。当該構成とすることで、トランジスタのしきい値電圧がプラス方向にシフト
することを防止することができる。
低い材料を用いる。このとき、酸化物半導体S2、酸化物半導体S2と酸化物半導体S1
との界面、および酸化物半導体S2と酸化物半導体S3との界面が、主にチャネル領域と
して機能する。例えば、酸化物半導体S1、酸化物半導体S3には、図31(C)におい
て、絶縁性が高くなる領域Cで示す原子数比の酸化物半導体を用いればよい。なお、図3
1(C)に示す領域Cは、[In]:[M]:[Zn]=0:1:0、またはその近傍値
である原子数比を示している。
物半導体S1および酸化物半導体S3には、[M]/[In]が1以上、好ましくは2以
上である酸化物半導体を用いることが好ましい。また、酸化物半導体S3として、十分に
高い絶縁性を得ることができる[M]/([Zn]+[In])が1以上である酸化物半
導体を用いることが好適である。
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。
。
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。
)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
。
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34(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34(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34(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34(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34(E)
に示す。図34(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34(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34(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35(D)および図35(E)は、
それぞれ図35(B)および図35(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35(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面方向において酸素原子の配列が
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、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。
、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36
(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36(B)に示す。図36(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36(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。
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37(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37(A)および図37(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38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38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38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。
面体晶構造を有する単結晶InGaZnO4の密度は6.357g/cm3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/cm3以上5.9g/cm3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/cm3以上6.3g/cm3
未満である。
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。
Vo)、または酸化物半導体中の不純物などが挙げられる。
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。
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-
3以上とすればよい。
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
。
、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。
m-3未満が好ましく、1×107cm-3以上1×1017cm-3以下がより好まし
く、1×109cm-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。
できる。
以下では、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるCAC(Cl
oud-Aligned Composite)-OSの構成について説明する。
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2nm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。
よび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イッ
トリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲ
ルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、
タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含
まれていてもよい。
a-Zn酸化物を、特にCAC-IGZOと呼称してもよい。)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、InX2ZnY2OZ2(X2、Y2、およびZ2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、GaX4ZnY4OZ4(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InX2ZnY2OZ2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。
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。
合がある。代表例として、InGaO3(ZnO)m1(m1は自然数)、またはIn(
1+x0)Ga(1-x0)O3(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。
CAAC構造とは、複数のIGZOのナノ結晶が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。
a、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-OSにおいて、結晶
構造は副次的な要素である。
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。
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。
、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン
、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネ
シウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれている場合、CAC-OSは、一部
に該金属元素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。
することができる。また、CAC-OSをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスと
して、不活性ガス(代表的にはアルゴン)、酸素ガス、及び窒素ガスの中から選ばれたい
ずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガ
スの流量比は低いほど好ましく、例えば酸素ガスの流量比を0%以上30%未満、好まし
くは0%以上10%以下とすることが好ましい。
とつであるOut-of-plane法によるθ/2θスキャンを用いて測定したときに
、明確なピークが観察されないという特徴を有する。すなわち、X線回折から、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。
射することで得られる電子線回折パターンにおいて、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が観測される。従って、電子線回折パターンから、CAC-OSの
結晶構造が、平面方向、および断面方向において、配向性を有さないnc(nano-c
rystal)構造を有することがわかる。
分光法(EDX:Energy Dispersive X-ray spectros
copy)を用いて取得したEDXマッピングにより、GaOX3が主成分である領域と
、InX2ZnY2OZ2、またはInOX1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ことが確認できる。
ZO化合物と異なる性質を有する。つまり、CAC-OSは、GaOX3などが主成分で
ある領域と、InX2ZnY2OZ2、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。
などが主成分である領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、InX2ZnY
2OZ2、またはInOX1が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、酸化
物半導体としての導電性が発現する。従って、InX2ZnY2OZ2、またはInOX
1が主成分である領域が、酸化物半導体中にクラウド状に分布することで、高い電界効果
移動度(μ)が実現できる。
1が主成分である領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、GaOX3などが
主成分である領域が、酸化物半導体中に分布することで、リーク電流を抑制し、良好なス
イッチング動作を実現できる。
InX2ZnY2OZ2、またはInOX1に起因する導電性とが、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。
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。
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39(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40(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。
り、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、表示装置および両者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41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。
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
41(E)に示した携帯型ゲーム機は、表示部を1つのみ有しているが、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。
。
12 A/Dコンバータ
20 画素
20a 画素
20b 画素
20c 画素
20h 画素
20i 画素
20j 画素
20k 画素
21 画素アレイ
23 列ドライバ
24 行ドライバ
25 アナログスイッチ
26 電流源回路
28 コンパレータ
29 カウンター回路
30 端子
31 端子
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
47 トランジスタ
61 配線
61h 配線
61i 配線
61j 配線
61k 配線
62 配線
63 配線
64 導電層
65 配線
71 配線
72 配線
73 配線
75 配線
76 配線
77 配線
78 配線
81a 絶縁層
81b 絶縁層
81c 絶縁層
81d 絶縁層
81e 絶縁層
81f 絶縁層
81g 絶縁層
81h 絶縁層
81j 絶縁層
82 導電体
83 導電体
84 導電層
91 配線
92 配線
93 配線
94 導電層
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
114 トランジスタ
115 トランジスタ
116 トランジスタ
117 トランジスタ
119 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
130d 酸化物半導体層
140 導電層
141 導電層
142 導電層
143 領域
150 導電層
151 導電層
152 導電層
153 領域
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
191 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
500 単結晶シリコン基板
510 領域
520 領域
530 領域
540 領域
545 領域
550 導電層
560 導電層
600 単結晶シリコン基板
660 チャネル形成領域
700 シフトレジスタ
701 配線
702 配線
703 配線
704 配線
705 配線
710 パルス出力回路
710_i パルス出力回路
710_i-1 パルス出力回路
710_n パルス出力回路
710_1 パルス出力回路
710_2 パルス出力回路
711 端子
712 端子
713 端子
713_1 端子
714 端子
715 端子
715_n 端子
716 端子
721 トランジスタ
722 トランジスタ
724 トランジスタ
725 トランジスタ
726 トランジスタ
727 トランジスタ
728 トランジスタ
729 トランジスタ
731 トランジスタ
732 トランジスタ
733 容量素子
734 容量素子
741 配線
746 配線
761 ノード
762 ノード
763 ノード
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
903 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
1300 層
1400 層
1530 遮光層
1540 マイクロレンズアレイ
1550a 光学変換層
1550b 光学変換層
1550c 光学変換層
Claims (5)
- 受光面を上方として、マイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイの下層のカラーフィルタと、前記カラーフィルタの下層の遮光層と、前記遮光層の下層のフォトダイオードと、前記フォトダイオードの下層の第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタの下層の第2のトランジスタと、を有し、
前記第1のトランジスタと、前記フォトダイオードとは、画素として機能し、
前記第2のトランジスタは、前記画素を制御する回路として機能し、
前記画素を有する第1の層と前記回路を有する第2の層とは、はり合わせられており、
前記回路は、前記第1の層を貫通し、且つ、前記第1の層と前記第2の層とのはり合わせられた界面を貫通するように配置された導電体と電気的に接続され、
前記導電体は、前記マイクロレンズアレイと重なる領域を有さず、
前記導電体と、前記フォトダイオードが形成される単結晶シリコン基板と、の間には、絶縁層が配置され、
前記絶縁層は、前記フォトダイオードの受光面を覆う領域を有し、
前記カラーフィルタは、前記絶縁層と接するように配置され、
前記絶縁層は、酸化ハフニウムを有する、撮像装置。 - 受光面を上方として、マイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイの下層のカラーフィルタと、前記カラーフィルタの下層の遮光層と、前記遮光層の下層のフォトダイオードと、前記フォトダイオードの下層の第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタの下層の第2のトランジスタと、を有し、
前記第1のトランジスタと、前記フォトダイオードとは、画素として機能し、
前記第2のトランジスタは、前記画素を制御する回路として機能し、
前記画素を有する第1の層と前記回路を有する第2の層とは、はり合わせられており、
前記回路は、前記第1の層を貫通し、且つ、前記第1の層と前記第2の層とのはり合わせられた界面を貫通するように配置された導電体と電気的に接続され、
前記導電体は、前記マイクロレンズアレイと重なる領域を有さず、
前記導電体と、前記フォトダイオードが形成される単結晶シリコン基板と、の間には、絶縁層が配置され、
前記絶縁層は、前記フォトダイオードの受光面を覆う領域を有し、
前記カラーフィルタと前記遮光層とは、前記絶縁層と接するように配置され、
前記絶縁層は、酸化ハフニウムを有する、撮像装置。 - 受光面を上方として、マイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイの下層のカラーフィルタと、前記カラーフィルタの下層の遮光層と、前記遮光層の下層のフォトダイオードと、前記フォトダイオードの下層の第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタの下層の第2のトランジスタと、を有し、
前記第1のトランジスタと、前記フォトダイオードとは、画素として機能し、
前記第2のトランジスタは、前記画素を制御する回路として機能し、
前記画素を有する第1の層と前記回路を有する第2の層とは、はり合わせられており、
前記回路は、前記第1の層を貫通し、且つ、前記第1の層と前記第2の層とのはり合わせられた界面を貫通するように配置された第1の導電体及び第2の導電体と電気的に接続され、
前記第1の導電体及び前記第2の導電体は、前記マイクロレンズアレイと重なる領域を有さず、
前記第1の導電体と前記第2の導電体との間に、前記画素が複数配置され、
前記第1の導電体と、前記フォトダイオードが形成される単結晶シリコン基板と、の間には、絶縁層が配置され、
前記第2の導電体と前記単結晶シリコン基板との間には、前記絶縁層が配置され、
前記絶縁層は、前記フォトダイオードの受光面を覆う領域を有し、
前記カラーフィルタは、前記絶縁層と接するように配置され、
前記絶縁層は、酸化ハフニウムを有する、撮像装置。 - 受光面を上方として、マイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイの下層のカラーフィルタと、前記カラーフィルタの下層の遮光層と、前記遮光層の下層のフォトダイオードと、前記フォトダイオードの下層の第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタの下層の第2のトランジスタと、を有し、
前記第1のトランジスタと、前記フォトダイオードとは、画素として機能し、
前記第2のトランジスタは、前記画素を制御する回路として機能し、
前記画素を有する第1の層と前記回路を有する第2の層とは、はり合わせられており、
前記回路は、前記第1の層を貫通し、且つ、前記第1の層と前記第2の層とのはり合わせられた界面を貫通するように配置された第1の導電体及び第2の導電体と電気的に接続され、
前記第1の導電体及び前記第2の導電体は、前記マイクロレンズアレイと重なる領域を有さず、
前記第1の導電体と前記第2の導電体との間に、前記画素が複数配置され、
前記第1の導電体と、前記フォトダイオードが形成される単結晶シリコン基板と、の間には、絶縁層が配置され、
前記第2の導電体と前記単結晶シリコン基板との間には、前記絶縁層が配置され、
前記絶縁層は、前記フォトダイオードの受光面を覆う領域を有し、
前記カラーフィルタと前記遮光層とは、前記絶縁層と接するように配置され、
前記絶縁層は、酸化ハフニウムを有する、撮像装置。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
前記第1のトランジスタのチャネル長は、前記第2のトランジスタのチャネル長よりも大きい、撮像装置。
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