JP6185544B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

酸化物半導体を用いる半導体装置及びその作製方法に関する。
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装
置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
固体撮像装置は、ＣＣＤイメージセンサに代表される電荷転送型固体撮像装置と、ＣＭＯ
Ｓイメージセンサに代表される増幅型固体撮像装置とに大別される。
フォトダイオードなどの光電変換素子と、その光電変換素子で発生した光電荷を出力信号
線へ取り出す手段とを含む画素をマトリクス状に配置する二次元固体撮像装置は、様々な
用途に用いられている。例えば、カメラ付き携帯電話やＰＤＡなどの携帯情報端末に搭載
されている。
また、チャネル形成領域に酸化物半導体層を用いてトランジスタなどを作製する技術が注
目されている。例えば、酸化物半導体層として酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いるトランジスタ
や、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍを用いるトランジスタが挙げられる。
特許文献１には、表示装置の画素に、２つの異なる素子、即ち、酸化物半導体層を用いた
トランジスタと、非晶質シリコンを光電変換層に用いたフォトダイオードとを設ける構成
が開示されている。
特開２０１０−１５３８３４号公報
画素の微細化が進むと、フォトダイオードの占有面積を確保することが困難となっている
。画素にはトランジスタも形成するため、トランジスタの占有面積が大きくなると、集積
可能な面積全体に対してフォトダイオードの占有面積が小さくなる。
画素が微細化しても画素の飽和電荷量を十分確保できる固体撮像装置を有する半導体装置
とその製造方法を提供する。
また、単結晶シリコンをチャネル形成領域に用いたトランジスタであっても理想的な電気
特性を有しているとは言えず、例えばオフ電流（リーク電流などとも呼ぶ）は、実質的に
ゼロと言えるほど小さいものではない。従って、固体撮像素子など電荷保持型の半導体装
置を構成する場合には、十分な電位保持期間の確保が可能であり、よりオフ電流が低減さ
れたデバイスの開発が望まれている。
そこで、開示する本発明の一態様は、安定した電気特性（例えば、オフ電流が極めて低減
されている）を有するトランジスタを含む固体撮像素子を提供することを目的とする。
増幅回路などの駆動回路が設けられた半導体基板上に２つの異なる素子層（酸化物半導体
層を含む素子層と、フォトダイオードを含む素子層と）を積層することによって、フォト
ダイオードの占有面積を確保する。また、フォトダイオードと電気的に接続するトランジ
スタに酸化物半導体層をチャネル形成領域とするトランジスタを用いることで、半導体装
置の消費電力の低減を図る。
本明細書で開示する発明の構成の一形態は、半導体基板に第１のトランジスタを含む駆動
回路と、半導体基板上に酸化物半導体層をチャネル形成領域とする第２のトランジスタと
、半導体基板上に第２のトランジスタと電気的に接続するフォトダイオードとを有し、第
２のトランジスタ上にフォトダイオードが一部重なることを特徴とする半導体装置である
。
上記構成の作製方法の一例は、半導体基板に増幅回路などを形成した後、酸化物半導体層
をチャネル形成領域とするトランジスタを形成し、その上に他の半導体基板から分離した
結晶性シリコン層を貼りつけ、その結晶性シリコン層を光電変換層とするフォトダイオー
ドを作製して、酸化物半導体層を含む素子層上にフォトダイオードを含む素子層を積層し
た半導体装置を作製する。
また、酸化物半導体層を含む素子層は透光性を有するため、２つの異なる素子層の積層順
序を反対にする構成とすることもでき、その一形態は、半導体基板に第１のトランジスタ
を含む駆動回路と、半導体基板上に酸化物半導体層をチャネル形成領域とする第２のトラ
ンジスタと、半導体基板上に第２のトランジスタと電気的に接続するフォトダイオードと
を有し、フォトダイオード上に第２のトランジスタが一部重なることを特徴とする半導体
装置である。
上記構成の作製方法の一例は、半導体基板に増幅回路などを形成した後、他の半導体基板
から分離した結晶性シリコン層を貼りつけ、その結晶性シリコン層を光電変換層とするフ
ォトダイオードを作製し、その上に酸化物半導体層をチャネル形成領域とするトランジス
タを形成し、フォトダイオードを含む素子層上に酸化物半導体層を含む素子層を積層した
半導体装置を作製する。
また、３つの異なる素子が重なる構成とすることもでき、その一形態は、半導体基板に第
１のトランジスタを含む駆動回路と、半導体基板上に酸化物半導体層をチャネル形成領域
とする第２のトランジスタと、半導体基板上に第２のトランジスタと電気的に接続するフ
ォトダイオードとを有し、第１のトランジスタと第２のトランジスタとフォトダイオード
は、一部重なることを特徴とする半導体装置である。このように３つの異なる素子を重ね
て配置することで高集積化を図ることができる。
また、フォトダイオードと電気的に接続するトランジスタに電気的に接続するリセット用
のトランジスタを設ける構成としてもよく、その一形態は、半導体基板に第１のトランジ
スタを含む駆動回路と、半導体基板上に酸化物半導体層をチャネル形成領域とする第２の
トランジスタ及び第３のトランジスタと、半導体基板上に前記第２のトランジスタの一方
の端子と電気的に接続するフォトダイオードとを有し、第２のトランジスタのもう一方の
端子は、第３のトランジスタと電気的に接続され、且つ、第１のトランジスタのゲート電
極層と電気的に接続され、第２のトランジスタまたは第３のトランジスタ上にフォトダイ
オードが一部重なることを特徴とする半導体装置である。
上記各構成において、第１のトランジスタのチャネル形成領域は、結晶性シリコンで構成
される。
また、上記各構成において、フォトダイオードの半導体層は、結晶性シリコンで構成され
る。
また、上記各構成において、前記フォトダイオードは、ｐ型半導体領域、ｉ型半導体領域
及びｎ型半導体領域を有する。フォトダイオードの代表的なものは、ｐｉｎ型フォトダイ
オードであるが、ｐｎ型フォトダイオードや、ショットキー型フォトダイオードがあり、
いずれか一を適宜用いればよい。
増幅回路などの駆動回路が設けられた半導体基板上に２つの異なる素子層（酸化物半導体
層を含む素子層と、フォトダイオードを含む素子層と）を積層することによって、高集積
化を図ることができる。また、表面入射型であり、表面にはダイオードのみを配置するた
め、フォトダイオードの占有面積を十分確保でき、受光面積を大きくすることができる。
従って、画素の信号電荷量の飽和量を増加させることができ、ダイナミックレンジの拡大
を図ることができる。また、酸化物半導体層を含む素子層は透光性を有するため、２つの
異なる素子層の積層順序を反対にする構成とすることもできる。
また、フォトダイオードと電気的に接続するトランジスタに酸化物半導体層をチャネル形
成領域とするトランジスタを用いることで、低消費電力の半導体装置を作製することがで
きる。
本発明の一態様を示す構成の概念図である。 （Ａ）は、本発明の一態様を示す等価回路の一例であり、（Ｂ）はタイミングチャートを示す図である。 本発明の一態様を示す等価回路の一例を示す図である。 本発明の一態様を示す断面構造を示す図である。 本発明の一態様を示す断面構造を示す図である。 本発明の一態様を示す断面構造を示す図である。 電子機器を説明する図。 電子機器を説明する図。
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は
以下の説明に限定されず、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。また、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。
（実施の形態１）
固体撮像装置の構成の一例を図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を用いて以下に示す。
図１（Ａ）には、増幅回路などの駆動回路が設けられた半導体基板１００上に酸化物半導
体層を含む素子層１０１を設け、酸化物半導体層を含む素子層１０１上にフォトダイオー
ドを含む素子層１０２を設けた積層体の断面模式図を示している。
半導体基板１００は、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基
板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板などを用いることができ
、トランジスタのチャネル形成領域は、半導体基板中、又は半導体基板上に形成すること
ができる。シリコンなどの材料を用いたトランジスタは、高速動作が容易であり、ｎチャ
ネル型トランジスタやｐチャネル型トランジスタなどを用い、増幅回路などの駆動回路を
設けた半導体基板１００を作製すればよい。
酸化物半導体層を含む素子層１０１は、酸化物半導体層をチャネル形成領域とするトラン
ジスタを少なくとも一つ以上有する層である。酸化物半導体層は、二元系金属の酸化物で
あるＩｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、三元系金属の酸化
物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する。）、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸
化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化
物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物
、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、
Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉ
ｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、四元
系金属の酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化
物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物などを用いることができる。
なお、ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを有する
酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、Ｉｎ、Ｇａ及びＺ
ｎ以外の金属元素が含まれていてもよい。
また、金属酸化物ターゲットの相対密度（充填率）は９０％以上１００％以下、好ましく
は９５％以上９９．９％以下である。相対密度の高い金属酸化物ターゲットを用いること
により、成膜した酸化物半導体層は緻密な膜とすることができる。
酸化物半導体層を形成する際に用いるスパッタリングガスは水素、水、水酸基又は水素化
物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
また、酸化物半導体層は、結晶構造を有することが好ましい。結晶構造を有する酸化物半
導体層は、単結晶膜、多結晶膜（ポリクリスタルともいう。）、微結晶膜、またはＣＡＡ
Ｃ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅ
ｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜とする。
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、完全な単結晶ではなく、完全な非晶質でもない。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜
は、結晶部を有する酸化物半導体膜である。なお、当該結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満
の立方体内に収まる大きさであることが多い。また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａ
ｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による観察像では、Ｃ
ＡＡＣ−ＯＳ膜には粒界（グレインバウンダリーともいう。）は確認できない。そのため
、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、粒界に起因する電子移動度の低下が抑制される。
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、ｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線ベクト
ルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃い、かつａｂ面に垂直な方向から見て三角
形状または六角形状の原子配列を有し、ｃ軸に垂直な方向から見て金属原子が層状または
金属原子と酸素原子とが層状に配列している。なお、異なる結晶部間で、それぞれａ軸お
よびｂ軸の向きが異なっている。即ち、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、異なる結晶成分間でｃ軸は
揃っているが、ａ軸及びｂ軸が揃っていないことからエピタキシャル成長でない膜である
。本明細書において、単に垂直と記載する場合、８５°以上９５°以下の範囲も含まれる
こととする。また、単に平行と記載する場合、−５°以上５°以下の範囲も含まれること
とする。
なお、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜において、結晶部の分布が一様でなくてもよい。例えば、ＣＡＡ
Ｃ−ＯＳ膜の形成過程において、酸化物半導体膜の表面側から結晶成長させる場合、被形
成面の近傍に対し表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。また、ＣＡ
ＡＣ−ＯＳ膜へ不純物を添加することにより、当該不純物添加領域において結晶部の結晶
性が低下し、不純物の添加条件によっては微結晶領域または非晶質領域になることもある
。
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線ベクト
ルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃うため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形状（被形成
面の断面形状または表面の断面形状）によっては互いに異なる方向を向くことがある。な
お、結晶部のｃ軸の方向は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成されたときの被形成面の法線ベクト
ルまたは表面の法線方向に平行なベクトルとなる。結晶部は、成膜することにより、また
は成膜後に熱処理などの結晶化処理を行うことにより形成される。
また、ＣＡＡＣ−ＯＳのように結晶部を有する酸化物半導体では、よりバルク内欠陥を低
減することができ、表面の平坦性を高めればアモルファス状態の酸化物半導体以上の移動
度を得ることができる。表面の平坦性を高めるためには、平坦な表面上に酸化物半導体を
形成することが好ましく、具体的には、平均面粗さ（Ｒａ）が１ｎｍ以下、好ましくは０
．３ｎｍ以下、より好ましくは０．１ｎｍ以下の表面上に形成するとよい。
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気的特性の変
動を低減することが可能である。従って、酸化物半導体膜をＣＡＡＣ−ＯＳ膜とすること
で、可視光や紫外光の照射によるトランジスタの電気的特性変化を抑制し、信頼性の高い
半導体装置とすることができる。
また、トランジスタの構造は、トップゲート型のトランジスタやボトムゲート型のトラン
ジスタや、上下にゲート電極層を有するデュアルゲート型トランジスタを用いることがで
きる。酸化物半導体を用いたトランジスタは、その特性により長時間の電荷保持を可能と
する。
また、フォトダイオードを含む素子層１０２は、他の半導体基板を用い、水素イオン注入
剥離法などを用いて半導体基板の一部を剥離して酸化物半導体層を含む素子層１０１上に
単結晶半導体層を形成する。水素イオン注入剥離法は、シリコンウエハーに水素イオンを
注入することによって表面から所定の深さに微小気泡層を形成し、該微小気泡層を劈開面
とすることで、別のシリコンウエハーに薄いシリコン層を接合する方法である。
水素イオン注入剥離法によって剥離する前、或いは後にｐ型の導電型を付与する不純物元
素を含有するｐ型不純物層、又はｎ型の導電型を付与する不純物元素を含有するｎ型不純
物層を形成し、フォトダイオードを含む素子層１０２とする。本実施の形態では、ｐ型の
導電型を付与する不純物元素を含有するｐ型不純物層上にｉ型層と、ｎ型不純物層とを積
層させ、それらを一対の電極で挟んだｐｉｎ型フォトダイオードを形成する。
半導体基板１００、素子層１０１、及び素子層１０２に含まれる素子を適宜、組み合わせ
ることによって、光検出回路を構成し、固体撮像装置を作製する。
フォトダイオードは複数形成し、それらをマトリクス状に配置し、それぞれに重なるよう
に赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタなどのカラーフィルタを固体撮像装置に設
けてもよい。赤色フィルタと重なるフォトダイオードは赤色信号に対応する電荷を生成し
、緑色フィルタと重なるフォトダイオードは緑色信号に対応する電荷を生成し、青色フィ
ルタと重なるフォトダイオードは青色信号に対応する電荷を生成する。
また、酸化物半導体層を含む素子層は透光性を有するため、２つの異なる素子層の積層順
序を反対にする構成とすることもでき、その例を図１（Ｂ）に示す。図１（Ｂ）では、半
導体基板１００に第１のトランジスタを含む駆動回路と、半導体基板１００上に酸化物半
導体層をチャネル形成領域とする第２のトランジスタを含む素子層１０１と、半導体基板
１００上にフォトダイオードを含む素子層１０２とを有し、素子層１０２上に素子層１０
１を積層する例である。
図１（Ｂ）の場合、増幅回路などの駆動回路が設けられた半導体基板１００上に水素イオ
ン注入剥離法などを用いて半導体基板の一部を剥離して半導体基板１００上に単結晶半導
体層を形成する。水素イオン注入剥離法によって剥離する前、或いは後にｐ型の導電型を
付与する不純物元素を含有するｐ型不純物層、又はｎ型の導電型を付与する不純物元素を
含有するｎ型不純物層を形成し、フォトダイオードを含む素子層１０２とする。そして、
フォトダイオードを含む素子層１０２上に酸化物半導体層を形成して酸化物半導体層をチ
ャネル形成領域とするトランジスタを作製することによって、図１（Ｂ）の構成を得るこ
とができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１に示した半導体基板１００、素子層１０１、及び素子層
１０２に含まれる素子を適宜、組み合わせることによって構成される光検出回路の例につ
いて説明する。
本実施の形態に係る光検出回路の例について、図２を参照して説明する。図２は、本実施
の形態に係る光検出回路の例を説明するための図である。光検出回路の構成は、実施の形
態１に説明した増幅回路などの駆動回路が設けられた半導体基板上に２つの異なる素子層
（酸化物半導体層を含む素子層と、フォトダイオードを含む素子層と）を積層したものを
用いる。
まず、本実施の形態に係る光検出回路の構成例について、図２（Ａ）を参照して説明する
。
図２（Ａ）に示す光検出回路は、フォトダイオード１５１と、トランジスタ１５２と、ト
ランジスタ１５４と、トランジスタ１５５と、を備える。
フォトダイオード１５１のカソードには、高電源電位ＶＤＤが与えられる。なお、フォト
ダイオード１５１のアノードとカソードの間には負荷抵抗１５０が存在する。
トランジスタ１５４のソース及びドレインの一方は、フォトダイオード１５１のアノード
に電気的に接続され、トランジスタ１５４のゲートには、電荷蓄積制御信号ＴＸが入力さ
れる。トランジスタ１５４は、電荷蓄積制御トランジスタとしての機能を有する。電荷蓄
積制御トランジスタは、増幅トランジスタのゲートの電位を、フォトダイオード１５１に
より生成される光電流に応じた値に設定するか否かを制御する機能を有する。
トランジスタ１５２のソース及びドレインの一方には、低電源電位ＶＳＳが与えられ、他
方の電位が出力信号ＯＵＴの電位となり、光検出回路により出力する光データとなる。さ
らに、トランジスタ１５２のゲートは、トランジスタ１５４のソース及びドレインの他方
に電気的に接続される。トランジスタ１５２のゲートとトランジスタ１５４のソース及び
ドレインの他方との接続箇所がノードＦＤとなる。トランジスタ１５２は、フォトダイオ
ード１５１により生成される光電流を増幅する増幅トランジスタとしての機能を有する。
なお、トランジスタ１５２のソース及びドレインの他方を、スイッチトランジスタのソー
ス又はドレインに接続してもよい。
トランジスタ１５５のソース及びドレインの一方には、リセット電位ＶＲＳが与えられ、
トランジスタ１５５のソース及びドレインの他方は、トランジスタ１５４のソース及びド
レインの他方に電気的に接続され、トランジスタ１５５のゲートには、リセット信号ＲＳ
Ｔが入力される。トランジスタ１５５は、光検出リセットトランジスタとしての機能を有
する。光検出リセットトランジスタは、増幅トランジスタのゲートの電位（ノードＦＤの
電位）を、リセット電位ＶＲＳに設定するか否かを選択する機能を有する。
なお、図２（Ａ）に示す光検出回路を複数具備する場合、全ての光検出回路に同じ電荷蓄
積制御信号を入力することもできる。全ての光検出回路に同じ電荷蓄積制御信号を入力し
て光データを生成する駆動方式をグローバルシャッター方式ともいう。
なお、トランジスタ１５２としては、チャネル形成領域にシリコンを含むトランジスタを
用いることができる。また、トランジスタ１５４、１５５としては、チャネル形成領域に
酸化物半導体を含むトランジスタを用いることができる。上記酸化物半導体を含むトラン
ジスタは、オフ電流が低いため、トランジスタ１５２のゲートの電位の変動を抑制できる
。
次に、図２（Ａ）に示す光検出回路の駆動方法例について、図２（Ｂ）のタイミングチャ
ートを参照して説明する。なお、ここでは、一例としてリセット電位ＶＲＳを低電源電位
ＶＳＳと同等の値であるとする。
図２（Ｂ）に示すように、図２（Ａ）に示す光検出回路の駆動方法例では、まず期間Ｔ１
において、リセット信号ＲＳＴのパルスが入力され、また、期間Ｔ１から期間Ｔ２にかけ
て電荷蓄積制御信号ＴＸのパルスが入力される。なお、期間Ｔ１において、リセット信号
ＲＳＴのパルスの入力開始のタイミングは、電荷蓄積制御信号ＴＸのパルスの入力開始の
タイミングより早くてもよい。
このとき、トランジスタ１５４、１５５がオン状態になることにより、トランジスタ１５
２のゲートの電位（ノードＦＤの電位）がリセット電位ＶＲＳと同等の値になる。
さらに、期間Ｔ２において、トランジスタ１５５がオフ状態になり、トランジスタ１５４
がオン状態のままになる。
このとき、フォトダイオード１５１に入射した光の照度に応じて、フォトダイオード１５
１のアノードとカソードの間に光電流が流れる。さらに、光電流に応じてトランジスタ１
５２のゲートの電位（ノードＦＤの電位）の値が変化する。このとき、トランジスタ１５
２のソース及びドレインの間のチャネル抵抗の値が変化する。
さらに、期間Ｔ３において、トランジスタ１５４がオフ状態になる。
このとき、トランジスタ１５２のゲートの電位（ノードＦＤの電位）は、期間Ｔ２におけ
るフォトダイオード１５１の光電流に応じた値に保持される。
さらに、トランジスタ１５２のソース及びドレインの他方の電位が出力信号ＯＵＴとして
出力されることにより、光検出回路から光データが出力される。以上が図２（Ａ）に示す
光検出回路の駆動方法例である。
なお、図３に示すように、フォトダイオード１５１のアノードとカソードの接続関係を逆
にしてもよい。このとき、フォトダイオード１５１のアノードには、低電源電位ＶＳＳが
与えられ、カソードはトランジスタ１５４のソース及びドレインの一方に電気的に接続さ
れ、トランジスタ１５２のソース及びドレインの一方には、高電源電位ＶＤＤが与えられ
る。
図２及び図３を参照して説明したように、本実施の形態の光検出回路の一例では、電荷蓄
積制御トランジスタ及びリセットトランジスタにオフ電流の低いトランジスタを用いるこ
とにより、増幅トランジスタのゲートの電位の変動を抑制できる。よって、生成されるデ
ータの精度を高めることができる。
また、本実施の形態は実施の形態１と自由に組み合わせることができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２に示した光検出回路を有する固体撮像装置の断面構造の
一例を図４に示す。なお、図２または図３と共通の部分には同じ符号を用いて説明する。
図４は、トランジスタ１５２上にトランジスタ１５４が重なり、トランジスタ１５４上に
フォトダイオード１５１を重ねた例である。このように積層させることで高集積化させて
いる。
図４に示す固体撮像装置は、下部に第１の半導体材料を用いたトランジスタ１５２を有し
、上部に第２の半導体材料を用いたトランジスタ１５４を有するものである。
ここで、第１の半導体材料と第２の半導体材料は異なるバンドギャップを持つ材料とする
ことが望ましい。例えば、第１の半導体材料を酸化物半導体以外の半導体材料（シリコン
など）とし、第２の半導体材料を酸化物半導体とすることができる。シリコンなどの材料
を用いたトランジスタは、高速動作が容易である。一方で、酸化物半導体を用いたトラン
ジスタは、その特性により長時間の電荷保持を可能とする。
なお、本実施の形態では、基板７００としてｐ型の導電型を有する単結晶シリコン基板を
用い、ｎ型を付与する不純物元素を添加し、ＬＤＤ（ＬｉｇｈｔｌｙＤｏｐｅｄ Ｄｒａ
ｉｎ）領域やエクステンション領域として機能するｎ型不純物領域７４４、ソース領域又
はドレイン領域として機能するｎ型不純物領域７４５を形成している。トランジスタ１５
２は、ｎチャネル型トランジスタであり、チャネル形成領域７４３、ｎ型不純物領域７４
４、ソース領域又はドレイン領域として機能するｎ型不純物領域７４５、ゲート絶縁膜７
４２、ゲート電極層７４１を有している。なお、ｎ型不純物領域７４５の不純物濃度は、
ｎ型不純物領域７４４よりも高い。ゲート電極層７４１の側面には側壁絶縁層７４６が設
けられており、ゲート電極層７４１及び側壁絶縁層７４６をマスクとして用いて、不純物
濃度が異なるｎ型不純物領域７４４、ｎ型不純物領域７４５を自己整合的に形成すること
ができる。
基板７００において、トランジスタ１５２は隣り合うトランジスタと素子分離領域７８９
により分離されており、トランジスタ１５２上に絶縁膜７８８、及び絶縁膜６８７が積層
されている。絶縁膜６８７上には、絶縁膜７８８及び絶縁膜６８７に形成された開口を介
してｎ型不純物領域７４５に接する配線層６４７、６４８とを有する。また、絶縁膜６８
７上には、トランジスタ１５２のゲート電極層７４１と電気的に接続する配線層６４９が
形成されている。なお、図４に示すように、素子分離領域７８９上に重なる位置にゲート
電極層７４１が引き回され、素子分離領域７８９上にコンタクトホールを形成して配線層
６４９と電気的に接続させている。
また、本実施の形態の半導体装置は図４に示す構成に限定されず、トランジスタ１５２と
してシリサイド（サリサイド）を有するトランジスタや、側壁絶縁層を有さないトランジ
スタを用いてもよい。シリサイド（サリサイド）を有する構造であると、ソース領域及び
ドレイン領域がより低抵抗化でき、半導体装置の高速化が可能である。また、低電圧で動
作できるため、半導体装置の消費電力を低減することが可能である。
次に、図４の半導体装置における下部のトランジスタ１５２上に設けられる上部の素子構
成を説明する。
絶縁膜６８６及び配線層６５８上に絶縁膜６８４が積層され、絶縁膜６８４上に、配線層
６９２が形成されている。配線層６９２を覆う絶縁膜４３４が設けられ、その上に酸化物
半導体層４０３と、ゲート絶縁膜４０２と、その上にゲート電極層４０１ａ、４０１ｂが
設けられている。
配線層６９２は、絶縁膜６８４に形成された開口を介して配線層６５８と電気的に接続す
る。本実施の形態において、絶縁膜６８４はＣＭＰ法による平坦化処理を行っている例で
ある。
絶縁膜４３４は半導体装置において下部と上部の間に設けられており、上部のトランジス
タ１５４の電気的特性の劣化や変動を招く水素等の不純物が、下部から上部へ侵入しない
ように、バリア膜として機能する。よって、不純物等の遮断機能の高い、緻密な無機絶縁
膜（例えば、酸化アルミニウム膜、窒化シリコン膜など）を用いることが好ましい。
以下に、トランジスタ１５４の作製方法を簡略に説明する。
トランジスタ１５２上に設けた絶縁膜６８４上に、配線層６９２を形成する。
次いで、配線層６９２を覆う絶縁膜４３４を形成する。
次いで、絶縁膜４３４上に表面に配線層６９２の形状を反映した凸部を有する酸化物絶縁
膜を形成する。そして、酸化物絶縁膜にＣＭＰ処理を施して、配線層６９２上の酸化物絶
縁膜を選択的に除去することで表面を平坦化し、平坦化した酸化物絶縁膜４３５を形成す
る。
次いで、配線層６９２の上面に形成された絶縁膜４３４を一部選択的に除去して配線層６
９２の上面を露出させる開口を形成する。
次いで、スパッタリング法などを用いて導電膜を成膜し、選択的にエッチングしてソース
電極またはドレイン電極として機能する電極層４０５ａ及び電極層４０５ｂを形成する。
次いで、電極層４０５ａ及び電極層４０５ｂ上に酸化物半導体層４０３を、スパッタ法に
より成膜し、１枚のフォトマスクを用いて選択的にエッチングする。
酸化物半導体層４０３は、酸素雰囲気（酸素１００％雰囲気）下で、組成として、Ｉｎ：
Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］の酸化物ターゲットを用いて成膜し、膜中に、ｃ軸
が膜の被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃い、かつａｂ
面に垂直な方向から見て三角形状または六角形状の原子配列を有し、ｃ軸に垂直な方向か
ら見て金属原子が層状または金属原子と酸素原子とが層状に配列している結晶部を含ませ
、所謂ＣＡＡＣ−ＯＳ膜とする。なお、本実施の形態では成膜直後に結晶部を有する酸化
物半導体膜を形成する例を示したが、成膜後に加熱処理を行うことで結晶部を形成しても
よい。
次いで、酸化物半導体層４０３上にゲート絶縁膜４０２を形成する。本実施の形態ではゲ
ート絶縁膜４０２の材料として、酸化ガリウム膜を用いる。
次いで、ゲート絶縁膜４０２上に、スパッタリング法、蒸着法などを用いて導電膜を形成
し、該導電膜をエッチングして、ゲート電極層４０１ａ、４０１ｂを形成する。以上の工
程でトランジスタ１５４を形成する。
次いで、トランジスタ１５４上に絶縁膜４０７及び層間絶縁膜４８５を形成する。こうし
てトランジスタ１５４を含む素子層が形成される。そして、層間絶縁膜４８５に電極層４
０５ｂに達する開口を形成し、第１の電極層４８６を形成する。この第１の電極層はマト
リクス状に配置される。そして、第１の電極層を覆って絶縁膜を形成した後、ＣＭＰなど
の平坦化処理を行い、第１の電極層の上面を露出させる。また、層間絶縁膜４８５に埋め
込み配線を形成し、埋め込み配線上方に他の半導体素子や配線などを形成して多層構造を
有する半導体装置を作製してもよい。
次いで、トランジスタ１５４上にフォトダイオード１５１を作製する一例を示す。
図示しない他の半導体基板を用意し、水素イオン注入剥離法などを用いて半導体基板の一
部を剥離して酸化物半導体層を含む素子層上に単結晶半導体層を形成する。
次いで、ｐ型不純物元素を単結晶半導体層に添加してｐ型不純物層２０１ｐを形成し、ｎ
型不純物元素を単結晶半導体層に添加してｎ型不純物層２０１ｎを形成する。なお、ｐ型
不純物層２０１ｐとｎ型不純物層２０１ｎの間にはｉ型層２０１ｉが形成される。そして
、ｎ型不純物層２０１ｎ上に透光性を有する導電膜２０２を形成し、上方入射のフォトダ
イオード１５１が作製される。なお、フォトダイオード１５１の作製方法は上記作製方法
に限定されないことは言うまでもなく、例えば、ｐ型不純物層２０１ｐをプラズマＣＶＤ
法による成膜によって形成してもよい。
こうして作製される固体撮像装置は、フォトダイオードに多少リークがあってもトランジ
スタ１５４をオフ状態とすることで、トランジスタ１５４とトランジスタ１５２の間の電
荷が保持される。従ってマージン向上及び歩留まり向上を図ることができる。
また、実施の形態２に示した光検出回路を実現できるのであれば、図４の構成に限定され
ず、実施の形態１に示した半導体基板１００、素子層１０１、及び素子層１０２に含まれ
る素子を配線によって電極層と適宜接続し、取り出し端子などを作製すればよい。
また、図５に図４の構成と異なる他の例を示す。図５は、図４とトランジスタの構造が異
なるだけで他の構成は同一であるため、ここでは異なる点のみを説明する。
図５に示すトランジスタ１５４ａは、酸化物絶縁膜４３５と酸化物半導体層の積層の間に
酸化ガリウムを含む絶縁膜４３７を設け、酸化物半導体層の積層上に電極層４０５ａ、４
０５ｂを形成し、電極層４０５ａ上に第１の保護層４１０ａと、電極層４０５ｂ上に第２
の保護層４１０ｂとを有する例である。
また、図５に示すトランジスタ１５４ａは、第１の酸化物半導体層４０３ａ上に、第１の
酸化物半導体層４０３ａと組成の異なる第２の酸化物半導体層４０３ｂを形成して積層構
造とする。
第１の酸化物半導体層４０３ａとしては、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２の原子数比のタ
ーゲットを用いて成膜されるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物膜を用いる。なお、第１の酸化物
半導体層４０３ａは、原子数比でＩｎをＧａ及びＺｎよりも多い半導体膜であればよい。
また、第２の酸化物半導体層４０３ｂとしては、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１の原子数
比のターゲットを用いて成膜されるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物膜を用いる。
組成の異なる酸化物半導体層の積層を用いる場合、積層の下層、本実施の形態では、第１
の酸化物半導体層４０３ａが露出しないように積層の上層を残すように形成する。
図５に示すトランジスタ１５４ａは、チャネル形成領域にＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２
の原子数比のターゲットを用いて成膜されるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物膜を用いるため、
電界効果移動度の向上を図ることができる。
また、電極層４０５ａ上に第１の保護層４１０ａと、電極層４０５ｂ上に第２の保護層４
１０ｂとを形成する方法は、第２の酸化物半導体層４０３ｂ上に、スパッタリング法など
を用いて導電膜を成膜し、その上に酸化シリコン膜を成膜する。次いで、酸化シリコン膜
上にレジストマスクを形成し、導電膜の膜厚の半分程度を除去して部分的に薄膜にする第
１のエッチングを行う。レジストマスクにアッシングを行ってレジストマスクの面積を小
さくする処理を行った後、小さくしたレジストマスクを用いて第２のエッチングを行い、
側面から突出した領域を下端部に有する電極層４０５ａ、４０５ｂをそれぞれ形成する。
また、電極層４０５ａの膜厚の厚い領域上には第１の保護層４１０ａが残存し、電極層４
０５ｂの膜厚の厚い領域上には第２の保護層４１０ｂが残存する。第１の保護層４１０ａ
及び第２の保護層４１０ｂは、トランジスタ１５４ａのゲート電極層とソース電極層との
間に形成される寄生容量及びゲート電極層とドレイン電極層との間に形成される寄生容量
を低減する。
また、図６に図５と一部異なる他の例を示す。図６は、図５とトランジスタの構造が異な
るだけで他の構成は同一であるため、ここでは異なる点のみを説明する。
図６は、酸化物絶縁膜４３５中に導電層４９１を設けた例であり、導電層４９１は、トラ
ンジスタ１５４ｂのゲート電極層４０１ａ、４０１ｂとチャネル形成領域を介して重なり
、トランジスタ１５４ｂの電気的特性を制御する。
導電層４９１はトランジスタ１５４ｂの電気的特性を制御する第２のゲート電極層（いわ
ゆるバッグゲートともいう）として機能することができる。例えば導電層４９１の電位を
ＧＮＤ（または固定電位）とすることでトランジスタ１５４ｂのしきい値電圧をよりプラ
スとし、さらにノーマリーオフのトランジスタとすることができる。
なお、導電層４９１は配線層６９２と同じ工程で作製することができる。
また、本実施の形態は、実施の形態１または実施の形態２と自由に組み合わせることがで
きる。
（実施の形態４）
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用すること
ができる。電子機器としては、テレビ、モニタ等の表示装置、照明装置、デスクトップ型
或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ
Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などの記録媒体に記憶された静止画又は動画を再生す
る画像再生装置、ポータブルＣＤプレーヤ、ラジオ、テープレコーダ、ヘッドホンステレ
オ、ステレオ、コードレス電話子機、トランシーバ、携帯無線機、携帯電話、自動車電話
、携帯型ゲーム機、電卓、携帯情報端末、電子手帳、電子書籍、電子翻訳機、音声入力機
器、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電気シェーバ、電子レンジ等の高周波加熱装
置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃除機、エアコンディショナーなどの空調設備、食器
洗い器、食器乾燥器、衣類乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵
庫、ＤＮＡ保存用冷凍庫、煙感知器、放射線測定器、透析装置等の医療機器、などが挙げ
られる。さらに、誘導灯、信号機、ベルトコンベア、エレベータ、エスカレータ、産業用
ロボット、電力貯蔵システム等の産業機器も挙げられる。また、石油を用いたエンジンや
、非水系二次電池からの電力を用いて電動機により推進する移動体なども、電気機器の範
疇に含まれるものとする。上記移動体として、例えば、電気自動車（ＥＶ）、内燃機関と
電動機を併せ持ったハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）
、これらのタイヤ車輪を無限軌道に変えた装軌車両、電動アシスト自転車を含む原動機付
自転車、自動二輪車、電動車椅子、ゴルフ用カート、小型又は大型船舶、潜水艦、ヘリコ
プター、航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機や惑星探査機、宇宙船が挙げられる。
これらの電子機器の具体例を図７及び図８に示す。
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は２つ折り可能なタブレット型端末である。図７（Ａ）は、開
いた状態であり、タブレット型端末は、筐体９６３０、表示部９６３１ａ、表示部９６３
１ｂ、表示モード切り替えスイッチ９０３４、電源スイッチ９０３５、省電力モード切り
替えスイッチ９０３６、留め具９０３３、操作スイッチ９０３８、固体撮像装置９６０５
を有する。本明細書では、固体撮像装置９６０５はレンズなどの光学系を含んで呼んでも
よいこととする。
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すような携帯機器においては、画像データの一時記憶など
にメモリとしてＳＲＡＭまたはＤＲＡＭが使用されている。例えば、実施の形態１に説明
した半導体装置を固体撮像装置９６０５として使用することができる。実施の形態１で説
明した固体撮像装置９６０５を採用することによって、撮像の検出感度がよく、且つ消費
電力が十分に低減することができる。
また、表示部９６３１ａは、一部をタッチパネルの領域９６３２ａとすることができ、表
示された操作キー９６３８にふれることでデータ入力をすることができる。なお、表示部
９６３１ａにおいては、一例として半分の領域が表示のみの機能を有する構成、もう半分
の領域がタッチパネルの機能を有する構成を示しているが該構成に限定されない。表示部
９６３１ａの全ての領域がタッチパネルの機能を有する構成としても良い。例えば、表示
部９６３１ａの全面をキーボードボタン表示させてタッチパネルとし、表示部９６３１ｂ
を表示画面として用いることができる。
また、表示部９６３１ｂにおいても表示部９６３１ａと同様に、表示部９６３１ｂの一部
をタッチパネルの領域９６３２ｂとすることができる。また、タッチパネルのキーボード
表示切り替えボタン９６３９が表示されている位置に指やスタイラスなどでふれることで
表示部９６３１ｂにキーボードボタン表示することができる。
また、タッチパネルの領域９６３２ａとタッチパネルの領域９６３２ｂに対して同時にタ
ッチ入力することもできる。
また、表示モード切り替えスイッチ９０３４は、縦表示又は横表示などの表示の向きを切
り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えスイ
ッチ９０３６は、タブレット型端末に内蔵している固体撮像装置で検出される使用時の外
光の光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は固体
撮像装置だけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出
装置を内蔵させてもよい。
また、図７（Ａ）では表示部９６３１ｂと表示部９６３１ａの表示面積が同じ例を示して
いるが特に限定されず、一方のサイズともう一方のサイズが異なっていてもよく、表示の
品質も異なっていてもよい。例えば一方が他方よりも高精細な表示を行える表示パネルと
してもよい。
図７（Ｂ）は、閉じた状態であり、タブレット型端末は、筐体９６３０、太陽電池９６３
３、充放電制御回路９６３４、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６を有す
る。なお、図７（Ｂ）では充放電制御回路９６３４の一例としてバッテリー９６３５、Ｄ
ＣＤＣコンバータ９６３６を有する構成について示している。
なお、タブレット型端末は２つ折り可能なため、未使用時に筐体９６３０を閉じた状態に
することができる。従って、表示部９６３１ａ、表示部９６３１ｂを保護できるため、耐
久性に優れ、長期使用の観点からも信頼性の優れたタブレット型端末を提供できる。
また、この他にも図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示したタブレット型端末は、様々な情報（
静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表
示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ入力機
能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、等を有することが
できる。
タブレット型端末の表面に装着された太陽電池９６３３によって、電力をタッチパネル、
表示部、又は映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池９６３３は、筐
体９６３０の片面又は両面に設けることができ、バッテリー９６３５の充電を効率的に行
う構成とすることができるため好適である。なおバッテリー９６３５としては、リチウム
イオン電池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。
また、図７（Ｂ）に示す充放電制御回路９６３４の構成、及び動作について図７（Ｃ）に
ブロック図を示し説明する。図７（Ｃ）には、太陽電池９６３３、バッテリー９６３５、
ＤＣＤＣコンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、表示部
９６３１について示しており、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６、コン
バータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３が、図７（Ｂ）に示す充放電制御回路９６３
４に対応する箇所となる。
まず外光により太陽電池９６３３により発電がされる場合の動作の例について説明する。
太陽電池で発電した電力は、バッテリー９６３５を充電するための電圧となるようＤＣＤ
Ｃコンバータ９６３６で昇圧又は降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作に太陽
電池９６３３からの電力が用いられる際にはスイッチＳＷ１をオンにし、コンバータ９６
３７で表示部９６３１に必要な電圧に昇圧又は降圧をすることとなる。また、表示部９６
３１での表示を行わない際には、ＳＷ１をオフにし、ＳＷ２をオンにしてバッテリー９６
３５の充電を行う構成とすればよい。
なお太陽電池９６３３については、発電手段の一例として示したが、特に限定されず、圧
電素子（ピエゾ素子）や熱電変換素子（ペルティエ素子）などの他の発電手段によるバッ
テリー９６３５の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線（非接触）で電力を送受
信して充電する無接点電力伝送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う構成
としてもよい。
図８（Ａ）において、テレビジョン装置８０００は、筐体８００１に表示部８００２が組
み込まれており、表示部８００２により映像を表示し、スピーカ部８００３から音声を出
力することが可能である。また、固体撮像装置８００５で撮像が可能である。実施の形態
１に示す固体撮像装置を固体撮像装置８００５に用いることが可能である。
表示部８００２は、液晶表示装置、有機ＥＬ素子などの発光素子を各画素に備えた発光装
置、電気泳動表示装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃ
ｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）などの、半導体表示装置を
用いることができる。
テレビジョン装置８０００は、受信機やモデムなどを備えていてもよい。テレビジョン装
置８０００は、受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを
介して有線又は無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から
受信者）又は双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行う
ことも可能である。例えば、固体撮像装置８００５で撮像した映像を通信ネットワークを
介して送信することができる。
図８（Ａ）において、室内機８２００及び室外機８２０４を有するエアコンディショナー
は、実施の形態１の固体撮像装置８００５を用いた電気機器の一例である。具体的に、室
内機８２００は、筐体８２０１、送風口８２０２、固体撮像装置８２０３等を有する。図
８（Ａ）において、固体撮像装置８２０３が、室内機８２００に設けられている場合を例
示している。実施の形態１に示した固体撮像装置８２０３は、撮像することができ、室内
の人数などを認識することができ、その情報に基づいて温度調節を行うエアコンディショ
ナーを実現できる。また、固体撮像装置８２０３により室内に人数が確認できない場合に
は、自動で停止する設定として消費電力を抑えることができる。
図８（Ａ）において、電気冷凍冷蔵庫８３００は、固体撮像装置８３０５を備える電気機
器の一例である。具体的に、電気冷凍冷蔵庫８３００は、筐体８３０１、冷蔵室用扉８３
０２、冷凍室用扉８３０３、固体撮像装置８３０５等を有する。図８（Ａ）では、固体撮
像装置８３０５が、筐体８３０１の内部に設けられている。実施の形態１に示した固体撮
像装置を電気冷凍冷蔵庫８３００の固体撮像装置８３０５に用いることによって、内部の
映像を撮像でき、その映像に基づいて温度調節を行うことができるため、省電力化が図れ
る。また、電気冷凍冷蔵庫８３００の内部の映像を固体撮像装置８３０５で撮像し、テレ
ビジョン装置８０００に送信し、表示させることで、電気冷凍冷蔵庫８３００の扉を開け
ることなく、電気冷凍冷蔵庫８３００の内部に何があるかを確認でき、開け閉めによる温
度変化を調節するための消費電力を抑えることができる。勿論、電気冷凍冷蔵庫８３００
の内部の映像を固体撮像装置８３０５で撮像する場合には、内部の照明をつけて撮像する
。なお、電気冷凍冷蔵庫８３００の内部の映像を詳細に把握するために、複数の固体撮像
装置８３０５を設置してもよい。
図８（Ｂ）において、電気機器の一例である電気自動車の例を示す。電気自動車９７００
には、二次電池９７０１が搭載されている。二次電池９７０１の電力は、制御回路９７０
２により出力が調整されて、駆動装置９７０３に供給される。制御回路９７０２は、図示
しないＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等を有する処理装置９７０４によって制御される。実施の
形態１に示した固体撮像装置９７０５を電気自動車９７００に搭載し、ドライブレコーダ
として用いることができる。
駆動装置９７０３は、直流電動機若しくは交流電動機単体、又は電動機と内燃機関と、を
組み合わせて構成される。処理装置９７０４は、電気自動車９７００の運転者の操作情報
（加速、減速、停止など）や走行時の情報（上り坂や下り坂等の情報、駆動輪にかかる負
荷情報、固体撮像装置９７０５で撮像された前方映像など）の入力情報に基づき、制御回
路９７０２に制御信号を出力する。制御回路９７０２は、処理装置９７０４の制御信号に
より、二次電池９７０１から供給される電気エネルギーを調整して駆動装置９７０３の出
力を制御する。交流電動機を搭載している場合は、図示していないが、直流を交流に変換
するインバータも内蔵される。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
１００：半導体基板
１０１：素子層
１０２：素子層

Claims (2)

  1. 第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、光電変換素子と、を有し、
    前記第１のトランジスタは、単結晶半導体基板にチャネル形成領域を有し、
    前記第２のトランジスタは、酸化物半導体層にチャネル形成領域を有する半導体装置であって、
    前記単結晶半導体基板の上方に、前記第１のトランジスタのゲート電極を有し、
    前記第１のトランジスタのゲート電極の上方に、第１の絶縁層を有し、
    前記第１の絶縁層の上方に、前記光電変換素子を有し、
    前記光電変換素子の上方に、前記第２のトランジスタのバックゲートとして機能する第１の導電層と、前記第２のトランジスタと前記第１のトランジスタとを電気的に接続する第２の導電層と、酸化アルミニウム層と、前記第１の導電層と前記第２の導電層の間の領域を埋める酸化物絶縁層と、を有し、
    前記第１の導電層の上方、前記酸化アルミニウム層の上方、及び、前記酸化物絶縁層の上方に、前記酸化物半導体層を有し、
    前記酸化物半導体層の上方に、前記第２のトランジスタのゲート電極を有し、
    前記第２のトランジスタのゲート電極の上方に、第２の絶縁層を有し、
    前記酸化物半導体層の被形成面は、平坦であり、
    前記酸化物半導体層は、ｃ軸と前記被形成面とのなす角度が８５°以上９５°以下である結晶部を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、光電変換素子と、を有し、
    前記第１のトランジスタは、ＳＯＩ基板にチャネル形成領域を有し、
    前記第２のトランジスタは、酸化物半導体層にチャネル形成領域を有する半導体装置であって、
    前記ＳＯＩ基板の上方に、前記第１のトランジスタのゲート電極を有し、
    前記第１のトランジスタのゲート電極の上方に、第１の絶縁層を有し、
    前記第１の絶縁層の上方に、前記光電変換素子を有し、
    前記光電変換素子の上方に、前記第２のトランジスタのバックゲートとして機能する第１の導電層と、前記第２のトランジスタと前記第１のトランジスタとを電気的に接続する第２の導電層と、酸化アルミニウム層と、前記第１の導電層と前記第２の導電層の間の領域を埋める酸化物絶縁層と、を有し、
    前記第１の導電層の上方、前記酸化アルミニウム層の上方、及び、前記酸化物絶縁層の上方に、前記酸化物半導体層を有し、
    前記酸化物半導体層の上方に、前記第２のトランジスタのゲート電極を有し、
    前記第２のトランジスタのゲート電極の上方に、第２の絶縁層を有し、
    前記酸化物半導体層の被形成面は、平坦であり、
    前記酸化物半導体層は、ｃ軸と前記被形成面とのなす角度が８５°以上９５°以下である結晶部を有することを特徴とする半導体装置。
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