JP6913773B2 - 電子機器及び撮像装置 - Google Patents
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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、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を
一例として挙げることができる。
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。
注目されている。当該トランジスタは集積回路(IC)や表示装置のような電子デバイス
に広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体材料として、シリコン系半導体
が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。
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)。
回路の一部に用い、CMOS(Complementary Metal Oxide
Semiconductor)回路が作製可能なシリコンを有するトランジスタを周辺回
路に用いる構成の撮像装置が開示されている。
となる。画素を高密度に集積化するには、画素一つあたりの面積を縮小しなければならな
い。
得なくなる。光電変換素子の受光部面積を縮小すると、光に対する感度が低下することか
ら、低照度下での撮像が困難となる場合がある。
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、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、ダイナミックレンジの広い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、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。
と、第4のトランジスタと、光電変換素子と、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電極またはドレイン電極の一方と電気的に
接続され、光電変換素子の一方の電極は、第3のトランジスタのソース電極またはドレイ
ン電極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電極またはドレイン電極
の他方は、第2のトランジスタのゲート電極と電気的に接続され、第2のトランジスタの
ソース電極またはドレイン電極の一方は、第4のトランジスタのソース電極またはドレイ
ン電極の一方と電気的に接続され、光電変換素子の他方の電極は、第1の配線と電気的に
接続され、第1のトランジスタのゲート電極は、第2の配線と電気的に接続され、第1の
配線に供給される電位がHVDDであるとき、第2の配線に供給される電位の最大値は、
HVDDよりも小さいことを特徴とする撮像装置である。
の配線と電気的に接続され、第1の配線に供給される電位がHVDDであり、第3の配線
に供給される電位がVDDであり、HVDDがVDDよりも大きい電位であるとき、第2
の配線に供給される電位の最大値は、VDDとすることができる。
るトランジスタを用いることができる。当該酸化物半導体は、Inと、Znと、M(Mは
Al、Ti、Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce、NdまたはHf)と、を有することが
好ましい。
コンを有するトランジスタを用いることができる。
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、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、ダイナミックレ
ンジの広い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、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。
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(DA変換回路、AD変換回路、ガンマ補正回路など)、電位レベル変換回路(電
源回路(昇圧回路、降圧回路など)、信号の電位レベルを変えるレベルシフタ回路など)
、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路(信号振幅または電流量などを大きく出来る
回路、オペアンプ、差動増幅回路、ソースフォロワ回路、バッファ回路など)、信号生成
回路、記憶回路、制御回路など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能であ
る。なお、一例として、XとYとの間に別の回路を挟んでいても、Xから出力された信号
がYへ伝達される場合は、XとYとは機能的に接続されているものとする。なお、XとY
とが機能的に接続されている場合は、XとYとが直接的に接続されている場合と、XとY
とが電気的に接続されている場合とを含むものとする。
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。
当該画素回路は、トランジスタ51と、トランジスタ52と、トランジスタ53と、トラ
ンジスタ54と、光電変換素子60を有する。
一方と電気的に接続される。また、光電変換素子60の一方の電極は、トランジスタ53
のソース電極またはドレイン電極の一方と電気的に接続される。また、トランジスタ51
のソース電極またはドレイン電極の他方は、トランジスタ52のゲート電極と電気的に接
続される。また、トランジスタ52のソース電極またはドレイン電極の一方は、トランジ
スタ54のソース電極またはドレイン電極の一方と電気的に接続される。
トランジスタ51のゲート電極は、配線75(TX)と電気的に接続される。また、トラ
ンジスタ52のソース電極またはドレイン電極の他方は、配線79(VDD)に電気的に
接続される。また、トランジスタ53のゲート電極は、配線76(RS)と電気的に接続
される。また、トランジスタ53のソース電極またはドレイン電極の他方は、配線73(
GND)と電気的に接続される。また、トランジスタ54のソース電極またはドレイン電
極の他方は、配線71(OUT)と電気的に接続される。また、トランジスタ54のゲー
ト電極は、配線78(SE)に電気的に接続される。また、配線72(HVDD)は、高
電圧電源56の一方の端子と電気的に接続され、高電圧電源56の他方の端子は、配線7
7(GND)と電気的に接続される。
。また、配線73(GND)、配線77(GND)、配線79(VDD)は電源線として
の機能を有することができ、例えば、配線73(GND)および配線77(GND)は低
電位電源線、配線79(VDD)は高電位電源線として機能させることができる。また、
配線75(TX)、配線76(RS)、配線78(SE)は、各トランジスタのオンオフ
を制御する信号線として機能させることができる。
てもよい。また、当該二つの配線の電位はGNDに限らず、配線79(VDD)に供給さ
れる電位よりも十分に低い電位であればよい。
お、本実施の形態において、電位HVDDは配線79(VDD)に供給される電位VDD
よりも大きい電位とする。また、光電変換素子60には、低照度時の光検出感度を高める
ため、アバランシェ電荷増倍を生じる材料で形成された光電変換素子を用いることが好ま
しい。アバランシェ電荷増倍を生じさせるためには、比較的高い電圧(HVDD)が必要
となる。したがって、高電圧電源56は、HVDDを供給することのできる機能を有し、
光電変換素子60の他方の電極には配線72(HVDD)を介してHVDDが供給される
。
位を電荷蓄積部(ND)に転送するための転送トランジスタとして機能させることができ
る。また、トランジスタ53は、電荷蓄積部(NR)および電荷蓄積部(ND)の電位を
初期化するリセットトランジスタとして機能させることができる。また、トランジスタ5
2は、電荷蓄積部(ND)の電位に応じた信号を出力する増幅トランジスタとして機能さ
せることができる。また、トランジスタ54は、信号を読み出す画素を選択する選択トラ
ンジスタとして機能させることができる。
には高電圧に耐えられる高耐圧のトランジスタを用いる必要がある。当該高耐圧のトラン
ジスタには、例えば、活性層に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)などを用いることができる。具体的にはトランジスタ51およびトランジスタ53
にOSトランジスタを適用することが好ましい。
膜厚20nm(物理膜厚は31nm)のOSトランジスタについて、図2に静特性(ドレ
イン電圧(Vd)=0.1V、3.3V)を示す。また、図3に当該トランジスタにおい
てゲート電圧(Vg)=0V、ソース電圧(Vs)=0Vとしたときのドレイン降伏電圧
特性を示す。また、図4に当該トランジスタにおいてVs=Vd=0Vとしたときの正電
圧におけるゲート降伏電圧特性を示す。また、図5に当該トランジスタにおいてVs=V
d=0Vとしたときの負電圧におけるゲート降伏電圧特性を示す。図2乃至図5に示すよ
うに、OSトランジスタは高耐圧の電気特性を有することがわかる。
はジャンクション耐圧ではなくゲート絶縁膜の膜厚に依存する。一方、OSトランジスタ
では、短チャネル効果が生じにくいため、ゲート絶縁膜を厚くしてドレイン耐性を向上さ
せるとともにノーマリオフのトランジスタ特性が容易に得られる。光電変換素子のアバラ
ンシェ電荷増倍に必要な20V超のバイアスに対しても耐性を有していることがわかる。
なお、OSトランジスタの故障モードは絶縁破壊である。
高電圧を印加することができるトランジスタであることを意味する。例えば、高耐圧のト
ランジスタは、ソース電極およびドレイン電極をGNDとして、破壊することなくゲート
電極に所望の高電圧を印加することができる。または、ソース電極およびゲート電極をG
NDとして、破壊することなくドレイン電極に所望の高電圧を印加することができる。ま
たは、ソース電極をGND、ゲート電極をVDDとして、破壊することなくドレイン電極
に所望の高電圧を印加することができる。
スタ52は増幅特性が優先されるため、オン電流が高いトランジスタであることが好まし
い。したがって、トランジスタ52はシリコンを活性層または活性領域に用いたトランジ
スタ(以下、Siトランジスタ)を適用することが好ましい。
−ch型のトランジスタを用いた場合には、電荷蓄積部(ND)の電位はトランジスタ5
1のゲート電極に印加する最大の電位より大きくはならない。より正確には、当該電荷蓄
積部(ND)の電位は、トランジスタ51のゲート電極に印加する最大の電位からトラン
ジスタ51のしきい値電圧(Vth)だけ低い電位より大きくはならない。例えば、電荷
蓄積部(NR)の電位がHVDDであっても、配線75(TX)に印加される最大の電位
がVDDであるとき、電荷蓄積部(ND)の最大の電位はVDDとなる。より正確には、
当該電荷蓄積部(ND)の電位はVDD−Vthとなる。なお、以降の説明において、ト
ランジスタ51のVthは小さい値であるとみなして、電荷蓄積部(ND)の電位に関し
て当該Vthに関する記述は省略している。
位VDDが読み出し用の電源電圧になる。したがって、トランジスタ52のゲート電極に
高電圧が印加されることがないため、トランジスタ52に薄いゲート絶縁膜を有し、比較
的耐圧の高くないSiトランジスタを用いても問題は生じない。
の検出感度が高く、ノイズの少ない信号を出力することのできる撮像装置を作製すること
ができる。また、光の検出感度が高いため、光の取り込み時間を短くすることができ、撮
像を高速に行うことができる。
る一例の動作においては、トランジスタ53のゲート電極に接続された配線76(RS)
は、”H”としてHVDD、”L”としてGNDの電位が供給されるものとする。また、
トランジスタ51のゲート電極に接続された配線75(TX)には、”H”としてVDD
、”L”としてGNDの電位が供給されるものとする。また、トランジスタ52のソース
電極に接続された配線79(VDD)にはVDDが供給されるものとする。なお、各配線
に上記以外の電位を供給する形態とすることもできる。
(NR)および電荷蓄積部(ND)の電位をリセット電位(GND)に設定する(リセッ
ト動作)。なお、リセット動作時に配線76(RS)に”H”としてVDDを供給しても
よい。
(NR)の電位が変化する(蓄積動作)。電荷蓄積部(NR)の電位は、光電変換素子6
0に入射した光の強度に応じて、GNDから最大でHVDDまで変化する。
を電荷蓄積部(ND)に転送する(転送動作)。
電位は変化するが、トランジスタ51のゲート電極にはVDDが供給されているため、電
荷蓄積部(ND)の電位がVDDに達するとトランジスタ51はオフとなる。したがって
、電荷蓄積部(ND)の電位は、リセット電位(GND)から最大でVDDまで変化する
。すなわち、トランジスタ52のゲート電極には、最大でVDDの電位が印加されること
になる。
TX)を”H”としてもよい。この場合、電荷蓄積部(NR)の電位変化に伴って電荷蓄
積部(ND)の電位も変化するが、トランジスタ51のゲート電極にはVDDが供給され
ているため、電荷蓄積部(ND)の電位がVDDに達するとトランジスタ51はオフとな
る。したがって、電荷蓄積部(ND)の電位は、リセット電位(GND)から最大でVD
Dまで変化する。すなわち、この場合でも、トランジスタ52のゲート電極には、最大で
VDDの電位が印加されることになる。
起因するノイズの影響を低減することができる。一方、配線75(TX)を”H”とする
ことで、トランジスタ51のスイッチングに起因するノイズの影響を低減することができ
る。
SE)を”H”とすることで、電荷蓄積部(ND)の電位に応じた信号を配線71(OU
T)に出力することができる。すなわち、蓄積動作において光電変換素子60に入射した
光の強度に応じた出力信号を得ることができる。
。トランジスタ51のソース電極にはHVDD、ゲート電極およびドレイン電極にはVD
Dが印加されることがある。トランジスタ53のゲート電極およびドレイン電極にはHV
DD、ソース電極にはGNDが印加されることがある。トランジスタ52のソース電極、
ドレイン電極およびゲート電極にはVDDが印加されることがある。トランジスタ54の
ソース電極、ドレイン電極およびゲート電極にはVDDが印加されることがある。したが
って、トランジスタ51およびトランジスタ53には、高電圧HVDDに耐え得る高耐圧
が要求される。一方、トランジスタ52およびトランジスタ54は、VDDに耐え得る耐
圧があれば十分である。
。図35に示す画素回路では、図1の構成における電荷蓄積部(ND)にトランジスタ5
5のソース電極またはドレイン電極の一方を接続した構成である。トランジスタ55のソ
ース電極またはドレイン電極の他方は配線93(GND)、ゲート電極は配線96(RS
)に接続されている。配線93(GND)は、配線73(GND)と同電位とすることが
できる。配線96(RS)は、トランジスタ55を制御するための信号線であり、配線7
6(RS)と同様の電位を供給することができる。なお、配線76(RS)および配線9
6(RS)は、それぞれに異なる電位を供給することができる形態とするほか、両者が電
気的に接続している形態とすることもできる。
およびトランジスタ53をオンすることで行うが、図35に示す構成ではトランジスタ5
1を動作させずに電荷蓄積部(ND)をリセットすることができるため、撮像のノイズを
少なくすることができる。
T)との間に設けた形態を示しているが、図36に示すように、トランジスタ54をトラ
ンジスタ52と配線79(VDD)との間に設ける形態としてもよい。
方を高電位電源線(配線79(VDD))と接続する形態を示したが、図37(A)に示
すようにトランジスタ52のソース電極またはドレイン電極の他方を低電位電源線(配線
99(GND))と接続する形態としてもよい。また、図37(B)に示すように、トラ
ンジスタ52をp−ch型のトランジスタに置き換える形態としてもよい。
タ54を有さない構成であってもよい。また、図7(B)に示すように、電荷蓄積部(N
R)に容量素子57を設けた構成であってもよい。また、図7(C)に示すように、電荷
蓄積部(ND)に容量素子58を設けた構成であってもよい。また、図7(D)に示すよ
うに、容量素子57および容量素子58を設けた構成であってもよい。なお、図7(A)
乃至図7(D)に示す構成は、図35乃至図37に示す構成と任意に組み合わせることが
できる。
ランジスタ51、トランジスタ53にバックゲートを設けた構成であってもよい。図7(
E)はバックゲートに定電位を印加する構成であり、しきい値電圧を制御することができ
る。また、図7(F)はフロントゲートと同じ電位がバックゲートに印加される構成であ
り、オン電流を増加させることができる。なお、図7(G)または図7(H)に示すよう
に、トランジスタ51乃至トランジスタ54にバックゲートを設ける構成であってもよい
。また、トランジスタにバックゲートを設ける構成は、図1、図7(A)乃至図7(D)
、図35乃至図37に示す回路にも適用することもできる。また、一つの画素回路に含ま
れるトランジスタに対し、フロントゲートと同じ電位がバックゲートに印加される構成、
バックゲートに定電位を印加する構成、またはバックゲートを設けない構成を必要に応じ
て任意に組み合わせた回路構成としてもよい。
画素で共用する形態としてもよい。なお、図8では垂直方向の複数の画素でトランジスタ
52およびトランジスタ54を共用する構成を例示しているが、水平方向または水平垂直
方向の複数の画素でトランジスタ52およびトランジスタ54を共用してもよい。このよ
うな構成とすることで、一画素あたりが有するトランジスタ数を削減させることができる
。また、図38に示すように、電荷蓄積部(ND)にリセット用のトランジスタ55が設
けられた形態であってもよい。
る形態を図示しているが、2画素、3画素または5画素以上で共有する形態であってもよ
い。また、図8または図38の構成と図7(A)乃至図7(H)、図36、図37に示す
構成は任意に組み合わせることができる。
ことができる。また、低照度下での撮像が容易な撮像装置を提供することができる。
図9(A)は、本発明の一態様の撮像装置の断面図の一例であり、図1に示す画素におけ
る光電変換素子60、トランジスタ51およびトランジスタ53の具体的な接続形態の一
例を示している。なお、図9(A)にはトランジスタ52およびトランジスタ54は図示
されていない。当該撮像装置は、トランジスタ51乃至トランジスタ54が設けられる層
1100、および光電変換素子60が設けられる層1200を有する。
別の要素として図示しているが、それらが電気的に接続している場合においては、同一の
要素として設けられる場合もある。また、トランジスタのゲート電極、ソース電極、また
はドレイン電極が導電体81を介して各配線と接続される形態は一例であり、トランジス
タのゲート電極、ソース電極、またはドレイン電極のそれぞれが配線としての機能を有す
る場合もある。
および絶縁層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8
3等の上面は、必要に応じてCMP(Chemical Mechanical Pol
ishing)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。
ましい。
拡大することができる。図1に示す画素の回路構成では、光電変換素子60に入射される
光の強度が小さいときに電荷蓄積部(ND)の電位が小さくなる。OSトランジスタは極
めてオフ電流が低いため、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。
(ND)および電荷蓄積部(NR)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。
撮像動作11、データ保持動作12、読み出し動作13を行う駆動方法であるローリング
シャッタ方式が用いられる。ローリングシャッタ方式を用いる場合には、撮像の同時性が
失われるため、被写体が移動した場合には、画像に歪が生じてしまう。
、行毎に順次読み出し動作13を行うことができるグローバルシャッタ方式を用いること
が好ましい。グローバルシャッタ方式を用いることで、撮像装置の各画素における撮像の
同時性を確保することができ、被写体が移動する場合であっても歪の小さい画像を容易に
得ることができる。
下、Siトランジスタ)よりも電気特性変動の温度依存性が小さいため、極めて広い温度
範囲で使用することができる。したがって、OSトランジスタを有する撮像装置および半
導体装置は、自動車、航空機、宇宙機などへの搭載にも適している。
セレン系材料を光電変換層とした光電変換素子では、アバランシェ現象が起こりやすいよ
うに比較的高い電圧(例えば、10V以上)を印加することが好ましい。したがって、O
S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。
が、図9(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9
(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51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撮像装置の形態にも適用することができる。
図9(A)では、セレン系材料を光電変換層61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60は、可視光に対する外部量子効率が高い特性を有する。当
該光電変換素子では、アバランシェ現象により入射される光量に対する電子の増幅が大き
い高感度のセンサとすることができる。また、セレン系材料は光吸収係数が高いため、光
電変換層61を薄くしやすい利点を有する。
ンは、一例として、非晶質セレンを成膜後、熱処理することで得ることができる。なお、
結晶セレンの結晶粒径を画素ピッチより小さくすることで、画素ごとの特性ばらつきを低
減させることができる。また、結晶セレンは、非晶質セレンよりも可視光に対する分光感
度や光吸収係数が高い特性を有する。
もよい。または、銅、インジウム、ガリウム、セレンの化合物(CIGS)を含む層であ
ってもよい。CISおよびCIGSでは、セレンの単層と同様にアバランシェ現象が利用
できる光電変換素子を形成することができる。
と透光性導電層62との間に光電変換層61を有する構成とすることができる。また、C
IS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。
V以上)を印加することが好ましい。OSトランジスタは、Siトランジスタよりもドレ
イン耐圧の高い特性を有するため、光電変換素子に比較的高い電圧を印加することが容易
である。したがって、ドレイン耐圧の高いOSトランジスタと、セレン系材料を光電変換
層とした光電変換素子とを組み合わせることで、高感度、かつ信頼性の高い撮像装置とす
ることができる。
い構成としているが、図11(A)に示すように回路間で分離する構成としてもよい。ま
た、画素間において、電極66を有さない領域には、絶縁体で隔壁67を設け、光電変換
層61および透光性導電層62に亀裂が入らないようにすることが好ましいが、図11(
B)に示すように隔壁67を設けない構成としてもよい。また、図9(A)では、透光性
導電層62と配線72との間に配線88および導電体81を介する構成を図示しているが
、図11(C)、(D)に示すように透光性導電層62と配線72が直接接する形態とし
てもよい。
に、電極66を導電層66aおよび導電層66bの二層とし、配線72を導電層72aお
よび導電層72bの二層とすることができる。図12(A)の構成においては、例えば、
導電層66aおよび導電層72aを低抵抗の金属等を選択して形成し、導電層66aおよ
び導電層72aを光電変換層61とコンタクト特性の良い金属等を選択して形成するとよ
い。このような構成とすることで、光電変換素子の電気特性を向上させることができる。
また、一部の金属は透光性導電層62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72aに用いた場合でも導電層72bを介することによって電蝕を
防止することができる。
ことができる。また、導電層66aおよび導電層72a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。
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8
2b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。なお、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。
、隔壁67は、トランジスタ等に対する遮光のため、および/または1画素あたりの受光
部の面積を確定するために黒色等に着色されていてもよい。
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、p型の半導体層65、i型の半導体層64、およびn型の半
導体層63が順に積層された構成を有している。i型の半導体層64には非晶質シリコン
を用いることが好ましい。また、n型の半導体層63およびp型の半導体層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。
ンジスタ53と電気的な接続を有する電極66と電気的な接続を有する。また、n型の半
導体層63が導電体81を介して配線72と電気的な接続を有する。
に光電変換素子60および配線の接続形態は、図14(A)、(B)、(C)、(D)、
(E)、(F)に示す例であってもよい。なお、光電変換素子60の構成、光電変換素子
60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。
けた構成である。透光性導電層62は電極として作用し、光電変換素子60の出力電流を
高めることができる。
物、亜鉛を含む酸化インジウム、酸化亜鉛、ガリウムを含む酸化亜鉛、アルミニウムを含
む酸化亜鉛、酸化錫、フッ素を含む酸化錫、アンチモンを含む酸化錫、またはグラフェン
等を用いることができる。また、透光性導電層62は単層に限らず、異なる膜の積層であ
っても良い。
する構成である。
けられ、配線88と透光性導電層62が電気的な接続を有する構成である。
が設けられ、当該開口部を覆う透光性導電層62と配線88が電気的な接続を有する構成
である。
構成では、配線72は導電体81を介してn型の半導体層63と電気的に接続される。な
お、図面上では、配線72と電極66とは、p型の半導体層65を介して見かけ上導通し
てしまう形態を示している。しかしながら、p型の半導体層65の横方向の抵抗が高いた
め、配線72と電極66との間に適切な間隔を設ければ、両者間は極めて高抵抗となる。
したがって、光電変換素子60は、アノードとカソードが短絡することなく、ダイオード
特性を有することができる。なお、n型の半導体層63と電気的に接続される導電体81
は複数であってもよい。
る透光性導電層62を設けた構成である。
受光領域と配線等が重ならないため、広い受光面積を確保できる利点を有する。
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
ることができる。また、セレン系材料は高抵抗であり、図9(A)に示すように、光電変
換層61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3
0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。
成としてもよい。例えば、図16(A)に示すようにシリコン基板30に活性領域を有す
るトランジスタ31およびトランジスタ32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。
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16(B)に示す回路
図のようなCMOSインバータを含む構成とすることができる。トランジスタ31(n−
ch型)およびトランジスタ32(p−ch型)のゲート電極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電極またはドレイン電極の一方は、他方のトランジスタ
のソース電極またはドレイン電極の一方と電気的に接続される。また、両方のトランジス
タのソース電極またはドレイン電極の他方はそれぞれ別の配線に電気的に接続される。
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。
ン薄膜の活性層35を有するトランジスタであってもよい。また、活性層35は、多結晶
シリコンやSOI(Silicon on Insulator)の単結晶シリコンとす
ることができる。
形成される領域と、Siトランジスタ(図15では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。
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31お
よびトランジスタ32の信頼性を向上させる効果がある。一方、トランジスタ51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51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、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80を設けることが好ましい。絶縁層8
0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31およびトランジスタ32
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51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。
、駆動回路)と、トランジスタ51等と、光電変換素子60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、画素回路が有するトランジスタ52およびトランジスタ
54等がトランジスタ51等および光電変換素子60と、重なる領域を有する構成として
もよい。
成である。したがって、各種トランジスタや配線などの影響を受けずに光電変換素子60
に対する光路を確保することができ、高開口率の画素を形成することができる。
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。
、層1100に設けるOSトランジスタであるトランジスタ31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30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。
3と同様にpin型の薄膜フォトダイオードを用いた構成としてもよい。
タ51およびトランジスタ53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。
一例である。したがって、例えば、トランジスタ51乃至トランジスタ54の一つ以上を
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31およびトランジスタ32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60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60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。
変換することができるため、シンチレータを不要とする構成とすることもできる。
上には、マイクロレンズアレイ2540を設けてもよい。マイクロレンズアレイ2540
が有する個々のレンズを通る光が直下のカラーフィルタを通り、光電変換素子60に照射
されるようになる。なお、図18(A)、(B)、(C)に示す層1200以外の領域を
層1600とする。
、図19に示すようになる。また、図15に示す撮像装置を例にすると、図20に示すよ
うになる。
組み合わせてもよい。回折格子1500を介した被写体の像(回折画像)を画素に取り込
み、画素における撮像画像から演算処理により入力画像(被写体の像)を構成することが
できる。また、レンズの替わりに回折格子1500を用いることで撮像装置のコストを下
げることができる。
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。
。間隔Xは、1mm以下、好ましくは100μm以下とすることができる。なお、当該間
隔は空間でもよいし、透光性を有する材料を封止層または接着層として設けてもよい。例
えば、窒素や希ガスなどの不活性ガスを当該間隔に封じ込めることができる。または、ア
クリル樹脂、エポキシ樹脂またはポリイミド樹脂などを当該間隔に設けてもよい。または
シリコーンオイルなどの液体を設けてもよい。なお、マイクロレンズアレイ2540を設
けない場合においても、カラーフィルタ2530と回折格子1500との間に間隔Xを設
けてもよい。
。図23(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23(A2)は、図23(A1)中の二点鎖線X1−X2で示した部位の
断面図である。図23(A3)は、図23(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23(B2)は、図
23(B1)中の二点鎖線X3−X4で示した部位の断面図である。図23(B3)は、
図23(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。例えば、場合によっては、または、状況に
応じて、トランジスタ51およびトランジスタ53の両方または一方は、活性層に酸化物
半導体層を有していなくてもよい。
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24(A)は上面図であり、図24(A)に示す一点鎖線B1−B2方向の断面
が図24(B)に相当する。また、図24(A)に示す一点鎖線B3−B4方向の断面が
図26(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
。
24(C)はトランジスタ102の上面図であり、図24(C)に示す一点鎖線C1−C
2方向の断面が図24(D)に相当する。また、図24(C)に示す一点鎖線C3−C4
方向の断面は、図26(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。
24(E)はトランジスタ103の上面図であり、図24(E)に示す一点鎖線D1−D
2方向の断面が図24(F)に相当する。また、図24(E)に示す一点鎖線D3−D4
方向の断面は、図26(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。
25(A)はトランジスタ104の上面図であり、図25(A)に示す一点鎖線E1−E
2方向の断面が図25(B)に相当する。また、図25(A)に示す一点鎖線E3−E4
方向の断面は、図26(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。
25(C)はトランジスタ105の上面図であり、図25(C)に示す一点鎖線F1−F
2方向の断面が図25(D)に相当する。また、図25(C)に示す一点鎖線F3−F4
方向の断面は、図26(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。
25(E)はトランジスタ106の上面図であり、図25(E)に示す一点鎖線G1−G
2方向の断面が図25(F)に相当する。また、図25(A)に示す一点鎖線G3−G4
方向の断面は、図26(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26(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。導電層173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27(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26(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28(B)
、(C)または図28(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28(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。
29(A)はトランジスタ107の上面図であり、図29(A)に示す一点鎖線H1−H
2方向の断面が図29(B)に相当する。また、図29(A)に示す一点鎖線H3−H4
方向の断面が図31(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。
29(C)はトランジスタ108の上面図であり、図29(C)に示す一点鎖線I1−I
2方向の断面が図29(D)に相当する。また、図29(C)に示す一点鎖線I3−I4
方向の断面が図31(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。
29(E)はトランジスタ109の上面図であり、図29(E)に示す一点鎖線J1−J
2方向の断面が図29(F)に相当する。また、図29(E)に示す一点鎖線J3−J4
方向の断面が図31(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。
30(A)はトランジスタ110の上面図であり、図30(A)に示す一点鎖線K1−K
2方向の断面が図30(B)に相当する。また、図30(A)に示す一点鎖線K3−K4
方向の断面が図31(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。
30(C)はトランジスタ111の上面図であり、図30(C)に示す一点鎖線L1−L
2方向の断面が図30(D)に相当する。また、図30(C)に示す一点鎖線L3−L4
方向の断面が図31(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。
30(E)はトランジスタ112の上面図であり、図30(E)に示す一点鎖線M1−M
2方向の断面が図30(F)に相当する。また、図30(E)に示す一点鎖線M3−M4
方向の断面が図31(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31(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32(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。
0(ドレイン電極層)は、図33(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33(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。
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。
少なくともインジウム、亜鉛およびM(Al、Ti、Ga、Ge、Y、Zr、Sn、La
、CeまたはHf等の金属)を含むIn−M−Zn酸化物であるとき、酸化物半導体層1
30aをIn:M:Zn=x1:y1:z1[原子数比]、酸化物半導体層130bをI
n:M:Zn=x2:y2:z2[原子数比]、酸化物半導体層130cをIn:M:Z
n=x3:y3:z3[原子数比]とすると、y1/x1およびy3/x3がy2/x2
よりも大きくなることが好ましい。y1/x1およびy3/x3はy2/x2よりも1.
5倍以上、好ましくは2倍以上、さらに好ましくは3倍以上とする。このとき、酸化物半
導体層130bにおいて、y2がx2以上であるとトランジスタの電気特性を安定させる
ことができる。ただし、y2がx2の3倍以上になると、トランジスタの電界効果移動度
が低下してしまうため、y2はx2の3倍未満であることが好ましい。
合において、InおよびMの原子数比率は、好ましくはInが50atomic%未満、
Mが50atomic%以上、さらに好ましくはInが25atomic%未満、Mが7
5atomic%以上とする。また、酸化物半導体層130bのZnおよびOを除いての
InおよびMの原子数比率は、好ましくはInが25atomic%以上、Mが75at
omic%未満、さらに好ましくはInが34atomic%以上、Mが66atomi
c%未満とする。
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または実質的に真性にす
ることが有効である。ここで、実質的に真性とは、酸化物半導体層のキャリア密度が、1
×1015/cm3未満であること、好ましくは1×1013/cm3未満であること、
さらに好ましくは8×1011/cm3未満であること、さらに好適には1×108/c
m3未満であって、1×10−9/cm3以上であることとする。
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または1:
9:6(原子数比)などのIn−Ga−Zn酸化物などを用いることができる。また、酸
化物半導体層130bにはIn:Ga:Zn=1:1:1、2:1:3、5:5:6、ま
たは3:1:2(原子数比)などのIn−Ga−Zn酸化物などを用いることができる。
なお、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膜中の酸素が脱離し、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
18個/cm3以上5×1019個/cm3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。
膜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膜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。
。
単結晶酸化物半導体膜とは、CAAC−OS(C Axis Aligned Crys
talline Oxide Semiconductor)膜、多結晶酸化物半導体膜
、微結晶酸化物半導体膜、非晶質酸化物半導体膜などをいう。
scope)によって、CAAC−OS膜の明視野像および回折パターンの複合解析像(
高分解能TEM像ともいう。)を観察することで複数の結晶部を確認することができる。
一方、高分解能TEM像によっても明確な結晶部同士の境界、即ち結晶粒界(グレインバ
ウンダリーともいう。)を確認することができない。そのため、CAAC−OS膜は、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。
、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は
、CAAC−OS膜の膜を形成する面(被形成面ともいう。)または上面の凹凸を反映し
た形状であり、CAAC−OS膜の被形成面または上面と平行に配列する。
すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認
できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
置を用いて構造解析を行うと、例えばInGaZnO4の結晶を有するCAAC−OS膜
のout−of−plane法による解析では、回折角(2θ)が31°近傍にピークが
現れる場合がある。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膜の結晶がc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に概
略垂直な方向を向いていることが確認できる。
による解析では、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、CAAC−OS膜中の一部に、c軸配向性
を有さない結晶が含まれることを示している。CAAC−OS膜は、2θが31°近傍に
ピークを示し、2θが36°近傍にピークを示さないことが好ましい。
シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体膜の主成分以外の元素である。特に、シリコ
ンなどの、酸化物半導体膜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
物半導体膜から酸素を奪うことで酸化物半導体膜の原子配列を乱し、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、酸化物半導体膜内部に含まれると、酸化物半導体膜の
原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、酸化物半導体膜に含まれる不純
物は、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。
半導体膜中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによって
キャリア発生源となることがある。
実質的に高純度真性と呼ぶ。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膜
は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。したがって、
当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性(
ノーマリーオンともいう。)になることが少ない。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膜は、キャリアトラップが少ない。そのため、当該酸化物半導
体膜を用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとな
る。なお、酸化物半導体膜のキャリアトラップに捕獲された電荷は、放出するまでに要す
る時間が長く、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、不純物濃度が
高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性が不安定と
なる場合がある。
の変動が小さい。
域と、明確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。微結晶酸化物半導体膜
に含まれる結晶部は、1nm以上100nm以下、または1nm以上10nm以下の大き
さであることが多い。特に、1nm以上10nm以下、または1nm以上3nm以下の微
結晶であるナノ結晶(nc:nanocrystal)を有する酸化物半導体膜を、nc
−OS(nanocrystalline Oxide Semiconductor)
膜と呼ぶ。また、nc−OS膜は、例えば、高分解能TEM像では、結晶粒界を明確に確
認できない場合がある。
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膜は、異なる
結晶部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膜は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体膜と区別が付かな
い場合がある。例えば、nc−OS膜に対し、結晶部よりも大きい径のX線を用いるXR
D装置を用いて構造解析を行うと、out−of−plane法による解析では、結晶面
を示すピークが検出されない。また、nc−OS膜に対し、結晶部よりも大きいプローブ
径(例えば50nm以上)の電子線を用いる電子回折(制限視野電子回折ともいう。)を
行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、nc−OS膜に対し
、結晶部の大きさと近いか結晶部より小さいプローブ径の電子線を用いるナノビーム電子
回折を行うと、スポットが観測される。また、nc−OS膜に対しナノビーム電子回折を
行うと、円を描くように(リング状に)輝度の高い領域が観測される場合がある。また、
nc−OS膜に対しナノビーム電子回折を行うと、リング状の領域内に複数のスポットが
観測される場合がある。
ため、nc−OS膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、
nc−OS膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、nc−O
S膜は、CAAC−OS膜と比べて欠陥準位密度が高くなる。
物半導体膜である。石英のような無定形状態を有する酸化物半導体膜が一例である。
lane法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、非晶質酸化物半
導体膜に対し、電子回折を行うと、ハローパターンが観測される。また、非晶質酸化物半
導体膜に対し、ナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測されず、ハローパターンが
観測される。
を有する場合がある。そのような構造を有する酸化物半導体膜を、特に非晶質ライク酸化
物半導体(amorphous−like OS:amorphous−like Ox
ide Semiconductor)膜と呼ぶ。
う。)が観察される場合がある。また、高分解能TEM像において、明確に結晶部を確認
することのできる領域と、結晶部を確認することのできない領域と、を有する。amor
phous−like OS膜は、TEMによる観察程度の微量な電子照射によって、結
晶化が起こり、結晶部の成長が見られる場合がある。一方、良質なnc−OS膜であれば
、TEMによる観察程度の微量な電子照射による結晶化はほとんど見られない。
測は、高分解能TEM像を用いて行うことができる。例えば、InGaZnO4の結晶は
層状構造を有し、In−O層の間に、Ga−Zn−O層を2層有する。InGaZnO4
の結晶の単位格子は、In−O層を3層有し、またGa−Zn−O層を6層有する、計9
層がc軸方向に層状に重なった構造を有する。よって、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。そのため、高分解能TEM像における格子縞に着目
し、格子縞の間隔が0.28nm以上0.30nm以下である箇所においては、それぞれ
の格子縞がInGaZnO4の結晶のa−b面に対応する。
e OS膜、微結晶酸化物半導体膜、CAAC−OS膜のうち、二種以上を有する積層膜
であってもよい。
できる。
(実施の形態5)
ソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置(代表的にはDVD:Digita
l Versatile Disc等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディス
プレイを有する装置)に用いることができる。その他に、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、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34に示す。
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34(A)に示した携帯型ゲーム機は、2つの表示部903
と表示部904とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定さ
れない。カメラ909には本発明の一態様の撮像装置を用いることができる。
を有する。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。カメラ919には本発明の一態様の撮像装置を用いることができる。
33、カメラ939等を有する。表示部932はタッチパネルとなっていてもよい。カメ
ラ939には本発明の一態様の撮像装置を用いることができる。
ー954、カメラ959、入出力端子956、操作用のボタン955等を有する。カメラ
959には本発明の一態様の撮像装置を用いることができる。
63、発光部967、レンズ965等を有する。レンズ965の焦点となる位置には本発
明の一態様の撮像装置を備えることができる。
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。そして、第1筐体971と第2筐体972とは、接続部976により接続されてお
り、第1筐体971と第2筐体972の間の角度は、接続部976により変更が可能であ
る。表示部973における映像を、接続部976における第1筐体971と第2筐体97
2との間の角度に従って切り替える構成としても良い。レンズ975の焦点となる位置に
は本発明の一態様の撮像装置を備えることができる。
。
12 データ保持動作
13 動作
30 シリコン基板
31 トランジスタ
32 トランジスタ
35 活性層
51 トランジスタ
52 トランジスタ
53 トランジスタ
54 トランジスタ
55 トランジスタ
56 高電圧電源
57 容量素子
58 容量素子
60 光電変換素子
61 光電変換層
62 透光性導電層
63 半導体層
64 半導体層
65 半導体層
66 電極
66a 導電層
66b 導電層
67 隔壁
71 配線
72 配線
72a 導電層
72b 導電層
73 配線
75 配線
76 配線
77 配線
78 配線
79 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
93 配線
96 配線
99 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
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
231 領域
232 領域
233 領域
331 領域
332 領域
333 領域
334 領域
335 領域
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
939 カメラ
951 筐体
952 表示部
954 スピーカー
955 ボタン
956 入出力端子
957 マイク
959 カメラ
961 筐体
962 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 (7)
- レンズと、光電変換素子と、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、第1の配線と、第2の配線と、を有し、
前記光電変換素子は、正面視において、前記レンズと重なりを有するように配置され、
前記光電変換素子の一方の電極は、前記第1の配線と電気的に接続され、
前記光電変換素子の他方の電極は、前記第1のトランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方は、前記第2のトランジスタのゲート電極と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのゲート電極は、前記第2の配線と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタは、nチャネル型のトランジスタであり、
前記第2の配線に供給される電位の最大値は、前記第1の配線に供給される電位よりも小さい、電子機器。 - 筐体と、前記筐体に設けられた表示部と、前記筐体に設けられたカメラと、を有し、
前記カメラは、レンズと、光電変換素子と、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、第1の配線と、第2の配線と、を有し、
前記光電変換素子は、正面視において、前記レンズと重なりを有するように配置され、
前記光電変換素子の一方の電極は、前記第1の配線と電気的に接続され、
前記光電変換素子の他方の電極は、前記第1のトランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方は、前記第2のトランジスタのゲート電極と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのゲート電極は、前記第2の配線と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタは、nチャネル型のトランジスタであり、
前記第2の配線に供給される電位の最大値は、前記第1の配線に供給される電位よりも小さく、
前記レンズは、前記表示部が設けられている側に配置されている、電子機器。 - 請求項1又は2において、
前記第1のトランジスタのチャネル形成領域は、酸化物半導体を有する、電子機器。 - 請求項1乃至3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形成領域、及び、前記第2のトランジスタのチャネル形成領域は、シリコンを有する、電子機器。 - 請求項1乃至4のいずれか一において、
前記第2の配線には、前記第1のトランジスタのオン、オフを制御するための信号が供給される、電子機器。 - 光電変換素子と、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、第1の配線と、第2の配線と、を有し、
前記光電変換素子の一方の電極は、前記第1の配線と電気的に接続され、
前記光電変換素子の他方の電極は、前記第1のトランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方は、前記第2のトランジスタのゲート電極と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのゲート電極は、前記第2の配線と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタは、nチャネル型のトランジスタであり、
前記第2の配線に供給される電位の最大値は、前記第1の配線に供給される電位よりも小さい、撮像装置。 - 請求項6において、
前記第2の配線には、前記第1のトランジスタのオン、オフを制御するための信号が供給される、撮像装置。
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