本發(fā)明的一個(gè)方式涉及一種攝像裝置及其工作方法。

注意，本發(fā)明的一個(gè)方式不局限于上述技術(shù)領(lǐng)域。本說(shuō)明書(shū)等所公開(kāi)的發(fā)明的一個(gè)方式的技術(shù)領(lǐng)域涉及一種物體、方法或制造方法?；蛘撸景l(fā)明的一個(gè)方式涉及一種程序(process)、機(jī)器(machine)、產(chǎn)品(manufacture)或者組成物(compositionofmatter)。由此，更具體而言，作為本說(shuō)明書(shū)所公開(kāi)的本發(fā)明的一個(gè)方式的技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)例子可以舉出半導(dǎo)體裝置、顯示裝置、液晶顯示裝置、發(fā)光裝置、照明裝置、蓄電裝置、存儲(chǔ)裝置、攝像裝置、這些裝置的工作方法或者這些裝置的制造方法。

注意，本說(shuō)明書(shū)等中的半導(dǎo)體裝置是指通過(guò)利用半導(dǎo)體特性而能夠工作的所有裝置。晶體管、半導(dǎo)體電路為半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式。另外，存儲(chǔ)裝置、顯示裝置、攝像裝置、電子設(shè)備有時(shí)包括半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)：

作為可以用于晶體管的半導(dǎo)體材料，氧化物半導(dǎo)體受到關(guān)注。例如，公開(kāi)了作為氧化物半導(dǎo)體使用氧化鋅或in-ga-zn類(lèi)氧化物半導(dǎo)體來(lái)形成晶體管的技術(shù)(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1及專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。

另外，專(zhuān)利文獻(xiàn)3公開(kāi)了一種攝像裝置，其中將包括氧化物半導(dǎo)體的晶體管用于像素電路的一部分。

[專(zhuān)利文獻(xiàn)1]日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)第2007-123861號(hào)公報(bào)

[專(zhuān)利文獻(xiàn)2]日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)第2007-96055號(hào)公報(bào)

[專(zhuān)利文獻(xiàn)3]日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)第2011-119711號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

cmos圖像傳感器已被安裝于各種設(shè)備內(nèi)，以期待提高性能，如高分辨率圖像的攝像等。為了得到高分辨率圖像，因?yàn)樾枰呙芏鹊丶苫说南袼?，所以需要縮小每一個(gè)像素的面積。

在縮小像素的面積的情況下，除了縮小設(shè)計(jì)規(guī)則之外，減少如晶體管等裝置的個(gè)數(shù)也是有效的。例如，在多個(gè)像素中共用構(gòu)成像素電路的部分晶體管的方法等。

另外，攝像裝置優(yōu)選以即使拍攝對(duì)象高速移動(dòng)也可以拍攝出沒(méi)有畸變的圖像的全局快門(mén)方式工作。然而，在全局快門(mén)方式中，由于所有像素同時(shí)取得攝像數(shù)據(jù)并依次進(jìn)行讀出，因此需要在電荷保持部中長(zhǎng)時(shí)間保持?jǐn)?shù)據(jù)。另外，因?yàn)樾枰诿恳粋€(gè)像素中設(shè)置電荷保持部，所以當(dāng)假設(shè)以全局快門(mén)方式工作時(shí)，難以采用在多個(gè)像素中共用電荷保持部等的電路結(jié)構(gòu)。

由此，本發(fā)明的一個(gè)方式的目的之一是提供一種能夠在多個(gè)像素中共用晶體管的攝像裝置。另外，本發(fā)明的一個(gè)方式的目的之一是提供一種能夠在多個(gè)像素中共用布線(xiàn)的攝像裝置。另外，本發(fā)明的一個(gè)方式的目的之一是提供一種具有在多個(gè)像素中共用晶體管的結(jié)構(gòu)并能夠以全局快門(mén)方式進(jìn)行攝像的攝像裝置。另外，本發(fā)明的一個(gè)方式的目的之一是提供一種在曝光期間進(jìn)行上一個(gè)幀的數(shù)據(jù)的讀出的攝像裝置。另外，本發(fā)明的一個(gè)方式的目的之一是提供一種能夠拍攝噪音少的圖像的攝像裝置。另外，本發(fā)明的一個(gè)方式的目的之一是提供一種適合于高速工作的攝像裝置。另外，本發(fā)明的一個(gè)方式的目的之一是提供一種高分辨率的攝像裝置。另外，本發(fā)明的一個(gè)方式的目的之一是提供一種高集成度的攝像裝置。另外，本發(fā)明的一個(gè)方式的目的之一是提供一種可以在低照度環(huán)境下進(jìn)行攝像的攝像裝置。另外，本發(fā)明的一個(gè)方式的目的之一是提供一種能夠在較廣的溫度范圍內(nèi)使用的攝像裝置。另外，本發(fā)明的一個(gè)方式的目的之一是提供一種高開(kāi)口率的攝像裝置。另外，本發(fā)明的一個(gè)方式的目的之一是提供一種高可靠性的攝像裝置。另外，本發(fā)明的一個(gè)方式的目的之一是提供一種新穎的攝像裝置等。另外，本發(fā)明的一個(gè)方式的目的之一是提供一種上述攝像裝置的驅(qū)動(dòng)方法。另外，本發(fā)明的一個(gè)方式的目的之一是提供一種新穎的半導(dǎo)體裝置等。

注意，這些課題的記載不妨礙其他課題的存在。此外，本發(fā)明的一個(gè)方式不必解決所有上述課題。此外，上述課題外的效果從說(shuō)明書(shū)、附圖、權(quán)利要求書(shū)等的描述中是可以顯而易見(jiàn)的，并且可以從所述描述中抽出。

本發(fā)明的一個(gè)方式涉及一種能夠在多個(gè)像素中共用晶體管等的攝像裝置。

本發(fā)明的一個(gè)方式是一種攝像裝置，包括：第一晶體管至第六晶體管、光電轉(zhuǎn)換元件、第一電容元件以及第二電容元件，其中光電轉(zhuǎn)換元件的一個(gè)電極與第一晶體管的源極和漏極中的一個(gè)電連接，第一晶體管的源極和漏極中的一個(gè)與第二晶體管的源極和漏極中的一個(gè)電連接，第一晶體管的源極和漏極中的另一個(gè)與第三晶體管的源極和漏極中的一個(gè)電連接，第一晶體管的源極和漏極中的另一個(gè)與第一電容元件的一個(gè)電極電連接，第三晶體管的源極和漏極中的另一個(gè)與第四晶體管的源極和漏極中的一個(gè)電連接，第三晶體管的源極和漏極中的另一個(gè)與第五晶體管的柵極電連接，第三晶體管的源極和漏極中的另一個(gè)與第二電容元件的一個(gè)電極電連接，第五晶體管的源極和漏極中的一個(gè)與第六晶體管的源極和漏極中的一個(gè)電連接，并且，第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管及第四晶體管在形成溝道的區(qū)域中包含氧化物半導(dǎo)體。

另外，本發(fā)明的一個(gè)方式是一種攝像裝置，包括：第一像素以及第二像素，其中，第一像素包括第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管、第四晶體管、第五晶體管、第六晶體管、第一光電轉(zhuǎn)換元件、第一電容元件以及第二電容元件，第二像素包括第七晶體管、第八晶體管、第九晶體管、第四晶體管、第五晶體管、第六晶體管、第二光電轉(zhuǎn)換元件、第三電容元件以及第二電容元件，第一光電轉(zhuǎn)換元件的一個(gè)電極與第一晶體管的源極和漏極中的一個(gè)電連接，第一晶體管的源極和漏極中的一個(gè)與第二晶體管的源極和漏極中的一個(gè)電連接，第一晶體管的源極和漏極中的另一個(gè)與第三晶體管的源極和漏極中的一個(gè)電連接，第一晶體管的源極和漏極中的另一個(gè)與第一電容元件的一個(gè)電極電連接，第三晶體管的源極和漏極中的另一個(gè)與第四晶體管的源極和漏極中的一個(gè)電連接，第三晶體管的源極和漏極中的另一個(gè)與第五晶體管的柵極電連接，第三晶體管的源極和漏極中的另一個(gè)與第二電容元件的一個(gè)電極電連接，第五晶體管的源極和漏極中的一個(gè)與第六晶體管的源極和漏極中的一個(gè)電連接，第二光電轉(zhuǎn)換元件的一個(gè)電極與第七晶體管的源極和漏極中的一個(gè)電連接，第七晶體管的源極和漏極中的一個(gè)與第八晶體管的源極和漏極中的一個(gè)電連接，第七晶體管的源極和漏極中的另一個(gè)與第九晶體管的源極和漏極中的一個(gè)電連接，第七晶體管的源極和漏極中的另一個(gè)與第三電容元件的一個(gè)電極電連接，第九晶體管的源極和漏極中的另一個(gè)與第四晶體管的源極和漏極中的一個(gè)電連接，第九晶體管的源極和漏極中的另一個(gè)與第五晶體管的柵極電連接，第九晶體管的源極和漏極中的另一個(gè)與第二電容元件的一個(gè)電極電連接，并且，第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管、第四晶體管、第七晶體管、第八晶體管及第九晶體管在形成溝道的區(qū)域中包含氧化物半導(dǎo)體。

可以使第一晶體管的柵極與第七晶體管的柵極電連接。另外，可以使第二晶體管的柵極與第八晶體管的柵極電連接。

可以使第一光電轉(zhuǎn)換元件的另一個(gè)電極與第二光電轉(zhuǎn)換元件的另一個(gè)電極電連接。

氧化物半導(dǎo)體優(yōu)選包含in、zn及m(m為al、ti、ga、sn、y、zr、la、ce、nd或hf)。另外，第五晶體管及第六晶體管也可以在形成溝道的區(qū)域中包含氧化物半導(dǎo)體。

光電轉(zhuǎn)換元件可以在光電轉(zhuǎn)換層中包含硒或包含硒的化合物。例如，作為硒，可以使用非晶硒或結(jié)晶硒。

另外，本發(fā)明的一個(gè)方式是一種攝像裝置的工作方法，包括：第一步驟，該第一步驟同時(shí)利用第一光電轉(zhuǎn)換元件在第一像素所包括的第一電荷存儲(chǔ)部中積累電荷并利用第二光電轉(zhuǎn)換元件在第二像素所包括的第一電荷存儲(chǔ)部中積累電荷；第二步驟，該第二步驟同時(shí)將第一像素所包括的第一電荷存儲(chǔ)部的電荷轉(zhuǎn)送到第一像素所包括的第二電荷存儲(chǔ)部并將第二像素所包括的第一電荷存儲(chǔ)部的電荷轉(zhuǎn)送到第二像素所包括的第二電荷存儲(chǔ)部；將第一像素所包括的第二電荷存儲(chǔ)部的電荷轉(zhuǎn)送到電荷檢測(cè)部且讀出對(duì)應(yīng)于電荷檢測(cè)部的電位的信號(hào)的第三步驟；使電荷檢測(cè)部的電位復(fù)位的第四步驟；將第二像素所包括的第二電荷存儲(chǔ)部的電荷轉(zhuǎn)送到電荷檢測(cè)部且讀出對(duì)應(yīng)于電荷檢測(cè)部的電位的信號(hào)的第五步驟；以及使電荷檢測(cè)部的電位復(fù)位的第六步驟。按如上順序進(jìn)行第一至第六步驟。

在上述工作方法中，可以在第n幀(n為1以上的自然數(shù))中進(jìn)行第一步驟及第二步驟，并且在第n+1幀中進(jìn)行第三步驟至第六步驟。

通過(guò)使用本發(fā)明的一個(gè)方式，可以提供一種能夠在多個(gè)像素中共用晶體管的攝像裝置。另外，可以提供一種能夠在多個(gè)像素中共用布線(xiàn)的攝像裝置。另外，可以提供一種具有在多個(gè)像素中共用晶體管的結(jié)構(gòu)并能夠以全局快門(mén)方式進(jìn)行攝像的攝像裝置。另外，可以提供一種在曝光期間進(jìn)行上一個(gè)幀的數(shù)據(jù)的讀出的攝像裝置。另外，可以提供一種能夠拍攝噪音少的圖像的攝像裝置。另外，可以提供一種適合于高速工作的攝像裝置。另外，可以提供一種高分辨率的攝像裝置。另外，可以提供一種高集成度的攝像裝置。另外，可以提供一種可以在低照度環(huán)境下進(jìn)行攝像的攝像裝置。另外，可以提供一種能夠在較廣的溫度范圍內(nèi)使用的攝像裝置。另外，可以提供一種高開(kāi)口率的攝像裝置。另外，可以提供一種高可靠性的攝像裝置。另外，可以提供一種新穎的攝像裝置等。另外，可以提供一種上述攝像裝置的驅(qū)動(dòng)方法。另外，可以提供一種新穎的半導(dǎo)體裝置等。

注意，本發(fā)明的一個(gè)方式不局限于這些效果。例如，本發(fā)明的一個(gè)方式在某些情況或某些狀況下有時(shí)具有這些效果以外的效果。或者，例如，根據(jù)情況或狀況，本發(fā)明的一個(gè)方式有時(shí)不具有上述效果。

附圖說(shuō)明

圖1是說(shuō)明像素的電路圖；

圖2a至圖2f是說(shuō)明像素的電路圖；

圖3a和圖3b是說(shuō)明攝像裝置的俯視圖，圖3c是說(shuō)明cds電路的電路圖及a/d轉(zhuǎn)換電路的方框圖；

圖4是說(shuō)明像素區(qū)塊的電路圖；

圖5是說(shuō)明像素區(qū)塊的電路圖；

圖6是說(shuō)明像素區(qū)塊的電路圖；

圖7是說(shuō)明像素區(qū)塊的電路圖；

圖8是說(shuō)明攝像裝置的工作的流程圖；

圖9是說(shuō)明攝像裝置的工作的時(shí)序圖；

圖10a至圖10c是說(shuō)明攝像裝置的工作的圖；

圖11是說(shuō)明攝像裝置的工作的時(shí)序圖；

圖12是說(shuō)明攝像裝置的工作的時(shí)序圖；

圖13是說(shuō)明攝像裝置的工作的時(shí)序圖；

圖14a和圖14b是說(shuō)明像素的電路圖；

圖15a和圖15b是說(shuō)明像素的電路圖；

圖16是說(shuō)明像素區(qū)塊的電路圖；

圖17是說(shuō)明攝像裝置的工作的時(shí)序圖；

圖18a和圖18b是說(shuō)明像素的電路圖；

圖19a至圖19c是說(shuō)明攝像裝置的結(jié)構(gòu)的俯視圖及透視圖；

圖20a至圖20c是說(shuō)明攝像裝置的結(jié)構(gòu)的截面圖；

圖21a至圖21c是說(shuō)明光電轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)的截面圖；

圖22a至圖22d是說(shuō)明光電轉(zhuǎn)換元件的連接方式的截面圖；

圖23a和圖23b是說(shuō)明光電轉(zhuǎn)換元件的連接方式的截面圖；

圖24是說(shuō)明攝像裝置的截面圖；

圖25a至圖25c是說(shuō)明光電轉(zhuǎn)換元件的連接方式的截面圖；

圖26是說(shuō)明攝像裝置的截面圖；

圖27a和圖27b是說(shuō)明攝像裝置的截面圖；

圖28a至圖28c是說(shuō)明攝像裝置的截面圖及電路圖；

圖29是說(shuō)明攝像裝置的截面圖；

圖30是說(shuō)明攝像裝置的截面圖；

圖31是說(shuō)明攝像裝置的截面圖；

圖32a至圖32d是說(shuō)明攝像裝置的結(jié)構(gòu)的截面圖；

圖33是說(shuō)明攝像裝置的結(jié)構(gòu)的截面圖；

圖34是說(shuō)明攝像裝置的結(jié)構(gòu)的截面圖；

圖35a1、圖35a2、圖35a3、圖35b1、圖35b2及圖35b3是說(shuō)明彎曲的攝像裝置的圖；

圖36a至圖36f是說(shuō)明晶體管的俯視圖及截面圖；

圖37a至圖37f是說(shuō)明晶體管的俯視圖及截面圖；

圖38a至圖38d是說(shuō)明晶體管的溝道寬度方向的截面的圖；

圖39a至圖39f是說(shuō)明晶體管的溝道長(zhǎng)度方向的截面的圖；

圖40a至圖40e是說(shuō)明半導(dǎo)體層的俯視圖及截面圖；

圖41a至圖41f是說(shuō)明晶體管的俯視圖及截面圖；

圖42a至圖42f是說(shuō)明晶體管的俯視圖及截面圖；

圖43a至圖43d是說(shuō)明晶體管的溝道寬度方向的截面的圖；

圖44a至圖44f是說(shuō)明晶體管的溝道長(zhǎng)度方向的截面的圖；

圖45a和圖45b是說(shuō)明晶體管的俯視圖及截面圖；

圖46a至圖46c是說(shuō)明晶體管的俯視圖；

圖47a至圖47c是說(shuō)明氧化物半導(dǎo)體的原子數(shù)比的范圍的圖；

圖48是說(shuō)明inmzno4的結(jié)晶的圖；

圖49a和圖49b是說(shuō)明帶圖的圖；

圖50a至圖50e是說(shuō)明通過(guò)xrd得到的caac-os以及單晶氧化物半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)分析的圖以及示出caac-os的選區(qū)電子衍射圖案的圖；

圖51a至圖51e是caac-os的截面tem圖像、平面tem圖像及其圖像分析圖像；

圖52a至圖52d是nc-os的電子衍射圖案以及nc-os的截面tem圖像；

圖53a和圖53b是a-likeos的截面tem圖像；

圖54是因電子照射導(dǎo)致的in-ga-zn氧化物的結(jié)晶部的變化的圖；

圖55a至圖55d是容納攝像裝置的封裝的透視圖及截面圖；

圖56a至圖56d是容納攝像裝置的封裝的透視圖及截面圖；

圖57a至圖57f是說(shuō)明電子設(shè)備的圖。

具體實(shí)施方式

參照附圖對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。但是，本發(fā)明不局限于以下的說(shuō)明，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以很容易地理解一個(gè)事實(shí)就是，本發(fā)明的方式及詳細(xì)內(nèi)容在不脫離本發(fā)明的宗旨及其范圍的情況下可以被變換為各種各樣的形式。因此，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為僅限定于以下所示的實(shí)施方式的記載內(nèi)容中。注意，在下面所說(shuō)明的發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，在不同的附圖中共同使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略其重復(fù)說(shuō)明。注意，有時(shí)在不同的附圖中適當(dāng)?shù)厥÷曰蚋淖兿嗤瑯?gòu)成要素的陰影。

另外，為方便起見(jiàn)，附加了第一、第二等序數(shù)詞，而其并不表示工序順序或疊層順序。因此，例如可以將“第一”適當(dāng)?shù)靥鎿Q為“第二”或“第三”等來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。此外，本說(shuō)明書(shū)等中所記載的序數(shù)詞與用于指定本發(fā)明的一個(gè)方式的序數(shù)詞有時(shí)不一致。

例如，在本說(shuō)明書(shū)等中，當(dāng)明確地記載為“x與y連接”時(shí)，意味著如下情況：x與y電連接；x與y在功能上連接；x與y直接連接。因此，不局限于規(guī)定的連接關(guān)系(例如，附圖或文中所示的連接關(guān)系等)，附圖或文中所示的連接關(guān)系以外的連接關(guān)系也包含于附圖或文中所記載的內(nèi)容中。

這里，x和y為對(duì)象物(例如，裝置、元件、電路、布線(xiàn)、電極、端子、導(dǎo)電膜及層等)。

作為x與y直接連接的情況的一個(gè)例子，可以舉出在x與y之間沒(méi)有連接能夠電連接x與y的元件(例如開(kāi)關(guān)、晶體管、電容元件、電感器、電阻元件、二極管、顯示元件、發(fā)光元件及負(fù)載等)，并且x與y沒(méi)有通過(guò)能夠電連接x與y的元件(例如開(kāi)關(guān)、晶體管、電容元件、電感器、電阻元件、二極管、顯示元件、發(fā)光元件及負(fù)載等)連接的情況。

作為x與y電連接的情況的一個(gè)例子，例如可以在x與y之間連接一個(gè)以上的能夠電連接x與y的元件(例如開(kāi)關(guān)、晶體管、電容元件、電感器、電阻元件、二極管、顯示元件、發(fā)光元件及負(fù)載等)。另外，開(kāi)關(guān)具有控制開(kāi)啟和關(guān)閉的功能。換言之，通過(guò)使開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)(開(kāi)啟狀態(tài))或非導(dǎo)通狀態(tài)(關(guān)閉狀態(tài))來(lái)控制是否使電流流過(guò)?；蛘?，開(kāi)關(guān)具有選擇并切換電流路徑的功能。另外，x與y電連接的情況包括x與y直接連接的情況。

作為x與y在功能上連接的情況的一個(gè)例子，例如可以在x與y之間連接一個(gè)以上的能夠在功能上連接x與y的電路(例如，邏輯電路(反相器、nand電路、nor電路等)、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(da轉(zhuǎn)換電路、ad轉(zhuǎn)換電路、伽馬校正電路等)、電位電平轉(zhuǎn)換電路(電源電路(升壓電路、降壓電路等)、改變信號(hào)的電位電平的電平轉(zhuǎn)移電路等)、電壓源、電流源、切換電路、放大電路(能夠增大信號(hào)振幅或電流量等的電路、運(yùn)算放大器、差分放大電路、源極跟隨電路、緩沖電路等)、信號(hào)生成電路、存儲(chǔ)電路、控制電路等)。注意，例如，即使在x與y之間夾有其他電路，當(dāng)從x輸出的信號(hào)傳送到y(tǒng)時(shí)，也可以說(shuō)x與y在功能上是連接著的。另外，x與y在功能上連接的情況包括x與y直接連接的情況及x與y電連接的情況。

此外，當(dāng)明確地記載為“x與y電連接”時(shí)，在本說(shuō)明書(shū)等中意味著如下情況：x與y電連接(即，以中間夾有其他元件或其他電路的方式連接x與y)；x與y在功能上連接(即，以中間夾有其他電路的方式在功能上連接x與y)；x與y直接連接(即，以中間不夾有其他元件或其他電路的方式連接x與y)。即，在本說(shuō)明書(shū)等中，當(dāng)明確地記載為“電連接”時(shí)與只明確地記載為“連接”時(shí)的情況相同。

注意，例如，在晶體管的源極(或第一端子等)通過(guò)z1(或沒(méi)有通過(guò)z1)與x電連接，晶體管的漏極(或第二端子等)通過(guò)z2(或沒(méi)有通過(guò)z2)與y電連接的情況下以及在晶體管的源極(或第一端子等)與z1的一部分直接連接，z1的另一部分與x直接連接，晶體管的漏極(或第二端子等)與z2的一部分直接連接，z2的另一部分與y直接連接的情況下，可以表示為如下。

例如，可以表示為“x、y、晶體管的源極(或第一端子等)與晶體管的漏極(或第二端子等)互相電連接，x、晶體管的源極(或第一端子等)、晶體管的漏極(或第二端子等)與y依次電連接”?；蛘?，可以表示為“晶體管的源極(或第一端子等)與x電連接，晶體管的漏極(或第二端子等)與y電連接，x、晶體管的源極(或第一端子等)、晶體管的漏極(或第二端子等)與y依次電連接”?；蛘撸梢员硎緸椤皒通過(guò)晶體管的源極(或第一端子等)及漏極(或第二端子等)與y電連接，x、晶體管的源極(或第一端子等)、晶體管的漏極(或第二端子等)、y依次設(shè)置為相互連接”。通過(guò)使用與這種例子相同的表示方法規(guī)定電路結(jié)構(gòu)中的連接順序，可以區(qū)別晶體管的源極(或第一端子等)與漏極(或第二端子等)而決定技術(shù)范圍。

另外，作為其他表示方法，例如可以表示為“晶體管的源極(或第一端子等)至少經(jīng)過(guò)第一連接路徑與x電連接，所述第一連接路徑不具有第二連接路徑，所述第二連接路徑是晶體管的源極(或第一端子等)與晶體管的漏極(或第二端子等)之間的路徑，所述第一連接路徑是通過(guò)z1的路徑，晶體管的漏極(或第二端子等)至少經(jīng)過(guò)第三連接路徑與y電連接，所述第三連接路徑不具有所述第二連接路徑，所述第三連接路徑是通過(guò)z2的路徑”?；蛘?，也可以表示為“晶體管的源極(或第一端子等)至少經(jīng)過(guò)第一連接路徑，通過(guò)z1與x電連接，所述第一連接路徑不具有第二連接路徑，所述第二連接路徑具有通過(guò)晶體管的連接路徑，晶體管的漏極(或第二端子等)至少經(jīng)過(guò)第三連接路徑，通過(guò)z2與y電連接，所述第三連接路徑不具有所述第二連接路徑”?；蛘?，也可以表示為“晶體管的源極(或第一端子等)至少經(jīng)過(guò)第一電路徑，通過(guò)z1與x電連接，所述第一電路徑不具有第二電路徑，所述第二電路徑是從晶體管的源極(或第一端子等)到晶體管的漏極(或第二端子等)的電路徑，晶體管的漏極(或第二端子等)至少經(jīng)過(guò)第三電路徑，通過(guò)z2與y電連接，所述第三電路徑不具有第四電路徑，所述第四電路徑是從晶體管的漏極(或第二端子等)到晶體管的源極(或第一端子等)的電路徑”。通過(guò)使用與這種例子同樣的表示方法規(guī)定電路結(jié)構(gòu)中的連接路徑，可以區(qū)別晶體管的源極(或第一端子等)和漏極(或第二端子等)來(lái)決定技術(shù)范圍。

注意，這種表示方法只是一個(gè)例子而已，不局限于上述表示方法。在此，x、y、z1及z2為對(duì)象物(例如，裝置、元件、電路、布線(xiàn)、電極、端子、導(dǎo)電膜及層等)。

另外，即使附圖示出在電路圖上獨(dú)立的構(gòu)成要素彼此電連接，也有一個(gè)構(gòu)成要素兼有多個(gè)構(gòu)成要素的功能的情況。例如，在布線(xiàn)的一部分被用作電極時(shí)，一個(gè)導(dǎo)電膜兼有布線(xiàn)和電極的兩個(gè)構(gòu)成要素的功能。因此，本說(shuō)明書(shū)中的“電連接”的范疇內(nèi)還包括這種一個(gè)導(dǎo)電膜兼有多個(gè)構(gòu)成要素的功能的情況。

另外，根據(jù)情況或狀態(tài)，可以互相調(diào)換“膜”和“層”這兩個(gè)詞。例如，有時(shí)可以將“導(dǎo)電層”調(diào)換為“導(dǎo)電膜”。此外，有時(shí)可以將“絕緣膜”調(diào)換為“絕緣層”。

另外，一般而言，電位(電壓)是相對(duì)的，其大小根據(jù)與基準(zhǔn)電位之差決定。因此，在記載為“接地”、“gnd”等的情況下，電位也不必須局限于0v。例如，也有以電路中的最低電位為基準(zhǔn)而定義“接地”或“gnd”的情況。或者，也有以電路中的中間電位為基準(zhǔn)而定義“接地”或“gnd”的情況。在該情況下，以該電位為基準(zhǔn)規(guī)定正電位及負(fù)電位。

實(shí)施方式1

在本實(shí)施方式中，參照附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置進(jìn)行說(shuō)明。

本發(fā)明的一個(gè)方式涉及攝像裝置的電路結(jié)構(gòu)及工作方法，該攝像裝置在多個(gè)像素中共用將電荷檢測(cè)部的電位復(fù)位的晶體管、輸出對(duì)應(yīng)于電荷檢測(cè)部的電位的信號(hào)的晶體管以及選擇像素的晶體管，并且可以以全局快門(mén)方式進(jìn)行攝像。另外，可以在第n幀(n為1以上的自然數(shù))中取得攝像數(shù)據(jù)，并且在第n+1幀中讀出該攝像數(shù)據(jù)。

由此，可以減少每一個(gè)像素的晶體管的個(gè)數(shù)并縮小像素面積。即，可以實(shí)現(xiàn)像素的高集成化。另外，因?yàn)樵诘趎+1幀中進(jìn)行攝像數(shù)據(jù)的讀出，所以可以使第n幀中的攝像時(shí)間長(zhǎng)。因此，即使在低照度環(huán)境下也能夠取得噪音少且灰度得到維持的動(dòng)態(tài)范圍寬的圖像。

作為用于上述攝像裝置的像素的部分晶體管或所有晶體管，可以使用在溝道形成區(qū)域中包含氧化物半導(dǎo)體的晶體管。該晶體管的關(guān)態(tài)電流小而可以簡(jiǎn)單地構(gòu)成在像素中保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。

圖1是本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置所包括的像素20的電路圖。另外，在圖1等中示出晶體管采用n-ch型晶體管的例子，但是本發(fā)明的一個(gè)方式不局限于此，部分晶體管也可以使用p-ch型晶體管代替n-ch型晶體管。

在像素20中，光電轉(zhuǎn)換元件pd的一個(gè)電極與晶體管41的源極和漏極中的一個(gè)電連接。晶體管41的源極和漏極中的一個(gè)與晶體管42的源極和漏極中的一個(gè)電連接。晶體管41的源極和漏極中的另一個(gè)與晶體管43的源極和漏極中的一個(gè)及電容元件c1的一個(gè)電極電連接。晶體管43的源極和漏極中的另一個(gè)與晶體管44的源極和漏極中的一個(gè)、晶體管45的柵極及電容元件c2的一個(gè)電極電連接。晶體管45的源極和漏極中的一個(gè)與晶體管46的源極和漏極中的一個(gè)電連接。

在此，將與光電轉(zhuǎn)換元件pd的一個(gè)電極、晶體管41的源極和漏極中的一個(gè)及晶體管42的源極和漏極中的一個(gè)連接的節(jié)點(diǎn)an稱(chēng)為第一電荷存儲(chǔ)部。另外，將與晶體管41的源極和漏極中的另一個(gè)、晶體管43的源極和漏極中的一個(gè)及電容元件c1的一個(gè)電極連接的節(jié)點(diǎn)fd稱(chēng)為第二電荷存儲(chǔ)部。另外，將與晶體管43的源極和漏極中的一個(gè)、晶體管44的源極和漏極中的一個(gè)、晶體管45的柵極以及電容元件c2的一個(gè)電極連接的節(jié)點(diǎn)fdx稱(chēng)為電荷檢測(cè)部。

在圖1中，光電轉(zhuǎn)換元件pd的另一個(gè)電極與布線(xiàn)71(vpd)電連接。晶體管42的源極和漏極中的另一個(gè)及晶體管44的源極和漏極中的另一個(gè)與布線(xiàn)72(vrs)電連接。電容元件c1的另一個(gè)電極及電容元件c2的另一個(gè)電極與布線(xiàn)73(vss)電連接。晶體管45的源極和漏極中的另一個(gè)與布線(xiàn)74(vpi)電連接。晶體管46的源極和漏極中的另一個(gè)與布線(xiàn)91(out1)電連接。

注意，雖然在圖1中示出多個(gè)晶體管或多個(gè)電容元件與同一布線(xiàn)電連接的例子，但是也可以各自與不同布線(xiàn)電連接。

例如，如圖2a所示，可以采用晶體管42的源極和漏極中的另一個(gè)與布線(xiàn)77(vrs2)電連接且電容元件c2的另一個(gè)電極與布線(xiàn)78(vss2)電連接的結(jié)構(gòu)。另外，如圖2b所示，也可以采用晶體管44的源極和漏極中的另一個(gè)與布線(xiàn)74(vpi)電連接的結(jié)構(gòu)。另外，如圖2c所示，也可以采用電容元件c1的另一個(gè)電極及電容元件c2的另一個(gè)電極與布線(xiàn)73(vpd)電連接的結(jié)構(gòu)。另外，如圖2d所示，也可以采用晶體管42的源極和漏極中的另一個(gè)及晶體管44的源極和漏極中的另一個(gè)與布線(xiàn)74(vpi)電連接的結(jié)構(gòu)。另外，如圖2e所示，也可以使晶體管42的源極和漏極中的另一個(gè)與鄰接的像素的布線(xiàn)74(vpi)電連接。另外，如圖2f所示，也可以使晶體管42的源極和漏極中的另一個(gè)及晶體管44的源極和漏極中的另一個(gè)與鄰接的像素的布線(xiàn)74(vpi)電連接。

布線(xiàn)71(vpd)、布線(xiàn)72(vrs)、布線(xiàn)73(vss)、布線(xiàn)74(vpi)、布線(xiàn)77(vrs2)及布線(xiàn)78(vss2)可以具有電源線(xiàn)的功能。例如，布線(xiàn)71(vpd)、布線(xiàn)73(vss)及布線(xiàn)78(vss2)可以被用作低電位電源線(xiàn)。布線(xiàn)72(vrs)、布線(xiàn)74(vpi)及布線(xiàn)77(vrs2)可以被用作高電位電源線(xiàn)。

晶體管41的柵極與布線(xiàn)61(gtx)電連接。晶體管42的柵極與布線(xiàn)62(rs1)電連接。晶體管43的柵極與布線(xiàn)63(tx)電連接。晶體管44的柵極與布線(xiàn)64(rs2)電連接。晶體管46的柵極與布線(xiàn)65(se)電連接。

布線(xiàn)61(gtx)、布線(xiàn)62(rs1)、布線(xiàn)63(tx)、布線(xiàn)64(rs2)及布線(xiàn)64(se)可以具有控制與各自連接的晶體管的導(dǎo)通的信號(hào)線(xiàn)的功能。注意，也可以在每行中控制布線(xiàn)63(tx)。

晶體管41可以用作用來(lái)將節(jié)點(diǎn)an的電位傳送到節(jié)點(diǎn)fd的晶體管。晶體管42可以用來(lái)使節(jié)點(diǎn)an的電位復(fù)位的晶體管。晶體管43可以用作用來(lái)將節(jié)點(diǎn)fd的電位轉(zhuǎn)送到節(jié)點(diǎn)fdx的晶體管。晶體管44可以用作用來(lái)使節(jié)點(diǎn)fdx的電位復(fù)位的晶體管。晶體管45可以用作用來(lái)輸出對(duì)應(yīng)于節(jié)點(diǎn)fdx的電位的信號(hào)的晶體管。晶體管46可以用作用來(lái)選擇像素20的晶體管。

注意，上述像素20的結(jié)構(gòu)只是一個(gè)例子，也可以不包括部分電路、部分晶體管、部分電容元件或者部分布線(xiàn)等。另外，也可以包括上述結(jié)構(gòu)不包含的電路、晶體管、電容元件及布線(xiàn)等。另外，部分布線(xiàn)的連接方式也可以與上述結(jié)構(gòu)方式不同。

圖3a是說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置的圖。該攝像裝置包括：包括配置為矩陣狀的像素區(qū)塊21的像素陣列26；具有驅(qū)動(dòng)像素區(qū)塊21的功能的電路22(行驅(qū)動(dòng)器)；對(duì)像素區(qū)塊21的輸出信號(hào)進(jìn)行cds(correlateddoublesampling:相關(guān)雙采樣)工作的電路23(cds電路)；具有將從電路23輸出的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的功能的電路24(a/d轉(zhuǎn)換電路等)；以及具有選擇經(jīng)過(guò)電路24轉(zhuǎn)換了的數(shù)據(jù)并將其讀出的功能的電路25(列驅(qū)動(dòng)器)。另外，也可以采用沒(méi)有設(shè)置電路23的結(jié)構(gòu)。

例如，如圖3b所示，作為像素區(qū)塊21可以采用包括多個(gè)像素20(像素20a、20b、20c、20d)的結(jié)構(gòu)。詳細(xì)內(nèi)容將在后面說(shuō)明，像素區(qū)塊21具有在該多個(gè)像素20中共用部分晶體管的結(jié)構(gòu)。

圖3c是與像素區(qū)塊21的一個(gè)列連接的電路23的電路圖及電路24的方框圖。電路23可以包括晶體管51、晶體管52、電容元件c3及電容元件c4。另外，電路24可以包括比較器電路27及計(jì)數(shù)電路29。

另外，晶體管53具有電流源電路的功能。晶體管53的源極和漏極中的一個(gè)與布線(xiàn)91(out1)電連接，并且源極和漏極中的另一個(gè)與電源線(xiàn)連接。該電源線(xiàn)例如可以被用作低電位電源線(xiàn)。另外，晶體管53的柵極一直被施加偏壓。

在電路23中，晶體管51的源極和漏極中的一個(gè)與晶體管52的源極和漏極中的一個(gè)電連接。晶體管51的源極和漏極中的一個(gè)與電容元件c3的一個(gè)電極電連接。晶體管52的源極和漏極中的另一個(gè)與電容元件c4的一個(gè)電極電連接。晶體管52的源極和漏極中的另一個(gè)與布線(xiàn)92(out2)電連接。晶體管51的源極和漏極中的另一個(gè)例如與被供應(yīng)基準(zhǔn)電位的高電位電源線(xiàn)(cdsvdd)電連接。電容元件c4的另一個(gè)電極例如與低電位電源線(xiàn)(cdsvss)電連接。

說(shuō)明與圖1所示的像素20連接時(shí)的電路23的工作的一個(gè)例子。首先，使晶體管51及晶體管52導(dǎo)通。接著，從像素20對(duì)布線(xiàn)91(out1)輸出攝像數(shù)據(jù)的電位，在布線(xiàn)92(out2)中保持基準(zhǔn)電位(cdsvdd)。然后，使晶體管51非導(dǎo)通并從像素20對(duì)布線(xiàn)91(out1)輸出復(fù)位電位(在此為比攝像數(shù)據(jù)的電位高的電位，例如，vdd電位)。此時(shí)，布線(xiàn)92(out2)的電位成為基準(zhǔn)電位(cdsvdd)加上攝像數(shù)據(jù)的電位與復(fù)位電位之間的差的絕對(duì)值。因此，可以對(duì)電路24供應(yīng)基準(zhǔn)電位(cdsvdd)加上攝像數(shù)據(jù)的實(shí)際電位(netpotential)的噪音少的電位信號(hào)。

另外，當(dāng)復(fù)位電位比攝像數(shù)據(jù)的電位低(例如為gnd電位等)時(shí)，布線(xiàn)92(out2)的電位成為基準(zhǔn)電位(cdsvdd)減去攝像數(shù)據(jù)的電位與復(fù)位電位之間的差的絕對(duì)值。

在電路24中，對(duì)從電路23輸入到比較器電路27的信號(hào)電位及掃描了的基準(zhǔn)電位(ramp)進(jìn)行比較。并且，對(duì)應(yīng)于比較器電路27的輸出而使計(jì)數(shù)電路29工作，數(shù)字信號(hào)輸出到布線(xiàn)93(out3)。

圖4所示的像素區(qū)塊21a是像素區(qū)塊21的具體結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。像素區(qū)塊21a在布線(xiàn)91(out1)延伸的方向(以下,垂直方向)上排列的4個(gè)像素(像素20a、20b、20c、20d)中共用晶體管44、晶體管45及晶體管46。另外，雖然在圖4中示出像素區(qū)塊21a包括4個(gè)像素的結(jié)構(gòu)，但是也可以采用包括2個(gè)像素、3個(gè)像素或5個(gè)像素以上的結(jié)構(gòu)。

在像素區(qū)塊21a中，可以在4個(gè)像素中共用布線(xiàn)72(vrs)、布線(xiàn)74(vpi)、布線(xiàn)62(rs1)、布線(xiàn)63(rs2)及布線(xiàn)65(gtx)。另外，也可以與在垂直方向上設(shè)置的其他像素區(qū)塊21a共用這些布線(xiàn)。

另外，通過(guò)在像素區(qū)塊21a中以布線(xiàn)71(vpd)為基準(zhǔn)以具有線(xiàn)對(duì)稱(chēng)性的方式配置電路，可以將布線(xiàn)的引導(dǎo)抑制為最小，從而可以實(shí)現(xiàn)易于在垂直方向上的2個(gè)像素中共用布線(xiàn)71(vpd)的結(jié)構(gòu)。另外，可以與在布線(xiàn)64(se)延伸的方向(以下，水平方向)上設(shè)置的其他像素區(qū)塊21a共用布線(xiàn)71(vpd)。

另外，可以與設(shè)置在水平方向上的其他像素區(qū)塊21a共用布線(xiàn)61a(tx1)、布線(xiàn)61b(tx2)、布線(xiàn)61c(tx3)及布線(xiàn)61d(tx4)。

圖5是示出像素區(qū)塊21a[m，n]及在水平方向上鄰接的像素區(qū)塊21a[m，n+1]的結(jié)構(gòu)的圖。注意，m、n為任意的自然數(shù)，分別意味著行、列。在像素20的工作條件中，在布線(xiàn)72(vrs)及布線(xiàn)74(vpi)為同等的電位的情況下，如圖5所示，可以省略一個(gè)布線(xiàn)且在像素區(qū)塊21a[m，n]及像素區(qū)塊21a[m，n+1]中共用另一個(gè)布線(xiàn)。

另外，像素區(qū)塊21可以具有圖6所示的像素區(qū)塊21b的結(jié)構(gòu)。像素區(qū)塊21b具有在水平垂直方向上的共4個(gè)像素(像素20a、20b、20c、20d)中共用晶體管44、晶體管45及晶體管46的結(jié)構(gòu)。像素區(qū)塊21b可以與設(shè)置在垂直方向或水平方向上的其他像素區(qū)塊21b共用各種布線(xiàn)。

圖7是示出在像素區(qū)塊21b[m，n]及水平方向上鄰接的像素區(qū)塊21b[m，n+1]的結(jié)構(gòu)的圖。在圖6所示的像素區(qū)塊中，由于布線(xiàn)72(vrs)位于水平方向的兩端，因而可以如圖7所示地省略一個(gè)布線(xiàn)72(vrs)且在像素區(qū)塊21b[m，n]和像素區(qū)塊21b[m，n+1]中共用另一個(gè)布線(xiàn)72(vrs)。

接著，參照?qǐng)D8所示的流程圖及圖9所示的時(shí)序圖，對(duì)圖4所示的像素區(qū)塊21a的工作進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置以全局快門(mén)方式工作，因此可以同時(shí)進(jìn)行當(dāng)前幀中的攝像數(shù)據(jù)的取得及上一個(gè)幀的攝像數(shù)據(jù)的讀出。

在此，參照?qǐng)D10a、圖10b及圖10c對(duì)攝像裝置的工作方式進(jìn)行說(shuō)明。在圖10a、圖10b及圖10c中，“e”表示能夠進(jìn)行曝光工作的期間，“r”表示能夠進(jìn)行讀出工作的期間。另外，n表示第n(n為2以上的自然數(shù))幀的第n幀。另外，n-1表示第n幀的上一個(gè)幀，n+1表示第n幀的下一個(gè)幀。注意，在此假設(shè)將像素設(shè)置為矩陣狀的情況，而不考慮像素區(qū)塊。line[1]表示第一行的像素，line[m]表示第m行(最后一行)的像素。

圖10a示出卷簾快門(mén)方式的工作方法的示意圖。卷簾快門(mén)方式是按行依次進(jìn)行曝光及數(shù)據(jù)的讀出的工作方法。由于在所有像素中不能同時(shí)進(jìn)行攝像，因此在拍攝對(duì)象為運(yùn)動(dòng)物體時(shí)，圖像會(huì)產(chǎn)生畸變。

圖10b示出通常的全局快門(mén)方式的工作方法的示意圖。全局快門(mén)方式是在所有像素中同時(shí)進(jìn)行曝光，然后按行進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀出的工作方法。由此，即使拍攝運(yùn)動(dòng)物體也可以獲得沒(méi)有畸變的圖像。注意，當(dāng)像素?cái)?shù)增大時(shí)，讀出時(shí)間也增大，曝光時(shí)間被限制。

圖10c示出用于本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置的工作方法的示意圖。該工作方法是全局快門(mén)方式，在第n幀中同時(shí)進(jìn)行所有像素的曝光，在第(n+1)幀中，進(jìn)行第n幀中獲得的數(shù)據(jù)的讀出。由于在一個(gè)幀期間中不進(jìn)行同一個(gè)幀的曝光及讀出，由此，在本發(fā)明的一個(gè)方式的工作方法中，與現(xiàn)有的全局快門(mén)方式不同，即使讀出期間增大曝光時(shí)間也不會(huì)被限制。因此，可以延長(zhǎng)曝光時(shí)間。

在圖8及圖9中，以任意的第n幀為基準(zhǔn)進(jìn)行說(shuō)明。另外，布線(xiàn)71(vpd)是低電位(“l(fā)”)，布線(xiàn)72(vrs)及布線(xiàn)74(vpi)是高電位(“h”)。

另外，在圖9中，rs1是布線(xiàn)62(rs1)的電位，rs2是布線(xiàn)63(rs2)的電位，gtx是布線(xiàn)65(gtx)的電位，tx1是布線(xiàn)61a(tx1)的電位，tx4是布線(xiàn)61d(tx4)的電位，an1是像素20a中的節(jié)點(diǎn)an1的電位，an4是像素20d中的節(jié)點(diǎn)an4的電位，fd1是像素20a中的節(jié)點(diǎn)fd1的電位，fd4是像素20d中的節(jié)點(diǎn)fd4的電位，fdx是節(jié)點(diǎn)fdx的電位，se[1]是與第一行的像素區(qū)塊21a連接的布線(xiàn)64(se)的電位，se[m]是與最后一行的像素區(qū)塊21a連接的布線(xiàn)64(se)的電位。

首先，對(duì)攝像數(shù)據(jù)的取得進(jìn)行說(shuō)明。

在時(shí)刻t1，當(dāng)將rs1設(shè)定為“h”時(shí)，an[1：4]被復(fù)位而成為“h”(布線(xiàn)72(vrs)的電位)(s1)。

在時(shí)刻t2，當(dāng)將(rs1)設(shè)定為“l(fā)”時(shí)，根據(jù)照度，an[1：4]開(kāi)始降低(s2)。

在時(shí)刻t8，當(dāng)將gtx設(shè)定為“h”時(shí)，節(jié)點(diǎn)an1至節(jié)點(diǎn)an4的電位分別被轉(zhuǎn)送到節(jié)點(diǎn)fd1至節(jié)點(diǎn)fd4(s10)。

在時(shí)刻t9，當(dāng)將gtx設(shè)定為“l(fā)”時(shí)，保持fd[1：4]。到此為止是攝像數(shù)據(jù)的取得工作。注意，此時(shí)保持在fd[1：4]中的攝像數(shù)據(jù)在下一個(gè)幀被讀出。

接著，對(duì)在與上述攝像數(shù)據(jù)的取得工作同時(shí)進(jìn)行的上一個(gè)幀中取得的攝像數(shù)據(jù)的讀出進(jìn)行說(shuō)明。

在時(shí)刻t1，當(dāng)將rs2設(shè)定為“h”時(shí)，fdx被復(fù)位并成為“h”(布線(xiàn)72(vrs)的電位)(s3)。

在時(shí)刻t2，當(dāng)將se[1]設(shè)定為“h”，將rs1設(shè)定為“l(fā)”，將tx1設(shè)定為“h”時(shí)，選擇第一行的像素區(qū)塊21a(s4)。此外，節(jié)點(diǎn)fd1的電位被轉(zhuǎn)送到節(jié)點(diǎn)fdx，且在電路23中對(duì)應(yīng)于fd1及fdx的信號(hào)被讀出(s5、s6)。

在時(shí)刻t3，當(dāng)將se[1]設(shè)定為“h”，將rs2設(shè)定為“h”，并且將tx1設(shè)定為“h”時(shí)，fd1及fdx被復(fù)位且在電路23中對(duì)應(yīng)于該復(fù)位電位的信號(hào)被讀出(s5、s7)。如上所述，在電路23中可以檢測(cè)對(duì)應(yīng)于攝像數(shù)據(jù)的信號(hào)和對(duì)應(yīng)于復(fù)位電位的信號(hào)之間的差異，從而可以得到噪音少的攝像數(shù)據(jù)。

在時(shí)刻t3至t7，與上述同樣地將第1行的像素區(qū)塊21a的節(jié)點(diǎn)fd2至節(jié)點(diǎn)fd4的電位依次轉(zhuǎn)送到節(jié)點(diǎn)fdx，而進(jìn)行各自的攝像數(shù)據(jù)的讀出(s5-s8)。

并且，在時(shí)刻t7至t8的期間中，依次選擇第2行至最后一行的像素區(qū)塊21a，而進(jìn)行各自的像素區(qū)塊21a的攝像數(shù)據(jù)的讀出(s4-s9)。以上是在上一個(gè)幀中取得的攝像數(shù)據(jù)的讀出工作。

如此，本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置包括節(jié)點(diǎn)an(第一電荷保持部)、節(jié)點(diǎn)fd(第二電荷保持部)及節(jié)點(diǎn)fdx(電荷檢測(cè)部)。節(jié)點(diǎn)an中取得的攝像數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)送到節(jié)點(diǎn)fd，上述攝像數(shù)據(jù)從節(jié)點(diǎn)fd依次被轉(zhuǎn)送到節(jié)點(diǎn)fdx并被讀出。因此，即使采用在像素區(qū)塊中共用部分晶體管的結(jié)構(gòu)，也可以進(jìn)行全局快門(mén)方式的工作。

另外，在本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置中能夠同時(shí)進(jìn)行攝像數(shù)據(jù)的取得工作和上一個(gè)幀的攝像數(shù)據(jù)的讀出。通過(guò)在下一個(gè)幀讀出攝像數(shù)據(jù)，即使采用全局快門(mén)方式也可以延長(zhǎng)一個(gè)幀期間中的進(jìn)行曝光等的時(shí)間。因此，在低照度環(huán)境下也能夠取得動(dòng)態(tài)范圍寬且噪音低的圖像。

雖然圖9中的時(shí)序圖示出在節(jié)點(diǎn)fd和節(jié)點(diǎn)fdx導(dǎo)通的狀態(tài)下進(jìn)行讀出的工作，但是為了減少起因于與節(jié)點(diǎn)fdx連接的晶體管等的噪音，也可以在節(jié)點(diǎn)fd和節(jié)點(diǎn)fdx非導(dǎo)通的狀態(tài)下進(jìn)行讀出。

圖11中的時(shí)序圖示出在節(jié)點(diǎn)fd和節(jié)點(diǎn)fdx非導(dǎo)通的狀態(tài)下進(jìn)行讀出的工作，圖11中的時(shí)序圖與圖9的時(shí)序圖的不同之處僅在于tx1及tx4。作為代表下面說(shuō)明關(guān)于tx1的工作。

在時(shí)刻t1，當(dāng)將rs2設(shè)定為“h”時(shí)，fdx被復(fù)位而成為“h”(布線(xiàn)72(vrs)的電位)。

在時(shí)刻t2，當(dāng)將rs2設(shè)定為“l(fā)”，將tx1設(shè)定為“h”時(shí)，節(jié)點(diǎn)fd1的電位被轉(zhuǎn)送到節(jié)點(diǎn)fdx。

在時(shí)刻t3，當(dāng)將tx1設(shè)定為“l(fā)”時(shí)，節(jié)點(diǎn)fd1和節(jié)點(diǎn)fdx成為非導(dǎo)通而保持fdx。此時(shí)，使電路23工作來(lái)讀出對(duì)應(yīng)于fdx(攝像數(shù)據(jù))的信號(hào)。

在時(shí)刻t4，當(dāng)將rs2設(shè)定為“h”，將tx1設(shè)定為“h”時(shí)，fd1及fdx被復(fù)位。

在時(shí)刻t5，當(dāng)將tx1設(shè)定為“l(fā)”時(shí)，節(jié)點(diǎn)fd1和節(jié)點(diǎn)fdx成為非導(dǎo)通，而保持fdx。此時(shí)，使電路23工作來(lái)讀出對(duì)應(yīng)于fdx(復(fù)位電位)的信號(hào)。通過(guò)上述工作，可以在節(jié)點(diǎn)fd和節(jié)點(diǎn)fdx非導(dǎo)通的狀態(tài)下進(jìn)行讀出。

另外，本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置可以在一個(gè)幀中進(jìn)行攝像數(shù)據(jù)的取得及該攝像數(shù)據(jù)的讀出。參照?qǐng)D12中的時(shí)序圖對(duì)該工作進(jìn)行說(shuō)明。

在時(shí)刻t1，當(dāng)將rs1設(shè)定為“h”，將gtx設(shè)定為“h”時(shí)，an[1：4]及fd[1：4]被復(fù)位而成為“h”(布線(xiàn)72(vrs)的電位)。

在時(shí)刻t2，當(dāng)將rs1設(shè)定為“l(fā)”，將gtx設(shè)定為“l(fā)”時(shí)，根據(jù)照度，an[1：4]開(kāi)始降低。

在時(shí)刻t3，當(dāng)將rs2設(shè)定為“h”，將gtx設(shè)定為“h”時(shí)，fdx被復(fù)位而成為“h”(布線(xiàn)72(vrs)的電位)。另外，節(jié)點(diǎn)an1至節(jié)點(diǎn)an4的電位分別被轉(zhuǎn)送到節(jié)點(diǎn)fd1至節(jié)點(diǎn)fd4。

在時(shí)刻t4，當(dāng)將se[1]設(shè)定為“h”，將rs2設(shè)定為“l(fā)”，將gtx設(shè)定為“l(fā)”將tx1設(shè)定為“h”時(shí)，選擇第一行的像素區(qū)塊21a。此外，節(jié)點(diǎn)fd1的電位被轉(zhuǎn)送到節(jié)點(diǎn)fdx，且在電路23中對(duì)應(yīng)于fd1及fdx的信號(hào)被讀出。

在時(shí)刻t5，當(dāng)將se[1]設(shè)定為“h”，將rs2設(shè)定為“h”，并且將tx1設(shè)定為“h”時(shí)，fd1及fdx被復(fù)位且在電路23中對(duì)應(yīng)于該復(fù)位電位的信號(hào)被讀出。之后，可以與圖9的時(shí)序圖的說(shuō)明同樣地從各像素及各像素區(qū)塊讀出攝像數(shù)據(jù)。

另外，圖12中的時(shí)序圖示出在節(jié)點(diǎn)fd和節(jié)點(diǎn)fdx導(dǎo)通的狀態(tài)下進(jìn)行讀出的工作。為了在節(jié)點(diǎn)fd和節(jié)點(diǎn)fdx非導(dǎo)通的狀態(tài)下進(jìn)行讀出，按照?qǐng)D13的時(shí)序圖進(jìn)行工作即可。

像素20可以采用圖14a所示的結(jié)構(gòu)。圖14a中的像素20與圖1中的像素20的不同之處在于光電轉(zhuǎn)換元件pd的連接方向不同。在此情況下，節(jié)點(diǎn)an、節(jié)點(diǎn)fd及節(jié)點(diǎn)fdx在被復(fù)位時(shí)變?yōu)榈碗娢?，而通過(guò)照射光提高電位。在采用該結(jié)構(gòu)的情況下，可以將布線(xiàn)71(vpd)及布線(xiàn)74(vpi)設(shè)定為高電位(“h”)，將布線(xiàn)72(vrs)、布線(xiàn)73(vss)設(shè)定為低電位(“l(fā)”)。

另外，如圖14b所示，可以采用省略電容元件c2的結(jié)構(gòu)。另外，如圖15a所示，也可以采用晶體管45的源極和漏極中的一個(gè)與布線(xiàn)91(out1)連接的結(jié)構(gòu)。

另外，如圖15b所示，也可以采用像素20不設(shè)置晶體管42的結(jié)構(gòu)。圖16是由圖15b所示的像素20構(gòu)成像素區(qū)塊21c的例子。在像素區(qū)塊21c中，可以通過(guò)在復(fù)位期間中使布線(xiàn)71(vpd)成為高電位并對(duì)光電轉(zhuǎn)換元件pd施加正向偏壓來(lái)對(duì)節(jié)點(diǎn)an的電位進(jìn)行復(fù)位?？梢栽趫D9、圖11、圖12及圖13所示的時(shí)序圖的rs1變?yōu)椤癶”時(shí)進(jìn)行該工作。

另外，在像素區(qū)塊21c的工作中，在一個(gè)幀中進(jìn)行攝像及讀出的情況下，如圖17所示的時(shí)序圖的時(shí)刻t1至?xí)r刻t2的期間所示，也可以同時(shí)將rs2、gtx、tx1及tx4變?yōu)椤癶”而使節(jié)點(diǎn)an、節(jié)點(diǎn)fd及節(jié)點(diǎn)fdx復(fù)位。

另外，用于像素20的晶體管可以采用如圖18a和圖18b所示的對(duì)晶體管41至晶體管46設(shè)置背柵極的結(jié)構(gòu)。圖18a是對(duì)背柵極施加恒電位的結(jié)構(gòu)，可以控制閾值電壓。在圖18a中，作為一個(gè)例子，舉出背柵極分別與供應(yīng)低電位的布線(xiàn)71(vpd)、布線(xiàn)73(vss)或布線(xiàn)75(vss2)連接的情況，但是也可以采用背柵極與上述布線(xiàn)中的一個(gè)連接的結(jié)構(gòu)。另外，圖18b是與前柵極相同的電位施加到背柵極的結(jié)構(gòu)，通過(guò)該結(jié)構(gòu)，可以增大通態(tài)電流(on-statecurrent)且減少關(guān)態(tài)電流(off-statecurrent)。另外，也可以以所希望的晶體管具有適當(dāng)?shù)碾娞匦缘姆绞浇M合圖18a及圖18b所示的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。另外，也可以具有沒(méi)有設(shè)置背柵極的晶體管。此外，根據(jù)需要，可以組合圖1、圖2a至圖2f、圖14a和圖14b、圖15a和圖15b以及圖18a和圖18b的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置可以采用像素陣列26及包括電路22至電路25的襯底35的疊層結(jié)構(gòu)。例如，在圖19a為像素陣列26的俯視圖，圖19b為襯底35的俯視圖的情況下，可以采用如圖19c的透視圖所示的像素陣列26及襯底35的疊層結(jié)構(gòu)。通過(guò)采用該結(jié)構(gòu)，可以使用對(duì)各構(gòu)成要素適當(dāng)?shù)木w管，并且使攝像裝置的面積小。另外，圖19b所示的電路布局是一個(gè)例子，也可以采用其他布局。

為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速工作及使用cmos電路的結(jié)構(gòu)，電路22至電路25優(yōu)選利用使用硅的晶體管(以下，稱(chēng)為si晶體管)形成。例如，可以作為襯底35使用硅襯底，在該硅襯底上形成上述電路。另外，像素陣列26優(yōu)選利用使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管(以下，稱(chēng)為os晶體管)形成。此外，也可以將構(gòu)成電路22至電路25的部分晶體管設(shè)置在與像素陣列26相同的面上。

接著，參照附圖說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置的具體的結(jié)構(gòu)例子。圖20a所示的截面圖示出圖1所示的像素20中的光電轉(zhuǎn)換元件pd、晶體管41、晶體管43及電容元件c1的具體的連接方式的一個(gè)例子。另外，在圖20a中未圖示晶體管42、晶體管44、晶體管45、晶體管46及電容元件c2。晶體管41至晶體管46、電容元件c1及電容元件c2可以設(shè)置在層1100，并且光電轉(zhuǎn)換元件pd可以設(shè)置在層1200中。

雖然在本實(shí)施方式所說(shuō)明的截面圖中，布線(xiàn)、電極及接觸插頭(導(dǎo)電體81)為彼此不同的構(gòu)成要素，但是在附圖上彼此電連接的構(gòu)成要素有時(shí)在實(shí)際的電路中被認(rèn)作為同一個(gè)構(gòu)成要素。此外，布線(xiàn)通過(guò)導(dǎo)電體81與電極連接的方式是一個(gè)例子，而有時(shí)電極與布線(xiàn)直接連接。

在各構(gòu)成要素上設(shè)置有用作保護(hù)膜、層間絕緣膜或平坦化膜的絕緣層82及絕緣層83等。例如，絕緣層82及絕緣層83等可以使用氧化硅膜、氧氮化硅膜等無(wú)機(jī)絕緣膜?；蛘撸部梢允褂帽┧針?shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂等有機(jī)絕緣膜等。優(yōu)選的是，根據(jù)需要通過(guò)cmp(chemicalmechanicalpolishing：化學(xué)機(jī)械拋光)法等對(duì)絕緣層82及絕緣層83等的頂面進(jìn)行平坦化處理。

另外，有時(shí)不設(shè)置附圖所示的布線(xiàn)等的一部分，有時(shí)各層包括在附圖中未圖示的布線(xiàn)及晶體管等。此外，有時(shí)包括在附圖中未圖示的層。此外，有時(shí)不包括附圖所示的層的一部分。

像素20的構(gòu)成要素的晶體管41至晶體管46優(yōu)選使用os晶體管。os晶體管的極低的關(guān)態(tài)電流可以使攝像的動(dòng)態(tài)范圍寬。在圖1所示的像素20的電路結(jié)構(gòu)中，當(dāng)入射到光電轉(zhuǎn)換元件pd的光的強(qiáng)度高時(shí)，節(jié)點(diǎn)an、節(jié)點(diǎn)fd及節(jié)點(diǎn)fdx的電位小。由于os晶體管的關(guān)態(tài)電流極低，因此即使柵極電位極小也可以正確地輸出對(duì)應(yīng)于該柵極電位的電流。由此，可以擴(kuò)大能夠檢測(cè)出的照度范圍，即擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍。

此外，因晶體管41、晶體管42、晶體管43及晶體管44的關(guān)態(tài)電流低，而可以使在節(jié)點(diǎn)an、節(jié)點(diǎn)fd及節(jié)點(diǎn)fdx中能夠保持電荷的期間為極長(zhǎng)。因此，可以適用全局快門(mén)方式，其中不使電路結(jié)構(gòu)或工作方法為復(fù)雜地適用在全像素中同時(shí)進(jìn)行電荷的存儲(chǔ)工作。另外，也可以以卷簾快門(mén)方式驅(qū)動(dòng)本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置。

此外，因?yàn)閛s晶體管的電特性變動(dòng)的溫度依賴(lài)性比將硅用于活性區(qū)域或活性層的晶體管小，所以可以在極寬的溫度范圍中使用os晶體管。因此，包括os晶體管的攝像裝置及半導(dǎo)體裝置適合安裝于汽車(chē)、飛機(jī)、航天器等。

此外，os晶體管的漏極耐壓比si晶體管高。優(yōu)選對(duì)將硒類(lèi)材料用于光電轉(zhuǎn)換層的光電轉(zhuǎn)換元件施加較高的電壓(例如，10v以上)而工作，以利用雪崩倍增(avalanchemultiplication)。由此，通過(guò)組合os晶體管和將硒類(lèi)材料用于光電轉(zhuǎn)換層的光電轉(zhuǎn)換元件，可以實(shí)現(xiàn)高可靠性的攝像裝置。

雖然圖20a例示各晶體管包括背柵極的方式，但是如圖20b所示，也可以不包括背柵極。另外，如圖20c所示，也可以晶體管的一部分，例如只有晶體管41包括背柵極。該背柵極有時(shí)與對(duì)置設(shè)置的前柵極電連接?；蛘?，有時(shí)對(duì)該背柵極供應(yīng)與前柵極不同的恒電位。注意，還可以將該背柵極的有無(wú)適用于本實(shí)施方式所說(shuō)明的其他像素結(jié)構(gòu)。

作為設(shè)置于層1200中的光電轉(zhuǎn)換元件pd可以采用各種方式的元件。圖20a示出將硒類(lèi)材料用于光電轉(zhuǎn)換層561的方式。使用硒類(lèi)材料的光電轉(zhuǎn)換元件pd對(duì)可見(jiàn)光具有高外部量子效率。另外，由于硒類(lèi)材料的光吸收系數(shù)高，而具有易于將光電轉(zhuǎn)換層561形成得較薄的優(yōu)點(diǎn)。使用硒類(lèi)材料形成的光電轉(zhuǎn)換元件pd可以是因雪崩培增而放大量大的高靈敏度的傳感器。就是說(shuō)，通過(guò)將硒類(lèi)材料用于光電轉(zhuǎn)換層561，即使像素面積變小也可以獲得充分的光電流。因此，可以認(rèn)為采用硒類(lèi)材料的光電轉(zhuǎn)換元件pd適用于低照度環(huán)境下的攝像。

作為硒類(lèi)材料，可以使用非晶硒或結(jié)晶硒。作為結(jié)晶硒的一個(gè)例子，可以通過(guò)形成非晶硒之后進(jìn)行加熱處理而形成。另外，通過(guò)使結(jié)晶硒的結(jié)晶粒徑小于像素間距，可以減少各像素的特性偏差。另外，與非晶硒相比，結(jié)晶硒具有對(duì)于可見(jiàn)光的光譜靈敏度及光吸收系數(shù)高的特性。

在圖20a中，示出光電轉(zhuǎn)換層561采用單層的情況，但是如圖21a所示，在受光面一側(cè)設(shè)置氧化鎵、氧化鈰或in-ga-zn氧化物等的層作為空穴注入阻擋層568。另外，如圖21b所示，也可以在電極566一側(cè)設(shè)置氧化鎳或硫化銻等的層作為電子注入阻擋層569。另外，如圖21c所示，也可以設(shè)置空穴注入阻擋層568及電子注入阻擋層569。此外，如圖1及圖14a所示，在像素20中，也可以采用光電轉(zhuǎn)換元件pd的連接方向不同的結(jié)構(gòu)。由此，可以調(diào)換圖21a至圖21c所示的空穴注入阻擋層568及電子注入阻擋層569。

光電轉(zhuǎn)換層561可以為含有銅、銦、硒的化合物(cis)的層，也可以為含有銅、銦、鎵、硒的化合物(cigs)的層。在使用cis層及cigs層的光電轉(zhuǎn)換元件中，可以與硒的單層同樣地利用雪崩倍增。

作為采用硒類(lèi)材料的光電轉(zhuǎn)換元件pd，例如可以采用在由金屬材料等形成的電極566與透光導(dǎo)電層562之間具有光電轉(zhuǎn)換層561的結(jié)構(gòu)。此外，cis及cigs是p型半導(dǎo)體，而也可以與其接觸地設(shè)置n型半導(dǎo)體的硫化鎘或硫化鋅等以形成鍵合。

在圖20a中，透光導(dǎo)電層562與布線(xiàn)71直接接觸，但是也可以如圖22a所示，透光導(dǎo)電層562通過(guò)布線(xiàn)88與布線(xiàn)71接觸。在圖20a中雖然采用不使光電轉(zhuǎn)換層561與透光導(dǎo)電層562在像素電路間分離的結(jié)構(gòu)，但是也可以如圖22b所示采用在電路間分離的結(jié)構(gòu)。此外，在像素間的不具有電極566的區(qū)域中，優(yōu)選以絕緣體形成分隔壁567，以不使光電轉(zhuǎn)換層561及透光導(dǎo)電層562產(chǎn)生裂縫，但是也可以如圖22c、圖22d所示采用不設(shè)置分隔壁567的結(jié)構(gòu)。

此外，電極566及布線(xiàn)71等也可以采用多層結(jié)構(gòu)。例如，如圖23a所示，電極566也可以采用導(dǎo)電層566a和導(dǎo)電層566b的兩層結(jié)構(gòu)，而布線(xiàn)71也可以采用導(dǎo)電層71a和導(dǎo)電層71b的兩層結(jié)構(gòu)。在圖23a的結(jié)構(gòu)中，例如，優(yōu)選選擇低電阻的金屬等來(lái)形成導(dǎo)電層566a及導(dǎo)電層71a，而選擇與光電轉(zhuǎn)換層561的接觸特性好的金屬等來(lái)形成導(dǎo)電層566b及導(dǎo)電層71b。通過(guò)采用這種結(jié)構(gòu)，可以提高光電轉(zhuǎn)換元件pd的電特性。此外，一些種類(lèi)的金屬因與透光導(dǎo)電層562接觸而會(huì)產(chǎn)生電蝕。即使將這種金屬用于導(dǎo)電層71a，也通過(guò)導(dǎo)電層71b可以防止電蝕。

作為導(dǎo)電層566b及導(dǎo)電層71b，例如可以使用鉬或鎢等。此外，作為導(dǎo)電層566a及導(dǎo)電層71a，例如可以使用鋁、鈦或依次層疊鈦、鋁和鈦的疊層。

另外，如圖23b所示，透光導(dǎo)電層562可以通過(guò)導(dǎo)電體81及布線(xiàn)88與布線(xiàn)71連接。此外，絕緣層82等也可以采用多層結(jié)構(gòu)。例如，如圖23b所示，在絕緣層82包括絕緣層82a和絕緣層82b，且絕緣層82a和絕緣層82b的蝕刻速率等不同的情況下，導(dǎo)電體81具有臺(tái)階。在用作層間絕緣膜或平坦化膜的其他絕緣層采用多層結(jié)構(gòu)的情況下，導(dǎo)電體81同樣地具有臺(tái)階。在此示出絕緣層82采用兩層結(jié)構(gòu)的例子，但是絕緣層82及其他絕緣層也可以采用三層以上的疊層結(jié)構(gòu)。

分隔壁567可以使用無(wú)機(jī)絕緣體或絕緣有機(jī)樹(shù)脂等形成。另外，分隔壁567也可以著色成黑色等以遮蔽照射到晶體管等的光及/或確定每一個(gè)像素的受光部的面積。

另外，光電轉(zhuǎn)換元件pd也可以采用使用了非晶硅膜或微晶硅膜等的pin型二極管元件等。

例如，圖24是作為光電轉(zhuǎn)換元件pd使用pin型薄膜光電二極管的例子。該光電二極管包括依次層疊的n型半導(dǎo)體層565、i型半導(dǎo)體層564及p型半導(dǎo)體層563。i型半導(dǎo)體層564優(yōu)選使用非晶硅。p型半導(dǎo)體層563及n型半導(dǎo)體層565可以使用包含賦予各導(dǎo)電型的摻雜劑的非晶硅或者微晶硅等。以非晶硅為光電轉(zhuǎn)換層的光電二極管在可見(jiàn)光波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的靈敏度較高，而易于檢測(cè)微弱的可見(jiàn)光。

在圖24所示的光電轉(zhuǎn)換元件pd中，用作陰極的n型半導(dǎo)體層565與電極566接觸，該電極566與晶體管41電連接。此外，用作陽(yáng)極的p型半導(dǎo)體層563通過(guò)導(dǎo)電體88與布線(xiàn)71電連接。

另外，當(dāng)光電轉(zhuǎn)換元件pd的陽(yáng)極與陰極以及電極層與布線(xiàn)的各連接方式相反時(shí)，可以采用圖14a所示的電路圖的結(jié)構(gòu)。

無(wú)論在哪種情況下，都優(yōu)選以p型半導(dǎo)體層563為受光面的方式形成光電轉(zhuǎn)換元件pd。通過(guò)以p型半導(dǎo)體層563為受光面，可以提高光電轉(zhuǎn)換元件pd的輸出電流。

此外，具有pin型薄膜光電二極管的方式的光電轉(zhuǎn)換元件pd的結(jié)構(gòu)以及光電轉(zhuǎn)換元件pd與布線(xiàn)的連接方式可以采用圖25a至圖25c所示的例子。另外，光電轉(zhuǎn)換元件pd的結(jié)構(gòu)以及光電轉(zhuǎn)換元件pd與布線(xiàn)的連接方式不局限于此，也可以采用其他方式。

圖25a示出設(shè)置有與光電轉(zhuǎn)換元件pd的p型半導(dǎo)體層563接觸的透光導(dǎo)電層562的結(jié)構(gòu)。透光導(dǎo)電層562被用作電極，而可以提高光電轉(zhuǎn)換元件pd的輸出電流。

透光導(dǎo)電層562例如可以使用銦錫氧化物、包含硅的銦錫氧化物、包含鋅的氧化銦、氧化鋅、包含鎵的氧化鋅、包含鋁的氧化鋅、氧化錫、包含氟的氧化錫、包含銻的氧化錫、石墨烯或氧化石墨烯等。此外，透光導(dǎo)電層562不局限于單層，而也可以為不同膜的疊層。

圖25b是透光導(dǎo)電層562通過(guò)導(dǎo)電體81及布線(xiàn)88與布線(xiàn)71連接的結(jié)構(gòu)。另外，也可以采用光電轉(zhuǎn)換元件pd的p型半導(dǎo)體層563通過(guò)導(dǎo)電體81及布線(xiàn)88與布線(xiàn)71連接的結(jié)構(gòu)。在圖25b中，可以不設(shè)置透光導(dǎo)電層562的結(jié)構(gòu)。

圖25c示出在覆蓋光電轉(zhuǎn)換元件pd的絕緣層中設(shè)置有使p型半導(dǎo)體層563露出的開(kāi)口部且覆蓋該開(kāi)口部的透光導(dǎo)電層562與布線(xiàn)71電連接的結(jié)構(gòu)。

此外，如圖26所示，光電轉(zhuǎn)換元件pd也可以采用將硅襯底600用作光電轉(zhuǎn)換層的光電二極管。

使用上述硒類(lèi)材料或非晶硅等形成的光電轉(zhuǎn)換元件pd可以經(jīng)過(guò)成膜工序、光刻工序、蝕刻工序等一般的半導(dǎo)體制造工序制造。另外，由于硒類(lèi)材料具有高電阻，也可以如圖20a所示那樣采用光電轉(zhuǎn)換層561不在電路間分離的結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置可以以高成品率及低成本制造。另一方面，在形成將硅襯底600用作光電轉(zhuǎn)換層的光電二極管時(shí)，需要進(jìn)行拋光工序或貼合工序等難度較高的工序。

此外，在本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置中也可以層疊有硅襯底600，在該硅襯底600中形成有電路。例如，如圖27a所示，層1400可以與像素電路重疊，該層1400包括在硅襯底600中具有活性區(qū)域的晶體管610及晶體管620。圖27b相當(dāng)于晶體管的溝道寬度方向的截面圖。

在此，在圖27a及圖27b中，例示出si晶體管具有鰭型結(jié)構(gòu)，但是如圖28a所示，也可以采用平面型結(jié)構(gòu)。另外，如圖28b所示，也可以為具有硅薄膜的活性層650的晶體管?；钚詫?50可以使用多晶硅或soi(silicononinsulator：絕緣體上硅)結(jié)構(gòu)的單晶硅。

形成在硅襯底600上的電路能夠讀出像素電路所輸出的信號(hào)并進(jìn)行轉(zhuǎn)換該信號(hào)的處理等，例如，也可以包括如圖28c的電路圖所示的cmos反相器。晶體管610(n溝道型)及晶體管620(p溝道型)的柵電極彼此電連接。晶體管610和晶體管620中的一個(gè)晶體管的源極和漏極中的一個(gè)電連接到另一個(gè)晶體管的源極和漏極中的一個(gè)。另外，晶體管610和晶體管620的源極和漏極中的另一個(gè)分別與不同的布線(xiàn)電連接。

形成在硅襯底600上的電路例如相當(dāng)于圖3a及圖19b所示的電路22、電路23、電路24及電路25等。

此外，硅襯底600不局限于塊狀硅襯底，也可以使用以鍺、硅鍺、碳化硅、砷化鎵、砷化鋁鎵、磷化銦、氮化鎵、有機(jī)半導(dǎo)體為材料的襯底。

在此，如圖26及圖27a和圖27b所示，在形成有包括氧化物半導(dǎo)體的晶體管的區(qū)域和形成有si器件(si晶體管或si光電二極管)的區(qū)域之間設(shè)置有絕緣層80。

設(shè)置在晶體管610及晶體管620的活性區(qū)域附近的絕緣層中的氫使硅的懸空鍵終結(jié)。因此，該氫提高晶體管610及晶體管620的可靠性。另一方面，設(shè)置在晶體管41等的活性層的氧化物半導(dǎo)體層附近的絕緣層中的氫有可能成為在氧化物半導(dǎo)體層中生成載流子的原因之一。因此，該氫有時(shí)引起晶體管41等的可靠性的下降。因此，當(dāng)層疊包含使用硅類(lèi)半導(dǎo)體材料的晶體管的一個(gè)層與包括os晶體管的另一個(gè)層時(shí)，優(yōu)選在它們之間設(shè)置具有防止氫擴(kuò)散的功能的絕緣層80。通過(guò)設(shè)置絕緣層80將氫封閉在一個(gè)層中，可以提高晶體管610及晶體管620的可靠性。同時(shí)，由于能夠抑制氫從一個(gè)層擴(kuò)散到另一個(gè)層，所以可以提高晶體管41等的可靠性。

絕緣層80例如可以使用氧化鋁、氧氮化鋁、氧化鎵、氧氮化鎵、氧化釔、氧氮化釔、氧化鉿、氧氮化鉿、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(ysz)等。

在如圖27a和圖27b所示的結(jié)構(gòu)中，可以將形成在硅襯底600上的電路(例如，驅(qū)動(dòng)電路)、晶體管41等與光電轉(zhuǎn)換元件pd重疊地形成，由此可以提高像素的集成度。換言之，可以提高攝像裝置的分辨率。例如，可以用于像素?cái)?shù)為4k2k、8k4k或者16k8k等的攝像裝置。另外，可以采用如下結(jié)構(gòu)：以與晶體管41、晶體管42、晶體管43、晶體管44及光電轉(zhuǎn)換元件pd等重疊的方式使用si形成像素20所包括的晶體管45及晶體管46。

此外，本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置可以采用圖29所示的結(jié)構(gòu)。圖29所示的攝像裝置是圖27a所示的攝像裝置的變形例，且示出由os晶體管及si晶體管形成cmos反相器的例子。

在此，設(shè)置于層1400中的si晶體管的晶體管620為p溝道型晶體管，設(shè)置于層1100中的os晶體管的晶體管610為n溝道型晶體管。通過(guò)只將p溝道型晶體管設(shè)置于硅襯底600上，可以省略阱的形成或n型雜質(zhì)層的形成等工序。

雖然圖29的攝像裝置示出將硒等用于光電轉(zhuǎn)換元件pd的例子，但是也可以采用與圖24同樣的使用pin型薄膜光電二極管的結(jié)構(gòu)。

在圖29所示的攝像裝置中，晶體管610可以通過(guò)與形成在層1100中的晶體管41及晶體管43相同的工序制造。因此，可以簡(jiǎn)化攝像裝置的制造工序。

如圖30所示，本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置可以采用如下結(jié)構(gòu)：貼合由形成在硅襯底660中的光電轉(zhuǎn)換元件pd及其上形成有的os晶體管構(gòu)成的像素和形成有電路的硅襯底600的結(jié)構(gòu)。通過(guò)采用上述結(jié)構(gòu)，可以容易使形成在硅襯底660中的光電轉(zhuǎn)換元件pd的實(shí)效面積大。另外，通過(guò)使用使形成在硅襯底600上的電路微型化的si晶體管進(jìn)行高集成化，可以提供一種具有高性能的半導(dǎo)體裝置。

另外，作為圖30的變形例，如圖31所示，可以使用os晶體管及si晶體管形成電路。通過(guò)采用上述結(jié)構(gòu)，可以容易使形成在硅襯底660中的光電轉(zhuǎn)換元件pd的實(shí)效面積大。另外，通過(guò)使用使形成在硅襯底600上的電路微型化的si晶體管進(jìn)行高集成化，可以提供一種具有高性能的半導(dǎo)體裝置。

當(dāng)采用圖31的結(jié)構(gòu)時(shí)，可以由形成在硅襯底600的si晶體管及在其上形成的os晶體管構(gòu)成cmos電路。os晶體管的關(guān)態(tài)電流極低，可以構(gòu)成靜態(tài)的泄漏電流極少的cmos電路。

注意，本實(shí)施方式中的攝像裝置所包括的晶體管及光電轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)是一個(gè)例子。因此，例如晶體管41至晶體管46中的一個(gè)以上也可以由活性區(qū)域或活性層包含硅等的晶體管構(gòu)成。此外，晶體管610和晶體管620中的兩個(gè)或一個(gè)也可以由活性層包括氧化物半導(dǎo)體層的晶體管構(gòu)成。

圖32a為對(duì)攝像裝置追加濾色片等的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的截面圖。該截面圖示出包括相當(dāng)于三個(gè)像素的像素電路的區(qū)域的一部分。在形成有光電轉(zhuǎn)換元件pd的層1200上形成有絕緣層2500。絕緣層2500可以使用可見(jiàn)光透射性高的氧化硅膜等。另外，也可以作為鈍化膜層疊氮化硅膜。此外，也可以作為反射防止膜層疊氧化鉿等介電膜。

在絕緣層2500上也可以形成有遮光層2510。遮光層2510具有防止透過(guò)上部的濾色片的光的混合的功能。遮光層2510可以為鋁、鎢等的金屬層或者層疊該金屬層與被用作反射防止膜的介電膜的結(jié)構(gòu)。

在絕緣層2500及遮光層2510上也可以設(shè)置被用作平坦化膜的有機(jī)樹(shù)脂層2520。另外，在每個(gè)像素中分別形成有濾色片2530(濾色片2530a、濾色片2530b及濾色片2530c)。例如，使濾色片2530a、濾色片2530b及濾色片2530c具有r(紅色)、g(綠色)、b(藍(lán)色)、y(黃色)、c(青色)和m(洋紅)等的顏色，由此可以獲得彩色圖像。

在濾色片2530上也可以設(shè)置具有透光性的絕緣層2560等。

此外，如圖32b所示，也可以使用光學(xué)轉(zhuǎn)換層2550代替濾色片2530。通過(guò)采用這種結(jié)構(gòu)，可以形成能夠獲得各種各樣的波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的圖像的攝像裝置。

例如，通過(guò)作為光學(xué)轉(zhuǎn)換層2550使用阻擋可見(jiàn)光線(xiàn)的波長(zhǎng)以下的光的濾光片，可以形成紅外線(xiàn)攝像裝置。另外，通過(guò)作為光學(xué)轉(zhuǎn)換層2550使用阻擋紅外線(xiàn)的波長(zhǎng)以下的光的濾光片，可以形成遠(yuǎn)紅外線(xiàn)攝像裝置。另外，通過(guò)作為光學(xué)轉(zhuǎn)換層2550使用阻擋可見(jiàn)光線(xiàn)的波長(zhǎng)以上的光的濾光片，可以形成紫外線(xiàn)攝像裝置。

另外，通過(guò)將閃爍體用于光學(xué)轉(zhuǎn)換層2550，可以形成用于x射線(xiàn)攝像裝置等的獲得使輻射強(qiáng)度可視化的圖像的攝像裝置。當(dāng)透過(guò)拍攝對(duì)象的x射線(xiàn)等輻射入射到閃爍體時(shí)，由于被稱(chēng)為光致發(fā)光的現(xiàn)象而轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光線(xiàn)或紫外光線(xiàn)等的光(熒光)。通過(guò)由光電轉(zhuǎn)換元件pd檢測(cè)該光來(lái)獲得圖像數(shù)據(jù)。另外，也可以將該結(jié)構(gòu)的攝像裝置用于輻射探測(cè)器等。

閃爍體含有如下物質(zhì)：當(dāng)閃爍體被照射x射線(xiàn)或伽馬射線(xiàn)等放射線(xiàn)時(shí)吸收放射線(xiàn)的能量而發(fā)射可見(jiàn)光或紫外線(xiàn)的物質(zhì)。例如，可以使用將gd2o2s：tb、gd2o2s：pr、gd2o2s：eu、bafcl：eu、nai、csi、caf2、baf2、cef3、lif、lii、zno分散到樹(shù)脂或陶瓷中的材料。

在使用硒類(lèi)材料的光電轉(zhuǎn)換元件pd中，由于可以將x線(xiàn)等的放射線(xiàn)直接轉(zhuǎn)換為電荷，因此可以不使用閃爍體。

另外，如圖32c所示，在濾色片2530a、濾色片2530b及濾色片2530c上也可以設(shè)置有微透鏡陣列2540。透過(guò)微透鏡陣列2540所具有的各透鏡的光經(jīng)由設(shè)置在其下的濾色片而照射到光電轉(zhuǎn)換元件pd。另外，如圖32d所示，也可以在光學(xué)轉(zhuǎn)換層2550上設(shè)置微透鏡陣列2540。另外，圖32a、圖32b、圖32c及圖32d所示的層1200之外的區(qū)域?yàn)閷?600。

圖33是例示出本發(fā)明的一個(gè)方式的像素20及圖32c所示的微透鏡陣列2540等的具體結(jié)構(gòu)的圖。圖33是使用圖27a所示的像素的結(jié)構(gòu)。另外，圖34是圖31所示的像素的結(jié)構(gòu)的例子。

如上所述，可以采用使光電轉(zhuǎn)換元件pd、像素20所包括的電路及驅(qū)動(dòng)電路都具有它們重疊的區(qū)域的結(jié)構(gòu)，因此可以實(shí)現(xiàn)攝像裝置的小型化。

此外，如圖33和圖34所示，可以采用設(shè)置有衍射光柵1500的結(jié)構(gòu)?？梢詫⒔橛谘苌涔鈻?500的拍攝對(duì)象的圖像(衍射圖像)提取到像素中，然后根據(jù)像素中的攝像圖像通過(guò)運(yùn)算處理構(gòu)成輸入圖像(拍攝對(duì)象的圖像)。此外，可以通過(guò)使用衍射光柵1500代替透鏡來(lái)降低攝像裝置的成本。

衍射光柵1500可以由具有透光性的材料形成。例如，可以使用無(wú)機(jī)絕緣膜諸如氧化硅膜、氧氮化硅膜等?；蛘撸€可以使用有機(jī)絕緣膜諸如丙烯酸樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂等。此外，也可以使用上述無(wú)機(jī)絕緣膜和有機(jī)絕緣膜的疊層。

可以通過(guò)使用感光樹(shù)脂等的光刻工序形成衍射光柵1500。另外，也可以通過(guò)光刻工序和蝕刻工序形成。此外，也可以通過(guò)納米壓印法或激光劃片法等形成。

另外，也可以在衍射光柵1500和微透鏡陣列2540之間具有間隔x。間隔x可以為1mm以下，優(yōu)選為100μm以下。該間隔既可以為空間，又可以將具有透光性的材料用作密封層或粘合層地設(shè)置。例如，將氮或稀有氣體等惰性氣體密封到該間隔中。或者，也可以將丙烯酸樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂或聚酰亞胺樹(shù)脂等設(shè)置在該間隔中?；蛘?，也可以設(shè)置硅酮油等液體。另外，在不設(shè)置微透鏡陣列2540的情況下也可以在濾色片2530和衍射光柵1500之間具有間隔x。

另外，攝像裝置可以如圖35a1和圖35b1所示地彎曲。圖35a1示出使攝像裝置沿著同圖中的雙點(diǎn)劃線(xiàn)y1-y2彎曲的狀態(tài)。圖35a2示出圖35a1中的雙點(diǎn)劃線(xiàn)x1-x2所示的部分的截面圖。圖35a3示出圖35a1中的雙點(diǎn)劃線(xiàn)y1-y2所示的部分的截面圖。

圖35b1示出使攝像裝置沿著同圖中的雙點(diǎn)劃線(xiàn)y3-y4彎曲且沿著同圖中的雙點(diǎn)劃線(xiàn)x3-x4彎曲的狀態(tài)。圖35b2是圖35b1中的雙點(diǎn)劃線(xiàn)x3-x4所示的部分的截面圖。圖35b3是圖35b1中的雙點(diǎn)劃線(xiàn)y3-y4所示的部分的截面圖。

通過(guò)使攝像裝置彎曲，可以降低像場(chǎng)彎曲或像散(astigmatism)。因此，可以容易進(jìn)行與攝像裝置組合使用的透鏡等的光學(xué)設(shè)計(jì)。例如，由于可以減少用于像差校正的透鏡的數(shù)量，所以可以容易地實(shí)現(xiàn)使用攝像裝置的半導(dǎo)體裝置等的小型化或輕量化。此外，可以提高攝像圖像的質(zhì)量。

在本實(shí)施方式中，描述了本發(fā)明的一個(gè)方式?；蛘撸谄渌麑?shí)施方式中，描述本發(fā)明的一個(gè)方式。但是，本發(fā)明的一個(gè)方式不局限于此。換而言之，在本實(shí)施方式及其他的實(shí)施方式中，記載有各種各樣的發(fā)明的方式，因此本發(fā)明的一個(gè)方式不局限于特定的方式。例如，雖然作為例子示出將本發(fā)明的一個(gè)方式適用于攝像裝置的情況，但是本發(fā)明的一個(gè)方式不局限于此。根據(jù)情況或狀況，也可以不將本發(fā)明的一個(gè)方式適用于攝像裝置。例如，也可以將本發(fā)明的一個(gè)方式適用于具有其他功能的半導(dǎo)體裝置。例如，作為本發(fā)明的一個(gè)方式，示出晶體管的溝道形成區(qū)域、源區(qū)域、漏區(qū)域等包含氧化物半導(dǎo)體的例子，但是本發(fā)明的一個(gè)方式不局限于此。根據(jù)情況或狀況，本發(fā)明的一個(gè)方式的各種晶體管、晶體管的溝道形成區(qū)域、晶體管的源區(qū)域、漏區(qū)域等可以包含各種半導(dǎo)體。根據(jù)情況或狀況，本發(fā)明的一個(gè)方式的各種晶體管、晶體管的溝道形成區(qū)域、或者晶體管的源區(qū)域、漏區(qū)域等可以包含硅、鍺、硅鍺、碳化硅、砷化鎵、砷化鋁鎵、磷化銦、氮化鎵和有機(jī)半導(dǎo)體等中的至少一個(gè)。另外，例如，根據(jù)情況或狀況，本發(fā)明的一個(gè)方式的各種晶體管、晶體管的溝道形成區(qū)域、晶體管的源區(qū)域、漏區(qū)域等可以不包含氧化物半導(dǎo)體。

本實(shí)施方式可以與其他實(shí)施方式所記載的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)施。

實(shí)施方式2

在本實(shí)施方式中，參照附圖對(duì)能夠用于本發(fā)明的一個(gè)方式的具有氧化物半導(dǎo)體的晶體管進(jìn)行說(shuō)明。注意，在本實(shí)施方式的附圖中，為了明確起見(jiàn)，放大、縮小或省略部分構(gòu)成要素。

圖36a和圖36b是本發(fā)明的一個(gè)方式的晶體管101的俯視圖及截面圖。圖36a是俯視圖，圖36a所示的點(diǎn)劃線(xiàn)b1-b2方向上的截面相當(dāng)于圖36b。另外，圖36a所示的點(diǎn)劃線(xiàn)b3-b4方向上的截面相當(dāng)于圖38a。另外，將點(diǎn)劃線(xiàn)b1-b2方向稱(chēng)為溝道長(zhǎng)度方向，將點(diǎn)劃線(xiàn)b3-b4方向稱(chēng)為溝道寬度方向。

晶體管101包括與襯底115接觸的絕緣層120、與絕緣層120接觸的氧化物半導(dǎo)體層130、與氧化物半導(dǎo)體層130電連接的導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150、與氧化物半導(dǎo)體層130、導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150接觸的絕緣層160、與絕緣層160接觸的導(dǎo)電層170、與導(dǎo)電層140、導(dǎo)電層150、絕緣層160及導(dǎo)電層170接觸的絕緣層175以及與絕緣層175接觸的絕緣層180。此外，根據(jù)需要也可以使絕緣層180具有平坦化膜的功能。

在此，導(dǎo)電層140、導(dǎo)電層150、絕緣層160及導(dǎo)電層170分別可以用作源電極層、漏電極層、柵極絕緣膜及柵電極層。

另外，圖36b所示的區(qū)域231、區(qū)域232及區(qū)域233分別可以用作源區(qū)域、漏區(qū)域及溝道形成區(qū)域。區(qū)域231與導(dǎo)電層140接觸且區(qū)域232與導(dǎo)電層150接觸，通過(guò)作為導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150使用容易與氧鍵合的導(dǎo)電材料可以降低區(qū)域231及區(qū)域232的電阻。

具體而言，由于氧化物半導(dǎo)體層130與導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150接觸，在氧化物半導(dǎo)體層130中產(chǎn)生氧缺陷，該氧缺陷與殘留在氧化物半導(dǎo)體層130中或從外部擴(kuò)散的氫之間的相互作用使區(qū)域231及區(qū)域232成為低電阻的n型。

另外，晶體管的“源極”和“漏極”的功能在使用極性不同的晶體管的情況下或在電路工作中電流方向變化的情況等下，有時(shí)互相調(diào)換。因此，在本說(shuō)明書(shū)中，“源極”和“漏極”可以互相調(diào)換。此外，“電極層”也可以稱(chēng)為“布線(xiàn)”。

導(dǎo)電層170包括導(dǎo)電層171及導(dǎo)電層172的兩層，但也可以是一層或三層以上的疊層。同樣也可以應(yīng)用于本實(shí)施方式所說(shuō)明的其他晶體管。

導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150為單層，但也可以是兩層以上的疊層。同樣也可以應(yīng)用于本實(shí)施方式所說(shuō)明的其他晶體管。

本發(fā)明的一個(gè)方式的晶體管也可以采用圖36c和圖36d所示的結(jié)構(gòu)。圖36c是晶體管102的俯視圖，圖36c所示的點(diǎn)劃線(xiàn)c1-c2方向上的截面相當(dāng)于圖36d。另外，圖36c所示的點(diǎn)劃線(xiàn)c3-c4方向上的截面相當(dāng)于圖38b。另外，將點(diǎn)劃線(xiàn)c1-c2方向稱(chēng)為溝道長(zhǎng)度方向，將點(diǎn)劃線(xiàn)c3-c4方向稱(chēng)為溝道寬度方向。

晶體管102除了用作柵極絕緣膜的絕緣層160的端部不與用作柵電極層的導(dǎo)電層170的端部對(duì)齊之處以外其他結(jié)構(gòu)與晶體管101相同。在晶體管102中，由于導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150的較寬的部分由絕緣層160覆蓋，所以在導(dǎo)電層140、導(dǎo)電層150與導(dǎo)電層170之間的電阻高，因此晶體管102具有柵極漏電流少的特征。

晶體管101及晶體管102是具有導(dǎo)電層170與導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150重疊的區(qū)域的頂柵結(jié)構(gòu)。為了減少寄生電容，優(yōu)選將該區(qū)域的溝道長(zhǎng)度方向上的寬度設(shè)定為3nm以上且小于300nm。在該結(jié)構(gòu)中，由于不在氧化物半導(dǎo)體層130中形成偏置區(qū)域，所以容易形成通態(tài)電流高的晶體管。

本發(fā)明的一個(gè)方式的晶體管也可以采用圖36e和圖36f所示的結(jié)構(gòu)。圖36e是晶體管103的俯視圖，圖36e所示的點(diǎn)劃線(xiàn)d1-d2方向上的截面相當(dāng)于圖36f。另外，圖36e所示的點(diǎn)劃線(xiàn)d3-d4方向上的截面相當(dāng)于圖38a。另外，將點(diǎn)劃線(xiàn)d1-d2方向稱(chēng)為溝道長(zhǎng)度方向，將點(diǎn)劃線(xiàn)d3-d4方向稱(chēng)為溝道寬度方向。

晶體管103包括與襯底115接觸的絕緣層120、與絕緣層120接觸的氧化物半導(dǎo)體層130、與氧化物半導(dǎo)體層130接觸的絕緣層160、與絕緣層160接觸的導(dǎo)電層170、覆蓋氧化物半導(dǎo)體層130、絕緣層160及導(dǎo)電層170的絕緣層175、與絕緣層175接觸的絕緣層180、通過(guò)設(shè)置在絕緣層175及絕緣層180中的開(kāi)口部與氧化物半導(dǎo)體層130電連接的導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150。此外，根據(jù)需要也可以包括與絕緣層180、導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150接觸的絕緣層(平坦化膜)等。

導(dǎo)電層140、導(dǎo)電層150、絕緣層160及導(dǎo)電層170分別可以用作源電極層、漏電極層、柵極絕緣膜及柵電極層。

圖36f所示的區(qū)域231、區(qū)域232及區(qū)域233分別可以用作源區(qū)域、漏區(qū)域及溝道形成區(qū)域。區(qū)域231及區(qū)域232與絕緣層175接觸，例如通過(guò)作為絕緣層175使用含氫的絕緣材料可以降低區(qū)域231及區(qū)域232的電阻。

具體而言，經(jīng)過(guò)直到形成絕緣層175為止的工序在區(qū)域231及區(qū)域232中產(chǎn)生的氧缺陷與從絕緣層175擴(kuò)散到區(qū)域231及區(qū)域232的氫之間的相互作用使區(qū)域231及區(qū)域232成為低電阻的n型。此外，作為含氫的絕緣材料，例如可以使用氮化硅、氮化鋁等。

本發(fā)明的一個(gè)方式的晶體管也可以采用圖37a和圖37b所示的結(jié)構(gòu)。圖37a是晶體管104的俯視圖，圖37a所示的點(diǎn)劃線(xiàn)e1-e2方向上的截面相當(dāng)于圖37b。另外，圖37a所示的點(diǎn)劃線(xiàn)e3-e4方向上的截面相當(dāng)于圖38a。另外，將點(diǎn)劃線(xiàn)e1-e2方向稱(chēng)為溝道長(zhǎng)度方向，將點(diǎn)劃線(xiàn)e3-e4方向稱(chēng)為溝道寬度方向。

晶體管104除了導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150覆蓋氧化物半導(dǎo)體層130的端部且與其接觸之處以外其他結(jié)構(gòu)與晶體管103相同。

圖37b所示的區(qū)域331及區(qū)域334可以用作源區(qū)域，區(qū)域332及區(qū)域335可以用作漏區(qū)域，區(qū)域333可以用作溝道形成區(qū)域。

可以以與晶體管101中的區(qū)域231及區(qū)域232相同的方式降低區(qū)域331及區(qū)域332的電阻。

可以以與晶體管103中的區(qū)域231及區(qū)域232相同的方式降低區(qū)域334及區(qū)域335的電阻。另外，當(dāng)溝道長(zhǎng)度方向上的區(qū)域334及區(qū)域335的長(zhǎng)度為100nm以下，優(yōu)選為50nm以下時(shí)，由于柵極電場(chǎng)有助于防止通態(tài)電流大幅度地下降，所以也可以不降低區(qū)域334及區(qū)域335的電阻。

晶體管103及晶體管104的結(jié)構(gòu)是不具有導(dǎo)電層170與導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150重疊的區(qū)域的自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的晶體管由于柵電極層與源電極層及漏電極層之間的寄生電容極小，所以適合于高速工作。

本發(fā)明的一個(gè)方式的晶體管也可以采用圖37c和圖37d所示的結(jié)構(gòu)。圖37c是晶體管105的俯視圖，圖37c所示的點(diǎn)劃線(xiàn)f1-f2方向上的截面相當(dāng)于圖37d。另外，圖37c所示的點(diǎn)劃線(xiàn)f3-f4方向上的截面相當(dāng)于圖38a。另外，將點(diǎn)劃線(xiàn)f1-f2方向稱(chēng)為溝道長(zhǎng)度方向，將點(diǎn)劃線(xiàn)f3-f4方向稱(chēng)為溝道寬度方向。

晶體管105包括與襯底115接觸的絕緣層120、與絕緣層120接觸的氧化物半導(dǎo)體層130、與氧化物半導(dǎo)體層130電連接的導(dǎo)電層141及導(dǎo)電層151、與氧化物半導(dǎo)體層130、導(dǎo)電層141及導(dǎo)電層151接觸的絕緣層160、與絕緣層160接觸的導(dǎo)電層170、與氧化物半導(dǎo)體層130、導(dǎo)電層141、導(dǎo)電層151、絕緣層160及導(dǎo)電層170接觸的絕緣層175、與絕緣層175接觸的絕緣層180、通過(guò)設(shè)置在絕緣層175及絕緣層180中的開(kāi)口部分別與導(dǎo)電層141及導(dǎo)電層151電連接的導(dǎo)電層142及導(dǎo)電層152。此外，根據(jù)需要也可以具有與絕緣層180、導(dǎo)電層142及導(dǎo)電層152接觸的絕緣層等。

在此，導(dǎo)電層141及導(dǎo)電層151與氧化物半導(dǎo)體層130的頂面接觸而不與側(cè)面接觸。

晶體管105除了包括導(dǎo)電層141及導(dǎo)電層151、以及包括設(shè)置在絕緣層175及絕緣層180中的開(kāi)口部、包括通過(guò)該開(kāi)口部分別與導(dǎo)電層141及導(dǎo)電層151電連接的導(dǎo)電層142及導(dǎo)電層152之處以外，其他結(jié)構(gòu)與晶體管101相同?？梢詫?dǎo)電層140(導(dǎo)電層141及導(dǎo)電層142)用作源電極層，且可以將導(dǎo)電層150(導(dǎo)電層151及導(dǎo)電層152)用作漏電極層。

本發(fā)明的一個(gè)方式的晶體管也可以采用圖37e和圖37f所示的結(jié)構(gòu)。圖37e是晶體管106的俯視圖，圖37e所示的點(diǎn)劃線(xiàn)g1-g2方向上的截面相當(dāng)于圖37f。另外，圖37a所示的點(diǎn)劃線(xiàn)g3-g4方向上的截面相當(dāng)于圖38a。另外，將點(diǎn)劃線(xiàn)g1-g2方向稱(chēng)為溝道長(zhǎng)度方向，將點(diǎn)劃線(xiàn)g3-g4方向稱(chēng)為溝道寬度方向。

晶體管106包括與襯底115接觸的絕緣層120、與絕緣層120接觸的氧化物半導(dǎo)體層130、與氧化物半導(dǎo)體層130電連接的導(dǎo)電層141及導(dǎo)電層151、與氧化物半導(dǎo)體層130接觸的絕緣層160、與絕緣層160接觸的導(dǎo)電層170、與絕緣層120、氧化物半導(dǎo)體層130、導(dǎo)電層141、導(dǎo)電層151、絕緣層160及導(dǎo)電層170接觸的絕緣層175、與絕緣層175接觸的絕緣層180、通過(guò)設(shè)置在絕緣層175及絕緣層180中的開(kāi)口部分別與導(dǎo)電層141及導(dǎo)電層151電連接的導(dǎo)電層142及導(dǎo)電層152。此外，根據(jù)需要也可以具有與絕緣層180、導(dǎo)電層142及導(dǎo)電層152接觸的絕緣層(平坦化膜)等。

導(dǎo)電層141及導(dǎo)電層151與氧化物半導(dǎo)體層130的頂面接觸而不與側(cè)面接觸。

晶體管106除了包括導(dǎo)電層141及導(dǎo)電層151之處以外其他結(jié)構(gòu)與晶體管103相同?？梢詫?dǎo)電層140(導(dǎo)電層141及導(dǎo)電層142)用作源電極層，且可以將導(dǎo)電層150(導(dǎo)電層151及導(dǎo)電層152)用作漏電極層。

在晶體管105及晶體管106中，由于導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150不與絕緣層120接觸，所以絕緣層120中的氧不容易被導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150奪取，容易將氧從絕緣層120供應(yīng)給氧化物半導(dǎo)體層130中。

也可以對(duì)晶體管103中的區(qū)域231及區(qū)域232、晶體管104及晶體管106中的區(qū)域334及區(qū)域335添加用來(lái)形成氧缺陷來(lái)提高導(dǎo)電率的雜質(zhì)。作為在氧化物半導(dǎo)體層中形成氧缺陷的雜質(zhì)，例如可以使用選自磷、砷、銻、硼、鋁、硅、氮、氦、氖、氬、氪、氙、銦、氟、氯、鈦、鋅及碳中的一種以上。作為該雜質(zhì)的添加方法，可以使用等離子體處理法、離子注入法、離子摻雜法、等離子體浸沒(méi)離子注入法(plasma-immersionionimplantationmethod)等。

通過(guò)將上述元素作為雜質(zhì)元素添加到氧化物半導(dǎo)體層，氧化物半導(dǎo)體層中的金屬元素與氧之間的鍵合被切斷，形成氧缺陷。通過(guò)包含在氧化物半導(dǎo)體層中的氧缺陷與殘留在氧化物半導(dǎo)體層中或在后面添加的氫之間的相互作用，可以提高氧化物半導(dǎo)體層的導(dǎo)電率。

當(dāng)對(duì)添加雜質(zhì)元素形成有氧缺陷的氧化物半導(dǎo)體添加氫時(shí)，氫進(jìn)入氧缺陷處而在導(dǎo)帶附近形成施主能級(jí)。其結(jié)果是，可以形成氧化物導(dǎo)電體。這里氧化物導(dǎo)電體是指導(dǎo)電體化的氧化物半導(dǎo)體。另外，氧化物導(dǎo)電體與氧化物半導(dǎo)體同樣地具有透光性。

氧化物導(dǎo)電體是簡(jiǎn)并半導(dǎo)體，可以推測(cè)其導(dǎo)帶端與費(fèi)米能級(jí)一致或大致一致。因此，氧化物導(dǎo)電體層與用作源電極層及漏電極層的導(dǎo)電層之間的接觸是歐姆接觸，可以降低氧化物導(dǎo)電體層與用作源電極層及漏電極層的導(dǎo)電層之間的接觸電阻。

如圖39a至圖39f的溝道長(zhǎng)度方向的截面圖以及圖38c和圖38d的溝道寬度方向的截面圖所示，本發(fā)明的一個(gè)方式的晶體管也可以包括氧化物半導(dǎo)體層130與襯底115之間的導(dǎo)電層173。通過(guò)將導(dǎo)電層173用作第二柵電極層(背柵極)，進(jìn)一步能夠增加通態(tài)電流或控制閾值電壓。此外，在圖39a至圖39f所示的截面圖中，也可以使導(dǎo)電層173的寬度比氧化物半導(dǎo)體層130短。再者，也可以使導(dǎo)電層173的寬度比導(dǎo)電層170短。

當(dāng)想要增加通態(tài)電流時(shí)，例如，對(duì)導(dǎo)電層170及導(dǎo)電層173供應(yīng)相同的電位來(lái)實(shí)現(xiàn)雙柵晶體管即可。另外，當(dāng)想要控制閾值電壓時(shí)，對(duì)導(dǎo)電層173供應(yīng)與導(dǎo)電層170不同的恒電位即可。為了對(duì)導(dǎo)電層170及導(dǎo)電層173供應(yīng)相同的電位，例如，如圖38d所示，通過(guò)接觸孔使導(dǎo)電層170與導(dǎo)電層173電連接即可。

圖36a至圖37f中的晶體管101至晶體管106是氧化物半導(dǎo)體層130為單層的例子，但是氧化物半導(dǎo)體層130也可以為疊層。晶體管101至晶體管106的氧化物半導(dǎo)體層130可以與圖40b、圖40c、圖40d或圖40e所示的氧化物半導(dǎo)體層130調(diào)換。

圖40a是氧化物半導(dǎo)體層130的俯視圖，圖40b和圖40c是兩層結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體層130的截面圖。另外，圖40d和圖40e是三層結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體層130的截面圖。

作為氧化物半導(dǎo)體層130a、氧化物半導(dǎo)體層130b、氧化物半導(dǎo)體層130c可以使用其組成彼此不同的氧化物半導(dǎo)體層等。

本發(fā)明的一個(gè)方式的晶體管也可以采用圖41a和圖41b所示的結(jié)構(gòu)。圖41a是晶體管107的俯視圖，圖41a所示的點(diǎn)劃線(xiàn)h1-h2方向上的截面相當(dāng)于圖41b。另外，圖41a所示的點(diǎn)劃線(xiàn)h3-h4方向上的截面相當(dāng)于圖43a。另外，將點(diǎn)劃線(xiàn)h1-h2方向稱(chēng)為溝道長(zhǎng)度方向，將點(diǎn)劃線(xiàn)h3-h4方向稱(chēng)為溝道寬度方向。

晶體管107包括與襯底115接觸的絕緣層120、與絕緣層120接觸的由氧化物半導(dǎo)體層130a及氧化物半導(dǎo)體層130b形成的疊層、與該疊層電連接的導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150、與該疊層、導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150接觸的氧化物半導(dǎo)體層130c、與氧化物半導(dǎo)體層130c接觸的絕緣層160、與絕緣層160接觸的導(dǎo)電層170、與導(dǎo)電層140、導(dǎo)電層150、氧化物半導(dǎo)體層130c、絕緣層160及導(dǎo)電層170接觸的絕緣層175、與絕緣層175接觸的絕緣層180。此外，根據(jù)需要也可以使絕緣層180具有平坦化膜的功能。

晶體管107除了在區(qū)域231及區(qū)域232中氧化物半導(dǎo)體層130為兩層(氧化物半導(dǎo)體層130a、氧化物半導(dǎo)體層130b)、在區(qū)域233中氧化物半導(dǎo)體層130為三層(氧化物半導(dǎo)體層130a、氧化物半導(dǎo)體層130b、氧化物半導(dǎo)體層130c)、以及在導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150與絕緣層160之間夾有氧化物半導(dǎo)體層的一部分(氧化物半導(dǎo)體層130c)之處以外其他結(jié)構(gòu)與晶體管101相同。

本發(fā)明的一個(gè)方式的晶體管也可以采用圖41c和圖41d所示的結(jié)構(gòu)。圖41c是晶體管108的俯視圖，圖41c所示的點(diǎn)劃線(xiàn)i1-i2方向上的截面相當(dāng)于圖41d。另外，圖41c所示的點(diǎn)劃線(xiàn)i3-i4方向上的截面相當(dāng)于圖43b。另外，將點(diǎn)劃線(xiàn)i1-i2方向稱(chēng)為溝道長(zhǎng)度方向，將點(diǎn)劃線(xiàn)i3-i4方向稱(chēng)為溝道寬度方向。

晶體管108與晶體管107不同之處是如下：絕緣層160及氧化物半導(dǎo)體層130c的端部與導(dǎo)電層170的端部不一致。

本發(fā)明的一個(gè)方式的晶體管也可以采用圖41e和圖41f所示的結(jié)構(gòu)。圖41e是晶體管109的俯視圖，圖41e所示的點(diǎn)劃線(xiàn)j1-j2方向上的截面相當(dāng)于圖41f。另外，圖41e所示的點(diǎn)劃線(xiàn)j3-j4方向上的截面相當(dāng)于圖43a。另外，將點(diǎn)劃線(xiàn)j1-j2方向稱(chēng)為溝道長(zhǎng)度方向，將點(diǎn)劃線(xiàn)j3-j4方向稱(chēng)為溝道寬度方向。

晶體管109包括與襯底115接觸的絕緣層120、與絕緣層120接觸的由氧化物半導(dǎo)體層130a及氧化物半導(dǎo)體層130b形成的疊層、與該疊層接觸的氧化物半導(dǎo)體層130c、與氧化物半導(dǎo)體層130c接觸的絕緣層160、與絕緣層160接觸的導(dǎo)電層170、覆蓋該疊層、氧化物半導(dǎo)體層130c、絕緣層160及導(dǎo)電層170的絕緣層175、與絕緣層175接觸的絕緣層180、通過(guò)設(shè)置在絕緣層175及絕緣層180中的開(kāi)口部與該疊層電連接的導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150。此外，根據(jù)需要也可以包括與絕緣層180、導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150接觸的絕緣層(平坦化膜)等。

晶體管109除了在區(qū)域231及區(qū)域232中氧化物半導(dǎo)體層130為兩層(氧化物半導(dǎo)體層130a、氧化物半導(dǎo)體層130b)、在區(qū)域233中氧化物半導(dǎo)體層130為三層(氧化物半導(dǎo)體層130a、氧化物半導(dǎo)體層130b、氧化物半導(dǎo)體層130c)之處以外其他結(jié)構(gòu)與晶體管103相同。

本發(fā)明的一個(gè)方式的晶體管也可以采用圖42a和圖42b所示的結(jié)構(gòu)。圖42a是晶體管110的俯視圖，圖42a所示的點(diǎn)劃線(xiàn)k1-k2方向上的截面相當(dāng)于圖42b。另外，圖42a所示的點(diǎn)劃線(xiàn)k3-k4方向上的截面相當(dāng)于圖43a。另外，將點(diǎn)劃線(xiàn)k1-k2方向稱(chēng)為溝道長(zhǎng)度方向，將點(diǎn)劃線(xiàn)k3-k4方向稱(chēng)為溝道寬度方向。

晶體管110除了在區(qū)域331及區(qū)域332中氧化物半導(dǎo)體層130為兩層(氧化物半導(dǎo)體層130a、氧化物半導(dǎo)體層130b)、在區(qū)域333中氧化物半導(dǎo)體層130為三層(氧化物半導(dǎo)體層130a、氧化物半導(dǎo)體層130b、氧化物半導(dǎo)體層130c)之處以外其他結(jié)構(gòu)與晶體管104相同。

本發(fā)明的一個(gè)方式的晶體管也可以采用圖42c和圖42d所示的結(jié)構(gòu)。圖42c是晶體管111的俯視圖，圖42c所示的點(diǎn)劃線(xiàn)l1-l2方向上的截面相當(dāng)于圖42d。另外，圖42c所示的點(diǎn)劃線(xiàn)l3-l4方向上的截面相當(dāng)于圖43a。另外，將點(diǎn)劃線(xiàn)l1-l2方向稱(chēng)為溝道長(zhǎng)度方向，將點(diǎn)劃線(xiàn)l3-l4方向稱(chēng)為溝道寬度方向。

晶體管111包括與襯底115接觸的絕緣層120、與絕緣層120接觸的由氧化物半導(dǎo)體層130a及氧化物半導(dǎo)體層130b形成的疊層、與該疊層電連接的導(dǎo)電層141及導(dǎo)電層151、與該疊層、導(dǎo)電層141及導(dǎo)電層151接觸的氧化物半導(dǎo)體層130c、與氧化物半導(dǎo)體層130c接觸的絕緣層160、與絕緣層160接觸的導(dǎo)電層170、與該疊層、導(dǎo)電層141、導(dǎo)電層151、氧化物半導(dǎo)體層130c、絕緣層160及導(dǎo)電層170接觸的絕緣層175、與絕緣層175接觸的絕緣層180、通過(guò)設(shè)置在絕緣層175及絕緣層180中的開(kāi)口部分別與導(dǎo)電層141及導(dǎo)電層151電連接的導(dǎo)電層142及導(dǎo)電層152。此外，根據(jù)需要也可以具有與絕緣層180、導(dǎo)電層142及導(dǎo)電層152接觸的絕緣層(平坦化膜)等。

晶體管111除了在區(qū)域231及區(qū)域232中氧化物半導(dǎo)體層130為兩層(氧化物半導(dǎo)體層130a、氧化物半導(dǎo)體層130b)、在區(qū)域233中氧化物半導(dǎo)體層130為三層(氧化物半導(dǎo)體層130a、氧化物半導(dǎo)體層130b、氧化物半導(dǎo)體層130c)、以及在導(dǎo)電層141及導(dǎo)電層151與絕緣層160之間夾有氧化物半導(dǎo)體層的一部分(氧化物半導(dǎo)體層130c)之處以外其他結(jié)構(gòu)與晶體管105相同。

本發(fā)明的一個(gè)方式的晶體管也可以采用圖42e和圖42f所示的結(jié)構(gòu)。圖42e是晶體管112的俯視圖，圖42e所示的點(diǎn)劃線(xiàn)m1-m2方向上的截面相當(dāng)于圖42f。另外，圖42e所示的點(diǎn)劃線(xiàn)m3-m4方向上的截面相當(dāng)于圖43a。另外，將點(diǎn)劃線(xiàn)m1-m2方向稱(chēng)為溝道長(zhǎng)度方向，將點(diǎn)劃線(xiàn)m3-m4方向稱(chēng)為溝道寬度方向。

晶體管112除了在區(qū)域331、區(qū)域332、區(qū)域334及區(qū)域335中氧化物半導(dǎo)體層130為兩層(氧化物半導(dǎo)體層130a、氧化物半導(dǎo)體層130b)、在區(qū)域333中氧化物半導(dǎo)體層130為三層(氧化物半導(dǎo)體層130a、氧化物半導(dǎo)體層130b、氧化物半導(dǎo)體層130c)之處以外其他結(jié)構(gòu)與晶體管106相同。

如圖44a至圖44f的溝道長(zhǎng)度方向的截面圖以及圖43c和圖43d的溝道寬度方向的截面圖所示，本發(fā)明的一個(gè)方式的晶體管也可以包括氧化物半導(dǎo)體層130與襯底115之間的導(dǎo)電層173。當(dāng)將該導(dǎo)電層用作第二柵電極層(背柵極)時(shí)，能夠增加通態(tài)電流或控制閾值電壓。此外，在圖44a至圖44f所示的截面圖中，也可以使導(dǎo)電層173的寬度比氧化物半導(dǎo)體層130短。再者，也可以使導(dǎo)電層173的寬度比導(dǎo)電層170短。

另外，本發(fā)明的一個(gè)方式的晶體管可以采用圖45a及圖45b所示的結(jié)構(gòu)。圖45a是俯視圖，圖45b是對(duì)應(yīng)于圖45a所示的點(diǎn)劃線(xiàn)n1-n2及點(diǎn)劃線(xiàn)n3-n4的截面圖。另外，在圖45a的俯視圖中，為了明確起見(jiàn)，省略構(gòu)成要素的一部分。

圖45a及圖45b所示的晶體管113包括：襯底115；襯底115上的絕緣層120；絕緣層120上的氧化物半導(dǎo)體層130(氧化物半導(dǎo)體層130a、氧化物半導(dǎo)體層130b及氧化物半導(dǎo)體層130c)；與氧化物半導(dǎo)體層130接觸且彼此相隔的導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150；與氧化物半導(dǎo)體層130c接觸的絕緣層160；以及與絕緣層160接觸的導(dǎo)電層170。另外，氧化物半導(dǎo)體層130c、絕緣層160及導(dǎo)電層170設(shè)置在開(kāi)口部中，該開(kāi)口部形成在晶體管113上的絕緣層190中且到達(dá)氧化物半導(dǎo)體層130a、氧化物半導(dǎo)體層130b及絕緣層120。

與上述晶體管的結(jié)構(gòu)相比，在晶體管113的結(jié)構(gòu)中，成為源極或漏極的導(dǎo)電體與成為柵電極的導(dǎo)電體重疊的區(qū)域少，由此可以使寄生電容小。由此，晶體管113適合于需要高速工作的電路的構(gòu)成要素。如圖45b所示，晶體管113的頂面優(yōu)選利用cmp法等進(jìn)行平坦化，但是也可以不進(jìn)行平坦化。

如圖46a和圖46b所示的俯視圖(僅示出氧化物半導(dǎo)體層130、導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150)那樣，可以使本發(fā)明的一個(gè)方式的晶體管中的導(dǎo)電層140(源電極層)及導(dǎo)電層150(漏電極層)的寬度(wsd)比氧化物半導(dǎo)體層130的寬度(wos)長(zhǎng)或短。當(dāng)滿(mǎn)足wos≥wsd(wsd為wos以下)的關(guān)系時(shí)，柵極電場(chǎng)容易施加到氧化物半導(dǎo)體層整體，可以提高晶體管的電特性。此外，如圖46c所示，導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150也可以?xún)H形成于與氧化物半導(dǎo)體層130重疊的區(qū)域。

在本發(fā)明的一個(gè)方式的晶體管(晶體管101至晶體管113)中的任何結(jié)構(gòu)中，作為柵電極層的導(dǎo)電層170隔著作為柵極絕緣膜的絕緣層160在溝道寬度方向上電性上包圍氧化物半導(dǎo)體層130，由此可以提高通態(tài)電流。將這種晶體管結(jié)構(gòu)稱(chēng)為surroundedchannel(s-channel)結(jié)構(gòu)。

在具有氧化物半導(dǎo)體層130a及氧化物半導(dǎo)體層130b的晶體管以及具有氧化物半導(dǎo)體層130a、氧化物半導(dǎo)體層130b及氧化物半導(dǎo)體層130c的晶體管中，通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇構(gòu)成氧化物半導(dǎo)體層130的兩層或三層的材料，可以將電流流過(guò)在氧化物半導(dǎo)體層130b中。由于電流流過(guò)氧化物半導(dǎo)體層130b，因此不容易受到界面散射的影響，所以可以獲得很大的通態(tài)電流。由此，有時(shí)通過(guò)增加氧化物半導(dǎo)體層130b的厚度增加通態(tài)電流。

通過(guò)采用上述結(jié)構(gòu)，可以提高晶體管的電特性。

本實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)可以與其他實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)施。

實(shí)施方式3

在本實(shí)施方式中對(duì)實(shí)施方式2所示的晶體管的構(gòu)成要素進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。

作為襯底115，可以使用玻璃襯底、石英襯底、半導(dǎo)體襯底、陶瓷襯底、對(duì)表面進(jìn)行了絕緣處理的金屬襯底等?；蛘撸鳛橐r底115，可以使用形成有晶體管或光電二極管的硅襯底，該硅襯底上形成有絕緣層、布線(xiàn)、用作接觸插頭的導(dǎo)電體等。另外，當(dāng)對(duì)硅襯底形成p溝道型晶體管時(shí)，優(yōu)選使用具有n^-型導(dǎo)電型的硅襯底。另外，也可以使用包括n^-型或i型硅層的soi襯底。另外，當(dāng)對(duì)硅襯底設(shè)置的晶體管為p溝道型晶體管時(shí)，優(yōu)選使用如下硅襯底：形成晶體管的表面的晶體取向?yàn)?110)面。通過(guò)在(110)面形成p溝道型晶體管，可以提高遷移率。

絕緣層120除了防止雜質(zhì)從包含在襯底115中的構(gòu)成要素?cái)U(kuò)散的功能以外，還可以具有對(duì)氧化物半導(dǎo)體層130供應(yīng)氧的功能。因此，絕緣層120優(yōu)選為含氧的絕緣膜，更優(yōu)選為包含比化學(xué)計(jì)量組成多的氧的絕緣膜。在絕緣層120中，利用tds(thermaldesorptionspectroscopy：熱脫附譜)法而測(cè)量的換算為氧原子的氧釋放量?jī)?yōu)選為1.0×10¹⁹atoms/cm³以上。注意，上述tds分析時(shí)的膜的表面溫度為100℃以上且700℃以下或?yàn)?00℃以上且500℃以下。此外，當(dāng)襯底115是形成有其他器件的襯底時(shí)，絕緣層120還用作層間絕緣膜。在此情況下，優(yōu)選利用cmp法等進(jìn)行平坦化處理，以使其表面平坦。

例如，作為絕緣層120可以使用氧化鋁、氧化鎂、氧化硅、氧氮化硅、氧化鎵、氧化鍺、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化釹、氧化鉿和氧化鉭等氧化物絕緣膜、氮化硅、氮氧化硅、氮化鋁和氮氧化鋁等氮化物絕緣膜或者這些的混合材料。此外，也可以使用上述材料的疊層。

氧化物半導(dǎo)體層130可以采用從絕緣層120一側(cè)依次層疊氧化物半導(dǎo)體層130a、氧化物半導(dǎo)體層130b及氧化物半導(dǎo)體層130c的三層結(jié)構(gòu)。

此外，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體層130為單層時(shí)，使用相當(dāng)于本實(shí)施方式所示的氧化物半導(dǎo)體層130b的層即可。

此外，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體層130為兩層時(shí)，使用從絕緣層120一側(cè)依次層疊相當(dāng)于氧化物半導(dǎo)體層130a的層及相當(dāng)于氧化物半導(dǎo)體層130b的層的疊層即可。當(dāng)采用該結(jié)構(gòu)時(shí)，也可以調(diào)換氧化物半導(dǎo)體層130a與氧化物半導(dǎo)體層130b。

例如，氧化物半導(dǎo)體層130b使用其電子親和勢(shì)(真空能級(jí)與導(dǎo)帶底之間的能量差)大于氧化物半導(dǎo)體層130a及氧化物半導(dǎo)體層130c的氧化物半導(dǎo)體。

在上述結(jié)構(gòu)中，當(dāng)對(duì)導(dǎo)電層170施加電場(chǎng)時(shí)，溝道形成在氧化物半導(dǎo)體層130中的導(dǎo)帶底的能量最低的氧化物半導(dǎo)體層130b中。由此，可以說(shuō)：氧化物半導(dǎo)體層130b具有被用作半導(dǎo)體的區(qū)域，而氧化物半導(dǎo)體層130a及氧化物半導(dǎo)體層130c具有被用作絕緣體或半絕緣體的功能。

另外，能夠用于氧化物半導(dǎo)體層130a、氧化物半導(dǎo)體層130b及氧化物半導(dǎo)體層130c的氧化物半導(dǎo)體優(yōu)選至少包含in或zn?；蛘撸瑑?yōu)選包含in和zn的兩者。另外，為了減少使用該氧化物半導(dǎo)體的晶體管的電特性偏差，除了上述元素以外，優(yōu)選還包含穩(wěn)定劑(stabilizer)。

作為穩(wěn)定劑，可以舉出ga、sn、hf、al或zr等。另外，作為其他穩(wěn)定劑，可以舉出鑭系元素的la、ce、pr、nd、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb、lu等。

氧化物半導(dǎo)體層130a、氧化物半導(dǎo)體層130b及氧化物半導(dǎo)體層130c優(yōu)選包含結(jié)晶部。尤其是，通過(guò)使用c軸取向結(jié)晶，能夠?qū)w管賦予穩(wěn)定的電特性。另外，c軸取向的結(jié)晶抗彎曲，由此可以提高使用柔性襯底的半導(dǎo)體裝置的可靠性。

作為用作源電極層的導(dǎo)電層140及用作漏電極層的導(dǎo)電層150，例如可以使用選自al、cr、cu、ta、ti、mo、w、ni、mn、nd、sc及該金屬材料的合金中的材料的單層或疊層。典型的是，特別優(yōu)選使用容易與氧鍵合的ti或在后面能以較高的溫度進(jìn)行處理的熔點(diǎn)高的w。此外，也可以使用低電阻的cu或cu-mn等合金與上述材料的疊層。在晶體管105、晶體管106、晶體管111、晶體管112中，例如可以作為導(dǎo)電層141及導(dǎo)電層151使用w，作為導(dǎo)電層142及導(dǎo)電層152使用ti及al的疊層膜等。

上述材料具有從氧化物半導(dǎo)體膜抽出氧的性質(zhì)。由此，在與上述材料接觸的氧化物半導(dǎo)體層的一部分的區(qū)域中，氧化物半導(dǎo)體膜中的氧被脫離，而在氧化物半導(dǎo)體層中形成氧缺陷。包含于膜中的微量的氫與該氧缺陷鍵合而使該區(qū)域明顯地n型化。因此，可以將該n型化的區(qū)域用作晶體管的源極或漏極。

此外，當(dāng)導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150使用w形成時(shí)，也可以對(duì)導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150摻雜氮。通過(guò)摻雜氮可以適度地降低抽出氧的性質(zhì)，由此可以防止n型化的區(qū)域擴(kuò)展到溝道區(qū)域。另外，通過(guò)作為上述導(dǎo)電層140及導(dǎo)電層150使用w與n型半導(dǎo)體層的疊層，使n型半導(dǎo)體層與氧化物半導(dǎo)體層接觸，可以防止n型化的區(qū)域擴(kuò)展到溝道區(qū)域。作為n型半導(dǎo)體層可以使用添加有氮的in-ga-zn氧化物、氧化鋅、氧化銦、氧化錫、氧化銦錫等。

作為用作柵極絕緣膜的絕緣層160，可以使用包含氧化鋁、氧化鎂、氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化鎵、氧化鍺、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化釹、氧化鉿和氧化鉭中的一種以上的絕緣膜。此外，絕緣層160也可以是上述材料的疊層。另外，絕緣層160也可以包含la、n、zr等作為雜質(zhì)。

另外，說(shuō)明絕緣層160的疊層結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。絕緣層160例如包含氧、氮、硅、鉿等。具體地，優(yōu)選包含氧化鉿及氧化硅或者氧化鉿及氧氮化硅。

氧化鉿及氧化鋁的相對(duì)介電常數(shù)比氧化硅或氧氮化硅高。因此，與使用氧化硅的情況相比可以使絕緣層160的厚度更大，由此可以減少隧道電流引起的泄漏電流。也就是說(shuō)，可以實(shí)現(xiàn)關(guān)態(tài)電流小的晶體管。再者，與包括非晶結(jié)構(gòu)的氧化鉿相比，包括結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化鉿具有高相對(duì)介電常數(shù)。因此，為了形成關(guān)態(tài)電流小的晶體管，優(yōu)選使用具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化鉿。作為結(jié)晶結(jié)構(gòu)的例子，可以舉出單斜晶結(jié)構(gòu)或立方體晶結(jié)構(gòu)等。但是，本發(fā)明的一個(gè)方式不局限于此。

此外，作為與氧化物半導(dǎo)體層130接觸的絕緣層120及絕緣層160優(yōu)選使用氮氧化物的釋放量少的膜。當(dāng)?shù)趸锏尼尫帕慷嗟慕^緣層與氧化物半導(dǎo)體接觸時(shí)，有時(shí)因氮氧化物導(dǎo)致能級(jí)密度變高。作為絕緣層120及絕緣層160，例如可以使用氮氧化物的釋放量少的氧氮化硅膜或氧氮化鋁膜等的氧化物絕緣層。

氮氧化物的釋放量少的氧氮化硅膜是在tds分析法中氨釋放量比氮氧化物的釋放量多的膜，典型的是氨釋放量為1×10¹⁸個(gè)/cm^-3以上且5×10¹⁹個(gè)/cm^-3以下。此外，上述氨釋放量是通過(guò)膜表面溫度為50℃以上且650℃以下，優(yōu)選為50℃以上且550℃以下的加熱處理而得到的釋放量。

通過(guò)作為絕緣層120及絕緣層160使用上述氧化物絕緣層，可以降低晶體管的閾值電壓的漂移，由此可以降低晶體管的電特性變動(dòng)。

作為用作柵電極層的導(dǎo)電層170例如可以使用al、ti、cr、co、ni、cu、y、zr、mo、ru、ag、mn、nd、sc、ta及w等的導(dǎo)電膜。另外，也可以使用上述材料的合金或上述材料的導(dǎo)電氮化物。此外，也可以使用選自上述材料、上述材料的合金及上述材料的導(dǎo)電氮化物中的多種材料的疊層。典型的是，可以使用鎢、鎢與氮化鈦的疊層、鎢與氮化鉭的疊層等。另外，也可以使用低電阻的cu或cu-mn等合金或者上述材料與cu或cu-mn等合金的疊層。在本實(shí)施方式中，作為導(dǎo)電層171使用氮化鉭，作為導(dǎo)電層172使用鎢，以便形成導(dǎo)電層170。

作為絕緣層175可以使用含氫的氮化硅膜或氮化鋁膜等。在實(shí)施方式2所示的晶體管103、晶體管104、晶體管106、晶體管109、晶體管110及晶體管112中，通過(guò)作為絕緣層175使用含氫的絕緣膜可以使氧化物半導(dǎo)體層的一部分n型化。另外，氮化絕緣膜還用作阻擋水分等的膜，可以提高晶體管的可靠性。

此外，作為絕緣層175也可以使用氧化鋁膜。尤其是，優(yōu)選在實(shí)施方式2所示的晶體管101、晶體管102、晶體管105、晶體管107、晶體管108及晶體管111中作為絕緣層175使用氧化鋁膜。氧化鋁膜的不使氫、水分等雜質(zhì)以及氧透過(guò)的阻擋效果高。因此，將氧化鋁膜適合用作具有如下效果的保護(hù)膜：在晶體管的制造工序中及制造晶體管之后，防止氫、水分等雜質(zhì)向氧化物半導(dǎo)體層130混入；防止從氧化物半導(dǎo)體層釋放氧；防止氧的從絕緣層120的不需要的釋放。此外，也可以將包含于氧化鋁膜的氧擴(kuò)散到氧化物半導(dǎo)體層中。

另外，在絕緣層175上優(yōu)選形成有絕緣層180。作為該絕緣層可以使用包含氧化鎂、氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化鎵、氧化鍺、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化釹、氧化鉿及氧化鉭中的一種以上的絕緣膜。此外，該絕緣層也可以是上述材料的疊層。

在此，絕緣層180優(yōu)選與絕緣層120同樣地包含比化學(xué)計(jì)量組成多的氧。能夠?qū)慕^緣層180釋放的氧穿過(guò)絕緣層160擴(kuò)散到氧化物半導(dǎo)體層130的溝道形成區(qū)域，因此能夠?qū)π纬稍跍系佬纬蓞^(qū)域中的氧缺陷填補(bǔ)氧。由此，能夠獲得穩(wěn)定的晶體管電特性。

為了實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的高集成化，必須進(jìn)行晶體管的微型化。另一方面，已知伴隨著晶體管的微型化，晶體管的電特性劣化，尤其是溝道寬度的縮短導(dǎo)致通態(tài)電流的降低。

在本發(fā)明的一個(gè)方式的晶體管107至晶體管112中，以覆蓋其中形成溝道的氧化物半導(dǎo)體層130b的方式形成有氧化物半導(dǎo)體層130c，溝道形成層與柵極絕緣膜沒(méi)有接觸。因此，能夠抑制在溝道形成層與柵極絕緣膜的界面產(chǎn)生的載流子散射，而可以增高晶體管的通態(tài)電流。

此外，在本發(fā)明的一個(gè)方式的晶體管中，如上所述，以在溝道寬度方向上電性上包圍氧化物半導(dǎo)體層130的方式形成有柵電極層(導(dǎo)電層170)，因此氧化物半導(dǎo)體層130除了垂直于頂面的方向上被施加?xùn)艠O電場(chǎng)之外，垂直于側(cè)面的方向上也被施加?xùn)艠O電場(chǎng)。換言之，對(duì)溝道形成層整體施加?xùn)艠O電場(chǎng)而實(shí)效溝道寬度擴(kuò)大，由此可以進(jìn)一步提高通態(tài)電流。

雖然本實(shí)施方式所說(shuō)明的金屬膜、半導(dǎo)體膜及無(wú)機(jī)絕緣膜等各種膜可以典型地利用濺射法或等離子體cvd法形成，但是也可以利用熱cvd法等其他方法形成。作為熱cvd法的例子，可以舉出mocvd(metalorganicchemicalvapordeposition：有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積)法或ald(atomiclayerdeposition：原子層沉積)法等。

由于熱cvd法是不使用等離子體的成膜方法，因此具有不產(chǎn)生等離子體損傷所引起的缺陷的優(yōu)點(diǎn)。

此外，可以以如下方法進(jìn)行利用熱cvd法的成膜：將源氣體及氧化劑同時(shí)供應(yīng)到腔室內(nèi)，將腔室內(nèi)的壓力設(shè)定為大氣壓或減壓，使其在襯底附近或在襯底上起反應(yīng)。

可以以如下方法進(jìn)行利用ald法的成膜：將腔室內(nèi)的壓力設(shè)定為大氣壓或減壓，將用于反應(yīng)的源氣體引入腔室并起反應(yīng)，并且按該順序反復(fù)地引入氣體。另外，也可以將源氣體與惰性氣體(氬或氮等)用作載流子氣體一并地進(jìn)行引入。例如，也可以將兩種以上的源氣體依次供應(yīng)到腔室內(nèi)。此時(shí)，在第一源氣體起反應(yīng)之后引入惰性氣體，然后引入第二源氣體，以防止多種源氣體混合。或者，也可以不引入惰性氣體而通過(guò)真空抽氣將第一源氣體排出，然后引入第二源氣體。第一源氣體附著到襯底表面且起反應(yīng)來(lái)形成第一層，之后引入的第二源氣體附著且起反應(yīng)，由此第二層層疊在第一層上而形成薄膜。通過(guò)按該順序反復(fù)多次地引入氣體直到獲得所希望的厚度為止，可以形成臺(tái)階覆蓋性良好的薄膜。由于薄膜的厚度可以根據(jù)反復(fù)引入氣體的次數(shù)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此，ald法可以準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)厚度而適用于制造微型fet。

利用mocvd法或ald法等熱cvd法可以形成以上所示的實(shí)施方式所公開(kāi)的金屬膜、半導(dǎo)體膜、無(wú)機(jī)絕緣膜等各種膜，例如，當(dāng)形成in-ga-zn-o膜時(shí)，可以使用三甲基銦(in(ch3)3)、三甲基鎵(ga(ch3)3)及二甲基鋅(zn(ch3)2)。不局限于上述組合，也可以使用三乙基鎵(ga(c2h5)3)代替三甲基鎵，并使用二乙基鋅(zn(c2h5)2)代替二甲基鋅。

例如，在使用利用ald法的成膜裝置形成氧化鉿膜時(shí)，使用如下兩種氣體：通過(guò)使包含溶劑和鉿前體的液體(鉿醇鹽、四二甲基酰胺鉿(tdmah，hf[n(ch3)2]4)或四(乙基甲基酰胺)鉿等鉿酰胺)氣化而得到的源氣體；以及用作氧化劑的臭氧(o3)。

例如，在使用利用ald法的成膜裝置形成氧化鋁膜時(shí)，使用如下兩種氣體：通過(guò)使包含溶劑和鋁前體的液體(三甲基鋁(tma，al(ch3)3)等)氣化而得到的源氣體；以及用作氧化劑的h2o。作為其他材料有三(二甲基酰胺)鋁、三異丁基鋁、鋁三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)等。

例如，在使用利用ald法的成膜裝置形成氧化硅膜時(shí)，使六氯乙硅烷附著在被成膜面上，供應(yīng)氧化氣體(o2、一氧化二氮)的自由基使其與附著物起反應(yīng)。

例如，在使用利用ald法的成膜裝置形成鎢膜時(shí)，依次引入wf6氣體和b2h6氣體形成初始鎢膜，然后依次引入wf6氣體和h2氣體形成鎢膜。注意，也可以使用sih4氣體代替b2h6氣體。

例如，在使用利用ald法的成膜裝置形成氧化物半導(dǎo)體膜如in-ga-zn-o膜時(shí)，依次引入in(ch3)3氣體和o3氣體形成in-o層，然后依次引入ga(ch3)3氣體和o3氣體形成gao層，之后依次引入zn(ch3)2氣體和o3氣體形成zno層。注意，這些層的順序不局限于上述例子。另外，也可以使用這些氣體來(lái)形成混合化合物層如in-ga-o層、in-zn-o層、ga-zn-o層等。注意，雖然也可以使用利用ar等惰性氣體進(jìn)行鼓泡而得到的h2o氣體代替o3氣體，但是優(yōu)選使用不包含h的o3氣體。

當(dāng)形成氧化物半導(dǎo)體層時(shí)，也可以使用對(duì)向靶材式濺射裝置。另外，也可以將使用該對(duì)向靶材式濺射裝置的成膜方法稱(chēng)為vdsp(vapordepositionsp)。

通過(guò)使用對(duì)向靶材式濺射裝置形成氧化物半導(dǎo)體層，可以減少在形成氧化物半導(dǎo)體層時(shí)產(chǎn)生的等離子體損傷。因此，可以減少膜中的氧缺陷。此外，通過(guò)使用對(duì)向靶材式濺射裝置可以在低壓下進(jìn)行成膜，從而可以減少所形成的氧化物半導(dǎo)體層中的雜質(zhì)濃度(例如，氫、稀有氣體(氬等)、水等)。

本實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)可以與其他實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)施。

實(shí)施方式4

在本實(shí)施方式中，對(duì)能夠用于本發(fā)明的一個(gè)方式的氧化物半導(dǎo)體層的材料進(jìn)行說(shuō)明。

氧化物半導(dǎo)體優(yōu)選至少包含銦或鋅。特別優(yōu)選包含銦及鋅。另外，優(yōu)選的是，除此之外，還包含鋁、鎵、釔或錫等。另外，也可以包含硼、硅、鈦、鐵、鎳、鍺、鋯、鉬、鑭、鈰、釹、鉿、鉭、鎢或鎂等中的一種或多種。

在此，考慮氧化物半導(dǎo)體包含銦、元素m及鋅的情況。注意，元素m為鋁、鎵、釔或錫等。除了上述以外，元素m也可以為硼、硅、鈦、鐵、鎳、鍺、鋯、鉬、鑭、鈰、釹、鉿、鉭、鎢、鎂等。注意，作為元素m有時(shí)也可以組合多個(gè)上述元素。

首先，參照?qǐng)D47a、圖47b及圖47c對(duì)根據(jù)本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體所包含的銦、元素m及鋅的原子數(shù)比的優(yōu)選的范圍進(jìn)行說(shuō)明。注意，不示出氧的原子數(shù)比。另外，將氧化物半導(dǎo)體所包含的銦、元素m及鋅的原子數(shù)比的各項(xiàng)分別稱(chēng)為[in]、[m]、[zn]。

在圖47a、圖47b及圖47c中，虛線(xiàn)表示[in]:[m]:[zn]＝(1+α):(1-α):1的原子數(shù)比(-1≤α≤1)的線(xiàn)、[in]:[m]:[zn]＝(1+α):(1-α):2的原子數(shù)比的線(xiàn)、[in]:[m]:[zn]＝(1+α):(1-α):3的原子數(shù)比的線(xiàn)、[in]:[m]:[zn]＝(1+α):(1-α):4的原子數(shù)比的線(xiàn)及[in]:[m]:[zn]＝(1+α):(1-α):5的原子數(shù)比的線(xiàn)。

點(diǎn)劃線(xiàn)表示[in]:[m]:[zn]＝1:1:β的原子數(shù)比的(β≥0)的線(xiàn)、[in]:[m]:[zn]＝1:2:β的原子數(shù)比的線(xiàn)、[in]:[m]:[zn]＝1:3:β的原子數(shù)比的線(xiàn)、[in]:[m]:[zn]＝1:4:β的原子數(shù)比的線(xiàn)、[in]:[m]:[zn]＝2:1:β的原子數(shù)比的線(xiàn)及[in]:[m]:[zn]＝5:1:β的原子數(shù)比的線(xiàn)。

圖47a和圖47b示出本發(fā)明的一個(gè)方式的氧化物半導(dǎo)體所包含的銦、元素m及鋅的優(yōu)選的原子數(shù)比范圍的例子。

作為一個(gè)例子，圖48示出[in]:[m]:[zn]＝1:1:1的inmzno4的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。圖48是在從平行于b軸的方向上觀(guān)察時(shí)的inmzno4的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。圖48所示的包含m、zn、氧的層(以下，(m，zn)層)中的金屬元素表示元素m或鋅。此時(shí)，元素m和鋅的比例相同。元素m和鋅可以相互置換，其排列不規(guī)則。

inmzno4具有層狀的結(jié)晶結(jié)構(gòu)(也稱(chēng)為層狀結(jié)構(gòu))，如圖48所示，相對(duì)于每?jī)蓚€(gè)包含元素m、鋅及氧的(m，zn)層有一個(gè)包含銦及氧的層(以下，in層)。

另外，銦和元素m可以相互置換。因此，當(dāng)以銦取代(m，zn)層中的元素m時(shí)，也可以將該層表示為(in，m，zn)層。在此情況下，具有相對(duì)于每?jī)蓚€(gè)(in，m，zn)層有一個(gè)in層的層狀結(jié)構(gòu)。

[in]:[m]:[zn]＝1:1:2的原子數(shù)比的氧化物半導(dǎo)體具有相對(duì)于每三個(gè)(m，zn)層有一個(gè)in層的層狀結(jié)構(gòu)。就是說(shuō)，當(dāng)[zn]高于[in]及[m]時(shí)，在氧化物半導(dǎo)體晶化的情況下，相對(duì)于in層的(m，zn)層的比例增加。

注意，當(dāng)在氧化物半導(dǎo)體中相對(duì)于一個(gè)in層的(m，zn)層的層數(shù)為非整數(shù)時(shí)，氧化物半導(dǎo)體可能具有多個(gè)相對(duì)于一個(gè)in層(m，zn)層的層數(shù)為整數(shù)的層狀結(jié)構(gòu)。例如，在[in]:[m]:[zn]＝1:1:1.5的情況下，氧化物半導(dǎo)體可能具有相對(duì)于每?jī)蓚€(gè)(m，zn)層有一個(gè)in層的層狀結(jié)構(gòu)及相對(duì)于每三個(gè)(m，zn)層有一個(gè)in層的層狀結(jié)構(gòu)混合在一起的層狀結(jié)構(gòu)。

例如，當(dāng)使用濺射裝置形成氧化物半導(dǎo)體時(shí)，所形成的膜的原子數(shù)比與靶材的原子數(shù)比偏離。尤其是，根據(jù)成膜時(shí)的襯底溫度，有時(shí)膜的[zn]小于靶材的[zn]。

有時(shí)在氧化物半導(dǎo)體中，多個(gè)相共存(例如，二相共存、三相共存等)。例如，當(dāng)原子數(shù)比接近[in]:[m]:[zn]＝0:2:1時(shí)，尖晶石型結(jié)晶結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)的二相容易共存。當(dāng)原子數(shù)比接近[in]:[m]:[zn]＝1:0:0時(shí)，方鐵錳礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)的二相容易共存。當(dāng)在氧化物半導(dǎo)體中多個(gè)相共存時(shí)，可能在不同的結(jié)晶結(jié)構(gòu)之間形成晶界(也稱(chēng)為grainboundary)。

通過(guò)增高銦含量，可以提高氧化物半導(dǎo)體的載流子遷移率(電子遷移率)。這是因?yàn)椋涸诎?、元素m及鋅的氧化物半導(dǎo)體中，重金屬的s軌道主要有助于載流子傳導(dǎo)，通過(guò)增高銦含量，s軌道重疊的區(qū)域變大，由此銦含量高的氧化物半導(dǎo)體的載流子遷移率比銦含量低的氧化物半導(dǎo)體高。

另一方面，氧化物半導(dǎo)體的銦含量及鋅含量變低時(shí)，載流子遷移率變低。因此，當(dāng)原子數(shù)比為[in]:[m]:[zn]＝0:1:0或接近[in]:[m]:[zn]＝0:1:0時(shí)(例如，圖47c中的區(qū)域c)，絕緣性變高。

因此，本發(fā)明的一個(gè)方式的氧化物半導(dǎo)體優(yōu)選具有圖47a的以區(qū)域a表示的原子數(shù)比，此時(shí)該氧化物半導(dǎo)體易具有載流子遷移率高且晶界少的層狀結(jié)構(gòu)。

圖47b中的區(qū)域b示出[in]:[m]:[zn]＝4:2:3或4:2:4.1的原子數(shù)比及其附近值。附近值例如包含[in]:[m]:[zn]＝5:3:4的原子數(shù)比。具有以區(qū)域b表示的原子數(shù)比的氧化物半導(dǎo)體尤其具有高結(jié)晶性及優(yōu)異的載流子遷移率。

注意，氧化物半導(dǎo)體形成層狀結(jié)構(gòu)的條件不是僅由原子數(shù)比決定的。根據(jù)原子數(shù)比，形成層狀結(jié)構(gòu)的難易度不同。即使在原子數(shù)比相同的情況下，根據(jù)形成條件，有時(shí)具有層狀結(jié)構(gòu)，有時(shí)不具有層狀結(jié)構(gòu)。因此，圖示的區(qū)域是表示氧化物半導(dǎo)體具有層狀結(jié)構(gòu)時(shí)的原子數(shù)比的區(qū)域，區(qū)域a至區(qū)域c的邊界不嚴(yán)格。

在此，說(shuō)明將上述氧化物半導(dǎo)體用于晶體管的情況。

通過(guò)將上述氧化物半導(dǎo)體用于晶體管，可以減少晶界中的載流子散射等，因此可以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)效應(yīng)遷移率高的晶體管。另外，可以實(shí)現(xiàn)可靠性高的晶體管。

另外,優(yōu)選將載流子密度低的氧化物半導(dǎo)體用于晶體管。例如,氧化物半導(dǎo)體的載流子密度可以低于8×10¹¹/cm³,優(yōu)選低于1×10¹¹/cm³,更優(yōu)選低于1×10¹⁰/cm³且為1×10^-9/cm³以上。

因?yàn)楦呒兌缺菊骰驅(qū)嵸|(zhì)上高純度本征的氧化物半導(dǎo)體的載流子發(fā)生源較少，所以有可能降低載流子密度。另外，因?yàn)楦呒兌缺菊骰驅(qū)嵸|(zhì)上高純度本征的氧化物半導(dǎo)體具有較低的缺陷態(tài)密度，所以有可能具有較低的陷阱態(tài)密度。

此外，被氧化物半導(dǎo)體的陷阱能級(jí)俘獲的電荷到消失需要較長(zhǎng)的時(shí)間，有時(shí)像固定電荷那樣動(dòng)作。因此，有時(shí)在陷阱態(tài)密度高的氧化物半導(dǎo)體中形成有溝道區(qū)域的晶體管的電特性不穩(wěn)定。

因此，為了使晶體管的電特性穩(wěn)定，降低氧化物半導(dǎo)體中的雜質(zhì)濃度是有效的。為了降低氧化物半導(dǎo)體中的雜質(zhì)濃度，優(yōu)選還降低附近膜中的雜質(zhì)濃度。作為雜質(zhì)有氫、氮、堿金屬、堿土金屬、鐵、鎳、硅等。

在此，說(shuō)明氧化物半導(dǎo)體中的各雜質(zhì)的影響。

在氧化物半導(dǎo)體包含第14族元素之一的硅或碳時(shí)，氧化物半導(dǎo)體中形成缺陷能級(jí)。因此，以具有如下區(qū)域的方式形成氧化物半導(dǎo)體：氧化物半導(dǎo)體中或氧化物半導(dǎo)體的界面附近的硅或碳的濃度(通過(guò)二次離子質(zhì)譜分析法(sims：secondaryionmassspectrometry)測(cè)得的濃度)被控制為2×10¹⁸atoms/cm³以下，優(yōu)選為2×10¹⁷atoms/cm³以下。

另外，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體包含堿金屬或堿土金屬時(shí)，有時(shí)形成缺陷能級(jí)而形成載流子。因此，使用包含堿金屬或堿土金屬的氧化物半導(dǎo)體的晶體管容易具有常開(kāi)啟特性。由此，優(yōu)選降低氧化物半導(dǎo)體中的堿金屬或堿土金屬的濃度。具體而言，以具有如下區(qū)域的方式形成氧化物半導(dǎo)體：利用sims分析測(cè)得的堿金屬或堿土金屬的濃度被控制為1×10¹⁸atoms/cm³以下，優(yōu)選為2×10¹⁶atoms/cm³以下。

當(dāng)氧化物半導(dǎo)體包含氮時(shí)，產(chǎn)生作為載流子的電子，并載流子密度增加，而氧化物半導(dǎo)體容易被n型化。其結(jié)果，將含有氮的氧化物半導(dǎo)體用于半導(dǎo)體的晶體管容易具有常開(kāi)啟型特性。因此，優(yōu)選盡可能地減少氧化物半導(dǎo)體中的氮，例如，以具有如下區(qū)域的方式形成氧化物半導(dǎo)體：利用sims分析測(cè)得的氮濃度被控制為小于5×10¹⁹atoms/cm³，優(yōu)選為5×10¹⁸atoms/cm³以下，更優(yōu)選為1×10¹⁸atoms/cm³以下，進(jìn)一步優(yōu)選為5×10¹⁷atoms/cm³以下。

包含在氧化物半導(dǎo)體中的氫與鍵合于金屬原子的氧起反應(yīng)生成水，因此有時(shí)形成氧缺陷。當(dāng)氫進(jìn)入該氧缺陷時(shí)，有時(shí)產(chǎn)生作為載流子的電子。另外，有時(shí)由于氫的一部分與鍵合于金屬原子的氧鍵合，產(chǎn)生作為載流子的電子。因此，使用包含氫的氧化物半導(dǎo)體的晶體管容易具有常開(kāi)啟特性。由此，優(yōu)選盡可能減少氧化物半導(dǎo)體中的氫。具體而言，以具有如下區(qū)域的方式形成氧化物半導(dǎo)體：利用sims分析測(cè)得的氫濃度控制為低于1×10²⁰atoms/cm³，優(yōu)選低于1×10¹⁹atoms/cm³，更優(yōu)選低于5×10¹⁸atoms/cm³，進(jìn)一步優(yōu)選低于1×10¹⁸atoms/cm³。

通過(guò)將雜質(zhì)被充分降低的氧化物半導(dǎo)體用于晶體管的溝道形成區(qū)域，可以使晶體管具有穩(wěn)定的電特性。此外，將上述被高純度化了的氧化物半導(dǎo)體用于溝道形成區(qū)域的晶體管的關(guān)態(tài)電流極小。例如，當(dāng)源極與漏極之間的電壓為0.1v、5v或10v左右時(shí)，可以使晶體管的每溝道寬度的關(guān)態(tài)電流降低到幾ya/μm至幾za/μm。

接著，對(duì)該氧化物半導(dǎo)體采用兩層結(jié)構(gòu)或三層結(jié)構(gòu)的情況進(jìn)行說(shuō)明。參照?qǐng)D49a和圖49b，對(duì)與氧化物半導(dǎo)體s1、氧化物半導(dǎo)體s2及氧化物半導(dǎo)體s3的疊層結(jié)構(gòu)接觸的絕緣體的帶圖及與氧化物半導(dǎo)體s2及氧化物半導(dǎo)體s3的疊層結(jié)構(gòu)接觸的絕緣體的帶圖進(jìn)行說(shuō)明。注意，氧化物半導(dǎo)體s1相當(dāng)于氧化物半導(dǎo)體層130a，氧化物半導(dǎo)體s2相當(dāng)于氧化物半導(dǎo)體層130b，并且氧化物半導(dǎo)體s3相當(dāng)于氧化物半導(dǎo)體層130c。

圖49a是包括絕緣體i1、氧化物半導(dǎo)體s1、氧化物半導(dǎo)體s2、氧化物半導(dǎo)體s3及絕緣體i2的疊層結(jié)構(gòu)的厚度方向上的能帶圖的一個(gè)例子。另外，圖49b是包括絕緣體i1、氧化物半導(dǎo)體s2、氧化物半導(dǎo)體s3及絕緣體i2的疊層結(jié)構(gòu)的厚度方向上的能帶圖的一個(gè)例子。注意，為了便于理解，能帶圖示出絕緣體i1、氧化物半導(dǎo)體s1、氧化物半導(dǎo)體s2、氧化物半導(dǎo)體s3及絕緣體i2的導(dǎo)帶底的能級(jí)(ec)。

優(yōu)選的是，氧化物半導(dǎo)體s1、氧化物半導(dǎo)體s3的導(dǎo)帶底的能級(jí)比氧化物半導(dǎo)體s2更靠近真空能級(jí)，典型的是，氧化物半導(dǎo)體s2的導(dǎo)帶底的能級(jí)與氧化物半導(dǎo)體s1、氧化物半導(dǎo)體s3的導(dǎo)帶底的能級(jí)的差為0.15ev以上、0.5ev以上且2ev以下或者1ev以下。就是說(shuō)，與氧化物半導(dǎo)體s1、氧化物半導(dǎo)體s3相比，氧化物半導(dǎo)體s2的電子親和勢(shì)大，氧化物半導(dǎo)體s1、氧化物半導(dǎo)體s3的電子親和勢(shì)與氧化物半導(dǎo)體s2的電子親和勢(shì)的差為0.15ev以上、0.5ev以上且2ev以下或者1ev以下。

如圖49a和圖49b所示，在氧化物半導(dǎo)體s1、氧化物半導(dǎo)體s2、氧化物半導(dǎo)體s3中，導(dǎo)帶底的能級(jí)平緩地變化。換言之，也可以將上述情況表達(dá)為導(dǎo)帶底的能級(jí)連續(xù)地變化或者連續(xù)地接合。為了實(shí)現(xiàn)這種能帶圖，優(yōu)選降低形成在氧化物半導(dǎo)體s1與氧化物半導(dǎo)體s2的界面或者氧化物半導(dǎo)體s2與氧化物半導(dǎo)體s3的界面的混合層的缺陷態(tài)密度。

具體而言，通過(guò)使氧化物半導(dǎo)體s1和氧化物半導(dǎo)體s2、氧化物半導(dǎo)體s2和氧化物半導(dǎo)體s3包含氧之外的共同元素(主要成分)，可以形成缺陷態(tài)密度低的混合層。例如，在氧化物半導(dǎo)體s2為in-ga-zn氧化物的情況下，作為氧化物半導(dǎo)體s1、氧化物半導(dǎo)體s3優(yōu)選使用in-ga-zn氧化物、ga-zn氧化物、氧化鎵等。

此時(shí)，氧化物半導(dǎo)體s2成為載流子的主要路徑。因?yàn)榭梢越档脱趸锇雽?dǎo)體s1與氧化物半導(dǎo)體s2的界面以及氧化物半導(dǎo)體s2與氧化物半導(dǎo)體s3的界面的缺陷態(tài)密度，所以界面散射對(duì)載流子傳導(dǎo)的影響小，從而可以得到大通態(tài)電流。

在電子被陷阱能級(jí)俘獲時(shí)，被俘獲的電子像固定電荷那樣動(dòng)作，導(dǎo)致晶體管的閾值電壓向正方向漂移。通過(guò)設(shè)置氧化物半導(dǎo)體s1、氧化物半導(dǎo)體s3，可以使陷阱能級(jí)遠(yuǎn)離氧化物半導(dǎo)體s2。通過(guò)采用該結(jié)構(gòu)，可以防止晶體管的閾值電壓向正方向漂移。

作為氧化物半導(dǎo)體s1、氧化物半導(dǎo)體s3，使用其導(dǎo)電率比氧化物半導(dǎo)體s2充分低的材料。此時(shí)，氧化物半導(dǎo)體s2、氧化物半導(dǎo)體s2與氧化物半導(dǎo)體s1的界面以及氧化物半導(dǎo)體s2與氧化物半導(dǎo)體s3的界面主要被用作溝道區(qū)域。例如，可以使用具有在圖47c中以絕緣性高的區(qū)域c表示的原子數(shù)比的氧化物半導(dǎo)體。

尤其是，當(dāng)作為氧化物半導(dǎo)體s2使用具有以區(qū)域a表示的原子數(shù)比的氧化物時(shí)，作為氧化物半導(dǎo)體s1及氧化物半導(dǎo)體s3優(yōu)選使用[m]/[in]的原子數(shù)比為1以上，優(yōu)選為2以上的氧化物半導(dǎo)體。另外，作為氧化物半導(dǎo)體s3，優(yōu)選使用能夠得到充分高的絕緣性的[m]/([zn]+[in])的原子數(shù)比為1以上的氧化物半導(dǎo)體。

本實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)可以與其他實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而使用。

實(shí)施方式5

以下，對(duì)可用于本發(fā)明的一個(gè)方式的氧化物半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。

在本說(shuō)明書(shū)中，“平行”是指兩條直線(xiàn)形成的角度為-10°以上且10°以下的狀態(tài)。因此，也包括該角度為-5°以上且5°以下的狀態(tài)。此外，“垂直”是指兩條直線(xiàn)的角度為80°以上且100°以下的狀態(tài)。因此，也包括該角度為85°以上且95°以下的狀態(tài)。

注意，在本說(shuō)明書(shū)中，六方晶系包括三方晶系和菱方晶系。

<氧化物半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)>

下面，對(duì)氧化物半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。

氧化物半導(dǎo)體被分為單晶氧化物半導(dǎo)體和非單晶氧化物半導(dǎo)體。作為非單晶氧化物半導(dǎo)體有caac-os(c-axis-alignedcrystallineoxidesemiconductor)、多晶氧化物半導(dǎo)體、nc-os(nanocrystallineoxidesemiconductor)、a-likeos(amorphous-likeoxidesemiconductor)及非晶氧化物半導(dǎo)體等。

從其他觀(guān)點(diǎn)看來(lái)，氧化物半導(dǎo)體被分為非晶氧化物半導(dǎo)體和結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體。作為結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體，有單晶氧化物半導(dǎo)體、caac-os、多晶氧化物半導(dǎo)體以及nc-os等。

一般而言，非晶結(jié)構(gòu)具有如下特征：具有各向同性而不具有不均勻結(jié)構(gòu)；處于亞穩(wěn)態(tài)且原子的配置沒(méi)有被固定化；鍵角不固定；具有短程有序性而不具有長(zhǎng)程有序性；等。

從相反的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，不能將穩(wěn)定的氧化物半導(dǎo)體稱(chēng)為完全非晶(completelyamorphous)氧化物半導(dǎo)體。另外，不能將不具有各向同性(例如，在微小區(qū)域中具有周期結(jié)構(gòu))的氧化物半導(dǎo)體稱(chēng)為完全非晶氧化物半導(dǎo)體。另一方面，a-likeos不具有各向同性但卻是具有空洞(void)的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。在不穩(wěn)定這一點(diǎn)上，a-likeos在物性上接近于非晶氧化物半導(dǎo)體。

〈caac-os〉

首先，說(shuō)明caac-os。

caac-os是包含多個(gè)c軸取向的結(jié)晶部(也稱(chēng)為顆粒)的氧化物半導(dǎo)體之一。

說(shuō)明使用x射線(xiàn)衍射(xrd：x-raydiffraction)裝置對(duì)caac-os進(jìn)行分析時(shí)的情況。例如，當(dāng)利用out-of-plane法分析包含分類(lèi)為空間群r-3m的ingazno4結(jié)晶的caac-os的結(jié)構(gòu)時(shí)，如圖50a所示，在衍射角(2θ)為31°附近出現(xiàn)峰值。由于該峰值來(lái)源于ingazno4結(jié)晶的(009)面，由此可確認(rèn)到在caac-os中結(jié)晶具有c軸取向性，并且c軸朝向大致垂直于形成caac-os的膜的面(也稱(chēng)為被形成面)或頂面的方向。注意，除了2θ為31°附近的峰值以外，有時(shí)在2θ為36°附近時(shí)也出現(xiàn)峰值。2θ為36°附近的峰值起因于分類(lèi)為空間群fd-3m的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。因此，優(yōu)選的是，在caac-os中不出現(xiàn)該峰值。

另一方面，當(dāng)利用從平行于被形成面的方向使x射線(xiàn)入射到樣品的in-plane法分析caac-os的結(jié)構(gòu)時(shí)，在2θ為56°附近出現(xiàn)峰值。該峰值來(lái)源于ingazno4結(jié)晶的(110)面。并且，即使將2θ固定為56°附近并在以樣品面的法線(xiàn)向量為軸(φ軸)旋轉(zhuǎn)樣品的條件下進(jìn)行分析(φ掃描)，也如圖50b所示的那樣觀(guān)察不到明確的峰值。另一方面，當(dāng)對(duì)單晶ingazno4將2θ固定為56°附近來(lái)進(jìn)行φ掃描時(shí)，如圖50c所示，觀(guān)察到來(lái)源于相等于(110)面的結(jié)晶面的六個(gè)峰值。因此，由使用xrd的結(jié)構(gòu)分析可以確認(rèn)到caac-os中的a軸和b軸的取向沒(méi)有規(guī)律性。

接著，說(shuō)明利用電子衍射分析的caac-os。例如，當(dāng)對(duì)包含ingazno4結(jié)晶的caac-os在平行于caac-os的被形成面的方向上入射束徑為300nm的電子束時(shí)，有可能出現(xiàn)圖50d所示的衍射圖案(也稱(chēng)為選區(qū)電子衍射圖案)。在該衍射圖案中包含起因于ingazno4結(jié)晶的(009)面的斑點(diǎn)。因此，電子衍射也示出caac-os所包含的顆粒具有c軸取向性，并且c軸朝向大致垂直于被形成面或頂面的方向。另一方面，圖50e示出對(duì)相同的樣品在垂直于樣品面的方向上入射束徑為300nm的電子束時(shí)的衍射圖案。從圖50e觀(guān)察到環(huán)狀的衍射圖案。因此，使用束徑為300nm的電子束的電子衍射也示出caac-os所包含的顆粒的a軸和b軸不具有取向性?？梢哉J(rèn)為圖50e中的第一環(huán)起因于ingazno4結(jié)晶的(010)面和(100)面等。另外，可以認(rèn)為圖50e中的第二環(huán)起因于(110)面等。

另外，在利用透射電子顯微鏡(tem：transmissionelectronmicroscope)觀(guān)察所獲取的caac-os的明視場(chǎng)圖像與衍射圖案的復(fù)合分析圖像(也稱(chēng)為高分辨率tem圖像)中，可以觀(guān)察到多個(gè)顆粒。然而，即使在高分辨率tem圖像中，有時(shí)也觀(guān)察不到顆粒與顆粒之間的明確的邊界，即晶界(grainboundary)。因此，可以說(shuō)在caac-os中，不容易發(fā)生起因于晶界的電子遷移率的降低。

圖51a示出從大致平行于樣品面的方向觀(guān)察所獲取的caac-os的截面的高分辨率tem圖像。利用球面像差校正(sphericalaberrationcorrector)功能得到高分辨率tem圖像。尤其將利用球面像差校正功能獲取的高分辨率tem圖像稱(chēng)為cs校正高分辨率tem圖像。例如可以使用日本電子株式會(huì)社制造的原子分辨率分析型電子顯微鏡jem-arm200f等觀(guān)察cs校正高分辨率tem圖像。

從圖51a可確認(rèn)到其中金屬原子排列為層狀的顆粒。并且可知一個(gè)顆粒的尺寸為1nm以上或者3nm以上。因此，也可以將顆粒稱(chēng)為納米晶(nc：nanocrystal)。另外，也可以將caac-os稱(chēng)為具有canc(c-axisalignednanocrystals：c軸取向納米晶)的氧化物半導(dǎo)體。顆粒反映caac-os的被形成面或頂面的凸凹并平行于caac-os的被形成面或頂面。

另外，圖51b及圖51c示出從大致垂直于樣品面的方向觀(guān)察所獲取的caac-os的平面的cs校正高分辨率tem圖像。圖51d及圖51e是通過(guò)對(duì)圖51b及圖51c進(jìn)行圖像處理得到的圖像。下面說(shuō)明圖像處理的方法。首先，通過(guò)對(duì)圖51b進(jìn)行快速傅里葉變換(fft：fastfouriertransform)處理，獲取fft圖像。接著，以保留所獲取的fft圖像中的離原點(diǎn)2.8nm^-1至5.0nm^-1的范圍的方式進(jìn)行掩模處理。接著，對(duì)經(jīng)過(guò)掩模處理的fft圖像進(jìn)行快速傅立葉逆變換(ifft：inversefastfouriertransform)處理而獲取經(jīng)過(guò)處理的圖像。將所獲取的圖像稱(chēng)為fft濾波圖像。fft濾波圖像是從cs校正高分辨率tem圖像中提取出周期分量的圖像，其示出晶格排列。

在圖51d中，以虛線(xiàn)示出晶格排列被打亂的部分。由虛線(xiàn)圍繞的區(qū)域是一個(gè)顆粒。并且，以虛線(xiàn)示出的部分是顆粒與顆粒的聯(lián)結(jié)部。虛線(xiàn)呈現(xiàn)六角形，由此可知顆粒為六角形。注意，顆粒的形狀并不局限于正六角形，不是正六角形的情況較多。

在圖51e中，以點(diǎn)線(xiàn)示出晶格排列一致的區(qū)域與其他晶格排列一致的區(qū)域之間的部分。在點(diǎn)線(xiàn)附近也無(wú)法確認(rèn)到明確的晶界。當(dāng)以點(diǎn)線(xiàn)附近的晶格點(diǎn)為中心周?chē)木Ц顸c(diǎn)相接時(shí)，可以形成畸變的六角形、五角形及/或七角形等。即，可知通過(guò)使晶格排列畸變，可抑制晶界的形成。這可能是由于caac-os可容許因如下原因而發(fā)生的畸變：在a-b面方向上的原子排列的低密度或因金屬元素被取代而使原子間的鍵合距離產(chǎn)生變化等。

如上所示，caac-os具有c軸取向性，其多個(gè)顆粒(納米晶)在a-b面方向上連結(jié)而結(jié)晶結(jié)構(gòu)具有畸變。因此，也可以將caac-os稱(chēng)為具有caacrystal(c-axis-aligneda-b-plane-anchoredcrystal)的氧化物半導(dǎo)體。

caac-os是結(jié)晶性高的氧化物半導(dǎo)體。氧化物半導(dǎo)體的結(jié)晶性有時(shí)因雜質(zhì)的混入或缺陷的生成等而降低，從相反的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，可以說(shuō)caac-os是雜質(zhì)或缺陷(氧缺陷等)少的氧化物半導(dǎo)體。

此外，雜質(zhì)是指氧化物半導(dǎo)體的主要成分以外的元素，諸如氫、碳、硅和過(guò)渡金屬元素等。例如，與氧的鍵合力比構(gòu)成氧化物半導(dǎo)體的金屬元素強(qiáng)的硅等元素會(huì)奪取氧化物半導(dǎo)體中的氧，由此打亂氧化物半導(dǎo)體的原子排列，導(dǎo)致結(jié)晶性下降。另外，由于鐵或鎳等重金屬、氬、二氧化碳等的原子半徑(或分子半徑)大，所以會(huì)打亂氧化物半導(dǎo)體的原子排列，導(dǎo)致結(jié)晶性下降。

當(dāng)氧化物半導(dǎo)體包含雜質(zhì)或缺陷時(shí)，其特性有時(shí)會(huì)因光或熱等發(fā)生變動(dòng)。例如，包含于氧化物半導(dǎo)體的雜質(zhì)有時(shí)會(huì)成為載流子陷阱或載流子發(fā)生源。例如，氧化物半導(dǎo)體中的氧缺陷有時(shí)會(huì)成為載流子陷阱或因俘獲氫而成為載流子發(fā)生源。

雜質(zhì)及氧缺陷少的caac-os是載流子密度低的氧化物半導(dǎo)體。具體而言，可以使用載流子密度小于8×10¹¹個(gè)/cm^-3，優(yōu)選小于1×10¹¹個(gè)/cm^-3，更優(yōu)選小于1×10¹⁰個(gè)/cm^-3，且是1×10^-9個(gè)/cm^-3以上的氧化物半導(dǎo)體。將這樣的氧化物半導(dǎo)體稱(chēng)為高純度本征或?qū)嵸|(zhì)上高純度本征的氧化物半導(dǎo)體。caac-os的雜質(zhì)濃度和缺陷態(tài)密度低。即，可以說(shuō)caac-os是具有穩(wěn)定特性的氧化物半導(dǎo)體。

<nc-os>

接著，對(duì)nc-os進(jìn)行說(shuō)明。

說(shuō)明使用xrd裝置對(duì)nc-os進(jìn)行分析的情況。例如，當(dāng)利用out-of-plane法分析nc-os的結(jié)構(gòu)時(shí)，不出現(xiàn)表示取向性的峰值。換言之，nc-os的結(jié)晶不具有取向性。

另外，例如，當(dāng)使包含ingazno4結(jié)晶的nc-os薄片化，并在平行于被形成面的方向上使束徑為50nm的電子束入射到厚度為34nm的區(qū)域時(shí)，觀(guān)察到如圖52a所示的環(huán)狀衍射圖案(納米束電子衍射圖案)。另外，圖52b示出將束徑為1nm的電子束入射到相同的樣品時(shí)的衍射圖案(納米束電子衍射圖案)。從圖52b觀(guān)察到環(huán)狀區(qū)域內(nèi)的多個(gè)斑點(diǎn)。因此，nc-os在入射束徑為50nm的電子束時(shí)觀(guān)察不到秩序性，但是在入射束徑為1nm的電子束時(shí)確認(rèn)到秩序性。

另外，當(dāng)使束徑為1nm的電子束入射到厚度小于10nm的區(qū)域時(shí)，如圖52c所示，有時(shí)觀(guān)察到斑點(diǎn)被配置為準(zhǔn)正六角形的電子衍射圖案。由此可知，nc-os在厚度小于10nm的范圍內(nèi)包含秩序性高的區(qū)域，即結(jié)晶。注意，因?yàn)榻Y(jié)晶朝向各種各樣的方向，所以也有觀(guān)察不到有規(guī)律性的電子衍射圖案的區(qū)域。

圖52d示出從大致平行于被形成面的方向觀(guān)察到的nc-os的截面的cs校正高分辨率tem圖像。在nc-os的高分辨率tem圖像中有如由輔助線(xiàn)所示的部分那樣能夠觀(guān)察到結(jié)晶部的區(qū)域和觀(guān)察不到明確的結(jié)晶部的區(qū)域。nc-os所包含的結(jié)晶部的尺寸為1nm以上且10nm以下，尤其大多為1nm以上且3nm以下。注意，有時(shí)將其結(jié)晶部的尺寸大于10nm且是100nm以下的氧化物半導(dǎo)體稱(chēng)為微晶氧化物半導(dǎo)體(microcrystallineoxidesemiconductor)。例如，在nc-os的高分辨率tem圖像中，有時(shí)無(wú)法明確地觀(guān)察到晶界。注意，納米晶的來(lái)源有可能與caac-os中的顆粒相同。因此，以下有時(shí)將nc-os的結(jié)晶部稱(chēng)為顆粒。

如此，在nc-os中，微小的區(qū)域(例如1nm以上且10nm以下的區(qū)域，特別是1nm以上且3nm以下的區(qū)域)中的原子排列具有周期性。另外，nc-os在不同的顆粒之間觀(guān)察不到結(jié)晶取向的規(guī)律性。因此，在膜整體中觀(guān)察不到取向性。所以，有時(shí)nc-os在某些分析方法中與a-likeos或非晶氧化物半導(dǎo)體沒(méi)有差別。

另外，由于在顆粒(納米晶)之間結(jié)晶取向沒(méi)有規(guī)律性，所以也可以將nc-os稱(chēng)為包含ranc(randomalignednanocrystals：無(wú)規(guī)取向納米晶)的氧化物半導(dǎo)體或包含nanc(non-alignednanocrystals：無(wú)取向納米晶)的氧化物半導(dǎo)體。

nc-os是規(guī)律性比非晶氧化物半導(dǎo)體高的氧化物半導(dǎo)體。因此，nc-os的缺陷態(tài)密度比a-likeos或非晶氧化物半導(dǎo)體低。但是，在nc-os中的不同的顆粒之間觀(guān)察不到晶體取向的規(guī)律性。所以，nc-os的缺陷態(tài)密度比caac-os高。

<a-likeos>

a-likeos是具有介于nc-os與非晶氧化物半導(dǎo)體之間的結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體。

圖53a和圖53b示出a-likeos的高分辨率截面tem圖像。圖53a示出電子照射開(kāi)始時(shí)的a-likeos的高分辨率截面tem圖像。圖53b示出照射4.3×10⁸e^-/nm²的電子(e^-)之后的a-likeos的高分辨率截面tem圖像。由圖53a和圖53b可知，a-likeos從電子照射開(kāi)始時(shí)被觀(guān)察到在縱向方向上延伸的條狀明亮區(qū)域。另外，可知明亮區(qū)域的形狀在照射電子之后變化。明亮區(qū)域被估計(jì)為空洞或低密度區(qū)域。

由于a-likeos包含空洞，所以其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。為了證明與caac-os及nc-os相比a-likeos具有不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，下面示出電子照射所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變化。

作為樣品，準(zhǔn)備a-likeos、nc-os和caac-os。每個(gè)樣品都是in-ga-zn氧化物。

首先，取得各樣品的高分辨率截面tem圖像。由高分辨率截面tem圖像可知，每個(gè)樣品都具有結(jié)晶部。

已知ingazno4結(jié)晶的單位晶格具有所包括的三個(gè)in-o層和六個(gè)ga-zn-o層共計(jì)九個(gè)層在c軸方向上以層狀層疊的結(jié)構(gòu)。這些彼此靠近的層之間的間隔與(009)面的晶格表面間隔(也稱(chēng)為d值)幾乎相等，由結(jié)晶結(jié)構(gòu)分析求出其值為0.29nm。由此，以下可以將晶格條紋的間隔為0.28nm以上且0.30nm以下的部分看作ingazno4結(jié)晶部。晶格條紋對(duì)應(yīng)于ingazno4結(jié)晶的a-b面。

圖54示出調(diào)查了各樣品的結(jié)晶部(22至30處)的平均尺寸的例子。注意，結(jié)晶部尺寸對(duì)應(yīng)于上述晶格條紋的長(zhǎng)度。由圖54可知，在a-likeos中，結(jié)晶部根據(jù)有關(guān)取得tem圖像等的電子的累積照射量逐漸變大。由圖54可知，在利用tem的觀(guān)察初期尺寸為1.2nm左右的結(jié)晶部(也稱(chēng)為初始晶核)在電子(e^-)的累積照射量為4.2×10⁸e^-/nm²時(shí)生長(zhǎng)到1.9nm左右。另一方面，可知nc-os和caac-os在開(kāi)始電子照射時(shí)到電子的累積照射量為4.2×10⁸e^-/nm²的范圍內(nèi)，結(jié)晶部的尺寸都沒(méi)有變化。由圖54可知，無(wú)論電子的累積照射量如何，nc-os及caac-os的結(jié)晶部尺寸分別為1.3nm左右及1.8nm左右。此外，使用日立透射電子顯微鏡h-9000nar進(jìn)行電子束照射及tem的觀(guān)察。作為電子束照射條件，加速電壓為300kv；電流密度為6.7×10⁵e^-/(nm²·s)；照射區(qū)域的直徑為230nm。

如此，有時(shí)電子照射引起a-likeos中的結(jié)晶部的生長(zhǎng)。另一方面，在nc-os和caac-os中，幾乎沒(méi)有電子照射所引起的結(jié)晶部的生長(zhǎng)。也就是說(shuō)，a-likeos與caac-os及nc-os相比具有不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

此外，由于a-likeos包含空洞，所以其密度比nc-os及caac-os低。具體地，a-likeos的密度為具有相同組成的單晶氧化物半導(dǎo)體的78.6％以上且小于92.3％。nc-os的密度及caac-os的密度為具有相同組成的單晶氧化物半導(dǎo)體的92.3％以上且小于100％。注意，難以形成其密度小于單晶氧化物半導(dǎo)體的密度的78％的氧化物半導(dǎo)體。

例如，在原子數(shù)比滿(mǎn)足in:ga:zn＝1:1:1的氧化物半導(dǎo)體中，具有菱方晶系結(jié)構(gòu)的單晶ingazno4的密度為6.357g/cm³。因此，例如，在原子數(shù)比滿(mǎn)足in:ga:zn＝1:1:1的氧化物半導(dǎo)體中，a-likeos的密度為5.0g/cm³以上且小于5.9g/cm³。另外，例如，在原子數(shù)比滿(mǎn)足in:ga:zn＝1:1:1的氧化物半導(dǎo)體中，nc-os的密度和caac-os的密度為5.9g/cm³以上且小于6.3g/cm³。

注意，當(dāng)不存在相同組成的單晶氧化物半導(dǎo)體時(shí)，通過(guò)以任意比例組合組成不同的單晶氧化物半導(dǎo)體，可以估計(jì)出相當(dāng)于所希望的組成的單晶氧化物半導(dǎo)體的密度。根據(jù)組成不同的單晶氧化物半導(dǎo)體的組合比例使用加權(quán)平均估計(jì)出相當(dāng)于所希望的組成的單晶氧化物半導(dǎo)體的密度即可。注意，優(yōu)選盡可能減少所組合的單晶氧化物半導(dǎo)體的種類(lèi)來(lái)估計(jì)密度。

如上所述，氧化物半導(dǎo)體具有各種結(jié)構(gòu)及各種特性。注意，氧化物半導(dǎo)體例如可以是包括非晶氧化物半導(dǎo)體、a-likeos、nc-os和caac-os中的兩種以上的疊層膜。

本實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)可以與其他實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)施。

實(shí)施方式6

在本實(shí)施方式中，對(duì)容納圖像傳感器芯片的封裝及相機(jī)模塊的一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明。可以將本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置的結(jié)構(gòu)用于該圖像傳感器芯片。

圖55a是容納圖像傳感器芯片的封裝的頂面一側(cè)的外觀(guān)透視圖。該封裝包括固定圖像傳感器芯片850的封裝襯底810、玻璃蓋板820以及粘合兩者的粘合劑830等。

圖55b是該封裝的底面一側(cè)的外觀(guān)透視圖。封裝的底面有以焊球?yàn)橥箟K(bump)840的bga(ballgridarray：球柵陣列)結(jié)構(gòu)。但是，不局限于bga結(jié)構(gòu)，還可以采用lga(landgridarray：地柵陣列)或pga(pingridarray：針柵陣列)等結(jié)構(gòu)。

圖55c是省略玻璃蓋板820及粘合劑830的一部分的封裝的透視圖，圖55d是該封裝的截面圖。在封裝襯底810上形成有盤(pán)狀電極860，盤(pán)狀電極860通過(guò)通孔880及焊盤(pán)885與凸塊840電連接。盤(pán)狀電極860通過(guò)線(xiàn)870與圖像傳感器芯片850所具有的電極電連接。

另外，圖56a是相機(jī)模塊的頂面一側(cè)的外觀(guān)透視圖，其模塊中將圖像傳感器芯片容納于透鏡一體型的封裝中。該相機(jī)模塊包括固定圖像傳感器芯片851的封裝襯底811、透鏡蓋板821及透鏡835等。另外，在封裝襯底811與圖像傳感器芯片851之間也設(shè)置有具有攝像裝置的驅(qū)動(dòng)電路及信號(hào)轉(zhuǎn)換電路等功能的ic芯片890。封由此，形成sip(systeminpackage：系統(tǒng)封裝)。

圖56b是該相機(jī)模塊的底面一側(cè)的外觀(guān)透視圖。在封裝襯底811的底面及其四個(gè)側(cè)面上具有用來(lái)安裝的焊盤(pán)841的qfn(quadflatno-leadpackage：四側(cè)無(wú)引腳扁平封裝)的結(jié)構(gòu)。另外，該結(jié)構(gòu)為一個(gè)例子，也可以采用qfp(quadflatpackage：四側(cè)引腳扁平封裝)及上述bga等。

圖56c是省略透鏡蓋板821及透鏡835的一部分的模塊的透視圖，圖56d是該相機(jī)模塊的截面圖。將焊盤(pán)841的一部分用作盤(pán)狀電極861，盤(pán)狀電極861通過(guò)線(xiàn)871與圖像傳感器芯片851及ic芯片890所包括的電極電連接。

通過(guò)將圖像傳感器芯片容納于上述方式的封裝中，可以容易實(shí)現(xiàn)安裝于印刷電路板等，將圖像傳感器芯片安裝在各種半導(dǎo)體裝置及電子設(shè)備中。

本實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)可以與其他實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)施。

實(shí)施方式7

作為可以使用本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置及包含該攝像裝置的半導(dǎo)體裝置的電子設(shè)備，可以舉出顯示裝置、個(gè)人計(jì)算機(jī)、具備記錄媒體的圖像存儲(chǔ)裝置及圖像再現(xiàn)裝置、移動(dòng)電話(huà)、包括便攜式的游戲機(jī)、便攜式數(shù)據(jù)終端、電子書(shū)閱讀器、拍攝裝置諸如視頻攝像機(jī)或數(shù)碼相機(jī)等、護(hù)目鏡型顯示器(頭戴式顯示器)、導(dǎo)航系統(tǒng)、音頻再現(xiàn)裝置(汽車(chē)音響系統(tǒng)、數(shù)字音頻播放器等)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、打印機(jī)、多功能打印機(jī)、自動(dòng)柜員機(jī)(atm)以及自動(dòng)售貨機(jī)等。圖57a至圖57f示出這些電子設(shè)備的具體例子。

圖57a是監(jiān)控?cái)z像機(jī)，該監(jiān)控?cái)z像機(jī)包括外殼951、透鏡952及支撐部953等。作為在該監(jiān)控?cái)z像機(jī)中用來(lái)取得圖像的構(gòu)件中的一個(gè)，可以具備本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置。注意，“監(jiān)控?cái)z像機(jī)”是一般名稱(chēng)，不局限于其用途。例如，具有監(jiān)控?cái)z像機(jī)的功能的裝置被稱(chēng)為攝影機(jī)或視頻攝像機(jī)。

圖57b是視頻攝像機(jī)，該視頻攝像機(jī)包括第一外殼971、第二外殼972、顯示部973、操作鍵974、透鏡975、連接部976等。操作鍵974及透鏡975設(shè)置在第一外殼971中，顯示部973設(shè)置在第二外殼972中。作為在該視頻攝像機(jī)中用來(lái)取得圖像的構(gòu)件中的一個(gè)，可以具備本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置。

圖57c是數(shù)碼相機(jī)，該數(shù)碼相機(jī)包括外殼961、快門(mén)按鈕962、麥克風(fēng)963、發(fā)光部967以及透鏡965等。作為在該數(shù)碼相機(jī)中用來(lái)取得圖像的構(gòu)件中的一個(gè)，可以具備本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置。

圖57d是手表型信息終端，該手表型信息終端包括外殼931、顯示部932、腕帶933、操作按鈕935、表冠936以及相機(jī)939等。顯示部932也可以為觸摸面板。作為在該信息終端中用來(lái)取得圖像的構(gòu)件中的一個(gè)，可以具備本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置。

圖57e是便攜式游戲機(jī)，該便攜式游戲機(jī)包括外殼901、外殼902、顯示部903、顯示部904、麥克風(fēng)905、揚(yáng)聲器906、操作鍵907、觸屏筆908以及相機(jī)909等。注意，雖然圖57e所示的便攜式游戲機(jī)包括兩個(gè)顯示部903和顯示部904，但是便攜式游戲機(jī)所包括的顯示部的個(gè)數(shù)不限于此。作為在該便攜式游戲機(jī)中用來(lái)取得圖像的構(gòu)件中的一個(gè)，可以具備本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置。

圖57f是便攜式數(shù)據(jù)終端，該便攜式數(shù)據(jù)終端包括外殼911、顯示部912、相機(jī)919等。通過(guò)顯示部912所具有的觸摸面板功能可以輸入且輸出信息。作為在該便攜式數(shù)據(jù)終端中用來(lái)取得圖像的構(gòu)件中的一個(gè)，可以具備本發(fā)明的一個(gè)方式的攝像裝置。

本實(shí)施方式可以與本說(shuō)明書(shū)所示的其他實(shí)施方式適當(dāng)?shù)亟M合。

符號(hào)說(shuō)明

20像素

20a像素

20b像素

20c像素

20d像素

21像素區(qū)塊

21a像素區(qū)塊

21b像素區(qū)塊

21c像素區(qū)塊

22電路

23電路

24電路

25電路

26像素陣列

27比較器電路

29計(jì)數(shù)電路

35襯底

41晶體管

42晶體管

43晶體管

44晶體管

45晶體管

46晶體管

51晶體管

52晶體管

53晶體管

61布線(xiàn)

61a布線(xiàn)

61b布線(xiàn)

61c布線(xiàn)

61d布線(xiàn)

62布線(xiàn)

63布線(xiàn)

64布線(xiàn)

65布線(xiàn)

71布線(xiàn)

71a導(dǎo)電層

71b導(dǎo)電層

72布線(xiàn)

73布線(xiàn)

74布線(xiàn)

75布線(xiàn)

77布線(xiàn)

78布線(xiàn)

80絕緣層

81導(dǎo)電體

82絕緣層

82a絕緣層

82b絕緣層

83絕緣層

88布線(xiàn)

91布線(xiàn)

92布線(xiàn)

93布線(xiàn)

101晶體管

102晶體管

103晶體管

104晶體管

105晶體管

106晶體管

107晶體管

108晶體管

109晶體管

110晶體管

111晶體管

112晶體管

113晶體管

115襯底

120絕緣層

130氧化物半導(dǎo)體層

130a氧化物半導(dǎo)體層

130b氧化物半導(dǎo)體層

130c氧化物半導(dǎo)體層

140導(dǎo)電層

141導(dǎo)電層

142導(dǎo)電層

150導(dǎo)電層

151導(dǎo)電層

152導(dǎo)電層

160絕緣層

170導(dǎo)電層

171導(dǎo)電層

172導(dǎo)電層

173導(dǎo)電層

175絕緣層

180絕緣層

190絕緣層

231區(qū)域

232區(qū)域

233區(qū)域

331區(qū)域

332區(qū)域

333區(qū)域

334區(qū)域

335區(qū)域

561光電轉(zhuǎn)換層

562透光導(dǎo)電層

563半導(dǎo)體層

564半導(dǎo)體層

565半導(dǎo)體層

566電極

566a導(dǎo)電層

566b導(dǎo)電層

567分隔壁

568空穴注入阻擋層

569電子注入阻擋層

600硅襯底

610晶體管

620晶體管

650活性層

660硅襯底

810封裝襯底

811封裝襯底

820玻璃蓋板

821透鏡蓋板

830粘合劑

835透鏡

840凸塊

841焊盤(pán)

850圖像傳感器芯片

851圖像傳感器芯片

860盤(pán)狀電極

861盤(pán)狀電極

870線(xiàn)

871線(xiàn)

880通孔

885焊盤(pán)

890ic芯片

901外殼

902外殼

903顯示部

904顯示部

905麥克風(fēng)

906揚(yáng)聲器

907操作鍵

908觸屏筆

909相機(jī)

911外殼

912顯示部

919相機(jī)

931外殼

932顯示部

933腕帶

935按鈕

936表冠

939相機(jī)

951外殼

952透鏡

953支撐部

961外殼

962快門(mén)按鈕

963麥克風(fēng)

965透鏡

967發(fā)光部

971外殼

972外殼

973顯示部

974操作鍵

975透鏡

976連接部

1100層

1200層

1400層

1500衍射光柵

1600層

2500絕緣層

2510遮光層

2520有機(jī)樹(shù)脂層

2530濾色片

2530a濾色片

2530b濾色片

2530c濾色片

2540微透鏡陣列

2550光學(xué)轉(zhuǎn)換層

2560絕緣層