(57)【要約】【課題】遅滞無く乗員を保護することが可能な乗員保護装置を提供する。【解決手段】撮像装置で撮像された画像を解析して、自車に接近する物体があるかを判断する。当該物体と自車が衝突不可避と判断した場合は、衝突以前にエアバッグ装置を起動することで、遅滞無く乗員を保護することができる。撮像装置の受光素子にセレンを用いることで、低照度下においても正確な画像を得ることができる。グローバルシャッタ方式で撮像することで、歪みの少ない正確な画像を得ることができる。よって、より正確な画像解析が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に配置された複数の画素を有する画素部と、
前記複数の画素から読み出されたデータをアナログデジタル変換する機能を有する駆動回路と、
を有する撮像装置であって、
前記複数の画素は、受光素子と、第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタを介して前記受光素子のカソードと電気的に接続される容量素子と、をそれぞれ有し、
前記駆動回路は、第２のトランジスタを有し、
前記第２のトランジスタは、前記第１のトランジスタ、前記容量素子、及び前記受光素子とは異なる層に配置され、
前記第１のトランジスタ、及び前記容量素子は、前記受光素子のアノードと重なる領域を有する撮像装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記容量素子の第１の電極は、前記第１のトランジスタを介して前記受光素子のカソードと電気的に接続され、
前記容量素子の第２の電極は、前記受光素子のアノードと電気的に接続される撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、乗員保護装置に関する。または、本発明の一態様は、乗員保護装置の動作方法に関する。
【０００２】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の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。
【０００３】
本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうるもの全般を指す。よって、トランジスタやダイオードなどの半導体素子や半導体回路は半導体装置である。また、表示装置、発光装置、照明装置、電気光学装置、撮像装置、および電子機器などは、半導体素子や半導体回路を含む場合がある。よって、表示装置、発光装置、照明装置、電気光学装置、撮像装置、および電子機器なども半導体装置を有する場合がある。
【背景技術】
【０００４】
近年、車両衝突時の衝撃から乗員を保護するエアバッグ装置の実用化が進んでいる。エアバッグ装置は、一般に、車両の衝突を加速度センサで感知してガス供給装置（インフレータ）を動作させ、インフレータから急激に発生したガスによりエアバッグを膨らませて、乗員を保護する機能を有する。
【０００５】
エアバッグ装置は、運転手の保護を目的とするステアリングホイール搭載型やインストルメントパネル搭載型などの他に、助手席乗員の保護を目的とする助手席エアバッグ、後部座席乗員の保護を目的とする後部座席用エアバッグなどが知られている。また、側面衝突時の衝撃から乗員を保護するサイドエアバッグや、天井側に展開するエアバッグや、シートベルトにエアバッグを内蔵したエアベルトなども知られている。
【０００６】
また、乗員の体格、乗員とエアバッグの相対位置、シートベルトの着用状態、チャイルドシートの装着状態などを検出して、エアバッグ展開の有無、展開状態、展開方法などを決定する、所謂「スマートエアバッグ」の実用化も進んでいる。
【０００７】
特許文献１には、側面衝突用エアバッグ装置（サイドエアバッグ）において、ドアの開閉による加速度センサの誤動作を防ぐため、電磁波や超音波を用いて衝突を予知するエアバッグ装置が開示されている。また、特許文献２には、イメージセンサで撮像した衝突予想対象から衝突時の衝撃力を推定し、エアバッグ装置の作動開始タイミングやエアバッグ内の圧力を最適化する技術思想が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−３４５５５６号公報
【特許文献２】特開２００３−１８２５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の電磁波や超音波を用いた衝突予知は、衝突予想対象と車両の距離が分かるのみで衝突予想対象そのものの推定ができないため、衝突時に生じる衝撃力の推定が困難である。特許文献２に開示された方法では、特に夜間などの低照度下での撮像が既存のイメージセンサ（撮像装置）では難しいため、衝突予知の精度が低下する。また、車両走行時は、進行方向の正面方向や背面方向の外景と比較して、側面方向の外景は高速で変化する。よって、車両走行時に撮像した側面方向の画像は歪み易く画像解析が難しい。このため、特許文献２に開示された方法を、特に側面からの衝突予知に用いると、衝突予知の精度が低下するという問題がある。
【００１０】
本発明の一態様は、車両衝突時に生じる衝撃から、乗員を遅滞無く保護することが可能な乗員保護装置などを提供することを課題の一つとする。または、夜間などの低照度下においても正確に動作可能な乗員保護装置などを提供することを課題の一つとする。または、車両走行時においても正確に動作可能な乗員保護装置などを提供することを課題の一つとする。または、安全な乗員保護が可能な乗員保護装置などを提供することを課題の一つとする。または、新規な乗員保護装置などを提供することを課題の一つとする。
【００１１】
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様は、撮像装置と、制御装置と、エアバッグ装置と、を有する乗員保護装置であって、撮像装置は、セレンを含む受光素子と、酸化物半導体を有するトランジスタと、を有し、制御装置は、撮像装置で撮像した画像を用いて衝突を予知する手段と、エアバッグ装置を起動する手段と、を有する乗員保護装置である。
【００１３】
本発明の一態様は、撮像装置と、制御装置と、エアバッグ装置と、を有する乗員保護装置であって、撮像装置は、セレンを含む受光素子と、酸化物半導体を有するトランジスタと、を有し、制御装置は、撮像装置で撮像した画像を用いて衝突を予知する手段と、予知にもとづいて衝突以前にエアバッグ装置を起動する手段と、を有する乗員保護装置である。
【００１４】
本発明の一態様の乗員保護装置において、撮像装置は複数個用いることが好ましい。また、撮像装置は、グローバルシャッタ方式で動作することが好ましい。また、酸化物半導体は、少なくともＩｎまたはＺｎの一方を含むことが好ましい。
【００１５】
なお、本発明の一態様は、自動車、バスなどの車両に限らず、あらゆる移動体に適用できる。例えば、電車や機関車などの鉄道車両、クレーン車やブルドーザーなどの土木作業用車両、有人ロボット、飛行機やヘリコプターなどの航空機、船舶、潜水艦、宇宙船などの、様々な移動体に適用することができる。
【発明の効果】
【００１６】
車両衝突時に生じる衝撃から、乗員を遅滞無く保護することが可能な乗員保護装置などを提供することができる。または、夜間などの低照度下においても正確に動作可能な乗員保護装置などを提供することができる。または、車両走行時においても正確に動作可能な乗員保護装置などを提供することができる。または、安全な乗員保護が可能な乗員保護装置を提供することができる。または、新規な乗員保護装置などを提供することができる。
【００１７】
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、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、これら以外の効果を抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】車両１００を説明する図。
【図２】本発明の一態様の乗員保護装置を説明するブロック図。
【図３】撮像装置の配置例を説明する図。
【図４】乗員保護装置の動作例を説明するフローチャート。
【図５】乗員保護装置の動作例を説明するフローチャート。
【図６】乗員保護装置の動作例を説明する図。
【図７】乗員保護装置の動作例を説明する図。
【図８】乗員保護装置の動作例を説明する図。
【図９】乗員保護装置の動作例を説明する図。
【図１０】乗員保護装置の動作例を説明する図。
【図１１】乗員保護装置の動作例を説明する図。
【図１２】乗員保護装置の動作例を説明する図。
【図１３】乗員保護装置の動作例を説明する図。
【図１４】乗員保護装置の動作例を説明する図。
【図１５】乗員保護装置の動作例を説明する図。
【図１６】乗員保護装置の動作例を説明する図。
【図１７】乗員保護装置の動作例を説明する図。
【図１８】撮像装置の構成例を説明する図。
【図１９】周辺回路の構成例を説明する図。
【図２０】撮像装置の構成例を説明する図。
【図２１】回路構成の一例を説明する図。
【図２２】撮像装置の構成例を説明する図。
【図２３】トランジスタおよび容量素子の一例を説明する図。
【図２４】エネルギーバンド構造を説明する図。
【図２５】トランジスタの一例を説明する図。
【図２６】撮像装置の構成例を説明する図。
【図２７】撮像装置の構成例を説明する図。
【図２８】撮像装置の構成例を説明する図。
【図２９】光電変換素子の接続形態を説明する断面図。
【図３０】湾曲した撮像装置の一例を説明する図。
【図３１】トランジスタの一例を説明する図。
【図３２】トランジスタの一例を説明する図。
【図３３】トランジスタの一例を説明する図。
【図３４】トランジスタの一例を説明する図。
【図３５】トランジスタの一例を説明する図。
【図３６】トランジスタの一例を説明する図。
【図３７】エネルギーバンド構造を説明する図。
【図３８】ＣＡＡＣ−ＯＳの断面におけるＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像、およびＣＡＡＣ−ＯＳの断面模式図。
【図３９】ＣＡＡＣ−ＯＳの平面におけるＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像。
【図４０】ＣＡＡＣ−ＯＳおよび単結晶酸化物半導体のＸＲＤによる構造解析を説明する図。
【図４１】ＣＡＡＣ−ＯＳの電子回折パターンを示す図。
【図４２】Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の電子照射による結晶部の変化を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２０】
本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、または領域は、発明を明瞭化するために誇張または省略されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。また、上面図（「平面図」ともいう。）や斜視図などにおいて、図面をわかりやすくするために、一部の構成要素の記載を省略する場合がある。また、一部の隠れ線などの記載を省略する場合がある。
【００２１】
本明細書等における「第１」、「第２」などの序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、工程順または積層順など、なんらかの順番や順位を示すものではない。また、本明細書等において序数詞が付されていない用語であっても、構成要素の混同を避けるため、特許請求の範囲において序数詞が付される場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲において異なる序数詞が付される場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲などにおいて序数詞を省略する場合がある。
【００２２】
また、本明細書等において、ＸとＹとが接続されている、と明示的に記載されている場合は、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。
【００２３】
また、本明細書等において、「平行」とは、例えば、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「垂直」および「直交」とは、例えば、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。従って、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。
【００２４】
なお、本明細書等において、計数値および計量値に関して「同一」、「同じ」、「等しい」または「均一」（これらの同意語を含む）などと言う場合は、明示されている場合を除き、プラスマイナス２０％の誤差を含むものとする。
【００２５】
また、本明細書等において、高電源電位ＶＤＤ（以下、単に「ＶＤＤ」または「Ｈ電位」ともいう）とは、低電源電位ＶＳＳよりも高い電位の電源電位を示す。また、低電源電位ＶＳＳ（以下、単に「ＶＳＳ」または「Ｌ電位」ともいう）とは、高電源電位ＶＤＤよりも低い電位の電源電位を示す。また、接地電位をＶＤＤまたはＶＳＳとして用いることもできる。例えばＶＤＤが接地電位の場合には、ＶＳＳは接地電位より低い電位であり、ＶＳＳが接地電位の場合には、ＶＤＤは接地電位より高い電位である。
【００２６】
なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、または、状況に応じて、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。
【００２７】
また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。
【００２８】
（実施の形態１）
本発明の一態様の乗員保護装置１１０について、図面を参照して説明する。図１（Ａ）は、乗員保護装置１１０を有する車両１００の外観を示す斜視図である。図１（Ｂ）は、車両１００の上面図である。なお、図面をわかりやすくするため、図１（Ｂ）などでは車両１００の構成要素の記載を一部省略している。図１（C）は、エアバッグ１０８が膨張した時の車両１００の上面図である。また、図２に乗員保護装置１１０のブロック図を示す。
【００２９】
≪車両１００および乗員保護装置１１０の構成例≫
車両１００は、前方に撮像装置１１１ａおよび撮像装置１１１ｂを有する。また、右側面に撮像装置１１２ａおよび撮像装置１１２ｂを有する。また、左側面に撮像装置１１３ａおよび撮像装置１１３ｂを有する。また、後方に撮像装置１１４ａおよび撮像装置１１４ｂを有する。
【００３０】
また、車両１００は、ステアリング１０１内にエアバッグ装置１３１を有し、ダッシュボード１０２にエアバッグ装置１３２を有する。また、ドア１０３ａ内にエアバッグ装置１３３ａを有し、ドア１０３ｂ内にエアバッグ装置１３３ｂを有する。また、ドア１０４ａ内にエアバッグ装置１３４ａを有し、ドア１０４ｂ内にエアバッグ装置１３４ｂを有する。また、車両１００は、制御装置１２０を有する。
【００３１】
乗員保護装置１１０は、前述した撮像装置、前述したエアバッグ装置、および制御装置１２０を含んで構成される。具体的には、撮像装置１１１ａ、撮像装置１１１ｂ、撮像装置１１２ａ、撮像装置１１２ｂ、撮像装置１１３ａ、撮像装置１１３ｂ、撮像装置１１４ａ、および撮像装置１１４ｂのそれぞれが制御装置１２０に接続され、エアバッグ装置１３１、エアバッグ装置１３２、エアバッグ装置１３３ａ、エアバッグ装置１３３ｂ、エアバッグ装置１３４ａ、およびエアバッグ装置１３４ｂのそれぞれが制御装置１２０に接続される（図２（Ａ）参照。）。
【００３２】
なお、各撮像装置および各エアバッグ装置と、制御装置１２０の接続は、有線接続方式であってもよいし、無線接続方式であってもよい。金属配線などを用いて直接接続する有線接続方式は、無線通信などを用いて接続する無線接続方式よりもノイズの影響を受けにくい。金属配線に換えて光ファイバーなどを用いてもよい。一方、無線接続方式を用いると、接続に用いる配線の使用量を減らすことができる。また、各撮像装置および各エアバッグ装置の設置自由度を高めることができる。よって、乗員保護装置１１０の設置を容易とすることができる。
【００３３】
また、制御装置１２０に、撮像装置以外のセンサ１１９を接続してもよい（図２（Ｂ）参照。）。センサ１１９としては、例えば、電磁波センサ、超音波センサ、赤外線センサ、または加速度センサなどがある。制御装置１２０に複数種類のセンサ１１９を接続してもよい。
【００３４】
撮像装置１１１ａと撮像装置１１１ｂは、それぞれ車両１００前方の外景を撮像する機能を有する。また、撮像装置１１２ａと撮像装置１１２ｂ、はそれぞれ車両１００右側の外景を撮像する機能を有する。また、撮像装置１１３ａと撮像装置１１３ｂ、はそれぞれ車両１００左側の外景を撮像する機能を有する。また、撮像装置１１４ａと撮像装置１１４ｂ、はそれぞれ車両１００後方の外景を撮像する機能を有する。
【００３５】
例えば、撮像装置１１２ａと撮像装置１１２ｂにより撮像された画像は制御装置１２０に送られ、制御装置１２０は、それぞれの画像を比較して、右側から車両１００に接近する物体の位置や速度などを判断する。よって、撮像装置１１２ａと撮像装置１１２ｂは、地上からの設置高さｈが等しいことが好ましい。また、撮像装置１１２ａと撮像装置１１２ｂの間の距離Ｌは、５０ｃｍ以上、好ましくは１ｍ以上、より好ましくは２ｍ以上とする。距離Ｌが長いほど、車両１００に接近する物体の位置や速度などの検出精度を高めることができる。上記事項は、撮像装置１１１ａと撮像装置１１１ｂ、撮像装置１１３ａと撮像装置１１３ｂ、撮像装置１１４ａと撮像装置１１４ｂについても同様である。
【００３６】
また、それぞれの撮像装置を車両１００のルーフ近傍に設置してもよい。撮像装置をより高い位置に設置することでより遠くまで撮像することができる。よって、車両１００に接近する物体を早く検出することができる。図３（Ａ）では、撮像装置１１１ａ、撮像装置１１１ｂ、撮像装置１１２ａ、および撮像装置１１２ｂを車両１００のルーフ近傍に設置する例を示している。
【００３７】
また、使用する撮像装置を増やすことで、車両１００に接近する物体の位置や速度などの検出精度をより高めることができる。図３（Ｂ）および図３（Ｃ）では、撮像装置１１１ａと撮像装置１１１ｂの間に撮像装置１１１ｃを設ける例と、撮像装置１１２ａと撮像装置１１２ｂの間に撮像装置１１２ｃを設ける例を示している。
【００３８】
本実施の形態では、一方向に対して複数の撮像装置を設ける例を示しているが、本発明の一態様はこれに限定されない。目的や使用方法によって、一方向に対して１つの撮像装置を設ける場合もありうる。
【００３９】
≪乗員保護装置１１０の動作例≫
次に、乗員保護装置１１０の動作例について、図面を参照して説明する。
【００４０】
図４に、乗員保護装置１１０の動作を説明するフローチャートを示す。まず、特定の方向を撮像する複数の撮像装置それぞれを用いて外景を撮像する（ステップＳ３１０）。撮像されたそれぞれの画像は制御装置１２０に送信される。制御装置１２０は、当該画像と距離Ｌから、三角測量法などを用いて三次元画像を合成する。（ステップＳ３２０）。制御装置１２０は、前回合成した三次元画像から車両１００に接近する物体があるか判断する（ステップＳ３３０）。車両１００に接近する物体がない場合はステップＳ３１０にもどり、新たな三次元画像を合成する。
【００４１】
車両１００に接近する物体がある場合は、当該物体を衝突予想対象と認定する。また、衝突予想対象の形状をデータベースと照合し、衝突予想対象の種別を特定する（ステップＳ３４０）。例えば、衝突予想対象が動物、人、二輪車、小型車両、大型車両、壁、電柱などのうち、どれであるかを特定する。衝突予想対象の種別により、衝突により衝突予想対象が車両１００に与える衝撃の大きさが異なる。なお、衝突予想対象の種別の特定は、三次元画像に、電磁波センサ、超音波センサ、および／または赤外線センサなどを組み合わせることで、より正確な特定が可能となる。
【００４２】
続いて、制御装置１２０は、先に特定した衝突予想対象の種別と相対速度から、衝突時の衝撃の大きさを推定する（ステップＳ３５０）。
【００４３】
続いて、制御装置１２０は、衝突予想対象と車両１００の距離および相対速度の変化から、衝突予想対象が車両１００に衝突するかしないかを判断する（ステップＳ３６０）。衝突する可能性が低いと判断した場合は、ステップＳ３１０に戻る。衝突する可能性が高いと判断した場合、制御装置１２０は、エアバッグ装置を起動する信号をエアバッグ装置に送信エアバッグ装置を動作させる（ステップＳ３７０）。
【００４４】
エアバッグ内の到達圧力は、先に推定した衝突時の衝撃の大きさに応じて決定する。エアバッグ内の圧力を適切に制御することにより、最適な乗員の保護を実現することができる。また、加速度センサなどを用いて衝突直後の衝撃を検出して、エアバッグ内の圧力を調節してもよい。また、衝突前からエアバッグ装置を起動できるため、乗員を遅滞無く保護することができる。
【００４５】
また、本発明の一態様によれば、エアバッグ装置の起動から衝突まで時間的な余裕が得られるため、衝突前はポンプなどの機械的方法によりエアバッグを膨張させ、衝突以降にインフレータにより急激にエアバッグを膨張させることもできる。
【００４６】
また、エアバッグ装置に複数のインフレータを設け、該インフレータを順次に動作させるなどして、エアバッグの圧力や膨張速度などを調節してもよい。エアバッグ装置に複数のインフレータを設ける場合、それぞれのインフレータの爆発力は同じでもよいし、異なっていてもよい。
【００４７】
エアバッグ装置に複数のインフレータを設けると、インフレータ１つ当たりの火薬使用量を低減することができるため、エアバッグ装置の動作による二次災害発生の可能性を低減することができる。また、インフレータ動作時の爆発音を低減できるため、乗員の心理的負担などの軽減も可能である。
【００４８】
また、エアバッグ装置に複数のインフレータを搭載することにより、１つのインフレータに不具合が生じても、他のインフレータによってエアバッグ装置を確実に動作させることができる。よって、エアバッグ装置の冗長性を高めることができる。すなわち、乗員保護装置の冗長性を高めることができる。本発明の一態様によれば、確実に動作し、信頼性の高い乗員保護装置を実現することができる。
【００４９】
また、前述の、衝突前にポンプなどの機械的方法によりエアバッグを膨張させる方法を用いると、直前で衝突が回避された場合やインフレータを動作させる必要がない程度の軽微な衝突の場合は、エアバッグを収納して再び使用することができる。インフレータを複数搭載したエアバッグ装置においても、エアバッグ装置の動作後に未使用のインフレータが残っている場合はエアバッグを収納して再び使用することができる。エアバッグ装置を交換する必要が無いため、車両１００の整備費用を低減することができる。
【００５０】
また、撮像装置を用いて衝突前に衝突時の衝撃の大きさを推定しておき、衝突を検出した後に、当該推定に応じた圧力や膨張速度などでエアバッグを膨張させてもよい。この時、複数のインフレータを同時に動作させてもよいし、連続して動作させてもよい。
【００５１】
この時の乗員保護装置１１０の動作を説明するフローチャートを図５に示す。図５のフローでは、ステップＳ３５０までは図４と同様に動作し、次に、衝突予想対象が車両１００に衝突したのか、していないのかを判断する（ステップＳ３６５）。衝突していないと判断した場合は、ステップＳ３１０に戻る。衝突したと判断した場合は、制御装置１２０は、エアバッグ装置を起動する信号をエアバッグ装置に送信し、エアバッグ装置を動作させる（ステップＳ３７０）。
【００５２】
〔動作例１〕
図６乃至図８を用いて、車両１００の前方に車両９００が衝突する場合の乗員保護装置１１０の動作例を説明する。
【００５３】
まず、制御装置１２０が撮像装置１１１ａおよび撮像装置１１１ｂで撮像した画像から、車両９００が車両１００に接近していることを検出する（図６参照。）。続いて、制御装置１２０は、車両９００の形状から、車両９００の種別が自動車であると推定する。また、車両９００の種別と、車両１００と車両９００の相対速度などから、衝突時の衝撃の大きさを推定する。
【００５４】
制御装置１２０は衝突不可避と判断すると、衝突前からエアバッグ装置１３１とエアバッグ装置１３２を起動させる。すると、それぞれのエアバッグ１０８が膨張を始める（図７参照。）。衝突直後、それぞれのエアバッグ１０８の膨張が終了する（図８参照。）。それぞれのエアバッグ１０８内の圧力は、推定した衝撃の大きさにより決定される。
【００５５】
このようにして、車両衝突時に生じる衝撃から、乗員を遅滞無く保護することができる。
【００５６】
〔動作例２〕
図９乃至図１１を用いて、車両１００の右側方に車両９００が衝突する場合の乗員保護装置１１０の動作例を説明する。
【００５７】
まず、制御装置１２０が撮像装置１１２ａおよび撮像装置１１２ｂで撮像した画像から、車両９００が車両１００に接近していることを検出する（図９参照。）。続いて、制御装置１２０は、車両９００の形状から、車両９００の種別が自動車であると推定する。また、車両９００の種別と、車両１００と車両９００の相対速度などから、衝突時の衝撃の大きさを推定する。
【００５８】
制御装置１２０は衝突不可避と判断すると、衝突前からエアバッグ装置１３３ａとエアバッグ装置１３３ｂを起動させる。すると、それぞれのエアバッグ１０８が膨張を始める（図１０参照。）。衝突直後、両者のエアバッグ１０８の膨張が終了する（図１１参照。）。この時のそれぞれのエアバッグ１０８内の圧力は、推定した衝撃の大きさにより決定される。
【００５９】
このようにして、車両衝突時に生じる衝撃から、乗員を遅滞無く保護することができる。
【００６０】
〔動作例３〕
図１２乃至図１４を用いて、車両１００の後方に車両９００が衝突する場合の車両用乗員保護装置１１０の動作例を説明する。
【００６１】
まず、制御装置１２０が撮像装置１１４ａおよび撮像装置１１４ｂで撮像した画像から、車両９００が車両１００に接近していることを検出する（図１２参照。）。続いて、制御装置１２０は、車両９００の形状から、車両９００の種別が自動車であると推定する。また、車両９００の種別と、車両１００と車両９００の相対速度などから、衝突時の衝撃の大きさを推定する。
【００６２】
制御装置１２０は衝突不可避と判断すると、衝突前からエアバッグ装置１３１、エアバッグ装置１３２、エアバッグ装置１３５ａ、およびエアバッグ装置１３５ｂを起動させる。すると、それぞれのエアバッグ１０８が膨張を始める（図１３参照。）。衝突直後、それぞれのエアバッグ１０８の膨張が終了する（図１４参照。）。この時のそれぞれのエアバッグ１０８内の圧力は、推定した衝撃の大きさにより決定される。
【００６３】
このようにして、車両衝突時に生じる衝撃から、乗員を遅滞無く保護することができる。
【００６４】
〔動作例４〕
図１５乃至図１７を用いて、車両１００の前方に車両９００が衝突する場合の乗員保護装置１１０の動作例を説明する。
【００６５】
まず、制御装置１２０が撮像装置１１１ａおよび撮像装置１１１ｂで撮像した画像から、車両９００が車両１００に接近していることを検出する（図１５参照。）。続いて、制御装置１２０は、車両９００の形状から、車両９００の種別が自動車であると推定する。また、車両９００の種別と、車両１００と車両９００の相対速度などから、衝突時の衝撃の大きさを推定する。
【００６６】
ここで、エアバッグ装置１３１およびエアバッグ装置１３２はそれぞれが複数のインフレータを有しているものとする。また、制御装置１２０が、前述の推定から２段階の動作が最適であると判断したものとする。
【００６７】
制御装置１２０は車両１００および車両９００の衝突を検出すると、エアバッグ装置１３１が有する第１のインフレータを動作させる。また、エアバッグ装置１３２が有する第１のインフレータを動作させる（図１６参照。）。
【００６８】
続いて、制御装置１２０は、エアバッグ装置１３１が有する第２のインフレータと、エアバッグ装置１３２が有する第２のインフレータを動作させる（図１７参照。）。
【００６９】
エアバッグ１０８の膨張を複数回に分けて行なうことで、エアバッグ１０８の内圧や膨張速度を最適化することができる。よって、最適な乗員保護を実現することができる。
【００７０】
なお、制御装置１２０は、推定した衝撃の大きさや自車と衝突対象物との衝突角度などによって、動作させるエアバッグ装置を決定することができる。例えば、車両１００の右側方からの衝突の場合、エアバッグ装置１３３ａとエアバッグ装置１３３ｂに加えて、エアバッグ装置１３１やエアバッグ装置１３２なども動作させることができる。
【００７１】
また、車両１００に天井側や床側にエアバッグが展開するエアバッグ装置を設けておき、推定した衝撃の大きさや自車と衝突対象物との衝突角度などによってこれらを動作させてもよい。例えば、制御装置１２０が車両１００の横転または横転の可能性を検知した場合に、天井側や床側にエアバックを展開させてもよい。
【００７２】
また、車内にセンサを設置して、乗員の有無、着座状況、身長、体重などを推定し、動作させるエアバッグ装置や、展開するエアバッグの内圧や膨張速度などを決定してもよい。
【００７３】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００７４】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１に示した撮像装置に用いることができる撮像装置１１５について、図面を参照して説明する。
【００７５】
≪撮像装置１１５の構成例≫
図１８（Ａ）は、撮像装置１１５の構成例を示す平面図である。撮像装置１１５は、画素部１４０と、第１の回路２６０、第２の回路２７０、第３の回路２８０、及び第４の回路２９０を有する。なお、本明細書等において、第１の回路２６０乃至第４の回路２９０などを「周辺回路」もしくは「駆動回路」と呼ぶ場合がある。例えば、第１の回路２６０は周辺回路の一部と言える。
【００７６】
図１８（Ｂ）は、画素部１４０の構成例を示す図である。画素部１４０は、ｐ列ｑ行（ｐおよびｑは２以上の自然数）のマトリクス状に配置された複数の画素１４１（撮像素子）を有する。なお、図１８（Ｂ）中のｎは１以上ｐ以下の自然数であり、ｍは１以上ｑ以下の自然数である。
【００７７】
例えば、画素１４１を１９２０×１０８０のマトリクス状に配置すると、いわゆるフルハイビジョン（「２Ｋ解像度」、「２Ｋ１Ｋ」、「２Ｋ」などとも言われる。）の解像度で撮像可能な撮像装置１１５を実現することができる。また、例えば、画素１４１を４０９６×２１６０のマトリクス状に配置すると、いわゆるウルトラハイビジョン（「４Ｋ解像度」、「４Ｋ２Ｋ」、「４Ｋ」などとも言われる。）の解像度で撮像可能な撮像装置１１５を実現することができる。また、例えば、画素１４１を８１９２×４３２０のマトリクス状に配置すると、いわゆるスーパーハイビジョン（「８Ｋ解像度」、「８Ｋ４Ｋ」、「８Ｋ」などとも言われる。）の解像度で撮像可能な撮像装置１１５を実現することができる。画素１４１を増やすことで、１６Ｋや３２Ｋの解像度で撮像可能な撮像装置１１５を実現することも可能である。
【００７８】
第１の回路２６０および第２の回路２７０は、複数の画素１４１に接続し、複数の画素１４１を駆動するための信号を供給する機能を有する。また、第１の回路２６０は、画素１４１から出力されたアナログ信号を処理する機能を有していてもよい。また、第３の回路２８０は、周辺回路の動作タイミングを制御する機能を有していてもよい。例えば、クロック信号を生成する機能を有していてもよい。また、外部から供給されたクロック信号の周波数を変換する機能を有していてもよい。また、第３の回路２８０は、参照用電位信号（例えば、ランプ波信号など）を供給する機能を有していてもよい。
【００７９】
図１９に第１の回路２６０の構成例を示す。図１９に例示する第１の回路２６０は、信号処理回路２６１、列駆動回路２６２、出力回路２６３を有する。信号処理回路２６１は、列ごとに設けられた回路２６４を有する。また、回路２６４は、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ：相関二重サンプリング）方式でノイズの除去を行なうことができる回路２６４ａ（「ＣＤＳ回路」ともいう。）、カウンタ回路２６４ｂ、ラッチ回路２６４ｃを有する。また、回路２６４は、アナログ−デジタル変換の機能を有する。信号処理回路２６１は列並列型（カラム型）アナログ−デジタル変換装置として機能することができる。
【００８０】
回路２６４ａは、コンパレータ、スイッチ、および容量素子を有する。コンパレータの２つの入力端子はスイッチを介して接続されている。なお、当該スイッチとして、トランジスタやＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子などを用いてもよい。また、コンパレータの一方の端子は容量素子を介して配線２６７と接続されている。コンパレータの他方の端子は列ごとに設けられた配線１２３と接続される。なお、コンパレータの他方の端子と配線１２３は、容量素子を介して接続してもよい。
【００８１】
回路２６４ａは、配線１２３から入力されるアナログ信号（撮像データ）と、配線２６７から入力される参照用電位信号（例えば、ランプ波信号）の電位を比較し、Ｈ電位またはＬ電位を出力する機能を有する。カウンタ回路２６４ｂには、配線２６８からクロック信号が入力され、回路２６４ａから出力されるＨ電位またはＬ電位が入力される。カウンタ回路２６４ｂは、Ｈ電位またはＬ電位が入力されている期間を計測し、計測結果をＮビットデジタル値のデジタル信号としてラッチ回路２６４ｃに出力する。また、カウンタ回路２６４ｂには、配線２６５からセット信号またはリセット信号が入力される。ラッチ回路２６４ｃは、該デジタル信号を保持する機能を有する。また、ラッチ回路２６４ｃには、配線２６６からセット信号またはリセット信号が入力される。
【００８２】
列駆動回路２６２は、列選択回路、水平駆動回路等とも呼ばれる。列駆動回路２６２は、ラッチ回路２６４ｃに保持された撮像データを読み出す列を選択する選択信号を生成する。列駆動回路２６２は、シフトレジスタなどで構成することができる。列駆動回路２６２により列が順次選択され、選択された列のラッチ回路２６４ｃから出力された撮像データが、配線２６９を介して出力回路２６３に入力される。配線２６９は水平転送線として機能することができる。
【００８３】
出力回路２６３に入力された撮像データは、出力回路２６３で処理されて、撮像装置１１５の外部に出力される。出力回路２６３は、例えばバッファ回路で構成することができる。また、出力回路２６３は、撮像装置１１５の外部に信号を出力するタイミングを制御できる機能を有していてもよい。
【００８４】
また、第２の回路２７０は、信号を読み出す画素１４１を選択する選択信号を生成して出力する機能を有する。なお、第２の回路２７０を、行選択回路、又は垂直駆動回路と呼ぶ場合がある。このようにして、アナログ信号である撮像データを、Ｎビットデジタル値のデジタル信号に変換して、外部に出力することができる。
【００８５】
周辺回路は、少なくとも、論理回路、スイッチ、バッファ、増幅回路、または変換回路の１つを有する。また、周辺回路に用いるトランジスタなどは、後述する画素駆動回路１１２を作製するために形成する半導体の一部を用いて形成してもよい。また、周辺回路の一部または全部にＩＣチップ等の半導体装置を用いてもよい。
【００８６】
なお、周辺回路は、第１の回路２６０乃至第４の回路２９０のうち、少なくとも１つを省略してもよい。例えば、第１の回路２６０または第４の回路２９０の一方の機能を、第１の回路２６０または第４の回路２９０の他方に付加して、第１の回路２６０または第４の回路２９０の一方を省略してもよい。また、例えば、第２の回路２７０または第３の回路２８０の一方の機能を、第２の回路２７０または第３の回路２８０の他方に付加して、第２の回路２７０または第３の回路２８０の一方を省略してもよい。また、例えば、第１の回路２６０乃至第４の回路２９０のいずれか１つに、他の周辺回路の機能を付加することで、他の周辺回路を省略してもよい。
【００８７】
また、図２０に示すように、第１の回路２６０乃至第４の回路２９０の上方に重ねて画素部１４０を設けてもよい。図２０（Ａ）は第１の回路２６０乃至第４の回路２９０の上方に重ねて画素部１４０を形成した撮像装置１１５の上面図である。また、図２０（Ｂ）は、図２０（Ａ）に示した撮像装置１１５の構成を説明するための斜視図である。
【００８８】
第１の回路２６０乃至第４の回路２９０の上方に重ねて画素部１４０を設けることで、撮像装置１１５の大きさに対する画素部１４０の占有面積を大きくすることができる。よって、撮像装置１１５の受光感度を向上することができる。また、撮像装置１１５のダイナミックレンジを向上することができる。また、撮像装置１１５の解像度を向上することができる。また、撮像装置１１５で撮影した画像の品質を高めることができる。また、撮像装置１１５集積度を向上することができる。
【００８９】
≪画素１４１の回路構成例≫
画素１１４に用いることができる回路の一例を、回路６１０として図２１（Ａ）乃至図２１（Ｃ）に示す。
【００９０】
なお、本明細書等において「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が直上または直下で、かつ、直接接していることを限定するものではない。例えば、「絶縁層Ａ上の電極Ｂ」の表現であれば、絶縁層Ａの上に電極Ｂが直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Ａと電極Ｂとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。
【００９１】
また、ソースおよびドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合など、動作条件などによって互いに入れ替わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。このため、本明細書においては、ソースおよびドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
【００９２】
また、電圧は、ある電位と、基準の電位（例えば接地電位またはソース電位）との電位差のことを示す場合が多い。よって、電圧を電位と言い換えることが可能である。
【００９３】
〔画素回路例１〕
図２１（Ａ）に示す回路６１０は、光電変換素子６０１、トランジスタ６０２、トランジスタ６０４、および容量素子６０６を有する。トランジスタ６０２のソースまたはドレインの一方は光電変換素子６０１と電気的に接続され、トランジスタ６０２のソースまたはドレインの他方はノード６０７を介してトランジスタ６０４のゲートと電気的に接続されている。
【００９４】
トランジスタ６０２として、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタ（「ＯＳトランジスタ」ともいう。）を用いることが好ましい。
【００９５】
ＯＳトランジスタは、トランジスタがオフ状態のときにソースとドレインの間に流れる電流（「オフ電流」ともいう。）を極めて小さくすることができるため、容量素子６０６を小さくすることができる。または、図２１（Ｂ）に示すように、容量素子６０６を省略することができる。また、トランジスタ６０２としてＯＳトランジスタを用いると、ノード６０７の電位が変動しにくい。よって、ノイズの影響を受けにくい撮像装置を実現することができる。
【００９６】
なお、トランジスタ６０２にＯＳトランジスタを用いてもよい。なお、本明細書等の回路図において、ＯＳトランジスタを用いることが好ましいトランジスタであることを明示するために、当該トランジスタの回路記号に「ＯＳ」の記載を付す場合がある。
【００９７】
光電変換素子６０１には、シリコン基板においてｐｎ型やｐｉｎ型の接合が形成されたダイオード素子を用いることができる。または非晶質シリコン膜や微結晶シリコン膜などを用いたｐｉｎ型のダイオード素子などを用いてもよい。または、ダイオード接続のトランジスタを用いてもよい。また、光電効果を利用した可変抵抗などをシリコン、ゲルマニウム、セレンなど用いて形成してもよい。
【００９８】
また、光電変換素子として、放射線を吸収して電荷を発生させることが可能な材料を用いて形成してもよい。放射線を吸収して電荷を発生させることが可能な材料としては、ヨウ化鉛、ヨウ化水銀、ガリウムヒ素、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎなどがある。
【００９９】
〔画素回路例２〕
図２１（Ｃ）に示す回路６１０は、光電変換素子６０１としてフォトダイオードを用いる場合を示している。図２１（Ｃ）に示す回路６１０は、光電変換素子６０１、トランジスタ６０２、トランジスタ６０３、トランジスタ６０４、トランジスタ６０５、および容量素子６０６を有する。トランジスタ６０２のソースまたはドレインの一方は光電変換素子６０１のカソードと電気的に接続され、他方はノード６０７（電荷蓄積部）と電気的に接続されている。光電変換素子６０１のアノードは、配線６１１と電気的に接続されている。トランジスタ６０３のソースまたはドレインの一方はノード６０７と電気的に接続され、他方は配線６０８と電気的に接続されている。トランジスタ６０４のゲートはノード６０７と電気的に接続され、ソースまたはドレインの一方はノード６０７と配線６０９と電気的に接続され、他方はトランジスタ６０５のソースまたはドレインの一方と電気的に接続されている。トランジスタ６０５のソースまたはドレインの他方は配線６０８と電気的に接続されている。容量素子６０６の一方の電極はノード６０７と電気的に接続され、他方の電極は配線６１１と電気的に接続される。
【０１００】
トランジスタ６０２は転送トランジスタとして機能できる。トランジスタ６０２のゲートには、転送信号ＴＸが供給される。トランジスタ６０３はリセットトランジスタとして機能できる。トランジスタ６０３のゲートには、リセット信号ＲＳＴが供給される。トランジスタ６０４は増幅トランジスタとして機能できる。トランジスタ６０５は選択トランジスタとして機能できる。トランジスタ６０５のゲートには、選択信号ＳＥＬが供給される。また、配線６０８にＶＤＤが供給され、配線６１１にはＶＳＳが供給される。
【０１０１】
次に、図２１（Ｃ）に示す回路６１０の動作について説明する。まず、トランジスタ６０３をオン状態にして、ノード６０７にＶＤＤを供給する（リセット動作）。その後、トランジスタ６０３をオフ状態にすると、ノード６０７にＶＤＤが保持される。次に、トランジスタ６０２をオン状態とすると、光電変換素子６０１の受光量に応じて、ノード６０７の電位が変化する（蓄積動作）。その後、トランジスタ６０２をオフ状態にすると、ノード６０７の電位が保持される。次に、トランジスタ６０５をオン状態とすると、ノード６０７の電位に応じた電位が配線６０９から出力される（選択動作）。配線６０９の電位を検出することで、光電変換素子６０１の受光量を知ることができる。
【０１０２】
トランジスタ６０２およびトランジスタ６０３には、ＯＳトランジスタを用いることが好ましい。前述した通り、ＯＳトランジスタはオフ電流を極めて小さくすることができるため、容量素子６０６を小さくすることができる。または、容量素子６０６を省略することができる。また、トランジスタ６０２およびトランジスタ６０３としてＯＳトランジスタを用いると、ノード６０７の電位が変動しにくい。よって、ノイズの影響を受けにくい撮像装置を実現することができる。
【０１０３】
≪グローバルシャッタ方式、ローリングシャッタ方式≫
このように、撮像装置１１５は、画素１４１毎にリセット動作、蓄積動作、および選択動作を繰り返し行ない、画素部１４０全体を制御して撮像を行なう。画素部１４０全体を制御する撮像方法としては、グローバルシャッタ方式とローリングシャッタ方式が知られている。
【０１０４】
グローバルシャッタ方式では、全ての画素１４１で略同時にリセット動作および蓄積動作が行われ、１行毎に順次読み出し動作が行われる。したがって、被写体が動体であっても、歪みの少ない良好な画像を取得することができる。
【０１０５】
一方、ローリングシャッタ方式では、蓄積動作が全ての画素１４１では同時に行われず、行毎に順次行われる。したがって、一行目と最終行目では撮像のタイミングが異なるため、全ての画素１４１における撮像の同時性が確保されない。よって、動体が被写体である場合は歪の大きい画像となってしまう。
【０１０６】
グローバルシャッタ方式を実現するためには、各画素からの信号の読み出しが順次終了するまで、電荷蓄積部の電位を長時間保つ必要がある。電荷蓄積部の電位の長時間の保持は、トランジスタ６０２およびトランジスタ６０３などにＯＳトランジスタを用いることで実現できる。一方、トランジスタ６０２およびトランジスタ６０３などにチャネル形成領域をシリコンなどで形成したトランジスタを適用した場合は、オフ電流が高いために電荷蓄積部の電位を長時間保持できず、グローバルシャッタ方式を用いることが困難となる。
【０１０７】
以上のように、画素１４１にＯＳトランジスタを用いることでグローバルシャッタ方式を容易に実現することができる。
【０１０８】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１０９】
（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態に示した撮像装置１１５を固体撮像装置の一種であるＣＭＯＳイメージセンサで構成する場合の例について、図面を参照して説明する。図２２に、撮像装置１１５が有する画素１４１の一部の断面図を示す。また、周辺回路領域２５２として、周辺回路の一部の断面図を示す。また、図２３（Ａ）にトランジスタ６０２の拡大図を示す。また、図２３（Ｂ）に容量素子６０６の拡大図を示す。また、図２５（Ａ）にトランジスタ２８１の拡大図を示す。また、図２５（Ｂ）にトランジスタ２８２の拡大図を示す。なお、本実施の形態に示すトランジスタ６０２の構造は、上記実施の形態に示す他のトランジスタに用いることができる。
【０１１０】
本実施の形態で例示する撮像装置１１５は、基板４０１としてｎ型半導体を用いている。また、基板４０１中に光電変換素子６０１のｐ型半導体２２１が設けられている。また、基板４０１の一部が、光電変換素子６０１のｎ型半導体２２３として機能する。
【０１１１】
また、トランジスタ２８１は基板４０１上に設けられている。トランジスタ２８１はｐチャネル型のトランジスタとして機能できる。また、基板４０１の一部にｐ型半導体のウェル２２０が設けられている。ウェル２２０はｐ型半導体２２１の形成と同様の方法で設けることができる。ウェル２２０とｐ型半導体２２１は同時に形成することができる。また、トランジスタ２８２はウェル２２０上に設けられている。トランジスタ２８２はｎチャネル型のトランジスタとして機能できる。トランジスタ２８１およびトランジスタ２８２のチャネルは、基板４０１に形成される。
【０１１２】
また、光電変換素子６０１、トランジスタ２８１、およびトランジスタ２８２上に絶縁層４０３が形成され、絶縁層４０３上に絶縁層４０４が形成されている。
【０１１３】
絶縁層４０３は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、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、酸化ハフニウム及び酸化タンタルなどの酸化物材料や、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材料などを、単層または多層で形成することができる。絶縁層４０３は、スパッタリング法やＣＶＤ法、熱酸化法、塗布法、印刷法等を用いて形成することが可能である。
【０１１４】
絶縁層４０４は、絶縁層４０３と同様の材料および方法で形成することができる。なお、絶縁層４０３および絶縁層４０４は、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の不純物の拡散を防ぐ機能を有する絶縁材料を用いて形成することが好ましい。なお、絶縁層４０３と絶縁層４０４のどちらか一方を省略してもよいし、絶縁層をさらに積層してもよい。
【０１１５】
また、本実施の形態に示す撮像装置１１５は、絶縁層４０４上に平坦な表面を有する絶縁層４０５を有する。絶縁層４０５は、絶縁層４０３と同様の材料および方法で形成することができる。また、絶縁層４０５として、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）などを用いてもよい。また、絶縁層４０５表面に化学的機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理（以下、「ＣＭＰ処理」ともいう。）を行ってもよい。ＣＭＰ処理を行うことにより、試料表面の凹凸を低減し、この後形成される絶縁層や導電層の被覆性を高めることができる。
【０１１６】
また、絶縁層４０３乃至絶縁層４０５の基板４０１（ｎ型半導体２２３）と重なる領域に開口２２４が形成され、絶縁層４０３乃至絶縁層４０５のｐ型半導体２２１と重なる領域に開口２２５が形成されている。また、開口２２４および開口２２５中に、コンタクトプラグ４０６が形成されている。コンタクトプラグ４０６は絶縁層に設けられた開口内に導電性材料を埋め込むことで形成される。導電性材料として、例えば、タングステン、ポリシリコン等の埋め込み性の高い導電性材料を用いることができる。また、図示しないが、当該材料の側面および底面を、チタン層、窒化チタン層又はこれらの積層等からなるバリア層（拡散防止層）で覆うことができる。この場合、バリア膜も含めてコンタクトプラグという場合がある。なお、開口２２４および開口２２５は、その数や配置に特段の制約は無い。よって、レイアウトの自由度が高い撮像装置を実現できる。
【０１１７】
また、絶縁層４０５の上に、配線４２１および配線４２９が形成されている。配線４２１は、開口２２４に設けられたコンタクトプラグ４０６を介してｎ型半導体２２３と電気的に接続されている。また、配線４２９は、開口２２５に設けられたコンタクトプラグ４０６を介してｐ型半導体２２１と電気的に接続されている。
【０１１８】
また、配線４２１および配線４２９を覆って絶縁層４０７が形成されている。絶縁層４０７は、絶縁層４０５と同様の材料および方法で形成することができる。また、絶縁層４０７表面にＣＭＰ処理を行ってもよい。ＣＭＰ処理を行うことにより、試料表面の凹凸を低減し、この後形成される絶縁層や導電層の被覆性を高めることができる。
【０１１９】
配線４２１および配線４２９は、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、マンガン、銀、タンタル、またはタングステンなどの金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いることができる。例えば、マンガンを含む銅膜の単層構造、チタン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、そのチタン膜または窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造、タングステン膜上に銅膜を積層し、さらにその上にタングステン膜を形成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた一または複数を組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
【０１２０】
なお、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、亜鉛酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの酸素を含む導電性材料、窒化チタン、窒化タンタルなどの窒素を含む導電性材料を用いてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料を組み合わせた積層構造とすることもできる。また、前述した金属元素を含む材料と、窒素を含む導電性材料を組み合わせた積層構造とすることもできる。また、前述した金属元素を含む材料、酸素を含む導電性材料、および窒素を含む導電性材料を組み合わせた積層構造とすることもできる。
【０１２１】
トランジスタ６０２、トランジスタ２８９、及び容量素子６０６は、絶縁層４０８及び絶縁層４０９を介して絶縁層４０７上に形成されている。図示しない他のトランジスタなども、トランジスタ６０２と同様に絶縁層４０８および絶縁層４０９を介して絶縁層４０７上に形成することができる。なお、本実施の形態では、トランジスタ６０２、およびトランジスタ２８９などをトップゲート構造のトランジスタとして例示しているが、ボトムゲート構造のトランジスタとしてもよい。
【０１２２】
また、上記トランジスタとして、逆スタガ型のトランジスタや、順スタガ型のトランジスタを用いることも可能である。また、チャネルが形成される半導体層を２つのゲート電極で挟む構造の、デュアルゲート型のトランジスタを用いることも可能である。また、シングルゲート構造のトランジスタに限定されず、複数のチャネル形成領域を有するマルチゲート型トランジスタ、例えばダブルゲート型トランジスタとしてもよい。
【０１２３】
また、上記トランジスタとして、プレーナ型、ＦＩＮ型（フィン型）、ＴＲＩ−ＧＡＴＥ型（トライゲート型）などの、様々な構成のトランジスタを用いることが出来る。
【０１２４】
上記トランジスタは、それぞれが同様の構造を有していてもよいし、異なる構造を有していてもよい。トランジスタのサイズ（例えば、チャネル長、およびチャネル幅）等は、各トランジスタで適宜調整すればよい。撮像装置１１５が有する複数のトランジスタを全て同じ構造とする場合は、それぞれのトランジスタを同じ工程で同時に作製することができる。
【０１２５】
トランジスタ６０２は、ゲート電極として機能することができる電極２４３と、ソース電極またはドレイン電極の一方として機能することができる電極２４４と、ソース電極またはドレイン電極の他方として機能することができる電極２４５と、ゲート絶縁層として機能できる絶縁層１１７と、半導体層２４２と、を有する（図２３（Ａ）参照。）。
【０１２６】
なお、図２２では、トランジスタ６０２のソース電極またはドレイン電極の他方として機能する電極２４５と、容量素子６０６の一方の電極として機能することができる電極を、どちらも電極２４５を用いて形成している。ただし、本発明の一態様はこれに限定されない。トランジスタ６０２のソース電極またはドレイン電極の他方として機能する電極と、容量素子６０６の一方の電極として機能することができる電極を、それぞれ異なる電極を用いて形成してもよい。
【０１２７】
また、容量素子６０６は、容量素子６０６の一方の電極として機能することができる電極２４５と、他方の電極として機能することができる電極２７３が、絶縁層２７７及び半導体層２７２ｃを介して重なる構成を有する（図２３（Ｂ）参照。）。また、電極２７３は、電極２４３と同時に形成することができる。また、絶縁層２７７及び半導体層２７２ｃは、誘電体として機能できる。また、絶縁層２７７は絶縁層１１７と同時に形成することができる。また、半導体層２７２ｃは半導体層２４２ｃと同時に形成することができる。なお、絶縁層２７７と半導体層２７２ｃの一方は省略してもよい。
【０１２８】
絶縁層４０８は、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の不純物の拡散を防ぐ機能を有する絶縁材料を用いて形成することが好ましい。該絶縁材料としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム等がある。なお、該絶縁材料として、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム等を用いることで、光電変換素子６０１側から拡散する不純物が、半導体層２４２へ到達することを抑制することができる。なお、絶縁層４０８は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法、熱酸化法などにより形成することができる。絶縁層４０８は、これらの材料を単層で、もしくは積層して用いることができる。
【０１２９】
絶縁層４０９は絶縁層４０３と同様の材料および方法で形成することができる。また、半導体層２４２として酸化物半導体を用いる場合、絶縁層４０９に化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む絶縁層を用いて形成することが好ましい。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む絶縁層は、加熱により酸素の一部が脱離する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む絶縁層は、絶縁層の表面温度が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分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である絶縁層である。
【０１３０】
また、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む絶縁層は、絶縁層に酸素を添加する処理を行って形成することもできる。酸素を添加する処理は、酸素雰囲気下による熱処理や、イオン注入装置、イオンドーピング装置またはプラズマ処理装置を用いて行うことができる。酸素を添加するためのガスとしては、１６Ｏ２もしくは１８Ｏ２などの酸素ガス、亜酸化窒素ガスまたはオゾンガスなどを用いることができる。なお、本明細書では酸素を添加する処理を「酸素ドープ処理」ともいう。
【０１３１】
トランジスタ６０２、トランジスタ２８９等の半導体層は、単結晶半導体、多結晶半導体、微結晶半導体、ナノクリスタル半導体、セミアモルファス半導体、非晶質半導体等を用いて形成することができる。例えば、非晶質シリコンや、微結晶ゲルマニウム等を用いることができる。また、炭化シリコン、ガリウム砒素、酸化物半導体、窒化物半導体などの化合物半導体や、有機半導体等を用いることができる。
【０１３２】
本実施の形態では、半導体層２４２として酸化物半導体を用いる。また、半導体層２４２は、単層でもよいし、複数層の積層でもよい。なお、半導体層２４２を複数層の積層とする場合は、同一種類の半導体材料の積層でもよいし、異なる種類の半導体材料の積層でもよい。本実施の形態では、半導体層２４２を、半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｂ、および半導体層２４２ｃの積層とする場合について説明する。
【０１３３】
本実施の形態では、半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｂ、および半導体層２４２ｃは、ＩｎもしくはＧａの一方、または両方を含む材料で形成する。代表的には、Ｉｎ−Ｇａ酸化物（ＩｎとＧａを含む酸化物）、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物（ＩｎとＺｎを含む酸化物）、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（Ｉｎと、元素Ｍと、Ｚｎを含む酸化物。元素Ｍは、Ａｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆから選ばれた１種類以上の元素で、Ｉｎよりも酸素との結合力が強い金属元素である。）がある。
【０１３４】
半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃは、半導体層２４２ｂを構成する金属元素のうち、１種類以上の同じ金属元素を含む材料により形成されることが好ましい。このような材料を用いると、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｂとの界面、ならびに半導体層２４２ｃおよび半導体層２４２ｂとの界面に界面準位を生じにくくすることができる。よって、界面におけるキャリアの散乱や捕獲が生じにくく、トランジスタの電界効果移動度を向上させることが可能となる。また、トランジスタのしきい値電圧のばらつきを低減することが可能となる。よって、良好な電気特性を有する半導体装置を実現することが可能となる。
【０１３５】
半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃの厚さは、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。また、半導体層２４２ｂの厚さは、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。
【０１３６】
また、半導体層２４２ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であり、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃもＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃをＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ１：ｙ１：ｚ１［原子数比］、半導体層２４２ｂをＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ２：ｙ２：ｚ２［原子数比］とすると、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも大きくなるように半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｃ、および半導体層２４２ｂを選択する。好ましくは、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも１．５倍以上大きくなるように半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｃ、および半導体層２４２ｂを選択する。さらに好ましくは、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも２倍以上大きくなるように半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｃ、および半導体層２４２ｂを選択する。より好ましくは、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも３倍以上大きくなるように半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｃおよび半導体層２４２ｂを選択する。このとき、半導体層２４２ｂにおいて、ｙ１がｘ１以上であるとトランジスタに安定した電気特性を付与できるため好ましい。ただし、ｙ１がｘ１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、ｙ１はｘ１の３倍未満であると好ましい。半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃを上記構成とすることにより、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃを、半導体層２４２ｂよりも酸素欠損が生じにくい層とすることができる。
【０１３７】
なお、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、ＺｎおよびＯを除いてのＩｎと元素Ｍの含有率は、好ましくはＩｎが５０ａｔｏｍｉｃ％未満、元素Ｍが５０ａｔｏｍｉｃ％以上、さらに好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満、元素Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％以上とする。また、半導体層２４２ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、ＺｎおよびＯを除いてのＩｎと元素Ｍの含有率は好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％以上、元素Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、さらに好ましくはＩｎが３４ａｔｏｍｉｃ％以上、元素Ｍが６６ａｔｏｍｉｃ％未満とする。
【０１３８】
例えば、ＩｎまたはＧａを含む半導体層２４２ａ、およびＩｎまたはＧａを含む半導体層２４２ｃとしてＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２、１：３：４、１：３：６、１：６：４、または１：９：６などの原子数比のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物や、Ｉｎ：Ｇａ＝１：９などの原子数比のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ酸化物や、酸化ガリウムなどを用いることができる。また、半導体層２４２ｂとしてＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２、１：１：１、５：５：６、または４：２：４．１などの原子数比のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いることができる。なお、半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｂ、および半導体層２４２ｃの原子数比はそれぞれ、誤差として上記の原子数比のプラスマイナス２０％の変動を含む。
【０１３９】
半導体層２４２ｂを用いたトランジスタに安定した電気特性を付与するためには、半導体層２４２ｂ中の不純物および酸素欠損を低減して高純度真性化し、半導体層２４２ｂを真性または実質的に真性と見なせる酸化物半導体層とすることが好ましい。また、少なくとも半導体層２４２ｂ中のチャネル形成領域が真性または実質的に真性と見なせる半導体層とすることが好ましい。
【０１４０】
なお、実質的に真性と見なせる酸化物半導体層とは、酸化物半導体層中のキャリア密度が、８×１０１１／ｃｍ３未満、または１×１０１１／ｃｍ３未満、１×１０−９／ｃｍ３以上である酸化物半導体層をいう。
【０１４１】
［酸化物半導体のエネルギーバンド構造］
ここで、半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｂ、および半導体層２４２ｃの積層により構成される半導体層２４２の機能およびその効果について、図２４に示すエネルギーバンド構造図を用いて説明する。図２４は、図２３（Ａ）にＣ１−Ｃ２の一点鎖線で示す部位のエネルギーバンド構造図である。図２４は、トランジスタ６０２のチャネル形成領域のエネルギーバンド構造を示している。
【０１４２】
図２４中、Ｅｃ３８２、Ｅｃ３８３ａ、Ｅｃ３８３ｂ、Ｅｃ３８３ｃ、Ｅｃ３８６は、それぞれ、絶縁層４０９、半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｂ、半導体層２４２ｃ、絶縁層１１７の伝導帯下端のエネルギーを示している。
【０１４３】
ここで、真空準位と伝導帯下端のエネルギーとの差（「電子親和力」ともいう。）は、真空準位と価電子帯上端のエネルギーとの差（イオン化ポテンシャルともいう。）からエネルギーギャップを引いた値となる。なお、エネルギーギャップは、分光エリプソメータ（ＨＯＲＩＢＡ  ＪＯＢＩＮ  ＹＶＯＮ社  ＵＴ−３００）を用いて測定できる。また、真空準位と価電子帯上端のエネルギー差は、紫外線光電子分光分析（ＵＰＳ：Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）装置（ＰＨＩ社  ＶｅｒｓａＰｒｏｂｅ）を用いて測定できる。
【０１４４】
なお、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．５ｅＶ、電子親和力は約４．５ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．４ｅＶ、電子親和力は約４．５ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：６のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．３ｅＶ、電子親和力は約４．５ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：２のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．９ｅＶ、電子親和力は約４．３ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：８のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．５ｅＶ、電子親和力は約４．４ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：１０のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．５ｅＶ、電子親和力は約４．５ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．２ｅＶ、電子親和力は約４．７ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約２．８ｅＶ、電子親和力は約５．０ｅＶである。
【０１４５】
絶縁層４０９と絶縁層１１７は絶縁物であるため、Ｅｃ３８２とＥｃ３８６は、Ｅｃ３８３ａ、Ｅｃ３８３ｂ、およびＥｃ３８３ｃよりも真空準位に近い（電子親和力が小さい）。
【０１４６】
また、Ｅｃ３８３ａは、Ｅｃ３８３ｂよりも真空準位に近い。具体的には、Ｅｃ３８３ａは、Ｅｃ３８３ｂよりも０．０５ｅＶ以上、０．０７ｅＶ以上、０．１ｅＶ以上または０．１５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０．５ｅＶ以下または０．４ｅＶ以下真空準位に近いことが好ましい。
【０１４７】
また、Ｅｃ３８３ｃは、Ｅｃ３８３ｂよりも真空準位に近い。具体的には、Ｅｃ３８３ｃは、Ｅｃ３８３ｂよりも０．０５ｅＶ以上、０．０７ｅＶ以上、０．１ｅＶ以上または０．１５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０．５ｅＶ以下または０．４ｅＶ以下真空準位に近いことが好ましい。
【０１４８】
また、半導体層２４２ａと半導体層２４２ｂとの界面近傍、および、半導体層２４２ｂと半導体層２４２ｃとの界面近傍では、混合領域が形成されるため、伝導帯下端のエネルギーは連続的に変化する。即ち、これらの界面において、準位は存在しないか、ほとんどない。
【０１４９】
従って、当該エネルギーバンド構造を有する積層構造において、電子は半導体層２４２ｂを主として移動することになる。そのため、半導体層２４２ａと絶縁層４０９との界面、または、半導体層２４２ｃと絶縁層１１７との界面に準位が存在したとしても、当該準位は電子の移動にほとんど影響しない。また、半導体層２４２ａと半導体層２４２ｂとの界面、および半導体層２４２ｃと半導体層２４２ｂとの界面に準位が存在しないか、ほとんどないため、当該領域において電子の移動を阻害することもない。従って、上記酸化物半導体の積層構造を有するトランジスタ６０２は、高い電界効果移動度を実現することができる。
【０１５０】
なお、図２４に示すように、半導体層２４２ａと絶縁層４０９の界面、および半導体層２４２ｃと絶縁層１１７の界面近傍には、不純物や欠陥に起因したトラップ準位３９０が形成され得るものの、半導体層２４２ａ、および半導体層２４２ｃがあることにより、半導体層２４２ｂと当該トラップ準位とを遠ざけることができる。
【０１５１】
また、例えば、半導体層２４２ａ上に形成された半導体層２４２ｂの上面と側面を半導体層２４２ｃで覆ってもよい。このように、半導体層２４２ｂを半導体層２４２ａと半導体層２４２ｃで覆う構成とすることで、上記トラップ順位の影響をさらに低減することができる。
【０１５２】
ただし、Ｅｃ３８３ａまたはＥｃ３８３ｃと、Ｅｃ３８３ｂとのエネルギー差が小さい場合、半導体層２４２ｂ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。トラップ準位に電子が捕獲されることで、絶縁層の界面にマイナスの固定電荷が生じ、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。
【０１５３】
従って、Ｅｃ３８３ａ、およびＥｃ３８３ｃと、Ｅｃ３８３ｂとのエネルギー差を、それぞれ０．１ｅＶ以上、好ましくは０．１５ｅＶ以上とすると、トランジスタのしきい値電圧の変動が低減され、トランジスタの電気特性を良好なものとすることができるため、好ましい。
【０１５４】
また、半導体層２４２ａ、および半導体層２４２ｃのバンドギャップは、半導体層２４２ｂのバンドギャップよりも広いほうが好ましい。
【０１５５】
本発明の一態様によれば、電気特性のばらつきが少ないトランジスタを実現することができる。よって、電気特性のばらつきが少ない半導体装置を実現することができる。本発明の一態様によれば、信頼性の良好なトランジスタを実現することができる。よって、信頼性の良好な半導体装置を実現することができる。
【０１５６】
また、酸化物半導体のバンドギャップは２ｅＶ以上あるため、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタは、オフ電流を極めて小さくすることができる。具体的には、チャネル幅１μｍ当たりのオフ電流を室温下において１×１０−２０Ａ未満、好ましくは１×１０−２２Ａ未満、さらに好ましくは１×１０−２４Ａ未満とすることができる。すなわち、オンオフ比を２０桁以上１５０桁以下とすることができる。
【０１５７】
本発明の一態様によれば、消費電力が少ないトランジスタを実現することができる。よって、消費電力が少ない撮像装置や半導体装置を実現することができる。
【０１５８】
また、ＯＳトランジスタはオフ電流が著しく低いため、トランジスタ６０２にＯＳトランジスタを用いることで、容量素子６０６を小さくすることができる。よって、光電変換素子６０１の受光可能面積を大きくすることができる。また、トランジスタ６０２にＯＳトランジスタを用いることで、ソースとドレインの間に意図せず流れる電流（「漏れ電流」または「リーク電流」ともいう。）を低減することができる。よって、撮像装置１１５の消費電力を低減することができる。また、電極２４４および電極２４５へのノイズの混入を低減することができ、撮像装置１１５で撮像された画像の品質を向上させることができる。また、信頼性の高い撮像装置１１５を提供することができる。
【０１５９】
本発明の一態様によれば、受光感度の高い撮像装置や半導体装置を実現することができる。また、本発明の一態様によれば、ダイナミックレンジの広い撮像装置や半導体装置を実現することができる。
【０１６０】
また、酸化物半導体はバンドギャップが広いため、酸化物半導体を用いた半導体装置は使用できる環境の温度範囲が広い。本発明の一態様によれば、動作温度範囲が広い撮像装置や半導体装置を実現することができる。
【０１６１】
なお、上述の３層構造は一例である。例えば、半導体層２４２ａまたは半導体層２４２ｃの一方を形成しない２層構造としても構わない。
【０１６２】
［酸化物半導体について］
ここで、半導体層２４２に適用可能な酸化物半導体について詳細に説明しておく。
【０１６３】
＜酸化物半導体の構造＞
以下では、酸化物半導体の構造について説明する。
【０１６４】
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体とに分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物半導体、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｌｉｋｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、非晶質酸化物半導体などがある。
【０１６５】
また別の観点では、酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体と、それ以外の結晶性酸化物半導体とに分けられる。結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、ＣＡＡＣ−ＯＳ、多結晶酸化物半導体、ｎｃ−ＯＳなどがある。
【０１６６】
非晶質構造の定義としては、一般に、準安定状態で固定化していないこと、等方的であって不均質構造を持たないことなどが知られている。また、結合角度が柔軟であり、短距離秩序性は有するが、長距離秩序性を有さない構造と言い換えることもできる。
【０１６７】
逆の見方をすると、本質的に安定な酸化物半導体の場合、完全な非晶質（ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ  ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）酸化物半導体と呼ぶことはできない。また、等方的でない（例えば、微小な領域において周期構造を有する）酸化物半導体を、完全な非晶質酸化物半導体と呼ぶことはできない。ただし、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、微小な領域において周期構造を有するものの、鬆（ボイドともいう。）を有し、不安定な構造である。そのため、物性的には非晶質酸化物半導体に近いといえる。
【０１６８】
＜ＣＡＡＣ−ＯＳ＞
まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。
【０１６９】
ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向した複数の結晶部（ペレットともいう。）を有する酸化物半導体の一つである。
【０１７０】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって、ＣＡＡＣ−ＯＳの明視野像と回折パターンとの複合解析像（高分解能ＴＥＭ像ともいう。）を観察すると、複数のペレットを確認することができる。一方、高分解能ＴＥＭ像ではペレット同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を明確に確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
【０１７１】
以下では、ＴＥＭによって観察したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。図３８（Ａ）に、試料面と略平行な方向から観察したＣＡＡＣ−ＯＳの断面の高分解能ＴＥＭ像を示す。高分解能ＴＥＭ像の観察には、球面収差補正（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ  Ｃｏｒｒｅｃｔｏｒ）機能を用いた。球面収差補正機能を用いた高分解能ＴＥＭ像を、特にＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像と呼ぶ。Ｃｓ補正高分解能ＴＥＭ像の取得は、例えば、日本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡ＪＥＭ−ＡＲＭ２００Ｆなどによって行うことができる。
【０１７２】
図３８（Ａ）の領域（１）を拡大したＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を図３８（Ｂ）に示す。図３８（Ｂ）より、ペレットにおいて、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層の配列は、ＣＡＡＣ−ＯＳ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ており、ＣＡＡＣ−ＯＳの被形成面または上面と平行となる。
【０１７３】
図３８（Ｂ）に示すように、ＣＡＡＣ−ＯＳは特徴的な原子配列を有する。図３８（Ｃ）は、特徴的な原子配列を、補助線で示したものである。図３８（Ｂ）および図３８（Ｃ）より、ペレット一つの大きさは１ｎｍ以上のものや、３ｎｍ以上のものがあり、ペレットとペレットとの傾きにより生じる隙間の大きさは０．８ｎｍ程度であることがわかる。したがって、ペレットを、ナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）と呼ぶこともできる。また、ＣＡＡＣ−ＯＳを、ＣＡＮＣ（Ｃ−Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
【０１７４】
ここで、Ｃｓ補正高分解能ＴＥＭ像をもとに、基板５１２０上のＣＡＡＣ−ＯＳのペレット５１００の配置を模式的に示すと、レンガまたはブロックが積み重なったような構造となる（図３８（Ｄ）参照。）。図３８（Ｃ）で観察されたペレットとペレットとの間で傾きが生じている箇所は、図３８（Ｄ）に示す領域５１６１に相当する。
【０１７５】
また、図３９（Ａ）に、試料面と略垂直な方向から観察したＣＡＡＣ−ＯＳの平面のＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を示す。図３９（Ａ）の領域（１）、領域（２）および領域（３）を拡大したＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を、それぞれ図３９（Ｂ）、図３９（Ｃ）および図３９（Ｄ）に示す。図３９（Ｂ）、図３９（Ｃ）および図３９（Ｄ）より、ペレットは、金属原子が三角形状、四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、異なるペレット間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
【０１７６】
次に、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって解析したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳに対し、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析を行うと、図４０（Ａ）に示すように回折角（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略垂直な方向を向いていることが確認できる。
【０１７７】
なお、ＣＡＡＣ−ＯＳのｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析では、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。より好ましいＣＡＡＣ−ＯＳは、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析では、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。
【０１７８】
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳに対し、ｃ軸に略垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａｎｅ法による構造解析を行うと、２θが５６°近傍にピークが現れる。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＣＡＡＣ−ＯＳの場合は、２θを５６°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）として試料を回転させながら分析（φスキャン）を行っても、図４０（Ｂ）に示すように明瞭なピークは現れない。これに対し、ＩｎＧａＺｎＯ４の単結晶酸化物半導体であれば、２θを５６°近傍に固定してφスキャンした場合、図４０（Ｃ）に示すように（１１０）面と等価な結晶面に帰属されるピークが６本観察される。したがって、ＸＲＤを用いた構造解析から、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ａ軸およびｂ軸の配向が不規則であることが確認できる。
【０１７９】
次に、電子回折によって解析したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳに対し、試料面に平行にプローブ径が３００ｎｍの電子線を入射させると、図４１（Ａ）に示すような回折パターン（制限視野透過電子回折パターンともいう。）が現れる場合がある。この回折パターンには、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（００９）面に起因するスポットが含まれる。したがって、電子回折によっても、ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれるペレットがｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることがわかる。一方、同じ試料に対し、試料面に垂直にプローブ径が３００ｎｍの電子線を入射させたときの回折パターンを図４１（Ｂ）に示す。図４１（Ｂ）より、リング状の回折パターンが確認される。したがって、電子回折によっても、ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれるペレットのａ軸およびｂ軸は配向性を有さないことがわかる。なお、図４１（Ｂ）における第１リングは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（０１０）面および（１００）面などに起因すると考えられる。また、図４１（Ｂ）における第２リングは（１１０）面などに起因すると考えられる。
【０１８０】
上述したように、ＣＡＡＣ−ＯＳは結晶性の高い酸化物半導体である。酸化物半導体の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、逆の見方をするとＣＡＡＣ−ＯＳは不純物や欠陥（酸素欠損など）の少ない酸化物半導体ともいえる。
【０１８１】
なお、不純物は、酸化物半導体の主成分以外の元素で、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化物半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径（または分子半径）が大きいため、酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。
【０１８２】
酸化物半導体が不純物や欠陥を有する場合、光や熱などによって特性が変動する場合がある。例えば、酸化物半導体に含まれる不純物は、キャリアトラップとなる場合や、キャリア発生源となる場合がある。また、酸化物半導体中の酸素欠損は、キャリアトラップとなる場合や、水素を捕獲することによってキャリア発生源となる場合がある。
【０１８３】
不純物および酸素欠損の少ないＣＡＡＣ−ＯＳは、キャリア密度の低い酸化物半導体である。具体的には、８×１０１１／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１０／ｃｍ３未満であり、１×１０−９／ｃｍ３以上のキャリア密度の酸化物半導体とすることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。ＣＡＡＣ−ＯＳは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い。即ち、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。
【０１８４】
＜ｎｃ−ＯＳ＞
次に、ｎｃ−ＯＳについて説明する。
【０１８５】
ｎｃ−ＯＳは、高分解能ＴＥＭ像において、結晶部を確認することのできる領域と、明確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。ｎｃ−ＯＳに含まれる結晶部は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下の大きさであることが多い。なお、結晶部の大きさが１０ｎｍより大きく１００ｎｍ以下である酸化物半導体を微結晶酸化物半導体と呼ぶことがある。ｎｃ−ＯＳは、例えば、高分解能ＴＥＭ像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。なお、ナノ結晶は、ＣＡＡＣ−ＯＳにおけるペレットと起源を同じくする可能性がある。そのため、以下ではｎｃ−ＯＳの結晶部をペレットと呼ぶ場合がある。
【０１８６】
ｎｃ−ＯＳは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ−ＯＳは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、ｎｃ−ＯＳは、分析方法によっては、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。例えば、ｎｃ−ＯＳに対し、ペレットよりも大きい径のＸ線を用いた場合、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークは検出されない。また、ｎｃ−ＯＳに対し、ペレット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に対し、ペレットの大きさと近いかペレット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。さらに、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。
【０１８７】
このように、ペレット（ナノ結晶）間では結晶方位が規則性を有さないことから、ｎｃ−ＯＳを、ＲＡＮＣ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体、またはＮＡＮＣ（Ｎｏｎ−Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
【０１８８】
ｎｃ−ＯＳは、非晶質酸化物半導体よりも規則性の高い酸化物半導体である。そのため、ｎｃ−ＯＳは、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳや非晶質酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、ｎｃ−ＯＳは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、ｎｃ−ＯＳは、ＣＡＡＣ−ＯＳと比べて欠陥準位密度が高くなる。
【０１８９】
＜ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ＞
ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半導体である。
【０１９０】
ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、高分解能ＴＥＭ像において鬆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。
【０１９１】
鬆を有するため、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、不安定な構造である。以下では、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳが、ＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳと比べて不安定な構造であることを示すため、電子照射による構造の変化を示す。
【０１９２】
電子照射を行う試料として、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ（試料Ａと表記する。）、ｎｃ−ＯＳ（試料Ｂと表記する。）およびＣＡＡＣ−ＯＳ（試料Ｃと表記する。）を準備する。いずれの試料もＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物である。
【０１９３】
まず、各試料の高分解能断面ＴＥＭ像を取得する。高分解能断面ＴＥＭ像により、各試料は、いずれも結晶部を有することがわかる。
【０１９４】
なお、どの部分を一つの結晶部と見なすかの判定は、以下のように行えばよい。例えば、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ことが知られている。これらの近接する層同士の間隔は、（００９）面の格子面間隔（ｄ値ともいう。）と同程度であり、結晶構造解析からその値は０．２９ｎｍと求められている。したがって、格子縞の間隔が０．２８ｎｍ以上０．３０ｎｍ以下である箇所を、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶部と見なすことができる。なお、格子縞は、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶のａ−ｂ面に対応する。
【０１９５】
図４２は、各試料の結晶部（２２箇所から４５箇所）の平均の大きさ（average crystal size）を調査した例である。ただし、上述した格子縞の長さを結晶部の大きさとしている。図４２より、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、電子の累積照射量（cumulative electron dose）に応じて結晶部が大きくなっていくことがわかる。具体的には、図４２中に（１）で示すように、ＴＥＭによる観察初期においては１．２ｎｍ程度の大きさだった結晶部（初期核ともいう。）が、累積照射量が４．２×１０８ｅ−／ｎｍ２においては２．６ｎｍ程度の大きさまで成長していることがわかる。一方、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射開始時から電子の累積照射量が４．２×１０８ｅ−／ｎｍ２までの範囲で、結晶部の大きさに変化が見られないことがわかる。具体的には、図４２中の（２）および（３）で示すように、電子の累積照射量によらず、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳの結晶部の大きさは、それぞれ１．４ｎｍ程度および２．１ｎｍ程度であることがわかる。
【０１９６】
このように、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、電子照射によって結晶部の成長が見られる場合がある。一方、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射による結晶部の成長がほとんど見られないことがわかる。即ち、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、不安定な構造であることがわかる。
【０１９７】
また、鬆を有するため、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比べて密度の低い構造である。具体的には、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの密度は、同じ組成の単結晶の密度の７８．６％以上９２．３％未満となる。また、ｎｃ−ＯＳの密度およびＣＡＡＣ−ＯＳの密度は、同じ組成の単結晶の密度の９２．３％以上１００％未満となる。単結晶の密度の７８％未満となる酸化物半導体は、成膜すること自体が困難である。
【０１９８】
例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において、菱面体晶構造を有する単結晶ＩｎＧａＺｎＯ４の密度は６．３５７ｇ／ｃｍ３となる。よって、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの密度は５．０ｇ／ｃｍ３以上５．９ｇ／ｃｍ３未満となる。また、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において、ｎｃ−ＯＳの密度およびＣＡＡＣ−ＯＳの密度は５．９ｇ／ｃｍ３以上６．３ｇ／ｃｍ３未満となる。
【０１９９】
なお、同じ組成の単結晶が存在しない場合がある。その場合、任意の割合で組成の異なる単結晶を組み合わせることにより、所望の組成における単結晶に相当する密度を見積もることができる。所望の組成の単結晶に相当する密度は、組成の異なる単結晶を組み合わせる割合に対して、加重平均を用いて見積もればよい。ただし、密度は、可能な限り少ない種類の単結晶を組み合わせて見積もることが好ましい。
【０２００】
以上のように、酸化物半導体は、様々な構造をとり、それぞれが様々な特性を有する。なお、酸化物半導体は、例えば、非晶質酸化物半導体、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ、ｎｃ−ＯＳ、ＣＡＡＣ−ＯＳのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
【０２０１】
また、半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｂ、および半導体層１０８ｃに適用可能な酸化物半導体の一例として、インジウムを含む酸化物を挙げることができる。酸化物は、例えば、インジウムを含むと、キャリア移動度（電子移動度）が高くなる。また、酸化物半導体は、元素Ｍを含むと好ましい。元素Ｍは、好ましくは、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどとする。そのほかの元素Ｍに適用可能な元素としては、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウムなどがある。ただし、元素Ｍとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。元素Ｍは、例えば、酸素との結合エネルギーが高い元素である。元素Ｍは、例えば、酸化物のエネルギーギャップを大きくする機能を有する元素である。また、酸化物半導体は、亜鉛を含むと好ましい。酸化物が亜鉛を含むと、例えば、酸化物を結晶化しやすくなる。
【０２０２】
ただし、酸化物半導体は、インジウムを含む酸化物に限定されない。酸化物半導体は、例えば、亜鉛スズ酸化物、ガリウムスズ酸化物、ガリウム酸化物であっても構わない。
【０２０３】
また酸化物半導体は、エネルギーギャップが大きい酸化物を用いる。酸化物半導体のエネルギーギャップは、例えば、２．５ｅＶ以上４．２ｅＶ以下、好ましくは２．８ｅＶ以上３．８ｅＶ以下、さらに好ましくは３ｅＶ以上３．５ｅＶ以下とする。
【０２０４】
以下では、酸化物半導体中における不純物の影響について説明する。なお、トランジスタの電気特性を安定にするためには、酸化物半導体中の不純物濃度を低減し、低キャリア密度化および高純度化することが有効である。酸化物半導体中の不純物濃度を低減するためには、近接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。
【０２０５】
例えば、酸化物半導体中のシリコンは、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。そのため、酸化物半導体中のシリコン濃度を、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）において、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする。
【０２０６】
また、酸化物半導体中に水素が含まれると、キャリア密度を増大させてしまう場合がある。酸化物半導体の水素濃度はＳＩＭＳにおいて、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５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。また、酸化物半導体中に窒素が含まれると、キャリア密度を増大させてしまう場合がある。酸化物半導体の窒素濃度は、ＳＩＭＳにおいて、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【０２０７】
また、酸化物半導体の水素濃度を低減するために、半導体層２４２と接する絶縁層４０９および絶縁層１１７の水素濃度を低減すると好ましい。絶縁層４０９および絶縁層１１７の水素濃度はＳＩＭＳにおいて、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５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。また、酸化物半導体の窒素濃度を低減するために、絶縁層４０９および絶縁層１１７の窒素濃度を低減すると好ましい。絶縁層４０９および絶縁層１１７の窒素濃度は、ＳＩＭＳにおいて、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【０２０８】
本実施の形態では、まず、絶縁層４０９上に半導体層２４２ａを形成し、半導体層２４２ａ上に半導体層２４２ｂを形成する。
【０２０９】
なお、酸化物半導体層の成膜には、スパッタリング法を用いることが好ましい。スパッタリング法としては、ＲＦスパッタリング法、ＤＣスパッタリング法、ＡＣスパッタリング法等を用いることができる。ＤＣスパッタリング法、またはＡＣスパッタリング法は、ＲＦスパッタリング法よりも均一性良く成膜することができる。
【０２１０】
本実施の形態では、半導体層２４２ａとして、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物ターゲット（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２）を用いて、スパッタリング法により厚さ２０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を形成する。なお、半導体層２４２ａに適用可能な構成元素および組成はこれに限られるものではない。
【０２１１】
また、半導体層２４２ａ形成後に酸素ドープ処理を行ってもよい。
【０２１２】
次に、半導体層２４２ａ上に、半導体層２４２ｂを形成する。本実施の形態では、半導体層２４２ｂとして、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物ターゲット（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１）を用いて、スパッタリング法により厚さ３０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を形成する。なお、半導体層２４２ｂに適用可能な構成元素および組成はこれに限られるものではない。
【０２１３】
また、半導体層２４２ｂ形成後に酸素ドープ処理を行ってもよい。
【０２１４】
次に、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｂに含まれる水分または水素などの不純物をさらに低減して、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｂを高純度化するために、加熱処理を行ってもよい。
【０２１５】
例えば、減圧雰囲気下、窒素や希ガスなどの不活性雰囲気下、酸化性雰囲気下、又は超乾燥エア（ＣＲＤＳ（キャビティリングダウンレーザー分光法）方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が２０ｐｐｍ（露点換算で−５５℃）以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）雰囲気下で、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｂに加熱処理を施す。なお、酸化性雰囲気とは、酸素、オゾンまたは窒化酸素などの酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上含有する雰囲気をいう。また、不活性雰囲気とは、前述の酸化性ガスが１０ｐｐｍ未満であり、その他、窒素または希ガスで充填された雰囲気をいう。
【０２１６】
また、加熱処理を行うことにより、不純物の放出と同時に絶縁層４０９に含まれる酸素を半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｂに拡散させ、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｂの酸素欠損を低減することができる。なお、不活性ガス雰囲気で加熱処理した後に、酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上、１％以上または１０％以上含む雰囲気で加熱処理を行ってもよい。なお、加熱処理は、半導体層２４２ｂの形成後であれば、いつ行ってもよい。例えば、半導体層２４２ｂの選択的なエッチング後に加熱処理を行ってもよい。
【０２１７】
加熱処理は、２５０℃以上６５０℃以下、好ましくは３００℃以上５００℃以下で行えばよい。処理時間は２４時間以内とする。２４時間を超える加熱処理は生産性の低下を招くため好ましくない。
【０２１８】
次に、半導体層２４２ｂ上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを用いて、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｂの一部を選択的にエッチングする。この時、絶縁層４０９の一部がエッチングされ、絶縁層４０９に凸部が形成される場合がある。
【０２１９】
半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｂのエッチングは、ドライエッチング法でもウェットエッチング法でもよく、両方を用いてもよい。エッチング終了後、レジストマスクを除去する。
【０２２０】
また、トランジスタ６０２は、半導体層２４２ｂ上に、半導体層２４２ｂの一部と接して、電極２４４および電極２４５を有する。電極２４４および電極２４５（これらと同じ層で形成される他の電極または配線を含む）は、配線４２１と同様の材料および方法で形成することができる。
【０２２１】
また、トランジスタ６０２は、半導体層２４２ｂ、電極２４４、および電極２４５上に半導体層２４２ｃを有する。半導体層２４２ｃは、半導体層２４２ｂ、電極２４４、および電極２４５の、それぞれの一部と接する。
【０２２２】
本実施の形態では、半導体層２４２ｃを、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物ターゲット（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２）を用いたスパッタリング法により形成する。なお、半導体層２４２ｃに適用可能な構成元素および組成はこれに限られるものではない。例えば、半導体層２４２ｃとして酸化ガリウムを用いてもよい。また、半導体層２４２ｃに酸素ドープ処理を行ってもよい。
【０２２３】
また、トランジスタ６０２は、半導体層２４２ｃ上に絶縁層１１７を有する。絶縁層１１７はゲート絶縁層として機能することができる。絶縁層１１７は、絶縁層４０９と同様の材料及び方法で形成することができる。また、絶縁層１１７に酸素ドープ処理を行ってもよい。
【０２２４】
半導体層２４２ｃおよび絶縁層１１７の形成後、絶縁層１１７上にマスクを形成し、半導体層２４２ｃおよび絶縁層１１７の一部を選択的にエッチングして、島状の半導体層２４２ｃ、および島状の絶縁層１１７としてもよい。
【０２２５】
また、トランジスタ６０２は、絶縁層１１７上に電極２４３を有する。電極２４３（これらと同じ層で形成される他の電極または配線を含む）は、配線４２１と同様の材料および方法で形成することができる。
【０２２６】
本実施の形態では、電極２４３を電極２４３ａと電極２４３ｂの積層とする例を示している。例えば、電極２４３ａを窒化タンタルで形成し、電極２４３ｂを銅で形成する。電極２４３ａがバリア層として機能し、銅元素の拡散を防ぐことができる。よって、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０２２７】
また、トランジスタ６０２は、電極２４３を覆う絶縁層４１８を有する。絶縁層４１８は、絶縁層４０９と同様の材料及び方法で形成することができる。また、絶縁層４１８に酸素ドープ処理を行ってもよい。また、絶縁層４１８表面にＣＭＰ処理を行ってもよい。
【０２２８】
また、絶縁層４１８上に絶縁層４３９を有し、絶縁層４３９上に絶縁層４１９を有する。絶縁層４３９および絶縁層４１９は、絶縁層４０５と同様の材料および方法で形成することができる。また、絶縁層４１９表面にＣＭＰ処理を行ってもよい。ＣＭＰ処理を行うことにより、試料表面の凹凸を低減し、この後形成される絶縁層や導電層の被覆性を高めることができる。また、絶縁層４１９、絶縁層４３９、および絶縁層４１８の一部に開口が形成されている。また、該開口中に、コンタクトプラグが形成されている。
【０２２９】
また、絶縁層４１９の上に、配線４２７、及び配線４４４（これらと同じ層で形成される他の電極または配線を含む）が形成されている。配線４４４は、絶縁層４１９及び絶縁層４１８に設けられた開口において、コンタクトプラグを介して電極２７３と電気的に接続されている。また、配線４２７は、絶縁層４１９及び絶縁層４１８に設けられた開口において、コンタクトプラグを介して電極２４３と電気的に接続されている。
【０２３０】
また、撮像装置１１５は、配線４２７、及び配線４４４（これらと同じ層で形成される他の電極または配線を含む）を覆って絶縁層４１５を有する。絶縁層４１５は、絶縁層４０５と同様の材料および方法で形成することができる。また、絶縁層４１５表面にＣＭＰ処理を行ってもよい。ＣＭＰ処理を行うことにより、試料表面の凹凸を低減し、この後形成される絶縁層や導電層の被覆性を高めることができる。また、絶縁層４１５の一部に開口が形成されている。
【０２３１】
また、絶縁層４１５の上に、配線４２２、配線４２３、及び配線２６６（これらと同じ層で形成される他の電極または配線を含む）が形成されている。
【０２３２】
なお、配線４２２、配線４２３、及び配線２６６（これらと同じ層で形成される他の電極または配線を含む）は、それぞれが絶縁層中に形成された開口およびコンタクトプラグを介して、他層の配線または他層の電極と電気的に接続することができる。
【０２３３】
また、配線４２２、配線４２３、及び配線２６６を覆って絶縁層４１６を有する。絶縁層４１６は、絶縁層４０５と同様の材料および方法で形成することができる。また、絶縁層４１６表面にＣＭＰ処理を行ってもよい。
【０２３４】
［トランジスタ２８１、トランジスタ２８２］
周辺回路を構成するトランジスタの一例として、図２２に示したトランジスタ２８１の拡大断面図を図２５（Ａ）に示す。また、図２２に示したトランジスタ２８２の拡大断面図を図２５（Ｂ）に示す。本実施の形態では、一例として、トランジスタ２８１がｐチャネル型のトランジスタ、トランジスタ２８２がｎチャネル型のトランジスタである場合について説明する。
【０２３５】
トランジスタ２８１は、チャネルが形成領域２８３、高濃度ｐ型不純物領域２８５、絶縁層２８６、電極２８７、側壁２８８を有する。また、絶縁層２８６を介して側壁２８８と重なる領域に低濃度ｐ型不純物領域２８４を有する。絶縁層２８６はゲート絶縁層として機能できる。電極２８７はゲート電極として機能できる。
【０２３６】
低濃度ｐ型不純物領域２８４は、電極２８７形成後、側壁２８８形成前に、電極２８７をマスクとして用いて不純物元素を導入することにより形成することができる。すなわち、低濃度ｐ型不純物領域２８４は、自己整合方式により形成することができる。側壁２８８の形成後、高濃度ｐ型不純物領域２８５を形成する。また、高濃度ｐ型不純物領域２８５は、光電変換素子６０１が有するｐ型半導体２２１と同一工程で同時に形成することができる。なお、低濃度ｐ型不純物領域２８４は高濃度ｐ型不純物領域２８５と同じ導電型を有し、導電型を付与する不純物の濃度が高濃度ｐ型不純物領域２８５よりも低い。また、低濃度ｐ型不純物領域２８４は、状況に応じて設けなくてもよい。
【０２３７】
トランジスタ２８２は、チャネル形成領域１２８３がウェル２２０に形成される。また、トランジスタ２８２は、チャネル形成領域１２８３、高濃度ｎ型不純物領域１２８５、絶縁層２８６、電極２８７、側壁２８８を有する。また、絶縁層２８６を介して側壁２８８と重なる領域に低濃度ｎ型不純物領域１２８４を有する。
【０２３８】
低濃度ｎ型不純物領域１２８４は、電極２８７形成後、側壁２８８形成前に、電極２８７をマスクとして用いて不純物元素を導入することにより形成することができる。すなわち、低濃度ｎ型不純物領域１２８４は、自己整合方式により形成することができる。側壁２８８の形成後、高濃度ｎ型不純物領域１２８５を形成する。なお、低濃度ｎ型不純物領域１２８４は高濃度ｎ型不純物領域１２８５と同じ導電型を有し、導電型を付与する不純物の濃度が高濃度ｎ型不純物領域１２８５よりも低い。また、低濃度ｎ型不純物領域１２８４は、状況に応じて設けなくてもよい。
【０２３９】
トランジスタ２８１およびトランジスタ２８２は、素子分離層４１４により電気的に分離されている。素子分離領域の形成は、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）法や、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）法などを用いることができる。
【０２４０】
［変形例１］
図２２とは異なる撮像装置の構成例を図２６に示す。図２６に示すように、ｎチャネル型のトランジスタ２８２を設けない構成としてもよい。周辺回路で必要なＣＭＯＳ回路は、ｎチャネル型のトランジスタ２８９とｐチャネル型のトランジスタ２８１を組み合わせて実現することができる。ｎチャネル型のトランジスタ２８２を設けないことで、撮像装置１１５の作製工程を低減することができる。よって、生産性の良好な撮像装置を実現できる。また、製造コストが低減された撮像装置を実現できる。
【０２４１】
［変形例２］
図２２および図２６とは異なる撮像装置の構成例を図２７に示す。図２７に示すトランジスタ６０２およびトランジスタ２８９は、絶縁層４０９を介して半導体層２４２と重なる領域に、バックゲートとして機能する電極２１３を設けている。また、容量素子６０６を構成する電極２７３を、絶縁層４０９を介して電極２４５と重なる領域に設けている。
【０２４２】
トランジスタ６０２およびトランジスタ２８９にバックゲートとして機能する電極２１３を設ける場合は、電極２１３を形成するための導電層の一部を用いて電極２７３を形成することができる。電極２１３と電極２７３は、同じ層上に、同じ作製方法および材料を用いて同時に作製することができる。すなわち、電極２１３と電極２７３は、同一の成膜工程および同一のエッチング工程を経て島状に加工された層である。
【０２４３】
また、電極２１３および電極２７３は、電極２４３と同様の材料および方法で形成することができる。ただし、容量素子６０６に透光性を付与する場合は、電極２４５および電極２７３として透光性を有する導電性材料を用いることが好ましい。容量素子６０６に透光性を付与することで、有効開口率を高めることができる。また、別途、電極２７３を形成するための工程を設ける必要がないため、撮像装置の生産性を高めることができる。
【０２４４】
なお、本明細書等で開示された、金属膜、半導体膜、無機絶縁膜など様々な膜はスパッタリング法やプラズマ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（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成してもよい。熱ＣＶＤ法の例としてＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を使っても良い。
【０２４５】
熱ＣＶＤ法は、プラズマを使わない成膜方法のため、プラズマダメージにより欠陥が生成されることが無いという利点を有する。
【０２４６】
熱ＣＶＤ法は、原料ガスと酸化剤を同時にチャンバー内に送り、チャンバー内を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。
【０２４７】
また、ＡＬＤ法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、反応のための原料ガスが順次にチャンバーに導入され、そのガス導入の順序を繰り返すことで成膜を行ってもよい。例えば、それぞれのスイッチングバルブ（高速バルブとも呼ぶ）を切り替えて２種類以上の原料ガスを順番にチャンバーに供給し、複数種の原料ガスが混ざらないように第１の原料ガスと同時またはその後に不活性ガス（アルゴン、或いは窒素など）などを導入し、第２の原料ガスを導入する。なお、同時に不活性ガスを導入する場合には、不活性ガスはキャリアガスとなり、また、第２の原料ガスの導入時にも同時に不活性ガスを導入してもよい。また、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の原料ガスと反応して、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、ガス導入順序を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（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を作製する場合に適している。
【０２４８】
ＭＯＣＶＤ法やＡＬＤ法などの熱ＣＶＤ法は、これまでに記載した実施形態に開示された金属膜、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）、及びジメチル亜鉛（Ｚｎ（ＣＨ３）２）を用いる。また、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。
【０２４９】
例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化ハフニウム膜を形成する場合には、溶媒とハフニウム前駆体化合物を含む液体（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）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。他の材料としては、テトラキス（エチルメチルアミド）ハフニウムなどがある。
【０２５０】
例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化アルミニウム膜を形成する場合には、溶媒とアルミニウム前駆体化合物を含む液体（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。また、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。
【０２５１】
例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化シリコン膜を形成する場合には、ヘキサクロロジシランを被成膜面に吸着させ、吸着物に含まれる塩素を除去し、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。
【０２５２】
例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置によりタングステン膜を成膜する場合には、ＷＦ６ガスとＢ２Ｈ６ガスを順次繰り返し導入して初期タングステン膜を形成し、その後、ＷＦ６ガスとＨ２ガスを順次繰り返し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。
【０２５３】
例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化物半導体膜、例えばＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を成膜する場合には、Ｉｎ（ＣＨ３）３ガスとＯ３ガスを順次繰り返し導入してＩｎ−Ｏ層を形成し、その後、Ｇａ（ＣＨ３）３ガスとＯ３ガスを順次繰り返し導入してＧａＯ層を形成し、更にその後Ｚｎ（ＣＨ３）２ガスとＯ３ガスを順次繰り返し導入して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。また、これらのガスを用いてＩｎ−Ｇａ−Ｏ層やＩｎ−Ｚｎ−Ｏ層、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層などの混合酸化物層を形成しても良い。なお、Ｏ３ガスに変えてＡｒ等の不活性ガスで水を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。また、Ｉｎ（ＣＨ３）３ガスにかえて、Ｉｎ（Ｃ２Ｈ５）３ガスを用いても良い。また、Ｇａ（ＣＨ３）３ガスにかえて、Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３ガスを用いても良い。
【０２５４】
［変形例３］
図２２、図２６および図２７とは異なる撮像装置１１５の構成例を図２８に示す。
【０２５５】
図２８に示す撮像装置１１５は、絶縁層４１５上に光電変換素子６０１が設けられている。図２８に示す光電変換素子６０１は、金属材料などで形成された電極６８６と透光性導電層６８２との間に光電変換層６８１を有する。図２８では、セレン系材料を光電変換層６８１に用いた形態を示している。セレン系材料を用いた光電変換素子６０１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６８１を薄くしやすい利点を有する。
【０２５６】
セレン系材料としては、非晶質セレンまたは結晶セレンを用いることができる。結晶セレンは、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。
【０２５７】
なお、光電変換層６８１は単層として図示しているが、セレン系材料の受光面側に正孔注入阻止層として酸化ガリウムまたは酸化セリウムなどを設け、電極６８６側に電子注入阻止層として酸化ニッケルまたは硫化アンチモンなどを設ける構成とすることもできる。
【０２５８】
また、光電変換層６８１は、銅、インジウム、セレンの化合物（ＣＩＳ）を含む層であってもよい。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。
【０２５９】
また、ＣＩＳおよびＣＩＧＳはｐ型半導体であり、接合を形成するためにｎ型半導体の硫化カドミウムや硫化亜鉛等を接して設けてもよい。
【０２６０】
アバランシェ現象を発生させるためには、光電変換素子に比較的高い電圧（例えば、１０Ｖ以上）を印加することが好ましい。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。
【０２６１】
透光性導電層６８２には、例えば、インジウム錫酸化物、シリコンを含むインジウム錫酸化物、亜鉛を含む酸化インジウム、酸化亜鉛、ガリウムを含む酸化亜鉛、アルミニウムを含む酸化亜鉛、酸化錫、フッ素を含む酸化錫、アンチモンを含む酸化錫、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６８２は単層に限らず、異なる膜の積層であっても良い。
【０２６２】
なお、図２８では、光電変換層６８１および透光性導電層６８２を画素ごとに分離しない構成としているが、図２９（Ａ）に示すように画素ごとに分離する構成としてもよい。また、隣接する画素間の電極６８６を有さない領域には、絶縁体で隔壁４７７を設け、光電変換層６８１および透光性導電層６８２に亀裂が入らないようにすることが好ましいが、図２９（Ｂ）に示すように隔壁４７７を設けない構成としてもよい。また、図２８では、透光性導電層６８２と配線４８７が、配線４８８およびコンタクトプラグ４８９を介して電気的に接続する構成を図示しているが、図２９（Ｃ）、図２９（Ｄ）に示すように透光性導電層６８２と配線４８７が直接接してもよい。
【０２６３】
また、電極６８６および配線４８７などは、複数の導電層を積層した構成であってもよい。例えば、図２９（Ｅ）に示すように、電極６８６を導電層６８６ａ、導電層６８６ｂの二層とし、配線４８７を導電層４８７ａ、導電層４８７ｂの二層とすることができる。図２９（Ｅ）の構成においては、例えば、導電層６８６ａおよび導電層４８７ａを低抵抗の金属等を選択して形成し、導電層６８６ｂおよび導電層４８７ｂを光電変換層６８１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６８２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４８７ａに用いた場合でも導電層４８７ｂを介することによって電蝕を防止することができる。
【０２６４】
導電層６８６ｂおよび導電層４８７ｂには、例えば、モリブデンやタングステンなどを用いることができる。また、導電層６８６ａおよび導電層４８７ａ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。
【０２６５】
また、絶縁層４４２が多層である構成であってもよい。隔壁４７７は、無機絶縁体や絶縁有機樹脂などを用いて形成することができる。また、隔壁４７７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。
【０２６６】
なお、図２８において、トランジスタ２８９、トランジスタ６０２はバックゲートを有する形態を例示しているが、バックゲートを有さない形態であってもよい。また、一部のトランジスタ、例えばトランジスタ２８９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。
【０２６７】
また、光電変換素子６０１には、非晶質シリコン膜や微結晶シリコン膜などを用いたｐｉｎ型のダイオード素子などを用いてもよい。当該フォトダイオードは、ｎ型の半導体層、ｉ型の半導体層、およびｐ型の半導体層が順に積層された構成を有している。ｉ型の半導体層には非晶質シリコンを用いることが好ましい。また、ｐ型の半導体層およびｎ型の半導体層には、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。
【０２６８】
なお、ｐｎ型やｐｉｎ型のダイオード素子は、ｐ型の半導体層が受光面となるように設けることが好ましい。ｐ型の半導体層を受光面とすることで、光電変換素子６０１の出力電流を高めることができる。
【０２６９】
上述したセレン系材料や非晶質シリコンなどを用いて形成した光電変換素子６０１は、成膜工程、リソグラフィ工程、エッチング工程などの一般的な半導体作製工程を用いて作製するこができる。また、セレン系材料は高抵抗であり、図２８に示すように、光電変換層６８１を画素間で分離しない構成とすることもできる。
【０２７０】
また、撮像装置は、図３０（Ａ１）及び図３０（Ｂ１）に示すように湾曲させてもよい。図３０（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３０（Ａ２）は、図３０（Ａ１）中の二点鎖線Ｘ１−Ｘ２で示した部位の断面図である。図３０（Ａ３）は、図３０（Ａ１）中の二点鎖線Ｙ１−Ｙ２で示した部位の断面図である。
【０２７１】
図３０（Ｂ１）は、撮像装置を同図中の二点鎖線Ｘ３−Ｘ４の方向に湾曲させ、かつ、同図中の二点鎖線Ｙ３−Ｙ４の方向に湾曲させた状態を示している。図３０（Ｂ２）は、図３０（Ｂ１）中の二点鎖線Ｘ３−Ｘ４で示した部位の断面図である。図３０（Ｂ３）は、図３０（Ｂ１）中の二点鎖線Ｙ３−Ｙ４で示した部位の断面図である。
【０２７２】
撮像装置を湾曲させることで、像面湾曲や非点収差を低減することができる。よって、撮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。
【０２７３】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２７４】
（実施の形態４）
本実施の形態では、上記実施の形態に示したトランジスタに用いることができるトランジスタの構成例について、図面を参照して説明する。
【０２７５】
〔ボトムゲート型トランジスタ〕
図３１（Ａ１）に例示するトランジスタ４１０は、ボトムゲート型のトランジスタの一種であるチャネル保護型のトランジスタである。トランジスタ４１０は、絶縁層４０９上にゲート電極として機能できる電極２４６を有する。また、電極２４６上に絶縁層２１６を介して半導体層２４２を有する。電極２４６は電極２４３と同様の材料及び方法で形成することができる。絶縁層２１６は絶縁層１１７と同様の材料及び方法で形成することができる。
【０２７６】
また、トランジスタ４１０は、半導体層２４２のチャネル形成領域上に、チャネル保護層として機能できる絶縁層２０９を有する。絶縁層２０９は、絶縁層２１６と同様の材料および方法により形成することができる。また、半導体層２４２の一部と接して、絶縁層２１６上に電極２４４および電極２４５を有する。電極２４４の一部、および電極２４５の一部は、絶縁層２０９上に形成される。
【０２７７】
チャネル形成領域上に絶縁層２０９を設けることで、電極２４４および電極２４５の形成時に生じる半導体層２４２の露出を防ぐことができる。よって、電極２４４および電極２４５の形成時に、半導体層２４２のチャネル形成領域がエッチングされることを防ぐことができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。
【０２７８】
また、トランジスタ４１０は、電極２４４、電極２４５および絶縁層２０９上に絶縁層４１８を有し、絶縁層４１８の上に絶縁層４３９を有する。
【０２７９】
図３１（Ａ２）に示すトランジスタ４１１は、絶縁層４３９上にバックゲート電極として機能できる電極２１３を有する点が、トランジスタ４１０と異なる。電極２１３は、電極２４３と同様の材料および方法で形成することができる。
【０２８０】
一般に、バックゲート電極は導電層で形成され、ゲート電極とバックゲート電極で半導体層のチャネル形成領域を挟むように配置される。よって、バックゲート電極は、ゲート電極と同様に機能させることができる。バックゲート電極の電位は、ゲート電極と同電位としてもよいし、接地電位や、任意の電位などとしてもよい。また、バックゲート電極の電位をゲート電極と連動させず独立して変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を制御することができる。
【０２８１】
電極２４６および電極２１３は、どちらもゲート電極として機能することができる。よって、絶縁層２１６、絶縁層２０９、絶縁層４１８、および絶縁層４３９は、それぞれがゲート絶縁層として機能することができる。
【０２８２】
なお、電極２４６または電極２１３の一方を、「ゲート電極」という場合、他方を「バックゲート電極」という場合がある。例えば、トランジスタ４１１において、電極２１３を「ゲート電極」と言う場合、電極２４６を「バックゲート電極」と言う。また、電極２１３を「ゲート電極」として用いる場合は、トランジスタ４１１をトップゲート型のトランジスタの一種と考えることができる。
【０２８３】
半導体層２４２を挟んで電極２４６および電極２１３を設けることで、更には、電極２４６および電極２１３を同電位とすることで、半導体層２４２においてキャリアの流れる領域が膜厚方向においてより大きくなるため、キャリアの移動量が増加する。この結果、トランジスタ４１１のオン電流が大きくなると共に、電界効果移動度が高くなる。
【０２８４】
したがって、トランジスタ４１１は、占有面積に対して大きいオン電流を有するトランジスタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ４１１の占有面積を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。よって、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。
【０２８５】
また、ゲート電極とバックゲート電極は導電層で形成されるため、トランジスタの外部で生じる電界が、チャネルが形成される半導体層に作用しないようにする機能（特に静電気などに対する電界遮蔽機能）を有する。バックゲート電極を半導体層よりも大きく形成し、バックゲート電極で半導体層を覆うことで、電界遮蔽機能を高めることができる。
【０２８６】
電極２４６および電極２１３は、それぞれが外部からの電界を遮蔽する機能を有するため、電極２４６の下方および電極２１３の上方に生じる荷電粒子等の電荷が半導体層２４２のチャネル形成領域に影響しない。この結果、ストレス試験（例えば、ゲートに負の電荷を印加する−ＧＢＴ（Ｇａｔｅ  Ｂｉａｓ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）ストレス試験）の劣化が抑制される。また、電極２４６および電極２１３は、ドレイン電極から生じる電界が半導体層に作用しないように遮断することができる。よって、ドレイン電圧の変動に起因する、オン電流の立ち上がり電圧の変動を抑制することができる。なお、この効果は、電極２４６および電極２１３に電位が供給されている場合において顕著に生じる。
【０２８７】
なお、ＢＴストレス試験は加速試験の一種であり、長期間の使用によって起こるトランジスタの特性変化（経年変化）を短時間で評価することができる。特に、ＢＴストレス試験前後におけるトランジスタのしきい値電圧の変動量は、信頼性を調べるための重要な指標となる。ＢＴストレス試験前後において、しきい値電圧の変動量が少ないほど、信頼性が高いトランジスタであるといえる。
【０２８８】
また、電極２４６および電極２１３を有し、且つ電極２４６および電極２１３を同電位とすることで、しきい値電圧の変動量が低減される。このため、複数のトランジスタ間における電気特性のばらつきも同時に低減される。
【０２８９】
また、バックゲート電極を有するトランジスタは、ゲートに正の電荷を印加する＋ＧＢＴストレス試験前後におけるしきい値電圧の変動も、バックゲート電極を有さないトランジスタより小さい。
【０２９０】
また、バックゲート電極側から光が入射する場合に、バックゲート電極を、遮光性を有する導電膜で形成することで、バックゲート電極側から半導体層に光が入射することを防ぐことができる。よって、半導体層の光劣化を防ぎ、トランジスタのしきい値電圧がシフトするなどの電気特性の劣化を防ぐことができる。
【０２９１】
また、電極２１３は、絶縁層４１８と絶縁層４３９の間に設けてもよい。また、電極２１３と絶縁層４３９の間に絶縁層を有していてもよい。
【０２９２】
本発明の一態様によれば、信頼性の良好なトランジスタを実現することができる。また、信頼性の良好な半導体装置を実現することができる。
【０２９３】
図３１（Ｂ１）に例示するトランジスタ４２０は、ボトムゲート型のトランジスタの１つであるチャネル保護型のトランジスタである。トランジスタ４２０は、トランジスタ４１０とほぼ同様の構造を有しているが、絶縁層２０９が半導体層２４２を覆っている点が異なる。また、半導体層２４２と重なる絶縁層２０９の一部を選択的に除去して形成した開口部において、半導体層２４２と電極２４４が電気的に接続している。また、半導体層２４２と重なる絶縁層２０９の一部を選択的に除去して形成した他の開口部において、半導体層２４２と電極２４５が電気的に接続している。絶縁層２０９の、チャネル形成領域と重なる領域は、チャネル保護層として機能できる。
【０２９４】
図３１（Ｂ２）に示すトランジスタ４２４は、絶縁層４３９上にバックゲート電極として機能できる電極２１３を有する点が、トランジスタ４２０と異なる。
【０２９５】
絶縁層２０９を設けることで、電極２４４および電極２４５の形成時に生じる半導体層２４２の露出を防ぐことができる。よって、電極２４４および電極２４５の形成時に半導体層２４２の薄膜化を防ぐことができる。
【０２９６】
また、トランジスタ４２０およびトランジスタ４２４は、トランジスタ４１０およびトランジスタ４１１よりも、電極２４４と電極２４６の間の距離と、電極２４５と電極２４６の間の距離が長くなる。よって、電極２４４と電極２４６の間に生じる寄生容量を小さくすることができる。また、電極２４５と電極２４６の間に生じる寄生容量を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現できる。
【０２９７】
図３１（Ｃ１）に示すトランジスタ４２５は、ボトムゲート型のトランジスタの１つであるチャネルエッチング型のトランジスタである。トランジスタ４２５は、絶縁層２０９を用いずに電極２４４および電極２４５を形成する。このため、電極２４４および電極２４５の形成時に露出する半導体層２４２の一部がエッチングされる場合がある。一方、絶縁層２０９を設けないため、トランジスタの生産性を高めることができる。
【０２９８】
図３１（Ｃ２）に示すトランジスタ４２６は、絶縁層４３９上にバックゲート電極として機能できる電極２１３を有する点が、トランジスタ４２０と異なる。
【０２９９】
〔トップゲート型トランジスタ〕
図３２（Ａ１）に例示するトランジスタ４３０は、トップゲート型のトランジスタの一種である。トランジスタ４３０は、絶縁層４０９の上に半導体層２４２を有し、半導体層２４２および絶縁層４０９上に、半導体層２４２の一部に接する電極２４４および半導体層２４２の一部に接する電極２４５を有し、半導体層２４２、電極２４４、および電極２４５上に絶縁層２１６を有し、絶縁層２１６上に電極２４６を有する。
【０３００】
トランジスタ４３０は、電極２４６および電極２４４、並びに、電極２４６および電極２４５が重ならないため、電極２４６および電極２４４の間に生じる寄生容量、並びに、電極２４６および電極２４５の間に生じる寄生容量を小さくすることができる。また、電極２４６を形成した後に、電極２４６をマスクとして用いて不純物元素２５５を半導体層２４２に導入することで、半導体層２４２中に自己整合（セルフアライメント）的に不純物領域を形成することができる（図３２（Ａ３）参照）。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。
【０３０１】
なお、不純物元素２５５の導入は、イオンドーピング装置、イオン注入装置、またはプラズマ処理装置を用いて行うことができる。
【０３０２】
不純物元素２５５としては、例えば、第１３族元素または第１５族元素のうち、少なくとも一種類の元素を用いることができる。また、半導体層２４２に酸化物半導体を用いる場合は、不純物元素２５５として、希ガス、水素、および窒素のうち、少なくとも一種類の元素を用いることも可能である。
【０３０３】
図３２（Ａ２）に示すトランジスタ４３１は、電極２１３および絶縁層２１７を有する点がトランジスタ４３０と異なる。トランジスタ４３１は、絶縁層４０９の上に形成された電極２１３を有し、電極２１３上に形成された絶縁層２１７を有する。前述した通り、電極２１３は、バックゲート電極として機能することができる。よって、絶縁層２１７は、ゲート絶縁層として機能することができる。絶縁層２１７は、絶縁層２１６と同様の材料および方法により形成することができる。
【０３０４】
トランジスタ４１１と同様に、トランジスタ４３１は、占有面積に対して大きいオン電流を有するトランジスタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ４３１の占有面積を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。よって、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。
【０３０５】
図３２（Ｂ１）に例示するトランジスタ４４０は、トップゲート型のトランジスタの１つである。トランジスタ４４０は、電極２４４および電極２４５を形成した後に半導体層２４２を形成する点が、トランジスタ４３０と異なる。また、図３２（Ｂ２）に例示するトランジスタ４４１は、電極２１３および絶縁層２１７を有する点が、トランジスタ４４０と異なる。トランジスタ４４０およびトランジスタ４４１において、半導体層２４２の一部は電極２４４上に形成され、半導体層２４２の他の一部は電極２４５上に形成される。
【０３０６】
トランジスタ４１１と同様に、トランジスタ４４１は、占有面積に対して大きいオン電流を有するトランジスタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ４４１の占有面積を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。よって、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。
【０３０７】
トランジスタ４４０およびトランジスタ４４１も、電極２４６を形成した後に、電極２４６をマスクとして用いて不純物元素２５５を半導体層２４２に導入することで、半導体層２４２中に自己整合的に不純物領域を形成することができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。また、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。
【０３０８】
〔ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ型トランジスタ〕
図３３に、半導体層２４２として酸化物半導体を用いたトランジスタ構造の一例を示す。図３３に例示するトランジスタ４５０は、半導体層２４２ａの上に半導体層２４２ｂが形成され、半導体層２４２ｂの上面および側面、並びに半導体層２４２ａの側面が半導体層２４２ｃに覆われた構造を有する。図３３（Ａ）はトランジスタ４５０の上面図である。図３３（Ｂ）は、図３３（Ａ）中のＸ１−Ｘ２の一点鎖線で示した部位の断面図（チャネル長方向の断面図）である。図３３（Ｃ）は、図３３（Ａ）中のＹ１−Ｙ２の一点鎖線で示した部位の断面図（チャネル幅方向の断面図）である。
【０３０９】
図３３に示すトランジスタ４５０は、絶縁層４０９に設けた凸部上に半導体層２４２ｂを設けている。絶縁層４０９の凸部上に半導体層２４２ｂを設けることによって、半導体層２４２ｂの側面を電極２４３で覆うことができる。すなわち、トランジスタ４５０は、電極２４３の電界によって、半導体層２４２ｂを電気的に取り囲むことができる構造を有している。このように、導電膜の電界によって、チャネルが形成される半導体層を電気的に取り囲むトランジスタの構造を、ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  ｃｈａｎｎｅｌ（ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ）構造とよぶ。また、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有するトランジスタを、「ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ型トランジスタ」もしくは「ｓ−ｃｈａｎｎｅｌトランジスタ」ともいう。
【０３１０】
ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造では、半導体層２４２ｂの全体（バルク）にチャネルが形成される場合がある。ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造では、トランジスタのドレイン電流を大きくすることができ、さらに大きいオン電流を得ることができる。また、電極２４３の電界によって、半導体層２４２ｂに形成されるチャネル形成領域の全領域を空乏化することができる。したがって、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造では、トランジスタのオフ電流をさらに小さくすることができる。
【０３１１】
なお、絶縁層４０９の凸部を高くし、また、チャネル幅を小さくすることで、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造によるオン電流の増大効果、オフ電流の低減効果などをより高めることができる。また、半導体層２４２ｂの形成時に、露出する半導体層２４２ａを除去してもよい。この場合、半導体層２４２ａと半導体層２４２ｂの側面が揃う場合がある。
【０３１２】
また、図３４に示すトランジスタ４５１のように、半導体層２４２の下方に、絶縁層を介して電極２１３を設けてもよい。図３４（Ａ）はトランジスタ４５１の上面図である。図３４（Ｂ）は、図３４（Ａ）中のＸ１−Ｘ２の一点鎖線で示した部位の断面図である。図３４（Ｃ）は、図３４（Ａ）中のＹ１−Ｙ２の一点鎖線で示した部位の断面図である。
【０３１３】
図３５にｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有するトランジスタの他の一例を示す。図３５に例示するトランジスタ４５２は、電極２４４および電極２４５が半導体層２４２ｂ上に設けられ、半導体層２４２ｂおよび半導体層２４２ａの側面に接していない。電極２４４は、絶縁層４１８、絶縁層４３９、および絶縁層４１９に設けられた開口において、コンタクトプラグを介して電極４３４と電気的に接続されている。電極２４５は、絶縁層４１８、絶縁層４３９、および絶縁層４１９に設けられた開口において、コンタクトプラグを介して電極４３５と電気的に接続されている。
【０３１４】
本発明の一態様によれば、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。よって、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。
【０３１５】
図３６にｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有するトランジスタの他の一例を示す。図３６に例示するトランジスタ４５３は、半導体層２４２ａの上に半導体層２４２ｂが形成されている。トランジスタ４５３は、バックゲート電極を有するボトムゲート型のトランジスタの一種である。図３６（Ａ）はトランジスタ４５３の上面図である。図３６（Ｂ）は、図３６（Ａ）中のＸ１−Ｘ２の一点鎖線で示した部位の断面図（チャネル長方向の断面図）である。図３６（Ｃ）は、図３６（Ａ）中のＹ１−Ｙ２の一点鎖線で示した部位の断面図（チャネル幅方向の断面図）である。
【０３１６】
絶縁層４３９上に設けられた電極２１３は、絶縁層２１６、絶縁層４１８、および絶縁層４３９に設けられた開口２４７ａおよび開口２４７ｂにおいて、電極２４６と電気的に接続されている。よって、電極２１３と電極２４６には、同じ電位が供給される。また、開口２４７ａおよび開口２４７ｂは、どちらか一方を設けなくてもよい。また、開口２４７ａおよび開口２４７ｂの両方を設けなくてもよい。開口２４７ａおよび開口２４７ｂの両方を設けない場合は、電極２１３と電極２４６に異なる電位を供給することができる。
【０３１７】
なお、トランジスタ４５３では、半導体層２４２を半導体層２４２ａと半導体層２４２ｂの２層構造とする例を示している。
【０３１８】
図３６（Ｂ）にＣ３−Ｃ４の一点鎖線で示す部位のエネルギーバンド構造図を図３７に示す。図３７は、トランジスタ４５３のチャネル形成領域のエネルギーバンド構造を示している。
【０３１９】
図３７中、Ｅｃ３８７は、絶縁層４１８の伝導帯下端のエネルギーを示している。半導体層２４２を半導体層２４２ａと半導体層２４２ｂの２層とすることで、トランジスタの生産性を高めることができる。なお、半導体層２４２ｃを設けない分、トラップ準位３９０の影響を受けやすくなるが、半導体層２４２を単層構造とした場合よりも高い電界効果移動度を実現することができる。
【０３２０】
本発明の一態様によれば、消費電力が少ないトランジスタを実現することができる。よって、消費電力が少ない撮像装置などを実現することができる。本発明の一態様によれば、信頼性の良好なトランジスタを実現することができる。よって、信頼性の良好な撮像装置などを実現することができる。
【０３２１】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０３２２】
１００    車両
１０１    ステアリング
１０２    ダッシュボード
１０８    エアバッグ
１１０    乗員保護装置
１１２    画素駆動回路
１１４    画素
１１５    撮像装置
１１７    絶縁層
１１９    センサ
１２０    制御装置
１２３    配線
１３１    エアバッグ装置
１３２    エアバッグ装置
１４０    画素部
１４１    画素
２０９    絶縁層
２１３    電極
２１６    絶縁層
２１７    絶縁層
２１９    絶縁層
２２０    ウェル
２２１    ｐ型半導体
２２３    ｎ型半導体
２２４    開口
２２５    開口
２４２    半導体層
２４３    電極
２４４    電極
２４５    電極
２４６    電極
２５２    周辺回路領域
２５５    不純物元素
２６０    回路
２６１    信号処理回路
２６２    列駆動回路
２６３    出力回路
２６４    回路
２６５    配線
２６６    配線
２６７    配線
２６８    配線
２６９    配線
２７０    回路
２７３    電極
２７７    絶縁層
２８０    回路
２８１    トランジスタ
２８２    トランジスタ
２８３    形成領域
２８４    低濃度ｐ型不純物領域
２８５    高濃度ｐ型不純物領域
２８６    絶縁層
２８７    電極
２８８    側壁
２８９    トランジスタ
２９０    回路
３８２    Ｅｃ
３８６    Ｅｃ
３８７    Ｅｃ
３９０    トラップ準位
４０１    基板
４０３    絶縁層
４０４    絶縁層
４０５    絶縁層
４０６    コンタクトプラグ
４０７    絶縁層
４０８    絶縁層
４０９    絶縁層
４１０    トランジスタ
４１１    トランジスタ
４１４    素子分離層
４１５    絶縁層
４１６    絶縁層
４１８    絶縁層
４１９    絶縁層
４２０    トランジスタ
４２１    配線
４２２    配線
４２３    配線
４２４    トランジスタ
４２５    トランジスタ
４２７    配線
４２９    配線
４３０    トランジスタ
４３１    トランジスタ
４３４    電極
４３５    電極
４３９    絶縁層
４４０    トランジスタ
４４１    トランジスタ
４４２    絶縁層
４４４    配線
４５０    トランジスタ
４５１    トランジスタ
４５２    トランジスタ
４５３    トランジスタ
４７７    隔壁
４８７    配線
４８８    配線
４８９    コンタクトプラグ
６０１    光電変換素子
６０２    トランジスタ
６０３    トランジスタ
６０４    トランジスタ
６０５    トランジスタ
６０６    容量素子
６０７    ノード
６０８    配線
６０９    配線
６１０    回路
６１１    配線
６８１    光電変換層
６８２    透光性導電層
６８６    電極
９００    車両
１２８３    チャネル形成領域
１２８４    低濃度ｎ型不純物領域
１２８５    高濃度ｎ型不純物領域
５１００    ペレット
５１２０    基板
５１６１    領域
１０３ａ    ドア
１０３ｂ    ドア
１０４ａ    ドア
１０４ｂ    ドア
１０８ｃ    半導体層
１１１ａ    撮像装置
１１１ｂ    撮像装置
１１１ｃ    撮像装置
１１２ａ    撮像装置
１１２ｂ    撮像装置
１１２ｃ    撮像装置
１１３ａ    撮像装置
１１３ｂ    撮像装置
１１４ａ    撮像装置
１１４ｂ    撮像装置
１３３ａ    エアバッグ装置
１３３ｂ    エアバッグ装置
１３４ａ    エアバッグ装置
１３４ｂ    エアバッグ装置
２４２ａ    半導体層
２４２ｂ    半導体層
２４２ｃ    半導体層
２４３ａ    電極
２４３ｂ    電極
２４７ａ    開口
２４７ｂ    開口
２６４ａ    回路
２６４ｂ    カウンタ回路
２６４ｃ    ラッチ回路
２７２ｃ    半導体層
３８３ａ    Ｅｃ
３８３ｂ    Ｅｃ
３８３ｃ    Ｅｃ
４８７ａ    導電層
４８７ｂ    導電層
６８６ａ    導電層
６８６ｂ    導電層
【図１】
2020113787.tif 000003
【図２】
2020113787.tif 000004
【図３】
2020113787.tif 000005
【図４】
2020113787.tif 000006
【図５】
2020113787.tif 000007
【図６】
2020113787.tif 000008
【図７】
2020113787.tif 000009
【図８】
2020113787.tif 000010
【図９】
2020113787.tif 000011
【図１０】
2020113787.tif 000012
【図１１】
2020113787.tif 000013
【図１２】
2020113787.tif 000014
【図１３】
2020113787.tif 000015
【図１４】
2020113787.tif 000016
【図１５】
2020113787.tif 000017
【図１６】
2020113787.tif 000018
【図１７】
2020113787.tif 000019
【図１８】
2020113787.tif 000020
【図１９】
2020113787.tif 000021
【図２０】
2020113787.tif 000022
【図２１】
2020113787.tif 000023
【図２２】
2020113787.tif 000024
【図２３】
2020113787.tif 000025
【図２４】
2020113787.tif 000026
【図２５】
2020113787.tif 000027
【図２６】
2020113787.tif 000028
【図２７】
2020113787.tif 000029
【図２８】
2020113787.tif 000030
【図２９】
2020113787.tif 000031
【図３０】
2020113787.tif 000032
【図３１】
2020113787.tif 000033
【図３２】
2020113787.tif 000034
【図３３】
2020113787.tif 000035
【図３４】
2020113787.tif 000036
【図３５】
2020113787.tif 000037
【図３６】
2020113787.tif 000038
【図３７】
2020113787.tif 000039
【図３８】
2020113787.tif 000040
【図３９】
2020113787.tif 000041
【図４０】
2020113787.tif 000042
【図４１】
2020113787.tif 000043
【図４２】
2020113787.tif 000044