JP7221286B2 - 撮像装置及びその動作方法、並びに電子機器 - Google Patents

撮像装置及びその動作方法、並びに電子機器 Download PDF

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Description

本発明の一態様は、撮像装置及びその動作方法、並びに電子機器に関する。
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、又は、製造方法に関するものである。又は、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記憶装置、撮像装置、それらの駆動方法、又は、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
なお、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装置全般を指す。トランジスタ、半導体回路は半導体装置の一態様である。また、記憶装置、表示装置、撮像装置、電子機器は、半導体装置を有する場合がある。
基板上に形成された酸化物半導体薄膜を用いてトランジスタを構成する技術が注目されている。例えば、酸化物半導体を有するオフ電流が極めて低いトランジスタを画素回路に用いる構成の撮像装置が特許文献１に開示されている。
また、高速カメラに適用することができる、短時間間隔での撮像ができる撮像装置が特許文献２に開示されている。
特開２０１１－１１９７１１号公報 特開２０１７－５５４０１号公報
特許文献２に記載されている撮像装置では、２個以上の撮像データを取得してそれぞれ異なる画素に保持した後、保持した撮像データを順次読み出すことにより、短時間間隔での撮像を実現している。したがって、１度に取得する撮像データの個数が多いほど、１個の撮像データを取得、保持するために使用できる画素の個数が減少し、取得した撮像データに対応する画像の解像度が低下する。
本発明の一態様では、短時間間隔で複数の撮像データを取得することができる撮像装置を提供することを課題の１つとする。又は、高速に動作する撮像装置を提供することを課題の１つとする。又は、高解像度の画像に対応する撮像データを取得することができる撮像装置を提供することを課題の１つとする。又は、高品位な画像に対応する撮像データを取得することができる撮像装置を提供することを課題の１つとする。又は、高開口率な撮像装置を提供することを課題の１つとする。又は、高感度な撮像装置を提供することを課題の１つとする。又は、低消費電力な撮像装置を提供することを課題の１つとする。又は、低価格な撮像装置を提供することを課題の１つとする。又は、信頼性の高い撮像装置を提供することを課題の１つとする。又は、新規な撮像装置を提供することを課題の１つとする。又は、新規な半導体装置等を提供することを課題の１つとする。
又は、短時間間隔で複数の撮像データを取得することができる撮像装置の動作方法を提供することを課題の１つとする。又は、高速に動作する撮像装置の動作方法を提供することを課題の１つとする。又は、高解像度の撮像データに対応する撮像データを取得することができる撮像装置の動作方法を提供することを課題の１つとする。又は、高品位な画像に対応する撮像データを取得することができる撮像装置の動作方法を提供することを課題の１つとする。又は、高開口率な撮像装置の動作方法を提供することを課題の１つとする。又は、高感度な撮像装置の動作方法を提供することを課題の１つとする。又は、低消費電力な撮像装置の動作方法を提供することを課題の１つとする。又は、低価格な撮像装置の動作方法を提供することを課題の１つとする。又は、信頼性の高い撮像装置の動作方法を提供することを課題の１つとする。又は、新規な撮像装置の動作方法を提供することを課題の１つとする。又は、新規な半導体装置等の動作方法を提供することを課題の１つとする。
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、請求項等の記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項等の記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様は、第１の層と、第２の層と、第３の層と、が積層して設けられている撮像装置であって、第１の層は、光電変換素子を有し、第２の層は、第１の回路を有し、第３の層は、第２の回路を有し、光電変換素子の一方の電極は、第１の回路と電気的に接続され、光電変換素子の一方の電極は、第２の回路と電気的に接続され、第１の回路は、光電変換素子に照射された光の照度に対応するデータである、第１の撮像データを保持する機能を有し、第２の回路は、光電変換素子に照射された光の照度に対応するデータである、第２の撮像データを保持する機能を有する撮像装置である。
又は、上記態様において、第１の回路は、第１の転送トランジスタを有し、第２の回路は、第２の転送トランジスタを有し、光電変換素子の一方の電極は、第１の転送トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、光電変換素子の一方の電極は、第２の転送トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続されていてもよい。
又は、上記態様において、第１の転送トランジスタのソース又はドレインの一方は、第２の転送トランジスタのソース又はドレインの一方と重なる領域を有し、第２の転送トランジスタのソース又はドレインの他方は、第２の転送トランジスタのソース又はドレインの他方と重なる領域を有し、第１の転送トランジスタのゲートは、第２の転送トランジスタのゲートと重なる領域を有してもよい。
又は、上記態様において、第１及び第２の転送トランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、当該金属酸化物は、元素Ｍ（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、又はＳｎ）と、Ｚｎと、を有してもよい。
又は、上記態様において、第１の回路と、第２の回路と、はそれぞれ同様の構成を有してもよい。
又は、上記態様において、第２の層は、第１のＡＤ変換回路を有し、第３の層は、第２のＡＤ変換回路を有し、第１のＡＤ変換回路と、第２のＡＤ変換回路と、は互いに重なる領域を有してもよい。
又は、上記態様において、第１の層は、マルチプレクサ回路と、ＡＤ変換回路と、を有し、マルチプレクサ回路の第１の入力端子は、第１の回路と電気的に接続され、マルチプレクサ回路の第２の入力端子は、第２の回路と電気的に接続され、マルチプレクサ回路の出力端子は、ＡＤ変換回路と電気的に接続されていてもよい。
又は、上記態様において、第１の回路は、第１の転送トランジスタと、第１のリセットトランジスタと、第１の増幅トランジスタと、第１の選択トランジスタと、を有し、第１の転送トランジスタのソース又はドレインの他方は、第１のリセットトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、第１のリセットトランジスタのソース又はドレインの一方は、第１の増幅トランジスタのゲートと電気的に接続され、第１の増幅トランジスタのソース又はドレインの一方は、第１の選択トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続されていてもよい。
又は、上記態様において、第１の転送トランジスタと、第１のリセットトランジスタと、第１の増幅トランジスタと、第１の選択トランジスタと、はチャネル形成領域に金属酸化物を有し、当該金属酸化物は、元素Ｍ（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、又はＳｎ）と、Ｚｎと、を有してもよい。
又は、上記態様において、第２の回路は、第２の転送トランジスタと、第２のリセットトランジスタと、第２の増幅トランジスタと、第２の選択トランジスタと、を有し、第２の転送トランジスタのソース又はドレインの他方は、第２のリセットトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、第２のリセットトランジスタのソース又はドレインの一方は、第２の増幅トランジスタのゲートと電気的に接続され、第２の増幅トランジスタのソース又はドレインの一方は、第２の選択トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続されていてもよい。
又は、上記態様において、第２の転送トランジスタと、第２のリセットトランジスタと、第２の増幅トランジスタと、第２の選択トランジスタと、はチャネル形成領域に金属酸化物を有し、当該金属酸化物は、元素Ｍ（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、又はＳｎ）と、Ｚｎと、を有してもよい。
又は、上記態様において、撮像装置が第１の撮像データを取得する期間と、撮像装置が第２の撮像データを取得する期間と、が異なってもよい。
又は、本発明の一態様の撮像装置と、表示装置と、を有する電子機器も、本発明の一態様である。
又は、本発明の一態様は、光電変換素子を有する第１の層と、第１の回路を有する第２の層と、第２の回路を有する第３の層と、が積層して設けられている撮像装置の動作方法であり、第１の期間において、光電変換素子に照射された光の照度に対応するデータである、第１の撮像データを取得して第１の回路に保持し、第２の期間において、光電変換素子に照射された光の照度に対応するデータである、第２の撮像データを取得して第２の回路に保持し、第３の期間において、第１の回路に保持されている第１の撮像データと、第２の回路に保持されている第２の撮像データと、を読み出す撮像装置の動作方法である。
又は、上記態様において、第２の層に第１のＡＤ変換回路が設けられ、第３の層に第２のＡＤ変換回路が設けられている撮像装置の動作方法であり、第３の期間において、第１のＡＤ変換回路が、アナログデータである第１の撮像データをデジタルデータに変換し、第２のＡＤ変換回路が、アナログデータである第２の撮像データをデジタルデータに変換してもよい。
又は、本発明の一態様は、光電変換素子と、第１の回路と、第２の回路と、が積層して設けられている撮像装置の動作方法であり、第１の期間において、光電変換素子に照射された光の照度に対応するデータである、第１の撮像データを取得して第１の回路に保持し、第２の期間において、光電変換素子に照射された光の照度に対応するデータである、第２の撮像データを取得して第２の回路に保持し、第３の期間において、第１の回路に保持されている第１の撮像データを読み出し、第４の期間において、第２の回路に保持されている第２の撮像データを読み出す撮像装置の動作方法である。
又は、上記態様において、第１の層にＡＤ変換回路が設けられている撮像装置の動作方法であり、第３の期間において、ＡＤ変換回路が、アナログデータである第１の撮像データをデジタルデータに変換し、第４の期間において、ＡＤ変換回路が、アナログデータである第２の撮像データをデジタルデータに変換してもよい。
又は、上記態様において、第１の期間において、グローバルシャッタ方式により第１の撮像データを取得し、第２の期間において、グローバルシャッタ方式により第２の撮像データを取得してもよい。
本発明の一態様により、短時間間隔で複数の撮像データを取得することができる撮像装置を提供することができる。又は、高速に動作する撮像装置を提供することができる。又は、高解像度の画像に対応する撮像データを取得することができる撮像装置を提供することができる。又は、高品位な画像に対応する撮像データを取得することができる撮像装置を提供することができる。又は、高開口率な撮像装置を提供することができる。又は、高感度な撮像装置を提供することができる。又は、低消費電力な撮像装置を提供することができる。又は、低価格な撮像装置を提供することができる。又は、信頼性の高い撮像装置を提供することができる。又は、新規な撮像装置を提供することができる。又は、新規な半導体装置等を提供することができる。
又は、短時間間隔で複数の撮像データを取得することができる撮像装置の動作方法を提供することができる。又は、高速に動作する撮像装置の動作方法を提供することができる。又は、高解像度の撮像データに対応する撮像データを取得することができる撮像装置の動作方法を提供することができる。又は、高品位な画像に対応する撮像データを取得することができる撮像装置の動作方法を提供することができる。又は、高開口率な撮像装置の動作方法を提供することができる。又は、高感度な撮像装置の動作方法を提供することができる。又は、低消費電力な撮像装置の動作方法を提供することができる。又は、低価格な撮像装置の動作方法を提供することができる。又は、信頼性の高い撮像装置の動作方法を提供することができる。又は、新規な撮像装置の動作方法を提供することができる。又は、新規な半導体装置等の動作方法を提供することができる。
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。また、本発明の一形態は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。これら以外の効果は、明細書、特許請求の範囲、図面等の記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、特許請求の範囲、図面等の記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
撮像装置の構成例を示すブロック図。 撮像装置の構成例を示す回路図。 撮像装置の構成例を示す回路図。 撮像装置の動作方法の一例を示すタイミングチャート。 撮像装置の構成例を示すブロック図。 撮像装置の動作方法の一例を示すタイミングチャート。 撮像装置の構成例を示すブロック図。 （Ａ）、（Ｂ）ローリングシャッタ方式及びグローバルシャッタ方式の動作を説明する図。 撮像装置の構成例を示す断面図。 （Ａ）、（Ｂ）トランジスタの構成例を示す断面図。 （Ａ）撮像装置の構成例を示す断面図。（Ｂ）光電変換素子の構成例を示す断面図。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）撮像装置の構成例を示す斜視図。 （Ａ）トランジスタの構成例を示す上面図。（Ｂ）、（Ｃ）トランジスタの構成例を示す断面図。 （Ａ）トランジスタの構成例を示す上面図。（Ｂ）、（Ｃ）トランジスタの構成例を示す断面図。 （Ａ）トランジスタの構成例を示す上面図。（Ｂ）、（Ｃ）トランジスタの構成例を示す断面図。 （Ａ）トランジスタの構成例を示す上面図。（Ｂ）、（Ｃ）トランジスタの構成例を示す断面図。 （Ａ）トランジスタの構成例を示す上面図。（Ｂ）、（Ｃ）トランジスタの構成例を示す断面図。 （Ａ１）、（Ａ２）、（Ａ３）撮像装置を収めたパッケージの斜視図。（Ｂ１）、（Ｂ２）、（Ｂ３）撮像装置を収めたモジュールの斜視図。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）電子機器を説明する図。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）電子機器を説明する図。
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる形態で実施することが可能であり、主旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下の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。
また、以下に示される複数の実施の形態は、適宜組み合わせることが可能である。また、１つの実施の形態の中に複数の構成例が示される場合は、互いに構成例を適宜組み合わせることが可能である。
なお、本明細書に添付した図面では、構成要素を機能ごとに分類し、互いに独立したブロックとしてブロック図を示しているが、実際の構成要素は機能ごとに完全に切り分けることが難しく、一つの構成要素が複数の機能に係わることもあり得る。
また、図面等において、大きさ、層の厚さ、領域等は、明瞭化のため誇張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。図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値等に限定されない。
また、図面等において、同一の要素又は同様な機能を有する要素、同一の材質の要素、あるいは同時に形成される要素等には同一の符号を付す場合があり、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
また、本明細書等において、「膜」という用語と、「層」という用語とは、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。又は、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。
また、本明細書等において、「上」や「下」等の配置を示す用語は、構成要素の位置関係が、「直上」又は「直下」であることを限定するものではない。例えば、「ゲート絶縁層上のゲート（ゲート端子、ゲート領域、又はゲート電極）」の表現であれば、ゲート絶縁層とゲートとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。
また、本明細書等において、「第１」、「第２」、「第３」等の序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではない。
また、本明細書等において、「電気的に接続」とは、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジスタ等のスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、容量素子、その他の各種機能を有する素子等が含まれる。
また、本明細書等において、「電圧」とは、ある電位と基準の電位（例えば、グラウンド電位）との電位差のことを示す場合が多い。よって、電圧と電位差とは言い換えることができる。
また、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む、少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン（ドレイン端子、ドレイン領域、又はドレイン電極）とソース（ソース端子、ソース領域、又はソース電極）の間にチャネル形成領域を有しており、チャネル形成領域を介して、ソースとドレインとの間に電流を流すことができるものである。なお、本明細書等において、チャネル形成領域とは、電流が主として流れる領域をいう。
また、ソースやドレインの機能は、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等には入れ替わることがある。このため、本明細書等において、ソースやドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
また、本明細書等において、特に断りがない場合、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態（非導通状態、遮断状態、ともいう）にあるときのドレイン電流をいう。オフ状態とは、特に断りがない場合、ｎチャネル型トランジスタでは、ソースに対するゲートの電圧Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈよりも低い状態、ｐチャネル型トランジスタでは、ソースに対するゲートの電圧Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈよりも高い状態をいう。つまり、ｎチャネル型のトランジスタのオフ電流とは、ソースに対するゲートの電圧Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈよりも低いときのドレイン電流、という場合がある。
上記オフ電流の説明において、ドレインをソースと読み替えてもよい。つまり、オフ電流は、トランジスタがオフ状態にあるときのソース電流をいう場合がある。また、オフ電流と同じ意味で、リーク電流という場合がある。また、本明細書等において、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態にあるときに、ソースとドレインとの間に流れる電流を指す場合がある。
また、本明細書等において、金属酸化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）とは、広い意味での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体（透明酸化物導電体を含む）、酸化物半導体（Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒともいう）等に分類される。
例えば、トランジスタのチャネル形成領域に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、金属酸化物が増幅作用、整流作用、及びスイッチング作用の少なくとも１つを有する場合、当該金属酸化物を、金属酸化物半導体（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ということができる。すなわち、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタを、「酸化物半導体トランジスタ」、「ＯＳトランジスタ」ということができる。同様に、上述した、「酸化物半導体を用いたトランジスタ」も、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタである。
また、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）と呼称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）と呼称してもよい。金属酸化物の詳細については後述する。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である撮像装置について、図面を参照して説明する。
本発明の一態様は、光電変換素子と、ｎ個（ｎは２以上の整数）の保持回路と、が設けられている画素を有する撮像装置である。光電変換素子、及びｎ個の保持回路は互いに積層して設けられている。光電変換素子の一方の電極は、第１乃至第ｎの保持回路と電気的に接続されている。保持回路は、撮像データを保持する機能を有する。保持回路は、オフ電流が極めて低いという特性を有するＯＳトランジスタを有し、撮像データを長期間保持することができる。
本明細書等において、撮像データとは、光電変換素子に照射された光の照度に対応するデータを示す。本発明の一態様の撮像装置は、撮像データを取得し、これを保持回路に書き込む機能を有する。また、本発明の一態様の撮像装置は、保持回路に保持されている撮像データを読み出し、アナログ－デジタル変換（以下、ＡＤ変換）を行った後、撮像装置の外部に出力する機能を有する。
本発明の一態様の撮像装置の動作方法は、以下に示す通りである。まず、第１の期間において、撮像装置が第１の撮像データを取得して第１の保持回路に書き込む。同様に、第２乃至第ｎの期間において、撮像装置が第２乃至第ｎの撮像データを取得して第２乃至第ｎの保持回路に書き込む。その後、第１乃至第ｎの保持回路に保持されている、第１乃至第ｎの撮像データを読み出す。読み出された撮像データは、前述のようにＡＤ変換されて撮像装置の外部に出力される。以上が本発明の一態様の撮像装置の動作方法である。
前述のように、本発明の一態様の撮像装置が有する保持回路は、撮像データを長期間保持することができる。このため、撮像装置が１個の撮像データを取得して保持回路に書き込んだ後、すぐに撮像データを保持回路から読み出す必要が無く、ｎ個の撮像データ（第１乃至第ｎの撮像データ）を取得した後に、これらの撮像データを読み出すことができる。つまり、ｎ個の撮像データの読み出しをまとめて行うことができる。これにより、１個の撮像データの取得と、読み出しと、を交互に行う場合より、短時間間隔で複数の撮像データを取得することができる。よって、本発明の一態様の撮像装置は、例えば高速カメラに適用することができる。また、撮像データの読み出しをまとめて行うことにより、読み出しを高速で行わなくても、短時間間隔でｎ個の撮像データを取得することができる。これにより、短時間間隔での複数の撮像データの取得を行いつつ、本発明の一態様の撮像装置を低消費電力なものとすることができる。
また、前述のように、本発明の一態様の撮像装置が有する第１乃至第ｎの保持回路は、互いに積層して設けられている。このため、ｎ個の撮像データをまとめて読み出す場合であっても、１個ごとに撮像データを読み出す場合と同等の解像度の画像に対応する撮像データを取得することができる。以上により、本発明の一態様の撮像装置は、短時間間隔での複数の撮像データの取得と、高解像度の画像に対応する撮像データの取得と、を両立することができる。
＜撮像装置の構成例１＞
図１は、本発明の一態様の撮像装置である撮像装置１０の構成例を示すブロック図である。撮像装置１０は、層２０と、層２０の上方に設けられたｎ層（ｎは２以上の整数）の層３０と、を有する。つまり、層２０、及びｎ層の層３０が、積層して設けられている。
本明細書等において、ｎ層の層３０を、それぞれ層３０＿１乃至層３０＿ｎと記載して区別する。例えば、ｎ層の層３０のうち、最下層の層３０を層３０＿１と記載し、層３０＿２乃至層３０＿ｎの順に上方に設けられるとする。なお、ｎ層の層３０のうち、最上層の層３０を層３０＿１とし、層３０＿２乃至層３０＿ｎの順に下方に設けられるとしてもよい。また、層３０＿ｉ（ｉは１以上ｎ以下の整数）に設けられている、回路等の構成要素を示す符号に“＿ｉ”と付すことにより、当該構成要素が設けられている層３０を示している。
層２０には、光電変換素子２１がマトリクス状に配列されている。光電変換素子２１としては、フォトダイオードを用いることができる。光電変換素子２１には、光が照射されると当該光の照度に応じた電荷が蓄積される。
層３０は撮像部３１と、ゲートドライバ回路３３と、ソースドライバ回路３４と、ＡＤ変換回路３５と、を有する。撮像部３１には保持回路３２がマトリクス状に配列されている。また、ゲートドライバ回路３３及びソースドライバ回路３４は、例えばシフトレジスタ回路を有する構成とすることができる。
層３０には、光電変換素子２１と例えば同一行数かつ同一列数の保持回路３２が設けられている。撮像装置１０はｎ層の層３０を有するので、撮像装置１０には光電変換素子２１の個数のｎ倍の保持回路３２を設けることができる。保持回路３２は、光電変換素子２１と重なる領域を有するように設けることができる。
また、１つの層３０には、ゲートドライバ回路３３、ソースドライバ回路３４、及びＡＤ変換回路３５を例えば１個ずつ設けることができる。この場合、撮像装置１０には、ゲートドライバ回路３３、ソースドライバ回路３４、及びＡＤ変換回路３５がそれぞれｎ個ずつ設けられる。なお、１つの層３０に、ゲートドライバ回路３３、ソースドライバ回路３４、及びＡＤ変換回路３５のいずれか又は全てを、２個以上設けてもよい。
光電変換素子２１の一方の電極は、保持回路３２＿１乃至保持回路３２＿ｎと電気的に接続されている。例えば、光電変換素子２１の一方の電極は、当該光電変換素子２１と重なる領域を有する保持回路３２＿１乃至保持回路３２＿ｎと電気的に接続されている。
ゲートドライバ回路３３は、保持回路３２と電気的に接続されている。ＡＤ変換回路３５は、配線４０を介して保持回路３２と電気的に接続されている。ソースドライバ回路３４は、ＡＤ変換回路３５と電気的に接続されている。
保持回路３２＿１乃至保持回路３２＿ｎは、互いに重なる領域を有するように設けることができる。互いに重なる領域を有する１個の光電変換素子２１と、保持回路３２＿１乃至保持回路３２＿ｎと、により１個の画素が形成される。
ゲートドライバ回路３３＿１乃至ゲートドライバ回路３３＿ｎは、互いに重なる領域を有するように設けることができる。ソースドライバ回路３４＿１乃至ソースドライバ回路３４＿ｎは、互いに重なる領域を有するように設けることができる。ＡＤ変換回路３５＿１乃至ＡＤ変換回路３５＿ｎは、互いに重なる領域を有するように設けることができる。
保持回路３２は、撮像データを保持する機能を有する。ゲートドライバ回路３３は、保持回路３２の動作を制御する選択信号を生成する機能を有する。当該選択信号を保持回路３２に供給することにより、例えば、撮像データを書き込む保持回路３２、及び保持されている撮像データを読み出す保持回路３２を選択することができる。ゲートドライバ回路３３は、行毎に保持回路３２を選択することができる。
ソースドライバ回路３４は、例えば保持されている撮像データを読み出す保持回路３２を選択する機能を有する。ソースドライバ回路３４は、列毎に保持回路３２を選択することができる。以上より、ゲートドライバ回路３３により選択された行、かつソースドライバ回路３４により選択された列の保持回路３２に保持されている撮像データを読み出すことができる。
ＡＤ変換回路３５は、保持回路３２から読み出された、アナログデータである撮像データをデジタルデータに変換し、信号ＯＵＴとして撮像装置１０の外部に出力する機能を有する。信号ＯＵＴは、例えば表示装置に出力することができる。又は、記憶装置、通信装置等に出力することができる。
なお、保持回路３２から読み出された撮像データは、配線４０を介してＡＤ変換回路３５に供給される。つまり、配線４０はデータ線としての機能を有するということができる。
＜保持回路の構成例＞
図２は、保持回路３２の構成例、及び光電変換素子２１との接続関係を説明する回路図である。保持回路３２は、トランジスタ１２と、トランジスタ１３と、トランジスタ１４と、トランジスタ１５と、容量素子１６と、を有する。なお、容量素子１６を設けない構成としてもよい。
光電変換素子２１の一方の電極は、トランジスタ１２のソース又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１２のソース又はドレインの他方は、トランジスタ１３のソース又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１３のソース又はドレインの一方は、トランジスタ１４のゲートと電気的に接続されている。トランジスタ１４のゲートは、容量素子１６の一方の電極と電気的に接続されている。トランジスタ１４のソース又はドレインの一方は、トランジスタ１５のソース又はドレインの一方と電気的に接続されている。なお、図２では光電変換素子２１のカソードがトランジスタ１２のソース又はドレインの一方と電気的に接続され、光電変換素子２１のアノードが配線４７と電気的に接続された構成を示しているが、光電変換素子２１のアノードがトランジスタ１２のソース又はドレインの一方と電気的に接続され、光電変換素子２１のカソードが配線４７と電気的に接続されていてもよい。
ここで、トランジスタ１２のソース又はドレインの他方、トランジスタ１３のソース又はドレインの一方、トランジスタ１４のゲート、及び容量素子１６の一方の電極が電気的に接続された点をノードＦＤとする。
トランジスタ１２のゲートは、配線４１と電気的に接続されている。トランジスタ１３のゲートは、配線４２と電気的に接続されている。トランジスタ１５のゲートは、配線４３と電気的に接続されている。トランジスタ１３のソース又はドレインの他方は、配線４４と電気的に接続されている。トランジスタ１４のソース又はドレインの他方は、配線４０と電気的に接続されている。トランジスタ１５のソース又はドレインの他方は、配線４５と電気的に接続されている。容量素子１６の他方の電極は、配線４６と電気的に接続されている。光電変換素子２１の他方の電極は、配線４７と電気的に接続されている。
配線４１、配線４２、及び配線４３は、それぞれトランジスタ１２、トランジスタ１３、及びトランジスタ１５のオンオフを制御する走査線としての機能を有し、図２には示していないが、ゲートドライバ回路３３と電気的に接続されている。
配線４４乃至配線４７には、定電位を供給することができる。例えば、電源電位を供給することができる。この場合、配線４４乃至配線４７は電源線としての機能を有する。例えば、配線４４及び配線４５には高電位を、配線４６及び配線４７には低電位をそれぞれ供給することができる。ここで、配線４４に供給される電位を電位ＶＲとする。なお、光電変換素子２１のアノードがトランジスタ１２のソース又はドレインの一方と電気的に接続され、光電変換素子２１のカソードが配線４７と電気的に接続されている場合、配線４５及び配線４７に高電位を、配線４４及び配線４６に低電位を供給することができる。
本明細書等において、低電位は、例えば接地電位、又は負電位とすることができる。また、高電位は、低電位より高い電位とすることができる。
トランジスタ１２は、光電変換素子２１への露光により光電変換素子２１に蓄積された電荷のノードＦＤへの転送を制御する、転送トランジスタとしての機能を有する。トランジスタ１２をオン状態とすることにより、光電変換素子２１に蓄積された電荷がノードＦＤに転送される。これにより、ノードＦＤの電位が光電変換素子２１に照射された光の照度に応じた電位となり、保持回路３２に撮像データが書き込まれる。その後、トランジスタ１２をオフ状態とすることにより、保持回路３２に書き込まれた撮像データが保持される。
トランジスタ１３は、ノードＦＤの電位のリセットを制御する、リセットトランジスタとしての機能を有する。光電変換素子２１への露光を開始する前に、トランジスタ１２及びトランジスタ１３をオン状態とすることにより、光電変換素子２１及びノードＦＤに蓄積された電荷をリセットすることができる。これにより、ノードＦＤの電位をリセットし、例えば電位ＶＲとすることができる。
トランジスタ１４は、保持回路３２に保持されている撮像データを増幅する、増幅トランジスタとしての機能を有する。
トランジスタ１５は、保持回路３２に保持されている撮像データの読み出しを制御する機能を有する。トランジスタ１５がオン状態となると、配線４５の電位がトランジスタ１４のソース又はドレインの一方に供給され、トランジスタ１４にノードＦＤの電位に応じた電流が流れる。これにより、保持回路３２に保持されている撮像データが読み出される。以上より、トランジスタ１５は、撮像データを読み出す保持回路３２を選択する、選択トランジスタとしての機能を有するということができる。
トランジスタ１２及びトランジスタ１３は、オフ電流が極めて低いトランジスタとすることが好ましい。これにより、ノードＦＤに蓄積された電荷のリークを抑制することができるため、ノードＦＤの電位を長期間保持することができる。したがって、保持回路３２に長期間撮像データを保持することができる。以上により、保持回路３２に撮像データを書き込んだあと、すぐに当該撮像データを読み出す必要がなくなる。
オフ電流が極めて低いトランジスタとして、ＯＳトランジスタが挙げられる。また、ＯＳトランジスタは高耐圧であるという特徴も有する。したがって、特にトランジスタ１２にＯＳトランジスタを適用することにより、光電変換素子２１にも高電圧を供給することができる。
ここで、トランジスタ１２乃至トランジスタ１５は、いずれも層３０に設けられる。つまり、トランジスタ１２乃至トランジスタ１５は、同一の層に設けることができる。よって、トランジスタ１２乃至トランジスタ１５は、同一の構成のトランジスタとすることができる。例えば、トランジスタ１２乃至トランジスタ１５の全てをＯＳトランジスタとすることができる。
図３は、光電変換素子２１と、保持回路３２と、の積層構成例を示す図であり、撮像装置１０が有する画素の構成例を示す図である。図３では、図の明瞭化等及びその説明の簡便のため、ｎを２としている。つまり、図３には、光電変換素子２１と、保持回路３２＿１と、保持回路３２＿２と、を示している。なお、以降の図面等においても、ｎを２とする場合がある。
図３に示すように、保持回路３２＿１と保持回路３２＿２は、同様の構成とすることができる。また、保持回路３２＿１乃至保持回路３２＿ｎは、互いに同様の構成とすることができるため、同一のマスクを用いて保持回路３２＿１乃至保持回路３２＿ｎを作製することができる。これにより、ｎを増加させても、撮像装置１０を作製する際に使用するマスク枚数が増加することを抑制することができる。つまり層３０の数を増加させても、撮像装置１０を作製する際に使用するマスク枚数が増加することを抑制することができる。したがって、層３０の数を増加させたとしても、撮像装置１０の作製コストが大きく増大することを抑制し、撮像装置１０を低価格なものとすることができる。
＜撮像装置の動作方法の一例１＞
図４は、画素が図３に示す構成である場合の、撮像装置１０の動作方法の一例を示すタイミングチャートである。ここで、図４において、“Ｈ”は高電位を示し、“Ｌ”は低電位を示す。なお、他の図においても同様の記載をする場合がある。
また、図４に示す動作方法では、トランジスタ１２乃至トランジスタ１５を全てｎチャネル型トランジスタとしているが、いずれか又は全てをｐチャネル型トランジスタとしてもよい。この場合であっても、高電位と低電位を適宜入れ替えることにより、図４に示す動作方法を参照することができる。
期間Ｔ０１において、配線４１＿１の電位、及び配線４２＿１の電位を高電位とする。また、配線４１＿２、配線４２＿２、配線４３＿１、及び配線４３＿２の電位を低電位とする。以上により、トランジスタ１２＿１及びトランジスタ１３＿１がオン状態となり、光電変換素子２１及びノードＦＤ＿１に蓄積された電荷がリセットされる。これにより、ノードＦＤ＿２の電位は電位ＶＲにリセットされる（リセット動作）。
期間Ｔ０２において、配線４２＿１の電位を低電位とする。これにより、トランジスタ１３＿１がオフ状態となり、光電変換素子２１に照射された光の照度に応じて光電変換素子２１に蓄積された電荷が、ノードＦＤ＿１に転送される。したがって、光電変換素子２１に照射された光の照度に応じてノードＦＤ＿１の電位が変化する（露光動作）。以上により、撮像装置１０による撮像データの取得が行われ、当該撮像データが保持回路３２＿１に書き込まれる。具体的には、１個の撮像データが保持回路３２＿１に書き込まれる。
本明細書等において、例えば保持回路３２＿１に書き込まれる撮像データを、第１の撮像データと記載する場合がある。
期間Ｔ０３において、配線４１＿１の電位を低電位とする。これによりトランジスタ１２＿１がオフ状態となって露光動作が終了し、ノードＦＤ＿１の電位が保持される。つまり、撮像データが保持回路３２＿１に保持される（保持動作）。
期間Ｔ０４において、配線４１＿２の電位、及び配線４２＿２の電位を高電位とする。これにより、トランジスタ１２＿２及びトランジスタ１３＿２がオン状態となり、光電変換素子２１及びノードＦＤ＿２に蓄積された電荷がリセットされる。したがって、ノードＦＤ＿２の電位は電位ＶＲにリセットされる（リセット動作）。
期間Ｔ０５において、配線４２＿２の電位を低電位とする。これにより、トランジスタ１３＿２がオフ状態となり、光電変換素子２１に照射された光の照度に応じて光電変換素子２１に蓄積された電荷が、ノードＦＤ＿２に転送される。したがって、光電変換素子２１に照射された光の照度に応じてノードＦＤ＿２の電位が変化する（露光動作）。以上により、撮像装置１０による撮像データの取得が行われ、当該撮像データが保持回路３２＿２に書き込まれる。
期間Ｔ０６において、配線４１＿２の電位を低電位とする。これによりトランジスタ１２＿２がオフ状態となって露光動作が終了し、ノードＦＤ＿２の電位が保持される。つまり、撮像データが保持回路３２＿２に保持される（保持動作）。
期間Ｔ０７において、配線４３＿１の電位、及び配線４３＿２の電位を高電位とする。これにより、トランジスタ１５＿１及びトランジスタ１５＿２がオン状態となり、配線４０＿１の電位がノードＦＤ＿１の電位に対応する電位となり、配線４０＿２の電位がノードＦＤ＿２の電位に対応する電位となる。つまり、保持回路３２＿１に保持された撮像データ、及び保持回路３２＿２に保持された撮像データが読み出される（読み出し動作）。保持回路３２＿１から読み出された撮像データは、ＡＤ変換回路３５＿１によりデジタルデータに変換され、信号ＯＵＴ＿１として撮像装置１０の外部に出力される。また、保持回路３２＿２から読み出された撮像データは、ＡＤ変換回路３５＿２によりデジタルデータに変換され、信号ＯＵＴ＿２として撮像装置１０の外部に出力される。
なお、図４において、保持回路３２＿１から読み出された撮像データに対応するデジタル信号を信号ＩＳ＿１と記載して示し、保持回路３２＿２から読み出された撮像データに対応するデジタル信号を信号ＩＳ＿２と記載して示す。また、他の図においても同様の記載をする場合がある。
期間Ｔ０８において、配線４３＿１の電位、及び配線４３＿２の電位を低電位とする。これにより、トランジスタ１５＿１及びトランジスタ１５＿２がオフ状態となり、読み出し動作が終了する。以上が撮像装置１０の動作方法の一例である。
前述のように、期間Ｔ０７において、保持回路３２＿１に保持された撮像データと、保持回路３２＿２に保持された撮像データと、が読み出される。以上より、図４に示す動作方法では、保持回路３２＿１に保持された撮像データと、保持回路３２＿２に保持された撮像データと、が同時に読み出されるということができる。
前述のように、保持回路３２は撮像データを長期間保持することができる。このため、撮像装置１０が１個の撮像データを取得して保持回路３２＿１に書き込んだ後、すぐに撮像データを保持回路３２＿１から読み出す必要が無く、ｎ個の撮像データ（図４ではｎ＝２）を取得した後に、これらの撮像データを読み出すことができる。つまり、ｎ個の撮像データの読み出しをまとめて行うことができる。これにより、撮像装置１０は、１個の撮像データの取得と、読み出しと、を交互に行う場合より、短時間間隔で複数の撮像データを取得することができる。よって、撮像装置１０は、例えば高速カメラに適用することができる。また、撮像データの読み出しをまとめて行うことにより、読み出しを高速で行わなくても、短時間間隔でｎ個の撮像データを取得することができる。これにより、短時間間隔での複数の撮像データの取得を行いつつ、撮像装置１０を低消費電力なものとすることができる。
また、前述のように、保持回路３２＿１乃至保持回路３２＿ｎは、互いに積層して設けられている。このため、ｎ個の撮像データをまとめて読み出す場合であっても、１個ごとに撮像データを読み出す場合と同等の解像度の画像に対応する撮像データを取得することができる。以上により、撮像装置１０は、短時間間隔での複数の撮像データの取得と、高解像度の画像に対応する撮像データの取得と、を両立することができる。
＜撮像装置の構成例２＞
図５は、撮像装置１０の構成例を示すブロック図であり、図１の変形例である。図１に示す撮像装置１０は、ゲートドライバ回路３３、ソースドライバ回路３４、及びＡＤ変換回路３５が層３０に設けられている。一方、図５に示す撮像装置１０では、ゲートドライバ回路３３、ソースドライバ回路３４、及びＡＤ変換回路３５が層２０に設けられている。
また、図５に示す構成の撮像装置１０の層２０には、デマルチプレクサ回路３６及びマルチプレクサ回路３７が設けられる。デマルチプレクサ回路３６の入力端子は、ゲートドライバ回路３３と電気的に接続されている。デマルチプレクサ回路３６の出力端子は、保持回路３２と電気的に接続されている。具体的には、デマルチプレクサ回路３６の出力端子は、図３等に示す配線４１乃至配線４３と電気的に接続されている。以上より、デマルチプレクサ回路３６は、ゲートドライバ回路３３と保持回路３２との間に設けられているということができる。
マルチプレクサ回路３７の入力端子は、配線４０を介して保持回路３２と電気的に接続されている。マルチプレクサ回路３７の出力端子は、ＡＤ変換回路３５と電気的に接続されている。以上より、マルチプレクサ回路３７は、保持回路３２とＡＤ変換回路３５との間に設けられているということができる。
デマルチプレクサ回路３６は、ゲートドライバ回路３３が生成した選択信号を、保持回路３２＿１乃至保持回路３２＿ｎのいずれかに振り分ける機能を有する。また、マルチプレクサ回路３７は、ＡＤ変換回路３５に供給する撮像データを、保持回路３２＿１乃至保持回路３２＿ｎから読み出された撮像データの中から選択する機能を有する。なお、図５では、ｎ＝２としている。
撮像装置１０がデマルチプレクサ回路３６及びマルチプレクサ回路３７を有する構成とすることにより、ゲートドライバ回路３３の個数、ソースドライバ回路３４の個数、及びＡＤ変換回路３５の個数を、それぞれｎ個より少なくすることができる。例えば、図５に示すように、ゲートドライバ回路３３、ソースドライバ回路３４、及びＡＤ変換回路３５を、層２０に１個ずつ設けることができる。なお、ゲートドライバ回路３３、ソースドライバ回路３４、及びＡＤ変換回路３５のいずれか又は全てを、層２０に２個以上設けてもよい。
撮像装置１０が有するゲートドライバ回路３３の個数、ソースドライバ回路３４の個数、及びＡＤ変換回路３５の個数を減少させることにより、撮像装置１０を低消費電力なものとすることができる。
なお、ゲートドライバ回路３３、ソースドライバ回路３４、及びＡＤ変換回路３５のうち、いずれかを層３０に設けてもよい。例えば、ゲートドライバ回路３３を層３０に設け、ソースドライバ回路３４及びＡＤ変換回路３５を層２０に設けてもよい。この場合、撮像装置１０にデマルチプレクサ回路３６を設けなくてよい。
＜撮像装置の動作方法の一例２＞
図６は、画素が図３に示す構成であり、撮像装置１０が図５に示す構成である場合の、撮像装置１０の動作方法の一例を示すタイミングチャートである。ここで、図６に示す期間Ｔ１１乃至期間Ｔ１６における動作は、図４に示す期間Ｔ０１乃至期間Ｔ０６における動作と同様である。
期間Ｔ１７において、配線４３＿１の電位を高電位とする。これにより、トランジスタ１５＿１がオン状態となり、配線４０＿１の電位がノードＦＤ＿１の電位に対応する電位となる。つまり、保持回路３２＿１に保持された撮像データが読み出される（読み出し動作）。保持回路３２＿１から読み出された撮像データは、マルチプレクサ回路３７を介してＡＤ変換回路３５に供給され、ＡＤ変換回路３５によりデジタルデータに変換される。当該デジタルデータは、信号ＯＵＴとして撮像装置１０の外部に出力される。つまり、ＡＤ変換回路３５から、信号ＩＳ＿１が撮像装置１０の外部に出力される。
期間Ｔ１８において、配線４３＿１の電位を低電位とする。これにより、トランジスタ１５＿１がオフ状態となり、保持回路３２＿１に保持された撮像データの読み出し動作が終了する。
期間Ｔ１９において、配線４３＿２の電位を高電位とする。これにより、トランジスタ１５＿２がオン状態となり、配線４０＿２の電位がノードＦＤ＿２の電位に対応する電位となる。つまり、保持回路３２＿２に保持された撮像データが読み出される（読み出し動作）。保持回路３２＿２から読み出された撮像データは、マルチプレクサ回路３７を介してＡＤ変換回路３５に供給され、ＡＤ変換回路３５によりデジタルデータに変換される。当該デジタルデータは、信号ＯＵＴとして撮像装置１０の外部に出力される。つまり、ＡＤ変換回路３５から、信号ＩＳ＿２が撮像装置１０の外部に出力される。
期間Ｔ２０において、配線４３＿２の電位を低電位とする。これにより、トランジスタ１５＿２がオフ状態となり、保持回路３２＿２に保持された撮像データの読み出し動作が終了する。以上が撮像装置１０の動作方法の一例である。
前述のように、期間Ｔ１７では保持回路３２＿１に保持された撮像データが読み出され、期間Ｔ１８では保持回路３２＿２に保持された撮像データが読み出される。以上より、図６に示す動作方法では、保持回路３２＿１に保持された撮像データと、保持回路３２＿２に保持された撮像データと、が順次読み出されるということができる。
図６に示す動作方法では、撮像データを順次読み出すため、図４に示すように撮像データを同時に読み出す場合より、撮像データの読み出しに時間がかかる。しかし、図６に示す動作方法においても、図４に示す動作方法と同様に、ｎ個の撮像データを取得した後に、これらの撮像データを読み出すことができる。よって、図６に示す動作方法で撮像装置１０を動作させた場合であっても、図４に示す動作方法で撮像装置１０を動作させた場合と同様に、撮像装置１０は短時間間隔で複数の撮像データを取得することができる。
前述のように、保持回路３２は撮像データを長期間保持することができる。よって、撮像データを順次読み出す場合であっても、撮像データを同時に読み出す場合より、読み出された撮像データに対応する画像の画質が低下することを抑制することができる。
＜撮像装置の構成例３＞
図７は、撮像装置１０の構成例を示すブロック図であり、図１の変形例である。図１に示す構成の撮像装置１０では、光電変換素子２１を有する層２０の上方に、保持回路３２を有する層３０が設けられている。一方、図７に示す構成の撮像装置１０では、層２０の下方に、保持回路３２を有する層３０が設けられている点が、図１に示す構成と異なる。
＜撮像装置の動作方式＞
図８（Ａ）、（Ｂ）は、撮像装置１０にマトリクス状に設けられた、保持回路３２＿ｉ（ｉは１以上ｎ以下の整数）の動作方式を説明する図である。つまり、図８（Ａ）、（Ｂ）は、１つの層３０にマトリクス状に設けられた保持回路３２に注目した場合の、保持回路３２の動作方法について説明する図である。
図８（Ａ）は、ローリングシャッタ方式の動作を説明する図であり、保持回路３２＿ｉの行毎に露光動作５１、保持動作５２、読出動作５３を行う。図８（Ｂ）は、グローバルシャッタ方式の動作を説明する図であり、全行の保持回路３２＿ｉについて同時に露光動作５１を行い、行毎に順次読出動作５３を行う。ローリングシャッタ方式を用いる場合には、撮像の同時性が失われるため、被写体が移動した場合には、画像に歪が生じてしまう。一方、グローバルシャッタ方式を用いると、撮像の同時性を確保することができ、被写体が移動する場合であっても歪の小さい画像を容易に得ることができる。よって、グローバルシャッタ方式を用いることで、撮像装置１０は高品位な画像に対応する撮像データを取得することができる。
一方、グローバルシャッタ方式を用いる場合、図８（Ｂ）に示すように、保持回路３２＿ｉの行数が大きくなるほど保持動作５２の期間が長くなる。しかし、前述のように、保持回路３２をＯＳトランジスタ等、オフ電流が極めて低いトランジスタを有する構成とすることにより、保持回路３２は撮像データを長期間保持することができる。このため、グローバルシャッタ方式を用いることができる。以上より、撮像装置１０は高品位な画像に対応する撮像データを取得することができる。
＜画素の構成例１＞
図９は撮像装置１０が有する画素の具体的な構成例を説明する図であり、光電変換素子２１の断面構成例、並びにトランジスタ１２＿１、トランジスタ１３＿１、トランジスタ１２＿２、及びトランジスタ１３＿２のチャネル長方向の断面構成例を示している。ここで、図９において、トランジスタ１２及びトランジスタ１３はＯＳトランジスタとしている。なお、図面に示される導電層及び絶縁層等の一部が設けられない場合や、図面に示されない導電層及び絶縁層等が各層に含まれる場合もある。
図９では、層２０の上方に層３０が設けられている。よって、図９に示す構成は、例えば図１に示す構成の撮像装置１０に適用することができる。
図９に示す構成の画素では、絶縁層１０２の上に光電変換素子２１が設けられる。絶縁層１０２として、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等を用いることができる。なお、図９に示す他の絶縁層についても、絶縁層１０２と同様の材料を用いることができる。
光電変換素子２１には、例えば、２端子のフォトダイオードを用いることができる。当該フォトダイオードとしては、単結晶シリコンを用いたｐｎ型フォトダイオード、非晶質シリコン薄膜、微結晶シリコン薄膜又は多結晶シリコン薄膜を用いたｐｉｎ型フォトダイオード等を用いることができる。
図９では、光電変換素子２１が、単結晶シリコン基板を用いたｐｎ型フォトダイオードである場合の構成例を示している。図９に示す構成の光電変換素子２１は、領域１０４、領域１０６、領域１０８、及び領域１１０を有する構成とすることができる。例えば、領域１０４はｐ＋型領域とすることができ、領域１０６はｐ－型領域とすることができ、領域１０８はｎ型領域とすることができ、領域１１０はｐ＋型領域とすることができる。
光電変換素子２１の上に絶縁層１１２が設けられ、絶縁層１１２の上に絶縁層１１４が設けられる。絶縁層１１２は、その下方に設けられている光電変換素子２１等によって生じる段差を平坦化する平坦化膜としての機能を有することができる。例えば、絶縁層１１２の上面は、平坦性を高めるために化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｍｇ；ＣＭＰ）法等を用いた平坦化処理によって平坦化されていてもよい。
絶縁層１１４には、光電変換素子２１等から、保持回路３２＿１に設けられるトランジスタ１２＿１乃至トランジスタ１５＿１等に、水素その他の不純物が拡散しないようなバリア性を有する膜を用いることが好ましい。なお、トランジスタ１４＿１及びトランジスタ１５＿１は図９に示していない。
水素に対するバリア性を有する膜の一例として、例えば、化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法で形成した窒化シリコンを用いることができる。ここで、トランジスタ１２及びトランジスタ１３として用いることができるＯＳトランジスタに水素が拡散することで、当該ＯＳトランジスタの特性が低下する場合がある。したがって、光電変換素子２１と、トランジスタ１２＿１及びトランジスタ１３＿１との間に、水素の拡散を抑制する膜を用いることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜は、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とすることができる。
水素の脱離量は、例えば、昇温脱離ガス分析法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）等を用いて分析することができる。例えば、絶縁層１１４の水素の脱離量は、ＴＤＳ分析において、膜の表面温度が５０℃から５００℃の範囲において、水素原子に換算した脱離量が、絶縁体３２４の面積当たりに換算して、１０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、好ましくは５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であればよい。
絶縁層１１４の上に絶縁層１１６＿１が設けられ、絶縁層１１６＿１の上にトランジスタ１２＿１及びトランジスタ１３＿１が設けられている。
図１０（Ａ）は、トランジスタ１２及びトランジスタ１３に適用することができるトランジスタ３００の、チャネル長方向の断面図であり、図１０（Ｂ）はトランジスタ３００のチャネル幅方向の断面図である。トランジスタ３００は、絶縁層１１６の上に配置された絶縁層１１８と、絶縁層１１８の上に配置された絶縁層１２０と、絶縁層１２０の上に配置された絶縁層１２２と、絶縁層１２２の上に配置された金属酸化物３３０ａと、金属酸化物３３０ａの上に配置された金属酸化物３３０ｂと、金属酸化物３３０ｂ上に、互いに離して配置された導電層３４２ａ、及び導電層３４２ｂと、導電層３４２ａ及び導電層３４２ｂ上に配置され、導電層３４２ａと導電層３４２ｂの間に重畳して開口が形成された絶縁層１２４と、開口の中に配置された導電層３６０と、金属酸化物３３０ｂ、導電層３４２ａ、導電層３４２ｂ、及び絶縁層１２４と、導電層３６０と、の間に配置された絶縁層３５０と、金属酸化物３３０ｂ、導電層３４２ａ、導電層３４２ｂ、及び絶縁層１２４と、絶縁層３５０と、の間に配置された金属酸化物３３０ｃと、を有する。
また、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、金属酸化物３３０ａ、金属酸化物３３０ｂ、導電層３４２ａ、及び導電層３４２ｂと、絶縁層１２４の間に絶縁層１２３が配置されることが好ましい。また、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、導電層３６０は、絶縁層３５０の内側に設けられた導電層３６０ａと、導電層３６０ａの内側に埋め込まれるように設けられた導電層３６０ｂと、を有することが好ましい。また、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、絶縁層１２４、導電層３６０、及び絶縁層３５０の上に絶縁層１２６が配置されることが好ましい。
なお、以下において、金属酸化物３３０ａ、金属酸化物３３０ｂ、及び金属酸化物３３０ｃをまとめて金属酸化物３３０という場合がある。また、導電層３４２ａ及び導電層３４２ｂをまとめて導電層３４２という場合がある。
なお、トランジスタ３００では、チャネルが形成される領域と、その近傍において、金属酸化物３３０ａ、金属酸化物３３０ｂ、及び金属酸化物３３０ｃの３層を積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、金属酸化物３３０ｂの単層、金属酸化物３３０ｂと金属酸化物３３０ａの２層構造、金属酸化物３３０ｂと金属酸化物３３０ｃの２層構造、又は４層以上の積層構造を設ける構成にしてもよい。また、トランジスタ３００では、導電層３６０を２層の積層構造として示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電層３６０が、単層構造であってもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。また、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すトランジスタ３００は一例であり、その構造に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。
ここで、導電層３６０は、トランジスタ３００のゲートとして機能を有する。また、導電層３４２ａは、トランジスタ３００のソース又はドレインの一方としての機能を有し、導電層３４２ｂは、トランジスタ３００のソース又はドレインの他方としての機能を有する。上記のように、導電層３６０は、絶縁層１２４の開口、及び導電層３４２ａと導電層３４２ｂに挟まれた領域に埋め込まれるように形成される。導電層３６０、導電層３４２ａ及び導電層３４２ｂの配置は、絶縁層１２４の開口に対して、自己整合的に選択される。つまり、トランジスタ３００において、ゲートを、ソースとドレインの間に、自己整合的に配置させることができる。よって、導電層３６０を位置合わせのマージンを設けることなく形成することができるので、トランジスタ３００の占有面積の縮小を図ることができる。これにより、撮像装置の微細化、高集積化を図ることができる。
さらに、導電層３６０が、導電層３４２ａと導電層３４２ｂの間の領域に自己整合的に形成されるので、導電層３６０は、導電層３４２ａ又は導電層３４２ｂと重畳する領域を有さない。これにより、導電層３６０と、導電層３４２ａ及び導電層３４２ｂとの間に形成される寄生容量を低減することができる。よって、トランジスタ３００のスイッチング速度を向上させ、本発明の一態様の撮像装置の周波数特性を高めることができる。
絶縁層３５０は、ゲート絶縁膜としての機能を有する。
ここで、金属酸化物３３０と接する絶縁層１２２は、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体を用いることが好ましい。つまり、絶縁層１２２には、過剰酸素領域が形成されていることが好ましい。このような過剰酸素を含む絶縁体を金属酸化物３３０に接して設けることにより、金属酸化物３３０中の酸素欠損を低減し、トランジスタ３００の信頼性を向上させることができる。
過剰酸素領域を有する絶縁体として、具体的には、加熱により一部の酸素が脱離する酸化物材料を用いることが好ましい。加熱により酸素を脱離する酸化物とは、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１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは２．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、又は３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である酸化物膜である。なお、上記ＴＤＳ分析時における膜の表面温度としては１００℃以上７００℃以下、又は１００℃以上４００℃以下の範囲が好ましい。
また、絶縁層１２２が、過剰酸素領域を有する場合、絶縁層１２０は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子等）の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい）ことが好ましい。
絶縁層１２０が、酸素や不純物の拡散を抑制する機能を有することで、金属酸化物３３０が有する酸素は、絶縁層１１８側へ拡散することがなく、好ましい。
絶縁層１２０は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）又は（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳＴ）等のいわゆるｈｉｇｈ－ｋ材料を含む絶縁体を単層又は積層で用いることが好ましい。トランジスタの微細化、及び高集積化が進むと、ゲート絶縁膜の薄膜化により、リーク電流等の問題が生じる場合がある。ゲート絶縁膜としての機能を有する絶縁体にｈｉｇｈ－ｋ材料を用いることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。
特に、不純物、及び酸素等の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい）絶縁性材料であるアルミニウム及びハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体を用いるとよい。アルミニウム及びハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）等を用いることが好ましい。このような材料を用いて絶縁層１２０を形成した場合、絶縁層１２０は、金属酸化物３３０からの酸素の放出や、トランジスタ３００の周辺部から金属酸化物３３０への水素等の不純物の混入を抑制する層としての機能を有する。
又は、これらの絶縁体に、例えば、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムを添加してもよい。又はこれらの絶縁体を窒化処理してもよい。上記の絶縁体に酸化シリコン、酸化窒化シリコン又は窒化シリコンを積層して用いてもよい。
また、絶縁層１１８は、熱的に安定していることが好ましい。例えば、酸化シリコン及び酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため、好適である。また、ｈｉｇｈ－ｋ材料の絶縁体を酸化シリコン、又は酸化窒化シリコンと組み合わせることで、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造の絶縁層１１８を得ることができる。
なお、絶縁層１１８、絶縁層１２０、及び絶縁層１２２が、２層以上の積層構造を有していてもよい。その場合、同じ材料からなる積層構造に限定されず、異なる材料からなる積層構造でもよい。
トランジスタ３００は、チャネル形成領域を含む金属酸化物３３０に、酸化物半導体としての機能を有する金属酸化物を用いることが好ましい。例えば、金属酸化物３３０として、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、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、又はマグネシウム等から選ばれた一種、又は複数種）等の金属酸化物を用いるとよい。また、金属酸化物３３０として、Ｉｎ－Ｇａ酸化物、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物を用いてもよい。
金属酸化物３３０においてチャネル形成領域としての機能を有する金属酸化物は、バンドギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上のものを用いることが好ましい。このように、バンドギャップの大きい金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
金属酸化物３３０は、金属酸化物３３０ｂ下に金属酸化物３３０ａを有することで、金属酸化物３３０ａよりも下方に形成された構造物から、金属酸化物３３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。また、金属酸化物３３０ｂ上に金属酸化物３３０ｃを有することで、金属酸化物３３０ｃよりも上方に形成された構造物から、金属酸化物３３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。
なお、金属酸化物３３０は、各金属原子の原子数比が異なる金属酸化物により、積層構造を有することが好ましい。具体的には、金属酸化物３３０ａに用いる金属酸化物において、構成元素中の元素Ｍの原子数比が、金属酸化物３３０ｂに用いる金属酸化物における、構成元素中の元素Ｍの原子数比より、大きいことが好ましい。また、金属酸化物３３０ａに用いる金属酸化物において、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比が、金属酸化物３３０ｂに用いる金属酸化物における、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比より大きいことが好ましい。また、金属酸化物３３０ｂに用いる金属酸化物において、元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、金属酸化物３３０ａに用いる金属酸化物における、元素Ｍに対するＩｎの原子数比より大きいことが好ましい。また、金属酸化物３３０ｃは、金属酸化物３３０ａ又は金属酸化物３３０ｂに用いることができる金属酸化物を、用いることができる。
また、金属酸化物３３０ａ及び金属酸化物３３０ｃの伝導帯下端のエネルギーが、金属酸化物３３０ｂの伝導帯下端のエネルギーより高くなることが好ましい。また、言い換えると、金属酸化物３３０ａ及び金属酸化物３３０ｃの電子親和力が、金属酸化物３３０ｂの電子親和力より小さいことが好ましい。
ここで、金属酸化物３３０ａ、金属酸化物３３０ｂ、及び金属酸化物３３０ｃの接合部において、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、金属酸化物３３０ａ、金属酸化物３３０ｂ、及び金属酸化物３３０ｃの接合部における伝導帯下端のエネルギー準位は、連続的に変化又は連続接合するともいうことができる。このようにするためには、金属酸化物３３０ａと金属酸化物３３０ｂとの界面、及び金属酸化物３３０ｂと金属酸化物３３０ｃとの界面において形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。
具体的には、金属酸化物３３０ａと金属酸化物３３０ｂ、金属酸化物３３０ｂと金属酸化物３３０ｃが、酸素以外に共通の元素を有する（主成分とする）ことで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる。例えば、金属酸化物３３０ｂがＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物の場合、金属酸化物３３０ａ及び金属酸化物３３０ｃとして、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物、Ｇａ－Ｚｎ酸化物、酸化ガリウム等を用いるとよい。
このとき、キャリアの主たる経路は金属酸化物３３０ｂとなる。金属酸化物３３０ａ、金属酸化物３３０ｃを上述の構成とすることで、金属酸化物３３０ａと金属酸化物３３０ｂとの界面、及び金属酸化物３３０ｂと金属酸化物３３０ｃとの界面における欠陥準位密度を低くすることができる。そのため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さくなり、トランジスタ３００は高いオン電流を得られる。
金属酸化物３３０ｂ上に、ソース又はドレインの一方としての機能を有する導電層３４２ａ、及びソース又はドレインの他方としての機能を有する導電層３４２ｂが設けられる。
導電層３４２としては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウム、イリジウム、ストロンチウム、ランタンから選ばれた金属元素、又は上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いることが好ましい。例えば、窒化タンタル、窒化チタン、タングステン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物等を用いることが好ましい。また、窒化タンタル、窒化チタン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物は、酸化しにくい導電性材料、又は、酸素を吸収しても導電性を維持する材料であるため、好ましい。
また、図１０（Ａ）に示すように、金属酸化物３３０の、導電層３４２との界面とその近傍には、低抵抗領域として、領域３４３（領域３４３ａ、及び領域３４３ｂ）が形成される場合がある。このとき、領域３４３ａはソース領域又はドレイン領域の一方として機能し、領域３４３ｂはソース領域又はドレイン領域の他方としての機能を有する。また、領域３４３ａと領域３４３ｂに挟まれる領域にチャネル形成領域が形成される。
金属酸化物３３０と接するように上記導電層３４２を設けることで、領域３４３の酸素濃度が低減する場合がある。また、領域３４３に導電層３４２に含まれる金属と、金属酸化物３３０の成分とを含む金属化合物層が形成される場合がある。このような場合、領域３４３のキャリア密度が増加し、領域３４３は、低抵抗領域となる。
絶縁層１２３は、導電層３４２を覆うように設けられ、導電層３４２の酸化を抑制する。このとき、絶縁層１２３は、金属酸化物３３０の側面を覆い、絶縁層１２２と接するように設けられてもよい。
絶縁層１２３として、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、又は、マグネシウム等から選ばれた一種、又は二種以上が含まれた金属酸化物を用いることができる。
特に、絶縁層１２３として、アルミニウム、又はハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体である、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）等を用いることが好ましい。特に、ハフニウムアルミネートは、酸化ハフニウム膜よりも、耐熱性が高い。そのため、後の工程での熱処理において、結晶化しにくいため好ましい。なお、導電層３４２が耐酸化性を有する材料、又は、酸素を吸収しても著しく導電性が低下しない場合、絶縁層１２３は、必須の構成ではない。求めるトランジスタ特性により、適宜設計すればよい。
絶縁層３５０は、ゲート絶縁膜としての機能を有する。絶縁層３５０は、金属酸化物３３０ｃの内側（上面及び側面）と接するように配置することが好ましい。絶縁層３５０は、加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形成することが好ましい。例えば、昇温脱離ガス分析（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１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは２．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、又は３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である酸化物膜である。なお、上記ＴＤＳ分析時における膜の表面温度としては１００℃以上７００℃以下の範囲が好ましい。
具体的には、過剰酸素を有する酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素及び窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンを用いることができる。特に、酸化シリコン、及び酸化窒化シリコンは熱に対し安定であるため好ましい。
加熱により酸素が放出される絶縁体を、絶縁層３５０として、金属酸化物３３０ｃの上面に接して設けることにより、絶縁層３５０から、金属酸化物３３０ｃを通じて、金属酸化物３３０ｂのチャネル形成領域に効果的に酸素を供給することができる。また、絶縁層１２２と同様に、絶縁層３５０中の水又は水素等の不純物濃度が低減されていることが好ましい。絶縁層３５０の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とするのが好ましい。
また、絶縁層３５０が有する過剰酸素を、効率的に金属酸化物３３０へ供給するために、絶縁層３５０と導電層３６０との間に金属酸化物を設けてもよい。当該金属酸化物は、絶縁層３５０から導電層３６０への酸素拡散を抑制することが好ましい。酸素の拡散を抑制する金属酸化物を設けることで、絶縁層３５０から導電層３６０への過剰酸素の拡散が抑制される。つまり、金属酸化物３３０へ供給する過剰酸素量の減少を抑制することができる。また、過剰酸素による導電層３６０の酸化を抑制することができる。当該金属酸化物としては、絶縁層１２３に用いることができる材料を用いればよい。
ゲートとしての機能を有する導電層３６０は、図１０（Ａ）、（Ｂ）では２層構造として示しているが、単層構造でもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。
導電層３６０ａは、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２等）、銅原子等の不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。又は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子等の少なくとも一つ）の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。導電層３６０ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、絶縁層３５０に含まれる酸素により、導電層３６０ｂが酸化して導電率が低下することを抑制することができる。酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、又は酸化ルテニウム等を用いることが好ましい。
また、導電層３６０ｂは、タングステン、銅、又はアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、導電層３６０ｂは、配線としての機能も有するため、導電性が高い導電体を用いることが好ましい。例えば、タングステン、銅、又はアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることができる。また、導電層３６０ｂは積層構造としてもよく、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との積層構造としてもよい。
絶縁層１２４は、絶縁層１２３を介して、導電層３４２上に設けられる。絶縁層１２４は、過剰酸素領域を有することが好ましい。例えば、絶縁層１２４として、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素及び窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコン、又は樹脂等を有することが好ましい。特に、酸化シリコン及び酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため好ましい。特に、酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンは、後の工程で、容易に過剰酸素領域を形成することができるため好ましい。
絶縁層１２４は、過剰酸素領域を有することが好ましい。加熱により酸素が放出される絶縁層１２４を、金属酸化物３３０ｃと接して設けることで、絶縁層１２４中の酸素を、金属酸化物３３０ｃを通じて、金属酸化物３３０ｂへと効率良く供給することができる。なお、絶縁層１２４中の水又は水素等の不純物濃度が低減されていることが好ましい。
絶縁層１２４の開口は、導電層３４２ａと導電層３４２ｂの間の領域に重畳して形成される。これにより、導電層３６０は、絶縁層１２４の開口、及び導電層３４２ａと導電層３４２ｂに挟まれた領域に、埋め込まれるように形成される。
撮像装置を微細化するに当たり、ゲート長を短くすることが求められるが、導電層３６０の導電性が下がらないようにする必要がある。そのために導電層３６０の膜厚を大きくすると、導電層３６０はアスペクト比が高い形状となりうる。本実施の形態では、導電層３６０を絶縁層１２４の開口に埋め込むように設けるため、導電層３６０をアスペクト比の高い形状にしても、工程中に導電層３６０を倒壊させることなく、形成することができる。
絶縁層１２６は、絶縁層１２４の上面、導電層３６０の上面、及び絶縁層３５０の上面に接して設けられることが好ましい。絶縁層１２６をスパッタリング法で成膜することで、絶縁層３５０及び絶縁層１２４へ過剰酸素領域を設けることができる。これにより、当該過剰酸素領域から、金属酸化物３３０中に酸素を供給することができる。
例えば、絶縁層１２６として、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、又はマグネシウム等から選ばれた一種、又は二種以上が含まれた金属酸化物を用いることができる。
特に、酸化アルミニウムはバリア性が高く、０．５ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の薄膜であっても、水素、及び窒素の拡散を抑制することができる。したがって、スパッタリング法で成膜した酸化アルミニウムは、酸素供給源であるとともに、水素等の不純物のバリア膜としての機能も有することができる。
また、絶縁層１２６の上に、層間膜としての機能を有する絶縁層１２８を設けることが好ましい。絶縁層１２８は、絶縁層１２２等と同様に、膜中の水又は水素等の不純物濃度が低減されていることが好ましい。
図９に示すように、絶縁層１２６＿１及び絶縁層１２８＿１に、導電層２０２＿１に達する開口部、及び導電層２０４＿１に達する開口部が設けられ、当該開口部を埋めるように導電層１３０＿１が設けられる。また、絶縁層１２３＿１、絶縁層１２４＿１、絶縁層１２６＿１、及び絶縁層１２８＿１に、導電層２０６＿１に達する開口部、導電層２０８＿１に達する開口部、及び導電層２１０＿１に達する開口部が設けられ、当該開口部を埋めるように導電層１３０＿１が設けられる。ここで、導電層２０２＿１及び導電層２０４＿１は図１０（Ａ）、（Ｂ）に示す導電層３６０に相当し、導電層２０６＿１、導電層２０８＿１、及び導電層２１０＿１は図１０（Ａ）に示す導電層３４２ａ又は導電層３４２ｂに相当する。
導電層１３０は、図１０（Ａ）に示すように導電層１３０ａと導電層１３０ｂの２層構造とすることができる。導電層１３０ａ及び導電層１３０ｂの材料としては、金属材料、合金材料、金属窒化物材料、又は金属酸化物材料等の導電性材料を、単層又は積層して用いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデン等の高融点材料を用いることが好ましく、タングステンを用いることが好ましい。又は、アルミニウムや銅等の低抵抗導電性材料で形成することが好ましい。低抵抗導電性材料を用いることで配線抵抗を低くすることができる。なお、導電層１３０は単層構造であってもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。
導電層１３０＿１と接する領域を有するように、導電層１３１、導電層１３２、導電層１３４、導電層１３６、導電層１３８、及び導電層１４０が設けられる。領域１０８と導電層２０６＿１は、導電層１３０＿１及び導電層１３１を介して電気的に接続される。また、導電層１３２は、導電層１３０＿１を介して導電層２０２＿１と電気的に接続される。導電層１３４は、導電層１３０＿１を介して導電層２１０＿１と電気的に接続される。導電層１３６は、導電層１３０＿１を介して導電層２０４＿１と電気的に接続される。導電層１３８は、導電層１３０＿１を介して導電層２０８＿１と電気的に接続される。導電層１４０は、導電層１３０＿１を介して領域１１０と電気的に接続される。
導電層１３２は、図３に示す配線４１＿１の一部とすることができる。導電層１３６は、図３に示す配線４２＿１の一部とすることができる。導電層１３８は、図３に示す配線４４＿１の一部とすることができる。導電層１４０は、図３に示す配線４７の一部とすることができる。
導電層１３１、導電層１３２、導電層１３４、導電層１３６、導電層１３８、及び導電層１４０には、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素を含む金属膜、又は上述した元素を成分とする金属窒化物膜（窒化タンタル膜、窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）等を用いることができる。又は、インジウム錫酸化物、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等の導電性材料を適用することもできる。
図９では、導電層１３１、導電層１３２、導電層１３４、導電層１３６、導電層１３８、及び導電層１４０は単層構造を示したが、当該構成に限定されず、２層以上の積層構造でもよい。例えば、バリア性を有する導電体と導電性が高い導電体との間に、バリア性を有する導電体、及び導電性が高い導電体に対して密着性が高い導電体を形成してもよい。
絶縁層１２８＿１、導電層１３１、導電層１３２、導電層１３４、導電層１３６、導電層１３８、及び導電層１４０の上に、絶縁層１４２が設けられる。絶縁層１４２は、絶縁層１１２と同様の構成とすることができる。
絶縁層１４２の上に絶縁層１４４が設けられる。絶縁層１４４は、絶縁層１１４と同様の構成とすることができる。これにより、絶縁層１４４は水素等に対するバリア性を有することができ、層３０＿２に設けられているＯＳトランジスタの特性の低下を抑制することができる。
絶縁層１４４の上に絶縁層１１６＿２が設けられ、絶縁層１１６＿２の上にトランジスタ１２＿２及びトランジスタ１３＿２が設けられる。前述のように、トランジスタ１２＿２及びトランジスタ１３＿２として、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すトランジスタ３００を適用することができる。以上より、トランジスタ１２＿１、トランジスタ１３＿１、トランジスタ１２＿２、及びトランジスタ１３＿２は、互いに同一の構成のトランジスタとすることができる。
図９において、導電層２０２＿２及び導電層２０４＿２は図１０（Ａ）、（Ｂ）に示す導電層３６０に相当し、導電層２０６＿２、導電層２０８＿２、及び導電層２１０＿２は図１０（Ａ）に示す導電層３４２ａ又は導電層３４２ｂに相当する。
導電層１３０＿２と接する領域を有するように、導電層１６１、導電層１６２、導電層１６４、導電層１６６、導電層１６８、及び導電層１７０が設けられる。領域１０８と導電層２０６＿２は、導電層１３０＿１、導電層１３１、導電層１３０＿２、及び導電層１６１を介して電気的に接続される。また、導電層１６２は、導電層１３０＿２を介して導電層２０２＿２と電気的に接続される。導電層１６４は、導電層１３０＿２を介して導電層２１０＿２と電気的に接続される。導電層１６６は、導電層１３０＿２を介して導電層２０４＿２と電気的に接続される。導電層１６８は、導電層１３０＿２を介して導電層２０８＿２と電気的に接続される。導電層１７０は、導電層１３０＿２、導電層１４０、及び導電層１３０＿１を介して領域１１０と電気的に接続される。
導電層１６２は、図３に示す配線４１＿２の一部とすることができる。導電層１６６は、図３に示す配線４２＿２の一部とすることができる。導電層１６８は、図３に示す配線４４＿２の一部とすることができる。導電層１７０は、図３に示す配線４７の一部とすることができる。
導電層１６１、導電層１６２、導電層１６４、導電層１６６、導電層１６８、及び導電層１７０は、導電層１３１、導電層１３２、導電層１３４、導電層１３６、導電層１３８、及び導電層１４０と同様の構成とすることができる。
絶縁層１２８＿２、導電層１６１、導電層１６２、導電層１６４、導電層１６６、導電層１６８、及び導電層１７０の上に、絶縁層１７２が設けられる。絶縁層１７２は、絶縁層１１２及び絶縁層１４２と同様の構成とすることができる。以上が図１等に示す構成の撮像装置１０が有する画素の構成例についての説明である。
前述のように、層３０＿１に設けられる保持回路３２＿１と、層３０＿２に設けられる保持回路３２＿２と、は同様の構成とすることができる。よって、図９に示すように、例えば導電層２０２＿１は導電層２０２＿２と重なる領域を有し、導電層２０４＿１は導電層２０４＿２と重なる領域を有し、導電層２０６＿１は導電層２０６＿２と重なる領域を有し、導電層２０８＿１は導電層２０８＿２と重なる領域を有し、導電層２１０＿１は導電層２１０＿２と重なる領域を有する構成とすることができる。また、導電層１３０＿１は導電層１３０＿２と重なる領域を有することができる。さらに、導電層１３１は導電層１６１と重なる領域を有し、導電層１３２は導電層１６２と重なる領域を有し、導電層１３４は導電層１６４と重なる領域を有し、導電層１３６は導電層１６６と重なる領域を有し、導電層１３８は導電層１６８と重なる領域を有し、導電層１４０は導電層１７０と重なる領域を有する構成とすることができる。
以上により、上記導電層に可視光を遮る材料が用いられている場合であっても、撮像装置１０の開口率が、層３０が１層のみ設けられている場合より低下することを抑制することができる。以上により、本発明の一態様の撮像装置は、短時間間隔で複数の撮像データの取得と、高品位な画像に対応する撮像データの取得と、を両立することができる。
また、保持回路３２＿２は、保持回路３２＿１を作製する際に使用するマスクと同一のマスクを用いて作製することができる。これにより、撮像装置１０を作製する際に使用するマスク枚数が、層３０が１層のみ設けられている場合より増加することを抑制することができる。よって、層３０が１層のみ設けられている場合と比較して撮像装置１０の作製コストが大きく増大することを抑制し、撮像装置１０を低価格なものとすることができる。
＜画素の構成例２＞
図１１（Ａ）は撮像装置１０が有する画素の具体的な構成例を説明する図であり、図９に示す構成の変形例である。図１１（Ａ）では、層２０の下方に層３０が設けられている。よって、図１１（Ａ）に示す構成は、例えば図７に示す構成の撮像装置１０に適用することができる。
図１１（Ａ）に示す構成の画素において、基板１００の上に絶縁層１１２が、絶縁層１１２の上に絶縁層１１４が設けられ、絶縁層１１４の上に層３０が設けられる。基板１００は、例えばシリコンを有する基板、例えば単結晶シリコン基板とすることができる。
また、絶縁層１７２の上に絶縁層１７３が設けられている。絶縁層１７３は、図９に示す絶縁層１１４と同様の構成とすることができる。
絶縁層１７３の上に、光電変換素子２１が設けられる。光電変換素子２１は、導電層１７６と、光電変換層１８２と、導電層１８４と、を有する。導電層１７６は、光電変換素子２１の一方の電極としての機能を有し、導電層１８４は、光電変換素子２１の他方の電極としての機能を有する。
また、絶縁層１７３及び絶縁層１７２には、導電層１６１に達する開口部が設けられ、導電層１７６は当該開口部を埋めるように形成することができる。これにより、トランジスタ１２のソース又はドレインの一方と、光電変換素子２１の一方の電極と、が電気的に接続される。なお、当該開口部に、例えば導電層１３０と同様の構成の導電層を設け、当該導電層と接する領域を有するように導電層１７６を設けてもよい。
また、層２０には導電層１７６と離間して導電層１７８が設けられる。例えば、導電層１７８は、導電層１７６と同一材料を用いて同一工程で形成することができる。導電層１７８は図３に示す配線４７の一部とすることができる。そして、導電層１８４は、導電層１７８と接する領域を有するように設けることができる。これにより、光電変換素子２１の他方の電極と、配線４７とを電気的に接続することができる。なお、導電層１７８と導電層１８４が直接接さず、別の導電層を介して電気的に接続されていてもよい。
光電変換層１８２は、セレン系材料を有する構成とすることができる。セレン系材料を用いた光電変換素子２１は、可視光に対する外部量子効率が高い特性を有する。また、セレン系材料は光吸収係数が高いため、光電変換層１８２を薄くしやすい利点を有する。セレン系材料を用いた光電変換素子２１では、アバランシェ増倍により増幅が大きい高感度のセンサとすることができる。つまり、セレン系材料を光電変換層１８２に用いることで、画素面積が縮小しても十分な光電流を得ることができる、撮像装置１０を高感度なものとすることができる。したがって、セレン系材料を用いた光電変換素子２１が設けられた撮像装置１０は、低照度環境における撮像にも適しているといえる。
セレン系材料としては、非晶質セレン又は結晶セレンを用いることができる。結晶セレンは、例えば、非晶質セレンを成膜後に熱処理することで得ることができる。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。
光電変換層１８２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。又は、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及びＣＩＧＳでは、セレンの単層と同様にアバランシェ増倍を利用する光電変換素子を形成することができる。
導電層１８４は、透光性を有する構成とすることが好ましい。導電層１８４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、グラフェン又は酸化グラフェン等を有する構成とすることができる。また、導電層１８４は単層に限らず、異なる材料を有する膜の積層であってもよい。
ここで、光電変換層１８２として、有機化合物を用いてもよい。図１１（Ｂ）は、光電変換層１８２として有機化合物を用いる場合における、光電変換素子２１の構成例を示す断面図である。
図１１（Ｂ）に示すように、光電変換層１８２には、正孔輸送層１８６と、活性層１８０と、電子輸送層１８８と、が順次積層して設けられている。この場合、導電層１７８は光電変換素子２１の陽極としての機能を有し、導電層１８４は光電変換素子２１の陰極としての機能を有する。なお、導電層１７８が光電変換素子２１の陰極としての機能を有し、導電層１８４が光電変換素子２１の陽極としての機能を有する場合には、積層順は逆となる。
活性層１８０は、光電変換素子２１に照射された光を吸収する機能を有する。光電変換素子２１には光電効果により、活性層１８０が吸収した光の照度に応じた電流が流れる。活性層１８０は、複数の有機材料を適宜組み合わせて有する構成とすることができる。例えば、活性層１８０として、テトラフェニルジベンゾペリフランテン（ＤＢＰ）と、フラーレンと、を有する構成とすることができる。
正孔輸送層１８６は、正孔を陽極としての機能を有する導電層１７８から活性層１８０に輸送する機能を有する。正孔輸送層１８６は、正孔輸送性材料を有する。例えば、正孔輸送層１８６は、酸化モリブデンを有する構成とすることができる。なお、正孔の輸送性が電子の輸送性よりも高い材料であれば、正孔輸送層１８６として上述した材料以外の材料を用いることができる。
電子輸送層１８８は、電子を陰極としての機能を有する導電層１８４から活性層１８０に輸送する機能を有する。電子輸送層１８８は、電子輸送性材料を有する。電子輸送層１８８は、１層構造、又は２層以上の積層構造とすることができる。例えば、フラーレンと、バソクプロイン（ＢＣＰ）と、の積層構造とすることができる。なお、電子の輸送性が正孔の輸送性よりも高い材料であれば、電子輸送層１８８として上述した材料以外の材料を用いることができる。
光電変換素子２１が有する光電変換層１８２として有機化合物を用いることで、撮像装置１０を低価格なものとすることができる。また、撮像装置１０が可とう性を有することができる。
＜画素の構成例３＞
図１２（Ａ）は、撮像装置１０が有する画素に着色層（カラーフィルタ）等を付加した例を示す斜視図である。当該斜視図では、複数の画素の断面もあわせて図示している。光電変換素子２１が形成される層２０の上には、絶縁層３８０が形成される。絶縁層３８０は可視光に対して透光性の高い酸化シリコン膜等を用いることができる。また、パッシベーション膜として窒化シリコン膜を積層してもよい。また、反射防止膜として、酸化ハフニウム等の誘電体膜を積層してもよい。
絶縁層３８０上には、遮光層３８１が形成されてもよい。遮光層３８１は、上部の着色層を通る光の混色を防止する機能を有する。遮光層３８１には、アルミニウム、タングステン等の金属層を用いることができる。また、当該金属層と反射防止膜としての機能を有する誘電体膜を積層してもよい。
絶縁層３８０及び遮光層３８１上には、平坦化膜として有機樹脂層３８２を設けることができる。また、画素別に着色層３８３（着色層３８３ａ、着色層３８３ｂ、着色層３８３ｃ）が形成される。例えば、着色層３８３ａ、着色層３８３ｂ、着色層３８３ｃに、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｙ（黄）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）等の色を割り当てることにより、カラー画像を得ることができる。
着色層３８３上には、可視光に対して透光性を有する絶縁層３８６等を設けることができる。
また、図１２（Ｂ）に示すように、着色層３８３の代わりに光学変換層３８５を用いてもよい。このような構成とすることで、様々な波長領域における画像が得られる撮像装置とすることができる。
例えば、光学変換層３８５に可視光線の波長以下の光を遮るフィルタを用いれば、赤外線撮像装置とすることができる。また、光学変換層３８５に近赤外線の波長以下の光を遮るフィルタを用いれば、遠赤外線撮像装置とすることができる。また、光学変換層３８５に可視光線の波長以上の光を遮るフィルタを用いれば、紫外線撮像装置とすることができる。
また、可視光に対応する着色層と赤外線又は紫外線に対応するフィルタを組み合わせてもよい。この様な構成では、異なる波長のデータの組み合わせから得られる特徴を検出することができる。
また、光学変換層３８５にシンチレータを用いれば、Ｘ線撮像装置等に用いる放射線の強弱を可視化した画像を得る撮像装置とすることができる。被写体を透過したＸ線等の放射線がシンチレータに入射されると、フォトルミネッセンス現象により可視光線や紫外光線等の光（蛍光）に変換される。そして、当該光を光電変換素子２１で検知することにより画像データを取得する。また、放射線検出器等に当該構成の撮像装置を用いてもよい。
シンチレータは、Ｘ線やガンマ線等の放射線が照射されると、そのエネルギーを吸収して可視光や紫外光を発する物質を含む。例えば、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、ＢａＦＣｌ：Ｅｕ、ＮａＩ、ＣｓＩ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＣｅＦ３、ＬｉＦ、ＬｉＩ、ＺｎＯ等を樹脂やセラミクスに分散させたものを用いることができる。
なお、セレン系材料を用いた光電変換素子２１においては、Ｘ線等の放射線を電荷に直接変換することができるため、シンチレータを不要とする構成とすることもできる。
また、図１２（Ｃ）に示すように、着色層３８３上にマイクロレンズアレイ３８４を設けてもよい。マイクロレンズアレイ３８４が有する個々のレンズを通る光が直下の着色層３８３を通り、光電変換素子２１に照射されるようになる。また、図１２（Ｂ）に示す光学変換層３８５上にマイクロレンズアレイ３８４を設けてもよい。
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様の撮像装置に適用す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。
＜トランジスタの構造例１＞
図１３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を用いてトランジスタ５１０Ａの構造例を説明する。図１３（Ａ）はトランジスタ５１０Ａの上面図である。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）に一点鎖線Ｌ１－Ｌ２で示す部位の断面図である。図１３（Ｃ）は、図１３（Ａ）に一点鎖線Ｗ１－Ｗ２で示す部位の断面図である。なお、図１３（Ａ）の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
図１３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）では、トランジスタ５１０Ａと、層間膜としての機能を有する絶縁層５１１、絶縁層５１２、絶縁層５１４、絶縁層５１６、絶縁層５２１、絶縁層５２２、絶縁層５７４、絶縁層５８０、絶縁層５８２、及び絶縁層５８４を示している。また、トランジスタ５１０Ａと電気的に接続し、コンタクトプラグとしての機能を有する導電層５４６（導電層５４６ａ、及び導電層５４６ｂ）を示している。
トランジスタ５１０Ａは、下地絶縁層としての機能を有する絶縁層５２４と、ゲートとしての機能を有する導電層５６０（導電層５６０ａ、及び導電層５６０ｂ）と、ゲート絶縁膜としての機能を有する絶縁層５５０と、チャネルが形成される領域を有する金属酸化物５３０（金属酸化物５３０ａ、金属酸化物５３０ｂ、及び金属酸化物５３０ｃ）と、ソース又はドレインの一方としての機能を有する導電層５４２ａと、ソース又はドレインの他方としての機能を有する導電層５４２ｂとを有する。
また、図１３に示すトランジスタ５１０Ａでは、金属酸化物５３０ｃ、絶縁層５５０、及び導電層５６０が、絶縁層５８０に設けられた開口部内に、絶縁層５７４を介して配置される。また、金属酸化物５３０ｃ、絶縁層５５０、及び導電層５６０は、導電層５４２ａと導電層５４２ｂとの間に配置される。
絶縁層５１１、及び絶縁層５１２は、層間膜としての機能を有する。
層間膜としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、又は（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳＴ）等の絶縁層を単層又は積層で用いることができる。又はこれらの絶縁層に、例えば、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムを添加してもよい。又はこれらの絶縁層を窒化処理してもよい。上記の絶縁層に酸化シリコン、酸化窒化シリコン、又は窒化シリコンを積層して用いてもよい。
例えば、絶縁層５１１は、水又は水素等の不純物が、基板側からトランジスタ５１０Ａに混入するのを抑制するバリア膜としての機能を有することが好ましい。したがって、絶縁層５１１は、水素原子、水素分子、水分子、銅原子等の不純物の拡散を抑制する機能を有する（上記不純物が透過しにくい）絶縁性材料を用いることが好ましい。又は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子等の少なくとも一つ）の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい）絶縁性材料を用いることが好ましい。また、例えば、絶縁層５１１として酸化アルミニウムや窒化シリコン等を用いてもよい。当該構成により、水素、水等の不純物が絶縁層５１１よりも基板側からトランジスタ５１０Ａ側に拡散するのを抑制することができる。
例えば、絶縁層５１２は、絶縁層５１１よりも誘電率が低いことが好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。
トランジスタ５１０Ａにおいて、導電層５６０は、ゲートとしての機能を有する場合がある。
絶縁層５１４、及び絶縁層５１６は、絶縁層５１１又は絶縁層５１２と同様に、層間膜としての機能を有する。例えば、絶縁層５１４は、水又は水素等の不純物が、基板側からトランジスタ５１０Ａに混入するのを抑制するバリア膜としての機能を有することが好ましい。当該構成により、水素、水等の不純物が絶縁層５１４よりも基板側からトランジスタ５１０Ａ側に拡散するのを抑制することができる。また、例えば、絶縁層５１６は、絶縁層５１４よりも誘電率が低いことが好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。
また、絶縁層５２２は、バリア性を有することが好ましい。絶縁層５２２がバリア性を有することで、トランジスタ５１０Ａの周辺部からトランジスタ５１０Ａへの水素等の不純物の混入を抑制する層としての機能を有する。
絶縁層５２２は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）又は（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳＴ）等のいわゆるｈｉｇｈ－ｋ材料を含む絶縁層を単層又は積層で用いることが好ましい。トランジスタの微細化、及び高集積化が進むと、ゲート絶縁膜の薄膜化により、リーク電流等の問題が生じる場合がある。ゲート絶縁膜としての機能を有する絶縁層にｈｉｇｈ－ｋ材料を用いることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。
絶縁層５２１は、例えば熱的に安定していることが好ましい。例えば、酸化シリコン及び酸化窒化シリコンは熱的に安定であるため、絶縁層５２１をｈｉｇｈ－ｋ材料とし、絶縁層５２２を酸化シリコン及び／又は酸化窒化を含む材料とすることで、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造とすることができる。
チャネル形成領域としての機能を有する領域を有する金属酸化物５３０は、金属酸化物５３０ａと、金属酸化物５３０ａ上の金属酸化物５３０ｂと、金属酸化物５３０ｂ上の金属酸化物５３０ｃと、を有する。金属酸化物５３０ｂ下に金属酸化物５３０ａを有することで、金属酸化物５３０ａよりも下方に形成された構造物から金属酸化物５３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。また、金属酸化物５３０ｂ上に金属酸化物５３０ｃを有することで、金属酸化物５３０ｃよりも上方に形成された構造物から金属酸化物５３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。金属酸化物５３０として、上述した金属酸化物の一種である酸化物半導体を用いることができる。
なお、金属酸化物５３０ｃは、絶縁層５８０に設けられた開口部内に、絶縁層５７４を介して設けられることが好ましい。絶縁層５７４がバリア性を有する場合、絶縁層５８０からの不純物が金属酸化物５３０へと拡散することを抑制することができる。
導電層５４２は、一方がソースとして機能し、他方がドレインとしての機能を有する。
導電層５４２ａと、導電層５４２ｂとは、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、銀、タンタル、又はタングステン等の金属、又はこれを主成分とする合金を用いることができる。特に、窒化タンタル等の金属窒化物膜は、水素又は酸素に対するバリア性があり、また、耐酸化性が高いため、好ましい。
また、図１３では単層構造を示したが、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、窒化タンタル膜とタングステン膜を積層するとよい。また、チタン膜とアルミニウム膜を積層してもよい。また、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としてもよい。
また、チタン膜又は窒化チタン膜と、そのチタン膜又は窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜又は銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜又は窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜又は窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜又は窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜又は銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜又は窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫又は酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。
また、導電層５４２上に、バリア層を設けてもよい。バリア層は、酸素、又は水素に対してバリア性を有する物質を用いることが好ましい。当該構成により、絶縁層５７４を成膜する際に、導電層５４２が酸化することを抑制することができる。
バリア層には、例えば、金属酸化物を用いることができる。特に、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウム等の、酸素や水素に対してバリア性のある絶縁膜を用いることが好ましい。また、ＣＶＤ法で形成した窒化シリコンを用いてもよい。
バリア層を有することで、導電層５４２の材料選択の幅を広げることができる。例えば、導電層５４２に、タングステンや、アルミニウム等の耐酸化性が低い一方で導電性が高い材料を用いることができる。また、例えば、成膜、又は加工がしやすい導電層を用いることができる。
絶縁層５５０は、ゲート絶縁膜としての機能を有する。絶縁層５５０は、絶縁層５８０に設けられた開口部内に、金属酸化物５３０ｃ、及び絶縁層５７４を介して設けられることが好ましい。
トランジスタの微細化、及び高集積化が進むと、ゲート絶縁膜の薄膜化により、リーク電流等の問題が生じる場合がある。その場合、絶縁層５５０は、積層構造としてもよい。ゲート絶縁膜としての機能を有する絶縁層を、ｈｉｇｈ－ｋ材料と、熱的に安定している材料との積層構造とすることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。また、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造とすることができる。
ゲートとしての機能を有する導電層５６０は、導電層５６０ａ、及び導電層５６０ａ上の導電層５６０ｂを有する。導電層５６０ａは、水素原子、水素分子、水分子、銅原子等の不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。又は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子等の少なくとも一つ）の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。なお、本明細書等において、不純物、又は酸素の拡散を抑制する機能とは、上記不純物、又は上記酸素のいずれか一つ、又は全ての拡散を抑制する機能とする。
導電層５６０ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、導電層５６０ｂの材料選択性を向上することができる。つまり、導電層５６０ａを有することで、導電層５６０ｂを構成する材料として酸化されやすい材料を用いたとしても、導電層５６０ｂの酸化による導電率の低下を抑制することができる。
酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、又は酸化ルテニウム等を用いることが好ましい。また、導電層５６０ａとして、金属酸化物５３０として用いることができる酸化物半導体を用いることができる。その場合、導電層５６０ｂをスパッタリング法で成膜することで、導電層５６０ａの電気抵抗値を低下させて導電層とすることができる。これをＯＣ（Ｏｘｉｄｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）電極と呼ぶことができる。
導電層５６０ｂは、タングステン、銅、又はアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、導電層５６０は、配線としての機能を有するため、導電性が高い導電層を用いることが好ましい。例えば、タングステン、銅、又はアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることができる。また、導電層５６０ｂは積層構造としてもよく、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。
絶縁層５８０と、トランジスタ５１０Ａとの間に絶縁層５７４を配置する。絶縁層５７４は、水又は水素等の不純物、及び酸素の拡散を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いるとよい。例えば、酸化アルミニウム又は酸化ハフニウム等を用いることが好ましい。また、他にも、例えば、酸化マグネシウム、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、又は酸化タンタル等の金属酸化物、窒化酸化シリコン又は窒化シリコン等を用いることができる。
本発明の一態様の撮像装置が絶縁層５７４を有することで、絶縁層５８０が有する水、及び水素等の不純物が、金属酸化物５３０ｃと絶縁層５５０を介して金属酸化物５３０ｂに拡散することを抑制することができる。また、絶縁層５８０が有する過剰酸素により、導電層５６０が酸化するのを抑制することができる。
絶縁層５８０、絶縁層５８２、及び絶縁層５８４は、層間膜としての機能を有する。
絶縁層５８２は、絶縁層５１４と同様に、水又は水素等の不純物が、外部からトランジスタ５１０Ａに混入するのを抑制するバリア絶縁膜としての機能を有することが好ましい。
また、絶縁層５８０、及び絶縁層５８４は、絶縁層５１６と同様に、絶縁層５８２よりも誘電率が低いことが好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。
また、トランジスタ５１０Ａは、絶縁層５８０、絶縁層５８２、及び絶縁層５８４に埋め込まれた導電層５４６等のプラグ、及び配線を介して、他の構造と電気的に接続してもよい。
また、導電層５４６の材料としては、金属材料、合金材料、金属窒化物材料、又は金属酸化物材料等の導電性材料を、単層又は積層して用いることができる。例えば、耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデン等の高融点材料を用いることが好ましい。又は、アルミニウムや銅等の低抵抗導電性材料で形成することが好ましい。低抵抗導電性材料を用いることで配線抵抗を低くすることができる。
例えば、導電層５４６を、例えば、水素、及び酸素に対してバリア性を有する導電層である窒化タンタル等と、導電性が高いタングステンとの積層構造とすることで、配線としての導電性を保持したまま、外部からの不純物の拡散を抑制することができる。
本発明の一態様の撮像装置が有するトランジスタとして上記構造のトランジスタを用いることで、本発明の一態様の撮像装置を、金属酸化物を有し、かつオン電流が大きいトランジスタを有する撮像装置とすることができる。又は、本発明の一態様の撮像装置を、金属酸化物を有し、かつオフ電流が小さいトランジスタを有する撮像装置とすることができる。又は、本発明の一態様の撮像装置を、電気特性の変動を抑制し、安定した電気特性を有すると共に、信頼性を向上させた撮像装置とすることができる。
＜トランジスタの構造例２＞
図１４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を用いてトランジスタ５１０Ｂの構造例を説明する。図１４（Ａ）はトランジスタ５１０Ｂの上面図である。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）に一点鎖線Ｌ１－Ｌ２で示す部位の断面図である。図１４（Ｃ）は、図１４（Ａ）に一点鎖線Ｗ１－Ｗ２で示す部位の断面図である。なお、図１４（Ａ）の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
トランジスタ５１０Ｂはトランジスタ５１０Ａの変形例である。よって、説明の繰り返しを防ぐため、主にトランジスタ５１０Ａと異なる点について説明する。
トランジスタ５１０Ｂは、導電層５４２（導電層５４２ａ、及び導電層５４２ｂ）と、金属酸化物５３０ｃ、絶縁層５５０、及び導電層５６０と、が重畳する領域を有する。当該構造とすることで、オン電流が高いトランジスタを提供することができる。また、制御性が高いトランジスタを提供することができる。
ゲートとしての機能を有する導電層５６０は、導電層５６０ａ、及び導電層５６０ａ上の導電層５６０ｂを有する。導電層５６０ａは、水素原子、水素分子、水分子、銅原子等の不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。又は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子等の少なくとも一つ）の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。
導電層５６０ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、導電層５６０ｂの材料選択性を向上させることができる。つまり、導電層５６０ａを有することで、導電層５６０ｂの酸化が抑制され、導電率が低下することを抑制することができる。
また、導電層５６０の上面及び側面、絶縁層５５０の側面、及び金属酸化物５３０ｃの側面を覆うように、絶縁層５７４を設けることが好ましい。なお、絶縁層５７４は、水又は水素等の不純物、及び酸素の拡散を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いるとよい。例えば、酸化アルミニウム又は酸化ハフニウム等を用いることが好ましい。また、他にも、例えば、酸化マグネシウム、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、又は酸化タンタル等の金属酸化物、窒化酸化シリコン又は窒化シリコン等を用いることができる。
絶縁層５７４を設けることで、導電層５６０の酸化を抑制することができる。また、絶縁層５７４を設けることで、絶縁層５８０が有する水、及び水素等の不純物がトランジスタ５１０Ｂへ拡散することを抑制することができる。
また、導電層５４６と絶縁層５８０との間に、バリア性を有する絶縁層５７６（絶縁層５７６ａ、及び絶縁層５７６ｂ）を配置してもよい。絶縁層５７６を設けることで、絶縁層５８０の酸素が導電層５４６と反応し、導電層５４６が酸化することを抑制することができる。
また、バリア性を有する絶縁層５７６を設けることで、プラグや配線に用いられる導電層の材料選択の幅を広げることができる。例えば、導電層５４６に、酸素を吸収する性質を持ち、かつ導電性が高い金属材料を用いることで、低消費電力の撮像装置を提供することができる。具体的には、タングステン、又はアルミニウム等の耐酸化性が低く、かつ導電性が高い材料を用いることができる。また、例えば、成膜、又は加工がしやすい導電層を導電層５４６として用いることができる。
＜トランジスタの構造例３＞
図１５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を用いてトランジスタ５１０Ｃの構造例を説明する。図１５（Ａ）はトランジスタ５１０Ｃの上面図である。図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）に一点鎖線Ｌ１－Ｌ２で示す部位の断面図である。図１５（Ｃ）は、図１５（Ａ）に一点鎖線Ｗ１－Ｗ２で示す部位の断面図である。なお、図１５（Ａ）の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
トランジスタ５１０Ｃはトランジスタ５１０Ａの変形例である。よって、説明の繰り返しを防ぐため、主にトランジスタ５１０Ａと異なる点について説明する。
図１５に示すトランジスタ５１０Ｃは、導電層５４２ａと金属酸化物５３０ｂの間に導電層５４７ａが配置され、導電層５４２ｂと金属酸化物５３０ｂの間に導電層５４７ｂが配置されている。ここで、導電層５４２ａ（導電層５４２ｂ）は、導電層５４７ａ（導電層５４７ｂ）の上面及び導電層５６０側の側面を越えて延在し、金属酸化物５３０ｂの上面に接する領域を有する。導電層５４７は、導電層５４２に用いることができる導電層を用いればよい。さらに、導電層５４７の膜厚は、少なくとも導電層５４２より厚いことが好ましい。
図１５に示すトランジスタ５１０Ｃは、上記のような構成を有することにより、トランジスタ５１０Ａよりも、導電層５４２を導電層５６０に近づけることができる。又は、導電層５４２ａの端部及び導電層５４２ｂの端部と、導電層５６０を重ねることができる。これにより、トランジスタ５１０Ｃの実質的なチャネル長を短くし、オン電流及び周波数特性の向上を図ることができる。
また、導電層５４７ａ（導電層５４７ｂ）は、導電層５４２ａ（導電層５４２ｂ）と重畳して設けられることが好ましい。このような構成にすることで、導電層５４６ａ（導電層５４６ｂ）を埋め込む開口を形成するエッチングにおいて、導電層５４７ａ（導電層５４７ｂ）がストッパとして機能し、金属酸化物５３０ｂがオーバーエッチングされることを抑制することができる。
また、図１５に示すトランジスタ５１０Ｃは、絶縁層５４４の上に接して絶縁層５４５を配置する構成にしてもよい。絶縁層５４４は、水又は水素等の不純物、及び過剰な酸素が、絶縁層５８０側からトランジスタ５１０Ｃに混入するのを抑制するバリア絶縁膜としての機能を有することが好ましい。絶縁層５４５として、絶縁層５４４に用いることができる絶縁層を用いることができる。また、絶縁層５４４としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムチタン、窒化チタン、窒化シリコン、又は窒化酸化シリコン等の、窒化物絶縁層を用いてもよい。
＜トランジスタの構造例４＞
図１６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を用いてトランジスタ５１０Ｄの構造例を説明する。図１６（Ａ）はトランジスタ５１０Ｄの上面図である。図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）に一点鎖線Ｌ１－Ｌ２で示す部位の断面図である。図１６（Ｃ）は、図１６（Ａ）に一点鎖線Ｗ１－Ｗ２で示す部位の断面図である。なお、図１６（Ａ）の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
トランジスタ５１０Ｄは上記トランジスタの変形例である。よって、説明の繰り返しを防ぐため、主に上記トランジスタと異なる点について説明する。
トランジスタ５１０Ｄは、金属酸化物５３０ｃ上に絶縁層５５０を有し、絶縁層５５０上に金属酸化物５５２を有する。また、金属酸化物５５２上に導電層５６０を有し、導電層５６０上に絶縁層５７０を有する。さらに、絶縁層５７０上に絶縁層５７１を有する。
金属酸化物５５２は、酸素拡散を抑制する機能を有することが好ましい。絶縁層５５０と、導電層５６０との間に、酸素の拡散を抑制する金属酸化物５５２を設けることで、導電層５６０への酸素の拡散が抑制される。つまり、金属酸化物５３０へ供給する酸素量の減少を抑制することができる。また、導電層５６０の酸化を抑制することができる。
なお、金属酸化物５５２は、ゲートの一部としての機能を有してもよい。例えば、金属酸化物５３０として用いることができる酸化物半導体を、金属酸化物５５２として用いることができる。その場合、導電層５６０をスパッタリング法で成膜することで、金属酸化物５５２の電気抵抗値を低下させて導電層とすることができる。これをＯＣ（Ｏｘｉｄｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）電極と呼ぶことができる。
また、金属酸化物５５２は、ゲート絶縁膜の一部としての機能を有する場合がある。したがって、絶縁層５５０に熱安定性が高い材料である酸化シリコン又は酸化窒化シリコン等を用いる場合、金属酸化物５５２として、比誘電率が高いｈｉｇｈ－ｋ材料である金属酸化物を用いることが好ましい。当該積層構造とすることで、トランジスタ５１０Ｄを熱に対して安定、かつ比誘電率の高いトランジスタとすることができる。したがって、物理膜厚を保持したまま、トランジスタ動作時に印加するゲート電位を低減することが可能となる。また、ゲート絶縁膜としての機能を有する絶縁層の等価酸化膜厚（ＥＯＴ）を薄くすることが可能となる。
トランジスタ５１０Ｄにおいて、金属酸化物５５２を単層で示したが、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、ゲートの一部としての機能を有する金属酸化物と、ゲート絶縁膜の一部としての機能を有する金属酸化物とを積層して設けてもよい。
トランジスタ５１０Ｄが金属酸化物５５２を有することで、金属酸化物５５２がゲートとしての機能を有する場合は、導電層５６０からの電界の影響を弱めることなく、トランジスタ５１０Ｄのオン電流を向上させることができる。また、金属酸化物５５２がゲート絶縁膜としての機能を有する場合は、絶縁層５５０及び金属酸化物５５２の物理的な厚みにより、導電層５６０と金属酸化物５３０との間の距離を保つことができる。これにより、導電層５６０と金属酸化物５３０との間のリーク電流を抑制することができる。したがって、トランジスタ５１０Ｄが絶縁層５５０と金属酸化物５５２との積層構造を有することで、導電層５６０と金属酸化物５３０との間の物理的な距離、及び導電層５６０から金属酸化物５３０へかかる電界強度を、容易に適宜調整することができる。
具体的には、金属酸化物５５２として、金属酸化物５３０に用いることができる酸化物半導体を低抵抗化したものを用いることができる。又は、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、又はマグネシウム等から選ばれた一種、又は二種以上が含まれた金属酸化物を用いることができる。
特に、アルミニウム、又はハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁層である、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）等を用いることが好ましい。特に、ハフニウムアルミネートは、酸化ハフニウム膜よりも耐熱性が高い。そのため、後の工程での熱処理において、結晶化しにくいため好ましい。なお、金属酸化物５５２は、必須の構成ではない。求めるトランジスタ特性により、適宜設計すればよい。
絶縁層５７０は、水又は水素等の不純物、及び酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いるとよい。例えば、酸化アルミニウム又は酸化ハフニウム等を用いることが好ましい。これにより、絶縁層５７０よりも上方からの酸素で導電層５６０が酸化することを抑制することができる。また、水又は水素等の不純物が、絶縁層５７０よりも上方から、導電層５６０及び絶縁層５５０を介して金属酸化物５３０に混入することを抑制することができる。
絶縁層５７１はハードマスクとしての機能を有する。絶縁層５７１を設けることで、導電層５６０の加工の際、導電層５６０の側面が基板表面に対して概略垂直、具体的には、導電層５６０の側面と基板表面のなす角を、７５度以上１００度以下、好ましくは８０度以上９５度以下とすることができる。
なお、絶縁層５７１に、水又は水素等の不純物、及び酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いることで、バリア層としての機能を兼ねさせてもよい。その場合、絶縁層５７０は設けなくともよい。
絶縁層５７１をハードマスクとして用いて、絶縁層５７０、導電層５６０、金属酸化物５５２、絶縁層５５０、及び金属酸化物５３０ｃの一部を選択的に除去することで、これらの側面を略一致させて、かつ、金属酸化物５３０ｂ表面の一部を露出させることができる。
また、トランジスタ５１０Ｄは、露出した金属酸化物５３０ｂ表面の一部に領域５３１ａ、及び領域５３１ｂを有する。領域５３１ａ又は領域５３１ｂの一方はソース領域として機能し、領域５３１ａ又は領域５３１ｂの他方はドレイン領域としての機能を有する。
領域５３１ａ及び領域５３１ｂの形成は、例えば、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオン注入法、又はプラズマ処理等を用いて、露出した金属酸化物５３０ｂ表面にリン又はボロン等の不純物元素を導入することで実現できる。なお、本実施の形態等において「不純物元素」とは、主成分元素以外の元素のことをいう。
また、金属酸化物５３０ｂ表面の一部を露出させた後に金属膜を成膜し、その後加熱処理を行うことにより、当該金属膜に含まれる元素を金属酸化物５３０ｂに拡散させて領域５３１ａ及び領域５３１ｂを形成することもできる。
金属酸化物５３０ｂの不純物元素が導入された領域は、電気抵抗率が低下する。このため、領域５３１ａ及び領域５３１ｂを「不純物領域」又は「低抵抗領域」という場合がある。
絶縁層５７１及び／又は導電層５６０をマスクとして用いることで、領域５３１ａ及び領域５３１ｂを自己整合（セルフアライメント）的に形成することができる。よって、領域５３１ａ及び／又は領域５３１ｂと、導電層５６０が重ならず、寄生容量を低減することができる。また、チャネル形成領域とソースドレイン領域（領域５３１ａ又は領域５３１ｂ）の間にオフセット領域が形成されない。領域５３１ａ及び領域５３１ｂを自己整合（セルフアライメント）的に形成することにより、オン電流の増加、しきい値電圧の低減、動作周波数の向上等を実現できる。
なお、オフ電流を更に低減するため、チャネル形成領域とソースドレイン領域の間にオフセット領域を設けてもよい。オフセット領域とは、電気抵抗率が高い領域であり、前述した不純物元素の導入が行なわれない領域である。オフセット領域の形成は、絶縁層５７５の形成後に前述した不純物元素の導入を行なうことで実現できる。この場合、絶縁層５７５も絶縁層５７１等と同様にマスクとしての機能を有する。よって、金属酸化物５３０ｂのうち、絶縁層５７５と重なる領域には不純物元素が導入されず、当該領域の電気抵抗率を高いままとすることができる。
また、トランジスタ５１０Ｄは、絶縁層５７０、導電層５６０、金属酸化物５５２、絶縁層５５０、及び金属酸化物５３０ｃの側面に絶縁層５７５を有する。絶縁層５７５は、比誘電率の低い絶縁層であることが好ましい。例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素及び窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコン、又は樹脂等であることが好ましい。特に、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンを絶縁層５７５に用いると、後の工程で絶縁層５７５中に過剰酸素領域を容易に形成できるため好ましい。また、酸化シリコン及び酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため好ましい。また、絶縁層５７５は、酸素を拡散する機能を有することが好ましい。
また、トランジスタ５１０Ｄは、絶縁層５７５、金属酸化物５３０上に絶縁層５７４を有する。絶縁層５７４は、スパッタリング法を用いて成膜することが好ましい。スパッタリング法を用いることにより、水又は水素等の不純物の少ない絶縁層を成膜することができる。例えば、絶縁層５７４として、酸化アルミニウムを用いるとよい。
なお、スパッタリング法を用いて形成した酸化膜は、被成膜構造体から水素を引き抜く場合がある。したがって、絶縁層５７４をスパッタリング法により形成する場合、絶縁層５７４が金属酸化物５３０及び絶縁層５７５から水素及び水を吸収する。これにより、金属酸化物５３０及び絶縁層５７５の水素濃度を低減することができる。
＜トランジスタの構造例５＞
図１７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を用いてトランジスタ５１０Ｅの構造例を説明する。図１７（Ａ）はトランジスタ５１０Ｅの上面図である。図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）に一点鎖線Ｌ１－Ｌ２で示す部位の断面図である。図１７（Ｃ）は、図１７（Ａ）に一点鎖線Ｗ１－Ｗ２で示す部位の断面図である。なお、図１７（Ａ）の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
トランジスタ５１０Ｅは上記トランジスタの変形例である。よって、説明の繰り返しを防ぐため、主に上記トランジスタと異なる点について説明する。
トランジスタ５１０Ｅは、導電層５４２を有さず、露出した金属酸化物５３０ｂ表面の一部に領域５３１ａ及び領域５３１ｂを有する。領域５３１ａ又は領域５３１ｂの一方はソース領域として機能し、他方はドレイン領域としての機能を有する。また、金属酸化物５３０ｂと絶縁層５７４との間に、絶縁層５７３を有する。
図１７に示す領域５３１（領域５３１ａ、及び領域５３１ｂ）は、金属酸化物５３０ｂに下記の元素が添加された領域である。領域５３１は、例えば、ダミーゲートを用いることで形成することができる。
具体的には、金属酸化物５３０ｂ上にダミーゲートを設け、当該ダミーゲートをマスクとして用い、上記金属酸化物５３０ｂを低抵抗化する元素を添加するとよい。つまり、金属酸化物５３０が、ダミーゲートと重畳していない領域に、当該元素が添加され、領域５３１が形成される。なお、当該元素の添加方法としては、イオン化された原料ガスを質量分離して添加するイオン注入法、イオン化された原料ガスを質量分離せずに添加するイオンドーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法等を用いることができる。
なお、金属酸化物５３０を低抵抗化する元素としては、代表的には、ホウ素、又はリンが挙げられる。また、水素、炭素、窒素、フッ素、硫黄、塩素、チタン、希ガス等を用いてもよい。希ガスの代表例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及びキセノン等がある。当該元素の濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）等を用いて測定すればよい。
特に、ホウ素、及びリンは、アモルファスシリコン、又は低温ポリシリコンの製造ラインの装置を使用することができるため、好ましい。既存の設備を転用することができ、設備投資を抑制することができる。
続いて、金属酸化物５３０ｂ、及びダミーゲート上に、絶縁層５７３となる絶縁膜、及び絶縁層５７４となる絶縁膜を成膜してもよい。絶縁層５７３となる絶縁膜、及び絶縁層５７４となる絶縁膜を積層して設けることで、領域５３１と、金属酸化物５３０ｃ及び絶縁層５５０とが重畳する領域を設けることができる。
具体的には、絶縁層５７４となる絶縁膜上に絶縁層５８０となる絶縁膜を設けた後、絶縁層５８０となる絶縁膜にＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理を行うことで、絶縁層５８０となる絶縁膜の一部を除去し、ダミーゲートを露出する。続いて、ダミーゲートを除去する際に、ダミーゲートと接する絶縁層５７３の一部も除去するとよい。したがって、絶縁層５８０に設けられた開口部の側面には、絶縁層５７４、及び絶縁層５７３が露出し、当該開口部の底面には、金属酸化物５３０ｂに設けられた領域５３１の一部が露出する。次に、当該開口部に金属酸化物５３０ｃとなる酸化膜、絶縁層５５０となる絶縁膜、及び導電層５６０となる導電膜を順に成膜した後、絶縁層５８０が露出するまでＣＭＰ処理等により、金属酸化物５３０ｃとなる酸化膜、絶縁層５５０となる絶縁膜、及び導電層５６０となる導電膜の一部を除去することで、図１７に示すトランジスタを形成することができる。
なお、絶縁層５７３、及び絶縁層５７４は必須の構成ではない。求めるトランジスタ特性により、適宜設計すればよい。
図１７に示すトランジスタは、既存の装置を転用することができ、さらに、導電層５４２を設けないため、コストの低減を図ることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、イメージセンサチップを収めたパッケージ及びカメラモジュールの一例について図面を参照して説明する。当該イメージセンサチップには、本発明の一態様の撮像装置の構成を用いることができる。
図１８（Ａ１）は、イメージセンサチップを収めたパッケージの上面側の外観斜視図である。当該パッケージは、図１８（Ａ３）に示すイメージセンサチップ６５０を固定するパッケージ基板６１０、カバーガラス６２０、及び両者を接着する接着剤６３０等を有する。
図１８（Ａ２）は、当該パッケージの下面側の外観斜視図である。パッケージの下面には、半田ボールをバンプ６４０としたＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）を有する。なお、ＢＧＡに限らず、ＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）やＰＧＡ（Ｐｉｎ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）等を有していてもよい。
図１８（Ａ３）は、カバーガラス６２０及び接着剤６３０の一部を省いて図示したパッケージの斜視図である。パッケージ基板６１０上には電極パッド６６０が形成され、電極パッド６６０、及び図１８（Ａ２）に示すバンプ６４０はスルーホールを介して電気的に接続されている。電極パッド６６０は、ワイヤ６７０を介してイメージセンサチップ６５０と電気的に接続されている。
また、図１８（Ｂ１）は、イメージセンサチップをレンズ一体型のパッケージに収めたカメラモジュールの上面側の外観斜視図である。当該カメラモジュールは、図１８（Ｂ３）に示すイメージセンサチップ６５１を固定するパッケージ基板６１１、レンズカバー６２１、及びレンズ６３５等を有する。
図１８（Ｂ２）は、当該カメラモジュールの下面側の外観斜視図である。パッケージ基板６１１の下面及び側面には、実装用のランド６４１が設けられたＱＦＮ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｎｏ－ｌｅａｄｐａｃｋａｇｅ）の構成を有する。なお、当該構成は一例であり、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）や前述したＢＧＡが設けられていてもよい。
図１８（Ｂ３）は、レンズカバー６２１及びレンズ６３５の一部を省いて図示したモジュールの斜視図である。ランド６４１は電極パッド６６１と電気的に接続され、電極パッド６６１はワイヤ６７１を介して、イメージセンサチップ６５１又はＩＣチップ６９０と電気的に接続されている。また、パッケージ基板６１１とイメージセンサチップ６５１との間には、撮像装置の駆動回路及び信号変換回路等の機能を有するＩＣチップ６９０も設けられており、ＳｉＰ（Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｐａｃｋａｇｅ）としての構成を有している。
イメージセンサチップを上述したような形態のパッケージに収めることでプリント基板等への実装が容易になり、イメージセンサチップを様々な半導体装置、電子機器に組み込むことができる。
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様の撮像装置を有する電子機器について説明する。
図１９（Ａ）は、ファインダー１１００を取り付けた状態のカメラ１０００の外観を示す図である。カメラ１０００は、例えばデジタルカメラとすることができる。なお、図１９（Ａ）では、カメラ１０００とファインダー１１００とを別の電子機器とし、これらを脱着可能な構成としているが、カメラ１０００の筐体１００１に、表示装置を備えるファインダーが内蔵されていてもよい。
カメラ１０００は、筐体１００１、表示部１００２、操作ボタン１００３、シャッターボタン１００４等を有する。またカメラ１０００には、着脱可能なレンズ１００６が取り付けられている。
ここではカメラ１０００として、レンズ１００６を筐体１００１から取り外して交換することが可能な構成としたが、レンズ１００６と筐体が一体となっていてもよい。
カメラ１０００は、シャッターボタン１００４を押すことにより、撮像することができる。また、表示部１００２はタッチパネルとしての機能を有し、表示部１００２をタッチすることにより撮像することも可能である。
カメラ１０００の筐体１００１は、電極を有するマウントを有し、ファインダー１１００のほか、ストロボ装置等を接続することができる。
ファインダー１１００は、筐体１１０１、表示部１１０２等を有する。ファインダー１１００は、電子ビューファインダーとすることができる。
筐体１１０１は、カメラ１０００のマウントと係合するマウントを有しており、ファインダー１１００をカメラ１０００に取り付けることができる。また当該マウントには電極を有し、当該電極を介してカメラ１０００から受信した画像等を表示部１１０２に表示させることができる。
カメラ１０００には、本発明の一態様の撮像装置を設けることができる。これにより、カメラ１０００は短時間間隔で高解像度の画像に対応する撮像データを取得することができる。よって、カメラ１０００は、高速カメラとすることができる。
図１９（Ｂ）は、ヘッドマウントディスプレイ１２００の外観を示す図である。
ヘッドマウントディスプレイ１２００は、装着部１２０１、レンズ１２０２、本体１２０３、表示部１２０４、ケーブル１２０５等を有している。また装着部１２０１には、バッテリ１２０６が内蔵されている。
ケーブル１２０５は、バッテリ１２０６から本体１２０３に電力を供給する。本体１２０３は無線受信機等を備え、受信した画像データ等に対応する画像を表示部１２０４に表示させることができる。また、本体１２０３に設けられたカメラで使用者の眼球やまぶたの動きを捉え、その情報をもとに使用者の視線の座標を算出することにより、使用者の視線を入力手段として用いることができる。
また、装着部１２０１には、使用者に触れる位置に複数の電極が設けられていてもよい。本体１２０３は使用者の眼球の動きに伴って電極に流れる電流を検知することにより、使用者の視線を認識する機能を有していてもよい。また、当該電極に流れる電流を検知することにより、使用者の脈拍をモニタする機能を有していてもよい。また、装着部１２０１には、温度センサ、圧力センサ、加速度センサ等の各種センサを有していてもよく、使用者の生体情報を表示部１２０４に表示する機能を有していてもよい。また、使用者の頭部の動き等を検出し、表示部１２０４に表示する画像をその動きに合わせて変化させてもよい。
本体１２０３に設けられるカメラ、及び装着部１２０１に設けられるセンサとして、本発明の一態様の撮像装置を設けることができる。これにより、当該カメラは短時間間隔で高解像度の画像に対応する撮像データを取得することができる。よって、当該カメラは、高速カメラとすることができる。
図１９（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）は、ヘッドマウントディスプレイ１３００の外観を示す図である。ヘッドマウントディスプレイ１３００は、筐体１３０１と、表示部１３０２と、バンド状の固定具１３０４と、一対のレンズ１３０５と、を有する。
使用者は、レンズ１３０５を通して、表示部１３０２の表示を視認することができる。なお、表示部１３０２を湾曲して配置させると好適である。表示部１３０２を湾曲して配置することで、使用者が高い臨場感を感じることができる。なお、本実施の形態においては、表示部１３０２を１つ設ける構成について例示したが、これに限定されず、例えば、表示部１３０２を２つ設ける構成としてもよい。この場合、使用者の片方の目に１つの表示部が配置されるような構成とすると、視差を用いた３次元表示等を行うことも可能となる。
また、ヘッドマウントディスプレイ１３００には、カメラを設けることができる。これにより、外の景色を撮像することができる。したがって、ヘッドマウントディスプレイ１３００は、カメラにより撮像された画像に、コンピュータグラフィックス（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ：ＣＧ）等の仮想の画像を合成することができる。よって、ヘッドマウントディスプレイ１３００は、拡張現実（Ａｕｇｕｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ：ＡＲ）用の機器とすることができる。
上記カメラとして本発明の一態様の撮像装置を設けることができる。これにより、当該カメラは短時間間隔で高解像度の画像に対応する撮像データを取得することができる。よって、当該カメラは、高速カメラとすることができる。
図２０（Ａ）は携帯電話機１４００の外観を示す図である。携帯電話機１４００は、筐体１４８１、表示部１４８２、操作ボタン１４８３、外部接続ポート１４８４、スピーカ１４８５、マイク１４８６、カメラ１４８７等を有する。当該携帯電話機は、表示部１４８２にタッチセンサを備える。電話を掛ける、或いは文字を入力する等のあらゆる操作は、指やスタイラス等で表示部１４８２に触れることで行うことができる。
カメラ１４８７として本発明の一態様の撮像装置を設けることができる。これにより、カメラ１４８７は短時間間隔で高解像度の画像に対応する撮像データを取得することができる。よって、カメラ１４８７は高速カメラとすることができる。
図２０（Ｂ）は携帯データ端末１５００の外観を示す図である。携帯データ端末１５００は、筐体１５１１、表示部１５１２、スピーカ１５１３、カメラ１５１９等を有する。表示部１５１２が有するタッチパネル機能により情報の入出力を行うことができる。また、カメラ１５１９で取得した画像から文字等を認識し、スピーカ１５１３で当該文字を音声出力することができる。
カメラ１５１９として本発明の一態様の撮像装置を設けることができる。これにより、カメラ１５１９は短時間間隔で高解像度の画像に対応する撮像データを取得することができる。よって、カメラ１５１９は高速カメラとすることができる。
図２０（Ｃ）は監視カメラ１６００の外観を示す図である。監視カメラ１６００は、支持台１６５１、カメラユニット１６５２、保護カバー１６５３等を有する。カメラユニット１６５２には回転機構等が設けられ、天井に設置することで全周囲の撮像が可能となる。なお、監視カメラとは慣用的な名称であり、用途を限定するものではない。例えば監視カメラとしての機能を有する機器はカメラ、又はビデオカメラとも呼ばれる。
カメラユニット１６５２として本発明の一態様の撮像装置を設けることができる。これにより、カメラユニット１６５２は短時間間隔で高解像度の画像に対応する撮像データを取得することができる。よって、カメラユニット１６５２は高速カメラとすることができる。
図２０（Ｄ）は腕時計型の情報端末１７００の外観を示す図である。情報端末１７００は、表示部１７３２、筐体兼リストバンド１７３３、カメラ１７３９等を有する。表示部１７３２は、情報端末の操作を行うためのタッチパネルを備える。表示部１７３２及び筐体兼リストバンド１７３３は可撓性を有し、身体への装着性が優れている。
カメラ１７３９として本発明の一態様の撮像装置を設けることができる。これにより、カメラ１７３９は短時間間隔で高解像度の画像に対応する撮像データを取得することができる。よって、カメラ１７３９は高速カメラとすることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
１０：撮像装置、１２：トランジスタ、１２＿１：トランジスタ、１２＿２：トランジスタ、１３：トランジスタ、１３＿１：トランジスタ、１３＿２：トランジスタ、１４：トランジスタ、１４＿１：トランジスタ、１５：トランジスタ、１５＿１：トランジスタ、１５＿２：トランジスタ、１６：容量素子、２０：層、２１：光電変換素子、３０：層、３０＿ｉ：層、３０＿ｎ：層、３０＿１：層、３０＿２：層、３１：撮像部、３２：保持回路、３２＿ｉ：保持回路、３２＿ｎ：保持回路、３２＿１：保持回路、３２＿２：保持回路、３３：ゲートドライバ回路、３３＿ｎ：ゲートドライバ回路、３３＿１：ゲートドライバ回路、３４：ソースドライバ回路、３４＿ｎ：ソースドライバ回路、３４＿１：ソースドライバ回路、３５：ＡＤ変換回路、３５＿ｎ：ＡＤ変換回路、３５＿１：ＡＤ変換回路、３５＿２：ＡＤ変換回路、３６：デマルチプレクサ回路、３７：マルチプレクサ回路、４０：配線、４０＿１：配線、４０＿２：配線、４１：配線、４１＿１：配線、４１＿２：配線、４２：配線、４２＿１：配線、４２＿２：配線、４３：配線、４３＿１：配線、４３＿２：配線、４４：配線、４４＿１：配線、４４＿２：配線、４５：配線、４６：配線、４７：配線、５１：露光動作、５２：保持動作、５３：読出動作、１００：基板、１０２：絶縁層、１０４：領域、１０６：領域、１０８：領域、１１０：領域、１１２：絶縁層、１１４：絶縁層、１１６：絶縁層、１１６＿１：絶縁層、１１６＿２：絶縁層、１１８：絶縁層、１２０：絶縁層、１２２：絶縁層、１２３：絶縁層、１２３＿１：絶縁層、１２４：絶縁層、１２４＿１：絶縁層、１２６：絶縁層、１２６＿１：絶縁層、１２８：絶縁層、１２８＿１：絶縁層、１２８＿２：絶縁層、１３０：導電層、１３０＿１：導電層、１３０＿２：導電層、１３０ａ：導電層、１３０ｂ：導電層、１３１：導電層、１３２：導電層、１３４：導電層、１３６：導電層、１３８：導電層、１４０：導電層、１４２：絶縁層、１４４：絶縁層、１６１：導電層、１６２：導電層、１６４：導電層、１６６：導電層、１６８：導電層、１７０：導電層、１７２：絶縁層、１７３：絶縁層、１７６：導電層、１７８：導電層、１８０：活性層、１８２：光電変換層、１８４：導電層、１８６：正孔輸送層、１８８：電子輸送層、２０２＿１：導電層、２０２＿２：導電層、２０４＿１：導電層、２０４＿２：導電層、２０６＿１：導電層、２０６＿２：導電層、２０８＿１：導電層、２０８＿２：導電層、２１０＿１：導電層、２１０＿２：導電層、３００：トランジスタ、３２４：絶縁体、３３０：金属酸化物、３３０ａ：金属酸化物、３３０ｂ：金属酸化物、３３０ｃ：金属酸化物、３４２：導電層、３４２ａ：導電層、３４２ｂ：導電層、３４３：領域、３４３ａ：領域、３４３ｂ：領域、３５０：絶縁層、３６０：導電層、３６０ａ：導電層、３６０ｂ：導電層、３８０：絶縁層、３８１：遮光層、３８２：有機樹脂層、３８３：着色層、３８３ａ：着色層、３８３ｂ：着色層、３８３ｃ：着色層、３８４：マイクロレンズアレイ、３８５：光学変換層、３８６：絶縁層、５１０Ａ：トランジスタ、５１０Ｂ：トランジスタ、５１０Ｃ：トランジスタ、５１０Ｄ：トランジスタ、５１０Ｅ：トランジスタ、５１１：絶縁層、５１２：絶縁層、５１４：絶縁層、５１６：絶縁層、５２１：絶縁層、５２２：絶縁層、５２４：絶縁層、５３０：金属酸化物、５３０ａ：金属酸化物、５３０ｂ：金属酸化物、５３０ｃ：金属酸化物、５３１：領域、５３１ａ：領域、５３１ｂ：領域、５４２：導電層、５４２ａ：導電層、５４２ｂ：導電層、５４４：絶縁層、５４５：絶縁層、５４６：導電層、５４６ａ：導電層、５４６ｂ：導電層、５４７：導電層、５４７ａ：導電層、５４７ｂ：導電層、５５０：絶縁層、５５２：金属酸化物、５６０：導電層、５６０ａ：導電層、５６０ｂ：導電層、５７０：絶縁層、５７１：絶縁層、５７３：絶縁層、５７４：絶縁層、５７５：絶縁層、５７６：絶縁層、５７６ａ：絶縁層、５７６ｂ：絶縁層、５８０：絶縁層、５８２：絶縁層、５８４：絶縁層、６１０：パッケージ基板、６１１：パッケージ基板、６２０：カバーガラス、６２１：レンズカバー、６３０：接着剤、６３５：レンズ、６４０：バンプ、６４１：ランド、６５０：イメージセンサチップ、６５１：イメージセンサチップ、６６０：電極パッド、６６１：電極パッド、６７０：ワイヤ、６７１：ワイヤ、６９０：ＩＣチップ、１０００：カメラ、１００１：筐体、１００２：表示部、１００３：操作ボタン、１００４：シャッターボタン、１００６：レンズ、１１００：ファインダー、１１０１：筐体、１１０２：表示部、１２００：ヘッドマウントディスプレイ、１２０１：装着部、１２０２：レンズ、１２０３：本体、１２０４：表示部、１２０５：ケーブル、１２０６：バッテリ、１３００：ヘッドマウントディスプレイ、１３０１：筐体、１３０２：表示部、１３０４：固定具、１３０５：レンズ、１４００：携帯電話機、１４８１：筐体、１４８２：表示部、１４８３：操作ボタン、１４８４：外部接続ポート、１４８５：スピーカ、１４８６：マイク、１４８７：カメラ、１５００：携帯データ端末、１５１１：筐体、１５１２：表示部、１５１３：スピーカ、１５１９：カメラ、１６００：監視カメラ、１６５１：支持台、１６５２：カメラユニット、１６５３：保護カバー、１７００：情報端末、１７３２：表示部、１７３３：筐体兼リストバンド、１７３９：カメラ

Claims (18)

  1. 第１の層と、第２の層と、第３の層と、が積層して設けられている撮像装置であって、
    前記第１の層は、光電変換素子を有し、
    前記第２の層は、第１の回路を有し、
    前記第３の層は、第２の回路を有し、
    前記光電変換素子の一方の電極は、前記第１の回路と電気的に接続され、
    前記光電変換素子の一方の電極は、前記第２の回路と電気的に接続され、
    前記第１の回路は、前記光電変換素子に照射された光の照度に対応するデータである、第１の撮像データを保持する機能を有し、
    前記第２の回路は、前記光電変換素子に照射された光の照度に対応するデータである、第２の撮像データを保持する機能を有する撮像装置。
  2. 請求項１において、
    前記第１の回路は、第１の転送トランジスタを有し、
    前記第２の回路は、第２の転送トランジスタを有し、
    前記光電変換素子の一方の電極は、前記第１の転送トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
    前記光電変換素子の一方の電極は、前記第２の転送トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続されている撮像装置。
  3. 請求項２において、
    前記第１の転送トランジスタのソース又はドレインの一方としての機能を有する導電層は、前記第２の転送トランジスタのソース又はドレインの一方としての機能を有する導電層と重なる領域を有し、
    前記第２の転送トランジスタのソース又はドレインの他方としての機能を有する導電層は、前記第２の転送トランジスタのソース又はドレインの他方としての機能を有する導電層と重なる領域を有し、
    前記第１の転送トランジスタのゲートは、前記第２の転送トランジスタのゲートと重なる領域を有する撮像装置。
  4. 請求項２又は３において、
    前記第１の転送トランジスタ及び第２の転送トランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、
    当該金属酸化物は、元素Ｍ（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、又はＳｎ）と、Ｚｎと、を有する撮像装置。
  5. 請求項２乃至４のいずれか一項において、
    前記第１の回路は、前記第１の転送トランジスタと、第１のリセットトランジスタと、第１の増幅トランジスタと、第１の選択トランジスタと、を有し、
    前記第１の転送トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第１のリセットトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
    前記第１のリセットトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第１の増幅トランジスタのゲートと電気的に接続され、
    前記第１の増幅トランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第１の選択トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続されている撮像装置。
  6. 請求項５において、
    前記第１の転送トランジスタと、前記第１のリセットトランジスタと、前記第１の増幅トランジスタと、前記第１の選択トランジスタと、はチャネル形成領域に金属酸化物を有し、
    当該金属酸化物は、元素Ｍ（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、又はＳｎ）と、Ｚｎと、を有する撮像装置。
  7. 請求項５又は６において、
    前記第２の回路は、前記第２の転送トランジスタと、第２のリセットトランジスタと、第２の増幅トランジスタと、第２の選択トランジスタと、を有し、
    前記第２の転送トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第２のリセットトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
    前記第２のリセットトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第２の増幅トランジスタのゲートと電気的に接続され、
    前記第２の増幅トランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第２の選択トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続されている撮像装置。
  8. 請求項７において、
    前記第２の転送トランジスタと、前記第２のリセットトランジスタと、前記第２の増幅トランジスタと、前記第２の選択トランジスタと、はチャネル形成領域に金属酸化物を有し、
    当該金属酸化物は、元素Ｍ（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、又はＳｎ）と、Ｚｎと、を有する撮像装置。
  9. 請求項１乃至８のいずれか一項において、
    前記第１の回路と、前記第２の回路と、は互いに同じ数のトランジスタを有する撮像装置。
  10. 請求項１乃至９のいずれか一項において、
    前記第２の層は、第１のＡＤ変換回路を有し、
    前記第３の層は、第２のＡＤ変換回路を有し、
    前記第１のＡＤ変換回路と、前記第２のＡＤ変換回路と、は互いに重なる領域を有する撮像装置。
  11. 請求項１乃至１０のいずれか一項において、
    前記第１の層は、マルチプレクサ回路と、ＡＤ変換回路と、を有し、
    前記マルチプレクサ回路の第１の入力端子は、前記第１の回路と電気的に接続され、
    前記マルチプレクサ回路の第２の入力端子は、前記第２の回路と電気的に接続され、
    前記マルチプレクサ回路の出力端子は、前記ＡＤ変換回路と電気的に接続されている撮像装置。
  12. 請求項１乃至１１のいずれか一項において、
    前記撮像装置が前記第１の撮像データを取得する期間と、前記撮像装置が前記第２の撮像データを取得する期間と、が異なる撮像装置。
  13. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載された撮像装置と、表示装置と、を有する電子機器。
  14. 光電変換素子を有する第１の層と、第１の回路を有する第２の層と、第２の回路を有する第３の層と、が積層して設けられている撮像装置の動作方法であり、
    第１の期間において、前記光電変換素子に照射された光の照度に対応するデータである、第１の撮像データを取得して前記第１の回路に保持し、
    第２の期間において、前記光電変換素子に照射された光の照度に対応するデータである、第２の撮像データを取得して前記第２の回路に保持し、
    第３の期間において、前記第１の回路に保持されている前記第１の撮像データと、前記第２の回路に保持されている前記第２の撮像データと、を読み出す撮像装置の動作方法。
  15. 請求項１４において、
    前記第２の層に第１のＡＤ変換回路が設けられ、前記第３の層に第２のＡＤ変換回路が設けられている撮像装置の動作方法であり、
    前記第３の期間において、前記第１のＡＤ変換回路が、アナログデータである前記第１の撮像データをデジタルデータに変換し、前記第２のＡＤ変換回路が、アナログデータである前記第２の撮像データをデジタルデータに変換する撮像装置の動作方法。
  16. 光電変換素子と、第１の回路と、第２の回路と、が積層して設けられている撮像装置の動作方法であり、
    第１の期間において、前記光電変換素子に照射された光の照度に対応するデータである、第１の撮像データを取得して前記第１の回路に保持し、
    第２の期間において、前記光電変換素子に照射された光の照度に対応するデータである、第２の撮像データを取得して前記第２の回路に保持し、
    第３の期間において、前記第１の回路に保持されている前記第１の撮像データを読み出し、
    第４の期間において、前記第２の回路に保持されている前記第２の撮像データを読み出す撮像装置の動作方法。
  17. 請求項１６において、
    第１の層にＡＤ変換回路が設けられている撮像装置の動作方法であり、
    前記第３の期間において、前記ＡＤ変換回路が、アナログデータである前記第１の撮像データをデジタルデータに変換し、
    前記第４の期間において、前記ＡＤ変換回路が、アナログデータである前記第２の撮像データをデジタルデータに変換する撮像装置の動作方法。
  18. 請求項１４乃至１７のいずれか一項において、
    前記第１の期間において、グローバルシャッタ方式により前記第１の撮像データを取得し、
    前記第２の期間において、グローバルシャッタ方式により前記第２の撮像データを取得する撮像装置の動作方法。
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