WO2021099889A1 - 撮像装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

カラー撮像機能および赤外光撮像機能を有する撮像装置を提供する。 第１の光電変換デバイスと、第２の光電変換デバイスが積層された構成を有する撮像装置であり、第２の光電変換デバイスは赤外光を吸収して電荷を発生し、赤外光よりもエネルギーの高い波長の光を透過する。また、第１の光電変換デバイスは、第２の光電変換デバイスと重畳して配置され、第２の光電変換デバイスを透過した光（可視光）を吸収して電荷を発生させる。したがって、カラー撮像用の副画素と赤外光撮像用の副画素を重ねて配置することができ、カラー撮像の解像度を低下させることなく、赤外光撮像機能を付与させることができる。

Description

撮像装置および電子機器

本発明の一態様は、撮像装置に関する。

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、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記憶装置、撮像装置、それらの動作方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。

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。

撮像装置では、主に可視光の情報を得るための構成を有するが、光学フィルタおよびフォトダイオードを工夫することで、赤外光の情報も得ることができる。例えば、可視光の情報を得るセンサと赤外光の情報を得るセンサを重畳させた撮像装置が特許文献１に開示されている。

また、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２に開示されている。

特開２０１３−０６８６０６号公報 特開２０１１−１１９７１１号公報

ＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像デバイスの画素には、入射した光を光の三原色（赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））の各成分に分離してデータを取得する副画素が設けられている。当該副画素により、カラー画像データを生成することができる。一般には、輝度情報を精度よく得るために、視感度の高いＧの情報を取得する副画素が多く配置される。例えば、１個の画素にＲ・Ｇ・Ｇ・Ｂ配列の４個の副画素を有する構成が用いられている。

Ｒ・Ｇ・Ｂの各成分は、カラーフィルタを用いて分離することができる。さらに、赤外光よりエネルギーの高い光をカットするフィルタを用いれば、赤外光（ＩＲ）の情報を得ることもできる。カラー画像と赤外光画像を同時に取得するには、カラー用の副画素に加えて、赤外光用の副画素が必要となる。

そのため、副画素の構成をＲ・Ｇ・Ｇ・Ｂ・ＩＲ配列またはＲ・Ｇ・Ｂ・ＩＲ配列にすることになる。前者は副画素が５個になるため、Ｒ・Ｇ・Ｇ・Ｂ配列を有する同一サイズのイメージセンサと比べると、全体の画素数は減少し、解像度が低下する。また、後者では、同様の比較において、画素数は変わらないが、輝度情報を取得する機能は低下してしまう。

したがって、本発明の一態様では、高解像度でカラー画像および赤外光画像を撮像できる撮像装置を提供することを目的の一つとする。または、輝度情報の取得機能が高く、カラー画像および赤外光画像を撮像できる撮像装置を提供することを目的の一つとする。または、赤外光に対する感度が高く、カラー画像および赤外光画像を撮像できる撮像装置を提供することを目的の一つとする。

または、信頼性の高い撮像装置を提供することを目的の一つとする。または、新規な撮像装置などを提供することを目的の一つとする。または、上記撮像装置の動作方法を提供することを目的の一つとする。または、新規な半導体装置などを提供することを目的の一つとする。

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。

本発明の一態様は、カラー画像データを撮像する光電変換デバイスと、赤外光画像を撮像する光電変換デバイスが重なる構造を有する撮像装置に関する。

本発明の一態様は、第１の層と、第２の層と、を有し、第１の層は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、第５のトランジスタと、第１の光電変換デバイスと、第２の光電変換デバイスと、第３の光電変換デバイスと、第４の光電変換デバイスと、を有し、第２の層は、第５の光電変換デバイスを有し、第１のトランジスタ乃至第５のトランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを有し、第１の光電変換デバイス乃至第４の光電変換デバイスは、光電変換層にシリコンを有し、第２の光電変換デバイスは、光電変換層に有機光導電膜を有し、第１のトランジスタは、第１の光電変換デバイスと電気的に接続され、第２のトランジスタは、第２の光電変換デバイスと電気的に接続され、第３のトランジスタは、第３の光電変換デバイスと電気的に接続され、第４のトランジスタは、第４の光電変換デバイスと電気的に接続され、第５のトランジスタは、第５の光電変換デバイスと電気的に接続され、第５の光電変換デバイスは、第１の光電変換デバイス乃至第４の光電変換デバイスのそれぞれと重なる領域を有する撮像装置である。

また、本発明の他の一態様は、第１の層と、第２の層と、第３の層と、を有し、第３の層は、第１の層と第２の層との間に設けられ、第１の層は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、第１の光電変換デバイスと、第２の光電変換デバイスと、第３の光電変換デバイスと、第４の光電変換デバイスと、を有し、第２の層は、第５の光電変換デバイスを有し、第３の層は、第５のトランジスタを有し、第１のトランジスタ乃至第４のトランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを有し、第５のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、第１の光電変換デバイス乃至第４の光電変換デバイスは、光電変換層にシリコンを有し、第５の光電変換デバイスは、光電変換層に有機光導電膜を有し、第１のトランジスタは、第１の光電変換デバイスと電気的に接続され、第２のトランジスタは、第２の光電変換デバイスと電気的に接続され、第３のトランジスタは、第３の光電変換デバイスと電気的に接続され、第４のトランジスタは、第４の光電変換デバイスと電気的に接続され、第５のトランジスタは、第５の光電変換デバイスと電気的に接続され、第５の光電変換デバイスは、第１の光電変換デバイス乃至第４の光電変換デバイスのそれぞれと重なる領域を有する撮像装置である。

第５の光電変換デバイスは、赤外光の吸収によって電荷を発生させる光電変換層を有することができる。また、第５の光電変換デバイスの光電変換層は、可視光の透過性を有することが好ましい。

上記構成において、さらに第４の層を有し、第４の層は、第３の層と第２の層との間に設けられ、第４の層は、カラーフィルタを有することができる。

金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆの一つまたは複数）と、を有することが好ましい。

本発明の一態様を用いることで、高解像度でカラー画像および赤外光画像を同時に取得できる撮像装置を提供することができる。または、輝度情報の取得機能が高く、カラー画像および赤外光画像を同時に取得できる撮像装置を提供することができる。または、赤外光に対する感度が高く、カラー画像および赤外光画像を同時に取得できる撮像装置を提供することができる。

または、信頼性の高い撮像装置を提供することができる。または、新規な撮像装置などを提供することができる。または、上記撮像装置の動作方法を提供することができる。または、新規な半導体装置などを提供することができる。

図１は、画素を説明する図である。
図２は、画素を説明する図である。
図３は、画素を説明する図である。
図４は、画素の回路を説明する図である。
図５Ａ、図５Ｂは、画素の回路を説明する図である。
図６は、画素の回路を説明する図である。
図７Ａ、図７Ｂは、画素回路のレイアウトを説明する図である。
図８は、画素の動作を説明するタイミングチャートである。
図９は、画素を説明する図である。
図１０Ａ、図１０Ｂは、画素回路のレイアウトを説明する図である。
図１１は、撮像装置を説明するブロック図である。
図１２Ａ、図１２Ｂは、画素の回路を説明する図である。
図１３Ａ、図１３Ｂは、光電変換デバイスの構成を説明する図である。
図１４は、画素を説明する断面図である。
図１５Ａ乃至図１５Ｃは、Ｓｉトランジスタを説明する図である。
図１６Ａ乃至図１６Ｄは、ＯＳトランジスタを説明する図である。
図１７は、画素を説明する断面図である。
図１８は、画素を説明する断面図である。
図１９Ａ１乃至図１９Ａ３、図１９Ｂ１乃至図１９Ｂ３は、撮像装置を収めたパッケージおよびモジュールの斜視図である。
図２０Ａ乃至図２０Ｆは、電子機器を説明する図である。

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略することがある。なお、図を構成する同じ要素のハッチングを異なる図面間で適宜省略または変更する場合もある。

また、回路図上では単一の要素として図示されている場合であっても、機能的に不都合がなければ、当該要素が複数で構成されてもよい。例えば、スイッチとして動作するトランジスタは、複数が直列または並列に接続されてもよい場合がある。また、キャパシタを分割して複数の位置に配置する場合もある。

また、一つの導電体が、配線、電極および端子のような複数の機能を併せ持っている場合があり、本明細書においては、同一の要素に対して複数の呼称を用いる場合がある。また、回路図上で要素間が直接接続されているように図示されている場合であっても、実際には当該要素間が一つまたは複数の導電体を介して接続されている場合があり、本明細書ではこのような構成でも直接接続の範疇に含める。

（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、カラー撮像機能および赤外光撮像機能を有する撮像装置である。撮像装置は、カラー撮像を行うための第１の光電変換デバイスと、赤外光撮像を行うための第２の光電変換デバイスが積層された構成を有する。

第２の光電変換デバイスは赤外光を吸収して電荷を発生させる機能を有し、赤外光よりもエネルギーの高い波長の光を透過する。また、第１の光電変換デバイスは、第２の光電変換デバイスと重畳して配置され、第２の光電変換デバイスを透過した光（可視光）を吸収して電荷を発生させる機能を有する。

したがって、カラー撮像用の副画素と赤外光撮像用の副画素を重ねて配置することができ、輝度情報の取得機能および解像度を低下させることなく、カラー撮像と赤外光撮像を同時に行うことができる。また、カラー撮像のみの動作、赤外光撮像のみの動作も可能である。

＜積層構造＞
図１は、本発明の一態様の撮像装置の画素の断面を含む斜視図である。画素は積層構造であり、層２１０、層２２０、層２３０、層２４０、層２５０を有する。層２１０は、画素回路（光電変換デバイスおよびトランジスタ）等を有する。層２２０は、配線等を有する。また、層２２０は、画素回路の一部（トランジスタ等）を有することもできる。層２３０は、可視光の撮像に対応するカラーフィルタ等を有する。層２４０は、赤外光の撮像に対応する画素回路の一部（光電変換デバイス等）を有する。層２５０は、マイクロレンズアレイ等を有する。

各層の詳細な構成を、図２を用いて説明する。図２は、図１に示す積層構造を各層に分離した図である。なお、各層が有する要素は図２に示す要素に限定されるものではなく、他の要素が含まれていてもよい。また、２つの層が接する構成において、その境近傍に配置される絶縁層などの要素は、便宜的に一方の層の要素として図示しているが、他方の層の要素であってもよい。

また、以下では、１個の画素の構成について説明する。当該画素は、可視光の撮像に対応する４個の副画素および赤外光の撮像に対応する１個の副画素を有する。

＜層２１０＞
層２１０は、可視光の撮像に対応する４個の副画素が設けられた層であり、光電変換デバイス１０１Ｒ、１０１Ｇ１、１０１Ｇ２、１０１Ｂ、および回路１２Ｃを有する。１個の副画素は、上記光電変換デバイスのいずれか１個と、回路１２Ｃの一部を有する。また、４個の副画素は、回路１２Ｃの他の一部を共有する。

光電変換デバイス１０１Ｒ、１０１Ｇ１、１０１Ｇ２、１０１Ｂは、同一の構成とすることができる。また、後述する層２３０が有するカラーフィルタを組み合わせて動作させることにより、カラー画像を構成するためのデータを取得することができる。

ここで、光電変換デバイス１０１Ｒは、赤色の光成分データを取得する機能を有する。光電変換デバイス１０１Ｇ１、１０１Ｇ２は、緑色の光成分データを取得する機能を有する。光電変換デバイス１０１Ｂは、青色の光成分データを取得する機能を有する。

光電変換デバイス１０１Ｒ、１０１Ｇ１、１０１Ｇ２、１０１Ｂは、シリコン基板２１５に設けられたｐｎ接合型フォトダイオードである。当該フォトダイオードは埋め込み型フォトダイオードであって、配線を介さずにトランジスタと直接接続する構成とすることが好ましい。当該構成によって、フォトダイオードに蓄積された電荷の完全転送が可能であり、ノイズを削減することができる。

回路１２Ｃは、光電変換デバイス１０１Ｒ、１０１Ｇ１、１０１Ｇ２、１０１Ｂのそれぞれと電気的に接続されたトランジスタを有する。回路１２Ｃとそれぞれの光電変換デバイスは、画素回路を構成する。当該トランジスタは、シリコン基板２１５に設けることができる。すなわち、当該トランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタ（以下、Ｓｉトランジスタ）とすることができる。回路１２Ｃおよびそれぞれの光電変換デバイスを有する画素回路の詳細は後述する。

＜層２２０＞
層２２０は、配線および赤外光の撮像に対応する副画素の要素が設けられた層であり、回路１２ＩＲ、配線１５０Ｃ、配線１５０ＩＲ、および絶縁層２２１を有する。回路１２ＩＲは、後述する層２４０が有する光電変換デバイス１０１ＩＲと電気的に接続され、赤外光の撮像に対応する１個の副画素を構成する。

回路１２ＩＲは、光電変換デバイス１０１ＩＲと電気的に接続されたトランジスタを有する。回路１２ＩＲと光電変換デバイス１０１ＩＲは、画素回路を構成する。当該トランジスタには、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタ）を用いることができる。ＯＳトランジスタは、薄膜の積層で形成することができ、配線プロセスなどと共通のプロセスを用いてＳｉデバイス上に形成することができる。回路１２ＩＲおよび光電変換デバイス１０１ＩＲを有する画素回路の詳細は後述する。

また、層２２０は、多層構造とすることができる。配線１５０Ｃおよび配線１５０ＩＲは複数であり、絶縁層２２１中または絶縁層２２１表面に配置される。なお、配線１５０Ｃは、主に層２１０が有する光電変換デバイス１０１Ｒ、１０１Ｇ１、１０１Ｇ２、１０１Ｂ、および回路１２Ｃなどと電気的に接続する電源線、信号線、出力線などである。また、配線１５０ＩＲは、主に層２４０が有する光電変換デバイス１０１ＩＲ、および回路１２ＩＲなどと電気的に接続する電源線、信号線、出力線などである。

＜層２３０＞
層２３０は、カラー撮像に対応する色分離層が設けられた層であり、カラーフィルタ２３３Ｒ、２３３Ｇ１、２３３Ｇ２、２３３Ｂ、遮光層２３２、および絶縁層２３１を有する。

カラーフィルタ２３３Ｒは赤色に着色されており、光電変換デバイス１０１Ｒと重なる領域に設けられる。カラーフィルタ２３３Ｇ１は緑色に着色されており、光電変換デバイス１０１Ｇ１と重なる領域に設けられる。カラーフィルタ２３３Ｇ２は緑色に着色されており、光電変換デバイス１０１Ｇ２と重なる領域に設けられる。カラーフィルタ２３３Ｂは青色に着色されており、光電変換デバイス１０１Ｂと重なる領域に設けられる。

遮光層２３２は、各カラーフィルタの境と重なる位置に設けられ、カラーフィルタを通る光が隣接する副画素に侵入することを防ぐことができる。絶縁層２３１は、不純物の拡散防止、平坦化などの機能を有する。

＜層２４０＞
層２４０は、赤外光撮像に対応する光電変換デバイスが設けられた層であり、光電変換デバイス１０１ＩＲ、および絶縁層２４１を有する。光電変換デバイス１０１ＩＲの光電変換層には、例えば、有機光導電膜を用いることができる。絶縁層２４１は、不純物の拡散防止、平坦化などの機能を有する。

光電変換デバイス１０１ＩＲは、赤外光を吸収して電荷を発生させる特性を有する。また、光電変換デバイス１０１ＩＲは、可視光を透過させる特性を有する。したがって、画素に入射される光のうち、赤外光の成分は光電変換デバイス１０１ＩＲで吸収され、可視光の成分は、カラーフィルタ２３３Ｒ、２３３Ｇ１、２３３Ｇ２、２３３Ｂのそれぞれを通して、光電変換デバイス１０１Ｒ、１０１Ｇ１、１０１Ｇ２、１０１Ｂで吸収される。

したがって、可視光に対応する副画素と赤外光に対応する副画素を積層することができる。つまり、カラー撮像に対応する副画素が４個（Ｒ・Ｇ・Ｇ・Ｂ）の配列であっても、その上に赤外光撮像に対応する副画素を重ねることができるため、カラー撮像の品質を低下させることなく赤外光撮像の機能を追加することができる。

また、光電変換デバイス１０１Ｒ、１０１Ｇ１、１０１Ｇ２、１０１Ｂは、シリコンを光電変換層に有するため、赤外光にも感度を有する。ほとんどの赤外光は、カラーフィルタ２３３Ｒ、２３３Ｇ１、２３３Ｇ２、２３３Ｂで吸収されるが、わずかに透過する赤外光によりカラー画像の品質を低下させることがある。

本発明の一態様では、赤外光が光電変換デバイス１０１ＩＲでほとんど吸収されるため、光電変換デバイス１０１Ｒ、１０１Ｇ１、１０１Ｇ２、１０１Ｂに入射される赤外光の量は極めて少なくすることができ、カラー画像の品質を向上させることができる。

＜層２５０＞
層２５０は、マイクロレンズアレイ２５２、および絶縁層２５１を有する。マイクロレンズアレイ２５２は、入射した光を集光することにより、遮光層２３２および配線１５０Ｃ、１５０ＩＲなどの障害物を避けて光電変換デバイス１０１Ｒ、１０１Ｇ１、１０１Ｇ２、１０１Ｂに効率よく光を入射させる機能を有する。

＜画素サイズ＞
図３に光電変換デバイス１０１Ｒ、１０１Ｇ１、１０１Ｇ２、１０１Ｂ、カラーフィルタ２３３Ｒ、２３３Ｇ１、２３３Ｇ２、２３３Ｂ、および光電変換デバイス１０１ＩＲのサイズの概略を説明する図を示す。なお、図３では、明瞭化のため、各要素のハッチングを省いている。

副画素が正方画素であって、一辺の長さがＷであるとき、カラーフィルタ２３３Ｒ、２３３Ｇ１、２３３Ｇ２、２３３Ｂのそれぞれの上面サイズは、概略Ｗ×Ｗとすることができる。また、光電変換デバイス１０１Ｒ、１０１Ｇ１、１０１Ｇ２、１０１Ｂのそれぞれの上面サイズは、Ｗ×Ｗよりも小さい値とすることができる。また、光電変換デバイス１０１ＩＲの上面サイズは、概略２Ｗ×２Ｗとすることができる。

つまり、赤外光撮像用の光電変換デバイス１０１ＩＲの受光面積は、１個のカラー撮像用の光電変換デバイスの受光面積の概略４倍以上にすることができる。したがって、本発明の一態様の撮像装置では、高品質の画像が取得できるカラー撮像に加え、高感度の赤外光撮像を行うことができる。

＜画素回路＞
図４は、画素１０の一例を説明する図である。画素１０は、赤色光に対応する副画素１０Ｒ、緑色光に対応する副画素１０Ｇ１、緑色光に対応する副画素１０Ｇ２、青色光に対応する副画素１０Ｂ、および赤外光に対応する副画素１０ＩＲを有する。

副画素１０Ｒは、光電変換デバイス１０１Ｒと、トランジスタ１０２Ｒを有する。光電変換デバイス１０１Ｒの一方の電極は、トランジスタ１０２Ｒのソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０２Ｒのゲートは、配線１３１Ｒと電気的に接続される。

副画素１０Ｇ１は、光電変換デバイス１０１Ｇ１と、トランジスタ１０２Ｇ１を有する。光電変換デバイス１０１Ｇ１の一方の電極は、トランジスタ１０２Ｇ１のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０２Ｇ１のゲートは、配線１３１Ｇ１と電気的に接続される。

副画素１０Ｇ２は、光電変換デバイス１０１Ｇ２と、トランジスタ１０２Ｇ２を有する。光電変換デバイス１０１Ｇ２の一方の電極は、トランジスタ１０２Ｇ２のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０２Ｇ２のゲートは、配線１３１Ｇ２と電気的に接続される。

副画素１０Ｂは、光電変換デバイス１０１Ｂと、トランジスタ１０２Ｂを有する。光電変換デバイス１０１Ｂの一方の電極は、トランジスタ１０２Ｂのソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０２Ｂのゲートは、配線１３１Ｂと電気的に接続される。

また、副画素１０ＩＲ以外の副画素は、さらに回路１２Ｓを共通の要素として有している。回路１２Ｓは、トランジスタ１０３ａと、トランジスタ１０４ａと、トランジスタ１０５ａと、キャパシタ１０８ａを有する。ここで、トランジスタ１０２Ｒ、トランジスタ１０２Ｇ１、トランジスタ１０２Ｇ２、トランジスタ１０２Ｂ、および回路１２Ｓは、図２に示す回路１２Ｃの要素である。

トランジスタ１０３ａのソースまたはドレインの一方は、トランジスタ１０４ａのゲート、キャパシタ１０８ａの一方の電極、トランジスタ１０２Ｒのソースまたはドレインの他方、トランジスタ１０２Ｇ１のソースまたはドレインの他方、トランジスタ１０２Ｇ２のソースまたはドレインの他方、およびトランジスタ１０２Ｂのソースまたはドレインの他方と電気的に接続される。トランジスタ１０４ａのソースまたはドレインの一方は、トランジスタ１０５ａのソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。

ここで、トランジスタ１０３ａのソースまたはドレインの一方と、トランジスタ１０４ａのゲートと、キャパシタ１０８ａの一方の電極と、トランジスタ１０２Ｒのソースまたはドレインの他方と、トランジスタ１０２Ｇ１のソースまたはドレインの他方と、トランジスタ１０２Ｇ２のソースまたはドレインの他方と、トランジスタ１０２Ｂのソースまたはドレインの他方が電気的に接続される点をノードＦＤ１とする。ノードＦＤ１は、電荷検出部として機能させることができる。

光電変換デバイス１０１Ｒ、１０１Ｇ１、１０１Ｇ２、１０１Ｂの他方の電極は、配線１２１と電気的に接続される。トランジスタ１０３ａのソースまたはドレインの他方は、配線１２３と電気的に接続される。トランジスタ１０４ａのソースまたはドレインの他方は、配線１２３と電気的に接続される。トランジスタ１０５ａのソースまたはドレインの他方は、配線１２４ａと電気的に接続される。

トランジスタ１０３ａのゲートは、配線１３２ａと電気的に接続される。トランジスタ１０５ａのゲートは、配線１３３ａと電気的に接続される。

配線１２１および１２３は、電源線としての機能を有することができる。図４に示す構成では、配線１２１は低電位電源線、配線１２３は高電位電源線とすることができる。

配線１３１Ｒ、１３１Ｇ１、１３１Ｇ２、１３１Ｂ、１３２ａ、１３３ａは、各トランジスタの導通を制御する信号線としての機能を有することができる。配線１２４ａは出力線としての機能を有することができ、例えば、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路）、Ａ／Ｄ変換回路などを有する読み出し回路と電気的に接続される。

トランジスタ１０２Ｒ、１０２Ｇ１、１０２Ｇ２、１０２Ｂは、それぞれに接続される光電変換デバイスから電荷を読み出し、ノードＦＤ１の電位を制御する機能を有する。トランジスタ１０３ａは、ノードＦＤ１の電位をリセットする機能を有する。トランジスタ１０４ａは、ソースフォロア回路の要素として機能する。トランジスタ１０５ａは、画素の出力を選択する機能を有する。

副画素１０Ｒ、１０Ｇ１、１０Ｇ２、１０Ｂは、回路１２Ｓを共有することで、副画素１つあたりのトランジスタ数を少なくすることができ、解像度を高めることができる。図４の構成における、副画素１０Ｒ、１０Ｇ１、１０Ｇ２、１０Ｂでは、ノードＦＤ１が共通であるため、それぞれの副画素で撮像のタイミングが異なるローリングシャッタ動作を行うことができる。

図７Ａに、図２および図４に示す回路１２Ｃを簡易的にレイアウト化した斜視図を示す。層２１０に設けられたトランジスタは、プラグを介して配線と電気的に接続される。図７Ａでは、層２１０に設けられたトランジスタ１０５ａのソースまたはドレインの他方がプラグ１２４ａＰを介して、層２２０に設けられた配線１２４ａに接続される具体例を示している。

また、図７Ａには示していないが、トランジスタ１０２Ｒのゲートと電気的に接続されるプラグ１３１ＲＰは、層２２０に設けられる配線１３１Ｒと電気的に接続される。トランジスタ１０２Ｇ１のゲートと電気的に接続されるプラグ１３１Ｇ１Ｐは、層２２０に設けられる配線１３１Ｇ１と電気的に接続される。トランジスタ１０２Ｇ２のゲートと電気的に接続されるプラグ１３１Ｇ２Ｐは、層２２０に設けられる配線１３１Ｇ２と電気的に接続される。トランジスタ１０２Ｂのゲートと電気的に接続されるプラグ１３１ＢＰは、層２２０に設けられる配線１３１Ｂと電気的に接続される。

また、トランジスタ１０３ａのゲートと電気的に接続されるプラグ１３２ａＰは、層２２０に設けられる配線１３２ａと電気的に接続される。トランジスタ１０４ａのゲートと電気的に接続されるプラグ１３３ａＰは、層２２０に設けられる配線１３３ａと電気的に接続される。トランジスタ１０４ａのソースまたはドレインの他方と電気的に接続されるプラグ１２３Ｐは、層２２０に設けられる配線１２３と電気的に接続される。

副画素１０ＩＲの回路図の一例を図５Ａに示す。副画素１０ＩＲは、光電変換デバイス１０１ＩＲと、トランジスタ１０２ＩＲと、トランジスタ１０３ｂと、トランジスタ１０４ｂと、トランジスタ１０５ｂと、キャパシタ１０８ｂを有する。ここで、トランジスタ１０２ＩＲ、トランジスタ１０３ｂ、トランジスタ１０４ｂ、トランジスタ１０５ｂ、およびキャパシタ１０８ｂは、図３に示す回路１２ＩＲの要素である。

光電変換デバイス１０１ＩＲの一方の電極は、トランジスタ１０２ＩＲのソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０２ＩＲのソースまたはドレインの他方は、トランジスタ１０３ｂのソースまたはドレインの一方、トランジスタ１０４ｂのゲート、およびキャパシタ１０８ｂの一方の電極と電気的に接続される。トランジスタ１０５ｂのソースまたはドレインの一方は、トランジスタ１０５ｂのソースまたはドレインの他方と電気的に接続される。

ここで、トランジスタ１０２ＩＲのソースまたはドレインの一方と、トランジスタ１０３ｂのソースまたはドレインの一方と、トランジスタ１０４ｂのゲートと、キャパシタ１０８ｂの一方の電極が電気的に接続される点をノードＦＤ２とする。ノードＦＤ２は、電荷検出部として機能させることができる。

光電変換デバイス１０１ＩＲの他方の電極は、配線１２１と電気的に接続される。トランジスタ１０３ｂのソースまたはドレインの他方は、配線１２３と電気的に接続される。トランジスタ１０４ｂのソースまたはドレインの他方は、配線１２３と電気的に接続される。トランジスタ１０５ｂのソースまたはドレインの他方は、配線１２４ｂと電気的に接続される。

トランジスタ１０２ＩＲのゲートは、配線１３１ＩＲと電気的に接続される。トランジスタ１０３ｂのゲートは、配線１３２ｂと電気的に接続される。トランジスタ１０５ｂのゲートは、配線１３３ｂと電気的に接続される。

配線１２１および１２３は、電源線としての機能を有することができる。図５Ａに示す構成では、配線１２１は低電位電源線、配線１２３は高電位電源線とすることができる。

配線１３１ＩＲ、１３２ｂ、１３３ｂは、各トランジスタの導通を制御する信号線としての機能を有することができる。配線１２４ｂは出力線としての機能を有することができ、例えば、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路）、Ａ／Ｄ変換回路などを有する読み出し回路と電気的に接続される。

トランジスタ１０２ＩＲは、光電変換デバイス１０１ＩＲから電荷を読み出し、ノードＦＤ２の電位を制御する機能を有する。トランジスタ１０３ｂは、ノードＦＤ２の電位をリセットする機能を有する。トランジスタ１０４ｂは、ソースフォロア回路の要素として機能する。トランジスタ１０５ｂは、画素の出力を選択する機能を有する。

図７Ｂに、図２および図５Ａに示す回路１２ＩＲを簡易的にレイアウト化した斜視図を示す。層２２０に設けられたトランジスタは、層２２０に設けられた配線と電気的に接続される。なお、図示はしていないが、コンタクトホールまたはプラグを介して層２２０に埋め込まれた配線と電気的に接続してもよい。また、図７Ｂでは、層２２０に設けられたトランジスタ１０２ＩＲのソースまたはドレインの一方がプラグ１０１ＩＲＰを介して、層２４０に設けられた光電変換デバイス１０１ＩＲに接続される具体例を示している。

副画素１０ＩＲの回路は、図５Ｂに示すように、光電変換デバイス１０１ＩＲのカソードとアノードの接続の関係を図５Ａとは逆にしてもよい。この場合は、トランジスタ１０３ｂのソースまたはドレインの他方を配線１２２に電気的に接続し、配線１２１、１２３を高電位電源線、配線１２２を低電位電源線とすればよい。

なお、同様に図４に示す副画素１０Ｒ、１０Ｇ１、１０Ｇ２、１０Ｂにおいても、それぞれの光電変換デバイスの接続の向きを逆にしてもよい。その場合は、トランジスタ１０３ａのソースまたはドレインの他方を配線１２２（図５Ｂ参照）に電気的に接続し、配線１２１、１２３を高電位電源線、配線１２２を低電位電源線とすればよい。

副画素１０ＩＲが有するトランジスタには、ＯＳトランジスタを用いることが好ましい。ＯＳトランジスタは、オフ電流が極めて低い特性を有する。特に、トランジスタ１０２ＩＲ、１０３ｂにオフ電流の低いトランジスタを用いることが好ましい。これらのトランジスタをＯＳトランジスタとすることで、ノードＦＤ２で電荷を保持できる期間を極めて長くすることができ、劣化の少ない画像データを読み出すことができる。すなわち、全画素で撮像動作を同時に行うグローバルシャッタ動作を可能とする。

なお、図６に示すように、画素１０は、副画素１０Ｒ、１０Ｇ１、１０Ｇ２、１０Ｂ、１０ＩＲで回路１２Ｓを共有する構成としてもよい。この場合は、副画素１０ＩＲもローリングシャッタ動作となる。

図８は、一つの副画素の動作の一例を説明するタイミングチャートである。ここでは、図３に示す副画素１０Ｒを例として説明するが、他の副画素も同様である。なお、以下の説明において、トランジスタを導通させる電位を“Ｈ”、トランジスタを非導通にする電位を“Ｌ”とする。また、配線１２３には高電位（例えば、ＶＤＤ）、配線１２１には低電位（例えば、ＶＳＳ）が常時供給されている状態とする。

時刻Ｔ１に、配線１３１Ｒの電位を“Ｈ”、配線１３２ａの電位を“Ｈ”とすると、トランジスタ１０２Ｇ１およびトランジスタ１０３ａが導通し、ノードＦＤ１および光電変換デバイス１０１Ｒのカソードの電位が高電位にリセットされる。

時刻Ｔ２に、配線１３１Ｒの電位を“Ｌ”、配線１３２ａの電位を“Ｌ”とすると、トランジスタ１０２Ｒが非導通となり、照射される光の強度に応じて光電変換デバイス１０１Ｒに電荷の蓄積が始まる。また、トランジスタ１０３ａが非導通となり、ノードＦＤ１の電位が保持される。

時刻Ｔ３に、配線１３１Ｒの電位を“Ｈ”とすると、トランジスタ１０２Ｒが導通し、光電変換デバイス１０１Ｒのカソードに蓄積された電荷がノードＦＤ１に転送される。このとき、ノードＦＤ１の電位は、転送された電荷量に従って低下する。

時刻Ｔ４に、配線１３１Ｒの電位を“Ｌ”とすると、トランジスタ１０２Ｒが非導通となり、ノードＦＤ１の電位が確定して保持される。

時刻Ｔ５に、配線１３３ａの電位を“Ｈ”とすると、トランジスタ１０５ａが導通し、ノードＦＤ１の電位に従ってトランジスタ１０４ａが動作し、配線１２４ａにデータが出力される。時刻Ｔ６に配線１３３ａの電位を“Ｌ”とし、トランジスタ１０５ａを非導通とする。以上が、副画素の撮像動作の説明である。

＜積層構造の変形例＞
図２の積層構造では、層２２０にＯＳトランジスタを用いた回路１２ＩＲを設ける例を示したが、図９に示すように、回路１２ＩＲを層２１０に設けてもよい。この場合、回路１２ＩＲは、Ｓｉトランジスタを用いて形成することができる。また、層２２０には配線１５０が設けられ、ＯＳトランジスタは設けられない。なお、配線１５０は、回路１２Ｃまたは回路１２ＩＲと接続する電源線、信号線、出力線などである。

図１０Ａは、図９に示す回路１２ＩＲを簡易的にレイアウト化した斜視図である。なお、回路１２ＩＲの回路構成は、図５Ａ、図５Ｂを参照することができる。

層２１０に設けられたトランジスタ１０５ｂのソースまたはドレインの他方は、プラグ１２４ｂＰを介して層２２０に設けられた配線１２４ｂと電気的に接続される。トランジスタ１０２ＩＲのソースまたはドレインの一方は、プラグ１０１ＩＲＰを介して光電変換デバイス１０１ＩＲと電気的に接続される。

また、図１０Ａには示していないが、トランジスタ１０３ｂのゲートと電気的に接続されるプラグ１３２ｂＰは、層２２０に設けられる配線１３２ｂと電気的に接続される。トランジスタ１０４ｂのゲートと電気的に接続されるプラグ１３３ｂＰは、層２２０に設けられる配線１３３ｂと電気的に接続される。トランジスタ１０４ｂのソースまたはドレインの他方と電気的に接続されるプラグ１２３Ｐ２は、層２２０に設けられる配線１２３と電気的に接続される。

図９および図１０Ａに示す構成では、回路１２Ｃと回路１２ＩＲのそれぞれが独立して設けられるため、カラー撮像および赤外光撮像の並列動作が可能である。

また、図９および図１０Ａとは異なる構成として、図１０Ｂに示すように、層２１０に回路１２ＣＩＲを設けてもよい。回路１２ＣＩＲは、回路１２Ｃの構成にトランジスタ１０２ＩＲを加えた構成であり、図６に示した回路構成となっている。なお、図１０Ｂでは、図の明瞭化のため、一部の要素を破線で図示し、その符号を省略している。当該要素については、図７Ａを参照することができる。

トランジスタ１０２ＩＲのソースまたはドレインの一方は、ノードＦＤ１（図６参照）と接続される。トランジスタ１０２ＩＲのソースまたはドレインの他方は、プラグ１０１ＩＲＰを介して光電変換デバイス１０１ＩＲと電気的に接続される。トランジスタ１０２ＩＲのゲートは、プラグ１３１ＩＲＰを介して配線１３１ＩＲと電気的に接続される。

図１０Ｂは、５つの副画素（副画素１０Ｒ、１０Ｇ１、１０Ｇ２、１０Ｂ、１０ＩＲ）で回路１２Ｓ（図６参照）を共有する構成であり、画素回路全体の面積を小さくすることができる。したがって、解像度を高めやすくなる。

以上により、Ｓｉトランジスタを用いて、全ての画素回路を構成することができる。したがって、製造工程を簡略化することができる。また、全ての画素回路に移動度の高いＳｉトランジスタを用いることができるため、撮像装置の高速動作が可能となる。

＜撮像装置の構成＞
図１１は、本発明の一態様の撮像装置を説明するブロック図である。当該撮像装置は、マトリクス状に配列された画素１０を有する画素アレイ２１と、画素アレイ２１の行を選択する機能を有する回路２２（ロードライバ）と、画素１０からデータを読み出す機能を有する回路２３と、電源電位を供給する回路２８を有する。なお、図１１では、それぞれの要素を接続する配線数を簡略化している。また、回路２２、２３、２８は複数であってもよい。

回路２３は、画素１０の出力データに対して相関二重サンプリング処理を行うための回路２４（ＣＤＳ回路）と、回路２４から出力されたアナログデータをデジタルデータに変換する機能を有する回路２５（Ａ／Ｄ変換回路等）と、データを出力する列を選択する機能を有する回路２６（カラムドライバ）などを有することができる。画素１０において、回路１２Ｃと回路２３は、配線１２４ａを介して電気的に接続される。また、回路１２ＩＲと回路２３は、配線１２４ｂを介して電気的に接続される。

また、本発明の一態様においては、図１２Ａ、図１２Ｂに例示するように、ＯＳトランジスタにバックゲートを設けた構成としてもよい。図１２Ａでは、バックゲートがフロントゲートと電気的に接続された構成を示しており、オン電流を高める効果を有する。または、図１２Ｂに示すようにバックゲートに定電位を供給できる構成としてもよい。当該構成では、トランジスタのしきい値電圧を制御することができる。また、一つの回路内に、図１２Ａ、図１２Ｂが混在してもよい。また、バックゲートが設けられないトランジスタが設けられていてもよい。

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の構造例などについて説明する。

＜光電変換デバイス＞
図１３Ａに示す光電変換デバイス１０１Ｃは、実施の形態１に示した層２１０が有する光電変換デバイス１０１Ｒ、１０１Ｇ１、１０１Ｇ２、１０１Ｂに用いることのできる構造の一例である。光電変換デバイス１０１Ｃは、層５６５ａおよび層５６５ｂを有することができる。なお、場合によって、層を領域と言い換えてもよい。

光電変換デバイス１０１Ｃはｐｎ接合型フォトダイオードであり、例えば、層５６５ａにｐ型半導体、層５６５ｂにｎ型半導体を用いることができる。または、層５６５ａにｎ型半導体、層５６５ｂにｐ型半導体を用いてもよい。

上記ｐｎ接合型フォトダイオードは、代表的には単結晶シリコンを用いて形成することができる。

図１３Ｂに示す光電変換デバイス１０１ＩＲは、実施の形態１に示した層２４０が有する光電変換デバイス１０１ＩＲの構成の一例である。光電変換デバイス１０１ＩＲは、層５６７ａと、層５６７ｂと、層５６７ｃと、層５６７ｄと、層５６７ｅとの積層構造とすることができる。

光電変換デバイス１０１ＩＲは、有機光導電膜を光電変換部に有する。層５６７ａは下部電極、層５６７ｅは上部電極であり、層５６７ｂ、５６７ｃ、５６７ｄは光電変換部に相当する。

上部電極および下部電極には、可視光に対して高い透光性を有する導電層を用いることが好ましい。例えば、インジウム酸化物、錫酸化物、亜鉛酸化物、インジウム−錫酸化物、ガリウム−亜鉛酸化物、インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物、またはグラフェンなどを用いることができる。

光電変換部の層５６７ｂ、５６７ｄのいずれか一方はホール輸送層、他方は電子輸送層とすることができる。また、層５６７ｃは光電変換層とすることができる。

ホール輸送層としては、例えば酸化モリブデンなどを用いることができる。電子輸送層としては、例えば、Ｃ_６０、Ｃ_７０などのフラーレン、またはそれらの誘導体などを用いることができる。

光電変換層としては、可視光（例えば、波長３５０ｎｍ乃至７５０ｎｍ）の光を透過する有機半導体膜を用いることができる。透過率は、可視光域の平均で２０％以上１００％以下、好ましくは、５０％以上１００％以下、より好ましくは、７５％以上１００％以下とする。光電変換層としては、例えば、シアニン色素化合物などを用いることができる。シアニン色素化合物は、赤外光の吸収が大きく、可視光の吸収が小さい特性を有している。

なお、実施の形態１では、赤外光の吸収により電荷を発生させる機能を有する光電変換デバイスを層２４０に設ける例を示したが、紫外光の吸収により電荷を発生させる光電変換デバイスを層２４０に設けてもよい。紫外光に適応する光電変換デバイスの光電変換層には、例えば、シリコンよりもバンドギャップの大きい炭化シリコン、酸化物半導体、窒化ガリウムなどを用いることができる。
＜ＯＳトランジスタ＞

実施の形態１に示した層２２０が有する回路１２ＩＲは、ＯＳトランジスタを有することができる。

ＯＳトランジスタに用いる半導体材料としては、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である金属酸化物を用いることができる。代表的には、インジウムを含む酸化物半導体などであり、例えば、後述するＣＡＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ＯＳなどを用いることができる。ＣＡＡＣ−ＯＳは結晶を構成する原子が安定であり、信頼性を重視するトランジスタなどに適する。また、ＣＡＣ−ＯＳは、高移動度特性を示すため、高速駆動を行うトランジスタなどに適する。

ＯＳトランジスタは半導体層のエネルギーギャップが大きいため、数ｙＡ／μｍ（チャネル幅１μｍあたりの電流値）という極めて低いオフ電流特性を示す。また、ＯＳトランジスタは、インパクトイオン化、アバランシェ降伏、および短チャネル効果などが生じないなどＳｉトランジスタとは異なる特徴を有し、高耐圧で信頼性の高い回路を形成することができる。また、Ｓｉトランジスタでは問題となる結晶性の不均一性に起因する電気特性のばらつきもＯＳトランジスタでは生じにくい。

ＯＳトランジスタが有する半導体層は、例えばインジウム、亜鉛および元素Ｍ（Ｍは、アルミニウム、チタン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、スズ、ネオジムまたはハフニウム等の金属から選ばれた一つ、または複数）を含むＩｎ−Ｍ−Ｚｎ系酸化物で表記される膜とすることができる。Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ系酸化物は、例えば、スパッタリング法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ　ｌａｙｅｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、またはＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いて形成することができる。

Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ系酸化物をスパッタリング法で成膜する場合、スパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ≧Ｍ、Ｚｎ≧Ｍを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：８、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１０：１：３、等が好ましい。なお、成膜される半導体層の原子数比はそれぞれ、上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。

半導体層としては、キャリア密度の低い酸化物半導体を用いる。例えば、半導体層は、キャリア密度が１×１０^１７／ｃｍ^３以下、好ましくは１×１０^１５／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは１×１０^１３／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０^１１／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは１×１０^１０／ｃｍ^３未満であり、１×１０^−９／ｃｍ^３以上の酸化物半導体を用いることができる。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。当該酸化物半導体は欠陥準位密度が低く、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。

なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性および電気特性（電界効果移動度、しきい値電圧等）に応じて適切な組成の酸化物半導体を用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性を得るために、半導体層のキャリア密度、不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。

半導体層を構成する酸化物半導体において、第１４族元素の一つであるシリコンまたは炭素が含まれると、酸素欠損が増加し、ｎ型化してしまう。このため、半導体層におけるシリコンまたは炭素の濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）を、２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする。

また、アルカリ金属およびアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため、半導体層におけるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）を、１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下にする。

また、半導体層を構成する酸化物半導体に窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じてキャリア密度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため半導体層における窒素濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）は、５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下にすることが好ましい。

また、半導体層を構成する酸化物半導体に水素が含まれていると、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸化物半導体中に酸素欠損を形成する場合がある。酸化物半導体中のチャネル形成領域に酸素欠損が含まれていると、トランジスタはノーマリーオン特性となる場合がある。さらに、酸素欠損に水素が入った欠陥はドナーとして機能し、キャリアである電子が生成されることがある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成する場合がある。したがって、水素が多く含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタは、ノーマリーオン特性となりやすい。

酸素欠損に水素が入った欠陥は、酸化物半導体のドナーとして機能しうる。しかしながら、当該欠陥を定量的に評価することは困難である。そこで、酸化物半導体においては、ドナー濃度ではなく、キャリア濃度で評価される場合がある。よって、本明細書等では、酸化物半導体のパラメータとして、ドナー濃度ではなく、電界が印加されない状態を想定したキャリア濃度を用いる場合がある。つまり、本明細書等に記載の「キャリア濃度」は、「ドナー濃度」と言い換えることができる場合がある。

よって、酸化物半導体中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、酸化物半導体において、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる水素濃度を、１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、より好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、さらに好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満とする。水素などの不純物が十分に低減された酸化物半導体をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。

また、半導体層は、例えば非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、ｃ軸に配向した結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ−Ａｘｉｓ　Ａｌｉｇｎｅｄ　Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶構造、微結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高く、ＣＡＡＣ−ＯＳは最も欠陥準位密度が低い。

非晶質構造の酸化物半導体膜は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない。または、非晶質構造の酸化物膜は、例えば、完全な非晶質構造であり、結晶部を有さない。

なお、半導体層が、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の領域のうち、二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば上述した領域のうち、いずれか二種以上の領域を含む単層構造、または積層構造を有する場合がある。

以下では、非単結晶の半導体層の一態様であるＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）−ＯＳの構成について説明する。

ＣＡＣ−ＯＳとは、例えば、酸化物半導体を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、酸化物半導体において、一つあるいはそれ以上の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状ともいう。

なお、酸化物半導体は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、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、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、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。

例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳ（ＣＡＣ−ＯＳの中でもＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を、特にＣＡＣ−ＩＧＺＯと呼称してもよい）とは、インジウム酸化物（以下、ＩｎＯ_Ｘ１（Ｘ１は０よりも大きい実数）とする）、またはインジウム亜鉛酸化物（以下、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２（Ｘ２、Ｙ２、およびＺ２は０よりも大きい実数）とする）と、ガリウム酸化物（以下、ＧａＯ_Ｘ３（Ｘ３は０よりも大きい実数）とする）、またはガリウム亜鉛酸化物（以下、Ｇａ_Ｘ４Ｚｎ_Ｙ４Ｏ_Ｚ４（Ｘ４、Ｙ４、およびＺ４は０よりも大きい実数）とする）などと、に材料が分離することでモザイク状となり、モザイク状のＩｎＯ_Ｘ１、またはＩｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２が、膜中に均一に分布した構成（以下、クラウド状ともいう）である。

つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、ＧａＯ_Ｘ３が主成分である領域と、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合酸化物半導体である。なお、本明細書において、例えば、第１の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、第２の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比よりも大きいことを、第１の領域は、第２の領域と比較して、Ｉｎの濃度が高いとする。

なお、ＩＧＺＯは通称であり、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯによる１つの化合物をいう場合がある。代表例として、ＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ１（ｍ１は自然数）、またはＩｎ_{（１＋ｘ０）}Ｇａ_{（１−ｘ０）}Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ０（−１≦ｘ０≦１、ｍ０は任意数）で表される結晶性の化合物が挙げられる。

上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、またはＣＡＡＣ構造を有する。なお、ＣＡＡＣ構造とは、複数のＩＧＺＯのナノ結晶がｃ軸配向を有し、かつａ−ｂ面においては配向せずに連結した結晶構造である。

一方、ＣＡＣ−ＯＳは、酸化物半導体の材料構成に関する。ＣＡＣ−ＯＳとは、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯを含む材料構成において、一部にＧａを主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。したがって、ＣＡＣ−ＯＳにおいて、結晶構造は副次的な要素である。

なお、ＣＡＣ−ＯＳは、組成の異なる二種類以上の膜の積層構造は含まないものとする。例えば、Ｉｎを主成分とする膜と、Ｇａを主成分とする膜との２層からなる構造は、含まない。

なお、ＧａＯ_Ｘ３が主成分である領域と、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。

なお、ガリウムの代わりに、アルミニウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、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、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれている場合、ＣＡＣ−ＯＳは、一部に該金属元素を主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。

ＣＡＣ−ＯＳは、例えば基板を意図的に加熱しない条件で、スパッタリング法により形成することができる。また、ＣＡＣ−ＯＳをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスとして、不活性ガス（代表的にはアルゴン）、酸素ガス、および窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましく、例えば酸素ガスの流量比を０％以上３０％未満、好ましくは０％以上１０％以下とすることが好ましい。

ＣＡＣ−ＯＳは、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定法のひとつであるＯｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法によるθ／２θスキャンを用いて測定したときに、明確なピークが観察されないという特徴を有する。すなわち、Ｘ線回折測定から、測定領域のａ−ｂ面方向、およびｃ軸方向の配向は見られないことが分かる。

また、ＣＡＣ−ＯＳは、プローブ径が１ｎｍの電子線（ナノビーム電子線ともいう）を照射することで得られる電子線回折パターンにおいて、輝度の高いリング状の領域と、該リング状の領域内に複数の輝点が観測される。したがって、電子線回折パターンから、ＣＡＣ−ＯＳの結晶構造が、平面方向、および断面方向において、配向性を有さないｎｃ（ｎａｎｏ−ｃｒｙｓｔａｌ）構造を有することがわかる。

また、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳでは、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ−ｒａｙ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて取得したＥＤＸマッピングにより、ＧａＯ_Ｘ３が主成分である領域と、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。

ＣＡＣ−ＯＳは、金属元素が均一に分布したＩＧＺＯ化合物とは異なる構造であり、ＩＧＺＯ化合物と異なる性質を有する。つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、ＧａＯ_Ｘ３などが主成分である領域と、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域と、に互いに相分離し、各元素を主成分とする領域がモザイク状である構造を有する。

ここで、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域は、ＧａＯ_Ｘ３などが主成分である領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、酸化物半導体としての導電性が発現する。したがって、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域が、酸化物半導体中にクラウド状に分布することで、高い電界効果移動度（μ）が実現できる。

一方、ＧａＯ_Ｘ３などが主成分である領域は、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、ＧａＯ_Ｘ３などが主成分である領域が、酸化物半導体中に分布することで、リーク電流を抑制し、良好なスイッチング動作を実現できる。

したがって、ＣＡＣ−ＯＳを半導体素子に用いた場合、ＧａＯ_Ｘ３などに起因する絶縁性と、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１に起因する導電性とが、相補的に作用することにより、高いオン電流（Ｉ_ｏｎ）、および高い電界効果移動度（μ）を実現することができる。

また、ＣＡＣ−ＯＳを用いた半導体素子は、信頼性が高い。したがって、ＣＡＣ−ＯＳは、様々な半導体装置の構成材料として適している。

＜積層構造＞
次に、撮像装置の積層構造について、断面図を用いて説明する。なお、以下に示す絶縁層および導電層などの要素は一例であり、さらに他の要素が含まれていてもよい。または、以下に示す要素の一部が省かれていてもよい。また、以下に示す積層構造は、必要に応じて、成膜工程、研磨工程などを繰り返して形成することができる。

図１４は、図２の層２１０に示す一点鎖線Ａ１−Ａ２と垂直に交わる高さ方向の面を示した断面図である。

ここでは、副画素１０Ｒの要素として、トランジスタ１０２Ｒ、１０３ａ、１０４ａ、１０５ａ、および光電変換デバイス１０１Ｒを層２１０に示している。なお、以下では副画素１０Ｒの構成について説明を行うが、副画素１０Ｇ１、副画素１０Ｇ２、または副画素１０Ｂの構成も同様である。

図１４の層２１０に示すトランジスタ１０２Ｒ、１０３ａ、１０４ａ、１０５ａは、Ｓｉトランジスタである。図１４では、当該トランジスタをシリコン基板２１５にチャネル形成領域を有するプレーナー型で示しているが、図１５Ａ、図１５Ｂに示すようにフィン型であってもよい。図１５Ａは、チャネル長方向の断面図、図１５Ｂは、図１５Ａに示す一点鎖線Ｂ１−Ｂ２位置のチャネル幅方向の断面図である。

または、図１４に示すように、シリコン薄膜の半導体層２１７を有するトランジスタであってもよい。半導体層２１７は、例えば、シリコン基板２１５上の絶縁層２１６上に形成された単結晶シリコン（ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ））とすることができる。

層２１０に示す光電変換デバイス１０１Ｒは、図１３Ａに示すｐｎ接合型フォトダイオードの構成を有し、シリコン基板２１５に層５６５ａ（ｎ型領域）および層５６５ｂ（ｐ型領域、シリコン基板２１５の一部）が設けられている。また、光電変換デバイス１０１Ｒは埋め込み型フォトダイオードであり、絶縁層との界面に高濃度のｐ型不純物層を有する。当該構成により、暗電流を抑えることができる。また、トランジスタ１０２Ｒと直接接続されていることで、完全空乏化による電荷の完全転送が可能で、ノイズを低減させることができる。

層２２０には、副画素１０ＩＲの要素として、回路１２ＩＲのトランジスタ１０２ＩＲ、１０３ｂ、１０４ｂ、１０５ｂを例示している。これらのトランジスタには、ＯＳトランジスタを用いることができる。

図１６ＡにＯＳトランジスタの詳細を示す。図１６Ａに示すＯＳトランジスタは、酸化物半導体層および導電層の積層上に絶縁層を設け、当該酸化物半導体層に達する開口部を設けることでソース電極７０５およびドレイン電極７０６を形成するセルフアライン型の構成である。

ＯＳトランジスタは、酸化物半導体層に形成されるチャネル形成領域、ソース領域７０３およびドレイン領域７０４のほか、ゲート電極７０１、ゲート絶縁膜７０２を有する構成とすることができる。上記開口部には少なくともゲート絶縁膜７０２およびゲート電極７０１が設けられる。当該開口部には、さらに酸化物半導体層７０７が設けられていてもよい。

ＯＳトランジスタは、図１６Ｂに示すように、ゲート電極７０１をマスクとして半導体層にソース領域７０３およびドレイン領域７０４を形成するセルフアライン型の構成としてもよい。

または、図１６Ｃに示すように、ソース電極７０５またはドレイン電極７０６とゲート電極７０１とが重なる領域を有するノンセルフアライン型のトップゲート型トランジスタであってもよい。

ＯＳトランジスタはバックゲート５３５を有する構造を示しているが、バックゲートを有さない構造であってもよい。バックゲート５３５は、図１６Ｄに示すトランジスタのチャネル幅方向の断面図のように、対向して設けられるトランジスタのフロントゲートと電気的に接続してもよい。なお、図１６Ｄは図１６ＡのトランジスタのＣ１−Ｃ２の断面を例として示しているが、その他の構造のトランジスタも同様である。また、バックゲート５３５にフロントゲートとは異なる固定電位を供給することができる構成であってもよい。

また、層２２０は積層構造であり、各副画素と接続される主な配線が絶縁層を介して積層された多層配線層を有する。また、当該配線間または当該配線とトランジスタとは、プラグを介して接続される。

絶縁層としては、例えば、酸化シリコン膜などの無機絶縁膜、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などの有機絶縁膜を用いることができる。また、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜などを積層してもよい。

なお、デバイス間の電気的な接続に用いられる配線、電極およびプラグとして用いることのできる導電体には、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、ランタンなどから選ばれた金属元素、また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適宜選択して用いればよい。当該導電体は単層に限らず、異なる材料で構成された複数の層であってもよい。

また、Ｓｉトランジスタが設けられる層とＯＳトランジスタが設けられる層との間には、絶縁層２２５を設けることが好ましい。絶縁層２２５は、ブロッキング層としての機能を有する。

ブロッキング層としては、水素の拡散を防止する機能を有する膜を用いることが好ましい。Ｓｉデバイスにおいて、水素はダングリングボンドを終端するために必要とされるが、ＯＳトランジスタの近傍にある水素は、酸化物半導体層中にキャリアを生成する要因の一つとなり、信頼性を低下させる。したがって、Ｓｉデバイスが形成される層とＯＳトランジスタが形成される層との間には、水素のブロッキング膜が設けられることが好ましい。

当該ブロッキング膜としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等を用いることができる。

層２３０には、遮光層２３２および色分離層が設けられる。ここでは、色分離層として、カラーフィルタ２３３Ｒおよびカラーフィルタ２３３Ｇ２を示している。また、遮光層２３２および色分離層の一部には、開口部２４２が設けられる。

遮光層２３２は、隣接する画素への光の流入を抑えることができる。遮光層２３２には、アルミニウム、タングステンなどの金属層を用いることができる。また、当該金属層と誘電体膜を積層してもよい。当該誘電体膜は、反射防止膜としての機能を有する。

可視光の画像を得るための色分離層には、カラーフィルタを用いることができる。Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、などの色のカラーフィルタを副画素に割り当てることにより、カラー画像を得ることができる。なお、カラーフィルタの色として、Ｙ（黄）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）を用いることもできる。

層２４０は、光電変換デバイス１０１ＩＲおよび絶縁層２４１を有する。図１４では、光電変換デバイス１０１ＩＲとして、図１３Ｂに示す有機光導電膜を光電変換層に用いた構成を示している。なお、ここでは、層５６７ａをカソード、層５６７ｅをアノードとする。

光電変換デバイス１０１ＩＲのカソードに相当する層５６７ａは、開口部２４２に設けられた絶縁層２４１を貫通するプラグ２４４を介して、層２２０が有するトランジスタ１０２ＩＲのソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。なお、プラグ２４４は、図７Ｂに示すプラグ１０１ＩＲＰに相当する。

層２５０は、マイクロレンズアレイ２５２を有する。副画素１０Ｒでは、マイクロレンズアレイ２５２を通る光が層２４０の光電変換デバイス１０１ＩＲ、および層２３０のカラーフィルタ２３３Ｒを介して層２１０の光電変換デバイス１０１Ｒに照射されるようになる。

マイクロレンズアレイ２５２を設けることにより、集光した光を光電変換デバイス１０１Ｒに入射することができるため、効率よく光電変換を行うことができる。マイクロレンズアレイ２５２は、赤外光および可視光の波長の光に対して透過率の高い樹脂またはガラスなどで形成することが好ましい。

なお、図１４は、図４および図５Ａに示す回路構成を用いた場合の積層構造であるが、図６に示す回路構成を用いた場合は、図１７に示す積層構造とすることができる。

また、図９および図１０に示す構成として、層２１０に回路１２ＩＲを設ける場合は、図１８に示す積層構造とすることができる。図１８の右側が図９に示す一点鎖線Ａ１−Ａ２と垂直に交わる高さ方向の面を示した断面図であり、左側が一点鎖線Ａ３−Ａ４と垂直に交わる高さ方向の面を示した断面図である。

当該構成では、層２１０が有する回路１２Ｃおよび回路１２ＩＲを共通の工程で作製することができる。また、層２２０の積層数を少なくすることもできるため、製造工程を簡略化することができる。

＜パッケージ、モジュール＞
図１９Ａ１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、イメージセンサチップ４５０（図１９Ａ３参照）を固定するパッケージ基板４１０、カバーガラス４２０および両者を接着する接着剤４３０等を有する。

図１９Ａ２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４４０としたＢＧＡ（Ｂａｌｌ　ｇｒｉｄ　ａｒｒａｙ）を有する。なお、ＢＧＡに限らず、ＬＧＡ（Ｌａｎｄ　ｇｒｉｄ　ａｒｒａｙ）またはＰＧＡ（Ｐｉｎ　Ｇｒｉｄ　Ａｒｒａｙ）などを有していてもよい。

図１９Ａ３は、カバーガラス４２０および接着剤４３０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４１０上には電極パッド４６０が形成され、電極パッド４６０およびバンプ４４０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４６０は、イメージセンサチップ４５０とワイヤ４７０によって電気的に接続されている。

また、図１９Ｂ１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、イメージセンサチップ４５１（図１９Ｂ３参照）を固定するパッケージ基板４１１、レンズカバー４２１、およびレンズ４３５等を有する。また、パッケージ基板４１１とイメージセンサチップ４５１の間には撮像装置の駆動回路および信号変換回路などの機能を有するＩＣチップ４９０（図１９Ｂ３参照）も設けられており、ＳｉＰ（Ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｐａｃｋａｇｅ）としての構成を有している。

図１９Ｂ２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４１１の下面および側面には、実装用のランド４４１が設けられたＱＦＮ（Ｑｕａｄ　ｆｌａｔ　ｎｏ−ｌｅａｄ　ｐａｃｋａｇｅ）の構成を有する。なお、当該構成は一例であり、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ　ｆｌａｔ　ｐａｃｋａｇｅ）または前述したＢＧＡが設けられていてもよい。

図１９Ｂ３は、レンズカバー４２１およびレンズ４３５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４４１は電極パッド４６１と電気的に接続され、電極パッド４６１はイメージセンサチップ４５１またはＩＣチップ４９０とワイヤ４７１によって電気的に接続されている。

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３）
本発明の一態様に係る撮像装置を用いることができる電子機器として、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像記憶装置または画像再生装置、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯データ端末、電子書籍端末、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図２０Ａ乃至図２０Ｆに示す。

図２０Ａ携帯電話機の一例であり、筐体９８１、表示部９８２、操作ボタン９８３、外部接続ポート９８４、スピーカ９８５、マイク９８６、カメラ９８７等を有する。当該携帯電話機は、表示部９８２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などのあらゆる操作は、指またはスタイラスなどで表示部９８２に触れることで行うことができる。当該携帯電話機に本発明の一態様の撮像装置およびその動作方法を適用することができ、カラー画像に加え、赤外光画像を取得することができる。

図２０Ｂは携帯データ端末であり、筐体９１１、表示部９１２、スピーカ９１３、カメラ９１９等を有する。表示部９１２が有するタッチパネル機能により情報の入出力を行うことができる。また、カメラ９１９で取得した画像から文字等を認識し、スピーカ９１３で当該文字を音声出力することができる。当該携帯データ端末に本発明の一態様の撮像装置およびその動作方法を適用することができ、カラー画像に加え、赤外光画像を取得することができる。

図２０Ｃは監視カメラであり、支持台９５１、カメラユニット９５２、保護カバー９５３等を有する。カメラユニット９５２には回転機構などが設けられ、天井に設置することで全周囲の撮像が可能となる。当該カメラユニットにおける画像取得のための要素に本発明の一態様の撮像装置およびその動作方法を適用することができ、カラー画像に加え、赤外光画像を取得することができる。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、またはビデオカメラとも呼ばれる。

図２０Ｄはビデオカメラであり、第１筐体９７１、第２筐体９７２、表示部９７３、操作キー９７４、レンズ９７５、接続部９７６、スピーカ９７７、マイク９７８等を有する。操作キー９７４およびレンズ９７５は第１筐体９７１に設けられており、表示部９７３は第２筐体９７２に設けられている。当該ビデオカメラに本発明の一態様の撮像装置およびその動作方法を適用することができ、カラー画像に加え、赤外光画像を取得することができる。

図２０Ｅはデジタルカメラであり、筐体９６１、シャッターボタン９６２、マイク９６３、発光部９６７、レンズ９６５等を有する。当該デジタルカメラに本発明の一態様の撮像装置およびその動作方法を適用することができ、カラー画像に加え、赤外光画像を取得することができる。

図２０Ｆは腕時計型の情報端末であり、表示部９３２、筐体兼リストバンド９３３、カメラ９３９等を有する。表示部９３２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９３２および筐体兼リストバンド９３３は可撓性を有し、身体への装着性が優れている。当該情報端末に本発明の一態様の撮像装置およびその動作方法を適用することができ、カラー画像に加え、赤外光画像を取得することができる。

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：画素、１０Ｂ：副画素、１０Ｇ１：副画素、１０Ｇ２：副画素、１０ＩＲ：副画素、１０Ｒ：副画素、１２Ｃ：回路、１２ＣＩＲ：回路、１２ＩＲ：回路、１２Ｓ：回路、２１：画素アレイ、２２：回路、２３：回路、２４：回路、２５：回路、２６：回路、２８：回路、１０１Ｂ：光電変換デバイス、１０１Ｃ：光電変換デバイス、１０１Ｇ１：光電変換デバイス、１０１Ｇ２：光電変換デバイス、１０１ＩＲ：光電変換デバイス、１０１ＩＲＰ：プラグ、１０１Ｒ：光電変換デバイス、１０２Ｂ：トランジスタ、１０２Ｇ１：トランジスタ、１０２Ｇ２：トランジスタ、１０２ＩＲ：トランジスタ、１０２Ｒ：トランジスタ、１０３ａ：トランジスタ、１０３ｂ：トランジスタ、１０４ａ：トランジスタ、１０４ｂ：トランジスタ、１０５ａ：トランジスタ、１０５ｂ：トランジスタ、１０８ａ：キャパシタ、１０８ｂ：キャパシタ、１２１：配線、１２２：配線、１２３：配線、１２３Ｐ：プラグ、１２３Ｐ２：プラグ、１２４ａ：配線、１２４ａＰ：プラグ、１２４ｂ：配線、１２４ｂＰ：プラグ、１３１Ｂ：配線、１３１ＢＰ：プラグ、１３１Ｇ１：配線、１３１Ｇ１Ｐ：プラグ、１３１Ｇ２：配線、１３１Ｇ２Ｐ：プラグ、１３１ＩＲ：配線、１３１ＩＲＰ：プラグ、１３１Ｒ：配線、１３１ＲＰ：プラグ、１３２ａ：配線、１３２ａＰ：プラグ、１３２ｂ：配線、１３２ｂＰ：プラグ、１３３ａ：配線、１３３ａＰ：プラグ、１３３ｂ：配線、１３３ｂＰ：プラグ、１５０：配線、１５０Ｃ：配線、１５０ＩＲ：配線、２１０：層、２１５：シリコン基板、２１６：絶縁層、２１７：半導体層、２２０：層、２２１：絶縁層、２２５：絶縁層、２３０：層、２３１：絶縁層、２３２：遮光層、２３３Ｂ：カラーフィルタ、２３３Ｇ１：カラーフィルタ、２３３Ｇ２：カラーフィルタ、２３３Ｒ：カラーフィルタ、２４０：層、２４１：絶縁層、２４４：プラグ、２５０：層、２５１：絶縁層、２５２：マイクロレンズアレイ、４１０：パッケージ基板、４１１：パッケージ基板、４２０：カバーガラス、４２１：レンズカバー、４３０：接着剤、４３５：レンズ、４４０：バンプ、４４１：ランド、４５０：イメージセンサチップ、４５１：イメージセンサチップ、４６０：電極パッド、４６１：電極パッド、４７０：ワイヤ、４７１：ワイヤ、４９０：ＩＣチップ、５３５：バックゲート、５６５ａ：層、５６５ｂ：層、５６７ａ：層、５６７ｂ：層、５６７ｃ：層、５６７ｄ：層、５６７ｅ：層、７０１：ゲート電極、７０２：ゲート絶縁膜、７０３：ソース領域、７０４：ドレイン領域、７０５：ソース電極、７０６：ドレイン電極、７０７：酸化物半導体層、９１１：筐体、９１２：表示部、９１３：スピーカ、９１９：カメラ、９３２：表示部、９３３：筐体兼リストバンド、９３９：カメラ、９５１：支持台、９５２：カメラユニット、９５３：保護カバー、９６１：筐体、９６２：シャッターボタン、９６３：マイク、９６５：レンズ、９６７：発光部、９７１：筐体、９７２：筐体、９７３：表示部、９７４：操作キー、９７５：レンズ、９７６：接続部、９７７：スピーカ、９７８：マイク、９８１：筐体、９８２：表示部、９８３：操作ボタン、９８４：外部接続ポート、９８５：スピーカ、９８６：マイク、９８７：カメラ

Claims (7)

1. 　第１の層と、第２の層と、を有し、
   　前記第１の層は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、第５のトランジスタと、第１の光電変換デバイスと、第２の光電変換デバイスと、第３の光電変換デバイスと、第４の光電変換デバイスと、を有し、
   　前記第２の層は、第５の光電変換デバイスを有し、
   　前記第１のトランジスタ乃至前記第５のトランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを有し、
   　前記第１の光電変換デバイス乃至前記第４の光電変換デバイスは、光電変換層にシリコンを有し、
   　前記第２の光電変換デバイスは、光電変換層に有機光導電膜を有し、
   　前記第１のトランジスタは、前記第１の光電変換デバイスと電気的に接続され、
   　前記第２のトランジスタは、前記第２の光電変換デバイスと電気的に接続され、
   　前記第３のトランジスタは、前記第３の光電変換デバイスと電気的に接続され、
   　前記第４のトランジスタは、前記第４の光電変換デバイスと電気的に接続され、
   　前記第５のトランジスタは、前記第５の光電変換デバイスと電気的に接続され、
   　前記第５の光電変換デバイスは、前記第１の光電変換デバイス乃至前記第４の光電変換デバイスのそれぞれと重なる領域を有する撮像装置。
2. 　第１の層と、第２の層と、第３の層と、を有し、
   　前記第３の層は、前記第１の層と前記第２の層との間に設けられ、
   　前記第１の層は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、第１の光電変換デバイスと、第２の光電変換デバイスと、第３の光電変換デバイスと、第４の光電変換デバイスと、を有し、
   　前記第２の層は、第５の光電変換デバイスを有し、
   　前記第３の層は、第５のトランジスタを有し、
   　前記第１のトランジスタ乃至前記第４のトランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを有し、
   　前記第５のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、
   　前記第１の光電変換デバイス乃至前記第４の光電変換デバイスは、光電変換層にシリコンを有し、
   　前記第５の光電変換デバイスは、光電変換層に有機光導電膜を有し、
   　前記第１のトランジスタは、前記第１の光電変換デバイスと電気的に接続され、
   　前記第２のトランジスタは、前記第２の光電変換デバイスと電気的に接続され、
   　前記第３のトランジスタは、前記第３の光電変換デバイスと電気的に接続され、
   　前記第４のトランジスタは、前記第４の光電変換デバイスと電気的に接続され、
   　前記第５のトランジスタは、前記第５の光電変換デバイスと電気的に接続され、
   　前記第５の光電変換デバイスは、前記第１の光電変換デバイス乃至前記第４の光電変換デバイスのそれぞれと重なる領域を有する撮像装置。
3. 　請求項１または２において、
   　前記第５の光電変換デバイスは、赤外光の吸収によって電荷を発生させる光電変換層を有する撮像装置。
4. 　請求項１乃至３のいずれか一項において、
   　前記有機光導電膜は、可視光の透過性を有する撮像装置。
5. 　請求項１乃至４のいずれか一項において、
   　さらに第４の層を有し、
   　前記第４の層は、前記第３の層と前記第２の層との間に設けられ、
   　前記第４の層は、カラーフィルタを有する撮像装置。
6. 　請求項２乃至５のいずれか一項において、
   　前記金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆの一つまたは複数）と、を有する撮像装置。
7. 　請求項１乃至６のいずれか一項に記載の撮像装置と、表示装置と、を有する電子機器。

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