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公開番号2025061580
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-10
出願番号2025008892,2023070168
出願日2025-01-22,2017-02-02
発明の名称撮像装置
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類H10F 39/12 20250101AFI20250403BHJP()
要約【課題】3次元的に集積化した撮像装置を提供する。
【解決手段】チャネル形成領域に金属酸化物を有する第1のトランジスタ、第1の絶縁層
、および第2の絶縁層を有する第1の層と、フォトダイオードを有する第2の層と、を有
し、第1の絶縁層および第2の絶縁層を貫通する導電体によって、金属酸化物と接する導
電層とフォトダイオードのカソードまたはアノードの一方とが電気的に接続されている構
成とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１のトランジスタを有する第１の層と、
前記第１の層の上方に配置された領域を有し、かつ、第２のトランジスタを有する第２の層と、
前記第２の層を貫通し、かつ、前記第１の層と前記第２の層との界面を貫通する導電体と、
前記第２の層の上方に配置された領域を有する第１のフォトダイオード及び第２のフォトダイオードと、
前記第１のフォトダイオードの上方に配置された領域を有し、かつ、前記第２のフォトダイオードの上方に配置された領域を有する絶縁層と、
前記絶縁層の上方に配置された領域を有するカラーフィルタと、
前記カラーフィルタの上方に配置された領域を有するマイクロレンズアレイと、を有し、
前記第１のトランジスタと、前記第１のフォトダイオードと、前記第２のフォトダイオードとは、画素アレイに含まれており、
前記第２のトランジスタは、前記画素アレイを制御する回路に含まれており、
前記導電体は、前記回路と電気的に接続され、
前記導電体は、前記マイクロレンズアレイと重なりを有さない領域に配置され、
前記絶縁層は、前記第１のフォトダイオード及び前記第２のフォトダイオードが形成される単結晶シリコン基板と前記導電体との間に配置された領域を有し、
前記絶縁層は、前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードとの間の溝に配置された領域を有し、
前記絶縁層は、酸素及びハフニウムを有する、
撮像装置。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
第１のトランジスタを有する第１の層と、
前記第１の層の上方に配置された領域を有し、かつ、第２のトランジスタを有する第２の層と、
前記第２の層を貫通し、かつ、前記第１の層と前記第２の層との界面を貫通する導電体と、
前記第２の層の上方に配置された領域を有する第１のフォトダイオード及び第２のフォトダイオードと、
前記第１のフォトダイオードの上方に配置された領域を有し、かつ、前記第２のフォトダイオードの上方に配置された領域を有する絶縁層と、
前記絶縁層の上方に配置された領域を有するカラーフィルタ及び遮光層と、
前記カラーフィルタの上方に配置された領域を有し、かつ、前記遮光層の上方に配置された領域を有するマイクロレンズアレイと、を有し、
前記第１のトランジスタと、前記第１のフォトダイオードと、前記第２のフォトダイオードとは、画素アレイに含まれており、
前記第２のトランジスタは、前記画素アレイを制御する回路に含まれており、
前記導電体は、前記回路と電気的に接続され、
前記導電体は、前記マイクロレンズアレイと重なりを有さない領域に配置され、
前記絶縁層は、前記第１のフォトダイオード及び前記第２のフォトダイオードが形成される単結晶シリコン基板と前記導電体との間に配置された領域を有し、
前記絶縁層は、前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードとの間の溝に配置された領域を有し、
前記絶縁層は、酸素及びハフニウムを有する、
撮像装置。
【請求項３】
第１のトランジスタを有する第１の層と、
前記第１の層の上方に配置された領域を有し、かつ、第２のトランジスタを有する第２の層と、
前記第２の層を貫通し、かつ、前記第１の層と前記第２の層との界面を貫通する導電体と、
前記第２の層の上方に配置された領域を有する第１のフォトダイオード及び第２のフォトダイオードと、
前記第１のフォトダイオードの上方に配置された領域を有し、かつ、前記第２のフォトダイオードの上方に配置された領域を有する絶縁層と、
前記絶縁層の上方に配置された領域を有するカラーフィルタと、
前記カラーフィルタの上方に配置された領域を有するマイクロレンズアレイと、を有し、
前記第１のトランジスタと、前記第１のフォトダイオードと、前記第２のフォトダイオードとは、画素アレイに含まれており、
前記第２のトランジスタは、前記画素アレイを制御する回路に含まれており、
前記導電体は、前記回路と電気的に接続され、
前記導電体は、前記マイクロレンズアレイと重なりを有さない領域に配置され、
前記絶縁層は、前記第１のフォトダイオード及び前記第２のフォトダイオードが形成される単結晶シリコン基板と前記導電体との間に配置された領域を有し、
前記絶縁層は、前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードとの間の溝に配置された領域を有し、
前記絶縁層は、積層された第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜を有し、
前記第１の絶縁膜は、酸素及びシリコンを有し、
前記第２の絶縁膜は、酸素及びハフニウムを有する、
撮像装置。
【請求項４】
第１のトランジスタを有する第１の層と、
前記第１の層の上方に配置された領域を有し、かつ、第２のトランジスタを有する第２の層と、
前記第２の層を貫通し、かつ、前記第１の層と前記第２の層との界面を貫通する導電体と、
前記第２の層の上方に配置された領域を有する第１のフォトダイオード及び第２のフォトダイオードと、
前記第１のフォトダイオードの上方に配置された領域を有し、かつ、前記第２のフォトダイオードの上方に配置された領域を有する絶縁層と、
前記絶縁層の上方に配置された領域を有するカラーフィルタ及び遮光層と、
前記カラーフィルタの上方に配置された領域を有し、かつ、前記遮光層の上方に配置された領域を有するマイクロレンズアレイと、を有し、
前記第１のトランジスタと、前記第１のフォトダイオードと、前記第２のフォトダイオードとは、画素アレイに含まれており、
前記第２のトランジスタは、前記画素アレイを制御する回路に含まれており、
前記導電体は、前記回路と電気的に接続され、
前記導電体は、前記マイクロレンズアレイと重なりを有さない領域に配置され、
前記絶縁層は、前記第１のフォトダイオード及び前記第２のフォトダイオードが形成される単結晶シリコン基板と前記導電体との間に配置された領域を有し、
前記絶縁層は、前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードとの間の溝に配置された領域を有し、
前記絶縁層は、積層された第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜を有し、
前記第１の絶縁膜は、酸素及びシリコンを有し、
前記第２の絶縁膜は、酸素及びハフニウムを有する、
撮像装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、撮像装置に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【０００２】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の
一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明
の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・
オブ・マター）に関するものである。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。
【０００３】
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。
【背景技術】
【０００４】
トランジスタに適用可能な半導体材料として酸化物半導体が注目されている。例えば、酸
化物半導体として酸化亜鉛、またはＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ系酸化物半導体を用いてトランジス
タを作製する技術が開示されている（特許文献１および特許文献２参照）。
【０００５】
また、酸化物半導体を有するトランジスタを画素回路の一部に用いる構成の撮像装置が特
許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００７－１２３８６１号公報
特開２００７－９６０５５号公報
特開２０１１－１１９７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体集積回路では、高密度化、高容量化が進む一方で小型化の要求があり、２次元的な
集積化から３次元的な集積化への移行が進んでいる。３次元的な集積化では作製工程が複
雑になることがあるが、各層の材料および設計ルールなどの自由度が高まることから、２
次元的な集積化では作製が困難な高機能の半導体集積回路を作製することができる。
【０００８】
撮像装置の画素回路は、光電変換素子および当該光電変換素子を制御するトランジスタを
有する。当該光電変換素子には高い光感度が求められ、当該トランジスタには、オフ電流
およびノイズ特性が小さいことが求められる。光電変換素子およびトランジスタを３次元
的に集積化する構成とし、それぞれに適した材料を用いた製造工程を行うことで、より高
機能の撮像素子を作製することができる。
【０００９】
例えば、シリコン基板を光電変換層とするフォトダイオードは光感度が高く、撮像装置に
適するが、同一のシリコン基板に形成されるトランジスタは、オフ電流が比較的大きい課
題を有していた。
【００１０】
したがって、本発明の一態様では、３次元的な集積化した撮像装置を提供することを目的
の一つとする。または、シリコン基板を用いたフォトダイオードおよび酸化物半導体を用
いたトランジスタを有する撮像装置を提供することを目的の一つとする。または、ノイズ
の少ない画像を撮像することが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、解像度の高い撮像装置を提供することを目的の一つとする。または、高開口率の撮像
装置を提供することを目的の一つとする。または、広い温度範囲において使用可能な撮像
装置を提供することを目的の一つとする。または、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。
（【００１１】以降は省略されています）

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