半導(dǎo)體裝置、固體攝像裝置和電子設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本技術(shù)涉及固體攝像裝置，且特別地，涉及能夠容易地提供高質(zhì)量堆疊式圖像傳感器的固體攝像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為固體攝像裝置，存在有以諸如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS:compIementarymetal oxide semiconductor)等MOS型圖像傳感器為代表的放大型固體攝像裝置。此外，還存在有以電荷親合器件(CO):charge coupled device)圖像傳感器為代表的電荷傳輸型固體攝像裝置。
[0003]這些固體攝像裝置經(jīng)常被用于數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝影機(jī)等中。近年來(lái)，因?yàn)楣腆w攝像裝置已經(jīng)被安裝在諸如具有照相機(jī)的移動(dòng)電話和個(gè)人數(shù)字助理(PDA:personal digitalassistant)等移動(dòng)設(shè)備中，所以MOS型圖像傳感器從具有低電源電壓、低功耗等的角度來(lái)看已經(jīng)被頻繁地使用。
[0004]MOS型固體攝像裝置包括像素陣列(像素區(qū)域)和周邊電路區(qū)域，在像素陣列中，多個(gè)單位像素以二維陣列的方式被布置著，且每個(gè)單位像素包括作為光電轉(zhuǎn)換部的光電二極管和多個(gè)像素晶體管。多個(gè)像素晶體管是由MOS晶體管形成的，且通常包括三個(gè)晶體管或者四個(gè)晶體管，所述三個(gè)晶體管含有傳輸晶體管、復(fù)位晶體管和放大晶體管，所述四個(gè)晶體管還額外含有選擇晶體管。
[0005]此外，在上述固體攝像裝置中，已經(jīng)提出了如下的堆疊式結(jié)構(gòu):其中，具有不同功能的多個(gè)半導(dǎo)體基板以重疊的方式被堆疊且彼此被電連接。
[0006]在所述堆疊式結(jié)構(gòu)中，因?yàn)槟軌蜃罴训匦纬筛鱾€(gè)電路以對(duì)應(yīng)于各個(gè)半導(dǎo)體基板的功能，所以可以容易地實(shí)現(xiàn)裝置的高性能。
[0007]例如，可以通過(guò)最佳地形成傳感器電路和邏輯電路以對(duì)應(yīng)于包括該傳感器電路的半導(dǎo)體基板和包括提供了電路處理信號(hào)的該邏輯電路的半導(dǎo)體基板的各自功能，來(lái)制造出高性能的固體攝像裝置。這時(shí)，在這些半導(dǎo)體基板之中的某些基板中設(shè)置有貫通電極，且因此多個(gè)半導(dǎo)體基板被彼此電連接起來(lái)。
[0008]然而，如果半導(dǎo)體裝置是通過(guò)使用貫穿基板的連接導(dǎo)體將不同基板彼此連接而被形成的，那么就必須形成有連接孔且同時(shí)保持深層基板中的絕緣，因此，從創(chuàng)建連接孔和埋入連接導(dǎo)體時(shí)所必需的制造工藝的經(jīng)濟(jì)成本的角度來(lái)看，實(shí)際應(yīng)用是困難的。
[0009]另一方面，例如，如果將要形成大約I微米的小接觸孔，那么就必須使上部基板減薄至最大限度。在這種情況下，可能會(huì)導(dǎo)致諸如在將上部基板減薄之前需要使上部基板附著到支撐基板上等復(fù)雜步驟和成本的增加。此外，為了將連接導(dǎo)體埋入到具有高縱橫比的連接孔中，諸如鎢(W)等具有良好涂布特性的CVD膜必定被用作連接導(dǎo)體，且因此能被用作連接導(dǎo)體的材料會(huì)是有限的。
[0010]因此，已經(jīng)提出了諸如固體攝像裝置等半導(dǎo)體裝置的如下制造方法，該方法能夠通過(guò)充分展現(xiàn)各性能而實(shí)現(xiàn)高性能，且能夠?qū)崿F(xiàn)批量生產(chǎn)和成本減少(例如，參見PTL I)。
[0011]PTL I已經(jīng)提出了如下的堆疊式結(jié)構(gòu):其中，背面型圖像傳感器的支撐基板被堆疊作為邏輯電路，且通過(guò)利用該圖像傳感器的薄化步驟而從頂部設(shè)置有多個(gè)連接用接觸部。
[0012]引用文獻(xiàn)列表
[0013]專利文獻(xiàn)
[0014][PTL I]日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開第2010-245506號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]要解決的技術(shù)問題
[0016]期望能夠容易地提供高質(zhì)量的堆疊式圖像傳感器。
[0017]解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0018]根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例，提供了一種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置包括:第一半導(dǎo)體部，所述第一半導(dǎo)體部包括在它一側(cè)的第一布線層，所述第一半導(dǎo)體部還包括光電二極管；第二半導(dǎo)體部，所述第二半導(dǎo)體部包括在它一側(cè)的第二布線層，所述第一半導(dǎo)體部和所述第二半導(dǎo)體部被緊固在一起；第三半導(dǎo)體部，所述第三半導(dǎo)體部包括在它一側(cè)的第三布線層，所述第二半導(dǎo)體部和所述第三半導(dǎo)體部被緊固在一起以使得所述第一半導(dǎo)體部、所述第二半導(dǎo)體部和所述第三半導(dǎo)體部被堆疊在一起；以及第一導(dǎo)電材料，其將(i)所述第一布線層、(ii)所述第二布線層和(iii)所述第三布線層之中的至少兩者電連接，以使得被電連接的布線層處于電氣通信。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例，提供了一種背側(cè)照射型固體攝像裝置，該固體攝像裝置包括:第一半導(dǎo)體部，所述第一半導(dǎo)體部包括在它一側(cè)的第一布線層，所述第一半導(dǎo)體部還包括電路區(qū)域和像素區(qū)域；第二半導(dǎo)體部，所述第二半導(dǎo)體部包括在它一側(cè)的第二布線層，所述第一半導(dǎo)體部和所述第二半導(dǎo)體部被緊固在一起；第三半導(dǎo)體部，所述第三半導(dǎo)體部包括在它一側(cè)的第三布線層，所述第二半導(dǎo)體部和所述第三半導(dǎo)體部被緊固在一起，以使得所述第一半導(dǎo)體部、所述第二半導(dǎo)體部和所述第三半導(dǎo)體部被堆疊在一起；以及第一導(dǎo)電材料，所述第一導(dǎo)電材料將(i)所述第一布線層、(?)所述第二布線層和(iii)所述第三布線層之中的至少兩者電連接，以使得被電連接的布線層處于電氣通信。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例，提供了一種電子設(shè)備，該電子設(shè)備包括光學(xué)部和固體攝像裝置，該固體攝像裝置包括:第一半導(dǎo)體部，所述第一半導(dǎo)體部包括在它一側(cè)的第一布線層，所述第一半導(dǎo)體部還包括電路區(qū)域和像素區(qū)域；第二半導(dǎo)體部，所述第二半導(dǎo)體部包括在它一側(cè)的第二布線層，所述第一半導(dǎo)體部和所述第二半導(dǎo)體部被緊固在一起；第三半導(dǎo)體部，所述第三半導(dǎo)體部包括在它一側(cè)的第三布線層，所述第二半導(dǎo)體部和所述第三半導(dǎo)體部被緊固在一起以使得所述第一半導(dǎo)體部、所述第二半導(dǎo)體部和所述第三半導(dǎo)體部被堆疊在一起；以及第一導(dǎo)電材料，所述第一導(dǎo)電材料將(i)所述第一布線層、(?)所述第二布線層和(iii)所述第三布線層之中的至少兩者電連接，以使得被電連接的布線層處于電氣通信。
[0021]基于下列附圖和詳細(xì)說(shuō)明的查閱，本發(fā)明的其他系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)勢(shì)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是明顯的或?qū)?huì)變得明顯。所有這樣的額外的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)勢(shì)應(yīng)當(dāng)被涵蓋在本說(shuō)明書的范圍內(nèi)、被涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)、并且被隨附的權(quán)利要求保護(hù)。
[0022]本發(fā)明的有益效果
[0023]根據(jù)本技術(shù)，可以容易地提供高質(zhì)量的堆疊式圖像傳感器。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是圖示了相關(guān)技術(shù)的堆疊式固體攝像裝置中的像素部的構(gòu)造的截面圖。
[0025]圖2是圖示了相關(guān)技術(shù)的堆疊式固體攝像裝置中的像素部的另一構(gòu)造的截面圖。
[0026]圖3是圖示了三層堆疊式固體攝像裝置的制造方法的圖。
[0027]圖4是圖示了三層堆疊式固體攝像裝置的制造方法的圖。
[0028]圖5是圖示了具有根據(jù)圖3和圖4而被制造的三層堆疊式結(jié)構(gòu)的固體攝像裝置中的像素部的構(gòu)造的截面圖。
[0029]圖6是圖示了根據(jù)應(yīng)用了本技術(shù)的固體攝像裝置中的像素部的一個(gè)實(shí)施例的構(gòu)造的截面圖。
[0030]圖7A是焊盤孔附近的放大圖。
[0031]圖7B是從焊盤孔的頂部觀看鋁焊盤的圖。
[0032]圖8是圖示了根據(jù)應(yīng)用了本技術(shù)的固體攝像裝置中的像素部的另一實(shí)施例的構(gòu)造的截面圖。
[0033]圖9是圖示了根據(jù)應(yīng)用了本技術(shù)的固體攝像裝置中的像素部的又一實(shí)施例的構(gòu)造的截面圖。
[0034]圖10是圖示了應(yīng)用了本技術(shù)的固體攝像裝置的示意構(gòu)造的圖。
[0035]圖11是與圖6所示的固體攝像裝置中的像素部的構(gòu)造有關(guān)的截面圖的示意圖。
[0036]圖12是圖示了根據(jù)應(yīng)用了本技術(shù)的固體攝像裝置中的像素部的再一實(shí)施例的構(gòu)造的截面圖的示意圖。
[0037]圖13是圖示了圖12所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0038]圖14是圖示了圖12所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0039]圖15是圖示了圖12所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0040]圖16是圖示了圖12所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0041]圖17是圖示了圖12所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0042]圖18是圖示了圖12所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0043]圖19是圖示了圖12所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0044]圖20是圖示了根據(jù)應(yīng)用了本技術(shù)的固體攝像裝置中的像素部的又一實(shí)施例的構(gòu)造的截面圖的示意圖。
[0045]圖21是圖示了圖20所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0046]圖22是圖示了圖20所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0047]圖23是圖示了圖20所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0048]圖24是圖示了圖20所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0049]圖25是圖示了圖20所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0050]圖26是圖示了圖20所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0051]圖27是圖示了圖20所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0052]圖28是圖示了根據(jù)應(yīng)用了本技術(shù)的固體攝像裝置中的像素部的又一實(shí)施例的構(gòu)造的截面圖的示意圖。
[0053]圖29是圖示了根據(jù)應(yīng)用了本技術(shù)的固體攝像裝置中的像素部的又一實(shí)施例的構(gòu)造的截面圖的示意圖。
[0054]圖30是圖示了圖29所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0055]圖31是圖示了圖29所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0056]圖32是圖示了圖29所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0057]圖33是圖示了圖29所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0058]圖34是圖示了圖29所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0059]圖35是圖示了根據(jù)應(yīng)用了本技術(shù)的固體攝像裝置中的像素部的又一實(shí)施例的構(gòu)造的截面圖的示意圖。
[0060]圖36是圖示了圖35所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0061]圖37是圖示了圖35所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0062]圖38是圖示了圖35所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0063]圖39是圖示了圖35所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0064]圖40是圖示了圖35所示的固體攝像裝置的制造工藝的圖。
[0065]圖41是圖示了可以被用作應(yīng)用了本技術(shù)的固體攝像裝置的實(shí)施例的各構(gòu)造的組合的圖。
[0066]圖42是圖示了在采用四層結(jié)構(gòu)的情況下應(yīng)用了本技術(shù)的固體攝像裝置中的像素部的構(gòu)造的截面圖的示意圖。
[0067]圖43是圖示了應(yīng)用了本技術(shù)的電子設(shè)備的構(gòu)造示例的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0068]以下，將參照附圖來(lái)說(shuō)明在此披露的技術(shù)的實(shí)施例。
[0069]首先，將說(shuō)明相關(guān)技術(shù)的問題。
[0070]作為固體攝像裝置，存在有以諸如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)等MOS型圖像傳感器為代表的放大型固體攝像裝置。此外，還存在有以電荷耦合器件(CCD)為代表的電荷傳輸型固體攝像裝置。
[0071]這些固體攝像裝置經(jīng)常被用于數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝影機(jī)等中。近年來(lái)，因?yàn)楣腆w攝像裝置已經(jīng)被安裝在諸如具有照相機(jī)的移動(dòng)電話和個(gè)人數(shù)字助理(PDA)等移動(dòng)設(shè)備中，所以MOS型圖像傳感器從具有低電源電壓、低功耗等的角度來(lái)看已經(jīng)被頻繁地使用。
[0072]MOS型固體攝像裝置包括像素陣列(像素區(qū)域)和周邊電路區(qū)域，在像素陣列中，多個(gè)單位像素以二維陣列的方式被布置著，且每個(gè)單位像素包括作為光電轉(zhuǎn)換部的光電二極管且包括多個(gè)像素晶體管。多個(gè)像素晶體管是由MOS晶體管形成的，且通常包括三個(gè)晶體管或者四個(gè)晶體管，所述三個(gè)晶體管含有傳輸晶體管、復(fù)位晶體管和放大晶體管，所述四個(gè)晶體管還額外含有選擇晶體管。
[0073]此外，在上述固體攝像裝置中，已經(jīng)提出了如下的堆疊式結(jié)構(gòu):其中，具有不同功能的多個(gè)半導(dǎo)體基板以重疊的方式而被堆疊且彼此電連接。
[0074]在所述堆疊式結(jié)構(gòu)中，因?yàn)槟軌蜃罴训匦纬筛鱾€(gè)電路以對(duì)應(yīng)于各個(gè)半導(dǎo)體基板的功能，所以可以容易地實(shí)現(xiàn)裝置的高性能。
[0075]例如，可以通過(guò)最佳地形成傳感器電路和邏輯電路以對(duì)應(yīng)于包括該傳感器電路的半導(dǎo)體基板和包括提供了電路處理信號(hào)的該邏輯電路的半導(dǎo)體基板的各自功能，來(lái)制造出高性能的固體攝像裝置。這時(shí)，在這些半導(dǎo)體基板之中的某些基板中設(shè)置有貫通電極，且因此多個(gè)半導(dǎo)體基板被彼此電連接起來(lái)。
[0076]圖1是圖示了相關(guān)技術(shù)的堆疊式固體攝像裝置中的像素部的構(gòu)造的截面圖。
[0077]與這個(gè)像素部有關(guān)的固體攝像裝置包括通過(guò)堆疊第一半導(dǎo)體基板和第二半導(dǎo)體基板而形成的背面照射型CMOS圖像傳感器。換言之，圖1所示的固體攝像裝置具有兩層堆疊式結(jié)構(gòu)。
[0078]如圖1所示，在第一半導(dǎo)體基板31的各個(gè)區(qū)域中形成有圖像傳感器，即像素陣列(以下，稱為像素區(qū)域)和控制區(qū)域。
[0079]也就是，在半導(dǎo)體基板(例如，硅基板)31的各個(gè)區(qū)域中形成有光電二極管(ro)34，光電二極管(PD) 34是各個(gè)像素的光電轉(zhuǎn)換部，并且在該半導(dǎo)體基板的半導(dǎo)體阱區(qū)域中形成有各像素晶體管的源/漏區(qū)域。
[0080]在用于形成像素的基板表面上形成有柵極電極且該柵極電極與該基板表面夾著柵極絕緣膜，并且像素晶體管Trl和像素晶體管Tr2是由與它們兩者對(duì)應(yīng)的柵極電極和源/漏區(qū)域形成的。
[0081]與光電二極管(PD) 34相鄰的像素晶體管Trl對(duì)應(yīng)于傳輸晶體管，且源/漏區(qū)域?qū)?yīng)于浮動(dòng)擴(kuò)散部(FD:floating diffus1n)。
[0082]接下來(lái)，在第一半導(dǎo)體基板31的表面上形成有第一層的層間絕緣膜39，然后在層間絕緣膜39中形成有連接孔，且在該連接孔中形成有與必要的晶體管連接的連接導(dǎo)體。
[0083]接著，經(jīng)過(guò)層間絕緣膜39后形成多層(在這個(gè)示例中，兩層)金屬線以便使所述金屬線連接至各連接導(dǎo)體，因此形成多層布線層41。所述金屬線是由銅(Cu)線形成的。通常，每個(gè)銅線(金屬線)都被覆蓋有用來(lái)防止Cu擴(kuò)散的障壁金屬膜。為此，在多層布線層41上形成了作為銅線覆蓋膜的保護(hù)膜。
[0084]通過(guò)到此為止的各步驟，形成了具有像素區(qū)域和控制區(qū)域的第一半導(dǎo)體基板31。
[0085]另一方面，例如，在第二半導(dǎo)體基板45的各個(gè)區(qū)域中形成了具有信號(hào)處理電路的邏輯電路，該信號(hào)處理電路控制像素區(qū)域或者控制與外部裝置的通信并且與信號(hào)處理有關(guān)。換言之，在半導(dǎo)體基板(例如，硅基板)45的前表面?zhèn)壬系腜型半導(dǎo)體阱區(qū)域中形成有多個(gè)MOS晶體管Tr6、MOS晶體管Tr7和MOS晶體管Tr8，這