应当注意的是，凹槽455被形成为具有0.15μηι至3μηι的深度和大约0.3μηι至ΙΟμπι的宽度。此外，凹槽455的间距(S卩，在该图的水平方向上的相邻凹槽455之间的距离)被设定成0.6μηι以上。
[0343]此外，连接孔456被形成为具有大约0.2μπι至5μπι的深度和大约0.Ιμπι至3μπι的宽度。
[0344]此外，在一个示例中，连接孔456的干式蚀刻处理的干燥条件被设定如下:温度是室温;压强是50mTorr至10mTorr ；源功率是100W至2000W ；八氟环丁烷(C4F8)、氩气(Ar)和氧气(O2)的气体流量比是C4F8: Ar: O2 = 9:1:1;并且基板偏置是50W至300W。
[0345]这里，尽管假定了蚀刻被执行至阻挡绝缘膜453的中间，但是该蚀刻可以在层间绝缘膜454的中间处停止。此外，优选的是在如下条件的示例中加工凹槽455:室温；压强是50mTorr至150mTorr ；源功率是500W至3000W ；处理气体八氟环戊烯(C5F8)、氩气(Ar)和氧气(O2)的气体流量比是C5F8: Ar:02 = 6:1:1;并且基板偏置是500W至2000W。
[0346]然后，如箭头Q164所示，镀Cu膜被形成以作为已形成开口的凹槽455和连接孔456中的厚度大约为0.5μηι至3μηι的金属膜457。
[0347]此外，尽管没有图示，但是阻挡金属膜或Cu片膜被布置于层间绝缘膜454与金属膜457之间。然后，使用例如CMP方法从上层除去不必要的镀Cu膜以及阻挡金属膜和层间绝缘膜454的一部分，且因此该层被平坦化。层间绝缘膜454被除去直至具有大约0.05μπι至0.5μπι的厚度。
[0348]因此，形成了例如接合用的Cu焊盘424。
[0349]应当注意的是，在上侧基板21和下侧基板22被接合之后，充当引线接合用焊盘(例如，图27中所示的焊盘421)的下层的区域具有如上所述在引线接合时用来稳固地保护接合表面的结构。
[0350]通过以上这些步骤，下侧基板22被制造出来。
[0351]接下来，将说明上侧基板21的制造。如图30中的箭头Q165所示，两个Cu布线层和一个Al层被形成于Si基板31上。
[0352]构成上侧基板21的Si基板31具有均未图示的光电二极管、像素晶体管或传输晶体管的源极和漏极，并且具有处于周边的由Cu布线形成的多层布线481及层间绝缘膜482。
[0353]此外，金属焊盘483、421和422被设置于多层布线481上，金属焊盘483、421和422用于引线接合且是能够与Cu焊盘连接的。焊盘483由例如Al、T1、TiN、Ta或TaN等构成，并且被设置成具有大约0.3μηι至2μηι的高度、大约2μηι至800μηι的宽度和0.6μηι以上的布线间距。[〇354] 然后，如箭头Q166所示，在金属焊盘483和421上形成厚度为大约0.3μηι至5μηι的由S12等形成的层间绝缘膜484。应当注意的是，尽管这里层间绝缘膜484被举例为由例如S12膜形成，但是该膜可以由能够使金属焊盘绝缘且容易平坦化的任何材料(例如，P-SiN)形成。
[0355]然后，如箭头Q167所示，使用CMP方法使形成在金属焊盘上的层间绝缘膜484的涂敷台阶485变得平坦化，以便将层间绝缘膜484的表面处理成平面的。
[0356]而且，如图31中的箭头Q168所示，与下侧基板22接合的Cu焊盘中的凹槽486-1至凹槽486-8在层间绝缘膜484中被形成开口。应当注意的是，当没有特别的需要来区分这些凹槽时，凹槽486-1至凹槽486-8还将简称为凹槽486。
[0357]此外，在形成凹槽486的开口的同时，也形成与位于凹槽486的下层中的多层布线接合的连接孔487-1至连接孔487-6的开口。应当注意的是，当没有特别的需要来区分这些连接孔时，连接孔487-1至连接孔487-6还将简称为连接孔487。
[0358]此外，尽管这里没有图示中间过程，但是可以按如下方式来执行处理。即，例如，首先使用双镶嵌加工方法使连接孔487形成图案，并且使用干式蚀刻来执行开口形成处理直到到达焊盘483上方的层间绝缘膜484。然后，在使凹槽486形成图案之后，同时执行凹槽486及连接孔487的开口形成处理直到到达金属焊盘。
[°359] 应当注意的是，凹槽486被形成为具有0.15μηι至3μηι的深度和大约0.3μηι至ΙΟμπι的宽度。此外，凹槽486的间距(S卩，在该图的水平方向上的相邻凹槽486之间的距离)被设置成0.6μηι以上。
[0360]此外，连接孔487被形成为具有大约0.2μπι至5μπι的深度和大约Ο.?μπι至3μπι的宽度。
[0361]此外，在一个示例中，连接孔487的干式蚀刻处理的干燥条件被设定如下:温度是室温;压强是50mTorr至10mTorr ；源功率是100W至2000W ；八氟环丁烷(C4F8)、氩气(Ar)和氧气(O2)的气体流量比是C4F8: Ar: O2 = 9:1:1;并且基板偏置是50W至300W。
[0362]这里，尽管假定蚀刻被执行到金属焊盘483的顶部，但是该蚀刻可以在层间绝缘膜484的中间处停止。此外，优选的是在如下条件的示例中加工凹槽486:室温;压强是50mTorr至150mTorr;源功率是500W至3000W;处理气体八氟环戊烯(C5F8)、氩气(Ar)和氧气(O2)的气体流量比是C5F8: Ar: O2 = 6:1:1;并且基板偏置是500W至2000W。
[0363]然后，如箭头Q169所示，镀Cu膜被形成为在已形成开口的凹槽486和连接孔487中厚度为大约0.5μηι至3μηι的金属膜488。
[0364]此外，尽管没有图示，但是阻挡金属膜或Cu片膜被布置于层间绝缘膜484与金属膜488之间。然后，使用例如CMP方法从上层除去不必要的镀Cu膜以及阻挡金属膜和层间绝缘膜484的一部分，且因此该层被平坦化。层间绝缘膜484被除去直至具有大约0.05μπι至0.5μπι的厚度。
[0365]因此，形成了例如接合用的Cu焊盘423。
[0366]通过以上这些步骤，上侧基板21被制造出来。
[0367]然后，如图32所示，使构成上侧基板21的Si基板31的Si减薄，并且执行上侧基板21和下侧基板22的Cu-Cu接合。
[0368]因此，由Al等形成的金属焊盘和接合用Cu焊盘被电连接。在这个示例中，焊盘422和Cu焊盘424被电连接。应当注意的是，在上侧基板21和下侧基板22被接合之后，充当引线接合用焊盘421的下层的区域具有如上所述在引线接合时用来稳固地保护接合表面的结构。换言之，作为用来保护焊盘421的Cu焊盘，例如，具有参照图2所说明的形状的焊盘被设置于焊盘421的所述下层中。
[0369]然后，形成开口 0Ρ61，或设置片上透镜33和彩色滤光片34，且因此形成了半导体装置 411。
[0370]如上所述，在过去，上侧基板、下侧基板是使用例如TSV而被电连接的，因此引线必须从TSV绕到焊盘，这导致了 TSV必须被放在芯片的拐角处的这一限制。
[0371]另一方面，根据半导体装置411，通过在例如Al焊盘422与诸如紧邻地位于该Al焊盘下面的接合用Cu焊盘423等焊盘之间形成连接孔，上侧基板21和下侧基板22这两个基板能够相互电接合。因此，缠绕用的引线是不必要的，并且不会强加对芯片布局的限制。因此，预期能够实现芯片(半导体装置411)的小型化、低功耗等。
[0372]第十实施例
[0373]半导体装置的构造示例
[0374]在设置有引线接合用或探测用Al焊盘421的半导体装置411中，与引线接合用Al焊盘421同时地在上侧基板21和下侧基板22的接合表面上的Cu焊盘423的上层上形成Al焊盘422。因此，Cu焊盘423利用Cu通孔而直接被电连接至Al焊盘422的结构是可能的。
[0375]然而，因为Cu焊盘的微细加工是先进的，所以Al焊盘在设计方面是不如Cu焊盘的，这意味着“的微细加工比Cu难，因此，由于Cu焊盘的间距被“焊盘的间距束缚的这个事实，所以很可能难以让Cu焊盘具有窄间距。
[0376]因此，上侧基板21和下侧基板22可以利用如下的Cu通孔而被电连接:这些Cu通孔不是从接合表面上的Cu焊盘被接地至Al焊盘而是被接地至作为更高层的布线层、且具有两层以上的长度。
[0377]在这样的情况下，半导体装置是例如如图33所示而被构造的。应当注意的是，与图27中的元件对应的图33中的元件将会被赋予相同的附图标记，且将适当地省略它们的说明。
[0378]图33中所示的半导体装置511具有接合在一起的上侧基板21和下侧基板22，并且该图中的上侧基板21与下侧基板22之间的虚线表示上侧基板21和下侧基板22的接合表面。
[0379]上侧基板21包括Si基板31和配线层32，并且片上透镜33和彩色滤光片34被设置于该图中的Si基板31的上侧上。
[0380]此外，由Al形成的焊盘421被设置于包括多个布线层的配线层32中的预定布线层中。这里，焊盘421被设定成引线接合用或探测用焊盘。
[0381]此外，下侧基板22包括Si基板41和配线层42，并且绝缘膜43被设置于配线层42中的其中该配线层与Si基板41发生接触的那部分的一部分中。
[0382]同样在半导体装置511中，如箭头A52所示，由Cu形成的用来保护焊盘421的焊盘被设置于配线层32中的用于引线接合等用途的焊盘421与配线层42中的绝缘膜43之间的各层中。
[0383]各层中的Cu焊盘的形状被设定成例如参照图2所说明的焊盘形状。特别地，Cu焊盘在上侧基板21和下侧基板22的接合表面上的形状被设定成图2中的由箭头Q22所示出的焊盘CPD31、由箭头Q23所示出的焊盘CPD32、由箭头Q24所示出的焊盘CPD33等等的形状。
[0384]通过如上所述简单地将Cu焊盘设置于该图中的焊盘421的下侧，能够提高抗裂性。此外，利用这样的构造，引线接合用或探测用的金属焊盘能够被设置于上侧基板21上。结果，从Si基板31至金属焊盘的深度能够被设定成比较浅，能够缩短焊盘开口形成时间，并且能够抑制引线接合不良或针接触不良的发生。
[0385]此外，在半导体装置511中，上侧基板21和下侧基板22利用用来保护焊盘421的Cu焊盘而被电连接。
[0386]而且，在半导体装置511中，布线用的Cu焊盘521和接合用的Cu焊盘522被设置于上侧基板21中，并且焊盘521和焊盘522利用穿透多个布线层的Cu通孔523而被电连接。这里，焊盘521被设置在处于比引线接合用焊盘421更靠近Si基板31的位置处的布线层中。
[0387]以相同的方式，布线用的Cu焊盘524和接合用的Cu焊盘525被设置于下侧基板22中，并且焊盘524和焊盘525利用穿透多个布线层的Cu通孔526而被电连接。
[0388]此外，Cu焊盘522和Cu焊盘525以彼此面对的方式分别被设置于上侧基板21的接合表面和下侧基板22的接合表面上，并且焊盘522和焊盘525以Cu-Cu接合的方式被接合在一起。
[0389]因此，上侧基板21中的焊盘521和下侧基板22中的焊盘524被电连接。此外，在这个示例中，因为不仅焊盘521和焊盘524而且放置在这些焊盘之间的焊盘和通孔都是由Cu形成的，所以能够实现比当Al等被用作材料时更先进的微细加工。
[0390]半导体装置制造工艺的说明
[0391]接下来，这里，将参照图34至图38来说明半导体装置511的制造过程。应当注意的是，与图33中的元件对应的图34至图38中的元件将会被赋予相同的附图标记，且将适当地省略它们的说明。
[0392]首先，由图34中的箭头Q171所示出的下侧基板22是具有逻辑电路的基板，该基板具有用于多个MOS晶体管(未图示)的元件隔离区或源/漏区域。此外，下侧基板22具有诸如多层布线541和层间绝缘膜542等用于信号处理的逻辑电路。
[0393]在这个示例中，四个Cu布线层被形成为在被设置于下侧基板22中的Si基板41上的配线层中的多层布线541，并且假定最上层相当于半全局层和全局层。
[0394]然后，如箭头Q172所示，在该图中的层间绝缘膜542的上侧上，用来形成接合用的Cu焊盘的阻挡绝缘膜543由例如厚度为0.Ο?μπι至0.5μπι的P-SiN或P-SiCN形成。而且，在阻挡绝缘膜543的表面上，另一个层间绝缘膜544由厚度大约为0.3μπι至5μπι的S12形成。
[0395]应当注意的是，尽管P-SiN或P-SiCN被举例为阻挡绝缘膜543，但是也可以使用具有钝化性能的其他膜材料。此外，尽管这里氧化物膜被举例为层间绝缘膜544，但是例如氢倍半硅氧烷(HSQ)或它的层叠体可以被用于层间绝缘膜544作为氮化物膜、氮氧化物膜或无机涂布型绝缘膜。
[0396]然后，如图35中的箭头Q173所示，与上侧基板21接合的Cu焊盘中的凹槽581-1至凹槽581-8被形成开口。应当注意的是，当没有特别的需要来区分这些凹槽时，凹槽581-1至凹槽581-8还将简称为凹槽581。
[0397]此外，在形成凹槽581的开口的同时，也形成与诸如位于凹槽581的下层中的多层布线541等Cu多层布线接合的连接孔582-1至连接孔582-5的开口。应当注意的是，当没有特别的需要来区分这些连接孔时，连接孔582-1至连接孔582-5还将简称为连接孔582。应当注意的是，连接孔583的深度根据其中安置有与连接孔连接的布线层的布线而不同。
[0398]此外，尽管这里没有图示中间过程，但是可以如下地执行处理。即，例如，首先使用双镶嵌加工方法使连接孔582和连接孔583形成图案，并且使用干式蚀刻执行开口形成处理直到到达阻挡绝缘膜543的中间。然后，在使凹槽581形成图案之后，以干式蚀刻的方式同时执行凹槽581及连接孔582和连接孔583的开口形成处理直到到达Cu层。此外，可以首先使凹槽581形成开口，然后可以在具有不同深度的连接孔中的各连接孔上单独地执行图案化处理和开口形成处理。应当注意的是，尽管没有图示，但是连接孔可以被形成为直到其中设置有Cu布线584的布线层。
[0399]这里，凹槽581被形成为具有大约0.15μπι至3μπι的深度和大约0.3μπι至ΙΟμπι的宽度。此外，凹槽581的间距(S卩，在该图的水平方向上的相邻凹槽581之间的距离)被设置成0.6μπι以上。
[0400]此外，连接孔582被形成为具有大约0.2μπι至5μπι的深度和0.Ιμπι至3μπι的宽度。连接孔583被形成为具有大约0.6μηι至ΙΟμπι的深度和0.Ιμπι至3μηι的宽度。此外，尽管在该图中示出了一个连接孔583，但是多个连接孔583是可能的。
[0401]此外，在一个示例中，凹槽581的干式蚀刻处理的干燥条件被设置成:温度是室温；压强是50mTorr至150mTorr;源功率是500W至3000W;八氟环戊烯(C5F8)、氩气(Ar)和氧气(O2)的气体流量比是C5F8: Ar:02 = 6:1:1;并且基板偏置是500W至2000W。
[0402]此外，在一个示例中，连接孔582和连接孔583的处理条件被设置成:温度是室温；压强是50mTorr至10mTorr;源功率是1000W至2000W;八氟环丁烷(C4F8)、氩气(Ar)和氧气(O2)的气体流量比是C4F8: Ar:02 = 9:1:1;并且基板偏置是50W至300W。
[0403]这里，假定蚀刻在阻挡绝缘膜543的中间被执行直到具有全部深度的连接孔被形成开口，并且在最后一个连接孔的处理之后，用于全部连接孔的阻挡绝缘膜543被破坏。用于破坏阻挡绝缘膜543的优选条件被设置成:例如，压强为50mTorr至200mTorr;源功率为300W至2000W;被用作处理气体的八氟环丁烷(C4F8)、氩气(Ar)和氧气(O2)的气体流量比是C4F8: Ar: O2 = 1:2:20;并且基板偏置是 10W至2000W。
[0404]然后，如箭头Q174所示，镀Cu膜被形成为在已经形成开口的凹槽581、连接孔582和连接孔583中的厚度为大约0.5μπι至3μπι的金属膜585。
[0405]此外，尽管没有图示，但是阻挡金属膜或Cu片膜被布置于层间绝缘膜544与金属膜585之间。然后，使用例如CMP方法从上层除去不必要的镀Cu膜以及阻挡金属膜和层间绝缘膜544的一部分，且因此该层变得平坦化。层间绝缘膜544被除去直至具有大约0.05μπι至0.5Mi的厚度。
[0406]因此，例如，形成了接合用的Cu焊盘525和通孔526。
[0407]应当注意的是，在上侧基板21和下侧基板22被接合之后，充当引线接合用焊盘(例如，图33中所示的焊盘421)的下层的区域具有如上所述在引线接合时用来稳固地保护接合表面的结构。
[0408]通过以上这些步骤，下侧基板22被制造出来。
[0409]接下来，将说明上侧基板21的制造。如图36中的箭头Q175所示，两个Cu布线层和一个Al层被形成于Si基板31上。
[0410]上侧基板21具有均未图示的光电二极管、像素晶体管或传输晶体管的源极和漏极，并且具有处于周边的由Cu布线等形成的多层布线611和层间绝缘膜612。
[0411]然后，引线接合用金属焊盘421被设置于多层布线611上，S卩，在Al层中。焊盘421由例如六1、11、1^了&或了&~等形成，且具有大约0.34111至24111的高度、大约24111至80(^111的宽度和0.6μπι以上的布线间距。此外，焊盘421通过通孔613而被连接至Cu布线。
[0412]然后，如箭头Q176所示，在金属焊盘421上形成具有大约0.3μπι至5μπι的厚度的由S12等形成的层间绝缘膜614。应当注意的是，尽管这里层间绝缘膜614被举例为由例如S12膜形成，但是该膜可以由能够隔离金属焊盘且容易变平坦化的任何材料(例如，P-SiN)形成。
[0413]然后，如箭头Q177所示，使用CMP方法使形成于金属焊盘上的层间绝缘膜614的涂敷台阶617变得平坦，以便将层间绝缘膜614的表面处理成平面的。
[0414]而且，如图37中的箭头Q178所示，与下侧基板22接合的Cu焊盘中的凹槽641_1至凹槽641-8在层间绝缘膜614中被形成开口。应当注意的是，当没有特别的需要来区分这些凹槽时，凹槽641-1至凹槽641-8还将简称为凹槽641。
[0415]此外，在形成凹槽641的开口的同时，也形成与位于凹槽641的下层中的多层布线接合的连接孔642-1至连接孔642-4、连接孔643-1、连接孔643-2和连接孔644的开口。
[0416]应当注意的是，当没有特别的需要来区分这些连接孔时，连接孔642-1至连接孔642-4还将简称为连接孔642。此外，当没有特别的需要来区分这些连接孔时，连接孔643-1和连接孔643-2还将简称为连接孔643。
[0417]此外，尽管这里没有图示中间过程，但是可以如下地执行处理。即，例如，首先使用双镶嵌加工方法使连接孔642至连接孔644形成图案，并且使用干式蚀刻执行开口形成处理直到到达在焊盘421上面的层间绝缘膜614或没有图示的紧邻地位于布线645或焊盘521(布线)上面的阻挡绝缘膜的中间处。然后，在使凹槽641形成图案之后，使用干式蚀刻同时执行凹槽641和连接孔642至连接孔644的开口形成处理。