固体摄像装置制造方法
【专利摘要】本发明提供能够减少对图像信号产生的噪声故障的固体摄像装置。该固体摄像装置具备：晶体管（62），形成在半导体基板（61）上；第一层间绝缘膜（63），形成在半导体基板上；第一多层布线层（64），形成在第一层间绝缘膜内，由多个布线层及对该多个布线层间进行连接的布线通孔构成；第一屏蔽层（13），形成在第一层间绝缘膜内且相邻的所述布线层之间；第二屏蔽层，形成在第一层间绝缘膜内且相邻的所述布线通孔之间；第二层间绝缘膜（54），形成在第一层间绝缘膜上；第二多层布线层（55），形成在第二层间绝缘膜内；半导体层（51），形成在第二层间绝缘膜上；摄像元件（52），形成在半导体层内且第二层间绝缘膜的界面；和滤色片（57），形成在半导体层上。
【专利说明】固体摄像装置
【技术领域】
[0001]本发明的实施方式涉及背面照射型的固体摄像装置。
【背景技术】
[0002]近年来，作为背面照射型的固体摄像装置(摄像机模组)，使用了由包含有摄像元件的芯片(以下记作像素芯片)和包含有逻辑电路的芯片(以下记作逻辑芯片)结构的层叠芯片。这是在固体摄像装置的开发中对减小固体摄像装置的尺寸而言非常有效的技术。
[0003]然而，在逻辑芯片的后级处理中，例如在高速地处理信号的情况下，会从处理电路产生放射噪声(EM1:Electromagnetic Interference)。该放射噪声会给像素芯片中的像素部分的信号处理带来噪声故障，会给图像信号带来负面影响。EMI的影响伴随着逻辑电路中的布线的集成度变高而变大。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的课题在于提供一种能够减少在图像信号中产生的噪声故障的固体摄像装置。
[0005]实施方式的固体摄像装置的特征在于，具备:半导体基板；晶体管，形成在所述半导体基板上；第一层间绝缘膜，形成在所述半导体基板上；第一多层布线层，形成在所述第一层间绝缘膜内，由多个布线层及对所述多个布线层间进行连接的布线通孔构成；第一屏蔽层，形成在所述第一层间绝缘膜内且相邻的所述布线层之间；第二屏蔽层，形成在所述第一层间绝缘膜内且相邻的所述布线通孔之间；第二层间绝缘膜，形成在所述第一层间绝缘膜上；第二多层布线层，形成在所述第二层间绝缘膜内；半导体层，形成在所述第二层间绝缘膜上；摄像元件，形成在所述半导体层内且所述第二层间绝缘膜的界面；以及滤色片，形成在所述半导体层上。
[0006]根据上述结构的固体摄像装置，能够减少在图像信号中产生的噪声故障。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是表示第一实施方式的固体摄像装置的概要的图。
[0008]图2是表示第一实施方式的固体摄像装置的构造的截面图。
[0009]图3是表示第一实施方式的固体摄像装置的制造方法的截面图。
[0010]图4是表示第一实施方式的固体摄像装置的制造方法的截面图。
[0011]图5是表示第一实施方式的固体摄像装置的制造方法的截面图。
[0012]图6是表示第一实施方式的固体摄像装置的制造方法的截面图。
[0013]图7是表示第一实施方式的固体摄像装置的制造方法的截面图。
[0014]图8是表示第一实施方式的固体摄像装置的屏蔽层的布局的一个例子f示+图。
[0015]图9是表示第一实施方式的固体摄像装置中的屏蔽层的布局的他的例&示t图。
[0016]图10是表示第一实施方式的固体摄像装置中的逻辑芯片的一个例子的截面图。
[0017]图11是表示图10所示的构造的制造方法的截面图。
[0018]图12是表示图10所示的构造的制造方法的截面图。
[0019]图13是表示第一实施方式的变形例的固体摄像装置中的逻辑芯片的截面图。
[0020]图14是表示第一实施方式的变形例中的屏蔽层和垫片的俯视图。
[0021]图15是表示第二实施方式的固体摄像装置的概要的图。
[0022]图16是表示第三实施方式的固体摄像装置的概要的图。
[0023]图17是表示第三实施方式的固体摄像装置中的信号的流向的框图。
【具体实施方式】
[0024]以下，参照附图来对实施方式的固体摄像装置(传感器芯片)进行说明。在以下的说明中，对具有相同功能及结构的结构要素赋予相同的附图标记，并且仅在必要的情况下进行重复说明。
[0025][第一实施方式]
[0026]对第一实施方式的固体摄像装置进行说明。
[0027]图1是表示第一实施方式的固体摄像装置的概要的图。图1 (a)示出了固体摄像装置的截面图，图1 (b)示出了像素芯片的俯视图，图1 (C)示出了逻辑芯片的俯视图。图1 (a)所示的截面图是沿着X方向的截面。
[0028]如图1 (a)所示，固体摄像装置10包含有像素芯片11和逻辑芯片12层叠而成的层叠芯片而形成。在像素芯片11与逻辑芯片12之间，配置有屏蔽(shield)层13。换言之，像素芯片11与逻辑芯片12被贴合，在像素芯片11与逻辑芯片12的接合面(界面)形成屏蔽层13。另外，屏蔽层13的配置不限于接合面，也可以配置在比接合面靠内侧，即像素芯片11的层间绝缘层之中，并且也可以配置在逻辑芯片12的层间绝缘层之中。
[0029]像素芯片11主要包含有像素区域111和模拟-数字变换电路(以下记作ADC)区域112。像素区域111中，以矩阵状排列有多个将入射光变换为电信号的摄像元件(或者光电变换元件)、例如光电二极管。而且，在像素区域111中，形成有读取并传送由摄像元件进行了光电变换后的信号的读出电路(例如，读取栅极晶体管、放大器晶体管等)。在ADC区域112中，形成有将从读出电路输出的模拟信号变换为数字信号的模拟-数字变换电路(ADC)。
[0030]此外，逻辑芯片12主要包含有逻辑电路区域121。逻辑电路区域121中形成有对从ADC输出的图像信号进行处理的逻辑电路。
[0031]屏蔽层13是由金属膜、例如铝或铜等形成的。屏蔽层13将从逻辑电路产生的放射噪声或电磁波遮挡或者使其减少。屏蔽层13只要能够将放射噪声及电磁波遮挡或者使其减少即可，可以由绝缘膜例如硅化合物(硅氧化膜、硅氮化膜、有机硅氧化膜、碳化硅)、或者在具有低介电常数的膜(Low-k膜)内包含有金属的片材等来形成。
[0032]接下来，对第一实施方式的固体摄像装置、即像素芯片11与逻辑芯片12接合而成的层叠芯片进行说明。
[0033]图2是表示第一实施方式的固体摄像装置的构造的截面图。
[0034]如图示那样，固体摄像装置10具有将像素芯片11和逻辑芯片12层叠并接合而成的构造。
[0035]首先，对像素芯片11的截面构造进行描述。在P型硅外延层51的第一主面，形成有摄像元件52和构成读出电路的读取栅极晶体管53等。在外延层51的第一主面上，形成有层间绝缘膜54。在层间绝缘膜54之中，形成有布线层55。
[0036]在外延层51的与第一主面对置的第二主面上，形成有滤色片57。滤色片57以与摄像元件52相对应的方式配置，由红(R)或者绿(G)、蓝(B)的滤色器构成。在滤色片57上，形成有微透镜59。微透镜59以与滤色片57相对应的方式配置。也可以在外延层51与滤色片57之间、滤色片57与微透镜59之间，形成有薄的绝缘膜。
[0037]接下来，对逻辑芯片12的截面构造进行描述。在硅半导体基板61的第一主面，形成有构成逻辑电路的晶体管62。在半导体基板61的第一主面上，形成有层间绝缘膜63。在层间绝缘膜63之中，形成有多层布线层64。进而，在多层布线层64之间形成有屏蔽层13。屏蔽层13配置在像素芯片11与逻辑芯片12接合的界面。即，在将层间绝缘膜54与层间绝缘膜63贴合了的界面，配置有屏蔽层13。此外，在配置于不同布线层的多层布线层64之间形成有布线通孔，但在图2-图7省略了图示。
[0038]此外，像素芯片11形成有贯通电极CH。贯通电极CH具有下述那样的构造。在外延层51以及层间绝缘膜54开设有孔,在孔内形成有绝缘膜65和导电膜66。导电膜66与逻辑芯片12的多层布线层64电连接。
[0039]贯通电极CH上结合有电线67。贯通电极CH将逻辑芯片12的多层布线层64和电线67电连接。
[0040]第一实施方式的固体摄像装置中，在包含有晶体管62的逻辑电路与包含有摄像元件52及读取栅极晶体管53的读出电路之间配置有屏蔽层13。通过这样配置的屏蔽层13，能够将从逻辑电路产生放射噪声、电磁波遮挡或者使其减少，由此，能够减少给像素芯片11内的摄像元件52及读出电路带来的噪声故障。
[0041 ] 接下来，对第一实施方式的固体摄像装置的制造方法进行说明。
[0042]图3?图7是表示第一实施方式的固体摄像装置的制造方法的截面图。
[0043]图3是表示贴合前的像素芯片和逻辑芯片的截面图。
[0044]首先，如图3所示，准备像素芯片IlA和逻辑芯片12。逻辑芯片12的构造与图2所示的构造相同，因此省略说明。
[0045]以下示出像素芯片IlA的截面构造。在由半导体基板72、绝缘膜71、外延层51构成的SOI基板的第一主面上形成有摄像元件52、读取栅极晶体管53等元件。此外，在外延层51上形成有层间绝缘膜54，在层间绝缘膜54内形成有多层布线层55。
[0046]接下来，将像素芯片IlA和逻辑芯片12如图4所示那样以使层间绝缘层54与层间绝缘膜63对置的方式进行贴合。
[0047]然后,例如通过RIE (Reactive 1n Etching:反应离子蚀刻)来将像素芯片IlA的半导体基板72除去。进而，通过RIE，如图5所示那样将外延层51的第二主面上的绝缘膜71除去。
[0048]接下来，如图6所示，通过外延生长法，使外延层51生长。进而，在外延层51及层间绝缘膜54形成接触孔。
[0049]然后，如图7所示，在接触孔中形成绝缘膜65，将多层布线层64上的绝缘层除去后，进而在接触孔中堆积导电膜66而形成贯通电极CH。进而，在导电膜66上结合电线67。
[0050]接下来，如图2所示那样，以与摄像元件52相对应的方式，在外延层51上形成滤色片57。在滤色片57上形成微透镜59。微透镜59以与滤色片57相对应的方式配置。
[0051]接下来，说明在固体摄像装置10之中形成的屏蔽层13的布局的详细情况。
[0052]图8是对图7的8A-8A间进行了截断的俯视图，是屏蔽层13形成在多层布线层64的布线之间的例子。
[0053]如图8所示，屏蔽层13配置在多层布线层64之间。由此，屏蔽层13将从逻辑芯片12内的逻辑电路产生的放射噪声、电磁波遮挡或者使其减少。
[0054]图9是沿图7的9A-9A进行了截断的俯视图，是屏蔽层13形成在多层布线层64的布线通孔之间的例子。
[0055]如图9所示，屏蔽层13配置在除布线通孔64V之外的区域。由此，屏蔽层13将从逻辑芯片12内的逻辑电路产生的放射噪声、电磁波遮挡或者使其减少。
[0056]图10是在逻辑芯片12的层间绝缘膜63之中的多层布线层64的布线通孔之间形成了屏蔽层的情况的截面图。
[0057]如图10所示，在半导体基板61形成有构成逻辑电路的晶体管62。在半导体基板61上，形成有层间绝缘膜63。在层间绝缘膜63之中，从半导体基板61侧依次形成有布线通孔64V1、布线层641、布线通孔64V2、布线层642、布线通孔64V3及布线层643。进而，在层间绝缘膜63之中，在自半导体基板61起的高度与布线通孔64V3大致相同的层形成有屏蔽层13。屏蔽层13配置在除布线通孔64V3之外的区域。
[0058]以下，描述图10所示构造的制造方法。
[0059]图11、12是表示用于制造图10所示的构造的工序的截面图。另外，在此，省略了布线层642之下的构造。进而，以631、632、633来表示构成层间绝缘膜63的多个层间绝缘膜。
[0060]首先，如图11 (a)所示，在层间绝缘膜631上形成布线层642。接着，如图11 (b)所示，在层间绝缘膜631上以及布线层642上形成层间绝缘膜632。
[0061]然后，如图11 (C)所示，通过光蚀刻法等对层间绝缘膜632进行蚀刻，形成用于形成屏蔽层13的槽。
[0062]接下来，如图12 (a)所示，在层间绝缘膜632的槽中埋入屏蔽层13。然后，如图12 (b)所示，在层间绝缘膜632上以及屏蔽层13上形成层间绝缘膜633。接下来，如图12(c)所示,通过双镶嵌(Dual Damascene)布线法等,在层间绝缘膜632、633形成布线643、布线通孔64V3。如以上那样，能够制造出图10所示的构造。
[0063]接下来，对第一实施方式的变形例的固体摄像装置进行说明。
[0064]屏蔽层可以在固体摄像装置中形成有多层。图13是第一实施方式的变形例，示出了在逻辑芯片12的层间绝缘膜63的表面和层间绝缘膜63之中形成了屏蔽层的例子。如果这样形成多层屏蔽层13，则能够进一步将放射噪声、电磁波的遮挡或者使其减少，能够进一步减少像素芯片11中产生的串扰。
[0065]此外，也可以如图14所示那样，将屏蔽层13与接地垫片81连接，对屏蔽层13供给接地电位。屏蔽层13与接地垫片81的连接也可以通过布线来连接。
[0066]由此，接地电位与布线之间不再有电位差，能够减少感生电流量。而且，噪声耐性变强，能够实现进一步的放射噪声、电磁波的遮挡或者减少。结果，能够减少给像素芯片11内的摄像元件52以及读出电路带来的噪声故障，能够提高固体摄像装置的像素特性。
[0067]此外，也可以是，将屏蔽层13与其他电位垫片连接，对屏蔽层13供给其他固定电位,例如供给电源电压VDD、或者接地电位与电源电压VDD的中间电位。进而，也可以根据需要随时变更对屏蔽层13供给的电位。
[0068]如以上说明那样，根据第一实施方式，通过用屏蔽层来覆盖逻辑电路的几乎整个区域，能够将从逻辑电路产生的放射噪声、电磁波遮挡或者使其减少。由此，能够防止给像素芯片中生成的图像信号带来噪声故障。
[0069][第二实施方式]
[0070]对第二实施方式的固体摄像装置进行说明。在第一实施方式中，在逻辑芯片121的几乎整面形成了屏蔽层，而在第二实施方式中，仅在像素区域111上形成屏蔽层13。对与第一实施方式相同的结构赋予相同的附图标记并省略说明。
[0071]图15是表示第二实施方式的固体摄像装置的概要的图。图15 (a)示出了固体摄像装置的截面图，图15 (b)示出了像素芯片的俯视图，图15 (c)示出了逻辑芯片的俯视图。另外，图15 (a)所示的截面图是沿着X方向的截面。
[0072]如图15 (a)、图15 (b)及图15 (C)所示，屏蔽层13形成在逻辑电路区域121上的与像素区域111对应的区域。即，屏蔽层13仅配置在排列有多个摄像元件的像素区域111上。通过这样将屏蔽层13配置在像素区域111上，能够防止或减少从逻辑电路产生的放射噪声、电磁波给像素区域111内的摄像元件、读出电路带来噪声故障。
[0073]如以上说明那样，根据第二实施方式，通过用屏蔽层覆盖形成有摄像元件以及读出电路的像素区域，能够防止从逻辑电路产生的放射噪声、电磁波给像素区域带来负面影响。即，能够防止给在像素芯片中生成的图像信号带来噪声故障。其他结构及效果与第一实施方式相同。
[0074][第三实施方式]
[0075]对第三实施方式的固体摄像装置进行说明。在第一实施方式中，在逻辑芯片121的几乎整面形成了屏蔽层，而在第三实施方式中，仅在逻辑芯片12内的较多地产生噪声的电路上形成屏蔽层13。对与第一实施方式相同的结构赋予相同的附图标记并省略说明。
[0076]图16是表示第三实施方式的固体摄像装置的概要的图。图16 (a)、图16 (d)示出了固体摄像装置的截面图，图16 (b)示出了像素芯片的俯视图，图16 (c)示出了逻辑芯片的俯视图。图16 (a)所示的截面图是沿着X方向的截面，图16 (d)所示的截面图是沿着Y方向的16d-16d线的截面。
[0077]如图16 (C)所示，逻辑芯片12主要包含有逻辑电路区域121。在逻辑电路区域121，形成有处理从ADC112输出的图像信号的逻辑电路。
[0078]逻辑电路例如图16(c)所示，包含有串行-并行变换电路31、处理电路32、图像信号处理器(以下称作ISP) 33、DPCM电路34、FIF035以及接口 36。串行-并行变换电路31将串行信号变换成并行信号。处理电路32进行缺陷校正处理、缩放(scaler)及数字增益处理。ISP33是进行白平衡、伽马(Y)校正及颜色校正等处理图像信号的电路。差分脉冲编码调制(DPCM differential pulse code modulat1n)电路34通过差分脉冲编码调制将接受的信号压缩。FIF035进行使先到的信号先输出的处理。接口 36包含有D-phy (CS1-2)或者M-phy，将接受的信号向外部输出。
[0079]图17是表示第三实施方式的固体摄像装置中的信号的流向的框图。
[0080]在像素区域111内，入射光被摄像元件进行光电变换后，被读出电路作为图像信号而读出。该图像信号被ADC112从模拟信号变换为数字信号。变换为数字信号的图像信号被串行-并行变换电路31变换成并行信号，并输出给处理电路32。通过处理电路32进行了缺陷校正处理、缩放及数字增益处理后的图像信号向ISP33输出。ISP33对接受的图像信号进行白平衡、伽马校正及颜色校正等图像处理后，向DPCM电路34输出。被输入至DPCM电路34的图像信号被DPCM电路34处理后，经由FIF035、接口 36输出至外部。
[0081]如图16 (a)、图16 (b)、图16 (C)以及图16 (d)所示，屏蔽层13形成在逻辑电路区域121上的配置有ISP33的区域上。即，在逻辑电路区域121上，在较强地产生放射噪声、电磁波的电路、在此为SP33上，配置有屏蔽层13。通过这样将屏蔽层13配置在ISP33上，能够防止或减少从ISP33产生的放射噪声、电磁波给像素区域111内的摄像元件、读出电路带来噪声故障。
[0082]另外，在此，仅在ISP33上配置了屏蔽层13，但是不限于此，在逻辑电路区域121内形成有其他高频(例如，1MHz以上)的信号处理电路、例如数字信号处理器(以下记作DSP)等情况下，在DSP上配置屏蔽层。
[0083]如以上说明那样，根据第三实施方式，通过用屏蔽层覆盖形成有高频的信号处理电路例如ISP或者DSP的区域，能够防止从ISP或者DSP产生的放射噪声、电磁波给图像区域带来负面影响。即，能够防止给像素芯片中生成的图像信号带来噪声故障。其他结构及效果与第一实施方式相同。
[0084]在所述的第一?第三实施方式中，能够提供能够减少在图像信号中产生的噪声故障的固体摄像装置。
[0085]说明了本发明的某些实施方式，这些实施方式是作为例子而提出，并非试图限定发明的范围。这些新实施方式能够以其他各种方式来实施，在不脱离发明主旨的范围内能够进行各种省略、置换和变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨内，并且同样包含在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。
【权利要求】
1.一种固体摄像装置，其特征在于，具备: 半导体基板； 晶体管，形成在所述半导体基板上； 第一层间绝缘膜，形成在所述半导体基板上； 第一多层布线层，形成在所述第一层间绝缘膜内，由多个布线层及对所述多个布线层间进行连接的布线通孔构成； 第一屏蔽层，形成在所述第一层间绝缘膜内且相邻的所述布线层之间； 第二屏蔽层，形成在所述第一层间绝缘膜内且相邻的所述布线通孔之间； 第二层间绝缘膜， 形成在所述第一层间绝缘膜上； 第二多层布线层，形成在所述第二层间绝缘膜内； 半导体层，形成在所述第二层间绝缘膜上； 摄像元件，形成在所述半导体层内且所述第二层间绝缘膜的界面；以及 滤色片，形成在所述半导体层上。
2.—种固体摄像装置，其特征在于，具备: 半导体基板； 晶体管，形成在所述半导体基板上； 第一层间绝缘膜，形成在所述半导体基板上； 第一多层布线层，形成在所述第一层间绝缘膜内； 屏蔽层，形成在所述第一层间绝缘膜内； 第二层间绝缘膜，形成在所述第一层间绝缘膜上； 第二多层布线层，形成在所述第二层间绝缘膜内； 半导体层，形成在所述第二层间绝缘膜上； 摄像元件，形成在所述半导体层内且所述第二层间绝缘膜的界面；以及 滤色片，形成在所述半导体层上。
3.如权利要求2所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述第一多层布线层由多个布线层及对所述多个布线层进行连接的布线通孔构成， 所述屏蔽层形成在相邻的所述布线层之间。
4.如权利要求2所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述第一多层布线层由多个布线层及对所述多个布线层进行连接的布线通孔构成， 所述屏蔽层形成在相邻的所述布线通孔之间。
5.如权利要求1至4中任一项所述的固体摄像装置，其特征在于， 该固体摄像装置还具备: 图像信号处理器，形成于所述半导体基板； 所述屏蔽层配置在所述摄像元件与所述图像信号处理器之间。
6.如权利要求1至4中任一项所述的固体摄像装置，其特征在于， 该固体摄像装置还具备: 贯通电极，形成在所述半导体层及所述第二层间绝缘膜内，与所述第一多层布线层电连接。
7.如权利要求5所述的固体摄像装置，其特征在于，该固体摄像装置还具备: 贯通电极 ，形成在所述半导体层及所述第二层间绝缘膜内，与所述第一多层布线层电连接。
【文档编号】H01L23/552GK104078473SQ201310313949
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年7月24日 优先权日:2013年3月25日
【发明者】濑田涉二 申请人:株式会社东芝