半导体装置、固体摄像装置和电子设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本技术涉及固体摄像装置，且特别地，涉及能够容易地提供高质量堆叠式图像传感器的固体摄像装置。
【背景技术】
[0002]作为固体摄像装置，存在有以诸如互补金属氧化物半导体(CMOS:compIementarymetal oxide semiconductor)等MOS型图像传感器为代表的放大型固体摄像装置。此外，还存在有以电荷親合器件(CO):charge coupled device)图像传感器为代表的电荷传输型固体摄像装置。
[0003]这些固体摄像装置经常被用于数码相机、数码摄影机等中。近年来，因为固体摄像装置已经被安装在诸如具有照相机的移动电话和个人数字助理(PDA:personal digitalassistant)等移动设备中，所以MOS型图像传感器从具有低电源电压、低功耗等的角度来看已经被频繁地使用。
[0004]MOS型固体摄像装置包括像素阵列(像素区域)和周边电路区域，在像素阵列中，多个单位像素以二维阵列的方式被布置着，且每个单位像素包括作为光电转换部的光电二极管和多个像素晶体管。多个像素晶体管是由MOS晶体管形成的，且通常包括三个晶体管或者四个晶体管，所述三个晶体管含有传输晶体管、复位晶体管和放大晶体管，所述四个晶体管还额外含有选择晶体管。
[0005]此外，在上述固体摄像装置中，已经提出了如下的堆叠式结构:其中，具有不同功能的多个半导体基板以重叠的方式被堆叠且彼此被电连接。
[0006]在所述堆叠式结构中，因为能够最佳地形成各个电路以对应于各个半导体基板的功能，所以可以容易地实现装置的高性能。
[0007]例如，可以通过最佳地形成传感器电路和逻辑电路以对应于包括该传感器电路的半导体基板和包括提供了电路处理信号的该逻辑电路的半导体基板的各自功能，来制造出高性能的固体摄像装置。这时，在这些半导体基板之中的某些基板中设置有贯通电极，且因此多个半导体基板被彼此电连接起来。
[0008]然而，如果半导体装置是通过使用贯穿基板的连接导体将不同基板彼此连接而被形成的，那么就必须形成有连接孔且同时保持深层基板中的绝缘，因此，从创建连接孔和埋入连接导体时所必需的制造工艺的经济成本的角度来看，实际应用是困难的。
[0009]另一方面，例如，如果将要形成大约I微米的小接触孔，那么就必须使上部基板减薄至最大限度。在这种情况下，可能会导致诸如在将上部基板减薄之前需要使上部基板附着到支撑基板上等复杂步骤和成本的增加。此外，为了将连接导体埋入到具有高纵横比的连接孔中，诸如钨(W)等具有良好涂布特性的CVD膜必定被用作连接导体，且因此能被用作连接导体的材料会是有限的。
[0010]因此，已经提出了诸如固体摄像装置等半导体装置的如下制造方法，该方法能够通过充分展现各性能而实现高性能，且能够实现批量生产和成本减少(例如，参见PTL I)。
[0011]PTL I已经提出了如下的堆叠式结构:其中，背面型图像传感器的支撑基板被堆叠作为逻辑电路，且通过利用该图像传感器的薄化步骤而从顶部设置有多个连接用接触部。
[0012]引用文献列表
[0013]专利文献
[0014][PTL I]日本未经审查的专利申请公开第2010-245506号
【发明内容】
[0015]要解决的技术问题
[0016]期望能够容易地提供高质量的堆叠式图像传感器。
[0017]解决技术问题所采用的技术方案
[0018]根据本发明的至少一个实施例，提供了一种半导体装置，该半导体装置包括:第一半导体部，所述第一半导体部包括在它一侧的第一布线层，所述第一半导体部还包括光电二极管；第二半导体部，所述第二半导体部包括在它一侧的第二布线层，所述第一半导体部和所述第二半导体部被紧固在一起；第三半导体部，所述第三半导体部包括在它一侧的第三布线层，所述第二半导体部和所述第三半导体部被紧固在一起以使得所述第一半导体部、所述第二半导体部和所述第三半导体部被堆叠在一起；以及第一导电材料，其将(i)所述第一布线层、(ii)所述第二布线层和(iii)所述第三布线层之中的至少两者电连接，以使得被电连接的布线层处于电气通信。
[0019]根据本发明的至少一个实施例，提供了一种背侧照射型固体摄像装置，该固体摄像装置包括:第一半导体部，所述第一半导体部包括在它一侧的第一布线层，所述第一半导体部还包括电路区域和像素区域；第二半导体部，所述第二半导体部包括在它一侧的第二布线层，所述第一半导体部和所述第二半导体部被紧固在一起；第三半导体部，所述第三半导体部包括在它一侧的第三布线层，所述第二半导体部和所述第三半导体部被紧固在一起，以使得所述第一半导体部、所述第二半导体部和所述第三半导体部被堆叠在一起；以及第一导电材料，所述第一导电材料将(i)所述第一布线层、(?)所述第二布线层和(iii)所述第三布线层之中的至少两者电连接，以使得被电连接的布线层处于电气通信。
[0020]根据本发明的至少一个实施例，提供了一种电子设备，该电子设备包括光学部和固体摄像装置，该固体摄像装置包括:第一半导体部，所述第一半导体部包括在它一侧的第一布线层，所述第一半导体部还包括电路区域和像素区域；第二半导体部，所述第二半导体部包括在它一侧的第二布线层，所述第一半导体部和所述第二半导体部被紧固在一起；第三半导体部，所述第三半导体部包括在它一侧的第三布线层，所述第二半导体部和所述第三半导体部被紧固在一起以使得所述第一半导体部、所述第二半导体部和所述第三半导体部被堆叠在一起；以及第一导电材料，所述第一导电材料将(i)所述第一布线层、(?)所述第二布线层和(iii)所述第三布线层之中的至少两者电连接，以使得被电连接的布线层处于电气通信。
[0021]基于下列附图和详细说明的查阅，本发明的其他系统、方法、特征和优势对于本领域技术人员而言是明显的或将会变得明显。所有这样的额外的系统、方法、特征和优势应当被涵盖在本说明书的范围内、被涵盖在本发明的范围内、并且被随附的权利要求保护。
[0022]本发明的有益效果
[0023]根据本技术，可以容易地提供高质量的堆叠式图像传感器。
【附图说明】
[0024]图1是图示了相关技术的堆叠式固体摄像装置中的像素部的构造的截面图。
[0025]图2是图示了相关技术的堆叠式固体摄像装置中的像素部的另一构造的截面图。
[0026]图3是图示了三层堆叠式固体摄像装置的制造方法的图。
[0027]图4是图示了三层堆叠式固体摄像装置的制造方法的图。
[0028]图5是图示了具有根据图3和图4而被制造的三层堆叠式结构的固体摄像装置中的像素部的构造的截面图。
[0029]图6是图示了根据应用了本技术的固体摄像装置中的像素部的一个实施例的构造的截面图。
[0030]图7A是焊盘孔附近的放大图。
[0031]图7B是从焊盘孔的顶部观看铝焊盘的图。
[0032]图8是图示了根据应用了本技术的固体摄像装置中的像素部的另一实施例的构造的截面图。
[0033]图9是图示了根据应用了本技术的固体摄像装置中的像素部的又一实施例的构造的截面图。
[0034]图10是图示了应用了本技术的固体摄像装置的示意构造的图。
[0035]图11是与图6所示的固体摄像装置中的像素部的构造有关的截面图的示意图。
[0036]图12是图示了根据应用了本技术的固体摄像装置中的像素部的再一实施例的构造的截面图的示意图。
[0037]图13是图示了图12所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0038]图14是图示了图12所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0039]图15是图示了图12所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0040]图16是图示了图12所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0041]图17是图示了图12所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0042]图18是图示了图12所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0043]图19是图示了图12所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0044]图20是图示了根据应用了本技术的固体摄像装置中的像素部的又一实施例的构造的截面图的示意图。
[0045]图21是图示了图20所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0046]图22是图示了图20所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0047]图23是图示了图20所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0048]图24是图示了图20所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0049]图25是图示了图20所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0050]图26是图示了图20所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0051]图27是图示了图20所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0052]图28是图示了根据应用了本技术的固体摄像装置中的像素部的又一实施例的构造的截面图的示意图。
[0053]图29是图示了根据应用了本技术的固体摄像装置中的像素部的又一实施例的构造的截面图的示意图。
[0054]图30是图示了图29所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0055]图31是图示了图29所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0056]图32是图示了图29所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0057]图33是图示了图29所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0058]图34是图示了图29所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0059]图35是图示了根据应用了本技术的固体摄像装置中的像素部的又一实施例的构造的截面图的示意图。
[0060]图36是图示了图35所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0061]图37是图示了图35所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0062]图38是图示了图35所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0063]图39是图示了图35所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0064]图40是图示了图35所示的固体摄像装置的制造工艺的图。
[0065]图41是图示了可以被用作应用了本技术的固体摄像装置的实施例的各构造的组合的图。
[0066]图42是图示了在采用四层结构的情况下应用了本技术的固体摄像装置中的像素部的构造的截面图的示意图。
[0067]图43是图示了应用了本技术的电子设备的构造示例的框图。
【具体实施方式】
[0068]以下，将参照附图来说明在此披露的技术的实施例。
[0069]首先，将说明相关技术的问题。
[0070]作为固体摄像装置，存在有以诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)等MOS型图像传感器为代表的放大型固体摄像装置。此外，还存在有以电荷耦合器件(CCD)为代表的电荷传输型固体摄像装置。
[0071]这些固体摄像装置经常被用于数码相机、数码摄影机等中。近年来，因为固体摄像装置已经被安装在诸如具有照相机的移动电话和个人数字助理(PDA)等移动设备中，所以MOS型图像传感器从具有低电源电压、低功耗等的角度来看已经被频繁地使用。
[0072]MOS型固体摄像装置包括像素阵列(像素区域)和周边电路区域，在像素阵列中，多个单位像素以二维阵列的方式被布置着，且每个单位像素包括作为光电转换部的光电二极管且包括多个像素晶体管。多个像素晶体管是由MOS晶体管形成的，且通常包括三个晶体管或者四个晶体管，所述三个晶体管含有传输晶体管、复位晶体管和放大晶体管，所述四个晶体管还额外含有选择晶体管。
[0073]此外，在上述固体摄像装置中，已经提出了如下的堆叠式结构:其中，具有不同功能的多个半导体基板以重叠的方式而被堆叠且彼此电连接。
[0074]在所述堆叠式结构中，因为能够最佳地形成各个电路以对应于各个半导体基板的功能，所以可以容易地实现装置的高性能。
[0075]例如，可以通过最佳地形成传感器电路和逻辑电路以对应于包括该传感器电路的半导体基板和包括提供了电路处理信号的该逻辑电路的半导体基板的各自功能，来制造出高性能的固体摄像装置。这时，在这些半导体基板之中的某些基板中设置有贯通电极，且因此多个半导体基板被彼此电连接起来。
[0076]图1是图示了相关技术的堆叠式固体摄像装置中的像素部的构造的截面图。
[0077]与这个像素部有关的固体摄像装置包括通过堆叠第一半导体基板和第二半导体基板而形成的背面照射型CMOS图像传感器。换言之，图1所示的固体摄像装置具有两层堆叠式结构。
[0078]如图1所示，在第一半导体基板31的各个区域中形成有图像传感器，即像素阵列(以下，称为像素区域)和控制区域。
[0079]也就是，在半导体基板(例如，硅基板)31的各个区域中形成有光电二极管(ro)34，光电二极管(PD) 34是各个像素的光电转换部，并且在该半导体基板的半导体阱区域中形成有各像素晶体管的源/漏区域。
[0080]在用于形成像素的基板表面上形成有栅极电极且该栅极电极与该基板表面夹着栅极绝缘膜，并且像素晶体管Trl和像素晶体管Tr2是由与它们两者对应的栅极电极和源/漏区域形成的。
[0081]与光电二极管(PD) 34相邻的像素晶体管Trl对应于传输晶体管，且源/漏区域对应于浮动扩散部(FD:floating diffus1n)。
[0082]接下来，在第一半导体基板31的表面上形成有第一层的层间绝缘膜39，然后在层间绝缘膜39中形成有连接孔，且在该连接孔中形成有与必要的晶体管连接的连接导体。
[0083]接着，经过层间绝缘膜39后形成多层(在这个示例中，两层)金属线以便使所述金属线连接至各连接导体，因此形成多层布线层41。所述金属线是由铜(Cu)线形成的。通常，每个铜线(金属线)都被覆盖有用来防止Cu扩散的障壁金属膜。为此，在多层布线层41上形成了作为铜线覆盖膜的保护膜。
[0084]通过到此为止的各步骤，形成了具有像素区域和控制区域的第一半导体基板31。
[0085]另一方面，例如，在第二半导体基板45的各个区域中形成了具有信号处理电路的逻辑电路，该信号处理电路控制像素区域或者控制与外部装置的通信并且与信号处理有关。换言之，在半导体基板(例如，硅基板)45的前表面侧上的P型半导体阱区域中形成有多个MOS晶体管Tr6、MOS晶体管Tr7和MOS晶体管Tr8，这