CN102110696A - 固体摄像器件及其制造方法、固体摄像元件制造方法、半导体器件 - Google Patents

固体摄像器件及其制造方法、固体摄像元件制造方法、半导体器件 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种固体摄像器件、制造固体摄像器件的方法、制造固体摄像元件的方法以及半导体器件，所述固体摄像器件包括：半导体基板，它被构造为包括固体摄像元件和切割线区域，所述固体摄像元件设有光电转换区域，并且所述切割线区域沿着所述固体摄像元件的周边设置；布线层，它被形成为层叠在所述半导体基板上；支撑基板，它被形成为层叠在所述布线层上；以及凹槽，它在所述半导体基板中被设置在所述切割线区域中的刀片区域与所述固体摄像元件之间并且贯穿所述半导体基板。因此，能够抑制碎化，并且能够实现制造产率的提高。

Description

固体摄像器件及其制造方法、固体摄像元件制造方法、半导体器件
相关申请的交叉参考
本申请包含与2009年11月30向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-271280所公开的内容相关的主题，在此将该日本优先权申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及固体摄像器件、制造固体摄像器件的方法、制造固体摄像元件的方法和半导体器件。具体地说，本发明涉及层叠有多个半导体基板的固体摄像器件、制造该固体摄像器件的方法、制造层叠有多个半导体基板的固体摄像元件的方法以及半导体器件。
背景技术
一般来说，在半导体芯片的制造中，在晶片上形成多个半导体芯片之后，用刀片沿着在半导体芯片周围设置的切割线切割晶片，以便将该晶片分割成各个单独的半导体芯片。
为了抑制在用刀片切割时出现的碎化(chipping)，提出了这样一种结构：在位于切割线内的布线层内形成有用于抑制切割时膜剥离的传播的防碎壁(保护环)。
近年来，通常采用将多个半导体基板相互粘贴的三维安装技术。日本待审专利申请文献No.2008-182142提出了一种半导体基板粘贴在支撑基板上的背照射型固体摄像器件。另外，还提出了半导体晶片相互粘贴并且通过贯通电极相互连接的半导体器件。
但是，在通过三维安装技术安装的半导体器件中，在切割时刀片所冲击的表面与作为基底的支撑基板之间夹着厚的半导体基板(例如2μm～10μm)。因此，该切割与普通的切割不同。
因此，如图20所示，碎化C在半导体基板101与作为半导体基板101的上层的绝缘膜(构成布线层的绝缘膜)之间的界面处传播。另外，碎化C也在作为半导体基板101的上层的绝缘膜(布线层)102内传播。因此，在通过三维安装技术安装的半导体器件中，出现了特定的碎化，这些碎化不会在不是通过三维安装技术安装的半导体器件中出现。
在碎化到达半导体芯片区域时，出现产品缺陷，并且产率会不利地降低。这里，在图20中，附图标记103表示保护环，并且附图标记104表示支撑基板。
发明内容
因此，期望提供即使在采用三维安装技术的情况下也能够抑制碎化的固体摄像器件、制造固体摄像器件的方法、制造固体摄像元件的方法和半导体器件。
本发明实施例的固体摄像器件包括：半导体基板，它被构造为包括固体摄像元件和切割线区域，所述固体摄像元件设有光电转换区域，并且所述切割线区域沿着所述固体摄像元件的周边设置；布线层，它被形成为层叠在所述半导体基板上；支撑基板，它被形成为层叠在所述布线层上；以及凹槽，它在所述半导体基板中被设置在所述切割线区域中的刀片区域与所述固体摄像元件之间并且贯穿所述半导体基板。
在半导体基板中被设置在切割线区域中的刀片区域与固体摄像元件之间并且贯穿半导体基板的凹槽能够抑制碎化在半导体基板和布线层之间的界面处传播。
另外，在布线层的某区域中设置保护环层能够抑制碎化在布线层内传播。布线层的上述区域与所述半导体基板的所述切割线区域中的刀片区域和所述固体摄像元件之间的区域对应。
可以想到，当在布线层内传播的碎化到达保护环层时，碎化将其传播方向变为朝着半导体基板侧并且在半导体基板和布线层之间的界面处传播。因此，优选的是，所述保护环层形成在布线层的与半导体基板中的刀片区域和凹槽之间的区域对应的区域中。
本发明实施例的制造固体摄像器件的方法包括以下步骤：在半导体基板中形成包括有光电转换区域的固体摄像元件；在所述半导体基板中在切割线区域中的刀片区域与所述固体摄像元件的形成区域之间形成具有底部的凹槽；在所述凹槽中填充预定材料；在所述半导体基板的形成有填充了预定材料的所述凹槽一侧的表面上形成并层叠布线层；并且从所述半导体基板的与面对所述布线层的表面相反的表面将所述半导体基板削薄，以便除去所述凹槽的底部。
本发明制造固体摄像元件的方法包括以下步骤：在半导体基板中形成包括有光电转换区域的固体摄像元件；在所述半导体基板中在切割线区域中的刀片区域与所述固体摄像元件的形成区域之间形成具有底部的凹槽；在所述凹槽中填充预定材料；在所述半导体基板的形成有填充了预定材料的所述凹槽一侧的表面上形成并层叠布线层；从所述半导体基板的与面对所述布线层的表面相反的表面将所述半导体基板削薄，以便除去所述凹槽的底部；并且在所述刀片区域处切割已削薄的所述半导体基板。
具有底部的凹槽在半导体基板中形成在切割线区域中的刀片区域和固体摄像元件的形成区域之间，并且然后从所述半导体基板的与面对布线层的表面相反的表面将所述半导体基板削薄以便除去凹槽的底部。因此，可以在在半导体基板中在切割线区域中的刀片区域和固体摄像元件之间形成贯穿半导体基板的凹槽。该凹槽能够抑制碎化在位于半导体基板和布线层之间的界面处传播。
这里，可以在半导体基板中形成包括光电转换区域的固体摄像元件之后，在半导体基板中在切割线区域中的刀片区域和固体摄像元件的形成区域之间形成具有底部的凹槽，或者可以在半导体基板中在切割线区域中的刀片区域和固体摄像元件的形成区域之间形成具有底部的凹槽之后，在半导体基板中形成包括光电转换区域的固体摄像元件。
本发明实施例的半导体器件包括：第一半导体基板，它被构造为包括半导体芯片和切割线区域，所述切割线区域沿着所述半导体芯片的周边设置；布线层，它被形成为层叠在所述第一半导体基板上；第二半导体基板，它被形成为层叠在所述布线层上；以及凹槽，它在所述第一半导体基板中被设置在所述切割线区域中的刀片区域与所述半导体芯片之间并且贯穿所述第一半导体基板。
在第一半导体基板中设置在切割线区域中的刀片区域和半导体芯片之间并且贯穿所述第一半导体基板的凹槽能够抑制碎化在第一半导体基板和布线层之间的界面处传播。
在本发明实施例的固体摄像器件、制造固体摄像器件的方法、制造固体摄像元件的方法和半导体器件中，可以抑制碎化，并且因此能够实现制造产率的提高。
附图说明
图1示意性地显示出应用本发明实施例的固体摄像器件的示例。
图2示意性地显示出固体摄像器件。
图3示意性地显示出像素部的单位像素的电路结构的示例。
图4为示意性地显示出应用本发明实施例的固体摄像器件的示例的截面图。
图5为半导体基板的像素部的主要部分的放大图。
图6示意性地显示出防碎壁的结构。
图7A～图7C示意性地显示出通过防碎壁来抑制碎化。
图8A～图8D示意性地显示出制造应用本发明实施例的固体摄像器件的方法的示例(1)。
图9E～图9H示意性地显示出制造应用本发明实施例的固体摄像器件的方法的示例(2)。
图10I～图10K示意性地显示出制造应用本发明实施例的固体摄像器件的方法的示例(3)。
图11L～图11N示意性地显示出制造应用本发明实施例的固体摄像器件的方法的示例(4)。
图12为示意性地显示出应用本发明另一实施例的半导体器件的示例的截面图。
图13A～图13D示意性地显示出制造应用本发明另一实施例的半导体器件的方法的示例(1)。
图14E～图14H示意性地显示出制造应用本发明另一实施例的半导体器件的方法的示例(2)。
图15I和图15J示意性地显示出制造应用本发明另一实施例的半导体器件的方法的示例(3)。
图16K和图16L示意性地显示出制造应用本发明另一实施例的半导体器件的方法的示例(4)。
图17A和图17B示意性地显示出本发明实施例的有益效果。
图18示意性地显示出首先说明的实施例的变形例。
图19A和图19B示意性地显示出有机光电转换膜的平面布置(编码)和有机滤色层的平面布置的示例。
图20示意性地显示出碎化的传播。
具体实施方式
下面将按照以下顺序对本发明的实施例进行说明。
1.实施例
2.另一实施例
3.变形例。
1.实施例
固体摄像器件的结构
图1示意性地显示出应用本发明实施例的固体摄像器件的示例。在图1所示的固体摄像器件1中，形成有多个背照射型固体摄像元件(半导体芯片)2，并且在固体摄像元件2之间的间隙中设有切割线3。另外，在切割线3中设有刀片区域4。
如图2所示，该固体摄像器件1包括安装在单个半导体基板上的像素部12和周边电路部。周边电路部包括垂直选择电路13、采样保持和相关双采样(S/H和CDS)电路14、水平选择电路15、时序发生器(TG)16、自动增益控制(AGC，automatic gain control)电路17、A/D转换电路18和数字放大器19。
在像素部12中，在后面说明的多个单位像素呈矩阵状布置，地址线等以行为单位设置，并且信号线等以列为单位设置。
垂直选择电路13以行为单位依次选择像素，并且通过垂直信号线将在每个像素列中的各个像素的信号读出到S/H和CDS电路14。S/H和CDS电路14对从各像素列读出的像素信号进行例如相关双采样(CDS)等信号处理。
水平选择电路15依次取出保存在S/H和CDS电路14中的像素信号并且将该像素信号输出给AGC电路17。AGC电路17以适当的增益将从水平选择电路15中接收到的信号放大，并且将该信号输出给A/D转换电路18。
A/D转换电路18将从AGC电路17接收到的模拟信号转换成数字信号，并且将该数字信号输出给数字放大器19。数字放大器19将从A/D转换电路18接收到的数字信号适当放大，并且从焊盘(端子)输出放大的信号。
垂直选择电路13、S/H和CDS电路14、水平选择电路15、AGC电路17、A/D转换电路18和数字放大器19分别根据从时序发生器16输出的各种类型的时序信号进行操作。
图3示意性地显示出像素部12的单位像素的电路结构的示例。单位像素包括例如作为光电转换元件的光电二极管21，并且包括作为相对于一个光电二极管21的有源元件的四个晶体管，即传输晶体管22、放大晶体管23、地址晶体管24和复位晶体管25。
光电二极管21将入射光光电转换成与入射光量对应的量的电荷(在该情况下为电子)。传输晶体管22连接在光电二极管21和浮动扩散部FD之间。在通过驱动布线26向传输晶体管22的栅极(传输栅极)施加驱动信号时，传输晶体管22把通过光电二极管21的光电转换所获得的电子传输到浮动扩散部FD。
放大晶体管23的栅极连接至浮动扩散部FD。放大晶体管23通过地址晶体管24与垂直信号线27连接，并且与像素部外的恒定电流源I一起构成源极跟随器。在通过驱动布线28向地址晶体管24的栅极施加地址信号并使地址晶体管24导通时，放大晶体管23将浮动扩散部FD的电位放大，并将与该电位对应的电压输出到垂直信号线27。从各个像素输出的电压通过垂直信号线27输出到S/H和CDS电路14。
复位晶体管25连接在电源Vdd和浮动扩散部FD之间。在通过驱动布线29向复位晶体管25的栅极施加复位信号时，复位晶体管25将浮动扩散部FD的电位复位为电源Vdd的电位。由于传输晶体管22、地址晶体管24和复位晶体管25的各个栅极以行为单位连接，所以对一行中的各个像素同时进行这些操作。
图4为示意性地显示出应用本发明实施例的固体摄像器件的示例的截面图。这里，背照射型固体摄像元件接收来自与形成有布线层38的表面(下面称为半导体基板的“表面”)相反的表面(下面称为半导体基板的“背面”)的光。
在图4中所示的固体摄像元件2主要由半导体支撑基板31、半导体基板32、钝化膜35、滤色器36和微透镜37构成。
半导体基板32由n型硅制成。另外，半导体基板32包括构成单位像素的多个光接收部33和元件形成层39，在该元件形成层39中形成有例如MOS晶体管等有源元件(未示出)，所述有源元件把通过利用光接收部33进行光电转换获得的信号电荷转换成电信号并且将该电信号输出。
光接收部33对应于在图3中所示的光电二极管21，并且由半导体基板32中的pn结构成。
这里，半导体基板32是通过将硅晶片削薄来形成的，以便能够从其背面接收光。
尽管取决于固体摄像元件的种类，但是半导体基板32的厚度在针对可见光的情况下大约为2μm～6μm，并且在针对近红外光的情况下大约为6μm～10μm。
在半导体基板32的表面上，形成有布线层38，布线层38按照多层方式相对于例如MOS晶体管等有源元件进行电气布线。半导体支撑基板31和布线层38通过在它们之间的二氧化硅层(未示出)粘贴在一起。布线层38由布线34和覆盖着该布线34的绝缘膜43构成。
另外，半导体支撑基板31被设置为用来确保半导体基板32的强度。半导体支撑基板31例如为硅基板，并且厚度例如大约为725μm。
滤色器36例如用红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)三种颜色的滤色器(以RGB拜耳(Bayer)排列方式布置)进行空间色分离。
这里，通过任意调节滤色器36的光谱特性能够实现令人满意的颜色再现。
图5为半导体基板32的像素部的主要部分的放大图。
在半导体基板32的光接收部33的区域中，形成有n型的电荷累积区域41。为了使累积有信号电荷的区域靠近半导体基板32的表面侧，优选将电荷累积区域41形成为使杂质浓度朝着半导体基板32的表面侧变高。可替换地，为了有效地获取入射光，可以将电荷累积区域41形成为使得它的面积朝着半导体基板32的背面变大。
另外，在半导体基板32中，在电荷累积区域41的周边形成有p型阱42。在光接收部33的位于半导体基板32的表面侧处的区域中形成有浅的p型空穴累积区域44。
在半导体基板32的表面侧，形成有由氧化硅制成的元件隔离绝缘膜40。另外，在半导体基板32的表面侧，形成有n型浮动扩散部(FD)45。
在浮动扩散部45和电荷累积区域41之间，按照将浮动扩散部45和电荷累积区域41电隔离的方式形成有p型区域46。
这里，在相邻固体摄像元件2之间的间隙中形成有作为在那里切割出各个固体摄像元件2的区域的切割线3。在切割线3中，形成有防碎壁53和保护环54(参见图4)。
具体地说，在半导体基板32中，防碎壁53在切割线3中形成在刀片区域4的两侧。在布线层38中，保护环54在切割线3中形成在刀片区域4的两侧。
切割线3的宽度根据刀片区域4的宽度、保护环54的宽度以及防碎壁53的宽度来确定，并且大约为50μm～200μm。这里，刀片区域4的宽度考虑刀片宽度和刀片的变化来确定，从而设定为大约30μm～80μm。
保护环54是在固体摄像元件2的布线层38的形成过程中同时形成的，并且主要由与布线34相同的材料(例如铝、铜或钨等)制成。保护环54用来抑制碎化在布线层38内的传播，并抑制从半导体芯片侧的壁吸湿，并且保护环54的宽度设定为大约3μm～20μm。
例如，防碎壁53是这样形成的：以贯穿元件形成层39的方式形成凹槽55，并且例如用预定材料(例如，绝缘膜、导电膜或由绝缘膜和导电膜构成的层叠膜)56填充凹槽55。可替换地，凹槽55的整个内部可以是中空的(即，凹槽55没有填充任何东西)，或者凹槽55的一部分可以填充有预定材料。
在防碎壁53形成为具有大约0.1μm～20μm的宽度时，防碎壁53可以抑制碎化在半导体基板32和布线层38之间的界面处传播。
如图6所示，防碎壁53的具体结构的示例包括以下结构：(1)在凹槽55的壁面上形成有SiN层或SiO2层并且凹槽55的内部填充有多晶硅的结构(参见图6中的部分A)；(2)凹槽55填充有SiN的结构(参见图6中的部分B)；(3)凹槽55没有填充任何材料的结构(参见图6中的部分C)；(4)在凹槽55的壁面上形成有Ti层、TiN层、Ta层或TaN层并且凹槽55的内部填充有AL或ALCu的结构(参见图6中的部分D)；(5)在凹槽55的壁面上形成有Ti层、TiN层、Ta层或TaN层并且凹槽55的内部填充有Cu的结构(参见图6中的部分E)；(6)在凹槽55的壁面上形成有Ti层或TiN层并且凹槽55的内部填充有钨的结构(参见图6中的部分F)；(7)凹槽55填充有SiO2的结构(参见图6中的部分G)的结构；以及(8)凹槽55填充有作为低介电常数材料的SiOC的结构(参见图6中的部分H)。
这里，对于碎化而言，随着防碎壁53的特性和出现碎化的膜的特性(硬度或刚性模量)之间的差异变大，碎化抑制力得到提高。这里，即使在出现碎化的膜和填充材料之间的界面处的粘性较弱的情况下，也足以能够让碎化向着上层而远离。
例如，在凹槽55的壁面上形成有SiN层并且凹槽55的内部填充有多晶硅的情况下(在图6的部分A的情况下)，虽然在出现碎化的膜和填充材料之间的界面处的粘性较弱，但是碎化沿着界面向上层传播(参见图7A)。另外，在凹槽55的壁面上形成有TiN层并且凹槽55的内部填充有钨的情况下(在图6的部分F的情况下)，因为填充材料较硬，所以碎化方向在界面处改变(参见图7B)。另外，在凹槽55填充有SiOC的情况下(在图6的部分H的情况下)，因为填充材料较软，所以填充材料自身破裂，并且碎化因此朝着上层传播(参见图7C)。
由于防碎壁53从半导体基板32的表面露出，所以防碎壁53可以用作对准标记。
这里，着重说明作为对准标记的功能，在材料的反射率之间的差异较大时标记的可见性较高。因此，由于硅的光透射性较高，所以可以认为标记在上述图6的部分A、B、C、G和H的情况下具有较高可见性。
另外，由于金属的反射率高于硅的反射率，所以认为在上述图6的部分D、E和F的情况下标记具有较高可见性。
另外，在设有材料边缘高度差的情况下，认为标记具有较高可见性。由于图6的部分A、D、E和F的情况具有双层结构，所以可以形成高度差，由此认为标记具有较高可见性。
对于防碎壁53而言，凹槽55可以不填充任何材料，但是在凹槽55保持开口时保护环会由于吸湿而受到腐蚀。因此，优选的是凹槽55填充有一些材料。
固体摄像元件的操作
下面将对上述结构的固体摄像元件的操作进行说明。
首先，在电荷累积期间，从半导体基板32的背面入射的光由光接收部33进行光电转换，并且产生与入射光量对应的信号电荷。由光电转换产生的信号电荷在电荷累积区域41中漂移，并且在电荷累积区域41中累积在空穴累积区域44附近。
这里，在电荷累积期间，向传输晶体管22的栅极电极施加负电压，并且使传输晶体管22处于断开状态。
接着，在读取时，向传输晶体管22的栅极电极施加正电压，并且使传输晶体管22转为导通状态。因此，将累积在光接收部33中的信号电荷传输到浮动扩散部45。
这里，根据传输到浮动扩散部45的信号电荷量，浮动扩散部45的电位改变。然后，通过放大晶体管23放大浮动扩散部45的电位，并且将与该电位对应的电压输出到垂直信号线27。
接着，在复位时，向复位晶体管25的栅极电极施加正电压，并且将浮动扩散部45复位为具有电源Vdd的电压。这时，通过向传输晶体管22的栅极电极施加负电压使传输晶体管22转为断开状态。
重复进行上述电荷累积期间、读出操作和复位操作。
制造方法
下面对制造上述结构的固体摄像器件的方法进行说明。也就是说，说明制造应用本发明实施例的固体摄像器件的方法的示例。同时，还说明制造应用本发明实施例的固体摄像元件的方法的示例。
在制造应用本发明实施例的固体摄像的方法的示例中，如图8A所示，首先，通过表面氧化方法形成层叠在半导体基板(n型半导体基板)32上的绝缘膜57。
接着，形成层叠在绝缘膜57上的例如用作硬掩模层的氮化硅层58，并且进一步形成层叠在氮化硅层58上的抗蚀剂膜59(参见图8B)。
随后，采用通用光刻和蚀刻技术在抗蚀剂膜59上形成图形(参见图8C)。
接着，如图8D所示，通过采用抗蚀剂膜59作为蚀刻掩模来处理氮化硅层58以便形成凹槽图形，然后除去抗蚀剂膜59。
随后，如图9E所示，通过采用形成有凹槽图形的氮化硅层58作为蚀刻掩模来对绝缘膜57和半导体基板32进行除去处理，以便在半导体基板32中形成具有底部的凹槽55。
这里，凹槽55被形成为其深度大于在后述过程中形成的像素部12的厚度和留在像素部12上的半导体基板32的厚度的总厚度，或者大于形成有像素部12的元件形成层39的厚度。
尽管在该实施例的示例中在后述的时刻除去氮化硅层58，但是在半导体基板32中形成具有底部的凹槽55之后可以立即除去氮化硅层58。
接着，如图9F所示，在氮化硅层58上形成绝缘膜60，使绝缘膜60填充凹槽55。
这里，绝缘膜60的材料为预定材料56的示例。
随后，进行采用化学机械研磨(CMP)等方法的除去处理，除去氮化硅层58上的绝缘膜60(参见图9G)。
这里，凹槽55内的绝缘膜60没有被除去处理除去而是留在凹槽55内，因此能够形成防碎壁53。
接着，如图9H所示，通过湿式蚀刻处理来除去氮化硅层58和绝缘膜57。
通过除去氮化硅层58和绝缘膜57，绝缘膜60从半导体基板32的表面突出。
随后，如图10I所示，通过通常的像素部形成技术形成包括作为光电转换部的光接收部33的像素部12。这里，光接收部33被形成为比防碎壁53更浅。
作为像素部12的形成方法的示例，首先，通过浅沟槽隔离(shallowtrench isolation，STI)技术形成元件隔离绝缘膜40。随后，通过离子注入方法形成n型电荷累积区域41、p型阱42、p型空穴累积区域44、浮动扩散部45和p型区域46。这些区域的形成顺序没有特别限制。
接着，如图10J所示，在半导体基板32的表面上重复进行绝缘膜43的形成和布线34的形成以便形成布线层38。另外，与布线层38同时形成保护环54。
随后，通过介于它们之间的二氧化硅层(未示出)将由硅制成的半导体支撑基板31粘贴在布线层38上(参见图10K)。
然后，如图11L所示，将粘贴着半导体支撑基板31的半导体基板32翻转，使作为研磨对象的半导体基板32位于上表面侧。
接着，如图11M所示，通过研削和研磨半导体基板32来进行除去处理，直到露出防碎壁53。通过化学机械研磨将半导体基板32的表面最终处理为光滑而平坦。
这里，在该实施例的除去处理中，在进行半导体基板32的除去时，防碎壁53露出。防碎壁53的暴露使得能够检测出背面研削的端点。
另外，由于在上述过程中光接收部33被形成为比防碎壁53更浅(在该情况下由于半导体基板32翻转，所以光接收部33被形成为更短)，所以除去处理不会影响光接收部33。
接着，在半导体基板32的背面上形成遮光膜(未示出)，并且进行图形化处理，在与光接收部33对应的区域中形成可见光导入开口。另外，通过CVD方法在遮光膜上形成具有透光性能的钝化膜35，并且形成滤色器36和微透镜37。因此，可以获得在图11N中所示的固体摄像器件。
在切割线3处切割晶片级半导体基板32，分成多个单独芯片，并且对这些芯片分别安装、粘贴和封装，由此构成各个单独的固体摄像元件。
由于在应用本发明实施例的固体摄像器件中形成有防碎壁53，所以可以防止在用刀片切割时碎化到达固体摄像元件，因此能够抑制切割产率降低。
也就是说，如图17A所示，当在半导体基板32和布线层38之间的界面处传播的碎化C到达防碎壁53时，传播方向改变，即可以让碎化C向着上层而远离。因此，可以防止碎化C到达固体摄像元件。
另外，保护环54被设置成在应用本发明实施例的固体摄像器件中比防碎壁53更靠近刀片区域，从而可以预期在布线层38内传播的碎化得到非常有效的抑制。
也就是说，如图17B所示，认为到达保护环54的碎化C将其传播方向改变为朝着半导体基板32侧，并且在半导体基板32和布线层38之间的界面处传播。因此，通过将保护环54设置成比防碎壁53更靠近刀片区域，也能够在防碎壁53处抑制改变传播方向之后的碎化C。
2.另一实施例
半导体器件的结构
图12为示意性地显示出应用本发明另一实施例的半导体器件的示例的截面图。在图12所示的半导体器件66中，形成有多个半导体元件(半导体芯片)63，并且在半导体元件63之间的间隙处设有切割线3。另外，在切割线3中设有刀片区域4。
半导体元件63主要由半导体支撑基板61、半导体基板62和布线层67构成。布线层67由布线层67A和布线层67B构成。
半导体支撑基板61由n型硅制成。半导体支撑基板61包括元件形成层，在元件形成层中，形成有诸如逻辑元件、有源元件和无源元件等器件(例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))。
在半导体支撑基板61的一个表面上，形成有按照多层方式相对于这些器件进行电气布线的布线层67A。
同样，半导体基板62也由n型硅制成。另外，半导体基板62也包括元件形成层，在元件形成层中，形成有诸如逻辑元件、有源元件和光接收元件等器件(例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))。
另外，在半导体基板62的一个表面上，形成有按照多层方式相对于这些器件进行电气布线的布线层67B。
布线层67A和布线层67B用粘合剂(未示出)粘贴在一起。
这里，在半导体基板62中在彼此相邻的半导体元件63之间的间隙中，形成有作为在那里切割出各个半导体元件63的区域的切割线3，并且在切割线3中形成有防碎壁53和保护环54(参见图12)。
具体地说，在半导体基板62中，防碎壁53在切割线3中形成在刀片区域4的两侧。另外，在布线层67B中，保护环54在切割线3中形成在刀片区域4的两侧。
另外，同样在布线层67A中，保护环54在切割线3中形成在刀片区域4的两侧。
切割线3的宽度根据刀片区域4的宽度、保护环54的宽度和防碎壁53的宽度来确定，并且大约为50μm～200μm。刀片区域4的宽度考虑刀片宽度和刀片的变化来确定，从而设定为大约30μm～80μm。
保护环54在半导体元件63的布线层67A和67B的形成过程中同时形成，并且主要由与布线相同的材料(例如铝、铜或钨等)制成。保护环54用来抑制碎化在布线层67A和67B内的传播，并抑制从半导体芯片侧的壁吸湿，并且保护环54的宽度设定为大约3μm～20μm。
防碎壁53是这样形成的：以贯穿元件形成层的方式形成凹槽，并且用预定材料(例如，绝缘膜、导电膜或由绝缘膜和导电膜构成的层叠膜)填充该凹槽。可替换地，如与前面所述的实施例的情况一样，凹槽的整个内部可以为中空的(即，凹槽没有填充任何东西)，或者凹槽的一部分可以填充有预定材料。
制造方法
下面说明用于制造上述结构的半导体器件的方法。即，说明制造应用本发明另一实施例的半导体器件的方法的示例。
在制造应用本发明另一实施例的半导体器件的方法的示例中，如图13A所示，首先，通过表面氧化方法形成层叠在半导体基板(n型半导体基板)62上的绝缘膜57。
接着，形成层叠在绝缘膜57上的例如用作硬掩模层的氮化硅层58，并且进一步形成层叠在氮化硅层58上的抗蚀剂膜59(参见图13B)。
随后，采用通用光刻和蚀刻技术在抗蚀剂膜59上形成图形(参见图13C)。
接着，如图13D所示，通过采用抗蚀剂膜59作为蚀刻掩模来处理氮化硅层58以便形成凹槽图形，然后除去抗蚀剂膜59。
随后，如图14E所示，通过采用形成有凹槽图形的氮化硅层58作为蚀刻掩模来对绝缘膜57和半导体基板62进行除去处理，在半导体基板62中形成具有底部的凹槽55。
这里，凹槽55被形成为其深度与削薄之后的半导体基板62的厚度相等。
尽管在该实施例的示例中在后述的时刻除去氮化硅层58，但是可以在半导体基板62中形成具有底部的凹槽55之后立即除去氮化硅层58。
接着，如图14F所示，在氮化硅层58上形成绝缘膜60，使绝缘膜60填充凹槽55。
随后，进行采用化学机械研磨(CMP)等方法的除去处理，除去氮化硅层58上的绝缘膜60(参见图14G)。
这里，凹槽55内的绝缘膜60没有被除去处理除去而是留在凹槽55内，因此能够形成防碎壁53。
接着，如图14H所示，通过湿式蚀刻处理来除去氮化硅层58和绝缘膜57。
通过除去氮化硅层58和绝缘膜57，绝缘膜60从半导体基板62的表面突出。
随后，在半导体基板62的表面上形成元件隔离区域71。具体地说，在半导体基板62的表面上形成隔离凹槽，然后例如用氧化硅制成的绝缘膜填充该隔离凹槽，形成元件隔离区域71。通过该元件隔离区域71，在半导体基板62的表面上限定出有源区域。
接着，例如，在由元件隔离区域71包围的有源区域中形成MOSFET72。该MOSFET 72由源极/漏极区域73、栅极绝缘膜74和栅极电极75构成。
这里，通过在半导体基板62中离子注入所需杂质(例如在MOSFET 72为n沟道型MOSFET时离子注入磷(P)或砷(As)，或者在MOSFET 72为p沟道型MOSFET时离子注入硼(B))形成源极/漏极区域73。栅极绝缘膜74例如由氧化硅制成，并且形成在半导体基板62的表面上。另外，栅极电极75例如由具有低电阻的多晶硅制成，并且形成在栅极绝缘膜74上。
随后，在半导体基板62的表面上重复进行绝缘膜的形成和布线的形成以便形成布线层67B。与布线层67B同时形成保护环54(参见图15I)。
之后，将如上获得的基板称为粘贴基板76。也就是说，为了便于说明，将形成有布线层67B的半导体基板62称为粘贴基板76。
随后，如图15J所示，通过研削和研磨半导体基板62来进行除去处理直到露出防碎壁53。通过化学机械研磨将半导体基板62的表面最终处理为光滑而平坦。
与上述实施例的情况一样，防碎壁53的暴露使得能够检测出背面研削的端点。
接着，通过与粘贴基板76的制造过程相同的过程制造出图16K所示的粘贴支撑基板77。但是，粘贴支撑基板77的制造不包括防碎壁53的形成过程。
之后，如图16L所示，将粘贴基板76和粘贴支撑基板77加热，并且例如用粘合剂(未示出)粘贴。因此，可以获得在图12中所示的半导体器件。
粘合剂材料的示例包括环氧树脂、干膜、苯并环丁烯(BCB)、聚酰亚胺和UV固化树脂等。
在切割线3处切割晶片级半导体基板62，分成多个单独芯片，并且对这些芯片分别安装、粘贴和封装，由此构成各个单独的固体摄像元件。
由于在应用本发明另一实施例的固体摄像器件中形成有防碎壁53，所以可以防止在用刀片切割时碎化到达固体摄像元件，因此能够抑制切割产率降低。
也就是说，当在半导体基板62和布线层67B之间的界面处传播的碎化C到达防碎壁53时，传播方向改变，即，可以让碎化C向着上层而远离。因此，可以防止碎化C到达固体摄像元件(参见图17A)。
另外，保护环54被设置成在应用本发明另一实施例的固体摄像器件中比防碎壁53更靠近刀片区域，从而可以预期在布线层67A和67B内传播的碎化得到非常有效的抑制。
也就是说，认为到达保护环54的碎化C将传播方向改变为朝着半导体基板62侧，并且在半导体基板62和布线层67B之间的界面处传播。因此，通过将保护环54设置成比防碎壁53更靠近刀片区域，在防碎壁53处也能够抑制传播方向改变之后的碎化C(参见图17B)。
3.变形例
关于保护环
在上述实施例的示例中，不仅形成有防碎壁53而且还形成有保护环54。
但是，如果通过利用防碎壁53来抑制在半导体基板和布线层之间的界面处的碎化就足以实现切割产率的提高，则不必形成保护环54。
但是，认为保护环54的形成能够抑制碎化在布线层内的传播，并且能够实现切割产率的进一步提高。因此，优选也形成保护环54。
关于防碎壁和保护环之间的位置关系
在上述实施例的示例中，保护环54形成在刀片区域4的两侧，并且防碎壁53形成在保护环54的外侧。
但是，只要能够抑制碎化传播至固体摄像元件和半导体元件，则可以采用任何位置关系。防碎壁53可以形成在刀片区域4的两侧，并且保护环54可以形成在防碎壁53的外侧。
但是，上述位置关系是优选的，以便有效抑制到达保护环54、改变传播方向且在半导体基板和布线层之间的界面处传播的碎化。也就是说，优选的是，保护环54形成在刀片区域4的两侧，并且防碎壁53形成在保护环54的外侧。
关于防碎壁和保护环的数量
在上述实施例的示例中，在刀片区域4和半导体芯片之间形成有单个防碎壁53。但是，在形成有多个防碎壁和保护环时，能够改善碎化抑制效果。
另一方面，在增加所形成的防碎壁和保护环的数量时，切割线3会不必要地扩大，这是不利的。
因此，尽管防碎壁53和保护环54的数量没有特别限制，但是应该根据切割线3的区域来确定该数量。
关于保护环的形成区域
在首先说明的实施例的示例中，保护环形成在布线层的几乎整个区域中。另一方面，在后来说明的实施例的示例中，在布线层67A中位于半导体支撑基板侧的一部分区域以及在布线层67B中位于半导体基板侧的一部分区域中没有形成保护环。
这里，从抑制碎化的角度看，保护环优选形成在布线层的几乎整个区域中，但是不必要求保护环形成在布线层的整个区域中。
关于滤色器
在首先说明的实施例的示例中，采用具有RGB拜耳排列的滤色器36。但是，可以采用有机光电转换膜来提高颜色再现性并实现具有高精细度的固体摄像元件2。
图18示意性地显示出首先说明的实施例的变形例。在图18所示的固体摄像元件2中，有机光电转换膜82被形成为层叠在钝化膜35上，另外，有机滤色器层84形成在有机光电转换膜82上，在有机滤色器层84和有机光电转换膜82之间夹着隔离层83。
有机滤色器层84被形成与光接收部33对应。例如，为了获取蓝色(B)和红色(R)，有机滤色器层84被形成为使青色有机滤色器层84C和黄色有机滤色器层84Y按照方格状布置。另外，将入射光聚集在各个光接收部33上的微透镜37形成在各个有机滤色器层84上。
有机光电转换膜82的绿色(G)着色物质的示例包括若丹明着色物质、酞菁类衍生物、喹吖啶酮、曙红-Y以及由部花青及其衍生物代表的次甲基染料。
该变形例的固体摄像器件1从有机光电转换膜82中获取绿色(G)信号，并且从青色有机滤色器层84和黄色有机滤色器层84的组合中获取红色(R)和蓝色(B)。
下面将参照图19A和图19B对有机光电转换膜82的平面布置(编码)和有机滤色器层84的平面布置的示例进行说明。
如图19A所示，用于获取绿色(G)的有机光电转换膜82布置在所有像素中。如图19B所示，青色有机滤色器层84C和黄色有机滤色器层84Y按照方格状布置。通过下面的原理获得蓝色(B)和红色(R)分量的分光。
也就是说，在获取蓝色(B)时，通过用青色有机滤色器层84C进行吸收来除去红色(R)分量，随后通过用绿色(G)有机光电转换膜82进行吸收来除去绿色(G)分量，因此可以通过留下的蓝色(B)分量来获得蓝色(B)。
另一方面，在获取红色(R)时，通过用黄色有机滤色器层84Y进行吸收来除去蓝色(B)分量，随后通过用绿色(G)有机光电转换膜82进行吸收来除去绿色(G)分量，因此可以通过留下的红色(R)分量来获得红色(R)。
通过上述的结构，可以输出绿色(G)、蓝色(B)和红色(R)的单独颜色信号。
这里，青色有机滤色器层84C和黄色有机滤色器层84Y按照所谓的方格状布置方式布置，因而空间亮度和色度分辨率稍微降低。但是，能够明显提高颜色再现性。
本领域的技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明所附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合及改变。

Claims (8)

1.一种固体摄像器件，所述固体摄像器件包括：
半导体基板，它被构造为包括固体摄像元件和切割线区域，所述固体摄像元件设有光电转换区域，并且所述切割线区域沿着所述固体摄像元件的周边设置；
布线层，它被形成为层叠在所述半导体基板上；
支撑基板，它被形成为层叠在所述布线层上；以及
凹槽，它在所述半导体基板中被设置在所述切割线区域中的刀片区域与所述固体摄像元件之间并且贯穿所述半导体基板。
2.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述布线层包括保护环层，所述保护环层被设置在这样的区域中：所述区域与位于所述半导体基板的所述切割线区域中的所述刀片区域和所述固体摄像元件之间的区域对应。
3.如权利要求2所述的固体摄像器件，其中，所述保护环层设在与位于所述半导体基板的所述刀片区域和所述凹槽之间的区域对应的区域中。
4.如权利要求1、2和3中任一项所述的固体摄像器件，其中，所述凹槽的至少一部分填充有预定材料。
5.如权利要求1、2和3中任一项所述的固体摄像器件，其中，整个所述凹槽填充有预定材料。
6.一种制造固体摄像器件的方法，所述方法包括以下步骤：
在半导体基板中形成包括有光电转换区域的固体摄像元件；
在所述半导体基板中在切割线区域中的刀片区域与所述固体摄像元件的形成区域之间形成具有底部的凹槽；
在所述凹槽中填充预定材料；
在所述半导体基板的形成有填充了预定材料的所述凹槽一侧的表面上形成并层叠布线层；并且
从所述半导体基板的与面对所述布线层的表面相反的表面将所述半导体基板削薄，以便除去所述凹槽的底部。
7.一种制造固体摄像元件的方法，所述方法包括以下步骤：
在半导体基板中形成包括有光电转换区域的固体摄像元件；
在所述半导体基板中在切割线区域中的刀片区域与所述固体摄像元件的形成区域之间形成具有底部的凹槽；
在所述凹槽中填充预定材料；
在所述半导体基板的形成有填充了预定材料的所述凹槽一侧的表面上形成并层叠布线层；
从所述半导体基板的与面对所述布线层的表面相反的表面将所述半导体基板削薄，以便除去所述凹槽的底部；并且
在所述刀片区域处切割已削薄的所述半导体基板。
8.一种半导体器件，所述半导体器件包括：
第一半导体基板，它被构造为包括半导体芯片和切割线区域，所述切割线区域沿着所述半导体芯片的周边设置；
布线层，它被形成为层叠在所述第一半导体基板上；
第二半导体基板，它被形成为层叠在所述布线层上；以及
凹槽，它在所述第一半导体基板中被设置在所述切割线区域中的刀片区域与所述半导体芯片之间并且贯穿所述第一半导体基板。
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