CN102544034A - 固态摄像器件和半导体器件及其制造方法以及电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固态摄像器件和半导体器件及它们的制造方法以及电子装置。所述固态摄像器件包括：摄像元件，其包括第一半导体基板、形成在所述第一半导体基板的表面上的第一布线层和形成在所述第一布线层的上部的第一金属层；及逻辑元件，其包括第二半导体基板、形成在所述第二半导体基板的表面上的第二布线层和形成在所述第二布线层的上部的第二金属层，且所述逻辑元件层叠到所述摄像元件，使得所述第一金属层和所述第二金属层彼此接合。本发明能够在上部和下部元件之间容易地形成屏蔽层，从而减小了产生于上部和下部元件之间的电磁波或串扰的影响。

Description

固态摄像器件和半导体器件及其制造方法以及电子装置
相关申请的交叉参考
本申请包含与2010年10月27日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2010-241491的公开内容相关的主题，在这里将该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及诸如固态摄像器件等半导体器件及其制造方法和诸如包括固态摄像器件的相机等电子装置。
背景技术
近年来，由于LSI(大规模集成电路)的高度集成，内部布线的小型化和多层化得到发展。然而，由于小型化导致的半导体制造装置的高成本极大影响了LSI的成本。此外，还进行在单个芯片上混合并布置逻辑电路、存储器、摄像器件等的方法。然而，为了最大地保持各个器件的工艺特性的同时进行混合和布置，工艺的复杂化和成本的增加不可避免。
在此情况下，进行如下方法。即，通过接合并层叠晶片级和芯片级的单功能LSI(逻辑电路、存储器及摄像元件)，在不牺牲高性能LSI的集成度的情况下实现了单个芯片。同时，如下结构也受到关注，即，该结构通过通孔(其粘合有绝缘膜，并贯穿绝缘膜)实现了层叠的晶片或芯片之间的电导通。然而，当半导体元件彼此接近时，将发生诸如串扰以及由交互元件(mutual elements)的操作产生的电磁波影响等问题。此外，还存在由交互元件的操作产生的热量所导致的故障这一问题。
特别地，当摄像元件和图像处理元件层叠时，在摄像元件中出现诸如由于图像处理元件产生的热量而导致的暗电流增加和白噪声增加等问题。此外，当逻辑电路(金属布线)布置在摄像元件下方时，入射光在金属布线层处受到反射，反射光返回到光电转换区域，同样出现影响摄像性能的问题。
对于解决上述问题的方法，在日本专利No.4379295中，提出了一种如下结构：将具有贯穿电极的导电金属板布置在交互元件之间。然而，在该结构中，出现诸如制造步骤增加及成本增加等问题、诸如元件难以小型化等问题或诸如难以应用晶片至晶片的接合等问题。
发明内容
鉴于上述问题，在层叠并形成有不同功能元件的半导体器件或固态摄像器件中，期望提供一种能够容易在上层和下层元件之间形成屏蔽层的制造方法。此外，还期望提供能够减小在上层和下层元件之间产生的电磁波或串扰的影响的半导体器件或固态摄像器件。另外，还期望提供一种采用上述固态摄像器件的电子装置。
本发明的一个实施例提供了一种固态摄像器件，所述固态摄像器件包括：摄像元件，其包括第一半导体基板、形成在所述第一半导体基板的表面上的第一布线层和形成在所述第一布线层的上部的第一金属层，在所述摄像元件中，作为感光表面的像素区域形成在所述第一半导体基板的背面侧；及逻辑元件，其包括第二半导体基板、形成在所述第二半导体基板的表面上的第二布线层和形成在所述第二布线层的上部的第二金属层，且所述逻辑元件层叠到所述摄像元件，使得所述第一金属层和所述第二金属层彼此接合。另外，所述第一金属层和所述第二金属层形成在除形成有贯穿电极层的区域之外的区域上，所述贯穿电极层贯穿所述摄像元件和所述逻辑元件的接合表面。
本发明的另一实施例提供了一种半导体器件，所述半导体器件包括：第一半导体元件，其包括第一半导体基板、形成在所述第一半导体基板的表面上的第一布线层及形成在所述第一布线层的上部的第一金属层，在所述第一半导体元件中形成有第一半导体集成电路；及第二半导体元件，其包括第二半导体基板、形成在所述第二半导体基板的表面上的第二布线层及形成在所述第二布线层的上部的第二金属层，在所述第二半导体元件中形成有第二半导体集成电路，且所述第二半导体元件层叠到所述第一半导体元件，使得所述第一金属层和所述第二金属层彼此接合。另外，所述第一金属层和所述第二金属层形成在除形成有贯穿电极层的区域之外的区域上，所述贯穿电极层贯穿所述第一半导体元件和所述第二半导体元件的接合表面。
在本发明实施例的固态摄像器件或半导体器件中，层叠两个元件，使得形成在这两个层叠元件上的第一金属层和第二金属层彼此接合。由于第一金属层和第二金属层彼此接合的原因，第一金属层和第二金属层充当屏蔽层。由此，减小了层叠元件之间的电磁波和串扰的影响。
本发明的再一实施例提供了一种固态摄像器件的制造方法，所述制造方法包括：在第一半导体基板的表面上形成第一布线层，在所述第一布线层的上部形成表面暴露的第一金属层，并形成包括像素区域的摄像元件；在第二半导体基板的表面上形成第二布线层，在所述第二布线层的上部形成表面暴露的第二金属层，并形成具有信号处理电路的逻辑元件，所述信号处理电路对在所述像素区域处产生的信号电荷进行处理；以及层叠所述摄像元件和所述逻辑元件，使得所述第一金属层和所述第二金属层彼此接合。此外，所述第一金属层和所述第二金属层形成在除形成有贯穿电极层的区域之外的区域上，所述贯穿电极层贯穿所述摄像元件和所述逻辑元件的接合表面。
本发明的又一实施例提供了一种半导体器件的制造方法，所述制造方法包括：在第一半导体基板的表面上形成第一布线层，在所述第一布线层的上部形成表面暴露的第一金属层，并形成包括第一半导体集成电路的第一半导体元件；在第二半导体基板的表面上形成第二布线层，在所述第二布线层的上部形成表面暴露的第二金属层，并形成包括第二半导体集成电路的第二半导体元件；以及层叠所述第一半导体元件和所述第二半导体元件，使得所述第一金属层和所述第二金属层彼此接合。此外，所述第一金属层和所述第二金属层形成在除形成有贯穿电极层的区域之外的区域上，所述贯穿电极层贯穿所述第一半导体元件和所述第二半导体元件的接合表面。
在本发明实施例的半导体器件或固态摄像器件的制造方法中，由于形成在两个元件上的第一金属层和第二金属层彼此接合，所以使得这两个元件层叠。由此，能够容易地进行层叠。此外，第一金属层和第二金属层在所述层叠元件之间充当屏蔽层。由此，减小了层叠元件之间的电磁波和串扰的影响。
本发明的另外一实施例提供了一种电子装置，所述电子装置包括：光学透镜；上述实施例中的固态摄像器件，聚集到所述光学透镜的光入射到所述固态摄像器件中；及信号处理电路，其处理输出自所述固态摄像器件的输出信号。
根据本发明的上述实施例，在层叠有不同功能元件的半导体器件或固态摄像器件中，在上部和下部元件之间能够容易形成屏蔽层，从而减小了产生于上部和下部元件之间的电磁波响或串扰的影响。此外，通过采用上述固态摄像器件，获得了具有改善图像质量的电子装置。
附图说明
图1是本发明第一实施例的固态摄像器件的整体结构图。
图2A是相关技术中固态摄像器件的结构图，图2B和2C是本发明实施例的固态摄像器件的结构图。
图3是表示本发明第一实施例的固态摄像器件的剖面结构图。
图4A和4B是表示本发明第一实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图，图4A表示摄像元件的剖面，图4B是逻辑元件的剖面图。
图5A和5B是表示本发明第一实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图，图5A是摄像元件的剖面图，图5B是逻辑元件的剖面图。
图6A和6B是表示本发明第一实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图，图6A是摄像元件的剖面图，图6B是逻辑元件的剖面图。
图7A和7B是表示本发明第一实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图，图7A是摄像元件的剖面图，图7B是逻辑元件的剖面图。
图8A和8B是表示本发明第一实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图，图8A是摄像元件的剖面图，图8B是逻辑元件的剖面图。
图9是表示本发明第一实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图。
图10是表示本发明第一实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图。
图11是表示本发明第一实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图。
图12是表示本发明第一实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图。
图13A和13B是表示本发明第二实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图，图13A是摄像元件的剖面图，图13B是逻辑元件的剖面图。
图14A和14B是表示本发明第二实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图，图14A是摄像元件的剖面图，图14B是逻辑元件的剖面图。
图15A和15B是表示本发明第二实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图，图15A是摄像元件的剖面图，图15B是逻辑元件的剖面图。
图16A和16B是表示本发明第二实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图，图16A是摄像元件的剖面图，图16B是逻辑元件的剖面图。
图17是本发明第二实施例的固态摄像器件的剖面结构图。
图18A和18B是表示本发明第三实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图，图18A是摄像元件的剖面图，图18B是逻辑元件的剖面图。
图19是本发明第三实施例的固态摄像器件的剖面结构图。
图20是本发明第四实施例的固态摄像器件的剖面结构图。
图21A和21B是表示本发明第五实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图，图21A是摄像元件的剖面图，图21B是逻辑元件的剖面图。
图22是表示本发明第五实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图。
图23A和23B是表示本发明第六实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图，图23A是摄像元件的剖面图，图23B是逻辑元件的剖面图。
图24A和24B是表示本发明第六实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图，图24A是摄像元件的剖面图，图24B是逻辑元件的剖面图。
图25是表示本发明第六实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图。
图26是表示本发明第六实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图。
图27是表示本发明第六实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图。
图28是本发明第七实施例的固态摄像器件的剖面结构图。
图29是本发明第八实施例的固态摄像器件的剖面结构图。
图30A和30B是表示本发明第八实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图，图30A是摄像元件的剖面图，图30B是逻辑元件的剖面图。
图31是表示本发明第八实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图。
图32是本发明第九实施例的电子装置的结构图。
具体实施方式
以下将参照附图1-32说明本发明实施例的固态摄像器件及电子装置的示例。以下述顺序说明本发明的实施例。此外，本发明不限于下述示例。
1、第一实施例：背侧照射型MOS固态摄像器件
1-1、整体结构
1-2、主要部分的剖面结构
1-3、制造方法
2、第二实施例：背侧照射型MOS固态摄像器件
3、第三实施例：背侧照射型MOS固态摄像器件
4、第四实施例：背侧照射型MOS固态摄像器件
5、第五实施例：背侧照射型MOS固态摄像器件
6、第六实施例：背侧照射型MOS固态摄像器件
7、第七实施例：背侧照射型MOS固态摄像器件
8、第八实施例：背侧照射型MOS固态摄像器件
9、第九实施例：电子装置
1、第一实施例：背侧照射型MOS固态摄像器件
1-1、整体结构
图1是本发明第一实施例的MOS固态摄像器件的整体结构图。MOS固态摄像器件应用于下述各实施例的固态摄像器件。
例如，固态摄像器件1包括像素区域(所谓的像素阵列)3、硅基板及外围电路部，在像素区域3中，包括多个光电转换部的像素2在半导体基板(未图示)上规则地布置成二维阵列形式。例如，像素2包括多个像素晶体管(所谓的MOS晶体管)和用作光电转换部的光电二极管。
例如，多个像素晶体管可包括传输晶体管、复位晶体管及放大晶体管这三个晶体管。此外，多个像素晶体管也可由四个晶体管构成，即，在上述三个晶体管中增加选择晶体管。通常，由于单元像素的等效电路彼此相似，所以省略了其详细说明。像素2可由单个单元像素构成。此外，像素2也可以是共用像素结构。在该共用像素中，多个光电二极管共用除传输晶体管和构成传输晶体管的浮动扩散部以外的其它晶体管。
外围电路部包括垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7、控制电路8等。
控制电路8接收用于控制输入时钟和操作模式等的数据，或输出诸如固态摄像器件的内部信息等数据。即，控制电路8基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟等产生作为垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6的操作基准的时钟信号或控制信号。此外，上述时钟信号或控制信号也输入到垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等。
例如，垂直驱动电路4包括移位寄存器，并选择像素驱动布线。此外，垂直驱动电路4向所选择的像素驱动布线提供用于驱动像素的脉冲，并以行为单位驱动像素。即，垂直驱动电路4以行为单位在垂直方向上顺序选择性地扫描像素区域3的各个像素2。此外，垂直驱动电路4通过垂直信号线9向列信号处理电路5提供基于信号电荷的像素信号，例如，根据构成各个像素2的光电转换部的光电二极管中接收的光的量产生信号电荷。
例如，列信号处理电路5设置在像素2的各列处，其在各个像素列处对输出自一行像素2的信号进行诸如噪声移除或信号放大等信号处理。即，列信号处理电路5进行诸如CDS、信号放大或AD转换等用于移除像素2的特定固定模式噪声(fixed pattern noise)的信号处理。在列信号处理电路5的输出端中，水平选择开关(未图示)连接并安装在水平信号线10之间。
例如，水平驱动电路6包括移位寄存器，其通过顺序输出水平扫描脉冲来顺序选择各个列信号处理电路5，并将来自列信号处理电路5的像素信号输出至水平信号线10。
输出电路7对通过水平信号线10顺序提供自列信号处理电路5的信号执行信号处理，并输出处理后的信号。例如，在信号处理中，可仅进行缓冲，或进行黑电平调整、列差异修正及各种数字信号处理等。输入/输出端子12与外部进行信号交换。
接着，将说明本实施例的MOS固态摄像器件的结构。图2A是相关技术中固态摄像器件的结构图，图2B和2C是本实施例的固态摄像器件1的结构图。
如图2A所示，在相关技术的固态摄像器件151中，像素区域153、控制电路154及进行信号处理的逻辑电路155安装在单个半导体芯片152上。通常，图像传感器156包括像素区域153及控制电路154。
相比较而言，如图2B所示，在本实施例的固态摄像器件1中，像素区域23及控制电路24安装在第一半导体芯片部22上，而逻辑电路25(包括进行信号处理的信号处理电路)安装在第二半导体芯片部26上。第一半导体芯片部22和第二半导体芯片部26彼此电连接，并构成作为单个半导体芯片的MOS型固态摄像器件1。
如图2C所示，在本实施例的其它示例的固态摄像器件1中，像素区域23安装在第一半导体芯片部22上，控制电路24及包括信号处理电路的逻辑电路25安装在第二半导体芯片部26上。第一半导体芯片部22和第二半导体芯片部26彼此电连接，并构成作为单个半导体芯片的MOS型固态摄像器件1。
图2B和图2C所示的固态摄像器件1的特征在于：包括上面层叠有不同类型的半导体芯片的结构，且包括固态摄像器件1的制造方法以及基于该制造方法获得的结构。
在下文中，将说明本实施例的固态摄像器件1的主要部分的结构及其制造方法。
1-2、主要部分的剖面结构
图3是本实施例的固态摄像器件的主要部分的剖面结构图。如图2B所示，图3表示层叠有第一半导体芯片部(以下称为“摄像元件22”)和第二半导体芯片部(以下称为“逻辑元件26”)的示例，在第一半导体芯片部上安装有像素区域和控制区域，在第二半导体芯片部上安装有包括信号处理电路的逻辑电路。
此外，在下文中，对其上形成有像素区域的类晶片元件与通过将类晶片元件切割成芯片形状而形成的第一半导体芯片部不作区分，且均称为“摄像元件”。类似地，对其上形成有诸如信号处理电路或存储器等逻辑电路的类晶片元件与通过将类晶片元件切割成芯片形状而形成的第二半导体芯片部不作区分，且均称为“逻辑元件”。
如图3所示，摄像元件22和逻辑元件26层叠并构成本实施例的固态摄像器件1。在图3中，示出了摄像元件22中的像素区域和形成在像素区域外围的控制电路的剖面。
摄像元件22包括具有光电转换部33的第一半导体基板27、形成在第一半导体基板27的表面上的第一布线层30、形成在第一布线层30的与第一半导体基板27相对的一侧的表面上的第一金属层31、及第一绝缘部51。
光电转换部33包括光电二极管(PD)，其根据感光量产生信号电荷。此外，多个像素晶体管(未图示)形成在第一半导体基板27的表面侧。
第一布线层30包括多层(图3中为两层)的布线28，布线28经由层间绝缘膜29形成在第一半导体基板27的表面上。在第一布线层30中，接触部34连接在预定布线之间或布线28与像素晶体管(未图示)之间。在摄像元件22中，图2B所示的像素区域23和控制电路24包括光电转换部33、像素晶体管及第一布线层30。
第一金属层31和第一绝缘部51形成在第一布线层30的与面对第一半导体基板27的一侧相对的一侧的表面上，并形成在同一层上。绝缘部51仅形成在下述贯穿电极层42和40所贯穿的区域中，并形成为其直径大于贯穿电极42和40的直径。第一金属层31形成在第一布线层30的其上未形成第一绝缘部51的上部，并形成为与第一绝缘部51的表面齐平。此外，阻挡金属层38形成在第一金属层31与第一布线层30之间以及第一金属层31与第一绝缘部51之间。
逻辑元件26包括形成有期望晶体管(未图示)的第二半导体基板45、形成在第二半导体基板45表面上的第二布线层48、形成在第二布线层48的上部的第二金属层32、及第二绝缘部52。
第二布线层48包括多层(图3中为三层)的布线46，布线46经由层间绝缘膜47形成在第一半导体基板45的表面上。在第二布线层48中，接触部49连接在预定布线之间或布线46与像素晶体管(未图示)之间。在逻辑元件26中，如图2B所示，包括信号处理电路(其对摄像元件22所产生的像素信号进行处理)的逻辑电路25包括形成在第二半导体基板45上的晶体管和第二布线层48。
第二金属层32和第二绝缘部52形成在第二布线层48的上部，且形成在同一层上。类似于第一绝缘部51，第二绝缘部52仅形成在下述贯穿电极层40和42所贯穿的区域处，并形成为其直径大于贯穿电极42和40的直径。第二金属层32形成在第二布线层48的未形成有第二绝缘部52的上部，并形成为与第二绝缘部52的表面齐平。此外，阻挡金属层53形成在第二金属层32与第二布线层48之间以及第二金属层32与第二绝缘部52之间。
在本实施例的固态摄像器件1中，当接合摄像元件22和逻辑元件26时，上述第二金属层32、第二绝缘部52的表面、第一金属层31和第一绝缘部51的表面成为接合表面。此外，接合后的第一金属层31和第二金属层32构成屏蔽层58，屏蔽层58在摄像元件22与逻辑元件26之间进行电屏蔽。
优选地，构成屏蔽层58的第一金属层31和第二金属层32特别地形成在像素区域的整个表面上，并形成在未形成有第一绝缘部51和第二绝缘部52的整个表面上。为了提高屏蔽层58的屏蔽效果，优选地，第一绝缘部51和第二绝缘部52以最小必要区域形成在像素区域的外围部中。此外，为了获得光学屏蔽效果，优选地，在Cu的情况下，包括第一金属层31和第二金属层32的屏蔽层58的厚度形成为200nm以上。
其后，屏蔽层58需具有电屏蔽(噪声消除措施)功能及光学屏蔽(屏蔽措施)功能。在Cu用于屏蔽层58的情况下，在电学方面，能够通过厚度约200nm的布线层获得电屏蔽效果。然而，测试数据显示，光学屏蔽(光遮蔽)需要225nm以上的膜厚度。由此，需要厚度为200nm以上的Cu，以获得光学屏蔽。因此，由于该膜厚度也不足以将由Cu构成的布线用作屏蔽膜，所以如本实施例，将厚度为200nm以上的屏蔽层58形成为分离结构。
在本实施例的固态摄像器件1中，上面层叠有摄像元件22的侧面成为光入射表面，第一半导体基板27的形成有光电转换部33的背面侧成为感光表面。此外，滤色层36经由保护膜35形成在第一半导体基板27的背面(感光表面)，片上微透镜37相对各个像素形成在滤色层36的上面形成有像素区域的上部。
此外，在本实施例的固态摄像器件1中，贯穿电极层40和42形成为从摄像元件22的感光表面侧起贯穿第一半导体基板27、第一布线层30、第一绝缘部51及第二绝缘部52，并到达逻辑元件26的第二布线层48的布线46。此外，贯穿电极层41形成为从摄像元件22的感光表面侧起贯穿第一半导体基板27，并到达屏蔽层58，贯穿电极层39和43从感光表面侧起形成至第一布线层30的布线28。这些贯穿电极层39-43均形成为贯穿第一半导体基板27，且绝缘膜(未图示)在第一半导体基板27与贯穿电极层39-43之间实现绝缘。
在贯穿电极层中，与第二布线层48的布线46相连接的贯穿电极层40和与第一布线层30的布线28相连接的贯穿电极层39通过形成在保护膜35上的导电电极部44彼此电连接。由此，第一布线层30的布线28和第二布线层48的布线46彼此电连接。
此外，与屏蔽层58相连接的贯穿电极层41、与第一布线层30的布线28相连接的贯穿电极层43和与第二布线层48的布线46相连接的贯穿电极层42暴露于固态摄像器件1的光入射表面。这些贯穿电极层41-43与外部端子在固态摄像器件1的光入射表面中相连接。
在本实施例中，将用于驱动摄像元件22或逻辑元件26的电势提供到贯穿电极层42和43，将地电势提供到与屏蔽层58相连接的贯穿电极层41。
在本实施例的固态摄像器件1中，形成在接合表面上的第一金属层31和第二金属层32用作摄像元件22与逻辑元件26之间的屏蔽层58。即，由于第一金属层31和第二金属层32形成在摄像元件22和逻辑元件26之间，因此能够减小由交互元件的操作产生的电磁波或串扰等的影响。此外，也能够减小由交互元件的操作产生的热量而导致的故障。此外，由于屏蔽层58经由贯穿电极层41与地电势相连接，因此提高了屏蔽功能。
此外，由于第一金属层31和第二金属层32形成在像素区域中的交互元件之间，因此入射光没有入射到下层的逻辑元件26中。由此，能够防止入射光反射到第二布线层48的布线46，以及能够防止反射的光从逻辑元件26一侧入射到光电转换部33中。因此，能够减小混色，并能够提高摄像性能。
1-3、制造方法
接着，将说明本实施例的固态摄像器件1的制造方法。图4A-图12是表示本实施例的固态摄像器件1的制造方法的过程图。
首先，在摄像元件22中，如图4A所示，通过进行期望杂质的离子注入，在第一半导体基板27的像素区域中形成包括光电二极管的光电转换部33。例如，第一半导体基板27的厚度为700μm-800μm，且形成有光电转换部33的区域位于与第一半导体基板27的表面的距离为100μm以下的区域中。
此外，在第一半导体基板27的表面上形成光电转换部33或多个像素晶体管(未图示)之后，在第一半导体基板27的表面上形成第一布线层30。可选择地，通过交替形成层间绝缘膜29和布线28来形成第一布线层30。当在第一布线层30中进行所需布线之间或布线28与像素晶体管(未图示)之间的电连接时，由于接触部34形成在层间绝缘膜29上，从而能够进行上述连接。
另一方面，如图4B所示，在逻辑元件26中，在通过常规LSI过程在第二半导体基板45的表面上形成晶体管(未图示)之后，由于第二布线层48形成在第二半导体基板45的表面上，从而形成了期望的信号处理电路或存储器。也可以与第一布线层30相似的方式形成第二布线层48，通过交替形成层间绝缘膜47和布线46来形成第二布线层48。在第二布线层48中进行期望布线之间或布线46与像素晶体管(未图示)之间的电连接时，由于接触部49形成在层间绝缘膜47上，从而能够进行上述连接。
摄像元件22的像素区域或形成在逻辑元件26中的信号处理电路等的形成过程与固态摄像器件的常规形成过程类似。
此外，在摄像元件22中，在形成覆盖最上层布线28的层间绝缘膜29之后，在第一布线层30的上部形成绝缘材料层54。此外，在逻辑元件26中，类似地，在形成覆盖最上层布线46的层间绝缘膜47之后，在第二布线层48的上部形成绝缘材料层55。绝缘材料层54和55含有的绝缘材料可包括氧化硅、氮化硅或碳化硅。
接着，如图5A和5B所示，在摄像元件22和逻辑元件26中，通过采用常规光刻法来刻蚀绝缘材料层54和55，使得在期望区域中保留凸出的绝缘材料层。在摄像元件22中，凸出的绝缘材料层54构成第一绝缘部51，在逻辑元件26中，凸出的绝缘材料层55构成第二绝缘部52。在后续过程中，当第一绝缘部51和第二绝缘部52在各自表面作为接合表面的情况下彼此接合时，第一绝缘部51和第二绝缘部52形成为具有彼此相对的位置关系。此外，由于第一绝缘部51和第二绝缘部52成为如下区域，即，在该区域中形成有图3所示的贯穿电极层40和42，考虑到组合偏移，优选地，第一绝缘部51和第二绝缘部52形成为其直径比贯穿电极层40和42的直径约大1μm。例如，在本实施例中，由于贯穿电极层40和42的直径为2μm，所以凸出的第一绝缘部51和第二绝缘部52形成为其各自直径为3μm。
接着，如图6A和6B所示，在摄像元件22中，在第一布线层30的上部的包括第一绝缘部51的整个表面上形成阻挡金属层38，此后，在阻挡金属层38上形成金属晶种层(metal seed layer)56a，并在金属晶种层56a上形成用于掩埋第一绝缘部51的电解镀覆层56b。类似地，在逻辑元件26中，在第二布线层48的上部的包括第二绝缘部52的整个表面上形成阻挡金属层53，此后，在阻挡金属层53上形成金属晶种层57a，并在阻挡金属层53上形成用于掩埋第二绝缘部52的电解镀覆层57b。
可在高真空中通过磁控溅射法(magnetron sputtering method)形成阻挡金属层38和53，且例如，阻挡金属层38和53可由钽(Ta)形成。在通过磁控溅射法由钽形成阻挡金属层38和53的情况下，膜形成条件的示例如下：
磁控溅射法(Ta)
功率(DC功率)：5kW
处理气体：流速为100sccm的氩气
压强：0.4Pa
基板温度：150℃
膜厚度：30nm
也可通过采用氮化钽(TaN)来形成阻挡金属层38和53。在通过磁控溅射法由氮化钽形成阻挡金属层38和53的情况下，膜形成条件的示例如下：
磁控溅射法(TaN)
功率(DC功率)：5kW
处理气体：流速为30sccm的氩气，及流速为80sccm的氮气
压强：0.4Pa
基板温度：150℃
膜厚度：30nm
在形成阻挡金属层38和53之后，在高真空中通过相继采用磁控溅射法依次形成金属晶种层56a和57a。金属晶种层56a和57a是在形成电解镀覆层56b和57b时充当粘合层的层，且是由铜(Cu)构成。在本实施例中，金属晶种层56a和57a的形成厚度为20nm。下文说明了金属晶种层56a和57a是由铜形成的情况下的膜形成条件的示例。
磁控溅射法(Cu)
功率(DC功率)：5kW
处理气体：流速为100sccm的氩气
压强：0.4Pa
基板温度：20℃
膜厚度：20nm
在形成金属晶种层56a和57a之后，通过Cu电解镀覆法，将电解镀覆层56b和57b形成为具有覆盖住第一绝缘部51和第二绝缘部52的厚度。此后，说明电解镀覆层56b和57b是由铜形成的情况下的膜形成条件的示例。下述膜形成条件与均具有300nm直径的第一半导体基板27和第二半导体基板45有关。
电解镀覆法(Cu)
电解镀覆溶液：CuSO4(67g/L)、H2SO4(170g/L)、HCl(70ppm)
溶液温度：20℃
电流：20A
膜厚度：3μm
此外，在以期望厚度形成电解镀覆层56b和57b之后，如图7A和7B所示，在摄像元件22和逻辑元件26中，分别通过采用CMP(化学机械研磨)法研磨第一绝缘部51和第二绝缘部52的上部的层。在摄像元件22中，研磨第一绝缘部51的上部的层，直到暴露第一绝缘部51的表面。此外，在逻辑元件26中，研磨第二绝缘部52的上部的层，直到暴露第二绝缘部52的表面。下文说明了对由铜形成的电解镀覆层56b和57b和金属晶种层56a和57a的CMP条件的示例。
CMP条件
研磨压强：210g/cm2
转数：平板：30rpm；研磨头：30rpm
研磨垫：泡沫聚氨酯树脂(Polyurethane Resin)(RODALE公司制造，产品名IC 1400)
悬浮液(slurry)：添加有H2O2(含硅的悬浮液)
流速：200cc/min
温度：25℃-30℃
此外，下文还说明了由钽构成的阻挡金属层38和53的CMP条件。
CMP条件
研磨压力：140g/cm2
转数：平板：30rpm、研磨头：30rpm
研磨垫：泡沫聚胺酯树脂(RODALE公司制造，产品号IC 1400)
悬浮液：添加有H2O2(含硅的悬浮液)
流速：200cc/min
温度：25℃-30℃
由此，在摄像元件22中，在第一布线层30的除第一绝缘部51之外的上部，第一金属层31形成为与第一绝缘部51的表面等高。另一方面，在逻辑元件26中，在第二布线层48的除第二绝缘部52之外的上部，第二金属层32形成为与第二绝缘部52的表面等高。
如图7A和7B所示，氧化膜或有机物质可能贴附在获得的第一金属层31和第二金属层32的表面。在后续过程中，当摄像元件22和逻辑元件26在使第一金属层31和第二金属层32成为接合表面而彼此接合时，氧化膜或有机物质妨碍了金属与金属的接合。
因此，如图8A和8B所示，通过还原性等离子体处理(reductive plasmaprocessing)，来移除贴附在摄像元件22的第一金属层31的表面上和逻辑元件26的第二金属层32的表面上的氧化膜或有机物质。下文说明了采用氢等离子体的还原性条件的示例。
还原性等离子体(氢等离子体)
气体：H2/Ar＝50-100/100-250sccm
微波：400-800W、2.45GHz
压强：0.3-2.0Pa
基板温度：150℃-300℃
时间：1分钟
在上述还原性条件中，通过由电子回旋共振(Electron CyclotronResonance，ECR)产生的氢等离子体来还原形成在由Cu构成的第一金属层31和第二金属层32的表面上的氧化膜。然而，也可采用其它方法激发等离子体。例如，可通过平行平板法(parallel flat plate method)、电感耦合法(inductive coupling method)等产生等离子体。
此外，当移除形成在第一金属层31和第二金属层32表面上的有机物质时，优选地进行以下氨等离子处理。下文说明了氨等离子体的条件示例。
还原性等离子体(氨等离子体)
气体：NH3/Ar＝3-10/80-200sccm
压板功率(Platen Power)：200-500W、13.56MHz
线圈功率：300-800W、13.56MHz
压强：0.3-1.0Pa
基板温度：150℃-300℃.
时间：1分钟
在此处，采用的是电感耦合等离子体(Inductive Coupled Plasma，ICP)法。然而，类似于氢等离子体，也可采用其它等离子体激发方法。此外，通过还原性等离子体处理来清洁第一金属层31和第二金属层32的表面。
接着，如图9所示，层叠摄像元件22和逻辑元件26，使得第一金属层31的表面和第二金属层32的表面成为接合表面。在此过程中，将摄像元件22和逻辑元件26对准成使得第一金属层31与第二金属层32彼此面对并接触。于是，摄像元件22和逻辑元件26通过Cu-Cu接合而彼此接合。在先前过程中，由于第一金属层31和第二金属层32的表面受到清洁，且第一金属层31和第二金属层32彼此接触，所以能够容易使摄像元件22和逻辑元件26彼此接合。此时，第一绝缘部51和第二绝缘部52同样彼此面对，且第一绝缘部51的表面和第二绝缘部52的表面彼此接合。此外，优选地，在第一金属层31和第二金属层32更清洁的状态下进行图9的接合过程，以及优选地在先前过程的还原性等离子体的真空设备中接着进行该接合过程。
此外，在通过相机观察对准标记(alignment mark)(未图示)的同时，进行图9的过程，对准标记形成在与摄像元件22和逻辑元件26的第一金属层31和第二金属层32相同的层上。在摄像元件22中，能够在由于图4A的绝缘材料层54图案化为期望形状而形成第一绝缘部51的同时，在对准标记区域中形成对准标记。类似地，在逻辑元件26中，也能够在由于图4B的绝缘材料层55图案化为期望形状而形成第二绝缘部52的同时，在对准标记区域中形成对准标记。此外，在图9的过程中，例如，由于在观察对准标记的同时调整摄像元件22的位置和逻辑元件26的位置，所以能够高精度地使摄像元件22和逻辑元件26彼此接合。
此外，为了通过第一金属层31和第二金属层32进行高强度的Cu-Cu接合，可进行退火处理。下文说明了进行退火处理的退火条件的示例。
退火条件
气体环境：N2
压强：常压
基板温度：100-400℃
在上述示例中，在氮气环境下进行退火处理。然而，也可在惰性环境(Ar等)、还原性环境(H2、H2/N2形成气体等)等Cu不被氧化的环境中进行退火处理。此外，由于退火处理在约为100-400℃的基板温度下进行的原因，如图10所示，晶体在第一金属层31和第二金属层32之间的界面中结合为一体，从而使Cu-Cu接合具有能够经受后续过程的接合强度。
接着，如图11所示，从构成摄像元件22的第一半导体基板27的背面侧起研磨第一半导体基板27，并将其厚度薄化至几μm至100μm。在薄化过程中，通过研磨器研磨第一半导体基板27。然而，在通过研磨器的研磨来使薄化基板的情况下，基板表面上留有损坏层(损毁层)，且发生诸如基板的机械强度减小、电学性能和光学性能退化等问题。因此，在通过研磨器将基板研磨至一定程度时，优选地，通过与研磨器结合的干式研磨法或采用常规悬浮液的CMP法移除损毁层。
此外，如图11所示，由于从背面侧薄化第一半导体基板27的原因，光电转换部33布置在摄像元件22中的第一半导体基板27的背面侧的邻近位置。此外，在本实施例中，构成摄像元件22的第一半导体基板27的背面侧成为感光表面。即，本实施例的固态摄像器件1为背侧照射型固态摄像器件。
接着，如图12所示，在第一半导体基板27的背面侧形成保护膜35和滤色层36，并形成贯穿第一半导体基板27的贯穿电极层39-43。可在形成保护膜35之后形成贯穿电极层39和40，贯穿电极层39和40通过导电电极部44电连接第一布线层30的布线28和第二布线层48的布线46。此外，可在形成滤色层36之后，从滤色层36的上表面起形成分别与第一金属层31、第二布线层48的布线46和第一布线层30的布线28相连接的贯穿电极层41-43。
当形成贯穿电极层39和40及导电电极部44时，在形成保护膜35之后，在保护膜35的形成有导电电极部44的区域中，从保护膜35的表面起形成未到达第一半导体基板27的预定深度的沟槽。此后，分别形成从沟槽的底部起贯穿第一半导体基板27并到达第一布线层30的布线28的贯穿孔，以及贯穿第一半导体基板27并到达第二布线层48的布线46的贯穿孔。在形成贯穿孔时，在将贯穿孔形成为具有贯穿第一半导体基板27的深度之后，形成绝缘膜以覆盖使第一半导体基板27暴露的贯穿孔的内表面。此后，将贯穿孔进一步形成至预定深度。此后，将诸如Cu等导电材料埋入贯穿孔和沟槽，从而形成导电电极部44和贯穿电极层39和40。此外，第一布线层30的布线28与第二布线层48的布线46通过贯穿电极39和40及导电电极部44彼此电连接。此外，在此情况下，由于暴露于贯穿孔内表面的第一半导体基板27覆盖有绝缘膜(未图示)，所以没有电流从贯穿电极层39和40流至第一半导体基板27。
当形成暴露于滤色层36的表面的贯穿电极层41-43时，在形成滤色层36之后，从滤色层36的表面起形成具有贯穿第一半导体基板27的深度的贯穿孔。此外，在贯穿孔的内表面上形成绝缘膜，由此覆盖在贯穿孔中暴露的第一半导体基板27。在形成绝缘膜之后，将贯穿孔进一步形成至预定深度。由此，分别形成使第一布线层30的布线28暴露的贯穿孔、使屏蔽层58暴露的贯穿孔以及使第二布线层48的布线46暴露的贯穿孔。此外，将电极材料埋入贯穿孔，由此形成贯穿电极层41-43。
贯穿电极层43与第一布线层30的布线28相连接并暴露于表面，其用作从摄像元件22提取信号的电极。此外，贯穿电极层42与第二布线层48的布线46相连接并暴露于表面，其用作从逻辑元件26提取信号的电极。此外，贯穿电极层41与屏蔽层58相连接并暴露于表面，其用作连接至地电势的电极及连接至外界辐射机制的电极。因此，能够减小由摄像元件22和逻辑元件26产生的热量。
此外，在形成期望的贯穿电极层39-42之后，在滤色层36的上部形成对应于各个像素的片上微透镜。由此，完成了本实施例的图3所示的固态摄像器件1。此外，实际上，由于层叠形成有摄像元件22和逻辑元件26的类晶片固态摄像器件切割成各个芯片，所以形成了多个固态摄像器件。
根据本实施例的固态摄像器件1，在摄像元件22中形成第一金属层31，在逻辑元件26中形成第二金属层32，摄像元件22和逻辑元件26彼此接合，使得第一金属层31和第二金属层32的表面成为接合表面。此外，通过Cu-Cu接合容易使摄像元件22和逻辑元件26彼此接合。因此，能够容易层叠摄像元件22和逻辑元件26。
在本实施例的固态摄像器件1中，第一和第二金属层31和32(其由铜构成)的阻挡金属层38和53是由Ta或TaN构成。然而，本实施例不限于此。例如，在层叠的元件之中，至少一个元件的阻挡金属层可包括铁磁体(例如，钢、钴、镍、钆)，因此，能够阻挡由交互元件产生的磁场的影响。
例如，当在阻挡金属层38和53的一部分上层叠钴膜时，可通过采用常规磁控溅射法形成厚度为50nm的钴膜。此外，当使用Ta(15nm)/Co(50nm)/Ta(15nm)来层叠阻挡金属层38和53时，可采用磁控溅射法之外的方法，例如非电解镀覆法等。通过此方式，可将阻挡金属层38和53的结构作各种变化。
此外，在本实施例的固态摄像器件1中，构成屏蔽层58的第一金属层31和第二金属层32使用铜。然而，还可使用银(Ag)、金(Au)或包括铜、银、金的金属材料。
2、第二实施例：背侧照射型MOS固态摄像器件
接着，将说明本发明第二实施例的固态摄像器件。本实施例的固态摄像器件为如下示例，其中将构成第一金属层和第二金属层的电解镀覆层形成为分成两个阶段。图13A-图17是表示本实施例的固态摄像器件的制造方法的剖面图。在图13A-图17中，对应于图3的部分由相同的附图标记表示，并省略了重复说明。
首先，类似于图4A-图6B，如图13A所示，在摄像元件61中，在形成阻挡金属层38和金属晶种层(未图示)之后，第一阶段的包括Cu的电解镀覆层63形成为具有0.5μm的厚度。类似地，类似于图4A-6B，如图13B所示，在逻辑元件62中，在形成阻挡金属层53和金属晶种层(未图示)之后，第一阶段的包括Cu的电解镀覆层64形成为具有0.5μm的厚度。此时，电解镀覆层63和64的膜形成条件类似于图6A和6B的膜形成条件。
接着，如图14A和图14B所示，在摄像元件61和逻辑元件62中，包括Co的非电解镀覆层65和66形成为具有0.1μm的厚度，以覆盖电解镀覆层63和64。以下说明包括Co的非电解镀覆层65和66的膜形成条件的示例。
非电解镀覆法(Co)
化学溶液：CONBUS M(WORLD METAL公司制造)
温度：70-80℃
接着，如图15A和图15B所示，在摄像元件61和逻辑元件62中，第二阶段的包括Cu的电解镀覆层67和68形成为具有2.5μm的厚度。并且，在第二阶段的电解镀覆层67和68中，可以应用与图6A和6B的膜形成条件相同的条件。
接着，如图16A和16B所示，在摄像元件61中，研磨上层金属层直至暴露第一绝缘部51的表面，从而在第一布线层30的除形成有第一绝缘部51的区域之外的上部，形成包括非电解镀覆层65及电解镀覆层63和67的第一金属层69。类似地，同样在逻辑元件62中，研磨上层金属层直至暴露第二绝缘部52的表面，从而在第二布线层48除形成有第二绝缘部52的区域之外的上部，形成包括非电解镀覆层66及电解镀覆层64和68的第二金属层70。可在类似于图7A和7B过程的条件下进行图16A和16B的过程。
此外，类似于第一实施例，在本实施例中，如图17所示，在清洁第一金属层69和第二金属层70的表面之后，层叠摄像元件61和逻辑元件62，使得第一金属层69和第二金属层70彼此接合。
此后，通过类似于第一实施例的过程，完成如图17所示的固态摄像器件。在本实施例的固态摄像器件中，在两个阶段中形成包括Cu的电解镀覆层的同时，形成包括Co的非电解镀覆层65和66。由此，包含第一金属层69和第二金属层70的屏蔽层71包括具有辐射功能的Cu层以及用于阻挡磁场的Co膜。
在本实施例中，形成在摄像元件61和逻辑元件62之间的屏蔽层71包括以下结构，即，该结构层叠具有辐射功能的材料及用于阻挡磁场的材料。由此，能够减小由交互元件的操作产生的热量，并能够进一步减小电磁波的影响。
此外，还能够获得与第一实施例类似的效果。
3、第三实施例：背侧照射型MOS固态摄像器件
接着，将说明本发明第三实施例的固态摄像器件。本实施例的固态摄像器件是在摄像元件中形成有防反射结构(antireflective configuration)的示例。图18A-图19是表示本实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图。在图18A-图19中，对应于图3的部分由相同的附图标记表示，并省略了重复说明。
首先，类似于图4A-图5B，如图18A所示，在摄像元件73中，在形成第一绝缘部51之后，在第一布线层30的包括第一绝缘部51的上部的整个表面上形成光吸收层75。在摄像元件73中，由于光吸收层75吸收从第一半导体基板27的背面侧入射的光，所以可仅在摄像元件73上形成光吸收层75。由此，在本实施例中，如图18B所示，光吸收层75没有形成在逻辑元件74上。
能够在高真空下通过高磁控溅射法形成光吸收层75。此外，例如，能够通过碳(C)形成光吸收层75。下文说明了通过磁控溅射法由碳形成光吸收层75的膜形成条件的示例。
磁控溅射法(C)
功率(DC功率)：5kW
处理气体：流速为100sccm的氩气
压强：0.4Pa
基板温度：150℃
膜厚度：500nm
包括碳的光吸收层75的膜形成方法可采用除上述磁控溅射法之外的诸如涂布法(coating method)等方法。
此后，通过与图6A-图12类似的过程，层叠摄像元件73和逻辑元件74。此外，形成保护膜35、滤色层36、各个贯穿电极层39-42及片上微透镜37，由此完成了图19所示的固态摄像器件。
在本实施例的固态摄像器件中，由于光吸收层75形成在屏蔽层58(包括第一金属层31和第二金属层32)的光入射侧，所以从摄像元件73入射并透射到第一半导体基板27和第一布线层30的光被光吸收层75吸收。因此，没有入射光反射到屏蔽层58，在屏蔽层58处反射的光没有输入到其他像素的光电转换部33，从而降低了混色。
此外，还能够获得与第一实施例类似的效果。
4、第四实施例：背侧照射型MOS固态摄像器件
接着，将说明本发明第四实施例的固态摄像器件。图20是本实施例的固态摄像器件的剖面图。本实施例的固态摄像器件是如下示例，其中光吸收层80和81形成在摄像元件93和逻辑元件94中的第一布线层30和第二布线层48的整个表面上。在图20中，对应于图3的部分由相同的附图标记表示，并省略了重复说明。
如图20所示，在本实施例的固态摄像器件中，在摄像元件93中，在第一布线层30的与面对第一半导体基板27的一侧相对的一侧的表面上，形成具有光吸收特性的光吸收层80。另外，在光吸收层80上形成第一绝缘部51和第一金属层31。此外，类似地，同样在逻辑元件94中，在第二布线层48的与面对第二半导体基板45的一侧相对的一侧的整个表面上，形成具有光吸收特性的光吸收层81，并在光吸收层81上形成第二绝缘部52和第二金属层32。
这些光吸收层80和81是由Si、O、N构成，并通过CVD法形成。在图20中，光吸收层81和82表示为单层结构。然而，光吸收层81和82可以是如下结构，即在该结构中层叠有具有对应于R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)的各个波长的各个吸收带的材料。在摄像元件93和逻辑元件94中，在形成光吸收层81和82之后，可以通过采用类似于图7A-图12的制造方法形成本实施例的固态摄像器件。
在本实施例中，从摄像元件93侧入射的光透射至第一半导体基板27和第一布线层30，并在光吸收层80处被吸收。因此，由于入射光没有反射到屏蔽层58，且在屏蔽层58处反射的光没有入射到其它像素的光电转换部33，所以降低了混色。此外，由于在摄像元件93的下层处层叠的逻辑元件94的操作而导致的发光没有入射到摄像元件93侧，所以能够减小由逻辑元件94的操作导致的发光的影响。
此外，还能够获得与第一实施例类似的效果。
5、第五实施例：背侧照射型MOS固态摄像器件
接着，将说明本发明第五实施例的固态摄像器件。图21A-图22是表示本实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图。本实施例的固态摄像器件是如下示例，即在摄像元件76与逻辑元件77之间的接合表面处形成具有低熔点的金属层78。在图21A-图22中，对应于图3的部分由相同的附图标记表示，并省略了重复说明。
在本实施例中，类似于图4A-6B，如图21B所示，在摄像元件76和逻辑元件77中，在形成第一金属层31和第二金属层32之后，在逻辑元件77中的第二金属层32的表面上形成具有低熔点的金属层78。具有低熔点的金属层78可形成在任一层叠元件上，在本实施例中，如图21A所示，金属层78没有形成在摄像元件76上。
具有低熔点的金属层78的材料可以是包括锡(Sn)等的材料。例如，可采用Sn-0.7％Cu(熔点：227℃)、Sn-3％Bi(熔点：223℃)、Sn-3.5％Ag(熔点：221℃)、Sn-9％Zn(熔点：199℃)。例如，可通过常规镀膜法形成具有低熔点的金属层。
在逻辑元件77上形成具有低熔点的金属层78之后，如图22所示，层叠摄像元件76和逻辑元件77，使得第一金属层31和第二金属层32经由具有低熔点的金属层78彼此接合。由此，具有低熔点的金属层78、第一金属层31及第二金属层32成为合金，从而使摄像元件76和逻辑元件77彼此接合。
在本实施例中，由于具有低熔点的金属层78形成在接合表面上，使用与第一实施例相比，能够在更低的温度下获得更高的连接强度。此后，通过与图11和图12类似的过程，完成本实施例的固态摄像器件。
此外，在本实施例的固态摄像器件中，还能够获得与第一实施例类似的效果。
6、第六实施例：背侧照射型MOS固态摄像器件
接着，将说明本发明第六实施例的固态摄像器件。本实施例的固态摄像器件的制造方法是不同于第一实施例的制造方法的示例。然而，由于完成后的剖面结构类似于图3的结构，因此省略了其说明。图23A-图27是表示本实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图。在图23A-图27中，对应于图3的部分由相同的附图标记表示，并省略了重复说明。
类似于图4A-6B，在摄像元件82和逻辑元件83中，形成第一金属层31和第二金属层32。此后，如图23A所示，在摄像元件82中，从第一绝缘部51的背面侧起，形成到达第一半导体基板27的预定深度的贯穿电极层84a和85a。在将贯穿孔形成为到达第一半导体基板27的预定深度之后，使用绝缘膜(未图示)覆盖贯穿孔的内表面。此后，将电极材料埋入贯穿孔，从而形成贯穿电极层84a和85a。由此，贯穿电极层84a和85a与第一半导体基板27彼此电绝缘。此外，在第一半导体基板27中，贯穿电极层84a和85a的形成深度与光电转换部33的形成深度相同。
另一方面，同样在逻辑元件83中，如图23B所示，从第二绝缘部52的表面起形成到达第二布线层48的预定布线46的贯穿电极层84b和85b。在从第二绝缘部的表面形成到达第二布线层48的预定布线46的贯穿孔之后，将电极材料埋入贯穿孔，从而形成贯穿电极层84b和85b。
此外，在摄像元件82和逻辑元件83中，在形成贯穿电极层84a、85a、84b和85b之后，类似于图8A和图8B的过程，对第一金属层31和第二金属层32的表面进行还原性等离子体处理。
接着，如图24A和图24B所示，第一金属层31与第二金属层32以及形成在摄像元件82中的贯穿电极层84a和85a与形成在逻辑元件83中的贯穿电极层84b和85b对准以分别进行接合。此后，如图25所示，摄像元件82和逻辑元件83彼此接合，使得第一金属层31的表面和第二金属层32的表面成为接合表面。
接着，由于通过与图10相同的方法进行退火的原因，实现了Cu-Cu接合，从而将第一金属层31和第二金属层32结合在一起。此时，暴露于摄像元件82表面的第一绝缘部51或贯穿电极层84a和85a也接合到暴露于逻辑元件83表面的第二绝缘部52或贯穿电极层84b和85b。此外，由于将第一金属层31和第二金属层32结合在一起，所以在摄像元件82与逻辑元件83之间形成屏蔽层58。此外，由于贯穿电极层84a与贯穿电极层84b以及贯穿电极层85a与贯穿电极层85b分别接合，所以形成贯穿元件之间的接合表面的贯穿电极层84和85。
接着，如图26所示，通过与图11相同的方法，从背侧起薄化第一半导体基板27，并使贯穿电极层84和85暴露于第一半导体基板27的背面侧。
接着，如图27所示，在第一半导体基板27的整个背面上形成包括SiN或SiCN的保护膜35。此后，从保护膜35的表面起分别形成与屏蔽层58相连接的贯穿电极86以及与第一布线层30的布线28相连接的贯穿电极层87和88。此外，还形成导电电极部90，其连接贯穿电极层87、88(它们与第一布线层30的布线28相连接)和贯穿电极84、85(它们与第二布线层48的布线46相连接)。
在形成具有预定深度的贯穿孔之后，形成绝缘膜(未图示)以覆盖贯穿孔的内表面。此后，将电极材料埋入贯穿孔，从形成屏蔽层58以及与第一布线层30的布线28相连接的贯穿电极层87和88。
接着，在保护膜35的上表面上形成滤色层36，并将贯穿电极层85、86和87引出至滤色层36的表面。在此情况下，从滤色层36的表面起形成沟槽，从而暴露各个贯穿电极层85、86和87的表面，并将电极材料埋入上述沟槽中。由此，形成了暴露于滤色层36的表面的贯穿电极层85、86和87。
此后，在像素区域中形成对应于各个像素的片上微透镜37。由此，完成了与如图3所示的固态摄像器件类似的固态摄像器件。
在本实施例中，在接合之前的过程中，形成贯穿摄像元件82与逻辑元件83之间的接合表面的贯穿电极层84和85。由此，在形成贯穿电极层84和85时，能够获得小纵横比(aspect ratio)的贯穿孔，并能防止空隙等的形成。
此外，还能够获得与第一实施例类似的效果。
7、第七实施例：背侧照射型MOS固态摄像器件
接着，将说明本发明第七实施例的固态摄像器件。图28是本实施例的固态摄像器件的剖面结构图。本实施例是通过粘合层91在摄像元件18与逻辑元件19之间进行接合的示例。在图28中，对应于图3的部分由相同的附图标记表示，并省略了重复说明。
如图28所示，在本实施例的固态摄像器件中，摄像元件18和逻辑元件19通过粘合层91彼此接合。例如，粘合层91可采用BCB(苯并环丁烯)。在本实施例的固态摄像器件中，在图9的接合过程中，在摄像元件18或逻辑元件19的接合表面上形成粘合层91，从而可使摄像元件18和逻辑元件19彼此接合。通过此方式，由于粘合剂用于摄像元件18和逻辑元件19之间的接合，所以没有采用金属-金属接合。因此，不需要如图10所示的退火处理等。
此外，还能够获得与第一实施例类似的效果。
此外，在本实施例中，屏蔽层58中包含的第一金属层31和第二金属层32没有彼此电连接。因此，布线28构成为通过图示的摄像元件18中的区域a与第一金属层31相连接，且布线46构成为通过图示的逻辑元件19中的区域a与第二金属层32相连接。此外，地电势分别提供到第一金属层31和第二金属层32。
8、第八实施例：背侧照射型MOS固态摄像器件
接着，将说明本发明第八实施例的固态摄像器件。图29是本实施例的固态摄像器件的剖面结构图。本实施例是如下示例，其中仅在逻辑元件上形成屏蔽层，且摄像元件与包括屏蔽层的逻辑元件彼此接合。图30A-图31是表示本实施例的固态摄像器件的制造方法的过程图，且在图29-图31中，对应于图3的部分由相同的附图标记表示，并省略了重复说明。
如图30A所示，类似于第一实施例，在摄像元件96中，在第一半导体基板27的上部形成第一布线层30。另一方面，类似于图4A-图7B所示的过程，在逻辑元件97中，如图30B所示，在第二半导体基板45的上部形成第二布线层48之后，在第二布线层48的上部形成屏蔽层98及绝缘部92。例如，形成在第二布线层48上部的屏蔽层98形成为与第一实施例的屏蔽层的厚度相同。此外，屏蔽层98经由阻挡金属层53形成在第二布线层48的上部。此外，在包括屏蔽层98和绝缘部92的整个表面上形成包括SiN、SiC、SiCN等的层间覆盖膜99，并在层间覆盖膜99上形成防反射膜95。
此外，如图31所示，在逻辑元件97或摄像元件96的接合表面上形成包括BCB的粘合层91之后，摄像元件96与逻辑元件97彼此接合。此时，例如，由于在约300℃下进行退火处理的原因，能够提高接合强度。
此后，通过与第一实施例相同的过程，能够完成图29所示的本实施例的固态摄像器件。本实施例能够获得与第一实施例相同的效果。此外，在图29中，尽管未图示，但在本实施例的固态摄像器件中，能够通过采用贯穿电极层39和40将逻辑元件97侧的第二布线层48中的接地布线连接到屏蔽层98。
在上述第一至第八实施例中，说明了能够通过层叠摄像元件和逻辑元件获得的固态摄像器件的示例。然而，本发明的上述实施例还能够应用于层叠具有期望功能的LSI元件的半导体器件。在此情况下，第一金属层形成在包括第一半导体集成电路的第一半导体元件上，第二金属层形成在包括第二半导体集成电路的第二半导体元件上，且第一和第二半导体层叠为使得第一金属层和第二金属层彼此接合。由此，能够在彼此层叠的第一半导体元件和第二半导体元件之间构成包括第一金属层和第二金属层的屏蔽层。因此，能够通过屏蔽层减小由交互元件的操作产生的电磁波的影响或串扰的影响。
本发明的应用不限于用于检测可见光的入射光量的分布并将该分布成像为图像的固态摄像器件。即，本发明也可应用于将红外光、X射线、粒子等的入射量的分布成像为图像的固态摄像器件。此外，更广义地，本发明也可应用于包括诸如指纹检测传感器等用于检测诸如压力或静电容量等其它物理量并将它们成像为图像的固态摄像器件(物理量分布检测器件)的整个固态摄像器件。
此外，本发明不限于以行为单位依次扫描像素部的各个单元像素并从各个单元像素中读取像素信号的固态摄像器件。本发明还可应用于X-Y地址型的固态摄像器件，X-Y地址型的固态摄像器件以像素为单位任意选择像素并以像素为单位从所选择的像素中读取信号。
此外，上述固态摄像器件可以以形成为一个芯片的形式或形成为集成并封装有像素部、信号处理部及光学系统的具有摄像功能的模块形式。
此外，本发明不限于应用于固态摄像器件，且还可应用于摄像器件。此处，摄像器件意味着诸如数码相机或摄像机等的相机系统，或诸如移动电话等具有摄像功能的电子装置。此外，摄像器件包括由安装在电子装置上的模块(相机模块)构成的摄像器件。
9、第九实施例：电子装置
接着，将说明本发明第九实施例的电子装置。图32是表示本发明第九实施例的电子装置200的示意性结构图。
本发明的电子装置200是将本发明上述第一实施例的固态摄像器件1用于电子装置(相机)的示例。
本实施例的电子装置200包括固态摄像器件203、光学透镜201、快门单元202、驱动电路205及信号处理电路204。
光学透镜201将来自物体的图像光(入射光)成像在固态摄像器件203的成像表面上。由此，以预定的时间间隔将信号电荷存储在固态摄像器件203中。快门单元202控制固态摄像器件203的光照时间间隔及光遮蔽时间间隔。
驱动电路205提供驱动信号，所提供的驱动信号用于控制固态摄像器件203的传输操作和快门单元202的快门操作。通过提供自驱动电路205的驱动信号(时序信号)执行固态摄像器件203的信号传输。信号处理电路204执行各种信号处理。将经过信号处理的图像信号存储在诸如存储器等存储介质上，或输出到监视器。
在本实施例的电子装置200中，减小了固态摄像器件203中层叠在下层的逻辑电路与层叠在上层的摄像元件之间的电磁波的影响或串扰的影响，从而提高了电子装置的图像质量。
应用有固态摄像器件203的电子装置200不限于相机。即，电子装置200能够应用于诸如数码相机及移动电话等中的移动器件的相机模块等摄像器件。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其它因素，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 (20)

1.一种固态摄像器件，其包括：
摄像元件，其包括第一半导体基板、形成在所述第一半导体基板的表面上的第一布线层和形成在所述第一布线层的上部的第一金属层，在所述摄像元件中，作为感光表面的像素区域形成在所述第一半导体基板的背面侧；及
逻辑元件，其包括第二半导体基板、形成在所述第二半导体基板的表面上的第二布线层和形成在所述第二布线层的上部的第二金属层，在所述逻辑元件中形成有信号处理电路，所述信号处理电路对在所述像素区域处获得的像素信号进行处理，且所述逻辑元件层叠到所述摄像元件，使得所述第一金属层和所述第二金属层彼此接合。
2.如权利要求1所述的固态摄像器件，其还包括：
第一绝缘部，其包括形成在所述第一金属层的同一层的预定区域上的绝缘材料；
第二绝缘部，其包括形成在所述第二金属层的同一层的预定区域中的与所述第一绝缘部相接触的区域上的绝缘材料；及
贯穿电极层，其贯穿所述第一绝缘部和所述第二绝缘部。
3.如权利要求1所述的固态摄像器件，其中，所述第一金属层和所述第二金属层与地电势相连接。
4.如权利要求2所述的固态摄像器件，其中，所述贯穿电极层暴露于所述摄像元件的感光表面侧。
5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的固态摄像器件，其中，所述第一金属层和/或所述第二金属层是包括不同金属材料的层叠结构。
6.如权利要求1-4中任一权利要求所述的固态摄像器件，其中，所述第一金属层经由包括铁磁体的阻挡金属层形成在所述第一布线层的上部。
7.如权利要求1-4中任一权利要求所述的固态摄像器件，其中，所述第二金属层经由包括铁磁体的阻挡金属层形成在所述第二布线层的上部。
8.一种半导体器件，其包括：
第一半导体元件，其包括第一半导体基板、形成在所述第一半导体基板的表面上的第一布线层及形成在所述第一布线层的上部的第一金属层，在所述第一半导体元件中形成有第一半导体集成电路；及
第二半导体元件，其包括第二半导体基板、形成在所述第二半导体基板的表面上的第二布线层及形成在所述第二布线层的上部的第二金属层，在所述第二半导体元件中形成有第二半导体集成电路，且所述第二半导体元件层叠到所述第一半导体元件，使得所述第一金属层和所述第二金属层彼此接合。
9.如权利要求8所述的半导体元件，其还包括：
第一绝缘部，其包括形成在所述第一金属层的同一层的预定区域上的绝缘材料；
第二绝缘部，其包括形成在所述第二金属层的同一层的预定区域中的与所述第一绝缘部相接触的区域上的绝缘材料；及
贯穿电极层，其贯穿所述第一绝缘部和所述第二绝缘部。
10.一种固态摄像器件的制造方法，其包括：
在第一半导体基板的表面上形成第一布线层，在所述第一布线层的上部形成表面暴露的第一金属层，并形成包括像素区域的摄像元件；
在第二半导体基板的表面上形成第二布线层，在所述第二布线层的上部形成表面暴露的第二金属层，并形成具有信号处理电路的逻辑元件，所述信号处理电路对在所述像素区域处产生的信号电荷进行处理；以及
层叠所述摄像元件和所述逻辑元件，使得所述第一金属层和所述第二金属层彼此接合。
11.如权利要求10所述的固态摄像器件的制造方法，其还包括：
在形成所述第一金属层之前，在所述第一半导体基板上的所述第一布线层的上部的预定区域上形成凸出的第一绝缘部；
在形成所述第一绝缘部之后，通过在所述第一布线层的没有形成所述第一绝缘部的上部埋入与所述第一绝缘部的表面等高的金属材料，来形成所述第一金属层；
在形成所述第二金属层之前，在所述第二半导体基板上的所述第二布线层的上部的预定区域上形成凸出的第二绝缘部；
在形成所述第二绝缘部之后，通过在所述第二布线层的没有形成所述第二绝缘部的上部埋入与所述第二绝缘部的表面等高的金属材料，来形成所述第二金属层；及
层叠所述摄像元件和所述逻辑元件，使得所述第一金属层和所述第二金属层彼此接合，并使得所述第一绝缘部和所述第二绝缘部彼此接合。
12.如权利要求11所述的固态摄像器件的制造方法，其还包括：
在层叠所述摄像元件和所述逻辑元件之后，形成贯穿电极层，所述贯穿电极层从所述摄像元件或所述逻辑元件的表面起贯穿所述第一绝缘部和所述第二绝缘部。
13.如权利要求11所述的固态摄像器件的制造方法，其还包括：
在层叠所述摄像元件和所述逻辑元件之前，在所述摄像元件中形成从所述第一绝缘部的表面起贯穿至预定深度的贯穿电极层，且在所述逻辑元件中形成从所述第二绝缘部的表面起贯穿至预定深度的贯穿电极层；以及
在层叠所述摄像元件和所述逻辑元件时，连接形成在所述摄像元件上的所述贯穿电极层和形成在所述逻辑元件上的所述贯穿电极层。
14.如权利要求10-13中任一权利要求所述的固态摄像器件的制造方法，其中，通过电解镀覆法形成所述第一金属层和所述第二金属层。
15.一种半导体器件的制造方法，其包括：
在第一半导体基板的表面上形成第一布线层，在所述第一布线层的上部形成表面暴露的第一金属层，并形成包括第一半导体集成电路的第一半导体元件；
在第二半导体基板的表面上形成第二布线层，在所述第二布线层的上部形成表面暴露的第二金属层，并形成包括第二半导体集成电路的第二半导体元件；以及
层叠所述第一半导体元件和所述第二半导体元件，使得所述第一金属层和所述第二金属层彼此接合。
16.如权利要求15所述的半导体器件的制造方法，其还包括：
在形成所述第一金属层之前，在所述第一半导体基板上的所述第一布线层的上部的预定区域上形成凸出的第一绝缘部；
在形成所述第一绝缘部之后，通过在所述第一布线层的没有形成所述第一绝缘部的上部埋入与所述第一绝缘部的表面等高的金属材料，来形成所述第一金属层；
在形成所述第二金属层之前，在所述第二半导体基板上的所述第二布线层的上部的预定区域上形成凸出的第二绝缘部；
在形成所述第二绝缘部之后，通过在所述第二布线层的没有形成所述第二绝缘部的上部埋入与所述第二绝缘部的表面等高的金属材料，来形成所述第二金属层；以及
层叠所述第一半导体元件和所述第二半导体元件，使得所述第一金属层和所述第二金属层彼此接合，并使得所述第一绝缘部和所述第二绝缘部彼此接合。
17.如权利要求16所述的半导体器件的制造方法，其还包括：
在层叠所述第一半导体元件和所述第二半导体元件之后，形成贯穿电极层，所述贯穿电极层从所述第一半导体元件或所述第二半导体元件的表面起贯穿所述第一绝缘部和所述第二绝缘部。
18.如权利要求16所述的半导体器件的制造方法，其还包括：
在层叠所述第一半导体元件和所述第二半导体元件之前，在所述第一半导体元件中形成从所述第一绝缘部的表面起贯穿至预定深度的贯穿电极层，并在所述第二半导体元件中形成从所述第二绝缘部的表面起贯穿至预定深度的贯穿电极层；
在层叠所述第一半导体元件和所述第二半导体元件时，连接形成在所述第一半导体元件上的所述贯穿电极层和形成在所述第二半导体元件上的所述贯穿电极层。
19.如权利要求15-18中任一权利要求所述的半导体器件的制造方法，其中，通过电解镀覆法形成所述第一金属层和所述第二金属层。
20.一种电子装置，其包括：
光学透镜；
固态摄像器件，聚集到所述光学透镜的光入射到所述固态摄像器件中；及
信号处理电路，其处理输出自所述固态摄像器件的输出信号，
其中，所述固态摄像器件是由前述权利要求1-7中任一权利要求所述的固态摄像器件构成。
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