CN102714212A - 固态图像拾取装置和图像拾取系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及固态图像拾取装置。所述装置包括：第一衬底，包括光电转换元件和被配置为从所述光电转换元件传输电荷的传输栅电极；第二衬底，具有外围电路部分，所述外围电路部分包括被配置为读取基于所述光电转换元件中产生的电荷的信号的电路；所述第一衬底和所述第二衬底被层叠。所述装置进一步包括布置在所述第一衬底上的包括铝互连的多层互连结构和布置在所述第二衬底上的包括铜互连的多层互连结构。
Description
技术领域
本发明涉及背面照射固态图像拾取装置。
背景技术
近年来，固态图像拾取装置的趋于更精细图案设计的趋势一直在推进。随着该趋势，允许更精细互连的铜互连正开始被应用到固态图像拾取装置。
PTL 1公开的固态图像拾取装置包括铜互连，并且具有其中不将对铜互连的防扩散膜安排在每个光电转换元件之上的配置。
PTL 2公开的背面照射固态图像拾取装置包括两个衬底，即包括设置有光电转换元件和信号读取电路的像素部分的衬底，和包括用于驱动像素部分中的电路并处理读取的信号的外围电路的衬底，两个衬底彼此接合。
在PTL 1中公开的配置中，因为铜的扩散系数极高，铜可能扩散到光电转换元件中。假设在同一衬底上形成了含铜层后，使用例如防扩散膜保护每个铜互连的表面，铜可能从该衬底的端面或背面扩散。如果杂质比如铜被混合到构成光电转换元件的半导体区域中，铜混合便导致暗电流或漏电流。例如在不利情况下，在图像数据中出现白点。
引用列表
专利文献
[PTL 1]日本专利公开号2005-311015。
[PTL 2]日本专利公开号2009-170448。
发明内容
本发明提供在包括铜互连的同时，能够防止在光电转换元件中发生暗电流或漏电流的固态图像拾取装置。
本发明提供了固态图像拾取装置，包括：第一衬底，包括光电转换元件和被配置为从所述光电转换元件传输电荷的传输栅电极；第二衬底，具有外围电路部分，所述外围电路部分包括被配置为读取基于所述光电转换元件中产生的电荷的信号的电路；所述第一衬底和所述第二衬底被层叠。所述装置进一步包括布置在所述第一衬底上的包括铝互连的多层互连结构和布置在所述第二衬底上的包括铜互连的多层互连结构。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的固态图像拾取装置的剖面图；
图2是根据本发明的第二实施例的固态图像拾取装置的剖面图；
图3是根据本发明的第三实施例的固态图像拾取装置的剖面图；
图4是根据本发明的第四实施例的固态图像拾取装置的剖面图；
图5A展示了制作根据本发明的第三实施例的固态图像拾取装置的方法；
图5B展示了制作根据本发明的第三实施例的固态图像拾取装置的方法；
图6A展示了制作根据本发明的第三实施例的固态图像拾取装置的方法；
图6B展示了制作根据本发明的第三实施例的固态图像拾取装置的方法；
图7A展示了制作根据本发明的第四实施例的固态图像拾取装置的方法；
图7B展示了制作根据本发明的第四实施例的固态图像拾取装置的方法；
图8A展示了制作根据本发明的第四实施例的固态图像拾取装置的方法；
图8B展示了制作根据本发明的第四实施例的固态图像拾取装置的方法；
图9展示了制作根据本发明的第四实施例的固态图像拾取装置的方法；
图10A展示了根据本发明的第五实施例的固态图像拾取装置的剖面图；
图10B展示了根据本发明的第五实施例的固态图像拾取装置的剖面图；
图11展示了根据本发明的实施例的固态图像拾取装置的示范电路；
图12是框图，展示了根据本发明的第六实施例的图像拾取系统。
具体实施方式
根据本发明实施例的固态图像拾取装置包括：包括光电转换元件和传输栅电极的第一衬底，以及包括控制电路的第二衬底，第一和第二衬底被层叠。第一衬底的互连由铝互连完成，第二衬底控制电路的互连由铜互连完成。利用这样的配置，能够防止光电转换元件中的暗电流或漏电流的出现。
以下将参考附图详细地描述本发明。
第一实施例
将参考图1和图11描述本发明的第一实施例。
首先将参考图11描述根据第一实施例的固态图像拾取装置的示范电路。参考图11，在300指示的固态图像拾取装置包括像素部分301，其中布置有多个光电转换元件；以及外围电路部分302，设置有从像素部分301读取信号的驱动控制电路和处理读取信号的信号处理电路。
像素部分301设置有光电转换元件303、传输晶体管304、放大晶体管306和复位晶体管307。包括至少一个光电转换元件303的组件用作像素。在本实施例中，每个像素都包括光电转换元件303、传输晶体管304、放大晶体管306和复位晶体管307。传输晶体管304具有连接到光电转换元件303的源区和连接到放大晶体管306的栅电极的漏区。节点305是与放大晶体管306的栅电极相同的节点。复位晶体管307连接到节点305。节点305处的电位由复位晶体管307设置为任意值（例如复位电位）。在这种情况下，放大晶体管306用作源输出电路的一部分，并且根据节点305的电位向信号线RL输出信号。
外围电路部分302包括垂直扫描电路VSR，用于向像素部分301中晶体管的栅电极提供控制信号。外围电路部分302进一步包括读取电路RC，用于保持从像素部分301中输出的信号和执行信号处理，比如放大、相加和模数（A/D）转换。另外，外围电路部分302包括水平扫描电路HSR，用作控制电路，控制读取电路RC的顺序信号输出的定时。
根据第一实施例的固态图像拾取装置300包括两个芯片的叠层。这两个芯片包括第一芯片308和第二芯片309。在第一芯片308中，布置有像素部分301的光电转换元件303和传输晶体管304。在第二芯片309中，布置有像素部分301的放大晶体管306和复位晶体管307以及外围电路部分302。在这种配置中，从第二芯片309中的外围电路部分302通过连接部分310向第一芯片308中的每个传输晶体管304的栅电极提供控制信号。在第一芯片308中每个光电转换元件303中产生的信号在节点305通过连接到传输晶体管304漏极区的连接部分311读取。如上文所描述，复位晶体管307和放大晶体管306被布置在与其中布置光电转换元件303的芯片不同的芯片中，从而增加了每个光电转换元件303的面积。这引起敏感度提高。如果光电转换元件303具有相同的面积，就能够布置许多光电转换元件，从而增加像素的数量。
根据本实施例的固态图像拾取装置将参考图1来描述。图1是对应于图11中固态图像拾取装置300的固态图像拾取装置100的剖面图。图1展示了两个像素的剖面图，每个像素都包括图11中的光电转换元件303、传输晶体管304和放大晶体管306。省略了其他元件的展示。
图1展示了第一芯片101、第二芯片102以及第一芯片与第二芯片之间的接合面103。第一芯片101对应于图11中的第一芯片308，而第二芯片102对应于图11中的第二芯片309。
第一芯片101包括第一衬底104。在第一衬底104中，布置有晶体管的表面是主面105，而与主面105相对的表面是背面106。在第一衬底104中，布置有构成图11中的光电转换元件303和传输晶体管304的部件。第一芯片101包括第一衬底104的主面105上的多层互连结构107。多层互连结构107包括第一互连层122和第二互连层123，每个互连层都包括主要由铝制成的互连（铝互连）。在这种情况下，用作第一互连层122的互连与用作第二互连层123的互连之间的连接，以及栅电极与用作第一互连层122的互连之间的连接，都使用例如钨制插塞制成。
第二芯片102包括第二衬底108。在第二衬底108中，布置有晶体管的表面是主面109，而与主面109相对的表面是背面110。第二衬底108的主面109覆盖包括第一互连层128和第二互连层129的多层互连结构111。第一互连层128用作主要由铜制成的互连。第二互连层129用作铝互连。第一互连层128具有单镶嵌结构，并且其上设置有对铜的防扩散膜131。防扩散膜131覆盖第一互连层128和隔离层，隔离层的上表面与第一互连层128的上表面齐平。这种防扩散膜131由例如氮化硅或碳化硅制成。例如栅电极与用作第一互连层128的互连之间的连接，以及第一互连层128与第二互连层129之间的连接，都通过例如钨制插塞制成。在第二衬底108中，布置有构成图11中放大晶体管306的部件。
在根据本实施例的固态图像拾取装置100中，第一芯片101和第二芯片102被层叠使得主面105与主面109彼此面对。参考图1，只有第二芯片102中每个放大晶体管的栅电极126与第一芯片101中的浮动扩散区（下文称为“FD区”）113之间的连接被展示为第一芯片101与第二芯片102之间的连接部分311。更具体地，第一芯片101中的每个FD区113通过多层互连结构107、连接部分311和多层互连结构111被连接到放大晶体管的栅电极126。图11中展示的连接部分310，用于向在114指明的传输晶体管的栅电极提供控制信号，在图1未示出。根据本实施例的固态图像拾取装置100属于背面照射类型，其中光线在第一衬底104的背面106上入射。
将详细描述芯片。在第一芯片101中的第一衬底104中，布置有电位阱115、构成光电转换元件的n型电荷存储区112以及传输晶体管的栅电极114。此外，在第一衬底104中布置有在113指明的传输晶体管的漏区、元件隔离区117和p型半导体区116。每个电位阱115都是其中设置晶体管或光电转换元件的半导体区。在这种情况下，电位阱115可以是n型的也可以是p型的。每个p型半导体区116都能够防止第一衬底104的背面106上的硅与氧化硅膜之间的界面上出现的暗电流，并且也能够用作光电转换元件的一部分。每个电荷存储区112都存储光电转换元件中产生的电荷（电子）。在图1中，电荷存储区112包括p型保护层，与传输晶体管的栅电极邻近（后文也称之为“传输栅电极”）。每个元件隔离区117都是p型半导体区并且可以具有元件隔离结构，由LOCOS隔离或STI隔离形成，包括隔离层（未示出）。传输晶体管的漏区113构成图11中的节点305，并且被称为“FD区”。第一芯片101包括与第一衬底104的背面106邻近的防反射膜118、光屏蔽膜119、包括平面化层等的滤色层120以及微透镜121。
在第二芯片102中的第二衬底108中，布置有电位阱124、构成图11中的放大晶体管306的源区和漏区125、放大晶体管306的栅电极126以及元件隔离区127。在晶体管的栅电极126以及源区和漏区125的每一个中，设置有高熔点金属化合物膜136。每个电位阱124是p型半导体区。高熔点金属化合物膜是高熔点金属比如钴或钛与半导体衬底中包含的硅的化合物。根据本实施例的固态图像拾取装置100仅有第二芯片102在多层互连结构中包括铜互连。此外，包括铜互连的多层互连结构（未示出）被布置在对应于图11中的外围电路部分302的区域上。
晶体管的多层互连结构作为在第二衬底中布置的控制电路包括铜互连，从而允许互连片段之间更精细的距离。此外，由于仅有第二芯片102具有包括这样的铜互连的多层互连结构，所以能够减少铜到光电转换元件中的混合。因此，能够降低由铜混合造成的噪声。
此外，由于第二芯片包括防扩散膜131，所以能够更有效地防止第二芯片中包括的铜互连中所包含的铜混合到第一芯片中的光电转换元件和用作FD区的半导体区中。
在本实施例中，第二芯片中的第二互连层129包括铝互连的原因在于，构成作为第二互连层129的互连的导体必须暴露以便构成连接部分。如果第二互连层129包括铜互连，铜就可能从第二互连层129中的暴露的导体扩散。所以，第二互连层129可以包括铝互连。
对铜的防扩散膜131也能够用作对高熔点金属的防扩散膜。所以，能够减少高熔点金属到构成光电转换元件的半导体区中的混合。从而能够降低由高熔点金属混合造成的噪声。
根据对本实施例的修改，在第一衬底中可以布置放大晶体管。光电转换元件和至少FD区可以布置在第一衬底104中，正如在本实施例中那样。原因是有可能减少铜到其中保存着所产生的信号电荷的光电转换元件和构成FD区的半导体区中的扩散。
[第二实施例]
根据第二实施例的固态图像拾取装置将参考图2描述。根据本实施例的固态图像拾取装置在电路上与如图11所展示的根据第一实施例的固态图像拾取装置相同，但是芯片的层叠结构与其不同。对电路的解释被省略。将描述图2所展示的配置。
图2是对应于图11中电路的在200指明的固态图像拾取装置的剖面图。图2展示了各自包括图11中的光电转换元件303、传输晶体管304和放大晶体管306的两个像素的横剖面。省略了其他元件的展示。
图2展示了第一芯片201、第二芯片202以及第一芯片与第二芯片之间的接合面203。第一芯片201对应于图11中的第一芯片308，而第二芯片202对应于图11中的第二芯片309。
第一芯片201包括第一衬底204。在第一衬底204中，布置晶体管的表面是主面205，而与主面205相对的表面是背面206。在第一衬底204中，布置有构成图11中的光电转换元件303和传输晶体管304的部件。第一衬底204的主面205覆盖以多层互连结构207，该多层互连结构包括第一互连层222和第二互连层223，每个互连层都包括铝互连。多层互连结构207以与第一实施例类似的方式进一步包括钨制插塞。
第二芯片202包括第二衬底208。在第二衬底208中，布置晶体管的表面是主面209，而与主面209相对的表面是背面210。第二衬底208的主面209覆盖以多层互连结构211，该多层互连结构包括第一互连层228和第二互连层229，每个互连层都包括铜互连。与第一实施例不同，第二互连层在本实施例中是铜互连。具有单镶嵌结构的第一互连层228和具有双镶嵌结构的第二互连层229分别覆盖以对铜的防扩散膜231和232。防扩散膜231和232由例如氮化硅或碳化硅制成。例如每个栅电极与第一互连层228之间的连接都使用例如钨制插塞制成。在第二衬底208中，布置有构成图11中放大晶体管306的部件。
在根据本实施例的固态图像拾取装置中，第一芯片201和第二芯片202被层叠使得第一衬底204的主面205与第二衬底208的背面210彼此面对。参考图2，只有第二芯片202中每个放大晶体管的栅电极226与第一芯片201中的FD区213之间的连接被展示为第一芯片201与第二芯片202之间的连接部分311。更具体地，第一芯片201中的FD区213通过多层互连结构207、连接部分311和多层互连结构211连接到每个放大晶体管的栅电极226。布置有构成连接部分311的一部分的贯通电极235，以便延伸通过第二衬底208。这个贯通电极将FD区213连接到放大晶体管的栅电极226。图11中展示的连接部分310，用于向在114指明的传输晶体管的栅电极提供控制信号，未在图2中展示。根据本实施例的固态图像拾取装置属于背面照射类型，其中光线在第一衬底204的背面206上入射。
将详细描述芯片。在第一芯片201中的第一衬底204中，布置有电位阱215、构成光电转换元件的n型电荷存储区212以及传输晶体管的栅电极214。此外，在第一衬底204中布置有在213指明的传输晶体管的漏区、元件隔离区217和p型半导体区216。第一芯片201包括与第一衬底204的背面206邻近的防反射膜218、光屏蔽膜219、包括平面化层等的滤色层220以及微透镜221。
在第二芯片202中的第二衬底208中，布置有电位阱224和元件隔离区域227。此外，在第二衬底208中布置有用作图11中放大晶体管306的部件的源区和漏区225以及栅电极226。在晶体管的栅电极226以及源区和漏区225的每一个中，设置有高熔点金属化合物膜236。固态图像拾取装置包括第二衬底208之上的第一互连层228和第二互连层229，并且进一步地包括第二衬底208的最深部位中的隔离层234。固态图像拾取装置进一步包括第二芯片202上的粘合层233和粘合层233上的支持衬底230。下文将描述第二实施例中的隔离层234、粘合层233和支持衬底230。
根据本实施例的固态图像拾取装置中的第二芯片202中的多层互连结构包括铜互连。第二衬底中的多层互连结构包括铜互连，从而允许更精细的互连。此外，由于仅有第二芯片202具有这样的铜互连，所以能够减少铜到光电转换元件中的混合。从而能够降低由铜混合所造成的噪声。
由于布置有对铜的防扩散膜231和232，所以能够防止在第二芯片中布置的铜互连中所包含的铜混合到第一芯片中的光电转换元件和构成FD区的半导体区中。第二防扩散膜232可以具有平的上表面。原因是第二防扩散膜232的上表面用作接合到粘合层233的表面。
[第三实施例]
将参考图3来描述根据第三实施例的固态图像拾取装置。根据本实施例的固态图像拾取装置对应于根据第一实施例的固态图像拾取装置100，并且与第一实施例的固态图像拾取装置的不同在于防扩散膜的形式。以下将描述图3展示的配置。省略了与第一实施例中相同的部件的解释。
在图3中的在400指明的固态图像拾取装置中，对铜的防扩散膜131覆盖用作第一互连层的铜互连。防扩散膜131的图案被形成为对应于该互连的图案。防扩散膜131的材料与图1中相同。与图1的配置相比，放置图3中图案化的防扩散膜131能够降低互连片段之间以及互连层之间的耦合电容。降低耦合电容能够预防互连片段之间的串扰和互连中的信号延迟。
以下将参考图5A、5B、6A和6B描述图3展示的固态图像拾取装置400的制作方法。首先，如图5A展示，准备将成为第一衬底104的光电二极管形成构件（下文称为“PD形成构件”）501和将成为第二衬底108的电路形成构件502。PD形成构件501包括p型半导体区116和隔离层503。PD形成构件501由SOI衬底形成。p型半导体区116可以由离子注入或外延生长形成。
随后，如图5B展示，在PD形成构件501中或在其上形成电位阱115和元件，如电荷存储区112和传输栅电极114。PD形成构件501的布置有传输栅电极的表面用作第一衬底104的主面105。然后，在PD形成构件501上形成多层互连结构107。首先，形成包括氧化硅膜的第一隔离夹层512，以便覆盖电荷存储区212和传输栅电极214。此后，在第一隔离夹层512中的任意位置形成钨制插塞511。插塞511按以下方式形成。首先，在第一隔离夹层512中形成接触孔。此后，形成屏障金属膜和钨膜，使得接触孔以这些膜填充。使用某技术比如蚀刻或CMP去除不必要部位所对应的屏障金属膜和钨膜，使得插塞511形成。在插塞511形成后，在第一隔离夹层512和插塞511上形成用作第一互连层122的铝互连。以这样的方式形成第一互连层122，该方式使得屏障金属膜和铝膜被层叠，并且此后，该叠层通过例如蚀刻被图案化成所期望的形状。在形成了第一互连层122后，形成包括氧化硅膜的第二隔离夹层513，以便覆盖第一隔离夹层512和第一互连层122。然后，在第二隔离夹层513中形成钨制插塞514。制作插塞514的方法与制作插塞511的方法相同。利用与形成第一互连层122相同的方法，在任意区域中形成用作第二互连层123的铝互连。然后形成包括氧化硅膜的第三隔离夹层515，以便覆盖第二互连层123。通过蚀刻或CMP使第三隔离夹层515平面化。由平面化过程去除覆盖第二互连层123的第三隔离夹层515，使得第二互连层123的上表面暴露。第二互连层123的上表面与第三隔离夹层515的上表面齐平。多层互连结构107以这种方式形成。
在图5B中，在电路形成构件502中形成电位阱124以便形成例如包括放大晶体管的晶体管的电路。多层互连结构111在电路形成构件502上形成。首先，形成包括氧化硅膜的第一隔离夹层506，以便覆盖晶体管的源区和漏区125以及栅电极126。此后，在第一隔离夹层506中的任意位置形成钨制插塞505。形成插塞505的方法与形成插塞511的方法相同。然后，形成包括氧化硅膜的第二隔离夹层507，以便覆盖第一隔离夹层506和插塞505。第二隔离夹层507可以包括氮化硅或有机隔离膜，或者也可以是这些膜和氧化硅膜的叠层。在第二隔离夹层507的任意区域中形成用作第一互连层128的槽，然后，屏障金属膜和铜膜被层叠使得所述槽被这些膜填充。此后，由CMP除去不必要部位所对应的屏障金属膜和铜膜，从而使层叠膜平面化。然后，例如形成用作对铜的防扩散膜的氮化硅膜，以便覆盖第二隔离夹层507以及槽中的屏障金属和铜。氮化硅膜被图案化使得氮化硅膜的底面覆盖槽的表面，也就是，铜互连图案的整个表面，使得形成对铜的防扩散膜131。下一步，形成包括例如氧化硅膜的第三隔离夹层508以便覆盖第二隔离夹层507和防扩散膜131。在第三隔离夹层508中的任意位置形成用于第一互连层与第二互连层之间的连接的钨制插塞510。形成包括铝互连的第二互连层129，然后形成包括氧化硅膜的第四隔离夹层509，以便覆盖第二互连层129。此后，通过蚀刻或CMP去除第四隔离夹层509，使得第二互连层129的上表面暴露，用于连接部分。第二互连层129的上表面与第四隔离夹层509的上表面齐平。多层互连结构111以上面描述的方式形成。
参考图6A，翻转并放置电路形成构件502，使得第二衬底的主面109面向第一衬底的主面105。构件501和502通过微凸起彼此接合。
最后，如图6B所展示，通过CMP或蚀刻去除PD形成构件501和隔离层503的不必要部位504，以便使PD形成构件501变薄，从而形成第一衬底104。此后，在邻近第一衬底104的背面106形成由例如氮化硅制成的防反射膜118。在形成防反射膜118后，钨膜在邻近防反射膜118形成然后被图案化，从而形成光屏蔽膜119。随后，形成平面化层和滤色层120，然后形成微透镜121。使用以上描述的方法能够制作图3展示的固态图像拾取装置400。
与第一实施例相比，根据本实施例的固态图像拾取装置能够提高信号读取操作的速度，并且减少互连片段之间的耦合电容。
第四实施例
将参考图4描述根据第四实施例的固态图像拾取装置。根据本实施例的固态图像拾取装置具有根据第二实施例的固态图像拾取装置200的配置所对应的配置，并且与第二实施例的固态图像拾取装置的不同之处在于，根据本实施例的固态图像拾取装置包括被图案化的防扩散膜。以下将描述图4展示的配置。省略了与第二实施例中相同的部件的解释。
在图4的500指明的固态图像拾取装置中，对铜的防扩散膜231和第二防扩散膜232被图案化，以便以类似于第三实施例的方式对应于用作互连层的互连图案。防扩散膜231和232的材料与图3中相同。布置被图案化的防扩散膜231和232允许进一步减少互连片段之间和互连层之间的耦合电容。耦合电容的减少能够防止互连片段之间的串扰和每个互连中的信号延迟。
将参考图7A至图9描述图4的固态图像拾取装置500的制作方法。参考图7A，首先，准备将成为第一衬底204的光电二极管形成构件（下文称为“PD形成构件”）701和将成为第二衬底208的电路形成构件702。PD形成构件701包括p型半导体区216和隔离层703。PD形成构件701由SOI衬底形成。p型半导体区216可以由离子注入或外延生长形成。电路形成构件702包括隔离层234。电路形成构件702由SOI衬底形成。
参考图7B，在PD形成构件701中或在其上形成电位阱215和元件，如电荷存储区212和传输栅电极214。PD形成构件701的在其上布置传输栅电极的表面用作第一衬底204的主面205。在PD形成构件701上形成多层互连结构207。多层互连结构207包括第一互连层222和第二互连层223，每个互连层都包括铝互连、第一隔离夹层718、插塞710、第二隔离夹层711、插塞712和第三隔离夹层713。制作多层互连结构的方法与在第三实施例中的方法相同。
在图7B中，在电路形成构件702中形成电位阱224以便形成例如包括放大晶体管的晶体管组成的电路。多层互连结构211在电路形成构件702上形成。在图7B中，多层互连结构211包括第一隔离夹层706、插塞707、第二隔离夹层708、包括铜互连的第一互连层228、第一防扩散膜231以及第三隔离夹层709。制作这些层和插塞的方法与在第三实施例中的方法相同。所以省略了对该方法的解释。
参考图8A，在电路形成构件702的第三隔离夹层709上提供粘合层714，并且在粘合层714上提供支持衬底715。通过蚀刻或CMP去除电路形成构件702的不必要部位704，使得第二衬底208的背面210暴露。此后，电路形成构件702与PD形成构件701接合，使得第二衬底208的背面210面对第一衬底204的主面205。然后，去除粘合层714和支持衬底715。
参考图8B，形成贯通电极235，用于与第一衬底204之间传导。关于制作贯通电极235的方法，能够使用一般的半导体工艺。在第三隔离夹层709中的任意位置形成用于第一和第二互连层之间连接的插塞，以及用于第二互连层229的槽。在形成槽之后，通过与形成第一互连层228的方法相同的方法形成第二互连层229。制作第二互连层229的方法是所谓的单镶嵌工艺。用于第二互连层229的插塞和槽可以同时形成以便构成导体。制作插塞和第二互连层229的方法是所谓的双镶嵌工艺。在形成包括铜互连的第二互连层229之后，形成第二防扩散膜232。第二防扩散膜232的形成方式类似于第一防扩散膜231。也就是说，由例如氮化硅制成的膜在第二互连层229上形成，然后被图案化以便覆盖作为第二互连层229的互连片段，因此形成第二防扩散膜232。形成包括例如氧化硅膜的第四隔离夹层716以便覆盖第二防扩散膜232，然后将第四隔离夹层平面化。第四隔离夹层716可以包括也用作保护膜的氮化硅膜。
参考图9，在第四隔离夹层716上提供粘合层233，并且在粘合层233上提供支持衬底230。通过蚀刻或CMP去除PD形成构件701的不必要部位705，所以形成第一衬底204。此后，在邻近第一衬底204的背面206形成由例如氮化硅制成的防反射膜218。然后，在防反射膜218的邻近形成由例如钨制成的光屏蔽膜219。随后，形成平面化层和滤色层220然后形成微透镜221。由以上描述的方法制作图4展示的固态图像拾取装置500。
与第二实施例相比，根据本实施例的固态图像拾取装置能够提高信号读取操作的速度，并降低互连片段之间的耦合电容。
第五实施例
将参考图10A和图10B描述根据第五实施例的固态图像拾取装置。图10A中展示的600指明的固态图像拾取装置具有根据第三实施例的固态图像拾取装置400的配置所对应的配置，而图10B展示的700指明的固态图像拾取装置具有根据第四实施例的固态图像拾取装置500的配置所对应的配置。本实施例的特征是在第一芯片中放置对铜的防扩散膜。省略了对与第三实施例和第四实施例中的相同部件的解释。
在图10A的固态图像拾取装置600中，在固态图像拾取装置400中的第一芯片101的多层互连结构107中包括了第三防扩散膜801。更具体地，第三防扩散膜801的上表面与第二互连层123的上表面齐平，以便覆盖第一衬底104的整个表面。放置第三防扩散膜801能够进一步减少第二芯片102中铜的扩散。在图10A中，第一互连层128和第二互连层129的每一个都包括铜互连。更具体地，第二互连层129具有双镶嵌结构，包括第二互连层129以及用于第一互连层128与第二互连层129之间连接的插塞，使得插塞和第二互连层129从同一导体连续地形成。这种配置也能够防止包含在暴露于连接部位311中的第二互连层129中的铜的扩散。
如果第三防扩散膜801在多层互连结构107中的任何位置，只要第三防扩散膜801被包括在多层互连结构107中就获得了相同的优点。如果第三防扩散膜801没有覆盖第一衬底104的整个表面，就得到了预防铜扩散的效果。第三防扩散膜801可以覆盖第一衬底104的整个表面。当在第二衬底108上放置高熔点金属化合物膜136时，第三防扩散膜801还能够用作对高熔点金属的防扩散膜。
在图10B的固态图像拾取装置700中，第三防扩散膜901被包括在固态图像拾取装置500中的第一芯片201的多层互连结构207中。更具体地，放置第三防扩散膜901以便覆盖第二互连层223。利用这种配置，即使铜在第二衬底208中扩散，也能够防止铜扩散到例如第一衬底204中的光电转换元件中。
第三防扩散膜901可以被放置在多层互连结构207的任何位置。第三防扩散膜901可以被放置在第二互连层223上，因为能够降低互连层之间的耦合电容。在将高熔点金属化合物膜136放置在第二衬底208上的情况下，如果高熔点金属在第二衬底208中扩散，第三防扩散膜901能够防止高熔点金属扩散到例如第一衬底204的光电转换元件中。
第六实施例
将关于根据本发明的固态图像拾取装置被作为图像拾取装置应用到图像拾取系统的情况描述第六实施例。图像拾取系统包括例如数码静态照相机或数码摄像机。图12是将固态图像拾取装置应用到作为图像拾取系统的实例的数码静态照相机的框图。
参考图12，配置了屏障1以保护透镜。在2指明的透镜在图像拾取装置4上形成了对象的光学图像。配置光圈3以改变穿过透镜2的光量。图像拾取装置4对应于上述实施例中描述的固态图像拾取装置的任何一个。图像拾取装置4将通过透镜2形成的光学图像转换为图像数据。图像拾取装置4包括A/D转换器。更具体地，A/D转换器放置在第二芯片中。信号处理单元7对从图像拾取装置4输出的图像数据执行各种校正过程并压缩该数据。在图12中，附图标记8表示定时发生单元，它向图像拾取装置4和信号处理单元7输出各种定时信号；9表示执行各种运算操作并控制整个数字静态照相机的整体控制和运算单元（下文称为“整体控制/运算单元”）；10表示被配置为临时地存储图像数据的存储器单元；11表示接口（I/F）单元，通过它把数据记入记录介质或从记录介质读出；12表示可拆卸记录介质，比如半导体存储器，图像数据被记入其中或从中读出；以及13表示接口（I/F）单元，以便与例如外部计算机通信。可以从外部向图像拾取系统提供定时信号。图像拾取系统可以至少包括图像拾取装置4和处理从图像拾取装置输出的图像数据的信号处理单元7。已经就图像拾取装置4包括A/D转换器的情况描述了本实施例。图像拾取装置和A/D转换器可以对不同的芯片提供。图像拾取装置4可以包括例如信号处理单元7。
如上文所描述，根据本发明的固态图像拾取装置能够应用到图像拾取系统。根据本发明的固态图像拾取装置应用到图像拾取系统允许获得高质量的图像。
如上文所描述，根据本发明的固态图像拾取装置能够实现更高的图案设计并降低光电转换元件中的暗电流。实施例不限于所描述的配置。若干实施例能够适当地组合。
虽然已经参考示范实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示范实施例。以下权利要求书的范围应当给予最广泛的解释，以便包含一切这样的修改以及等效的结构和功能。
本申请要求2009年12月26日提交的2009-296522号日本专利申请的优先权，其全部内容在此引用作为参考。
Claims (13)
1.一种固态图像拾取装置，包括：
第一衬底，包括光电转换元件和被配置为从所述光电转换元件传输电荷的传输栅电极；
第二衬底，具有外围电路部分，所述外围电路部分包括被配置为读取基于所述光电转换元件中产生的电荷的信号的电路，所述第一衬底和所述第二衬底被层叠；
布置在所述第一衬底上的包括铝互连的多层互连结构；以及
布置在所述第二衬底上的包括铜互连的多层互连结构。
2.根据权利要求1的装置，其中，所述第一衬底和所述第二衬底被层叠，使得在其上布置所述传输栅电极的所述第一衬底的主面面对在其上将晶体管布置在所述外围电路部分中的所述第二衬底的主面。
3.根据权利要求1的装置，其中，所述第一衬底和所述第二衬底被层叠，使得在其上布置所述传输栅电极的所述第一衬底的主面面对与在其上将晶体管布置在所述外围电路部分中的所述第二衬底的主面相对的后面。
4.根据权利要求2的装置，其中，布置在所述第一衬底上的包括所述铝互连的多层互连结构包括对铜的防扩散膜。
5.根据权利要求4的装置，其中，所述第二衬底中的外围电路部分设置有高熔点金属化合物膜，以及所述对铜的防扩散膜也用作对高熔点金属的防扩散膜。
6.根据权利要求3的装置，其中，布置在所述第一衬底上的包括铝互连的多层互连结构包括对铜的防扩散膜。
7.根据权利要求6的装置，其中，所述第二衬底中的外围电路部分设置有高熔点金属化合物膜，以及所述对铜的防扩散膜也用作对高熔点金属的防扩散膜。
8.根据权利要求1的装置，其中，所述包括铜互连的多层互连结构包括布置在所述铜互连上的对铜的防扩散膜。
9.根据权利要求8的装置，其中，所述对铜的防扩散膜被图案化以便对应于所述铜互连的图案。
10.根据权利要求8的装置，其中，所述对铜的防扩散膜包括氮化硅或碳化硅。
11.根据权利要求1的装置，其中，
所述第一衬底包括浮动扩散区，通过所述传输栅电极从所述光电转换元件向所述浮动扩散区传输电荷；
所述第二衬底包括：具有栅电极的放大晶体管，向所述栅电极输入基于所述浮动扩散区的电位的信号；以及复位晶体管，被配置为把所述放大晶体管的栅电极设置为复位电位；以及
在所述第二衬底上设置有信号线，向所述信号线输出基于所述放大晶体管的栅电极的信号。
12.根据权利要求1的装置，其中，
所述第一衬底包括：浮动扩散区，通过所述传输栅电极从所述光电转换元件向所述浮动扩散区传输电荷；具有栅电极的放大晶体管，向所述栅电极输入基于所述浮动扩散区的电位的信号；以及复位晶体管，被配置为把所述放大晶体管的栅电极设置为复位电位；以及
在所述第二衬底上设置有信号线，向所述信号线输出基于所述放大晶体管的栅电极的信号。
13.一种图像拾取系统，包括：
根据权利要求1的固态图像拾取装置；以及
信号处理单元，被配置为处理从所述固态图像拾取装置输出的信号。
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