CN110914993B - 固态摄像装置 - Google Patents

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Abstract

[问题]本发明提供了一种在层叠的芯片的尺寸和布局方面具有更高自由度的固态摄像装置。[解决方案]根据本发明的固态摄像装置包括：第一基板，在所述第一基板中在一个主表面上形成有像素部，所述像素部中布置有像素；第二基板，所述第二基板接合至所述第一基板的与所述一个主表面相对的表面，并且在与所述第一基板接合的表面相反侧的表面的局部区域中设置有开口；以及至少一个子芯片，所述子芯片设置在所述开口内而不从所述开口突出，并且在所述子芯片中形成有具有预定功能的电路。

Description

固态摄像装置
技术领域
本发明涉及固态摄像装置。
背景技术
作为层叠有多个芯片的半导体设备，例如，诸如CMOS图像传感器等放大固态摄像装置和多层层叠存储装置是已知的。这些层叠半导体装置通过在膜厚度方向上层叠具有不同功能的芯片并经由填充有金属材料的通孔将所述芯片电连接来实现。
作为层叠芯片的方法，例如，已经开发了用于接合其上形成有芯片的晶片的方法。
例如，下面的专利文献1公开了一种层叠固态摄像装置，该层叠固态摄像装置通过接合其上形成有芯片的晶片并随后使用背面研磨(backgrinding)共同抛光所述晶片以使其变薄而获得。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2014-099582 A
发明内容
技术问题
然而，在将形成有不同平面面积的芯片的晶片层叠在一起的情况下，能够形成在晶片上的芯片的数量和布局受到形成有最大平面面积的芯片的晶片的限制。
因此，本公开提出了一种新颖且改进的固态摄像装置，其能够进一步增加待层叠的芯片的尺寸和布局的自由度。
技术问题的解决方案
根据本公开，提供了一种固态摄像装置，该固态摄像装置包括：第一基板，其具有一个主表面，在所述主表面上形成有布置有像素的像素部；第二基板，其接合至所述第一基板的与所述一个主表面相对的表面，并且在所述第二基板中，在与所述第一基板接合的表面相对的表面的局部区域中设置有开口；至少一个子芯片，所述子芯片设置在所述开口内而不从所述开口突出，并且在所述子芯片中形成有具有预定功能的电路。
根据本公开，设置有开口的基板接合到其上形成有像素部的基板。因此，设置有开口的基板能够用作支撑件，并且能够通过所述开口将子芯片与基板内部的电路电连接。
本发明的有益效果
如上所述，本公开能够提供一种具有待层叠的芯片的尺寸和布局的自由度更高的固态摄像装置。
上述效果不一定是限制性的，并且本文说明的任何效果或可以从说明书中理解的其它效果可以与上述效果一起呈现，或代替上述效果。
附图说明
图1是用于示意性地描述根据本公开的一个实施例的固态摄像装置的构造的垂直截面图。
图2是用于描述根据实施例的制造固态摄像装置的方法的概要的示意图。
图3A是用于描述根据实施例的制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的示意性垂直截面图。
图3B是用于描述根据实施例的制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的示意性垂直截面图。
图3C是用于描述根据实施例的制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的示意性垂直截面图。
图3D是用于描述根据实施例的制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的示意性垂直截面图。
图3E是用于描述根据实施例的制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的示意性垂直截面图。
图3F是用于描述根据实施例的固态摄像装置的制造方法中的一个步骤的示意性垂直截面图。
图3G是用于描述根据实施例的制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的示意性垂直截面图。
图3H是用于描述根据实施例的制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的示意性垂直截面图。
图4A是示出用于形成第二基板的另一种方法中的一个步骤的示意性垂直截面图。
图4B是示出用于形成第二基板的另一种方法中的一个步骤的示意性垂直截面图。
图4C是示出用于形成第二基板的另一种方法中的一个步骤的示意性垂直截面图。
图4D是示出用于形成第二基板的另一种方法中的一个步骤的示意性垂直截面图。
图5A是示出用于形成第二基板的又一方法中的一个步骤的示意性垂直截面图。
图5B是示出用于形成第二基板的另一种方法中的一个步骤的示意性垂直截面图。
图5C是示出用于形成第二基板的另一种方法中的另一步骤的示意性垂直截面图。
图5D是示出用于形成第二基板的另一种方法中的另一步骤的示意性垂直截面图。
图5E是示出用于形成第二基板的另一种方法中的另一步骤的示意性垂直截面图。
图5F是示出用于形成第二基板的另一种方法中的另一步骤的示意性垂直截面图。
图6A是用于示意性地描述根据第一变形例的固态摄像装置的构造的垂直截面图。
图6B是用于示意性地描述根据第二变形例的固态摄像装置的构造的垂直截面图。
图7A是示意性地示出根据第一具体示例的用于制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的垂直截面图。
图7B是示意性地示出根据第一具体示例的用于制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的垂直截面图。
图7C是示意性地示出根据第一具体示例的用于制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的垂直截面图。
图7D是示意性地示出根据第一具体示例的用于制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的垂直截面图。
图7E是示意性地示出根据第一具体示例的用于制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的垂直截面图。
图8A是示意性地示出根据第二具体示例的用于制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的垂直截面图。
图8B是示意性地示出根据第二具体示例的用于制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的垂直截面图。
图8C是示意性地示出根据第二具体示例的用于制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的垂直截面图。
图8D是示意性地示出根据第二具体示例的用于制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的垂直截面图。
图8E是示意性地示出根据第二具体示例的用于制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的垂直截面图。
图8F是示意性地示出根据第二具体示例的用于制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的垂直截面图。
图8G是示意性地示出根据第二具体示例的用于制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的垂直截面图。
图9A是示意性地示出根据第三具体示例的用于制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的垂直截面图。
图9B是示意性地示出根据第三具体示例的用于制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的垂直截面图。
图9C是示意性地示出根据第三具体示例的用于制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的垂直截面图。
图9D是示意性地示出根据第三具体示例的用于制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的垂直截面图。
图10A是示意性地示出根据第四具体示例的固态摄像装置的层叠结构的垂直截面图。
图10B是示出根据第四具体示例的固态摄像装置中的基板和子芯片的平面布置的平面图。
图11是示意性地示出根据第四具体示例的用于制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的垂直截面图。
图12A是示意性地示出根据第五具体示例的固态摄像装置的层叠结构的垂直截面图。
图12B是示出根据第五具体示例的固态摄像装置中的基板和子芯片的平面布置的平面图。
图13A是示意性地示出根据第六具体示例的固态摄像装置的层叠结构的垂直截面图。
图13B是示出根据第六具体示例的固态摄像装置中的基板和子芯片的平面布置的平面图。
图14A是示意性地示出根据第七具体示例的固态摄像装置的层叠结构的垂直截面图。
图14B是示出根据第七具体示例的固态摄像装置中的基板和子芯片的平面布置的平面图。
图15A是示意性地示出根据第八具体示例的固态摄像装置的层叠结构的垂直截面图。
图15B是示出根据第八具体示例的固态摄像装置中的基板和子芯片的平面布置的平面图。
图16A是示意性地示出根据第九具体示例的用于制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的垂直截面图。
图16B是示意性地示出根据第九具体示例的制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的垂直截面图。
图16C是示意性地示出根据第九具体示例的制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的垂直截面图。
图16D是示意性地示出根据第九具体示例的制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的垂直截面图。
图16E是示意性地示出根据第九具体示例的用于制造固态摄像装置的方法中的一个步骤的垂直截面图。
图17是示意性地示出根据第十具体示例的固态摄像装置的结构的垂直截面图。
图18是示出可以应用根据本公开的技术的固态摄像装置的构造示例的截面图。
图19A是示出内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。
图19B是示出摄像头和CCU的功能性构造的示例的框图。
图20A是示出车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。
图20B是示出车外信息检测单元和摄像单元的安装位置的示例的说明图。
具体实施方式
下面参考附图详细描述本公开的优选实施例。在说明书和附图中，为了省略重复的描述，具有基本相同的功能性构造的组件由相同的附图标记表示。
以下面的顺序进行描述：
0.本公开的技术背景
1.固态摄像装置的构造
2.制造固态摄像装置的方法
3.固态摄像装置的变形例
4.固态摄像装置的具体示例
5.应用示例
6.结论
<0.本公开的技术背景>
在描述根据本公开的一个实施例的固态摄像装置之前，描述本公开的技术背景。
例如，层叠有多个芯片的层叠固态摄像装置是已知的。在这种层叠固态摄像装置中，多个其内形成有芯片的晶片被接合，然后根据需要通过背面研磨(BGR)和化学机械抛光(CMP)的组合来使层叠的晶片变薄。在层叠固态摄像装置中，每个晶片的薄化使得形成穿过每个芯片的连接电极变得更加容易，并且可以减小整个设备的厚度，这一点非常重要。
然而，在该方法中，在层叠的晶片中形成的芯片的平面面积不同的情况下，根据其上形成有最大面积的芯片的晶片来确定布局，因此，在某些晶片中会生成未用于芯片的区域。在该方法中，将其中形成有芯片的晶片层叠在一起，并且因此当任何层叠的芯片不满足期望的性能时，在作为一个整体的固态摄像装置中就不能满足期望的性能。因此，此方法可能会降低固态摄像装置的产量。
另一方面，近年来，已经开发出一种被称为“晶片上的芯片(CoW)”的技术，该技术用于将单独制造的芯片层叠在形成于晶片上的芯片上。然而，在该方法中，具有层叠芯片的晶片用作支撑件，因此难以在晶片上执行诸如背面研磨和CMP等薄化处理，并且整个固态摄像装置的厚度增加。在通过树脂将单独制造的芯片接合到晶片的情况下，由于树脂中的应力，接合芯片中可能会发生变形或翘曲，这可能会影响固态摄像装置的特性。
此外，例如，提出了如下技术：将载体晶片临时接合到其中形成有像素部的晶片，然后层叠芯片并且变薄晶片，然后分离载体晶片。在该方法中，载体晶片用作支撑件，因此能够使其中形成有像素部的晶片变薄。这样可以整体上减小固态摄像装置的厚度。
然而，在该方法中，将所述载体晶片临时接合并且随后分离，因此，用于所述载体晶片的临时接合的接合剂残留会影响所述固态摄像装置的性能。当分离所述载体晶片时，应力可能会施加于其中形成有像素部的晶片，并且其中形成有像素部的晶片可能发生变形或翘曲。
鉴于上述情况，做出了根据本公开的技术。在下文中，详细描述根据本公开的一个实施例的固态摄像装置。
<1.固态摄像装置的构造>
首先，参照图1描述根据本公开的一个实施例的固态摄像装置的构造。图1是用于示意性地描述根据本实施例的固态摄像装置的构造的垂直截面图。
在下面的描述中参考的每个附图中，为了便于描述，有时放大了一些组成构件的尺寸。在每个图中示出的组成构件的相对尺寸并不总是精确地表示组成构件的实际大小关系。在下面的描述中，有时将层叠基板或层的方向称为“向上方向”。
如图1所示，通过依次层叠第一基板10、包括电路板200的第二基板20和开口基板300、以及子芯片400来形成根据本实施例的固态摄像装置1。例如，固态摄像装置1可以以多个固态摄像装置1以晶片状态布置在基板上然后沿着切割线DL切割的方式来制造。
具体地，第一基板10可以设置有像素部。第二基板20中的电路板200和子芯片400可以设置有用于执行与固态摄像装置1的操作有关的各种信号处理的电路。例如，电路板200可以设置有逻辑电路，并且子芯片400可以设置有存储电路。例如，固态摄像装置1可以是用于在像素部对进入第一基板10的光进行光电转换的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
例如，第一基板10包括由硅(Si)制成的半导体基板和形成在半导体基板上的多层配线层。在第一基板10的光接收表面上，设置有滤色器层12和微透镜阵列13，并且设置用于露出形成在其中的焊盘15的焊盘开口部17。在第一基板10的与光接收表面相对的表面上，设置有用于将在像素部获取的信号提取至第二基板20或子芯片400的电极101。
在半导体基板和多层配线层中，形成有像素部(其中二维地布置有像素)以及用于处理来自像素部的像素信号的像素信号处理电路。每个像素包括光电二极管(PD)，用于接收来自摄像目标的光并进行对所接收的光进行光电转换；晶体管，用于读取与由光电二极管获取的光相对应的电信号；以及驱动电路。例如，像素信号处理电路对来自每个像素的电信号执行诸如模数转换(AD转换)等各种信号处理。在像素部，像素可以二维布置或三维布置。
滤色器层12通过二维布置多个滤色器(CF)形成。微透镜阵列13通过二维布置多个微透镜(ML)形成。滤色器层12和微透镜阵列13形成在像素部的正上方，并且为在每个像素中的PD设置一个CF和一个ML。
例如，滤色器层12中的每个CF可以具有红色、绿色和蓝色中的任何一种颜色。当已经通过CF的光进入像素中的PD并被转换为像素信号时，获取摄像目标的与CF相对应的颜色分量的像素信号。更具体地，在固态摄像装置1中，与一个CF相对应的一个像素用作子像素，并且一个像素可以由多个子像素形成。例如，在固态摄像装置1中，一个像素可以由红色像素(其中设置红色CF)、绿色像素(其中设置绿色CF)、蓝色像素(其中设置蓝色CF)以及白色像素(其中没有设置CF)的四色子像素形成。CF的排列方法没有特别限制，并且可以是各种排列类型，例如，三角形排列、条形排列、对角式排列和矩形排列。
微透镜阵列13形成为使得各ML位于各CF的正上方。微透镜阵列13通过每个ML会聚光，并使会聚的光进入像素中的PD，从而能够提高固态摄像装置1的灵敏度。
焊盘15形成在第一基板10的多层配线层中，并且用作用于与外部交换各种信号的输入/输出(I/O)部。例如，焊盘15可以沿着第一基板10的外周设置。焊盘15的金属表面通过焊盘开口部17而露出，并且焊盘15通过诸如穿过焊盘开口部17的引线接合而电连接到外部电路。例如，考虑到与用于引线接合的配线的粘附性，焊盘15可以由诸如铝(Al)等金属形成。
例如，第二基板20通过将其上形成有电路的电路板200和开口基板300(其中形成有穿过该基板的开口330)接合而形成。例如，电路板200是其上形成有逻辑电路的逻辑基板。
具体地，例如，电路板200包括由Si制成的半导体基板和形成在该半导体基板上的多层配线层。在半导体基板和多层配线层中，可以形成用于执行与固态摄像装置1的操作有关的各种信号处理的逻辑电路。例如，逻辑电路控制用于驱动第一基板10中的像素部的驱动信号，并且控制与外部的信号交换。电路板200设置有用于将第一基板10中设置的电极101和子芯片400中设置的电极411电连接的贯通孔201。
例如，通过在由Si制成的半导体基板的部分区域中设置穿过半导体基板的开口330来形成开口基板300。具体地，设置在开口基板300中的开口330形成为具有比第一基板10的平面面积小且比子芯片400的平面面积大的平面面积。用这种方式，开口基板300能够将子芯片400容纳在开口330内。
开口基板300用作固态摄像装置1的支撑件和载体晶片。开口基板300设有开口330，因此子芯片400能够通过开口330与电路板200形成电连接。开口基板300本身的构造没有特别限定。开口基板300可以仅由半导体基板形成，或者也可以由层叠有半导体基板和多层配线层的层叠基板形成。
子芯片400设置在开口330的内部从而不从开口330突出，并接合到电路板200。由此，子芯片400能够通过开口基板300中的开口330电连接到电路板200。子芯片400不突出于开口330，并且因此，例如，当与设置有子芯片400的表面相对的表面(即，第一基板10的光接收表面)经历薄化处理时，子芯片400受到开口基板300的保护。
例如，子芯片400包括由Si制成的半导体基板和在该半导体基板上形成的多层配线层。在半导体基板和多层配线层中，可以形成用于临时保持在第一基板10中的像素部获取的并由像素信号处理电路进行AD转换的像素信号的存储电路。子芯片400设置有用于向第一基板10或第二基板20输入信号并从第一基板10或第二基板20输出信号的电极411。
在固态摄像装置1中，可以通过将像素信号临时保持在存储电路中来实现全局快门摄像。像素信号能够以更高地速度从固态摄像装置1读取到外部电路。因此，即使在高速摄影期间，固态摄像装置1也能够抑制图像中的变形以拍摄更高质量的图像。
子芯片400不限于上述存储芯片，并且可以是其中形成有其它元件的芯片。例如，子芯片400可以是其中形成有陀螺仪元件或天线元件的芯片，并且子芯片400可以是其中形成有使用化合物半导体的红外光接收元件的芯片。
作为第一基板10、第二基板20和子芯片400中的半导体基板和多层配线层的材料、形成在半导体基板和多层配线层中的电路、以及形成半导体基板和多层配线层的方法，能够适当地使用公知的材料、电路和方法，因此在此省略其详细说明。
例如，半导体基板可以是硅基板之外的其它类型的半导体基板，例如砷化镓(GaAs)基板和碳化硅(SiC)基板。可替代地，半导体基板可以是其中诸如硅的半导体层叠在蓝宝石基板上的基板。多层配线层可以是例如其中在SiO2或SiN的绝缘层中形成铜(Cu)或铝(Al)的金属配线层的层叠体。
构成第一基板10和第二基板20的半导体基板和构成子芯片400的半导体基板可以由相同的材料形成。在这种情况下，第一基板10、第二基板20和子芯片400的热膨胀系数和导热系数彼此相等，因此能够改善热应力和散热性能。
应当理解，构成第一基板10和第二基板20的半导体基板和构成子芯片400的半导体基板可以由不同的材料形成。在根据本实施例的固态摄像装置1中，子芯片400的类型、尺寸和布局的自由度很高，因此，甚至可以毫无问题地使用待安装到专用材料的安装基板上的子芯片400。
第一基板10中设置的电路、第二基板20中的电路板200以及子芯片400彼此电连接。例如，第一基板10、电路板200和子芯片400可以通过经由设置在电路板200中的贯通孔(through-via)201连接分别设置在第一基板10和子芯片400中的电极101和电极411而彼此电连接。
第一基板10、电路板200和子芯片400的电连接方法不限于上述方法，还可以使用各种公知的方法。
例如，如上所述，设置在第一基板10、电路板200和子芯片400中的电路可以通过用诸如铜等金属填充穿过半导体基板的通孔而形成的贯通孔电连接。设置在第一基板10、电路板200和子芯片400中的电路可以通过如下方式电连接：使露出于芯片表面上的电极彼此接触并随后通过热处理使电极接合在一起。通过使露出的电极彼此直接接触而接合的这种结构有时被称为“电极接合结构”。与通过使用贯通孔电连接芯片的情况相比，在接合芯片之间的界面处形成的电极接合结构能够提高配线和电极的布局自由度。
尽管在每个图中都省略了图示，但是应该理解，在固态摄像装置1中，绝缘材料被插入在配线的金属材料和贯通孔与半导体基板接触的部分，以使金属材料和半导体基板电绝缘。作为绝缘材料，例如，可以使用以诸如SiO2的硅氧化物或诸如SiN的硅氮化物等公知的绝缘材料。绝缘材料可以布置在金属材料和半导体基板之间，或者可以存在于半导体基板中远离两者间的接触部分的位置处。例如，在贯通孔中，上述绝缘材料可以存在于设置在半导体基板中的通孔的内壁与埋入在通孔中的金属材料之间。
如上所述，在根据本实施例的固态摄像装置1中，由电路板200和开口基板300形成的第二基板20可以用作支撑件，并且可以通过形成在开口基板300中的开口330设置用于将子芯片400装入其中的空间。因此，根据本实施方式的固态摄像装置1可以变薄而无需分离用作支撑件的第二基板20，并且切分后的子芯片400可以与之接合。
<2.制造固态摄像装置的方法>
接下来，参照图2以及图3A至图3H描述根据本实施例的制造固态摄像装置1的方法的示例。图2是用于描述根据本实施例的制造固态摄像装置1的方法的概要的示意图。图3A至图3H是用于描述根据本实施例的制造固态摄像装置1的方法中的步骤的示意性垂直截面图。
首先，参照图2说明根据本实施例的固态摄像装置1的制造方法的概要。如图2所示，首先将其上形成有像素部1A的切分前的第一基板10与电路板200接合在一起。具体地，电路板200接合到第一基板10的与形成有像素部1A的表面相对的表面。之后，通过背面研磨和CMP的组合来进行电路板200的薄化处理。
接下来，将第一基板10和电路板200的层叠体接合到设置有开口330的开口基板300上。具体地说，开口基板300接合到第一基板10和电路板200的层叠体的位于电路板200侧的表面。在这种情况下，开口基板300中的开口330形成在与第一基板10中形成有像素部1A的位置相对应的位置处。
随后，从其上分离地形成有各子芯片400的晶片401上切下单独的子芯片400，并且仅将满足所需特性的子芯片400放置在电路板200上。具体地，通过将子芯片400放置在开口基板300中的开口330内，将子芯片400接合到电路板200上，并且子芯片400被电连接到电路板200和第一基板10。之后，第一基板10的其上形成有像素部1A的表面经受薄化处理。在这种情况下，子芯片400被设置为不从开口330突出，并因此受到开口基板300的保护，从而不受第一基板10的薄化处理的特别影响。
之后，滤色器层12和微透镜阵列13形成在第一基板10的形成有像素部1A的表面上。随后，执行开口基板300的薄化处理以制造其上布置有固态摄像装置1的晶片。通过针对固态摄像装置1切割晶片，制造出针对每个芯片分离的固态摄像装置1。
接下来，参照图3A至图3H详细描述根据本实施例的制造固态摄像装置1的方法。
首先，如图3A所示，通过公知的方法在第一基板10中形成光电二极管(未示出)、像素晶体管(未示出)、配线(未示出)和电极101。电极101用作第一基板10中的电连接点，该电连接点用于在后续阶段电连接第一基板10、电路板200和子芯片400。
接下来，设置有具有预定功能的电路的电路板200被形成，并通过公知的方法接合到第一基板10。接合电路板200和第一基板10的方法没有特别限制。例如，电路板200和第一基板10可以接合在一起，使得它们的多层配线层彼此相对(所谓的“面对面”)。
接下来，如图3B所示，在其中第一基板10和电路板200接合在一起的层叠体的位于电路板200侧的表面被薄化。薄化可以通过使用公知的方法来进行。例如，可以通过背面研磨和CMP的组合来使表面变薄。
之后，如图3C所示，通过公知的方法形成穿过电路板200并电连接到第一基板中的电极101的贯通孔201。当子芯片400接合至电路板200时，贯通孔201用作子芯片400与电路板200之间的电连接点。
随后，如图3D所示，将其中第一基板10和电路板200接合在一起的层叠体接合到设置有开口330的开口基板300上。具体地，通过等离子接合，开口基板300接合到其中第一基板10和电路板200接合在一起的层叠体的位于电路板200侧的表面。
接下来，如图3E所示，子芯片400和电路板200通过开口330接合在一起。具体地，子芯片400设置在开口基板300中的开口330内，并且因此接合到其中第一基板10和电路板200接合在一起的层叠体的位于电路板200侧的表面。例如，子芯片400和电路板200可以通过使用等离子体接合而接合在一起。
在这种情况下，子芯片400接合到电路板200，使得子芯片400中的电极411和电路板200中的贯通孔201形成电连接。在子芯片400和电路板200之间形成电连接的方法没有特别限制。例如，可以通过使用上述电极接合结构代替电极411和贯通孔201的接合来电连接子芯片400和电路板200。
随后，如图3F所示，将第一基板10、电路板200、开口基板300和子芯片400的层叠体的位于第一基板10侧的表面薄化。具体地，通过公知的方法将第一基板10的与接合至电路板200的表面相对的表面(其上形成有光电二极管等的像素形成表面)薄化。
之后，如图3G所示，滤色器层12和微透镜阵列13形成在变薄的第一基板10的像素形成表面上。在薄化后的第一基板10的像素形成表面上形成焊盘开口部17，并且因此在第一基板10内部形成的焊盘15露出。
此外，如图3H所示，在开口基板300被薄化之后，沿着切割线DL切割固态摄像装置1，从而能够制造分离成独立芯片的固态摄像装置1。
制造固态摄像装置1的方法不限于上述方法。可以根据情况替换上述步骤的顺序。例如，子芯片400的接合和第一基板10的薄化的顺序可以替换。开口基板300的薄化和滤色器层12的形成的顺序可以替换。
形成为电路板200和开口基板300的层叠体的第二基板20可以通过其它方法来形成。参照图4A至图4D以及图5A至图5F描述其它方法。
例如，参照图4A至图4D待描述的方法是用于通过预先将电路板200和开口基板300接合在一起而形成第二基板20的方法，而不是依次将一起作为第二基板20的电路板200和开口基板300接合到第一基板10。图4A到图4D是示出形成第二基板20的另一种方法的步骤的示意性垂直截面图。
首先，如图4A所示，形成层叠有多层配线层220和半导体基板210的电路板200。在电路板200中，在多层配线层220和半导体基板210之间形成随后将通过开口330而露出的电极203。应该理解的是，电路板200还设有诸如逻辑电路等具有预定功能的电路，并且该电路电连接到电极203。
接下来，如图4B所示，通过背面研磨和CMP的组合将电路板200中的半导体基板210薄化。具体地，将半导体基板210薄化至其中形成的电极203露出的程度。
随后，如图4C所示，将层叠有多层配线层320和半导体基板310的开口基板300接合至电路板200的半导体基板210侧的表面。具体地，电路板200和开口基板300接合在一起，使得电路板200的半导体基板210侧的表面和开口基板300的多层配线层320侧的表面彼此相对(即背对面)。
之后，如图4D所示，形成开口330使得形成在电路板200中的电极203从开口基板300的半导体基板310侧的表面露出。例如，可以使用光刻和蚀刻来去除半导体基板310和多层配线层320中的预定区域，以形成用于露出电极203的开口330。
通过上述步骤，能够形成其中开口330设置在预定区域中并且可以在开口330内电连接到子芯片400的第二基板20。通过将这种第二基板20的电路板200的多层配线层220侧的表面接合至第一基板10，可以如以上参照图3A到图3H所述的制造方法来制造固态摄像装置1。
例如，参照图5A和图5B描述的方法是用于通过单个基板而不是依次将用作第二基板20的电路板200和开口基板300接合至第一基板10来形成第二基板200A的方法。图5A和图5B是示出用于形成第二基板200A的又一方法中的步骤的示意性垂直截面图。
首先，如图5A所示，形成层叠有半导体基板211、BOX层212、SOI层213和多层配线层220的第二基板200A。例如，BOX层212是由诸如SiO2的氧化物形成的层，并且SOI层213是类似于半导体基板211的由诸如Si的半导体形成的层。换句话说，第二基板200A可以是所谓的“绝缘体上硅(SOI)基板”。在第二基板200A中，从多层配线层220到半导体基板211形成在后续阶段中形成与子芯片400的电连接的电极203。应该理解的是，第二基板200A还设有具有预定功能的电路，例如逻辑电路，并且该电路电连接到电极203。
之后，如图5B所示，形成开口230，使得电极203从半导体基板211侧的表面露出。例如，可以使用光刻和蚀刻来去除半导体基板211中的预定区域并形成开口230以露出电极203。
通过上述步骤，可以形成第二基板200A，其中开口230设置在预定区域中并且可以电连接到开口230内部的子芯片400。通过将这种第二基板200A的多层配线层220侧的表面接合至第一基板10，可以如以上参照图3A至图3H所述的制造方法来制造固态摄像装置1。
参考图5C至图5F描述的方法是用于在第二基板200A中形成具有不同深度的电极203和电极205的方法。图5C至图5F是示出用于形成第二基板200A的另一种方法中的步骤的示意性垂直截面图。
首先，如图5C所示，形成包括深度不同的电极203和电极205的第二基板200A。具体地，第二基板200A包括半导体基板和形成在半导体基板上的电路。形成在半导体基板上的电路是用于执行第二基板200A的预定功能的电路，并且被设置在与在后续步骤中将要形成开口230的表面相对的表面中。在第二基板200A中，从电路朝向形成有开口230的表面形成电极203和电极205。电极203被设置在到达第二基板200A的内部的中心的深度，并且电极205被设置在穿过第二基板200A的深度。
图5C至图5F清楚地示出了设置在电路以及电极203和电极205与构成第二基板200A的半导体基板之间的绝缘材料240。绝缘材料240使电路以及电极203和电极205与构成第二基板200A的半导体基板之间电绝缘，从而防止电流从电路以及电极203和电极205流向半导体基板。作为绝缘材料240，例如，可以使用以诸如SiO2之类的硅氧化物或诸如SiN之类的硅氮化物为例的公知绝缘材料。尽管在其它截面图中未示出，但是用于将配线和贯通孔的金属材料与半导体基板电绝缘的绝缘材料240类似地设置在金属材料与半导体基板之间。
接下来，如图5D所示，形成开口230使得电极203从第二基板200A的一个表面露出。开口230不形成在形成有穿过第二基板200A的电极205的区域中。例如，可以使用光刻和蚀刻来去除第二基板200A中的预定区域并形成开口230以露出电极203。
随后，如图5E所示，将子芯片400布置在开口230内，子芯片400和第二基板200A通过开口230接合。具体地，子芯片400布置在开口230内，使得设置在子芯片400中的电极411的位置对应于设置在第二基板200A中的电极203的位置。以这种方式，子芯片400和第二基板200A通过电极203和电极411彼此电连接。
之后，例如，通过使用等离子接合将子芯片400和第二基板200A接合在一起。第二基板200A和子芯片400之间的间隙可以用有机树脂500填充。作为有机树脂500，可以使用用于密封剂或填充剂的任何公知树脂。
接下来，如图5F所示，从其上设置有子芯片400的表面将第二基板200A和子芯片400薄化。具体地，使用BGR和CMP来使第二基板200A和子芯片400变薄直到露出电极205。这样，第二基板200A和子芯片400可以在一个步骤中同时被薄化。通过薄化而露出的电极205可以用作第二基板200A的外部输入/输出端子。绝缘材料240可以形成在第二基板200A和子芯片400的薄化表面上，以保护子芯片400和电极205。
通过将上述第二基板200A与第一基板10接合，可以如上文参照图3A至图3H所述的制造方法来制造固态摄像装置1。在紧接着形成开口230之后，第二基板200A可以接合至第一基板10。
<3.固态摄像装置的变形例>
接下来，参考图6A和图6B描述根据本实施例的变形例的固态摄像装置。图6A是用于示意性地描述根据第一变形例的固态摄像装置2A的构造的垂直截面图。图6B是用于示意性地描述根据第二变形例的固态摄像装置2B的构造的垂直截面图。
如图6A所示，根据第一变形例的固态摄像装置2A与图1所示的固态摄像装置1的不同之处在于电极301和电路(未示出)形成在开口面板300中。具体地，在开口基板300中，诸如晶体管、配线和电极等电路可以形成在除了将要形成开口330的区域以外的区域中，并且可以用作具有预定功能的电路，所述预定功能独立地或者与电路板200中设置的电路协同地操作。
除上述构造之外的其它构造与图1所示的固态摄像装置1基本相同，因此在此省略描述。
如图6B所示，根据第二变形例的固态摄像装置2B与图1所示的固态摄像装置1的不同之处在于多个子芯片400A和子芯片400B接合在开口基板300的开口330内。
具体地，子芯片400A和子芯片400B接合在开口基板300的开口330内，并分别通过电极411A和贯通孔201A以及电极411B和贯通孔201B电连接到第一基板10。子芯片400A和子芯片400B可以包括具有不同功能的电路(未示出)，或者可以包括具有相同功能的电路(未示出)。开口330内的子芯片接合的数量不限于两个，可以是三个或更多。同样在这种情况下，设置成与开口330接合的子芯片400A和子芯片400B不从开口330突出。
除上述构造之外的其它构造与图1所示的固态摄像装置1基本相同，因此在此省略其描述。
<4.固态摄像装置的具体示例>
随后，参考图7A至图17描述根据本实施例的每个具体示例的固态摄像装置。
(第一个具体示例)
参考图7A至图7E，描述了根据第一具体示例的固态摄像装置。图7A至图7E是示意性地示出根据第一具体示例的用于制造固态摄像装置3A的方法中的步骤的垂直截面图。在根据第一具体示例的固态摄像装置3A中，开口230设置在第二基板20中，并且子芯片400被埋入在开口230内部，从而将第二基板20和子芯片400直接电连接。
具体地，如图7A所示，首先，准备层叠有半导体基板110和多层配线层120的第一基板10。在半导体基板110中，光电二极管11形成在与像素相对应的位置处。在多层配线层120中，形成电连接至光电二极管11的配线121和电极123。电极123形成为在多层配线层120的最上层露出，从而与下面说明的第二基板20中的电极223形成电极接合结构。
准备层叠有半导体基板210和多层配线层220的第二基板。在半导体基板210中，在将要形成开口230的区域中形成随后与子芯片400形成电极接合结构的电极203。在多层配线层220中，形成构成用于处理来自第一基板10的信号的信息的逻辑电路的配线221和电极223。电极223被形成为在多层配线层220的最上层露出，从而与第一基板10中的电极123形成电极接合结构。
接下来，如图7B所示，将第一基板10和第二基板20接合在一起，使得第一基板10的多层配线层120和第二基板20的多层配线层220彼此相对(即，面对面)。在这种情况下，使在多层配线层120的表面上露出的电极123和在多层配线层220的表面上露出的电极223彼此直接接触，然后通过热处理接合以形成电极接合结构。以这种方式，第一基板10和第二基板20电连接。
随后，如图7C所示，在第一基板10和第二基板20的层叠体的半导体基板210侧的表面上设置开口230，并且将子芯片400放置在开口230的内部。具体地说，子芯片400通过层叠半导体基板410和多层配线层420而形成，并且多层配线层420设置有用于电连接至第二基板20的电极423。在将半导体基板210中设置的电极203露出的深度和区域中设置开口230。以这种方式，第二基板20中的电极203和子芯片400中的电极423形成电极接合结构，并且第二基板20和子芯片400彼此电连接。
子芯片400中的半导体基板410可以由与第一基板10中的半导体基板110和第二基板20中的半导体基板210不同的材料形成。在根据第一具体示例的固态摄像装置3A中，即使使用具有由与半导体基板110和半导体基板210的材料不同的材料制成的半导体基板410的子芯片400，也没有任何特别的问题。
随后，如图7D所示，将第一基板10、第二基板20和子芯片400的层叠体的半导体基板210和半导体基板410侧的表面薄化，然后有机树脂500填充在第二基板20和子芯片400之间。作为有机树脂500，能够使用用作密封剂或填充剂的任何公知树脂。
之后，如图7E所示，将第一基板10、第二基板20和子基板400的层叠体的半导体基板110侧的表面薄化，然后，在变薄的表面上形成滤色器层12和微透镜阵列13。以这种方式，可以形成所谓的“背照式固态摄像装置3A”。
(第二具体示例)
参考图8A至图8G，描述了根据第二具体示例的固态摄像装置。图8A至图8G是示意性地示出根据第二具体示例的用于制造固态摄像装置3B的方法中的步骤的垂直截面图。在根据第二具体示例的固态摄像装置3B中，在第二基板20中设置开口230，并且将子芯片400埋入开口230内部，然后第二基板20和子芯片400通过在开口230上形成的多层配线层600中的配线601电连接。
具体地，如图8A所示，首先，准备层叠有半导体基板110和多层配线层120的第一基板10。在半导体基板110中，在与像素相对应的位置处形成光电二极管11。在多层配线层120中，形成电连接至光电二极管11的配线121和电极123。电极123形成为在多层配线层120的最上层露出，从而与在下文中说明的第二基板20中的电极223形成电极接合结构。
准备层叠有半导体基板210和多层配线层220的第二基板。在半导体基板210中，在不形成开口230的区域中形成贯通孔201。在多层配线层220中，形成构成用于处理来自第一基板10的信号的信息的逻辑电路的配线221和电极223。电极223被形成为在多层配线层220的最上层露出，从而与第一基板10中的电极123形成电极接合结构。
接下来，如图8B所示，将第一基板10和第二基板20接合在一起，使得它们的多层配线层120和多层配线层220彼此相对(即，面对面)。在这种情况下，使在多层配线层120和220的表面上露出的电极123和223彼此直接接触，然后通过热处理接合以形成电极接合结构。以这种方式，第一基板10和第二基板20被电连接。
随后，如图8C所示，开口230设置在第一基板10和第二基板20的层叠体的半导体基板210侧的表面上。在第二具体示例中，形成在半导体基板210中的贯通孔201等未被开口230露出。
接下来，如图8D所示，将子芯片400放置在开口230的内部。具体而言，通过层叠半导体基板410和多层配线层420形成子芯片400，并且半导体基板410设置有用于电连接至形成在开口230上的多层配线层600中的配线601(稍后描述)的电极411。
子芯片400中的半导体基板410可以由与第一基板10中的半导体基板110和第二基板20中的半导体基板210不同的材料形成。在根据第二具体示例的固态摄像装置3B中，即使使用具有由与半导体基板110和半导体基板210的材料不同的材料制成的半导体基板410的子芯片400也没有任何特别的问题。
之后，如图8E所示，将第一基板10、第二基板20和子芯片400的层叠体的位于半导体基板210和410侧的表面薄化，然后将有机树脂500填充在第二基板20和子芯片400之间。有机树脂500能够使用任何公知的用作密封剂或填充剂的树脂。第一基板10、第二基板20和子芯片400的层叠体被薄化，直到露出形成在半导体基板210中的贯通孔201和形成于半导体基板410中的电极411。
随后，如图8F所示，在开口230上形成多层配线层600，并且半导体基板210中的贯通孔201和子芯片400中的电极411通过形成在多层配线层600中的配线601电连接。可以使用半导体基板和多层配线层的层叠体代替多层配线层600。
此外，如图8G所示，将第一基板10、第二基板20和子基板400的层叠体的位于半导体基板110侧的表面薄化，然后将滤色器层12和微透镜阵列13形成在变薄的表面上。以这种方式，可以形成所谓的“背照式固态摄像装置3B”。
(第三具体示例)
参考图9A至图9D，描述了根据第三具体示例的固态摄像装置。图9A至图9D是示意性地示出根据第三具体示例的用于制造固态摄像装置3C的方法中的步骤的垂直截面图。根据第三具体示例的固态摄像装置3C与根据第二具体示例的固态摄像装置3B的不同之处在于：在设置于开口230上方的多层配线层600上进一步设置了第三基板700。
具体地，如图9A所示，通过以上参考图8A至图8F的第二具体示例所述的步骤，形成第一基板10、第二基板20、子芯片400和多层配线层600的层叠体。
随后，如图9B所示，制备层叠有半导体基板710和多层配线层720的第三基板700。在多层配线层720中，形成构成具有预定功能的电路的配线721。在多层配线层720中，电极723被形成为在多层配线层720的最上层露出。设置电极723是为了与多层配线层600中的电极623形成电极接合结构。另一方面，多层配线层600设置有在与第二基板20和子芯片400接合的表面相对的表面上露出的电极623。设置电极623以与多层配线层720中的电极723形成电极接合结构。
接下来，如图9C所示，将多层配线层600和第三基板700中的多层配线层720接合在一起以彼此相对。在这种情况下，使在多层配线层600的表面上露出的电极623和在多层配线层720的表面上露出的电极直接接触，然后通过热处理接合以形成电极接合结构。以这种方式，多层配线层600和第三基板700彼此电连接。因此，第一基板10、第二基板20、子芯片400、多层配线层600和第三基板700彼此电连接。
此外，如图9D所示，将第一基板10、第二基板20、子芯片400、多层配线层600和第三基板700的层叠体的位于半导体基板110侧的表面薄化，然后，滤色器层12和微透镜阵列13形成在变薄的表面上。以这种方式，可以形成所谓的“背照式固态摄像装置3C”。
(第四具体示例)
参考图10A至图11，描述了根据第四具体示例的固态摄像装置。图10A是示意性地示出根据第四具体示例的固态摄像装置3D的层叠结构的垂直截面图，并且图10B是示出根据第四具体示例的固态摄像装置3D中的基板和子芯片的平面布置的平面图。图11是示意性地示出根据第四具体示例的用于制造固态摄像装置3D的方法中的一个步骤的垂直截面图。
如图10A所示，固态摄像装置3D包括层叠有半导体基板110和多层配线层120的第一基板10、层叠有半导体基板210和多层配线层220的第二基板20、以及设置在形成于半导体基板210中的开口中的子芯片400。
在第一基板10的半导体基板110中，在与像素相对应的位置处形成有光电二极管。在多层配线层120中，形成与光电二极管电连接的配线或电极。在第一基板10的光接收表面上，设置包括滤色器层和微透镜阵列的绝缘层130，并且进一步设置用于露出形成在多层配线层120内部的焊盘的焊盘开口部17。
在第二基板20的多层配线层220中，形成有构成用于处理来自第一基板10的信号的信息的逻辑电路的配线和电极。在半导体基板210中，设置有用于将子芯片400放置在其中的开口，并且在与该开口对应的区域中形成与子芯片400电连接的电极203。
在子芯片400中的多层配线层420中，形成用于存储来自第一基板10的信号的存储电路。在多层配线层420中，设置有用于电连接到第二基板20中的电极203的电极423。有机树脂或无机绝缘材料可以被注入在子芯片400和第二基板20之间以填充它们之间的间隙。
参照图10B描述第一基板10、第二基板20和子芯片400的平面布置。如图10B中所示，第一基板10在基本上整个表面上设置有像素电路CIS，并且第二基板20在其上设置有模数转换电路(AD转换电路)ADC、作为用于子芯片400的连接电极的电极203以及逻辑电路(未示出)。子芯片400设置有作为第二基板20的连接电极的电极423和存储电路(未示出)。
在第二基板20中，AD转换电路ADC和电极203设置在不同的区域中。例如，可以将电极203设置在第二基板20的中心，并且可以将AD转换电路ADC设置在电极203的两侧。
根据第四具体示例的固态摄像装置3D使得第一基板10和第二基板20的平面区域和设计规则以及子芯片400的平面区域和设计规则能够独立地改变。在固态摄像装置3D中，第一基板10或第二基板20可用作支撑件。此外，在固态摄像装置3D中，可以在固态摄像装置3D的与光接收表面相对的表面上，在子芯片400和第二基板20上进一步层叠多层配线层或基板。
如图11所示，在固态摄像装置3D的制造工艺中，根据子芯片400的厚度和深度以及设置在半导体基板210中的开口的深度，子芯片400可以从设置在半导体基板210中的开口的开口表面突出。在这种情况下，固态摄像装置3D能够通过CMP或BGR使子芯片400中的半导体基板410和第二基板20中的半导体基板210被同时薄化。在固态摄像装置3D中，第一基板10用作支撑件以确保整体强度，并且因此可以将半导体基板410和半导体基板210薄化而无需另外接合用作支撑件的载体晶片。因此，根据第四具体示例的固态摄像装置3D可以进一步简化制造步骤。
(第五具体示例)
参考图12A和图12B，描述了根据第五具体示例的固态摄像装置。图12A是示意性地示出根据第五具体示例的固态摄像装置3E的层叠结构的垂直截面图，图12B是示出根据第五具体示例的固态摄像装置3E中的基板和子芯片的平面布置的平面图。
如图12A所示，固态摄像装置3E包括层叠有半导体基板110和多层配线层120的第一基板10、层叠有半导体基板210和多层配线层220的第二基板20、设置在形成于半导体基板210中的开口内的子芯片400，以及设置在子芯片400上以覆盖形成在半导体基板210中的开口的多层配线层600。
在第一基板10的半导体基板110中，在与像素相对应的位置处形成有光电二极管。在多层配线层120中，形成与光电二极管电连接的配线或电极。在第一基板10的光接收表面上，设置包括滤色器层和微透镜阵列的绝缘层130，并且进一步设置用于使形成在多层配线层120内部的焊盘露出的焊盘开口部17。
在第二基板20的多层配线层220中，形成有构成用于处理来自第一基板10的信号的信息的逻辑电路的配线和电极。半导体基板210设置有用于将子芯片400放置在其中的开口。电连接至子芯片400的电极203形成在与开口相对应的区域中，并且穿过半导体基板210的贯通孔201形成在与开口相对应的区域以外的区域中。
在子芯片400的多层配线层420中，存储电路用于存储来自第一基板10的信号。多层配线层420设置有用于与第二基板20中的电极203电连接的电极423。有机树脂或无机绝缘材料可以注入在子芯片400和第二基板20之间以填充它们之间的间隙。
多层配线层600包括电连接到贯通孔201的配线601，该配线601设置在固态摄像装置3E的位于光接收表面的相对侧的半导体基板210和半导体基板410的表面中，并且贯通孔201穿过半导体基板210。在配线601中，例如，在露出在多层配线层600的表面上，在表面上设置有凸块801，并且该凸块801可以用作第二基板的外部输入/输出端子。在这种情况下，设有凸块801的配线601也可以被设置在半导体基板210和半导体基板410中的任一个上的多层配线层600上。配线601可以电连接到穿过半导体基板410的贯通孔，从而第二基板20中的配线和子芯片400中的配线彼此电连接。
参考图12B描述第一基板10、第二基板20和子芯片400的平面布置。如图12B所示，第一基板10大体上在整个表面上设置有像素电路CIS，并且第二基板20设置有AD转换电路ADC，作为用于子芯片400的连接电极的电极203、作为用于多层配线层600的连接电极的贯通孔201和逻辑电路(未示出)。子芯片400设置有作为用于第二基板20的连接电极的电极423和存储电路(未示出)。
在第二基板20中，AD转换电路ADC、电极203和贯通孔201设置在不同的区域。例如，电极203可以设置在第二基板20的中心，并且AD转换电路ADC可以设置在电极203的两侧。贯通孔201可以设置在电极203的在与设置AD转换电路ADC的方向正交的方向上的两侧。
根据第五具体示例的固态摄像装置3E使得配线或外部输入/输出端子能够形成在设置在半导体基板210和半导体基板410的位于与光接收表面相对侧的表面上的多层配线层600(即，固态摄像装置3E的与光接收表面相对的表面)中。固态摄像装置3E的与光接收表面相对的表面由刚性半导体基板210和刚性半导体基板410形成，因此多层配线层600可以形成在整个表面上，并且配线或外部输入/输出端子能够以自由布局形成在整个表面上。
(第六具体示例)
参考图13A和图13B，描述了根据第六具体示例的固态摄像装置。图13A是示意性地示出根据第六具体示例的固态摄像装置3F的层叠结构的垂直截面图，图13B是示出根据第六具体示例的固态摄像装置3F中的基板和子芯片的平面布置的平面图。
如图13A所示，固态摄像装置3F包括层叠有半导体基板110和多层配线层120的第一基板10、层叠有半导体基板210和多层配线层220的第二基板20、设置在形成于半导体基板210中的开口内的子芯片400，以及层叠有半导体基板610和多层配线层600的第三基板60。
在第一基板10的半导体基板110中，光电二极管形成在与像素相对应的位置处。在多层配线层120中，形成与光电二极管电连接的配线或电极。在第一基板10的光接收表面上，设置包括滤色器层和微透镜阵列的绝缘层130，并且进一步设置用于露出形成在多层配线层120内部的焊盘的焊盘开口部17。
在第二基板20的多层配线层220中，形成有构成用于对来自第一基板10的信号进行信息处理的AD转换电路的配线和电极。半导体基板210设置有其中设置有子芯片400的开口。穿过半导体基板210的贯通孔201形成在与开口相对应的区域以外的区域中。
在子芯片400的多层配线层420中，形成有用于存储来自第一基板10的信号的存储电路。多层配线层420设置有穿过半导体基板410并与设置在多层配线层600中的配线601电连接的贯通孔413。有机树脂或无机绝缘材料可以注入在子芯片400和第二基板20之间以填充它们之间的间隙。
在第三基板60的多层配线层600中，形成有与穿过半导体基板210的贯通孔201电连接的配线601。在第三基板60的多层配线层600中，形成有构成用于处理来自第二基板20的信号中的信息的逻辑电路的配线和电极。例如，配线601可以电连接到穿过半导体基板210的贯通孔201和穿过半导体基板410的贯通孔413，使得第二基板20中的配线和子芯片400中的配线彼此电连接。
参照图13B描述第一基板10、第二基板20、第三基板60和子芯片400的平面布置。如图13B中所示，第一基板10大体上在整个表面上设置有像素电路CIS，并且第二基板20设置有AD转换电路ADC和作为用于多层配线层600的连接电极的贯通孔201。子芯片400设置有作为用于多层配线层600的连接电极的贯通孔413和存储电路(未示出)。第三基板60设置有作为用于子芯片400的连接电极的贯通孔413、作为用于第二基板20的连接电极的贯通孔201以及逻辑电路(未示出)。
在第二基板20中，AD转换电路ADC和贯通孔201设置在不同的区域。例如，可以将AD转换电路ADC设置在第二基板20的中心，并且可以将贯通孔201设置在AD转换电路ADC的两侧。在子芯片400和第三基板60中，贯通孔413可以设置在期望的位置。
根据第六具体示例的固态摄像装置3F使得第三基板60能够层叠在与光接收表面相对的一侧，因此能够容易地进一步增加层数。因此，固态摄像装置3F能够进一步减小平面面积。
(第七具体示例)
参照图14A和图14B，描述了根据第七具体示例的固态摄像装置。图14A是示意性地示出根据第七具体示例的固态摄像装置3G的层叠结构的垂直截面图，图14B是示出根据第七具体示例的固态摄像装置3G中的基板和子芯片的平面布置的平面图。
如图14A所示，固态摄像装置3G包括层叠有半导体基板110和多层配线层120的第一基板10、层叠有半导体基板210和多层配线层220的第二基板20，并且多个子芯片400A和子芯片400B设置在形成于半导体基板210中的开口内。
在第一基板10的半导体基板110中，在与像素相对应的位置处形成有光电二极管。在多层配线层120中，形成与光电二极管电连接的配线或电极。在第一基板10的光接收表面上，设置包括滤色器层和微透镜阵列的绝缘层130，并且进一步设置用于露出形成在多层配线层120内部的焊盘的焊盘开口部17。
在第二基板20的多层配线层220中，形成有构成用于对来自第一基板10的信号进行AD转换的AD转换电路的配线和电极。半导体基板210设置有其中设有子芯片400A和子芯片400B的开口。在与开口相对应的区域中，形成与子芯片400A和子芯片400B电连接的贯通孔413A和贯通孔413B。
在子芯片400A的多层配线层420A中，形成有用于存储来自第二基板20的信号的存储电路。多层配线层420A设置有用于与第二基板20中的多层配线层220中的配线电连接的贯通孔413A。有机树脂或无机绝缘材料可以注入在子芯片400A与第二基板20之间以填充它们之间的间隙。
在子芯片400B的多层配线层420B中，形成有用于处理来自第二基板20的信号的信息的逻辑电路。多层配线层420B设置有用于电连接到第二基板20中的多层配线层220中的配线的贯通孔413B，有机树脂或无机绝缘材料可以注入在子芯片400B和第二基板20之间以填充它们之间的间隙。
参照图14B描述第一基板10、第二基板20以及子芯片400A和子芯片400B的平面布置。如图14B中所示，第一基板10大体上在整个表面上设置有像素电路CIS，并且第二基板20设置有AD转换电路ADC、作为用于子芯片400A的连接电极的贯通孔413A以及作为用于子芯片400B的连接电极的贯通孔413B。子芯片400A设置有作为用于第二基板20的连接电极的贯通孔413A和存储电路(未示出)，并且子芯片400B设置有作为用于第二基板20的连接电极的贯通孔413B和逻辑电路(未示出)。
例如，在第二基板20中，可以与子芯片400A和子芯片400B的布置相对应地设置贯通孔413A和贯通孔413B，并且AD转换电路ADC可以设置在与贯通孔413A和贯通孔413B不同的区域中。
根据第七具体示例的固态摄像装置3G使得子芯片400A和子芯片400B能够层叠在第一基板10和第二基板20上。此外，固态摄像装置3G能够在与光接收表面相对的表面上将多层配线层或基板进一步层叠在子芯片400A和子芯片400B以及第二基板20上。
(第八具体示例)
参照图15A和图15B，描述了根据第八具体示例的固态摄像装置。图15A是示意性地示出根据第八具体示例的固态摄像装置3H的层叠结构的垂直截面图，图15B是示出根据第八具体示例的固态摄像装置3H中的基板和子芯片的平面布置的平面图。
如图15A所示，固态摄像装置3H包括层叠有半导体基板110和多层配线层120的第一基板110、层叠有半导体基板210和多层配线层220的第二基板20、设置在形成在半导体基板210中的开口内的多个子芯片400A和子芯片400B，以及设置在子芯片400A和子芯片400B上以覆盖形成在半导体基板210中的开口的多个配线层600。
在第一基板10的半导体基板110中，在与像素相对应的位置处形成有光电二极管。在多层配线层120中，形成与光电二极管电连接的配线或电极。在第一基板10的光接收表面上，设置包括滤色器层和微透镜阵列的绝缘层130，并且进一步设置用于露出形成在多层配线层120内部的焊盘的焊盘开口部17。
在第二基板20的多层配线层220中，形成有构成用于对来自第一基板10的信号进行AD转换的AD转换电路的配线和电极。半导体基板210设置有其中放置有子芯片400A和子芯片400B的开口。在与开口相对应的区域之外的区域中，形成穿过半导体基板210的贯通孔201。
在子芯片400A的多层配线层420A中，形成有用于存储来自第二基板20的信号的存储电路。多层配线层420A设置有穿过半导体基板410A的并且电连接到设置在多层配线层600中的配线601的贯通孔413A。有机树脂或无机绝缘材料可以注入在子芯片400A与第二基板20之间以填充它们之间的间隙。
在子芯片400B的多层配线层420B中，形成用于处理来自第二基板20的信号的信息的逻辑电路。多层配线层420B设置有穿过半导体基板410B的并且电连接到设置在多层配线层600中的配线601的贯通孔413B。有机树脂或无机绝缘材料可以注入子芯片400B与第二基板20之间以填充它们之间的间隙。
在多层配线层600中，形成与穿过半导体基板210的贯通孔201电连接的配线601。例如，配线601可以电连接到穿过半导体基板210的贯通孔201、穿过半导体基板410A的贯通孔413A以及穿过半导体基板410B的贯通孔413B，使得第二基板20中的配线和子芯片400A和子芯片400B中的配线彼此电连接。
参考图15B说明第一基板10、第二基板20、子芯片400A和子芯片400B以及多层配线层600的平面布置。如图15B所示，第一基板10大体上在整个表面上设置有像素电路CIS，并且第二基板20设置有AD转换电路ADC和作为用于多层配线层600的连接电极的贯通孔201。子芯片400A设置有作为用于多层配线层600的连接电极的贯通孔413A和存储电路(未示出)，子芯片400B设置有作为用于多层配线层600的连接电极的贯通孔413B和逻辑电路(未示出)。
例如，在多层配线层600中，贯通孔413A和贯通孔413B与子芯片400A和子芯片400B的布置相对应地设置，并且贯通孔201被设置在与设置有AD转换电路ADC的第二基板20的区域不同的区域中。
根据第八具体示例的固态摄像装置3H使得子芯片400A和子芯片400B能够层叠在第一基板10和第二基板20上。在固态摄像装置3H中，电连接到子芯片400A和子芯片400B的配线可以更自由地布置。此外，固态摄像装置3H使得多层配线层或基板能够进一步层叠在与光接收表面相对的表面上的子芯片400A和子芯片400B以及第二基板20上。
(第九具体示例)
参照图16A至图16E，描述了根据第九具体示例的固态摄像装置。图16A至图16E是示意性地示出根据第九具体示例的用于制造固态摄像装置3I的方法中的步骤的垂直截面图。在根据第九具体示例的固态摄像装置3I中，当在第二基板20中设置开口230时，同时形成用作对准标记或监控标记的狭缝图案510。
具体地，如图16A所示，首先，制备层叠有半导体基板110和多层配线层120的第一基板10。在半导体基板110中，光电二极管11形成在与像素相对应的位置处。在多层配线层120中，形成与光电二极管11电连接的配线121和电极123。电极123形成为在多层配线层120的最上层露出，从而与在下文中说明的第二基板20中的电极223形成电极接合结构。
制备层叠有半导体基板210和多层配线层220的第二基板。在半导体基板210中，在将要形成开口230的区域中形成电极203，电极203随后与子芯片400形成电极接合结构。在多层配线层220中，形成了构成用于处理来自第一基板10的信号的信息的逻辑电路的配线221和电极223。电极223被形成为在多层配线层220的最上层露出，从而与第一基板10中的电极123形成电极接合结构。
接下来，如图16B所示，将第一基板10和第二基板20接合在一起，使得第一基板10的多层配线层120和第二基板20的多层配线层220彼此相对。在这种情况下，使在多层配线层120的表面上露出的电极123和在多层配线层220的表面上露出的电极223彼此直接接触，并且然后通过热处理接合以形成电极接合结构。以这种方式，第一基板10中的配线和第二基板20中的配线被电连接。
随后，如图16C所示，在第一基板10和第二基板20的层叠体的位于半导体基板210侧的表面设置开口230。开口230被设置在露出设置在半导体基板210中的电极203的深度和区域中。
此外，在半导体基板210中，形成具有与开口230的深度基本相同的深度的狭缝图案510。狭缝图案510能够与开口230同时形成，并且因此能够具有与开口230的深度基本相同的深度。根据开口宽度或微负载效应的影响，狭缝图案510的深度并不总是与开口230的深度相同。例如，当在开口230中设置子芯片400时，狭缝图案510可以用作定位第二基板20和子芯片400的对准标记；或者，当通过BGR或CMP抛光半导体基板210时，狭缝图案510可以用作检测半导体基板210厚度的监控标记。只要可以实现这些功能，狭缝图案510可以形成为诸如线性形状、多边形形状和圆形形状等任何平面形状。
接下来，如图16D所示，将子芯片400放置在开口230的内部，并将第一基板10、第二基板20和子芯片400的层叠体的位于半导体基板210和半导体基板410侧的表面薄化。具体地，子芯片400通过层叠半导体基板410和多层配线层420而形成，并且多层配线层420设置有用于电连接至第二基板20的电极423。用这种方式，第二基板20中的电极203和子芯片400中的电极423能够形成电极接合结构。因此，第二基板20和子芯片400彼此电连接。
之后，将第一基板10、第二基板20以及子芯片400的层叠体的位于半导体基板210和半导体基板410侧的表面薄化，并且在第二基板20和子芯片400之间填充有机树脂500。作为有机树脂500，可以使用用作密封剂或填充剂的任何公知的树脂。在薄化半导体基板210和半导体基板410侧的表面的期间内，通过狭缝图案510监控半导体基板210的厚度，并且确定半导体基板210和410的薄化的终点。
之后，如图16E所示，将第一基板10、第二基板20和子芯片400的层叠体的半导体基板110侧的表面薄化，然后，在薄化后的表面上形成滤色器层12和微透镜阵列13。以这种方式，可以形成所谓的“背照式固态摄像装置3I”。
(第十具体示例)
参考图17，描述了第十具体示例。图17是示意性地示出根据第十具体示例的图像传感器3J的结构的垂直截面图。
如图17所示，图像传感器3J包括上述的固态摄像装置1(该固态摄像装置1包括第一基板10、第二基板20以及子芯片400)、支撑该基板的支撑基板820、设置在固态摄像装置1的光接收表面侧的盖玻片910、设置在支撑基板820和盖玻片910之间的间隔件920、设置在支撑基板820的与固态摄像装置1的光接收表面相对的一侧的表面上的绝缘层810、设置为穿过支撑基板820和绝缘层810的贯通孔823、设置在绝缘层810上的配线层811、设置在配线层811上的阻焊剂830、设置在配线层811上并从阻焊剂830突出的凸块(bump)801。
在图像传感器3J中，用于保护固态摄像装置1的盖玻片910设置在设有微透镜阵列和滤色器层的固态摄像装置1的光接收表面上。在与光接收表面相对的表面上设置用于提取由固态摄像装置1光电转换的图像信息的凸块801。在根据本实施例的固态摄像装置1中，可以将子芯片400设置在固态摄像装置1的与光接收表面相对的表面上，并且固态摄像装置1的与光接收表面相对的表面上可以具有诸如半导体基板210和半导体基板410的刚性结构。因此，固态摄像装置1能够在固态摄像装置1的与光接收表面相对的表面中形成诸如支撑基板820和贯通孔823等结构。因此，固态摄像装置1能够从固态摄像装置1的与光接收表面相对的表面提取信号。
例如，这样的图像传感器3J能够很容易地通过插入器(interposer)以混合的方式与另一个半导体装置一起安装在一个芯片上，因此能够应用于片上系统(SoC)。图像传感器3J能够通过盖玻片910和支撑基板820保护固态摄像装置1免受外部环境的影响，从而能够提高操作的便利性。
<5.应用示例>
根据本公开的技术能够应用于下面说明的各种产品。
(应用于固态摄像装置的应用)
例如，根据本公开的技术可以应用于具有图18所示的像素结构的固态摄像装置。图18是示出可以应用根据本公开的技术的固态摄像装置的构造示例的截面图。
在固态摄像装置中，光电二极管(PD)20019接收从半导体基板20018的后表面(图18中的上表面)侧入射的入射光20001。平坦化膜20013和滤色器(CF)20012以及微透镜20011设置在PD 20019的上方，并且依次通过各部分进入的入射光20001被光接收表面20017接收并光电转换。
例如，在PD 20019中，n型半导体区域20020形成为用于累积电荷(电子)的电荷累积区域。在PD 20019中，n型半导体区域20020设置在半导体基板20018的p型半导体区域20016和p型半导体区域20041的内部。在n型半导体区域20020中，在半导体基板20018的前表面(下表面)侧，设置杂质浓度比后表面(上表面)侧高的p型半导体区域20041。换句话说，PD 20019具有空穴累积二极管(HAD)结构，并且形成p型半导体区域20016和p型半导体区域20041以抑制在n型半导体区域20020的上表面侧和下表面侧的每个界面处的暗电流的产生。
用于将多个像素20010电分离的像素分离部20030设置在半导体基板20018的内部，并且PD20019设置在由像素分离部20030划分的区域中。在图18中，当从上表面侧观察固态摄像装置时，例如，像素分离部20030以网格图案形成以使其设置在像素20010之间，并且PD 20019形成在被像素分离部20030划分开的区域中。
在每个PD 20019中，阳极接地，并且在固态摄像装置中，由PD 20019累积的信号电荷(例如，电子)通过传输Tr(MOS FET)(未示出)读取，并作为电信号输出到VSL(垂直信号线)(未示出)。
配线层20050设置在半导体基板20018的与后表面(上表面)相对的表面(下表面)上，在后表面上设置有诸如遮光膜20014、CF 20012和微透镜等组件。
配线层20050包括配线20051和绝缘层20052，并且形成为使得配线20051电连接到绝缘层20052中的每个元件。配线层20050被称为“多层配线层”，并且被形成为使得构成绝缘层20052的层间绝缘膜和配线20051交替层叠多次。作为配线20051，连接至诸如传输Tr等用于从PD20019读取电荷的Tr的配线与诸如VSL等各条配线经由绝缘层20052层叠。
在配线层20050的与设置PD 20019的一侧相对的一侧的表面上设置有支撑基板20061。例如，设置由厚度为数百μm的硅半导体制成的基板作为支撑基板20061。
遮光膜20014设置在半导体基板20018的后表面(在图18中为上表面)侧。
遮光膜20014被构造为遮蔽从半导体基板20018的上方朝向半导体基板20018的后表面入射的一部分入射光20001。
遮光膜20014设置在设置于半导体基板20018的内部的像素分离部20030的上方。遮光膜20014经由诸如氧化硅膜等绝缘膜20015设置在半导体基板20018的后表面(上表面)上，以突出为凸形。另一方面，在设置于半导体基板20018内部的PD 20019的上方不设置遮光膜20014，使得入射光20001进入PD 20019，并且该区域形成开口。
换句话说，在图18中，当从上表面侧观察固态摄像装置时，遮光膜20014的平面形状具有网格图形和形成有开口，入射光20001穿过该开口进入形成光接收表面20017。
遮光膜20014由用于阻挡光的遮光材料形成。例如，遮光膜20014是通过依次层叠钛(Ti)膜和钨(W)膜而形成的。除此之外，例如，遮光膜20014可以通过依次层叠氮化钛(TiN)膜和钨(W)膜来形成。
遮光膜20014覆盖有平坦化膜20013。平坦化膜20013通过使用透光的绝缘材料形成。
像素分离部20030具有沟槽部20031、固定电荷膜20032和绝缘膜20033。
固定电荷膜20032形成在半导体基板20018的后表面(上表面)侧，以覆盖对像素20010进行划分的沟槽部20031。
具体地，固定电荷膜20032被设置为以恒定的厚度覆盖形成在半导体基板20018的后表面(上表面)侧上的沟槽部20031的内表面。设置(装载)绝缘膜20033以填充被固定电荷膜20032覆盖的沟槽部20031的内部。
通过使用具有负固定电荷的高介电物质来形成固定电荷膜20032，从而在与半导体基板20018的界面部分处形成正电荷(空穴)累积区域，以抑制暗电流的产生。通过形成具有负固定电荷的固定电荷膜20032，由于负固定电荷而将电场施加到与半导体基板20018的界面，并且形成了正电荷(空穴)累积区域。
例如，固定电荷膜20032可以由氧化铪膜(HfO2膜)形成。除此之外，例如，固定电荷膜20032可以被形成为包含铪、锆、铝、钽、钛、镁、钇和镧系元素的氧化物中的至少一种。
根据本公开的技术可以应用于具有上述像素结构的固态摄像装置。
(用于内窥镜手术系统的应用)
例如，根据本公开的技术可以应用于内窥镜手术系统。
图19A是示出可将根据本公开的技术(本技术)应用于内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。
图19A示出了操作者(医生)11131使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的病人11132进行手术的情况。如图19A所示，内窥镜手术系统11000包括：内窥镜11100、诸如气腹管11111和能量治疗工具11112等其它手术工具11110、支撑内窥镜11100的支撑臂设备11120、以及其上安装有用于内窥镜手术的各种设备的推车11200。
内窥镜11100包括：镜筒11101，其从尖端起具有预定长度的区域将被插入患者11132的体腔中；以及摄像头11102，其连接至镜筒11101的底部。图19A示出了被构造为具有刚性镜筒11101的所谓的“刚性镜”的内窥镜11100的示例，但是内窥镜11100可以被构造为具有柔性镜筒的所谓的“柔性镜”。
在镜筒11101的末端设置有开口部，通过该开口部安装有物镜。光源设备11203连接至内窥镜11100。由光源设备11203产生的光通过延伸至镜筒11101内部的光导被引导至镜筒的尖端，并通过物镜被施加到病人11132的体腔中待观察到的对象。内窥镜11100可以是前视内窥镜、前斜内窥镜或侧视内窥镜。
光学系统或摄像元件设置在摄像头11102的内部。来自待观察对象的反射光(观察光)通过光学系统会聚到摄像元件。观察光被摄像元件光电转换，并且产生与观察光相对应的电信号，即，与观察图像相对应的图像信号。所述图像信号作为RAW数据传输到相机控制单元(CCU)11201。
CCU 11201包括中央处理单元(CPU)或图形处理单元(GPU)，并全面控制内窥镜11100和显示设备11202的操作。CCU11201还接收来自摄像头11102的图像信号，并且对图像信号执行诸如显影处理(去马赛克)等各种图像处理以显示基于图像信号的图像。
在CCU 11201的控制下，显示设备11202基于经过CCU 11201的图像处理的图像信号显示图像。
光源设备11203包括诸如发光二极管(LED)之类的光源，并且向内窥镜11100提供用于拍摄手术部位的照射光。
输入设备11204是用于内窥镜手术系统11000的输入接口。用户可以通过输入设备11204向内窥镜手术系统11000输入各种信息和指令。例如，用户输入指令以改变内窥镜11100的摄像条件(例如，照射光的类型、放大倍率和焦距)。
治疗工具控制设备11205控制能量治疗工具11112的驱动，以烧灼和切割组织或密封血管。气腹设备11206通过气腹管11111将气体发送到病人11132的体腔中以扩大体腔，从而确保内窥镜11100的视野并确保用于操作者的操作空间。记录器11207是能够记录关于手术的各种信息的设备。打印机11208是能够以诸如文本、图像和图表之类的各种形式打印关于手术的各种信息的设备。
例如，用于向内窥镜11100提供用于拍摄手术部位的照射光的光源设备11203可以是LED、激光光源或由其组合构成的白光源。当白光源由RGB激光光源的组合构成时，可以精确地控制每种颜色(每种波长)的输出强度和输出时间，因此可以通过光源设备11203调整拍摄图像的白平衡。在这种情况下，将来自RGB激光光源的激光以时分方式施加到观察对象，并且与照射时间同步地控制摄像头11102中的摄像元件的驱动，从而与RGB中的各者相对应的图像都可以以时分方式获取。此方法无需为摄像元件设置滤色器即可获得彩色图像。
可以控制光源设备11203的驱动，使得输出光的强度每隔预定周期改变。通过与改变光的强度同步控制摄像头11102中的摄像元件的驱动以时分方式获取图像并组合图像，可以生成高动态范围的图像而没有所谓的“破碎阴影”或“溢出高光”。
光源设备11203能够提供与特殊光观察对应的预定波长带中的光。在特殊光观察中，例如，执行所谓的“窄带成像”：其中，利用了光在人体组织中的吸收的波长依赖性，并且比在正常观察期间的照射光(即白光)更窄带宽的光以高对比度施加至粘膜表面上的诸如血管等预定组织。可替代地，在特殊光观察中，可以执行荧光观察以通过施加激发光而产生的荧光来获得图像。在荧光观察中，可以将激发光施加到身体组织上，并且可以观察到来自身体组织的荧光(自发荧光观察)，或者可以将诸如吲哚菁绿(ICG)之类的试剂局部注入到身体组织中，并且与试剂的荧光波长对应的激发光可以施加到身体组织以获得荧光图像。光源设备11203能够提供支持这种特殊光观察的窄带光和/或激发光。
图19B是示出图19A所示的摄像头11102和CCU 11201的功能性构造的示例的示意图。
摄像头11102包括镜头单元11401、摄像单元11402、驱动单元11403、通信单元11404和摄像头控制单元11405。CCU11201包括通信单元11411、图像处理单元11412和控制单元11413。摄像头11102和CCU 11201通过传输电缆11400以能够通信的方式彼此连接。
镜头单元11401是设置在镜筒11101的连接部的光学系统。从镜筒11101的末端获取的观察光被引导至摄像头11102，并进入镜头单元11401。镜头单元11401被构造为包括变焦透镜和聚焦透镜等多个透镜的组合。
摄像单元11402包括摄像元件。构成摄像单元11402的摄像元件的数量可以是一个(称为“单型”)或多个(称为“多型”)。当摄像单元11402是多型摄像单元时，例如，可以通过摄像元件来生成与RGB的各者相对应的图像信号，并且可以将图像信号组合以获得彩色图像。可替代地，摄像单元11402可以包括用于获取对应于三维(3D)显示的右眼和左眼的图像信号的一对摄像元件。3D显示使操作者11131能够更准确地掌握手术部位中生物组织的深度。当摄像单元11402被构造为多型摄像单元时，可以与摄像元件相对应地设置多个摄像单元11401的系统。
摄像单元11402不是必须设置至摄像头11102。例如，可以将摄像单元11402设置在镜筒11101内部且位于物镜的正后方。
驱动单元11403由致动器构成。在摄像头控制单元11405的控制下，驱动单元11403使透镜单元11401中的变焦透镜和聚焦透镜沿着光轴移动预定距离。以这种方式，可以适当地调整由摄像单元11402拍摄的图像的放大倍率和焦点。
通信单元11404由通信设备构成，用于向CCU 11201传输各种信息以及从CCU11201接收各种信息。通信单元11404通过传输电缆11400将从摄像单元11402获得的图像信号传输至CCU 11201作为RAW(原始)数据。
通信单元11404从CCU 11201接收用于控制摄像头11102的驱动的控制信号，并将该控制信号提供给摄像头控制单元11405。例如，所述控制信号包括关于摄像条件的信息，例如用于指定所拍摄图像的帧速率的信息、用于指定摄像期间的曝光值的信息和/或用于指定所拍摄图像的放大倍率和焦点的信息等。
上述摄像条件(诸如帧频、曝光值、放大倍率和焦点等)，可以由用户根据情况指定，或者可以基于获取的图像信号由CCU11201中的控制单元11413自动设置。在后一种情况下，在内窥镜11100中装载了所谓的“自动曝光(AE)功能”，“自动聚焦(AF)功能”和“自动白平衡(AWB)功能”。
摄像头控制单元11405基于通过通信单元11404接收的来自CCU11201的控制信号来控制摄像头11102的驱动。
通信单元11411由通信设备构成，用于向摄像头11102传输以及从摄像头11102接收各种信息。通信单元11411接收从摄像头11102通过传输电缆11400传输的图像信号。
通信单元11411将用于控制摄像头11102的驱动的控制信号传输至摄像头11102。图像信号和控制信号可以通过电通信或光通信来传输。
图像处理单元11412对从摄像头11102传输的作为RAW数据的图像信号进行各种图像处理。
控制单元11413执行与内窥镜11100对手术部位的摄像以及通过手术部位的摄像获得的拍摄图像的显示有关的各种控制。例如，控制单元11413生成用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。
控制单元11413基于经过图像处理单元11412的图像处理的图像信号，使显示设备11202显示其中呈现手术部位的拍摄图像。在这种情况下，控制单元11413通过使用各种图像识别技术可以识别所拍摄图像中的各种对象。例如，控制单元11413能够通过检测所拍摄图像中包括的对象的边缘的形状和颜色，识别诸如镊子等手术工具、特定的生物部位、出血以及使用能量治疗工具11112期间的薄雾等。当使显示设备11202显示所拍摄的图像时，控制单元11413可以使用识别结果从而使各种手术辅助信息以叠加的方式显示在手术部位的图像上。呈现给操作者11131的手术辅助信息的叠加显示能够减轻操作者11131的负担，并使操作者11131可靠地进行手术。
连接摄像头11102和CCU 11201的传输电缆11400是支持电信号通信的电信号电缆、支持光通信的光纤或它们的复合电缆。
在示出的示例中，执行了使用传输电缆11400的有线通信，但是摄像头11102和CCU11201之间的通信可以以无线方式执行。
上面已经描述了可以应用根据本公开的技术的内窥镜手术系统的示例。根据本公开的技术可以应用于上述构造中的例如摄像头11102中的内窥镜11100和摄像单元11402。具体地，根据本实施例的固态摄像装置可以应用于摄像单元11402。该应用允许内窥镜手术系统获得更清晰的手术部位图像，因此操作者能够可靠地检查手术部位。可选地，内窥镜手术系统能够获得较低延时的手术部位图像，因此操作者能够以与在该操作者直接观察手术部位的情况下相同的感觉进行治疗。
以内窥镜手术系统为例进行了说明。然而，根据本公开的技术可以应用于其它系统，例如显微外科系统。
(用于移动体的应用)
例如，根据本公开的技术可以应用于安装在任何种类的移动体上的设备，包括汽车、电动车辆、混合动力车辆、摩托车、自行车、个人交通工具、飞机、无人机、轮船和机器人。
图20A是示出作为可应用根据本公开的技术的移动控制系统的示例的车辆控制系统的示例性构造示例的框图。
车辆控制系统12000包括通过通信网络12001连接的多个电子控制单元。在图20A所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车载信息检测单元12040和集成控制单元12050。作为集成控制单元12050的功能性构造，示出了微计算机12051、语音和图像输出单元12052以及车载网络接口(I/F)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种计算机程序来控制与车辆中的驱动系统有关的设备的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作如下部件的控制设备：例如，诸如内燃发动机和驱动马达等用于产生车辆的驱动力的驱动力产生设备、用于将驱动力传递给车轮的驱动力传递机构、用于调节车辆的转向角度的转向机构、以及用于为车辆产生制动力的制动设备。
车身系统控制单元12020根据各种计算机程序控制安装在车身上的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元12020用作下列装置的控制设备：无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗设备或诸如前大灯、后灯、刹车灯、转向灯和雾灯等各种车灯。在这种情况下，从移动终端发送来的代替钥匙的无线电波或者来自各种开关的信号可以被输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收无线电波或信号的输入以控制车辆的门锁设备、电动车窗设备和灯。
车外信息检测单元12030检测其上安装有车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，摄像单元12031连接到车外信息检测单元12030。车外信息检测单元12030使摄像单元12031拍摄车辆外部的图像，并接收拍摄的图像。基于接收到的图像，车外信息检测单元12030可以对路面上的人、车、障碍物、标志或字符等执行对象检测处理或距离检测处理。
摄像单元12031是用于接收光并输出与接收到的光量相对应的电信号的光学传感器。摄像单元12031可以输出电信号作为图像，并且输出电信号作为用于测距的信息。摄像单元12031接收的光可以是可见光或诸如红外线等不可见光。
车载信息检测单元12040检测车辆内部的信息。例如，用于检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测单元12041连接到车载信息检测单元12040。例如，驾驶员状态检测单元12041包括用于对驾驶员进行拍摄的相机，并且车载信息检测单元12040可以基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息来计算驾驶员的疲劳程度或注意力集中程度，或者确定驾驶员是否在睡觉。
微计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车载信息检测单元12040获取的车辆内部或外部的信息来计算用于驱动力产生设备、转向机构或制动设备的控制目标值，并向驱动系统控制单元12010输出控制指令。例如，微计算机12051可以执行协作控制，以实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能，包括车辆避撞或减轻碰撞、基于车辆间距离的跟车行驶、车速保持行驶以及车辆碰撞警告、或者车道偏离警告等。
通过基于由车外信息检测单元12030或车载信息检测单元12040获取的车辆周围的信息来控制驱动力产生设备、转向机构或制动设备，微计算机12051能够进行以自动驾驶为目的的协作控制，以独立于驾驶员的操作而自主驾驶。
微计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获取的车辆外部的信息，向车身系统控制单元12020输出控制指令。例如，通过根据由车外信息检测单元12030检测到的在前车辆或对向车辆的位置控制前照灯并且将远光切换为近光，微计算机12051能够进行用于防止驾驶员目眩的协同控制。
语音和图像输出单元12052将语音和图像中的至少一个的输出信号传输到能够以视觉或听觉方式向车辆乘员或车辆外部通知信息的输出设备。图20A例示了作为输出设备的音频扬声器12061、显示单元12062和仪表盘12063。例如，显示单元12062可以包括车载显示器和抬头显示器中的至少之一。
图20B是示出摄像单元12031的安装位置的示例的图。
在图20B中，车辆12100具有作为摄像单元12031的摄像单元12101、摄像单元12102、摄像单元12103、摄像单元12104和摄像单元12105。
例如，摄像单元12101、摄像单元12102、摄像单元12103、摄像单元12104和摄像单元12105设置在车辆12100的前鼻、后视镜、后保险杠和后门以及车内的前窗的上部的位置处。设置在前鼻的摄像单元12101和设置在车辆内部的前窗的上部的摄像单元12105主要获取车辆12100的前方的图像。设置在后视镜上的摄像单元12102、摄像单元12103主要获取在车辆12100的侧面的图像。设置在后保险杠或后门上的摄像单元12104主要获取在车辆12100后面的图像。摄像单元12101和摄像单元12105获取的前方图像主要用于检测前方的车辆或行人、障碍物、交通信号灯、道路标志或车道等。
图20B示出了摄像单元12101至摄像单元12104的摄像范围的示例。摄像范围12111表示设置在前鼻的摄像单元12101的摄像范围。摄像范围12112和摄像范围12113表示设置在后视镜的摄像单元12102和摄像单元12103的摄像范围。摄像范围12114表示设置在后保险杠或后门的摄像单元12104的摄像范围。例如，由摄像单元12101至摄像单元12104拍摄的图像数据被叠加以获得从车辆12100上方看到的俯视图像。
摄像单元12101至摄像单元12104中的至少一个可以具有用于获取距离信息的功能。例如，摄像单元12101至摄像单元12104中的至少一个可以是包括多个摄像元件的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的摄像元件。
例如，微计算机12051可以基于从摄像单元12101至摄像单元12104获得的距离信息来确定到摄像范围12111至摄像范围12114中的每个三维对象的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而提取在其它三维对象之中的在车辆12100的行驶道路上的最靠近的并且在与车辆12100大致相同的方向上以预定速度(例如，0km/h或更高)行进的三维对象作为前行车辆。此外，微计算机12051可以预先设置要确保在前方车辆后面的行车间距，以执行自动制动控制(包括跟车停止控制)和自动加速控制(包括跟车开始控制)。以这种方式，可以执行以自动行驶为目的独立于驾驶员的操作的自动驾驶的协作控制。
例如，微计算机12051可以基于从摄像单元12101至12104获得的距离信息，将关于三维对象的三维对象数据分类并提取为两轮车辆、标准尺寸车辆、大型车辆、行人以及诸如电话线杆等其它三维对象，并将所述三维对象数据用于自动避障。例如，微计算机12051将车辆12100周围的障碍物区分为可由车辆12100的驾驶员视觉识别的障碍物和难以被视觉识别的障碍物。微计算机12051确定表示与每个障碍物碰撞的危险程度的碰撞风险，并且在碰撞风险等于或高于设定值并且车辆可能与障碍物碰撞的情况下，通过音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警告并且通过驱动系统控制单元12010执行强制减速和回避转向，微计算机12051能够辅助驾驶以避免碰撞。
摄像单元12101至摄像单元12104中的至少一个可以是用于检测红外线的红外相机。例如，微计算机12051可以确定在由摄像单元12101至摄像单元12104拍摄的图像中是否存在行人以识别行人。例如，通过在由作为红外摄像机的摄像单元12101至摄像单元12104拍摄的图像中提取特征点的过程以及通过对表示对象的轮廓的一系列特征点执行模式匹配来确定物体是否为行人的过程来识别行人。当微计算机12051确定在由摄像单元12101至摄像单元12104拍摄的图像中存在行人并识别出行人时，语音和图像输出单元12052控制显示单元12062以叠加的方式显示用于强调识别出的行人的矩形轮廓。语音和图像输出单元12052可以控制显示单元12062在期望位置处显示表示行人的图标。
上面已经说明了可以应用根据本公开的技术的车辆控制系统的示例。根据本公开的技术例如可以应用于上述构造中的摄像单元12031。具体地，根据本实施例的固态摄像装置可以被应用于摄像单元12031。该应用使得车辆控制系统能够获得易于观看的拍摄图像，从而可以减轻驾驶员的疲劳。
<6.结论>
如上所述，在根据本实施例的固态摄像装置1中，由电路板200和开口基板300形成的第二基板20能够用作支撑件，并且通过开口330能够在开口基板300中设置将子芯片400装入其中的空间。因此，固态摄像装置1使得能够另外安装分立的子芯片400，并且因此能够提高被层叠的芯片的尺寸和布局的自由度。即使在这种情况下，固态摄像装置1也能够在整体上抑制厚度的增加。
例如，上述根据本实施例的固态摄像装置可以安装到下述电子设备。例如，根据本实施例的固态摄像装置可以安装在能够以电子方式拍摄观察对象的智能手机或数码相机中的摄像单元上。根据本实施例的固态摄像装置可以被安装在任何电子设备中的摄像单元上，所述电子设备包括摄像机、眼镜型可穿戴设备、头戴式显示器(HMD)、平板电脑和游戏设备等。
尽管上面已经参考附图详细描述了本公开的优选实施例，但是本公开的技术范围不限于示例。显然，在本公开的技术领域中的普通技术人员能够想到在权利要求中描述的技术概念的范围内的各种变化和变形。应当理解，这些变化和变形属于本公开的技术范围。
本说明书中描述的效果仅是说明性或示例性的，并且不是限制性的。换句话说，除了上述效果之外或作为上述效果的代替，根据本公开的技术还可以表现出根据本说明书的描述的对于本领域技术人员显而易见的其它效果。
以下构造也属于本公开的技术范围。
(1)
固态摄像装置，其包括：
第一基板，所述第一基板具有一个主表面，在所述主表面上形成有像素部，所述像素部中布置有像素；
第二基板，所述第二基板接合至所述第一基板的与所述一个主表面相对的表面，并且在所述第二基板中在与接合至所述第一基板的接合表面相对的表面的局部区域中设有开口；和
至少一个子芯片，所述子芯片设置在所述开口内从而不从所述开口突出，并且在所述子芯片中形成有具有预定功能的电路。
(2)
根据(1)所述的固态摄像装置，其中，所述第二基板和所述子芯片电连接，使得形成在所述第二基板的接合表面和所述子芯片的接合表面上的电极彼此直接接触。
(3)
根据(1)或(2)所述的固态摄像装置，其中，所述第二基板通过接合多个基板而形成，并且设置在与所述子芯片接合的接合表面上的基板是设置有与所述开口相对应的通孔的基板。
(4)
根据(3)所述的固态摄像装置，其中，在每个所述基板中形成有具有预定功能的电路。
(5)
根据(4)所述的固态摄像装置，其中，在所述子芯片中形成有存储电路。
(6)
根据(4)或(5)所述的固态摄像装置，其中，在所述第二基板中形成有逻辑电路和模数转换电路中的至少一个。
(7)
根据(1)至(6)中的任一者所述的固态摄像装置，其中，所述子芯片在所述开口的开口表面侧的表面高度与所述开口的开口表面的表面高度基本相同。
(8)
根据(1)或(2)所述的固态摄像装置，其中
所述第一基板和所述第二基板是通过层叠半导体基板和多层配线层形成的，并且
所述第一基板和所述第二基板以使得所述多层配线层彼此相对的方式被接合。
(9)
根据(8)所述的固态摄像装置，其中，构成所述第一基板和所述第二基板的所述半导体基板由相同的材料形成。
(10)
根据(8)或(9)所述的固态摄像装置，其中
所述子芯片是通过层叠半导体基板和多层配线层而形成的，并且
构成所述子芯片的半导体基板是由与构成所述第一基板的半导体基板和构成所述第二基板的半导体基板都不同的材料形成的。
(11)
根据(1)至(10)中的任一者所述的固态摄像装置，还包括设置在所述第二基板上的附加多层配线层，所述附加多层配线层覆盖所述开口并且电连接所述子芯片和所述第二基板。
(12)
根据(11)所述的固态摄像装置，其中
所述第一基板、所述第二基板和所述子芯片均通过层叠半导体基板和多层配线层形成，并且
所述附加多层配线层通过穿过所述第二基板中的所述半导体基板的第二基板贯通电极和穿过所述子芯片中的所述半导体基板的子芯片贯通电极电连接所述子芯片和所述第二基板。
(13)
根据(1)所述的固态摄像装置，其中
所述第二基板是通过层叠半导体基板和多层配线层形成的，
所述固态摄像装置还包括：
穿过所述第二基板中的所述半导体基板的第二基板贯通电极；和
设置在所述第二基板上的覆盖所述开口的多层配线层，并且
在所述附加多层配线层中形成有电连接到所述第二基板贯通电极的外部输入/输出端子。
(14)
根据(13)所述的固态摄像装置，其中，所述外部输入/输出端子形成在所述附加多层配线层中的与所述第二基板和所述子芯片中的任一者重叠的平面区域中。
(15)
根据(13)或(14)所述的固态摄像装置，其中，所述外部输入/输出端子是焊球。
(16)
根据(12)所述的固态摄像装置，还包括设置在所述附加多层配线层上的第三基板，并且在所述第三基板中形成有具有预定功能的电路。
(17)
根据(16)所述的固态摄像装置，其中
在所述第二基板中形成有模数转换电路，并且
在所述第三基板中形成有逻辑电路。
(18)
根据(1)至(17)中的任一者所述的固态摄像装置，其中，多个所述子芯片设置在所述开口内。
(19)
根据(1)至(18)中的任一者所述的固态摄像装置，其中，在所述第二基板的形成有所述开口的表面中还形成有对准标记或监控标记。
(20)
根据(19)所述的固态摄像装置，其中，所述对准标记或所述监控标记是具有与所述开口的深度基本相同深度的狭缝图案。
附图标记的列表
1,2A,2B,3A,3B,3C 固态摄像装置
10 第一基板
12 滤色器层
13 微透镜阵列
15 焊盘
20 第二基板
200 电路板
300 开口基板
330 开口
400 子芯片
110,210,310,410 半导体基板
120,220,320,420 多层配线层

Claims (19)

1.固态摄像装置，其包括：
第一基板，所述第一基板包括：一个主表面，在所述主表面上形成有像素部，所述像素部中布置有像素；第一半导体基板；以及第一多层配线层，所述第一多层配线层包括：第一表面，所述第一表面与所述第一半导体基板接触；和第二表面，所述第二表面与所述主表面和所述第一表面相对设置；
第二基板，所述第二基板包括第二半导体基板和第二多层配线层，其中，所述第二多层配线层包括：第三表面，所述第三表面与所述第二半导体基板接触；和第四表面，所述第四表面与所述第一多层配线层的所述第二表面接触；所述第二半导体基板包括与所述第四表面相对的第五表面，所述第五表面上的局部区域中设有开口；和
至少一个子芯片，所述子芯片设置在所述开口内从而不从所述开口突出，并且在所述子芯片中形成有具有预定功能的电路。
2.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中，所述第二基板和所述子芯片电连接，使得形成在所述第二基板的接合表面和所述子芯片的接合表面上的电极彼此直接接触。
3.根据权利要求1或2所述的固态摄像装置，其中，所述第二基板通过接合多个基板而形成，并且设置在与所述子芯片接合的接合表面上的基板是设置有与所述开口相对应的通孔的基板。
4.根据权利要求3所述的固态摄像装置，其中，在每个所述基板中形成有具有预定功能的电路。
5.根据权利要求4所述的固态摄像装置，其中，在所述子芯片中形成有存储电路。
6.根据权利要求4所述的固态摄像装置，其中，在所述第二基板中形成有逻辑电路和模数转换电路中的至少一个。
7.根据权利要求1或2所述的固态摄像装置，其中，所述子芯片在所述开口的开口表面侧的表面高度与所述开口的开口表面的表面高度基本相同。
8.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中，构成所述第一基板的所述第一半导体基板和构成所述第二基板的所述第二半导体基板由相同的材料形成。
9.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中
所述子芯片是通过层叠第三半导体基板和第三多层配线层而形成的，并且
构成所述子芯片的所述第三半导体基板是由与构成所述第一基板的所述第一半导体基板和构成所述第二基板的所述第二半导体基板都不同的材料形成的。
10.根据权利要求1所述的固态摄像装置，还包括设置在所述第二基板上的附加多层配线层，所述附加多层配线层覆盖所述开口并且电连接所述子芯片和所述第二基板。
11.根据权利要求10所述的固态摄像装置，其中
所述子芯片均通过层叠第三半导体基板和第三多层配线层形成，并且
所述附加多层配线层通过穿过所述第二基板中的所述第二半导体基板的第二基板贯通电极和穿过所述子芯片中的所述第三半导体基板的子芯片贯通电极电连接所述子芯片和所述第二基板。
12.根据权利要求1或2所述的固态摄像装置，其中
所述固态摄像装置还包括：
穿过所述第二基板中的所述第二半导体基板的第二基板贯通电极；和
设置在所述第二基板上的覆盖所述开口的附加多层配线层，并且
在所述附加多层配线层中形成有电连接到所述第二基板贯通电极的外部输入/输出端子。
13.根据权利要求12所述的固态摄像装置，其中，所述外部输入/输出端子形成在所述附加多层配线层中的与所述第二基板和所述子芯片中的任一者重叠的平面区域中。
14.根据权利要求12所述的固态摄像装置，其中，所述外部输入/输出端子是焊球。
15.根据权利要求11所述的固态摄像装置，还包括设置在所述附加多层配线层上的第三基板，并且在所述第三基板中形成有具有预定功能的电路。
16.根据权利要求15所述的固态摄像装置，其中
在所述第二基板中形成有模数转换电路，并且
在所述第三基板中形成有逻辑电路。
17.根据权利要求1、2和10中的任一者所述的固态摄像装置，其中，多个所述子芯片设置在所述开口内。
18.根据权利要求1、2和10中的任一者所述的固态摄像装置，其中，在所述第二基板的形成有所述开口的表面中还形成有对准标记或监控标记。
19.根据权利要求18所述的固态摄像装置，其中，所述对准标记或所述监控标记是具有与所述开口的深度基本相同深度的狭缝图案。
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