CN115702499A - 半导体装置及其制造方法 - Google Patents

半导体装置及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115702499A
CN115702499A CN202180041616.1A CN202180041616A CN115702499A CN 115702499 A CN115702499 A CN 115702499A CN 202180041616 A CN202180041616 A CN 202180041616A CN 115702499 A CN115702499 A CN 115702499A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
electrode
semiconductor device
wiring
plug
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180041616.1A
Other languages
English (en)
Inventor
江尻洋一
小木纯
川原雄基
山根千种
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Semiconductor Solutions Corp
Original Assignee
Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Semiconductor Solutions Corp filed Critical Sony Semiconductor Solutions Corp
Publication of CN115702499A publication Critical patent/CN115702499A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/5228—Resistive arrangements or effects of, or between, wiring layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14649—Infrared imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L28/20—Resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L28/20—Resistors
    • H01L28/24—Resistors with an active material comprising a refractory, transition or noble metal, metal compound or metal alloy, e.g. silicides, oxides, nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/02016—Circuit arrangements of general character for the devices
    • H01L31/02019—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02027—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for devices working in avalanche mode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/5222—Capacitive arrangements or effects of, or between wiring layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14634—Assemblies, i.e. Hybrid structures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/20—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from infrared radiation only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

[问题]为了提供能够减小电阻元件用的电极之间的寄生电容的半导体装置及其制造方法。[技术方案]根据本公开的半导体装置包括：基板；设置在所述基板上的第一电阻层；与所述第一电阻层的下表面接触的第一电极；以及与所述第一电阻层的上表面接触的第二电极。

Description

半导体装置及其制造方法
技术领域
本公开涉及半导体装置及其制造方法。
背景技术
在电阻元件(电阻层)布置在基板上的构造中，在基板上的配线层之间布置电阻元件的结构是已知。这种结构能够增加基板与电阻元件之间的距离，因此，这种结构能够实现具有小寄生电容的电阻元件。
在这种情况下，由于在某个配线层与电阻元件之间设置有两个引出电极，因此能够将该配线层和电阻元件电连接。这种电极的示例包括通孔插塞和接触插塞。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开第2009-021509号
专利文献2：日本专利申请公开第2018-201005号
专利文献3：WO 2018/174090
发明内容
本发明要解决的问题
在如上所述地设置电阻元件的情况下，存在如下问题：如果电阻元件小型化或尺寸缩小，则电极之间的寄生电容会增大。原因是由于电阻元件的小型化或尺寸缩小，则电极之间的距离减小。电极之间的寄生电容的增大是促进半导体装置的速度提高和功耗降低的阻碍因素。
鉴于此，本公开提供了一种能够减小电阻元件用的电极之间的寄生电容的半导体装置及其制造方法。
解决问题的技术方案
根据本公开的第一方面的半导体装置包括：基板；第一电阻层，其设置在所述基板上；第一电极，其与所述第一电阻层的下表面接触；和第二电极，其与所述第一电阻层的上表面接触。通过这种构造，例如能够减小作为第一电阻层用的电极的第一电极与第二电极之间的寄生电容。
另外，根据第一方面的半导体装置还可以包括：第一配线，其与所述第一电极的下表面接触；和第二配线，其与所述第二电极的上表面接触。通过这种构造，例如能够减小布置在配线层之间的第一电阻层的寄生电容。
另外，在第一方面中，所述第一电极可以与所述基板的上表面接触。通过这种构造，例如能够减小布置在基板和配线层之间的第一电阻层的寄生电容。
另外，在第一方面中，所述第一电阻层可以包括第一层和电阻率低于所述第一层的电阻率的第二层，并且所述第二层可以包括设置在所述第一电极侧的第一部分和设置在所述第二电极侧并与所述第一部分分开的第二部分。通过这种构造，例如，能够容易地将第一电阻层的电阻值设定为期望值。
另外，在第一方面中，所述第一电极可以设置在与所述第一部分在上下方向上重叠的位置，并且所述第二电极可以设置在与所述第二部分在上下方向上重叠的位置。通过这种构造，例如，通过夹在第一部分和第二部分之间的第一层的部分，能够将第一电阻层的电阻值调整为期望值。
另外，在第一方面中，所述第一层可以包含金属元素和硅元素。通过这种构造，例如，第一层可以是金属陶瓷层。
另外，在第一方面中，所述第二层可以设置在所述第一层的下表面上。通过这种构造，例如能够防止形成第一层的工序对第一电极产生不良影响。
另外，在第一方面中，所述第二层可以设置在所述第一层的上表面上。通过这种构造，在形成第一层的工序对第一电极产生不良影响不成为问题的情况下，例如，能够将第二层设置在第一层的上表面上。
另外，在第一方面中，所述第二电极可以贯穿所述第一层。通过这种构造，例如能够使用第二层作为停止层，形成第二电极用的孔。
另外，在第一方面中，所述第二电极可以与所述第二层接触。通过这种构造，例如能够使用第二层作为停止层，形成第二电极用的孔。
另外，在第一方面中，所述第二层可以具有锥形的侧面，并且所述第一层可以与所述第二层的上表面和锥形的侧面接触。通过这种构造，例如能够防止第一层的中断。
另外，根据第一方面的半导体装置还可以包括：第二电阻层，其设置在所述基板上；第三电极，其与所述第二电阻层的下表面接触并与所述第二电极电连接；和第四电极，其与所述第二电阻层的上表面接触。通过这种构造，例如，能够实现其中第一电阻层和第二电阻层串联连接的结构，在这种情况下，能够减小第一电阻层用的电极之间的寄生电容和第二电阻层用的电极之间的寄生电容。
另外，根据第一方面的半导体装置还可以包括：第一配线，其与所述第一电极的下表面接触；第二配线，其与所述第二电极的上表面和所述第三电极的下表面接触；和第三配线，其与所述第四电极的上表面接触。通过这种构造，例如能够减小设置在配线层之间的第二电阻层的寄生电容。
另外，在第一方面中，一组所述第二电极和所述第二配线或一组所述第三电极和所述第三配线中的至少一者可以形成双镶嵌配线。通过这种构造，例如，第二电极能够容易地与第二配线一起形成，并且第三电极能够容易地与第三配线一起形成。
另外，在第一方面中，所述第一电阻层可以设置在光电转换元件与信号处理电路之间。因此，例如能够抑制从光电转换元件向信号处理电路供给大幅值的电压信号。
另外，在第一方面中，所述光电转换元件可以设置在所述基板中。因此，例如能够抑制从基板向信号处理电路供给大幅值的电压信号。
另外，在第一方面中，所述光电转换元件可以是单光子雪崩二极管(SPAD)。因此，例如能够抑制从容易产生大幅值的信号的光电转换元件向信号处理电路供给大幅值的信号。
另外，在第一方面中，所述基板可以包括：第一表面，在所述第一表面上，设置有所述第一电阻层、所述第一电极和所述第二电极；和第二表面，所述第二表面设置有允许光进入所述光电转换元件的透镜。通过这种构造，例如能够实现背面照射型固态摄像装置。
根据本公开的第二方面的半导体装置的制造方法包括：在基板上形成第一电极；形成与所述第一电极的上表面接触的第一电阻层；和形成与所述第一电阻层的上表面接触的第二电极。通过这种构造，例如能够减小作为第一电阻层用的电极的第一电极和第二电极之间的寄生电容。
另外，在第二方面中，所述第一电阻层可以形成为具有第一层和第二层，所述第二层的电阻率比所述第一层的电阻率低，并且所述第二层可以形成为具有设置在所述第一电极侧的第一部分和设置在所述第二电极侧并与所述第一部分分开的第二部分。通过这种构造，例如能够容易地将第一电阻层的电阻值设定为期望值。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的半导体装置的结构的横截面图。
图2是示出根据第一实施例的比较例的半导体装置的结构的横截面图。
图3是用于说明根据第一实施例的比较例的半导体装置的缺点的横截面图。
图4是用于说明根据第一实施例的半导体装置的优点的横截面图。
图5是示出根据第二实施例的半导体装置的结构的横截面图。
图6是用于说明根据第二实施例的半导体装置的优点的横截面图。
图7是示出根据第二实施例的半导体装置的结构的详细情况的横截面图(1/2)。
图8是示出根据第二实施例的半导体装置的结构的详细情况的横截面图(2/2)。
图9是示出根据第二实施例的变形例的半导体装置的结构的横截面图(1/2)。
图10是示出根据第二实施例的变形例的半导体装置的结构的横截面图(2/2)。
图11是示出根据第三实施例的半导体装置的结构的横截面图。
图12是用于说明根据第三实施例的半导体装置的结构的横截面图。
图13是示出根据第四实施例的半导体装置的结构的横截面图。
图14是示出根据第四实施例的变形例的半导体装置的结构的横截面图。
图15是示出根据第五实施例的半导体装置的制造方法的横截面图(1/5)。
图16是示出根据第五实施例的半导体装置的制造方法的横截面图(2/5)。
图17是示出根据第五实施例的半导体装置的制造方法的横截面图(3/5)。
图18是示出根据第五实施例的半导体装置的制造方法的横截面图(4/5)。
图19是示出根据第五实施例的半导体装置的制造方法的横截面图(5/5)。
图20是示出根据第五实施例的变形例的半导体装置的制造方法的横截面图(1/2)。
图21是示出根据第五实施例的变形例的半导体装置的制造方法的横截面图(2/2)。
图22是示出根据第六实施例的半导体装置的构造的示意图和电路图。
图23是示出根据第六实施例的半导体装置的结构的横截面图。
图24是示出根据第六实施例的半导体装置的结构的另一横截面图。
图25是示出根据第六实施例的半导体装置的制造方法的横截面图(1/2)。
图26是示出根据第六实施例的半导体装置的制造方法的横截面图(2/2)。
图27是示出根据第六实施例的变形例的半导体装置的结构的横截面图(1/2)。
图28是示出根据第六实施例的变形例的半导体装置的结构的横截面图(2/2)。
图29是示出电子设备的构造示例的框图。
图30是示出移动体控制系统的构造示例的框图。
图31是示出图30中的摄像部的设置位置的具体示例的平面图。
图32是示出内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。
图33是示出摄像头和CCU的功能构造的示例的框图。
具体实施方式
下面，将参考附图说明本公开的实施例。
(第一实施例)
图1是示出根据第一实施例的半导体装置的结构的横截面图。
图1的A示出了根据本实施例的半导体装置的结构的第一示例。图1的A所示的半导体装置包括基板1、层间绝缘膜2、配线3、插塞电极(plug electrode)4、电阻层(电阻元件)5、插塞电极6和配线7。配线3是本公开中的第一配线的示例，插塞电极4是本公开中的第一电极的示例。电阻层5是本公开中的第一电阻层的示例。插塞电极6是本公开中的第二电极的示例，配线7是本公开中的第二配线的示例。
图1的A示出了相互正交的X轴、Y轴和Z轴。X方向和Y方向对应于横向(水平方向)，Z方向对应于纵向(垂直方向)。另外，+Z方向对应于向上方向，-Z方向对应于向下方向。-Z方向既可以严格地与重力方向匹配，也可以不与重力方向严格地匹配。
基板1例如是诸如硅基板等半导体基板。在基板1上形成有层间绝缘膜2。层间绝缘膜2例如是氧化硅膜或包括氧化硅膜和其他绝缘膜的多层膜。在基板1上的层间绝缘膜2中形成有配线3、插塞电极4、电阻层5、插塞电极6和配线7。
配线3设置在形成于基板1上方的一个配线层中。配线3例如是包括铝(Al)层、钨(W)层或铜(Cu)层的金属层。配线3可以直接或间接地与基板1电连接。
插塞电极4形成在配线3上并与配线3电连接。插塞电极4的下表面与配线3的上表面接触。插塞电极4例如是包括Al层、W层或Cu层的金属层。插塞电极4例如是通孔插塞(viaplug)。
电阻层5形成在插塞电极4上并与插塞电极4电连接。电阻层5的下表面与插塞电极4的上表面接触。电阻层5例如是包含金属元素的氧化膜、氮化膜或氮氧化膜。金属元素的示例包括诸如Ta(钽)元素和Ti(钛)元素等高熔点的金属元素。电阻层5还可以包含硅(Si)元素。上述电阻层5的示例包括诸如TaSiO层或TiSiO层等金属陶瓷层。
插塞电极6形成在电阻层5上并与电阻层5电连接。插塞电极6的下表面与电阻层5的上表面接触。插塞电极6例如是包括Al层、W层或Cu层的金属层。插塞电极6例如是通孔插塞。
配线7设置在形成于基板1上方的一个配线层中，并且被包括在与包括配线3的配线层不同的配线层中。因此，电阻层5设置在这些配线层之间。配线7形成在插塞电极6上并与插塞电极6电连接。配线7的下表面与插塞电极6的上表面接触。配线7例如是包括Al层、W层或Cu层的金属层。
图1的A所示的电阻层5与用作提取电极的插塞电极4、6接触。这些插塞电极4、6与电阻层5的不同表面接触。具体地，插塞电极4与电阻层5的下表面接触，而插塞电极6与电阻层5的上表面接触。因此，这些插塞电极4、6分别与不同的配线层接触，并分别与配线3、7接触。
图1的B示出了根据本实施例的半导体装置的结构的第二示例。与图1的A所示的半导体装置一样，图1的B所示的半导体装置包括基板1、层间绝缘膜2、插塞电极4、电阻层5、插塞电极6和配线7。
然而，需要注意的是，图1的B所示的插塞电极4直接形成在基板1上并与基板1电连接。插塞电极4的下表面与基板1的上表面接触。插塞电极4例如是接触插塞(contactplug)。图1的A所示的电阻层5设置在两个配线层之间，而图1的B所示的电阻层5设置在基板1和一个配线层之间。
图2是示出根据第一实施例的比较例的半导体装置的结构的横截面图。
图2的A示出了根据本比较例的半导体装置的结构的第一示例。图2的A所示的半导体装置包括基板1、层间绝缘膜2、电阻层5、两个插塞电极6a、6b、以及两个配线7a、7b。
图1的A所示的插塞电极4、6与电阻层5的不同表面接触，而图2的A所示的插塞电极6a、6b与电阻层5的相同表面接触。具体地，插塞电极6a、6b都与电阻层5的上表面接触。因此，插塞电极6a、6b与同一配线层接触，并且分别与配线层中的不同配线7a、7b接触。例如，插塞电极6a、6b是通孔插塞。
图2的B示出了根据本比较例的半导体装置的结构的第二示例。与图2的A所示的半导体装置一样，图2的B所示的半导体装置也包括基板1、层间绝缘膜2、电阻层5、两个插塞电极6a、6b以及两个配线7a、7b，并且还包括插塞电极6c。
插塞电极6c形成在基板1上且位于配线7b下方，并且将基板1和配线7b电连接。插塞电极6c与基板1的上表面接触并且与配线7b的下表面接触。插塞电极6c例如是接触插塞。
图3是用于说明根据第一实施例的比较例的半导体装置的缺点的横截面图。
图3的A示出了图2的A所示的电阻层5中的电阻R1和图2的A所示的插塞电极6a、6b之间的寄生电容C1。图3的B是示出电阻R1和寄生电容C1之间的连接关系的电路图。
在该示例中，插塞电极6a、6b与电阻层5的相同表面接触。因此，当电阻层5小型化或缩小尺寸时，插塞电极6a、6b之间的距离趋于减小。随着插塞电极6a、6b之间的距离减小，寄生电容C1增大。寄生电容C1的增大是促进半导体装置的速度提高和功耗降低的阻碍因素。
图3的C示出了图2的B所示的电阻层5中的电阻R2、图2的B所示的插塞电极6a、6b之间的寄生电容C2a、以及图2的B所示的基板1和插塞电极6c之间的寄生电容C2b。图3的D是示出电阻R2与寄生电容C2a、C2b之间的连接关系的电路图。
在该示例中，除了电阻层5附近的寄生电容C2a之外，还产生寄生电容C2b。因此，当电阻层5小型化或减小尺寸时，不仅寄生电容C2a增大，而且寄生电容C2b也可能增大。寄生电容C2a、C2b的增大是促进半导体装置的速度提高和功耗降低的阻碍因素。
图4是用于说明根据第一实施例的半导体装置的优点的横截面图。
图4的A示出了图1的A所示的电阻层5中的电阻R3以及图1的A所示的插塞电极4、6之间的寄生电容C3。
在该示例中，插塞电极4、6与电阻层5的不同表面接触。因此，即使电阻层5小型化或缩小尺寸，插塞电极4、6之间的距离也不太可能减小。例如，图4的A所示的插塞电极4、6之间的距离比图3的A所示的插塞电极6a、6b之间的距离长。因此，根据本实施例，能够减小寄生电容C3，并且能够促进半导体装置的速度提高和功耗降低。
图4的B示出了图1的B所示的电阻层5中的电阻R4以及图1的B所示的插塞电极4、6之间的寄生电容C4。
在该示例中，插塞电极4、6也与电阻层5的不同表面接触。因此，即使电阻层5小型化或缩小尺寸，插塞电极4、6之间的距离也不太可能减小。例如，图4的B所示的插塞电极4、6之间的距离比图3的C所示的插塞电极6a、6b之间的距离长。因此，根据本实施例，能够减小寄生电容C4，并且能够促进半导体装置的速度提高和功耗降低。
另外，在该示例中，将图3的C所示的插塞电极6b、配线7b和插塞电极6c替换为图4的B所示的插塞电极4。因此，在该示例中，在图4的B中所示的电阻层5附近，没有产生与寄生电容C2b对应的寄生电容。这也有助于减小电阻层5附近的寄生电容。因此，根据本实施例，通过采用该示例的结构，能够简化电阻层5附近的配线结构，并且能够实现半导体装置的芯片面积的减小和寄生电容的减小。
从验证中发现，当电阻层5的电阻宽度和电阻长度分别为0.2μm和2.0μm时，与图3的C的情况相比，图4的B的情况下的寄生电容减少了约60％。
如上所述，本实施例的插塞电极4、6被设置成与电阻层5的不同表面接触。因此，根据本实施例，能够增加插塞电极4、6之间的距离，并且能够减小插塞电极4、6之间的寄生电容。
(第二实施例)
图5是示出根据第二实施例的半导体装置的结构的横截面图。
与图1的A所示的半导体装置类似，根据本实施例的半导体装置包括基板1、层间绝缘膜2、配线3、插塞电极4、电阻层5、插塞电极6和配线7。另外，本实施例中的电阻层5包括作为本公开中的第一层的示例的高电阻层5a和作为本公开中的第二层的示例的低电阻层5b。
高电阻层5a的电阻率比低电阻层5b的电阻率高。高电阻层5a的电阻率例如是低电阻层5b的电阻率的10倍以上，优选为低电阻层5b的电阻率的100倍至10000倍。
与第一实施例中的电阻层5类似，高电阻层5a例如是包含金属元素的氧化膜、氮化膜或氮氧化膜。金属元素的示例包括诸如Ta(钽)元素和Ti(钛)元素等高熔点的金属元素。高电阻层5a还可以包含Si元素。上述高电阻层5a的示例包括诸如TaSiO层或TiSiO层等金属陶瓷层。
低电阻层5b例如是包含金属元素的单组分金属层、合金层、氧化膜、氮化膜或氮氧化膜。金属元素的示例包括高熔点金属元素。优选地，低电阻层5b与高电阻层5a间表现出令人满意的导电性。本实施例中的低电阻层5b的示例包括Al-Ni(B)合金层(Al、Ni和B分别表示铝、镍和硼)。
在图5中，低电阻层5b形成在插塞电极4上并与插塞电极4电连接。低电阻层5b的下表面与插塞电极4的上表面接触。在图5中，高电阻层5a进一步形成在低电阻层5b上，并与低电阻层5b电连接。高电阻层5a的下表面与低电阻层5b的上表面接触。在图5中，插塞电极6进一步形成在高电阻层5a上并与高电阻层5a电连接。插塞电极6的下表面与高电阻层5a的上表面接触。
低电阻层5b被分为设置在插塞电极4侧的第一部分P1和设置在插塞电极6侧的第二部分P2。因此，低电阻层5b包括彼此分开的两个部分，即第一部分P1和第二部分P2。另外，插塞电极4被设置在与第一部分P1在垂直方向(±Z方向)上重叠的位置。另一方面，插塞电极6被设置在与第二部分P2在垂直方向(±Z方向)上重叠的位置。
因此，当电流在电阻层5内流动时，电流在插塞电极4附近主要流经低电阻层5b(第一部分P1)而不是高电阻层5a，并且在插塞电极6附近也主要流经低电阻层5b(第二部分P2)而不是高电阻层5a。原因是电流容易流过具有低电阻的部分。
另一方面，当电流在电阻层5中的第一部分P1和第二部分P2之间流动时，电流在高电阻层5a内流动。原因是低电阻层5b在第一部分P1和第二部分P2之间断开。
结果，电阻层5的电阻主要由夹在第一部分P1和第二部分P2之间的高电阻层5a的部分决定。因此，根据本实施例，通过调整第一部分P1和第二部分P2之间的距离等，能够将电阻层5的电阻值调整为期望值。
图6是用于说明根据第二实施例的半导体装置的优点的横截面图。
图6的A示出了图1的A(第一实施例)所示的半导体装置的各种尺寸。图6的A示出了电阻层5的电阻长度“L1”、插塞电极4的宽度“2b”、插塞电极6的宽度“2c”、以及插塞电极4的中心轴和插塞电极6的中心轴之间的距离“d”。电阻长度L1通常对应于插塞电极4、6之间的最短距离。
在图6的A中，插塞电极4、6之间的电阻层5的电阻与电阻长度L1成比例。因此，在制造半导体装置时，如果电阻长度L1的值变化，则电阻层5的电阻值变化。另一方面，电阻层L1的值的变化取决于b、c和d这三个参数。当这些变化参数分别表示为Δb、Δc和Δd并且它们不相关地变化时，电阻层L1的值的变化取决于(Δb2+Δc2+Δd2)1/2的值。因此，在图6的A中，为了高精度地调整电阻层5的电阻值，需要高精度地调整b、c和d这三个尺寸，因此，难以高精度地调整电阻层5的电阻值。
图6的B示出了图5(本实施例)所示的半导体装置的各种尺寸。图6的B示出了电阻层5的电阻长度“L2”以及作为第一部分P1和第二部分P2之间的间隙的宽度“a”。电阻长度L2对应于第一部分P1和第二部分P2之间的最短距离。
在图6的B中，插塞电极4、6之间的电阻层5的电阻主要由夹在第一部分P1和第二部分P2之间的高电阻层5a的部分决定，并且基本上与电阻长度L2成比例。因此，在制造半导体装置时，如果电阻长度L2的值变化，则电阻层5的电阻值变化。另一方面，电阻层L2的值的变化取决于单一参数a。因此，在图6的B中，通过高精度地调整一个尺寸a，能够高精度地调整电阻层5的电阻值。如上所述，根据本实施例，能够通过简单的调整高精度地调整电阻层5的电阻值。
图7和图8是示出根据第二实施例的半导体装置的结构的详细情况的横截面图。
图7的A示出了图5所示的半导体装置的详细情况。如图7的A所示，插塞电极4依次包括阻挡金属层11和插塞材料层12，插塞电极6依次包括阻挡金属层13和插塞材料层14。
阻挡金属层11在插塞电极4的下表面和侧面露出，并与配线3接触。阻挡金属层11例如是包含Ta或Ti的金属层。插塞材料层12在插塞电极4的上表面露出，并与电阻层5(低电阻层5b)接触。插塞材料层12例如是包含Al、W或Cu的金属层。
阻挡金属层13在插塞电极6的下表面和侧面露出，并与电阻层5(高电阻层5a)接触。阻挡金属层13例如是包含Ta或Ti的金属层。插塞材料层14在插塞电极6的上表面露出，并与配线7接触。插塞材料层14例如是包含Al、W或Cu的金属层。
注意，这样的插塞电极4、6的结构也能够应用于图7的A以外的图所示的插塞电极4、6。
接下来，将参考图7的A说明插塞电极4、6与电阻层5之间的关系。
在图7的A中，低电阻层5b形成在插塞电极4的插塞材料层12上，并且高电阻层5a形成在低电阻层5b上。上述结构的优点在于，在形成高电阻层5a时，能够抑制插塞材料层12的氧化(或氮化)。
这里，假设插塞材料层12是W层，低电阻层5b是Al-Ni(B)层，高电阻层5a是TaSiO层。在这种情况下，如果在插塞材料层12上直接形成高电阻层5a，则在形成高电阻层5a时，插塞材料层12的上表面被氧化。结果，插塞电极4和电阻层5之间的接触电阻可能增大或变化。另一方面，如果在插塞材料层12上隔着低电阻层5b形成高电阻层5a，则几乎不发生插塞材料层12的氧化和低电阻层5b的氧化。原因是Al-Ni(B)层由于不含氧而难以使其他层氧化，此外，Al-Ni(B)层具有几乎不被氧化的性质(耐氧化性)。因此，根据本实施例，由于在插塞材料层12上隔着低电阻层5b形成高电阻层5a，因此能够抑制插塞电极4的接触电阻的增大和变化。
另一方面，在图7的A中，插塞电极6的插塞材料层14没有隔着低电阻层5b而形成在高电阻层5a上。因此，由于上述原因，似乎也认为发生了插塞材料层14的氧化。然而，插塞材料层14隔着阻挡金属层13形成在高电阻层5a上。因此，根据本实施例，即使在高电阻层5a上不隔着低电阻层5b形成插塞材料层14，也能够抑制插塞电极6的接触电阻的增大或变化。
注意，在插塞材料层12为W层以外的层、低电阻层5b为Al-Ni(B)层以外的层、或者高电阻层5a为TaSiO层以外的层的情况下，也能够获得上述效果。例如，在插塞材料层12容易被氮化并且高电阻层5a包含氮的情况下，低电阻层5b可以形成为具有耐氮化性。
根据本实施例的半导体装置可以具有图7的B所示的结构，而不是图7的A所示的结构。在图7的B中，高电阻层5a形成在插塞电极4的插塞材料层12上，低电阻层5b形成在高电阻层5a上。例如，在插塞材料层12几乎不被氧化(或氮化)的情况下，或者在插塞材料层12的氧化(或氮化)不成为问题的情况下，采用上述结构。
根据本实施例的半导体装置可以具有图8的A和B所示的结构。图8的B所示的插塞电极4的结构与图5中的插塞电极4的结构相同。另一方面，图8的A所示的插塞电极6贯穿高电阻层5a并且与低电阻层5b接触。实现上述插塞电极6的结构例如是出于以下原因。
当制造图8的A所示的半导体装置时，例如，在低电阻层5b上形成高电阻层5a，在高电阻层5a上形成层间绝缘膜2的一部分，在层间绝缘膜2中形成到达高电阻层5a的通孔，在通孔中形成插塞电极6。在这种情况下，当难以获得层间绝缘膜2和高电阻层5a的蚀刻选择比(etching selectivity)时，通孔贯穿高电阻层5a并到达低电阻层5b。当在上述通孔中形成插塞电极6时，插塞电极6贯穿高电阻层5a并与低电阻层5b接触。
这里，假设层间绝缘膜2是氧化硅膜，低电阻层5b是Al-Ni(B)层，高电阻层5a是TaSiO层。在这种情况下，由于层间绝缘膜2和高电阻层5a都是氧化膜，因此，难以获得层间绝缘膜2和高电阻层5a的蚀刻选择比。因此，通孔很可能贯穿高电阻层5a。另一方面，由于低电阻层5b是不含氧的合金层，因此容易获得高电阻层5a和低电阻层5b的蚀刻选择比。因此，能够使用低电阻层5b作为蚀刻阻挡层来形成通孔。因此，通过在上述通孔中形成插塞电极6，能够形成贯穿高电阻层5a并与低电阻层5b接触的插塞电极6。
注意，在采用图7的B所示的结构的情况下，由于在高电阻层5a上形成低电阻层5b，因此能够实现通孔到达低电阻层5b而不到达高电阻层5a的结构。
图9和图10是示出根据第二实施例的变形例的半导体装置的结构的横截面图。
在图9的A中，在插塞电极6附近未形成高电阻层5a，在插塞电极6附近仅形成低电阻层5b。在图9的B中，在插塞电极4附近未形成高电阻层5a，在插塞电极4附近仅形成低电阻层5b。
在图10的A中，在插塞电极4、6附近未形成高电阻层5a，在插塞电极4、6附近仅形成低电阻层5b。另一方面，在图10的B中，高电阻层5a延伸到第一部分P1的右侧(即，+X方向)，并且延伸到第二部分P2的左侧(即，-X方向)。
根据本实施例的半导体装置可以具有图9的A至图10的B中的任意一个所示的结构。利用上述结构，能够在满足各种布局约束的同时形成包括高电阻层5a和低电阻层5b的电阻层5。
如上所述，本实施例中的电阻层5包括高电阻层5a和低电阻层5b，并且低电阻层5b被分为第一部分P1和第二部分P2。因此，根据本实施例，能够高精度地调整电阻层5的电阻值。
(第三实施例)
图11是示出根据第三实施例的半导体装置的结构的横截面图。
与图5所示的半导体装置类似，根据本实施例的半导体装置包括基板1、层间绝缘膜2、配线3(未示出)、插塞电极4(未示出)、电阻层5、插塞电极6和配线7。另外，本实施例中的电阻层5与图5所示的电阻层5类似，包括高电阻层5a和低电阻层5b。
然而，本实施例中的低电阻层5b具有具有锥形形状(倾斜)的侧面。此外，本实施例中的高电阻层5a与低电阻层5b的上表面和锥形的侧面接触。上述低电阻层5b例如能够通过在蚀刻低电阻层5b时进行湿蚀刻而形成。
图12是用于说明根据第三实施例的半导体装置的结构的横截面图。
图12的A示出了第二实施例(图5)中的电阻层5。图12的A所示的高电阻层5a仅与低电阻层5b的上表面接触。
图12的B示出了第二实施例(图5)的变形例中的电阻层5。图12的B所示的高电阻层5a在低电阻层5b的侧面附近具有台阶，并且与低电阻层5b的上表面和侧面接触。在这种情况下，存在高电阻层5a很可能在高电阻层5a的台阶位置处断裂的问题。
图12的C示出了本实施例(图11)中的电阻层5。图12的C所示的高电阻层5a在低电阻层5b的侧面附近也具有台阶，并且与低电阻层5b的上表面和侧面接触。然而，本实施例中的低电阻层5b具有具有锥形形状(倾斜)的侧表面。通过这种结构，能够防止高电阻层5a在高电阻层5a的台阶位置处断裂。
注意，低电阻层5b的侧面的锥形角度例如优选设定为30°至85℃。锥形角度是低电阻层5b的侧面相对于-Z方向的角度。
(第四实施例)
图13是示出根据第四实施例的半导体装置的结构的横截面图。
图13的A示出了根据本实施例的半导体装置的第一示例。图13的A所示的半导体装置除了包括图1所示的构成要素之外，还包括插塞电极21、电阻层22、插塞电极23和配线24。插塞电极21是本公开中的第三电极的示例。电阻层22是本公开中的第二电阻层的示例。插塞电极23是本公开中的第四电极的示例。配线24是本公开中的第三配线的示例。
插塞电极21形成在配线7上并与配线7电连接。插塞电极21的下表面与配线7的上表面接触。插塞电极21例如是包括Al层、W层或Cu层的金属层。插塞电极21例如是通孔插塞。
电阻层22形成在插塞电极21上并与插塞电极21电连接。电阻层22的下表面与插塞电极21的上表面接触。电阻层22例如是包含金属元素的氧化膜、氮化膜或氮氧化膜。金属元素的示例包括诸如Ta(钽)元素和Ti(钛)元素等高熔点金属元素。电阻层22还可以包含Si元素。上述电阻层22的示例包括诸如TaSiO层或TiSiO层等金属陶瓷层。
插塞电极23形成在电阻层22上并与电阻层22电连接。插塞电极23的下表面与电阻层22的上表面接触。插塞电极23例如是包括Al层、W层或Cu层的金属层。插塞电极23例如是通孔插塞。
配线24设置在形成于基板1上方的一个配线层中，并且被包括在与包括配线7的配线层不同的配线层中。因此，电阻层22设置在这些配线层之间。配线24形成在插塞电极23上并与插塞电极23电连接。配线24的下表面与插塞电极23的上表面接触。配线24例如是包括Al层、W层或Cu层的金属层。
本实施例通过在基板1的上方形成电阻层5和电阻层22，能够实现电阻层的多层化。电阻层5、22经由配线7等串联连接。注意，电阻层5、22也可以经由配线7等并联连接。
另外，本实施例中的插塞电极21、23设置成与电阻层22的不同表面接触。因此，根据本实施例，能够增大插塞电极21与23之间的距离，并且能够减小插塞电极22与23之间的寄生电容。
注意，与第二实施例中的电阻层5类似，本实施例中的电阻层22也可以包括高电阻层和低电阻层。在这种情况下，低电阻层与第三实施例中的低电阻层5b一样，也可以具有具有锥形形状的侧面。此外，高电阻层与第三实施例中的高电阻层5a一样，也可以与低电阻层的上表面和锥形的侧面接触。
图13的B示出了根据本实施例的半导体装置的第二示例。图13的B所示的半导体装置包括与图13的A所示的半导体装置相同的构成要素。然而，插塞电极23不是位于插塞电极21的-X方向，而是位于插塞电极21的+X方向，并且大致位于插塞电极4的正上方。类似地，插塞电极21也大致位于插塞电极6的正上方。利用这种构造，能够减小这些构成要素的占用空间，并且能够减小半导体装置的芯片面积。
图14是示出根据第四实施例的变形例的半导体装置的结构的横截面图。
图14的A示出了根据本变形例的半导体装置的第一示例。该半导体装置具有与图13的A所示的半导体装置类似的结构。然而，该示例中的插塞电极6和配线7形成双镶嵌配线25。双镶嵌配线25例如是包括Cu层的金属层。类似地，该示例中的插塞电极23和配线24形成双镶嵌配线26。双镶嵌配线26例如是包括Cu层的金属层。
图14的B示出了根据本变形例的半导体装置的第二示例。该半导体装置具有与图13的B所示的半导体装置类似的结构。然而，该示例中的插塞电极6和配线7也形成双镶嵌配线25。类似地，该示例中的插塞电极23和配线24也形成双镶嵌配线26。
根据这些示例，通过将插塞电极6和配线7形成为双镶嵌配线25，并且将插塞电极23和配线24形成为双镶嵌配线26，能够以较少的工序数形成这些电极和配线。
(第五实施例)
图15至图19是示出根据第五实施例的半导体装置的制造方法的横截面图。根据该方法，能够制造根据第二实施例的半导体装置。
首先，在基板1上形成作为层间绝缘膜2的一部分的层间绝缘膜2a和包括配线3的配线层(图15的A)。在图15的A所示的工序中，在基板1上形成层间绝缘膜2a的下方部分，在层间绝缘膜2a的下方部分上形成配线3，在层间绝缘膜2a的下方部分上以覆盖配线3的方式形成层间绝缘膜2a的上方部分。
接下来，通过光刻和干蚀刻，在层间绝缘膜2a内形成到达配线3的通孔H1(图15的B)。接下来，通过CVD(chemical vapor deposition：化学气相沉积)，在基板1的整个表面上形成插塞电极4的材料(图15的C)。接下来，通过回蚀或CMP(chemical mechanicalpolishing：化学机械研磨)，除去通孔H1外部的该材料(图16的A)。结果，在通孔H1内的配线3上形成插塞电极4。插塞电极4的下表面与配线3的上表面接触。
接下来，通过溅射，在层间绝缘膜2a和插塞电极4上形成低电阻层5b的材料(图16的B)。接下来，通过光刻和干蚀刻，对该材料的形状进行加工(图16的C)。结果，形成包括彼此分开的第一部分P1和第二部分P2的低电阻层5b。第二部分P2形成在插塞电极4上。第二部分P2的下表面与插塞电极4的上表面接触。
接下来，在层间绝缘膜2a和低电阻层5b上形成作为层间绝缘膜2的一部分的层间绝缘膜2b，并且通过CMP对层间绝缘膜2b的上表面进行研磨(图17的A)。结果，低电阻层5b的上表面从层间绝缘膜2b露出。
接下来，通过溅射，在层间绝缘膜2b和低电阻层5b上形成高电阻层5a的材料(图17的B)。接下来，通过光刻和干蚀刻，对该材料的形状进行加工(图17的C)。结果，在低电阻层5b的第一部分P1和第二部分P2上形成高电阻层5a。高电阻层5a的下表面与第一部分P1的上表面、第二部分P2的上表面接触。这样，形成包括高电阻层5a和低电阻层5b的电阻层5。
接下来，在层间绝缘膜2b和电阻层5上形成作为层间绝缘膜2的一部分的层间绝缘膜2c(图18的A)。
接下来，通过光刻和干蚀刻，在层间绝缘膜2c内形成到达电阻层5的通孔H2(图18的B)。通孔H2形成在第二部分P2的正上方。接下来，通过CVD，在基板1的整个表面上形成插塞电极6的材料(图18的C)。接下来，通过回蚀或CMP，除去通孔H2外部的该材料(图19的A)。结果，在通孔H2内，在电阻层5上形成插塞电极6。插塞电极6的下表面与电阻层5的上表面接触。
接下来，通过溅射，在层间绝缘膜2c和插塞电极6上形成包括配线7的配线层的材料(图18的B)。接下来，通过光刻和干蚀刻，对该材料的形状进行加工(图18的C)。结果，形成包括配线7的配线层。配线7形成在插塞电极6上。配线7的下表面与插塞电极6的上表面接触。
此后，在基板1上形成各种层间绝缘膜、电阻层、插塞电极和配线(配线层)等。这样，制造出根据第二实施例的半导体装置。
注意，根据本实施例的方法，也能够制造根据第一实施例的半导体装置。在这种情况下，省略图16的B至图17的A所示的工序。
此外，根据本实施例的方法，也能够制造根据第三实施例的半导体装置。在这种情况下，在图16的C所示的工序中，通过湿蚀刻对低电阻层5b进行加工。
此外，根据本实施例的方法，也能够制造根据第四实施例的半导体装置。在这种情况下，在图18的C所示的工序之后，分别通过与插塞电极4、电阻层5、插塞电极6和配线7相同的方法形成插塞电极21、电阻层22、插塞电极23和配线24。
图20和图21是示出根据第五实施例的变形例的半导体装置的制造方法的横截面图。根据该方法，能够将插塞电极6和配线7形成为双镶嵌配线25。
图20的A示出了与图18的A相同的工序。在该方法中，首先，执行图15的A至图18的A所示的工序。
接下来，通过光刻和干蚀刻，在层间绝缘膜2c内形成布线槽H3(图20的B)。接下来，通过光刻和干蚀刻，在布线槽H3下的层间绝缘膜2c内形成到达电阻层5的通孔H2(图20的C)。通孔H2形成在第二部分P2的正上方。
接下来，通过CVD，在基板1的整个表面上形成插塞电极6和配线7的材料(图21的A)。接下来，通过回蚀或CMP，除去通孔H2和布线槽H3外部的该材料(图21的B)。结果，在通孔H2内，在电阻层5上形成插塞电极6，并且在布线槽H3内在插塞电极6上形成配线7。即，在通孔H2和布线槽H3内形成双镶嵌配线25。双镶嵌配线25的下表面与电阻层5的上表面接触。
注意，上述双镶嵌配线26也能够通过与双镶嵌配线25类似的方法形成。
如上所述，根据本实施例的方法，能够制造根据第一至第四实施例的半导体装置。
(第六实施例)
图22是示出根据第六实施例的半导体装置的构造的示意图和电路图。根据本实施例的半导体装置是具有根据第一至第四实施例中的任意一个实施例的半导体装置的结构的固态摄像装置。
如图22的A所示，根据本实施例的半导体装置(固态摄像装置)包括像素阵列区域32，该像素阵列区域32包括以二维阵列布置的多个像素31。这些像素31例如分别具有图22的B所示的电路构造。
图22的B示出了像素阵列区域32中包括的一个像素31。该像素31具有包括稍后描述的金属焊盘9的第一区域U1和包括稍后描述的金属焊盘44的第二区域U2。第一区域U1和第二区域U2经由这些金属焊盘9、44电连接。根据本实施例的半导体装置是通过将第一晶片和第二晶片贴合而制造的。第一区域U1是源自第一晶片的部分，第二区域U2是源自第二晶片的部分。
图22的B所示的像素31在第一区域U1中包括光电转换元件(光电转换单元)PD、电阻R和电容器Ca，在第二区域U2中包括电容器Cb、晶体管TR以及电流源Ia、Ib。
光电转换元件PD例如是诸如SPAD(single photon avalanche diode：单光子雪崩二极管)等光电二极管，并且光电转换元件PD将入射光转换为电荷。SPAD被认为是甚至能够检测一个光子的高灵敏度光学传感器元件。根据本实施例，通过使用SPAD作为光电转换元件PD，能够实现高灵敏度的光学传感器。光电转换元件PD的阳极连接到地电位，光电转换元件PD的阴极连接到电阻R和电容器Ca。如稍后所述，本实施例中的光电转换元件PD设置在上述基板1中。
电阻R例如由上述电阻层5实现，并且对应于图4的A所示的电阻R3或图4的B所示的电阻R4。电阻R的一端连接到光电转换元件PD和电容器Ca，电阻R的另一端连接到金属焊盘9。此外，电容器Ca的一个电极连接到光电转换元件PD和电阻R，电容器Ca的另一个电极连接到地电位。
注意，电阻R可以由上述电阻层5和电阻层22实现。在这种情况下，电阻R的值是通过电阻层5和电阻层22的串联连接(或并联连接)得到的电阻值。
晶体管TR例如是MOSFET，并且包括与金属焊盘44、电容器Cb和电流源Ia连接的栅极端子、以及设置在电源电位和电流源Ib之间的源极端子和漏极端子。本实施例中的晶体管TR与第二区域U2中的其他电路元件一起构成对来自光电转换元件PD的电压信号进行处理的信号处理电路。电阻R设置在光电转换元件PD和信号处理电路之间。
电流源Ia设置在电源电位和金属焊盘44之间。电流源Ib设置在晶体管TR和地电位之间。另外，电容器Cb的一个电极连接到金属焊盘44、电流源Ia和晶体管TR，电容器Cb的另一个电极连接到地电位。
这里，将说明电阻R的作用。
在使用SPAD作为光电转换元件PD的情况下，从光电转换元件PD输出的电压信号的幅值例如是20V～30V。在本实施例中，该电压信号经由电阻R传输到上述的信号处理电路。这使得能够抑制向信号处理电路供给大幅值的电压信号。
另外，由于本实施例中的电阻R由电阻层5实现，因此其寄生电容小。因此，即使在光电转换元件PD中产生大幅值的电压信号，寄生电容的充放电所需的电荷也会减少。结果，能够实现各像素31的功耗降低和速度提高。
像素阵列区域32中的像素31的数量例如是1万个至1千万个。因此，如果能够将各像素31的功耗降低P，则能够在像素阵列区域32整体上降低P的1万倍至1000万倍的大量功耗。因此，根据本实施例，能够大幅降低半导体装置(固态摄像装置)的功耗。
图23是示出根据第六实施例的半导体装置的结构的横截面图。
图23示出了根据本实施例的半导体装置中包括的一个像素31的截面。根据本实施例的半导体装置是通过将包括第一区域U1的第一晶片和包括第二区域U2的第二晶片接合而制造的。此时，将第一晶片倒置并与第二晶片接合。因此，在图23中，插塞电极4、电阻层5和插塞电极6等位于基板1的下方。这将在后面详细说明。
如图23所示，第二区域U2包括支撑基板41、层间绝缘膜42、插塞电极43和43’以及金属焊盘44和44’。此外，除了上述的基板1、层间绝缘膜2、插塞电极4、电阻层5(高电阻层5a和低电阻层5b)、插塞电极6和配线7之外，第一区域U1还包括插塞电极6’、配线7’、插塞电极8和8’、金属焊盘9和9’、电极51、像素分离部52、平坦化膜53、滤色器54和芯片上透镜55。
此外，作为杂质半导体区域，基板1包括N-型半导体区域1a、P型半导体区域1b、N型半导体区域1c和P型半导体区域1d。此外，像素分离部52包括元件分离绝缘膜52a和遮光膜52b。
图23还示出了基板1的表面S1、基板1的背面S2、支撑基板41的表面S3、支撑基板41的背面S4以及第一区域U1和第二区域U2之间的接合面。基板1的表面S1是本公开中的第一面的示例。基板1的背面S2是本公开中的第二面的示例。在图23中，表面S1是基板1的-Z方向的面，背面S2是基板1的+Z方向的面，表面S3是支撑基板41的+Z方向的面，背面S4是支撑基板41的-Z方向的面。
N-型半导体区域1a、P型半导体区域1b和N型半导体区域1c从基板1的背面S2朝向表面S1依次形成在基板1中。在图23所示的基板1中，P型半导体区域1d形成在N-型半导体区域1a的上表面和侧面上。本实施例中的光电转换单元PD通过这些杂质半导体区域之间的PN结来实现。注意，N-型半导体区域1a可以由P-型半导体区域代替。另外，P型半导体区域1b、N型半导体区域1c和P型半导体区域1d分别用作光电转换单元PD的倍增区域、阳极电极和空穴累积层。图23所示的光电转换单元PD例如是SPAD。
插塞电极4、电阻层5、插塞电极6、配线7、插塞电极8和金属焊盘9在层间绝缘膜2中依次形成在基板1的表面S1上，并且与N型半导体区域1c电连接。另外，插塞电极6’、配线7’、插塞电极8’和金属焊盘9’在层间绝缘膜2中依次形成在基板1的表面S1上，并且与基板1中的电极51电连接。金属焊盘9、9’例如是包含铜(Cu)的金属层。如图23所示，上述电阻R由电阻层5实现。
支撑基板41例如是诸如硅基板等半导体基板。上述的信号处理电路和晶体管TR形成在支撑基板41的表面S3上。插塞电极43和金属焊盘44在层间绝缘膜42中依次形成在支撑基板41的表面S3上，并且与支撑基板41电连接。插塞电极43’和金属焊盘44’在层间绝缘膜42中依次形成在支撑基板41的表面S3上，并且与支撑基板41电连接。金属焊盘44、44’例如是包含铜(Cu)的金属层。
金属焊盘44与金属焊盘9接合。另外，金属焊盘44’与金属焊盘9’接合。结果，第二区域U2与第一区域U1电连接。
电极51形成在基板1中，并且位于N-型半导体区域1a侧或P型半导体区域1d的下方。电极51用作光电转换单元PD的阴极电极。本实施例中的光电转换单元PD是在基板1的表面S1侧具有阴极电极(电极51)的表面阴极型SPAD。
像素分离部52在基板1中形成于图23所示的像素31和其他像素31之间。本实施例中的像素分离部52在基板1的表面S1和背面S2之间贯穿基板1。像素分离部52包括在形成于基板1中的槽内依次形成的元件分离绝缘膜52a和遮光膜52b。元件分离绝缘膜52a例如是氧化硅膜。元件分离绝缘膜52a还可以包括固定电荷膜(具有负固定电荷的膜)。固定电荷膜的示例包括诸如高介电膜和高折射率材料膜等绝缘膜。遮光膜52b是包括遮光材料的膜，并且例如是包含铝(Al)、钨(W)或铜(Cu)的金属膜。
平坦化膜53形成在基板1或像素分离部52上，使得基板1的背面S2的上表面是平坦的。平坦化膜53例如是诸如树脂膜等有机膜。
针对各像素31，在平坦化膜53上形成滤色器54。例如，红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)用的滤色器54分别布置在红色、绿色和蓝色的像素31的光电转换单元PD的上方。此外，这些滤色器54可以包括布置在红外光的像素31的光电转换单元PD上方的红外光用滤色器54。各滤色器54具有能够让具有规定波长的光透过的性质，并且透过各滤色器54的光进入光电转换单元PD。
针对各像素31，在滤色器54上形成芯片上透镜55。芯片上透镜55具有使入射光会聚的性质，并且由芯片上透镜55会聚的光经由滤色器54入射到光电转换单元PD上。如上所述，根据本实施例的半导体装置是背面照射型的固态摄像装置。
注意，在将某个像素31用于测距的情况下，可以不在该像素31的光电转换单元PD的上方设置滤色器54。在该像素31中，芯片上透镜55在没有滤色器54的情况下设置在光电转换单元PD的上方。这种情况下的测距方法的示例是ToF(time of flight：飞行时间)法。
如上所述，根据本实施例的半导体装置是包括第一区域U1和第二区域U2的固态摄像装置。光电转换单元PD的阳极电极(N型半导体区域1c)经由电阻层5(电阻R)和金属焊盘9、44与支撑基板41上的信号处理电路电连接。另一方面，光电转换单元PD的阴极电极(电极51)经由金属焊盘9’、44’和支撑基板41与地电位电连接。注意，根据本实施例的半导体装置还可以在支撑基板41上包括信号处理电路以外的电路。这种电路的示例包括读取电路和驱动电路。
图24是示出根据第六实施例的半导体装置的结构的另一横截面图。
图24示出了根据本实施例的半导体装置所包括的多个像素31中的3个像素31。各像素31的结构与图23所示的像素31的结构相同。在图24中，如上所述，在彼此相邻的像素31之间设置有像素分离部52。此外，针对各像素31，设置滤色器54和芯片上透镜55。
图25和图26是示出根据第六实施例的半导体装置的制造方法的横截面图。
首先，制造图25的A所示的第一晶片W1和图25的B所示的第二晶片W2。第一晶片W1包括上述第一区域U1，并且具体包括形成于基板1中的N-型半导体区域1a、P型半导体区域1b、N型半导体区域1c、P型半导体区域1d、电极51和像素分离部52、以及形成于基板1的表面S1上的层间绝缘膜2、插塞电极4、电阻层5、插塞电极6和6’、配线7和7’、插塞电极8和8’、金属焊盘9和9’。第二晶片W2包括上述第二区域U2，并且具体包括形成于支撑基板41的表面S3上的层间绝缘膜42、插塞电极43和43’以及金属焊盘44和44’。上述信号处理电路也在图25的B所示的工序中形成在支撑基板41上。
接下来，将第一晶片W1接合至第二晶片W2(图26的A)。结果，金属焊盘9和9’分别与金属焊盘44和44’接合，使得第二区域U2电连接至第一区域U1。另外，层间绝缘膜2接合至层间绝缘膜42。
接下来，在基板1的背面S2上形成平坦化膜53，并且针对各像素31在平坦化膜53上依次形成滤色器54和芯片上透镜55(图26的B)。
然后，通过切割将第一晶片W1和第二晶片W2分割成单独的芯片。这样，制造根据本实施例的半导体装置。
图27和图28是示出根据第六实施例的变形例的半导体装置的结构的横截面图。
除了图23所示的构成要素之外，图27所示的半导体装置还包括配线56。图27所示的阴极电极(电极51)在基板1中布置在基板1的背面S2附近。因此，图27所示的光电转换单元PD是在基板1的背面S2侧具有阴极电极(电极51)的背面阴极型SPAD。配线56形成在平坦化膜53中，并且将电极51与地电位电连接。注意，图27所示的半导体装置不包括插塞电极6’、配线7’、插塞电极8’、金属焊盘9’、插塞电极43’和金属焊盘44’。
除了图23所示的构成要素之外，图28所示的半导体装置还包括绝缘膜57和插塞电极58。图28所示的阴极电极(电极51)从基板1的表面S1嵌入到在基板1内形成的孔中。因此，图28所示的光电转换单元PD是具有在基板1的孔中的阴极电极(电极51)的嵌入阴极型SPAD。在孔中依次形成有绝缘膜57和插塞电极58，并且插塞电极6’经由插塞电极58与电极51电连接。另一方面，如上所述，插塞电极6’经由支撑基板41与地电位电连接。
如上所述，根据本实施例，能够将第一至第四实施例的半导体装置应用于固态摄像装置。注意，根据第一至第四实施例的半导体装置也可以应用于固态摄像装置以外的设备。这种设备的示例包括模拟电路装置和高频电路装置。
(应用例)
图29是示出电子设备的构造示例的框图。图29所示的电子设备是照相机100。
照相机100包括：包括透镜组等的光学单元101、作为根据第六实施例的固态摄像装置的摄像装置102、作为相机信号处理电路的DSP(digital signal processor：数字信号处理器)电路103、帧存储器104、显示部105、记录部106、操作部107和电源部108。另外，DSP电路103、帧存储器104、显示部105、记录部106、操作部107和电源部108经由总线109彼此连接。
光学单元101获取来自被摄体的入射光(图像光)，并且在摄像装置102的成像表面上形成图像。摄像装置102以像素为单位将由光学单元101在成像表面上形成为图像的入射光量转换为电信号，并且将电信号作为像素信号输出。
DSP电路103对从摄像装置102输出的像素信号进行信号处理。帧存储器104是用于存储由摄像装置102拍摄的运动图像或静止图像的一个画面的存储器。
显示部105例如包括诸如液晶面板或有机EL面板等面板型显示装置，并且显示由摄像装置102拍摄的运动图像或静止图像。记录部106将由摄像装置102拍摄的运动图像或静止图像记录在诸如硬盘或半导体存储器等记录介质上。
操作部107响应于用户执行的操作，发出用于照相机100的各种功能的操作命令。电源部108向DSP电路103、帧存储器104、显示部105、记录部106和操作部107适当地提供作为这些供电对象的操作电源的各种电源。
能够预期通过使用根据第六实施例的固态摄像装置作为摄像装置102来获得令人满意的图像。
能够将固态摄像装置应用于各种其他产品。例如，固态摄像装置可以安装在诸如汽车、电动汽车、混合动力汽车、摩托车、自行车、个人移动设备、飞机、无人机、轮船和机器人等任何类型的移动体上。
图30是示出移动体控制系统的构造示例的框图。图30所示的移动体控制系统是车辆控制系统200。
车辆控制系统200包括通过通信网络201彼此连接的多个电子控制单元。在图30所示的示例中，车辆控制系统200包括：驱动系统控制单元210、车身系统控制单元220、车外信息检测单元230、车内信息检测单元240以及集成控制单元250。图30还示出了作为集成控制单元250的部件的微型计算机251、声音/图像输出部252以及车载网络接口(I/F)253。
驱动系统控制单元210根据各种程序来控制与车辆的驱动系统有关的设备的操作。例如，驱动系统控制单元210用作下述各设备的控制装置，这些设备是：诸如内燃机或驱动电机等用于产生车辆的驱动力的驱动力产生设备；用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构；用于调节车辆的转向角的转向机构；以及用于产生车辆的制动力的制动设备等。
车身系统控制单元220根据各种程序来控制安装在车体上的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元220用作下述各设备的控制装置，这些设备是：智能钥匙系统、无钥匙进入系统、电动车窗装置或各种灯(例如，前灯、尾灯、刹车灯、转向指示灯或雾灯等)。在这种情况下，能够将从代替钥匙的移动设备发送来的无线电波或各种开关的信号输入到车身系统控制单元220。车身系统控制单元220接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置或灯等。
车外信息检测单元230检测包括车辆控制系统200的车辆的外部信息。例如，车外信息检测单元230与摄像部231连接。车外信息检测单元230使摄像部231拍摄车辆外部的图像，并且从摄像部231接收所拍摄的图像。基于所接收的图像，车外信息检测单元230可以对诸如行人、车辆、障碍物、标志或路面上的字母等物体执行检测处理或距离检测处理。
摄像部231是用于接收光并且输出与所接收的光量对应的电信号的光学传感器。摄像部231能够将该电信号作为图像输出，或者能够将该电信号作为测距信息输出。由摄像部231接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等非可见光。摄像部231包括根据第六实施例的固态摄像装置。
车内信息检测单元240检测安装有车辆控制系统200的车辆的内部信息。例如，车内信息检测单元240与用于检测驾驶员状态的驾驶员状态检测部241连接。例如，驾驶员状态检测部241包括用于对驾驶员进行摄像的相机。基于从驾驶员状态检测部241输入的检测信息，车内信息检测单元240可以计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的专注程度，或者可以判断驾驶员是否在打瞌睡。相机可以包括根据第六实施例的固态摄像装置，并且例如可以是图29所示的相机100。
基于由车外信息检测单元230或车内信息检测单元240获取的车辆内部或外部的信息，微型计算机251能够计算驱动力产生设备、转向机构或制动设备的控制目标值，并且能够向驱动系统控制单元210输出控制命令。例如，微型计算机251能够执行用于实现高级驾驶员辅助系统(ADAS：advanced driver assistance system)功能的协同控制，所述高级驾驶员辅助系统功能包括：车辆的碰撞避免或撞击减轻、基于跟随距离的跟随行驶、车速保持行驶、车辆碰撞警告或车辆的车道偏离警告等。
另外，微型计算机251能够基于由车外信息检测单元230或车内信息检测单元240获取的车辆外部或内部的信息来控制驱动力产生设备、转向机构或制动设备等，从而执行用于实现不依赖驾驶员的操作而使车辆自主行驶的自动驾驶等的协同控制。
另外，基于由车外信息检测单元230获取的车辆外部的信息，微型计算机251能够向车身系统控制单元220输出控制命令。例如，微型计算机251能够例如根据由车外信息检测单元230检测到的前车或对面来车的位置来控制前灯，以将远光灯切换到近光灯，从而执行用于防眩光的协同控制。
声音/图像输出部252将声音或图像中的至少一者的输出信号发送到输出设备，该输出设备能够在视觉上或在听觉上向车上的乘客或车辆外部通知信息。在图30的示例中，作为上述输出设备，示出了音频扬声器261、显示部262和仪表板263。例如，显示部262可以包括车载显示器(on-board display)或平视显示器(head-up display)。
图31是示出图30中的摄像部231的设置位置的具体示例的平面图。
图31所示的车辆300包括作为摄像部231的摄像部301、302、303、304和305。摄像部301、302、303、304和305例如被设置于车辆300的前鼻、后视镜、后保险杠和后门的位置以及车内的挡风玻璃的上部的位置。
设置于前鼻的摄像部301主要获取车辆300前方环境的图像。设置于后视镜的摄像部302、303主要获取车辆300侧面环境的图像。设置于后保险杠或后门的摄像部304主要获取车辆300后方环境的图像。设置于车内的挡风玻璃的上部的摄像部305主要获取车辆300前方环境的图像。摄像部305主要用于例如检测前车、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志或车道等。
图31示出了摄像部301、302、303和304(以下称为“摄像部301～304”)的摄像范围的示例。摄像范围311表示设置于前鼻的摄像部301的摄像范围。摄像范围312表示设置于左侧后视镜的摄像部302的摄像范围。摄像范围313表示设置于右侧后视镜的摄像部303的摄像范围。摄像范围314表示设置于后保险杠或后门的摄像部304的摄像范围。例如，通过将由摄像部301～304获取的图像数据叠加，获得了从上方看到的车辆300的鸟瞰图像。在下文中，摄像范围311、312、313和314被称为“摄像范围311～314”。
摄像部301～304中的至少一者可以具有获取距离信息的功能。例如，摄像部301～304中的至少一者可以是包括多个摄像装置的立体相机，或者可以是包括用于相位差检测的像素的摄像装置。
例如，微型计算机251(图30)能够基于从摄像部301～304获得的距离信息来确定距摄像范围311～314内的各三维物体的距离以及该距离随时间的变化(相对于车辆300的相对速度)。基于计算结果，微型计算机251能够将在车辆300的行驶道路上存在的且在与车辆300大致相同的方向上以规定的速度(例如，大于或等于0km/h)行驶的最靠近的三维物体提取为前车。此外，微型计算机251能够预先设置需要保持的与前方车辆的跟随距离，并且能够执行自动制动控制(包括跟随停止控制)或自动加速控制(包括跟随起动控制)等。因此，根据该示例，能够执行用于实现不依赖驾驶员的操作而使车辆自主行驶的自动驾驶等的协同控制。
例如，基于从摄像部301～304获得的距离信息，微型计算机251能够将关于三维物体的三维物体数据分类为两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维物体的三维物体数据，提取分类后的三维物体数据，并使用所提取的三维物体数据来自动避开障碍物。例如，微型计算机251将车辆300周围的障碍物识别为车辆300的驾驶员能够视觉辨认的障碍物和车辆300的驾驶员难以视觉辨认的障碍物。然后，微型计算机251确定用于表示与各障碍物发生碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机251通过音频扬声器261或显示部262向驾驶员输出警告，并且通过驱动系统控制单元210执行强制减速或避让转向。由此，微型计算机251能够辅助驾驶以避免碰撞。
摄像部301～304中的至少一者可以是用于检测红外线的红外相机。例如，微型计算机251能够通过判定摄像部301～304所拍摄的拍摄图像中是否存在行人来识别该行人。例如，通过以下过程来进行这种行人的识别：提取作为红外相机的摄像部301～304所拍摄的拍摄图像中的特征点；以及通过对表示物体的轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理来判定该物体是否是行人。当微型计算机251判定摄像部301～304所拍摄的拍摄图像中存在行人并因此识别出该行人时，声音/图像输出部252控制显示部262，使得在识别出的行人上叠加并显示用于强调的方形轮廓线。声音/图像输出部252还可以控制显示部262，使得在所期望的位置处显示用于表示行人的图标等。
图32是示出能够应用根据本公开的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。
图32示出了外科医生(医生)531使用内窥镜手术系统400对病床533上的患者532进行手术的状态。如图所示，内窥镜手术系统400包括内窥镜(endoscope)500、诸如气腹管(pneumoperitoneum tube)511和能量处置器械512等其他手术器械510、支撑内窥镜500的支撑臂装置520以及安装有用于内窥镜手术的各种装置的推车600。
内窥镜500包括：镜筒501，从该镜筒501的远端起具有预定长度的区域被插入到患者532的体腔中；以及摄像头502，该摄像头502连接到镜筒501的近端。所示的示例示出了内窥镜500是具有刚性镜筒501的所谓的刚性镜。然而，内窥镜500也可以是具有柔性镜筒的所谓的柔性镜。
在镜筒501的远端，设置有安装物镜的开口。光源装置603连接到内窥镜500，使得由光源装置603产生的光通过在镜筒501内延伸的光引导件被引导到该镜筒的远端，并且该光经由上述物镜照射到患者532体腔中的观察对象上。注意，内窥镜500可以是前视内窥镜(forward-viewing endoscope)、斜视内窥镜(oblique-viewing endoscope)或侧视内窥镜(side-viewing endoscope)。
在摄像头502内设置有光学系统和摄像元件，并且由观察对象反射的光(观察光)通过该光学系统会聚到该摄像元件上。该摄像元件对观察光进行光电转换，并产生对应于观察光的电信号，即，对应于观察图像的图像信号。该图像信号作为原始(RAW)数据被发送到CCU(camera control unit：相机控制单元)601。
CCU 601包括中央处理单元(CPU：central processing unit)和图形处理单元(GPU：graphics processing unit)等，并且CCU 601中央控制内窥镜500和显示装置602的操作。此外，CCU 601接收来自摄像头502的图像信号，并且对该图像信号进行诸如显像处理(去马赛克处理)等用于显示基于该图像信号的图像的各种图像处理。
在CCU 601的控制下，显示装置602显示基于图像信号(由CCU601进行了图像处理)的图像。
例如，光源装置603包括诸如发光二极管(LED：light emitting diode)等光源，并且将对手术部位等进行摄像的照射光提供给内窥镜500。
输入装置604是内窥镜手术系统11000的输入接口。用户可以通过输入装置604将各种信息和指令输入到内窥镜手术系统400。例如，用户输入用于改变内窥镜500的摄像条件(照射光的类型、倍率、焦距等)的指令等。
处置工具控制装置605控制用于组织的烧灼、切割和血管的密封等的能量处置工具512的驱动。气腹装置606通过气腹管511将气体注入到患者532的体腔中以使体腔膨胀，从而确保内窥镜500的视野以及确保外科医生的工作空间。记录仪607是能够记录与手术有关的各种信息的装置。打印机608是能够以诸如文本、图像或图表等各种形式打印与手术有关的各种信息的装置。
注意，向内窥镜500提供对手术部位进行摄像时的照射光的光源装置603例如可以包括LED、激光光源或通过组合LED和激光光源得到的白光源。在白光源包括RGB激光光源的组合的情况下，能够以高精度来控制各颜色(各波长)的输出强度和输出时序，因此，光源装置603能够调整被摄图像的白平衡。此外，在这种情况下，通过以时分方式(time division)利用来自RGB激光光源的各者的激光照射观察对象，并且与照射时序同步地控制摄像头502的摄像元件的驱动，也能够以时分方式来拍摄分别对应于R、G和B的图像。根据这种方法，即使在摄像元件中没有设置滤色器，也能够获得彩色图像。
此外，可以控制光源装置603的驱动，从而每隔预定的时间改变要输出的光的强度。通过与光强度变化的时刻同步地控制摄像头502的摄像元件的驱动并以时分方式获取图像，然后合成所获得的图像，能够产生没有所谓的遮挡阴影和高光溢出的高动态范围图像。
此外，光源装置603可以被构造成能够提供适合特殊光观察的预定波长带的光。在特殊光观察中，执行所谓的窄带摄像，在该窄带摄像中，利用人体组织中的光吸收的波长依赖性，通过例如施加比普通观察时使用的照射光(即，白光)的带域更窄的带域的光，来以高对比度对诸如黏膜表层中的血管等预定组织进行摄像。可替代地，在特殊光观察中，可以执行通过照射激发光而产生的荧光来获得图像的荧光观察。在荧光观察中，例如，能够用激发光照射人体组织，以观察来自该人体组织的荧光(自发荧光观察)，或者能够将诸如吲哚菁绿(ICG：indocyanine green)等试剂局部注射到人体组织中，并且能够利用与该试剂的荧光波长对应的激发光照射人体组织，从而获得荧光图像。光源装置603能够被构造成能够提供适合这种特殊光观察的窄带光和/或激发光。
图33是示出图32所示的摄像头502和CCU 601的功能构造的示例的框图。
摄像头502包括透镜单元701、摄像部702、驱动部703、通信部704和摄像头控制部705。CCU 601包括通信部711、图像处理部712和控制部713。摄像头502和CCU 601通过传输线缆700彼此可通信地连接。
透镜单元701是设置在与镜筒501的连接部处的光学系统。从镜筒501的远端接收的观察光被引导到摄像头502，并入射到透镜单元701。透镜单元701通过组合多个透镜(包括变焦透镜和聚焦透镜)而构成。
摄像部702包括摄像元件。构成摄像部702的摄像元件的数量可以是一个(所谓的单板型)或两个以上(所谓的多板型)。例如，在摄像部702是多板型的情况下，可以通过各摄像元件产生分别与R、G和B对应的图像信号，并且可以通过合成所产生的图像信号来获得彩色图像。可替代地，摄像部702可以包括一对摄像元件，用于分别获取与3D(三维)显示对应的右眼图像信号和左眼图像信号。通过3D显示，外科医生531可以更精确地掌握手术部位中的活体组织的深度。注意，在摄像部702是多板型的情况下，可以与各摄像元件对应地设置透镜单元701的多个系统。摄像部702例如是根据第六实施例的固态摄像装置。
此外，摄像部702并非必须设置在摄像头502中。例如，摄像部702可以设置在镜筒501内且紧跟在物镜的后方。
驱动部703包括致动器，并且在摄像头控制部705的控制下，驱动部703将透镜单元701的变焦透镜和聚焦透镜沿着光轴移动预定距离。因此，可以适当地调整摄像部702所拍摄的图像的倍率和焦点。
通信部704包括用于向CCU 601发送各种信息和从CCU 601接收各种信息的通信装置。通信部704将从摄像部702获得的图像信号作为原始数据通过传输线缆700发送到CCU601。
此外，通信部704从CCU 601接收用于控制摄像头502的驱动的控制信号，并将该控制信号提供给摄像头控制部705。该控制信号例如包括与摄像条件相关的信息，例如，用于指定所拍摄图像的帧率的信息、用于指定摄像时的曝光值的信息、和/或用于指定所拍摄图像的倍率和焦点的信息。
注意，诸如上述的帧率、曝光值、倍率和焦点等摄像条件可以由用户适当地指定，或者可以由CCU 601的控制部713基于所获取的图像信号来自动地设置。在后一种情况下，内窥镜500具备所谓的自动曝光(AE：auto exposure)功能、自动聚焦(AF：auto focus)功能和自动白平衡(AWB：auto white balance)功能。
摄像头控制部705基于通过通信部704接收的来自CCU 601的控制信号来控制摄像头502的驱动。
通信部711包括用于向摄像头502发送各种信息和从摄像头502接收各种信息的通信装置。通信部711接收通过传输线缆700从摄像头502发送的图像信号。
此外，通信部711将用于控制摄像头502的驱动的控制信号发送到摄像头502。上述图像信号和上述控制信号可以通过电通信和光通信等进行传输。
图像处理部712对从摄像头502发送来的作为原始数据的图像信号进行各种图像处理。
控制部713执行与通过内窥镜500对手术部位等进行摄像和通过对手术部位等进行摄像而获得的拍摄图像的显示有关的各种控制。例如，控制部713产生用于控制摄像头502的驱动的控制信号。
此外，基于由图像处理部712进行了图像处理的图像信号，控制部713使显示装置602显示包括手术部位等的所拍摄图像。此时，控制部713可以利用各种图像识别技术来识别所拍摄图像中的各种物体。例如，控制部713可以通过检测所拍摄图像中所包括的物体的边缘的形状和颜色等，由此识别出诸如镊子等手术工具、特定活体部位、出血以及在使用能量处置工具512时的薄雾等。当控制部713使显示装置602显示出所拍摄图像时，控制部713可以利用识别结果在手术部位的图像上叠加各种手术辅助信息。通过叠加并显示手术辅助信息并且将该手术辅助信息呈现给外科医生531，能够减轻外科医生531的负担，并且外科医生531能够可靠地进行手术。
连接摄像头502和CCU 601的传输线缆700是与电信号通信对应的电信号线缆、与光通信兼容的光纤、或者与电通信和光通信兼容的复合线缆。
这里，在所示的示例中，尽管通过使用传输线缆700的线缆进行通信，但是也可以以无线的方式执行摄像头502与CCU 601之间的通信。
尽管上面已经说明了本公开的实施例，但是在不脱离本公开的范围的情况下，可以通过各种修改来实现上述实施例。例如，可以组合实现两个以上的实施例。
需要注意的是，本公开可以具有以下构造。
(1)
一种半导体装置，其包括：
基板；
第一电阻层，其设置在所述基板上；
第一电极，其与所述第一电阻层的下表面接触；和
第二电极，其与所述第一电阻层的上表面接触。
(2)
根据(1)所述的半导体装置，还包括：
第一配线，其与所述第一电极的下表面接触；和
第二配线，其与所述第二电极的上表面接触。
(3)
根据(1)所述的半导体装置，其中，所述第一电极与所述基板的上表面接触。
(4)
根据(1)所述的半导体装置，其中，
所述第一电阻层包括第一层和电阻率低于所述第一层的电阻率的第二层，并且
所述第二层包括设置在所述第一电极侧的第一部分和设置在所述第二电极侧的第二部分，所述第二部分与所述第一部分分开。
(5)
根据(4)所述的半导体装置，其中，
所述第一电极设置在与所述第一部分在上下方向上重叠的位置，并且
所述第二电极设置在与所述第二部分在上下方向上重叠的位置。
(6)
根据(4)所述的半导体装置，其中，所述第一层包含金属元素和硅元素。
(7)
根据(4)所述的半导体装置，其中，所述第二层设置在所述第一层的下表面上。
(8)
根据(4)所述的半导体装置，其中，所述第二层设置在所述第一层的上表面上。
(9)
根据(7)所述的半导体装置，其中，所述第二电极贯穿所述第一层。
(10)
根据(7)所述的半导体装置，其中，所述第二电极与所述第二层接触。
(11)
根据(7)所述的半导体装置，其中，
所述第二层具有锥形的侧面，并且
所述第一层与所述第二层的上表面和锥形的侧面接触。
(12)
根据(1)所述的半导体装置，还包括：
第二电阻层，其设置在所述基板上；
第三电极，其与所述第二电阻层的下表面接触并与所述第二电极电连接；和
第四电极，其与所述第二电阻层的上表面接触。
(13)
根据(12)所述的半导体装置，还包括：
第一配线，其与所述第一电极的下表面接触；
第二配线，其与所述第二电极的上表面和所述第三电极的下表面接触；和
第三配线，其与所述第四电极的上表面接触。
(14)
根据(13)所述的半导体装置，其中，一组所述第二电极和所述第二配线或一组所述第三电极和所述第三配线中的至少一者形成双镶嵌配线。
(15)
根据(1)所述的半导体装置，其中，所述第一电阻层设置在光电转换元件和信号处理电路之间。
(16)
根据(15)所述的半导体装置，其中，所述光电转换元件设置在所述基板中。
(17)
根据(15)所述的半导体装置，其中，所述光电转换元件是单光子雪崩二极管(SPAD)。
(18)
根据(15)所述的半导体装置，其中，
所述基板包括
第一表面，在所述第一表面上，设置有所述第一电阻层、所述第一电极和所述第二电极；和
第二表面，所述第二表面设置有允许光进入所述光电转换元件的透镜。
(19)
一种半导体装置的制造方法，所述方法包括：
在基板上形成第一电极；
形成与所述第一电极的上表面接触的第一电阻层；和
形成与所述第一电阻层的上表面接触的第二电极。
(20)
根据(19)所述的半导体装置的制造方法，其中，
所述第一电阻层形成为具有第一层和第二层，所述第二层的电阻率比所述第一层的电阻率低，并且
所述第二层形成为具有设置在所述第一电极侧的第一部分和设置在所述第二电极侧并与所述第一部分分开的第二部分。
附图标记列表
1基板
1a N-型半导体区域
1b P型半导体区域
1c N型半导体区域
1d P型半导体区域
2,2a,2b,2c层间绝缘膜
3配线
4插塞电极
5电阻层
5a 高电阻层
5b 低电阻层
6,6a,6b,6c,6'插塞电极
7,7a,7b,7'配线
8,8'插塞电极
9,9'金属焊盘
11 阻挡金属层
12 插塞材料层
13 阻挡金属层
14 插塞材料层
21 插塞电极
22 电阻层
23 插塞电极
24 配线
25 双镶嵌配线
26 双镶嵌配线
31 像素
32 像素阵列区域
41 支撑基板
42 层间绝缘膜
43,43'插塞电极
44,44'金属焊盘
51 电极
52 像素分离部
52a 元件分离绝缘膜
52b 遮光膜
53 平坦化膜
54 滤色器
55 芯片上透镜
56 配线
57 绝缘膜
58 插塞电极

Claims (20)

1.一种半导体装置，其包括：
基板；
第一电阻层，所述第一电阻层设置在所述基板上；
第一电极，所述第一电极与所述第一电阻层的下表面接触；和
第二电极，所述第二电极与所述第一电阻层的上表面接触。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括：
第一配线，其与所述第一电极的下表面接触；和
第二配线，其与所述第二电极的上表面接触。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述第一电极与所述基板的上表面接触。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述第一电阻层包括第一层和电阻率低于所述第一层的电阻率的第二层，并且
所述第二层包括设置在所述第一电极侧的第一部分和设置在所述第二电极侧的第二部分，所述第二部分与所述第一部分分开。
5.根据权利要求4所述的半导体装置，其中，
所述第一电极设置在与所述第一部分在上下方向上重叠的位置，并且
所述第二电极设置在与所述第二部分在上下方向上重叠的位置。
6.根据权利要求4所述的半导体装置，其中，所述第一层包含金属元素和硅元素。
7.根据权利要求4所述的半导体装置，其中，所述第二层设置在所述第一层的下表面上。
8.根据权利要求4所述的半导体装置，其中，所述第二层设置在所述第一层的上表面上。
9.根据权利要求7所述的半导体装置，其中，所述第二电极贯穿所述第一层。
10.根据权利要求7所述的半导体装置，其中，所述第二电极与所述第二层接触。
11.根据权利要求7所述的半导体装置，其中，
所述第二层具有锥形的侧面，并且
所述第一层与所述第二层的上表面和所述锥形的侧面接触。
12.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括：
第二电阻层，其设置在所述基板上；
第三电极，其与所述第二电阻层的下表面接触并与所述第二电极电连接；和
第四电极，其与所述第二电阻层的上表面接触。
13.根据权利要求12所述的半导体装置，还包括：
第一配线，其与所述第一电极的下表面接触；
第二配线，其与所述第二电极的上表面和所述第三电极的下表面接触；和
第三配线，其与所述第四电极的上表面接触。
14.根据权利要求13所述的半导体装置，其中，所述第二电极和所述第二配线的组或所述第三电极和所述第三配线的组合中的至少一者形成双镶嵌配线。
15.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述第一电阻层设置在光电转换元件和信号处理电路之间。
16.根据权利要求15所述的半导体装置，其中，所述光电转换元件设置在所述基板中。
17.根据权利要求15所述的半导体装置，其中，所述光电转换元件是单光子雪崩二极管(SPAD)。
18.根据权利要求15所述的半导体装置，其中，
所述基板包括
第一表面，在所述第一表面上，设置有所述第一电阻层、所述第一电极和所述第二电极；和
第二表面，所述第二表面设置有允许光进入所述光电转换元件的透镜。
19.一种半导体装置的制造方法，所述方法包括：
在基板上形成第一电极；
形成与所述第一电极的上表面接触的第一电阻层；和
形成与所述第一电阻层的上表面接触的第二电极。
20.根据权利要求19所述的半导体装置的制造方法，其中，
所述第一电阻层形成为具有第一层和第二层，所述第二层的电阻率比所述第一层的电阻率低，并且
所述第二层形成为具有设置在所述第一电极侧的第一部分和设置在所述第二电极侧并与所述第一部分分开的第二部分。
CN202180041616.1A 2020-06-29 2021-04-06 半导体装置及其制造方法 Pending CN115702499A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-112088 2020-06-29
JP2020112088 2020-06-29
PCT/JP2021/014607 WO2022004088A1 (ja) 2020-06-29 2021-04-06 半導体装置およびその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115702499A true CN115702499A (zh) 2023-02-14

Family

ID=79315751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180041616.1A Pending CN115702499A (zh) 2020-06-29 2021-04-06 半导体装置及其制造方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230275112A1 (zh)
EP (1) EP4174945A4 (zh)
JP (1) JPWO2022004088A1 (zh)
KR (1) KR20230028260A (zh)
CN (1) CN115702499A (zh)
TW (1) TW202220228A (zh)
WO (1) WO2022004088A1 (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070235880A1 (en) * 2006-03-30 2007-10-11 Chin-Sheng Yang Semiconductor device and method of fabricating the same
JP5210559B2 (ja) 2007-07-13 2013-06-12 株式会社日立製作所 半導体装置およびその製造方法
JP5291991B2 (ja) * 2008-06-10 2013-09-18 株式会社日立製作所 半導体装置およびその製造方法
US10192871B2 (en) * 2016-09-23 2019-01-29 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
JP7058479B2 (ja) 2016-10-18 2022-04-22 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出器
KR102625899B1 (ko) 2017-03-22 2024-01-18 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 촬상 장치 및 신호 처리 장치
JP7099027B2 (ja) * 2018-04-19 2022-07-12 富士電機株式会社 半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20230275112A1 (en) 2023-08-31
KR20230028260A (ko) 2023-02-28
JPWO2022004088A1 (zh) 2022-01-06
EP4174945A4 (en) 2024-01-03
EP4174945A1 (en) 2023-05-03
WO2022004088A1 (ja) 2022-01-06
TW202220228A (zh) 2022-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110520997B (zh) 半导体器件、半导体器件制造方法及电子设备
WO2020189534A1 (ja) 撮像素子および半導体素子
CN112673484A (zh) 摄像装置
US20230052040A1 (en) Semiconductor device, imaging device, and manufacturing apparatus
CN112585750A (zh) 半导体装置
US11784147B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
EP3905330A1 (en) Imaging element and method for manufacturing imaging element
US11271027B2 (en) Semiconductor device
US11417696B2 (en) Imaging element comprising polarization unit with a conductive member as an electrode for a charge holder
EP4174945A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method therefor
CN114051657A (zh) 半导体元件和电子设备
CN114270516A (zh) 摄像元件和摄像装置
WO2024057814A1 (ja) 光検出装置および電子機器
WO2023248926A1 (ja) 撮像素子及び電子機器
WO2024024269A1 (ja) 固体撮像装置およびその製造方法
US12027562B2 (en) Imaging element and semiconductor element
US11355421B2 (en) Semiconductor device, manufacturing method for semiconductor, and imaging unit
WO2022249678A1 (ja) 固体撮像装置およびその製造方法
WO2024024573A1 (ja) 撮像装置及び電子機器
WO2023058352A1 (ja) 固体撮像装置
WO2023042462A1 (ja) 光検出装置、光検出装置の製造方法、及び電子機器
WO2024095751A1 (ja) 光検出装置及び電子機器
US20240038807A1 (en) Solid-state imaging device
WO2023190194A1 (ja) 撮像素子、撮像装置及び半導体素子

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination