JP2007013089A - Solid imaging element and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子及びその製造方法に関し、特に、裏面照射型のCMOS固体撮像素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a back-illuminated CMOS solid-state imaging device and a manufacturing method thereof.
近年、ビデオカメラや電子カメラが広く普及しており、これらのカメラには、CCD型や増幅型の固体撮像素子が使用されている。このうち増幅型固体撮像素子(CMOSイメージセンサ)は、1つの半導体チップに複数の画素を2次元配列して構成される撮像画素部と、この撮像画素部の外側に配置される周辺回路部とを設けたものである。 In recent years, video cameras and electronic cameras have become widespread, and CCD and amplification type solid-state imaging devices are used for these cameras. Among these, an amplification type solid-state imaging device (CMOS image sensor) includes an imaging pixel unit configured by two-dimensionally arranging a plurality of pixels on one semiconductor chip, and a peripheral circuit unit disposed outside the imaging pixel unit. Is provided.
撮像画素部の各画素内にFD(フローティングディフュージョン)部や転送、増幅等の各種CMOSトランジスタが形成されており、各画素に入射した光をフォトダイオードによって光電変換して信号電荷を生成し、この信号電荷を転送トランジスタによってFD部に転送し、このFD部の電位変動を増幅トランジスタによって検出し、これを電気信号に変換、増幅することにより、画素毎の信号を信号線より周辺回路部に出力するものである。 In each pixel of the imaging pixel unit, an FD (floating diffusion) unit and various CMOS transistors such as transfer and amplification are formed, and light incident on each pixel is photoelectrically converted by a photodiode to generate a signal charge. The signal charge is transferred to the FD portion by the transfer transistor, the potential fluctuation of the FD portion is detected by the amplification transistor, converted into an electric signal, and amplified, and the signal for each pixel is output from the signal line to the peripheral circuit portion. To do.
また、周辺回路部には、撮像画素部からの画素信号に所定の信号処理、例えばCDS(相関二重サンプリング)、利得制御、A/D変換等を施す信号処理回路、ならびに撮像画素部の各画素を駆動して画素信号の出力を制御する駆動制御回路、例えば垂直、水平の各スキャナやタイミングジェネレータ(TG)等が設けられている。 The peripheral circuit section includes a signal processing circuit that performs predetermined signal processing, such as CDS (correlated double sampling), gain control, A / D conversion, and the like on the pixel signal from the imaging pixel section, and each of the imaging pixel section. Drive control circuits that drive the pixels and control the output of the pixel signals, such as vertical and horizontal scanners and timing generators (TG), are provided.
小型CMOSカメラモジュールを作るために、CMOS固体撮像素子と信号処理デバイスを接続して1チップ化する方法が開発されている。ここで、感度やシェーディング特性を向上させるために光電変換素子からの信号を読み出す回路が形成された表面とは反対の裏面から光を入射させる構造をもつ、いわゆる裏面照射型のCMOSイメージセンサが開発されている。 In order to make a small CMOS camera module, a method of connecting a CMOS solid-state imaging device and a signal processing device into one chip has been developed. Here, in order to improve sensitivity and shading characteristics, a so-called back-illuminated CMOS image sensor has been developed, which has a structure in which light is incident from the back surface opposite to the surface on which a circuit for reading a signal from a photoelectric conversion element is formed Has been.
図11は、上記の裏面照射型CMOS固体撮像素子を実装したイメージセンサの構成を示す模式断面図である。
例えば、インタポーザ(中間基板)103上に、撮像画素部が設けられたセンサチップ101と、信号処理などの周辺回路部が設けられた信号処理チップ102が実装されている。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an image sensor on which the back-illuminated CMOS solid-state imaging device is mounted.
For example, a
センサチップ101は、支持基板70上に層間絶縁層60が形成されており、内部に配線層61が埋め込まれている。その上層に半導体層52が形成されており、その表面に表面絶縁膜51が形成されている。
半導体層52中には、光電変換素子であるフォトダイオード54及びテスト用電極53などが形成されている。また、配線層61の一部が半導体層52に対してゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極となり、CMOSトランジスタ55が構成される。
さらに、半導体層52を貫通して配線層61に接続する半導体層貫通配線56が形成されており、半導体層貫通配線56が形成された近傍で表面絶縁膜51の一部が除去されており、半導体層貫通配線56に接続してパッド電極57が形成されている。
In the
In the
Further, a semiconductor layer through
上記の構成のセンサチップ101は、半導体層52中に形成されたフォトダイオード54に対して、表面絶縁膜51側から光が照射されると信号電荷が発生し、フォトダイオードに蓄積される、いわゆる裏面照射型のCMOS固体撮像素子である。CMOSトランジスタ55は、フォトダイオード54に蓄積された信号電荷のFD部への転送や信号増幅、あるいはリセットなどの機能を有する。
上記の構成において、半導体層は半導体基板の裏面を薄膜化して得られたものであり、基板形状を安定させるために支持基板70と貼り合わせた構造となっている。
The
In the above configuration, the semiconductor layer is obtained by thinning the back surface of the semiconductor substrate, and has a structure in which the semiconductor layer is bonded to the
上記のセンサチップ101は、光照射側の反対側である支持基板70側から、表面に配線80及びそれらを絶縁する絶縁層81が形成されたインタポーザ103上に、接着層などにより実装され、ワイヤボンディング82aにより配線80とパッド電極57が電気的に接続される。
一方、周辺回路部が形成された信号処理チップ102は、例えばバンプを介してフリップチップでインタポーザ上に実装されている。
このような構成の電子装置が、インタポーザごと他の実装基板に実装され、例えばワイヤボンディング82bなどにより電気的に接続されて用いられる。
The
On the other hand, the
The electronic device having such a configuration is mounted on another mounting substrate together with the interposer, and is used by being electrically connected by, for example, wire bonding 82b.
上記の従来の裏面照射型CMOS固体撮像素子を実装基板に実装して構成されるイメージセンサの製造方法について説明する。
まず、図12(a)に示すように、シリコンなどからなる半導体基板50の表面に、酸化シリコンなどからなり、後工程で表面絶縁膜となる絶縁膜51を形成し、その上層にシリコンなどの半導体層52が形成されてなるSOI(semiconductor on insulator)基板を形成し、テスト用電極53を形成しておく。
A method for manufacturing an image sensor configured by mounting the above-described conventional back-illuminated CMOS solid-state imaging device on a mounting substrate will be described.
First, as shown in FIG. 12A, an
次に、図12(b)に示すように、導電性不純物をイオン注入して、半導体層52中にフォトダイオード54を形成し、さらに半導体層52の表面にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し、フォトダイオード54などに接続してCMOSトランジスタ55を形成する。さらに、CMOSトランジスタを被覆する層間絶縁層60を形成する。このとき、トランジスタや半導体層52などに接続するように配線層61を層間絶縁層60中に埋め込みながら形成する。
Next, as shown in FIG. 12B, conductive impurities are ion-implanted to form a
次に、図12(c)に示すように、層間絶縁層60の上層に支持基板70を貼り合わせる。
Next, as shown in FIG. 12C, the
次に、図13(a)に示すように、支持基板70を貼り合わせた側の反対側の表面から、絶縁膜51が露出するまで半導体基板50を研磨して除去する。表面に露出した絶縁膜51を表面絶縁膜と称する。以降の工程では、図面上、図12(c)に対して上下関係を逆にして図示している。
Next, as shown in FIG. 13A, the
次に、図13(b)に示すように、表面絶縁膜51の一部を除去し、半導体層52を貫通して配線層61に接続する貫通配線56を形成し、貫通配線56に接続するようにパッド電極57を形成する。
以上のようにして、従来の裏面照射型CMOS固体撮像素子(センサチップ)101が形成される。
Next, as shown in FIG. 13B, a part of the
As described above, the conventional back-illuminated CMOS solid-state imaging device (sensor chip) 101 is formed.
上記のように形成された裏面照射型CMOS固体撮像素子(センサチップ)101を、光照射側の反対側である支持基板70側から接着剤層などによりインタポーザ103上に実装し、ワイヤボンディング82aで接続する。
一方、周辺回路部が形成された信号処理チップ102は、バンプを介してフリップチップでインタポーザ上に実装し、裏面照射型CMOS固体撮像素子(センサチップ)101と信号処理チップ102とをインタポーザ103に形成された配線を介して接続する。
以上のようにして、上記の従来の裏面照射型CMOS固体撮像素子をインタポーザに実装したイメージセンサを製造することができる。
The back-illuminated CMOS solid-state imaging device (sensor chip) 101 formed as described above is mounted on the
On the other hand, the
As described above, an image sensor in which the conventional back-illuminated CMOS solid-state imaging device is mounted on an interposer can be manufactured.
上記の構成の裏面照射型CMOS固体撮像素子(センサチップ)101において、パッド電極としてワイヤボンディングが可能な大きさが必要なため、チップ面積が増大することと、チップ内に形成できる電極数も限られ、高抵抗なワイヤボンディングを用いることから、センサチップから信号処理デバイスに伝える信号のスピード劣化などの問題があった。 In the back-illuminated CMOS solid-state imaging device (sensor chip) 101 having the above-described configuration, the pad electrode needs to have a size capable of wire bonding, so that the chip area increases and the number of electrodes that can be formed in the chip is limited. In addition, since high-resistance wire bonding is used, there is a problem such as a deterioration in speed of a signal transmitted from the sensor chip to the signal processing device.
一方で、照射面の反対側の面から電極を取り出す構成となっている裏面照射型のCMOS固体撮像素子が開発されている。この場合、照射面を上に向け、その反対の面の電極形成面側から実装基板などに実装して用いられる。
照射面の反対の面に電極が形成されている裏面照射型のCMOS固体撮像素子としては、例えば特許文献1及び特許文献2に記載がある。
For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 describe back-illuminated CMOS solid-state imaging devices in which electrodes are formed on the surface opposite to the irradiation surface.
本発明が解決しようとする課題は、照射面の反対側の面から電極を取り出す構成の裏面照射型のCMOS固体撮像素子をより簡便、容易に製造できる固体撮像素子の製造方法と、当該製造方法により製造した固体撮像素子を提供することである。 A problem to be solved by the present invention is a method for manufacturing a solid-state imaging device capable of more easily and easily manufacturing a back-illuminated CMOS solid-state imaging device having a configuration in which an electrode is extracted from the surface opposite to the irradiation surface, and the manufacturing method. It is providing the solid-state image sensor manufactured by this.
本発明の固体撮像素子は、一方の主面に光電変換素子と電界効果トランジスタを含む複数の画素が形成された半導体層と、前記半導体層の前記一方の主面に形成され、前記複数の画素に接続して形成された埋め込み配線と、前記半導体層の前記一方の主面に貼り合わされた支持基板と、前記埋め込み配線に接続するように前記支持基板を貫通して形成された貫通配線とを有し、前記半導体層の他方の主面側が前記光電変換素子の受光面となる裏面照射型である。 The solid-state imaging device of the present invention includes a semiconductor layer in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion element and a field effect transistor are formed on one main surface, and the plurality of pixels formed on the one main surface of the semiconductor layer. Embedded wiring formed connected to the semiconductor substrate, a support substrate bonded to the one main surface of the semiconductor layer, and a through wiring formed through the support substrate so as to be connected to the embedded wiring. And having the other main surface side of the semiconductor layer as a light receiving surface of the photoelectric conversion element.
上記の本発明の固体撮像素子は、半導体層の一方の主面に光電変換素子と電界効果トランジスタを含む複数の画素が形成されており、半導体層の一方の主面に複数の画素に接続して埋め込み配線が形成され、半導体層の一方の主面に支持基板が貼り合わされており、埋め込み配線に接続するように支持基板を貫通して貫通配線が形成されている。ここで、半導体層の他方の主面側が光電変換素子の受光面となる裏面照射型となっている。 In the solid-state imaging device of the present invention, a plurality of pixels including a photoelectric conversion element and a field effect transistor are formed on one main surface of a semiconductor layer, and the plurality of pixels are connected to one main surface of the semiconductor layer. The embedded wiring is formed, the support substrate is bonded to one main surface of the semiconductor layer, and the through wiring is formed through the support substrate so as to be connected to the embedded wiring. Here, the other main surface side of the semiconductor layer is a backside illumination type in which the light receiving surface of the photoelectric conversion element is formed.
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、光電変換素子と電界効果トランジスタを含む複数の画素が形成された半導体層の一方の面に前記複数の画素に接続する埋め込み配線が形成され、前記半導体層の他方の面が前記光電変換素子の受光面となる裏面照射型固体撮像素子の製造方法であって、半導体基板の一方の主面に前記光電変換素子と電界効果トランジスタを含む複数の画素を形成する工程と、前記半導体基板の一方の主面に前記複数の画素に接続する埋め込み配線を形成する工程と、前記半導体基板の一方の主面に支持基板を貼り合わせる工程と、貼り合わせ面の反対側から前記支持基板を薄膜化する工程と、前記埋め込み配線に接続するように前記支持基板を貫通する貫通配線を形成する工程と、前記半導体基板の他方の主面側から前記光電変換素子が受光可能となるまで、前記半導体基板の他方の主面側から前記半導体基板を薄膜化して前記半導体層とする工程とを有する。 In the solid-state imaging device manufacturing method of the present invention, the embedded wiring connected to the plurality of pixels is formed on one surface of the semiconductor layer on which the plurality of pixels including the photoelectric conversion element and the field effect transistor are formed. A method of manufacturing a back-illuminated solid-state imaging device in which the other surface of the semiconductor layer is a light-receiving surface of the photoelectric conversion device, and a plurality of pixels including the photoelectric conversion device and a field effect transistor on one main surface of a semiconductor substrate A step of forming embedded wiring connected to the plurality of pixels on one main surface of the semiconductor substrate, a step of bonding a support substrate to one main surface of the semiconductor substrate, and a bonding surface Thinning the support substrate from the opposite side, forming a through-wiring through the support substrate so as to connect to the embedded wiring, and the other main surface side of the semiconductor substrate Et until said photoelectric conversion element is capable of receiving, and a step of said semiconductor layer by thinning the semiconductor substrate from the other principal surface side of the semiconductor substrate.
上記の本発明の固体撮像素子の製造方法は、光電変換素子と電界効果トランジスタを含む複数の画素が形成された半導体層の一方の面に複数の画素に接続する埋め込み配線が形成され、半導体層の他方の面が光電変換素子の受光面となる裏面照射型固体撮像素子を製造する方法である。
まず、半導体基板の一方の主面に光電変換素子と電界効果トランジスタを含む複数の画素を形成し、さらに複数の画素に接続する埋め込み配線を形成する。
次に、半導体基板の一方の主面に支持基板を貼り合わせ、貼り合わせ面の反対側から支持基板を薄膜化し、埋め込み配線に接続するように支持基板を貫通する貫通配線を形成する。
次に、半導体基板の他方の主面側から光電変換素子が受光可能となるまで、半導体基板の他方の主面側から半導体基板を薄膜化して半導体層とする。
In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the embedded wiring connected to the plurality of pixels is formed on one surface of the semiconductor layer on which the plurality of pixels including the photoelectric conversion element and the field effect transistor are formed. This is a method for manufacturing a back-illuminated solid-state imaging device in which the other surface is the light receiving surface of the photoelectric conversion device.
First, a plurality of pixels including a photoelectric conversion element and a field effect transistor are formed on one main surface of a semiconductor substrate, and a buried wiring connected to the plurality of pixels is formed.
Next, the supporting substrate is bonded to one main surface of the semiconductor substrate, the supporting substrate is thinned from the opposite side of the bonding surface, and a through wiring penetrating the supporting substrate is formed so as to be connected to the embedded wiring.
Next, the semiconductor substrate is thinned from the other main surface side of the semiconductor substrate to form a semiconductor layer until the photoelectric conversion element can receive light from the other main surface side of the semiconductor substrate.
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、光電変換素子と電界効果トランジスタを含む複数の画素が形成された半導体層の一方の面に前記複数の画素に接続する埋め込み配線が形成され、前記半導体層の他方の面が前記光電変換素子の受光面となる裏面照射型固体撮像素子の製造方法であって、半導体基板の一方の主面に前記光電変換素子と電界効果トランジスタを含む複数の画素を形成する工程と、前記半導体基板の一方の主面に前記複数の画素に接続する埋め込み配線を形成する工程と、支持基板の一方の主面の表面から少なくとも所定の深さにまで至る支持基板配線を形成する工程と、前記半導体基板の一方の主面と前記支持基板の一方の主面を貼り合わせる工程と、前記半導体基板の他方の主面側から前記光電変換素子が受光可能となるまで、前記半導体基板の他方の主面側から前記半導体基板を薄膜化して前記半導体層とする工程と、前記支持基板配線と前記埋め込み配線を接続する接続配線を形成する工程と、前記支持基板配線が露出するまで前記支持基板の他方の面側から前記支持基板を薄膜化して、前記支持基板配線を、前記支持基板を貫通する貫通配線とする工程とを有する。 In the solid-state imaging device manufacturing method of the present invention, the embedded wiring connected to the plurality of pixels is formed on one surface of the semiconductor layer on which the plurality of pixels including the photoelectric conversion element and the field effect transistor are formed. A method of manufacturing a back-illuminated solid-state imaging device in which the other surface of the semiconductor layer is a light-receiving surface of the photoelectric conversion device, and a plurality of pixels including the photoelectric conversion device and a field effect transistor on one main surface of a semiconductor substrate A step of forming embedded wiring connected to the plurality of pixels on one main surface of the semiconductor substrate, and a support substrate extending from the surface of one main surface of the support substrate to at least a predetermined depth The step of forming wiring, the step of bonding one main surface of the semiconductor substrate and one main surface of the support substrate, and the photoelectric conversion element can receive light from the other main surface side of the semiconductor substrate Until the step, the step of thinning the semiconductor substrate from the other main surface side of the semiconductor substrate to form the semiconductor layer, the step of forming a connection wiring for connecting the support substrate wiring and the embedded wiring, the support substrate Forming the support substrate into a thin film from the other surface side of the support substrate until the wiring is exposed, and using the support substrate wiring as a through wiring penetrating the support substrate.
上記の本発明の固体撮像素子の製造方法は、光電変換素子と電界効果トランジスタを含む複数の画素が形成された半導体層の一方の面に複数の画素に接続する埋め込み配線が形成され、半導体層の他方の面が光電変換素子の受光面となる裏面照射型固体撮像素子を製造する方法である。
まず、半導体基板の一方の主面に光電変換素子と電界効果トランジスタを含む複数の画素を形成し、さらに複数の画素に接続する埋め込み配線を形成する。
一方、支持基板の一方の主面の表面から少なくとも所定の深さにまで至る支持基板配線を形成し、次に、半導体基板の一方の主面と支持基板の一方の主面を貼り合わせる。
次に、半導体基板の他方の主面側から光電変換素子が受光可能となるまで、半導体基板の他方の主面側から半導体基板を薄膜化して半導体層とする。
次に、支持基板配線と埋め込み配線を接続する接続配線を形成し、支持基板配線が露出するまで支持基板の他方の面側から支持基板を薄膜化して、支持基板配線を、支持基板を貫通する貫通配線とする。
In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the embedded wiring connected to the plurality of pixels is formed on one surface of the semiconductor layer on which the plurality of pixels including the photoelectric conversion element and the field effect transistor are formed. This is a method for manufacturing a back-illuminated solid-state imaging device in which the other surface is the light receiving surface of the photoelectric conversion device.
First, a plurality of pixels including a photoelectric conversion element and a field effect transistor are formed on one main surface of a semiconductor substrate, and a buried wiring connected to the plurality of pixels is formed.
On the other hand, support substrate wiring extending from the surface of one main surface of the support substrate to at least a predetermined depth is formed, and then one main surface of the semiconductor substrate and one main surface of the support substrate are bonded together.
Next, the semiconductor substrate is thinned from the other main surface side of the semiconductor substrate to form a semiconductor layer until the photoelectric conversion element can receive light from the other main surface side of the semiconductor substrate.
Next, a connection wiring connecting the support substrate wiring and the embedded wiring is formed, and the support substrate is thinned from the other surface side of the support substrate until the support substrate wiring is exposed, and the support substrate wiring penetrates the support substrate. Use through wiring.
本発明の固体撮像素子は、本発明の固体撮像装置の製造方法により簡便、容易に製造可能な、照射面の反対側の面から電極を取り出す構成の裏面照射型のCMOS固体撮像素子である。 The solid-state imaging device of the present invention is a back-illuminated CMOS solid-state imaging device having a configuration in which an electrode is taken out from the surface opposite to the irradiation surface, which can be easily and easily manufactured by the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention.
本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、支持基板を貼り合わせて強度を確保してから半導体基板を薄膜化し、また、支持基板を薄膜化して貫通配線を形成するので、簡便、容易に、照射面の反対側の面から電極を取り出す構成の裏面照射型のCMOS固体撮像素子を製造することができる。 According to the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, a semiconductor substrate is thinned after securing a support substrate to ensure strength, and a through wiring is formed by thinning the support substrate, so that it is simple and easy. A back-illuminated CMOS solid-state imaging device having a configuration in which an electrode is taken out from the surface opposite to the irradiation surface can be manufactured.
以下に、本発明の実施の形態に係るCMOS固体撮像素子及びその製造方法について、図面を参照して説明する。 A CMOS solid-state imaging device and a method for manufacturing the same according to embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1実施形態
図1は、本実施形態に係る裏面照射型CMOS固体撮像素子を実装した電子装置の構成を示す模式断面図である。
例えば、インタポーザ(中間基板)3上に、撮像画素部が設けられた裏面照射型CMOS固体撮像素子であるセンサチップ1aと、信号処理などの周辺回路部が設けられた信号処理チップ2が実装されている。
First Embodiment FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an electronic device mounted with a backside illumination type CMOS solid-state imaging device according to this embodiment.
For example, on the interposer (intermediate substrate) 3, a
センサチップ1aは、支持基板30上に層間絶縁層20が形成されており、内部に埋め込み配線層21が埋め込まれている。その上層に半導体層12が形成されており、その表面に表面絶縁膜11が形成されている。
半導体層12中には、フォトダイオード14及び電極などからなるアライメントマーク13などが形成されている。アライメントマーク13は、半導体層12の表面絶縁膜11側のパターニングを行う際の位置決めの基準となるほか、電極で構成することでテスト用電極としても機能できる。
また、埋め込み配線層21の一部が半導体層12に対してゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極となり、CMOSトランジスタ15が構成される。
さらに、支持基板30を貫通して埋め込み配線層21に接続する支持基板貫通配線31が形成されており、支持基板30の表面から突出する突起電極(バンプ)32が支持基板貫通配線31の表面に形成されている。バンプ(マイクロバンプ)は、ワイヤボンディングに用いる通常のパッド電極よりも小さいパッド上に、電解メッキなどで形成された突起状金属電極である。
In the
In the
A part of the buried
Further, a support substrate through
上記の構成のセンサチップ1aは、半導体層12中に形成されたフォトダイオード14に対して、表面絶縁膜11側から光が照射されると信号電荷が発生し、フォトダイオードに蓄積される、いわゆる裏面照射型のCMOS固体撮像素子である。CMOSトランジスタ15は、フォトダイオード14に蓄積された信号電荷のFD部への転送や信号増幅、あるいはリセットなどの機能を有する。
上記の構成において、半導体層は半導体基板の裏面を薄膜化して得られたものであり、基板形状を安定させるために支持基板30と貼り合わせた構造となっている。
The
In the above configuration, the semiconductor layer is obtained by thinning the back surface of the semiconductor substrate, and has a structure in which the semiconductor layer is bonded to the
上記のように、本実施形態のCMOS固体撮像素子は、光電変換素子と電界効果トランジスタを含む複数の画素が形成された半導体層の一方の面に複数の画素に接続する埋め込み配線が形成され、半導体層の他方の面が光電変換素子の受光面となる裏面照射型の固体撮像素子である。 As described above, in the CMOS solid-state imaging device of the present embodiment, the embedded wiring connected to the plurality of pixels is formed on one surface of the semiconductor layer in which the plurality of pixels including the photoelectric conversion element and the field effect transistor are formed. This is a back-illuminated solid-state imaging device in which the other surface of the semiconductor layer is the light receiving surface of the photoelectric conversion device.
上記のセンサチップ1aは、光照射側の反対側である支持基板30側から、表面に配線40及びそれらを絶縁する絶縁層41が形成されたインタポーザ3上に、絶縁層の開口部から配線の表面の一部が露出してなるランドとバンプが接合するようにフリップチップで実装される。
一方、周辺回路部が形成された信号処理チップ2は、例えばバンプを介してフリップチップでインタポーザ上に実装されている。
このような構成の電子装置が、インタポーザごと他の実装基板に実装され、例えばワイヤボンディング42などにより電気的に接続されて用いられる。
例えば、インタポーザ上には上記センサチップ(CMOS固体撮像素子)と信号処理チップを接続して1チップ化した機能を評価する電極PADが形成されている。
The
On the other hand, the signal processing chip 2 in which the peripheral circuit portion is formed is mounted on the interposer by flip chip through bumps, for example.
The electronic device having such a configuration is mounted on another mounting substrate together with the interposer, and is used by being electrically connected, for example, by
For example, an electrode PAD is formed on the interposer to evaluate the function obtained by connecting the sensor chip (CMOS solid-state imaging device) and the signal processing chip into one chip.
図2は本実施形態に係るCMOS固体撮像素子を組み込んだイメージセンサの構成を示すブロック図であり、図3は本実施形態に係るCMOS固体撮像素子の画素の構成を示す等価回路図である。
本実施形態に係るイメージセンサは、撮像画素部112、V選択手段114、H選択手段116、タイミングジェネレータ(TG)118、S/H・CDS回路部120、AGC部122、A/D変換部124、デジタルアンプ部126等から構成されている。
例えば、撮像画素部112と、V選択手段114、H選択手段116及びS/H・CDS回路部120を1チップ上にまとめて図1におけるセンサチップ1aとし、残りの回路部分を信号処理チップ2上にまとめた形態とすることができる。あるいは、センサチップ1aには撮像画素部112のみが形成されている構成とすることもできる。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an image sensor incorporating the CMOS solid-state imaging device according to the present embodiment, and FIG. 3 is an equivalent circuit diagram showing a configuration of pixels of the CMOS solid-state imaging device according to the present embodiment.
The image sensor according to the present embodiment includes an
For example, the
撮像画素部112は、多数の画素が2次元マトリクス状に配列されており、各画素には、図3に示すように、受光量に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換素子であるフォトダイオード(PD)200が設けられ、さらに、このフォトダイオード200が変換して蓄積した信号電荷をフローティングディフュージョン部(FD部)210に転送する転送トランジスタ220と、FD部210の電圧をリセットするリセットトランジスタ230と、FD部210の電圧に対応する出力信号を出力する増幅トランジスタ240と、この増幅トランジスタ240の出力信号を垂直信号線260に出力する選択(アドレス)トランジスタ250の4つのMOSトランジスタが設けられている。
The
このような構成の画素では、フォトダイオード200で光電変換された信号電荷を転送トランジスタ220によってFD部210に転送する。FD部210は、増幅トランジスタ240のゲートにつながっており、増幅トランジスタ240は撮像画素部112の外部に設けられた定電流源270とソースフォロアを構成するので、アドレストランジスタ250をONすると、FD部210の電圧に応じた電圧が垂直信号線260に出力される。また、リセットトランジスタ230は、FD部210の電圧を信号電荷によらない定電圧(図3では駆動電圧Vdd)にリセットする。
また、撮像画素部112には各MOSトランジスタを駆動制御するための各種駆動配線が水平方向に配線されており、撮像画素部112の各画素は、V選択手段114によって垂直方向に水平ライン(画素行)単位で順次選択され、タイミングジェネレータ118からの各種パルス信号によって各画素のMOSトランジスタが制御されることにより、各画素の信号が垂直信号線260を通して画素列毎にS/H・CDS部120に読み出される。
In the pixel having such a configuration, the signal charge photoelectrically converted by the photodiode 200 is transferred to the FD unit 210 by the transfer transistor 220. The FD unit 210 is connected to the gate of the amplification transistor 240. The amplification transistor 240 forms a source follower with a constant
In addition, various drive wirings for driving and controlling each MOS transistor are wired in the
S/H・CDS部120は、撮像画素部112の画素列毎にS/H・CDS回路を設けたものであり、撮像画素部112の各画素列から読み出された画素信号に対し、CDS(相関二重サンプリング)等の信号処理を行うものである。
H選択手段116は、S/H・CDS部120からの画素信号をAGC部122に出力する。
AGC部122は、H選択手段116によって選択されたS/H・CDS部120からの画素信号に対して所定のゲインコントロールを行い、その画素信号をA/D変換部124に出力する。
A/D変換部124は、AGC部122からの画素信号をアナログ信号からデジタル信号に変換してデジタルアンプ部126に出力する。
デジタルアンプ部126は、A/D変換部124からのデジタル信号出力について必要な増幅やバッファリングを行い、図示しない外部端子より出力するものである。
タイミングジェネレータ118は、上述した撮像画素部112の各画素以外の各部にも各種のタイミング信号を供給する。
The S / H •
The
The
The A /
The
The
上記の構成のCMOSイメージセンサは、従来のように画素から出力される信号を画素周辺回路に出力してからチップ周辺のパッド電極から出力信号を信号処理デバイスに入力することなく、CMOSイメージセンサの画素から出力される信号を画素単位もしくは複数の画素単位ごとに直接マイクロバンプを介して信号処理デバイスに入力させることが可能となる。これによって、デバイス間の信号処理スピードが高く高性能で、イメージセンサと信号処理デバイスを1チップ化した高機能なデバイスを提供することが可能となる。 The CMOS image sensor having the above-described configuration is a conventional CMOS image sensor without outputting a signal output from a pixel to a pixel peripheral circuit and then inputting an output signal from a pad electrode around the chip to a signal processing device. It becomes possible to input a signal output from a pixel directly to the signal processing device via a micro bump for each pixel unit or a plurality of pixel units. As a result, it is possible to provide a high-performance device in which the signal processing speed between devices is high and the performance is high, and the image sensor and the signal processing device are integrated into one chip.
上記の本実施形態に係る裏面照射型のCMOS固体撮像素子の製造方法について説明する。
まず、図4(a)に示すように、例えば、シリコンなどからなる半導体基板10の表面に、熱酸化法あるいはCVD(化学気相成長)法などにより、酸化シリコンなどからなり、後工程で表面絶縁膜となる絶縁膜11を形成する。
さらに、例えば、絶縁膜11の上層に、例えば貼り合わせ法あるいはエピタキシャル成長法などにより、シリコンなどの半導体層12を形成し、SOI(semiconductor on insulator)基板とする。ここで、半導体層12にテスト用電極として機能するアライメントマーク13を形成しておく。アライメントマークとしては、後工程で半導体層12の絶縁膜11側のパターニングを行う際の位置決めの基準となるマークである。
A manufacturing method of the backside illumination type CMOS solid-state imaging device according to the present embodiment will be described.
First, as shown in FIG. 4A, for example, the surface of a
Further, for example, a
次に、図4(b)に示すように、例えば、n型の半導体層12にp型の導電性不純物をイオン注入してpn接合を形成することにより、半導体層12中に光電変換素子としてフォトダイオード14を形成し、さらに半導体層12の表面にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し、フォトダイオード14などに接続してCMOSトランジスタ15を形成して、上記の構成の複数の画素を形成する。
さらに、例えばCMOSトランジスタを被覆する層間絶縁層20を形成する。このとき、トランジスタや半導体層12などに接続するように埋め込み配線層21を層間絶縁層20中に埋め込みながら形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, for example, a p-type conductive impurity is ion-implanted into the n-
Further, for example, an
次に、図4(c)に示すように、例えば、熱硬化樹脂を接着剤とした熱圧着などにより、層間絶縁層20の上層に、シリコン基板あるいは絶縁性の樹脂基板などからなる支持基板30を貼り合わせる。
Next, as shown in FIG. 4C, for example, a
次に、図5(a)に示すように、例えば機械的研削などにより、貼り合わせ面の反対側から支持基板30を薄膜化する。
Next, as shown in FIG. 5A, the
次に、図5(b)に示すように、埋め込み配線層21に接続するように、支持基板30を貫通する支持基板貫通配線31を形成する。これは、例えば、フォトリソグラフィー工程によりレジスト膜をパターン形成し、ドライエッチングなどのエッチングを行うことで、埋め込み配線層21に達する開口部を支持基板30に形成し、銅などの低抵抗金属で埋め込むことで形成することができる。
Next, as shown in FIG. 5B, a support substrate through
次に、図6(a)に示すように、例えば金属メッキ処理などにより、支持基板30の表面から突出するバンプ32を支持基板貫通配線31の表面に形成する。
Next, as shown in FIG. 6A, bumps 32 protruding from the surface of the
次に、図6(b)に示すように、例えばSOI基板の半導体基板10側からフォトダイオード14が受光可能となるまで、半導体基板10を薄膜化する。例えば、絶縁膜11をストッパとし、絶縁膜11が露出するまで半導体基板10の裏面側から機械的研削またはウェットエッチング処理などにより行う。これにより、SOI基板の半導体層12が残される構成となる。ここで、表面に露出した絶縁膜11を表面絶縁膜と称する。図面上、図6(a)に対して上下関係を逆にして図示している。
以上のようにして、本実施形態に係る裏面照射型CMOS固体撮像素子(センサチップ)1aが形成される。必要に応じて半導体層12の絶縁膜11側のパターニングを行う際に、位置決めの基準としてアライメントマーク13を用いる。
さらに、薄膜化して得られた半導体基板(半導体層12)の裏面上に、例えばCVD法によって絶縁膜を成膜することが好ましい。この絶縁膜は裏面のシリコン面を保護する目的と入射光に対して反射防止膜として機能することも兼ねることができる。
Next, as shown in FIG. 6B, the
As described above, the backside illuminated CMOS solid-state imaging device (sensor chip) 1a according to the present embodiment is formed. The
Furthermore, it is preferable to form an insulating film on the back surface of the semiconductor substrate (semiconductor layer 12) obtained by thinning, for example, by the CVD method. This insulating film can serve both as a purpose of protecting the silicon surface on the back surface and as an antireflection film against incident light.
上記のように形成された裏面照射型CMOS固体撮像素子(センサチップ)1aを、受光面側を上向きにしてバンプ32を介してフリップチップでインタポーザ上に実装する。例えば、インタポーザの配線上のランドやバンプと、センサチップの支持基板上のバンプ同士を、センサチップや信号処理チップ内に使用されている配線融点よりも低い温度で、かつバンプが電気的に安定に接続する温度で、圧着させる。また、例えば信号処理チップ上に直接センサチップを実装してモジュール化することも可能であり、この場合も上記と同様に行うことができる。
一方、周辺回路部が形成された信号処理チップ2も同様に、バンプを介してフリップチップでインタポーザ上に実装する。これにより、裏面照射型CMOS固体撮像素子(センサチップ)1aと信号処理チップ2とをインタポーザ3に形成された配線を介して接続する。
以上のようにして、本実施形態に係る裏面照射型CMOS固体撮像素子を組み込んだイメージセンサを製造することができる。
また、フリップチップで実装した後も、アライメントマーク13をテスト用電極として用いてセンサチップの回路を試験することができる。
The back-illuminated CMOS solid-state imaging device (sensor chip) 1a formed as described above is mounted on the interposer by flip chip through the
On the other hand, the signal processing chip 2 on which the peripheral circuit portion is formed is similarly mounted on the interposer by flip chip through bumps. As a result, the back-illuminated CMOS solid-state imaging device (sensor chip) 1 a and the signal processing chip 2 are connected via the wiring formed in the interposer 3.
As described above, an image sensor incorporating the backside illumination type CMOS solid-state imaging device according to the present embodiment can be manufactured.
Even after mounting by flip chip, the circuit of the sensor chip can be tested using the
上記のように、本実施形態の裏面照射型CMOS固体撮像素子の製造方法によれば、支持基板を貼り合わせて強度を確保してから半導体基板を薄膜化し、また、支持基板を薄膜化して貫通配線を形成するので、半導体基板の裏面から電極を取らずに支持基板から電極を取り出すことができ、簡便、容易に、照射面の反対側の面から電極を取り出す構成の裏面照射型のCMOS固体撮像素子を製造することができる。
また、光が入射する面とは反対側の支持基板側に電極を形成できることから、電極の配置の自由度があがり、CMOSイメージセンサの開口率を損なうことなく、多数のマイクロバンプを画素直下や画素の周辺直下に形成することが可能となる。
このように、半導体基板の裏面を薄膜化することと、バンプが形成されたインタポーザなどの実装基板や信号処理チップなどの他の半導体チップとバンプ同士で接続することにより、高性能、高機能なデバイスを製造することが可能となる。
As described above, according to the manufacturing method of the backside illuminated CMOS solid-state imaging device of the present embodiment, the semiconductor substrate is thinned after the supporting substrates are bonded together to ensure strength, and the supporting substrate is thinned and penetrated. Since the wiring is formed, it is possible to take out the electrode from the support substrate without taking the electrode from the back surface of the semiconductor substrate, and the backside irradiation type CMOS solid structure in which the electrode is taken out from the surface opposite to the irradiation surface simply and easily. An image sensor can be manufactured.
In addition, since the electrode can be formed on the side of the support substrate opposite to the surface on which the light is incident, the degree of freedom of electrode arrangement is increased, and a large number of micro bumps can be placed directly below the pixel without impairing the aperture ratio of the CMOS image sensor. It can be formed immediately below the periphery of the pixel.
In this way, by reducing the thickness of the back surface of the semiconductor substrate and connecting the bumps to other semiconductor chips such as mounting substrates such as interposers and signal processing chips on which bumps are formed, high performance and high functionality are achieved. A device can be manufactured.
半導体基板としては、例えばSOI基板のように基板中に酸化膜が予め形成されているものが好ましく、半導体基板の薄膜化におけるウェットエッチングのストッパとしてSOI基板中の酸化膜を用いることができ、薄膜化後に均一で平坦な半導体基板を得ることができるので好ましい。 As the semiconductor substrate, for example, an oxide film previously formed in the substrate, such as an SOI substrate, is preferable, and the oxide film in the SOI substrate can be used as a stopper for wet etching in thinning the semiconductor substrate. This is preferable because a uniform and flat semiconductor substrate can be obtained after fabrication.
第2実施形態
図7は、本実施形態に係る裏面照射型CMOS固体撮像素子を実装した電子装置の構成を示す模式断面図である。
第1実施形態と同様に、例えば、インタポーザ(中間基板)3上に、撮像画素部が設けられた裏面照射型CMOS固体撮像素子であるセンサチップ1bと、信号処理などの周辺回路部が設けられた信号処理チップ2が実装されている。
Second Embodiment FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an electronic device mounted with a backside illumination type CMOS solid-state imaging device according to this embodiment.
Similar to the first embodiment, for example, on the interposer (intermediate substrate) 3, a sensor chip 1 b that is a back-illuminated CMOS solid-state imaging device provided with an imaging pixel unit and a peripheral circuit unit such as signal processing are provided. The signal processing chip 2 is mounted.
センサチップ1bは、支持基板30上に層間絶縁層20が形成されており、内部に埋め込み配線層21が埋め込まれている。その上層に半導体層12が形成されており、その表面に表面絶縁膜(11,19)が形成されている。
半導体層12中には、フォトダイオード14及びテスト用電極として機能するアライメントマーク13などが形成されている。また、埋め込み配線層21の一部が半導体層12に対してゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極となり、CMOSトランジスタ15が構成される。
また、半導体層12を貫通して埋め込み配線層21に接続する半導体層貫通配線16が形成されている。
In the sensor chip 1b, an
In the
In addition, a semiconductor layer through
さらに、支持基板30を貫通する支持基板貫通配線31が形成されており、支持基板30の表面から突出する突起電極(バンプ)32が支持基板貫通配線31の表面に形成されている。
一方で、例えば半導体層12及び層間絶縁層20を貫通して支持基板貫通配線31に接続する半導体層絶縁層貫通配線17が形成されており、半導体層貫通配線16と半導体層絶縁層貫通配線17とが表面絶縁膜11上に形成された接続配線18により接続されている。
支持基板貫通配線31は、本実施形態では上記のように半導体層絶縁層貫通配線17、接続配線18、半導体層貫通配線16を介して埋め込み配線層21に接続する構成となっているが、これに限らず、これらの内の一部を介して、あるいはこれらを介さず直接、埋め込み配線層21に接続するような構成であってもよい。
Further, a support substrate through
On the other hand, for example, a semiconductor layer insulating layer through
In this embodiment, the support substrate through
上記の構成のセンサチップ1bは、半導体層12中に形成されたフォトダイオード14に対して、表面絶縁膜(11,19)側から光が照射されると信号電荷が発生し、フォトダイオードに蓄積される構成であり、光電変換素子と電界効果トランジスタを含む複数の画素が形成された半導体層の一方の面に複数の画素に接続する埋め込み配線が形成され、半導体層の他方の面が光電変換素子の受光面となる裏面照射型の固体撮像素子である。
In the sensor chip 1b configured as described above, when the
上記のセンサチップ1bは、光照射側の反対側である支持基板30側から、表面に配線40及びそれらを絶縁する絶縁層41が形成されたインタポーザ3上に、絶縁層の開口部から配線の表面の一部が露出してなるランドなどとバンプが接合するようにフリップチップで実装されている。
一方、周辺回路部が形成された信号処理チップ2は、例えばバンプを介してフリップチップでインタポーザ上に実装されている。
このような構成の電子装置が、インタポーザごと他の実装基板に実装され、例えばワイヤボンディング42などにより電気的に接続されて用いられる。
本実施形態に係るCMOS固体撮像素子を組み込んだイメージセンサの構成及び画素の構成は、第1実施形態と同様である。
The above-described sensor chip 1b is formed on the interposer 3 on the surface of which the
On the other hand, the signal processing chip 2 in which the peripheral circuit portion is formed is mounted on the interposer by flip chip through bumps, for example.
The electronic device having such a configuration is mounted on another mounting substrate together with the interposer, and is used by being electrically connected, for example, by
The configuration of the image sensor and the pixel configuration incorporating the CMOS solid-state imaging device according to this embodiment are the same as those in the first embodiment.
上記の本実施形態に係る裏面照射型のCMOS固体撮像素子の製造方法について説明する。
まず、図8(a)に示すように、例えば、シリコンなどからなる半導体基板10の表面に、熱酸化法あるいはCVD(化学気相成長)法などにより、酸化シリコンなどからなり、後工程で表面絶縁膜となる絶縁膜11を形成する。
さらに、例えば、絶縁膜11の上層に、例えば貼り合わせ法あるいはエピタキシャル成長法などにより、シリコンなどの半導体層12を形成し、SOI基板とする。ここで、半導体層12にテスト用電極として機能可能なアライメントマーク13を形成しておく。
A manufacturing method of the backside illumination type CMOS solid-state imaging device according to the present embodiment will be described.
First, as shown in FIG. 8A, for example, the surface of a
Further, for example, a
次に、図8(b)に示すように、例えば導電性不純物をイオン注入して、半導体層12中に光電変換素子としてフォトダイオード14を形成し、さらに半導体層12の表面にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し、フォトダイオード14などに接続してCMOSトランジスタ15を形成して、上記の構成の複数の画素を形成する。
さらに、例えばCMOSトランジスタを被覆する層間絶縁層20を形成する。このとき、トランジスタや半導体層12などに接続するように埋め込み配線層21を層間絶縁層20中に埋め込みながら形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, for example, conductive impurities are ion-implanted to form a
Further, for example, an
一方で、シリコン基板あるいは絶縁性の樹脂基板などからなる支持基板30の一方の主面の表面から少なくとも所定の深さにまで至る支持基板貫通配線となる支持基板配線31を形成し、次に、図8(c)に示すように、層間絶縁層20の上層に、支持基板30を支持基板配線31の形成面側から貼り合わせる。
On the other hand, a
次に、図9(a)に示すように、例えばSOI基板の半導体基板10側からフォトダイオード14が受光可能となるまで、半導体基板10を薄膜化する。例えば、絶縁膜11をストッパとし、絶縁膜11が露出するまで半導体基板10の裏面側から機械的研削またはウェットエッチングなどにより行う。これにより、SOI基板の半導体層12が残される構成となる。図面上、図8(c)に対して上下関係を逆にして図示している。
Next, as shown in FIG. 9A, the
次に、図9(b)に示すように、支持基板配線31と埋め込み配線層21を接続する接続配線を形成する。
具体的には、例えば、半導体層12を貫通して埋め込み配線層21に接続する半導体層貫通配線16を形成し、半導体層12及び層間絶縁層20を貫通して支持基板貫通配線31に接続する半導体層絶縁層貫通配線17を形成し、半導体層貫通配線16と半導体層絶縁層貫通配線17とを接続する接続配線18を形成する。この後、保護膜となる表面絶縁膜19を形成する。
Next, as shown in FIG. 9B, a connection wiring for connecting the
Specifically, for example, the semiconductor layer through
次に、図10(a)に示すように、例えば機械的研削などにより、支持基板配線31が露出するまで貼り合わせ面の反対側から支持基板30を薄膜化して、支持基板配線31を、支持基板30を貫通する支持基板貫通配線とする。
Next, as shown in FIG. 10A, the
次に、図10(b)に示すように、例えば金属メッキ処理などにより、支持基板30の表面から突出するバンプ32を支持基板貫通配線31の表面に形成する。
以上のようにして、本実施形態に係る裏面照射型CMOS固体撮像素子(センサチップ)1bが形成される。
Next, as shown in FIG. 10B, bumps 32 protruding from the surface of the
As described above, the backside illumination type CMOS solid-state imaging device (sensor chip) 1b according to the present embodiment is formed.
上記のように形成された裏面照射型CMOS固体撮像素子(センサチップ)1bを、受光面側を上向きにしてバンプ32を介してフリップチップでインタポーザ上に実装し、信号処理チップ2も同様にフリップチップで実装し、裏面照射型CMOS固体撮像素子(センサチップ)1bと信号処理チップ2とをインタポーザ3に形成された配線を介して接続する。
以上のようにして、本実施形態に係る裏面照射型CMOS固体撮像素子を組み込んだイメージセンサを製造することができる。
The back-illuminated CMOS solid-state imaging device (sensor chip) 1b formed as described above is mounted on the interposer by flip chip through the
As described above, an image sensor incorporating the backside illumination type CMOS solid-state imaging device according to the present embodiment can be manufactured.
本実施形態においては、半導体基板上に形成された埋め込み配線と支持基板中の貫通電極を直接接続するのではなく、半導体基板の裏面の薄膜化後に、配線によって貫通電極と埋め込み配線とを接続する。この方法では信号処理デバイスと支持基板の裏面に形成したマイクロバンプで接続するためにワイヤボンディングを行う必要がなく、1チップ化したときのサイズをより小さくすることができる。
上記のように、本実施形態の裏面照射型CMOS固体撮像素子の製造方法によれば、支持基板を貼り合わせて強度を確保してから半導体基板を薄膜化しており、また、支持基板を薄膜化して貫通配線を形成するので、簡便、容易に、照射面の反対側の面から電極を取り出す構成の裏面照射型のCMOS固体撮像素子を製造することができる。
In the present embodiment, the embedded wiring formed on the semiconductor substrate and the through electrode in the support substrate are not directly connected, but the through electrode and the embedded wiring are connected by the wiring after the back surface of the semiconductor substrate is thinned. . In this method, it is not necessary to perform wire bonding in order to connect the signal processing device to the micro-bump formed on the back surface of the support substrate, and the size when it is made into one chip can be further reduced.
As described above, according to the backside illumination type CMOS solid-state imaging device manufacturing method of the present embodiment, the semiconductor substrate is thinned after the supporting substrates are bonded together to ensure strength, and the supporting substrate is thinned. Therefore, a backside illumination type CMOS solid-state imaging device having a configuration in which an electrode is taken out from the surface opposite to the irradiation surface can be manufactured easily and easily.
上記のように、本実施形態のCMOS固体撮像素子を組み込んだCMOSイメージセンサでは、画素から出力される信号を画素単位もしくは複数の画素単位ごとに直接マイクロバンプを介して信号処理デバイスに入力させることが可能となる。これによって、デバイス間の信号処理スピードが速く高性能で、イメージセンサと信号処理デバイスを1チップ化した高機能なデバイスを提供することが可能となる。またワイヤボンディングによってチップやウェハーに接続する必要がないため、チップサイズを縮小することができ、ウェハーの収率が上がり、チップコストを下げることができる。 As described above, in the CMOS image sensor incorporating the CMOS solid-state imaging device of the present embodiment, a signal output from a pixel is directly input to a signal processing device via a micro bump for each pixel unit or a plurality of pixel units. Is possible. Accordingly, it is possible to provide a high-performance device in which the signal processing speed between devices is high and the performance is high, and the image sensor and the signal processing device are integrated into one chip. Further, since there is no need to connect to a chip or wafer by wire bonding, the chip size can be reduced, the yield of the wafer can be increased, and the chip cost can be reduced.
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、上記の実施形態においては半導体基板としてSOI基板を使用しているが、これに限らず、通常の半導体基板を用いて、フォトダイオードやトランジスタの形成面の反対側の面から薄膜化することも可能である。
また、支持基板から突出して形成されるバンプはチップ面積全体に形成でき、例えばCMOSイメージセンサの画素ごとに独立したバンプを形成してインタポーザなどに接続し、画素ごとに読み出すことができるようにしてもよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
The present invention is not limited to the description of the above embodiment.
For example, in the above embodiment, an SOI substrate is used as a semiconductor substrate. However, the present invention is not limited to this, and a normal semiconductor substrate is used to reduce the thickness from the surface opposite to the photodiode or transistor formation surface. Is also possible.
In addition, bumps protruding from the support substrate can be formed over the entire chip area. For example, an independent bump is formed for each pixel of the CMOS image sensor, connected to an interposer, and read out for each pixel. Also good.
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1a,1b…センサチップ、2…信号処理チップ、3…インタポーザ、10…半導体基板、11…(表面)絶縁膜、12…半導体層、13…アライメントマーク、14…フォトダイオード(光電変換素子)、15…トランジスタ、16…半導体層貫通電極、17…半導体層絶縁層貫通配線、18…接続配線、19…表面絶縁膜、20…層間絶縁層、21…埋め込み配線、30…支持基板、31…支持基板貫通配線(支持基板配線)、32…バンプ(突起電極)、40…配線、41…絶縁層、42…ワイヤボンディング、112…撮像画素部、114…V選択手段、116…H選択手段、118…タイミングジェネレータ(TG)、120…S/H・CDS回路部、122…AGC部、124…A/D変換部、126…デジタルアンプ部、200…フォトダイオード(PD)、210…フローティングディフュージョン部(FD部)、220…転送トランジスタ、230…リセットトランジスタ、240…増幅トランジスタ、250…アドレストランジスタ、260…垂直信号線、270…定電流源
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記半導体層の前記一方の主面に形成され、前記複数の画素に接続して形成された埋め込み配線と、
前記半導体層の前記一方の主面に貼り合わされた支持基板と、
前記埋め込み配線に接続するように前記支持基板を貫通して形成された貫通配線と
を有し、
前記半導体層の他方の主面側が前記光電変換素子の受光面となる裏面照射型である
固体撮像素子。 A semiconductor layer in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion element and a field effect transistor are formed on one main surface;
Embedded wiring formed on the one main surface of the semiconductor layer and connected to the plurality of pixels;
A support substrate bonded to the one main surface of the semiconductor layer;
A through-wiring formed through the support substrate so as to connect to the embedded wiring;
A solid-state imaging device that is a backside illumination type in which the other main surface side of the semiconductor layer is a light receiving surface of the photoelectric conversion device.
請求項1に記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a protruding electrode protruding from a surface of the support substrate is formed on a surface of the through wiring.
請求項1に記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging element according to claim 1, wherein the through wiring is formed to penetrate from the support substrate to the semiconductor layer.
半導体基板の一方の主面に前記光電変換素子と電界効果トランジスタを含む複数の画素を形成する工程と、
前記半導体基板の一方の主面に前記複数の画素に接続する埋め込み配線を形成する工程と、
前記半導体基板の前記一方の主面に支持基板を貼り合わせる工程と、
貼り合わせ面の反対側から前記支持基板を薄膜化する工程と、
前記埋め込み配線に接続するように前記支持基板を貫通する貫通配線を形成する工程と、
前記半導体基板の他方の主面側から前記光電変換素子が受光可能となるまで、前記半導体基板の他方の主面側から前記半導体基板を薄膜化して前記半導体層とする工程と
を有する固体撮像素子の製造方法。 Embedded wiring connected to the plurality of pixels is formed on one surface of the semiconductor layer on which the plurality of pixels including the photoelectric conversion element and the field effect transistor are formed, and the other surface of the semiconductor layer is received by the photoelectric conversion element. A method for manufacturing a backside illuminated solid-state imaging device to be a surface,
Forming a plurality of pixels including the photoelectric conversion element and a field effect transistor on one main surface of a semiconductor substrate;
Forming embedded wiring connected to the plurality of pixels on one main surface of the semiconductor substrate;
Bonding a support substrate to the one main surface of the semiconductor substrate;
A step of thinning the support substrate from the opposite side of the bonding surface;
Forming a through wiring penetrating through the support substrate so as to connect to the embedded wiring;
A step of thinning the semiconductor substrate from the other main surface side of the semiconductor substrate to form the semiconductor layer until the photoelectric conversion element can receive light from the other main surface side of the semiconductor substrate. Manufacturing method.
請求項4に記載の固体撮像素子の製造方法。 The method for manufacturing a solid-state imaging element according to claim 4, further comprising a step of forming a protruding electrode protruding from a surface of the support substrate on a surface of the through wiring after the step of forming the through wiring.
前記半導体基板の他方の主面側から前記半導体基板を薄膜化する工程においては、前記絶縁膜が露出するまで前記主たる基板を除去する
請求項4に記載の固体撮像素子の製造方法。 The semiconductor substrate is an SOI (semiconductor on insulator) substrate in which a semiconductor layer is formed on a main substrate via an insulating film,
The method for manufacturing a solid-state imaging element according to claim 4, wherein in the step of thinning the semiconductor substrate from the other main surface side of the semiconductor substrate, the main substrate is removed until the insulating film is exposed.
半導体基板の一方の主面に前記光電変換素子と電界効果トランジスタを含む複数の画素を形成する工程と、
前記半導体基板の一方の主面に前記複数の画素に接続する埋め込み配線を形成する工程と、
支持基板の一方の主面の表面から少なくとも所定の深さにまで至る支持基板配線を形成する工程と、
前記半導体基板の一方の主面と前記支持基板の一方の主面を貼り合わせる工程と、
前記半導体基板の他方の主面側から前記光電変換素子が受光可能となるまで、前記半導体基板の他方の主面側から前記半導体基板を薄膜化して前記半導体層とする工程と、
前記支持基板配線と前記埋め込み配線を接続する接続配線を形成する工程と、
前記支持基板配線が露出するまで前記支持基板の他方の面側から前記支持基板を薄膜化して、前記支持基板配線を、前記支持基板を貫通する貫通配線とする工程と
を有する固体撮像素子の製造方法。 Embedded wiring connected to the plurality of pixels is formed on one surface of the semiconductor layer on which the plurality of pixels including the photoelectric conversion element and the field effect transistor are formed, and the other surface of the semiconductor layer is received by the photoelectric conversion element. A method for manufacturing a backside illuminated solid-state imaging device to be a surface,
Forming a plurality of pixels including the photoelectric conversion element and a field effect transistor on one main surface of a semiconductor substrate;
Forming embedded wiring connected to the plurality of pixels on one main surface of the semiconductor substrate;
Forming a support substrate wiring from the surface of one main surface of the support substrate to at least a predetermined depth;
Bonding one main surface of the semiconductor substrate and one main surface of the support substrate;
From the other main surface side of the semiconductor substrate until the photoelectric conversion element can receive light, thinning the semiconductor substrate from the other main surface side of the semiconductor substrate to form the semiconductor layer;
Forming a connection wiring for connecting the support substrate wiring and the embedded wiring;
Manufacturing the solid-state imaging device, comprising: thinning the support substrate from the other surface side of the support substrate until the support substrate wiring is exposed, and using the support substrate wiring as a through wiring penetrating the support substrate. Method.
請求項7に記載の固体撮像素子の製造方法。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 7, further comprising a step of forming a protruding electrode protruding from a surface of the support substrate on a surface of the through wiring after the step of using the support substrate wiring as the through wiring.
前記半導体基板の他方の主面側から前記半導体基板を薄膜化する工程においては、前記絶縁膜が露出するまで前記主たる基板を除去する
請求項7に記載の固体撮像素子の製造方法。 The semiconductor substrate is an SOI substrate in which a semiconductor layer is formed on a main substrate via an insulating film,
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 7, wherein in the step of thinning the semiconductor substrate from the other main surface side of the semiconductor substrate, the main substrate is removed until the insulating film is exposed.
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