JP2015523713A - 異種接合構造のチップ積層イメージセンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の一実施形態に係る異種接合構造のチップ積層イメージセンサの積層された半導体チップの断面を示す図である。
図1に示されているように、本発明に係る異種接合構造のチップ積層イメージセンサは、第1半導体チップ10と、第2半導体チップ20とを備え、第1半導体チップ10を形成する第1半導体基板、および第2半導体チップ20を形成する第2半導体基板が、互いに異なる材質からなる。
第1半導体基板上において、フォトダイオード14の上部に形成される第1バッファ層18、カラーフィルタ12、第2バッファ層19、およびマイクロレンズ11は公知であるので、詳細な説明は省略する。
一方、第2半導体チップ20を形成する第2半導体基板は、シリコン基板を用いることが好ましい。
通常、第2基板は、シリコン基板を用い、第1基板は、非シリコン(non−Si)基板を用いることが好ましい。
本発明は、従来のチップ積層構造のセンサにおいて、センサ部がシリコン基板で一律的に形成されるのではなく、各センサ部の特性がよく発揮できる材質の基板を選択して用いることを特徴とする。
図2に示された本発明の他の実施形態に係る異種接合構造のチップ積層イメージセンサは、第1半導体チップ10と、第2半導体チップ20とを備え、第1半導体チップ10を形成する第1半導体基板、および第2半導体チップ20を形成する第2半導体基板は、互いに異なる材質からなる。
図3に示されているように、本発明の一実施形態に係る異種接合構造のチップ積層イメージセンサの製造方法は、第1半導体チップ形成ステップS310と、第2半導体チップ形成ステップS320と、ボンディング前処理ステップS330と、半導体チップボンディングステップS340と、後続の工程ステップS350とを含む。
第2半導体チップ形成ステップS320では、第2半導体基板上に、第1パッドとボンディングされる第2パッドと、第1半導体チップから伝達された映像電荷を外部に出力するための回路領域とが形成された第2半導体チップを形成する。
以後、半導体チップボンディングステップS340では、前処理された第1半導体チップ10の第1パッドと、前処理された第2半導体チップ20の第2パッドとを互いに突き合わせて接触させることにより、第1半導体チップと第2半導体チップとをボンディングさせる。
すなわち、第1半導体チップ形成ステップS310では、第1半導体チップに形成されるセンサ部の特性によって、Ge、SiGe、GaAs、GaN、InP、InGaAs、またはInGaZnO材質の第1半導体基板を用いて第1半導体チップを形成することが好ましい。
一方、後続の工程ステップS350では、半導体チップボンディングステップS340の後、カラーフィルタやマイクロレンズなどを形成する。
図4に示されているように、本発明の他の実施形態に係る異種接合構造のチップ積層イメージセンサの製造方法は、第1半導体チップ形成ステップS410と、第2半導体チップ形成ステップS420と、ボンディング前処理ステップS430と、半導体チップボンディングステップS440と、後続の工程ステップS450とを含む。
Claims (26)
- チップ積層イメージセンサにおいて、
第1半導体基板上に、フォトダイオードと、該フォトダイオードにより感知された映像信号に対応する映像電荷を外部に伝達するための第1パッドとが形成された第1半導体チップと、
第2半導体基板上に、前記第1パッドとボンディングされる第2パッドと、前記第1半導体チップから伝達された映像電荷を外部に出力するための回路領域とが形成された第2半導体チップとを備え、
前記第1半導体基板および前記第2半導体基板が互いに異なる材質からなる異種接合構造のチップ積層イメージセンサ。 - 前記第1半導体基板が、Ge、SiGe、GaAs、GaN、InP、InGaAs、またはInGaZnO基板である請求項1に記載の異種接合構造のチップ積層イメージセンサ。
- 前記第1半導体基板が、シリコン基板上に、Ge、SiGe、GaAs、GaN、InP、InGaAs、またはInGaZnOを単結晶で成長させたエピタキシャル基板である請求項1に記載の異種接合構造のチップ積層イメージセンサ。
- 前記第1半導体基板が、シリコン−オン−インシュレータ特性を有するGeOI、SiGeOI、GaAsOI、GaNOI、InPOI、InGaAsOI、またはInGaZnOOI基板である請求項1に記載の異種接合構造のチップ積層イメージセンサ。
- 前記第2半導体基板が、シリコン基板である請求項2〜請求項4のいずれかに記載の異種接合構造のチップ積層イメージセンサ。
- 前記回路領域には、転送トランジスタと、リセットトランジスタと、ソースフォロワトランジスタと、遮断スイッチ用トランジスタと、リードアウト回路と、垂直/水平デコーダと、センサ動作および画質に関与する相関重畳サンプリング回路と、アナログ回路と、アナログデジタル変換器と、デジタル回路とが形成される請求項5に記載の異種接合構造のチップ積層イメージセンサ。
- チップ積層イメージセンサにおいて、
第1半導体基板上に、フォトダイオードと、該フォトダイオードにより感知された映像信号に対応する映像電荷を浮遊拡散領域に転送する転送トランジスタと、前記フォトダイオードにより感知された映像信号に対応する映像電荷を外部に伝達するための第1パッドとが形成された第1半導体チップと、
第2半導体基板上に、前記第1パッドとボンディングされる第2パッドと、前記第1半導体チップから伝達された映像電荷を外部に出力するための回路領域とが形成された第2半導体チップとを備え、
前記第1半導体基板および前記第2半導体基板が互いに異なる材質からなる異種接合構造のチップ積層イメージセンサ。 - 前記第1半導体基板が、Ge、SiGe、GaAs、GaN、InP、InGaAs、またはInGaZnO基板である請求項7に記載の異種接合構造のチップ積層イメージセンサ。
- 前記第1半導体基板が、シリコン基板上に、Ge、SiGe、GaAs、GaN、InP、InGaAs、またはInGaZnOを単結晶で成長させたエピタキシャル基板である請求項7に記載の異種接合構造のチップ積層イメージセンサ。
- 前記第1半導体基板が、シリコン−オン−インシュレータ特性を有するGeOI、SiGeOI、GaAsOI、GaNOI、InPOI、InGaAsOI、またはInGaZnOOI基板である請求項7に記載の異種接合構造のチップ積層イメージセンサ。
- 前記第2半導体基板が、シリコン基板である請求項8〜請求項10のいずれかに記載の異種接合構造のチップ積層イメージセンサ。
- 前記回路領域が、リセットトランジスタと、ソースフォロワトランジスタと、遮断スイッチ用トランジスタと、リードアウト回路と、垂直/水平デコーダと、センサ動作および画質に関与する相関重畳サンプリング回路と、アナログ回路と、アナログデジタル変換器と、デジタル回路とが形成される請求項11に記載の異種接合構造のチップ積層イメージセンサ。
- チップ積層イメージセンサの製造方法において、
第1半導体基板上に、フォトダイオードと、該フォトダイオードにより感知された映像信号に対応する映像電荷を外部に伝達するための第1パッドとが形成された第1半導体チップを形成する第1半導体チップ形成ステップと、
第2半導体基板上に、前記第1パッドとボンディングされる第2パッドと、前記第1半導体チップから伝達された映像電荷を外部に出力するための回路領域とが形成された第2半導体チップを形成する第2半導体チップ形成ステップと、
前記第1パッドおよび前記第2パッドが突出するように、前記第1半導体チップおよび前記第2半導体チップをエッチングする半導体チップエッチングステップと、
突出した前記第1パッドおよび前記第2パッドを互いに突き合わせて接触させることにより、前記第1半導体チップと前記第2半導体チップとをボンディングさせる半導体チップボンディングステップとを含み、
前記第1半導体基板および前記第2半導体基板が互いに異なる材質の基板を用いる異種接合構造のチップ積層イメージセンサの製造方法。 - 前記第1半導体チップ形成ステップが、Ge、SiGe、GaAs、GaN、InP、InGaAs、またはInGaZnO材質の前記第1半導体基板を用いて第1半導体チップを形成するステップである請求項13に記載の異種接合構造のチップ積層イメージセンサの製造方法。
- 前記第1半導体チップ形成ステップが、シリコン基板上に、Ge、SiGe、GaAs、GaN、InP、InGaAs、またはInGaZnOを単結晶で成長させたエピタキシャル形態の前記第1半導体基板を用いて前記第1半導体チップを形成するステップである請求項13に記載の異種接合構造のチップ積層イメージセンサの製造方法。
- 前記第1半導体チップ形成ステップが、シリコン−オン−インシュレータ特性を有するGeOI、SiGeOI、GaAsOI、GaNOI、InPOI、InGaAsOI、またはInGaZnOOI材質の前記第1半導体基板を用いて前記第1半導体チップを形成するステップである請求項13に記載の異種接合構造のチップ積層イメージセンサの製造方法。
- 前記第2半導体チップ形成ステップが、シリコン材質の前記第2半導体基板を用いて前記第2半導体チップを形成するステップである請求項14〜請求項16のいずれかに記載の異種接合構造のチップ積層イメージセンサの製造方法。
- 前記第2半導体チップ形成ステップが、転送トランジスタと、リセットトランジスタと、ソースフォロワトランジスタと、遮断スイッチ用トランジスタと、リードアウト回路と、垂直/水平デコーダと、センサ動作および画質に関与する相関重畳サンプリング回路と、アナログ回路と、アナログデジタル変換器と、デジタル回路とが形成される前記回路領域を形成するステップである請求項17に記載の異種接合構造のチップ積層イメージセンサの製造方法。
- 前記半導体チップボンディングステップが、銅酸化膜フュージョンボンディング、金属熱圧縮ボンディング、共晶ボンディング、または直接ボンディングの方法を利用して前記第1半導体チップと前記第2半導体チップとをボンディングさせるステップである請求項13に記載の異種接合構造のチップ積層イメージセンサの製造方法。
- チップ積層イメージセンサの製造方法において、
第1半導体基板上に、フォトダイオードと、該フォトダイオードにより感知された映像信号に対応する映像電荷を浮遊拡散領域に転送する転送トランジスタと、前記フォトダイオードにより感知された映像信号に対応する映像電荷を外部に伝達するための第1パッドとが形成された第1半導体チップを形成する第1半導体チップ形成ステップと、
第2半導体基板上に、前記第1パッドとボンディングされる第2パッドと、前記第1半導体チップから伝達された映像電荷を外部に出力するための回路領域とが形成された第2半導体チップを形成する第2半導体チップ形成ステップと、
前記第1パッドおよび前記第2パッドが突出するように、前記第1半導体チップおよび前記第2半導体チップをエッチングする半導体チップエッチングステップと、
突出した前記第1パッドおよび前記第2パッドを互いに突き合わせて接触させることにより、前記第1半導体チップと前記第2半導体チップとをボンディングさせる半導体チップボンディングステップとを備え、
前記第1半導体基板および前記第2半導体基板が互いに異なる材質の基板を用いる異種接合構造のチップ積層イメージセンサの製造方法。 - 前記第1半導体チップ形成ステップが、Ge、SiGe、GaAs、GaN、InP、InGaAs、またはInGaZnO材質の前記第1半導体基板を用いて前記第1半導体チップを形成するステップである請求項20に記載の異種接合構造のチップ積層イメージセンサの製造方法。
- 前記第1半導体チップ形成ステップが、シリコン基板上に、Ge、SiGe、GaAs、GaN、InP、InGaAs、またはInGaZnOを単結晶で成長させたエピタキシャル形態の前記第1半導体基板を用いて前記第1半導体チップを形成するステップである請求項20に記載の異種接合構造のチップ積層イメージセンサの製造方法。
- 前記第1半導体チップ形成ステップが、シリコン−オン−インシュレータ特性を有するGeOI、SiGeOI、GaAsOI、GaNOI、InPOI、InGaAsOI、またはInGaZnOOI材質の前記第1半導体基板を用いて前記第1半導体チップを形成するステップである請求項20に記載の異種接合構造のチップ積層イメージセンサの製造方法。
- 前記第2半導体チップ形成ステップが、シリコン材質の前記第2半導体基板を用いて前記第2半導体チップを形成するステップである請求項21〜請求項23のいずれかに記載の異種接合構造のチップ積層イメージセンサの製造方法。
- 前記第2半導体チップ形成ステップが、リセットトランジスタと、ソースフォロワトランジスタと、遮断スイッチ用トランジスタと、リードアウト回路と、垂直/水平デコーダと、センサ動作および画質に関与する相関重畳サンプリング回路と、アナログ回路と、アナログデジタル変換器と、デジタル回路とが形成される前記回路領域を形成するステップである請求項24に記載の異種接合構造のチップ積層イメージセンサの製造方法。
- 前記半導体チップボンディングステップが、銅酸化膜フュージョンボンディング、金属熱圧縮ボンディング、共晶ボンディング、または直接ボンディングの方法を利用して前記第1半導体チップと前記第2半導体チップとをボンディングさせるステップである請求項20に記載の異種接合構造のチップ積層イメージセンサの製造方法。
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