JP2018195656A - 半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents

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英一朗 神田
Eiichiro Kanda
英一朗 神田
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Abstract

【課題】チップ積層技術によって接合される各基板の接合面の対向する位置にそれぞれ設けられた電極間の電気的接続を、より確実に行う。【解決手段】第1基板と第2基板の接合面に露出する絶縁層にそれぞれ電極を埋設する第1工程と、第1基板と第2基板の接合面にそれぞれ化学機械研磨を行い、電極が絶縁層よりも凹んだ凹形状に形成する第2工程と、接合面の全体に一様厚みの絶縁膜を積層する第3工程と、第1基板と第2基板の電極を覆う絶縁膜の少なくとも一部にそれぞれエッチングで開口を形成する第4工程と、対応する電極を対向させて第1基板と第2基板の接合面を接合する第5工程と、接合させた第1基板と第2基板を加熱して開口から電極材料を膨張突出させて対応する電極を接合させる第6工程と、を含んで構成される、半導体装置の製造方法。【選択図】図3

Description

本技術は、半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。
半導体素子や集積回路が形成された基板同士を接合して3次元積層するチップオンチップ、チップオンウェハ、ウェハオンウェハなどのチップ積層技術が有る。チップ積層技術を用いることにより、半導体装置の占有面積が縮小する。また、1枚の半導体ウェハから作製できるチップ数が増加し、歩留まり向上に寄与する。
チップ積層技術で積層される各基板の接合面には、互いに対向する位置に、電気的に接続できる電極がそれぞれ配設される。積層される各基板は、貼り合せ前に、化学機械研磨技術によって接合面を研磨・研削して平坦化される。
ここで、化学機械研磨技術には研磨選択比があり、用いる研磨剤や研磨布の選択次第では、接合面を構成する構造体の間で研磨速度に違いが出る可能性がある。すなわち、周囲の構造体に比べて電極部の研磨速度が速いと電極部が凹形状となり、周囲の構造体に比べて電極部の研磨速度が遅いと電極部が凸形状となる。
電極部が凹形状になった場合は、接合面に露出する電極の間の電気的接続が不十分になる可能性が有る。一方、電極部が凸形状になった場合は、接合する際に突出した電極の金属材料が圧潰展張して隣り合う電極との間に意図しない電気的接続が形成されてしまう可能性がある。
特許文献1においては、電極部が凹形状となる場合の問題を解決するべく各基板の接合面に化学気相成長でポリシリコンを成膜し、このポリシリコンを化学機械研磨技術で平坦化した後、各基板を接合し、熱処理することで電極部の間のポリシリコンをシリサイド化させ、電気的接続を形成する方法が提案されている。
また、特許文献1において、電極部が凸形状となる場合の問題を解決するべく、各基板の接合面に窒化シリコン膜を成膜し、化学機械研磨技術で窒化シリコン膜の表面を平坦化した後、炭窒化シリコン膜を成膜し、エッチングにて電極部を開口し、熱処理により電極部の材料である銅を熱膨張させて互いに接合させ、対向する電極間を電気的接続させる方法が提案されている。
特開2016−174016号公報
しかしながら、特許文献1に記載の電極部が凸形状の場合に行う対策では、凸形状の電極部の上に積層されたポリシリコンを化学機械研磨する際に接合面の全域を平坦化できず、凹み(ディッシング)が発生してしまい、電気的接続が不良(オープン)になる可能性があった。また、特許文献1に記載の電極部が凹形状の場合に行う対策では、凹形状の電極部の上に積層される窒化シリコンは化学機械研磨技術では加工が困難であるという問題があった。
本技術は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、チップ積層技術によって接合される各基板の接合面の対向する位置にそれぞれ設けられた電極間の電気的接続を、より確実に行うことを目的とする。
本技術の態様の1つは、第1基板と第2基板の接合面に露出する絶縁層にそれぞれ電極を埋設する第1工程と、前記第1基板と前記第2基板の接合面にそれぞれ化学機械研磨を行い、前記電極が前記絶縁層よりも凹んだ凹部に形成する第2工程と、前記接合面の全体に一様厚みの絶縁膜を積層する第3工程と、前記第1基板と前記第2基板の前記電極を覆う前記絶縁膜の少なくとも一部にそれぞれエッチングで開口を形成する第4工程と、対応する電極を対向させて前記第1基板と前記第2基板の接合面を接合する第5工程と、接合させた前記第1基板と前記第2基板を加熱して前記開口から電極材料を膨張突出させて対応する電極を接合させる第6工程と、を含んで構成される、半導体装置の製造方法である。
また、本技術の態様の1つは、第1基板と第2基板の接合面に露出する絶縁層にそれぞれ電極を埋設する第7工程と、前記第1基板と前記第2基板の接合面をそれぞれ化学機械研磨を行い、前記電極が前記絶縁層から突出した凸部に形成する第8工程と、前記接合面に前記凸部と略同じ厚みで絶縁膜を積層する第9工程と前記電極を覆う前記絶縁膜を全てエッチング除去する第10工程と、対応する電極を対向させて前記第1基板と前記第2基板の接合面を接合する第11工程と、を含んで構成される半導体装置の製造方法である。
また、本技術の態様の1つは、第1基板と、前記第1基板に接合される第2基板と、前記第1基板と前記第2基板の各接合面における対向する位置にそれぞれ埋設され、前記第1基板と前記第2基板の少なくとも一方の電極表面が周囲の絶縁層よりも凹んだ凹部に形成された電極と、前記第1基板と前記第2基板の各接合面に沿って一様厚みで積層され、前記電極を覆う部位の少なくとも一部に開口を有する絶縁膜と、を備え、前記開口の少なくとも一方から膨出した電極材料が他方の電極材料と接合している、半導体装置である。
以上説明した半導体装置の製造方法は、他の方法の一環として実施されたり各工程に対応する手段を備えた半導体装置の製造方法として実現されたりする等の各種の態様を含む。また、以上説明した半導体装置は、他の機器に組み込まれた状態で実施されたり他の方法とともに実施されたりする等の各種の態様を含む。
本技術によれば、チップ積層技術で積層される各基板の接合面の対向する位置にそれぞれ設けられた電極間の電気的接続をより確実にすることができる。なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また付加的な効果があってもよい。
半導体装置の概略構造を斜視的に示す図である。 半導体装置の概略構造を断面的に示す図である。 第1実施形態に係る半導体装置の電極接合部を断面的に示す図である。 第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 第1実施形態に係る半導体装置の電極接合部の他の形状を示す図である。 第2実施形態に係る半導体装置の電極接合部を断面的に示す図である。 第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 第3実施形態に係る半導体装置の電極接合部を断面的に示す図である。 撮像装置の一例の概略構成を示すブロック図である。 内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 カメラヘッド及びCCUの機能構成の一例を示すブロック図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
以下、下記の順序に従って本技術を説明する。
(A)第1実施形態:
(B)第2実施形態:
(C)第3実施形態:
(D)第4実施形態:
(E)第5実施形態:
(F)第6実施形態:
(A)第1実施形態:
図1は、本実施形態に係る半導体装置100の概略構造を斜視的に示す図、図2は、本実施形態に係る半導体装置100の概略構造を断面的に示す図である。
半導体装置100は、第1基板100uの接合面Suと第2基板100dの接合面Sdを貼り合せて接合してある。第1基板100uの接合面Suには電極20uが埋設され、第2基板100dの接合面Sdには電極20dが埋設されている。半導体装置100において、対応する第1基板100uの電極20uと第2基板100dの電極20dは互いに対向して位置する。
第1基板100uの電極20uは、接合面Suに沿って形成された絶縁層10uを厚み方向に貫通し、絶縁層10uの反対側に設けられた配線30uに接続されている。同様に、第2基板100dの電極20dは、接合面Sdに沿って形成された絶縁層10dを厚み方向に貫通し、絶縁層10dの反対側に設けられた配線30dに接続されている。第1基板100uの電極20uと第2基板100dの電極20dが接合した状態において第1基板100uの配線30uと第2基板100dの配線30dとは電気的に接続している。むろん、電極20u,20dは配線に接続されないダミー電極であってもよい。
図3は、本実施形態に係る半導体装置100の電極接合部を拡大して断面的に示す図である。
電極20uは、絶縁層10uを厚み方向に貫通する貫通孔Huの内側を覆うように成膜されたバリアメタル膜20uaと、バリアメタル膜20uaの内側に電極材料を成膜又は充填した導電部20ubと、を有する。同様に、電極20dは、絶縁層10dを厚み方向に貫通する貫通孔Hdの内側を覆うように成膜されたバリアメタル膜20daと、バリアメタル膜20daの内側に電極材料を成膜又は充填した導電部20dbと、を有する。
第1基板100uの接合面Su側において、絶縁層10uは略平坦面を有し、電極20uは周囲の構造体である絶縁層10uよりも一段凹んでおり、電極20uの部分に凹部Dを有する。第1基板100uの接合面Suは、接合面Suに沿って略一様な厚みで薄膜状に積層された絶縁膜40uで覆われており、電極20uの凹形状を覆う部位も含めて一体的に形成されている。すなわち、接合面Su側の絶縁膜40uも、電極20uの部位に凹形状を有する。
絶縁膜40uは、電極20uを覆う部位の少なくとも一部に開口41uを有する。開口41uは、図5に示すように、電極20uを覆う絶縁膜40uの一部範囲に形成されてもよいし、電極20uを覆う絶縁膜40uの複数個所に分散形成されてもよいし、電極20uを覆う絶縁膜40uの略全体に形成されてもよい。図5は絶縁膜40u及び/又は絶縁膜40dの開口形状のバリエーションを説明する図である。
第2基板100dの接合面Sd側において、絶縁層10dは略平坦面を有し、電極20dは周囲の構造体である絶縁層10dよりも一段凹んでおり、電極20dの部分に凹部Dを有する。第2基板100dの接合面Sdは、接合面Sdに沿って略一様な厚みで薄膜状に積層された絶縁膜40dで覆われており、電極20dの凹形状を覆う部位も含めて一体的に形成されている。すなわち、接合面Sd側の絶縁膜40dも、電極20dの部位に凹形状を有する。
絶縁膜40dは、電極20dを覆う部位の少なくとも一部に開口41dを有する。開口41dは、図5に示すように、電極20dを覆う絶縁膜40dの一部範囲に形成されてもよいし、電極20dを覆う絶縁膜40dの複数個所に分散形成されてもよいし、電極20dを覆う絶縁膜40dの略全体に形成されてもよい。
対応する電極20u,20dが対向するように位置合わせして接合された第1基板100uと第2基板100dの間は、絶縁膜40uの凹形状と絶縁膜40dの凹形状とに囲われたチャンバーCとなる。チャンバーCには、電極20u,20dの電極材料が開口41u,41dからそれぞれ膨出した膨出部21u,21dが突出しており、膨出部21u,21dが互いに接合して電極20u,20dを電気的に接続している、
図4は、本実施形態に係る半導体装置100の製造方法の一例を説明する図である。なお、以下では、第1基板100u、第2基板100dに共通の製造工程については「u」「d」の代わりに「x」を付した符号を用いて説明する。
まず、基板100xの接合面Sx側に絶縁層10xを積層し、絶縁層10xを配線30xまで貫通する貫通孔Hxを形成し、貫通孔Hxの中にバリアメタル膜20xaを成膜するとともにその上から電極材料を充填又は成膜して導電部20xbを形成することで、絶縁層10xを貫通する電極20xを形成し(第1工程)、その後、貫通孔Hxの外の絶縁層10xの表面に積層したバリアメタル膜の材料や電極材料を化学機械研磨技術で研磨研削して除去する(第2工程)。このとき、研磨剤や研磨布の選択次第で、絶縁層10xに比べて電極20xが過研磨されて、いわゆるディッシングと呼ばれる凹部Dが形成される(図4(a))。
次に、絶縁層10x及び電極20xの凹部Dの上に、絶縁膜40xの薄膜を形成する(第3工程)。絶縁膜40xは、SiCN、SiC、SiO2の何れか又は組み合わせで形成される。絶縁膜40xは、例えば、ALD(Atomic Layer deposition)法により形成することができる。
次に、電極20xの上に形成された絶縁膜40xに開口41xを形成する(第4工程)。開口41xは、リソグラフィ技術で開口41x以外にレジストを形成し、開口41x部分をエッチングにより除去し、その後、レジストを除去することで形成される(図4(c))。
次に、第1基板100uと第2基板100dの接合面Su,Sdを対向させ、対応する電極20u,20dが対面するように位置合わせしつつ貼り合せにより接合する(図4(d),第5工程)。これにより電極20u,20dの間にチャンバーCが形成される。
次に、接合された第1基板100uと第2基板100dに熱処理を行うことで、電極20u,20dが熱膨張し、開口41u,41dからそれぞれ電極材料がチャンバーC内に膨張突出して膨出部21u,21dが形成され、これら膨出部21u,21dがチャンバーC内で接合することで、電極20u,20dとの間に確実な電気的接触が形成される(第6工程)。以上の工程により、本実施形態に係る半導体装置100の電極接合部を作成することができる。
(B)第2実施形態:
図6は、本実施形態に係る半導体装置200の電極接合部を拡大して断面的に示す図である。なお、半導体装置200の概略構造は、図1,図2を参照して説明した半導体装置100と同様であるため以下では説明を省略する。
電極220uは、絶縁層210uを厚み方向に貫通する貫通孔Huの内側を覆うように成膜されたバリアメタル膜220uaと、バリアメタル膜220uaの内側に電極材料を成膜又は充填した導電部220ubと、を有する。同様に、電極220dは、絶縁層210dを厚み方向に貫通する貫通孔Hdの内側を覆うように成膜されたバリアメタル膜220daと、バリアメタル膜220daの内側に電極材料を成膜又は充填した導電部220dbと、を有する。
第1基板200uの接合面Su側において、絶縁層210uは略平坦面を有し、接合面Suに沿って略一様な厚みで薄膜状に積層された絶縁膜240uで覆われている。同様に、第2基板200dの接合面Sd側において、絶縁層210dは略平坦面を有し、接合面Sdに沿って略一様な厚みで薄膜状に積層された絶縁膜240dで覆われている。すなわち、第1基板200uの絶縁層210uと第2基板200dの絶縁層210dの間には、絶縁膜240uと絶縁膜240dの2層の絶縁膜が介在する。
電極220uと電極220dは、対向面が直接接触している。すなわち、電極220uと電極220dの面の対向する部位の間には、絶縁膜240u,240dが介在していない。
絶縁膜240uとバリアメタル膜220uaとによって、導電部220ubと絶縁層210uの間を略断面ハット型に仕切る構造体が形成されている。同様に、絶縁膜240dとバリアメタル膜220daとによって、導電部220dbと絶縁層210dの間を略断面ハット型に仕切る構造体が形成されている。
絶縁膜240uとバリアメタル膜220uaが形成する略断面ハット型に仕切る構造体と、絶縁膜240dとバリアメタル膜220daが形成する略断面ハット型に仕切る構造体とは、ハット凹部を互いに対向させて密着形成されている。このため、電極220uと電極220dの位置がずれた状態で第1基板200uと第2基板200dが貼り合せ接合された場合にも、導電部220ubが絶縁層210dに接触したり、導電部220dbが絶縁層210uに接触したりするおそれが無い
図7は、本実施形態に係る半導体装置200の製造方法の一例を説明する図である。なお、以下では、第1基板200uと第2基板200dに共通の製造工程については「u」「d」の代わりに「x」を付した符号を用いて説明する。
まず、基板200xの接合面S側に絶縁層210xを積層し、絶縁層210xを配線230xまで貫通する貫通孔Hxを形成し、貫通孔Hxの中にバリアメタル膜220xaを成膜するとともにその上から電極材料を充填又は成膜して導電部220xbを形成することで、絶縁層210xを貫通する電極220xを形成し(第7工程)、その後、貫通孔Hxの外の絶縁層210xの表面に積層したバリアメタル膜の材料や電極材料を化学機械研磨技術で研磨研削して除去する。このとき、研磨剤や研磨布の選択次第で、絶縁層210xに比べて電極220xの研磨度合が低くなり、凸部Bが形成される(図7(a)、第8工程)。
次に、絶縁層210x及び電極220xの凸部Bの上に、絶縁膜240xの薄膜を形成する(第9工程)。絶縁膜240xは、SiCN、SiC、SiO2の何れか又は組み合わせで形成される。絶縁膜240xの厚みは、凸部Bの突出量(凸部Bと絶縁層210xの段差に相当する量)程度とする。絶縁膜240xは、例えば、ALD(Atomic Layer deposition)法により形成することができる。
次に、電極220xの上に形成された絶縁膜240xを除去する(第10工程)。絶縁膜240xの除去は、リソグラフィ技術で電極220x以外の範囲にレジストRを形成し、電極220x上の絶縁膜240xをエッチングにより除去し、その後、レジストRを除去することで形成される(図7(c),(d),(e))。
次に、第1基板200uと第2基板200dの接合面Su,Sdを対向させ、対応する電極220u,220dが対面するように位置合わせしつつ貼り合せにより接合する(図7(F)、第11工程)。そして、接合した第1基板200uと第2基板200dに熱処理を行うことで電極220u,220dが確実に電気的に接続される。以上の工程により、本実施形態に係る半導体装置200の電極接合部を作成することができる。
(C)第3実施形態:
図8は、本実施形態に係る半導体装置300の電極接合部を拡大して断面的に示す図である。なお、半導体装置300の概略構造は、図1,2を参照して説明した半導体装置100と同様であるため以下では説明を省略する。また、半導体装置300は、半導体装置100の一方の基板と半導体装置200の一方の基板とを接合した構造であるため、各部には上述の実施形態で用いた符号を付し、詳細な説明は省略する。
本実施形態に係る半導体装置300は、貼り合せ接合する一方の基板が凹部Dを有し、他方の基板が凸部Bを有する構造である。凹部Dを有する基板は、第1実施形態と同様の製造方法で作成され、凸部Bを有する基板は第2実施形態と同様の製造方法で作成される。これら基板を貼り合せると、凹部D側に、第1実施形態の略半分のチャンバーCが形成される。
その後、熱処理を行うことで、電極20,220が熱膨張し、電極20については開口41から膨張突出し、電極220については全体的に膨張突出し、膨出部21,221が形成され、これら膨出部21,221がチャンバーC内で接合することで、電極20u,20dとの間に確実な電気的接触が形成される。以上の工程により、本実施形態に係る半導体装置300の電極接合部を作成することができる。
(D)第4実施形態:
図9は、上述した各実施形態に係る半導体装置を搭載した電子機器の一例としての撮像装置800の一例の概略構成を示すブロック図である。撮像装置800は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯電話等である。
撮像装置800は、モジュール900、カメラ信号処理部810と、画像処理部820、表示部830、リーダ/ライタ840、演算処理部850、操作入力部860、及びレンズ駆動制御部870を備えている。
モジュール900は、撮像機能を担う構成要素であり、撮像レンズとしてのレンズ911を含む光学系930、CCD(Charge Coupled Devices)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子940とを有している。この撮像素子940が上述した各実施形態に係る固体撮像素子に相当する。撮像素子940は、光学系930が形成する光学像を電気信号に変換し、光学像に応じた撮像信号(画像信号)を出力する。
カメラ信号処理部810は、撮像素子940が出力する画像信号に対してアナログ/デジタル変換、ノイズ除去、画質補正、輝度・色差信号への変換等の各種の信号処理を行う。
画像処理部820は、画像信号の記録再生処理を行うものであり、所定の画像データフォーマットに基づく画像信号の圧縮符号化・伸張復号化処理や解像度等のデータ仕様の変換処理等を行う。
表示部830は、操作入力部860に対する操作入力に応じた表示や撮影した画像等の各種のデータを表示する機能を有している。
リーダ/ライタ840は、メモリーカード等の外部記憶媒体に対するデータ書き込み及び外部記憶媒体からのデータ読み出しを行うものであり、例えば、画像処理部820が符号化した画像データを外部記憶媒体へ書き込んだり、外部記憶媒体が記憶する画像データを読み出して画像処理部820へ出力したりする。
演算処理部850は、撮像装置800の各回路ブロックを制御する制御部として機能する構成要素であり、操作入力部860からの操作入力信号等に基づいて各回路ブロックを制御する。演算処理部850からの制御信号に基づいて、モジュール900の駆動ドライバはレンズ丸を駆動する駆動モーター等を制御する。
操作入力部860は、ユーザが所要の操作を行うためのスイッチやタッチパネル等からなり、例えば、シャッタ操作を行うためのシャッタレリーズ操作要素や、動作モードを選択するための選択操作要素等によって構成され、ユーザが行った操作入力に応じた操作入力信号を演算処理部850に出力する。
(E)内視鏡手術システムへの応用例:
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
図10は、本開示に係る技術(本技術)が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
図10では、術者(医師)11131が、内視鏡手術システム11000を用いて、患者ベッド11133上の患者11132に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム11000は、内視鏡11100と、気腹チューブ11111やエネルギー処置具11112等の、その他の術具11110と、内視鏡11100を支持する支持アーム装置11120と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート11200と、から構成される。
内視鏡11100は、先端から所定の長さの領域が患者11132の体腔内に挿入される鏡筒11101と、鏡筒11101の基端に接続されるカメラヘッド11102と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒11101を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡11100を図示しているが、内視鏡11100は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
鏡筒11101の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡11100には光源装置11203が接続されており、当該光源装置11203によって生成された光が、鏡筒11101の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者11132の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡11100は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
カメラヘッド11102の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光(観察光)は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、RAWデータとしてカメラコントロールユニット(CCU: Camera Control Unit)11201に送信される。
CCU11201は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)等によって構成され、内視鏡11100及び表示装置11202の動作を統括的に制御する。さらに、CCU11201は、カメラヘッド11102から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理(デモザイク処理)等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
表示装置11202は、CCU11201からの制御により、当該CCU11201によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
光源装置11203は、例えばLED(Light Emitting Diode)等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡11100に供給する。
入力装置11204は、内視鏡手術システム11000に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置11204を介して、内視鏡手術システム11000に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡11100による撮像条件(照射光の種類、倍率及び焦点距離等)を変更する旨の指示等を入力する。
処置具制御装置11205は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具11112の駆動を制御する。気腹装置11206は、内視鏡11100による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者11132の体腔を膨らめるために、気腹チューブ11111を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ11207は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ11208は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
なお、内視鏡11100に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置11203は、例えばLED、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。RGBレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色(各波長)の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置11203において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、RGBレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド11102の撮像素子の駆動を制御することにより、RGBそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
また、光源装置11203は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド11102の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
また、光源装置11203は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光(すなわち、白色光)に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察(Narrow Band Imaging)が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること(自家蛍光観察)、又はインドシアニングリーン(ICG)等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置11203は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び/又は励起光を供給可能に構成され得る。
図11は、図10に示すカメラヘッド11102及びCCU11201の機能構成の一例を示すブロック図である。
カメラヘッド11102は、レンズユニット11401と、撮像部11402と、駆動部11403と、通信部11404と、カメラヘッド制御部11405と、を有する。CCU11201は、通信部11411と、画像処理部11412と、制御部11413と、を有する。カメラヘッド11102とCCU11201とは、伝送ケーブル11400によって互いに通信可能に接続されている。
レンズユニット11401は、鏡筒11101との接続部に設けられる光学系である。鏡筒11101の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド11102まで導光され、当該レンズユニット11401に入射する。レンズユニット11401は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
撮像部11402は、撮像素子で構成される。撮像部11402を構成する撮像素子は、1つ(いわゆる単板式)であってもよいし、複数(いわゆる多板式)であってもよい。撮像部11402が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってRGBそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部11402は、3D(Dimensional)表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための1対の撮像素子を有するように構成されてもよい。3D表示が行われることにより、術者11131は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部11402が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット11401も複数系統設けられ得る。
また、撮像部11402は、必ずしもカメラヘッド11102に設けられなくてもよい。例えば、撮像部11402は、鏡筒11101の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
駆動部11403は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部11405からの制御により、レンズユニット11401のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部11402による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
通信部11404は、CCU11201との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部11404は、撮像部11402から得た画像信号をRAWデータとして伝送ケーブル11400を介してCCU11201に送信する。
また、通信部11404は、CCU11201から、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部11405に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに/又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてCCU11201の制御部11413によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるAE(Auto Exposure)機能、AF(Auto Focus)機能及びAWB(Auto White Balance)機能が内視鏡11100に搭載されていることになる。
カメラヘッド制御部11405は、通信部11404を介して受信したCCU11201からの制御信号に基づいて、カメラヘッド11102の駆動を制御する。
通信部11411は、カメラヘッド11102との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部11411は、カメラヘッド11102から、伝送ケーブル11400を介して送信される画像信号を受信する。
また、通信部11411は、カメラヘッド11102に対して、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
画像処理部11412は、カメラヘッド11102から送信されたRAWデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
制御部11413は、内視鏡11100による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部11413は、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を生成する。
また、制御部11413は、画像処理部11412によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置11202に表示させる。この際、制御部11413は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部11413は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具11112の使用時のミスト等を認識することができる。制御部11413は、表示装置11202に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者11131に提示されることにより、術者11131の負担を軽減することや、術者11131が確実に手術を進めることが可能になる。
カメラヘッド11102及びCCU11201を接続する伝送ケーブル11400は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
ここで、図示する例では、伝送ケーブル11400を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド11102とCCU11201との間の通信は無線で行われてもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、内視鏡11100や、カメラヘッド11102(の撮像部11402)、CCU11201(の画像処理部11412)等)に適用され得る。
なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
(F)移動体への応用例:
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図12は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム12000は、通信ネットワーク12001を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図12に示した例では、車両制御システム12000は、駆動系制御ユニット12010、ボディ系制御ユニット12020、車外情報検出ユニット12030、車内情報検出ユニット12040、及び統合制御ユニット12050を備える。また、統合制御ユニット12050の機能構成として、マイクロコンピュータ12051、音声画像出力部12052、及び車載ネットワークI/F(interface)12053が図示されている。
駆動系制御ユニット12010は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット12010は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット12020は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット12020は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット12020には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット12020は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット12030は、車両制御システム12000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット12030には、撮像部12031が接続される。車外情報検出ユニット12030は、撮像部12031に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット12030は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
撮像部12031は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部12031は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部12031が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
車内情報検出ユニット12040は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット12040には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部12041が接続される。運転者状態検出部12041は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット12040は、運転者状態検出部12041から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット12010に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット12020に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部12052は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図12の例では、出力装置として、オーディオスピーカ12061、表示部12062及びインストルメントパネル12063が例示されている。表示部12062は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図13は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。
図13では、車両12100は、撮像部12031として、撮像部12101,12102,12103,12104,12105を有する。
撮像部12101,12102,12103,12104,12105は、例えば、車両12100のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部12101及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として車両12100の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部12102,12103は、主として車両12100の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部12104は、主として車両12100の後方の画像を取得する。撮像部12101及び12105で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図13には、撮像部12101ないし12104の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲12111は、フロントノーズに設けられた撮像部12101の撮像範囲を示し、撮像範囲12112,12113は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部12102,12103の撮像範囲を示し、撮像範囲12114は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部12104の撮像範囲を示す。例えば、撮像部12101ないし12104で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両12100を上方から見た俯瞰画像が得られる。
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を基に、撮像範囲12111ないし12114内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両12100に対する相対速度)を求めることにより、特に車両12100の進行路上にある最も近い立体物で、車両12100と略同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ12051は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両12100の周辺の障害物を、車両12100のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ12051は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ12061や表示部12062を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット12010を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部12101ないし12104の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部12031に適用され得る。
なお、本技術は上述した実施形態に限られず、上述した実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も含まれる。また,本技術の技術的範囲は上述した実施形態に限定されず,特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
そして、本技術は、以下のような構成を取ることができる。
(1)
第1基板と第2基板の接合面に露出する絶縁層にそれぞれ電極を埋設する第1工程と、
前記第1基板と前記第2基板の接合面にそれぞれ化学機械研磨を行い、前記電極が前記絶縁層よりも凹んだ凹部に形成する第2工程と、
前記接合面の全体に一様厚みの絶縁膜を積層する第3工程と、
前記第1基板と前記第2基板の前記電極を覆う前記絶縁膜の少なくとも一部にそれぞれエッチングで開口を形成する第4工程と、
対応する電極を対向させて前記第1基板と前記第2基板の接合面を接合する第5工程と、
接合させた前記第1基板と前記第2基板を加熱して前記開口から電極材料を膨張突出させて対応する電極を接合させる第6工程と、
を含んで構成される、半導体装置の製造方法。
(2)
前記第4工程において、前記開口は、前記電極を覆う前記絶縁膜の複数個所に形成される、前記(1)に記載の半導体装置の製造方法。
(3)
前記第4工程において、前記開口は、前記電極を覆う前記絶縁膜の略全体に形成される、前記(1)に記載の半導体装置の製造方法。
(4)
前記第4工程においては、前記第1基板の前記電極を覆う前記絶縁膜の略全体に前記開口を形成し、前記第2基板の前記電極を覆う前記絶縁膜の一部範囲に前記開口を形成する、
前記(1)に記載の半導体装置の製造方法。
(5)
第1基板と第2基板の接合面に露出する絶縁層にそれぞれ電極を埋設する第7工程と、
前記第1基板と前記第2基板の接合面をそれぞれ化学機械研磨を行い、前記電極が前記絶縁層から突出した凸部に形成する第8工程と、
前記接合面に前記凸部と略同じ厚みで絶縁膜を積層する第9工程と
前記電極を覆う前記絶縁膜を全てエッチング除去する第10工程と、
対応する電極を対向させて前記第1基板と前記第2基板の接合面を接合する第11工程と、
を含んで構成される半導体装置の製造方法。
(6)
第1基板と、
前記第1基板に接合される第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板の各接合面における対向する位置にそれぞれ埋設され、前記第1基板と前記第2基板の少なくとも一方の電極表面が周囲の絶縁層よりも凹んだ凹部に形成された電極と、
前記第1基板と前記第2基板の各接合面に沿って一様厚みで積層され、前記電極を覆う部位の少なくとも一部に開口を有する絶縁膜と、
を備え、
前記開口の少なくとも一方から膨出した電極材料が他方の電極材料と接合している、半導体装置。
10x,10d,10u…絶縁層、20x,20d,20u…電極、20a,20d,20ua…バリアメタル膜、20b,20db,20ub…導電部、21x,21d,21u…膨出部、30x,30d,30u…配線、40x,40d,40u…絶縁膜、41x,41d,41u…開口、100…半導体装置、100d…第2基板、100u…第1基板、200…半導体装置、200x…基板、200d…第2基板、200u…第1基板、210x,210d,210u…絶縁層、220x,220d,220u…電極、220a,220da,220ua…バリアメタル膜、220b,220db,220ub…導電部、221…膨出部、230…配線、240x,240d,240u…絶縁膜、300…半導体装置、B…凸部、C…チャンバー、D…凹部、H,Hd,Hu…貫通孔、S,Sd,Su…接合面

Claims (6)

  1. 第1基板と第2基板の接合面に露出する絶縁層にそれぞれ電極を埋設する第1工程と、
    前記第1基板と前記第2基板の接合面にそれぞれ化学機械研磨を行い、前記電極が前記絶縁層よりも凹んだ凹部に形成する第2工程と、
    前記接合面の全体に一様厚みの絶縁膜を積層する第3工程と、
    前記第1基板と前記第2基板の前記電極を覆う前記絶縁膜の少なくとも一部にそれぞれエッチングで開口を形成する第4工程と、
    対応する電極を対向させて前記第1基板と前記第2基板の接合面を接合する第5工程と、
    接合させた前記第1基板と前記第2基板を加熱して前記開口から電極材料を膨張突出させて対応する電極を接合させる第6工程と、
    を含んで構成される、半導体装置の製造方法。
  2. 前記第4工程において、前記開口は、前記電極を覆う前記絶縁膜の複数個所に形成される、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記第4工程において、前記開口は、前記電極を覆う前記絶縁膜の略全体に形成される、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記第4工程においては、前記第1基板の前記電極を覆う前記絶縁膜の略全体に前記開口を形成し、前記第2基板の前記電極を覆う前記絶縁膜の一部範囲に前記開口を形成する、
    請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 第1基板と第2基板の接合面に露出する絶縁層にそれぞれ電極を埋設する第7工程と、
    前記第1基板と前記第2基板の接合面をそれぞれ化学機械研磨を行い、前記電極が前記絶縁層から突出した凸部に形成する第8工程と、
    前記接合面に前記凸部と略同じ厚みで絶縁膜を積層する第9工程と
    前記電極を覆う前記絶縁膜を全てエッチング除去する第10工程と、
    対応する電極を対向させて前記第1基板と前記第2基板の接合面を接合する第11工程と、
    を含んで構成される半導体装置の製造方法。
  6. 第1基板と、
    前記第1基板に接合される第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板の各接合面における対向する位置にそれぞれ埋設され、前記第1基板と前記第2基板の少なくとも一方の電極表面が周囲の絶縁層よりも凹んだ凹部に形成された電極と、
    前記第1基板と前記第2基板の各接合面に沿って一様厚みで積層され、前記電極を覆う部位の少なくとも一部に開口を有する絶縁膜と、
    を備え、
    前記開口の少なくとも一方から膨出した電極材料が他方の電極材料と接合している、半導体装置。
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