JP2019153675A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

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Hidenori Sato
英則 佐藤
康治 飯塚
Koji Iizuka
康治 飯塚
神野 健
Takeshi Kamino
健 神野
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Abstract

【課題】ハイブリッド接合された固体撮像装置において、接合面等からの水分の浸入を阻止する。【解決手段】固体撮像装置SEDでは、センサ基板SENの第1配線構造体FMLとロジック基板LGCの第2配線構造体SMLとが接合されている。第1配線構造体FMLと第2配線構造体SMLとの接合面BSでは、第1配線構造体FMLに形成された接合パッドSPDと、第2配線構造体SMLに形成された接合パッドLPDとが接合している。第1配線構造体FMLに形成された第1シールリングSLRの第8層部と、第2配線構造体SMLに形成された第2シールリングLLRの第8層部とが接合されている。【選択図】図2

Description

本発明は、固体撮像装置およびその製造方法に関し、たとえば、センサ基板とロジック基板とが接合された固体撮像装置に好適に利用できるものである。
固体撮像装置には、光を半導体基板の裏面から入射させる裏面照射型の固体撮像装置がある(特許文献1参照)。この種の固体撮像装置の一つに、センサ(光電変換部)が形成されたセンサ基板と、ロジック回路が形成されたロジック基板とを適用した固体撮像装置がある。この固体撮像装置では、まず、センサ基板とロジック基板とがそれぞれウェハの状態で形成される。
センサ基板の表面上には、光電変換部によって生成された画素信号を伝える配線構造が形成される。配線構造は、複数の配線層、配線層間を電気的に接続するヴィアおよび接合パッドを含む。ロジック基板の表面には、画素信号を信号処理回路へ伝える配線構造が形成される。配線構造は、複数の配線層、配線層間を電気的に接続するヴィアおよび接合パッドを含む。
次に、接着剤によってセンサ基板とロジック基板とが接合される(ウェハ接合)。その後、ウェハ状態で接合されたセンサ基板およびロジック基板をダイシングすることによって、個々の固体撮像装置として取り出される。接合パッド同士が接合されることで、光電変換部と信号処理回路部とが電気的に接続されて、画素信号が処理されることになる。
ダイシングによって取り出された個々の固体撮像装置のセンサ基板では、センサ等が形成されたデバイス領域へ水分が侵入するのを阻止するために、あらかじめシールリングが形成されている。シールリングは、配線構造をなす配線層およびヴィアをそれぞれ形成する工程と同時に形成される。シールリングは、配線層となる配線材とヴィアとなるヴィア材とが順次積層される態様で形成されることになる。ロジック基板についても、センサ基板と同様に、水分の浸入を阻止するために、配線層となる配線材とヴィアとなるヴィア材とが順次積層される態様で、シールリングがあらかじめ形成されることになる。
特開2011−114261号公報
上述した固体撮像装置では、センサ基板とロジック基板とがウェハ接合される。このとき、センサ基板のシールリングを含む配線構造と、ロジック基板のシールリングを含む配線構造とが接合される。このため、ウェハ接合された固体撮像装置では、接合面等からの水分の浸入を阻止することが求められている。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付の図面から明らかになるであろう。
一実施の形態に係る固体撮像装置は、第1基板とデバイス領域と第1シールリング領域と光電変換部と第1配線構造体と第2基板と回路領域と第2シールリング領域と信号処理回路部と第2配線構造体とを備えている。第1基板は、互いに対向する第1主面および第2主面を有する。デバイス領域は、第1基板の第1主面に規定されている。第1シールリング領域は、第1基板の第1主面に、画素領域を取り囲むように規定されている。光電変換部は、画素領域に形成され、入射する光を光電変換することにより画素信号を生成する。第1配線構造体は、第1基板の第1主面上に形成されており、平面視においてデバイス領域を取り囲むように第1シールリング領域に配置された第1シールリングを含む。第2基板は、互いに対向する第3主面および第4主面を有する。回路領域は、第2基板の第3主面に規定されている。第2シールリング領域は、第2基板の第3主面に、回路領域を取り囲むように規定されている。信号処理回路部は、回路領域に形成され、画素信号を処理する。第2配線構造体は、第2基板の第3主面上に形成されており、平面視において回路領域を取り囲むように第2シールリング領域に配置された第2シールリングを含む。第1シールリングと第2シールリングとが接合される態様で、第1配線構造体と第2配線構造体とが接合されている。
他の実施の形態に係る固体撮像装置は、第1基板とデバイス領域と第1シールリング領域と光電変換部と第1配線構造体と第2基板と回路領域と第2シールリング領域と信号処理回路部と第2配線構造体とを備えている。第1基板は、互いに対向する第1主面および第2主面を有する。デバイス領域は、第1基板の第1主面に規定されている。第1シールリング領域は、記第1基板の第1主面に、画素領域を取り囲むように規定されている。光電変換部は、画素領域に形成され、入射する光を光電変換することにより画素信号を生成する。第1配線構造体は、第1基板の第1主面上に形成されており、平面視においてデバイス領域内に配置された第1接合パッド、および、平面視においてデバイス領域を取り囲むように第1シールリング領域に配置された第1シールリングを含む。第2基板は、互いに対向する第3主面および第4主面を有する。回路領域は、第2基板の第3主面に規定されている。第2シールリング領域は、第2基板の第3主面に、回路領域を取り囲むように規定されている。信号処理回路部は、回路領域に形成され、画素信号を処理する。第2配線構造体は、第2基板の第3主面上に形成されており、平面視において回路領域内に配置された第2接合パッド、および、平面視において回路領域を取り囲むように第2シールリング領域に配置された第2シールリングを含む。第1接合パッドと第2接合パッドとが接合される態様で、第1配線構造体と第2配線構造体とが接合されている。第1配線構造体と第2配線構造体とが接合された接合面と、第1シールリングとは、第1接合パッドの厚さに相当する距離を隔てられている。接合面と第2シールリングとは、第2接合パッドの厚さに相当する距離を隔てられている。
さらに他の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法は、以下の工程を備えている。互いに対向する第1主面および第2主面を有する第1基板における第1主面に、画素領域を含むデバイス領域およびデバイス領域を取り囲む第1シールリング領域をそれぞれ規定する。第1基板における画素領域に、入射する光を光電変換することにより画素信号を生成する光電変換部を形成する。第1基板の第1主面上に、光電変換部と電気的に接続される第1配線構造を含む第1配線構造体を形成する。互いに対向する第3主面および第4主面を有する第2基板における第3主面に、回路領域および回路領域を取り囲む第2シールリング領域をそれぞれ規定する。回路領域に、画素信号を処理する信号処理回路部を形成する。第2基板の第3主面上に、信号処理回路部に電気的に接続される第2配線構造を含む第2配線構造体を形成する。第1配線構造体と第2配線構造体とを接合する。第1配線構造体を形成する工程は、第1配線構造を形成する工程と同時に、第1シールリング領域に第1シールリングを形成する工程を備えている。第2配線構造体を形成する工程は、第2配線構造を形成する工程と同時に、第2シールリング領域に第2シールリングを形成する工程を備えている。第1配線構造体と第2配線構造体とを接合する工程では、第1シールリングと第2シールリングとを互いに接合する態様で、第1配線構造体と第2配線構造体とが接合される。
一実施の形態に係る固体撮像装置によれば、接合面等からの水分の浸入を阻止することができる。
他の実施の形態に係る固体撮像装置によれば、接合面等からの水分の浸入を阻止することができる。
さらに他の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法によれば、接合面等からの水分の浸入を阻止することができる固体撮像装置を製造することができる。
各実施の形態に係る固体撮像装置の平面パターンの一例を示す部分平面図である。 実施の形態1に係る、図1に示す断面線II−IIにおける固体撮像装置の断面図である。 同実施の形態において、図1に示す点線枠A内の接合面における平面パターンの一例を示す部分拡大平面図である。 同実施の形態において、図3に示す断面線IV−IVにおける部分断面図である。 同実施の形態において、固体撮像装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図5に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図6に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図7に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図8に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図9に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図10に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図11に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図12に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図13に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図14に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図15に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図16に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図17に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図18に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図19に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図20に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図21に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図22に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図23に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図24に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図25に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図26に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図27に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、変形例に係る固体撮像装置の接合面におけるシールリングの平面パターンを示す部分拡大平面図である。 同実施の形態において、図29に示す断面線XXX−XXXにおける部分断面図である。 同実施の形態において、作用効果を説明するための第1の部分拡大断面図である。 同実施の形態において、作用効果を説明するための第2の部分拡大断面図である。 実施の形態2に係る固体撮像装置の、図1に示す点線枠A内の接合面における平面パターンの一例を示す部分拡大平面図である。 同実施の形態において、図33に示す断面線XXXIV−XXXIVにおける部分断面図である。 実施の形態3に係る固体撮像装置の、図1に示す点線枠A内の接合面における平面パターンの一例を示す部分拡大平面図である。 同実施の形態において、図35に示す断面線XXXVI−XXXVIにおける部分断面図である。 同実施の形態において、固体撮像装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図37に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図38に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図39に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図40に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図41に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図42に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図43に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、変形例に係る固体撮像装置の接合面におけるシールリングの平面パターンを示す部分拡大平面図である。 同実施の形態において、図45に示す断面線XLVI−XLVIにおける部分断面図である。 実施の形態4に係る固体撮像装置の、図1に示す点線枠A内の接合面における平面パターンの一例を示す部分拡大平面図である。 同実施の形態において、図47に示す断面線XLVIII−XLVIIIにおける部分断面図である。
実施の形態1
実施の形態1に係る固体撮像装置の一例について説明する。ここでは、説明の便宜上、ウェハ状態の固体撮像装置について説明する。
図1、図2および図3に示すように、第1半導体基板FSBの表面(第1主面)側には、素子分離絶縁膜EIによって、デバイス領域DRE、第1シールリング領域SRRおよびダイシング領域DIRがそれぞれ規定されている。デバイス領域DRE内には、センサ領域SREと周辺回路領域PCRとが規定されている。センサ領域SRE内にフォトダイオードPD(光電変換部)が形成されている。
さらに、第1半導体基板FSBの表面(第1主面)上には、フォトダイオードPDによって生成された画素信号を伝える第1配線構造体FMLが形成されている。第1配線構造体FMLは、複数の配線層、配線層間を電気的に接続するヴィア、接合パッドSPDおよび第1シールリングSLRを含む。接合パッドSPDのサイズ(X方向)は、サイズW1に設定されている。接合パッドSPDのピッチ(X方向)は、ピッチP1に設定されている。第1半導体基板FSBと第1配線構造体FMLとによって、センサ基板SENが構成される。
第2半導体基板SSBの表面(第3主面)側には、素子分離絶縁膜EIによって、回路領域CCR、第2シールリング領域LRRおよびダイシング領域DIRがそれぞれ規定されている。回路領域CCRには、ゲート電極GELおよびソース・ドレイン拡散層SDRを含むMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ等が形成されている。MOSトランジスタ等によって、画素信号を処理する信号処理回路が形成されている。
さらに、第2半導体基板SSBの表面(第3主面)上には、画素信号を信号処理回路へ伝える第2配線構造体SMLが形成されている。第2配線構造体SMLは、複数の配線層、配線層間を電気的に接続するヴィアおよび接合パッドLPDを含む。接合パッドLPDのサイズ(X方向)は、サイズW1に設定されている。接合パッドLPDのピッチ(X方向)は、ピッチP1に設定されている。第2半導体基板SSBと第2配線構造体SMLとによって、ロジック基板LGCが構成される。
次に、シールリングについて説明する。図1および図2に示すように、第1シールリングSLRは、センサ基板SENの第1シールリング領域SRRに形成されている。第1シールリングSLRは、平面視的にデバイス領域DREを連続的に取り囲むように形成されている。第1シールリングSLRは、たとえば、第1シールリング第1部SFR、第1シールリング第2部SSRおよび第1シールリング第3部STRを含む。
第1シールリング第2部SSRは、第1シールリング第1部SFRとは間隔を隔てて第1シールリング第1部SFRを取り囲むように配置されている。第1シールリング第3部STRは、第1シールリング第2部SSRとは間隔を隔てて第1シールリング第2部SSRを取り囲むように配置されている。第1シールリング第1部SFR、第1シールリング第2部SSRおよび第1シールリング第3部STRのそれぞれの幅は、幅W2に設定されている。第1シールリングSLRの間隔は、間隔P2に設定されている。
第2シールリングLLRは、ロジック基板LGCの第2シールリング領域LRRに形成されている。第2シールリングLLRは、平面視的に回路領域CCRを連続的に取り囲むように形成されている。第2シールリングLLRは、たとえば、第2シールリング第1部LFR、第2シールリング第2部LSRおよび第2シールリング第3部LTRを含む。
第2シールリング第2部LSRは、第2シールリング第1部LFRとは間隔を隔てて第2シールリング第1部LFRを取り囲むように配置されている。第2シールリング第3部LTRは、第2シールリング第2部LSRとは間隔を隔てて第2シールリング第2部LSRを取り囲むように配置されている。第2シールリング第1部LFR、第2シールリング第2部LSRおよび第2シールリング第3部LTRのそれぞれの幅は、幅W2に設定されている。第2シールリングLLRの間隔は、間隔P2に設定されている。
接合パッドSPD(接合パッドLPD)のサイズW1は、たとえば、第1シールリングSLR(第2シールリングLLR)の幅W2以上の値に設定されている(サイズW1≧幅W2)。また、第1シールリングSLR(第2シールリングLLR)の間隔P2は、たとえば、接合パッドSPD(接合パッドLPD)のピッチP1以上の値に設定されている(間隔P2≧ピッチP1)。
さらに、図4に示すように、第1シールリング第1部SFR、第1シールリング第2部SSRおよび第1シールリング第3部STRのそれぞれは、第1層部SS1、第2層部SS2、第3層部SS3、第4層部SS4、第5層部SS5、第6層部SS6、第7層部SS7および第8層部SS8によって形成されている。後述するように、第1層部SS1〜第8層部SS8は、第1配線構造体FMLを形成する際に、配線層またはヴィアを形成する工程と同時に形成されることになる。
第2シールリング第1部LFR、第2シールリング第2部LSRおよび第2シールリング第3部LTRのそれぞれは、第1層部LS1、第2層部LS2、第3層部LS3、第4層部LS4、第5層部LS5、第6層部LS6、第7層部LS7および第8層部LS8によって形成されている。後述するように、第1層部LS1〜第8層部LS8は、第2配線構造体SMLを形成する際に、配線層またはヴィアを形成する工程と同時に形成されることになる。
固体撮像装置SEDでは、センサ基板SENとロジック基板LGCとが接合されている。センサ基板SENとロジック基板LGCとの接合面BSでは、センサ基板SENの接合パッドSPDとロジック基板LGCの接合パッドLPDとが接合している。接合パッドSPDと接合パッドLPDとが接合されることで、フォトダイオードPDと信号処理回路部とが電気的に接続されて、画素信号が処理されることになる。
また、接合面BSでは、第1シールリングSLRの第8層部SS8と第2シールリングLLRの第8層部LS8とが接合されている。第8層部SS8と第8層部LS8とが接合されることで、水分の浸入を阻止することができる。少なくとも接合パッドSPD、LPDおよび第8層部SS8、LS8以外の部分では、絶縁膜(層間絶縁膜)同士が接合している。接合パッド等と絶縁膜とを一括して接合する手法は、ハイブリッド接合と呼ばれている。ウェハ状態の固体撮像装置SEDは上記のように構成される。
次に、上述した固体撮像装置の製造方法の一例について説明する。まず、センサ基板の製造方法について説明する。図5に示すように、互いに対向する第1主面FH1および第2主面FH2を有する第1半導体基板FSBを用意する。次に、第1半導体基板FSBの第1主面FH1側に素子分離絶縁膜E1を形成することによって、デバイス領域DRE、第1シールリング領域SRRおよびダイシング領域DIRをそれぞれ規定する。
次に、図6に示すように、たとえば、熱酸化法によって、第1半導体基板FSBの第1主面FHにゲート絶縁膜GIFが形成される。次に、そのゲート絶縁膜GIFを覆うように、たとえば、ポリシリコン膜(図示せず)が形成される。次に、ポリシリコン膜に写真製版処理およびエッチング処理を行うことによって、ゲート電極TGE等が形成される。次に、図7に示すように、所定の写真製版処理とイオン注入処理を行うことによって、n型NRとp型領域PRとを含むフォトダイオードPDが形成される。
次に、図8に示すように、ゲート電極TGEの側壁面等を覆うように、サイドウォール絶縁膜SWFが形成される。次に、ゲート電極TGEおよびサイドウォール絶縁膜SWF等を注入マスクとして、イオン注入処理を行うことにより、フローティングディフュージョンを含むソース・ドレイン拡散層FDRが形成される。これにより、ゲート電極TGEとフローティングディフュージョンとを有する転送トランジスタを含む所定のトランジスタが形成されることになる。
次に、図9に示すように、フォトダイオードPDおよび転送トランジスタ等を覆うように、第1層間絶縁膜SI1が形成される。次に、その第1層間絶縁膜SI1に所定の写真製版処理およびエッチング処理を行うことにより、デバイス領域DREにはコンタクトホール(図示せず)が形成される。第1シールリング領域SRRには、デバイス領域DREを取り囲むようにシールリング開口部(図示せず)が形成される。
次に、コンタクトホールおよびシールリング開口部を埋め込む態様で、第1層間絶縁膜SI1を覆うように、導電膜(図示せず)が形成される。次に、導電膜にエッチング処理等を行うことにより、第1層間絶縁膜SI1の上面上に位置する導電膜の部分が除去される。デバイス領域DREには、コンタクトホール内に残された導電膜の部分によって、コンタクトヴィアSCVが形成される。第1シールリング領域SRRには、シールリング開口部内に残された導電膜の部分によって、シールリングの第1層部SS1が形成される。
次に、図10に示すように、第1層間絶縁膜SI1を覆うように、第2層間絶縁膜SI2が形成される。次に、たとえば、ダマシン法によって、デバイス領域DREには、たとえば、銅膜を含む金属材料によって第1金属配線SM1が形成される。第1シールリング領域SRRには、銅膜を含む金属材料によって、シールリングの第2層部SS2が形成される。第2層部SS2は、第1層部SS1に繋がっている。
次に、図11に示すように、第2層間絶縁膜SI2を覆うように、第3層間絶縁膜SI3が形成される。次に、たとえば、ダマシン法によって、デバイス領域DREには、第1ヴィアSV1および第2金属配線SM2が形成される。第1シールリング領域SRRには、シールリングの第3層部SS3および第4層部SS4が形成される。第3層部SS3は、第2層部SS2に繋がっている。第4層部SS4は、第3層部SS3に繋がっている。
次に、第3層間絶縁膜SI3を覆うように、第4層間絶縁膜SI4が形成される。次に、たとえば、ダマシン法によって、デバイス領域DREには、第2ヴィアSV2および第3金属配線SM3が形成される。第1シールリング領域SRRには、シールリングの第5層部SS5および第6層部SS6が形成される。第5層部SS5は、第4層部SS4に繋がっている。第6層部SS6は、第5層部SS5に繋がっている。
次に、図12に示すように、第4層間絶縁膜SI4を覆うように第5層間絶縁膜SI5が形成される。次に、たとえば、ダマシン法によって、接合パッド用ヴィアSPVと接合パッドSPDとが形成される(図15参照)。まず、所定の写真製版処理およびエッチング処理を行うことにより、デバイス領域DREには、パッド用ヴィアホールSVHが形成される。第1シールリング領域SRRには、シールリング開口部SVGが形成される。次に、図13に示すように、所定の写真製版処理およびエッチング処理を行うことにより、デバイス領域DREには、パッド用開口部SPHが形成される。シールリング領域には、シールリング開口部SPGが形成される。シールリング開口部SPGの幅はシールリング開口部SVGの幅よりも広い。
次に、図14に示すように、パッド用ヴィアホールSVH、パッド用開口部SPH、シールリング開口部SVGおよびシールリング開口部SPGを埋め込む態様で、第5層間絶縁膜SI5を覆うように、銅膜を含む金属膜CUFが形成される。次に、図15に示すように、化学的機械研磨処理を行うことにより、パッド用ヴィアホールSVH、パッド用開口部SPH、シールリング開口部SVGおよびシールリング開口部SPGのそれぞれに位置する金属膜CUFの部分を残して、第5層間絶縁膜SI5の上面上に位置する金属膜CUFの部分が除去される。
パッド用ヴィアホールSVH内に残された金属膜CUFの部分によって、接合パッド用ヴィアSPVが形成される。パッド用開口部SPH内に残された金属膜CUFの部分によって、接合パッドSPDが形成される。シールリング開口部SVG内に残された金属膜CUFの部分によって、シールリングの第7層部SS7が形成される。シールリング開口部SPG内に残された金属膜CUFの部分によって、シールリングの第8層部SS8が形成される。第8層部SS8は、第7層部SS7に繋がっている。
こうして、第1配線構造体FMLを含むセンサ基板の主要部分が形成される。第1シールリング領域SRRに位置する第1配線構造体FMLの部分には、平面視的にデバイス領域DREを連続的に取り囲むように、第1シールリングSLRが形成されている。第1シールリングSLRは、第1シールリング第1部SFR、第1シールリング第2部SSRおよび第1シールリング第3部STRから構成される。第1シールリング第1部SFR、第1シールリング第2部SSRおよび第1シールリング第3部STRのそれぞれでは、第1層部SS1〜第8層部SS8が互いに繋がっている。
また、デバイス領域DREに位置する第1配線構造体FMLの部分には、コンタクトヴィアSCV、第1金属配線SM1、第1ヴィアSV1、第2金属配線SM2、第2ヴィアSV2、第3金属配線SM3、接合パッド用ヴィアSPVおよび接合パッドSPDが形成されている。
次に、ロジック基板の製造方法について説明する。図16に示すように、互いに対向する第1主面SH1および第2主面SH2を有する第2半導体基板SSBを用意する。次に、第2半導体基板SSBの第1主面SH1側に素子分離絶縁膜E1を形成することによって、回路領域CCR、第2シールリング領域LRRおよびダイシング領域DIRをそれぞれ規定する。次に、図17に示すように、たとえば、熱酸化法によって、第2半導体基板SSBの第1主面SH1にゲート絶縁膜GIFが形成される。次に、そのゲート絶縁膜GIFを覆うように、たとえば、ポリシリコン膜(図示せず)が形成される。
次に、ポリシリコン膜に写真製版処理およびエッチング処理を行うことによって、ゲート電極GEL等が形成される。ゲート電極GELの側壁面等を覆うように、サイドウォール絶縁膜SWFが形成される。次に、ゲート電極GELおよびサイドウォール絶縁膜SWF等を注入マスクとして、イオン注入処理を行うことにより、ソース・ドレイン拡散層SDRが形成される。これにより、ゲート電極GELおよびソース・ドレイン拡散層SDRを有する所定のトランジスタが形成されることになる。
次に、図18に示すように、トランジスタ等を覆うように、第1層間絶縁膜LI1が形成される。次に、その第1層間絶縁膜LI1に所定の写真製版処理およびエッチング処理を行うことにより、回路領域CCRにはコンタクトホール(図示せず)が形成される。第2シールリング領域LRRには、回路領域CCRを取り囲むようにシールリング開口部(図示せず)が形成される。
次に、コンタクトホールおよびシールリング開口部を埋め込む態様で、第1層間絶縁膜LI1を覆うように、導電膜(図示せず)が形成される。次に、導電膜にエッチング処理等を行うことにより、第1層間絶縁膜LI1の上面上に位置する導電膜の部分が除去される。回路領域CCRには、コンタクトホール内に残された導電膜の部分によって、コンタクトヴィアLCVが形成される。第2シールリング領域LRRには、シールリング開口部内に残された導電膜の部分によって、シールリングの第1層部LS1が形成される。
次に、図19に示すように、第1層間絶縁膜LI1を覆うように、第2層間絶縁膜LI2が形成される。次に、たとえば、ダマシン法によって、回路領域CCRには、たとえば、銅膜を含む金属材料によって第1金属配線LM1が形成される。第1シールリング領域SRRには、銅膜を含む金属材料によって、シールリングの第2層部LS2が形成される。第2層部LS2は、第1層部LS1に繋がっている。
次に、図20に示すように、第2層間絶縁膜LI2を覆うように、第3層間絶縁膜LI3が形成される。次に、たとえば、ダマシン法によって、回路領域CCRには、第1ヴィアLV1および第2金属配線LM2が形成される。第2シールリング領域LRRには、シールリングの第3層部LS3および第4層部LS4が形成される。第3層部LS3は、第2層部LS2に繋がっている。第4層部LS4は、第3層部LS3に繋がっている。
次に、第3層間絶縁膜LI3を覆うように、第4層間絶縁膜LI4が形成される。次に、たとえば、ダマシン法によって、回路領域CCRには、第2ヴィアLV2および第3金属配線LM3が形成される。第2シールリング領域LRRには、シールリングの第5層部LS5および第6層部LS6が形成される。第5層部LS5は、第4層部LS4に繋がっている。第6層部LS6は、第5層部LS5に繋がっている。
次に、図21に示すように、第4層間絶縁膜LI4を覆うように第5層間絶縁膜LI5が形成される。次に、たとえば、ダマシン法によって、接合パッド用ヴィアLPVと接合パッドLPDとが形成される(図24参照)。まず、所定の写真製版処理およびエッチング処理を行うことにより、回路領域CCRには、パッド用ヴィアホールLVHが形成される。第2シールリング領域LRRには、シールリング開口部LVGが形成される。次に、図22に示すように、所定の写真製版処理およびエッチング処理を行うことにより、回路領域CCRには、パッド用開口部LPHが形成される。シールリング領域には、シールリング開口部LPGが形成される。シールリング開口部LPGの幅はシールリング開口部LVGの幅よりも広い。
次に、図23に示すように、パッド用ヴィアホールLVH、パッド用開口部LPH、シールリング開口部LVGおよびシールリング開口部LPGを埋め込む態様で、第5層間絶縁膜LI5を覆うように、銅膜を含む金属膜CUFが形成される。次に、図24に示すように、化学的機械研磨処理を行うことにより、パッド用ヴィアホールLVH、パッド用開口部LPH、シールリング開口部LVGおよびシールリング開口部LPGのそれぞれに位置する金属膜CUFの部分を残して、第5層間絶縁膜LI5の上面上に位置する金属膜CUFの部分が除去される。
パッド用ヴィアホールLVH内に残された金属膜CUFの部分によって、接合パッド用ヴィアLPVが形成される。パッド用開口部LPH内に残された金属膜CUFの部分によって、接合パッドLPDが形成される。シールリング開口部LVG内に残された金属膜CUFの部分によって、シールリングの第7層部LS7が形成される。シールリング開口部LPG内に残された金属膜CUFの部分によって、シールリングの第8層部LS8が形成される。第8層部LS8は、第7層部LS7に繋がっている。
こうして、第2配線構造体SMLを含むロジック基板の主要部分が形成される。第2シールリング領域LRRに位置する第2配線構造体SMLの部分には、平面視的に回路領域CCRを連続的に取り囲むように、第2シールリングLLRが形成されている。第2シールリングLLRは、第2シールリング第1部LFR、第2シールリング第2部LSRおよび第2シールリング第3部LTRから構成される。第2シールリング第1部LFR、第2シールリング第2部LSRおよび第2シールリング第3部LTRのそれぞれでは、第1層部LS1〜第8層部LS8が互いに繋がっている。
また、回路領域CCRに位置する第2配線構造体SMLの部分には、コンタクトヴィアLCV、第1金属配線LM1、第1ヴィアLV1、第2金属配線LM2、第2ヴィアLV2、第3金属配線LM3、接合パッド用ヴィアLPVおよび接合パッドLPDが形成されている。
次に、センサ基板とロジック基板とが接合される。センサ基板において、接合パッドSPDおよび第1シールリングSLRの第8層部SS8のそれぞれが露出している第1配線構造体FMLの表面に、平坦化処理またはプラズマ処理等の前処理が行われる。また、ロジック基板において、接合パッドLPDおよび第2シールリングLLRの第8層部LS8のそれぞれが露出している第2配線構造体SMLの表面に、平坦化処理またはプラズマ処理等の前処理が行われる。
次に、図25に示すように、前処理が行われたセンサ基板SENの第1配線構造体FMLの表面と、ロジック基板LGCの第2配線構造体SMLの表面とを重ね合わせる。このとき、接合パッドSPDと接合パッドLPDとが重ね合わされる。第8層部SS8(図15参照)と第8層部LS8(図24参照)とが重ね合わされる。その状態で、たとえば、400℃以下の温度条件のもとで熱処理を行うことによって、センサ基板SENとロジック基板LGCとが接合される。
次に、図26に示すように、第1半導体基板FSBの第2主面FH2(図5参照)を研削等することによって、第1半導体基板FSBの厚さを薄くする。次に、図27に示すように、第1半導体基板FSBの表面を覆うように、たとえば、シリコン酸化膜SOFとシリコン窒化膜SNFとが形成される。次に、シリコン窒化膜SNFの表面を覆うように、たとえば、タングステン膜等の金属膜を形成し、その金属膜にエッチング処理を行うことによって、メタルグリッドMGDが形成される。
次に、図28に示すように、第1半導体基板FSBにおけるセンサ領域SREに、カラーフィルターCFLとマイクロレンズMLEが形成される。また、第1半導体基板FSBにおける所定の領域に、ボンディングパッド(図示せず)が形成される。これにより、固体撮像装置の主要部分が形成される。その後、ダイシング領域DIRをダイシングすることによって、固体撮像装置がチップとして取り出される。
上述した固体撮像装置では、デバイス領域DREに位置する第1配線構造体FMLの部分に、コンタクトヴィアSCV〜接合パッドSPDが形成されている。回路領域CCRに位置する第2配線構造体SMLの部分に、コンタクトヴィアLCV〜接合パッドLPDが形成されている。
そのデバイス領域DREに対して、第1シールリング領域SRRに位置する第1配線構造体FMLの部分には、平面視的にデバイス領域DREを連続的に取り囲むように、第1シールリングSLRが形成されている。第1シールリングSLRは、積層された第1層部SS1〜第8層部SS8から形成されている。
回路領域CCRに対して、第2シールリング領域LRRに位置する第2配線構造体SMLの部分には、平面視的に回路領域CCRを連続的に取り囲むように、第2シールリングLLRが形成されている。第2シールリングLLRは、積層された第1層部LS1〜第8層部LS8から形成されている。
固体撮像装置では、第1配線構造体FMLと第2配線構造体SMLとは、接合パッドSPDと接合パッドLPDとを互いに接合させるとともに、第8層部SS8と第8層部LS8とを互いに接合させる態様で、ハイブリッド接合されている。特に、第1シールリングSLRと第2シールリングLLRとは、第1シールリング領域SRR、LRRの全周にわたって連続的に金属接合されることになる。
これにより、たとえば、一方の半導体基板に形成されたシールリングと他方の半導体基板に形成されたシールリングとの間に、膜厚が管理されていない絶縁膜を介在させて接合された比較例に係る固体撮像装置(たとえば、特許文献1)と比較すると、デバイス領域DREおよび回路領域CCR内に水分が侵入するのを確実に阻止することができる。また、ダイシング領域DIRをダイシングする際に、クラックが仮に発生したとしても、そのクラックが、デバイス領域DREおよび回路領域CCR内に進行するのを確実に阻止することができる。
さらに、第1シールリングSLRは、コンタクトヴィアSCV〜接合パッドSPDをそれぞれ形成する工程と同時に形成される第1層部SS1〜第8層部SS8を順次積層することによって形成される。第2シールリングLLRは、コンタクトヴィアLCV〜接合パッドLPDをそれぞれ形成する工程と同時に形成される第1層部LS1〜第8層部LS8を順次積層することによって形成される。これにより、付加的な工程を追加することなく、第1シールリングSLRおよび第2シールリングLLRをそれぞれ形成することができる。
第1シールリングSLRおよび第2シールリングLLRを精度よく形成するには、第1シールリングSLR(第2シールリングLLR)の幅W2は、接合パッドSPD(接合パッドLPD)のサイズW1を超えないように設定されていることが望ましい(サイズW1≧幅W2)。また、第1シールリングSLR(第2シールリングLLR)の間隔P2は、接合パッドSPD(接合パッドLPD)のピッチP1以上の値に設定されていることが望ましい(間隔P2≧ピッチP1)。
(変形例)
上述した固体撮像装置では、第1シールリングSLR(第2シールリングLLR)を構成する3つの第1シールリング第1部SFR、第1シールリング第2部SSRおよび第1シールリング第3部STR(第2シールリング第1部LFR、第2シールリング第2部LSRおよび第2シールリング第3部LTR)では、接合面に位置する第8層部SS8(第8層部LS8)の幅が、同じ幅に設定されている場合を例に挙げて説明した。ここでは、その変形例について説明する。
図29および図30に示すように、変形例に係る固体撮像装置では、第1シールリング第2部SSR(第2シールリング第2部LSR)の第8層部SS8(第8層部LS8)の幅W3は、第1シールリング第1部SFR(第2シールリング第1部LFR)の第8層部SS8(第8層部LS8)の幅W2、および、第1シールリング第3部STR(第2シールリング第3部LTR)の第8層部SS8(第8層部LS8)の幅W2よりも短く設定されている。これにより、センサ基板(第1配線構造体)とロジック基板(第2配線構造体)との接合をより強固にすることができる。これについて説明する。
上述したように、第1シールリングSLRは、ダマシン法によって、コンタクトヴィアSCV〜接合パッドSPDをそれぞれ形成する工程と同時に形成される第1層部SS1〜第8層部SS8を順次積層することによって形成される。ダマシン法では、銅膜を含む金属膜のパターンが密集する、金属膜のパターンの密度(単位面積に対する金属膜のパターンが占める割合)が高い領域を形成する際に、化学的機械研磨処理によってディッシングが起こることが想定される。固体撮像装置の製造においては、デバイス領域DRE(回路領域CCR)に形成される金属配線等の金属膜のパターンの密度を考慮して、ディッシングが発生しないように、化学的機械研磨処理の条件が設定される。
第1シールリング領域SRRでは、第1シールリングSLRはストライプ状に連続的に形成されるため、接合パッドSPDが互いに間隔を隔てて形成されるデバイス領域DREと比べて、金属膜のパターンの密度は高くなる(図2参照)。このため、第1シールリング領域SRRでは、ディッシングが発生するおそれが高くなる。ディッシングが発生すると、金属膜のパターンが密集する領域の中央部分では、周囲の部分に比べて研磨がより速く進み、中央部分の表面の位置が周囲の部分の表面の位置よりも低くなる。
ここで、第1シールリングSLRのうち、接合面に位置することになる第8層部SS8を形成する際に、ディッシングが発生する場合を想定する。この場合には、図31に示すように、3つのシールリングのうち、中央に位置する第1シールリング第2部の第8層部SS8の表面の位置が、第1シールリング第1部の第8層部SS8の表面および第1シールリング第3部の第8層部SS8の表面の位置よりも低くなってしまうことが想定される。なお、図31では、説明の便宜上、ディッシングが誇張して示されている。第2シールリングLLRについても同様である。
このようなディシングが発生した状態で、センサ基板とロジック基板とを接合させようとすると、接合面にディッシングによる隙間が生じることになり、センサ基板とロジック基板との接合力として、所望の接合力が得られなくなることが想定される。
そこで、図29に示すように、3つの第1シールリングSLRのうち、中央に位置する第1シールリング第2部SSRの第8層部SS8の幅W3を、それぞれ端に位置する第1シールリング第1部SFRおよび第1シールリング第3部STRのそれぞれの第8層部SS8の幅W2よりも短く設定する。
このような寸法関係を設定することで、金属膜のパターンが密集する領域の中央部分では、金属膜のパターンの密度が低減されることになる。これにより、図32に示すように、第8層部SS8を形成する際に、ディッシングの発生が抑制されて、中央に位置する第1シールリング第2部LSRの第8層部SS8の表面の位置は、第1シールリング第1部LFRおよび第1シールリング第3部LTRのそれぞれの第8層部SS8の表面の位置とほぼ同じ位置になる。第2シールリングLLRについても同様である。ディシングが抑制されることで、隙間を生じさせることなくセンサ基板SENとロジック基板LGCとを接合することができ、センサ基板SENとロジック基板LGCとの所望の接合力を得ることができる。
実施の形態2
実施の形態2に係る固体撮像装置の一例について説明する。図33および図34に示すように、デバイス領域DRE(回路領域CCR)では、接合パッドSPD(接合パッドLPD)のサイズ(X方向)は、サイズW1に設定されている。接合パッドSPD(接合パッドLPDの)のピッチ(X方向)は、ピッチP1に設定されている。
第1シールリング領域SRRでは、第1シールリング第1部SFR、第1シールリング第2部SSRおよび第1シールリング第3部STRのそれぞれは、第1層部SS1、第2層部SS2、第3層部SS3、第4層部SS4、第5層部SS5、第6層部SS6、第7層部SS7および第8層部SS8によって形成されている。第8層部SS8は、幅W4(X方向)を有して壁状に延在する壁状部SS8Aと、幅W5(X方向)を有するパッド状部SS8Bとを含む。
第2シールリング領域LRRでは、第2シールリング第1部LFR、第2シールリング第2部LSRおよび第2シールリング第3部LTRのそれぞれは、第1層部LS1、第2層部LS2、第3層部LS3、第4層部LS4、第5層部LS5、第6層部LS6、第7層部LS7および第8層部LS8によって形成されている。第8層部LS8は、幅W4(X方向)を有して壁状に延在する壁状部LS8Aと、幅W5(X方向)を有するパッド状部LS8Bとを含む。
パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)の幅W5は、壁状部SS8A(壁状部LS8A)の幅W4よりも大きく設定されている。パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)の幅W5は、接合パッドSPD(接合パッドLPD)のサイズW1(X方向)を超えないように設定されている。パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)とパッド状部SS8B(パッド状部LS8B)との一方向(X軸方向)のピッチは、ピッチP3に設定されている。ピッチP3は、ピッチP1以上に設定されている。パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)の形状は、接合パッドSPD(接合パッドLPD)の形状の相似形であってもよい。
また、第1シールリングSLR(第2シールリングLLR)が延在する方向と交差する方向には、必ずパッド状部SS8B(パッド状部LS8B)の部分が位置するように、パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)が配置されている。たとえば、図33に示す配置関係では、X軸に平行な線分であれば、いずれの線分も、パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)の部分に架かるように、パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)が配置されている。
デバイス領域DREおよび回路領域CCRに位置する接合面BSでは、接合パッドSPDと接合パッドLPDとが接合されている(図2参照)。第1シールリング領域SRRおよび第2シールリング領域LRRに位置する接合面BSでは、パッド状部SS8Bとパッド状部LS8Bとが接合されている。壁状部SS8Aと壁状部LS8Aとが接合されている。なお、これ以外の構成については、図2等に示す固体撮像装置の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合除きその説明を繰り返さないこととする。
上述した固体撮像装置では、パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)の幅W5は、壁状部SS8A(壁状部LS8A)の幅W4よりも大きく、接合パッドSPDのサイズW1(X方向)を超えないように設定されている(幅W4≦幅W5≦サイズW1)。また、壁状部SS8A(壁状部LS8A)の幅W4は、幅W2(図3参照)よりも短く設定されている。
さらに、パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)とパッド状部SS8B(パッド状部LS8B)との一方向(X軸方向)のピッチP3は、接合パッドSPD(接合パッドLPD)と接合パッドSPD(接合パッドLPD)との一方向(X軸方向)のピッチP1と同じか、ピッチP1よりも長く設定されている(ピッチP3≧ピッチP1)。
このため、第1シールリング領域SRR(第2シールリング領域LRR)における金属膜のパターンの密度は、デバイス領域DRE(回路領域CCR)における金属膜のパターンの密度により近づくことになる。これにより、接合面に位置することになる第8層部SS8(LS8)を化学的機械研磨処理によって形成する際に、ディッシングの発生を確実に抑えることができる。その結果、第1シールリング領域SRR(第2シールリング領域LRR)に位置する接合面に隙間を生じさせることなく、センサ基板SENとロジック基板LGCとを確実に接合させて、水分の浸入を阻止することができる。
また、第1シールリングSLR(第2シールリングLLR)が延在する方向と交差する方向には、必ずパッド状部SS8B(パッド状部LS8B)の部分が位置することで、ダイシング領域DIRをダイシングする際に、クラックが発生したとしても、そのクラックが、デバイス領域DREおよび回路領域CCRへ進行するのを阻止することができる。
実施の形態3
実施の形態3に係る固体撮像装置の一例について説明する。図35および図36に示すように、デバイス領域DRE(回路領域CCR)では、接合パッドSPD(接合パッドLPD)のサイズ(X方向)は、サイズW1に設定されている。接合パッドSPD(接合パッドLPDの)のピッチ(X方向)は、ピッチP1に設定されている。
第1シールリング領域SRRでは、第1シールリング第1部SFR、第1シールリング第2部SSRおよび第1シールリング第3部STRのそれぞれは、第1層部SS1、第2層部SS2、第3層部SS3、第4層部SS4、第5層部SS5、第6層部SS6、第7層部SS7および第8層部SS8によって形成されている。第8層部SS8は、幅W6(X方向)を有するパッド状部SS8Bである。
第2シールリング領域LRRでは、第2シールリング第1部LFR、第2シールリング第2部LSRおよび第2シールリング第3部LTRのそれぞれは、第1層部LS1、第2層部LS2、第3層部LS3、第4層部LS4、第5層部LS5、第6層部LS6、第7層部LS7および第8層部LS8によって形成されている。第8層部LS8は、幅W6(X方向)を有するパッド状部LS8Bである。
パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)の幅W6は、接合パッドSPDのサイズW1(X方向)を超えないように設定されている。パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)とパッド状部SS8B(パッド状部LS8B)との一方向(X軸方向)のピッチは、ピッチP4に設定されている。ピッチP4は、ピッチP1以上に設定されている。
また、第1シールリングSLR(第2シールリングLLR)が延在する方向と交差する方向には、必ずパッド状部SS8B(パッド状部LS8B)の部分が位置するように、パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)が配置されている。たとえば、図35に示す配置関係では、X軸に平行な線分であれば、いずれの線分も、パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)の部分に架かるように、パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)が配置されている。
デバイス領域DREおよび回路領域CCRに位置する接合面BSでは、接合パッドSPDと接合パッドLPDとが接合されている(図2参照)。第1シールリング領域SRRおよび第2シールリング領域LRRに位置する接合面BSでは、パッド状部SS8Bとパッド状部LS8Bとが接合されている。なお、これ以外の構成については、図2等に示す固体撮像装置の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合除きその説明を繰り返さないこととする。
前述した固体撮像装置では、接合面BSに位置することになる第8層部SS8(第8層部LS8)は、デュアルダマシン法によって形成されるのに対して、上述した固体撮像装置では、第8層部SS8(第8層部LS8)は、シングルダマシン法によって形成される。その製造方法の一例について説明する。
まず、センサ基板の製造方法について説明する。図5〜図11に示す工程と同様の工程を経た後、図37に示すように、第4層間絶縁膜SI4を覆うように、第5層間絶縁膜第1部SI5Aが形成される。次に、シングルダマシン法によって、デバイス領域DREでは、接合パッド用ヴィアSPVが形成される。第1シールリング領域SRRでは、シールリングの第7層部SS7が形成される。
次に、図38に示すように、第5層間絶縁膜第1部SI5Aを覆うように、第5層間絶縁膜第2部SI5Bが形成される。次に、図39に示すように、シングルダマシン法によって、デバイス領域DREでは、パッド開口部SPH内に接合パッドSPDが形成される。第1シールリング領域SRRでは、シールリング開口部SPG内にシールリングの第8層部SS8として、パッド状部SS8Bが形成される。
次に、ロジック基板の製造方法について説明する。図16〜図20に示す工程と同様の工程を経た後、図40に示すように、第4層間絶縁膜LI4を覆うように、第5層間絶縁膜第1部LI5Aが形成される。次に、シングルダマシン法によって、回路領域CCRでは、接合パッド用ヴィアLPVが形成される。第2シールリング領域LRRでは、シールリングの第7層部LS7が形成される。
次に、図41に示すように、第5層間絶縁膜第1部LI5Aを覆うように、第5層間絶縁膜第2部LI5Bが形成される。次に、図42に示すように、シングルダマシン法によって、回路領域CCRでは、パッド開口部LPH内に接合パッドLPDが形成される。第2シールリング領域LRRでは、シールリング開口部LPG内にシールリングの第8層部LS8として、パッド状部LS8Bが形成される。
次に、図25に示す工程と同様の工程を経て、図43に示すように、センサ基板SENとロジック基板LGCとが接合される。このとき、接合パッドSPDと接合パッドLPDとが重ね合わされる。パッド状部SS8B(図39参照)とパッド状部LS8B(図42参照)とが重ね合わされる。
その後、図26〜図28に示す工程と同様の工程を経て、図44に示すように、固体撮像装置の主要部分が形成される。その後、ダイシング領域DIRをダイシングすることによって、固体撮像装置がチップとして取り出される。
上述した固体撮像装置では、パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)の幅W6は、接合パッドSPDのサイズW1(X方向)を超えないように設定されている(幅W6≦サイズW1)。また、パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)とパッド状部SS8B(パッド状部LS8B)との一方向(X軸方向)のピッチP4は、接合パッドSPD(接合パッドLPD)と接合パッドSPD(接合パッドLPD)との一方向(X軸方向)のピッチP1と同じか、ピッチP1よりも長く設定されている(ピッチP4≧ピッチP1)。
このような寸法関係を設定することで、第1シールリング領域SRR(第2シールリング領域LRR)における金属膜のパターンの密度は、デバイス領域DRE(回路領域CCR)における金属膜のパターンの密度にさらに近づくことになる。これにより、接合面に位置することになるパッド状部SS8B(LS8B)を化学的機械研磨処理によって形成する際に、ディッシングの発生をより確実に抑えることができる。その結果、第1シールリング領域SRR(第2シールリング領域LRR)に位置する接合面に隙間を生じさせることなく、センサ基板SENとロジック基板LGCとを確実に接合させて、水分の浸入を阻止することができる。
また、第1シールリングSLR(第2シールリングLLR)が延在する方向と交差する方向には、必ずパッド状部SS8B(パッド状部LS8B)の部分が位置することで、ダイシング領域DIRをダイシングする際に、クラックが発生したとしても、そのクラックが、デバイス領域DREおよび回路領域CCRへ進行するのを阻止することができる。
(変形例)
上述した固体撮像装置では、第1シールリング領域SRR(第2シールリング領域LRR)では、パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)は、第7層部SS7(第7層部LS7)に繋がっている場合を例に挙げて説明した。ここでは、その変形例について説明する。
図45および図46に示すように、変形例に係る固体撮像装置では、パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)は、第7層部SS7(第7層部LS7)とは繋がっておらず、第1シールリング領域SRR(第2シールリング領域LRR)におけるダイシング領域DIR側に配置されている。パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)は、Y方向に間隔を隔てて配置されている。そのY方向に間隔を隔てて配置されたパッド状部SS8B(パッド状部LS8B)は、X方向に間隔を隔てて少なくとも2列配置されている。
パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)の幅W7は、接合パッドSPDのサイズW1(X方向)を超えないように設定されている(幅W7≦サイズW1)。また、パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)とパッド状部SS8B(パッド状部LS8B)との一方向(X軸方向)のピッチP5は、接合パッドSPD(接合パッドLPD)と接合パッドSPD(接合パッドLPD)との一方向(X軸方向)のピッチP1と同じか、ピッチP1よりも長く設定されている(ピッチP5≧ピッチP1)。
なお、これ以外の構成については、図35および図36に示す固体撮像装置の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合除きその説明を繰り返さないこととする。
変形例に係る固体撮像装置は、パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)を形成するパターンを変えるだけで、図35等に示す固体撮像装置の製造方法と同じ製造方法(シングルダマシン法)によって形成することができる。
上述した固体撮像装置では、パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)は、第1シールリング領域SRR(第2シールリング領域LRR)におけるダイシング領域DIR側に配置されている。このため、第1シールリングSLRの第7層部SS7と第2シールリングLLRの第7層部SS7との間には、第5層間絶縁膜第2部SI5Bおよび第5層間絶縁膜LI5Bが介在する。これにより、第1シールリングSLR(第2シールリングLLR)が位置する領域では、ディッシングが発生することはなくなる。その結果、センサ基板SENとロジック基板LGCとを確実に接合させて、水分の浸入を阻止することができる。
また、パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)は、第1シールリング領域SRR(第2シールリング領域LRR)におけるダイシング領域DIR側に配置されている。しかも、パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)は、第1シールリングSLR(第2シールリングLLR)が延在する方向と交差する方向には、必ずパッド状部SS8B(パッド状部LS8B)の部分が位置するように配置されている。これにより、ダイシング領域DIRをダイシングする際に、クラックが発生したとしても、そのクラックが、デバイス領域DREおよび回路領域CCRへ進行するのを阻止することができる。
実施の形態4
実施の形態4に係る固体撮像装置の一例について説明する。図47および図48に示すように、デバイス領域DRE(回路領域CCR)では、接合パッドSPD(接合パッドLPD)が形成されている。
第1シールリング領域SRRでは、第1シールリング第1部SFR、第1シールリング第2部SSRおよび第1シールリング第3部STRのそれぞれは、第1層部SS1、第2層部SS2、第3層部SS3、第4層部SS4、第5層部SS5、第6層部SS6および第7層部SS7によって形成されている。
第2シールリング領域LRRでは、第2シールリング第1部LFR、第2シールリング第2部LSRおよび第2シールリング第3部LTRのそれぞれは、第1層部LS1、第2層部LS2、第3層部LS3、第4層部LS4、第5層部LS5、第6層部LS6および第7層部LS7によって形成されている。
第1シールリングSLRの第7層部SS7と第2シールリングLLRの第7層部SS7との間には、第5層間絶縁膜第2部SI5Bおよび第5層間絶縁膜第2部LI5Bが介在する。第5層間絶縁膜第2部SI5Bの膜厚T1は、接合パッドSPDの厚さに相当する。第5層間絶縁膜第2部LI5Bの膜厚T2は、接合パッドLPDの厚さに相当する。
なお、これ以外の構成については、図35および図36に示す固体撮像装置の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合除きその説明を繰り返さないこととする。
上述した固体撮像装置は、パッド状部SS8B(パッド状部LS8B)を形成しなことを除いて、図35等に示す固体撮像装置の製造方法と同じ製造方法(シングルダマシン法)によって形成することができる。
上述した固体撮像装置では、第1シールリング領域SRRには、第5層間絶縁膜第2部SI5Bが位置し、第2シールリング領域LRRには、第5層間絶縁膜LI5Bが位置する。これにより、第1シールリングSLR(第2シールリングLLR)が位置する領域では、ディッシングが発生することはなくなる。その結果、センサ基板SENとロジック基板LGCとを確実に接合させて、接合面の接合強度を向上させることができる。
なお、各実施の形態では、固体撮像装置を例に挙げて説明したが、それぞれ所定の半導体素子等が形成された第1基板と第2基板とを接合させて所定の機能を実行する半導体装置にも適用することが可能である。また、各実施の形態において説明した固体撮像装置については、必要に応じて種々組み合わせることが可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
実施の形態1〜3は、以下の態様を含む。
(付記1)
互いに対向する第1主面および第2主面を有する第1基板と、
前記第1基板の前記第1主面に規定された第1領域と、
前記第1基板の前記第1主面に、前記第1領域を取り囲むように規定された第1シールリング領域と、
前記第1基板の前記第1主面上に形成され、平面視において前記第1領域を取り囲むように前記第1シールリング領域に配置された第1シールリングを含む第1構造体と、
互いに対向する第3主面および第4主面を有する第2基板と、
前記第2基板の前記第3主面に規定された第2領域と、
前記第2基板の前記第3主面に、前記第2領域を取り囲むように規定された第2シールリング領域と、
前記第2基板の前記第3主面上に形成され、平面視において前記第2領域を取り囲むように前記第2シールリング領域に配置された第2シールリングを含む第2構造体と
を備え、
前記第1シールリングと前記第2シールリングとが接合される態様で、前記第1構造体と前記第2構造体とが接合された、半導体装置。
実施の形態4は、以下の態様を含む。
(付記2)
互いに対向する第1主面および第2主面を有する第1基板における前記第1主面に、画素領域を含むデバイス領域および前記デバイス領域を取り囲む第1シールリング領域をそれぞれ規定する工程と、
前記第1基板における前記画素領域に、入射する光を光電変換することにより画素信号を生成する光電変換部を形成する工程と、
前記第1基板の前記第1主面上に、前記光電変換部と電気的に接続される第1配線構造および第1接合パッドを含む第1配線構造体を形成するとともに、前記第1シールリング領域に第1シールリングを形成する工程と、
互いに対向する第3主面および第4主面を有する第2基板における前記第3主面に、回路領域および前記回路領域を取り囲む第2シールリング領域をそれぞれ規定する工程と、
前記回路領域に、前記画素信号を処理する信号処理回路部を形成する工程と、
前記第2基板の前記第3主面上に、前記信号処理回路部に電気的に接続される第2配線構造および第2接合パッドを含む第2配線構造体を形成するとともに、前記第2シールリング領域に第2シールリングを形成する工程と、
前記第1接合パッドと前記第2接合パッドとを互いに接合する態様で、前記第1配線構造体と前記第2配線構造体とを接合する工程と
有し、
前記第1配線構造体を形成する工程は、
前記第1シールリングを覆うように第1層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜に第1パッド開口部を形成する工程と、
前記第1パッド開口部内に、前記第1接合パッドを形成する工程と
を備え、
前記第2配線構造体を形成する工程は、
前記第2シールリングを覆うように第2層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第2層間絶縁膜に第2パッド開口部を形成する工程と、
前記第2パッド開口部内に、前記第2接合パッドを形成する工程と
を備え、
前記第1配線構造体と前記第2配線構造体とを接合する工程では、前記第1シールリングと前記第2シールリングとの間に、前記第1層間絶縁膜および前記第2層間絶縁膜が介在する態様で、前記第1配線構造体と前記第2配線構造体とが接合される、固体撮像装置の製造方法。
SED 固体撮像装置、SEN センサー基板、DRE デバイス領域、SRE センサ領域、PCR 周辺回路領域、DIR ダイシング領域、FSB 第1半導体基板、FH1 第1主面、FH2 第2主面、EI 素子分離絶縁膜、PD フォトダイオード、NR n型領域、PR p型領域、GIF ゲート絶縁膜、TGE ゲート電極、FDR ソース・ドレイン拡散層、FML 第1配線構造体、SI1 第1層間絶縁膜、SCV コンタクトヴィア、SI2 第2層間絶縁膜、SM1 第1金属配線、SI3 第3層間絶縁膜、SV1 第1ヴィア、SM2 第2金属配線、SI4 第4層間絶縁膜、SV2 第2ヴィア、SM3 第3金属配線、SI5 第5層間絶縁膜、SVH パッド用ヴィアホール、SPH パッド開口部、SPV 接合パッド用ヴィア、SPD 接合パッド、SVG、SPG シールリング開口部、SI5A 第5層間絶縁膜第1部、SI5B 第5層間絶縁膜第2部、SRR 第1シールリング領域、SLR 第1シールリング、SFR 第1シールリング第1部、SSR 第1シールリング第2部、STR 第1シールリング第3部、SS1 第1層部、SS2 第2層部、SS3 第3層部、SS4 第4層部、SS5 第5層部、SS6 第6層部、SS7 第7層部、SS8 第8層部、SS8A 壁状部、SS8B パッド状部、CUF 銅膜、SOF シリコン酸化膜、SNF シリコン窒化膜、MGD 金属グリッド、CFL カラーフィルター、MLE マイクロレンズ、SWF サイドウォール絶縁膜、BS 接合面、A 点線枠、LGC ロジック基板、SSB 第2半導体基板、SH1 第1主面、SH2 第2主面、CCR 回路領域、EI 素子分離絶縁膜、GEL ゲート電極、SDR ソース・ドレイン拡散層、SML 第2配線構造体、LI1 第1層間絶縁膜、LCV コンタクトヴィア、LI2 第2層間絶縁膜、LM1 第1金属配線、LI3 第3層間絶縁膜、LV1 第1ヴィア、LM2 第2金属配線、LI4 第4層間絶縁膜、LV2 第2ヴィア、LM3 第3金属配線、LI5 第5層間絶縁膜、LVH パッド用ヴィアホール、LPH パッド開口部、LPV 接合パッド用ヴィア、LPD 接合パッド、LVG、LPG シールリング開口部、LI5A 第5層間絶縁膜第1部、LI5B 第5層間絶縁膜第2部、LRR 第2シールリング領域、LLR 第2シールリング、LFR 第2シールリング第1部、LSR 第2シールリング第2部、LTR 第2シールリング第3部、LS1 第1層部、LS2 第2層部、LS3 第3層部、LS4 第4層部、LS5 第5層部、LS6 第6層部、LS7 第7層部、LS8 第8層部、LS8A 壁状部、LS8B パッド状部。

Claims (18)

  1. 互いに対向する第1主面および第2主面を有する第1基板と、
    前記第1基板の前記第1主面に規定された、画素領域を含むデバイス領域と、
    前記第1基板の前記第1主面に、前記デバイス領域を取り囲むように規定された第1シールリング領域と、
    前記画素領域に形成され、入射する光を光電変換することにより画素信号を生成する光電変換部と、
    前記第1基板の前記第1主面上に形成され、平面視において前記デバイス領域を取り囲むように前記第1シールリング領域に配置された第1シールリングを含む第1配線構造体と、
    互いに対向する第3主面および第4主面を有する第2基板と、
    前記第2基板の前記第3主面に規定された回路領域と、
    前記第2基板の前記第3主面に、前記回路領域を取り囲むように規定された第2シールリング領域と、
    前記回路領域に形成され、前記画素信号を処理する信号処理回路部と、
    前記第2基板の前記第3主面上に形成され、平面視において前記回路領域を取り囲むように前記第2シールリング領域に配置された第2シールリングを含む第2配線構造体と
    を備え、
    前記第1シールリングと前記第2シールリングとが接合される態様で、前記第1配線構造体と前記第2配線構造体とが接合された、固体撮像装置。
  2. 前記光電変換部では、前記第1基板における前記第2主面から入射する光が光電変換され、
    平面視において前記デバイス領域内に位置する前記第1配線構造体の部分では、第1接合パッドが配置され、
    平面視において前記回路領域内に位置する前記第2配線構造体の部分では、第2接合パッドが配置され、
    前記第1接合パッドと前記第2接合パッドとが接合することによって、前記光電変換部と前記信号処理回路部とが電気的に接続されて、前記画素信号が前記信号処理回路部へ送られる、請求項1記載の固体撮像装置。
  3. 前記第1シールリングは、第1シールリング第1部を含み、
    前記第1シールリング第1部は、前記第2シールリングと接合される第1シールリング第1接合部を含み、
    前記第1シールリング第1接合部は第1幅を有し、
    前記第1接合パッドは第1サイズを有し、
    前記第1幅は、前記第1サイズを超えないように設定された、請求項2記載の固体撮像装置。
  4. 前記第1シールリングは、
    第1シールリング第2部と、
    前記第1シールリング第2部を取り囲むように配置された第1シールリング第3部と
    を含み、
    前記第1シールリング第2部は、前記第2シールリングと接合される第1シールリング第2接合部を含み、
    前記第1シールリング第3部は、前記第2シールリングと接合される第1シールリング第3接合部を含み、
    前記第1接合パッドは、第1接合パッド第1部および第1接合パッド第2部を含み、
    前記第1シールリング第2接合部と前記第1シールリング第3接合部とは、第1方向に第1間隔を隔てて配置され、
    前記第1接合パッド第1部と前記第1接合パッド第2部とは、前記第1方向に第1ピッチをもって配置され、
    前記第1間隔は、前記第1ピッチ以上に設定された、請求項2記載の固体撮像装置。
  5. 前記第1シールリングは、
    第1シールリング第4部と、
    前記第1シールリング第4部を取り囲むように配置された第1シールリング第5部と、
    前記第1シールリング第5部を取り囲むように配置された第1シールリング第6部と
    を含み、
    前記第1シールリング第4部は、前記第2シールリングと接合される第1シールリング第4接合部を含み、
    前記第1シールリング第5部は、前記第2シールリングと接合される第1シールリング第5接合部を含み、
    前記第1シールリング第6部は、前記第2シールリングと接合される第1シールリング第6接合部を含み、
    前記第1シールリング第4接合部は第2幅を有し、
    前記第1シールリング第5接合部は第3幅を有し、
    前記第1シールリング第6接合部は第4幅を有し、
    前記第3幅は、前記第2幅および前記第4幅のそれぞれを超えないように設定された、請求項2記載の固体撮像装置。
  6. 前記第1シールリングは、第1シールリング第7部を含み、
    前記第1シールリング第7部は、前記第2シールリングと接合される第1シールリング第7接合部を含み、
    前記第1シールリング第7接合部は、
    第5幅を有して延在する第1壁状部と、
    前記第1壁状部に配置され、前記第5幅よりも大きい第2サイズを有する第1パッド状部と
    を含む、請求項2記載の固体撮像装置。
  7. 前記第1接合パッドは第3サイズを有し、
    前記第1パッド状部の前記第2サイズは、前記第3サイズを超えないように設定された、請求項6記載の固体撮像装置。
  8. 前記第1パッド状部の形状は、前記第1接合パッドの形状の相似形に設定された、請求項6記載の固体撮像装置。
  9. 前記第1シールリングは、
    第1シールリング第8部と、
    前記第1シールリング第8部を取り囲むように配置された第1シールリング第9部と
    を含み、
    前記第1シールリング第8部は、前記第2シールリングと接合される第1シールリング第8接合部を含み、
    前記第1シールリング第9部は、前記第2シールリングと接合される第1シールリング第9接合部を含み、
    前記第1シールリング第8接合部は、
    壁状に延在する第2壁状部と、
    前記第2壁状部に配置された第2パッド状部と
    を含み、
    前記第1シールリング第9接合部は、
    壁状に延在する第3壁状部と、
    前記第3壁状部に配置された第3パッド状部と
    を含み、
    前記第1接合パッドは、第1接合パッド第3部および第1接合パッド第4部を含み、
    前記第2パッド状部と前記第3パッド状部とは、第2方向に第3ピッチをもって配置され、
    前記第1接合パッド第3部と前記第1接合パッド第4部とは、前記第2方向に第4ピッチをもって配置され、
    前記第3ピッチは、前記第4ピッチ以上に設定された、請求項2記載の固体撮像装置。
  10. 前記第1シールリングは、第1シールリング第10部を含み、
    前記第1シールリング第10部は、前記第2シールリングと接合される第1シールリング第10接合部を含み、
    前記第1シールリング第10部は、
    前記第1シールリング第10接合部としての第4パッド状部と、
    壁状に延在する第4壁状部と
    を含み、
    前記第1配線構造体と前記第2配線構造体とが接合された接合面と、前記第4壁状部とは、前記第4パッド状部の厚さに相当する距離を隔てられた、請求項2記載の固体撮像装置。
  11. 前記第4パッド状部と前記第4壁状部とは繋がっている、請求項10記載の固体撮像装置。
  12. 前記第1基板では、前記デバイス領域に対してダイシング領域が規定され、
    前記第4パッド状部は、平面視的に、前記第4壁状部に対して前記ダイシング領域側に配置された、請求項10記載の固体撮像装置。
  13. 互いに対向する第1主面および第2主面を有する第1基板と、
    前記第1基板の前記第1主面に規定された、画素領域を含むデバイス領域と、
    前記第1基板の前記第1主面に、前記画素領域を取り囲むように規定された第1シールリング領域と、
    前記画素領域に形成され、入射する光を光電変換することにより画素信号を生成する光電変換部と、
    前記第1基板の前記第1主面上に形成され、平面視において前記デバイス領域内に配置された第1接合パッド、および、平面視において前記デバイス領域を取り囲むように前記第1シールリング領域に配置された第1シールリングを含む第1配線構造体と、
    互いに対向する第3主面および第4主面を有する第2基板と、
    前記第2基板の前記第3主面に規定された回路領域と、
    前記第2基板の前記第3主面に、前記回路領域を取り囲むように規定された第2シールリング領域と、
    前記回路領域に形成され、前記画素信号を処理する信号処理回路部と、
    前記第2基板の前記第3主面上に形成され、平面視において前記回路領域内に配置された第2接合パッド、および、平面視において前記回路領域を取り囲むように前記第2シールリング領域に配置された第2シールリングを含む第2配線構造体と
    を備え、
    前記第1接合パッドと前記第2接合パッドとが接合される態様で、前記第1配線構造体と前記第2配線構造体とが接合され、
    前記第1配線構造体と前記第2配線構造体とが接合された接合面と、前記第1シールリングとは、前記第1接合パッドの厚さに相当する距離を隔てられ、
    前記接合面と前記第2シールリングとは、前記第2接合パッドの厚さに相当する距離を隔てられた、固体撮像装置。
  14. 互いに対向する第1主面および第2主面を有する第1基板における前記第1主面に、画素領域を含むデバイス領域および前記デバイス領域を取り囲む第1シールリング領域をそれぞれ規定する工程と、
    前記第1基板における前記画素領域に、入射する光を光電変換することにより画素信号を生成する光電変換部を形成する工程と、
    前記第1基板の前記第1主面上に、前記光電変換部と電気的に接続される第1配線構造を含む第1配線構造体を形成する工程と、
    互いに対向する第3主面および第4主面を有する第2基板における前記第3主面に、回路領域および前記回路領域を取り囲む第2シールリング領域をそれぞれ規定する工程と、
    前記回路領域に、前記画素信号を処理する信号処理回路部を形成する工程と、
    前記第2基板の前記第3主面上に、前記信号処理回路部に電気的に接続される第2配線構造を含む第2配線構造体を形成する工程と、
    前記第1配線構造体と前記第2配線構造体とを接合する工程と
    有し、
    前記第1配線構造体を形成する工程は、前記第1配線構造を形成する工程と同時に、前記第1シールリング領域に第1シールリングを形成する工程を備え、
    前記第2配線構造体を形成する工程は、前記第2配線構造を形成する工程と同時に、前記第2シールリング領域に第2シールリングを形成する工程を備え、
    前記第1配線構造体と前記第2配線構造体とを接合する工程では、前記第1シールリングと前記第2シールリングとを互いに接合する態様で、前記第1配線構造体と前記第2配線構造体とが接合される、固体撮像装置の製造方法。
  15. 前記第1配線構造体を形成する工程は、
    前記第1基板の前記第1主面を覆うように、第1層間絶縁膜を形成する工程と、
    前記第1層間絶縁膜における前記デバイス領域内に第1パッド開口部を形成するとともに、前記第1シールリング領域内にシールリング開口部を形成する工程と、
    前記第1パッド開口部および前記シールリング開口部を埋め込むように金属膜を形成する工程と、
    前記金属膜に化学的機械研磨処理を行うことにより、前記第1パッド開口部内に第1接合パッドを形成するとともに、前記シールリング開口部内に第1シールリング接合部を形成する工程と
    を含む、請求項14記載の固体撮像装置の製造方法。
  16. 前記シールリング開口部を形成する工程は、
    第1幅を有するシールリング開口部第1部と、
    前記シールリング開口部第1部を取り囲む、第2幅を有するシールリング開口部第2部と、
    前記シールリング開口部第2部を取り囲む、第3幅を有するシールリング開口部第3部と
    を形成する工程を含み、
    前記第1シールリング接合部を形成する工程では、
    前記第1幅を有する第1シールリング第1接合部と、
    前記第2幅を有する第1シールリング第2接合部と、
    前記第3幅を有する第2シールリング第3接合部と
    を形成する工程を含む、請求項15記載の固体撮像装置の製造方法。
  17. 前記シールリング開口部を形成する工程では、前記シールリング開口部第1部、前記シールリング開口部第2部および前記シールリング開口部第3部は、前記第2幅が前記第1幅および前記第3幅を超えないように、形成される、請求項16記載の固体撮像装置の製造方法。
  18. 前記第1配線構造体を形成する工程では、
    前記第1シールリング領域において、単位面積に対する前記第1シールリングが占める面積の割合をパターン密度とし、
    前記第1シールリング領域において、内周側に位置する内周側領域における前記パターン密度を第1パターン密度とし、
    前記第1シールリング領域において、外周側に位置する外周側領域における前記パターン密度を第2パターン密度とし、
    前記第1シールリング領域において、前記内周側領域と前記外周側領域との間に位置する中間領域における前記パターン密度を第3パターン密度とすると、
    前記第3パターン密度は、前記第1パターン密度および前記第2パターン密度よりも低く設定された、請求項14記載の固体撮像装置の製造方法。
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