JP2021103792A - 固体撮像装置、及び、電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
固体撮像装置に限らず、他の半導体集積回路を有する半導体装置においても、それぞれの半導体集積回路の性能を十分に発揮できるように形成し、高性能化が図れることが望まれる。
また、本発明の電子機器は、上記の固体撮像装置と、固体撮像装置の光電変換部に入射光を導く光学系と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを有する。
1.MOS固体撮像装置の概略構成例
2.第1実施の形態(固体撮像装置の構成例とその製造方法例)
3.第2実施の形態(固体撮像装置の構成例)
4.第3実施の形態(固体撮像装置の構成例)
5.第4実施の形態(固体撮像装置の構成例とその製造方法例)
6.第5実施の形態(半導体装置の構成例とその製造方法例)
7.第6実施の形態(電子機器の構成例)
図1に、本発明の半導体装置に適用されるMOS固体撮像装置の概略構成を示す。このMOS固体撮像装置は、各実施の形態の固体撮像装置に適用される。本例の固体撮像装置1は、図1に示すように、半導体基板11例えばシリコン基板に複数の光電変換部を含む画素2が規則的に2次元アレイ状に配列された画素領域(いわゆる画素アレイ)3と、周辺回路部とを有して構成される。画素2は、光電変換部となる例えばフォトダイオードと、複数の画素トランジスタ(いわゆるMOSトランジスタ)を有して成る。複数の画素トランジスタは、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ及び増幅トランジスタの3つのトランジスタで構成することができる。その他、選択トランジスタ追加して4つのトランジスタで構成することもできる。単位画素の等価回路は通常と同様であるので、詳細説明は省略する。画素2は、1つの単位画素として構成することができる。また、画素2は、共有画素構造とすることもできる。この画素共有構造は、複数のフォトダイオードと、複数の転送トランジスタと、共有する1つのフローティングディフージョンと、共有する1つずつの他の画素トランジスタとから構成される。すなわち、共有画素では、複数の単位画素を構成するフォトダイオード及び転送トランジスタが、他の1つずつの画素トランジスタを共有して構成される。
[固体撮像装置の構成例とその製造方法例]
図3、図4〜図13を用いて、本発明の第1実施の形態に係る半導体装置、すなわちMOS固体撮像装置をその製造方法と共に説明する。
一方、各チップ部となる領域の所要の位置において、第1層の層間絶縁膜49の表面から半導体基板45内の所望の深さ位置にわたって接続孔を形成し、この接続孔内に取り出し電極用の接続導体51を埋め込む。この接続導体51としては、例えば銅(Cu)、タングステン(W)、ポリシリコンなどで形成することができる。接続導体51を埋め込む前に、接続孔の内壁面に接続導体51と半導体基板45とを絶縁するための絶縁膜52を形成して置く。
[固体撮像装置の構成例]
図14に、本発明の第2実施の形態に係る半導体装置、すなわちMOS固体撮像装置の第2実施の形態を示す。第2実施の形態に係る固体撮像装置81は、第1実施の形態における第2の半導体基板45側の接続導体51、絶縁膜52及び電極バンプ78を省略し、第1の半導体基板31側の電極パッド72のみを形成して構成される。第2の半導体基板45の裏面にはパシベーション膜76が形成される。その他の構成は第1実施の形態で説明したと同様であるので、図3と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。また、固体撮像装置81の製造は、接続導体51を形成するための接続孔、接続導体51、絶縁膜52及び電極バンプ78を形成しない工程を除き、図4〜図13で示す第1実施の形態の製造方法を適用できる。
[固体撮像装置の構成例]
図15に、本発明の第3実施の形態に係る半導体装置、すなわち、MOS固体撮像装置の第3実施の形態を示す。第3実施の形態に係る固体撮像装置83は、第1の半導体基板31に形成する1つの貫通接続導体84によって、第1の半導体基板31側の画素領域23及び制御回路24と、第2の半導体基板45側のロジック回路25とを電気的に接続して構成される。
[固体撮像装置の構成例とその製造方法例]
図16、図17〜図21を用いて、本発明の第4実施の形態に係る半導体装置、すなわちMOS固体撮像装置をその製造方法と共に説明する。
[半導体装置の構成例とその製造方法例]
図22、図23〜図28を用いて、本発明の第5実施の形態に係る半導体装置をその製造方法と共に説明する。本実施の形態の半導体装置は、第1の半導体集積回路と第2の半導体集積回路を混載した半導体装置である。
MOSトランジスタTr11〜Tr13は代表として示した。ロジック回路102は、CMOSトランジスタで構成することができる。このため、これら複数のMOSトランジスタとしては、nチャネルMOSトランジスタ、あるいはpチャネルMOSトランジスタとして構成することができる。従って、nチャネルMOSトランジスタを形成するときは、p型半導体ウェル領域にn型ソース/ドレイン領域が形成される。pチャネルMOSトランジスタを形成するときは、n型半導体ウェル領域にp型ソース/ドレイン領域が形成される。
MOSトランジスタTr21〜Tr23は代表として示した。ロジック回路117は、CMOSトランジスタで構成することができる。このため、これら複数のMOSトランジスタとしては、nチャネルMOSトランジスタ、あるいはpチャネルMOSトランジスタとして構成することができる。従って、nチャネルMOSトランジスタを形成するときは、p型半導体ウェル領域にn型ソース/ドレイン領域が形成される。pチャネルMOSトランジスタを形成するときは、n型半導体ウェル領域にp型ソース/ドレイン領域が形成される。
上述の第5実施の形態に係る半導体装置において、上側の半導体基板104の厚さは、下側の半導体基板118の厚さよりも厚い。上側の半導体基板104と多層配線層111を含めた第1の半導体基板101の厚さも、下側の半導体基板118と多層配線層126を含めた第2の半導体基板116の厚さより厚い。
[電子機器の構成例]
上述の本発明に係る固体撮像装置は、例えばデジタルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話、あるいは撮像機能を備えた他の機器、などの電子機器に適用することができる。
Claims (23)
- 光電変換部を含む画素アレイと、前記画素アレイに配置された、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、及び、増幅トランジスタのうち少なくとも1つとを有する第1の半導体基板と、
回路を有する第2の半導体基板と、
前記第1の半導体基板の光入射面とは反対側に形成された第1の配線層と、
前記第2の半導体基板の光入射面側に形成された第2の配線層と、を有し、
前記第1の半導体基板と前記第2の半導体基板とは、前記第1の配線層と前記第2の配線層とが向かい合うように積層され、
前記第1の半導体基板と前記第2の半導体基板が積層されたチップの、前記画素アレイを含む画素領域において、前記第1の配線層の第1の配線と、前記第2の配線層の第1の配線とが直接接合され、前記画素領域外の領域において、前記第1の配線層の第2の配線と、前記第2の配線層の第2の配線とが直接接合されている
固体撮像装置。 - 前記第2の半導体基板の前記回路は、信号処理を行うロジック回路を含む
請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記第1の配線層は、第1の多層配線層を有し、
前記第2の配線層は、第2の多層配線層を有する
請求項1又は2に記載の固体撮像装置。 - 前記第1の多層配線層の最も前記第2の半導体基板側の少なくとも1つ以上の配線と、前記第2の多層配線層の最も第1の半導体基板側の少なくとも1つ以上の配線とが直接接合された
請求項3に記載の固体撮像装置。 - 前記第1の配線層の絶縁膜と、前記第2の配線層の絶縁膜とが直接接合された
請求項1から4のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記第1の半導体基板の光入射面側の上部に形成された遮光膜を有する
請求項1から5のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記遮光膜は、前記第1の配線層の第1の配線と前記第2の配線層の第1の配線とが直接接合された領域の少なくとも一部に対して、前記第1の半導体基板の光入射面と垂直な方向において重なる位置に形成されている
請求項6に記載の固体撮像装置。 - 前記遮光膜は、前記回路の少なくとも一部に対して、前記第1の半導体基板の光入射面と垂直な方向において重なる位置に形成されている
請求項6又は7に記載の固体撮像装置。 - 前記遮光膜は、前記第1の半導体基板の光入射面と垂直な方向の段差を有する
請求項6から8のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記遮光膜は金属で形成された
請求項6から9のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記遮光膜は、前記第1の半導体基板と電気的に接続された
請求項6から10のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記遮光膜に前記第1の半導体基板から接地電位が供給される
請求項11に記載の固体撮像装置。 - 前記遮光膜と前記第1の半導体基板とが接する領域は、前記第1の配線層の第1の配線と前記第2の配線層の第1の配線とが直接接合されている領域の少なくとも一部を覆う
請求項11又は12に記載の固体撮像装置。 - 前記第1の配線層の第1の配線と前記第2の配線層の第1の配線とが、銅を含む
請求項1から13のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記第1の半導体基板にフローティングディフージョンが形成された
請求項1から14のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記画素アレイの単位画素を分離する素子分離領域を有する
請求項1から15のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記光電変換部は入射光に基づき画素信号を生成し、前記画素信号は前記光電変換部から前記第1の配線層を介して前記第2の配線層の配線に送られ、前記ロジック回路で信号処理される
請求項1から16のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 外部配線と接続される電極パッドを有する
請求項1から17のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記第1の半導体基板の光入射面側の上部に、層間絶縁膜を有する
請求項1から18のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記画素領域において、前記層間絶縁膜の光入射面側の上部に、オンチップマイクロレンズとオンチップカラーフィルタを有する
請求項19に記載の固体撮像装置。 - 前記画素領域外の領域において、前記第2の配線層の第3の配線と外部配線とを電気的に接続する接続導体を有する
請求項1から20のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記接続導体に電気的に接続された、貫通接続導体を有する
請求項21に記載の固体撮像装置。 - 固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の光電変換部に入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を有し、
前記固体撮像装置は、
光電変換部を含む画素アレイと、前記画素アレイに配置された、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、及び、増幅トランジスタのうち少なくとも1つとを有する第1の半導体基板と、
回路を有する第2の半導体基板と、
前記第1の半導体基板の光入射面とは反対側に形成された第1の配線層と、
前記第2の半導体基板の光入射面側に形成された第2の配線層と、を有し、
前記第1の半導体基板と前記第2の半導体基板とは、前記第1の配線層と前記第2の配線層とが向かい合うように積層され、
前記第1の半導体基板と前記第2の半導体基板が積層されたチップの、前記画素アレイを含む画素領域において、前記第1の配線層の第1の配線と、前記第2の配線層の第1の配線とが直接接合され、前記画素領域外の領域において、前記第1の配線層の第2の配線と、前記第2の配線層の第2の配線とが直接接合されている
電子機器。
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