JP6598825B2 - Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device Download PDF

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Description

本発明は、固体撮像装置に関する発明であり、特にパッド部に関する発明である。   The present invention relates to a solid-state imaging device, and particularly relates to a pad portion.

デジタルスチルカメラやカムコーダなどに用いられるCCD型や増幅型の固体撮像装置においては、高精細の画像を得るためにその画素の微細化が求められている。しかし、画素を微細にすればするほど、画素に含まれる光を検出するための光電変換素子の受光面積が小さくなり、感度が低下してしまう。   In a CCD-type or amplification-type solid-state imaging device used for a digital still camera, a camcorder, and the like, the pixels are required to be miniaturized to obtain a high-definition image. However, the finer the pixel, the smaller the light receiving area of the photoelectric conversion element for detecting the light contained in the pixel, resulting in lower sensitivity.

特許文献1には、増幅型であるCMOS型の固体撮像装置において、光電変換素子の受光面積を確保するため、光電変換素子と転送トランジスタを配した第1基板と、他の回路を配した第2基板とを接合して固体撮像装置を形成する構成が開示されている。特許文献1の固体撮像装置においては、第2基板を貫通した接続部がパッド(入出力パッド)と接続し、第2基板の裏面側からパッドの接続を行っている。このパッドは、第2基板を研磨して第2接続部を露出した後、第2基板の裏面に形成されている。   In Patent Document 1, in a CMOS solid-state imaging device that is an amplification type, a first substrate on which a photoelectric conversion element and a transfer transistor are arranged and another circuit are arranged in order to secure a light receiving area of the photoelectric conversion element. The structure which joins 2 board | substrates and forms a solid-state imaging device is disclosed. In the solid-state imaging device of Patent Document 1, a connection portion that penetrates the second substrate is connected to a pad (input / output pad), and the pad is connected from the back side of the second substrate. The pad is formed on the back surface of the second substrate after the second substrate is polished to expose the second connection portion.

また、特許文献2には、画像センサと第1の導電エリアを備える第1基板と、集積回路と第2の導電エリアを備える第2基板とを接合する電子部品の製造方法が開示されている。第1基板と第2基板とを接合した後に、第1の導電エリアと第2の導電エリアを露出させ、さらに導電層を堆積して第1の導電エリアと第2の導電エリアの電気的接続を形成すること開示されている。第1の導電エリアあるいは導電層が、パッド(外部接続パッド)として用いられている。   Patent Document 2 discloses a method for manufacturing an electronic component in which an image sensor, a first substrate having a first conductive area, and an integrated circuit and a second substrate having a second conductive area are joined. . After joining the first substrate and the second substrate, the first conductive area and the second conductive area are exposed, and a conductive layer is further deposited to electrically connect the first conductive area and the second conductive area. Is disclosed. The first conductive area or conductive layer is used as a pad (external connection pad).

特開2006−191081号公報JP 2006-191081 A 特表2010−514177号公報Special table 2010-514177 gazette

特許文献1のような構成では、パッドと第1基板とを結ぶ電気経路が長くなってしまう。その結果、接続抵抗の増大によって性能が低下したり、パッドと第1基板との接続の信頼性が低下したりする可能性がある。特許文献2のような構成では、パッドと第2の導電エリアとの接続の信頼性が低くなってしまう。   In the configuration as in Patent Document 1, the electrical path connecting the pad and the first substrate becomes long. As a result, there is a possibility that the performance is lowered due to an increase in connection resistance, or the reliability of the connection between the pad and the first substrate is lowered. In the configuration as in Patent Document 2, the reliability of connection between the pad and the second conductive area is lowered.

また、特許文献1の製造方法においては、接続部と第2基板とを分離するためのライナを設ける工程、第2基板を研磨する工程、及び入出力パッドを形成する工程が必要となり、工程が複雑となってしまう。特許文献2の製造方法においては、第1の導電エリアと第2の導電エリアのそれぞれに対して深さの異なる開口を設ける工程が必要になり、工程が複雑となってしまう。   Further, in the manufacturing method of Patent Document 1, a step of providing a liner for separating the connection portion and the second substrate, a step of polishing the second substrate, and a step of forming input / output pads are required. It becomes complicated. In the manufacturing method of Patent Document 2, a process of providing openings having different depths for each of the first conductive area and the second conductive area is required, which complicates the process.

そこで本発明においては、パッドと回路との接続の信頼性が高い固体撮像装置を提供することを目的とする。また、パッドと回路との接続を容易に形成可能な固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device with high reliability of connection between a pad and a circuit. It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a solid-state imaging device that can easily form a connection between a pad and a circuit.

本発明の観点は、光電変換素子および第1半導体素子が配された第1半導体基板と、第2半導体素子が配された第2半導体基板と、前記第1半導体基板と前記第2半導体基板との間に配され、前記第1半導体素子に接続された配線および前記第2半導体素子に接続された配線を含む配線構造と、を備える固体撮像装置において、パッドが複数のビアを介して前記配線構造に接続されていることを特徴とする。   An aspect of the present invention provides a first semiconductor substrate on which a photoelectric conversion element and a first semiconductor element are arranged, a second semiconductor substrate on which a second semiconductor element is arranged, the first semiconductor substrate, and the second semiconductor substrate, And a wiring structure including a wiring connected to the first semiconductor element and a wiring connected to the second semiconductor element, wherein a pad is connected to the wiring via a plurality of vias. It is connected to the structure.

本発明によって、パッドとの接続の信頼性が高い撮像装置が提供可能である。   According to the present invention, it is possible to provide an imaging device with high reliability of connection with a pad.

実施例1における固体撮像装置の断面模式図である。1 is a schematic cross-sectional view of a solid-state imaging device in Embodiment 1. FIG. 実施例1における固体撮像装置の平面模式図である。1 is a schematic plan view of a solid-state imaging device in Embodiment 1. FIG. 実施例1における固体撮像装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a solid-state imaging device in Embodiment 1. FIG. 実施例1における固体撮像装置の製造方法を説明する断面模式図である。6 is a schematic cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the solid-state imaging device according to Embodiment 1. FIG. 実施例1における固体撮像装置の製造方法を説明する断面模式図である。6 is a schematic cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the solid-state imaging device according to Embodiment 1. FIG. 実施例1における固体撮像装置の製造方法を説明する断面模式図である。6 is a schematic cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the solid-state imaging device according to Embodiment 1. FIG. 実施例2における固体撮像装置の断面模式図である。6 is a schematic cross-sectional view of a solid-state imaging device according to Embodiment 2. FIG. 実施例3における固体撮像装置の断面模式図、及びその製造方法を説明する断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the solid-state imaging device in Example 3, and a cross-sectional schematic diagram for explaining the manufacturing method thereof. 実施例4における固体撮像装置の断面模式図である。6 is a schematic cross-sectional view of a solid-state imaging device in Embodiment 4. FIG.

本発明の固体撮像装置は、光電変換素子が表面に配された第1半導体基板と、光電変換素子の電荷に基づく信号を生成するための回路の少なくとも一部が表面に配された第2半導体基板と、を有している。そして、第1半導体基板の表面と第2半導体基板の表面とが対向するように配置されている。第1半導体基板と第2半導体基板との間には配線構造が配されている。固体撮像装置は、外部端子が接続されるパッドを有しており、パッドの第1面に外部端子が接続される。   A solid-state imaging device according to the present invention includes a first semiconductor substrate having a photoelectric conversion element disposed on a surface, and a second semiconductor having at least a part of a circuit for generating a signal based on the charge of the photoelectric conversion element disposed on the surface. And a substrate. And it arrange | positions so that the surface of a 1st semiconductor substrate and the surface of a 2nd semiconductor substrate may oppose. A wiring structure is disposed between the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate. The solid-state imaging device has a pad to which an external terminal is connected, and the external terminal is connected to the first surface of the pad.

第1の固体撮像装置では、パッドの第1面は第1半導体基板の表面を含み当該表面に平行な仮想平面と第2半導体基板の表面との間に位置し、第1面とは反対側の面である第2面は第1面と第2半導体基板の表面との間に位置している。パッドが、第2半導体基板に配された周辺回路に配線構造を介して接続するように、パッドの第2面が配線構造に接続されている。   In the first solid-state imaging device, the first surface of the pad is located between a virtual plane including the surface of the first semiconductor substrate and parallel to the surface and the surface of the second semiconductor substrate, and is opposite to the first surface. The second surface is located between the first surface and the surface of the second semiconductor substrate. The second surface of the pad is connected to the wiring structure so that the pad is connected to the peripheral circuit disposed on the second semiconductor substrate via the wiring structure.

第2の固体撮像装置では、周辺回路の一部が第1半導体基板に配されている。そして、パッドの第1面は、第1半導体基板の表面と、第2半導体基板の表面を含み当該表面に平行な仮想平面との間に位置し、第1面とは反対側の面である第2面は第1面と第1半導体基板の表面との間に位置している。パッドが、第1半導体基板に配された周辺回路の一部に配線構造を介して接続するように、パッドの第2面が配線構造に接続され、第1半導体基板に配された周辺回路の一部は、第2半導体基板に配された周辺回路の一部に配線構造を介して接続されている。   In the second solid-state imaging device, a part of the peripheral circuit is disposed on the first semiconductor substrate. The first surface of the pad is located between the surface of the first semiconductor substrate and a virtual plane including the surface of the second semiconductor substrate and parallel to the surface, and is a surface opposite to the first surface. The second surface is located between the first surface and the surface of the first semiconductor substrate. The second surface of the pad is connected to the wiring structure so that the pad is connected to a part of the peripheral circuit arranged on the first semiconductor substrate via the wiring structure, and the peripheral circuit arranged on the first semiconductor substrate A part of the peripheral circuit is connected to a part of the peripheral circuit disposed on the second semiconductor substrate through a wiring structure.

このような構成によれば、パッドと周辺回路との接続の信頼性が高い固体撮像装置が提供可能である。   According to such a configuration, it is possible to provide a solid-state imaging device with high connection reliability between the pad and the peripheral circuit.

また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、第1部材と第2部材とを張り合せる工程を有する。第1部材は、光電変換素子が表面に配された第1半導体基板、及び第1半導体基板の表面の上に配された第1配線構造を有する。第2部材は、光電変換素子の電荷に基づく信号を生成するための周辺回路の少なくとも一部が表面に配された第2基板及び第2半導体基板の表面の上に配された第2配線構造を有する。張り合せる工程は、第1配線構造と第2配線構造とを接続するように行われる。張り合せる工程の後に、第1半導体基板を第1半導体基板の裏面側から薄くする工程を有する。張り合せる工程の前に、第1配線構造又は第2配線構造には、外部端子と接続されるパッドが接続されており、薄くする工程の後に、第1半導体基板側にパッドを露出させる工程を有する。   Moreover, the manufacturing method of the solid-state imaging device of this invention has the process of bonding a 1st member and a 2nd member. The first member has a first semiconductor substrate having a photoelectric conversion element disposed on the surface, and a first wiring structure disposed on the surface of the first semiconductor substrate. The second member includes a second substrate in which at least a part of a peripheral circuit for generating a signal based on the charge of the photoelectric conversion element is disposed on the surface, and a second wiring structure disposed on the surface of the second semiconductor substrate. Have The step of bonding is performed so as to connect the first wiring structure and the second wiring structure. After the bonding step, there is a step of thinning the first semiconductor substrate from the back surface side of the first semiconductor substrate. Before the bonding step, the first wiring structure or the second wiring structure is connected to the pad connected to the external terminal, and after the thinning step, the step of exposing the pad to the first semiconductor substrate side is performed. Have.

このような製造方法によって、パッドと周辺回路との接続の形成を容易にすることが可能となる。   Such a manufacturing method makes it easy to form a connection between the pad and the peripheral circuit.

以下、本発明について図面を用いて詳細に説明を行う。上述した第1の固体撮像装置に関しては、実施例1〜3を用いて説明し、第2の固体撮像装置に関しては実施例4を用いて説明する。なお、実施例の説明において、第1基板の主面及び第2基板の主面とは基板の表面である。各基板に対して、該主面(表面)の反対側の面が、第1基板の裏面及び第2基板の裏面である。また、各基板において上方向は裏面から主面(表面)に向かう方向とし、下方向及び深さ方向は基板の主面(表面)から裏面に向かう方向とする。固体撮像装置としては、図面の表示方向に合せて第1基板が第2基板の上に配置されているものとし、第2基板から第1基板に向かう方向を上、第1基板から第2基板に向かう方向を下とする場合もある。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The first solid-state imaging device described above will be described using Embodiments 1 to 3, and the second solid-state imaging device will be described using Embodiment 4. In the description of the embodiments, the main surface of the first substrate and the main surface of the second substrate are the surfaces of the substrate. For each substrate, the surface opposite to the main surface (front surface) is the back surface of the first substrate and the back surface of the second substrate. In each substrate, the upward direction is a direction from the back surface to the main surface (front surface), and the downward direction and the depth direction are directions from the main surface (front surface) to the back surface of the substrate. In the solid-state imaging device, the first substrate is arranged on the second substrate in accordance with the display direction of the drawing, the direction from the second substrate to the first substrate is upward, and the first substrate to the second substrate. In some cases, the direction toward is down.

(実施例1)
本発明の実施例1について、図1から図6を用いて説明する。
Example 1
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

まず、図3を用いて実施例1の固体撮像装置の回路を説明する。本実施例では、信号電荷が、例えば電子の場合について説明を行う。図3の固体撮像装置は、複数の光電変換素子が配列した画素部301を有する。また、画素部301からの信号を読み出す読み出し回路や、画素部301及び読み出し回路の駆動のための制御回路や、読み出した信号を処理する信号処理回路を含む周辺回路を有する周辺回路部302を有する。   First, the circuit of the solid-state imaging device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the case where the signal charge is, for example, electrons will be described. The solid-state imaging device in FIG. 3 includes a pixel portion 301 in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged. In addition, the peripheral circuit portion 302 includes a readout circuit that reads out signals from the pixel portion 301, a control circuit for driving the pixel portion 301 and the readout circuit, and a peripheral circuit that includes a signal processing circuit that processes the readout signals. .

画素部301は、光電変換素子303と、転送トランジスタ304と、増幅トランジスタ306と、リセットトランジスタ307が複数配置されている。少なくとも1つの光電変換素子303を含む構成を画素とする。本実施例の1つの画素は、光電変換素子303と、転送トランジスタ304と、増幅トランジスタ306と、リセットトランジスタ307を含む。光電変換素子303のアノードは接地している。転送トランジスタ304のソースは光電変換素子303のカソードと接続しており、転送トランジスタ304のドレイン領域は増幅トランジスタ306のゲート電極と接続している。この増幅トランジスタ306のゲート電極と同一のノードをノード305とする。リセットトランジスタはノード305に接続し、ノード305の電位を任意の電位(例えば、リセット電位)に設定する。ここで、増幅トランジスタ306はソースフォロア回路の一部であり、ノード305の電位に応じた信号を信号線RLに出力する。ノード305はフローティングディフュージョンとも称される場合がある。転送トランジスタ304と、増幅トランジスタ306と、リセットトランジスタ307を含む回路が画素回路である。   In the pixel portion 301, a plurality of photoelectric conversion elements 303, transfer transistors 304, amplification transistors 306, and reset transistors 307 are arranged. A configuration including at least one photoelectric conversion element 303 is a pixel. One pixel of this embodiment includes a photoelectric conversion element 303, a transfer transistor 304, an amplification transistor 306, and a reset transistor 307. The anode of the photoelectric conversion element 303 is grounded. The source of the transfer transistor 304 is connected to the cathode of the photoelectric conversion element 303, and the drain region of the transfer transistor 304 is connected to the gate electrode of the amplification transistor 306. The same node as the gate electrode of the amplification transistor 306 is referred to as a node 305. The reset transistor is connected to the node 305 and sets the potential of the node 305 to an arbitrary potential (for example, a reset potential). Here, the amplification transistor 306 is a part of the source follower circuit, and outputs a signal corresponding to the potential of the node 305 to the signal line RL. Node 305 may also be referred to as a floating diffusion. A circuit including the transfer transistor 304, the amplification transistor 306, and the reset transistor 307 is a pixel circuit.

周辺回路部302は、画素部301以外の領域を示している。周辺回路部302は、読み出し回路や制御回路を含む周辺回路が配置されている。周辺回路は、画素部301のトランジスタのゲート電極へ制御信号を供給するための制御回路である垂直走査回路VSRを有する。また、周辺回路は、画素部301から出力された信号を保持し、増幅や加算やAD変換などの信号処理を行う読み出し回路RCを有する。また、周辺回路は、読み出し回路RCから信号を順次出力するタイミングを制御する制御回路である水平走査回路HSRを有する。   A peripheral circuit portion 302 indicates an area other than the pixel portion 301. In the peripheral circuit portion 302, peripheral circuits including a readout circuit and a control circuit are arranged. The peripheral circuit includes a vertical scanning circuit VSR that is a control circuit for supplying a control signal to the gate electrode of the transistor of the pixel portion 301. The peripheral circuit includes a readout circuit RC that holds a signal output from the pixel portion 301 and performs signal processing such as amplification, addition, and AD conversion. The peripheral circuit includes a horizontal scanning circuit HSR that is a control circuit that controls the timing of sequentially outputting signals from the readout circuit RC.

ここで、実施例1の固体撮像装置は2つの部材が張り合わされることによって構成されている。2つの部材とは、第1の基板101を有する第1部材308と第2の基板121を有する第2部材309である。第1基板101には画素部301の光電変換素子303と、転送トランジスタ304とが配されており、第2基板121には画素部301の増幅トランジスタ306と、リセットトランジスタ307と、周辺回路部302とが配されている。第2部材309の周辺回路部302から第1部材308の転送トランジスタ304のゲート電極への制御信号は、接続部310を介して供給される。接続部310の構成については後述する。第1部材308の光電変換素子303にて生じた信号は、転送トランジスタ304のドレイン領域、即ちノード305に読み出される。ノード305は、第1部材308に配された構成と第2部材309に配された構成とを含む。   Here, the solid-state imaging device according to the first embodiment is configured by bonding two members. The two members are a first member 308 having the first substrate 101 and a second member 309 having the second substrate 121. A photoelectric conversion element 303 and a transfer transistor 304 in the pixel portion 301 are arranged on the first substrate 101, and an amplification transistor 306, a reset transistor 307 and a peripheral circuit portion 302 in the pixel portion 301 are arranged on the second substrate 121. And are arranged. A control signal from the peripheral circuit portion 302 of the second member 309 to the gate electrode of the transfer transistor 304 of the first member 308 is supplied via the connection portion 310. The configuration of the connection unit 310 will be described later. A signal generated in the photoelectric conversion element 303 of the first member 308 is read to the drain region of the transfer transistor 304, that is, the node 305. The node 305 includes a configuration disposed on the first member 308 and a configuration disposed on the second member 309.

このような構成によって、従来の1つの部材(即ち1つの基板)に画素部を全て配置する場合に比べて、光電変換素子303の面積を大きくすることが可能となり感度の向上させることが可能となる。また、従来の1つの部材(即ち1つの基板)に画素部を全て配置する場合に比べて、光電変換素子の面積を同一とするならば、光電変換素子303を多く設けることが可能となり、多画素化が可能となる。なお、第1基板には少なくとも光電変換素子が配置されていればよく、第1基板に増幅トランジスタ306が配置されていてもよい。また、転送トランジスタを設けず、光電変換素子と増幅トランジスタのゲート電極とが接続する構成であってもよい。本発明は、第1基板に配置される素子は任意に選定可能であり、画素回路の構成も任意に選択可能である。   With such a configuration, the area of the photoelectric conversion element 303 can be increased and sensitivity can be improved as compared with the case where all the pixel portions are arranged on one conventional member (that is, one substrate). Become. In addition, as compared to the case where all the pixel portions are arranged on one conventional member (that is, one substrate), if the areas of the photoelectric conversion elements are the same, a large number of photoelectric conversion elements 303 can be provided. Pixelization is possible. Note that at least the photoelectric conversion element may be disposed on the first substrate, and the amplification transistor 306 may be disposed on the first substrate. Further, a configuration in which the transfer transistor is not provided and the photoelectric conversion element and the gate electrode of the amplification transistor are connected may be employed. In the present invention, the elements arranged on the first substrate can be arbitrarily selected, and the configuration of the pixel circuit can also be arbitrarily selected.

このような固体撮像装置の具体的な平面レイアウトを、図2の固体撮像装置の平面模式図を用いて説明する。図2(A)は第1部材308、即ち第1基板(101)における平面レイアウトを示し、図2(B)は第2部材309、即ち第2基板(121)の平面レイアウトを示している。   A specific planar layout of such a solid-state imaging device will be described with reference to a schematic plan view of the solid-state imaging device in FIG. 2A shows a planar layout of the first member 308, that is, the first substrate (101), and FIG. 2B shows a planar layout of the second member 309, that is, the second substrate (121).

図2(A)において、第1部材308には、複数の光電変換素子が配列した画素部301Aと、パッド313が配されたパッド部312A、とが配されている。画素部301Aには、図3における光電変換素子303と転送トランジスタ304と接続部310、311とが複数配されている。また、パッド部312Aには、パッド313と平面的に同一位置に第2部材309との接続のための接続部314Aが配されている。パッド313には外部端子が接続される。外部端子の一例としては、ワイヤボンディング法によってパッド313に接続されるボンディングワイヤが挙げられる。パッド313は固体撮像装置に複数配置されており、光電変換素子で生じた電荷に基づく信号(画像信号)を出力するパッド(出力パッド)や、外部から供給される周辺回路を駆動するための電圧などが入力されるパッド(入力パッド)が含まれる。   2A, the first member 308 is provided with a pixel portion 301A in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged, and a pad portion 312A in which a pad 313 is provided. In the pixel portion 301A, a plurality of photoelectric conversion elements 303, transfer transistors 304, and connection portions 310 and 311 in FIG. 3 are arranged. The pad portion 312A is provided with a connection portion 314A for connection to the second member 309 at the same position as the pad 313 in plan view. An external terminal is connected to the pad 313. An example of the external terminal is a bonding wire connected to the pad 313 by a wire bonding method. A plurality of pads 313 are arranged in the solid-state imaging device, and a voltage for driving a pad (output pad) that outputs a signal (image signal) based on charges generated by the photoelectric conversion element and a peripheral circuit supplied from the outside. Etc. are input pads (input pads).

次に、図2(B)において、第2部材309には、画素部301Bと周辺回路部302とパッド部312Bとが配されている。画素部301Bには画素回路の一部が配されており、図3における増幅トランジスタ306とリセットトランジスタ307と接続部310と接続部311とが複数配置されている。周辺回路部302には周辺回路の一部が配されており、水平走査回路HSR、垂直走査回路VSR、読み出し回路RCとが配されている。パッド部312Bは、保護ダイオード回路315を有している。パッド部312Bには、保護ダイオード回路315と平面的に同一位置に第1部材308との接続のための接続部314Bが配されている。保護ダイオード回路315と接続部314Bとは平面的に同一位置に配置されていなくてもよい。保護ダイオード回路315は周辺回路と接続されている。具体的には、保護ダイオード回路315は、図2(B)に示す様に複数個設けられており、各パッド313に接続された保護ダイオード回路315は、それぞれ垂直走査回路VSR、水平走査回路HSE、あるいは読み出し回路RCに接続されている。以上のように、第2基板121には、画素部301に配された画素回路と、周辺回路部302に配された周辺回路と、パッド部312Bに配された保護ダイオード回路とが設けられている。これらの回路は半導体集積回路であり、トランジスタやダイオード、抵抗素子や容量素子等を含む多数の半導体素子で構成されている。半導体素子で構成される集積回路を動作させることにより、光電変換素子303の電荷(信号電荷)に基づく信号が生成される。   Next, in FIG. 2B, the second member 309 is provided with a pixel portion 301B, a peripheral circuit portion 302, and a pad portion 312B. A part of the pixel circuit is arranged in the pixel portion 301B, and a plurality of amplification transistors 306, reset transistors 307, connection portions 310, and connection portions 311 in FIG. A part of the peripheral circuit is arranged in the peripheral circuit unit 302, and a horizontal scanning circuit HSR, a vertical scanning circuit VSR, and a readout circuit RC are arranged. The pad portion 312B has a protection diode circuit 315. A connection portion 314B for connection to the first member 308 is disposed on the pad portion 312B at the same position as the protection diode circuit 315 in a plan view. The protection diode circuit 315 and the connection portion 314B may not be disposed at the same position in a plan view. The protection diode circuit 315 is connected to the peripheral circuit. Specifically, a plurality of protection diode circuits 315 are provided as shown in FIG. 2B, and the protection diode circuit 315 connected to each pad 313 includes a vertical scanning circuit VSR and a horizontal scanning circuit HSE, respectively. Or, it is connected to the readout circuit RC. As described above, the second substrate 121 includes the pixel circuit disposed in the pixel portion 301, the peripheral circuit disposed in the peripheral circuit portion 302, and the protection diode circuit disposed in the pad portion 312B. Yes. These circuits are semiconductor integrated circuits, and are composed of a large number of semiconductor elements including transistors, diodes, resistor elements, capacitor elements, and the like. By operating an integrated circuit including a semiconductor element, a signal based on the charge (signal charge) of the photoelectric conversion element 303 is generated.

そして、図2(A)及び図2(B)に示した平面レイアウトを有する第1部材308と第2部材309とが張り合わされて本実施例の固体撮像装置を構成している。具体的には、画素部301Aと画素部301Bとが重なるように配置される。そして、接続部314Aと接続部314Bとが接続し、第1部材の接続部310、接続部311と第2部材の接続部310、接続部311とが接続する。なお、図2では、第2部材309の周辺回路部302Bに対応する第1部材308の領域を周辺回路部302Aで示している。周辺回路部302Aには走査回路の一部、即ち周辺回路の一部を配置してもよい。   Then, the first member 308 and the second member 309 having the planar layout shown in FIGS. 2A and 2B are bonded to each other to constitute the solid-state imaging device of this embodiment. Specifically, the pixel portion 301A and the pixel portion 301B are arranged so as to overlap each other. Then, the connecting portion 314A and the connecting portion 314B are connected, and the connecting portion 310 of the first member, the connecting portion 311 and the connecting portion 310 of the second member, and the connecting portion 311 are connected. In FIG. 2, the region of the first member 308 corresponding to the peripheral circuit portion 302B of the second member 309 is indicated by the peripheral circuit portion 302A. A part of the scanning circuit, that is, a part of the peripheral circuit may be arranged in the peripheral circuit portion 302A.

次に、図2及び図3に示した固体撮像装置の断面模式図を、図1を用いて説明する。図1では図2、図3と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。   Next, a schematic cross-sectional view of the solid-state imaging device shown in FIGS. 2 and 3 will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the same components as those in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

第1部材308は、第1配線構造149と第1基板101とを有する。第1基板101は例えばシリコン半導体基板であり、主面102と裏面103とを有する。第1基板の主面102にはトランジスタが配置されている。第1配線構造149は、層間絶縁膜104〜106と、ゲート電極や配線を含むゲート電極層107と、複数の配線を含む配線層109、111と、複数のコンタクトあるいはビアを含むコンタクト層108、110とを有する。ここで第1配線構造149に含まれる層間絶縁膜、配線層及びコンタクト層の層数は任意に設定可能である。本実施例では、配線層の層数は2である。なお、第1配線構造149の配線層111は、接続部を含む。   The first member 308 includes a first wiring structure 149 and a first substrate 101. The first substrate 101 is, for example, a silicon semiconductor substrate, and has a main surface 102 and a back surface 103. Transistors are arranged on the main surface 102 of the first substrate. The first wiring structure 149 includes interlayer insulating films 104 to 106, a gate electrode layer 107 including a gate electrode and a wiring, wiring layers 109 and 111 including a plurality of wirings, a contact layer 108 including a plurality of contacts or vias, 110. Here, the number of interlayer insulating films, wiring layers, and contact layers included in the first wiring structure 149 can be arbitrarily set. In this embodiment, the number of wiring layers is two. Note that the wiring layer 111 of the first wiring structure 149 includes a connection portion.

第1部材308の画素部301において、第1基板101には、光電変換素子を構成するn型半導体領域112と、転送トランジスタのドレインであるn型半導体領域114と、素子分離構造119とが配されている。転送トランジスタはn型半導体領域112とn型半導体領域114と、ゲート電極層107に含まれるゲート電極113とで構成される。ここで、n型半導体領域112で蓄積された電荷は、ゲート電極113によって、n型半導体領域114に転送される。n型半導体領域114に転送された電荷に基づく電位はコンタクト層108のコンタクト、配線層109の配線、コンタクト層110のビア、配線層111の配線を介して、第2部材309へと伝達される。この配線層111の配線は、接続部311を構成する。なお、光電変換素子は更にp型半導体領域を有する埋込みフォトダイオードであってもよく、フォトゲートであってもよく、適宜変更可能である。   In the pixel portion 301 of the first member 308, an n-type semiconductor region 112 that constitutes a photoelectric conversion element, an n-type semiconductor region 114 that is a drain of a transfer transistor, and an element isolation structure 119 are arranged on the first substrate 101. Has been. The transfer transistor includes an n-type semiconductor region 112, an n-type semiconductor region 114, and a gate electrode 113 included in the gate electrode layer 107. Here, the charge accumulated in the n-type semiconductor region 112 is transferred to the n-type semiconductor region 114 by the gate electrode 113. The potential based on the charge transferred to the n-type semiconductor region 114 is transmitted to the second member 309 via the contact of the contact layer 108, the wiring of the wiring layer 109, the via of the contact layer 110, and the wiring of the wiring layer 111. . The wiring of this wiring layer 111 constitutes a connection portion 311. The photoelectric conversion element may be a buried photodiode having a p-type semiconductor region or a photogate, and can be changed as appropriate.

画素部301の第1基板101の裏面103側には、平坦化層115、複数のカラーフィルタを含むカラーフィルタ層116、平坦化層117、複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズ層118がこの順に配置されている。図1において、複数のカラーフィルタ及び複数のマイクロレンズはそれぞれが1つの光電変換素子に対応して、すなわち画素毎に配置されているが、複数画素に対して1つずつ設けられていてもよい。本実施例の固体撮像装置は、このマイクロレンズ層118側から光が入射し光電変換素子が受光する、所謂、裏面照射型の固体撮像装置である。   On the back surface 103 side of the first substrate 101 of the pixel portion 301, a planarizing layer 115, a color filter layer 116 including a plurality of color filters, a planarizing layer 117, and a microlens layer 118 including a plurality of microlenses are arranged in this order. Has been. In FIG. 1, each of the plurality of color filters and the plurality of microlenses corresponds to one photoelectric conversion element, that is, is arranged for each pixel, but may be provided for each of the plurality of pixels. . The solid-state imaging device of the present embodiment is a so-called back-illuminated solid-state imaging device in which light enters from the microlens layer 118 side and is received by a photoelectric conversion element.

第1部材308のパッド部312には、パッド313と、外部端子と接続させるためのパッド313を露出する開口100とが配されている。本実施例では、入力パッドとしてパッド313を例に挙げ説明する。パッド313は導電膜であり、第1面3131と、第1面の反対側の面である第2面3132を有している。パッド313の第1面3131は第1基板101側に露出しており、この第1面3131に外部端子が接続される。また、パッド313から入力された電圧を第2部材309に伝達する接続部314Aが配置されている。接続部314Aは、パッド313と平面的に同一位置に配されている。なお、第1部材308において、第2部材309の周辺回路部302に対応する領域には、図1に示したように任意の回路素子120を設けている。   The pad portion 312 of the first member 308 is provided with a pad 313 and an opening 100 that exposes the pad 313 for connection to an external terminal. In the present embodiment, the pad 313 will be described as an example of the input pad. The pad 313 is a conductive film and has a first surface 3131 and a second surface 3132 which is a surface opposite to the first surface. The first surface 3131 of the pad 313 is exposed to the first substrate 101 side, and an external terminal is connected to the first surface 3131. In addition, a connection portion 314 </ b> A that transmits the voltage input from the pad 313 to the second member 309 is disposed. The connection portion 314A is disposed at the same position as the pad 313 in plan view. In the first member 308, an arbitrary circuit element 120 is provided in a region corresponding to the peripheral circuit portion 302 of the second member 309 as shown in FIG.

第2部材309は、第2配線構造150と第2基板121とを有する。第2基板121は例えばシリコン半導体基板であり、主面122と裏面123とを有する。第2基板の主面122にはトランジスタが配置される。第2配線構造150は、層間絶縁膜124〜127と、ゲート電極や配線を含むゲート電極層128と、複数の配線を含む配線層130、132、134と、複数のコンタクトあるいはビアを含むコンタクト層129、131、133とを有する。ここで第2配線構造150に含まれる層間絶縁膜、配線層及びコンタクト層の層数は任意に設定可能である。本実施例では、第2配線構造150の配線層の層数は3であり、第1配線構造149よりも配線層が多い。なお、配線層134は、接続部を含む。   The second member 309 includes the second wiring structure 150 and the second substrate 121. The second substrate 121 is a silicon semiconductor substrate, for example, and has a main surface 122 and a back surface 123. Transistors are disposed on the main surface 122 of the second substrate. The second wiring structure 150 includes an interlayer insulating films 124 to 127, a gate electrode layer 128 including gate electrodes and wirings, wiring layers 130, 132, and 134 including a plurality of wirings, and a contact layer including a plurality of contacts or vias. 129, 131, 133. Here, the number of interlayer insulating films, wiring layers, and contact layers included in the second wiring structure 150 can be arbitrarily set. In the present embodiment, the number of wiring layers of the second wiring structure 150 is 3, and there are more wiring layers than the first wiring structure 149. Note that the wiring layer 134 includes a connection portion.

第2部材309の画素部301において、第2基板121には、画素回路の増幅トランジスタを構成するウエル135と、増幅トランジスタのソース・ドレイン領域を構成するn型半導体領域138と、素子分離構造136とが配されている。増幅トランジスタは、ウエル135に配され、ゲート電極層128に含まれるゲート電極137と、ソース・ドレイン領域を構成するn型半導体領域138とで構成される。ここで、第1部材308の接続部311と増幅トランジスタのゲート電極137とは、配線層134の配線、コンタクト層133のビア、配線層132の配線、コンタクト層131のビア、配線層130の配線、コンタクト層129のコンタクトとを介して接続される。ここで、図3のノード305は、図1のn型半導体領域114と、配線層109、111、134、132、130の配線と、コンタクト層108、110、133、131、129のコンタクトあるいはビアと、ゲート電極137と、から構成される。画素部301の他の回路(例えば、リセットトランジスタ)は不図示である。   In the pixel portion 301 of the second member 309, the second substrate 121 includes a well 135 that forms an amplification transistor of the pixel circuit, an n-type semiconductor region 138 that forms a source / drain region of the amplification transistor, and an element isolation structure 136. And are arranged. The amplification transistor is arranged in the well 135 and includes a gate electrode 137 included in the gate electrode layer 128 and an n-type semiconductor region 138 that constitutes a source / drain region. Here, the connection portion 311 of the first member 308 and the gate electrode 137 of the amplification transistor include the wiring of the wiring layer 134, the via of the contact layer 133, the wiring of the wiring layer 132, the via of the contact layer 131, and the wiring of the wiring layer 130. And are connected through contacts of the contact layer 129. Here, the node 305 in FIG. 3 includes the n-type semiconductor region 114 in FIG. 1, the wiring in the wiring layers 109, 111, 134, 132, and 130, and the contacts or vias in the contact layers 108, 110, 133, 131, and 129. And a gate electrode 137. Other circuits (for example, a reset transistor) of the pixel portion 301 are not shown.

次に、第2部材309の周辺回路部302には、水平走査回路や垂直走査回路等の制御回路や読み出し回路を含む周辺回路の少なくとも一部が配置されている。図1では、周辺回路に含まれる任意の回路におけるn型のトランジスタとp型のトランジスタを示している。ゲート電極層128に含まれるゲート電極140と、n型のソース・ドレイン領域141とからなるn型トランジスタがp型のウエル139に配置されている。そして、ゲート電極層128に含まれるゲート電極143と、p型のソース・ドレイン領域を構成するp型半導体領域144と、を有するp型トランジスタがn型のウエル142に配置されている。   Next, in the peripheral circuit portion 302 of the second member 309, at least a part of a peripheral circuit including a control circuit such as a horizontal scanning circuit and a vertical scanning circuit and a reading circuit is disposed. FIG. 1 shows an n-type transistor and a p-type transistor in an arbitrary circuit included in the peripheral circuit. An n-type transistor including a gate electrode 140 included in the gate electrode layer 128 and an n-type source / drain region 141 is disposed in the p-type well 139. A p-type transistor having a gate electrode 143 included in the gate electrode layer 128 and a p-type semiconductor region 144 constituting a p-type source / drain region is disposed in the n-type well 142.

そして、第2部材309のパッド部312には、第1部材308のパッド313からの信号を入力するための保護ダイオード回路315と、第1部材308と接続するための接続部314Bとが配置されている。接続部314Bは、保護ダイオード回路315と平面的に同一位置に配されている。本実施例の保護ダイオード回路315には、半導体領域から構成される2つのダイオード145、146と、ゲート電極層128からなる2つの抵抗147、148とが含まれている。   The pad portion 312 of the second member 309 is provided with a protective diode circuit 315 for inputting a signal from the pad 313 of the first member 308 and a connection portion 314B for connecting to the first member 308. ing. The connection portion 314B is arranged at the same position as the protection diode circuit 315 in plan view. The protection diode circuit 315 according to the present embodiment includes two diodes 145 and 146 each including a semiconductor region, and two resistors 147 and 148 each including a gate electrode layer 128.

抵抗147は保護ダイオード回路315の入力であり、抵抗148は保護ダイオードの出力である。保護ダイオード回路315は以下のような構成をしている。パッド313と抵抗147の一端が接続しており、抵抗147の他端がダイオード145のアノード、ダイオード146のカソード、及び抵抗148の一端と、配線層130を介して接続している。そして、抵抗148の他端が後段の周辺回路部302(例えば垂直走査回路VSRや水平走査回路HSR)の回路素子320と接続する構成となっている。つまり、配線層130に代表されるノードにおいて、抵抗147の他端、ダイオード145のアノード、ダイオード146のカソード、及び抵抗148の一端が接続している。ダイオード145のカソードは不図示の配線によって所定の電圧VDDに接続され、ダイオード146のアノードは不図示の配線によって所定の電圧と異なる電圧VSSに接続される。ここで、電圧の関係はVDD>入力電圧>VSSである。また、VSSはVDDよりも低い電圧であればよく、基準電圧GNDであってもよい。このような保護ダイオード回路を設けることで、例えばパッド313に、VDDとダイオード145における順方向の電圧降下の和よりも大きな電圧が入力された場合には、ダイオード145に順方向バイアスがかかり、ノードからVDDへ電流が流れる。そのため後段の回路へは、VDDとダイオード145における順方向の電圧降下の和よりも大きな電圧が印加されることを防ぐことが可能となる。また、パッドにVSSとダイオード146における順方向の電圧の差よりも小さな電圧が入力された場合には、ダイオード146に順方向バイアスがかかり、VSSからノードへ電流が流れる。そのため後段の回路へは、VSSと第2ダイオード146における順方向の電圧の差よりも小さな電圧が印加されることを防ぐことが可能となる。なお、抵抗147、148は入力された電圧を電圧降下させ、後段へ印加される電圧の絶対値を小さくさせる効果がある。   The resistor 147 is an input of the protection diode circuit 315, and the resistor 148 is an output of the protection diode. The protection diode circuit 315 has the following configuration. The pad 313 and one end of the resistor 147 are connected, and the other end of the resistor 147 is connected to the anode of the diode 145, the cathode of the diode 146, and one end of the resistor 148 through the wiring layer 130. The other end of the resistor 148 is connected to the circuit element 320 of the peripheral circuit section 302 (for example, the vertical scanning circuit VSR or the horizontal scanning circuit HSR) at the subsequent stage. That is, at the node typified by the wiring layer 130, the other end of the resistor 147, the anode of the diode 145, the cathode of the diode 146, and one end of the resistor 148 are connected. The cathode of the diode 145 is connected to a predetermined voltage VDD by a wiring (not shown), and the anode of the diode 146 is connected to a voltage VSS different from the predetermined voltage by a wiring (not shown). Here, the voltage relationship is VDD> input voltage> VSS. Further, VSS may be a voltage lower than VDD, and may be a reference voltage GND. By providing such a protection diode circuit, for example, when a voltage larger than the sum of VDD and the forward voltage drop in the diode 145 is input to the pad 313, a forward bias is applied to the diode 145, and the node Current flows from VDD to VDD. Therefore, it is possible to prevent a voltage larger than the sum of VDD and the forward voltage drop in the diode 145 from being applied to the subsequent circuit. Further, when a voltage smaller than the difference between the forward voltage of VSS and the diode 146 is input to the pad, a forward bias is applied to the diode 146, and a current flows from VSS to the node. Therefore, it is possible to prevent a voltage smaller than the forward voltage difference between VSS and the second diode 146 from being applied to the subsequent circuit. Note that the resistors 147 and 148 have an effect of dropping the input voltage and reducing the absolute value of the voltage applied to the subsequent stage.

本実施例で示した保護ダイオード回路315は一例であり、本実施例に限定されることなく、一般に使用される構成の保護ダイオード回路が適用可能である。例えば、上記保護ダイオード回路315は入力電圧がVDD>入力電圧>VSSである場合に有効であるが、VDD<入力電圧や入力電圧<VSSに対応した保護ダイオード回路を必要に応じて設けてもよい。この場合、保護ダイオード回路に用いられるダイオードは1つのみであってもよい。ここでは、入力パッドを例に挙げたが、出力パッドにも同様に、保護ダイオード回路315を接続することができる。その場合には、抵抗148を保護ダイオード回路315の入力として、抵抗147を保護ダイオード回路315の出力として用い、抵抗148の他端を前段の周辺回路部302(例えば読み出し回路RC)の回路素子320と接続する構成とすることができる。また、保護ダイオード回路を画素回路とパッドと間の電気経路に配してもよい。出力パッドに接続した保護ダイオード回路315は、固体撮像装置内部で異常信号が生じた場合に、この異常信号が装置外部のへ出力されることも抑制できるであろう。保護ダイオード回路315のような保護回路は、パッド313からの外来ノイズの混入を低減することが可能となる。また、誤入力やサージ電圧に対して、後段の回路を保護することが可能となる。外来ノイズの原因としては、上述したように、誤入力、電圧サージ等が挙げられる。特に静電気放電(ESD:Electro−Static Discharge)によって生じる電圧サージから周辺回路を保護する上では、保護ダイオード回路315を第2基板121に配することは非常に有意義である。静電気放電による電圧サージは、入力パッドと出力パッドの区別なく混入する可能性が高いことから、保護ダイオード回路は入力パッドと出力パッドの双方にそれぞれ対応して配置されことが望ましい。なお、外来ノイズの混入を低減するために配される保護回路の例として、保護ダイオード回路を例にあげたが、ダイオードを用いた保護回路に限定されることなく、トランジスタを用いた保護回路でも同様の効果を得ることができる。なお、保護ダイオード回路315を省略して、入力パッドを周辺回路や画素回路に接続したり、出力パッドを周辺回路に接続したりしてもよい。しかしながら、電気的信頼性を向上する点では、入力パッド及び/又は出力パッドと周辺回路部302との間には保護回路を設けることが望ましい。また、保護回路を画素回路とパッドと間の電気経路の途中に配してもよい。   The protection diode circuit 315 shown in this embodiment is an example, and the protection diode circuit having a configuration generally used is applicable without being limited to this embodiment. For example, the protection diode circuit 315 is effective when the input voltage is VDD> input voltage> VSS, but a protection diode circuit corresponding to VDD <input voltage or input voltage <VSS may be provided as necessary. . In this case, only one diode may be used for the protection diode circuit. Here, the input pad is taken as an example, but the protection diode circuit 315 can be similarly connected to the output pad. In that case, the resistor 148 is used as the input of the protection diode circuit 315, the resistor 147 is used as the output of the protection diode circuit 315, and the other end of the resistor 148 is used as the circuit element 320 of the peripheral circuit section 302 (for example, the readout circuit RC) in the preceding stage. It can be set as the structure connected with. In addition, the protection diode circuit may be arranged in an electrical path between the pixel circuit and the pad. The protection diode circuit 315 connected to the output pad can also suppress the output of the abnormal signal to the outside of the apparatus when an abnormal signal is generated inside the solid-state imaging device. A protection circuit such as the protection diode circuit 315 can reduce mixing of external noise from the pad 313. Further, it becomes possible to protect the subsequent circuit against erroneous input and surge voltage. As described above, the cause of external noise includes erroneous input, voltage surge, and the like. In particular, in order to protect a peripheral circuit from a voltage surge caused by electrostatic discharge (ESD), it is very significant to arrange the protection diode circuit 315 on the second substrate 121. Since there is a high possibility that a voltage surge due to electrostatic discharge will be mixed without distinction between the input pad and the output pad, it is desirable that the protection diode circuit is arranged corresponding to both the input pad and the output pad. In addition, as an example of a protection circuit arranged to reduce the introduction of external noise, a protection diode circuit is given as an example. However, the protection circuit using a transistor is not limited to a protection circuit using a diode. Similar effects can be obtained. Note that the protection diode circuit 315 may be omitted, and the input pad may be connected to the peripheral circuit or the pixel circuit, or the output pad may be connected to the peripheral circuit. However, in terms of improving electrical reliability, it is desirable to provide a protection circuit between the input pad and / or output pad and the peripheral circuit portion 302. Further, the protection circuit may be arranged in the middle of the electrical path between the pixel circuit and the pad.

そして、本実施例の固体撮像装置においては、第1基板101の主面102と第2基板121の主面122とが、第1配線構造149及び第2配線構造150を介して向かい合う向きに配置されている(対向配置)。つまり、第1基板101、第1配線構造149、第2配線構造150、第2基板121の順に配置されている。第1配線構造149の上面と、第2配線構造150の上面とが、接合面Xにおいて張り合わされている。つまり、第1部材308と第2部材309とが接合面Xにて接合されている。接合面Xは、第1配線構造149の上面と第2配線構造150の上面とで構成される。その結果、第1配線構造149と第2配線構造150とが一体となって、第1基板101と第2基板121の間の配線構造151を成している。配線構造151は、配線層109、111、130、132、134の5つの配線層を有することになる。なお、第1配線構造149と第2配線構造150の張り合わせには、間にマイクロボンディングなどの接続部材を利用してもよく、また金属接合を利用してもよい。かかる接合は、接続部311および接続部314で達成される。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the main surface 102 of the first substrate 101 and the main surface 122 of the second substrate 121 are arranged to face each other via the first wiring structure 149 and the second wiring structure 150. (Opposed arrangement). That is, the first substrate 101, the first wiring structure 149, the second wiring structure 150, and the second substrate 121 are arranged in this order. The upper surface of the first wiring structure 149 and the upper surface of the second wiring structure 150 are bonded to each other at the bonding surface X. That is, the first member 308 and the second member 309 are joined at the joining surface X. The bonding surface X is constituted by the upper surface of the first wiring structure 149 and the upper surface of the second wiring structure 150. As a result, the first wiring structure 149 and the second wiring structure 150 are integrated to form a wiring structure 151 between the first substrate 101 and the second substrate 121. The wiring structure 151 includes five wiring layers 109, 111, 130, 132, and 134. In addition, for bonding the first wiring structure 149 and the second wiring structure 150, a connection member such as micro bonding may be used between them, or metal bonding may be used. Such joining is achieved at the connection portion 311 and the connection portion 314.

そして、外部と信号のやりとりを行うための固体撮像装置のパッド313が第2部材309の主面122である第2基板121の表面の上部に配置され、第1部材308側に開口100が設けられている。   A pad 313 of the solid-state imaging device for exchanging signals with the outside is disposed on the upper surface of the second substrate 121, which is the main surface 122 of the second member 309, and an opening 100 is provided on the first member 308 side. It has been.

つまりパッド313の第1面3131及び第2面3132はともに、主面122よりも第1基板101側に位置している。ここで、第1基板101の主面102を拡張して仮想平面1020を考える。仮想平面1020は、主面102を仮想的に延長した面であり、主面102に平行で主面102を含んでいる。そのため、図1において仮想平面1020は開口100を横切る。パッド313は第2基板121の主面122と仮想平面1020との間に位置している。詳細には、パッド313の第1面3131は仮想平面1020と第2面3132との間に位置しており、パッド313の第2面3132は第1面3131と第2基板121の主面との間に位置している。本実施例では、パッド313は5つの配線層のうち、仮想平面1020側から数えて1番目の配線層109と同じ層に配されている。   That is, both the first surface 3131 and the second surface 3132 of the pad 313 are located closer to the first substrate 101 than the main surface 122. Here, the principal plane 102 of the first substrate 101 is expanded to consider a virtual plane 1020. The virtual plane 1020 is a surface obtained by virtually extending the main surface 102, and is parallel to the main surface 102 and includes the main surface 102. Therefore, the virtual plane 1020 crosses the opening 100 in FIG. The pad 313 is located between the main surface 122 of the second substrate 121 and the virtual plane 1020. Specifically, the first surface 3131 of the pad 313 is located between the virtual plane 1020 and the second surface 3132, and the second surface 3132 of the pad 313 is formed between the first surface 3131 and the main surface of the second substrate 121. Located between. In this embodiment, the pad 313 is arranged in the same layer as the first wiring layer 109 counted from the virtual plane 1020 side among the five wiring layers.

このように、パッド313が第2基板121の主面122と仮想平面1020との間に位置している構成によって、パッド313と第2基板121との距離を、第1基板101と第2基板121との距離未満にすることができる。その結果、パッド313と周辺回路との間の電気経路を短くすることができる。その結果、入力及び/又は出力における信号の遅延や損失を低減することができる。第1基板101と第2基板121との距離(間隔)は、現実的には1μm以上10μm以下の範囲である。パッド313と第2基板121との距離が5μm以下であれば、電気経路は十分に短いといえる。第1基板101と第2基板121との距離(間隔)は1.5μ〜3.0μmが好適であり、その場合には、パッド313から保護ダイオード回路315までの電気経路を数μm以下、さらにはサブミクロンオーダーとすることができる。   As described above, the pad 313 is positioned between the main surface 122 of the second substrate 121 and the virtual plane 1020, so that the distance between the pad 313 and the second substrate 121 is set to be the first substrate 101 and the second substrate. It can be less than 121. As a result, the electrical path between the pad 313 and the peripheral circuit can be shortened. As a result, signal delay and loss at the input and / or output can be reduced. The distance (interval) between the first substrate 101 and the second substrate 121 is actually in the range of 1 μm to 10 μm. If the distance between the pad 313 and the second substrate 121 is 5 μm or less, it can be said that the electrical path is sufficiently short. The distance (interval) between the first substrate 101 and the second substrate 121 is preferably 1.5 μm to 3.0 μm. In this case, the electrical path from the pad 313 to the protection diode circuit 315 is several μm or less, and Can be on the order of submicrons.

また、第2部材309には開口を設ける必要がないため、第2部材309の周辺回路部への水分の浸入を低減することが可能となる。本実施例では、第1部材308のパッド部312Aの近傍に配置される素子の数は、第2部材309のパッド部312Bの近傍に配置される素子の数より少なくすることが容易である。そして、第1部材308のパッド部に近接して配置される素子は、第2部材309のパッド部に近接して配置される素子よりも距離を離すことが可能となる。よって、パッドのための開口100からの水分が素子へ与える影響をより低減することが可能である。また、外部端子が第1部材308の裏面側に配置されることにより、パッド313への接続が容易となり、接続不良が低減される。   In addition, since it is not necessary to provide an opening in the second member 309, it is possible to reduce the intrusion of moisture into the peripheral circuit portion of the second member 309. In the present embodiment, the number of elements arranged in the vicinity of the pad portion 312A of the first member 308 can be easily made smaller than the number of elements arranged in the vicinity of the pad portion 312B of the second member 309. The element arranged close to the pad portion of the first member 308 can be separated from the element arranged close to the pad portion of the second member 309. Therefore, it is possible to further reduce the influence of moisture from the opening 100 for the pad on the element. Further, since the external terminals are arranged on the back surface side of the first member 308, the connection to the pad 313 is facilitated, and the connection failure is reduced.

パッド部312においては、パッド313は、第1配線構造149のコンタクト層110と配線層111(接続部314A)を介し、さらに、第2配線構造150の配線層134(接続部314B)とコンタクト層133、配線層132、コンタクト層131、配線層130、コンタクト層129、ゲート電極層128を介して、保護ダイオード回路315に接続される。このようにして、パッド313の第2面3132は配線構造151に接続されている。このような構成によって、パッド313が第2基板121の主面122と仮想平面1020との間に位置し、パッド313の第2面3132から電気経路が形成されることで、パッド313と保護ダイオード回路315との間の電気経路を短くすることができる。その結果、パッド313と周辺回路との間の電気経路も短くすることができる。   In the pad portion 312, the pad 313 passes through the contact layer 110 and the wiring layer 111 (connection portion 314 </ b> A) of the first wiring structure 149, and further, the wiring layer 134 (connection portion 314 </ b> B) and the contact layer of the second wiring structure 150. 133, the wiring layer 132, the contact layer 131, the wiring layer 130, the contact layer 129, and the gate electrode layer 128 are connected to the protection diode circuit 315. In this way, the second surface 3132 of the pad 313 is connected to the wiring structure 151. With such a configuration, the pad 313 is positioned between the main surface 122 of the second substrate 121 and the virtual plane 1020, and an electrical path is formed from the second surface 3132 of the pad 313, whereby the pad 313 and the protection diode are formed. An electrical path to the circuit 315 can be shortened. As a result, the electrical path between the pad 313 and the peripheral circuit can also be shortened.

上述したように、パッド部312Bには、保護ダイオード回路315と平面的に同一位置に第1部材との接続のための接続部314Bが配されている。さらに、パッド部312Aには、パッド313と平面的に同一位置に第2部材309との接続のための接続部314Aが配されている。接続部314Aと接続部314Bが接続されることにより、保護ダイオード回路315とパッド313も平面的に同一位置に配されることから、保護ダイオード回路315とパッド313は互いに重なる。そのため、保護ダイオード回路315とパッド313を最短の電気経路で接続することが可能になる。   As described above, the pad portion 312B is provided with the connection portion 314B for connection to the first member at the same position as the protection diode circuit 315 in plan view. Further, the pad portion 312A is provided with a connection portion 314A for connection to the second member 309 at the same position as the pad 313 in plan view. By connecting the connection portion 314A and the connection portion 314B, the protection diode circuit 315 and the pad 313 are also arranged at the same position in a plan view, so that the protection diode circuit 315 and the pad 313 overlap each other. Therefore, the protection diode circuit 315 and the pad 313 can be connected by the shortest electrical path.

なお、保護ダイオード回路315を省略する場合には、パッド313と重なる位置に周辺回路部302や回路素子320を配置して、パッド313とこれらを配線構造151を介して接続すると良い。   In the case where the protection diode circuit 315 is omitted, the peripheral circuit portion 302 and the circuit element 320 may be disposed at a position overlapping with the pad 313 and connected to the pad 313 via the wiring structure 151.

また、本実施例では、パッド313はコンタクト層133の複数のビアと接続されている。このように、配線構造151と外力の加わりやすいパッド313との接続が複数の箇所でなされることにより、配線構造151に加わる力が分散されるので、第2基板10や配線構造151への衝撃が緩和される。また、仮にいずれかのビアとの接続が損なわれても、パッド313と配線構造151との接続が維持される可能性が高くなるため信頼性が向上する。   In this embodiment, the pad 313 is connected to a plurality of vias of the contact layer 133. As described above, since the connection between the wiring structure 151 and the pad 313 where external force is easily applied is made at a plurality of locations, the force applied to the wiring structure 151 is dispersed, so that the impact on the second substrate 10 and the wiring structure 151 is reduced. Is alleviated. Further, even if the connection with any of the vias is impaired, the connection between the pad 313 and the wiring structure 151 is more likely to be maintained, so that the reliability is improved.

次に、本実施例の固体撮像装置の製造方法を、図4〜6を用いて説明する。図4は第1部材308の製造工程を示す断面模式図であり、図5は第2部材309の製造工程を示す断面模式図であり、図6は第1部材308と第2部材309とを接合した後の製造工程を示す断面模式図である。   Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing process of the first member 308, FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing process of the second member 309, and FIG. 6 shows the first member 308 and the second member 309. It is a cross-sectional schematic diagram which shows the manufacturing process after joining.

図1の第1部材308の製造工程を、図4を用いて説明する。図4においては、後に図1の第1部材308になる構成を308’とし、図1の画素部301、周辺回路部302、パッド部312、周辺回路の一部である回路素子120になる部分を304’、302’、312’、120’としている。   A manufacturing process of the first member 308 of FIG. 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 4, a configuration that later becomes the first member 308 in FIG. 1 is 308 ′, and the pixel portion 301, the peripheral circuit portion 302, the pad portion 312, and the circuit element 120 that is a part of the peripheral circuit in FIG. 304 ′, 302 ′, 312 ′, and 120 ′.

まず、半導体基板を準備し、半導体基板に素子を形成する。主面402と裏面403を有する厚みD3の半導体基板401を用意する。半導体基板401は例えばシリコン半導体基板である。半導体基板401に、素子分離構造119を形成する。素子分離構造119は、シリコン酸化膜などの絶縁体を含み、例えばLOCOSやSTI構造を有する。そして、半導体基板401に任意の導電型のウエル(不図示)を形成する。その後、光電変換素子やトランジスタを構成するn型半導体領域112、114、及びp型半導体領域(不図示)を形成する。また、転送トランジスタのゲート電極113を含むゲート電極を含むゲート電極層107を形成する。ゲート電極層は例えば、ポリシリコン層の堆積及びパターニングによって形成され、ゲート電極のみではなく配線をも含みうる。ここで、ゲート電極、素子分離及び半導体領域の形成方法については、一般的な半導体プロセスで形成可能であり、詳細な説明は省略する。以上によって、図4(A)の構成が得られる。   First, a semiconductor substrate is prepared, and an element is formed on the semiconductor substrate. A semiconductor substrate 401 having a thickness D3 having a main surface 402 and a back surface 403 is prepared. The semiconductor substrate 401 is a silicon semiconductor substrate, for example. An element isolation structure 119 is formed on the semiconductor substrate 401. The element isolation structure 119 includes an insulator such as a silicon oxide film, and has, for example, a LOCOS or STI structure. Then, an arbitrary conductivity type well (not shown) is formed in the semiconductor substrate 401. Thereafter, n-type semiconductor regions 112 and 114 and a p-type semiconductor region (not shown) constituting the photoelectric conversion element and the transistor are formed. In addition, the gate electrode layer 107 including the gate electrode including the gate electrode 113 of the transfer transistor is formed. The gate electrode layer is formed, for example, by depositing and patterning a polysilicon layer, and may include not only the gate electrode but also a wiring. Here, the formation method of the gate electrode, element isolation, and semiconductor region can be formed by a general semiconductor process, and detailed description thereof is omitted. As described above, the configuration of FIG. 4A is obtained.

次に、半導体基板401の主面402上に配線構造を形成する。配線構造は、層間絶縁膜104’、105、106と、コンタクト層108、110と、配線層109、111と、を有する。ここで、層間絶縁膜104’は、後に図1の層間絶縁膜104となる。層間絶縁膜104’はゲート電極層107を覆い、コンタクト層108は層間絶縁膜104’に配され、配線層109及びパッド313は層間絶縁膜104’上に配されている。また、層間絶縁膜105は配線層109を覆い、コンタクト層110は層間絶縁膜105に配され、配線層111は層間絶縁膜105上に配され、層間絶縁膜106は層間絶縁膜105上に配され且つ配線層111の配線が露出するような開口を有する。配線構造の上面は、層間絶縁膜106の上面及び配線層111の上面により形成される。   Next, a wiring structure is formed on the main surface 402 of the semiconductor substrate 401. The wiring structure includes interlayer insulating films 104 ′, 105, and 106, contact layers 108 and 110, and wiring layers 109 and 111. Here, the interlayer insulating film 104 ′ will later become the interlayer insulating film 104 of FIG. 1. The interlayer insulating film 104 ′ covers the gate electrode layer 107, the contact layer 108 is disposed on the interlayer insulating film 104 ′, and the wiring layer 109 and the pad 313 are disposed on the interlayer insulating film 104 ′. The interlayer insulating film 105 covers the wiring layer 109, the contact layer 110 is disposed on the interlayer insulating film 105, the wiring layer 111 is disposed on the interlayer insulating film 105, and the interlayer insulating film 106 is disposed on the interlayer insulating film 105. And an opening through which the wiring of the wiring layer 111 is exposed. The upper surface of the wiring structure is formed by the upper surface of the interlayer insulating film 106 and the upper surface of the wiring layer 111.

ここで、層間絶縁膜はシリコン酸化膜である。しかし、層間絶縁膜は、シリコン窒化膜、あるいは有機樹脂等で形成されてもよい。配線層はアルミニウムを主成分とする配線や銅を主成分とする配線からなる。コンタクトは例えばタングステンで形成され、ビアはタングステン、あるいは銅を主成分とする配線と一体に形成されうる。ここで、配線層111は接続部314A及び311Aを含み、銅を主成分とする配線から構成される。また、配線層109は、アルミニウムを主成分とする配線から構成される。パッド313は配線層109と同じ層に配されており、アルミニウムを主成分とする。これら配線層、コンタクト層、層間絶縁膜、パッド313の製造方法については、一般的な半導体プロセスで形成可能であり、詳細な説明は省略する。以上によって、図4(B)の構成が得られる。図4(B)において、符号104’、105、106、108〜111は後に図1における第1配線構造149となる。また、接続部311Aは後に接続部311を構成する。   Here, the interlayer insulating film is a silicon oxide film. However, the interlayer insulating film may be formed of a silicon nitride film or an organic resin. The wiring layer is made of wiring mainly composed of aluminum or wiring mainly composed of copper. The contact may be formed of tungsten, for example, and the via may be formed integrally with a wiring mainly composed of tungsten or copper. Here, the wiring layer 111 includes connection portions 314A and 311A, and is composed of wiring mainly composed of copper. Further, the wiring layer 109 is composed of wiring mainly composed of aluminum. The pad 313 is arranged in the same layer as the wiring layer 109 and contains aluminum as a main component. The manufacturing method of the wiring layer, contact layer, interlayer insulating film, and pad 313 can be formed by a general semiconductor process, and detailed description thereof is omitted. As described above, the configuration of FIG. 4B is obtained. In FIG. 4B, reference numerals 104 ', 105, 106, and 108 to 111 later become the first wiring structure 149 in FIG. Further, the connecting portion 311A constitutes the connecting portion 311 later.

次に、図1の第2部材309の製造工程を、図5を用いて説明する。図5においては、後に図1の第2部材309となる構成を309’とし、図1の画素部301、周辺回路部302、パッド部312、保護ダイオード回路315になる部分を304’、302’、312’、315’としている。   Next, the manufacturing process of the 2nd member 309 of FIG. 1 is demonstrated using FIG. In FIG. 5, the configuration that will later become the second member 309 in FIG. 1 is 309 ′, and the portions that become the pixel portion 301, the peripheral circuit portion 302, the pad portion 312, and the protection diode circuit 315 in FIG. , 312 ′, 315 ′.

まず、半導体基板を準備し、半導体基板に素子を形成する。主面405と裏面406を有する厚みD4の半導体基板404を用意する。そして、半導体基板404にLOCOSやSTI構造を用いて素子分離構造136を形成する。また、半導体基板404にp型のウエル135、139やn型のウエル142を形成する。その後、トランジスタを構成するソース・ドレイン領域となりうるn型半導体領域138、141、及びp型半導体領域144や、ダイオードを構成する半導体領域を形成する。そして、トランジスタのゲート電極137、140、143及び配線(抵抗)を含むゲート電極層128をポリシリコン層の堆積及びパターニングによって形成する。ここで、ゲート電極、素子分離及び半導体領域の形成方法については、一般的な半導体プロセスで形成可能であり、詳細な説明は省略する。以上によって、図5(A)の構成が得られる。   First, a semiconductor substrate is prepared, and an element is formed on the semiconductor substrate. A semiconductor substrate 404 having a thickness D4 having a main surface 405 and a back surface 406 is prepared. Then, an element isolation structure 136 is formed on the semiconductor substrate 404 using a LOCOS or STI structure. In addition, p-type wells 135 and 139 and n-type well 142 are formed in the semiconductor substrate 404. Thereafter, n-type semiconductor regions 138 and 141 and p-type semiconductor region 144 that can serve as source / drain regions constituting a transistor, and a semiconductor region constituting a diode are formed. Then, a gate electrode layer 128 including gate electrodes 137, 140, and 143 and wiring (resistance) of the transistor is formed by depositing and patterning a polysilicon layer. Here, the formation method of the gate electrode, element isolation, and semiconductor region can be formed by a general semiconductor process, and detailed description thereof is omitted. As described above, the configuration of FIG. 5A is obtained.

次に、半導体基板404の主面405上に配線構造を形成する。配線構造は、層間絶縁膜124〜127と、コンタクト層129、131、133と、配線層130、132、134とを有する。層間絶縁膜124はゲート電極層128を覆い、コンタクト層129は層間絶縁膜124に配され、配線層130は層間絶縁膜124上に配されている。また、層間絶縁膜125は配線層130を覆い、コンタクト層131は層間絶縁膜125に配され、配線層132は層間絶縁膜125上に配され、層間絶縁膜126は配線層132を覆い層間絶縁膜125上に配される。そして、コンタクト層133は層間絶縁膜126に配され、配線層134は層間絶縁膜126上に配され、層間絶縁膜127は層間絶縁膜126上に配され、且つ配線層134の配線を露出する開口を有する。配線構造の上面は、層間絶縁膜127の上面及び配線層134の上面により形成される。   Next, a wiring structure is formed on the main surface 405 of the semiconductor substrate 404. The wiring structure includes interlayer insulating films 124 to 127, contact layers 129, 131, and 133, and wiring layers 130, 132, and 134. The interlayer insulating film 124 covers the gate electrode layer 128, the contact layer 129 is disposed on the interlayer insulating film 124, and the wiring layer 130 is disposed on the interlayer insulating film 124. In addition, the interlayer insulating film 125 covers the wiring layer 130, the contact layer 131 is disposed on the interlayer insulating film 125, the wiring layer 132 is disposed on the interlayer insulating film 125, and the interlayer insulating film 126 covers the wiring layer 132 and interlayer insulating Disposed on the film 125. The contact layer 133 is disposed on the interlayer insulating film 126, the wiring layer 134 is disposed on the interlayer insulating film 126, the interlayer insulating film 127 is disposed on the interlayer insulating film 126, and the wiring of the wiring layer 134 is exposed. Has an opening. The upper surface of the wiring structure is formed by the upper surface of the interlayer insulating film 127 and the upper surface of the wiring layer 134.

ここで、層間絶縁膜はシリコン酸化膜である。シリコン窒化膜、あるいは有機樹脂等で形成されていてもよい。配線層はアルミニウムを主成分とする配線や銅を主成分とする配線からなる。ここで、配線層134は接続部314B及び311Bを含み、銅を主成分とする配線から構成される。これら配線層、コンタクト層、層間絶縁膜の製造方法については、一般的な半導体プロセスで形成可能であり、詳細な説明は省略する。以上によって、図5(B)の構成が得られる。図5(B)において、符号124〜127、129〜134等は後に図1における第1配線構造150となる。また、接続部311Bは後に接続部311を構成する。   Here, the interlayer insulating film is a silicon oxide film. It may be formed of a silicon nitride film or an organic resin. The wiring layer is made of wiring mainly composed of aluminum or wiring mainly composed of copper. Here, the wiring layer 134 includes connection portions 314B and 311B, and is composed of wiring mainly composed of copper. The wiring layer, contact layer, and interlayer insulating film manufacturing method can be formed by a general semiconductor process and will not be described in detail. Thus, the configuration of FIG. 5B is obtained. In FIG. 5B, reference numerals 124 to 127, 129 to 134, etc. later become the first wiring structure 150 in FIG. Further, the connecting portion 311B configures the connecting portion 311 later.

このような図4(B)及び図5(B)に示した第1部材308’と第2部材309’とを、互いの半導体基板の主面402及び主面405とが向かい合うように張り合わせる。つまり、第1部材308’の配線構造の最上面と第2部材309’の配線構造の最上面とが接合される。ここで、接続部311A、311B及び接続部314A及び314Bは銅を主成分とする配線から構成されているため、張り合わせの際は銅の金属接合によって行うことが可能である。   The first member 308 ′ and the second member 309 ′ shown in FIGS. 4B and 5B are bonded to each other so that the main surface 402 and the main surface 405 of the semiconductor substrates face each other. . That is, the uppermost surface of the wiring structure of the first member 308 'and the uppermost surface of the wiring structure of the second member 309' are joined. Here, since the connection portions 311A and 311B and the connection portions 314A and 314B are composed of wiring mainly composed of copper, it is possible to perform bonding by copper metal bonding.

第1部材308’と第2部材309’とが接合された後に、第1部材308’の半導体基板401の裏面403側から半導体基板401を薄くして、半導体基板401を薄膜化する。薄膜化は、CMP(化学的機械研磨)やエッチングによって行うことが可能である。そして、半導体基板401は半導体基板407となり、厚みがD3からD1(D1<D3)となる(図6(A))。このように半導体基板401を薄膜化し半導体基板407とすることで、後に入射光が光電変換素子に効率良く入射することを可能にする。また、この時、半導体基板407の厚みD1<半導体基板404の厚みD4となる。   After the first member 308 ′ and the second member 309 ′ are joined, the semiconductor substrate 401 is thinned from the back surface 403 side of the semiconductor substrate 401 of the first member 308 ′, and the semiconductor substrate 401 is thinned. Thinning can be performed by CMP (chemical mechanical polishing) or etching. Then, the semiconductor substrate 401 becomes the semiconductor substrate 407, and the thickness becomes D3 to D1 (D1 <D3) (FIG. 6A). By thinning the semiconductor substrate 401 in this manner to form the semiconductor substrate 407, incident light can be efficiently incident on the photoelectric conversion element later. At this time, the thickness D1 of the semiconductor substrate 407 <the thickness D4 of the semiconductor substrate 404.

次に、半導体基板407の裏面408に、樹脂からなる平坦化層409、カラーフィルタ層410、樹脂からなる平坦化層411、マイクロレンズ層412をこの順に形成する。これら平坦化層、カラーフィルタ層、マイクロレンズ層の製造方法については、一般的な半導体プロセスで形成可能であり、詳細な説明は省略する。ここでマイクロレンズ層はパッド部となる312’の領域まで形成されていてもよい。以上の工程によって、図6(B)の構成が得られる。   Next, a planarizing layer 409 made of resin, a color filter layer 410, a planarizing layer 411 made of resin, and a microlens layer 412 are formed in this order on the back surface 408 of the semiconductor substrate 407. About the manufacturing method of these planarization layer, a color filter layer, and a micro lens layer, it can form with a general semiconductor process, and detailed description is abbreviate | omitted. Here, the microlens layer may be formed up to the region 312 'serving as a pad portion. Through the above steps, the structure shown in FIG. 6B is obtained.

そして、パッド313を露出するための開口100を形成する。ここでは、フォトリソグラフィ技術を用いてマイクロレンズ層412の上に任意の開口を有するフォトレジストマスクを設ける。そして、ドライエッチング技術を用いて、マイクロレンズ層412、平坦化層411、カラーフィルタ層410、平坦化層409、半導体基板407及び層間絶縁膜104’を除去し、開口100を形成して、この開口100からパッド313を露出させる。   Then, an opening 100 for exposing the pad 313 is formed. Here, a photoresist mask having an arbitrary opening is provided on the microlens layer 412 by using a photolithography technique. Then, using a dry etching technique, the microlens layer 412, the planarizing layer 411, the color filter layer 410, the planarizing layer 409, the semiconductor substrate 407, and the interlayer insulating film 104 ′ are removed, and an opening 100 is formed. The pad 313 is exposed from the opening 100.

そして、マイクロレンズ層118、平坦化層117、115、カラーフィルタ層116、第1基板101及び層間絶縁膜104が形成される。以上のようにして、図1の構成となる。なお、図6(B)の半導体基板404、主面405、裏面406、厚さD4は、図1の第2基板121、主面122、裏面123、厚さD2と対応している。   Then, the microlens layer 118, the planarization layers 117 and 115, the color filter layer 116, the first substrate 101, and the interlayer insulating film 104 are formed. As described above, the configuration of FIG. 1 is obtained. Note that the semiconductor substrate 404, the main surface 405, the back surface 406, and the thickness D4 in FIG. 6B correspond to the second substrate 121, the main surface 122, the back surface 123, and the thickness D2 in FIG.

ここで、厚さD4とD2とは変化がないが、半導体基板404の薄膜化を行い厚さD2<D4となるようにしてもよい。薄膜化によって、工程が増えるが固体撮像装置としての小型化が可能となる。   Here, the thicknesses D4 and D2 are not changed, but the semiconductor substrate 404 may be thinned so that the thickness D2 <D4. Although thinning increases the number of steps, it is possible to reduce the size of the solid-state imaging device.

以上のように、パッドを露出させるためのエッチングを薄膜化された半導体基板407の裏面408側から行うことで、パッド形成のエッチングに要する時間を短縮することが可能となる。また、パッド313は配線層109の配線と同一工程で形成可能であり、工数が削減可能である。そして、パッド313は本実施例のように外部端子との接続抵抗を低減するためにアルミニウムを主成分とする金属からなることが好ましい。なお、エッチングの際には、パッド313がエッチングストッパとしても機能することが可能である。   As described above, by performing the etching for exposing the pads from the side of the back surface 408 of the thinned semiconductor substrate 407, it is possible to reduce the time required for etching for pad formation. Further, the pad 313 can be formed in the same process as the wiring of the wiring layer 109, and the number of steps can be reduced. The pad 313 is preferably made of a metal mainly composed of aluminum in order to reduce the connection resistance with the external terminal as in this embodiment. Note that the pad 313 can also function as an etching stopper during etching.

本発明は本実施例の製造方法において説明した工程に限定されるものではなく、工程順が変更されていてもよい。また、第1部材308と第2部材309の製造順番については適宜設定可能である。更には、第1部材308と第2部材309とを購入し、張り合わせて形成することも可能である。なお、半導体基板401、402にはSOI基板を適用することも可能である。   This invention is not limited to the process demonstrated in the manufacturing method of a present Example, The process order may be changed. The manufacturing order of the first member 308 and the second member 309 can be set as appropriate. Furthermore, the first member 308 and the second member 309 can be purchased and bonded to each other. Note that an SOI substrate can be applied to the semiconductor substrates 401 and 402.

(実施例2)
本発明の実施例2について、図7を用いて説明する。図7(A)及び図7(B)は固体撮像装置の断面模式図であり、それぞれ図1に対応する図面である。図7において図1と同様の要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
(Example 2)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7A and 7B are schematic cross-sectional views of the solid-state imaging device, each corresponding to FIG. In FIG. 7, elements similar to those in FIG.

本実施例において、実施例1と異なる構成は、図7(A)における開口700及びパッド701と、図7(B)における開口702及びパッド701である。本実施例では、実施例1よりも深い開口700及び開口702を有し、実施例1よりも第2部材309の主面122に近接したパッド701を有する。このようにパッドは第2部材309の主面122よりも第1部材308側であって、仮想平面1020と主面122との間に配されていればどのような位置に配置されていてもよい。しかし、本実施形態のようにこのようにパッドが第2部材309に近接して配置されることで、実施例1に比べてパッド701から保護ダイオード回路315までの接続抵抗を低減することが可能となる。本実施例では、配線構造151の配線層は実施例1と同様に5層であるが、パッド701は5つの配線層のうち、仮想平面1020側から数えて3番目の配線層134と同じ層に配されている。このように、仮想平面1020側の配線層(配線層109、111)よりも仮想平面1020から離れた配線層(配線層134、132、130)にパッド701を配することが好ましい。すなわち、配線層数Nが奇数の場合には、仮想平面1020側から数えて(N+1)/2〜N番目の配線層と同じ層にパッド701を配することが好ましい。配線層数Nが偶数の場合には、仮想平面1020側から数えて1+(N/2)〜N番目の配線層と同じ層にパッド313を配することが好ましい。また、図7(B)においては、実施例1の開口100、図7(A)の開口700とは開口702の形状が異なる。図7(B)に示すように第1部材308のパッド部より外側に位置する不要な層間絶縁膜や半導体基板は除去してしまってもよい。また、予め作製する第1部材308を第2部材309よりも小さくしておいたり、第1部材308と第2部材309の端面をずらしておいたりすることで、開口702を設けるために第1部材308エッチングする工程の一部または全部を省略することもできる。開口702は装置端部に向かって開口しているが、パッド部への水分等の侵入を抑制する上では、図7(A)のように、開口700が第1基板101で囲まれた空間となるように、第1基板101に貫通穴を設けることが好ましい。   In this embodiment, different structures from the first embodiment are an opening 700 and a pad 701 in FIG. 7A and an opening 702 and a pad 701 in FIG. 7B. In this embodiment, the opening 700 and the opening 702 are deeper than those in the first embodiment, and the pad 701 is closer to the main surface 122 of the second member 309 than in the first embodiment. As described above, the pad is located on the first member 308 side with respect to the main surface 122 of the second member 309, and may be disposed at any position as long as it is disposed between the virtual plane 1020 and the main surface 122. Good. However, the connection resistance from the pad 701 to the protection diode circuit 315 can be reduced as compared with the first embodiment by arranging the pads close to the second member 309 as in the present embodiment. It becomes. In this embodiment, the wiring structure 151 has five wiring layers as in the first embodiment, but the pad 701 is the same layer as the third wiring layer 134 counted from the virtual plane 1020 side among the five wiring layers. It is arranged in. As described above, it is preferable to arrange the pad 701 in a wiring layer (wiring layers 134, 132, 130) farther from the virtual plane 1020 than the wiring layer (wiring layers 109, 111) on the virtual plane 1020 side. That is, when the number N of wiring layers is an odd number, it is preferable to place the pads 701 on the same layer as the (N + 1) / 2 to Nth wiring layers counted from the virtual plane 1020 side. When the number N of wiring layers is an even number, it is preferable to place the pads 313 on the same layer as the 1+ (N / 2) to Nth wiring layers counted from the virtual plane 1020 side. 7B, the shape of the opening 702 is different from the opening 100 of the first embodiment and the opening 700 of FIG. 7A. As shown in FIG. 7B, an unnecessary interlayer insulating film and semiconductor substrate located outside the pad portion of the first member 308 may be removed. Further, the first member 308 manufactured in advance is made smaller than the second member 309, or the end surfaces of the first member 308 and the second member 309 are shifted, so that the first member 308 is provided in order to provide the opening 702. Part or all of the step of etching the member 308 can be omitted. Although the opening 702 opens toward the end of the apparatus, in order to suppress the intrusion of moisture or the like into the pad portion, a space in which the opening 700 is surrounded by the first substrate 101 as shown in FIG. It is preferable to provide a through hole in the first substrate 101 so that

なお、パッド701は第2部材309の配線層134と同一の層に配されている。ここで、同一の層とは、同一工程で形成される、あるいは主面からの高さが同一である場合である。パッド701は配線層134と同じ層に含まれ、同一工程で形成される。そのため、配線層134はアルミニウムを主成分とする配線であることが好ましい。本実施例においては、実施例1と同様に銅を主成分とする配線としたが、パッド701と同じ層であることから配線層134はアルミニウムを主成分とする配線である方がより好ましい。この場合には接続部311はマイクロバンプ等で接合されていてもよい。   The pad 701 is disposed on the same layer as the wiring layer 134 of the second member 309. Here, the same layer is a case where they are formed in the same process or have the same height from the main surface. The pad 701 is included in the same layer as the wiring layer 134 and is formed in the same process. Therefore, the wiring layer 134 is preferably a wiring mainly composed of aluminum. In this embodiment, the wiring is mainly composed of copper as in the first embodiment. However, since it is the same layer as the pad 701, the wiring layer 134 is more preferably a wiring mainly composed of aluminum. In this case, the connection part 311 may be joined by a micro bump or the like.

(第3の実施例)
本発明の実施例3について、図8を用いて説明する。図8(C)は本実施例の固体撮像装置の断面模式図であり図1に対応する図面である。また、図8(A)及び図8(B)は本実施例の固体撮像装置の製造方法を説明するための断面模式図であり、図6に対応する図面である。図8において図1及び図6と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8C is a schematic cross-sectional view of the solid-state imaging device of the present embodiment and corresponds to FIG. FIGS. 8A and 8B are schematic cross-sectional views for explaining the method of manufacturing the solid-state imaging device according to the present embodiment, and are drawings corresponding to FIG. 8, the same components as those in FIGS. 1 and 6 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

本実施例において実施例1と異なる構成は、図8(C)における開口811、保護膜806の構成である。本実施例の保護膜806は開口811を有する第1基板101の側壁(側面)を覆っている。さらに保護膜806は側壁から延在して、パッド313の第1面3131の周縁を覆っている。このような保護膜806を有することで、開口811から装置内部への水分の浸入を低減することが可能となる。また、パッド313との接続をとるための外部端子が第1基板101などの導電体に接触するとリークが生じてしまう。保護膜806は外部端子が導電体と接触することを防ぎ、リークの発生を抑制する。更に、本実施例の保護膜806は画素部301の光電変換部の入射面(即ち第1基板101の裏面103)上にも配置されており、反射防止膜としても機能可能である。なお、保護膜806を有することによって、開口の構成が実施例1とは異なる構成になっている。また、平坦化層807、カラーフィルタ層808、平坦化層809、マイクロレンズ層810の構成も実施例1とは異なる構成に変化しうる。   In this embodiment, a different structure from the first embodiment is a structure of the opening 811 and the protective film 806 in FIG. The protective film 806 of this embodiment covers the side wall (side surface) of the first substrate 101 having the opening 811. Further, the protective film 806 extends from the side wall and covers the periphery of the first surface 3131 of the pad 313. By including such a protective film 806, it is possible to reduce the intrusion of moisture from the opening 811 into the apparatus. Further, when an external terminal for connecting to the pad 313 comes into contact with a conductor such as the first substrate 101, a leak occurs. The protective film 806 prevents the external terminal from coming into contact with the conductor and suppresses the occurrence of leakage. Furthermore, the protective film 806 of this embodiment is also disposed on the incident surface of the photoelectric conversion unit of the pixel unit 301 (that is, the back surface 103 of the first substrate 101), and can also function as an antireflection film. In addition, by having the protective film 806, the configuration of the opening is different from that of the first embodiment. In addition, the configurations of the planarization layer 807, the color filter layer 808, the planarization layer 809, and the microlens layer 810 can be changed to configurations different from those in the first embodiment.

本実施例の製造方法について、図8(A)及び図8(B)を用いて説明する。実施例1の図6(A)までは同様の方法であるので、説明を省略する。図6(A)の半導体基板407に開口800をフォトリソグラフィ及びエッチング技術によって形成し、第1基板101を形成する。開口800はパッド313が露出するように形成される。その後、保護膜となりうるシリコン窒化膜801をプラズマCVD法などの手法によって、開口800の側面を覆い、第1基板101の裏面103を覆うように形成し、図8(A)の構成を得る。   The manufacturing method of this example will be described with reference to FIGS. 8A and 8B. Since the method is the same up to FIG. 6A of the first embodiment, the description is omitted. An opening 800 is formed in the semiconductor substrate 407 in FIG. 6A by photolithography and etching techniques, whereby the first substrate 101 is formed. The opening 800 is formed so that the pad 313 is exposed. After that, a silicon nitride film 801 that can serve as a protective film is formed so as to cover the side surface of the opening 800 and the back surface 103 of the first substrate 101 by a method such as plasma CVD, thereby obtaining the configuration of FIG.

その後、シリコン窒化膜801を覆うように、平坦化層802、カラーフィルタ層803、平坦化層804、マイクロレンズ層805をこの順に形成する。各材料及び製造方法は実施例1と同様である。そして、開口811を形成する。開口811は、シリコン窒化膜801、平坦化層802、カラーフィルタ層803、平坦化層804、マイクロレンズ層805を貫通し、保護膜806がパッド313の第1面3131の周縁のみを覆うようにパッド313の第1面3131の一部を露出させる。ここで、シリコン窒化膜801、平坦化層802、カラーフィルタ層803、平坦化層804、マイクロレンズ層805は、それぞれ保護膜806、平坦化層807、カラーフィルタ層808、平坦化層809、マイクロレンズ層810となる。そして、図8(C)に示す固体撮像装置が製造される。   Thereafter, a planarization layer 802, a color filter layer 803, a planarization layer 804, and a microlens layer 805 are formed in this order so as to cover the silicon nitride film 801. Each material and manufacturing method are the same as in Example 1. Then, an opening 811 is formed. The opening 811 penetrates the silicon nitride film 801, the planarization layer 802, the color filter layer 803, the planarization layer 804, and the microlens layer 805, and the protective film 806 covers only the periphery of the first surface 3131 of the pad 313. A part of the first surface 3131 of the pad 313 is exposed. Here, the silicon nitride film 801, the planarization layer 802, the color filter layer 803, the planarization layer 804, and the microlens layer 805 are respectively a protective film 806, a planarization layer 807, a color filter layer 808, a planarization layer 809, and a microlens layer 805. The lens layer 810 is formed. Then, the solid-state imaging device shown in FIG. 8C is manufactured.

(第4の実施例)
本発明の実施例3について、図9を用いて説明する。図9は本実施例の固体撮像装置の断面模式図であり図1に対応する図面である。図9において図1及び図6と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
(Fourth embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the solid-state imaging device of the present embodiment and corresponds to FIG. 9, the same components as those in FIGS. 1 and 6 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

本実施例において実施例1とは、開口900が第1基板101ではなく第2基板121に設けられている点と、保護ダイオード回路315が第2基板121でなく第1基板101に配されている点が異なる。以下、これらの点について説明する。   In this embodiment, the first embodiment is different from the first embodiment in that the opening 900 is provided in the second substrate 121 instead of the first substrate 101, and the protection diode circuit 315 is arranged in the first substrate 101 instead of the second substrate 121. Is different. Hereinafter, these points will be described.

外部と信号のやりとりを行うための固体撮像装置のパッド313が第1部材308の主面102である第1基板101の表面の下部に配置され、第2部材309側に開口900が設けられている。パッド313は第1面3131と、第1面3131の反対側の面である第2面3132を有している。パッド313の第1面3131は第2基板121側に露出しており、この第1面3131に外部端子が接続される。つまりパッド313の第1面3131及び第2面3132はともに、主面102よりも第2基板121側に位置している。ここで、第2基板121の主面122を拡張して仮想平面1220を考える。仮想平面1220は、主面122を仮想的に延長した面であり、主面122に平行で主面122を含んでいる。そのため、図9において仮想平面1220は開口900を横切る。パッド313は第1基板101の主面122と仮想平面1220との間に位置している。詳細には、パッド313の第1面3131は仮想平面1220と第2面3132との間に位置しており、パッド313の第2面3132は第1面3131と第1基板101の主面102との間に位置している。本実施例では、パッド313は5つの配線層のうち、仮想平面1220側から数えて1番目の配線層130と同じ層に配されている。配線層130は、アルミニウムを主成分とする配線から構成され、パッド313もアルミニウムを主成分とする。なお、配線層111は接続部314A及び接続部311を、配線層134は接続部314Bおよび接続部311をそれぞれ含み、各々は銅を主成分とする配線から構成される。   A pad 313 of a solid-state imaging device for exchanging signals with the outside is disposed below the surface of the first substrate 101 which is the main surface 102 of the first member 308, and an opening 900 is provided on the second member 309 side. Yes. The pad 313 has a first surface 3131 and a second surface 3132 which is a surface opposite to the first surface 3131. The first surface 3131 of the pad 313 is exposed to the second substrate 121 side, and an external terminal is connected to the first surface 3131. That is, both the first surface 3131 and the second surface 3132 of the pad 313 are located closer to the second substrate 121 than the main surface 102. Here, a virtual plane 1220 is considered by extending the main surface 122 of the second substrate 121. The virtual plane 1220 is a surface obtained by virtually extending the main surface 122, and is parallel to the main surface 122 and includes the main surface 122. Therefore, the virtual plane 1220 crosses the opening 900 in FIG. The pad 313 is located between the main surface 122 of the first substrate 101 and the virtual plane 1220. Specifically, the first surface 3131 of the pad 313 is located between the virtual plane 1220 and the second surface 3132, and the second surface 3132 of the pad 313 is the first surface 3131 and the main surface 102 of the first substrate 101. Is located between. In this embodiment, the pad 313 is arranged in the same layer as the first wiring layer 130 among the five wiring layers, counting from the virtual plane 1220 side. The wiring layer 130 is composed of wiring mainly composed of aluminum, and the pad 313 is also composed mainly of aluminum. The wiring layer 111 includes a connection portion 314A and a connection portion 311, and the wiring layer 134 includes a connection portion 314B and a connection portion 311. Each of the wiring layers 111 includes a wiring mainly composed of copper.

実施例2と同様に、仮想平面1220側の配線層(配線層130、132)よりも仮想平面1220から離れた配線層(配線層134、111、109)にパッド313を配することで、接続抵抗を小さくすることも可能である。しかしながら、本実施例でも、第1基板101の厚みD1<第2基板121の厚みD2となっている。パッド313の第1面3131と第1基板101の裏面103との距離が極端に小さくなるとパッド部312の機械的強度が低下する。そのため、仮想平面1220側の配線層(配線層130、132)と同じ層にパッド313を配して、パッド313の第1面3131と第1基板101の裏面103との距離を十分に確保することが好ましい。   As in the second embodiment, the pads 313 are arranged on the wiring layers (wiring layers 134, 111, 109) that are further away from the virtual plane 1220 than the wiring layers (wiring layers 130, 132) on the virtual plane 1220 side. It is also possible to reduce the resistance. However, also in this embodiment, the thickness D1 of the first substrate 101 <the thickness D2 of the second substrate 121. When the distance between the first surface 3131 of the pad 313 and the back surface 103 of the first substrate 101 becomes extremely small, the mechanical strength of the pad portion 312 decreases. Therefore, the pad 313 is arranged on the same layer as the wiring layer (wiring layers 130 and 132) on the virtual plane 1220 side, and a sufficient distance is secured between the first surface 3131 of the pad 313 and the back surface 103 of the first substrate 101. It is preferable.

保護ダイオード回路315は第1部材308のパッド部312に配されている。また、周辺回路部302には周辺回路の或る一部を成す回路素子320が第1基板101に配されており、回路素子320は配線構造151を介して第2基板121に配された、周辺回路の別の一部に接続されている。両基板に配された周辺回路を接続する配線層は接続部を含む配線層111と配線層134を、少なくとも含む。パッド部312においては、パッド313は、第2配線構造150のコンタクト層131と配線層132、コンタクト層133配線層134(接続部314B)を介し、さらに、第1配線構造149の配線層111(接続部314A)とコンタクト層110、配線層109、コンタクト層108、ゲート電極層107を介して、保護ダイオード回路315に接続されている。パッド313の第2面3132は、コンタクト層131と複数の箇所で接続されている。このように、半導体集積回路の一部である保護ダイオード回路315が第1基板101に設けられている場合には、パッド313が主面102と仮想平面1220との間に位置して第2面3132から電気経路を設ける構成を採用することができる。この構成によって、パッド313と保護ダイオード回路315、さらにはパッド313と周辺回路との間の電気経路を短くすることができる。本実施例においても、パッド313と第1基板101との距離は5μm以下とすることが好ましい。   The protection diode circuit 315 is disposed on the pad portion 312 of the first member 308. Further, in the peripheral circuit unit 302, a circuit element 320 constituting a part of the peripheral circuit is disposed on the first substrate 101, and the circuit element 320 is disposed on the second substrate 121 via the wiring structure 151. Connected to another part of the peripheral circuit. A wiring layer connecting peripheral circuits arranged on both substrates includes at least a wiring layer 111 including a connecting portion and a wiring layer 134. In the pad portion 312, the pad 313 passes through the contact layer 131 and the wiring layer 132 of the second wiring structure 150, and the contact layer 133 wiring layer 134 (connecting portion 314 </ b> B), and further, the wiring layer 111 ( The connection portion 314A) is connected to the protective diode circuit 315 through the contact layer 110, the wiring layer 109, the contact layer 108, and the gate electrode layer 107. The second surface 3132 of the pad 313 is connected to the contact layer 131 at a plurality of locations. As described above, when the protection diode circuit 315 which is a part of the semiconductor integrated circuit is provided on the first substrate 101, the pad 313 is located between the main surface 102 and the virtual plane 1220, and the second surface. A configuration in which an electrical path is provided from 3132 can be employed. With this configuration, the electrical path between the pad 313 and the protection diode circuit 315 and between the pad 313 and the peripheral circuit can be shortened. Also in this embodiment, the distance between the pad 313 and the first substrate 101 is preferably 5 μm or less.

なお、本実施例においては、保護ダイオード回路315から周辺回路の一部である回路素子320に接続され、回路素子320が、配線構造151と、を介して第2基板121に配された周辺回路の別の一部に接続されている。しかし、保護ダイオード回路315と接続さるのは周辺回路の回路素子320に限らない。例えば、保護ダイオード回路315を第1基板101に配された画素回路(例えば転送トランジスタ)へ接続して、当該画素回路と第2基板121に配された周辺回路とを配線構造151を介して接続してもよい。また、保護ダイオード回路315を、第1基板101に配された周辺回路を経由せずに、第2基板121に配された周辺回路へ直接、配線構造151を介して接続してもよい。また、本実施例の固体撮像装置では外部端子として実施例1と同様にボンディングワイヤを用いることができるが、フリップチップボンディングを用いることもできる。第2基板121の裏面123に外部端子を配することにより、外部端子の劣化や損傷、あるいはパッド周辺からの水分の侵入を抑制することができる。   In this embodiment, the peripheral circuit is connected from the protective diode circuit 315 to the circuit element 320 which is a part of the peripheral circuit, and the circuit element 320 is arranged on the second substrate 121 via the wiring structure 151. Connected to another part of. However, the connection to the protection diode circuit 315 is not limited to the circuit element 320 of the peripheral circuit. For example, the protection diode circuit 315 is connected to a pixel circuit (for example, a transfer transistor) disposed on the first substrate 101, and the pixel circuit and a peripheral circuit disposed on the second substrate 121 are connected via the wiring structure 151. May be. Further, the protection diode circuit 315 may be directly connected to the peripheral circuit disposed on the second substrate 121 via the wiring structure 151 without passing through the peripheral circuit disposed on the first substrate 101. In the solid-state imaging device of this embodiment, a bonding wire can be used as an external terminal as in the first embodiment, but flip-chip bonding can also be used. By disposing external terminals on the back surface 123 of the second substrate 121, deterioration or damage of the external terminals or intrusion of moisture from around the pad can be suppressed.

開口900は第2基板121および第2配線構造150の一部をエッチングすることによって形成することができる。なお、本実施例でも、実施例2で説明した図7(B)と同様に、第2基板121の端部を除去してもよいし、実施例3と同様に、保護膜を設けることもできる。   The opening 900 can be formed by etching a part of the second substrate 121 and the second wiring structure 150. In this embodiment, the end portion of the second substrate 121 may be removed as in FIG. 7B described in the second embodiment, or a protective film may be provided as in the third embodiment. it can.

以上、述べてきたように、本実施例の固体撮像装置によれば、パッドと回路との接続の信頼性が高い固体撮像装置が提供可能である。   As described above, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, it is possible to provide a solid-state imaging device with high connection reliability between the pad and the circuit.

以下、上記の各実施形態に係る固体撮像装置の応用例として、固体撮像装置が組み込まれた撮像システムについて例示的に説明する。撮像システムには、撮影を主目的とするカメラなどの装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置(例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末)も含まれる。例えば、カメラは、本発明に係る固体撮像装置と、固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部とを含む。この処理部とは、例えば、A/D変換器、及びA/D変換器から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。処理部へは、固体撮像装置のパッドに接続されたボンディングワイヤ等の外部端子を介して、処理する信号が入力される。   Hereinafter, as an application example of the solid-state imaging device according to each of the embodiments described above, an imaging system in which the solid-state imaging device is incorporated will be exemplarily described. The imaging system includes not only a device such as a camera whose main purpose is photographing but also a device (for example, a personal computer or a portable terminal) that is supplementarily provided with a photographing function. For example, the camera includes a solid-state imaging device according to the present invention and a processing unit that processes a signal output from the solid-state imaging device. The processing unit may include, for example, an A / D converter and a processor that processes digital data output from the A / D converter. A signal to be processed is input to the processing unit via an external terminal such as a bonding wire connected to the pad of the solid-state imaging device.

以上述べてきたように、本発明の固体撮像装置によれば、パッドと回路との接続の信頼性が高い固体撮像装置が提供可能である。また、本発明によって、パッドと回路との接続を容易にすることが可能である。   As described above, according to the solid-state imaging device of the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device with high connection reliability between the pad and the circuit. Further, according to the present invention, the connection between the pad and the circuit can be facilitated.

なお、本発明は明細書記載の構成に限定されるものではなく、導電型や回路も逆導電型にするなど変更可能である。また、接続部は配線層の配線からなる構成を説明したが、ビアやマイクロバンプであってもよく、導通が確保可能な構成であればよい。また、各実施例の構成を適宜組み合わせることも可能である。   Note that the present invention is not limited to the configuration described in the specification, and the conductivity type and the circuit can be changed to the reverse conductivity type. Moreover, although the connection part demonstrated the structure which consists of wiring of a wiring layer, a via | veer and a micro bump may be sufficient as long as it is the structure which can ensure conduction | electrical_connection. Moreover, it is also possible to combine the structure of each Example suitably.

301 画素部
302 周辺回路部
308 第1部材
309 第2部材
149 第1配線構造
150 第2配線構造
312 パッド部
313 パッド
101 第1基板
121 第2基板
100 開口
X 接続面
301 Pixel part 302 Peripheral circuit part 308 First member 309 Second member 149 First wiring structure 150 Second wiring structure 312 Pad part 313 Pad 101 First substrate 121 Second substrate 100 Opening X Connection surface

Claims (20)

光電変換素子および第1半導体素子が配された第1半導体基板と、
第2半導体素子が配され、前記第1半導体基板に重なる第2半導体基板と、
前記第1半導体基板と前記第2半導体基板との間に配され、前記第1半導体素子に接続された第1配線と、
外部端子が接続されるパッドと、
前記第2半導体素子に接続された第2配線と、を備え、
前記第1半導体基板は第1部分と第2部分とを含み、
前記第1部分には前記光電変換素子および前記第1半導体素子が配され、
前記外部端子が前記第1部分と前記第2部分との間に位置し、かつ、前記パッドが前記外部端子と前記第2半導体基板との間に位置するように前記パッドが配され、
前記第2配線が前記パッドと前記第2半導体基板との間に配され、
前記第2配線を含む配線層が前記第1半導体基板と前記第2半導体基板との間に配され、
前記第1半導体基板は、前記第2半導体基板に対向している第1面と、前記第1面と反対側の第2面と、を有し、前記第2半導体基板は、前記第1半導体基板に対向している第3面と、前記第3面とは反対側の第4面と、を有し、前記第3面から前記パッドまでの距離が、前記第3面から前記第2面までの距離および前記第3面から前記第4面までの距離よりも小さく、
前記パッドが、複数の箇所で前記第2配線に接続されており、かつ、前記複数の箇所および前記第2配線を介して前記第2半導体素子に接続されていることを特徴とする撮像装置。
A first semiconductor substrate on which the photoelectric conversion element and the first semiconductor element are arranged;
A second semiconductor substrate on which a second semiconductor element is disposed and overlaps the first semiconductor substrate;
A first wiring disposed between the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate and connected to the first semiconductor element;
A pad to which an external terminal is connected;
A second wiring connected to the second semiconductor element,
The first semiconductor substrate includes a first portion and a second portion;
The photoelectric conversion element and the first semiconductor element are arranged in the first portion,
The pad is arranged such that the external terminal is located between the first part and the second part , and the pad is located between the external terminal and the second semiconductor substrate ,
The second wiring is disposed between the pad and the second semiconductor substrate;
A wiring layer including the second wiring is disposed between the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate;
The first semiconductor substrate has a first surface facing the second semiconductor substrate, and a second surface opposite to the first surface, and the second semiconductor substrate is the first semiconductor. A third surface facing the substrate; and a fourth surface opposite to the third surface, wherein a distance from the third surface to the pad is from the third surface to the second surface. And the distance from the third surface to the fourth surface,
The imaging device, wherein the pad is connected to the second wiring at a plurality of locations, and is connected to the second semiconductor element via the plurality of locations and the second wiring.
前記第配線を含む配線層が、前記第1半導体基板と前記パッドを含む配線層との間に配されている、請求項1に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 1, wherein a wiring layer including the first wiring is disposed between the first semiconductor substrate and a wiring layer including the pad . 第3配線が、前記第2配線と前記第2半導体基板との間に配されている、請求項1または2に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 1, wherein a third wiring is disposed between the second wiring and the second semiconductor substrate. 前記第2配線は前記パッドと前記第3配線との間に位置する、請求項3に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 3, wherein the second wiring is located between the pad and the third wiring. 前記パッドの主成分はアルミニウムであり、前記第2配線の主成分は銅である、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 1, wherein a main component of the pad is aluminum, and a main component of the second wiring is copper. 前記パッドと前記第2半導体基板との間の距離が、前記第1半導体基板と前記第2半導体基板との間の距離よりも小さい、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 1, wherein a distance between the pad and the second semiconductor substrate is smaller than a distance between the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate. . 前記第2配線は、前記第1半導体基板に重なる部分を有する、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 1, wherein the second wiring has a portion overlapping the first semiconductor substrate. 前記第2半導体素子は前記パッドに重なる、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 1, wherein the second semiconductor element overlaps the pad. 前記第1部分と前記第2部分との間には、前記外部端子を前記パッドに接続するための開口を有する膜が配されている、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮像装置。   The imaging according to any one of claims 1 to 8, wherein a film having an opening for connecting the external terminal to the pad is disposed between the first portion and the second portion. apparatus. 前記第2半導体基板は、前記パッドに重なる第1半導体領域と、前記パッドに重なる第2半導体領域と、前記第1半導体領域と前記第2半導体領域との間に配され、前記パッドに重なる絶縁体とを有する、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の撮像装置。   The second semiconductor substrate is disposed between the first semiconductor region overlapping the pad, the second semiconductor region overlapping the pad, the first semiconductor region and the second semiconductor region, and the insulating layer overlapping the pad. The imaging device according to claim 1, further comprising a body. 前記第1半導体基板の厚さは前記第2半導体基板の厚さよりも小さい、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 1, wherein a thickness of the first semiconductor substrate is smaller than a thickness of the second semiconductor substrate. 前記第2半導体素子は保護回路に含まれる、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 1, wherein the second semiconductor element is included in a protection circuit. 前記第1半導体基板にはソースフォロワ回路のトランジスタが配されている、請求項1乃至12のいずれか1項に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 1, wherein a transistor of a source follower circuit is disposed on the first semiconductor substrate. 前記第1半導体素子は前記光電変換素子に接続されており、
前記第2半導体基板には信号処理回路のトランジスタが配されている、請求項1乃至13のいずれか1項に記載の撮像装置。
The first semiconductor element is connected to the photoelectric conversion element;
The imaging device according to claim 1, wherein a transistor of a signal processing circuit is disposed on the second semiconductor substrate.
前記パッドと前記第2配線との間には絶縁膜が設けられており、前記絶縁膜が前記複数の箇所の間に位置している、請求項1乃至14のいずれか1項に記載の撮像装置。   The imaging according to any one of claims 1 to 14, wherein an insulating film is provided between the pad and the second wiring, and the insulating film is located between the plurality of portions. apparatus. 前記第2配線を含む前記配線層と前記第1半導体基板との間に位置する配線層の数が、前記第2配線を含む前記配線層と前記第2半導体基板との間に位置する配線層の数よりも少ない、請求項に記載の撮像装置。 The number of wiring layers positioned between the wiring layer including the second wiring and the first semiconductor substrate is a wiring layer positioned between the wiring layer including the second wiring and the second semiconductor substrate. less than the number of image pickup apparatus according to claim 1. 前記第2配線を含む前記配線層と前記第1半導体基板との間に位置する配線層の数が、前記第2配線を含む前記配線層と前記第2半導体基板との間に位置する配線層の数よりも多い、請求項に記載の撮像装置。 The number of wiring layers positioned between the wiring layer including the second wiring and the first semiconductor substrate is a wiring layer positioned between the wiring layer including the second wiring and the second semiconductor substrate. The imaging device according to claim 1 , wherein the imaging device is larger than the number of the imaging devices. 前記パッドが、前記第2配線および前記第3配線を介して前記第2半導体素子に接続されている、請求項3または4に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 3, wherein the pad is connected to the second semiconductor element through the second wiring and the third wiring. 前記第2半導体基板には第3半導体素子が配されており、前記第1半導体素子は銅を主成分とする配線同士の金属接合によって構成された接続部を介して前記第3半導体素子に接続されている、請求項1乃至18のいずれか1項に記載の撮像装置。   A third semiconductor element is disposed on the second semiconductor substrate, and the first semiconductor element is connected to the third semiconductor element through a connection portion formed by metal bonding of wirings mainly composed of copper. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the image pickup apparatus is used. 請求項1乃至19のいずれか1項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置から出力された信号を処理する処理部と、を有する撮像システム。
An imaging device according to any one of claims 1 to 19,
A processing unit that processes a signal output from the imaging device.
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