JP7140718B2 - 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

Info

Publication number
JP7140718B2
JP7140718B2 JP2019121959A JP2019121959A JP7140718B2 JP 7140718 B2 JP7140718 B2 JP 7140718B2 JP 2019121959 A JP2019121959 A JP 2019121959A JP 2019121959 A JP2019121959 A JP 2019121959A JP 7140718 B2 JP7140718 B2 JP 7140718B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wiring
pad
semiconductor substrate
manufacturing
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019121959A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019195082A (en
Inventor
昌弘 小林
峰生 下津佐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Publication of JP2019195082A publication Critical patent/JP2019195082A/en
Priority to JP2021141410A priority Critical patent/JP2022000897A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7140718B2 publication Critical patent/JP7140718B2/en
Priority to JP2023012108A priority patent/JP2023055816A/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

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 more particularly 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。
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。
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。
2. Description of the Related Art In CCD-type or amplification-type solid-state imaging devices used in digital still cameras, camcorders, etc., miniaturization of pixels is required in order to obtain high-definition images. However, the finer the pixels, the smaller the light-receiving area of the photoelectric conversion elements for detecting the light contained in the pixels, resulting in lower sensitivity.
Patent Document 1 discloses a CMOS-type solid-state imaging device, which is an amplification type, in which a first substrate on which a photoelectric conversion element and a transfer transistor are arranged and a second substrate on which other circuits are arranged in order to secure a light receiving area of the photoelectric conversion element. A configuration is disclosed in which two substrates are bonded to form a solid-state imaging device. In the solid-state imaging device disclosed in Patent Literature 1, a connecting portion penetrating through the second substrate is connected to a pad (input/output pad), and the pad is connected from the rear surface side of the second substrate. This pad is formed on the rear surface of the second substrate after the second substrate is polished to expose the second connecting portion.
In addition, Patent Literature 2 discloses a method of manufacturing an electronic component in which a first substrate having an image sensor and a first conductive area is bonded to a second substrate having an integrated circuit and a second conductive area. . After bonding the first substrate and the second substrate, the first conductive area and the second conductive area are exposed, and a further conductive layer is deposited to electrically connect the first conductive area and the second conductive area. is disclosed to form a A first conductive area or 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Japanese Patent Publication No. 2010-514177

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。
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。
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。
In the configuration as disclosed in Patent Document 1, the electric path connecting the pads and the first substrate becomes long. As a result, there is a possibility that the performance will be degraded due to the increase in connection resistance, or the reliability of the connection between the pad and the first substrate will be degraded. In the configuration as disclosed in Patent Document 2, the reliability of the connection between the pad and the second conductive area is lowered.
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 the input/output pads are required. It gets complicated. In the manufacturing method of Patent Document 2, a step of providing openings with different depths for the first conductive area and the second conductive area is required, which complicates the process.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device having a highly reliable 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 allows easy connection between pads and circuits.

本発明は、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半導体素子および第3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た第1配線構造と、前記第1配線構造と前記第2半導体基板との間に配された第2配線構造と、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るとともに、前記第1半導体基板に設けられた半導体素子には接続されず、前記第3半導体素子に接続されたパッドと、を備え、前記第1半導体素子と前記第2半導体素子とが電気的に接続された部材を用意し、前記第1半導体基板を貫通して前記パッドに達する開口を形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法である。 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 and a third semiconductor element are arranged, the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate. a first wiring structure arranged between a semiconductor substrate; a second wiring structure arranged between the first wiring structure and the second semiconductor substrate; and the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate. and a pad connected to the third semiconductor element and not connected to the semiconductor element provided on the first semiconductor substrate, the pad being arranged between the first semiconductor element and the second semiconductor element. The method of manufacturing a solid-state imaging device comprises preparing a member electrically connected to a semiconductor element, and forming an opening penetrating through the first semiconductor substrate and reaching the pad.

本発明によって、パッドと半導体素子との接続の信頼性を向上可能である。また、本発明によって、パッドと半導体素子との接続を容易に形成可能となる。 According to the present invention, it is possible to improve the reliability of the connection between the pad and the semiconductor element . Also, according to the present invention, it becomes possible to easily form the connection between the pad and the semiconductor element .

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 according to Example 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 Example 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 according to Example 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。4A and 4B are cross-sectional schematic diagrams illustrating a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment; 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。4A and 4B are cross-sectional schematic diagrams illustrating a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment; 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。4A and 4B are cross-sectional schematic diagrams illustrating a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment; 実施例2における固体撮像装置の断面模式図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a solid-state imaging device according to Example 2; 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。8A and 8B are a schematic cross-sectional view of a solid-state imaging device according to Example 3 and a schematic cross-sectional view for explaining a method of manufacturing the solid-state imaging device; 実施例4における固体撮像装置の断面模式図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a solid-state imaging device according to Example 4;

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。
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。
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。
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。
The solid-state imaging device of the present invention comprises a first semiconductor substrate having a photoelectric conversion element disposed on its surface and a second semiconductor substrate having at least a part of a circuit for generating a signal based on the charge of the photoelectric conversion element disposed on its surface. a substrate; The surface of the first semiconductor substrate and the surface of the second semiconductor substrate are arranged so as to face each other. A wiring structure is arranged between the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate. The solid-state imaging device has pads to which external terminals are connected, and the external terminals are connected to the first surfaces of the pads.
In the first solid-state imaging device, the first surface of the pad is positioned 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. is located between the first surface and the surface of the second semiconductor substrate. A second surface of the pad is connected to the wiring structure such that the pad connects through the wiring structure to a peripheral circuit disposed on the second semiconductor substrate.
In the second solid-state imaging device, part of the peripheral circuit is arranged on the first semiconductor substrate. The first surface of the pad is positioned 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 the 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 such that the pad connects through the wiring structure to a portion of the peripheral circuit disposed on the first semiconductor substrate, and the peripheral circuit disposed on the first semiconductor substrate. A part is connected to a part of the peripheral circuit arranged on the second semiconductor substrate through the wiring structure.
According to such a configuration, it is possible to provide a solid-state imaging device in which the connection between the pads and the peripheral circuit is highly reliable.

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。
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。
Moreover, the manufacturing method of the solid-state imaging device of the present invention has a step of bonding the first member and the second member. The first member has a first semiconductor substrate having a photoelectric conversion element disposed thereon and a first wiring structure disposed on the surface of the first semiconductor substrate. The second member includes a second substrate on which at least part of a peripheral circuit for generating a signal based on the charge of the photoelectric conversion element is arranged, and a second wiring structure arranged on the surface of the second semiconductor substrate. have The laminating step is performed to connect the first wiring structure and the second wiring structure. A step of thinning the first semiconductor substrate from the back surface side of the first semiconductor substrate is provided after the step of laminating. Before the bonding step, the first wiring structure or the second wiring structure is connected with a pad connected to an external terminal, and after the thinning step, the step of exposing the pad to the first semiconductor substrate side is performed. have.
Such a manufacturing method makes it possible to facilitate the formation of connections between pads and peripheral circuits.

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 above-described first solid-state imaging device will be described using Examples 1 to 3, and the second solid-state imaging device will be described using Example 4. In the description of the embodiments, the principal surface of the first substrate and the principal surface of the second substrate are the surfaces of the substrates. 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 the direction from the rear surface to the main surface (front surface), and the downward direction and the depth direction are the directions from the main surface (front surface) to the rear surface of the substrate. As a solid-state imaging device, it is assumed that the first substrate is arranged on the second substrate in accordance with the display direction of the drawing, and the direction from the second substrate to the first substrate is upward, and from the first substrate to the second substrate. In some cases, the direction toward the

(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)
Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6. FIG.

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。
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。
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。
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 charges are, for example, electrons will be described. The solid-state imaging device in FIG. 3 has a pixel portion 301 in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged. In addition, a peripheral circuit portion 302 including peripheral circuits including a readout circuit for reading out signals from the pixel portion 301, a control circuit for driving the pixel portion 301 and the readout circuit, and a signal processing circuit for processing the readout signal is provided. .
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 structure including at least one photoelectric conversion element 303 is referred to as 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 this amplification transistor 306 is assumed to be a node 305 . The reset transistor connects to node 305 and sets the potential of node 305 to an arbitrary potential (eg, reset potential). Here, the amplification transistor 306 is part of a 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.
A peripheral circuit portion 302 indicates a region other than the pixel portion 301 . Peripheral circuits including a readout circuit and a control circuit are arranged in the peripheral circuit section 302 . The peripheral circuit has a vertical scanning circuit VSR which is a control circuit for supplying control signals to the gate electrodes of the transistors of the pixel section 301 . The peripheral circuit also has a readout circuit RC that holds signals output from the pixel unit 301 and performs signal processing such as amplification, addition, and AD conversion. The peripheral circuit also has a horizontal scanning circuit HSR which is a control circuit for controlling 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。
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。
Here, the solid-state imaging device of Example 1 is configured by bonding two members together. The two members are a first member 308 having a first substrate 101 and a second member 309 having a second substrate 121 . Photoelectric conversion elements 303 and transfer transistors 304 of the pixel section 301 are arranged on the first substrate 101 , and amplification transistors 306 and reset transistors 307 of the pixel section 301 and a peripheral circuit section 302 are arranged on the second substrate 121 . and are arranged. A control signal from the peripheral circuit section 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 section 310 . A configuration of the connection unit 310 will be described later. A signal generated by the photoelectric conversion element 303 of the first member 308 is read out to the drain region of the transfer transistor 304 , ie, the node 305 . Node 305 includes a structure disposed on first member 308 and a structure disposed on second member 309 .
With such a structure, the area of the photoelectric conversion element 303 can be increased and the sensitivity can be improved as compared with the conventional case where all the pixel portions are arranged on one member (that is, one substrate). Become. Further, compared to the conventional case where all the pixel portions are arranged on one member (that is, one substrate), if the areas of the photoelectric conversion elements are the same, more photoelectric conversion elements 303 can be provided. Pixelation becomes possible. Note that at least a photoelectric conversion element may be arranged on the first substrate, and the amplification transistor 306 may be arranged on the first substrate. Alternatively, the photoelectric conversion element may be connected to the gate electrode of the amplification transistor without providing the transfer transistor. 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 the schematic plan view of the solid-state imaging device in FIG. FIG. 2A shows the planar layout of the first member 308, namely the first substrate (101), and FIG. 2B shows the planar layout of the second member 309, namely 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。 In FIG. 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. In addition, a connection portion 314A for connection with the second member 309 is arranged at the same position as the pad 313 in the plane of the pad portion 312A. 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 wire bonding. A plurality of pads 313 are arranged in the solid-state imaging device, and include pads (output pads) for outputting signals (image signals) based on charges generated by photoelectric conversion elements, and voltages supplied from the outside for driving peripheral circuits. A pad (input pad) for inputting such as is included.

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 the amplification transistor 306, the reset transistor 307, the connection portion 310, and the connection portion 311 in FIG. 3 are arranged in plurality. A part of the peripheral circuit is arranged in the peripheral circuit section 302, and a horizontal scanning circuit HSR, a vertical scanning circuit VSR, and a reading circuit RC are arranged. Pad section 312B has protection diode circuit 315 . A connection portion 314B for connection with the first member 308 is arranged in the pad portion 312B at the same position as the protection diode circuit 315 in plan view. The protection diode circuit 315 and the connection portion 314B do not have to be arranged at the same position in a plane. The protection diode circuit 315 is connected with peripheral circuits. Specifically, a plurality of protective diode circuits 315 are provided as shown in FIG. 2B, and the protective diode circuits 315 connected to each pad 313 are connected to the vertical scanning circuit VSR and the horizontal scanning circuit HSE, respectively. , or connected to a readout circuit RC. As described above, the second substrate 121 is provided with the pixel circuits arranged in the pixel section 301, the peripheral circuits arranged in the peripheral circuit section 302, and the protective diode circuits arranged in the pad section 312B. there is These circuits are semiconductor integrated circuits, and are composed of a large number of semiconductor elements including transistors, diodes, resistance elements, capacitive elements, and the like. A signal based on the charge (signal charge) of the photoelectric conversion element 303 is generated by operating the integrated circuit composed of the semiconductor element.

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。 A first member 308 and a second member 309 having the planar layouts shown in FIGS. 2A and 2B are bonded together to form 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. The connection portion 314A and the connection portion 314B are connected, and the connection portions 310 and 311 of the first member are connected to the connection portions 310 and 311 of the second member. In FIG. 2, the area of the first member 308 corresponding to the peripheral circuit section 302B of the second member 309 is indicated by the peripheral circuit section 302A. A part of the scanning circuit, that is, a part of the peripheral circuit may be arranged in the peripheral circuit section 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 descriptions thereof are 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。
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。
The first member 308 has 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 . A transistor is 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 gate electrodes and 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 layers of the interlayer insulating film, the wiring layer and the contact layer included in the first wiring structure 149 can be set arbitrarily. In this embodiment, the number of wiring layers is two. Note that the wiring layer 111 of the first wiring structure 149 includes a connecting portion.
In the pixel portion 301 of the first member 308, the n-type semiconductor region 112 constituting the photoelectric conversion element, the n-type semiconductor region 114 that is the drain of the transfer transistor, and the element isolation structure 119 are arranged on the first substrate 101. It is The transfer transistor is composed of 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, charges accumulated in the n-type semiconductor region 112 are transferred to the n-type semiconductor region 114 by the gate electrode 113 . The potential based on the charges transferred to the n-type semiconductor region 114 is transmitted to the second member 309 through 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 the connecting portion 311 . The photoelectric conversion element may be a buried photodiode further having a p-type semiconductor region, or may be 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。 A planarization layer 115, a color filter layer 116 including a plurality of color filters, a planarization layer 117, and a microlens layer 118 including a plurality of microlenses are arranged in this order on the rear surface 103 side of the first substrate 101 of the pixel section 301. It is In FIG. 1, a plurality of color filters and a plurality of microlenses are arranged corresponding to one photoelectric conversion element, that is, each pixel, but one may be provided for each pixel. . The solid-state imaging device of this embodiment is a so-called back-illuminated solid-state imaging device in which light is incident from the microlens layer 118 side and received by the photoelectric conversion elements.

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 exposing the pad 313 for connection with an external terminal. In this 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 opposite to the first surface. A first surface 3131 of the pad 313 is exposed on the first substrate 101 side, and an external terminal is connected to the first surface 3131 . Also, a connection portion 314A for transmitting the voltage input from the pad 313 to the second member 309 is arranged. The connecting portion 314A is arranged at the same position as the pad 313 in plan view. In the region of the first member 308 corresponding to the peripheral circuit section 302 of the second member 309, an arbitrary circuit element 120 is provided 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。
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。
The second member 309 has a second wiring structure 150 and a second substrate 121 . The second substrate 121 is, for example, a silicon semiconductor substrate and has a principal surface 122 and a back surface 123 . A transistor is arranged on the major surface 122 of the second substrate. The second wiring structure 150 includes interlayer insulating films 124 to 127, a gate electrode layer 128 including gate electrodes and wiring, 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 numbers of interlayer insulating films, wiring layers, and contact layers included in the second wiring structure 150 can be set arbitrarily. In this embodiment, the number of wiring layers in the second wiring structure 150 is three, which is more wiring layers than in the first wiring structure 149 . Note that the wiring layer 134 includes a connecting portion.
In the pixel portion 301 of the second member 309, the second substrate 121 includes a well 135 forming an amplifying transistor of the pixel circuit, an n-type semiconductor region 138 forming a source/drain region of the amplifying transistor, and an element isolation structure 136. and are arranged. The amplifying transistor is arranged in the well 135 and is composed of a gate electrode 137 included in the gate electrode layer 128 and an n-type semiconductor region 138 forming source/drain regions. Here, the connection portion 311 of the first member 308 and the gate electrode 137 of the amplification transistor are 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 contacts of the contact layer 129 . Here, the node 305 in FIG. 3 is the n-type semiconductor region 114 in FIG. , and the gate electrode 137 . Other circuits (eg, reset transistors) of the pixel unit 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。
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。
Next, in the peripheral circuit section 302 of the second member 309, at least part of peripheral circuits including control circuits such as horizontal scanning circuits and vertical scanning circuits and readout circuits are arranged. 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 comprising a gate electrode 140 included in the gate electrode layer 128 and an n-type source/drain region 141 is arranged 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 forming a p-type source/drain region is arranged in the n-type well 142 .
A protection diode circuit 315 for inputting a signal from the pad 313 of the first member 308 and a connection portion 314B for connection with the first member 308 are arranged on the pad portion 312 of the second member 309. ing. The connecting portion 314B and the protection diode circuit 315 are arranged at the same position in a plane. The protection diode circuit 315 of this embodiment includes two diodes 145 and 146 composed of semiconductor regions and two resistors 147 and 148 composed of the 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。 Resistor 147 is the input of protection diode circuit 315 and resistor 148 is the output of the protection diode. The protection diode circuit 315 has the following configuration. One end of the resistor 147 is connected to the pad 313 , 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 via the wiring layer 130 . The other end of the resistor 148 is connected to the circuit element 320 of the subsequent peripheral circuit section 302 (for example, the vertical scanning circuit VSR and the horizontal scanning circuit HSR). That is, at a node represented 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 wiring (not shown), and the anode of the diode 146 is connected to a voltage VSS different from the predetermined voltage by wiring (not shown). Here, the voltage relationship is VDD>input voltage>VSS. Also, VSS may be a voltage lower than VDD, and may be the reference voltage GND. By providing such a protection diode circuit, for example, when a voltage higher than the sum of VDD and the forward voltage drop across the diode 145 is input to the pad 313, the diode 145 is forward biased and the node to VDD. Therefore, it is possible to prevent a voltage higher than the sum of VDD and the forward voltage drop in the diode 145 from being applied to the subsequent circuit. Also, when a voltage smaller than the forward voltage difference between VSS and diode 146 is input to the pad, diode 146 is forward biased and current flows from VSS to the node. Therefore, it is possible to prevent a voltage smaller than the difference between VSS and the forward voltage of the second diode 146 from being applied to the subsequent circuit. Note that the resistors 147 and 148 have the effect of decreasing 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 a protection diode circuit having a generally used configuration can be applied 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 in 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 as well. 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 preceding peripheral circuit section 302 (for example, the readout circuit RC). It can be configured to be connected to Also, a protection diode circuit may be placed in the electrical path between the pixel circuit and the pad. The protection diode circuit 315 connected to the output pad can also suppress output of the abnormal signal to the outside of the device when an abnormal signal occurs inside the solid-state imaging device. A protection circuit such as the protection diode circuit 315 can reduce the entry of external noise from the pad 313 . In addition, it becomes possible to protect the subsequent circuit against erroneous input and surge voltage. Causes of external noise include erroneous inputs, voltage surges, and the like, as described above. In particular, it is very significant to provide the protection diode circuit 315 on the second substrate 121 in order to protect peripheral circuits from voltage surges caused by electrostatic discharge (ESD). A voltage surge due to electrostatic discharge is likely to enter the input pad and the output pad without distinction, so it is desirable that the protection diode circuits are arranged corresponding to both the input pad and the output pad. As an example of a protection circuit arranged to reduce the intrusion of external noise, a protection diode circuit was taken as an example, but it is not limited to protection circuits using diodes, and protection circuits using transistors can also be A similar effect can be obtained. Note that the protection diode circuit 315 may be omitted, 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 section 302 . Also, 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 of this embodiment, the principal surface 102 of the first substrate 101 and the principal surface 122 of the second substrate 121 are arranged to face each other with the first wiring structure 149 and the second wiring structure 150 interposed therebetween. (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 together at the bonding surface X. As shown in FIG. That is, the first member 308 and the second member 309 are joined together at the joining surface X. As shown in FIG. The bonding surface X is composed of the top surface of the first wiring structure 149 and the top 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 the wiring structure 151 between the first substrate 101 and the second substrate 121 . The wiring structure 151 will have five wiring layers, wiring layers 109 , 111 , 130 , 132 and 134 . Note that the bonding of the first wiring structure 149 and the second wiring structure 150 may utilize a connection member such as micro-bonding, or may utilize metal bonding. Such bonding is accomplished at connection 311 and connection 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。 Pads 313 of the solid-state imaging device for exchanging signals with the outside are arranged above the 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 is

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 positioned closer to the first substrate 101 than the main surface 122 is. Here, consider a virtual plane 1020 by extending the main surface 102 of the first substrate 101 . The virtual plane 1020 is a virtual extension of the major surface 102 , is parallel to the major surface 102 and includes the major surface 102 . Therefore, a virtual plane 1020 intersects the opening 100 in FIG. Pad 313 is located between main surface 122 of second substrate 121 and imaginary plane 1020 . Specifically, the first surface 3131 of the pad 313 is located between the imaginary plane 1020 and the second surface 3132 , and the second surface 3132 of the pad 313 is located between the first surface 3131 and the main surface of the second substrate 121 . is located between In this embodiment, the pads 313 are 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。 In this manner, the pad 313 is positioned between the main surface 122 of the second substrate 121 and the imaginary plane 1020, so that the distance between the pad 313 and the second substrate 121 is equal to that between the first substrate 101 and the second substrate. 121 can be less than the distance. As a result, the electrical path between 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 practically in the range of 1 μm or more and 10 μm or less. If the distance between the pad 313 and the second substrate 121 is 5 μm or less, it can be said that the electric path is sufficiently short. The distance (gap) between the first substrate 101 and the second substrate 121 is preferably 1.5 μm to 3.0 μm. can be on the submicron order.

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。 Moreover, since it is not necessary to provide an opening in the second member 309, it is possible to reduce the penetration of moisture into the peripheral circuit section of the second member 309. FIG. In this embodiment, the number of elements arranged in the vicinity of the pad section 312A of the first member 308 can be easily made smaller than the number of elements arranged in the vicinity of the pad section 312B of the second member 309. FIG. Further, 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 pad opening 100 on the device. In addition, by arranging the external terminals on the rear surface side of the first member 308, connection to the pads 313 is facilitated, and connection failures are 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 is connected to the contact layer 110 and the wiring layer 111 (connecting portion 314A) of the first wiring structure 149, and further to the wiring layer 134 (connecting portion 314B) of the second wiring structure 150 and the contact layer. 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 manner, the second surface 3132 of pad 313 is connected to wiring structure 151 . With this configuration, the pad 313 is positioned between the main surface 122 of the second substrate 121 and the imaginary plane 1020, and an electrical path is formed from the second surface 3132 of the pad 313, so that the pad 313 and the protection diode The electrical path to and from circuit 315 can be shortened. As a result, the electrical path between 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。
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。
As described above, the pad portion 312B is provided with the connection portion 314B for connection with the first member at the same position as the protection diode circuit 315 in plan view. Furthermore, a connecting portion 314A for connection with the second member 309 is arranged at the same position as the pad 313 in the plane of the pad portion 312A. By connecting the connecting portion 314A and the connecting portion 314B, the protection diode circuit 315 and the pad 313 are also arranged at the same position in a plane, so that the protection diode circuit 315 and the pad 313 overlap each other. Therefore, it becomes possible to connect the protection diode circuit 315 and the pad 313 with the shortest electrical path.
When the protection diode circuit 315 is omitted, the peripheral circuit section 302 and the circuit element 320 are arranged at positions overlapping with the pad 313 and connected to the pad 313 through 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。 Also, in this embodiment, the pad 313 is connected to a plurality of vias in the contact layer 133 . As described above, the connection between the wiring structure 151 and the pads 313 to which an external force is likely to be applied is made at a plurality of points, so that 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 via is lost, the possibility of maintaining the connection between the pad 313 and the wiring structure 151 increases, so 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。
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。
Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device of this 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. It is a cross-sectional schematic diagram which shows the manufacturing process after joining.
A manufacturing process of the first member 308 in FIG. 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the structure that will later become the first member 308 of FIG. are 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 elements are 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, for example, a silicon semiconductor substrate. A device isolation structure 119 is formed in a 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 . After that, n-type semiconductor regions 112 and 114 and p-type semiconductor regions (not shown), which constitute photoelectric conversion elements and transistors, are formed. Further, a gate electrode layer 107 including gate electrodes 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 gate electrodes but also wiring. Here, the method of forming the gate electrode, element isolation, and semiconductor region can be formed by a general semiconductor process, and detailed description thereof will be omitted. As described above, the configuration shown in 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 has 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 in FIG. The interlayer insulating film 104' covers the gate electrode layer 107, the contact layer 108 is arranged on the interlayer insulating film 104', and the wiring layer 109 and the pad 313 are arranged on the interlayer insulating film 104'. Further, the interlayer insulating film 105 covers the wiring layer 109, the contact layer 110 is arranged on the interlayer insulating film 105, the wiring layer 111 is arranged on the interlayer insulating film 105, and the interlayer insulating film 106 is arranged on the interlayer insulating film 105. and has an opening through which the wiring of the wiring layer 111 is exposed. The top surface of the wiring structure is formed by the top surface of the interlayer insulating film 106 and the top 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, an organic resin, or the like. The wiring layer is composed of wiring whose main component is aluminum and wiring whose main component is copper. The contacts are made of, for example, tungsten, and the vias can be formed integrally with wires whose main component is tungsten or copper. Here, the wiring layer 111 includes the connecting portions 314A and 311A, and is composed of wiring containing copper as a main component. Also, the wiring layer 109 is composed of a wiring whose main component is aluminum. The pad 313 is arranged in the same layer as the wiring layer 109 and is mainly composed of aluminum. The wiring layer, contact layer, interlayer insulating film, and pad 313 can be manufactured by general semiconductor processes, and detailed description thereof will be omitted. As described above, the configuration shown in FIG. 4B is obtained. 4B, reference numerals 104', 105, 106, 108 to 111 will later become the first wiring structure 149 in FIG. Also, the connecting portion 311A will constitute 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 second member 309 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 5, 309' denotes a structure that will later become the second member 309 of FIG. , 312′ and 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 elements are 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 isolation structure 136 is formed on the semiconductor substrate 404 using a LOCOS or STI structure. Also, p-type wells 135 and 139 and an n-type well 142 are formed in the semiconductor substrate 404 . After that, n-type semiconductor regions 138 and 141 and p-type semiconductor regions 144 which can be source/drain regions constituting transistors, and semiconductor regions constituting diodes are formed. Then, a gate electrode layer 128 including gate electrodes 137, 140, 143 of transistors and wiring (resistors) is formed by depositing and patterning a polysilicon layer. Here, the method of forming the gate electrode, element isolation, and semiconductor region can be formed by a general semiconductor process, and detailed description thereof will be omitted. As described above, the configuration shown in 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 major surface 405 of the semiconductor substrate 404 . The wiring structure has 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 arranged on the interlayer insulating film 124 , and the wiring layer 130 is arranged on the interlayer insulating film 124 . Further, the interlayer insulating film 125 covers the wiring layer 130, the contact layer 131 is arranged on the interlayer insulating film 125, the wiring layer 132 is arranged on the interlayer insulating film 125, and the interlayer insulating film 126 covers the wiring layer 132 to provide interlayer insulation. It is placed on the membrane 125 . The contact layer 133 is arranged on the interlayer insulating film 126, the wiring layer 134 is arranged on the interlayer insulating film 126, the interlayer insulating film 127 is arranged on the interlayer insulating film 126, and the wiring of the wiring layer 134 is exposed. have 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, an organic resin, or the like. The wiring layer is composed of wiring whose main component is aluminum and wiring whose main component is copper. Here, the wiring layer 134 includes the connecting portions 314B and 311B, and is composed of a wiring containing copper as a main component. The wiring layer, the contact layer, and the interlayer insulating film can be manufactured by a general semiconductor process, and detailed description thereof will be omitted. As described above, the configuration shown in FIG. 5B is obtained. 5B, reference numerals 124 to 127, 129 to 134, etc. will later become the first wiring structure 150 in FIG. Also, the connecting portion 311B will constitute 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。
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。
The first member 308' and the second member 309' shown in FIGS. 4B and 5B are pasted together so that the main surfaces 402 and 405 of the semiconductor substrates face each other. . That is, the top surface of the wiring structure of the first member 308' and the top 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 wires containing copper as a main component, they can be laminated by metal bonding of copper.
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' to thin the semiconductor substrate 401. FIG. Thinning can be performed by CMP (Chemical Mechanical Polishing) or etching. Then, the semiconductor substrate 401 becomes the semiconductor substrate 407, and the thickness changes from D3 to D1 (D1<D3) (FIG. 6A). By thinning the semiconductor substrate 401 to form the semiconductor substrate 407 in this way, incident light can be efficiently incident on the photoelectric conversion element later. At this time, the thickness D1 of the semiconductor substrate 407<thickness D4 of the semiconductor substrate 404 is established.

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 flattening layer 409 made of resin, a color filter layer 410, a flattening 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 . The method for manufacturing these flattening layer, color filter layer, and microlens layer can be formed by a general semiconductor process, and detailed description thereof will be omitted. Here, the microlens layer may be formed up to the region 312' which becomes the pad portion. Through the above steps, the configuration 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。 An opening 100 for exposing the pad 313 is then formed. Here, a photoresist mask having arbitrary openings is provided on the microlens layer 412 using a photolithographic technique. Then, using a dry etching technique, the microlens layer 412, the planarization layer 411, the color filter layer 410, the planarization layer 409, the semiconductor substrate 407, and the interlayer insulating film 104' are removed to form an opening 100. Pads 313 are exposed through openings 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。
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。
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 shown in FIG. 1 is obtained. The semiconductor substrate 404, main surface 405, back surface 406, and thickness D4 in FIG. 6B correspond to the second substrate 121, main surface 122, back surface 123, and thickness D2 in FIG.
Although there is no difference between the thicknesses D4 and D2, the semiconductor substrate 404 may be thinned so that the thickness D2<D4. By thinning, the number of processes increases, but the size of the solid-state imaging device can be reduced.

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 etching for exposing the pads from the back surface 408 side of the thinned semiconductor substrate 407, it is possible to shorten the time required for the etching for forming the pads. Moreover, the pad 313 can be formed in the same process as the wiring of the wiring layer 109, and the number of man-hours can be reduced. Further, the pad 313 is preferably made of a metal containing aluminum as a main component 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。 The present invention is not limited to the steps described in the manufacturing method of this embodiment, and the order of steps may be changed. Also, the manufacturing order of the first member 308 and the second member 309 can be set as appropriate. Furthermore, it is also possible to purchase the first member 308 and the second member 309 and bond them together. Note that SOI substrates can also 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, corresponding to FIG. 1 respectively. In FIG. 7, elements similar to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

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, the configurations different from those of the first embodiment are the opening 700 and the pad 701 in FIG. 7A and the opening 702 and the pad 701 in FIG. 7B. This embodiment has deeper openings 700 and 702 than the first embodiment, and has pads 701 closer to the main surface 122 of the second member 309 than the first embodiment. In this way, the pad can be arranged at any position as long as it is on the first member 308 side of the main surface 122 of the second member 309 and between the imaginary plane 1020 and the main surface 122 . good. However, by arranging the pads close to the second member 309 as in the present embodiment, it is possible to reduce the connection resistance from the pad 701 to the protection diode circuit 315 as compared with the first embodiment. becomes. In this embodiment, the wiring structure 151 has five wiring layers as in the first embodiment. is distributed to In this way, it is preferable to arrange the pads 701 in the wiring layers (wiring layers 134, 132, 130) farther from the virtual plane 1020 than the wiring layers (wiring layers 109, 111) on the virtual plane 1020 side. That is, when the wiring layer number N is an odd number, it is preferable to arrange the pad 701 in the same layer as the (N+1)/2 to N-th wiring layers counted from the virtual plane 1020 side. When the wiring layer number N is an even number, it is preferable to arrange the pad 313 in the same layer as the 1+(N/2) to N-th wiring layers counted from the virtual plane 1020 side. In addition, in FIG. 7B, the shape of the opening 702 is different from the opening 100 of Example 1 and the opening 700 of FIG. 7A. As shown in FIG. 7B, the unnecessary interlayer insulating film and semiconductor substrate outside the pad portion of the first member 308 may be removed. In addition, by making the first member 308 to be manufactured in advance smaller than the second member 309, or by shifting the end surfaces of the first member 308 and the second member 309, the first member 308 can be formed in order to form the opening 702. Part or all of the step of etching the member 308 may be omitted. The opening 702 opens toward the end of the device. 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。 Note that the pads 701 are arranged in the same layer as the wiring layer 134 of the second member 309 . Here, the same layer means that it is formed in the same process or has the same height from the main surface. The pad 701 is included in the same layer as the wiring layer 134 and formed in the same process. Therefore, it is preferable that the wiring layer 134 is a wiring containing aluminum as a main component. In this embodiment, the wiring mainly composed of copper is used as in the first embodiment, but since the wiring layer 134 is the same layer as the pad 701, it is more preferable that the wiring layer 134 is a wiring mainly composed of aluminum. In this case, the connecting portion 311 may be joined by a microbump 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 this embodiment and corresponds to FIG. 8A and 8B are schematic cross-sectional views for explaining the manufacturing method of the solid-state imaging device of this embodiment, and are drawings corresponding to FIG. In FIG. 8, the same components as in FIGS. 1 and 6 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are 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。 The configuration of this embodiment different from that of Embodiment 1 is the configuration of the opening 811 and the protective film 806 in FIG. 8C. The protective film 806 of this embodiment covers the side walls (side surfaces) of the first substrate 101 having the opening 811 . In addition, the protective film 806 extends from the sidewalls to cover the periphery of the first surface 3131 of the pad 313 . By having such a protective film 806, it is possible to reduce entry of moisture into the device through the opening 811. FIG. Also, if the external terminal for connection with the pad 313 comes into contact with a conductor such as the first substrate 101, leakage will occur. The protective film 806 prevents the external terminals from coming into contact with conductors and suppresses the occurrence of leakage. Furthermore, the protective film 806 of this embodiment is also arranged on the incident surface of the photoelectric conversion portion of the pixel portion 301 (that is, the rear surface 103 of the first substrate 101), and can also function as an antireflection film. Note that the configuration of the opening is different from that of the first embodiment due to the provision of the protective film 806 . Also, 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 of 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 embodiment will be described with reference to FIGS. 8(A) and 8(B). 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 of FIG. 6A by photolithography and etching techniques to form the first substrate 101 . Opening 800 is formed to expose pad 313 . After that, a silicon nitride film 801 that can serve as a protective film is formed by a method such as plasma CVD so as to cover the side surfaces of the opening 800 and the rear surface 103 of the first substrate 101, thereby obtaining the structure shown in 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。 After that, a planarizing layer 802 , a color filter layer 803 , a planarizing 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 so that the protective film 806 covers only the periphery of the first surface 3131 of the pad 313 . A portion of the first surface 3131 of the pad 313 is exposed. Here, the silicon nitride film 801, the planarizing layer 802, the color filter layer 803, the planarizing layer 804, and the microlens layer 805 are respectively the protective film 806, the planarizing layer 807, the color filter layer 808, the planarizing layer 809, and the microlens layer. A 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。
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。
(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 this embodiment, corresponding to FIG. In FIG. 9, the same reference numerals are assigned to the same configurations as in FIGS. 1 and 6, and the description thereof is omitted.
This embodiment differs from the first embodiment in that the opening 900 is provided in the second substrate 121 instead of the first substrate 101, and that the protection diode circuit 315 is provided in the first substrate 101 instead of the second substrate 121. There is a difference. These points will be described below.

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。 Pads 313 of the solid-state imaging device for exchanging signals with the outside are arranged 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. there is The pad 313 has a first surface 3131 and a second surface 3132 opposite to the first surface 3131 . A first surface 3131 of the pad 313 is exposed on 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 is. Here, consider a virtual plane 1220 by extending the main surface 122 of the second substrate 121 . A virtual plane 1220 is a virtual extension of the major surface 122 , parallel to the major surface 122 and including the major surface 122 . Therefore, the imaginary plane 1220 intersects the opening 900 in FIG. Pad 313 is located between main surface 122 of first substrate 101 and imaginary plane 1220 . Specifically, the first surface 3131 of the pad 313 is located between the imaginary plane 1220 and the second surface 3132 , and the second surface 3132 of the pad 313 is located between the first surface 3131 and the main surface 102 of the first substrate 101 . is located between In this embodiment, the pads 313 are arranged in the same layer as the first wiring layer 130 counted from the virtual plane 1220 side among the five wiring layers. The wiring layer 130 is composed of wiring containing aluminum as its main component, and the pad 313 also contains aluminum as its main component. The wiring layer 111 includes the connection portions 314A and 311, and the wiring layer 134 includes the connection portions 314B and 311, respectively, each of which is composed of wiring containing copper as a main component.

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, by arranging the pads 313 in the wiring layers (wiring layers 134, 111, 109) farther from the virtual plane 1220 than the wiring layers (wiring layers 130, 132) on the virtual plane 1220 side, the connection is achieved. It is also possible to reduce the resistance. However, even in this embodiment, the thickness D1 of the first substrate 101<the thickness D2 of the second substrate 121 is satisfied. If 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 will decrease. Therefore, the pad 313 is placed in the same layer as the wiring layers (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. is preferred.

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。 A protection diode circuit 315 is arranged on the pad portion 312 of the first member 308 . In the peripheral circuit section 302, a circuit element 320 forming a part of the peripheral circuit is arranged on the first substrate 101, and the circuit element 320 is arranged on the second substrate 121 via the wiring structure 151. It is 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 and a wiring layer 134 including connection portions. In the pad portion 312, the pad 313 is connected through the contact layers 131 and 132 of the second wiring structure 150, the contact layer 133 wiring layer 134 (connection portion 314B), and further the wiring layer 111 (connection portion 314B) of the first wiring structure 149. It is connected to the protection diode circuit 315 via the connection portion 314A), the contact layer 110, the wiring layer 109, the contact layer 108, and the gate electrode layer 107. FIG. The second surface 3132 of the pad 313 is connected to the contact layer 131 at multiple points. Thus, when the protection diode circuit 315, which is a part of the semiconductor integrated circuit, is provided on the first substrate 101, the pads 313 are positioned between the main surface 102 and the virtual plane 1220 and A configuration in which an electrical path is provided from 3132 can be adopted. This configuration can shorten the electrical path between the pad 313 and the protection diode circuit 315, and further between the pad 313 and the peripheral circuitry. 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 protection diode circuit 315 is connected to a 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, what is connected 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) arranged on the first substrate 101, and the pixel circuit and the peripheral circuit arranged on the second substrate 121 are connected via the wiring structure 151. You may Alternatively, the protection diode circuit 315 may be directly connected to the peripheral circuit arranged on the second substrate 121 via the wiring structure 151 without going through the peripheral circuit arranged on the first substrate 101 . Also, in the solid-state imaging device of this embodiment, bonding wires can be used as external terminals as in the first embodiment, but flip-chip bonding can also be used. By arranging the external terminals on the rear surface 123 of the second substrate 121, deterioration or damage of the external terminals, or penetration of moisture from the periphery of the pads 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 portion of the second substrate 121 and the second wiring structure 150 . Note that also in this embodiment, the end portion of the second substrate 121 may be removed as in FIG. 7B described in Embodiment 2, and a protective film may be provided as in Embodiment 3. 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 this embodiment, it is possible to provide a solid-state imaging device in which the connection between the pads and the circuit is highly reliable.

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。 As an application example of the solid-state imaging device according to each of the above-described embodiments, an imaging system incorporating the solid-state imaging device will be described below. Imaging systems include not only devices such as cameras whose main purpose is photography, but also devices (for example, personal computers and mobile terminals) that have an auxiliary photography function. For example, a camera includes a solid-state imaging device according to the present invention and a processing section that processes signals output from the solid-state imaging device. This processing unit can 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 through an external terminal such as a bonding wire connected to a 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 in which the connection between the pads and the circuit is highly reliable. The present invention also facilitates connection between pads and circuits.

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。 It should be noted that the present invention is not limited to the configuration described in the specification, and the conductivity type and the circuit can be changed, for example, to reverse conductivity type. Also, although the connecting portion has been described as being composed of the wiring of the wiring layer, it may be vias or microbumps, as long as it is possible to ensure conduction. Moreover, it is also possible to appropriately combine the configurations of the respective embodiments.

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 portion 302 peripheral circuit portion 308 first member 309 second member 149 first wiring structure 150 second wiring structure 312 pad portion 313 pad 101 first substrate 121 second substrate 100 opening X connection surface

Claims (27)

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半導体素子および第3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た第1配線構造と、前記第1配線構造と前記第2半導体基板との間に配された第2配線構造と、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るとともに、前記第1半導体基板に設けられた半導体素子には接続されず、前記第3半導体素子に接続されたパッドと、を備え、前記第1半導体素子と前記第2半導体素子とが電気的に接続された部材を用意し、
前記第1半導体基板を貫通して前記パッドに達する開口を形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
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 and a third semiconductor element are arranged; a first wiring structure disposed therebetween; a second wiring structure disposed between the first wiring structure and the second semiconductor substrate; and between the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate. a pad connected to the third semiconductor element and not connected to the semiconductor element provided on the first semiconductor substrate , wherein the first semiconductor element and the second semiconductor element are connected to each other; Prepare electrically connected members,
A method of manufacturing a solid-state imaging device, comprising forming an opening penetrating through the first semiconductor substrate and reaching the pad.
前記第2半導体基板の第1半導体領域と、前記第2半導体基板の第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位置する絶縁体と、が前記開口に重なるように設けられている、請求項1に記載の製造方法。 A first semiconductor region of the second semiconductor substrate, a second semiconductor region of the second semiconductor substrate, and an insulator positioned between the first semiconductor region and the second semiconductor region overlap the opening. 2. The method of manufacturing of claim 1, wherein: 前記第1半導体素子および前記第2半導体素子はトランジスタであり、前記第3半導体素子はダイオードである、請求項1または2に記載の製造方法。 3. The manufacturing method according to claim 1, wherein said first semiconductor element and said second semiconductor element are transistors, and said third semiconductor element is a diode. 前記パッドはポリシリコン層からなる抵抗を介して前記第3半導体素子に接続されている、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の製造方法。 4. The manufacturing method according to claim 1, wherein said pad is connected to said third semiconductor element via a resistor made of a polysilicon layer. 前記第3半導体素子は前記パッドに重なる、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の製造方法。 5. The manufacturing method according to claim 1, wherein said third semiconductor element overlaps said pad. 前記第1配線構造は第1配線層を有し、前記第2配線構造は第2配線層を有し、前記第1配線層の主成分および前記第2配線層の主成分は銅である、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の製造方法。 The first wiring structure has a first wiring layer, the second wiring structure has a second wiring layer, the main component of the first wiring layer and the main component of the second wiring layer are copper, The manufacturing method according to any one of claims 1 to 5. 前記パッドは、前記第2配線層と前記第2半導体基板との間に位置する第3配線層に含まれる配線を介して前記第3半導体素子へ接続される、請求項6に記載の製造方法。 7. The manufacturing method according to claim 6, wherein said pad is connected to said third semiconductor element through a wiring included in a third wiring layer positioned between said second wiring layer and said second semiconductor substrate. . 前記第1配線層の第1配線と前記第2配線層の第2配線とが金属接合している、請求項6または7に記載の製造方法。 8. The manufacturing method according to claim 6, wherein the first wiring of said first wiring layer and the second wiring of said second wiring layer are metal-bonded. 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半導体素子および第3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た第1配線構造と、前記第1配線構造と前記第2半導体基板との間に配された第2配線構造と、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3半導体素子に接続されたパッドと、を備え、前記第1半導体素子と前記第2半導体素子とが電気的に接続され、前記第1配線構造の第1配線と前記第2配線構造の第2配線とが金属接合した部材を用意し、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 and a third semiconductor element are arranged; a first wiring structure disposed therebetween; a second wiring structure disposed between the first wiring structure and the second semiconductor substrate; and between the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate. a pad arranged and connected to the third semiconductor element, the first wiring and the second wiring of the first wiring structure are electrically connected to the first semiconductor element and the second semiconductor element; Prepare a member metal-bonded to the second wiring of the structure,
前記第1半導体基板を貫通して前記パッドに達する開口を形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。A method of manufacturing a solid-state imaging device, comprising forming an opening penetrating through the first semiconductor substrate and reaching the pad.
前記第1配線構造と前記第2配線構造とが接合面において接合され、前記接合面において、前記第1配線構造に含まれる絶縁膜と前記第2配線構造に含まれる絶縁膜との接合と、前記金属接合とがそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項9に記載の製造方法。the first wiring structure and the second wiring structure are bonded at a bonding surface, and the insulating film included in the first wiring structure and the insulating film included in the second wiring structure are bonded at the bonding surface; 10. The method of claim 9, wherein said metal joints are formed respectively. 前記第1配線の主成分および前記第2配線の主成分は銅であることを特徴とする請求項9または10に記載の固体撮像装置の製造方法。11. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 9, wherein a main component of said first wiring and a main component of said second wiring are copper. 前記パッドが前記第1半導体基板に設けられた半導体素子には接続されず、前記第3半導体素子に接続されていることを特徴とする請求項9乃至11のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。12. The solid-state imaging device according to claim 9, wherein the pad is not connected to the semiconductor element provided on the first semiconductor substrate, but is connected to the third semiconductor element. Method of manufacturing the device. 前記第1配線は前記第1半導体素子に接続されており、かつ、前記第2配線は前記第2半導体素子に接続されている、請求項8乃至12のいずれか1項に記載の製造方法。 13. The manufacturing method according to claim 8, wherein said first wiring is connected to said first semiconductor element, and said second wiring is connected to said second semiconductor element. 前記パッドの主成分はアルミニウムである、請求項1乃至13のいずれか1項に記載の製造方法。 14. The manufacturing method according to any one of claims 1 to 13 , wherein the main component of said pad is aluminum. 前記パッドは前記第1配線構造に含まれる配線層と同じ層に配されている、請求項1乃至14のいずれか1項に記載の製造方法。 15. The manufacturing method according to claim 1 , wherein said pad is arranged in the same layer as a wiring layer included in said first wiring structure. 前記パッドは前記第2配線構造に含まれる配線層と同じ層に配されている、請求項1乃至14のいずれか1項に記載の製造方法。 15. The manufacturing method according to claim 1 , wherein said pad is arranged in the same layer as a wiring layer included in said second wiring structure. 前記パッドは複数の箇所で前記第2配線構造と接続されている、請求項1乃至16のいずれか1項に記載の製造方法。 17. The manufacturing method according to any one of claims 1 to 16 , wherein said pad is connected to said second wiring structure at a plurality of points. 前記パッドに対して前記複数の箇所は平面的に重なっていることを特徴とする請求項17に記載の製造方法。 18. The manufacturing method according to claim 17, wherein the plurality of locations are planarly overlapped with the pad. 前記第3半導体素子は保護回路に含まれる、請求項1乃至18のいずれか1項に記載の製造方法。 19. The manufacturing method according to any one of claims 1 to 18 , wherein said third semiconductor element is included in a protection circuit. 前記開口は、前記第1半導体基板の厚さが前記第2半導体基板の厚さよりも小さい状態で形成される、請求項1乃至19のいずれか1項に記載の製造方法。 20. The manufacturing method according to claim 1 , wherein said opening is formed with the thickness of said first semiconductor substrate being smaller than the thickness of said second semiconductor substrate. 前記部材の用意の後に前記第2半導体基板の厚さを小さくする、請求項1乃至20のいずれか1項に記載の製造方法。 21. The manufacturing method according to any one of claims 1 to 20 , wherein the thickness of said second semiconductor substrate is reduced after said member is prepared. 前記部材の用意の後に前記第1半導体基板の厚さを小さくする、請求項1乃至21のいずれか1項に記載の製造方法。 22. The manufacturing method according to any one of claims 1 to 21 , wherein the thickness of said first semiconductor substrate is reduced after said member is prepared. 前記開口の形成の後に前記第1半導体基板の上に複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズ層を形成する、請求項1乃至22のいずれか1項に記載の製造方法。 23. The method of claim 1, further comprising forming a microlens layer including a plurality of microlenses on the first semiconductor substrate after forming the opening. 前記開口の形成の前に前記第1半導体基板の上に複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズ層を形成する、請求項1乃至22のいずれか1項に記載の製造方法。 23. The method of claim 1, further comprising forming a microlens layer comprising a plurality of microlenses over the first semiconductor substrate prior to forming the opening. 用意された前記部材の前記パッドが前記第1配線構造には接続されず、前記第2配線構造に接続される、請求項1乃至24のいずれか1項に記載の製造方法。25. The manufacturing method according to any one of claims 1 to 24, wherein said pads of said member provided are not connected to said first wiring structure, but are connected to said second wiring structure. 前記パッドが、前記光電変換素子で生じた電荷に基づく信号を前記固体撮像装置の外部に出力するパッドである、請求項1乃至25のいずれか1項に記載の製造方法。26. The manufacturing method according to any one of claims 1 to 25, wherein said pad is a pad that outputs a signal based on charges generated in said photoelectric conversion element to the outside of said solid-state imaging device. 前記第2半導体基板が前記光電変換素子で生じた電荷に基づく信号を生成する読み出し回路を備え、前記パッドが、前記読み出し回路が出力する信号を前記固体撮像装置の外部に出力するパッドである、請求項26に記載の製造方法。The second semiconductor substrate includes a readout circuit that generates a signal based on the charge generated in the photoelectric conversion element, and the pad is a pad that outputs the signal output by the readout circuit to the outside of the solid-state imaging device, 27. The manufacturing method according to claim 26.
JP2019121959A 2010-06-30 2019-06-28 Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device Active JP7140718B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021141410A JP2022000897A (en) 2010-06-30 2021-08-31 Solid state image pickup device and solid state image pickup device manufacturing method
JP2023012108A JP2023055816A (en) 2010-06-30 2023-01-30 Solid state image pickup device and solid state image pickup device manufacturing method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010149483 2010-06-30
JP2010149483 2010-06-30

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017127985A Division JP6598825B2 (en) 2010-06-30 2017-06-29 Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021141410A Division JP2022000897A (en) 2010-06-30 2021-08-31 Solid state image pickup device and solid state image pickup device manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019195082A JP2019195082A (en) 2019-11-07
JP7140718B2 true JP7140718B2 (en) 2022-09-21

Family

ID=55541082

Family Applications (5)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015226855A Active JP6173410B2 (en) 2010-06-30 2015-11-19 Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device
JP2017127985A Active JP6598825B2 (en) 2010-06-30 2017-06-29 Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device
JP2019121959A Active JP7140718B2 (en) 2010-06-30 2019-06-28 Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device
JP2021141410A Pending JP2022000897A (en) 2010-06-30 2021-08-31 Solid state image pickup device and solid state image pickup device manufacturing method
JP2023012108A Pending JP2023055816A (en) 2010-06-30 2023-01-30 Solid state image pickup device and solid state image pickup device manufacturing method

Family Applications Before (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015226855A Active JP6173410B2 (en) 2010-06-30 2015-11-19 Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device
JP2017127985A Active JP6598825B2 (en) 2010-06-30 2017-06-29 Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device

Family Applications After (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021141410A Pending JP2022000897A (en) 2010-06-30 2021-08-31 Solid state image pickup device and solid state image pickup device manufacturing method
JP2023012108A Pending JP2023055816A (en) 2010-06-30 2023-01-30 Solid state image pickup device and solid state image pickup device manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (5) JP6173410B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7102119B2 (en) 2017-09-29 2022-07-19 キヤノン株式会社 Semiconductor devices and equipment
WO2023131994A1 (en) * 2022-01-05 2023-07-13 キヤノン株式会社 Photoelectric conversion device, photoelectric conversion system, and mobile body

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005209677A (en) 2004-01-20 2005-08-04 Sony Corp Semiconductor device
JP2006191081A (en) 2004-12-30 2006-07-20 Magnachip Semiconductor Ltd Image sensor in which light receiving region is extended and method of manufacturing the same
JP2009277732A (en) 2008-05-12 2009-11-26 Sony Corp Method of manufacturing solid-state imaging device
JP2011204915A (en) 2010-03-25 2011-10-13 Sony Corp Semiconductor apparatus, method of manufacturing semiconductor apparatus, method of designing semiconductor apparatus, and electronic apparatus

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5376679A (en) * 1976-12-17 1978-07-07 Nec Corp Semiconductor device
US6927432B2 (en) * 2003-08-13 2005-08-09 Motorola, Inc. Vertically integrated photosensor for CMOS imagers
KR100782463B1 (en) * 2005-04-13 2007-12-05 (주)실리콘화일 Separation type unit pixel of image sensor having 3 dimension structure and manufacture method thereof
US20100060757A1 (en) * 2006-12-11 2010-03-11 Fujifilm Corporation Solid-state image pickup device
FR2910707B1 (en) * 2006-12-20 2009-06-12 E2V Semiconductors Soc Par Act IMAGE SENSOR WITH HIGH DENSITY INTEGRATION
JP5985136B2 (en) * 2009-03-19 2016-09-06 ソニー株式会社 SEMICONDUCTOR DEVICE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND ELECTRONIC DEVICE
JP5442394B2 (en) * 2009-10-29 2014-03-12 ソニー株式会社 SOLID-STATE IMAGING DEVICE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND ELECTRONIC DEVICE
JP5685898B2 (en) * 2010-01-08 2015-03-18 ソニー株式会社 Semiconductor device, solid-state imaging device, and camera system
JP5843475B2 (en) * 2010-06-30 2016-01-13 キヤノン株式会社 Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005209677A (en) 2004-01-20 2005-08-04 Sony Corp Semiconductor device
JP2006191081A (en) 2004-12-30 2006-07-20 Magnachip Semiconductor Ltd Image sensor in which light receiving region is extended and method of manufacturing the same
JP2009277732A (en) 2008-05-12 2009-11-26 Sony Corp Method of manufacturing solid-state imaging device
JP2011204915A (en) 2010-03-25 2011-10-13 Sony Corp Semiconductor apparatus, method of manufacturing semiconductor apparatus, method of designing semiconductor apparatus, and electronic apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017201709A (en) 2017-11-09
JP2023055816A (en) 2023-04-18
JP6173410B2 (en) 2017-08-02
JP2019195082A (en) 2019-11-07
JP2022000897A (en) 2022-01-04
JP2016040847A (en) 2016-03-24
JP6598825B2 (en) 2019-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11102440B2 (en) Solid-state imaging device and imaging system
JP5843475B2 (en) Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device
US10367022B2 (en) Solid-state imaging device, members for the same, and imaging system
JP5451547B2 (en) Solid-state imaging device
US9972650B2 (en) Solid-state imaging apparatus and method for manufacturing the solid-state imaging apparatus having sealing portion disposed in bonded members
JP5517800B2 (en) Member for solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device
JP7309670B2 (en) Solid-state imaging device
JP2023055816A (en) Solid state image pickup device and solid state image pickup device manufacturing method
JP2020129688A (en) Imaging apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190723

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190723

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200925

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201006

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201204

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20210601

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210831

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20210831

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20210910

C21 Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21

Effective date: 20210914

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20211112

C211 Notice of termination of reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C211

Effective date: 20211116

C22 Notice of designation (change) of administrative judge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22

Effective date: 20220111

C13 Notice of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C13

Effective date: 20220315

C22 Notice of designation (change) of administrative judge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22

Effective date: 20220412

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220510

C23 Notice of termination of proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C23

Effective date: 20220712

C03 Trial/appeal decision taken

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C03

Effective date: 20220809

C30A Notification sent

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C3012

Effective date: 20220809

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220908

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7140718

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151