TW201241999A - Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic apparatus - Google Patents

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Description

201241999 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本揭示内容係關於一種固態成像器件、及其製造方法及 包含一固態成像器件(諸如一相機)之電子裝置。 【先前技術】 CMOS(互補金屬氧化物半導體)固態成像器件稱為一固 態成像器件且此CMOS固態成像器件在數位靜態相機、數 位視sfl攝錄影機等中廣泛使用。近年來,作為在一行動裝 置(諸如一蜂巢式電話’其裝配有一相機及一個人數位助 理(PDA))中安裝的固態成像器件,鑑於電力消耗等等而頻 繁地使用CMOS固態成像器件(其供應電壓係低的)。 在CMOS固態成像器件中,單位像素形成為具有用作一 光電轉換器之一光電二極體及複數個像素電晶體。該 CMOS固態成像器件具有:一像素陣列(像素區域),其中 複數個單位像素依一個二維陣列方式配置;及一周邊電路 區域。該複數個像素電晶體係*M〇s電晶體形成且由三個 電晶體(即,一傳送電晶體、一重設電晶體及一放大電晶 體)或四個電晶體(除包含此三個電晶體之外亦進一步包含 一選擇電晶體)組成。 已提議多種相關技術固態成像器件作為此一 CM〇s固態 成像器件,其組態為一種將形成藉由g己置複數個像素獲得 的像素陣狀-半㈣晶片電連接至形成—執行信號處理 之邏輯電路之-半導體晶片之器件。例如,日本專利公開 案第2006-49361號揭示-種半導體模組,藉由將一背照式 I60II7.doc 201241999 影像感測器晶片(對於各像素單元,其具有一微墊)連接至 一信號處理晶片(其具有一信號處理電路及由一微凸塊之 一微墊)而獲得該半導體模組。 WO 2006/129762揭示一種半導體影像感測器模組,藉由 堆疊包含一影像感測器之一第一半導體晶片、包含一類比/ 數位轉換器陣列之一第二半導體晶片及包含一記憶體元件 陣列之一第二半導體晶片而獲得該半導體影像感測器模 組。該第一半導體晶片係經由作為一導電連接導體之一泵 而連接至該第二半導體晶片。該第二半導體晶片係藉由穿 透該第二半導體晶片之一穿透接觸件而連接至該第三半導 體晶片。 【發明内容】 本申請案已提議以下固態成像器件。具體言之,藉由使 包含一像素陣列之一半導體晶片區段及包含一邏輯電路之 一半導體晶片區段彼此接合而獲得該固態成像器件。允許 該固態成像器件達成較高效能使得各自半導體晶片區段可 充分運用其等效能,且允許該固態成像器件達成較高大量 生產率及成本降低。對於此固態成像器件之製造,兩者處 於一半成品狀態之包含該像素陣列之第一半導體晶片區段 及包含該邏輯電路之第二半導體晶片區段彼此接合。接 著,該第一半導體晶片區段處理成一薄膜形狀且此後該像 素陣列連接至該邏輯電路。藉由形成由以下組件組成的一 連接互連件而建置連接:一連接導體,其連接至該第一半 導體晶片區段之必備互連件;一穿透連接導體,其穿透該 160117.doc 201241999 第一半導體晶片區段且連接至該第二半導體晶片區段之必 備互連件,及一耦合導體,其連結兩個連接導體。此後, 藉由接合獲得的&組件處理成一製成品狀態且變成一晶片 以組態為一背照式固態成像器件。 同時,作為用於藉由接合第一半導體晶片區段及第二半 導體晶片區段獲得的上文描述的固態成像器件之一新技 術,已設想一種不是藉由使用穿透連接導體之電連接方法 但藉由引導銅(Cu)電極至兩個半導體晶片區段之表面而建 置連接之方法。 圖22展示作為此技術之一實例之一固態成像器件。本實 例之一背照式CMOS固態成像器件121組態為接合一第一半 導體晶片區段122及一第二半導體晶片區段123之一裝置。 在該第一半導體晶片區段122中,形成由一有效像素區域 125及輸出一光學參考黑階之一光學黑區126組成的一像素 陣列。在該第二半導體晶片區段123中,形成用作周邊電 路之一邏輯電路127。 在第一半導體晶片區段122中,在由石夕形成處理成一薄 膜形狀之一第一半導體基板131中形成像素陣列124,其中 以一矩陣二維地配置各包含用作一光電轉換器之一光電二 極體PD及複數個像素電晶體Trl及Tr2之複數個像素。在該 半導體基板131之一前表面131a側上形成一多層佈線層 ’其令藉由介入一層間絕緣膜112而安置由複數個層 (例如,在此實例中為五層)之金屬Ml至M5形成的互連件 133[133a至133 d]及142。銅(Cu)互連件用作為互連件133及 1601I7.doc
S 201241999 142。在該半導體基板13 1之背表面侧上,藉由介入一絕緣 膜135而形成覆蓋光學黑區126上之區域之一擋光膜136。 此外’藉由介入一平面膜130而形成一彩色濾光器138及一 晶片上透鏡139 » 在圖22中’像素電晶體丁^及丁^展示為複數個像素電晶 體之代表。儘管圖22示意地展示像素陣列124之像素,但 是在圖23中展示一個像素之細節。在第一半導體晶片122 中’在處理成一薄膜形狀之半導體基板131中形成光電二 極體PD ^例如’該光電二極體ρ0在基板表面側上具有一 η 型半導體區域135及一 ρ型半導體區域136。在用以組態像 素之基板表面上’藉由介入閘極絕緣膜而形成閘極電極 137 ’且像素電晶體Trl及Tr2各由該閘極電極137以及一對 源極及汲極區域138形成。相鄰於該光電二極體pd之像素 電晶體Trl等效於一浮動擴散區FD。由一元件隔離區域139 隔離各單位像素。 在第一半導體晶片區段122之多層佈線層134中,經由導 電通孔141而在對應像素電晶體與互連件133之間及在彼此 相鄰的上層與下層之互連件133之間建置連接。此外,由 第五層金屬M5形成的連接互連件142經形成以面向第二半 導體晶片區段123之一接合表面。該連接互連件142係經由 該導電通孔141而連接至由第四層金屬M4形成的必備互連 件 133d。 在第二半導體晶片區段123中,在用作由矽形成的一第 二半導體基板143中之各晶片區段之區域中形成用作周邊 160117.doc 201241999 電路之邏輯電路127。由包含一CM〇s電晶體之複數個]^〇8 電晶體Tr 11至Tr 14形成該邏輯電路丨27。在該半導體基板 143之前表面側上,形成一多層佈線層147,其中藉由介入 一層間絕緣膜144而安置由複數個層(例如,在此實例中為 四層)金屬Mil至Ml4形成的互連件“”抖“至ley及一連 接互連件146 »銅(Cu)互連件用作為該等互連件145。 在圖22中’ MOS電晶體Trll至Trl4展示為邏輯電路127 之複數個MOS電晶體之代表。儘管圖22示意地展示該等 MOS電晶體Trll至Trl4,但是在圖24中展示(例如)^1〇8電 晶體Tr 11及Tr 12之細節。在第二半導體晶片區段丨23中, 該等MOS電晶體Trll及Tr 12之各者經形成以在半導體基板 143之前表面側上之一半導體井區域中具有一對源極及汲 極區域149以及藉由介入一閘極絕緣膜而形成的一閘極電 極151。由一元件隔離區域152隔離該等MOS電晶體Trll及 ΤΠ2之各者。 在第一半導體晶片區段123之多層佈線層147中,經由導 電通孔153而在MOS電晶體Trl 1至Trl4與互連件145之間及 在彼此相鄰的上層與下層之互連件145之間建置連接。此 外’由第四層金屬M14形成的連接互連件146經形成以面 向第一半導體晶片區段122之接合表面。該連接互連件146 係經由該導電通孔153而連接至由第三層金屬M13形成的 必備互連件145c。 第一半導體晶片區段122及第二半導體晶片區段123係依 使得其等各自多層佈線層134及147彼此相對且面向接合表 160117.doc 201241999 面之連接互連件142及146彼此直接接合之方式而彼此電連 接。接合附近的層間絕緣膜1 54係由用於防止Cu互連件之 Cu擴散之一 Cu擴散障壁絕緣膜形成。 順便提一下’已證明在上文描述的固態成像器件121 中,歸因於來自邏輯電路127中之MOS電晶體之熱載子之 光發射入射在像素陣列側上且此光入射致使暗電流及隨機 雜訊。因此’需要在形成該像素陣列之第一半導體晶片區 段122與形成邏輯電路之第二半導體晶片區段123之間提供 一擔光層。在圖22中,在該第一半導體晶片區段122之多 層佈線層134中’一擋光層155形成為與互連件133分開。 為了在第一半導體晶片區段122與第二半導體晶片區段 123之間形成擋光層155,有必要形成該擋光層155且實行 電隔離及互連件形成以在該第一半導體晶片區段與該第二 半導體晶片區段之間佈線,使得步驟數目變大。此外,該 擋光層155需具有一足夠大膜厚度以減弱光。此擋光層 之存在增大藉由接合該第一半導體晶片區段122及該第二 半導體晶片區段123獲得的整個半導體晶片之厚度且延伸 電互連件形成之距離。此在互連件形成中增大技術難度且 致使諸如固態成像器件之製造良率降低之問題。 本揭示内容已鑑於上文背景而產生且提供-種抑制整個 半導體晶片之厚度、抑制歸因於來自一電晶體之熱載子之 光發射之不利效果及允許步驟數目減少之固態成像器件及 其製造方法。 本揭示内容亦提供-種可應用於(例如)包含此一固態成 I60117.doc 201241999 像器件之一相機之電子裝置。 根據本揭示内容之一實施例,提供一種固態成像器件, 其包含:一層壓半導體晶片,其經組態以藉由使兩個或兩 個以上半導體晶片區段彼此接合且藉由依使多層佈線層彼 此相對且彼此電連接之方式而使形成一像素陣列及一多層 佈線層之至少一第一半導體晶片區段與形成一邏輯電路及 一多層佈線層之一第二半導體晶片區段彼此接合而獲得; 及一擋光層,其經組態以在該第一半導體晶片區段與該第 二半導體晶片區段之間的接合附近由相同於該第一半導體 晶片區段及該第二半導體晶片區段之一者或兩者之一經連 接互連件層之層之一導電膜形成。該固態成像器件组態為 一背照式固態成像器件。 在根據本揭示内容之實施例之固態成像器件中,該擋光 層係在該第一半導體晶片區段與該第二半導體晶片區段之 間的接合附近由相同於該第一半導體晶片區段及該第二半 導體晶片區段之一者或兩者之該經連接互連件層之該導電 膜形成。因此’由該擋光層防止歸因於來自邏輯電路之一 電晶體之熱載子之發射光’且抑制發射光入射在像素陣列 側上。此外,亦抑制繼該接合之後的整個半導體晶片之厚 度。 根據本揭示内容之另一實施例,提供一種固態成像器件 之製造方法。該方法包含:在用作一第一半導體晶圓中之 一第一半導體晶片區段之一區域中形成至少一像素陣列及 一多層佈線層;在用作一第二半導體晶圓中之一第二半導 •12- 160117.doc
S 201241999 體晶片區段之一區域中形成至少一邏輯電路及一多層佈線 層。該方法亦包含:在該第一半導體晶圓及該第二半導體 晶圓之一者或兩者之該多層佈線層中由相同於—經連接互 連件層之層之一導電膜形成一擋光層。該方法進一步包 含:依使得該第一半導體晶圓及該第二半導體晶圓之該等 多層佈線層彼此相對且兩個晶圓之互連件彼此電連接之方 式而使包含至少該第一半導體晶圓及該第二半導體晶圓之 兩個或兩個以上半導體晶圓彼此接合;將該第一半導體晶 圓處理成一薄膜形狀·’及將該等接合半導體晶圓處理成一 晶片。 在根據本揭示内容之實施例之一固態成像器件之製造方 法中’在該第一半導體晶圓及該第二半導體晶圓之一者或 兩者之多層佈線層中形成由相同於經連接互連件層之導電 膜形成的擋光層。此外,該第一半導體晶圓及該第二半導 體晶圓彼此接合使得其等各自多層佈線層彼此相對且兩個 晶圓之互連件彼此電連接。此實現製造具有以下特徵之一 固態成像器件。具體言之,抑制繼該接合之後的整個半導 體晶片之厚度。此外,由該檔光層擋住歸因於來自邏輯電 路之一電晶體之熱載子之發射光且抑制發射光入射在像素 陣列側上。 根據本揭示内容之進一步實施例,提供一種電子裝置, 其包含:一固態成像器件;一光學系統,其引導入射光至 該固態成像器件之光電轉換器;及一信號處理電路,其處 理該固態成像器件之一輸出信號。該固態成像器件組態為 160117.doc 201241999 根據本揭示内容之上文描述的實施例之固態成像器件。 根據本揭示内容之實施例之電子裝置包含具有上文描述 的組態之固態成像器件作為其固態成像器件。因此,在該 固態成像器件中’抑制繼接合之後的整個半導體晶片之厚 度。此外,由擋光層擋住歸因於來自邏輯電路之一電晶體 之熱載子之發射光且抑制發射光入射在像素陣列側上。 根據本揭示内容之實施例之固態成像器件及其製造方法 可抑制整個半導體晶片之厚度且抑制歸因於來自一電晶體 之熱載子之光發射之不利效果。此外,根據本揭示内容之 貫施例之固態成像器件及其製造方法實現減少製造步驟數 目》 根據本揭示内谷之貫施例之電子裝置包含一固態成像器 件’該固態成像器件係基於抑制歸因於來自一電晶體之熱 載子之光發射之不利效果之接合晶片。此可提供一種電子 裝置,諸如一高品質相機。 【實施方式】 下文將描述用於實行本揭示内容之技術之模式(後文中 稱為實施例)。描述次序如下》 1 .CMOS固態成像器件之示意組態實例 2. 第一實施例(固態成像器件之組態實例及其製造方法實 例) 3. 第二實施例(固態成像器件之組態實例及其製造方法實 例) 4. 第三實施例(電子裝置之組態實例) 160117.doc -14.
S 201241999 <1 .CMOS固態成像器件之示意組態實例> 圖1展示應用於本揭示内容之一實施例之一半導體器件 之一 CMOS固態成像器件之示意組態。此CMOS固態成像 器件應用於各自貫施例之固態成像件。如在圖1中展 示’本實例之一固態成像器件1具有:一像素陣列(所謂的 像素區域)3,其中依一個二維陣列方式規則地配置各包含 一光電轉換器之複數個像素2 ;及一周邊電路區段,其在 一半導體基板11 (例如,一矽基板)上。例如,該像素2具 有:一光電二極體,其用作該光電轉換器;及複數個像素 電晶體(所謂的M0S(金屬氧化物半導體)電晶體)。例如, 可由三個電晶體(即,一傳送電晶體、一重設電晶體及一 放大電晶體)組態該複數個像素電晶體。替代地,亦可能 添加一選擇電晶體以由四個電晶體組態該等像素電晶體。 單位像素之等效電路相似於一正常電路且因此省略其詳細 描述。該像素2可組態為一單位像素。該像素2亦可能具有 一共用像素結冑。此像素共用、结構係由複數個光電二極 體、複數個傳送電晶體、一共用浮動擴散區及其他像素電 晶體之-共用各自者組成。即,在共用像素中,複數個單 位像素之光電二極體及傳送電晶體共用其他像素電晶體之 周透電路區段具有 5、-水平驅動電路6 —輪出電路7、—控制電路8等等 等控::路8接收一輸入時脈及資料以排序操作模式 輸出固態成像器件之内部資訊之資料等等。具體 160117.doc -15- 201241999 之,該控制電路8基於一垂直同步信號、一水平同步信號 及一主控時脈而產生一時脈信號及一控制信號以用作操作 垂直驅動電路4、行信號處理電路5、水平驅動電路6等等 之基礎。該控制電路8輸入此等信號至該垂直驅動電路4、 s亥行彳§號處理電路5、該水平驅動電路6等等。 例如,垂直驅動電路4組態有一移位暫存器。該垂直驅 動電路4選擇一像素驅動互連件且供應用於驅動像素之一 脈衝給該選定像素驅動互連件以在一逐列基礎上驅動像 素。具體言之,該垂直驅動電路4在一逐列基礎上循序地 在垂直方向上對像素陣列3之各自像素2執行選擇性掃描且 基於取決於(例如)在用作各像素2之光電轉換器之光電二極 體中之經接收光之量而產生的一信號電荷經由垂直信號線 9而供應一像素信號給行信號處理電路5。 例如,行信號處理電路5經安置用於像素2之各行且在一 各像素行基礎上在列上執行信號處理,諸如對來自該等像 素2之“號輸出之雜訊移除。具體言之,該等行信號處理 電路5執行信號處理,諸如用於移除特定於該像素]之固定 型樣雜訊之CDS(相關雙重取樣)、信號放大及AD(類比對 數位)轉換。在該等行信號處理電路5之輸出階段處,一水 平選擇開關(未展示)經提供以連接至一水平信號線1〇。 例如,水平驅動電路6組態有一移位暫存器。該水平驅 ^電路6循序地輸出一水平掃描脈衝以藉此繼而選擇行信 號處理電路5之各者且使像素信號自該等行信號處理電路5 之各者輸出至水平信號線1〇。 160117.doc
S -16· 201241999 輸出電路7對經由水平信號線10自各行信號處理電路5循 序地供應的信號執行錢處理且輸出所得信^例如,在 -些情況下該輸出電路7僅執行緩衝,且在其他情況下執 行黑階調整、行變動校正、多種數位信號處理等。輸入/ 輸出終端機12與外界交換信號。 圖2A至圖2C展示根據本揭示内容之實施例之一相關技 術CMOS固態成像器件及CM〇s固態成像器件之基本示意 組態。如在圖2A中展示,藉由在一半導體晶片162上安裝 像素陣列1 63、一控制電路164及一邏輯電路1 65以供信 號處理而組態一相關技術CM0S固態成像器件161。正常情 況下,由該像素陣列163及該控制電路164組態一影像感測 器166。相比之下,如在圖2B中展示,在根據本揭示内容 之一實施例之一 CMOS固態成像器件20中,在一第一半導 體晶片區段22中安裝一像素陣列23及一控制電路24,且在 一第二半導體晶片區段26中安裝包含用於信號處理之一信 號處理電路之一邏輯電路25。該第一半導體晶片區段22及 該第二半導體晶片區段26彼此電連接以組態該CMOS固態 成像器件20作為一半導體晶片。如在圖2C中展示,在根據 本揭示内容之另一實施例之一 CMOS固態成像器件21中, 在該第一半導體晶片區段22中安裝該像素陣列23,且在該 第二半導體晶片區段26中安裝該控制電路24及包含該信號 處理電路之邏輯電路25。第一半導體晶片區段22及該第二 半導體晶片區段26彼此電連接以組態該CMOS固態成像器 件21作為一半導體晶片。 -17· 160117.doc
S 201241999 亦可能藉由取決於一 CMOS固態成像器件之組態而使三 個或三個以上半導體晶片區段彼此接合而組態該CMOS固 態成像器件,儘管在圖中未展示。例如,亦可能藉由添加 包含一記憶體元件陣列之一半導體晶片區段、包含另一電 路元件之一半導體晶片區段等等(除上文描述的第一半導 體晶片區段及第二半導體晶片區段之外)且使二個或三個 以上半導體晶片區段彼此接合而組態一 CMOS固態成像器 件為一晶片。 <2.第二實施例> [固態成像器件之組態實例] 圖3展示根據本揭示内容之一實施例之一固態成像器 件,具體言之根據本揭示内容之一第一實施例之一背照式 CMOS固態成像器件。根據該第一實施例之一固態成像器 件3 1具有一層壓半導體晶片32 ’藉由接合形成像素陣列23 及控制電路24之第一半導體晶片區段22及形成邏輯電路25 之第二半導體晶片區段26而獲得該層壓半導體晶片32,此 相似於在圖2B中所展示❺該第一半導體晶片區段22係依使 得待於後文描述的其等各自多層佈線層彼此相對且連接互 連件彼此直接接合之方式而接合至該第二半導體晶片區段 26 〇 在第一半導體晶片區段22中,在由矽形成處理成一薄膜 形狀之一第一半導體基板33中形成一像素陣列16〇,其中 以一矩陣二維地配置各包含用作光電轉換器之一光電二極 體PD及複數個像素電晶體Trl及Tr2之複數個像素。此外, •18- 160117.doc
S 201241999 在該半導體基板33上形成組態控制電路24之複數個MOS電 晶體,儘管在圖中未展示。在該半導體基板33之一前表面 33a側上形成一多層佈線層37 ’其中藉由介入一層間絕緣 膜34而安置由複數個層(例如,在此實例中為五層)之金屬 厘1至]^5形成的互連件35[35&至35(1]及3^藉由一雙重鑲 嵌方法形成的銅(Cu)互連件用作為互連件35及36。在該半 導體基板33之背表面側上,藉由介入一絕緣膜38而形成覆 蓋一光學黑區41上之區域之一擋光膜39。此外,藉由介入 一平面膜43而在一有效像素區域42上形成一彩色濾光器44 及一晶片上透鏡45。亦可能亦在該光學黑區41上形成該晶 片上透鏡45。 在圖3中’像素電晶體Trl及τγ2展示為複數個像素電晶 體之代表。儘管圖3示意地展示像素陣列16〇之像素,但是 在圖4中展示一像素之細節。在第一半導體晶片22中,在 處理成一薄膜形狀之半導體基板33中形成光電二極體pD。 例如,該光電一極體PD在基板表面側上具有一11型半導體 區域46及一 p型半導體區域47。在用以組態像素之基板表 面上,各藉由介入閘極絕緣膜而形成閘極電極48,且像素 電晶體Trl及Tr2各由該閘極電極48以及一對源極及汲極區 域49形成。相鄰於該光電二極體pD之像素電晶體Tri等效 於一浮動擴散區FD。由一元件隔離區域51隔離各單位像 素。例如,該元件隔離區域5 1形成為一淺渠溝隔離(STI)結 構,藉由在基板中形成的渠溝中埋入一絕緣膜(諸如Si〇2) 而獲得該淺渠溝隔離(STI)結構。 160ll7.doc
B -19· 201241999 在第一半導體晶片區段22之多層佈線層37中,經由導電 通孔52而在對應像素電晶體與互連件35之間及在彼此相鄰 的上層與下層之互連件35之間建置連接。此外,由第五層 金屬M5形成的連接互連件36經形成以面向第二半導體晶 片區段26之一接合表面40。該連接互連件36係經由該導電 通孔52而連接至由第四層金屬M4形成的必備互連件35d。 在第一半導體晶片區段26中,在用作由妙形成的一第二 半導體基板54中之各晶片區段之區域中形成用作周邊電路 之一邏輯電路55。由包含一 CM0S電晶體之複數個M〇s電 晶體Trll至Trl4形成該邏輯電路55 ^在該半導體基板54之 前表面側上,形成一多層佈線層59,其中藉由介入一層間 絕緣膜5 6而安置由複數個層(例如,在此實例中為四層)金 屬Mil至Ml 4形成的互連件57[57a至57c]及58。藉由雙重鑲 嵌方法之銅(Cu)互連件用作為該等互連件57及58。 在圖3中,MOS電晶體Trll至Trl4展示為邏輯電路55之 複數個MOS電晶體之代表。儘管圖3示意地展示該等m〇s 電晶體Trll至Trl4 ’但是在圖5中展示(例如)m〇S電晶體 Trll及Trl2之細節。在第二半導體晶片區段26中,該等 MOS電晶體Trll及Trl2之各者經形成以在半導體基板54之 前表面側上之一半導體井區域中具有一對源極及汲極區域 61以及藉由介入一閘極絕緣膜而形成的一閘極電極62。由 (例如)具有STI結構之一元件隔離區域63隔離該等m〇s電 晶體Trll及Trl2之各者。 在第一半導體晶片區段26之多層佈線層59中,經由導電 160117.doc
S •20· 201241999 通孔64而在MOS電晶體Tr 11至Tr 14與互連件57之間及在彼 此相鄰的上層與下層之互連件57之間建置連接。此外,由 第四層金屬M14形成的連接互連件58經形成以面向第一半 導體晶片區段22之接合表面40。該連接互連件58係經由該 導電通孔64而連接至由第三層金屬M13形成的必備互連件 57c。 第一半導體晶片區段22及第二半導體晶片區段26係依使 得其等各自多層佈線層37及59彼此相對且面向接合表面4〇 之連接互連件36及58彼此直接接合之方式而彼此電連接。 接合附近的層間絕緣膜66係由一 Cu擴散障壁絕緣膜(其用 於防止Cu互連件之Cu擴散)及一絕緣膜(其不具有如在一後 文待描述製造方法中展示的Cu擴散障壁特性)之組合形 成。藉由熱擴散接合而實行由Cu互連件形成的連接互連件 36與58之間的直接接合。藉由電漿接合或一黏附劑而實行 在既不存在連接互連件36也不存在連接互連件58之接合表 面處之絕緣膜66之間的接合。 在本實施例中’特定言之如在圖3及圖6中展示(主要部 件之放大圖)在第一半導體晶片區段22與第二半導體晶片 區段26之間的接合附近形成由相同於連接互連件層之導電 膜形成的一擋光層68。本實施例之該擋光層68係由一擋光 組件71(其由相同於該第一半導體晶片區段22之連接互連 件36層之金屬M5形成)及一擋光組件72(其由相同於該第二 半導體晶片區段26之連接互連件58層之金屬M14形成)形 成。在此情況下,如在圖7A至圖7C中展示,該等擋光組 -21 - 160117.doc
S 201241999 件71或72之一者(即,在本實例中該擋光組件71)形成為在 俯視圖(見圖7A)中之垂直及水平方向上具有依預定間距之 複數個孔隙73之一形狀。此外,其他擋光組件72形成為在 俯視圖(見圖7B)中覆蓋該擋光組件7丨之孔隙73之點之一形 狀。該擋光層68經組態使得擋光組件71與擋光組件72兩者 依諸如在俯視圖中(見圖7C)中均勻地覆蓋表面之狀態彼此 重疊。 撞光組件7 1及覆蓋該撐光組件71之孔隙73之撐光組件72 經形成以彼此部分重疊。當連接互連件36及58彼此直接接 合時’該擋光組件71及該擋光組件72在同時重疊部分處彼 此直接接合。多種形狀可能如該擔光組件71之孔隙73之形 狀。在圖中,該等孔隙73之各者形成為一長方形形狀。依 一點方式之該擋光組件72具有覆蓋該等孔隙73之一形狀。 在圖中,該擋光組件72之各點形成為一長方形形狀,其具 有稍微大於該等孔隙73之對應者之一區域。一固定電位 (例如’接地電位)較佳施加於擋光層68使得該擋光層68就 該電位而言可係穩定。 [固態成像器件之製造方法實例] 圖8至圖16展示根據第一實施例之固態成像器件31之一 製造方法實例。圖8至圖10展示使第一半導體晶片區段具 有像素陣列之步驟。圖11至圖13展示使第二半導體晶片區 段具有邏輯電路之步驟。圖14至圖16展示接合及後續處理 之步驟。 首先’如在圖8中展示,在用作(例如)由矽形成的第一 160117.doc •22·
S 201241999 半導體晶圓(後文中,稱為半導體基板)33中之各晶片區段 之區域中形成一半導體井區域3〇,且在此半導體井區域3〇 中形成用作各自像素之光電轉換器之光電二極體pD。可首 . 先形成元件隔離區域51(見圖4),儘管在圖中未展示。各光 電二極體PD經形成以在該半導體井區域3〇之深度方向上延 伸。在兩者組態像素陣列16〇之有效像素區域42及光學黑 區41中形成該等光電二極體。 此外,在半導體井區域3〇之前表面側上形成組態各自像 素之複數個像素電晶體。例如,可由一傳送電晶體、一重 設電晶體、一放大電晶體及一選擇電晶體組態該等像素電 晶體。在此,像素電晶體Trl及Tr2展示為如上文描述的代 表。該等像素電晶體Tr 1及Tr2之各者具有該對源極及汲極 區域以及藉由介入閘極絕緣膜形成的閘極電極,儘管在圖 中未展示。 在半導體基板3 3之前表面側上,藉由介入層間絕緣膜3 4 而形成由複數個層(即,在本實例申為四層)之金屬Ml至 M4形成的互連件35[35a、35b、35c及35d](包含導電通孔 52)。可藉由一雙重鑲嵌方法而形成該等互連件35。具體 言之’在該層間絕緣膜34中藉由一通孔優先程序而同時形 成一連接孔及一互連渠溝,且一Cu擴散障壁金屬膜(其用 於防止Cu擴散)及一 Cu晶種膜形成❶此後,藉由一電鍍方 法而埋入一 Cu材料層。Cu擴散障壁金屬膜之實例包含 Ta、TaN、Ti、TiN、W、WN、Ru、TiZrN膜及含有此等材 料之合金膜。隨後,藉由化學機械拋光(CMP)方法而移除 •23· 160117.doc
S 201241999 過多Cu材料層’使得形成具平面導電通孔之一 Cu互連單 石°此後’沈積Cu擴散障壁絕緣膜,儘管在圖中未展示。 例如’可使用SiN、SiC、SiCN或SiON或如樹脂之笨環丁 烯(BCB :黏附劑)之一絕緣膜作為Cu擴散障壁絕緣膜。藉 由重複此步驟,形成由四層之金屬Ml至M4形成的互連件 35a至35d。 接著如在圖9中展示,循序地形成不具有cu擴散障壁特 性之一第一絕緣膜76及不具有Cu擴散障壁特性之一第二絕 緣膜77及一 Cu擴散障壁絕緣膜75。該第一絕緣膜76及該第 二絕緣膜77係由一 Si02膜、一 SiCOH膜等形成。例如,如 上文描述可使用SiN、SiC、SiCN或SiON或如樹脂之苯環 丁烯(BCB :黏附劑)之一絕緣膜作為該Cu擴散障壁絕緣膜 75。該Cu擴散障壁絕緣膜75、該第一絕緣膜76及該第二絕 緣膜77等效於層間絕緣膜34。隨後,最外面的Cu擴散障壁 絕緣膜75、該第二絕緣膜77及該第一絕緣膜76經圖案化以 藉由一通孔優先程序藉由使用微影術及蝕刻技術而選擇性 地打開通孔80。此後’該第二絕緣膜77經圖案化以選擇性 地形成孔隙78及79 »即,該等膜經圖案化以在對應於應形 成擋光組件71之部件處具有孔隙78(除孔隙73之外的部 件)’在對應於應形成連接互連件36之部件處具有孔隙 79,且具有該等通孔80。 接著如在圖10中展示’藉由使用如上文描述之雙重鑲嵌 方法在孔隙78及79及通孔80中埋入一Cu材料而形成具有孔 隙73之擋光組件71、連接至互連件35d之導電通孔52及連 160117.doc •24-
S 201241999 接互連件36。該擋光組件71及該連接互連件36係由第五層 金屬M5形成。藉此,多層佈線層37係由互連件353至 35d、該連接互連件36、該擋光組件71形成。該等互連件 35a至35d、該連接互連件36、該擋光組件71係由金屬M1 至M5、層間絕緣膜34、Cu擴散障壁絕緣膜75、第一絕緣 膜76及第二絕緣媒77形成。由第四層金屬M4形成連接至 該連接互連件36之一互連件35d 1經形成以充分延伸至該擋 光組件7 1側且具有諸如與該擋光組件7丨重疊的一區域,使
得可防止來自邏輯電路側之發射光洩漏至光電二極體PD 側。 擒光組件71形成為具有孔隙73之一圖案之原因如下。若 在該擋光組件71中之Cu圖案之區域設定為大的,則歸因於 在化學機械拋光(CMP)中凹陷而產生一凹槽。因此,在基 板之間的接合中產生一間隙且未獲得足夠黏附。替代地, 若緊黏附之壓力設定為高使得可防止間隙產生,則歸因於 應變之基板之間的失準變大且圖案之間的對準變難。因 此’孔隙73經提供以限制擋光組件71之區域使得可防止凹 槽產生。 擒光組件71直接接觸第二半導體晶片區段側上之接合表 面中不存在Cu膜之表面。因此,Cu擴散障壁絕緣膜75可 適合作為面向第一半導體晶片區段中之接合表面之層間絕 緣皞。 同時’如在圖11中展示,在用作(例如)由矽形成的第二 半導體晶圓(後文中’稱為半導體基板)54中之各晶片區段 160117.doc -25- 201241999 之區域中形成一半導體井區域50。在此半導體井區域5〇中 形成組態邏輯電路55之複數個MOS電晶體Trll至Trl4。在 此,該等MOS電晶體Trll至Trl4表示為如上文描述的代 表。可首先形成元件隔離區域63(見圖5),儘管在圖中未展 示。 在半導體基板54之前表面側上’藉由介入層間絕緣膜56 而形成由複數個層(即’在本實例中為三層)之金屬M1 i至 M13形成的互連件57[57a、57b及57c],包含導電通孔64。 可藉由雙重鑲嵌方法而形成該等互連件57。具體言之,在 該層間絕緣膜56中藉由一通孔優先程序而同時形成一連接 孔及一互連渠溝’且形成用於防止Cu擴散之一Cu擴散障 壁金屬膜及一 Cu晶種膜。此後,藉由一電鐘方法而埋入一
Cu材料層^ Cu擴散障壁金属膜之實例包含Ta、TaN、Ti、 ΤιΝ、W、WN、Ru、TiZrN膜及含有此等材料之合金膜β 隨後,藉由一化學機械拋光(CMP)方法而移除過多Cu材料 層,使得形成具有平面導電通孔之一 Cu互連單石。此後, 沈積該Cu擴散障壁絕緣膜,儘管在圖中未展示。例如,可 使用SiN、SiC、SiCN或SiON或如樹脂之苯環丁烯(BCB : 黏附劑)之一絕緣膜作為該Cu擴散障壁絕緣膜。藉由重複 此步驟’形成由三層之金屬Mil至M13形成的互連件57a至 57c。 接著如在圖12中展示,循序地形成不具有Cu擴散障壁特 性之一第一絕緣膜82、不具有Cu擴散障壁特性之一第二絕 緣膜83及一 Cu擴散障壁絕緣膜81。該第一絕緣膜82及該第 160117.doc
S -26- 201241999 二絕緣膜83係由Si〇2膜、SiCOH膜等形成。例如,如上文 描述可使用SiN、SiC、SiCN或SiON或如樹脂之笨環丁稀 (BCB :黏附劑)之一絕緣膜作為該Cu擴散障壁絕緣膜81。 該Cu擴散障壁絕緣膜81、該第一絕緣膜82及該第二絕緣膜 83等效於層間絕緣膜56。隨後,最外面的Cu擴散障壁絕緣 膜81、該第二絕緣膜83及該第一絕緣膜82經圖案化以藉由 一通孔優先程序藉由使用微影術及蝕刻技術而選擇性地打 開通孔86。此後,該第二絕緣膜83經圖案化以選擇性地形 成孔隙84及85。在諸如覆蓋第一半導體晶片側之擋光組件 71之孔隙73之位置處形成孔隙84。此孔隙84較佳經形成以 具有諸如覆蓋該擋光組件71之孔隙73且與該擋光組件71部 分重疊之一大小’使得當後來第一半導體基板接合至第二 半導體基板時可防止歸因於接合失準之光洩漏。 即,膜經圖案化以在對應於應形成擋光組件72之部件處 具有孔隙84 ’在對應於應形成連接互連件58之部件處具有 孔隙85,且具有通孔86 » 接著如在圖13中展示,藉由使用如上文描述之雙重鑲嵌 方法在孔隙84及85及通孔86中埋入一 Cu材料而形成具有一 點形狀之擋光組件72、連接至互連件57c之導電通孔64及 連接互連件58 »該擋光組件72及該連接互連件58係由第四 層金屬M14形成。藉此,多層佈線層59係由互連件57&至 57c、該連接互連件58、該擋光組件72形成。該等互連件 57a至57c、該連接互連件58、該擋光組件72係由金屬Mil 至M14、層間絕緣膜56、cu擴散障壁絕緣膜si、第一絕緣 •27· 160117.doc
S 201241999 膜82及第二絕緣膜83形成。 接著如在圖14中展示’第一半導體基板33係依使得其等 各自多層佈線層彼此相對且連接互連件36及58兩者直接接 觸且彼此電連接之方式而接合至第二半導體基板54。即, 該第一半導體基板33及該第二半導體基板54彼此實體接合 且電連接。此時,擋光組件71及擋光組件72亦在重叠部分 處彼此直接接合。具體言之,藉由熱處理而執行該連接互 連件36與該連接互連件58之間及該擔光組件71與該擔光組 件72之間的熱擴散接合。此時,熱處理溫度可設定至約 100°C至500°C。此外,作為層間絕緣膜之絕緣膜經受表面 處理且藉由電漿接合或黏附劑而彼此接合。該等連接互連 件36及58以及該等擋光組件71及72之Cu表面容易被氧化。 亦可能執行還原處理以在接合之前移除Cu表面上之氧化 膜。例如,可由氫氣、氫及氬之混合氣體、氫電漿、氨電 漿、氬電漿或類似物執行還原處理。 接著如在圖15中展示’第一半導體基板33接地且藉由使 用CMP方法或類似方法而自待處理成一薄膜形狀之背表面 側拋光’保留光電二極體PD之所要膜厚度。 接著如在圖16中展示’藉由介入絕緣膜38而在處理成一 薄膜形狀之基板表面上形成覆蓋對應於光學黑區41之光電 二極體PD上之區域之擋光膜39。此外,藉由介入平面膜43 而在對應於有效像素區域42之光電二極體PD上形成彩色渡 光|§44及晶片上透鏡45。 隨後’執行將接合的第一半導體基板33及第二半導體基 160117.doc
S •28- 201241999 板54分離成各自晶片之切削,使得獲得在圖3中展示的預 期固態成像器件3 1。 作為用作撐光組件71及72、連接互連件36及58以及相同 於其等之層之互連件之金屬河5至]^14,具有高導電及高擋 光能力且容易接合之一材料係較佳的。可使用一單一材料 (諸如A卜W、Ti、Ta、Mo或Ru或一合金)作為具有此等特 性(除Cu之外)之一材料。 較佳取決於涉及光發射之第二半導體晶片區段26側上之 光波長而判定檔光層6 8之膜厚度(即,在本實例中擒光組 件71及72之膜厚度)《在本實施例中,應擋住自該第二半 導體晶片區段26之MOS電晶體之熱載子發射的光。因此, 應考量具有一約1 μπ!波長之光而設計擋光層厚度。例如, 擋光層68之膜厚度及因此擋光組件7丨及72之膜厚度可設定 至約 50 nm至 800 nm。 圖Π展示在特定膜厚度下透射率對關於Cu、Ta、Ti、 Ru、W及AlSi之光波長。一曲線ai對應於具有一 5〇 nm膜 厚度之一 Cu膜。一曲線bl對應於具有一 50 nm膜厚度之一 Ta膜。一曲線ci對應於具有一50 nm膜厚度之一丁丨膜。一 曲線dl對應於具有一 62 nm膜厚度之一 Ru膜》—曲線ei對 應於具有一 60 nm膜厚度之一 W膜。一曲線fl對應於具有一 60 nm膜厚度之一 AlSi膜。基於圖17之圖表,可選擇適合 於擋住具有一 300 nm至1 μιη波長之光之一金屬膜。 圖18展示在特定光波長下透射率對關於Cu、Ta、Ti、RU 及W之膜厚度。一直線a2展示在一 575 nm波長下一Cu膜之 160117.doc • 29· 201241999 特性。一直線b2展示在一 700 nm波長下一 Ta膜之特性。一 直線c2展示在一 700 nm波長下一Ti膜之特性。一點d2展示 在一 700 nm波長下一!^膜之特性。一直線62展示在一7〇〇 nm波長下一 w膜之特性。基於圖is之圖表,可選擇用以獲 得所要擋光率之各自金屬膜之膜厚度。同樣在歸因於來自 一電晶體之熱載子擋住近似一 1 波長之發射光之情況 下’可藉由一相似方法而選擇膜厚度。 在根據第一實施例之固態成像器件3 1及其製造方法中, 在第一半導體晶片區段22與第二半導體晶片區段26之間的 接合附近形成由相同於連接互連件36及58之層之金屬Μ5 及Ml 4形成的擋光層68。此擋光層68可抑制在該第一半導 體晶片區段22之像素陣列上歸因於來自該第二半導體晶片 區段26之邏輯電路55之MOS電晶體之熱載子之發射光之入 射。因此’抑制歸因於熱載子之光發射之不利效果,且因 此可抑制暗電流及隨機雜訊。 因為擋光層68係由相同於連接互連件3 6及58之層之金屬 M5及M14形成’故整個接合半導趑晶片之厚度可設定為小 於圖22之相關技術實例,且可進一步減小固態成像器件3 i 之厚度。此可在不增大整個半導體晶片之厚度之情況下提 供具有較少暗電流及隨機雜訊之一固態成像器件。 在第一半導體晶片區段22中,由金屬M4形成經由導電 通孔52而連接至連接互連件36之互連件35dl經形成以延伸 至擋光組件71側且與該擋光組件71重疊。此可防止來自第 二半導體晶片區段26之發射光透過一間隙而洩漏至像素陣
I60U7.doc •30· S 201241999 列。 在製造方法中’可同時形成互連件、連接互連件及擂光 層。因此,達成製造步驟數目減少、遮罩步驟減少及材料 成本降低’且可依低成本製造具有較少暗電流及隨機雜訊 之一固態成像器件。在圖9之步驟中形成通孔8〇中,可容 易形成通孔80,此係因為通孔之縱橫比低於圖22之相關技 術實例。 在第一半導體基板33與第二半導體基板54之間的接合 中,以一高面積比獲得所謂的金屬間接合(諸如連接互連 件之間的接合及擋光組件之間的接合)。因此,獲得高接 合強度’且抑制歸因於膜分離之異常。因此,可依一高良 率製造一固態成像器件。 具有一大面積之金屬層(即,連接互連件36及58以及擋 光層68)存在於第一半導體晶片區段22與第二半導體晶片 區段26之間。因此,可分散來自邏輯電路“之熱輻射且可 抑制在像素陣列側上溫度之上升,因此,可能提供當操作 溫度上升時免於特性劣化(諸如像素陣列之暗電流)之一固 態成像器件。 擋光層68係由一側具有孔隙73之擋光組件71及另一側具 有覆蓋孔隙73之點之-形狀之擋光組件72形成。歸因於此 特徵’擋光組件71及擋光組件72兩者之面積可設定為小 的因此,不產生命因於在形成擔光組件中化學機械抛光 (CMP)之-凹槽,此提供半導體晶片區段22與㈣者之間 的有利接合。 1601J7.doc -31 - 201241999 [擋光層之修改實例] 多種形狀可能如第一半導體晶片區段22側上之擋光組件 及第二半導體晶片區段26側上之擋光組件之形狀,圖丨9A 至圖19C展示擋光層之一修改實例。該第一半導體晶片區 段22側上之一擋光組件88形成為具有一必備寬度w 1且依 一必備間隔11配置的複數個條帶之一形狀(見圖丨9A)。該第 二半導體晶片區段26側上之擋光組件89形成為具有大於上 文描述的寬度W1之一必備寬度W2 (> W1)且依小於上文描 述的間隔tl之一必備間隔t2 (< tl)配置的複數個條帶之一 形狀(見圖19B) ^該擋光組件88之條帶部分之間距設定為 等於該擋光組件89之條帶部分。藉由依使得在俯視圖中均 勻地覆蓋表面之方式而使條帶方式擋光組件88與條帶方式 擋光組件89彼此重疊而形成擋光層68(見圖19C)。具有此 一擋光層68之固態成像器件亦具有相同於上文描述的有利 效果。 <3,第二實施例> [固態成像器件之組態實例] 圖20展示根據本揭示内容之另一實施例之一固態成像器 件,具體言之根據本揭示内容之一第二實施例之一背照式 CMOS固態成像器件。在根據該第二實施例之一固態成像 器件91中,在第一半導體晶片區段22側上由相同於連接互 連件36之層之金屬M5形成一擔光層92。在整個表面上均 勻地形成此擋光層92。甚至當歸因於在形成該擋光層92中 在化學機械拋光(CMP)中凹陷產生一凹槽(其均勻地跨整個 I60117.doc •32-
S 201241999 表面)時’藉由增大緊黏附之壓力而實現接合。 其他組態相同於第一實施例。因此’相同於圖3中之部 件被給定相同符號且省略重疊描述。 可在第一半導體晶片區段22及第二半導體晶片區段26之 一者或兩者中提供均勻地跨整個表面之擋光層92。 [固態成像器件之製造方法實例] 可基於第一實施例之製造方法而製造根據第二實施例之 固態成像器件91,除變更第一實施例之擋光層之圖案形狀 之外。 根據第二實施例之固態成像器件91及其製造方法具有相 同於上文對於第一實施例描述的有利效果。具體言之,在 第一半導體晶片區段22與第二半導體晶片區段26之間的接 合附近形成由相同於連接互連件36或/及58之層之金屬M5 或/及M14形成的檔光層92 »此擋光層92可抑制在該第一半 導體晶片區段22之像素陣列上歸因於來自該第二半導體晶 片區段26之邏輯電路55之M〇s電晶體之熱載子之發射光之 入射。因此,抑制歸因於熱載子之光發射之不利效果,且 因此可抑制暗電流及隨機雜訊。 因為擔光層92係由相同於連接互連件36或/及58之層之 金屬M5或/及M14形成,故整個接合半導體晶片之厚度可 設定為小於圖22之相關技術實例,且可進一步減小固:成 像器件91之厚度。此可在^增大整個半導體晶片之厚度之 情況下提供具有較少暗電流及隨機雜訊n態成^ 件0 〇 160117.doc
S -33- 201241999 在第半導體晶片區段22中’由金屬M4形成經由導電 通孔52而連接至連接互連件36之互連件35dl經形成以延伸 至擋光層92側且與該擋光層92重疊。此可防止來自第二半 導體晶片區段26之發射光透過一間隙而洩漏至像素陣列。 在製造方法中,可同時形成互連件、連接互連件及擋光 層。因此,達成製造步驟數目減少、遮罩步驟減少及材料 成本降低,且可依低成本製造具有較少暗電流及隨機雜訊 之一固態成像器件。當在第一半導體晶片區段22側中提供 擋光層92時,可容易形成通孔8〇,此係因為通孔之縱橫比 低於圖22之相關技術實例。 在第一半導體基板33與第二半導體基板54之間的接合 中,以一高面積比獲得所謂的金屬間接合(諸如連接互連 件之間的接合及擋光層之間的接合)。因此,獲得高接合 強度,且抑制歸因於膜分離之異常。因此,可依一高良率 製造一固態成像器件。 具有一大面積之金屬層(即,連接互連件36及58以及擋 光層92)存在於第一半導體晶片區段22與第二半導體晶片 區段26之間1此,可分散來自邏輯電路以μ射且可 抑制在像素陣列侧上溫度之上升。因此,可能提供當操作 溫度上升時免於特性劣化(諸如像素陣列之暗電流)之一固 態成像器件。 上文描述的各自實施例亦可採用圖之組熊。 上文描述的各自實施例具有兩個半導體晶片區段22及26 彼此接合之組態 根據本揭示内容之 一實施例之固態成像 160117.doc
S -34- 201241999 器件亦可具有三個或三個以上半導體晶片區段彼此接合之 一組態。例如’亦可能由三個半導體晶片區段(即,除具 有像素陣列之第一半導體晶片區段及具有邏輯電路之第二 半導體晶片區段之外的具有一記憶體電路之一第三半導體 晶片區段)組態固態成像器件。在此情況下,該第一半導 體晶片區段及該第二半導體晶片區段之至少組態係包含上 文描述的擋光層68或92之一組態。 <4.第三實施例> [電子裝置之組態實例] 根據本揭示内容之上文描述的實施例之固態成像器件可 應用於電子裝置’諸如以數位相機及視訊攝錄影機為代表 的相機系統,具有一成像功能之蜂巢式電話及具有一成像 功能之其他裝置。 圖21展示根據本揭示内容之一第三實施例之作為電子裝 置之一應用實例之一相機。作為一實例,根據本實施例之 相機係可拍攝一靜止影像或一移動影像之一視訊攝錄影 機。本實施例之一相機101具有:一固態成像器件102 ;— 光學系統103,其引導入射光至該固態成像器件102之一光 接收感測器區段;及一快門器件104。此外,該相機i(H具 有:一驅動電路105,其驅動該固態成像器件102 ;及一信 號處理電路106,其處理該固態成像器件102之一輸出信 號。 採用上文描述的各自實施例之任何固態成像器件作為固 態成像器件102。光學系統(光學透鏡)1 〇3基於來自一對象 -35· 160117.doc
S 201241999 之影像光(入射光)而在該固態成像器件1〇2之成像平面上形 成一影像β藉此,在該固態成像器件102中累積一信號電 荷達一特定週期。該光學系統103可係由複數個光學透鏡 組成的一光學透鏡系統。快門器件104控制至該固態成像 器件102之光照射之週期及擋光之週期。驅動電路1〇5供應 一驅動信號以控制該固態成像器件i 〇2之傳送操作及該快 門器件104之快門操作。基於自該驅動電路1〇5供應的驅動 信號(時序信號)而執行該固態成像器件1〇2之信號傳送。信 號處理電路106執行多種信號處理。起因於信號處理之一 視-5fUs號儲存在一儲存媒體(諸如一記憶體)中或輸出至一 監測器。 根據第三實施例之電子裝i包含根據本揭示内容之任何 上文描述的實施例之背照式固態成像器件。因此由來自 邏輯電路之MOS電晶體之熱载子#射的光.不入射在像素陣 列側上且可抑制暗電流及隨機雜訊。因此,可提供具高影 像品質之電子裝置。例如’可提供具改良式影像品質等等 之一相機。 [半導體器件之組態實例] 上文描述的擋光層68及92亦可應用於一半導體器件,藉 由使具有-半導體積體電路之兩個半導體晶片區段彼此接 合而獲得該半導體器件。例如,具有-第-邏輯電路之一 第-半導體晶片及具有一第二邏輯電路之一第二半導體晶 片彼此接合以組態一半導體器件’儘管在圖中未展示。該 第-邏輯電路及該第二邏輯電路之各者係由複數個刪電 160] 17.doc
S • 36 - 201241999 晶體形成。該第一半導體晶片區段及該第二半導體晶片區 段各具有一多層佈線層且經接合使得兩個多層佈線層彼此 相對。在此組態中,一擋光層係由相同於如在第一實施例 及第二實施例中描述的多層佈線層之互連件之層之金屬形 成,且該等金屬彼此直接接觸並彼此機械連接及電連接。 根據此半導體器件,由擋光層擋住由來自一邏輯電路之 MOS電晶體之熱載子發射的光且可抑制對其他邏輯電路之 不利效果。 具有相似於上文描述的半導體器件之一擋光層之一組態 亦可應用於一半導體器件,藉由使具有一邏輯電路之一第 一半導體晶片區段及具有一記憶體電路之一第二半導體晶 片Εΐ 4又彼此接合而獲付該半導體器件。亦在此半導體器件 中’由擋光層擋住由來自該邏輯電路之MOS電晶體之熱載 子發射的光且可抑制對該記憶體電路之不利效果。 本揭示内容含有關於在日本專利局於2〇11年2月8日申請 之曰本優先專利申請案JP 20 11-024954中揭示之標的,該 案之全文以引用方式併入本文中。 熟習此項技術者應瞭解可取決於設計需求及其他因素而 發生多種修改、組合、子組合及替代,只要多種修改組 合、子組合及替代係在隨附申請專利範圍或其等等效物之 範疇内。 【圖式簡單說明】 圖1係展示應用於本揭示内容之一實施例之一CM〇s固態 成像器件之一實例之一示意組態圖; 160117.doc •37· 201241999 圖2A至圖2C係根據本揭示内容之實施例之固態成像器 件及根據一相關技術實例之一固態成像器件之示意圖; 圖3係展示根據本揭示内容之一第一實施例之一固態成 像器件之一主要部件之一示意組態圖; 圖4係展示圖3中之一第一半導體晶片區段之一主要部件 之一放大組態圖; 圖5係展示圖3中之一第二半導體晶片區段之一主要部件 之一放大組態圖; 圖6係圖3中之一接合部件之一主要部件之一放大組態 園, 圖7A至圖7C係展示第一實施例中之一擋光層之組態 rs*i · 圖, 圖8係展示根據第一實施例之固態成像器件之一製造方 法實例之一製造程序圖(第一圖); 圖9係展示根據第—實施例之固態成像器件之製造方法 實例之一製造程序圖(第二圖); 圖10係展示根據第一實施例之固態成像器件之製造方法 實例之一製造程序圓(第三圖); 圖11係展示根據第—實施例之固態成像器件之製造方法 實例之一製造程序圖(第四圖); 圖12係展示根據第—實施例之固態成像器件之製造方法 實例之一製造程序圖(第五圖); 圖13係展示根據第—實施例之固態成像器件之製造方法 實例之一製造程序圖(第六圖); 160117.doc
S • 38· 201241999 圖14係展7F根據第一實施例之固態成像器件之製造方法 貫例之一製造程序圖(第七圖); 圖15係展示根據第—實施例之固態成像器件之製造方法 實例之一製造程序圖(第八圖); 圖16係展示根據第—實施例之固態成像器件之製造方法 實例之一製造程序圖(第九圖); 圖17係用於說明本揭示内容之一實施例且展示光透射率 對關於一特定膜厚度之波長的相依性之一圖表; 圖18係用於說明本揭示内容之一實施例且展示光透射率 對關於一特定波長之一金屬膜之膜厚度的相依性之一圖 表; 圖19A至圖19C係展示根據實施例之擋光層之一修改實 例之組態圖; 圖20係展不根據本揭示内容之一第二實施例之一固態成 像器件之一主要部件之一示意組態圖; 圖21係根據本揭示内容之一第三實施例之一電子裝置之 一示意組態圖; 圖22係根據一相關技術實例之一固態成像器件之一主要 部件之一示意組態圖; 圖23係展示圖22中之一第一半導體晶片區段之一主要部 件之一放大組態圖;及 圖24係展示圖22中之一第二半導體晶片區段之一主要部 件之一放大組態圖。 【主要元件符號說明】 160117.doc -39- 201241999 1 固態成像器件 2 像素 3 像素陣列/像素區域 4 垂直驅動電路 5 行信號處理電路 6 水平驅動電路 7 輸出電路 8 控制電路 9 垂直信號線 10 水平信號線 11 半導體基板 12 輸入/輸出終端機 20 互補金屬氧化物半導體(CMOS)固態成像器件 21 互補金屬氧化物半導體(CMOS)固態成像器件 22 第一半導體晶片區段 23 像素陣列 24 控制電路 25 邏輯電路 26 第二半導體晶片區段 30 半導體井區域 31 固態成像器件 32 層壓半導體晶片 33 第一半導體基板 33a 半導體基板33之前表面 160117.doc -40-
S 201241999 34 層間絕緣膜 35a 互連件 35b 互連件 35c 互連件 35d 互連件 35dl 互連件 36 連接互連件 37 多層佈線層 38 絕緣膜 39 擋光膜 40 接合表面 41 光學黑區 42 有效像素區域 43 平面膜 44 彩色濾光器 45 晶片上透鏡 46 η型半導體區域 47 ρ型半導體區域 48 閘極電極 49 源極及汲極區域 50 半導體井區域 51 元件隔離區域 52 導電通孔 54 第二半導體基板 160117.doc -41 - 201241999 55 邏輯電路 56 層間絕緣膜 57a 互連件 57b 互連件 57c 互連件 58 連接互連件 59 多層佈線層 61 源極及汲極區域 62 閘極電極 63 元件隔離區域 64 導電通孔 66 絕緣膜 68 擋光層 71 擋光組件 72 擋光組件 73 孔隙 75 銅(Cu)擴散障壁絕緣膜 76 第一絕緣膜 77 第二絕緣膜 78 孔隙 79 孔隙 80 通孔 81 銅(Cu)擴散障壁絕緣膜 82 第一絕緣膜 160117.doc • 42· s 201241999 83 第二絕緣膜 84 孑L隙 85 孔隙 86 通孔 88 擋光組件 89 標光組件 91 固態成像器件 92 擋光層 101 相機 102 固態成像器件 103 光學系統 104 快門器件 105 驅動電路 106 信號處理電路 112 層間絕緣膜 121 固態成像器件 122 第一半導體晶片區段 123 第二半導體晶片區段 124 像素陣列 125 有效像素區域 126 光學黑區 127 邏輯電路 130 平面膜 131 第一半導體基板 131a 第一半導體基板131之前表面 160117.doc -43· 201241999
133a 互連件 133c 互連件 133b 互連件 133d 互連件 134 多層佈線層 135 絕緣膜 136 P型半導體區域/擋光膜 137 閘極電極 138 源極及沒極區域 139 元件隔離區域 141 導電通孔 142 連接互連件 143 第二半導體基板 144 層間絕緣膜 145a 互連件 145b 互連件 145c 互連件 146 連接互連件 147 多層佈線層 149 源極及沒極區域 151 閘極電極 152 元件隔離區域 153 導電通孔 154 層間絕緣膜 155 擋光層 160117.doc 44 S 201241999 160 像素陣列 161 相關技術互補金屬氧化物半導體(CMOS)固 態成像器件 162 半導體晶片 163 像素陣列 164 控制電路 165 邏輯電路 FD 浮動擴散區 Ml 金屬 M2 金屬 M3 金屬 M4 金屬 M5 金屬 Mil 金屬 M12 金屬 M13 金屬 M14 金屬 PD 光電二極體 Trl 像素電晶體 Tr2 像素電晶體 Trll 金屬氧化物半導體(MOS)電晶體 Trl2 金屬氧化物半導體(MOS)電晶體 Trl3 金屬氧化物半導體(MOS)電晶體 Trl 4 金屬氧化物半導體(MOS)電晶體 160117.doc • 45-

Claims (1)

  1. 201241999 七、申請專利範圍·· 1. 一種固態成像器件,其包括: 一層壓半導體晶片’其經組態以藉由使兩個或兩個以 上半導體晶片區段彼此接合且藉由依使得多層佈線層彼 此相對且彼此電連接之方式而使形成一像素陣列及一多 層佈線層之至少一第一半導體晶片區段與形成一邏輯電 路及一多層佈線層之一第二半導體晶片區段彼此接合而 獲得;及 擋光層,其經組態以在該第一半導體晶片區段與該 第二半導體晶片區段之間的接合附近藉由相同於該第— 半導體晶片區段及該第二半導體晶片區段之一者或兩者 之一經連接互連件層之層之一導電膜形成, 其中該固態成像器件組態為一背照式固態成像器件。 2. 如請求項1之固態成像器件,其中該擋光層係依使得在 俯視圖中均勻地覆蓋一表面之方式而由該第一半導體晶 片區段側上之該導電膜及該第二半導體晶片區段側上之 該導電膜形成。 3. 如請求項2之固態成像器件,其中 該第一半導體晶片區段或該第二半導體晶片區段側上 之該導電膜形成為具有複數個孔隙之一圖案,及 該第二半導體晶片區段或該第一半導體晶片區段側上 之該導電膜係依諸如與該第一半導體晶片區段或該第二 半導體晶片區段側上之該導電臈部分重疊之方式而形成 為覆蓋該複數個孔隙之一點圖案。 160117.doc 201241999 4·如請求们之固態成像器件’其中該第—半導體 段及該第二半導體晶片區段之互連件係在該第一:導體 晶片區段與該第二半導體晶片區段之間的—接合部件處 彼此直接接合。 5. 一種固態成像器件之製造方法,該方法包括: 在用作一第一半導體晶圓中之一第—半導體晶片區段 之-區域中形成至少一像素陣列及一多層佈線層; 在用作-第二半導體晶圓中之一第二半導體晶片區段 之-區域中形成至少—邏輯電路及—多層佈線層; 在該第-半導體晶圓及該第二半導體晶圓之一者或兩 者之該多層佈線層中由相同於—經連接互連件層之層之 一導電膜形成一擋光層; 依使得該第-半導體晶圓及該第二半導體晶圓之該等 多層佈線層彼此相對且兩個晶圓之互連件彼此電連接之 方式而使包含至少該第_半導體晶圓及該第二半導體晶 圓之兩個或兩個以上半導體晶圓彼此接合; 將該第-半導體晶圓處理成一薄膜形狀;及 將該等經接合半導體晶圓處理成一晶片。 6. 如請求項5之固態成像器件之製造方法,其中該撐光層 係依使得在俯視圖中均句地覆蓋—表面之方式而由該第 -半導體晶圓側上之該導電膜及該第二半導體晶圓侧上 之該導電膜形成。 7. 如請求項6之固態成像器件之製造方法,其中 該第一半導體晶圓或該第二半導體晶圓側上之該導電 160117.doc S 201241999 膜形成為具有複數個孔隙之一圖案,及 該第二半導體晶圓或該第一半導體晶圓侧上之該導電 、二依諸如與該第—半導體晶圓或該第二半導體晶圓側 上之該導電膜部分重疊之方式形成為覆蓋該複數個孔隙 之一點圖案》 8.如請求項5之固態成像器件之製造方法,其中該第一半 導體晶圓及該第二半導體晶圓之互連件係在該第一半導 體晶®與該第二半導體晶圓之間的—接合部件處彼此直 接接合。 9_ 一種電子裝置,其包括: 一固態成像器件; 一光學系統,其經組態以引導入射光至該固態成像器 件之一光電轉換器;及 一信號處理電路,其經組態以處理該固態成像器件之 一輸出信號, 該固態成像器件包含: 一背照式半導體晶片:其經組態以藉由使兩個或兩 個以上半導體晶片區段彼此接合且藉由依使得該等多 層佈線層彼此相對且彼此電連接之方式而使形成一像 素陣列及一多層佈線層之至少一第一半導體晶片區段 與形成一邏輯電路及一多層佈線層之一第二半導體晶 片區段彼此接合而獲得;及 一擋光層,其經組態以在該第一半導體晶片區段與 該第二半導體晶片區段之間的接合附近由相同於該第 160117.doc 201241999 一半導體晶片區段及該第二半導體晶片區段之一者或 兩者之一經連接互連件層之層之一導電膜形成, 其中該固態成像器件組態為一背照式固態成像器 件。 160117.doc -4· S
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