半导体装置、半导体装置的制造方法和电子装置制造方法及图纸

本公开的目的是改善半导体装置例如其中层叠多个基板的具有三维结构的固态成像设备中的耐热性、扩散阻力和可靠性。再者，本公开涉及半导体装置、半导体装置的制造方法以及包括半导体装置的电子装置。本公开的半导体装置包括第一基板和第二基板，该第一基板包括第一层间绝缘膜和第一配线层，第一配线层具有从第一层间绝缘膜突出预定量的第一连接电极，第二基板包括第二层间绝缘膜和第二配线层，第二配线层具有从第二层间绝缘膜突出预定量的第二连接电极。在第一基板和第二基板之间的贴合表面上，第一连接电极和第二连接电极彼此接合，并且同时在层叠方向上彼此面对的第一层间绝缘膜的至少一部分和第二层间绝缘膜的一部分彼此接合。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置、半导体装置的制造方法和电子装置本申请是申请日为2013年6月11日、申请号为201380031398.9、专利技术名称为“半导体装置、半导体装置的制造方法和电子装置”的专利技术专利申请的分案申请。
本公开涉及通过将多个基板贴合在一起生产的三维结构半导体装置及其制造方法。本公开还涉及具有该半导体装置的电子装置。
技术介绍
在通过将多个装置(基板)彼此贴合生产三维结构大规模集成电路(LSI)的方法中，有一种方法直接彼此接合在装置表面上暴露的金属电极。在彼此直接接合金属电极的方法中，已经提出了这样的方法，其中对装置表面上的金属电极和层间绝缘膜(ILD)进行平坦化从而成为同一表面，并且该金属电极和层间绝缘膜分别在装置之间彼此接合。通常，当金属电极通过上面的方法接合时，所采用的方法中平坦化了装置表面上的铜电极和层间绝缘膜，并且彼此贴合该装置。然而，实际上，根据装置表面上的铜电极和层间绝缘膜的面积比，在化学机械抛光(CMP)时发生凹陷。因此，通过直接接触铜电极极难获得平坦的接合表面来保证电连接。在CMP时，有一种方法通过选择优选条件平坦化接合表面使铜电极和层间绝缘膜的表面变为同一表面。然而，难以稳定且连续地设置CMP条件。近年来，已经提出了这样的方法，其中铜电极从层间绝缘膜突出，并且突出的铜电极彼此连接(专利文件1和2)。然而，在该方法中，尽管铜电极彼此接触，但是在装置之间的连接上层间绝缘膜没有彼此接触。因此，因为铜电极暴露在装置的外部空间，所以存在铜在层间绝缘膜的表面上扩散以及可靠性降低的可能性。此外，当诸如铜的金属不加涂层时，在很多情况下存在这样的可能性，铜被腐蚀或者导致在连接后执行薄化基板、化学处理、等离子干法蚀刻处理等的工艺中导致金属污染。根据上述，不优选金属之外的接合表面在金属电极彼此接合以及层间绝缘膜彼此接合中不彼此接触。另一方面，提出了这样的方法，其中粘合剂层形成在装置之间的贴合表面上，并且金属电极之外的装置表面彼此接触(专利文件3)。然而，在此情况下，存在粘合剂的耐热性和铜的防扩散能力上的问题。存在影响装置可靠性的可能性。引用列表专利文件专利文件1：JP01-205465A专利文件2：JP2006-191081A专利文件3：JP2006-522461W
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题考虑到上述问题，本公开的目的是改善半导体装置的耐热性、防扩散性和可靠性，例如其中层叠多个基板具有三维结构的固态成像设备。再者，本公开提供半导体装置的制造方法以及具有该半导体装置的电子装置。技术方案本公开的半导体装置包括第一基板和第二基板。第一基板包括第一配线层，具有从第一层间绝缘膜突出预定量的第一连接电极。再者，第二基板包括第二配线层，具有从第二层间绝缘膜突出预定量的第二连接电极。第二基板贴合且设置在第一基板上从而接合第二连接电极与第一连接电极。此时，在第一基板和第二基板之间的贴合表面上，接合第一连接电极和第二连接电极，并且同时，在层叠方向上彼此面对的第一层间绝缘膜的至少一部分和第二层间绝缘膜的一部分彼此接合。在本公开的半导体装置中，在第一基板和第二基板之间的贴合表面上，第一连接电极和第二连接电极由彼此接合的第一层间绝缘膜和第二层间绝缘膜密封。本公开的半导体装置的制造方法包括制备第一基板的工艺，该第一基板包括第一配线层，具有从第一层间绝缘膜突出预定量的第一连接电极。再者，该制造方法包括制备第二基板的工艺，该第二基板包括第二配线层，具有从第二层间绝缘膜突出预定量的第二连接电极。接下来，该制造方法包括贴合第一基板的第一连接电极和第二基板的第二连接电极从而第一连接电极和第二连接电极彼此面对的工艺。在第一基板和第二基板之间的贴合表面上，第一基板和第二基板贴合使第一连接电极和第二连接电极彼此接合，并且同时使在层叠方向上彼此面对的第一层间绝缘膜的至少一部分和第二层间绝缘膜的一部分彼此接合。在本公开的半导体装置的制造方法中，在贴合在一起的第一基板和第二基板之间的贴合表面上，第一连接电极和第二连接电极由彼此接合的第一层间绝缘膜和第二层间绝缘膜密封。本公开的电子装置包括固态成像设备和信号处理电路。固态成像设备包括传感器基板和电路基板。传感器基板包括传感器侧半导体层，具有其中设置光电转换器的像素区域，并且包括传感器侧配线层。传感器侧配线层设置在传感器侧半导体层的与光接收表面相反的表面上，并且具有通过传感器侧层间绝缘膜设置的配线和从传感器侧层间绝缘膜的表面突出预定量的传感器侧连接电极。而且，电路基板包括电路侧半导体层和电路侧配线层。电路侧配线层包括设置在传感器基板的传感器侧配线层一侧上且通过电路侧层间绝缘膜提供的配线以及从电路侧层间绝缘膜的表面突出预定量的电路侧连接电极。电路基板贴合且设置在传感器基板上。再者，在传感器基板和电路基板之间的贴合表面上，传感器侧连接电极与电路侧连接电极接合，而且同时，接合在层叠方向上彼此面对的传感器侧层间绝缘膜的至少一部分和电路侧层间绝缘膜的一部分。信号处理电路对从固态成像设备输出的输出信号进行处理。本专利技术的技术效果根据本公开，可获得耐热性和防扩散性良好且具有高可靠性的半导体装置和电子装置。附图说明图1是根据本公开第一实施例的固态成像设备主要部分的截面图。图2A至2C是根据本公开第一实施例的固态成像设备的制造方法的工艺图。图3是传感器侧连接电极的位置在平面方向上从电路侧连接电极的位置偏离x情况下的示意图。图4是根据本公开第二实施例的半导体装置主要部分的截面图。图5A至5C是根据本公开第二实施例的半导体装置的制造方法(部分1)的工艺图。图6D和6E是根据本公开第二实施例的半导体装置的制造方法的工艺图(部分2)。图7F和7G是根据本公开第二实施例的半导体装置的制造方法(部分3)的工艺图。图8是根据本公开第三实施例的电子装置的示意性模块图。具体实施方式非专利文献“SemiconductorWaferBonding”,Q.Y.Tong,U.Gosele；JOHNWILEY&SONS,Inc.,1999公开了有关硅基板贴合的技术。由于敏锐的检查(keenexamination)，本公开技术方案的提出者已经发现将有关基板的粒子在贴合上的影响的调查结果应用到本公开的将电极贴合在一起的技术。下面，将参考附图描述根据本公开实施例的半导体装置、其制造方法和电子设备的示例。本公开的实施例将以下面的顺序描述。本公开的技术方案不限于下面的示例。1.第一实施例：两层结构的固态成像设备1-1.截面结构1-2.制造方法2.第二实施例：三层结构的半导体装置2-1.截面结构2-2.制造方法3.第三实施例：电子装置1.第一实施例：两层结构的固态成像设备>1-1截面结构首先，将对作为根据本公开第一实施例的半导体装置的示例的固态成像设备进行说明。图1是根据本公开第一实施例的固态成像设备1主要部分的截面图。如图1所示，本实施例的固态成像设备1是具有三维结构的背面照射式固态成像设备。如图1所示，本实施例的固态成像设备1包括传感器基板2和贴合在传感器基板2的与光接收表面相反的表面上的电路基板3。再者，本实施例的固态成像设备1包括滤色器10和设置在传感器基板2的光接收表面上的片上透镜11。传感器基板2包括传感器侧半导体层12和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，包括：第一基板，构造为包括第一层间绝缘膜和第一配线层，该第一配线层具有从该第一层间绝缘膜突出预定量的第一连接电极；以及第二基板，构造为包括第二层间绝缘膜和第二配线层，该第二配线层具有从该第二层间绝缘膜突出预定量的第二连接电极，其中该第二连接电极贴合在该第一基板上从而与该第一连接电极接合，并且在该贴合表面上，该第二连接电极与该第一连接电极接合，同时该第一层间绝缘膜的至少一部分和该第二层间绝缘膜的一部分彼此接合。

【技术特征摘要】
2012.06.22 JP 2012-1412841.一种半导体装置，包括：第一基板，构造为包括第一层间绝缘膜和第一配线层，该第一配线层具有从该第一层间绝缘膜突出预定量的第一连接电极；以及第二基板，构造为包括第二层间绝缘膜和第二配线层，该第二配线层具有从该第二层间绝缘膜突出预定量的第二连接电极，其中该第二连接电极贴合在该第一基板上从而与该第一连接电极接合，并且在该贴合表面上，该第二连接电极与该第一连接电极接合，同时该第一层间绝缘膜的至少一部分和该第二层间绝缘膜的一部分彼此接合。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中该第一基板包括第一半导体层，该第一配线层设置在该第一半导体层之上，该第二基板包括第二半导体层，该第二配线层设置在该第二半导体层之上，并且在假设当假设E1为该第一半导体层的杨氏模量且v1为该第一半导体层的泊松比时，E1/(1-v12)为E1’，当假设E2为该第二半导体层的杨氏模量且v2为该第二半导体层的泊松比时，E2/(1-v22)为E2’，该第一层间绝缘膜和该第二层间绝缘膜之间的接合强度为γ，彼此相邻的该第一连接电极之间的距离为R1，该第一半导体层的厚度为tw1，彼此相邻的该第二连接电极之间的距离为R2，并且该第二半导体层的厚度为tw2的情况下，该第一连接电极从该第一层间绝缘膜的突出量h1和该第二连接电极从该第二层间绝缘膜的突出量h2满足下面的公式(1)和(2)的条件：[数学公式1]3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中该第一基板包括第一半导体层，该第一配线层设置在该第一半导体层之上，该第二基板包括第二半导体层，该第二配线层设置在该第二半导体层之上，并且在假设当假设E1为该第一半导体层的杨氏模量且v1为该第一半导体层的泊松比时，E1/(1-v12)为E1’，当假设E2为该第二半导体层的杨氏模量且v2为该第二半导体层的泊松比时，E2/(1-v22)为E2’，该第一层间绝缘膜和该第二层间绝缘膜之间的接合强度为γ，该第一半导体层的厚度为tw1，并且该第二半导体层的厚度为tw2的情况下，该第一连接电极从该第一层间绝缘膜的突出量h1和该第二连接电极从该第二层间绝缘膜的突出量h2满足下面公式(3)和(4)的条件：[数学公式2]4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中该第一基板包括第一半导体层，该第一配线层提供在该第一半导体层之上，该第二基板包括第二半导体层，该第二配线层提供在该第二半导体层之上，并且在假设当假设E1为该第一半导体层的杨氏模量且v1为该第一半导体层的泊松比时，E1/(1-v12)为E1’，当假设E2为该第二半导体层的杨氏模量且v2为该第二半导体层的泊松比时，E2/(1-v22)为E2’，该第一层间绝缘膜和该第二层间绝缘膜之间的接合强度为γ，彼此相邻的该第一连接电极之间的距离为R1，并且彼此相邻的该第二连接电极之间的距离为R2的情况下，该第一连接电极从该第一层间绝缘膜的突出量h1和该第二连接电极从该第二层间绝缘膜的突出量h2满足下面公式(5)和(6)的条件：[数学公式3]5.一种半导体装置的制造方法，包括：制备包括第一配线层的第一基板的步骤，该第一配线层具有从第一层间绝缘膜突出预定量的第一连接电极；制备包括第二配线层的第二基板的步骤，该第二配线层具有从第二层间绝缘膜突出预定量的第二连接电极；以及贴合该第一基板的该第一连接电极与该第二基板的该第二连接电极而使它们彼此面对且贴合该第一基板与该第二基板的步骤，从而在该贴合表面上，该第一连接电极和该第二连接电极接合，同时在层叠方向上彼此面对的该第一层间绝缘膜的至少一部分和该第...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤井宣年，青柳健一，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP