固态摄像元件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种固态摄像元件及其制造方法，在具有沿纵向层叠的两个以上半导体衬底的固态摄像元件中，通过微细的插塞将半导体衬底彼此之间电连接。将覆盖具有受光元件的半导体衬底(SB1)的第一背面的绝缘膜(IF1)与覆盖搭载有半导体元件的半导体衬底(SB2)的第二主面的层间绝缘膜(IL2)彼此接合。在该接合面，贯穿绝缘膜(IF1)的插塞(PG1)与埋入层间绝缘膜(IL2)的上表面的连接孔内的插塞(PG2)接合，上述受光元件与上述半导体元件经由插塞(PG1、PG2)而电连接。

Solid State Camera Element and Its Manufacturing Method

The invention provides a solid-state camera element and a manufacturing method thereof. In a solid-state camera element with more than two semiconductor substrates overlapping along the longitudinal direction, the semiconductor substrates are electrically connected with each other through a fine plug. An insulating film (IF1) covering the first back of a semiconductor substrate (SB1) with a light receiving element and an interlayer insulating film (IL2) covering the second main surface of a semiconductor substrate (SB2) with a semiconductor element are joined to each other. On the joint surface, the plug (PG1) penetrating the insulating film (IF1) is connected with the plug (PG2) embedded in the connecting hole of the upper surface of the interlayer insulating film (IL2), and the light-receiving element and the semiconductor element are electrically connected through the plug (PG1, PG2).

【技术实现步骤摘要】
固态摄像元件及其制造方法
本专利技术涉及固态摄像元件及其制造方法，尤其涉及一种适用于沿纵向层叠有两个以上半导体衬底的固态摄像元件的有效技术。
技术介绍
已知一种技术是层叠多个在半导体衬底上形成有半导体元件或布线等的晶片，并从由此形成的层叠半导体衬底获得半导体芯片，从而提高半导体芯片的集成度。非专利文献1中记载了一种技术是通过在SOI衬底的背面形成插塞，并在SOI衬底上的布线层的上表面形成露出的布线，由此，将形成有元件及布线的多个衬底彼此电连接来层叠。现有技术文献非专利文献非专利文献1：“三维集成电路的制造技术”国际质量电子设计研讨会(ISQED)，2002年，33页～37页(Fabricationtechnologiesforthree-dimensionalintegratedcircuits.InternationalSymposiumonQualityElectronicDesign(ISQED),2002,pp.33-37)
技术实现思路
在通过将形成有受光元件的半导体晶片与其它半导体晶片粘接而形成具有层叠衬底的固态摄像元件的情况下，可考虑到将各个半导体晶片的主面侧彼此接合。然而，若仅是将半导体晶片的主面侧彼此接合的技术，则无法使半导体晶片层叠三个以上。另外，作为将层叠的半导体晶片彼此电连接的导电性连接部，可考虑到使用从一方半导体晶片内形成到另一方半导体晶片内的Si(硅)贯穿电极(TSV：Through-SiliconVia(硅通孔))。然而，由于TSV的直径较大而难以配置在排列有像素的像素阵列内，所以若通过TSV将半导体晶片彼此电连接，则会产生电流路径变长的问题等。其它目的和新特征将从本说明书的记述及附图中得以明确。若对本申请所公开的实施方式中的代表性实施方式的概要进行简单说明，则如下所述。一实施方式的固态摄像元件具有：第一半导体衬底；第二半导体衬底；覆盖第一半导体衬底的背面的绝缘膜；覆盖第二半导体衬底的主面的层间绝缘膜；贯穿绝缘膜的第一导电性连接部；和埋入层间绝缘膜的上表面的连接孔内的第二导电性连接部，将绝缘膜与层间绝缘膜接合，并将第一导电性连接部与第二导电性连接部接合。专利技术效果根据本申请中公开的一个实施方式，能够提高固态摄像元件的性能。附图说明图1是表示作为本专利技术的实施方式1的固态摄像元件的剖视图。图2是构成作为本专利技术的实施方式1的固态摄像元件的像素的等效电路图。图3是作为本专利技术的实施方式1的固态摄像元件的制造工序中的剖视图。图4是继图3之后的固态摄像元件的制造工序中的剖视图。图5是继图4之后的固态摄像元件的制造工序中的剖视图。图6是继图5之后的固态摄像元件的制造工序中的剖视图。图7是继图6之后的固态摄像元件的制造工序中的剖视图。图8是继图7之后的固态摄像元件的制造工序中的剖视图。图9是继图8之后的固态摄像元件的制造工序中的剖视图。图10是继图9之后的固态摄像元件的制造工序中的剖视图。图11是表示作为本专利技术的实施方式1的变形例1的固态摄像元件的剖视图。图12是作为本专利技术的实施方式1的变形例1的固态摄像元件的制造工序中的剖视图。图13是继图12之后的固态摄像元件的制造工序中的剖视图。图14是继图13之后的固态摄像元件的制造工序中的剖视图。图15是表示作为本专利技术的实施方式1的变形例2的固态摄像元件的剖视图。图16是作为本专利技术的实施方式1的变形例2的固态摄像元件的制造工序中的剖视图。图17是继图16之后的固态摄像元件的制造工序中的剖视图。图18是继图17之后的固态摄像元件的制造工序中的剖视图。图19是表示作为本专利技术的实施方式1的变形例3的固态摄像元件的剖视图。图20是作为本专利技术的实施方式1的变形例3的固态摄像元件的制造工序中的剖视图。图21是继图20之后的固态摄像元件的制造工序中的剖视图。图22是表示作为本专利技术的实施方式1的变形例4的固态摄像元件的剖视图。图23是构成作为本专利技术的实施方式1的变形例4的固态摄像元件的像素的等效电路图。图24是表示作为本专利技术的实施方式1的变形例5的固态摄像元件的剖视图。图25是表示作为本专利技术的实施方式1的变形例6的固态摄像元件的剖视图。图26是作为本专利技术的实施方式1的变形例6的固态摄像元件的制造工序中的剖视图。图27是表示作为本专利技术的实施方式2的固态摄像元件的剖视图。图28是表示作为本专利技术的实施方式2的变形例的固态摄像元件的剖视图。图29是表示作为本专利技术的实施方式3的固态摄像元件的剖视图。图30是表示作为本专利技术的实施方式3的变形例1的固态摄像元件的剖视图。图31是表示作为本专利技术的实施方式3的变形例2的固态摄像元件的剖视图。图32是表示作为比较例的固态摄像元件的剖视图。具体实施方式在以下实施方式中，为了方便说明而在必要时分割成多段或实施方式来进行说明，但除了特别明示的情况之外，它们并非彼此无关的，而是处于一方为另一方的一部分或全部的变形例、详细内容、补充说明等的关系中。另外，在以下实施方式中，当提及要素的数量等(包括个数、数值、量、范围等)时，除了特别明示的情况以及原理上明确限定为特定的数量的情况等之外，并不限定于所提及的数量，也可以是所提及的数量以上或以下。进一步地，在以下实施方式中，除了特别明示的情况以及原理上明显必须的情况等之外，其构成要素(也包括要素步骤等)当然也并不一定是必须的。同样地，在以下实施方式中，当提及构成要素等的形状、位置关系等时，除了特别明示的情况以及原理上明显并非如此的情况等之外，实质上也包括与该形状等近似或类似的情况等。这点对于上述数值及范围也是一样的。以下，基于附图对实施方式进行具体说明。需要说明的是，在用于说明实施方式的所有附图中，对具有同一功能的部件标记同一附图标记，并省略其重复说明。另外，在以下实施方式中，除了特别必要时以外，原则上不重复对同一或相同的部分进行说明。(实施方式1)本实施方式的固态摄像元件将具备作为各像素的受光元件(光电转换部、光电转换元件)的光电二极管的半导体衬底和形成于各像素的外围晶体管，形成在层叠于该半导体衬底上的其它半导体衬底上。另外，本实施方式的固态摄像元件将在一方半导体衬底的主面侧露出的绝缘膜及插塞与在另一方半导体衬底的背面侧的面上露出的绝缘膜及插塞接合。＜固态摄像元件的结构及像素的动作＞以下，使用图1及图2对本实施方式1的固态摄像元件的结构和构成固态摄像元件的像素的动作进行说明。图1是表示本实施方式的固态摄像元件的剖视图。图2是表示本实施方式的固态摄像元件的等效电路图。在图2中，示出了一个像素内的包含一个受光元件和该受光元件的外围晶体管在内的等效电路图。在图1中，从左侧起依次示出了像素区域PER及外围电路区域CR，并在像素区域PER内仅示出了两个像素PE。在此作为像素的一例，假设在CMOS图像传感器中被用作像素实现电路的4晶体管型的像素来进行说明，但并不限于此。即，各像素具有受光元件，在具备一个受光元件即光电二极管的一个像素内，配置有传输晶体管和作为外围晶体管的三个晶体管。在此，外围晶体管指的分别是复位晶体管、放大晶体管及选择晶体管。本实施方式的固态摄像元件是CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor：互补金属氧化物半导体)图像传感器。作为半导体芯片的固态摄像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态摄像元件，其具备在像素区域内排列的多个像素，该固态摄像元件的特征在于，具有：第一半导体衬底，其具备第一主面及所述第一主面的相反侧的第一背面；第一受光元件，其形成在所述第一半导体衬底的所述多个像素各自的所述第一主面；第一绝缘膜，其覆盖所述第一半导体衬底的所述第一背面；第一导电性连接部，其贯穿所述第一绝缘膜，且与所述第一受光元件电连接；第二半导体衬底，其具备第二主面及所述第二主面的相反侧的第二背面；半导体元件，其形成在所述第二半导体衬底的所述第二主面附近；第二层间绝缘膜，其覆盖所述第二半导体衬底的所述第二主面；和第二导电性连接部，其埋入所述第二层间绝缘膜的上表面的第一连接孔内，且与所述半导体元件电连接，在包含所述第一半导体衬底、所述第一导电性连接部及所述第一绝缘膜在内的第一层叠体与包含所述第二半导体衬底、所述第二导电性连接部及所述第二层间绝缘膜在内的第二层叠体的接合面，所述第一绝缘膜与所述第二层间绝缘膜彼此接合，所述第一导电性连接部与所述第二导电性连接部彼此接合。

【技术特征摘要】
2017.06.15 JP 2017-1175931.一种固态摄像元件，其具备在像素区域内排列的多个像素，该固态摄像元件的特征在于，具有：第一半导体衬底，其具备第一主面及所述第一主面的相反侧的第一背面；第一受光元件，其形成在所述第一半导体衬底的所述多个像素各自的所述第一主面；第一绝缘膜，其覆盖所述第一半导体衬底的所述第一背面；第一导电性连接部，其贯穿所述第一绝缘膜，且与所述第一受光元件电连接；第二半导体衬底，其具备第二主面及所述第二主面的相反侧的第二背面；半导体元件，其形成在所述第二半导体衬底的所述第二主面附近；第二层间绝缘膜，其覆盖所述第二半导体衬底的所述第二主面；和第二导电性连接部，其埋入所述第二层间绝缘膜的上表面的第一连接孔内，且与所述半导体元件电连接，在包含所述第一半导体衬底、所述第一导电性连接部及所述第一绝缘膜在内的第一层叠体与包含所述第二半导体衬底、所述第二导电性连接部及所述第二层间绝缘膜在内的第二层叠体的接合面，所述第一绝缘膜与所述第二层间绝缘膜彼此接合，所述第一导电性连接部与所述第二导电性连接部彼此接合。2.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其特征在于，所述半导体元件是放大晶体管、选择晶体管或复位晶体管，所述半导体元件、所述第一导电性连接部及所述第二导电性连接部形成于所述多个像素的每一个。3.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其特征在于，还具有：元件隔离区域，其贯穿所述第一半导体衬底；第一层间绝缘膜，其覆盖所述第一半导体衬底的所述第一主面；第一布线，其形成在所述第一层间绝缘膜内；和第三导电性连接部，其与所述第一布线及所述第一导电性连接部连接，且贯穿所述元件隔离区域，所述第一导电性连接部经由所述第三导电性连接部及所述第一布线与所述第一受光元件电连接。4.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其特征在于，还具有：第一层间绝缘膜，其覆盖所述第一半导体衬底的所述第一主面；第一布线，其形成在所述第一层间绝缘膜内；第四导电性连接部，其与所述第一布线及所述第一导电性连接部连接，且贯穿所述第一半导体衬底；和第二绝缘膜，其介于所述第四导电性连接部与所述第一半导体衬底之间、及所述第四导电性连接部与所述第一层间绝缘膜之间，所述第一导电性连接部经由所述第四导电性连接部及所述第一布线与所述第一受光元件电连接。5.根据权利要求4所述的固态摄像元件，其特征在于，还具有形成在与所述第二绝缘膜相接的所述第一半导体衬底的面上的p型半导体区域，所述第一半导体衬底的导电类型是p型。6.根据权利要求4所述的固态摄像元件，其特征在于，还具有介于所述第二绝缘膜与所述第一半导体衬底及所述第一层间绝缘膜之间的第三绝缘膜，所述第三绝缘膜的介电常数比氮化硅的介电常数高。7.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其特征在于，还具有：第一传输晶体管，其形成在所述第一半导体衬底的所述第一主面附近；第一电容元件及第二电容元件，其形成在所述第二层叠体内；第一金属膜，其埋入形成于所述第一绝缘膜的下表面的第一槽内；和第二金属膜，其埋入形成于所述第二层间绝缘膜的所述上表面的第二槽内，所述半导体元件是第二传输晶体管，在所述接合面，所述第一金属膜与所述第二金属膜彼此接合，在所述第一受光元件的阴极依次串联连接有所述第一传输晶体管及所述第二传输晶体管，在所述第二传输晶体管的源极连接有所述第一电容元件的一个电极，在所述第二传输晶体管的漏极连接有所述第二电容元件的一个电极，所述第一传输晶体管、所述第二传输晶体管、所述第一电容元件、所述第二电容元件、所述第一金属膜及所述第二金属膜形成于所述多个像素的每一个。8.根据权利要求7所述的固态摄像元件，其特征在于，所述第一电容元件或所述第二电容元件由形成在所述第二层间绝缘膜内的第二布线、和在所述第二层间绝缘膜内隔着第四绝缘膜形成于所述第二布线的正上方的第三金属膜构成。9.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其特征在于，所述半导体元件是形成于所述第二半导体衬底的所述多个像素各自的所述第二主面的第二受光元件，所述固态摄像元件还具有：第五绝缘膜，其覆盖所述第二半导体衬底的所述第二背面；第五导电性连接部，其贯穿所述第五绝缘膜，且与所述第二受光元件电连接；第三半导体衬底，其具备第三主面及所述第三主面的相反侧的第三背面；第三受光元件，其形成于所述第三半导体衬底的所述多个像素各自的所述第三主面；第三层间绝缘膜，其覆盖所述第三半导体衬底的所述第三主面；和第六导电性连接部，其埋入所述第三层间绝缘膜的上表面的第二连接孔内，且与所述第三受光元件电连接，在包含所述第五绝缘膜及所述第五导电性连接部在内的所述第二层叠体与包含所述第三半导体衬底、所述第六导电性连接部及所述第三层间绝缘...

【专利技术属性】
技术研发人员：后藤洋太郎，国清辰也，佐藤英则，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP