固體攝像裝置及其製造方法

2023-12-10 08:28:37 2

專利名稱：固體攝像裝置及其製造方法
技術領域：
本申請涉及一種固體攝像裝置及其製造方法。
背景技術：
近年來，由於數位相機、相機搭載型可攜式電話等的普及，固體攝像裝置(以 下稱為圖像傳感器)的需要正在增加。圖像傳感器主要包括像素區域和周邊區域。像素區域內設有將入射光轉換成電 信號的光電轉換元件(例如光電二極體)。周邊區域內設有處理來自像素區域的信號的電 路和控制像素區域的動作的電路，使用MOS (Metal-Oxide-Semiconductor/金屬氧化物半 導體)電晶體等構成這些電路。光電二極體和MOS電晶體被形成在例如相同的半導體基 板上。表面照射型圖像傳感器從設有MOS電晶體的柵極電極和布線的面被照射光。隨 著像素(光電轉換元件)的細微化的推進，表面照射型圖像傳感器產生如下問題由於像 素區域的面積的縮小和連接在電路上的布線引起的遮光，入射光對像素區域的靈敏度降 低。對於這樣的表面照射型圖像傳感器的問題，提議有背面照射型圖像傳感器。背 面照射型圖像傳感器從與設有MOS電晶體的柵極電極和布線的面相對的面獲取入射光。 由此，避免了像素的細微化以及布線的遮光引起的靈敏度下降。在以往的背面照射型圖像傳感器的製造方法中，在元件和布線被形成在半導體 基板上之後，在覆蓋元件以及布線的絕緣膜上粘有支撐基板。此後，在與支撐基板相對 的一側的基板的面上粘有透鏡和濾色器。通常，在布線中使用了鋁(Al)時，在鋁布線形成在下層的布線層上之後，在鋁 布線上以及相鄰的Al布線間堆積有絕緣膜。這種情況下，被堆積的絕緣膜即使被實施 平坦化處理，也因為絕緣膜的接合部(縫)等不能在絕緣膜的上表面得到良好的平坦性。 作為其結果，在背面照射型圖像傳感器中，在粘貼絕緣膜和支撐基板時，不能得到絕緣 膜和支撐基板的良好的密合性，產生支撐基板的剝離。因此，有產生絕緣膜和支撐基板 的粘貼不良這樣的問題。

發明內容
為解決上述問題，本發明提供了一種固體攝像裝置，包括半導體基板，具有 光入射的第一面和與上述第一面相對的的第二面；像素區域，被設置在上述半導體基板 內，且具有將入射的上述光轉換為電信號的光電轉換元件；周邊區域，被設置在上述半導體基板內，且具有控制上述像素區域內的元件的動作的電路；多個布線，被分別設置 在層疊於上述第二面上的多個層間絕緣膜內，並被連接在上述電路；以及支撐基板，被 設置在層疊的上述層間絕緣膜上以及上述布線上；設置在最上層的上述層間絕緣膜內的 最上層的上述布線被埋設在上述最上層的層間絕緣膜內設置的第一溝內。 此外，本發明還提供了一種固體攝像裝置的製造方法，包括以下步驟在半導 體基板的像素區域內形成光電轉換元件，該光電轉換元件將照射到上述半導體基板的第 一面的光轉換為電信號，在上述半導體基板的周邊區域內形成控制上述像素區域內的元 件的動作的電路；在與上述第一面相對的上述半導體基板的第二面上形成層間絕緣膜； 在上述層間絕緣膜的上表面形成第一溝；在上述層間絕緣膜上以及上述第一溝內形成第 一布線部件；以及對上述第一布線部件的上表面實施平坦化處理，使上述第一布線部 件的上表面的高度與上述層間絕緣膜的上表面的高度一致，在上述第一溝內形成第一布 線。


圖1是表示固體攝像裝置的晶片設計(chiplayout)的一例的模式圖。圖2是表示第一實施方式的固體攝像裝置的結構的截面圖。圖3是表示第一實施方式的固體攝像裝置的製造方法的一個工序的截面圖。圖4是表示第一實施方式的固體攝像裝置的製造方法的一個工序的截面圖。圖5是表示第一實施方式的固體攝像裝置的製造方法的一個工序的截面圖。圖6是表示第一實施方式的固體攝像裝置的製造方法的一個工序的截面圖。圖7是表示第一實施方式的固體攝像裝置的製造方法的一個工序的截面圖。圖8是表示第一實施方式的固體攝像裝置的製造方法的一個工序的截面圖。圖9是表示第一實施方式的固體攝像裝置的製造方法的一個工序的截面圖。圖10是表示第二實施方式的固體攝像裝置的結構的截面圖。
具體實施例方式以下，參照附圖詳細說明實施方式。並且，在以下的是實施方式中，對於相同 的結構要素賦予相同的符號，並根據需要對其進行詳細說明。本實施方式的固體攝像裝置包括半導體基板，具有第一面和與上述第一面相 對的第二面；像素區域，設置在上述半導體基板內，具有將從上述第一面入射的光轉換 成電信號的光電轉換元件；周邊區域，設置在上述半導體基板內，具有控制上述像素區 域內的元件的動作的電路；多個布線，分別設置在被層疊在上述第二面上的多個層間絕 緣膜內，與上述電路連接；以及支撐基板，設置在層疊的上述層間絕緣膜上以及上述布 線上。在上述多個層間絕緣膜中最上層的層間絕緣膜內設置的溝內，設置有上述多個布 線中的至少最上層的布線。(1)第一實施方式用圖1至圖7說明第一實施方式涉及的固體攝像裝置及其製造方法。(a)結構用圖1和圖2說明本實施方式的固體攝像裝置的結構。
圖1是表示固體攝像裝置(以下稱為圖像傳感器)的晶片設計的一例的模式圖。 圖2是模式地表示本實施方式的圖像傳感器的結構的截面圖。如圖1所示，在本實施方式的圖像傳感器中，在一個晶片(半導體基板)100內 設有像素區域2和周邊區域3。沿著晶片100的外周部以包圍像素區域2和周邊區域3的 周圍那樣，設有從一個晶圓切出晶片所用的切割區域9。例如，在晶片100表面或背面設 有用於連接外部裝置(未圖示)的襯墊(未圖示)。如圖1和圖2所示，在像素區域2內二維地排列有多個光電轉換元件21。光電 轉換元件21例如是光電二極體。例如使用光電二極體構成CMOS。並且，也可以使用 光電二極體21來構成CCD傳感器。光電二極體21將作為影像信號的入射光LS光電轉 換為對應其光量的電信號。一個光電二極體21對應影像信號的一個像素。如圖2所示，在本實施方式中，濾色器70例如隔著保護層或粘接層(以下表示 為保護/粘接層)19，設置在晶片100的背面(第一面)的像素區域2上。濾色器70具 有排列有多個過濾器的模板(pattern/圖形)，該過濾器對於一個像素例如僅使紅(R)、綠 (G) >藍(B)中的某一個顏色透過。並且，濾色器70除了紅、綠、藍之外，也可以具有 使可視光的整個波長區域透過的白(W)的過濾器。濾色器70例如具有拜爾排列或WRGB 排列等的排列模板。微鏡陣列71通過濾色器70被設置在像素區域2上。微鏡陣列71是通過將對應 一個像素(光電二極體)的一個微鏡進行二維排列而被構成的。微鏡陣列71對入射光進 行聚光。並且，粘接層/保護層19對入射光具有透射性。作為影像信號的入射光LS經由微鏡71以及濾色器70而被照射至像素區域2。 在本實施方式中，將安裝了微鏡71的面稱為背面，將背面的相反側的面稱為表面。例如，使用SOI (Silicon-On-Insulator/矽絕緣體)基板(以下稱形成基板)來形
成本實施方式的圖像傳感器，光電二極體21例如由形成在SOI基板的外延層1內的雜質 半導體層構成。如圖2所示，一個光電二極體21例如具有P型雜質層21a和N型雜質層21b。 N型雜質層21b被設置在外延層1中的背面側。P型雜質層21a例如被設置在表面側的 外延層1表層。雖然在圖2中，為了圖示的簡單化，表示了由兩個雜質層構成的光電二 極管，但是為了提高光電二極體21的特性(靈敏度)，也可以在像素區域2內的外延層1 內在深度方向上設置雜質濃度不同的多個N型及P型雜質層。如圖1及圖2所示，通過形成在外延層1內的光電元件分離區域29，包圍一個 光電二極體21的周圍，一個光電二極體21與相鄰的光電二極體21被電分離。在光電 元件分離區域29內，在光電元件分離區域29內的表面側設置有例如STI(Shallow Trench Isolation/淺溝隔離)結構的原件分離絕緣膜(未圖示)，在STI結構的元件分離絕緣膜下 方(背面側)設置有雜質層(例如P型雜質層)。並且，雖然在圖1及圖2中省略了圖 示，但是顯然也可以是在像素區域2內設置有構成場效應電晶體(Field Effect Transistor) 等的傳感器的元件。周邊區域3與像素區域2相鄰，被設置在晶片100內。周邊區域3例如通過元 件分離區域25被從像素區域2電分離。在元件分離區域25內，例如和光電元件分離區 域29同樣，在該區域25的 表面側嵌入STI結構的元件絕緣膜，在該絕緣膜的下方設置有雜 質層。周邊區域3包含有設置了模擬電路的區域(以下稱為模擬電路區域)和設置了邏 輯電路的區域(以下稱為邏輯區域)。設置在周邊區域3內的電路例如是像模擬/數字轉 換電路、數位訊號處理器(DSP : Digital Signal Processor)等那樣，對光電轉換後的影像 信號進行處理的電路，或是像行(Row)控制電路或列(Column)控制電路等那樣，控制像 素區域內的元件的電路。這些電路由場效應電晶體、電阻元件、電容元件等構成。在圖2中，為了圖示 的簡單化，僅示出了 MOS(MetaHtnsulator-Semiconductor)結構的場效應電晶體(以下稱
為MOS電晶體)。例如，在周邊區域3內，在外延層1內的P型阱區域31內設置有MOS電晶體 Tr。該P型阱區域31內還設置有P型阱區域35以及N型阱區域36，形成雙阱結構。 相鄰的阱區域35、36例如被元件分離絕緣膜(未圖示)電分離。也可以如N型阱區域 33那樣，在外延層的一部分(表層部)32內設有阱區域。並且，在圖2中，雖然因為圖 示的簡單化而示出了 4個MOS電晶體Tr，但是，顯然本實施方式的圖像傳感器中包含的 MOS電晶體Tr並不限於該數目。在圖2中，在P型阱區域內35內設有N溝道MOS電晶體Tr。此外，在N型 阱區域36內設有P溝道MOS電晶體Tr。以下，舉N溝道MOS電晶體Tr為例，說明 MOS電晶體Tr的結構。在P行阱區域35內設有兩個N型擴散層(雜質層)41、42。這兩個擴散層41、 42作為MOS電晶體Tr的源極/漏極來發揮功能。在兩個擴散層41、42之間的阱區域 (溝道區域)表面，隔著柵極絕緣膜43設有柵極電極44。由此，在P型阱區域35內形 成有N溝道MOS電晶體Tr。由於設有P溝道MOS電晶體Tr的阱區域的傳導型以及成 為源極/漏極的擴散層的傳導型與N溝道MOS電晶體Tr的傳導型不同，因此，P溝道 MOS電晶體Tr的結構實質上相同。為了覆蓋MOS電晶體Tr的柵極電極44以及光電二極體21，在外延層1的表面 上層疊有多個層間絕緣膜(第1 第3層間絕緣膜)61、62、63。層間絕緣膜61、62、 63中例如使用了 TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate/正矽酸乙酯)等的氧化矽。雖然在圖2 中，圖示了 3層的層間絕緣膜61、62、63，但是，顯然並不限於該數目。在本實施方式 中，將層間絕緣膜63作為最上層的層間絕緣膜進行說明。並且，在本實施方式中，最上 層的層間絕緣膜是晶片表面(第2面)上層疊的多個層間絕緣膜中的、按從晶片表面(外 延層1)側向支撐基板18側的順序位於最靠近支撐基板側的層間絕緣膜。在本實施方式的圖像傳感器中，使用了多層布線技術。就是說，在層疊的層間 絕緣膜61、62、63內分別設有多個布線51、52、53。層疊的布線51、52、53通過被埋 設在層間絕緣膜61、62、63內的栓(Plug) 59而被電連接。並且，MOS電晶體Tr的柵極 電極44和擴散層41、42等設置在外延層1上的元件的端子通過栓CP被連接在上層布線 51。多個布線51、52、53將設在基板上的多個元件Tr彼此連接，並用於根據那些元 件構成多個電路。此外，布線51、52、53例如連接在襯墊(未圖示)上，用於信號的輸 入輸出，或者用於將電源電壓或接地電壓提供給電路以及元件。以下，將設置在最上層的層間絕緣膜63內的布線53作為最上層的布線53來進行敘述。在最上層的層間絕緣膜63上以及最上層的布線53上，隔著平坦化膜或保護膜、 粘接層15，設有支撐基板18。在本實施方式中，將支撐基板18層作為層間絕緣膜的上 表面進行敘述，將形成基板1側作為層間絕緣膜的下面(底面)進行敘述。設有層間絕緣膜61、62、63以及布線51、52、53的一側的基板(外延層)1的面 (第二面)，與設有濾色器70以及微鏡71 一側的基板1的面(第一面)相對。在本實施 方式中，將被照射了作為影像信號的入射光的濾色器70以及微鏡71的面稱為「背面」， 相對地，將設有層間絕緣膜61、62、63以及布線51、52、53的面稱為表面。這樣，從與設有MOS電晶體Tr的柵極電極或布線的基板的面相對的面被照射了 光的結構的圖像傳感器被稱為背面照射型圖像傳感器。在本實施方式的圖像傳感器中，在最上層的層間絕緣膜63內，設有溝P。最上 層的布線53被設置在最上層的層間絕緣膜63的溝P內。並且，最上層的布線53的上表 面的高度與最上層的層間絕緣膜63的上表面的高度實質上一致。在本實施方式中，所說 的布線以及層間絕緣膜的上表面的高度是相對於基板(外延層)表面將垂直方向的尺寸作 為基準的值。

最上層的布線53例如使用大馬士革法(Damascene Method)被形成在最上層的層 間絕緣膜63內。由此，得到了最上層的布線53的上表面的高度和最上層的層間絕緣膜 63的上表面的高度實質上一致的結構。最上層的布線53中例如使用了銅(Cu)或者是包 含了銅的合金。通過將銅使用於布線53，與使用了鋁2 (Al)的布線相比較，能夠實現布 線的低電阻化或抑制電遷移效應(electromigration)等。例如，在使用了鋁的布線形成技術中，堆積在層間絕緣膜上的鋁膜被加工成規 定的布線形狀後，形成覆蓋了被加工的鋁布線的層間絕緣膜。因此，在相鄰的鋁布線間 的區域，由於鋁布線上表面和下方(下層的層間絕緣膜上表面)之間的級差的影響或層間 絕緣膜之間的粘接面(縫隙)的影響，即使在最上層的層間絕緣膜上形成平坦化膜等、對 最上層的層間絕緣膜的實施平坦化處理，也不能確保形成在布線上以及下層的層間絕緣 膜上的層間絕緣膜上表面的良好的平坦性。因此，在使用了鋁布線的背面照射型圖像傳感器中，貼合支撐基板和支撐基板 的面的密接性變差，產生了支撐基板剝離，支撐基板的貼合不佳的情況。在本實施方式的圖像傳感器中，最上層的布線53例如使用大馬士革法而被形成 在設置於最上層的層間絕緣膜63上的溝內。因此，最上層的布線53上表面以及最上層 的層間絕緣膜63上表面的高度實質上一致，提高了貼合支撐基板的面的平坦型。因此， 提高了貼合支撐基板和支撐基板的面的密接性，降低了支撐基板的貼合的不佳狀況。並且，即使在設置於最上層的布線53的下層的布線51、52中，也和最上層的布 線53相同，通過大馬士革法，被埋設在層間絕緣膜61、62內的溝Q，最好是布線51、 52的上表面的高度和層間絕緣膜61、62的上表面的高度一致。這是因為由於下層的布線 51、52以及層間絕緣膜61、62的平坦性給上層的布線53以及層間絕緣膜63帶來影響， 因此希望下層的布線51、52以及層間絕緣膜61、62的平坦性也好。但是，在設置於最 上層的布線53的下層的布線51、52上，也可以使用鋁(Al)，這些布線51、52也可以不 設置在層間絕緣膜61、62內的溝Q內。
因此，在第一實施方式涉及的固體攝像裝置中，能夠提高固體攝像裝置例如背 面照射型圖像傳感器的可靠性。(b)製造方法使用圖2至圖7說明第一實施方式所涉及的固體攝像裝置(背面照射型圖像傳感 器)的製造方法。圖2至圖7表示本實施方式的製造方法的各工序中的截面結構。首先，如圖3所示，例如在SOI 基板90的外延層10內形成有阱區域31、35、 36等的雜質區域以及光電元件分離區域29。並且，SOI基板在半導體基板11上的絕緣 膜(Insulator) 12上表面形成有外延層10。外延層10例如是N型半導體層或真性半導體 層。阱區域31、35、36以及光電元件分離區域29通過控制由光刻蝕技術形成的掩膜 或雜質離子的入射速度而被形成在外延層10的規定位置。由此，在外延層10內形成像 素區域2和與其相鄰的周邊區域3。此外，在像素區域2內以及周邊區域3內的規定位置 形成將相鄰的元件進行電分離的元件分離區域(絕緣膜或雜質層)。設置在元件分離區域 的絕緣膜例如是STI結構的絕緣膜，在形成於外延層10內的溝槽(Trenche)內通過埋設絕 緣膜而被形成。在像素區域2內，通過離子注入法形成有P型以及N型雜質層21a、21b。此 夕卜，在像素區域2內形成有元件分離區域29。由此，形成對應於圖像傳感器的各像素的 光電二極體21。在周邊區域3內，在所形成的阱區域35、36內形成有MOS電晶體Tr或電阻元 件等。MOS電晶體Tr例如通過以下的工序來形成。例如，使用熱氧化法在阱區域35、36的表面形成柵極氧化膜43。接著，在外 延層10表面上，使用例如CVD (Chemical Vapor Deposition/化學氣相沉積)法堆積有導電 層。使用光刻蝕技術以及RIE(Reactive Ion Etching/反應離子刻蝕)法來加工堆積的導電 層。由此，形成MOS電晶體Tr的柵極電極44。此後，例如通過離子注入法在阱區域 35、36內形成被用作MOS電晶體Tr的源極/漏極的擴散層41、42。形成擴散層41、 42時，通過抗蝕性掩膜(Resist Mask)等覆蓋沒有形成擴散層41、42的區域。柵極電極 44中使用多晶矽的情況下，也可以包含將多晶矽進行矽化的工序。並且，在像素區域2內形成了光電元件21後，也可以在周邊區域3內形成MOS 電晶體Tr等元件，與此相對，在形成了 MOS電晶體Tr之後，也可以形成光電二極體 21。此外，並不限定形成元件的工序和形成元件分離區域的工序的順序。接著，如圖4所示，在形成了元件的基板(外延層10)表面(第二面)上使用 例如CVD法堆積有第一層間絕緣膜61。並且，在層間絕緣膜61內形成有多個第一布線 51。例如使用濺射(Sputtering)法在層間絕緣膜61上堆積布線51。例如使用大馬士革 法在形成於層間絕緣膜61內的溝Q內埋設布線51。根據布線的布局使用光刻蝕技術以 及RIE法形成溝Q。在使用大馬士革法形成了布線51的情況下，布線的材料中例如使用 銅(Cu)等。並且，也可以不使用大馬士革法而將布線部件(例如鋁(Al))堆積在層間絕緣膜 上，並使用光刻蝕技術以及RIE法將該布線部件加工成規定的形狀，在層間絕緣膜61上 形成布線51。
通過和布線51以及層間絕緣膜61同樣的工序，在層間絕緣膜61上形成有布線 52以及第二層間絕緣膜62。此外，在上層的布線連接到下層的布線或元件端子的位置 中，在層間絕緣膜61、62內形成栓(Plug)59。 並且，在第二層間絕緣膜62上例如使用CVD法堆積有第三層間絕緣膜63。在 本實施方式的製造方法中，將第三層間絕緣膜63作為最上層的層間絕緣膜來敘述。但 是，顯然層間絕緣膜61 63的層疊數不限於3個。例如，使用CMP (Chemical Mechanical Polishing/化學機械拋光)法對例如層間
絕緣膜63的上表面實施平坦化處理。接著，如圖5所示，使用光刻蝕技術在最上層的層間絕緣膜63上形成有掩膜 (例如，抗蝕性掩膜)90。並且基於形成的掩膜91在層間絕緣膜63內形成溝P。所形 成的溝P的布局與形成在層間絕緣膜63內的布線的布局相對應。從層間絕緣膜63上除去掩膜91後，如圖6所示，使用例如濺射法在層間絕緣膜 63上堆積布線部件53A。布線部件53A例如是銅或者包含銅的合金。並且，在布線部件53A的上表面實施CMP法，研削布線部件53A。對布線部 件53A的CMP是將層間絕緣膜63的上表面作為刻蝕停止膜(Stopper)來進行的。於是，如圖7所示，在形成於層間絕緣膜63內的溝P內自我整合地埋設布線 53。這樣，使用大馬士革法在最上層的層間絕緣膜63內形成有設在最上層的布線53。 由此，布線53的上表面的高度與層間絕緣膜63的上表面的高度實質上相同。就是說， 布線53的上表面以及層間絕緣膜63的上表面實質上平坦。此後，如圖8所示，在最上層的布線53以及層間絕緣膜63的上表面形成平坦化 膜、保護膜以及粘接層15。通過粘接層15，在布線53以及層間絕緣膜63上表面(表面 層)上安裝支撐基板18。如上所述，最上層的布線53以及層間絕緣膜63的上表面是平 坦的，因此支撐基板18密接在布線53以及層間絕緣膜63。如圖9所示，例如使用CMP法等從外延層10剝離構成SOI基板的絕緣層以及半 導體基板。並且，如圖2所示，在與設有支撐基板18的表面相對的外延層10的背面(第一 面)，形成有保護層以及粘接層19。通過粘接層19在像素區域2上安裝具有規定的排列 模板的濾色器70。進而，通過粘接層(未圖示)在濾色器70上安裝微鏡陣列71。並 且，如果構成SOI基板的絕緣層是透過性高的層，則也可以讓它保留下來。通過以上的工序，本實施方式的圖像傳感器完成。在通過以上的工序形成的圖 像傳感器中，對應影像信號的光信號從與設有布線以及層間絕緣膜的表面相對的背面， 通過微鏡陣列71以及濾色器70被照射到像素區域2內的光電二極體21。就是說，使用 本實施方式的製造方法製造的圖像傳感器是背面照射型圖像傳感器。如使用圖2至圖7說明的那樣，在本實施方式的製造方法中，使用大馬士革法在 最上層的層間絕緣膜內形成背面照射型圖像傳感器的最上層的布線53。相對於設置在最上層的層間絕緣膜63內的溝P內，最上層的布線53被自我整合 地埋設。因此，布線53的上表面的高度與層間絕緣膜63的上表面的高度實質上一致。這樣，通過使用大馬士革法形成布線53，由於在形成層間絕緣膜後形成布線 53，因此在本實施方式的製造方法中，在相鄰的布線間不會產生層間絕緣膜間的縫隙或層間絕緣膜上表面的級差。由此，安裝有支撐基板18的最上層的布線53以及最上層的層間絕緣膜63的平 坦性得到提高。因此，支撐基板18和布線53/層間絕緣膜63之間的密接性得到提高， 降低了支撐基板18的貼合的不佳狀況。因此，根據第一實施 方式涉及的固體攝像裝置的製造方法，能夠提供提高了可 靠性的固體攝像裝置(背面照射型圖像傳感器)。(2)第二實施方式用圖10說明第二實施方式涉及的固體攝像裝置。圖10表示本實施方式的圖像 傳感器的剖面結構。在圖像傳感器中，在像素區域2對入射光進行遮光，設有不使其作為像素而發 揮作用的像素OB (Optical Black/光學黑體)區域。在背面照射性圖像傳感器中，在設置 於表面(第二面)側的層間絕緣膜61、62、63內沒有必要形成遮光模板，該遮光模板對 應用於設置像素OB (Optical Black)區域的像素區域2。此外，在本實施方式的背面照射型圖像傳感器中，在表面側的層間絕緣膜63上 也可以不設置襯墊78和用於連接布線51、52、53的面積較大的布線模板(以下，稱為中 間布線模板)。在本實施方式的背面照射型圖像傳感器中，例如，僅在設置微鏡陣列71 的面，即圖像傳感器的背面(第一面)側設置襯墊78。這種情況下，設置在基板1背面 上的襯墊78經由層間絕緣膜61、62、63上形成的栓或外延層1內形成的高濃度雜質層， 進一步經由在外延層1內從表面側向背面側貫通的貫通電極79，連接在基板1表面側上設 置的布線或元件。貫通電極79例如如下這樣形成。在圖9所示的工序中，SOI基板的絕緣層以及 半導體基板被剝離後，在與布線連接的位置上形成貫通外延層的開口部。在該開口部形 成電極部件，形成貫通電極79。在圖10中，貫通電極79被設置在圖中向深處方向或眼 前方向，用虛線表示。這樣，本實施方式的背面照射型圖像傳感器可以不在表面側設置遮光模板或中 間布線模板，因此在圖像傳感器的表面側提高了布線53以及層間絕緣膜63的上表面的平 坦性。因此，提高了支撐基板18和布線53/層間絕緣膜63的密接性，降低了支撐基板 18的貼合的不佳狀況。該效果在第一實施方式的圖像傳感器中也同樣能夠獲得。此外，設有遮光模板的圖像傳感器中，通常遮光模板的面積較大，因此由於存 在遮光模板阻礙了對晶圓(晶片)的燒結(sintering)處理時的合成氣體的擴散。因此，在 具有遮光模板的圖像傳感器中，對形成了元件的形成基板1表面的燒結效果就降低了。 與此相對，在本實施方式的圖像傳感器中，在形成基板1的表面側沒有遮光模板，因此 能夠增大燒結效果，能夠實現暗電流的降低和形成有元件的區域表面的穩定化。其結果 是，降低圖像傳感器的靈敏度不佳和動作不佳，提高動作的可靠度。與此相同的效果也 能在第一實施方式的圖像傳感器中得到。但是，由於沒有遮光模板和襯墊模板，在安裝有支撐基板18的最上層的層間絕 緣膜63的表面區域，有時會產生布線對層間絕緣膜63的佔有面積(以下稱為覆蓋率)偏 低的區域。在覆蓋率低的區域，層間絕緣膜通過CMP被過剩地研削，有時會產生凹陷 (dishing)。因此，存在最上層的布線53和層間絕緣膜63的平坦性變壞的可能性。
在本實施方式中，如圖10所示，在最上層的層間絕緣膜63的覆蓋率低的區域設 有溝R，在形成布線53的同時，將偽模板55埋入該溝R內。偽模板55不具有將電路及 元件進行連接的布線的功能。與最上層的布線53相同，使用大馬士革法形成偽模板55。 與最上層的布線53相同，偽模板55由銅或包含銅的合金構成。並且，偽模板55也可以 被設置在最上層的層間絕緣膜63的下層的層間絕緣膜61、62的溝內。通過設置偽模板55，層間絕緣膜63內的覆 蓋率被均一化，抑制了在層間絕緣膜 63上表面發生凹陷。由此，由於覆蓋率低引起的最上層的布線53以及層間絕緣膜63的平坦性惡化就 降低，確保了最上層的布線53/層間絕緣膜63和支撐基板18的密接性。因此，降低了 支撐基板18的貼合的不佳狀況。以上，根據第二實施方式涉及的固體攝像裝置(例如，背面照射型圖像傳感 器)，能夠提高固體攝像裝置的可靠性。在此描述了一些實施方式，但這些實施方式只是例示，本發明的範圍並不受其 限制。事實上，能夠通過不同的形式體現在此描述的方法和系統，而且，在不脫離本發 明的主旨的範圍內可以對這些方法和系統的形式進行各種省略、替代和變更。本申請的 權利要求書涵蓋了不脫離本發明的主旨的範圍內的這些形式及其變更。
權利要求
1.一種固體攝像裝置，包括半導體基板，具有光入射的第一面和與上述第一面相對的第二面； 像素區域，被設置在上述半導體基板內，且具有將入射的上述光轉換為電信號的光 電轉換元件；周邊區域，被設置在上述半導體基板內，且具有控制上述像素區域內的元件的動作 的電路；多個布線，被分別設置在層疊於上述第二面上的多個層間絕緣膜內，並被連接在上 述電路；以及支撐基板，被設置在層疊的上述層間絕緣膜上以及上述布線上； 設置在最上層的上述層間絕緣膜內的最上層的上述布線被埋設在上述最上層的層間 絕緣膜內設置的第一溝內。
2.根據權利要求1所述的固體攝像裝置，其特徵在於，上述最上層的布線的上表面的高度與上述最上層的層間絕緣膜的上表面的高度一致。
3.根據權利要求1所述的固體攝像裝置，其特徵在於， 用於上述最上層的布線的材料是銅或者包含銅的合金。
4.根據權利要求1所述的固體攝像裝置，其特徵在於，用於上述最上層的布線之外的材料與用於上述最上層的布線的材料相同。
5.根據權利要求1所述的固體攝像裝置，其特徵在於，還包括偽層，該偽層被設置在上述最上層的層間絕緣膜內所設置的第二溝內，且不 連接在上述電路。
6.根據權利要求5所述的固體攝像裝置，其特徵在於，上述偽層的上表面的高度與上述最上層的層間絕緣膜的上表面的高度一致。
7.根據權利要求5所述的固體攝像裝置，其特徵在於， 用於上述偽層的材料是銅或者包含銅的合金。
8.根據權利要求1所述的固體攝像裝置，其特徵在於，用於除了上述最上層的布線的布線的材料，是鋁或包含鋁的合金。
9.根據權利要求1所述的固體攝像裝置，其特徵在於， 還包括透鏡，該透鏡被設置在上述像素區域的上述第一面上。
10.根據權利要求1所述的固體攝像裝置，其特徵在於，還包括電極，該電極從上述第一面側向上述第二面側貫通上述周邊區域，並連接在 上述電路。
11.一種固體攝像裝置的製造方法，其特徵在於，包括以下步驟在半導體基板的像素區域內形成光電轉換元件，該光電轉換元件將照射到上述半導 體基板的第一面的光轉換為電信號，在上述半導體基板的周邊區域內形成控制上述像素 區域內的元件的動作的電路；在與上述第一面相對的上述半導體基板的第二面上形成層間絕緣膜； 在上述層間絕緣膜的上表面形成第一溝； 在上述層間絕緣膜上以及上述第一溝內形成第一布線部件；以及對上述第一布線部件的上表面實施平坦化處理，使上述第一布線部件的上表面的高 度與上述層間絕緣膜的上表面的高度一致，在上述第一溝內形成第一布線。
12.根據權利要求11所述的固體攝像裝置的製造方法，其特徵在於， 還包括在上述層間絕緣膜上以及上述第一布線上貼合支撐基板的步驟。
13.根據權利要求11所述的固體攝像裝置的製造方法，其特徵在於， 還包括使上述半導體基板的厚度變薄的步驟。
14.根據權利要求11所述的固體攝像裝置的製造方法，其特徵在於，還包括從包含有基板、半導體層、以及上述基板和上述半導體層之間的絕緣層在內 的上述半導體基板中，剝離上述基板和上述絕緣層，並使上述半導體基板的厚度變薄的 步驟。
15.根據權利要求11所述的固體攝像裝置的製造方法，其特徵在於， 還包括在上述像素區域的第一面上設置透鏡的步驟。
16.根據權利要求11所述的固體攝像裝置的製造方法，其特徵在於， 還包括在上述層間絕緣膜內形成與上述第一溝相鄰的第二溝的步驟； 在上述第二溝形成上述第一布線部件的步驟；以及通過使第一布線部件的上表面的高度與上述層間絕緣膜的上表面的高度一致，而在 上述第二溝內形成偽層的步驟。
17.根據權利要求11所述的固體攝像裝置的製造方法，其特徵在於，還包括在上述周邊區域，形成從上述半導體基板的上述第一面向上述第二面貫通 的開口部的步驟；以及在上述開口部內形成電極的步驟。
18.根據權利要求11所述的固體攝像裝置的製造方法，其特徵在於， 上述第一布線部件是銅或者包含銅的合金。
19.根據權利要求11所述的固體攝像裝置的製造方法，其特徵在於， 上述層間絕緣膜是多個絕緣膜的層疊體，在上述多個絕緣膜中的最上層的絕緣膜內形成上述第一布線。
20.根據權利要求19所述的固體攝像裝置的製造方法，其特徵在於，形成在上述最上層的絕緣膜以外的絕緣膜內的第二布線由鋁或者包含鋁的合金構
全文摘要
本申請涉及一種固體攝像裝置及其製造方法。該固體攝像裝置，包括半導體基板，具有光入射的第一面和與上述第一面相對的第二面；像素區域，被設置在上述半導體基板內，且具有將入射的上述光轉換為電信號的光電轉換元件；周邊區域，被設置在上述半導體基板內，且具有控制上述像素區域內的元件的動作的電路；多個布線，被分別設置在層疊於上述第二面上的多個層間絕緣膜內，並被連接在上述電路；以及支撐基板，被設置在層疊的上述層間絕緣膜上以及上述布線上；設置在最上層的上述層間絕緣膜內的最上層的上述布線被埋設在上述最上層的層間絕緣膜內設置的第一溝內。
文檔編號H01L27/146GK102024831SQ20101027450
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月3日 優先權日2009年9月11日
發明者井上鬱子, 吉田毅, 齋藤真梨子 申請人:株式會社東芝