JP2020098901A - 光電変換装置、光電変換装置の製造方法、半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
光電変換素子を含む画素回路を有する第1基板と、
前記画素回路を駆動する、または、前記画素回路からの信号を処理する信号処理回路を有する第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板とを電気的に接続する接続部と、
検査回路と、
を有し、
前記検査回路は、前記第1基板および前記第2基板の一方の基板に形成され、かつ、当該一方の基板における第1電位を供給する配線に接続され、
前記検査回路は、前記接続部を介して、前記第1基板および前記第2基板の他方の基板
における第2電位を供給する配線に接続されている、
ことを特徴とする光電変換装置である。
光電変換素子を含む画素回路を有する第1基板を用意するステップと、
前記画素回路を駆動する、または、前記画素回路からの信号を処理する信号処理回路を有する第2基板を用意するステップと、
前記第1基板と前記第2基板とを電気的に接続する接続部を形成する接合ステップと、を有し、
前記第1基板および前記第2基板の一方の基板は、当該一方の基板における第1電位を供給するための配線に接続された電源接続端子を有する検査回路を含み、
前記接合ステップは、
前記検査回路の前記電源接続端子とは別の入力端子または出力端子を用いて前記接続部を形成する工程と、
前記検査回路の前記入力端子または前記出力端子を、前記第1基板および前記第2基板の他方の基板における第2電位を供給するための配線に接続する工程と、
を含む、
ことを特徴とする光電変換装置の製造方法である。
第1基板と接合するための第2基板を有する半導体装置の製造方法であって、
前記第1基板に配された第1回路を駆動するため、または、前記第1回路からの信号を処理するための第2回路と、前記第2回路を検査するための検査回路と、を有する前記第2基板を形成する形成ステップと、
前記検査回路の入力端子および出力端子の少なくとも一方にプローブを接触させることで前記第2回路を検査する検査ステップと、
を有し、
前記形成ステップにおいて、前記検査回路の入力端子および出力端子の少なくとも一方は、前記第1基板における所定の電位を供給するための配線に接続されるように構成されている、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
光電変換素子を含む画素回路を有する第1基板を用意するステップと、
前記画素回路を駆動する、または、前記画素回路からの信号を処理する信号処理回路を有する第2基板を用意するステップと、
前記第1基板および前記第2基板の一方の基板に形成された検査回路の端子にプローブを接触させる検査ステップと、
前記第1基板と前記第2基板とを接合部によって接合することにより、前記一方の基板に形成された検査回路の端子を、他方の基板における所定の電位を供給するための配線に電気的に接続する接合ステップと、
を有し、
前記接合ステップは、
前記検査ステップにおいてプローブを接触させた後に、前記検査回路の形成された前記一方の基板に酸化膜を成膜し、前記酸化膜を平坦化する工程と、
前記プローブを接触させた前記検査回路の端子に、前記接合部を形成する工程と、
を含む、
ことを特徴とする光電変換装置の製造方法である。
光電変換素子を含む画素回路を有する第1基板を用意するステップと、
前記画素回路を駆動する、または、前記画素回路からの信号を処理する信号処理回路を有する第2基板を用意するステップと、
前記第1基板および前記第2基板の一方の基板に形成された複数の検査回路のうちの第1の検査回路の端子にプローブを接触させる検査ステップと、
前記第1基板と前記第2基板とを接合部によって接合することにより、前記一方の基板に形成された検査回路の端子を、他方の基板における所定の電位を供給するための配線に電気的に接続する接合ステップと、
を有し、
前記接合ステップは、
前記検査ステップにおいてプローブを接触させた後に、前記複数の検査回路の形成された前記一方の基板に酸化膜を成膜し、前記酸化膜を平坦化する工程と、
前記複数の検査回路のうちの前記プローブを接触させていない第2の検査回路の端子に、前記接合部を形成する工程と、
を含み、
前記第1の検査回路と前記第2の検査回路とは、前記複数の検査回路の形成された前記一方の基板において電気的に接続されている、
ことを特徴とする光電変換装置の製造方法である。
本発明の実施例1では、2つの半導体基板が積層した光電変換装置において、一方の半導体基板に形成された検査回路に電位(電源電位)の供給がされており、さらに当該検査回路が積層接続部を介して他方の半導体基板における他の電位と接続される。これによって、当該供給される電位が変化した場合においても、検査回路における電位(電圧)を安定させることができるため、ノイズの発生を抑制することができる。また、本実施例では、当該他の電位と接続するために外部接続用パットを用いることがないため、光電変換装
置における集積度が向上する。
図1は、固体撮像装置100の断面図を示す。固体撮像装置100は、半導体基板101と半導体基板102の2つの半導体基板を貼り合わせた(接合させた)積層構造によって構成されている。ここで、半導体基板101と半導体基板102とは、積層接続部130によって、電気的に接続されている。従って、積層接続部130は、半導体基板101と半導体基板102とのどちらにも含まれないということもできるし、どちらにも含まれるということもできる。
次に、図2(A)、図2(B)を用いて、固体撮像装置100における回路構成について説明する。
ここで、本実施例が解決する課題を詳細に説明する。検査回路120に供給される電位
(電源電位)はロジック回路112と共通であるため、ロジック回路112を駆動させるために電位が供給されると、検査回路120にも電位が供給される。そのため、供給開始時には、検査回路120の電位が不安定に変化して、検査回路120に流れる電流値を所望の値に制御することができない可能性がある。このため、ホットキャリア発光現象が引き起こされて、固体撮像装置100の出力信号に擬信号(ノイズ)が重畳される可能性がある。
実施例1に係る固体撮像装置では、ロジック回路と同じ半導体基板に検査回路が形成されていたが、本実施例に係る固体撮像装置(光電変換装置)では、画素回路や周辺回路と同じ半導体基板に検査回路が形成される。以下にて、実施例2に係る固体撮像装置100について、図3、図4(A)、図4(B)、図5を用いて説明する。なお、実施例1と同様の構成については、同様の符号で示し、詳細な説明は省略する。
図3は、固体撮像装置100の断面図を示す。ここで、実施例1と同様に、半導体基板101には、画素回路110および周辺回路111が形成されており、半導体基板102には、検査回路112(不図示)が形成されている。また、本実施例では、ロジック回路112に加えて、ロジック回路113が半導体基板102に形成されている。一方、本実施例に係る固体撮像装置100では、実施例1と異なり、半導体基板101に検査回路121が形成されている。また、半導体基板102に外部接続用パッド221が形成されており、外部接続用パッド221は、半導体基板101に形成したTSV225を介してワイヤボンディングすることが可能である。
次に、図4(A)、図4(B)を用いて、本実施例に係る固体撮像装置100における回路構成について説明する。
部130を介して、半導体基板102の電位(固定電位)に検査回路121の入力が電気的に接続される。この半導体基板102の電位には、例えば、ロジック回路113が使用する電位VDD4を利用することができる。このとき積層接続部130に与えられる電位が、検査回路121の出力が固定されるような電位である場合には、検査回路121のAC(交流)的な電圧変動を抑制することができる。なお、レイアウト制約等によっては、ロジック回路112の電源の電位VDD3などの、その他の電位と接続されるような構成であってもよい。
実施例2では、積層接続部130を介して、画素回路110と同一基板上に存在する検査回路121の入力または出力を他の基板の電位に接続する構成である。これによれば、実施例1と同様に、固体撮像装置100の動作開始時(駆動時)に、検査回路121がホットキャリア発光現象を引き起こし、固体撮像装置100の出力信号に擬信号が重畳されることを抑制することができる。さらに、検査回路121が画素回路110と同一基板上にある場合は、検査回路121のAC的な電圧変動が容量結合を介して、固体撮像装置100の出力信号に擬信号が重畳されるおそれがあるが、本実施例によれば、これも抑制することができる。つまり、本実施例によれば、外部接続用パッドを増やすことなく、検査回路121起因のノイズを低減することが可能である。
実施例2に係る固体撮像装置100の製造方法について、図5が示すフローチャートを用いて説明する。ここで、本フローチャートの開始の状態は、半導体層(シリコン)などによって形成された配線などを有さない半導体基板が2つ用意されている状態である。
まず、2つの半導体基板に対して、それぞれに素子および配線、絶縁膜層が形成されることによって、半導体基板101および半導体基板102が形成される。ここで、素子とは、例えば、画素回路110、周辺回路111、検査回路121のことを示す。また、検査回路121は、周辺回路111と同一の電源(電位;電源配線)に接続されるように形成される。なお、これらの回路を構成するゲート電極、素子分離、半導体領域および配線層等の形成方法については、一般的なプロセスによって製造可能であるため、詳細な説明は省略する。ここで、検査回路121の入出力端子130−1の入力端子および出力端子の少なくとも一方は、S1003において2つの半導体基板を接合する場合に、半導体基板102における電位を供給するための電源(電源配線)に接続できるように構成されている。つまり、半導体基板101の入出力端子131−1と半導体基板102の入出力端子131−2とが、2つの半導体基板を積層した場合に、互いに物理的に接触するような位置に形成されている。なお、半導体基板101および半導体基板102には、事前に準備(用意)されているものを用いてもよい。つまり、S1001は、半導体基板101と半導体基板102を準備(用意)するステップであってもよい。
次に、図4(A)が示すように半導体基板101に形成された入出力端子130−1を利用して、検査回路121を用いた半導体基板101の測定(検査)が行われる。例えば、画素回路110、周辺回路111および検査回路121を駆動するための電位(電源電位)と動作パルスが半導体基板101に与えられることによって、半導体基板101が動作する。その後、入出力端子130−1における入力端子と出力端子の少なくとも一方に対して測定プローブ140が接触されることによって、検査回路121を介し画素回路110の回路特性(検査結果)を得ることができる。このため、2つの半導体基板の貼り合わせ前に半導体基板101の良否の選別が可能である。ここで、例えば、S1002において、半導体基板101が「良」であると判定された場合にのみ、処理工程がS1003
に遷移してもよい。
その後、半導体基板101と半導体基板102とが接合される。このとき、検査回路121の入出力端子130−1と、半導体基板102上に形成された入出力端子130−2が電気的に接続されて、積層接続部130が構成される。これによって、積層接続部130を介して、半導体基板102における電位(電源;電源配線)と検査回路121とが電気的に接続される。なお、S1001において、接合するための半導体基板101の形成および検査が完了しているため、当該接合は例えば必須ではない。つまり、S1001〜S1002とS1003とは、異なるユーザによって実施されてもよく、S1002の処理が完了した時点の半導体基板101(半導体装置)を形成する製造方法としても本実施例は適用可能である。
実施例2に係る固体撮像装置では、1つの半導体基板に検査回路が1つ形成されていたが、本実施例に係る固体撮像装置では、1つの半導体基板に検査回路が2つ形成される。
実施例3によれば、複数の検査回路が形成されている場合に、ゲートを共有化したイネーブルスイッチを用いることによって、積層接続部131を介した電位への電気的接続の数を削減することができる。このため、チップ面積の削減や積層接続による歩留りロスを軽減することが可能である。また、実施例1,2と同様に、検査回路のAC的な電圧変動を抑制することができる。従って、外部接続用パッドを増やすことなく、検査回路起因のノイズを低減することが可能である。
実施例2に係る固体撮像装置では、図3に示すように、半導体基板101の検査回路121の入出力端子130−1と、半導体基板102上に形成された入出力端子130−2とが直接に接続されていた。これに対して、本実施例では、図9に示すように、入出力端子130−1の上に接合部320を形成し、半導体基板同士が接合部320を介して接続する固体撮像装置100を説明する。
実施例4に係る固体撮像装置100の製造方法について、図5が示すフローチャートを用いて説明する。ここで、本フローチャートの開始の状態は、半導体層(シリコン)などによって形成された配線などを有さない半導体基板が2つ用意されている状態である。な
お、実施例2と同様の構成については、同様の符号で示し、詳細な説明は省略する。
まず、2つの半導体基板のそれぞれに対して、素子および配線、絶縁膜層が形成されることによって、半導体基板101および半導体基板102が形成される。ここで、素子とは、例えば、画素回路110、周辺回路111、検査回路121のことを示す。なお、これらの回路を構成するゲート電極、素子分離、半導体領域および配線層などの形成方法については、一般的なプロセスによって製造可能であるため、詳細な説明は省略する。
次に、図10(B)に示すように半導体基板101に形成された酸化膜300の一部を削り、入出力端子130−1において開口させる。また、入出力端子130−1に対して測定プローブ140(プローブ針)を接触させ、検査回路121を用いた半導体基板101の測定(検査)が行われる。この際、測定プローブ140(プローブ針)の接触によって入出力端子130−1には針立て跡310が形成される。
次に、酸化膜の成膜、平坦化が行われる。例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)によって酸化膜301が堆積された後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)によって酸化膜301の表面が平坦化される。このことによって、図11(A)に示すように酸化膜300の凹凸をなくすことができる。さらには、入出力端子130−1に形成された針立て跡310にも酸化膜301が入り込むことによって、針立て跡310においても平坦化される。
以上にて、固体撮像装置の製造方法において、針立て跡の除去工程を追加することなく、歩留りの低下を抑制することができる。本実施例は、少なくとも一方の半導体基板の検
査工程後に、酸化膜の成膜、平坦化、接合部の形成工程を含む固体撮像装置の製造方法である。これによって、検査時の針立て跡による歩留りの低下を、除去工程を追加することなく抑制することが可能である。
実施例4に係る固体撮像装置の製造方法では、プローブを接触させた半導体基板101の検査回路121の入出力端子130−1に接合部320を形成していた。本実施例では、図12のようにプローブを接触させていない検査回路121の入出力端子132に、接合部322を形成する固体撮像装置100の製造方法を示す。本実施例によっても、針立て跡の除去工程を追加することなく、歩留りの低下を抑制することができる。
S1001では、実施例4と同様に、半導体基板101と半導体基板102が形成される。ここで、半導体基板101には、複数の検査回路121が形成される。本実施例では、半導体基板101は、図13(A)に示すように、検査回路121の入出力端子130−1と、検査回路121の入出力端子132を有する。なお、半導体基板101において、入出力端子130−1と入出力端子132とは電気的に接続されている。
S1002では、図13(B)に示すように、実施例4と同様に、入出力端子130−1に対して測定プローブ140を接触させ、検査回路121を用いた半導体基板101の測定(検査)が行われる。この際、測定プローブ140の接触によって入出力端子130−1には針立て跡310が形成される。
S1003では、まず、図13(C)に示すように、実施例4と同様に、酸化膜の成膜、平坦化が行われる。
本発明の実施例6に係る撮像システムについて、図7を用いて説明する。図7は、本実施例による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
部(信号処理装置)でもある。
本発明の実施例7に係る撮像システム及び移動体について、図8(A)及び図8(B)を用いて説明する。図8(A)及び図8(B)は、本実施例による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。
、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置2140は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
以上に説明した本発明の各実施例や変形例に記載された構成や処理は、互いに任意に組み合わせて利用できる。
101:画素回路、112:ロジック回路、120:検査回路、130:積層接続部
Claims (18)
- 光電変換素子を含む画素回路を有する第1基板と、
前記画素回路を駆動する、または、前記画素回路からの信号を処理する信号処理回路を有する第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板とを電気的に接続する接続部と、
検査回路と、
を有し、
前記検査回路は、前記第1基板および前記第2基板の一方の基板に形成され、かつ、当該一方の基板における第1電位を供給する配線に接続され、
前記検査回路は、前記接続部を介して、前記第1基板および前記第2基板の他方の基板における第2電位を供給する配線に接続されている、
ことを特徴とする光電変換装置。 - 前記検査回路における電源接続端子に、前記第1電位が供給されており、
前記検査回路における前記電源接続端子とは異なる、入力端子および出力端子の少なくとも一方に、前記第2電位が供給されており、
前記接続部は、前記入力端子および出力端子の少なくとも一方に接続される、
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 - 前記検査回路は、前記画素回路または前記信号処理回路を検査する回路である、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光電変換装置。 - 前記検査回路は、前記検査回路の形成された前記一方の基板における、前記検査回路とは別の回路と共通の電源配線に接続されていることによって、前記第1電位が供給されている、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記検査回路は、前記接続部を介して、前記他方の基板における回路と共通の電源配線に接続されていることによって、前記第2電位が供給されている、
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記第1基板は、前記画素回路とは別の周辺回路を有し、
前記検査回路は、前記第2基板に形成されており、
前記検査回路は、前記信号処理回路と共通の電源配線に接続されていることによって、前記第1電位が供給されており
前記検査回路は、前記接続部を介して、前記周辺回路と共通の電源配線に接続されていることによって、前記第2電位が供給されている、
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記第1基板は、前記画素回路とは別の周辺回路を有し、
前記検査回路は、前記第1基板に形成されており、
前記検査回路は、前記周辺回路と共通の電源配線に接続されていることによって、前記第1電位が供給されており
前記検査回路は、前記接続部を介して、前記信号処理回路と共通の電源配線に接続されていることによって、前記第2電位が供給されている、
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 同一の基板上に形成された、複数の前記検査回路と、
前記複数の検査回路のうち対応する1つと前記接続部とをそれぞれが接続する複数のス
イッチと、
をさらに有する、
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記複数のスイッチのゲートは互いに接続されている、
ことを特徴とする請求項8に記載の光電変換装置。 - 前記第1基板の前記画素回路と、前記第2基板の前記信号処理回路とを電気的に接続する第2接続部を有する、
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 請求項1から10のいずれか1項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置から出力される信号を処理する信号処理装置と、
を有することを特徴とする撮像システム。 - 移動体であって、
請求項1から10のいずれか1項に記載の光電変換装置と、
移動装置と、
前記光電変換装置から出力される信号から情報を取得する処理装置と、
前記情報に基づいて前記移動装置を制御する制御装置と、
を有することを特徴とする移動体。 - 光電変換素子を含む画素回路を有する第1基板を用意するステップと、
前記画素回路を駆動する、または、前記画素回路からの信号を処理する信号処理回路を有する第2基板を用意するステップと、
前記第1基板と前記第2基板とを電気的に接続する接続部を形成する接合ステップと、を有し、
前記第1基板および前記第2基板の一方の基板は、当該一方の基板における第1電位を供給するための配線に接続された電源接続端子を有する検査回路を含み、
前記接合ステップは、
前記検査回路の前記電源接続端子とは別の入力端子または出力端子を用いて前記接続部を形成する工程と、
前記検査回路の前記入力端子または前記出力端子を、前記第1基板および前記第2基板の他方の基板における第2電位を供給するための配線に接続する工程と、
を含む、
ことを特徴とする光電変換装置の製造方法。 - 前記接合ステップの前に、前記検査回路の形成された前記一方の基板を検査する検査ステップを有し、
前記検査ステップは、前記検査回路の前記入力端子または前記出力端子にプローブを接触させる工程を含む、
ことを特徴とする請求項13に記載の光電変換装置の製造方法。 - 第1基板と接合するための第2基板を有する半導体装置の製造方法であって、
前記第1基板に配された第1回路を駆動するため、または、前記第1回路からの信号を処理するための第2回路と、前記第2回路を検査するための検査回路と、を有する前記第2基板を形成する形成ステップと、
前記検査回路の入力端子および出力端子の少なくとも一方にプローブを接触させることで前記第2回路を検査する検査ステップと、
を有し、
前記形成ステップにおいて、前記検査回路の入力端子および出力端子の少なくとも一方は、前記第1基板における所定の電位を供給するための配線に接続されるように構成されている、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記検査ステップの後に、前記検査回路の前記入力端子および前記出力端子の少なくとも一方を前記第1基板における所定の電位を供給するための配線に接続する接合ステップをさらに有する、
ことを特徴とする請求項15に記載の半導体装置の製造方法。 - 光電変換素子を含む画素回路を有する第1基板を用意するステップと、
前記画素回路を駆動する、または、前記画素回路からの信号を処理する信号処理回路を有する第2基板を用意するステップと、
前記第1基板および前記第2基板の一方の基板に形成された検査回路の端子にプローブを接触させる検査ステップと、
前記第1基板と前記第2基板とを接合部によって接合することにより、前記一方の基板に形成された検査回路の端子を、他方の基板における所定の電位を供給するための配線に電気的に接続する接合ステップと、
を有し、
前記接合ステップは、
前記検査ステップにおいてプローブを接触させた後に、前記検査回路の形成された前記一方の基板に酸化膜を成膜し、前記酸化膜を平坦化する工程と、
前記プローブを接触させた前記検査回路の端子に、前記接合部を形成する工程と、
を含む、
ことを特徴とする光電変換装置の製造方法。 - 光電変換素子を含む画素回路を有する第1基板を用意するステップと、
前記画素回路を駆動する、または、前記画素回路からの信号を処理する信号処理回路を有する第2基板を用意するステップと、
前記第1基板および前記第2基板の一方の基板に形成された複数の検査回路のうちの第1の検査回路の端子にプローブを接触させる検査ステップと、
前記第1基板と前記第2基板とを接合部によって接合することにより、前記一方の基板に形成された検査回路の端子を、他方の基板における所定の電位を供給するための配線に電気的に接続する接合ステップと、
を有し、
前記接合ステップは、
前記検査ステップにおいてプローブを接触させた後に、前記複数の検査回路の形成された前記一方の基板に酸化膜を成膜し、前記酸化膜を平坦化する工程と、
前記複数の検査回路のうちの前記プローブを接触させていない第2の検査回路の端子に、前記接合部を形成する工程と、
を含み、
前記第1の検査回路と前記第2の検査回路とは、前記複数の検査回路の形成された前記一方の基板において電気的に接続されている、
ことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
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