JP5970826B2 - 半導体装置、半導体装置の製造方法、固体撮像装置および電子機器 - Google Patents
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Description
1.第1の実施形態(無電解めっきにより貫通電極を形成する場合の例)
2.第2の実施形態(電解めっきにより貫通電極を形成する場合(時間管理)の例)
3.第3の実施形態(電解めっきにより貫通電極を形成する場合(めっき後エッチング)の例)
4.適用例1(固体撮像装置の例)
5.適用例2(電子機器(カメラ)の例)
[構成]
図1は、本開示の第1の実施の形態の半導体装置(半導体装置1A)の断面構成を表すものである。半導体装置1Aは、例えば後述の固体撮像装置1に用いられ、互いに貼り合わせられた2つの異種の半導体チップ(第1チップ10および第2チップ20)を有している。これらの第1チップ10には、詳細は後述するが、例えば有機光電変換素子よりなる複数の画素が形成され、第2チップ20には、各画素を駆動するための周辺回路が形成されている。尚、第1チップ10および第2チップ20が、本開示における「第1の素子基板」および「第2の素子基板」に相当する。
上記のような半導体装置1Aは、例えば次のようにして製造することができる。図2〜図5は、半導体装置1Aの製造方法を工程順に表したものである。
上記のような半導体装置1Aでは、2つの異種の半導体チップ(第1チップ10,第2チップ20)を貼り合わせ、貫通電極15を用いてそれらの電気的接続を確保できるため、例えば、後述するように、画素部10Aと回路部130とが上下方向に積層された構成を有するデバイスを実現できる。また、半導体基板12を貫通して絶縁層16が設けられることにより、半導体基板12と貫通電極15との絶縁性を確保し易くなる。また、第1および第2の配線層間の配線距離が短縮化され、配線容量が削減される。
[構成]
図8は、本開示の第2の実施の形態の半導体装置(半導体装置1B)の断面構成を表したものである。この半導体装置は、上記第1の実施の形態の半導体装置1Aと同様、後述の固体撮像装置1に用いられるものである。また、貼り合わせられた第1チップ10および第2チップ20において、貫通電極15が第1接続パッド11Aおよび第2接続パッド21Aを電気的に接続する一方、貫通電極15上の半導体基板12を貫通する領域には、絶縁層16が埋め込み形成されている。更に、第1チップ10の素子形成層13上には保護膜17が形成されている。尚、上記第1の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
このような半導体装置1Bは、例えば次のようにして製造することができる。即ち、まず、上記第1の実施の形態と同様にして、第1チップ10および第2チップ20を貼り合わせた後、第1接続パッド11Aおよび第2接続パッド21Aにそれぞれ対向する位置に貫通孔Hを形成する。
本実施の形態の半導体装置1Bにおいても、上記第1の実施の形態の半導体装置1Aと同様、貼り合わせられた第1チップ10および第2チップ20において、第1接続パッド11Aおよび第2接続パッド21Aが貫通電極15によって電気的に接続され、半導体基板12を貫通する領域には、絶縁層16が設けられる。これにより、半導体基板12と貫通電極15との絶縁性を確保しつつ、第1接続パッド11Aおよび第2接続パッド21A間の配線容量を削減することができる。よって、上記第1の実施の形態と同等の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、貫通孔Hのアスペクト比が高い(深さ>径)場合に、シードメタル層A3の段切れを抑制し、これによるめっき不良を回避することができる。更には、電界めっきを時間管理することにより、第1チップ10の表面にめっき膜が形成されないことから、保護膜17の形成前のめっき膜研磨工程を省略することができる。
[構成]
図11は、本開示の第3の実施の形態の半導体装置(半導体装置1C)の断面構成を表したものである。本実施の形態においても、上記第1,2の実施の形態と同様、第1チップ10および第2チップ20において、貫通電極15が第1接続パッド11Aおよび第2接続パッド21Aを電気的に接続する一方、貫通電極15上の半導体基板12を貫通する領域には、絶縁層16が埋め込み形成されている。また、第1チップ10の素子形成層13上には保護膜17が形成されている。尚、上記第1の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
このような半導体装置1Cは、例えば次のようにして製造することができる。即ち、まず、上記第1の実施の形態と同様にして、第1チップ10および第2チップ20を貼り合わせた後、第1接続パッド11Aおよび第2接続パッド21Aにそれぞれ対向する位置に貫通孔Hを形成する。
本実施の形態の半導体装置1Cにおいても、上記第1の実施の形態の半導体装置1Aと同様、第1チップ10および第2チップ20において、第1接続パッド11Aおよび第2接続パッド21Aが貫通電極15により電気的に接続され、貫通電極15上の半導体基板12を貫通する領域には、絶縁層16が設けられる。これにより、半導体基板12と貫通電極15との絶縁性を確保しつつ、第1接続パッド11Aおよび第2接続パッド21A間の配線容量を削減することができる。よって、上記第1の実施の形態と同等の効果を得ることができる。また、上記第2の実施の形態と同様、貫通孔Hのアスペクト比が高い場合に、シードメタル層A3の段切れによるめっき不良を回避することができる。更に、貫通電極15の径ばらつきによる埋め込み不良を回避できる。
図13は、上記第1〜第3の実施の形態において説明した半導体装置1A〜1Cを適用した固体撮像装置(固体撮像装置1)の全体構成を表したものである。固体撮像装置1は、例えばCMOSイメージセンサであり、撮像エリアとしての画素部10Aと、例えば行走査部131、水平選択部133、列走査部134およびシステム制御部132からなる回路部130とを有している。
上述の固体撮像装置1は、例えばデジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話など、撮像機能を備えたあらゆるタイプの電子機器に適用することができる。図15に、その一例として、電子機器2(カメラ)の概略構成を示す。この電子機器2は、例えば静止画または動画を撮影可能なビデオカメラであり、固体撮像装置1と、光学系(光学レンズ)310と、シャッタ装置311と、固体撮像装置1およびシャッタ装置311を駆動する駆動部313と、信号処理部312とを有する。
(1)
第1半導体基板の一面側に第1の配線層を有する第1の素子基板と、
前記第1の素子基板に貼り合わせられると共に、第2半導体基板の一面側に第2の配線層を有する第2の素子基板と、
前記第1および第2の素子基板のうちの少なくとも一部を貫通すると共に、前記第1および第2の配線層を電気的に接続する貫通電極と、
前記貫通電極に対向して設けられ、かつ前記第1および第2の半導体基板のうちの一方を貫通して設けられた絶縁層と
を備えた半導体装置。
(2)
前記第2の素子基板上に前記第1の素子基板が積層され、
前記第1の素子基板の表面から、前記第1の半導体基板および前記第1の配線層をこの順に介して前記第2の配線層の表面までを貫通する貫通孔を有し、
前記貫通電極は、前記貫通孔のうちの前記第1および第2の配線層間の領域を埋め込んで形成され、
前記絶縁層は、前記貫通孔のうちの前記貫通電極上の領域を埋め込んで形成されている
上記(1)に記載の半導体装置。
(3)
前記第1の配線層は、前記貫通孔の一部を構成する開口部を有する
上記(2)に記載の半導体装置。
(4)
前記貫通孔の内壁の全部が金属薄膜により覆われている
上記(2)または(3)に記載の半導体装置。
(5)
前記貫通孔の内壁の前記貫通電極に対向する領域のみが金属薄膜により覆われている
上記(2)または(3)に記載の半導体装置。
(6)
前記貫通電極は、銅(Cu)またはニッケル(Ni)を含んで構成されている
上記(1)〜(5)のいずれかに記載の半導体装置。
(7)
前記絶縁膜は、シリコン酸化膜または感光性樹脂より構成されている
上記(1)〜(6)のいずれかに記載の半導体装置。
(8)
前記第1の素子基板上に、保護膜が設けられている
上記(2)〜(7)のいずれかに記載の半導体装置。
(9)
第1半導体基板の一面側に第1の配線層を有する第1の素子基板と、第2半導体基板の一面側に第2の配線層を有する第2の素子基板とを貼り合わせる工程と、
前記第1および第2の素子基板のうちの少なくとも一部を貫通すると共に、前記第1および第2の配線層を電気的に接続する貫通電極を形成する工程と、
前記貫通電極に対向すると共に、前記第1および第2の半導体基板のうちの一方を貫通する絶縁層を形成する工程と
を含む半導体装置の製造方法。
(10)
前記第2の素子基板上に前記第1の素子基板を貼り合わせた後、
前記第1の素子基板の表面から、前記第1の半導体基板および前記第1の配線層をこの順に介して前記第2の配線層の表面までを貫通する貫通孔を形成し、
形成した貫通孔のうちの前記第1および第2の配線層間の領域を埋め込んで、前記貫通電極を形成した後、前記貫通孔のうちの前記貫通電極上の領域を埋め込んで、前記絶縁層を形成する
上記(9)に記載の半導体装置の製造方法。
(11)
前記貫通電極を、無電解めっきにより形成する
上記(9)または(10)に記載の半導体装置の製造方法。
(12)
前記絶縁層を形成する際には、
前記貫通電極の形成後、前記貫通孔を埋め込み、かつ前記第1の素子基板上の全面にわたって絶縁膜材料を成膜した後、成膜した絶縁膜材料を研磨することにより前記絶縁層を形成する
上記(10)または(11)に記載の半導体装置の製造方法。
(13)
前記貫通電極を、電解めっきにより形成する
上記(9)または(10)に記載の半導体装置の製造方法。
(14)
前記貫通電極を形成する工程では、前記貫通孔内に析出されるめっき膜により前記第1および第2の配線層が接続された後であって前記貫通孔が充填される前に、前記電解めっきを停止することにより、前記貫通電極を形成する
上記(13)に記載の半導体装置の製造方法。
(15)
前記貫通電極を形成する工程では、前記貫通孔内にめっき膜を析出させた後、前記めっき膜の前記第1の配線層上の領域を選択的に除去することにより、前記貫通電極を形成する
上記(13)に記載の半導体装置の製造方法。
(16)
前記貫通電極を、銅(Cu)またはニッケル(Ni)により構成する
上記(9)〜(15)のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(17)
前記絶縁膜は、シリコン酸化膜または感光性樹脂より構成する
上記(9)〜(16)のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(18)
第1半導体基板の一面側に第1の配線層を有する第1の素子基板と、
前記第1の素子基板に貼り合わせられると共に、第2半導体基板の一面側に第2の配線層を有する第2の素子基板と、
前記第1および第2の素子基板のうちの少なくとも一部を貫通すると共に、前記第1および第2の配線層を電気的に接続する貫通電極と、
前記貫通電極に対向して設けられ、かつ前記第1および第2の半導体基板のうちの一方を貫通して設けられた絶縁層と
を含む固体撮像装置。
(19)
前記第1の素子基板には、画素として光電変換素子を含む画素部が形成され、
前記第2の素子基板には、前記画素部を駆動するための回路部が形成されている
上記(18)に記載の固体撮像装置。
(20)
第1半導体基板の一面側に第1の配線層を有する第1の素子基板と、
前記第1の素子基板に貼り合わせられると共に、第2半導体基板の一面側に第2の配線層を有する第2の素子基板と、
前記第1および第2の素子基板のうちの少なくとも一部を貫通すると共に、前記第1および第2の配線層を電気的に接続する貫通電極と、
前記貫通電極に対向して設けられ、かつ前記第1および第2の半導体基板のうちの一方を貫通して設けられた絶縁層と
を含む固体撮像装置を有する電子機器。
Claims (20)
- 第1半導体基板の一面側に第1の配線層を有する第1の素子基板と、
第2半導体基板の一面側に第2の配線層を有すると共に、前記第1および第2の配線層が向かい合うように前記第1の素子基板に貼り合わせられた第2の素子基板と、
前記第1および第2の配線層のうちの少なくとも一部を貫通すると共に、前記第1および第2の配線層を電気的に接続する貫通電極と、
前記貫通電極に対向して設けられ、かつ前記第1および第2の半導体基板のうちの一方を貫通して設けられた絶縁層と
を備えた半導体装置。 - 前記第2の素子基板上に前記第1の素子基板が積層され、
前記第1の素子基板の表面から、前記第1半導体基板および前記第1の配線層をこの順に介して前記第2の配線層の表面までを貫通する貫通孔を有し、
前記貫通電極は、前記貫通孔のうちの前記第1および第2の配線層間の領域を埋め込んで形成され、
前記絶縁層は、前記貫通孔のうちの前記貫通電極上の領域を埋め込んで形成されている
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第1の配線層は、前記貫通孔の一部を構成する開口部を有する
請求項2に記載の半導体装置。 - 前記貫通孔の内壁の全部が金属薄膜により覆われている
請求項2または3に記載の半導体装置。 - 前記貫通孔の内壁の前記貫通電極に対向する領域のみが金属薄膜により覆われている
請求項2または3に記載の半導体装置。 - 前記貫通電極は、銅(Cu)またはニッケル(Ni)を含んで構成されている
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記絶縁層は、シリコン酸化膜または感光性樹脂より構成されている
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第1の素子基板上に、保護膜が設けられている
請求項2に記載の半導体装置。 - 第1半導体基板の一面側に第1の配線層を有する第1の素子基板と、第2半導体基板の一面側に第2の配線層を有する第2の素子基板とを、前記第1および第2の配線層が向かい合うようにして貼り合わせる工程と、
前記第1および第2の配線層のうちの少なくとも一部を貫通すると共に、前記第1および第2の配線層を電気的に接続する貫通電極を形成する工程と、
前記貫通電極に対向すると共に、前記第1および第2の半導体基板のうちの一方を貫通する絶縁層を形成する工程と
を含む半導体装置の製造方法。 - 前記第2の素子基板上に前記第1の素子基板を貼り合わせた後、
前記第1の素子基板の表面から、前記第1半導体基板および前記第1の配線層をこの順に介して前記第2の配線層の表面までを貫通する貫通孔を形成し、
形成した貫通孔のうちの前記第1および第2の配線層間の領域を埋め込んで、前記貫通電極を形成した後、前記貫通孔のうちの前記貫通電極上の領域を埋め込んで、前記絶縁層を形成する
請求項9に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記貫通電極を、無電解めっきにより形成する
請求項10に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記絶縁層を形成する際には、
前記貫通電極の形成後、前記貫通孔を埋め込み、かつ前記第1の素子基板上の全面にわたって絶縁膜材料を成膜した後、成膜した絶縁膜材料を研磨することにより前記絶縁層を形成する
請求項10または11に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記貫通電極を、電解めっきにより形成する
請求項10に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記貫通電極を形成する工程では、前記貫通孔内に析出されるめっき膜により前記第1および第2の配線層が接続された後であって前記貫通孔が充填される前に、前記電解めっきを停止することにより、前記貫通電極を形成する
請求項13に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記貫通電極を形成する工程では、前記貫通孔内にめっき膜を析出させた後、前記めっき膜の前記第1の配線層上の領域を選択的に除去することにより、前記貫通電極を形成する
請求項10または13に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記貫通電極を、銅(Cu)またはニッケル(Ni)により構成する
請求項9に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記絶縁層は、シリコン酸化膜または感光性樹脂より構成する
請求項9に記載の半導体装置の製造方法。 - 第1半導体基板の一面側に第1の配線層を有する第1の素子基板と、
第2半導体基板の一面側に第2の配線層を有すると共に、前記第1および第2の配線層が向かい合うように前記第1の素子基板に貼り合わせられた第2の素子基板と、
前記第1および第2の配線層のうちの少なくとも一部を貫通すると共に、前記第1および第2の配線層を電気的に接続する貫通電極と、
前記貫通電極に対向して設けられ、かつ前記第1および第2の半導体基板のうちの一方を貫通して設けられた絶縁層と
を含む固体撮像装置。 - 前記第1の素子基板には、画素として光電変換素子を含む画素部が形成され、
前記第2の素子基板には、前記画素部を駆動するための回路部が形成されている
請求項18に記載の固体撮像装置。 - 第1半導体基板の一面側に第1の配線層を有する第1の素子基板と、
第2半導体基板の一面側に第2の配線層を有すると共に、前記第1および第2の配線層が向かい合うように前記第1の素子基板に貼り合わせられた第2の素子基板と、
前記第1および第2の配線層のうちの少なくとも一部を貫通すると共に、前記第1および第2の配線層を電気的に接続する貫通電極と、
前記貫通電極に対向して設けられ、かつ前記第1および第2の半導体基板のうちの一方を貫通して設けられた絶縁層と
を含む固体撮像装置を有する電子機器。
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