(57)【要約】【課題】半導体装置の特性、特に信頼性を向上する。【解決手段】第１面Ｓ１および第２面Ｓ２を有する半導体基板と、第３面Ｓ３および第４面Ｓ４’を有する半導体層と、を備え、前記半導体基板と前記半導体層とが、前記第２面と前記第４面との間に前記第１面と前記第３面が位置するように積層された半導体装置であって、前記第１面にトランジスタが設けられ、前記第３面および前記第４面の間に光電変換部が設けられ、前記第２面を覆うようにシリコン化合物膜を備え、前記シリコン化合物膜は、ＳｉＣｘＮｙＯｚＱｗＨv（ｘ≧０，ｙ≧０，ｚ≧０，少なくともｘ＞ｚまたはｙ＞ｚ，Ｑは任意の元素でありｗ＜ｘかつｗ＜ｙ）の組成を有し、前記第１面と前記第４面のあいだの距離Ｄ２は、前記第２面と前記シリコン化合物膜とのあいだの距離Ｄ３よりも大きい、ことを特徴とする半導体装置。【選択図】図７
2020077738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面および第２面を有する半導体基板と、第３面および第４面を有する半導体層と、を備え、前記半導体基板と前記半導体層とが、前記第２面と前記第４面との間に前記第１面と前記第３面が位置するように積層された半導体装置であって、
前記第１面にトランジスタが設けられ、
前記第３面および前記第４面の間に光電変換部が設けられ、
前記第２面を覆うように設けられたシリコン化合物膜と、を備え、
前記シリコン化合物膜は、ＳｉＣｘＮｙＯｚＱｗＨv（ｘ≧０，ｙ≧０，ｚ≧０，少な
くともｘ＞ｚまたはｙ＞ｚ、Ｑは任意の元素でありｗ＜ｘかつｗ＜ｙ）の組成を有し
前記第１面と前記第４面のあいだの距離Ｄ２は、前記第２面と前記シリコン化合物膜とのあいだの距離Ｄ３よりも大きい、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１面と前記シリコン化合物膜とのあいだの距離Ｄ１は、前記第１面と前記第４面とのあいだの距離Ｄ２よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１面と前記第２面とのあいだの距離Ｔ１は、前記第３面と前記第４面とのあいだの距離Ｔ２よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１面と前記第２面とのあいだの距離Ｔ１は、３００μｍ以上である、
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１面と前記第２面とのあいだの距離Ｔ１は、５００μｍ以上である、
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第３面と前記第４面とのあいだの距離Ｔ２は、１０μｍ未満である、
ことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体層と前記半導体基板とのあいだの距離Ｄ４は、前記第２面と前記シリコン化合物膜とのあいだの距離Ｄ３よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体層と前記半導体基板とのあいだの距離Ｄ４は、５μｍ以上である、
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半導体層と前記半導体基板とのあいだの距離Ｄ４は、５０μｍ未満である、
ことを特徴とする請求項７または８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記半導体層と前記半導体基板のあいだに、第２の半導体層が配置されている、
請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記シリコン化合物膜の水素濃度が、１ａｔｍ％以上２０ａｔｍ％未満である、
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第４面の上に、第２のシリコン化合物膜をさらに備え、
前記第２のシリコン化合物膜は、ＳｉＣｘ′Ｎｙ′Ｏｚ′Ｑ′ｗ′Ｈv′（ｘ′≧０，
ｙ′≧０，ｚ′≧０，少なくともｘ′＞ｚ′またはｙ′＞ｚ′、Ｑ′は任意の元素であり
ｗ′＜ｘ′かつｗ′＜ｙ′）の組成を有し、
前記第２のシリコン化合物膜の水素濃度が前記シリコン化合物膜の水素濃度よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記第２のシリコン化合物膜の水素濃度が、２０ａｔｍ％以上５０ａｔｍ％未満である、
ことを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記第２のシリコン化合物膜は、前記光電変換部に光を集光するレンズを構成する、
ことを特徴とする請求項１２または１３に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記半導体基板の第１面と前記半導体層の第３面のあいだに、第３のシリコン化合物膜をさらに備え、
前記第３のシリコン化合物膜は、ＳｉＣｘ″Ｎｙ″Ｏｚ″Ｑ″ｗ″Ｈv″（ｘ″≧０，
ｙ″≧０，ｚ″≧０，少なくともｘ″＞ｚ″またはｙ″＞ｚ″，Ｑ″は任意の元素でありｗ″＜ｘ″かつｗ″＜ｙ″）の組成を有し、
前記第３のシリコン化合物膜の水素濃度が前記第２のシリコン化合物膜の水素濃度よりも小さい、
ことを特徴とする請求項１２から１４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記半導体層と前記半導体基板のあいだに配線層が配置されており、
前記半導体層には、前記配線層に設けられた電極パッドを露出するための開口が設けられている、
請求項１から１５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか１項に記載の半導体装置と、
前記半導体装置の前記光電変換部から出力される信号を処理する処理部と、
を備える撮像装置。
【請求項１８】
第１面および第２面を有する半導体基板と、第３面および第４面を有する半導体層と、を備え、前記半導体基板と前記半導体層とが、前記第２面と前記第４面との間に前記第１面と前記第３面が位置するように積層された半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板の前記第２面にシリコン化合物膜を形成する工程と、
前記半導体基板の前記第１面にトランジスタを形成する工程と、
前記半導体層に光電変換部を形成する工程と、
前記半導体基板の前記第１面と前記半導体層の前記第３面が向かい合うように接合する工程と、
水素を含む雰囲気中で熱処理を行う工程と、
を含み、
前記シリコン化合物膜は、ＳｉＣｘＮｙＯｚＱｗＨv（ｘ≧０，ｙ≧０，ｚ≧０，少な
くともｘ＞ｚまたはｙ＞ｚ、Ｑは任意の元素でありｗ＜ｘかつｗ＜ｙ）の組成を有し
前記第１面と前記第４面のあいだの距離Ｄ２は、前記第２面と前記シリコン化合物膜とのあいだの距離Ｄ３よりも大きい、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記半導体層の前記第４面の側を研磨して薄化する工程をさらに含み、
薄化後に、前記第１面と前記第４面のあいだの距離Ｄ２は、前記第２面と前記シリコン化合物膜とのあいだの距離Ｄ３よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記半導体基板の前記第４面の上に、第２のシリコン化合物膜を形成する工程をさらに含み、
前記第２のシリコン化合物膜は、ＳｉＣｘ′Ｎｙ′Ｏｚ′Ｑ′ｗ′Ｈv′（ｘ′≧０，
ｙ′≧０，ｚ′≧０、少なくともｘ′＞ｚ′またはｙ′＞ｚ′、Ｑは任意の元素でありｗ′＜ｘ′かつｗ′＜ｙ′）の組成を有し、
前記第２のシリコン化合物膜の水素濃度が前記シリコン化合物膜の水素濃度よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１８または１９に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置（光電変換装置）や半導体メモリなどの半導体装置は、シリコン中の結晶欠陥やシリコンとシリコン酸化膜の界面の状態の影響で、ノイズ発生による不良が発生する。近年、水素のダングリングボンド終端作用を利用して光電変換素子近傍のノイズを低減させる技術が提案されている。一方で水素を過剰に供給すると、トランジスタの信頼性を低下させることが懸念される。特許文献１には、特定のトランジスタを覆うように水素拡散防止膜を設けて、ノイズ低減と信頼性を両立する技術が提供されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１６５５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の方法は、トランジスタの片側を水素拡散防止膜で覆うことで水素供給性に差をつけることができるものの、水素雰囲気下で長時間の熱処理を行うと基板裏面側からの回りこみの影響が無視できないため、その防止効果は十分であるとはいえない。
【０００５】
本発明は、半導体装置の特性、特に信頼性を向上するために有利な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第一の態様は、
第１面および第２面を有する半導体基板と、第３面および第４面を有する半導体層と、を備え、前記半導体基板と前記半導体層とが、前記第２面と前記第４面との間に前記第１面と前記第３面が位置するように積層された半導体装置であって、
前記第１面にトランジスタが設けられ、
前記第３面および前記第４面の間に光電変換部が設けられ、
前記第２面を覆うようにシリコン化合物膜を備え、
前記シリコン化合物膜は、ＳｉＣｘＮｙＯｚＱｗＨv（ｘ≧０，ｙ≧０，ｚ≧０，少な
くともｘ＞ｚまたはｙ＞ｚ，Ｑは任意の元素でありｗ＜ｘかつｗ＜ｙ）の組成を有し
前記第１面と前記第４面のあいだの距離Ｄ２は、前記第２面と前記シリコン化合物膜とのあいだの距離Ｄ３よりも大きい、
ことを特徴とする。
【０００７】
本発明の第二の態様は、
第１面および第２面を有する半導体基板と、第３面および第４面を有する半導体層と、を備え、前記半導体基板と前記半導体層とが、前記第２面と前記第４面との間に前記第１面と前記第３面が位置するように積層された半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板の前記第２の面にシリコン化合物膜を形成する工程と、
前記半導体基板の前記第１の面にトランジスタを形成する工程と、
前記半導体層に光電変換部を形成する工程と、
前記半導体基板の前記第１の面と前記半導体層の前記第３の面が向かい合うように直接または第２の半導体層を介して接合する工程と、
水素を含む雰囲気中で熱処理を行う工程と、
を含み、
前記シリコン化合物膜は、ＳｉＣｘＮｙＯｚＱｗＨv（ｘ≧０，ｙ≧０，ｚ≧０，少な
くともｘ＞ｚまたはｙ＞ｚ，Ｑは任意の元素でありｗ＜ｘかつｗ＜ｙ）の組成を有し
前記第１面と前記第４面のあいだの距離Ｄ２は、前記第２面と前記シリコン化合物膜とのあいだの距離Ｄ３よりも大きい、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、半導体装置の特性を向上するために有利な技術を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態の概略図である。
【図２】第１の実施形態の概略図である。
【図３】第１の実施形態の概略図である。
【図４】第１の実施形態の概略図である。
【図５】第１の実施形態の概略図である。
【図６】第１の実施形態の概略図である。
【図７】第１の実施形態の概略図である。
【図８】第１の実施形態の概略図である。
【図９】第２の実施形態の概略図である。
【図１０】第２の実施形態の概略図である。
【図１１】第３の実施形態の概略図である。
【図１２】第３の実施形態の概略図である。
【図１３】第３の実施形態の概略図である。
【図１４】第４の実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。なお、以下では、本発明を積層型の光電変換装置（撮像装置）に適用した半導体装置の例を説明するが、本発明の適用はこれに限られない。本実施形態では、積層型の半導体装置において、半導体基板上に作成した半導体素子の信頼性の劣化を抑制することが可能である。また、本実施形態では、半導体層への水素供給効果を高めることができる。したがって、本発明は、光電変換部を有しない半導体装置にも適用可能である。
【００１１】
（第１の実施形態）
本実施形態は、半導体基板と半導体層を有する積層型の半導体装置であって、水素拡散抑制膜半導体基板の半導体層と接続する面の反対の面に水素拡散抑制膜を備える半導体装置（固体撮像装置）である。半導体装置（固体撮像装置）は、さらに、半導体基板と半導体層の間に水素拡散抑制膜を備えうる。
【００１２】
［構造］
図７を参照して、本実施形態にかかる半導体装置の構成を説明する。本実施形態にかかる半導体装置は、概略、半導体基板１０１、配線層１０５、配線層２０５、半導体層２０１、絶縁膜２１０，水素供給膜２１１、絶縁膜２１２、カラーフィルタ２１３、マイクロレンズ２１４が積層された構造を有する。絶縁膜２１０は、半導体層２０１の第４面Ｓ４’に接する、電荷固定層を含みうる。電荷固定層は例えば酸化アルミニウム層や酸化ハフニウム層などの金属酸化物層である。
【００１３】
半導体基板１０１は、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２を有し、第１面Ｓ１にトランジスタ１０
４や素子分離１０３が設けられ、反対の第２面Ｓ２に水素拡散抑制膜１０２が設けられる。半導体層２０１は、第３面Ｓ３と第４面Ｓ４’を有し、第３面Ｓ３と第４面Ｓ４’の間には光電変換部２０２が設けられ、第３面Ｓ３にトランジスタ２０４や素子分離２０３が設けられる。第４面Ｓ４’が受光面となる。半導体基板１０１と半導体層２０１は、半導体基板１０１の第１面Ｓ１と半導体層２０１の第３面Ｓ３が向かい合うように積層される。言い換えると、半導体基板１０１と半導体層２０１は、第２面Ｓ２と第４面Ｓ４’との間に、第１面Ｓ１と第３面Ｓ３が位置するように積層される。
【００１４】
なお、半導体基板１０１と半導体層２０１のあいだには、１層または複数層の半導体層がさらに設けられても構わない。
【００１５】
半導体基板１０１の第２面Ｓ２を覆う水素拡散抑制膜（シリコン化合物膜）１０２は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ）、シリコン炭化膜（ＳｉＣ）等のシリコン化合物膜である。水素拡散抑制膜１０２の組成は、一般的には、ＳｉＣｘＮｙＯｚＨv（ｘ≧０，ｙ≧０，ｚ≧０，少なくともｘ＞
ｚまたはｙ＞ｚ）と表せる。水素拡散抑制膜１０２としてはシリコン窒化物膜が典型的であり、より典型的なシリコン窒化物膜の組成はＳｉＮｙＨｖ（ｙ＝４／３）である。ＣやＮをＯよりも多く含むシリコン化合物膜は、ＣやＮを含まない純粋なシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）膜よりも水素の拡散を抑制する効果が高い。また、水素拡散抑制膜１０２は、炭素や窒素の大きい方よりも少ない程度に、軽元素以外の他の元素を含んでもよく、ＳｉＣｘＮｙＯｚＱｗＨv（Ｑは任意の元素であり、ｗ＜ｘかつｘ＜ｙ）で表される組成であっ
てもよい。他の元素Ｑの典型例は、成膜時の原料に含まれる塩素（Ｃｌ）やフッ素（Ｆ）である。水素拡散抑制膜１０２は炭素や窒素、シリコンの少なくともいずれかより多い軽元素（水素等）を含んでいてもよい。水素拡散抑制膜１０２の水素濃度は、例えば、１ａｔｍ％以上２０ａｔｍ％未満である。なお、半導体基板１０１の第２面Ｓ２と水素拡散抑制膜１０２のあいだに、干渉膜としてシリコン酸化膜を形成してもよい。
【００１６】
配線層１０５と配線層２０５の間に設けられる水素拡散抑制膜（第３のシリコン化合物膜）２０６は、水素拡散抑制膜１０２と同様の組成を有する。水素拡散抑制膜２０６の組成は、ＳｉＣｘ″Ｎｙ″Ｏｚ″Ｑ″ｗ″Ｈv″（ｘ″≧０，ｙ″≧０，ｚ″≧０，少なく
ともｘ″＞ｚ″またはｙ″＞ｚ″，Ｑ″は任意の元素でありｗ″＜ｘ″かつｗ″＜ｙ″）と表せる。元素Ｑ″は、軽元素以外の元素であってよく、例えば、塩素（Ｃｌ）やフッ素（Ｆ）であってよい。
【００１７】
水素供給膜（第２のシリコン化合物膜）２１１は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ）、シリコン炭化膜（ＳｉＣ）等のシリコン化合物膜である。水素供給膜２１１の組成は、一般的には、ＳｉＣｘ′Ｎｙ′Ｏｚ′Ｈv′（ｘ′≧０，ｙ′≧０，ｚ′≧０，少なくともｘ′＞ｚ′またはｙ′＞ｚ′
）と表せる。また、水素供給膜２１１は、炭素や窒素の大きい方よりも少ない程度に他の元素を含んでもよく、ＳｉＣｘ′Ｎｙ′Ｏｚ′Ｑ′ｗ′Ｈv′（Ｑ′は任意の元素であり
ｗ′＜ｘ′かつｗ′＜ｙ′）で表される組成であってもよい。元素Ｑ′は、軽元素以外の元素であってよく、例えば、塩素（Ｃｌ）やフッ素（Ｆ）であってよい。ここで、水素供給膜２１１の水素濃度は、水素拡散抑制膜１０２および水素拡散抑制膜２０６の水素濃度よりも大きい。例えば、水素供給膜２１１の水素濃度は、２０ａｔｍ％以上５０ａｔｍ％未満である。
【００１８】
図８を参照して、本実施形態にかかる半導体装置の積層方向に関する、半導体基板１０１、半導体層２０１、水素拡散抑制膜１０２等の構成を説明する。図８は、半導体装置のうち、半導体基板１０１、半導体層２０１、水素拡散抑制膜１０２の厚さおよび間隔を説明するための模式図である。なお、図８には、半導体基板１０１と半導体層２０１のあい
だに半導体層３０１および水素拡散抑制膜（シリコン化合物膜）３０６を設けてもよいことを示すために、点線でこれらの構成を表している。
【００１９】
本実施形態において、半導体基板１０１の厚さＴ１（第１面Ｓ１と第２面Ｓ２のあいだの距離Ｔ１）は、半導体層２０１の厚さＴ２（第３面Ｓ３と第４面Ｓ４’のあいだの距離Ｔ２）よりも大きい。
厚さＴ１  ＞  厚さＴ２  ・・・（１）
【００２０】
半導体基板１０１の厚さＴ１は、１００μｍ以上１０００μｍ未満であることが好ましく、３００μｍ以上であることがより好ましく、５００μｍ以上であることがさらに好ましい。また、半導体層２０１の厚さＴ２は、１μｍ以上１００μｍ未満であることが好ましく、１０μｍ未満であることがより好ましい。
【００２１】
水素拡散抑制膜１０２は、半導体基板１０１の第２面Ｓ２から十分に近い距離に設けられる。具体的には、半導体基板１０１の第２面Ｓ２と水素拡散抑制膜１０２の間の距離Ｄ３が、半導体基板１０１の第１面Ｓ１と半導体層２０１の第４面Ｓ４の距離Ｄ２よりも小さい。
距離Ｄ２  ＞  距離Ｄ３  ・・・（２）
【００２２】
また、本実施形態では、さらに、半導体基板１０１の第２面Ｓ２と水素拡散抑制膜１０２の間の距離Ｄ３は、半導体基板１０１の第１面Ｓ１と半導体層の第３面Ｓ３のあいだの距離Ｄ４よりも小さい。
距離Ｄ４  ＞  距離Ｄ３  ・・・（３）
【００２３】
半導体基板１０１の第１面Ｓ１と半導体層の第３面Ｓ３のあいだの距離Ｄ４は、例えば、５μｍ以上５０μｍ未満である。
【００２４】
なお、本実施形態において、水素拡散抑制膜１０２は半導体基板１０１の第２面Ｓ２上に形成されており、距離Ｄ３はゼロであるが、上記条件を満たす範囲で水素拡散抑制膜１０２と第２面Ｓ２の間に他の層が形成されてもよい。
【００２５】
また、水素拡散抑制膜１０２は、半導体基板１０１のトランジスタ１０４からある程度離れた距離に設けられる。これは、水素拡散抑制膜１０２自体に含まれる水素がトランジスタ１０４に与える悪影響を低減するためである。具体的には、半導体基板の第１面Ｓ１と水素拡散抑制膜１０２のあいだの距離Ｄ１は、半導体基板１０１の第１面Ｓ１と半導体層２０１の第４面Ｓ４’のあいだの距離Ｄ２よりも大きい。
距離Ｄ１  ＞  距離Ｄ２  ・・・（４）
【００２６】
［製造方法］
以下、図１から図７を参照して、順番に本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
【００２７】
図１Ａに示すように、第１面Ｓ１および第２面Ｓ２を有する半導体基板１０１を用意し、図１Ｂに示すように、水素拡散抑制膜（水素供給抑制膜）１０２としてシリコン化合物膜を第１面Ｓ１上および第２面Ｓ２上に形成する。例えば、ＬＰ−ＣＶＤ（減圧ＣＶＤ法）によりシリコン窒化膜を形成する。水素拡散抑制膜１０２は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）以外の、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）やシリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ）、シリコン炭化膜（ＳｉＣ）等のシリコン化合物で構成されてもよい。これらのシリコン化合物膜は、水素が透過しにくい性質を有しており、水素シンタリングの際に水素拡散を遮蔽する水素拡散抑制膜１０２として機能する。また、水素濃度が１ａｔｍ％以上２０ａｔｍ％未満の範囲となるシリコン化合物膜を用いると優れた水素拡散遮断が可能となる。なお、半導体基板１０１と水素拡散抑制膜１０２との間に緩衝膜としてシリコン酸化膜を形成してもよい。その後、図１Ｃに示すように、第２面Ｓ２側のみに水素拡散抑制膜１０２を残すために、ドライエッチングや枚葉式のウエットエッチングを用いて第１面Ｓ１側のみ水素拡散抑制膜１０２を除去する。
【００２８】
そして、図１Ｄに示すように、半導体基板１０１の第１面Ｓ１上に素子分離１０３、トランジスタ１０４、配線層１０５を既知の手段を用いて形成する。水素拡散抑制膜１０２は素子分離１０３やトランジスタ１０４、配線層１０５の形成工程の途中で形成しても構わない。また、素子分離１０３、トランジスタ１０４、配線層１０５を構成するシリコン窒化膜などの絶縁膜を裏面に意図的に残す方法を用いて、水素拡散抑制膜１０２を形成しても構わない。
【００２９】
図２Ａに示すように、第３面Ｓ３および第４面Ｓ４を有する半導体基板２０１を用意し、図２Ｂに示すように、半導体基板２０１の第３面Ｓ３上に光電変換部２０２、素子分離２０３、トランジスタ２０４、配線層２０５を既知の手段を用いて形成する。その後、図２Ｃに示すように、配線層２０５上に水素拡散抑制膜２０６を形成する。水素拡散抑制膜２０６は低温でも緻密な成膜が可能なＡＬＤ（原子層堆積）によるシリコン窒化膜やシリコン炭化膜（ＳｉＣ）などを用いることが望ましい。拡散抑制膜２０６のさらに上部に配線層を形成してもよいし、水素拡散抑制膜２０６自体が配線層の金属拡散抑制膜を兼ねる構成でも構わない。
【００３０】
図３に示すように、第１の半導体基板１０１の第１面Ｓ１と第２の半導体基板２０１の第３面Ｓ３が対向するように基板のはり合わせを実施する。はり合わせ面はシリコン酸化膜などの絶縁膜同士のはり合わせの他、一部にＣｕ配線を含む接合方法を用いても構わない。
【００３１】
次いで図４に示すようにＳ４側から半導体基板を機械的に研磨して、薄化処理を実施する。薄化後の新たな表面をＳ４’と称する。すなわち、薄化処理により、第３表面Ｓ３と第４表面Ｓ４’を有する半導体層２０１が形成される。半導体基板の薄化は、例えば、グラインダなどによる研削、またはＣＭＰなどによって行いうる。この他、３次元実装やＴＳＶ（貫通電極）形成プロセスなどで採用されている公知の基板薄膜化技術を適用することが可能である。積層型の固体撮像装置では、シリコン研磨時に発生する結晶欠陥が撮像画像に影響するため、シリコン研磨後の熱処理を十分に行うのがよい。
【００３２】
第１の半導体基板１０１は裏面研磨を実施することなく、水素拡散抑制膜１０２で保護したままにする。
【００３３】
図５に示すように、半導体層２０１の第４面Ｓ４’上に、絶縁膜２１０、水素供給膜２１１を形成する。光電変換部２０２の上部の水素供給膜２１１の一部をレンズ形状とし、水素供給膜２１１が光電変換部２０２に光を集光するレンズを構成するようにしてもよい。水素供給膜２１１はシリコン窒化膜やシリコン酸化膜などのシリコン化合物からなる絶
縁膜であって、水素濃度が２０atm％〜５０atm％の範囲となる膜を用いると、後の熱処理工程において優れた水素供給性を示す。当該水素供給膜は、プラズマＣＶＤ法により形成された膜を使用することが望ましい。前述のLP-CVD法やALD法で形成された膜に比べ、膜
の緻密性（原子間距離、密度）が低く、同程度の水素濃度でも水素供給膜となりうる。
【００３４】
次いで図６に示すように、水素供給膜２１１上に絶縁膜２１２を形成し、水素雰囲気中で熱処理を実施する。次いで図７に示すように、絶縁膜２１２上にカラーフィルタ２１３とマイクロレンズ２１４を形成する。
【００３５】
以上のようにして得られる半導体装置（半導体装置）は、第１の半導体基板１０１上に作成されたトランジスタ１０４が水素拡散抑制膜１０２と水素拡散抑制膜２０６で保護されている。したがって、長時間の水素雰囲気で熱処理されても過剰な水素が供給されないので、トランジスタの信頼性の低下を抑制できる。水素の過剰供給によって低下しうるトランジスタの特性（信頼性）とは、ホットキャリア耐性やＮＢＴＩ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｂｉａｓ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ）である。半導体層２０１は、Ｓ４’側は拡散抑制膜がなく、水素供給膜２１１があるので、シリコン基板の研磨時に形成された結晶欠陥などを長時間の水素雰囲気下熱処理によって、水素終端することが可能となり、低ノイズな半導体装置の形成が可能となる。
【００３６】
（第１の実施形態の変形例）
第１の実施形態において、半導体基板１０１と半導体層２０１のあいだに、トランジスタを備える別の半導体層（第２の半導体層）が配置されてもよい。この場合であっても、半導体基板１０１の第１面Ｓ１と半導体層２０１の第３面Ｓ３のあいだの距離Ｄ４は、５０μｍ未満である。また、上述した条件（１）〜（４）も満たす。
【００３７】
（第２の実施形態）
本実施形態は、半導体基板と半導体層を有する積層型の半導体装置であって、半導体基板と半導体層の間に水素拡散抑制膜と水素供給膜を備え、さらに半導体基板の半導体層と接続する面の反対の面に水素拡散抑制膜を備える半導体装置である。
【００３８】
以下、順番に本実施例の製造方法について説明する。
【００３９】
第１の半導体基板の作成方法（図１Ａ〜図１Ｄ）は第１の実施形態と同様の工程のため説明は省略する。
【００４０】
第２の半導体基板２０１は、まず第１の実施形態と同様に、図９Ａに示す半導体基板２０１上に、図９Ｂに示すように、光電変換部２０２、素子分離２０３、トランジスタ２０４、配線層２０５を既知の手段を用いて形成する。次に、図９Ｃに示すように、配線層２０５上に、水素供給膜２０７、水素拡散抑制膜２０６を形成する。拡散抑制膜２０６のさらに上部に配線層を形成してもよいし、拡散抑制膜２０６自体が配線層の金属拡散抑制膜を兼ねる構成でも構わない。また、水素供給膜２０７と水素拡散抑制膜２０６の間に配線層や絶縁膜があっても構わない。
【００４１】
ここでは、第２の半導体基板上に水素供給膜２０７、拡散抑制膜２０６を形成する例を示したが、その他の方法で半導体装置を製造してもよい。例えば、第１の半導体基板上に拡散抑制膜２０６、水素供給膜２０７を形成したり、第１の半導体基板上に拡散抑制膜２０６、第２の半導体基板上に水素供給膜２０７を形成したりしてもよい。
【００４２】
水素供給膜２０７は、水素供給膜２１１と同様に、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜などのシリコン化合物からなる絶縁膜である。水素供給膜２０７の水素濃度は、水素供給膜
２１１と同程度であり、水素拡散抑制膜１０２や水素拡散抑制膜２０６のよりも大きい。水素供給膜２０７として、水素濃度が２０ａｔｍ％以上５０ａｔｍ％未満の範囲となる膜を用いると、後の熱処理工程において優れた水素供給性を示す。
【００４３】
次に、第１の実施形態と同様に、第１の半導体基板の第１面Ｓ１と第２の半導体基板の第３面Ｓ３が対向するように基板のはり合わせを実施して、第２の半導体基板の薄化を実施する。図１０に示すように、Ｓ４’上に絶縁膜２１０、水素供給膜２１１、絶縁膜２１２を形成し、水素雰囲気中で熱処理を実施する。次いで、絶縁膜２１２上にカラーフィルタ２１３とマイクロレンズ２１４を形成する。
【００４４】
以上のようにして得られる半導体装置は、第１の半導体基板１０１上に作成されたトランジスタ１０４が水素拡散抑制膜１０２と水素拡散抑制膜２０６で保護されている。したがって、長時間の水素雰囲気で熱処理されても過剰な水素が供給されないので、トランジスタの信頼性の低下を抑制できる。半導体層２０１は、Ｓ４’側は拡散抑制膜がなく水素供給膜２１１があり、Ｓ３側には水素拡散抑制膜２０６よりも近くに水素供給膜２０７がある。したがって、シリコン基板の研磨時に形成された結晶欠陥などを長時間の水素雰囲気下熱処理によって、水素終端することが可能となり、低ノイズな半導体装置の形成が可能となる。
【００４５】
（第３の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態と基本的に同様であるが、半導体層２０１の第４面Ｓ’に、開口を有する層間絶縁膜と、前記開口に充填された水素を含むシリコン窒化膜と、を含む光導波路を有する半導体装置である。
【００４６】
以下、順番に本実施例の製造方法について説明する。
【００４７】
薄化処理（図４）までは第１の実施形態と同様であるため説明は省略する。薄化処理のあと、図１１に示すように、半導体層２０１の第４面Ｓ４’上に絶縁膜２１０を形成し、光導波路２０８となる領域をエッチングして、溝を形成する。図１２のように、光導波路２０８の内部を、例えば、高密度プラズマＣＶＤ法（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｓｍａ−ＣＶＤ法、以下、ＨＤＰ−ＣＶＤ法）によって、シリコン窒化膜などのシリコン化合物膜２１１を全面に堆積する。次いで、余分なシリコン化合物膜を例えば化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing、以下ＣＭＰ）、あるいはプラズマエッチングによっ
て除去する。
【００４８】
次いで、図１３のように、シリコン化合物膜２１１上に絶縁膜２１２を形成し、水素雰囲気中で熱処理を実施する。次いで、絶縁膜２１２上にカラーフィルタ２１３とマイクロレンズ２１４を形成する。
【００４９】
なお、本実施形態は第２の実施形態と組み合わせて実施可能である。
【００５０】
以上のようにして得られる半導体装置は、半導体基板１０１上に作成されたトランジスタ１０４が拡散抑制膜１０２と拡散抑制膜２０６で保護されている。したがって、長時間の水素雰囲気で熱処理されても過剰な水素が供給されないので、トランジスタの信頼性の低下を抑制できる。半導体層２０１は、Ｓ４’側は拡散抑制膜がなく、光導波路２０８内に水素供給膜があるので、シリコン基板の研磨時に形成された結晶欠陥などを長時間の水素雰囲気下熱処理によって水素終端することが可能となり、低ノイズな半導体装置の形成が可能となる。
【００５１】
（第４の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態と基本的に同様であるが、半導体基板１０１と半導体層２０１のあいだに配置された配線層の電極パッドを外部接続するためのパッド開口が、半導体層２０１に設けられる。図１４に本実施形態にかかる半導体装置を示す。配線層１０５中の電極パッド２３１を露出するために、水素拡散抑制膜１０６、配線層２０５、半導体層２０１、絶縁層２１０、水素供給膜２１１、絶縁層２１２を貫通するパッド開口２３２が設けられている。パッド開口２３２には、電極パッド２３１に接続するボンディングワイヤ２３３が設けられる。
【００５２】
（その他の実施形態）
以下、上記の各実施形態に係る半導体装置の応用例として、該半導体装置が組み込まれたカメラについて例示的に説明する。カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。カメラは、上記の実施形態として例示された本発明に係る半導体装置と、該半導体装置から出力される信号を処理する処理部とを含む。該処理部は、例えば、半導体装置から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。
【００５３】
本実施形態の半導体装置は、カメラ以外にも、情報端末のような電子機器、自動車等の車両、船舶、飛行機、人工衛星等の輸送機器、医療機器、分析機器に搭載することができる。これらの機器は、半導体装置の他に、光学系、制御装置、処理装置、表示装置、記憶装置、および、機械装置の少なくともいずれかを備えることができる。光学系は半導体装置に結像する。制御装置は半導体装置を制御する。処理装置は半導体装置から出力された信号を処理する。表示装置は半導体装置で得られた情報を表示する。記憶装置は半導体装置で得られた情報を記憶する。機械装置は半導体装置で得られた情報に基づいて動作する。本実施形態の半導体装置を各種の機器に搭載することで、機器の価値を向上することができる。
【００５４】
以上説明した形態では、第２面Ｓ２を覆うように設けられたＳｉＣｘＮｙＯｚＱｗＨv
からなるシリコン化合物膜を、水素の拡散を抑制する機能を有する膜として説明した。しかし、ＳｉＣｘＮｙＯｚＱｗＨvからなるシリコン化合物膜は、水素の拡散を抑制する以
外に、半導体基板１０１への酸素や金属の拡散を抑制するうえでも有用である。このような有用なシリコン化合物膜を、上述した距離Ｄ３を満足する位置に配置することで、酸素や金属の拡散を抑制することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０１…半導体基板、１０２…水素拡散抑制膜、１０４…トランジスタ、
２０１…半導体層、  ２０２…光電変換部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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