(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一方の表面に第１接合層を形成する工程と、
支持基板の一方の表面に第２接合層を形成する工程と、
前記第１接合層と前記第２接合層を貼り合わせる工程と、
前記第１接合層と前記第２接合層と接合させる熱処理工程と、
前記半導体基板の他方の表面から前記半導体基板を薄膜化して半導体層とする工程と
を有し、
前記第１接合層を形成する工程と前記第２接合層を形成する工程のうち少なくともいずれか一方の工程において、前記第１接合層と前記第２接合層の少なくともいずれか一方の表面に炭化窒化ケイ素を有する層を形成する
接合基板の製造方法。
【請求項２】
前記第１接合層と前記第２接合層を貼り合わせる工程の前に、前記第１接合層の表面と前記第２接合層の表面に水酸基を導入し、
前記熱処理工程において脱水縮合により前記第１接合層と前記第２接合層を接合させる
請求項１に記載の接合基板の製造方法。
【請求項３】
前記第１接合層と前記第２接合層を貼り合わせる工程の前に、前記半導体基板と前記支持基板の少なくともいずれか一方に銅を含む層を形成する工程をさらに有し、
前記熱処理工程の処理温度が４００℃以下である
請求項１または２に記載の接合基板の製造方法。
【請求項４】
前記第１接合層と前記第２接合層を貼り合わせる工程の前に、前記半導体基板と前記支持基板の少なくともいずれか一方にアルミニウムを含む層を形成する工程をさらに有し、
前記熱処理工程の処理温度が５００℃以下である
請求項１または２に記載の接合基板の製造方法。
【請求項５】
前記第１接合層と前記第２接合層を貼り合わせる工程の前に、前記半導体基板と前記支持基板の少なくとも一方に電子回路を形成する工程をさらに有する
請求項１〜４のいずれかに記載の接合基板の製造方法。
【請求項６】
前記第１接合層と前記第２接合層を貼り合わせる工程の前に、前記半導体基板と前記支持基板の両方に電子回路を形成する工程をさらに有する
請求項５に記載の接合基板の製造方法。
【請求項７】
前記第１接合層を形成する工程と前記第２接合層を形成する工程のうち少なくともいずれか一方の工程において、前記第１接合層と前記第２接合層の少なくともいずれか一方の少なくとも一部の表面に炭化窒化ケイ素からなる層を形成する
請求項６に記載の接合基板の製造方法。
【請求項８】
前記第１接合層を形成する工程と前記第２接合層を形成する工程のうち少なくともいずれか一方の工程において、前記第１接合層と前記第２接合層の少なくともいずれか一方の前記第１接合層と前記第２接合層の接合に供する表面に炭化窒化ケイ素からなる層を形成する
請求項７に記載の接合基板の製造方法。
【請求項９】
前記第１接合層と前記第２接合層を貼り合わせる工程の前に、前記第１接合層を貫通して前記半導体基板の電子回路に接続する第１コンタクトを形成する工程と、前記第２接合層を貫通して前記支持基板の電子回路に接続する第２コンタクトを形成する工程とをさらに有し、
前記第１接合層を形成する工程と前記第２接合層を形成する工程のうち少なくともいずれか一方の工程において、前記第１接合層と前記第２接合層の少なくともいずれか一方の前記第１コンタクト及び前記第２コンタクトを除く領域の表面に炭化窒化ケイ素からなる層を形成し、
前記第１接合層と前記第２接合層を貼り合わせる工程において前記第１コンタクト及び前記第２コンタクトを電気的に接続させる
請求項８に記載の接合基板の製造方法。
【請求項１０】
半導体基板の一方の表面にマトリクス状に配置された画素ごとに区分されたフォトダイオードを含む受光面を有する電子回路を形成する工程と、
前記半導体基板の一方の表面に第１接合層を形成する工程と、
支持基板の一方の表面に第２接合層を形成する工程と、
前記第１接合層と前記第２接合層を貼り合わせる工程と、
前記第１接合層と前記第２接合層と接合させる熱処理工程と、
前記半導体基板の他方の表面から前記受光面に光が達する程度にまで前記半導体基板を薄膜化して半導体層とする工程と
を有し、
前記第１接合層を形成する工程と前記第２接合層を形成する工程のうち少なくともいずれか一方の工程において、前記第１接合層と前記第２接合層の少なくともいずれか一方の表面に炭化窒化ケイ素を有する層を形成する
固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は接合基板の製造方法とそれにより製造された接合基板、固体撮像装置の製造方法とそれにより製造された固体撮像装置並びにカメラに関する。特に受光面にフォトダイオードを有する画素がマトリクス状に並べられてなる固体撮像装置の製造方法、それにより製造された固体撮像装置、上記のための接合基板の製造方法、それにより製造された接合基板、並びに当該固体撮像装置を備えたカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板同士の直接接合方法としては、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）型の基板製造方法に代表される、酸化ケイ素膜同士における脱水縮合による接合が一般的である。
【０００３】
ＳＯＩ基板の製造方法においては、例えば、酸化ケイ素膜同士の仮接合を行った後に、高温の熱処理を施して脱水縮合により接合強度を向上させる。十分な接合強度を得るためには、十分な脱水縮合反応が必要であり、一般的に８００〜１２００℃が必要とされる。
【０００４】
低温の熱処理も報告されてはいるが、例えば特許文献１などに記載されているように、５００℃を越える温度などが報告されている。
さらなる低温での接合を行うために、プラズマ照射や薬液処理による酸化ケイ素膜表面の改質促進を利用する方法が行われている。
【０００５】
また、例えば特許文献２などに記載されているように、低温での接合方法として多く用いられているのが接着剤による接合である。
【０００６】
半導体装置の製造のため、金属配線などが施された半導体素子が存在する半導体基板を直接接合する場合、その配線に用いられる金属の融点や半導体装置の特性から、基板に対する熱処理の温度上限は制限される。
【０００７】
特に配線に銅を用いた場合においては、上限温度は４００℃以下が要求される。
この場合、４００℃以下の低温接合方法として、上述の半導体基板同士の接合におけるプラズマ照射や薬液処理の表面改質による接合、あるいは接着剤による接合が一般的に行われている。
【０００８】
接着剤を用いた方法は、接着剤自体の耐熱温度から上限温度が規定される、あるいは半導体素子形成時に用いられる薬液への耐性が低い、などの問題が存在する。
【０００９】
一方、プラズマ照射や薬液処理による表面改質によって接合する場合、４００℃以下の低温処理は脱水縮合には不十分な温度であるため、８００℃以上の高温熱処理と比較すると接合強度が低くなっていた。
【００１０】
高温処理時の高い接合強度は、水酸基が熱振動によって振動し、各水酸基同士の距離が小さくなり、低温では反応できない距離の水酸基でも脱水縮合が可能となることが原因の一つと考えられる。
【００１１】
接合強度が低い場合には、接合後のウェハに対するプロセス中に接合面から剥離が生じるなどの懸念もあるため、低温での接合においても、できる限り高い接合強度が得られる技術が求められていた。
【００１２】
低温での熱処理で接合強度を上げるためには、脱水縮合反応によって生成されるＳｉ−Ｏ−Ｓｉの結合密度を増やす事が重要である。
【００１３】
そのためには、
（１）高温で発生する水酸基の熱振動と同程度の振動が得られるエネルギーを仮接合後の界面に付与する。
（２）振幅が小さくても脱水縮合反応が可能な水酸基同士の距離が得られるような接合面の形成、すなわち表面の水酸基密度を上げる。
という手段が挙げられる。
【００１４】
（１）については接合面に作用するレーザーなどの光エネルギーを照射する方法が考えられる。しかし、半導体素子が存在する場合は、接合面のみで反応する必要がある。
【００１５】
そのためには接合面に特殊な光吸収層を存在させる、かつ接合基板の少なくとも一方を光の波長に対して透明なものを使用する、などの施策が必要となるため一般的な半導体装置の作成工程においては難易度が高くなる。
【００１６】
（２）の方法であれば、表面改質方法あるいは接合面の膜質によって対応することが可能で、より平易な方法となる。
接合面の膜質による方法は多く試みられており、例えば特許文献３では酸化膜中に官能基を導入して、官能基の脱離部分を結合に使用する方法が報告されている。
【００１７】
しかし、この方法は、水酸基の生成は容易であるが、官能基の脱離部分にできる水酸基の密度は、酸化膜表面にできる密度と同じであり、低温熱処理での接合強度向上には寄与しにくい。
【００１８】
また、官能基は多くが疎水性であるため、酸化膜中の未脱離官能基によって脱水縮合によって発生した水分子を弾き、接合面にボイドが発生しやすくなるという問題がある。
【００１９】
特許文献４には、裏面照射型固体撮像素子について記載されている。
非特許文献１には、酸化ケイ素、窒化ケイ素及び炭化ケイ素などの各物質の平均原子間距離についての記載がある。
非特許文献２には、４ポイントベント法による接合強度測定方法についての記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２００１−２７４３６８号公報
【特許文献２】特開２００８−３００５５１号公報
【特許文献３】特開２００９−１７３９４９号公報
【特許文献４】特開２００５−２８５９８８号公報
【非特許文献】
【００２１】
【非特許文献１】A. Kuwabara, et.al., Phys. Rev., B78, (2008) 064104
【非特許文献２】R. H. Dauskardt, et.al., Engineering Fracture Mechanics 61, (1998) p141-162
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
上記のように、半導体基板を接合してなる接合基板の製造方法において、低温での接合処理において高い接合強度を得ることが困難であるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の接合基板の製造方法は、半導体基板の一方の表面に第１接合層を形成する工程と、支持基板の一方の表面に第２接合層を形成する工程と、前記第１接合層と前記第２接合層を貼り合わせる工程と、前記第１接合層と前記第２接合層と接合させる熱処理工程と、前記半導体基板の他方の表面から前記半導体基板を薄膜化して半導体層とする工程とを有し、前記第１接合層を形成する工程と前記第２接合層を形成する工程のうち少なくともいずれか一方の工程において、前記第１接合層と前記第２接合層の少なくともいずれか一方の表面に炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有する層を形成する。
【００２４】
上記の本発明の接合基板の製造方法は、半導体基板の一方の表面に第１接合層を形成し、一方で、支持基板の一方の表面に第２接合層を形成する。次に、第１接合層と第２接合層を貼り合わせ、熱処理を行って第１接合層と第２接合層と接合させる。次に、半導体基板の他方の表面から半導体基板を薄膜化して半導体層とする。
ここで、第１接合層を形成する工程と第２接合層を形成する工程のうち少なくともいずれか一方の工程において、第１接合層と第２接合層の少なくともいずれか一方の表面に炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有する層を形成する。
【００２５】
本発明の接合基板は、電子回路を有する半導体層と、前記半導体層を支持する支持基板と、前記半導体層の前記支持基板側の表面に形成された第１接合層と、前記支持基板の前記半導体層側の表面に形成されて前記第１接合層と接合された第２接合層とを有し、前記第１接合層と前記第２接合層のうちのいずれか一方が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有する。
【００２６】
上記の本発明の接合基板は、電子回路を有する半導体層を支持基板が支持しており、半導体層の支持基板側の表面に第１接合層が形成され、支持基板の半導体層側の表面に第２接合層が形成され、第１接合層と第２接合層が接合されている。
ここで、第１接合層と第２接合層のうちのいずれか一方が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有する。
【００２７】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の一方の表面にマトリクス状に配置された画素ごとに区分されたフォトダイオードを含む受光面を有する電子回路を形成する工程と、前記半導体基板の一方の表面に第１接合層を形成する工程と、支持基板の一方の表面に第２接合層を形成する工程と、前記第１接合層と前記第２接合層を貼り合わせる工程と、前記第１接合層と前記第２接合層と接合させる熱処理工程と、前記半導体基板の他方の表面から前記受光面に光が達する程度にまで前記半導体基板を薄膜化して半導体層とする工程とを有し、前記第１接合層を形成する工程と前記第２接合層を形成する工程のうち少なくともいずれか一方の工程において、前記第１接合層と前記第２接合層の少なくともいずれか一方の表面に炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有する層を形成する。
【００２８】
上記の本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の一方の表面にマトリクス状に配置された画素ごとに区分されたフォトダイオードを含む受光面を有する電子回路を形成する。次に、半導体基板の一方の表面に第１接合層を形成する。一方で、支持基板の一方の表面に第２接合層を形成する。次に、第１接合層と第２接合層を貼り合わせ、熱処理を行って第１接合層と第２接合層と接合させる。次に、半導体基板の他方の表面から受光面に光が達する程度にまで半導体基板を薄膜化して半導体層とする。
ここで、第１接合層を形成する工程と第２接合層を形成する工程のうち少なくともいずれか一方の工程において、第１接合層と第２接合層の少なくともいずれか一方の表面に炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有する層を形成する。
【００２９】
本発明の固体撮像装置は、マトリクス状に配置された画素ごとに区分されたフォトダイオードを含む受光面を有する電子回路が形成された半導体層と、前記半導体層を支持する支持基板と、前記半導体層の前記支持基板側の表面に形成された第１接合層と、前記支持基板の前記半導体層側の表面に形成されて前記第１接合層と接合された第２接合層とを有し、前記第１接合層と前記第２接合層のうちのいずれか一方が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有する。
【００３０】
上記の本発明の固体撮像装置は、マトリクス状に配置された画素ごとに区分されたフォトダイオードを含む受光面を有する電子回路が形成された半導体層を支持基板が支持している。半導体層の支持基板側の表面に第１接合層が形成され、支持基板の半導体層側の表面に第２接合層が形成されており、第１接合層と第２接合層が接合されている。
ここで、第１接合層と第２接合層のうちのいずれか一方が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有する。
【００３１】
本発明のカメラは、受光面に複数の画素が集積されてなる固体撮像装置と、前記固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを有し、前記固体撮像装置は、マトリクス状に配置された画素ごとに区分されたフォトダイオードを含む受光面を有する電子回路が形成された半導体層と、前記半導体層を支持する支持基板と、前記半導体層の前記支持基板側の表面に形成された第１接合層と、前記支持基板の前記半導体層側の表面に形成されて前記第１接合層と接合された第２接合層とを有し、前記第１接合層と前記第２接合層のうちのいずれか一方が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有する。
【００３２】
上記の本発明のカメラは、受光面に複数の画素が集積されてなる固体撮像装置と、固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを有する。ここで、固体撮像装置は、上記の構成の本発明に係る固体撮像装置である。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の接合基板の製造方法は、接合基板の製造方法において、接合面を構成する第１接合層と第２接合層のうちのいずれか一方が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有することにより低温での接合処理において高い接合強度を得ることができる。
【００３４】
本発明の接合基板は、接合基板の接合面を構成する第１接合層と第２接合層のうちのいずれか一方が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有することにより、低温での接合処理で製造可能で高い接合強度を得ることができる。
【００３５】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、接合基板を用いた固体撮像装置を製造するときに、接合面を構成する第１接合層と第２接合層のうちのいずれか一方が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有することで低温での接合処理において高い接合強度が得られる。
【００３６】
本発明の固体撮像装置は、接合基板を用いた固体撮像装置の接合面を構成する第１接合層と第２接合層のうちのいずれか一方が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有することにより、低温での接合処理で製造可能で高い接合強度を得ることができる。
【００３７】
本発明のカメラは、カメラを構成する接合基板を用いた固体撮像装置の接合面を構成する第１接合層と第２接合層のうちのいずれか一方が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有することにより、低温での接合処理で製造可能で高い接合強度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は本発明の第１実施形態に係る接合基板の模式的断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１実施形態に係る接合基板の製造方法の製造工程を示す模式的断面図である。
【図３】図３は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の模式的断面図である。
【図４】図４は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の断面図の要部拡大図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す模式断面図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す模式断面図である。
【図７】図７（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す模式断面図である。
【図８】図８（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す模式断面図である。
【図９】図９は本発明の第３実施形態に係るカメラの概略構成図である。
【図１０】図１０は本発明の第４実施形態に係る接合基板の模式的断面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｄ）は本発明の第４実施形態に係る接合基板の製造方法の製造工程を示す模式的断面図である。
【図１２】図１２（ａ）及び（ｂ）は本発明の第４実施形態に係る接合基板の製造方法の製造工程を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下に、本発明に係る接合基板の製造方法とそれにより製造された接合基板、固体撮像装置の製造方法とそれにより製造された固体撮像装置並びに当該固体撮像装置を備えたカメラの実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００４０】
尚、説明は以下の順序で行う。
１．第１実施形態（接合基板とその製造方法）
２．実施例１
３．実施例２
４．第２実施形態（固体撮像装置とその製造方法）
５．実施例３
６．実施例４
７．第３実施形態（固体撮像装置を用いたカメラ）
８．第４実施形態（半導体層と支持基板に電子回路が設けられ、それらがコンタクトで互いに電気的に接続された構成の接合基板とその製造方法）
【００４１】
＜第１実施形態＞
［接合基板の構成］
図１は本実施形態に係る接合基板の模式的断面図である。
上記の本発明の接合基板は、半導体層１０ａを支持基板２０が支持している。
半導体層１０ａの支持基板２０側の表面に第１接合層１１が形成され、支持基板２０の半導体層１０ａ側の表面に第２接合層２１が形成され、第１接合層１１と第２接合層２１が接合されている。
ここで、第１接合層１１と第２接合層２１のうちのいずれか一方が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有する。
【００４２】
第１接合層と第２接合層の接合面は、例えば、第１接合層１１の表面と第２接合層２１の表面に水酸基が導入され、熱処理工程において脱水縮合により第１接合層１１と第２接合層２１が接合された構成である。
【００４３】
例えば、半導体層１０ａには、不図示の電子回路が形成されている。
また、半導体層１０ａの電子回路が形成されていない場合には、通常のＳＯＩ（Silicon on Insulator）型の半導体基板と同様に、適宜所望の電子回路を半導体層１０ａに形成することが可能である。
また、半導体層１０ａに既に形成された電子回路に接続して、あるいは独立に、半導体層１０ａに電子回路を追加形成することも可能である。
【００４４】
例えば、支持基板２０がケイ素などの半導体基板であり、支持基板２０にも電子回路が形成されていてもよい。
この場合、必要に応じて支持基板２０の電子回路と半導体層１０ａの電子回路をコンタクト接続してもよい。
例えば、半導体層１０ａの上面から支持基板２０に達するコンタクトホールを開口して上記の２つの電子回路を接続した構成とすることができる。
あるいは、半導体層１０ａの電子回路に接続して第１接合層１１を貫通した第１コンタクトと、支持基板２０の電子回路に接続して第２接合層２１を貫通した第２コンタクトとを設けておき、第１コンタクトと第２コンタクトを接続する構成としてもよい。この構成については第４実施形態において詳細に説明する。
【００４５】
第１接合層１１と第２接合層２１は、例えば、いずれか一方の少なくとも一部が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素からなる層で形成されている。
上記の第１接合層１１と第２接合層２１のいずれか一方の少なくとも一部とは、例えば、第１接合層１１と第２接合層２１の接合に供する表面を示す。
例えば、上記の第１接合層１１を貫通した第１コンタクトと、支持基板２０の電子回路に接続して第２接合層２１を貫通した第２コンタクトが設けられた場合には、第１コンタクト及び第２コンタクトを除く領域のことである。
第１接合層１１と第２接合層２１のいずれか他方については、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭化窒化ケイ素などからなる層で形成されており、特に材料に限定はないが、炭化ケイ素あるいは炭化窒化ケイ素を好ましく用いることができる。
【００４６】
上記の本実施形態の接合基板は、接合基板の接合面を構成する第１接合層１１と第２接合層２１のうちのいずれか一方が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有することにより、低温での接合処理で製造可能で高い接合強度を得ることができる。
上記の効果が得られる理由については後述する。
【００４７】
［接合基板の製造方法］
図２（ａ）〜（ｄ）は本実施形態に係る接合基板の製造方法の製造工程を示す模式的断面図である。
まず、図２（ａ）に示すように、半導体基板１０の一方の表面に第１接合層１１を形成する。
一方で、図２（ｂ）に示すように、例えば、支持基板２０の一方の表面に第２接合層２１を形成する。
【００４８】
次に、図２（ｃ）に示すように、例えば、第１接合層１１と第２接合層２１の表面に酸素プラズマ処理及び水洗浄処理を施し、第１接合層１１と第２接合層２１の表面に水酸基を導入した後、第１接合層１１と第２接合層２１を貼り合わせる。
例えば、熱処理を行って、第１接合層１１と第２接合層２１の表面に水酸基の脱水縮合により第１接合層と第２接合層を接合させる。
【００４９】
次に、図２（ｄ）に示すように、例えば、半導体基板１０の他方の表面から半導体基板１０を薄膜化して半導体層１０ａとする。
【００５０】
上記において、第１接合層１１を形成する工程と第２接合層２１を形成する工程のうち少なくともいずれか一方の工程において、第１接合層１１と第２接合層２１の少なくともいずれか一方の表面に炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有する層を形成する。
【００５１】
例えば、第１接合層１１と第２接合層２１を貼り合わせる工程の前に、半導体基板１０と支持基板２０の少なくともいずれか一方に銅を含む層を形成する工程をさらに有し、熱処理工程の処理温度が４００℃以下である。
第１接合層１１と第２接合層２１の接合のための熱処理を銅の耐熱温度以下で行う必要があり、例えば４００℃以下で行うことが好ましい。
【００５２】
また、例えば第１接合層１１と第２接合層２１を貼り合わせる工程の前に、半導体基板１０と支持基板２０の少なくともいずれか一方にアルミニウムを含む層を形成する工程をさらに有し、熱処理工程の処理温度が５００℃以下である。
第１接合層１１と第２接合層２１の接合のための熱処理をアルミニウムの耐熱温度以下で行う必要があり、例えば５００℃以下で行うことが好ましい。
【００５３】
例えば、第１接合層１１と第２接合層２１を貼り合わせる工程の前に、半導体基板１０と支持基板２０の少なくとも一方に電子回路を形成する工程をさらに有する。
電子回路は、通常上記の銅あるいはアルミニウムなどからなる配線を含んでいる。この場合、上記のように、第１接合層１１と第２接合層２１の接合のための熱処理は、銅あるいはアルミニウムの耐熱温度以下で行う。
【００５４】
また、例えば、支持基板２０がケイ素などの半導体基板であり、第１接合層１１と第２接合層２１を貼り合わせる工程の前に、半導体基板１０と支持基板２０の両方に電子回路を形成する工程をさらに有する。
上記の場合においても、通常上記の銅あるいはアルミニウムなどからなる配線を含んでおり、第１接合層１１と第２接合層２１の接合のための熱処理は、銅あるいはアルミニウムの耐熱温度以下で行う。
【００５５】
また、半導体層１０ａの電子回路が形成されていない場合には、通常のＳＯＩ型の半導体基板と同様に、適宜所望の電子回路を半導体層１０ａに形成することが可能である。
また、半導体層１０ａに既に形成された電子回路に接続して、あるいは独立に、半導体層１０ａに電子回路を追加形成することも可能である。
【００５６】
例えば、第１接合層１１の形成工程と第２接合層２１の形成工程のうち少なくともいずれか一方の工程において、第１接合層１１と第２接合層２１の少なくともいずれか一方の少なくとも一部の表面に炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素からなる層を形成する。
【００５７】
上記の第１接合層１１と第２接合層２１のいずれか一方の少なくとも一部とは、例えば、第１接合層１１と第２接合層２１の接合に供する表面を示す。
即ち、第１接合層１１と第２接合層２１の形成工程のうちの少なくともいずれかの工程で第１接合層１１と第２接合層２１の少なくともいずれか一方の第１接合層１１と第２接合層２１の接合に供する表面に炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素からなる層を形成する。
【００５８】
例えば、支持基板２０にも電子回路を形成する場合、必要に応じて支持基板２０の電子回路と半導体層１０ａの電子回路をコンタクト接続してもよい。
例えば、半導体層１０ａの上面から支持基板２０に達するコンタクトホールを開口して上記の２つの電子回路を接続した構成とすることができる。
【００５９】
上記において、第１接合層１１と第２接合層２１の接合に供する表面は、例えば、第１接合層１１を貫通した第１コンタクトと、第２接合層２１を貫通した第２コンタクトが設けられた場合において、第１コンタクト及び第２コンタクトを除く領域のことである。
【００６０】
また、半導体層１０ａの電子回路に接続して第１接合層１１を貫通した第１コンタクトと、支持基板２０の電子回路に接続して第２接合層２１を貫通した第２コンタクトとを設けてもよい。この場合は、例えば、第１接合層１１と第２接合層２１の接合に伴い第１コンタクトと第２コンタクトを電気的に接続する。この製造方法については第４実施形態において詳細に説明する。
【００６１】
本実施形態の接合基板の製造方法は、接合基板の製造方法において、接合面を構成する第１接合層と第２接合層のうちのいずれか一方が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有することにより低温での接合処理において高い接合強度を得ることができる。
上記の効果が得られる理由については後述する。
【００６２】
［低温での接合処理で高い接合強度が得られる理由の説明］
接合面にあたる物質の原子間距離が小さければ、表面改質を行った際に生成される水酸基の距離が小さくなるため、表面の水酸基密度が高くなる。
従って、低温での脱水縮合による接合における接合強度を向上させるためには、接合面を原子間距離が小さい物質にすることで可能となる。
【００６３】
例えば、低温における酸化ケイ素同士の接合強度を向上させるためには、接合する少なくとも一方の接合面を、酸化ケイ素よりも高い膜密度を持つ物質を形成すればよい。
【００６４】
本実施形態においては、酸化ケイ素よりも原子間距離が小さい膜であり、脱水縮合が可能な物性を持つ物質であれば種類を問わない。
またその成膜方法については、化学的気相成長法（ＣＶＤ）や、スパッタリング法、あるいはゾルゲル法を用いた塗布による方法など、成膜技術も問わない。
【００６５】
また、このような物質はケイ素化合物には限らず、半導体装置で使用できる絶縁膜であれば良く、チタン、アルミなどを用いた絶縁膜であっても良い。
当然の結果として、原子間距離が小さい物質同士の接合と、片側のみの原子間距離が小さい時の接合とを比較すると、小さい物質同士の接合強度が高くなる。
【００６６】
半導体装置に適用する場合においては、酸化ケイ素膜と同様に絶縁膜として一般的に使用されている窒化ケイ素膜、炭化ケイ素膜、炭化窒化ケイ素膜の導入が平易である。
【００６７】
さらに、本発明の目的は脱水縮合による接合強度向上であるため、脱水縮合で生じる水が、接合面にトラップされてボイドとならないように、水分子が通過できる膜が望ましい。
【００６８】
上述の性質を満たす絶縁膜として、例えば窒化ケイ素膜中に炭素を導入した窒化炭化ケイ素（以下ＳｉＣｘＮｙ）を特に好ましく用いることができる。
膜中の炭素：窒素の比率は、特に規定はされないが、例えばＳｉＣｘＮｙとした化学式でｘ：ｙの比は５：５である。
【００６９】
また、上述の性質を満たす絶縁膜として、例えば炭化ケイ素を特に好ましく用いることができる。
【００７０】
接合面に導入される水酸基の密度と、それぞれの物質における格子定数との相関をとることを試みると以下の通りである。それぞれの膜は単結晶を形成しにくく、単結晶も数種類の構造を取りうる。
特にプラズマＣＶＤ法で形成した際には、多結晶構造を形成する。
酸化ケイ素の結晶である石英の格子定数は、例えばα-ＳｉＯ２でａ軸が０．４９ｎｍ，ｃ軸が０．５４ｎｍを取る。
一方窒化ケイ素においては、例えばβ−Ｓｉ３Ｎ４はａ軸が０．７８ｎｍ，ｃ軸が０．２９ｎｍを、炭化ケイ素ＳｉＣはａ軸が０．４６ｎｍとなっている。
【００７１】
格子定数を比較すると窒化ケイ素は必ずしも酸化ケイ素と比較して小さい訳ではないが、以下に述べるようにＳｉ―Ｎの原子間距離が小さいため、表面に形成される水酸基密度も大きくなると考えられる。
【００７２】
各物質の平均原子間距離は、酸化ケイ素：０．２５−０．３ｎｍ，窒化ケイ素：０．１７４ｎｍ，炭化ケイ素：０．１８８ｎｍである（非特許文献１参照）。
【００７３】
窒化ケイ素あるいは炭化ケイ素そのものは密度が高く、水分子の透過性が著しく低いため、単体で用いる場合はボイドの発生確率が高くなる。この面で、窒化ケイ素膜同士の接合では、水分子が接合面にトラップされてしまうので好ましくない。
【００７４】
窒化ケイ素膜の場合、窒化ケイ素膜の成膜方法によって膜密度を低下させる、あるいは膜中に無数の欠陥を生じせしめて水分子を吸収できるようにしてやればよい。
この場合、炭素と窒素が入り交じることで単一の固相を形成し難く、結晶中に水分子が入り込めるだけの欠陥が生じ、脱水縮合によるボイド発生を抑えられる。
【００７５】
また、必要な膜の厚さは、発生する水分子が吸収できる膜厚であればよく、この目的が達成できれば、一般的な脱水縮合接合で酸化ケイ素膜の場合に必要とされている１０ｎｍという膜厚は必ずしも必要ではない。
【００７６】
＜実施例１＞
第１実施形態と同様にして、図２（ａ）に示すように、ケイ素からなる半導体基板１０の表面に、下記のように第１接合層１１を１００ｎｍの膜厚で形成した。
第１接合層１１としては、一般的なプラズマ成膜装置を用いて化学気相成長法（ＣＶＤ）によって酸化ケイ素膜を成膜した。酸化ケイ素膜の場合、Ａｒプラズマ(周波数１３．５６ＭＨｚ，圧力２５Ｐａ，電力２００Ｗ)中にＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）と酸素を導入して形成した。
また同様に、第１接合層１１として、シランと窒素を導入して窒化ケイ素膜を成膜した。あるいは、トリメトキシシラン（ＴＭＳ：trimethoxysilane）と窒素を導入して炭化窒化ケイ素膜を成膜した。あるいは、炭化ケイ素膜を成膜した。
【００７７】
次に、図２（ｂ）に示すように、支持基板２０としても、上記の同様のケイ素からなる半導体基板を用い、表面に第２接合層２１を１００ｎｍの膜厚で形成した。
第２接合層２１としては、上記と同様にして、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、炭化窒化ケイ素膜、あるいは炭化ケイ素膜を成膜した。
【００７８】
上記のように形成した第１接合層１１の表面に、酸素プラズマを、周波数１３．５６ＭＨｚ，圧力１０Ｐａ，電力１００Ｗで６０秒間照射して表面を改質した後、表面を１８ＭΩ以上の純水で３０秒洗浄して、第１接合層１１の表面全面に水酸基を生成した。
第２接合層２１に対しても同様に酸素プラズマ処理及び純水洗浄処理を施し、第２接合層２１の表面全面に水酸基を生成した。
【００７９】
次に、図２（ｃ）に示すように、第１接合層１１と第２接合層２１を向かい合わせて、基板の一部をピンで押下させることでファンデルワールス力によって貼り合わせた。
次に、大気圧の窒素雰囲気下で４００℃の熱処理を行って、第１接合層１１と第２接合層２１の表面に水酸基の脱水縮合により第１接合層１１と第２接合層２１を接合させた。
【００８０】
ここで、試料１及び２は第１接合層及び第２接合層を酸化ケイ膜同士とした。
試料３及び４は第１接合層を窒化ケイ素膜、第２接合層を酸化ケイ素膜とした。
試料５及び６は第１接合層を炭化窒化ケイ素膜、第２接合層を酸化ケイ素膜とした。
試料７及び８は第１接合層を炭化ケイ素膜、第２接合層を酸化ケイ素膜とした。
試料９及び１０は第１接合層及び第２接合層を炭化窒化ケイ素膜同士とした。
【００８１】
接合したそれぞれのサンプルの接合強度測定は、いわゆる４ポイントベント法による剥離試験で行った。
４ポイントベント法では、非特許文献２に記載のようにして、以下のようにして行った。
即ち、接合強度測定の対象となる接合層を含む層を２枚の厚さｈのケイ素基板で挟んだ試料を作成した。試料は、例えば、幅ｂが約３ｍｍ、長さが約３０ｍｍ、実質的に２ｈに相当する厚さが約１．４ｍｍの梁状の形状とした。ここで、試料の長さ方向に垂直に一方のケイ素基板の表面から上記の接合層を含む層の表層に至るノッチを形成した。
上記の試料に対して、ノッチの形成面側であってノッチから等距離に設定された外側負荷点と、ノッチの形成面の裏面側であって外側負荷点よりノッチよりのノッチから等距離に設定された内側負荷点の合計４点に、それぞれ負荷Ｐ／２を印加した。
上記の負荷Ｐ／２、外側負荷点と内側付加点の距離Ｌ、上記のｂ及びｈの値、並びにバルクのケイ素基板の弾性率Ｅ及びポアソン比νから、非特許文献２などに記載の所定の数式により、剥離推進力（debond driving force）Ｇが得られた。
ここで、印加される負荷の値を変動させて負荷−変位曲線を得た。このとき、ノッチを起点とするクラックが生じ、当該曲線に負荷プラトーが出現した。得られたプラトー値から、臨界界面破損エネルギー（critical interface fracture energy）ＧＣ（単位：Ｊ／ｍ２）が得られ、これが測定対象の接合層の接合強度を示す測定値が得られた。
【００８２】
この方法は接合強度が低い場合に、正確な計測を行う方法として確率されたもので、この実験の目的における微少な接合強度の差を明確にするために採用した。
表１に上記の試料１〜１０についてのそれぞれの接合強度測定結果を示す。
【００８３】
【表１】
0005644096.tif 000002
【００８４】
試料１，２では５．６〜５．７Ｊ／ｍ２程度の接合強度であった。
また、試料３，４では６．５〜６．９Ｊ／ｍ２程度の接合強度であった。
【００８５】
試料５，６，７，８，９，１０では、本測定に用いた４ポイントベント測定装置の測定上限値である２０Ｊ／ｍ２を越えており、計測不能だった。
【００８６】
上記から、酸化ケイ膜同士＜酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜＜酸化ケイ素膜と炭化窒化ケイ素膜、炭化ケイ素膜と酸化ケイ素膜または炭化窒化ケイ素膜同士の順で接合強度が強くなる傾向が見られ、想定していたメカニズムが発露していることが確認された。
【００８７】
＜実施例２＞
半導体基板及び支持基板としてケイ素単体でなく、ケイ素基板上にアルミニウム、銅、窒化ケイ素膜、窒化チタン膜を成膜してある以外は、実施例１と同様の形態で接合し、接合強度を比較した。
この場合も表１と同様の結果が得られ、接合強度は接合に供する接合層に依存し、下地の物性には依存しないことが確認された。
【００８８】
＜第２実施形態＞
［固体撮像装置の構成］
図３は本実施形態に係る固体撮像装置であるＣＭＯＳイメージセンサの模式的断面図であり、図４は本実施形態に係る固体撮像装置の断面図の要部拡大図である。図３では、カラーフィルタやオンチップマイクロレンズは省略している。
【００８９】
例えば、図３及び図４に示すように、単結晶ケイ素などからなる半導体領域４と絶縁層７が積層されている。以降においては、半導体領域４と絶縁層７を合わせて半導体層１０ａと称する。
撮像領域２４において、半導体領域４に１つの光電変換素子（フォトダイオードＰＤ）と複数のＭＯＳ型のトランジスタＴｒ１を有する単位画素２２が画素ごとに区分されてマトリクス状に配置された受光面を有する電子回路が形成されている。フォトダイオードＰＤは半導体領域の一方の表面（図中上側の面であり、以降、裏面と称する）側に配置されている。
また、周辺領域２５において、半導体領域４に、複数のＣＭＯＳ型のトランジスタＴｒ２からなる周辺回路部２３が形成されている。
【００９０】
撮像領域２４及び周辺領域２５における半導体領域４の他方の表面（図中下側の面であり、以降、表面側と称する）側に上記の絶縁層７が形成されており、絶縁層７中に多層の配線層８（８１，８２，８３）が形成されている。
なお、図示しないが、撮像領域２４や周辺領域２５以外にも、例えば、外部の配線と接続されるパッドが設けられる領域が形成されている。
【００９１】
単位画素２２に形成されたＭＯＳ型のトランジスタＴｒ１は、半導体領域４中に形成された、図示しない、対のソース領域及びドレイン領域間上にゲート絶縁膜を介してゲート電極６が形成された構成である。
また、周辺回路部２３のＣＭＯＳ型のトランジスタＴｒ２も、半導体領域４中に形成された、図示しない、対のソース領域及びドレイン領域間上にゲート絶縁膜を介してゲート電極６が形成された構成である。
【００９２】
一方、半導体領域４の裏面側に例えば反射防止膜や平坦化膜などを含む絶縁膜３２が形成されており、その上層に各単位画素２２のフォトダイオードＰＤに対応して、カラーフィルタ３３を介してオンチップレンズ３４が形成されている。
【００９３】
このような構成のＣＭＯＳ型の固体撮像素子においては、半導体領域４の裏面側からオンチップレンズ３４を通じてフォトダイオードＰＤに光が照射されると、画素ごとに信号電荷が生成する。信号電荷量に対応する電圧信号などとして全画素で画像信号を読み取ることで画像データを得ることができる。
【００９４】
上記の半導体領域４と絶縁層７を含む半導体層１０ａは、支持基板２０により支持されている。
半導体層１０ａの支持基板２０側の表面に第１接合層１１が形成され、支持基板２０の半導体層１０ａ側の表面に第２接合層２１が形成され、第１接合層１１と第２接合層２１が接合されている。
ここで、第１接合層１１と第２接合層２１のうちのいずれか一方が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有する。
【００９５】
第１接合層と第２接合層の接合面は、例えば、第１接合層１１の表面と第２接合層２１の表面に水酸基が導入され、熱処理工程において脱水縮合により第１接合層１１と第２接合層２１が接合された構成である。
【００９６】
例えば、支持基板２０がケイ素などの半導体基板であり、支持基板２０にも電子回路が形成されていてもよい。
この場合、必要に応じて支持基板２０の電子回路と半導体層１０ａの電子回路をコンタクト接続してもよい。
例えば、半導体層１０ａの上面から支持基板２０に達するコンタクトホールを開口して上記の２つの電子回路を接続した構成とすることができる。
あるいは、半導体層１０ａの電子回路に接続して第１接合層１１を貫通した第１コンタクトと、支持基板２０の電子回路に接続して第２接合層２１を貫通した第２コンタクトとを設けておき、第１コンタクトと第２コンタクトを接続する構成としてもよい。この構成については第４実施形態において詳細に説明する。
【００９７】
第１接合層１１と第２接合層２１は、例えば、いずれか一方の少なくとも一部が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素からなる層で形成されている。
上記の第１接合層１１と第２接合層２１のいずれか一方の少なくとも一部とは、例えば、第１接合層１１と第２接合層２１の接合に供する表面を示す。
例えば、上記の第１接合層１１を貫通した第１コンタクトと、支持基板２０の電子回路に接続して第２接合層２１を貫通した第２コンタクトが設けられた場合には、第１コンタクト及び第２コンタクトを除く領域のことである。
第１接合層１１と第２接合層２１のいずれか他方については、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭化窒化ケイ素などからなる層で形成されており、特に材料に限定はないが、炭化ケイ素あるいは炭化窒化ケイ素を好ましく用いることができる。
【００９８】
本実施形態の固体撮像装置は、接合基板を用いた固体撮像装置の接合面を構成する第１接合層と第２接合層のうちのいずれか一方が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有することにより、低温での接合処理で製造可能で高い接合強度を得ることができる。
【００９９】
［固体撮像装置の製造方法］
次に、このような構成の固体撮像装置の製造方法を、図５〜図８を参照して説明する。
図５〜８は、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す模式断面図である。なお、図３及び図４と対応する部分には同一符号を付している。
【０１００】
まず、図５（ａ）に示すように、例えばケイ素基板２上に、埋め込み絶縁膜（いわゆるＢＯＸ層）３を介して、単結晶ケイ素からなる半導体領域４が形成されたＳＯＩ型の半導体基板１０を用意する。
なお、埋め込み絶縁膜３や半導体領域４の膜厚は任意に設定することができる。
【０１０１】
次に、図５（ｂ）に示すように、撮像領域２４において、ＳＯＩ型の半導体基板１０の一方の表面における半導体領域４内の所定の位置に、フォトダイオードＰＤを形成する。
【０１０２】
次に、図５（ｃ）に示すように、半導体領域４の撮像領域２４及び周辺領域２５上に、ゲート絶縁層５を介して、それぞれゲート電極６を形成する。さらに、ゲート電極６の両側における半導体領域４の表面に一対のソース領域及びドレイン領域を形成し、ＭＯＳ型のトランジスタＴｒ１及びＣＭＯＳ型のトランジスタＴｒ２を形成する。
【０１０３】
次に、図６（ａ）に示すように、半導体領域４の撮像領域２４及び周辺領域２５上に絶縁層７を形成し、絶縁層７中に埋め込んで多層の配線層８を形成する。
具体的には、まず、半導体領域４の撮像領域２４、周辺領域２５上に絶縁層７を形成して平坦化処理を行った後、１層目となる配線８１を所定のパターンに形成する。
次に、１層目の配線８１及び電極層２９を含んで全面に再び絶縁層７を形成して平坦化処理を行った後、２層目となる配線８２を所定のパターンに形成する。
次に、２層目の配線８２を含んで全面に再び絶縁層７を形成して平坦化処理を行った後、３層目となる配線８３を所定のパターンに形成する。
なお、図６（ａ）に示す場合では配線層８が３層構造の場合を示したが、３層以上の場合はこのような工程が繰り返される。
また、この後は、絶縁層７上に例えばＳｉＮ膜やＳｉＯＮ膜等からなる平坦化膜を形成する場合もある。
【０１０４】
次に、図６（ｂ）に示すように、絶縁層７上に第１接合層１１を形成する。
【０１０５】
一方で、図７（ａ）に示すように、例えば、支持基板２０の一方の表面に第２接合層２１を形成する。
【０１０６】
次に、図７（ｂ）に示すように、例えば、第１接合層１１と第２接合層２１の表面に酸素プラズマ処理及び水洗浄処理を施し、第１接合層１１と第２接合層２１の表面に水酸基を導入した後、第１接合層１１と第２接合層２１を貼り合わせる。
次に、例えば、熱処理を行って、第１接合層１１と第２接合層２１の表面に水酸基の脱水縮合により第１接合層と第２接合層を接合させる。
【０１０７】
次に、図８（ａ）に示すように、例えば、半導体基板１０の他方の表面（裏面、ケイ素基板２）側から半導体基板１０を薄膜化し、膜厚が例えば１５ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚さの半導体層１０ａとする。図８（ａ）は、図７（ｂ）に対して上下を反転している。
これにより、図８（ａ）に示すように、ＳＯＩ型の半導体基板１０を構成していた半導体領域４が露出された状態にする。
なお、薄膜化は、バックグラインダ法以外にも、ＣＭＰ法やウェットエッチング等を用いることができる。
【０１０８】
そして、図８（ｂ）に示すように、半導体領域４の他方の表面（裏面側）に、例えば反射防止膜や平坦化膜などを含む絶縁膜３２を形成する。
その上層に各単位画素２２のフォトダイオードＰＤに対応して、カラーフィルタ３３を介してオンチップレンズ３４が形成する。
このようにして、図３及び４に示した構成の裏面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像装置を製造することができる。
【０１０９】
上記において、第１接合層１１を形成する工程と第２接合層２１を形成する工程のうち少なくともいずれか一方の工程において、第１接合層１１と第２接合層２１の少なくともいずれか一方の表面に炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有する層を形成する。
【０１１０】
例えば、第１接合層１１と第２接合層２１を貼り合わせる工程の前に、半導体基板１０と支持基板２０の少なくともいずれか一方に銅を含む層を形成する工程をさらに有し、熱処理工程の処理温度が４００℃以下である。
第１接合層１１と第２接合層２１の接合のための熱処理を銅の耐熱温度以下で行う必要があり、例えば４００℃以下で行うことが好ましい。
【０１１１】
また、例えば第１接合層１１と第２接合層２１を貼り合わせる工程の前に、半導体基板１０と支持基板２０の少なくともいずれか一方にアルミニウムを含む層を形成する工程をさらに有し、熱処理工程の処理温度が５００℃以下である。
第１接合層１１と第２接合層２１の接合のための熱処理をアルミニウムの耐熱温度以下で行う必要があり、例えば５００℃以下で行うことが好ましい。
【０１１２】
また、例えば、支持基板２０がケイ素などの半導体基板であり、第１接合層１１と第２接合層２１を貼り合わせる工程の前に、上記の半導体基板１０の電子回路の他に、支持基板２０の両方に電子回路を形成する工程をさらに有する。
上記の場合においても、通常上記の銅あるいはアルミニウムなどからなる配線を含んでおり、第１接合層１１と第２接合層２１の接合のための熱処理は、銅あるいはアルミニウムの耐熱温度以下で行う。
【０１１３】
なお、図５〜図８に示す製造工程においては、ケイ素基板２、埋め込み絶縁膜３を除去して、ＳＯＩ型の半導体基板１０の半導体領域４を露出する場合を示したが、ケイ素基板２のみを除去して、埋め込み絶縁膜３を残すことも可能である。
【０１１４】
本実施形態の固体撮像装置の製造方法は、接合基板を用いた固体撮像装置を製造するときに、接合面を構成する第１接合層と第２接合層のうちのいずれか一方が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有することで低温での接合処理において高い接合強度が得られる。
【０１１５】
＜実施例３＞
上記の第２実施形態に従って、半導体基板上に半導体素子を作成した後、支持基板への接合を行い、裏面照射型の固体撮像素子作成を行った。
【０１１６】
一般的な撮像素子において表面側に形成された回路素子や配線層等で入射光が吸収、あるいは反射されてしまい、入射光に対する光電変換効率が低く、感度の低い構成となる。
この問題を解決する構成として、裏面照射型固体撮像素子が開発され、特許文献４などに開示されている。
即ち、半導体基体の表面側に回路素子や配線層等を形成し、半導体基体の裏面側にフォトダイオードを形成し、半導体基体の裏面側より光を入射させて撮像することで、受光のための開口率を高くし、また入射光の吸収、あるいは反射を抑える構成である。
【０１１７】
従来は配線層等が存在する接合面を、直接支持基板へ接合することを試みても、その凹凸のために困難であった。そのため例えば特許文献４などでは接着剤による接合が一般的に試みられてきた。
【０１１８】
そのため、本実施例においては、配線層上に実施例１で示した方法であるプラズマＣＶＤによるＴＥＯＳを用いた酸化膜を形成した。
その凹凸を有する表面に化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing ；ＣＭＰ）を施し、支持基板との直接接合が可能な凹凸、すなわち表面のマイクロラフネス（ＲＭＳ）が０．５ｎｍ以下となるまで研磨した。
【０１１９】
一方の支持基板には、固体撮像素子の工程に必要な窒化ケイ素膜を成膜し、その上に炭化窒化ケイ素膜を成膜した。
【０１２０】
この半導体素子上と支持基板上の両方に、実施例１に示した表面改質を目的としたプラズマ照射と接合の方法を施し、基板同士を仮接合した後、４００℃の熱処理を行って接合を完了した。
【０１２１】
接合した基板の半導体素子側を裏面から研削して薄くした後は、一般的な固体撮像素子と同様のカラーフィルタやオンチップレンズなどを形成し、裏面照射型の固体撮像素子を完成させた。
【０１２２】
このとき、酸化ケイ素膜同士を接合面に用いた貼り合わせにおいては、その接合強度の不足から、しばしばマイクロボイドと呼ばれる、微少ボイドが発生するが、本発明の接合面を用いた場合には、全く発生しなかった。このことは、貼り合わせた部分における、半導体装置としての信頼性向上に寄与する。
【０１２３】
また、接合強度が高いことから、貼り合わせた基板に対しての特別な配慮は不要であり、従来の表面型固体撮像素子で行っていた工程の変更も必要なく、半導体装置の作成を行うことができた。
【０１２４】
＜実施例４＞
実施例３の半導体素子を一般的な半導体回路に、支持基板を単なる基板のままではなく、その基板上へ半導体回路を形成している以外、貼り合わせ方法は同様にして、半導体素子同士を接合した。
【０１２５】
このときの支持基板側となる基板上の半導体素子には、実施例３の固体撮像素子上と同様に、酸化ケイ素膜上にＣＭＰを施した後、プラズマＣＶＤ法を用いて炭化窒化ケイ素膜を形成して、貼り合わせた。
【０１２６】
また、同時に、光学的に位置あわせを行った後に貼り合わせることで、上部基板を裏面から薄くしてから、上部回路（半導体層側の電子回路）と下部回路（支持基板側の電子回路）を接続する配線としてコンタクト・ビアを作り込むことが可能となった。
【０１２７】
本実施例では２層の半導体素子形成だったが、２層の作成後にさらに酸化ケイ素膜をプラズマＣＶＤ法で形成し、ＣＭＰ後に炭化窒化ケイ素膜を形成することで、３層目以降の積層は可能である。
【０１２８】
＜第３実施形態＞
［固体撮像装置を用いたカメラ］
図９は、本実施形態に係るカメラの概略構成図である。
複数の画素が集積されてなる固体撮像装置５０、光学系５１、信号処理回路５３を備えている。
本実施形態において、上記の固体撮像装置５０は、上記の第１実施形態及び第２実施形態のいずれかに係る固体撮像装置が組み込まれてなる。
【０１２９】
光学系５１は被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置５０の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置５０の撮像面上の各画素を構成するフォトダイオードにおいて入射光量に応じて信号電荷に変換され、一定期間、該当する信号電荷が蓄積される。
蓄積された信号電荷は、例えばＣＣＤ電荷転送路を経て、出力信号Ｖｏｕｔとして取り出される。
信号処理回路５３は、固体撮像装置５０の出力信号Ｖｏｕｔに対して種々の信号処理を施して映像信号として出力する。
【０１３０】
本実施形態のカメラは、カメラを構成する接合基板を用いた固体撮像装置の接合面を構成する第１接合層と第２接合層のうちのいずれか一方が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有することにより、低温での接合処理で製造可能で高い接合強度を得ることができる。
【０１３１】
＜第４実施形態＞
［接合基板の構成］
図１０は本実施形態に係る接合基板の模式的断面図である。
上記の本発明の接合基板は、半導体層１０ａを支持基板２０が支持している。
半導体層１０ａの支持基板２０側の表面に第１接合層１１が形成され、支持基板２０の半導体層１０ａ側の表面に第２接合層２１が形成され、第１接合層１１と第２接合層２１が接合されている。
ここで、第１接合層１１と第２接合層２１のうちのいずれか一方が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有する。
【０１３２】
第１接合層と第２接合層の接合面は、例えば、第１接合層１１の表面と第２接合層２１の表面に水酸基が導入され、熱処理工程において脱水縮合により第１接合層１１と第２接合層２１が接合された構成である。
【０１３３】
例えば、半導体層１０ａには、不図示の電子回路が形成されており、また、支持基板２０がケイ素などの半導体基板であり、支持基板２０にも電子回路が形成されている。
本実施形態においては、半導体層１０ａの電子回路に接続して第１接合層１１を貫通した第１コンタクトＣＴ１と、支持基板２０の電子回路に接続して第２接合層２１を貫通した第２コンタクトＣＴ２とが形成されている。第１コンタクトＣＴ１と第２コンタクトＣＴ２が接続されている。
【０１３４】
第１接合層１１と第２接合層２１は、例えば、いずれか一方の少なくとも一部が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素からなる層で形成されている。
上記の第１接合層１１と第２接合層２１のいずれか一方の少なくとも一部とは、本実施形態においては、第１コンタクト及び第２コンタクトを除く領域のことである。
第１接合層１１と第２接合層２１のいずれか他方については、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭化窒化ケイ素などからなる層で形成されており、特に材料に限定はないが、炭化ケイ素あるいは炭化窒化ケイ素を好ましく用いることができる。
【０１３５】
上記の本実施形態の接合基板は、接合基板の接合面を構成する第１接合層１１と第２接合層２１のうちのいずれか一方が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有することにより、低温での接合処理で製造可能で高い接合強度を得ることができる。
【０１３６】
［接合基板の製造方法］
図１１及び図１２は本実施形態に係る接合基板の製造方法の製造工程を示す模式的断面図である。
まず、図１１（ａ）に示すように、半導体基板１０に不図示の電子回路を形成し、電子回路に接続して第１コンタクトＣＴ１を形成する。
次に、第１コンタクトＣＴ１を被覆して全面に第１接合層１１を形成する。
次に、図１１（ｂ）に示すように、例えば第１コンタクトＣＴ１が露出するまでＣＭＰ処理などにより第１接合層１１を上面から除去する。
【０１３７】
一方で、図１１（ｃ）に示すように、例えば、支持基板２０に不図示の電子回路を形成し、電子回路に接続して第２コンタクトＣＴ２を形成する。
次に、第２コンタクトＣＴ２を被覆して全面に第２接合層２１を形成する。
次に、図１１（ｄ）に示すように、例えば第２コンタクトＣＴ２が露出するまでＣＭＰ処理などにより第２接合層２１を上面から除去する。
【０１３８】
次に、図１２（ａ）に示すように、例えば、第１接合層１１と第２接合層２１の表面に酸素プラズマ処理及び水洗浄処理を施し、第１接合層１１と第２接合層２１の表面に水酸基を導入した後、第１接合層１１と第２接合層２１を貼り合わせる。
例えば、熱処理を行って、第１接合層１１と第２接合層２１の表面に水酸基の脱水縮合により第１接合層と第２接合層を接合させる。
上記の接合に伴い、第１コンタクトＣＴ１と第２コンタクトＣＴ２が電気的に接続され、半導体基板１０側の電子回路と支持基板２０側の電子回路が接続される。
【０１３９】
次に、図１２（ｂ）に示すように、例えば、半導体基板１０の他方の表面から半導体基板１０を薄膜化して半導体層１０ａとする。
【０１４０】
上記において、第１接合層１１を形成する工程と第２接合層２１を形成する工程のうち少なくともいずれか一方の工程において、第１接合層１１と第２接合層２１の少なくともいずれか一方の表面に炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有する層を形成する。
【０１４１】
例えば、第１接合層１１と第２接合層２１を貼り合わせる工程の前に、半導体基板１０と支持基板２０の少なくともいずれか一方に銅を含む層を形成する工程をさらに有し、熱処理工程の処理温度が４００℃以下である。
第１接合層１１と第２接合層２１の接合のための熱処理を銅の耐熱温度以下で行う必要があり、例えば４００℃以下で行うことが好ましい。
【０１４２】
また、例えば第１接合層１１と第２接合層２１を貼り合わせる工程の前に、半導体基板１０と支持基板２０の少なくともいずれか一方にアルミニウムを含む層を形成する工程をさらに有し、熱処理工程の処理温度が５００℃以下である。
第１接合層１１と第２接合層２１の接合のための熱処理をアルミニウムの耐熱温度以下で行う必要があり、例えば５００℃以下で行うことが好ましい。
【０１４３】
例えば、第１接合層１１の形成工程と第２接合層２１の形成工程のうち少なくともいずれか一方の工程において、第１接合層１１と第２接合層２１の少なくともいずれか一方の少なくとも一部の表面に炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素からなる層を形成する。
【０１４４】
上記の第１接合層１１と第２接合層２１のいずれか一方の少なくとも一部とは、例えば、第１接合層１１と第２接合層２１の接合に供する表面を示す。
本実施形態においては、第１接合層１１と第２接合層２１の接合に供する表面は、第１コンタクトＣＴ１及び第２コンタクトＣＴ２を除く領域のことである。
【０１４５】
本実施形態の接合基板の製造方法は、接合基板の製造方法において、接合面を構成する第１接合層と第２接合層のうちのいずれか一方が炭化ケイ素または炭化窒化ケイ素を有することにより低温での接合処理において高い接合強度を得ることができる。
【０１４６】
上記の本実施形態の接合基板及びその製造方法は、第２実施形態及び第３実施形態と同様にして、固体撮像装置及びその製造方法並びにカメラに適用できる。
【０１４７】
本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、実施形態においては固体撮像措置としてはＣＭＯＳイメージセンサに適用しているが、ＣＣＤ素子にも適用できる。ＣＣＤ素子の場合には、信号読み取り部として、フォトダイオードに電荷結合素子（ＣＣＤ）が接続された構成とする。ＣＣＤにおいて各画素から転送された信号電荷が読み取られる。
また、固体撮像装置以外の一般的な半導体装置を構成するための接合基板として適用可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１４８】
２…ケイ素基板、３…埋め込み絶縁膜、４…半導体領域、５…ゲート絶縁膜、６…ゲート電極、７…絶縁層、８…配線層、１０…半導体基板、１０ａ…半導体層、１１…第１接合層、２０…支持基板、２１…第２接合層、２２…単位画素、２３…周辺回路部、２４…撮像領域、２５…周辺領域、３２…絶縁膜、３３…カラーフィルタ、３４…オンチップレンズ、５０…固体撮像装置、５１…光学系、５３…信号処理回路、８１，８２，８３…配線、ＣＴ１…第１コンタクト、ＣＴ２…第２コンタクト、ＰＤ…フォトダイオード、Ｔｒ１，Ｔｒ２…トランジスタ
【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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