(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子が主面に配された第１基板と、
前記第１基板の主面の上に配された第１配線構造と、
前記光電変換素子の電荷に基づく信号を読み出すための読み出し回路及び制御回路を含む周辺回路の少なくとも一部が主面に配された第２基板と、
前記第２基板の主面の上に配された第２配線構造と、を有し、
前記第１基板、前記第１配線構造、前記第２配線構造、及び前記第２基板がこの順に配置された固体撮像装置において、
前記第１配線構造は銅を主成分としダマシン構造を成す第１配線を含む配線層を有し、
前記第２配線構造は銅を主成分としダマシン構造を成す第２配線を含む配線層を有し、
前記第１配線の銅と前記第１配線に接する前記第２配線の銅との金属接合により、前記第１配線と前記第２配線とが接続しており、
前記固体撮像装置は、前記光電変換素子の電荷に基づく信号を出力するために露出した、アルミニウムを主成分とするパッドを有し、前記パッドは、アルミニウムを主成分とし前記第１基板と前記第２基板との間に配置された第３配線を含む配線層と同一層に配置されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１配線構造が、前記第３配線を含む配線層を有していることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第３配線を含む配線層は、前記第１配線構造の中で最も第１基板の主面に近接して配置される配線層であることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第２配線構造が、前記第３配線を含む配線層を有していることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第２配線構造に含まれる配線層の数が、前記第１配線構造に含まれる配線層の数よりも多いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１配線が埋め込まれた前記第１配線構造の第１絶縁膜が、前記第２配線が埋め込まれた前記第２配線構造の第２絶縁膜に接していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第２基板には、前記光電変換素子の電荷に基づく信号を出力するための増幅トランジスタと、前記光電変換素子の電荷をリセットするためのリセットトランジスタとが配されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置からの信号を処理する信号処理回路と、を有する撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関する発明であり、特にパッドに関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラやカムコーダなどに用いられるＣＣＤ型や増幅型の固体撮像装置においては、高精細の画像を得るためにその画素の微細化が求められている。しかし、画素を微細にすればするほど、画素に含まれる光を検出するための光電変換素子の受光面積が小さくなり、感度が低下してしまう。
【０００３】
特許文献１には、増幅型であるＣＭＯＳ型の固体撮像装置において、光電変換素子の受光面積を確保するため、光電変換素子と転送トランジスタを配した第１基板と、他の回路を配した第２基板とを接合して固体撮像装置を形成する構成が開示されている。接合については、第１基板と第２基板とを銅のボンディングパッドで接合している。
【０００４】
また、特許文献１の固体撮像装置においては、第２基板を貫通した接続部が入出力パッドと接続し、第２基板の裏面側から入出力パッドの接続を行っている。この入出力パッドは、第２基板を研磨して接続部を露出した後、形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１９１０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１には銅のボンディングパッドによる接合について検討されているものの、入出力パッドがどのような部材によって形成されているかについては詳細に検討がなされていない。入出力パッドの部材によっては、入出力パッドに酸化皮膜などが形成されることによって、外部端子との接続抵抗が増大し接続不良が発生してしまう場合がある。また、外部端子との接続（ワイヤボンディング）の際に入出力パッドの表面を露出させた場合に、金属汚染が生じる可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明においては、外部端子との接続不良の発生を抑制し、金属汚染の発生を低減可能なパッド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】
【０００８】
本発明の固体撮像装置は、光電変換素子が主面に配された第１基板と、前記第１基板の主面の上に配された第１配線構造と、前記光電変換素子の電荷に基づく信号を読み出すための読み出し回路及び制御回路を含む周辺回路の少なくとも一部が主面に配された第２基板と、前記第２基板の主面の上に配された第２配線構造と、を有し、前記第１基板、前記第１配線構造、前記第２配線構造、及び前記第２基板がこの順に配置された固体撮像装置において、前記第１配線構造は銅を主成分としダマシン構造を成す第１配線を含む配線層を有し、前記第２配線構造は銅を主成分としダマシン構造を成す第１配線を含む配線層を有し、前記第１配線の銅と前記第１配線に接する前記第２配線の銅との金属接合により、前記第１配線と前記第２配線とが接続しており、前記固体撮像装置は、前記光電変換素子の電荷に基づく信号を出力するために露出した、アルミニウムを主成分とするパッドを有し、前記パッドは、アルミニウムを主成分とし前記第１基板と前記第２基板との間に配置された第３配線を含む配線層と同一層に配置されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の固体撮像装置によって、外部端子との接続不良の発生を抑制し、金属汚染の発生が低減されたパッドを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１における固体撮像装置の断面模式図である。
【図２】実施例１における固体撮像装置の平面模式図である。
【図３】実施例１における固体撮像装置の回路図である。
【図４】実施例１における固体撮像装置の製造方法を説明する断面模式図である。
【図５】実施例１における固体撮像装置の製造方法を説明する断面模式図である。
【図６】実施例１における固体撮像装置の製造方法を説明する断面模式図である。
【図７】実施例１の変形例を示す固体撮像装置の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の固体撮像装置は、光電変換素子が主面に配された第１基板と、第１配線構造と、周辺回路部の少なくとも一部が主面に配された第２基板と、第２配線構造とを有する。本発明の固体撮像装置において、第１基板と、第１配線構造と、第２配線構造と、第２基板がこの順に配置されている。ここで、第１配線構造は銅を主成分とする配線を含む配線層を含み、第２配線構造は銅を主成分とする配線を含む配線層を含む。そして、少なくとも第１配線構造の銅を主成分とする配線と第２配線構造の銅を主成分とする配線とが接合している。そして、本発明の固体撮像装置は、光電変換素子の電荷に基づく信号を出力するためのパッドを有する。このとき、パッドはアルミニウムを主成分とする導電体である。このような構成によって、パッドの接続不良の発生を抑制することが可能となる。また、銅による金属汚染を低減することが可能となる。
【００１４】
以下、本発明について図面を用いて詳細に説明を行う。なお、実施例の説明において、第１基板の主面及び第２基板の主面とはトランジスタが形成される基板表面である。該主面と対向する反対側の面が、第１基板の裏面及び第２基板の裏面である。また、上方向は裏面から主面に向かう方向とし、下方向及び深さ方向は基板の主面から裏面に向かう方向とする。
【００１５】
本発明の実施例１について、図１から図６を用いて説明する。
【００１６】
まず、図３を用いて実施例１の固体撮像装置の回路を説明する。本実施例では、信号電荷が、例えば電子の場合について説明を行う。図３の固体撮像装置は、複数の光電変換素子が配列した画素部３０１と、画素部３０１からの信号を読み出す駆動のための制御回路や読み出した信号を処理する信号処理回路を含む周辺回路を有する周辺回路部３０２とを有する。
【００１７】
画素部３０１は、光電変換素子３０３と、転送トランジスタ３０４と、増幅トランジスタ３０６と、リセットトランジスタ３０７が複数配置されている。少なくとも１つの光電変換素子３０３を含む構成を画素とする。本実施例の１つの画素は、光電変換素子３０３と、転送トランジスタ３０４と、増幅トランジスタ３０６と、リセットトランジスタ３０７を含む。光電変換素子３０３のアノードは接地している。転送トランジスタ３０４のソースは光電変換素子３０３のカソードと接続しており、転送トランジスタ３０４のドレイン領域は増幅トランジスタ３０６のゲート電極と接続している。この増幅トランジスタ３０６のゲート電極と同一のノードをノード３０５とする。リセットトランジスタはノード３０５に接続し、ノード３０５の電位を任意の電位（例えば、リセット電位）に設定する。ここで、増幅トランジスタ３０６はソースフォロア回路の一部であり、ノード３０５の電位に応じた信号を信号線ＲＬに出力する。ノード３０５はフローティングディフュージョンとも称される場合がある。
【００１８】
周辺回路部３０２は、画素部３０１以外の領域を示している。周辺回路部３０２は、読み出し回路や制御回路を含む周辺回路が配置されている。周辺回路は、画素部３０１のトランジスタのゲート電極へ制御信号を供給するための制御回路である垂直走査回路ＶＳＲを有する。また、周辺回路は、画素部３０１から出力された信号を保持し、増幅や加算やＡＤ変換などの信号処理を行う読み出し回路ＲＣを有する。また、周辺回路は、読み出し回路ＲＣから信号を順次出力するタイミングを制御する制御回路である水平走査回路ＨＳＲを有する。
【００１９】
ここで、実施例１の固体撮像装置は２つの部材が張り合わされることによって構成されている。２つの部材とは、第１の基板１０１を有する第１部材３０８と第２の基板１２１を有する第２部材３０９である。第１基板には画素部３０１の光電変換素子３０３と、転送トランジスタ３０４とが配されており、第２基板には画素部３０１の増幅トランジスタ３０６と、リセットトランジスタ３０７と、周辺回路部３０２とが配されている。第２部材３０９の周辺回路部３０２から第１部材３０８の転送トランジスタ３０４のゲート電極への制御信号は、接続部３１０を介して供給される。接続部３１０の構成については後述する。第１部材３０８の光電変換素子３０３にて生じた信号は、転送トランジスタ３０４のドレイン領域、即ちノード３０５に読み出される。ノード３０５は、第１部材３０８に配された構成と第２部材３０９に配された構成とを含む。
【００２０】
このような構成によって、従来の１つの部材（即ち１つの基板）に画素部を全て配置する場合に比べて、光電変換素子３０３の面積を大きくすることが可能となり感度の向上させることが可能となる。また、従来の１つの部材（即ち１つの基板）に画素部を全て配置する場合に比べて、光電変換素子の面積を同一とするならば、光電変換素子３０３を多く設けることが可能となり、多画素化が可能となる。なお、第１基板には少なくとも光電変換素子が配置されていればよく、第１基板に増幅トランジスタ３０６が配置されていてもよい。また、転送トランジスタを設けず、光電変換素子と増幅トランジスタのゲート電極とが接続する構成であってもよい。本発明は、第１基板に配置される素子は任意に選定可能であり、画素回路構成も任意に選択可能である。
【００２１】
このような固体撮像装置の具体的な平面レイアウトを、図２の固体撮像装置の平面模式図を用いて説明する。図２（Ａ）は第１部材３０８、即ち第１基板（１０１）における平面レイアウトを示し、図２（Ｂ）は第２部材３０９、即ち第２基板（１２１）の平面レイアウトを示している。
【００２２】
図２（Ａ）において、第１部材３０８には、複数の光電変換素子が配列した画素部３０１Ａと、パッド３１３が配されたパッド部３１２Ａ、とが配されている。画素部３０１Ａには、図３における光電変換素子３０３と転送トランジスタ３０４と接続部３１０、３１１とが複数配されている。また、パッド３１３と平面的に同一位置に第２部材３０９との接続のための接続部３１４Ａが配されている。パッド３１３には外部端子が接続される。パッド３１３は固体撮像装置に複数配置されており、光電変換素子で生じた電荷に基づく信号（画像信号）を出力するパッドや、外部から供給される周辺回路を駆動するための電圧などが入力されるパッドが含まれる。
【００２３】
次に、図２（Ｂ）において、第２部材３０９には、画素部３０１Ｂと周辺回路部３０２とパッド部３１２Ｂとが配されている。画素部３０１Ｂには画素回路の一部が配されており、図３における増幅トランジスタ３０６とリセットトランジスタ３０７と接続部３１０と接続部３１１とが複数配置されている。周辺回路部３０２には周辺回路の一部が配されており、水平走査回路ＨＳＲ、垂直走査回路ＶＳＲ、読み出し回路ＲＣとが配されている。パッド部３１２Ｂには、第１部材との接続のための接続部３１４Ｂと保護ダイオード回路３１５とが配されている。
【００２４】
そして、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示した平面レイアウトを有する第１部材３０８と第２部材３０９とが張り合わされて本実施例の固体撮像装置を構成している。具体的には、画素部３０１Ａと画素部３０１Ｂとが重なるように配置される。そして、接続部３１４Ａと接続部３１４Ｂとが接続し、第１部材の接続部３１０、接続部３１１と第２部材の接続部３１０、接続部３１１とが接続する。なお、図２では、第２部材３０９の周辺回路部３０２Ｂに対応する第１部材３０８の領域を周辺回路部３０２Ａで示している。周辺回路部３０２Ａには走査回路の一部、即ち周辺回路の一部を配置してもよい。
【００２５】
次に、図２及び図３に示した固体撮像装置の断面模式図を、図１を用いて説明する。図１では図２、図３と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００２６】
第１部材３０８は、第１配線構造１４９と第１基板１０１とを有する。第１基板１０１は例えばシリコン半導体基板であり、主面１０２と裏面１０３とを有する。第１基板の主面１０２にはトランジスタが配置されている。第１配線構造１４９は、層間絶縁膜１０４〜１０６と、ゲート電極や配線を含むゲート電極層１０７と、複数の配線を含む配線層１０９、１１１と、複数のコンタクトあるいはビアを含むコンタクト層１０８、１１０とを有する。ここで第１配線構造１４９に含まれる層間絶縁膜、配線層及びコンタクト層の層数は任意に設定可能である。なお、第１配線構造１４９の配線層１１１は、接続部を含む。
【００２７】
第１部材３０８の画素部３０１において、第１基板１０１には、光電変換素子を構成するｎ型半導体領域１１２と、転送トランジスタのドレインであるｎ型半導体領域１１４と、素子分離構造１１９とが配されている。転送トランジスタはｎ型半導体領域１１２とｎ型半導体領域１１４と、ゲート電極層１０７に含まれるゲート電極１１３とで構成される。ここで、ｎ型半導体領域１１２で蓄積された電荷は、ゲート電極１１３によって、ｎ型半導体領域１１４に転送される。ｎ型半導体領域１１４に転送された電荷に基づく電位はコンタクト層１０８のコンタクト、配線層１０９の配線、コンタクト層１１０のビア、配線層１１１の配線を介して、第２部材３０９へと伝達される。この配線層１１１の配線は、接続部３１１を構成する。なお、光電変換素子は更にｐ型半導体領域を有する埋込みフォトダイオードであってもよく、フォトゲートであってもよく、適宜変更可能である。
【００２８】
画素部３０１の第１基板１０１の裏面１０３側には、平坦化層１１５、複数のカラーフィルタを含むカラーフィルタ層１１６、平坦化層１１７、複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズ層１１８がこの順に配置されている。図１において、複数のカラーフィルタ及び複数のマイクロレンズはそれぞれが１つの光電変換素子に対応して、すなわち画素毎に配置されているが、複数画素に対して１つずつ設けられていてもよい。本実施例の固体撮像装置は、このマイクロレンズ層１１８側から光が入射し光電変換素子が受光する、所謂、裏面照射型の固体撮像装置である。
【００２９】
第１部材３０８のパッド部３１２には、パッド３１３と、外部端子と接続させるためのパッド３１３を露出する開口１００とが配されている。また、パッド３１３から入力された電圧を第２部材３０９に伝達する接続部３１４Ａが配置されている。なお、第１部材３０８において、第２部材３０９の周辺回路部３０２に対応する領域には、図１に示したように任意の回路素子１２０を設けている。
【００３０】
第２部材３０９は、第２配線構造１５０と第２基板１２１とを有する。第２基板１２１は例えばシリコン半導体基板であり、主面１２２と裏面１２３とを有する。第２基板の主面１２２にはトランジスタが配置される。第２配線構造１５０は、層間絶縁膜１２４〜１２７と、ゲート電極や配線を含むゲート電極層１２８と、複数の配線を含む配線層１３０、１３２、１３４と、複数のコンタクトあるいはビアを含むコンタクト層１２９、１３１、１３３とを有する。ここで第２配線構造１５０に含まれる層間絶縁膜、配線層及びコンタクト層の層数は任意に設定可能である。なお、配線層１３４は、接続部を含む。
【００３１】
第２部材３０９の画素部３０１において、第２基板１２１には、画素回路を構成する増幅トランジスタを構成するウエル１３５と、増幅トランジスタのソース・ドレイン領域を構成するｎ型半導体領域１３８と、素子分離構造１３６とが配されている。増幅トランジスタは、ウエル１３５に配され、ゲート電極層１２８に含まれるゲート電極１３７と、ソース・ドレイン領域を構成するｎ型半導体領域１３８とで構成される。ここで、第１部材３０８の接続部３１１と増幅トランジスタのゲート電極１３７とは、配線層１３４の配線、コンタクト層１３３のビア、配線層１３２の配線、コンタクト層１３１のビア、配線層１３０の配線、コンタクト層１２９のコンタクトとを介して接続される。ここで、図３のノード３０５は、図１のｎ型半導体領域１１４と、配線層１０９、１１１、１３４、１３２、１３０の配線と、コンタクト層１０８、１１０、１３３、１３１、１２９のコンタクトあるいはビアと、ゲート電極１３７と、から構成される。画素部３０１の他の回路（例えば、リセットトランジスタ）は不図示である。
【００３２】
次に、第２部材３０９の周辺回路部３０２には、水平走査回路や垂直走査回路等の制御回路や読み出し回路を含む周辺回路の少なくとも一部が配置されている。図１では、周辺回路に含まれる任意の回路におけるｎ型のトランジスタとｐ型のトランジスタを示している。ゲート電極層１２８に含まれるゲート電極１４０と、ｎ型のソース・ドレイン領域１４１とからなるｎ型トランジスタがｐ型のウエル１３９に配置されている。そして、ゲート電極層１２８に含まれるゲート電極１４３と、ｐ型のソース・ドレイン領域を構成するｐ型半導体領域１４４と、を有するｐ型トランジスタがｎ型のウエル１４２に配置されている。
【００３３】
そして、第２部材３０９のパッド部３１２には、第１部材３０８のパッド３１３からの信号を入力するための保護ダイオード回路３１５と、第１部材３０８と接続するための接続部３１４Ｂとが配置されている。本実施例の保護ダイオード回路３１５には、半導体領域から構成される２つのダイオード１４５、１４６と、ゲート電極層１２８からなる２つの抵抗１４７、１４８とが含まれている。しかし、保護ダイオード回路３１５は、一般に使用される保護ダイオード回路が適用可能である。
【００３４】
そして、本実施例の固体撮像装置においては、第１基板１０１の主面１０２と第２基板１２１の主面１２２とが、第１、第２配線構造を介して向かい合う向きに配置されている（対向配置）。つまり、第１基板、第１配線構造、第２配線構造、第２基板の順に配置されている。また、第１配線構造１４９の上面と、第２配線構造１５０の上面とが、接合面Ｘにおいて張り合わされているとも言える。つまり、第１部材３０８と第２部材３０９とが接合面Ｘにて接合されている。接合面Ｘは、第１配線構造１４９の上面と第２配線構造１５０の上面とで構成される。そして、外部と信号のやりとりを行うための固体撮像装置のパッド３１３が第２部材３０９の主面１２２の上部に配置され、第１部材３０８側に開口１００が設けられている。
【００３５】
ここで、第１配線構造１４９において、配線層１０９はアルミニウムを主成分とする配線（アルミニウム配線）からなり、配線層１１１は銅を主成分とする配線（銅配線）からなる。また、第２配線構造１５０においては、配線層１３１及び配線層１３２はアルミニウム配線からなり、配線層１３４は銅配線からなる。この時、接合面Ｘにおいて、銅配線からなる配線層１１１及び配線層１３４に含まれる接続部３１１及び接続部３１４（３１４Ａ及び３１４Ｂ）が金属接合により接合している。また、パッド部において、外部端子との接続を行うパッド３１３は、配線層１０９と同一層、即ち同一高さに配置されており、アルミニウムを主成分とする導電体である。パッドがアルミニウムを主成分とする導電体からなることで、パッドにおける外部端子との接続不良の発生を抑制することが可能となる。なお、例えば、銅でパッドを構成すると表面に酸化物が形成されやすく、外部端子との接続時（ワイヤボンディング時）の接触不良を起こしやすい。また、外部端子と接続させるために銅の表面を露出させた場合には、装置内に銅が拡散し金属汚染が生じ、ノイズの原因となりうる。
【００３６】
また、パッドが配線層１０９と同一層、即ち同一高さに配置されていることで、配線層１０９の配線と同一工程で形成することが可能となり、製造工程が簡易である。なお、高さとは第１基板１０１の主面１０２からの高さである。
【００３７】
次に、本実施例の固体撮像装置の製造方法を、図４〜６を用いて説明する。図４は第１部材３０８の製造工程を示す断面模式図であり、図５は第２部材３０９の製造工程を示す断面模式図であり、図６は第１部材３０８と第２部材３０９とを接合した後の製造工程を示す断面模式図である。
【００３８】
図１の第１部材３０８の製造工程を、図４を用いて説明する。図４においては、後に図１の第１部材３０８になる構成を３０８’とし、図１の画素部３０１、周辺回路部３０２、パッド部３１２、周辺回路の一部である回路素子１２０になる部分を３０４’、３０２’、３１２’、１２０’としている。
【００３９】
まず、半導体基板を準備し、半導体基板に素子を形成する。主面４０２と裏面４０３を有する厚みＤ３の半導体基板４０１を用意する。半導体基板４０１は例えばシリコン半導体基板である。半導体基板４０１に、素子分離構造１１９を形成する。素子分離構造１１９は、シリコン酸化膜などの絶縁体を含み、例えばＬＯＣＯＳやＳＴＩ構造を有する。そして、半導体基板４０１に任意の導電型のウエル（不図示）を形成する。その後、光電変換素子やトランジスタを構成するｎ型半導体領域１１２、１１４、及びｐ型半導体領域（不図示）を形成する。また、転送トランジスタのゲート電極１１３を含むゲート電極を含むゲート電極層１０７を形成する。ゲート電極層は例えば、ポリシリコン層の堆積及びパターニングによって形成され、ゲート電極のみではなく配線をも含みうる。ここで、ゲート電極、素子分離及び半導体領域の形成方法については、一般的な半導体プロセスで形成可能であり、詳細な説明は省略する。以上によって、図４（Ａ）の構成が得られる。
【００４０】
次に、半導体基板４０１の主面４０２上に配線構造を形成する。配線構造は、層間絶縁膜１０４’、１０５、１０６と、コンタクト層１０８、１１０と、配線層１０９、１１１と、を有する。ここで、層間絶縁膜１０４’は、後に図１の層間絶縁膜１０４となる。層間絶縁膜１０４’はゲート電極層１０７を覆い、コンタクト層１０８は層間絶縁膜１０４’に配され、配線層１０９は層間絶縁膜１０４’上に配されている。また、層間絶縁膜１０５は配線層１０９を覆い、コンタクト層１１０は層間絶縁膜１０５に配され、配線層１１１は層間絶縁膜１０５上に配され、層間絶縁膜１０６は層間絶縁膜１０５上に配され且つ配線層１１１の配線が露出するような開口を有する。配線構造の上面は、層間絶縁膜１０６の上面及び配線層１１１の上面により形成される。
【００４１】
ここで、層間絶縁膜１０４’、１０５、１０６はシリコン酸化膜である。しかし層間絶縁膜１０４’、１０５、１０６はシリコン窒化膜、あるいは有機樹脂等で形成されてもよい。コンタクト１０８及びビア１１０は、例えばタングステンで形成される。配線層１０９はアルミニウムを主成分とする配線からなり、配線層１１１は銅を主成分とする配線からなる。配線層１１１は接続部３１４Ａ及び３１１Ａを含み、配線層１０９はパッド３１３を含む。銅を主成分とする配線層の配線は、シングルダマシン法によって層間絶縁膜に溝を形成しバリアメタルや銅を埋め込むことによって形成することが可能である。アルミニウムを主成分とする配線層の配線は、層間絶縁膜上に成膜されたバリアメタルやアルミニウム膜を、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術によって、パターニングすることによって形成することが可能である。これら配線層、コンタクト層、層間絶縁膜の製造方法については、一般的な半導体プロセスで形成可能であり、詳細な説明は省略する。以上によって、図４（Ｂ）の構成が得られる。図４（Ｂ）において、符号１０４’、１０５、１０６、１０８〜１１１は後に図１における第１配線構造１４９となる。また、接続部３１１Ａは後に接続部３１１を構成する。
【００４２】
次に、図１の第２部材３０９の製造工程を、図５を用いて説明する。図５においては、後に図１の第２部材３０９となる構成を３０９’とし、図１の画素部３０１、周辺回路部３０２、パッド部３１２、保護ダイオード回路３１５になる部分を３０４’、３０２’、３１２’、３１５’としている。
【００４３】
まず、半導体基板を準備し、半導体基板に素子を形成する。主面４０５と裏面４０６を有する厚みＤ４の半導体基板４０４を用意する。そして、半導体基板４０４にＬＯＣＯＳやＳＴＩ構造を用いて素子分離構造１３６を形成する。また、半導体基板４０４にｐ型のウエル１３５、１３９やｎ型のウエル１４２を形成する。その後、トランジスタを構成するソース・ドレイン領域となりうるｎ型半導体領域１３８、１４１、及びｐ型半導体領域１４４や、ダイオードを構成する半導体領域を形成する。そして、トランジスタのゲート電極１３７、１４０、１４３及び配線（抵抗）を含むゲート電極層１２８をポリシリコン層の堆積及びパターニングによって形成する。ここで、ゲート電極、素子分離及び半導体領域の形成方法については、一般的な半導体プロセスで形成可能であり、詳細な説明は省略する。以上によって、図５（Ａ）の構成が得られる。
【００４４】
次に、半導体基板４０４の主面４０５上に配線構造を形成する。配線構造は、層間絶縁膜１２４〜１２７と、コンタクト層１２９、１３１、１３３と、配線層１３０、１３２、１３４とを有する。層間絶縁膜１２４はゲート電極層１２８を覆い、コンタクト層１２９は層間絶縁膜１２４に配され、配線層１３０は層間絶縁膜１２４上に配されている。また、層間絶縁膜１２５は配線層１３０を覆い、コンタクト層１３１は層間絶縁膜１２５に配され、配線層１３２は層間絶縁膜１２５上に配され、層間絶縁膜１２６は配線層１３２を覆い層間絶縁膜１２５上に配される。そして、コンタクト層１３３は層間絶縁膜１２６に配され、配線層１３４は層間絶縁膜１２６上に配され、層間絶縁膜１２７は層間絶縁膜１２６上に配され、且つ配線層１３４の配線を露出する開口を有する。配線構造の上面は、層間絶縁膜１２７の上面及び配線層１３４の上面により形成される。
【００４５】
ここで、層間絶縁膜１２４〜１２７はシリコン酸化膜である。層間絶縁膜１２４〜１２７はシリコン窒化膜、あるいは有機樹脂等で形成されてもよい。コンタクト１２９及びビア１３１、１３３は、例えばタングステンで形成される。配線層１３０、１３２はアルミニウムを主成分とする配線からなり、配線層１３４は銅を主成分とする配線からなる。配線層１３４は接続部３１４Ｂ及び３１１Ｂを含む。銅を主成分とする配線層の配線は、シングルダマシン法によって層間絶縁膜に溝を形成しバリアメタルや銅を埋め込むことによって形成することが可能である。アルミニウムを主成分とする配線層の配線は、層間絶縁膜上に成膜されたバリアメタルやアルミニウム膜を、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術によって、パターニングすることによって形成することが可能である。これら配線層、コンタクト層、層間絶縁膜の製造方法については、一般的な半導体プロセスで形成可能であり、詳細な説明は省略する。以上によって、図５（Ｂ）の構成が得られる。図５（Ｂ）において、符号１２４〜１２７、１２９〜１３４等は後に図１における第１配線構造１５０となる。また、接続部３１１Ｂは後に接続部３１１を構成する。
【００４６】
このような図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）に示した第１部材３０８’と第２部材３０９’とを、互いの半導体基板の主面４０２及び主面４０５とが向かい合うように張り合わせる。つまり、第１部材３０８’の配線構造の最上面と第２部材３０９’の配線構造の最上面とが接合される。ここで、接続部３１１及び接続部２０９Ａ及び２０９Ｂは銅を主成分とする配線から構成されているため、張り合わせの際は銅の金属接合によって行うことが可能である。
【００４７】
第１部材３０８’と第２部材３０９’とが接合された後に、第１部材３０８’の半導体基板４０１の裏面４０３側を薄膜化する。薄膜化は、ＣＭＰ（化学的機械研磨）やエッチングによって行うことが可能である。そして、半導体基板４０１は半導体基板４０７となり、厚みがＤ３からＤ１（Ｄ１＜Ｄ３）となる（図６（Ａ））。このように半導体基板４０１を薄膜化し半導体基板４０７とすることで、後に入射光が光電変換素子に効率良く入射することを可能にする。また、この時、半導体基板４０７の厚みＤ１＜半導体基板４０４の厚みＤ４となる。
【００４８】
次に、半導体基板４０７の裏面４０８に、樹脂からなる平坦化層４０９、カラーフィルタ層４１０、樹脂からなる平坦化層４１１、マイクロレンズ層４１２をこの順に形成する。これら平坦化層、カラーフィルタ層、マイクロレンズ層の製造方法については、一般的な半導体プロセスで形成可能であり、詳細な説明は省略する。ここでマイクロレンズ層はパッド部となる３１２’の領域まで形成されていてもよい。以上の工程によって、図６（Ｂ）の構成が得られる。
【００４９】
そして、パッド３１３を露出するための開口１００を形成する。ここでは、フォトリソグラフィ技術を用いてマイクロレンズ層４１２の上に任意の開口を有するフォトレジストマスクを設ける。そして、ドライエッチング技術を用いて、マイクロレンズ層４２１、平坦化層４１１、カラーフィルタ層４１０、平坦化層４０９、半導体基板４０７及び層間絶縁膜１０４’を除去し、パッド３１３を露出させる開口１００を形成する。
【００５０】
そして、マイクロレンズ層１１８、平坦化層１１７、１１５、カラーフィルタ層１１６、第１基板１０１及び層間絶縁膜１０４が形成される。以上のようにして、図１の構成となる。なお、図６（Ｂ）の半導体基板４０４、主面４０５、裏面４０６、厚さＤ４は、図１の第２基板１２１、主面１２２、裏面１２３、厚さＤ２と対応している。
【００５１】
ここで、厚さＤ４とＤ２とは変化がないが、半導体基板４０４の薄膜化を行い厚さＤ２＜Ｄ４となるようにしてもよい。薄膜化によって、工程が増えるが固体撮像装置としての小型化が可能となる。
【００５２】
以上のように、パッド３１３はアルミニウムを主成分とする金属からなるため、銅を主成分とする金属の場合に比べて酸化の影響を受けづらく、外部端子との接続抵抗を低減することが可能である。また、パッド３１３はアルミニウムを主成分とする金属からなるため、銅を主成分とする金属の場合に比べて、金属汚染の発生を低減することが可能となる。
【００５３】
また、本実施例においては、第１基板の主面に最も近接した配線層に含まれた配線がパッドとして機能している。このような構成によって、パッド３１３は配線層１０９の配線と同一工程で形成可能であり、製造工程が簡易となる。また、露出させるためのエッチングを薄膜化された半導体基板４０７の裏面４０８側から行うことで、パッド形成のエッチングに要する時間を短縮することが可能となる。なお、エッチングの際には、パッド３１３がエッチングストッパとしても機能することが可能である。
【００５４】
更に、第１基板の主面に最も近接した配線層を、アルミニウムを主成分とする金属としている。この構成によって、アルミニウムよりも拡散しやすい銅を主成分とする金属を光電変換素子に近接した層に用いないため、光電変換素子等への金属汚染の影響を低減し、固体撮像装置のノイズを抑制することが可能となる。
【００５５】
本発明は本実施例の製造方法において説明した工程に限定されるものではなく、工程順が変更されていてもよい。また、第１部材３０８と第２部材３０９の製造順番については適宜設定可能である。また、半導体基板４０１、４０２にはＳＯＩ基板を適用することも可能である。
【００５６】
なお、第１部材３０８と第２部材３０９とを固体撮像装置用の基板として別々に購入し、張り合わせて形成することも可能である。例えば、第１基板と、銅を主成分とする配線を含む配線層とアルミニウムを主成分とする配線を含む配線層とを有する第１配線構造とを有する第１部材である。この時、アルミニウムを主成分とする配線を含む配線層は、銅を主成分とする配線を含む配線層よりも第１基板に近接して配置され、パッドを有する。または、第２基板と、銅を主成分とする配線を含む配線層とアルミニウムを主成分とする配線を含む配線層とを有する第２配線構造とを有する第２部材である。この時、アルミニウムを主成分とする配線を含む配線層は、銅を主成分とする配線を含む配線層よりも第２基板に近接して配置され、パッドを有する。このような第１部材あるいは第２部材のいずれかを購入してくることによって、本実施例の固体撮像装置を製造することも可能である。
【００５７】
実施例１の変形例について、図７を用いて説明する。図７（Ａ）〜図７（Ｃ）はそれぞれ実施例１の変形例を示す固体撮像装置の断面模式図であり、それぞれ図１に対応する図面である。図７において図１と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５８】
図７（Ａ）において、実施例１と異なる構成は、開口７００及びパッド７０１とである。本実施例では、実施例１よりも深い開口７０２を有し、実施例１よりも第２部材３０９の主面１２２に近接したパッド７０１を有する。このようにパッドは任意の位置に配置可能である。また、パッド７０１は、第２基板の上に配された配線層１３４と同一層に配置されており、アルミニウムを主成分とする導電体からなる。また、配線層１３４は銅を主成分とする配線からなる。ここで、パッド７０１はアルミニウムを主成分とする配線とすることで、外部端子との接続不良を低減することが可能となる。また、パッド７０１を配線層１３４と同一層に形成することで、特許文献１に記載の構成に比べて製造工程が簡易となる。
【００５９】
図７（Ａ）の製造方法において、実施例１と異なる部分は、実施例１の図５（Ｂ）の工程である。まず、層間絶縁膜１２６まで形成した後、層間絶縁膜１２６の上にバリアメタル膜、アルミニウム膜及びバリアメタル膜をこの順に積層する。そして、積層された膜をフォトリソグラフィ技術によってパターニングしパッド７０１を形成する。パッド７０１を覆って層間絶縁膜１２７となる絶縁膜を形成し、平坦化する。そして、層間絶縁膜１２７となる絶縁膜にシングルダマシン法によって銅を主成分とする配線層１３４を形成する。配線層１３４を形成すると同時に絶縁膜は研磨され、層間絶縁膜１２７となる。その後の工程は実施例１の図６と同様である。このようにして、図７（Ａ）の構成は形成可能である。
【００６０】
また、図７（Ｂ）においては、実施例１の開口１００とは開口７０３の形状が異なり、その他の構成は図７（Ａ）と同じである。つまり、図７（Ｂ）に示すように、不要な層間絶縁膜や半導体基板は除去してしまってもよい。
【００６１】
次に、図７（Ｃ）において実施例１と異なる構成は、第１部材３０８及び第２部材２０９に配された配線構造の配線の形態である。図７（Ｃ）においては、実施例１における図１のビア１１０、１３１、１３３及び配線層１１１、１３０、１３２、１３４の構成が異なり、ダマシン構造７０４〜７０７であることである。
【００６２】
ここで、ダマシン構造とは、シングルダマシン法によって形成されるシングルダマシン構造と、デュアルダマシン法によって形成されるデュアルダマシン構造とを含む。シングルダマシン構造は任意の絶縁膜に配線となる導電体及びバリアメタルが埋め込まれた構造であり、デュアルダマシン構造は任意の絶縁膜に配線及びプラグとなる導電体及びバリアメタルが埋め込まれた構造である。プラグとはビアやコンタクトを形成するものである。
【００６３】
図７（Ｃ）においては、図１におけるビア１１０及び配線層１１１に対応してデュアルダマシン構造７０４が配置され、図１における配線層１３０に対応してシングルダマシン構造７０７が配置される。そして、図７（Ｃ）においては、図１におけるビア１３１及び配線層１３２に対応してデュアルダマシン構造７０６が配置され、図１におけるビア１３３及び配線層１３４に対応してデュアルダマシン構造７０６が配置される。ここで、パッド３１３と同一層の配線層１０９はアルミニウムを主成分とする配線からなり、パッド３１３は配線層１０９と同一工程で形成下能であり、工程が簡易となっている。このように、配線構造の構成は任意の構成が適用可能である。
【００６４】
以下、上記の各実施形態に係る固体撮像装置の応用例として、固体撮像装置が組み込まれた撮像システムについて例示的に説明する。撮像システムには、撮影を主目的とするカメラなどの装置のみならず、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。例えば、カメラは、本発明に係る固体撮像装置と、固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部とを含む。この処理部とは、例えば、Ａ／Ｄ変換器、及びＡ／Ｄ変換器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。
【００６５】
以上述べてきたように、本発明の固体撮像装置によれば、パッドにおける外部端子との接続抵抗の増大が抑制可能となる。また、金属汚染を低減することが可能となる。なお、本発明は明細書記載の構成に限定されるものではなく、導電型や回路を逆導電型にした構成や、配線層や層間絶縁膜を更に設ける構成や、シングルダマシン構造からデュアルダマシン構造にする場合など適宜変更可能である。また、パッドの配置場所が第２基板の裏面側に配置されている場合などにおいても、本発明は適用可能である。また、各実施例の構成を適宜組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００６６】
３０１  画素部
３０２  周辺回路部
３０８  第１部材
３０９  第２部材
１４９  第１配線構造
１５０  第２配線構造
３１２  パッド部
３１３  パッド
１０１  第１基板
１２１  第２基板
１００  開口
Ｘ  接続面
【図１】
0005553693.tif 000002
【図２】
0005553693.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005553693.tif 000005
【図５】
0005553693.tif 000006
【図６】
0005553693.tif 000007
【図７】
0005553693.tif 000008