(57)【要約】【課題】  本発明は、背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサを製造するために、２つのウエハを接合する時、工程を単純化し、ミスアラインに対するマージンを確保できるようにした技術を提供する。【解決手段】  本発明は、３Ｄ  ＣＩＳ製造工程でイメージセンサを製造する時、第１ウエハおよび第２ウエハのいずれか１つのウエハのビアと他のウエハのボンディングパッドとを用いて２つのウエハを電気的に連結する。また、本発明は、３Ｄ  ＣＩＳ製造工程でイメージセンサを製造する時、２つのウエハのビアを用いて２つのウエハを電気的に連結する。【選択図】  図２
2015088759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックサイドから入射する光をセンシングしてそれによる信号を出力する背面光フォトダイオード、および該背面光フォトダイオードから出力される信号を浮遊拡散ノードに転送する転送トランジスタをそれぞれ複数個備える第１ウエハに形成され、前記浮遊拡散ノードにそれぞれ連結された複数の第１メタル層と、
前記浮遊拡散ノードを介して伝達される信号を処理して転送するピクセルトランジスタを複数個備える第２ウエハに形成され、前記ピクセルトランジスタにそれぞれ連結された複数の第２メタル層と、
前記第１ウエハに形成され、一側が前記第１メタル層にそれぞれ連結された複数の第１ボンディング用ビアと、
前記第２ウエハに形成され、一側が前記第２メタル層にそれぞれ連結された複数の第２ボンディング用ビアと、
前記第１ウエハに形成され、一側が前記第１ボンディング用ビアの他側にそれぞれ連結され、他側が前記第２ボンディング用ビアの他側にそれぞれ連結された複数のボンディングパッドとを備える、背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサ。
【請求項２】
前記第１ウエハが、上板ウエハであり、
前記第２ウエハが、下板ウエハである、請求項１に記載の背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサ。
【請求項３】
前記第２ウエハが、前記ピクセルトランジスタを介して出力される信号を処理するためのロジッグトランジスタをさらに備える、請求項１に記載の背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサ。
【請求項４】
前記ピクセルトランジスタは、
一側端子が電源端子に連結され、前記浮遊拡散ノードおよびゲートを連続的に介して供給される電圧によって駆動され、前記背面光フォトダイオードを介してセンシングされた光に相応する出力電圧を他側端子を介して出力するドライブトランジスタと、
一側端子が前記ドライブトランジスタの他側端子に連結され、ゲートを介して供給される選択制御信号によって前記ドライブトランジスタの出力電圧を選択的に出力する選択トランジスタと、
リセットモードにおいて、前記ドライブトランジスタのゲートに電源端子電圧を供給して前記浮遊拡散ノードをリセットさせるリセットトランジスタと、のうちの１つ以上を備える、請求項１に記載の背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサ。
【請求項５】
バックサイドから入射する光をセンシングしてそれによる信号を出力する背面光フォトダイオード、および該背面光フォトダイオードから出力される信号を浮遊拡散ノードに転送する転送トランジスタをそれぞれ複数個備える第１ウエハに形成され、前記浮遊拡散ノードにそれぞれ連結された複数の第１メタル層と、
前記浮遊拡散ノードを介して伝達される信号を処理して転送するピクセルトランジスタを複数個備える第２ウエハに形成され、前記ピクセルトランジスタにそれぞれ連結された複数の第２メタル層と、
前記第１ウエハに形成され、一側が前記第１メタル層にそれぞれ連結された複数の第１ボンディング用ビアと、
前記第２ウエハに形成され、一側が前記第２メタル層にそれぞれ連結された複数の第２ボンディング用ビアと、
前記第２ウエハに形成され、一側が前記第２ボンディング用ビアの他側にそれぞれ連結され、他側が前記第１ボンディング用ビアの他側にそれぞれ連結された複数のボンディングパッドとを備える、背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサ。
【請求項６】
前記第１ウエハが、上板ウエハであり、
前記第２ウエハが、下板ウエハである、請求項５に記載の背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサ。
【請求項７】
前記第２ウエハは、前記ピクセルトランジスタを介して出力される信号を処理するためのロジッグトランジスタをさらに備える、請求項５に記載の背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサ。
【請求項８】
前記ピクセルトランジスタは、
一側端子が電源端子に連結され、前記浮遊拡散ノードおよびゲートを連続的に介して供給される電圧によって駆動され、前記背面光フォトダイオードを介してセンシングされた光に相応する出力電圧を他側端子を介して出力するドライブトランジスタと、
一側端子が前記ドライブトランジスタの他側端子に連結され、ゲートを介して供給される選択制御信号によって前記ドライブトランジスタの出力電圧を選択的に出力する選択トランジスタと、
リセットモードにおいて、前記ドライブトランジスタのゲートに電源端子電圧を供給して前記浮遊拡散ノードをリセットさせるリセットトランジスタと、のうちの１つ以上を備える、請求項５に記載の背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサ。
【請求項９】
バックサイドから入射する光をセンシングしてそれによる信号を出力する背面光フォトダイオード、および該背面光フォトダイオードから出力される信号を浮遊拡散ノードに転送する転送トランジスタをそれぞれ複数個備える第１ウエハに形成され、前記浮遊拡散ノードにそれぞれ連結された複数の第１メタル層と、
前記浮遊拡散ノードを介して伝達される信号を処理して転送するピクセルトランジスタを複数個備える第２ウエハに形成され、前記ピクセルトランジスタにそれぞれ連結された複数の第２メタル層と、
前記第１ウエハに形成され、一側が前記第１メタル層にそれぞれ連結された複数の第１ボンディング用ビアと、
前記第２ウエハに形成され、一側が前記第２メタル層にそれぞれ連結され、他側が前記第１ボンディング用ビアの他側にそれぞれ連結された複数の第２ボンディング用ビアとを備える、背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサ。
【請求項１０】
前記第１ボンディング用ビアと第２ボンディング用ビアとの接触面積が、互いに同一に形成された、請求項９に記載の背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサ。
【請求項１１】
前記第１メタル層が前記第２メタル層より小さい場合、前記第１ボンディング用ビアが傾斜面を有するように形成され、前記第１メタル層が前記第２メタル層より大きい場合、前記第２ボンディング用ビアが傾斜面を有するように形成された、請求項９に記載の背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサ。
【請求項１２】
前記傾斜面の角度が３度〜１０度である、請求項１１に記載の背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサ。
【請求項１３】
前記第２ウエハは、前記ピクセルトランジスタを介して出力される信号を処理するためのロジッグトランジスタをさらに備える、請求項９に記載の背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサ。
【請求項１４】
前記ピクセルトランジスタは、
一側端子が電源端子に連結され、前記浮遊拡散ノードおよびゲートを連続的に介して供給される電圧によって駆動され、前記背面光フォトダイオードを介してセンシングされた光に相応する出力電圧を他側端子を介して出力するドライブトランジスタと、
一側端子が前記ドライブトランジスタの他側端子に連結され、ゲートを介して供給される選択制御信号によって前記ドライブトランジスタの出力電圧を選択的に出力する選択トランジスタと、
リセットモードにおいて、前記ドライブトランジスタのゲートに電源端子電圧を供給して前記浮遊拡散ノードをリセットさせるリセットトランジスタと、のうちの１つ以上を備える、請求項９に記載の背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサ。
【請求項１５】
バックサイドから入射する光をセンシングしてそれによる信号を出力する背面光フォトダイオード、および該背面光フォトダイオードから出力される信号を浮遊拡散ノードに転送する転送トランジスタを複数個備え、前記背面光フォトダイオードの出力信号を当該ピクセルに伝達するためのピクセルトランジスタを複数個備える第１ウエハに形成され、前記ピクセルトランジスタにそれぞれ連結された複数の第１メタル層と、
前記ピクセルトランジスタを介して出力される信号を処理するためのロジッグトランジスタを複数個備える第２ウエハに形成され、前記ロジッグトランジスタにそれぞれ連結された複数の第２メタル層と、
前記第１ウエハに形成され、一側が前記第１メタル層にそれぞれ連結された複数の第１ボンディング用ビアと、
前記第２ウエハに形成され、一側が前記第２メタル層にそれぞれ連結された複数の第２ボンディング用ビアと、
前記第１ウエハに形成され、一側が前記第１ボンディング用ビアの他側にそれぞれ連結され、他側が前記第２ボンディング用ビアの他側にそれぞれ連結された複数のボンディングパッドとを備える、背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサ。
【請求項１６】
前記ロジッグトランジスタが前記第１ウエハと電気的に連結される、請求項１５に記載の背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサ。
【請求項１７】
前記ピクセルトランジスタは、
一側端子が電源端子に連結され、前記浮遊拡散ノードおよびゲートを連続的に介して供給される電圧によって駆動され、前記背面光フォトダイオードを介してセンシングされた光に相応する出力電圧を他側端子を介して出力するドライブトランジスタと、
一側端子が前記ドライブトランジスタの他側端子に連結され、ゲートを介して供給される選択制御信号によって前記ドライブトランジスタの出力電圧を選択的に出力する選択トランジスタと、
リセットモードにおいて、前記ドライブトランジスタのゲートに電源端子電圧を供給して前記浮遊拡散ノードをリセットさせるリセットトランジスタと、のうちの１つ以上を備える、請求項１５に記載の背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサ。
【請求項１８】
バックサイドから入射する光をセンシングしてそれによる信号を出力する背面光フォトダイオード、および該背面光フォトダイオードの出力信号を浮遊拡散ノードに転送する転送トランジスタを第１ウエハにそれぞれ複数個形成し、前記浮遊拡散ノードに連結された第１ボンディング用ビアを前記第１ウエハの層間絶縁膜に複数個形成するステップと、
前記背面光フォトダイオードの出力信号を処理して転送するためのピクセルトランジスタを第２ウエハに形成し、前記ピクセルトランジスタに連結された第２ボンディング用ビアを前記第２ウエハの層間絶縁膜に形成した後、前記第２ボンディング用ビアの上部にボンディングパッドを形成するステップと、
前記第１ウエハと第２ウエハとを結合するとともに、前記第１ボンディング用ビアと前記ボンディングパッドとを電気的に連結するステップとを含む、背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサの製造方法。
【請求項１９】
パッシベーション工程、カラーフィルタ形成工程、マイクロレンズ形成工程、およびパッド形成工程を行うステップをさらに含む、請求項１８に記載の背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサの製造方法。
【請求項２０】
前記ピクセルトランジスタが、リセットトランジスタ、ドライブトランジスタ、および選択トランジスタを備える、請求項１８に記載の背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサの製造方法。
【請求項２１】
バックサイドから入射する光をセンシングしてそれによる信号を出力する背面光フォトダイオード、および該背面光フォトダイオードの出力信号を浮遊拡散ノードに転送する転送トランジスタを第１ウエハにそれぞれ複数個形成し、前記浮遊拡散ノードに連結された第１ボンディング用ビアを前記第１ウエハの層間絶縁膜に複数個形成するステップと、
前記背面光フォトダイオードの出力信号を処理して転送するためのピクセルトランジスタを第２ウエハに形成し、前記ピクセルトランジスタに連結された第２ボンディング用ビアを前記第２ウエハの層間絶縁膜に形成するステップと、
前記第１ウエハと前記第２ウエハとを結合するとともに、前記第１ボンディング用ビアと前記第２ボンディング用ビアとを電気的に連結するステップとを含む、背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサの製造方法。
【請求項２２】
前記第１ボンディング用ビアと前記第２ボンディング用ビアとを電気的に連結する前記ステップを完了した後、パッシベーション工程、カラーフィルタ形成工程、マイクロレンズ形成工程、およびパッド形成工程を行うステップをさらに含む、請求項２１に記載の背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサの製造方法。
【請求項２３】
前記ピクセルトランジスタは、
一側端子が電源端子に連結され、前記浮遊拡散ノードおよびゲートを連続的に介して供給される電圧によって駆動され、前記背面光フォトダイオードを介してセンシングされた光に相応する出力電圧を他側端子を介して出力するドライブトランジスタと、
一側端子が前記ドライブトランジスタの他側端子に連結され、ゲートを介して供給される選択制御信号によって前記ドライブトランジスタの出力電圧を選択的に出力する選択トランジスタと、
リセットモードにおいて、前記ドライブトランジスタのゲートに電源端子電圧を供給して前記浮遊拡散ノードをリセットさせるリセットトランジスタと、のうちの１つ以上を備える、請求項２１に記載の背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサの製造技術に関するものであって、特に、２つのウエハを接合する時、工程を単純化し、ミスアラインに対するマージンを確保できるようにした背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１を参照すれば、イメージセンサ１００は、複数の上板メタル層１１０Ｔ、複数の上板ビア１２０Ｔ、および複数の上板ボンディングパッド１３０Ｔを備える上板ウエハ１００Ｔと、複数の下板メタル層１１０Ｂ、複数の下板ビア１２０Ｂ、および複数の下板ボンディングパッド１３０Ｂを備える下板ウエハ１００Ｂとを備える。
上板ウエハ１００Ｔに形成された複数の上板メタル層１１０Ｔは、対応する個数の上板ビア１２０Ｔをそれぞれ介して上板ボンディングパッド１３０Ｔに電気的にそれぞれ連結される。
【０００３】
同様に、下板ウエハ１００Ｂに形成された複数の下板メタル層１１０Ｂは、対応する個数の下板ビア１２０Ｂをそれぞれ介して下板ボンディングパッド１３０Ｂに電気的にそれぞれ連結される。
上板ウエハ１００Ｔおよび下板ウエハ１００Ｂは、互いに対向して形成された上板ボンディングパッド１３０Ｔおよび下板ボンディングパッド１３０Ｂによって電気的に連結される。
【０００４】
このように、従来技術に係るイメージセンサは、上板ウエハ上の上板メタル層の個数に相応して形成された上板ボンディングパッドと、下板ウエハ上の下板メタル層の個数に相応して形成された下板ボンディングパッドとによって、上板ウエハと下板ウエハとが電気的に連結される構造となっている。
【０００５】
しかし、このような構造のイメージセンサは、複数のボンディングパッドで発生する寄生キャパシタンスによってピクセル特性が低下する問題がある。また、ミスアラインによって工程マージンが不足するなどの問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、３Ｄ  ＣＩＳ（ＣＭＯＳ  ｉｍａｇｅ  ｓｅｎｓｏｒ）製造工程でイメージセンサを製造する時、第１ウエハおよび第２ウエハのいずれか１つのウエハのビアと他のウエハのボンディングパッドとを用いて２つのウエハを電気的に連結することである。
【０００７】
本発明が解決しようとする他の課題は、３Ｄ  ＣＩＳ製造工程でイメージセンサを製造する時、２つのウエハのビアを用いて２つのウエハを電気的に連結することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の技術的課題を達成するための、本発明の実施形態に係る背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサは、バックサイドから入射する光をセンシングしてそれによる信号を出力する背面光フォトダイオード、および該背面光フォトダイオードから出力される信号を浮遊拡散ノードに転送する転送トランジスタをそれぞれ複数個備える第１ウエハに形成され、前記浮遊拡散ノードにそれぞれ連結された複数の第１メタル層と、前記浮遊拡散ノードを介して伝達される信号を処理して転送するピクセルトランジスタを複数個備える第２ウエハに形成され、前記ピクセルトランジスタにそれぞれ連結された複数の第２メタル層と、前記第１ウエハに形成され、一側が前記第１メタル層にそれぞれ連結された複数の第１ボンディング用ビアと、前記第２ウエハに形成され、一側が前記第２メタル層にそれぞれ連結された複数の第２ボンディング用ビアと、前記第１ウエハに形成され、一側が前記第１ボンディング用ビアの他側にそれぞれ連結され、他側が前記第２ボンディング用ビアの他側にそれぞれ連結された複数のボンディングパッドとを備える。
【０００９】
上記の技術的課題を達成するための、本発明の他の実施形態に係る背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサは、バックサイドから入射する光をセンシングしてそれによる信号を出力する背面光フォトダイオード、および該背面光フォトダイオードから出力される信号を浮遊拡散ノードに転送する転送トランジスタをそれぞれ複数個備える第１ウエハに形成され、前記浮遊拡散ノードにそれぞれ連結された複数の第１メタル層と、前記浮遊拡散ノードを介して伝達される信号を処理して転送するピクセルトランジスタを複数個備える第２ウエハに形成され、前記ピクセルトランジスタにそれぞれ連結された複数の第２メタル層と、前記第１ウエハに形成され、一側が前記第１メタル層にそれぞれ連結された複数の第１ボンディング用ビアと、前記第２ウエハに形成され、一側が前記第２メタル層にそれぞれ連結された複数の第２ボンディング用ビアと、前記第２ウエハに形成され、一側が前記第２ボンディング用ビアの他側にそれぞれ連結され、他側が前記第１ボンディング用ビアの他側にそれぞれ連結された複数のボンディングパッドとを備える。
【００１０】
上記の技術的課題を達成するための、本発明の他の実施形態に係る背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサは、バックサイドから入射する光をセンシングしてそれによる信号を出力する背面光フォトダイオード、および前記背面光フォトダイオードから出力される信号を浮遊拡散ノードに転送する転送トランジスタをそれぞれ複数個備える第１ウエハに形成され、前記浮遊拡散ノードにそれぞれ連結された複数の第１メタル層と、前記浮遊拡散ノードを介して伝達される信号を処理して転送するピクセルトランジスタを複数個備える第２ウエハに形成され、前記ピクセルトランジスタにそれぞれ連結された複数の第２メタル層と、前記第１ウエハに形成され、一側が前記第１メタル層にそれぞれ連結された複数の第１ボンディング用ビアと、前記第２ウエハに形成され、一側が前記第２メタル層にそれぞれ連結され、他側が前記第１ボンディング用ビアの他側にそれぞれ連結された複数の第２ボンディング用ビアとを備える。
【００１１】
上記の技術的課題を達成するための、本発明の他の実施形態に係る背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサは、バックサイドから入射する光をセンシングしてそれによる信号を出力する背面光フォトダイオード、および該背面光フォトダイオードから出力される信号を浮遊拡散ノードに転送する転送トランジスタを複数個備え、前記背面光フォトダイオードの出力信号を当該ピクセルに伝達するためのピクセルトランジスタを複数個備える第１ウエハに形成され、前記ピクセルトランジスタにそれぞれ連結された複数の第１メタル層と、前記ピクセルトランジスタを介して出力される信号を処理するためのロジッグトランジスタを複数個備える第２ウエハに形成され、前記ロジッグトランジスタにそれぞれ連結された複数の第２メタル層と、前記第１ウエハに形成され、一側が前記第１メタル層にそれぞれ連結された複数の第１ボンディング用ビアと、前記第２ウエハに形成され、一側が前記第２メタル層にそれぞれ連結された複数の第２ボンディング用ビアと、前記第１ウエハに形成され、一側が前記第１ボンディング用ビアの他側にそれぞれ連結され、他側が前記第２ボンディング用ビアの他側にそれぞれ連結された複数のボンディングパッドとを備える。
【００１２】
上記の技術的課題を達成するための、本発明の実施形態に係る背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサの製造方法は、バックサイドから入射する光をセンシングしてそれによる信号を出力する背面光フォトダイオード、および該背面光フォトダイオードの出力信号を浮遊拡散ノードに転送する転送トランジスタを第１ウエハにそれぞれ複数個形成し、前記浮遊拡散ノードに連結された第１ボンディング用ビアを前記第１ウエハの層間絶縁膜に複数個形成するステップと、前記背面光フォトダイオードの出力信号を処理して転送するためのピクセルトランジスタを第２ウエハに形成し、前記ピクセルトランジスタに連結された第２ボンディング用ビアを前記第２ウエハの層間絶縁膜に形成した後、前記第２ボンディング用ビアの上部にボンディングパッドを形成するステップと、前記第１ウエハと第２ウエハとを結合するとともに、前記第１ボンディング用ビアと前記ボンディングパッドとを電気的に連結するステップとを含む。
【００１３】
上記の技術的課題を達成するための、本発明の他の実施形態に係る背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサの製造方法は、バックサイドから入射する光をセンシングしてそれによる信号を出力する背面光フォトダイオード、および該背面光フォトダイオードの出力信号を浮遊拡散ノードに転送する転送トランジスタを第１ウエハにそれぞれ複数個形成し、前記浮遊拡散ノードに連結された第１ボンディング用ビアを前記第１ウエハの層間絶縁膜に複数個形成するステップと、前記背面光フォトダイオードの出力信号を処理して転送するためのピクセルトランジスタを第２ウエハに形成し、前記ピクセルトランジスタに連結された第２ボンディング用ビアを前記第２ウエハの層間絶縁膜に形成するステップと、前記第１ウエハと前記第２ウエハとを結合するとともに、前記第１ボンディング用ビアと前記第２ボンディング用ビアとを電気的に連結するステップとを含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、３Ｄ  ＣＩＳ製造工程でイメージセンサを製造する時、第１ウエハおよび第２ウエハのいずれか１つの一方のウエハのビアと他方のウエハのボンディングパッドとを用いて２つのウエハを電気的に連結することにより、パッド形成工程が半分に減少して工程が単純化され、これによって製造費用が節減される効果がある。
【００１５】
また、本発明は、３Ｄ  ＣＩＳ製造工程でイメージセンサを製造する時、第１ウエハおよび第２ウエハのビアを用いて２つのウエハを電気的に連結することにより、ミスアラインに対する工程マージンが確保されて収率が改善され、寄生キャパシタンスが減少してピクセルの特性が改善される効果がある。
【００１６】
さらに、上下板のメタルピッチが互いに異なるウエハをボンディングする場合、ボンディング接触面のサイズを同一にすることで接着力が強化される効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】３Ｄ  ＣＩＳ製造工程によって製造された従来のイメージセンサの構造を示すものである。
【図２】本発明に係る背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサが適用されるピクセル回路図である。
【図３】本発明の実施形態に係る背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサの概略断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサの概略断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態に係る背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサの概略断面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、第１メタル層と第２メタル層のサイズが互いに異なる場合の、ビアの構造をそれぞれ例示的に示すものである。
【図７】本発明の背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサの製造方法の実施形態を示すフローチャートである。
【図８】図７の製造方法によるイメージセンサ製造工程を示すイメージセンサの断面図である。
【図９】背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサの製造方法の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図１０】図９の製造方法によるイメージセンサ製造工程を示すイメージセンサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図２は、本発明に係る背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサが適用されるピクセル回路を例示的に示すものであり、ピクセル回路が、第１ウエハ回路部２１０と、第２ウエハ回路部２２０とを備える。
【００１９】
第１ウエハ回路部２１０は、フォトダイオードＰＤと、転送トランジスタＴｘと、第１浮遊拡散ノードＦＤＴとを備える。第２ウエハ回路部２２０は、第２浮遊拡散ノードＦＤＢと、リセットトランジスタＲｘと、ドライブトランジスタＤｘと、選択トランジスタＳｘとを備える。
【００２０】
フォトダイオードＰＤのセンシング動作によって発生する電荷は、第１ウエハ上に形成された転送トランジスタＴｘを介して第１浮遊拡散ノードＦＤＴに伝達される。
第２ウエハには、電源端子ＶＤＤと出力端子ＶＯＵＴとの間にドライブトランジスタＤｘおよび選択トランジスタＳｘが直列に接続されているが、第１浮遊拡散ノードＦＤＴを介して伝達される電荷が、第２ウエハに形成された第２浮遊拡散ノードＦＤＢを介してドライブトランジスタＤｘのゲートに伝達される。
【００２１】
したがって、フォトダイオードＰＤを介してセンシングされた光に相応する出力電圧が、ドライブトランジスタＤｘおよび選択トランジスタＳｘを介して当該ピクセルに供給される。また、第２ウエハには、電源端子ＶＤＤとドライブトランジスタＤｘのゲートとの間にリセットトランジスタＲｘが接続されているが、リセットトランジスタＲｘは、リセットモードにおいて、ドライブトランジスタＤｘのゲートに電源端子電圧を供給して、ドライブトランジスタＤｘに連結された第２浮遊拡散ノードＦＤＢをリセットさせる役割を果たす。
【００２２】
図３は、本発明の実施形態に係る背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサ３００の概略断面図である。
図３を参照すれば、イメージセンサ３００は、複数の第１メタル層３１０Ｔ、複数の第１ボンディング用ビア３２０Ｔ、および複数のボンディングパッド３３０Ｔを備える第１ウエハ３００Ｔと、複数の第２メタル層３１０Ｂ、および複数の第２ボンディング用ビア３２０Ｂを備える第２ウエハ３００Ｂとを備える。
【００２３】
第１ウエハ３００Ｔは、好ましくは上板ウエハである。第２ウエハ３００Ｂは、好ましくは下板ウエハである。
第１ウエハ３００Ｔに形成された複数の第１メタル層３１０Ｔは、対応する個数の第１ボンディング用ビア３２０Ｔをそれぞれ介してボンディングパッド３３０Ｔに電気的にそれぞれ連結される。
【００２４】
これに対し、第２ウエハ３００Ｂには、ボンディングパッドが省略され、第２ボンディング用ビア３２０Ｂの一側が、第１ウエハ３００Ｔと第２ウエハ３００Ｂとのボンディング結合時に互いに接触する部分であるボンディング表面部３４０まで形成される。第２ウエハ３００Ｂに形成された複数の第２メタル層３１０Ｂは、対応する個数の第２ボンディング用ビア３２０Ｂと電気的にそれぞれ連結される。
【００２５】
第１ウエハ３００Ｔおよび第２ウエハ３００Ｂの電気的連結は、互いに対向して形成されたボンディングパッド３３０Ｔおよび第２ボンディング用ビア３２０Ｂによって行われる。この時、第１ウエハ３００Ｔおよび第２ウエハ３００Ｂの物理的な結合は、ナイトライド接合、メタル接合、および酸化物接合などで多様に実現することができる。
【００２６】
第１ウエハ３００Ｔの第１ボンディング用ビア３２０Ｔおよびボンディングパッド３３０Ｔ、第２ウエハ３００Ｂの第２ボンディング用ビア３２０Ｂの材質は特に限定されないが、Ｃｕを含むことができ、この場合、デュアルダマシン工程を適用することができる。
【００２７】
第１ウエハ３００Ｔは、バックサイドから入射する光をセンシングしてそれによる信号を出力する背面光フォトダイオードと、背面光フォトダイオードから出力される信号を浮遊拡散ノードに転送する転送トランジスタとを備えることができる。転送トランジスタの一側端子は背面光フォトダイオードに連結され、他側端子は第１ボンディング用ビア３２０Ｔに連結される。
【００２８】
第２ウエハ３００Ｂは、背面光フォトダイオードを介してセンシングされた光に相応する信号を当該ピクセルに伝達するためのピクセルトランジスタ（例：リセットトランジスタＲｘ、ドライブトランジスタＤｘ、および選択トランジスタＳｘ）と、ピクセルトランジスタを介して出力される信号を処理するために周辺回路部に形成されたロジッグトランジスタとを備えることができる。ピクセルトランジスタの一側端子は第２メタル層３１０Ｂに連結される。
【００２９】
第１ウエハ３００Ｔおよび第２ウエハ３００Ｂはそれぞれ、層間絶縁膜を備えることができる。
一方、図４は、本発明の他の実施形態に係る背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサ４００の概略断面図である。図４を図３と比較する時、相違点は、第１ウエハからボンディングパッド３３０Ｔが省略され、第２ウエハにボンディングパッド４３０Ｂが備えられて、第１ウエハのビアと第２ウエハのボンディングパッドとによって第１ウエハおよび第２ウエハが結合されることである。
【００３０】
図４を参照すれば、イメージセンサ４００は、複数の第１メタル層４１０Ｔ、および複数の第１ボンディング用ビア４２０Ｔを備える第１ウエハ４００Ｔと、複数の第２メタル層４１０Ｂ、複数の第２ボンディング用ビア４２０Ｂ、および複数のボンディングパッド４３０Ｂを備える第２ウエハ４００Ｂとを備える。
第１ウエハ４００Ｔは、好ましくは上板ウエハである。第２ウエハ４００Ｂは、好ましくは下板ウエハである。
【００３１】
第１ウエハ４００Ｔには、ボンディングパッドが省略され、第１ボンディング用ビア４２０Ｔの他側が、第１ウエハ４００Ｔと第２ウエハ４００Ｂとのボンディング結合時に互いに接触する部分であるボンディング表面部４４０まで形成される。第１ウエハ４００Ｔに形成された複数の第１メタル層４１０Ｔは、対応する個数の第１ボンディング用ビア４２０Ｔに電気的にそれぞれ連結される。
【００３２】
これに対し、第２ウエハ４００Ｂに形成された複数の第２メタル層４１０Ｂは、対応する個数の第２ボンディング用ビア４２０Ｂをそれぞれ介してボンディングパッド４３０Ｂと電気的にそれぞれ連結される。
【００３３】
第１ウエハ４００Ｔおよび第２ウエハ４００Ｂの電気的連結は、互いに対向して形成された第１ボンディング用ビア４２０Ｔおよびボンディングパッド４３０Ｂによって行われる。この時、第１ウエハ４００Ｔおよび第２ウエハ４００Ｂの物理的な結合は、ナイトライド接合、メタル接合、および酸化物接合などで多様に実現することができる。
【００３４】
第１ウエハ４００Ｔの第１ボンディング用ビア４２０Ｔ、第２ウエハ４００Ｂの第２ボンディング用ビア４２０Ｂおよびボンディングパッド４３０Ｂの材質は特に限定されないが、Ｃｕを含むことができ、この場合、デュアルダマシン工程を適用することができる。
【００３５】
第１ウエハ４００Ｔは、入射光をセンシングしてそれによる信号を出力する背面光フォトダイオードと、背面光フォトダイオードから出力される信号を浮遊拡散ノードに転送する転送トランジスタとを備えることができる。転送トランジスタの一側端子は背面光フォトダイオードに連結され、他側端子は第１ボンディング用ビア４２０Ｔに連結される。
【００３６】
第２ウエハ４００Ｂは、背面光フォトダイオードを介してセンシングされた光に相応する信号を当該ピクセルに伝達するためのピクセルトランジスタ（例：リセットトランジスタＲｘ、ドライブトランジスタＤｘ、および選択トランジスタＳｘ）と、ピクセルトランジスタを介して出力される信号を処理するために周辺回路部に形成されたロジッグトランジスタとを備えることができる。ピクセルトランジスタの一側端子は第２メタル層４１０Ｂに連結される。
【００３７】
第１ウエハ４００Ｔおよび第２ウエハ４００Ｂはそれぞれ、層間絶縁膜を備えることができる。
一方、図５は、本発明のさらに他の実施形態に係る背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサ５００の概略断面図である。
【００３８】
図５を参照すれば、イメージセンサ５００は、複数の第１メタル層５１０Ｔ、および複数の第１ボンディング用ビア５２０Ｔを備える第１ウエハ５００Ｔと、複数の第２メタル層５１０Ｂ、および複数の第２ボンディング用ビア５２０Ｂを備える第２ウエハ５００Ｂとを備える。
第１ウエハ５００Ｔは、好ましくは上板ウエハである。第２ウエハ５００Ｂは、好ましくは下板ウエハである。
【００３９】
第１ウエハ５００Ｔに形成された複数の第１メタル層５１０Ｔは、対応する個数の第１ボンディング用ビア５２０Ｔと電気的にそれぞれ連結される。
同様に、第２ウエハ５００Ｂに形成された複数の第２メタル層５１０Ｂは、対応する個数の第２ボンディング用ビア５２０Ｂと電気的にそれぞれ連結される。
【００４０】
第１ウエハ５００Ｔおよび第２ウエハ５００Ｂの電気的連結は、互いに対向して形成された第１ボンディング用ビア５２０Ｔおよび第２ボンディング用ビア５２０Ｂによって行われる。この時、第１ウエハ５００Ｔおよび第２ウエハ５００Ｂの物理的な結合は、ナイトライド接合、メタル接合、および酸化物接合などで多様に実現することができる。
【００４１】
第１ウエハ５００Ｔの第１ボンディング用ビア５２０Ｔ、および第２ウエハ５００Ｂの第２ボンディング用ビア５２０Ｂの材質は特に限定されないが、Ｃｕを含むことができ、この場合、デュアルダマシン工程を適用することができる。
【００４２】
第１ウエハ５００Ｔは、入射光をセンシングしてそれによる信号を出力する背面光フォトダイオードと、背面光フォトダイオードから出力される信号を浮遊拡散ノードに転送する転送トランジスタとを備えることができる。転送トランジスタの一側端子は背面光フォトダイオードに連結され、他側端子は第１ボンディング用ビア５２０Ｔに連結される。
【００４３】
第２ウエハ５００Ｂは、背面光フォトダイオードを介してセンシングされた光に相応する信号を当該ピクセルに伝達するためのピクセルトランジスタ（例：リセットトランジスタＲｘ、ドライブトランジスタＤｘ、および選択トランジスタＳｘ）と、ピクセルトランジスタを介して出力される信号を処理するために周辺回路部に形成されたロジッグトランジスタとを備えることができる。ピクセルトランジスタの一側端子は第２メタル層５１０Ｂに連結される。
【００４４】
第１ウエハ５００Ｔおよび第２ウエハ５００Ｂはそれぞれ、層間絶縁膜を備えることができる。
第１ボンディング用ビア５２０Ｔのサイズと第２ボンディング用ビア５２０Ｂのサイズは特に限定されず、デザインルールによって互いに同一または異なるように形成されてよい。
【００４５】
一方、図６（ａ）、図６（ｂ）は、図５のように、ボンディング用ビアを介して２つのウエハを電気的に連結する例を示すものである。すなわち、図６（ａ）、図６（ｂ）は、第１メタル層６１０Ｔと第２メタル層６１０Ｂのサイズが互いに異なる場合の、ビアの構造を例示的に示すものである。
【００４６】
まず、図６（ａ）は、第１メタル層６１０Ｔのサイズが第２メタル層６１０Ｂのサイズに比べて大きい場合の、第１ボンディング用ビア６２０Ｔおよび第２ボンディング用ビア６２０Ｂの形成例を示すものである。すなわち、第１メタル層６１０Ｔの幅（または直径）が「ｂ」、第２メタル層６１０Ｂの幅（または直径）が「ａ」であり、これらの関係がｂ＞ａの場合の、第１ボンディング用ビア６２０Ｔおよび第２ボンディング用ビア６２０Ｂの構造を例示的に示すものである。
【００４７】
この場合、第１ボンディング用ビア６２０Ｔは、第１メタル層６１０Ｔと接触する部分、第１ウエハ６００Ｔと第２ウエハ６００Ｂとのボンディング結合時に互いに接触する部分であるボンディング表面部６４０と接触する部分、および２つの接触部分を連結する中間部分、のすべての幅が「ｂ」として均一に形成される。
【００４８】
これに対し、第２ボンディング用ビア６２０Ｂは、第２メタル層６１０Ｂと接触する部分の幅を、第２メタル層６１０Ｂの大きさに対応して「ａ」に形成し（例：ａ＝０．４μｍ）、ボンディング表面部６４０と接触する部分の幅を、第１ボンディング用ビア６２０Ｔの対応面と同一に「ｂ」に形成し（例：ｂ＝０．８μｍ）、２つの接触部分を連結する部分は、ビアエッチレシピを異ならせて傾斜（例：３度〜１０度）して形成する。
こうすることで、互いに異なるピッチを有する２つのビアを連結する時、接触面のサイズを同一にすることができ、これによってボンディングパワーを高めることができる。
【００４９】
図６（ｂ）は、第１メタル層６１０Ｔのサイズが第２メタル層６１０Ｂのサイズに比べて小さい場合の、第１ボンディング用ビア６２０Ｔおよび第２ボンディング用ビア６２０Ｂの形成例を示すものである。すなわち、第１メタル層６１０Ｔの幅（または直径）が「ａ」、第２メタル層６１０Ｂの幅（または直径）が「ｂ」であり、これらの関係がｂ＞ａの場合の、第１ボンディング用ビア６２０Ｔおよび第２ボンディング用ビア６２０Ｂの構造を示すものである。ここで、第１ボンディング用ビア６２０Ｔおよび第２ボンディング用ビア６２０Ｂの構造は、図６（ａ）の構造と逆対称の関係であるので詳細な説明は省略する。
【００５０】
一方、図７は、本発明の背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサの製造方法の実施形態を示すフローチャートであり、図８は、図７の製造方法によるイメージセンサ製造工程を示すイメージセンサの断面図である。
以下、図７および図８を参照して、本発明に係る背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサの製造方法を詳細に説明する。
【００５１】
まず、図８（ａ）のように、第１ウエハ８１０上には、バックサイドから入射する光をセンシングしてそれによる信号を出力する背面光フォトダイオード８１１と、背面光フォトダイオードから出力される信号を浮遊拡散ノードに転送する転送トランジスタ８１２とを形成する（Ｓ７１０）。
次に、図８（ｂ）のように、第１ウエハ８１０上の第１層間絶縁膜８２０に、転送トランジスタ８１２に連結される第１ビア８２１を形成し、第１ビア８２１の上部に第１メタル層８２２を形成する（Ｓ７２０）。
【００５２】
そして、図８（ｃ）のように、第１メタル層８２２の上部に第１ボンディング用ビア８２３を形成する（Ｓ７３０）。
参考として、第１ボンディング用ビア８２３は、図４における第１ボンディング用ビア４２０Ｔと同様の役割を果たす。
【００５３】
前記のように、第１ウエハ８１０上に、背面光フォトダイオード８１１、転送トランジスタ８１２、回路間の連結のための第１ビア８２１、およびウエハ間の連結のための第１ボンディング用ビア８２３を形成するのと並行して、第２ウエハ８３０上に次のような素子を形成する。
【００５４】
図８（ｄ）のように、第２ウエハ８３０には、背面光フォトダイオード８１１を介してセンシングされた光に相応する信号を当該ピクセルに転送するためのピクセルトランジスタ（例：リセットトランジスタＲｘ、ドライブトランジスタＤｘ、および選択トランジスタＳｘ）８３１を形成する（Ｓ７４０）。
【００５５】
次に、図８（ｅ）のように、第２ウエハ８３０上の第２層間絶縁膜８４０に、ピクセルトランジスタ８３１に連結される第２ビア８４１を形成し、第２ビア８４１の上部に第２メタル層８４２を形成する（Ｓ７５０）。
そして、図８（ｆ）のように、第２メタル層８４２の上部に第２ボンディング用ビア８４３とボンディングパッド８４４を順次に形成する（Ｓ７６０）。
【００５６】
参考として、第２ボンディング用ビア８４３は、図４における第２ボンディング用ビア４２０Ｂと同様の役割を果たす。
以後、図８（ｇ）のように、第１ウエハ８１０上の第１層間絶縁膜８２０と、第２ウエハ８３０上の第２層間絶縁膜８４０とを互いに接合するが、この時、第１層間絶縁膜８２０上の第１ボンディング用ビア８２３と、第２層間絶縁膜８４０上のボンディングパッド８４４とが電気的に連結される（Ｓ７７０）。
【００５７】
次に、図８（ｈ）のように、パッシベーション工程、カラーフィルタ８５０形成工程およびマイクロレンズ８６０形成工程を行い、最後に、パッド８７０形成工程を行う（Ｓ７８０）、（Ｓ７９０）。
【００５８】
第１ウエハ８１０上の第１ボンディング用ビア８２３と、第２ウエハ８３０上のボンディングパッド８４４とが電気的に連結されることを例として説明したが、本発明がこれに限定されるものではなく、この工程により第１ウエハのボンディングパッドと第２ウエハのボンディング用ビアとが電気的に連結されるようにすることができる。
【００５９】
一方、図９は、背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサの製造方法の他の実施形態を示すフローチャートであり、図１０は、図９の製造方法によるイメージセンサ製造工程を示すイメージセンサの断面図である。
以下、図９および図１０を参照して、本発明に係る背面光フォトダイオードを用いたイメージセンサの製造方法を詳細に説明する。
【００６０】
まず、図１０（ａ）のように、第１ウエハ１０１０上には、バックサイドから入射する光をセンシングしてそれによる信号を出力する背面光フォトダイオード１０１１と、前記背面光フォトダイオード１０１１から出力される信号を浮遊拡散ノードに転送する転送トランジスタ１０１２とを形成する（Ｓ９１０）。
転送トランジスタ１０１２は、背面光フォトダイオード１０１１から出力される信号を浮遊拡散ノードに転送する役割を果たす。
【００６１】
次に、図１０（ｂ）のように、第１ウエハ１０１０上の第１層間絶縁膜１０２０に第１ビア１０２１および第１メタル層１０２２を形成する（Ｓ９２０）。
そして、図１０（ｃ）のように、第１層間絶縁膜１０２０に第１ボンディング用ビア１０２３を形成する（Ｓ９３０）。
参考として、第１ボンディング用ビア１０２３は、図５における第１ボンディング用ビア５２０Ｔと同様の役割を果たす。
【００６２】
前記のように、第１ウエハ１０１０上に、背面光フォトダイオード１０１１、転送トランジスタ１０１２、第１ビア１０２１、および第１ボンディング用ビア１０２３を形成するのと並行して、第２ウエハ１０３０上に次のような素子を形成する。
図１０（ｄ）のように、第２ウエハ１０３０上には、背面光フォトダイオード１０１１を介してセンシングされた光に相応する信号を当該ピクセルに転送するためのピクセルトランジスタ（例：リセットトランジスタＲｘ、ドライブトランジスタＤｘ、および選択トランジスタＳｘ）１０３１を形成する（Ｓ９４０）。
【００６３】
ピクセルトランジスタ１０３１は、浮遊拡散ノードを介して背面光フォトダイオード１０１１から転送される信号を当該画素に転送する役割を果たす。
次に、図１０（ｅ）のように、第２ウエハ１０３０上の第２層間絶縁膜１０４０に第２ビア１０４１および第２メタル層１０４２を形成する（Ｓ９５０）。
【００６４】
そして、図１０（ｆ）のように、第２層間絶縁膜１０４０上に第２ボンディング用ビア１０４３を形成する（Ｓ９６０）。
参考として、第２ボンディング用ビア１０４３は、図５における第２ボンディング用ビア５２０Ｂと同様の役割を果たす。
【００６５】
以後、図１０（ｇ）のように、第１ウエハ１０１０上の第１層間絶縁膜１０２０と、第２ウエハ１０３０上の第２層間絶縁膜１０４０とを互いに接合するが、この時、第１ウエハ１０１０上の第１ボンディング用ビア１０２３と、第２ウエハ１０３０上の第２ボンディング用ビア１０４３とが電気的に連結される（Ｓ９７０）。
【００６６】
次に、図１０（ｈ）のように、パッシベーション工程、カラーフィルタ１０５０およびマイクロレンズ１０６０の形成工程を行い、最後に、パッド１０７０を形成する工程を行う（Ｓ９８０）、（Ｓ９９０）。
【００６７】
一方、上記の実施形態と異なる実施形態として、第１ウエハに、背面光フォトダイオード、転送トランジスタ、および浮遊拡散ノードのほか、ピクセルトランジスタ（例：リセットトランジスタＲｘ、ドライブトランジスタＤｘ、および選択トランジスタＳｘ）を備えることができる。この場合、第１メタル層は前記ピクセル領域に連結される。そして、第２ウエハには、ピクセルトランジスタを介して出力される信号を処理するためのロジッグトランジスタが形成され、ロジッグトランジスタは第１ウエハと電気的に連結される。
【００６８】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲がこれに限定されるものではなく、以下の請求の範囲で定義する本発明の基本概念に基づいてより多様な実施形態で実現可能であり、このような実施形態も本発明の権利範囲に属する。
【符号の説明】
【００６９】
３００  イメージセンサ
３００Ｂ  第２ウエハ
３００Ｔ  第１ウエハ
３１０Ｔ  第１メタル層
３２０Ｂ  第２ボンディング用ビア
３２０Ｔ  第１ボンディング用ビア
３３０Ｔ  ボンディングパッド
３４０  ボンディング表面部
【図１】
2015088759.tif 000003
【図２】
2015088759.tif 000004
【図３】
2015088759.tif 000005
【図４】
2015088759.tif 000006
【図５】
2015088759.tif 000007
【図６】
2015088759.tif 000008
【図７】
2015088759.tif 000009
【図８】
2015088759.tif 000010
【図９】
2015088759.tif 000011
【図１０】
2015088759.tif 000012