(57)【要約】【課題】裏面照射型固体撮像素子の製造を容易にし小型パッケージ化を図る。【解決手段】半導体基板１の裏面側から入射した光を受光する光電変換素子及び該光電変換素子で検出された信号を外部に読み出す信号読出手段が半導体基板１の表面側に形成され、該表面側に支持基板５４が貼り合わされる裏面照射型固体撮像素子の製造方法において、貼り合わされる前の支持基板５４に、前記信号読出手段に電気的に接続される配線７１が予め形成されている。【選択図】図３
2008210846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の裏面側から入射した光を受光する光電変換素子及び該光電変換素子で検出された信号を外部に読み出す信号読出手段が前記半導体基板の表面側に形成され、該表面側に支持基板が貼り合わされる裏面照射型固体撮像素子の製造方法において、前記貼り合わされる前の前記支持基板に、前記信号読出手段に電気的に接続される配線が予め形成されていることを特徴とする裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
ウェハ状の前記半導体基板の前記表面側にウェハ状の前記支持基板を貼り合わせることを特徴とする請求項１に記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
ベース基板上に絶縁層を介して形成された半導体基板に前記光電変換素子及び前記信号読み出し手段が形成され、前記支持基板が貼り合わされた後に前記ベース基板が除去されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
前記ベース基板が除去された後の前記ウェハ状の前記半導体基板の前記裏面側に透明基板を貼り合わせることを特徴とする請求項３に記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記貼り合わせた後に、前記ウェハ内の個々の裏面照射型固体撮像素子を前記支持基板及び前記透明基板と一緒に切削して個片化することを特徴とする請求項４に記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
前記配線は、前記支持基板を貫通する配線を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
前記貼り合わせる前の前記支持基板に、前記信号読出手段により読み出された信号を処理する信号処理回路が予め形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
【請求項８】
前記裏面照射型固体撮像素子がＣＣＤタイプであり、前記信号処理回路がＡＦＥ回路であることを特徴とする請求項７に記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
前記ＣＣＤタイプの裏面照射型固体撮像素子の出力用電荷転送路が複数に分割されて構成されると共に、各分割された前記出力用電荷転送路に対応する複数の前記ＡＦＥ回路が前記支持基板に形成され、各ＡＦＥ回路と前記分割された前記出力用電荷転送路の出力信号とが前記配線を介して電気的に接続されることを特徴とする請求項８に記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
【請求項１０】
前記半導体基板の裏面側に、光学素子が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
【請求項１１】
前記光学素子が、マイクロレンズ及びカラーフィルタであることを特徴とする請求項１０に記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
【請求項１２】
前記マイクロレンズを形成する材料の屈折率が、該マイクロレンズの上に前記透明基板を貼り付ける透明な接着材料の屈折率より高屈折であることを特徴とする請求項１１に記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
【請求項１３】
前記マイクロレンズを形成する材料の屈折率が１．５以上であり、前記接着材料の屈折率が１．４以下であることを特徴とする請求項１２に記載の裏面照射型固体撮像素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の製造方法により製造されたことを特徴とする裏面照射型固体撮像素子。
【請求項１５】
半導体基板の裏面側から入射する光を該半導体基板の表面側で受光する二次元アレイ状に形成された複数の光電変換素子と、前記半導体基板の表面側に形成され前記各光電変換素子により検出された信号電荷を読み出し垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、前記半導体基板の表面側に形成され隣接する所定数本の前記垂直電荷転送路毎に設けられた複数の水平電荷転送路と、前記半導体基板の表面側に形成され各水平電荷転送路により転送されてきた信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号をアナログの撮像画像信号として出力する各水平電荷転送路対応に設けられた出力アンプと、前記半導体基板の前記表面側に貼り合わせられる半導体製の支持基板であって前記各出力アンプから出力されるアナログの撮像画像信号をデジタルの撮像画像信号に変換する各出力アンプ対応の信号処理回路が形成された支持基板とを備えることを特徴とする裏面照射型固体撮像素子。
【請求項１６】
前記半導体基板の裏面側には、前記光電変換素子対応にマイクロレンズが設けられていることを特徴とする請求項１５に記載の裏面照射型固体撮像素子。
【請求項１７】
前記光電変換素子対応に設けられるマイクロレンズは、インナーレンズとトップレンズで構成されることを特徴とする請求項１６に記載の裏面照射型固体撮像素子。
【請求項１８】
前記インナーレンズの材料の屈折率が１．８以上であることを特徴とする請求項１７に記載の裏面照射型固体撮像素子。
【請求項１９】
前記インナーレンズと前記トップレンズとの間にカラーフィルタが設けられていることを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の裏面照射型固体撮像素子。
【請求項２０】
隣接する前記インナーレンズ間に遮光部材が設けられることを特徴とする請求項１７乃至請求項１９のいずれかに記載の裏面照射型固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は裏面照射型固体撮像素子及びその製造方法に係り、特に、製造が容易で小型パッケージ化するのに好適な裏面照射型固体撮像素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像素子には、表面照射型と裏面照射型とがある。イメージセンサの主要電子素子である信号読出回路（ＣＭＯＳイメージセンサであればトランジスタ回路及び配線層，ＣＣＤイメージセンサであれば配線を含む電荷転送路）が形成された半導体基板の一面側（この面を「表面側」ということにする。）と同一面で、被写体からの入射光を受光する構造になっているものが表面照射型である。
【０００３】
これに対し、裏面照射型とは、例えば下記特許文献１，２や非特許文献１に記載されている様に、信号読出回路が形成された半導体基板表面側と反対側の面、すなわち、裏面で被写体からの入射光を受光する構造のものをいう。裏面照射型は、受光面積を表面照射型に比べて広くすることができ、また、量子効率が高く高感度であるという利点がある。
【０００４】
【特許文献１】特許第３７２２３６７号公報
【特許文献２】特許第２８２１０６２号公報
【非特許文献１】「裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサ」丸山康，岩淵信など、社団法人映像情報メディア学会技術報告、２００６年３月２４日、２５頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
裏面照射型固体撮像素子は、裏面側を光入射方向に向けて配置する関係で信号読出回路が形成されている表面側すなわち信号読出回路の外部接続用パッドが設けられる表面側がパッケージ底面に対面してしまい、外部接続用パッドへのボンディングが困難になるという問題がある。
【０００６】
このため、裏面照射型固体撮像素子では、裏面側から外部接続用パッドまで貫通するスルーホールを開け、このスルーホールを金属で埋めることで貫通配線を形成し、裏面側にワイヤーボンディングできる構造が検討されている。
【０００７】
しかし、裏面側にカラーフィルタ層を形成した後に、貫通配線を形成することは困難である。また、カラーフィルタ層を形成する前に貫通ホールを開けた場合には、カラーフィルタ材料を塗布するときにカラーフィルタ材料が貫通ホール内に流れ込んでしまうという問題がある。
【０００８】
そこで、上記特許文献２記載の従来技術では、裏面照射型固体撮像素子とは別に用意した別基板上にボンディングパッドを形成し、この別基板上に裏面照射型固体撮像素子の表面側を貼り付け、別基板に対して外部からボンディングできるようにしている。
【０００９】
しかし、斯かる構成では、多数の裏面照射型固体撮像素子が形成されたウェハから個々の裏面照射型固体撮像素子を切り出す工程と、別基板を別ウェハから切り出す工程と、個々の裏面照射型固体撮像素子に個々の別基板を貼り合わせる工程とが必要となり、製造コストが嵩んでしまうという課題が残る。また、裏面照射型固体撮像素子より大面積の別基板が必要となるため、パッケージ化したときに大型化してしまうという課題もある。
【００１０】
本発明の目的は、製造が容易で小型パッケージ化を図ることが可能な裏面照射型固体撮像素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法は、半導体基板の裏面側から入射した光を受光する光電変換素子及び該光電変換素子で検出された信号を外部に読み出す信号読出手段が前記半導体基板の表面側に形成され、該表面側に支持基板が貼り合わされる裏面照射型固体撮像素子の製造方法において、前記貼り合わされる前の前記支持基板に、前記信号読出手段に電気的に接続される配線が予め形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法は、ウェハ状の前記半導体基板の前記表面側にウェハ状の前記支持基板を貼り合わせることを特徴とする。
【００１３】
本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法は、ベース基板上に絶縁層を介して形成された半導体基板に前記光電変換素子及び前記信号読み出し手段が形成され、前記支持基板が貼り合わされた後に前記ベース基板が除去されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法は、前記ベース基板が除去された後の前記ウェハ状の前記半導体基板の前記裏面側に透明基板を貼り合わせることを特徴とする。
【００１５】
本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法は、前記貼り合わせた後に、前記ウェハ内の個々の裏面照射型固体撮像素子を前記支持基板及び前記透明基板と一緒に切削して個片化することを特徴とする。
【００１６】
本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法における前記配線は、前記支持基板を貫通する配線を含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法は、前記貼り合わせる前の前記支持基板に、前記信号読出手段により読み出された信号を処理する信号処理回路が予め形成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法は、前記裏面照射型固体撮像素子がＣＣＤタイプであり、前記信号処理回路がＡＦＥ回路であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法は、前記ＣＣＤタイプの裏面照射型固体撮像素子の出力用電荷転送路が複数に分割されて構成されると共に、各分割された前記出力用電荷転送路に対応する複数の前記ＡＦＥ回路が前記支持基板に形成され、各ＡＦＥ回路と前記分割された前記出力用電荷転送路の出力信号とが前記配線を介して電気的に接続されることを特徴とする。
【００２０】
本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法は、前記半導体基板の裏面側に、光学素子が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法は、前記光学素子が、マイクロレンズ及びカラーフィルタであることを特徴とする。
【００２２】
本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法は、前記マイクロレンズを形成する材料の屈折率が、該マイクロレンズの上に前記透明基板を貼り付ける透明な接着材料の屈折率より高屈折であることを特徴とする。
【００２３】
本発明の裏面照射型固体撮像素子の製造方法は、前記マイクロレンズを形成する材料の屈折率が１．５以上であり、前記接着材料の屈折率が１．４以下であることを特徴とする。尚、屈折率の値は、波長５５０ｎｍの光に対する値である。
【００２４】
本発明の裏面照射型固体撮像素子は、上記のいずれかに記載の製造方法により製造されたことを特徴とする。
【００２５】
本発明の裏面照射型固体撮像素子は、半導体基板の裏面側から入射する光を該半導体基板の表面側で受光する二次元アレイ状に形成された複数の光電変換素子と、前記半導体基板の表面側に形成され前記各光電変換素子により検出された信号電荷を読み出し垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、前記半導体基板の表面側に形成され隣接する所定数本の前記垂直電荷転送路毎に設けられた複数の水平電荷転送路と、前記半導体基板の表面側に形成され各水平電荷転送路により転送されてきた信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号をアナログの撮像画像信号として出力する各水平電荷転送路対応に設けられた出力アンプと、前記半導体基板の前記表面側に貼り合わせられる半導体製の支持基板であって前記各出力アンプから出力されるアナログの撮像画像信号をデジタルの撮像画像信号に変換する各出力アンプ対応の信号処理回路が形成された支持基板とを備えることを特徴とする。
【００２６】
本発明の裏面照射型固体撮像素子は、前記半導体基板の裏面側には、前記光電変換素子対応にマイクロレンズが設けられていることを特徴とする。
【００２７】
本発明の裏面照射型固体撮像素子は、前記光電変換素子対応に設けられるマイクロレンズは、インナーレンズとトップレンズで構成されることを特徴とする。
【００２８】
本発明の裏面照射型固体撮像素子は、前記インナーレンズの材料の屈折率が１．８以上であることを特徴とする。
【００２９】
本発明の裏面照射型固体撮像素子は、前記インナーレンズと前記トップレンズとの間にカラーフィルタが設けられていることを特徴とする。
【００３０】
本発明の裏面照射型固体撮像素子は、隣接する前記インナーレンズ間に遮光部材が設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、センサ本体を形成する半導体基板に貼り合わせる支持基板に予め配線が形成されているため、製造が容易で小型化，低コスト化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３３】
図１は、本発明の第１実施形態に係る白黒画像撮像用の裏面照射型固体撮像素子１００の断面模式図である。本実施形態の固体撮像素子はインターライン型ＣＣＤであり、ｐ型半導体基板１の表面側に垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）２１とフォトダイオード（光電変換素子）２２とが形成され、裏面側には、マイクロレンズ５１が形成されている。そして、裏面側のマイクロレンズ５１の上に、接着層５２によりガラス等の透明基板５３が貼り付けられている。
【００３４】
本実施形態の裏面照射型固体撮像素子１００では、マイクロレンズ５１の屈折率ｎをｎ＝１．５〜１．６程度とし、接着層５２の屈折率ｎを、マイクロレンズ５１より低屈折率（例えばｎ＝１．３〜１．４程度）としている。接着層５２の屈折率がマイクロレンズ５１の屈折率に近いと、マイクロレンズ５１の集光効果が薄れるが、裏面照射型固体撮像素子の開口率は、グリッド状の遮光層（例えば図２の符号５６で示す部材）を導入しても８０％と、表面照射型の２０〜３０％に比べて十分高いので、強い集光は必要ない。
【００３５】
尚、本実施形態の裏面照射型固体撮像素子１００は、ＣＣＤタイプであるが、特許文献１記載の様なＣＭＯＳタイプその他の固体撮像素子にも同様に適用できる。また、屈折率の値は光の波長によって異なるため、上記及び下記の屈折率の値は、波長５５０ｎｍの光に対する屈折率として表している。
【００３６】
半導体基板１の裏面側表面部には高濃度ｐ層２５が形成され、このｐ層２５が接地される。高濃度ｐ層２５の上には入射光に対して透明な酸化シリコンや窒化シリコン等の絶縁層２６が積層され、その上に、マイクロレンズ（トップレンズ）層５１が積層される。各マイクロレンズ５１は、対向する位置に設けられた対応のフォトダイオード２２の中心に焦点が合うように形成される。
【００３７】
半導体基板１の表面側に形成される垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）２１は、高濃度ｎ層の埋め込みチャネル３１と、半導体基板１の表面側最表面に形成されたシリコン酸化膜やＯＮＯ（酸化膜―窒化膜―酸化膜）構造の絶縁膜でなるゲート絶縁層３２を介して積層された転送電極膜３３とで構成される。
【００３８】
垂直電荷転送路２１は、図示しない水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）が延びる方向に対して垂直方向に延びる様に形成され、且つ、複数本の垂直電荷転送路２１が形成される。尚、「垂直」「水平」とは、半導体基板表面に沿う「一方向」「この一方向に対して略直角の方向」という意味にすぎない。そして、隣接する垂直電荷転送路２１間に、垂直電荷転送路２１に沿う方向に複数のフォトダイオード２２が所定ピッチで形成される。
【００３９】
フォトダイオード２２は、本実施形態では、ｐ型半導体基板１の表面側に形成されたｎ層３５とその下に形成されたｎ−層３６とで構成される。そして、ｎ層３５の表面部に暗電流抑制用の薄いｐ型高濃度表面層３８が形成され、表面層３８の中央表面部に、コンタクト部としてｎ＋層３９が形成される。
【００４０】
垂直電荷転送路２１の埋め込みチャネル（ｎ＋層）３１の下には基板１よりｐ濃度の高いｐ層４１が形成されており、このｎ層３１及びｐ層４１と、図示の例では右隣のフォトダイオード２２との間に、素子分離帯としてのｐ＋領域４２が形成される。各ｐ層４１の下には、半導体基板１より高濃度なｐ−領域４２が設けられ、隣接するフォトダイオード２２間の素子分離が図られる。各ｐ−領域４２は、マイクロレンズ５１間の境界部分に対応する箇所に設けられる。
【００４１】
垂直電荷転送路２１の埋め込みチャネル３１の下に形成されたｐ層４１は、図示の例では左隣のｎ層３５の表面端部の上まで延び、この端部分のｐ＋表面層３８は、ｎ層３５の右端面位置より後退した位置になっている。そして、転送電極膜３３の左端面は、ｐ層４１の左端面まで重なる様に延設され、ｎ層３５と、転送電極膜３３及びｐ層４１の表面端部とが若干オーバーラップする構成になっている。
【００４２】
この様なオーバーラップ構成が可能なのは、裏面照射型では半導体基板１の表面側に面積的な余裕があるためである。被写体からの入射光が、フォトダイオードや信号読出回路が設けられた側から入射する表面照射型では、開口を確保するため面積的余裕がなく、転送電極膜の端部をフォトダイオード上部へ延設するのが容易でないが、裏面照射型では容易となる。
【００４３】
本実施形態の様に、転送電極膜３３とｎ層３５との間にｐ層４１を介在させると、転送電極膜（読出電極兼用）３３に印加する読出電圧の低電圧化を図ることができ、ＣＣＤ型固体撮像素子の低消費電力化を図ることが可能となる。
【００４４】
半導体基板１の最表面に形成される絶縁層３２の上に例えばポリシリコン膜でなる転送電極膜３３が形成され、その上に、絶縁層４５が積層される。そして、ｎ＋層３９の上の絶縁層３２，４５に開口が開けられ、絶縁層４５の上に金属電極４６が積層されることで、ｎ＋層３９と電極４６とがコンタクトされる。電極４６は、この裏面照射型固体撮像素子１００のオーバーフロードレインとして機能する。
【００４５】
電極４６は平坦化４７内に埋設され、この平坦化層４７の上に、支持基板５４が貼り付けられる。支持基板５４には、後述するように、内部に金属が埋め込まれた多数のコンタクトホール７１（図１には図示せず。図３参照）が予め形成されており、この支持基板５４を平坦化層４７に整合させて貼り合わせることで、各コンタクトホールが、転送電極膜３３等に転送パルスや読出パルスを印加する接続パッド７２（図１には図示せず。図３参照）や、出力信号用接続パッド７２に電気的に接続される。
【００４６】
斯かる構成の裏面照射型固体撮像素子１００で被写体画像を撮像する場合、被写界からの入射光は、半導体基板１の裏面側から入射する。この入射光はマイクロレンズ５１で集光され、半導体基板１内に浸入する。
【００４７】
マイクロレンズ５１で集光された光が半導体基板１内に入射すると、この入射光は当該マイクロレンズ５１に対応するフォトダイオード２２の方向に集光しながら進み、半導体基板１に光吸収され、光電変換されて正孔電子対が発生する。
【００４８】
裏面照射型固体撮像素子１００では、半導体基板１の裏面からフォトダイオードを構成するｎ領域２２までの距離を、９μｍ程度の厚さにしているため、入射光が半導体基板１の表面側に設けたｎ＋領域すなわち電荷転送路２１に達するまでに殆ど全て基板１に吸収され光電変換されてしまう。従って、垂直電荷転送路２１を遮光する必要がない。
【００４９】
各画素の光電変換領域（ｐ層２５からｎ領域３５までの領域）で発生した電子は、当該画素におけるｎ領域３５に蓄積され、読出電極兼用の転送電極膜３３に読出電圧が印加されると、ｎ領域３５から、図示する例では右隣の埋め込みチャネル３１に読み出される。以後、垂直電荷転送路２１に沿って水平電荷転送路（図示せず）まで転送され、水平電荷転送路に沿ってアンプまで転送され、アンプが信号電荷量に応じた電圧値信号を撮像画像信号として出力する。
【００５０】
図２は、本発明の第２実施形態に係るカラー画像撮像用の裏面照射型固体撮像素子２００の断面模式図である。本実施形態の裏面照射型固体撮像素子２００の構造は、第１実施形態の図１に示す裏面照射型固体撮像素子１００の構造に対し、裏面側すなわち裏面側に設ける光学素子の構成のみが異なるため、裏面側についてだけ説明し、その他の図１に示す構成部材と同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
【００５１】
本実施形態の裏面照射型固体撮像素子２００では、裏面側のシリコン酸化膜２６の上に、個々のフォトダイオード２２毎に、高屈折率（ｎ＝１．８〜２．０）のインナーレンズ５１を形成し、各インナーレンズ５１を、低屈折率（ｎ＝１．５前後）の平坦化層５５内に埋め込んでいる。
【００５２】
インナーレンズ５１は、例えばプラズマＣＶＤにより、屈折率１．９以上となるアモルファスＳｉＮ膜を形成し、これをレンズ形状にすることで形成する。
【００５３】
また、隣接するインナーレンズ５１間のシリコン酸化膜２６側に、遮光膜５６を設け、隣接するフォトダイオード２２間における混色を回避する構造にしている。
【００５４】
平坦化層５５の上には、本実施形態では三原色（Ｒ＝赤，Ｇ＝緑，Ｂ＝青）のカラーフィルタ層５７が個々のフォトダイオード２２に対応して形成され、その上に、個々のフォトダイオード２２に対応するトップレンズ５８が形成される。各トップレンズ５８は、通常の屈折率（ｎ＝１．５〜１．６程度）の材料で形成され、その上に、低屈折率材料（ｎ＝１．３〜１．４）の材料でなる接着層５９により透明基板５３が貼り付けられる。マイクロレンズを設けて集光効率を上げることにより、高感度且つ良好なシェーディング特性が得られる。
【００５５】
斯かる裏面照射型固体撮像素子２００に被写体からの光が入射すると、透明基板５３を透過した光は、先ずトップレンズ５８で集光されてカラーフィルタ層５７を通過し、次にインナーレンズ５１で更に集光されて対応するフォトダイオード２２方向に集光され、基板１内で光電子対が発生する。
【００５６】
正孔は、高濃度ｐ層２５により外部に廃棄され、電子がフォトダイオード２２に蓄積され、垂直電荷転送路２１によって読み出される。
【００５７】
図３は、図１，図２で説明した本実施形態に係る裏面照射型固体撮像素子１００，２００の製造手順の概略を示す図である。例えば米国特許2006/0186560A1記載のＳＯＩ（Si-on-insulator）基板６１を用意し、基板（ベース基板）上に酸化膜層を介して形成されているシリコン層にｐ型シリコン層１をエピタキシャル成長させ、このエピタキシャル層１の表面側に、図１で説明した電荷転送路２１やフォトダイオード２２等の信号読出回路を形成する。尚、図１と図３とでは、図の上下（表面側と裏面側）が逆になっている。そして、ｐ型シリコン層１の上に形成された平坦化層４７の所定箇所に、接続パッド７２が設けられる。
【００５８】
ＳＯＩ基板６１とは別に、支持基板５４となるウェハを用意し、このウェハ５４の適宜箇所にコンタクトホール７１を形成し、内部に金属を埋め込んでおく。あるいは、コンタクトホール７１の代わりとなる配線層をウェハ５４に形成しておく。このコンタクトホール７１は、裏面照射型固体撮像素子の本体が形成されるシリコン基板１とは別のウェハに形成されるため、その製造は容易である。
【００５９】
また、この支持基板５４の各コンタクトホール７１の上にバンプ７３を形成し、次工程で、支持基板５４をＳＯＩ基板６１に貼り合わせる。これにより、各バンプ７３が対応する接続パッド７２に電気的且つ機械的に接合される。尚、バンプ７３を用いなくても、接合技術を用いてコンタクトホール７１の端面を対応の接続パッド７２に電気的且つ機械的に接合させることも可能である。
【００６０】
尚、ＳＯＩ基板６１に支持基板５４を貼り合わせるとき、両者間に形成される隙間に樹脂層６２を注入するのが好ましい。
【００６１】
次の工程では、ＳＯＩ基板６１のベース基板をエッチングする。ＳＯＩ基板６１は、ベース基板上に酸化膜層を介してエピタキシャル成長用のシリコン層が積層された構成のため、ベース基板をエッチングしていくと、酸化膜層がエッチングストップ膜となり、この酸化膜層が図１に示す酸化膜層２６となる。
【００６２】
この酸化膜層２６の上に、図１で説明したマイクロレンズ５１を形成し、あるいは図２で説明したインナーレンズ５１，遮光膜５６，カラーフィルタ５７，トップレンズ５８等の光学素子を形成する。
【００６３】
次の工程では、図１の接着層５２あるいは図３の接着層５９により、透明基板５３を貼り合わせる。そして、最後に、裏面照射型固体撮像素子１００，２００の個々をダイシングして分離する。
【００６４】
本実施形態では、空気層を確保しなくてもマイクロレンズの効果が得られる構造を採用し、光入射面となる透明材を固体撮像素子に密着させたことにより、信頼性の高い固体撮像素子パッケージが得られる。
【００６５】
以上述べた手順により裏面照射型固体撮像素子を製造すると、次の様な利点がある。先ず、ダイシングする前のウェハ状態でも、支持基板５４の裏面側にコンタクトホール７１が露出しているため、この状態での信号読出回路の検査が可能となる。また、ダイシングする前の固体撮像素子完成後の検査をウェハ状態で行うことができるため、良否チップの管理がウェハマップ上で可能になる。
【００６６】
このように、固体撮像素子の完成途中で検査が可能なため、不良ウェハ，不良チップの場合にはそれ以後の製造工程を中止して材料や加工コストの浪費を回避可能となる。
【００６７】
支持基板５４のウェハとシリコン基板１のウェハとを１ウェハ分すべてを一緒に貼り合わせ、両者を同一寸法で一緒にダイシングできるため、製造工程数が少なくなり、また、個々の裏面照射型固体撮像素子の小型化を図ることが可能となる。
【００６８】
図４は、本発明の別実施形態に係る裏面照射型固体撮像素子の製造工程を示す図である。基本的には、図３で説明した製造工程と同じであるため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
【００６９】
ベース基板６１をエッチングするとき、図３ではベース基板６１を全て除去したが、本実施形態では、固体撮像素子の受光面（撮像面）の周りに額縁状にベース基板６１が残るようにエッチングを行い、残ったベース基板６１の上面に透明樹脂層（接着層）６３を介して透明基板５３を接着している。
【００７０】
この様にすることで、透明基板５３と固体撮像素子の撮像面との距離を離し、撮像面の保護を図ることができる。
【００７１】
図５は、本発明の別実施形態に係る裏面照射型固体撮像素子３００の説明図であり、図６は、その垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）―水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）に沿う方向の断面模式図及び電位図である。本実施形態の裏面照射型固体撮像素子３００の構成は、図２で説明したカラー画像を撮像する単板式の裏面照射型固体撮像素子２００と基本的に同一構造であるが、本実施形態の固体撮像素子３００は、所謂、デジタルＣＣＤと呼ばれる構造になっている。
【００７２】
図５に示す固体撮像素子３００の各画素（図２のフォトダイオード）２２は、裏面側に三原色のカラーフィルタ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）５７が設けられており、各画素２２が検出した信号電荷は、隣接される垂直電荷転送路２１に読み出され、水平電荷転送路の方向に転送される。
【００７３】
各垂直電荷転送路２１の端部と水平電荷転送路８１との間には各垂直電荷転送路２１によって送られてきた信号電荷を一時蓄積するラインメモリ（ＬＭ）８２が設けられており、ラインメモリ８２上の信号電荷は水平電荷転送路８１に移され、次に水平電荷転送路８１に沿って転送される。
【００７４】
本実施形態のデジタルＣＣＤタイプの裏面照射型固体撮像素子３００では、８本分の垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）２１毎に、出力部（アウトプットゲートＯＧ，フローティングディフュージョンＦＤ，リセットドレインＲＤ）８３及び出力アンプ８４が設けられ、８本分の垂直電荷転送路２１で転送されてきた信号電荷を順に該当する出力部８３及び出力アンプ８４に転送できる構造になっている。ＶＣＣＤ８本毎に撮像画像信号を出力する構成にすると、それだけ高速に撮像画像信号をチップ外部に読み出すことが可能となる。
【００７５】
この様な複数の出力部８３及び出力アンプ８４は、図２のシリコン基板１の表面側に形成され、各出力アンプ８４の出力端子が、図２の平坦化層４７の表面に設けられた接続パッド７２（図３参照）に接続される。
【００７６】
通常のＣＣＤ型固体撮像素子では、ＣＣＤ型固体撮像素子の出力アンプから出力されるアナログの撮像画像信号を、外部に設けたアナログフロントエンド（相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ），利得調整部（ＡＧＣ），アナログデジタル変換部（Ａ／Ｄ））で処理することでデジタルの撮像画像信号に変換している。
【００７７】
これに対し、本実施形態のデジタルＣＣＤ型では、固体撮像素子チップ内にアナログフロントエンド（ＡＦＥ）８５を設け、デジタルの撮像画像信号をチップ外に出力する構成になっている。しかし、上述した様に、本実施形態の裏面照射型固体撮像素子３００では、ＶＣＣＤ８本毎に出力アンプ８４が設けられる関係で、多数のＡＦＥ回路８５が必要となる。裏面照射型固体撮像素子は、表面照射型に比較して半導体基板表面に面積的な余裕が有るとは云え、多数のＡＦＥ回路８５を設ける余裕はない。
【００７８】
そこで、本実施形態の固体撮像素子３００では、支持基板５４を半導体ウェハで構成し、この支持基板５４の表面側または裏面側に多数のＡＦＥ回路８５を形成し、各ＡＦＥ回路８５に接続されるバンプ７３（図３参照）と、対応する出力アンプ８４の接続パッド７２とを、シリコン基板１を支持基板５４に貼り合わせるときに電気的に接続する構成としている。
【００７９】
この様にすることで、デジタルＣＣＤタイプの裏面照射型固体撮像素子３００を、例えば−８Ｖ〜＋１５Ｖという高電圧で駆動されるＣＣＤセンサ本体側と、例えば３．３Ｖという低電圧で駆動されるＡＦＥ回路８５とに分けることができ、ＡＦＥ回路８５の安定した動作が可能となる。しかも、図３，図４に示すダイシング工程では、両ウェハを一緒にダイシングして１チップ化するため、固体撮像素子の取り扱いも容易となる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明に係る裏面照射型固体撮像素子は、製造が容易で小型化，低コスト化を図ることができるため、デジタルカメラ等に搭載する固体撮像素子として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る裏面照射型固体撮像素子の断面模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る裏面照射型固体撮像素子の断面模式図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る裏面照射型固体撮像素子の製造工程説明図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る裏面照射型固体撮像素子の製造工程説明図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係るデジタルＣＣＤタイプの裏面照射型固体撮像素子の説明図である。
【図６】図５に示すＶＣＣＤ―ＨＣＣＤに沿う断面模式図及び電位図である。
【符号の説明】
【００８２】
１  シリコン基板
２１  垂直電荷転送路
２２  フォトダイオード（光電変換素子）
５１，５８  マイクロレンズ
５２，５９  接着層
５３  透明基板
５４  支持基板
５７  カラーフィルタ
７１  コンタクトホール
７２  接続パッド
７３  バンプ
１００，２００，３００  裏面照射型固体撮像素子
【図１】
2008210846.tif 000003
【図２】
2008210846.tif 000004
【図３】
2008210846.tif 000005
【図４】
2008210846.tif 000006
【図５】
2008210846.tif 000007
【図６】
2008210846.tif 000008