(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を含む、半導体装置の製造方法：
（ａ）単結晶シリコンからなり、かつ、第１の厚さからなる第１半導体基板、前記第１半導体基板の主面上に形成された酸化層、前記酸化層上に形成された半導体層、前記半導体層に形成されたフォトダイオード、および前記半導体層上に形成され、かつ、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜からなる第１絶縁層を有する第１ウエハと、単結晶シリコンからなる第２半導体基板を有する第２ウエハと、をそれぞれ準備する工程；
（ｂ）前記（ａ）工程の後、前記第１絶縁層の表面である前記第１ウエハの表面と、前記第２ウエハの表面とを、洗浄する工程；
（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記第１ウエハおよび前記第２ウエハのそれぞれに、１００℃以上の加熱処理を施す工程；
（ｄ）前記（ｃ）工程の後、前記第１ウエハの前記表面および前記第２ウエハの前記表面のそれぞれに、プラズマ処理を施す工程；
（ｅ）前記（ｄ）工程の後、第１温度下において、前記第１ウエハの前記表面である前記第１絶縁層の前記表面と、前記第２ウエハの前記表面とを、互いに接触させる工程；
（ｆ）前記（ｅ）工程の後、前記第１ウエハの前記表面である前記第１絶縁層の前記表面と前記第２ウエハの前記表面とを互いに接触させた状態で、前記第１ウエハおよび前記第２ウエハに、前記第１温度よりも高い第２温度の加熱処理を施す工程；
（ｇ）前記（ｆ）工程の後、前記第１半導体基板の前記主面とは反対側の第１裏面を研磨することで、前記第１半導体基板の厚さを、前記第１の厚さよりも薄い第２の厚さにする工程；
（ｈ）前記（ｇ）工程の後、前記（ｇ）工程により形成された前記第２の厚さからなる前記第１半導体基板の第２裏面に、反射防止膜、第２絶縁層、遮光層、および、内部にカラーフィルターを有するオンチップレンズを順次形成する工程、
ここで、
前記（ｆ）工程で使用する前記第２温度は、２００〜３００℃であり、
前記（ｅ）工程で使用する前記第１温度は、前記第２温度よりも低い室温であり、
前記（ｃ）工程は、１００Ｐａ以下の減圧下で行う。
【請求項２】
前記フォトダイオードは、前記半導体層に形成されたｎ型の半導体層およびｐ型の半導体層からなる、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２半導体基板の主面には、デバイスまたは配線が形成されている、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記室温とは、約２５度である、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記（ｄ）工程は、１００Ｐａ以下の減圧下で行う、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１の厚さは、３桁μｍであり、
前記第２の厚さは、１桁μｍである、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１の厚さは、７５０μｍであり、
前記第２の厚さは、３μｍである、請求項６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、半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体ウエハを貼り合わせる工程を有する半導体装置の製造方法に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラなどに用いられる撮像素子の一種である裏面照射型のＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを形成する工程では、デバイス（半導体素子）が形成された半導体ウエハ（半導体基板）の強度を補う方法として、当該半導体ウエハに他の半導体ウエハを貼り付けることが知られている。
【０００３】
特許文献１（特開２０１１−２４３９５９号公報）には、基板同士を貼り合わせる前に、基板表面をウェット処理により洗浄し、また、基板表面に対してプラズマ処理を行った後、基板に加熱処理を施すことが記載されている。また、減圧状態の処理室内で基板同士の貼り合わせを行うことが記載されている。ただし、基板の温度を室温（常温）にした状態で貼り合わせを行うことについては記載がない。
【０００４】
特許文献２（特開２００９−４７４１号公報）には、基板同士を接合する前および接合時に、真空中に基板を設置することが記載されている。また、接合時に真空中で加熱することで、基板の接着層の有機成分を除去することが記載されている。ただし、基板の温度を室温（常温）にした状態で貼り合わせを行うことについては記載がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２４３９５９号公報
【特許文献２】特開２００９−４７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体ウエハ（以下単にウエハという）の貼り合わせは、ウエハの反りまたは表面状態の影響を受けやすいが、常温・常圧雰囲気下においてウエハの貼り合わせを行う場合、ウエハの表面状態を管理することは困難である。ウエハの洗浄またはウエハ同士の仮接合などの各処理、または各処理間の搬送時の雰囲気などを管理することなく、大気中でこれらの処理を行うと、ウエハ接合前にウエハ表面に吸着した水分または吸着ガスが除去されないため、接合界面にボイドが発生する。また、接合工程において、接合する２枚のウエハの温度を制御、管理しておらず、これらのウエハの温度差に起因して発生する残留歪（残留応力）により、デバイス特性の劣化が生じる問題がある。
【０００７】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【０００９】
一実施の形態である半導体装置は、２枚の半導体ウエハの表面を純水を用いて洗浄した後、各半導体ウエハに熱処理を施すことで、半導体ウエハの表面に吸着している水分などを脱離させ、続いて、各半導体ウエハに対してプラズマ処理を行った後、２枚の半導体ウエハを貼り合わせ、高温で熱処理するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本願において開示される一実施の形態によれば、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１である半導体装置の製造工程のフローである。
【図２】本発明の実施の形態１である半導体装置の製造方法を示す俯瞰図である。
【図３】本発明の実施の形態１である半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１である半導体装置の製造工程中のウエハの表面状態を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１である半導体装置の製造方法を示す俯瞰図である。
【図６】本発明の実施の形態１である半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図７】図６に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２である半導体装置の製造工程に用いる装置の模式図である。
【図９】本発明の実施の形態２である半導体装置の製造工程のフローである。
【図１０】比較例として示す半導体装置の製造工程中のウエハの表面状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００１３】
また、以下の実施の形態で用いる図面においては、俯瞰図であっても図面を見易くするために部分的にハッチングを付す場合がある。
【００１４】
なお、本願でいう減圧状態、および減圧雰囲気とは、常圧（大気圧）よりも圧力が低められた真空状態を指すものとする。
【００１５】
（実施の形態１）
本実施の形態は、デバイスが形成されているウエハ（半導体基板）の主面側の面（第１面）を、他のウエハ（半導体基板）の主面側の面（第２面）と貼り合わせて接合させて形成した、裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサを含む半導体チップの製造方法について説明するものである。イメージセンサは、対象物から発した光を、光学系を通してイメージセンサの受光面に結像させ、その像の光による明暗を電荷の量に光電変換し、それを読み出して電気信号に変換する撮像素子である。
【００１６】
裏面照射型のイメージセンサでは、主面側にフォトダイオードおよびその上層の配線等が形成されたウエハ（半導体基板）に対し、当該ウエハの裏面側から当該フォトダイオードに対して光を照射することで、照射光が半導体基板の主面側に形成した配線またはトランジスタなどに遮蔽されることなく受光部に到達する。このため、ウエハの主面側から光を照射する場合に比べて受光量を大きくし、イメージセンサの感度を向上させることができる。
【００１７】
しかし、加工前のウエハの膜厚は例えば７５０μｍ程度であるため、ウエハを加工せずそのままの膜厚で使用すると、ウエハの裏面側から照射される光は、ウエハの主面側に形成された受光部に殆ど到達することができない。したがって、ウエハの膜厚を例えば３μｍ程度に薄膜化し、照射光の透過効率を向上させる必要があるが、この場合、ウエハが薄くなることでその強度が低下するため、半導体装置の強度を補強する方法として、当該ウエハの主面側に別のウエハを貼り付けることが考えられる。このような半導体装置を製造する際は、ウエハ同士の貼り合わせ（接合）工程を行った後に、一方のウエハの薄膜化を行う。なお、ここでいう受光部とは、第１ウエハの主面に形成されたフォトダイオードをいう。
【００１８】
以下では、２枚のウエハを接合する場合において、ウエハの接合前に各ウエハに対して加熱工程を行うことでウエハの表面状態を改善し、半導体装置の信頼性を向上させることについて、図１に示す製造工程のフローに沿って説明をする。図１は、本実施の形態の半導体装置の製造工程のフローである。
【００１９】
まず、図１のステップＳ１に示すように、第１ウエハ（第１半導体基板）および第２ウエハ（第２半導体基板）を準備する。第１ウエハは、例えば単結晶シリコンからなる半導体基板、または単結晶シリコンからなる半導体基板上に埋込み酸化膜を有し、当該埋込み酸化膜上に薄いシリコン層を有するＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板であり、その厚さは例えば７５０μｍである。第２ウエハは例えば単結晶シリコンからなる半導体基板、またはデバイスまたは配線などを形成した基板であり、その厚さは例えば７５０μｍである。
【００２０】
次に、第１ウエハ上に、裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサを含むデバイス（半導体素子）を形成する（図１のステップＳ２）。図２に、ＳＯＩ基板の主面側にフォトダイオード、トランジスタおよび配線層を含む上記デバイスを形成した第１ウエハＷ１と、第１ウエハＷ１とは別に用意した第２ウエハＷ２のそれぞれの俯瞰図を示す。なお、図２および後に示す図５では、図を分かりやすくするために第２ウエハＷ２の表面にハッチングを付している。
【００２１】
また、図３に、図１のステップＳ２により形成されたデバイス構造を含む第１ウエハＷ１の断面図を示す。以下に、当該デバイス構造の説明をするが、本実施の形態の主な特徴は、上記デバイスの形成後であって、２枚のウエハの接合が完了するまでの工程にあるため、ここでは第１ウエハＷ１上のフォトダイオードなどの形成工程の詳しい説明は省略する。
【００２２】
図３に示すように、第１ウエハ（第１半導体基板）Ｗ１を構成する半導体基板ＳＢ１の主面上には、埋め込み酸化膜ＢＯＸを介してシリコン層ＳＬが形成されている。第１ウエハＷ１は、半導体基板ＳＢ１、埋め込み酸化膜ＢＯＸおよびシリコン層ＳＬを含んでいる。半導体基板ＳＢ１の上面にはフォトダイオードＰＤが複数形成されており、第１ウエハＷ１上には、フォトダイオードＰＤに電気的に接続されたポリシリコン配線ＰＷおよびその他のトランジスタ等（図示しない）が形成されている。フォトダイオードＰＤは、シリコン層ＳＬの主面に形成されたｎ型の半導体層およびｐ型の半導体層からなる。
【００２３】
第１ウエハＷ１の主面上において、ポリシリコン配線ＰＷは層間絶縁膜ＩＬＦに覆われている。層間絶縁膜ＩＬＦは複数の絶縁膜（図示しない）の積層膜からなり、その中には、ポリシリコン配線ＰＷ上に形成された複数の配線Ｍ１〜Ｍ３が形成されている。ポリシリコン配線ＰＷおよび配線Ｍ１間、配線Ｍ１およびＭ２間、配線Ｍ２およびＭ３間はそれぞれビアを介して電気的に接続されている。
【００２４】
配線Ｍ３上には、内部にアルミニウム膜からなる配線Ｍ４を含む絶縁膜Ｌ１が形成されている。絶縁膜Ｌ１は複数積層された絶縁膜（図示しない）からなり、配線Ｍ４は配線Ｍ３に電気的に接続されている。絶縁膜Ｌ１上には、絶縁膜Ｌ２およびＬ３が順に積層されている。絶縁膜Ｌ１〜Ｌ３は、例えば酸化シリコン膜からなり、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成（堆積）されている。絶縁膜Ｌ３は、後の工程（図１のステップＳ６）でその上面ＭＳＳが第２ウエハと接合される接着層であり、酸化シリコン膜に限らず、窒化シリコン膜またはシリコン膜により構成されていてもよい。上記した図３に示すデバイスは、周知の半導体製造プロセスにより形成する。以下では便宜上、図３を用いて説明した構造全体を第１ウエハＷ１と呼ぶ。
【００２５】
次に、図１のステップＳ３に示すように、後の工程（ステップＳ６）で貼り合わせる第１ウエハおよび第２ウエハのそれぞれの、貼り合わせ界面となる面を洗浄する洗浄処理を行う。つまり、第１ウエハの主面側の面と、第２ウエハの主面側の面とを洗浄する。上記洗浄工程では、純水（ＤＩＷ：De-Ionized Water）による洗浄、すなわち回転するウエハの上方からウエハの中心部に純水を流すことでウエハの表面を洗浄する方法を用いることができる。また、別の方法として、超音波洗浄法を用いてもよい。
【００２６】
第１ウエハの貼り合わせ面はデバイスを形成した側の面、すなわち主面側の上面である。つまり、ここでは第１ウエハの主面側に形成された絶縁膜Ｌ３（図３参照）の上面ＭＳＳを洗浄する。絶縁膜Ｌ３の上面ＭＳＳは例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法などにより研磨され、またはエッチング法により平坦化されている。このような場合、絶縁膜Ｌ３の上面ＭＳＳ上には研磨工程またはエッチング工程による残渣などの異物（パーティクル）などが残っている。ウエハの表面に異物が残っていると、２枚のウエハを貼り合わせようとすると、各ウエハ間に異物が介在することで隙間が生じ、貼り合わせが困難となるため、これらの異物を上記洗浄工程により除去する必要がある。
【００２７】
なお、上述したように、第１ウエハの接合面、すなわち図３に示す絶縁膜Ｌ３の表面は、酸化シリコン膜に限らず、窒化シリコン膜またはシリコン膜により構成されていてもよい。また、第２ウエハの主面または当該主面の反対側の裏面には半導体素子などを含むデバイスまたは配線などが形成されていてもよい。ここで、第２ウエハの接合面は、第１ウエハ同様に、シリコン膜に限らず、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜により構成されていてもよい。つまり、第１ウエハと第２ウエハとを接合させる際には、対向する接合面の膜の材料の組み合わせは、例えばシリコン膜およびシリコン膜、酸化シリコン膜およびシリコン膜、酸化シリコン膜および酸化シリコン膜、窒化シリコン膜およびシリコン膜、または、酸化シリコン膜および窒化シリコン膜などが挙げられる。
【００２８】
次に、図１のステップＳ４に示すように、第１ウエハおよび第２ウエハの表面であって、後の工程（ステップＳ６）で貼り合わせる面に吸着している水分またはガス成分（吸着物）を除去する脱ガス処理を行う。ここでは、キセノンランプなどのランプ、またはカーボンワイヤを用いたヒータなどを用いた加熱装置により各ウエハを加熱処理することで、第１ウエハおよび第２ウエハの表面の吸着物を除去する。特に、第１ウエハはステップＳ３の洗浄工程により、その表面に多量の水分が付着し、または吸収されている。第１ウエハの上面には酸化シリコン膜または酸化シリコン膜からなる絶縁膜Ｌ３（図３参照）が形成されており、このような絶縁膜は単結晶シリコンからなる第２ウエハに比べて水分が吸着しやすい性質を有している。
【００２９】
当該熱処理により各ウエハから除去する対象は、水（Ｈ２Ｏ）の他に、例えばステップＳ２において第１ウエハの上面に酸化シリコン膜からなる絶縁膜Ｌ３（図３参照）を形成した際に、絶縁膜Ｌ３の表面（上面ＭＳＳ）に付着している残留ガスと水とが反応して生成された異物も含んでいる。
【００３０】
ステップＳ４の加熱処理による脱ガス工程では、水分等を取り除くため、加熱温度は水の沸点である１００℃以上とする必要がある。また、上記加熱工程は、ウエハをチャンバ内に搬入し、チャンバ内のランプまたはヒータなどを用いて行う。ウエハから水分またはその他の不純物が十分取り除かれたかどうかを確認する方法としては、ウエハの昇温時の温度を測定する方法、チャンバ内の圧力を計測する方法、および、チャンバ内から排出された脱離ガスの成分を質量分析器により検査する方法がある。
【００３１】
上記のように、ウエハの昇温時の温度を管理、モニタリングし、十分な温度および時間で加熱処理を行えば、ウエハの表面から水分等が十分に脱離されていると判断することができる。また、チャンバ内の圧力を計測する場合には、例えば内部のガスを排気し続けることで減圧されているチャンバ内の真空度を真空計を用いて計測する。すると、加熱によりウエハ表面に吸着された水分が気化して膨張するため、チャンバ内の圧力が上昇する。さらに加熱およびチャンバ内のガスの排気を続けるとチャンバ内の圧力は下がるため、この圧力の変化を検知することで、脱ガス処理（熱処理）の効果を確認し、脱ガス処理の完了時を判断することができる。
【００３２】
また、脱離したガスの成分を検査し、水分およびその他のガスが排出されていること、およびその量を計測することで、脱離ガス処理の完了時を判断することができる。なお、上記複数の方法の中では、チャンバ内の圧力を計測する方法が特に低コストで実施可能である。本実施の形態の大きな特徴は、上記のステップＳ４の熱処理工程を行うことで、ウエハ表面の水分等を除去することにある。
【００３３】
また、ステップＳ４において脱ガスを行う方法としては、上記のようにウエハを１００℃以上に昇温する方法の他に、１００Ｐａ程度以下の真空度の減圧雰囲気を保持する方法、または、１００Ｐａ程度以下の真空度の減圧雰囲気に保持した上で、ウエハの温度を１００℃以上に昇温する方法を用いてもよい。
【００３４】
次に、図１のステップＳ５に示すように、第１ウエハおよび第２ウエハのそれぞれの表面を、減圧下でプラズマ処理等することにより活性化する。当該プラズマ処理により、各ウエハの表面を活性化することで、ウエハ同士の貼り付けを容易にし、接合した後の結合力を高めることができる。ウエハの仮接合はウエハの表面の濡れ性を利用して行うが、上記プラズマ処理および洗浄処理を行うことで、各ウエハの表面の親水性が向上するため、ウエハ同士を貼り合わせた際に、より強固に接着をすることが可能となる。なお、ステップＳ５の活性化処理は、ステップＳ３に示す洗浄工程またはステップＳ４に示す脱ガス工程のいずれかの工程の前に行なってもよい。ステップＳ５のプラズマ処理は、例えばＮ２（窒素）またはＯ２（酸素）の雰囲気下で、酸素プラズマまたは窒素プラズマを用い、またはＡｒ（アルゴン）、Ｈｅ（ヘリウム）などの不活性ガス、もしくはこれらに水素ガスを混合した雰囲気中のプラズマを用いて行う。
【００３５】
次に、図１のステップＳ６に示すように、第１ウエハおよび第２ウエハを貼り合わせて仮接合状態とする。仮接合は、上記したように各ウエハの対向する面の濡れ性を利用するものである。つまり、ウエハの表面同士の間のファンデルワールス力により、弱い結合力を発生させて両ウエハを接合する。当該仮接合工程は、室温（常温）の温度下において行う。なお、本願でいう室温（常温）とは、例えば２５℃前後の温度をいう。
【００３６】
次に、図１のステップＳ７に示すように、ステップＳ６で仮接合した第１ウエハおよび第２ウエハを、２００℃以上の温度で加熱することで接合強度を向上させ、永久接合させる。当該加熱工程でウエハに加える温度は例えば２００〜１０００℃とし、ここでは３００℃で行うものとする。上記加熱工程により、第１ウエハおよび第２ウエハはそれらの接合面において強固に接合される。これにより、ウエハの貼り合わせ工程が完了する。
【００３７】
ステップＳ５のプラズマ処理を行わない場合、図１０に示す比較例の模式図のように、各ウエハのそれぞれの表面にはＨ（水素）およびＯ（酸素）が多く存在し、ファンデルワールス力により弱い力で仮接合される。このような表面状態のウエハ同士を永久接合させる場合は、１０００℃程度の比較的高い温度の熱処理を行う必要がある。この熱処理により、第１ウエハＷ１および第２ウエハＷ２との間にはＳｉ−Ｏ−Ｓｉの共有結合が形成され、ウエハ同士が強固に結合される。なお、図１０では図の左側に、仮接合（図１のステップＳ６に対応）時のウエハの表面状態を示し、図の右側に、永久接合のための熱処理（図１のステップＳ７に対応）後のウエハ間の境界の状態を示している。図１０は、比較例として示す製造工程中の半導体装置のウエハの表面状態を示す模式図である。
【００３８】
これに対し本実施の形態では、図１に示すステップＳ５のプラズマ処理によるウエハの表面の活性化により、図４の左側に示すように、ウエハの表面にＳｉ−Ｏ−Ｈの構造を揃えている。ステップＳ６の仮接合工程では、第１ウエハＷ１および第２ウエハＷ２はファンデルワールス力により弱い力で接合される。ウエハの表面にＳｉ−Ｏ−Ｈの構造が揃っている場合、２００〜３００℃程度の比較的低い温度の熱処理であっても、第１ウエハＷ１および第２ウエハＷ２間にＳｉ−Ｏ−Ｓｉの共有結合を形成し、ウエハ同士を強固に結合させることができる。本願では、このように共有結合を形成して、ウエハ同士の結合力を、仮接合の状態よりも高めた状態の接合を永久接合という。
【００３９】
図４では図の左側に、仮接合（図１のステップＳ６）時のウエハの表面状態を示し、図の右側に、永久接合のための熱処理（図１のステップＳ７）後のウエハ間の境界の状態を示している。図４は、本実施の形態の製造工程中の半導体装置のウエハの表面状態を示す模式図である。
【００４０】
次に、図１のステップＳ８に示すように、ウエハの薄膜化、およびデバイス形成工程の続きを行う。具体的には、まず図５に示すように、第２ウエハＷ２に接合した第１ウエハＷ１を薄膜化するため、第１ウエハＷ１の裏面を研磨するなどして後退させる。図５では、図の左側に、図１のステップＳ７により接合した状態の第１ウエハＷ１および第２ウエハＷ２の俯瞰図を示し、図の右側に、図１のステップＳ８の研磨工程により第１ウエハＷ１を薄膜化した後の第１ウエハＷ１および第２ウエハＷ２の俯瞰図を示している。
【００４１】
また、図６に、上記研磨工程を行った第１ウエハＷ１の断面図を示す。図６に示す断面図は、図５に示す俯瞰図に対し上下を逆さにして示している。つまり、第２ウエハＷ２上に、薄膜化された第１ウエハＷ１が接合されている。図１のステップＳ８において行う上記研磨工程では、バックグラインド法、ＣＭＰ法またはそれらの方法を組み合わせて半導体基板ＳＢ１の裏面ＢＳを後退させ、半導体基板ＳＢ１を薄膜化する。これにより、半導体基板ＳＢ１の膜厚は３μｍ程度となる。これにより、上記した裏面照射型のイメージセンサにおいて、第１ウエハＷ１の裏面ＢＳ側から照射される光が受光部に到達する前に透過する半導体基板ＳＢ１の厚さを小さくし、受光量が減衰することを防いでいる。
【００４２】
なお、図６では第２ウエハＷ２上に、図３に示した第１ウエハＷ１の上下を逆さにして接合した構造の断面を示している。図３において図の下側に位置していた半導体基板ＳＢ１の裏面ＢＳ側は、図６においては図の最上部に示してあるが、ここでは、図６に示す図の再上面を半導体基板ＳＢ１の裏面ＢＳと呼ぶ。本願でいうウエハ（半導体基板）の裏面とは、ウエハ（半導体基板）の主面側の面の反対側の面である。例えば、第１ウエハＷ１の裏面は、半導体基板ＳＢ１を含む第１ウエハＷ１の、フォトダイオードＰＤおよび配線Ｍ１〜Ｍ３などが形成されている側の面（主面）の反対側の面（裏面ＢＳ）である。
【００４３】
次に、図７に示すように、半導体基板ＳＢ１の裏面ＢＳ上にＨｆ（ハフニウム）膜またはシリコン窒化膜などからなる反射防止膜ＲＲ、酸化シリコン膜からなる絶縁膜Ｌ４、光を遮蔽するタングステン膜またはアルミニウム膜などの複数のパターンからなる遮光膜ＣＬを順次形成する。その後、絶縁膜Ｌ４上に、内部にカラーフィルターＣＦを含む有機膜からなるオンチップレンズＯＬを形成することで、図１のステップＳ８が完了し、本実施の形態の裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサを含む半導体装置が完成する。オンチップレンズの上面の凹凸は、例えばハーフトーンマスクを用いたフォトリソグラフィ技術およびエッチング法などにより形成する。
【００４４】
本実施の形態の製造工程により形成したイメージセンサは、図７に示すオンチップレンズＯＬの上方から光が照射された際に、オンチップレンズＯＬ、絶縁膜Ｌ４、反射防止膜ＲＲおよび半導体基板ＳＢ１を透過した光をフォトダイオードＰＤが取り込むことで、光電変換により光を電子に変えることができる素子である。
【００４５】
本実施の形態では、第１ウエハの主面側に形成された酸化シリコン膜からなる絶縁膜Ｌ３（図３参照）の表面と、単結晶シリコン基板からなる第２ウエハの表面とを接続させる場合について説明したが、上述したように絶縁膜Ｌ３はシリコン膜により構成されていてもよい。また、第１ウエハの主面側にシリコン膜が形成され、第２ウエハの主面側に酸化シリコン膜が形成されていてもよい。つまり、２枚のウエハを接合させるときには、酸化シリコン膜の表面とシリコン膜の表面とを接合させる場合と、シリコン膜の表面同士を接合させる場合とが考えられる。
【００４６】
以下に、本実施の形態の効果について説明する。
【００４７】
２枚のウエハを貼り合わせる工程を有する半導体装置の製造工程では、図１のステップＳ４における熱処理による脱ガス処理を行わずに、表面を純水などにより洗浄したウエハ同士を仮接合させ、その後２００〜１０００℃程度の高温の熱処理を施すことにより各ウエハを強固に接合することが考えられる。しかし、脱ガス処理（熱処理）を行わない場合、ウエハ間の境界には水などのガス成分が残留しており、このようなウエハ同士を仮接合した後に永久結合の熱処理を行うと、水分が膨張してウエハ間にボイドが生じ、半導体基板の信頼性が低下する問題がある。
【００４８】
つまり、第１ウエハおよび第２ウエハの接合面に水分またはその他のガスなどが吸着されている場合、本実施の形態の図１のステップＳ７に対応する高温の熱処理により、当該水分等が気化するなどして膨張し、各ウエハ間にボイド（空隙）が形成される虞がある。ウエハ間にボイドが形成された場合、第１ウエハおよび第２ウエハ間の接合強度が低下する。第２ウエハが第１ウエハから剥がれた場合、３μｍ程度に薄膜下された第１ウエハはその強度を保てず破損する虞がある。したがって、各ウエハ間に水分等を残留させたままウエハの接合を行うと、ウエハ間の接合強度が十分に保てないため、半導体装置の信頼性が低下する。
【００４９】
また、上記のように、２枚のウエハを接合させるときには、酸化シリコン膜の表面とシリコン膜の表面とを接合する場合と、シリコン膜の表面同士を接合する場合とが考えらる。また、その他にも、酸化シリコン膜の表面同士を接合する場合、シリコン膜の表面と窒化シリコン膜の表面とを接合する場合、または酸化シリコン膜の表面と窒化シリコン膜の表面とを接合する場合が考えられる。
【００５０】
上記のボイドの発生は、酸化シリコン膜とシリコン膜とを接合させる場合よりも、シリコン膜の表面同士を接合させる場合の方が顕著になる。これは酸化シリコン膜が水分を吸収しやすい性質を有し、酸化シリコン膜中に水分が拡散吸収されることで、ボイドの発生を抑えることができるためである。したがって、接合面に酸化シリコン膜を用いることにより、ボイドの発生を抑えることができる。
【００５１】
しかし、水分を吸収した酸化シリコン膜は、絶縁破壊を起こしやすく、また、配線間のリーク電流が発生しやすくなるなどの問題を有しており、絶縁膜としての機能が低い。また、酸化シリコン膜中の水分が、当該酸化シリコン膜の近傍の金属配線（例えば図７に示す配線Ｍ４）と反応することで金属配線が腐食し、配線の抵抗の上昇、または断線を引き起こす虞がある。酸化シリコン膜を用いること自体に問題はないが、その膜に水分が吸着した状態のまま、２枚のウエハを接合することで、上記の問題が生じる。
【００５２】
なお、本実施の形態のステップＳ７に相当するような、例えば１００℃より高い温度での熱処理工程を用いずに、接着剤などを用いて２枚のウエハを接合することが考えられる。しかし、この場合でも、接合するウエハの表面に水分等が残っている場合には、当該水分が除去されている場合に比べて接合強度が低下する問題が生じる。また、接着剤によりウエハを接合しても、接合面に酸化シリコン膜を設けている場合には、当該酸化シリコン膜に水分が吸収されることにより、上述したように、当該酸化シリコン膜の絶縁性の低下および金属配線の腐食が起きる問題がある。
【００５３】
したがって、酸化シリコン膜の表面とシリコン膜の表面とを接合する場合、およびシリコン膜の表面同士を接合する場合のいずれの場合においても、ウエハの接合前にウエハの表面から水分等を除去する必要がある。
【００５４】
そこで、本実施の形態では、ステップＳ４において加熱処理を行うことにより脱ガスを行なうことで、ウエハ間の接合界面の水分等を除去している。このように、１００℃以上の高温で第１ウエハおよび第２ウエハのそれぞれの表面に吸着されて水分またはその他のガス成分を脱離させ、その後に仮接合工程および永久接合のための熱処理工程を行うことで、ウエハの表面に残る水分が当該熱処理工程により膨張してウエハ間にボイドを形成することを防ぐことができる。このように、２枚のウエハを貼り合わせる前にウエハの温度を制御し、洗浄後の各ウエハの表面状態を管理することにより、接合したウエハの接合強度が低下することを防ぎ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００５５】
上記効果は、第１ウエハと第２ウエハの接合面がシリコン膜の表面同士である場合に顕著に得ることができる。これは、上述したように、ウエハ間の接合面に酸化シリコン膜が設けてある場合に比べて、シリコン膜同士を接合した場合はボイドの発生を抑えることが困難なためである。ただし、上記効果は、本実施の形態のように、ウエハの接合面に酸化シリコン膜を設けている場合であっても得ることができ、また、その場合には、酸化シリコン膜中に水分が吸収されることにより、当該酸化シリコン膜の絶縁性の低下または金属配線の腐食の発生を防ぐことができる。
【００５６】
なお、洗浄工程の前にプラズマ処理を行い、その後洗浄、脱ガス、仮接合、および永久接合の順に工程を行なってもよい。つまり、図１に示すステップＳ５のプラズマ処理による活性化工程は、接合表面を形成するステップＳ２の後であって、ステップＳ６の仮接合工程の前であれば、ステップＳ３の洗浄工程の前または後のどちらの時点で行なってもよい。ステップＳ３の洗浄工程は、ステップＳ４の脱ガス処理の直前、またはステップＳ５のプラズマ処理工程（活性化工程）の直前のいずれの時点で行なってもよく、また、それぞれの時点で洗浄を行なっても構わない。
【００５７】
また、接着剤を用いてウエハ間を接合することについて上述したが、ＣＭＯＳイメージセンサは、接着剤中に含まれる不純物により影響を受けやすく、当該不純物によってその性能が劣化する虞が高い。したがって、ＣＭＯＳイメージセンサの製造工程において、ウエハの貼り合わせの際に接着剤を用いることは好ましくない。これに対し、本実施の形態の接合工程のように、接着剤を用いない接合方法を採用することにより、素子の性能の低下を防ぐことができる。
【００５８】
（実施の形態２）
本実施の形態では、２枚のウエハを接合する工程を有する半導体装置の製造方法において、ウエハの脱ガス工程、仮接合工程、永久接合工程などの工程と、それらの工程の間のウエハの搬送とを、気圧を管理した減圧下で行う半導体装置の製造方法について説明する。
【００５９】
本実施の形態で行うウエハの接合に用いるマルチチャンバ装置の模式図を図８に示す。図８に示すマルチチャンバ装置ＭＣは、中央部に搬送チャンバＣＨ７を有し、その周囲には、複数のプロセスチャンバが接続されている。具体的には、搬送チャンバＣＨ７に接続されているのは、脱ガスチャンバＣＨ１、プラズマ処理チャンバＣＨ２、ウエハ温度制御チャンバＣＨ３、ウエハ貼り合わせチャンバＣＨ４、ウエハ温度制御チャンバＣＨ５、洗浄チャンバＣＨ６、ロードロックチャンバＲＣ１およびＲＣ２である。搬送チャンバＣＨ７内には、搬送用ロボットＲＢ１が配置されている。搬送用ロボットＲＢ１は、複数の外接するプロセスチャンバとロードロックチャンバＲＣ１およびＲＣ２との間でウエハを搬送するために用いられる。
【００６０】
マルチチャンバ装置ＭＣは、ロードロックチャンバＲＣ１およびＲＣ２を介してファクトリインタフェースＦＩに結合されている。ファクトリインタフェースＦＩは、複数のウエハ格納カセットＷＣおよび搬送用ロボットＲＢ２を含んでいる。搬送用ロボットＲＢ２は、ウエハ格納カセットＷＣとロードロックチャンバＲＣ１およびＲＣ２との間でウエハを搬送するために配置されている。ファクトリインタフェースＦＩ内の気圧は、大気圧に維持されている。
【００６１】
この装置を用いてウエハの貼り合わせを行う際は、ウエハ格納カセットＷＣに搬送された複数のウエハのうちの第１ウエハおよび第２ウエハを、搬送用ロボットＲＢ２がロードロックチャンバＲＣ１およびＲＣ２のそれぞれに分けて移す。その後、第１ウエハおよび第２ウエハのそれぞれは搬送用ロボットＲＢ１により搬送され、マルチチャンバ装置ＭＣ内の各プロセスチャンバにて処理された後、互いに接合されてウエハ格納カセットＷＣに戻される。
【００６２】
以下では、本実施の形態の半導体装置の製造方法を、図９に示すフローに沿って、図８を参照して説明する。図９に示すように、本実施の形態のフローであるステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７およびＳ８で行う工程およびそれらのステップを行う順番は、前記実施の形態１と同様である。ただし、ステップＳ３の後であって、ステップＳ７の完了までは、前記実施の形態１と異なり、処理を行う装置内の気圧および温度を制御する。
【００６３】
まず、図９のステップＳ１のウエハの準備工程およびステップＳ２のデバイス形成工程を、前記実施の形態１と同様に行う。ステップＳ１およびステップＳ２は図８に示すマルチチャンバ装置ＭＣの外で行う工程である。その後、第１ウエハおよび第２ウエハを、図８に示すウエハ格納カセットＷＣにセットした後、搬送用ロボットＲＢ１、ＲＢ２により洗浄チャンバＣＨ６内に搬送する。
【００６４】
ここではまず、ウエハ格納カセットＷＣから、第１ウエハを内部の気圧が大気圧（常圧）であるロードロックチャンバＲＣ１内に搬送し、第２ウエハを内部の気圧が大気圧（常圧）であるロードロックチャンバＲＣ２内に搬送する。続いて、ロードロックチャンバＲＣ１、ＲＣ２のそれぞれとファクトリインタフェースＦＩとの間の扉（図示しない）を閉じ、ロードロックチャンバＲＣ１、ＲＣ２を密閉した状態で、内部を減圧して真空状態にする。
【００６５】
続いて、真空（減圧）状態に保たれている搬送チャンバＣＨ７とロードロックチャンバＲＣ１、ＲＣ２との間の扉（図示しない）を開け、搬送用ロボットＲＢ１により一枚のウエハを、真空（減圧）状態の洗浄チャンバＣＨ６内に移す。その後、洗浄チャンバＣＨ６の扉（図示しない）を閉じた後、洗浄チャンバＣＨ６内の気圧を常圧に制御し、洗浄工程を常圧下で行うことで、ウエハの表面に付着した異物（パーティクル）を除去する（図９のステップＳ３）。洗浄が終了した後に、洗浄チャンバＣＨ６内を減圧して真空状態にし、ウエハを洗浄チャンバＣＨ６内から搬送チャンバＣＨ７内に戻す。
【００６６】
なお、マルチチャンバ装置ＭＣを構成する脱ガスチャンバＣＨ１、プラズマ処理チャンバＣＨ２、ウエハ温度制御チャンバＣＨ３、ウエハ貼り合わせチャンバＣＨ４およびウエハ温度制御チャンバＣＨ５および搬送チャンバＣＨ７は、洗浄チャンバＣＨ６、ロードロックチャンバＲＣ１およびＲＣ２と異なり、常に減圧状態が保たれている。
【００６７】
次に、図９のステップＳ３の洗浄工程を経たウエハを、脱ガスチャンバＣＨ１内に搬入し、キセノンランプなどを用いた高温の熱処理を行うことで、ウエハの表面の水分およびその他のガス成分をウエハから脱離させる（図９のステップＳ４）。ここで、ウエハを昇温して脱ガス処理を行うと、ウエハの表面から水分が気化して脱離することにより、脱ガスチャンバＣＨ１内の気圧が一時的に上昇する。ただし、ここでは脱ガスチャンバＣＨ１内を減圧雰囲気に保つため、ポンプを用いて常に脱ガスチャンバＣＨ１内のガスを排気し続けていることから、上昇した気圧は徐々に低下し、脱ガスチャンバＣＨ１内はまた元の減圧状態に戻る。
【００６８】
脱ガスに用いる装置には、内部のガスを排気し続けることで内部の気圧が減圧される脱ガスチャンバＣＨ１を用いる。特に、脱ガスチャンバＣＨ１内の雰囲気の成分は、水分が極力除去されていることが重要である。したがって、ここでは、脱ガスチャンバＣＨ１内のガスをポンプ等を用いて排気することで減圧状態とし、または、チャンバ内にＮ２（窒素）ガス、Ｈｅ（ヘリウム）ガスもしくはＡｒ（アルゴン）ガスなどの不活性ガスを供給することで、チャンバ内を窒素雰囲気、ヘリウム雰囲気またはアルゴン雰囲気とした減圧状態とする。
【００６９】
このような脱ガス工程では、脱離したガスの量などをモニタする方法として、前記実施の形態１において説明したように、昇温時の温度をウエハ温度計により管理、制御する方法、脱ガスチャンバＣＨ１内の真空度を真空計により検査する方法、または脱ガスチャンバＣＨ１内から排気された脱離ガス成分を質量分析器を用いてを検査する方法が挙げられる。
【００７０】
次に、減圧雰囲気を保持した状態でウエハをプラズマ処理チャンバＣＨ２内に搬送し、ウエハ表面を減圧下でプラズマ処理等することにより活性化する（図９のステップＳ５）。
【００７１】
次に、減圧雰囲気を保持した状態でウエハをウエハ温度制御チャンバＣＨ３内に搬送し、ウエハを例えば常温（室温）またはその他の特定の温度になるまで冷却する（図９のステップＳ５ａ）。また、冷却に限らず、ウエハの温度が下がりすぎている場合には、ウエハ温度制御チャンバＣＨ３内でウエハを昇温する。ここで、ウエハを冷却をする際はステージにウエハを機械的または静電チャックなどにより固定し、ステージ中を流れる液体（例えば水）によりウエハを冷却する水冷方式を用いる。また、ウエハを昇温する際には、ランプ光照射などによりウエハの温度を高める。
【００７２】
ここでは、デバイスが形成された第１ウエハに対し、以上に説明した図９のステップＳ１〜ステップＳ５ａの工程を行い、第２ウエハに対しても、図９のステップＳ１、ステップＳ３〜ステップＳ５ａを第１ウエハに追って行う。なお、ステップＳ５ａにおける温度制御のタイミングを第１ウエハと第２ウエハとで合わせるため、第１ウエハをウエハ温度制御チャンバＣＨ３内に搬送し、第２ウエハをウエハ温度制御チャンバＣＨ５内に搬送し、それぞれを同時に温度制御してもよい。ステップＳ５ａの温度制御工程を行うことで、ウエハ貼り合わせ（仮接合）工程（図９のステップＳ６）の直前の時点で、第１ウエハおよび第２ウエハは、互いにほぼ同一の温度となる。ここで、２枚のウエハの温度差は５０℃以下とする。
【００７３】
このように貼り合わせ前の第１ウエハおよび第２ウエハの温度差を極力小さくしているのは、ウエハの熱膨張に起因する残留歪の発生を防止することにより、ボイドの発生を抑制し、また、応力起因のデバイス性能の劣化（例えばリーク電流または暗電流の発生）を防止するためである。デバイスが形成されている第１ウエハは、半導体基板上に窒化膜などの絶縁膜および金属膜を複数層形成した複雑な構造を有しており、それらの膜は温度変化による膨張率および収縮率に差があるため、第１ウエハが極度に昇温または冷却された場合には、第１ウエハ内に応力歪が発生し、第１ウエハ自体が反る場合がある。
【００７４】
第１ウエハに反りが生じれば第１ウエハと第２ウエハとを密着させて貼り合わせること、およびウエハ間の接合力を保つことが困難となる。また、イメージセンサは各フォトダイオードなどの位置および性能を揃えることが重要となるため、内部に歪または応力が生じることで素子の位置または性能がばらつくと、半導体装置の信頼性が低下する。また、内部に残留応力を有するウエハは、その内部の回路に暗電流が生じる虞がある。したがって、第１ウエハ内に応力または歪が生じ、ウエハ自体が反ることを防止するため、ここでは第１ウエハの温度を室温に調整している。
【００７５】
また、上述したように第１ウエハは窒化膜または金属膜など、シリコン膜とは異なる膨張率を有する膜を含んでいるのに対し、第２ウエハは単結晶シリコン基板のみからなる。したがって、第１ウエハと第２ウエハとではその構造が大きく異なるため、両ウエハが温度変化した際に発生する内部応力の大きさに差が生じる。特に、両ウエハ間に温度差があると、それぞれのウエハ内の応力に大きな差が生じる。したがって、ウエハ間に大きい温度差がある状態でウエハの貼り合わせ工程を行うと、貼り合わせたウエハが室温に戻った際、各ウエハが異なる収縮率で収縮し、第１ウエハおよび第２ウエハ間に大きな内部応力および歪が生じる。
【００７６】
このような応力および歪は、イメージセンサの性能に大きく影響するため、ウエハ内の応力の発生を防ぐ観点から、ウエハを貼り合わせる前の各ウエハと、ウエハを永久結合した後に常温になったウエハとの温度差を小さくすることが望まれる。また、ウエハ内の応力の発生を防ぐ観点から、第１ウエハと第２ウエハとの間の温度差を小さく保ったままウエハの貼り合わせおよび接合の工程を行うことが望まれる。
【００７７】
そこで、本実施の形態では、ウエハを貼り合わせた後の温度である室温に合わせ、ウエハを貼り合わせる前、すなわち図９のステップＳ６の前に、図８に示すウエハ温度制御チャンバＣＨ３内で各ウエハの温度を室温に調整している（図９のステップＳ５ａ）。また、ここでは第１ウエハおよび第２ウエハ間に生じる応力および歪の差を小さくするため、両ウエハの温度を極力同一となるように調整を行なっている（図９のステップＳ５ａ）。
【００７８】
各ウエハ間の温度差は５０℃とすることを上述したが、特に低歪を実現するためには、各ウエハ間の温度差を１０℃以下とし、各ウエハの面内温度差を１０℃以下にすることが望ましい。ここでは、第１ウエハおよび第２ウエハの温度をそれぞれ例えば２５℃とする。
【００７９】
次に、第１ウエハおよび第２ウエハを、減圧下に保持したマルチチャンバ装置ＭＣ内を搬送してウエハ貼り合わせチャンバＣＨ４内に配置した後、各ウエハ同士を貼り合わせて仮接合する（図９のステップＳ６）。この際も、ウエハ貼り合わせチャンバＣＨ４内の気圧は大気圧よりも低い真空（減圧）状態に保たれている。また、両ウエハ間の温度差を常に小さくし、より精密に温度制御を行うため、ウエハ貼り合わせチャンバＣＨ４内でも、貼り合わせ前および貼り合わせ中に第１ウエハおよび第２ウエハの温度制御を行う。温度制御の方法は、上述したステージまたはランプなどを用いる方法と同様の方法を用いる。
【００８０】
つまり、ウエハを貼り合わせる際にも、各ウエハの温度が同一になるように温度制御を行い、その際、各ウエハの温度を室温とする。ウエハを貼り合わせる際には、接合時の不良の発生を抑制するための脱ガスを目的として、ウエハを昇温しながら２枚のウエハの貼り合わせを行うことが考えられるが、この場合、接合されたウエハが室温に冷却された際、ウエハ内に残留応力が発生する。これに対して本実施の形態では、上記のように、ウエハ間での熱膨張差率または冷却時の収縮率の差に起因する応力の発生を防ぎ、第１ウエハ内に複数種類の膜が存在することに起因する応力の発生を防ぐため、第１ウエハおよび第２ウエハが過度に昇温されないように、各ウエハの温度を室温に制御して貼り合わせを行う。
【００８１】
次に、２００℃以上の温度で加熱し、ウエハ間の接合強度を向上させ、永久接合とする（図９のステップＳ７）。ここでは、永久接合のための熱処理後の両ウエハ間の温度が同一となるように、ウエハ貼り合わせチャンバＣＨ４内で温度制御をする。これにより、永久結合の後に、第１ウエハおよび第２ウエハ間に応力が発生することを防ぐ。
【００８２】
次に、貼り合わせて接合したウエハをマルチチャンバ装置ＭＣの外に搬送してウエハ格納カセットＷＣに戻した後、前記実施の形態１と同様にデバイス形成の続きを行う。すなわち、第１ウエハを構成する半導体基板の裏面の研削およびオンチップレンズなどの形成を行うことで、裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサを完成させる（図９のステップＳ８）。
【００８３】
上記のように、本実施の形態では、ステップＳ３の洗浄処理の後からステップＳ７の永久接合の完了までの工程をすべて減圧雰囲気下で連続処理しているが、ステップＳ３の洗浄処理の後からステップＳ６の仮接合までの工程をすべて減圧雰囲気下で連続処理し、ステップＳ７の永久接合は別装置で処理を行っても良い。
【００８４】
ここで、搬送チャンバＣＨ７に接続されている各プロセスチャンバのそれぞれで真空状態での処理を行った場合であっても、搬送チャンバＣＨ７内の気圧が常に大気圧であり、大気雰囲気である場合、例えば図９のステップＳ４により脱ガスチャンバＣＨ１を用いて脱ガスを行ったとしても、搬送チャンバＣＨ７内でウエハは大気に晒される。加熱されたウエハは冷却時に水分等が吸着しやすいため、脱ガスチャンバＣＨ１内で加熱処理を終えた後にウエハを大気雰囲気下で搬送すると、再びウエハに水分が吸着するため、ボイドの発生を効果的に防ぐことができない。
【００８５】
つまり、脱ガス処理（図９のステップＳ４）以降は、ウエハの貼り合わせが終了するステップＳ８の完了まで、全て真空（減圧）の条件、つまり水分を含まない雰囲気下において各工程およびそれらの間の搬送を行わなければ、接合したウエハ同士の界面におけるボイドの発生およびウエハの表面の酸化シリコン膜の劣化などの問題が生じる。そこで、本実施の形態では、洗浄工程の後のマルチチャンバ装置ＭＣ内での工程を全て減圧雰囲気において行うことで、半導体装置の信頼性を向上させることを可能としている。
【００８６】
また、装置内の水分の量を極力低減するため、マルチチャンバ装置ＭＣでは、内部のガスを排気することで装置内を真空状態とすると共に、装置内にＮ２（窒素）ガス、Ｈｅ（ヘリウム）ガスまたはＡｒ（アルゴン）ガスを供給することで、水分等がウエハに付着することによるウエハの表面状態の劣化を防ぐことができる。
【００８７】
以上に説明したように、本実親形態では貼り合わせを行う装置内の気圧および雰囲気を制御し、ウエハの温度を制御することにより、前記実施の形態１と同様の効果に加え、より効果的にウエハの接合強度を高めている。また、ウエハ内の応力などの発生により半導体装置の信頼性が低下することを防ぐことを可能としている。
【００８８】
（実施の形態３）
前記実施の形態２では洗浄チャンバおよびロードロックチャンバを除き減圧下で搬送および処理を行う装置を用いた半導体装置の製造方法について説明したが、本実施の形態では、当該装置内の気圧を減圧せず、例えば大気圧とし、代わりに装置内を不活性ガス雰囲気としてウエハの貼り付けのための一連の工程を行う場合について説明する。
【００８９】
前記実施の形態２では、水分などを含むガスを排出してマルチチャンバ装置内を減圧したが、ウエハの表面に水分が吸着することを防ぐ観点から、装置内は水分が含まれていない雰囲気であれば、必ずしも減圧雰囲気である必要はない。そこで、本実施の形態では、図８に示すマルチチャンバ装置ＭＣ内の気圧を大気圧とし、マルチチャンバ装置ＭＣ内をＮ２（窒素）ガス、Ｈｅ（ヘリウム）ガス、Ａｒ（アルゴン）ガスなどの不活性ガス、または水分を含まないドライエアーなどにより満たした状態で、前記実施の形態２において図９を用いて説明した工程と同様の工程を行う。
【００９０】
ただし、前記実施の形態１、２と同じく、ウエハをプラズマ処理する装置（図８に示すプラズマ処理チャンバＣＨ２）は、プラズマ処理を行う際にその内部を減圧する。また、搬送チャンバＣＨ７内が常圧であることから、洗浄チャンバＣＨ６内にウエハを出し入れする際に、逐一洗浄チャンバＣＨ６内を真空状態とする必要がない。この点は前記実施の形態２と異なる。
【００９１】
本実施の形態では、マルチチャンバ装置内を減圧雰囲気としなくても、貼り合わせるウエハの表面にガス成分（水分）などが吸着することを防ぐことができるため、前記実施の形態２と同様の効果を得ることができる。さらに、マルチチャンバ装置内の減圧雰囲気を保ち続ける必要がなく、また、一部のチャンバ内の圧力を減圧および昇圧する作業を省くことができるため、半導体装置の製造コストを低減することができる。
【００９２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００９３】
例えば、前記実施の形態のウエハ貼り合わせの工程は、裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサに限らず、その他のデバイスであって、ウエハの貼り合わせ工程を含む半導体装置の製造方法に適用することができる。
【符号の説明】
【００９４】
ＢＯＸ    埋め込み酸化膜
ＢＳ    裏面
ＣＦ    カラーフィルター
ＣＨ１    脱ガスチャンバ
ＣＨ２    プラズマ処理チャンバ
ＣＨ３    ウエハ温度制御チャンバ
ＣＨ４    ウエハ貼り合わせチャンバ
ＣＨ５    ウエハ温度制御チャンバ
ＣＨ６    洗浄チャンバ
ＣＨ７    搬送チャンバ
ＣＬ    遮光膜
ＦＩ    ファクトリインタフェース
ＩＬＦ    層間絶縁膜
Ｌ１〜Ｌ４    絶縁膜
Ｍ１〜Ｍ４    配線
ＭＣ    マルチチャンバ装置
ＭＳＳ    上面
ＯＬ    オンチップレンズ
ＰＤ    フォトダイオード
ＰＷ    ポリシリコン配線
ＲＢ１、ＲＢ２    搬送用ロボット
ＲＣ１、ＲＣ２    ロードロックチャンバ
ＲＲ    反射防止膜
ＳＢ１    半導体基板
ＳＬ    シリコン層
Ｗ１    第１ウエハ（第１半導体基板）
Ｗ２    第２ウエハ（第２半導体基板）
ＷＣ    ウエハ格納カセット
【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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