电子装置和半导体器件的制造方法
【专利说明】电子装置和半导体器件的制造方法
[0001]分案申请
[0002]本申请是申请日为2011年8月26日、发明名称为“半导体器件、其制造方法和电子装置”的申请号为201110248341.7的专利申请的分案申请。
[0003]相关申请的交叉参考
[0004]本申请包含与2010年9月2日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP2010-196639的公开内容相关的主题，在这里将该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
[0005]本发明涉及诸如固态摄像器件等半导体器件的制造方法，以及诸如相机等包括固态摄像器件的电子装置。
【背景技术】
[0006]如数码摄像机和数码相机之类的电子装置包括诸如固态摄像器件等半导体器件。例如，固态摄像器件的示例包括CM0S(互补型金属氧化物半导体，Complementary MetalOxide Semiconductor)图像传感器和CCD(电荷親合器件，Charge Coupled Device)图像传感器。
[0007]固态摄像器件设置成使得多个像素以阵列的方式形成在半导体基板的表面上。各个像素均设置有光电转换部。例如，该光电转换部是光电二极管，其在光接收表面上接收通过外部光学系统入射的光，并对所接收的光进行光电转换，由此产生信号电荷。
[0008]在固态摄像器件中，CMOS图像传感器设置成使得各像素不仅包括光电转换部，还包括像素晶体管。上述像素晶体管包括多个晶体管，像素晶体管读取光电转换部所产生的信号电荷，并将该信号电荷作为电信号输出到信号线。CMOS图像传感器具有低功耗，因此其广泛用于安装有相机的移动电话和F1DA(个人数字助理，Personal Digital Assistant)等移动装置。
[0009]对于上述半导体器件，提出了 “3维多层芯片结构(3-dimens1nal multiplayerchip structure)”，在该3维多层芯片结构中，具有不同功能的多个半导体芯片堆叠在一起并彼此电连接。
[0010]在“3维多层芯片结构”中，各个电路可最佳地形成为与各半导体芯片的功能相对应，因此能够实现高功能性装置。例如，传感器电路和逻辑电路最佳地形成为分别与包括传感器电路的半导体芯片和包括逻辑电路(具有用于处理信号的电路)的半导体芯片的各个功能相对应，因此，能够制造高功能性固态摄像器件。在此，通过在半导体芯片的基板上设置穿透电极(penetrat1n electrode)，来电连接多个半导体芯片(例如，参见日本未审查专利申请N0.2006-49361 和N0.2007-13089)。
[0011]但是，在“3维多层芯片结构”中，需要形成穿透基板的深通孔，并同时保证绝缘，因此难以提尚制造效率。
[0012]例如，为了形成大小为Ιμπι的小孔，需要对基板进行薄化。然而，在此情况下，在薄化之前需要单独地进行诸如将该基板结合到支撑基板等过程。因此，由于难以提高制造效率，所以增加了成本。此外，为了在具有高的长宽比(aspect rat1)的孔中嵌入导电材料，需要使用诸如钨等覆盖特性极好的导电材料。因此，导电材料的选择有时会受到限制。
[0013]此外，在通过将电路表面彼此结合而实现各半导体芯片的电连接的情况下，如果基板为厚(例如，厚度为几百μπι)，则需要深孔的形成过程、引出电极的形成过程、焊球的形成过程等。因此，增加了成本。
[0014]此外，在结合时产生的应力可能集中在结合表面的薄弱部分，从而在该部分上可产生裂纹。因此，可降低装置的可靠性。当半导体晶片通过切割而分割成多片时，在结合表面之间可能形成裂纹。因此，可降低装置的可靠性。
[0015]另外，由于需要确保多个半导体晶片之间的电连接，所以难以对电极焊盘进行小型化，因而也难以对芯片进行小型化。
[0016]如上所述，在“3维多层芯片结构”中，难以提高制造效率及降低成本。此外，在“3维多层芯片结构”中，难以提高装置的可靠性及实现小型化。
【发明内容】
[0017]因此，本发明提供一种能够改善制造效率、降低成本、提高装置的可靠性并能够实现小型化的半导体器件的制造方法和电子装置。
[0018]本发明的一个实施例提供了一种电子装置，其包括:第一半导体芯片，包括:第一半导体基板;第一布线层，其具有第一布线部和第一绝缘层，其中所述第一布线部延伸到所述第一布线层的外围区域;和第二半导体芯片，其堆叠在所述第一半导体芯片上，所述第二半导体芯片包括:第二半导体基板;第二布线层，其具有第二布线部和第二绝缘层，其中所述第二布线部延伸到所述第二布线层的外围区域，其中所述第一绝缘层和所述第二绝缘层的相对表面彼此结合，并且其中在所述第一绝缘层和所述第二绝缘层的所述相对表面处不暴露所述第一布线部和所述第二布线部，并且其中，所述第一布线部与所述第二布线部通过在所述第一半导体芯片的外围区域处以及在所述第二半导体芯片的外围区域处的导电部彼此电连接。
[0019]本发明的又一实施例提供了一种半导体器件的制造方法，包括:在第一半导体芯片上堆叠第二半导体芯片;将第一布线部的外围区域和第二布线部的外围区域暴露在堆叠体的外围区域处，所述第一布线部形成在所述第一半导体芯片上，并且所述第二布线部形成在所述第二半导体芯片上，所述堆叠体中堆叠有所述第一半导体芯片和所述第二半导体芯片，其中所述第一布线部包括在所述第一半导体芯片的第一布线层中，其中所述第二布线部包括在所述第二半导体芯片的第二布线层中，其中所述第一布线层的第一表面结合到所述第二布线层的第一表面，其中在所述第一布线层的所述第一表面处不暴露所述第一布线部，并且其中在所述第二布线层的所述第一表面处不暴露所述第二布线部;和通过在所述第一半导体芯片的外围区域和所述第二半导体芯片的外围区域处设置导电层，使得所述第一布线部和所述第二布线部彼此电连接。
[0020]本发明的另一实施例提供了一种电子装置。所述电子装置包括:第一半导体芯片，包括:半导体基板;布线层，其具有第一布线部和绝缘层，其中所述第一布线部延伸到所述第一半导体芯片的所述布线层的外围区域;和第二半导体芯片，其堆叠在所述第一半导体芯片上，所述第二半导体芯片包括:半导体基板;布线层，其具有第二布线部和绝缘层，其中所述第二布线部延伸到所述第二半导体芯片的所述布线层的外围区域，其中所述第一半导体芯片的所述绝缘层和所述第二半导体芯片的所述绝缘层的相对表面彼此结合，并且其中在所述第一半导体芯片的所述绝缘层和所述第二半导体芯片的所述绝缘层的所述相对表面处不暴露所述第一布线部和所述第二布线部，并且其中，所述第一布线部和所述第二布线部的暴露在所述第一半导体芯片和所述第二半导体芯片的所述外围区域处的各自的外围区域被导电层覆盖，并且所述第一布线部与所述第二布线部通过所述导电层彼此电连接。
[0021]根据本发明的实施例，可提供能够制造效率、降低成本、提高装置的可靠性并使其小型化的半导体器件的制造方法和电子装置。
【附图说明】
[0022]图1是表示本发明实施例1的相机40的结构的结构图；
[0023]图2是表示本发明实施例1的固态摄像器件I的整体结构的框图；
[0024]图3是表示本发明实施例1的固态摄像器件I的整体结构的立体图；
[0025]图4表示本发明实施例1的固态摄像器件的主要部分；
[0026]图5表示本发明实施例1的像素P;
[0027]图6表示本发明实施例1的像素P;
[0028]图7A?图7C是表示在从本发明实施例1中的像素P读出信号时提供到各部分的脉冲信号的时序图；
[0029]图8表示本发明实施例1的滤色器CF;
[0030 ]图9A?图9D表示本发明实施例1的固态摄像器件的制造方法；
[0031 ]图1OE?图1OG表示本发明实施例1的固态摄像器件的制造方法；
[0032]图1lH?图1lJ表示本发明实施例1的固态摄像器件的制造方法；
[0033]图12表示本发明实施例1的固态摄像器件的制造方法；
[0034]图13表示本发明实施例1的固态摄像器件的制造方法；
[0035]图14表示本发明实施例1的固态摄像器件的制造方法；
[0036]图15表示本发明实施例1的固态摄像器件的制造方法；
[0037]图16表示本发明实施例1的固态摄像器件的制造方法；
[0038]图17表示本发明实施例1的固态摄像器件的制造方法；
[0039 ]图18表示本发明实施例1的固态摄像器件的制造方法；
[0040]图19表示本发明实施例1的固态摄像器件的制造方法；
[0041 ]图20表示本发明实施例1的固态摄像器件的制造方法；
[0042]图21表示本发明实施例2的半导体器件的主要部分；
[0043]图22A?图22D表示本发明实施例2的半导体器件的制造方法；
[0044]图23E?图23G表示本发明实施例2的半导体器件的制造方法；
[0045]图24表示本发明实施例2的半导体器件的制造方法；
[0046]图25表示本发明实施例2的半导体器件的制造方法；
[0047]图26表示本发明实施例2的半导体器件的制造方法；
[0048]图27表示本发明实施例2的半导体器件的制造方法；
[0049]图28表示本发明实施例2的半导体器件的制造方法；
[0050]图29表示本发明实施例2的半导体器件的制造方法；
[0051]图30是表示α射线(alpharays)或宇宙射线(cosmic rays)的微粒入射到本发明实施例2的半导体器件上的情形；
[0052]图31是表示本发明实施例3的半导体器件的主要部分；
[0053]图32A?图32D表示本发明实施例3的半导体器件的制造方法；
[0054]图33E?图33G表示本发明实施例3的半导体器件的制造方法；
[0055]图34表示本发明实施例3的半导体器件的制造方法；
[0056]图35表示本发明实施例3的半导体器件的制造方法；
[0057]图36表示本发明实施例3的半导体器件的制造方法；
[0058]图37表示本发明实施例3的半导体器件的制造方法；
[0059]图38是表示本发明实施例3的半导体器件的制造方法；
[0060]图39表示本发明实施例3的半导体器件的制造方法；
[0061]图40表示本发明实施例3的半导体器件的制造方法；
[0062]图41表示本发明实施例3的半导体器件的制造方法；
[0063]图42表示本发明实施例4的半导体器件的主要部分。
【具体实施方式】
[0064]下文将参考附图对本发明的实施例进行说明。
[0065]此外，以下述顺序对实施例进行说明。
[0066]1.实施例1(图像传感器芯片+逻辑电路芯片)
[0067]2.实施例2(存储器芯片+逻辑电路芯片)
[0068]3.实施例3(S0I高速器件芯片+逻辑电路芯片)
[0069]4.实施例4(图像传感器芯片+存储器芯片+逻辑电路芯片)
[0070]5.其它
[0071]1.实施例1
[0072](A)器件结构
[0073](A-1)相机主要部分的结构
[0074]图1是表示本发明实施例1的相机40的结构的结构图。
[0075]如图1所示，相机40具有固态摄像器件1、光学系统42、控制器43和信号处理电路44。在下文中将顺序说明上述各部件。
[0076]固态摄像器件I通过其摄像表面PS接收通过光学系统42入射的入射光H(物体图像)，并对入射光H进行光电转换以产生信号电荷。在此，基于控制器43输出的控制信号驱动固态摄像器件I。接着，读取该信号电荷，并作为原始数据输出该信号电荷。
[0077]光学系统42包括诸如成像透镜和孔径光阑(aperture diaphragm)等光学组件，光学系统42用于将入射光H聚集到固态摄像器件I的摄像表面PS。
[0078]控制器43向固态摄像器件I和信号处理电路44输出各种控制信号，从而控制并驱动固态摄像器件I和信号处理电路44。
[0079]信号处理电路44用于对固态摄像器件I输出的电信号进行信号处理，从而产生数字图像。
[0080](A-2)固态摄像器件的主要部分的结构
[0081]下面说明固态摄像器件I的整体结构。
[0082]图2是表示本发明实施例1的固态摄像器件I的整体结构的框图。
[0083]如图2所示，固态摄像器件I设置有像素区域PA。
[0084]如图2所示，像素区域PA为矩形，在像素区域PA中，多个像素P在水平方向X和垂直方向y上布置。也就是说，像素P以矩阵形式布置。另外，像素区域PA对应于图1所示的摄像表面PS。稍后将详细说明像素P。
[0085]另外，如图2所示，固态摄像器件I设置有垂直驱动电路3、列电路4、水平驱动电路
5、外部输出电路7和时序发生器8，驱动电路3、列电路4、水平驱动电路5、外部输出电路7和时序发生器8是外围电路。
[0086]如图2所示，垂直驱动电路3与布置在像素区域PA的水平方向X上的每一行中的多个像素P电连接。
[0087]如图2所示，列电路4用于以列为单位对像素P输出的信号进行信号处理。在此，列电路4包括⑶S(相关双采样，Correlated Double Sampling)电路(未图示)，并进行用于移除固定模式噪声的信号处理。
[0088]如图2所示，水平驱动电路5电连接到列电路4 ο水平驱动电路5例如包括移位寄存器，并将列电路4中所保持的各列像素P的信号输出到外部输出电路7。
[0089]如图2所示，外部输出电路7电连接到列电路4，其对列电路4输出的信号进行信号处理，并将所处理的信号输出到外部。外部输出电路7包括AGC(自动增益控制，AutomaticGain Control)电路7a和ADC电路7b。在外部输出电路7中，AGC电路7a向信号应用增益，接着ADC电路7b将模拟信号转换为数字信号，并将经转换的信号输出到外部。
[0090]如图2所示，时序发生器8电连接到垂直驱动电路3、列电路4、水平驱动电路5和外部输出电路7中的每个电路。时序发生器8产生各种脉冲信号，并将产生的脉冲信号输出到垂直驱动电路3、列电路4、水平驱动电路5和外部输出电路7，从而对各个部分进行驱动控制。
[0091]图3是表示本发明实施例1的固态摄像器件I的整体结构的立体图。
[0092]如图3所示，在此实施例中，固态摄像器件I具有第一半导体芯片100和第二半导体芯片200。第一半导体芯片100和第二半导体芯片200彼此相对。稍后将给出详细说明，芯片的相对表面彼此结合(但在图3的情况下，芯片彼此分离)。此外，第一半导体芯片100和第