[发明专利]固态成像装置、其制造方法及电子设备

说明书

技术领域

本发明涉及固态成像装置、其制造方法及包括诸如照相机的固态成像装置的电子设备。

背景技术

对于固态成像装置，已知有CMOS(互补金属氧化物半导体)固态成像装置，这种CMOS固态成像装置广泛地应用于数字静态照相机、数字摄像机等中。近年来，作为安装在诸如配备有照相机的移动电话和个人数字助理(PDA)的移动设备中的固态成像装置，考虑到功率消耗等常常使用低电源电压的CMOS固态成像装置。

在CMOS固态成像装置中，单元像素形成有用作光电转换器的光敏二极管和多个像素晶体管。CMOS固态成像装置具有像素阵列(像素区域)以及周边电路区域，在像素区域中多个单元像素设置为二维阵列方式。多个像素晶体管由MOS晶体管形成，并且由三种晶体管(即转移晶体管、复位晶体管和放大晶体管)或四种晶体管(除上述三种晶体管外还包括选择晶体管)组成。

作为这样的CMOS固态成像装置，已经提出了各种现有技术的固态成像装置，其通过将其中形成有通过设置多个像素获得的像素阵列的半导体芯片电连接到其中形成有执行信号处理的逻辑电路的半导体芯片而构造为一个装置。例如，日本专利特开2006-49361号公报公开了一种半导体模块，其通过微型凸块将具有用于每个像素单元的微型焊盘的背面照明图像传感器芯片连接到具有信号处理电路和微型焊盘的信号处理芯片而获得。

WO2006/129762公开了一种半导体图像传感器模块，其通过堆叠包括图像传感器的第一半导体芯片、包括模拟/数字转换器阵列的第二半导体芯片和包括存储器元件阵列的第三半导体芯片获得。第一半导体芯片通过凸块作为导电连接导体连接到第二半导体芯片。第二半导体芯片通过穿透第二半导体芯片的穿透接触连接到第三半导体芯片。

发明内容

本申请提供下面的固态成像装置。具体地讲，该固态成像装置通过将包括像素阵列的半导体芯片部分和包括逻辑电路的半导体芯片部分接合而获得。该固态成像装置能够实现较高的性能，从而各半导体芯片部分可有效地发挥其性能，并且能够实现较高的批量生产和成本降低。为了制造该固态成像装置，包括像素阵列的第一半导体芯片部分和包括逻辑电路的第二半导体芯片部分(其二者是半成品状态)彼此接合。然后，第一半导体芯片部分被加工成薄膜形式，其后，像素阵列连接到逻辑电路。该连接通过形成连接互连线来建立，该连接互连线由如下成分组成：连接到第一半导体芯片部分的所需互连线的连接导体；穿透第一半导体芯片部分且连接到第二半导体芯片部分的所需互连线的穿透连接导体；以及连接两个连接导体的耦合导体。其后，通过接合获得的该部件被加工成成品状态，成为芯片，从而被构造为背面照明固态成像装置。

同样，作为用于通过将第一半导体芯片部分和第二半导体芯片部分接合而获得上述固态成像装置的新技术，设计了一种方法，其中不通过采用穿透连接导体的电连接方法建立连接，而是通过引导铜(Cu)电极到两个半导体芯片部分的表面而建立连接。

图22示出了作为该技术的一个示例的固态成像装置。本示例的背面照明CMOS固态成像装置121通过将第一半导体芯片部分122和第二半导体芯片部分123接合而构造为一个装置。在第一半导体芯片部分122中，形成由有效像素区域125和光学黑区域126组成的像素阵列124，光学黑区域126输出光学基准黑电平。在第二半导体芯片部分123中，形成用作周边电路的逻辑电路127。

在第一半导体芯片部分122中，在由硅形成且加工成薄膜形式的第一半导体基板131中形成像素阵列124，其中多个像素被二维地布置成矩阵，每个像素包括用作光电转换器的光敏二极管PD和多个像素晶体管Tr1和Tr2。在半导体基板131的前表面131a侧，形成多层配线层134，其中通过层间绝缘膜112的间隔设置由多层金属M1至M5形成的互连线133[133a至133d]和142，例如，该示例中为五层。铜(Cu)互连线用作互连线133和142。在半导体基板131的背表面侧，覆盖光学黑区域126之上区域的遮光膜136隔着绝缘膜135形成。此外，彩色滤光片138和芯片上透镜139隔着平坦化膜130形成。