[发明专利]半导体装置及其制造方法、半导体晶片层叠法和电子设备

说明书

相关申请的交叉参考

本申请包含与2011年2月22日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2011-036375所公开的内容相关的主题，因此将该日本优先权申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及诸如固体摄像装置等通过层叠晶片形成的半导体装置、该半导体装置的制造方法、半导体晶片的层叠方法和包含该固体摄像装置的电子设备。

背景技术

在相关技术中，以固体摄像装置等为代表的半导体装置的制造过程包括层叠两片不同的晶片的过程。例如，在日本专利特开第2007-88450号公报中所披露的背侧照射型固体摄像装置的情况下，存在着如下过程：将形成有像素区域和周边电路区域的晶片层叠至支撑基板。另外，在日本专利特开第2010-245506号公报中所披露的固体摄像装置的情况下，存在着如下过程：将形成有像素区域的晶片接合至形成有逻辑电路的晶片，以使两者的电路表面彼此接触。

例如，在通过使用等离子体接合技术将两片晶片彼此接合时，通过对在晶片的接合面上形成的SiO₂膜进行等离子体照射，来形成硅醇基(Si-OH基，silanol group)。接着，使晶片的层叠面彼此相对，并且通过由挤压晶片的一部分而形成的范德华力(Van der Waals force)使晶片的层叠面彼此接合。然后，为了进一步增强接合界面处的附着力，对于晶片的层叠面而言，例如在施加60分钟/400℃的热处理以及使硅醇基之间发生脱水缩合反应(dehydration condensation reaction)时，需要进行分子级的控制。因此，当晶片的层叠面具有凸起和凹陷时，不能进行分子级的接合。

另外，在使用粘合剂的层叠过程中，当使用高粘度和高硬度的粘合剂并且晶片的层叠面具有凸起和凹陷时，粘合剂未进入由凸起和凹陷形成的空间，使得不能保持层叠的晶片之间的附着力。

因此，在存在将晶片彼此层叠的过程的情况下，晶片的层叠面的平坦度是非常重要的，并且当层叠面存在由布线图案等导致的局部级差(1ocal level difference)时，无法进行接合。下面将参照图12A至图12G说明以往的半导体装置的制造方法，该半导体装置通过将两片晶片彼此层叠而形成，并且在晶片的层叠面的附近具有布线层。

图12A至图12G是表示以往的半导体装置的制造方法的过程图。图12A至图12G示出了如下区域的截面，该区域包括半导体晶片113的周边区域120与半导体晶片113的内侧区域121之间的边界部分，并且在上述内侧区域121中形成有用于形成电路的晶体管等。如图12A所示，在用于形成芯片部的内侧区域121中，多个由源极/漏极区域112和栅极电极103构成的MOS晶体管Tr形成在晶片113的表面侧，上述多个MOS晶体管Tr被元件隔离区域114彼此隔离。

首先，在由硅制成的半导体晶片113上形成第一层层间绝缘膜104，并且在层间绝缘膜104的上表面中形成具有期望图案的布线槽105。此后，在层间绝缘膜104的整个表面(包括布线槽105)上形成由Cu制成的布线材料106。然后，在形成布线材料之后，通过去除层间绝缘膜104的表面上的布线材料使得仅在布线槽105内留有布线材料，由此形成第一层布线107。

此时，为了防止Cu露出，通过被称为Cu边缘珠状物去除(Edge BeadRemoval，EBR)的方法从半导体晶片113的周边区域120局部地去除从晶片的边缘起的一定区域内的所有布线材料。通过从专用排出喷嘴向半导体晶片113的周边区域120喷洒溶剂，如图12B所示，EBR过程能够去除周边区域120中的布线材料。由于以这样的方式去除了周边区域120中的布线材料，在形成于周边区域120中的布线槽105中没有任何填充物，并由此形成空槽。

此后，在布线107上形成层间绝缘膜104。然后，在周边区域120中，存在内部未形成有布线107的布线槽(下文中为空槽105)，并因而层间绝缘膜104被空槽吸收。因此，如图12C所示，层间绝缘膜104的表面在内侧区域121与周边区域120之间的边界处存在级差。当形成第二层布线109时，在周边区域120中也形成有空槽105。此后，如图12D所示，通过进一步形成层间绝缘膜104和第三层布线110，逐渐增大了布线层表面的形成在内侧区域121与周边区域120之间的边界处的级差。