[發明專利]固態成像裝置、其制造方法及電子設備

有效

• 申請號: 201210022098.1
• 申請日: 2012-02-01
• 公開（公告）號: CN102629616A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 林利彥
• 申請（專利權）人: 索尼公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H04N5/374
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 彭久云

技術領域

本發明涉及固態成像裝置、其制造方法及包括諸如照相機的固態成像裝置的電子設備。

背景技術

對于固態成像裝置，已知有CMOS(互補金屬氧化物半導體)固態成像裝置，這種CMOS固態成像裝置廣泛地應用于數字靜態照相機、數字攝像機等中。近年來，作為安裝在諸如配備有照相機的移動電話和個人數字助理(PDA)的移動設備中的固態成像裝置，考慮到功率消耗等常常使用低電源電壓的CMOS固態成像裝置。

在CMOS固態成像裝置中，單元像素形成有用作光電轉換器的光敏二極管和多個像素晶體管。CMOS固態成像裝置具有像素陣列(像素區域)以及周邊電路區域，在像素區域中多個單元像素設置為二維陣列方式。多個像素晶體管由MOS晶體管形成，并且由三種晶體管(即轉移晶體管、復位晶體管和放大晶體管)或四種晶體管(除上述三種晶體管外還包括選擇晶體管)組成。

作為這樣的CMOS固態成像裝置，已經提出了各種現有技術的固態成像裝置，其通過將其中形成有通過設置多個像素獲得的像素陣列的半導體芯片電連接到其中形成有執行信號處理的邏輯電路的半導體芯片而構造為一個裝置。例如，日本專利特開2006-49361號公報公開了一種半導體模塊，其通過微型凸塊將具有用于每個像素單元的微型焊盤的背面照明圖像傳感器芯片連接到具有信號處理電路和微型焊盤的信號處理芯片而獲得。

WO2006/129762公開了一種半導體圖像傳感器模塊，其通過堆疊包括圖像傳感器的第一半導體芯片、包括模擬/數字轉換器陣列的第二半導體芯片和包括存儲器元件陣列的第三半導體芯片獲得。第一半導體芯片通過凸塊作為導電連接導體連接到第二半導體芯片。第二半導體芯片通過穿透第二半導體芯片的穿透接觸連接到第三半導體芯片。

發明內容

本申請提供下面的固態成像裝置。具體地講，該固態成像裝置通過將包括像素陣列的半導體芯片部分和包括邏輯電路的半導體芯片部分接合而獲得。該固態成像裝置能夠實現較高的性能，從而各半導體芯片部分可有效地發揮其性能，并且能夠實現較高的批量生產和成本降低。為了制造該固態成像裝置，包括像素陣列的第一半導體芯片部分和包括邏輯電路的第二半導體芯片部分(其二者是半成品狀態)彼此接合。然后，第一半導體芯片部分被加工成薄膜形式，其后，像素陣列連接到邏輯電路。該連接通過形成連接互連線來建立，該連接互連線由如下成分組成：連接到第一半導體芯片部分的所需互連線的連接導體；穿透第一半導體芯片部分且連接到第二半導體芯片部分的所需互連線的穿透連接導體；以及連接兩個連接導體的耦合導體。其后，通過接合獲得的該部件被加工成成品狀態，成為芯片，從而被構造為背面照明固態成像裝置。

同樣，作為用于通過將第一半導體芯片部分和第二半導體芯片部分接合而獲得上述固態成像裝置的新技術，設計了一種方法，其中不通過采用穿透連接導體的電連接方法建立連接，而是通過引導銅(Cu)電極到兩個半導體芯片部分的表面而建立連接。

圖22示出了作為該技術的一個示例的固態成像裝置。本示例的背面照明CMOS固態成像裝置121通過將第一半導體芯片部分122和第二半導體芯片部分123接合而構造為一個裝置。在第一半導體芯片部分122中，形成由有效像素區域125和光學黑區域126組成的像素陣列124，光學黑區域126輸出光學基準黑電平。在第二半導體芯片部分123中，形成用作周邊電路的邏輯電路127。

在第一半導體芯片部分122中，在由硅形成且加工成薄膜形式的第一半導體基板131中形成像素陣列124，其中多個像素被二維地布置成矩陣，每個像素包括用作光電轉換器的光敏二極管PD和多個像素晶體管Tr1和Tr2。在半導體基板131的前表面131a側，形成多層配線層134，其中通過層間絕緣膜112的間隔設置由多層金屬M1至M5形成的互連線133[133a至133d]和142，例如，該示例中為五層。銅(Cu)互連線用作互連線133和142。在半導體基板131的背表面側，覆蓋光學黑區域126之上區域的遮光膜136隔著絕緣膜135形成。此外，彩色濾光片138和芯片上透鏡139隔著平坦化膜130形成。