半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种半导体器件及其制造方法，在该半导体器件中，具有后侧照射型结构的固态图像传感元件、以及将从光接收元件提供的电荷中的一些存储在其内的电容器元件具有进一步改善的可靠性。在半导体器件的图像传感元件中，第一衬底和第二衬底在接合表面处接合在一起。第一衬底形成有光电二极管。第二衬底形成有电容器元件。光电二极管和电容器元件彼此相对地布置。在第一衬底中，布置有用于耦合至第二衬底的第一耦合部。在第二衬底中，布置有用于耦合至第一衬底的第二耦合部。第一耦合部之间的第一间隙部与第二耦合部之间的第二间隙部以与第一阻光膜重叠的方式布置。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用将2013年8月21日提交的日本专利申请2013-171344号的公开的包括说明书、附图和摘要的全部内容引入本文作为参考。
本专利技术涉及，特别涉及具备所谓后侧反射型的光接收元件的固态图像传感元件及其制造方法。
技术介绍
固态图像传感元件是在半导体衬底的正表面之上形成有电极、互连和光接收元件例如光电二极管的半导体器件。固态图像传感元件通常具有所谓的前侧照射型结构，在该结构中从上方(其前侧)朝向光接收元件照射光电转换用的光。 然而，由于从形成在前侧照射型光接收元件上方的金属互连的上方朝向前侧照射型光接收元件照射光，因此，会产生光的一部分被金属互连等反射并且光不能有效地到达光接收元件的问题。为了解决该问题，已经开发了具有所谓后侧照射型结构的固态图像传感元件，其中从光接收元件下方(从其后侧)朝向光接收元件照射光电转换用的光。具有后侧照射型结构的固态图像传感元件在例如专利文献I中进行了描述。 专利文献I示出了作为特别是具有全局电子快门功能的CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器的固态图像传感元件。在作为具有全局电子快门功能的CMOS图像传感器的固态图像传感元件中，同时提供给各光接收元件的光通过光电转换被同时转换成信号电荷，并且被存储在耦合至各光接收元件的电容器元件中。由于包括彼此同时的信号的电荷被存储在电容器元件中，因此当信号电荷被依次读取时，能够抑制时滞所导致的图像失真。 在专利文献I中，形成有光接收元件的第一衬底和形成有电容器元件的第二衬底在接合表面接合在一起，以便电容器元件以在平面图中与光接收元件(包括光接收元件的像素)重叠的方式布置。如此，通过从光接收元件侧接收光，可以实现上述的后侧照射，并且还抑制由于电容器元件占用衬底的表面积而造成的布置光接收元件的区域的面积的减少。这使得其中光接收元件占用衬底的表面积当中的一大部分面积的高性能固态图像传感元件能够形成。 除此之外，在具有例如所谓的宽动态范围性能的固态图像传感元件中，同样地信号电荷被存储在耦合至各光接收元件的电容器元件中。具体而言，固态图像传感元件设置有电容器元件，该电容器元件具有将信号电荷(例如存储在光接收元件中的电子、或者在光接收元件和与之关联的浮动扩散层电容器中超过各个光接收元件的饱和电荷电容而产生的电子)暂时存储并且保持在其内的功能。 如果提供给光接收元件的光照射了将信号电荷存储在其内的电容器元件，则存储在电容器元件内的信号电荷可能漏至电容器元件的外部。例如，如果由全局电子快门功能所存储的信号电荷在读取操作前漏至电容器元件的外部，则在读取操作期间不能读取到正确的图像信号。如此，对于电容器元件优选地配置用于抑制前述照射的阻光膜。 具有通过在电容器元件上方设置阻光膜来抑制光入射至电容器元件上的构造的固态图像传感元件，在例如专利文献2中进行了公开。专利文献2公开了将用于在防止光入射至有效像素上的状态下从有效像素输出暗电流的信号电荷存储在其内的电容器元件。 如此，作为CMOS图像传感器的固态图像传感元件大多设置有用于暂时存储从光接收元件提供的信号的电容器元件。 [现有技术文献] [专利文献] [专利文献I] 日本特开2011-166171号公报 [专利文献2] 日本特开2011-228621号公报
技术实现思路
在专利文献I中，在具有光接收元件的第一衬底与具有电容器元件的第二衬底接合在一起的接合表面，形成有各个电容器元件的其中一个电极。如此，如果用于使第一和第二衬底在接合表面接合在一起的应力被施加于电容器兀件的电极并且使电极变形，则光会非意图性地朝向将信号电荷存储在其内的电容器元件行进，有可能导致电容器元件中的信号电荷泄漏至电容器元件的外部。 此外，在专利文献中，增加各个电容器元件的面积以增加能够存储在电容器元件中的电荷数。其结果是，在形成有电容器元件的电极的表面，作为除了形成有电极的区域以外的区域的间隙部的面积比率减小了。 在专利文献I中，各个电容器元件的其中一个电极形成在接合表面，使得该电极直接电耦合至形成在具有光接收元件的第一衬底中的电极部。由于在接合表面该电极的面积大并且间隙部的面积小，因此减小了在第一和第二衬底的电极部彼此耦合时的对准期间所容许的不对准量。如此，在对准期间要求高精度，有可能会降低加工效率。 另外，在专利文献I中，在形成前述第二衬底时，形成金属互连层然后在互连层上方形成电容器元件。如此，电容器元件需要由这样的材料形成，其能够在不超过作为金属层的互连层形成时的温度的温度下形成的形成。即，在互连层为金属层时，形成电容元件的电极也需要由例如金属层形成。这就减少了能够选择来特别是形成电容器元件的电极的材料的种类数。即，通过将两个衬底接合在一起，可以形成其中例如在高温下形成的构件位于在低温下形成的构件上方的构造，但是该优点在专利文献I中未被利用。 专利文献2既未公开具有后侧照射型结构的固态图像传感元件，也未公开将形成有光接收元件的衬底与形成有电容器元件的衬底接合在一起的技术。 本专利技术的其他问题和创新特征将从本说明书的陈述和附图中而变得显而易见。 在根据一个实施方式的半导体器件中，包括光接收元件的第一衬底与包括电容器兀件的第二衬底在接合表面彼此接合。电容器兀件在第二衬底的远离对应于接合表面的表面的位置。第一衬底包括光接收元件侧的阻光膜，其阻挡提供给各个光接收元件的光。光接收元件侧的阻光膜以与间隙部重叠的方式布置，该间隙部布置在多个耦合部之间以使得在垂直于接合表面的方向上将第一衬底与第二衬底彼此电耦合。 在根据另一个实施方式的半导体器件中，包括光接收元件的第一衬底与包括电容器兀件的第二衬底在接合表面彼此接合。电容器兀件在远离第二衬底的对应于接合表面的表面的位置。半导体器件包括以在垂直于接合表面的方向上与光接收元件重叠、并且阻挡从各个光接收元件朝向第二衬底行进的光的方式设置在光接收元件与电容器元件之间的光接收元件侧阻光膜。 在根据再一个实施方式的制造半导体器件的方法中，准备包括光接收元件的第一衬底，并且准备包括电容器元件的第二衬底。将第一衬底与第二衬底电接合在一起。在准备第一衬底的步骤中，将第一耦合部形成在与第二衬底的接合表面。在准备第二衬底的步骤中，将第二耦合部形成在与第一衬底的接合表面。在接合步骤中，以使第一耦合部与第二耦合部彼此接触的方式，将第一衬底的对应于接合表面的表面与第二衬底的对应于接合表面的表面接合在一起。形成在第二衬底中的电容器兀件在远离第二衬底的对应于接合表面的表面的位置。 在根据本实施方式和其他实施方式的各个半导体器件中，光接收元件侧阻光膜或者电容器元件侧阻光膜可靠地抑制了光对电容器元件的照射。这就抑制了存储在电容器元件中的电荷的泄漏。该效果通过远离衬底之间的接合表面的电容器的位置，而进一步得到增强。 在根据又一个实施方式的制造半导体器件的方法，形成电容器元件然后在电容器元件之上形成第二互连层。这使电容器元件能够通过在更高的温度下执行处理的工艺来形成。如此，可以拓宽形成电容器元件的材料的选择范围，并且提高电容器元件的可靠性。 【附图说明】 图1是以晶片的形式示出本专利技术的实施方式的半导体器件的状态的示意平面图； 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：第一衬底，形成多个像素的每个像素的至少一部分，所述多个像素包括多个光接收元件，在所述多个光接收元件的每个光接收元件中进行光电转换；以及第二衬底，具有将从所述光接收元件提供的电荷存储在其内的电容器元件，其中所述第一衬底和所述第二衬底以彼此结合的方式，在其间的接合表面处接合在一起，其中所述光接收元件和所述电容器元件以在垂直于所述接合表面的方向上彼此相对的方式布置，其中所述电容器元件在远离所述第二衬底的对应于所述接合表面的表面的位置，其中所述第一衬底包括：光接收元件侧阻光膜，以阻挡提供给所述光接收元件的光的方式，布置在各个所述光接收元件的其中光被提供给所述光接收元件的一侧；以及多个第一耦合部，以将所述第一衬底与所述第二衬底彼此电耦合的方式，形成在所述第一衬底的对应于所述接合表面的表面处，其中所述第二衬底包括：多个第二耦合部，以电耦合至所述第一耦合部的方式，形成在所述第二衬底的对应于所述接合表面的表面处，以及其中各个存在于与所述光接收元件在平面图中重叠的区域的外部的、夹设在所述第一耦合部之间的第一间隙部以及夹设在所述第二耦合部之间的第二间隙部，以在垂直于所述第一衬底与所述第二衬底接合在一起的所述接合表面的方向上与所述光接收元件侧阻光膜重叠的方式布置。...

【技术特征摘要】
2013.08.21 JP 2013-1713341.一种半导体器件,包括: 第一衬底，形成多个像素的每个像素的至少一部分，所述多个像素包括多个光接收元件，在所述多个光接收元件的每个光接收元件中进行光电转换；以及 第二衬底，具有将从所述光接收元件提供的电荷存储在其内的电容器元件， 其中所述第一衬底和所述第二衬底以彼此结合的方式，在其间的接合表面处接合在一起， 其中所述光接收元件和所述电容器元件以在垂直于所述接合表面的方向上彼此相对的方式布置， 其中所述电容器元件在远离所述第二衬底的对应于所述接合表面的表面的位置， 其中所述第一衬底包括: 光接收元件侧阻光膜，以阻挡提供给所述光接收元件的光的方式，布置在各个所述光接收元件的其中光被提供给所述光接收元件的一侧；以及 多个第一耦合部，以将所述第一衬底与所述第二衬底彼此电耦合的方式，形成在所述第一衬底的对应于所述接合表面的表面处， 其中所述第二衬底包括: 多个第二耦合部，以电耦合至所述第一耦合部的方式，形成在所述第二衬底的对应于所述接合表面的表面处，以及 其中各个存在于与所述光接收元件在平面图中重叠的区域的外部的、夹设在所述第一耦合部之间的第一间隙部以及夹设在所述第二耦合部之间的第二间隙部，以在垂直于所述第一衬底与所述第二衬底接合在一起的所述接合表面的方向上与所述光接收元件侧阻光膜重叠的方式布置。2.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括: 电容器元件侧阻光膜，以在垂直于所述接合表面的方向上与所述光接收元件重叠、并且阻挡光从所述光接收元件朝向所述第二衬底行进的方式设置， 其中所述电容器元件侧阻光膜在垂直于所述接合表面的方向上位于所述光接收元件与所述电容器元件之间。3.根据权利要求2所述的半导体器件， 其中所述电容器元件侧阻光膜以与所述光接收元件在垂直于所述接合表面的方向上完全重叠的方式形成。4.根据权利要求1所述的半导体器件， 其中所述像素在平面图中以栅格图案配置，以及 其中所述第一耦合部和所述第二耦合部以这样的方式配置，其中在平面图中彼此相邻的一对所述第一耦合部之间的所述第一间隙部的最短长度的矢量的方向、以及在平面图中彼此相邻的一对所述第二耦合部之间的所述第二间隙部的最短长度的矢量的方向，相对于所述像素排列的方向倾斜地延伸。5.根据权利要求2所述的半导体器件， 其中所述电容器元件侧阻光膜布置在所述第一衬底中。6.根据权利要求5所述的半导体器件， 其中所述第一衬底包括: 第一层间绝缘膜；以及 多个第一互连层，以使所述第一层间绝缘膜夹设在其间的方式层叠，以及其中所述第一互连层中的最接近所述光接收元件的一层的一部分用作所述电容器元件侧阻光膜。7.根据权利要求2所述的半导体器件， 其中所述电容器元件侧阻光膜布置在所述第二衬底中。8.根据权利要求1所述的半导体器件， 其中各个所述电容器元件包括: 第一电极，作为在形成所述第二衬底的支撑衬底中的、其中扩散有导电性杂质的半导体区域； 电介质层，覆盖所述第一电极的上表面的至少一部分；以及 第二电极，作为覆盖所述电介质层的上表面的至少一部分的、金属层或者含有导电性杂质的半导体层。9.根据权利要求1所述的半导体器件， 其中各个所述电容器元件包括: 第一电极，作为含有导电性杂质的半导体层； 电介质层，覆盖所述第一电极的上表面的至少一部分；以及 第二电极，作为覆盖所述电介质层的上表面的至少一部分的、金属层或者含有导电性杂质的半导体层。10.根据权利要求1所述的半导体器件， 其中各个所述电容器元件包括: 第一电极，作为金属层； 电介质层，覆盖所述第一电极的上表面的至少一部分；以及 第二电极，作为覆盖所述电介质层的上表面的至少一部分的金属层。11.根据权利要求1所述的半导体器件， 其中所述第二衬底包括: 第二层间绝缘膜；以及 多个第二互连层，以使所述第二层间绝缘膜夹设在其间的方式形成， 其中，如下部分用作各个所述电容器元件，该部分包括:第一电极，作为层叠的所述第二互连层中的一层；电介质层，作...

【专利技术属性】
技术研发人员：柏原庆一朗，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP