半導(dǎo)體裝置、半導(dǎo)體裝置制造方法和電子設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本技術(shù)涉及半導(dǎo)體裝置、半導(dǎo)體裝置制造方法和電子設(shè)備，并且具體涉及能夠減小在形成低介電率絕緣膜內(nèi)的貫通電極時(shí)的失敗率的半導(dǎo)體裝置、半導(dǎo)體裝置制造方法和電子設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)因LSI (大規(guī)模集成電路)制造工藝的微細(xì)化而導(dǎo)致的更高集成度，包含計(jì)算機(jī)的電子設(shè)備迄今為止已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了諸如小型化、多功能和高速等高性能。然而，由于進(jìn)一步微細(xì)化的實(shí)現(xiàn)，技術(shù)到達(dá)了極限，并且作為克服平面內(nèi)微細(xì)化的極限的技術(shù)之一，三維封裝技術(shù)開(kāi)發(fā)已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)作。
[0003]Si貫通電極(娃穿孔(through-silicon via):TSV)是垂直地貫穿娃半導(dǎo)體芯片的內(nèi)部的電極，并且是三維封裝技術(shù)開(kāi)發(fā)中的最重要技術(shù)之一。為了通過(guò)堆疊多個(gè)芯片而將這些芯片收納在單個(gè)封裝內(nèi)，利用TSV來(lái)執(zhí)行在過(guò)去是通過(guò)引線接合法而被執(zhí)行的上部芯片與下部芯片間的連接。
[0004]作為用于接合兩個(gè)以上的晶片和用于形成該多個(gè)晶片與布線之間的貫通布線的TSV的方法，如例如在日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開(kāi)第2010-219526號(hào)中所公開(kāi)的，已經(jīng)提出了如下的方法:在通常的LSI制造工藝中的FEOL工序前后的工序中形成TSV ;在所謂的穿孔第一工序、LSI制造工藝中的BEOL工序或者晶片的薄膜化工序之后形成TSV ;以及在所謂的穿孔最后工序中組合TSV。
[0005]此外，作為用于減少工序的數(shù)量或者減小由TSV部占據(jù)的面積的方法，如在美國(guó)專利第7，714，446號(hào)中所公開(kāi)的，已經(jīng)考慮了使用一個(gè)貫通電極來(lái)接合兩個(gè)芯片(所謂的形成共用的接觸貫通電極)的方法。
[0006]然而，如果上述共用的接觸貫通電極在芯片布線通過(guò)單層而與貫通電極接合的結(jié)構(gòu)中使用低介電率絕緣膜(以下，稱為L(zhǎng)ow-k絕緣膜)(其被用于最先進(jìn)的LSI的半導(dǎo)體元件)作為層間絕緣膜，那么在等離子體蝕刻或者清洗的時(shí)候該Low-k絕緣膜回縮，并且出現(xiàn)了加工形狀的異常。
[0007]這樣的加工形狀的異常產(chǎn)生了如下的平面:在該平面中，當(dāng)在后處理(post-process)中用金屬填充貫通電極時(shí)形成阻擋金屬的時(shí)候難以形成帶檐的膜，由此致使在鍍敷金屬的時(shí)候產(chǎn)生空隙，并且致使半導(dǎo)體元件的布線可靠性降低。
[0008]除了加工形狀的異常以外，所述Low-k材料還因?yàn)樵诘入x子體蝕刻時(shí)的損壞而改變，或者還因?yàn)樵谇逑磿r(shí)或者在大氣中時(shí)吸收水分而改變，從而致使元件特性降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]目前期望的是降低當(dāng)形成低介電率絕緣膜內(nèi)的貫通電極時(shí)的失敗率。
[0010]本技術(shù)的實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體裝置，其包括:布線層，所述布線層包括至少一個(gè)低介電率層間絕緣膜層；保護(hù)環(huán)，所述保護(hù)環(huán)被形成在形成有穿過(guò)所述布線層的貫通電極的部分中，并且是通過(guò)將布線和穿孔(via)串聯(lián)地布置起來(lái)且與所述貫通電極接觸而被形成的；以及所述貫通電極，所述貫通電極通過(guò)被埋入所述保護(hù)環(huán)內(nèi)而被形成。
[0011 ] 在該實(shí)施例中，所述保護(hù)環(huán)可以是電連接的。
[0012]在該實(shí)施例中，有多個(gè)半導(dǎo)體基板可以被堆疊起來(lái)，并且包括所述布線層的半導(dǎo)體基板可以通過(guò)所述貫通電極而與另一個(gè)半導(dǎo)體基板電連接。
[0013]在該實(shí)施例中，包括接觸式圖像傳感器(CIS:contact image sensor)的半導(dǎo)體基板可以被堆疊于包括所述布線層的半導(dǎo)體基板上。
[0014]在該實(shí)施例中，包括所述布線層的半導(dǎo)體基板可以被構(gòu)造成包括信號(hào)處理電路。
[0015]在該實(shí)施例中，包括所述布線層的半導(dǎo)體基板可以被構(gòu)造成包括接觸式圖像傳感器(CIS)。
[0016]在該實(shí)施例中，所述另一個(gè)半導(dǎo)體基板可以被構(gòu)造成包括信號(hào)處理電路。
[0017]在該實(shí)施例中，所述另一個(gè)半導(dǎo)體基板可以被構(gòu)造成包括存儲(chǔ)介質(zhì)電路。
[0018]本技術(shù)的另一個(gè)實(shí)施例提供了半導(dǎo)體裝置制造方法，其包括:利用制造裝置，在包括至少一個(gè)低介電率層間絕緣膜層的布線層中的將要形成有穿過(guò)所述布線層的貫通電極的部分中、通過(guò)把布線和穿孔串聯(lián)地布置起來(lái)且以將要與所述貫通電極接觸的方式來(lái)形成保護(hù)環(huán)；然后利用所述制造裝置，在所形成的所述保護(hù)環(huán)內(nèi)形成所述貫通電極。
[0019]本技術(shù)的又一個(gè)實(shí)施例提供了一種電子設(shè)備，其包括半導(dǎo)體裝置，其中所述半導(dǎo)體裝置包括:布線層，所述布線層包括至少一個(gè)低介電率層間絕緣膜層；保護(hù)環(huán)，所述保護(hù)環(huán)被形成在形成有穿過(guò)所述布線層的貫通電極的部分中，并且是通過(guò)將布線和穿孔串聯(lián)地布置起來(lái)且與所述貫通電極接觸而形成的；以及所述貫通電極，所述貫通電極通過(guò)被埋入所述保護(hù)環(huán)內(nèi)而被形成。
[0020]在該實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體裝置可以是固體攝像裝置，并且所述半導(dǎo)體裝置還可以包括:信號(hào)處理電路，所述信號(hào)處理電路處理從所述固體攝像裝置輸出的輸出信號(hào)；以及光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)使得入射光入射至所述固體攝像裝置上。
[0021]根據(jù)本技術(shù)的又一個(gè)實(shí)施例，所述保護(hù)環(huán)被形成在包括至少一個(gè)低介電率層間絕緣膜層的布線層中的形成有穿過(guò)所述布線層的所述貫通電極的部分中、并且是通過(guò)將布線和穿孔串聯(lián)地布置起來(lái)且與所述貫通電極接觸而形成的；并且所述貫通電極被形成于所形成的所述保護(hù)環(huán)內(nèi)。
[0022]根據(jù)本技術(shù)，能夠在低介電率絕緣膜中形成貫通電極。此外，根據(jù)本技術(shù)，能夠減小當(dāng)形成低介電率絕緣膜中的貫通電極時(shí)的失敗率。
[0023]此外，本說(shuō)明書(shū)中所說(shuō)明的效果僅僅是例子，本技術(shù)的效果不局限于本說(shuō)明書(shū)中說(shuō)明的效果，并且還可以有其他的效果。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是圖示了應(yīng)用了本技術(shù)的固體攝像裝置的示意性構(gòu)造示例的框圖；
[0025]圖2A至圖2C圖示了本技術(shù)實(shí)施例的固體攝像裝置的基本示意性構(gòu)造；
[0026]圖3A和圖3B圖示了本技術(shù)另一實(shí)施例的固體攝像裝置的基本示意性構(gòu)造；
[0027]圖4A至圖4C是圖示了本技術(shù)第一實(shí)施例的被堆疊于固體攝像裝置上的半導(dǎo)體芯片的構(gòu)造示例的圖；
[0028]圖5用于說(shuō)明固體攝像裝置的制造處理的流程圖；
[0029]圖6是用于說(shuō)明貫通電極的形成處理的流程圖；
[0030]圖7A至圖7C是圖示了固體攝像裝置的制造處理的圖；
[0031]圖8A和圖8B是圖示了固體攝像裝置的制造處理的圖；
[0032]圖9A和圖9B是圖示了固體攝像裝置的制造處理的圖；
[0033]圖10是用于說(shuō)明本技術(shù)第二實(shí)施例的固體攝像裝置的制造處理的流程圖；
[0034]圖11是用于說(shuō)明集光結(jié)構(gòu)(light concentrat1n structure)的形成處理的流程圖；
[0035]圖12A和圖12B是圖示了固體攝像裝置的制造處理的圖；
[0036]圖13A和圖13B是圖示了固體攝像裝置的制造處理的圖；
[0037]圖14是用于說(shuō)明本技術(shù)第三實(shí)施例的固體攝像裝置的制造處理的流程圖；
[0038]圖15A和圖15B是圖示了固體攝像裝置的制造處理的圖；
[0039]圖16A和圖16B是圖示了固體攝像裝置的制造處理的圖；
[0040]圖17是用于說(shuō)明本技術(shù)第四實(shí)施例的固體攝像裝置的制造處理的流程圖；
[0041]圖18A至圖18C是圖示了固體攝像裝置的制造處理的圖；
[0042]圖19A和圖19B是圖示了固體攝像裝置的制造處理的圖；
[0043]圖20A和圖20B是圖示了保護(hù)環(huán)與元件的布線連接的變形例的圖；
[0044]圖2IA和圖2IB是圖示了用于形成通孔的變形例的圖；
[0045]圖22A和圖22B是圖示了用于形成通孔的變形例的圖；
[0046]圖23A和圖23B是圖示了用于獲得Si基板部和貫通電極的絕緣特性的變形例的圖；
[0047]圖24A和圖24B是圖示了貫通電極和保護(hù)環(huán)的接合方法的變形例的圖；
[0048]圖25A至圖25C是圖示了保護(hù)環(huán)的寬度的變形例的圖；以及
[0049]圖26是圖示了本技術(shù)第六實(shí)施例的電子設(shè)備的構(gòu)造示例的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050]在下文中，將說(shuō)明用于執(zhí)行本技術(shù)的實(shí)施方式(以下，稱為實(shí)施例)。此外，將按照下列順序進(jìn)行說(shuō)明。
[0051]0.固體攝像裝置的示意性構(gòu)造示例
[0052]1.第一實(shí)施例(兩層的半導(dǎo)體裝置的示例)
[0053]2.第二實(shí)施例(兩層的半導(dǎo)體裝置的示例)
[0054]3.第三實(shí)施例(三層的半導(dǎo)體裝置的示例)
[0055]4.第四實(shí)施例(三層的半導(dǎo)體裝置的示例)
[0056]5.第五實(shí)施例(變形例)
[0057]6.第六實(shí)施例(電子設(shè)備的示例)
[0058]0.固體攝像裝置的示意性構(gòu)造示例
[0059]固體攝像裝置的示意性構(gòu)造示例
[0060]圖1圖示了被應(yīng)用于本技術(shù)的各實(shí)施例中的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS:Complementary Metal Oxide Semiconductor)固體攝像裝置的不例的不意性構(gòu)造不例。
[0061]如圖1所示，固體攝像裝置(元件芯片)I包括像素區(qū)(所謂的攝像區(qū))3和周邊電路部，在像素區(qū)3中，包括多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的像素2們?cè)诎雽?dǎo)體基板11 (例如，硅基板)中規(guī)則地且以二維的方式被布置著。
[0062]像素2包括光電轉(zhuǎn)換元件(例如，光電二極管)和多個(gè)像素晶體管(所謂的MOS晶體管)。該多個(gè)像素晶體管中的各者能夠由諸如傳輸晶體管、復(fù)位晶體管和放大晶體管等三個(gè)晶體管構(gòu)成，而且，能夠由除了具有這三個(gè)晶體管之外還具有選擇晶體管的四個(gè)晶體管構(gòu)成。各像素2 (單位像素)的等效電路與通常的像素的等效電路相同，因此，下文中將不會(huì)重復(fù)它的詳細(xì)說(shuō)明。
[0063]此外，像素2還能夠由像素共用結(jié)構(gòu)構(gòu)成。該像素共用結(jié)構(gòu)是由多個(gè)光電二極管、多個(gè)傳輸晶體管、一個(gè)共用的浮動(dòng)擴(kuò)散部和另一個(gè)共