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JP2023088114A - 光電変換装置、機器、および、光電変換装置の製造方法 - Google Patents

光電変換装置、機器、および、光電変換装置の製造方法 Download PDF

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JP2023088114A JP2021202774A JP2021202774A JP2023088114A JP 2023088114 A JP2023088114 A JP 2023088114A JP 2021202774 A JP2021202774 A JP 2021202774A JP 2021202774 A JP2021202774 A JP 2021202774A JP 2023088114 A JP2023088114 A JP 2023088114A
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Abstract

【課題】光電変換装置の特性の向上に有利な技術を提供する。【解決手段】複数の光電変換素子が配された第１基板と、前記複数の光電変換素子を動作させるための複数のトランジスタが配され、前記第１基板に積層された第２基板と、を備える光電変換装置であって、前記第１基板は、前記第２基板の側に位置する第１面と、前記第１面とは反対側に位置する第２面と、を備え、前記第１基板には、前記第１基板を貫通するトレンチに埋め込まれた誘電体が、さらに配されており、前記誘電体は、前記第２基板の側に位置する第３面と、前記第３面とは反対側に位置する第４面と、を備え、前記第４面が、前記第２面を含む仮想平面と、前記第１面を含む仮想平面と、の間に位置する。【選択図】図１

Description

本発明は、光電変換装置、機器、および、光電変換装置の製造方法に関する。
イメージセンサなどの光電変換装置において、小型、多機能化のために裏面照射型の光電変換装置が用いられる場合がある。特許文献１には、裏面照射型の固体撮像素子を製造する際に、半導体基板の表面側に半導体基板よりも硬度が大きい終端検出部を埋め込み、裏面からの化学機械研磨によって終端検出部が露出するまで半導体基板を薄化することが示されている。
特開２００６－１２８３９２号公報
特許文献１に示される薄化工程において、終点検出部を露出させる際に半導体基板の終点検出部の周囲に発生する応力などの影響によって、光電変換素子の受光面に欠陥が生じる可能性がある。光電変換素子の受光面の欠陥は、光電変換装置の特性低下の原因になりうる。
本発明は、光電変換装置の特性の向上に有利な技術を提供することを目的とする。
上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る光電変換装置は、複数の光電変換素子が配された第１基板と、前記複数の光電変換素子を動作させるための複数のトランジスタが配され、前記第１基板に積層された第２基板と、を備える光電変換装置であって、前記第１基板は、前記第２基板の側に位置する第１面と、前記第１面とは反対側に位置する第２面と、を備え、前記第１基板には、前記第１基板を貫通するトレンチに埋め込まれた誘電体が、さらに配されており、前記誘電体は、前記第２基板の側に位置する第３面と、前記第３面とは反対側に位置する第４面と、を備え、前記第４面が、前記第２面を含む仮想平面と、前記第１面を含む仮想平面と、の間に位置することを特徴とする。
本発明によれば、光電変換装置の特性の向上に有利な技術を提供することができる。
本実施形態の光電変換装置の構成例を示す断面図。 図１の光電変換装置の変形例を示す図。 図１の光電変換装置の製造方法を示す断面図。 図１の光電変換装置の製造方法を示す断面図。 本実施形態の光電変換装置が組み込まれた機器の構成例を示す図。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
図１～図５を参照して、本開示の実施形態による光電変換装置について説明する。図１は、本実施形態の光電変換装置９３０の構成例を示す断面図である。複数の光電変換素子２２２が配された基板２００と、複数の光電変換素子２２２を動作させるための複数のトランジスタ１２０が配され、基板２００に積層された基板１００と、を備える。基板１００および基板２００には、シリコンなどの半導体が用いられる。
基板１００のうち基板２００の側に位置する面１５１の上には、配線パターンを含む配線構造体１０１０が配されており、基板１００および基板１００の面１５１に配されたトランジスタ１２０などとともに半導体部品１００１を構成する。基板２００のうち基板１００の側に位置する面２５１の上には、配線パターンを含む配線構造体１０２０が配されており、基板２００などとともに半導体部品１００２を構成する。
本実施形態では、基板２００は、例えば、約２～９μｍの厚さを有する。半導体部品１００１と半導体部品１００２とは、互いに重なり合い、接合面４００において互いに接合されている。基板１００と基板２００とが積層される方向Ｚにおいて、半導体部品１００１（配線構造体１０１０）のうち絶縁膜１１２および半導体部品１００２（配線構造体１０２０）のうち絶縁膜２１２が、基板１００と基板２００との間に位置するように積層されている。配線構造体１０１０において、複数の導電部１１３の各々が、絶縁膜１１２に設けられた複数の凹部の各々の中に配されている。また、配線構造体１０２０において、複数の導電部２１３の各々が絶縁膜２１２に設けられた複数の凹部の各々の中に配されている。半導体部品１００１と半導体部品１００２は、絶縁膜１１２に設けられた凹部の中に配された導電部１１３と、絶縁膜２１２に設けられた凹部の中に配された導電部２１３と、によって互いに接合されている。
方向Ｚに交差する平面をＸ－Ｙ面とする。方向ＺとＸ－Ｙ面とは、垂直に交差しうる。Ｘ－Ｙ面は、基板１００の面１５１および基板２００の面２５１のうち少なくとも一方の面に平行な面である。方向Ｘと方向Ｙとは、互いに直交し、基板１００の面１５１および基板２００の面２５１のうち少なくとも一方の面に平行である。この基板１００および基板２００が積層されている方向（方向Ｚ）に光電変換装置９３０を切断した図が、図１に示されている。
導電部１１３は、Ｘ－Ｙ面内において絶縁膜１１２に囲まれたパッド３１１と、方向Ｚにおいてパッド３１１と基板１００との間に位置するようにパッド３１１に結合するプラグ３１２と、を含み構成されている。プラグ３１２は、方向Ｚにおいてプラグ３１２と基板１００との間に位置する導電層１１１に接続されている。導電層１１１は、プラグ３１２に近接している。
導電部２１３は、Ｘ－Ｙ面内において絶縁膜２１２に囲まれたパッド３２１と、方向Ｚにおいてパッド３２１と基板２００との間に位置するようにパッド３２１に結合するプラグ３２２と、を含み構成されている。プラグ３２２は、方向Ｚにおいてプラグ３２２と基板２００との間に位置する導電層２１１に接続されている。導電層２１１は、プラグ３２２に近接している。
半導体部品１００１は、基板１００と配線構造体１０１０とを備える半導電部品（半導体チップ）であり、半導体部品１００２は、基板２００と配線構造体１０２０とを備える半導電部品（半導体チップ）である。配線構造体１０１０と配線構造体１０２０とは、それぞれ、後述するように、積層された複数の配線層と積層された複数の絶縁膜を有する。このため、配線構造体１０１０と配線構造体１０２０とが接合されたものが、光電変換装置９３０における配線構造体部ということもできる。光電変換装置９３０は、半導体部品１００１と半導体部品１００２とが接合されることによって構成されている。
基板１００と半導体部品１００２との間（基板１００と配線構造体１０２０との間）の構造体が、配線構造体１０１０である。配線構造体１０１０は、上述した導電部１１３および導電層１１１を含む。配線構造体１０１０は、導電部１１３および導電層１１１の他に、導電層１１１と基板１００との間に配されたプラグ１１０、配線層１０７、プラグ１０８、配線層１０５、プラグ１０４などを含みうる。また、配線構造体１０１０は、上述した絶縁膜１１２を含み、絶縁膜１１２の他に、絶縁膜１１２と基板１００との間に配された絶縁膜１０９、１０６、１０３を含みうる。しかしながら、配線構造体１０１０の構成は、図１に示される構造に限られることはなく、配線層、プラグ、絶縁膜の数や配置は、光電変換装置９３０に要求される機能や性能に応じて、適宜、調整すればよい。
基板２００と半導体部品１００１との間（基板２００と配線構造体１０１０との間）の構造体が、配線構造体１０２０である。配線構造体１０２０は、上述した導電部２１３および導電層２１１を含む。配線構造体１０２０は、導電部２１３および導電層２１１の他に、導電層２１１と基板２００との間に配されたプラグ２１０、配線層２０７、プラグ２０８、配線層２０５、プラグ２０４などを含みうる。また、配線構造体１０２０は、上述した絶縁膜２１２を含み、絶縁膜２１２の他に、絶縁膜２１２と基板２００との間に配された絶縁膜２０９、２０６、２０３を含みうる。しかしながら、配線構造体１０２０の構成は、図１に示される構造に限られることはなく、配線層、プラグ、絶縁膜の数や配置は、光電変換装置９３０に要求される機能や性能に応じて、適宜、調整すればよい。
導電層１１１、２１１を配線層と称することもできるが、ここでは、プラグ３１２、３２２に近接した配線層を他の配線層から区別するために導電層１１１、２１１と称している。プラグ２０８は、配線層２０５と配線層２０７とを接続し、プラグ２１０は、配線層２０７と導電層２１１とを接続する。導電部２１３は、絶縁膜２１２に設けられた凹部の中に埋め込まれたダマシン構造を有しうる。導電部２１３の少なくとも一部は、導電層２１１に接続している。本実施形態において、導電部２１３は、デュアルダマシン構造を有しており、パッド３２１とプラグ３２２とで構成されている。半導体部品１００１と半導体部品１００２とは、導電部１１３と導電部２１３とによって電気的に接続されている。
導電部１１３および導電部２１３の主成分は銅であってもよいが、これに限られることはなく、導電部１１３および導電部２１３の主成分は、金や銀であってもよい。絶縁膜１１２および絶縁膜２１２の主成分は、酸化シリコンや窒化シリコン、酸窒化シリコンなどのシリコン化合物でありうる。また、絶縁膜１１２および絶縁膜２１２は、金属の拡散を抑制する層（例えば、窒化シリコン層）と、酸化シリコン層やｌｏｗ－ｋ材料層と、を積層した積層構造などのように、複数の材質からなる複層構成であってもよい。金属の拡散を抑制する層を配することによって、半導体部品１００１と半導体部品１００２との接合時に生じたアライメントズレなどによって生じる導電部１１３と導電部２１３との間の接合ズレに起因する金属の拡散の影響を抑制することができる。また、例えば、絶縁膜１１２および絶縁膜２１２の主成分は、樹脂であってもよい。
ここで、導電部１１３と絶縁膜１１２とをまとめて接合部材４１１と称し、導電部２１３と絶縁膜２１２とをまとめて接合部材４２１と称する。半導体部品１００１に含まれる接合部材４１１と半導体部品１００２に含まれる接合部材４２１とが接合している。基板１００から基板２００まで、プラグ１０４、配線層１０５、１０７、導電層１１１、導電部１１３、２１３、導電層２１１、配線層２０７、２０５、プラグ２０４が電気的に連続する。これらが、基板１００と基板２００との間の導電パターン（層間配線パターン）を構成している。層間配線パターンは、一端が、トランジスタ１２０のゲート電極へ、他端が、トランジスタ１２０のソース／ドレインへ接続されていてもよいし、層間配線パターンは、一端と他端とがトランジスタ１２０のソース／ドレインへ接続されていてもよい。
光電変換装置９３０において、配線構造体１０１０と配線構造体１０２０とが接合されている。より詳細には、配線構造体１０１０と配線構造体１０２０とは、配線構造体１０１０の接合部材４１１と配線構造体１０２０の接合部材４２１とによって構成される接合面４００において接合される。接合面４００は、接合部材４１１の表面と接合部材４２１の表面とを含む。
基板１００の面１５１には、素子分離部１０１や複数のトランジスタ１２０が設けられている。基板１００の面１５１のことを基板１００の主面と称する場合がある。光電変換装置９３０において、基板１００の集積回路には、画素信号を処理する、アナログ信号処理回路ＡＤ変換回路やノイズ除去回路、デジタル信号処理回路などの信号処理回路を含むことができる。つまり、複数のトランジスタ１２０のうち少なくとも一部が、基板２００の複数の光電変換素子２２２から出力される信号をデジタル処理するためのデジタル信号処理回路を構成していてもよい。また、基板１００を「半導体層」と呼ぶことができる。
素子分離部１０１は、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）構造を有しており、基板１００の素子領域（活性領域）を画定する。複数のトランジスタ１２０は、例えば、ＣＭＯＳ回路を構成しうる。トランジスタ１２０のソース／ドレイン１２１は、コバルトシリサイドやニッケルシリサイドなどのシリサイド層１２２を備えうる。したがって、導電部１１３は、シリサイド層１２２を介して基板１００へ電気的に接続されている。より具体的には、導電部１１３に電気的に接続されたプラグ１０４が、層間絶縁膜１０３と基板１００との間にサリサイドプロセスを経て形成されたシリサイド層１２２に接している。導電部１１３がシリサイド層１２２を介して基板１００に電気的に接続すると、シリサイド層を介さずに基板１００に電気的に接続する場合に比べて、コンタクト抵抗が低くなりうる。トランジスタ１２０のゲート電極１０２は、シリサイド層や金属層、金属化合物層を備えうる。トランジスタ１２０のゲート絶縁膜には、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ハフニウムなどの金属酸化物などが用いられうる。
基板２００の面２５１には、基板２００を貫通するトレンチ６００、素子分離部２０１、ゲート電極２０２、光電変換部２２０、フローティングディフュージョン２２１などが設けられている。光電変換部２２０は、フォトダイオードやフォトゲートによって構成される。フォトダイオードは、アバランシェダイオードであってもよい。基板２００の表面のうち複数のトランジスタが設けられた面が基板２００の主面である。基板２００のうち基板１００の側に位置する面１５１のことを基板１００の主面と称する場合がある。また、基板２００を「半導体層」と呼ぶことができる。
基板２００を貫通するトレンチ６００には、誘電体６０１が埋め込まれている。誘電体６０１は、基板１００の側に位置する面６５１と、面６５１とは反対側に位置する面６５２と、を備える。誘電体６０１は、例えば、窒化シリコンを含む。しかしながら、これに限られることはない。誘電体６０１には、例えば、基板２００よりも硬度が高い材料が用いられうる。誘電体の面６５１は、図１に示されるように、基板２００の面２５１と同じ平面上に配されていてもよい。つまり、基板２００の面２５１の側において、トレンチ６００の内壁は露出していなくてもよい。一方、誘電体６０１の面６５２は、基板２００の面２５２を含む仮想平面と、基板２００の面２５１を含む仮想平面と、の間に位置する。このため、トレンチ６００の内壁のうち基板２００の面２５２の高さから誘電体６０１の面６５２が配される高さまでは、誘電体６０１によって覆われていない（凹部領域６０２）。基板２００の面２５２の側において、誘電体６０１の表面（面６５２）が、基板２００の面２５１よりも凹んでいる。このような、トレンチ６００と誘電体６０１との間の構成については後述する。
素子分離部２０１は、例えば、ＳＴＩ構造を有し、基板２００の素子領域（活性領域）を画定する。ゲート電極２０２は、光電変換部２２０の電荷を、フローティングディフュージョン２２１に転送する。また、基板２００には、光電変換部２２０で生成された電荷を画素信号に変換する画素回路が設けられている。画素回路は、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタなどを含むことができる。フローティングディフュージョン２２１に転送された電荷に応じた画素信号が、増幅トランジスタによって生成される。フローティングディフュージョン２２１の電位は、リセットトランジスタによってリセット電位にリセットされる。上述の光電変換素子２２２は、光電変換部２２０、ゲート電極２０２、フローティングディフュージョン２２１やこれらの画素回路を含む。
導電部１１３は、上述のようにシリサイド層１２２を介して基板１００へ電気的に接続されている。一方、導電部２１３は、シリサイド層を介さずに基板２００へ電気的に接続されている。本実施形態において、導電部２１３に電気的に接続されたプラグ２０４が、サリサイドプロセスを経ずに形成された基板２００の不純物領域に接触（オーミック接触）している。しかしながら、これに限られることはなく、プラグ２０４は、プラグ２０４の下に局所的に形成されたチタンシリサイドまたはタングステンシリサイドなどのシリサイド層を介して基板２００に電気的に接続されていてもよい。
本実施形態において、半導体部品１００１はデジタル回路を有しており、半導体部品１００２はアナログ回路を有しているが、半導体部品１００１がアナログ回路を有し、半導体部品１００２がデジタル回路を有していてもよい。基板２００に設けられた光電変換部２２０は、フローティングディフュージョン２２１にゲート電極２０２を介して接続される。フローティングディフュージョン２２１は、上述の画素回路のソースフォロワトランジスタのゲート電極に接続される。ソースフォロワトランジスタのソースから、アナログ画素信号が出力される。ゲート電極２０２とソースフォロワトランジスタとを含む画素回路は、半導体部品１００２が有するアナログ回路でありうる。アナログ画素信号は、ＡＤ変換回路によってデジタル画素信号にＡＤ変換される。デジタル画素信号は、デジタル信号処理回路（ＤＳＰ）によって信号処理される。画像処理を行うデジタル信号処理回路は、画像処理回路（ＩＳＰ）でありうる。このデジタル信号処理回路は、半導体部品１００１に配された回路でありうる。この他に、半導体部品１００２に配されるデジタル回路には、ＬＶＤＳ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）やＭＩＰＩ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）などのインターフェース回路が挙げられる。
本実施形態の光電変換装置９３０において、基板２００の面２５２の上に、誘電体５１１、誘電体５１２、誘電体５１３を含む誘電体膜５００が配されている。誘電体膜５００は、図１に示されるように複数の誘電体５１１～５１３を含む積層構造であってもよいし、単層構造であってもよい。
誘電体膜５００のうち誘電体５１１は、トレンチ６００において、上述の誘電体６０１の面６５２に接するように配されている。また、誘電体５１１は、誘電体６０１の面６５２が、基板２００の面２５２を含む仮想平面と面２５１を含む仮想平面との間に位置することによって露出する基板２００の凹部領域６０２において、トレンチ６００の内壁に接している。
誘電体５１１として、負の固定電荷を有する金属酸化物が用いられてもよい。負の固定電荷を有する誘電体５１１を基板２００の近傍に配することによって、基板２００の近傍で生じる電子に起因するノイズが低減できる。負の固定電荷を有する誘電体５１１には、例えば、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ルテニウムなどの材料が用いられる。例えば、誘電体５１１は、酸化ハフニウムまたは酸化アルミニウムであってもよい。誘電体５１１の厚さは、例えば、５ｎｍ～２０ｎｍでありうる。図１に示される構成では、誘電体５１１は、基板２００の面２５１を覆うように配され、さらに、誘電体５１１は基板２００に接している。しかしながら、これに限られることはなく、誘電体５１１と基板２００の面２５１との間に、１０ｎｍ未満の厚さの他の誘電体が配されていてもよい。例えば、酸化ハフニウムなどによって形成された誘電体５１１と基板２００の面２５１との間に、１０ｎｍ未満の酸化シリコンが配されていてもよい。
誘電体５１２は、反射防止層としての機能を有しうる。誘電体５１２を反射防止層として用いる場合、誘電体５１２の厚さは、誘電体５１１の厚さよりも厚くてもよい。反射防止層として誘電体５１２を用いる場合、誘電体５１２の厚さは、例えば、２０ｎｍ～１００ｎｍの範囲でありうる。誘電体５１２には、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ルテニウムなどの金属酸化物層が用いられうる。また、誘電体５１２に、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンなどのシリコン化合物が用いられてもよい。酸化タンタルは、これらの誘電体の中で誘電率が高いため、反射防止層として機能する誘電体５１２に、酸化タンタルが用いられてもよい。
誘電体５１３には、誘電体５１２に適切な反射防止性能を与えるために、誘電体５１２よりも低い屈折率を有する材料が用いられる。誘電体５１３には、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンなどのシリコン化合物が用いられてもよいし、樹脂材料が用いられてもよい。
誘電体膜５００の上には、カラーフィルタ５１４、マイクロレンズ５１５が配されている。さらに、例えば、誘電体膜５００と、カラーフィルタ５１４やマイクロレンズ５１５と、の間に、タングステンなどの金属を用いてＯＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｌａｃｋ）領域を形成するための遮光膜が設けられていてもよい。また、例えば、誘電体膜５００やカラーフィルタ５１４に、光電変換素子２２２間の光の分離のための遮光壁を設けてもよい。
本実施形態において、基板２００を貫通するトレンチ６００に埋め込まれた誘電体６０１が、基板２００の面２５１よりも凹み、誘電体６０１の面６５２が、基板２００の面２５２を含む仮想平面と面２５１を含む仮想平面との間に位置する。以下、この構成を採用することによって生じる効果について、図３（ａ）～４（ｂ）を参照して説明する。図３（ａ）～４（ｂ）は、光電変換装置９３０の製造方法を示した図である。
まず、図３（ａ）に示されるように、基板１００を含む半導体部品１００１と、基板２００を含む半導体部品１００２と、を接合面４００で互いに接合し、基板１００と基板２００とが積層された構造体１００３を準備する。次いで、構造体１００３のうち基板２００を薄化する薄化工程を行う。基板２００のうち基板１００の側の面１５１とは反対側に位置する面２６２の側から基板２００の一部を除去する薄化工程を経て、基板２００の上述の面２５２が、光電変換装置９３０の受光面になる。
構造体１００３を準備した後、まず、図３（ｂ）に示されるように、基板２００を、面２６２の側から薄くする。図３（ｂ）に示される工程には、機械研削法が用いられてもよいし、化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法が用いられてもよい。また、図３（ｂ）に示される工程において、ウェットエッチング法が用いられてもよい。図３（ｂ）に示されるように、基板２００の面２５１に形成されたトレンチ６００に埋め込まれた誘電体６０１が露出するまで、基板２００を薄化する。図３（ｂ）に示される工程によって、誘電体６０１の面６６２とともに基板２００の表面２７２が露出する。基板２００の表面２７２と誘電体６０１の面６６２とは、同じ平面上に配されていてもよいし、基板２００の表面２７２よりも誘電体６０１が突出する凸形状であってもよい。
次いで、図４（ａ）に示されるように、図３（ｂ）に示される工程によって露出した基板２００の表面２７２よりも誘電体６０１の表面が凹むように、誘電体６０１の一部をエッチングする。つまり、エッチング後の誘電体６０１の面６５１とは反対側に位置する面６５２が、図３（ｂ）に示される工程によって露出した基板２００の表面２７２を含む仮想平面と、基板２００の面２５１を含む仮想平面と、の間に位置するように、基板２００の面２５２の側から誘電体６０１をエッチングする。この工程において、誘電体６０１は、ウェットエッチングによってエッチングされてもよい。基板２００の材料と誘電体６０１の材料との組合せに応じて選択的に誘電体６０１をエッチング可能な、適当なエッチング溶液を用いることができる。
誘電体６０１をエッチングした後、図４（ｂ）に示されるように、図３（ｂ）に示される工程によって露出した基板２００の表面２７２の側から基板２００をさらに薄化する、追加の薄化工程（以下、追加工程と記載する場合がある。）が実施される。追加工程には、例えば、化学機械研磨が用いられる。この追加工程において、図４（ａ）のエッチングによって露出した誘電体６０１の面６５２が、追加工程によって露出した基板２００の表面（基板２００の面２５２）を含む仮想平面と、基板２００の面２５１を含む仮想平面と、の間に位置する状態で薄化を終了する。つまり、誘電体６０１の表面（面６５２）が基板２００の面２５２よりも凹んだ状態で、基板２００の薄化が終了する。追加工程において、例えば、基板２００の膜厚を光学的にモニタリングしながら加工を行うことによって、誘電体６０１の面６５２が基板２００の面２５２よりも凹んだ状態で研磨を終了させることができる。しかし、これに限られることはなく、プロセス条件やプロセス時間などの組み合わせによって、誘電体６０１の面６５２が、基板２００の面２５２を含む仮想平面と基板２００の面２５１を含む仮想平面との間に位置する状態で薄化が終了するようにしてもよい。
追加工程の化学機械研磨において誘電体６０１が基板２００の面２５２から突出した凸形状になった場合、研磨中に誘電体６０１が破損する可能性や、研磨によって誘電体６０１に掛かる力に起因して基板２００と誘電体６０１との間に応力が生じる可能性がある。誘電体６０１の破損や基板２００と誘電体６０１との間の応力は、基板２００のトレンチ６００の周囲に、欠陥を発生させる可能性がある。基板２００の面２５２は、光電変換素子２２２の受光面になるため、面２５２に欠陥が生じた場合、光電変換装置９３０の特性低下の原因になりうる。
一方、本実施形態において、この追加工程において、図４（ｂ）に示されるように、トレンチ６００に埋め込まれた誘電体６０１が、基板２００の面２５２よりも凹んだ位置に配されている。このため、追加工程において、誘電体６０１が研磨されることに起因する基板２００の欠陥を抑制することができる。つまり、基板２００の受光面になる面２５２の欠陥の発生を抑制し、光電変換装置９３０の特性を向上させることが可能になる。
図２は、図１に示される光電変換装置９３０の変形例を示す断面図である。図２に示されるように、基板２００には、基板２００を貫通するトレンチ６００が設けられており、トレンチ６００には、例えば、窒化シリコンを用いた、誘電体６０１が埋め込まれている。基板２００の面２５１にトレンチ６００を形成し、トレンチ６００内に誘電体６０１を埋め込み、上述の薄化工程を用いることによって、基板２００の面２５２よりも凹んだ位置に誘電体６０１が埋め込まれた基板２００を貫通するトレンチ６００が形成できる。
図２に示されるように、本実施形態において、トレンチ６００を互いに隣り合う光電変換素子２２２の間を分離するように配することによって、互いに隣り合う光電変換素子２２２は、トレンチ６００に埋め込まれた誘電体６０１によって電気的に分離される。つまり、誘電体６０１が、複数の光電変換素子２２２の間の素子分離領域として機能する。これによって、光電変換素子２２２（光電変換部２２０）において発生した電荷が、隣接する光電変換素子２２２に漏れることを抑制することができる。また、トレンチ６００に埋め込まれた誘電体６０１が基板２００の面２５２よりも凹んでいるため、埋め込み膜応力による暗電流の増加が抑制される。このように、本実施形態においても、基板２００の受光面になる面２５２の欠陥の発生を抑制し、光電変換装置９３０の特性を向上させることが可能になる。
図５を用いて、本実施形態の光電変換装置９３０の応用例について説明する。図５は、光電変換装置９３０を備える機器９１９１の模式図である。光電変換装置９３０は、上述した半導体部品１００１と半導体部品１００２とを含む半導体デバイス９１０に加えて、半導体デバイス９１０を収容するパッケージ９２０を含みうるが、光電変換装置９３０は、パッケージ９２０を含まなくてもよい。基板１００および基板２００は、半導体デバイス９１０に含まれる。本実施形態において、光電変換装置９３０は、光電変換装置（撮像装置）である。半導体デバイス９１０は、光電変換素子２２２がマトリックス配列された画素領域９０１とその周辺の周辺領域９０２を有する。周辺領域９０２には、周辺回路や入出力端子を設けることができる。機器９１９１は、光学装置９４０、制御装置９５０、処理装置９６０、表示装置９７０、記憶装置９８０および機械装置９９０の少なくともいずれかを備え得る。
以下、図５が示す、光電変換装置９３０を備える機器９１９１について詳細に説明する。光電変換装置９３０は、上述のように、基板１００を有する半導体デバイス９１０のほかに、半導体デバイス９１０を収容するパッケージ９２０を含むことができる。パッケージ９２０は、半導体デバイス９１０が固定された基体と、半導体デバイス９１０に対向するガラスなどの蓋体と、を含むことができる。パッケージ９２０は、さらに、基体に設けられた端子と半導体デバイス９１０に設けられた端子とを接続するボンディングワイヤやバンプなどの接合部材を含むことができる。
機器９１９１は、光学装置９４０、制御装置９５０、処理装置９６０、表示装置９７０、記憶装置９８０、機械装置９９０の少なくともいずれかを備えることができる。光学装置９４０は、光電変換装置９３０に対応する。光学装置９４０は、例えば、レンズやシャッター、ミラーである。制御装置９５０は、光電変換装置９３０を制御する。制御装置９５０は、例えば、ＡＳＩＣなどの半導体装置である。
処理装置９６０は、光電変換装置９３０から出力された信号を処理する。処理装置９６０は、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）あるいはＤＦＥ（デジタルフロントエンド）を構成するための、ＣＰＵやＡＳＩＣなどの半導体装置である。表示装置９７０は、光電変換装置９３０で得られた情報（画像）を表示する、ＥＬ表示装置や液晶表示装置である。記憶装置９８０は、光電変換装置９３０で得られた情報（画像）を記憶する、磁気デバイスや半導体デバイスである。記憶装置９８０は、ＳＲＡＭやＤＲＡＭなどの揮発性メモリ、あるいは、フラッシュメモリやハードディスクドライブなどの不揮発性メモリである。
機械装置９９０は、モーターやエンジンなどの可動部あるいは推進部を有する。機器９１９１では、光電変換装置９３０から出力された信号を表示装置９７０に表示したり、機器９１９１が備える通信装置（不図示）によって外部に送信したりする。そのために、機器９１９１は、光電変換装置９３０が有する記憶回路や演算回路とは別に、記憶装置９８０や処理装置９６０をさらに備えることが好ましい。機械装置９９０は、光電変換装置９３０から出力され信号に基づいて制御されてもよい。
また、機器９１９１は、撮影機能を有する情報端末（例えば、スマートフォンやウエアラブル端末）やカメラ（例えば、レンズ交換式カメラ、コンパクトカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ）などの電子機器に適する。カメラにおける機械装置９９０はズーミングや合焦、シャッター動作のために光学装置９４０の部品を駆動することができる。あるいは、カメラにおける機械装置９９０は防振動作のために光電変換装置９３０を移動することができる。
また、機器９１９１は、車両や船舶、飛行体などの輸送機器であり得る。輸送機器における機械装置９９０は移動装置として用いられうる。輸送機器としての機器９１９１は、光電変換装置９３０を輸送するものや、撮影機能により運転（操縦）の補助および／または自動化を行うものに好適である。運転（操縦）の補助および／または自動化のための処理装置９６０は、光電変換装置９３０で得られた情報に基づいて移動装置としての機械装置９９０を操作するための処理を行うことができる。あるいは、機器９１９１は内視鏡などの医療機器や、測距センサなどの計測機器、電子顕微鏡のような分析機器、複写機などの事務機器であってもよい。
以上、説明した実施形態は、技術思想を逸脱しない範囲において適宜変更が可能である。なお、本明細書の開示内容は、本明細書に記載したことのみならず、本明細書および本明細書に添付した図面から把握可能な全ての事項を含む。また本明細書の開示内容は、本明細書に記載した概念の補集合を含んでいる。すなわち、本明細書に例えば「ＡはＢである」旨の記載があれば、「ＡはＢでない」旨の記載を省略しても、本明細書は「ＡはＢでない」旨を開示しているものとする。なぜなら、「ＡはＢである」旨を記載している場合には、「ＡはＢでない」場合を考慮していることが前提だからである。
発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。
１００，２００：基板、１２０：トランジスタ、１５１，２５１，２５２，６５１，６５２：面、２２２：光電変換素子、６００：トレンチ、６０１：誘電体、９３０：光電変換装置

Claims (15)

  1. 複数の光電変換素子が配された第１基板と、前記複数の光電変換素子を動作させるための複数のトランジスタが配され、前記第１基板に積層された第２基板と、を備える光電変換装置であって、
    前記第１基板は、前記第２基板の側に位置する第１面と、前記第１面とは反対側に位置する第２面と、を備え、
    前記第１基板には、前記第１基板を貫通するトレンチに埋め込まれた誘電体が、さらに配されており、
    前記誘電体は、前記第２基板の側に位置する第３面と、前記第３面とは反対側に位置する第４面と、を備え、
    前記第４面が、前記第２面を含む仮想平面と、前記第１面を含む仮想平面と、の間に位置することを特徴とする光電変換装置。
  2. 前記誘電体が、窒化シリコンを含むことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
  3. 前記誘電体が、前記複数の光電変換素子の間の素子分離領域として機能していることを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換装置。
  4. 前記誘電体を第１誘電体として、
    前記トレンチに、前記第４面に接する第２誘電体が配されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光電変換装置。
  5. 前記第２誘電体が、前記トレンチの内壁に接していることを特徴とする請求項４に記載の光電変換装置。
  6. 前記第２誘電体が、前記第２面を覆うように配されていることを特徴とする請求項４または５に記載の光電変換装置。
  7. 前記第２誘電体が、金属酸化物を含むことを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載の光電変換装置。
  8. 前記金属酸化物が、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタル、および、酸化ルテニウムのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項７に記載の光電変換装置。
  9. 前記第１面と前記第３面とが、同じ平面上に配されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の光電変換装置。
  10. 前記複数のトランジスタのうち少なくとも一部が、前記複数の光電変換素子から出力される信号をデジタル処理するためのデジタル信号処理回路を構成していることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の光電変換装置。
  11. 請求項１乃至１０の何れか１項に記載の光電変換装置と、
    前記光電変換装置から出力された信号を処理する処理装置と、
    を備えることを特徴とする機器。
  12. 複数の光電変換素子が配された第１基板と、前記第１基板に積層された第２基板と、を備える光電変換装置の製造方法であって、
    前記第１基板と前記第２基板とが積層された構造体を準備する工程と、
    前記構造体のうち前記第１基板を薄化する薄化工程と、を含み、
    前記第１基板は、前記第２基板の側に位置する第１面と、前記第１面とは反対側に位置する第２面と、を備え、
    前記第１面には、トレンチが配され、
    前記トレンチには、前記第２基板の側に位置する第３面を備える誘電体が埋め込まれており、
    前記薄化工程は、
    前記第２面の側から前記誘電体が露出するまで、前記第１基板を薄化する第１工程と、
    前記第１工程の後に、エッチング後の前記誘電体の前記第３面とは反対側に位置する第４面が、前記第１工程によって露出した前記第１基板の表面を含む仮想平面と、前記第１面を含む仮想平面と、の間に位置するように、前記第２面の側から前記誘電体をエッチングする第２工程と、
    前記第２工程の後に、前記第１工程によって露出した前記第１基板の表面の側から前記第１基板を研磨する第３工程と、を含み、
    前記第３工程において、前記第４面が、前記第３工程によって露出した前記第１基板の表面を含む仮想平面と、前記第１面を含む仮想平面と、の間に位置する状態で薄化を終了することを特徴とする製造方法。
  13. 前記第３工程において、前記第１基板の膜厚を光学的にモニタリングしながら前記第１基板を研磨することを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。
  14. 前記第２工程において、前記誘電体をウェットエッチングによってエッチングすることを特徴とする請求項１２または１３に記載の製造方法。
  15. 前記第３工程において、化学機械研磨によって前記第１基板を研磨することを特徴とする請求項１２乃至１４の何れか１項に記載の製造方法。
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