專利名稱:在圖像傳感器中形成金屬互連的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造圖像傳感器的方法，更具體而言，涉及在圖像傳感器中形成金屬互連的方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是將一維或二維或更高維的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。圖像傳感器主要分為攝像管和固態(tài)圖像傳感器。攝像管已經(jīng)廣泛用于層、控制、識別等，使用基于電視的圖像處理技術(shù)，并且已經(jīng)開發(fā)了其應(yīng)用技術(shù)。對于當(dāng)前進(jìn)入市場的固態(tài)圖像傳感器，有金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)圖像傳感器和電荷耦合器件(CCDs)。
CMOS圖像傳感器使用CMOS制造技術(shù)將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號，并使用開關(guān)方式利用MOS晶體管一個接一個地檢測輸出，其中構(gòu)造的所述晶體管數(shù)與像素數(shù)一樣多。具體而言，CMOS圖像傳感器的優(yōu)點是驅(qū)動模式簡單，可以實施各種掃描方式，并且可以將信號處理電路集成到單個芯片中，這可以使芯片微型化。另外，由于使用兼容的CMOS技術(shù)，CMOS圖像傳感器便宜并且功率消耗低。
近來，為了減少噪音，已經(jīng)進(jìn)行各種嘗試來減少圖像傳感器制造中金屬互連之間的層間厚度。其中之一是使用嵌入式工藝形成銅(Cu)互連。原因是銅具有良好的互連特性，因為銅的電導(dǎo)率比鋁(Al)大因而厚度相對小。
在使用銅互連制造圖像傳感器的方法中，在墊整(padding)過程之后利用混合氣體附加進(jìn)行退火過程，以減少器件中暗電流。通常，如果在400℃或更高溫度下進(jìn)行退火過程可以降低暗電流特征。可以從下面Fick擴散方程理解這種特征。
C(x ，t)＝erfC(x/(4Dt)1/2)D＝D0*exp(-Ea/kT)其中D、t、C、Ea分別表示擴散系數(shù)、時間、濃度和活化能。
然而，由于銅互連的熱降解可能難于在450℃或更高的溫度下進(jìn)行退火過程。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實施方案涉及提供在圖像傳感器中形成金屬互連的方法，所述方法可以保證金屬互連的熱穩(wěn)定性并且改善暗電流特征。
根據(jù)本發(fā)明的特征，提供在圖像傳感器中形成金屬互連的方法，所述方法包括在襯底上形成包含接觸塞的第一層間介電(ILD)層；在第一ILD層上形成擴散阻擋層；進(jìn)行混合氣體退火；在擴散阻擋層上形成第二ILD層，蝕刻第二ILD層和擴散阻擋層來形成溝槽；形成導(dǎo)電層來填充所述溝槽以及使導(dǎo)電層平坦化來形成電連接接觸塞的金屬互連。
圖1A-1D說明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方案在圖像傳感器中形成金屬互連的方法的橫截面圖。
具體實施方式圖1A-1D說明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方案在圖像傳感器中形成金屬互連的方法的橫截面圖。參考圖1A，在襯底11上形成第一層間介電(ILD)層12。在此，盡管未顯示，所述襯底11包含器件隔離結(jié)構(gòu)和晶體管。
選擇性地蝕刻第一ILD層12來形成接觸孔13。盡管未顯示，光刻膠層在第一ILD層12上形成并曝光和顯影以形成暴露將形成接觸孔13的預(yù)定區(qū)域的光刻膠圖案。通過使用光刻膠圖案作為蝕刻掩模蝕刻第一ILD層形成接觸孔13之后，使用氧等離子體去除光刻膠圖案。
形成導(dǎo)電材料來填充接觸孔13，此后使用第一ILD層12作為靶來使導(dǎo)電材料平坦化，從而形成接觸塞14。在此，接觸塞14可以由具有層疊的Ti/TiN雙層的鎢形成。
在所得的結(jié)構(gòu)上形成第一擴散阻擋層15。在此，第一擴散阻擋層15可以由SiC或SiN形成。然后，在H2和N2混合氣體環(huán)境下進(jìn)行混合氣體退火，其中H2/N2的比率為約3％-約30％。退火過程在約400℃-約600℃的高溫下進(jìn)行約10分鐘-約3小時。
這種襯墊(pad)退火過程可以通過預(yù)先消除可能在MIM電容器的后續(xù)過程中發(fā)生的副作用來使金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器可靠性和器件可靠性最大化。
參考圖1B，在第一擴散阻擋層15上形成第二ILD層16。第二ILD層16由含有氮的氟化硅酸鹽玻璃形成。在使用含氮的FSG的情況下，由于FSG薄膜中包含的N-H，因此借助高氫濃度可以改善暗電流特征。其它介電材料，例如CVD SiOC低-k介電材料和旋涂式電介質(zhì)(SOD)低-k介電材料可以用作第二ILD層16。
N2+SiH4+N2O+SiF4SiOF(N，NH)SiH4+SiF4+CO2SiOF(C)下面表1列出根據(jù)通過上面的公式1表示的化學(xué)反應(yīng)形成的絕緣層的暗電流特征。
參考表1，包含N和NH的絕緣層代表1-20碼(code)的暗電流，但是包含C的絕緣層代表15-100碼的暗電流。因此，包含N和NH的絕緣層顯示優(yōu)異的低暗電流性能。
通過如公式1中所示混合N2、SiH4、N2O和SiF4來實施形成包含N和NH的第二ILD層16的過程。具體地，可以在下列條件下進(jìn)行這個過程，壓力為約0.1托-約10托，N2的流量為約300sccm-約3000sccm，N2O的流量為約400sccm-約2000sccm，SiH4的流量為約100sccm-約800sccm，SiF4的流量為約300sccm-約1000sccm。
盡管未顯示，但可以額外地形成富硅的氧化物層來解決局限性，所述局限性由在形成金屬互連的溝槽的曝光期間包含在第二ILD層16中的氮引起?？梢孕纬珊穸葹榧s500-約2000的富硅的氧化物層。
蝕刻第二ILD層16來形成第一槽溝17。為此，盡管未顯示，但在第二ILD層16上形成光刻膠層并將其曝光和顯影，以形成暴露將形成第一槽溝17的預(yù)定區(qū)域的光刻膠圖案。使用光刻膠圖案作為蝕刻掩模來形成第二ILD層16和擴散阻擋層15，從而形成暴露接觸塞14表面的第一槽溝17。此后，使用氧等離子體去除光刻膠圖案。
形成導(dǎo)電材料來填充第一槽溝17。此后，使用第二ILD層16作為靶來使導(dǎo)電材料平坦化，從而形成第一金屬互連18。在此，第一金屬互連18形成為銅互連，在形成銅互連之前可以另外形成銅擴散阻擋層。
參考圖1C，在包含第一金屬互連18的第二ILD層16上形成第二擴散阻擋層19。第二擴散阻擋層19可以由與第一擴散阻擋層相同的材料形成，例如SiC或SiN。
在第二擴散阻擋層19上形成第三ILD層20。第三ILD層20也由類似第二ILD層16的含氮FSG形成。為此，通過混合N2、SiH4、N2O和SiF4來實施形成第三ILD層20的過程。具體地，這個過程可以在下列條件下進(jìn)行，壓力為約0.1托-約10托，N2的流量為約300sccm-約3000sccm，N2O的流量為約400sccm-約2000sccm，SiH4的流量為約100sccm-約800sccm，SiF4的流量為約300sccm-約1000sccm。
參考圖1D，利用雙嵌入式工藝使第三ILD層圖案化來形成第二槽溝21。形成導(dǎo)電材料來填充第二溝槽。利用第三ILD層作為靶來使導(dǎo)電材料平坦化，從而形成通孔和第二金屬互連22。第二金屬互連22形成為銅互連，在形成銅互連之前可以另外形成銅擴散阻擋層。
根據(jù)本發(fā)明，在形成接觸塞之后由SiC或SiN形成擴散阻擋層，然后進(jìn)行退火過程。因此，可確保金屬互連的熱穩(wěn)定性，還可以通過形成包含氮的FSG層改善暗電流特征。這使得改善金屬互連的可靠性和器件可靠性成為可能。
雖然結(jié)合具體實施方案已經(jīng)描述了本發(fā)明，但對那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言顯而易見的是，在不偏離下列權(quán)利要求
限定的本發(fā)明精神和范圍的情況下可以進(jìn)行各種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種在圖像傳感器中形成金屬互連的方法，所述方法包括在襯底上形成具有接觸塞的第一層間介電(ILD)層；在第一ILD層上形成擴散阻擋層；進(jìn)行混合氣體退火；在擴散阻擋層上形成第二ILD層；蝕刻第二ILD層和擴散阻擋層來形成溝槽；將導(dǎo)電層填充到溝槽中；和使導(dǎo)電層平坦化以形成電連接到接觸塞的金屬互連。
2.權(quán)利要求
1的方法，其中擴散阻擋層包括SiC和SiN中的一種。
3.權(quán)利要求
1的方法，其中在H2和N2混合氣體環(huán)境下進(jìn)行混合氣體退火，所述H2/N2的比率為約3％-約30％。
4.權(quán)利要求
3的方法，其中混合氣體退火在約400℃-約600℃的溫度下進(jìn)行約10分鐘-約3小時。
5.權(quán)利要求
1的方法，其中第二ILD層具有多層疊結(jié)構(gòu)。
6.權(quán)利要求
5的方法，其中第二ILD層包括包含氮的氟化硅酸鹽玻璃(FSG)。
7.權(quán)利要求
6的方法，其中FSG層包含N2和N2O中的一種。
8.權(quán)利要求
7的方法，其中通過以下列流量流入N2、N2O、SiH4和SiF4的混合氣體來形成FSG層N2的流量為約300sccm-約3000sccm，N2O的流量為約400sccm-約2000sccm，SiH4的流量為約100sccm-約800sccm，SiF4的流量為約300sccm-約1000sccm。
9.權(quán)利要求
8的方法，其中FSG層在約0.1托-約10托的壓力下形成。
10.權(quán)利要求
1的方法，還包括在第二ILD層上形成富硅的氧化物層。
11.權(quán)利要求
10的方法，其中形成厚度為約500-約2000的富硅的氧化物層。
12.權(quán)利要求
1的方法，其中利用雙嵌入式工藝形成溝槽。
13.權(quán)利要求
12的方法，其中金屬互連包括銅基互連。
14.權(quán)利要求
1的方法，還包括在形成金屬互連之前，在溝槽上形成其它擴散阻擋層，其中所述其它擴散阻擋層包括金屬基材料。
15.權(quán)利要求
11的方法，其中接觸塞包含具有層疊的Ti/TiN雙層的鎢。
專利摘要
一種在圖像傳感器中形成金屬互連的方法，所述方法包括在襯底上形成具有接觸塞的第一層間介電(ILD)層、在第一ILD層上形成擴散阻擋層、進(jìn)行混合氣體退火、在擴散阻擋層上形成第二ILD層、蝕刻第二ILD層和擴散阻擋層來形成溝槽、形成導(dǎo)電層來填充所述溝槽以及使導(dǎo)電層平坦化來形成用電連接接觸塞的金屬互連。
文檔編號H01L21/768GK1992199SQ200610168217
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月26日
發(fā)明者崔璟根 申請人:美格納半導(dǎo)體有限會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan