專利名稱：半導體攝像器件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及例如CMOS圖像傳感器等半導體攝像器件及其制造方法。
背景技術：
近年來，半導體攝像器件特別是CMOS圖像傳感器，其微細化在發(fā)展，在1.4μπι節(jié) 距以下，一般使用銅(Cu)作為布線。使用了 Cu布線的攝像器件，為了防止Cu的擴散和氧 化，在Cu布線上形成由Si3N4構成的蓋層。該SiN蓋層使透光率下降。因此，在像素區(qū)域 中，去除光路上的SiN蓋層。另一方面，在像素區(qū)域的周圍，配置著構成與像素區(qū)域基本相同的偽像素區(qū)域、用 于生成黑標準信號的黑標準區(qū)域、邏輯信號處理區(qū)域、及作為數(shù)字信號處理區(qū)域的邏輯電 路區(qū)域。這些區(qū)域不照射光，在像素上也存在Cu布線。因此，SiN蓋層未被去除(參考例 如日本特開2008-199059號公報)。于是，在半導體器件的處理工序中，進行如下被稱作燒結處理的熱處理例如利用 氫使柵極氧化膜中產(chǎn)生的未結合鍵(non-coupling means)的懸空鍵(dangling bond)。封 端。但是，由于難以使氫通過上述SiN蓋層，所以在燒結處理中，在去除了 SiN蓋層的像素 區(qū)域、以及具有SiN蓋層的偽像素區(qū)域、黑標準區(qū)域、邏輯電路區(qū)域中，導入到基板中的氫 的量存在差。也就是說，與像素區(qū)域相比，導入到偽像素區(qū)域、黑標準區(qū)域和邏輯電路區(qū)域 中的氫的導入量少，在這些區(qū)域，殘存著懸空鍵未被充分封端的地方。因此，在偽像素區(qū)域、 黑標準區(qū)域、邏輯電路區(qū)域中，晶體管的漏電流增大。特別存在如下問題在黑暗期(dark period)，像素區(qū)域以及偽像素區(qū)域、黑標準區(qū)域、邏輯信號處理區(qū)域、邏輯電路區(qū)域的特性 存在差。因此，期待能夠使像素區(qū)域和其他區(qū)域的半導體元件的特性基本相同的半導體攝 像器件。

發(fā)明內容
第1方面的本發(fā)明的半導體攝像器件，其中包括像素區(qū)域，配置了多個光電轉換 元件；電路區(qū)域，配置在上述像素區(qū)域的周邊；銅布線，配置在上述像素區(qū)域和上述電路區(qū) 域；及蓋層；配置在上述銅布線上；上述像素區(qū)域和上述電路區(qū)域的上述銅布線上以外的 上述蓋層被去除。第2方面的本發(fā)明的半導體攝像器件的制造方法，其中包括在半導體基板的像 素區(qū)域和電路區(qū)域內形成多個光電轉換元件，上述電路區(qū)域配置在上述像素區(qū)域的周邊； 在上述像素區(qū)域和電路區(qū)域上形成第1絕緣膜；在與上述像素區(qū)域和電路區(qū)域相對應的上 述第1絕緣膜上形成銅布線；及在上述銅布線上形成蓋層，上述像素區(qū)域和上述電路區(qū)域 的上述銅布線上以外的上述蓋層被去除。


圖1是示出本發(fā)明的半導體攝像器件的實施方式的俯視圖。圖2是沿著圖1所示的II-II線剖開的剖面圖。圖3是示出圖2所示的半導體攝像器件的制造方法的剖面圖。圖4是示出上接圖3的制造工序的剖面圖。圖5是示出上接圖4的制造工序的剖面圖。圖6是示出上接圖5的制造工序的剖面圖。圖7是示出上接圖6的制造工序的剖面圖。圖8是示出現(xiàn)有的半導體攝像器件的黑暗期的輸出特性的圖。圖9是示出本實施方式的半導體攝像器件的黑暗期的輸出特性的圖。圖10是示出本發(fā)明的變化例的剖面圖。
具體實施例方式以下，參照

本發(fā)明的實施方式。圖1示出應用了本實施方式的半導體攝像器件的一個例子。在該半導體攝像器 件ι中，像素區(qū)域(PER) 2的如后所述的多個像素在行和列上成矩陣狀配置。這些像素例如 由作為光電轉換元件的光電二極管和晶體管構成。像素區(qū)域2的周圍配置著偽像素區(qū)域 (DMR) 30該偽像素區(qū)域3例如為與像素區(qū)域2相同的構成。與該偽像素區(qū)域3的行和列相 對應地配置著黑標準區(qū)域4。該黑標準區(qū)域4例如由被遮光的光電二極管和晶體管構成，生 成黑標準信號。光電二極管和晶體管為與像素區(qū)域2—樣的構成。在黑標準區(qū)域4和偽像 素區(qū)域3的周圍，形成著包括模擬信號電路和數(shù)字信號電路的邏輯電路區(qū)域5。圖2示出沿著圖1所示的II-II線剖開的剖面圖。作為半導體基板的硅基板11內的元件分離區(qū)域12，將基板11的表面區(qū)域分離成 像素區(qū)域(PER) 2和偽像素區(qū)域(DPR) 3。在像素區(qū)域2和偽像素區(qū)域3的基板11上，間隔 著柵極絕緣膜形成著構成傳輸晶體管Ta、Tb的柵電極13a、13b。在這些柵電極13a、13b的 一個側面所對應的基板11內，形成作為光電轉換元件的N型光電二極管區(qū)域14a、14b、P型 光電二極管區(qū)域15a、15b，在柵電極13a、13b的另一側面所對應的基板11內，例如形成著作 為漏區(qū)的擴散層16a、16b。在基板11上，形成著覆蓋柵電極13a、13b的第1層間絕緣膜17和第2層間絕緣 膜19。在第1層間絕緣膜17內形成與擴散層16連接的接觸構件18a、18b，在第2層間絕 緣膜19內形成第ICu (銅)布線20a、20b、20c。第ICu布線20a、20b與接觸構件18a、18b 連接。在這些第ICu布線20a、20b、20c上，形成著例如由氮化硅膜構成的第1蓋層21。這 些第1蓋層21用于防止銅的擴散。由于該第1蓋層21的透光率低，所以第1蓋層21的位 于像素區(qū)域2的N型和P型光電二極管14a、15a的上部的部份被去除。進而，該第1蓋層 21在如后所述的退火處理中，妨礙氫的透過。因此，在偽像素區(qū)域3、未圖示的黑標準區(qū)域 4和邏輯電路區(qū)域5中，第ICu布線上以外的第1蓋層21被去除。在第1蓋層21和第2層間絕緣膜19上，形成著第3層間絕緣膜22。在該第3層 間絕緣膜22和第1蓋層19內，形成接觸構件23a、23b，在第3層間絕緣膜22內形成著第
52Cu布線23c。接觸構件23a、23b分別與第ICu布線20a、20b連接，而且與第2Cu布線23c 連接。在第2Cu布線23c上，形成著第2蓋層24。在像素區(qū)域2的上方、偽像素區(qū)域3、黑 標準區(qū)域4和邏輯電路區(qū)域5的第2Cu布線上以外的區(qū)域，去除了該第2蓋層24。在第2蓋層24、第3層間絕緣膜22上，作為鈍化膜例如形成氧化硅膜25，在該氧 化硅膜25上，作為鈍化膜例如形成氮化硅膜26。在氮化硅膜26、氧化硅膜25、第2蓋層24 內，形成例如由鋁構成的接合焊盤27a。該接合焊盤27a與第2Cu布線23c連接。另外，在像素區(qū)域2中，在與光電二極管14a、15a相對應的氮化硅膜26上形成彩 色濾光片28，在該彩色濾光片28上形成著微透鏡29。另外，在與偽像素區(qū)域3、黑標準區(qū) 域4、邏輯電路區(qū)域5相對應的氮化硅膜26上，形成例如由鋁構成的遮光膜27b，偽像素區(qū) 域3、黑標準區(qū)域4、邏輯電路區(qū)域5被遮光膜27b遮光。接著，參照圖3至圖7說明上述構成的半導體攝像器件的制造方法。在圖3至圖 7中，對與圖2相同的部分附加相同的符號。如圖3所示，例如在P型硅基板11內例如通過氧化硅膜形成元件分離區(qū)域12。之 后，在基板11上形成作為柵極絕緣膜的氧化硅膜和多晶硅層。蝕刻這些多晶硅層和氧化硅 膜，形成傳輸晶體管Ta、Tb的柵電極13a、13b。將這些柵電極13a、13b和例如圖未示出的 抗蝕劑圖形作為掩膜來離子注入N型雜質和P型雜質，形成N型光電二極管14a、14b、P型 光電二極管15a、15b和N型擴散層16a、16b。然后，如圖4所示，在基板11上例如通過化學氣相生長(CVD)來淀積氧化硅膜。使 用化學機械研磨(CMP)法使該氧化硅膜平坦化，形成第1層間絕緣膜17。在該第1層間絕 緣膜17上，使用光刻法形成使擴散層16a、16b露出的第1接觸孔，在該第1接觸孔內例如 埋入鎢而形成接觸構件18a、18b。接著，在基板11的整個面上淀積例如由氧化硅膜構成的第2層間絕緣膜19。在 該第2層間絕緣膜19上，使用光刻法形成使接觸構件18a、18b露出的第1布線槽和其他的 第1布線槽。然后，在整個面上淀積Cu膜，使用CMP法使Cu膜平坦化，在第1布線槽內形 成第ICu布線20a、20b、20c。接著，為了防止第ICu布線20a、20b、20c的氧化和擴散，在第 ICu布線20a、20b、20c和第2層間絕緣膜19的整個面上，淀積氮化硅膜，形成蓋層21。接著，如圖5所示，為了防止透光率降低，使用光刻法去除像素區(qū)域2的光路上的 蓋層21。此時，偽像素區(qū)域3的第ICu布線20b、20c上以外的蓋層21、以及圖未示出的黑 標準區(qū)域、邏輯電路區(qū)域的第ICu布線上以外的蓋層被去除。也就是說，例如在偽像素區(qū)域 3、黑標準區(qū)域和邏輯電路區(qū)域中，第ICu布線上以外的蓋層21幾乎被都去除。接著，如圖6所示，在整個面上例如淀積由氧化硅膜構成的第3層間絕緣膜22，覆 蓋蓋層21和第2層間絕緣膜19。然后，使用光刻法，在第3層間絕緣膜22、蓋層21上，形 成使第ICu布線20a、20b露出的第2接觸孔和與第2接觸孔連通的第2布線槽。接著，在 整個面上淀積第2Cu膜，使用CMP法使第2Cu膜平坦化。通過鑲嵌(damascene)工序，形成 第2接觸構件23a、23b和第2布線23c。然后，在整個面上，淀積用于防止第2Cu布線23c 的氧化和擴散的氮化硅膜，形成蓋層24。接著，如圖7所示，為了防止透光率降低，使用光刻法去除像素區(qū)域2的光路上的 蓋層24。此時，在偽像素區(qū)域3、圖未示出的黑標準區(qū)域、邏輯電路區(qū)域中，第2Cu布線上以 外的蓋層24也被去除。
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接著，如圖2所示，依次淀積例如由氧化硅膜構成的鈍化膜25和由氮化硅膜構成 的鈍化膜26。然后，在氫氣環(huán)境下通過400°C左右的溫度對基板11進行作為熱處理的燒結 處理。通過該處理，包含在氮化硅膜中的氫在硅基板中擴散，利用氫將硅和柵極氧化膜的界 面的懸空鍵封端。然后，使用光刻法，刻蝕鈍化膜26、25、蓋層21，形成使第2Cu布線23c露出的開 口。接著，淀積鋁層，使用光刻法使鋁層圖形化。結果，在開口內形成接合焊盤27a，在偽像 素區(qū)域3、以及黑標準區(qū)域和邏輯電路區(qū)域上形成用于遮蔽光的遮光膜27b。接著，在像素 區(qū)域2的光路所對應的鈍化膜26上，形成彩色濾光器28和微透鏡29，完成作為半導體攝像 器件的CMOS圖像傳感器。彩色濾光器例如由R、G、Gr, Gb構成。根據(jù)上述實施方式，在像素區(qū)域2中去除光路上的氮化硅膜構成的蓋層21、24。進 而，還去除偽像素區(qū)域2、黑標準區(qū)域、邏輯電路區(qū)域的第1、第2Cu布線20b、20c、23c上以 外的蓋層21、24。因此，可以在熱處理中，在像素區(qū)域2、以及偽像素區(qū)域3、黑標準區(qū)域和邏 輯電路區(qū)域中，使氫進入基板的量均勻。因此，可以通過氫使像素區(qū)域2、偽像素區(qū)域3、黑 標準區(qū)域和邏輯電路區(qū)域的懸空鍵封端，可以抑制晶體管的漏電流。因此，能夠在像素區(qū)域 2、偽像素區(qū)域3、黑標準區(qū)域和邏輯電路區(qū)域，抑制黑暗期的輸出特性的差。圖8、圖9是示出圖2所示的沿著III-III線(X地址)的像素的黑暗期的輸出電 平(R、G、Gr、Gb)的圖，圖8示出現(xiàn)有技術，圖9示出本實施方式的情況。黑暗期的輸出電平沿著X地址為一定的情況是理想的。但是，如圖8所示的現(xiàn)有 技術，在偽像素區(qū)域、以及黑標準區(qū)域和邏輯電路區(qū)域中，產(chǎn)生漏電流，所以來自這些區(qū)域 的輸出電平與來自像素區(qū)域的輸出電平之間產(chǎn)生大約25LSB的差。與之相對，如圖9所示的本實施方式，抑制了偽像素區(qū)域、以及黑標準區(qū)域和邏輯 電路區(qū)域的漏電流。因此，可知來自這些區(qū)域的輸出電平與來自像素區(qū)域的輸出電平之差 改善為大約5LSB。另外，根據(jù)上述實施方式，在第1、第2Cu布線20a、20b、20c和第ICu布線23c上， 形成由氮化硅膜構成的蓋層21、24。因此，可以防止Cu的擴散和氧化。圖10是示出本發(fā)明的變化例的圖。圖2所示的實施方式，在偽像素區(qū)域3中，在第ICu布線20b和第ICu布線20c之 間，沒有第ICu布線的區(qū)域和沒有第2Cu布線的區(qū)域存在于垂直方向上基本相同的位置。與之相對，圖10所示的變化的情況，在偽像素區(qū)域3中，在第ICu布線20b和第 ICu布線20c之間沒有第ICu布線的區(qū)域和在第2Cu布線23c和第2Cu布線23d之間沒有 第2Cu布線的區(qū)域，不在垂直方向上相同的位置。而且，在這些第1、第2Cu布線20b、20c、 23c、23d上，形成著由透光率低的氮化硅構成的蓋層21、24。因此，根據(jù)本變化例，可以提高 遮光性能。而且，上述實施方式說明了將本發(fā)明應用于CMOS圖像傳感器的情況，但本發(fā)明不 限于此，當然可以應用于使用了 Cu布線的其他傳感器、半導體器件。對于相關領域的技術人員可以容易地發(fā)現(xiàn)其額外的優(yōu)點，并進行修改，因此，本發(fā) 明在廣義上并不僅限于在此所述的具體情況和實施方式。因此，依照上述內容進行的各種 修改都不脫離本意旨或者在附屬的權力要求所定義的發(fā)明范圍內。
權利要求
一種半導體攝像器件，其特征在于，包括像素區(qū)域，配置了多個光電轉換元件；電路區(qū)域，配置在上述像素區(qū)域的周邊；銅布線，配置在上述像素區(qū)域和上述電路區(qū)域；及蓋層；配置在上述銅布線上；上述像素區(qū)域和上述電路區(qū)域的上述銅布線上以外的上述蓋層被去除。
2.如權利要求1所述的半導體攝像器件，其中， 上述蓋層由氮化硅膜構成。
3.如權利要求1所述的半導體攝像器件，其中， 上述蓋層僅形成在銅布線上。
4.如權利要求1所述的半導體攝像器件，其中，上述像素區(qū)域的暗期特性和上述電路區(qū)域的暗期特性被設定為基本相等。
5.如權利要求1所述的半導體攝像器件，其中，上述電路區(qū)域包括偽像素區(qū)域、黑標準區(qū)域和邏輯電路區(qū)域。
6.如權利要求1所述的半導體攝像器件，其中， 上述電路區(qū)域具有光電轉換元件，上述電路區(qū)域的上述銅布線具有在上述光電轉換元件上的第1絕緣膜上形成的第1、 第2銅布線和在上述第1、第2銅布線上的第2絕緣膜上形成的第3、第4銅布線，上述第1、第2銅布線之間的第1區(qū)域形成在與上述第3、第4銅布線之間的第2區(qū)域 不同的位置。
7.一種半導體攝像器件的制造方法，其特征在于，包括在半導體基板的像素區(qū)域和電路區(qū)域內形成多個光電轉換元件，上述電路區(qū)域配置在 上述像素區(qū)域的周邊；在上述像素區(qū)域和電路區(qū)域上形成第1絕緣膜；在與上述像素區(qū)域和電路區(qū)域相對應的上述第1絕緣膜上形成銅布線；及 在上述銅布線上形成蓋層，上述像素區(qū)域和上述電路區(qū)域的上述銅布線上以外的上述 蓋層被去除。
8.如權利要求7所述的半導體攝像器件的制造方法，其中，上述銅布線形成在上述像素區(qū)域和電路區(qū)域的除上述光電轉換元件之外的區(qū)域。
9.如權利要求7所述的半導體攝像器件的制造方法，其中， 上述蓋層由氮化硅膜構成。
10.如權利要求7所述的半導體攝像器件的制造方法，其中， 上述蓋層僅形成在銅布線上。
11.如權利要求7所述的半導體攝像器件的制造方法，其中， 使用氫氣對上述半導體基板進行熱處理。
12.如權利要求7所述的半導體攝像器件的制造方法，其中，上述像素區(qū)域的暗期特性和上述電路區(qū)域的暗期特性被設定為基本相等。
13.如權利要求7所述的半導體攝像器件的制造方法，其中， 上述電路區(qū)域包括偽像素區(qū)域、黑標準區(qū)域和邏輯電路區(qū)域。
14.如權利要求7所述的半導體攝像器件的制造方法，其中， 上述電路區(qū)域具有光電轉換元件，上述電路區(qū)域的上述銅布線具有在上述光電轉換元件上的第1絕緣膜上形成的第1、 第2銅布線和在上述第1、第2銅布線上的第2絕緣膜上形成的第3、第4銅布線，上述第1、第2銅布線之間的第1區(qū)域形成在與上述第3、第4銅布線之間的第2區(qū)域 不同的位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導體攝像器件及其制造方法。在像素區(qū)域配置多個光電轉換元件。電路區(qū)域配置在像素區(qū)域的周邊。銅布線配置在像素區(qū)域和電路區(qū)域。蓋層配置在銅布線上，像素區(qū)域和電路區(qū)域的銅布線上以外的蓋層被去除。
文檔編號H01L27/146GK101901820SQ20101013300
公開日2010年12月1日 申請日期2010年3月10日 優(yōu)先權日2009年5月28日
發(fā)明者小池英敏 申請人:株式會社東芝