專利名稱：固態(tài)成像裝置及其制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種具有用于阻止金屬擴散的擴散阻止膜的固態(tài)成像裝置，所述金屬構(gòu)成了在其中形成有多個光電變換器(photoelectric transducer)的半導體襯底上或上方所形成的連線。本發(fā)明還涉及該固態(tài)成像裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著半導體集成電路變得更加細微，越來越多地使用銅(Cu)連線，這促進了Cu布線工藝的發(fā)展。通過具有高生產(chǎn)效率的金屬鑲嵌(damascene)工藝來進行Cu連線的形成。
根據(jù)金屬鑲嵌工藝，線路層間膜通過化學氣相沉積(CVD)工藝或涂敷工藝(application process)形成并被干蝕刻，從而形成用于溝槽和通孔的開口。然后，通過例如濺射、CVD或鍍敷(plating)，在所述開口中埋入金屬，比如Cu、W、Al、Ag、Ta、TaN、Ti或TiN，并通過化學機械拋光(CMP)來去除過剩的金屬。然后在被拋光的表面上形成由氮化硅、碳化硅等構(gòu)成的擴散阻止膜以提供覆蓋(capping)。當需要多層Cu布線結(jié)構(gòu)時，重復這一過程。
擴散阻止膜是在CMP之后沉積的膜，以防止金屬連線的金屬擴散。線路層間膜是用于形成穿通孔(through hole)的膜，所述穿通孔將不同層的金屬連線彼此連接，將柵電極連接到不同層的金屬連線，將金屬連線連接到半導體襯底，等等。
所述線路層間膜和所述擴散阻止膜通常由不同的材料構(gòu)成，因為它們的目標特性是不同的。例如，在線路層間膜中使用具有低介電常數(shù)的材料以減小相對于相鄰連線的電容。相反，需要擴散阻止膜來阻止連線的金屬通過線路層間膜移動到半導體襯底中的晶體管部分中，由此防止特性的劣化，比如泄漏電流、白斑、黑斑等。
如上所述，線路層間膜和擴散阻止膜通常由不同的材料構(gòu)成并表現(xiàn)出不同的光學特性。例如，線路層間膜由氧化硅構(gòu)成并具有約1.6的折射率。相反，擴散阻止膜由氮化硅構(gòu)成并具有約2.0的折射率。
取決于在具有不同折射率的膜之間的界面處的入射角，光被部分地或者被全反射。在具有通過金屬鑲嵌工藝形成的Cu連線的固態(tài)成像裝置中，入射光由于線路層間膜與擴散阻止膜之間折射率的差異而被反射。這不利地導致了到達傳感器、即比如光電二極管的光電變換器的光的量減小。
日本未審專利申請公開No.2003-324189公開了一種固態(tài)成像裝置，其中，通過選擇性地去除從厚度方向或襯底所觀察的覆蓋半導體襯底中的傳感器的區(qū)域中的Cu擴散阻止膜、然后在該區(qū)域中埋入一種膜，來避免由于線路層間膜與擴散阻止膜之間折射率的差異所致的光的反射。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)日本未審專利申請公開No.2003-324189所公開的固態(tài)成像裝置，在于線路層間膜上沉積Cu擴散阻止膜之后，需要選擇性地去除覆蓋傳感器的Cu擴散阻止膜的步驟以及在被去除的區(qū)域中填埋新膜的步驟，不利地導致了步驟數(shù)目的增加。而且，因為覆蓋傳感器的層的厚度從一個單元到另一單元不同，所以選擇性去除擴散阻止膜會導致被反射和/或透射的光量的變化以及傳感器不一致的靈敏度。
本發(fā)明基于上述情況而提出。優(yōu)選的是減小由于線路層間膜與擴散阻止膜之間折射率的差異所致的光反射，而無需選擇性地去除覆蓋傳感器的擴散阻止膜。還優(yōu)選的是，提供一種固態(tài)成像裝置以及該固態(tài)成像裝置的制造方法，在該成像裝置中，防止了金屬連線的金屬擴散到半導體襯底中。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種固態(tài)成像裝置，包括半導體襯底；設置在所述半導體襯底上或上方的一個或多個線路層間膜；以及，嵌入在所述線路層間膜中的一個或多個金屬連線。所述一個或多個線路層間膜由防止所述金屬連線擴散的擴散阻止材料構(gòu)成并彼此鄰接。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種固態(tài)成像裝置的制造方法，該方法包括在半導體襯底上或上方形成一個或多個線路層間膜；以及，在所述一個或多個線路層間膜中分別形成一個或多個金屬連線，使所述金屬連線嵌入在所述線路層間膜中。所述一個或多個線路層間膜由防止所述金屬連線擴散的擴散阻止材料構(gòu)成并彼此鄰接。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，提供了一種固態(tài)成像裝置，包括半導體襯底；用于防止在所述半導體襯底和將要形成的金屬連線之間產(chǎn)生電容的層間絕緣膜，所述層間絕緣膜設置在所述半導體襯底上或上方；設置在所述層間絕緣膜上或上方的一個或多個線路層間膜；以及，分別嵌入在所述一個或多個線路層間膜中的一個或多個金屬連線。在所述一個或多個線路層間膜中，最靠近所述半導體襯底的線路層間膜，或者該最靠近所述半導體襯底的線路層間膜和一個或多個順序沉積的線路層間膜，由防止所述金屬連線擴散的擴散阻止材料形成。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，提供了一種固態(tài)成像裝置的制造方法，該方法包括層間絕緣膜形成步驟，在半導體襯底上或上方形成層間絕緣膜從而防止在所述半導體襯底和將要形成的金屬連線之間產(chǎn)生電容；以及，金屬連線層形成步驟，包括在所述層間絕緣膜形成步驟中所形成的所述層間絕緣膜上或上方形成一個或多個線路層間膜，然后在每個線路層間膜中形成金屬連線使得所述金屬連線嵌入在所述線路層間膜中。在所述一個或多個線路層間膜中，最靠近所述半導體襯底的線路層間膜，或者該最靠近所述半導體襯底的線路層間膜和一個或多個順序沉積的線路層間膜，由防止所述金屬連線擴散的擴散阻止材料形成。
根據(jù)本發(fā)明的再一實施例，提供了一種固態(tài)成像裝置，包括半導體襯底；用于防止在所述半導體襯底和將要形成的金屬連線之間產(chǎn)生電容的層間絕緣膜，所述層間絕緣膜設置在所述半導體襯底上或上方；用于防止來自所述金屬連線的擴散的擴散阻止膜，該擴散阻止膜形成在所述層間絕緣膜上或上方；設置在所述層間絕緣膜上或上方的一個或多個線路層間膜；以及，設置在所述一個或多個線路層間膜中的一個或多個金屬連線，使得所述金屬連線嵌入在所述線路層間膜中。所述一個或多個線路層間膜彼此鄰接。
根據(jù)本發(fā)明的再一實施例，提供了一種固態(tài)成像裝置的制造方法，該方法包括層間絕緣膜形成步驟，在半導體襯底上或上方形成層間絕緣膜從而防止在所述半導體襯底和將要形成的金屬連線之間產(chǎn)生電容；擴散阻止膜形成步驟，形成用于防止所述金屬連線擴散的擴散阻止膜，該擴散阻止膜形成在所述層間絕緣膜形成步驟中所形成的所述層間絕緣膜上或上方；以及，金屬連線層形成步驟，包括在所述層間絕緣膜形成步驟中所形成的所述層間絕緣膜上或上方形成一個或多個線路層間膜，然后在所述一個或多個線路層間膜中分別形成一個或多個金屬連線使得所述金屬連線嵌入在所述線路層間膜中。所述一個或多個線路層間膜彼此鄰接。


圖1是示出了根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像裝置及其制造方法的剖面圖；圖2是示出了根據(jù)第二實施例的固態(tài)成像裝置及其制造方法的剖面圖；圖3是示出了根據(jù)第三實施例的固態(tài)成像裝置及其制造方法的剖面圖；以及圖4是示出了根據(jù)第四實施例的固態(tài)成像裝置及其制造方法的剖面圖。
具體實施例方式
其中形成有金屬連線并覆蓋半導體襯底的線路層間膜由相同的擴散阻止材料來形成。更具體而言，最靠近半導體襯底的線路層間膜，或者，該最靠近的線路層間膜和順序沉積在該最靠近線路層間膜上的一個或多個線路層間膜，可以由相同的擴散阻止材料形成。可選擇地，擴散阻止膜可以設置在線路層間膜之下。
第一實施例現(xiàn)將參照附圖描述固態(tài)成像裝置及其制造方法。
圖1是根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像裝置及其制造方法的剖面圖。
如圖1所示，第一實施例的固態(tài)成像裝置包括包括傳感器2的硅(Si)襯底1，該傳感器2是比如光電二極管的光電變換器；以及，堆疊在Si襯底1上的金屬連線51、52和53。在Si襯底1上設置有層間絕緣膜3，其用于防止在Si襯底1與金屬連線51、52和53之間產(chǎn)生電容，線路層間膜41、42和43依次形成在層間絕緣膜3上。在線路層間膜43上設置有保護膜8。
濾色器和片上透鏡(on-chip lens)設置在保護膜8上，但沒有在圖中示出，因為它們并不與本發(fā)明直接相關。
在層間絕緣膜3中形成有柵電極和相關部件(未示出)。通過雙金屬鑲嵌工藝形成的金屬連線51、52和53分別嵌入在線路層間膜41、42和43中。金屬連線51、52和53均由例如Cu、W、Al、Ag、Ta、TaN、Ti或TiN構(gòu)成。用于將金屬連線51、52和53與Si襯底1相連的接觸插塞7形成在線路層間膜41和層間絕緣膜3中。金屬連線51、52和53分別嵌入在線路層間膜41、42和43中，其間具有阻擋膜61、62和63。阻擋膜61、62和63由防止來自金屬連線51、52和53的擴散的擴散阻止材料構(gòu)成。這樣的材料的實例包括鉭和氮化鉭。金屬連線52與相應層的通孔52A整體地結(jié)合(integrally combined)，并且金屬連線53與相應層的通孔53A整體地結(jié)合。
層間絕緣膜3，線路層間膜41、42和43以及保護膜8由相同的擴散阻止材料構(gòu)成，比如氮化硅或碳化硅，該擴散阻止材料防止來自金屬連線51、52和53的擴散。
在第一實施例中，層間絕緣膜3，線路層間膜41、42和43以及保護膜8由相同的擴散阻止材料構(gòu)成。因此，能夠減小由于線路層間膜與擴散阻止膜之間折射率的差異所致的光的反射，并能夠抑制入射光量的減小。并且，線路層間膜41、42和43以及保護膜8防止了來自金屬連線51、52和53的擴散。此外，不再需要現(xiàn)有技術(shù)中所必須的對于覆蓋傳感器2的擴散阻止膜的選擇性去除。因此，沒有增加步驟的數(shù)目，并且能夠抑制生產(chǎn)效率的降低和成本的增加。
當保護膜8由與例如氮化硅或碳化硅的擴散阻止材料不同的材料、比如氧化硅制成時，從金屬連線53的頂面有可能發(fā)生來自金屬連線53的擴散，而向線路層間膜43中的擴散得以防止。以這種方式，僅存在一個具有不同折射率的層之間的界面，即，線路層間膜43與保護膜8之間的界面。因此，與其中每一金屬連線都設置有擴散阻止膜以進行覆蓋的過去的情況相比，能夠減小被反射的光量，同時防止從金屬連線向Si襯底1中的擴散。
層間絕緣膜3防止了Si襯底1與金屬連線51、52和53之間的電容的產(chǎn)生。層間絕緣膜3和線路層間膜41可以整體地形成為一個部件。
由于線路層間膜41、42和43由相同的擴散阻止材料構(gòu)成，所以可以省略阻擋膜61、62和63的形成。
第二實施例圖2是示出了根據(jù)第二實施例的固態(tài)成像裝置及其制造方法的剖面圖。
如圖2所示，第二實施例的固態(tài)成像裝置及其制造方法與圖1所示的第一實施例的不同之處在于，盡管線路層間膜41、42和43由比如氮化硅或碳化硅的相同的擴散阻止材料構(gòu)成，但層間絕緣膜3和保護膜8由與該擴散阻止材料不同的材料構(gòu)成。例如，層間絕緣膜3和保護膜8由氧化硅構(gòu)成。
根據(jù)第二實施例的結(jié)構(gòu)，盡管從頂表面發(fā)生金屬連線53的擴散，但防止了到線路層間膜43中的擴散。
而且，僅存在兩個具有不同折射率的層之間的界面，即，層間絕緣膜3與線路層間膜41之間的界面以及線路層間膜43與保護膜8之間的界面。因此，與其中每一金屬連線都設置有擴散阻止膜以進行覆蓋的過去的情況相比，能夠減小被反射的光量同時防止從金屬連線向Si襯底1中的擴散。
第三實施例圖3是示出了根據(jù)第三實施例的固態(tài)成像裝置及其制造方法的剖面圖。
如圖3所示，第三實施例的固態(tài)成像裝置及其制造方法與圖1所示的第一實施例的不同之處在于，在線路層間膜41、42和43中，最下層的線路層間膜、即線路層間膜41由與第一實施例中所使用的相同的擴散阻止材料(氮化硅或碳化硅)構(gòu)成，而線路層間膜42和43、層間絕緣膜3以及保護膜8由與所述擴散阻止材料不同的例如氧化硅的材料構(gòu)成。
根據(jù)第三實施例，盡管金屬連線51、52和53從頂表面擴散，但防止了到線路層間膜41中的擴散。
而且，僅存在兩個具有不同折射率的層之間的界面，即，層間絕緣膜3與線路層間膜41之間的界面以及線路層間膜41與42之間的界面。因此，與其中每一金屬連線都設置有擴散阻止膜以進行覆蓋的過去的情況相比，能夠減小被反射的光量同時防止從金屬連線向Si襯底1中的擴散。
在線路層間膜41、42和43中，線路層間膜41和42可以由相同的擴散阻止材料制成。換言之，通過利用相同的擴散阻止材料來形成最靠近Si襯底的一個線路層間膜、或者包括該最靠近的膜和與該最靠近的膜相鄰的一個或多個線路層間膜的順序沉積的線路層間膜，可以將具有不同折射率的層之間界面的數(shù)目減少至兩個。
第四實施例圖4是示出了根據(jù)第四實施例的固態(tài)成像裝置及其制造方法的剖面圖。
如圖4所示，第四實施例的固態(tài)成像裝置及其制造方法與第一至第三實施例的相同之處在于，金屬連線51、52和53依次形成在具有傳感器2的Si襯底1上，所述傳感器2是諸如光電二極管的光電變換器，而不同之處在于，設置擴散阻止膜40從而將層間絕緣膜3與其中嵌入有金屬連線51、52和53的線路層間膜41、42和43分開。
層間絕緣膜3形成在Si襯底1上以防止在Si襯底1與金屬連線51、52和53之間產(chǎn)生電容，并且在層間絕緣膜3上形成有由氮化硅或碳化硅構(gòu)成的擴散阻止膜40。線路層間膜41形成在擴散阻止膜40上，線路層間膜42形成在線路層間膜41上，線路層間膜43形成在線路層間膜42上，并且保護膜8形成在線路層間膜43上。
層間絕緣膜3，線路層間膜41、42和43以及保護膜8由例如氧化硅的相同的材料構(gòu)成，該材料與構(gòu)成擴散阻止膜40的材料不同。
根據(jù)第四實施例，盡管金屬連線51、52和53從頂表面擴散，但防止了到擴散阻止膜40中的擴散。
而且，僅存兩個在具有不同折射率的層之間的界面，即，層間絕緣膜3與擴散阻止膜40之間的界面以及擴散阻止膜40與線路層間膜41之間的界面。因此，與其中每一金屬連線都設置有擴散阻止膜以進行覆蓋的過去的情況相比，能夠減小被反射的光量同時防止從金屬連線向Si襯底1中擴散。
本領域技術(shù)人員應理解的是，取決于設計需要和其他因素，只要其在權(quán)利要求或權(quán)利要求的等同物的范圍內(nèi)，可以進行各種修改、組合、子組合和變更。
本發(fā)明包含與2004年12月10日在日本專利局提交的日本專利申請JP2004-357602相關的主題，其全部內(nèi)容在此引入作為參考。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像裝置，包括半導體襯底；設置在所述半導體襯底上或上方的一個或多個線路層間膜；以及嵌入在所述線路層間膜中的一個或多個金屬連線，其中，所述一個或多個線路層間膜由防止所述金屬連線擴散的擴散阻止材料構(gòu)成，并且其中，所述一個或多個線路層間膜彼此鄰接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述擴散阻止材料包括氮化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述擴散阻止材料包括碳化硅。
4.一種固態(tài)成像裝置的制造方法，該方法包括在半導體襯底上或上方形成一個或多個線路層間膜；以及在所述一個或多個線路層間膜中分別形成一個或多個金屬連線，使所述金屬連線嵌入在所述線路層間膜中，其中，所述一個或多個線路層間膜由防止所述金屬連線擴散的擴散阻止材料構(gòu)成，并且其中，所述一個或多個線路層間膜彼此鄰接。
5.一種固態(tài)成像裝置，包括半導體襯底；用于防止在所述半導體襯底和將要形成的金屬連線之間產(chǎn)生電容的層間絕緣膜，所述層間絕緣膜設置在所述半導體襯底上或上方；設置在所述層間絕緣膜上或上方的一個或多個線路層間膜；以及分別嵌入在所述一個或多個線路層間膜中的一個或多個金屬連線，其中，在所述一個或多個線路層間膜中，最靠近所述半導體襯底的線路層間膜，或者該最靠近所述半導體襯底的線路層間膜和一個或多個順序沉積的線路層間膜，由防止所述金屬連線擴散的擴散阻止材料構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述層間絕緣膜由所述擴散阻止材料構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述擴散阻止材料包括氮化硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述擴散阻止材料包括碳化硅。
9.一種固態(tài)成像裝置的制造方法，該方法包括層間絕緣膜形成步驟，在半導體襯底上或上方形成層間絕緣膜從而防止在所述半導體襯底和將要形成的金屬連線之間產(chǎn)生電容；以及金屬連線層形成步驟，包括在所述層間絕緣膜形成步驟中所形成的所述層間絕緣膜上或上方形成一個或多個線路層間膜，然后在每個線路層間膜中形成金屬連線使得所述金屬連線嵌入在所述線路層間膜中，其中，在所述一個或多個線路層間膜中，最靠近所述半導體襯底的線路層間膜，或者該最靠近所述半導體襯底的線路層間膜和一個或多個順序沉積的線路層間膜，由防止所述金屬連線擴散的擴散阻止材料構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述層間絕緣膜由所述擴散阻止材料構(gòu)成。
11.一種固態(tài)成像裝置，包括半導體襯底；用于防止在所述半導體襯底和將要形成的金屬連線之間產(chǎn)生電容的層間絕緣膜，所述層間絕緣膜設置在所述半導體襯底上或上方；用于防止來自所述金屬連線的擴散的擴散阻止膜，該擴散阻止膜形成在所述層間絕緣膜上或上方；設置在所述層間絕緣膜上或上方的一個或多個線路層間膜；以及設置在所述一個或多個線路層間膜中的一個或多個金屬連線，所述金屬連線嵌入在所述線路層間膜中，其中所述一個或多個線路層間膜彼此鄰接。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述擴散阻止膜由氮化硅構(gòu)成。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述擴散阻止膜由碳化硅構(gòu)成。
14.一種固態(tài)成像裝置的制造方法，該方法包括層間絕緣膜形成步驟，用于在半導體襯底上或上方形成層間絕緣膜從而防止在所述半導體襯底和將要形成的金屬連線之間產(chǎn)生電容；擴散阻止膜形成步驟，形成用于防止所述金屬連線的擴散的擴散阻止膜，該擴散阻止膜形成在所述層間絕緣膜形成步驟中所形成的所述層間絕緣膜上或上方；以及金屬連線層形成步驟，包括在所述層間絕緣膜形成步驟中所形成的所述層間絕緣膜上或上方形成一個或多個線路層間膜，然后在所述一個或多個線路層間膜中分別形成一個或多個金屬連線使得所述金屬連線嵌入在所述線路層間膜中，其中所述一個或多個線路層間膜彼此鄰接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種固態(tài)成像裝置，包括半導體襯底；設置在所述半導體襯底上或上方的一個或多個線路層間膜；以及，嵌入在所述線路層間膜中的一個或多個金屬連線。所述一個或多個線路層間膜由防止所述金屬連線擴散的擴散阻止材料構(gòu)成。
文檔編號H04N5/369GK1787221SQ20051012948
公開日2006年6月14日 申請日期2005年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月10日
發(fā)明者武田健 申請人:索尼株式會社