专利名称：形成图像传感器的金属线的方法
技术领域：
本发明涉及形成图像传感器的金属线的方法。
背景技术：
CMOS图像传感器是嵌有集成电路的半导体器件，其通常具有数十万至数百万像素 以将光能转化为电信号，使得在图像传感器中将人或者物的原始影像转化为电信号。
图1是显示根据相关技术的图像传感器的结构的图。 参考图l，半导体衬底ll中形成有光电二极管PD，其上形成有多层金属线结构，所 述多层金属线结构包括多个层间介电层ILD1、 MD1、 MD2、 MD3和ILD2，以及层间介电层 内的金属线M1、M2、M3和M4。 滤色器层20在最上面的层间介电层ILD2上形成以对应于PD，微透镜30在滤色器 层20上形成，其也对应于PD。 蚀刻停止层12通常在金属线和层间介电层之间形成为层状，用于实施形成金属 线和连接金属线的通路的双镶嵌工艺。 例如，当金属线包括铜时，通过双镶嵌工艺形成通路和金属线。与铝互连相比，可 更容易地减小铜互连的厚度，所以与铝互连相比铜互连得到更广泛的应用。因此，随着图像 传感器变得更加高度集成，而且持续地包括大量金属线和层间介电层，当形成微透镜时铜 互连可有利地改善微透镜和光电二极管之间的距离。 此外，因为在通过双镶嵌工艺形成铜线中使用的蚀刻停止层可包括透光特性不如 用于绝缘层的二氧化硅(Si02)的氮化硅(Si3N4)或碳化硅(SiC)，所以光特性可劣化。
换言之，氮化硅和碳化硅的折射率分别为约2. 1和约2. 4。因此，如果在由折射率 为约1. 5的二氧化硅形成的绝缘层之间形成具有高折射率的蚀刻停止层时，光被大量金属 线层(由于大量蚀刻停止层)反射，使得光损失增加。
发明内容
本发明的实施方案提供形成金属线的方法，能够改善光电二极管光接收特性。
根据一个实施方案，一种形成金属线的方法包括制备具有第一金属线的半导体
衬底，对第一金属线实施氧化工艺，实施氧化物移除工艺以移除在氧化工艺中产生的氧化
物，仅仅在金属线上形成蚀刻停止层，在包括蚀刻停止层的第一金属线上形成层间介电层，
在层间介电层上形成镶嵌图案，和在镶嵌图案中形成与第一金属线相连的第二金属线。 在一个实施方案中，用于第一金属线的氧化工艺包括使用包含氧的溶液的过氧化
氢处理工艺。 在另一实施方案中，氧化物移除工艺通过使用草酸(HOOC-COOH)溶液而实施。
图1是显示根据相关技术的图像传感器的结构的图；禾口
图2 8是说明根据一个实施方案形成图像传感器的金属线的方法的截面图。
具体实施例方式
以下，将参考附图详细描述形成图像传感器的金属线的方法的实施方案。 在实施方案的描述中，应理解，当层(或膜)称为在另一层或衬底"上"时，其可直
接在所述另一层或衬底上，或者也可存在中间层。此外，应理解，当层被称为在另一层"下"
时，其可以直接在所述另一层下，或者也可存在一个或更多个中间层。另外，也应理解，当层
被称为在两层"之间"时，其可以是在所述两层之间仅有的层，或也可存在一个或更多个中间层。 应理解，本发明实施方案的附图和描述已经进行简化以说明与清楚理解本发明相关的元件，而为了简洁的目的，将公知的其它元件省略。本领域技术人员应理解，为了实施本发明，其它元件可以是期望的和/或需要的。然而，由于这样的元件为本领域所公知，并且由于它们并不有利于更好地理解本发明，所以本发明中没有提供这样的元件的描述。
参考图2，可制备具有多个半导体结构(未显示)的半导体衬底101，并且在半导体衬底101上沉积第一层间介电层110。第一层间介质层110可包括硼磷硅酸盐玻璃(BPGS)、磷硅酸盐玻璃(PSG)、未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)、氟代硅酸盐玻璃(FSG)、 Si(^层或者通过将Si(^与氢(H)、氟(F)或者碳(C)结合而形成的氧化物层。
半导体衬底101的半导体结构可包括但不限于光电二极管、晶体管、结层、导电层和绝缘层，并可通过本领域技术人员公知的技术形成。 在形成第一层间介质层110之后，可另外实施平坦化工艺。平坦化工艺可为化学机械抛光(CMP)技术。 然后通过光刻工艺使第一层间介质层110图案化，由此形成接触孔(未显示)和接触孔上的沟槽。半导体结构之一的顶表面可通过接触孔暴露。在这种情况下，在与光电二极管非重叠区处形成接触孔和沟槽。通过在与光电二极管非重叠区处形成用于通路的接触孔和用于金属线的沟槽，可抑制从外部入射到光电二极管上的光受到在接触孔和沟槽中形成的金属层的影响。 沿着包含接触孔和沟槽的半导体结构的整个顶表面的台阶形成第一阻挡层115。第一阻挡层115可包括以下中的至少一种钽(Ta)、氮化钽(TaN)、碳化钽(TaC)、氮化钽铝(TaAlN)、氮化钽硅(TaSiN)、硅化钽(TaSi2)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)、氮化钛硅(TiSiN)、氮化鸨(WN)、氮化鸨硼(WBN)、碳化鸨(WC)、钴(Co)、硅化钴(CoSi》、或者它们中的至少两层的堆叠结构。如果第一阻挡层115具有Ti/TiN的堆叠结构，则Ti层可用作粘附层。这是因为TiN层由于较差的粘合性而与下层的粘合强度低。 根据一个实施方案，第一阻挡层115可通过例如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)或者原子层沉积(ALD)来沉积。此后，可在具有第一阻挡层115的所得结构上形成第一金属线120。 优选地，沉积用于第一金属线120的材料使得在接触孔中不产生空隙。用于第一金属线120的材料可通过例如CVD、PVD、ALD、化学镀技术或者电镀技术而沉积。
金属线120可由导电金属材料形成。金属线120可包括铝(Al)、鸨(W)、铜(Cu)或者铂(Pt)。同时，在一个实施方案中，沉积用于第一金属线120的导电金属材料之前，可在接触孔中沉积籽层(seed layer)。籽层可包括Cu或者Cu的合金。Cu的合金可包括但不限于镁(Mg)、锡(Sn)、Al、钯(Pd)、Ti、铌(Nb)、铪(Hf)、锆(Zr)、锶(Sr)、锰(Mn)、镉(Cd)、锌(Zn)或者银(Ag)。 此后，参考图3，第一金属线120的上部可通过氧化工艺而氧化。 例如，用于第一金属互连120的氧化工艺可包括使用包含氧的溶液的处理工艺。
通过氧化工艺，氧化铜(铜氧化物)层121形成为从第一金属线120的顶表面开始计的预
定深度。 氧化工艺可为使用H202溶液的过氧化氢处理工艺。 此后，参考图4，铜氧化物层121通过氧化物移除工艺从第一金属线120的顶表面移除。 氧化物移除工艺可通过将草酸倾倒在半导体衬底101上而实施。在一个具体的实施方案中，浓度为0. 1%的H00C-C00H溶液可以以1. Olsccm的流量倾倒到旋转的半导体衬底101上，持续30秒钟。H00C-CC0H不与铜形成结合至金属的配合物，而与铜氧化物形成螯合物。为此，H00C-C00H可溶解铜氧化物121而不损伤未氧化的铜层的表面。
因此，在不损伤第一金属线120的主体情况下，铜氧化物层121被氧化，使得在第一金属线120和第一层间介电层110之间产生具有预定深度的台阶111，如图4所示。
根据铜氧化物层121的厚度，可调节H00C-C00H的使用量以及倾倒H00C-C00H的时间。 参考图5，在已经移除铜氧化物层121的区域上沉积第一蚀刻停止层130。第一蚀刻停止层130可防止第一金属线120在后续工艺中形成通孔时受到损伤。第一蚀刻停止层130可包括具有导电性和对氧化物层具有高蚀刻选择性的氮化物基材料。第一蚀刻停止层130可通过例如PVD技术、CVD技术或者ALD技术沉积。 对蚀刻停止层130的上部实施平坦化工艺，使得蚀刻停止层130填充在移除铜氧化物121的区域中，如附图所示。 然后，如图6所示，在具有第一蚀刻停止层130的半导体衬底101上沉积第二层间介电层140。第二层间介电层140可通过使用和第一层间介电层IIO相同的材料形成为单层结构或者叠层结构。 将参考图6和7描述双镶嵌工艺。例如，可对第二层间介电层140实施双镶嵌工艺以在第二层间介电层140中形成通孔141和沟槽142。 详细地，根据一个实施方案，使用在第二层间介电层140上形成的光刻胶图案(未显示)作为蚀刻掩模，通过蚀刻第二层间介电层140可在第二层间介电层140中形成通孔141。此时可蚀刻第二层间介电层140和第一蚀刻停止层130的一部分。因此，形成通孔141以暴露第一金属线120的一部分。 参考图7，使用在第二层间介电层140上形成的第二光刻胶图案(未显示)作为蚀刻掩模，通过蚀刻第二层间介电层140，可在通孔141上形成宽度宽于通孔141的宽度的沟槽142。 在上述蚀刻工艺中使用的光刻胶图案可通过灰化工艺(ashingprocess)或者凹陷工艺而移除。 此后，参考图8，在通孔141和沟槽142中形成第二阻挡层150。
第二阻挡层150可通过使用和第一阻挡层115相同的材料形成为单层结构或者叠层结构。 然后，在形成有第二阻挡层150的通孔141和沟槽142中形成第二金属线160。
此后，实施已经参考图3 5描述的形成铜氧化物层的氧化工艺和移除铜氧化物层的氧化物移除工艺，以形成第二蚀刻停止层170，如图8所示。 如上所述，根据实施方案，蚀刻停止层不在从外部至光电二极管的光入射路径上
形成，而仅仅在金属线的上部形成，使得光可稳定地从微透镜传输至光电二极管。 在本说明书中对〃 一个实施方案〃 、 〃 实施方案〃 、 〃 示例性实施方案〃 等的任
何引用，表示关于所述实施方案描述的具体的特征、结构或特性包含于本发明的至少一个
实施方案中。在说明书不同地方出现的这些措词不必都涉及相同的实施方案。此外，当结合
任何实施方案描述具体的特征、结构或特性时，认为关于其它的实施方案来实现这种特征、
结构或特性均在本领域技术人员的范围之内。 尽管已经参考其许多说明性的实施例描述了实施方案，但是很清楚，本领域技术人员可以知道很多的其它改变和实施方案，这些也在本公开的原理的精神和范围内。更具体地，在说明书、附图和所附的权利要求的范围内，在本发明主题组合排列的构件和/或设置中可能具有各种的变化和改变。除构件和/或设置的变化和改变之外，对本领域技术人员而言，可替代的用途也会是显而易见的。
权利要求
一种形成金属线的方法，包括制备具有第一金属线的半导体衬底；对所述第一金属线实施氧化工艺；实施氧化物移除工艺以移除在所述氧化工艺中产生的所述第一金属线的氧化物；在所述金属线上形成蚀刻停止层；在包含所述蚀刻停止层的所述第一金属线上形成层间介电层，和在所述层间介电层上形成镶嵌图案；和在所述镶嵌图案中形成与所述第一金属线相连的第二金属线。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中对所述第一金属线实施所述氧化工艺包括使用包含氧的溶液。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中使用所述包含氧的溶液包括使用过氧化氢(H202)溶液。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中实施所述氧化物移除工艺包括使用与氧化铜形成螯合物的溶液。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述溶液是草酸(H00C-C00H)溶液。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻停止层形成为仅仅填充已经移除所述金属线的氧化物的区域。
全文摘要
本发明公开了一种形成金属线的方法，特别是形成图像传感器的金属线的方法。所述方法包括制备具有第一金属线的半导体衬底，对第一金属线实施氧化工艺，实施氧化物移除工艺以移除氧化工艺中产生的氧化物，在金属线上形成蚀刻停止层，在第一金属线上形成层间介电层，在层间介电层上形成镶嵌图案，和在镶嵌图案中形成与第一金属线相连的第二金属线。用于第一金属线的氧化工艺可包括使用包含氧的溶液的过氧化氢处理工艺。氧化物移除工艺可通过使用草酸(HOOC-COOH)溶液实施。
文档编号H01L21/70GK101740486SQ20091020934
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月4日 优先权日2008年11月7日
发明者金相喆 申请人:东部高科股份有限公司