在图像传感器中形成金属互连的方法

专利名称：在图像传感器中形成金属互连的方法
技术领域：
本发明涉及制造图像传感器的方法，更具体而言，涉及在图像传感器中形成金属互连的方法。
背景技术：
图像传感器是将一维或二维或更高维的光学图像转换成电信号的装置。图像传感器主要分为摄像管和固态图像传感器。摄像管已经广泛用于层、控制、识别等，使用基于电视的图像处理技术，并且已经开发了其应用技术。对于当前进入市场的固态图像传感器，有金属氧化物半导体(MOS)图像传感器和电荷耦合器件(CCDs)。
CMOS图像传感器使用CMOS制造技术将光学图像转换成电信号，并使用开关方式利用MOS晶体管一个接一个地检测输出，其中构造的所述晶体管数与像素数一样多。具体而言，CMOS图像传感器的优点是驱动模式简单，可以实施各种扫描方式，并且可以将信号处理电路集成到单个芯片中，这可以使芯片微型化。另外，由于使用兼容的CMOS技术，CMOS图像传感器便宜并且功率消耗低。
近来，为了减少噪音，已经进行各种尝试来减少图像传感器制造中金属互连之间的层间厚度。其中之一是使用嵌入式工艺形成铜(Cu)互连。原因是铜具有良好的互连特性，因为铜的电导率比铝(Al)大因而厚度相对小。
在使用铜互连制造图像传感器的方法中，在垫整(padding)过程之后利用混合气体附加进行退火过程，以减少器件中暗电流。通常，如果在400℃或更高温度下进行退火过程可以降低暗电流特征。可以从下面Fick扩散方程理解这种特征。
C(x ，t)＝erfC(x/(4Dt)1/2)D＝D0*exp(-Ea/kT)其中D、t、C、Ea分别表示扩散系数、时间、浓度和活化能。
然而，由于铜互连的热降解可能难于在450℃或更高的温度下进行退火过程。

发明内容
本发明的实施方案涉及提供在图像传感器中形成金属互连的方法，所述方法可以保证金属互连的热稳定性并且改善暗电流特征。
根据本发明的特征，提供在图像传感器中形成金属互连的方法，所述方法包括在衬底上形成包含接触塞的第一层间介电(ILD)层；在第一ILD层上形成扩散阻挡层；进行混合气体退火；在扩散阻挡层上形成第二ILD层，蚀刻第二ILD层和扩散阻挡层来形成沟槽；形成导电层来填充所述沟槽以及使导电层平坦化来形成电连接接触塞的金属互连。


图1A-1D说明根据本发明优选实施方案在图像传感器中形成金属互连的方法的横截面图。
具体实施例方式
图1A-1D说明根据本发明优选实施方案在图像传感器中形成金属互连的方法的横截面图。参考图1A，在衬底11上形成第一层间介电(ILD)层12。在此，尽管未显示，所述衬底11包含器件隔离结构和晶体管。
选择性地蚀刻第一ILD层12来形成接触孔13。尽管未显示，光刻胶层在第一ILD层12上形成并曝光和显影以形成暴露将形成接触孔13的预定区域的光刻胶图案。通过使用光刻胶图案作为蚀刻掩模蚀刻第一ILD层形成接触孔13之后，使用氧等离子体去除光刻胶图案。
形成导电材料来填充接触孔13，此后使用第一ILD层12作为靶来使导电材料平坦化，从而形成接触塞14。在此，接触塞14可以由具有层叠的Ti/TiN双层的钨形成。
在所得的结构上形成第一扩散阻挡层15。在此，第一扩散阻挡层15可以由SiC或SiN形成。然后，在H2和N2混合气体环境下进行混合气体退火，其中H2/N2的比率为约3％-约30％。退火过程在约400℃-约600℃的高温下进行约10分钟-约3小时。
这种衬垫(pad)退火过程可以通过预先消除可能在MIM电容器的后续过程中发生的副作用来使金属-绝缘体-金属(MIM)电容器可靠性和器件可靠性最大化。
参考图1B，在第一扩散阻挡层15上形成第二ILD层16。第二ILD层16由含有氮的氟化硅酸盐玻璃形成。在使用含氮的FSG的情况下，由于FSG薄膜中包含的N-H，因此借助高氢浓度可以改善暗电流特征。其它介电材料，例如CVD SiOC低-k介电材料和旋涂式电介质(SOD)低-k介电材料可以用作第二ILD层16。
N2+SiH4+N2O+SiF4SiOF(N，NH)SiH4+SiF4+CO2SiOF(C)下面表1列出根据通过上面的公式1表示的化学反应形成的绝缘层的暗电流特征。


参考表1，包含N和NH的绝缘层代表1-20码(code)的暗电流，但是包含C的绝缘层代表15-100码的暗电流。因此，包含N和NH的绝缘层显示优异的低暗电流性能。
通过如公式1中所示混合N2、SiH4、N2O和SiF4来实施形成包含N和NH的第二ILD层16的过程。具体地，可以在下列条件下进行这个过程，压力为约0.1托-约10托，N2的流量为约300sccm-约3000sccm，N2O的流量为约400sccm-约2000sccm，SiH4的流量为约100sccm-约800sccm，SiF4的流量为约300sccm-约1000sccm。
尽管未显示，但可以额外地形成富硅的氧化物层来解决局限性，所述局限性由在形成金属互连的沟槽的曝光期间包含在第二ILD层16中的氮引起。可以形成厚度为约500-约2000的富硅的氧化物层。
蚀刻第二ILD层16来形成第一槽沟17。为此，尽管未显示，但在第二ILD层16上形成光刻胶层并将其曝光和显影，以形成暴露将形成第一槽沟17的预定区域的光刻胶图案。使用光刻胶图案作为蚀刻掩模来形成第二ILD层16和扩散阻挡层15，从而形成暴露接触塞14表面的第一槽沟17。此后，使用氧等离子体去除光刻胶图案。
形成导电材料来填充第一槽沟17。此后，使用第二ILD层16作为靶来使导电材料平坦化，从而形成第一金属互连18。在此，第一金属互连18形成为铜互连，在形成铜互连之前可以另外形成铜扩散阻挡层。
参考图1C，在包含第一金属互连18的第二ILD层16上形成第二扩散阻挡层19。第二扩散阻挡层19可以由与第一扩散阻挡层相同的材料形成，例如SiC或SiN。
在第二扩散阻挡层19上形成第三ILD层20。第三ILD层20也由类似第二ILD层16的含氮FSG形成。为此，通过混合N2、SiH4、N2O和SiF4来实施形成第三ILD层20的过程。具体地，这个过程可以在下列条件下进行，压力为约0.1托-约10托，N2的流量为约300sccm-约3000sccm，N2O的流量为约400sccm-约2000sccm，SiH4的流量为约100sccm-约800sccm，SiF4的流量为约300sccm-约1000sccm。
参考图1D，利用双嵌入式工艺使第三ILD层图案化来形成第二槽沟21。形成导电材料来填充第二沟槽。利用第三ILD层作为靶来使导电材料平坦化，从而形成通孔和第二金属互连22。第二金属互连22形成为铜互连，在形成铜互连之前可以另外形成铜扩散阻挡层。
根据本发明，在形成接触塞之后由SiC或SiN形成扩散阻挡层，然后进行退火过程。因此，可确保金属互连的热稳定性，还可以通过形成包含氮的FSG层改善暗电流特征。这使得改善金属互连的可靠性和器件可靠性成为可能。
虽然结合具体实施方案已经描述了本发明，但对那些本领域的技术人员而言显而易见的是，在不偏离下列权利要求限定的本发明精神和范围的情况下可以进行各种变化和修改。
权利要求
1.一种在图像传感器中形成金属互连的方法，所述方法包括在衬底上形成具有接触塞的第一层间介电(ILD)层；在第一ILD层上形成扩散阻挡层；进行混合气体退火；在扩散阻挡层上形成第二ILD层；蚀刻第二ILD层和扩散阻挡层来形成沟槽；将导电层填充到沟槽中；和使导电层平坦化以形成电连接到接触塞的金属互连。
2.权利要求1的方法，其中扩散阻挡层包括SiC和SiN中的一种。
3.权利要求1的方法，其中在H2和N2混合气体环境下进行混合气体退火，所述H2/N2的比率为约3％-约30％。
4.权利要求3的方法，其中混合气体退火在约400℃-约600℃的温度下进行约10分钟-约3小时。
5.权利要求1的方法，其中第二ILD层具有多层叠结构。
6.权利要求5的方法，其中第二ILD层包括包含氮的氟化硅酸盐玻璃(FSG)。
7.权利要求6的方法，其中FSG层包含N2和N2O中的一种。
8.权利要求7的方法，其中通过以下列流量流入N2、N2O、SiH4和SiF4的混合气体来形成FSG层N2的流量为约300sccm-约3000sccm，N2O的流量为约400sccm-约2000sccm，SiH4的流量为约100sccm-约800sccm，SiF4的流量为约300sccm-约1000sccm。
9.权利要求8的方法，其中FSG层在约0.1托-约10托的压力下形成。
10.权利要求1的方法，还包括在第二ILD层上形成富硅的氧化物层。
11.权利要求10的方法，其中形成厚度为约500-约2000的富硅的氧化物层。
12.权利要求1的方法，其中利用双嵌入式工艺形成沟槽。
13.权利要求12的方法，其中金属互连包括铜基互连。
14.权利要求1的方法，还包括在形成金属互连之前，在沟槽上形成其它扩散阻挡层，其中所述其它扩散阻挡层包括金属基材料。
15.权利要求11的方法，其中接触塞包含具有层叠的Ti/TiN双层的钨。
全文摘要
一种在图像传感器中形成金属互连的方法，所述方法包括在衬底上形成具有接触塞的第一层间介电(ILD)层、在第一ILD层上形成扩散阻挡层、进行混合气体退火、在扩散阻挡层上形成第二ILD层、蚀刻第二ILD层和扩散阻挡层来形成沟槽、形成导电层来填充所述沟槽以及使导电层平坦化来形成用电连接接触塞的金属互连。
文档编号H01L21/768GK1992199SQ20061016821
公开日2007年7月4日 申请日期2006年12月26日 优先权日2005年12月29日
发明者崔璟根 申请人:美格纳半导体有限会社