专利名称：光电转换装置的制造方法
技术领域：
本发明涉及光电转换装置的制造方法，更特别地，涉及对布线使用Cu的光电转换装置的制造方法。
技术背景光电转换装置经常被用作数字摄像机用传感器。近年来，作为这 种光电转换装置，使用具有多个MOS晶体管像素读出电路的MOS 光电转换装置。MOS光电转换装置分别需要用于驱动MOS晶体管的布线和用于 读取信号的布线。因此，与CCD相比，布线的数量增加。因此，采 用具有通过层间绝缘膜层叠的多个布线层的多层布线结构。对于这种 布线材料，常规上经常使用铝。相比之下，在日本专利申请特开第 2003-264281号中说明了为了进一 步减小布线间距的尺寸并且另外为 了使得布线的膜厚度更薄以减小光电转换装置的高度，使用Cu作为 布线材料。另外，在光电转换装置中，半导体基板中的缺陷有时成为暗电流 的发生源从而导致信号劣化。相比之下，提出了向半导体基板供给氢 以使基板表面的悬空键封端的技术(氢封端(hydrogen terminating )技术)。作为氢封端技术中的一种，日本专利申请特开第2003-264277 号^/^开了形成由鴒制成的接触插头(contact plug )并且然后在包含氮 和氢的气氛和氢气氛中的一种中进行加热。为了使半导体基板的晶体缺陷和界面状态恢复，使光电转换装置 经受氢封端是重要的。但是，为了向半导体基板供给氢，其温度是十 分重要的。因此，需要采用恒定温度和更高温度中的一个进行热处理。但是，在例如400。C或更高的高温的情况下，形成布线之后的热处理有时可能导致布线电阻的增大和布线材料的应力迁移。特别地，在对于布线材料采用Cii的情况下，上述的布线电阻的增大和布线材料的应力迁移有时在比采用铝的情况更低的温度下发生。并且，根据热处理的温度和处理时间，Cu从半导体基板的后侧向前侧的扩散有时 产生问题。其原因被认为是在膜形成步骤中一定量的Cu附着在半导 体基板的后侧。即，在使用Cu作为布线材料的情况下，目前常用的在布线材料 是铝的情况下的氬封端处理不能被直接使用。适于使用Cu作为布线 材料的情况的封端处理还没有被充分考虑。并且，在日本专利申请特开第2003-264277号中，通过在接触孔 径中淀积钨并且然后去除接触孔径外面的钨进行热处理。但是，用于 恢复半导体基板的晶体缺陷和界面状态的氢没有被充分供给，因此有 时不能获得充分的暗电流降低效果。即，只在氢气氛中进行热处理将 导致在供给氢的同时氢向着半导体基板的上部离开。鉴于上述的问题，本发明的目的是提供一种光电转换装置的制造 方法，即使在对于布线材料使用Cu的情况下也能进行适当的氢封端 处理。发明内容本发明是一种光电转换装置的制造方法，该光电转换装置具有光 电转换元件、用于从所述光电转换元件读出信号的晶体管和设置在半 导体基板上的多层互连结构，该方法包括以下步骤在所述光电转换 元件和所述晶体管上形成层间绝缘膜；在所述层间绝缘膜的与所述晶 体管的电极对应的区域中形成孔；在所述孔中埋入导电物质；形成氢 供给膜；在第一温度下进行热处理以从所述氢供给膜向所述半导体基 板供给氢；通过在布线材料中使用Cu形成所迷多层互连结构；并且 形成覆盖所迷多层互连结构的保护膜，其中，在不高于所述第一温度结合附图阅读以下说明，本发明的其它特征和优点将变得显而易 见，在所有这些附图中，类似的附图标记表示相同或类似的部分。通过参照附图阅读示例性实施例的以下说明，本发明的其它特征 将变得显而易见。
图l是根据本发明的光电转换装置的截面结构。图2是示出根据本发明的光电转换装置的制造过程的步骤的示图。图3是示出根据本发明的光电转换装置的制造过程的步骤的示图。图4是示出根据本发明的光电转换装置的制造过程的步骤的示图。图5是示出根据本发明的光电转换装置的制造过程的步骤的示图。图6是示出根据本发明的光电转换装置的制造过程的步骤的示图。图7是示出根据本发明的光电转换装置的制造过程的步骤的示图。图8是示出根据本发明的光电转换装置的制造过程的步骤的示图。图9是示出根据本发明的光电转换装置的制造过程的步骤的示图。图IO是光电转换装置的一个像素的等效电路图。 被包含于说明书中并构成其一部分的附图示出本发明的实施例， 并与说明 一起用于解释本发明的原理。
具体实施方式
下面根据附图详细说明本发明的优选实施例。本发明的获得基于这样一种发现，即，在进行氢封端的时候在不 低于某一温度的温度下进行热处理对于降低暗电流是高度有效的。但 是，适合于该氢封端的温度使布线的性能劣化，因此在对于布线材料使用Cu的情况下不是优选的。因此，本发明的特征在于，在形成用 于建立晶体管的电极与布线的电连接的导电物质(插头)之后，在形 成要变成布线材料的Cu的膜之前，在上述的不低于某一温度的温度 下进行氢封端处理的步骤。此时，在不高于进行氢封端处理的温度的 温度下进行氢封端处理之后的所有步骤。由此，对于布线材料使用Cu 的光电转换装置也能够通过适当的氢封端获得暗电流的降低。这里，希望用于进行氢封端处理的温度不低于400°C。另外，在 在晶体管的电极即源极和漏极中形成硅化物的情况下，希望氢封端处 理时的温度的上限不高于用于形成硅化物的热处理的温度，以使得珪 化物被热影响为减小接触电阻的变化。特别地，800°C或更低是所希 望的。图1例示本发明的光电转换装置的截面图。这里，截面图示出包 含要变为光电转换元件的光电二极管和传输光电二极管中的电荷的传 输晶体管的部分。在配置中，在半导体基板中采用多层互连(布线) 结构。附图标记10是指配置成光电转换元件的一部分的第一导电类型 的半导体区域。附图标记11是指被配置成与半导体区域10 —起构成 PN结的第二导电类型的半导体区域。半导体区域10和11被配置成 光电二极管。半导体区域10是蓄积信号电荷的区域并且是具有与信号 电荷的极性相同的极性的导电类型。N型适用于信号电荷是电子的情 况，P型适用于空穴的情况。并且，第二导电类型的半导体区域12可 被设置在半导体区域10的表面上以减少表面的缺陷的影响。附图标记13是指用于电隔开相邻的元件的元件隔离区域。附图标 记14是指第一导电类型的半导体区域。半导体区域14是传输在半导 体区域10中蓄积的信号电荷的区域并用作要在后面说明的放大器元 件的输入部分。在电荷被传输之后，在半导体区域14的电位处于浮动状态中的状态下读出信号，因此也可将其称为浮动扩散.附图标记15是指用于从半导体区域10向半导体区域14传输信号 电荷的传输栅极。半导体区域10和14以及传输栅极15被配置成用于 传输的MOS晶体管。附图标记16是指用于对设置在半导体基板中的 半导体区域与上层的布线层进行电连接并对MOS晶体管的栅电极与 上层的布线层进行电连接的导电插头。附图标记17是指金属扩散抑制 膜(阻挡层金属)。例如TiN可被配置成它。附图标记18是指第一层间绝缘膜。该膜被配置在上述的光电转换 元件和晶体管之上。作为例子，可以使用BPSG和P-SK)2 (通过等离 子CVD法形成的氧化硅膜)。附图标记19是指氢供给膜。作为例子，可以使用包含大量氢的氮 化硅膜。例如，膜内的氢浓度不小于lxlO"cm人例如通过单晶片CVD (化学汽相生长)装置形成由此包含大量氢的氮化硅膜7。此时，通 过利用等离子CVD法形成膜，可以容易地得到具有希望的氢气浓度 的膜。附图标记20是指第二层间绝缘膜。可以使用P-Si02。附图标记 21是指布线层。Cu被用作布线材料。附图标记22是指金属扩散抑制 膜。作为例子，可以使用TaN和TiN。附图标记23是指金属扩散抑制膜。另外，该膜还可被用作在形成 用于埋入布线的沟的时候采用的蚀刻步骤中的蚀刻阻止膜。作为例子， 可以使用SiN膜和SiC膜等。将釆用常用作扩散抑制膜和蚀刻阻止膜 的膜作为扩散抑制膜。在顶层中设置的层23主要用作扩散抑制膜。附图标记24是指保护层。例如，可以使用SiN膜。并且，可以根 据需要在保护层之上设置滤色片和微透镜。滤色片和微透镜被设置为 覆盖多层互连结构。下面，图IO是示出光电转换装置的一个像素的等效电路图。附图标记PD是指用作光电转换元件的光电二极管。附图标记Ql 是指用于传输光电二极管PD的电荷的传输MOS晶体管。附图标记 FD是指用作放大器元件的输入部分的半导体区域(浮动扩散)。半导体区域FD与图1中的半导体区域14是等效的。附图标记Q2是指 用于使半导体区域FD的电位复位的复位MOS晶体管。附图标记Q3 是指放大器MOS晶体管，被配置成基于半导体区域FD的电荷放大 信号的放大器电路的一部分。放大器MOS晶体管Q3被配置成源跟随 器电路的一部分，该源跟随器电路与图中未示出的恒流源一起变成放 大器电路。附图标记Q4是指用于选择和读出特定像素的信号的选择 性MOS晶体管。附图标记501是指用于向晶体管Q2和Q3的漏极供 给电源电压的电源线。附图标记502是指用于驱动晶体管Q2的复位 栅极线，附图标记503是指用于驱动晶体管Q4的选择性栅极线。附 图标记504是指用于读出各个像素的信号的垂直信号线。附图标记506 是指用于驱动晶体管Q1的传输栅极线。另外，作为选择像素的系统， 可以配置另一例子，通过用晶体管Q2控制半导体区域FD的电位来 选择像素，而不设置晶体管Q4。另外，可以为诸如晶体管Q2和Q3 的特定元件共同设置多个像素。通过以一维方式对准并且否则以二维 方式排列这些像素，使这些像素被配置成光电转换装置。下面说明图1所示的光电转换装置的制造步骤。在所有各图中， 类似的附图标记表示相同或类似的部分。首先，通过图2所示的一般方法，在半导体基板上形成光电转换 元件、半导体区域和元件隔离区域。在形成诸如氧化硅膜的绝缘膜之 后，形成上述的各个晶体管栅电极。由此，形成层间绝缘膜18。然后，在对应于需要与上层的布线电连接的区域的层间绝缘膜18 中形成接触孔。在形成接触孔之后，为了减小要被埋入接触孔的导电 物质和半导体区域之间的电阻，进行杂质注入。在进行杂质注入之后， 在600~1000°C下并优选在约800°C下进行热处理，以使注入的杂质 扩散。该配置将不限于强化半导体的杂质浓度的杂质，而可在注入钴 之后被应用于硅化物。然后，如图3所示，形成要变成金属扩散抑制膜17和插头16的 导电物质，并且在接触孔中埋入导电物质。然后，通过CMP步骤， 去除插头部分以外的导电物质以使接触插头平坦化。作为导电物质，9可以使用w等。然后，如图4所示，形成氢供给膜19。可以使用包含大量氢的氮 化硅膜等作为氢供给膜。另外，通过利用等离子CVD法形成膜，将 变得可容易获得具有希望的氢浓度的膜。另外，此时的膜内的氳浓度 可不小于lxl0"cm3。然后，在400。c^r幼oo。c(第一温度)的温度条件下进行热处理。 通过在例如氮和氢气氛的气氛中进行热处理，在半导体基板中扩散在氢供给膜19中包含的氢，以进行悬空键封端以便使得缺陷减少。由此，可以减小光电转换装置中的暗电流。然后，如图5所示，在与光电二极管对应的区域中设置的氢供给膜通过蚀刻被去除。其原因在于，氢供给膜和在氢供给膜之上和之下 设置的层间绝缘膜的折射率是明显不同的，由此，入射光在氢供给膜 和层间绝缘膜之间的界面上被反射，因此，作为光电转换装置的灵敏 度降低。但是，在氢供给膜和层间绝缘膜之间的折射率的差异不这样 明显的情况下，在光接收部分之上可以原样留下氢供给膜。然后，如图6所示，形成层间绝缘膜20以1更掩埋去除了氢供给膜 的区域 作为层间绝缘膜，可以通过等离子CVD法形成氧化硅膜。然后，如图7所示，在氢供给膜19和层间绝缘膜20中形成布线 沟。并且，在用Ta和TaN等形成用于限制Cu的扩散的扩散抑制膜 22之后，Cu被埋入沟中以形成布线。通过CMP步骤去除布线部分以 外的Cu以进行平坦化。然后，如图8所示，形成扩散抑制膜23。该扩散抑制膜可用作蚀 刻阻止膜。特别地，通过等离子CVD法形成氮化硅膜等。这里，蚀 刻阻止膜的蚀刻速度最好比氢供给膜19快。这里，蚀刻速度是蚀刻层 间绝缘膜时候的条件下的速度。作为发明人的考虑的结果，很显然， 氢供给膜包含大量的氢以使得膜质量易于硬化，并且，当在类似的处 理条件下形成氢供给膜19和扩散抑制膜(蚀刻阻止膜)23时，用于 蚀刻的条件变得十分严格。因此，将要求用较大的能量和较长的时间 进行蚀刻，因此，高度精确的控制变得困难。因此，蚀刻阻止膜(扩散抑制膜)的蚀刻速度最好比氢供给膜快。然后，通过蚀刻去除在与光电二极管对应的区域中设置的扩散抑制膜23。并且，形成层间绝缘膜20以便掩埋去除了扩散抑制膜23的 区域。并且，在其上层中形成硬掩模膜25，并且上层的硬掩模膜25 经受蚀刻以具有在层间绝缘膜20中形成的布线沟的宽度。对于硬掩模 膜25可以使用例如SiN膜。然后，光刻胶被涂覆并被啄光。然后，层间绝缘膜20经受蚀刻并 被去除。由此，首先形成通孔。并且，在去除光刻胶之后，以硬掩模 膜25作为硬掩模在层间绝缘膜20中形成布线沟。并且，用Ta和TaN 等形成用于限制Cu的扩散的扩散抑制膜。然后，埋入Cu。并且，通 过CMP步骤，去除用于布线的Cu以外的Cu和扩散抑制膜，以进行 平坦化。在这时，硬掩模膜25也同时被去除(参见图9)。在不高于形成氢供给膜并进行氢气供给的时候的温度的温度下进 行这些布线步骤。并且，可优选缩短用于热处理的时间。然后，如图1所示，形成扩散抑制膜23，并通过蚀刻去除设置在 与光电二极管对应的区域中的扩散抑制膜。并且，形成层间绝缘膜20 以便掩埋去除了扩散抑制膜23的区域。然后，形成保护层24。此时的温度不高于用于形成氢供给膜的温 度和用于供给氢的温度。即，在不高于氢供给膜的膜形成条件的温度 的温度下并且用更短时间进行膜形成。由此，将不对已形成的布线供 给过多的热历史。但是，在布线步驟之前已进行氢供给。因此， 一定 量的悬空键已被封端。并且，光刻胶被涂覆在保护层24之上并被曝光。然后，可以通过用留下的光刻胶蚀刻与光电二极管对应的区域形成透镜。由此，能够 有效地将来自上方的入射光引入光电二极管。因此，在本发明中，在形成用于电连接在半导体基板中形成的半 导体区域与布线层的插头之后，并且在形成布线之前且在形成氢供给 膜之后，并且在进行热处理之后，形成布线。由此，能够在无需常规 上在氢气供给步骤中需要的长时间且高温下向布线供给热历史的情况下，进行氢气供给。因此，能够同时对布线使用具有低电阻的诸如Cu 的材料并限制半导体基板中的缺陷。虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限 于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被给予最宽的解释 以包含所有的变型、等同结构和功能。
权利要求
1.一种光电转换装置的制造方法，该光电转换装置具有光电转换元件、用于从所述光电转换元件读出信号的晶体管和设置在半导体基板上的多层互连结构，该方法包括以下步骤在所述光电转换元件和所述晶体管上形成层间绝缘膜；在所述层间绝缘膜的与所述晶体管的电极对应的区域中形成孔；在所述孔中埋入导电物质；形成氢供给膜；在第一温度下进行热处理以从所述氢供给膜向所述半导体基板供给氢；在进行所述热处理以供给氢的步骤之后，通过在布线材料中使用Cu形成所述多层互连结构；并且形成覆盖所述多层互连结构的保护膜，其中，在不高于所述第一温度的温度下进行形成所述多层互连结构的步骤和形成所述保护膜的步骤。
2. 根据权利要求l的制造方法，其中，形成所述多层互连结构的步骤包含在布线之上形成抑制Cu的扩 散的扩散抑制膜的步骤。
3. 根据权利要求2的制造方法，其中，氢供给膜高的蚀刻速度。、一 、、 ，
4. 根椐权利要求1的制造方法，其中，形成所述多层互连结构的步骤包含在所述层间绝缘腹中形成布线 沟的步骤和在所述布线沟中埋入作为布线材料的Cu的步骤。
5. 根据权利要求2的制造方法，还包括蚀刻所述氢供给膜中的和所述扩散抑制膜中的与所述光电转换元 件对应的区域的步骤。
6. —种光电转换装置的制造方法，该光电转换装置具有光电转换元件、用于从所述光电转换元件读出信号的晶体管和设置在半导体基板上的多层互连结构，该方法包括以下步骤在所述光电转换元件和所述晶体管上形成层间绝缘膜； 在所述层间绝缘膜的与所述晶体管的电极对应的区域中形成孔； 在所述孔中埋入导电物质；在所述层间绝缘膜和所述导电物质的全体之上形成其折射率与所 述层间绝缘膜的折射率不同的氢供给膜；在第一温度下进行热处理以从所述氢供给膜向所述半导体基板供 给氢；通过蚀刻去除所述氬供给膜的与所述光电转换元件对应的区域； 在进行所述热处理以供给氢的步骤之后，通过在布线材料中使用 Cu形成所述多层互连结构；在形成所述多层互连结构的布线和所述层间绝缘膜的全体之上形的、用于抑制作为布线材料的Cu的扩散的扩散抑制膜；通过蚀刻去除所述扩散抑制膜的与所述光电转换元件对应的区域；形成覆盖所述多层互连结构的保护膜，其中，按照以上次序进行以上步骤，在不高于所述第一温度的温 度下进行形成所述多层互连结构的步骤和形成所述保护膜的步骤，以 便不引起作为布线材料的Cii的电迁移，并且，与所述氢供给膜的蚀刻速度相比，所述扩散抑制膜在所述层间 绝缘膜的蚀刻中具有吏髙的蚀刻逸度。
全文摘要
本发明是一种具有设置在半导体基板上的多层互连(布线)结构的光电转换装置的制造方法，该方法包括以下步骤在层间绝缘膜的与晶体管的电极对应的区域中形成孔；在孔中埋入导电物质；形成氢供给膜；在第一温度下进行热处理以从氢供给膜向半导体基板供给氢；通过在布线材料中使用Cu形成多层互连结构；并且形成覆盖多层互连结构的保护膜，其中，在不高于第一温度的温度下进行形成多层互连结构的步骤和形成保护膜的步骤。
文档编号H01L23/532GK101252102SQ200810080869
公开日2008年8月27日 申请日期2008年2月22日 优先权日2007年2月23日
发明者小岛毅, 泽山忠志 申请人:佳能株式会社