CN101211955A - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种图像传感器及其制造方法，该图像传感器包括：介电层，位于具有光电二极管的衬底上；金属互连层，位于所述介电层上；以及上绝缘层，位于所述金属互连层上。所述金属互连层包括：下阻挡层；块金属层，位于所述下阻挡层上；以及上阻挡层，位于所述块金属层上，所述上阻挡层的预定厚度为所述下阻挡层的厚度的0.8倍至1.5倍。根据本发明，能够降低层间介电层、金属互连或屏蔽层以及插塞之间的应力差，由此防止或减少出现金属空隙(V)和/或圆形缺陷(S)。
Description
技术领域
本发明涉及一种图像传感器及其制造方法。
背景技术
一般而言，图像传感器是将光学图像转换为电信号的半导体器件，主要分为电荷耦合器件(CCD)和CIS(CMOS[互补金属氧化物半导体]图像传感器)器件。CMOS图像传感器包括在单位像素中形成的一个光电二极管和一个或更多MOS晶体管，并以开关模式来依次检测电信号，从而获得图像。
现有技术的CIS器件分为光电二极管区和晶体管区，光电二极管区接收光信号，将其转换为电信号，而晶体管区处理这些电信号。但是根据现有技术，在具有光电二极管的衬底上形成的金属互连具有这样的结构：在金属互连的一侧或两侧有阻挡金属。
但是如图1所示，根据现有技术，在形成金属互连以及上绝缘层后进行烧结工艺时，金属互连可能会破损，从而造成金属空隙(V)或者圆形缺陷(S)。此外，根据现有技术，在形成金属互连以及上绝缘层后进行烧结工艺的过程中也会出现圆形缺陷(S)。
因为插塞与层间介电层直接接触，所以会出现圆形缺陷(S)或者金属空隙(V)。也就是说，插塞与层间介电层之间的粘附力弱，从而在烧结工艺中层间介电层会由于施加于其上的热而破损。
此外，出现圆形缺陷(S)或者金属空隙(V)的另一个原因是由于层间介电层、金属互连以及插塞之间的应力差。尤其是根据现有技术，形成在金属互连下侧或上侧的阻挡金属的厚度并非最佳，从而会出现圆形缺陷(S)或者金属空隙(V)。
发明内容
本发明的实施例提供一种图像传感器及其制造方法，其能够防止在烧结工艺中(在形成金属互连或屏蔽层以及上绝缘层之后)出现金属空隙(V)或者圆形缺陷(S)。
根据本发明实施例的图像传感器包括：介电层，位于具有光电二极管(或光电二极管阵列)的衬底上；金属互连或屏蔽层，位于所述介电层上；以及上绝缘层，位于所述金属互连或屏蔽层上，所述金属互连或屏蔽层包括：下阻挡层；块金属层，位于所述下阻挡层上；以及上阻挡层，形成在所述块金属层上，所述上阻挡层的预定厚度为所述下阻挡层的厚度的0.8倍至1.5倍。
根据本发明的图像传感器，其中，所述下阻挡层包括：第一下阻挡和/或粘合层，以大约300至400的厚度位于所述介电层上；以及第二下阻挡层，以大约200至250的厚度位于所述第一下阻挡和/或粘合层上。
根据本发明的图像传感器，其中，所述第一下阻挡和/或粘合层包含Ti，而所述第二下阻挡层包含TiN。
根据本发明的图像传感器，其中，所述块金属层以大约2000至7000的厚度位于所述第二下阻挡层上。
根据本发明的图像传感器，其中，所述块金属层包含Al。
根据本发明的图像传感器，其中，所述上阻挡层包括：第一上阻挡和/或粘合层，以大约30至60的厚度位于所述块金属层上；以及第二上阻挡层，以大约300至500的厚度位于所述第一上阻挡和/或粘合层上。
根据本发明的图像传感器，其中，所述第一上阻挡和/或粘合层包含Ti，而所述第二上阻挡层包含TiN。
根据本发明一个实施例的制造图像传感器的方法包括以下步骤：在具有光电二极管(或光电二极管阵列)的衬底上形成介电层；在所述介电层上形成下阻挡层；在所述下阻挡层上形成金属互连或屏蔽层；在所述金属互连或屏蔽层上形成上阻挡层，所述上阻挡层的预定厚度为所述下阻挡层的厚度的0.8倍至1.5倍；在所述上阻挡层上形成上绝缘层；以及将包括所述上绝缘层的所述衬底进行烧结处理。
根据本发明的方法，其中，在所述介电层上形成下阻挡层的步骤包括以下步骤：在所述层间介电层上以300至400的厚度形成第一下阻挡和/或粘合层；以及在所述第一下阻挡和/或粘合层上以大约200至250的厚度形成第二下阻挡层。
根据本发明的方法，其中，所述第一下阻挡和/或粘合层包含Ti，而所述第二下阻挡层包含TiN。
根据本发明的方法，其中，所述块金属层具有大约2000至7000的厚度。
根据本发明的方法，其中，在所述块金属层上形成上阻挡层的步骤包括以下步骤：在所述金属互连上以大约30至60的厚度形成第一上阻挡和/或粘合层；以及在所述第一上阻挡和/或粘合层上以大约300至500的厚度形成第二上阻挡层。
根据本发明另一实施例的制造图像传感器的方法包括以下步骤：在具有光电二极管(或光电二极管阵列)的衬底上形成介电层；在所述介电层上形成金属互连层或屏蔽层；在所述金属互连层或屏蔽层上形成上绝缘层；在所述上绝缘层上形成牺牲层；将包括所述牺牲层的所述衬底进行烧结处理；以及从经过烧结处理的所述衬底去除所述牺牲层。
根据本发明的方法，其中，所述牺牲层包括金属层。
根据本发明的方法，其中，所述牺牲层具有大约1000至3000的厚度。
根据本发明的方法，其中，通过回蚀工艺去除所述牺牲层。
根据本发明的方法，其中，通过化学机械抛光去除所述牺牲层。
根据本发明的方法，其中，形成金属互连层的步骤包括以下步骤：在所述层间介电层上形成下阻挡层；在所述下阻挡层上形成块金属层；以及在所述金属互连上形成上阻挡层，所述上阻挡层的预定厚度为所述下阻挡层的厚度的1倍至1.5倍。
根据本发明的方法，其中，在所述介电层上形成下阻挡层的步骤包括以下步骤：在所述层间介电层上以大约300至400的厚度形成第一阻挡和/或粘合层；以及在所述第一下阻挡层上以大约200至250的厚度形成第二阻挡层。
根据本发明的方法，其中，在所述金属互连上形成上阻挡层的步骤包括以下步骤：以大约30至60的厚度形成第一上阻挡和/或粘合层；以及在所述第一阻挡层上以大约450至400的厚度形成第二阻挡层。
根据本发明，能够降低层间介电层、金属互连或屏蔽层以及插塞之间的应力差，由此防止或减少出现金属空隙(V)和/或圆形缺陷(S)。
附图说明
图1为示出根据现有技术的图像传感器的问题的照片；
图2为示出根据第一实施例的图像传感器的示例性金属互连层或屏蔽层的剖视图；
图3A为示出根据第一实施例的图像传感器的效果的照片；
图3B为示出根据不同实施例集成了示例性金属互连层或屏蔽层的示例性CIS芯片的布局图；
图4至图5为示出根据其它实施例的图像传感器的示例性金属互连层或屏蔽层的制造工艺的剖视图；以及
图6为示出根据图4和图5中实施例的图像传感器的效果的照片。
具体实施方式
下面参照附图说明图像传感器及其制造方法。
在各个实施例的说明中，应该理解，在将一个层(或膜)表述为位于另一层或衬底“上”时，其可以直接位于另一层或衬底上，或者也可以存在中间层。此外，应该理解，在将一个层表述为位于另一层“下”时，其可以直接位于另一层下，并且也可以存在一个或多个中间层。另外，也应该理解，在将一个层表述为位于两个层之间时，其可以是位于两个层之间的唯一层，或者也可以存在一个或多个中间层。
图2为根据不同实施例的图像传感器的示例性金属互连层或屏蔽层的剖视图。
图像传感器的示例性金属互连层或屏蔽层包括：层间(或前金属(premetal))介电层110，形成在具有多个光电二极管105的衬底100上；金属互连层130，形成在层间介电层110上；以及上绝缘层190，形成在金属互连层130上或上方。金属互连层130包括：下阻挡和/或粘合层131和133、块金属层(bulk metal layer)135、以及上阻挡和/或粘合层137和139，上阻挡和/或粘合层137和139以预定厚度形成在块金属层135上，所述预定厚度是下阻挡和/或粘合层131和133的厚度的0.8倍至1.5倍。
根据现有技术，形成在块金属层下方(例如在下侧)或者上方(例如在上侧)的阻挡金属的厚度并非最佳，从而在介电层、块金属层以及插塞(例如120)之间会出现应力差，由此造成圆形缺陷(S)或者金属空隙(V)。
这样，根据示例性实施例，通过改善金属互连层或屏蔽层130的金属结构，能够防止圆形缺陷(S)或者金属空隙(V)。
根据示例性实施例，金属互连层或屏蔽层130的金属结构包括：下阻挡和/或粘合层131和133；块金属层135，位于下阻挡和/或粘合层131和133上；上阻挡和/或粘合层137和139，以预定厚度位于块金属层135上，所述预定厚度是下阻挡和/或粘合层131和133的厚度的0.8倍至1.5倍。也就是说，下阻挡和/或粘合层131和133包括：第一下阻挡和/或粘合层131，以大约300至400的厚度形成在介电层110上；以及第二阻挡层133，以大约200至250的厚度形成在第一下阻挡层131上。
例如，含Ti的第一下阻挡和/或粘合层131以大约350的厚度形成在介电层110上，而含TiN的第二下阻挡层133以大约220的厚度形成在第一下阻挡和/或粘合层131上。此外，块金属层135以大约2000至7000的厚度形成在第二下阻挡层133上。例如，块金属层135可包含Al，其厚度大约为6000。
此外，上阻挡和/或粘合层137和139可包括：第一上阻挡和/或粘合层137，以大约30至60的厚度形成在块金属层(或金属互连)135上；以及第二上阻挡层139，以大约300至500的厚度形成在第一上阻挡层137上。例如，上阻挡和/或粘合层137和139可包括下列层或者由下列层组成：含Ti的第一上阻挡和/或粘合层137，以大约50的厚度形成在块金属层135上；以及含TiN的第二上阻挡层139，以大约450的厚度形成在第一上阻挡和/或粘合层137上。
图3A为示出根据以上实施例的图像传感器的效果的照片。如图3A所示，根据本发明的实施例与现有技术不同的是，在图像传感器中形成金属结构之后才进行烧结工艺，从而能够降低介电层110、块金属层135以及插塞120之间的应力差，由此防止或减少出现金属空隙(V)或者圆形缺陷(S)。
如图3B所示，包括一个或多个金属化层170(例如三个或更多金属化层130、150以及170，如图2所示)的金属结构可围绕CIS芯片的单元区域或者像素区域形成环形，从而在CIS芯片的像素阵列周围形成光阻屏蔽和/或电磁屏蔽。
下面参照图2描述根据本发明实施例的图像传感器的制造方法。
首先，在具有光电二极管105的衬底100上形成第一层间介电层110。在第一层间介电层110上的另一介电层中或者在第一层间介电层110的部分厚度中形成多个插塞120。然后，在层间介电层110上或上方形成第一金属互连层或屏蔽层130。
为了制造第一金属互连层130，在第一层间介电层110上形成下阻挡和/或粘合层131和133。在此情况下，第一下阻挡和/或粘合层131以大约300至400的厚度形成在第一层间介电层110上，而第二下阻挡层133以大约200至250的厚度形成在第一下阻挡层131上。例如，第一下阻挡和/或粘合层131可包含Ti，并且以大约350的厚度形成在第一层间介电层110上，而第二下阻挡层133可包含TiN，并且以大约220的厚度形成在第一下阻挡和/或粘合层131上。
然后，在下阻挡和/或粘合层131和133上形成块金属层135。在此情况下，块金属层135以大约2000至7000的厚度形成在第二下阻挡层133上。例如，块金属层135可包含Al，且其厚度大约为6000。
之后，在块金属层135上以预定厚度形成上阻挡和/或粘合层137和139，所述预定厚度是下阻挡和/或粘合层131和133的厚度的0.8倍至1.5倍。在本发明中，或者上层137和139的总厚度是下层131和133总厚度的0.8倍至1.5倍，或者上阻挡层139的厚度是下阻挡层133厚度的0.8倍至1.5倍。
此外，上阻挡和/或粘合层137和139包括：第一上阻挡和/或粘合层137，以大约30至60的厚度形成在块金属层135上；以及第二上阻挡层139，以大约300至500的厚度形成在第一上阻挡和/或粘合层137上。例如，上阻挡和/或粘合层137和139可包括下列层或者由下列层组成：第一上阻挡和/或粘合层137，可包含Ti并且以大约50的厚度形成在块金属层135上；以及第二上阻挡层139，可包含TiN并且以大约450的厚度形成在第一上阻挡和/或粘合层137上。
然后，在包括第一金属互连层130的衬底100上形成第二层间介电层140。之后，形成第二金属互连层150，接着形成第三层间介电层160。然后，在第三层间介电层160上形成第三金属互连层170。之后，在第三金属互连层170上形成第四层间介电层180。
之后，在包括第四层间介电层180的衬底100上形成上绝缘层190，再在衬底100上进行烧结工艺。然后，可在经烧结后的上绝缘层190上进行形成滤色镜层(未示出)、平坦化层(未示出)以及微透镜(未示出)的工艺。
如图5所示，根据第一实施例，与现有技术不同的是，在不一样的金属结构上进行烧结工艺，从而能够降低层间介电层、金属互连层以及插塞之间的应力差，由此防止或减少出现金属空隙(V)和/或圆形缺陷(S)。
下面描述根据其它实施例的图像传感器的制造方法。
根据其它实施例，可在形成牺牲层之后进行烧结工艺，从而将烧结工艺中出现的热效应降至最低，并且上绝缘层和层间介电层由牺牲层支撑或者包含在牺牲层中，由此防止或减少出现金属空隙(V)和/或圆形缺陷(S)。
采用根据上述实施例的图像传感器的制造方法，能够制造根据替代性实施例的示例性图像传感器。
图4和图5为示出制造图像传感器的替代性工艺的剖视图。如图4所示，首先，在包括多个光电二极管105的衬底100上形成第一层间介电层110。然后，在第一层间介电层110中形成第一多个通孔(via)120，并且在包括第一多个通孔120的第一层间介电层110上形成第一金属互连层130。
根据替代性实施例，第一金属互连层130的金属结构包括：下阻挡和/或粘合层131和133；块金属层135，位于下阻挡和/或粘合层131和133上；以及上阻挡和/或粘合层137和139，以预定厚度形成在块金属层135上，所述预定厚度是下阻挡和/或粘合层131和133的厚度的0.8倍至1.5倍，如同上述。例如，下阻挡和/或粘合层131和133包括：第一下阻挡和/或粘合层131，以大约300至400的厚度位于第一层间介电层110上；以及第二下阻挡层133，以大约200至250的厚度位于第一下阻挡和/或粘合层131上。此外，块金属层135以大约2000至7000的厚度形成在第二下阻挡层133上。
此外，上阻挡和/或粘合层137和139包括：第一上阻挡和/或粘合层137，以大约30至60的厚度位于块金属层(或金属互连)135上；以及第二上阻挡层139，以大约300至500的厚度位于第一上阻挡层137上。
之后，在包括第一金属互连层130的衬底100上形成第二层间介电层140，并且在第二层间介电层140中形成第二多个通孔120。然后，在形成第二金属互连层150之后形成第三层间介电层160，并且在第三层间介电层160中形成第三多个通孔120。之后，在第三层间介电层160上形成第三金属互连层170，并且在第三金属互连层170上形成第四层间介电层180。
然后，在包括第四层间介电层180的衬底100上形成上绝缘层190。上绝缘层190包括硬度或弹性模量大于第四层间介电层180的SiN或其它材料。然后，在上绝缘层190上形成牺牲层200。
根据替代性实施例，在形成牺牲层之后进行烧结工艺，从而将烧结工艺中出现的热效应降至最低，并且上绝缘层190和层间介电层180由牺牲层200支撑或者包含在牺牲层200中，从而防止或减少出现金属空隙(V)和/或圆形缺陷(S)。为此，牺牲层200可包括厚度大约为1000至3000的金属层。之后，将包括牺牲层200的衬底100进行烧结处理。
图6为示出根据替代性实施例的图像传感器的金属互连层或屏蔽层的效果的照片。如图6所示，与现有技术不同的是，在金属互连层或屏蔽层的结构中，在进行烧结工艺之前形成牺牲层，从而将烧结工艺中出现的热效应降至最低，并且上绝缘层190和层间介电层180由牺牲层200支撑或者包含在牺牲层200中，从而防止或减少出现金属空隙(V)和/或圆形缺陷(S)。
之后，如图5所示，将牺牲层200从烧结后的衬底100去除。可通过回蚀工艺、湿法蚀刻工艺或者CMP(化学机械抛光)工艺去除牺牲层200。
然后，在经烧结后的上绝缘层190上进行形成滤色镜层(未示出)、平坦化层(未示出)以及微透镜阵列(未示出)的工艺。
在根据本发明实施例的图像传感器及其制造方法中，在形成图像传感器的金属结构(例如屏蔽层)之后进行烧结工艺，从而能够降低层间介电层、金属互连或屏蔽层以及插塞之间的应力差，由此防止或减少出现金属空隙(V)和/或圆形缺陷(S)。
此外，与现有技术不同的是，在根据本发明实施例的图像传感器的金属互连层或屏蔽层的结构中，在进行烧结工艺之前可形成牺牲层，从而将烧结工艺中出现的热效应降至最低，并且上绝缘层和层间介电层由牺牲层支撑或者包含在牺牲层中，从而防止或减少出现金属空隙(V)和/或圆形缺陷(S)。
本说明书中所有对“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等等的引用表示结合该实施例说明的具体特征、结构或者特性包括在本发明的至少一个实施例中。说明书中不同地方出现的这些措辞不一定都引用同一实施例。此外，当结合任一实施例说明具体特征、结构或者特性时，应认为结合其它实施例来实现这些具体特征、结构或者特性在本领域技术人员的认可范围内。
虽然参照多个示例性实施例说明了本发明的实是海浬，但是应当理解，本领域技术人员能够构思落入本发明原理的精神和范围内的各种其它变型和实施例。更具体地，在说明书、附图和随附的权利要求书的范围之内的主题结合排列的组成部分和/或排列中，可以进行变化和修改。除组成部分和/或排列的变化和修改之外，对本领域技术人员而言可替代用途也是显然的。
Claims (20)
1.一种图像传感器，包括：
介电层，位于具有光电二极管的衬底上；
金属互连层，位于所述介电层上；以及
上绝缘层，位于所述金属互连层上，
其中，所述金属互连层包括：下阻挡层；块金属层，位于所述下阻挡层上；以及上阻挡层，位于所述块金属层上，所述上阻挡层的预定厚度为所述下阻挡层的厚度的0.8倍至1.5倍。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述下阻挡层包括：第一下阻挡和/或粘合层，以大约300至400的厚度位于所述介电层上；以及第二下阻挡层，以大约200至250的厚度位于所述第一下阻挡和/或粘合层上。
3.如权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第一下阻挡和/或粘合层包含Ti，而所述第二下阻挡层包含TiN。
4.如权利要求2所述的图像传感器，其中，所述块金属层以大约2000至7000的厚度位于所述第二下阻挡层上。
5.如权利要求4所述的图像传感器，其中，所述块金属层包含Al。
6.如权利要求2所述的图像传感器，其中，所述上阻挡层包括：第一上阻挡和/或粘合层，以大约30至60的厚度位于所述块金属层上；以及第二上阻挡层，以大约300至500的厚度位于所述第一上阻挡和/或粘合层上。
7.如权利要求6所述的图像传感器，其中，所述第一上阻挡和/或粘合层包含Ti，而所述第二上阻挡层包含TiN。
8.一种制造图像传感器的方法，所述方法包括以下步骤：
在具有光电二极管的衬底上形成介电层；
在所述层间介电层上形成下阻挡层；
在所述下阻挡层上形成块金属层；
在所述块金属层上形成上阻挡层，所述上阻挡层的预定厚度为所述下阻挡层的厚度的0.8倍至1.5倍；
在所述上阻挡层上形成上绝缘层；以及
将具有所述上绝缘层的所述衬底进行烧结处理。
9.如权利要求8所述的方法，其中，在所述介电层上形成下阻挡层的步骤包括以下步骤：
在所述层间介电层上以300至400的厚度形成第一下阻挡和/或粘合层；以及
在所述第一下阻挡和/或粘合层上以大约200至250的厚度形成第二下阻挡层。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述第一下阻挡和/或粘合层包含Ti，而所述第二下阻挡层包含TiN。
11.如权利要求9所述的方法，其中，所述块金属层具有大约2000至7000的厚度。
12.如权利要求9所述的方法，其中，在所述块金属层上形成上阻挡层的步骤包括以下步骤：
在所述金属互连上以大约30至60的厚度形成第一上阻挡和/或粘合层；以及
在所述第一上阻挡和/或粘合层上以大约300至500的厚度形成第二上阻挡层。
13.一种制造图像传感器的方法，所述方法包括以下步骤：
在具有光电二极管的衬底上形成介电层；
在所述介电层上形成金属互连层；
在所述金属互连层上形成上绝缘层；
在所述上绝缘层上形成牺牲层；
将具有所述牺牲层的所述衬底进行烧结处理；以及
从经过烧结处理的所述衬底去除所述牺牲层。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述牺牲层包括金属层。
15.如权利要求13所述的方法，其中，所述牺牲层具有大约1000至3000的厚度。
16.如权利要求13所述的方法，其中，通过回蚀工艺去除所述牺牲层。
17.如权利要求13所述的方法，其中，通过化学机械抛光去除所述牺牲层。
18.如权利要求13所述的方法，其中，形成金属互连层的步骤包括以下步骤：
在所述层间介电层上形成下阻挡层；
在所述下阻挡层上形成块金属层；以及
在所述金属互连上形成上阻挡层，所述上阻挡层的预定厚度为所述下阻挡层的厚度的1倍至1.5倍。
19.如权利要求13所述的方法，其中，在所述介电层上形成下阻挡层的步骤包括以下步骤：
在所述层间介电层上以大约300至400的厚度形成第一阻挡和/或粘合层；以及
在所述第一下阻挡层上以大约200至250的厚度形成第二阻挡层。
20.如权利要求19所述的方法，其中，在所述金属互连上形成上阻挡层的步骤包括以下步骤：
以大约30至60的厚度形成第一上阻挡和/或粘合层；以及
在所述第一阻挡层上以大约450至400的厚度形成第二阻挡层。
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