CN101901820B - 半导体摄像器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体摄像器件及其制造方法。在像素区域配置多个光电转换元件。电路区域配置在像素区域的周边。铜布线配置在像素区域和电路区域。盖层配置在铜布线上，像素区域和电路区域的铜布线上以外的盖层被去除。
Description
本申请主张2009年5月28日提交的日本专利申请No.2009-129262的优先权利益，其整个内容以引用的方式包含于此。
技术领域
本发明涉及例如CMOS图像传感器等半导体摄像器件及其制造方法。
背景技术
近年来，半导体摄像器件特别是CMOS图像传感器，其微细化在发展，在1.4μm节距以下，一般使用铜(Cu)作为布线。使用了Cu布线的摄像器件，为了防止Cu的扩散和氧化，在Cu布线上形成由Si3N4构成的盖层。该SiN盖层使透光率下降。因此，在像素区域中，去除光路上的SiN盖层。
另一方面，在像素区域的周围，配置着构成与像素区域基本相同的伪像素区域、用于生成黑标准信号的黑标准区域、逻辑信号处理区域、及作为数字信号处理区域的逻辑电路区域。这些区域不照射光，在像素上也存在Cu布线。因此，SiN盖层未被去除(参考例如日本特开2008-199059号公报)。
于是，在半导体器件的处理工序中，进行如下被称作烧结处理的热处理：例如利用氢使栅极氧化膜中产生的未结合键(non-coupling means)的悬空键(dangling bond)。封端。但是，由于难以使氢通过上述SiN盖层，所以在烧结处理中，在去除了SiN盖层的像素区域、以及具有SiN盖层的伪像素区域、黑标准区域、逻辑电路区域中，导入到基板中的氢的量存在差。也就是说，与像素区域相比，导入到伪像素区域、黑标准区域和逻辑电路区域中的氢的导入量少，在这些区域，残存着悬空键未被充分封端的地方。因此，在伪像素区域、黑标准区域、逻辑电路区域中，晶体管的漏电流增大。特别存在如下问题：在黑暗期(dark period)，像素区域以及伪像素区域、黑标准区域、逻辑信号处理区域、逻辑电路区域的特性存在差。因此，期待能够使像素区域和其他区域的半导体元件的特性基本相同的半导体摄像器件。
发明内容
第1方面的本发明的半导体摄像器件，其中包括：像素区域，配置了多个光电转换元件；电路区域，配置在上述像素区域的周边；铜布线，配置在上述像素区域和上述电路区域；及盖层；配置在上述铜布线上；上述像素区域和上述电路区域的上述铜布线上以外的上述盖层被去除。
第2方面的本发明的半导体摄像器件的制造方法，其中包括：在半导体基板的像素区域和电路区域内形成多个光电转换元件，上述电路区域配置在上述像素区域的周边；在上述像素区域和电路区域上形成第1绝缘膜；在与上述像素区域和电路区域相对应的上述第1绝缘膜上形成铜布线；及在上述铜布线上形成盖层，上述像素区域和上述电路区域的上述铜布线上以外的上述盖层被去除。
附图说明
图1是示出本发明的半导体摄像器件的实施方式的俯视图。
图2是沿着图1所示的II-II线剖开的剖面图。
图3是示出图2所示的半导体摄像器件的制造方法的剖面图。
图4是示出上接图3的制造工序的剖面图。
图5是示出上接图4的制造工序的剖面图。
图6是示出上接图5的制造工序的剖面图。
图7是示出上接图6的制造工序的剖面图。
图8是示出现有的半导体摄像器件的黑暗期的输出特性的图。
图9是示出本实施方式的半导体摄像器件的黑暗期的输出特性的图。
图10是示出本发明的变化例的剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1示出应用了本实施方式的半导体摄像器件的一个例子。在该半导体摄像器件1中，像素区域(PER)2的如后所述的多个像素在行和列上成矩阵状配置。这些像素例如由作为光电转换元件的光电二极管和晶体管构成。像素区域2的周围配置着伪像素区域(DMR)3。该伪像素区域3例如为与像素区域2相同的构成。与该伪像素区域3的行和列相对应地配置着黑标准区域4。该黑标准区域4例如由被遮光的光电二极管和晶体管构成，生成黑标准信号。光电二极管和晶体管为与像素区域2一样的构成。在黑标准区域4和伪像素区域3的周围，形成着包括模拟信号电路和数字信号电路的逻辑电路区域5。
图2示出沿着图1所示的II-II线剖开的剖面图。
作为半导体基板的硅基板11内的元件分离区域12，将基板11的表面区域分离成像素区域(PER)2和伪像素区域(DPR)3。在像素区域2和伪像素区域3的基板11上，间隔着栅极绝缘膜形成着构成传输晶体管Ta、Tb的栅电极13a、13b。在这些栅电极13a、13b的一个侧面所对应的基板11内，形成作为光电转换元件的N型光电二极管区域14a、14b、P型光电二极管区域15a、15b，在栅电极13a、13b的另一侧面所对应的基板11内，例如形成着作为漏区的扩散层16a、16b。
在基板11上，形成着覆盖栅电极13a、13b的第1层间绝缘膜17和第2层间绝缘膜19。在第1层间绝缘膜17内形成与扩散层16连接的接触构件18a、18b，在第2层间绝缘膜19内形成第1Cu(铜)布线20a、20b、20c。第1Cu布线20a、20b与接触构件18a、18b连接。在这些第1Cu布线20a、20b、20c上，形成着例如由氮化硅膜构成的第1盖层21。这些第1盖层21用于防止铜的扩散。由于该第1盖层21的透光率低，所以第1盖层21的位于像素区域2的N型和P型光电二极管14a、15a的上部的部份被去除。进而，该第1盖层21在如后所述的退火处理中，妨碍氢的透过。因此，在伪像素区域3、未图示的黑标准区域4和逻辑电路区域5中，第1Cu布线上以外的第1盖层21被去除。
在第1盖层21和第2层间绝缘膜19上，形成着第3层间绝缘膜22。在该第3层间绝缘膜22和第1盖层19内，形成接触构件23a、23b，在第3层间绝缘膜22内形成着第2Cu布线23c。接触构件23a、23b分别与第1Cu布线20a、20b连接，而且与第2Cu布线23c连接。在第2Cu布线23c上，形成着第2盖层24。在像素区域2的上方、伪像素区域3、黑标准区域4和逻辑电路区域5的第2Cu布线上以外的区域，去除了该第2盖层24。
在第2盖层24、第3层间绝缘膜22上，作为钝化膜例如形成氧化硅膜25，在该氧化硅膜25上，作为钝化膜例如形成氮化硅膜26。在氮化硅膜26、氧化硅膜25、第2盖层24内，形成例如由铝构成的接合焊盘27a。该接合焊盘27a与第2Cu布线23c连接。
另外，在像素区域2中，在与光电二极管14a、15a相对应的氮化硅膜26上形成彩色滤光片28，在该彩色滤光片28上形成着微透镜29。另外，在与伪像素区域3、黑标准区域4、逻辑电路区域5相对应的氮化硅膜26上，形成例如由铝构成的遮光膜27b，伪像素区域3、黑标准区域4、逻辑电路区域5被遮光膜27b遮光。
接着，参照图3至图7说明上述构成的半导体摄像器件的制造方法。在图3至图7中，对与图2相同的部分附加相同的符号。
如图3所示，例如在P型硅基板11内例如通过氧化硅膜形成元件分离区域12。之后，在基板11上形成作为栅极绝缘膜的氧化硅膜和多晶硅层。蚀刻这些多晶硅层和氧化硅膜，形成传输晶体管Ta、Tb的栅电极13a、13b。将这些栅电极13a、13b和例如图未示出的抗蚀剂图形作为掩膜来离子注入N型杂质和P型杂质，形成N型光电二极管14a、14b、P型光电二极管15a、15b和N型扩散层16a、16b。
然后，如图4所示，在基板11上例如通过化学气相生长(CVD)来淀积氧化硅膜。使用化学机械研磨(CMP)法使该氧化硅膜平坦化，形成第1层间绝缘膜17。在该第1层间绝缘膜17上，使用光刻法形成使扩散层16a、16b露出的第1接触孔，在该第1接触孔内例如埋入钨而形成接触构件18a、18b。
接着，在基板11的整个面上淀积例如由氧化硅膜构成的第2层间绝缘膜19。在该第2层间绝缘膜19上，使用光刻法形成使接触构件18a、18b露出的第1布线槽和其他的第1布线槽。然后，在整个面上淀积Cu膜，使用CMP法使Cu膜平坦化，在第1布线槽内形成第1Cu布线20a、20b、20c。接着，为了防止第1Cu布线20a、20b、20c的氧化和扩散，在第1Cu布线20a、20b、20c和第2层间绝缘膜19的整个面上，淀积氮化硅膜，形成盖层21。
接着，如图5所示，为了防止透光率降低，使用光刻法去除像素区域2的光路上的盖层21。此时，伪像素区域3的第1Cu布线20b、20c上以外的盖层21、以及图未示出的黑标准区域、逻辑电路区域的第1Cu布线上以外的盖层被去除。也就是说，例如在伪像素区域3、黑标准区域和逻辑电路区域中，第1Cu布线上以外的盖层21几乎被都去除。
接着，如图6所示，在整个面上例如淀积由氧化硅膜构成的第3层间绝缘膜22，覆盖盖层21和第2层间绝缘膜19。然后，使用光刻法，在第3层间绝缘膜22、盖层21上，形成使第1Cu布线20a、20b露出的第2接触孔和与第2接触孔连通的第2布线槽。接着，在整个面上淀积第2Cu膜，使用CMP法使第2Cu膜平坦化。通过镶嵌(damascene)工序，形成第2接触构件23a、23b和第2布线23c。然后，在整个面上，淀积用于防止第2Cu布线23c的氧化和扩散的氮化硅膜，形成盖层24。
接着，如图7所示，为了防止透光率降低，使用光刻法去除像素区域2的光路上的盖层24。此时，在伪像素区域3、图未示出的黑标准区域、逻辑电路区域中，第2Cu布线上以外的盖层24也被去除。
接着，如图2所示，依次淀积例如由氧化硅膜构成的钝化膜25和由氮化硅膜构成的钝化膜26。然后，在氢气环境下通过400℃左右的温度对基板11进行作为热处理的烧结处理。通过该处理，包含在氮化硅膜中的氢在硅基板中扩散，利用氢将硅和栅极氧化膜的界面的悬空键封端。
然后，使用光刻法，刻蚀钝化膜26、25、盖层21，形成使第2Cu布线23c露出的开口。接着，淀积铝层，使用光刻法使铝层图形化。结果，在开口内形成接合焊盘27a，在伪像素区域3、以及黑标准区域和逻辑电路区域上形成用于遮蔽光的遮光膜27b。接着，在像素区域2的光路所对应的钝化膜26上，形成彩色滤光器28和微透镜29，完成作为半导体摄像器件的CMOS图像传感器。彩色滤光器例如由R、G、Gr、Gb构成。
根据上述实施方式，在像素区域2中去除光路上的氮化硅膜构成的盖层21、24。进而，还去除伪像素区域2、黑标准区域、逻辑电路区域的第1、第2Cu布线20b、20c、23c上以外的盖层21、24。因此，可以在热处理中，在像素区域2、以及伪像素区域3、黑标准区域和逻辑电路区域中，使氢进入基板的量均匀。因此，可以通过氢使像素区域2、伪像素区域3、黑标准区域和逻辑电路区域的悬空键封端，可以抑制晶体管的漏电流。因此，能够在像素区域2、伪像素区域3、黑标准区域和逻辑电路区域，抑制黑暗期的输出特性的差。
图8、图9是示出图2所示的沿着III-III线(X地址)的像素的黑暗期的输出电平(R、G、Gr、Gb)的图，图8示出现有技术，图9示出本实施方式的情况。
黑暗期的输出电平沿着X地址为一定的情况是理想的。但是，如图8所示的现有技术，在伪像素区域、以及黑标准区域和逻辑电路区域中，产生漏电流，所以来自这些区域的输出电平与来自像素区域的输出电平之间产生大约25LSB的差。
与之相对，如图9所示的本实施方式，抑制了伪像素区域、以及黑标准区域和逻辑电路区域的漏电流。因此，可知来自这些区域的输出电平与来自像素区域的输出电平之差改善为大约5LSB。
另外，根据上述实施方式，在第1、第2Cu布线20a、20b、20c和第1Cu布线23c上，形成由氮化硅膜构成的盖层21、24。因此，可以防止Cu的扩散和氧化。
图10是示出本发明的变化例的图。
图2所示的实施方式，在伪像素区域3中，在第1Cu布线20b和第1Cu布线20c之间，没有第1Cu布线的区域和没有第2Cu布线的区域存在于垂直方向上基本相同的位置。
与之相对，图10所示的变化的情况，在伪像素区域3中，在第1Cu布线20b和第1Cu布线20c之间没有第1Cu布线的区域和在第2Cu布线23c和第2Cu布线23d之间没有第2Cu布线的区域，不在垂直方向上相同的位置。而且，在这些第1、第2Cu布线20b、20c、23c、23d上，形成着由透光率低的氮化硅构成的盖层21、24。因此，根据本变化例，可以提高遮光性能。
而且，上述实施方式说明了将本发明应用于CMOS图像传感器的情况，但本发明不限于此，当然可以应用于使用了Cu布线的其他传感器、半导体器件。
对于相关领域的技术人员可以容易地发现其额外的优点，并进行修改，因此，本发明在广义上并不仅限于在此所述的具体情况和实施方式。因此，依照上述内容进行的各种修改都不脱离本意旨或者在附属的权力要求所定义的发明范围内。
Claims (12)
1.一种半导体摄像器件，其特征在于，包括：
像素区域，配置了多个光电转换元件；
电路区域，配置在上述像素区域的周边，且包括伪像素区域、黑标准区域和逻辑电路区域；
铜布线，配置在上述像素区域和上述电路区域；及
盖层；配置在上述铜布线上；
在上述像素区域配置的上述铜布线上以外和上述电路区域的上述铜布线上以外的上述盖层被去除。
2.如权利要求1所述的半导体摄像器件，其中，
上述盖层由氮化硅膜构成。
3.如权利要求1所述的半导体摄像器件，其中，
上述盖层仅形成在铜布线上。
4.如权利要求1所述的半导体摄像器件，其中，
上述像素区域的暗期特性和上述电路区域的暗期特性被设定为相等。
5.如权利要求1所述的半导体摄像器件，其中，
上述电路区域具有光电转换元件，
上述电路区域的上述铜布线具有在上述光电转换元件上的第1绝缘膜上形成的第1、第2铜布线和在上述第1、第2铜布线上的第2绝缘膜上形成的第3、第4铜布线，
上述第1、第2铜布线之间的第1区域形成在与上述第3、第4铜布线之间的第2区域不同的位置。
6.一种半导体摄像器件的制造方法，其特征在于，包括：
在半导体基板的像素区域和电路区域内形成多个光电转换元件，上述电路区域配置在上述像素区域的周边、且包括伪像素区域、黑标准区域和逻辑电路区域；
在上述像素区域和电路区域上形成第1绝缘膜；
在与上述像素区域和电路区域相对应的上述第1绝缘膜上形成铜布线；及
在上述铜布线上形成盖层，上述像素区域的上述铜布线上以外和上述电路区域的上述铜布线上以外的上述盖层被去除。
7.如权利要求6所述的半导体摄像器件的制造方法，其中，
上述铜布线形成在上述像素区域和电路区域的除上述光电转换元件之外的区域。
8.如权利要求6所述的半导体摄像器件的制造方法，其中，
上述盖层由氮化硅膜构成。
9.如权利要求6所述的半导体摄像器件的制造方法，其中，
上述盖层仅形成在铜布线上。
10.如权利要求6所述的半导体摄像器件的制造方法，其中，
使用氢气对上述半导体基板进行热处理。
11.如权利要求6所述的半导体摄像器件的制造方法，其中，
上述像素区域的暗期特性和上述电路区域的暗期特性被设定为相等。
12.如权利要求6所述的半导体摄像器件的制造方法，其中，
上述电路区域具有光电转换元件，
上述电路区域的上述铜布线具有在上述光电转换元件上的第1绝缘膜上形成的第1、第2铜布线和在上述第1、第2铜布线上的第2绝缘膜上形成的第3、第4铜布线，
上述第1、第2铜布线之间的第1区域形成在与上述第3、第4铜布线之间的第2区域不同的位置。
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