CN1828918A - 固体摄像装置及其制造方法 - Google Patents

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藤原一夫
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Abstract

在使用铜布线的金属氧化半导体(MOS)型等的固体摄像装置及其制造方法中,实现了暗电流和白斑数的降低和感度的提高。本发明的半导体装置,包括衬底(101);形成在衬底(101)上,具有光电转换部(103)的光电转换单元呈阵列状排列的摄像区域;形成在衬底(101)上,进行摄像区域的控制和来自摄像区域的信号的输出的周围电路区域;形成在衬底(101)上且由含铜材料形成的含铜布线层(132、134、138),且,作为为防止铜扩散的扩散防止层,在光电转换部(103)上形成第一扩散防止层(121)的同时,还按顺序形成了含铜布线层(132、134、138)上的扩散防止层(122、123、124)。

Description

固体摄像装置及其制造方法

技术领域

本发明,涉及固体摄像装置及其制造方法,特别是包含光电二极管和金属氧化半导体(Metal Oxdie Semiconductor)型晶体管的同时使用铜布线的固体摄像装置及其制造方法。

背景技术

金属氧化半导体型固体摄像装置,对于各个像素都形成了包含金属氧化半导体晶体管的放大电路,利用该放大电路,成为在各光电二极管中放大信号读出的图像传感器。

这样的固体摄像装置,具有被称为MOS图像传感器的,低电压且低电耗,再有,与周围电路可作成一个晶片的特长。为此,近年作为个人电脑用小型相机及携带型机器等的像素输入元件得到注目。

这样的MOS图像传感器,现在是按照0.35μm标准以上的CMOS标准来制造的,平均一个像素的尺寸为5.6μm。然而,伴随着固体摄像装置的小型化、低成本化及多像素化的提高,今后,可以设想到像素的精细像素化及高速化会更加推进。

在此,揭示了在低阻抗的同时,利用适合于高速动作及布线区域的削减的铜布线的固体摄像装置。

图4,是表示固体摄像装置中电路构成的一例。该固体摄像装置,是在同一半导体衬底上包括,复数个像素11被排列成两维的摄像区域12,进行从被排列的像素11中垂直方向的选择的垂直移位寄存器13,进行从被排列的复数个像素11中水平方向选择的水平移位寄存器14,供给垂直移位寄存器13及水平移位寄存器14脉冲的定时发生电路15。

还有,排列在摄像区域12中的像素11,各自都包含由光电二极管形成的光电转换部31,传送由光电转换部31发生的电荷的传送晶体管32,清除来自像素11的电荷复原的复原晶体管34,检测由传送晶体管传送的电荷、输出信号的放大晶体管35,控制放大晶体管35输出信号的时刻的选择晶体管36。这样,一个像素11由四个MOS晶体管形成。

接下来,图5中,表示了以前的MOS型固体摄像装置50的剖面图。在此,表示了相当于两个像素(像素a及像素b)的范围,因为这两个像素具有相同的构造,所以主要说明像素a。

MOS型固体摄像装置50,用硅衬底51形成,像素a等各个像素至少由一个MOS晶体管52和一个光电二极管53形成。

在此,MOS晶体管52,是由对硅衬底51注入杂质而形成的源极区域及漏极区域(以下称为源极·漏极区域54),和在硅衬底51上介于栅极绝缘膜55形成的栅极电极56构成的。还有,尽管图中未示,MOS晶体管52,由元件分离区域分隔的同时还形成在形成了p型或n型的阱(well)的范围内。还有,这也未图示,进行了为调整MOS晶体管52的阈值电压的对硅衬底51的杂质注入。

还有,光电二极管部53,由对硅衬底51注入n型杂质而形成。

还有,源极·漏极区域54上各自形成了第一层接触点71,第一层接触点71,连接于第一层埋入布线72。再有,第一层埋入布线72上形成了第二层接触点73,第二层接触点73,连接于第二层埋入布线74。再有,第二层埋入布线74上形成了第三层接触点75,第三层接触点75连接于第三层埋入布线76。

在此,从第一层到第三层接触点及埋入布线,全部都形成在硅衬底51上形成的层间绝缘膜60中。这些,由如下所述那样形成。且,层间绝缘膜60,为合计五层的叠层构造。

首先,沉积由氧化硅材料形成的第一层下侧层间绝缘膜61,由CMP研磨(Chemical Mechanical Polishing研磨)平整。接下来,在第一层下侧层间绝缘膜61的所规定位置开口接触孔,通过在该开口中填入钨等,形成第一层接触点71。它们高度(膜厚)形成为约0.5μm。

接下来,第一层下侧层间绝缘膜61上,沉积厚度约为0.4μm的第一层上侧层间绝缘膜62,再对它通过平板印刷技术及蚀刻技术,形成为形成第一层埋入布线72的布线槽。再有,对该布线槽,成膜由钽(Ta)等形成的势垒金属(varia metal)和由铜(Cu)形成的导电膜后,通过CMP研磨平整。由此,形成了膜厚约为0.4μm的第一层埋入布线72。

接下来,在第一层上侧层间绝缘膜62上,沉积氧化硅材料形成膜厚约为0.6μm的第二层层间绝缘膜63,CMP研磨平整。接下来,通过平板印刷技术及蚀刻技术,在第二层层间绝缘膜63上,形成通孔(via)接触点孔和布线槽。再有,通过成膜由钽(Ta)等形成的势垒金属和由铜(Cu)形成的导电膜后,再由CMP研磨平整,形成了膜厚约为0.3μm的第二层接触点73及第二层埋入布线74。

接下来,与第二层层间绝缘膜63、第二层接触点73及第二层埋入布线74一样,形成第三层层间绝缘膜64、第三层接触点75及第三层埋入布线76。

再有,成膜由氮化钛(TiN)形成的势垒金属和铝(Al)膜,通过蚀刻,形成垫部分(未图示)。此后,形成氮化硅膜的钝化膜81,再沉积最上部层间绝缘膜65。

接下来,在最上部层间绝缘膜65上,形成了彩色滤色器82,再在彩色滤色器82上形成晶片镜83。

在这样的固体摄像装置50中,通过使用能够形成的比由蚀刻形成的膜厚更薄的埋入布线,可以减小光电转换部件上形成的由布线层等形成的叠层构造。由此,可以谋得受光效率的提高。

还有,作为布线材料由于使用了铜,通过控制布线层的膜厚而控制了布线层的电阻增加。

(专利文献1)特开2003-264281号公报(发明所要解决的课题)然而,在图5所示的固体摄像装置50中,作为第一层埋入布线72等的布线材料所使用的铜(Cu),一部分扩散到层间绝缘膜60,甚至扩散到硅衬底51。这样扩散了的铜(Cu),在光电二极管53中作为增长暗电流的杂质元素而起作用,成为加剧白斑特性的原因。

还有,布线层中最上部的层(图5的情况下,第三层埋入布线76),因为还有兼用防止对光电二极管部53以外部分光的入射的遮光膜的机能,所以,制成为规整的格子状布线图案。

使用作为这样的布线层的埋入布线的情况,摄像区域部的中央附近布线膜厚变薄。这被称为中凹(dishing),在进行CMP(Chemical Mechanical Pol-ishing)研磨之际,由于研磨剂的化学作用布线中央部等的图案出现洼下现象。这个现象,在布线尺寸大处尤其显著。

由于中凹布线层变薄的话,在成为断线的原因的同时光电二极管部53以外的区域也射入光线而成为MOS晶体管52误动作的原因。

发明内容

鉴于以上的课题,本发明的目的,在于提供能够容易地实现泄漏电流和白斑数的降低的同时,能够抑制布线的断线及对所规定区域以外的区域的光线的射入的固体摄像装置及其制造方法。

(为解决课题的方法)为了达到上述的目的,本发明的固体摄像装置,包括:衬底;形成在衬底上的,具有光电转换部的光电转换单元(cell)排列为阵列状的摄像区域;形成在衬底上的,进行摄像区域的控制及来自摄像区域的信号的输出的周围电路区域;形成在衬底上的,且由含铜材料形成的含铜布线层;另外,作为防止铜扩散的扩散防止层,在光电转换部上形成了第一扩散防止层的同时,在含铜布线层上还形成了第二扩散防止层。

根据本发明的固体摄像装置,由于形成了第一及第二扩散防止层,防止了由于布线层所含铜(Cu)的移动而侵入衬底(特别是形成在衬底上的光电转换部)。为此,防止了因为扩散到光电转换部的铜(Cu)而引起的暗电流的增加,也就能够防止固体摄像装置的白斑特征的恶化。也就是,在布线层中使用铜(Cu)的固体摄像装置中,可以减少白斑的数量。

在此,在光电转换部上形成的第一扩散防止层,防止了扩散到光电转换部附近的铜(Cu)进入光电转换部。还有,在布线层上形成的第二扩散防止层,抑制了从各个布线层铜(Cu)扩散移动。

且,第一扩散防止层和形成在最下层含铜布线层上的第二扩散防止层,最好的是形成为连续的一体。

这样做的话,最下层含铜布线层,也就是,最接近衬底的含铜布线层所含铜(Cu)也能被防止扩散到光电转换部。由此,对光电转换部确实可以防止铜(Cu)的扩散,也就确实能够降低白斑数和暗电流。

还有,光电转换部和第一扩散防止层之间,最好的是还有应力缓和膜。

这样做的话,能够提高白斑的特性。这是因为下述的理由。

在光电转换部上,不介于应力缓和膜形成第一扩散防止层的情况,在形成扩散防止层之际因为与光电转换部之间产生膜应力就会在光电转换部暗电流增加,白斑数增加。

因此,在光电转换部和扩散防止层之间,通过形成为缓和膜应力的应力缓和膜,就能够抑制暗电流及白斑的增加。作为应力缓和膜,具体地讲,可以是氧化膜。

还有,第一扩散防止层及第二扩散防止层,最好的是包含氮化硅及碳化硅中至少一种。

这样做的话,在能够防止铜(Cu)向衬底(特别是光电转换部)扩散的基础上,还可以减少衬底表面的光反射,就可以实现感光度高的光电转变单元。

还有,包括含有含铜布线层的复数层布线层,在复数层布线层之间,最好的是至少形成绝缘膜。

这样做的话,在可以防止布线层之间的短路的同时,还可以削减寄生电容。

还有,与含铜布线层不同的,还包括具有作为遮挡入射光线的遮光膜机能的同时为向光电转换部射入光线的开口部的遮光布线层,遮光布线层,最好的是由蚀刻形成图案。

在层间绝缘膜上形成对应于布线图案的槽后,形成金属膜,通过CMP研磨形成埋入布线的情况下,由于CMP工序的中凹的影响布线层的布线膜厚产生了偏差。

因此,兼用于遮光膜功能的遮光布线层由蚀刻方法形成,因此,防止了该布线层的厚度偏差,还可以抑制遮光特性的面内的偏差。其结果,由于使用了埋入布线在光电转换部上形成的布线层等形成的叠层构造的膜厚减小的情况下,也可以提高具有遮光机能的的布线层的遮光特性的信赖性。

还有,遮光布线层,最好的是包含铝(Al)。

这样做的话,可使作为遮光膜而兼用的布线层成为低阻抗布线层的同时,还可以由蚀刻容易地形成布线层。

还有,最好的是:摄像区域形成的布线层中最上层布线层,由蚀刻形成图案,控制电路区域形成的布线层中最上层布线层,为埋入布线。

这样做的话,可以实现在包括摄像区域的最上层布线层的膜厚偏差小的布线层的同时,在控制电路区域中作为布线层包括精细尺寸加工了的布线层的固体摄像装置。

还有,摄像区域的最上层布线层,最好的是位于比控制电路区域的最上层布线层靠下的位置。

这样做的话,可以缩短兼用遮光膜机能的布线层和形成了光电转变单元等的衬底表面的距离。为此,相对于固体摄像装置倾斜射入的光线,抑制了其射入应该射入的光电转变单元的相邻的其他光电转变单元,由此能够削减混色。

还有,摄像区域的最上层布线层,在含有铝(Al)的同时,控制电路区域的最上层布线层,最好的是含有铜(Cu)。

这样做的话,通过对摄像区域最上面形成的布线层的蚀刻确实可以形成图案的同时,还可以抑制控制电路区域最上面形成的布线层的电阻变高。

为了达成上述的目的,本发明的摄像机,包括本发明的固体摄像装置。

根据本发明的摄像机,因为包括实现了泄漏电流的降低、白斑特性的提高及混色降低等的效果的固体摄像装置,所以,能够摄取优质的影像。

为了达成上述的目的,本发明的固体摄像装置制造方法,包括:在衬底上形成,具有光电转换部的光电转换单元(cell)排列为阵列状的摄像区域和,进行摄像区域的控制及来自摄像区域的信号的输出的周围电路区域的第一工序;第一工序之后,在衬底上形成含铜的含铜布线层的第二工序;第一工序之后,作为防止铜扩散的扩散防止层,在光电转换部上形成了第一扩散防止层的同时,在含铜布线层上还形成了第二扩散防止层的第三工序。

根据本发明的固体摄像装置的制造方法,作为防止包含在布线层材料中的铜(Cu)的扩散的扩散防止层,在光电转换部上形成第一扩散防止层的同时,在含铜布线层上形成第二扩散防止层。为此,防止了铜(Cu)侵入衬底(特别是形成在衬底上的光电转换部)。

其结果,防止了因为扩散到光电转换部的铜(Cu)而引起的暗电流的增加,也就能够防止制造的固体摄像装置的白斑特征的恶化。

且,在第三工序中,最好的是将第一扩散防止层和形成在最下层含铜布线层上的第二扩散防止层形成为连续的一体。

这样做的话,能够制造包括对光电转换部确实防止了铜(Cu)扩散的固体摄像装置。

还有,第三工序中形成第一扩散防止层之前,最好的是还包括在光电转换部上形成应力缓和膜的工序。

这样做的话,可以缓和由于在光电转换部上形成第一扩散防止层而发生的,由第一扩散防止层对光电转换部的膜应力。该膜应力,因为是光电转换部中暗电流增加及白斑增加的原因,所以通过缓和就能够提高白斑的特性。

在此,作为应力缓和膜的具体例,可以形成氧化膜。

还有,在第三工序中,最好的是形成包含氮化硅及碳化硅中至少一种的膜的第一扩散防止层及第二扩散防止层。

这样做的话,可以减少衬底表面的光反射,就可以提高光电转变单元的感光度。

还有,由包括第二工序的工序,最好的是在形成复数层布线层的同时,包括在复数层布线层之间至少形成绝缘膜的工序。

这样做的话,在固体摄像装置中可以防止布线层之间的短路的同时,还可以削减寄生电容。

还有,在第一工序之后,还包括形成具有作为遮挡入射光线的遮光膜机能的同时为向光电转换部射入光线的开口部的遮光布线层的第四工序,形成遮光布线层的工序,最好的是包含进行蚀刻形成图案的工序。

这样做的话,与利用CMP研磨技术形成埋入布线的情况不同,能够避免布线层膜厚的偏差。为此,形成具有均匀膜厚的遮光布线层,可以确实做到遮光。

还有,第四工序中,最好的是形成包含铝(Al)遮光布线层。

这样做的话,可以由蚀刻确实地形成布线层的图案。

还有,最好的是包括:将摄像区域的最上层布线层,由蚀刻形成图案的工序,将控制电路区域的最上层布线层,形成为埋入布线的工序。

这样做的话,可以在形成作为摄像区域的最上层布线层的膜厚偏差小的布线层的同时,精细尺寸加工控制电路区域中最上层的布线层。

还有,最好的是使摄像区域的最上层布线层含有铝(Al)的同时,也使控制电路区域的最上层布线层含有铜(Cu)。

这样做的话,通过对摄像区域最上面形成的布线层的蚀刻确实可以形成图案的同时,还可以避免控制电路区域最上面形成的布线层的电阻变高。

还有,形成摄像区域中的最上层布线层的工序,最好的是在形成控制电路区域中的最上层布线层工序之前进行。

这样做的话,可以将摄像区域中的最上层的布线层比控制电路区域中的最上层的布线层更接近衬底的位置形成。为此,就可以缩短摄像区域中的最上层的布线层与形成了光电转变单元的衬底表面的距离。其结果,控制了相对于固体摄像装置倾斜射入的光线射入与应该射入的光电转变单元相邻的另外的光电转变单元,由此就能够削减混色。

还有,在形成扩散防止层工序之后,且形成布线层之前,最好的是包括进行在至少包含氢(H)的环境中,最高温度在400℃以上且480℃以下的热处理的工序。

这样做的话,可以对由形成摄像区域及控制电路区域之际等向衬底注入杂质、热处理及元件分离形成等产生的结晶变形进行恢复性退火而得到恢复。由此,可以抑制因为铜(Cu)的电迁移引起的电阻变高。还有,因为是在形成由含铜材料形成布线之前进行的热处理,由热处理能够避免铜布线的断线。

-发明的效果-根据本发明的固体摄像装置及制造方法,在防止包含在布线层中的铜(Cu)向形成在衬底上的光电转换部的扩散的同时,降低了形成在最上层的布线层膜厚的偏差从而实现了遮光特性的提高和断线的降低。由此,可以实现白斑特性的改善及暗电流的降低。

附图说明

图1,是说明本发明的第1实施方式所涉及的固体摄像装置的构成及其制造工序的图。

图2,是说明本发明的第2实施方式所涉及的固体摄像装置的构成及其制造工序的图。

图3,是说明本发明的第3实施方式所涉及的固体摄像装置的构成及其制造工序的图。

图4,是表示以前的固体摄像装置中电路构成的一例的图。

图5,是说明以前的固体摄像装置的构成及其制造工序的图。

(符号说明)100、100a、100b    半导体装置101                硅衬底102                MOS晶体管103                光电二极管104                源极区域及漏极区域105                栅极绝缘膜106                栅极电极110                层间绝缘膜111、111a          应力缓和膜112                第一层下侧层间绝缘膜113                第一层上侧层间绝缘膜114                第二层层间绝缘膜115                第三层下侧层间绝缘膜116                第三层上侧层间绝缘膜117                最上部层间绝缘膜121                PD部扩散防止层122                第一层扩散防止层123                第二层扩散防止层124、224           第三层扩散防止层131                第一层接触点132                第一层埋入布线133                第二层接触点

134               第二层埋入布线135、235          摄像区域第三层接触点136、236          摄像区域第三层布线137、237          控制区域第三层接触点138、238          控制区域第三层埋入布线141               钝化膜142               彩色滤光器143               晶片镜221               共同扩散防止层A                 摄像区域B                 控制电路区域具体实施方式以下,就本发明的第1、第2及第3实施方式加以说明。任何一个实施方式的固体摄像装置,也都与图4所示的以前的固体摄像装置一样,具有包括光电转换部及复数个晶体管的光电转换单元排列成阵列状的摄像区域,和为控制摄像区域的同时输出摄像区域中的信号的控制电路区域。

(第1实施方式)以下,参照附图说明本发明的第1实施方式所涉及的固体摄像装置及其制造方法。

图1,是模式表示本发明的第1实施方式所涉及的固体摄像装置100的构造的剖面图。在固体摄像装置100中,以将相当于摄像区域的一个光电转换单元的区域作为区域A,控制电路区域的包含一个MOS晶体管的区域作为区域B为代表而表示。

固体摄像装置100,是用硅衬底101而形成,在区域A及区域B中各自形成了MOS晶体管102。MOS晶体管102,是通过对硅衬底101注入杂质而形成的源极区域及漏极区域(以下成为源极·漏极区域104),在硅衬底101上介于栅极绝缘膜105形成的栅极电极106构成的。还有,尽管省略了图示,MOS晶体管102,由元件分隔区域分隔的同时,形成了形成P型或N型阱的范围。还有,这也没有图示,进行了为调整MOS晶体管102的阈值电压而向硅衬底101的杂质注入。

还有,区域A中,形成了作为光电转换部的光电二极管(PD)103。这是通过向硅衬底101注入n型杂质而形成的。

还有,源极·漏极区域104上,各自形成了第一层接触点131,第一层接触点131,连接于第一层埋入布线132。再有,在第一层埋入布线132上形成了第二层接触点133,第二层接触点133,连接于第二层埋入布线134。

再有,在区域A中,第二层埋入布线134上形成了摄像区域第三层接触点135,摄像区域第三层接触点135,连接于摄像区域第三层布线136。

还有,区域B中,第二层埋入布线134上形成了控制电路区域第三层接触点137,控制电路区域第三层接触点137,连接于控制电路区域第三层埋入布线138。

还有,光电二极管103上,形成了光电二极管部扩散防止层121。再有,在第一层布线层132及第二层布线层134上,按顺序形成了第一层扩散防止层122及第二层扩散防止层123。还有,在第三层埋入布线138上,形成了第三层扩散防止层124。

在此,以上的第一层至第三层接触点、埋入布线及扩散防止层和光电二极管部121,都形成在层间绝缘膜110中。这些由以下那样形成。且,层间绝缘膜110,例如用氧化硅形成,成为由复数层层间绝缘膜形成的叠层构造。

首先,在区域A及区域B中,用众所周知的方法对形成了MOS晶体管102及光电二极管103的衬底101,将薄层间绝缘膜作为应力缓和膜111而形成。接下来,介于应力缓和膜111,在光电二极管103上形成光电二极管部扩散防止层121。在本实施方式中,作为光电二极管部扩散防止层121,是用氮化硅膜。但是,其他的材料,例如使用碳化硅形成光电二极管部扩散防止层121也是可以的。

这样,由于形成了光电二极管部扩散防止层121,能够防止包含在布线层等中的铜(Cu)对光电二极管103的扩散,所以提高了白斑特性。具体地讲,在以前的固体摄像装置中的10000个程度的白斑减少到1000个程度。

且,这儿所说的白斑个数,意味着200万像素的固体摄像装置,在60℃环境且黑暗状态下测定之际,规定值以上的输出所具有的像素的个数。

在此,不形成应力缓和膜111,在光电二极管103上直接形成光电二极管部扩散防止层121的情况下,白斑数减少到5000个程度而停止。这既是防止铜(Cu)向光电二极管103扩散的光电二极管部扩散防止层121的效果得到了发挥,还因为光电二极管部扩散防止层121在光电二极管103上施加了膜应力。

还有,作为光电二极管部扩散防止层121形成氮化硅膜的情况,应力缓和膜111的膜厚形成为5nm至20nm的同时光电二极管部扩散防止层121膜厚形成为40nm至90nm。制成这样的膜厚,可降低光电二极管103上的反射率,增加入射光量而可使光电二极管103的感度提高约10%,同时,还可以避免对光电二极管103的膜应力影响。

还有,作为光电二极管部扩散防止层121形成碳化硅膜的情况,应力缓和膜111的膜厚与上述一样形成为5nm至20nm的同时光电二极管部扩散防止层121膜厚形成为50nm至130nm。通过形成这样的膜厚,同样能够实现感度提高及膜应力的缓和。

形成光电二极管部扩散防止层121后,进行热处理(退火处理)。具体地讲,例如,在氢(H)环境中进行温度在400℃至480℃的退火处理。由此,削减了制造衬底101之际产生的损伤,防止由于埋入布线中电迁移引起的电阻增高。通过这样的退火处理,白斑变为100个以下。

接下来,形成第一层下侧层间绝缘膜112,对它,由蚀刻形成为形成第一层接触点131的接触点孔。接下来,在该接触点孔中埋入金属,由此形成第一层接触点131。本实施方式中,作为金属材料,使用了覆盖性好的钨(W)。但是,并不只限于此。

再有,在第一层下侧层间绝缘膜112上,形成了第一层上侧层间绝缘膜113。对它,由蚀刻在所规定的位置形成为形成第一层埋入布线132的布线槽。对该布线槽,成膜由钽(Ta)等形成的势垒金属和含铜(Cu)导电膜后,由CMP研磨平整形成膜厚为0.3μm至0.6μm的第一层埋入布线132。

接下来,在包含第一层埋入布线132的第一层上侧层间绝缘膜113上,形成第一层扩散防止层122。由此,能够得到防止铜(Cu)扩散的效果,但是,在第一层扩散防止层122和第一层上侧层间绝缘膜113的界面,很多光线被反射。因此,在光电二极管103上的区域由蚀刻除去第一层扩散防止层122,防止对光电二极管103的入射光量的降低。

接下来,以覆盖第一层扩散防止层122的形式,形成第二层层间绝缘膜114,再由CMP研磨平整其表面。接下来,由平板印刷技术及蚀刻技术,在第二层扩散防止层114上形成为形成第二层接触点133的通孔接触点孔,形成为形成第二层埋入布线134的布线槽。

再有,对这些via接触点孔及布线槽,成膜由钽(Ta)等形成的势垒金属和含铜(Cu)导电膜,再由CMP研磨平整。由此,在第二层扩散防止层114中,形成总合膜厚为0.5μm至0.9μm程度的第二层接触点133及第二层埋入布线134。

接下来,在第二层层间绝缘膜114上,形成第二层扩散防止层123。再有,与第一层的情况相同,为了避免第二层层间绝缘膜114和第二层扩散防止层123的界面上的光线反射,在位于光电二极管103上的位置通过蚀刻除去第二层扩散防止层123。

接下来,在控制电路区域的区域B,与第二层相同,形成第三层下侧层间绝缘膜115、控制电路区域第三层接触点137、控制电路区域第三层埋入布线138及第三层扩散防止层124。

为了加强埋入布线的平整性,控制电路区域第三层埋入布线138,可形成0.14μm至0.20μm的精细图案的布线图案。

还有,在摄像区域的区域A,形成了摄像区域第三层接触点135和摄像区域第三层布线136。这些,首先通过在第三层下侧层间绝缘膜115上形成接触点孔埋入金属形成摄像区域第三层接触点135。接下来,沉积铝(Al)形成导电膜,再由蚀刻形成图案,制成摄像区域第三层布线136。

在层间绝缘膜等形成槽,成膜布线材料后用CMP研磨平整形成埋入布线的情况,在CMP研磨工序中,由于中凹引起布线层的一部分变薄的现象。对此,由蚀刻图案形成布线的情况,因为不发生中凹,能够避免布线的断线。还有,将摄像区域第三层布线136作为遮光膜利用的情况,均匀遮光性也成为可能。

还有,因为使用铝(Al)作为材料,防止铜(Cu)扩散的扩散防止层,在摄像区域第三层布线136上就不需要了。其结果,可以简化制造工序,还可以削减使用掩模的枚数。

其后,形成第三层上侧层间绝缘膜116,再有,尽管没有图示,形成垫部。且,摄像区域第三层布线136,也形成为与垫连接。由此,对垫部就实现了引线接合。

且,摄像区域第三层布线136的膜厚,在本实施方式中为0.4μm至1.0μm,但并不限于此。

接下来,形成氮化硅膜的钝化膜141后形成最上部层间绝缘膜117。

接下来,进行退火处理。在此之际,进行高温(如450℃以上)条件下的退火处理的话,就会发生电迁移,原为20Ω的埋入布线膜电阻就会恶化到40Ω。且,该数值是0.4μm情况下的数值。为此,退火处理在较低温(例如390℃)的条件下进行。

接下来,最上部层间绝缘膜117上形成彩色滤色器142,再有,在区域A,彩色滤色器142上形成晶片镜143。

通过以上的做法,在固体摄像装置中使用铜(Cu)材料布线(各埋入布线)的情况下,实现了对光电转换部防止了铜(Cu)的扩散的固体摄像装置。还有,能够防止摄像区域中形成在最上层的布线层的断线。

本实施方式的固体摄像装置,通过以上的做法,实现了白斑特性的提高及暗电流的降低,还有,成为防止了布线断线的固体摄像装置。

且,通过安装本实施方式的固体摄像装置,就可以制造能够设置高质画像的摄像机。

(第2实施方式)以下,参照附图说明本发明的第2实施方式所涉及的固体摄像装置及其制造方法。

图2,是模式表示本发明的第2实施方式所涉及的固体摄像装置100a的构造的剖面图。

固体摄像装置100a,具有与图1所示的第1实施方式的固体摄像装置100共同的构造部分,只有一部分构成不同。因此,共同构成的部分与图1标注相同的符号省略详细说明。以下,说明固体摄像装置100a与固体摄像装置100的不同部分。

固体摄像装置100a,是用硅衬底101而形成,包括MOS晶体管102及光电二极管103。还有,合计三层的接触孔及布线、两层扩散防止层、光电二极管部扩散防止层121形成在层间绝缘膜110中。再有,形成了氮化硅膜140、钝化膜141、彩色滤色器142及晶片镜143。这样的构成都与第1实施方式的固体摄像装置100相同。

但是,第1实施方式的固体摄像装置100的情况,摄像区域第三层接触点135及摄像区域第三层布线136,是在形成控制电路区域第三层接触点137及控制电路区域第三层埋入布线138之后形成的。为此,摄像区域第三层布线136,比控制电路区域第三层埋入布线138形成在远离衬底101的位置。

对此,本实施方式的固体摄像装置100a的情况,摄像区域第三层接触点235及摄像区域第三层布线236,是在形成控制电路区域第三层接触点137及控制电路区域第三层埋入布线138之前形成的。为此,摄像区域第三层布线236,比控制电路区域第三层埋入布线238形成在接近衬底101的位置。

由此,通过遮光能够适当地进行,所以,可以更确实地防止射入固体摄像装置100a的光线射入与应射入光电二极管103相邻的光电二极管。为此,比迄今为止还可以改善(降低)3%程度的混色。

这样,根据本实施方式的固体摄像装置100a,在与第1实施方式的固体摄像装置100同样的效果的基础上,还可以实现降低混色的效果。

(第3实施方式)以下,参照附图说明本发明的第3实施方式所涉及的固体摄像装置及其制造方法。

图3,是模式表示本发明的第3实施方式所涉及的固体摄像装置100b的构造的剖面图。

固体摄像装置100b,具有与图2所示的第2实施方式的固体摄像装置100a共同的构造部分,只有一部分构成不同。因此,共同构成的部分与图2标注相同的符号省略详细说明。以下,说明固体摄像装置100b与固体摄像装置100a的不同部分。

第2实施方式的固体摄像装置100a的情况,光电二极管部扩散防止层121和第一层扩散防止层122是分别形成的,各自为独立的扩散防止层。

对此,本实施方式的固体摄像装置100b中,光电二极管103和第一层埋入布线132上,连续形成了一体的共同扩散防止层221。光电二极管103和第一层埋入布线132从衬底101的距离不同,但是,共同扩散防止层221,在光电二极管103上的区域中,从第一层埋入布线132上的位置向衬底101具有凸起的形状。由此,作为没有断口的连续一体的扩散防止层,共同扩散防止层221形成在了光电二极管103和第一层埋入布线132上。

通过这样做,因为确实可以防止铜(Cu)向形成在衬底101上的光电二极管103扩散,所以更确实地提高了白斑特性。具体地讲,白斑数,对于以前的固体摄像装置的10000个程度的情况,到第1实施方式的固体摄像装置100的1000个程度的情况,本实施方式的固体摄像装置100b成为100个程度。

还有,以上说明了的构造,形成如下所述的形式。

在衬底101上,到形成MOS晶体管102及光电二极管103为止的工序,与第2实施方式的情况一样。

其后,省略了第2实施方式中形成了的应力缓和膜111和光电二极管部扩散防止层121的形成,与第2实施方式一样,形成了第一层下侧层间绝缘膜112、第一层接触点131、第一层上侧层间绝缘膜113及第一层埋入布线132。

接下来,光电二极管103上,对第一层下侧层间绝缘膜112和第一层上侧层间绝缘膜113进行蚀刻,形成凹部。在此之际,通过在光电二极管103上剩余薄的扩散防止层层间绝缘膜,作为应力缓和膜111a亦可。

接下来,成膜共同扩散防止层221。由此,在第一层上侧层间绝缘膜113及第一层埋入布线132上、光电二极管103上、形成在光电二极管103上的凹部侧壁形成了共同扩散防止层221,成为连续一体的扩散防止层。

共同扩散防止层221形成了的光电二极管103的凹部,其后,在形成第二层层间绝缘膜114之际被填充。

第二层以后,与第2实施方式的情况一样。通过以上的做法制造本实施方式的固体摄像装置100b。

且,第1实施方式的固体摄像装置100中,形成共同扩散防止层221也是可以的,由于确实防止了铜(Cu)的扩散实现了减少白斑的效果。

且,第1、第2及第3实施方式中,任何一个半导体装置都设置了三层布线层,但是,并不限于此,只要形成必要的布线层数即可。其中含铜布线层上和光电二极管上通过形成扩散防止层,实现提高白斑特性等的效果。

-产业上的利用可能性-根据本发明的固体摄像装置及其制造方法,白斑特性的提高、暗电流的降低、感度的提高及混色的降低均可以实现,作为图像传感器装置是有用的。

Claims (22)

1.一种固体摄像装置,包括:衬底,摄像区域,形成在上述衬底上,具有光电转换部的光电转换单元排列为阵列状,周围电路区域,形成在上述衬底上,进行上述摄像区域的控制及来自上述摄像区域的信号的输出,以及含铜布线层,形成在上述衬底上,且由含铜的材料形成,其特征为:作为防止上述铜扩散的扩散防止层,在上述光电转换部上形成了第一扩散防止层的同时,还在上述含铜布线层上形成了第二扩散防止层。
2.根据权利要求1所述的固体摄像装置,其特征为:上述第一扩散防止层,和形成在最下层的上述含铜布线层上的上述第二扩散防止层,形成为连续的一体。
3.根据权利要求1所述的固体摄像装置,其特征为:上述光电转换部和上述第一扩散防止层之间,具有应力缓和膜。
4.根据权利要求1所述的固体摄像装置,其特征为:上述第一扩散防止层及上述第二扩散防止层,包含氮化硅及碳化硅中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的固体摄像装置,其特征为:包括含有上述含铜布线层的复数层布线层,在复数层的布线层之间,至少形成了绝缘膜。
6.根据权利要求1所述的固体摄像装置,其特征为:包括遮光布线层,上述遮光布线层与上述含铜布线层不同,具有作为遮挡入射光线的遮光膜机能的同时,还有为向上述光电转换部射入光线的开口,上述遮光布线层,由蚀刻形成图案。
7.根据权利要求6所述的固体摄像装置,其特征为:上述遮光布线层,包含铝。
8.根据权利要求1所述的固体摄像装置,其特征为:在上述摄像区域形成的布线层中的最上层布线层,由蚀刻形成图案,在上述控制电路区域形成的布线层中的最上层布线层,为埋入布线。
9.根据权利要求8所述的固体摄像装置,其特征为:上述摄像区域的上述最上层布线层,位于比上述控制电路区域的上述最上层布线层靠下的位置。
10.根据权利要求8所述的固体摄像装置,其特征为:上述摄像区域的上述最上层布线层,在含有铝的同时,上述控制电路区域的上述最上层布线层,含有铜。
11.一种摄像机,其特征为:包括权利要求1所述的固体摄像装置。
12.一种固体摄像装置的制造方法,其特征为:包括:第一工序,在衬底上形成的,具有光电转换部的光电转换单元排列为阵列状的摄像区域,和进行上述摄像区域的控制及来自上述摄像区域的信号的输出的周围电路区域;第二工序,在上述第一工序之后,在上述衬底上形成含铜的含铜布线层;以及第三工序,在上述第一工序之后,作为防止上述铜扩散的扩散防止层,在上述光电转换部上形成了第一扩散防止层的同时,在上述含铜布线层上形成了第二扩散防止层。
13.根据权利要求12所述的固体摄像装置的制造方法,其特征为:在上述第三工序中,将上述第一扩散防止层、和形成在最下层的上述含铜布线层上的上述第二扩散防止层形成为连续的一体。
14.根据权利要求12所述的固体摄像装置的制造方法,其特征为:在上述第三工序中形成上述第一扩散防止层之前,还包括在上述光电转换部上形成应力缓和膜的工序。
15.根据权利要求12所述的固体摄像装置的制造方法,其特征为:在上述第三工序中,形成上述第一扩散防止层及上述第二扩散防止层作为包含氮化硅及碳化硅中至少一种的膜。
16.根据权利要求12所述的固体摄像装置的制造方法,其特征为:由包括上述第二工序的工序,形成复数层布线层的同时,包括在上述复数层布线层之间至少形成绝缘膜的工序。
17.根据权利要求12所述的固体摄像装置的制造方法,其特征为:在上述第一工序之后,还包括形成作为遮挡入射光线的遮光膜机能的同时,具有为向上述光电转换部射入光线的开口的遮光布线层的第四工序,形成上述遮光布线层的工序,包含通过蚀刻形成图案的工序。
18.根据权利要求17所述的固体摄像装置的制造方法,其特征为:在上述第四工序中,形成包含铝的遮光绝缘膜。
19.根据权利要求12所述的固体摄像装置的制造方法,其特征为:包括:将上述摄像区域的最上层布线层,由蚀刻形成为图案的工序,以及将上述控制电路区域的最上层布线层,作为埋入布线形成的工序。
20.根据权利要求19所述的固体摄像装置的制造方法,其特征为:由含有铝的材料形成上述摄像区域的上述最上层布线层的同时,由含有铜的材料形成上述控制电路区域的上述最上层布线层。
21.根据权利要求12所述的固体摄像装置的制造方法,其特征为:形成上述摄像区域中的上述最上层布线层的工序,在形成上述控制电路区域中的上述最上层布线层的工序之前进行。
22.根据权利要求12所述的固体摄像装置的制造方法,其特征为:在上述第二工序之前,包括在至少包含氢的环境中,进行最高到达温度在400℃以上且在480℃以下的热处理的工序。
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