(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージセンサの基板上に第１の金属相互接続を形成するステップと、
前記第１の金属相互接続上に中間層の絶縁層を形成するステップと、
前記第１の金属相互接続の一部を露光するため、前記中間層の絶縁層を通過するコンタクトホールを形成するステップと、
前記コンタクトホールの内側表面上にバッファ層を形成するステップと、
前記バッファ層が形成された後にアニール処理を行うステップであって、水素（Ｈ２）アニール処理を含むステップと、
前記コンタクトホールの前記内側表面上にスペーサを形成するため、前記アニール処理の後に前記バッファ層をエッチングするステップと、
前記スペーサが形成された後に前記スペーサ上にバリア金属層を形成するステップと、
前記バリア金属層上にコンタクトプラグを形成するため、前記コンタクトホールを導体材料で埋めるステップと、
前記中間層の絶縁層及び前記コンタクトプラグ上に第２の金属相互接続を形成するステップと
を含む、イメージセンサの製造方法。
【請求項２】
前記バッファ層を前記エッチングするステップ、バリア金属層を前記形成するステップ、前記コンタクトホールを前記埋め込みするステップ、及び第２の金属相互接続を前記形成するステップは、アニール処理の前記実行するステップ後に行われる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
バッファ層を前記形成するステップは、前記コンタクトホールの内側表面に窒化物層を形成するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
アニール処理を前記実行するステップは、４００℃から７００℃の温度で前記アニール処理を行うステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
水素（Ｈ２）アニール処理の前記実行するステップは、１％から８０％の範囲での水素（Ｈ２）の濃縮で前記水素（Ｈ２）アニール処理を行うステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
バリア金属層を前記形成するステップは、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、ＡｌＳｉＴｉＮ、ＮｉＴｉ、ＴｉＢＮ、ＺｒＢＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＢ２、Ｔｉ／ＴｉＮ、及びＴａ／ＴａＮからなる前記群から選択される前記バリア金属層を形成するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
第２の金属相互接続を前記形成するステップは、Ｔｉ／Ａｌ／ＴｉＮ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ、及びＴｉ／ＴｉＮ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮからなる前記群から選択される前記第２の金属相互接続を形成するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
イメージセンサの基板上に第１の金属相互接続を形成するステップと、
前記第１の金属相互接続上に中間層の絶縁層を形成するステップと、
前記第１の金属相互接続を露光するために前記中間層の絶縁層を通過するコンタクトホールを形成するステップと、
前記コンタクトホールの内側表面上にスペーサを形成するステップであって、
前記コンタクトホールの内側表面上に窒化物層を形成するステップと、
前記窒化物層をアニーリングするステップであって、水素（Ｈ２）アニール処理を含む ステップと、
アニーリングされた前記窒化物層をエッチングするステップとを含むステップと、
前記スペーサの内側表面上にバリア金属層を形成するステップと、
前記バリア金属層上にコンタクトプラグを形成するため、前記コンタクトホールを導体材料で埋めるステップと
を含む、イメージセンサの製造方法。
【請求項９】
前記水素（Ｈ２）アニール処理は、１％から８０％の範囲での水素（Ｈ２）の濃縮で行われる請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造技術に関する。より詳細には、複数の層構造を有する金属相互接続を含むＣＭＯＳイメージセンサを製造するためのコンタクトプラグの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳイメージセンサの製造方法では、暗黒特性を向上するため、不活性化層の堆積後、高温熱処理が行われる。しかし、図１で示すように、高温熱処理のために相互接続で層間剥離が発生する場合があり、その結果、デバイスの製品収量は低減化してデバイスが不良品になる場合がある。これは、不活性化層の形成後に長時間、熱処理が高温で行われるからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、従来の技術で発生する問題を解決するようになされ、本発明の目的は、ＣＭＯＳイメージセンサの相互接続の層間剥離によるヒルロックタイプの欠点を回避可能なＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本目的を達成するため、第１の金属相互接続を有する基板を準備するステップと、第１の金属相互接続上に中間層の絶縁層を形成するステップと、中間層の層絶縁層をエッチングすることにより第１金属相互接続の一部を露光するためのコンタクトホールを形成するステップと、中間層の絶縁層およびコンタクトホールの内側表面にバッファ層を形成するステップと、アニール処理を行うステップと、バッファ層をエッチングすることによりコンタクトホールの側壁にスペーサを形成するステップと、スペーサを含む中間層の絶縁層の表面上にバリア金属層を形成するステップと、コンタクトホールがコンタクトプラグで埋められるようにバリア金属層上にコンタクトプラグを形成するステップと、および第２の金属相互接続がコンタクトプラグと接触するように中間層の絶縁層上に第２の金属相互接続を形成するステップと、を含むＣＭＯＳイメージセンサの製造方法が提供されている。
【０００５】
好適には、バッファ層に窒化物層が含まれる。
【０００６】
好適には、アニール処理に、水素（Ｈ２）アニール処理が含まれる。
【０００７】
好適には、アニール処理は４００℃から７００℃の温度で行われる。
【０００８】
好適には、水素（Ｈ２）アニール処理でのＨ２の濃縮は１％から８０％の範囲である。
【０００９】
好適には、スペーサはドライエッチング処理またはウェットエッチング処理により形成される。
【００１０】
好適には、ドライエッチング処理にはエッチバック処理またはブランケット処理が含まれる。
【００１１】
好適には、バリア金属層に、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、ＡｌＳｉＴｉＮ、ＮｉＴｉ、ＴｉＢＮ、ＺｒＢＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＢ２、Ｔｉ／ＴｉＮ、およびＴａ／ＴａＮからなる群から選択されるいずれかが含まれる。
【００１２】
好適には、第２の金属相互接続に、Ｔｉ／Ａｌ／ＴｉＮ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ、およびＴｉ／ＴｉＮ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮからなる群から選択されるいずれかが含まれる。
【発明の効果】
【００１３】
上記構造を有する本発明のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法によると、ＣＭＯＳイメージセンサの暗黒特性を向上させるためのアニール処理は、コンタクトホールの形成後に、バッファ層を保護層として使用して行われるので、不活性化処理後に行われるアニール処理の時間を削減でき、アニール処理を省くことができる。したがって、熱量を削減することができ、相互接続での層間剥離を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の技術によるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法で発生するヒルロックタイプの欠点を示す図である。
【図２】本発明の実施形態によるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態によるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態によるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態によるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態によるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態によるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態によるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。図面において、層および領域の幅および間隔は、説明を容易にするために誇張されている場合がある。第１の層が第２の層または基板の「上」または「上部」にあると言及される場合、第１の層が第２の層または基板上に直接形成される場合もあれば、第３の層が第１の層と基板の間に形成される場合もあることを意味している。さらに、全図面を通して、同じ参照番号で同じ層を示している。それに加えて、参照番号の英文字は、エッチング・プロセスまたは研磨プロセスにより同じ層が部分的に変更されていることを指している。
実施形態
【００１６】
図２から図８は、本発明の実施形態によるＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【００１７】
図２で示しているように、第１の金属相互接続１０２が、複数のトランジスタおよび受光デバイスとして機能するフォトダイオードを含む半導体構造を含んでいる基板１００上に形成される。この場合、第１の金属相互接続１０２は、アルミニウム（ＡＩ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、またはプラチナ（Ｐｔ）からなる群から選択されるいずれかが含むことができる。好適には、第１の金属相互接続１０２はＡＩを含む。
【００１８】
次に、中間層の絶縁層１０４が、第１の金属相互接続１０２を覆うために基板１００上に形成される。この場合、中間層の絶縁層１０４には酸化物、好適には、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が含まれる。例えば、中間層の絶縁層１０４には、ＢＰＳＧ（ＢｏｒｏＰｈｏｓｐｈｏＳｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜、ＰＳＧ（ＰｈｏｓｐｈｏＳｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜、ＢＳＧ（ＢｏｒｏＳｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜、ＵＳＧ（Ｕｎ−ｄｏｐｅｄ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜、ＰＥ−ＴＥＯＳ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ−Ｔｅｔｒａ  Ｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ）膜、ＨＤＰ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｌａｓｍａ）膜、およびＦＳＧ（Ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜からなる群から選択されるいずれかを含めることができる。さらに、中間層の絶縁層１０４はＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）ベースの酸化物層をコーティングして形成することができる。それに加えて、膜は、少なくとも２つの層からなるスタック構造を有することができる。例えば、膜がスタック構造を有する場合、膜にはＳＯＧ／ＰＥ−ＴＥＯＳ膜またはＦＳＧ／ＰＥ−ＴＥＯＳ膜が含まれる。
【００１９】
続いて、図示されていないが、中間層の絶縁層１０４にステップがある場合、中間層の絶縁層１０４はＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学機械研磨）プロセスにより平坦化できる。
【００２０】
次に、中間層の絶縁層１０４がエッチングされ、それによって、第１の金属相互接続１０２の一部を露光するためのコンタクトホール１０６が形成される。エッチング・プロセスには、ドライエッチング処理またはウェットエッチング処理が含まれる。
【００２１】
その後、図３で示しているように、バッファ層１０８が、中間層の絶縁層１０４およびコンタクトホール１０６の内側表面上に形成される（図２を参照）。この場合、ファイル層１０８には窒化物、好適には、窒化ケイ素層（ＳｉｘＮｙ、ｘおよびｙは自然数）を含めることができる。バッファ層１０８は、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセス、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：原子層堆積法）プロセス、およびＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  ＣＶＤ）プロセスからなる群から選択されるいずれかにより形成できる。
【００２２】
その後、図４で示しているように、暗黒特性を向上するために熱処理プロセス１１０が行われる。熱処理プロセス１１０には水素アニール処理が含まれ、それはバッファ層１０８を保護層として使用し、約４００℃から約７００℃の範囲の温度で行われる。水素アニール処理で、Ｈ２の濃縮は１％から８０％の範囲である。
【００２３】
その後、図５で示しているように、スペーサ１０８Ａが、バッファ層１０８Ａをエッチングすることによってコンタクトホール１０６の側壁上に形成される。エッチング・プロセスには、ドライエッチング処理またはウェットエッチング処理が含まれる。ドライエッチング処理にはエッチバック処理またはブランケット処理を含めることができる。
【００２４】
次に、図６で示しているように、バリア金属層１１２が、コンタクトホール１０６の表面に沿ってスペーサ１０８Ａ、第１の金属相互接続１０２、および中間層の絶縁層１０４上に形成される。バリア金属層には、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、ＡｌＳｉＴｉＮ、ＮｉＴｉ、ＴｉＢＮ、ＺｒＢＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＢ２、Ｔｉ／ＴｉＮ、およびＴａ／ＴａＮからなる群から選択されるいずれかを含めることができる。
【００２５】
次に、図７で示しているように、コンタクトホール１０６が導体材料で埋められるようにバリア金属層１１２ａ上にコンタクトプラグ用の導体材料が堆積された後、合成構造がエッチバック処理またはＣＭＰプロセスにより平坦化され、それによって、コンタクトプラグ１１４が形成される。この場合、平坦化プロセスは、中間層の絶縁層１０４の頂面が露光されるまで行われる。言い換えれば、平坦化プロセスが行われる場合、中間層の絶縁層１０４はエッチング停止層または研磨停止層として機能する。この場合、コンタクトプラグ１１４には、タングステン（Ｗ）または多結晶シリコン層が含まれる。好適には、コンタクトプラグ１１４はＷを含む。
【００２６】
次に、図８で示しているように、第２の金属相互接続１１６が、第２の相互接続１１６がコンタクトプラグ１１４と接触するようにコンタクトプラグ１１４および中間層の絶縁層１０４上に形成される。第２の金属相互接続１１６には、Ｔｉ／Ａｌ／ＴｉＮ構造、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、およびＴｉ／ＴｉＮ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造からなる群から選択されるいずれかを含めることができる。さらに、第２の金属相互接続１１６はバリア金属層／Ａｌ／バリア金属層構造を有することができる。この場合、バリア金属層には、Ｔａ、ＴａＮ、ＡｌＳｉＴｉＮ、ＮｉＴｉ、ＴｉＢＮ、ＺｒＢＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＢ２、およびＴａ／ＴａＮからなる群から選択されるいずれかを含めることができる。
【００２７】
本発明の例示的な実施形態を例示的な目的で説明してきたが、当業者ならば、添付図面で開示された本発明の範囲と趣旨を逸脱することなく、さまざまな変更形態、追加形態、代替形態が可能であることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２８】
１００  基板
１０２  第１の金属相互接続
１０４  中間層の絶縁層
１０６  コンタクトホール
１０８  バッファ層
１１２  バリア金属層
１１４  コンタクトプラグ
１１６  第２の金属相互接続
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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