(57)【要約】【課題】金属配線の熱安定性を確保し、イメージセンサの暗電流特性を改善させるためのイメージセンサの金属配線形成方法を提供すること。【解決手段】半導体基板上にコンタクトプラグを備える第１の層間絶縁膜を形成するステップと、該第１の層間絶縁膜上に拡散防止膜を形成するステップと、フォーミングガスアニールを行うステップと、前記拡散防止膜上に第２の層間絶縁膜を形成するステップと、該第２の層間絶縁膜及び拡散防止膜を選択的にエッチングしてトレンチを形成するステップと、該トレンチを埋め込むまで導電物質層を形成するステップと、該導電物質層を平坦化してコンタクトプラグと電気的に接続する金属配線を形成するステップとを含み、上記した本発明は、 金属配線を形成する工程の前に拡散防止膜を形成した後、アニール処理を行って金属配線の熱安定性を確保し、イメージセンサの暗電流特性を改善させて金属配線の信頼性及び素子の信頼性を向上させるという効果がある。【選択図】図１Ｄ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にコンタクトプラグを備える第１の層間絶縁膜を形成するステップと、
該第１の層間絶縁膜上に拡散防止膜を形成するステップと、
フォーミングガスアニールを行うステップと、
前記拡散防止膜上に第２の層間絶縁膜を形成するステップと、
該第２の層間絶縁膜及び拡散防止膜を選択的にエッチングしてトレンチを形成するステップと、
該トレンチを埋め込むまで導電物質層を形成するステップと、
該導電物質層を平坦化してコンタクトプラグと電気的に接続する金属配線を形成するステップと
を含むことを特徴とするイメージセンサの金属配線形成方法。
【請求項２】
前記拡散防止膜が、
ＳｉＣ又はＳｉＮで形成されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサの金属配線形成方法。
【請求項３】
前記フォーミングガスアニールが、
Ｈ２及びＮ２の混合ガスで行われるが、Ｈ２／Ｎ２の割合を３％〜３０％の範囲として行われることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサの金属配線形成方法。
【請求項４】
前記フォーミングガスアニールが、
４００℃〜６００℃の範囲で１０分から３時間行われることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサの金属配線形成方法。
【請求項５】
前記第２の層間絶縁膜が、多層構造で形成されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサの金属配線形成方法。
【請求項６】
前記第２の層間絶縁膜が、窒素を含有するＦＳＧ膜で形成されることを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサの金属配線形成方法。
【請求項７】
前記ＦＳＧ膜が、Ｎ２又はＮ２Ｏで形成されることを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサの金属配線形成方法。
【請求項８】
Ｎ２を３００ｓｃｃｍ〜３０００ｓｃｃｍ、Ｎ２Ｏを４００ｓｃｃｍ〜２０００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４を１００ｓｃｃｍ〜８００ｓｃｃｍ、ＳｉＦ４を３００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの範囲の流量で流して形成することを特徴とする請求項７に記載のイメージセンサの金属配線形成方法。
【請求項９】
前記ＦＳＧ膜が、１３．３３２Ｐａ〜１３３３．２Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲の圧力で形成されることを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサの金属配線形成方法。
【請求項１０】
前記第２の層間絶縁膜上にＳＲＯＮを形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサの金属配線形成方法。
【請求項１１】
前記ＳＲＯＮが、５００Å〜２０００Åの範囲の厚さで形成されることを特徴とする請求項１０に記載のイメージセンサの金属配線形成方法。
【請求項１２】
前記トレンチが、デュアルダマシン法で形成されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサの金属配線形成方法。
【請求項１３】
前記金属配線膜が、銅配線膜で形成されることを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサの金属配線形成方法。
【請求項１４】
前記金属配線膜を形成する前に、
前記トレンチ上に金属拡散防止膜を形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサの金属配線形成方法。
【請求項１５】
前記コンタクトプラグが、タングステンで形成されるが、Ｔｉ／ＴｉＮ膜の積層として形成されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサの金属配線形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサの形成方法に関し、特に、イメージセンサの金属配線形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサは、１次元又は２次元以上の光学情報を電気信号に変換する装置である。イメージセンサの種類は、大別して撮像管及び固体撮像素子に分類される。撮像管は、テレビを中心に、画像処理技術を駆使した階層、制御、認識などで幅広く常用され、これにより、応用技術が発展しつつある。市販の固体のイメージセンサは、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型とＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の２種類がある。
【０００３】
ＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＭＯＳ製造技術を利用して光学的イメージを電気的信号に変換させる素子であって、画素数の分だけＭＯＳトランジスタを作り、これを用いて順次出力を検出するスイッチング方式を採択している。ＣＭＯＳイメージセンサは、従来よりイメージセンサとして広く使われているＣＣＤイメージセンサに比べて駆動方式が簡便で、且つ、多様なスキャニング方式の実現が可能であり、信号処理回路を単一チップに集積することができるため、製品の小型化が可能なだけでなく、互換性のＣＭＯＳ技術を利用することから、製造単価を下げることができ、電力消費も極めて少ないという長所を持っている。
【０００４】
近年、イメージセンサの製造において、ノイズを減少させるために、金属配線間の層間厚を減少させる試みが多く行われている。そのうちの１つがダマシン（Damascene）法を利用して銅（Ｃｕ）配線を形成するものである。これは、銅がアルミニウム（Ａｌ）に比べて電気伝導度が低く、厚さが薄くても優れた配線特性を維持するためである。
【０００５】
また、銅配線を用いたイメージセンサの形成工程において、素子の暗電流を低減するために、フォーミングガス（forming gas）を用いたパッド処理後、アニール処理を追加する。暗電流特性は、通常４００℃以上の高温でアニール処理を行ってこそ減少される。このような特性は、フィック（Fick）の拡散方程式から確認することができる。
【０００６】
[拡散方程式]
Ｃ（ｘ、ｔ）＝ｅｒｆｃ（ｘ／（４Ｄｔ）１／２）
Ｄ＝Ｄ０＊ｅｘｐ（−Ｅａ／ｋＴ）
前記拡散方程式において、Ｄは拡散（diffusion）係数、tは時間、Ｃは濃度、Ｅａは活性化エネルギーを示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、銅配線の熱的劣化特性のため、温度が４５０℃以上の高温でアニール処理を行うことができないという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記した従来の技術の問題を解決するために提案されたものであって、その目的は、金属配線の熱安定性を確保し、イメージセンサの暗電流特性を改善させるためのイメージセンサの金属配線形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、上記の目的を達成するために、本発明のイメージセンサの金属配線形成方法は、半導体基板上にコンタクトプラグを備える第１の層間絶縁膜を形成するステップと、該第１の層間絶縁膜上に拡散防止膜を形成するステップと、フォーミングガスアニールを行うステップと、前記拡散防止膜上に第２の層間絶縁膜を形成するステップと、該第２の層間絶縁膜及び拡散防止膜を選択的にエッチングしてトレンチを形成するステップと、該トレンチを埋め込むまで導電物質層を形成するステップと、該導電物質層を平坦化してコンタクトプラグと電気的に接続する金属配線を形成するステップとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施形態をさらに詳細に説明する。
【００１１】
図１Ａないし図１Ｄは、本発明の好ましい実施形態に係るイメージセンサの金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【００１２】
図１Ａに示すように、半導体基板１１上に第１の層間絶縁膜（ILD;Inter Layer Dielectric）１２を形成する。ここで、半導体基板１１には、図示されていないが、素子分離膜及びトランジスタが備えられる。
【００１３】
次に、第１の層間絶縁膜１２を選択的にエッチングしてコンタクトホール１３を形成する。このために、図示されていないが、第１の層間絶縁膜１２上に感光膜を形成し、露光及び現象によりコンタクトホール１３予定領域を開放させる。続いて、感光膜をエッチングマスクとして、第１の層間絶縁膜１２をエッチングしてコンタクトホール１３を形成した後、酸素プラズマで感光膜を除去する。
【００１４】
次いで、コンタクトホール１３を埋め込むまで導電物質層を形成し、第１の層間絶縁膜１２の表面に到達するまで導電物質層を平坦化してコンタクトプラグ１４を形成する。ここで、コンタクトプラグ１４はタングステンで形成することができ、Ｔｉ／ＴｉＮ膜を備える。
【００１５】
続いて、第１の拡散防止膜１５を形成する。ここで、拡散防止膜はＳｉＣ又はＳｉＮで形成することができる。
【００１６】
次に、フォーミングガスアニール（forming gas anneal）処理を行う。ここで、フォーミングガスアニール処理は、Ｈ２及びＮ２の混合ガスで行うが、Ｈ２／Ｎ２の割合は３％〜３０％の範囲の雰囲気で行うことができる。また、アニール処理は、４００℃〜６００℃の範囲の高温で１０分から３時間行う。
【００１７】
このような、パッドアニール（pad anneal）処理は、後続ＭＩＭキャパシタ処理の際に発生し得る欠陥を予め除去することによって、ＭＩＭキャパシタの信頼性及び素子信頼性の向上を極大化させることができる。
【００１８】
図１Ｂに示すように、第１の拡散防止膜１５上に第２の層間絶縁膜１６を形成する。ここで、第２の層間絶縁膜１６は、窒素を含有したＦＳＧ（Fluorinated Silicate Glass）膜で形成する。窒素を含有したＦＳＧ膜は、薄膜内にＮ−Ｈを含有することで、高いＨ濃度（Ｄ０）による暗電流特性を改善する。このような特性は、下記の反応式から確認することができる。第２の層間絶縁膜１６には、その他の誘電物質、例えば、低い誘電率を有するＣＶＤ ＳｉＯＣ又はＳＯＤ（Spin on Dielectric）を用いることもできる。
【００１９】
[反応式１]
Ｎ２＋ＳｉＨ４＋Ｎ２Ｏ＋ＳｉＦ４  ⇒  ＳｉＯＦ（Ｎ、ＮＨ）
ＳｉＨ４＋ＳｉＦ４＋ＣＯ２  ⇒  ＳｉＯＦ（Ｃ）
前記反応式１により形成された絶縁膜の種類による暗電流特性を表１に整理した。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
表１に示すように、Ｎ及びＮＨを含有した絶縁膜は、暗電流が１ｃｏｄｅ〜２０ｃｏｄｅ、Ｃを含有する絶縁膜は、暗電流が１５ｃｏｄｅ〜１００codeであって、Ｎ及びＮＨを含有する絶縁膜の暗電流がより低いことが分かる。
【００２２】
Ｎ及びＮＨを含有する第２の層間絶縁膜１６を形成するために、前記反応式１のように、Ｎ２、ＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ、及びＳｉＦ４を混合して行うが、このとき、Ｎ２を３００ｓｃｃｍ〜３０００ｓｃｃｍ、Ｎ２Ｏを４００ｓｃｃｍ〜２０００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４を１００ｓｃｃｍ〜８００ｓｃｃｍ、ＳｉＦ４を３００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの範囲の流量で流し、１３．３３２Ｐａ〜１３３３．２Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲の圧力を印加して行うことができる。
【００２３】
次いで、図示されていないが、後続の金属配線形成用トレンチを形成するための露光の際、第２の層間絶縁膜１６内の窒素含有による問題を解決するために、シリコンを多量含有した酸化膜（silicon rich oxide）を更に形成することができる。このとき、シリコンを多量含有した酸化膜は５００Å〜２０００Åの範囲の厚さで形成する。
【００２４】
続いて、第２の層間絶縁膜１６を選択的にエッチングして第１のトレンチ１７を形成する。このために、図示されていないが、第２の層間絶縁膜１６上に感光膜を形成し、露光及び現象により第１のトレンチ１７予定領域を開放させる。次いで、感光膜をエッチングマスクとして、第２の層間絶縁膜１６及び拡散防止膜１５をエッチングしてコンタクトプラグ１４の表面を開放させる第１のトレンチ１７を形成し、酸素プラズマで感光膜を除去する。
【００２５】
次に、第１のトレンチ１７を埋め込むまで導電物質層を形成し、第２の層間絶縁膜１６の表面に到達するまで導電物質層を平坦化してコンタクトプラグ１４と電気的に接続する第１の金属配線膜１８を形成する。ここで、第１の金属配線膜１８は銅配線膜で形成し、銅配線膜を形成する前に、銅拡散防止膜を形成する。
【００２６】
図１Ｃに示すように、第１の金属配線膜１８を備えた第２の層間絶縁膜１６上に第２の拡散防止膜１９を形成する。ここで、第２の拡散防止膜１９は前記第１の拡散防止膜１５のように、ＳｉＣ又はＳｉＮで形成できる。
【００２７】
次いで、第２の拡散防止膜１９上に第３の層間絶縁膜２０を形成する。ここで、第３の層間絶縁膜２０は、前記第２の層間絶縁膜１６のように、窒素を含有したＦＳＧ膜で形成する。このために、Ｎ２、ＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ、及びＳｉＦ４を混合して行うが、このとき、Ｎ２を３００ｓｃｃｍ〜３０００ｓｃｃｍ、Ｎ２Ｏを４００ｓｃｃｍ〜２０００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４を１００ｓｃｃｍ〜８００ｓｃｃｍ、ＳｉＦ４を３００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの範囲の流量で流し、１３．３３２Ｐａ〜１３３３．２Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲の圧力を印加して行うことができる。
【００２８】
図１Ｄに示すように、第３の層間絶縁膜２０は、デュアルダマシン法により第２のトレンチ２１を形成する。
【００２９】
次いで、第２のトレンチ２１を埋め込むまで導電物質層を形成し、第３の層間絶縁膜３０の表面に到達するまで導電物質層を平坦化してビア（via）及び第２の金属配線膜２２を形成する。ここで、第２の金属配線膜２２は、銅配線膜で形成するが、銅配線膜を形成する前に、第２のトレンチ２１上に銅拡散防止膜を形成する。
【００３０】
上記した本発明は、コンタクトプラグを形成した後、ＳｉＣ又はＳｉＮで拡散防止膜を形成し、アニール処理を行って後続の金属配線の熱安定性を確保することができ、窒素を含有したＦＳＧ膜を形成して暗電流特性を改善できるという長所がある。
【００３１】
上述した本発明は、金属配線を形成する工程の前に拡散防止膜を形成した後、アニール処理を行って金属配線の熱安定性を確保し、イメージセンサの暗電流特性を改善させて金属配線の信頼性及び素子の信頼性を向上させるという効果がある。
【００３２】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想から逸脱しない範囲内で様々な変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】本発明の好ましい実施形態に係るイメージセンサの金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【図１Ｂ】本発明の好ましい実施形態に係るイメージセンサの金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【図１Ｃ】本発明の好ましい実施形態に係るイメージセンサの金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【図１Ｄ】本発明の好ましい実施形態に係るイメージセンサの金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１１      半導体基板
１２      第１の層間絶縁膜
１３      コンタクトホール
１４      コンタクトプラグ
１５      第１の拡散防止膜
１６      第２の層間絶縁膜
１７      第１のトレンチ
１８      第１の金属配線膜
１９      第２の拡散防止膜
２０      第３の層間絶縁膜
２１      第２のトレンチ
２２      第２の金属配線膜
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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