專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器為用于將光圖像轉(zhuǎn)換為電信號的半導(dǎo)體器件。
在各種圖像傳感器中，電荷耦合器件(CCD)包括多個MOS (金屬氧 化物硅)電容，其相互緊密排列以存儲或轉(zhuǎn)移電荷載體。
相反地，CMOS(互補MOS)圖像傳感器采用切換模式，通過使用CMOS 技術(shù)相應(yīng)于像素數(shù)量所制備的MOS晶體管，以順序地檢測像素輸出，所述 MOS晶體管使用外圍器件，例如控制電路和信號處理電路。
近來，CMOS圖像傳感器中的像素數(shù)量增加到百萬級，因此減小了像素 的尺寸。這種像素尺寸上的減小導(dǎo)致對形成在像素上的微透鏡的尺寸的限 制。因此，還限制了構(gòu)成像素周圍的邏輯電路的金屬互連層。
當(dāng)CMOS圖像傳感器的像素數(shù)量增加時，為了增大像素面積，重要的是 改進互連處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供一種半導(dǎo)體器件和及其制造方法，所述半導(dǎo)體器件 能夠在形成金屬互連時通過防制銅互連被氧化來確保金屬互連的可靠性。
依據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件包括層間介電層，形成在半導(dǎo)體襯底上；金 屬互連，穿過所述層間介電層而形成；間隔件，位于所述金屬互連的側(cè)壁處; 和擴散阻擋區(qū)，形成在所述金屬互連的上表面上。
依據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件的制造方法包括在半導(dǎo)體襯底上形成低互 連；在所述半導(dǎo)體襯底上形成層間介電層；穿過所述層間介電層形成金屬互 連，并將其連接至所述低互連；在所述金屬互連的側(cè)壁處形成間隔件；和在 所述金屬互連的上表面上形成擴散阻擋區(qū)。本發(fā)明可以提高半導(dǎo)體器件的可靠性。


圖1至圖7是示出依據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面 視圖。
具體實施例方式
此后，將參考附圖描述依據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件及其制造方法。 圖7是依據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件的橫截面視圖。
參考圖7，半導(dǎo)體器件可以包括半導(dǎo)體襯底10，形成有各種器件(未示 出)?？梢詫⒌突ミB25設(shè)置在襯底上，連接至半導(dǎo)體襯底IO上的器件結(jié)構(gòu)。 層間介電層30可以形成在半導(dǎo)體襯底10上。金屬互連40可以設(shè)置為通過 層間介電層30連接到25。金屬互連40可以具有形成在至少一部分金屬互連 的側(cè)壁上的間隔件(spacer)。擴散阻擋區(qū)(diffusionbarrier) 60可以形成在 金屬互連40的上表面上。
在實施例中，金屬互連40可以包括阻擋金屬層、銅籽晶層(copper seed layer)和銅層。
當(dāng)在圖像傳感器中采用依據(jù)本發(fā)明實施例的金屬互連40時，可以減少 金屬互連40和光電二極管之間的焦距，因此可以提高圖像傳感器的靈敏度。
金屬互連40側(cè)壁處的間隔件51可以由金屬形成。這種金屬可以包括例 如Ta或TaN?？梢允褂瞄g隔件51來防止在隨后處理中在未對準(zhǔn)情況下金屬 互連40的側(cè)邊露出。間隔件51防止包括銅的金屬互連40被蝕刻。
擴散阻擋區(qū)60可以包括例如鈷和鎢(CoW)?？梢允褂脭U散阻擋區(qū)60 來防止銅擴散。
當(dāng)在圖像傳感器中采用依據(jù)本發(fā)明實施例的金屬互連40和擴散阻擋區(qū) 60時，可以改進光線的折射率，從而可以提高圖像傳感器的質(zhì)量。 此后，參考圖1至7，描述依據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件的制造方法。 參考圖1，可以在半導(dǎo)體襯底10上形成包括低互連25的第一層間介電 層20。
盡管在圖中沒有示出，但是可以在半導(dǎo)體襯底10上形成隔離層，以限定半導(dǎo)體襯底10上的有源區(qū)和場區(qū)。在有源區(qū)上可以形成各種器件結(jié)構(gòu)， 例如晶體管的源/漏和柵極。
如果半導(dǎo)體器件是圖像傳感器，則可以在襯底10的有源區(qū)上形成單位
像素的光電二極管和CMOS電路。
當(dāng)在半導(dǎo)體襯底10上已經(jīng)形成器件之后，可以在半導(dǎo)體襯底10上形成 連接至結(jié)構(gòu)或器件的低互連25。
依據(jù)某些實施例，低互連25可以包含銅或鋁。第一層間介電層20可以 包含例如氧化層或氮化層。
盡管在圖中沒有示出，但是如果低互連25包含銅，則可以在形成有低 互連25的第一層間介電層20上形成擴散阻擋區(qū)。還可以在低互連25上形 成擴散阻擋區(qū)。
然后，在包含第一層間介電層20的半導(dǎo)體襯底10上可以形成第二層間 介電層30。第二層間介電層30可以包括例如氧化層和/或氮化層。在一個實 施例中，第二層間介電層30具有大約6000-18000 A的厚度。
然后，通過雙鑲嵌工藝(dual damascene process)，可以蝕刻第二層間 介電層30，以形成用于露出低互連25的上表面的溝槽31 (和/或通路)。
在將光致抗蝕劑膜(未示出)涂敷在第二層間介電層30之后，使用定 義溝槽或通路區(qū)域的掩模，通過實施光刻工藝可以形成溝槽31。從而通過溝 道31，可以露出低互連25。
盡管在圖中沒有示出，但是第一層間介電層20和第二層間介電層30可 以具有多層結(jié)構(gòu)。此外，可以在在多層結(jié)構(gòu)中的多層之間設(shè)置基于氮化物的 蝕刻停止層，以防止低互連和絕緣層被破壞。
參考圖2，可以在第二層間介電層30的溝道31中形成金屬互連。
為了形成金屬互連40，在一個實施例中，通過電鍍工藝將銅填充在溝槽 31中，然后通過化學(xué)機械拋光(CMP)工藝對銅拋光，直至露出第二層間介 電層30的表面。因此，可以獲得連接至低互連25的銅金屬互連40。
盡管在圖中沒有示出，但是在將銅填充在溝槽31中之前，可以順序形 成阻擋金屬層和銅籽晶層，以分別地禁止銅擴散和促進間隙填充工藝。
參考圖3，相對于第二層間介電層30，可以實施凹槽工藝，以部分露出 金屬互連40的側(cè)壁。也就是，依據(jù)實施例，使用BOE(緩沖氧化蝕刻劑)溶液，可以濕蝕刻第 二層間介電層30。在一個實施例中，可以將第二層間介電層30去除大約50 至2000 A的厚度，以使金屬互連40的邊緣和側(cè)壁露出。
在某些實施例中可以使用BOE溶液，因為用于金屬互連40的銅具有相 對于BOE溶液的強的耐蝕刻特性。
因此，如果使用BOE溶液來實施蝕刻工藝，則在第二層間介電層30被 蝕刻時金屬互連40沒有被蝕刻，因此可以露出金屬互連40的側(cè)壁。在一個 實施例中，BOE溶液為含氟的蝕刻溶液。
參考圖4，可以在金屬互連40和第二層間介電層30上沉積金屬層50。
金屬層50可以包括Ta或TaN。在實施例中，金屬層50可以被沉積大 約50至2000 A的厚度。金屬互連40中的露出的側(cè)壁和上表面可以被金屬 層50所覆蓋。
參考圖5，在金屬互連40的側(cè)壁處可以形成間隔件51。 通過蝕刻金屬層50可以獲得間隔件51。在實施例中，通過完全蝕刻金 屬層50可以形成間隔件51。間隔件51可以形成在金屬層再沉積或在蝕刻工 藝期間沒有被除去的地方?？梢蕴峁┌鏑1、 Br或F的鹵族元素的蝕 刻氣體，同時蝕刻金屬層50，以在金屬互連40中的側(cè)壁處形成間隔件51。 由于間隔件51，金屬互連40中的側(cè)壁沒有被露出。此外，襯墊51可以 禁止金屬互連40中的銅擴散。
參考圖6，在金屬互連40上可以形成擴散阻擋區(qū)60。 擴散阻擋區(qū)60禁止金屬互連40中的銅擴散擴散至第二層間介電層30 或形成在金屬互連40上的隨后的介電層中。為此，擴散阻擋區(qū)60包括金屬 材料。在一個實施例中，通過沉積金屬材料可以獲得擴散阻擋區(qū)60。用于擴 散阻擋區(qū)60的材料可以是具有大約10力ohm m的電導(dǎo)率的CoWx (其中x 是整數(shù))。在實施例中，通過無電鍍工藝可以沉積擴散阻擋區(qū)60。
如果通過無電鍍處理形成擴散阻擋區(qū)60，則可以獲得具有均勻厚度的高 密集結(jié)構(gòu)的鍍層。
通過使用CoWx形成擴散阻擋區(qū)60，擴散阻擋區(qū)60的介電常數(shù)與絕緣 層的介電常數(shù)相比可以被明顯降低。此外，可以降低銅的遷移率，進而可以 減小金屬互連的阻抗，以使可以提高半導(dǎo)體器件的質(zhì)量。具體地，采用包括CoWx的擴散阻擋區(qū)60用于圖像傳感器，可以提高光
線的折射率和透射率，以及可以提高圖像傳感器的質(zhì)量。
參考圖7，在具有擴散阻擋區(qū)60的襯底10上可以形成第三層間介電層 70。在一個實施例中，第三絕緣層70具有大約6000-18000 A的厚度。
然后，通過雙鑲嵌工藝，可以蝕刻第三層間介電層70,以形成用于露出 金屬互連40的溝槽(和/或通路)。
如果通過通路-第一雙鑲嵌工藝初始形成通孔(via hole)，則由于掩模 未對準(zhǔn)，而可以在雙鑲嵌工藝期間形成露出金屬互連40的側(cè)壁的無邊界 (borderless)通孑L 73。
此外，如果無邊界通孔73被過蝕刻，則還可以蝕刻設(shè)置在無邊界通孔 73下的金屬互連40的阻擋金屬層。在這種情況中，露出銅層以使銅層可以 被氧化?？梢允褂眯纬稍诮饘倩ミB40的側(cè)壁處的間隔件51來解決這個問題。 具體地，間隔件51防止金屬互連40通過無邊界通孔73露出，從而提高半 導(dǎo)體器件的可靠性。
依據(jù)實施例，將間隔件形成在金屬互連的側(cè)壁處，從而可以減少或防止 由于掩模不對準(zhǔn)所導(dǎo)致的金屬互連的缺陷，提高半導(dǎo)體器件的可靠性。
此外，如果在圖像傳感器中采用依據(jù)某些實施例的金屬互連，則可以減 小入射光線的焦距，從而提高圖像傳感器的靈敏度。
另外，由于依據(jù)實施例可以在金屬互連上形成包含穩(wěn)定金屬材料的擴散 阻擋區(qū)，所以可以防止銅的擴散。
依據(jù)實施例，由于擴散阻擋區(qū)而可以減小圖像傳感器的折射率，因此可 以提高圖像傳感器的質(zhì)量。
在本說明書中提到的"一個實施例"、"實施例"、"示例性實施例" 等，都意味著結(jié)合實施例所描述的特定的特征、結(jié)構(gòu)、或特性被包含在本發(fā) 明的至少一個實施例中。在本說明書各處出現(xiàn)的這些詞語并不一定都指同一 個實施例。此外，當(dāng)結(jié)合任一實施例來描述特定的特征、結(jié)構(gòu)、或特性時， 則認(rèn)為其落入本領(lǐng)域技術(shù)人員可以結(jié)合其它的實施例來實施這些特征、結(jié)構(gòu) 或特性的范圍內(nèi)。
雖然以上參考本發(fā)明的多個示例性實施例而對實施例進行了描述，但應(yīng) 理解的是，本領(lǐng)域人員可以導(dǎo)出落在此公開文件的原理的精神和范圍內(nèi)的許多其它改型和實施例。更具體地說，在此公開文件、附圖以及所附權(quán)利要求 書的范圍內(nèi)，能夠?qū)M件和/或附件組合排列中的排列進行各種變更與改型。 除了組件和/或排列的變更與改型之外，本發(fā)明的其他應(yīng)用對本領(lǐng)域技術(shù)人員 而言也是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括層間介電層，形成在半導(dǎo)體襯底上；金屬互連，穿過所述層間介電層而形成；間隔件，位于所述金屬互連的側(cè)壁處；和擴散阻擋區(qū)，形成在所述金屬互連的上表面上。
2. 依據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述金屬互連包括銅。
3. 依據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述金屬互連包括阻擋金屬 層和籽晶層。
4. 依據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述間隔件包括金屬。
5. 依據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中所述間隔件包括Ta或TaN。
6. 依據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述間隔件設(shè)置在所述金屬 互連的側(cè)壁的上部。
7. 依據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述擴散阻擋區(qū)包括鈷和鴇。
8. —種半導(dǎo)體器件的制造方法，其包括 在半導(dǎo)體襯底上形成層間介電層； 穿過所述層間介電層形成金屬互連； 在所述金屬互連的側(cè)壁處形成間隔件；和 在所述金屬互連的上表面上形成擴散阻擋區(qū)。
9. 依據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中形成所述金屬互連包括 通過實施鑲嵌工藝，在所述層間介電層中形成溝槽通孔； 在所述溝槽通孔中形成阻擋金屬層和籽晶層；和 在所述籽晶層上形成銅層。
10. 依據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中形成所述間隔件包括 使所述層間介電層凹進，以使所述金屬互連中的至少部分側(cè)壁露出； 在包含所述金屬互連的所述層間介電層上沉積金屬層；和 蝕刻所述金屬層，以使所述間隔件形成在所述金屬互連的側(cè)壁處。
11. 依據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中使所述層間介電層凹進包括實施 濕蝕刻。
12. 依據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中實施所述濕蝕刻包括使用BOE溶液。
13. 依據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述BOE溶液包括氟。
14. 依據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述金屬層包括Ta或TaN。
15. 依據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中蝕刻所述金屬層包括使用含有鹵 族元素的蝕刻氣體。
16. 依據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述鹵族元素為C1、 Br或F。
17. 依據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中形成所述擴散阻擋區(qū)包括實施無 電鍍工藝。
18. 依據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述擴散阻擋區(qū)包括鈷和鎢。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。具體而言，提供一種半導(dǎo)體器件的金屬互連及其制造方法。該半導(dǎo)體器件可以包括半導(dǎo)體襯底，形成有諸如晶體管的器件結(jié)構(gòu)。層間介電層可以形成在具有金屬互連的半導(dǎo)體襯底上，該金屬互連穿過層間介電層而形成。在金屬互連的至少部分側(cè)壁處形成間隔件?？梢栽诮饘倩ミB的上表面上形成擴散阻擋。本發(fā)明可以提高半導(dǎo)體器件的可靠性。
文檔編號H01L27/146GK101308835SQ20081009717
公開日2008年11月19日 申請日期2008年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月17日
發(fā)明者樸珍皞, 柳商旭 申請人:東部高科股份有限公司