專利名稱：層間介電層、互連結構及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體技術領域，特別涉及CMOS圖像傳感器中的層間介電層、互連結 構及其制造方法。
背景技術：
在半導體工業(yè)中，互連結構用于提供在IC芯片上的器件和整個封裝之間的布線， 在該技術中，首先在半導體襯底表面形成例如場效應晶體管(FET)的器件，然后在后道工 藝(BE0L， back-end-of-line)中形成互連結構。通常的互連結構包括至少一種介電材料， 其中嵌有過孔和/或線路形式的金屬圖形。 現(xiàn)有技術公開了一種半導體器件的后道工藝，參照圖1所示，包括提供半導體襯 底100，所述半導體襯底內形成有器件層，在半導體襯底100上形成未摻雜硅酸鹽玻璃氧化 層(USG)110，用于阻止從上層的摻氟的硅酸鹽玻璃氧化層(FSG)中氟擴散至其它層。然后， 在未摻雜硅酸鹽玻璃氧化層110上形成金屬線圖案120，接著，在金屬線120上和未摻雜硅 酸鹽玻璃氧化層110上形成摻氟的硅酸鹽玻璃氧化層130，采用化學機械設備或者回蝕工 藝(etch-back)進行磨平，最后，在摻氟的硅酸鹽玻璃氧化層130上形成未摻雜硅酸鹽玻璃 氧化層140，為了防止摻氟的硅酸鹽玻璃氧化層130和未摻雜硅酸鹽玻璃氧化層140之間由 于材料的不同引起界面應力過大，現(xiàn)有技術還采用含硅或者含氧的離子進行轟擊，以便釋 放摻氟的硅酸鹽玻璃氧化層130和未摻雜硅酸鹽玻璃氧化層140內的應力。接著，在摻雜 硅酸鹽玻璃氧化層140上形成上層金屬線122，以及上層FSG金屬間介電層132，同時，在上 層金屬線122和下層的金屬線120之間形成接觸孔124以便將兩層金屬互連，最后，在上層 FSG金屬間介電層132上形成上層USG氧化層142，以及采用含硅或者含氧的離子進行轟擊 以釋放應力。 在申請?zhí)枮?1/841038的美國專利申請中還可以發(fā)現(xiàn)更多與上述技術方案相關 的信息。 現(xiàn)有技術還公開了一種形成CMOS圖像傳感器的后道工藝中的互連結構及其形成 方法，請參照圖2，提供半導體襯底201，所述半導體襯底201內形成有器件層，所述半導體 襯201上形成有金屬互連線203，在金屬互連線203上形成第一氧化層204，所述第一氧化 層204為富硅氧化層(silicon rich oxide， SRO)，用于阻擋后續(xù)在其上形成的含氟的氧化 層中氟的擴散腐蝕到金屬互連線203內；在第一氧化層204上形成第二氧化層205，所述 第二氧化層205用于填充金屬互連線203之間的空隙，所述第二氧化層205通常采用高密 度等離子CVD形成，可以較好地填充空隙，所述第二氧化層205內含氟；在第二氧化層205 上形成第三氧化層206，所述第三氧化層206采用等離子體增強CVD形成，所述第三氧化層 206內含有氟。所述第二氧化層205和第三氧化層206統(tǒng)稱為氧化層207。形成所述第三 氧化層206的目的在于進一步降低第二氧化層205表面的凸凹不平度，方便后續(xù)的減薄過 程，同時可以降低成本。由于高密度等離子CVD的工藝成本較高，因此通常采用該工藝不會 形成足夠厚的第二氧化層205，而是采用較為低廉的工藝比如等離子體增強CVD再形成較
4厚的第三氧化層206。 接著，參照圖3，采用化學機械拋光設備進行減薄和拋光，對于化學機械設備來說，
其對于氧化層的拋光范圍是lkA/分鐘，因此通常當拋到氧化層207約為4.5kA時候就停止
了，防止過拋導致破壞下層的器件層，此時的氧化層207形成氧化層207a。 然后，參照圖4，采用回蝕(etch-back)方法繼續(xù)刻蝕，通?？涛g至氧化層207a約
為2.5kA時候停止，此時，氧化層207a形成氧化層207b。 最后，參照圖5，依次在氧化層207b上形成第四氧化層208、抗反射層209、和第五 氧化層210，所述第四氧化層208不含有氟，采用等離子體增強CVD形成，同時在氮氣氛中處 理過，以對表面的缺陷進行修復，所述第四氧化層的作用主要為對下層的氧化層207b與上 層抗反射層209進行隔離，防止氧化層207b中的氟擴散進入上層；所述抗反射層209通常 采用氮氧化硅；所述第五氧化層210為不摻雜的氧化硅，所述第五氧化層210用于保護抗反 射層209，防止抗反射層209暴露在空氣中吸收空氣中的水汽。 在上述技術方案中，所述層間介電層采用摻氟的氧化層207b，由于摻氟的氧化物 中的氟容易擴散，需要在其間增加第一氧化層204進行隔離，同時，需要生長第四氧化層 208以進行隔離和修復缺陷，這樣造成形成的層間介質層過多和過厚，導致生產(chǎn)成本的增加 和工藝的復雜，同時，由于堆疊的層較多，引起層之間的應力較大，容易開裂，而且層與層之 間對光的反射和散射增加，透過率低。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的問題是提供一種金屬間互連層及其形成方法，以降低層間界面反射
和散射，提高透光率，同時降低工藝成本。 為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種CMOS圖像傳感器中的層間介電層的制造方
法，包括提供半導體襯底；半導體襯底上形成介電層；將介電層減薄至預定厚度；在減薄
后的介電層上依次形成抗反射層和第二介電層；所述介電層內不含有氟。 所述介電層包括不含氟的高密度氧化物層，所述高密度氧化物層采用高密度等離
子體化學氣相沉積裝置形成，所述高密度氧化物層的厚度范圍為4500至6000 A。 所述介電層還包括位于高密度氧化物層上的不含氟的硅酸鹽氧化物層，所述硅酸
鹽氧化物層的厚度范圍為8000至9000 A。 所述將介電層減薄包括化學機械拋光，所述化學機械拋光至介電層的厚度范圍為 3500至4500A 。 所述將介電層減薄還包括回蝕，所述回蝕至介電層的厚度范圍為1500至 2500 A 。 所述抗反射層為氮氧化硅，所述第二介電層為氧化硅。 所述半導體襯底上還依次形成有金屬粘接層和金屬互連線，所述金屬互連線厚度 范圍為1800至3000A,所述金屬粘接層為100至150 A。 本發(fā)明還提供一種如上所制備的CMOS圖像傳感器中的層間介電層。
本發(fā)明還提供一種CMOS圖像傳感器中的互連結構的制造方法，包括提供半導體 襯底，所述半導體襯底上依次形成有金屬粘接層和金屬互連線；在半導體襯底上形成介電 層；將介電層減薄至預定厚度；在減薄后的介電層上形成第二介電層和抗反射層；在第二
5介電層、抗反射層、以及減薄后的介電層內形成開口并暴露出金屬互連線；在開口內填充導 電材料；在第二介電層對著開口位置形成第二金屬互連線；所述介電層內不含有氟。
所述介電層包括不含氟的高密度氧化物層，所述高密度氧化物層采用高密度等離 子體化學氣相沉積裝置形成，所述高密度氧化物層的厚度范圍為4500至6000 A。
所述介電層還包括位于所述高密度氧化物層上的不含氟的硅酸鹽氧化物層，所述 硅酸鹽氧化物層的厚度范圍為8000至9000 A。 所述將介電層減薄包括化學機械拋光，所述化學機械拋光至介電層的厚度范圍為 3500至4500 A。 所述將介電層減薄還包括回蝕，所述回蝕至介電層的厚度范圍為1500至2500 A。
所述金屬互連線厚度范圍為1800至3000A,所述金屬粘接層為100至150A。 —種包含如上所制造的CMOS圖像傳感器中的互連結構。 與現(xiàn)有技術相比，本技術方案具有以下優(yōu)點層間介電層采用不含氟的介電層，避 免了現(xiàn)有技術的采用含氟的氧化物中的氟容易擴散，無需在其間增加第一氧化層進行隔離 以及第四氧化進行修復缺陷，形成的層間介電層層數(shù)少，結構簡單，而且成本較低；層與層 之間對光的反射和散射減少，透過率高；而且由于層數(shù)少，層間的應力較小，不容易造成開 裂現(xiàn)象。


圖1是現(xiàn)有技術的半導體器件的后道工藝(BEOL)中的互連結構及其形成方法；
圖2至圖5是現(xiàn)有技術中CMOS圖像傳感器的后道工藝中的互連結構及其形成方 法； 圖6是本發(fā)明的形成層間介電層的流程示意圖； 圖7至圖10是本發(fā)明的CMOS圖像傳感器工藝中的形成層間介電層的結構示意 圖； 圖11是本發(fā)明的形成互連結構的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的層間介電層采用不含氟的介電層，避免了現(xiàn)有技術的采用含氟的氧化物 中的氟容易擴散，無需在其間增加第一氧化層進行隔離以及第四氧化層進行修復缺陷，形 成的層間介電層層數(shù)少，結構簡單，而且成本較低；層與層之間對光的反射和散射減少，透 過率高；而且由于層數(shù)少，層間的應力較小，不容易造成開裂現(xiàn)象。 以下通過依據(jù)附圖詳細地描述具體實施例，上述的目的和本發(fā)明的優(yōu)點將更加清 楚 參照圖6，本發(fā)明首先提供一種CMOS圖像傳感器中的層間介電層的制造方法，包 括提供半導體襯底；執(zhí)行步驟Sl 1 ，在半導體襯底上形成介電層，所述介電層內不含有氟； 執(zhí)行步驟S13，將介電層減薄至預定厚度；執(zhí)行步驟S15，在減薄后的介電層上形成第二介 電層和抗反射層。 下面參照圖7至圖10對本發(fā)明的形成CMOS圖像傳感器中的層間介電層的工藝加 以詳細描述。
首先參照圖7，提供半導體襯底301，所述半導體襯底301內形成有器件層，此處為 了簡化，未加圖示。 所述半導體襯底301上形成有分立的金屬互連線302，所述金屬互連線302用于將 下層的半導體襯底301內的器件進行引出并電連接至后端的輸出端。所述金屬互連線302 之間具有空隙。通常情況下，所述金屬互連線302為金屬Al或者Cu。 同時，半導體襯底301上還形成有金屬粘接層，所述金屬互連線厚度范圍為1800 至3000A.,所述金屬粘接層為100至150 A。 若金屬互連線302為Cu，則形成工藝與采用金屬Al的有所不同，需要采用大 馬士革結構，具體的工藝比如為先形成介電層，然后在介電層內形成通孔(via)和溝槽 (trench)，然后向溝槽和通孔內填充金屬Cu。 在分立的金屬互連線302和其間暴露出的半導體襯底301上形成介電層305，所述 介電層305內不含有氟。本發(fā)明中，所述介電層305包括不含氟的高密度氧化物層303，所 述高密度氧化物層303的厚度范圍為4500至6000 A。 在現(xiàn)有技術中，通常采用摻氟的硅酸鹽玻璃氧化物(FSG)作為介電層，主要是利 用高溫形成摻氟的硅酸鹽玻璃氧化物的較高的填洞能力，而不摻氟的硅酸鹽玻璃氧化物 (USG)通常采用高密度等離子體化學氣相沉積方法制備，在填洞的時候容易出現(xiàn)填充不完 全而導致的空洞，因而不被本領域技術人員所采用。本申請的發(fā)明人通過改進金屬互連線 和金屬粘接層，并對厚度進行優(yōu)化以實現(xiàn)本發(fā)明的目的。本申請發(fā)明人經(jīng)過大量研究發(fā)現(xiàn) 將作為金屬互連線的金屬鋁層減薄到1800至3000A，作為金屬粘接層的Ti/TiN層的厚度 也減薄至100至150 A,不摻氟的硅酸鹽玻璃氧化物(USG)可以實現(xiàn)高質量的填洞能力，這 樣既使得金屬互連線之間的縫隙填充完全，而且不會影響金屬互連線的電阻值，可以采用 其作為金屬間介電層。 而且，由于高密度氧化物層303內不含有氟，因此無需象現(xiàn)有技術那樣需要首先 在金屬互連線302和其間暴露出的半導體襯底301上形成富硅的氧化層進行隔離，以防止 后續(xù)形成的含氟的層中的氟擴散腐蝕下層的金屬互連線302內。 形成所述高密度氧化物層303的工藝為本領域技術人員公知技術，在此不加詳 述。 所述介電層305還包括不含氟的硅酸鹽氧化物層304，形成所述不含氟的硅酸鹽 氧化物層304的目的在于進一步降低高密度氧化物層303表面的凸凹不平度，方便后續(xù)的 減薄過程，同時可以降低成本。所述硅酸鹽氧化物層304采用等離子體增強CVD形成，由 于高密度等離子CVD的工藝成本較高，因此通常采用該工藝形成的高密度氧化物層303不 會很厚，而是采用較為低廉的工藝比如等離子體增強CVD進行加厚，形成硅酸鹽氧化物層 304。然后可以通過現(xiàn)有的拋光技術進行拋光，從而形成基本平坦的表面。
所述硅酸鹽氧化物層304厚度范圍為8000至9000A 。 同樣，本發(fā)明中硅酸鹽氧化物層304內不含有氟，因此無需象現(xiàn)有技術那樣需要 先形成富硅的氧化層，以防止含氟的介電層中的氟擴散腐蝕下層的金屬互連線302。
接著，參照圖8，需要將介電層305減薄至預定厚度，本發(fā)明中，所述將介電層305 減薄包括化學機械拋光步驟，所述化學機械拋光至介電層的厚度范圍為3500至4500A ,比 如可以為4000A。對于化學機械設備來說，其對于氧化物層的拋光范圍是1000A/min,因此通常當拋到介電層305約為4000A時候就停止了，以防止過拋導致破壞下層的器件層，經(jīng) 過拋光，介電層305形成介電層305a。 參照圖9，為了進一步提高光的透過率，需要將介電層305a進一步減薄，所述將介 電層305a減薄還包括回蝕，所述回蝕至介電層的厚度范圍為1500至2500A,比如可以為 2000A。經(jīng)過回蝕之后，介電層305a形成介電層305b。 參照圖IO，在經(jīng)過減薄的介電層305b上形成抗反射層306，所述抗反射層307通 常采用氮氧化硅，所述抗反射層306的厚度范圍為600A。 接著，在抗反射層306上形成第二介電層307，所述第二介電層307采用不含氟的 氧化硅，以便吸收在光刻過程中由于抗反射層306暴露在空氣中吸收空氣中的水汽，用于 保護抗反射層306。所述第二介電層307的厚度為200A。 本發(fā)明中層間介電層采用不含氟的硅酸鹽氧化物層304，無需象現(xiàn)有技術那樣形 成圖5中的不含氟的第四氧化層208進行隔離，雖然該第四氧化層208還具有修復表面缺 陷的作用，但是由于其帶來的負面效果是增加了介電層的厚度，導致光路變長，不利于光的 透過，其缺點和其優(yōu)點相比，缺點大于優(yōu)點，因此本發(fā)明中，沒有形成該層。這樣簡化了工 藝，成本降低，層數(shù)減少，有利于光的透過。 經(jīng)過上述工藝形成本發(fā)明的CMOS圖像傳感器中的層間介電層，參照圖IO，包括 依次位于半導體襯底301上的介電層305b、抗反射層306以及第二介電層307 ;所述介電層 305b內不含有氟。 所述抗反射層306為氮氧化硅，所述第二介電層307為氧化硅。
經(jīng)過上述工藝形成本發(fā)明的層間介電層，所述層間介電層的介電層305b的厚度 僅有1500至2500 A，與現(xiàn)有技術相比，厚度大大降低，有利于提高光的透過率；同時，由于 層數(shù)少，應力小，不會出現(xiàn)現(xiàn)有技術的開裂現(xiàn)象。 同時，本發(fā)明還給出一種CMOS圖像傳感器中的互連結構的制造方法，包括提供 半導體襯底，所述半導體襯底上形成有分立的互連金屬線；在半導體襯底上形成介電層； 將介電層減薄至預定厚度；在減薄后的介電層上形成抗反射層和第二介電層；在第二介電 層、抗反射層、以及減薄后的介電層內的相同位置形成開口并暴露出互連金屬線；在開口內 填充導電材料；在第二介電層上對著開口位置形成第二互連金屬線；所述介電層內不含有 氟。 所述CMOS圖像傳感器中的互連結構的制造方法包括前述的制造層間介電層的工 藝，具體工藝請參照圖7至圖10。 接著，請繼續(xù)參照圖11，在第二介電層307、抗反射層306、以及減薄后的介電層 305b內形成開口并暴露出互連金屬線302 ;在開口內填充導電材料308 ;在第二介電層307 上對著開口位置形成第二互連金屬線309，所述第二互連金屬線309通過導電材料308與金 屬互連線302電連接；所述介電層305b內不含有氟。 接著，在第二金屬互連線309以及第二介電層307上形成第三介電層310，所述第 三介電層310不含有氟，參照前述同樣的工藝，在第三介電層310上依次形成第二抗反射層 311和第四介電層312。 在半導體的互連工藝中，還可能包括更多的層間介質層和金屬互連線層，在此僅 以兩層金屬和兩層介電層加以說明，在此不應過多限制本發(fā)明的保護范圍。
基于上述工藝，形成了本發(fā)明的CMOS圖像傳感器中的互連結構，參照圖ll，包括 依次位于半導體襯底301上的減薄后的介電層305b、抗反射層306以及第二介電層307 ;位 于第二介電層307、抗反射層306、以及減薄后的介電層305b內的開口 、以及填充在開口內 的導電材料308 ;位于第二介電層307上的第二金屬互連線309 ;依次位于第二金屬互連線 309以及第二介電層307上的第三介電層310、第二抗反射層311以及第四介電層312 ;所 述介電層305b、以及第三介電層310內不含有氟。 本發(fā)明的層間介電層采用不含氟的介電層305b和第三介電層310，避免了現(xiàn)有技 術的采用含氟的氧化物中的氟容易擴散，無需在其間增加第一氧化層進行隔離以及第四氧 化層進行修復缺陷，形成的層間介電層層數(shù)少，結構簡單，而且成本較低；層與層之間對光 的反射和散射減少，透過率高；而且由于層數(shù)少，層間的應力較小，不容易造成開裂現(xiàn)象。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領域技術 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應 當以權利要求所限定的范圍為準。
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權利要求
一種CMOS圖像傳感器中的層間介電層的制造方法，包括提供半導體襯底；在半導體襯底上形成介電層；將介電層減薄至預定厚度；在減薄后的介電層上依次形成抗反射層和第二介電層；其特征在于，所述介電層內不含有氟。
2. 根據(jù)權利要求1所述的層間介電層的制造方法，其特征在于，所述介電層包括不含 氟的高密度氧化物層，所述高密度氧化物層采用高密度等離子體化學氣相沉積裝置形成， 所述高密度氧化物層的厚度范圍為4500至6000 A。
3. 根據(jù)權利要求2所述的層間介電層的制造方法，其特征在于，所述介電層還包括位 于所述高密度氧化物層上的不含氟的硅酸鹽氧化物層，所述硅酸鹽氧化物層的厚度范圍為 8000至9000 A。
4. 根據(jù)權利要求1所述的層間介電層的制造方法，其特征在于，所述將介電層減薄包 括化學機械拋光，所述化學機械拋光至介電層的厚度范圍為3500至4500 A 。
5. 根據(jù)權利要求1或4所述的層間介電層的制造方法，其特征在于，所述將介電層減薄 還包括回蝕，所述回蝕至介電層的厚度范圍為1500至2500 A 。
6. 根據(jù)權利要求1所述的層間介電層的制造方法，其特征在于，所述第二介電層為氧 化硅，所述抗反射層為氮氧化硅。
7. 根據(jù)權利要求1所述的層間介電層的制造方法，其特征在于，所述半導體襯底上還 依次形成有金屬粘接層和金屬互連線，所述金屬互連線厚度范圍為1800至3000A，所述金 屬粘接層為100至150 A。
8. —種如權利要求1至7中任一項所制造的CMOS圖像傳感器中的層間介電層。
9. 一種CMOS圖像傳感器中的互連結構的制造方法，包括 提供半導體襯底，所述半導體襯底上依次形成有金屬粘接層和金屬互連線； 在半導體襯底上形成介電層；將介電層減薄至預定厚度；在減薄后的介電層上依次形成抗反射層和第二介電層；在第二介電層、抗反射層、以及減薄后的介電層內形成開口并暴露出互連金屬線； 在開口內填充導電材料；在抗反射層上對著開口位置形成第二金屬互連線； 其特征在于，所述介電層內不含有氟。
10. 根據(jù)權利要求9所述的互連結構的制造方法，其特征在于，所述介電層包括不含氟 的高密度氧化物層，所述高密度氧化物層采用高密度等離子體化學氣相沉積裝置形成，所 述高密度氧化物層的厚度范圍為4500至6000 A。
11. 根據(jù)權利要求io所述的互連結構的制造方法，其特征在于，所述介電層還包括位于所述高密度氧化物層上的不含氟的硅酸鹽氧化物層，所述硅酸鹽氧化物層的厚度范圍為 8000至9000 A。
12. 根據(jù)權利要求11所述的互連結構的制造方法，其特征在于，所述將介電層減薄包 括化學機械拋光，所述化學機械拋光至介電層的厚度范圍為3500至4500 A。
13. 根據(jù)權利要求9或12所述的互連結構的制造方法，其特征在于，所述將介電層減薄 還包括回蝕，所述回蝕至介電層的厚度范圍為1500至2500 A。
14. 根據(jù)權利要求9所述的互連結構的制造方法，其特征在于，所述金屬互連線厚度范 圍為1800至3000A,所述金屬粘接層為100至150 A。
15. —種如權利要求9至14中任一項所制造的CMOS圖像傳感器中的互連結構。
全文摘要
一種層間介電層、互連結構及其制造方法，其中CMOS圖像傳感器中的層間介電層的制造方法包括提供半導體襯底；在半導體襯底上形成介電層；將介電層減薄至預定厚度；在減薄后的介電層上形成第二介電層和抗反射層；所述介電層內不含有氟。本發(fā)明層間介電層采用不含氟的介電層，避免了現(xiàn)有技術的采用含氟的氧化物中的氟容易擴散，無需在其間增加第一氧化層進行隔離以及第四氧化進行修復缺陷，形成的層間介電層層數(shù)少，結構簡單，而且成本較低，層與層之間對光的反射和散射減少，透過率高，而且由于層數(shù)少，層間的應力較小，不容易造成開裂現(xiàn)象。
文檔編號H01L21/316GK101740473SQ20081020296
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月18日 優(yōu)先權日2008年11月18日
發(fā)明者吳金剛, 朱虹, 楊承, 王娉婷, 程永亮, 高關且 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司