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)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
需要小型化包括固態(tài)圖像拾取器件(例如CCD圖像傳感器或 CMOS圖像傳感器)的半導(dǎo)體器件。由此，在一個(gè)芯片中形成包括微 型透鏡和光接收元件(光電二極管)的光接收區(qū)域，以及包括用于執(zhí) 行光電轉(zhuǎn)換信號(hào)電子的讀出操作等的多個(gè)層的外圍電路區(qū)域。
在通過(guò)相同的膜結(jié)構(gòu)來(lái)形成光接收區(qū)域與外圍電路區(qū)域的層間 絕緣膜的情況下，存在著這樣的問(wèn)題，即微型透鏡與光接收元件之間 的距離被延長(zhǎng)，并且在光接收元件上存在著不必要的層使得發(fā)生光量 的衰減，并且因此光接收元件的靈敏度下降。
為了解決這樣的問(wèn)題，提出了一種圖像傳感器，其中去除了光接 收元件上有源像素區(qū)域的多個(gè)層間絕緣膜，使得透鏡與光轉(zhuǎn)換元件之 間的距離變得比從在外圍電路區(qū)域上形成的層間絕緣膜的最上面部 分到襯底的距離要短。
然而，這樣的圖像傳感器具有問(wèn)題，該問(wèn)題即僅僅在透鏡下方提 供具有高透水性的平坦化膜，但是不形成鈍化膜。為此，存在這樣的 問(wèn)題，即對(duì)于來(lái)自外部的水或應(yīng)力的抵抗力低使得其可靠性降低。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，其包括 半導(dǎo)體襯底，包括光接收元件； 氧化硅膜，在該半導(dǎo)體襯底上形成；
多個(gè)布線層間膜，在該氧化硅膜上形成，并且每一個(gè)布線層間膜 都包括作為掩埋銅的結(jié)果而形成的布線層；以及
硅氮化物膜，在最上層的布線層間膜上形成，該硅氮化物膜中 Si-H濃度小于N-H濃度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法， 包括如下步驟
在半導(dǎo)體襯底的表面部分處形成光接收元件；
在該半導(dǎo)體襯底上形成多個(gè)布線層間膜，每一個(gè)布線層間膜都包 括作為掩埋銅的結(jié)果而形成的布線層；
在最上層的布線層間膜上形成第一硅氮化物膜，該第一硅氮化物 膜中Si-H濃度小于N-H濃度；
在外圍電路部分處形成接觸塞和布線，其中該接觸塞與包括在最 上層的布線層間膜中的布線層接觸，該布線與該接觸塞接觸；
以覆蓋該布線的方式形成層間絕緣膜；
去除該光接收元件的上部處的該層間絕緣膜；以及
在該光接收元件的上部處形成第二硅氮化物膜，該第二硅氮化物 膜中Si-H濃度小于N-H濃度。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，
包括如下步驟
在半導(dǎo)體襯底的表面部分處形成光接收元件；
在該半導(dǎo)體襯底上形成多個(gè)布線層間膜，每一個(gè)布線層間膜都包 括作為掩埋銅的結(jié)果而形成的布線層；
在最上層的布線層間膜上形成硅氮化物膜，該硅氮化物膜中Si-H 濃度小于N-H濃度；
在該硅氮化物膜上該光接收元件的至少上部區(qū)域內(nèi)形成平坦化膜；
在該平坦化膜上形成濾色器；以及 在該濾色器上形成微型透鏡。


圖l是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的配置概況的視圖； 圖2是示出硅氮化物膜所透過(guò)的光的波長(zhǎng)與衰減因子之間關(guān)系的
圖3是示出硅氮化物膜的膜厚與所透過(guò)光的透射率之間關(guān)系的
圖4是用來(lái)解釋制造根據(jù)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的截面
圖5是示出在圖4之后的步驟的截面圖； 圖6是示出在圖5之后的步驟的截面圖； 圖7是示出在圖6之后的步驟的截面圖； 圖8是示出在圖7之后的步驟的截面圖； 圖9是示出在圖8之后的步驟的截面圖； 圖10是示出在圖9之后的步驟的截面圖； 圖11是示出在圖10之后的步驟的截面圖； 圖12是示出根據(jù)比較實(shí)例的半導(dǎo)體器件的配置概況的視圖； 圖13是用來(lái)解釋制造根據(jù)修改實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的工 藝步驟截面圖；以及
圖14是示出根據(jù)修改實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的配置概況的視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的配置概況。在硅 襯底100的表面部分處，形成用于執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的光電二極管(光接 收元件)IOI。雖然僅僅示出了單個(gè)光電二極管，但是實(shí)際上例如以
7陣列形式二維地形成多個(gè)光電二極管。
在硅襯底100上形成多個(gè)層間絕緣膜102。層間絕緣膜102是，例 如，氧化硅膜。在層間絕緣膜102內(nèi)形成布線層103,并且每一個(gè)阻擋 金屬104以覆蓋布線層103的側(cè)部和底部的方式來(lái)形成。而且，在布線 層103上形成擴(kuò)散防止膜105。
布線層103由銅形成，且阻擋金屬104和擴(kuò)散防止膜105用來(lái)防止 銅被擴(kuò)散到層間絕緣膜102中。阻擋金屬104是例如鉭和氮化鉭，且擴(kuò) 散防止膜105是硅氮化物膜。
在最上層的層間絕緣膜102a和布線層103a上形成硅氮化物膜106 用作擴(kuò)散防止膜。
在外圍電路部分P處，形成布線層108，其通過(guò)接觸塞107與布線 層103a電連接，并且層間絕緣膜109以覆蓋接觸塞107和布線層108的 方式而形成。布線層108例如由鋁形成。
硅氮化物膜110以覆蓋層間絕緣膜109和光接收區(qū)域L的擴(kuò)散防 止膜106的方式而形成，并且在該硅氮化物膜110上形成平坦化膜111。 平坦化膜lll是透明的樹(shù)脂狀的物質(zhì)。
在光接收區(qū)域L中，濾色器112和微型透鏡113在平坦化膜111上形成。
微型透鏡113用來(lái)形成光的圖像，該光已經(jīng)被從將在光電二極管 IOI的光接收面表面上成像的物體發(fā)射。濾色器112用來(lái)允許具有特定 波長(zhǎng)的光從其中透射，其中例如R (紅色)、G (綠色)和B (藍(lán)色) 的三種顏色形成一纟且。
已經(jīng)透過(guò)微型透鏡113和濾色器112的光穿過(guò)平坦化膜111、硅氮 化物膜IIO、 106和多個(gè)層間絕緣膜102而由光電二極管101接收。已經(jīng) 由光電二極管101接收的光經(jīng)歷光電轉(zhuǎn)換。因此，獲得與其對(duì)應(yīng)的電 荷。
圖2是示出透過(guò)硅氮化物膜的光的波長(zhǎng)與衰減因子之間關(guān)系的 圖。圖示了關(guān)于兩種硅氮化物膜的結(jié)果，其中包括在硅氮化物膜中的 Si-H鍵的濃度和N-H鍵的濃度改變。
8關(guān)于其中Si-H濃度大于N-H濃度的硅氮化物膜的結(jié)果由方形標(biāo) 記示出，并且關(guān)于其中Si-H濃度小于N-H濃度的硅氮化物膜的結(jié)果由 三角形標(biāo)記示出。
從圖2中能夠明白，其中Si-H濃度小于N-H濃度的硅氮化物膜的 衰減因子具有更小的衰減因子。 一般來(lái)說(shuō)，在圖像傳感器中使用的光 波長(zhǎng)區(qū)域是350nm ~ 750nm，且在該波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的其中Si-H濃度小于 N-H濃度的硅氮化物膜的衰減因子可以被極大地減小到基本為O。
因此，包括在硅氮化物膜110、 106中的Si-H濃度和N-H濃度具有 表示為Si-H濃度〈N-H濃度的關(guān)系，從而使得能夠抑制光衰減。因此， 能夠抑制在光電二極管101上接收到的光量的減少。
而且，因?yàn)樵诠饨邮諈^(qū)域L內(nèi)沒(méi)有形成層間絕緣膜109,所以在 微型透鏡113與光電二極管101之間的距離(圖l中的距離hl)能夠被 縮短。因此，光電二極管101的靈敏度能夠被改善。
此外，硅氮化物膜110和106具有卓越的防水特性，并且因此能夠 執(zhí)行作為鈍化膜的功能。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件能夠防止光接收元件的靈 敏度降低，并且在微型透鏡下面包括鈍化膜因此具有改善可靠性的能 力。
圖3中示出了表示硅氮化物膜的膜厚與紅色、綠色和藍(lán)色中各個(gè) 顏色的光線的透射率之間關(guān)系的圖。藍(lán)色光通過(guò)使用菱形標(biāo)記示出， 綠色光通過(guò)使用方形標(biāo)記示出且紅色光通過(guò)三角形標(biāo)記示出。從這個(gè) 圖中能夠明白，光的透射率根據(jù)硅氮化物膜的膜厚而變化。即，調(diào)整 硅氮化物膜的膜厚，從而使得能夠抑制入射光的衰減。
從圖3中能夠明白，在硅氮化物膜的膜厚為110nm到140nm的范 圍內(nèi)，紅色、綠色和藍(lán)色中各個(gè)顏色的光線的透射率高。
因此，在根據(jù)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中硅氮化物膜IIO、 106 的總的膜厚落入110nm到140nm的范圍內(nèi)，從而使得能夠進(jìn)一步抑制 入射光的衰減(光接收元件靈敏度的下降)。
將參考圖4-ll來(lái)描述制造這樣的半導(dǎo)體器件的方法。如圖4所示，通過(guò)CVD工藝在其中形成光電二極管101的硅襯底 100上形成膜厚500nm的氧化珪膜102和膜厚400nm的氧化硅膜102b。
此外，通過(guò)光刻技術(shù)形成布線槽，以通過(guò)'賊射在布線槽和氧化硅 膜102b上形成包含鉭和氮化鉭的阻擋金屬104。此外，通過(guò)電鍍掩埋 銅并用CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)來(lái)使銅平坦化以形成布線層103。
如圖5所示，通過(guò)CVD工藝在布線層103和氧化硅膜102b上形成 膜厚20nm的硅氮化物膜105用作銅的擴(kuò)散防止膜。此外，通過(guò)刻蝕去 掉光透過(guò)部分的硅氮化物膜105，并將每一個(gè)布線層103上部的硅氮化 物膜105留下。
通過(guò)重復(fù)氧化硅膜的形成、布線層的形成以及擴(kuò)散防止膜的形成 /去除這樣的過(guò)程，形成了圖6所示的多層具有布線層103的絕緣膜102。 在這種情況下，在最上層絕緣膜(氧化硅膜)102a上的硅氮化物膜106 沒(méi)有被刻蝕去除。
對(duì)于硅氮化物膜106，使用了利用SiHU、 NH3或N2氣體的CVD膜。 使用僅僅通過(guò)HF (高頻)功率在氣氛中傳送功率的技術(shù)來(lái)增加與SiH4 或NH3相比的N2的比例，在該氣氛中溫度,皮維持在約400°C以便形成膜 以允許該膜為其中Si-H鍵濃度小于N-H鍵濃度的硅氮化物膜。例如， Si-H鍵濃度為0.5 3% ，且N-H鍵濃度為約1~3.5% 。
沒(méi)必要要求形成硅氮化物膜105的方法和形成硅氮化物膜106的 方法(處理?xiàng)l件)是相同的。
如圖7所示，形成接觸塞107和布線層108，這兩者都連接到外圍 電路部分P處的最上層的布線層103a。此外，層間絕緣膜109以覆蓋接 觸塞107和布線層108的方式來(lái)形成。
如圖8所示，在外圍電路部分P處形成抗蝕劑120。
如圖9所示，用抗蝕劑120作為掩模通過(guò)刻蝕去除光接收區(qū)域L的 層間絕緣膜109。硅氮化物膜106作為停止層。在去除層間絕緣膜109 后，去除抗蝕劑120。
如圖IO所示，形成硅氮化物膜IIO。對(duì)于硅氮化物膜IIO，與硅 氮化物膜106類似，也使用了利用SiH4、 NH3或]\2氣體的CVD膜。使用僅僅通過(guò)HF(高頻)功率在氣氛中傳送功率的技術(shù)來(lái)增加與S舊4 或NHb相比的N2的比例，在該氣氛中溫度被維持在約400。C以便形成 膜以允許該膜為其中Si-H鍵濃度小于N-H鍵濃度的硅氮化物膜。
如上所述，硅氮化物膜106和硅氮化物膜110的總的膜厚可以落 入110nm到140nm的范圍內(nèi)。
如圖11所示，膜厚250nm的平坦化膜111由具有例如95%或 更大的透射率的材料在硅氮化物膜110上形成。此外，濾色器112和 微型透鏡113在光接收區(qū)域L的平坦化膜111上形成。
因?yàn)槲⑿屯哥R113與光電二極管101之間的距離(圖11中的距 離hl)被縮短，所以能夠抑制光電二極管101靈敏度的下降。
而且，在濾色器112和微型透鏡113下面形成的具有防水特性的 硅氮化物膜106、 IIO起鈍化膜的作用因此具有改善可靠性的能力。
此外，硅氮化物膜106、 110是其中Si-H濃度小于N-H濃度的 膜使得光的衰減因子小。因此，能夠抑制光電二極管101靈敏度的下 降。
如上所述，能夠制造高可靠性半導(dǎo)體器件，其中防止了光接收元 件101靈敏度的下降，并且在微型透鏡113下面提供了鈍化膜(硅氮 化物膜106、 110)。
(比較實(shí)例)圖12中示出了根據(jù)比較實(shí)例的半導(dǎo)體器件的配置概 況。在硅襯底200上形成多個(gè)層間絕緣膜202。布線層203在層間絕緣 膜202內(nèi)形成，并且阻擋金屬204以覆蓋布線層203的側(cè)部和底部的方 式來(lái)形成。而且，在布線層203上形成擴(kuò)散防止膜205。
在最上層的層間絕緣膜202a和布線層203a上形成硅氮化物膜206 用作擴(kuò)散防止膜。
在外圍電路部分P處，形成布線層208,其通過(guò)接觸塞207與布 線層203a電連接，并且層間絕緣膜209以覆蓋硅氮化物膜206和布 線層208的方式而形成。
硅氮化物膜210在層間絕緣膜209上形成，并且在該硅氮化物膜 210上形成平坦化膜211。平坦化膜211是透明的樹(shù)脂狀的物質(zhì)，并且具有透水性。在光接收區(qū)域L中，濾色器212和微型透鏡213在平坦化 膜211上形成。
在硅氮化物膜210和206中，Si-H濃度通常大于N-H濃度。 在根據(jù)該比較實(shí)例的半導(dǎo)體器件中，層間絕緣膜209在微型透鏡 213下面形成，并且微型透鏡213與光接收元件201之間的距離h2 長(zhǎng)。為此，光接收元件201的靈敏度下降。
另一方面，因?yàn)樵诟鶕?jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中光接收區(qū)域L 的層間絕緣膜109被去除，其高度能夠被減小，并且抑制了光接收元 件101靈敏度的下降。而且，這樣的Si-H濃度小于N-H濃度并且光 衰減因子小的硅氮化物膜110和106在微型透鏡113下面形成。因此， 這些膜起到鈍化膜的作用，并且能夠進(jìn)一步抑制光接收元件101靈敏 度的下降。
雖然上述實(shí)施例中如圖9所示的硅氮化物膜106在層間絕緣膜 109的刻蝕中用作阻擋層，但是如圖13所示硅氮化物膜106也可以被 去除。
其后，執(zhí)行與圖IO和11所示的工藝步驟類似的處理。因此，能 夠獲得如圖14所示的半導(dǎo)體器件。
而且，雖然在上述實(shí)施例中如圖5和6所示的每一個(gè)層都實(shí)現(xiàn)了 擴(kuò)散防止膜105的去除，但是可以使用這樣的方法，即不在每一個(gè)層 都執(zhí)行這樣的去除處理而是稍后共同去除擴(kuò)散防止膜105，并將絕緣 膜(氧化硅膜)掩埋到因?yàn)槿コ纬傻拈_(kāi)口部分中。
此外，可以使用這樣的方法，其中在圖7所示的層間絕緣膜109 形成之后，在層間絕緣膜109上形成硅氮化物膜其后在外圍電路部分 P處形成抗蝕劑以用該抗蝕劑作為掩;f莫通過(guò)刻蝕去除光接收區(qū)域L的 層間絕緣膜109上的硅氮化物膜和層間絕緣膜109。通過(guò)調(diào)整將要在 層間絕緣膜109上形成的硅氮化物膜的膜厚，能夠控制在外圍電路部 分P處形成的鈍化膜的膜厚。
另外，在根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，濾色器112和微型透鏡 113不是必然要有的。這樣的半導(dǎo)體器件能夠被應(yīng)用到不具有這些光 學(xué)組件的圖像傳感器。
權(quán)利要求
1. 一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底，包括光接收元件；氧化硅膜，在該半導(dǎo)體襯底上形成；多個(gè)布線層間膜，在該氧化硅膜上形成，并且每一個(gè)布線層間膜都包括作為掩埋銅的結(jié)果而形成的布線層；以及硅氮化物膜，在最上層的布線層間膜上形成，該硅氮化物膜中Si-H濃度比N-H濃度小。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的半導(dǎo)體器件，其中該硅氮化物膜在該光接收元件的至少上部區(qū)域內(nèi)形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的半導(dǎo)體器件，其中該硅氮化物膜的膜厚在110nm到140nm的范圍內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括 平坦化膜，在該硅氮化物膜上該光接收元件的至少上部區(qū)域內(nèi)形成；濾色器，在該平坦化膜上形成；以及 微型透鏡，在該濾色器上形成。
5. —種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括如下步驟 在半導(dǎo)體襯底的表面部分處形成光接收元件；在該半導(dǎo)體襯底上形成多個(gè)布線層間膜，每一個(gè)布線層間膜都包括作為掩埋銅的結(jié)果而形成的布線層；在最上層的布線層間膜上形成第一硅氮化物膜，該第一硅氮化物膜中Si-H濃度小于N-H濃度；在外圍電路部分處形成接觸塞和布線，其中該接觸塞與包括在最上層的布線層間膜中的布線層接觸，該布線與該接觸塞接觸； 以覆蓋該布線的方式形成層間絕緣膜； 去除該光接收元件的上部處的該層間絕緣膜；以及 在該光接收元件的上部處形成第二硅氮化物膜，該第二硅氮化物膜中Si-H濃度小于N-H濃度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中該第一硅氮化物膜是使用其中N2的比例高于SiBU和NH3的比例的氣體通過(guò)CVD工藝形成的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中該第二硅氮化物膜是使用其中N2的比例高于SiH4和NH3的比例的氣體通過(guò)CVD工藝形成的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中形成該第二硅氮化物膜使得第二硅氮化物膜和在該光接收元件的上部處去除該層間絕緣膜之后剩余的第一硅氮化物膜的總的 膜厚落入110nm到140nm的范圍內(nèi)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體器件的方法，包括如下步驟 在去除該光接收元件的上部處的該層間絕緣膜之后在形成該第二硅氮化物膜之前去除該光接收元件的上部處的第一硅氮化物膜；以 及形成該第二硅氮化物膜使得其膜厚落入110nm到140nm的范圍內(nèi)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體器件的方法，包括如下步驟 以覆蓋該布線的方式形成該層間絕緣膜；接著在去除該光接收元件的上部處的該層間絕緣膜之前在該層間絕緣膜上形成第三硅氮化物膜；以及去除該光接收元件的上部處的該第三硅氮化物膜。
11. 根據(jù)權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體器件的方法，包括如下步驟在該光接收元件的上部處該第二硅氮化物膜上形成平坦化膜；在該平坦化膜上形成濾色器；以及 在該濾色器上形成微型透鏡。
12. —種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括如下步驟 在半導(dǎo)體襯底的表面部分處形成光接收元件；在該半導(dǎo)體襯底上形成多個(gè)布線層間膜，每一個(gè)布線層間膜都包括作為掩埋銅的結(jié)果而形成的布線層；在最上層的布線層間膜上形成硅氮化物膜，該硅氮化物膜中Si-H 濃度小于N-H濃度；膜；在該平坦化膜上形成濾色器；以及 在該濾色器上形成微型透鏡。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中該硅氮化物膜是使用其中N2的比例高于SiH4和NH3的比例 的氣體通過(guò)CVD工藝形成的。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法。該半導(dǎo)體器件具有包括光接收元件的半導(dǎo)體襯底、在該半導(dǎo)體襯底上形成的氧化硅膜、在該氧化硅膜上形成的多個(gè)布線層間膜、以及在最上層布線層間膜上形成的其中Si-H濃度小于N-H濃度的硅氮化物膜，其中該多個(gè)布線層間膜中的每一個(gè)都包括作為掩埋銅的結(jié)果而形成的布線層。
文檔編號(hào)H01L27/146GK101425525SQ20081017382
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月29日
發(fā)明者上條浩幸, 原川秀明, 大塚真理 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝