專利名稱：圖像傳感器及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像傳感器及其制造方法。
技術背景一般而言，圖像傳感器是將光學圖像轉換為電信號的半導體器件，主要分為電荷耦合器件(CCD)和CIS (CMOS[互補金屬氧化物半導體]圖像傳 感器)器件。CMOS圖像傳感器包括在單位像素中形成的一個光電二極管和 一個或更多MOS晶體管，并以開關模式來依次檢測電信號，從而獲得圖像。現有技術的CIS器件分為光電二極管區和晶體管區，光電二極管區接收 光信號，將其轉換為電信號，而晶體管區處理這些電信號。但是根據現有技 術，在具有光電二極管的襯底上形成的金屬互連具有這樣的結構在金屬互 連的一側或兩側有阻擋金屬。但是如圖l所示，根據現有技術，在形成金屬互連以及上絕緣層后進行 燒結工藝時，金屬互連可能會破損，從而造成金屬空隙(V)或者圓形缺陷 (S)。此外，根據現有技術，在形成金屬互連以及上絕緣層后進行燒結工 藝的過程中也會出現圓形缺陷(S)。因為插塞與層間介電層直接接觸，所以會出現圓形缺陷(S)或者金屬 空隙(V)。也就是說，插塞與層間介電層之間的粘附力弱，從而在燒結工 藝中層間介電層會由于施加于其上的熱而破損。此外，出現圓形缺陷(S)或者金屬空隙(V)的另一個原因是由于層間 介電層、金屬互連以及插塞之間的應力差。尤其是根據現有技術，形成在金 屬互連下側或上側的阻擋金屬的厚度并非最佳，從而會出現圓形缺陷(S) 或者金屬空隙(V)。發明內容本發明的實施例提供一種圖像傳感器及其制造方法，其能夠防止在燒結
工藝中(在形成金屬互連或屏蔽層以及上絕緣層之后)出現金屬空隙(V) 或者圓形缺陷(S)。根據本發明實施例的圖像傳感器包括介電層，位于具有光電二極管(或光電二極管陣列)的襯底上；金屬互連或屏蔽層，位于所述介電層上；以及上絕緣層，位于所述金屬互連或屏蔽層上，所述金屬互連或屏蔽層包括下 阻擋層；塊金屬層，位于所述下阻擋層上；以及上阻擋層，形成在所述塊金 屬層上，所述上阻擋層的預定厚度為所述下阻擋層的厚度的0.8倍至1.5倍。根據本發明的圖像傳感器，其中，所述下阻擋層包括第一下阻擋和/ 或粘合層，以大約300A至400A的厚度位于所述介電層上；以及第二下阻 擋層，以大約200 A至250 A的厚度位于所述第一下阻擋和/或粘合層上。根據本發明的圖像傳感器，其中，所述第一下阻擋和/或粘合層包含Ti， 而所述第二下阻擋層包含TiN。根據本發明的圖像傳感器，其中，所述塊金屬層以大約2000 A至7000 A 的厚度位于所述第二下阻擋層上。根據本發明的圖像傳感器，其中，所述塊金屬層包含A1。根據本發明的圖像傳感器，其中，所述上阻擋層包括第一上阻擋和/ 或粘合層，以大約30A至60A的厚度位于所述塊金屬層上；以及第二上阻 擋層，以大約300 A至500 A的厚度位于所述第一上阻擋和/或粘合層上。根據本發明的圖像傳感器，其中，所述第一上阻擋和/或粘合層包含Ti， 而所述第二上阻擋層包含TiN。根據本發明一個實施例的制造圖像傳感器的方法包括以下步驟在具有 光電二極管(或光電二極管陣列)的襯底上形成介電層；在所述介電層上形 成下阻擋層；在所述下阻擋層上形成金屬互連或屏蔽層；在所述金屬互連或 屏蔽層上形成上阻擋層，所述上阻擋層的預定厚度為所述下阻擋層的厚度的 0.8倍至1.5倍；在所述上阻擋層上形成上絕緣層；以及將包括所述上絕緣層 的所述襯底進行燒結處理。根據本發明的方法，其中，在所述介電層上形成下阻擋層的步驟包括以 下步驟在所述層間介電層上以300 A至400 A的厚度形成第一下阻擋和/ 或粘合層；以及在所述第一下阻擋和/或粘合層上以大約200 A至250 A的厚 度形成第二下阻擋層。
根據本發明的方法，其中，所述第一下阻擋和/或粘合層包含Ti，而所述第二下阻擋層包含TiN。根據本發明的方法，其中，所述塊金屬層具有大約2000A至7000A的厚度。根據本發明的方法，其中，在所述塊金屬層上形成上阻擋層的步驟包括 以下步驟在所述金屬互連上以大約30 A至60 A的厚度形成第一上阻擋和 /或粘合層；以及在所述第一上阻擋和/或粘合層上以大約300 A至500 A的 厚度形成第二上阻擋層。根據本發明另一實施例的制造圖像傳感器的方法包括以下步驟在具有 光電二極管(或光電二極管陣列)的襯底上形成介電層；在所述介電層上形 成金屬互連層或屏蔽層；在所述金屬互連層或屏蔽層上形成上絕緣層；在所 述上絕緣層上形成犧牲層；將包括所述犧牲層的所述襯底進行燒結處理；以 及從經過燒結處理的所述襯底去除所述犧牲層。根據本發明的方法，其中，所述犧牲層包括金屬層。根據本發明的方法，其中，所述犧牲層具有大約1000A至3000A的厚度。根據本發明的方法，其中，通過回蝕工藝去除所述犧牲層。 根據本發明的方法，其中，通過化學機械拋光去除所述犧牲層。 根據本發明的方法，其中，形成金屬互連層的步驟包括以下步驟在所 述層間介電層上形成下阻擋層；在所述下阻擋層上形成塊金屬層；以及在所 述金屬互連上形成上阻擋層，所述上阻擋層的預定厚度為所述下阻擋層的厚 度的1倍至1.5倍。根據本發明的方法，其中，在所述介電層上形成下阻擋層的步驟包括以 下步驟在所述層間介電層上以大約300 A至400 A的厚度形成第一阻擋和 /或粘合層；以及在所述第一下阻擋層上以大約200 A至250 A的厚度形成第 二阻擋層。根據本發明的方法，其中，在所述金屬互連上形成上阻擋層的步驟包括 以下步驟以大約30A至60A的厚度形成第一上阻擋和/或粘合層；以及在 所述第一阻擋層上以大約450 A至400 A的厚度形成第二阻擋層。根據本發明，能夠降低層間介電層、金屬互連或屏蔽層以及插塞之間的
應力差，由此防止或減少出現金屬空隙(V)和/或圓形缺陷(S)。
圖1為示出根據現有技術的圖像傳感器的問題的照片；圖2為示出根據第一實施例的圖像傳感器的示例性金屬互連層或屏蔽層 的剖視圖；圖3A為示出根據第一實施例的圖像傳感器的效果的照片；圖3B為示出根據不同實施例集成了示例性金屬互連層或屏蔽層的示例性CIS芯片的布局圖；圖4至圖5為示出根據其它實施例的圖像傳感器的示例性金屬互連層或 屏蔽層的制造工藝的剖視圖；以及圖6為示出根據圖4和圖5中實施例的圖像傳感器的效果的照片。
具體實施方式
下面參照
圖像傳感器及其制造方法。在各個實施例的說明中，應該理解，在將一個層(或膜)表述為位于另 一層或襯底"上"時，其可以直接位于另一層或襯底上，或者也可以存在中 間層。此外，應該理解，在將一個層表述為位于另一層"下"時，其可以直 接位于另一層下，并且也可以存在一個或多個中間層。另外，也應該理解， 在將一個層表述為位于兩個層之間時，其可以是位于兩個層之間的唯一層， 或者也可以存在一個或多個中間層。圖2為根據不同實施例的圖像傳感器的示例性金屬互連層或屏蔽層的剖 視圖。圖像傳感器的示例性金屬互連層或屏蔽層包括層間(或前金屬(premetal))介電層110，形成在具有多個光電二極管105的襯底100上； 金屬互連層130，形成在層間介電層110上；以及上絕緣層190，形成在金 屬互連層130上或上方。金屬互連層130包括下阻擋和/或粘合層131和 133、塊金屬層(bulk metal layer) 135、以及上阻擋和/或粘合層137和139， 上阻擋和/或粘合層137和139以預定厚度形成在塊金屬層135上，所述預定 厚度是下阻擋和/或粘合層131和133的厚度的0.8倍至1.5倍。 根據現有技術，形成在塊金屬層下方(例如在下側)或者上方(例如在 上側)的阻擋金屬的厚度并非最佳，從而在介電層、塊金屬層以及插塞(例如120)之間會出現應力差，由此造成圓形缺陷(S)或者金屬空隙(V)。 這樣，根據示例性實施例，通過改善金屬互連層或屏蔽層130的金屬結 構，能夠防止圓形缺陷(S)或者金屬空隙(V)。根據示例性實施例，金屬互連層或屏蔽層130的金屬結構包括下阻擋 和/或粘合層131和133;塊金屬層135，位于下阻擋和/或粘合層131和133 上；上阻擋和/或粘合層137和139，以預定厚度位于塊金屬層135上，所述 預定厚度是下阻擋和/或粘合層131和133的厚度的0.8倍至1.5倍。也就是 說，下阻擋和/或粘合層131和133包括第一下阻擋和/或粘合層131，以大 約300 A至400 A的厚度形成在介電層110上；以及第二阻擋層133，以大 約200 A至250 A的厚度形成在第一下阻擋層131上。例如，含Ti的第一下阻擋和/或粘合層131以大約350 A的厚度形成在 介電層110上，而含TiN的第二下阻擋層133以大約220A的厚度形成在第 一下阻擋和/或粘合層131上。此外，塊金屬層135以大約2000A至7000A 的厚度形成在第二下阻擋層133上。例如，塊金屬層135可包含A1，其厚度 大約為6000 A 。此外，上阻擋和/或粘合層137和139可包括第一上阻擋和/或粘合層 137，以大約30A至60A的厚度形成在塊金屬層(或金屬互連)135上；以 及第二上阻擋層139，以大約300 A至500 A的厚度形成在第一上阻擋層137 上。例如，上阻擋和/或粘合層137和139可包括下列層或者由下列層組成 含Ti的第一上阻擋和/或粘合層137，以大約50 A的厚度形成在塊金屬層135 上；以及含TiN的第二上阻擋層139，以大約450 A的厚度形成在第一上阻 擋和/或粘合層137上。圖3A為示出根據以上實施例的圖像傳感器的效果的照片。如圖3A所 示，根據本發明的實施例與現有技術不同的是，在圖像傳感器中形成金屬結 構之后才進行燒結工藝，從而能夠降低介電層110、塊金屬層135以及插塞 120之間的應力差，由此防止或減少出現金屬空隙(V)或者圓形缺陷(S)。如圖3B所示，包括一個或多個金屬化層170 (例如三個或更多金屬化 層130、 150以及170，如圖2所示)的金屬結構可圍繞CIS芯片的單元區域
或者像素區域形成環形，從而在CIS芯片的像素陣列周圍形成光阻屏蔽和/ 或電磁屏蔽。下面參照圖2描述根據本發明實施例的圖像傳感器的制造方法。首先，在具有光電二極管105的襯底100上形成第一層間介電層110。 在第一層間介電層110上的另一介電層中或者在第一層間介電層110的部分 厚度中形成多個插塞120。然后，在層間介電層110上或上方形成第一金屬 互連層或屏蔽層130。為了制造第一金屬互連層130，在第一層間介電層110上形成下阻擋和/ 或粘合層131和133。在此情況下，第一下阻擋和/或粘合層131以大約300A 至400A的厚度形成在第一層間介電層110上，而第二下阻擋層133以大約 200A至250A的厚度形成在第一下阻擋層131上。例如，第一下阻擋和/或 粘合層131可包含Ti，并且以大約350 A的厚度形成在第一層間介電層110 上，而第二下阻擋層133可包含TiN，并且以大約220 A的厚度形成在第一 下阻擋和/或粘合層131上。然后，在下阻擋和/或粘合層131和133上形成塊金屬層135。在此情況 下，塊金屬層135以大約2000 A至7000 A的厚度形成在第二下阻擋層133 上。例如，塊金屬層135可包含A1，且其厚度大約為6000A。之后，在塊金屬層135上以預定厚度形成上阻擋和/或粘合層137和139， 所述預定厚度是下阻擋和/或粘合層131和133的厚度的0.8倍至1.5倍。在 本發明中，或者上層137和139的總厚度是下層131和133總厚度的0.8倍 至1.5倍，或者上阻擋層139的厚度是下阻擋層133厚度的0.8倍至1.5倍。此外，上阻擋和/或粘合層137和139包括:第一上阻擋和/或粘合層137， 以大約30 A至60 A的厚度形成在塊金屬層135上；以及第二上阻擋層139， 以大約300 A至500 A的厚度形成在第一上阻擋和/或粘合層137上。例如， 上阻擋和/或粘合層137和139可包括下列層或者由下列層組成第一上阻擋 和/或粘合層137，可包含Ti并且以大約50 A的厚度形成在塊金屬層135上； 以及第二上阻擋層139，可包含TiN并且以大約450 A的厚度形成在第一上 阻擋和/或粘合層137上。然后，在包括第一金屬互連層130的襯底100上形成第二層間介電層 140。之后，形成第二金屬互連層150，接著形成第三層間介電層160。然后， 在第三層間介電層160上形成第三金屬互連層170。之后，在第三金屬互連 層170上形成第四層間介電層180。之后，在包括第四層間介電層180的襯底100上形成上絕緣層190，再 在襯底100上進行燒結工藝。然后，可在經燒結后的上絕緣層190上進行形 成濾色鏡層(未示出)、平坦化層(未示出)以及微透鏡(未示出)的工藝。如圖5所示，根據第一實施例，與現有技術不同的是，在不一樣的金屬 結構上進行燒結工藝，從而能夠降低層間介電層、金屬互連層以及插塞之間 的應力差，由此防止或減少出現金屬空隙(V)和/或圓形缺陷(S)。下面描述根據其它實施例的圖像傳感器的制造方法。根據其它實施例，可在形成犧牲層之后進行燒結工藝，從而將燒結工藝 中出現的熱效應降至最低，并且上絕緣層和層間介電層由犧牲層支撐或者包 含在犧牲層中，由此防止或減少出現金屬空隙(V)和/或圓形缺陷(S)。采用根據上述實施例的圖像傳感器的制造方法，能夠制造根據替代性實 施例的示例性圖像傳感器。圖4和圖5為示出制造圖像傳感器的替代性工藝的剖視圖。如圖4所示， 首先，在包括多個光電二極管105的襯底IOO上形成第一層間介電層110。 然后，在第一層間介電層110中形成第一多個通孔(via) 120，并且在包括 第一多個通孔120的第一層間介電層110上形成第一金屬互連層130。根據替代性實施例，第一金屬互連層130的金屬結構包括下阻擋和/ 或粘合層131和133;塊金屬層135，位于下阻擋和/或粘合層131和133上； 以及上阻擋和/或粘合層137和139，以預定厚度形成在塊金屬層135上，所 述預定厚度是下阻擋和/或粘合層131和133的厚度的0.8倍至1.5倍，如同 上述。例如，下阻擋和/或粘合層131和133包括第一下阻擋和/或粘合層 131，以大約300 A至400 A的厚度位于第一層間介電層110上；以及第二 下阻擋層133，以大約200 A至250 A的厚度位于第一下阻擋和/或粘合層131 上。此外，塊金屬層135以大約2000A至7000A的厚度形成在第二下阻擋 層133上。此外，上阻擋和/或粘合層137和139包括第一上阻擋和/或粘合層137， 以大約30 A至60 A的厚度位于塊金屬層(或金屬互連)135上；以及第二 上阻擋層139，以大約300 A至500 A的厚度位于第一上阻擋層137上。
之后，在包括第一金屬互連層130的襯底100上形成第二層間介電層 140，并且在第二層間介電層140中形成第二多個通孔120。然后，在形成第 二金屬互連層150之后形成第三層間介電層160，并且在第三層間介電層160 中形成第三多個通孔120。之后，在第三層間介電層160上形成第三金屬互 連層170，并且在第三金屬互連層170上形成第四層間介電層180。
然后，在包括第四層間介電層180的襯底100上形成上絕緣層190。上 絕緣層l卯包括硬度或彈性模量大于第四層間介電層180的SiN或其它材料。 然后，在上絕緣層190上形成犧牲層200。
根據替代性實施例，在形成犧牲層之后進行燒結工藝，從而將燒結工藝 中出現的熱效應降至最低，并且上絕緣層190和層間介電層180由犧牲層200 支撐或者包含在犧牲層200中，從而防止或減少出現金屬空隙(V)和/或圓 形缺陷(S)。為此，犧牲層200可包括厚度大約為1000 A至3000 A的金 屬層。之后，將包括犧牲層200的襯底IOO進行燒結處理。
圖6為示出根據替代性實施例的圖像傳感器的金屬互連層或屏蔽層的效 果的照片。如圖6所示，與現有技術不同的是，在金屬互連層或屏蔽層的結 構中，在進行燒結工藝之前形成犧牲層，從而將燒結工藝中出現的熱效應降 至最低，并且上絕緣層190和層間介電層180由犧牲層200支撐或者包含在 犧牲層200中，從而防止或減少出現金屬空隙(V)和/或圓形缺陷(S)。
之后，如圖5所示，將犧牲層200從燒結后的襯底100去除。可通過回 蝕工藝、濕法蝕刻工藝或者CMP (化學機械拋光)工藝去除犧牲層200。
然后，在經燒結后的上絕緣層190上進行形成濾色鏡層(未示出)、平 坦化層(未示出)以及微透鏡陣列(未示出)的工藝。
在根據本發明實施例的圖像傳感器及其制造方法中，在形成圖像傳感器 的金屬結構(例如屏蔽層)之后進行燒結工藝，從而能夠降低層間介電層、 金屬互連或屏蔽層以及插塞之間的應力差，由此防止或減少出現金屬空隙 (V)和/或圓形缺陷(S)。
此外，與現有技術不同的是，在根據本發明實施例的圖像傳感器的金屬 互連層或屏蔽層的結構中，在進行燒結工藝之前可形成犧牲層，從而將燒結 工藝中出現的熱效應降至最低，并且上絕緣層和層間介電層由犧牲層支撐或 者包含在犧牲層中，從而防止或減少出現金屬空隙(V)和/或圓形缺陷(S)。 本說明書中所有對"一個實施例"、"實施例"、"示例性實施例"等 等的引用表示結合該實施例說明的具體特征、結構或者特性包括在本發明的 至少一個實施例中。說明書中不同地方出現的這些措辭不一定都引用同一實 施例。此外，當結合任一實施例說明具體特征、結構或者特性時，應認為結 合其它實施例來實現這些具體特征、結構或者特性在本領域技術人員的認可 范圍內。雖然參照多個示例性實施例說明了本發明的實是海浬，但是應當理解， 本領域技術人員能夠構思落入本發明原理的精神和范圍內的各種其它變型 和實施例。更具體地，在說明書、附圖和隨附的權利要求書的范圍之內的主 題結合排列的組成部分和/或排列中，可以進行變化和修改。除組成部分和/ 或排列的變化和修改之外，對本領域技術人員而言可替代用途也是顯然的。
權利要求
1、一種圖像傳感器，包括介電層，位于具有光電二極管的襯底上；金屬互連層，位于所述介電層上；以及上絕緣層，位于所述金屬互連層上，其中，所述金屬互連層包括下阻擋層；塊金屬層，位于所述下阻擋層上；以及上阻擋層，位于所述塊金屬層上，所述上阻擋層的預定厚度為所述下阻擋層的厚度的0.8倍至1.5倍。
2、 如權利要求1所述的圖像傳感器，其中，所述下阻擋層包括第一 下阻擋和/或粘合層，以大約300A至400A的厚度位于所述介電層上；以及 第二下阻擋層，以大約200 A至250 A的厚度位于所述第一下阻擋和/或粘合 層上。
3、 如權利要求2所述的圖像傳感器，其中，所述第一下阻擋和/或粘合 層包含Ti,而所述第二下阻擋層包含TiN。
4、 如權利要求2所述的圖像傳感器，其中，所述塊金屬層以大約2000A 至7000 A的厚度位于所述第二下阻擋層上。
5、 如權利要求4所述的圖像傳感器，其中，所述塊金屬層包含A1。
6、 如權利要求2所述的圖像傳感器，其中，所述上阻擋層包括第一 上阻擋和/或粘合層，以大約30A至60A的厚度位于所述塊金屬層上；以及 第二上阻擋層，以大約300 A至500 A的厚度位于所述第一上阻擋和/或粘合 層上。
7、 如權利要求6所述的圖像傳感器，其中，所述第一上阻擋和/或粘合 層包含Ti，而所述第二上阻擋層包含TiN。
8、 一種制造圖像傳感器的方法，所述方法包括以下步驟 在具有光電二極管的襯底上形成介電層；在所述層間介電層上形成下阻擋層； 在所述下阻擋層上形成塊金屬層；在所述塊金屬層上形成上阻擋層，所述上阻擋層的預定厚度為所述下阻 擋層的厚度的0.8倍至1.5倍；在所述上阻擋層上形成上絕緣層；以及 將具有所述上絕緣層的所述襯底進行燒結處理。
9、 如權利要求8所述的方法，其中，在所述介電層上形成下阻擋層的 步驟包括以下步驟在所述層間介電層上以300 A至400 A的厚度形成第一下阻擋和/或粘合 層；以及在所述第一下阻擋和/或粘合層上以大約200 A至250 A的厚度形成第二 下阻擋層。
10、 如權利要求9所述的方法，其中，所述第一下阻擋和/或粘合層包含 Ti，而所述第二下阻擋層包含TiN。
11、 如權利要求9所述的方法，其中，所述塊金屬層具有大約2000 A 至7000A的厚度。
12、 如權利要求9所述的方法，其中，在所述塊金屬層上形成上阻擋層 的步驟包括以下步驟在所述金屬互連上以大約30 A至60 A的厚度形成第一上阻擋和/或粘合 層；以及在所述第一上阻擋和/或粘合層上以大約300 A至500 A的厚度形成第二 上阻擋層。
13、 一種制造圖像傳感器的方法，所述方法包括以下步驟 在具有光電二極管的襯底上形成介電層；在所述介電層上形成金屬互連層； 在所述金屬互連層上形成上絕緣層； 在所述上絕緣層上形成犧牲層； 將具有所述犧牲層的所述襯底進行燒結處理；以及 從經過燒結處理的所述襯底去除所述犧牲層。
14、 如權利要求13所述的方法，其中，所述犧牲層包括金屬層。
15、 如權利要求13所述的方法，其中，所述犧牲層具有大約1000A至 3000A的厚度。
16、 如權利要求13所述的方法，其中，通過回蝕工藝去除所述犧牲層。
17、 如權利要求13所述的方法，其中，通過化學機械拋光去除所述犧牲層。
18、 如權利要求13所述的方法，其中，形成金屬互連層的步驟包括以 下步驟在所述層間介電層上形成下阻擋層； 在所述下阻擋層上形成塊金屬層；以及在所述金屬互連上形成上阻擋層，所述上阻擋層的預定厚度為所述下阻 擋層的厚度的1倍至1.5倍。
19、 如權利要求13所述的方法，其中，在所述介電層上形成下阻擋層 的步驟包括以下步驟在所述層間介電層上以大約300 A至400 A的厚度形成第一阻擋和/或粘 合層；以及在所述第一下阻擋層上以大約200 A至250 A的厚度形成第二阻擋層。
20、 如權利要求19所述的方法，其中，在所述金屬互連上形成上阻擋 層的步驟包括以下步驟以大約30 A至60 A的厚度形成第一上阻擋和/或粘合層；以及 在所述第一阻擋層上以大約450 A至400 A的厚度形成第二阻擋層。
全文摘要
本發明公開了一種圖像傳感器及其制造方法，該圖像傳感器包括介電層，位于具有光電二極管的襯底上；金屬互連層，位于所述介電層上；以及上絕緣層，位于所述金屬互連層上。所述金屬互連層包括下阻擋層；塊金屬層，位于所述下阻擋層上；以及上阻擋層，位于所述塊金屬層上，所述上阻擋層的預定厚度為所述下阻擋層的厚度的0.8倍至1.5倍。根據本發明，能夠降低層間介電層、金屬互連或屏蔽層以及插塞之間的應力差，由此防止或減少出現金屬空隙(V)和/或圓形缺陷(S)。
文檔編號H01L27/146GK101211955SQ20071030810
公開日2008年7月2日 申請日期2007年12月27日 優先權日2006年12月28日
發明者玄佑碩 申請人:東部高科股份有限公司