JP2003282853A

JP2003282853A - 固体撮像装置、半導体装置の製造方法及び固体撮像装置の製造方法

Info

Publication number: JP2003282853A
Application number: JP2002089211A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Yoshigami; 孝行吉上
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】配線によって形成された段差部における遮光
膜のエッチング残りの発生を抑制し得る固体撮像装置、
及び遮光膜の下層にある下地膜の膜減りの抑制を図り
得、且つ、エッチング後の遮光膜の側面を順テーパ形状
とし得る固体撮像装置の製造方法を提供することにあ
る。【解決手段】フォトダイオードを有する半導体基板１
０上に、下地膜となるシリコン酸化膜、エッチング抑制
膜１４、遮光膜１５を順に形成する。次に、フォトダイ
オード上の遮光膜１５を六弗化硫黄と塩素とを含み酸素
を含まないエッチングガスを用いた反応性イオンエッチ
ングにより除去する。次いで、フォトダイオード上のエ
ッチング抑制膜を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置、半
導体装置の製造方法及び固体撮像装置の製造方法に関
し、特には固体撮像装置における遮光膜下層の構造、及
び遮光膜のパターニングに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、導電材料として用いられる高融
点金属の膜、特にタングステン膜は、ポリシリコン膜と
積層されて利用されており、この積層膜はいわゆるポリ
メタル膜と呼ばれている。また、タングステン膜は良好
な遮光性を有することから、固体撮像装置の遮光膜とし
て用いられている。

【０００３】図５は、従来からの固体撮像装置の構成を
示す平面図である。図５に示すように、固体撮像装置
は、シリコン基板５０上に、フォトダイオード５１と、
垂直転送部５２と、水平転送部５３とを設けて構成され
ており、フォトダイオード５１はマトリックス状に配列
されている。

【０００４】図５の例では、フォトダイオード５１及び
垂直転送部５２のうち最右列に配列されているものは、
暗時の基準信号を発生するオプティカルブラック部５５
を構成している。その他のフォトダイオード５１と垂直
転送部５２とは、受光部５４を構成している。図５中の
矢印は電荷の流れを示している。

【０００５】また、図５に示すように、受光部５４及び
オプティカルブラック部５５は遮光膜６０で覆われてい
る。遮光膜はハッチングが施された領域に設けられてい
る。遮光膜における受光部５４を覆っている部分には、
フォトダイオードに入射光を導くための開口５１ａが設
けられている。

【０００６】このような遮光膜は、固体撮像装置の全領
域にタングステン膜を設けた後、これをエッチング等に
よって所望の形状とすることで得られる。タングステン
膜等といった高融点金属の膜のエッチング方法として
は、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching；反応性イオンエッ
チング）に代表されるドライエッチング法を用いること
が一般的である。但し、固体撮像装置においては、転送
電極はポリシリコン膜で形成されることが多く、遮光膜
はポリシリコン膜の上にシリコン酸化膜等を介して形成
される部分もあり、これがポリメタル膜と相違する点で
ある。そしてタングステン膜のエッチングには、通常、
下記の二つのエッチング方法が用いられていた。

【０００７】一つのエッチング方法は、エッチング温度
を室温又は０℃以下として、ＳＦ₆系のガスを用いてエ
ッチングする方法である。このエッチング方法によれ
ば、エッチング種の化学反応速度の低下を図ると共に、
側方マイグレーションを抑制できるため、異方性形状を
得ることが出来る。

【０００８】もう一つのエッチング方法は、エッチング
温度を室温より高い温度に保ち、Ｃｌ₂／Ｏ₂ガスを用い
てエッチングする方法である。このエッチング方法によ
れば、エッチング生成物である酸塩化タングステンの蒸
気圧を高めて離脱を促進することができるため、エッチ
ングを速やかに進行させることが出来る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た二つのエッチング方法は、ゲート酸化膜上にポリメタ
ル膜のパターンを形成する場合のように、開口率が大き
い残しのパターンを形成する場合に適したエッチング方
法である。このため、下地段差が存在する固体撮像装置
の遮光膜のように開口率の小さい抜きのパターンを形成
する場合には、以下に示すような問題がある。

【００１０】上記の前者の方法においては、タングステ
ン膜（遮光膜）のパターニングにおいて、タングステン
膜とその下層に位置する下地膜であるシリコン酸化膜と
の選択比が確保できないという問題がある。このため、
フォトダイオード上の下地膜の膜減りにより、ＢＰＳＧ
膜からのＢとＰとの拡散距離の短縮で白キズの発生要因
となる場合がある。

【００１１】図６は、従来の固体撮像装置の水平転送部
に形成された遮光膜をエッチングする工程を示す断面図
であり、図５中の切断線Ｂ−Ｂにおける断面を示してい
る。また、図６（ａ）〜（ｃ）は一連の工程を示してい
る。

【００１２】図６（ａ）に示すように、水平転送部は、
シリコン酸化膜５６が形成されたシリコン基板５０上
に、ポリシリコン膜等による転送電極５８を形成し、下
地膜（シリコン酸化膜）５７を設け、次いで転送電極５
８と一部が重なるように転送電極５９を形成し、その上
に更に下地膜５７を設けて構成されている。このような
構成のため、水平転送部には段差部分が形成されてい
る。遮光膜６０は、下地膜５７の上に形成される。

【００１３】次に、図６（ｂ）に示すように、遮光膜６
０に対して上記の前者の方法でエッチングが行なわれ、
図６（ｃ）に示す状態となる。ここで、図６（ｃ）から
分かるように、上記の前者の方法では遮光膜６０と下地
膜５７との選択比が確保できないため、下地膜５７の厚
みを考慮すると、段差部分にある遮光膜の一部６０ａが
エッチングされずに残こり、これが配線として作用して
リークが発生する可能性がある。よって、遮光膜は一部
であっても残存しないようにするのが望まれる。

【００１４】また、この段差部分に残った遮光膜の一部
６０ａは、更にオーバーエッチングを行なうことにより
除去できるが、この場合は、下地膜５７の膜減りにより
転送電極５８が露出してしまい、電荷がリークしてしま
う。

【００１５】また、上記前者の方法には、エッチング温
度が低下し過ぎると、ポリシリコン膜とタングステン膜
とのエッチングレートの差により、ＮＭＯＳとＰＭＯＳ
とにおける線幅の差が増大してしまうという問題もあ
る。

【００１６】上記の後者の方法では、タングステン膜と
下地膜との選択比の確保を図ることができ、上記の前者
の方法のような問題はない。しかし、遮光膜にサイドエ
ッチが入って遮光膜の寸法精度が低下してしまい、斜め
光によるスミアを発生させるという問題がある。この問
題について図７を用いて説明する。

【００１７】図７は、従来の固体撮像装置のフォトダイ
オード上に形成された遮光膜をエッチングする工程を示
す断面図であり、図５中の切断線Ａ−Ａにおける断面を
示している。また、図７（ａ）〜（ｃ）は一連の工程を
示している。

【００１８】図７（ａ）に示すように、受光部は、シリ
コン酸化膜５６が形成されたシリコン基板５０上に、垂
直転送部を構成する転送電極６１を形成し、下地膜５７
を設けて構成されている。次いで、下地膜５７を覆うよ
うに遮光膜６０を設ける。

【００１９】次に、図７（ｂ）に示すように、開口５１
ａに対応する孔が設けられたレジストパターン６２を遮
光膜６０の上に形成し、上記の後者の方法でエッチング
を行なうと、図７（ｃ）に示す状態となる。更にレジス
トパターン６２を除去すると図７（ｄ）の状態となる。
図７（ｄ）から分かるように、上記の後者の方法では、
フォトダイオード５１上に位置する遮光膜６０の側面
は、逆テーパー形状に形成されてしまい、これにより斜
め光によるスミアが発生してしまう。

【００２０】また、上記の後者の方法においてはエッチ
ングガスに酸素が含まれている。このため、酸素ガスに
よってサイドエッチングによる寸法シフトが発生し、タ
ングステン膜の側面が逆テーパ形状に形成される場合が
ある。

【００２１】更に、上記の後者の方法には、エッチング
生成物に十分な蒸気圧を与える必要があるため、エッチ
ング温度を１００℃近い高温としなければならないとい
う問題もある。

【００２２】本発明の目的は、上記問題を解決し、配線
によって形成された段差部における遮光膜のエッチング
残りの発生を抑制し得る固体撮像装置、及び遮光膜の下
層にある下地膜の膜減りの抑制を図り得、且つ、エッチ
ング後の遮光膜の側面を順テーパ形状とし得る半導体装
置又は固体撮像装置の製造方法を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にかかる固体撮像装置は、半導体基板にフォト
ダイオードを有する受光領域とオプティカルブラック領
域とを備えた固体撮像装置であって、前記基板上にチタ
ン系化合物を含むエッチング抑制膜と、前記エッチング
抑制膜上に形成された遮光膜とを有し、前記エッチング
抑制膜は、前記フォトダイオード上と前記オプティカル
ブラック領域上とに開口を有することを特徴とする。

【００２４】このように、本発明にかかる固体撮像装置
においては、チタン系化合物のエッチング抑制膜におけ
るオプティカルブラック領域上に開口が設けられてお
り、よって、水素がオプティカルブラック領域を通じて
半導体基板に供給されるため、暗電流の発生を抑制でき
る。

【００２５】次に、上記目的を達成するために本発明に
かかる半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、エッ
チング抑制膜とタングステン膜とを順に形成する工程
と、六弗化硫黄と塩素とを含み酸素を含まないエッチン
グガスを用いた反応性イオンエッチングにより、前記タ
ングステン膜の一部を除去する工程とを少なくとも有す
ることを特徴とする。

【００２６】このように、本発明にかかる半導体装置の
製造方法では、エッチング抑制膜をタングステン膜の下
層に設けているため、従来のタングステン膜と下地膜で
あるシリコン酸化膜との選択比が確保できないという問
題を解消できる。

【００２７】また、エッチングガスに酸素が含まれない
ため、エッチングが等方的に進行せず、寸法シフトを抑
制することができる。特に、半導体装置が固体撮像装置
である場合においては、遮光膜の開口部側壁が逆テーパ
状に形成され難くなるので、スミアの発生を抑制するこ
とができる。

【００２８】上記本発明にかかる半導体装置の製造方法
においては、前記前記反応性イオンエッチングが、前記
半導体基板の温度とエッチング装置のチャンバーの内部
温度とを２５℃以下、特には−２０℃〜０℃に設定して
行なわれているのが好ましい態様である。この場合、エ
ッチング後におけるタングステン膜の形状を良好なもの
とできる。

【００２９】また、上記本発明にかかる半導体装置の製
造方法においては、前記エッチング抑制膜として、チタ
ン系化合物を含む材料で形成された膜又はポリシリコン
膜を用いるのが好ましい態様である。この場合、エッチ
ング時におけるタングステン膜とエッチング抑制膜との
選択比を確保でき、良好なものとできる。

【００３０】また、上記目的を達成するために本発明に
かかる固体撮像装置の製造方法は、フォトダイオードを
有する半導体基板上に、絶縁膜、エッチング抑制膜、遮
光膜を順に形成する工程と、前記フォトダイオード上の
前記遮光膜を六弗化硫黄と塩素とを含み酸素を含まない
エッチングガスを用いた反応性イオンエッチングにより
除去する工程と、前記フォトダイオード上の前記エッチ
ング抑制膜を除去する工程とを少なくとも有することを
特徴とする。

【００３１】このように、本発明にかかる固体撮像装置
の製造方法においては、従来と異なり、エッチング抑制
膜を形成しているため、下地膜となる絶縁膜の膜減りと
フォトダイオードへのダメージとを抑制することができ
る。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態にかか
る固体撮像装置、その製造方法、及び半導体装置の製造
方法について、図１〜図４を参照しながら説明する。

【００３３】最初に、本発明の実施の形態にかかる固体
撮像装置について図１及び図２に基づいて説明する。図
１は、本発明の実施の形態にかかる固体撮像装置を概略
的に示す構成図である。図２（ａ）は、図１に示す固体
撮像装置の受光部の断面を示す図、図２（ｂ）は図１に
示す固体撮像装置のオプティカルブラック部の断面を示
す図、図２（ｃ）は図１に示す水平転送部の断面を示す
図であり、それぞれ図１中のＸ−Ｘ断面、Ｙ−Ｙ断面、
Ｚ−Ｚ断面を示している。

【００３４】図１に示すように、本実施の形態にかかる
固体撮像装置は、図５で示した固体撮像装置と同様に、
シリコン基板１０上に、フォトダイオード１と、垂直転
送部２と、水平転送部３とを設けて構成されており、フ
ォトダイオード１はマトリックス状に配列されている。

【００３５】本実施の形態においても、最右列に配列さ
れたフォトダイオード１と垂直転送部２とは、暗時の基
準信号を発生するオプティカルブラック部５を構成して
いる。その他のフォトダイオード１と垂直転送部２と
は、入射光を光電変換し、得られた電荷を水平転送部３
に転送する受光部４を構成している。図１中の矢印は電
荷の流れを示している。

【００３６】また、図５で示した固体撮像装置と同様
に、本実施の形態にかかる固体撮像装置にも遮光膜が設
けられている（図１において図示せず）。遮光膜が設け
られた領域は、図５で示された領域と同様である。但
し、本実施の形態においては、図５で示した固体撮像装
置と異なり、遮光膜の下層に、エッチング抑制膜１４が
設けられている。エッチング膜１４は、同一のエッチン
グ条件下におけるエッチングレートが遮光膜よりも低い
膜であり、後述するように遮光膜をエッチングによって
パタ―ニングする際において下地膜がエッチングされる
のを抑制し、エッチングストッパーとして機能する。

【００３７】なお、ここでいう「同一のエッチング条
件」とは、使用するガス種、ガスの混合比、流量、圧
力、ＲＦパワー、電極温度、ウェハ枚数、被エッチング
膜の表面積、形状のアスペクト比等が同一であることを
言う。

【００３８】図１においてハッチングが施された領域は
エッチング抑制膜１４が設けられた領域を示しており、
本実施の形態では、エッチング抑制膜１４は受光部４の
みを覆うように設けられている。

【００３９】エッチング抑制膜１４の断面構造について
説明すると、図２（ａ）に示すように、エッチング抑制
膜１４は、受光部においては、下地膜１３と遮光膜１５
とで挟まれるように形成されている。このことから、エ
ッチング抑制膜１４が、遮光膜１５のエッチング時にエ
ッチングストッパーとして機能することが分かる。ま
た、エッチング抑制膜１４にも、遮光膜１５の開口１ａ
と同様の開口１４ａが設けられている。

【００４０】なお、図２（ｂ）に示すように、オプティ
カルブラック部においては、下地膜１３の上に直接に遮
光膜１５が形成されている。また、図２（ｃ）に示すよ
うに、水平転送部においては、遮光膜１５とエッチング
抑制膜１４とは設けられていない。図２において、１１
は半導体基板１０上に形成されたシリコン酸化膜、１２
は垂直転送部を構成する転送電極、１６及び１７は水平
転送部を構成する転送電極である。

【００４１】このように、本実施の形態にかかる固体撮
像装置においては、遮光膜１５の下層にあるエッチング
抑制膜１４が下地膜１３に対するエッチングストッパー
として機能するため、遮光膜１５のパターンニング時
に、開口１ａ及び１４ａの底面にある下地膜１３が大き
く膜減りするのが抑制される。よって、本実施の形態に
かかる固体撮像装置においては、図５で示した従来の固
体撮像装置に比べて、白キズの発生が抑制されていると
言える。

【００４２】本実施の形態においては、遮光膜１５はタ
ングステン膜で形成されている。また、遮光膜１５のパ
ターニングは、後述するように、六弗化硫黄（ＳＦ₆）
ガスと塩素ガスとを含むが酸素ガスを含まない混合ガス
を用いたエッチングによって行なわれている。このた
め、本実施の形態におけるエッチング抑制膜１４の形成
材料としては、タングステンよりエッチングレートの低
い材料、例えば、窒化チタン等のチタン系化合物や、ポ
リシリコン等が挙げられる。

【００４３】このうち、本実施の形態では、遮光膜１５
のエッチング抑制膜に対する選択比を１０以上とできる
点から、エッチング抑制膜１４の形成材料としてはチタ
ン系化合物が用いられている。

【００４４】但し、エッチング抑制膜１４の形成材料と
してチタン系化合物を使用する場合は、エッチング抑制
膜１４は、図１及び図２に示すように、受光部４のみを
覆うように、即ちオプティカルブラック部５や水平転送
部３が被覆されないように形成するのが好ましい。これ
は、チタン系化合物の水素捕獲作用により、暗電流が増
加してしまうからである。

【００４５】一方、水素獲得作用の小さい材料、例えば
ポリシリコンを用いる場合は、エッチング抑制膜１４は
オプティカルブラック部５や水平転送部３を覆うように
設けても良い。

【００４６】また、エッチング抑制膜１４は、成膜によ
る面内均一性が大きく変動しないで略一定に保持されて
いるのが好ましく、又出来る限り薄膜であるのが好まし
い点から、エッチング抑制膜１４の膜厚は４０ｎｍ以下
が好ましく、特には５ｎｍ〜１０ｎｍの範囲であるのが
好ましい。

【００４７】次に、本発明の実施の形態にかかる固体撮
像装置の製造方法、及び半導体装置の製造方法につい
て、図３及び図４に基づいて説明する。図３（ａ）〜
（ｄ）及び図４（ｅ）〜（ｈ）は、図１に示す固体撮像
装置の製造工程を受光部、オプティカルブラック部及び
水平転送部の断面で示す図であり、図３（ａ）〜図４
（ｈ）は連続した一連の工程を示している。なお、図３
及び図４において、図中左側の断面が受光部の断面（Ｘ
−Ｘ断面）、図中中央の断面がオプティカルブラック部
の断面（Ｙ−Ｙ断面）、図中右側の断面が水平転送部の
断面（Ｚ−Ｚ断面）である。

【００４８】最初に、図３（ａ）に示すように、受光部
及びオプティカルブラック部となる領域にフォトダイオ
ード１が形成された半導体基板１０上に、シリコン酸化
膜１１、垂直転送部を構成する転送電極１２、水平転送
部を構成する転送電極１６及び転送電極１７を形成す
る。次に、受光部、オプティカルブラック部、及び水平
転送部の全ての領域に絶縁膜である下地膜（シリコン酸
化膜）１３を形成する。次いで、下地膜１３と同様に、
全ての領域に、チタン化合物によるエッチング抑制膜１
４を形成する。

【００４９】次に、図３（ｂ）に示すように、オプティ
カルブラック部におけるエッチング抑制膜１４を取り除
くため、リソグラフィ法によって受光部及び水平転送部
が被覆されるようにレジストパターン１８を形成して、
選択的にエッチングを行なう。エッチングは、エッチン
グガスとしてＡｒとＣｌ₂との混合ガスを使用し、常温
以下、例えば、０℃〜−３０℃、好ましくは−２０℃で
行なう。

【００５０】次いで、図３（ｃ）に示すように、レジス
トパターン１８の除去を行なう。なお、下地膜１３はシ
リコン酸化膜で形成されており、上記のエッチング条件
下においてはシリコン酸化膜のチタン系化合物に対する
選択比は高いといえる。よって、オプティカルブラック
部においては、下地膜１３の膜減りは小さいといえ、一
方、エッチング抑制膜１４は完全に除去されている。ま
た、エッチングの終点判定は、エンドポイントモニター
を使用して行っても良いが、膜厚とエッチングレートか
ら予め算出したエッチング時間によって行なうことも可
能である。

【００５１】次に、図３（ｄ）に示すように、受光部、
オプティカルブラック部、及び水平転送部の全ての領域
に、タングステンを用いて遮光膜１５を形成する。遮光
膜１５の形成は蒸着法により行なわれている。これは、
ＣＶＤ法で成膜されたタングステン膜はシリコン酸化膜
に対する密着性が極めて弱いため、本実施の形態のよう
に、オプティカルブラック部において下地膜１３である
シリコン酸化膜の上に直接タングステン膜を形成する態
様においては、タングステン膜が剥れてしまう場合があ
るからである。

【００５２】但し、本実施の形態においては、下地膜１
３であるシリコン酸化膜の上にスパッタリングによって
タングステン膜を形成し、更にその上にＣＶＤ法によっ
てタングステン膜を形成して、この形成方法の異なる二
層のタングステン膜を遮光膜１５とすることもできる。

【００５３】このような二層構造とした場合、スパッタ
リングで形成したタングステン膜がシリコン酸化膜に密
着するため、オプティカルブラック部でタングステン膜
が剥れてしまうという問題を解消できる。また、遮光膜
１５の段差部分に対する被覆性の向上を図れるため、オ
プティカルブラック部への光透過の改善を図ることがで
きる。更に、遮光膜１５の膜厚を薄くすることができる
ため、フォトダイオード１における感度の向上を図るこ
ともできる。なお、遮光膜１５の構造を上記のような二
層構造とする場合は、スパッタリングによって形成する
タングステン膜の膜厚は、５０ｎｍ以下とするのが好ま
しい。

【００５４】次に、図４（ｅ）に示すように、遮光膜１
５上にレジストを塗布し、入射光を導くための開口１ａ
となる領域と水平転送部とが露出するように公知のリソ
グラフィによりパターニングを行なう。１９はレジスト
パターンである。次いで、遮光膜１５に対してエッチン
グを行なう。エッチングは、反応性イオンエッチング装
置を用いた反応性エッチングにより、エッチング抑制膜
１４が露出するまで行なう。図４（ｆ）はエッチング後
の状態を示している。

【００５５】このように、本実施の形態においては、従
来と異なり、エッチング対象となる遮光膜１５の形成前
にエッチング抑制膜１４を形成し、エッチング抑制膜１
４の上に形成された遮光膜１５に対してエッチングを行
っている。このため、上述したように下地膜１３の膜減
りの防止が図られ、受光部における白キズの発生や水平
転送部における電荷リークの発生を抑制することができ
る。

【００５６】本実施の形態において、遮光膜１５のエッ
チングは、ナローギャップ平行平板型反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）装置によって行っている。この反応性
イオンエッチング装置は、エッチングガスを供給するた
めのガス供給機構と、チャンバーの内部に相対する二つ
の電極（上部電極と下部電極）とを備えている。上部電
極はマッチングボックスを介してＲＦ電源に接続され、
下部電極は接地されている。本実施の形態では、反応性
イオンエッチング装置の処理圧力は０.４Ｐａ、Ｍａｇ
パワーは４００Ｗ、ＲＦバイアスパワーは５０Ｗに設定
されているが、これに限定されるものではない。

【００５７】本実施の形態において、遮光膜１５をエッ
チングするためのエッチングガスとしては、ＳＦ₆ガス
とＣｌ₂ガスとの混合ガスであって、Ｏ₂ガスを含まない
ガスが用いられている。このようにＯ₂ガスを含まない
ガスを用いるのは、サイドエッチングによる寸法シフト
によって、遮光膜１５においてエッチングされずに残っ
た部分の側面（以下「エッチング側面」という。）が逆
テーパ形状（図７参照）に形成されるのを抑制するため
である。また、エッチングガス中のＯ₂ガスとタングス
テン膜とが反応してＷＯｘが生成されるのを防止して、
半導体装置の微細化や、メンテサイクルの長期化を図る
ためである。

【００５８】ＳＦ₆ガスとＣｌ₂ガスとの混合ガスを用い
ているのは、Ｃｌラジカルによるエッチングで寸法シフ
トが顕著になり、オーバーエッチング時に遮光膜１５の
エッチング側面が逆テーパ形状となるのを抑制するため
である。つまり、Ｆラジカルを用いて六弗化タングステ
ン（ＷＦ₆）をタングステンのエッチング側面に形成す
ることにより、エッチング側面に向かうエッチングの抑
制を図るためである。また、Ｆラジカルの強い異方性に
より半導体基板１０の法線方向にエッチングを進めるこ
とができ、寸法シフトの抑制を図ることができるためで
ある。なお、Ｆラジカルのみでエッチングを行なうと、
反応生成物が生じやすくなってエッチングを阻害する
が、この反応生成物はＣｌラジカルによってエッチング
することができる。また、このような作用は、Ｃｌ₂ガ
スの流量をＳＦ₆ガスの流量よりも大きくすることで顕
著となる。

【００５９】本実施の形態において、ＳＦ₆ガスとＣｌ₂
ガスとの流量比は２：７〜４：６の範囲で設定すれば良
く、好ましくは３：７に設定する。具体的には、ＳＦ₆
ガスの流量を２０ｍｌ／ｍｉｎ〜４０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｃ
ｌ₂ガスの流量を６０ｍｌ／ｍｉｎ〜８０ｍｌ／ｍｉｎ
の範囲で設定すれば良く、好ましくは、ＳＦ₆ガスの流
量を３０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｃｌ₂ガスの流量を７０ｍｌ／
ｍｉｎに設定する。

【００６０】また、本実施の形態においては、遮光膜１
５をエッチングする際のエッチング温度、具体的には、
半導体基板１０の基板温度とチャンバー内の温度とは、
常温（２５℃）以下に設定されている。このようにエッ
チング温度を常温（２５℃）以下に設定するのは、常温
を超える温度に設定すると、遮光膜１５のエッチング側
面が逆テーパ形状（図７参照）に形成される可能性が高
いからである。

【００６１】この点について説明する。エッチング温度
が常温以上になれば、Ｆラジカルがより大きなエネルギ
ーを持ち、他の原子と反応し易い状態になって反応生成
物が生じ易くなるので、遮光膜１５のエッチング側面が
逆テーパ形状となるのが抑制されるとも考えられる。し
かし、全てのラジカルのエネルギーも高くなるため、ラ
ジカルの運動エネルギーが増し、エッチングの等方性も
増すこととなる。この結果、反応生成物が形成されて
も、ラジカルが激しく反応生成物に衝突し、これを直ち
に剥離させてしまうので、エッチング側面に向かうエッ
チングが進行してしまう。

【００６２】例えば、遮光膜１５の開口１ａを形成する
際において、エッチング温度を５０℃〜６０℃に設定し
てエッチングを行なうと、レジストの開口寸法１μｍに
対して０．１μｍの寸法シフトが発生し、遮光膜１５の
開口１ａにおけるエッチング側面は逆テーパ形状となっ
てしまう。この場合、デザインルールの微細化を考える
と許容するのは難しく、又固体撮像装置におけるスミア
の発生や感度低下の要因となってしまう。

【００６３】一方、エッチング温度が常温以下である
と、反応生成物は形成され難くなる。しかし、ラジカル
の動きも抑制されるので、エッチングが進むにつれ、エ
ッチング側面に至るまでにラジカルの運動エネルギーは
減少する。よって、結果的には反応生成物はエッチング
側面に付着するので、この反応生成物がエッチング側面
に向かうエッチングの障害となり、エッチング側面に向
かうエッチングが抑制される。例えば、エッチング温度
が−２０℃〜０℃であると、遮光膜１５のエッチング側
面は順テーパ形状となる。

【００６４】なお、例えばエッチング温度を−５０℃に
設定した場合では、遮光膜１５のエッチング側面を順テ
ーパ形状とする効果が小さくなり、エッチング温度を低
くすることによる効果が得られ難くなる。よって、本実
施の形態においてエッチング温度は、好ましくは−３０
℃〜０℃、特に好ましくは−２０℃〜０℃に設定するの
が良い。

【００６５】このように、本実施の形態においては、エ
ッチング温度を常温以下に設定し、ＳＦ₆ガスとＣｌ₂ガ
スとの混合ガスであって、Ｏ₂ガスを含まないガスをエ
ッチングガスとして用いて、遮光膜１５のパターニング
を行っている。このため、異方性のエッチングを促進で
きるので、遮光膜１５のエッチング側面が逆テーパ形状
となるのを抑制でき、寸法シフトの殆ど無い順テーパー
形状のエッチング側面を得ることができる。

【００６６】遮光膜１５のエッチングにおける終点検出
は、例えば５０１ｎｍの発光をモニタし、この発光強度
が急激に増加する点を検知することにより行なうことが
できる。また、発光強度を二次差分すれば、終点検出に
おける検出感度を向上でき、高精度の終点検出が可能に
なる。但し、デバイス構造が平坦でない場合、例えば、
遮光膜１５の下地に凹凸があり、下地形状が部分ごとに
異なる場合は、終点検出はレベル判定によって行なうの
が好ましい。これにより、デバイス構造の差による影響
を最小限とでき、遮光膜１５のエッチングにおける終点
検出を安定的に行なうことができる。

【００６７】また、本実施の形態においては、遮光膜１
５のエッチングはメインエッチングとオーバーエッチン
グとの二段階で行っている。具体的には、上述した条件
でメインエッチングを行い、終点検出を行った後、反応
性イオンエッチング装置のＲＦパワーを段階的に低下さ
せてオーバーエッチングを行っている。具体的には、オ
ーバーエッチングは、ＲＦパワーをメインエッチングの
５０Ｗから２０Ｗ程度に下げて行っている。オーバーエ
ッチングの時間はメインエッチングの時間に基づいて適
宜調整を行なうことで設定できる。また、オーバーエッ
チングは段階的に実施しても良い。

【００６８】本実施の形態では遮光膜１５の下層にエッ
チング抑制膜１４が存在しているため、従来と異なり、
オーバーエッチングを行っても下地膜１３が膜減りする
のが抑制されている。また、オーバーエッチングによ
り、特に水平転送部における段差部分に残った遮光膜１
５の一部や残渣を完全に除去することができる。

【００６９】また、このようなＲＦパワーを低下させた
ドライエッチングを行なうことは、遮光膜１５の下地膜
（シリコン酸化膜）１３に対する選択比を増加させて、
下地膜１３の膜減りを減少させる効果がある。このた
め、オプティカルブラック部５のようにエッチング抑制
膜が設けられていない部位においては、下地膜１３への
ダメージを抑制でき、白キズの発生を低減できる。更
に、オーバーエッチング時間の調整により、下地膜１３
の膜厚の均一化を図ることもできる。

【００７０】次に、図４（ｆ）に示すように、エッチン
グ抑制膜１４のエッチングを行なう。このエッチング
は、本実施の形態では、遮光膜１５のエッチング（図４
（ｅ）参照）で使用した反応性イオンエッチング装置を
用いて行なわれる。即ち、遮光膜１５のエッチングとエ
ッチング抑制膜１４のエッチングとは、同一のチャンバ
ー内で連続処理として行なわれる。本工程においても、
反応性イオンエッチング装置の処理圧力は０.４Ｐａ、
Ｍａｇパワーは４００Ｗ、ＲＦバイアスパワーは５０Ｗ
に設定されている。図４（ｇ）はエッチング後の状態を
示している。

【００７１】本実施の形態において、エッチング抑制膜
１４をエッチングするためのエッチングガスとしては、
ＡｒガスとＣｌ₂ガスとの混合ガスが用いられている。
ＡｒガスとＣｌ₂ガスとの流量比は２：７〜４：６の範
囲で設定すれば良く、好ましくは３：７に設定する。具
体的には、Ａｒガスの流量を２０ｍｌ／ｍｉｎ〜４０ｍ
ｌ／ｍｉｎ、Ｃｌ₂ガスの流量を６０ｍｌ／ｍｉｎ〜８
０ｍｌ／ｍｉｎの範囲で設定すれば良く、好ましくは、
Ａｒガスの流量を３０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｃｌ₂ガスの流量
を７０ｍｌ／ｍｉｎに設定する。

【００７２】また、本実施の形態においては、エッチン
グ抑制膜１４をエッチングする際のエッチング温度、具
体的には、半導体基板１０の基板温度とチャンバー内の
温度も、遮光膜１５のエッチングの場合と同様に、常温
（２５℃）以下に設定されている。これは、エッチング
抑制膜１４のエッチング側面を順テーパ形状とするた
め、及びエッチング抑制膜１４の下地膜１３に対する選
択比を飛躍的に向上させるためである。

【００７３】但し、エッチング抑制膜１４のエッチング
において、エッチング温度が低すぎると、エッチングレ
ートが低下し、結果的に付着する反応生成物が増加して
しまう。そのため、本工程においても、エッチング温度
は、好ましくは０℃〜−３０℃、特に好ましくは−２０
℃に設定するのが良い。

【００７４】エッチング抑制膜１４のエッチングにおけ
る終点検出は、遮光膜１５の場合と異なり、膜厚とエッ
チングレートから予めエッチング時間を算出することに
よって行なうことができる。これは、エッチング抑制膜
１４は下地膜１３に対して選択性が高いためである。例
えば、エッチング抑制膜１４の膜厚が１０ｎｍ〜３０ｎ
ｍの場合は、エッチング時間は、３０ｓｅｃとなるの
で、この時間の間だけエッチングを行なうことで、エッ
チング抑制膜１４を除去することができる。

【００７５】なお、本工程におけるエッチング抑制膜１
４のエッチングは、等方性に富み、チタン化合物である
窒化チタン（ＴｉＮ）と下地シリコン酸化膜との選択比
が高いエッチングであるため、水平転送部の段差部分に
おけるエッチング残りを発生させることなく、エッチン
グ抑制膜１４を除去することができる。また、このよう
に等方性の高いエッチングであるため、エッチング温度
を下げることにより異方性を高める必要がある。これに
より、遮光膜１５と下地酸化膜１３とで挟まれたエッチ
ング抑制膜１４のエッチング側面の形状を揃えることが
出来るのである。

【００７６】次に、レジストパターン１９が設けられた
状態のまま、常温下でエッチングを行なう。このような
エッチングを行なうのは、本実施の形態では、上述した
ように遮光膜１５のエッチングガスとしてＳＦ₆ガスを
使用し、エッチング温度を常温以下に設定しているた
め、遮光膜１５のエッチング側面にはタングステン系の
保護膜が形成されており、又エッチングされた部分やそ
の周辺にはエッチングによって生じた反応生成物が付着
しているからである。また、このような残渣は上述のオ
ーバーエッチングによっても除去するのは困難であるか
らである。

【００７７】具体的には、遮光膜１５及びエッチング抑
制膜１４をエッチングした後、直ちに、別のエッチング
装置の常温で保持されたチャンバー内に半導体基板１０
を搬送し、高圧下で、Ｏ₂ガスとＣＨＦ₃ガスとの混合ガ
スを用いてエッチングを行なう。なお、本実施の形態で
は、半導体基板１０の温度とチャンバー内の温度とは２
５℃に設定されており、Ｏ₂ガスの流量は８００ｍｌ／
ｍｉｎ、ＣＨＦ₃ガスの流量は４０ｍｌ／ｍｉｎに設定
されている。また、エッチング装置の処理圧力は１００
Ｐａ、処理時間は３０ｓｅｃに設定されている。

【００７８】なお、遮光膜１５及びエッチング抑制膜１
４のエッチングは上述したように低温下で行っている。
このため、遮光膜１５及びエッチング抑制膜１４のエッ
チング終了後、直ぐに半導体基板１０をチャンバー外へ
搬送し、大気中で別工程を行なうと、外気の水分と反応
して半導体基板１０に結露が発生してしまう。このよう
な結露は、半導体製造工程での大きな障害となる。

【００７９】従って、本実施の形態のように一旦常温に
戻してエッチングを行なうことは、半導体基板１０への
結露を防止する効果もあるといえる。また、この常温下
におけるエッチングには、遮光膜１５上のレジストパタ
ーン１９を剥離するといったアッシングと呼ばれる効果
もある。

【００８０】次に、図４（ｈ）に示すように、常温下で
のエッチングが行なわれた半導体基板１０に対してウェ
ットエッチングを行って、レジストパターン１９とエッ
チングにより発生した反応生成物を完全に除去する。エ
ッチング液としては、ＤＨＦ（水とフッ産とを２５０：
１の比で混合させて得られる液）や、ＮＨ₄ＯＨ液を用
いることができる。エッチング時間は、前者の場合であ
れば３ｍｉｎ、後者の場合であれば２ｍｉｎに設定すれ
ば良い。なお、下地膜１３等のシリコン酸化膜へのダメ
ージの緩和の点からは、エッチング液としてはＮＨ₄Ｏ
Ｈ液を用いるのが好ましいといえる。

【００８１】このように、図３（ａ）〜図４（ｈ）に示
す一連の工程により、図１に示した固体撮像装置を得る
ことができる。なお、本実施の形態では、固体撮像装置
を製造する場合を例にとって説明を行っているが、本発
明はタングステン膜のパターニングが要求される半導体
装置であれば、固体撮像装置に限定されることなく、適
用することができる。

【００８２】

【発明の効果】以上のように本発明にかかる固体撮像装
置及びその製造方法によれば、配線上の絶縁膜を覆う遮
光膜をエッチングしたときに生じる遮光膜残りによっ
て、電荷リークが発生するのを抑制することができる。
また、本発明にかかる固体撮像装置の製造方法及び半導
体装置の製造方法によれば、遮光膜、特にタングステン
膜で形成された遮光膜のパターニングにおいて、サイド
エッチの発生を抑制でき、エッチング側面を順テーパ形
状とできる。このため、本発明にかかる固体撮像装置の
製造方法を用いれば、スミアの発生が抑制された固体撮
像装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる固体撮像装置を概
略的に示す構成図である。

【図２】図２（ａ）は、図１に示す固体撮像装置の受光
部の断面を示す図、図２（ｂ）は図１に示す固体撮像装
置のオプティカルブラック部の断面を示す図、図２
（ｃ）は図１に示す水平転送部の断面を示す図であり、
それぞれ図１中のＸ−Ｘ断面、Ｙ−Ｙ断面、Ｚ−Ｚ断面
を示している。

【図３】図３（ａ）〜（ｄ）は、図１に示す固体撮像装
置の製造工程を受光部、オプティカルブラック部及び水
平転送部の断面で示す図である。

【図４】図４（ｅ）〜（ｈ）は、図１に示す固体撮像装
置の製造工程を受光部、オプティカルブラック部及び水
平転送部の断面で示す図である。

【図５】従来からの固体撮像装置の構成を示す平面図で
ある。

【図６】従来の固体撮像装置の水平転送部に形成された
遮光膜をエッチングする工程を示す断面図であり、図５
中の切断線Ｂ−Ｂにおける断面を示している。

【図７】従来の固体撮像装置のフォトダイオード上に形
成された遮光膜をエッチングする工程を示す断面図であ
り、図５中の切断線Ａ−Ａにおける断面を示している。

【符号の説明】

１フォトダイオード１ａ遮光膜の開口２垂直転送部３水平転送部４受光部５オプティカルブラック部１０半導体基板１１シリコン酸化膜１２、１６、１７転送電極１３下地膜１４エッチング抑制膜１４ａエッチング抑制膜の開口１５遮光膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4M118 AA05 AB01 BA13 CA02 FA06 GB03 GB08 GB09 GB11 GB19 GB20 5F004 AA05 AA12 BA04 DA04 DA18 DB08 DB12 EB01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板にフォトダイオードを有する
受光領域とオプティカルブラック領域とを備えた固体撮
像装置であって、前記基板上にチタン系化合物を含むエッチング抑制膜
と、前記エッチング抑制膜上に形成された遮光膜とを有
し、前記エッチング抑制膜は、前記フォトダイオード上と前
記オプティカルブラック領域上とに開口を有することを
特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】半導体基板上に、エッチング抑制膜とタ
ングステン膜とを順に形成する工程と、六弗化硫黄と塩素とを含み酸素を含まないエッチングガ
スを用いた反応性イオンエッチングにより、前記タング
ステン膜の一部を除去する工程とを少なくとも有するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記前記反応性イオンエッチングが、前
記半導体基板の温度とエッチング装置のチャンバーの内
部温度とを２５℃以下に設定して行なわれている請求項
２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記エッチング抑制膜が、チタン系化合
物を含む材料で形成された膜又はポリシリコン膜である
請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】フォトダイオードを有する半導体基板上
に、絶縁膜、エッチング抑制膜、遮光膜を順に形成する
工程と、前記フォトダイオード上の前記遮光膜を六弗化硫黄と塩
素とを含み酸素を含まないエッチングガスを用いた反応
性イオンエッチングにより除去する工程と、前記フォトダイオード上の前記エッチング抑制膜を除去
する工程とを少なくとも有することを特徴とする固体撮
像装置の製造方法。