JP5144213B2 - Plasma etching method, plasma etching apparatus, and solid-state imaging device manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置、および固体撮像装置の製造方法に関し、特に、プラズマエッチングを異方性から等方性に切替えて連続して行うプラズマエッチング方法およびプラズマエッチング装置、並びにこのようなプラズマエッチング方法あるいは装置を用いる固体撮像装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a plasma etching method, a plasma etching apparatus, and a method for manufacturing a solid-state imaging device, and in particular, a plasma etching method and a plasma etching apparatus that perform plasma etching continuously by switching from anisotropic to isotropic, and the same The present invention relates to a method of manufacturing a solid-state imaging device using such a plasma etching method or apparatus.
通常、固体撮像装置は、光電変換素子が配列された撮像領域と、信号配線や周辺回路が配置される周辺領域（周辺駆動配線領域）とを有しており、該撮像領域では、光電変換素子以外の部分は、光が入射しないよう遮光膜で覆われている。 Usually, a solid-state imaging device has an imaging region in which photoelectric conversion elements are arranged, and a peripheral region (peripheral drive wiring region) in which signal wiring and peripheral circuits are arranged. In the imaging region, the photoelectric conversion element The other portions are covered with a light shielding film so that light does not enter.
図６は、このような固体撮像装置を説明する図である。 FIG. 6 is a diagram for explaining such a solid-state imaging device.
図６（ａ）に示すように、固体撮像装置１００では、画素Ｐｘをアレイ状に配列してなる撮像領域１００ａと、信号配線や駆動回路などが配置される周辺駆動配線領域１００ｂとを有している。 As shown in FIG. 6A, the solid-state imaging device 100 includes an imaging region 100a in which pixels Px are arranged in an array, and a peripheral driving wiring region 100b in which signal wirings, driving circuits, and the like are arranged. ing.
すなわち、図６（ｂ）に示すように、撮像領域１００ａでは、光信号を信号電荷に変換する光電変換素子（フォトダイオード）ＰＤがアレイ状に配列され、各光電変換素子列毎に、該光電変換素子で光電変換された信号電荷を転送する電荷転送素子列１１０が配置されている。 That is, as shown in FIG. 6B, in the imaging region 100a, photoelectric conversion elements (photodiodes) PD that convert optical signals into signal charges are arranged in an array, and the photoelectric conversion elements are arranged for each photoelectric conversion element array. A charge transfer element array 110 that transfers signal charges photoelectrically converted by the conversion elements is arranged.
また、撮像領域１００ａの周辺に位置する周辺駆動配線領域１００ｂには、撮像領域１００ａからの信号電荷を順次水平方向に転送する水平転送部１２０が、上記電荷転送素子列１１０の一端側に対向するよう配置され、さらに、該水平転送部１２０からの信号電荷を電気信号に変えて出力する出力回路部１３０が、該水平転送部１２０の一端側に配置されている。また、図示していないが、この周辺駆動配線領域１００ｂには、水平転送部１２０および撮像領域における垂直転送部（電荷転送素子列）１１０に駆動信号を供給する駆動配線が配置されている。 Further, in the peripheral drive wiring region 100b located around the imaging region 100a, a horizontal transfer unit 120 that sequentially transfers signal charges from the imaging region 100a in the horizontal direction is opposed to one end side of the charge transfer element array 110. Furthermore, an output circuit unit 130 that converts the signal charge from the horizontal transfer unit 120 into an electric signal and outputs the electric signal is arranged on one end side of the horizontal transfer unit 120. Although not shown, drive wiring for supplying drive signals to the horizontal transfer unit 120 and the vertical transfer unit (charge transfer element array) 110 in the imaging region is arranged in the peripheral drive wiring region 100b.
ここでは、光電変換素子ＰＤが配置された部分以外を光入射の影響を受けないよう遮光する遮光膜には、例えばアルミ膜，タングステン膜などの金属膜が用いられる。 Here, for example, a metal film such as an aluminum film or a tungsten film is used as the light-shielding film that shields light other than the portion where the photoelectric conversion element PD is disposed so as not to be affected by light incidence.
従って、固体撮像装置の製造では、撮像領域に遮光膜を形成した後、該遮光膜を、各光電変換素子上の部分に必要な遮光膜開口が形成されるよう加工する工程（遮光膜形成工程）が必要となる。 Therefore, in the manufacture of a solid-state imaging device, after forming a light shielding film in the imaging region, the process of processing the light shielding film so that a necessary light shielding film opening is formed in a portion on each photoelectric conversion element (light shielding film forming step). )Is required.
この遮光膜形成工程では、通常、加工ガスをプラズマ状態にして遮光膜を所望な開口形状が形成されるように加工するドライプロセスが用いられる。 In this light shielding film forming step, a dry process is generally used in which the processing gas is processed in a plasma state so that a desired opening shape is formed.
ドライプロセスは、加工に使用するガス（気体）をプラズマ状態までエネルギーを高め、これにより遮光膜を必要な形状に加工するプロセスで、微細パターンの開口を形成可能なものである。 The dry process is a process in which the energy of gas used for processing is increased to a plasma state, whereby the light shielding film is processed into a necessary shape, and a fine pattern opening can be formed.
しかし、この工程に対して、固体撮像装置の画質品質にかかわる白傷が敏感である。具体的には、光電変換素子列は、プラズマ気体による加工時、プラズマダメージを受け、このために固体撮像装置の撮像画像に白傷を発生させる。 However, white scratches related to the image quality of the solid-state imaging device are sensitive to this process. Specifically, the photoelectric conversion element array undergoes plasma damage during processing with plasma gas, and this causes white scratches in the captured image of the solid-state imaging device.
図７は、光電変換素子にプラズマダメージが及ぶ様子を説明する図であり、固体撮像装置の製造プロセスにおける遮光膜加工時の撮像領域の断面構造を示している。 FIG. 7 is a diagram for explaining how the plasma damage is applied to the photoelectric conversion element, and shows a cross-sectional structure of the imaging region when the light shielding film is processed in the manufacturing process of the solid-state imaging device.
この段階では、基板１０の表面領域には光電変換素子１１が形成され、該基板表面領域の、該光電変換素子１１の両側には、層間絶縁膜１２を介して、ポリシリコンゲート１３が配置されている。そして、基板表面およびポリシリコンゲート１３上には層間絶縁膜１４ａを介して遮光膜（金属膜）１６が形成されている。 At this stage, the photoelectric conversion element 11 is formed in the surface region of the substrate 10, and the polysilicon gate 13 is disposed on both sides of the photoelectric conversion element 11 in the substrate surface region via the interlayer insulating film 12. ing. A light shielding film (metal film) 16 is formed on the substrate surface and the polysilicon gate 13 via an interlayer insulating film 14a.
このような遮光膜１６の光電変換素子１１上の部分に開口を形成する場合、該遮光膜１６上に、該光電変換素子１１に対応する位置に開口を形成したレジスト膜１７を形成し、該レジスト膜１７をマスクとして、プラズマ気体により該レジスト開口内に露出した遮光膜１６をプラズマエッチングする。 When an opening is formed in the light shielding film 16 on the photoelectric conversion element 11, a resist film 17 having an opening at a position corresponding to the photoelectric conversion element 11 is formed on the light shielding film 16. Using the resist film 17 as a mask, the light shielding film 16 exposed in the resist opening is plasma etched by plasma gas.
このプラズマエッチングの際、光電変換素子１１は、プラズマエッチングによる物理的ダメージＡと、プラズマによる二次光（紫外線）ダメージＢとを受けることとなり、このようなプラズマダメージによって白傷が発生することとなる。 In this plasma etching, the photoelectric conversion element 11 receives physical damage A due to plasma etching and secondary light (ultraviolet light) damage B due to plasma, and white damage occurs due to such plasma damage. Become.
このようなことから、白傷が発生しないようにする工夫が必要である。 For this reason, it is necessary to devise measures to prevent white scratches from occurring.
つまり、従来の固体撮像装置の製造方法では、遮光膜には金属膜（例えばアルミ膜、タングステン膜）が使われ、また同時に周辺駆動配線領域には、電荷転送部に駆動信号を供給する駆動配線が形成される。周辺駆動配線領域の駆動配線は、配線間での短絡を避けるため、プラズマ気体による十分なドライプロセスを必要としている。しかし、十分なドライプロセスは、撮像領域の光電変換素子列にプラズマダメージを与える。そこで、従来の固体撮像装置の製造方法では、撮像領域上の絶縁膜を厚く形成し、周辺駆動配線領域での駆動配線間の短絡が発生しない条件でドライプロセスを行えるようにし、白傷も発生しないようにしている。 That is, in a conventional method for manufacturing a solid-state imaging device, a metal film (for example, an aluminum film or a tungsten film) is used as a light shielding film, and at the same time, a drive wiring that supplies a drive signal to a charge transfer unit in a peripheral drive wiring region Is formed. The drive wiring in the peripheral drive wiring region requires a sufficient dry process using plasma gas in order to avoid a short circuit between the wirings. However, a sufficient dry process causes plasma damage to the photoelectric conversion element array in the imaging region. Therefore, in the conventional method for manufacturing a solid-state imaging device, a thick insulating film is formed on the imaging region so that a dry process can be performed under the condition that a short circuit between the driving wires in the peripheral driving wiring region does not occur, and white scratches do not occur. I am doing so.
ところで、特許文献１には、遮光膜の下にエッチング抑制膜（エッチングストッパ層）を設けることで、遮光膜のエッチング時に、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開示されている。 By the way, in Patent Document 1, an etching suppression film (etching stopper layer) is provided under the light shielding film, thereby suppressing the reduction of the insulating film serving as a base film and the damage to the photodiode when the light shielding film is etched. Is disclosed.
しかしながら、このようにエッチング抑制膜を用いる方法では、エッチング抑制膜の形成やエッチング抑制膜の加工などの工程増加が生じ、しかも、エッチング抑制膜を形成することで、基板と遮光膜との間の距離が遠くなることから、スミア悪化の懸念が生じる。 However, in the method using the etching suppression film as described above, an increase in processes such as formation of the etching suppression film and processing of the etching suppression film occurs, and the formation of the etching suppression film makes it possible to form a gap between the substrate and the light shielding film. As the distance increases, there is a concern of smear deterioration.
また、特許文献２および特許文献３には、撮像領域では遮光膜の異方性エッチングにより遮光膜開口を形成し、周辺駆動配線領域では、遮光膜の等方性エッチングにより配線などを形成することにより、周辺駆動配線領域での電気的な短絡の防止と、撮像領域でのスミアの低減を図ることが開示されている。 In Patent Document 2 and Patent Document 3, a light-shielding film opening is formed by anisotropic etching of the light-shielding film in the imaging region, and a wiring or the like is formed by isotropic etching of the light-shielding film in the peripheral drive wiring region. Thus, it is disclosed to prevent electrical short-circuit in the peripheral drive wiring region and reduce smear in the imaging region.
しかし、遮光膜としての金属膜のエッチング加工を２度行うことになり、工程増加となる。つまり、周辺駆動配線領域をレジストでマスクし、撮像領域で金属膜を加工して遮光膜を形成する異方性エツチング工程と、撮像領域をレジストでマスクし、周辺駆動配線領域で金属膜を加工して配線を形成する等方性エッチング工程という２つの工程が必要となる。
以上説明したように、従来の固体撮像装置の製造方法では、撮像領域上の絶縁膜を厚く形成し、周辺駆動配線領域での駆動配線間の短絡が発生しない条件でドライプロセスを行えるようにし、白傷も発生しないようにしているが、この方法では、基板と遮光膜との間の距離が遠くなることから、スミア悪化が問題となる。 As described above, in the conventional method for manufacturing a solid-state imaging device, the insulating film on the imaging region is formed thick so that the dry process can be performed under the condition that no short circuit between the driving wires in the peripheral driving wiring region occurs. Although white scratches are prevented from occurring, in this method, since the distance between the substrate and the light-shielding film is increased, smear deterioration becomes a problem.
また、特許文献１に開示のエッチング抑制膜を用いる方法では、エッチング抑制膜の形成やエッチング抑制膜の加工などの工程増加が生じ、しかも、エッチング抑制膜を形成することで、基板と遮光膜との間の距離が遠くなることから、スミア悪化の懸念が生じるという問題もある。 In addition, in the method using the etching suppression film disclosed in Patent Document 1, an increase in processes such as formation of the etching suppression film and processing of the etching suppression film occurs, and by forming the etching suppression film, the substrate and the light shielding film are formed. Since the distance between the two becomes longer, there is a problem that the smear worsens.
また、特許文献２および特許文献３に開示の加工方法では、金属膜のエッチング加工を２度行うので、工程増加を招くこととなる。 Further, in the processing methods disclosed in Patent Document 2 and Patent Document 3, since the metal film is etched twice, the number of processes is increased.
本発明は、上記従来のような問題を解決するためになされたもので、工程を増やすことなく、白キズの発生および駆動配線間の短絡の発生を回避することができるプラズマエッチング方法およびプラズマエッチング装置、並びにこれらのプラズマエッチング方法あるいは装置を用いた固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and a plasma etching method and plasma etching that can avoid the generation of white scratches and the occurrence of a short circuit between drive wirings without increasing the number of steps. It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method of manufacturing a solid-state imaging device using these plasma etching methods or apparatuses.
本発明に係るプラズマエッチング方法は、エッチングガスを第１の高周波電力によりプラズマ化し、第２の高周波電力によりプラズマエッチングの異方性および等方性の切り替えを制御して、被加工膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、該第２の高周波電力を該被加工膜の異方性エッチングが行われるよう制御して、該被加工膜に開口を形成するステップと、該第２の高周波電力を該被加工膜の等方性エッチングが行われるよう制御して、該被加工膜の、該異方性エッチングにおけるエッチング残渣を除去するステップとを含み、該第１の高周波電力は、上下に対向するよう配置された一対の平板電極のうちの上側平板電極に印加されるソース高周波電力であり、該第２の高周波電力は、該一対の平板電極のうちの、該被加工膜が載置された下側平板電極に印加されるバイアス高周波電力であり、該プラズマエッチングの異方性エッチングから等方性エッチングへの切り替えは、該バイアス高周波電力を低下させることのみにより行うものであり、そのことにより上記目的が達成される。
In the plasma etching method according to the present invention, the etching gas is turned into plasma by the first high-frequency power, and the anisotropy and isotropic switching of the plasma etching is controlled by the second high-frequency power to plasma-etch the film to be processed. a to pulp plasma et etching method, the steps of the high-frequency power of said second controlled so that anisotropic etching of該被processed film is performed to form an opening to said processed film, the second the high frequency power by controlling so that isotropic etching該被processed film is performed, the該被processed film, viewing including the step of removing the etching residue in the anisotropic etching, the first high-frequency power Is the source high-frequency power applied to the upper plate electrode of the pair of plate electrodes arranged so as to oppose each other, and the second high-frequency power is Bias high frequency power applied to the lower flat plate electrode on which the film to be processed is placed, and switching from anisotropic etching to isotropic etching of the plasma etching only reduces the bias high frequency power. The above-mentioned purpose is achieved by this.
本発明は、上記プラズマエッチング方法において、前記被加工膜のプラズマエッチング中に発生する特定波長の光強度の変化に基づいて、該被加工膜のエッチング終点が検出されたとき、前記プラズマエッチングを異方性エッチングから等方性エッチングに切り替えることが好ましい。
According to the present invention, in the plasma etching method, the plasma etching is different when the etching end point of the film to be processed is detected based on a change in light intensity of a specific wavelength generated during the plasma etching of the film to be processed. switched example Rukoto is preferable to isotropic etching from the isotropic etching.
本発明は、上記プラズマエッチング方法において、前記バイアス高周波電力を０Ｗにすることにより、前記プラズマエッチングを異方性エッチングから等方性エッチングに切り替えることが好ましい。 In the plasma etching method according to the present invention, it is preferable that the plasma etching is switched from anisotropic etching to isotropic etching by setting the bias high frequency power to 0 W.
本発明は、上記プラズマエッチング方法において、前記被加工膜は、遮光性を有する金属材料からなる遮光膜であることが好ましい。 According to the present invention, in the plasma etching method, the film to be processed is preferably a light shielding film made of a metal material having a light shielding property.
本発明は、上記プラズマエッチング方法において、前記遮光膜は、タングステン膜であり、前記エッチングガスは、ＳＦ６ガス、Ｃｌ２ガス、およびＡｒガスのいずれか、またはこれらのうちの２以上のガスの混合ガスであることが好ましい。 According to the present invention, in the plasma etching method, the light shielding film is a tungsten film, and the etching gas is any one of SF 6 gas, Cl 2 gas, and Ar gas, or two or more of these gases. A mixed gas is preferred.
本発明は、上記プラズマエッチング方法において、前記遮光膜は、アルミ膜であり、前記エッチングガスは、ＢＣｌ３ガス、ＣＨＦ３ガス、Ｃｌ２ガス、およびＡｒガスのいずれか、またはこれらのうちの２以上のガスの混合ガスであることが好ましい。 In the plasma etching method according to the present invention, the light shielding film is an aluminum film, and the etching gas is any one of BCl 3 gas, CHF 3 gas, Cl 2 gas, and Ar gas, or two of them. A mixed gas of the above gases is preferable.
本発明は、上記プラズマエッチング方法において、前記第１の高周波電力は、３００Ｗから１５００Ｗの範囲であることが好ましい。 In the plasma etching method according to the present invention, it is preferable that the first high-frequency power is in a range of 300 W to 1500 W.
本発明は、上記プラズマエッチング方法において、前記第２の高周波電力は、０Ｗから８０Ｗの範囲で変更されることが好ましい。 In the plasma etching method according to the present invention, it is preferable that the second high frequency power is changed in a range of 0 W to 80 W.
本発明に係るプラズマエッチング装置は、エッチングガスを第１の高周波電力によりプラズマ化し、第２の高周波電力によりプラズマエッチングの異方性および等方性の切り替えを制御して、被加工膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング装置であって、エッチングガスが供給されるエッチング室と、該エッチング室内に上下に対向するよう配置された一対の平板電極と、該一対の平板電極の一方に第１の高周波電力を供給する第１の高周波電源と、該一対の平板電極の他方に第２の高周波電力を供給する第２の高周波電源とを備え、該第２の高周波電力を、該被加工膜の異方性エッチングにより該被加工膜に開口が形成され、続いて、該被加工膜の等方性エッチングにより、該異方性エッチングにおけるエッチング残渣が除去されるよう制御し、該第１の高周波電力は、該一対の平板電極のうちの上側平板電極に印加されるソース高周波電力であり、該第２の高周波電力は、該一対の平板電極のうちの、該被加工膜が載置された下側平板電極に印加されるバイアス高周波電力であり、該プラズマエッチングの異方性エッチングから等方性エッチングへの切り替えは、該バイアス高周波電力を低下させることのみにより行うものであり、そのことにより上記目的が達成される。
The plasma etching apparatus according to the present invention converts an etching gas into plasma with a first high-frequency power and controls anisotropy and isotropic switching of the plasma etching with the second high-frequency power to plasma-etch the film to be processed. An etching chamber for supplying an etching gas, a pair of plate electrodes disposed in the etching chamber so as to face each other vertically, and a first high-frequency power applied to one of the pair of plate electrodes A first high-frequency power source to be supplied; and a second high-frequency power source to supply a second high-frequency power to the other of the pair of flat plate electrodes. The second high-frequency power is supplied to the anisotropy of the film to be processed. an opening is formed to said processed film by etching, followed by isotropic etching該被processed film, etching residue in the anisotropic etching is removed Controlled to a high frequency power of the first is the source RF power applied to the upper plate electrode of said pair of plate electrodes, a high frequency power of said second, of said pair of plate electrodes, Bias high frequency power applied to the lower flat plate electrode on which the film to be processed is placed, and switching from anisotropic etching to isotropic etching of the plasma etching only reduces the bias high frequency power. The above-mentioned purpose is achieved by this.
本発明は、上記プラズマエッチング装置において、前記被加工膜のプラズマエッチング中に発生する特定波長の光強度に基づいて、該被加工膜のエッチング終点を検出するエッチング終点検出器を備え、該エッチング終点検出器により該被加工膜のエッチング終点が検出されたとき、前記プラズマエッチングが異方性エッチングから等方性エッチングに切り替わるよう、前記第２の高周波電源から出力される第２の高周波電力を低下させることが好ましい。 The present invention provides the plasma etching apparatus, further comprising: an etching end point detector that detects an etching end point of the film to be processed based on light intensity of a specific wavelength generated during plasma etching of the film to be processed. When the etching end point of the film to be processed is detected by the detector, the second high-frequency power output from the second high-frequency power source is reduced so that the plasma etching is switched from anisotropic etching to isotropic etching. It is preferable to make it.
本発明は、上記プラズマエッチング装置において、前記バイアス高周波電力を０Ｗにすることにより、前記プラズマエッチングを異方性エッチングから等方性エッチングに切り替えることが好ましい。 In the plasma etching apparatus, it is preferable that the plasma etching is switched from anisotropic etching to isotropic etching by setting the bias high frequency power to 0 W.
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、光電変換素子がアレイ状に配列されている撮像領域と、その周辺に位置し、信号配線が配置される周辺領域とを有する固体撮像装置を製造する方法であって、基板表面に複数の光電変換素子を、該複数の光電変換素子が該撮像領域内にアレイ状に配列されるよう形成するステップと、基板上の全面に遮光膜を形成した後、エッチングガスを第１の高周波電力によりプラズマ化し、かつ第２の高周波電力によりプラズマエッチングの異方性および等方性の切り替えを制御するプラズマエッチング処理により、該遮光膜を選択的にエッチングするステップとを含み、該遮光膜のエッチングステップでは、該第２の高周波電力を、該遮光膜の異方性エッチングにより、該光電変換素子上に遮光膜開口が形成され、続いて、該遮光膜の等方性エッチングにより該異方性エッチングにおけるエッチング残渣が除去されるよう制御し、該第１の高周波電力は、上下に対向するよう配置された一対の平板電極のうちの上側平板電極に印加されるソース高周波電力であり、該第２の高周波電力は、該一対の平板電極のうちの、該遮光膜が載置された下側平板電極に印加されるバイアス高周波電力であり、該プラズマエッチングの異方性エッチングから等方性エッチングへの切り替えは、該バイアス高周波電力を低下させることのみにより行うものであり、そのことにより上記目的が達成される。 A method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention manufactures a solid-state imaging device having an imaging region in which photoelectric conversion elements are arranged in an array, and a peripheral region that is positioned around the photoelectric conversion element. A method comprising: forming a plurality of photoelectric conversion elements on a substrate surface so that the plurality of photoelectric conversion elements are arranged in an array in the imaging region; and after forming a light shielding film on the entire surface of the substrate And selectively etching the light-shielding film by a plasma etching process in which the etching gas is turned into plasma by the first high-frequency power and the anisotropy and isotropic switching of the plasma etching is controlled by the second high-frequency power. In the light shielding film etching step, a light shielding film opening is formed on the photoelectric conversion element by applying the second high-frequency power to the light shielding film by anisotropic etching. Subsequently, control is performed so that etching residues in the anisotropic etching are removed by isotropic etching of the light-shielding film, and the first high-frequency power is a pair of plate electrodes arranged so as to face each other vertically a source RF power applied to the upper plate electrode of a high frequency power of said second, of said pair of plate electrodes, bias the light-shielding film is applied to the lower plate electrodes placed The switching from the anisotropic etching to the isotropic etching of the plasma etching is performed only by reducing the bias high-frequency power, thereby achieving the above object.
本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、前記遮光膜をエッチングするステップでは、前記遮光膜のプラズマエッチング中に発生する特定波長の光強度の変化に基づいて、前記撮像領域での該遮光膜の選択的なエッチングにより前記遮光膜開口が形成された時点を検出し、この時点を検出したとき、前記プラズマエッチングを異方性エッチングから等方性エッチングに切り替えて、前記周辺領域におけるエッチング残渣をエッチング除去することが好ましい。 According to the present invention, in the method for manufacturing a solid-state imaging device, in the step of etching the light shielding film, the light shielding in the imaging region is performed based on a change in light intensity of a specific wavelength generated during plasma etching of the light shielding film. by selective etching of the film to detect the time when the light shielding film opening is formed, when detecting this point, change to another isotropic etching said plasma etching from anisotropic etching, etching in the peripheral region It is preferable to remove the residue by etching.
以下、本発明の作用について説明する。 The operation of the present invention will be described below.
本発明においては、撮像領域の光電変換素子列上に層間絶縁膜を形成し、層間絶縁膜上に遮光膜を形成し、遮光膜における撮像領域位置を開口して開口部以外への光の入射を遮断する遮光膜パターンを形成するにあたり、最初のエッチングステップで撮像領域の光電変換素子列上の遮光膜を異方性エッチングにて必要な開口に加工し、続く第２のエッチングステップでは、周辺駆動配線領域の側壁部の遮光膜はダメージの少ない等方性エッチングにて形成する。このため、第２ステップのエッチングでは、エッチングダメージが低くかつマイクロローディング効果、つまり開口幅の狭い領域ではエッチングレートが低下する効果が大きいため、撮像領域内のエッチングが抑えられ、これにより配線の短絡防止のために十分なオーバーエッチが可能になる。 In the present invention, an interlayer insulating film is formed on the photoelectric conversion element array in the imaging region, a light shielding film is formed on the interlayer insulating film, and the position of the imaging region in the light shielding film is opened to allow light to enter other than the opening. In the first etching step, the light shielding film on the photoelectric conversion element array in the imaging region is processed into a necessary opening by anisotropic etching, and in the subsequent second etching step, The light shielding film on the side wall portion of the drive wiring region is formed by isotropic etching with little damage. For this reason, in the second step etching, the etching damage is low and the microloading effect, that is, the effect of decreasing the etching rate in the region where the opening width is narrow is large. Sufficient overetching is possible for prevention.
また、上記マイクロローディング効果により撮像領域内の絶縁膜の膜べりを抑えることができるため、遮光膜と半導体基板との表面間に設けられる層間絶縁膜を薄膜することができ、スミア低減が可能になる。 In addition, since the film loading of the insulating film in the imaging region can be suppressed by the microloading effect, the interlayer insulating film provided between the surface of the light shielding film and the semiconductor substrate can be thinned, and smear can be reduced. Become.
また、第２のエッチングステップでのバイアス０Ｗのエッチングは物理ダメージ、二次光ダメージともに低減できるため、白傷発生を抑えることができる。 Further, since etching with a bias of 0 W in the second etching step can reduce both physical damage and secondary light damage, the occurrence of white scratches can be suppressed.
これにより、１回の遮光膜エッチング処理により、白傷発生を防止し、周辺部での配線の短絡防止及びスミア低減を図ることができる。 As a result, it is possible to prevent the occurrence of white scratches by one etching process of the light shielding film, to prevent the short circuit of the wiring in the peripheral portion, and to reduce the smear.
以上のように、本発明によれば、白キズの発生および駆動配線間の短絡を招くことなく、しかも工程を増やすことなく、撮像領域とその周辺に位置する周辺駆動配線領域で、遮光膜の加工を行うことができるプラズマエッチング方法およびプラズマエッチング装置、並びにこれらのプラズマエッチング方法あるいは装置を用いた固体撮像装置の製造方法を得ることができる。 As described above, according to the present invention, the occurrence of white scratches and short-circuiting between drive wires is not caused, and the number of steps is increased, and the light shielding film is formed in the imaging region and the peripheral drive wire region located in the periphery thereof. A plasma etching method and a plasma etching apparatus that can perform processing, and a method for manufacturing a solid-state imaging device using these plasma etching methods or apparatuses can be obtained.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
（実施形態１）
図１〜図３は、本発明の実施形態１による固体撮像装置の製造方法を説明する図である。図１は、撮像領域に光電変換素子および転送ゲートなどを形成する工程を示し、図２は、遮光膜を加工する工程を示している。さらに、図３は、遮光膜の加工に用いるプラズマエッチング装置を示す図である。
(Embodiment 1)
1 to 3 are diagrams for explaining a method of manufacturing a solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 shows a process of forming a photoelectric conversion element and a transfer gate in the imaging region, and FIG. 2 shows a process of processing the light shielding film. Further, FIG. 3 is a diagram showing a plasma etching apparatus used for processing the light shielding film.
本実施形態１による固体撮像装置は、図６（ａ）および（ｂ）で説明した固体撮像装置１００と同様、画素Ｐｘをアレイ状に配列してなる撮像領域１００ａと、信号配線や駆動回路などが配置される周辺駆動配線領域１００ｂとを有し、撮像領域１００ａでは、光信号を信号電荷に変換する光電変換素子（フォトダイオード）ＰＤがアレイ状に配列され、各光電変換素子列毎に、該光電変換素子で光電変換された信号電荷を転送する電荷転送素子列１１０が配置されている。また、撮像領域１００ａの周辺に位置する周辺駆動配線領域１００ｂには、撮像領域の信号電荷を順次水平方向に転送する水平転送部１２０が、上記電荷転送素子列１１０の一端側に対向するよう配置され、さらに、該水平転送部１２０からの信号電荷を電気信号に変えて出力する出力回路部１３０が、該水平転送部１２０の一端側に配置されている。また、図示していないが、この周辺駆動配線領域１００ｂには、水平転送部１２０および撮像領域における垂直転送部（電荷転送素子列）１１０に駆動信号を供給する駆動配線が配置されている。 Similar to the solid-state imaging device 100 described in FIGS. 6A and 6B, the solid-state imaging device according to the first embodiment has an imaging region 100a in which pixels Px are arranged in an array, signal wiring, a drive circuit, and the like. The photoelectric conversion elements (photodiodes) PD that convert optical signals into signal charges are arranged in an array in the imaging region 100a, and for each photoelectric conversion element array, A charge transfer element array 110 that transfers signal charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion elements is arranged. Further, in the peripheral drive wiring region 100b located around the imaging region 100a, a horizontal transfer unit 120 that sequentially transfers signal charges in the imaging region in the horizontal direction is arranged so as to face one end side of the charge transfer element array 110. In addition, an output circuit unit 130 that converts the signal charge from the horizontal transfer unit 120 into an electric signal and outputs the electric signal is disposed on one end side of the horizontal transfer unit 120. Although not shown, drive wiring for supplying drive signals to the horizontal transfer unit 120 and the vertical transfer unit (charge transfer element array) 110 in the imaging region is arranged in the peripheral drive wiring region 100b.
次に、このような固体撮像装置を製造する方法について、図１および図２を用いて説明する。なお、図１（ａ）〜（ｃ）は、ゲートとなるポリシリコン膜の形成工程から遮光膜となる金属膜の形成工程までの主要工程における撮像領域の断面構造を示し、図１（ｄ）〜（ｆ）は、上記ポリシリコン膜の形成から金属膜の形成までの主要工程における周辺駆動配線領域の断面構造を示している。図２（ａ）〜（ｃ）は、遮光膜を加工する主要工程における撮像領域の断面構造を示し、図２（ｄ）〜（ｆ）は、該遮光膜を加工する主要工程における周辺駆動配線領域の断面構造を示している。 Next, a method for manufacturing such a solid-state imaging device will be described with reference to FIGS. FIGS. 1A to 1C show the cross-sectional structure of the imaging region in the main steps from the step of forming the polysilicon film serving as the gate to the step of forming the metal film serving as the light-shielding film, and FIG. (F) shows the cross-sectional structure of the peripheral drive wiring region in the main steps from the formation of the polysilicon film to the formation of the metal film. 2A to 2C show the cross-sectional structure of the imaging region in the main process for processing the light shielding film, and FIGS. 2D to 2F show the peripheral drive wiring in the main process for processing the light shielding film. The cross-sectional structure of the region is shown.
まず、固体撮像装置の撮像領域１００ａでは、基板１０の表面領域に光電変換素子（フォトダイオード）ＰＤを形成し、その後、層間絶縁膜としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）１２ａおよびシリコン窒化膜（ＳｉＮ）１２ｂを順次形成する。その後、全面にポリシリコン膜１３ａを形成する（図１（ａ））。このとき、固体撮像装置の周辺駆動配線領域１００ｂでは、基板１０上に順次、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）１２ａ、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）１２ｂ、およびポリシリコン膜１３ａが順次形成される。 First, in the imaging region 100a of the solid-state imaging device, a photoelectric conversion element (photodiode) PD is formed on the surface region of the substrate 10, and then a silicon oxide film (SiO film) 12a and a silicon nitride film (SiN) are used as interlayer insulating films. 12b are sequentially formed. Thereafter, a polysilicon film 13a is formed on the entire surface (FIG. 1A). At this time, a silicon oxide film (SiO film) 12a, a silicon nitride film (SiN) 12b, and a polysilicon film 13a are sequentially formed on the substrate 10 in the peripheral drive wiring region 100b of the solid-state imaging device.
続いて、ポリシリコン膜１３ａを加工して、撮像領域１００ａおよび周辺駆動配線領域１００ｂにゲート電極１３を形成し、その後、熱処理などによりゲート電極の表面に酸化膜１４を形成し、続いて、露出しているシリコン窒化膜１２ｂを除去する（図１（ｂ）および（ｅ））。 Subsequently, the polysilicon film 13a is processed to form the gate electrode 13 in the imaging region 100a and the peripheral drive wiring region 100b, and then the oxide film 14 is formed on the surface of the gate electrode by heat treatment or the like, and then exposed. The silicon nitride film 12b is removed (FIGS. 1B and 1E).
その後、全面にシリコン酸化膜１５を形成し、その後、遮光膜１６としてタングステン膜を形成する（図１（ｃ）および（ｆ））。 Thereafter, a silicon oxide film 15 is formed on the entire surface, and then a tungsten film is formed as the light shielding film 16 (FIGS. 1C and 1F).
次に、図２（ａ）〜図２（ｆ）に示すように遮光膜１６を加工する。以下この工程について詳しく説明する。 Next, the light shielding film 16 is processed as shown in FIGS. This process will be described in detail below.
まず、レジスト膜の形成装置を用いて、上記遮光膜１６上に所定の開口パターンを有するレジスト膜１７を形成する。このレジスト膜１７は、撮像領域１００ａでは光電変換素子１１上の遮光膜開口を形成すべき部分が開口しており（図２（ａ））、周辺駆動配線領域１００ｂでは、該遮光膜から形成される配線のパターンに応じた開口している（図２（ｂ））。 First, a resist film 17 having a predetermined opening pattern is formed on the light shielding film 16 using a resist film forming apparatus. The resist film 17 has an opening in the imaging region 100a where a light shielding film opening on the photoelectric conversion element 11 is to be formed (FIG. 2A), and is formed from the light shielding film in the peripheral drive wiring region 100b. Openings are formed according to the wiring pattern (FIG. 2B).
次に、このレジスト膜１７をマスクとして遮光膜のプラズマエッチングを行う。 Next, plasma etching of the light shielding film is performed using the resist film 17 as a mask.
この遮光膜の加工には、図３に示すプラズマエッチング装置５０を用いる。 For the processing of the light shielding film, a plasma etching apparatus 50 shown in FIG. 3 is used.
このプラズマエッチング装置５０は、並行平板型のリアクティブイオンエッチング装置であり、供給された反応ガスＲｇのプラズマを発生させるチャンバー（エッチング室）５０ａと、該チャンバー内に上下に対向するよう配置された一対の平板電極５１および５２と、上側平板電極５１にソース高周波電力（ＲＦパワー）を印加する第１の高周波電源（ソースＲＦ電源）Ｓｐと、下側平板電極５２にバイアス高周波電力（ＲＦパワー）を印加する第２の高周波電源（バイアスＲＦ電源）Ｂｐとを有している。また、このプラズマエッチング装置５０は、そのチャンバー５０ａの側壁に取り付けられ、遮光膜のエッチング終点を検出するエッチング終点検出器（ＥＰＤ）５３と、該エッチング終点検出器５３からの検出信号に基づいて上記第２の高周波電源Ｂｐに制御信号Ｃｓを出力して、該バイアスＲＦ電源Ｂｐを、その出力が実質的に停止するよう制御する制御部５５とを有する。ここで、ソースＲＦ電源Ｓｐは、ソース高周波電力を３００Ｗから１５００Ｗの範囲の値とし、その周波数を例えば１３．５６ＭＨｚとしている。また、バイアスＲＦ電源Ｂｐは、バイアス高周波電力を１Ｗ〜８０Ｗの範囲で変更されるものとし、その周波数を４００ＫＨｚ程度としている。なお、ここでは、エッチング装置のシステム上の制約から、バイアス高周波電力の最低レベルを１Ｗとしているが、システム上の制約がない場合は、バイアス高周波電力の最低レベルを０Ｗとしてもよい。 The plasma etching apparatus 50 is a parallel plate type reactive ion etching apparatus, and is disposed so as to face a chamber (etching chamber) 50a for generating plasma of the supplied reaction gas Rg so as to face the chamber vertically. A pair of flat plate electrodes 51 and 52, a first high frequency power source (source RF power source) Sp for applying source high frequency power (RF power) to the upper flat plate electrode 51, and a bias high frequency power (RF power) for the lower flat plate electrode 52. And a second high-frequency power supply (bias RF power supply) Bp. The plasma etching apparatus 50 is attached to the side wall of the chamber 50a, and an etching end point detector (EPD) 53 for detecting the etching end point of the light shielding film, and the detection signal from the etching end point detector 53 The control unit 55 outputs a control signal Cs to the second high frequency power supply Bp, and controls the bias RF power supply Bp so that the output is substantially stopped. Here, the source RF power source Sp has a source high-frequency power in the range of 300 W to 1500 W, and its frequency is, for example, 13.56 MHz. In addition, the bias RF power source Bp is configured such that the bias high-frequency power is changed in the range of 1 W to 80 W, and the frequency is about 400 KHz. Here, the minimum level of the bias high-frequency power is set to 1 W due to restrictions on the system of the etching apparatus. However, if there is no restriction on the system, the minimum level of the bias high-frequency power may be set to 0 W.
さらに、上記エッチング終点検出器５３は、上記遮光膜１６のエッチング中に発生する、その構成材料特有の波長の光が弱まったことにより、撮像領域１００ａで該遮光膜１６に遮光膜開口が形成されたことを検出するものである。 Further, the etching end point detector 53 forms a light-shielding film opening in the light-shielding film 16 in the imaging region 100a due to weakening of light having a wavelength peculiar to the constituent material generated during the etching of the light-shielding film 16. Is detected.
また、上記チャンバー５０ａの上面には、反応ガスＲｇの供給口５４ａが形成されており、また、上記チャンバー５０ａの下面には、反応ガスＲｇの排気口５４ｂが形成されている。 A reaction gas Rg supply port 54a is formed on the upper surface of the chamber 50a, and a reaction gas Rg exhaust port 54b is formed on the lower surface of the chamber 50a.
続いて、このようなプラズマエッチング装置５０を用いて上記遮光膜を加工する処理について説明する。ここでは、遮光膜は、タングステン膜であり、前記エッチングガスは、ＳＦ６ガス、Ｃｌ２ガス、およびＡｒガスのいずれか、またはこれらのうちの２以上のガスの混合ガスを用いる。ただし、上記遮光膜にアルミ膜を用いる場合は、エッチングガスは、ＢＣｌ３ガス、ＣＨＦ３ガス、Ｃｌ２ガス、およびＡｒガスのいずれか、またはこれらのうちの２以上のガスの混合ガスを用いる。 Next, a process for processing the light shielding film using the plasma etching apparatus 50 will be described. Here, the light shielding film is a tungsten film, and the etching gas is any one of SF 6 gas, Cl 2 gas, and Ar gas, or a mixed gas of two or more of these gases. However, when an aluminum film is used as the light shielding film, the etching gas is any one of BCl 3 gas, CHF 3 gas, Cl 2 gas, and Ar gas, or a mixed gas of two or more of these gases. .
図２（ａ）および（ｄ）に示す状態の基板１０（図３では半導体ウエハＭ）を、上記平板電極５２上に載置し、反応ガスＲｇをチャンバー５０ａ内に供給するとともに、第１および第２の高周波電源ＳｐおよびＢｐをオンする。このとき、第２の高周波電源Ｂｐの出力は、例えば、プラズマエッチングの異方性が最も強くなるよう８０Ｗ程度とする。また、チャンバー５０ａ内での反応ガスＲｇの圧力は、５〜１５ｍＴｏｒｒ程度の範囲に設定するのが望ましい。 The substrate 10 (semiconductor wafer M in FIG. 3) in the state shown in FIGS. 2A and 2D is placed on the plate electrode 52, and the reaction gas Rg is supplied into the chamber 50a. The second high-frequency power sources Sp and Bp are turned on. At this time, the output of the second high-frequency power supply Bp is set to about 80 W so that the anisotropy of plasma etching becomes the strongest, for example. In addition, the pressure of the reaction gas Rg in the chamber 50a is desirably set in a range of about 5 to 15 mTorr.
すると、該レジスト膜１７をマスクとして上記遮光膜１６に異方性プラズマエッチング処理が施される。これにより、撮像領域１００ａでは、光電変換素子１１上に遮光膜開口１６ａが形成される（図２（ｂ））。このとき、周辺駆動配線領域１００ｂでは、遮光膜１６は異方性プラズマエッチングによりエッチングされ、所定パターンの配線が形成されるが、周辺駆動配線領域１００ｂでは、ゲート電極１３の側壁部分には遮光膜のエッチング残渣１６ｂが残ることがある（図２（ｅ））。 Then, the light shielding film 16 is subjected to anisotropic plasma etching using the resist film 17 as a mask. Thereby, in the imaging region 100a, a light shielding film opening 16a is formed on the photoelectric conversion element 11 (FIG. 2B). At this time, in the peripheral drive wiring region 100b, the light shielding film 16 is etched by anisotropic plasma etching to form a predetermined pattern of wiring. In the peripheral drive wiring region 100b, the light shielding film is formed on the side wall portion of the gate electrode 13. Etching residue 16b may remain (FIG. 2E).
上記のように、撮像領域１００ａで、上記遮光膜の異方性エッチングが完了すると、エッチング終点検出器５３は、エッチング処理中に発生する特定波長の光の強度変化によりエッチング終点検出し、その検出信号が制御部５３に出力され、制御部５３は制御信号Ｃｓを第２の高周波電源Ｂｐに出力する。 As described above, when the anisotropic etching of the light shielding film is completed in the imaging region 100a, the etching end point detector 53 detects the etching end point based on the change in the intensity of light of a specific wavelength generated during the etching process, and the detection. The signal is output to the control unit 53, and the control unit 53 outputs the control signal Cs to the second high frequency power supply Bp.
すると、第２の高周波電源Ｂｐは、出力パワーを、該エッチング装置のシステムで設定可能な最低レベルまで低減する。例えば、ここでは、１Ｗまで低減する。ただしシステム上可能であれば、出力パワーを０Ｗにしてもよい。 Then, the second high-frequency power supply Bp reduces the output power to the lowest level that can be set by the system of the etching apparatus. For example, here, it is reduced to 1W. However, the output power may be set to 0 W if possible in the system.
すると、上記エッチング装置のチャンバ内では、エッチング処理が異方性エッチングから等方性エッチングに切り替わる。これにより、撮像領域１００ａでは、エッチング処理は、低ダメージでかつマイクロローディング効果が大きいものとなる。つまり、異方性エッチングに比べて等方性エッチングでは、エッチングダメージは低減され、さらに、マスクの開口幅の狭い領域では、エッチングが進まなくなるマイクロローディング効果により撮像領域１００ａでは、エッチングダメージがさらに低減される。 Then, in the chamber of the etching apparatus, the etching process is switched from anisotropic etching to isotropic etching. Thereby, in the imaging region 100a, the etching process is low in damage and has a large microloading effect. That is, etching damage is reduced in isotropic etching compared to anisotropic etching, and etching damage is further reduced in the imaging region 100a due to a microloading effect in which etching does not progress in a region where the opening width of the mask is narrow. Is done.
これにより、撮像領域１００ａの遮光膜開口内でのエッチングが抑えられ、周辺駆動配線領域１００ｂでは、配線の短絡防止に十分なオーバーエッチが行われる（図２（ｃ）および（ｆ））。この状態では、周辺駆動配線領域におけるエッチング残渣１６ｂが除去されることとなる。 As a result, etching within the light-shielding film opening in the imaging region 100a is suppressed, and overetching sufficient for preventing wiring short-circuiting is performed in the peripheral drive wiring region 100b (FIGS. 2C and 2F). In this state, the etching residue 16b in the peripheral drive wiring region is removed.
その後、上記レジスト膜を除去し、図６に示す固体撮像装置の作成に必要なプロセスを経て、固体撮像装置を完成する。 Thereafter, the resist film is removed, and a solid-state imaging device is completed through a process necessary for producing the solid-state imaging device shown in FIG.
このように、本実施形態１では、（１）撮像領域の遮光膜形成前に、光電変換素子列上に薄い層間絶縁膜１２ａおよび１５を形成し、（２）遮光用、駆動配線用の遮光膜を形成し、ドライプロセスのためのレジスト膜を塗布し、（３）遮光膜の形成加工（エッチング）において、第１ステップエッチングで撮像領域及び周辺駆動配線領域の遮光膜を異方性エッチングにより形成し、第２ステップエッチングで駆動配線の側壁部をダメージの少ない等方性エッチングにより形成する。 As described above, in the first embodiment, (1) before forming the light shielding film in the imaging region, the thin interlayer insulating films 12a and 15 are formed on the photoelectric conversion element array, and (2) light shielding for the light shielding and driving wiring. A film is formed, and a resist film for a dry process is applied. (3) In the formation process (etching) of the light shielding film, the light shielding film in the imaging region and the peripheral drive wiring region is anisotropically etched in the first step etching. Then, the sidewall of the drive wiring is formed by isotropic etching with little damage in the second step etching.
つまり、遮光膜エッチングを２ステップ化し、第１ステップでは、撮像領域及び周辺駆動配線領域の遮光膜を異方性エッチングし、このとき、バイアスパワーを１０Ｗ〜８０Ｗの範囲でコントロールし、エッチング終点検知器（ＥＰＤ）を用いて撮像領域の遮光膜が開口するまでエッチングする。その後、第２ステップでは、撮像領域及び周辺駆動配線領域側壁部での等方性エッチングを、バイアスパワーを１Ｗにして行うことで撮像領域内のエッチングダメージを低減している。 That is, the light shielding film etching is made into two steps, and in the first step, the light shielding film in the imaging region and the peripheral drive wiring region is anisotropically etched, and at this time, the bias power is controlled in the range of 10 W to 80 W, and the etching end point is detected. Etching is performed until the light-shielding film in the imaging region is opened using an EPD. Thereafter, in the second step, etching damage in the imaging region is reduced by performing isotropic etching at the sidewall of the imaging region and the peripheral drive wiring region with a bias power of 1 W.
その結果、本実施形態では、１回の遮光膜エッチングで、周辺部配線の短絡の防止、白傷発生の防止、およびスミアの低減を可能にする。 As a result, in the present embodiment, it is possible to prevent peripheral wiring from being short-circuited, to prevent white scratches, and to reduce smear by performing a single light-shielding film etching.
図４および図５は、本発明の効果を説明する図であり、図４は、バイアスパワーと二次光ダメージの関係を示し、図５は、遮光膜エッチング時のバイアスパワーに対する白傷数を示している。 4 and 5 are diagrams for explaining the effect of the present invention. FIG. 4 shows the relationship between the bias power and the secondary light damage. FIG. 5 shows the number of white scratches with respect to the bias power at the time of etching the light shielding film. Show.
図４では、縦軸は、発光分光レベルの強さ（上側ほど大きい値を示す）、横軸は、波長の大きさ（右側ほど大きい値を示す）を示し、また、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５は、それぞれバイアスＲＦ電力が１Ｗ、１０Ｗ、２０Ｗ、４０Ｗ、８０Ｗである場合の発光分光レベルを示すグラフである。図４から分かるように、バイアスＲＦ電力が低下するに従って発光分光のレベルが低減している。 In FIG. 4, the vertical axis indicates the intensity of the emission spectral level (showing a larger value as it goes upward), the horizontal axis shows the magnitude of the wavelength (showing a larger value as it goes right), and L1, L2, L3, L4 and L5 are graphs showing emission spectral levels when the bias RF power is 1 W, 10 W, 20 W, 40 W, and 80 W, respectively. As can be seen from FIG. 4, the level of emission spectroscopy decreases as the bias RF power decreases.
また、図５では、縦軸は、白傷の個数の多さ（上側ほど多いことを示す）を示し、横軸は、固体撮像装置の出力電圧の大きさ（右側ほど大きい値を示す）を示し、これは固体撮像装置に照射されている光強度に相当するものである。 In FIG. 5, the vertical axis indicates the number of white scratches (indicating that the number of white scratches increases), and the horizontal axis indicates the magnitude of the output voltage of the solid-state imaging device (indicating a larger value on the right side). This corresponds to the light intensity applied to the solid-state imaging device.
ここで、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４は、それぞれバイアスＲＦ電力が１０Ｗ、２０Ｗ、４０Ｗ、８０Ｗである場合に、白傷の個数を固体撮像装置の出力電圧（つまり固体撮像装置への入射光の強度）を変えてプロットしたグラフである。このグラフから、白傷の個数は、バイアスＲＦ電力が小さいほど少なくなる傾向にあることが分かる。 Here, K1, K2, K3, and K4 indicate the number of white scratches when the bias RF power is 10 W, 20 W, 40 W, and 80 W, respectively, and the output voltage of the solid-state imaging device (that is, the incident light to the solid-state imaging device). (Intensity) is a graph plotted. From this graph, it can be seen that the number of white scratches tends to decrease as the bias RF power decreases.
このように本実施形態では、遮光膜のプラズマエッチング時にバイアスパワーを低減することで、プラズマによる物理的ダメージＡと二次光ダメージＢの両方が低減され、白傷が改善される。
（実施形態２）
なお、上記実施形態１では、特に説明しなかったが、上記実施形態１の固体撮像装置の製造方法で製造した固体撮像装置を撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した電子情報機器について説明する。本発明の電子情報機器は、本発明の実施形態１の固体撮像装置の製造方法により製造した固体撮像装置を撮像部に用いて得た高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。
Thus, in this embodiment, by reducing the bias power during plasma etching of the light shielding film, both physical damage A and secondary light damage B due to plasma are reduced, and white scratches are improved.
(Embodiment 2)
Although not particularly described in the first embodiment, a digital camera such as a digital video camera or a digital still camera using the solid-state imaging device manufactured by the solid-state imaging device manufacturing method of the first embodiment as an imaging unit. An electronic information device having an image input device such as an image input camera, a scanner, a facsimile, or a camera-equipped mobile phone will be described. The electronic information device according to the present invention performs high-quality image data obtained by using the solid-state imaging device manufactured by the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention for an imaging unit, and performs predetermined signal processing for recording. A memory unit such as a recording medium for recording data, a display means such as a liquid crystal display device that displays the image data on a display screen such as a liquid crystal display screen after performing predetermined signal processing for display, and the image data for communication At least one of a communication unit such as a transmission / reception device that performs communication processing after predetermined signal processing, and an image output unit that prints (prints) and outputs (prints out) the image data. .
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。 As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable embodiment of this invention, this invention should not be limited and limited to this embodiment. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge from the description of specific preferred embodiments of the present invention. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.
本発明は、プラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置および固体撮像装置の製造方法、特に、異方性エッチングと等方性エッチングとを連続して行うプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置、および該プラズマエッチング方法あるいは装置を用いた固体撮像素子の製造方法の分野において、工程を増やすことなく、白キズの発生および駆動配線間の短絡を回避することができる。 The present invention relates to a plasma etching method, a plasma etching apparatus, and a manufacturing method of a solid-state imaging device, in particular, a plasma etching method, a plasma etching apparatus, and the plasma etching method in which anisotropic etching and isotropic etching are continuously performed. In the field of a method for manufacturing a solid-state imaging device using an apparatus, it is possible to avoid occurrence of white scratches and a short circuit between drive wirings without increasing the number of steps.
１０ 基板
１１ 光電変換素子
１２ａ シリコン酸化膜
１２ｂ シリコン窒化膜
１３ ポリシリコン層
１４ 熱酸化膜
１５ シリコン酸化膜
１６ 遮光膜
１７ レジスト膜
５０ プラズマエッチング装置
５１，５２ 平板電極
５３ エッチング終点検出器
５４ａ ガス供給口
５４ｂ ガス排出口
１００ 固体撮像装置
１００ａ 撮像領域
１００ｂ 周辺駆動配線領域
１１０ 垂直転送部
１２０ 水平転送部
１３０ 出力部
ＰＤ 光電変換素子（フォトダイオード）
Ｐｘ 画素
Ｒｇ 反応ガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 11 Photoelectric conversion element 12a Silicon oxide film 12b Silicon nitride film 13 Polysilicon layer 14 Thermal oxide film 15 Silicon oxide film 16 Light shielding film 17 Resist film 50 Plasma etching apparatus 51, 52 Flat plate electrode 53 Etching end point detector 54a Gas supply port 54b Gas exhaust port 100 Solid-state imaging device 100a Imaging region 100b Peripheral drive wiring region 110 Vertical transfer unit 120 Horizontal transfer unit 130 Output unit PD Photoelectric conversion element (photodiode)
Px Pixel Rg Reaction gas
Claims (13)
該第２の高周波電力を該被加工膜の異方性エッチングが行われるよう制御して、該被加工膜に開口を形成するステップと、
該第２の高周波電力を該被加工膜の等方性エッチングが行われるよう制御して、該被加工膜の、該異方性エッチングにおけるエッチング残渣を除去するステップとを含み、
該第１の高周波電力は、上下に対向するよう配置された一対の平板電極のうちの上側平板電極に印加されるソース高周波電力であり、
該第２の高周波電力は、該一対の平板電極のうちの、該被加工膜が載置された下側平板電極に印加されるバイアス高周波電力であり、
該プラズマエッチングの異方性エッチングから等方性エッチングへの切り替えは、該バイアス高周波電力を低下させることのみにより行う、プラズマエッチング方法。 A plasma etching method for plasma-etching a film to be processed by converting an etching gas into plasma with a first high-frequency power and controlling anisotropy and isotropic switching of the plasma etching with a second high-frequency power,
Controlling the second high frequency power so that anisotropic etching of the processed film is performed, and forming an opening in the processed film;
Controlling the second high-frequency power so that isotropic etching of the processed film is performed, and removing etching residues in the anisotropic etching of the processed film,
The first high-frequency power is a source high-frequency power applied to an upper plate electrode of a pair of plate electrodes arranged to face each other vertically,
The second high-frequency power is a bias high-frequency power applied to the lower plate electrode on which the film to be processed is placed, of the pair of plate electrodes,
The plasma etching method, wherein the plasma etching is switched from anisotropic etching to isotropic etching only by reducing the bias high-frequency power.
前記被加工膜のプラズマエッチング中に発生する特定波長の光強度の変化に基づいて、該被加工膜のエッチング終点が検出されたとき、前記プラズマエッチングを異方性エッチングから等方性エッチングに切り替えるプラズマエッチング方法。 The plasma etching method according to claim 1, wherein
The plasma etching is switched from anisotropic etching to isotropic etching when an etching end point of the processing film is detected based on a change in light intensity of a specific wavelength generated during plasma etching of the processing film. Plasma etching method.
前記バイアス高周波電力を０Ｗにすることにより、前記プラズマエッチングを異方性エッチングから等方性エッチングに切り替えるプラズマエッチング方法。 The plasma etching method according to claim 1, wherein
A plasma etching method for switching the plasma etching from anisotropic etching to isotropic etching by setting the bias high-frequency power to 0 W.
前記被加工膜は、遮光性を有する金属材料からなる遮光膜であるプラズマエッチング方法。 The plasma etching method according to claim 1, wherein
The plasma etching method, wherein the film to be processed is a light shielding film made of a metal material having a light shielding property.
前記遮光膜は、タングステン膜であり、
前記エッチングガスは、ＳＦ６ガス、Ｃｌ２ガス、およびＡｒガスのいずれか、またはこれらのうちの２以上のガスの混合ガスであるプラズマエッチング方法。 The plasma etching method according to claim 4, wherein
The light shielding film is a tungsten film,
The plasma etching method, wherein the etching gas is any one of SF 6 gas, Cl 2 gas, and Ar gas, or a mixed gas of two or more of these gases.
前記遮光膜は、アルミ膜であり、
前記エッチングガスは、ＢＣｌ３ガス、ＣＨＦ３ガス、Ｃｌ２ガス、およびＡｒガスのいずれか、またはこれらのうちの２以上のガスの混合ガスであるプラズマエッチング方法。 The plasma etching method according to claim 4, wherein
The light shielding film is an aluminum film,
The plasma etching method, wherein the etching gas is any one of BCl 3 gas, CHF 3 gas, Cl 2 gas, and Ar gas, or a mixed gas of two or more of these gases.
前記第１の高周波電力は、３００Ｗから１５００Ｗの範囲であるプラズマエッチング方法。 The plasma etching method according to claim 1, wherein
The plasma etching method, wherein the first high frequency power is in a range of 300W to 1500W.
前記第２の高周波電力は、０Ｗから８０Ｗの範囲で変更されるプラズマエッチング方法。 The plasma etching method according to claim 1, wherein
The plasma etching method, wherein the second high frequency power is changed in a range of 0W to 80W.
エッチングガスが供給されるエッチング室と、
該エッチング室内に上下に対向するよう配置された一対の平板電極と、
該一対の平板電極の一方に第１の高周波電力を供給する第１の高周波電源と、
該一対の平板電極の他方に第２の高周波電力を供給する第２の高周波電源とを備え、
該第２の高周波電力を、該被加工膜の異方性エッチングにより該被加工膜に開口が形成され、続いて、該被加工膜の等方性エッチングにより、該異方性エッチングにおけるエッチング残渣が除去されるよう制御し、
該第１の高周波電力は、該一対の平板電極のうちの上側平板電極に印加されるソース高周波電力であり、
該第２の高周波電力は、該一対の平板電極のうちの、該被加工膜が載置された下側平板電極に印加されるバイアス高周波電力であり、
該プラズマエッチングの異方性エッチングから等方性エッチングへの切り替えは、該バイアス高周波電力を低下させることのみにより行うプラズマエッチング装置。 A plasma etching apparatus for plasma-etching a film to be processed by converting an etching gas into plasma with a first high-frequency power and controlling anisotropy and isotropic switching of the plasma etching with a second high-frequency power,
An etching chamber to which an etching gas is supplied;
A pair of flat plate electrodes arranged to be vertically opposed in the etching chamber;
A first high-frequency power source for supplying a first high-frequency power to one of the pair of plate electrodes;
A second high frequency power source for supplying a second high frequency power to the other of the pair of flat plate electrodes,
An opening is formed in the film to be processed by anisotropic etching of the film to be processed with the second high-frequency power, and then an etching residue in the anisotropic etching by isotropic etching of the film to be processed. Control to be removed,
The first high frequency power is a source high frequency power applied to an upper plate electrode of the pair of plate electrodes,
The second high-frequency power is a bias high-frequency power applied to the lower plate electrode on which the film to be processed is placed, of the pair of plate electrodes,
The plasma etching apparatus, wherein the plasma etching is switched from anisotropic etching to isotropic etching only by reducing the bias high frequency power.
前記被加工膜のプラズマエッチング中に発生する特定波長の光強度に基づいて、該被加工膜のエッチング終点を検出するエッチング終点検出器を備え、
該エッチング終点検出器により該被加工膜のエッチング終点が検出されたとき、前記プラズマエッチングが異方性エッチングから等方性エッチングに切り替わるよう、前記第２の高周波電源から出力される第２の高周波電力を低下させるプラズマエッチング装置。 The plasma etching apparatus according to claim 9, wherein
An etching end point detector for detecting an etching end point of the film to be processed based on light intensity of a specific wavelength generated during plasma etching of the film to be processed;
When the etching end point of the film to be processed is detected by the etching end point detector, the second high frequency power output from the second high frequency power source is switched so that the plasma etching is switched from anisotropic etching to isotropic etching. Plasma etching equipment that reduces power.
前記バイアス高周波電力を０Ｗにすることにより、前記プラズマエッチングを異方性エッチングから等方性エッチングに切り替えるプラズマエッチング装置。 The plasma etching apparatus according to claim 9, wherein
A plasma etching apparatus that switches the plasma etching from anisotropic etching to isotropic etching by setting the bias high-frequency power to 0 W.
基板表面に複数の光電変換素子を、該複数の光電変換素子が該撮像領域内にアレイ状に配列されるよう形成するステップと、
基板上の全面に遮光膜を形成した後、エッチングガスを第１の高周波電力によりプラズマ化し、かつ第２の高周波電力によりプラズマエッチングの異方性および等方性の切り替えを制御するプラズマエッチング処理により、該遮光膜を選択的にエッチングするステップとを含み、
該遮光膜のエッチングステップでは、
該第２の高周波電力を、該遮光膜の異方性エッチングにより、該光電変換素子上に遮光膜開口が形成され、続いて、該遮光膜の等方性エッチングにより該異方性エッチングにおけるエッチング残渣が除去されるよう制御し、
該第１の高周波電力は、上下に対向するよう配置された一対の平板電極のうちの上側平板電極に印加されるソース高周波電力であり、
該第２の高周波電力は、該一対の平板電極のうちの、該遮光膜が載置された下側平板電極に印加されるバイアス高周波電力であり、
該プラズマエッチングの異方性エッチングから等方性エッチングへの切り替えは、該バイアス高周波電力を低下させることのみにより行う固体撮像装置の製造方法。 A method of manufacturing a solid-state imaging device having an imaging region in which photoelectric conversion elements are arranged in an array, and a peripheral region that is located in the periphery of the photoelectric conversion element and in which signal wiring is disposed,
Forming a plurality of photoelectric conversion elements on the substrate surface such that the plurality of photoelectric conversion elements are arranged in an array in the imaging region;
After a light shielding film is formed on the entire surface of the substrate, the etching gas is converted into plasma by the first high-frequency power, and plasma etching is performed to control switching of anisotropy and isotropicity of the plasma etching by the second high-frequency power. And selectively etching the light shielding film,
In the etching step of the light shielding film,
A light shielding film opening is formed on the photoelectric conversion element by anisotropic etching of the light shielding film with the second high-frequency power, and subsequently etching in the anisotropic etching by isotropic etching of the light shielding film. Control the residue to be removed,
The first high-frequency power is a source high-frequency power applied to an upper plate electrode of a pair of plate electrodes arranged to face each other vertically,
RF power wherein the second, of the pair of plate electrodes, a bias high-frequency power which the light shielding film is applied to the lower plate electrodes placed,
The method for manufacturing a solid-state imaging device, wherein the plasma etching is switched from anisotropic etching to isotropic etching only by reducing the bias high-frequency power.
前記遮光膜をエッチングするステップでは、
前記遮光膜のプラズマエッチング中に発生する特定波長の光強度の変化に基づいて、前記撮像領域での該遮光膜の選択的なエッチングにより前記遮光膜開口が形成された時点を検出し、この時点を検出したとき、前記プラズマエッチングを異方性エッチングから等方性エッチングに切り替えて、前記周辺領域におけるエッチング残渣をエッチング除去する固体撮像装置の製造方法。
In the manufacturing method of the solid-state imaging device according to claim 12,
In the step of etching the light shielding film,
Based on a change in light intensity of a specific wavelength generated during plasma etching of the light shielding film, a time point at which the light shielding film opening is formed by selective etching of the light shielding film in the imaging region is detected. A solid-state imaging device manufacturing method wherein the plasma etching is switched from anisotropic etching to isotropic etching and etching residues in the peripheral region are removed by etching.
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