JP2000196064A - 固体撮像素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 エッチング残渣を除去することができる固体
撮像素子の製造方法を提供する。 【解決手段】 転送電極１３，１４を覆って層間絶縁膜
１５を形成する工程と、転送電極１３，１４とその上の
層間絶縁膜１５により構成された段差部３０を覆ってタ
ングステンポリサイド膜或いは多結晶シリコン膜から成
る配線層１６を形成する工程と、その上に、第１のレジ
ストパターンを形成する工程と、これをマスクとして異
方性エッチングを行って、段差部３０近傍以外の配線層
１６をエッチング除去する第１のエッチング工程と、第
１のレジストパターンを除去する工程と、配線部となる
残った配線層１６を覆って第２のレジストパターン１９
を形成する工程と、これをマスクとしてサイドエッチが
なされる条件でエッチングを行って、段差部３０近傍に
残渣として残った配線層１６をエッチング除去する第２
のエッチング工程と、第２のレジストパターン１９を除
去する工程とを有する固体撮像素子の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば転送電極上
に絶縁膜を介して配線層が形成されたＣＣＤ固体撮像素
子等の製造に用いて好適な固体撮像素子の製造方法に係
わる。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子において、タングステンポリ
サイド膜によってバッファ配線を形成する場合には、以
下のような工程により形成を行っていた。

【０００３】まず、不純物としてリンをドープした非晶
質シリコン膜をＣＶＤ（化学的気相成長）法によって成
膜する。次に、タングステンシリサイド膜を同様にＣＶ
Ｄ法により成膜する。その後は、例えばＡＳＩＣ等の場
合、Ｃｌ₂ ／Ｏ₂ プラズマによって、平坦部及び段差部
近傍を一気にエッチングして、配線部となる箇所以外の
タングステンシリサイド膜を除去する。

【０００４】このとき、段差がＬＯＣＯＳ（選択酸化し
たシリコン）等によるものであれば、段差の傾斜が比較
的緩やかであるので、Ｃｌ₂ ／Ｏ₂ プラズマによって残
渣を残さずに、かつサイドエッチを発生させずに、バッ
ファ配線の側面を垂直形状に加工できる。

【０００５】このようにして、半導体素子のタングステ
ンポリサイド膜から成るバッファ配線を形成することが
できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この手
法をＣＣＤ固体撮像素子に適用した場合、例えば多結晶
シリコンから成る転送電極に起因する側面が垂直或いは
オーバーハング状である段差上に、タングステンポリサ
イド膜から成るバッファ配線を形成する場合に適用する
と、次のような問題を生じる。

【０００７】平坦部におけるタングステンポリサイド膜
のエッチングは従来のＣｌ₂ ／Ｏ₂プラズマで問題ない
が、段差部の下地部に対するオーバーエッチングにおけ
る選択比が比較的低いため、オーバーハング状となった
段差部近傍の残渣をエッチング除去しようとすると、下
地膜もエッチングされて減ってしまい、その結果デバイ
ス的に不良が生じてしまう。

【０００８】また、残渣を主に除去する目的で、故意に
サイドエッチ性の高いエッチング条件にするために、Ｓ
Ｆ₆ 等を添加したプラズマによるエッチングを行うこと
も考えられる。この場合には、残渣は除去できるが、同
時にバッファ配線の側面にサイドエッチングがなされ、
その分出来上がるバッファ配線の線幅が細くなるため、
配線抵抗増加等の特性不良を生じたり、転送電極とのコ
ンタクト部の合わせずれに対するマージンが減少した
り、といった問題を生じる。

【０００９】上述した問題の解決のために、本発明にお
いては、下地膜をオーバーエッチングすることなく、ま
た配線の側面にサイドエッチングがなされることなく段
差付近のエッチング残渣を除去することにより、特性の
良好な固体撮像素子を製造できる固体撮像素子の製造方
法を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子の
製造方法は、転送電極を覆って層間絶縁膜を形成する工
程と、転送電極とこの転送電極上の層間絶縁膜により構
成された段差部を覆ってタングステンポリサイド膜或い
は多結晶シリコン膜から成る配線層を形成する工程と、
この配線層上に、後に形成される配線部の線幅に対応し
た第１のレジストパターンを形成する工程と、第１のレ
ジストパターンをマスクとして異方性エッチングを行っ
て、段差部近傍以外の配線層をエッチング除去する第１
のエッチング工程と、第１のレジストパターンを除去す
る工程と、配線部となる残った配線層を覆って第２のレ
ジストパターンを形成する工程と、第２のレジストパタ
ーンをマスクとしてサイドエッチがなされる条件でエッ
チングを行って、段差部近傍に残渣として残った配線層
をエッチング除去する第２のエッチング工程と、第２の
レジストパターンを除去する工程とを有するものであ
る。

【００１１】上述の本発明の構成によれば、第１のエッ
チング工程において異方性エッチングにより段差部近傍
以外の配線層を除去してから第２のレジストパターンに
より配線部となる残った配線層を覆うことにより、残っ
た配線層の側面が後の工程でエッチングされないように
することができる。また、第２のエッチング工程におい
て、サイドエッチがなされるエッチング条件でエッチン
グを行うことにより、残渣として残った配線層を確実に
除去することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明は、転送電極を覆って層間
絶縁膜を形成する工程と、転送電極と転送電極上の層間
絶縁膜により構成された段差部を覆ってタングステンポ
リサイド膜或いは多結晶シリコン膜から成る配線層を形
成する工程と、配線層上に、後に形成される配線部の線
幅に対応した第１のレジストパターンを形成する工程
と、第１のレジストパターンをマスクとして異方性エッ
チングを行って、段差部近傍以外の配線層をエッチング
除去する第１のエッチング工程と、第１のレジストパタ
ーンを除去する工程と、配線部となる残った配線層を覆
って第２のレジストパターンを形成する工程と、第２の
レジストパターンをマスクとしてサイドエッチがなされ
る条件でエッチングを行って、段差部近傍に残渣として
残った配線層をエッチング除去する第２のエッチング工
程と、第２のレジストパターンを除去する工程とを有す
る固体撮像素子の製造方法である。

【００１３】また本発明は、上記固体撮像素子の製造方
法において、第１のエッチング工程は塩素と酸素のプラ
ズマを用いたプラズマエッチングを行う。

【００１４】また本発明は、上記固体撮像素子の製造方
法において、第２のエッチング工程に六フッ化硫黄或い
は四フッ化炭素及び塩素及び酸素のプラズマを用いたプ
ラズマエッチングを行う。

【００１５】また本発明は、上記固体撮像素子の製造方
法において、第２のエッチング工程において、下地膜に
対する上記配線層のエッチング選択比を１５以上とす
る。

【００１６】図１は本発明製法を適用する固体撮像素子
の要部の概略平面図を示す。また、図２は図１のＡ−Ａ
における断面図を示す。この固体撮像素子１は、図１に
示すように、マトリクス状に配列された画素となる受光
部２の各列の一側に垂直転送レジスタ４が形成され、第
１層及び第２層の多結晶シリコンから成る転送電極１
３，１４が水平方向に帯状に形成されると共に、垂直転
送レジスタ４上では垂直方向に順次配列されて、垂直方
向に隣り合う受光部２間では第１層及び第２層の多結晶
シリコンによる転送電極１３及び１４が重なるように形
成されている。

【００１７】そして、各垂直転送レジスタ４上に沿っ
て、後述するようにタングステンポリサイド膜によるバ
ッファ配線層３１が形成され、各バッファ配線層３１が
コンタクト部２２を介して対応する転送電極１３，１４
に接続される。各転送電極１３，１４にはこのバッファ
配線層３１を介して例えば４相の転送クロックが印加さ
れる。

【００１８】このバッファ配線層３１上を覆って層間絶
縁層（図示せず）が形成され、かつこの層間絶縁層を介
して遮光膜２１が形成され、この遮光膜２１には受光部
２上に対向した開口２１ａが設けられる。

【００１９】そして、図２の断面図に示すように、例え
ばｐ型のシリコンから成る基板１０内に、ｎ型の不純物
が導入されてｎ型の不純物拡散領域６が形成され、ここ
のｐｎ接合によるフォトダイオードによって受光部（セ
ンサ）２が構成される。このｎ型の不純物拡散領域６の
基板表面側にはｐ型の高濃度の不純物の導入によりｐ⁺⁺
の正電荷蓄積領域７が形成されている。

【００２０】また、受光部２に隣接して、受光部２に蓄
積された信号電荷を読み出す読み出しゲート部３が形成
される。

【００２１】そして、読み出しゲート部３の受光部２と
反対側には、垂直転送レジスタ４のいわゆる埋め込みチ
ャネルを構成するｎ型の転送チャネル領域８と、その真
下にｐ型のウエル領域９が形成されている。この垂直転
送レジスタ４では、読み出しゲート部３で読み出した信
号電荷の転送を行う。

【００２２】さらに、受光部２の読み出しゲート部３と
反対側には、基板１０にｐ型の高濃度の不純物導入によ
りチャネルストップ領域５が形成され、受光部２に蓄積
された信号電荷が反対側の垂直転送レジスタ４に流れな
いようにしている。

【００２３】また、基板１０上には、ゲート絶縁膜１１
として酸化シリコン膜１１Ａと窒化シリコン膜１１Ｂと
酸化シリコン膜１１Ｃが形成されて、いわゆるＯＮＯ膜
構造のゲート絶縁膜を構成し、これらのゲート絶縁膜１
１上に、第１層の多結晶シリコンから成る転送電極１
３、第２層の多結晶シリコンから成る転送電極１４が形
成され、これら転送電極１３，１４を覆って層間絶縁膜
１５が形成されている。この２層の転送電極１３，１４
は、読み出しゲート部３及び垂直転送レジスタ４上に形
成されている。

【００２４】そして、転送電極１３，１４により形成さ
れた段差部３０上に、バッファ配線層３１を構成するタ
ングステンポリサイド膜１６が形成されている。このタ
ングステンポリサイド膜１６は、下層の非晶質シリコン
膜１６ａと上層のタングステンシリサイド膜（以下ＷＳ
ｉ膜とする）１６ｂの積層膜により形成されている。

【００２５】さらに、バッファ配線層３１のタングステ
ンポリサイド膜１６を覆って層間絶縁層２０が形成さ
れ、層間絶縁層２０上に遮光膜２１が形成されている。

【００２６】遮光膜２１上には図示しないが平坦化絶縁
層や、さらに必要に応じてカラーフィルタやオンチップ
レンズ等が形成されて、固体撮像素子１が構成される。

【００２７】次に、本発明製法の一実施の形態として、
図１に示した固体撮像素子１の製造工程の工程図を図３
〜図５に示す。図３〜図５は、図１の平面図のＢ−Ｂに
おける断面を示している。

【００２８】まず、図３Ａに示すように、例えばｐ型の
シリコンから成る基板１０上に、熱酸化法によって酸化
膜１１Ａを成膜し、続いて窒化膜１１Ｂ、さらに酸化膜
１１Ｃを順次成膜し、ＯＮＯ膜構造の絶縁膜１１を形成
する。

【００２９】その後、この絶縁膜１１上に、２層の転送
電極１３，１４を順次形成する。この転送電極１３，１
４は、例えば絶縁膜１１上にＣＶＤ法によって２００ｎ
ｍ程度の膜厚の多結晶シリコン膜を形成した後、リソグ
ラフィ技術によって形成されたレジストパターンをマス
クとしてエッチングすることによって形成することがで
きる。

【００３０】また、後に受光部２となる部分の絶縁膜１
１の表面に、このエッチングによりダメージを生じるこ
とがあるため、転送電極１３をマスクとしてこの部分の
絶縁膜１１を一旦除去しておく。

【００３１】次に、図３Ｂに示すように、熱酸化法によ
って、転送電極１３，１４の表面を覆うように１００ｎ
ｍ程度の膜厚の層間絶縁膜１５を成膜する。このとき、
転送電極１３，１４によって、高さｈが４００ｎｍ程度
の段差部３０が形成され、部分的には上部が下部より突
出したオーバーハング状の凹状段差が存在する。また、
絶縁膜１１が除去された、受光部２となる部分の基板１
０表面も同時に酸化されて、熱酸化膜１２が形成され
る。

【００３２】その後、層間絶縁膜１５上に、膜厚１５０
ｎｍ程度のタングステンポリサイド膜１６を形成する。
このタングステンポリサイド膜１６は、図３Ｃに示すよ
うに、例えばＣＶＤ法によって１００ｎｍ程度の膜厚の
リンをドープした非晶質シリコン膜１６ａを成膜し、さ
らにその上にＣＶＤ法によって５０ｎｍ程度の膜厚のタ
ングステンシリサイド膜（ＷＳｉ膜）１６ｂを成膜する
ことによって形成される。

【００３３】そして、タングステンポリサイド膜１６上
に、図４Ｄに示すように、リソグラフィ技術により、所
定の配線パターンに対応するレジストパターン１７を形
成する。

【００３４】続いて、図４Ｅに示すように、このレジス
トパターン１７をマスクにして、タングステンポリサイ
ド膜１６に対して、第１のエッチング工程として異方性
エッチングを行う。これにより、平坦部即ち段差部３０
近傍以外の箇所のタングステンポリサイド膜１６の除去
を行い、タングステンポリサイド膜１６を配線部（バッ
ファ配線層）３１となる箇所に所定の幅になるように残
す。

【００３５】このとき段差部３０近傍には、段差部３０
の側壁に接するように段差部３０の高さｈの３／４〜１
／２程度の高さのタングステンポリサイド膜１６のエッ
チング残渣１８が残る。

【００３６】上述の第１のエッチング工程においては、
異方性の高い条件のエッチング、即ち例えばＣｌ₂ ／Ｏ
₂ プラズマを用いたプラズマエッチングを行う。

【００３７】また、このときプラズマの発生方式として
は、高周波平行平板方式、マグネトロン高周波プラズマ
方式、有磁場マイクロ波放電方式のいずれかを適用する
ことができる。

【００３８】次に、図４Ｆに示すように、レジストパタ
ーン１７を、例えばプラズマアッシングと薬液処理によ
り剥離除去する。

【００３９】続いて、図５Ｇに示すように、後に配線部
３１となる残ったタングステンポリサイド膜１６の側面
を覆うように、新たにリソグラフィ技術によりレジスト
パターン１９を形成する。

【００４０】次に、図５Ｈに示すように、このレジスト
パターン１９をマスクとして第２のエッチング工程を行
い、段差部３０近傍のタングステンポリサイド膜１６の
エッチング残渣１８を除去する。

【００４１】この第２のエッチング工程においては、酸
化膜に対するエッチング選択比が高い条件、即ち例えば
有磁場マイクロ波放電方式で発生させた六フッ化硫黄
（ＳＦ ₆ ）及び塩素（Ｃｌ₂ ）及び酸素（Ｏ₂ ）のプラ
ズマを用いたプラズマエッチングを行う。そして、この
第２のエッチング工程では、例えば下地の熱酸化膜１２
に対するリンをドープした非晶質シリコン膜１６ａのエ
ッチング選択比が１５〜２５、熱酸化膜１２に対するＷ
Ｓｉ膜１６ｂのエッチング選択比が１５〜２０となるよ
うなエッチング条件とする。

【００４２】上述のエッチング選択比が１５以上とれる
エッチング条件としては、例えばプラズマ中のイオンを
加速するＲＦ（高周波）のパワーを０にしてプラズマエ
ッチングを行うことが挙げられる。

【００４３】また、このときプラズマの発生方式として
は、前述の方式のうち、例えばマグネトロン高周波プラ
ズマ方式、有磁場マイクロ波放電方式のいずれかを適用
することができる。

【００４４】尚、六フッ化硫黄ＳＦ₆ の代わりに四フッ
化炭素ＣＦ₄ を用いても、同様にサイドエッチ性のある
エッチングを行うことができる。

【００４５】そして、図５Ｉに示すように、レジストパ
ターン１９を、例えばプラズマアッシングと薬液処理に
より剥離する。

【００４６】このようにして、段差部３０上にタングス
テンポリサイド膜１６から成る配線部３１を形成するこ
とができる。

【００４７】この後は、層間絶縁膜１５上の配線部３１
を覆って全体に層間絶縁層２０を形成し、さらにこの層
間絶縁層２０上に遮光膜２１を形成して、転送電極１
３，１４の上方を遮光する。そして、遮光膜２１の受光
部２上の部分に開口を形成する。このようにして、図１
に示す構造の固体撮像素子１を製造することができる。

【００４８】この後は、平坦化絶縁層、さらに必要に応
じてカラーフィルタやオンチップレンズ等を形成して、
固体撮像素子を製造する。

【００４９】上述の製法によれば、第１のエッチング工
程に異方性のＣｌ₂ ／Ｏ₂ プラズマを用いていることに
より、反応生成物に起因するＳｉ−Ｃｌ系デポ膜がエッ
チング側壁面に付着しながらエッチングが進行する。こ
れにより、タングステンポリサイド膜１６にサイドエッ
チがなされ線幅が減少することがなく、配線部３１とな
る残ったタングステンポリサイド膜１６が垂直な断面形
状となる。

【００５０】また、第２のエッチング工程ではＳＦ₆ を
添加しているため、サイドエッチ性があり、オーバーハ
ング状の段差部３０近傍のエッチング残渣１８を容易に
除去することができる。このとき、配線部３１となるタ
ングステンポリサイド膜１６は、側壁面がフォトレジス
ト１９に覆われているので、サイドエッチがなされな
い。

【００５１】また、この第２のエッチング工程では、酸
化膜に対するエッチング選択比が充分高いので、下地膜
である熱酸化膜１２の減りを規格内に抑制することがで
きる。

【００５２】尚、上述した各層の膜厚やエッチングの条
件において、下地の熱酸化膜１２の膜減り量は、第１及
び第２のエッチング工程を合わせて約１５ｍｍであっ
た。

【００５３】上述の実施の形態によれば、フォトレジス
トによるパターニング及びプラズマエッチングの工程を
２サイクルに分けて、かつ第１のエッチング工程で段差
部３０近傍のタングステンポリサイド膜１６は積極的に
残し、第２のエッチング工程で下地の熱酸化膜１２に対
するリンをドープした多結晶シリコン膜１６ａのエッチ
ング選択比が１５〜２５、熱酸化膜１２に対するＷＳｉ
膜１６ｂのエッチング選択比が１５〜２０になるような
エッチング条件の六フッ化硫黄（ＳＦ₆ ）及び塩素（Ｃ
ｌ₂ ）及び酸素（Ｏ₂ ）のプラズマを用いることによ
り、エッチング残渣がなく、配線側面の断面形状が垂直
形状で、かつ下地の酸化膜１２を規格値以上残すことが
できる。

【００５４】上述の実施の形態では、配線部（バッファ
配線層）３１をタングステンポリサイド膜１６により形
成した場合について説明したが、配線部（バッファ配線
層）３１を多結晶シリコン膜とした場合にも、同様に本
発明を適用することができる。即ち多結晶シリコン膜か
ら成る配線部３１であっても、同様に上述の異方性の第
１のエッチング工程と、サイドエッチ性のある第２のエ
ッチング工程とを行うことにより、エッチング残渣がな
く、配線側面の断面形状が垂直形状であると共に下地の
酸化膜を規格値以上残すことができる。

【００５５】尚、配線部（バッファ配線）３１に例えば
アルミ配線を用いると、コンタクト部２２において転送
電極１３，１４とのコンタクト抵抗が高くなるが、多結
晶シリコン膜又はタングステンポリサイド膜により配線
部３１を形成すると、このコンタクト抵抗が低減される
利点を有する。

【００５６】本発明の固体撮像素子の製造方法は、上述
の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨
を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。

【００５７】

【発明の効果】上述の本発明による固体撮像素子の製造
方法によれば、フォトレジストによるパターニング及び
エッチングの工程を２サイクルに分け、第１のエッチン
グ工程で異方性のエッチングを行って段差部近傍の配線
層を積極的に残し、第２のエッチング工程でサイドエッ
チ性のあるエッチングを行って、残した配線層を除去す
ることにより、エッチング残渣をなくすことができる。

【００５８】また、第２のレジストパターンが配線層を
覆った状態で第２のエッチング工程を行うため、配線層
がレジストパターンにより保護されてサイドエッチされ
ないので、配線層の側面の断面形状が垂直形状となり、
所定の線幅を確保することができる。

【００５９】そして、第２のエッチング工程では、サイ
ドエッチ性のある条件でエッチングを行い、好ましくは
下地膜に対する配線層のエッチング選択比を１５以上確
保するので、下地膜に対する配線層のエッチング選択比
をとって、下地膜の膜減りを抑制することができる。従
って、固体撮像素子において、絶縁膜の膜減りによる特
性不良を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明製法を適用する固体撮像素子の要部の概
略平面図である。

【図２】図１の固体撮像素子のＡ−Ａにおけ断面図であ
る。

【図３】Ａ〜Ｃ 図１の固体撮像素子の製造工程を示す
工程図である。

【図４】Ｄ〜Ｆ 図１の固体撮像素子の製造工程を示す
工程図である。

【図５】Ｇ〜Ｉ 図１の固体撮像素子の製造工程を示す
工程図である。

【符号の説明】

１…固体撮像素子、２…受光部（センサ）、３…読み出
しゲート部、４…垂直転送レジスタ、５…チャネルスト
ップ領域、１０…基板、１１…絶縁膜（ゲート絶縁
膜）、１２…熱酸化膜、１３，１４…転送電極、１５…
層間絶縁膜、１６…タングステンポリサイド膜、１６ａ
…リンをドープした非晶質シリコン膜、１６ｂ…ＷＳｉ
膜、１７，１９…レジストパターン、１８…エッチング
残渣、２０…層間絶縁層、２１…遮光膜、３０…段差
部、３１…配線部（バッファ配線層）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 転送電極を覆って層間絶縁膜を形成する
   工程と、 上記転送電極と上記転送電極上の層間絶縁膜により構成
   された段差部を覆ってタングステンポリサイド膜或いは
   多結晶シリコン膜から成る配線層を形成する工程と、 上記配線層上に、後に形成される配線部の線幅に対応し
   た第１のレジストパターンを形成する工程と、 上記第１のレジストパターンをマスクとして異方性エッ
   チングを行って、上記段差部近傍以外の上記配線層をエ
   ッチング除去する第１のエッチング工程と、 上記第１のレジストパターンを除去する工程と、 上記配線部となる残った上記配線層を覆って第２のレジ
   ストパターンを形成する工程と、 上記第２のレジストパターンをマスクとしてサイドエッ
   チがなされる条件でエッチングを行って、上記段差部近
   傍に残渣として残った上記配線層をエッチング除去する
   第２のエッチング工程と、 上記第２のレジストパターンを除去する工程とを有する
   ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
2. 【請求項２】 上記第１のエッチング工程は、塩素と酸
   素のプラズマを用いたプラズマエッチングを行うことを
   特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法。
3. 【請求項３】 上記第２のエッチング工程は、六フッ化
   硫黄或いは四フッ化炭素と、塩素及び酸素のプラズマを
   用いたプラズマエッチングを行うことを特徴とする請求
   項１に記載の固体撮像素子の製造方法。
4. 【請求項４】 上記第２のエッチング工程において、下
   地膜に対する上記配線層のエッチング選択比を１５以上
   とすることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子
   の製造方法。