JP2008041845A - Method for manufacturing integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体基板等の上に集積回路を形成する製造方法に関し、特に、基板上に積層した上部層のエッチング方法に関する。 The present invention relates to a manufacturing method for forming an integrated circuit on a semiconductor substrate or the like, and more particularly, to an etching method for an upper layer stacked on a substrate.
近年、情報記録媒体として、CD(Compact Disk)やDVD(Digital Versatile Disk)といった光ディスクが大きな位置を占めるようになってきた。これら光ディスクの再生装置は、光ピックアップ機構により光ディスクのトラックに沿ってレーザ光を照射し、その反射光を検知する。そして、反射光強度の変化に基づいて記録データが再生される。 In recent years, optical disks such as CD (Compact Disk) and DVD (Digital Versatile Disk) have come to occupy a large position as information recording media. These optical disk reproducing devices irradiate laser light along a track of the optical disk by an optical pickup mechanism and detect the reflected light. Then, the recorded data is reproduced based on the change in the reflected light intensity.
光ディスクから読み出されるデータレートは非常に高いため、反射光を検知する光検出器は、応答速度の速いPINフォトダイオードを用いた半導体素子で構成されている。当該半導体素子の受光部にて発生した微弱な光電変換信号は増幅器にて増幅され、後段の信号処理回路へ出力される。ここで、光電変換信号の周波数特性の確保やノイズの重畳を抑制する観点から、受光部と増幅器との間の配線長をできるだけ短くするように構成される。この観点と、光検出器の製造コスト低減の観点とから、受光部と増幅器等を含む回路部とは同一の半導体チップ上に形成することが好適である。 Since the data rate read from the optical disk is very high, the photodetector for detecting the reflected light is composed of a semiconductor element using a PIN photodiode having a high response speed. A weak photoelectric conversion signal generated in the light receiving portion of the semiconductor element is amplified by an amplifier and output to a signal processing circuit at a subsequent stage. Here, from the viewpoint of ensuring the frequency characteristics of the photoelectric conversion signal and suppressing noise superposition, the wiring length between the light receiving unit and the amplifier is configured to be as short as possible. From this viewpoint and from the viewpoint of reducing the manufacturing cost of the photodetector, it is preferable that the light receiving section and the circuit section including the amplifier and the like are formed on the same semiconductor chip.
図7は、同一半導体基板に受光部と回路部とが隣接配置された光検出器の模式的な断面図である。受光部4に対応する領域の半導体基板2にはPINフォトダイオードの構造が形成され、回路部6に対応する領域にはトランジスタ等の回路素子が形成され、半導体基板表面に下地層であるシリコン酸化膜11が形成される。 FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a photodetector in which a light receiving unit and a circuit unit are disposed adjacent to each other on the same semiconductor substrate. A PIN photodiode structure is formed in the semiconductor substrate 2 in the region corresponding to the light receiving portion 4, and a circuit element such as a transistor is formed in the region corresponding to the circuit portion 6. A film 11 is formed.
図7の光検出器は2層配線構造であり、配線構造層10として、半導体基板2上に、第1層間絶縁膜12、第1アルミニウム(Al)層14、第2層間絶縁膜16、第2Al層18、第3層間絶縁膜20が順次積層される。
The photodetector in FIG. 7 has a two-layer wiring structure. As the
第1Al層14及び第2Al層18はそれぞれフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングされる。例えば、第1Al層14により配線22及び平坦化パッド24が回路部6に形成され、第2Al層18により、配線26及び平坦化パッド28が回路部6に形成される。回路部6の配線構造層10の上には、遮光層そして遮光のためのAl層30が積層され、さらに、保護膜としてシリコン酸化膜32及びシリコン窒化膜34が順次積層される。ちなみに、層間絶縁膜は、SOG(Spin on Glass)、BPSG(Borophosphosilicate Glass)、TEOS(Tetra-ethoxy-silane)といった材料を用いて形成される。
The
さて、配線構造層10を含む上部構造層38は、受光部4の半導体基板2の上にも積層される。受光部4における半導体基板2への光の入射効率を高めるためには、この上部構造層38を除去することが好ましい。そこで、周囲の回路部6においては上部構造層38を残しつつ、受光部4において選択的にエッチバックを行って、受光部4に上部構造層38の開口部36が形成される。
The
ここで、受光部4において上記各Al層は上部構造層38の積層時に予めパターニングにより除去され、当該受光部4には層間絶縁膜12,16,20等が積層される。すなわちAl層が除去されている分、受光部4の上部構造層38は周囲の回路部6よりも窪み得る。このように上部構造層38の表面が平坦でないことなどに起因して、図7に示すように開口部の底面が平坦にならず、受光部4面内での入射光量の不均一が生じる可能性がある。
Here, in the light receiving portion 4, each of the Al layers is previously removed by patterning when the
これを回避するために、上部構造層38の下にポリシリコン膜を形成しておき、これを受光部パッド47として開口部のエッチバックが行われる。受光部パッド47を用いることで、エッチングの深さを開口部面内にて一様にするのに一定の効果がある。
In order to avoid this, a polysilicon film is formed under the
図8及び図9は受光部4の位置に対応してポリシリコン膜を形成した上で開口部を形成する従来の光検出器の製造方法を説明する模式図であり、主要な工程における受光部4近傍の模式的な断面図を示している。PINフォトダイオードやトランジスタ等が形成された半導体基板2上に、下地層としてシリコン酸化膜40を成膜し、さらにその表面にポリシリコン膜41を堆積する(図8(a))。
8 and 9 are schematic views for explaining a conventional method for manufacturing a photodetector in which an opening is formed after forming a polysilicon film corresponding to the position of the light receiving portion 4, and the light receiving portion in the main process. 4 is a schematic cross-sectional view in the vicinity of 4. A
ポリシリコン膜41の上にフォトレジストを塗布しフォトレジスト膜42を成膜する。受光部に対応する領域を光透過可能に構成されたフォトマスク43を用い、フォトレジスト膜42を露光する(図8(b))。しかる後、現像処理を行うことにより、受光部に対応する位置に残るフォトレジスト膜42’が形成される(図8(c))。
A photoresist is applied on the
このフォトレジスト膜42’をエッチングマスクとしてポリシリコン膜41をエッチング除去して、受光部に対応する領域にポリシリコン膜からなる受光部パッド44を形成する(8(d))。
Using this photoresist film 42 'as an etching mask, the
受光部パッド44の上のフォトレジスト膜42’を除去した後、上部構造層45を積層する(図8(e))。
After removing the photoresist film 42 'on the light
次に上部構造層45の上にフォトレジストを塗布しフォトレジスト膜46を成膜する(図9(a))。受光部に対応する領域を遮光するフォトマスク47を用い、フォトレジスト膜46を露光する(図9(b))。しかる後、現像処理を行うことにより、受光部に対応する位置に開口が形成されたフォトレジスト膜46’が形成される(図9(c))。
Next, a photoresist is applied on the
次に、下地層40、受光部パッド44、上部構造層45からなる上部層のエッチングを行う。上部層のエッチングのため、フォトレジスト膜46’をエッチングマスクとして、マグネトロンリアクティブイオンエッチング(以下マグネトロンRIEという)装置を用いてエッチングを行う。
Next, the upper layer composed of the
まず、上部構造層45(シリコン酸化膜)及び受光部パッド44を異方性エッチングによりエッチングを行う。
First, the upper structure layer 45 (silicon oxide film) and the light receiving
上部構造層45及び受光部パッド44を異方性エッチングによりエッチングを行うエッチング工程中には、フォトレジスト膜46’とエッチングガスに含まれるカーボン及び、フッ素が反応してしまう。よって、受光部パッド44表面にはカーボンや、フッ素からなる重合物であるポリマー47が形成されてしまう(図9(b))。
During the etching process in which the
上述のポリマー47が形成された状態で、エッチング条件を切り替えてエッチングを行う際には、ポリマー47によりエッチング速度が著しく低下してしまう(図9(c))。 When etching is performed while changing the etching conditions in the state where the polymer 47 is formed, the etching rate is significantly reduced by the polymer 47 (FIG. 9C).
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、平坦性の高い受光部を形成することができる集積回路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 problems, and an object of the present invention is to provide an integrated circuit manufacturing method capable of forming a light receiving portion having high flatness.
本願発明は、受光部を有する基板上に上部層を形成し、上部層の前記受光部に対応する領域を開口する集積回路製造方法であって、上部層を複数回のエッチング条件でエッチングを行い、複数回のエッチング条件は、異方性エッチングを含み、少なくとも1つの異方性エッチングの終了後に酸素プラズマ処理を行うことを特徴とする。 The present invention is an integrated circuit manufacturing method in which an upper layer is formed on a substrate having a light receiving portion, and an area corresponding to the light receiving portion of the upper layer is opened, and the upper layer is etched under a plurality of etching conditions. The plurality of etching conditions include anisotropic etching, and oxygen plasma treatment is performed after completion of at least one anisotropic etching.
また、複数回のエッチング条件は、等方性エッチングを含み、異方性エッチング後、等方性エッチング前に酸素プラズマ処理を行うことを特徴とする。 Further, the plurality of etching conditions include isotropic etching, and oxygen plasma treatment is performed after anisotropic etching and before isotropic etching.
また、上部層は、下地層、受光部パッド、上部構造層からなり、受光部を有する基板から、下地層、受光部パッド、上部構造層、の順に積層されることを特徴とする。 The upper layer includes a base layer, a light receiving portion pad, and an upper structural layer, and is characterized in that the base layer, the light receiving portion pad, and the upper structural layer are stacked in this order from the substrate having the light receiving portion.
また、受光部パッドに対し、異方性エッチング、酸素プラズマ処理、等方性エッチングを行うことを特徴する。 In addition, anisotropic etching, oxygen plasma treatment, and isotropic etching are performed on the light receiving portion pad.
また、受光部パッドに対し、異方性エッチング、酸素プラズマ処理、異方性エッチングを行うことを特徴とする。 In addition, anisotropic etching, oxygen plasma treatment, and anisotropic etching are performed on the light receiving portion pad.
本発明によれば、開口部の底面の平坦性の向上することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to improve the flatness of the bottom surface of the opening.
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
本実施形態は、CDやDVDといった光ディスクの再生装置の光ピックアップ機構に搭載される光検出器である。 This embodiment is a photodetector mounted on an optical pickup mechanism of a reproducing apparatus for an optical disc such as a CD or a DVD.
図1は、本実施形態に係る光検出器である半導体素子の概略の平面図である。本光検出器50はシリコンからなる半導体基板に形成され、受光部52と回路部54とを含んで構成される。受光部52は、例えば、2×2に配列された4つのPINフォトダイオード(PD)56を含み、光学系から基板表面へ入射する光を2×2の4区画に分割して受光する。回路部54は、例えば、受光部52の周囲に配置される。回路部54は例えば、CMOS58等の回路素子を含み、これら回路素子を用いて、受光部52からの出力信号に対する増幅回路やその他の信号処理回路を受光部52と同一の半導体チップに形成することができる。なお、図1には示されていないが、回路部54には、回路素子に接続される配線や受光部52を構成する拡散層に接続される配線が配置される。これら配線は、半導体基板上に積層されるAl膜をパターニングして形成される。
FIG. 1 is a schematic plan view of a semiconductor element which is a photodetector according to the present embodiment. The
図2は、図1に示す直線A−A’を通り半導体基板に垂直な断面での受光部52及び回路部54の構造を示す模式的な断面図である。この断面には受光部52の2つのPD56、回路部54のCMOS58、及びそれらが形成された半導体基板60上に積層される配線や層間絶縁膜等の構造が表されている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the
本光検出器50は、p型不純物が導入されたp型シリコン基板であるP-sub層70の一方主面に、P-sub層70より不純物濃度が低く高比抵抗を有するエピタキシャル層72が積層された半導体基板60を用いて形成される。P-sub層70は各PD56に共通のアノードを構成し、例えば、基板裏面から接地電位を印加される。分離領域74は、基板表面側に設けられた配線76により接地電位を印加され、P-sub層70と共にアノードを構成する。
In the
エピタキシャル層72は、受光部52ではPD56のi層を構成する。受光部52において、エピタキシャル層72の表面には、上述の分離領域74及びカソード領域78が形成される。
The
半導体基板60の表面にはゲート酸化膜や局所酸化膜(LOCOS)を構成するシリコン酸化膜80が形成され、ゲート酸化膜の上にはCMOS58を構成するMOSFET等のゲート電極82が例えば、ポリシリコンやタングステン(W)等を用いて形成される。さらにその上を覆って基板表面に下地層であるシリコン酸化膜84が形成される。
A silicon oxide film 80 constituting a gate oxide film or a local oxide film (LOCOS) is formed on the surface of the
シリコン酸化膜84を形成後、受光部52に対応する位置にポリシリコン膜からなる受光部パッドが形成される。後に説明するように、この受光部パッドは、配線構造層90をエッチバックして受光部52の位置に開口部86を形成する際のエッチングストッパとして用いられる。そのため、受光部パッドは開口部86の開口より外側に拡張して形成される。
After the
受光部パッドの形成後、半導体基板60上には、配線構造や保護膜等からなる上部構造層が形成される。本光検出器50は2層配線構造であり、配線構造層90として、半導体基板60上に、第1層間絶縁膜92、第1Al層94、第2層間絶縁膜96、第2Al層98、第3層間絶縁膜100が順次積層される。第1Al層94及び第2Al層98はそれぞれフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングされる。例えば、第1Al層94により配線76及び平坦化パッド102が回路部54に形成され、第2Al層98により、配線104及び平坦化パッド106が回路部54に形成される。
After the formation of the light receiving portion pad, an upper structural layer made of a wiring structure, a protective film or the like is formed on the
ここで、平坦化パッド102,106は、それぞれ配線76,104の隙間に配置され、それぞれ第1Al層94、第2Al層98の上に積層される層間絶縁膜96,100の表面の凹凸を抑制する。また、層間絶縁膜は、SOG、BPSG、TEOSといった材料を用いて形成される。
Here, the
回路部54の配線構造層90の上には、遮光のためのAl層110が積層され、さらに、保護膜としてシリコン酸化膜112が順次積層される。
On the
ここで、受光部52のPD56への光の入射効率を高めるために、配線構造層90及びその上の積層、すなわち上部構造層128をエッチバックして、受光部52に対応する領域に開口部86が形成される。このように受光部52において配線構造層90をエッチングし開口部86を設けることにより、PD56への光の透過率が向上し、レーザ反射光による光電変換信号の振幅の確保が図られる。
Here, in order to increase the efficiency of light incident on the
なお、配線構造層90の下に配置された上記受光部パッドは、開口部86の形成工程においてエッチバックされ、開口部86の底面に存在する部分は除去される。そのため、図2において、開口部86の底面部分の受光部パッドは既に存在せず、開口部86より外側への拡張部分114のみが残っている。
Note that the light receiving portion pad disposed under the
開口部86の形成後、シリコン窒化膜116が堆積される。このシリコン窒化膜116は、シリコン酸化膜112の上面、開口部86の側壁面及び底面を覆う。上面に形成されたシリコン窒化膜116は、シリコン酸化膜112と共に保護膜を構成する。また、開口部86の側壁面に形成されたシリコン窒化膜116は、当該側壁面に露出する層間絶縁膜を被覆し、配線構造層90への湿気の進入を抑制する。これにより、配線76,104の劣化が防止される。一方、開口部86の底面に形成されたシリコン窒化膜116は、開口部86の底面からPD56への入射光の反射を抑制する反射防止膜としての機能を有する。
After the
次に、図3を用いて、本光検出器50の製造方法を説明する。図3は受光部52の位置に対応して受光部パッドを形成した上で開口部86を形成する本光検出器の製造方法を説明する模式図であり、主要な工程における受光部52近傍の模式的な断面図を示している。
Next, a manufacturing method of the
まず、上述したPD56やCMOS58等を形成した半導体基板60上に、下地層としてシリコン酸化膜84を成膜する。シリコン酸化膜84は、例えば、CVD法により堆積して形成される。さらに、シリコン酸化膜84の上に、ポリシリコン膜120をCVD法等により形成する(図3(a))。
First, a
このポリシリコン膜120の上に、フォトレジストを塗布してフォトレジスト膜122を成膜する。このフォトレジスト膜122を、受光部52に対応する領域を光透過可能に構成されたフォトマスク124を用いて露光する(図3(b))。
A
しかる後、現像処理を行って、フォトレジスト膜122の未露光領域を除去することにより、受光部52に対応する位置に残るフォトレジスト膜122’が形成される(図3(c))。
Thereafter, development processing is performed to remove the unexposed region of the
このように形成されたフォトレジスト膜122’をエッチングマスクとしてポリシリコン膜120をエッチングして、受光部52に対応する領域にポリシリコン膜120を選択的に残し、受光部パッド126が形成される(図3(d))。
The
受光部パッド126の上のフォトレジスト膜122’を除去した後、上部構造層128、例えばSiO2を積層する(図3(e))。上部構造層128の各構成層の積層は、CVD法やPVD法を用いて行うことができる。
After removing the
ここで、上部構造層128として積層される層のうち各Al層は、パターニングされ受光部52上から除去される。そのため、上部構造層128はその層間絶縁膜96,100を積層した途中段階及び全てを積層し終わった段階にて、受光部52での厚みがその周辺の回路部での厚みより薄くなる。
Here, among the layers stacked as the
次に上部構造層128の上に、フォトレジストを塗布しフォトレジスト膜130を成膜する。このフォトレジスト膜130を、フォトマスク132を用いて露光する(図3(f))。
Next, a photoresist is applied on the
しかる後、現像処理が行われる。フォトマスク132は受光部52に対応する領域を光透過可能に構成されている。そのため、フォトレジスト膜130は受光部52に対応する領域を露光され、当該領域を現像処理にて除去される。これにより、受光部52に対応する位置に開口136を有するフォトレジスト膜130’が形成される(図3(g))。
Thereafter, development processing is performed. The
次に、このフォトレジスト膜130’をエッチングマスクとして、上部構造層128のエッチングを行われる。本実施形態では、上部構造層128に開口部を形成するために、エッチング装置として図4に示すマグネトロンRIE装置を用いて3段階のエッチングを行う。
Next, the
ここでマグネトロンRIE装置を図4の概略図を用いて説明する。 Here, the magnetron RIE apparatus will be described with reference to the schematic diagram of FIG.
プラズマ処理を行う反応室140は、導電材料を含み、接地電位に固定されている。その反応室140には、エッチングガスを導入するためのガス導入口と、エッチングガス及
びエッチングにより分解された残渣物を排出するための排出口が設けられている(不図示)。また、下部電極146は、バイアス源としての高周波電源(13.56MHz)148と接続されている。下部電極146上にはエッチング前の工程まで終えた基板150が設置されている。また、上部電極144は、接地されている。反応室の外部の側壁には永久磁石(ダイボールリング)142が配置され、反応室内に磁界を発生させる。
The
このように反応室に磁界を発生させることにより、ガス圧力の低減とともに、プラズマ密度を高めつつイオンエネルギーを低くすることができ、磁界と電場の組み合わせで電極表面の近くでプラズマ密度を高くすることができる。 By generating a magnetic field in the reaction chamber in this way, the gas pressure can be reduced and the ion energy can be lowered while increasing the plasma density, and the plasma density can be increased near the electrode surface by combining the magnetic field and the electric field. Can do.
次に、図5を用いて、本光検出器50のマグネトロンRIE装置を用いたエッチング方法を説明する。図5は図3と同様、受光部52の位置に対応して受光部パッドを形成した上で開口部86を形成する本光検出器の製造方法を説明する模式図であり、主要な工程における受光部52近傍の模式的な断面図を示している。
Next, an etching method using the magnetron RIE apparatus of the
まず上部構造層エッチング工程として、受光部52に対応する位置に開口136を有するフォトレジスト膜130’をマスクとして、受光部パッドまでの上部構造層のエッチングが行われる(図5(a))。このときエッチングは受光部パッドに到達しないのが好適である。
First, as an upper structure layer etching step, the upper structure layer up to the light receiving portion pad is etched using the photoresist film 130 'having the opening 136 at a position corresponding to the
上部構造層エッチング工程では、受光部パッド126を開口部86のエッチバックに対して好適に受光部パッドとして機能させるため、開口部86のエッチングを開口132より拡がりにくい方法で行うことが望ましい。この観点から、異方性のエッチングを行うことが望ましい。
In the upper structure layer etching step, it is desirable to etch the
また、受光部パッド126上部の上部構造層128の膜厚は1.5〜2μmであり、受光部パッドの膜厚0.1〜0.2μmと比較して非常に厚いため、製造プロセス時間を短縮させるためには上部構造層128を構成するシリコン酸化膜に対しエッチング速度の速い条件を選択することが望ましい。
The thickness of the
これらの点を考慮して、エッチングガスはCF4を含むガスを選択することが望ましく、例えば、CHF3、CF4を含む混合ガスを用いることが望ましい。 Considering these points, it is desirable to select a gas containing CF 4 as the etching gas, for example, a mixed gas containing CHF 3 and CF 4 is preferably used.
次に受光部パッドエッチング工程として、フォトレジスト膜130’をマスクとして、上部構造層128及び受光部パッド126のエッチングを行う(図5(b))。このときエッチングはシリコン酸化膜84に到達しないように行われる。
Next, as the light receiving portion pad etching step, the
受光部パッドエッチング工程についても、上部構造層エッチング工程と同様、受光部パッド126を開口部86のエッチバックに対して好適にエッチングストッパとして機能させるため、開口部86のエッチングを開口136より拡がりにくい方法で行うことが望ましい。この観点から、異方性のエッチングを行うことが望ましい。
Similarly to the upper structure layer etching process, the light receiving part pad etching process is also less likely to spread the etching of the
ここで、上部構造層の開口部には金属配線を形成しないため、図3(g)に示したように、上部構造層エッチング工程の直後は、開口部86の中央部の膜厚と側端部の膜厚を比較すると、側端部の膜厚が厚くなっている。
Here, since no metal wiring is formed in the opening of the upper structure layer, as shown in FIG. 3G, immediately after the upper structure layer etching step, the film thickness and side edges of the central portion of the
このように膜厚の差のある形状の膜をエッチングすると、エッチング後も側端部の膜厚が中央部より厚い形状となってしまう。 When a film having a shape having a difference in film thickness is etched as described above, the film thickness of the side end portion is thicker than that of the central portion even after the etching.
そこで、受光部パッドエッチング工程では、その膜厚差を緩和するために、上部構造層
エッチング工程よりも上部構造層86と受光部パッド126との選択比が高い(上部構造層86の方が受光部パッド126よりもエッチング速度の速い)エッチング条件に切り替える。
Therefore, in the light receiving portion pad etching step, the selectivity between the upper
例えばガスを切り替えることで、ポリシリコンよりシリコン酸化膜よりのほうがエッチング速度は速くなる。よって、図5(b)に示したように、中央部のポリシリコンをエッチングする際に、側端部のシリコン酸化膜がポリシリコンより早くエッチングされるため、中央部と側端部の膜厚の差が緩和される。 For example, by switching the gas, the etching rate is faster in the silicon oxide film than in the polysilicon. Therefore, as shown in FIG. 5B, when etching the polysilicon at the center, the silicon oxide film at the side edge is etched faster than the polysilicon, so the film thickness at the center and the side edge. The difference is relaxed.
これらの点を考慮して、受光部パッドエッチング工程で用いるガスはCO2を含むガスを選択することが望ましく、例えばCO2とCHF3からなる混合ガスを選択することが望ましい。 Considering these points, it is desirable to select a gas containing CO 2 as the gas used in the light receiving portion pad etching process, for example, a mixed gas composed of CO 2 and CHF 3 is desirable.
次に下地層エッチング工程として、フォトレジスト膜130’をマスクとして、半導体基板に到達しないように受光部パッド126及びシリコン酸化膜84のエッチングを行う(図5(c))。
Next, as a base layer etching step, the light receiving
下地層エッチング工程では受光部パッドエッチング工程同様、膜厚差を緩和するために、下地層84よりも受光部パッド126の方が選択比の高い(受光部パッド126の方が下地層であるシリコン酸化膜84よりもエッチング速度が速い)エッチング条件に切り替える。
In the underlayer etching process, as in the light receiving portion pad etching step, the light receiving
このように切り替えることで、開口部86の中央部のシリコン酸化膜84をエッチングする際に、側端部のポリシリコンが早くエッチングされるため、図5(d)に示したように、中央部と側端部の膜厚の差がさらに緩和される。
By switching in this way, when the
これらの点を考慮して、下地層エッチング工程で用いるガスはSF6を含むガスを選択しエッチングを行うことが望ましく、例えばSF6またはNF3を含む混合ガスを選択することが望ましい。 In consideration of these points, it is desirable to perform etching by selecting a gas containing SF 6 as the gas used in the underlayer etching process, and for example, it is desirable to select a mixed gas containing SF 6 or NF 3 .
なお、下地層エッチング工程では、等方性エッチングを行うことが好ましい。等方性エッチングを行うことで、開口部底面の物理的ダメージが抑制され平坦性がさらに向上する。等方性エッチングを行う場合は、ケミカルドライエッチング装置などを用いればよい。 Note that isotropic etching is preferably performed in the base layer etching step. By performing isotropic etching, physical damage on the bottom surface of the opening is suppressed, and the flatness is further improved. When performing isotropic etching, a chemical dry etching apparatus or the like may be used.
開口部86を形成するエッチバックが完了すると、フォトレジスト130’を除去する。そして、例えばCVD法を用いて窒化シリコンを堆積し、上部構造層128の上面、開口部86の側壁面及び底面にシリコン窒化膜116を形成する。これにより図2に示す本光検出器50の基本的な構造が形作られる。
When the etch back for forming the
以上の3段階のエッチング工程を行うことで、開口部の底面の平坦性の向上が図られ、受光部面内での入射光量の均一性を向上させることが可能となる。 By performing the above three-stage etching process, the flatness of the bottom surface of the opening is improved, and the uniformity of the amount of incident light within the light receiving surface can be improved.
なお、本実施形態では3段階のエッチング工程により開口部を形成したが、受光部パッド126を異方性エッチングによりエッチングを行う受光部パッドエッチング工程中には、フォトレジスト膜130’とエッチングガスに含まれるカーボン及び、フッ素が反応してしまう。よって、受光部パッドエッチング工程後には受光部パッド126表面にはカーボンや、フッ素からなる重合物であるポリマー129が形成されてしまう(図5(c))。
In this embodiment, the opening is formed by a three-stage etching process. However, during the light receiving part pad etching process in which the light receiving
このようなポリマー129が形成されると、下地層エッチング工程を行う際に、エッチ
ング速度が著しく低下してしまい、所定の形状にエッチングするために非常に時間がかかってしまう。
When such a
また、ポリマー129は開口部に均一に形成されないため、開口部の場所によってはエッチングされる場所や、エッチングされない場所ができ、開口部表面での平坦性にバラつきが発生してしまう。
In addition, since the
それらの理由のため、受光部パッドエッチング工程が終了した後に、酸素プラズマ処理によりポリマー除去を行う。 For these reasons, after the light receiving portion pad etching process is completed, the polymer is removed by oxygen plasma treatment.
酸素プラズマ処理を行うことにより、ポリマーに含まれるカーボンやフッ素が酸素と反応させる。酸素と反応したカーボンやフッ素はCOx、FOxとなり外部に廃棄される。これによりポリマーを受光部パッド126表面から除去することができる。
By performing the oxygen plasma treatment, carbon and fluorine contained in the polymer react with oxygen. Carbon and fluorine that have reacted with oxygen become COx and FOx and are discarded to the outside. As a result, the polymer can be removed from the surface of the light receiving
本実施形態では酸素プラズマ処理を行うため図6に示されているプラズマドライエッチャーを用いる。 In this embodiment, a plasma dry etcher shown in FIG. 6 is used to perform oxygen plasma treatment.
ここでプラズマドライエッチャー装置を図6の概略図を用いて装置の説明をする。プラズマ処理を行う反応室160は、導電材料を含み、接地電位に固定されている。その反応室160には、酸素を導入するためのガス導入口と、酸素及び分離・分解による残渣物を排出するための排出口が設けられている(不図示)。また、下部電極164は、絶縁体を介して反応室160と絶縁され、設置されている。また、第2エッチング工程まで終えた基板150は下部電極164の上に設置されている。また上部電極162は、絶縁体を介して反応室166の上部に設けられバイアス源としての高周波電源(13.56MHz)166と接続されている。
Here, the plasma dry etcher will be described with reference to the schematic diagram of FIG. The
この装置を用い、プラズマ処理を行うことにより、確実にポリマーを除去することができ、次の下地層エッチング工程を確実に行うことができる。 By performing plasma treatment using this apparatus, the polymer can be removed reliably, and the next underlayer etching process can be reliably performed.
なお、本実施形態では受光部パッドエッチング工程が終了した後に酸素プラズマ処理を行った。これは、異方性エッチングは物理的エネルギーが大きいために、フォトレジスト膜130’が削られ受光部パッド126表面及び開口部の側壁にポリマーが形成されやすいためである。さらに、等方性エッチングは、ケミカルエッチングとなるために物理的エネルギーが小さく異方性エッチングと比較してポリマーによるエッチング速度低下の影響を受けやすい。
In this embodiment, the oxygen plasma treatment is performed after the light receiving portion pad etching process is completed. This is because anisotropic etching has a large physical energy, so that the
よって、異方性エッチングの終了後、等方性エッチングの前にプラズマ処理を行うことで、効果的にエッチング処理時間を短縮することができる。 Therefore, the etching treatment time can be effectively shortened by performing the plasma treatment after the anisotropic etching and before the isotropic etching.
また、受光部パッド126を用いて受光部の平坦性を向上させるためには、上部構造層エッチング工程よりも上部構造層86と受光部パッド126との選択比が高いエッチング条件に設定し、エッチング処理時間を長くする必要がある。しかし、エッチング処理時間を長くするとポリマーが受光部パッド126上に形成されやすくなる。
In order to improve the flatness of the light receiving portion using the light receiving
よって、選択比が高いエッチング条件でエッチング速度の遅くなる膜のエッチング後にプラズマ処理を行うのが効果的である。 Therefore, it is effective to perform plasma treatment after etching a film whose etching rate is slow under etching conditions with high selectivity.
さらに、受光部パッド126に異方性エッチングを行っている途中で、酸素プラズマ処理を行い、さらにもう一度異方性エッチングを行ってもよい。
Furthermore, oxygen plasma treatment may be performed while anisotropic etching is being performed on the light receiving
これにより、受光部パッドエッチング時にポリマー自身の凹凸が大きくなる前に、ポリマーを除去することができるため、開口部表面での平坦性のバラつきを効果的に抑制することができる。 As a result, the polymer can be removed before the unevenness of the polymer itself becomes large at the time of etching the light-receiving portion pad, so that variations in flatness on the surface of the opening can be effectively suppressed.
なお、本実施形態では、受光部パッドとして、ポリシリコンからなる受光部パッドを選択したが、これに限られるものではなく、Alや高融点金属などの金属、またはシリコン窒化膜などの絶縁膜を用いても良い。 In this embodiment, the light receiving pad made of polysilicon is selected as the light receiving pad. However, the present invention is not limited to this, and a metal such as Al or a refractory metal, or an insulating film such as a silicon nitride film is used. It may be used.
これらポリシリコンとは異なる受光部パッドを用いる際も上部構造層エッチング工程は、上部構造層のエッチング速度が高いエッチング条件とし、受光部パッドエッチング工程は上部構造層エッチング工程よりも上部構造層と受光部パッドの選択比が高いエッチング条件とし、下地層エッチング工程は受光部パッドとの選択比が高いエッチング条件を選択する。これにより、開口部の底面の平坦性の向上が図られ、受光部面内での入射光量の均一性を向上させることが可能となる。 Even when a light receiving part pad different from polysilicon is used, the upper structure layer etching process is performed under an etching condition in which the etching speed of the upper structure layer is high, and the light receiving part pad etching process receives light from the upper structure layer and the light receiving part. Etching conditions with a high selection ratio of the part pads are selected, and an etching condition with a high selection ratio with the light-receiving part pads is selected in the base layer etching step. Thereby, the flatness of the bottom surface of the opening is improved, and the uniformity of the amount of incident light within the light receiving surface can be improved.
また、本実施形態では、受光部パッドエッチング工程と上部構造層エッチングする工程とが異なるエッチング条件としたが、同じエッチング条件でも良い。 Further, in the present embodiment, the light receiving part pad etching step and the upper structure layer etching step have different etching conditions, but the same etching conditions may be used.
また、本実施形態では、マグネトロンRIE装置を用いたエッチング方法を示したが、これに限られるものではなく、誘導結合プラズマ(ICP)装置等他の方法を用いても良い。 In this embodiment, an etching method using a magnetron RIE apparatus is shown. However, the present invention is not limited to this, and other methods such as an inductively coupled plasma (ICP) apparatus may be used.
また、本実施形態では、受光部パッドエッチング工程が終了した後に酸素プラズマ処理を行ったこれに限られるものではなく、下地層エッチング後にプラズマ処理を行ってもよい。 Moreover, in this embodiment, it is not restricted to this which performed oxygen plasma processing after completion | finish of a light-receiving part pad etching process, You may perform plasma processing after base layer etching.
50 光検出器、52 受光部、54 回路部、
56 PINフォトダイオード、58 CMOS、60 半導体基板、
70 P-sub層、72 エピタキシャル層、74 分離領域、76,104 配線、78
カソード領域、80,84,112 シリコン酸化膜、82 ゲート電極、86 開口部、90 配線構造層、92 第1層間絶縁膜、94 第1Al層、
96 第2層間絶縁膜、98 第2Al層、100 第3層間絶縁膜、
102,106 平坦化パッド、110 遮光Al層、114 拡張部分、
116 シリコン窒化膜、120 ポリシリコン膜、
122,130 フォトレジスト膜、124 フォトマスク、
126 受光部パッド、128 上部構造層、129 ポリマー、
132 フォトマスク、136 開口、140,160 反応室、142 永久磁石、
144,162 上部電極、146,164 下部電極、
148,166 高周波電源、150 基板。
50 photodetectors, 52 light receiving parts, 54 circuit parts,
56 PIN photodiode, 58 CMOS, 60 semiconductor substrate,
70 P-sub layer, 72 epitaxial layer, 74 isolation region, 76,104 wiring, 78
Cathode region, 80, 84, 112 silicon oxide film, 82 gate electrode, 86 opening, 90 wiring structure layer, 92 first interlayer insulating film, 94 first Al layer,
96 second interlayer insulating film, 98 second Al layer, 100 third interlayer insulating film,
102, 106 planarization pad, 110 light-shielding Al layer, 114 extended portion,
116 silicon nitride film, 120 polysilicon film,
122, 130 photoresist film, 124 photomask,
126 light receiving pad, 128 superstructure layer, 129 polymer,
132 photomask, 136 aperture, 140,160 reaction chamber, 142 permanent magnet,
144, 162 Upper electrode, 146, 164 Lower electrode,
148,166 High frequency power supply, 150 substrates.
Claims (5)
前記上部層の前記受光部に対応する領域を開口する集積回路製造方法であって、
前記上部層を複数回のエッチング条件でエッチングを行い、
前記複数回のエッチング条件は、異方性エッチングを含み、
少なくとも1つの異方性エッチングの終了後に酸素プラズマ処理を行うことを特徴とする集積回路製造方法。 Forming an upper layer on a substrate having a light receiving portion;
An integrated circuit manufacturing method for opening a region corresponding to the light receiving portion of the upper layer,
Etching the upper layer under a plurality of etching conditions,
The plurality of etching conditions include anisotropic etching,
An integrated circuit manufacturing method comprising performing oxygen plasma treatment after completion of at least one anisotropic etching.
前記異方性エッチング後、前記等方性エッチング前に酸素プラズマ処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の集積回路製造方法。 The plurality of etching conditions include isotropic etching,
The integrated circuit manufacturing method according to claim 1, wherein oxygen plasma treatment is performed after the anisotropic etching and before the isotropic etching.
前記受光部を有する基板から、下地層、受光部パッド、上部構造層、の順に積層されることを特徴とする請求項1と2のいずれか1項に記載の集積回路製造方法。 The upper layer comprises a base layer, a light receiving pad, and an upper structure layer,
3. The method of manufacturing an integrated circuit according to claim 1, wherein a base layer, a light receiving part pad, and an upper structure layer are laminated in this order from the substrate having the light receiving part.
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