JP2009111190A - プラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置、および固体撮像素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】固体撮像装置の製造方法において、撮像領域では、遮光膜をプラズマダメージを光電変換素子に与えることなく異方性エッチングにより加工し、撮像領域の周辺に位置する周辺駆動配線領域では、遮光膜を配線間の短絡が生じないよう等方性エッチングにより加工することができ、しかも、撮像領域と周辺駆動配線領域とでエッチングを異方性から等方性に切り替えることによる工程増加を回避する。
【解決手段】固体撮像装置の製造方法において、撮像領域１００ａおよび周辺駆動配線領域１００ｂ上に形成した遮光膜１６を加工する際、最初のエッチングステップではバイアスパワーをコントロールして撮像領域の遮光膜の異方性エッチングにより必要な遮光膜開口を形成し、次のエッチングステップではバイアスパワーを１Ｗにすることで等方性エッチングを行い、周辺駆動配線領域の側壁部のエッチング残渣を除去する。
【選択図】図２
【解決手段】固体撮像装置の製造方法において、撮像領域１００ａおよび周辺駆動配線領域１００ｂ上に形成した遮光膜１６を加工する際、最初のエッチングステップではバイアスパワーをコントロールして撮像領域の遮光膜の異方性エッチングにより必要な遮光膜開口を形成し、次のエッチングステップではバイアスパワーを１Ｗにすることで等方性エッチングを行い、周辺駆動配線領域の側壁部のエッチング残渣を除去する。
【選択図】図２
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。
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。
図６は、このような固体撮像装置を説明する図である。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
特開２００３−２８２８５３号公報
特開平７−１６９９３３号公報
特開平２−２２８０７０号公報
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。
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。
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。
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。
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エプラズマ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むものであり、そのことにより上記目的が達成される。
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、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、前記第２の高周波電力は、該一対の平板電極のうちの、前記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ることが好ましい。
本発明は、上記プラズマエッチング方法において、前記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、前記バイアス高周波電力を低下させることにより行うことが好ましい。
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ることが好ましい。
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前記プラズマエッチングが可能な最低レベルまで低下させることにより、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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エッチング残渣が除去されるよう制御するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
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。
本発明は、上記プラズマエッチング装置において、前記第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、前記第２の高周波電力は、該一対の平板電極のうちの、前記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ることが好ましい。
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前記プラズマエッチングが可能な最低レベルまで低下させることにより、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。
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。
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するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
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。
以下、本発明の作用について説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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））。
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））。
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。
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））。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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））。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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
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
Claims (18)
- 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エプラズマ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むプラズマエッチング方法。 - 請求項１に記載の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、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、
前記第２の高周波電力は、該一対の平板電極のうちの、前記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るプラズマエッチング方法。 - 請求項２に記載のプラズマエッチング方法において、
前記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、前記バイアス高周波電力を低下させることにより行うプラズマエッチング方法。 - 請求項２に記載の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るプラズマエッチング方法。 - 請求項３に記載の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前記プラズマエッチングが可能な最低レベルまで低下させることにより、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。 - 請求項３に記載の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プラズマエッチング方法。 - 請求項１に記載の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プラズマエッチング方法。 - 請求項７に記載の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プラズマエッチング方法。 - 請求項７に記載の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プラズマエッチング方法。 - 請求項１に記載の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の範囲であるプラズマエッチング方法。 - 請求項１に記載の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プラズマエッチング方法。 - 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エッチング残渣が除去されるよう制御するプラズマエッチング装置。 - 請求項１２に記載の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プラズマエッチング装置。 - 請求項１３に記載のプラズマエッチング装置において、
前記第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、
前記第２の高周波電力は、該一対の平板電極のうちの、前記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るプラズマエッチング装置。 - 請求項１４に記載の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前記プラズマエッチングが可能な最低レベルまで低下させることにより、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。 - 請求項１４に記載の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プラズマエッチング装置。 - 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する固体撮像装置の製造方法。 - 請求項１７に記載の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。
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