JP4078875B2

JP4078875B2 - 有機膜パターンの形成方法及び固体撮像素子の製造方法

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Publication number: JP4078875B2
Application number: JP2002132956A
Authority: JP
Inventors: 人文福士; 祥哲東宮
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Current assignee: Sony Corp
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Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2008-04-23
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、固体撮像素子の構成要素となる有機膜の形成に適用される有機膜パターンの形成方法、及びこの有機膜パターンの形成法を用いた固体撮像素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体によって構成される固体撮像素子の構造内には、有機膜で形成される幾つかの構成要素が存在する。例えばカラーフィルタやオンチップマイクロレンズ、平坦化膜、多層配線基板の絶縁層などがある。
近年見られる、固体撮像素子の小型化と高画素化という時代の流れの中で、有機膜をドライエッチングにより加工するプロセスの確立は、今後の固体撮像素子の微細化における各種有機膜の利用下においても非常に応用範囲の広い技術となり得る。上記のような有機膜を加工する方法として多くのプロセスが提案されてきた。一般的なこれらのプロセスでは、感光性の有機膜材料を用いてリソグラフィプロセスにより加工が行われる。また、ドライエッチングに代表されるエッチングプロセスでリフトオフ法などを併用して有機膜パターンを形成することもある。
【０００３】
図５は、従来の半導体製造プロセスにおけるフォトレジストを用いた下地膜、いわゆる有機膜のエッチングプロセス概要を示す。
先ず、図５Ａに示すように、半導体基板１上にパターニングすべき下地の有機膜２を形成する。この有機膜２は、例えばカラーフィルタ、平坦化膜、その他等が含まれる。次に、図５Ｂに示すように、有機膜２上にスピナーを用いて例えばポジティブ型のフォトレジスト膜３を塗布する。次に、露光装置により所要のマスクパターンを有する光学マスク４を介して、フォトレジスト膜３を露光する。露光後、アルカリ系現像液を用いて現像処理し、図５Ｃに示すように、フォトレジストパターン５を形成する。次に、図５Ｄに示すように、この有機膜２上にフォトレジストパターン５が形成された半導体基板１を、真空容器内に設置し、酸素ガス単体Ｏ₂、または酸素ガスとフルオロカーボン系ガスＣＦ₄などとの混合ガス、等を導入すると共に、プラズマを発生させ、ドライエッチングによりフォトレジストパターン５の開口部５Ａから下地の有機膜２をエッチング除去する。その後、この半導体基板１をアッシング装置に設置し、酸素ガスプラズマを導入してアッシング処理することで、余分なエッチングマスクであるフォトレジストパターン５を完全に除去する。あるいは、フォトレジスト剥離溶液によりフォトレジストパターン５を除去する（図５Ｅ参照）。
【０００４】
また、有機膜２をパターニングする方法としては、感光性材料を添加した有機膜を用いて、露光、現像のプロセスを経ることで、所定のパターニングを行う方法も適用するとができる。
【０００５】
一般に、上述したドライ・アッシング・プロセスは、半導体基板上の有機高分子からなるフォトレジストを酸素のラジカル因子によってフォトレジスト表面で燃焼反応させ、ＣＯ、ＣＯ₂を発生させることで除去して行くことがプロセスの基本概念である。アッシング時の条件として、ラジカルによる酸化反応が半導体基板の温度に影響を与えることから、アッシングレート確保の為の半導体基板温度は、２００℃〜２８０℃程度の高温で設定されることが多い。また、通常のフォトレジストの剥離に関しては、酸素ガスＯ₂のみのアッシングプロセスで十分に良くフォトレジストを剥離することが可能である。
【０００６】
上述のような工程では、ドライエッチング時にプラズマ雰囲気に晒されたレジスト表面近傍に硬化層が形成される。これは、イオンの衝撃により有機高分子中の水素原子が離脱することで、有機高分子が複雑にクロスリンクした構造を形成したもの、あるいは熱によりレジスト膜表面近傍で架橋反応が進んだ為に形成された層だと考えられている。このレジスト表面近傍の層は２００℃以上の高温でアッシングレートが確保されるが、２００℃以下では酸素ラジカルとレジスト表面との反応速度が遅くなりアッシングレートがほとんど生じない。
【０００７】
しかし、２００℃以上の高温でアッシングを行う場合、硬化層下の未硬化レジストが膨張して内部の圧力が高くなりポッピング現象が生じ、パーティクルが発生することが知られている。これらパーティクルは剥離液などを用いた方法により除去が試みられるが、完全には除去できずデバイスの性能低下を引き起こす原因となっている。
【０００８】
この硬化層による影響を解決する方法として、Ｈ₂ガスを添加した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が考案された。これによりフォトレジスト表面硬化層を除去して、しかる後に酸素プラズマガスのアッシングを行うことでフォトレジストを除去することが提案された。しかし、この方法ではＨ₂ガスのＲＩＥの処理時間に長時間を必要とし、生産時のスループット低下などが予想される為、あまり有効な手段でない。
【０００９】
上記の他の問題解決方法が、特許第３１９８６６７号や特許第３２１８７２２号などで提案されている。これらは従来同様、酸素プラズマガスによるドライエッチングによりフォトレジストをエッチングマスクとして下地膜をエッチングする。その後、基板温度を２００℃前後の高温でフッ素（Ｆ）系ガスや水素（Ｈ）系ガスの還元性ガスを添加した酸素プラズマガスによりアッシングすることでフォトレジストを除去する方法である。これは、アッシング時にフッ素あるいは水素をを導入することによりドライエッチングで水素原子が除去され分子構造がクロスリンクした結合が弱まり、アッシング反応が促進されることに起因しており、前述のようなポッピングによるパーティクル残渣は発生しないという利点がある。
【００１０】
特許３１９８６６７号では、この種の還元性ガスとしてＣＯＦ、ＳＯＦ₂、ＮＯＦや、これらのガスに水素原子を含有するガス、Ｈ₂Ｏガス、ＮＨ₃ガスを添加するのも良い。ＣＯ、ＮＯ₂、ＳＯ₂に水素原子を含有するガス、例えばＨ₂Ｏガス、ＮＨ₃ガスを添加しても良い。また、ＣＯ、ＮＯ₂、ＳＯ₂の還元性ガスに水素原子を含有するＨ₂、Ｈ₂Ｏ、ＮＨ₃とＦ原子を含有するガスを用いることが提案されている。
特許第３２１８７２２号では、他の方法としてアッシング処理の後にフッ化イオウ、例えばＳ₂Ｆ₂、ＳＦ₂、ＳＦ₄、Ｓ₂Ｆ₁₀、を少なくとも一つ含むガスと酸素Ｏ₂を含むプラズマ処理、これにＨ₂またはＨ₂Ｏを添加してプラズマ処理を行って剥離する方法も提案されている。
【００１１】
これらとは別に、アッシング処理を２段階に分けて行う方法が特開２０００ー２３１２０２号や特開平５ー２７５３２６号などで幾つか提案されている。
特開２０００ー２３１２０２号で提案されている内容は、アッシングガスに酸素プラズマガスを用いて、初期のレジスト表面硬化層除去時の温度を４０℃以上で１５０℃未満とし、後期の処理温度を１５０℃以上で２５０℃未満としてアッシング処理することでレジストを除去する方法である。
特開平５ー２７５３２６号で提案されている内容は、アッシングの初期の段階で酸素ガスＯ₂とフッ素を有するガス、例えばＣＦ₄やＮＦ₃、ＳＦ₆、Ｃ₄Ｆ₈のいずれかを併用して硬化層を除去し、その後、硬化層下のフォトレジストを酸素プラズマによるアッシングで除去する方法である。
【００１２】
上記の方法とは異なり、エッチングマスクとしてフォトレジストではなく無機膜を利用することで、アッシングを用いることなく下地の有機膜を所定のパターニングを行う方法が、特開昭５９ー１４６００５号や特開平４ー２３４７０６号で提案されている。
特開昭５９ー１４６００５号で提案されている内容は、有機膜の上にカルコゲンガラス層を用いて露光することで所定のパターン開口部を形成し、その後カルコゲンガラス層をエッチングマスクとして下地の有機膜を酸素主体のガスを用いてドライエッチングし、パターニングするという方法である。
また、特開平４ー２３４７０６号で提案されている内容は、次のような方法である。基板上にカラーフィルタの層、その上にＳｉを含んだバリア層、フォトレジスト層を順次形成する。次に、フォトレジストに所定のパターンをを形成した後、フッ素化合物を含んだ第１の反応性イオンエッチングでレジストパターン開口部に露出したバリア層をエッチングする。次に、酸素を含んだ第２の反応性イオンエッチングでバリア層開口部に露出したフィルタ層をエッチングしてフィルタ層にパターンを形成する。この方法は、第１のエッチングでバリア層をエッチングし、第２のエッチングでフォトレジスト層とフィルタ層をエッチングすることを特徴としている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、フォトレジストをエッチングマスクとして用いたときに、プラズマ雰囲気で晒されたレジスト表面の硬化層が問題となる。しかし、従来の方法により有機膜上のフォトレジストをアッシングで全て除去することを考えた場合、エッチングマスクのフォトレジストの下地の有機膜がフォトレジストと同じ有機膜である為にフォトレジストのみを完全にアッシング除去することは難しい。なぜなら、上記のアッシング処理は有機膜をも燃焼反応で除去することになるからである。その為にアッシング処理でフォトレジストを燃焼反応で全て除去することは困難で、同時に下地の有機膜自体もかなりアッシングされてしまい、パターンで開口した側壁からアッシングされ所定のパターンの有機膜を得ることは難しい。
【００１４】
有機膜の上にエッチングマスクとして無機物を形成する方法も考えられる。しかし、この無機物を剥離しようとすると下地の有機膜をエッチングしたときの副生成物として有機系の膜が無機物上に堆積し、結果として有機堆積膜が無機物を剥離する妨げとなる。その為、酸素ガスを主とするアッシング処理をすることで無機物上の有機堆積膜を除去する。その後、薬液で無機物を剥離する。このように、有機堆積膜の除去後、薬液で無機物を剥離する必要が生じる為に加工時の工程数が増えてしまう。また、無機物を剥離するための薬品として酸が用いられることが置く、下地の有機膜の性質に影響を与え、有機膜の性質を変化させる可能性がある。また、この工程を製品の製造現場に用いることは、地球環境に対しても悪影響を及ぼすことが考えられる。
【００１５】
有機膜の上に形成したエッチングマスクを剥離することなくデバイスに応用する場合や、エッチングストッパ層となる膜を層間に挿入する場合を考える。このとき、有機膜の透過率が必要とされている光の波長領域に対して透明であることが要求されたり、エッチングガスやアッシングガスに対して物理的・化学的に耐性が求められたり、剥離液に化学的耐性が求められたりと、非常に制約が多く発生してしまいプロセス応用上適さない。
【００１６】
フォトレジストのアッシング処理を精密に制御することによって下地の有機膜の表面で止める方法も考えられる。しかし、この点に関しても、チャンバー内におけるエッチングやアッシングのプラズマ密度の不均一性により均一にフォトレジストのみを除去することが現段階では不可能である。たとえ精度の高い制御によりフォトレジストのみを除去可能になったとしてもアッシングガスと有機膜表面の反応により、有機膜自体の透過率、膜質の変化やパターンの変化が発生する可能性が推測される。
【００１７】
本発明は、上述の点に鑑み、アッシングで表面硬化層のみ除去し、その後フォトレジストのみを溶解する溶液を用いて下地の有機膜に物理的、光学的に負担を少なくしてフォトレジストを除去するようにし、良好な有機膜パターンの形成を可能にした有機膜パターンの形成方法、及びこの有機膜パターンの形成方法を用いた固体撮像素子の製造方法を提供するものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る有機膜パターンの形成方法は、基板上に有機膜を形成する工程と、レジストマスクを介して酸素を主成分とするプラズマガスを用いたドライエッチングにより有機膜をパターニングし、該有機膜をパターニングすることにより前記レジストマスク表面に硬化層が形成される工程と、フルオロカーボン系ガスと酸素ガスの混合ガスを用い、酸素ガスに対するフルオロカーボン系ガスの流量比が１．０％以上〜５．０％未満としたプラズマガスによりレジストマスク表面の硬化層をアッシング除去する工程と、有機溶剤を用いて残存するレジストマスクを剥離する工程とを有することを特徴とする。
【００１９】
本発明の有機膜パターンの形成方法によれば、レジストマスクを介して酸素を主成分とするプラズマガスを用いたドライエッチングにより、有機膜をパターニングした後に、フルオロカーボン系ガスと酸素ガスの混合ガスを用い、酸素ガスに対するフルオロカーボン系ガスの流量比が１．０％以上〜５．０％未満としたプラズマガスによりアッシング処理するので、レジストマスク表面の硬化層の完全除去が可能になる。その後に有機溶剤を用いて残存するレジストマスクを剥離ので、レジストマスクを残渣なく剥離し、且つ下地の有機膜に物理的、高額的な影響を与えず、即ち、有機膜自体の膜質の変化、パターンの変化、透過率の変化等を発生させることなく、有機膜のパターニングが可能になる。
【００２０】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、受光画素が形成された基板上に有機膜からなるカラーフィルタを形成するに際して、各色に対応して、基板上に有機膜を形成する工程と、レジストマスクを介して酸素を主成分とするプラズマガスを用いたドライエッチングにより有機膜をパターニングし、該有機膜をパターニングすることにより前記レジストマスク表面に硬化層が形成される工程と、フルオロカーボン系ガスと酸素ガスの混合ガスを用い、酸素ガスに対するフルオロカーボン系ガスの流量比が１．０％以上〜５．０％未満としたプラズマガスによりレジストマスク表面の硬化層をアッシング除去する工程と、有機溶剤を用いて残存する前記レジストマスクを剥離する工程とを有して、カラーフィルタを形成することを特徴とする。
また、本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、受光画素が形成された基板上においてボンディングパッド部が臨むように平坦化膜となる有機膜をパターニングするに際して、ボンディング部が形成された基板上に有機膜を形成する工程と、レジストマスクを介して酸素を主成分とするプラズマガスを用いたドライエッチングにより有機膜をパターニングし、該有機膜をパターニングすることにより前記レジストマスク表面に硬化層が形成される工程と、フルオロカーボン系ガスと酸素ガスの混合ガスを用い、酸素ガスに対するフルオロカーボン系ガスの流量比が１．０％以上〜５．０％未満としたプラズマガスにより前記レジストマスク表面の硬化層をアッシング除去する工程と、有機溶剤を用いて残存するレジストマスクを剥離する工程とを有することを特徴とする。
【００２１】
本発明の固体撮像素子の製造方法では、上記有機膜パターン形成方法を用いるので、パターニングに用いたレジストマスクが残渣を生じることなく完全に除去され、物理的、光学的に影響を与えずに良好なカラーフィルタの精度の良い形成、あるいはボンディンパッド部を臨ましめるようにした平坦化膜パターンの精度の良い形成が可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係る有機膜パターンの形成方法の一実施の形態を示す。
先ず、第１工程として、図１Ａに示すように、半導体基板１１上に有機膜１２を形成する。有機膜１２は、例えば真空蒸着法やコーティング法を用いることにより形成する。
第２工程では、図１Ｂに示すように、半導体基板１１に形成された有機膜１２上にフォトレジスト層、本例ではポジティブ型フォトレジスト層１３を塗布し、所定の膜厚に形成する。その後、フォトレジスト層１３に対して、所定パターンの露光マスク、本例では所定の開口を有した露光マスクを用いて露光する。次いで、図１Ｃに示すように、露光したフォトレジスト層１３は、現像処理することにより、所要の開口部１４を有したレジストパターンを形成する。露光マスクの開口部１４は、有機膜１２を除去すべき領域に対応しており、有機膜１２のパターンを形成したい領域にのみレジスト層１３が存在する。
【００２４】
第３工程では、図１Ｄに示すように、レジスト層１３をマスクとして酸素プラズマ導入したマイクロ波プラズマエッチング装置を用い、ドライエッチングにより、フォトレジストで形成された所定のパターンを有機膜１２に転写し、レジスト層１３のパターンと同様な所定の有機膜パターン１２０を形成する。エッチング条件は、試料をウェーハステージ温度が常温（２０℃）以下に冷やされたウェーハステージ上に設置し、エッチングガスとして酸素Ｏ₂を主成分としたものを用いる。ウェーハステージ温度が常温（２０℃）より高いと、エッチング時にプラズマに起因するレジストの熱硬化の他に、基板温度に起因したレジストの熱硬化の影響が大きくなってくる。結果、硬化層が厚くなり、アッシングによるレジストの除去が困難となる。ステージ温度を低温（例えば−５０℃以下）にすると、エッチング時に側壁保護膜（プラズマ中で形成される重合膜が主成分）が形成されやすくなり、アッシング処理によるレジストの除去を困難にする原因になる。レジスト層１３の膜厚は有機膜１２をエッチングするのに耐えられるだけの十分な膜厚を有している。その為、有機膜１２をエッチングしている途中で完全にレジスト層１３が除去されてしまうことはない。ドライエッチングは、例えばマイクロ波プラズマエッチング（マイクロ波周波数：２．４５ＧＭＨｚ）を用いた異方性エッチングであり、垂直な断面を有した有機膜１２のパターン形成が可能である。また、酸素ガスＯ₂の流量比率を変化させることにより、エッチング後の断面形状をコントロールすることが可能である。
この有機膜１２のドライエッチング時に、プラズマ雰囲気に晒されたレジスト層表面には硬化層１５が形成される。
【００２５】
第４工程では、図１Ｅに示すように、ドライエッチング後に真空状態を保持したままアッシング処理を連続して行い、レジスト層表面近傍を８０ｎｍ程度除去し、硬化層１５を除去する。アッシング処理は、フルオロカーボン系ガスＣＨＦ₃ と酸素Ｏ₂ を混合したプラズマガスにより行う。アッシング条件は、ＣＨＦ₃ とＯ₂ の流量比（ＣＨＦ₃ ／Ｏ₂ 比）を１．０％以上〜５．０％未満にして行う。このとき、総流量のＣＨＦ₃ の流量比を増加させるとアッシング速度が速くなることが確認された。上記流量比が１．０％より少ないとアッシング速度が遅くなり、アッシング処理に時間がかかる。５．０％より多いとアッシング速度が速くなりすぎるため、アッシング処理のコントロールが難しくなる。アッシング工程での半導体基板１１の温度は、１０℃〜３０℃の常温とすることができる。基板温度１１の温度を１０℃〜３０℃の常温にすれば、アッシング処理後に、常温に戻す必要がなく、処理時間の短縮、コスト低減が図れる。
【００２６】
第５工程では、図１Ｆに示すように、剥離液により有機膜１２上のレジスト層１３のみを剥離する。剥離液には、ＭＭＰ（メチルー３ーメトキシプロピオネート）シンナー、ＥＬ（乳酸エチル）シンナー、ＥＬと酢酸ブチルの混合液、あるいはアセトン等の有機溶剤を用いることが可能である。この工程により所定の有機膜パターン１２０が形成される。ここで用いる剥離液は、レジスト層１３のみを融解し有機膜１２と反応しないものを用いる事とする。
【００２７】
本実施の形態によれば、上述の工程を経ることにより、有機膜１２をドライエッチングにより所定のパターニングを行うことが可能となり、所定の有機膜パターン１２０を形成することができ、また微細な加工を実現することが可能になる。
酸素ガスを用いたドライエッチング後に、フルオロカーボン系ガスと酸素ガスを用いたプラズマアッシング処理でレジストマスク表面近傍を８０ｎｍ程度除去するので、レジストマスク表面の硬化層１５を完全に除去することができる。その後に有機溶剤を用いて残存するレジストマスクを剥離ので、レジストマスクを残渣なく剥離し、且つ下地の有機膜パターン１２０に悪影響を与えず、即ち有機膜パターン自体の膜質の変化、パターンの変化、透過率の変化等を発生させることなく、有機膜を精度良くパターニングすることができる。
ドライエッチングにおいて、常温（２０℃）以下に冷やされたステージ上に基板を設置して有機膜１２に対するドライエッチングを行うので、その後のアッシング処理でのレジスト除去が良好に行える。
【００２８】
次に、上述の有機膜パターンの形成方法を適用した他の実施の形態の例を記載する。
【００２９】
図２〜図３は、本発明を固体撮像素子の製造、特にそのカラーフィルタの形成に適用した場合の実施の形態の形態を示す。
先ず、図２Ａに示すように、複数の受光画素が形成された半導体基板２１の表面に、真空蒸着法を用いて規定の色成分からなる１色目用の有機蒸着膜２２を膜厚が一様に分布するように形成する。
【００３０】
次に、図２Ｂに示すように、半導体基板２１に形成された有機蒸着膜２２上にフォトレジスト、本例ではポジティブ型フォトレジストを用いて、所定の膜厚になるようにフォトレジスト層２３を塗布する。このフォトレジストには、例えば製品名ＨＰＲ２０４（富士フィルムアーチ株式会社製）を用いることができる。その後、レジスト層２３に１色目のフィルタ成分パターン（即ち、有機膜パターン）に対応する露光マスク、本例では１色目のフィルタ成分パターンに対応して所定の開口を有した露光マスクを用いて露光し、露光したレジスト層２３を現像処理してパターン開口部２４を形成する。露光マスクの開口部は有機蒸着膜２２を除去すべき領域に対応しており、１色目のフィルタ成分パターンを形成したい領域にのみレジスト層２３が存在する。
【００３１】
次に、図２Ｃに示すように、レジスト層２３をマスクとして酸素プラズマを用いたマイクロ波プラズマエッチング装置を用い、ドライエッチングにより有機蒸着膜２２をパターニングし、１色目のフィルタ成分パターン２２０を形成する。このドライエッチングはマイクロ波エッチング（マイクロ波周波数：２．４５ＧＭＨｚ）を用いた異方性エッチングであり、垂直な断面形状を有した有機蒸着膜２２のパターンが形成可能である。エッチング条件は、例えば、試料をウェーハステージ温度を−３０℃程度に設定したウェーハステージ上に設置し、酸素Ｏ₂流量：１００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：０Ｗで行う。この有機蒸着膜２２のドライエッチング時に、プラズマ雰囲気に晒されたレジスト層表面には硬化層２５が形成される。
【００３２】
次に、図２Ｄに示すように、ドライエッチング後に真空状態のままアッシング処理を連続して行い、レジスト層２３の表面近傍を８０ｎｍ程度除去して硬化層２５を除去する。アッシング工程は、フルオロカーボン系ガスＣＨＦ₃と酸素ガスＯ₂とを混合して行う。条件は、例えば半導体基板の温度を常温（例えば２０．７℃）で、ＣＨＦ₃流量：１０〜４０ｓｃｃｍ、Ｏ₂＋ＣＨＦ₃の総流量：８４０ｓｃｃｍ、アッシング時のアッシャー圧力：１００Ｐａであった。総流量のＣＨＦ₃の流量比を増加させるとアッシング速度が速くなる傾向を示す。
【００３３】
次に、図２Ｅに示すように、剥離液により有機蒸着膜２２上のレジスト層２３のみを剥離する。剥離液には、ＭＭＰシンナー、ＥＬシンナー、ＥＬと酢酸ブチルの混合液、又はアセトンといった有機溶媒を用いることが可能である。これまでの工程により、レジスト層２３が完全に除去され、表面にレジスト残渣のない１色目のフィルタ成分パターン２２０を形成することができる。ここで用いる剥離液はレジスト層２３のみを融解し有機蒸着膜２２と反応しないものを用いる必要がある。
【００３４】
次に、２色目以下のフィルタ成分パターン（即ち、有機膜パターン）の形成を行う。図２Ｆに示すように、１色目のフィルタ成分パターン２２０上にのみレジスト層２３が残るレジストパターンを形成し、次いで、全面上に１色目用の有機蒸着膜２２とは異なる２色目用の有機蒸着膜２６を蒸着法により成膜する。その後、図３Ｇに示すように、レジスト層２３を適当な剥離液を用いてその上の有機蒸着膜２６と共に剥離する。
【００３５】
この後は、上述と同様の工程を繰り返す。
図３Ｈに示すように、３色目のフィルタ成分パターンを形成すべき領域を除いて、１色目のフィルタ成分パターン２２０と第２色目用の有機蒸着膜２６上に跨がってレジスト層２３が残るようにレジストパターンを形成する。
次に、図３Ｉに示すように、レジスト層２３をマスクとして酸素プラズマを用いたマイクロ波プラズマエッチング装置を用い、ドライエッチングにより有機蒸着膜２６を選択的にエッチング除去し、２色目のフィルタ成分パターン２６０を形成する。
【００３６】
次に、図３Ｊに示すように、上記と同様にして、アッシング処理を連続して行いレジスト層２３表面の硬化層を除去し、その後、剥離液によりレジスト層２３のみを剥離する。これで２色目のフィルタ成分パターン２６０を形成する。
【００３７】
次に、図３Ｋに示すように、１色目及び２色目のフィルタ成分パターン２２０及び２６０上にのみレジスト層２３が残るレジストパターンを形成した後、図Ｌに示すように、全面上に１色目用及び２色目用の有機蒸着膜２２及び２６とは異なる３色目用の有機蒸着膜２７を蒸着法により成膜する。
【００３８】
次に、レジスト層２３を適当な剥離液を用いてその上の有機蒸着膜２７と共に剥離し、３色目のフィルタ成分パターン２７０を形成する。このようにして、図３Ｍに示すように、目的の固体撮像素子のカラーフィルタ層２８を得る。
【００３９】
上例では、３色のフィルタ成分からなるカラーフィルタの形成に適用したが、同様の工程を繰り返すことにより、４色以上のフィルタ成分からなるカラーフィルタの形成も可能である。
【００４０】
本実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法、特にカラーフィルタの形成方法によれば、下地のフィルタ成分パターン２２０、２６０、２７０を損なうことなく、パターニングの際に用いたレジストマスク２３の除去を完全に行うことができ、良好なカラーフィルタ２８を形成することができる。従って、固体撮像素子の小型化、高画素化を図ることができる。
【００４１】
図４は、本発明を固体撮像素子の製造、特にそのボンディングパッド部分の形成に適用した場合の実施の形態の形態を示す。
先ず、図４Ａに示すように、撮像領域３２に複数の受光画素が形成された半導体基板３１の表面に、規定の色成分からなるカラーフィルタ層３３を形成する。また、半導体基板３１上の撮像領域３２の周辺部に導電膜によるボンディングパッド部３４を形成する。その後、カラーフィルタ層３３及びボンディングパッド部３４を含む全面上に有機膜からなる平坦化膜３５を形成し、さらに平坦化膜３４上に各受光画素に対応するようにスチレン系の有機膜からなるオンチップマイクロレンズ３６を形成する。
【００４２】
次に、図４Ｂに示すように、オンチップマイクロレンズ３６を含む基板表面上に、例えばポジティブ型フォトレジスト層３７を所定の膜厚になるように塗布する。このフォトレジスト層３７は、例えば製品名：ＩＸ３０５（ＪＳＲ株式会社製）を用いることができる。
【００４３】
次に、所要の露光マスク、例えばボンディングパッド部３４に対応した位置に開口を有する露光マスクを用いて、フォトレジスト層３７を露光し、現像処理して、図４Ｃに示すように、ボンディングパッド部３４に対応する部分に開口部３７Ａを有する所定パターンのレジスト層３７を形成する。即ち、露光マスクの開口部が有機膜からなる平坦化膜３５を除去すべき領域に対応しており、露光、現像後のレジスト層３７は、平坦化膜３５上のボンディングパッド部３４を露出したい領域にのみ存在しない。
【００４４】
次に、図４Ｄに示すように、レジスト層３７をマスクとして酸素プラズマガスを用いたＥＣＲプラズマエッチング装置を用い、ドライエッチングにより有機膜からなる平坦化膜３５をパターニングする。これにより所定のボンディングパッド部のパターンが臨む開口部３５Ａを有する平坦化膜パターン３５０を形成する。このドライエッチングは、マイクロ波プラズマエッチング（マイクロ波周波数：２．４５ＧＭＨｚ）を用いた異方性エッチングであり、垂直な断面を有した有機膜からなる平坦化膜パターン３５０が形成可能である。エッチング条件は、例えば、ウェーハステージ温度を−３０℃、Ｏ₂流量：１００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：０Ｗで行う。この時、ＲＦパワーを大きくすると有機膜のエッチング断面垂直化する傾向を示す。
【００４５】
次に、ドライエッチング後に真空状態のアッシング処理を連続して行い、レジスト層３７表面を８０ｎｍ程度除去し、レジスト層表面の硬化層３８を除去する。アッシングは、フルオロカーボン系ガスＣＨＦ₃と酸素ガスＯ₂を混合して行う。条件は、半導体基板３１の温度を常温（本例では２０．７℃）で、ＣＨＦ₃流量：１０〜４０ｓｃｃｍ、Ｏ₂＋ＣＨＦ₃の総流量：８４０ｓｃｃｍ、アッシシャー圧力：１００Ｐａで行う。総流量のＣＨＦ₃の流量比を増加させるとアッシング速度が速くなる傾向を示す。
【００４６】
次に、図４Ｅに示すように、剥離液により有機膜からなる平坦化膜３５上のレジスト層３７のみを剥離する。剥離液には、ＥＬシンナーと酢酸ブチルの混合液の有機溶剤を用いることが可能である。これにより、ボンディングパッド部３４が臨む開口部３５Ａを有した有機膜による平坦化膜パターン３５０を形成することが可能になる。ここで用いた剥離液は、レジスト層３７のみを融解し有機膜からなるオンチップマイクロレンズ３６や平坦化膜３５とは反応しないものを選択する。このようにして、精度の良い平坦化膜パターン３５０を有し、ボンディングパッド部３５が外部に臨む固体撮像素子を得る。
このようにして製造された固体撮像素子は、従来の工程で製造された固体撮像素子と特性的に変化を示さない。
【００４７】
本実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法、特にそのボンディングパッド部分の形成方法によれば、平坦化膜３５のパターニング後に、下地の平坦化膜３５を損なうことなくレジストマスク２３を完全除去することができる。そして、平坦化膜３５の開口部３５Ａから微細なボンディングパッド部３４を臨ましめることができる。従って、固体撮像素子の小型化、高画素化を図ることができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明に係る有機膜パターンの形成方法によれば、有機膜に対してレジストマスクを介してエッチングでパターニングした後に、プラズマアッシング処理を行い、その後に薬液を用いてレジストマスクを剥離することにより、容易にエッチングマスクとして用いたレジストマスクのみを残渣なく剥離することができる。従って、良好な有機膜パターニングの形成が可能になる。
【００４９】
ドライエッチング工程において、試料を設置するステージ温度を２０℃以下にすることにより、その後のアッシング処理でのレジスト除去を良好に行うことができる。
基板温度を１０℃〜３０℃にしてアッシング処理するときは、いわゆる常温での処理であるのでその後に、常温に戻す必要がなく処理時間の短縮、コスト低減を図ることができる。
有機溶剤を用いて残存するレジストマスクの剥離処理を行うときは、有機溶剤が選択性を有しているので、下地層に影響を与えずに、レジストマスクのみを除去することができる。
エッチングの条件を制御して有機膜のエッチング断面形状を制御するので、有機膜のエッチング断面の垂直化を可能にする。
【００５０】
アッシング処理において、硬化層を含むレジストマスク表面近傍をアッシング除去するので、硬化層の確実な除去を可能にする。
アッシング処理時のプラズマガスにおけるフルオロカーボン系ガスの流量比を１〜５％にすることにより、アッシング速度を適正にし、良好なアッシング処理が可能になる。
また、薬液すなわち有機溶剤の選択により有機膜上のレジストマスクのみを確実に剥離することができる。
【００５１】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法によれば、上記の有機膜パターンの形成方法を用いることにより、高画素化、高感度化が求められる固体撮像素子のカラーフィルタやボンディングパッド部分の形成を可能にし、信頼性の高い固体撮像素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ〜Ｆ本発明に係る有機膜パターンの形成方法の一実施の形態を示す工程図である。
【図２】Ａ〜Ｆ本発明に係る有機膜パターンの形成方法を固体撮像素子のカラーフィルタの形成に適用した場合の他の実施の形態を示す工程図（その１）である。
【図３】Ｇ〜Ｌ本発明に係る有機膜パターンの形成方法を固体撮像素子のカラーフィルタの形成に適用した場合の他の実施の形態を示す工程図（その２）である。
【図４】Ａ〜Ｅ本発明に係る有機膜パターンの形成方法を固体撮像素子のボンディングパッド部分の形成に適用した場合の他の実施の形態を示す工程図である。
【図５】Ａ〜Ｅ従来例に係る有機膜パターンの形成方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１１・・・半導体基板、１２・・・有機膜、１３・・・フォトレジスト層、１５・・・硬化層、１２０・・・有機膜パターン、２１・・・半導体基板、２２・・・１色目用の有機膜、２３・・・フォトレジスト層、２４・・・開口、２５・・・硬化層、２２０・・・１色目のフィルタ成分パターン、２６・・・２色目用の有機膜、２６０・・・２色目のフィルタ成分パターン、２７・・・３色目用の有機膜、２７０・・・３色目のフィルタ成分パターン、２８・・・カラーフィルタ、３１・・・半導体基板、３２・・・撮像領域、３３・・・カラーフィルタ、３４・・・ボンディングパッド、３５・・・平坦化層、３６・・・オンチップマイクロレンズ、３７・・・フォトレジスト層、３８・・・硬化層、３５０・・・平坦化膜パターン

Claims

基板上に有機膜を形成する工程と、
レジストマスクを介して酸素を主成分とするプラズマガスを用いたドライエッチングにより前記有機膜をパターニングし、該有機膜をパターニングすることにより前記レジストマスク表面に硬化層が形成される工程と、
フルオロカーボン系ガスと酸素ガスの混合ガスを用い、前記酸素ガスに対する前記フルオロカーボン系ガスの流量比が１．０％以上〜５．０％未満としたプラズマガスにより前記レジストマスク表面の硬化層をアッシング除去する工程と、
有機溶剤を用いて残存する前記レジストマスクを剥離する工程とを有する
ことを特徴とする有機膜パターンの形成方法。
前記ドライエッチングは、マイクロ波プラズマエッチングである
ことを特徴とする請求項１記載の有機膜パターンの形成方法。
有機膜のパターニングを、前記基板を２０℃以下に冷やされたステージ上に設置して行う
ことを特徴とする請求項１又は２記載の有機膜パターンの形成方法。
基板温度を１０℃〜３０℃にして前記アッシング処理する
ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の有機膜パターンの形成方法。
前記硬化層を含む前記レジストマスク表面近傍をアッシング除去する
ことを特徴とする請求項１記載の有機膜パターンの形成方法。
受光画素が形成された基板上に有機膜からなるカラーフィルタを形成するに際して、
各色に対応して、前記基板上に前記有機膜を形成する工程と、
レジストマスクを介して酸素を主成分とするプラズマガスを用いたドライエッチングにより前記有機膜をパターニングし、該有機膜をパターニングすることにより前記レジストマスク表面に硬化層が形成される工程と、
フルオロカーボン系ガスと酸素ガスの混合ガスを用い、前記酸素ガスに対する前記フルオロカーボン系ガスの流量比が１．０％以上〜５．０％未満としたプラズマガスにより前記レジストマスク表面の硬化層をアッシング除去する工程と、
有機溶剤を用いて残存する前記レジストマスクを剥離する工程とを有して、
前記カラーフィルタを形成する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
前記ドライエッチングは、マイクロ波プラズマエッチングである
ことを特徴とする請求項６記載の固体撮像素子の製造方法。
受光画素が形成された基板上においてボンディングパッド部が臨むように平坦化膜となる有機膜をパターニングするに際して、
前記ボンディング部が形成された前記基板上に前記有機膜を形成する工程と、
レジストマスクを介して酸素を主成分とするプラズマガスを用いたドライエッチングにより前記有機膜をパターニングし、該有機膜をパターニングすることにより前記レジストマスク表面に硬化層が形成される工程と、
フルオロカーボン系ガスと酸素ガスの混合ガスを用い、前記酸素ガスに対する前記フルオロカーボン系ガスの流量比が１．０％以上〜５．０％未満としたプラズマガスにより前記レジストマスク表面の硬化層をアッシング除去する工程と、
有機溶剤を用いて残存する前記レジストマスクを剥離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。
前記ドライエッチングは、マイクロ波プラズマエッチングである
ことを特徴とする請求項８記載の固体撮像素子の製造方法。