JPH04302425A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体イメージ
センサの画素部の電極として形成されたポリシリコン等
の被加工膜パターンに対してエッチングを行なう工程を
含む半導体装置の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体イメージセンサの各画素の電極と
なる例えばポリシリコン等の膜は、一般にＣＶＤ（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ　　ｖａｐｏｒ　　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
）等の方法で堆積される。

【０００３】画素部の電極などは、非常に薄い均一な厚
さの膜を形成することが求められ、堆積された膜をプラ
ズマエッチング等の方法で所定の膜厚となるように薄膜
化することがしばしば行なわれていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来の技術においては、堆積させたポリシリコン等の膜
に対してエッチングを行なう工程（以下、エッチングし
ようとする膜を被加工膜という）に、以下に説明するよ
うな問題を有している。

【０００５】プラズマエッチングは、減圧したガスに高
周波電界をかけて放電を起こし、低温プラズマ中に存在
する化学的に活性な成分（以下、活性種という）と、半
導体基板表面の被加工膜との化学反応により、蒸気圧の
高い物質が形成されることを利用して、被加工膜のエッ
チングを行なうものである。

【０００６】ここで、上述した半導体イメージセンサの
画素部電極となる被加工膜は、従来、画素を構成する撮
像素子に対応して設けられており、図２に示されるよう
に（図では被加工膜（電極）だけを示す）に所定のピッ
チで配列されている。

【０００７】しかし、プラズマ中の活性種と被加工膜と
の化学反応を利用するプラズマエッチングでは、外側に
エッチング対象となる被加工膜が存在しない被加工膜パ
ターン１０１の周辺部１０１ａのにおける活性種の密度
が中央部よりも高くなることに起因して、周辺部１０１
ａのエッチング速度が中央部より大きくなる。このため
、エッチング速度の大きい周辺部１０１ａ（図では周辺
部１０１ａの被加工膜に網点を付している）の膜厚が中
央部に比べて薄くなってしまう。

【０００８】ここで、撮像素子が例えばＭＯＳ−ＳＩＴ
である場合、ポリシリコン電極を透過した光がエピタキ
シャル層で光電変換されて信号電荷となるわけであるが
、周辺部と中央部でポリシリコン電極の厚さが異なって
いると、ポリシリコン電極での入射光の吸収率も周辺部
と中央部で異なることになる。このため、従来の方法で
電極形成されたイメージセンサでは、周辺部と中央部で
感度に差異を生じてしまい、正確な撮像の妨げとなる。

【０００９】更に、上述したポリシリコン膜を薄膜化す
るためのエッチング以外にも、配線として用いられるＡ
ｌ膜や絶縁膜となるＳｉＯ２　膜に対して、配線や素子
分離パターン等を形成するためにプラズマエッチング等
でエッチングを行なう場合にも、同様の理由で問題が生
じる。

【００１０】この場合、周辺部すなわち被加工膜パター
ンの密度が小さい部分で、エッチング速度が大きくなる
ため、周辺部のパターンにおいて断線や素子分離不良等
が生じることになる。

【００１１】この発明は、かかる点に鑑みてなされたも
のであり、半導体基板上に形成した被加工膜パターンを
均一なエッチング速度でエッチングすることが可能な半
導体装置の製造方法を提供することを目的とするもので
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明においては、半導
体基板上に形成された被加工膜パターンを、化学反応を
利用したドライエッチング法によってエッチングする際
に、前記被加工膜パターンの周囲に、該被加工膜パター
ンのパターン密度に応じた補助パターンを設けておくこ
とによって、上記の課題を達成している。

【００１３】

【作用】上記のように、本発明では、被加工膜パターン
のエッチングを行なうにあたって、被加工膜パターンの
周囲に被加工膜パターンの密度に応じた形状の補助パタ
ーンを設けておくこととしている。

【００１４】このため、実際に電極等として使用される
被加工膜パターン内においては、最外周に配列された被
加工膜についても、中央部とほぼ同様の条件で被エッチ
ング物質（補助パターン）に囲まれていることになる。 つまり、被加工膜パターンに限って言えば、エッチング
ガス中の化学種の密度が周辺部と中央部でほぼ均等とな
り、これにより、エッチング速度もほぼ等しくなる。従
って、周辺部の膜厚が中央部に比較して薄くなってしま
うという不都合が解消され、被加工膜パターン全体が均
一にエッチングされる。

【００１５】一方、補助パターンの周辺部では、従来の
構成における被加工膜パターンの周辺部と同様にエッチ
ング速度が大きくなって、内側の領域よりも膜厚が薄く
なってしまう。しかし、補助パターン自体は素子の構成
要素として使用するわけではないので、何等支障は生じ
ない。補助パターンは、エッチング工程終了後、除去し
ても良いし、特に問題がなければそのまま残しても良い
。エッチング工程以外でも、被加工膜パターンの中央部
と周辺部で条件をできる限り等しくておくことは好まし
いことである。

【００１６】ここで、補助パターンの形状は、パターン
密度が被加工膜パターンとほぼ同等であれば良く、必ず
しも被加工膜パターンと同一形状であるで必要はない。 つまり、被エッチング物質の密度が大差ないものであれ
ば、矩形パターンか配列された被加工膜パターンに対し
て、円形パターンが配列された補助パターンを用いても
良い。

【００１７】また、補助パターンは、エッチングガス中
の化学種と被加工膜パターンの構成物質とほぼ同様に反
応するものであれば良く、必ずしも被加工膜パターンと
全く同じ物質である必要はない。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して被加工膜パターンをイ
メージセンサの画素部電極パターンとして形成した実施
例を説明する。まず、図１は、本実施例における被加工
膜パターンと補助パターンの平面図である。図において
、中央部に配置された斜線のないパターンが被加工パタ
ーン１（電極パターン）であり、被加工膜パターン１の
周囲を取り囲むように形成された斜線を付したパターン
が補助パターン２である。

【００１９】本実施例では、被加工膜パターン１と補助
パターン２の形状は全く同じものであり、補助パターン
２を含む領域にＣＶＤ等の方法でポリシリコン膜を堆積
させ、被加工膜パターン１及び補助パターン２として残
す部分をエッチングレジストで覆ってエッチングするこ
とにより（このときのエッチングは不要部分が完全に除
去されるまで行なう）、被加工膜パターン１と補助パタ
ーン２を同時に形成する。図には示されていないが、被
加工膜パターン１下には、絶縁層を介して画素を構成す
る撮像素子の光電変換領域が形成されている。

【００２０】さて次に、本実施例における被加工膜パタ
ーン１の薄膜化工程を具体的に説明する。図３は、本実
施例で使用したプラズマエッチング装置の構成を模式的
に示す構成図である。図において、真空容器４内には、
一対の平行平板電極５ａ，５ｂが配置されており、両電
極５ａ，５ｂには高周波電源８が接続されている。また
、真空容器４には、反応性ガスを流入させるためのガス
調節装置６と排気系７が備えられている。

【００２１】薄膜化工程では、まず、図１に示したよう
なパターン形状でポリシリコン膜を堆積させた半導体基
板３（図ではパターンは省略してある）を真空容器４内
の一方の平板電極５ｂに載置し、真空容器４内を真空状
態とする。次いで、ガス調節装置６から、ＳＦ６　ガス
とＣ２　ＣｌＦ５ガスを真空容器４内に導入する。ここ
で、ポリシリコンのエッチングガスはＳＦ６　ガスであ
り、Ｃ２　ＣｌＦ５　ガスはサイドウォールデポジショ
ンガスとして使用されるものでエッチングは行なわない
。

【００２２】ガスの導入後、高周波電源８によって平行
平板電極５ａ，５ｂ間に高周波電力を印加してプラズマ
９を発生させ、ポリシリコンのエッチングを行なう。こ
のエッチング工程で進行する反応は厳密には特定されて
いないが、基本的には、Ｓｉ→ＳｉＦ４　の反応によっ
て、ポリシリコンがエッチングされる。

【００２３】この際、被加工膜パターン１は、図１に示
されるように、同じポリシリコンからなる補助パターン
２に取り囲まれているので、被加工膜パターン１内にお
いては、被エッチング物質であるポリシリコンに対する
Ｆ＊　（Ｆラジカル）等の化学種の密度がほぼ均一にな
る。これにより、エッチング速度もほぼ均一となり、被
加工膜パターンは周辺部も中央部も同等に薄膜化される
。

【００２４】なお、図１の例では、１１×１１のマトリ
ックス上に配列されたパターンの内、内側の７×７のパ
ターンが実際に電極として使用される被加工膜パターン
１、外側の２列が補助パターン２となっているが、被加
工膜パターン１の外側のどの程度の領域に補助パターン
２を形成するかについては、エッチング条件や膜厚の要
求精度等に応じて適宜設定されるものである。

【００２５】次に、被加工膜パターンとして、Ａｌ膜パ
ターンを設けた実施例について、説明する。Ａｌ膜は主
に配線として用いられ、エッチングによって配線パター
ンを形成する。使用する装置や手順はポリシリコン膜を
エッチングする場合と同様であるが、Ａｌ膜をエッチン
グする場合には、Ｃｌ２　ガスとＢＣｌ３　ガスを使用
する。ここで、Ａｌと反応するエッチングガスはＣｌ２
　ガスであり、ＢＣｌ３　ガスは、Ａｌ膜表面の酸化膜
Ａｌ２　Ｏ３　膜をスパッタリングによって除去するた
めのガスである。

【００２６】Ａｌ膜の場合も厳密な反応式は特定されて
いないが、基本的にはＡｌ→Ａｌ２Ｃｌ３　の反応によ
ってＡｌ膜のエッチングが行なわれる。この場合も、被
加工膜パターンの周囲に同じＡｌからなる補助パターン
を設けておくことによって、被加工膜パターン内におけ
るＣｌ＊　（Ｃｌラジカル）等の活性種の密度がほぼ均
等になり、エッチング速度もほぼ均一となって均一なエ
ッチングが行なわれる。

【００２７】続いて、被加工膜パターンとして、ＳｉＯ
２　膜パターンを設けた実施例について説明する。Ｓｉ
Ｏ２　膜は、主に絶縁膜として用いられ、エッチングに
よって素子分離パターンを形成する。使用する装置や手
順は上述したポリシリコン膜のエッチングと同様である
が、ＳｉＯ２　膜をエッチングする場合には、ＣＦ４　
ガスとＣＨＦ３　ガスを使用する。ここで、ＳｉＯ２　
と反応するエッチングガスはＣｌ２ガスであり、ＣＨＦ
３　ガスはサイドウォールデポジッションガスである。

【００２８】ＳｉＯ２　膜の場合も厳密な反応式は特定
されていないが、基本的にはＳｉＯ２→ＳｉＦ４　，Ｃ
Ｏ２　の反応によってＳｉＯ２　膜のエッチングが行な
われる。 この場合も、被加工膜パターンの周囲に同じＳｉＯ２　
からなる補助パターンを設けておくことによって、被加
工膜パターン内については、ＳｉＯ２　に対するＦ＊　
（Ｆラジカル）等の活性種の密度がほぼ均等となり、エ
ッチング速度もほぼ均一となって、均一なエッチングが
行なわれる。

【００２９】なお、上記の実施例で使用したガスは、例
として示したものであり、各膜について別のガスを使用
しても良いことは言うまでもない。また、被加工膜を構
成する物質についてもポリシリコン，Ａｌ，ＳｉＯ２　
以外であっても良いものである。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明においては、化学
反応を利用したドライエッチング法で被加工膜パターン
の薄膜化あるいは配線や素子分離パターン等の形成を行
なうに際して、被加工膜パターンの周囲に被加工膜パタ
ーンの密度に応じた補助パターンを設けておくので、被
加工膜パターンの周辺部と中央部で、被エッチング物質
と反応する化学種の密度がほぼ同等となり、エッチング
速度もほぼ均一となって、均一なエッチングが行なわれ
る。

【００３１】即ち、本発明によれば、例えばイメージセ
ンサの画素部電極やＡｌ膜配線，ＳｉＯ２　絶縁膜等を
均一にエッチングすることが可能であり、半導体基板上
に形成される各素子の場所による特性のばらつきを抑え
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例による被加工膜パターン（画素部
電極パターン）と補助パターンの平面図である。

【図２】従来の画素部電極パターンの平面図である。

【図３】本発明実施例で使用したプラズマエッチング装
置の模式的な構成図である。

【符号の説明】

１　　被加工膜パターン（画素部電極パターン）２　　
補助パターン ３　　半導体基板 ４　　真空容器 ５ａ，５ｂ　　平行平板電極 ６　　ガス調節装置 ７　　排気系 ８　　高周波電源 ９　　プラズマ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体基板上に形成された被加工膜パ
   ターンを、化学反応を利用したドライエッチング法によ
   ってエッチングを行なう工程を含む半導体装置の製造方
   法において、前記被加工膜パターンのエッチングを行な
   うに際して、前記被加工膜パターンの周囲に、該被加工
   膜パターンのパターン密度に応じた補助パターンを設け
   ておくことを特徴とする半導体装置の製造方法。