JPH08222543A

JPH08222543A - 微細パターンの形成方法および固体撮像素子の製造方法

Info

Publication number: JPH08222543A
Application number: JP7021502A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Otsuka; 洋一大塚; Kunihiko Hikichi; 邦彦引地
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-02-09
Filing date: 1995-02-09
Publication date: 1996-08-30

Abstract

(57)【要約】【目的】シリコンを含有したレジストを用いることに
よって生ずる不都合を解消した２層レジスト法による微
細パターンの形成方法を提供する。【構成】表層部に段差２１を有し、段差を覆って表面
に被パターン化膜２２を形成した基体２０の被パターン
化膜２２に、微細パターンを形成する方法である。被パ
ターン化膜２２上に層平坦化材からなる平坦化層２４を
形成し、この平坦化層２４の上に、層平坦化材より反応
性イオンエッチング速度が遅く、かつシリコンを含まな
い材料からなる上層レジスト層２５を形成し、さらにこ
れをパターニングし、上層レジスト層２５からなるパタ
ーン２５ａをマスクとして平坦化層２４を反応性イオン
エッチングによりエッチングしてパターニングし、得ら
れたパターン２４ａ、２５ａをマスクとして被パターン
化膜２２を反応性イオンエッチングによりエッチングす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２層レジスト法による
微細パターンの形成方法と、これ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】従来、固体撮像素子（Charge Coupled D
evice ）として、例えば図４（ａ）、（ｂ）に示す構成
のものが知られている。図４（ａ）において符号１は固
体撮像素子であり、この固体撮像素子１は、受光領域２
とこれを囲む状態に配設された配線・回路領域３とを備
えて形成されたものである。受光領域２は、図４（ｂ）
に示す受光部ユニットセル４を繰り返し形成した領域で
ある。受光部ユニットセル４は、受光センサ５と、これ
を囲んで形成されたチャネルストップ６と、信号読出ゲ
ート７と、縦方向転送部８とを備えて形成されたもので
ある。また、図４（ａ）に示した配線・回路領域３は、
電気信号配線や駆動回路等をランダムに形成した領域で
ある。

【０００３】ところで、このような固体撮像素子１を製
造するにあたり、特に受光センサ５の受光面となる開口
部を形成するには、従来、例えば図５に示すような単層
レジスト法が採用されている。この単層レジスト法で
は、まず、半導体要素（図示略）を形成した半導体基板
１０上に多数列のポリシリコン電極（図示略）を形成
し、さらにこれを覆って半導体基板上にＳｉＯ₂やＰＳ
Ｇ（リンシリケートガラス）を形成した中間品を用意す
る。このような中間品には、多数列のポリシリコン電極
に対応した多数の段差部１１…が半導体基板１１の表層
部に形成されている。

【０００４】なお、ポリシリコン電極に対応した段差部
１１…は、図４（ａ）に示した受光領域２内に形成され
ている。また、図５中ｇ、ｈで示す領域は、段差部１１
…、および図４（ａ）中の配線・回路領域３におけるラ
ンダムパターンの影響を受けて厚さ変動が大きくなって
しまい、その分パターニングの精度が低くなる領域を表
し、図５中ｉで示す領域は、レジスト層１３の厚さが安
定している領域を表している。

【０００５】次に、段差部１１…を形成した半導体基板
１０の表層部に、ＡｌやＡｌ−Ｓｉ等からなる遮光膜１
２を形成し、さらにその上にポジ型レジストからなるレ
ジスト層１３を形成する。次いで、公知のリソグラフィ
ー技術により露光してレジスト層１３の所定位置に露光
部分１３ａ…を形成し、続いて、これら露光部分１３…
を公知の現像法により除去してレジストパターンを形成
する。その後、得られたレジストパターンをマスクとし
てエッチングを行い、遮光膜１２の所定位置を除去して
開口部（図示略）を形成する。

【０００６】ところが、このような単層レジスト法で
は、開口パターンが微細化するにつれて該パターンを精
度良く形成するのが難しくなってきており、例えば図５
に示す開口幅Ｗを要求される十分な精度で形成するのが
困難になっている。そして、このように開口幅Ｗを十分
な精度で形成できないと、得られる固体撮像素子１には
後述するように図４（ｂ）に示した受光センサ５の面積
にバラツキが生じてしまうことになる。しかし、このよ
うにバラツキが生じてしまうと、当然個々の受光センサ
の受光量にもバラツキが生じてしまう。そして、このよ
うに受光量にバラツキが生じてしまうと、得られた固体
撮像素子１は、これから得られる撮像画面においてその
画面内に明暗差が生じてしまう、いわゆる感度ムラと呼
ばれる画質不良となってしまう。

【０００７】このような背景に基づき、近年では、微細
パターンをより高い精度で形成することのできる方法と
して、狭小な開口パターンを形成することのできる２層
レジスト法と呼ばれる技術が提供されている。この２層
レジスト法では、被パターン化膜（例えば固体撮像素子
においては遮光膜）の上に通常のレジストからなる下層
レジスト層（平坦化層）を形成し、その上にシリコンを
含有したレジストからなる上層レジスト層を形成する。
次いで、この上層レジスト層の所望位置を露光・現像
し、さらに酸素を主成分としたエッチングガスにより反
応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を施して前記下層レジ
スト層をパターン化する。このとき、反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）により、上層レジスト層はその表層部
において含有されるシリコンが酸素プラズマによってＳ
ｉＯ₂化され、反応性イオンエッチングに対するバリア
層となる。そして、このＳｉＯ₂化と同時に下層レジス
ト層のエッチングが進行し、これにより下層レジスト層
は、ＳｉＯ₂化したパターンをマスクとしてパターニン
グされるのである。その後、上層レジスト層からなるパ
ターンおよび下層レジスト層からなるパターンをマスク
として、前記被パターン化膜に、酸素を主成分としたエ
ッチングガスにより反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）
を施し、該被パターン化膜に所望するパターンを形成す
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな２層レジスト法にあっても以下に述べる不都合があ
る。被パターン化膜にパターンを形成した後、当然上層
レジスト層、下層レジスト層を共に基板上から除去する
が、上層レジスト層表層部のシリコンがＳｉＯ₂化され
ていることから、この部分を除去するのが非常に困難に
なっている。例えば、処理方法としてフッ酸系の処理液
を用いた方法を用いると、半導体基板やこれの上に形成
された被パターン形成膜などの構成要素が損傷されてし
まう恐れがあるからである。一方、ＳｉＯ₂化したレジ
ストが十分に除去されないと、得られる半導体素子（例
えば固体撮像素子）のデバイス特性が損なわれ、結果と
してデバイス歩留りが低下してしまうのである。

【０００９】また、シリコンを含有したレジスト材料は
これを含有しない一般的なレジストに比べ高価であるこ
とから、コスト的にみても例えば従来の単層レジスト法
に比べ不利になっている。また、特に前記２層レジスト
法によって固体撮像素子の受光センサの受光面となる開
口部を形成しようとした場合、下層レジスト層に前述し
た反応性イオンエッチングを施した際、通常この下層レ
ジスト層をオーバーエッチングすることから、下層レジ
スト層の下のＡｌ、Ａｌ−Ｓｉといった材料からなる遮
光膜（被パターン化膜）とエッチングガスである酸素と
が反応して酸化アルミニウム系の強固な反応物が生成さ
れ、この反応物がエッチングによるスパッタリング作用
によって下層レジスト層や上層レジスト層の側壁に付着
してしまう。すると、下層レジスト層、上層レジスト層
を通常の方法で除去しても、これらに付着した反応物が
そのまま基板上に残ってしまうため、この反応物を除去
するのが非常に困難になっている。

【００１０】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、シリコンを含有したレジ
ストを用いることによって生ずる不都合を解消した、２
層レジスト法による微細パターンの形成方法を提供する
とともに、感度ムラの発生を防止した固体撮像素子の製
造方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明における請求項１
記載の微細パターンの形成方法では、表層部に段差を有
し、該段差を覆って表面に被パターン化膜を形成した基
体の前記被パターン化膜に、微細パターンを形成する微
細パターンの形成方法において、前記基体の被パターン
化膜上に層平坦化材からなる平坦化層を形成する工程
と、この平坦化層の上に、前記層平坦化材より反応性イ
オンエッチング速度が遅く、かつシリコンを含まない材
料からなる上層レジスト層を形成し、さらにこれをパタ
ーニングする工程と、前記上層レジスト層からなるパタ
ーンをマスクとして、前記平坦化層を反応性イオンエッ
チングによりエッチングしてパターニングする工程と、
前記上層レジスト層からなるパターンおよび前記平坦化
層からなるパターンをマスクとして前記被パターン化膜
を反応性イオンエッチングによりエッチングする工程
と、を備えてなることを前記課題の解決手段とした。

【００１２】請求項２記載の微細パターンの形成方法で
は、表層部に段差を有し、該段差を覆って表面に被パタ
ーン化膜を形成した基体の前記被パターン化膜に、微細
パターンを形成する微細パターンの形成方法において、
前記基体の被パターン化膜上にＴｉ化合物膜を形成する
工程と、該Ｔｉ化合物膜上に層平坦化材からなる平坦化
層を形成する工程と、この平坦化層の上に、前記層平坦
化材より反応性イオンエッチング速度が遅く、かつシリ
コンを含まない材料からなる上層レジスト層を形成し、
さらにこれをパターニングする工程と、前記上層レジス
ト層からなるパターンをマスクとして、前記平坦化層を
反応性イオンエッチングによりエッチングしてパターニ
ングする工程と、前記上層レジスト層からなるパターン
および前記平坦化層からなるパターンをマスクとして前
記Ｔｉ化合物膜、および前記被パターン化膜を反応性イ
オンエッチングによりエッチングする工程と、を備えて
なることを前記課題の解決手段とした。なお、前記層平
坦化材として、前記上層レジスト層のパターニングの際
に用いる露光光を吸収する吸光材が添加されてなるもの
を用いるのが好ましい。

【００１３】また、請求項４記載の固体撮像素子の製造
方法では、表層部に電極部に対応して形成された段差を
有し、該段差を覆って表面に遮光膜を形成した基体の表
層部に、前記遮光膜を開口して受光センサ部を形成する
固体撮像素子の製造方法において、前記基体の遮光膜上
にＴｉ化合物からなるバッファー層を形成する工程と、
該バッファー層上に層平坦化材からなる平坦化層を形成
する工程と、この平坦化層の上に、前記層平坦化材より
反応性イオンエッチング速度が遅く、かつシリコンを含
まない材料からなる上層レジスト層を形成し、さらにこ
れをパターニングする工程と、前記上層レジスト層から
なるパターンをマスクとして、前記平坦化層を反応性イ
オンエッチングによりエッチングしてパターニングする
工程と、前記上層レジスト層からなるパターンおよび前
記平坦化層からなるパターンをマスクとして前記バッフ
ァー層、および前記遮光膜を反応性イオンエッチングに
よりエッチングする工程と、を備えてなることを前記課
題の解決手段とした。

【００１４】

【作用】本発明における請求項１記載の微細パターンの
形成方法によれば、基体の被パターン化膜上に層平坦化
材からなる平坦化層を形成し、この平坦化層の上に、前
記層平坦化材より反応性イオンエッチング速度が遅く、
かつシリコンを含まない材料からなる上層レジスト層を
形成し、これらを順次パターニングした後、得られたパ
ターンをマスクとして前記被パターン化膜を反応性イオ
ンエッチングによりエッチングすることから、上層レジ
スト層がシリコンを含まない材料からなるにもかかわら
ず、下層レジスト層とのエッチングレートの差により、
上層レジスト層を残した状態で下層レジスト層のエッチ
ングを終了させることが可能になり、これにより十分に
狭小な開口パターンを有するレジストパターンを形成す
ることが可能になる。したがって、２層レジスト法の利
点を活かして微細パターンを精度良く形成し得るととも
に、シリコンを含有したレジストを用いることによって
生ずる不都合を解消することが可能になる。

【００１５】請求項２記載の微細パターンの形成方法に
よれば、基体の被パターン化膜上にＴｉ化合物膜を形成
し、該Ｔｉ化合物膜上に層平坦化材からなる平坦化層を
形成し、この平坦化層の上に、前記層平坦化材より反応
性イオンエッチング速度が遅く、かつシリコンを含まな
い材料からなる上層レジスト層を形成し、これらを順次
パターニングした後、得られたパターンをマスクとして
前記Ｔｉ化合物膜、および前記被パターン化膜を反応性
イオンエッチングによりエッチングすることから、請求
項１の形成方法と同様に２層レジスト法の利点を活かし
て微細パターンを精度良く形成し得るとともに、シリコ
ンを含有したレジストを用いることによって生ずる不都
合を解消することが可能になる。さらに、Ｔｉ化合物は
その反応性イオンエッチング速度が通常のレジストおよ
び層平坦化材（下層レジスト）に比べ十分に遅いことか
ら、下層レジストをオーバーエッチングした際、被パタ
ーン化膜がエッチングされることが防止され、これによ
り被パターン化膜とエッチングガスとの反応物が生成す
ることが防止される。また、Ｔｉ化合物は露光光の反射
を低減することから、このＴｉ化合物膜が形成されるこ
とによってレジスト層のパターン精度の低下が防止され
る。

【００１６】なお、前記層平坦化材として、前記上層レ
ジスト層のパターニングの際に用いる露光光を吸収する
吸光材が添加されてなるものを用いれば、上層レジスト
層を露光した際、露光光が下層レジスト層やその下の被
パターン化膜に反射し、これに起因して上層レジスト層
の露光精度が低下することが抑えられる。

【００１７】請求項４記載の固体撮像素子の製造方法に
よれば、基体の遮光膜上にＴｉ化合物からなるバッファ
ー層を形成し、該バッファー層上に層平坦化材からなる
平坦化層を形成し、この平坦化層の上に、前記層平坦化
材より反応性イオンエッチング速度が遅く、かつシリコ
ンを含まない材料からなる上層レジスト層を形成し、こ
れらを順次パターニングした後、得られたパターンをマ
スクとして前記バッファー層、および前記遮光膜を反応
性イオンエッチングによりエッチングすることから、請
求項１の形成方法と同様に２層レジスト法の利点を活か
して微細な開口パターンを精度良く形成し得るととも
に、シリコンを含有したレジストを用いることによって
生ずる不都合を解消することが可能になる。また、請求
項２と同様にＴｉ化合物はその反応性イオンエッチング
速度が通常のレジストおよび層平坦化材（下層レジス
ト）に比べ十分に遅いことから、下層レジストをオーバ
ーエッチングした際、遮光膜がエッチングされることが
防止され、これにより遮光膜とエッチングガスとの反応
物が生成することが防止される。さらに、得られる固体
撮像素子にあっては、その遮光膜上にＴｉ化合物からな
るバッファー層が残ることから、このバッファー層によ
り遮光膜上での乱反射等が防止される。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を請求項４記載の発明である撮
像素子の製造方法に基づいて詳しく説明する。なお、形
成する撮像素子の構造については、図４（ａ）、（ｂ）
に示したものと同様のものである。まず、図１（ａ）に
示すように、半導体要素（図示略）を形成した半導体基
板２０上に多数列のポリシリコン電極（図示略）を形成
し、さらにこれを覆って半導体基板上にＳｉＯ₂やＰＳ
Ｇ（リンシリケートガラス）を形成した中間品を用意す
る。このような中間品には、多数列のポリシリコン電極
に対応した多数の段差部２１…が半導体基板１１の表層
部に形成されている。なお、ポリシリコン電極に対応し
た段差部２１…は、図４（ａ）に示した受光領域２内に
形成されている。

【００１９】次に、段差部１１…を形成した半導体基板
２０の表層部に、ＡｌまたはＡｌ−Ｓｉからなる遮光膜
２２をスパッタ法等によって厚さ０．４μｍ程度に形成
し、さらにその上にＴｉＯＮ、ＴｉＮ等のＴｉ化合物か
らなるバッファー層（Ｔｉ化合物膜）２３を厚さ０．１
２μｍ程度に形成する。バッファー層２３の形成につい
ては、Ｔｉ化合物をターゲットとする通常のスパッタ法
によって行われる。

【００２０】次いで、図１（ｂ）に示すように該バッフ
ァー層２３上に層平坦化材からなる平坦化層２４を厚さ
１．８μｍ程度に形成する。この平坦化層２４は、２層
レジスト法における下層レジスト層として機能するもの
である。層平坦化材としては、アクリル系熱硬化樹脂が
好適に用いられ、具体的にはオプトマーＳＳ２２１１Ｓ
〔（商品名）；日本合成ゴム株式会社製〕等が用いられ
る。なお、この層平坦化材には、後述する上層レジスト
層のパターニングの際に用いる露光光を吸収する吸光材
が添加されてなるものを用いるのが好ましく、本実施例
では、該吸光材として（２，２’，４，４’−テトラヒ
ドロキシベンゾフェノン）を実験的に前記オプトマーＳ
Ｓ２２１１Ｓに添加している。また、この吸光材の添加
量としては、アクリル系硬化樹脂１００重量部に対して
１〜１０重量部程度が好ましく、本実施例では５重量部
添加した。なお、該吸光材としては、前記した化合物に
限定されることなく、紫外線吸光剤としてサリチル酸
系、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノ
アクリレート系などの化合物も使用可能である。また、
平坦化層２４の形成法としては、前記層平坦化材をスピ
ンコート法によって塗布し、その後ホットプレート等に
よりこれを１８０℃で３００秒間加熱（ベーク）すると
いった方法が採用される。

【００２１】次いで、図１（ｃ）に示すようにこの平坦
化層２４上に、ポジ型フォトレジスト材からなる上層レ
ジスト層２５を厚さ１．８μｍ程度に形成する。ポジ型
フォトレジスト材としては、前記層平坦化材より反応性
イオンエッチング（ＲＩＥ）速度が遅く、かつシリコン
を含まないものが用いられ、例えばＴＳＭＲ−ＣＲ５０
ｉ１０〔（商品名）；東京応化工業株式会社製〕等が用
いられる。この上層レジスト層２５の形成法としては、
前記ポジ型フォトレジスト材をスピンコート法によって
塗布し、その後ホットレート等によりこれを８０℃で８
０秒間予備加熱（プリベーク）するといった方法が採用
される。なお、ここで言う「シリコンを含まない」は、
不純物としてのシリコンまでを含まないことを意味する
ものではなく、あくまで成分としてのシリコンを含まな
いことを意味するものである。

【００２２】ここで、本実施例で用いた層平坦化材（オ
プトマーＳＳ２２１１Ｓ）、ポジ型フォトレジスト材
（ＰＦＲ７７５０）、およびバッファー層２３を形成す
るＴｉ化合物（ＴｉＯＮ、ＴｉＮ）のエッチングレート
は以下の通りである。層平坦化材；４０ｎｍ／ｍｉｎポジ型フォトレジスト材；２０ｎｍ／ｍｉｎＴｉＯＮ、ＴｉＮ；８ｎｍ／ｍｉｎすなわち、ポジ型フォトレジスト材のエッチングレート
は層平坦化材のエッチングレートに比べて半分となって
おり、バッファー層２３（ＴｉＯＮ、ＴｉＮ）のエッチ
ングレートは層平坦化材のエッチングレートに比べて１
／５となっているのである。

【００２３】なお、このエッチングレートについては、
以下の条件に基づいて測定した。ＲＩＥ装置；平行平板バッチ式ＲＩＥ装置電極間隔；１０ｍｍエッチングガス；酸素ガス（Ｏ₂）５ｃｃ／ｍｉｎ、
四フッ化炭素ガス（ＣＦ₄）５ｃｃ／ｍｉｎエッチングガス圧力；２．６７ＰａＲＦパワー；４００Ｗ（パワー密度＝０．１７Ｗ／ｃｍ
² ＤＣバイアス；３００Ｖ

【００２４】また、平坦化層２４、上層レジスト層２５
の膜厚設定については、図２に示すように平坦化層２４
の厚さをＴ１、上層レジスト層２５の厚さをＴ２とした
場合に、前記ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）の条件
のもとで以下の式を満たすように設定している。

【数１】Ｔ２＞〔Ｔ１＋（オーバーエッチングでの平坦
化層のエッチング厚さ）〕／２＋（被加工膜エッチング
でのレジストエッチング厚さ）ただし、被加工膜とは、バッファー層２３と遮光膜２２
とを指す。

【００２５】次いで、図１（ｄ）に示すように形成した
上層レジスト層２５をパターニングし、所定のパター
ン、本実施例では図４（ｂ）に示した受光センサ５の受
光面となる開口部に対応する上層パターン２５ａを形成
する。このパターニングについては、まず縮小投影露光
装置によってパターン露光を行い、次にポスト露光ベー
ク（Ｐ・Ｅ・Ｂ）を１２０℃で６０秒間加熱（ベーク）
する。次いで、公知の現像処理を行い、さらに１１０℃
で１２０秒間加熱（ポストベーク）する。なお、加熱
（ベーク）については例えばホットプレート上にて行
う。

【００２６】次いで、図１（ｅ）に示すように、形成し
た上層パターン２５ａをマスクとして前記平坦化層２４
をパターニングし、下層パターン２４ａを形成する。こ
のパターニングについては、前記したＲＩＥ装置の条件
にて、反応性イオンエッチングでオーバーエッチングす
ることによって行う。このような条件でパターニングを
行うと、上層パターン２５ａを形成するポジ型フォトレ
ジスト材は平坦化層２４を形成する層平坦化材より反応
性イオンエッチング速度が遅いことから、平坦化層２４
が十分にエッチングされて下層パターン２４ａとなった
後にも、エッチングレート比に応じてその一部が上層パ
ターン２５ａとして下層パターン２４ａ上に残る。ま
た、バッファー層２３を形成するＴｉ化合物は、その反
応性イオンエッチング速度が平坦化層２４、上層レジス
ト層２５を形成する材料に比べて十分に遅いことから、
平坦化層２４をオーバーエッチングした際、該バッファ
ー層２３がエッチングストップ層として機能する。

【００２７】次いで、形成した下層パターン２４ａ、お
よびこれの上に残った上層パターン２５ａを共にマスク
とし、図１（ｆ）に示すようにバッファー層２３、およ
び遮光膜２２を反応性イオンエッチングによりエッチン
グする。すると、マスクが下層パターン２４ａと上層パ
ターン２５ａとを合わせた高アスペクト比のものとなる
ことから、２層レジスト法の長所が活かされ、これによ
りバッファー層２３および遮光膜２２に狭小な開口パタ
ーンが精度良く形成される。その後、Ｏ₂プラズマアッ
シングにより、または発煙硝酸等のウエット剥離液を用
いて、図１（ｇ）に示すように上層パターン２５ａおよ
び下層パターン２４ａを半導体基板２０上から除去す
る。そして、後工程として公知のプロセスを行い、図４
（ａ）、（ｂ）に示した構成の固体撮像素子を得る。

【００２８】このような撮像素子の製造方法にあって
は、上層レジスト層２５を形成する材料がシリコンを含
まないものであるにもかかわらず、平坦化層２４を形成
する層平坦化材とのエッチングレートの差により、上層
パターン２５ａを残した状態で平坦化層２４のエッチン
グを終了させることができ、これにより十分に狭小な開
口パターンを有するレジストパターンを形成することが
でき、したがって２層レジスト法の利点を活かして微細
パターンを精度良く形成することができる。また、上層
レジスト層２５を形成する材料がシリコンを含まないも
のであることから、シリコンを含有したレジストを用い
ることによって生ずる従来の不都合、例えばＳｉＯ₂化
されたレジストの除去についての不都合やコスト面での
不都合を解消することができる。

【００２９】さらに、バッファー層２３を形成するＴｉ
化合物は、その反応性イオンエッチング速度が平坦化層
２４、上層レジスト層２５を形成する材料に比べ十分に
遅いことから、このバッファー層２３を遮光膜２２上に
形成することにより、平坦化層２４をオーバーエッチン
グした際、該バッファー層２３がエッチングされ、さら
にはその下に位置する遮光膜２２がエッチングされるこ
とを防止することができ、したがって遮光膜２２とエッ
チングガスとが反応し、酸化アルミニウム等の反応物が
生成することを防止することができる。

【００３０】また、このような製造方法によって得られ
る固体撮像素子にあっては、開口した以外の箇所におい
てはその遮光膜２２上にＴｉ化合物からなるバッファー
層２３が残ることから、このバッファー層２３によって
遮光膜２２上での乱反射等を防止することができる。さ
らに、層平坦化材として、上層レジスト層２５のパター
ニングの際に用いる露光光を吸収する吸光材が添加され
てなるものを用いることにより、上層レジスト層２５を
露光した際、露光光が透明であるアクリル系熱硬化樹脂
（平坦化層）を透過してその下の遮光膜に反射し、これ
に起因して上層レジスト層の露光精度が低下することを
抑えることができる。

【００３１】（実験例）図５に示した従来の単層レジス
ト法による製造方法により、レジスト層１３までをその
厚さがそれぞれ１．２０μｍ、１．７０μｍ、２．４０
μｍとなる条件で３種類の厚さに形成した。なお、この
３種類の厚さについては、フラットなＳｉウエハ上に各
レジスト材料をスピンコート法で塗布し、さらにベーク
して得られたレジスト層の厚さが前記各厚さとなるとき
の条件を指している。そして、これらの条件で図５の遮
光膜１２上に各レジスト材料を塗布し、得られた各レジ
スト層の厚さを電子顕微鏡にて複数点で調べた。

【００３２】調べた結果、図５中のレジスト層１３にお
いて、その最大厚さＴ３と最小厚さＴ４との差はレジス
ト層の厚さが１．２０μｍの条件のとき、０．３〜０．
４μｍ、１．７０μｍの条件のとき、０．２〜０．３μ
ｍ、２．４０μｍの条件のとき、０．１５〜０．２μｍ
となり、また図５中のｉ領域における厚さＴ４は、１．
２０μｍの条件のとき１．７０μｍ、１．７０μｍの条
件のとき２．２０μｍ、２．４０μｍの条件のとき２．
９０μｍであった。このような結果より、従来の単層レ
ジスト法では、レジスト層の厚さを厚くしていくと、最
大厚さＴ３と最小厚さＴ４との差（Ｔ３−Ｔ４）が小さ
くなっていくが、実効層厚も厚くなってしまい、パター
ンの微細化に適さないことが確認された。また、レジス
ト層の厚さが２．４０μｍの条件のときでも、（Ｔ３−
Ｔ４）が０．１５〜０．２μｍであり、やはりパターニ
ング精度が十分に得られなくなってしまうことが推測さ
れる。

【００３３】次に、前述した固体撮像素子の製造方法に
より得られた、図４に示した構成の固体撮像素子と、図
５に示した単層レジスト法によって得られた固体撮像素
子との、得られた開口部の形状の精度を以下のようにし
て比較した。なお、製造した固体撮像素子の仕様は以下
の通りである。転送方法；Interline Transfer 光学系；１／３inch 有効画素数；７６８（Ｈ）×４９４（Ｖ）〔３８０Ｋ
Pixels〕セルサイズ；６．３５μｍ（Ｈ）×７．４μｍ（Ｖ）また、従来の単層レジスト法においては、レジスト層１
３の厚さが２．４μｍとなる条件（フラットなＳｉウエ
ハ上に各レジスト材料をスピンコート法で塗布し、さら
にベークして得られたレジスト層の厚さが２．４μｍで
ある場合の製造条件と同一の条件）でレジスト層１３を
形成した。そして、図４（ａ）に示す受光センサ５のビ
ット位置＃１からビット位置＃７６８までの受光センサ
Ｈ方向の開口幅（図４（ｂ）中のＷ）を８ビット毎に９
６ポイント測定した（ただし、＃１〜＃８の間のみ７ビ
ットあけた）。

【００３４】得られた結果を図３（ａ）、（ｂ）に示
す。図３（ａ）、（ｂ）からも分かるように、本発明方
法では、従来の単層レジスト法に比べ、開口幅のバラつ
きを十分低く抑えられることが確認された。また、測定
結果からその開口幅の標準偏差（σ）を計算し、さらに
３σを求めたところ、本発明方法では０．０１４μｍで
あるのに対し、従来法では０．０６２μｍであり、本発
明方法では従来法に比較して約４．４倍の精度が得られ
ることが確認された。なお、本実施例では層平坦化材に
紫外線吸光剤を実験的に添加したが、添加しない場合
（材料としては前記オプトマーＳＳ２２１１Ｓをそのま
ま使用）についても同様に標準偏差（３σ）を求めた。
得られた結果（３σ）は０．０２４μｍであり、従来法
に比べ高い精度を有するものの、吸光材を添加した場合
に比べて精度が低いものとなった。これは、層平坦化材
に吸光材が添加されておらず、したがって露光時に露光
光が被パターン化膜（遮光膜２２）で反射し、この反射
光によって露光精度が損なわれたものと推定される。

【００３５】さらに、このようにして得られたそれぞれ
の固体撮像素子を、先に開口幅を測定した各受光センサ
毎にその出力値を求めて撮像素子としての特性を調べた
ところ、開口幅の場合と同様に本発明品は従来品に比べ
その感度ムラが約１／４に抑えられていることが判明し
た。また、前述した層平坦化材に紫外線吸光剤を添加し
ない場合の感度ムラは、従来品の約１／２．５であっ
た。

【００３６】なお、前記実施例では本発明を固体撮像素
子の製造方法に適用した例を示したが、本発明はこれに
限定されることなく種々の微細パターン形成に適用する
ことができ、特に半導体基板上に段差を有し、この段差
形成部上に、図４（ｂ）に示した開口幅Ｗ（図４中のＨ
方向あるいはＶ方向の開口幅のうち狭い寸法の開口幅）
が、１μｍ以下程度の開口パターンを形成するときに好
適に用いることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明における請求
項１記載の微細パターンの形成方法は、平坦化層の上
に、層平坦化材より反応性イオンエッチング速度が遅
く、かつシリコンを含まない材料からなる上層レジスト
層を形成し、これらを順次パターニングした後、得られ
たパターンをマスクとして被パターン化膜を反応性イオ
ンエッチングによりエッチングするものであり、上層レ
ジスト層がシリコンを含まない材料からなるにもかかわ
らず、下層レジスト層とのエッチングレートの差によ
り、上層レジスト層を残した状態で下層レジスト層のエ
ッチングを終了させることができるようにしたものであ
る。したがって、十分に狭小な開口パターンを有するレ
ジストパターンを形成することができ、これにより２層
レジスト法の利点を活かして微細パターンを精度良く形
成することができるとともに、例えばＳｉＯ₂化された
レジストの除去処理を不要にすることができるなど、シ
リコンを含有したレジストを用いることによって生ずる
不都合を解消することができる。

【００３８】請求項２記載の微細パターンの形成方法
は、基体の被パターン化膜上にＴｉ化合物膜を形成し、
該Ｔｉ化合物膜上に層平坦化材からなる平坦化層を形成
し、この平坦化層の上に、前記層平坦化材より反応性イ
オンエッチング速度が遅く、かつシリコンを含まない材
料からなる上層レジスト層を形成し、これらを順次パタ
ーニングした後、得られたパターンをマスクとして前記
Ｔｉ化合物膜、および前記被パターン化膜を反応性イオ
ンエッチングによりエッチングするものであるから、請
求項１の形成方法と同様に微細パターンを精度良く形成
することができるとともに、シリコンを含有したレジス
トを用いることによって生ずる不都合を解消することが
できる。さらに、Ｔｉ化合物はその反応性イオンエッチ
ング速度が通常のレジストおよび層平坦化材（下層レジ
スト）に比べ十分に遅いことから、下層レジストをオー
バーエッチングした際、Ｔｉ化合物膜がエッチングスト
ップ層として機能し、これにより被パターン化膜がエッ
チングされることを防止することができ、したがって被
パターン化膜とエッチングガスとの反応物が生成し、こ
れが基体上に残ることによる不都合を防止することがで
きる。また、Ｔｉ化合物は露光光の反射を低減すること
から、このＴｉ化合物膜を形成することによってレジス
ト層のパターン精度の低下を防止し、結果としてパター
ン精度の向上を図ることができる。

【００３９】なお、前記層平坦化材として、前記上層レ
ジスト層のパターニングの際に用いる露光光を吸収する
吸光材が添加されてなるものを用いれば、上層レジスト
層を露光した際、露光光が下層レジスト層やその下の被
パターン化膜に反射し、これに起因して上層レジスト層
の露光精度が低下することが抑えることができ、これに
より得られるパターンの精度を一層向上させることがで
きる。

【００４０】請求項４記載の固体撮像素子の製造方法
は、基体の遮光膜上にＴｉ化合物からなるバッファー層
を形成し、該バッファー層上に層平坦化材からなる平坦
化層を形成し、この平坦化層の上に、前記層平坦化材よ
り反応性イオンエッチング速度が遅く、かつシリコンを
含まない材料からなる上層レジスト層を形成し、これら
を順次パターニングした後、得られたパターンをマスク
として前記バッファー層、および前記遮光膜を反応性イ
オンエッチングによりエッチングするものであるから、
請求項１の形成方法と同様に微細な開口パターンを精度
良く形成することができ、これにより感度ムラがほとん
どない高画質な固体撮像素子を製造することができると
ともに、シリコンを含有したレジストを用いることによ
って生ずる不都合を解消することができ。また、請求項
２と同様に下層レジストをオーバーエッチングした際、
バッファー層により遮光膜がエッチングされることを防
止して被パターン化膜とエッチングガスとの反応物が生
成し、これが基体上に残ることによる不都合を防止する
ことができる。さらに、得られる固体撮像素子にあって
は、その遮光膜上にＴｉ化合物からなるバッファー層が
残ることから、このバッファー層により遮光膜上での乱
反射等を防止することができ、これにより固体撮像素子
として高画質を実現し得るものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を固体撮像素子の製造方法に適用した場
合の一実施例を示す工程説明図であり、（ａ）〜（ｇ）
は各製造工程を説明するための要部側断面図である。

【図２】製造する固体撮像素子の、中間品状態における
概略構成を示す要部側断面図である。

【図３】開口幅のバラツキを示すグラフであり、（ａ）
は本発明品のバラツキ結果を示すグラフ、（ｂ）は従来
品のバラツキ結果を示すグラフである。

【図４】（ａ）は本発明に係る固体撮像素子の概略構成
を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図であ
る。

【図５】単層レジスト法による固体撮像素子の製造方法
を説明するための図であり、固体撮像素子の中間品状態
における概略構成を示す側断面図である。

【符号の説明】

２０半導体基板（基体）２１段差部２２遮光膜（被パターン化膜）２３バッファー層（Ｔｉ化合物膜）２４平坦化層２４ａ下層パターン２５上層レジスト層２５ａ上層パターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表層部に段差を有し、該段差を覆って表
面に被パターン化膜を形成した基体の前記被パターン化
膜に、微細パターンを形成する微細パターンの形成方法
であって、前記基体の被パターン化膜上に層平坦化材からなる平坦
化層を形成する工程と、この平坦化層の上に、前記層平坦化材より反応性イオン
エッチング速度が遅く、かつシリコンを含まない材料か
らなる上層レジスト層を形成し、さらにこれをパターニ
ングする工程と、前記上層レジスト層からなるパターンをマスクとして、
前記平坦化層を反応性イオンエッチングによりエッチン
グしてパターニングする工程と、前記上層レジスト層からなるパターンおよび前記平坦化
層からなるパターンをマスクとして前記被パターン化膜
を反応性イオンエッチングによりエッチングする工程
と、を備えてなることを特徴とする微細パターンの形成
方法。
【請求項２】表層部に段差を有し、該段差を覆って表
面に被パターン化膜を形成した基体の前記被パターン化
膜に、微細パターンを形成する微細パターンの形成方法
であって、前記基体の被パターン化膜上にＴｉ化合物膜を形成する
工程と、該Ｔｉ化合物膜上に層平坦化材からなる平坦化層を形成
する工程と、この平坦化層の上に、前記層平坦化材より反応性イオン
エッチング速度が遅く、かつシリコンを含まない材料か
らなる上層レジスト層を形成し、さらにこれをパターニ
ングする工程と、前記上層レジスト層からなるパターンをマスクとして、
前記平坦化層を反応性イオンエッチングによりエッチン
グしてパターニングする工程と、前記上層レジスト層からなるパターンおよび前記平坦化
層からなるパターンをマスクとして前記Ｔｉ化合物膜、
および前記被パターン化膜を反応性イオンエッチングに
よりエッチングする工程と、を備えてなることを特徴と
する微細パターンの形成方法。
【請求項３】前記層平坦化材として、前記上層レジス
ト層のパターニングの際に用いる露光光を吸収する吸光
材が添加されてなるものを用いることを特徴とする請求
項１又は２記載の微細パターンの形成方法。
【請求項４】表層部に電極部に対応して形成された段
差を有し、該段差を覆って表面に遮光膜を形成した基体
の表層部に、前記遮光膜を開口して受光センサ部を形成
する固体撮像素子の製造方法であって、前記基体の遮光膜上にＴｉ化合物からなるバッファー層
を形成する工程と、該バッファー層上に層平坦化材からなる平坦化層を形成
する工程と、この平坦化層の上に、前記層平坦化材より反応性イオン
エッチング速度が遅く、かつシリコンを含まない材料か
らなる上層レジスト層を形成し、さらにこれをパターニ
ングする工程と、前記上層レジスト層からなるパターンをマスクとして、
前記平坦化層を反応性イオンエッチングによりエッチン
グしてパターニングする工程と、前記上層レジスト層からなるパターンおよび前記平坦化
層からなるパターンをマスクとして前記バッファー層、
および前記遮光膜を反応性イオンエッチングによりエッ
チングする工程と、を備えてなることを特徴とする固体
撮像素子の製造方法。