(57)【要約】【課題】  導電体パターンの幅のばらつきを低減する【解決手段】  導電体膜の上に導電体膜の側から順に、導電体膜よりも薄い第一層と、第一層よりも厚い第二層と、第二層よりも薄い第三層とが、積層されてなる積層膜を形成する工程と、積層膜の上に形成されたフォトレジストマスクを用いて第三層をドライエッチングすることで第三層から第一マスクを形成する工程と、第一マスクを用いて第二層をドライエッチングすることで第二層から第二マスクを形成する工程と、第一マスクをドライエッチングすることで第一マスクを除去するのと並行して、第二マスクを用いて第一層をドライエッチングすることで導電体膜を露出させる工程と、第二マスクを用いて導電体膜をドライエッチングすることで導電体膜から導電体パターンを形成する工程と、を有する。【選択図】  図１
2015115402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電体膜の上に、前記導電体膜の側から順に、前記導電体膜よりも薄い第一層と、前記第一層よりも厚い第二層と、前記第二層よりも薄い第三層とが、積層されてなる積層膜を形成する工程と、
前記積層膜の上に形成されたフォトレジストマスクを用いて前記第三層をドライエッチングすることで前記第三層から第一マスクを形成する工程と、
前記第一マスクを用いて前記第二層をドライエッチングすることで前記第二層から第二マスクを形成する工程と、
前記第二マスクを用いて前記第一層をドライエッチングするのと並行して前記第一マスクをドライエッチングすることで、前記導電体膜を露出させるとともに前記第一マスクを除去する工程と、
前記第二マスクを用いて前記導電体膜をドライエッチングすることで前記導電体膜から導電体パターンを形成する工程と、を有することを特徴とする導電体パターンの形成方法。
【請求項２】
アルミニウム層を含む導電体膜の上に前記導電体膜の側から順に、第一層と、第二層と、第三層とが、積層されてなる積層膜を形成する工程と、
前記積層膜の上に形成されたフォトレジストマスクを用いて前記第三層をドライエッチングすることで前記第三層から第一マスクを形成する工程と、
前記第一マスクを用いて前記第二層をドライエッチングすることで前記第二層から第二マスクを形成する工程と、
前記第二マスクを用いて前記第一層をドライエッチングするのと並行して前記第一マスクをドライエッチングすることで、前記アルミニウム層を露出させるとともに前記第一マスクを除去する工程と、
前記第二マスクを用いて前記導電体膜をドライエッチングすることで前記導電体膜から導電体パターンを形成する工程と、を有することを特徴とする導電体パターンの形成方法。
【請求項３】
前記第一層の前記ドライエッチングは、前記第一層に対するエッチングレートが前記導電体膜に対するエッチングレートよりも高いエッチング条件で行う、請求項１又は２に記載の導電パターンの形成方法。
【請求項４】
前記第一層は導電体層であり、前記第二層は絶縁体層である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の導電パターンの形成方法。
【請求項５】
前記第一層と前記第三層は同じ材料からなる、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の導電パターンの形成方法。
【請求項６】
前記第二層および前記第三層は無機物層である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の導電パターンの形成方法。
【請求項７】
前記導電体膜は前記第一層よりも厚いアルミニウム層を含み、前記第一層は窒化チタン層である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の導電パターンの形成方法。
【請求項８】
前記導電体膜は、前記第一層よりも厚い第一導電体層と、前記第一導電体層の下に位置する、前記第一導電体層よりも薄い第二導電体層とを含み、前記第一層および前記第三層の少なくとも一方と前記第二導電体層は同じ材料からなる、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の導電パターンの形成方法。
【請求項９】
前記導電体パターンの上に前記第一層が残存した状態で、前記導電体パターンおよび前記第一層を覆う絶縁体膜を形成する工程を有する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の導電パターンの形成方法。
【請求項１０】
前記導電体パターンの上に前記第一層および前記第二マスクが残存した状態で、前記導電体パターン、前記第一層および前記第二マスクを覆う絶縁体膜を形成する工程を有する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の導電パターンの形成方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の導電パターンの形成方法を用いて配線を形成する半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
フォトダイオードアレイと、レンズアレイと、前記フォトダイオードアレイと前記レンズアレイとの間に位置する配線と、を備え、フォトダイオードアレイに含まれるフォトダイオードの数が前記レンズアレイに含まれるレンズの数よりも大きい半導体装置の製造方法であって、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の導電パターンの形成方法を用いて前記配線を形成する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチングマスクを用いた導電体パターンの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や表示装置等の電子デバイスの配線は、導電体膜をエッチングによりパターニングして形成された導電体パターンである。技術の発展に伴って導電体パターンを微細化することが求められる。
【０００３】
特許文献１には上層ハードマスクをマスクとして下層ハードマスク膜をエッチングして下層ハードマスクを形成している。そして、上層ハードマスク、下層ハードマスクをマスクとして、被エッチング膜をドライエッチングする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−８１３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術は、被エッチング膜のエッチングの開始直後では上層ハードマスクと下層ハードマスクをマスクとして用いている。そして、エッチングの途中で上層ハードマスクが消滅し、エッチングの終了直前では下層ハードマスクのみをマスクとして被エッチング膜をエッチングしている。このように、途中でマスクが変わると、被エッチング膜の側面にサイドエッチが生じたり、側面に傾斜や凹凸を生じたりする場合があることが分かった。このような現象は導電体パターンの幅にばらつきを生じ、配線の特性の低下や信頼性の低下を招く可能性がある。
【０００６】
そこで本発明は、導電体パターンの幅のばらつきを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための第一の手段は、導電体パターンの形成方法であって、導電体膜の上に、前記導電体膜の側から順に、前記導電体膜よりも薄い第一層と、前記第一層よりも厚い第二層と、前記第二層よりも薄い第三層とが、積層されてなる積層膜を形成する工程と、前記積層膜の上に形成されたフォトレジストマスクを用いて前記第三層をドライエッチングすることで前記第三層から第一マスクを形成する工程と、前記第一マスクを用いて前記第二層をドライエッチングすることで前記第二層から第二マスクを形成する工程と、前記第二マスクを用いて前記第一層をドライエッチングするのと並行して前記第一マスクをドライエッチングすることで、前記導電体膜を露出させるとともに前記第一マスクを除去する工程と、前記第二マスクを用いて前記導電体膜をドライエッチングすることで前記導電体膜から導電体パターンを形成する工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決するための第二の手段は、導電体パターンの形成方法であって、アルミニウム層を含む導電体膜の上に前記導電体膜の側から順に、第一層と、第二層と、第三層とが、積層されてなる積層膜を形成する工程と、前記積層膜の上に形成されたフォトレジストマスクを用いて前記第三層をドライエッチングすることで前記第三層から第一マスクを形成する工程と、前記第一マスクを用いて前記第二層をドライエッチングすることで前記第二層から第二マスクを形成する工程と、前記第二マスクを用いて前記第一層をドライエッチングするのと並行して前記第一マスクをドライエッチングすることで、前記アルミニウム層を露出させるとともに前記第一マスクを除去する工程と、前記第二マスクを用いて前記導電体膜をドライエッチングすることで前記導電体膜から導電体パターンを形成する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、導電体パターンの幅のばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】導電体パターンの形成方法を説明する断面模式図。
【図２】半導体装置の一例を説明する模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。なお、以下の説明および図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。
【００１２】
図１は、導電体パターンの形成方法を工程順に説明するための断面模式図である。
【００１３】
図１（ａ）は工程Ａ−１、工程Ａ−２、工程Ａ−３を経た状態を示している。
【００１４】
（工程Ａ−１）  まず、絶縁性の基体９の上に導電体膜２０を形成する。絶縁性の基体９は表面が絶縁体で構成されていれば、ガラス基板でもよいし、絶縁体で覆われた半導体基板や導電体基板であってもよい。本例の基体９は半導体基板１０と半導体基板１０の上に形成された絶縁体膜１１で構成されている。導電体膜２０の下地の表面の全面が絶縁体で形成されている必要はなく、導電体膜２０が、導電体膜２０の下に存在する導電体と部分的に接していてもよい。
【００１５】
導電体膜２０は少なくとも１層の導電体層（第一導電体層２１０）を含む単層膜あるいは複層膜である。本例の導電体膜２０は、基体９と第一導電体層２１０の間に位置する第二導電体層２２０と、第二導電体層２２０と基体９との間に位置する第三導電体層２３０とをさらに含む。導電体膜２０主たる導電体層は第一導電体層２１０であり、第二導電体層２２０や第三導電体層２３０は第一導電体層２１０よりも薄い。なお、以下の説明において、「薄い」とは厚みが小さいことを意味し、「厚い」の対義語である。
【００１６】
第一導電体層２１０がアルミニウム層である場合に、本形態に係る導電パターンの形成方法は好適である。なお、アルミニウム層は単体のアルミニウムからなるもののみならず、アルミニウムを主成分とする合金であってもよい。
【００１７】
（工程Ａ−２）  次に、導電体膜２０の上に積層膜３０を形成する。本実施形態では、積層膜３０は導電体膜２０の側から順に、第一層３１０、第二層３２０および第三層３３０が積層されてなる。積層膜３０の主たる層は第二層３２０である。第二層３２０は第一層３１０よりも厚いことが好ましく、第三層３３０は第二層３２０よりも薄いことが好ましい。第一層３１０は導電体膜２０よりも薄いことが好ましく、特に第一導電体層２１０よりも薄いことが好ましい。すなわち、導電体膜２０の厚みをＴ０、第一層３１０の厚みをＴ１、第二層３２０の厚みをＴ２、第三層３３０の厚みをＴ３とすると、Ｔ０＞Ｔ１、Ｔ１＜Ｔ２、Ｔ２＞Ｔ３の関係にあることが好ましい。また、Ｔ０＞Ｔ３の関係にあることも好ましい。
【００１８】
積層膜３０が別々の層として識別される３つの層を含むことは、第二層３２０が第一層３１０とも第三層３３０とも異なる材料からなることを意味する。材料が異なることの技術的な意味としては後述する積層膜３０のドライエッチングにおいて複数の層間でエッチングレートを異ならせることが可能であることを意味する。第一層３１０、第二層３２０および第三層３３０の各々の導電性は特に制限がないが、第一層３１０は導電体層であることが好ましく、第二層３２０は絶縁体層であることが好ましい。第一層３１０は導電体膜２０の最上層である第一導電体層２１０と異なる材料からなる。第一層３１０、第二層３２０および第三層３３０の少なくともいずれかが、第二導電体層２２０および第三導電体層２３０の一方と同じ材料であってもよい。例えば、第二導電体層２２０が第一層３１０と同じ材料であってもよく、第二導電体層２２０が第三層３３０と同じ材料であってもよい。また、第三導電体層２２０が第一層３１０、第二層３２０および第三層３３０の少なくともいずれかと同じ材料であってもよい。第一層３１０と第三層３３０は同じ材料からなることが好ましい。そのため、第三層３３０は導電体層であることが好ましい。第一層３１０、第二層３２０および第三層３３０は無機物層でありうる。あるいは、第一層３１０および第三層３３０が無機物層であり、第二層３２０が有機物層でありうる。無機物としては、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコンなどのシリコン化合物を用いることができる。また、無機物としては、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物などの金属化合物を用いることができる。また、シリコンまたは金属の酸化窒化物、炭化窒化物、炭化酸化物を用いることができる。有機物としては、ノボラック系レジスト、ポリヒドロキシスチレン系レジスト、ポリイミド系レジスト、カーボンなどが挙げられる。カーボン層は、これらのレジストなどの有機物層のエッチング条件と類似の条件でドライエッチングできるので、カーボン層は有機物層に分類している。
【００１９】
（工程Ａ−３）  次に、積層膜３０の上にＢＡＲＣ（Ｂｏｔｔｏｍ  Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ）と呼ばれる、フォトリソグラフィ用の反射防止膜を形成する。さらに反射防止膜の上にフォトレジスト膜を形成する。フォトレジスト膜の厚みや材料は露光波長に応じて適宜設定することができる。フォトレジスト膜は第三層３３０よりも厚く形成することができる。また、フォトレジスト膜は積層膜３０よりも薄く形成することができる。また、フォトレジスト膜は導電体膜２０よりも薄く形成することができる。反射防止膜はフォトレジスト膜よりも薄く形成することができる。フォトリソグラフィによってフォトレジスト膜を所望のパターンに露光、現像をして、フォトレジスト膜からフォトレジストマスク４２１を形成する。露光光の光源としてＡｒＦエキシマレーザーやＦ２エキシマレーザーのような短波長の露光光を用いることで微細化が可能となる。フォトレジストマスク４２１をマスクとして、反射防止膜（ＢＡＲＣ）をパターニングして、残存パターン４１１が形成される。なお、反射防止膜（ＢＡＲＣ）は使用しなくてもよい。
【００２０】
（工程Ｂ）  図１（ｂ）は工程Ｂを経た状態を示している。工程Ｂでは、フォトレジストマスク４２１をマスクとして用いて第三層３３０をドライエッチングすることで、第三層３３０から第一マスク３３１を形成する。工程Ｂでは、フォトレジストマスク４２１のパターンを第一マスク３３１に転写することが主たる目的である。第一マスク３３１のパターンはフォトレジストマスク４２１に応じたパターンである。
【００２１】
工程Ｂにおいて、第三層３３０に対するエッチングレートＥＢ３が第二層３２０に対するエッチングレートＥＢ２よりも高いエッチング条件で、第三層３３０をドライエッチングすることが好ましい。このようにすることで、第三層３３０をドライエッチングする際に、第二層３２０はエッチングストッパとして機能する。第三層３３０のエッチングレートＥＢ３の第二層３２０のエッチングレートＥＢ２に対する比であるエッチング選択比（ＥＢ３／ＥＢ２）は５以上であることが好ましい。
【００２２】
（工程Ｃ）  図１（ｃ）は工程Ｃを経た状態を示している。工程Ｃでは、第一マスク３３１をマスクとして用いて第二層３２０をドライエッチングすることで、第二層３２０から第二マスク３２１を形成する。第二マスク３２１のパターンは第一マスク３３１に応じたパターンである。
【００２３】
工程Ｃにおいて、第二層３２０に対するエッチングレートＥＣ２が第一マスク３３１に対するエッチングレートＥＣ３よりも高いエッチング条件で、第二層３２０をドライエッチングすることが好ましい。このようにすることで、第二層３２０をドライエッチングする際に、第一マスク３３１の厚みの減少が抑制される。第二層３２０のエッチングレートＥＣ２の第一マスク３３１のエッチングレートＥＣ３に対する比であるエッチング選択比（ＥＣ２／ＥＣ３）は５以上であることが好ましい。
【００２４】
工程Ｃにおいて、第二層３２０に対するエッチングレートＥＣ２が第一層３１０に対するエッチングレートＥＣ１よりも高いエッチング条件で、第二層３２０をドライエッチングすることが好ましい。このようにすることで、第二層３２０をドライエッチングする際に、第一層３１０はドライエッチングストッパとして機能する。第二層３２０のエッチングレートＥＣ２の第一層３１０のエッチングレートＥＣ１に対する比であるエッチング選択比（ＥＣ２／ＥＣ１）は５以上であることが好ましい。
【００２５】
工程Ｃの第二層３２０のドライエッチングに先立って、フォトレジストマスク４２１や残存パターン４１１をアッシングによって除去することが好ましい。しかし、工程Ｃでは、第一マスク３３１の上に、フォトレジストマスク４２１や残存パターン４１１が存在していてもよい。第二層３２０をドライエッチングする際に、エッチング時間を長くしてオーバードライエッチングすることで、フォトレジストマスク４２１や残存パターン４１１を除去することができる。また、第二層３２０が有機物層であれば、第二層３２０のエッチングと並行してフォトレジストマスク４２１や残存パターン４１１を除去することもできる。
【００２６】
（工程Ｄ）  図１（ｄ）は工程Ｄを経た状態を示している。工程Ｄでは、第二マスクを用いて導電体膜２０が露出するように第一層３１０をドライエッチングする。第一層３１０のドライエッチングによって第一層３１０から残存パターン３１１が形成される。この時、第一層３１０のドライエッチングに並行して第一マスク３３１を除去する。
【００２７】
工程Ｄにおいて、第一層３１０に対するエッチングレートＥＤ１が導電体膜２０に対するエッチングレートＥＤ０よりも高いエッチング条件で、第一層３１０をドライエッチングすることが好ましい。このようにすることで、第一層３１０をドライエッチングする際に、導電体膜２０はエッチングストッパとして機能する。
【００２８】
第一層３１０のエッチングレートＥＤ１の導電体膜２０のエッチングレートＥＤ０に対する比であるエッチング選択比（ＥＤ１／ＥＤ０）は５以上であることが好ましい。
【００２９】
本工程では、第一層３１０のドライエッチングと第一マスク３３１のドライエッチングが同時に行われる状況が一定時間、持続すれすればよい。従って、第一層３１０のドライエッチングの開始のタイミングと第一マスク３３１のドライエッチングの開始のタイミングがずれていてもよい。また、第一層３１０のドライエッチングの終了と第一マスク３３１のドライエッチングの終了のタイミングがずれていてもよい。すなわち、第一層３１０の除去に伴う第二マスク３２１の上面の露出と、第一層３１０の部分的な除去に伴う導電体膜２０の上面の露出のタイミングがずれていてもよい。第一層３１０のドライエッチングの開始から終了までの時間の半分以上において、第一マスク３３１のドライエッチングが同時に行われることが好ましい。第一マスク３３１のドライエッチングの開始から終了までの時間の半分以上において、第一層３１０のドライエッチングが同時に行われることが好ましい。
【００３０】
第一層３１０と第一マスク３３１の厚みが異なっていても、第一層３１０および第一マスク３３１をドライエッチングする際に、エッチング時間を長くしてオーバードライエッチングすることで、導電体膜２０の露出と第一マスク３３１の除去を精度よく行うことができる。また、第一層３１０と第一マスク３３１の材料が異なっていても、エッチング時間を長くしてオーバードライエッチングすることで、導電体膜２０の露出と第一マスク３３１の除去を精度よく行うことができる。しかしながら、第一マスク３３１（およびその形成に用いられる第三層３３０）と第一層３１０に同じ材料を用いたり、これらの厚みを近づけたりしておくことが好ましい。第一層３１０と第三層３３０の厚みを近づけることの具体的な範囲としては、一方の厚みが他方の厚みの１／２倍以上２倍以下であればよい。すなわち、Ｔ１／２＜Ｔ３＜２×Ｔ１の関係を満たすことが好ましい。このようにすることで、オーバーエッチング量を低減し、オーバーエッチングによる第二マスク３２１や導電体膜２０へのダメージを抑制することができる。
【００３１】
（工程Ｅ）  図１（ｅ−１）は工程Ｅの途中の状態を、工程（ｅ−２）は工程Ｅを経た状態を示している。工程Ｅでは、第二マスク３２１を用いて導電体膜２０をドライエッチングすることで導電体膜２０から導電体パターン２１を形成する。導電体パターン２１は、第一導電体層２１０から形成された第一導電体層２１１、第二導電体層２２０から形成された第二導電体層２２１、第三導電体層２３０から形成された第三導電体層２３１、を有する積層体である。
【００３２】
工程Ｅにおいて、導電体膜２０に対するエッチングレートＥＥ０が第二マスク３２１に対するエッチングレートＥＥ２よりも高いエッチング条件で、導電体膜２０をドライエッチングすることが好ましい。このようにすることで、導電体膜２０をドライエッチングする際に、第二マスク３２１の厚みの減少が抑制される。導電体膜２０のエッチングレートＥＥ０の第二マスク３２１のエッチングレートＥＥ２に対する比であるエッチング選択比（ＥＥ０／ＥＥ２）は５以上であることが好ましい。
【００３３】
第二マスク３２１は導電体膜２０のエッチングが終了するまで、すなわち、導電体膜２０の下地となる基体９が露出するまで存在する。本例では、オーバーエッチングを行うことで、露出した基体９の絶縁体膜１１がエッチングされているが、基体９が露出した時点で導電体膜２０のエッチングを終了してもよい。
【００３４】
（工程Ｆ）  図１（ｆ−１）は工程Ｆの第一例を、工程（ｆ−２）は工程Ｆの第二例を経た状態を示している。工程Ｆは導電体パターン２１を覆う絶縁体膜１２を形成する段階を含む。また、工程Ｆは絶縁体膜１２を貫通して導電体パターン２１と電気的に接続する導電体部材４１（プラグ）を形成する段階を含む。
【００３５】
工程Ｆの第一例は、導電体パターン２１の上に第一層３１０の一部である残存パターン３１１および第二マスク３２１が残存した状態で、導電体パターン２１、残存パターン３１１および第二マスク３２１を覆う絶縁体膜１２を形成する段階を経るものである。導電体部材４１は、絶縁体膜１２に貫通孔を設け貫通孔を導電体で埋めることで形成できる。
【００３６】
本例では導電体部材４１は絶縁体である第二マスク３２１を貫通して、導電体である残存パターン３１１に接触しており、導電体部材４１は残存パターン３１１を介して導電体パターン２１と電気的に接続している。第二マスク３２１が導電体であれば、第二マスク３２１を貫通せずとも、第二マスク３２１に接触することで導電体パターン２１と電気的に接続することもできる。
【００３７】
工程Ｆの第二例は、絶縁体膜１２を形成する段階の前に、第二マスク３２１を除去する段階をさらに行ったものである。その後、導電体パターン２１の上の第一層３１０の一部である残存パターン３１１が残存した状態で、導電体パターン２１および残存パターン３１１を覆う絶縁体膜１２を形成する段階を経るものである。
【００３８】
本例では導電体部材４１は導電体である残存パターン３１１に接触しており、導電体部材４１は残存パターン３１１を介して導電体パターン２１と電気的に接続している。第二マスク３２１が導電体であれば、第二マスク３２１を貫通せずとも、第二マスク３２１に接触することで導電体パターン２１と電気的に接続することもできる。
【００３９】
なお、工程Ｆにおいて、絶縁体膜１２を形成する段階の前に、第二マスク３２１のみならず残存パターン３１１を除去してもよく、その場合には、導電体部材４１は導電体パターン２１に接触すればよい。
【００４０】
工程Ｆを省略して、導電体パターン２１が大気などの外部空間に曝されたままで導電体パターン２１を使用してもよい。また、導電体パターン２１を多層配線層の最上層に用いるような場合には、導電体部材４１は必要ではない。
【００４１】
上述した各工程について説明を追加する。
【００４２】
工程Ａでフォトレジストをパターニングする際には、ＡｒＦエキシマレーザーやＦ２エキシマレーザーのような短波長の露光光は、一般的なフォトレジスト材料に対して透過率が低い。フォトレジストを上面から下面まで均一に露光するためには、フォトレジストを薄くすることが必要となる。
【００４３】
また、フォトレジストパターンの微細化を図るとフォトレジストパターンのアスペクト比が大きくなり、フォトレジストパターンが倒れる可能性がある。パターンの倒れは現像や洗浄などのウェット処理により生じやすい。このような現象に対しても、工程Ａで用いるフォトレジストを薄くすることが有効である。
【００４４】
しかし、薄いフォトレジストパターンをマスクとして厚い導電体膜２０をドライドライエッチングすると、厚い導電体膜２０のドライエッチング加工が終了する前にフォトレジストマスクが消失するという問題が発生する。これに対して、工程Ｂでは、フォトレジストマスク４２１のパターンを、薄い第三層３３０に転写して第一マスク３３１を形成している。このようにすることで、工程Ａでのフォトレジストのパターニング時に微細化のため薄いフォトレジストマスク４２１を用いても、フォトレジストマスク４２１の消失を抑制することができる。また、薄い第一マスク３３１を形成することでパターン倒れを生じにくくする。
【００４５】
工程Ｃでは、厚い第二層３２０をドライエッチングして第二マスク３２１を形成するが、第一マスク３３１が残存するように行われる。工程Ｄで、導電体膜２０を露出させるために第一層３１０をドライエッチングする必要があるが、その際に第一マスク３３１で第二マスク３２１を保護することで、第二マスク３２１の寸法の変化を抑制することができる。第二マスク３２１は厚いが、これをドライエッチングで形成することで、フォトレジストパターンの形成のようにウェット処理を行う場合に比べてパターン倒れを抑制できる。
【００４６】
工程Ｄでは、第一マスク３３１を除去する際に、第一層３１０が導電体膜２０に対する保護層として機能し得る。仮に第一層３１０が存在しなければ、第一マスク３３１の除去時に導電体膜２０がエッチングされてしまう可能性がある。また、第一層３１０をドライエッチングして導電体膜２０が露出した後に、第二マスク３２１のエッチングを開始すると、第一層３１０から形成された残存パターン３１１のサイドエッチングが進行してしまう。残存パターン３１１にサイドエッチングが生じると、工程Ｅで第二マスク３２１の下で導電体膜２０のアンダーエッチングが生じ、導電体パターン２１の形状に好ましくない影響を与える。
第一マスク３３１と第一層３１０とを並行して除去することで、第二マスク３２１と導電体膜２０の双方のダメージを低減することができる。
【００４７】
工程Ｅでは、厚い第一導電体層２１０をドライエッチングする際に、薄い第一マスク３３１ではなく厚い第二マスク３２１を用いる。仮に第一導電体層２１０のドライエッチングに第一マスク３３１と第二マスク３２１を併用すると、第一導電体層２１０のドライエッチングの途中で第一マスク３３１が消滅してしまう可能性がる。これは、第一導電体層２１０のドライエッチングの途中で第一マスク３３１の寸法が変化することと、第一導電体層２１０のドライエッチングの途中でマスクの材料が切り替わることを意味する。このような変化は、第一導電体層２１０のサイドエッチングを生じ、導電体パターン２１の寸法にばらつきを生じる。この理由を説明する。サイドエッチは、第一導電体層２１０のドライエッチングの途中で第一導電体層２１０に形成された側壁を、保護膜で保護することで抑制できる。側壁の保護膜は、第１成分、第２成分、第３成分の３つの成分で構成されると考えられる。第１成分は、第一導電体層２１０と第一導電体層２１０のエッチングガスとの反応生成物に由来する成分である。第２成分は、第１マスクや第２マスクと第一導電体層２１０のエッチングガスの反応生成物に由来する成分である。第３成分は、側壁保護用のデポジットガスの堆積物に由来する成分である。保護膜の３つ成分のうち、マスクの材料が切り替わることで、第２成分が変化する。そうすると、保護膜の厚みやエッチング耐性が変化し、第一導電体層２１０のサイドエッチングの程度が変化する。このことが、導電体パターン２１の寸法にばらつきを生じる要因と考えられる。本実施形態では予め、工程Ｄで第一マスク３３１を除去しておくことで、工程Ｅでのマスクの切り替わりを抑制することができる。
【００４８】
また、本実施形態は、導電体膜２０の第一導電体層２１０以外の層（例えば第二導電体層２１０）が残存パターン３１１や第１マスク３３１と同じ材料である場合に、特に有効である。残存パターン３１１や第１マスク３３１をエッチング可能なエッチング条件で導電体膜２０（第二導電体層２１０）をエッチングする必要があるからである。第１マスク３３１が予め除去されていることで、導電体膜２０のエッチングの途中で第１マスク３１１から第２マスク３２１への切り替わりが生じることを回避できる。また、第１層３１０を第２層３２０よりも薄くしておくことで、導電体膜２０の第一導電体層２１０以外の層のエッチング時の残存パターン３１１のサイドエッチングによる影響を低減できる。
【００４９】
図２を用いて、上述した導電体パターンの形成方法を光電変換装置に応用した例を説明する。半導体装置において慣用される銅配線は銅に対する拡散防止層が必要であり、層間絶縁層と拡散防止層の積層構造が光学特性を低下させる要因となる。また、拡散防止層を設けたとしても銅の拡散による汚染の可能性が残る。そのため、光電変換装置においてはアルミニウム配線を用いることが好ましい。もちろん、光電変換装置以外の半導体装置や半導体装置以外の電子デバイスにも、上述した導電体パターンの形成方法を適用することができる。
【００５０】
光電変換装置において画素数の増大などに伴って増大する配線数に対して、微細なアルミニウム配線を形成することが求められる。特に、１つの画素に複数の光電変換部を設けて焦点検出を行うような光電変換装置においては、複数の光電変換部からの信号を読み出すために、従来と同じ画素数であっても倍以上の数の配線を設ける必要がある。
【００５１】
アルミニウム配線は銅配線に比べて抵抗率が高いことから、製造上のばらつきにより、微細な部分が存在すると、動作が不安定になったり配線が破断したりする場合がある。そのため、アルミニウム配線の微細化のためのパターニングプロセスには非常に高い信頼性が求められることになる。
【００５２】
本実施形態は、アルミニウム配線を微細化する上で非常に有利な技術である。すなわち、アルミニウム層のドライエッチング中のマスクの切り替わりが生じにくいため、アルミニウム配線の幅にばらつきが生じにくく、信頼性の高い配線の形成方法を提供することができる。
【００５３】
図２（ａ）は焦点検出が可能な画素が配列された画素アレイの平面模式図である。画素アレイの各画素は複数のフォトダイオードとして第一フォトダイオードＰＤ１と第二フォトダイオードＰＤ２を有している。各画素のフォトダイオードは、複数のフォトダイオードが配列されたフォトダイオードアレイを構成しておりここでは２画素分の４つのフォトダイオードを示している。各画素の第一フォトダイオードＰＤ１と第二フォトダイオードＰＤ２との間には接合分離あるいは絶縁体分離によって構成される第一分離領域Ｓ１が設けられている。本例では第一分離領域Ｓ１は第一フォトダイオードＰＤ１と第二フォトダイオードＰＤ２のｎ型の蓄積領域とは反対導電型のｐ型の不純物領域である。隣の画素との間には接合分離あるいは絶縁体分離によって構成される第二分離領域Ｓ２が設けられている。第一フォトダイオードＰＤ１で生じた信号電荷は第一転送ゲートＴＸ１を介して第一浮遊拡散領域ＦＤ１へ転送される。第二フォトダイオードＰＤ２で生じた信号電荷は第二転送ゲートＴＸ２を介して第二浮遊拡散領域ＦＤ２へ転送される。第一浮遊拡散領域ＦＤ１、第二浮遊拡散領域ＦＤ２の電位に応じた信号が増幅装置ＳＦで生成され、選択装置ＳＬを介して出力される。第一浮遊拡散領域ＦＤ１、第二浮遊拡散領域ＦＤ２の電位はリセット装置ＲＳでリセットされる。時分割方式で第一浮遊拡散領域ＦＤ１の電位と第二浮遊拡散領域ＦＤ２の電位に基づく信号を出力することができる。第一浮遊拡散領域ＦＤ１に対応する増幅装置ＳＦと第二浮遊拡散領域ＦＤ２に対応する増幅装置ＳＦとを別々に設けることもできる。
【００５４】
図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ｂ線における画素アレイの断面模式図である。第一絶縁体膜１１と第二絶縁体膜１２の間に配線層を構成する第一導電体パターン２１が設けられている。第二絶縁体膜１２と第三絶縁体膜１３の間に配線層を構成する第二導電体パターン２２が設けられている。第三絶縁体膜１３の上には遮光層を構成する第三導電体パターン２３が形成されている。第三導電体パターン２３はパッシベーション膜１４で覆われている。パッシベーション膜１４の上には平坦化膜１５、カラーフィルタ１６、マイクロレンズ１７が設けられている。各画素のマイクロレンズは、複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイを構成しておりここでは２画素分の２つのマイクロレンズを示している。このように、フォトダイオードアレイに含まれるフォトダイオードの数がマイクロレンズアレイに含まれるマイクロレンズの数よりも大きい。なお、図２（ａ）の点線ＭＬはマイクロレンズ１７の１つの等高線を例示している。マイクロレンズ１７へ入射した光は第一フォトダイオードＰＤ１と第二フォトダイオードＰＤ２の少なくとも一方に入射する。各画素では、第一フォトダイオードＰＤ１と第二フォトダイオードＰＤ２で生じる電荷の量の違いに基づいて、位相差検出方式による焦点検出が可能となる。
【００５５】
このように、１画素に複数のフォトダイオードを設けることで、配線数が増加するため、配線層を成す第一導電体パターン２１や第二導電体パターン２２の微細化が必要である。マイクロレンズアレイとフォトダイオードアレイとの間に設けられた第一導電体パターン２１や第二導電体パターン２２の微細化を図るうえで、図１を用いて説明した導電体パターンの形成方法を採用することが有利である。もちろん第三導電体パターン２３にも図１を用いて説明した導電体パターンの形成方法を採用してもよい。
【００５６】
上述した第１層３１０を窒化チタン層とし、図１（ｆ−１）や図１（ｆ−２）のように、導電体パターン２０の上に残存パターン３１１としての窒化チタン層を残して絶縁体膜１２を形成するとよい。このようにすることで、導電体パターン２１の上に設けた窒化チタン層は、導電体パターン２１の上面での反射を抑制する反射防止膜として機能しうる。導電体パターン２１の上面を成す第一導電体層２１１が反射率の高いアルミニウム層で形成されている場合には、上面での入射光の反射が低減されることで迷光を抑制し良好な画質を得ることができる。
【００５７】
光電変換装置は半導体基板を収容するパッケージをさらに備えることもできる。パッケージは、半導体基板が固定された基体と、半導体基板に対向する蓋体と、外部との信号をやり取りするための接続部材と、を含みうる。
【００５８】
光電変換装置を用いて、撮像システムを構築することができる。撮像システムは、カメラや撮影機能を有する情報端末である。撮像システムは光電変換装置から得られた信号を処理する信号処理手段や、光電変換装置で撮影された画像を表示する表示手段、を備えることができる。
【００５９】
以上、説明した実施形態は、本発明の思想を逸脱しない範囲において適宜変更が可能である。
【実施例１】
【００６０】
図１を参照しながら、具体的な材料とエッチング条件を挙げて、実施例１を説明する。
【００６１】
本実施例では、第一導電体層２１０は１５０〜４００ｎｍの厚みを有するアルミニウム層、第二導電体層２２０は５〜５０ｎｍの厚みを有する窒化チタン層、第三導電体層２３０は０〜３０ｎｍの厚みを有するチタン層である。本例のアルミニウム層は、アルミニウムを１００−Ｘ％、銅をＸ％（０≦Ｘ≦５）含むアルミニウム−銅合金である。導電体膜２０の厚みは１５５〜４８０ｎｍとなる。
【００６２】
本実施例では、第一層３１０は１０〜１００ｎｍの厚みを有する窒化チタン層、第二層３２０は１５０〜４００ｎｍの厚みを有する酸化シリコン層、第三層３３０は１０〜１００ｎｍの厚みを有する窒化チタン層である。
【００６３】
第二層３２０の酸化シリコン層は、単結晶や多結晶などの結晶構造を有していてもよいし、アモルファス構造を有していてもよい。ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｇｌａｓｓ）などのケイ酸塩ガラスやＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）などのシリカガラスも酸化シリコン層に分類される。
【００６４】
本実施例では残存パターン４１１を形成する工程Ａのフォトリソグラフィの露光では、露光光源として例えばＡｒＦエキシマレーザー（発振波長１９３ｎｍ）を用いることができる。フォトレジスト膜の材料は、露光光に応じて選択すればよい。フォトレジストマスク４２１の厚みは１００〜２００ｎｍ程度、パターン幅は６５〜１２０ｎｍ程度とすることができる。
【００６５】
本実施例では、第三層３３０をドライエッチングする工程Ｂで例えば次のようなエッチング条件を採用することができる。なお、プロセスガスの圧力とは、プラズマエッチング装置のチャンバー内のガスの全圧のことを意味する。
・プロセスガスの圧力：３〜２０ｍＴｏｒｒ
・高周波ソースパワー：４００〜１０００Ｗ
・ＲＦバイアスパワー：０〜５００Ｗ
・ＢＣｌ３ガスの流量：０〜５０ｓｃｃｍ
・Ｃｌ２ガスの流量を５０〜１５０ｓｃｃｍ
・Ｎ２ガスの流量を０〜３０ｓｃｃｍ
・Ｃ２Ｈ４（３０％）−Ｈｅ（７０％）混合ガスの流量：１０〜４０ｓｃｃｍ
本実施例では、第二層３２０をドライエッチングする工程Ｃで例えば次のようなエッチング条件を採用することができる。
・プロセスガスの圧力：３〜２０ｍＴｏｒｒ
・高周波ソースパワー：１００〜１０００Ｗ
・ＲＦバイアスパワー：５００〜２０００Ｗ
・ＣＦ４ガスの流量：２０〜２００ｓｃｃｍ
・ＣＨＦ３ガスの流量：０〜１００ｓｃｃｍ
・Ｏ２ガスの流量：５〜４０ｓｃｃｍ
・Ａｒガスの流量：０〜８００ｓｃｃｍ
窒化チタンがドライエッチングストッパとして機能する酸化シリコンのエッチングガスとしては酸素含有ガスおよびフッ素含有ガスを用いることができる。フッ素含有ガスとしては、ＣＦ４，ＣＨＦ３の他に、ＣＨ２Ｆ２，Ｃ２Ｆ６，Ｃ４Ｆ８，Ｃ５Ｆ８，Ｃ４Ｆ６等のフルオロカーボン系ガスを使用することができる。なお、このエッチング条件では窒化チタンからなる第一マスク３３１および第一層３１０に対する、酸化シリコンからなる第二層３２０のエッチング選択比は、２５以上となる。
【００６６】
本実施例では、第一マスク３３１および第一層３１０をドライエッチングする工程Ｄで例えば次のようなエッチング条件を採用することができる。
・プロセスガスの圧力：３〜１０ｍＴｏｒｒ
・高周波ソースパワー：１０００〜１８００Ｗ
・ＲＦバイアスパワー：０〜２００Ｗ
・Ｃｌ２ガスの流量：３０〜２００ｓｃｃｍ
・ＣＨＦ３ガスの流量：０〜５０ｓｃｃｍ
なお、このエッチング条件では窒化チタン層（第一層３１０）とアルミニウム層（第一導電体層２１０）とのエッチング選択比は、１０以上となる。
【００６７】
窒化チタン層のエッチングでは、主には塩素含有ガスを用いて、さらにフッ素含有ガスを添加したプロセスガスを用いている。塩素含有ガスは、窒化チタンと反応して塩化チタンを生成する。フッ素含有ガスは、アルミニウムと反応してフッ化アルミニウムを生成する。塩化チタンの沸点は１３６℃、フッ化アルミニウムの沸点は１２９１℃である。被エッチング膜とエッチングガスとの反応生成物の揮発性が高いほど、被エッチング膜はエッチングされやすい。そのため、被エッチング膜のエッチングレートは反応生成物の沸点が小さいほど高い。この事より、この工程Ｄで塩素含有ガスとフッ素含有ガスを用いることで、窒化チタン層は容易にエッチングされるのに対し、アルミニウム層はエッチングされにくいというエッチング条件が成立している。本例では、第一マスク３３１と第一層３１０の材料を共に窒化チタンとしており、両者のエッチングをほぼ同時に終了できるため、残存パターン３１１のサイドエッチを抑制することができる。
【００６８】
なお、塩素含有ガスとアルミニウムの反応生成物である塩化アルミニウムの沸点は１８３℃である。そのため、塩素含有ガス単独ではアルミニウム層はエッチングされやすい。塩素含有ガスにフッ素含有ガスを添加することにより、アルミニウム層の表面に反応生成物としてフッ化アルミニウムを生成させてエッチングを阻止することができる。このようにすることで、導電体膜２０のアルミニウム層をサイドエッチから保護することができる。
【００６９】
本例では、第一層３１０、第三層３３０の材料は窒化チタンであるが、窒化チタンに代えてチタン，タングステン、タンタル、酸化窒化チタン（ＴｉＯＮ）や窒化チタンアルミ（ＴｉＡｌＮ）でも、同様の条件で行うことができる。
【００７０】
本実施例では、導電体膜２０をドライエッチングする工程Ｅで例えば次のようなエッチング条件を採用することができる。
・プロセスガスの圧力：３〜１０ｍＴｏｒｒ
・高周波ソースパワー：２００〜８００Ｗ
・ＲＦバイアスパワー：２００〜６００Ｗ
・ＢＣｌ３ガスの流量：：２０〜１００ｓｃｃｍ
・Ｃｌ２ガスの流量：５０〜２００ｓｃｃｍ
・Ｎ２ガスの流量：０〜２０ｓｃｃｍ
・Ｃ２Ｈ４（３０％）−Ｈｅ（７０％）混合ガスの流量：０〜２０ｓｃｃｍ
なお、ＢＣｌ３ガスとＣｌ２ガスは上述したエッチングガスとして作用し、第１成分として塩化アルミニウムを生成する。Ｃｌ２ガスやＮ２ガスは上述したアルミニウム層の側壁保護用ガスとして作用し、第３成分として有機ポリマーを生成する。
【実施例２】
【００７１】
図１を参照しながら、具体的な材料とエッチング条件を挙げて、実施例２を説明する。
【００７２】
本実施例では、第二層３２０は１５０〜６００ｎｍの厚みを有するカーボン層である点が実施例１と異なり、導電体膜２０の構成と、積層膜３０の第二層３２０以外の構成は実施例１と同じである。
【００７３】
第二層３２０のカーボン層はカーボン粒子を有機バインダーに分散した液体を塗布して、塗布カーボン膜として成膜することができる。代わりに、スパッタ法によってカーボン層を成膜することもできる。
【００７４】
第三層３３０をドライエッチングする工程Ｂは、実施例１と同様のエッチング条件を採用することができる。
【００７５】
本実施例では、第二層３２０をドライエッチングする工程Ｃで例えば次のようなエッチング条件を採用することができる。
・プロセスガスの圧力：１０〜５０ｍＴｏｒｒ
・高周波ソースパワー：５００〜１８００Ｗ
・ＲＦバイアスパワー：２００〜１０００Ｗ
・Ｈ２ガスの流量：１００〜３００ｓｃｃｍ
・Ｎ２ガスの流量：３００〜１０００ｓｃｃｍ
カーボン層からなる第二層３２０は窒素および水素含有ガスを用いてドライエッチングすることができる。なお、このエッチング条件ではカーボン層である第二層３２０と窒化チタン層である第一層３１０とのエッチング選択比は、１００以上となる。
【００７６】
第一マスク３３１および第一層３１０をドライエッチングする工程Ｄは、実施例１と同様のエッチング条件を採用することができる。
【００７７】
本実施例では、導電体膜２０をドライエッチングする工程Ｅで例えば次のようなエッチング条件を採用することができる。
・プロセスガスの圧力：３〜１０ｍＴｏｒｒ
・高周波ソースパワー：２００〜８００Ｗ
・ＲＦバイアスパワー：２００〜６００Ｗ
・ＢＣｌ３ガスの流量：２０〜１００ｓｃｃｍ
・Ｃｌ２ガスの流量：５０〜２００ｓｃｃｍ
・Ｎ２ガスの流量：０〜２０ｓｃｃｍ
・Ｃ２Ｈ４（３０％）−Ｈｅ（７０％）混合ガスの流量：０〜２０ｓｃｃｍ
第二マスク３２１の除去には例えば次のようなエッチング条件を採用することができる。
・プロセスガスの圧力：５０〜５００ｍＴｏｒｒ
・高周波ソースパワー：５００〜２０００Ｗ
・ＲＦバイアスパワー：０〜５００Ｗ
・Ｏ２ガスの流量：５００〜３０００ｓｃｃｍ
・Ｈ２Ｏガスの流量：０〜３０００ｓｃｃｍ
【符号の説明】
【００７８】
２０  導電体膜
３０  積層膜
３１０  第一層
３２０  第二層
３３０  第三層
３３１  第一マスク
３２１  第二マスク
４２１  レジストパターン
【図１】
2015115402.tif 000003
【図２】
2015115402.tif 000004