(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に複数の光電変換素子を配置し該光電変換素子間に電極を敷設するとともに該電極を遮光膜で覆って遮光した固体撮像素子の製造方法であって、
複数の光電変換素子及び光電変換素子間を走る電極が形成された半導体基板上にタングステン層からなる遮光膜を形成するステップと、
前記遮光膜の前記光電変換素子の受光領域に相当する部位が窓開けされたマスク・パターンを形成するステップと、
ＳＦ6を使用する等方性エッチング・ガスとＮ2及びＣｌ2を使用する異方性エッチング・ガスを含む混合ガスを用いたドライ・エッチングによって、前記遮光膜に前記受光領域のための開口を穿設するステップと、
を具備することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
前記の開口を穿設するステップでは、下端の最小幅が１μｍ以下で基板に対して垂直となるように開口を穿設する、
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
前記の開口を穿設するステップでは、ＳＦ6：Ｃｌ2：Ａｒ：Ｎ2＝２：２：１４：１の比率からなる混合ガスを用いてエッチングを行なう、
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板上に複数の光電変換素子を配置するとともに各光電変換素子間に電極を敷設するとともに該電極を遮光膜で覆って遮光した固体撮像素子の製造方法に係り、特に、遮光膜によって形成された開口からの受光量に応じて蓄積された電荷を読み出すタイプの固体撮像素子の製造方法に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、タングステンを遮光膜に用いた固体撮像素子の製造方法に係り、特に、開口毎のエッチングのバラツキを低減して固定パターン・ノイズを抑制した固体撮像素子の製造方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
撮影した被写体の画像をデジタル・データとして取り込むためのデバイスとして、ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）などの固体撮像素子が知られている。この種の撮像素子は、レンズを通して入射した光を受けて、その光量に応じた電気信号に変換する。
【０００４】
ＣＣＤは、例えば半導体表面上にＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）構造などの電極を多数（マトリクス状に）配列した構造を持ち、入力部への信号により電荷を注入して、各電極に駆動信号を加えることによって注入された電荷を転送電極に沿って転送して、ＦＧＡあるいはＦＤＡなどの出力部で電荷を電圧として取り出すことができる。
【０００５】
図５には、インターライン型と呼ばれるＣＣＤ固体撮像素子の水平方向の断面構造（従来例）を模式的に示している。
【０００６】
図示の通り、画素単位は、ｐ層及び厚膜状のｎ層の組み合わせからなるフォトダイオード部１と、ボロン層バリアが形成されたｐ層の読み出し部２と、ｎ層及びｐ層の組み合わせからなる垂直電荷転送部３と、フォト・ダイオード部１に蓄積された電荷を読み出すのに必要な電圧を印加する多結晶シリコンからなる垂直転送電極４とで構成される。読み出し部２並びに垂直電荷転送部３と垂直転送電極４とは、ゲート絶縁膜５によって絶縁されている。このゲート絶縁膜５には、一般に酸化膜で構成され、例えば、ＳｉＯ2（酸化シリコン），ＳｉＮ（窒化シリコン）、ＳｉＯ2の３層からなるＭＯＮＯＳ（Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor）構造が採用される。
【０００７】
フォトダイオード部１の受光面は、遮光膜６によって形成された開口部によって規定される。光が入射すると、格子に結合されていた電子は結合を解き放たれて自由な電子となり、自由な電子や正孔が発生する。これら電子や正孔が欠乏領域へと移動していく結果として、光の強弱に比例した逆電流が生ずる。フォトダイオード部１のｎ層は、光の入射により発生した電荷を一定期間蓄積する。
【０００８】
フォトダイオード部１に蓄積された電荷を読み出すときには、垂直転送電極４に所定の読み出し電圧を持つパルスを印加する。これに応答して、蓄積電荷は、ｐ層の読み出し部２のボロン層バリアを越えて垂直電荷転送部３に流れ込むことにより、読み出し動作が行われる。
【０００９】
読み出し電圧を印加したときに、フォト・ダイオード部１の蓄積電荷が隣接する画素単位の垂直電荷転送部３'に誤って流れ込むことを防止するために、フォト・ダイオード部１と隣の画素単位の垂直電荷転送部３'の間には、ｐ層のチャンネル・ストップ部７が挿設されている。そして、このチャンネル・ストップ部７のバリアは、読み出し部２のバリアよりも高く設定しておく。
【００１０】
図５からも分かるように、ＣＣＤ固体撮像素子においては各フォトダイオード部間に配置された電極を遮光膜６で覆うことにより、受光量に応じて光電変換された蓄積電荷を確実に転送する。
【００１１】
従来、遮光膜６にはアルミニウム層を使用することが多かった。しかしながら、アルミニウムは高反射率であることから、固体撮像素子では、開口の形成過程で露光の反射が多いために、パターニングにより形成される遮光膜６の開口部のパターン幅及び形状が不均一になるという問題があった。
【００１２】
遮光膜６のパターンが不正確になると、フォトダイオード間で感度のバラツキが発生し、固体撮像素子全体としては特性の劣化になる。また、固体撮像素子が多画素高集積化されると、開口面積が微小にばらつくことによる固定パターン・ノイズ（画像ムラ）の問題が顕在化してくる。
【００１３】
本出願人に既に譲渡されている特開平０９−２３２５５２号公報には、このような遮光膜の反射率に伴う問題を低減して確実にパターニングすることができる固体撮像素子を提供するために、遮光膜をタングステン層により形成することについて開示されている。
【００１４】
タングステンを遮光膜に使用した場合、遮光性がよい反面、エッチングが難しくなるという問題がある。
【００１５】
例えば、等方性エッチング・ガスＳＦ6と異方性エッチング・ガスＣＬ2を含む混合ガスによりタングステン層をドライ・エッチングした場合、タングステンのグレイン沿いにエッチングが進行する結果として、エッチング面が凸凹になってしまうことがある。このような凸凹面は、固定パターン・ノイズ（画像ムラ）の原因になってしまい、固体撮像素子の多画素高密度化に耐え得ない。
【００１６】
図６には、タングステンのグレイン沿いにエッチングが進行した基板の断面図を示している。同図に示すように、エッチング面が凸凹になってしまっている。
【００１７】
また、図７には、このときの遮光膜の開口部付近を上方から眺めた様子を示している。同図からも分かるように、開口部の形状は安定しておらず、そのパターン幅及び形状が不均一になる。
【００１８】
開口の形状が不均一であるため、フォトダイオード間で感度のバラツキが発生し、固体撮像素子全体としては特性の劣化になる。また、固体撮像素子が多画素高集積化されると、開口面積が微小にばらつくことによる固定パターン・ノイズ（画像ムラ）の問題が顕在化してくる。また、遮光膜開口長がばらつくので、転送部との距離が一定でなくなり、スミア特性も不安定である。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、遮光膜によって形成された開口からの受光量に応じて蓄積された電荷を読み出すことができる固体撮像素子のための優れた製造方法を提供することにある。
【００２０】
本発明のさらなる目的は、タングステンを遮光膜に用いた固体撮像素子の優れた製造方法を提供することにある。
【００２１】
本発明のさらなる目的は、開口毎のエッチングのバラツキを低減して固定パターン・ノイズを抑制することができる、優れた固体撮像素子の製造方法を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、半導体基板上に複数の光電変換素子を配置し該光電変換素子間に電極を敷設するとともに該電極を遮光膜で覆って遮光した固体撮像素子の製造方法であって、
複数の光電変換素子及び光電変換素子間を走る電極が形成された半導体基板上にタングステン層からなる遮光膜を形成するステップと、
前記遮光膜の前記光電変換素子の受光領域に相当する部位が窓開けされたマスク・パターンを形成するステップと、
ＳＦ6を使用する等方性エッチング・ガスとＮ2及びＣｌ2を使用する異方性エッチング・ガスを含む混合ガスを用いたドライ・エッチングによって、前記遮光膜に前記受光領域のための開口を穿設するステップと、
を具備することを特徴とする固体撮像素子の製造方法である。
【００２３】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法において、前記の開口を穿設するステップでは、下端の最小幅が１μｍ以下で基板に対して垂直となるように開口を穿設する。
【００２４】
ここで、遮光膜としては、遮光性に優れたタングステン層を用いる。また、フォトダイオード上の部位には、ＳＦ6からなる等方性エッチング・ガスとＮ2及びＣｌ2からなる異方性エッチング・ガスを含む混合ガスを用いたドライ・エッチングを行なう。より具体的には、ＳＦ6：Ｃｌ2：Ａｒ：Ｎ2＝２：２：１４：１の比率からなる混合ガスを用いてエッチングを行なう。
【００２５】
このように等方性エッチング・ガスとＮ2及びＣｌ2を含んだ異方性エッチング・ガスを含む混合ガスを用いたドライ・エッチングを行なうことにより、タングステン遮光膜に対して、タングステン・グレインに沿わない、垂直形状のエッチングを実現することができる。
【００２６】
より具体的には、Ｃｌ2ガスとＮ2ガスの効果により、堆積性生成物がタングステンのエッチング側壁に堆積するので、タングステン・グレインに沿わないで、垂直方向にエッチングが進行する。
【００２７】
この結果、下端の最小幅が１μｍ以下で、タングステン・グレインに沿わない、垂直形状の開口をタングステン遮光膜に形成することができる。
【００２８】
したがって、遮光膜開口毎の微小なエッチング・バラツキが低減され、固定パターン・ノイズ（画像ムラ）の問題を解消することができる。また、遮光膜開口長がばらつかないので、転送部との距離が安定化し、スミア特性も安定する。
【００２９】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００３１】
本発明に従って半導体基板上にタングステン層の遮光膜を形成する処理手順について、図１〜図４を参照しながら説明する。
【００３２】
半導体基板上に転送電極４及びフォトダイオード部１を形成した後、層間電極層としてのシリコン酸化膜９を、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により成膜する（図１を参照のこと）。
【００３３】
次いで、基板上にタングステン遮光膜６を成膜した後、フォトレジスト法により開口を形成するためのレジスト・パターン１１をマスキングする（図２を参照のこと）。
【００３４】
次いで、マイクロ波ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance：電子サイクロトロン共鳴）エッチャーでエッチングを行なう。このときのエッチング条件は、例えば、エッチング・ガスはＳＦ6：Ｃｌ2：Ａｒ：Ｎ2＝２：２：１４：１の比率からなる混合ガスであり、エッチング圧力は２．０Ｐａ、マイクロ波励起パワーは１１００Ｗ、ＲＦ励起パワーは４５Ｗ、下部電極温度は０℃である。
【００３５】
ここで、ＳＦ6は等方性エッチング・ガスとして使用され、また、Ｎ2及びＣｌ2は異方性エッチング・ガスとして使用される。
【００３６】
このような条件でタングステン層のエッチングを行なうと、Ｃｌ2ガスとＮ2ガスの効果により、堆積性生成物がタングステンのエッチング側壁に堆積し、その結果、タングステン・グレインに沿わない、垂直形状のエッチングを実現することができる。
【００３７】
図３には、上記のエッチング条件を用いて、タングステンのグレインに沿わないで穿設された遮光膜の開口部付近の基板断面図を示している。同図に示すように、エッチング面は凸凹を含まず、垂直形状の側壁を持つ。また、下端の最小幅が１μｍ以下に制御することができる。
【００３８】
また、図４には、このときのタングステン遮光膜の開口部付近を上方から眺めた様子を示している。同図からも分かるように、開口部の形状は安定しており、そのパターン幅及び形状は均一になる。
【００３９】
したがって、本実施形態によれば、タングステン・グレインに沿わない、垂直形状のエッチングを実現することができるので、遮光膜開口毎の微小なエッチング・バラツキが低減され、固定パターン・ノイズ（画像ムラ）の問題を解消することができる。また、遮光膜開口長がばらつかないので、転送部との距離が安定化し、スミア特性も安定する。
【００４０】
なお、上述した実施形態ではエッチング装置としてマイクロ波ＥＣＲエッチャーを使用したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。例えば、並行板型ＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオン・エッチング）、高圧狭ギャップ型プラズマ・エッチング装置、誘導結合型プラズマ・エッチング装置、マグネトロンＲＩＥ、変成器結合プラズマ・エッチング装置、ヘリコン波プラズマ・エッチング装置など、その他のエッチング装置を使用することができる。
【００４１】
［追補］
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、遮光膜によって形成された開口からの受光量に応じて蓄積された電荷を読み出すことができる固体撮像素子のための優れた製造方法を提供することができる。
【００４３】
また、本発明によれば、タングステンを遮光膜に用いた固体撮像素子の優れた製造方法を提供することができる。
【００４４】
また、本発明によれば、開口毎のエッチングのバラツキを低減して固定パターン・ノイズを抑制することができる、優れた固体撮像素子の製造方法を提供することができる。
【００４５】
昨今、固体撮像素子において、小型化、多画素高集積化の要求により遮光膜の開口も小型化される傾向にある。遮光膜開口の縮小に伴い、エッチングのバラツキにより開口面積が微小にばらつくことによる、固定パターン・ノイズ（画像ムラ）の問題が顕在化してくる。本発明によれば、タングステン・グレインに沿わない、垂直形状のエッチングを実現することができるので、遮光膜開口毎の微小なエッチング・バラツキが低減され、固定パターン・ノイズ（画像ムラ）の問題を解消することができる。また、遮光膜開口長がばらつかないので、転送部との距離が安定化し、スミア特性も安定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って半導体基板上にタングステン層の遮光膜を形成する処理手順を説明するための図である。
【図２】本発明に従って半導体基板上にタングステン層の遮光膜を形成する処理手順を説明するための図である。
【図３】本発明に従って半導体基板上にタングステン層の遮光膜を形成する処理手順を説明するための図である。
【図４】本発明に従って半導体基板上にタングステン層の遮光膜を形成する処理手順を説明するための図である。
【図５】インターライン型と呼ばれるＣＣＤの水平方向の断面構造（従来例）を模式的に示した図である。
【図６】タングステンのグレイン沿いにエッチングが進行した基板の断面図を示した図である。
【図７】タングステンのグレイン沿いにエッチングが進行したときの遮光膜の開口部付近を上方から眺めた様子を示した図である。
【符号の説明】
１…フォトダイオード部
２…読み出し部
３…垂直電荷転送部
４…垂直転送電極
５…ゲート絶縁膜
６…遮光膜
７…チャンネル・ストップ部
９…層間絶縁膜
１１…レジスト
【図１】
0003960067.tif 000002
【図２】
0003960067.tif 000003
【図３】
0003960067.tif 000004
【図４】
0003960067.tif 000005
【図５】
0003960067.tif 000006
【図６】
0003960067.tif 000007
【図７】
0003960067.tif 000008