半導体装置の製造方法、及び固体撮像装置の製造方法
【課題】 精度よく開口を形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 第１の絶縁膜となる部材と、第１の絶縁膜となる部材と異なる材料からなる第２の絶縁膜となる部材と、第３の絶縁膜となる部材と、第３の絶縁膜となる部材と異なる材料の第４の絶縁膜となる部材とがこの順に積層された半導体基板の上に、複数の絶縁膜の開口を形成するための開口を有するマスクを形成する工程と、第３の絶縁膜となる部材のマスクの開口に対応する部分と第４の絶縁膜となる部材のマスクの開口に対応する部分を連続して除去する第１の工程と、第１の工程を行った後に、第２の絶縁膜となる部材のマスクの開口と対応する部分を除去する第２の工程と、を有する。
【解決手段】 第１の絶縁膜となる部材と、第１の絶縁膜となる部材と異なる材料からなる第２の絶縁膜となる部材と、第３の絶縁膜となる部材と、第３の絶縁膜となる部材と異なる材料の第４の絶縁膜となる部材とがこの順に積層された半導体基板の上に、複数の絶縁膜の開口を形成するための開口を有するマスクを形成する工程と、第３の絶縁膜となる部材のマスクの開口に対応する部分と第４の絶縁膜となる部材のマスクの開口に対応する部分を連続して除去する第１の工程と、第１の工程を行った後に、第２の絶縁膜となる部材のマスクの開口と対応する部分を除去する第２の工程と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法、及び固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光電変換部に入射する光量を増やすため、導波路を有する固体撮像装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、光電変換部の上部に２種類の絶縁膜が交互に配置された固体撮像装置が導波路構造を有している構成が開示されている。導波路は、受光部に対応した部分の２種類の絶縁膜が除去された開口に、絶縁膜よりも屈折率の高い材料で構成されたパッシベーション膜が配置されて形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３２４１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らは、２種類以上の絶縁膜が交互に積層された領域をエッチングにより除去する場合には、開口の側壁に凹凸が出来やすいこと、また、開口を形成する際に、ウエハ内の複数の開口においてエッチング量にばらつきが生じてしまうことを見出した。開口の側壁の凹凸やエッチング量のばらつきによる開口の形状のばらつきは、導波路として光を収集する際に、各チップあるいは各画素における光の強度のばらつきや色むらを生じさせてしまう。
【０００６】
上記の課題に鑑み、本発明は精度よく開口を形成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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板と、前記半導体基板の上に配された第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜の上に配された第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜の上に配された第３の絶縁膜と、前記第３の絶縁膜の上に配された第４の絶縁膜とを含み、少なくとも前記第２の絶縁膜と前記第３の絶縁膜と前記第４の絶縁膜とに渡って連通した開口を有する複数の絶縁膜と、を有する半導体装置の製造方法において、前記第１の絶縁膜となる部材と、前記第１の絶縁膜となる部材と異なる材料からなる前記第２の絶縁膜となる部材と、前記第３の絶縁膜となる部材と、前記第３の絶縁膜となる部材と異なる材料の前記第４の絶縁膜となる部材とがこの順に積層された半導体基板の上に、前記複数の絶縁膜の開口を形成するための開口を有するマスクを形成する工程と、前記第３の絶縁膜となる部材及び前記第４の絶縁膜となる部材に対して、前記第３の絶縁膜となる部材及び前記第４の絶縁膜となる部材が共にエッチングされる条件で、前記マスクを用いてエッチング処理を行い、前記第３の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応する部分と前記第４の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応する部分を連続して除去する第１の工程と、前記第１の工程を行った後に、前記第１の絶縁膜となる部材よりも前記第２の絶縁膜となる部材のエッチングされる速度が速い条件で、前記第２の絶縁膜となる部材に対して前記マスクを用いてエッチング処理を行うことで、前記第２の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口と対応する部分を除去する第２の工程と、を有する。
【０００８】
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、複数の光電変換部を有する半導体基板と、前記半導体基板の上に配された第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜の上に配された第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜の上に配された第３の絶縁膜と、前記第３の絶縁膜の上に配された第４の絶縁膜とを含み、少なくとも前記第２の絶縁膜と前記第３の絶縁膜と前記第４の絶縁膜とに渡って連通した開口を有する前記複数の絶縁膜と、前記複数の光電変換部のそれぞれに対応して、前記開口に配置される高屈折率部材と、前記高屈折率部材と前記光電変換部との間に配された絶縁膜と、を有する固体撮像装置の製造方法において、前記高屈折率部材と前記光電変換部との間に配された絶縁膜となる部材と、前記第１の絶縁膜となる部材と、前記第１の絶縁膜となる部材と異なる材料からなる前記第２の絶縁膜となる部材と、前記第３の絶縁膜となる部材と、前記第３の絶縁膜となる部材と異なる材料の前記第４の絶縁膜となる部材とがこの順に積層された半導体基板の上に、前記複数の絶縁膜の開口を形成するための開口を有するマスクを形成する工程と、前記第３の絶縁膜となる部材及び前記第４の絶縁膜となる部材が共にエッチングされる条件で、前記第３の絶縁膜となる部材及び前記第４の絶縁膜となる部材に対して、前記マスクを用いてエッチング処理を行い、前記第３の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応する部分と前記第４の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応する部分とを、除去する第１の工程と、前記第１の工程を行った後に、前記第１の絶縁膜となる部材よりも前記第２の絶縁膜となる部材がエッチングされる速度が速い条件で、前記第２の絶縁膜となる部材に対して前記マスクを用いてエッチング処理を行うことで、前記第２の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応する部分を除去する第２の工程と、前記高屈折率部材と前記光電変換部との間に配された絶縁膜となる部材よりも前記第１の絶縁膜となる部材がエッチングされる速度が速い条件で、前記第１の絶縁膜となる部材に対して、前記マスクを用いてエッチング処理を行い、前記第１の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応した部分を除去する第３の工程と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、精度よく開口を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の固体撮像装置の画素セルの回路図。
【図２】実施例１の固体撮像装置の画素セルの平面レイアウトを示す図。
【図３】実施例１の固体撮像装置の製造方法を示す図。
【図４】実施例１の固体撮像装置の製造方法を示す図。
【図５】実施例１の固体撮像装置の製造方法を示す図。
【図６】実施例１の固体撮像装置の製造方法の詳細を示す図。
【図７】実施例１の固体撮像装置の製造方法のフロー図。
【図８】実施例１を説明するグラフ。
【図９】実施例２の固体撮像装置の製造方法の詳細を示す図。
【図１０】実施例３の固体撮像装置の製造方法の詳細を示す図。
【図１１】実施例４の固体撮像装置の製造方法の詳細を示す図。
【図１２】固体撮像装置及び撮像システムを説明するブロック図。
【図１３】実施例１の固体撮像装置の変形例を示す断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、半導体基板と、半導体基板の上に複数の絶縁膜を有する半導体装置の製造方法に関する。複数の絶縁膜は、半導体基板の上に配された第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜の上に配された第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜の上に配された第３の絶縁膜と、第３の絶縁膜の上に配された第４の絶縁膜とを含む。そして、複数の絶縁膜は、少なくとも第２の絶縁膜と第３の絶縁膜と第４の絶縁膜とに渡って連通した開口を有する。そして、半導体装置は、マスクを形成する工程と、第１の工程と、第２の工程とを有する。マスクを形成する工程では、第１の絶縁膜となる部材と、第１の絶縁膜となる部材と異なる材料からなる第２の絶縁膜となる部材と、第３の絶縁膜となる部材と、第３の絶縁膜となる部材と異なる材料の第４の絶縁膜となる部材とが半導体基板に積層されている。マスクを形成する工程は、その半導体基板の上に、複数の絶縁膜の開口を形成するための開口を有するマスクを形成する。そして、第１の工程は、第３の絶縁膜となる部材及び第４の絶縁膜となる部材に対して、第３の絶縁膜となる部材及び第４の絶縁膜となる部材が共にエッチングされる条件で、マスクを用いてエッチング処理を行う。第１の工程では、第３の絶縁膜となる部材のマスクの開口に対応する部分と第４の絶縁膜となる部材のマスクの開口に対応する部分を連続して除去する。第２の工程は、第１の工程を行った後に、第１の絶縁膜となる部材のエッチングされる速度よりも第２の絶縁膜となる部材のエッチングされる速度が速い条件で、第２の絶縁膜となる部材に対してマスクを用いてエッチング処理を行う。第２の工程では、第２の絶縁膜となる部材のマスクの開口と対応する部分を除去する。
【００１２】
このような製造方法によって、精度よく開口（開口あるいは凹部）を形成することが可能となる。特に、アスペクト比の大きな開口を形成する場合に、ウエハ内の複数の開口のいずれかに除去しなければならない膜が残ってしまう、あるいは残すべき膜を除去してしまうというばらつきを抑制することができる。また、第２の除去工程において第１の絶縁膜を有することで、ばらつきを吸収している間のエッチングによるダメージを吸収することが可能となり、半導体装置あるいは固体撮像装置のノイズを低減することが可能となる。
【００１３】
以下、開口とは、複数の層間絶縁膜を貫通する場合あるいは貫通しない場合（凹部）のいずれの場合も含み、孔とも言える。開口を用いる構成として、実施例では導波路の構成を説明するが、貫通電極など任意の構成が適用可能である。また、本発明は半導体装置一般に適用できるが、以下の実施例では固体撮像装置に適用した例を示す。また、エッチング選択比とは、ある部材のエッチングされる速度に対する別の部材のエッチングされる速度の比であり、大きいほど別の部材のみがエッチングされる。エッチング選択比が小さいほど、ある部材も共にエッチングされることを示す。また、酸化シリコンの屈折率は約１．４〜１．５であり、窒化シリコンの屈折率は約１．８〜２．３であり、酸窒化シリコンはそれらの間の屈折率である。なお、以下の説明において、公知の半導体の製造方法で製造可能な構成の製造方法等の詳細については説明を省略する。以下、図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
本実施例では半導体装置として固体撮像装置を例に挙げ、固体撮像装置の製造方法について説明する。固体撮像装置の製造方法については、図１〜図５及び図１２を用いて説明する。まず、図１、図２及び図１２を用いて、本実施例の固体撮像装置について説明する。
【００１５】
図１は、本実施例の固体撮像装置の画素セルの回路図である。図１の画素セル１００は、４つのフォトダイオード（以下ＰＤとする）１０１〜１０４と、４つの転送トランジスタ１０５〜１０８と、１つのリセットトランジスタ１１０と、１つの増幅トランジスタ１１２とを有する。また、フローティングディフュージョンノード（以下、ＦＤノードとする）１０９を有する。ここで、信号電荷は電子であり、トランジスタがＮ型である場合について説明する。
【００１６】
４つのＰＤ１０１〜１０４は、アノードがグランドに接続されており、入射光をその光量に応じた電荷に光電変換して蓄積する。４つの転送トランジスタ１０５〜１０８は、それぞれ対応する４つのＰＤ１０１〜１０４にて発生した信号電荷をＦＤノード１０９に転送する転送手段として機能する。具体的には、第１のＰＤ１０１と第１の転送トランジスタ１０５のソースが接続し、第２のＰＤ１０２と第２の転送トランジスタ１０６のソースが接続している。そして、第３のＰＤ１０３と第３の転送トランジスタ１０７のソースが接続し、第４のＰＤ１０４と第４の転送トランジスタ１０８のソースが接続している。第１〜第４の転送トランジスタ１０５〜１０８のドレインが１つに接続しており、ＦＤノード１０９を構成している。増幅トランジスタ１１２は、そのゲート電極がＦＤノード１０９に接続され、ドレインが電源供給線１１１に接続され、ソースが出力信号線１１３に接続されていて、ＦＤノード１０９の電位に基づく信号が出力信号線１１３に出力される。リセットトランジスタ１１０は、ＦＤノード１０９に接続され、ＦＤノード１０９の電位を任意の電位にリセットする。同時に、転送トランジスタ１０５〜１０８を導通させることにより、ＰＤ１０１〜１０４もリセット可能である。電源供給線１１１は少なくとも２つの電位を有し、ＦＤノード１０９の電位を２つの値に設定することで、出力信号線１１３への信号の出力を行うことが出来る。端子１１４は以下に説明する読み出し回路と接続している。
【００１７】
少なくとも１つの光電変換部を含む繰り返し単位を画素とすると、図１においては、画素セル１００は４つの画素を含む。画素セル１００が含む構成は、ＰＤが４つの場合に限らず、また選択トランジスタや容量などを有していてもよい。光電変換部としてフォトダイオードを例に挙げたが、フォトゲートなどでもよい。
【００１８】
図１２には、固体撮像装置及び撮像システムの概略構成を示す図である。ここでは、図１２において、固体撮像装置１２０１は、画素部１２１１と、垂直走査回路１２１２と、２つの読み出し回路１２１３と、２つの水平走査回路１２１４と、２つの出力アンプ１２１５を備えている。画素部１２１１以外の領域を周辺回路部１２１６と称する。
【００１９】
図１２において、画素部１２１１には、図１に示した複数の画素セルが２次元状に配列されて構成される。つまり、画素部１２１１には複数の画素が配置されている。各画素セルは、複数の画素を含んで構成される。読み出し回路１２１３は、例えば、列アンプ、ＣＤＳ回路、加算回路等を含み、垂直走査回路１２１２によって選択された行の画素から垂直信号線を介して読み出された信号に対して増幅、加算等を行う。列アンプ、ＣＤＳ回路、加算回路等は、例えば、画素列又は複数の画素列毎に配置される。水平走査回路１２１４は、読み出し回路１２１３の信号を順番に読み出すための信号を生成する。出力アンプ１２１５は、水平走査回路１２１４によって選択された列の信号を増幅して出力する。以上の構成は、固体撮像装置の一つの構成例に過ぎず、本実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、読み出し回路１２１３と水平走査回路１２１４と出力アンプ１２１５とは、２系統の出力経路を構成するため、画素部１２１１を挟んで上下に１つずつ配置されている。しかし、出力経路は３つ以上設けられていてもよい。
【００２０】
次に、図２を用いて、図１に対応した平面レイアウトを説明する。図２において、第１〜第４のＰＤ２０１〜２０４が配置されている。ここでは、簡単のためにＰＤの一部である電荷蓄積領域（Ｎ型半導体領域）の部分を示している。第１〜第４のＰＤ２０１〜２０４に対応して第１〜第４の転送トランジスタのゲート電極２０５〜２０８が配置されている。そして、第１の転送トランジスタのドレインと第２の転送トランジスタのドレインは共通の領域であり、第１のフローティングディフュージョン領域２０９（以下、第１のＦＤ領域）である。第３の転送トランジスタのドレインと第４の転送トランジスタのドレインは共通の領域であり、第２のフローティングディフュージョン領域２１０（以下、第２のＦＤ領域）である。この第１のＦＤ領域２０９と第２のＦＤ領域２１０と増幅トランジスタのゲート電極２１２とを接続配線２１３が接続している。増幅トランジスタのゲート電極２１２と接続配線２１３とは一体となっている。第１のＦＤ領域２０９と接続配線２１３とをシェアードコンタクト２１４が接続し、第２のＦＤ領域２１０と接続配線２１３とはシェアードコンタクト２１５とで接続されている。シェアードコンタクトとは、半導体領域同士、半導体領域とゲート電極との間、あるいはゲート電極同士を、配線層を介することなく接続するコンタクトのことである。また、図２においては、第２のＦＤ領域２１０がリセットトランジスタのソースあるいはドレインと共通の領域となっている。２１１はリセットトランジスタのゲート電極である。
【００２１】
ここで、図２において、ＰＤとトランジスタのソース・ドレイン及びチャネルとなる領域とが形成された領域は活性領域であり、その他の領域は素子分離領域２１７となっている。また、活性領域のＰＤとＰＤの間や転送トランジスタのゲート電極とゲート電極との間には、半導体領域である信号電荷に対するポテンシャルバリア２１６が配置されている。ポテンシャルバリア２１６はＰＤとＰＤとの間の信号電荷の行き来を抑制する、素子分離領域としての機能を有する。
【００２２】
このような固体撮像装置の製造方法について、図３〜図５を用いて説明する。図３〜図５は、製造方法の工程を説明する図２のＡＢ線における断面模式図である。具体的には、図３〜図５は、図２のＡＢ線における画素セルの第２、第３のＰＤの断面と、画素セルの任意のトランジスタ３０３と、周辺回路部の任意のトランジスタ３０４とを示している。上述の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。また、一般の半導体技術によって形成可能な構成については、その詳細な説明を省略する。
【００２３】
まず、図３（ａ）を用いて、素子が配置された半導体基板を準備する工程を説明する。まず、準備する半導体基板３１は、シリコンからなり、主面３０２を有する。そして、半導体基板３０１には、２つのＰＤの電荷蓄積領域２０２、２０３と、画素セルのトランジスタ３０３と、周辺回路部のトランジスタ３０４とが設けられている。図３（ａ）において、画素部のトランジスタ３０３はＮ型のソース・ドレイン領域３０９とゲート電極３０８とを有する。電荷蓄積領域２０２、２０３の下部にはＮ型半導体領域３１４が設けられている。このＮ型半導体領域３１４は電荷蓄積領域よりも不純物濃度が低く、電荷蓄積領域と共に光電変換部の一部を構成する。Ｎ型半導体領域３１４の下部には、光電変換部の一部として機能するＰ型半導体領域３１５が配置されている。そして、トランジスタ３０３のソース・ドレイン領域３０９と第２のＦＤ領域２１０の下部にはＰ型半導体領域３１６が配置されている。周辺回路部のトランジスタ３０４は、ＣＭＯＳ回路を構成するトランジスタが配置されるが、本実施形態においては、Ｎ型のトランジスタのみを示している。周辺回路部のトランジスタ３０４は、Ｐ型の半導体領域３１３に配されたＮ型のソース・ドレイン領域３１１と、ソース・ドレイン領域の間であって半導体基板の主面３０２上のゲート電極３１０とを有する。このような素子を有する半導体基板３０１を準備する。
【００２４】
そして、図３（ａ）においては、素子上に絶縁膜を形成する工程を示している。画素部１２１１には、酸化シリコンからなる絶縁膜（不図示）と、窒化シリコンからなる絶縁膜３０５と、酸化シリコンからなる絶縁膜３０６とが主面３０２側からこの順に積層して配置されている。これらの膜はプラズマ化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下ＣＶＤ）によって形成されうる。
【００２５】
そして、トランジスタ３０４は、そのゲート電極１０の側壁にサイドスペーサー３１２を有し、ソース・ドレイン領域３１１はＬＤＤ構造（不図示）を有する。サイドスペーサー３１２は、酸化シリコンと、窒化シリコンと、酸化シリコンとの積層膜からなる。これらの膜はプラズマＣＶＤ法によって形成されうる。そして、サイドスペーサー３１２を構成する膜は、画素部１２１１に形成される絶縁膜（不図示）と、絶縁膜３０５と、絶縁膜３０６と同一の膜から形成されうる。
【００２６】
そして、図３（ａ）において、画素部１２１１と周辺回路部１２１６に渡って窒化シリコンからなる絶縁膜３０７を、例えば低圧プラズマＣＶＤ法（ＬＰ−ＣＶＤ法）によって堆積する。ここで、絶縁膜３０７を形成する前に、画素部１２１１と周辺回路部１２１６に渡って酸化シリコンからなる膜（不図示）をプラズマＣＶＤ法によって堆積しておいてもよい。これは、周辺回路部のトランジスタ３０４のソース・ドレイン領域３１１において半導体基板の主面３０２が露出しないようにするためである。
【００２７】
図３（ｂ）において、画素部１２１１と周辺回路部１２１６に形成されている絶縁膜３０７を、公知のリソグラフィ技術及びエッチング技術によって、所望の形状にパターニングし、絶縁膜３１７と絶縁膜３１８とを形成する。ここで、絶縁膜３１７は、電荷蓄積領域２０２、２０３の上、すなわち光電変換部の上から転送トランジスタのゲート電極の一部上に延在して設けられる。絶縁膜３１７は、光電変換部と１対１で対応して配置されている。画素部１２１１の他の領域においては、図３（ａ）の絶縁膜３０７はエッチングによって除去されている。周辺回路部１２１６において図３（ａ）の絶縁膜３０７はエッチングされることなく、絶縁膜３１８となる。
【００２８】
次に、図３（ｃ）において、図３（ｂ）の構成上に、複数の層間絶縁膜３１９と、コンタクト３２０と、第１の配線層３２１と、ビアを含む第２の配線層３２２とを形成する。コンタクト及び配線層の配線は複数配置されている。複数の層間絶縁膜３１９は、酸化シリコンからなる絶縁膜（部材）と窒化シリコンからなる絶縁膜（部材）とが交互に積層されている。酸化シリコンからなる複数の絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法によって、約１２０ｎｍ〜１０００ｎｍの膜厚にそれぞれが形成される。窒化シリコンからなる複数の絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法によって、約１０ｎｍ〜２００ｎｍの膜厚にそれぞれが形成される。よって、複数の層間絶縁膜３１９の大部分は酸化シリコンである。窒化シリコンからなる複数の絶縁膜は、配線層やビアを形成する際のエッチングストップ膜や配線層を構成する金属の拡散防止膜として機能する。複数の層間絶縁膜３１９は後に、導波路のクラッドとして機能する。
【００２９】
コンタクト３２０は主にタングステンからなり、第１の配線層３２１、ビアと一体形成された第２の配線層３２２は主に銅を主成分とする。第１の配線層３２１はシングルダマシン法によって形成された構造を有し、第２の配線層３２２はデュアルダマシン法によって形成された、ビアと配線層とが一体の導電体によって形成された構造を有する。コンタクト、ビア及び配線層はそれぞれバリアメタルを有している。そして、第１、第２の配線層は銅を主成分とする金属からなる。これらの製造方法については、公知の製造方法によって形成可能であるため説明を省略する。なお、第１、第２の配線層はダマシン法ではなく、パターニングによって形成されていてもよい。
【００３０】
ここで、図３（ｃ）において、窒化シリコンからなる複数の絶縁膜のうち、第１及び第２の配線層の上面と接して配置される絶縁膜は、金属、すなわち銅の拡散防止膜として機能する。一方、第１、第２の配線層の下面側に配置される絶縁膜は、第１、第２の配線層をダマシン法で形成する際のエッチングストップ膜として機能する。拡散防止膜として機能する絶縁膜よりもエッチングストップ膜として機能する絶縁膜の膜厚は薄い。ダマシン法では、絶縁膜に配線用の溝あるいは配線及びビア用の溝を形成する工程があり、この溝を形成する際のエッチングにおいて、溝の形状制御のためエッチングストップ膜があることが好ましい。よって、第１、第２の配線層の下面側にエッチングストップ膜として機能する絶縁膜が配置されている。なお、配置されるエッチングストップ膜は溝を形成する際に除去されるため、エッチングストップ膜の下面は第１、第２の配線層の下面と一致あるいは第１、第２の配線層の下面よりも上部に配置されることになる。なお、図３（ｃ）までの構成が形成されたウエハを入手し、以下の開口を形成する工程を行ってもよい。
【００３１】
次に、図３（ｃ）の複数の層間絶縁膜３１９に開口３２３を形成し図４（ａ）の構成を形成する。複数の層間絶縁膜３１９の上に、光電変換部に対応して領域に開口を有するフォトレジストパターン（不図示）が形成され、それをマスクとしてエッチングが行われる。エッチングは、異方性のエッチング、例えばプラズマエッチング処理が行われ、絶縁膜３１７が露出するまでエッチングされる。ここで、絶縁膜３１７は、エッチング時における光電変換部へのプラズマダメージを低減するための膜であり、また、エッチングストップ膜としても機能する。そして、絶縁膜３１７は半導体基板の主面３０２との間の酸化シリコンからなる絶縁膜（不図示）と、絶縁膜３０５と、絶縁膜３０６と、半導体基板に入射すべき光に対する反射防止膜として機能する。
【００３２】
次に、図４（ａ）の開口３２３に、クラッドである複数の層間絶縁膜３１９１よりも屈折率の高い透明材料を埋め込み、導波路のコアを形成する。ここでは、複数の層間絶縁膜３１９１を構成する主な材料である酸化シリコンよりも屈折率の高い窒化シリコンを用いて埋め込みを行う。具体的には、高密度プラズマＣＶＤ法によって、窒化シリコンを全面に堆積し、開口３２３に窒化シリコンを埋め込む。例えば、開口内３２３の以外の複数の層間絶縁膜３１９１の上などの不要な部分に形成された窒化シリコンを、化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、以下ＣＭＰ）あるいはプラズマエッチングによって除去する。窒化シリコンの表面は平坦化され、開口３２３に高屈折率部材３２４を形成する。導波路は、複数の層間絶縁膜３１９１と高屈折率部材３２４とによって構成される。ここで、本実施形態においては、ＣＭＰを行い除去及び平坦化を行う。この時、配線層へのダメージ を抑制するため、複数の層間絶縁膜３１９１の上部の窒化シリコンを全て除去せず、高屈折率部材３２４と複数の層間絶縁膜３１９１の上面に渡って延在する厚さ約１００ｎｍ〜５００ｎｍの絶縁膜３２５を形成する。絶縁膜３２５の上面には酸窒化シリコンからなる絶縁膜３２６を形成する。絶縁膜３２６はプラズマＣＶＤ法によって、約５０ｎｍ〜１５０ｎｍの膜厚で形成される。
【００３３】
図４（ｂ）の構造のあとに、絶縁膜３２５及び絶縁膜３２６の任意の領域の少なくとも一部を除去する。具体的には、少なくとも後にビアを形成する領域であり、本実施形態では周辺回路部１２１６の絶縁膜３２５及び絶縁膜３２６をエッチングによって除去する。除去は、例えば、プラズマエッチング処理によってなされる。絶縁膜３２５及び絶縁膜３２６は開口３２９を有する絶縁膜３２７及び絶縁膜３２８となる。その後、開口３２９を埋め、絶縁膜３２７及び絶縁膜３２８を覆うように、絶縁膜３３０となる絶縁膜を形成する。絶縁膜３３０となる絶縁膜は、例えば酸化シリコンからなり、プラズマＣＶＤ法によって形成されうる。そして、絶縁膜３３０となる絶縁膜と第２の配線層３２２の上に配置された複数の層間絶縁膜３１９の一部とを貫通するビア３３１を形成する。ビア３３１が形成される際には、絶縁膜３３０と複数の層間絶縁膜３３２とが形成される。ビア３３１は例えばタングステンからなり、チタンや窒化チタンのバリアメタルを有する。ビア３３１の上部に第３の配線層３３３が形成され、図４（ｃ）の構成が得られる。第３の配線層３３３は、例えばアルミニウムを主成分とする導電体からなり、パターニングによって形成される。ここで、第３の配線層３３３は、遮光膜としても機能し得る。
【００３４】
次に、図４（ｃ）の構成において、絶縁膜３３４となる絶縁膜と絶縁膜３３５となる絶縁膜をこの順に形成する。ここで、絶縁膜３３４となる絶縁膜はプラズマＣＶＤ法によって形成される酸窒化シリコンであり、絶縁膜３３５となる絶縁膜はプラズマＣＶＤ法によって形成される窒化シリコンである。そして、絶縁膜３３５となる絶縁膜上にレンズ形状のフォトレジストを形成し、それをマスクとしてエッチングを行うことで、絶縁膜にレンズ形状を転写する。その後、レンズ形状の絶縁膜の上に絶縁膜３３６となる絶縁膜を形成する。外部電極パッドに対応する領域において、３層の絶縁膜を除去することで、絶縁膜３３４〜３３６の構成が得られ、図５（ａ）の構成が得られる。ここで、絶縁膜３３５は層内レンズ３３７を有するレンズ層であり、絶縁膜３３４と絶縁膜３３６とは絶縁膜３３５の反射防止として機能しうる。
【００３５】
図５（ａ）の工程の後に、樹脂からなる平坦化層３３８と、複数の色に対応したカラーフィルタを含むカラーフィルタ層３３９と、マイクロレンズ３４１を含むマイクロレンズ層３４０とをこの順に形成し、図５（ｂ）の構成が得られる。
【００３６】
以上のように図３〜図５のフローによって、固体撮像装置を形成することが可能である。なお、図３〜図５において、半導体基板３０１は主面側の一部を示したものである。
【００３７】
以上のような固体撮像装置の製造方法において、本実施例では、図４（ａ）に示した複数の層間絶縁膜３１９を除去し、開口（凹部）を形成する工程に特徴を有する。以下、本工程について、図６〜８を用いて、詳細に説明を行う。
【００３８】
図６は、図３（ｃ）から図４（ａ）の間の工程を詳細に示した断面模式図であり、第２のＰＤに相当する部分を拡大したものである。図７は、図６に対応した製造方法を示したフロー図である。他の図面と同一の符号を付した構成については、説明を省略する。
【００３９】
まず、図７の配線・複数の層間絶縁膜形成工程７０１と、図７のマスク形成工程７０２とを有する。この工程によって、図６（ａ）の構成が得られる。図６（ａ）において、複数の層間絶縁膜３１９は、少なくとも２種類の材料からなる絶縁膜が交互に積層した構成を有している。具体的には、少なくとも第１の絶縁膜となる部材と、それと異なる材料からなる第２の絶縁膜となる部材と、第３の絶縁膜となる部材と、第３の絶縁膜と異なる材料からなる第４の絶縁膜となる部材とをこの順に積層した構成を有している。図６（ａ）においては、酸化シリコンからなる絶縁膜６０１、６０３、６０５、６０７、６０９と、窒化シリコンからなる絶縁膜６０２、６０４、６０６、６０８とを交互に積層した構成を有している。第１の絶縁膜となる部材として絶縁膜６０１、第２の絶縁膜となる部材として絶縁膜６０２、第３の絶縁膜となる部材として絶縁膜６０３、第４の絶縁膜となる部材として絶縁膜６０４とする。ここで、配線層については不図示であるが、絶縁膜６０２及び絶縁膜６０６は配線層を形成する際のエッチングストップ膜としての機能を有し、絶縁膜６０８及び絶縁膜６０４は配線層の導電体となる金属の拡散防止膜としての機能を有する。図６（ａ）の複数の層間絶縁膜３１９を形成した後に、その最上層である絶縁膜６０９の上部に、光電変換部に対応して開口６１１を有するマスク６１０を形成する。マスク６１０はフォトレジストからなり、フォトリソグラフィー技術によって形成可能である。
【００４０】
次に、図７に示した第１の除去工程７０３を行う。第１の除去工程７０３は、異なる材料からなる複数の絶縁膜のエッチングの互いのエッチング選択比が小さい条件、異なる材料からなる複数の絶縁膜がエッチング可能な条件で、エッチングを行う。つまり、複数の絶縁膜のそれぞれがエッチングされる速度がほぼ等しく、共に除去される条件である。第１の除去工程７０３は、ウエハ内の全領域において点在するマスクの開口部分における第３の絶縁膜となる部材と第４の絶縁膜となる部材を除去し、第２の絶縁膜となる部材が露出あるいは一部が除去されるまで行う。具体的には、図６（ｂ）に示すように、同一条件、すなわち酸化シリコンの絶縁膜に対する窒化シリコンの絶縁膜とのエッチング選択比が小さい条件で、絶縁膜６０３〜６０９を連続してエッチングする。ここで、ウエハ内の全領域に点在する開口部の絶縁膜６０２が露出した時点、すなわち最もエッチングの進行が遅い領域において面６１３の高さまで開口が形成されたタイミングでエッチングを停止あるいは切り替える。このエッチングを停止するタイミングは、プラズマの発光強度をモニタし、第３の絶縁膜となる部材の除去に起因する発光強度が低下を検知することや時間で設定することが可能である。酸化シリコンの絶縁膜と窒化シリコンの絶縁膜との選択比が小さい条件とは、例えば、ＣＨＦ３等の水素含有フッ化炭素系とＣ４Ｆ８等のフッ化炭素系の混合ガスと、酸素と、アルゴン等の不活性ガスとを用いた異方性のプラズマエッチングである。絶縁膜６０３〜６０９は開口を有する絶縁膜６０３１〜６０９１となる。つまり、本工程において、少なくとも第４の絶縁膜となる部材６０４から開口を有する第４の絶縁膜６０４１が形成され、第３の絶縁膜となる部材６０３から開口を有する第３の絶縁膜６０３１が形成される。これらの開口は連通し、開口６１２を構成している。
【００４１】
なお、各絶縁膜に対してエッチング条件を変えた場合には、エッチング条件が異なることに起因して、開口形成のテーパー角度が変化し、その結果、開口の側面において、各絶縁膜に対応した凹凸が生じる可能性がある。しかし、上述の第１の除去工程を行うことで、各絶縁膜に対してエッチング条件を変えてエッチングを行う場合に比べて、条件を一定にしてエッチングを行うことが可能であるため、開口の側面がなめらかに形成可能である。また、各絶縁膜に対してエッチング条件を変えた場合に比べて、上述の第１の除去工程を行うことで、条件を切り替える必要がないため、エッチングにかかる時間を削減することが可能である。
【００４２】
ここで、図８を用いてばらつきについて説明する。複数の開口を形成する場合には、開口６１２の底面でもある面６１３は、複数の開口が配置される半導体基板の面内において高さにばらつきが生じうる。図８は、層間絶縁膜の主たる成分である酸化シリコンを除去するためにエッチングを行った場合の、半導体基板であるウエハの、ある一次元断面における面内ばらつきを示した模式図である。横軸はウエハの中心からの距離を示し、縦軸はエッチング後の酸化シリコン膜の膜厚を示しており、ウエハの中心の膜厚を１として示したものである。図８から明らかなように、ウエハの中心を最大値としてウエハの周辺に向かって膜厚が減っており、つまり、グローバルなばらつきが生じている。このように、ウエハの中ではエッチングにばらつきが生じる場合がある。また、図８からは、ウエハの一部である固体撮像装置の範囲（サイズ）においても、エッチングによるばらつきが生じることが読み取れる。このままエッチングを進めてしまうと、半導体基板に配置された素子へのダメージが与えられてしまう。また、ばらつきをそのままにすると、光強度の変化及び色むらなどの発生原因となりうる。
【００４３】
続いて、図７に示した第２の除去工程７０４を行う。第２の除去工程７０４では、露出した第２の絶縁膜となる部材をその下層の第１の絶縁膜となる部材よりも優先的にエッチングされる条件（エッチング選択比が大きい条件）で行われる。すなわち第１の絶縁膜がエッチングされる速度より第２の絶縁膜がエッチングされる速度が速い条件でエッチング処理を行うことによって実施される。例えば、ＣＨ２Ｆ２等の水素含有フッ化炭素系のガスと、酸素と、アルゴン等の不活性ガスとを用いた異方性のプラズマエッチングである。図６（ｃ）に示すように、絶縁膜６０２のマスク６１０に対応した部分が除去され、開口を有する絶縁膜６０２１となる。ここで、絶縁膜６０１は絶縁膜６０２を除去する際のエッチングストップ膜として機能しうる。ここで、開口６１４の底面は、絶縁膜６０１の上面である面６１５の高さにある。この第２の除去工程７０４を行うことで、第１の絶縁膜となる部材によってエッチングの進行が低減するため、光電変換部へのダメージが低減可能である。また、複数の開口を形成する場合には、上述の第１の除去工程によって生じうるウエハにおけるグローバルなばらつきが吸収される。この工程によって、第２の絶縁膜となる部材６０２から開口を有する第２の絶縁膜６０２１が形成される。第２の絶縁膜の開口は開口６１２と連通し、開口６１４を構成する。
【００４４】
最後に、図７の第３の除去工程７０５を行う。第３の除去工程７０５では、露出した第１の絶縁膜となる部材を優先的に除去する条件でエッチングを行う。例えば、Ｃ４Ｆ６等のフッ化炭素系のガスと、酸素と、アルゴン等の不活性ガスとを用いたプラズマエッチングである。図６（ｄ）に示すように、絶縁膜６０１のマスク６１０に対応した部分が除去され、開口を有する絶縁膜６０１１となる。つまり、この工程によって、第１の絶縁膜となる部材６０１から開口を有する第１の絶縁膜６０１１が形成される。第１の絶縁膜の開口は開口６１４と連通し、開口６１６を形成する。ここで、本実施例においては、絶縁膜３１７が絶縁膜６０１を除去する際のエッチングストップ膜として機能しうる。続いて、図７のマスク除去工程７０６が行われ、マスク６１０が除去される。そして、開口６１６、すなわち図４（ａ）の開口３２３を有する複数の層間絶縁膜３１９１が形成される。そして、図４（ｂ）に示すように、図７の埋め込み工程７０７が行われる。
【００４５】
このような第１、第２の除去工程を有することで、開口の側面及びウエハの面内において精度よく開口（凹部）を形成することが可能となる。特に、ウエハに複数の開口を形成する場合に、除去しなければならない膜が残ってしまう、あるいは残すべき膜を除去してしまう場合を抑制することが可能となる。特に、複数のアスペクト比の大きな開口を形成する場合に効果的である。よって、導波路が精度よく形成されるため、側壁において光が乱反射する、ウエハに形成される場所によって光強度が変わるなどの問題が低減される。
【００４６】
また、第２の除去工程において第１の絶縁膜を有することで、ばらつきを吸収している間のエッチングによるダメージを吸収することが可能となり、光電変換部のノイズを低減することが可能となる。更に、第１の絶縁膜を除去することで、埋め込み工程で絶縁膜３１７と同等の屈折率を有する窒化膜を埋め込んだ場合に、より効率的に入射光を光電変換部に入射することが可能である。また、絶縁膜３１７が配置されていることで、エッチングにおける光電変換部へのダメージをより低減することが可能となる。なお、本実施例では酸化シリコンからなる第１、第３の絶縁膜と、窒化シリコンからなる第２、第４の絶縁膜とを有する工程について説明した。しかし、第１の絶縁膜と、それと異なる材料からなる第２の絶縁膜と、第３の絶縁膜と、第３の絶縁膜と異なる材料からなる第４の絶縁膜とをこの順に積層した構成を有していればよい。
【００４７】
なお、第１の除去工程と第２の除去工程とでエッチングの条件を切り替えるため、第２の除去工程に切り替わる点で側面の傾斜が変わる場合があり得る。具体的には、図６（ｄ）の変形例を示す図１３のように、開口１３０４は側面１３０１と側面１３０２とからなり、高さ１３００において側面の傾斜が変わる場合があり得る。しかしながら、導波路の下部であるため、その傾斜の変化は迷光発生に大きな影響を与えない。
【実施例２】
【００４８】
本実施例の固体撮像装置の製造方法について、図９を用いて説明する。図９は実施例１の図６に対応した図面であり、同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。図９（ａ）は図６（ｂ）に対応した図面であり、図９（ｂ）は図６（ｃ）に対応し、図９（ｃ）は図６（ｄ）に対応した図面である。つまり、本実施例は実施例１の第３の除去工程の後に、更に図９（ｄ）に示す除去工程を有する点が異なる。また、本実施例の第１〜第４の絶縁膜に相当する絶縁膜が実施例１とは異なる。
【００４９】
本実施例においても、少なくとも２種類の材料からなる絶縁膜が交互に積層した構成を有している。具体的には、少なくとも第１の絶縁膜となる部材と、それと異なる材料からなる第２の絶縁膜となる部材と、第３の絶縁膜となる部材と、第３の絶縁膜と異なる材料からなる第４の絶縁膜となる部材とをこの順に積層した構成を有している。本実施例においては、第１の絶縁膜となる部材は図６（ａ）における絶縁膜６０２、第２の絶縁膜となる部材は図６（ａ）における絶縁膜６０３とする。そして、第３の絶縁膜となる部材は図６（ａ）における絶縁膜６０４、第４の絶縁膜となる部材は図６（ａ）における絶縁膜６０５とする。本実施例においても、絶縁膜６０２及び絶縁膜６０６は配線層を形成する際のエッチングストップ膜としての機能を有し、絶縁膜６０８及び絶縁膜６０４は配線層の導電体となる金属の拡散防止膜としての機能を有する。
【００５０】
まず、第１の除去工程を行い、図９（ａ）の開口９０２を形成する。第１の除去工程では、絶縁膜６０４〜６０９のマスクの開口に対応した部分を除去し、開口を有する絶縁膜６０４２〜６０９２を形成する。除去はエッチング処理をすることで行われ、ここでは実施例１と同様に各絶縁膜同士のエッチング選択比が小さい条件でエッチングが行われる。ここで、第２の絶縁膜となる部材の絶縁膜６０３において、マスクの開口に対応した部分の一部を除去し、その上面に凹部を有する絶縁膜６０３２を形成する。絶縁膜６０３２の上面の開口の底は面９０１の高さにある。ここで、実施例１と同様に、絶縁膜６０４〜６０９をそれらがエッチング可能な条件でエッチングして除去するため、開口の底は面９０１の高さに対してグローバルなばらつきが生じている。
【００５１】
次に、第２の除去工程を行い、図９（ｂ）の開口９０４を形成する。第２の除去工程では、第１の絶縁膜となる部材である絶縁膜６０２をエッチングストップ膜として絶縁膜６０３２のマスクに対応し部分を除去し、開口を有する絶縁膜６０３３を形成する。つまり、実施例１と同様に第１の絶縁膜に対して第２の絶縁膜のエッチングされる速度が大きい条件（エッチング選択比が大きい条件）でエッチングがなされる。開口９０４の底面は絶縁膜６０２の上面である面９０３の高さにある。この工程において、第１の除去工程によって生じたばらつきが低減される。なお、エッチングストップ膜として絶縁膜６０２を使用することで、実施例１に比べてばらつきを吸収することが容易である。窒化シリコンに対して酸化シリコンを優先的にエッチングする、すなわち選択比を高くとることが容易であるためである。
【００５２】
次に、第３の除去工程を行い、図９（ｃ）の開口９０６を形成する。第３の除去工程では、第１の絶縁膜に相当する絶縁膜６０２のマスクの開口に対応した部分を除去する。その際、絶縁膜６０２の下層に配置された絶縁膜６０１をエッチングストップ膜として利用することが可能である。つまり、絶縁膜６０１に対して第１の絶縁膜のエッチングされる速度が大きい条件（エッチング選択比が大きい条件）でエッチングがなされる。絶縁膜６０２は開口を有する絶縁膜６０２２となる。
【００５３】
そして、更に絶縁膜６０１をエッチング処理することによって除去する工程を行い、図９（ｄ）の開口９０８を形成する。絶縁膜６０１は開口を有する絶縁膜６０１２となる。続いて、マスク除去工程が行われ、マスク６１０が除去される。そして、開口９０８すなわち図４（ａ）の開口３２３を有する複数の層間絶縁膜３１９１が形成される。そして、図４（ｂ）に示すように、埋め込み工程が行われる。絶縁膜６０１を除去する際には、絶縁膜３１７をエッチングストップ膜として使用することが出来る。この絶縁膜３１７によってエッチングにより絶縁膜３０５及び絶縁膜３０６の膜厚が変化することがないため、反射防止膜としての好適な膜厚を維持することが可能となる。
【００５４】
本実施例のように、第１〜第４の絶縁膜は実施例１の対応に限らず、任意の膜が選択可能である。また、第１〜第４の絶縁膜の間に別の膜を有していてもよい。その際には、第１の除去工程におけるエッチング条件を、第１〜第４の絶縁膜と別の膜との選択比が小さくなるような条件で行えばよい。
【００５５】
また、複数の絶縁膜が積層した構成の層間絶縁膜に開口を形成する際には、なるべく多くの絶縁膜を第１の除去工程で除去することが、開口の側面がなめらかに形成されるために好ましい。しかし、ウエハ面内で最もエッチングの進行の遅い領域と、最もエッチングの進行の早い領域で、エッチングの進行に差が出る前に、第２の除去工程に移行することが、好ましい。よって、開口の側壁の精度とウエハ面内のエッチングの速度との兼ね合いで任意に調整すればよい。
【実施例３】
【００５６】
本実施例の固体撮像装置の製造方法について、図１０を用いて説明する。図１０は図６と対応した製造方法を説明するための断面模式図である。主に絶縁膜３０５、３０６、３１７を有していない点と、開口の側面が傾斜を有していない点で図１０は図６と異なる。図１０は任意のＰＤに相当する分を拡大したものである。
【００５７】
図１０（ａ）において、電荷蓄積部１００２と素子１００３が半導体基板に配置されている。素子は、トランジスタや電荷結合素子など任意の素子である。そして、半導体基板の主面１００１の上に、複数の層間絶縁膜１０１３と、第１〜第３の配線層１００５、１０００８、１０１１とが配置されている。ここでは、コンタクトやビアは省略されている。複数の層間絶縁膜１０１３は、酸化シリコンからなる絶縁膜１００４、１００７、１０１０と、窒化シリコンからなる絶縁膜１００６、１００９、１０１２とが交互に積層した構成を有している。本実施例において、絶縁膜１００６、１００９、１０１２は配線層の導電体となる金属の拡散防止膜としての機能を有する。第１〜第３の配線層１００５、１００８、１０１１は銅を主成分とした材料からなり、タンタルやチタンなどのバリアメタルを含む。
【００５８】
第１の配線層１００５は絶縁膜１００４に埋め込まれ、第１の配線層１００５と絶縁膜１００４との上面は一致している。そして、第１の配線層１００５の材料の拡散を防ぐための絶縁膜１００６が第１の配線層１００５と絶縁膜１００４の上面に配置されている。第２の配線層１００８は、絶縁膜１００６の上に配置された絶縁膜１００７に埋め込まれ、第２の配線層１００８と絶縁膜１００７との上面は一致している。そして、第２の配線層１００８の材料の拡散を防ぐための絶縁膜１００９が第２の配線層１００８と絶縁膜１００７の上面に配置されている。そして、第３の配線層１０１１も同様に、絶縁膜１００９の上に配置された絶縁膜１０１０に埋め込まれている。第３の配線層１０１１と絶縁膜１０１０との上面は一致しており、第３の配線層１０１１の材料の拡散を防ぐための絶縁膜１０１２が第３の配線層１０１１と絶縁膜１０１０の上面に配置されている。ここでは、第１の絶縁膜として絶縁膜１００４、第２の絶縁膜として絶縁膜１００６、第３の絶縁膜として絶縁膜１００７、第４の絶縁膜として絶縁膜１００９とする。ここで、第４の絶縁膜は絶縁膜１０１２でもよく、第３の絶縁膜が絶縁膜１０１０で第４の絶縁膜が絶縁膜１０１２であってもよい。
【００５９】
図１０（ｂ）に示すように、構成の図１０（ａ）の複数の層間絶縁膜１０１３の最上層である絶縁膜１０１２の上部に、光電変換部に対応して開口を有するマスク１０１４を形成する。マスク１０１４はフォトレジストからなり、フォトリソグラフィー技術によって形成可能である。そして、複数の層間絶縁膜１０１３に対して、それらが共に除去される条件で、連続的にエッチングを行う（第１の除去工程）。エッチングによって、絶縁膜１００７、１００９、１０１０、１０１２はマスクの開口に対応した部分が除去された絶縁膜１００７１、１００９１、１０１０１、１０１２１となり、開口１０１５が形成される。ここで、連続的なエッチングは最もエッチングの進行の遅い領域において絶縁膜１００６が露出した時点で停止される。つまり、本工程は、実施例１の第１の除去工程と同様になされうる。
【００６０】
次に、図１０（ｃ）に示すように、絶縁膜１００４をエッチングストップ膜として、絶縁膜１００６のエッチングを行う。エッチングによって、絶縁膜１００６はマスクの開口に対応した部分が除去された絶縁膜１００６１となり、開口１０１６が形成される。つまり、本工程は、実施例１の第２の除去工程と同様になされうる。
【００６１】
そして、最後に、絶縁膜１００４がエッチングにより除去される。このエッチングによって、絶縁膜１００４はマスクの開口に対応した部分が除去された絶縁膜１００４１となり、複数の層間絶縁膜１０１８に設けられた開口１０１７が形成される。開口１０１７は半導体基板の主面１００１の上部に配される。その後、マスク１０１４が除去され、図４（ｂ）に示すような埋め込み工程が行われる。
【００６２】
このような製造方法によって、エッチングにより除去する部分の側壁の形状のばらつきを抑制しつつ、エッチング量のばらつきを低減しつつ、エッチングダメージを低減することが可能となる。
【実施例４】
【００６３】
本実施例の固体撮像装置の製造方法について、図１１を用いて説明する。図１１は図１０と同様に製造方法を説明するための断面模式図である。本実施例は、実施例３とは第１〜第４の絶縁膜に相当する絶縁膜と、開口の深さとが異なり、他の構成については同様である。
【００６４】
図１１（ａ）は図１０（ａ）と同じ構造である。ここでは、第１の絶縁膜として絶縁膜１００６、第２の絶縁膜として絶縁膜１００７、第３の絶縁膜として絶縁膜１００９、第４の絶縁膜として絶縁膜１０１０とする。
【００６５】
最上の絶縁膜１０１２の上にフォトレジストのマスク１０１４を形成し、複数の層間絶縁膜の除去を行う（第１の除去工程）。除去の際には、複数の層間絶縁膜が共に除去される条件で、連続したエッチングが行われ、あらかじめ設定された所望の時間にてエッチングが停止される。つまり、本工程は、実施例１の第１の除去工程と同様になされうる。ここでは、図１１（ｂ）に示すように、絶縁膜１００９、１０１０、１０１２はマスク１０１４の開口に対応した部分が除去された絶縁膜１００９１、１０１０１、１０１２１となり、開口１１０１が形成される。ここで、絶縁膜１００７はウエハの全領域においてマスクの開口に対応した部分の一部、すなわち絶縁膜１００７の厚み方向の一部のみが除去され、絶縁膜１００７２となる。
【００６６】
次に、図１１（ｃ）に示すように、絶縁膜１００６をエッチングストップ膜として、絶縁膜１００７２のエッチングを行う。つまり、本工程は、実施例１の第２の除去工程と同様になされうる。エッチングによって、絶縁膜１００７２はマスクの開口に対応した部分の残りが除去され絶縁膜１００７３となり、開口１１０２が形成される。
【００６７】
そして、最後に、絶縁膜１００６がエッチングにより除去される。ここで、絶縁膜１００４をエッチングストップ膜として機能する。つまり、絶縁膜１００４がエッチングされる速度よりも絶縁膜１００６のエッチングされる速度が速い条件で、エッチング処理がなされる。このエッチングによって、絶縁膜１００６はマスクの開口に対応した部分が除去された絶縁膜１００６２となり、複数の層間絶縁膜１１０４に設けられた開口１１０３が形成される。開口１１０３は絶縁膜１００４を露出させる。その後、マスク１０１４が除去され、図４（ｂ）に示すような埋め込み工程が行われる。
【００６８】
このような製造方法によって、エッチングにより除去する部分の側壁の形状のばらつきを抑制しつつ、エッチング量のばらつきを低減しつつ、エッチングダメージを低減することが可能となる。また、除去しなければならない膜が残ってしまう、あるいは残すべき膜を除去してしまうということを抑制することができる。更に、絶縁膜１００４が設けられていることで、よりエッチング量のばらつきを低減することが可能となる。
【実施例５】
【００６９】
本実施例では、図１２を用いて撮像システムの構成を説明する。図１２は固体撮像装置及び撮像システムのブロック図である。撮像システム１２００は、固体撮像装置１２０１と、固体撮像装置１２０１から出力された電気信号が入力され、当該電気信号を処理する信号処理装置１２０２とを備える。具体的には、電気信号が固体撮像装置１２０１のＯＵＴ１、２から出力され、信号処理装置１２０２のＩＮに入力される。信号処理装置１２０２のＯＵＴ３からは、電気信号を処理した結果に応じて、画像信号や駆動信号、制御信号が出力される。電気信号としては、電流信号であってもよいし電圧信号でもよく、また、アナログ信号であってもよいしデジタル信号であってもよい。以下、より詳細に説明する。固体撮像装置１２０１をイメージセンサーとして用いる場合には、信号処理装置１２０２は入力した電気信号を処理し画像信号として出力する。固体撮像装置１２０１を焦点検出用のセンサーとして用いる場合には、信号処理装置１２０２は、入力した電気信号を処理し、固体撮像装置１２０１の前方に設けられうるレンズ（不図示）を駆動するための駆動信号として出力する。また、固体撮像装置１２０１を測光用のセンサーとして用いる場合には、信号処理装置１２０２は、入力した電気信号を処理し、シャッターを制御して、露光時間を調整するための制御信号を出力する。なお、上記シャッターはメカニカルシャッターでも電子的な駆動によるシャッターでもよいが、電気的な駆動によるシャッターの場合は、実質的に固体撮像装置１２０１を制御することになる。このような撮像システムを有することで、好適な画像信号、あるいは制御に利用可能な制御信号が得られる。
【００７０】
以上、実施例を用いて説明してきた本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、開口の側面及びウエハの面内において精度よく開口（開口あるいは凹部）を形成することが可能となる。また、除去しなければならない膜が残ってしまう、あるいは残すべき膜を除去してしまうばらつきを抑制することができる。更に、絶縁膜１００４が設けられていることで、よりエッチング量のばらつきを低減することが可能となる。また、第２の除去工程において第１の絶縁膜を有することで、ばらつきを吸収している間のエッチングによるダメージを吸収することが可能となり、光電変換部のノイズを低減することが可能となる。
【００７１】
なお、各実施例は適宜変更・組み合わせ可能である。例えば、窒化シリコンは炭化シリコンに変更してもよく、第１〜第４の絶縁膜の間に有機系の絶縁膜が設けられていてもよい。酸化シリコン及び窒化シリコンの積層膜も適宜異なる膜を適用してもよい。
【００７２】
また、各実施例では導波路を有する固体撮像装置を例に説明したが、本発明は導波路以外の貫通電極を形成する際にも適用可能であり、メモリなどの他の半導体装置においても適用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
７０１ 複数の層間絶縁膜・配線形成工程
７０２ マスク形成工程
７０３ 第１の除去工程
７０４ 第２の除去工程
７０５ 第３の除去工程
７０６ マスク除去工程
７０７ 埋め込み工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法、及び固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光電変換部に入射する光量を増やすため、導波路を有する固体撮像装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、光電変換部の上部に２種類の絶縁膜が交互に配置された固体撮像装置が導波路構造を有している構成が開示されている。導波路は、受光部に対応した部分の２種類の絶縁膜が除去された開口に、絶縁膜よりも屈折率の高い材料で構成されたパッシベーション膜が配置されて形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３２４１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らは、２種類以上の絶縁膜が交互に積層された領域をエッチングにより除去する場合には、開口の側壁に凹凸が出来やすいこと、また、開口を形成する際に、ウエハ内の複数の開口においてエッチング量にばらつきが生じてしまうことを見出した。開口の側壁の凹凸やエッチング量のばらつきによる開口の形状のばらつきは、導波路として光を収集する際に、各チップあるいは各画素における光の強度のばらつきや色むらを生じさせてしまう。
【０００６】
上記の課題に鑑み、本発明は精度よく開口を形成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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板と、前記半導体基板の上に配された第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜の上に配された第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜の上に配された第３の絶縁膜と、前記第３の絶縁膜の上に配された第４の絶縁膜とを含み、少なくとも前記第２の絶縁膜と前記第３の絶縁膜と前記第４の絶縁膜とに渡って連通した開口を有する複数の絶縁膜と、を有する半導体装置の製造方法において、前記第１の絶縁膜となる部材と、前記第１の絶縁膜となる部材と異なる材料からなる前記第２の絶縁膜となる部材と、前記第３の絶縁膜となる部材と、前記第３の絶縁膜となる部材と異なる材料の前記第４の絶縁膜となる部材とがこの順に積層された半導体基板の上に、前記複数の絶縁膜の開口を形成するための開口を有するマスクを形成する工程と、前記第３の絶縁膜となる部材及び前記第４の絶縁膜となる部材に対して、前記第３の絶縁膜となる部材及び前記第４の絶縁膜となる部材が共にエッチングされる条件で、前記マスクを用いてエッチング処理を行い、前記第３の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応する部分と前記第４の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応する部分を連続して除去する第１の工程と、前記第１の工程を行った後に、前記第１の絶縁膜となる部材よりも前記第２の絶縁膜となる部材のエッチングされる速度が速い条件で、前記第２の絶縁膜となる部材に対して前記マスクを用いてエッチング処理を行うことで、前記第２の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口と対応する部分を除去する第２の工程と、を有する。
【０００８】
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、複数の光電変換部を有する半導体基板と、前記半導体基板の上に配された第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜の上に配された第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜の上に配された第３の絶縁膜と、前記第３の絶縁膜の上に配された第４の絶縁膜とを含み、少なくとも前記第２の絶縁膜と前記第３の絶縁膜と前記第４の絶縁膜とに渡って連通した開口を有する前記複数の絶縁膜と、前記複数の光電変換部のそれぞれに対応して、前記開口に配置される高屈折率部材と、前記高屈折率部材と前記光電変換部との間に配された絶縁膜と、を有する固体撮像装置の製造方法において、前記高屈折率部材と前記光電変換部との間に配された絶縁膜となる部材と、前記第１の絶縁膜となる部材と、前記第１の絶縁膜となる部材と異なる材料からなる前記第２の絶縁膜となる部材と、前記第３の絶縁膜となる部材と、前記第３の絶縁膜となる部材と異なる材料の前記第４の絶縁膜となる部材とがこの順に積層された半導体基板の上に、前記複数の絶縁膜の開口を形成するための開口を有するマスクを形成する工程と、前記第３の絶縁膜となる部材及び前記第４の絶縁膜となる部材が共にエッチングされる条件で、前記第３の絶縁膜となる部材及び前記第４の絶縁膜となる部材に対して、前記マスクを用いてエッチング処理を行い、前記第３の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応する部分と前記第４の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応する部分とを、除去する第１の工程と、前記第１の工程を行った後に、前記第１の絶縁膜となる部材よりも前記第２の絶縁膜となる部材がエッチングされる速度が速い条件で、前記第２の絶縁膜となる部材に対して前記マスクを用いてエッチング処理を行うことで、前記第２の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応する部分を除去する第２の工程と、前記高屈折率部材と前記光電変換部との間に配された絶縁膜となる部材よりも前記第１の絶縁膜となる部材がエッチングされる速度が速い条件で、前記第１の絶縁膜となる部材に対して、前記マスクを用いてエッチング処理を行い、前記第１の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応した部分を除去する第３の工程と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、精度よく開口を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の固体撮像装置の画素セルの回路図。
【図２】実施例１の固体撮像装置の画素セルの平面レイアウトを示す図。
【図３】実施例１の固体撮像装置の製造方法を示す図。
【図４】実施例１の固体撮像装置の製造方法を示す図。
【図５】実施例１の固体撮像装置の製造方法を示す図。
【図６】実施例１の固体撮像装置の製造方法の詳細を示す図。
【図７】実施例１の固体撮像装置の製造方法のフロー図。
【図８】実施例１を説明するグラフ。
【図９】実施例２の固体撮像装置の製造方法の詳細を示す図。
【図１０】実施例３の固体撮像装置の製造方法の詳細を示す図。
【図１１】実施例４の固体撮像装置の製造方法の詳細を示す図。
【図１２】固体撮像装置及び撮像システムを説明するブロック図。
【図１３】実施例１の固体撮像装置の変形例を示す断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、半導体基板と、半導体基板の上に複数の絶縁膜を有する半導体装置の製造方法に関する。複数の絶縁膜は、半導体基板の上に配された第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜の上に配された第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜の上に配された第３の絶縁膜と、第３の絶縁膜の上に配された第４の絶縁膜とを含む。そして、複数の絶縁膜は、少なくとも第２の絶縁膜と第３の絶縁膜と第４の絶縁膜とに渡って連通した開口を有する。そして、半導体装置は、マスクを形成する工程と、第１の工程と、第２の工程とを有する。マスクを形成する工程では、第１の絶縁膜となる部材と、第１の絶縁膜となる部材と異なる材料からなる第２の絶縁膜となる部材と、第３の絶縁膜となる部材と、第３の絶縁膜となる部材と異なる材料の第４の絶縁膜となる部材とが半導体基板に積層されている。マスクを形成する工程は、その半導体基板の上に、複数の絶縁膜の開口を形成するための開口を有するマスクを形成する。そして、第１の工程は、第３の絶縁膜となる部材及び第４の絶縁膜となる部材に対して、第３の絶縁膜となる部材及び第４の絶縁膜となる部材が共にエッチングされる条件で、マスクを用いてエッチング処理を行う。第１の工程では、第３の絶縁膜となる部材のマスクの開口に対応する部分と第４の絶縁膜となる部材のマスクの開口に対応する部分を連続して除去する。第２の工程は、第１の工程を行った後に、第１の絶縁膜となる部材のエッチングされる速度よりも第２の絶縁膜となる部材のエッチングされる速度が速い条件で、第２の絶縁膜となる部材に対してマスクを用いてエッチング処理を行う。第２の工程では、第２の絶縁膜となる部材のマスクの開口と対応する部分を除去する。
【００１２】
このような製造方法によって、精度よく開口（開口あるいは凹部）を形成することが可能となる。特に、アスペクト比の大きな開口を形成する場合に、ウエハ内の複数の開口のいずれかに除去しなければならない膜が残ってしまう、あるいは残すべき膜を除去してしまうというばらつきを抑制することができる。また、第２の除去工程において第１の絶縁膜を有することで、ばらつきを吸収している間のエッチングによるダメージを吸収することが可能となり、半導体装置あるいは固体撮像装置のノイズを低減することが可能となる。
【００１３】
以下、開口とは、複数の層間絶縁膜を貫通する場合あるいは貫通しない場合（凹部）のいずれの場合も含み、孔とも言える。開口を用いる構成として、実施例では導波路の構成を説明するが、貫通電極など任意の構成が適用可能である。また、本発明は半導体装置一般に適用できるが、以下の実施例では固体撮像装置に適用した例を示す。また、エッチング選択比とは、ある部材のエッチングされる速度に対する別の部材のエッチングされる速度の比であり、大きいほど別の部材のみがエッチングされる。エッチング選択比が小さいほど、ある部材も共にエッチングされることを示す。また、酸化シリコンの屈折率は約１．４〜１．５であり、窒化シリコンの屈折率は約１．８〜２．３であり、酸窒化シリコンはそれらの間の屈折率である。なお、以下の説明において、公知の半導体の製造方法で製造可能な構成の製造方法等の詳細については説明を省略する。以下、図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
本実施例では半導体装置として固体撮像装置を例に挙げ、固体撮像装置の製造方法について説明する。固体撮像装置の製造方法については、図１〜図５及び図１２を用いて説明する。まず、図１、図２及び図１２を用いて、本実施例の固体撮像装置について説明する。
【００１５】
図１は、本実施例の固体撮像装置の画素セルの回路図である。図１の画素セル１００は、４つのフォトダイオード（以下ＰＤとする）１０１〜１０４と、４つの転送トランジスタ１０５〜１０８と、１つのリセットトランジスタ１１０と、１つの増幅トランジスタ１１２とを有する。また、フローティングディフュージョンノード（以下、ＦＤノードとする）１０９を有する。ここで、信号電荷は電子であり、トランジスタがＮ型である場合について説明する。
【００１６】
４つのＰＤ１０１〜１０４は、アノードがグランドに接続されており、入射光をその光量に応じた電荷に光電変換して蓄積する。４つの転送トランジスタ１０５〜１０８は、それぞれ対応する４つのＰＤ１０１〜１０４にて発生した信号電荷をＦＤノード１０９に転送する転送手段として機能する。具体的には、第１のＰＤ１０１と第１の転送トランジスタ１０５のソースが接続し、第２のＰＤ１０２と第２の転送トランジスタ１０６のソースが接続している。そして、第３のＰＤ１０３と第３の転送トランジスタ１０７のソースが接続し、第４のＰＤ１０４と第４の転送トランジスタ１０８のソースが接続している。第１〜第４の転送トランジスタ１０５〜１０８のドレインが１つに接続しており、ＦＤノード１０９を構成している。増幅トランジスタ１１２は、そのゲート電極がＦＤノード１０９に接続され、ドレインが電源供給線１１１に接続され、ソースが出力信号線１１３に接続されていて、ＦＤノード１０９の電位に基づく信号が出力信号線１１３に出力される。リセットトランジスタ１１０は、ＦＤノード１０９に接続され、ＦＤノード１０９の電位を任意の電位にリセットする。同時に、転送トランジスタ１０５〜１０８を導通させることにより、ＰＤ１０１〜１０４もリセット可能である。電源供給線１１１は少なくとも２つの電位を有し、ＦＤノード１０９の電位を２つの値に設定することで、出力信号線１１３への信号の出力を行うことが出来る。端子１１４は以下に説明する読み出し回路と接続している。
【００１７】
少なくとも１つの光電変換部を含む繰り返し単位を画素とすると、図１においては、画素セル１００は４つの画素を含む。画素セル１００が含む構成は、ＰＤが４つの場合に限らず、また選択トランジスタや容量などを有していてもよい。光電変換部としてフォトダイオードを例に挙げたが、フォトゲートなどでもよい。
【００１８】
図１２には、固体撮像装置及び撮像システムの概略構成を示す図である。ここでは、図１２において、固体撮像装置１２０１は、画素部１２１１と、垂直走査回路１２１２と、２つの読み出し回路１２１３と、２つの水平走査回路１２１４と、２つの出力アンプ１２１５を備えている。画素部１２１１以外の領域を周辺回路部１２１６と称する。
【００１９】
図１２において、画素部１２１１には、図１に示した複数の画素セルが２次元状に配列されて構成される。つまり、画素部１２１１には複数の画素が配置されている。各画素セルは、複数の画素を含んで構成される。読み出し回路１２１３は、例えば、列アンプ、ＣＤＳ回路、加算回路等を含み、垂直走査回路１２１２によって選択された行の画素から垂直信号線を介して読み出された信号に対して増幅、加算等を行う。列アンプ、ＣＤＳ回路、加算回路等は、例えば、画素列又は複数の画素列毎に配置される。水平走査回路１２１４は、読み出し回路１２１３の信号を順番に読み出すための信号を生成する。出力アンプ１２１５は、水平走査回路１２１４によって選択された列の信号を増幅して出力する。以上の構成は、固体撮像装置の一つの構成例に過ぎず、本実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、読み出し回路１２１３と水平走査回路１２１４と出力アンプ１２１５とは、２系統の出力経路を構成するため、画素部１２１１を挟んで上下に１つずつ配置されている。しかし、出力経路は３つ以上設けられていてもよい。
【００２０】
次に、図２を用いて、図１に対応した平面レイアウトを説明する。図２において、第１〜第４のＰＤ２０１〜２０４が配置されている。ここでは、簡単のためにＰＤの一部である電荷蓄積領域（Ｎ型半導体領域）の部分を示している。第１〜第４のＰＤ２０１〜２０４に対応して第１〜第４の転送トランジスタのゲート電極２０５〜２０８が配置されている。そして、第１の転送トランジスタのドレインと第２の転送トランジスタのドレインは共通の領域であり、第１のフローティングディフュージョン領域２０９（以下、第１のＦＤ領域）である。第３の転送トランジスタのドレインと第４の転送トランジスタのドレインは共通の領域であり、第２のフローティングディフュージョン領域２１０（以下、第２のＦＤ領域）である。この第１のＦＤ領域２０９と第２のＦＤ領域２１０と増幅トランジスタのゲート電極２１２とを接続配線２１３が接続している。増幅トランジスタのゲート電極２１２と接続配線２１３とは一体となっている。第１のＦＤ領域２０９と接続配線２１３とをシェアードコンタクト２１４が接続し、第２のＦＤ領域２１０と接続配線２１３とはシェアードコンタクト２１５とで接続されている。シェアードコンタクトとは、半導体領域同士、半導体領域とゲート電極との間、あるいはゲート電極同士を、配線層を介することなく接続するコンタクトのことである。また、図２においては、第２のＦＤ領域２１０がリセットトランジスタのソースあるいはドレインと共通の領域となっている。２１１はリセットトランジスタのゲート電極である。
【００２１】
ここで、図２において、ＰＤとトランジスタのソース・ドレイン及びチャネルとなる領域とが形成された領域は活性領域であり、その他の領域は素子分離領域２１７となっている。また、活性領域のＰＤとＰＤの間や転送トランジスタのゲート電極とゲート電極との間には、半導体領域である信号電荷に対するポテンシャルバリア２１６が配置されている。ポテンシャルバリア２１６はＰＤとＰＤとの間の信号電荷の行き来を抑制する、素子分離領域としての機能を有する。
【００２２】
このような固体撮像装置の製造方法について、図３〜図５を用いて説明する。図３〜図５は、製造方法の工程を説明する図２のＡＢ線における断面模式図である。具体的には、図３〜図５は、図２のＡＢ線における画素セルの第２、第３のＰＤの断面と、画素セルの任意のトランジスタ３０３と、周辺回路部の任意のトランジスタ３０４とを示している。上述の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。また、一般の半導体技術によって形成可能な構成については、その詳細な説明を省略する。
【００２３】
まず、図３（ａ）を用いて、素子が配置された半導体基板を準備する工程を説明する。まず、準備する半導体基板３１は、シリコンからなり、主面３０２を有する。そして、半導体基板３０１には、２つのＰＤの電荷蓄積領域２０２、２０３と、画素セルのトランジスタ３０３と、周辺回路部のトランジスタ３０４とが設けられている。図３（ａ）において、画素部のトランジスタ３０３はＮ型のソース・ドレイン領域３０９とゲート電極３０８とを有する。電荷蓄積領域２０２、２０３の下部にはＮ型半導体領域３１４が設けられている。このＮ型半導体領域３１４は電荷蓄積領域よりも不純物濃度が低く、電荷蓄積領域と共に光電変換部の一部を構成する。Ｎ型半導体領域３１４の下部には、光電変換部の一部として機能するＰ型半導体領域３１５が配置されている。そして、トランジスタ３０３のソース・ドレイン領域３０９と第２のＦＤ領域２１０の下部にはＰ型半導体領域３１６が配置されている。周辺回路部のトランジスタ３０４は、ＣＭＯＳ回路を構成するトランジスタが配置されるが、本実施形態においては、Ｎ型のトランジスタのみを示している。周辺回路部のトランジスタ３０４は、Ｐ型の半導体領域３１３に配されたＮ型のソース・ドレイン領域３１１と、ソース・ドレイン領域の間であって半導体基板の主面３０２上のゲート電極３１０とを有する。このような素子を有する半導体基板３０１を準備する。
【００２４】
そして、図３（ａ）においては、素子上に絶縁膜を形成する工程を示している。画素部１２１１には、酸化シリコンからなる絶縁膜（不図示）と、窒化シリコンからなる絶縁膜３０５と、酸化シリコンからなる絶縁膜３０６とが主面３０２側からこの順に積層して配置されている。これらの膜はプラズマ化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下ＣＶＤ）によって形成されうる。
【００２５】
そして、トランジスタ３０４は、そのゲート電極１０の側壁にサイドスペーサー３１２を有し、ソース・ドレイン領域３１１はＬＤＤ構造（不図示）を有する。サイドスペーサー３１２は、酸化シリコンと、窒化シリコンと、酸化シリコンとの積層膜からなる。これらの膜はプラズマＣＶＤ法によって形成されうる。そして、サイドスペーサー３１２を構成する膜は、画素部１２１１に形成される絶縁膜（不図示）と、絶縁膜３０５と、絶縁膜３０６と同一の膜から形成されうる。
【００２６】
そして、図３（ａ）において、画素部１２１１と周辺回路部１２１６に渡って窒化シリコンからなる絶縁膜３０７を、例えば低圧プラズマＣＶＤ法（ＬＰ−ＣＶＤ法）によって堆積する。ここで、絶縁膜３０７を形成する前に、画素部１２１１と周辺回路部１２１６に渡って酸化シリコンからなる膜（不図示）をプラズマＣＶＤ法によって堆積しておいてもよい。これは、周辺回路部のトランジスタ３０４のソース・ドレイン領域３１１において半導体基板の主面３０２が露出しないようにするためである。
【００２７】
図３（ｂ）において、画素部１２１１と周辺回路部１２１６に形成されている絶縁膜３０７を、公知のリソグラフィ技術及びエッチング技術によって、所望の形状にパターニングし、絶縁膜３１７と絶縁膜３１８とを形成する。ここで、絶縁膜３１７は、電荷蓄積領域２０２、２０３の上、すなわち光電変換部の上から転送トランジスタのゲート電極の一部上に延在して設けられる。絶縁膜３１７は、光電変換部と１対１で対応して配置されている。画素部１２１１の他の領域においては、図３（ａ）の絶縁膜３０７はエッチングによって除去されている。周辺回路部１２１６において図３（ａ）の絶縁膜３０７はエッチングされることなく、絶縁膜３１８となる。
【００２８】
次に、図３（ｃ）において、図３（ｂ）の構成上に、複数の層間絶縁膜３１９と、コンタクト３２０と、第１の配線層３２１と、ビアを含む第２の配線層３２２とを形成する。コンタクト及び配線層の配線は複数配置されている。複数の層間絶縁膜３１９は、酸化シリコンからなる絶縁膜（部材）と窒化シリコンからなる絶縁膜（部材）とが交互に積層されている。酸化シリコンからなる複数の絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法によって、約１２０ｎｍ〜１０００ｎｍの膜厚にそれぞれが形成される。窒化シリコンからなる複数の絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法によって、約１０ｎｍ〜２００ｎｍの膜厚にそれぞれが形成される。よって、複数の層間絶縁膜３１９の大部分は酸化シリコンである。窒化シリコンからなる複数の絶縁膜は、配線層やビアを形成する際のエッチングストップ膜や配線層を構成する金属の拡散防止膜として機能する。複数の層間絶縁膜３１９は後に、導波路のクラッドとして機能する。
【００２９】
コンタクト３２０は主にタングステンからなり、第１の配線層３２１、ビアと一体形成された第２の配線層３２２は主に銅を主成分とする。第１の配線層３２１はシングルダマシン法によって形成された構造を有し、第２の配線層３２２はデュアルダマシン法によって形成された、ビアと配線層とが一体の導電体によって形成された構造を有する。コンタクト、ビア及び配線層はそれぞれバリアメタルを有している。そして、第１、第２の配線層は銅を主成分とする金属からなる。これらの製造方法については、公知の製造方法によって形成可能であるため説明を省略する。なお、第１、第２の配線層はダマシン法ではなく、パターニングによって形成されていてもよい。
【００３０】
ここで、図３（ｃ）において、窒化シリコンからなる複数の絶縁膜のうち、第１及び第２の配線層の上面と接して配置される絶縁膜は、金属、すなわち銅の拡散防止膜として機能する。一方、第１、第２の配線層の下面側に配置される絶縁膜は、第１、第２の配線層をダマシン法で形成する際のエッチングストップ膜として機能する。拡散防止膜として機能する絶縁膜よりもエッチングストップ膜として機能する絶縁膜の膜厚は薄い。ダマシン法では、絶縁膜に配線用の溝あるいは配線及びビア用の溝を形成する工程があり、この溝を形成する際のエッチングにおいて、溝の形状制御のためエッチングストップ膜があることが好ましい。よって、第１、第２の配線層の下面側にエッチングストップ膜として機能する絶縁膜が配置されている。なお、配置されるエッチングストップ膜は溝を形成する際に除去されるため、エッチングストップ膜の下面は第１、第２の配線層の下面と一致あるいは第１、第２の配線層の下面よりも上部に配置されることになる。なお、図３（ｃ）までの構成が形成されたウエハを入手し、以下の開口を形成する工程を行ってもよい。
【００３１】
次に、図３（ｃ）の複数の層間絶縁膜３１９に開口３２３を形成し図４（ａ）の構成を形成する。複数の層間絶縁膜３１９の上に、光電変換部に対応して領域に開口を有するフォトレジストパターン（不図示）が形成され、それをマスクとしてエッチングが行われる。エッチングは、異方性のエッチング、例えばプラズマエッチング処理が行われ、絶縁膜３１７が露出するまでエッチングされる。ここで、絶縁膜３１７は、エッチング時における光電変換部へのプラズマダメージを低減するための膜であり、また、エッチングストップ膜としても機能する。そして、絶縁膜３１７は半導体基板の主面３０２との間の酸化シリコンからなる絶縁膜（不図示）と、絶縁膜３０５と、絶縁膜３０６と、半導体基板に入射すべき光に対する反射防止膜として機能する。
【００３２】
次に、図４（ａ）の開口３２３に、クラッドである複数の層間絶縁膜３１９１よりも屈折率の高い透明材料を埋め込み、導波路のコアを形成する。ここでは、複数の層間絶縁膜３１９１を構成する主な材料である酸化シリコンよりも屈折率の高い窒化シリコンを用いて埋め込みを行う。具体的には、高密度プラズマＣＶＤ法によって、窒化シリコンを全面に堆積し、開口３２３に窒化シリコンを埋め込む。例えば、開口内３２３の以外の複数の層間絶縁膜３１９１の上などの不要な部分に形成された窒化シリコンを、化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、以下ＣＭＰ）あるいはプラズマエッチングによって除去する。窒化シリコンの表面は平坦化され、開口３２３に高屈折率部材３２４を形成する。導波路は、複数の層間絶縁膜３１９１と高屈折率部材３２４とによって構成される。ここで、本実施形態においては、ＣＭＰを行い除去及び平坦化を行う。この時、配線層へのダメージ を抑制するため、複数の層間絶縁膜３１９１の上部の窒化シリコンを全て除去せず、高屈折率部材３２４と複数の層間絶縁膜３１９１の上面に渡って延在する厚さ約１００ｎｍ〜５００ｎｍの絶縁膜３２５を形成する。絶縁膜３２５の上面には酸窒化シリコンからなる絶縁膜３２６を形成する。絶縁膜３２６はプラズマＣＶＤ法によって、約５０ｎｍ〜１５０ｎｍの膜厚で形成される。
【００３３】
図４（ｂ）の構造のあとに、絶縁膜３２５及び絶縁膜３２６の任意の領域の少なくとも一部を除去する。具体的には、少なくとも後にビアを形成する領域であり、本実施形態では周辺回路部１２１６の絶縁膜３２５及び絶縁膜３２６をエッチングによって除去する。除去は、例えば、プラズマエッチング処理によってなされる。絶縁膜３２５及び絶縁膜３２６は開口３２９を有する絶縁膜３２７及び絶縁膜３２８となる。その後、開口３２９を埋め、絶縁膜３２７及び絶縁膜３２８を覆うように、絶縁膜３３０となる絶縁膜を形成する。絶縁膜３３０となる絶縁膜は、例えば酸化シリコンからなり、プラズマＣＶＤ法によって形成されうる。そして、絶縁膜３３０となる絶縁膜と第２の配線層３２２の上に配置された複数の層間絶縁膜３１９の一部とを貫通するビア３３１を形成する。ビア３３１が形成される際には、絶縁膜３３０と複数の層間絶縁膜３３２とが形成される。ビア３３１は例えばタングステンからなり、チタンや窒化チタンのバリアメタルを有する。ビア３３１の上部に第３の配線層３３３が形成され、図４（ｃ）の構成が得られる。第３の配線層３３３は、例えばアルミニウムを主成分とする導電体からなり、パターニングによって形成される。ここで、第３の配線層３３３は、遮光膜としても機能し得る。
【００３４】
次に、図４（ｃ）の構成において、絶縁膜３３４となる絶縁膜と絶縁膜３３５となる絶縁膜をこの順に形成する。ここで、絶縁膜３３４となる絶縁膜はプラズマＣＶＤ法によって形成される酸窒化シリコンであり、絶縁膜３３５となる絶縁膜はプラズマＣＶＤ法によって形成される窒化シリコンである。そして、絶縁膜３３５となる絶縁膜上にレンズ形状のフォトレジストを形成し、それをマスクとしてエッチングを行うことで、絶縁膜にレンズ形状を転写する。その後、レンズ形状の絶縁膜の上に絶縁膜３３６となる絶縁膜を形成する。外部電極パッドに対応する領域において、３層の絶縁膜を除去することで、絶縁膜３３４〜３３６の構成が得られ、図５（ａ）の構成が得られる。ここで、絶縁膜３３５は層内レンズ３３７を有するレンズ層であり、絶縁膜３３４と絶縁膜３３６とは絶縁膜３３５の反射防止として機能しうる。
【００３５】
図５（ａ）の工程の後に、樹脂からなる平坦化層３３８と、複数の色に対応したカラーフィルタを含むカラーフィルタ層３３９と、マイクロレンズ３４１を含むマイクロレンズ層３４０とをこの順に形成し、図５（ｂ）の構成が得られる。
【００３６】
以上のように図３〜図５のフローによって、固体撮像装置を形成することが可能である。なお、図３〜図５において、半導体基板３０１は主面側の一部を示したものである。
【００３７】
以上のような固体撮像装置の製造方法において、本実施例では、図４（ａ）に示した複数の層間絶縁膜３１９を除去し、開口（凹部）を形成する工程に特徴を有する。以下、本工程について、図６〜８を用いて、詳細に説明を行う。
【００３８】
図６は、図３（ｃ）から図４（ａ）の間の工程を詳細に示した断面模式図であり、第２のＰＤに相当する部分を拡大したものである。図７は、図６に対応した製造方法を示したフロー図である。他の図面と同一の符号を付した構成については、説明を省略する。
【００３９】
まず、図７の配線・複数の層間絶縁膜形成工程７０１と、図７のマスク形成工程７０２とを有する。この工程によって、図６（ａ）の構成が得られる。図６（ａ）において、複数の層間絶縁膜３１９は、少なくとも２種類の材料からなる絶縁膜が交互に積層した構成を有している。具体的には、少なくとも第１の絶縁膜となる部材と、それと異なる材料からなる第２の絶縁膜となる部材と、第３の絶縁膜となる部材と、第３の絶縁膜と異なる材料からなる第４の絶縁膜となる部材とをこの順に積層した構成を有している。図６（ａ）においては、酸化シリコンからなる絶縁膜６０１、６０３、６０５、６０７、６０９と、窒化シリコンからなる絶縁膜６０２、６０４、６０６、６０８とを交互に積層した構成を有している。第１の絶縁膜となる部材として絶縁膜６０１、第２の絶縁膜となる部材として絶縁膜６０２、第３の絶縁膜となる部材として絶縁膜６０３、第４の絶縁膜となる部材として絶縁膜６０４とする。ここで、配線層については不図示であるが、絶縁膜６０２及び絶縁膜６０６は配線層を形成する際のエッチングストップ膜としての機能を有し、絶縁膜６０８及び絶縁膜６０４は配線層の導電体となる金属の拡散防止膜としての機能を有する。図６（ａ）の複数の層間絶縁膜３１９を形成した後に、その最上層である絶縁膜６０９の上部に、光電変換部に対応して開口６１１を有するマスク６１０を形成する。マスク６１０はフォトレジストからなり、フォトリソグラフィー技術によって形成可能である。
【００４０】
次に、図７に示した第１の除去工程７０３を行う。第１の除去工程７０３は、異なる材料からなる複数の絶縁膜のエッチングの互いのエッチング選択比が小さい条件、異なる材料からなる複数の絶縁膜がエッチング可能な条件で、エッチングを行う。つまり、複数の絶縁膜のそれぞれがエッチングされる速度がほぼ等しく、共に除去される条件である。第１の除去工程７０３は、ウエハ内の全領域において点在するマスクの開口部分における第３の絶縁膜となる部材と第４の絶縁膜となる部材を除去し、第２の絶縁膜となる部材が露出あるいは一部が除去されるまで行う。具体的には、図６（ｂ）に示すように、同一条件、すなわち酸化シリコンの絶縁膜に対する窒化シリコンの絶縁膜とのエッチング選択比が小さい条件で、絶縁膜６０３〜６０９を連続してエッチングする。ここで、ウエハ内の全領域に点在する開口部の絶縁膜６０２が露出した時点、すなわち最もエッチングの進行が遅い領域において面６１３の高さまで開口が形成されたタイミングでエッチングを停止あるいは切り替える。このエッチングを停止するタイミングは、プラズマの発光強度をモニタし、第３の絶縁膜となる部材の除去に起因する発光強度が低下を検知することや時間で設定することが可能である。酸化シリコンの絶縁膜と窒化シリコンの絶縁膜との選択比が小さい条件とは、例えば、ＣＨＦ３等の水素含有フッ化炭素系とＣ４Ｆ８等のフッ化炭素系の混合ガスと、酸素と、アルゴン等の不活性ガスとを用いた異方性のプラズマエッチングである。絶縁膜６０３〜６０９は開口を有する絶縁膜６０３１〜６０９１となる。つまり、本工程において、少なくとも第４の絶縁膜となる部材６０４から開口を有する第４の絶縁膜６０４１が形成され、第３の絶縁膜となる部材６０３から開口を有する第３の絶縁膜６０３１が形成される。これらの開口は連通し、開口６１２を構成している。
【００４１】
なお、各絶縁膜に対してエッチング条件を変えた場合には、エッチング条件が異なることに起因して、開口形成のテーパー角度が変化し、その結果、開口の側面において、各絶縁膜に対応した凹凸が生じる可能性がある。しかし、上述の第１の除去工程を行うことで、各絶縁膜に対してエッチング条件を変えてエッチングを行う場合に比べて、条件を一定にしてエッチングを行うことが可能であるため、開口の側面がなめらかに形成可能である。また、各絶縁膜に対してエッチング条件を変えた場合に比べて、上述の第１の除去工程を行うことで、条件を切り替える必要がないため、エッチングにかかる時間を削減することが可能である。
【００４２】
ここで、図８を用いてばらつきについて説明する。複数の開口を形成する場合には、開口６１２の底面でもある面６１３は、複数の開口が配置される半導体基板の面内において高さにばらつきが生じうる。図８は、層間絶縁膜の主たる成分である酸化シリコンを除去するためにエッチングを行った場合の、半導体基板であるウエハの、ある一次元断面における面内ばらつきを示した模式図である。横軸はウエハの中心からの距離を示し、縦軸はエッチング後の酸化シリコン膜の膜厚を示しており、ウエハの中心の膜厚を１として示したものである。図８から明らかなように、ウエハの中心を最大値としてウエハの周辺に向かって膜厚が減っており、つまり、グローバルなばらつきが生じている。このように、ウエハの中ではエッチングにばらつきが生じる場合がある。また、図８からは、ウエハの一部である固体撮像装置の範囲（サイズ）においても、エッチングによるばらつきが生じることが読み取れる。このままエッチングを進めてしまうと、半導体基板に配置された素子へのダメージが与えられてしまう。また、ばらつきをそのままにすると、光強度の変化及び色むらなどの発生原因となりうる。
【００４３】
続いて、図７に示した第２の除去工程７０４を行う。第２の除去工程７０４では、露出した第２の絶縁膜となる部材をその下層の第１の絶縁膜となる部材よりも優先的にエッチングされる条件（エッチング選択比が大きい条件）で行われる。すなわち第１の絶縁膜がエッチングされる速度より第２の絶縁膜がエッチングされる速度が速い条件でエッチング処理を行うことによって実施される。例えば、ＣＨ２Ｆ２等の水素含有フッ化炭素系のガスと、酸素と、アルゴン等の不活性ガスとを用いた異方性のプラズマエッチングである。図６（ｃ）に示すように、絶縁膜６０２のマスク６１０に対応した部分が除去され、開口を有する絶縁膜６０２１となる。ここで、絶縁膜６０１は絶縁膜６０２を除去する際のエッチングストップ膜として機能しうる。ここで、開口６１４の底面は、絶縁膜６０１の上面である面６１５の高さにある。この第２の除去工程７０４を行うことで、第１の絶縁膜となる部材によってエッチングの進行が低減するため、光電変換部へのダメージが低減可能である。また、複数の開口を形成する場合には、上述の第１の除去工程によって生じうるウエハにおけるグローバルなばらつきが吸収される。この工程によって、第２の絶縁膜となる部材６０２から開口を有する第２の絶縁膜６０２１が形成される。第２の絶縁膜の開口は開口６１２と連通し、開口６１４を構成する。
【００４４】
最後に、図７の第３の除去工程７０５を行う。第３の除去工程７０５では、露出した第１の絶縁膜となる部材を優先的に除去する条件でエッチングを行う。例えば、Ｃ４Ｆ６等のフッ化炭素系のガスと、酸素と、アルゴン等の不活性ガスとを用いたプラズマエッチングである。図６（ｄ）に示すように、絶縁膜６０１のマスク６１０に対応した部分が除去され、開口を有する絶縁膜６０１１となる。つまり、この工程によって、第１の絶縁膜となる部材６０１から開口を有する第１の絶縁膜６０１１が形成される。第１の絶縁膜の開口は開口６１４と連通し、開口６１６を形成する。ここで、本実施例においては、絶縁膜３１７が絶縁膜６０１を除去する際のエッチングストップ膜として機能しうる。続いて、図７のマスク除去工程７０６が行われ、マスク６１０が除去される。そして、開口６１６、すなわち図４（ａ）の開口３２３を有する複数の層間絶縁膜３１９１が形成される。そして、図４（ｂ）に示すように、図７の埋め込み工程７０７が行われる。
【００４５】
このような第１、第２の除去工程を有することで、開口の側面及びウエハの面内において精度よく開口（凹部）を形成することが可能となる。特に、ウエハに複数の開口を形成する場合に、除去しなければならない膜が残ってしまう、あるいは残すべき膜を除去してしまう場合を抑制することが可能となる。特に、複数のアスペクト比の大きな開口を形成する場合に効果的である。よって、導波路が精度よく形成されるため、側壁において光が乱反射する、ウエハに形成される場所によって光強度が変わるなどの問題が低減される。
【００４６】
また、第２の除去工程において第１の絶縁膜を有することで、ばらつきを吸収している間のエッチングによるダメージを吸収することが可能となり、光電変換部のノイズを低減することが可能となる。更に、第１の絶縁膜を除去することで、埋め込み工程で絶縁膜３１７と同等の屈折率を有する窒化膜を埋め込んだ場合に、より効率的に入射光を光電変換部に入射することが可能である。また、絶縁膜３１７が配置されていることで、エッチングにおける光電変換部へのダメージをより低減することが可能となる。なお、本実施例では酸化シリコンからなる第１、第３の絶縁膜と、窒化シリコンからなる第２、第４の絶縁膜とを有する工程について説明した。しかし、第１の絶縁膜と、それと異なる材料からなる第２の絶縁膜と、第３の絶縁膜と、第３の絶縁膜と異なる材料からなる第４の絶縁膜とをこの順に積層した構成を有していればよい。
【００４７】
なお、第１の除去工程と第２の除去工程とでエッチングの条件を切り替えるため、第２の除去工程に切り替わる点で側面の傾斜が変わる場合があり得る。具体的には、図６（ｄ）の変形例を示す図１３のように、開口１３０４は側面１３０１と側面１３０２とからなり、高さ１３００において側面の傾斜が変わる場合があり得る。しかしながら、導波路の下部であるため、その傾斜の変化は迷光発生に大きな影響を与えない。
【実施例２】
【００４８】
本実施例の固体撮像装置の製造方法について、図９を用いて説明する。図９は実施例１の図６に対応した図面であり、同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。図９（ａ）は図６（ｂ）に対応した図面であり、図９（ｂ）は図６（ｃ）に対応し、図９（ｃ）は図６（ｄ）に対応した図面である。つまり、本実施例は実施例１の第３の除去工程の後に、更に図９（ｄ）に示す除去工程を有する点が異なる。また、本実施例の第１〜第４の絶縁膜に相当する絶縁膜が実施例１とは異なる。
【００４９】
本実施例においても、少なくとも２種類の材料からなる絶縁膜が交互に積層した構成を有している。具体的には、少なくとも第１の絶縁膜となる部材と、それと異なる材料からなる第２の絶縁膜となる部材と、第３の絶縁膜となる部材と、第３の絶縁膜と異なる材料からなる第４の絶縁膜となる部材とをこの順に積層した構成を有している。本実施例においては、第１の絶縁膜となる部材は図６（ａ）における絶縁膜６０２、第２の絶縁膜となる部材は図６（ａ）における絶縁膜６０３とする。そして、第３の絶縁膜となる部材は図６（ａ）における絶縁膜６０４、第４の絶縁膜となる部材は図６（ａ）における絶縁膜６０５とする。本実施例においても、絶縁膜６０２及び絶縁膜６０６は配線層を形成する際のエッチングストップ膜としての機能を有し、絶縁膜６０８及び絶縁膜６０４は配線層の導電体となる金属の拡散防止膜としての機能を有する。
【００５０】
まず、第１の除去工程を行い、図９（ａ）の開口９０２を形成する。第１の除去工程では、絶縁膜６０４〜６０９のマスクの開口に対応した部分を除去し、開口を有する絶縁膜６０４２〜６０９２を形成する。除去はエッチング処理をすることで行われ、ここでは実施例１と同様に各絶縁膜同士のエッチング選択比が小さい条件でエッチングが行われる。ここで、第２の絶縁膜となる部材の絶縁膜６０３において、マスクの開口に対応した部分の一部を除去し、その上面に凹部を有する絶縁膜６０３２を形成する。絶縁膜６０３２の上面の開口の底は面９０１の高さにある。ここで、実施例１と同様に、絶縁膜６０４〜６０９をそれらがエッチング可能な条件でエッチングして除去するため、開口の底は面９０１の高さに対してグローバルなばらつきが生じている。
【００５１】
次に、第２の除去工程を行い、図９（ｂ）の開口９０４を形成する。第２の除去工程では、第１の絶縁膜となる部材である絶縁膜６０２をエッチングストップ膜として絶縁膜６０３２のマスクに対応し部分を除去し、開口を有する絶縁膜６０３３を形成する。つまり、実施例１と同様に第１の絶縁膜に対して第２の絶縁膜のエッチングされる速度が大きい条件（エッチング選択比が大きい条件）でエッチングがなされる。開口９０４の底面は絶縁膜６０２の上面である面９０３の高さにある。この工程において、第１の除去工程によって生じたばらつきが低減される。なお、エッチングストップ膜として絶縁膜６０２を使用することで、実施例１に比べてばらつきを吸収することが容易である。窒化シリコンに対して酸化シリコンを優先的にエッチングする、すなわち選択比を高くとることが容易であるためである。
【００５２】
次に、第３の除去工程を行い、図９（ｃ）の開口９０６を形成する。第３の除去工程では、第１の絶縁膜に相当する絶縁膜６０２のマスクの開口に対応した部分を除去する。その際、絶縁膜６０２の下層に配置された絶縁膜６０１をエッチングストップ膜として利用することが可能である。つまり、絶縁膜６０１に対して第１の絶縁膜のエッチングされる速度が大きい条件（エッチング選択比が大きい条件）でエッチングがなされる。絶縁膜６０２は開口を有する絶縁膜６０２２となる。
【００５３】
そして、更に絶縁膜６０１をエッチング処理することによって除去する工程を行い、図９（ｄ）の開口９０８を形成する。絶縁膜６０１は開口を有する絶縁膜６０１２となる。続いて、マスク除去工程が行われ、マスク６１０が除去される。そして、開口９０８すなわち図４（ａ）の開口３２３を有する複数の層間絶縁膜３１９１が形成される。そして、図４（ｂ）に示すように、埋め込み工程が行われる。絶縁膜６０１を除去する際には、絶縁膜３１７をエッチングストップ膜として使用することが出来る。この絶縁膜３１７によってエッチングにより絶縁膜３０５及び絶縁膜３０６の膜厚が変化することがないため、反射防止膜としての好適な膜厚を維持することが可能となる。
【００５４】
本実施例のように、第１〜第４の絶縁膜は実施例１の対応に限らず、任意の膜が選択可能である。また、第１〜第４の絶縁膜の間に別の膜を有していてもよい。その際には、第１の除去工程におけるエッチング条件を、第１〜第４の絶縁膜と別の膜との選択比が小さくなるような条件で行えばよい。
【００５５】
また、複数の絶縁膜が積層した構成の層間絶縁膜に開口を形成する際には、なるべく多くの絶縁膜を第１の除去工程で除去することが、開口の側面がなめらかに形成されるために好ましい。しかし、ウエハ面内で最もエッチングの進行の遅い領域と、最もエッチングの進行の早い領域で、エッチングの進行に差が出る前に、第２の除去工程に移行することが、好ましい。よって、開口の側壁の精度とウエハ面内のエッチングの速度との兼ね合いで任意に調整すればよい。
【実施例３】
【００５６】
本実施例の固体撮像装置の製造方法について、図１０を用いて説明する。図１０は図６と対応した製造方法を説明するための断面模式図である。主に絶縁膜３０５、３０６、３１７を有していない点と、開口の側面が傾斜を有していない点で図１０は図６と異なる。図１０は任意のＰＤに相当する分を拡大したものである。
【００５７】
図１０（ａ）において、電荷蓄積部１００２と素子１００３が半導体基板に配置されている。素子は、トランジスタや電荷結合素子など任意の素子である。そして、半導体基板の主面１００１の上に、複数の層間絶縁膜１０１３と、第１〜第３の配線層１００５、１０００８、１０１１とが配置されている。ここでは、コンタクトやビアは省略されている。複数の層間絶縁膜１０１３は、酸化シリコンからなる絶縁膜１００４、１００７、１０１０と、窒化シリコンからなる絶縁膜１００６、１００９、１０１２とが交互に積層した構成を有している。本実施例において、絶縁膜１００６、１００９、１０１２は配線層の導電体となる金属の拡散防止膜としての機能を有する。第１〜第３の配線層１００５、１００８、１０１１は銅を主成分とした材料からなり、タンタルやチタンなどのバリアメタルを含む。
【００５８】
第１の配線層１００５は絶縁膜１００４に埋め込まれ、第１の配線層１００５と絶縁膜１００４との上面は一致している。そして、第１の配線層１００５の材料の拡散を防ぐための絶縁膜１００６が第１の配線層１００５と絶縁膜１００４の上面に配置されている。第２の配線層１００８は、絶縁膜１００６の上に配置された絶縁膜１００７に埋め込まれ、第２の配線層１００８と絶縁膜１００７との上面は一致している。そして、第２の配線層１００８の材料の拡散を防ぐための絶縁膜１００９が第２の配線層１００８と絶縁膜１００７の上面に配置されている。そして、第３の配線層１０１１も同様に、絶縁膜１００９の上に配置された絶縁膜１０１０に埋め込まれている。第３の配線層１０１１と絶縁膜１０１０との上面は一致しており、第３の配線層１０１１の材料の拡散を防ぐための絶縁膜１０１２が第３の配線層１０１１と絶縁膜１０１０の上面に配置されている。ここでは、第１の絶縁膜として絶縁膜１００４、第２の絶縁膜として絶縁膜１００６、第３の絶縁膜として絶縁膜１００７、第４の絶縁膜として絶縁膜１００９とする。ここで、第４の絶縁膜は絶縁膜１０１２でもよく、第３の絶縁膜が絶縁膜１０１０で第４の絶縁膜が絶縁膜１０１２であってもよい。
【００５９】
図１０（ｂ）に示すように、構成の図１０（ａ）の複数の層間絶縁膜１０１３の最上層である絶縁膜１０１２の上部に、光電変換部に対応して開口を有するマスク１０１４を形成する。マスク１０１４はフォトレジストからなり、フォトリソグラフィー技術によって形成可能である。そして、複数の層間絶縁膜１０１３に対して、それらが共に除去される条件で、連続的にエッチングを行う（第１の除去工程）。エッチングによって、絶縁膜１００７、１００９、１０１０、１０１２はマスクの開口に対応した部分が除去された絶縁膜１００７１、１００９１、１０１０１、１０１２１となり、開口１０１５が形成される。ここで、連続的なエッチングは最もエッチングの進行の遅い領域において絶縁膜１００６が露出した時点で停止される。つまり、本工程は、実施例１の第１の除去工程と同様になされうる。
【００６０】
次に、図１０（ｃ）に示すように、絶縁膜１００４をエッチングストップ膜として、絶縁膜１００６のエッチングを行う。エッチングによって、絶縁膜１００６はマスクの開口に対応した部分が除去された絶縁膜１００６１となり、開口１０１６が形成される。つまり、本工程は、実施例１の第２の除去工程と同様になされうる。
【００６１】
そして、最後に、絶縁膜１００４がエッチングにより除去される。このエッチングによって、絶縁膜１００４はマスクの開口に対応した部分が除去された絶縁膜１００４１となり、複数の層間絶縁膜１０１８に設けられた開口１０１７が形成される。開口１０１７は半導体基板の主面１００１の上部に配される。その後、マスク１０１４が除去され、図４（ｂ）に示すような埋め込み工程が行われる。
【００６２】
このような製造方法によって、エッチングにより除去する部分の側壁の形状のばらつきを抑制しつつ、エッチング量のばらつきを低減しつつ、エッチングダメージを低減することが可能となる。
【実施例４】
【００６３】
本実施例の固体撮像装置の製造方法について、図１１を用いて説明する。図１１は図１０と同様に製造方法を説明するための断面模式図である。本実施例は、実施例３とは第１〜第４の絶縁膜に相当する絶縁膜と、開口の深さとが異なり、他の構成については同様である。
【００６４】
図１１（ａ）は図１０（ａ）と同じ構造である。ここでは、第１の絶縁膜として絶縁膜１００６、第２の絶縁膜として絶縁膜１００７、第３の絶縁膜として絶縁膜１００９、第４の絶縁膜として絶縁膜１０１０とする。
【００６５】
最上の絶縁膜１０１２の上にフォトレジストのマスク１０１４を形成し、複数の層間絶縁膜の除去を行う（第１の除去工程）。除去の際には、複数の層間絶縁膜が共に除去される条件で、連続したエッチングが行われ、あらかじめ設定された所望の時間にてエッチングが停止される。つまり、本工程は、実施例１の第１の除去工程と同様になされうる。ここでは、図１１（ｂ）に示すように、絶縁膜１００９、１０１０、１０１２はマスク１０１４の開口に対応した部分が除去された絶縁膜１００９１、１０１０１、１０１２１となり、開口１１０１が形成される。ここで、絶縁膜１００７はウエハの全領域においてマスクの開口に対応した部分の一部、すなわち絶縁膜１００７の厚み方向の一部のみが除去され、絶縁膜１００７２となる。
【００６６】
次に、図１１（ｃ）に示すように、絶縁膜１００６をエッチングストップ膜として、絶縁膜１００７２のエッチングを行う。つまり、本工程は、実施例１の第２の除去工程と同様になされうる。エッチングによって、絶縁膜１００７２はマスクの開口に対応した部分の残りが除去され絶縁膜１００７３となり、開口１１０２が形成される。
【００６７】
そして、最後に、絶縁膜１００６がエッチングにより除去される。ここで、絶縁膜１００４をエッチングストップ膜として機能する。つまり、絶縁膜１００４がエッチングされる速度よりも絶縁膜１００６のエッチングされる速度が速い条件で、エッチング処理がなされる。このエッチングによって、絶縁膜１００６はマスクの開口に対応した部分が除去された絶縁膜１００６２となり、複数の層間絶縁膜１１０４に設けられた開口１１０３が形成される。開口１１０３は絶縁膜１００４を露出させる。その後、マスク１０１４が除去され、図４（ｂ）に示すような埋め込み工程が行われる。
【００６８】
このような製造方法によって、エッチングにより除去する部分の側壁の形状のばらつきを抑制しつつ、エッチング量のばらつきを低減しつつ、エッチングダメージを低減することが可能となる。また、除去しなければならない膜が残ってしまう、あるいは残すべき膜を除去してしまうということを抑制することができる。更に、絶縁膜１００４が設けられていることで、よりエッチング量のばらつきを低減することが可能となる。
【実施例５】
【００６９】
本実施例では、図１２を用いて撮像システムの構成を説明する。図１２は固体撮像装置及び撮像システムのブロック図である。撮像システム１２００は、固体撮像装置１２０１と、固体撮像装置１２０１から出力された電気信号が入力され、当該電気信号を処理する信号処理装置１２０２とを備える。具体的には、電気信号が固体撮像装置１２０１のＯＵＴ１、２から出力され、信号処理装置１２０２のＩＮに入力される。信号処理装置１２０２のＯＵＴ３からは、電気信号を処理した結果に応じて、画像信号や駆動信号、制御信号が出力される。電気信号としては、電流信号であってもよいし電圧信号でもよく、また、アナログ信号であってもよいしデジタル信号であってもよい。以下、より詳細に説明する。固体撮像装置１２０１をイメージセンサーとして用いる場合には、信号処理装置１２０２は入力した電気信号を処理し画像信号として出力する。固体撮像装置１２０１を焦点検出用のセンサーとして用いる場合には、信号処理装置１２０２は、入力した電気信号を処理し、固体撮像装置１２０１の前方に設けられうるレンズ（不図示）を駆動するための駆動信号として出力する。また、固体撮像装置１２０１を測光用のセンサーとして用いる場合には、信号処理装置１２０２は、入力した電気信号を処理し、シャッターを制御して、露光時間を調整するための制御信号を出力する。なお、上記シャッターはメカニカルシャッターでも電子的な駆動によるシャッターでもよいが、電気的な駆動によるシャッターの場合は、実質的に固体撮像装置１２０１を制御することになる。このような撮像システムを有することで、好適な画像信号、あるいは制御に利用可能な制御信号が得られる。
【００７０】
以上、実施例を用いて説明してきた本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、開口の側面及びウエハの面内において精度よく開口（開口あるいは凹部）を形成することが可能となる。また、除去しなければならない膜が残ってしまう、あるいは残すべき膜を除去してしまうばらつきを抑制することができる。更に、絶縁膜１００４が設けられていることで、よりエッチング量のばらつきを低減することが可能となる。また、第２の除去工程において第１の絶縁膜を有することで、ばらつきを吸収している間のエッチングによるダメージを吸収することが可能となり、光電変換部のノイズを低減することが可能となる。
【００７１】
なお、各実施例は適宜変更・組み合わせ可能である。例えば、窒化シリコンは炭化シリコンに変更してもよく、第１〜第４の絶縁膜の間に有機系の絶縁膜が設けられていてもよい。酸化シリコン及び窒化シリコンの積層膜も適宜異なる膜を適用してもよい。
【００７２】
また、各実施例では導波路を有する固体撮像装置を例に説明したが、本発明は導波路以外の貫通電極を形成する際にも適用可能であり、メモリなどの他の半導体装置においても適用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
７０１ 複数の層間絶縁膜・配線形成工程
７０２ マスク形成工程
７０３ 第１の除去工程
７０４ 第２の除去工程
７０５ 第３の除去工程
７０６ マスク除去工程
７０７ 埋め込み工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に配された第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜の上に配された第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜の上に配された第３の絶縁膜と、前記第３の絶縁膜の上に配された第４の絶縁膜とを含み、少なくとも前記第２の絶縁膜と前記第３の絶縁膜と前記第４の絶縁膜とに渡って連通した開口を有する複数の絶縁膜と、
を有する半導体装置の製造方法において、
前記第１の絶縁膜となる部材と、前記第１の絶縁膜となる部材と異なる材料からなる前記第２の絶縁膜となる部材と、前記第３の絶縁膜となる部材と、前記第３の絶縁膜となる部材と異なる材料の前記第４の絶縁膜となる部材とがこの順に積層された半導体基板の上に、前記複数の絶縁膜の開口を形成するための開口を有するマスクを形成する工程と、
前記第３の絶縁膜となる部材及び前記第４の絶縁膜となる部材に対して、前記第３の絶縁膜となる部材及び前記第４の絶縁膜となる部材が共にエッチングされる条件で、前記マスクを用いてエッチング処理を行い、前記第３の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応する部分と前記第４の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応する部分を連続して除去する第１の工程と、
前記第１の工程を行った後に、前記第１の絶縁膜となる部材よりも前記第２の絶縁膜となる部材のエッチングされる速度が速い条件で、前記第２の絶縁膜となる部材に対して前記マスクを用いてエッチング処理を行うことで、前記第２の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口と対応する部分を除去する第２の工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第３の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜と同じ材料からなり、
前記第４の絶縁膜は、前記第２の絶縁膜と同じ材料からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１の絶縁膜は酸化シリコンからなり、
前記第２の絶縁膜は窒化シリコンからなることを特徴とする請求項１あるいは２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の絶縁膜となる部材に対して前記マスクを用いてエッチング処理を行い、前記第１の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応する部分を除去する第３の工程を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記半導体基板に複数の光電変換部を形成する工程を有し、前記複数の層間絶縁膜の形成工程の前に、前記複数の光電変換部に１対１で配置される複数の絶縁膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記複数の層間絶縁膜の形成工程の間に行われる、配線層の形成工程を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記配線層は、少なくとも第１の配線層と第２の配線層とを有し、
前記第２の絶縁膜は前記第１の配線層の上面と接して形成され、
前記第４の絶縁膜は前記第２の配線層の上面と接して形成されることを特徴とする請求項６項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記複数の配線層は、ダマシン法によって形成されており、
前記第２の絶縁膜と前記第４の絶縁膜は、前記ダマシン法において溝を形成する際のエッチングストップ膜として機能することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
複数の光電変換部を有する半導体基板と、
前記半導体基板の上に配された第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜の上に配された第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜の上に配された第３の絶縁膜と、前記第３の絶縁膜の上に配された第４の絶縁膜とを含み、少なくとも前記第２の絶縁膜と前記第３の絶縁膜と前記第４の絶縁膜とに渡って連通した開口を有する前記複数の絶縁膜と、
前記複数の光電変換部のそれぞれに対応して、前記開口に配置される高屈折率部材と、
前記高屈折率部材と前記光電変換部との間に配された絶縁膜と、
を有する固体撮像装置の製造方法において、
前記高屈折率部材と前記光電変換部との間に配された絶縁膜となる部材と、前記第１の絶縁膜となる部材と、前記第１の絶縁膜となる部材と異なる材料からなる前記第２の絶縁膜となる部材と、前記第３の絶縁膜となる部材と、前記第３の絶縁膜となる部材と異なる材料の前記第４の絶縁膜となる部材とがこの順に積層された半導体基板の上に、前記複数の絶縁膜の開口を形成するための開口を有するマスクを形成する工程と、
前記第３の絶縁膜となる部材及び前記第４の絶縁膜となる部材が共にエッチングされる条件で、前記第３の絶縁膜となる部材及び前記第４の絶縁膜となる部材に対して、前記マスクを用いてエッチング処理を行い、前記第３の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応する部分と前記第４の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応する部分とを、除去する第１の工程と、
前記第１の工程を行った後に、前記第１の絶縁膜となる部材よりも前記第２の絶縁膜となる部材がエッチングされる速度が速い条件で、前記第２の絶縁膜となる部材に対して前記マスクを用いてエッチング処理を行うことで、前記第２の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応する部分を除去する第２の工程と、
前記高屈折率部材と前記光電変換部との間に配された絶縁膜となる部材よりも前記第１の絶縁膜となる部材がエッチングされる速度が速い条件で、前記第１の絶縁膜となる部材に対して、前記マスクを用いてエッチング処理を行い、前記第１の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応した部分を除去する第３の工程と、
を有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に配された第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜の上に配された第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜の上に配された第３の絶縁膜と、前記第３の絶縁膜の上に配された第４の絶縁膜とを含み、少なくとも前記第２の絶縁膜と前記第３の絶縁膜と前記第４の絶縁膜とに渡って連通した開口を有する複数の絶縁膜と、
を有する半導体装置の製造方法において、
前記第１の絶縁膜となる部材と、前記第１の絶縁膜となる部材と異なる材料からなる前記第２の絶縁膜となる部材と、前記第３の絶縁膜となる部材と、前記第３の絶縁膜となる部材と異なる材料の前記第４の絶縁膜となる部材とがこの順に積層された半導体基板の上に、前記複数の絶縁膜の開口を形成するための開口を有するマスクを形成する工程と、
前記第３の絶縁膜となる部材及び前記第４の絶縁膜となる部材に対して、前記第３の絶縁膜となる部材及び前記第４の絶縁膜となる部材が共にエッチングされる条件で、前記マスクを用いてエッチング処理を行い、前記第３の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応する部分と前記第４の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応する部分を連続して除去する第１の工程と、
前記第１の工程を行った後に、前記第１の絶縁膜となる部材よりも前記第２の絶縁膜となる部材のエッチングされる速度が速い条件で、前記第２の絶縁膜となる部材に対して前記マスクを用いてエッチング処理を行うことで、前記第２の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口と対応する部分を除去する第２の工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第３の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜と同じ材料からなり、
前記第４の絶縁膜は、前記第２の絶縁膜と同じ材料からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１の絶縁膜は酸化シリコンからなり、
前記第２の絶縁膜は窒化シリコンからなることを特徴とする請求項１あるいは２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の絶縁膜となる部材に対して前記マスクを用いてエッチング処理を行い、前記第１の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応する部分を除去する第３の工程を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記半導体基板に複数の光電変換部を形成する工程を有し、前記複数の層間絶縁膜の形成工程の前に、前記複数の光電変換部に１対１で配置される複数の絶縁膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記複数の層間絶縁膜の形成工程の間に行われる、配線層の形成工程を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記配線層は、少なくとも第１の配線層と第２の配線層とを有し、
前記第２の絶縁膜は前記第１の配線層の上面と接して形成され、
前記第４の絶縁膜は前記第２の配線層の上面と接して形成されることを特徴とする請求項６項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記複数の配線層は、ダマシン法によって形成されており、
前記第２の絶縁膜と前記第４の絶縁膜は、前記ダマシン法において溝を形成する際のエッチングストップ膜として機能することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
複数の光電変換部を有する半導体基板と、
前記半導体基板の上に配された第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜の上に配された第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜の上に配された第３の絶縁膜と、前記第３の絶縁膜の上に配された第４の絶縁膜とを含み、少なくとも前記第２の絶縁膜と前記第３の絶縁膜と前記第４の絶縁膜とに渡って連通した開口を有する前記複数の絶縁膜と、
前記複数の光電変換部のそれぞれに対応して、前記開口に配置される高屈折率部材と、
前記高屈折率部材と前記光電変換部との間に配された絶縁膜と、
を有する固体撮像装置の製造方法において、
前記高屈折率部材と前記光電変換部との間に配された絶縁膜となる部材と、前記第１の絶縁膜となる部材と、前記第１の絶縁膜となる部材と異なる材料からなる前記第２の絶縁膜となる部材と、前記第３の絶縁膜となる部材と、前記第３の絶縁膜となる部材と異なる材料の前記第４の絶縁膜となる部材とがこの順に積層された半導体基板の上に、前記複数の絶縁膜の開口を形成するための開口を有するマスクを形成する工程と、
前記第３の絶縁膜となる部材及び前記第４の絶縁膜となる部材が共にエッチングされる条件で、前記第３の絶縁膜となる部材及び前記第４の絶縁膜となる部材に対して、前記マスクを用いてエッチング処理を行い、前記第３の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応する部分と前記第４の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応する部分とを、除去する第１の工程と、
前記第１の工程を行った後に、前記第１の絶縁膜となる部材よりも前記第２の絶縁膜となる部材がエッチングされる速度が速い条件で、前記第２の絶縁膜となる部材に対して前記マスクを用いてエッチング処理を行うことで、前記第２の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応する部分を除去する第２の工程と、
前記高屈折率部材と前記光電変換部との間に配された絶縁膜となる部材よりも前記第１の絶縁膜となる部材がエッチングされる速度が速い条件で、前記第１の絶縁膜となる部材に対して、前記マスクを用いてエッチング処理を行い、前記第１の絶縁膜となる部材の前記マスクの開口に対応した部分を除去する第３の工程と、
を有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１６４９４２（Ｐ２０１２−１６４９４２Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６３４８（Ｐ２０１１−２６３４８）
【出願日】平成２３年２月９日（２０１１．２．９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月９日（２０１１．２．９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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