(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板内に埋め込み型フォトダイオードを形成するステップと、
前記半導体基板上にトランスファトランジスタ、リセットトランジスタ、ドライブトランジスタおよびセレクトトランジスタの各ゲートを形成するステップと、
前記各ゲートを含む前記半導体基板上に多量の水素イオンが含まれた第１層間絶縁膜を形成するステップと、
前記第１層間絶縁膜上に第２層間絶縁膜を形成するステップと、
前記第２層間絶縁膜をリフローさせて平坦化すると同時に前記第１層間絶縁膜内の水素イオンを前記フォトダイオード表面に拡散させるステップと
を含んでなることを特徴とするイメージセンサの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のイメージセンサの製造方法において、
前記第２層間絶縁膜のリフローは、Ｈ2Ｎ2雰囲気と７００℃〜９００℃温度の熱処理により行なわれる
ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載のイメージセンサの製造方法において、
前記第１層間絶縁膜を形成するステップは、ＳｉＨ4を含むソースガスを利用する
ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載のイメージセンサの製造方法において、
前記ソースガスに、Ｎ2Ｏ、およびＮＨ3をさらに添加する
ことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載のイメージセンサの製造方法において、
前記第１層間絶縁膜は、３０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さに形成される
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載のイメージセンサの製造方法において、
前記第１層間絶縁膜は、シリコンオキシナイトライドおよびシリコン窒化膜の中から選択される一つである
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
半導体基板内に埋め込み型フォトダイオードを形成するステップと、
前記半導体基板上にトランスファトランジスタ、リセットトランジスタ、ドライブトランジスタおよびセレクトトランジスタの各ゲートを形成するステップと、
前記各ゲートを含む前記半導体基板上に多量の水素イオンが含まれたシリコンオキシナイトライドを形成するステップと、
前記シリコンオキシナイトライド上にＢＰＳＧ膜を形成するステップと、
前記ＢＰＳＧ膜をリフローさせて平坦化すると同時に前記シリコンオキシナイトライド内の水素イオンを前記フォトダイオード表面に拡散させるステップと
を含んでなることを特徴とするイメージセンサの製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載のイメージセンサの製造方法において、
前記ＢＰＳＧ膜のリフローは、Ｈ2Ｎ2雰囲気と７００℃〜９００℃の温度で進行される熱処理により行なわれる
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７に記載のイメージセンサの製造方法において、
前記シリコンオキシナイトライドは、ＳｉＨ4ガスをソースガスとし、Ｎ2ＯおよびＮＨ3ガスを反応ガスとして形成される
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項７に記載のイメージセンサの製造方法において、
前記シリコンオキシナイトライドは、３０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さに形成されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
半導体基板内に埋め込み型フォトダイオードを形成するステップと、
前記半導体基板上にトランスファトランジスタ、リセットトランジスタ、ドライブトランジスタおよびセレクトトランジスタの各ゲートを形成するステップと、
前記各ゲートを含む前記半導体基板上に多量の水素イオンが含まれたシリコン窒化膜を形成するステップと、
前記シリコン窒化膜上にＢＰＳＧ膜を形成するステップと、
前記ＢＰＳＧ膜をリフローさせて平坦化すると同時に前記シリコン窒化膜内の水素イオンを前記フォトダイオード表面に拡散させるステップと
を含んでなることを特徴とするイメージセンサの製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のイメージセンサの製造方法において、前記ＢＰＳＧ膜のリフローは、Ｈ2Ｎ2雰囲気と７００℃〜９００℃の温度で進行される熱処理により行なわれる
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載のイメージセンサの製造方法において、前記シリコン窒化膜は、ＳｉＨ4をソースガスとし、ＮＨ3を反応ガスとして形成される
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
フォトダイオード、トランジスタゲート、多層金属配線および保護膜の順に行なわれるイメージセンサの製造方法において、
前記多層金属配線間の層間絶縁膜を形成するステップの中いずれか一つは、
多量の水素イオンが含まれた第１絶縁膜を形成するステップと、
前記第１絶縁膜上に第２絶縁膜を形成するステップと、
一回の熱処理を通して前記第２絶縁膜を平坦化すると同時に前記第１絶縁膜内の水素イオンを前記フォトダイオード表面に拡散させるステップと
を含んでなることを特徴とするイメージセンサの製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載のイメージセンサの製造方法において、
前記一回の熱処理は、Ｈ2Ｎ2雰囲気と７００℃〜９００℃温度で行なわれる
ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載のイメージセンサの製造方法において、前記第１絶縁膜は、シリコンオキシナイトライドおよびシリコン窒化膜の中から選択された一つである
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、ＣＭＯＳ型イメージセンサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ型イメージセンサにおいて、フォトダイオード（ＰＤ）は、各波長に応じて入射される光を電気的信号に変換するデバイス領域であって、理想的な場合は、全波長帯で量子効率(Quantum Efficiency)が１である場合であり、すなわち、入射された光を全部集束変換する場合であるので、これを達成するための努力が進行中である。
【０００３】
図７は、通常のＣＭＯＳ型イメージセンサの単位画素（ＵＰ：Unit Pixel）の等価回路図であって、１個のフォトダイオードＰＤと４個のＮＭＯＳ型トランジスタＴｘ、Ｒｘ、Ｄｘ、Ｓｘとで構成され、４個のＮＭＯＳ型トランジスタは、トランスファトランジスタＴｘ、リセットトランジスタＲｘ、ドライブトランジスタＤｘおよびセレクトトランジスタＳｘである。単位画素の外には、出力信号(Output Signal)を読み出すことができるように、ロードトランジスタＶｂが形成されている。そして、フォトダイオードＰＤから伝送された電荷が蓄えられるフローティングディフュージョンノードＦＤ（または、フローティングセンシングノードともいう）がトランスファトランジスタＴｘとリセットトランジスタＲｘの共通接続点に形成される。
【０００４】
図８は、図７に示すＣＭＯＳ型イメージセンサの単位画素の断面図である。以下、図８を参照しながら、従来の技術に係るＣＭＯＳ型イメージセンサの製造方法を説明する。
【０００５】
まず、高濃度のｐ型不純物が添加されたｐ+ 基板１１上に低濃度のｐ型不純物が添加されたｐエピタキシャル層１２を成長させた後、ｐエピタキシャル層１２の所定部分にＬＯＣＯＳ法により単位画素間隔離のためのフィールド絶縁膜（ＦＯＸ）１３を形成する。次に、後に上部にドライブトランジスタＤｘとセレクトトランジスタＳｘが形成されるｐウェル１４を、後続の熱処理工程による側面拡散によってｐエピタキシャル層１２内の所定領域に形成する。次いで、ｐウェル１４上にドライブトランジスタＤｘとセレクトトランジスタＳｘの各ゲート電極１５ａ、１５ｂを形成し、またｐエピタキシャル層１２内の別の領域上にトランスファトランジスタＴｘとリセットトランジスタＲｘの各ゲート電極１５ｃ、１５ｄを形成する。この場合、４個のトランジスタＤｘ、Ｓｘ、Ｔｘ、Ｒｘの各ゲート電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは、ポリシリコンとタングステンシリサイド膜からなるポリサイド電極形態である。
【０００６】
次に、ゲート電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの中のトランスファトランジスタＴｘのゲート電極１５ｃの片側（図中、左側）のｐエピタキシャル層１２に、高エネルギで低濃度のｎ型不純物（ｎ- ）をイオン注入してｎ- 拡散層１６を形成する。次に、ドライブトランジスタＤｘとセレクトトランジスタＳｘのＬＤＤ(Lightly Doped Drain)構造１７を形成するための不純物のイオン注入工程を実施した後、全面にスペーサ用絶縁膜を蒸着して、その絶縁膜を全面エッチングして４個のゲート電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの両側の垂直壁部分に接するスペーサ１８を形成する。次いで、ブランケット(blanket)イオン注入法により低エネルギｐ型不純物（ｐo ）をイオン注入して、ｎ- 拡散層１６の上部に、ｐo 拡散層１９を形成する。この場合、ｎ- 拡散層１６内に形成されるｐo 拡散層１９は、図示のようにトランスファトランジスタＴｘのゲート電極１５ｃからスペーサ１８の厚みだけ隔離される。上述した低エネルギｐ型不純物のイオン注入によってｐo 拡散層１９とｎ- 拡散層１６からなる浅い(shallow)ｐｎ接合を形成し、ｐエピタキシャル層１２とｎ- 拡散層１６とｐo 拡散層１９からなるｐｎｐ型フォトトランジスタ構造のフォトダイオードが形成される。
【０００７】
次に、ソース／ドレイン領域２０、２０ａを形成するためのイオン注入工程を実施する。すなわち、ｎ型不純物（ｎ+）が添加された単位画素内に２個の通常のＮＭＯＳトランジスタであるドライブトランジスタＤｘとセレクトトランジスタＳｘのソース／ドレイン領域２０と、２個のネイティブ(native)のＮＭＯＳトランジスタであるトランスファトランジスタＴｘとリセットトランジスタＲｘの共通接続点であるフローティングセンシングノード（ＦＤ）２０ａと、リセットトランジスタＲｘの他側ソース／ドレイン領域２０を形成する。
【０００８】
次に、全面に層間絶縁膜（ＰＭＤ：Pre-Metal-Dielectric）２１を形成する。この層間絶縁膜２１は、ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）層およびＢＰＳＧ（Boro Phospho Silicate Glass）層を順次蒸着して形成する。この場合、ＢＰＳＧ層をＮ2 雰囲気下で熱処理してリフローさせて平坦化する。引き続き、第１金属配線（Ｍ１）２２のための金属コンタクト（図示せず）および当該第１金属配線（Ｍ１）２２を形成し、第１金属配線２２の上に金属層間絶縁膜（ＩＭＤ：Inter-Metal-Dielectric）２３を形成する。
【０００９】
次に、金属層間絶縁膜２３の上に第２金属配線（Ｍ２）２４を形成した後、第２金属配線（Ｍ２）２４を含む全面に保護膜２５を形成して、通常のＣＭＯＳロジック工程を完了する。この場合、保護膜２５には酸化膜を主に利用し、第１金属配線２２と第２金属配線２４は、フォトダイオードへの光透過のためにフォトダイオードの上部には形成されない。
【００１０】
前述したＣＭＯＳロジック工程が完了した後、カラー画像検出のための３種類のカラーフィルタ２６の形成工程が各画素の受け持つ色に応じて進行され、平坦化のための平坦化層として、ＯＣＬ（Over Coating Layer）層２７を形成した後、光集束度を向上させるためのマイクロレンズ２８の形成工程を進める。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の技術は、ＣＭＯＳロジック工程の際に多数回のエッチング工程、例えば、ＬＯＣＯＳ法によるフィールド絶縁膜工程、ゲート電極エッチング工程、イオン注入マスク工程などにより、フォトダイオード（ＰＤ）領域のｐo 拡散層１９の表面でダングリングボンド（ＤＢ：dangling bond）が発生する。その様子を図９に図示する。シリコン層であるｐo 拡散層１９と層間絶縁膜２１の境界面では、シリコン（Ｓｉ）一つに酸素（Ｏ）二つが付いている場合（Ｏ＝Ｓｉ＝Ｏ）に安定した状態を維持することができるが、多数回のエッチング工程によりｐo 拡散層１９の表面の結合が損傷されて「＝Ｓｉ＝Ｏ」や「＝Ｓｉ＝」のダングリングボンドＤＢが発生する。その結果、光が入射されない状態でも、ｐo 拡散層１９の表面のダングリングボンドＤＢにより電子ｅが生成されて、ｎ- 拡散層１６内に溜まることによって、フォトダイオードＰＤからフローティングセンシングノード（ＦＤ）２０に暗電流（Ｄ：Dark Current）が流れる問題点がある。
【００１２】
言い換えれば、光が入射される場合のみフォトダイオードの空乏層（ｎ- 拡散層）で電子が生成および蓄積された後、フローティングセンシングノード（ＦＤ）２０ａに電子が移動して電流が流れるべきであるが、シリコン層であるｐo 拡散層１９の表面のダングリングボンドＤＢ（＝Ｓｉ＝Ｏまたは＝Ｓｉ＝）は、光による入力がなくても熱的に電荷を発生し易い状態にあるので、ダングリングボンドＤＢが多数存在すれば、光がない暗い状態でもイメージセンサがあたかも光が入って来たような反応を呈する非正常状態を示す。
【００１３】
さらに、従来の技術では、層間絶縁膜にＴＥＯＳ、ＢＰＳＧを使用するので、ＣＭＯＳロジック工程後ダングリングボンド（ＤＢ）を除去できる方法がないので、ダングリングボンド（ＤＢ）による暗電流（Ｄ）の過多な発生を抑制することが困難であり、結局、暗電流（Ｄ）がフローティングセンシングノード（ＦＤ）に伝達される際に、イメージセンサの画質を低下させる問題点となる。
【００１４】
そこで、この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであって、暗電流による画質低下を抑制したイメージセンサを製造する方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明によるイメージセンサの製造方法は、半導体基板内に埋め込み型フォトダイオードを形成するステップと、前記半導体基板上にトランスファトランジスタ、リセットトランジスタ、ドライブトランジスタ及びセレクトトランジスタの各ゲートを形成するステップと、前記ゲートを含む前記半導体基板上に多量の水素イオンが含まれた第１層間絶縁膜を形成するステップと、前記第１層間絶縁膜上に第２層間絶縁膜を形成するステップと、前記第２層間絶縁膜をリフローさせて平坦化すると同時に前記第１層間絶縁膜内の水素イオンを前記フォトダイオード表面に拡散させるステップとを含んでなることを特徴とする。
【００１６】
また、前記目的を達成するために、この発明によるイメージセンサの製造方法は、半導体基板内に埋め込み型フォトダイオードを形成するステップと、前記半導体基板上にトランスファトランジスタ、リセットトランジスタ、ドライブトランジスタ及びセレクトトランジスタの各ゲートを形成するステップと、前記各ゲートを含む前記半導体基板上に多量の水素イオンが含まれたシリコンオキシナイトライドを形成するステップと、前記シリコンオキシナイトライド上にＢＰＳＧ膜を形成するステップと、前記ＢＰＳＧ膜をリフローさせて平坦化すると同時に前記シリコンオキシナイトライド内の水素イオンを前記フォトダイオード表面に拡散させるステップとを含んでなることを特徴とする。
【００１７】
また、前記目的を達成するために、この発明によるイメージセンサの製造方法は、半導体基板内に埋め込み型フォトダイオードを形成するステップと、前記半導体基板上にトランスファトランジスタ、リセットトランジスタ、ドライブトランジスタ及びセレクトトランジスタの各ゲートを形成するステップと、前記各ゲートを含む前記半導体基板上に多量の水素イオンが含まれたシリコン窒化膜を形成するステップと、前記シリコン窒化膜上にＢＰＳＧ膜を形成するステップと、前記ＢＰＳＧ膜をリフローさせて平坦化すると同時に前記シリコン窒化膜内の水素イオンを前記フォトダイオード表面に拡散させるステップとを含んでなることを特徴とする。
【００１８】
また、前記目的を達成するために、この発明によるイメージセンサの製造方法は、フォトダイオード、トランジスタゲート、多層金属配線及び保護膜の順に行なわれるイメージセンサの製造方法において、前記多層金属配線間の層間絶縁膜を形成するステップの中いずれか一つは、多量の水素イオンが含まれた第１絶縁膜を形成するステップと、前記第１絶縁膜上に第２絶縁膜を形成するステップと、一回の熱処理を通して前記第２絶縁膜を平坦化すると同時に前記第１絶縁膜内の水素イオンを前記フォトダイオード表面に拡散させるステップとを含んでなることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の最も好ましい実施態様を、添付の図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１〜図３は、この発明の第１実施例に係るＣＭＯＳ型イメージセンサの製造方法を示す工程断面図であり、リセットトランジスタＲｘ、ドライブトランジスタＤｘおよびセレクトトランジスタＳｘの部分は、図８を参照して理解できるので、省略した。
【００２１】
図１に示すように、高濃度のｐ型不純物が添加されたｐ+ 基板３１の上に低濃度のｐ型不純物が添加されたｐエピタキシャル層３２を成長させた後、ｐエピタキシャル層３２の所定部分にＬＯＣＯＳ法により単位画素間の隔離のためのフィールド絶縁膜（ＦＯＸ）３３を形成する。次に、図１には図示してないが、図８の場合と同様に、ｐエピタキシャル層３２の所定領域に、後で上にドライブトランジスタＤｘのゲートとセレクトトランジスタＳｘのゲートが形成されるｐウェルを後続の熱処理工程による側方拡散により形成して、そのｐウェル上にドライブトランジスタＤｘとセレクトトランジスタＳｘの各ゲート電極（図示せず）を形成する。上記ｐウェルが形成されていないｐエピタキシャル層３２の領域の上には、トランスファトランジスタＴｘのゲート電極３４とリセットトランジスタＲｘのゲート電極（図示せず）を形成する。この場合、４個のトランジスタＴｘ、Ｒｘ、Ｄｘ、Ｓｘの各ゲート電極は、ポリシリコンとタングステンシリサイドの膜からなるポリサイド電極である。
【００２２】
次に、トランスファトランジスタＴｘのゲート電極３４の片側（図１では、左側）のｐエピタキシャル層３２に低濃度のｎ型不純物（ｎ-）を高エネルギでイオン注入して、ｎ- 拡散層３５を形成する。次に、図示してないが、ドライブトランジスタＤｘとセレクトトランジスタＳｘのＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を形成するための不純物のイオン注入工程を実施した後、全面にスペーサ用絶縁膜を蒸着し、その後、絶縁膜を全面エッチングして４個のゲート電極の両側壁に接するスペーサ３６を形成する。
【００２３】
次いで、ブランケット(blanket)イオン注入法によりｐ型不純物（ｐo ）を低エネルギでイオン注入して、ｎ- 拡散層３５の上部にｐo 拡散層３７を形成する。この場合、ｎ- 拡散層３５内に形成されるｐo 拡散層３７は、トランスファトランジスタＴｘのゲート電極３４からスペーサ３６の厚さだけ隔離される。
【００２４】
上述したｐ型不純物の低エネルギでのイオン注入により、ｐo 拡散層３７とｎ- 拡散層３５からなる浅い(shallow)ｐｎ接合を形成し、ｐエピタキシャル層３２／ｎ- 拡散層３５／ｐo 拡散層３７からなるｐｎｐ型フォトトランジスタ構造のフォトダイオードが形成される。
【００２５】
次に、ソース／ドレイン領域を形成するためのイオン注入工程を実施する。すなわち、ｎ型不純物（ｎ+）が添加された単位画素内に、２個の一般的なＮＭＯＳトランジスタであるドライブトランジスタＤｘとセレクトトランジスタＳｘのソース／ドレイン領域（図示せず）と、２個のネイティブＮＭＯＳトランジスタであるトランスファトランジスタＴｘとリセットトランジスタＲｘの共通接続点であるフローティングセンシングノード３８と、リセットトランジスタＲｘの他側のソース／ドレイン領域（図示せず）を形成する。
【００２６】
次に、全面に層間絶縁膜（ＰＭＤ：pre-metal dielectric layer）としてシリコンオキシナイトライド（ＳｉＯxＮy）層３９ａとＢＰＳＧ（borophospho silicate glass）層３９ｂを順次に形成する。この場合、シリコンオキシナイトライド層３９ａは、ＳｉＨ4とＮ2Ｏの混合ガスにより形成され、このようなシリコンオキシナイトライド層３９ａは、内部に水素イオン（Ｈ+）を多量に含有して３０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さに形成される。ここに、シリコンオキシナイトライド層３９ａは、屈折率（ＲＩ：Refractive Index）が１．６６程度で、しかも光透過度が十分に確保される。この形成過程を反応式で表せば、次の［化１］のとおりである。
【００２７】
【化１】
ＳｉＨ4 ＋ Ｎ2Ｏ ＋ ＮＨ3 → ＳｉＯxＮy ＋ Ｎ2↑＋ Ｈ2Ｏ↑＋ Ｈ+ 。
【００２８】
上記反応式［化１］を参照すれば、ＳｉＨ4 、Ｎ2Ｏの混合ソースガスとＮＨ3の反応ガスとを反応させて、シリコンオキシナイトライドであるＳｉＯxＮyを形成し、反応副産物として揮発性窒素気体（Ｎ2）が形成されて、他の反応副産物である水素（Ｈ）は、一部は酸素（Ｏ）と反応して水蒸気（Ｈ2Ｏ）で排出され、一部はイオン状態の水素イオン（Ｈ+）でＳｉＯxＮy内に残留する。上述の層間絶縁膜工程が完了した後、フォトダイオードのｐo 拡散層３７の表面にダングリングボンド（ＤＢ）が発生する。
【００２９】
次に、図２に示すように、ＢＰＳＧ層３９ｂを平坦化するために、リフロー工程を実施するが、リフロー工程は、７００℃〜９００℃の温度でＨ2Ｎ2雰囲気下で熱処理する。この７００℃〜９００℃の高温で行なわれる熱処理により、ＢＰＳＧ層３９ｂが平坦化されるとともに、高温工程によりシリコンオキシナイトライド層３９ａ内の原子状態で存在した水素イオン（Ｈ+）がフォトダイオードのｐo 拡散層３７の表面に拡散される。この場合、熱処理温度は、ＢＰＳＧ層３９ｂの平坦化と水素イオン（Ｈ+）が拡散され得る程度の温度以上であれば充分であるが、７００℃〜９００℃の温度は水素イオンの拡散効果が大きく、好ましい。このような水素イオン（Ｈ+）の拡散により、ｐo 拡散層３７の表面に発生したダングリングボンドが除去されて、暗電流の過多な発生を抑制する。
【００３０】
図３に示すように、平坦化されたＢＰＳＧ層３９ｂに第１金属配線Ｍ１のための金属コンタクト（図示せず）および当該第１金属配線（Ｍ１）４０を形成し、第１金属配線４０の上に金属層間絶縁膜（ＩＭＤ）４１を形成する。次いで、金属層間絶縁膜４１の上に第２金属配線（Ｍ２）４２を形成した後、第２金属配線（Ｍ２）４２を含む全面に保護膜４３を形成して通常のＣＭＯＳロジック工程を完了する。
【００３１】
ＣＭＯＳロジック工程が完了した後、カラー画像検出のための３種類のカラーフィルタ４４の形成工程が各画素に割り当てられた色に応じて進行され、平坦化のための平坦化層としてＯＣＬ層（over coating layer）４５を形成した後、光収束度を向上させるためのマイクロレンズ４６の形成工程を進める。
【００３２】
上述した工程によれば、たとえ多数回のエッチング工程によりｐo 拡散層３７の表面に多数のダングリングボンドが発生しても、後続の層間絶縁膜工程の際に水素を多量に含有したシリコンオキシナイトライド層３９ａとＢＰＳＧ層３９ｂの２層膜を形成し、後続のＢＰＳＧ層３９ｂの平坦化のためのＨ2Ｎ2熱処理においてｐo 拡散層３７の表面に水素イオン（Ｈ+ ）を拡散させると、拡散された水素イオン（Ｈ+）がｐo 拡散層３７とシリコンオキシナイトライド層３９ａの境界面に発生したダングリングボンド（ＤＢ）と結合してダングリングボンドの数を減少させる。
【００３３】
言い換えれば、シリコン層とシリコンオキシナイトライド層の境界面で発生した「＝Ｓｉ＝Ｏ」や「＝Ｓｉ＝」のようなダングリングボンドに水素イオン（Ｈ+）を結合させて、ｐo 拡散層３７とシリコンオキシナイトライド層３９ａの境界面のダングリングボンドを減少させて、フローティングセンシングノード３８に伝達される暗電流を最大限に抑制する。
【００３４】
図４〜図６は、この発明の第２実施例に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を示す工程断面図であり、リセットトランジスタＲｘ、ドライブトランジスタＤｘおよびセレクトトランジスタＳｘの部分は、同じく省略した。図４に示すように、高濃度のｐ型不純物が添加されたｐ+ 基板５１の上に低濃度のｐ型不純物が添加されたｐエピタキシャル層５２を成長させた後、ｐエピタキシャル層５２の所定の部分にＬＯＣＯＳ法により単位画素間の隔離のためのフィールド絶縁膜（ＦＯＸ）５３を形成する。次に、図４には図示してないが、図８の場合と同様に、ｐエピタキシャル層５２の所定の領域に、後で上にドライブトランジスタＤｘのゲートとセレクトトランジスタＳｘのゲートが形成されるｐウェルを後続の熱工程による側面拡散により形成して、そのｐウェル上にドライブトランジスタＤｘとセレクトトランジスタＳｘの各ゲート電極（図示せず）を形成する。上記ｐウェルが形成されていないｐエピタキシャル層５２の領域の上には、トランスファトランジスタＴｘのゲート電極５４とリセットトランジスタＲｘのゲート電極（図示せず）を形成する。この場合、４個のトランジスタＴｘ、Ｒｘ、Ｄｘ、Ｓｘの各ゲート電極は、ポリシリコンとタングステンシリサイド膜からなるポリサイド電極の形態である。
【００３５】
次に、トランスファトランジスタＴｘのゲート電極５４の片側（図４では、左側）のｐエピタキシャル層５２に低濃度のｎ型不純物（ｎ-）を高エネルギでイオン注入して、ｎ- 拡散層５５を形成する。次に、図示してないが、ドライブトランジスタＤｘとセレクトトランジスタＳｘのＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を形成するための不純物のイオン注入工程を実施した後、全面にスペーサ用絶縁膜を蒸着し、その後、その絶縁膜を全面エッチングして４個のゲート電極の両側壁に接するスペーサ５６を形成する。
【００３６】
引き続き、ブランケットイオン注入法によりｐ型不純物（ｐo ）を低エネルギでイオン注入して、ｎ- 拡散層５５の上部にｐo 拡散層５７を形成する。この場合、ｎ- 拡散層５５内に形成されるｐo 拡散層５７は、トランスファトランジスタＴｘのゲート電極５４からスペーサ５６の厚さだけ隔離される。
【００３７】
上述した低エネルギでのｐ型不純物のイオン注入によりｐo 拡散層５７とｎ- 拡散層５５からなる浅いｐｎ接合を形成し、ｐエピタキシャル層５２／ｎ- 拡散層５５／ｐo 拡散層５７からなるｐｎｐ型フォトトランジスタ構造のフォトダイオードが形成される。
【００３８】
次に、ソース／ドレイン領域を形成するためのイオン注入工程を実施する。すなわち、ｎ型不純物（ｎ+）が添加された単位ピクセル内に、２個の通常のＮＭＯＳトランジスタであるドライブトランジスタＤｘとセレクトトランジスタＳｘのソース／ドレイン領域（図示せず）と、２個のネイティブＮＭＯＳトランジスタであるトランスファトランジスタＴｘとリセットトランジスタＲｘの共通接続点であるフローティングセンシングノード５８と、リセットトランジスタＲｘの他側のソース／ドレイン領域（図示せず）を形成する。
【００３９】
次に、全面に層間絶縁膜（ＰＭＤ）としてシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）５９ａとＢＰＳＧ層５９ｂを順次に形成する。この場合、シリコン窒化膜５９ａは、ＳｉＨ4ガスをソースガスとし、ＮＨ3ガスを反応ガスとして形成され、このようなシリコン窒化膜５９ａは、内部に水素イオン（Ｈ+ ）を多量に含有し、３０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さに形成される。これを反応式で表せば次の［化２］のとおりである。
【００４０】
【化２】
３ＳｉＨ4 ＋ ４ＮＨ3 →Ｓｉ3Ｎ4 ＋ Ｈ2↑＋ Ｈ+ 。
【００４１】
上記反応式［化２］を参照すれば、ＳｉＨ4ソースガスとＮＨ3の反応ガスとを反応させてシリコン窒化膜であるＳｉ3Ｎ4を形成し、反応副産物である水素（Ｈ）は、一部はガス（Ｈ2）で排出され、一部はイオン状態の水素イオン（Ｈ+）でＳｉ3Ｎ4内に残留する。上述の層間絶縁膜工程が完了した後、フォトダイオードのｐo 拡散層５７の表面にダングリングボンド（ＤＢ）が発生する。
【００４２】
次に、図５に示すように、ＢＰＳＧ５９層ｂを平坦化するために、リフロー工程を実施するが、リフロー工程は、７００℃〜９００℃の温度でＨ2Ｎ2雰囲気下で熱処理する。この７００℃〜９００℃の温度で行なわれる熱処理により、ＢＰＳＧ層５９ｂが平坦化されるとともに、高温工程によりシリコン窒化膜５９ａ内の原子状態で存在した水素イオン（Ｈ+）がフォトダイオードのｐo 拡散層５７の表面に拡散される。この場合、熱処理温度は、ＢＰＳＧ層５９ｂの平坦化と水素イオンが拡散され得る程度の温度以上であれば充分であるが、７００℃以上の温度は水素イオンの拡散効果が大きく、好ましい。このような水素イオン（Ｈ+）の拡散により、ｐo 拡散層５７の表面に発生したダングリングボンドが除去されて、暗電流の過多な発生を抑制する。上述した７００℃〜９００℃の温度でＨ2Ｎ2雰囲気下で熱処理をすることにより、水素イオン（Ｈ+）を拡散させるための別途の熱処理工程なしに、単一の工程で水素イオン（Ｈ+）の拡散とＢＰＳＧ層５９ｂの平坦化を同時に行なうことができる。
【００４３】
図６に示すように、平坦化されたＢＰＳＧ層５９ｂの上に第１金属配線Ｍ１のための金属コンタクト（図示せず）および当該第１金属配線（Ｍ１）６０を形成し、第１金属配線６０の上に金属層間絶縁膜（ＩＭＤ）６１を形成する。次いで、金属層間絶縁膜６１の上に第２金属配線（Ｍ２）６２を形成した後、第２金属配線（Ｍ２）６２を含む全面に保護膜６３を形成して通常のＣＭＯＳロジック工程を完了する。
【００４４】
ＣＭＯＳロジック工程が完了した後、カラー画像検出のための３種類のカラーフィルタ６４の形成工程が各画素に割り当てられた色に応じて進行され、平坦化のための平坦化層としてＯＣＬ層６５を形成した後、光収束度を向上させるためのマイクロレンズ６６の形成工程を進める。
【００４５】
上述した工程によれば、たとえ多数回のエッチング工程によりｐo 拡散層５７の表面に多数のダングリングボンドが発生しても、後続の層間絶縁膜工程の際に、水素を多量に含有したシリコン窒化膜５９ａとＢＰＳＧ層５９ｂの２層膜を形成し、後続のＢＰＳＧ層５９ｂの平坦化のためのＨ2Ｎ2熱処理においてｐo 拡散層５７の表面に水素イオン（Ｈ+）を拡散させると、拡散された水素イオン（Ｈ+）がｐo 拡散層５７とシリコン窒化膜５９ａの境界面に発生したダングリングボンド（ＤＢ）と結合してダングリングボンドの数を減少させる。
【００４６】
言い換えれば、シリコン層とシリコン窒化膜の境界面で発生した「＝Ｓｉ＝Ｏ」や「＝Ｓｉ＝」のようなダングリングボンドに水素イオン（Ｈ+）を結合させて、ｐo 拡散層５７とシリコン窒化膜５９ａの境界地域のダングリングボンドを減少させて、フローティングセンシングノード５８に伝達される暗電流を最大限に抑制する。なお、第２実施例のシリコン窒化膜は、第１実施例のシリコンオキシナイトライド層に比べて、屈折率及び光吸収率が高いため、その厚さおよび屈折率の値を適切に調節することが要求される。
【００４７】
以上のように、この発明は、光透過度を低下させず、蒸着時に水素イオンが多量に含まれ得る膜を層間絶縁膜（ＰＭＤ）または金属層間絶縁膜（ＩＭＤ）を含む製法に適用することができるし、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＡＰＳ（Active Pixel Sensor）を搭載したイメージセンサにおける暗電流の除去に適用可能である。
【００４８】
上述の説明では、第１実施例のシリコンオキシナイトライド層および第２実施例のシリコン窒化膜は、第１金属配線の形成前の層間絶縁膜に適用されたが、保護膜の形成前に行なわれるいずれか一つの層間絶縁膜または金属層間絶縁膜の形成工程にそれら第１実施例や第２実施例を適用しても、ダングリングボンドの除去および層表面の平坦化の効果が得られる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、暗電流を最大限に抑制することによって、イメージセンサの画質を向上させることができ、暗電流の発生による素子の性能低下を防止し、製品の収率の向上を実現することができる。また、暗電流抑制と背反関係にある不感帯(dead zone)の減少の面で、素子の特性向上のための実験により、広い撮像ウィンドウ(window)を提供することができる効果がある。これにより、低照度におけるイメージセンサの光特性を向上させることができる。
【００５０】
【付言】
この発明は、上述の実施例に限られるものではない。この発明の趣旨から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の第１実施例に係るＣＭＯＳ型イメージセンサの製造工程における断面図である。
【図２】  この発明の第１実施例に係るＣＭＯＳ型イメージセンサの製造工程における断面図である。
【図３】  この発明の第１実施例に係るＣＭＯＳ型イメージセンサの製造工程における断面図である。
【図４】  この発明の第２実施例に係るＣＭＯＳ型イメージセンサの製造工程における断面図である。
【図５】  この発明の第２実施例に係るＣＭＯＳ型イメージセンサの製造工程における断面図である。
【図６】  この発明の第２実施例に係るＣＭＯＳ型イメージセンサの製造工程における断面図である。
【図７】  一般的なＣＭＯＳ型イメージセンサの単位画素の等価回路図である。
【図８】  従来の技術によって製造されたＣＭＯＳ型イメージセンサの断面図である。
【図９】  従来の技術によるＣＭＯＳ型イメージセンサにおける暗電流発生状況を示す断面図である。
【符号の説明】
３１  …ｐ+ 基板、
３２  …ｐエピタキシャル層、
３３  …フィールド絶縁膜ＦＯＸ、
３４  …トランスファトランジスタＴｘのゲート電極、
３５  …ｎ- 拡散層、
３６  …スペーサ、
３７  …ｐo エピタキシャル層、
３８  …フローティングセンシングノードＦＤ、
３９ａ…シリコンオキシナイトライド、
３９ｂ…ＢＰＳＧ層、
４０  …第１金属配線Ｍ１、
４１  …金属層間絶縁膜、
４２  …第２金属配線Ｍ２、
４３  …保護膜、
４４  …カラーフィルタ、
４５  …ＯＣＬ層、
４６  …マイクロレンズ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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