JP2001267314A - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method therefor

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JP2001267314A
JP2001267314A JP2000076258A JP2000076258A JP2001267314A JP 2001267314 A JP2001267314 A JP 2001267314A JP 2000076258 A JP2000076258 A JP 2000076258A JP 2000076258 A JP2000076258 A JP 2000076258A JP 2001267314 A JP2001267314 A JP 2001267314A
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Japan
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semiconductor device
sample
ion implantation
ions
film
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JP2000076258A
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Masato Kobayashi
正人 小林
Minehiro Sotozaki
峰広 外崎
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device, where a surface protective film having a good surface protection operation is formed instead of a multiple layer structure including a silicon nitride surface protective film, and to provide its manufacturing method. SOLUTION: A semiconductor device 25, where a surface protective film 23 constituted of a silicon oxide insulating film, is installed on a semiconductor substrate 16 and at least the surface area of the surface protection film 23 is improved by ion implantation 37 and the manufacturing method are arranged.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、良質の表面保護を
有する半導体装置及びその効率的な製造方法に関するも
のである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a semiconductor device having good surface protection and an efficient manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体装置の表面保護方法は、下
記の様であった。まず、従来の技術による、半導体装置
(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)67の構造断面
図を図10に示した。
2. Description of the Related Art Conventionally, a method for protecting a surface of a semiconductor device is as follows. First, FIG. 10 shows a structural cross-sectional view of a semiconductor device (insulated gate type field effect transistor) 67 according to a conventional technique.

【0003】半導体基板56の表面近傍に形成されたソ
ース領域57aと、ドレイン領域57bとの間のチャン
ネル(MOSトランジスター型)領域の上にゲート絶縁
膜64が構成されており、これを介してゲート電極58
と62とが設けられている。
A gate insulating film 64 is formed on a channel (MOS transistor type) region between a source region 57a and a drain region 57b formed in the vicinity of the surface of a semiconductor substrate 56. Electrode 58
And 62 are provided.

【0004】このMOS(Metal Oxide Semiconducto
r)型トランジスタと、ソース電極61aやドレイン電
極61bの間に、層間絶縁膜として化学気相成長法(以
下、CVD法と呼ぶ)によって、リフロー性があり、ナ
トリウムイオンを吸い出すトラップ効果を有し、主とし
てSiO2からなる絶縁膜(PSG)(リンシリケート
ガラス)63が堆積されている。さらに、膜厚をかせぐ
ための層間絶縁膜(NSG)(ノンドープドシリケート
ガラス)60、65が加わり、その上にパッシベーショ
ン膜としてプラズマCVD法(以下、P−CVDと呼
ぶ)によって生成された、機械的強度があり、耐水性の
ある表面保護膜としての窒化シリコン(P−SiN)6
6が堆積している。
This MOS (Metal Oxide Semiconducto)
Between the r) type transistor and the source electrode 61a or the drain electrode 61b, the interlayer insulating film has a reflow property by a chemical vapor deposition method (hereinafter, referred to as a CVD method), and has a trapping effect of absorbing sodium ions. An insulating film (PSG) (phosphosilicate glass) 63 mainly made of SiO 2 is deposited. Further, an interlayer insulating film (NSG) (non-doped silicate glass) 60, 65 for increasing the film thickness is added, and a machine formed by a plasma CVD method (hereinafter, referred to as P-CVD) as a passivation film thereon. Nitride (P-SiN) 6 as a water-resistant, surface protective film with strong mechanical strength
6 are deposited.

【0005】即ち、半導体基板56、ソース及びドレイ
ン領域57a、57b、ゲート絶縁膜64、ゲート電極
58を含むMOS型トランジスタと、ソース電極61a
やドレイン電極61b等によって半導体装置が形成され
ている。これらの電極間にシリコン酸化膜による、層間
絶縁膜(PSG)63、65や、絶縁膜(NSG)6
0、表面保護膜(P−SiN)66等が成膜加工されて
いる。なお、絶縁膜(NSG)60と層間絶縁膜(PS
G)63とのそれぞれの膜厚は500nmおよび800
nmであった。
That is, a MOS transistor including a semiconductor substrate 56, source and drain regions 57a and 57b, a gate insulating film 64 and a gate electrode 58, and a source electrode 61a
And a drain electrode 61b and the like form a semiconductor device. An interlayer insulating film (PSG) 63 or 65 or an insulating film (NSG) 6 made of a silicon oxide film between these electrodes.
0, a surface protective film (P-SiN) 66 and the like are formed. The insulating film (NSG) 60 and the interlayer insulating film (PS)
G) The respective film thicknesses with 63 are 500 nm and 800
nm.

【0006】次に、保護膜等の詳細を述べる。Next, details of the protective film and the like will be described.

【0007】それは、図10の半導体装置の断面図に示
すように、MOS型トランジスタやアルミニウムまたは
銅による電極61a、61bを形成した後、リンを含む
シリコン酸化絶縁膜(PSG)63と、ほとんどリンを
含まないシリコン酸化層間絶縁膜(NSG)60、65
との二層からなる層間絶縁膜と、シリコン窒化膜又は酸
素を含むシリコン窒化膜からなる表面保護膜(パッシベ
ーション膜)66とを形成する(例えば特開平1−12
5939)ことで、半導体装置67内の、MOS型トラ
ンジスタや配線部等を、その後の実装や、後半の工程で
うける機械的損傷から保護する。
As shown in the cross-sectional view of the semiconductor device in FIG. 10, after forming MOS type transistors and electrodes 61a and 61b of aluminum or copper, a silicon oxide insulating film (PSG) 63 containing phosphorus and almost phosphorus -Free silicon oxide interlayer insulating films (NSG) 60, 65
And a surface protection film (passivation film) 66 made of a silicon nitride film or a silicon nitride film containing oxygen (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-12).
5939), thereby protecting the MOS transistor, the wiring portion, and the like in the semiconductor device 67 from the subsequent mounting and the mechanical damage in the latter half of the process.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来、パッシ
ベーション膜として、プラズマCVD(Chemical vapor
deposition)法で作られるシリコン窒化表面保護膜(P
−SiN膜)66が主に使われているが、表面保護膜
(P−SiN膜)に含まれる水素が、半導体基板56と
層間絶縁膜等のシリコン酸化膜との界面にトラップされ
て、ホットキャリアーと結びついてしまう。その為、界
面準位や界面電荷が形成されて、MOS型トランジスタ
の経時変化を起こして、さらにMOS型トランジスタの
動作しきい値電圧(Vth)を変化させて、半導体装置
の動作を不安定にさせると考えられている。
However, conventionally, a plasma CVD (Chemical vapor) has been used as a passivation film.
silicon nitride surface protection film (P
-SiN film) 66 is mainly used, but hydrogen contained in the surface protective film (P-SiN film) is trapped at the interface between the semiconductor substrate 56 and a silicon oxide film such as an interlayer insulating film, and is hot. You will be tied to the carrier. As a result, interface states and interface charges are formed, causing the MOS transistor to change with time, and further changing the operation threshold voltage (Vth) of the MOS transistor, thereby making the operation of the semiconductor device unstable. It is thought to cause.

【0009】そこで、本発明の目的は、P−SiNのよ
うなプラズマCVDによる表面保護膜を使用せずに、良
好な表面保護作用を有する保護膜を形成する半導体装
置、及びその製造方法を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device which forms a protective film having a good surface protective action without using a surface protective film formed by plasma CVD such as P-SiN, and a method of manufacturing the same. Is to do.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、半導体
基体上に表面保護膜を有し、この表面保護膜の少なくと
も表面域が、イオン注入によって改質されている、半導
体装置及びその製造方法に係るものである。
That is, the present invention provides a semiconductor device having a surface protective film on a semiconductor substrate, wherein at least the surface area of the surface protective film is modified by ion implantation, and a method of manufacturing the same. Pertains to the method.

【0011】本発明によれば、表面保護膜の少なくとも
表面域をイオン注入で改質しているので、半導体装置の
表面保護膜(パッシベーション膜)を従来のようなプラ
ズマ工程によることなしに形成でき、半導体装置の性能
を安定化しつつ簡略化された工程にて製造することがで
きる。
According to the present invention, since at least the surface area of the surface protective film is modified by ion implantation, the surface protective film (passivation film) of the semiconductor device can be formed without using a conventional plasma process. The semiconductor device can be manufactured in a simplified process while stabilizing the performance of the semiconductor device.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
装置や製造方法においては、イオン注入が、プラズマイ
マージョンイオン注入法(PIII)で行われて、表面
保護膜の少なくとも表面域が、炭素イオン及び/または
窒素イオンの注入によって改質され、前記表面保護膜
が、リンシリケートガラスからなるパッシベーション膜
であるのが好ましい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, in an apparatus and a manufacturing method according to an embodiment of the present invention, ion implantation is performed by plasma immersion ion implantation (PIII), and at least the surface area of the surface protective film is made of carbon. It is preferable that the surface protective film is modified by implantation of ions and / or nitrogen ions, and the surface protective film is a passivation film made of phosphor silicate glass.

【0013】又、前記表面保護膜下に層間絶縁膜を有
し、この層間絶縁膜に改質が必要に応じて加えられても
良い。又、半導体基体に、少なくとも負極性のパルス電
圧を印加して前記イオン注入を行い、前記イオン注入の
イオン発生源として、カソーディックアーク装置やカウ
フマン型イオン源やRFプラズマイオン源等を単独で、
又は組み合せて用いるのが好ましい。
Further, an interlayer insulating film may be provided below the surface protective film, and the interlayer insulating film may be modified as needed. Further, at least a negative pulse voltage is applied to the semiconductor substrate to perform the ion implantation, and a cathodic arc device, a Kauffman-type ion source, an RF plasma ion source, or the like is used alone as an ion generation source for the ion implantation.
Alternatively, it is preferable to use them in combination.

【0014】次に、好ましい本発明の実施の形態を図面
の参照下に具体的に説明する。
Next, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

【0015】最初に、製造方法として、第1の実施の形
態によるプラズマイマージョンイオン注入装置26の構
成例を図2に示す。このプラズマイマージョンイオン注
入(PIII)装置26は、サンプル(半導体装置)5
に対してパルス印加下で、別の装置で発生したプラズマ
イオンを注入するものである。
First, as a manufacturing method, FIG. 2 shows a configuration example of the plasma immersion ion implantation apparatus 26 according to the first embodiment. This plasma immersion ion implantation (PIII) device 26 is a sample (semiconductor device) 5
And implants plasma ions generated by another device under pulse application.

【0016】このプラズマイマージョンイオン注入装置
26は、高真空チャンバー1と高真空チャンバー1の内
部を排気する真空排気系6と高真空チャンバー1の内部
においてサンプル5を支持する水冷式基板ホルダー2
と、サンプル5に注入するイオン37を供給するイオン
発生装置(カソーディックアーク装置)3と、正のパル
ス電圧と負のパルス電圧とを含むパルス状電圧を、サン
プル5に印加する高周波パルス電源4とからなる。
The plasma immersion ion implanter 26 includes a high vacuum chamber 1, a vacuum exhaust system 6 for exhausting the inside of the high vacuum chamber 1, and a water-cooled substrate holder 2 for supporting the sample 5 inside the high vacuum chamber 1.
And an ion generator (cathodic arc device) 3 for supplying ions 37 to be injected into the sample 5, and a high-frequency pulse power supply 4 for applying a pulsed voltage including a positive pulse voltage and a negative pulse voltage to the sample 5 Consists of

【0017】なお、高真空チャンバー1は、内部が排気
されて、高真空状態になる容器である。次に、真空排気
系6は、高真空チャンバー1の内部を排気して、高い真
空状態を得るための真空ポンプである。このプラズマイ
マージョンイオン注入装置26は、真空排気系6で高真
空チャンバー1の内部を排気して、イオンを高真空チャ
ンバー1の内部に導入する前の真空度、すなわち背景真
空度を、例えば10-7Torr程度にする。
The high vacuum chamber 1 is a container whose interior is evacuated to a high vacuum state. Next, the vacuum exhaust system 6 is a vacuum pump for exhausting the inside of the high vacuum chamber 1 to obtain a high vacuum state. The plasma immersion ion implantation apparatus 26 evacuates the inside of the high vacuum chamber 1 by the vacuum exhaust system 6 and sets the degree of vacuum before introducing ions into the inside of the high vacuum chamber 1, that is, the background degree of vacuum, for example, 10 −. Set to about 7 Torr.

【0018】次に、水冷式基板ホルダー2は、サンプル
5を支持するもので、高真空チャンバー1の内部に支持
される。そして、サンプル5に対して表面改質を施す際
に、サンプル5は、水冷式基板ホルダー2に取り付け
る。
Next, the water-cooled substrate holder 2 supports the sample 5 and is supported inside the high vacuum chamber 1. Then, when performing surface modification on the sample 5, the sample 5 is attached to the water-cooled substrate holder 2.

【0019】さて、水冷式基板ホルダー2に、冷却水導
入用パイプが組み込まれ、このパイプに冷却水を流し
て、水冷式基板ホルダー2に取り付けられたサンプル5
を冷却する。ここで、水冷式基板ホルダー2に組み込ま
れた冷却水導入用パイプは、高真空チャンバー1の外部
に導出される。そして、高真空チャンバー1の外部に導
出された冷却水導入用パイプを介して、水冷式基板ホル
ダー2に組み込まれた冷却水導入用パイプに、冷却水を
供給する。
Now, a cooling water introduction pipe is incorporated in the water-cooled substrate holder 2, and the cooling water is caused to flow through this pipe, so that the sample 5 attached to the water-cooled substrate holder 2 is removed.
To cool. Here, the cooling water introduction pipe incorporated in the water-cooled substrate holder 2 is led out of the high vacuum chamber 1. Then, cooling water is supplied to a cooling water introduction pipe incorporated in the water-cooled substrate holder 2 via a cooling water introduction pipe led out of the high vacuum chamber 1.

【0020】さて、イオン注入を行うと、イオン注入に
伴ってサンプル5の温度が上昇する。しかし、サンプル
5は、半導体装置であり、高温での処理が好ましくない
ので、イオン注入時にサンプル5の温度が上昇すると品
質等にとって問題となる。
When the ion implantation is performed, the temperature of the sample 5 increases with the ion implantation. However, since the sample 5 is a semiconductor device and processing at a high temperature is not preferable, if the temperature of the sample 5 rises during ion implantation, there is a problem in quality and the like.

【0021】しかし、第1の実施の形態のプラズマイマ
ージョンイオン注入装置26は、水冷機能を備えた水冷
基板ホルダー2を用いて、サンプル5に対して、イオン
注入による表面改質を施す際に、サンプル5の温度を制
御できる。従って、サンプル5が半導体装置のように、
高温での処理が好ましくない場合に、サンプル5の温度
上昇を抑えて、サンプル5へのイオン注入を行える。
However, the plasma immersion ion implantation apparatus 26 of the first embodiment uses the water-cooled substrate holder 2 having a water-cooling function to perform surface modification on the sample 5 by ion implantation. The temperature of the sample 5 can be controlled. Therefore, when the sample 5 is a semiconductor device,
When the treatment at a high temperature is not preferable, the ion implantation into the sample 5 can be performed while suppressing the temperature rise of the sample 5.

【0022】なお、イオン発生装置(カソーディックア
ーク装置)3は、サンプル5に注入するイオン37を供
給して、サンプル5に注入するイオンを含むプラズマを
発生させるプラズマ発生手段である。
The ion generating device (cathodic arc device) 3 is a plasma generating means for supplying ions 37 to be injected into the sample 5 and generating plasma containing ions to be injected into the sample 5.

【0023】即ち、サンプル(半導体装置)5を図2に
示すように、水冷式基板ホルダー2に装着する。次に、
カソーディックアーク装置3のカソード13に、固体ソ
ースである高純度のアモルファスカーボン板を装着す
る。
That is, the sample (semiconductor device) 5 is mounted on the water-cooled substrate holder 2 as shown in FIG. next,
A high purity amorphous carbon plate as a solid source is mounted on the cathode 13 of the cathodic arc device 3.

【0024】そして、高真空チャンバー1の内部を、真
空排気系6によって、10のマイナス7乗台の高真空に
維持する。さらに、カソーディックアーク装置3の内部
の前記アモルファスカーボン板からなるカソード13
に、アーク放電を起こして炭素原子をイオン化する。な
お、高純度の固体ソースを高真空チャンバー1内で、ア
ーク放電によってイオン化させるので、水素等の不純物
の混入を激減できる。
Then, the inside of the high vacuum chamber 1 is maintained at a high vacuum of the order of 10 −7 by the vacuum exhaust system 6. Further, the cathode 13 made of the amorphous carbon plate inside the cathodic arc device 3
Then, an arc discharge is caused to ionize the carbon atoms. Since the high-purity solid source is ionized in the high vacuum chamber 1 by arc discharge, contamination of impurities such as hydrogen can be drastically reduced.

【0025】又、アーク放電時のアーク電流とアーク電
圧とは、それぞれ60Aと25Vとであった。そして、
炭素イオン等が拡散して、サンプル(半導体装置)5を
含む領域にプラズマ状態で照射される。そして、高周波
パルス電源4から水冷式基板ホルダー2を通して、サン
プル(半導体装置)5にパルス電圧が印加される。
The arc current and arc voltage during arc discharge were 60 A and 25 V, respectively. And
The carbon ions and the like diffuse and irradiate a region including the sample (semiconductor device) 5 in a plasma state. Then, a pulse voltage is applied to the sample (semiconductor device) 5 from the high-frequency pulse power supply 4 through the water-cooled substrate holder 2.

【0026】このパルス電圧の波形によって、正の炭素
イオン37が図8の(a)(b)に示すように、半導体
基板16を保護するシリコン酸化物絶縁膜20に打ち込
まれる。そして、保護膜が形成された後でイオンによる
表面改質がなされて、100Å〜1000Åの表面改質
層33が形成される。最後に後処理としてアニール熱処
理をする。
With this pulse voltage waveform, positive carbon ions 37 are implanted into the silicon oxide insulating film 20 for protecting the semiconductor substrate 16 as shown in FIGS. Then, after the protective film is formed, the surface is modified by ions to form a surface modified layer 33 of 100 to 1000 degrees. Finally, an annealing heat treatment is performed as a post-treatment.

【0027】次に、図3に示す第2の実施の形態であ
る、プラズマイマージョンイオン注入装置36は、高真
空チャンバー101と、高真空チャンバー101の内部
を排気する真空排気系106と、高真空チャンバー10
1の内部において、サンプル105を支持する水冷式基
板ホルダー102と、サンプル105に注入するイオン
110を供給するイオン発生装置(カウフマン型イオン
源)27と、正のパルス電圧と負のパルス電圧とを含
む、パルス状電圧をサンプル105に印加する高周波パ
ルス電源104とを備える。
Next, a plasma immersion ion implantation apparatus 36 according to a second embodiment shown in FIG. 3 includes a high vacuum chamber 101, a vacuum exhaust system 106 for exhausting the inside of the high vacuum chamber 101, and a high vacuum Chamber 10
1, a water-cooled substrate holder 102 that supports the sample 105, an ion generator (Kauffman-type ion source) 27 that supplies ions 110 to be injected into the sample 105, and a positive pulse voltage and a negative pulse voltage. And a high-frequency pulse power supply 104 for applying a pulsed voltage to the sample 105.

【0028】なお、高真空チャンバー101は、内部が
排気されて、高真空状態となる容器である。そして、真
空排気系106は、高真空チャンバー101の内部を排
気して、高い真空状態を得るための真空ポンプである。
プラズマイマージョンイオン注入装置36では、真空排
気系106によって高真空チャンバー101の内部を排
気して、イオンを高真空チャンバー101の内部に導入
する前の真空度、すなわち背景真空度を、例えば10-7
Torr程度とする。
The high vacuum chamber 101 is a container that is evacuated to a high vacuum state. The evacuation system 106 is a vacuum pump for evacuating the inside of the high vacuum chamber 101 to obtain a high vacuum state.
In the plasma immersion ion implantation apparatus 36, the inside of the high vacuum chamber 101 is evacuated by the vacuum evacuation system 106, and the degree of vacuum before introducing ions into the inside of the high vacuum chamber 101, that is, the background degree of vacuum is, for example, 10 −7.
Torr.

【0029】次に、水冷式基板ホルダー102は、サン
プル105を支持するもので、高真空チャンバー101
の内部に支持される。そして、サンプル105に対して
表面改質を施す際に、前記サンプル105は、水冷式基
板ホルダー102に取り付ける。
Next, the water-cooled substrate holder 102 supports the sample 105 and is a high vacuum chamber 101.
Supported inside. Then, when the surface modification is performed on the sample 105, the sample 105 is attached to the water-cooled substrate holder 102.

【0030】水冷式基板ホルダー102には、冷却水導
入用パイプが組み込まれて、このパイプに冷却水を流し
て、水冷式基板ホルダー102に取り付けられたサンプ
ル105を冷却する。ここで、水冷式基板ホルダー10
2に組み込まれた冷却水導入用パイプは、高真空チャン
バー101の外部に導出される。そして、高真空チャン
バー101の外部に導出された冷却水導入用パイプを介
して、水冷式基板ホルダー102に冷却水を供給でき
る。
A cooling water introduction pipe is incorporated in the water-cooled substrate holder 102, and cooling water flows through the pipe to cool the sample 105 attached to the water-cooled substrate holder 102. Here, the water-cooled substrate holder 10
The cooling water introduction pipe incorporated in 2 is led out of the high vacuum chamber 101. Then, the cooling water can be supplied to the water-cooled substrate holder 102 via a cooling water introducing pipe led out of the high vacuum chamber 101.

【0031】さて、イオン注入を行うとイオン注入に伴
ってサンプル105の温度が上昇する。しかし、サンプ
ル105は半導体装置であり、高温での処理は好ましく
ないので、イオン注入時にサンプル105の温度が上昇
すると品質等の点で問題になる。
When the ion implantation is performed, the temperature of the sample 105 increases with the ion implantation. However, since the sample 105 is a semiconductor device and treatment at a high temperature is not preferable, if the temperature of the sample 105 rises during ion implantation, there is a problem in quality and the like.

【0032】しかし、プラズマイマージョンイオン注入
装置36は、水冷機能を備えた水冷基板ホルダー102
を用いて、サンプル105に対して、イオン110の注
入による表面改質を施す際に、サンプル105の温度を
制御できる。従って、サンプル105が半導体装置のよ
うに、高温での処理が好ましくない場合に、サンプル1
05の温度上昇を抑えて、サンプル105へのイオン注
入を行える。
However, the plasma immersion ion implanter 36 has a water-cooled substrate holder 102 having a water-cooled function.
Can be used to control the temperature of the sample 105 when performing surface modification on the sample 105 by implanting ions 110. Therefore, when processing at a high temperature is not preferable, as in the case of a semiconductor device, the sample 1
The ion implantation into the sample 105 can be performed while suppressing the temperature rise of the sample 105.

【0033】なお、この時使用されるカウフマン型イオ
ン源27は、熱陰極29とマグネトロン放電とを組み合
わせたイオンガンを用いた装置でマグネトロン陽極28
と、熱陰極29と、動作ガスと、コイル30とによって
発生したイオン110をビームにして、グリッド31を
通して高真空チャンバー101内に送り込むもので、こ
のカウフマン型イオンソースでは、イオン源となる動作
ガスを導入して、この動作ガスからイオンを生成する。
The Kaufman-type ion source 27 used at this time is an apparatus using an ion gun combining a hot cathode 29 and a magnetron discharge.
The ion 110 generated by the hot cathode 29, the operating gas, and the coil 30 is converted into a beam and sent into the high vacuum chamber 101 through the grid 31. In this Kaufman-type ion source, the operating gas serving as the ion source To generate ions from the working gas.

【0034】即ち、カウフマン型イオン源や、その他に
RFプラズマ源等を用いて、ガス状のソースをイオン源
にして、イオン注入による表面改質をする。なお、ガス
状のソースとして、CO、CO2、N2、アンモニア、メ
タンやエタン等のガス状のパラフィン炭化水素類、気化
させたメタノールやエタノール等によって、炭素イオン
や窒素イオンを形成して、イオン注入をする。
That is, the surface is modified by ion implantation using a gas source as an ion source by using a Kauffman-type ion source or an RF plasma source or the like. In addition, as a gaseous source, CO, CO 2 , N 2 , ammonia, gaseous paraffin hydrocarbons such as methane and ethane, vaporized methanol and ethanol, etc., form carbon ions and nitrogen ions, Perform ion implantation.

【0035】この際に、イオンビーム110の取り出し
口であるグリッド31の形状に細工(例えば、特開平6
−349428)をしたり、適当な高周波で、これらの
ガスをイオン化して、イオン種を選択(例えば、特開平
6−275223)して、所望のイオン種を注入する。
又、前記のカソーディックアーク装置3とカウフマン型
イオン源27とを併用して、炭素イオンと窒素イオンを
照射して、さらにパルス電圧の波形を最適化させて、半
導体装置のパッシベーション層を形成する。
At this time, the shape of the grid 31, which is an outlet of the ion beam 110, is modified (for example, see Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
349428), or by ionizing these gases at an appropriate high frequency to select an ion species (for example, JP-A-6-275223) and implant a desired ion species.
Further, by using the cathodic arc device 3 and the Kauffman-type ion source 27 in combination, irradiation of carbon ions and nitrogen ions is performed, and the waveform of the pulse voltage is further optimized to form a passivation layer of the semiconductor device. .

【0036】さらに、カソーディックアーク装置3につ
いて詳しく述べる。
Further, the cathodic arc device 3 will be described in detail.

【0037】図2に示すように、トリガー電源15から
駆動電圧を供給される放電用カソード13の外側に、こ
のカソード13から発生したイオン37を効率良くアノ
ード12に導くための偏向コイル14が配され、アノー
ド12の先に配されている電磁コイル11は荷電したイ
オン37をサンプル5に誘導する電磁誘導システムとし
て機能する。水冷式基板ホルダー2及び高周波パルス電
源4は後述するバイアス手段の機能を有し、そして電源
9は電磁コイル11に駆動電圧を与えるための電源であ
り、低電圧回路を構成している。
As shown in FIG. 2, a deflection coil 14 for efficiently guiding ions 37 generated from the cathode 13 to the anode 12 is provided outside the discharge cathode 13 to which a driving voltage is supplied from the trigger power supply 15. Then, the electromagnetic coil 11 disposed in front of the anode 12 functions as an electromagnetic induction system for guiding the charged ions 37 to the sample 5. The water-cooled substrate holder 2 and the high-frequency pulse power supply 4 have a function of a bias unit described later, and the power supply 9 is a power supply for applying a drive voltage to the electromagnetic coil 11 and constitutes a low-voltage circuit.

【0038】この場合イオン電流は1〜100mA、イ
オンの加速電圧は0〜1000V程度にする。そして、
基板のバイアス手段としては、図2に示すように、処理
するサンプル5を水冷式基板ホルダー2にとりつけて、
高周波パルス電源4から、直流および交流、或いは直流
が重畳された交流、パルス電圧および直流が重畳された
パルス電圧等を印加する。
In this case, the ion current is 1 to 100 mA, and the ion acceleration voltage is about 0 to 1000 V. And
As a means for biasing the substrate, as shown in FIG. 2, a sample 5 to be processed is attached to a water-cooled substrate holder 2,
From the high-frequency pulse power supply 4, a direct current and an alternating current, an alternating current in which a direct current is superimposed, a pulse voltage in which a direct current is superimposed, and a pulse voltage in which a direct current is superimposed are applied.

【0039】なお、カソーディックアーク装置3のソー
スには、動作ガスを使用しないでイオンを発生させる。
具体的には、カソーディックアーク装置3のソースは、
イオン源となるカソード13を用いてアーク放電を発生
させて、これによって、カソード13が蒸発してイオン
化した粒子が出る。このカソーディックアーク装置3の
ソースは、イオン発生用に動作ガスを使用しないので、
高真空状態を維持しつつ、イオンを発生できる。
It should be noted that ions are generated in the source of the cathodic arc device 3 without using an operating gas.
Specifically, the source of the cathodic arc device 3 is
An arc discharge is generated using the cathode 13 serving as an ion source, whereby the cathode 13 evaporates and ionized particles are emitted. Since the source of the cathodic arc device 3 does not use a working gas for generating ions,
Ions can be generated while maintaining a high vacuum state.

【0040】なお、イオン発生源としてカソーディック
アーク装置3のソースを用いると、カソード13が融け
て液滴が発生する。この液滴の発生問題の解消の為に、
電磁フィルターを用いて、液滴を除去するものがあっ
て、このカソーディックアークソースは、フィルタード
カソーディックアークソースと呼ばれる。プラズマイマ
ージョンイオン注入装置26では、そのフィルタードカ
ソーディックアークソースをイオン源として用いても良
い。
If the source of the cathodic arc device 3 is used as an ion generating source, the cathode 13 melts and droplets are generated. In order to solve the problem of droplet generation,
There is one that removes droplets using an electromagnetic filter, and this cathodic arc source is called a filtered cathodic arc source. In the plasma immersion ion implanter 26, the filtered cathodic arc source may be used as an ion source.

【0041】これは、従来の半導体装置製造工程で使用
される、電磁石質量分離式イオン注入装置に比べて、高
純度の固体イオンソースからアーク放電によって、つま
り希ガス等のイオン源を用いないで炭素をイオン化する
ので、質量分離が必要なくて、イオン電流量を2桁以上
多くできる。又、装置の構造をより簡略化できる。従っ
て、高速で表面処理が行えて、かつプロセスコストを抑
えられる。
This is achieved by arc discharge from a high-purity solid ion source, that is, without using an ion source such as a rare gas, as compared with an electromagnet mass separation type ion implantation apparatus used in a conventional semiconductor device manufacturing process. Since carbon is ionized, mass separation is not required, and the amount of ion current can be increased by two digits or more. Further, the structure of the device can be further simplified. Therefore, the surface treatment can be performed at a high speed, and the process cost can be suppressed.

【0042】次に、例えば、図2に示した第1の実施の
形態のプラズマイマージョンイオン注入装置26では、
注入するイオンの中に、サンプル(半導体装置)5が配
された状態で、高周波パルス電源4によって、正のパル
ス電圧と負のパルス電圧とを含むパルス状電圧を発生さ
せ、このパルス状電圧をバイアス電圧として、サンプル
5に印加する。これで、サンプル5にイオン37が引き
込まれて、サンプル5へのイオン注入がなされる。
Next, for example, in the plasma immersion ion implantation apparatus 26 of the first embodiment shown in FIG.
In the state where the sample (semiconductor device) 5 is arranged in the ions to be implanted, a pulse-like voltage including a positive pulse voltage and a negative pulse voltage is generated by the high-frequency pulse power supply 4, and this pulse-like voltage is generated. A bias voltage is applied to the sample 5. Thus, the ions 37 are drawn into the sample 5, and the ions are implanted into the sample 5.

【0043】より詳細には、負のパルス電圧がサンプル
5に印加されると、正イオンがサンプル5に引き込まれ
て、前記正イオンがサンプル5に注入される。
More specifically, when a negative pulse voltage is applied to the sample 5, positive ions are drawn into the sample 5, and the positive ions are injected into the sample 5.

【0044】ここで、サンプル5へのイオンの注入量や
注入の深さ等は、サンプル5に印加される負のパルス電
圧の、パルスピーク値やパルスの立ち上がり時間、パル
ス間隔、パルス幅、プロセス時間等に依存すると考えら
れる。従って、サンプル5に印加するパルス状電圧の波
形を制御して、サンプル5にイオンを注入する際の注入
量や注入の深さを制御できる。なお、この場合に使用し
たパルス電圧は±10kV、パルス幅は10マイクロ
秒、パルスの立ち上がりは1マイクロ秒とした。
Here, the amount of ion implantation into the sample 5, the depth of the implantation, and the like are determined based on the pulse peak value, pulse rise time, pulse interval, pulse width, process pulse, and the like of the negative pulse voltage applied to the sample 5. It is considered to depend on time. Accordingly, by controlling the waveform of the pulse-like voltage applied to the sample 5, it is possible to control the amount and depth of the ion implantation into the sample 5. The pulse voltage used in this case was ± 10 kV, the pulse width was 10 microseconds, and the rise of the pulse was 1 microsecond.

【0045】このように、正イオンをサンプル5に引き
込んで、サンプル5へのイオン注入を行うと、サンプル
5に電荷がたまる。その為、サンプル5に負の電圧を印
加し続けると、サンプル5へのイオン注入を継続できな
くなる。そこで、プラズマイマージョンイオン注入装置
26では、サンプル5に印加するバイアス電圧を、正の
パルス電圧と負のパルス電圧とを含むパルス状電圧とす
ることによって、サンプル5にたまった電荷を、正のパ
ルス電圧で中和する。
As described above, when the positive ions are drawn into the sample 5 and the ions are implanted into the sample 5, charges are accumulated in the sample 5. Therefore, if a negative voltage is continuously applied to the sample 5, the ion implantation into the sample 5 cannot be continued. Therefore, in the plasma immersion ion implanter 26, the charge accumulated in the sample 5 is converted into a positive pulse by setting the bias voltage applied to the sample 5 to a pulse-like voltage including a positive pulse voltage and a negative pulse voltage. Neutralize with voltage.

【0046】即ち、正のパルス電圧がサンプル5に印加
されると、電子がサンプル5に引き込まれて、前記電子
によって、サンプル5にたまっていた電荷が中和され
る。このように、サンプル5にたまっていた電荷を中和
すると、その後、負のパルス電圧を印加した時に、改め
て、正イオンがサンプル5に引き込まれて、サンプル5
へのイオン注入がなされる。
That is, when a positive pulse voltage is applied to the sample 5, electrons are drawn into the sample 5, and the charges accumulated in the sample 5 are neutralized by the electrons. When the charges accumulated in the sample 5 are neutralized in this way, when a negative pulse voltage is subsequently applied, positive ions are drawn into the sample 5 again, and
Is implanted.

【0047】以上のように、サンプル5に印加するバイ
アス電圧を、正のパルス電圧と負のパルス電圧とを含む
パルス状電圧にすると、サンプル5がチャージアップ状
態にならずに、サンプル5へのイオン注入を行える。
As described above, when the bias voltage applied to the sample 5 is a pulse-like voltage including a positive pulse voltage and a negative pulse voltage, the sample 5 does not enter the charge-up state, but Ion implantation can be performed.

【0048】なお、従来のイオン注入法の場合に、一定
エネルギーのイオンビームが加速されてサンプルに注入
されるために、その注入プロファイル(試料の表面から
の深さと、被処理物に注入されたイオンの密度との関
係)は、図7の破線グラフに示すように、表面からある
程度の深さのところにピークを持つ、ガウシアン型の分
布となる。即ち、従来の、一定の印加電圧によるイオン
注入法では、注入されるイオンのエネルギーが一定なた
めに、ある深さにピークを持つガウス関数型の注入プロ
ファイル(図7の破線部)を示すが、パルス電圧を用い
たイオン注入の場合は、注入されるイオンのエネルギー
分布が、0から印加される最大電圧まで広がるので、注
入されたイオンの深さ方向への分布は、図7の実線のよ
うに、ある深さ方向までより均一に分布して、表面改質
の効果がより現れる。
In the case of the conventional ion implantation method, since an ion beam having a constant energy is accelerated and implanted into a sample, its ion implantation profile (depth from the surface of the sample and that injected into the object to be processed) are obtained. The relationship with the ion density) has a Gaussian-type distribution having a peak at a certain depth from the surface, as shown by the broken line graph in FIG. That is, in the conventional ion implantation method using a constant applied voltage, a Gaussian function type implantation profile having a peak at a certain depth (a broken line in FIG. 7) is shown because the energy of the implanted ions is constant. In the case of ion implantation using a pulse voltage, the energy distribution of the implanted ions expands from 0 to the maximum applied voltage, so that the distribution of the implanted ions in the depth direction is represented by a solid line in FIG. As described above, the surface is more uniformly distributed to a certain depth direction, and the effect of the surface modification appears more.

【0049】又、イオン注入時にパルス電圧を用いる
と、電圧が印加されない時間帯で、半導体表面のチャー
ジアップが緩和されるので、制御された所望の量のイオ
ンを注入できる。同時に、局所的な静電界による、半導
体装置へのダメージを避けられる。
When a pulse voltage is used at the time of ion implantation, charge-up of the semiconductor surface is alleviated in a time period when no voltage is applied, so that a controlled and desired amount of ions can be implanted. At the same time, damage to the semiconductor device due to a local electrostatic field can be avoided.

【0050】同様に、プラズマイマージョンイオン注入
装置26によって、イオン注入を行うと、サンプル5に
印加されるパルス状電圧が制御されるので、サンプル5
に注入するイオンの注入量や注入深さが制御される。従
って、その注入プロファイルは、図7の実線グラフに示
すように、表面近傍のある深さまでイオンの密度を同じ
にすることができる。
Similarly, when ions are implanted by the plasma immersion ion implanter 26, the pulse voltage applied to the sample 5 is controlled.
The implantation amount and implantation depth of ions to be implanted into the substrate are controlled. Accordingly, the implantation profile can have the same ion density up to a certain depth near the surface, as shown by the solid line graph in FIG.

【0051】次に、図2に示したプラズマイマージョン
イオン注入装置26でイオン注入を行う際に、サンプル
5に印加するパルス状電圧について、いくつかの例を挙
げて説明する。
Next, the pulse-like voltage applied to the sample 5 when performing ion implantation with the plasma immersion ion implantation apparatus 26 shown in FIG. 2 will be described with some examples.

【0052】図4に示す例では、まず、10kVの負の
パルス電圧を10マイクロ秒印加して、その直後に、パ
ルスピークの絶対値がほぼ等しい10kVの正のパルス
電圧を10マイクロ秒印加して、その後に、電圧を印加
しない期間を設ける。そして、このパルス列をサンプル
5に繰り返して印加する。
In the example shown in FIG. 4, first, a negative pulse voltage of 10 kV is applied for 10 microseconds, and immediately thereafter, a positive pulse voltage of 10 kV having almost the same absolute value of the pulse peak is applied for 10 microseconds. Thereafter, a period during which no voltage is applied is provided. Then, this pulse train is repeatedly applied to the sample 5.

【0053】なお、パルス状電圧を図4に示す波形にす
ると、負のパルス電圧を印加すると、正のイオンが加速
されて、サンプル5に引き込まれる。これで、サンプル
5へのイオン注入が行われる。この時、正のイオンがサ
ンプル5に引き込まれて、サンプル5に電荷がたまる。
一方、正のパルス電圧を印加すると、電子がサンプル5
に引き込まれる。これで、サンプル5にたまった電荷が
中和される。
When the pulse voltage has the waveform shown in FIG. 4, when a negative pulse voltage is applied, positive ions are accelerated and drawn into the sample 5. Thus, ion implantation into the sample 5 is performed. At this time, positive ions are drawn into the sample 5 and charge is accumulated in the sample 5.
On the other hand, when a positive pulse voltage is applied, electrons
Drawn into. Thus, the charges accumulated in the sample 5 are neutralized.

【0054】従って、図4に示す波形のパルス状電圧
を、サンプル5にバイアス電圧として印加すると、サン
プル5がチャージアップ状態とならずに、サンプル5へ
のイオン注入を継続して行える。
Therefore, when the pulse-like voltage having the waveform shown in FIG. 4 is applied to the sample 5 as a bias voltage, the ion implantation into the sample 5 can be continued without the sample 5 being in a charge-up state.

【0055】次に、図5に示す例では、10kVの負の
パルス電圧を10マイクロ秒印加して、その後、電圧を
印加しない期間を設け、さらに、10kVの負のパルス
電圧とパルスピークの絶対値がほぼ等しい10kVの正
のパルス電圧を10マイクロ秒印加して、その後、電圧
を印加しない期間を設ける。
Next, in the example shown in FIG. 5, a negative pulse voltage of 10 kV is applied for 10 microseconds, a period during which no voltage is applied is provided, and the negative pulse voltage of 10 kV and the absolute value of the pulse peak are further set. A positive pulse voltage of 10 kV having approximately the same value is applied for 10 microseconds, and thereafter, a period in which no voltage is applied is provided.

【0056】そして、このパルス列をサンプル5に繰り
返して印加する。
Then, this pulse train is repeatedly applied to the sample 5.

【0057】パルス状電圧を、図5に示す波形にして
も、図4と同様に、負のパルス電圧を印加すると、正の
イオンが加速されて、サンプル5に引き込まれる。これ
で、サンプル5へのイオン注入が行われる。このとき、
正のイオンがサンプル5に引き込まれて、サンプル5に
電荷がたまる。一方、正のパルス電圧を印加すると、電
子がサンプル5に引き込まれる。これで、サンプル5に
たまった電荷が中和される。
Even when the pulse voltage is changed to the waveform shown in FIG. 5, when a negative pulse voltage is applied, positive ions are accelerated and drawn into the sample 5 as in FIG. Thus, ion implantation into the sample 5 is performed. At this time,
Positive ions are attracted to the sample 5 and charge is accumulated on the sample 5. On the other hand, when a positive pulse voltage is applied, electrons are drawn into the sample 5. Thus, the charges accumulated in the sample 5 are neutralized.

【0058】従って、図5に示す波形のパルス状電圧
を、サンプル5にバイアス電圧として印加すると、図4
と同様に、サンプル5がチャージアップ状態とならず
に、サンプル5へのイオン注入を継続して行える。
Therefore, when the pulse-like voltage having the waveform shown in FIG.
Similarly to the above, the ion implantation into the sample 5 can be continued without the sample 5 being in the charge-up state.

【0059】更に、図5では、負のパルス電圧を印加し
た後に、電圧を印加しない期間を設けて、ある程度の時
間が経ってから、正のパルス電圧を印加している。負の
パルス電圧を印加した後に、電圧を印加しない期間を設
けると、その期間中に、サンプル5にたまった電荷が、
ある程度抜けると考えられる。従って、正のパルス電圧
の印加による、電荷の中和を行いやすい。
Further, in FIG. 5, after applying the negative pulse voltage, a period in which the voltage is not applied is provided, and after a certain period of time, the positive pulse voltage is applied. If a period in which no voltage is applied is provided after the application of the negative pulse voltage, the charges accumulated in the sample 5 during that period are:
It is thought to be out to some extent. Therefore, charge is easily neutralized by applying a positive pulse voltage.

【0060】図6では、10kVの負のパルス電圧を1
0マイクロ秒印加して、その直後に、電圧を印加しない
期間を設けている。そして、又、10kVの負のパルス
電圧を10マイクロ秒印加する。このパルス列をサンプ
ル5に繰り返して印加する。
In FIG. 6, a negative pulse voltage of 10 kV is set to 1
A period in which no voltage is applied is provided immediately after application of 0 microsecond. Then, a negative pulse voltage of 10 kV is applied for 10 microseconds. This pulse train is repeatedly applied to the sample 5.

【0061】パルス状電圧を、図6の波形にすると、負
のパルス電圧を印加した時に、正のイオンが加速され
て、サンプル5に引き込まれる。これで、サンプル5へ
のイオン注入が行われる。この時に、正のイオンがサン
プル5に引き込まれて、サンプル5には電荷がたまる。
When the pulse-like voltage has the waveform shown in FIG. 6, when a negative pulse voltage is applied, positive ions are accelerated and drawn into the sample 5. Thus, ion implantation into the sample 5 is performed. At this time, positive ions are drawn into the sample 5 and the sample 5 is charged.

【0062】なお、負のパルス電圧を印加した後に、電
圧を印加しない期間を設けて、ある程度の時間が経って
から、又、負のパルス電圧を印加している。それは、負
のパルス電圧を印加した後に電圧を印加しない期間を設
けると、その期間中に、サンプル5にたまった電荷があ
る程度抜けると考えられるからである。
After applying the negative pulse voltage, a period in which no voltage is applied is provided, and after a certain period of time, the negative pulse voltage is applied again. This is because, if a period in which no voltage is applied after the application of the negative pulse voltage is provided, it is considered that charges accumulated in the sample 5 are drained to some extent during that period.

【0063】従って、図6に示す波形のパルス状電圧
を、サンプル5にバイアス電圧として印加すると、サン
プル5がチャージアップ状態とならずに、サンプル5へ
のイオン注入を継続して行える。
Therefore, when the pulse-like voltage having the waveform shown in FIG. 6 is applied to the sample 5 as a bias voltage, the ion implantation into the sample 5 can be continued without the sample 5 being in a charge-up state.

【0064】以上の実施の形態より得られたサンプル
を、薄膜硬度計(NEC製MHA400)で硬度測定し
た。測定結果と有限要素法によるシミュレーションとか
ら、5GPaから15GPaへと表面が硬質化した。
又、図6の実線で示した注入プロファイルを、サンプル
5の表面部と側面部とで比較したら、ほぼ同程度だっ
た。それで、半導体装置内部の加工物の形ために激しい
凹凸をもった半導体装置のパッシベーション膜面の表面
改質であっても、このイオン注入方法は有効であると考
えられる。
The hardness of the sample obtained from the above embodiment was measured with a thin film hardness meter (MHA400 manufactured by NEC). From the measurement results and the simulation by the finite element method, the surface was hardened from 5 GPa to 15 GPa.
Further, when the injection profile shown by the solid line in FIG. 6 was compared between the surface portion and the side portion of Sample 5, they were almost the same. Therefore, it is considered that this ion implantation method is effective even for the surface modification of the passivation film surface of a semiconductor device having severe irregularities due to the shape of a workpiece inside the semiconductor device.

【0065】さらに、以下のことが考えられる。まず、
従来のイオン注入装置のように、質量分離機構が必要な
いので、高速で表面改質ができる。又、凹凸の激しい表
面でも、表面処理中にサンプルの回転や、イオンビーム
の移動を行わずに、均質な表面改質を行える。イオン注
入中のチャージアップを抑え、局所的な高電界による半
導体装置の損傷を防ぐ。さらにイオンソースが固体であ
っても気体であっても、カソーディックアーク装置やカ
ウフマン型イオン源やRF型プラズマ源を使い分けてあ
るいは組み合わせて、所望のイオンを打ち込むことで表
面改質を行える。
Further, the following can be considered. First,
Unlike a conventional ion implantation apparatus, a mass separation mechanism is not required, so that surface modification can be performed at high speed. In addition, even on a highly uneven surface, uniform surface modification can be performed without rotating the sample or moving the ion beam during the surface treatment. It suppresses charge-up during ion implantation and prevents damage to the semiconductor device due to a local high electric field. Further, regardless of whether the ion source is solid or gas, the surface modification can be performed by implanting desired ions by using or combining a cathodic arc device, a Kauffman-type ion source, or an RF-type plasma source.

【0066】次に、イオン注入後のサンプルの一例であ
る、半導体装置の断面図を図1に示す。半導体基板1
6、ソース及びドレイン領域17a、17b、ゲート絶
縁膜24、ゲート電極18を含むMOS型トランジスタ
と、ソース電極21aやドレイン電極21b等によって
半導体装置が形成されている。これらの電極間にシリコ
ン酸化膜による、絶縁膜20と23とが成膜加工されて
いる。それぞれの膜厚は、500nmおよび800nm
であった。
Next, a cross-sectional view of a semiconductor device, which is an example of a sample after ion implantation, is shown in FIG. Semiconductor substrate 1
6, a MOS device including the source and drain regions 17a and 17b, the gate insulating film 24, and the gate electrode 18, a source electrode 21a, a drain electrode 21b, and the like form a semiconductor device. Insulating films 20 and 23 of a silicon oxide film are formed between these electrodes. The respective film thicknesses are 500 nm and 800 nm
Met.

【0067】そして、絶縁膜(PSG)23の成膜後に
さらにイオン注入がなされて、100Å〜1000Åの
表面改質層33(例えば、イオンがC+ならばSiC
化)が形成される。
After the formation of the insulating film (PSG) 23, further ion implantation is performed to form a surface modification layer 33 of 100 to 1000 ° (for example, SiC if the ions are C +).
Is formed.

【0068】次に、別のサンプルの例である、半導体装
置の断面図を図9に示す。半導体基板116、ソース及
びドレイン領域117a、117b、ゲート絶縁膜12
4、ゲート電極118を含むMOS型トランジスタと、
ソース電極121aやドレイン電極121b等によって
半導体装置が形成されている。これらの電極間にシリコ
ン酸化膜による、層間絶縁膜(NSG)120と絶縁膜
(PSG)123と138とが成膜加工されている。な
お、層間絶縁膜(NSG)120と絶縁膜(PSG)1
23とのそれぞれの膜厚は、500nmおよび800n
mであった。
Next, FIG. 9 shows a cross-sectional view of a semiconductor device as another sample. Semiconductor substrate 116, source and drain regions 117a and 117b, gate insulating film 12
4. a MOS transistor including a gate electrode 118;
A semiconductor device is formed by the source electrode 121a, the drain electrode 121b, and the like. Between these electrodes, an interlayer insulating film (NSG) 120 and insulating films (PSG) 123 and 138 are formed by a silicon oxide film. The interlayer insulating film (NSG) 120 and the insulating film (PSG) 1
23 are 500 nm and 800 n, respectively.
m.

【0069】そして、絶縁膜(PSG)138が保護膜
として形成された後に、イオン注入によって100Å〜
1000Åの表面改質層133(例えば、イオンがC+
ならばSiC化)を設ける。
Then, after the insulating film (PSG) 138 is formed as a protective film, ion implantation is performed for 100 ° to 100 ° C.
1000 ° surface modification layer 133 (for example, if the ions are C +
Then, SiC) is provided.

【0070】これは、図9に示すように多層配線構造の
半導体装置にも適応可能である。なお、多層化する工程
で、任意の層にイオン注入してもよい。又、パシベーシ
ョン膜として絶縁膜(PSG)に直接イオン注入をして
もよく、必ずしも表面保護膜(P−SiN)にイオン注
入をする必要はないと考えられる。
This is applicable to a semiconductor device having a multilayer wiring structure as shown in FIG. Note that ions may be implanted into an arbitrary layer in the step of forming a multilayer. Further, it is considered that ions may be directly implanted into the insulating film (PSG) as the passivation film, and it is considered that it is not always necessary to implant ions into the surface protective film (P-SiN).

【0071】なお、本発明はその要旨を外れない限り、
上記の形態を種々に変形することができる。
It should be noted that the present invention does not depart from the gist thereof,
The above embodiment can be variously modified.

【0072】例えば、注入イオン種を変更したり、注入
する絶縁膜の材質、注入イオンの発生方法等は様々に変
更してよい。
For example, the ion species to be implanted may be changed, the material of the insulating film to be implanted, the method of generating the implanted ions, and the like may be variously changed.

【0073】[0073]

【発明の作用効果】本発明によれば、表面保護膜の少な
くとも表面域をイオン注入で改質しているので、半導体
装置の表面保護膜(パッシベーション膜)を従来のよう
なプラズマ工程によることなしに形成でき、半導体装置
の性能を安定化しつつ簡略化された工程にて製造するこ
とができる。
According to the present invention, since at least the surface area of the surface protective film is modified by ion implantation, the surface protective film (passivation film) of the semiconductor device is not formed by the conventional plasma process. The semiconductor device can be manufactured in a simplified process while stabilizing the performance of the semiconductor device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態による半導体装置の部分断
面図である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】同、カソーディックアーク装置を用いたプラズ
マイマージョンイオン注入装置の構成例を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a plasma immersion ion implantation device using a cathodic arc device.

【図3】同、カウフマン型イオン源を用いたプラズマイ
マージョンイオン注入装置の構成例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a plasma immersion ion implantation apparatus using a Kauffman-type ion source.

【図4】同、半導体装置の表面改質の際に半導体装置に
印加するパルス状電圧の波形の一例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a waveform of a pulsed voltage applied to the semiconductor device when the surface of the semiconductor device is modified.

【図5】同、半導体装置の表面改質の際に半導体装置に
印加するパルス状電圧の波形の他の例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing another example of the waveform of the pulsed voltage applied to the semiconductor device when the surface of the semiconductor device is modified.

【図6】同、半導体装置の表面改質の際に半導体装置に
印加するパルス状電圧の波形のさらに他の例を示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram showing still another example of the waveform of the pulse voltage applied to the semiconductor device when the surface of the semiconductor device is modified.

【図7】同、半導体へのイオン注入時の注入した原子の
密度と試料の深さとの相関図である。
FIG. 7 is a correlation diagram between the density of implanted atoms and the depth of a sample during ion implantation into a semiconductor.

【図8】同、イオン注入前の表面保護膜の断面図
(a)、イオン注入後の表面保護膜の断面図(b)であ
る。
FIG. 8A is a cross-sectional view of the surface protective film before ion implantation, and FIG. 8B is a cross-sectional view of the surface protective film after ion implantation.

【図9】本発明の他の実施の形態による半導体装置の部
分断面図である。
FIG. 9 is a partial cross-sectional view of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

【図10】従来例による半導体装置の部分断面図であ
る。
FIG. 10 is a partial cross-sectional view of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、101…高真空チャンバー、2、102…水冷式基
板ホルダー、3…カソーディックアーク装置、4、10
4…高周波パルス電源、5、105…サンプル(半導体
装置)、6、106…真空排気系、9…電源、11…電
磁コイル、12…アノード、13…カソード、14…偏
向コイル、15…トリガー電源、16、56、116…
半導体基板(例えばシリコン基板)、17a、57a、
117a…ソース領域、17b、57b、117b…ド
レイン領域、18、58、118…ゲート電極、20、
60、120…絶縁膜(NSG)、21a、61a、1
21a…ソース電極、21b、61b、121b…ドレ
イン電極、22、62、122…ゲート電極、23、6
3、123…絶縁膜(PSG)、24、64、124…
ゲート絶縁膜、25、67、125…半導体装置(絶縁
ゲート型電界効果トランジスタ)、例えばMOS型トラ
ンジスタ、26、36…プラズマイマージョン注入装
置、27…カウフマン形イオン源、28…マグネトロン
陽極、29…熱陰極、30…コイル、31…グリッド、
33、133…表面改質層、37、110…イオンビー
ム、65…層間絶縁膜(NSG)、66…表面保護膜
(P−SiN)、138…絶縁膜(PSG)
1, 101: high vacuum chamber, 2, 102: water-cooled substrate holder, 3: cathodic arc device, 4, 10
4: High frequency pulse power supply, 5, 105: Sample (semiconductor device), 6, 106: Vacuum exhaust system, 9: Power supply, 11: Electromagnetic coil, 12: Anode, 13: Cathode, 14: Deflection coil, 15: Trigger power supply , 16, 56, 116 ...
Semiconductor substrates (for example, silicon substrates), 17a, 57a,
117a: source region, 17b, 57b, 117b: drain region, 18, 58, 118: gate electrode, 20,
60, 120... Insulating film (NSG), 21a, 61a, 1
21a ... source electrode, 21b, 61b, 121b ... drain electrode, 22, 62, 122 ... gate electrode, 23, 6
3, 123 ... insulating film (PSG), 24, 64, 124 ...
Gate insulating film, 25, 67, 125: semiconductor device (insulated gate field effect transistor), for example, MOS transistor, 26, 36: plasma immersion implanter, 27: Kauffman ion source, 28: magnetron anode, 29: heat Cathode, 30 ... coil, 31 ... grid,
33, 133: surface modification layer, 37, 110: ion beam, 65: interlayer insulating film (NSG), 66: surface protective film (P-SiN), 138: insulating film (PSG)

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基体上に表面保護膜を有し、この
表面保護膜の少なくとも表面域が、イオン注入によって
改質されている、半導体装置。
1. A semiconductor device having a surface protective film on a semiconductor substrate, wherein at least a surface area of the surface protective film is modified by ion implantation.
【請求項2】 前記イオン注入が、プラズマイマージョ
ンイオン注入で行なわれている、請求項1に記載の半導
体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said ion implantation is performed by plasma immersion ion implantation.
【請求項3】 前記表面保護膜の少なくとも表面域が、
炭素イオン及び/または窒素イオンの注入によって改質
されている、請求項1に記載の半導体装置。
3. At least a surface area of the surface protective film,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is modified by implanting carbon ions and / or nitrogen ions.
【請求項4】 前記表面保護膜が、シリコン酸化物絶縁
膜からなるパッシベーション膜である、請求項3に記載
の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein said surface protection film is a passivation film made of a silicon oxide insulating film.
【請求項5】 前記表面保護膜下に層間絶縁膜を有し、
この層間絶縁膜に前記改質が必要に応じて加えられてい
る、請求項1に記載の半導体装置。
5. An interlayer insulating film under the surface protective film,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the modification is added to the interlayer insulating film as needed.
【請求項6】 半導体基体上に表面保護膜を形成する工
程と、前記表面保護膜の少なくとも表面域にイオン注入
を行なう工程とを有する、半導体装置の製造方法。
6. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming a surface protective film on a semiconductor substrate; and a step of implanting ions into at least a surface region of the surface protective film.
【請求項7】 前記イオン注入を、プラズマイマージョ
ンイオン注入によって行なう、請求項6に記載の半導体
装置の製造方法。
7. The method according to claim 6, wherein said ion implantation is performed by plasma immersion ion implantation.
【請求項8】 前記表面保護膜の少なくとも表面域を、
炭素イオン及び/または窒素イオンの注入によって改質
する、請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
8. The method according to claim 1, wherein at least a surface area of the surface protective film is
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the modification is performed by implanting carbon ions and / or nitrogen ions.
【請求項9】 前記表面保護膜が、シリコン酸化物絶縁
膜からなるパッシベーション膜である、請求項4に記載
の半導体装置の製造方法。
9. The method according to claim 4, wherein the surface protection film is a passivation film made of a silicon oxide insulating film.
【請求項10】 前記表面保護膜下に層間絶縁膜を有
し、この層間絶縁膜に前記改質を必要に応じて加える、
請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
10. An interlayer insulating film under the surface protective film, wherein the interlayer insulating film is modified as required.
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5.
【請求項11】 前記半導体基体に、少なくとも負極性
のパルス電圧を印加して前記イオン注入を行なう、請求
項7に記載の半導体装置の製造方法。
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein said ion implantation is performed by applying at least a negative pulse voltage to said semiconductor substrate.
【請求項12】 前記イオン注入のイオン発生源とし
て、カソーディックアーク装置、カウフマン型イオン
源、RFプラズマイオン源を単独で、または組み合わせ
て用いる、請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein a cathodic arc device, a Kauffman-type ion source, or an RF plasma ion source is used alone or in combination as an ion source for the ion implantation.
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