專(zhuān)利名稱(chēng)：氮化硅膜的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體工藝，特別是涉及一種高拉伸應(yīng)力(tensile stress)的氮化硅膜的制造方法。
背景技術(shù)：
金屬氧化半導(dǎo)體晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Transistor；MOS)夾著其耗電量非常小，并且適合高密度的集成制造等諸多優(yōu)點(diǎn)，實(shí)為現(xiàn)今半導(dǎo)體工藝中，最重要而且應(yīng)用最廣泛的一種基本的電子元件。隨著半導(dǎo)體的集成度(Integration)的提升，金屬氧化半導(dǎo)體晶體管的尺寸亦隨之縮小。然而，MOS的尺寸縮減有其極限，因此，如何利用其它的方法，例如是藉由增進(jìn)晶體管通道的應(yīng)變(strain)以改善載子移動(dòng)率(carrier mobility)的方法廣泛地被研究中。
對(duì)PMOS而言，通常藉由使用選擇性外延成長(zhǎng)層工藝，在源極/漏極區(qū)埋入一層有壓縮應(yīng)變力的硅化鍺(SiGe)膜，以增進(jìn)其通道的空穴移動(dòng)率。同時(shí)，對(duì)NMOS而言，也有很多改變通道應(yīng)變以改善電子移動(dòng)率的方法被提出。而這些方法的焦點(diǎn)都集中于修改其相關(guān)膜層(例如多晶硅層、金屬硅化物膜，氮化硅頂蓋層以及內(nèi)層介電層等)的應(yīng)力，以增進(jìn)其通道的應(yīng)變。而在金屬硅化物膜沉積之后，于其上方覆蓋一層具有拉伸應(yīng)力的氮化硅膜以增加NMOS通道的拉伸應(yīng)變是眾所皆知的一種方法，且NMOS上的電子移動(dòng)率增加的程度與氮化硅膜的應(yīng)變成正比。此外，由于氮化硅膜的膜厚的限制，因此氮化硅膜的應(yīng)力將可控制NMOS上的電子移動(dòng)率增加的程度。
已知，傳統(tǒng)的高拉伸應(yīng)力氮化硅膜是在熱爐管設(shè)備中，以高于攝氏600度的低壓化學(xué)氣相沉積法(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD)所制造。然而，由于如此的高溫會(huì)影響到金屬硅化物膜的熱穩(wěn)定性，因此，上述的方法并不適用于制造出覆蓋在金屬硅化物膜的氮化硅頂蓋層。
近年來(lái)，一種制造氮化硅膜的新方法是使用雙(特-丁基氨基)硅烷(BTBAS)、六氯硅烷(HCD)等新的驅(qū)質(zhì)，而能夠于較低溫的環(huán)境下以LPCVD法形成氮化硅膜。然而，上述的沉積氮化硅膜的工藝溫度通常高于攝氏450度，對(duì)于鎳(Ni)硅化物而言此工藝溫度仍然太高。因此會(huì)影響到金屬硅化物膜的熱穩(wěn)定性，從而造成金屬硅化物膜的電阻值的升高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的就是在提供一種氮化硅膜的制造方法，能夠以低熱預(yù)算的工藝制造出高拉伸應(yīng)力的氮化硅膜。
本發(fā)明的另一目的就是在提供一種氮化硅膜的制造方法，能夠以低成本、工藝簡(jiǎn)單且產(chǎn)率高的方法制造氮化硅膜。
基于上述與其它目的，本發(fā)明提出氮化硅膜的制造方法，此方法適用于基底，且于基底上至少形成有一晶體管元件，而此方法包括下列步驟。首先，于晶體管元件上形成自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物膜。接著，于基底上形成氮化硅膜，以及對(duì)氮化硅膜進(jìn)行熱處理工藝(thermal treatment process)。其中，上述的熱處理工藝的工藝溫度低于攝氏450度之間，且此熱處理工藝是在惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述，在上述的氮化硅膜的制造方法中，此熱處理工藝?yán)缡菬釥t管法，且在真空狀態(tài)或常壓狀態(tài)中進(jìn)行。此外，于基底上形成氮化硅膜的方法例如是進(jìn)行等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法(PlasmaEnhance Chemical Vapor Deposition，PECVD)。其中，此等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法所使用的反應(yīng)氣體例如是硅烷(SiH4)與氨氣(NH3)，且其工藝溫度約低于攝氏400度。
本發(fā)明提出另一種氮化硅膜的制造方法，此方法包括下列步驟。首先提供一基底，接著于基底上形成氮化硅膜然后對(duì)氮化硅膜進(jìn)行熱處理工藝，其中此熱處理工藝的工藝溫度介于攝氏400度至1100度之間，且此熱處理工藝是在一惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述，在上述的氮化硅膜的制造方法中，其熱處理工藝的工藝溫度可為攝氏400度至600度之間、攝氏600度至800度之間或攝氏800度至1100度之間。其中，此熱處理工藝?yán)缡菬釥t管法，且在真空狀態(tài)或常壓狀態(tài)中進(jìn)行。此外，于基底上形成氮化硅膜的方法例如是進(jìn)行等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法。其中，此等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法所使用的反應(yīng)氣體例如是硅烷與氨氣，且其工藝溫度約低于攝氏400度。
由于本發(fā)明的氮化硅膜的制造方法能夠以低熱預(yù)算的工藝制造出高拉伸應(yīng)力的氮化硅膜，因此能夠在不影響金屬硅化物膜的熱穩(wěn)定性的情況下，藉由制造出具有高應(yīng)力的氮化硅膜以增進(jìn)晶體管元件的通道內(nèi)的電子移動(dòng)率。
另外，由于本發(fā)明的氮化硅膜的制造方法不需使用特殊的反應(yīng)氣體與工藝設(shè)備，因此具有成本低與工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
此外，由于本發(fā)明采用PECVD形成氮化硅膜再加上短時(shí)間的熱處理工藝，與現(xiàn)有在熱爐管中以LPCVD形成氮化硅膜的方法相比，具有產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn)。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1A與圖1B繪示依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的一種氮化硅膜的制造流程剖面示意圖。
圖2繪示為氮化硅膜的應(yīng)力隨熱工藝的溫度改變的變化關(guān)系圖。
圖3繪示為經(jīng)過(guò)400度的熱處理后的氮化硅膜的應(yīng)力變化柱形圖。
圖4繪示為本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的氮化硅膜的制造方法的示意圖。
簡(jiǎn)單符號(hào)說(shuō)明100、400基底102柵極104柵氧化層106淡摻雜區(qū)108a、108b源極/漏極區(qū)110間隙壁112金屬硅化物膜114隔離結(jié)構(gòu)116、410氮化硅膜200、210應(yīng)力變化曲線(xiàn)300a、300b、310a、310b、320a、320b應(yīng)力值
具體實(shí)施例方式
圖1A與圖1B繪示依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的一種氮化硅膜的制造流程剖面示意圖。首先，請(qǐng)先參照?qǐng)D1A，提供一基底100，并且使用一般的半導(dǎo)體工藝于基底100上至少形成有一晶體管元件，并使用元件隔離結(jié)構(gòu)114隔離之。其中，此晶體管元件例如包括柵極102、柵氧化層104、淡摻雜區(qū)106、源極/漏極區(qū)108a、108b以及間隙壁110。
之后，請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D1A，于上述的晶體管元件的柵極102、源極/漏極區(qū)108a、108b上形成自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物膜(self-aligned silicide，salicide)112，而一般常用的金屬硅化物例如包括硅化鈦、硅化鎢、硅化鈷、硅化鎳、硅化鉬、硅化鉑等，且其形成的方法例如是先將欲形成金屬硅化物的金屬薄膜沉積于基底上，然后經(jīng)由回火工藝以使與源極/漏極區(qū)108a、108b和柵極102接觸的金屬薄膜反應(yīng)形成金屬硅化物，之后再去除未反應(yīng)的金屬薄膜。
繼之，請(qǐng)參照?qǐng)D1B，于基底100上形成氮化硅膜116，而形成此氮化硅膜116的方法例如是進(jìn)行等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法，且其所使用的反應(yīng)氣體例如是硅烷與氨氣或其它合適的材料。其中，此等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法的工藝溫度優(yōu)選為低于攝氏400度。于一優(yōu)選實(shí)施例中，上述等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法的工藝溫度例如是攝氏350度，工藝壓力為2.6托，硅烷的氣體流量為500sccm，氨氣的氣體流量為4000sccm。
然后，對(duì)此氮化硅膜116進(jìn)行熱處理工藝，以提升氮化硅膜116的拉伸應(yīng)力，其中此熱處理工藝?yán)缡鞘褂脽釥t管并在惰性氣體的環(huán)境中進(jìn)行，且此熱處理工藝的工藝壓力可以是真空狀態(tài)或常壓狀態(tài)。此處值得注意的是，為了避免破壞金屬硅化物膜112的熱穩(wěn)定性，上述的熱處理工藝的工藝溫度優(yōu)選為低于攝氏450度。在經(jīng)過(guò)上述的熱處理工藝后，由于在氮化硅膜中的Si-H與N-H的鍵結(jié)強(qiáng)度會(huì)被減弱，從而使得氫原子由氮化硅膜中被釋放出來(lái)，亦即是藉由減少氮化硅膜中的氫含量，能夠得到具有優(yōu)選應(yīng)力的氮化硅膜。于一優(yōu)選實(shí)施例中，上述熱處理工藝的工藝溫度為攝氏400度，工藝壓力為0.7托，作為惰性氣體的氮?dú)獾臍怏w流量為100sccm，并且熱處理工藝的進(jìn)行時(shí)間為10分鐘。
圖2繪示為氮化硅膜的應(yīng)力隨熱處理工藝的溫度改變的變化關(guān)系圖。請(qǐng)參照?qǐng)D2，在圖2中繪示出以PECVD所制造出的氮化硅膜(PE-SiN)在經(jīng)過(guò)升溫至攝氏400度與回溫冷卻的一個(gè)熱循環(huán)(熱處理工藝)后，其應(yīng)力值與溫度上升曲線(xiàn)200和溫度下降曲線(xiàn)210相對(duì)應(yīng)的變化情形。由圖2可知，隨著工藝溫度的提高，氮化硅膜的應(yīng)力值亦隨之增大，雖然在進(jìn)入回溫冷卻的步驟之后，氮化硅膜的應(yīng)力值會(huì)隨著溫度的下降而隨之略微下降，但是，由升溫起點(diǎn)處的氮化硅膜的應(yīng)力值與回溫終點(diǎn)處的氮化硅膜的應(yīng)力值可知，在對(duì)氮化硅膜進(jìn)行熱處理工藝之后，氮化硅膜的應(yīng)力值確實(shí)具有相當(dāng)程度的提升。
圖3繪示為經(jīng)過(guò)攝氏400度的熱處理后的氮化硅膜的應(yīng)力變化柱形圖。請(qǐng)參照?qǐng)D3，在圖3中有三種不同應(yīng)力的氮化硅膜的應(yīng)力變化關(guān)系圖，分別是高拉伸應(yīng)力氮化硅膜的應(yīng)力值300a、低拉伸應(yīng)力氮化硅膜的應(yīng)力值310a以及壓縮(compressive)應(yīng)力氮化硅膜的應(yīng)力值320a，其中300a、310a、320a均是指沉積后未經(jīng)熱處理工藝的氮化硅膜所測(cè)得的應(yīng)力值。然而，在經(jīng)過(guò)攝氏400度熱處理工藝后，由所呈現(xiàn)出的應(yīng)力值結(jié)果300b、310b、320b可知，對(duì)于具拉伸應(yīng)力的氮化硅膜而言，熱處理工藝才是決定氮化硅膜的拉伸應(yīng)力大小的關(guān)鍵步驟，亦即是不論高拉伸應(yīng)力氮化硅膜與低拉伸應(yīng)力氮化硅膜在初始狀態(tài)的拉伸應(yīng)力差異，在經(jīng)過(guò)上述的熱處理工藝后，其拉伸應(yīng)力皆能夠向上提升且提升至相近的數(shù)值。
在上述優(yōu)選實(shí)施例中，由于考慮到高溫對(duì)金屬硅化物膜的不良影響，因此熱處理工藝的工藝溫度優(yōu)選限制在攝氏450度以下，然而本發(fā)明并不限定于此，只要是在半導(dǎo)體工藝中需要形成高拉伸應(yīng)力的氮化硅膜，都可以利用本發(fā)明的氮化硅膜的制造方法。
圖4繪示為本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的氮化硅膜的制造方法的示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D4，首先，提供一基底400，其中此基底400上形成有半導(dǎo)體元件(未圖標(biāo))，其中此半導(dǎo)體元件并沒(méi)有特別的限制，例如可以是晶體管元件或是金屬內(nèi)連線(xiàn)。
接著，于基底400上形成氮化硅膜410，其中形成此氮化硅膜410的方法例如是進(jìn)行等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法，且其所使用的反應(yīng)氣體例如是硅烷與氨氣或其它合適的材料。
然后，對(duì)此氮化硅膜410進(jìn)行熱處理工藝，以提升氮化硅膜410的拉伸應(yīng)力，其中此熱處理工藝?yán)缡鞘褂脽釥t管并在惰性氣體的環(huán)境中進(jìn)行，并且此熱處理工藝的工藝壓力可以是真空狀態(tài)或常壓狀態(tài)。本實(shí)施例的熱處理工藝的工藝溫度介于攝氏400度到1100度之間，并且因應(yīng)不同的成膜條件，上述熱處理工藝的工藝溫度例如是可以介于攝氏400度到600度之間，攝氏600度到800度之間或者是介于攝氏800度到1100度之間。
綜上所述，由于本發(fā)明藉由使用低溫的等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法形成覆蓋于金屬硅化物膜上的頂蓋氮化硅膜，接著使用低溫的熱處理工藝來(lái)提升氮化硅膜的拉伸應(yīng)力，因此能夠以低熱預(yù)算的工藝來(lái)制造出具有高拉伸應(yīng)力的氮化硅膜，進(jìn)而能夠在不影響金屬硅化物膜的熱穩(wěn)定性的情況下，藉由提升氮化硅膜的拉伸應(yīng)力來(lái)提升晶體管元件的通道的電子移動(dòng)率。
此外，由于本發(fā)明形成氮化硅膜的反應(yīng)氣體為傳統(tǒng)工藝所慣用的硅烷以及氨氣，并且氮化硅膜沉積工藝與熱處理工藝是使用一般的機(jī)器，因此本發(fā)明的氮化硅膜的制造方法具有成本低與工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
再者，由于本發(fā)明是采用PECVD形成氮化硅膜之后，再進(jìn)行短時(shí)間的熱處理工藝以提升氮化硅膜的拉伸應(yīng)力，與現(xiàn)有在熱爐管中以LPCVD形成氮化硅膜的方法相比，本發(fā)明的方法具有產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn)。
雖然本發(fā)明以?xún)?yōu)選實(shí)施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以后附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種氮化硅膜的制造方法，適用于一基底，其中于該基底上至少形成有一晶體管元件，該方法包括下列步驟于該晶體管元件上形成一自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物膜；于該基底上形成一氮化硅膜；以及對(duì)該氮化硅膜進(jìn)行一熱處理工藝，其中該熱處理工藝的工藝溫度低于攝氏450度，且該熱處理工藝是在一惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化硅膜的制造方法，其中該熱處理工藝包括熱爐管法。
3.如權(quán)利要求1所述的氮化硅膜的制造方法，其中該惰性氣體包括氮?dú)狻?br> 4.如權(quán)利要求1所述的氮化硅膜的制造方法，其中于該基底上形成該氮化硅膜的方法包括一等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法。
5.如權(quán)利要求4所述的氮化硅膜的制造方法，其中該等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法所使用的反應(yīng)氣體包括硅烷與氨氣。
6.如權(quán)利要求4所述的氮化硅膜的制造方法，其中該等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法的工藝溫度低于攝氏400度。
7.一種氮化硅膜的制造方法，包括下列步驟提供一基底；于該基底上形成該氮化硅膜；以及對(duì)該氮化硅膜進(jìn)行一熱處理工藝，其中該熱處理工藝的工藝溫度介于攝氏400度至1100度之間，且該熱處理工藝是在一惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求7所述的氮化硅膜的制造方法，其中該熱處理工藝的工藝溫度介于攝氏400度至600度。
9.如權(quán)利要求7所述的氮化硅膜的制造方法，其中該熱處理工藝的工藝溫度介于攝氏600度至800度。
10.如權(quán)利要求7所述的氮化硅膜的制造方法，其中該熱處理工藝的工藝溫度介于攝氏800度至1100度。
11.如權(quán)利要求7所述的氮化硅膜的制造方法，其中該熱處理工藝包括熱爐管法。
12.如權(quán)利要求7所述的氮化硅膜的制造方法，其中該惰性氣體包括氮?dú)狻?br> 13.如權(quán)利要求7所述的氮化硅膜的制造方法，其中于該基底上形成該氮化硅膜的方法包括一等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法。
14.如權(quán)利要求13所述的氮化硅膜的制造方法，其中該等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法所使用的反應(yīng)氣體包括硅烷與氨氣。
15.如權(quán)利要求13所述的氮化硅膜的制造方法，其中該等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法的工藝溫度低于400℃。
全文摘要
一種氮化硅膜的制造方法，此方法適用于基底，且于基底上至少形成有一晶體管元件，而此方法包括下列步驟。首先，于晶體管元件上形成自行對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物膜。接著，于基底上形成氮化硅膜。之后，對(duì)氮化硅膜進(jìn)行熱處理工藝。其中，此熱處理工藝的工藝溫度低于攝氏450度，且此熱處理工藝是在惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行。因此，藉由本發(fā)明的氮化硅膜的制造方法，能夠以低熱預(yù)算工藝制造出高拉伸應(yīng)力的氮化硅膜，從而能夠在不影響金屬硅化物的熱穩(wěn)定性的情況下，增進(jìn)晶體管元件的通道內(nèi)的電子移動(dòng)率。
文檔編號(hào)H01L21/3105GK1828848SQ20051005175
公開(kāi)日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2005年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月1日
發(fā)明者王湘瑩, 楊能輝, 林煥順 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司