专利名称：氮化硅膜的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体工艺，特别是涉及一种高拉伸应力(tensile stress)的氮化硅膜的制造方法。
背景技术：
金属氧化半导体晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Transistor；MOS)夹着其耗电量非常小，并且适合高密度的集成制造等诸多优点，实为现今半导体工艺中，最重要而且应用最广泛的一种基本的电子元件。随着半导体的集成度(Integration)的提升，金属氧化半导体晶体管的尺寸亦随之缩小。然而，MOS的尺寸缩减有其极限，因此，如何利用其它的方法，例如是藉由增进晶体管通道的应变(strain)以改善载子移动率(carrier mobility)的方法广泛地被研究中。
对PMOS而言，通常藉由使用选择性外延成长层工艺，在源极/漏极区埋入一层有压缩应变力的硅化锗(SiGe)膜，以增进其通道的空穴移动率。同时，对NMOS而言，也有很多改变通道应变以改善电子移动率的方法被提出。而这些方法的焦点都集中于修改其相关膜层(例如多晶硅层、金属硅化物膜，氮化硅顶盖层以及内层介电层等)的应力，以增进其通道的应变。而在金属硅化物膜沉积之后，于其上方覆盖一层具有拉伸应力的氮化硅膜以增加NMOS通道的拉伸应变是众所皆知的一种方法，且NMOS上的电子移动率增加的程度与氮化硅膜的应变成正比。此外，由于氮化硅膜的膜厚的限制，因此氮化硅膜的应力将可控制NMOS上的电子移动率增加的程度。
已知，传统的高拉伸应力氮化硅膜是在热炉管设备中，以高于摄氏600度的低压化学气相沉积法(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD)所制造。然而，由于如此的高温会影响到金属硅化物膜的热稳定性，因此，上述的方法并不适用于制造出覆盖在金属硅化物膜的氮化硅顶盖层。
近年来，一种制造氮化硅膜的新方法是使用双(特-丁基氨基)硅烷(BTBAS)、六氯硅烷(HCD)等新的驱质，而能够于较低温的环境下以LPCVD法形成氮化硅膜。然而，上述的沉积氮化硅膜的工艺温度通常高于摄氏450度，对于镍(Ni)硅化物而言此工艺温度仍然太高。因此会影响到金属硅化物膜的热稳定性，从而造成金属硅化物膜的电阻值的升高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种氮化硅膜的制造方法，能够以低热预算的工艺制造出高拉伸应力的氮化硅膜。
本发明的另一目的就是在提供一种氮化硅膜的制造方法，能够以低成本、工艺简单且产率高的方法制造氮化硅膜。
基于上述与其它目的，本发明提出氮化硅膜的制造方法，此方法适用于基底，且于基底上至少形成有一晶体管元件，而此方法包括下列步骤。首先，于晶体管元件上形成自行对准金属硅化物膜。接着，于基底上形成氮化硅膜，以及对氮化硅膜进行热处理工艺(thermal treatment process)。其中，上述的热处理工艺的工艺温度低于摄氏450度之间，且此热处理工艺是在惰性气体环境中进行。
依照本发明的优选实施例所述，在上述的氮化硅膜的制造方法中，此热处理工艺例如是热炉管法，且在真空状态或常压状态中进行。此外，于基底上形成氮化硅膜的方法例如是进行等离子体增强型化学气相沉积法(PlasmaEnhance Chemical Vapor Deposition，PECVD)。其中，此等离子体增强型化学气相沉积法所使用的反应气体例如是硅烷(SiH4)与氨气(NH3)，且其工艺温度约低于摄氏400度。
本发明提出另一种氮化硅膜的制造方法，此方法包括下列步骤。首先提供一基底，接着于基底上形成氮化硅膜然后对氮化硅膜进行热处理工艺，其中此热处理工艺的工艺温度介于摄氏400度至1100度之间，且此热处理工艺是在一惰性气体环境中进行。
依照本发明的优选实施例所述，在上述的氮化硅膜的制造方法中，其热处理工艺的工艺温度可为摄氏400度至600度之间、摄氏600度至800度之间或摄氏800度至1100度之间。其中，此热处理工艺例如是热炉管法，且在真空状态或常压状态中进行。此外，于基底上形成氮化硅膜的方法例如是进行等离子体增强型化学气相沉积法。其中，此等离子体增强型化学气相沉积法所使用的反应气体例如是硅烷与氨气，且其工艺温度约低于摄氏400度。
由于本发明的氮化硅膜的制造方法能够以低热预算的工艺制造出高拉伸应力的氮化硅膜，因此能够在不影响金属硅化物膜的热稳定性的情况下，藉由制造出具有高应力的氮化硅膜以增进晶体管元件的通道内的电子移动率。
另外，由于本发明的氮化硅膜的制造方法不需使用特殊的反应气体与工艺设备，因此具有成本低与工艺简单的优点。
此外，由于本发明采用PECVD形成氮化硅膜再加上短时间的热处理工艺，与现有在热炉管中以LPCVD形成氮化硅膜的方法相比，具有产率高的优点。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
图1A与图1B绘示依照本发明的优选实施例的一种氮化硅膜的制造流程剖面示意图。
图2绘示为氮化硅膜的应力随热工艺的温度改变的变化关系图。
图3绘示为经过400度的热处理后的氮化硅膜的应力变化柱形图。
图4绘示为本发明另一优选实施例的氮化硅膜的制造方法的示意图。
简单符号说明100、400基底102栅极104栅氧化层106淡掺杂区108a、108b源极/漏极区110间隙壁112金属硅化物膜114隔离结构116、410氮化硅膜200、210应力变化曲线300a、300b、310a、310b、320a、320b应力值
具体实施例方式
图1A与图1B绘示依照本发明的优选实施例的一种氮化硅膜的制造流程剖面示意图。首先，请先参照图1A，提供一基底100，并且使用一般的半导体工艺于基底100上至少形成有一晶体管元件，并使用元件隔离结构114隔离之。其中，此晶体管元件例如包括栅极102、栅氧化层104、淡掺杂区106、源极/漏极区108a、108b以及间隙壁110。
之后，请继续参照图1A，于上述的晶体管元件的栅极102、源极/漏极区108a、108b上形成自行对准金属硅化物膜(self-aligned silicide，salicide)112，而一般常用的金属硅化物例如包括硅化钛、硅化钨、硅化钴、硅化镍、硅化钼、硅化铂等，且其形成的方法例如是先将欲形成金属硅化物的金属薄膜沉积于基底上，然后经由回火工艺以使与源极/漏极区108a、108b和栅极102接触的金属薄膜反应形成金属硅化物，之后再去除未反应的金属薄膜。
继之，请参照图1B，于基底100上形成氮化硅膜116，而形成此氮化硅膜116的方法例如是进行等离子体增强型化学气相沉积法，且其所使用的反应气体例如是硅烷与氨气或其它合适的材料。其中，此等离子体增强型化学气相沉积法的工艺温度优选为低于摄氏400度。于一优选实施例中，上述等离子体增强型化学气相沉积法的工艺温度例如是摄氏350度，工艺压力为2.6托，硅烷的气体流量为500sccm，氨气的气体流量为4000sccm。
然后，对此氮化硅膜116进行热处理工艺，以提升氮化硅膜116的拉伸应力，其中此热处理工艺例如是使用热炉管并在惰性气体的环境中进行，且此热处理工艺的工艺压力可以是真空状态或常压状态。此处值得注意的是，为了避免破坏金属硅化物膜112的热稳定性，上述的热处理工艺的工艺温度优选为低于摄氏450度。在经过上述的热处理工艺后，由于在氮化硅膜中的Si-H与N-H的键结强度会被减弱，从而使得氢原子由氮化硅膜中被释放出来，亦即是藉由减少氮化硅膜中的氢含量，能够得到具有优选应力的氮化硅膜。于一优选实施例中，上述热处理工艺的工艺温度为摄氏400度，工艺压力为0.7托，作为惰性气体的氮气的气体流量为100sccm，并且热处理工艺的进行时间为10分钟。
图2绘示为氮化硅膜的应力随热处理工艺的温度改变的变化关系图。请参照图2，在图2中绘示出以PECVD所制造出的氮化硅膜(PE-SiN)在经过升温至摄氏400度与回温冷却的一个热循环(热处理工艺)后，其应力值与温度上升曲线200和温度下降曲线210相对应的变化情形。由图2可知，随着工艺温度的提高，氮化硅膜的应力值亦随之增大，虽然在进入回温冷却的步骤之后，氮化硅膜的应力值会随着温度的下降而随之略微下降，但是，由升温起点处的氮化硅膜的应力值与回温终点处的氮化硅膜的应力值可知，在对氮化硅膜进行热处理工艺之后，氮化硅膜的应力值确实具有相当程度的提升。
图3绘示为经过摄氏400度的热处理后的氮化硅膜的应力变化柱形图。请参照图3，在图3中有三种不同应力的氮化硅膜的应力变化关系图，分别是高拉伸应力氮化硅膜的应力值300a、低拉伸应力氮化硅膜的应力值310a以及压缩(compressive)应力氮化硅膜的应力值320a，其中300a、310a、320a均是指沉积后未经热处理工艺的氮化硅膜所测得的应力值。然而，在经过摄氏400度热处理工艺后，由所呈现出的应力值结果300b、310b、320b可知，对于具拉伸应力的氮化硅膜而言，热处理工艺才是决定氮化硅膜的拉伸应力大小的关键步骤，亦即是不论高拉伸应力氮化硅膜与低拉伸应力氮化硅膜在初始状态的拉伸应力差异，在经过上述的热处理工艺后，其拉伸应力皆能够向上提升且提升至相近的数值。
在上述优选实施例中，由于考虑到高温对金属硅化物膜的不良影响，因此热处理工艺的工艺温度优选限制在摄氏450度以下，然而本发明并不限定于此，只要是在半导体工艺中需要形成高拉伸应力的氮化硅膜，都可以利用本发明的氮化硅膜的制造方法。
图4绘示为本发明另一优选实施例的氮化硅膜的制造方法的示意图。请参照图4，首先，提供一基底400，其中此基底400上形成有半导体元件(未图标)，其中此半导体元件并没有特别的限制，例如可以是晶体管元件或是金属内连线。
接着，于基底400上形成氮化硅膜410，其中形成此氮化硅膜410的方法例如是进行等离子体增强型化学气相沉积法，且其所使用的反应气体例如是硅烷与氨气或其它合适的材料。
然后，对此氮化硅膜410进行热处理工艺，以提升氮化硅膜410的拉伸应力，其中此热处理工艺例如是使用热炉管并在惰性气体的环境中进行，并且此热处理工艺的工艺压力可以是真空状态或常压状态。本实施例的热处理工艺的工艺温度介于摄氏400度到1100度之间，并且因应不同的成膜条件，上述热处理工艺的工艺温度例如是可以介于摄氏400度到600度之间，摄氏600度到800度之间或者是介于摄氏800度到1100度之间。
综上所述，由于本发明藉由使用低温的等离子体增强型化学气相沉积法形成覆盖于金属硅化物膜上的顶盖氮化硅膜，接着使用低温的热处理工艺来提升氮化硅膜的拉伸应力，因此能够以低热预算的工艺来制造出具有高拉伸应力的氮化硅膜，进而能够在不影响金属硅化物膜的热稳定性的情况下，藉由提升氮化硅膜的拉伸应力来提升晶体管元件的通道的电子移动率。
此外，由于本发明形成氮化硅膜的反应气体为传统工艺所惯用的硅烷以及氨气，并且氮化硅膜沉积工艺与热处理工艺是使用一般的机器，因此本发明的氮化硅膜的制造方法具有成本低与工艺简单的优点。
再者，由于本发明是采用PECVD形成氮化硅膜之后，再进行短时间的热处理工艺以提升氮化硅膜的拉伸应力，与现有在热炉管中以LPCVD形成氮化硅膜的方法相比，本发明的方法具有产率高的优点。
虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种氮化硅膜的制造方法，适用于一基底，其中于该基底上至少形成有一晶体管元件，该方法包括下列步骤于该晶体管元件上形成一自行对准金属硅化物膜；于该基底上形成一氮化硅膜；以及对该氮化硅膜进行一热处理工艺，其中该热处理工艺的工艺温度低于摄氏450度，且该热处理工艺是在一惰性气体环境中进行。
2.如权利要求1所述的氮化硅膜的制造方法，其中该热处理工艺包括热炉管法。
3.如权利要求1所述的氮化硅膜的制造方法，其中该惰性气体包括氮气。
4.如权利要求1所述的氮化硅膜的制造方法，其中于该基底上形成该氮化硅膜的方法包括一等离子体增强型化学气相沉积法。
5.如权利要求4所述的氮化硅膜的制造方法，其中该等离子体增强型化学气相沉积法所使用的反应气体包括硅烷与氨气。
6.如权利要求4所述的氮化硅膜的制造方法，其中该等离子体增强型化学气相沉积法的工艺温度低于摄氏400度。
7.一种氮化硅膜的制造方法，包括下列步骤提供一基底；于该基底上形成该氮化硅膜；以及对该氮化硅膜进行一热处理工艺，其中该热处理工艺的工艺温度介于摄氏400度至1100度之间，且该热处理工艺是在一惰性气体环境中进行。
8.如权利要求7所述的氮化硅膜的制造方法，其中该热处理工艺的工艺温度介于摄氏400度至600度。
9.如权利要求7所述的氮化硅膜的制造方法，其中该热处理工艺的工艺温度介于摄氏600度至800度。
10.如权利要求7所述的氮化硅膜的制造方法，其中该热处理工艺的工艺温度介于摄氏800度至1100度。
11.如权利要求7所述的氮化硅膜的制造方法，其中该热处理工艺包括热炉管法。
12.如权利要求7所述的氮化硅膜的制造方法，其中该惰性气体包括氮气。
13.如权利要求7所述的氮化硅膜的制造方法，其中于该基底上形成该氮化硅膜的方法包括一等离子体增强型化学气相沉积法。
14.如权利要求13所述的氮化硅膜的制造方法，其中该等离子体增强型化学气相沉积法所使用的反应气体包括硅烷与氨气。
15.如权利要求13所述的氮化硅膜的制造方法，其中该等离子体增强型化学气相沉积法的工艺温度低于400℃。
全文摘要
一种氮化硅膜的制造方法，此方法适用于基底，且于基底上至少形成有一晶体管元件，而此方法包括下列步骤。首先，于晶体管元件上形成自行对准金属硅化物膜。接着，于基底上形成氮化硅膜。之后，对氮化硅膜进行热处理工艺。其中，此热处理工艺的工艺温度低于摄氏450度，且此热处理工艺是在惰性气体环境中进行。因此，藉由本发明的氮化硅膜的制造方法，能够以低热预算工艺制造出高拉伸应力的氮化硅膜，从而能够在不影响金属硅化物的热稳定性的情况下，增进晶体管元件的通道内的电子移动率。
文档编号H01L21/3105GK1828848SQ20051005175
公开日2006年9月6日 申请日期2005年3月1日 优先权日2005年3月1日
发明者王湘莹, 杨能辉, 林焕顺 申请人:联华电子股份有限公司