427〇p8 a7 ____B7_ 五、發明説明（） 發明頜域： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明與一種半導體製程有關，特別是一種形成具 有金屬矽化物閘極之金屬氧化半場效電晶體（MOSFET)的 製程。 發明背晉： 隨著半導體製程持續的進步發展，MOSFET元件已 大量的運用於各式各樣的積體電路之中。典型的MOSFET 元件包含了形成於底材上之閘極結構，以及形成於該閘極 結構側邊，且電性與底材相反之摻雜區域，以分別作爲 MOSFET元件之源極與汲極結構。然而，隨著晶片元件之 構裝密度持續增加，導致MOSFET元件的維度尺寸不斷縮 小，由此使得所製造元件之效能往往無法有效提昇。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 傳統的MOSFET元件往往僅包含金屬層、二氧化矽 層與半導體底材等三層材質。其中該金屬層即作爲上述閘 極結構使用。然而，由於大部份金屬對氧化矽之附著能力 皆不理想，是以在製程中往往選用與氧化矽附著性較佳之 多晶政層（polysilicon)來取代金屬層。但是因爲多晶砂層 之電阻値過高，即使進行摻雜來提高導電性*仍舊不適合 作爲MOSFET元件之金屬閘極使用。是以在目前的製程 中，往往是在多晶矽層的上面，再形成金屬矽化物（metal 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（2丨OX297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 27 o p g a? _B7_ 五、發明説明（） 然而，由於上述未摻雜矽化玻璃層26、氮氧化矽層 20d與矽化金屬層20c間之黏著性皆不佳，導致在進行上述 熱流硼磷矽玻璃層28程序後1未摻雜矽化玻璃層26與氮氧 化矽層20d之間，往往容易產生剝落（peeHng)與剝離 (delamination) 9由此導致所生產元件良率大幅下降，且導 致所製造元件之操作性能降低。 發明日的及槪沭： 本發明之目的在提供一種可降低所形成M0SFET元 件其結構應力之方法。 本發明之再一目的在提供一種方法，以便在製造 M0SFET元件時，可降低氮氧化矽層與未摻雜矽化玻璃間 多餘之應力。 本發明之又一目的在提供一種形成M0SFET元件之 方法，藉著在形成未摻雜矽化玻璃後，進行熱回火程序， 可以有效提高未摻雜矽化玻璃、氮氧化矽與矽化金屬各層. 間之黏著性。 本發明提供了一種在半導體底材上形成M0SFET元 件之方法=其中首先形成閘極氧化層於導體材上；並形成 本紙張尺度適用中國固家標窣（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 427028 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7_五、發明説明（） 多晶矽層於閘極氧化層之上表面；再形成矽化金屬層於多 晶矽層之上表面；且形成氮氧化矽層於矽化金屬層上表 面，以作爲抗反射層使用。接著，蝕刻氮氧化矽層、矽化 金屬層、多晶矽層與閛極氧化層以曝露出部份半導體底材 上表面，並定義出閘極結構圖案於半導體底材上。再形成 側壁間隙於閘極結構之側壁上，並形成摻雜區域於半導體 底材中，且鄰接於閘極結構之兩側，以作爲源極區域與汲 極區域。然後，形成未摻雜矽化玻璃於半導體底材上，且 覆蓋於閘極結構之上表面。再對未摻雜矽化玻璃進行熱回 火程序，其中進行熱回火程序之溫度約在800至850°C，且 時間約爲30至120分鐘。接著，形成硼磷矽玻璃於未摻雜 介電層上表面以作爲金屬間介電層。 圖式簡里說明： 藉由以下詳細之描述結合所附圖示，將可輕易的了 解上述內容及此項發明之諸多優點，其中： 第一圖爲半導體底材之截面圖，顯示根據傳統技術 所形成之MOSFET元件之結構； 第二圖爲半導體底材之截面圖，顯示根據本發明依 序形成閘極氧化層、多晶砂層、砂化金屬層與抗反射層於 半導體底材上之步驟； 第三圖爲半導體底材之截面圖，顯示根據本發明定 義閘極結構圖案且形成源極/汲極區域於半導體底材上之 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國囷家樣準（CNS ) A4说格（210X297公釐） P 了 028 Α7 _Β7_ 五、發明説明（) 步驟； (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第四圖爲半導體底材之截面圖，顯示根據本發明形 成未摻雜介電層於半導體底材上之步驟；及 第五圖爲半導體底材之截面圖，顯示根據本發明形 成硼磷矽玻璃於半導體底材上之步驟。 發明詳細說明： 本發明提供一種形成MOSFET元件之方法。藉著在 形成未摻雜介電層後，進行熱回火程序，除了可有效降低 氮氧化矽層與未摻雜介電層間之應力，並可提高未摻雜矽 化玻璃/氮氧化矽/矽化金屬界面間之黏著性，而有效避免 產生剝落或剝離現象。另外，該熱回火程序亦可同時用以 取代形成矽化金屬層之熱回火程序，且取代進行離子摻雜 形成源極/汲極之熱回火製程。有關本發明之詳細說明如 下所述。 經濟郜智慧財產局員工消費合作社印製 在一較佳之具體實施例中 > 如第二圖所示，提供 一具<100>晶向之單晶矽作爲半導體底材100。一般而言， 其它種類之半導體材料，諸如砷化鎵（gallium arsenide)、. 錯（germanium)或是位於絕緣層上之砂底材（silicon on msiilator, SOI)皆可作爲半導體底材使用。另外，由於半 導體底材表面的特性對本發明而言，並不會造成特別的影 晌，是以其晶向亦可選擇< U 0>或< 111 >。 本紙張尺度通用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 427028 A7 B7____ 五、發明说明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 接著，形成閘極氧化層102於半導體底材100上。 在一較佳具體實施例中，該閘極氧化層102是在溫度約800 至1100°C之氧蒸氣環境中形成的氧化矽所構成。同理，該 閘極氧化層102亦可以適當的氧化物化學組合及相關程序 來加以形成。例如，該閘極氧化層10 2可以是使用化學氣 相沈積法所形成之二氧化矽，其中以正矽酸乙酯（TEOS) 在溫度600至800°C間且壓力約0.1至lOtorr中形成二氧化 矽。並且，該閘極氧化層102之厚度較佳約爲1 5-200埃。 然後，再形成多晶矽層104於閘極氧化層102之上表 面。在一較佳實施例中，可使用低壓化學氣相沈積法 (LPCVD)，藉著將砂甲院（silane, SiHJ加熱解離來沉積所 需之多晶矽層104。其中，沉積多晶矽層104之溫度約在600 至650°C，且壓力約在0.3至0.6托耳之間。另外，爲了降低 所形成多晶矽層104之電阻値，亦可在多晶矽沉積反應中 進行同步摻雜（in-situ doping)程序，或是在沉積程序完成 後，再藉著離子植入方法，將摻質植入多晶矽層104之中。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在形成多晶矽層104後，接著形成矽化金屬（silicide) 層106於該多晶矽層104之上表面。一般而言，可以六氟化 鎢（Tungsten Hexafluoride)與矽甲烷在溫度約300至400 °C，且壓力約0.3至1.0托耳的環境中，形成矽化鎢（WSix) 來作爲上述之矽化金屬層106。此外，其它矽化金屬如 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 427028 A7 _B7__ 五、發明説明（）
TiSh、MoSi2、TaSn、CoSi:亦可加以使用。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 然後，形成氮氧化矽層108於矽化金屬層106上表 面*以作爲抗反射層使用=一般而言，該氮氧化矽層108 是使用電漿增強化學氣相沉積（PECVD)法，在溫度約450 °C的環境中加以形成，且所使用之反應氣體包括 以及N:。 接著，該參照第三圖，蝕刻氮氧化矽層108、矽化金 屬層106、多晶矽層104與閘極氧化層102以曝露出部份半 導體底材100上表面，並定義出閘極結構110圖案於半導體 底材100上。在較佳實施例中，可先形成一具有閘極圖案 之光阻層於該氮氧化矽層丨08上表面，再使用該光阻層作 爲蝕刻罩冪，對未被遮蔽之氮氧化矽層108、矽化金屬層 106、多晶矽層104與閘極氧化層102進行蝕刻程序，直至 抵達半導體底材100上表面爲止，如此可定義出第三圖中 之閘極結構110。 經濟部智慧財渣局員Η消費合作社印製 在定義出閘極結構Π0後’再形成側壁間隙112於該 閘極結構110之側壁上。亦即，形成側壁間隙112於氮氧化. 矽層108、矽化金屬層106、多晶矽層104與閘極氧化層102 之側壁上。一般而言，可先藉著化學氣相沈積法（CVD)形 成氧化矽層於半導體底材丨〇〇上，且覆蓋於該閘極結構U0 之上。然後，進行一非均向性蝕刻以蝕刻該氧化矽層，由 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） A7
A2702B B7__ 五、發明說明（） 序之溫度約在800至850°C，時間約1〇~15分鐘，且通入之 氣體爲流速約5000至7000sccm之氮氣（NO。此熱回火程序 可用以降低所形成未摻雜介電層116(如NSG)與氮氧化矽 108(即閘極結構110之最上層）間之應力，並且可有效提高 未摻雜矽化玻璃/氮氧化矽層/矽化金屬層界面間之黏著 性，以避免在後續製程中容易產生剝落或剝離之問題。此 外，該熱回火程序亦可取代上述形成矽化金屬層丨06層時 之熱回火程序；同時亦可取代在進行離子摻雜程序以形成 源極與汲極區域（S/D)後，所伴隨之熱回火程序。換言之， 藉著在沉積未摻雜介電層116後，進行熱回火程序，除了 可有效的降低並釋放所形成元件間不平均之應力，並可有 效的修復進行離子植入程序後受損之源極與汲極區域 (S/D)l14 。 然後，如第五圖所示，再形成硼磷矽玻璃（BPSG， Borophosphosilicate Glass)118於該未慘雜介電層 116之上 表面以作爲金屬間介電層（inter-metal dielectric layer)。其 中在一較佳實施例中，可使用常壓化學氣相沉積法 (APCVD)或是電漿增強化學氣相沉積法（PECVD)，在溫度 約300至600°C、且壓力約1至10托耳（Torr)的環境中形成厚 度約4000至1 1000埃之硼磷矽玻璃層118。至於所使用之反 應氣體貝1J 可選擇 SiH*、PH;、B2H〇、TE0S ' 〇3、TEB(Tri-Ethyl-Borate)、TMPO(Tri-Methyl-Phosphate)等等。接著， 如同上述，可在溫度約850至950°C的環境中，對硼磷矽玻 本紙張尺度適用1ί1國國家標準（CNSM4規格（2〗0 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝----f訂--I-- Λ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 42702B A7 _B7___ 五、發明說明（） 璃層1【8進行熱流（flow)程序約30至120分鐘1以增加硼磷 砍玻璃層Π8之平坦性（planarization)。 本發明具有極多之優點。首先，藉著在形成未摻雜 介電層後，進行熱回火程序，可有效降低作爲抗反射層之 氮氧化矽層其結構應力。如此，將可避免在後續的製程 中，產生剝落或剝離的現象。並且，該熱回火程序，亦可 取代形成矽化金屬層106層時之熱回火程序；以及取代在 形成源極與汲極區域（S/D)後，所伴隨之熱回火程序。如 此，除了有效克服氮氧化矽層與未摻雜矽化玻璃間應力不 均所導致容易剝落或剝離的問題外，並且不致於造成進行 熱回火次數的增加。另外*由於在進行熱回火程序時通入 氮氣，是以氮原子將可穿透至未摻雜矽化玻璃與氮氧化矽 層間之介面，而形成較堅固之鍵結。如此，則可有效提昇 未摻雜矽化玻璃、氮氧化矽與矽化金屬各層界面間之黏著 性，而降低剝落、剝離的可能性。 本發明雖以一較佳實例闡明如上，然其並非用以限 定本發明精神與發明實體，僅止於此一實施例爾。對熟悉 此領域技藝者，在不脫離本發明之精神與範圍內所作之修 改，均應包含在下述之申請專利範圍內。 本紙張尺度適用中國國家棵準（CNS)A4規恪C210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
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