研究背景

近年來在資訊革命快速的成長之下，MOSFET 元件尺寸快速的 精進微縮，有效的提升了微處理器的性能。而莫耳定律( Moore’s law ) 促成資訊革命的基本法則，在 1965 年 Gordon Moore 預測晶片上之電 晶體數目，將隨著時間成指數型增加。

在0.1微米（μm）以後的元件製作，由於金屬閘極結構的低電 阻與無載子空乏等優點，一般預測金屬閘極結構將會取代多晶矽。但 必須選擇在製程方面容易被微影蝕刻加工，且抗腐蝕性強的閘極金屬 材料。其同時也須具備良好的熱穩定性（thermal stability），對主要 的連線金屬成分，要有良好的阻擋特性。並且閘極材料本身不會滲入 氧化層造成損傷，或和氧化層反應。再者，要和閘極介電層材質界面 特性良好穩定，附著性高不易剝落，在製作金屬閘極時也不會對介電 質材料造成傷害。

用作降低閘極寄生電阻的金屬矽化物，擁有高熔點、高穩定性及

低電阻率等優點。且在製程步驟上的「自動對準」特性，使其製程容 易。因此若把傳統多晶矽閘極（Poly-Si）經由金屬矽化（silicidation）

的步驟時，將多晶矽閘極（Poly-Si）全部形成金屬矽化物（silicide），

使閘極成為一個金屬閘極（metal gate），稱作全金屬矽化閘極（Fully silicide）。

1.1.1 自我對準金屬矽化物製程技術發展

金屬矽化物(Silicide)的技術之所以得到大家的注意，主要是因為 金屬矽化物能夠降低電晶體在閘極、源極和汲極的接觸電阻，而元件 的體積越小，其所受到寄生電阻的影響也就會越大，所以在次微米的 製程之中，金屬矽化物技術所使用的範圍也就越來越廣泛了。

在閘極工程方面最大的困擾在於寄生電阻。由於電阻和傳導線的 截面積成反比，因此當閘極寬度縮小後，寄生電阻會顯著上揚（假設 厚度不變）。對於深次微米元件的操作影響很大。而金屬矽化物因其 具有高熔點、高穩定性及低電阻率等優點，於積體電路製程上的應 用，已經越來越普遍。目前被廣泛應用於積體電路的製程中解決寄生 電 阻 問 題 的 方 法 ， 是 用 一 種 稱 為 「 自 動 對 準 」 的 金 屬 矽 化 物

（Self-Aligned silicide，簡稱salicide）。採用「自動對準」的金屬矽化 物除了可降低接面接觸電阻、閘極電阻，進而提高整個元件的驅動電 流，反應時間或電路的操作速度外，在金屬矽化物製程上，有一個特 點，即自動對準功能。

1.1.2 金屬矽化物的選擇與比較

在以前的金屬矽化物材料上，工業界較常使用的矽化金屬是矽化

鈦，它的優點為：(1)其具有很低的電阻係數 ( 13-20 µΩ-cm )；(2) 在 ( Agglomeration )，降低矽化鈷超淺接面的熱穩定性。

而在元件尺寸日漸縮小的情況下，目前最受矚目的便是矽化鎳

( NiSi )之研發與應用。它基本上和 CoSi2 相似，同樣沒有 TiSi2 種種 的缺點。但 NiSi 還有很多特性優於 CoSi2且適合應用於奈米尺寸的 CMOS 製程上。首先(1)NiSi 矽化物可以在 400℃到 600℃的低溫下形 成，而且擁有相當寬的製程溫度窗口。(2)NiSi 在微小線寬下可被輕 易形成，不會有相位轉換的問題。(3)NiSi 矽化物形成過程所消耗的 矽量較 TiSi2和 CoSi2小( 如表一 )。 (4)NiSi 的薄膜應力也較 TiSi2

和 CoSi2低很多。(5)NiSi 的矽化過程傾向於金屬移動到矽基座或複晶 矽薄膜與矽反應( 如表一 )。因此它幾乎沒有 Creep-up 現象。(6)與 TiSi2比較，NiSi 在摻雜方面也有較佳的穩定性。