一種化學(xué)機(jī)械研磨的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，尤其涉及一種化學(xué)機(jī)械研磨的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體集成電路(IC)工業(yè)技術(shù)日益的成熟，超大規(guī)模的集成電路的迅速發(fā)展，器件尺寸越來越小，芯片的集成度越來越高。因器件的高密度，小尺寸的要求對半導(dǎo)體工藝影響也日益突出。IC集成度不斷的增大需要器件尺寸持續(xù)按比例縮小，然而電器的工作電壓有時維持不變，使得實(shí)際金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)器件產(chǎn)生較高的電源消耗。多晶硅和二氧化硅通常被用于形成MOS晶體管的柵極和層間介質(zhì)。
[0003]隨著柵極尺寸縮短至幾十納米，柵氧化物層的厚度降至3nm以下，引發(fā)了柵極電阻過大、柵極泄漏增大以及多晶硅柵極出現(xiàn)空乏現(xiàn)象等問題。因此，人們又將目光重新投向金屬柵極技術(shù)，采用金屬柵極材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的多晶硅材料，高k電介質(zhì)代替氧化層材料，即采用高k電介質(zhì)/金屬柵極(HK/MG)結(jié)構(gòu)代替柵氧化層/虛擬多晶硅柵極結(jié)構(gòu)，以避免由多晶硅虛擬柵極引起的多晶硅耗盡效應(yīng)、摻雜硼原子擴(kuò)散和較高的柵極漏電流等問題。
[0004]對于更先進(jìn)的技術(shù)節(jié)點(diǎn)而言，高k電介質(zhì)/金屬柵極(HK/MG)已被廣泛的應(yīng)用，通常，使用鋁來作為金屬柵極。在鋁金屬柵極制造工藝中，鋁金屬柵極的化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)是半導(dǎo)體器件制造工藝的關(guān)鍵步驟之一。然而，在鋁金屬是一種材質(zhì)較軟的材料，在經(jīng)過化學(xué)拋光和機(jī)械拋光的工藝之后會很容易在鋁金屬柵極上出現(xiàn)劃痕(scratch)。在鋁金屬柵極表面形成的劃痕，將影響半導(dǎo)體器件的性能和可靠性。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中，在使用化學(xué)機(jī)械研磨工藝處理鋁金屬柵極之后，在鋁金屬柵極的表面形成兩種劃痕:第一種是較大的劃痕，劃痕的長度大于5微米且貫穿整合晶片，部分的劃痕的長度大于10微米，如圖1A所示，在執(zhí)行CMP的第一步驟之后形成這些劃痕的，所述第一步驟采用硬研磨墊(hard pad),堅(jiān)硬的硬研磨墊使得晶片的表面形成大的劃痕。另一種是微小的劃痕，劃痕的長度小于5微米，如圖1B所示，在執(zhí)行CMP的最后步驟之后形成這些劃痕的，所述最后的步驟采用軟研磨墊(soft pad),微小的劃痕由一些研磨副產(chǎn)物形成，所述副產(chǎn)物主要包括氫氧化鋁(Al (OH) 3)
[0006]因此，需要了一種新的化學(xué)機(jī)械研磨的方法，以減少在鋁金屬柵極表面形成的較大的劃痕和微小的劃痕。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在【具體實(shí)施方式】部分中進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
[0008]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種化學(xué)機(jī)械研磨的方法，包括:步驟a，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有金屬柵極；步驟b，將所述半導(dǎo)體襯底置于第一研磨墊上進(jìn)行研磨，所述第一研磨墊為硬研磨墊，經(jīng)所述第一研磨墊研磨之后剩余的金屬柵極的厚度范圍為500埃至1000埃；步驟C，將所述半導(dǎo)體襯底置于第二研磨墊上進(jìn)行研磨，所述第二研磨墊為軟研磨墊，所述第二研磨墊和所述半導(dǎo)體襯底之間的壓強(qiáng)范圍為0.5PSI至0.8PSI，所述第二研磨墊的旋轉(zhuǎn)速度為IlOrpm至150rmp，以減少微小的劃痕。
[0009]優(yōu)選地，所述金屬柵極的材料為金屬鋁。
[0010]優(yōu)選地，調(diào)整所述步驟b和所述步驟c的研磨量以減少在金屬柵極表面形成的較大的劃痕。
[0011]優(yōu)選地，所述較大的劃痕大于5微米，所述微小的劃痕小于5微米。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟c修正在所述金屬柵極表面形成的較大的劃痕。
[0013]優(yōu)選地，所述步驟c用于減少副產(chǎn)物對所述金屬柵極表面平坦化的影響。
[0014]優(yōu)選地，所述副產(chǎn)物主要為氫氧化鋁。
[0015]優(yōu)選地，所述金屬柵極與半導(dǎo)體襯底之間還形成有高K介電層。
[0016]綜上所示，根據(jù)本發(fā)明的CMP方法可以獲得劃痕較少的金屬柵極結(jié)構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明制造的金屬柵極結(jié)構(gòu)與根據(jù)現(xiàn)有的方法制作的金屬柵極結(jié)構(gòu)的表面相比減少了 80%至90%的較大劃痕，減少了 50%的微小劃痕(所述微小劃痕的長度大于0.5微米)，以進(jìn)一步提高了半導(dǎo)體器件的性能和產(chǎn)量。
【附圖說明】
[0017]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，
[0018]圖1A-1B為根據(jù)現(xiàn)有CMP技術(shù)在鋁金屬柵極表面形成的劃痕的示意圖；
[0019]圖2A-2B為沒有采用本發(fā)明的CMP技術(shù)在鋁金屬柵極表面形成的劃痕的示意圖；
[0020]圖3A-3B為根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施方式在鋁金屬柵極表面形成的劃痕的示意圖；
[0021]圖4為根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施方式對鋁金屬柵極進(jìn)行CMP的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。
[0023]為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的描述，以說明本發(fā)明的方法。顯然，本發(fā)明的施行并不限于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。
[0024]應(yīng)予以注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施例，而非意圖限制根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式。此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[0025]現(xiàn)在，將參照附圖更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，這些示例性實(shí)施例可以多種不同的形式來實(shí)施，并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為只限于這里所闡述的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解的是，提供這些實(shí)施例是為了使得本發(fā)明的公開徹底且完整，并且將這些示例性實(shí)施例的構(gòu)思充分傳達(dá)給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚起見，夸大了層和區(qū)域的厚度，并且使用相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，因而將省略對它們的描述。
[0026]為了減少在鋁金屬柵極表面形成的劃痕，本發(fā)明提出了一種CMP的方法。參照圖4，示出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施方式對鋁金屬柵極進(jìn)行CMP的工藝流程圖。
[0027]在步驟401中，形成具有Al金屬柵極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，具體的步驟為:首先，在襯底上形成偽柵極，并且然后在襯底中形成源極/漏極區(qū)域。之后，在整個襯底之上形成層間電介質(zhì)(ILD)層，并且使層102平坦化以露出偽柵極。其后，去除偽柵極，從而在ILD層中形成凹槽。
[0028]接下來，沉積具有高K介電常數(shù)的材料，從而在凹槽中形成柵極絕緣層。在柵極絕緣層上沉積阻擋層。阻擋層可以用來防止后續(xù)要形成于其上的材料