[发明专利]抛光方法以及栅极的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种抛光方法以及栅极的形成方法。

背景技术

在半导体制备工艺中，平整的晶圆表面对于器件的小型化和高密度化极其重要，传统平坦化晶圆表面的方法为化学机械抛光法(CMP，Chemical Mechanical Polishing)。该方法在晶圆表面与抛光垫之间加入抛光液，利用机械力的作用和抛光液与晶圆表面产生的化学反应，平坦化晶圆表面。特别地，在对金属材料进行CMP时，研磨料与金属表面接触并产生金属氧化物，并通过研磨去除所述金属氧化物以达到抛光的效果。

随着半导体制造工艺的不断发展，集成电路中的半导体器件的特征尺寸(CD，Critical Dimension)越来越小，为了解决小尺寸器件带来的一系列问题，高介电常数(High-K)材料的栅介质层和金属栅极(Metal Gate)相结合的技术被引入至MOS晶体管的制造过程中。

图1至图6是现有技术中高K栅介质金属栅极形成方法的剖面结构示意图。

步骤(1)，参阅图1，步骤(1)又包括多个步骤组成：在半导体衬底(图中未示出)上形成伪栅结构，所述伪栅结构包括牺牲氧化层101以及覆盖所述牺牲氧化层101的多晶硅层102；在所述伪栅结构周围形成侧墙103，所述侧墙103的材料一般为二氧化硅；依次形成氮化硅层104、介质层105，所述氮化硅层104覆盖所述多晶硅层102、侧墙103和衬底，所述介质层105的材料一般为二氧化硅。

步骤(2)，参阅图2，对所述介质层105进行抛光操作，直至暴露出所述氮化硅层104。

步骤(3)，参阅图3，继续对氮化硅层104以及所述介质层105进行抛光操作，停止于所述多晶硅层102。

步骤(4)，参阅图4，刻蚀去除所述伪栅结构(多晶硅层102以及牺牲氧化层101)，形成开口106。

步骤(5)，参阅图5，在图4所示的开口106中依次形成栅介质层100和金属层107，所述栅介质层100由高介电常数材料构成，所述金属层107的材料一般为铝或铝合金(例如铝钛合金)。

步骤(6)，参阅图6，对图5所示的金属层107进行抛光直至暴露出介质层105和氮化硅层104，形成金属栅极107a。

上述对金属层107进行抛光直至暴露出介质层105和氮化硅层104，形成金属栅极107a的步骤(6)是高K栅介质金属栅极形成过程中最关键的步骤之一，但是，所述介质层105产生了很高的刮伤等级，这将严重影响半导体器件的功能以及可靠性。

此外，对金属层107抛光后除了形成有金属栅极107a，实际中还会形成残留的金属层，如图11所示的金属层107b和金属层107c。残留的金属层会导致器件报废，产品的良率大大降低。

关于化学机械抛光可参考申请号为US20050112894A1的美国专利，该专利公开了一种形成铝金属层的抛光液、用该抛光液进行抛光的方法、用所述抛光方法形成铝布线的方法。

发明内容

本发明要解决的问题是现有技术中对覆盖介质层的金属层进行抛光后形成的所述介质层的刮伤以及金属层的残留问题。

为解决上述问题，本发明提供一种抛光方法，包括：提供半导体衬底，所述衬底上形成有介质层和覆盖所述介质层的金属层，对所述金属层进行第一阶段抛光操作直至暴露出所述介质层，经过所述第一阶段抛光操作后的金属层包括待保留部分金属层和待去除部分金属层；所述抛光方法还包括采用非选择性抛光液对所述金属层和介质层进行第二阶段抛光操作，去除所述待去除部分金属层。

可选的，所述非选择性抛光液的固体比率小于3％，研磨料颗粒的尺寸小于70纳米。

可选的，所述非选择性抛光液中具有0.5～5wt％(重量/质量百分比)的表面活性剂。

可选的，所述第二阶段抛光操作时的压强为0.5～2磅/平方英寸(Psi，Pounds per square inch)，抛光台或抛光头的转速为10～50转/分钟。

可选的，所述第二阶段抛光操作中对所述介质层的去除速率为50～200埃/分钟，对所述金属层的去除速率小于100埃/分钟。

可选的，所述第二阶段抛光操作对所述介质层的去除量为100～200埃。

可选的，所述第二阶段抛光操作的时间为30～90秒。

可选的，所述金属层的材料为铝或铝合金，所述介质层为氧化层。

此外，本发明还提供了一种栅极的形成方法，包括：