[发明专利]铝金属栅化学机械研磨去除率的确定方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及铝金属栅化学机械研磨去除率的确定方法和系统。

背景技术

高介电常数栅电介质和金属栅极技术（HKMG，High-k Metal Gate）作为32或28纳米节点的主流工艺技术使得半导体行业的发展仍然遵循每18个月芯片的集成度提高一倍的摩尔定律。随着芯片节点尺寸的不断下降，在芯片制造工艺过程中，芯片表面的平整度是影响后续制造工艺及芯片良品率的重要因素。化学机械研磨（CMP，Chemical Mechanical Polishing）工艺作为实现芯片表面平坦化的可靠方法，广泛应用于芯片的超精细表面平整化加工中，是目前实现纳米级超光滑无损伤表面加工的最有效和最实用的技术，也是目前实现全局平坦化的唯一广泛应用技术。

HKMG工艺的铝栅工艺中，栅极材料铝淀积厚度较薄，对CMP工艺要求极为苛刻，CMP工艺中的不完全研磨将导致金属没有去除干净，从而引起电路短路；过度研磨会导致栅电极较薄，产生过高的栅电阻和潜在的接触过刻蚀。此外，严重的过度抛光会导致邻近源/漏区域暴露，使得在后续的哑栅刻蚀去除过程中源/漏区域被攻击。因此，研磨去除率（即单位时间铝的研磨去除量）作为描述芯片表面高度变化快慢的重要指标，可以实现芯片表面高度的实时表征及研磨后蝶形和侵蚀的动态模拟，对芯片表面平坦性是否达到工艺要求起决定性作用。

目前，比较成熟的CMP研磨去除率确定方法的核心技术主要是针对铜的CMP工艺过程，很难直接用于铝栅的CMP平坦化。对于铝栅的CMP工艺过程控制主要依靠经验实证方法，一般通过实验结果来预测相同研磨条件下芯片的研磨去除率，这种预测方法忽略了研磨液、研磨参数等对研磨后芯片的平整度和材料去除率的影响，其预测结果不能准确体现CMP工艺的研磨效果。尤其在纳米尺度节点芯片制造过程中，各种微观效应不断出现，芯片表面的平整度要求极高，研磨粒子的化学效应在研磨去除中的作用更加突出，不能简单地采用经验实证的方法来预测铝栅的CMP研磨去除率。

发明内容

本发明提供一种铝金属栅化学机械研磨去除率的确定方法，能够实时确定铝金属栅的化学机械研磨去除速率。

为达到上述目的，本发明提供一种铝金属栅化学机械研磨去除率的确定方法，包括步骤：

提供铝金属栅化学机械研磨时的研磨参数、所需研磨液的成分及各成分的浓度；

确定研磨液中各成分与铝金属栅表面发生的化学反应；确定所述研磨液中研磨粒子对铝金属栅表面机械去除反应；

根据所述化学反应和表面机械去除反应的反应速率方程，确定金属粒子浓度随时间变化率与金属粒子浓度的关系；

根据所述金属粒子浓度随时间变化率与金属粒子浓度的关系，确定铝金属栅的研磨去除率。

优选地，提供铝金属栅进行化学机械研磨时的研磨参数、研磨液的成分及各成分的浓度包括：

提供化学机械研磨的研磨温度；

提供所述研磨液中的表面活性剂、氧化剂、螯合剂和研磨粒子；

提供所述表面活性剂、氧化剂、螯合剂和研磨粒子的浓度。

优选地，确定研磨液中各成分与铝金属栅表面发生的化学反应，包括：

确定铝与表面活性剂反应生成铝的活性剂化合物的化学反应；

确定铝与氧化剂反应生成铝的氧化物的化学反应；

确定铝离子与螯合剂反应生成铝螯合物的化学反应；

优选地，确定金属粒子浓度随时间变化率与金属粒子浓度的关系包括：

根据所述铝与表面活性剂反应生成铝的活性剂化合物的反应速率方程，确定铝的活性剂化合物浓度随时间变化率与铝金属栅表面包含的铝原子浓度、铝活性剂化合物浓度的关系：

根据所述铝与氧化剂反应、铝离子与螯合剂反应和研磨粒子对铝金属栅表面机械去除反应的反应速率方程，确定铝离子浓度随时间变化率与铝金属栅表面包含的铝原子浓度、铝离子浓度的关系。

优选地，根据所述金属粒子浓度随时间变化率与金属粒子浓度的关系，确定铝金属栅的研磨去除率，包括：

根据所述金属粒子浓度随时间变化率与金属粒子浓度的关系，确定铝金属栅表面的铝粒子总浓度；

根据所述铝金属栅表面的铝粒子总浓度，确定铝金属栅的研磨去除率，为：

研磨液中铝粒子浓度与铝金属栅表面的铝粒子总浓度的比值。

优选地，确定所述研磨液中研磨粒子对铝金属栅表面机械去除反应，包括：

确定研磨粒子对铝金属栅表面铝的氧化物的机械去除反应。