[发明专利]确定铝金属栅芯片表面形貌的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体可制造性设计技术领域，特别是涉及化学机械抛光过程中确定铝金属栅芯片表面形貌的方法和系统。 

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旧遵循每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）工艺作为可制造性设计中实现芯片表面平坦化的可靠方法，现已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。 

在HKMG技术的“先栅极”和“后栅极”两种工艺中，“后栅极”工艺不必经受高温步骤，可以更加自由地设置和调配栅电极材料的功函数值，使得芯片的稳定性和可靠性更高。因此，集成电路行业在制造高性能芯片时更倾向于选择“后栅极”工艺。但是，“后栅极”工艺面临更多的工艺难关和设计限制，栅极金属表面的平坦性极难达标，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过程中被攻击。因此，需要根据HKMG工艺实际，建立科学合理、准确可靠的CMP工艺结果的确定方法，实时预测金属表面的高度变化，减少研磨后的蝶形和侵蚀，使得表面平坦性达到工艺要求。 

目前，比较成熟的半导体行业主流制造商的CMP工艺结果确定方法的核心技术主要是针对铜的CMP工艺过程，而铝作为栅极材料时淀积厚度较薄，对CMP工艺要求极为苛刻，现有针对铜的CMP工艺结果的确定方法很难直接用于铝栅的平坦化工艺。国内主要芯片制造商针对铝栅的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 磨结果，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晶圆去除率的影响，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，表面的平整度要求极高，而研磨粒子的化学效应在研磨去除中的作用更加突出，研磨垫、研磨液和芯片表面的相互作用是个极其复杂的过程，不能简单地采用经验实证的方法来描述CMP研磨后铝金属栅表面的形貌。 

发明内容

本发明的目的是提供一种准确确定化学机械研磨时铝金属栅芯片表面形貌的方法。 

为了实现上述目的，本发明提供一种确定铝金属栅芯片表面形貌的方法，包括步骤： 

提供铝金属栅芯片进行化学机械研磨的研磨参数; 

确定研磨液中各成分与铝金属栅芯片表面发生的化学反应和研磨粒子对铝金属栅芯片表面机械去除反应的反应速率方程，由所述反应速率方程确定铝金属栅的平均研磨去除率； 

根据铝金属栅芯片化学机械研磨时研磨垫形变分布，确定铝金属栅芯片表面压力分布； 

根据外部载荷和所述表面压力分布，确定所述研磨液中各成分的浓度分布、所述铝金属栅芯片表面的机械去除反应的反应速率分布； 

根据所述研磨液中各成分的浓度分布和所述机械去除反应的反应速率分布，确定铝金属栅的研磨去除率分布； 

根据所述研磨去除率分布，确定铝金属栅芯片表面高度分布。 

优选地，所述提供铝金属栅芯片进行化学机械研磨的研磨参数包括： 

提供外部载荷； 

提供研磨液的成分及各成分的浓度。 

优选地，所述确定研磨液中各成分与铝金属栅芯片表面发生的化学反应和研磨粒子对铝金属栅芯片表面机械去除反应的反应速率方程，由所述反应速率方程确定铝金属栅的平均研磨去除率，包括： 

确定所述研磨液中各成分与铝金属栅芯片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芯片表面的机械去除反应； 

确定所述化学反应和表面机械去除反应的反应速率方程，由所述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，确定铝金属栅的平均研磨去除率。 

优选地，所述根据铝金属栅芯片化学机械研磨时研磨垫形变分布，确定铝金属栅芯片表面压力分布，包括： 

确定铝金属栅芯片化学机械研磨时研磨垫形变分布与铝金属栅芯片间距之间的关系;