[发明专利]金属栅极CMP工艺及半导体器件的制造方法

说明书

本公开涉及金属栅极CMP工艺及半导体器件的制造方法。根据本公开的实施例，在完成栅极抛光的清洗步骤中，可以通过化学清洗剂及其酸性的选择，使得在形成有金属栅极的半导体晶片的表面与所陷落的颗粒之间产生静电斥力，从而能够去除所陷落的颗粒。因此，能够避免由所陷落的颗粒导致的金属栅极之间的桥接，保证栅极的电隔离，提高所形成的半导体器件的性能和成品率。

技术领域

本发明涉及半导体技术，特别涉及金属栅极CMP工艺及半导体器件的制造方法。

背景技术

半导体器件的性能提高是半导体和集成电路领域的持续要求。随着半导体器件的性能日益提高，半导体器件的制造工艺也从65nm逐步向28nm，乃至20nm或更小尺寸的制程进展。

如所知的，在65nm的制程下，诸如多晶硅的半导体栅极是主流应用。而在28nm的制程下，金属栅极，例如铝（Al）栅极，得到了更多的应用。在20nm或更小尺寸的制程下，钨（W）栅极受到越来越多的关注，有可能由于间隙填充和器件需求等而替代Al栅极。

通常，使用金属栅极化学机械抛光（CMP，Chemical Mechanical Polishing）工艺来形成金属栅极结构。金属栅极CMP要求晶片内的密封、晶片间非均匀性控制、低划伤水平（scratch level）等。此外，金属栅极CMP期望无陷落颗粒（trapped particle）的清洁晶片表面。

发明内容

一般地，金属栅极（例如W栅极）CMP工艺需要去除多余的金属膜并停止于电介质层上。在具有功函数金属层的情况下，还会需要去除多余的功函数金属层。为了去除上述多余的金属膜和功函数金属层，并确保金属栅极彼此之间的电隔离，通常需要去除一部分电介质层。例如，可能需要去除大约50－150埃厚度的电介质层。这会导致金属栅极从表面突出的现象。即，金属栅极CMP可能导致金属栅极的上表面高于相邻的电介质层的上表面。例如，金属栅极可能从表面突出约50－100埃

图1A和图1B是用于例示上述现象的示意图。如图1A所示，通过金属栅极CMP处理，金属（例如W）栅极10从表面突出。即，金属栅极10的上表面高于作为间隔件的电介质层20和30的上表面。例如，电介质层20可以是氧化硅（SiO₂）层，电介质层30可以是氮化硅层（SiN）。

本发明的发明人注意到金属栅极的突出会带来不理想的问题。特别地，如图1B所示，由于栅极10的上表面高于电介质层20和30的上表面，因此通过CMP工艺引入的颗粒25容易陷落在相邻栅极10与它们之间的电介质层的表面上。这些颗粒25的非限制性示例可以包括研磨剂（slurry）残留物、研磨垫（pad）副产物、以及被去除材料的副产物等。如本领域技术人员所能够理解的，由于颗粒25的陷落，会导致金属栅极10之间的桥接，从而破坏栅极的电隔离，使得所形成的半导体器件的性能恶化且成品率降低。这是不理想的。

如上所述，传统的半导体器件制造方法，特别是金属栅极的CMP工艺存在问题。

因此，本技术领域存在对改进的金属栅极CMP工艺及半导体器件的制造方法的需求。

本发明的一个目的是解决现有技术中存在的上述问题中的部分或全部。

根据本公开的实施方式的一个方面，提供一种化学机械抛光（CMP）工艺。该工艺可以包括：使用研磨剂对其上形成有金属栅极的半导体晶片的表面进行抛光；以及使用第一有机酸作为化学清洗剂对半导体晶片进行清洗，其中第一有机酸具有能够去除由金属栅极的抛光所引入的陷落在表面上的颗粒的酸性。

可选地，该工艺可以进一步包括：在完成金属栅极的抛光之后，且在对半导体晶片进行清洗之前，使用第二有机酸来对半导体晶片进行溶液抛光，以去除颗粒的至少一部分，其中第二有机酸具有能够去除颗粒的酸性。