[发明专利]一种高k金属栅的化学机械研磨工艺建模方法和装置

说明书

本申请公开了一种高k金属栅的化学机械研磨工艺建模方法和装置。该建模方法和装置包括：将所述层间介质层研磨后的终止表面形貌融入金属栅建模过程，建立金属栅的化学机械研磨工艺仿真模型。如此，该建模方法考虑了高k金属栅器件的下层结构(即层间介质层)的表面形貌对上层结构(即金属栅)表面形貌的影响，从而更加准确可靠地模拟高k金属栅的化学机械研磨工艺，因此，该建模方法考虑考了高k金属栅的表面形貌的叠层效应，由该建模方法得出的高k金属栅的化学机械研磨工艺的仿真模型能够更为准确地反映高k金属栅化学机械研磨的真实过程，能够更为准确地模拟芯片表面形貌的实时变化以及图形依赖的表面缺陷。

技术领域

本申请涉及集成电路制造工艺技术领域，尤其涉及一种高k金属栅的化学机械研磨工艺建模方法和装置。

背景技术

进入28纳米技术节点，高k金属栅(high-k metal gate，HKMG)作为主流工艺技术使摩尔定律继续延续。尽管14纳米节点业界广泛采用三维FinFET器件结构来降低功耗、面积，以此取代平面器件结构，但HKMG仍然在不同节点、不同阶段分别扮演不同角色。

目前，业界主要采用“后栅极”工艺的HKMG器件结构，这主要是因为“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。然而，“后栅极”工艺面临更多的工艺难关和设计限制，金属表面的平坦性极难达标，化学机械研磨(Chemical Mechanical Planarization，CMP)步骤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；而过度抛光会导致栅电极较薄，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被攻击。

因此，在HKMG器件结构制作过程中，CMP的工艺控制至关重要，一个科学合理、准确可靠的CMP工艺模型，可以帮助工艺工程师严格控制工艺条件、降低参数优化难度，尽可能减少研磨后的碟形和侵蚀，使得金属栅表面平坦性达到光刻聚焦深度水平的要求。同时，不同图形结构的可制造性设计可以使版图设计人员提前预知设计版图在实际工艺制造过程中可能出现的热点区域，为设计者提供修改建议，从而降低流片风险，提高一次流片的成功率。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种高k金属栅的化学机械研磨工艺的建模方法和装置，以建立准确的高k金属栅CMP工艺仿真模型。

为了达到上述发明目的，本申请采用了如下技术方案：

一种高k金属栅化学机械研磨工艺的建模方法，其特征在于，所述高k金属栅的化学机械研磨工艺包括：层间介质层化学机械研磨工艺和金属栅化学机械研磨工艺；

所述建模方法包括：

对层间介质层化学机械研磨工艺进行建模，得到层间介质层的化学机械研磨工艺仿真模型；

利用所述层间介质层的化学机械研磨工艺仿真模型，计算层间介质层研磨后的终止表面形貌；

将所述层间介质层研磨后的终止表面形貌融入金属栅建模过程，建立金属栅的化学机械研磨工艺仿真模型。

可选地，所述层间介质层研磨工艺包括第一研磨阶段和第二研磨阶段，所述第一研磨阶段研磨氧化物层和氮化硅层，所述第二研磨阶段研磨氧化物层、氮化硅层、阻挡层以及多晶硅层；

所述对层间介质层化学机械研磨工艺进行建模，得到层间介质层的化学机械研磨工艺仿真模型，具体包括：

对所述第一研磨阶段的化学机械研磨工艺进行建模，得到第一研磨阶段的化学机械研磨工艺仿真模型；

利用所述第一研磨阶段的化学机械研磨工艺仿真模型计算第一研磨阶段的终止表面形貌；

以所述第一研磨阶段的终止表面形貌作为第二研磨阶段的初始表面形貌，建立第二研磨阶段的化学机械研磨工艺仿真模型。