專利名稱：拋光方法以及柵極的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種拋光方法以及柵極的形成方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制備工藝中，平整的晶圓表面對于器件的小型化和高密度化極其重要，傳統(tǒng)平坦化晶圓表面的方法為化學(xué)機械拋光法(CMP, Chemical Mechanical Polishing)。該方法在晶圓表面與拋光墊之間加入拋光液，利用機械力的作用和拋光液與晶圓表面產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)，平坦化晶圓表面。傳統(tǒng)化學(xué)機械拋光法為游離磨料拋光法，包含于拋光液中的磨料在拋光墊上隨機分布，其分布密度不均勻，拋光效果比較差，而且拋光液利用率低，拋光液廢液容易污染環(huán)境等，因此逐漸被固結(jié)磨料拋光法(Fixed Abrasive Polishing)取代。 固結(jié)磨料拋光法，是將磨料和拋光墊結(jié)合起來，形成表面具有規(guī)則凹凸形狀的固結(jié)磨料拋光墊(Fixed Abrasive Pad)?，F(xiàn)有的固結(jié)磨料拋光法的拋光過程,如圖I所示，輸入滾筒105a和輸出滾筒105b將拋光墊102輸送到拋光臺101上，并用拋光液潤濕拋光墊102表面；將晶圓103吸附固定在拋光頭104上，并使其表面與拋光墊102的磨料層相接觸；啟動動力驅(qū)動，拋光臺101在軸承100的旋轉(zhuǎn)帶動下旋轉(zhuǎn)，晶圓103也在旋轉(zhuǎn)的拋光頭104帶動下旋轉(zhuǎn)，其與拋光墊102作相對運動，使得晶圓103表面不斷與拋光墊102表面的磨料層摩擦而被研磨。由于在拋光過程中，只有固結(jié)在拋光墊102的磨料層的突出部位(磨料塊)才與晶圓103表面的相接觸部位發(fā)生作用，相對于傳統(tǒng)的游離磨料拋光法，由于接觸區(qū)域的減小，微小接觸區(qū)域產(chǎn)生局部較大的壓力，拋光速率有較大程度的提高；還能夠獲得很好的拋光效果以及擴大過拋的工藝窗口，大大減少晶圓拋光時產(chǎn)生的凹陷(Dishing)和過拋(Erosion)，提聞了廣品的良率；另外，拋光速率對于晶圓表面形貌有很聞的選擇性，因而，只需較少的去除量，即可達到平坦化的目的，降低了生產(chǎn)成本。隨著半導(dǎo)體制造工藝的不斷發(fā)展，集成電路中的半導(dǎo)體器件的特征尺寸(⑶,Critical Dimension)越來越小，固結(jié)磨料拋光法已顯得越來越重要。隨著半導(dǎo)體制造工藝的不斷發(fā)展，集成電路中的半導(dǎo)體器件的特征尺寸(CD，Critical Dimension)越來越小，為了解決小尺寸器件帶來的一系列問題，高介電常數(shù)(High-K)材料的柵介質(zhì)層和金屬柵極(Metal Gate)相結(jié)合的技術(shù)被引入至MOS晶體管的制造過程中。圖2至圖6是現(xiàn)有技術(shù)中高K柵介質(zhì)金屬柵極形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。步驟(1)，參閱圖2，步驟(I)又包括多個步驟組成在半導(dǎo)體襯底(圖中未示出)上形成偽柵結(jié)構(gòu)，所述偽柵結(jié)構(gòu)包括犧牲氧化層201以及覆蓋所述犧牲氧化層201的多晶硅層202 ;在所述偽柵結(jié)構(gòu)周圍形成側(cè)墻203，所述側(cè)墻203的材料一般為二氧化硅；依次形成氮化硅層204、介質(zhì)層205，所述氮化硅層204覆蓋所述多晶硅層202、側(cè)墻203和襯底，所述介質(zhì)層205的材料一般為二氧化娃。步驟(2)，參閱圖3，對所述介質(zhì)層205進行拋光操作，直至暴露出所述氮化硅層204。步驟(3)，參閱圖4，繼續(xù)對氮化硅層204以及所述介質(zhì)層205進行拋光操作，停止于所述多晶娃層202。步驟(4)，參閱圖5，刻蝕去除所述偽柵結(jié)構(gòu)(多晶硅層202以及犧牲氧化層201)，形成開口 206。步驟(5)，參閱圖6，在圖5所示的開口 206中依次形成柵介質(zhì)層200和金屬柵極207，所述柵介質(zhì)層200由高介電常數(shù)材料構(gòu)成，所述金屬柵極207的材料一般為鋁或釕。上述對所述介質(zhì)層205進行拋光操作，直至暴露出所述氮化硅層204的步驟(2)以及對氮化硅層204以及所述介質(zhì)層205進行拋光操作，停止于所述多晶硅層202的步驟
(3)通常是連續(xù)進行的，由于傳統(tǒng)的游離磨料拋光法難以取得較好的晶圓表面平坦度以及均勻度，因此目前通常采用固結(jié)磨料拋光法進行拋光操作。雖然以固結(jié)磨料拋光法進行步 驟(2)時，能夠取得很好的拋光效果(表面平坦度以及均勻度)，但是在進行步驟(3)時卻產(chǎn)生了明顯的凹陷和過拋問題，如圖10所示，過拋形成的開口 208，凹陷形成的開口 209，拋光效果較差。相關(guān)技術(shù)還可參考專利號為US20020049027的美國專利，但是該專利對于解決上述問題并未涉及。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是現(xiàn)有技術(shù)中在固結(jié)磨料拋光墊上對氮化硅層進行拋光且停止于多晶硅層時產(chǎn)生的凹陷和過拋問題。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種拋光方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述襯底上形成有多晶硅層和覆蓋所述多晶硅層的氮化硅層，在固結(jié)磨料拋光墊上對氮化硅層進行拋光操作，停止于多晶硅層；所述拋光操作采用的拋光液的PH值為10. 5 11，所述拋光液中具有陰離子表面活性劑或兩性離子表面活性劑?？蛇x的，所述兩性離子表面活性劑為脯氨酸?？蛇x的，所述固結(jié)磨料拋光墊上的磨料為二氧化鈰。可選的，拋光時的壓強為I 2磅/平方英寸(Psi, Pounds per square inch),拋光臺的轉(zhuǎn)速為10 25轉(zhuǎn)/分鐘?？蛇x的，拋光時所采用的終點檢測方式為電機電流終點檢測或光學(xué)終點檢測。此外，本發(fā)明還提供了一種柵極的形成方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成偽柵結(jié)構(gòu)，所述偽柵結(jié)構(gòu)包括犧牲氧化層以及覆蓋所述犧牲氧化層的多晶硅層；在所述偽柵結(jié)構(gòu)周圍形成側(cè)墻；依次形成氮化硅層和覆蓋所述氮化硅層的介質(zhì)層，所述氮化硅層覆蓋所述多晶硅層、側(cè)墻和襯底；對所述介質(zhì)層拋光直至暴露出所述氮化硅層；在固結(jié)磨料拋光墊上對所述氮化硅層進行拋光操作，停止于所述多晶硅層，所述拋光操作采用的拋光液的PH值為10. 5 11，所述拋光液中具有陰離子表面活性劑或兩性離子表面活性劑；
去除所述偽柵結(jié)構(gòu)后形成開口 ；在所述開口中形成柵極結(jié)構(gòu)。可選的，所述兩性離子表面活性劑為脯氨酸?？蛇x的，所述固結(jié)磨料拋光墊上的磨料為二氧化鈰?？蛇x的，對所述氮化硅層進行拋光操作時的壓強為I 2磅/平方英寸，拋光臺的轉(zhuǎn)速為10 25轉(zhuǎn)/分鐘?？蛇x的，所述對所述介質(zhì)層拋光直至暴露出所述氮化硅層是在固結(jié)磨料拋光墊或非固結(jié)磨料拋光墊上進行的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案具有以下優(yōu)點
在固結(jié)磨料拋光墊上進行對氮化硅層拋光且停止于多晶硅層的拋光操作時，通過設(shè)置合適的拋光環(huán)境，即在拋光液中加入陰離子表面活性劑或兩性離子表面活性劑且所述拋光液的PH值為10. 5 11，從而使對氮化硅層和多晶硅層的拋光操作具有更好的去除選擇比，由此改善了固結(jié)磨料拋光墊上對氮化硅層進行拋光且停止于多晶硅層時產(chǎn)生的凹陷和過拋問題。通過將所述拋光方法應(yīng)用于高K柵介質(zhì)金屬柵極形成過程中對所述氮化硅層拋光且停止于多晶硅層的拋光操作，提高了產(chǎn)品的良率。


圖I是現(xiàn)有固結(jié)磨料拋光法的拋光裝置示意圖；圖2至圖6是現(xiàn)有技術(shù)中高K柵介質(zhì)金屬柵極形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖7至圖9是高K柵介質(zhì)金屬柵極形成過程中氮化硅層拋光后理想的多種尺寸圖案的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖10至圖12是高K柵介質(zhì)金屬柵極形成過程中氮化硅層拋光后產(chǎn)生缺陷的多種尺寸圖案的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖13是氮化硅、二氧化硅、多晶硅在不同PH值介質(zhì)中去除率變化示意圖；圖14至圖17是氮化硅層、氧化層、多晶硅層、二氧化鈰顆粒在不同PH值介質(zhì)中的離子吸附示意圖；圖18是本發(fā)明實施例提供的柵極的形成方法流程示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)有技術(shù)中在固結(jié)磨料拋光墊上進行對氮化硅層拋光且停止于多晶硅層的拋光操作時產(chǎn)生了明顯的凹陷和過拋問題，其拋光效果較差。本技術(shù)方案通過在固結(jié)磨料拋光墊上進行對氮化硅層拋光且停止于多晶硅層的拋光操作時設(shè)置合適的拋光環(huán)境，即在拋光液中加入陰離子表面活性劑或兩性離子表面活性劑，且所述拋光液的PH值為10. 5 11，從而使對氮化硅層和多晶硅層的拋光操作具有更好的去除選擇比，由此改善了固結(jié)磨料拋光墊上對氮化硅層進行拋光且停止于多晶硅層時產(chǎn)生的凹陷和過拋問題。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在以下描述中闡述了具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施方式
的限制。圖7至圖9是高K柵介質(zhì)金屬柵極形成過程中氮化硅層拋光后理想的多種尺寸圖案的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。在實際情況中，形成的柵極結(jié)構(gòu)一般具有多種尺寸圖案，對氮化硅層204以及介質(zhì)層205進行拋光操作且停止于多晶硅層202后，在理想的情況下，如圖7所示，表面應(yīng)具有很好的平坦度以及均勻度，參閱圖8和圖9，在后續(xù)步驟中去除多晶硅層202以及犧牲氧化層201，形成開口 206，再在所述開口 206中依次形成柵介質(zhì)層200和金屬柵極207。所述柵介質(zhì)層200由高介電常數(shù)材料構(gòu)成，所述金屬柵極207的材料一般為鋁或釕。然而，如前面所述，在高K柵介質(zhì)金屬柵極的形成過程中，在以固結(jié)磨料拋光法對氮化硅層204以及介質(zhì)層205進行拋光操作且停止于多晶硅層202時，會產(chǎn)生明顯的凹陷和過拋問題。圖10至圖12是高K柵介質(zhì)金屬柵極形成過程中氮化硅層拋光后產(chǎn)生缺陷的多種尺寸圖案的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。參閱圖10，在圖形密集區(qū)域，進行拋光操作后一般會產(chǎn)生100 200埃的過拋從而形成開口 208，而在大尺寸的介質(zhì)層區(qū)域，還會產(chǎn)生200 300埃的凹陷從而形成開口 209。那么在后續(xù)步驟中，如圖11和圖12所示，去除多晶硅層202以 及犧牲氧化層201，形成開口 206，再在所述開口 206中依次形成柵介質(zhì)層200和金屬柵極207，但是形成金屬柵極207的時候，還填滿了開口 208以及開口 209，分別形成金屬層210和金屬層211,由此會導(dǎo)致橋接問題(bridge issue)而使器件報廢,產(chǎn)品的良率大大降低。至于產(chǎn)生凹陷和過拋問題的原因，將在下面詳細描述。發(fā)明人考慮是否可以通過改變拋光工藝的環(huán)境或條件來解決或改善上述問題，因此本發(fā)明實施方式提供了一種拋光方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述襯底上形成有多晶硅層和覆蓋所述多晶硅層的氮化硅層，在固結(jié)磨料拋光墊上對氮化硅層進行拋光操作，停止于多晶硅層；拋光液中具有陰離子表面活性劑或兩性離子表面活性劑；所述拋光液的PH值為 10. 5 11。具體實施以高K柵介質(zhì)金屬柵極形成過程為例，區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的是，可參閱圖3，在對氮化硅層204以及介質(zhì)層205進行拋光操作且停止于多晶硅層202的步驟時，將晶圓置于固結(jié)磨料拋光墊上，加入拋光液后進行拋光操作，所述拋光液的PH值為10. 5 11 (可通過滴定以設(shè)定PH值)，并且拋光液中具有表面活性劑。本實施例中，所述表面活性劑為脯氨酸，所述固結(jié)磨料拋光墊上的磨料為二氧化鈰(CeO2)。在拋光操作過程中，拋光頭對晶圓施加的壓強為I 2磅/平方英寸，拋光臺的轉(zhuǎn)速設(shè)定為10 25轉(zhuǎn)/分鐘，在拋光時所采用的終點檢測方式為電機電流終點檢測或光學(xué)終點檢測。此外，本實施例中，對介質(zhì)層拋光直至暴露出氮化硅層的步驟也是在固結(jié)磨料拋光墊上進行的，當(dāng)然，在其他實施例中，對所述介質(zhì)層拋光直至暴露出所述氮化硅層的步驟也可以在非固結(jié)磨料拋光墊上進行，拋光液中的磨料包括二氧化鈰。下面對拋光氮化硅層且停止于多晶硅層的步驟中產(chǎn)生凹陷和過拋問題的原因以及本發(fā)明實施方式中采用PH值為10. 5 11且具有表面活性劑的拋光液在該步驟中進行拋光操作的原理作詳細說明。圖13是氮化硅、二氧化硅、多晶硅在不同PH值介質(zhì)中去除率變化示意圖。發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，在不同的PH值介質(zhì)(本實施例中為具有脯氨酸的拋光液)中，對氮化硅、二氧化硅、多晶硅進行拋光的去除率的變化有較大的差異。如圖13所示，當(dāng)拋光液的PH值為10時，對二氧化硅的去除率約為960埃/分鐘，而對氮化硅的去除率約為20埃/分鐘，對多晶硅的去除率約為28埃/分鐘?，F(xiàn)有技術(shù)中，通常在固結(jié)磨料拋光墊上進行拋光操作時所使用的拋光液的PH值為10 10. 3，在這樣的PH值范圍內(nèi)，拋光時對二氧化硅的去除率要遠遠大于對氮化硅和多晶硅的去除率，由此表明，去除率對于二氧化硅和氮化硅具有較大的選擇性，基于此，固結(jié)磨料拋光法在該拋光環(huán)境(拋光液的PH值為10 10. 3)下用于拋光氧化層且停止于氮化硅層能取得不錯的拋光效果，例如在淺槽隔離(STI，ShallowTrench Isolation)工藝中目前一般較多使用固結(jié)磨料拋光墊進行拋光操作。但是，當(dāng)PH值為10 10. 3時，由于對氮化硅的去除率與對多晶硅的去除率比較接近，即對這兩種材料的去除選擇性較差，又因為對二氧化硅的去除率要遠遠大于對氮化硅的去除率，所以無法用于高K柵介質(zhì)金屬柵極形成過程中拋光氮化硅層。然而，當(dāng)拋光液的PH值為10. 5 11時，如圖13所示，隨著PH值的升高，對氮化硅、二氧化硅、多晶硅這三種材料的拋光去除率也有不同程度的提高。具體地，當(dāng)PH值從10. 5至11，對氮化硅的去除率由240埃/分鐘提高至1320埃/分鐘，然而對多晶硅的去除率卻始終未能大于50埃/分鐘，由此表明，去除率對于氮化硅和多晶硅具有較大的選擇性， 基于此，固結(jié)磨料拋光法在該拋光環(huán)境(拋光液的PH值為10. 5 11)下用于拋光氮化硅層且停止于多晶硅層能取得較好的拋光效果，因此非常適于應(yīng)用在高K柵介質(zhì)金屬柵極形成過程中拋光氮化硅層且停止于多晶硅層的步驟。下面對在不同PH值介質(zhì)中氮化硅、二氧化硅、多晶硅的去除率變化的原理進行分析。首先對等電點的概念作簡單介紹，所謂的等電點(IEP, IsoElectric Point)是一個分子或者表面不帶電荷時的PH值。被稱為兩性離子的兩性分子同時含有帶正電荷和負電荷的官能團，整個分子的總電荷則由其周圍環(huán)境的PH值決定，根據(jù)PH值的不同整個分子可能帶正電荷，也可能帶負電荷，其原因是因為這樣的分子在不同的PH值環(huán)境中可能會吸收或者喪失質(zhì)子(H+)。在PH值等于等電點時，這樣的分子所帶的正電荷和負電荷互相抵消，使得整個分子不帶電。表面也會自然地帶電荷形成固定層。一般假如決定表面電荷的離子是HVor的話，那么表面浸入的液體的PH值也會決定表面的總電荷。在這里，等電點也是表面總電荷為零時的PH值。綜上所述，兩性離子所帶電荷因溶液的PH值不同而改變，當(dāng)兩性離子正負電荷數(shù)值相等時，溶液的PH值即為其等電點；當(dāng)溶液的PH值大于等電點時，離子將帶負電荷；當(dāng)溶液PH值小于等電點時，離子將帶正電荷。表I :不同材料的等電點以及在不同PH值下電勢變化表
權(quán)利要求
1.一種拋光方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述襯底上形成有多晶硅層和覆蓋所述多晶硅層的氮化硅層，在固結(jié)磨料拋光墊上對所述氮化硅層進行拋光操作，停止于所述多晶硅層，其特征在于， 所述拋光操作采用的拋光液的PH值為10. 5 11，所述拋光液中具有陰離子表面活性劑或兩性離子表面活性劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的拋光方法，其特征在于，所述兩性離子表面活性劑為脯氨酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的拋光方法，其特征在于，所述固結(jié)磨料拋光墊上的磨料為二氧化鋪。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的拋光方法，其特征在于，拋光時的壓強為I 2磅/平方英寸，拋光臺的轉(zhuǎn)速為10 25轉(zhuǎn)/分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的拋光方法，其特征在于，拋光時所采用的終點檢測方式為電機電流終點檢測或光學(xué)終點檢測。
6.一種柵極的形成方法，其特征在于，包括 在半導(dǎo)體襯底上形成偽柵結(jié)構(gòu)，所述偽柵結(jié)構(gòu)包括犧牲氧化層以及覆蓋所述犧牲氧化層的多晶硅層； 在所述偽柵結(jié)構(gòu)周圍形成側(cè)墻； 依次形成氮化硅層和覆蓋所述氮化硅層的介質(zhì)層，所述氮化硅層覆蓋所述多晶硅層、側(cè)墻和襯底； 對所述介質(zhì)層拋光直至暴露出所述氮化硅層； 在固結(jié)磨料拋光墊上對所述氮化硅層進行拋光操作，停止于所述多晶硅層，所述拋光操作采用的拋光液的PH值為10. 5 11，所述拋光液中具有陰離子表面活性劑或兩性離子表面活性劑； 去除所述偽柵結(jié)構(gòu)后形成開口； 在所述開口中形成柵極結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柵極的形成方法，其特征在于，所述兩性離子表面活性劑為脯氨酸。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柵極的形成方法，其特征在于，所述固結(jié)磨料拋光墊上的磨料為二氧化鈰。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柵極的形成方法，其特征在于，對所述氮化硅層進行拋光操作時的壓強為I 2磅/平方英寸，拋光臺的轉(zhuǎn)速為10 25轉(zhuǎn)/分鐘。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柵極的形成方法，其特征在于，所述對所述介質(zhì)層拋光直至暴露出所述氮化硅層是在固結(jié)磨料拋光墊或非固結(jié)磨料拋光墊上進行的。
全文摘要
一種拋光方法和柵極的形成方法，所述柵極的形成方法包括在半導(dǎo)體襯底上形成偽柵結(jié)構(gòu)，所述偽柵結(jié)構(gòu)包括犧牲氧化層以及覆蓋所述犧牲氧化層的多晶硅層；在所述偽柵結(jié)構(gòu)周圍形成側(cè)墻；依次形成氮化硅層和覆蓋所述氮化硅層的介質(zhì)層，所述氮化硅層覆蓋所述多晶硅層、側(cè)墻和襯底；對所述介質(zhì)層拋光直至暴露出所述氮化硅層；在固結(jié)磨料拋光墊上拋光所述氮化硅層且停止于所述多晶硅層，拋光液中具有陰離子表面活性劑或兩性離子表面活性劑，所述拋光液的PH值為10.5～11；去除所述偽柵結(jié)構(gòu)后形成開口；在所述開口中形成柵極結(jié)構(gòu)。所述拋光方法能夠改善在固結(jié)磨料拋光墊上對氮化硅層進行拋光且停止于多晶硅層時產(chǎn)生的凹陷和過拋問題。
文檔編號C09G1/18GK102751187SQ20111009972
公開日2012年10月24日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者蔣莉, 黎銘琦 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司