專利名稱：進行化學(xué)機械研磨的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的制造，特別涉及在半導(dǎo)體制造中所使用的化學(xué) 機械研磨工藝。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路(IC)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)歷過快速的成長。IC材料和設(shè)計的技術(shù)進 步使得ic的生產(chǎn)世代不停地推新，每個世代都較前個世代有更小的元件尺
寸及更復(fù)雜的電路。此微縮化的工藝通常能增加生產(chǎn)效能并提供較低的相關(guān)
成本。這樣的微縮化也產(chǎn)生相對較高的功率消耗(power dissipation)值，其可 使用低功率消耗的裝置，例如互補型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)裝置來適應(yīng)。 CMOS裝置一般是由柵極氧化物及多晶硅柵極電極所形成。因此，隨著元件 尺寸不斷的縮小，已期望使用高介電常數(shù)柵極介電質(zhì)及金屬柵極電極取代柵 極氧化物及多晶硅柵極電極，以增進元件的效能。 一個已經(jīng)被使用的方法是 稱為柵極最后(gate last)工藝或柵極置換(gate replacement)工藝。在柵極最后 工藝中，先形成虛置多晶柵極，且然后可進行一般的CMOS制造流程，直到 沉積層間介電質(zhì)(interlayerdielectric; ILD)。 一般會在層間介電層上進行化學(xué) 機械研磨，以露出虛置多晶柵極。然后可移除虛置多晶柵極，并以適合的金 屬柵極取代。然而，已發(fā)現(xiàn)一般的化學(xué)機械研磨工藝會有控制柵極高度的問 題，并可能會對下方的層膜造成缺陷。此會導(dǎo)致不佳的裝置效能以及較低的 晶片良率(wafer yield)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供一種進行化學(xué)機械研 磨的方法，包括加工一半導(dǎo)體基板，以于該基板上形成一虛置柵極結(jié)構(gòu)， 于該虛置柵極結(jié)構(gòu)上形成一硬掩模，以及于該硬掩模上形成一層間介電層； 以一第一研磨漿進行一第一化學(xué)機械研磨工藝，以修飾該層間介電層其非平坦的起伏表面；以一第二研磨漿進行一第二化學(xué)機械研磨工藝，以移除該硬 掩模；以及以一第三研磨漿進行一第三化學(xué)機械研磨工藝，以移除一界面層， 該界面層在該半導(dǎo)體工藝中形成于該虛置柵極及該硬掩模之間。
本發(fā)明也提供一種在一半導(dǎo)體基板上進行化學(xué)機械研磨的方法，該半導(dǎo) 體基板具有形成于其上的一虛置柵極、形成于該虛置柵極上的一硬掩模、以 及形成于該硬掩模上的一接觸蝕刻停止層及一層間介電層，該方法包括以 一第一研磨漿進行一第一化學(xué)機械研磨工藝，以平坦化該層間介電層；以一 第二研磨漿進行一第二化學(xué)機械研磨工藝，以移除該接觸蝕刻停止層及該硬 掩模；以及以一第三研磨漿進行一第三化學(xué)機械研磨工藝，以移除一界面層， 該界面層在半導(dǎo)體工藝中形成于該虛置柵極及該硬掩模之間。
本發(fā)明還提供一種進行多平臺(multi-platen)化學(xué)機械研磨的方法，包括 加工一半導(dǎo)體基板，以于該基板上形成一虛置柵極、于該虛置柵極上形成一 硬掩模、并于包括該硬掩模的該基板上形成一接觸蝕刻停止層及一層間介電 層；進行一第一化學(xué)機械研磨工藝以平坦化該層間介電層，該第一化學(xué)機械 研磨工藝使用一第一平臺及一第一研磨漿；進行一第二化學(xué)機械研磨工藝以 移除該蝕刻停止層及該硬掩模，該第二化學(xué)機械研磨工藝使用一第二平臺及 一第二研磨漿，該第二研磨漿具有大于約20的選擇比；以及進行一第三化 學(xué)機械研磨工藝以移除一界面層，該界面層在該半導(dǎo)體工藝中形成于該虛置 柵極及該硬掩模之間，該第三化學(xué)機械研磨工藝使用一第三平臺及一第三研 磨漿，該第三研磨漿具有大于約3的選擇比。
本發(fā)明所述的方法提供了在柵極最后工藝中進行化學(xué)機械研磨工藝的 方法，其簡單且具經(jīng)濟效益。因此能夠在柵極最后工藝中精確的控制柵極高 度，而不會過研磨并減少柵極的高度。也降低了在化學(xué)機械研磨工藝中損壞 下方層膜的風(fēng)險。因此，裝置的效能會變得更可預(yù)測且穩(wěn)定。此外，可減少 了生產(chǎn)成本，并可提高晶片產(chǎn)能。


圖1為一實施例的化學(xué)機械研磨旋轉(zhuǎn)式研磨系統(tǒng)的俯視圖。 圖2為顯示根據(jù)本發(fā)明各種概念的方法流程圖。
圖3A至圖3E為根據(jù)一實施例的方法中的半導(dǎo)體裝置的工藝剖面圖。上述附圖中的附圖標(biāo)記說明如下
100 化學(xué)機械研磨旋轉(zhuǎn)式研磨系統(tǒng)；102~站；104~站；106~站；108~
站；110 機械手臂；300 半導(dǎo)體裝置；302 區(qū)域(或晶體管)；304 區(qū)域(或晶
體管)；306 半導(dǎo)體基板；308 隔離結(jié)構(gòu)；312 柵極介電質(zhì)；314~柵極介電
質(zhì)；322 阻擋或保護層；324 阻擋或保護層；332 虛置多晶柵極結(jié)構(gòu)；334~ 虛置多晶柵極結(jié)構(gòu)；342 硬掩模；344 硬掩模；360 接觸蝕刻停止層；370~ 層間介電層；375 化學(xué)機械研磨工藝；385 化學(xué)機械研磨工藝；390 界面層；
395 化學(xué)機械研磨工藝；Sl 研磨槳；S2 研磨漿；S3 研磨漿；Pl 平臺； P2 平臺；P3 平臺。
具體實施例方式
有關(guān)各實施例的制造和使用方式是如以下所詳述。然而，值得注意的是， 本發(fā)明所提供的各種可應(yīng)用的發(fā)明概念是依具體內(nèi)文的各種變化據(jù)以實施， 且在此所討論的具體實施例僅是用來顯示具體使用和制造本發(fā)明的方法，而 不用以限制本發(fā)明的范圍。以下通過各種附圖及例示說明本發(fā)明較佳實施例 的制造過程。在本發(fā)明各種不同的各種實施例和附圖中，相同的標(biāo)記代表相 同或類似的元件。此外，當(dāng)一層材料層是位于另一材料層或基板之上時，其 可以是直接位于其表面上或另外插入有其他中介層。
圖1為一實施例的化學(xué)機械研磨旋轉(zhuǎn)式研磨系統(tǒng)(CMP rotary polisher system)100的俯視圖。系統(tǒng)100可包括四站系統(tǒng)(four-station system),其中一 站102用以載入(loading)及載出(unloading)，且其他三站104、 106、 108包 括平臺(例如，平臺P1、平臺P2、平臺P3)，以分開操作化學(xué)機械研磨工藝， 其將于下文說明。系統(tǒng)lOO可更包括機械手臂(robotarm)llO，其可用以從一 站傳送基板至另一站，舉例來說，上述基板為半導(dǎo)體晶片。要了解系統(tǒng)100 可包括其他元件，例如卡匣(cassette)及輸入/輸出模塊，然而為了使本說明的 發(fā)明概念更容易被了解，已將其簡化。另外，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍 內(nèi)，也可使用具有其他結(jié)構(gòu)的站、平臺、及機械的化學(xué)機械研磨系統(tǒng)。
圖2為顯示根據(jù)本發(fā)明各種概念的方法200的流程圖，其在柵極最后 (gate last)工藝中于半導(dǎo)體裝置上進行化學(xué)機械研磨工藝。圖3A至圖3E為根 據(jù)圖2的方法200的半導(dǎo)體工藝剖面圖?？墒褂?圖1的)系統(tǒng)100進行方法200。在柵極最后工藝中，可先形成裝置的虛置多晶柵極，且接著可進行 CMOS制造流程以形成各種結(jié)構(gòu)(例如，柵極結(jié)構(gòu)、輕摻雜源極/漏極(lightly doped source/drain; LDD)區(qū)域、側(cè)壁間隙壁(sidewall spacer)、重?fù)诫s源極/ 漏極區(qū)域、金屬硅化元件等)，直到在裝置上沉積層間介電質(zhì)(interlayer dielectric; ILD)。
方法200起始于步驟210，可對半導(dǎo)體基板進行加工，以于基板上形成 虛置多晶柵極結(jié)構(gòu)，于虛置多晶柵極結(jié)構(gòu)上形成硬掩模，并于包括硬掩模的 基板上形成接觸蝕刻停止層(contact etch stop layer; CESL)及層間介電質(zhì)。
在圖3A中，半導(dǎo)體裝置300可包括區(qū)域302及304,于其中可形成各 種微電子裝置，其為集成電路的一部分。要了解半導(dǎo)體裝置300可包括存儲 器裝置(包括但不限于靜態(tài)隨機存取存儲器(static random access memory; SRAM))、邏輯裝置(包括但不限于金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (metal-oxide semiconductor field-effect transistor; MOSFET))、禾口/或其4也裝置。 在一實施例中，區(qū)域302可包括N型溝道場效應(yīng)晶體管(N-channel field effect transistor; nFET)，且區(qū)域304可包括P型溝道場效應(yīng)晶體管(P-channel field effect transistor; pFET)。晶體管302及304可通過CMOS制造流程而形成， 因此在此簡短的說明某些工藝及元件。
半導(dǎo)體裝置300可包括半導(dǎo)體基板306，例如硅基板?；?06可包括 各種摻雜結(jié)構(gòu)，其取決于公知的設(shè)計需求。基板306也可包括其他的元素半 導(dǎo)體，例如鍺及鉆石?；蛘撸?06可包括化合物半導(dǎo)體和/或合金半導(dǎo)體。 再者，基板306可任選的包括外延層、可為應(yīng)變的(strained)以強化效能，并 可包括絕緣層上覆硅(silicon-on-insulator; SOI)結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體裝置300可更包 括隔離結(jié)構(gòu)308，例如形成于基板306中的淺溝槽隔離(shallow trench isolation; STI)元件，以隔離晶體管302及304。隔離結(jié)構(gòu)可由氧化硅、氮化 硅、氮氧化硅、摻雜氟的硅酸鹽(fluoride-doped silicate; FSG)、和/或公知的 低介電常數(shù)介電材料所形成。
晶體管302、 304可各自包括柵極介電質(zhì)312、 314。柵極介電質(zhì)312、 314可包括高介電常數(shù)介電材料，例如氧化鉿(hafnium oxide; Hf02)。或者， 柵極介電質(zhì)312、 314可任選的包括其他高介電常數(shù)介電材料，例如氧化硅 鉿(hafnium silicon oxide; HfSiO)、氮氧化硅鉿(hafnium silicon oxynitride;HfSiON)、氧化鉿鉭(hafnium tantalum oxide; HfTaO)、氧化鉿鈦(hafniumtitanium oxide; HfTiO)、氧化牽合,告(hafnium zirconium oxide; HfZrO)、及上述的組合。柵極介電質(zhì)312、 314也可形成于界面層(interfacial layer)上，上述界面層可例如為氧化層。再者，晶體管302、 304可更包括覆蓋層(cappinglayer),以調(diào)變(柵極電極的)金屬層的功函數(shù)，以分別適當(dāng)?shù)谋憩F(xiàn)為nFET 302及pFET 304。舉例來說，覆蓋層可包括氧化鑭(lanthanum oxide; LaOx)、氧化鋁(aluminum oxide; AlOx)、氧化銜magnesium oxide; MgOx)、或其他合適的材料。
晶體管302、 304可各自更包括阻擋或保護層322、 324，其分別形成于柵極介電質(zhì)312、 314上。阻擋層322、 324可包括TiN、 TaN、或其他合適的材料。晶體管302、 304可各自更包括虛置多晶柵極結(jié)構(gòu)332、 334，其分別形成于阻擋層322、 324上。硬掩模342、 344可分別形成于多晶結(jié)構(gòu)332、334上。硬掩模342、 344可包括SiN、 SiON、 SiC、 SiOC/PEOX、 TEOS、或其他合適的材料。要了解晶體管302、 304可包括各種元件，例如側(cè)壁間隙壁；源極/漏極區(qū)域，其包括輕摻雜源極/漏極區(qū)域及重?fù)诫s源極/漏極區(qū)域；金屬硅化元件；以及其他公知的元件。
在基板306中形成各種微電子裝置及元件之后，可在晶體管302、 304上形成應(yīng)力層(stressed layer)，例如接觸蝕刻停止層(contact etch stop layer;CESL)360。接觸蝕刻停止層360可由氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅、或其他合適的材料所形成。可在接觸蝕刻停止層360上形成介電層，例如層間介電層370，形成方法可為化學(xué)氣相沉積、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積、旋轉(zhuǎn)涂布、濺鍍、或其他合適的方法。層間介電層370可在裝置302、 304之間與基板306上的其他區(qū)域中順應(yīng)性的向上填充。層間介電層370可包括PSG、 BPSG、 Si02、 TEOS、或其他合適的材料。如先前所述，在柵極最后工藝中，晶體管302、 304的虛置多晶柵極結(jié)構(gòu)332、 334可通過選擇性回蝕刻工藝而移除，使得能夠形成適當(dāng)?shù)慕饘贃艠O，以置換虛置多晶柵極結(jié)構(gòu)。因此，可通過化學(xué)機械研磨工藝平坦化層間介電層370，直到到達虛置多晶柵極結(jié)構(gòu)332、 334的頂部，其將于下文詳細(xì)說明。
方法200進行至步驟220，可使用第一研磨漿及第一平臺(如圖1中所示的平臺Pl/研磨漿Sl)，對半導(dǎo)體基板進行第一化學(xué)機械研磨工藝。在圖3B中，可于層間介電層370上進行第一化學(xué)機械研磨工藝375，以移除部分層間介電層，并平坦化層間介電層。也即，在沉積工藝之后，最初的層間介電層370可具有非平坦的表面(surface)或起伏表面(topography)。因此可進行第一化學(xué)機械研磨工藝375，以為了以下所說明的下一個化學(xué)機械研磨工藝達到平順(smooth)且平坦的(planar)表面。
一般來說，研磨漿包括特定尺寸及形狀的小、磨蝕(abmsive)顆粒，其懸浮在水溶液中。磨蝕顆粒大體上可與要研磨的層膜一樣硬。可根據(jù)要研磨的材料，將酸或堿任選性的加至溶液中。研磨速率可受各種研磨漿參數(shù)的影響，例如研磨漿溶液的化學(xué)組成、研磨漿中固體顆粒的濃度、以及研磨漿顆粒的形狀、尺寸、以及分布?？墒褂米詣友心{進料系統(tǒng)以確保研磨漿適當(dāng)?shù)膫魉汀?br> 由于在層間介電層370上進行的第一化學(xué)機械研磨工藝375達到平坦且平順的表面，因此第一研磨漿并不需要具有任何的選擇比(selectivity)。第一研磨漿可包括磨蝕顆粒，例如氣相化的(fiimed)二氧化硅(silica; Si02),其在水溶液中。水溶液可包括堿金屬(alkaline)溶液或其他合適的溶液。因此，第一研磨漿的pH值范圍可介于約9至約12。 二氧化硅的顆粒尺寸范圍可介于約2nm至約50nm。再者，第一研磨漿可包括二氧化硅，其比例范圍介于約10%至約25%。或者，第一研磨漿可任選的包括氧化鋁(alumina; Al203)。
第一化學(xué)機械研磨工藝375可包括以下工藝參數(shù)。第一平臺的旋轉(zhuǎn)速率(rotational speed),其范圍可介于約80 rpm(每分鐘旋轉(zhuǎn)數(shù))至約120 rpm。在半導(dǎo)體裝置300與第一平臺之間可提供的研磨壓力，其范圍介于約1.5psi(每平方英寸磅)至約5 psi。第一研磨漿可以約250 ml/min(每分鐘毫升)的速率散布至第一平臺上。第一化學(xué)機械研磨工藝375可包括安排好的研磨工藝時間(timed polishing process),其范圍介于約60至約90秒?；蛘?，第一化學(xué)機械研磨工藝375可使用公知的終點檢測系統(tǒng)(endpoint detection system),以停止第一化學(xué)機械研磨工藝。已發(fā)現(xiàn)第一化學(xué)機械研磨工藝375對層間介電層370的移除速率約為2200埃/分鐘。要了解特定的移除速率可根據(jù)第一研磨漿的組成與第一化學(xué)機械研磨工藝的參數(shù)而改變。
方法200進行至步驟230，可使用第二研磨漿及第二平臺(如圖1中所示的平臺P2/研磨漿S2)，對半導(dǎo)體基板進行第二化學(xué)機械研磨工藝。在一些實施例中，可在平臺Pl與平臺P2之間的站(station)中，于半導(dǎo)體裝置300上進行任選的去離子水清洗或相似的濕式清洗。在圖3C中，可于半導(dǎo)體裝置300上進行第二化學(xué)機械研磨工藝385，以移除接觸窗蝕刻停止層360，并分別移除晶體管302、 304的硬掩模342、 344。
由于所進行的第二化學(xué)機械研磨工藝385移除硬掩模342、 344，并然后停止，因此第二研磨漿可包括一選擇比，其對于氧化物與氮化硅(氧化物氮化硅(oxide: SiN))大于約20。第二研磨漿可包括磨蝕顆粒，例如氧化鈰(ceriumoxide; Ce02)，其在水溶液中。第二研磨漿的pH值范圍可介于約4至約10。氧化鈰的顆粒尺寸范圍可介于約2 nm至約50 nm。再者，第二研磨漿可包括氧化鈰，其比例范圍介于約0.1%至約8%。
第二化學(xué)機械研磨工藝385可包括以下工藝參數(shù)。第二平臺的旋轉(zhuǎn)速率，其范圍可介于約60 rpm(每分鐘旋轉(zhuǎn)數(shù))至約120 rpm。在半導(dǎo)體裝置300與第二平臺之間可提供的研磨壓力，其范圍介于約1.5 psi(每平方英寸磅)至約5psi。第二研磨漿可以約250 ml/min(每分鐘毫升)的速率散布至第二平臺上。第二化學(xué)機械研磨工藝385可包括安排好的研磨工藝時間，其范圍介于約200至約400秒。然而，也可使用其他的研磨時間周期?；蛘?，第二化學(xué)機械研磨工藝385可使用公知的終點檢測系統(tǒng)，以停止第二化學(xué)機械研磨工藝。已發(fā)現(xiàn)第二化學(xué)機械研磨工藝385對氧化物的移除速率約為3600埃/分鐘，且對氮化硅(SiN)的移除速率約為130埃/分鐘。要了解特定的移除速率可根據(jù)第二研磨漿的組成與第二化學(xué)機械研磨工藝的參數(shù)而改變。
方法200進行至步驟240，可使用第三研磨漿及第三平臺(如圖1中所示的平臺P3/研磨漿S3)，對半導(dǎo)體基板進行第三化學(xué)機械研磨工藝。在一些實施例中，可在平臺P2與平臺P3之間的站中，于半導(dǎo)體裝置300上進行任選的去離子水清洗或相似的濕式清洗。已發(fā)現(xiàn)界面層390在CMOS制造流程中，形成于虛置多晶柵極332、 334及硬掩模342、 344之間。換句話說，似氧化物的(oxide-like)界面層是在半導(dǎo)體裝置300的工藝中，形成于(虛置多晶柵極的)多晶硅層與(硬掩模的)氮化硅層之間。因此，在進行第二化學(xué)機械研磨工藝385以移除硬掩模342、 344之后，界面層390可露出來，而覆蓋虛置多晶柵極結(jié)構(gòu)332、 334。在圖3D中，可于半導(dǎo)體裝置300上進行第三化學(xué)機械研磨工藝395以移除界面層390。由于所進行的第三化學(xué)機械研磨工藝395是移除似氧化物的界面層390，因此第三研磨漿可包括一選擇比，其對于多晶物(poly)與氧化物(poly: oxide)為大于約3。第三研磨漿可包括磨蝕顆粒，例如氣相化的(fomed)二氧化硅(silica; Si02)，其在水溶液中。水溶液可包括堿金屬溶液(alkaline solution)或其他合適的堿性溶液(basicsolution)。因此，第三研磨漿的pH值范圍可介于約9至約12。 二氧化硅的顆粒尺寸范圍可介于約2nm至約50nm。再者，第三研磨漿可包括二氧化硅，其比例范圍介于約0.5%至約12%。
第三化學(xué)機械研磨工藝395可包括以下工藝參數(shù)。第三平臺的旋轉(zhuǎn)速率，其范圍可介于約40 rpm(每分鐘旋轉(zhuǎn)數(shù))至約90 rpm。于半導(dǎo)體裝置300與第三平臺之間可提供的研磨壓力，其范圍介于約0.3 psi(每平方英寸磅)至約3psi。第三研磨漿可以約250 ml/min(每分鐘毫升)的速率散布至第三平臺上。第三化學(xué)機械研磨工藝395可包括安排好的研磨工藝時間，其范圍介于約5秒至約15秒。然而，也可使用其他的研磨時間周期?；蛘?，第三化學(xué)機械研磨工藝395可使用公知的終點檢測系統(tǒng)，以停止第三化學(xué)機械研磨工藝。已發(fā)現(xiàn)第三化學(xué)機械研磨工藝395對多晶物的移除速率約為1600埃/分鐘，且對氧化物的移除速率約為490埃/分鐘。要了解特定的移除速率可根據(jù)第三研磨漿的組成與第三化學(xué)機械研磨工藝的參數(shù)而改變。
在進行第三化學(xué)機械研磨工藝395之后，可在自(圖1的)化學(xué)機械研磨系統(tǒng)100載出半導(dǎo)體裝置300的過程中，進行任選的晶片清洗及平臺清洗。再者，虛置多晶柵極結(jié)構(gòu)332、 334的頂表面露出且準(zhǔn)備好被移除。此外，能精確控制晶體管302、 304的柵極高度，而不會被過研磨(over-polishing)并減少柵極高度。
方法200進行至步驟250，可移除虛置多晶柵極結(jié)構(gòu)332、 334，并以金屬柵極取代。舉例來說，虛置多晶柵極結(jié)構(gòu)可通過蝕刻工藝而移除，借此形成溝槽，且可以一個或更多個金屬層填充溝槽(柵極)。多晶硅通過暴露于含氫氧離子的溶液(例如氫氧化銨)、去離子水、和/或其他適合的溶液中而選擇性的移除。之后，可進行額外的工藝以完成半導(dǎo)體裝置的制造，例如在金屬層上進行化學(xué)機械研磨；形成接觸窗(contact)/介層窗(via);形成多層內(nèi)連結(jié)構(gòu)，其包括金屬層及層間介電質(zhì)；形成保護層等。
在圖3E中，已完成在發(fā)明中可使用的方法200，其中只有一類型裝置(例如nFET或pFET)端(side)的虛置多晶柵極露出。舉例來說，可進行方法200以只打開pFET裝置端，而留下nFET裝置端關(guān)閉。換句話說，可露出pFET裝置端中的虛置多晶柵極334，而留下nFET裝置端中的部分接觸蝕刻停止層360及硬掩模342。之后，可進行化學(xué)機械研磨工藝以打開nFET裝置端。在其他范例中，可進行方法200以只打開nFET裝置端，而留下pFET裝置端關(guān)閉。因此，可露出nFET裝置端中的虛置多晶柵極，而留下pFET裝置端中的部分接觸蝕刻停止層與硬掩模。之后，可進行化學(xué)機械研磨工藝以打開pFET裝置端。
此外，可考慮將各種添加物加至在此所述的研磨漿中。在一些實施例中，添加物可包括有機添加物，例如有機酸、乙二胺四乙酸(ethyene diaminetetraacetic acid; EDTA)、界面活性齊U(surfactant)、及螯合劑。在其他實施例中，添加物可包括無機添加物，例如酸(acid)/堿金屬(alkali)緩沖劑及離子強化(ionicstrength)劑。在其他實施例中，選擇比控制(selectivity control)劑可加至在此所述的研磨漿中。選擇比控制劑可包括富碳的界面活性劑(C-richsurfactant)、富氟的界面活性劑(F-rich surfactant)、及富氫氧離子的界面活性齊U(OH-rich surfactant)。此外，在又另一實施例中，磨蝕顆?？砂ǜ鞣N種類，例如氣相化的(flimed)、膠體(colloidal)、及混合的(例如混合聚合磨蝕物(hybridpolymer abrasive))。
總之，在此所述的方法可使用在具有高起伏表面(high-topogmphy)的柵極
堆迭的柵極置換工藝中(其包括虛置柵極工藝)。接觸蝕刻停止層與層間介電層可沉積于裝置(nFET及pFET，或NMOS及PMOS，或CMOS)上，并填充裝置之間的凹口。第一，可在層間介電層上使用起伏表面研磨漿(topographyslurry),以達到平坦且低起伏的表面。第二，可使用高平坦度研磨漿(highplanarity slurry),以移除虛置柵極上的接觸蝕刻停止層及硬掩模。第三，可使用選擇性的研磨漿(selective slurry),以修飾虛置柵極表面，而移除在半導(dǎo)體制造過程中于虛置柵極及硬掩模之間所形成的界面層。因此，在此所述的方法提供了柵極最后工藝一種可控制且均勻的虛置柵極移除工藝。
因此， 一種進行化學(xué)機械研磨的方法包括加工一半導(dǎo)體基板，以于該基板上形成一虛置柵極結(jié)構(gòu)，于該虛置柵極結(jié)構(gòu)上形成一硬掩模，以及于該硬掩模上形成一層間介電層，以一第一研磨漿進行一第一化學(xué)機械研磨工藝，以修飾該層間介電層其非平坦的起伏表面，以一第二研磨漿進行一第二化學(xué)機械研磨工藝，以移除該硬掩模，以及以一第三研磨漿進行一第三化學(xué)機械研磨工藝，以移除一界面層，該界面層在該半導(dǎo)體工藝中形成于該虛置柵極
及該硬掩模之間。在一些實施例中，該第一研磨漿包括二氧化硅(silica; Si02)，其比例范圍介于約10%至約25%，以及pH值范圍介于約9至約12。在其他實施例中，該第一化學(xué)機械研磨工藝包括約250ml/min的研磨漿散布速率、范圍介于約80 rpm至約120 rpm的旋轉(zhuǎn)速率、范圍介于約1.5 psi至約5 psi的研磨壓力、以及范圍介于約60秒至約90秒的時間周期中的其中一個。在一些其他實施例中，該第一研磨漿不具有選擇比。
在又另一實施例中，該第二研磨漿包括氧化鈰(cerium oxide; Ce02)，其比例范圍介于約0.1%至約8%，以及pH值范圍介于約4至約10。在一些實施例中，該第二化學(xué)機械研磨工藝包括約250ml/min的研磨漿散布速率、范圍介于約60 rpm至約120 rpm的旋轉(zhuǎn)速率、范圍介于約1.5 psi至約5 psi的研磨壓力、以及范圍介于約200秒至約400秒的時間周期中的其中一個。在其他實施例中，該第二研磨漿具有大于約20的選擇比。在一些其他的實施例中，該第三研磨漿包括二氧化硅(silica; Si02)，其比例范圍介于約0.5%至約12%，以及pH值范圍介于約9至約12。在其他實施例中，該第三化學(xué)機械研磨工藝包括約250ml/min的研磨漿散布速率、范圍介于約40 rpm至約卯rpm的旋轉(zhuǎn)速率、范圍介于約0.3psi至約3psi的研磨壓力、以及范圍介于約5秒至約15秒的時間周期中的其中一個。在又其他的實施例中，該第三研磨漿具有大于約3的選擇比。
也提供了一種在一半導(dǎo)體基板上進行化學(xué)機械研磨的方法，該半導(dǎo)體基板具有形成于其上的一虛置柵極、形成于該虛置柵極上的一硬掩模、以及形成于該硬掩模上的一接觸蝕刻停止層及一層間介電層。該方法包括以一第一研磨漿進行一第一化學(xué)機械研磨工藝，以平坦化該層間介電層，以一第二研磨漿進行一第二化學(xué)機械研磨工藝，以移除該接觸蝕刻停止層及該硬掩模，以及以一第三研磨漿進行一第三化學(xué)機械研磨工藝，以移除一界面層，該界面層在半導(dǎo)體工藝中形成于該虛置柵極及該硬掩模之間。在一些實施例中，該第一研磨漿包括二氧化硅(silica; Si02)，其比例范圍介于約10%至約25%，以及pH值范圍介于約9至約12。在其他實施例中，該第二研磨漿包括氧化
14其比例范圍介于約0.1%至約8%，以及pH值范圍 介于約4至約10。在一些其他的實施例中，該第三研磨漿包括二氧化硅(silica; Si02)，其比例范圍介于約0.5%至約12%，以及pH值范圍介于約9至約12。 在又其他的實施例中，該第一、第二、及第三研磨漿各自包括有機酸、EDTA、 界面活性劑、螯合劑、酸/堿金屬緩沖劑、離子強化劑、富碳的界面活性劑、 富氟的界面活性劑、以及富氫氧離子的界面活性劑中的其中一個。在一些實 施例中，該方法更包括在進行該第三化學(xué)機械研磨工藝之后，移除該虛置柵 極，并以一金屬柵極取代。此外，提供了一種進行多平臺(multi-platen)化學(xué)機械研磨的方法，其包 括加工一半導(dǎo)體基板，以于該基板上形成一虛置柵極、于該虛置柵極上形成 一硬掩模、并于包括該硬掩模的該基板上形成一接觸蝕刻停止層及一層間介 電層，進行一第一化學(xué)機械研磨工藝以平坦化該層間介電層，該第一化學(xué)機 械研磨工藝使用一第一平臺及一第一研磨漿，進行一第二化學(xué)機械研磨工藝 以移除該蝕刻停止層及該硬掩模，該第二化學(xué)機械研磨工藝使用一第二平臺 及一第二研磨漿，該第二研磨漿具有大于約20的選擇比，以及進行一第三 化學(xué)機械研磨工藝以移除一界面層，該界面層在該半導(dǎo)體工藝中形成于該虛 置柵極及該硬掩模之間，該第三化學(xué)機械研磨工藝使用一第三平臺及一第三 研磨漿，該第三研磨漿具有大于約3的選擇比。在一些實施例中，該第二研 磨漿對于氧化物及氮化物具有選擇比。在其他實施例中，該第三研磨漿對于 多晶硅及氧化物具有選擇比。在又其他的實施例中，該第一研磨漿包括二氧 化硅(silica; Si02),其比例范圍介于約10%至約25%，以及pH值范圍介于約 9至約12，該第二研磨漿包括氧化鈰(cerium oxide; Ce02)，其比例范圍介于 約0.1%至約8%，以及pH值介于約4至約10;以及該第三研磨漿包括二氧 化硅(silica; Si02)，其比例范圍介于約0.5%至約12%，以及pH值介于約9 至約12。本發(fā)明在此所述的各種實施例具有不同的好處。舉例來說，本發(fā)明所述 的方法提供了在柵極最后工藝中進行化學(xué)機械研磨工藝的方法，其簡單且具 經(jīng)濟效益。因此能夠在柵極最后工藝中精確的控制柵極高度，而不會過研磨 并減少柵極的高度。也降低了在化學(xué)機械研磨工藝中損壞下方層膜的風(fēng)險。 因此，裝置的效能會變得更可預(yù)測且穩(wěn)定。此外，可減少了生產(chǎn)成本，并可提高晶片產(chǎn)能。要了解在此所述不同的實施例具有不同的好處，且所有的實 施例并不一定需要特別的好處。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許更動與 潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。舉例 來說，雖然在此所述的方法是使用在"柵極最后"工藝，而所述的方法也可 使用于混合工藝中，上述混合工藝包括柵極最先工藝以及柵極最后工藝。換句話說， 一些裝置(例如NMOS或PMOS裝置)的金屬柵極可在柵極最先工藝 中形成，而其他一些裝置(例如PMOS或NMOS裝置)可在柵極最后工藝中形 成。
權(quán)利要求
1.一種進行化學(xué)機械研磨的方法，包括加工一半導(dǎo)體基板，以于該基板上形成一虛置柵極結(jié)構(gòu)，于該虛置柵極結(jié)構(gòu)上形成一硬掩模，以及于該硬掩模上形成一層間介電層；以一第一研磨漿進行一第一化學(xué)機械研磨工藝，以修飾該層間介電層其非平坦的起伏表面；以一第二研磨漿進行一第二化學(xué)機械研磨工藝，以移除該硬掩模；以及以一第三研磨漿進行一第三化學(xué)機械研磨工藝，以移除一界面層，該界面層在該半導(dǎo)體工藝中形成于該虛置柵極及該硬掩模之間。
2. 如權(quán)利要求1所述的進行化學(xué)機械研磨的方法，其中該第一研磨槳包 括二氧化硅，其比例范圍介于約10%至約25%，以及pH值范圍介于約9至 約12。
3. 如權(quán)利要求2所述的進行化學(xué)機械研磨的方法，其中該第一化學(xué)機械 研磨工藝包括約250ml/min的研磨漿散布速率、范圍介于約80 rpm至約120 rpm的旋轉(zhuǎn)速率、范圍介于約1.5 psi至約5 psi的研磨壓力、以及范圍介于 約60秒至約90秒的時間周期中的其中一個。
4. 如權(quán)利要求2所述的進行化學(xué)機械研磨的方法，其中該第一研磨漿不 具有選擇比。
5. 如權(quán)利要求1所述的進行化學(xué)機械研磨的方法，其中該第二研磨漿包 括氧化鈰，其比例范圍介于約0.1%至約8%，以及pH值范圍介于約4至約 10。
6. 如權(quán)利要求4所述的進行化學(xué)機械研磨的方法，其中該第二化學(xué)機械 研磨工藝包括約250ml/min的研磨漿散布速率、范圍介于約60 rpm至約120 rpm的旋轉(zhuǎn)速率、范圍介于約1.5 psi至約5 psi的研磨壓力、以及范圍介于 約200秒至約400秒的時間周期中的其中一個。
7. 如權(quán)利要求4所述的進行化學(xué)機械研磨的方法，其中該第二研磨漿具 有大于約20的選擇比。
8. 如權(quán)利要求1所述的進行化學(xué)機械研磨的方法，其中該第三研磨漿包 括二氧化硅，其比例范圍介于約0.5%至約12%，以及pH值范圍介于約9至 約12。
9. 如權(quán)利要求6所述的進行化學(xué)機械研磨的方法，其中該第三化學(xué)機械 研磨工藝包括約250ml/min的研磨漿散布速率、范圍介于約40 rpm至約90 rpm的旋轉(zhuǎn)速率、范圍介于約0.3 psi至約3 psi的研磨壓力、以及范圍介于 約5秒至約15秒的時間周期中的其中一個。
10. 如權(quán)利要求6所述的進行化學(xué)機械研磨的方法，其中該第三研磨槳 具有大于約3的選擇比。
11. 一種在一半導(dǎo)體基板上進行化學(xué)機械研磨的方法，該半導(dǎo)體基板具 有形成于其上的一虛置柵極、形成于該虛置柵極上的一硬掩模、以及形成于 該硬掩模上的一接觸蝕刻停止層及一層間介電層，該方法包括以一第一研磨槳進行一第一化學(xué)機械研磨工藝，以平坦化該層間介電層；以一第二研磨漿進行一第二化學(xué)機械研磨工藝，以移除該接觸蝕刻停止 層及該硬掩模；以及以一第三研磨漿進行一第三化學(xué)機械研磨工藝，以移除一界面層，該界 面層在半導(dǎo)體工藝中形成于該虛置柵極及該硬掩模之間。
12. 如權(quán)利要求11所述的在半導(dǎo)體基板上進行化學(xué)機械研磨的方法，更 包括在進行該第三化學(xué)機械研磨工藝之后，移除該虛置柵極，并以一金屬柵 極取代。
13. —種進行多平臺化學(xué)機械研磨的方法，包括加工一半導(dǎo)體基板，以于該基板上形成一虛置柵極、于該虛置柵極上形 成一硬掩模、并于包括該硬掩模的該基板上形成一接觸蝕刻停止層及一層間 介電層；進行一第一化學(xué)機械研磨工藝以平坦化該層間介電層，該第一化學(xué)機械 研磨工藝使用一第一平臺及一第一研磨漿；進行一第二化學(xué)機械研磨工藝以移除該蝕刻停止層及該硬掩模，該第二 化學(xué)機械研磨工藝使用一第二平臺及一第二研磨漿，該第二研磨漿具有大于 約20的選擇比；以及進行一第三化學(xué)機械研磨工藝以移除一界面層，該界面層在該半導(dǎo)體工 藝中形成于該虛置柵極及該硬掩模之間，該第三化學(xué)機械研磨工藝使用一第 三平臺及一第三研磨漿，該第三研磨漿具有大于約3的選擇比。
14. 如權(quán)利要求13所述的進行多平臺化學(xué)機械研磨的方法，其中該第二 研磨槳對于氧化物及氮化物具有選擇比。
15. 如權(quán)利要求13所述的進行多平臺化學(xué)機械研磨的方法，其中該第三研磨漿對于多晶硅及氧化物具有選擇比。
全文摘要
本發(fā)明提供一種進行化學(xué)機械研磨的方法，包括加工一半導(dǎo)體基板，以于該基板上形成一虛置柵極結(jié)構(gòu)，于該虛置柵極結(jié)構(gòu)上形成一硬掩模，以及于該硬掩模上形成一層間介電層；以一第一研磨漿進行一第一化學(xué)機械研磨工藝，以修飾該層間介電層其非平坦的起伏表面；以一第二研磨漿進行一第二化學(xué)機械研磨工藝，以移除該硬掩模；以及以一第三研磨漿進行一第三化學(xué)機械研磨工藝，以移除一界面層，該界面層在該半導(dǎo)體工藝中形成于該虛置柵極及該硬掩模之間。本發(fā)明的方法，簡單且具經(jīng)濟效益，且不會過研磨并減少柵極的高度。也降低了在化學(xué)機械研磨工藝中損壞下方層膜的風(fēng)險。
文檔編號B24B37/04GK101659034SQ20091016598
公開日2010年3月3日 申請日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月20日
發(fā)明者李勝男, 林煥哲, 陳世昌 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司