[发明专利]一种40nm以下尺寸的器件的化学机械平坦化的工艺方法

说明书

本发明提供了一种化学机械平坦化的工艺方法，包括步骤：采用原子层沉积的方法填充金属钨；进行第一去除工艺和第二去除工艺，以实现金属钨的化学机械平坦化，其中，第二去除工艺中的压力和转速分别小于第一去除工艺中的压力和转速。采用两步去除工艺进行金属钨的化学机械平坦化，后一步去除工艺中压力和转速都有所减小，这样，在第二去除工艺中减小研磨过程中的机械作用，从而，可以降低金属栅顶部的金属损失，提高器件的性能和良率。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种40nm以下尺寸的器件的化学机械平坦化的工艺方法。

背景技术

目前，后栅工艺目前广泛应用于先进的集成电路工艺制造中，其通常是先形成伪栅和源漏区，而后去除伪栅并在栅沟槽中重新填充高k金属栅堆叠的替代栅极。由于栅极形成在源漏极之后，此工艺中栅极不需要承受很高的退火温度，对栅层材料选择更广泛并且更能体现材料本征的特性。

现有技术中多采用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)等常规方法制备Al、Mo等金属作为替代栅极的金属填充层，然而其台阶覆盖性较差，后续的化学机械平坦化(CMP)工艺难以实现对小尺寸器件的超薄金属层的控制，制备的金属层的质量无法满足40nm以下的工艺要求。

原子层沉积(ALD)工艺是基于化学吸收的表面限制反应，能够提供固有的单层沉积，在高深宽比缝隙中具有100％的台阶覆盖率。目前，在后栅工艺中通常采用ALD工艺进行金属钨(W)的填充来形成替代栅极的顶层金属，以提供具有良好台阶覆盖率和缝隙填充能力的高质量金属层，满足40nm以下尺寸的器件的要求。

然而，在目前的工艺条件下，对ALD形成的W的材料移除速率要远远大于CVD形成的W的材料，这样，将会对金属栅顶部造成较大的金属损失(Dishing/Loss)，影响器件性能，甚至造成电路的失效和良率的降低。通过一系列的测试发现，二者移除速率的不同主要是由于形成的金属晶体结构的不同造成的，有效控制ALD形成的W材料的移除速率是ALD形成金属W工艺中的关键问题之一。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷，提供一种40nm以下尺寸的器件的化学机械平坦化的工艺方法，降低金属钨移除速率，提高器件的性能。

本发明提供了一种化学机械化的方法，包括步骤：

在衬底上沉积衬垫层，并在衬垫层上沉积伪栅极；

刻蚀图案化衬垫层和伪栅极，以形成伪栅结构；

去除伪栅极以形成栅沟槽；

依次沉积替代的栅极介质层和金属功函数层；

采用原子层沉积的方法填充金属钨；

进行第一去除工艺和第二去除工艺，以实现金属钨的化学机械平坦化，其中，第二去除工艺中的压力和转速分别小于第一去除工艺中的压力和转速。

可选的，第二去除工艺中抛光液双氧水的浓度小于第一去除工艺中抛光液双氧水的浓度。

可选的，第二去除工艺中抛光液与去离子水的体积比小于第一去除工艺中抛光液与去离子水的体积比。

可选的，第一去除工艺中的压力范围为60-120hpa。

可选的，第一去除工艺中的转速范围为30-80rmp/min。

可选的，第一去除工艺中抛光液双氧水的浓度范围为2-5wt％。

可选的，第一去除工艺中抛光液与去离子水的体积比为1。

本发明实施例提供的化学机械平坦化的工艺方法，采用两步去除工艺进行金属钨的化学机械平坦化，后一步去除工艺中压力和转速都有所减小，这样，在第二去除工艺中减小研磨过程中的机械作用，从而，可以降低金属栅顶部的金属损失，提高器件的性能和良率。