TWI532090B - 製造置換型金屬閘極裝置的方法 - Google Patents

Description

製造置換型金屬閘極裝置的方法

本申請案主張2010年10月4日提出的U.S. Provisional Serial No. 61/389,546優先權，並將其整體以提及方式納入本文。

本申請案係關於共同讓渡的申請案：「淺溝渠隔離結構之化學機械平坦化方法」，序號為(TBD)(代理案件表編號YOR920100498US1(163-365))，一併同時提出；「具有覆蓋層遮罩的化學機械平坦化」，序號為(TBD)(代理案件表編號YOR920100499US1(163-369))，一併同時提出；及「用於製造鰭式場效電晶體裝置之化學機械平坦化方法」，序號為(TBD)(代理案件表編號YOR920100537US2(163-372))，一併同時提出，並皆以提及方式納入本文。

本發明係關於半導體的製造及裝置，且更特別係關於高k金屬閘極結構之化學機械平坦化(CMP)的系統及方法，以達成高度平坦的最終結構。

互補式金氧半導體(CMOS)技術的大成功可歸因於電晶體之尺度可調節性。基礎電晶體設計在超過四分之一世紀以來，除了維度以外少有變化。尺度調節的觀念需要將所有實體維度(長度、寬度及厚度)同時降低。因這些實體維度開始趨近分子尺度，要單獨以簡單裝置的尺度調節獲得成效效益已變得極為困難。包含新的裝置結構及物質選擇之一些策略正在發展，意圖擴充平坦的電晶體設計並保留裝置的尺度調節超過約50 nm閘極長度。

一種解決裝置的尺寸調節問題之方法係在閘極結構中使用不同的物質。SiO₂閘極氧化物在過去為能調節CMOS裝置尺寸的物質，以獲得成效增進。電晶體中閘極氧化物的實體厚度已隨閘極長度的降低而降低。對於90 nm節點，例如閘極氧化物的厚度為約12且已報導有8閘極氧化物厚度的實驗性電晶體。然而，持續地調節閘極氧化物尺寸變得極為困難，因為閘極氧化物的SiO₂洩漏隨實體厚度的降低而增加，且SiO₂不再能有效地扮演其閘極介電質的角色。

本發明係關於一種拋光方法，以形成置換型金屬閘極結構，其包括以第一化學機械拋光步驟去除覆蓋層並將頂層平坦化，在閘極結構上方留下經平坦化的厚度。第二化學機械拋光步驟包括厚度的去除，以將下面受覆蓋之閘極結構的介電質表面暴露，其係利用調配來將頂層及下面受覆蓋的表面加以實質上等同拋光的漿料以完成平坦的形貌。第三化學機械拋光步驟，以去除閘極結構的介電質，及將閘極導電體暴露。

說明高k金屬閘極結構之平坦化方法。本策略係使用具有適當選擇比的漿料，在利於其他物質之下將特定物質拋光，以達到高度平坦的最終結構。在高k金屬閘極裝置的情況下，提供三步驟的CMP方法。第一步驟為以氧化物選擇性漿料的平坦化步驟，停留在氧化物殘留300至約600。第二步驟包含以對氧化物、氮化物及多晶矽(多晶Si)的選擇比為1:1:1之漿料加以拋光。下一步驟，使用對氮化物為高拋光速率且對氧化物及多晶Si為極低拋光速率之漿料。也揭示使用於各種拋光步驟的漿料組成物。

一種將置換型金屬閘極結構拋光的方法，以將氧化物層平坦化及將下面的氮化物與多晶矽受覆蓋的區域暴露，其包含：第一化學機械拋光步驟，以去除覆蓋層並將氧化物層平坦化，使保留300至600的氧化物；第二化學機械拋光步驟，包括去除氧化物層，並將下面氮化物及多晶矽受覆蓋表面暴露，使氧化物：氮化物：多晶矽的選擇比為約1:1:1至約2:1:1，以提供平坦的形貌；第三化學機械拋光步驟，以去除氮化物層，並將多晶矽層暴露；及以金屬層取代至少一部份的多晶矽層，以形成金屬閘極結構。

與所附圖形一併閱讀以下說明性具體實例的詳細描述，將使這些及其他特徵與優點顯而易見。

如本原則，說明高k金屬閘極結構之平坦化方法。策略係使用具有適當選擇比的漿料，在利於其他物質之下將特定物質拋光，以達到高度平坦的最終結構。在高k金屬閘極裝置的情況下，提供三步驟的CMP方法。在一具體實例中，以具氧化物層選擇性的漿料進行平坦化步驟，停留在氧化物殘留約300至約600。下一步驟包含以對氧化物、氮化物及多晶矽的選擇比為1:1:1之漿料加以拋光。然後，使用對氮化物為高拋光速率且對氧化物及多晶矽為極低拋光速率之漿料加以拋光。揭示使用於各種拋光步驟的漿料組成物。

應瞭解的是圖形中的流程及方塊圖在一些替代的執行例中可不依圖形指示的順序進行。例如，在連續顯示的二個方塊中，視所包含的功能性而定，事實上可實質地同時執行，或有時可以相反順序執行方塊。

也應瞭解的是以所給的說明性架構的詞語說明本發明，然而，其他架構、結構、基板物質及方法特徵與步驟可在本發明的範圍內變化。整篇揭示說明氧化物、氮化物及多晶矽物質。然而，這些物質為說明性且也可考量在本發明範圍內的其他物質。此外，整篇揭示說明厚度維度。這些厚度維度為說明性且可如本原則使用其他維度。

在此所述的裝置可為積體電路晶片設計的一部份。晶片設計可用圖解的電腦程式語言加以產生，並儲存在電腦儲存媒體中(例如磁碟、磁帶、實體硬碟機、或例如儲存擷取網路中的虛擬硬碟機)。若設計者未製造晶片或使用光刻遮罩製造晶片，設計者可用物理性機構(例如提供將設計儲存的儲存媒體之複本)傳達所得的設計、或直接或間接地以電子方式(例如經由網路)至該實體。再將經儲存的設計轉換成適當的格式(例如GDSII)，供光刻遮罩的製造，其通常包括論及之在晶圓上形成晶片設計的多個複本。光刻遮罩係用以界定待蝕刻或其他處理的晶圓(及/或其上之層)範圍。

在此所述的方法可用以製造積體電路晶片。所得的積體電路晶片可由作為空模的粗晶圓形式(亦即具有多重未封裝晶片的單一晶圓)或以封裝形式之製造者加以分配。在後者中，晶片係以單一晶片封裝(例如具有固定於主機板的導線之塑膠載體，或其他更高階的載體)或以多重晶片封裝(例如具有表面互連或埋設的互連中之一或二者的陶瓷載體)加以安裝。在任一情況下，再將晶片與其他晶片、不連續的電路元件、及/或其他訊號處理裝置加以整合，作為(a)中間產品、例如主機板或(b)最終產品的一部份。最終產品可為包括積體電路晶片、範圍自玩具及其他低階應用至具有顯示器、鍵盤或其他輸入裝置、及中央處理器之高等電腦產品的任何產品。

高介電常數(高k)物質例如鉿及鋯系氧化物及矽酸鹽明顯降低漏電(例如100倍)，便可在較高厚度下之例如SiO₂使用。然而，在多晶矽閘極中以高k物質取代SiO₂會導致二個主要問題。因為在閘極介電質/多晶矽閘電極界面形成缺陷，電晶體切換的電位(門檻電位V_t)變得太高。其次，裝置通道中的電子移動性因表面的聲子散射而嚴重劣化。此二個問題影響電晶體的切換速度。使用具適當功函數的金屬閘極可提供正確的門檻電位(V_t)且明顯降低通道移動性的劣化。由高k閘極介電質及金屬閘極的組合，可明顯增進電晶體的成效，且尺寸調節使低於約50 nm變成可能。

對於以習用的CMOS處理之金屬閘極裝置製造，使用高溫的摻雜劑活化。大多數功函數高的金屬在這些溫度下相當穩定。然而，在高k介電質及功函數金屬之間的界面對於高溫處理很敏感，且界面特徵發生明顯的變化。此由V_t的變化及裝置的可靠性降低而證實。因此，使用於金屬閘極堆疊的物質決定裝置整合的運作途徑。

可承受高溫處理之具堆疊物質的金屬閘極結構可與閘極優先(gate first)之製造方法整合，其可與習用的CMOS處理相容。無法承受高溫處理之任何具堆疊物質的金屬閘極結構需要在所有前端處理步驟之後才建構，包括高溫界面活化。此整合方法包含犧牲性多晶矽閘極的製造及以金屬閘極置換這些犧牲性閘極(因此名為：置換型金屬閘極)。

現在參考圖式，其中相同的數字代表相同或類似的元件，且初始由圖1A至1F，示意顯示如本原則之高k金屬閘極結構製造之方法流程，包括閘極最後(gate-last)或鑲嵌(damascene)金屬閘極流之數個化學機械拋光(CMP)步驟。以下敘述示意說明在矽基板上使用氧化物、氮化物及多晶矽之方法流程。然而，應瞭解的是可使用其他物質。

圖1A中，裝置10包括在基板12上形成的閘極氧化物層14。基板12可包括整體矽物質、其他整體物質或可包括在絕緣體上的半導體(SOI)結構。可使用其他物質或結構。多晶矽層16在氧化物14上形成，接著為氮化物層18。將層的堆疊(氧化物14、多晶矽16及氮化物18)型樣，以形成閘極堆疊。在特別有用的具體實例中，層14可包括二氧化矽或其他高k介電物質，例如鉿等金屬的氧化物及矽酸鹽。

圖1B中，在閘極堆疊的側牆上形成隔板20。該隔板可由SiN的快速高溫化學蒸汽沈積(RTCVD)或同等方法而形成。可接著將隔板深蝕刻以完成隔板20。使用矽化方法以形成矽化的介面22。

現在說明高k金屬閘極裝置的平坦化方法。在圖1C中，氧化物層24在閘極結構及相鄰的矽化區域22上形成。在圖1D中，去除過多的氧化物覆蓋層，以形成表面26。在一具體實例中，在拋光後大約300至600的氧化物保留在氮化物18之上。對於此平坦化，可使用具有氧化物對氮化物選擇比例如4:1的氧化物拋光漿料或氧化鈰/界面活性劑系漿料。

在圖1E中，以具有氧化物對氮化物拋光速率選擇比大約1:1漿料進行另一平坦化。此對結構的各種部分之氧化物及氮化物達到相等的拋光速率，以避免因該二種物質例如氧化物24及氮化物18與20的拋光速率差異而引起碟化及侵蝕。在此步驟後，保留約100至200的氮化物18，以形成表面28。在此步驟後，氧化物24較佳為完全自閘極結構上去除，且氮化物18與20暴露於晶片各處。為確保無氧化物24留在氮化物18與20的頂部，可使用例如稀HF之額外的濕式蝕刻。

在圖1F中，下一步驟為拋光氮化物18及暴露多晶矽16。此由具有對氮化物18、20為高選擇比而對氧化物24及多晶矽16很低拋光速率之漿料而完成。本方法的一個優點為提供使用具有不同選擇比之漿料的彈性，以達成高度平坦後拋光形貌(表面30)。此方法使用能對氧化物24、氮化物18、20及多晶矽16層提供不同拋光速率的漿料，其可變化以達成高度平坦後拋光形貌。在隨後的步驟中，將多晶矽16整個或部分去除(犧牲性多晶矽閘極)，並由經去除多晶矽的金屬加以置換。該金屬形成金屬閘極結構(因此名為置換型金屬閘極)。可形成例如銅、鋁、銀、金等之金屬以取代多晶矽16。此提供具有金屬閘極導電體的閘極介電質14層(例如SiO₂或高k介電質)(以形成與高k金屬閘極結構相容的結構)。

高k金屬閘極應用之三步驟CMP方法的漿料組成物可包括如下。使用CMP漿料以達成圖1D，當去除整個氧化物覆蓋層時，降低了大的初始形貌，且使半導體裝置(模)上各處留下約300的平坦氧化物層24。因為在拋光的初始階段希望高的氧化物去除速率且實質上未將氮化物表面暴露，漿料選擇比並非因子。此可由具有氧化物對氮化物選擇比為約例如4:1的氧化物拋光漿料而達成。氧化物漿料可包含如氫氧化鉀或氫氧化銨的鹼性化合物及選自發煙氧化矽及膠體氧化矽的氧化矽研磨劑。然而，為增進平坦性及達到橫跨各種型樣密度之均勻的氧化物厚度，可能需要對氧化物漿料使用添加劑。也可在此步驟中使用氧化鈰/界面活性劑系統，以達到希望的平坦性及均勻度。

對於CMP漿料以達成圖1E及/或1F，去除殘留約300的氧化物層24，暴露底下的表面(氮化物18、20)，及達到無缺陷(例如拋光刮痕、凹洞及其他污點)之高度平坦的最終表面28。為達到高平坦性，需要具有對氧化物24、氮化物18、20及多晶矽16覆蓋的表面為大致相同的拋光速率。氧化物、氮化物及多晶矽的拋光速率不應該很高，因為如此會無可避免地導致不良的可控制性。因此，會高度希望有對該三種物質的拋光速率在約300至約600/分鐘範圍內的漿料。此將提供具有良好可控制性之適當的拋光時間，及容許過度拋光邊緣以將難以拋光的結構平坦化。

不同物質的拋光速率隨著線寬、型樣(pattern)密度及實際電路配置中的特徵(feature)尺寸而變。在經型樣的結構中，不同物質的局部拋光速率為包覆層晶圓中相同物質的拋光速率之極複雜的函數。因此，需要能將經型樣的晶圓拋光及實驗地測量平坦性而將漿料的選擇比最佳化，以確保達到希望的目標。因為模的配置在技術節點之間、且甚至在相同技術節點的不同產品之間會變化，高度希望能夠以變化漿料中成份的濃度而改變拋光速率的選擇比。因此，在可使用於廣泛範圍的產品及技術節點的漿料系統範圍內，拋光速率的選擇比應為「可調整」的。調整拋光速率選擇比的能力為圖1E及1F拋光步驟中使用本方法以達到高度平坦的最終表面之因子。

如本具體實例的漿料可包括以下成份：a)研磨劑，b)pH調節劑，c)有機酸。a)研磨劑：研磨劑可為至少一種選自無機及/或有機物質之類型的研磨劑顆粒。無機研磨劑顆粒的實例包括氧化矽、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化鈰等。氧化矽的實例可包括發煙氧化矽、以溶膠方法合成的氧化矽、及膠體氧化矽。將四氯化矽與氧及水在氣態下反應，可獲得發煙氧化矽。將烷氧基矽化合物加以水解及/或縮合，可獲得以溶膠方法合成的氧化矽。將經純化的矽化合物於溶液相中水解，可獲得膠體氧化矽。有機顆粒的實例可包括聚氯乙烯、苯乙烯(共)聚合物、聚縮醛、聚酯、聚醯胺、聚碳酸酯、烯屬烴(共)聚合物、苯氧基樹脂、及丙烯酸(共)聚合物。烯屬烴(共)聚合物的實例包括聚乙烯、聚丙烯、聚-1-丁烯、及聚-4-甲基-1-戊烯。丙烯酸(共)聚合物的實例包括聚甲基異丁烯酸酯等。研磨劑的平均顆粒直徑可在5至500 nm的範圍內，更佳為20至150 nm。使用具有平均顆粒直徑在此範圍內的研磨劑顆粒可達成適當的拋光速率。該膠體氧化矽可由商業中獲得(例如得自日本Fuso化學有限公司)，具有主要顆粒直徑例如為35 nm。此膠體氧化矽研磨劑為商業氧化矽研磨劑的實例，且以其容量使用於在此提及的所有實例中。

b)pH調節劑：如一具體實例漿料的pH在1至11的範圍內，且較佳為2至6。將漿料的pH調整在此範圍內的值可達成適當的拋光速率。pH調節劑的實例可包括有機鹼、無機鹼、及無機酸。有機鹼的實例可包括氫氧化四甲基銨、三乙基胺等。無機鹼的實例可包括氫氧化銨、氫氧化鉀、及氫氧化鈉。無機酸的實例可包括硝酸、硫酸、磷酸、及氫氯酸。

c)有機酸：有機酸係使用作為氮化物拋光的促進劑。可使用各種有機酸，例如一元酸(例如單羧酸)、二元酸(例如二羧酸)、多元酸(例如多羧酸)、及具有取代基(羥基、胺)的羧酸。該有機酸的實例可包括飽和酸、不飽和酸、芳族酸、及脂族酸。飽和酸的實例可包括甲酸、乙酸、丁酸、草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、及己二酸。含有羥基的酸實例可包括乳酸、蘋果酸、酒石酸、及檸檬酸。不飽和酸的實例包括順丁烯二酸、及反丁烯二酸。芳族酸的實例可包括苯甲酸、及鄰苯二甲酸。較佳為使用具有二個或多個羧酸基的有機酸，以獲得高的氮化物拋光速率。也可使用這些有機酸的鉀或銨鹽類。

其他成份：漿料中添加進其他成份，可提供調整氧化物對氮化物(及對多晶矽)的選擇比。如這些具體實例的漿料若需要可包括界面活性劑。界面活性劑的實例可包括陰離子性、非離子性、及陽離子性界面活性劑。陰離子性界面活性劑的實例可包括含有至少一種選自羧基(-COOX)、磺酸基(-SO₃X)、及磷酸基(-HPO₄X)(其中X代表氫、銨、或金屬)之官能基的界面活性劑。陰離子性界面活性劑的實例可包括脂族及芳族硫酸鹽及磺酸鹽、及磷酸鹽。可使用例如十二基苯磺酸鉀、十二基苯磺酸銨、烷基萘磺酸鈉、烷基磺琥珀酸鹽、烷烯基琥珀酸鉀的化合物。可使用如油酸鉀的脂肪酸鹽類。這些陰離子性界面活性劑可單獨或與其他界面活性劑組合使用。非離子性界面活性劑的實例包括聚氧乙烯烷基醚、環氧乙烷-環氧丙烷嵌段共聚物、乙炔二醇、乙炔二醇的環氧乙烷添加產物、乙炔醇等。要注意的是也可使用例如聚乙烯醇、環糊精、聚乙烯基甲基醚、或羥基乙基纖維素的非離子性聚合物。陽離子性界面活性劑的實例可包括脂族胺鹽類、及脂族銨鹽類。此外，在拋光以控制選擇比時，也可添加例如聚(丙烯酸)及其例如鈉、鉀、及銨鹽類之多元電解質。利用以下的實例，本具體實例可包括進一步說明之漿料成份功能。要注意的是本發明並不受限於以下實例。

實例1：適用於達成圖1E的漿料包括：在0.5至30重量%範圍內的氧化矽研磨劑，較佳範圍為5至10重量%；在0.5至50 g/L範圍內的有機酸，較佳範圍為3至25 g/L；在0.01至5 g/L範圍內的酸性pH調節劑，較佳範圍為0.1至2.0 g/L；在0至5 g/L範圍內的鹼性pH調節劑，較佳範圍為0至2 g/L，漿料pH在1至11範圍內，較佳範圍為2至6。

實例2：實例1的調合物之一實例包括：分散於水中之5重量%的膠體氧化矽研磨劑，5 g/L的檸檬酸，0.25至0.35 g/L的磷酸，0.1至0.5 g/L的氫氧化銨，pH在2至5的範圍內，較佳的pH為約4。

實例3：實例1的調合物之另一實例包括：分散於水中之10重量%的膠體氧化矽研磨劑，10 g/L的檸檬酸，1至2 g/L的磷酸，0.1至2.0 g/L的氫氧化銨，pH在2至5的範圍內。

在另一具體實例中，漿料包括二部份：第1部份-氧化矽研磨劑漿料、有機酸、及酸性pH調節劑；第2部份-鹼性pH調節劑及酸性pH調節劑。漿料可供應至拋光桌作為二種成份，且使其在該拋光桌上混合，以產生具有想要的最終組成物之漿料。由使用相同或不同的漿料流量，可在拋光時變化漿料組成物，以獲得氧化物及氮化物在不同拋光階段下想要的拋光速率。在另一實例中，起始時使用第1部份及第2部份，且在一定時間之後，關閉第2部份，以產生與原來調合物具有不同的氧化物對氮化物選擇比之漿料。在拋光進行時，保持一種成份的流量固定及變化其他，可達成類似的效應。

在另一具體實例中，漿料包括二部份：第1部份-氧化矽研磨劑漿料、有機酸及酸性pH調節劑；第2部份-氧化矽研磨劑漿料、鹼性pH調節劑及酸性pH調節劑。漿料可供應至該桌作為二種成份，且使其在該拋光桌上混合，以產生具有想要的最終組成物之漿料。由使用相同或不同的漿料流量，可在拋光時變化漿料組成物，以獲得氧化物及氮化物在不同拋光階段下想要的拋光速率。起始時使用第1部份，且在一定時間之後，關閉第1部份並開啟第2部份，以產生與原來調合物具有不同的氧化物對氮化物選擇比之漿料。

適用於達成圖1F之漿料應該具有高的氮化物對氧化物的選擇比而對氧化物及多晶矽無明顯的拋光速率。

實例4：達成圖1F之漿料可包括：分散於水中之5重量%的膠體氧化矽研磨劑，5 g/L的檸檬酸，0.25至0.35 g/L的磷酸，pH在2至3的範圍內。

實例5：實例4的調合物之一實例包括：5至10重量%的膠體氧化矽研磨劑，0.1至10 g/L的無機酸，pH在2至6的範圍內。較佳的無機酸為磷酸。

參考圖2，方塊/流程圖顯示對形成置換型高k金屬閘極結構之拋光方法。在一具體實例中，使用三個拋光步驟，將氧化物層平坦化及將下面的氮化物與多晶矽覆蓋的區域暴露。方塊102中，提供閘極堆疊。閘極堆疊較佳包括會被取代出來而有助於金屬閘極導電體的物質。方塊104中，進行第一步驟化學機械拋光(步驟1)，以去除覆蓋層並將頂層(例如氧化物層)平坦化，使保留例如300至600的厚度。此拋光可由含有氧化矽研磨劑的氧化物漿料或含有氧化鈰研磨劑與界面活性劑的漿料而完成。

方塊106中，第二化學機械拋光(步驟2)去除頂層(氧化物)的剩餘部分，並將下層(若存在之氮化物或多晶矽)表面暴露，以使氧化物：氮化物：多晶矽的選擇比為約1:1:1至2:1:1，以完成高度平坦的形貌。在一具體實例中，下層為在閘極堆疊上形成的介電層(氮化物)。步驟2拋光的漿料包括分散於水性溶液中自0.5至30重量%的氧化矽研磨劑、0.01至30 g/L範圍內的有機酸、0.01至10 g/L範圍內的酸性pH調節劑、0至15 g/L範圍內的鹼性pH調節劑。步驟2漿料的pH範圍為1至11。

步驟2漿料的較佳組成物包括分散於水中之5重量%的膠體氧化矽研磨劑、0.5至50 g/L的具有二個或多個羧酸基之有機酸、0.25至0.35 g/L的無機酸、0.1至1.0 g/L的無機鹼、pH在2至5的範圍內、較佳pH為4。

在一具體實例中，漿料可使用作為方塊108中的二部份漿料，其具有以下組成份：第1部份-0.5至30%氧化矽研磨劑漿料、0.5至50 g/L有機酸、0.01至5 g/L酸性pH調節劑；第2部份-0.01至5 g/L鹼性pH調節劑、0.01至50 g/L酸性pH調節劑。漿料可供應至拋光桌作為二種成份，且使其在該拋光桌上混合，以產生具有想要的最終組成物之漿料。由使用相同或不同的漿料流量，可在拋光時變化漿料組成物，以獲得氧化物及氮化物在不同拋光階段下想要的拋光速率。

在另一具體實例中，漿料可使用作為二部份漿料，其具有以下組成份：第1部份-0.5至30%氧化矽研磨劑漿料、0.5至50 g/L有機酸、0.01至5 g/L酸性pH調節劑；第2部份-0.5至30%氧化矽研磨劑漿料、0.01至5 g/L鹼性pH調節劑、0.01至50 g/L酸性pH調節劑。漿料可供應至該桌作為二種成份，且使其在該拋光桌上混合，以產生具有想要的最終組成物之漿料。由使用相同或不同的漿料流量，可在拋光時變化漿料組成物，以獲得氧化物及氮化物在不同拋光階段下想要的拋光速率。之後，可使用稀HF濕式蝕刻，以確保方塊110之結構中(氮化物表面)的所有位置完全不含氧化物。

在方塊112中，第三化學機械拋光去除(閘極的)氮化物層及暴露閘極導電體(閘極堆疊的多晶矽層)。步驟3的漿料能夠對氮化物提供高拋光速率及對氧化物與多晶矽為低拋光速率。該漿料的組成物可包括：5至10重量%的膠體氧化矽研磨劑、0.1至10 g/L的無機酸、pH在2至6的範圍內。在方塊113中，可使用二部份漿料(見方塊108)。

在方塊114中，閘極導電體(犧牲性多晶矽)以金屬層置換。方塊116中的處理持續以完成裝置。

已描述製造置換型金屬閘極裝置的系統及方法之較佳具體實例(其用以說明但非限制)，應注意的是，熟悉本技藝者依照上述的教導可進行修改及變化。所以，應瞭解在揭示的特殊具體實例中所作的改變係在隨附申請專利範圍所界定之本發明的範圍內。因此，如專利法所要求的本發明已述的觀點、細節及特殊性，受專利證書所保護之主張及希望者列舉於隨附的申請專利範圍中。

10．．．裝置

12．．．基板

14．．．氧化物

16．．．多晶矽

18．．．氮化物

20．．．隔板

22．．．矽化的介面

24．．．氧化物層

26．．．表面

28．．．最終表面

30．．．表面

由以下較佳具體實例的描述並參考以下圖形，提供本揭示的細節，其中：

圖1A至1F為顯示如一具體實例製造置換型高k金屬閘極結構之方法步驟橫剖面圖；及

圖2顯示如本原則置換型高k金屬閘極結構之多步驟拋光方法的方塊/流程圖。

Claims (24)

1. 一種拋光以形成置換型金屬閘極結構之方法，其包含：第一化學機械拋光步驟，去除覆蓋層並將頂層平坦化，在閘極結構上方留下經平坦化的厚度，其中該頂層包括氧化物；第二化學機械拋光步驟，包括經平坦化厚度的去除，以將下面受覆蓋之閘極結構的介電質表面暴露，其中該下面受覆蓋之閘極結構的介電質表面包括氮化物及多晶矽，此步驟利用調配來將頂層及下面受覆蓋的表面以實質上等同拋光速率來拋光的漿料以完成平坦的形貌；及第三化學機械拋光步驟，以去除閘極結構的介電質，及將閘極導電體暴露。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該經平坦化的厚度介於約300至約600Å。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中第二化學機械拋光步驟利用的漿料具有氧化物：氮化物：多晶矽拋光速率選擇比為約1：1：1至約2：1：1。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第二化學機械拋光步驟利用的漿料包括以0.5至30重量%分散於水性溶液中的氧化矽研磨劑。
5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該漿料包括範圍為0.01至30g/L的有機酸。
6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該漿料包括範 圍為0.01至10g/L的酸性pH調節劑。
7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該漿料包括範圍為0至15g/L的鹼性pH調節劑。
8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該漿料包括pH範圍為1至11。
9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第二化學機械拋光步驟利用的漿料包括分散於水中之5重量%的膠體氧化矽研磨劑、0.5至50g/L的具有二個或多個羧酸基之有機酸、0.25至0.35g/L的無機酸、0.1至1.0g/L的無機鹼且pH在2至5的範圍內。
10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第二化學機械拋光步驟利用的漿料包括如下組成的二部份漿料：具有0.5至30%氧化矽研磨劑漿料、0.5至50g/L有機酸、及0.01至5g/L酸性pH調節劑之第一部份；及具有0.01至5g/L鹼性pH調節劑及0.01至50g/L酸性pH調節劑之第二部份。
11. 如申請專利範圍第10項之方法，其進一步包含供應漿料至拋光桌，作為在該拋光桌上混合的二種成份，以產生最終組成物，及使用相同或不同的漿料流率，以改變拋光時的漿料組成物。
12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第二化學機械拋光步驟利用的漿料包括如下組成的二部份漿料：具有0.5至30%氧化矽研磨劑漿料、0.5至50g/L有機酸、及0.01至5g/L酸性pH調節劑之第一部份；及 具有0.5至30%氧化矽研磨劑漿料、0.01至5g/L鹼性pH調節劑及0.01至50g/L酸性pH調節劑之第二部份。
13. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含濕式蝕刻，以確保自閘極結構的介電質將頂層完全去除。
14. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第三化學機械拋光步驟包括對閘極結構的介電質能有較高拋光速率且對頂層及閘極導電體有較低拋光速率的漿料。
15. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第三化學機械拋光步驟包括漿料組成物，其含5至10重量%的膠體氧化矽研磨劑、0.1至10g/L的無機酸、且pH在2至6的範圍內。
16. 一種將置換型金屬閘極結構拋光之方法，以將氧化物層平坦化及將下面的氮化物與多晶矽受覆蓋的區域暴露，其包含：第一化學機械拋光步驟，以去除覆蓋層並將氧化物層平坦化，使保留300至600Å的氧化物；第二化學機械拋光步驟，包括去除氧化物層，並將下面氮化物及多晶矽受覆蓋表面暴露，使氧化物：氮化物：多晶矽的拋光速率選擇比為約1：1：1至約2：1：1，以提供平坦的形貌；第三化學機械拋光步驟，以去除氮化物層，並將多晶矽層暴露；及以金屬層取代至少一部份的多晶矽層，以形成金屬閘極結構。
17. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該第二化學 機械拋光步驟包括漿料，其含有分散於水性溶液中自0.5至30重量%的氧化矽研磨劑、0.01至30g/L範圍內的有機酸、0.01至10g/L範圍內的酸性pH調節劑、0至15g/L範圍內的鹼性pH調節劑、且pH範圍為1至11。
18. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該第二化學機械拋光步驟包括之漿料具有分散於水中之5重量%的膠體氧化矽研磨劑、0.5至50g/L的具有二個或多個羧酸基之有機酸、0.25至0.35g/L的無機酸、0.1至1.0g/L的無機鹼，pH在2至5的範圍內。
19. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該第二化學機械拋光步驟包括含有如下組成的二部份漿料：具有0.5至30%氧化矽研磨劑漿料、0.5至50g/L有機酸、及0.01至5g/L酸性pH調節劑之第一部份；及具有0.01至5g/L鹼性pH調節劑及0.01至50g/L酸性pH調節劑之第二部份。
20. 如申請專利範圍第16項之方法，其進一步包含供應漿料至拋光桌，作為在該拋光桌上混合的二種成份，以產生最終組成物，及使用相同或不同的漿料流率，以改變拋光時的漿料組成物。
21. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該第二化學機械拋光步驟包括含有如下組成的二部份漿料：具有0.5至30%氧化矽研磨劑漿料、0.5至50g/L有機酸、及0.01至5g/L酸性pH調節劑之第一部份；及具有0.5至30%氧化矽研磨劑漿料、0.01至5g/L鹼性 pH調節劑及0.01至50g/L酸性pH調節劑之第二部份。
22. 如申請專利範圍第16項之方法，其進一步包含濕式蝕刻，以確保自閘極結構的氮化物將氧化物層完全去除。
23. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該第三化學機械拋光步驟包括對閘極結構的氮化物能有較高拋光速率且對氧化物及多晶矽有較低拋光速率的漿料。
24. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該第三化學機械拋光步驟包括漿料組成物，其含5至10重量%的膠體氧化矽研磨劑、0.1至10g/L的無機酸、且pH在2至6的範圍內。