[發明專利]一種高k金屬柵的化學機械研磨工藝建模方法和裝置

有效

• 申請號: 201710325974.0
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN108875098B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 徐勤志;陳嵐;孫旭
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/30
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙秀芹;王寶筠

本申請公開了一種高k金屬柵的化學機械研磨工藝建模方法和裝置。該建模方法和裝置包括：將所述層間介質層研磨后的終止表面形貌融入金屬柵建模過程，建立金屬柵的化學機械研磨工藝仿真模型。如此，該建模方法考慮了高k金屬柵器件的下層結構(即層間介質層)的表面形貌對上層結構(即金屬柵)表面形貌的影響，從而更加準確可靠地模擬高k金屬柵的化學機械研磨工藝，因此，該建模方法考慮考了高k金屬柵的表面形貌的疊層效應，由該建模方法得出的高k金屬柵的化學機械研磨工藝的仿真模型能夠更為準確地反映高k金屬柵化學機械研磨的真實過程，能夠更為準確地模擬芯片表面形貌的實時變化以及圖形依賴的表面缺陷。

技術領域

本申請涉及集成電路制造工藝技術領域，尤其涉及一種高k金屬柵的化學機械研磨工藝建模方法和裝置。

背景技術

進入28納米技術節點，高k金屬柵(high-k metal gate，HKMG)作為主流工藝技術使摩爾定律繼續延續。盡管14納米節點業界廣泛采用三維FinFET器件結構來降低功耗、面積，以此取代平面器件結構，但HKMG仍然在不同節點、不同階段分別扮演不同角色。

目前，業界主要采用“后柵極”工藝的HKMG器件結構，這主要是因為“后柵極”工藝不必經受高溫步驟，可以更加自由地設置和調配柵電極材料的功函數值，使得芯片的穩定性和可靠性更高。然而，“后柵極”工藝面臨更多的工藝難關和設計限制，金屬表面的平坦性極難達標，化學機械研磨(Chemical Mechanical Planarization，CMP)步驟中的不完全研磨將導致金屬沒有去除干凈，從而引起電路短路；而過度拋光會導致柵電極較薄，產生過高的柵電阻和潛在的接觸過刻蝕。此外，嚴重的過度拋光會導致鄰近源/漏區域暴露，使得在后續的啞柵刻蝕去除過程中被攻擊。

因此，在HKMG器件結構制作過程中，CMP的工藝控制至關重要，一個科學合理、準確可靠的CMP工藝模型，可以幫助工藝工程師嚴格控制工藝條件、降低參數優化難度，盡可能減少研磨后的碟形和侵蝕，使得金屬柵表面平坦性達到光刻聚焦深度水平的要求。同時，不同圖形結構的可制造性設計可以使版圖設計人員提前預知設計版圖在實際工藝制造過程中可能出現的熱點區域，為設計者提供修改建議，從而降低流片風險，提高一次流片的成功率。

發明內容

有鑒于此，本申請提供了一種高k金屬柵的化學機械研磨工藝的建模方法和裝置，以建立準確的高k金屬柵CMP工藝仿真模型。

為了達到上述發明目的，本申請采用了如下技術方案：

一種高k金屬柵化學機械研磨工藝的建模方法，其特征在于，所述高k金屬柵的化學機械研磨工藝包括：層間介質層化學機械研磨工藝和金屬柵化學機械研磨工藝；

所述建模方法包括：

對層間介質層化學機械研磨工藝進行建模，得到層間介質層的化學機械研磨工藝仿真模型；

利用所述層間介質層的化學機械研磨工藝仿真模型，計算層間介質層研磨后的終止表面形貌；

將所述層間介質層研磨后的終止表面形貌融入金屬柵建模過程，建立金屬柵的化學機械研磨工藝仿真模型。

可選地，所述層間介質層研磨工藝包括第一研磨階段和第二研磨階段，所述第一研磨階段研磨氧化物層和氮化硅層，所述第二研磨階段研磨氧化物層、氮化硅層、阻擋層以及多晶硅層；

所述對層間介質層化學機械研磨工藝進行建模，得到層間介質層的化學機械研磨工藝仿真模型，具體包括：

對所述第一研磨階段的化學機械研磨工藝進行建模，得到第一研磨階段的化學機械研磨工藝仿真模型；

利用所述第一研磨階段的化學機械研磨工藝仿真模型計算第一研磨階段的終止表面形貌；

以所述第一研磨階段的終止表面形貌作為第二研磨階段的初始表面形貌，建立第二研磨階段的化學機械研磨工藝仿真模型。