[发明专利]控制替代栅极结构高度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术，特别涉及一种控制替代栅极结构高度的方法。

背景技术

随着集成电路制造技术的不断发展，MOS晶体管的特征尺寸也越来越小，为了降低MOS晶体管栅极的寄生电容，提高器件速度，高K栅介电层与金属栅极的栅极叠层结构被引入到MOS晶体管中。为了避免金属栅极的金属材料对晶体管其他结构的影响，所述金属栅极与高K栅介电层的栅极叠层结构通常采用“后栅(gate last)”工艺制作。所述后栅工艺的具体步骤包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有替代栅极结构和位于所述半导体衬底上覆盖所述替代栅极结构的刻蚀阻挡层，在所述刻蚀阻挡层表面形成层间介质层；以所述替代栅极结构表面作为停止层，对所述层间介质层和刻蚀阻挡层进行化学机械研磨；除去所述替代栅极结构后形成沟槽；通过物理气相沉积或金属靶溅射的方法向所述沟槽内填充金属，以形成金属栅电极层；用化学机械研磨法研磨金属栅电极层直至露出层间介质层，形成金属栅极。

但是利用现有技术的化学机械研磨工艺不容易控制替代栅极结构的高度，最终形成的金属栅极较密区域的栅极高度低于金属栅极较疏区域的栅极高度，并会对栅极之间的层间介质层进行过研磨，形成凹陷区，在后续形成金属栅极的研磨步骤时容易导致金属残留，且所述栅极高度不均匀会影响最终形成的半导体器件的电学性能和晶片良率。

公开号为US2010/0048007A1的美国专利文献公开了一种利用化学机械研磨工艺形成金属栅极的方法，但利用所述方法仍不能有效地控制栅极的高度，消除对栅极结构之间的层间介质层的过研磨。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种控制替代栅极结构高度的方法，通过对层间介质层进行回刻蚀，可有效控制不同区域的替代栅极结构的高度，防止对栅极结构之间的层间介质层进行过研磨。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种控制替代栅极结构高度的方法，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底表面形成有若干替代栅极结构，所述替代栅极结构和半导体衬底表面形成有刻蚀阻挡层，所述刻蚀阻挡层表面形成有层间介质层；

对所述层间介质层进行第一化学机械研磨，直至暴露出所述替代栅极结构表面的刻蚀阻挡层；

对所述替代栅极结构之间的层间介质层进行回刻蚀，使得所述层间介质层表面与替代栅极结构表面的高度相适应；

对所述替代栅极结构表面的刻蚀阻挡层进行第二化学机械研磨，直到暴露出所述替代栅极结构表面。

可选的，所述层间介质层回刻蚀的厚度范围为

可选的，所述回刻蚀后的层间介质层的表面与替代栅极结构的表面两者的高度差的范围为小于或等于

可选的，所述回刻蚀的工艺为湿法刻蚀或干法刻蚀。

可选的，所述湿法刻蚀的溶液为氢氟酸溶液。

可选的，所述干法刻蚀为利用物理和化学机理共同作用的干法刻蚀工艺。

可选的，第二化学机械研磨后，所述层间介质层和替代栅极结构的表面位于同一平面。

可选的，所述第二化学机械研磨对刻蚀阻挡层和层间介质层的刻蚀选择比大于5∶1。

可选的，所述第二化学机械研磨对层间介质层和替代栅极结构的多晶硅栅极的研磨速率选择比小于2∶1且大于1∶2。

可选的，所述第二化学机械研磨对层间介质层和替代栅极结构的多晶硅栅极的研磨速率选择比为1∶1。

可选的，所述化学机械研磨的研磨液的研磨颗粒包括氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化铈、氧化锰其中一种。

可选的，所述刻蚀阻挡层的材料为氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅其中的一种或几种。

可选的，所述刻蚀阻挡层的形成工艺为化学气相沉积。

可选的，所述层间介质层的材料为氧化硅、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃、正硅酸乙酯其中一种或几种。

可选的，所述层间介质层的形成工艺为化学气相沉积。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

对所述层间介质层进行第一化学机械研磨，暴露出所述替代栅极结构表面的刻蚀阻挡层后，先对所述替代栅极结构之间的层间介质层进行回刻蚀，使得所述替代栅极结构表面的刻蚀阻挡层周围的层间介质层都被刻蚀掉，不会因为层间介质层而影响刻蚀阻挡层的研磨速率，每个替代栅极结构表面承受的压力都相同，使得不管是替代栅极结构密度较大的区域还是替代栅极结构密度较小的区域的刻蚀阻挡层的研磨速率都相同，研磨后不同区域的替代栅极结构的高度都相同，从而有效的控制了替代栅极结构的高度，最后形成金属栅极的高度也相同。