CMP)系统100的框 图。如图1所示，CMP系统100包括抛光单元102和清洗单元104。抛光单元102和清洗 单元104可连接至计算机110以控制抛光单元102和/或清洗单元104实施可编程工艺。 抛光单元102和清洗单元104也可连接至臭氧（0 3)/去离子水（DIW)生成器112,该生成器 112配置成生成03/DIW且将03/DIW提供给抛光单元102和清洗单元104。尽管未示出，但 是在一些实施例中，CMP系统100还可包括干燥单元和一个或多个机械手，干燥单元配置成 干燥包括半导体结构的清洗后的晶圆，一个或多个机械手配置成同时或分别将一个或多个 晶圆转移到CMP系统内并对其进行处理或从CMP系统转移出一个或多个晶圆并对其进行处 理，以及在CMP系统的不同单元之间进行转移和处理。
[0032] 抛光单元102可包括用于平坦化晶圆中的金属层和/或介电层的组件，诸如，配置 成抛光和磨光晶圆的表面的一个或多个抛光垫。抛光单元102还可包括一个或多个抛光 头、抛光浆供应机构、水供应机构、晶圆加载机构、和其他必要的组件。在一些实施例中，CMP 衆可悬浮在诸如氢氧化钾或氢氧化按的温和蚀刻剂中。CMP衆可包括硝酸铁、过氧化氢、碘 酸钾、氨、二氧化娃、氧化铝、和/或其他适用的衆材料。在一些实施例中，CMP衆还包括配 置成在CMP工艺之后提供更好的形貌的有机添加剂。CMP浆中的有机添加剂还可提高抛光 的晶圆表面的抗腐蚀性能。在一些实施例中，抛光单元102还可包括用于在使用CMP浆抛 光之后磨光晶圆的表面的组件。
[0033] 清洗单元104可包括一个或多个模块，诸如，非接触模块106和接触模块108。在 一些实施例中，非接触模块106可包括能够使用兆声波能量在水槽中清洗晶圆的表面的兆 声波清洗器。非接触模块106还可包括喷嘴，其具有连接至喷嘴的兆声波生成器。在一些 实施例中，接触模块108可包括配置成接触晶圆的表面和清洗晶圆的表面上的浆残留物的 聚乙稀醇（PVA)洗刷器（brushscrubbers)。将在本发明的下文中详细地讨论非接触模块 106和接触模块108。
[0034] 计算机110包括处理器、存储器、和输入/输出端，借助它们，实施本发明的下文中 讨论的步骤和操作。计算机110可分布在各个位置，并且可物理地整个或部分地包含在CMP 系统100或不同的设备中。计算机文件可包括CMP数据，诸如，CMP系统历史数据、清洗历史 数据、计量工具数据、和统计过程控制（SPC)数据。CMP数据可存储在计算机110上的计算 机可读介质中。计算机可读介质的一些常见形式包括，例如，软盘、可折叠磁盘、硬盘、磁带、 任意其他磁性介质、CD-ROM、任意其他光学介质、打孔卡、纸带、具有孔图案的任意其他物理 介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任意其他存储芯片或磁带盒、载波、或适于计算机从 中读取的任意其他介质。计算机110可控制抛光单元102和清洗单元104以在CMP工艺期 间实施一个或多个可编程操作。
[0035] 03/DIW生成器112可生成03且使用任意合适的技术将生成的0 3溶解在DIW内以 形成03/DIW溶液。在一些实施例中，溶解在03/DIW溶液中的03的浓度可介于约5ppm至约 70ppm的范围内。03/DIW溶液可提供给包含在抛光单元102中的磨光模块103,诸如一个或 多个连接至磨光垫的管道。〇3/DIW还可提供给清洗单元104的非接触模块106和/或清洗 单元104的接触模块108。在一些实施例中，03/DIW生成器112可包括03气体生成器，该生 成器提供将被溶解在DIW内的03气体。溶解工艺可包括使0 3气体在一个或多个纤维膜内 流动，以及将一个或多个纤维膜浸没在DIW中，使得03气体可从纤维膜内部扩散至外部以 溶解在DIW内。
[0036] 图2是根据本发明的各个方面的使用CMP系统100制造半导体器件的方法200的 流程图。应该理解，在图2的方法200之前、期间和之后可提供额外的工艺，并且可以在本文 中简洁地描述一些其他工艺。图3、图4A至图4B、图5、图6A至图6B、图7、图8A至图8B、 图9A至图9B和图10A至图10B是根据图2的方法200的处于各种制造阶段的半导体结构 300的各种实施例的截面图。应该注意，半导体结构300可形成为半导体器件的一部分且 可通过CMOS工艺流程进行制造。在一些实施例中，半导体结构300形成在衬底的上部中。 在一些实施例中，半导体结构300包含在形成在衬底上方的层中。例如，半导体结构300可 形成在包括多层互连（MLI)结构和与MLI结构集成的层间电介质（ILD)的半导体器件的层 中。
[0037] 参照图2和图3,方法200开始于步骤202,其中，提供包括金属栅极（MG)层308 的半导体结构300。如图3所示，半导体结构300包括设置在衬底（未示出）上方的层间 电介质（ILD) 302。在一些实施例中，ILD302包含在半导体器件的衬底（未示出）中。在 一些实施例中，衬底可为硅晶圆。衬底还可包括诸如锗的另一元素半导体、包括碳化硅、砷 化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟、和/或锑化铟的化合物半导体、或包括SiGe、GaAsP、AlInAs、 八16&48、6&11^8、6 &11^、和/或6&11^8?的合金半导体。在一些可选实施例中，衬底包括绝 缘体上半导体（SOI)。在一些实施例中，半导体衬底300还可包括形成在衬底上方的介电 层。介电层可包括氧化硅。在一些实例中，介电层可额外地或可选地包括氮化硅、氮氧化硅、 或其他合适的介电材料。在一些实施例中，ILD302可包括氧化硅、氮氧化物或其他合适的 材料。ILD302可包括单层或多层。可通过诸如CVD、ALD、和旋转技术的合适技术形成ILD 层。
[0038] 如图3所示，沟槽306可形成在两个相邻ILD302之间，并且间隔件304可形成在 沟槽306的壁上。然后，金属栅极（MG)层308可沉积在衬底上以填充沟槽306。在一些实施 例中，多余的MG层可沉积在ILD302上。MG层308可包括通过CVD、物理汽相沉积（PVD)、 电化学镀（ECP)、或其他合适的工艺沉积的铝（A1)、钨（W)、铜（Cu)、或其他合适的金属材 料。然后，通过CMP工艺可去除多余的金属以产生如本发明的下文中所讨论的半导体结构 的平坦表面。
[0039] 在一些实施例中，可在后栅极工艺（也称为替换多晶硅栅极工艺）中制造半导体 结构300。在后栅极工艺中，可首先形成伪电介质和伪多晶硅栅极结构，然后进行标准的 CMOS工艺流程直到沉积层间电介质（ILD)。然后，可去除伪电介质和伪多晶硅栅极结构且 用高k栅极电介质/金属栅极结构替换伪电介质和伪多晶娃栅极结构。
[0040] 参照图2和图4A至图4B，方法200进行至步骤204,其中，使用抛光单元102实施 化学机械抛光（CMP)工艺以使MG层308的表面变平。如图4A所示，在一些实施例中，对金 属层308、ILD302和间隔件304实施CMP工艺以去除多余的金属（例如，沟槽306外部的 金属），从而暴露金属层308、间隔件304和ILD302的顶面并且使金属层308、间隔件304 和ILD302的顶面基本上共平面。常见的CMP处理可包括将包括半导体结构的晶圆安装在 旋转托架上并且将晶圆降至在相反方向上旋转的垫或转台头表面上。然后，可将诸如氢氧 化钾或氢氧化铵的悬浮在温和蚀刻剂中的CMP浆应用至抛光垫。常见的CMP浆可用于CMP 工艺，诸如包括硝酸铁、过氧化氢、碘酸钾、氨、二氧化硅、和/或氧化铝的浆，但是，其他浆 材料也可使用。旋转晶圆面朝下被压在旋转抛光垫上并且浆通过垫被压在晶圆的表面上。 组合的化学和物理效果从晶圆表面去除了一些部件。常见的CMP处理包括：（1)包括氢氧离 子侵蚀氧化硅的化学作用、导致表面软化和化学溶解、以及氧化剂增强金属溶解；以及（2) 包括抛光旋转和压力的机械作用。
[0041] 参照图4A，在一些实施例中，因为CMP浆可包括有机添加剂以提高抗腐蚀性能， CMP工艺之后，来自CMP浆的阻蚀剂310可以单层形式或聚集体形式仍保留在抛光的表面 上。在一些实施例中，MG层308的表面上残留的阻蚀剂310可降低抛光的MG层和后续的 沉积膜（诸如，将被沉积在MG层308上方的蚀刻停止层（ESL))之间的界面粘附。例如，在 高温下的后续的膜沉积工艺期间，残留的阻蚀剂310可被蒸发掉，这样可导致膜剥离问题。 通过随后的化学工艺，诸如用于硅化物工艺的选择性开沟，残留的阻蚀剂310还可导致不 期望的金属腐蚀。
[0042] 参照图4B，在CMP工艺之后的一些实施例中，ILD302上的金属残留物在随后的工 艺中可提供化学侵蚀路径。例如，蚀刻以形成接触孔/通孔之后，可沉积镍（Ni)晶种层，并 且可实施硅化物工艺以形成作为密封层的镍硅化物（NiSi2)层。然后，诸如H2S〇d^选择性 蚀刻溶液可用于清洗多余的镍（Ni)。由于在ILD302上留有金属残留物312,所以，酸溶液 可通过与金属残留物312反应而穿过化学侵蚀路径损害MG层308。
[0043] 参照图2和图5,方法200进行至步骤206,其中，使用抛光单元102磨光半导体结 构300的表面。在一些实施例中，为了去除残留的阻蚀剂310和金属残留物312,0 3/DIW生 成器112可连接至抛光单元102。在一些实施例中，抛光单元102可包括一个或多个管道， 管道配置成向抛光垫供给CMP浆以在步骤204中实施抛光工艺。在一些实施例中，抛光单 元102中的一个或多个管道可连接至0 3/DIW生成器112且被配置成向磨光垫供给包括03/ DIW溶液的磨光溶液以磨光半导体结构300的表面。例如，如图5所示，磨光模块103的一 个管道314可连接至0 3/DIW生成器112