本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種高k金屬柵表面形貌仿真的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著集成電路工藝節(jié)點(diǎn)的不斷降低，對半導(dǎo)體制造工藝的精細(xì)度要求也越來越高，使得半導(dǎo)體工藝面臨更多的工藝難關(guān)和設(shè)計限制。例如，芯片制造過程中，形成的鋁金屬柵的表面平整度極難達(dá)標(biāo)，化學(xué)機(jī)械平坦化(chemicalmechanicalplanarization，cmp)工藝研磨不完全時，將導(dǎo)致多余的鋁金屬柵沒有被完全去除，從而引起電路短路；而過度研磨會導(dǎo)致柵電極較薄，產(chǎn)生過高的柵電阻和潛在的接觸過刻蝕。因此，預(yù)先對這些半導(dǎo)體工藝加工之后的表面形貌進(jìn)行仿真，以預(yù)先解決可制造性問題是非常重要的。

在現(xiàn)有技術(shù)中，針對cmp工藝，如何進(jìn)行表面形貌仿真，已經(jīng)有相關(guān)專利公開，例如專利公開號為cn104123428a的文件，提供了一種cmp工藝仿真方法及其仿真系統(tǒng)。現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行表面形貌仿真時，通常考慮最后一道工藝和/或初始表面形貌對加工后表面形貌的影響，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確仿真進(jìn)行多種工藝加工后形成的表面形貌。例如，在制備高k金屬柵的后柵工藝過程中，需要化學(xué)氣相沉積(chemicalvapordeposition，cvd)工藝、物理氣相沉積(physicalvapordeposition，pvd)工藝、cmp工藝等一系列半導(dǎo)體工藝才能形成，現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行高k金屬柵表面形貌仿真時，僅考慮最后一道研磨工藝對最終表面形貌的影響，但是多道工藝的疊加效應(yīng)對最后一道研磨工藝會造成較大影響，因而仿真的精確度有待進(jìn)一步提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種高k金屬柵表面形貌仿真的方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技 術(shù)中高k金屬柵表面形貌仿真的精度問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種高k金屬柵表面形貌仿真的方法，包括：

根據(jù)工藝制程將高k金屬柵cmp工藝流程依序劃分成多個子流程，得到子流程序列；

根據(jù)各子流程中的工藝構(gòu)建對應(yīng)各子流程的工藝模型；

依序利用所述子流程序列中子流程的工藝模型對所述子流程進(jìn)行仿真，得到仿真后的表面形貌，仿真過程包括：

獲取當(dāng)前子流程待處理初始表面形貌；

將所述待處理初始表面形貌、工藝參數(shù)輸入當(dāng)前子流程的工藝模型，對當(dāng)前子流程工藝進(jìn)行模擬，得到當(dāng)前子流程仿真后的表面形貌，并將當(dāng)前子流程仿真后的表面形貌作為下一個子流程待處理初始表面形貌。

優(yōu)選的，所述高k金屬柵cmp工藝流程為后柵高k金屬柵cmp工藝流程，所述子流程序列包括：第0層層間介質(zhì)化學(xué)氣相沉積工藝子流程、第0層層間介質(zhì)化學(xué)機(jī)械平坦化工藝子流程、鋁柵物理氣相沉積工藝子流程和鋁柵化學(xué)機(jī)械平坦化工藝子流程。

優(yōu)選的，所述工藝模型基于以下任一種或多種原則構(gòu)建：

確定影響表面形貌的主要因素；

建立表面形貌與工藝參數(shù)和/或所述主要因素的對應(yīng)關(guān)系；

所述子流程的工藝模型具有可診斷性和/或可優(yōu)化性。

優(yōu)選的，所述根據(jù)各子流程中的工藝構(gòu)建對應(yīng)各子流程的工藝模型包括：

根據(jù)子流程中的工藝時段的特征對子流程中的工藝進(jìn)行劃分，得到子流程中的工藝時段；

根據(jù)各工藝時段的工藝構(gòu)建對應(yīng)各工藝時段的工藝模型。

優(yōu)選的，所述表面形貌包含溝槽圖形，所述表面形貌通過表面陣列高度及相對高度進(jìn)行表征。

優(yōu)選的，所述工藝參數(shù)包括以下任一種或多種：壓力、薄膜生長速率、工藝時長、薄膜厚度、選擇比、研磨液參數(shù)、研磨墊參數(shù)、空片研磨去除 率。

優(yōu)選的，所述獲取當(dāng)前子流程待處理初始表面形貌包括：

進(jìn)行仿真窗口劃分；

獲取各仿真窗口內(nèi)待處理表面形貌；所述方法還包括：

根據(jù)獲得的各仿真窗口內(nèi)完成子流程后表面形貌，進(jìn)行表面形貌仿真。

一種高k金屬柵表面形貌仿真的系統(tǒng)，包括：

工藝劃分模塊，用于根據(jù)工藝制程將高k金屬柵cmp工藝流程依序劃分成多個子流程，得到子流程序列；

工藝模型構(gòu)建模塊，用于根據(jù)各子流程中的工藝構(gòu)建對應(yīng)各子流程的工藝模型；

仿真模塊，用于依序利用所述子流程序列中子流程的工藝模型仿真所述子流程，得到仿真后的表面形貌，包括：

第一表面形貌獲取單元，用于獲取當(dāng)前子流程待處理表面形貌；

第二表面形貌獲取單元，用于將所述待處理表面形貌、工藝參數(shù)輸入當(dāng)前子流程的工藝模型，以模擬進(jìn)行當(dāng)前子流程工藝，得到當(dāng)前子流程工藝后的表面形貌，并將當(dāng)前子流程工藝后的表面形貌作為下一個子流程待處理初始表面形貌；

判斷單元，用于判斷高k金屬柵cmp工藝流程是否完成；當(dāng)判斷結(jié)果為是，結(jié)束仿真；當(dāng)判斷結(jié)果為否，仿真下一個子流程的工藝后表面形貌，直至完成高k金屬柵cmp工藝流程。

優(yōu)選的，所述劃分模塊包括：

工藝時段劃分單元，用于根據(jù)子流程中的工藝時段的特征對子流程中的工藝進(jìn)行劃分，得到子流程中的工藝時段；

工藝模型構(gòu)建單元，用于根據(jù)各工藝時段的工藝構(gòu)建對應(yīng)各工藝時段的工藝模型。

優(yōu)選的，所述第一表面形貌獲取單元包括：

窗口劃分子單元，用于進(jìn)行仿真窗口劃分；

形貌獲取子單元，用于獲取各仿真窗口內(nèi)待處理表面形貌；

所述系統(tǒng)還包括：

形貌仿真模塊，用于根據(jù)獲得的各仿真窗口內(nèi)完成子流程后表面形貌，進(jìn)行表面形貌仿真。

本發(fā)明提供的一種高k金屬柵表面形貌仿真的方法及系統(tǒng)，根據(jù)工藝制程對高k金屬柵cmp工藝流程進(jìn)行劃分，得到子流程序列，然后根據(jù)各子流程中的工藝構(gòu)建相應(yīng)工藝模型，并將當(dāng)前表面形貌及相應(yīng)工藝參數(shù)輸入各子流程的工藝模型，獲取各子流程工藝完成后表面形貌。由于根據(jù)工藝制程對高k金屬柵cmp工藝流程進(jìn)行了劃分，并針對每個子流程中的工藝進(jìn)行建模，然后根據(jù)待處理表面形貌及工藝參數(shù)仿真執(zhí)行當(dāng)前子流程的工藝后表面形貌，并將獲得的表面形貌及下個子流程中相應(yīng)工藝參數(shù)作為下個子流程中工藝模型的輸入，使得該方法能考慮初始表面形貌及工藝流程中各工藝對最終形成表面形貌的影響，從而對高k金屬柵的表面形貌進(jìn)行精確仿真。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1至圖10為現(xiàn)有技術(shù)中高k金屬柵制備過程中截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明提供的高k金屬柵表面形貌仿真方法的流程圖；

圖12為本發(fā)明提供的高k金屬柵表面形貌仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13為本發(fā)明提供的高k金屬柵表面形貌仿真邏輯示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。

其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時，為便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只 是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。

為了更好地理解本發(fā)明，下面首先對現(xiàn)有技術(shù)中高k金屬柵制備工藝流程做簡單說明。

高k金屬柵制備工藝流程包括前柵工藝和后柵工藝兩種，后柵工藝即柵極替代工藝，器件的柵極在源漏區(qū)生成之后形成，在此工藝中，柵極不需要承受很高的退火溫度，對柵氧化層的影響較小，在器件尺寸不斷減小后，越來越多的采用后柵工藝形成高性能的器件，包括傳統(tǒng)的平面器件以及鰭式場效應(yīng)晶體管等立體器件等。

在后柵工藝中，首先，形成假柵和源/漏區(qū)，接著，將假柵去除，形成溝槽，而后，在溝槽中重新形成柵極。本發(fā)明實(shí)施例中，以平面器件上形成高k金屬柵為例進(jìn)行說明，其制備過程通常包括以下步驟：

首先，提供襯底100，所述襯底100為半導(dǎo)體襯底，可以為si襯底、ge襯底、sige襯底、soi(絕緣體上硅，silicononinsulator)或goi(絕緣體上鍺，germaniumoninsulator)等。在其他實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底還可以為包括其他元素半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體的襯底，例如gaas、inp或sic等，還可以為疊層結(jié)構(gòu)，例如si/sige等，還可以為其他外延結(jié)構(gòu)，例如sgoi(絕緣體上鍺硅)等。在本實(shí)施例中，所述襯底100為體硅襯底，并且襯底100上形成有隔離101。

所述隔離101用于分隔器件，在本實(shí)施例中可以為氧化硅，隔離101的制備過程可以如下所述：首先，在半導(dǎo)體襯底100上進(jìn)行刻蝕，以形成隔離槽；具體可以包括：沉積氮化物薄膜(圖中未示出)作為掩膜層及化學(xué)機(jī)械研磨(cmp)停止層；然后對其進(jìn)行光刻工藝，定義隔離槽的位置；接著可以采用干法刻蝕對體硅襯底進(jìn)行隔離槽刻蝕，以形成隔離槽。然后，進(jìn)行隔離槽氧化物填充；具體可以通過化學(xué)氣相沉積(cvd)法沉積sio2，以完成對隔離槽的填充。接著，進(jìn)行cmp工藝去除多余填充層，以形成隔離101；例如，通過cmp工藝去除多余的填充層，并停止在cmp停止層氮化物薄膜上，然后去除氮化物薄膜，完成隔離101的制備過程。

然后，沉積假柵氧化層及多晶硅層(圖中未示出)；例如，先沉積一 層sio2，作為柵氧化層，再通過低壓化學(xué)氣相沉積設(shè)備沉積多晶硅層。

接著，對柵氧化層及多晶硅層進(jìn)行刻蝕，以形成假柵103及假柵氧化層102，如圖1所示；例如，通過光刻工藝定義假柵的位置，然后采用干法刻蝕工藝去除多余的假柵層及假柵氧化層。

然后，進(jìn)行離子注入以形成源/漏極110；例如，首先進(jìn)行n型及p型輕摻雜源/漏注入，然后通過沉積sio2并進(jìn)行干法刻蝕以形成側(cè)墻(圖中未示出)，接著進(jìn)行n+型及p+型源/漏重?fù)诫s，以形成源/漏極110，如圖1所示。

接著，在襯底100上沉積形成氮化硅(si3n4)104和第0層層間介質(zhì)(ild0)105；例如，可以使用cvd、pvd等方法沉積氮化硅(si3n4)104和未摻雜的氧化硅(sio2)、摻雜的氧化硅(如硼硅玻璃、硼磷硅玻璃等)或其他低k介質(zhì)材料等，如圖2所示。通過cmp工藝進(jìn)行平坦化，形成所述第0層間介質(zhì)(ild0)105，如圖3至圖5所示。

然后，去除假柵103及假柵氧化層102，如圖6所示，并通過原子層沉積法沉積高k介質(zhì)薄膜作為柵介質(zhì)層106及金屬擴(kuò)散阻擋層(圖中未示出)，以及通過pvd法沉積al層107填充開口，如圖7至圖8所示。需要說明的是，在實(shí)際應(yīng)用中，各廠商采用高k金屬柵cmp工藝流程會有所不同；相應(yīng)地，當(dāng)采用不同的高k金屬柵cmp工藝流程時，仿真的過程需要根據(jù)實(shí)際采用的工藝流程進(jìn)行調(diào)整。

最后，通過cmp法去除多余的al層及高k介質(zhì)薄膜，形成高k金屬柵，如圖9至10所示。

考慮到高k金屬柵制備過程中，期間各工藝對最終形成高k金屬柵表面形貌的影響，本發(fā)明實(shí)施例提供的高k金屬柵表面形貌仿真的方法，根據(jù)工藝制程對高k金屬柵cmp工藝流程進(jìn)行了劃分，并針對每個子流程中的工藝進(jìn)行建模，然后根據(jù)待處理表面形貌及工藝參數(shù)仿真執(zhí)行當(dāng)前子流程的工藝后表面形貌，并將獲得的表面形貌及下個子流程中相應(yīng)工藝參數(shù)作為下個子流程中工藝模型的輸入，使得該方法能考慮初始表面形貌及工藝流程中各工藝對最終形成表面形貌的影響，對高k金屬柵的表面形貌進(jìn)行精確仿真。

為了更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)效果，以下將結(jié)合流程示意圖對 具體的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖11所示，本發(fā)明方法包括以下步驟：

步驟s01，根據(jù)工藝制程將高k金屬柵cmp工藝流程依序劃分成多個子流程，得到子流程序列。在實(shí)施例中，根據(jù)工藝制程，將高k金屬柵cmp工藝流程劃分為第0層層間介質(zhì)化學(xué)氣相沉積(ild0cvd)工藝子流程，參考圖2所示；第0層層間介質(zhì)化學(xué)機(jī)械平坦化(ild0cmp)工藝子流程，參考圖3至圖5所示；鋁柵物理氣相沉積(alpvd)工藝子流程，參考圖7至圖8所示；以及鋁柵化學(xué)機(jī)械平坦化(alcmp)工藝子流程，參考圖9至圖10所示。

需要說明的是，除上述4個子流程的工藝外，還存在一些工藝，例如光刻工藝、刻蝕工藝、退火工藝等，由于這些工藝對最終形成高k金屬柵表面形貌的影響，完全取決于版圖設(shè)計或?qū)ψ罱K形貌的影響較小，本實(shí)施例僅將對表面形貌影響較大的工藝劃分出來，以便后續(xù)對其進(jìn)行建模仿真；但并不是說不能將這些工藝劃分出來進(jìn)行建模仿真。

進(jìn)一步的，為了提高仿真的精確度，還可以根據(jù)各子流程中不同工藝時段的特征，將上述4個子流程進(jìn)行劃分，然后分別針對各工藝時段進(jìn)行工藝建模，具體可以包括：

根據(jù)子流程中的工藝時段的特征對子流程中的工藝進(jìn)行劃分，得到子流程中的工藝時段；

根據(jù)各工藝時段的工藝構(gòu)建對應(yīng)各工藝時段的工藝模型。

在一個具體實(shí)施例中，將高k金屬柵cmp工藝流程劃分為ild0cvd工藝子流程、ild0cmp工藝子流程、alpvd工藝子流程、alcmp工藝子流程。其中，ild0cvd工藝子流程包括層間介質(zhì)層亞大氣壓化學(xué)氣相沉積(ild0sacvd)工藝時段和層間介質(zhì)層等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(ild0pecvd)工藝時段；ild0cmp工藝子流程包括p1工藝時段、p2工藝時段、p3工藝時段，各工藝時段劃分的依據(jù)是ild0cmp工藝過程中，各時段研磨的對象發(fā)生改變：p1工藝時段為去除ild0105的凸起部分，參考圖3所示，p2工藝時段為去除氮化硅(si3n4)104及以上ild0105，參考圖4所示，p3工藝時段為確保假柵103以上所有層被去除，參考圖5所示；alcmp工藝子流程包括m1工藝時段、m2工藝時段，各工藝時段劃 分的依據(jù)是alcmp工藝過程中，各時段研磨的對象發(fā)生改變：m1工藝時段為去除多余al層，參考圖8至圖9所示，m2工藝時段為去除多余al層及柵介質(zhì)層，參考圖9至圖10所示。

需要說明的是，上述對高k金屬柵cmp工藝流程的劃分僅是一種較優(yōu)的劃分方式，以便于對本實(shí)施例進(jìn)行說明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行的限制，當(dāng)然還可以根據(jù)其他原則對工藝流程進(jìn)行合理的劃分，以便于后續(xù)對各子流程進(jìn)行建模，仿真該子流程后的表面形貌。

步驟s02，根據(jù)各子流程中的工藝構(gòu)建對應(yīng)各子流程的工藝模型。

在本實(shí)施例中，根據(jù)步驟s01中對高k金屬柵cmp工藝流程進(jìn)行劃分后，得到的各子流程的工藝進(jìn)行工藝建模，當(dāng)然，對于被劃分為工藝時段的子流程，則根據(jù)各工藝時段的特征進(jìn)行工藝建模。

所述工藝模型基于以下任一種或多種原則構(gòu)建：

確定影響表面形貌的主要因素；

建立表面形貌與工藝參數(shù)和/或所述主要因素的對應(yīng)關(guān)系；

所述子流程的工藝模型具有可診斷性和/或可優(yōu)化性。

在一個具體實(shí)施例中，建模過程如下所述：

1、ild0cvd工藝子流程建模

分別針對ild0sacvd工藝時段及ild0pecvd工藝時段進(jìn)行建模，包括：

a)ild0sacvd工藝時段建模

ild0sacvd工藝時段的成膜質(zhì)量具有極好的均勻性，因此，ild0sacvd建模過程中設(shè)定其淀積過程能夠?qū)崿F(xiàn)不同圖形的均勻淀積，成膜厚度接近目標(biāo)值，可以通過引入工藝漲落因素，保證其能夠更加合理地描述sacvd工藝后的表面形貌；例如，圖形設(shè)計尺寸線寬為w，間距為s，由于工藝漲落等因素，w和s在實(shí)際制造過程中變?yōu)閣+dw，s+ds，dw和ds即可視為漲落。具體的建模過程同現(xiàn)有技術(shù)，在此不再詳述，以下相同。

b)ild0pecvd工藝時段建模

pecvd是一個邊淀積、邊刻蝕的聯(lián)合淀積過程，因此，要模擬pecvd建模過程的關(guān)鍵過程，即先導(dǎo)物氣體分子在晶圓表面隨機(jī)擴(kuò)散輸運(yùn)及隨機(jī)成膜 反應(yīng)；同時，將關(guān)鍵過程與核心參數(shù)建立對應(yīng)關(guān)系，提煉影響pecvd的圖形效應(yīng)的主要因素。先導(dǎo)物氣體分子一旦擴(kuò)散到晶圓表面，一般存在兩個過程：一是沿著邊界層進(jìn)行遷移；二是被表面吸附發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、成膜。

2、ild0cmp工藝子流程建模

ild0cmp工藝子流程各工藝時段研磨的對象發(fā)生改變：p1工藝時段主要為去除ild0105的凸起部分，此時材質(zhì)的研磨率比較高，如圖3所示，p2工藝時段為去除氮化硅(si3n4)104及以上剩余的ild0，參考圖4所示，p3工藝時段為確保去除假柵103以上所有層，以假柵作為停止層，參考圖5所示。基于ild0cvd工藝子流程獲得的初始表面高度，可以逐步展開ild0cmp工藝子流程建模。

a)ild0cmpp1工藝時段建模

由于ild0cmpp1工藝時段采用高研磨率去除ild0105的凸起部分，因此，此工藝時段可以采用相對簡單且計算效率高的解析模型來求解研磨率和階梯高度變化，同時兼顧圖形特征對p1階段建模的影響，從而獲取p1之后的表面形貌，并將其作為p2工藝時段建模的輸入。

b)ild0cmpp2工藝時段建模

ild0cmpp2工藝時段去除氮化硅(si3n4)104及以上剩余的ild0，然后涉及ild0105及氮化硅(si3n4)104的研磨，此階段會由于不同區(qū)域的材質(zhì)不同而產(chǎn)生蝶形(dishing)等缺陷，因此，ild0cmpp2階段的圖形特征非常明顯，同時伴隨不同材質(zhì)的研磨變化及固結(jié)磨料研磨墊等設(shè)備變化，可以采用綜合考慮圖形效應(yīng)及接觸特征的解析模型，以獲取p2之后表面形貌參數(shù)。此外，還需要考慮不同時段的材質(zhì)變化對cmp的影響。

c)ild0cmpp3工藝時段建模

ild0cmpp3工藝時段的研磨材質(zhì)較多，主要包括ild0105、氮化硅104及假柵103的同時研磨，其中，假柵103被研磨是為了確保假柵103之上所有層被去除，以假柵103做停止層時，會損耗掉部分假柵。這期間dishing和侵蝕(erosion)等缺陷，將在此階段不斷放大，要充分考察多種材質(zhì)的研磨特征，結(jié)合研磨接觸特征及圖形效應(yīng)綜合建立p3工藝時段模型，精確表征表面形貌變化。此工藝時段模型獲取的表面形貌參數(shù)將作為下一個子流程的工藝模 型的輸入。

3、alpvd工藝子流程建模

alpvd工藝子流程建模需充分考慮進(jìn)行ild0cmpp3工藝時段后表面形貌對alpvd工藝的影響以及pvd法沉積金屬薄膜的生長規(guī)律，同時結(jié)合不同圖形結(jié)構(gòu)線寬、密度、溝槽深寬比及溝槽表面淀積的不均勻性對粒子淀積表面的影響，從圖形效應(yīng)相關(guān)的不同填充方式等構(gòu)建alpvd工藝子流程模型，使得獲得的表面形貌參數(shù)更加符合真實(shí)工藝情況，滿足計算速度和精度的雙重需求，為后續(xù)alcmp子流程工藝建模提供精確的初始表面形貌。

需要說明的是，實(shí)際制備高k金屬柵過程中，需要在alpvd工藝前先通過原子層沉積法沉積高k介質(zhì)層，例如hfo2薄膜，然后再沉積金屬功函數(shù)層，例如tial合金薄膜，此外還需要沉積金屬擴(kuò)散阻擋層；由于這幾層薄膜的厚度非常小，通常只有幾納米厚，且可以采用共形生長特性很好的原子層沉積法，使得這幾步工藝對最終形成的高k金屬柵初始淀積表面形貌影響不大，或者說不是影響最終形成的高k金屬柵初始淀積表面形貌的主要影響因素，本實(shí)施例中沒有這對這幾步進(jìn)行仿真模擬；需要強(qiáng)調(diào)的是，為了進(jìn)一步提高表面形貌仿真的精確度，也可以按照本發(fā)明提供的形貌仿真方法對這幾步工藝進(jìn)行仿真，以確定其對最終形成的高k金屬柵淀積初始表面形貌的影響。

4、alcmp工藝子流程建模

alcmp工藝子流程各工藝時段研磨的對象發(fā)生改變：m1工藝時段主要為去除柵介質(zhì)層106以上的al柵，參考圖8至圖9所示，m2工藝時段主要為去除多余的柵介質(zhì)層106及al柵。

a)alcmpm1工藝時段建模

在alcmpm1工藝時段，主要為去除柵介質(zhì)層106以上的al柵，al有較高的研磨去除率，圖形效應(yīng)并不明顯，主要從接觸力學(xué)角度構(gòu)建alcmpm1工藝時段模型，精確求解alcmpm1工藝時段后的表面形貌，并將其作為m2工藝時段模型的輸入。

b)alcmpm2工藝時段建模

由于ild0cmpp3工藝時段后的表面形貌對alpvd子流程及alcmpm2工藝時段的影響較大，本工藝時段的建模需要考慮疊層效應(yīng)對alcmpm2 工藝時段模型的影響，并將m1工藝時段模型的計算結(jié)果作為m2工藝時段模型的輸入，最終仿真高k金屬柵表面形貌。

在整個alcmpm2工藝時段，首先進(jìn)行多余al柵去除，然后具體涉及多余al柵、柵介質(zhì)層106、氮化硅104及ild0105等多種材質(zhì)的研磨，圖形幾何效應(yīng)非常明顯，模型需要準(zhǔn)確預(yù)測dishing值，以滿足光刻及特征圖形的設(shè)計需求。通過分析真實(shí)表面接觸與受力過程，考察納米尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)與圖形特征間的變化關(guān)系，提取圖形參數(shù)及精確計算不同材質(zhì)研磨去除率，建立化學(xué)與機(jī)械協(xié)同作用的alcmpm2工藝時段模型。

此外，在本實(shí)施例中，通過表面形貌參數(shù)表征初始淀積表面形貌，具體的，當(dāng)表面形貌包含溝槽圖形時，所述表面形貌可以通過表面陣列高度ah及相對高度sh進(jìn)行表征。

步驟s03，依序利用所述子流程序列中子流程的工藝模型仿真所述子流程，得到仿真后的表面形貌，仿真過程包括：

獲取當(dāng)前子流程待處理初始表面形貌；

將所述待處理表面形貌、工藝參數(shù)輸入當(dāng)前子流程的工藝模型，對當(dāng)前子流程工藝進(jìn)行模擬，得到當(dāng)前子流程仿真后的表面形貌，并將當(dāng)前子流程仿真后的表面形貌作為下一個子流程待處理初始表面形貌。

在本實(shí)施例中，表面形貌可以為通過仿真窗口的表面陣列高度及相對高度進(jìn)行表征，因此，所述獲取當(dāng)前子流程待處理表面形貌包括：

進(jìn)行仿真窗口劃分；

獲取各仿真窗口內(nèi)待處理初始表面形貌；

相應(yīng)的，所述方法還包括：

根據(jù)獲得的各仿真窗口內(nèi)完成子流程后表面形貌，進(jìn)行表面形貌仿真。

其中，所述仿真窗口劃分可以根據(jù)設(shè)計版圖選擇合適尺寸進(jìn)行仿真窗口的劃分，仿真窗口可以選擇矩形或正方形，典型的，窗口的尺寸可以為10μm×10μm、20μm×20μm、40μm×40μm、50μm×50μm等。優(yōu)選的，所述仿真窗口為正方形，尺寸為20μm×20μm。

進(jìn)一步的，還可以對各仿真窗口進(jìn)行預(yù)處理，例如將仿真窗口內(nèi)圖形的線寬、密度、溝槽深度等，通過等效變換，轉(zhuǎn)變?yōu)榉抡娲翱诘牡刃Ь€寬、等效密 度、等效高度等，其中，等效高度可以包括表面陣列高度及相對高度。這樣可以提高仿真效率和精度。

在一個具體實(shí)施例中，高k金屬柵表面形貌仿真邏輯示意圖如圖13所示，具體包括：

①將ild0cvd工藝參數(shù)，例如，假柵103厚度目標(biāo)值(h0)，側(cè)墻厚度及sacvd厚度目標(biāo)值(t0)等輸入ild0sacvd工藝模型，然后再將獲取的表面陣列高度(ah)和相對高度(sh)、假柵103厚度目標(biāo)值(h0)、側(cè)墻厚度、pecvd厚度目標(biāo)值(t1)等輸入ild0pecvd工藝模型，獲取初始淀積表面形貌：表面陣列高度(ah)和相對高度(sh)；

②將從①獲取的ah、sh及ild0cmpp1工藝時段相應(yīng)的工藝參數(shù)(壓力、速度、oxide空片研磨率)輸入ild0cmpp1工藝時段模型，生成ild0cmpp1工藝時段后表面高度(氧化物oxide厚度)；

③將從②獲取的oxide厚度及ild0cmpp2工藝時段相應(yīng)的工藝參數(shù)(壓力,速度,ild0oxide及氮化硅空片研磨率)輸入ild0cmpp2工藝時段模型，生成ild0cmpp2工藝時段后表面高度(oxide及氮化物nitride厚度)；

④將從③獲取的ild0cmpp2工藝時段后oxide、nitride厚度及p3工藝時段相應(yīng)的工藝參數(shù)(壓力、速度、oxide、nitride及多晶poly空片研磨率)輸入ild0cmpp3工藝時段模型，生成ild0cmpp3工藝時段后表面高度(oxide、nitride及多晶poly厚度)；

⑤將從④獲取的ild0cmpp3工藝時段后表面高度、dishing和erosion數(shù)據(jù)，以及alpvd工藝參數(shù)：場區(qū)淀積目標(biāo)厚度h0、溝槽深度t0，輸入alpvd工藝模型，生成alpvd子流程后鋁柵初始淀積表面陣列高度ah和相對高度sh；

⑥將從⑤獲取的alpvd子流程后表面陣列高度ah和相對高度sh、圖形信息，以及alcmpm1工藝時段相應(yīng)的工藝參數(shù)(壓力、速度、研磨液信息、機(jī)械屬性、研磨墊信息及al的空片研磨率)輸入alcmpm1工藝時段模型，生成alcmpm1工藝時段后表面形貌ah和sh；

⑦將從⑥獲取的alcmpm1工藝時段后表面形貌ah和sh、圖形信息及alcmpm2工藝時段相應(yīng)的工藝參數(shù)(壓力、速度、研磨液信息、機(jī)械屬性、 研磨墊信息及al層、柵介質(zhì)層、氮化硅、oxide的空片研磨率、選擇比)輸入alcmpm2工藝時段模型，生成alcmpm2工藝時段后表面形貌高度(oxide、nitride及鋁柵厚度)。

需要說明的是，以上是針對同時形成pmos和nmos的al柵的高k金屬柵cmp工藝流程的仿真過程，當(dāng)pmos和nmos的al柵不是同時形成時，需要對仿真過程進(jìn)行調(diào)整，例如：首先通過步驟⑤、步驟⑥、步驟⑦仿真pmos的alcmpm2工藝時段后表面形貌高度(oxide、nitride及鋁柵厚度)，然后再重復(fù)步驟⑤、步驟⑥、步驟⑦生成nmos的alcmpm2工藝時段后表面形貌高度(oxide、nitride及鋁柵厚度)，具體過程不再詳述。

至此，形成了本發(fā)明實(shí)施例的一種高k金屬柵表面形貌仿真的方法。此外，在具體的應(yīng)用中，先對初始表面形貌進(jìn)行仿真窗口劃分，然后獲取各窗口內(nèi)各子流程/工藝時段后仿真窗口的表面形貌，最后根據(jù)各仿真窗口的初始形貌對當(dāng)前表面形貌進(jìn)行仿真。此外，還可以根據(jù)實(shí)際需求仿真各子流程工藝后的表面形貌。

本發(fā)明實(shí)施例提供的高k金屬柵表面形貌仿真的方法，根據(jù)工藝制程將高k金屬柵cmp工藝流程劃分成多個子流程，并根據(jù)各子流程的工藝構(gòu)建相應(yīng)的工藝模型，在具體仿真時，將初始表面形貌，以及當(dāng)前工藝參數(shù)作為工藝模型的輸入，獲取進(jìn)行當(dāng)前子流程工藝后的表面形貌，然后將其與下個子流程的工藝參數(shù)作為下個子流程的工藝模型的輸入。這樣不但考慮了初始形貌及最后一道工藝對高k金屬柵表面形貌的影響，還考慮了高k金屬柵制備過程中各工藝對高k金屬柵表面形貌的影響，使得根據(jù)本發(fā)明提供的方法獲得的高k金屬柵表面形貌仿真結(jié)果更加精確。

相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了與上述方法對應(yīng)的高k金屬柵表面形貌仿真的系統(tǒng)，如圖12所示，包括：

工藝劃分模塊121，用于根據(jù)工藝制程將高k金屬柵cmp工藝流程依序劃分成多個子流程，得到子流程序列；

工藝模型構(gòu)建模塊122，用于根據(jù)各子流程中的工藝構(gòu)建對應(yīng)各子流程的工藝模型；

仿真模塊123，用于依序利用所述子流程序列中子流程的工藝模型仿 真所述子流程，得到仿真后的表面形貌，包括：

第一表面形貌獲取單元，用于獲取當(dāng)前子流程待處理表面形貌；

第二表面形貌獲取單元，用于將所述待處理表面形貌、工藝參數(shù)輸入當(dāng)前子流程的工藝模型，對當(dāng)前子流程工藝進(jìn)行模擬，得到當(dāng)前子流程工藝后的表面形貌，并將當(dāng)前子流程工藝后的表面形貌作為下一個子流程待處理初始表面形貌；

判斷單元，用于判斷高k金屬柵cmp工藝流程是否完成；當(dāng)判斷結(jié)果為是，結(jié)束仿真；當(dāng)判斷結(jié)果為否，仿真下一個子流程的工藝后表面形貌，直至完成高k金屬柵cmp工藝流程。

需要說明的是，在實(shí)際應(yīng)用中，第一表面形貌獲取單元、第二表面形貌獲取單元獲取的表面形貌具體為：當(dāng)表面包含溝槽圖形時，通過表面陣列高度及相對高度進(jìn)行表面形貌表征。

此外，所述第二表面形貌獲取單元的工藝參數(shù)根據(jù)具體工藝而定，主要包括：壓力、薄膜生長速率、工藝時長、薄膜厚度、選擇比、研磨液參數(shù)、研磨墊參數(shù)、空片研磨去除率等。

進(jìn)一步的，為了提高系統(tǒng)對高k金屬柵表面形貌仿真的精確度，所述劃分模塊121可以包括：

工藝時段劃分單元，用于根據(jù)子流程中的工藝時段的特征對子流程中的工藝進(jìn)行劃分，得到子流程中的工藝時段；

工藝模型構(gòu)建單元，用于根據(jù)各工藝時段的工藝構(gòu)建對應(yīng)各工藝時段的工藝模型。

需要說明的是，在保證仿真精度的同時，為了提高仿真效率，所述第一表面形貌獲取單元包括：

窗口劃分子單元，用于進(jìn)行仿真窗口劃分；

形貌獲取子單元，用于獲取各仿真窗口內(nèi)待處理表面形貌。這樣以仿真窗口為仿真對象，可以有效提升系統(tǒng)的仿真效率。相應(yīng)的，所述系統(tǒng)還包括：

形貌仿真模塊(圖未示出)，用于根據(jù)獲得的各仿真窗口內(nèi)完成子流程后表面形貌，進(jìn)行表面形貌仿真。

當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中，該系統(tǒng)還可進(jìn)一步包括：存儲模塊(未圖示)，用于保存表面形貌、工藝模型等。這樣，以方便對高k金屬柵的表面形貌進(jìn)行計算機(jī)自動處理，并存儲表面仿真相關(guān)信息等。

本發(fā)明提供的高k金屬柵表面形貌仿真的系統(tǒng)通過工藝劃分模塊121，將高k金屬柵cmp工藝流程根據(jù)工藝制程依序劃分為多個子流程，然后通過工藝模型構(gòu)建模塊122針對各個子流程相應(yīng)工藝構(gòu)建工藝模型，最終通過仿真模塊123進(jìn)行高k金屬柵表面形貌仿真。由于工藝劃分模塊121對高k金屬柵cmp工藝流程進(jìn)行劃分，并根據(jù)劃分結(jié)果構(gòu)建相應(yīng)工藝模型，并將進(jìn)行當(dāng)前工藝后的表面形貌及下一個子流程的工藝參數(shù)作為第二表面形貌獲取單元的輸入，使得本發(fā)明提供的系統(tǒng)在進(jìn)行高k金屬柵表面形貌仿真時，既考慮了初始表面形貌及最后一道工藝對表面形貌的影響，同時還考慮整個工藝流程中各中間工藝對高k金屬柵表面形貌的影響，提高了仿真結(jié)果的精確度。

本說明書中的各個實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可。尤其，對于系統(tǒng)實(shí)施例而言，由于其基本相似于方法實(shí)施例，所以描述得比較簡單，相關(guān)之處參見方法實(shí)施例的部分說明即可。以上所描述的系統(tǒng)實(shí)施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個仿真窗口上。可以根據(jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，即可以理解并實(shí)施。

以上對本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及系統(tǒng)；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。