Čo je jedlo a erózia v procese CMP?

Chemické mechanické leštenie (CMP) odstraňuje nadbytočný materiál a povrchové defekty kombinovaným pôsobením chemických reakcií a mechanického oderu. Je to kľúčový proces na dosiahnutie globálnej planarizácie povrchu plátku a je nevyhnutný pre viacvrstvové medené prepojenia a nízkok dielektrické štruktúry. V praktickej výrobe nie je CMP dokonale jednotný proces odstraňovania; vedie k typickým defektom závislým od vzoru, medzi ktorými sú najvýraznejšie misky a erózia. Tieto defekty priamo ovplyvňujú geometriu prepojovacích vrstiev a ich elektrické charakteristiky.

Miskovanie sa vzťahuje na nadmerné odstraňovanie relatívne mäkkých vodivých materiálov (ako je meď) počas CMP, čo vedie k miskovitému konkávnemu profilu vnútri jednej kovovej línie alebo veľkej kovovej plochy. V priereze leží stred kovového vedenia nižšie ako jeho dva okraje a okolitý dielektrický povrch. Tento jav je často pozorovaný v širokých líniách, podložkách alebo kovových oblastiach blokového typu. Mechanizmus jeho tvorby súvisí najmä s rozdielmi v tvrdosti materiálu a deformáciou leštiaceho kotúča na širokých kovových prvkoch: mäkké kovy sú citlivejšie na chemické zložky a abrazíva v suspenzii a lokálny kontaktný tlak kotúča sa zvyšuje na širokých prvkoch, čo spôsobuje, že rýchlosť odstraňovania v strede kovu prekračuje rýchlosť na okrajoch. V dôsledku toho sa hĺbka tanierovania zvyčajne zvyšuje so šírkou čiary a časom preleštenia.

Erózia je charakterizovaná celkovou výškou povrchu v oblastiach s vysokou hustotou vzoru (ako sú polia s hustými kovovými čiarami alebo oblasti s hustou fiktívnou výplňou), ktorá je nižšia ako v okolitých riedkych oblastiach po CMP. V podstate ide o nadmerné odstraňovanie materiálu na regionálnej úrovni riadené hustotou vzoru. V hustých oblastiach kov a dielektrikum spolu poskytujú väčšiu účinnú kontaktnú plochu a mechanické trenie a chemické pôsobenie podložky a kaše je silnejšie. V dôsledku toho sú priemerné rýchlosti odstraňovania kovu aj dielektrika vyššie ako v oblastiach s nízkou hustotou. Ako postupuje leštenie a nadmerné leštenie, kov-dielektrický zväzok v hustých oblastiach sa ako celok stenčuje a vytvára merateľný výškový krok a stupeň erózie sa zvyšuje s miestnou hustotou vzoru a procesným zaťažením.

Z hľadiska výkonu zariadenia a procesu majú misky a erózia viaceré nepriaznivé vplyvy na polovodičové produkty. Dishing znižuje efektívnu plochu prierezu kovu, čo vedie k vyššiemu prepojovaciemu odporu a poklesu IR, čo následne spôsobuje oneskorenie signálu a zníženú časovú rezervu na kritických cestách. Zmeny v hrúbke dielektrika spôsobené eróziou menia parazitnú kapacitu medzi kovovými vedeniami a distribúciu oneskorenia RC, čím sa podkopáva rovnomernosť elektrických charakteristík na čipe. Okrem toho lokálne riedenie dielektrika a koncentrácia elektrického poľa ovplyvňujú správanie pri poruche a dlhodobú spoľahlivosť interkovových dielektrík. Na úrovni integrácie nadmerná povrchová topografia zvyšuje obtiažnosť litografického zaostrenia a zarovnania, zhoršuje rovnomernosť následného nanášania filmu a leptania a môže spôsobiť defekty, ako sú zvyšky kovu. Tieto problémy sa v konečnom dôsledku prejavujú ako kolísanie výnosov a zmenšujúce sa okno procesu. Preto je v praktickom strojárstve potrebné regulovať miezd a eróziu v rámci špecifikovaných limitov pomocou vyrovnávania hustoty rozloženia, optimalizácieleštenie snávnadaselektivita a jemné ladenie parametrov procesu CMP, aby sa zabezpečila rovinnosť prepojovacích štruktúr, stabilný elektrický výkon a robustná veľkoobjemová výroba.