Що таке розмивання та ерозія в процесі CMP?

Хіміко-механічна поліровка (CMP) усуває надлишки матеріалу та поверхневих дефектів шляхом спільної дії хімічних реакцій і механічного стирання. Це ключовий процес для досягнення глобальної планаризації поверхні пластини та незамінний для багатошарових мідних з’єднань і діелектричних структур з низьким коефіцієнтом k. У практичному виробництві CMP не є абсолютно рівномірним процесом видалення; це призводить до типових дефектів, що залежать від малюнка, серед яких найбільш помітні викривлення та ерозія. Ці дефекти безпосередньо впливають на геометрію шарів з’єднання та їхні електричні характеристики.

Дішинг відноситься до надмірного видалення відносно м’яких провідних матеріалів (таких як мідь) під час CMP, що призводить до увігнутого профілю у формі чаші всередині однієї металевої лінії або великої металевої ділянки. У поперечному перерізі центр металевої лінії лежить нижче двох її країв і навколишньої діелектричної поверхні. Це явище часто спостерігається в широких лініях, прокладках або металевих областях блокового типу. Механізм його утворення в основному пов’язаний з різницею в твердості матеріалу та деформацією полірувальної подушечки на широких металевих деталях: м’які метали більш чутливі до хімічних компонентів і абразивів у суспензії, і місцевий контактний тиск подушечки збільшується на широких деталях, внаслідок чого швидкість видалення в центрі металу перевищує швидкість на краях. Як наслідок, глибина тарування зазвичай збільшується разом із шириною лінії та часом переполірування.

Ерозія характеризується тим, що загальна висота поверхні в областях з високою щільністю візерунків (таких як щільні масиви металевих ліній або області з щільною фіктивною заливкою) нижча, ніж у навколишніх розріджених областях після CMP. По суті, це надмірне видалення матеріалу на рівні регіону, кероване щільністю шаблону. У щільних областях метал і діелектрик разом забезпечують більшу ефективну площу контакту, а механічне тертя та хімічна дія прокладки та суспензії є сильнішими. Отже, середні швидкості видалення як металу, так і діелектрика вищі, ніж у регіонах з низькою щільністю. У міру полірування та надмірного полірування метал-діелектричний пакет у щільних областях стає тоншим у цілому, утворюючи вимірну сходинку висоти, а ступінь ерозії зростає разом із локальною щільністю візерунка та навантаженням процесу.

З точки зору продуктивності пристроїв і процесів, викривлення та ерозія мають численні несприятливі впливи на напівпровідникові продукти. Дішінг зменшує ефективну площу поперечного перерізу металу, що призводить до вищого опору з’єднання та падіння ІЧ-променів, що, у свою чергу, спричиняє затримку сигналу та зменшує запас часу на критичних шляхах. Зміни товщини діелектрика, спричинені ерозією, змінюють паразитну ємність між металевими лініями та розподіл затримки RC, підриваючи однорідність електричних характеристик у мікросхемі. Крім того, локальне розрідження діелектрика та концентрація електричного поля впливають на поведінку пробою та тривалу надійність міжметалічних діелектриків. На рівні інтеграції надмірний рельєф поверхні ускладнює фокусування та вирівнювання літографії, погіршує рівномірність наступного осадження та травлення плівки та може викликати дефекти, такі як залишки металу. Ці проблеми зрештою проявляються як коливання врожайності та скорочення технологічного вікна. Тому в практичній інженерії необхідно контролювати вигин і ерозію в заданих межах шляхом вирівнювання щільності компонування, оптимізаціїполірування sквапитисяселективність і точне налаштування параметрів процесу CMP, щоб забезпечити планарність структур з’єднань, стабільні електричні характеристики та надійне виробництво у великих обсягах.