Какво представлява издълбаването и ерозията в CMP процеса?

Химическото механично полиране (CMP) премахва излишния материал и повърхностните дефекти чрез комбинираното действие на химични реакции и механична абразия. Това е ключов процес за постигане на глобална планаризация на повърхността на пластината и е незаменим за многослойни медни връзки и диелектрични структури с ниско k. В практическото производство CMP не е идеално равномерен процес на отстраняване; това води до типични дефекти, зависещи от модела, сред които най-видните са изкривяването и ерозията. Тези дефекти пряко влияят върху геометрията на слоевете за свързване и техните електрически характеристики.

Изглаждането се отнася до прекомерното отстраняване на сравнително меки проводими материали (като мед) по време на CMP, което води до вдлъбнат профил във формата на чиния вътре в една метална линия или голяма метална площ. В напречното сечение центърът на металната линия лежи по-ниско от двата й ръба и околната диелектрична повърхност. Това явление често се наблюдава в широки линии, подложки или метални области от блоков тип. Неговият механизъм на формиране е свързан главно с разликите в твърдостта на материала и деформацията на полиращата подложка върху широките метални елементи: меките метали са по-чувствителни към химическите компоненти и абразивите в суспензията и локалното контактно налягане на подложката се увеличава върху широките елементи, което води до скоростта на отстраняване в центъра на метала да надвишава тази по краищата. В резултат на това дълбочината на шлифоване обикновено се увеличава с ширината на линията и времето за преполиране.

Ерозията се характеризира с общата височина на повърхността в региони с висока плътност на модела (като масиви от плътни метални линии или области с плътно фиктивно запълване), която е по-ниска от тази в околните редки региони след CMP. По същество това е свръхотстраняване на материал, управлявано от плътността на модела, на регионално ниво. В гъсти области металът и диелектрикът заедно осигуряват по-голяма ефективна контактна площ, а механичното триене и химическото действие на подложката и суспензията са по-силни. Следователно средните скорости на отстраняване на метала и диелектрика са по-високи, отколкото в регионите с ниска плътност. С протичането на полирането и преполирането метално-диелектричната купчина в плътните зони става по-тънка като цяло, образувайки измерима височина, а степента на ерозия се увеличава с локалната плътност на шаблона и натоварването на процеса.

От гледна точка на производителността на устройството и процеса, разрушаването и ерозията имат множество неблагоприятни въздействия върху полупроводниковите продукти. Изрязването намалява ефективната площ на напречното сечение на метала, което води до по-високо съпротивление на свързване и спад на IR, което от своя страна причинява забавяне на сигнала и намален марж на времето по критичните пътища. Вариациите в дебелината на диелектрика, причинени от ерозия, променят паразитния капацитет между металните линии и разпределението на RC забавянето, подкопавайки еднаквостта на електрическите характеристики в чипа. В допълнение, локалното изтъняване на диелектрика и концентрацията на електрическо поле влияят върху поведението при разрушаване и дългосрочната надеждност на междуметалните диелектрици. На ниво интеграция прекомерната топография на повърхността увеличава трудността на литографския фокус и подравняване, влошава еднородността на последващото отлагане на филма и ецване и може да предизвика дефекти като метални остатъци. Тези проблеми в крайна сметка се проявяват като колебание на добива и свиващ се прозорец на процеса. Следователно, в практическото инженерство, е необходимо да се контролира издълбаването и ерозията в определени граници чрез изравняване на плътността на оформлението, оптимизиране наполиране sбързамеселективност и фина настройка на параметрите на CMP процеса, така че да се гарантира равнинността на структурите за свързване, стабилна електрическа производителност и стабилно производство в голям обем.