Co je Dishing a eroze v procesu CMP?

Chemické mechanické leštění (CMP) odstraňuje přebytečný materiál a povrchové vady kombinovaným působením chemických reakcí a mechanického otěru. Je to klíčový proces pro dosažení globální planarizace povrchu plátku a je nepostradatelný pro vícevrstvá měděná propojení a nízkok dielektrické struktury. V praktické výrobě není CMP dokonale jednotný proces odstraňování; vede k typickým defektům závislým na vzoru, mezi nimiž jsou nejvýraznější miskovatění a eroze. Tyto vady přímo ovlivňují geometrii propojovacích vrstev a jejich elektrické vlastnosti.

Miskování označuje nadměrné odstraňování relativně měkkých vodivých materiálů (jako je měď) během CMP, což vede k miskovitému konkávnímu profilu uvnitř jedné kovové linie nebo velké kovové oblasti. V příčném řezu leží střed kovového vedení níže než jeho dva okraje a okolní dielektrický povrch. Tento jev je často pozorován v širokých liniích, podložkách nebo kovových oblastech blokového typu. Mechanismus jeho tvorby souvisí hlavně s rozdíly v tvrdosti materiálu a deformací leštícího kotouče na širokých kovových prvcích: měkké kovy jsou citlivější na chemické složky a abraziva v suspenzi a místní kontaktní tlak kotouče se zvyšuje na širokých prvcích, což způsobuje, že rychlost úběru ve středu kovu překračuje rychlost na okrajích. V důsledku toho se hloubka paraboly obvykle zvyšuje s šířkou čáry a dobou přeleštění.

Eroze je charakterizována celkovou výškou povrchu v oblastech s vysokou hustotou vzoru (jako jsou hustá pole kovových čar nebo oblasti s hustou fiktivní výplní), která je po CMP nižší než v okolních řídkých oblastech. V podstatě se jedná o nadměrné odstraňování materiálu na regionální úrovni řízené hustotou vzoru. V hustých oblastech poskytují kov a dielektrikum společně větší účinnou kontaktní plochu a mechanické tření a chemické působení podložky a kaše jsou silnější. V důsledku toho jsou průměrné rychlosti odstraňování jak kovu, tak dielektrika vyšší než v oblastech s nízkou hustotou. Jak postupuje leštění a přeleštění, kov-dielektrický svazek v hustých oblastech se jako celek ztenčuje a tvoří měřitelný výškový krok a stupeň eroze se zvyšuje s místní hustotou vzoru a procesním zatížením.

Z hlediska výkonu zařízení a procesu mají misky a eroze mnohonásobné nepříznivé dopady na polovodičové produkty. Dishing redukuje efektivní plochu průřezu kovu, což vede k vyššímu propojovacímu odporu a poklesu IR, což zase způsobuje zpoždění signálu a sníženou časovou rezervu na kritických cestách. Změny v tloušťce dielektrika způsobené erozí mění parazitní kapacitu mezi kovovými vedeními a distribuci zpoždění RC, což podkopává stejnoměrnost elektrických charakteristik napříč čipem. Kromě toho místní ztenčení dielektrika a koncentrace elektrického pole ovlivňují chování při průrazu a dlouhodobou spolehlivost mezikovových dielektrik. Na úrovni integrace nadměrná topografie povrchu zvyšuje obtížnost litografického zaměření a zarovnání, zhoršuje rovnoměrnost následného nanášení filmu a leptání a může způsobit defekty, jako jsou zbytky kovu. Tyto problémy se nakonec projeví jako kolísání výnosů a zmenšující se okno procesu. Proto je v praktickém strojírenství nutné řídit parabolu a erozi ve stanovených mezích pomocí vyrovnání hustoty rozložení, optimalizaceleštění sluryselektivita a jemné vyladění parametrů procesu CMP, aby byla zajištěna rovinnost propojovacích struktur, stabilní elektrický výkon a robustní velkoobjemová výroba.