Ce este dishingul și eroziunea în procesul CMP?

Lustruirea chimică mecanică (CMP) îndepărtează excesul de material și defectele de suprafață prin acțiunea combinată a reacțiilor chimice și a abraziunii mecanice. Este un proces cheie pentru realizarea planarizării globale a suprafeței plachetei și este indispensabil pentru interconexiunile multistrat de cupru și structurile dielectrice low-k. În producția practică, CMP nu este un proces de îndepărtare perfect uniform; dă naștere la defecte tipice dependente de model, printre care învelișul și eroziunea sunt cele mai proeminente. Aceste defecte afectează direct geometria straturilor de interconectare și caracteristicile electrice ale acestora.

Disingul se referă la îndepărtarea excesivă a materialelor conductoare relativ moi (cum ar fi cuprul) în timpul CMP, ceea ce duce la un profil concav în formă de vas în interiorul unei singure linii metalice sau a unei suprafețe metalice mari. În secțiune transversală, centrul liniei metalice se află mai jos decât cele două margini ale sale și suprafața dielectrică înconjurătoare. Acest fenomen este observat frecvent în linii largi, tampoane sau regiuni metalice de tip bloc. Mecanismul său de formare este legat în principal de diferențele de duritate a materialului și de deformarea tamponului de lustruit față de caracteristicile metalului largi: metalele moi sunt mai sensibile la componentele chimice și abrazivi din suspensie, iar presiunea de contact locală a tamponului crește pe caracteristicile largi, determinând rata de îndepărtare în centrul metalului să o depășească pe cea de la margini. Ca rezultat, adâncimea plăcii crește de obicei odată cu lățimea liniei și timpul de lustruire excesivă.

Eroziunea este caracterizată prin înălțimea totală a suprafeței în regiunile cu densitate mare a modelului (cum ar fi matricele de linii metalice dense sau zonele cu umplutură densă dummy) fiind mai mică decât cea din regiunile rare din jur după CMP. În esență, este o supraînlăturare a materialului determinată de densitatea modelului, la nivel de regiune. În regiunile dense, metalul și dielectricul împreună oferă o zonă de contact eficientă mai mare, iar frecarea mecanică și acțiunea chimică a tamponului și a suspensiei sunt mai puternice. În consecință, ratele medii de îndepărtare atât a metalului, cât și a dielectricului sunt mai mari decât în ​​regiunile cu densitate scăzută. Pe măsură ce lustruirea și supralustruirea continuă, stiva de metal-dielectric din zonele dense devine mai subțire în ansamblu, formând o treaptă de înălțime măsurabilă, iar gradul de eroziune crește odată cu densitatea modelului local și cu încărcarea procesului.

Din perspectiva performanței dispozitivului și a procesului, dispunerea și eroziunea au multiple efecte negative asupra produselor semiconductoare. Disingul reduce aria secțiunii transversale efective a metalului, ceea ce duce la o rezistență mai mare de interconectare și la căderea IR, care, la rândul său, provoacă întârziere a semnalului și o marjă de sincronizare redusă pe căile critice. Variațiile grosimii dielectrice cauzate de eroziune modifică capacitatea parazitară dintre liniile metalice și distribuția întârzierii RC, subminând uniformitatea caracteristicilor electrice pe cip. În plus, subțierea dielectrică locală și concentrația câmpului electric afectează comportamentul de defecțiune și fiabilitatea pe termen lung a dielectricilor inter-metalici. La nivel de integrare, topografia excesivă a suprafeței crește dificultatea focalizării și alinierii litografiei, degradează uniformitatea depunerii și gravării ulterioare a filmului și poate induce defecte precum reziduurile metalice. Aceste probleme se manifestă în cele din urmă ca fluctuații ale randamentului și o fereastră de proces în scădere. Prin urmare, în inginerie practică, este necesar să se controleze întinderea și eroziunea în limitele specificate prin egalizarea densității aspectului, optimizarealustruire spoftiselectivitatea și reglarea fină a parametrilor procesului CMP, astfel încât să asigure planaritatea structurilor de interconectare, performanță electrică stabilă și producție robustă de mare volum.