Kaj je izpiranje in erozija v procesu CMP?

Kemijsko mehansko poliranje (CMP) odstrani odvečni material in površinske napake s kombiniranim delovanjem kemičnih reakcij in mehanske abrazije. To je ključni postopek za doseganje globalne planarizacije površine rezin in je nepogrešljiv za večplastne bakrene povezave in dielektrične strukture z nizko vsebnostjo k. V praktični proizvodnji CMP ni popolnoma enoten postopek odstranjevanja; povzroči tipične napake, odvisne od vzorca, med katerimi sta najbolj izrazita dishing in erozija. Te napake neposredno vplivajo na geometrijo povezovalnih plasti in njihove električne lastnosti.

Dishing se nanaša na čezmerno odstranjevanje razmeroma mehkih prevodnih materialov (kot je baker) med CMP, kar vodi do konkavnega profila v obliki krožnika znotraj ene kovinske črte ali velikega kovinskega območja. V prečnem prerezu središče kovinske črte leži nižje od obeh robov in okoliške dielektrične površine. Ta pojav je pogosto opažen v širokih linijah, ploščicah ali kovinskih območjih v obliki blokov. Njegov mehanizem oblikovanja je v glavnem povezan z razlikami v trdoti materiala in deformacijo polirne blazinice na širokih kovinskih delih: mehke kovine so bolj občutljive na kemične sestavine in abrazive v brozgi, lokalni kontaktni pritisk blazinice pa se poveča na širokih delih, zaradi česar hitrost odstranitve v središču kovine preseže hitrost na robovih. Posledično se globina rezanja običajno poveča s širino črte in časom prepoliranja.

Za erozijo je značilno, da je skupna višina površine v regijah z visoko gostoto vzorcev (kot so gosti nizi kovinskih linij ali območja z gostim navideznim polnilom) nižja od tiste v okoliških redkih regijah po CMP. V bistvu gre za čezmerno odstranjevanje materiala na regionalni ravni, ki temelji na gostoti vzorca. V gostih območjih kovina in dielektrik skupaj zagotavljata večjo učinkovito kontaktno površino, mehansko trenje in kemično delovanje blazinice in gošče pa sta močnejša. Posledično so povprečne stopnje odstranitve kovine in dielektrika višje kot v regijah z nizko gostoto. Ko se poliranje in prekomerno poliranje nadaljuje, postane kovinsko-dielektrični sklad na gostih območjih kot celota tanjši in tvori merljivo višinsko stopnjo, stopnja erozije pa se poveča z lokalno gostoto vzorca in obremenitvijo procesa.

Z vidika zmogljivosti naprav in postopkov imata razrez in erozija več škodljivih učinkov na polprevodniške izdelke. Izrezovanje zmanjša efektivno površino prečnega prereza kovine, kar povzroči večjo odpornost med povezovanjem in padec IR, kar posledično povzroči zakasnitev signala in zmanjšano časovno rezervo na kritičnih poteh. Spremembe v debelini dielektrika, ki jih povzroči erozija, spremenijo parazitsko kapacitivnost med kovinskimi linijami in porazdelitev zakasnitve RC, kar spodkopava enakomernost električnih karakteristik v čipu. Poleg tega lokalno redčenje dielektrika in koncentracija električnega polja vplivata na obnašanje pri razpadu in dolgoročno zanesljivost medmetalnih dielektrikov. Na integracijski ravni prekomerna površinska topografija poveča težave pri ostrenju in poravnavi litografije, poslabša enakomernost kasnejšega nanašanja in jedkanja filma ter lahko povzroči napake, kot je kovinski ostanek. Te težave se na koncu pokažejo kot nihanje donosa in krčenje procesnega okna. Zato je v praktičnem inženirstvu potrebno nadzorovati ugrezanje in erozijo v določenih mejah z izravnavo gostote postavitve, optimizacijopoliranje smuči seselektivnost in fino nastavitev procesnih parametrov CMP, da se zagotovi planarnost povezovalnih struktur, stabilna električna zmogljivost in robustna proizvodnja velikih količin.