Mi az edényezés és erózió a CMP-folyamatban?

A kémiai mechanikai polírozás (CMP) eltávolítja a felesleges anyagot és a felületi hibákat a kémiai reakciók és a mechanikai kopás együttes hatására. Ez kulcsfontosságú folyamat az ostya felületének globális síkosításában, és nélkülözhetetlen a többrétegű réz összeköttetésekhez és az alacsony k dielektromos szerkezetekhez. A gyakorlati gyártásban a CMP nem teljesen egységes eltávolítási folyamat; tipikus mintázatfüggő hibákat idéz elő, amelyek közül a legkiemelkedőbb az edényesedés és az erózió. Ezek a hibák közvetlenül befolyásolják az összekötő rétegek geometriáját és elektromos jellemzőit.

Az edényezés a viszonylag lágy vezető anyagok (például réz) túlzott eltávolítására utal a CMP során, ami egy tányér alakú homorú profilhoz vezet egyetlen fémvonalon vagy egy nagy fémfelületen belül. Keresztmetszetben a fémvonal közepe alacsonyabban van, mint a két éle és a környező dielektromos felület. Ez a jelenség gyakran megfigyelhető széles vonalakban, párnákban vagy blokk típusú fémterületeken. Kialakítási mechanizmusa elsősorban az anyagkeménység különbségével és a polírozópárna deformálódásával függ össze a széles fémfelületeken: a lágy fémek érzékenyebbek a zagyban lévő kémiai komponensekre és csiszolóanyagokra, széles felületeken pedig megnő a párna helyi érintkezési nyomása, így a fém közepén az eltávolítási sebesség meghaladja a széleken tapasztalhatót. Ennek eredményeként a mosás mélysége általában nő a vonal szélességével és a túlpolírozási idővel.

Az eróziót az jellemzi, hogy a nagy mintázatsűrűségű régiókban (mint például a sűrű fémvonalak vagy a sűrű álkitöltésű területek) a teljes felületmagasság alacsonyabb, mint a környező ritka területeken a CMP után. Lényegében ez egy mintázat sűrűség által vezérelt, régiószintű túlzott anyageltávolítás. A sűrű területeken a fém és a dielektrikum együttesen nagyobb effektív érintkezési felületet biztosítanak, és erősebb a mechanikai súrlódás és a kémiai hatás a párna és a zagy esetében. Következésképpen mind a fém, mind a dielektrikum átlagos eltávolítási sebessége magasabb, mint az alacsony sűrűségű régiókban. A polírozás és a túlpolírozás előrehaladtával a sűrű területeken a fém-dielektrikum köteg összességében elvékonyodik, mérhető magassági lépcsőt képezve, és az erózió mértéke a helyi mintázat sűrűségével és a folyamatterheléssel nő.

Az eszközök és a folyamatok teljesítménye szempontjából a széthúzás és az erózió többszörösen káros hatással van a félvezető termékekre. Az eltolás csökkenti a fém effektív keresztmetszeti területét, ami nagyobb összeköttetési ellenálláshoz és infravörös csökkenéshez vezet, ami viszont a jel késleltetését és az időzítés csökkenését okozza a kritikus utakon. A dielektromos vastagság erózió által okozott változásai megváltoztatják a fémvonalak közötti parazita kapacitást és az RC késleltetés eloszlását, aláásva az elektromos jellemzők egyenletességét a chipen. Ezenkívül a helyi dielektromos elvékonyodás és az elektromos térkoncentráció befolyásolja a fémközi dielektrikumok lebontási viselkedését és hosszú távú megbízhatóságát. Integrációs szinten a túlzott felületi topográfia megnehezíti a litográfia fókuszálását és igazítását, rontja a későbbi filmlerakódás és maratás egyenletességét, és hibákat, például fémmaradványokat okozhat. Ezek a problémák végső soron a hozamingadozásban és a folyamatablak csökkenésében nyilvánulnak meg. Ezért a gyakorlati mérnöki gyakorlatban szükséges az edények és az erózió meghatározott határokon belüli ellenőrzése az elrendezési sűrűség kiegyenlítésével, apolírozás shangzavarszelektivitás és a CMP folyamatparaméterek finomhangolása, hogy biztosítsák az összekapcsoló szerkezetek síkságát, a stabil elektromos teljesítményt és a robusztus, nagy volumenű gyártást.