Kas yra plovimas ir erozija CMP procese?

Cheminis mechaninis poliravimas (CMP) pašalina medžiagos perteklių ir paviršiaus defektus bendrai veikiant cheminėms reakcijoms ir mechaniniam dilimui. Tai yra pagrindinis procesas, norint pasiekti visuotinį plokštelės paviršiaus plokštumą ir yra būtinas daugiasluoksnėms varinėms jungtims ir mažo k dielektrinėms struktūroms. Praktinėje gamyboje CMP nėra visiškai vienodas pašalinimo procesas; tai sukelia tipiškus nuo modelio priklausančius defektus, tarp kurių ryškiausi yra susitraukimai ir erozija. Šie defektai tiesiogiai veikia jungiamųjų sluoksnių geometriją ir jų elektrines charakteristikas.

Indavimas reiškia per didelį santykinai minkštų laidžių medžiagų (pvz., vario) pašalinimą CMP metu, todėl vienoje metalinėje linijoje arba dideliame metaliniame plote susidaro lėkštelės formos įgaubtas profilis. Skersiniame pjūvyje metalinės linijos centras yra žemiau už du jos kraštus ir aplinkinį dielektrinį paviršių. Šis reiškinys dažnai pastebimas plačiose linijose, trinkelėse ar bloko tipo metalinėse srityse. Jo susidarymo mechanizmas daugiausia susijęs su medžiagos kietumo skirtumais ir poliravimo trinkelės deformacija dėl plačių metalo bruožų: minkštieji metalai yra jautresni cheminiams komponentams ir suspensijoje esančioms abrazyvinėms medžiagoms, o vietinis trinkelės kontaktinis slėgis didėja esant plačioms ypatybėms, todėl pašalinimo greitis metalo centre viršija greitį kraštuose. Dėl šios priežasties indavimo gylis paprastai didėja didėjant linijos pločiui ir perpoliravimo laikui.

Erozijai būdinga tai, kad bendras paviršiaus aukštis didelio rašto tankio regionuose (pvz., tankių metalinių linijų matricose arba srityse su tankiu tuščiu užpildu) yra mažesnis nei aplinkinėse negausiose srityse po CMP. Iš esmės tai yra modelio tankis, regiono lygmeniu per didelis medžiagos pašalinimas. Tankiose vietose metalas ir dielektrikas kartu užtikrina didesnį efektyvų kontaktinį plotą, o trinkelės ir suspensijos mechaninė trintis ir cheminis poveikis yra stipresnis. Todėl vidutinis metalo ir dielektriko pašalinimo greitis yra didesnis nei mažo tankio regionuose. Poliruojant ir per daug poliruojant, metalo ir dielektriko krūva tankiose vietose tampa plonesnė, sudarydama išmatuojamą aukščio pakopą, o erozijos laipsnis didėja didėjant vietiniam modelio tankiui ir proceso apkrovai.

Įrenginio ir proceso našumo požiūriu, susitraukimas ir erozija turi daug neigiamų padarinių puslaidininkiniams gaminiams. Dishing sumažina efektyvų metalo skerspjūvio plotą, dėl to padidėja sujungimo varža ir sumažėja IR, o tai savo ruožtu sukelia signalo vėlavimą ir sumažina laiko skirtumą kritiniuose keliuose. Dėl erozijos sukeltų dielektrinio storio svyravimų keičiasi parazitinė talpa tarp metalinių linijų ir RC delsos pasiskirstymas, pažeidžiant lusto elektrinių charakteristikų vienodumą. Be to, vietinis dielektriko retinimas ir elektrinio lauko koncentracija turi įtakos tarpmetalinių dielektrikų gedimui ir ilgalaikiam patikimumui. Integravimo lygmeniu dėl pernelyg didelės paviršiaus topografijos sudėtingėja litografijos fokusavimas ir išlygiavimas, pablogėja vėlesnio plėvelės nusodinimo ir ėsdinimo vienodumas ir gali atsirasti defektų, pvz., metalo likučių. Šios problemos galiausiai pasireiškia kaip derliaus svyravimai ir mažėjantis proceso langas. Todėl praktinėje inžinerijoje būtina kontroliuoti plovimą ir eroziją nustatytose ribose, išlyginant išdėstymo tankį, optimizuojantpoliravimas slėktiselektyvumas ir tikslus CMP proceso parametrų derinimas, kad būtų užtikrintas sujungimo struktūrų plokštumas, stabilus elektrinis veikimas ir tvirta didelės apimties gamyba.