Τι είναι το Dishing and Erosion στη διαδικασία CMP;

Η χημική μηχανική στίλβωση (CMP) αφαιρεί τα πλεονάζοντα ελαττώματα υλικού και επιφάνειας μέσω της συνδυασμένης δράσης χημικών αντιδράσεων και μηχανικής τριβής. Είναι μια βασική διαδικασία για την επίτευξη συνολικής επιπεδοποίησης της επιφάνειας του πλακιδίου και είναι απαραίτητη για πολυστρωματικές χάλκινες διασυνδέσεις και διηλεκτρικές δομές χαμηλού k. Στην πρακτική κατασκευή, η CMP δεν είναι μια απόλυτα ομοιόμορφη διαδικασία αφαίρεσης. προκαλεί τυπικά ελαττώματα που εξαρτώνται από το σχέδιο, μεταξύ των οποίων το πιάτο και η διάβρωση είναι τα πιο εμφανή. Αυτά τα ελαττώματα επηρεάζουν άμεσα τη γεωμετρία των στρωμάτων διασύνδεσης και τα ηλεκτρικά τους χαρακτηριστικά.

Το πιάτο αναφέρεται στην υπερβολική αφαίρεση σχετικά μαλακών αγώγιμων υλικών (όπως ο χαλκός) κατά τη διάρκεια της CMP, που οδηγεί σε ένα κοίλο προφίλ σε σχήμα πιάτου μέσα σε μια ενιαία μεταλλική γραμμή ή σε μια μεγάλη μεταλλική επιφάνεια. Σε διατομή, το κέντρο της μεταλλικής γραμμής βρίσκεται χαμηλότερα από τις δύο ακμές της και τη γύρω διηλεκτρική επιφάνεια. Αυτό το φαινόμενο παρατηρείται συχνά σε φαρδιές γραμμές, τακάκια ή μεταλλικές περιοχές τύπου μπλοκ. Ο μηχανισμός σχηματισμού του σχετίζεται κυρίως με τις διαφορές στη σκληρότητα του υλικού και την παραμόρφωση του στιλβωτικού στρώματος σε φαρδιά μεταλλικά χαρακτηριστικά: τα μαλακά μέταλλα είναι πιο ευαίσθητα στα χημικά συστατικά και τα λειαντικά μέσα στον πολτό και η τοπική πίεση επαφής του μαξιλαριού αυξάνεται σε φαρδιά χαρακτηριστικά, με αποτέλεσμα ο ρυθμός αφαίρεσης στο κέντρο του μετάλλου να υπερβαίνει εκείνον στις άκρες. Ως αποτέλεσμα, το βάθος του πιάτου συνήθως αυξάνεται με το πλάτος της γραμμής και το χρόνο υπεργυαλίσματος.

Η διάβρωση χαρακτηρίζεται από το ότι το συνολικό ύψος της επιφάνειας σε περιοχές υψηλής πυκνότητας σχεδίων (όπως πυκνές μεταλλικές γραμμές ή περιοχές με πυκνό εικονικό γέμισμα) είναι χαμηλότερο από αυτό στις γύρω αραιές περιοχές μετά το CMP. Ουσιαστικά, είναι μια υπερβολική αφαίρεση υλικού σε επίπεδο περιοχής που βασίζεται στην πυκνότητα του σχεδίου. Σε πυκνές περιοχές, το μέταλλο και το διηλεκτρικό μαζί παρέχουν μια μεγαλύτερη αποτελεσματική περιοχή επαφής και η μηχανική τριβή και η χημική δράση του ταμπόν και του πολτού είναι ισχυρότερες. Κατά συνέπεια, οι μέσες ρυθμοί αφαίρεσης τόσο του μετάλλου όσο και του διηλεκτρικού είναι υψηλότεροι από ό,τι στις περιοχές χαμηλής πυκνότητας. Καθώς η στίλβωση και η υπερβολική στίλβωση προχωρούν, η στοίβα μετάλλου-διηλεκτρικού σε πυκνές περιοχές γίνεται πιο λεπτή στο σύνολό της, σχηματίζοντας ένα μετρήσιμο βήμα ύψους και ο βαθμός διάβρωσης αυξάνεται με την τοπική πυκνότητα σχεδίου και τη φόρτωση της διαδικασίας.

Από την άποψη της απόδοσης της συσκευής και της διαδικασίας, το πιάτο και η διάβρωση έχουν πολλαπλές αρνητικές επιπτώσεις στα προϊόντα ημιαγωγών. Το πιάτο μειώνει την αποτελεσματική περιοχή διατομής του μετάλλου, οδηγώντας σε υψηλότερη αντίσταση διασύνδεσης και πτώση IR, η οποία με τη σειρά της προκαλεί καθυστέρηση σήματος και μειωμένο περιθώριο χρονισμού σε κρίσιμες διαδρομές. Οι διακυμάνσεις στο πάχος του διηλεκτρικού που προκαλούνται από τη διάβρωση αλλάζουν την παρασιτική χωρητικότητα μεταξύ των μεταλλικών γραμμών και την κατανομή της καθυστέρησης RC, υπονομεύοντας την ομοιομορφία των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών σε όλο το τσιπ. Επιπλέον, η τοπική διηλεκτρική αραίωση και η συγκέντρωση ηλεκτρικού πεδίου επηρεάζουν τη συμπεριφορά διάσπασης και τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία των διαμεταλλικών διηλεκτρικών. Σε επίπεδο ολοκλήρωσης, η υπερβολική τοπογραφία επιφάνειας αυξάνει τη δυσκολία εστίασης και ευθυγράμμισης της λιθογραφίας, υποβαθμίζει την ομοιομορφία της επακόλουθης εναπόθεσης και χάραξης φιλμ και μπορεί να προκαλέσει ελαττώματα όπως υπολείμματα μετάλλου. Αυτά τα ζητήματα εκδηλώνονται τελικά ως διακυμάνσεις απόδοσης και συρρίκνωση του παραθύρου διαδικασίας. Ως εκ τούτου, στην πρακτική μηχανική, είναι απαραίτητος ο έλεγχος των πιάτων και της διάβρωσης εντός καθορισμένων ορίων μέσω εξισορρόπησης πυκνότητας διάταξης, βελτιστοποίησηςγυάλισμα sλυσσαλέαεπιλεκτικότητα και ακριβής ρύθμιση των παραμέτρων της διαδικασίας CMP, έτσι ώστε να διασφαλίζεται η επιπεδότητα των δομών διασύνδεσης, η σταθερή ηλεκτρική απόδοση και η στιβαρή κατασκευή μεγάλου όγκου.