دیشینگ و فرسایش در فرآیند CMP چیست؟

پولیش مکانیکی شیمیایی (CMP) مواد اضافی و عیوب سطحی را از طریق عمل ترکیبی واکنش های شیمیایی و سایش مکانیکی حذف می کند. این یک فرآیند کلیدی برای دستیابی به مسطح سازی جهانی سطح ویفر است و برای اتصالات مسی چندلایه و ساختارهای دی الکتریک کم k ضروری است. در تولید عملی، CMP یک فرآیند حذف کاملا یکنواخت نیست. این باعث ایجاد عیوب معمولی وابسته به الگو می شود که در میان آنها ظروف و فرسایش برجسته ترین هستند. این عیوب مستقیماً بر هندسه لایه های اتصال و خصوصیات الکتریکی آنها تأثیر می گذارد.

دیشینگ به حذف بیش از حد مواد رسانای نسبتا نرم (مانند مس) در طول CMP اشاره دارد که منجر به نمایه مقعر بشقاب داخل یک خط فلزی یا یک منطقه فلزی بزرگ می شود. در مقطع، مرکز خط فلزی پایین تر از دو لبه آن و سطح دی الکتریک اطراف آن قرار دارد. این پدیده اغلب در خطوط عریض، پدها یا نواحی فلزی از نوع بلوک مشاهده می شود. مکانیسم تشکیل آن عمدتاً به تفاوت در سختی مواد و تغییر شکل پد پولیش نسبت به ویژگی‌های فلزی عریض مربوط می‌شود: فلزات نرم به اجزای شیمیایی و ساینده‌های موجود در دوغاب حساس‌تر هستند و فشار تماس موضعی پد بر روی ویژگی‌های گسترده افزایش می‌یابد و باعث می‌شود سرعت حذف در مرکز فلز از لبه‌ها بیشتر شود. در نتیجه، عمق ظرف معمولاً با عرض خط و زمان پرداخت بیش از حد افزایش می‌یابد.

مشخصه فرسایش با ارتفاع کلی سطح در نواحی با چگالی بالا (مانند آرایه های خط فلزی متراکم یا نواحی با پر ساختگی متراکم) کمتر از ارتفاع در مناطق پراکنده اطراف پس از CMP است. در اصل، حذف بیش از حد مواد در سطح منطقه بر اساس چگالی الگو است. در نواحی متراکم، فلز و دی الکتریک با هم سطح تماس موثرتری را ایجاد می کنند و اصطکاک مکانیکی و عمل شیمیایی لنت و دوغاب قوی تر است. در نتیجه، میانگین نرخ حذف هر دو فلز و دی الکتریک بیشتر از مناطق کم چگالی است. همانطور که پرداخت و پرداخت بیش از حد ادامه می یابد، پشته فلز-دی الکتریک در مناطق متراکم به طور کلی نازک تر می شود و یک پله ارتفاع قابل اندازه گیری را تشکیل می دهد و درجه فرسایش با چگالی الگوی محلی و بارگذاری فرآیند افزایش می یابد.

از منظر عملکرد دستگاه و فرآیند، ظروف و فرسایش اثرات نامطلوب متعددی بر محصولات نیمه هادی دارد. دیشینگ سطح مقطع موثر فلز را کاهش می دهد و منجر به مقاومت اتصال بالاتر و افت IR می شود که به نوبه خود باعث تاخیر سیگنال و کاهش حاشیه زمان در مسیرهای بحرانی می شود. تغییرات ضخامت دی الکتریک ناشی از فرسایش، ظرفیت انگلی بین خطوط فلزی و توزیع تاخیر RC را تغییر می دهد و یکنواختی ویژگی های الکتریکی را در سراسر تراشه تضعیف می کند. علاوه بر این، نازک شدن دی الکتریک محلی و غلظت میدان الکتریکی بر رفتار شکست و قابلیت اطمینان طولانی مدت دی الکتریک های بین فلزی تأثیر می گذارد. در سطح ادغام، توپوگرافی سطح بیش از حد دشواری تمرکز و تراز لیتوگرافی را افزایش می دهد، یکنواختی رسوب فیلم و حکاکی بعدی را کاهش می دهد و ممکن است باعث ایجاد نقص هایی مانند باقیمانده فلز شود. این مسائل در نهایت به صورت نوسان بازده و یک پنجره فرآیند کوچک شدن ظاهر می شوند. بنابراین، در مهندسی عملی، کنترل ظروف و فرسایش در محدوده های مشخص از طریق یکسان سازی چگالی چیدمان، بهینه سازیپولیش sلوس کردنگزینش پذیری و تنظیم دقیق پارامترهای فرآیند CMP، به طوری که از مسطح بودن ساختارهای اتصال، عملکرد الکتریکی پایدار و تولید قوی با حجم بالا اطمینان حاصل شود.