การล้างจานและการกัดเซาะในกระบวนการ CMP คืออะไร

การขัดเงาเชิงกลด้วยเคมี (CMP) ขจัดวัสดุส่วนเกินและข้อบกพร่องของพื้นผิวด้วยปฏิกิริยาเคมีและการเสียดสีเชิงกลร่วมกัน เป็นกระบวนการสำคัญในการบรรลุการวางแผนทั่วโลกของพื้นผิวเวเฟอร์ และเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้สำหรับการเชื่อมต่อระหว่างทองแดงหลายชั้นและโครงสร้างอิเล็กทริกที่มีค่า k ต่ำ ในการผลิตเชิงปฏิบัติ CMP ไม่ใช่กระบวนการกำจัดที่สม่ำเสมออย่างสมบูรณ์แบบ มันก่อให้เกิดข้อบกพร่องตามรูปแบบทั่วไป โดยที่จานและการกัดเซาะมีความโดดเด่นที่สุด ข้อบกพร่องเหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อรูปทรงของชั้นที่เชื่อมต่อถึงกันและคุณลักษณะทางไฟฟ้า

การล้างจานหมายถึงการกำจัดวัสดุนำไฟฟ้าที่ค่อนข้างอ่อน (เช่น ทองแดง) มากเกินไปในระหว่าง CMP ซึ่งนำไปสู่โปรไฟล์เว้ารูปจานภายในเส้นโลหะเส้นเดียวหรือพื้นที่โลหะขนาดใหญ่ ในหน้าตัด จุดศูนย์กลางของเส้นโลหะอยู่ต่ำกว่าขอบทั้งสองและพื้นผิวไดอิเล็กทริกโดยรอบ ปรากฏการณ์นี้มักพบเห็นเป็นเส้นกว้าง แผ่นอิเล็กโทรด หรือบริเวณโลหะประเภทบล็อก กลไกการก่อตัวของมันส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับความแตกต่างของความแข็งของวัสดุและการเสียรูปของแผ่นขัดเงาเหนือคุณสมบัติของโลหะที่กว้าง: โลหะอ่อนมีความไวต่อส่วนประกอบทางเคมีและสารกัดกร่อนในสารละลายมากกว่า และแรงกดสัมผัสเฉพาะที่ของแผ่นขัดจะเพิ่มขึ้นตามคุณสมบัติที่กว้าง ทำให้อัตราการขจัดออกที่ศูนย์กลางของโลหะเกินกว่าที่ขอบ เป็นผลให้ความลึกของการเคลือบมักจะเพิ่มขึ้นตามความกว้างของเส้นและเวลาในการขัดเงา

การพังทลายมีลักษณะเฉพาะคือความสูงพื้นผิวโดยรวมในบริเวณที่มีรูปแบบความหนาแน่นสูง (เช่น เส้นโลหะหนาแน่นหรือพื้นที่ที่มีการเติมจำลองหนาแน่น) ซึ่งต่ำกว่าความสูงในพื้นที่กระจัดกระจายโดยรอบหลัง CMP โดยพื้นฐานแล้ว มันเป็นการกำจัดวัสดุที่มากเกินไปในระดับภูมิภาคซึ่งขับเคลื่อนด้วยความหนาแน่นของรูปแบบ ในพื้นที่หนาแน่น โลหะและอิเล็กทริกร่วมกันจะให้พื้นที่สัมผัสที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น และแรงเสียดทานทางกลและการกระทำทางเคมีของแผ่นและสารละลายจะแข็งแกร่งกว่า ดังนั้นอัตราการกำจัดโดยเฉลี่ยของทั้งโลหะและอิเล็กทริกจึงสูงกว่าในบริเวณที่มีความหนาแน่นต่ำ ในระหว่างการขัดและการขัดเงามากเกินไป กองโลหะและไดอิเล็กทริกในพื้นที่หนาแน่นจะบางลงโดยรวม ทำให้เกิดขั้นตอนความสูงที่วัดได้ และระดับการสึกกร่อนจะเพิ่มขึ้นตามความหนาแน่นของรูปแบบเฉพาะที่และการโหลดของกระบวนการ

จากมุมมองของประสิทธิภาพของอุปกรณ์และกระบวนการ การชุบและการกัดเซาะมีผลกระทบเชิงลบหลายประการต่อผลิตภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ การล้างจานจะช่วยลดพื้นที่หน้าตัดที่มีประสิทธิภาพของโลหะ ส่งผลให้ความต้านทานการเชื่อมต่อระหว่างกันสูงขึ้นและการลดลงของ IR ซึ่งจะทำให้สัญญาณล่าช้าและลดระยะขอบของเวลาบนเส้นทางวิกฤติ การเปลี่ยนแปลงของความหนาของอิเล็กทริกที่เกิดจากการกัดเซาะจะเปลี่ยนความจุของปรสิตระหว่างเส้นโลหะและการกระจายของความล่าช้า RC ซึ่งบ่อนทำลายความสม่ำเสมอของคุณลักษณะทางไฟฟ้าทั่วชิป นอกจากนี้ การทำให้ผอมบางของอิเล็กทริกในท้องถิ่นและความเข้มข้นของสนามไฟฟ้าส่งผลต่อพฤติกรรมการสลายและความน่าเชื่อถือในระยะยาวของไดอิเล็กตริกระหว่างโลหะ ในระดับบูรณาการ ภูมิประเทศของพื้นผิวที่มากเกินไปจะเพิ่มความยากลำบากในการโฟกัสและการวางแนวการพิมพ์หิน ลดความสม่ำเสมอของการสะสมและการกัดฟิล์มในภายหลัง และอาจก่อให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น เศษโลหะ ปัญหาเหล่านี้แสดงออกมาในท้ายที่สุดด้วยความผันผวนของผลผลิตและกรอบเวลากระบวนการที่หดตัวลง ดังนั้นในทางวิศวกรรมภาคปฏิบัติ จึงจำเป็นต้องควบคุมการเกิดจานและการกัดเซาะภายในขีดจำกัดที่กำหนดโดยการปรับความหนาแน่นของโครงร่าง การเพิ่มประสิทธิภาพของขัดเงาซุ่มซ่ามการเลือกสรรและการปรับแต่งพารามิเตอร์กระบวนการ CMP อย่างละเอียด เพื่อให้มั่นใจถึงความระนาบของโครงสร้างที่เชื่อมต่อถึงกัน ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่เสถียร และการผลิตในปริมาณมากที่แข็งแกร่ง