¿Qué es el deshundimiento y la erosión en el proceso CMP?

El pulido químico mecánico (CMP) elimina el exceso de material y los defectos de la superficie mediante la acción combinada de reacciones químicas y abrasión mecánica. Es un proceso clave para lograr la planarización global de la superficie de la oblea y es indispensable para interconexiones de cobre multicapa y estructuras dieléctricas de baja k. En la fabricación práctica, CMP no es un proceso de eliminación perfectamente uniforme; da lugar a defectos típicos que dependen del patrón, entre los cuales el abombamiento y la erosión son los más destacados. Estos defectos afectan directamente a la geometría de las capas de interconexión y a sus características eléctricas.

El plato se refiere a la eliminación excesiva de materiales conductores relativamente blandos (como el cobre) durante la CMP, lo que da lugar a un perfil cóncavo en forma de plato dentro de una sola línea metálica o de una gran área metálica. En sección transversal, el centro de la línea metálica se encuentra más bajo que sus dos bordes y la superficie dieléctrica circundante. Este fenómeno se observa frecuentemente en líneas anchas, almohadillas o regiones metálicas de tipo bloque. Su mecanismo de formación está relacionado principalmente con las diferencias en la dureza del material y la deformación de la almohadilla de pulido sobre características anchas del metal: los metales blandos son más sensibles a los componentes químicos y abrasivos en la lechada, y la presión de contacto local de la almohadilla aumenta en características amplias, lo que hace que la tasa de eliminación en el centro del metal supere la de los bordes. Como resultado, la profundidad del biselado generalmente aumenta con el ancho de la línea y el tiempo de pulido excesivo.

La erosión se caracteriza por que la altura total de la superficie en regiones de alta densidad de patrones (como conjuntos de líneas metálicas densas o áreas con relleno ficticio denso) es menor que la de las regiones dispersas circundantes después del CMP. En esencia, se trata de una eliminación excesiva de material a nivel de región y determinada por la densidad del patrón. En regiones densas, el metal y el dieléctrico juntos proporcionan un área de contacto efectiva más grande, y la fricción mecánica y la acción química de la almohadilla y la lechada son más fuertes. En consecuencia, las tasas promedio de eliminación tanto de metal como de dieléctrico son más altas que en las regiones de baja densidad. A medida que avanza el pulido y el sobrepulido, la pila de metal-dieléctrico en áreas densas se vuelve más delgada en su conjunto, formando un escalón de altura mensurable, y el grado de erosión aumenta con la densidad del patrón local y la carga del proceso.

Desde la perspectiva del rendimiento del dispositivo y del proceso, el blindaje y la erosión tienen múltiples impactos adversos en los productos semiconductores. La antena parabólica reduce el área de la sección transversal efectiva del metal, lo que genera una mayor resistencia de interconexión y una caída de IR, lo que a su vez provoca un retraso de la señal y un margen de sincronización reducido en rutas críticas. Las variaciones en el espesor dieléctrico causadas por la erosión cambian la capacitancia parásita entre las líneas metálicas y la distribución del retardo RC, lo que socava la uniformidad de las características eléctricas en todo el chip. Además, el adelgazamiento dieléctrico local y la concentración del campo eléctrico afectan el comportamiento de ruptura y la confiabilidad a largo plazo de los dieléctricos intermetálicos. A nivel de integración, la topografía superficial excesiva aumenta la dificultad del enfoque y la alineación de la litografía, degrada la uniformidad de la deposición y el grabado de la película posterior y puede inducir defectos como residuos metálicos. Estos problemas se manifiestan en última instancia como una fluctuación de los rendimientos y una ventana de proceso cada vez más reducida. Por lo tanto, en la ingeniería práctica, es necesario controlar el abombamiento y la erosión dentro de límites específicos mediante la ecualización de la densidad del diseño, la optimización depulido marrastrarselectividad y ajuste fino de los parámetros del proceso CMP, para garantizar la planaridad de las estructuras de interconexión, un rendimiento eléctrico estable y una fabricación robusta de alto volumen.