ما هو التقطيع والتآكل في عملية CMP؟

يزيل التلميع الميكانيكي الكيميائي (CMP) المواد الزائدة وعيوب السطح من خلال العمل المشترك للتفاعلات الكيميائية والتآكل الميكانيكي. إنها عملية أساسية لتحقيق الاستواء العالمي لسطح الرقاقة ولا غنى عنها للوصلات النحاسية متعددة الطبقات والهياكل العازلة منخفضة k. في التصنيع العملي، لا تعتبر CMP عملية إزالة موحدة تمامًا؛ إنه يؤدي إلى ظهور عيوب نموذجية تعتمد على النمط، ومن أبرزها التقطيع والتآكل. وتؤثر هذه العيوب بشكل مباشر على هندسة طبقات الترابط وخصائصها الكهربائية.

يشير التقطيع إلى الإزالة المفرطة للمواد الموصلة اللينة نسبيًا (مثل النحاس) أثناء CMP، مما يؤدي إلى شكل مقعر على شكل طبق داخل خط معدني واحد أو منطقة معدنية كبيرة. في المقطع العرضي، يقع مركز الخط المعدني في مستوى أدنى من حافتيه والسطح العازل المحيط به. يتم ملاحظة هذه الظاهرة بشكل متكرر في الخطوط العريضة أو الفوط أو المناطق المعدنية من النوع الكتلي. ترتبط آلية تشكيلها بشكل أساسي بالاختلافات في صلابة المواد وتشوه وسادة التلميع على ميزات معدنية واسعة: المعادن الناعمة أكثر حساسية للمكونات الكيميائية والمواد الكاشطة في الملاط، ويزداد ضغط التلامس المحلي لللوحة على الميزات الواسعة، مما يتسبب في معدل الإزالة في مركز المعدن ليتجاوز ذلك عند الحواف. ونتيجة لذلك، عادة ما يزداد عمق التقطيع مع عرض الخط ووقت التلميع الزائد.

يتميز التآكل بأن الارتفاع الإجمالي للسطح في المناطق ذات الكثافة العالية للنمط (مثل صفائف الخطوط المعدنية الكثيفة أو المناطق ذات التعبئة الوهمية الكثيفة) أقل من ذلك الموجود في المناطق المتناثرة المحيطة بعد CMP. في جوهرها، إنها عملية إزالة مفرطة للمواد على مستوى المنطقة تعتمد على الكثافة. في المناطق الكثيفة، يوفر المعدن والعازل الكهربائي معًا مساحة اتصال فعالة أكبر، ويكون الاحتكاك الميكانيكي والتأثير الكيميائي للوسادة والملاط أقوى. وبالتالي، فإن متوسط ​​معدلات إزالة كل من المعدن والعازل الكهربائي أعلى منه في المناطق منخفضة الكثافة. مع استمرار التلميع والإفراط في التلميع، تصبح كومة المعدن العازل في المناطق الكثيفة أرق ككل، وتشكل خطوة ارتفاع قابلة للقياس، وتزداد درجة التآكل مع كثافة النمط المحلي وتحميل العملية.

من منظور أداء الجهاز والعملية، فإن التقطيع والتآكل لهما تأثيرات سلبية متعددة على منتجات أشباه الموصلات. يقلل التقطيع من مساحة المقطع العرضي الفعال للمعدن، مما يؤدي إلى زيادة مقاومة التوصيل البيني وانخفاض الأشعة تحت الحمراء، والذي بدوره يؤدي إلى تأخير الإشارة وتقليل هامش التوقيت على المسارات الحرجة. تؤدي الاختلافات في سُمك العزل الكهربائي الناتج عن التآكل إلى تغيير السعة الطفيلية بين الخطوط المعدنية وتوزيع تأخير RC، مما يقوض توحيد الخصائص الكهربائية عبر الشريحة. بالإضافة إلى ذلك، يؤثر ترقق العزل الكهربائي المحلي وتركيز المجال الكهربائي على سلوك الانهيار والموثوقية طويلة المدى للعوازل الكهربائية بين المعادن. على مستوى التكامل، تزيد التضاريس السطحية المفرطة من صعوبة تركيز الطباعة الحجرية ومواءمتها، وتقلل من توحيد ترسيب الفيلم والحفر اللاحق، وقد تؤدي إلى عيوب مثل بقايا المعادن. تظهر هذه المشكلات في نهاية المطاف على شكل تقلبات في العائد ونافذة عملية تقلص. لذلك، في الهندسة العملية، من الضروري التحكم في التقطيع والتآكل ضمن حدود محددة من خلال معادلة الكثافة التخطيطية، وتحسينتلميع قشاحنةالانتقائية والضبط الدقيق لمعلمات عملية CMP، وذلك لضمان استواء هياكل التوصيل البيني والأداء الكهربائي المستقر والتصنيع القوي بكميات كبيرة.