Теория процессов. Процесс химико-механической планаризации. Средства технологического оснащения, страница 9

Для того, чтобы оставшийся после полирования окисел имел одинаковую толщину, крайне важно иметь равномерные по толщине пленки осажденного окисла. Например, если в процессе ХМП требуется удалить 500 нм окисла с целью планаризации, а оставшийся после ХМП окисел должен иметь толщину также 500 нм, то должна быть осаждена пленка толщиной 1 мкм.  Если осажденная пленка имела неравномерность по толщине, равную 10%, то даже идеальный по равномерности процесс ХМП не позволит получить неравномерность толщины оставшейся после полирования пленки лучше чем 20%. Если же необходимо удалить посредством ХМП 1 мкм окисла для планаризации, то осажденный слой окисла должен иметь толщину 1,5 мкм. 10%-ная неравномерность осажденного слоя приведет уже к 30%-ной неравномерности оставшегося после полирования окисла.

Хотя скорость полирования является важной характеристикой ХМП, конечная цель процесса состоит все же в планаризации. Рассмотрим факторы, влияющие на качество планаризации.

Эффект планаризации основан на большей скорости удаления выступающих элементов рельефа по сравнению со скоростью удаления низких участков поверхности. Увеличение скорости удаления выступающих элементов рельефа обычно связывают с увеличенной деформацией подушки в местах ее соприкосновения с выступающим элементом рельефа и повышенным давлением в этих местах. Этот механизм объясняет то, что скорость удаления элементов рельефа есть функция размеров элементов. Наибольшее давление и скорость полирования соответствуют небольшим, далеко отстоящим от других выступающим элементам. И, наоборот, наименьшее давление и скорость удаления приходятся на небольшие пониженные участки, окруженные выступающими элементами. Скорость удаления окисла в центральных областях больших по протяженности пониженных участков может быть соизмерима со скоростью полирования протяженных выступающих элементов рельефа. Таким образом, скорость планаризации каждого участка поверхности есть сложная функция размеров не только планаризуемого участка, но и размеров окружающих участков. В процессе полирования происходит непрерывное изменение скоростей  удаления всех элементов рельефа.

Существует несколько факторов, влияющих на планаризирующую способность процесса ХМП и наиболее значимым является материал полирующей подушки и его свойства. Для планаризации окисла кремния твердые слабосжимаемые подушки предпочтительны. Такие подушки позволяют повысить удельное давление на выступающие элементы поверхности пластины и обеспечить необходимый эффект планаризации. Воспроизводимость результатов планаризации от пластины к пластине достигается благодаря периодическому кондиционированию подушек.

В [23] описан метод тестирования планаризирующей способности процесса  ХМП. Первым шагом стало формирование тестовой структуры путем травления канавок в кремниевой подложке и осаждения окисла (см. рисунок 1.1.6.5). Тестовый топологический рисунок состоит из множества параллельно расположенных канавок равной ширины, разделенных промежутками, имеющими ширину, равную ширине канавок. Каждый из рисунков имеет различную ширину канавок; это позволяет сравнивать скорости полирования различных по размеру элементов. Промежутки между рисунками должны быть достаточно большими, чтобы не было взаимного влияния рельефов друг на друга. Авторы рекомендуют ширину канавок 1 – 5 мм, а промежутки между рисунками – несколько сантиметров.

Рисунок 1.1.6.5 - Тестовая структура для исследования ХМП