Τεχνολογία FA CMP για υψηλή διηλεκτρική σταθερά πύλη διηλεκτρική/μεταλλική πύλη

Η τεχνολογία διηλεκτρικής πύλης και μεταλλικής πύλης υψηλής πύλης (εφεξής που αναφέρεται ως HKMG) επιτρέπει στον νόμο του Moore να συνεχιστεί στον κόμβο των 45/32 nm. Η τρέχουσα διαδικασία HKMG έχει δύο συστήματα ενσωμάτωσης mainstream, δηλαδή "Πρώτη Πύλη" και "Πίσω Πύλη". Η [πύλη "αναφέρεται επίσης ως αντικαταστάσιμη πύλη (στο εξής αναφέρεται ως RMG). Η αξιοπιστία του τσιπ είναι υψηλότερη. Ως εκ τούτου, η βιομηχανία είναι πιο διατεθειμένη να επιλέξει τη διαδικασία RMG κατά την κατασκευή τσιπ υψηλής απόδοσης. Η επιπεδότητα είναι εξαιρετικά δύσκολο να επιτευχθεί.

Η τυπική ροή διεργασίας RMG περιλαμβάνει (Εικόνα 1): Ο σχηματισμός μιας προσωρινής δομής πύλης πολυσιλικονίου, η εναπόθεση ενός πρώτου ενδιάμεσου διηλεκτρικού (ILD0) οξειδίου του πυριτίου, η χημική μηχανική στίλβωση ILD0 έως ότου η προσωρινή πύλη πολυσιλικού πύλης είναι πλήρως εκτεθειμένη και Η χάραξη αφαιρεί την πύλη πολυπυριτίου. Πολική, εναπόθεση υλικών λειτουργίας εργασίας, εναπόθεση μεταλλικού αλουμινίου και χημική μηχανική στίλβωση μεταλλικού αλουμινίου. Ως ένα από τα βήματα της διαδικασίας RMG, η χημική μηχανική στίλβωση ILD0 είναι κρίσιμη για τον ομαλό σχηματισμό της δομής HKMG.

Δεδομένου ότι η δομή της πύλης απαιτεί πολύ αυστηρό διαστασιακό έλεγχο (WIW και WID), η έλλειψη μιας διαδικασίας που ελέγχει αυστηρά το τελικό πάχος στίλβωσης θα οδηγήσει σε μια σειρά προβλημάτων ολοκλήρωσης της διεργασίας, όπως η διακύμανση της αντίστασης της πύλης και η ανεπαρκής πλήρωση πύλης. Έκθεση πηγής/αποστράγγισης και πολλά άλλα. Αυτά τα προβλήματα τελικά θα βλάψουν την απόδοση του τσιπ. Προκειμένου να διασφαλιστεί η εξαιρετική απόδοση και η αξιοπιστία του τσιπ, η διαδικασία κατασκευής πρέπει να ελέγχει αυστηρά τη διαφορά πάχους των WIW, WID και WTW.

Το Applied Materials έχει αναπτύξει με επιτυχία μια διαδικασία CMP τριών σταδίων στο μηχάνημα REFLEXION® LK για την αντιμετώπιση των προβλημάτων ελέγχου WIW, WID και WTW κατά τη διάρκεια της χημικής μηχανικής στίλβωσης ILD0. Το πρώτο βήμα (P1), η λείανση αφαιρεί το μεγαλύτερο μέρος του διηλεκτρικού υλικού ILD0. Το δεύτερο βήμα (P2), συνεχίζει να λείανση με FA, σταματά μετά από επαφή με το στρώμα νιτριδίου πυριτίου στην περιοχή της πύλης. Το τρίτο βήμα (P3), η πύλη της στρώσης νιτριδίου πυριτίου στην περιοχή είναι εντελώς φθαρμένη και η πύλη πολυσυριτίνα είναι εντελώς εκτεθειμένη. Το σχήμα 2 καταδεικνύει ολόκληρη τη διαδικασία απομάκρυνσης σιτηρών πυριτίου στην περιοχή των τάφρων κατά τη διάρκεια της ILD0 CMP.

Πειραματικές λεπτομέρειες

Η μηχανή λείανσης LK Applied Materies 'Reflexion® LK περιλαμβάνει ένα δίσκο λείανσης FA και δύο τυποποιημένους δίσκους περιστροφικής λείανσης, χρησιμοποιώντας μια κεφαλή λείανσης του Titan Contourtm που ελέγχει την πίεση σε πέντε ξεχωριστές ζώνες (Εικόνα 3). Ο δίσκος λείανσης FA είναι εξοπλισμένος με ένα σταθερό λειαντικό κύλινδρο SlurryFreetM και ένα PAD βάσης P6900 από 3Μ. Ο δίσκος λείανσης του πολτού ήταν εξοπλισμένος με ένα PAD λείανσης IC1010TM που κατασκευάστηκε από την Dow Chemical Co., Ltd. και μια βούρτσα επιδιόρθωσης στίλβας που κατασκευάστηκε από 3M Company. Το P1 χρησιμοποιεί ένα ημι-sperser SS-12 πολτό πυριτίου που παράγεται από την Cabot Corporation. Το P2 χρησιμοποιεί ένα πολτό FA. και το P3 χρησιμοποιεί ένα ειδικό πολτό.

Αυτό το άρθρο θα ενοποιήσει τη χρήση μιας απλοποιημένης δομής πύλης (Εικόνα 4) για την αξιολόγηση της απόδοσης διαφορετικών διαδικασιών. Η δομή της περιοχής της πύλης είναι από πάνω προς τα κάτω: οξείδιο πυριτίου/νιτρίδιο/πολυσυρικόνιο/οξείδιο της πύλης/πυρίτιο ενός κρυστάλλου και [Groove "αναφέρεται στην περιοχή μεταξύ της πύλης και της πύλης (δομή: οξείδιο του πυριτίου)/μονοκρυσταλλικό πυρίτιο ) Στην περιοχή μέτρησης που έχει μέγεθος μεγαλύτερο από 50 μm, το πάχος της μεμβράνης μετρήθηκε χρησιμοποιώντας νανοτμ 9010b από νανομετρικά. Σε αυτό το έγγραφο, ένα μέρος του δείγματος λαμβάνεται με μηχανική διάσπαση για να ληφθεί το διαμήκη τμήμα του δίσκου · ένα άλλο μέρος του δείγματος κόβεται μερικώς από μια εστιασμένη δέσμη ιόντων (FIB) για να εκθέσει το διαμήκη τμήμα.

Αποτελέσματα και συζήτηση

Το P3 απαιτεί μη επιλεκτικό πολτό

Δεδομένου ότι η απαίτηση επιπεδότητας μετά την P3 είναι πολύ αυστηρή, η λείανση της ρ3 τείνει να χρησιμοποιεί ένα μη επιλεκτικό ιλύ. Ο πολτός έχει ένα σημαντικό ποσοστό λειαντικού στο νιτρίδιο του πυριτίου, το οξείδιο του πυριτίου και το πολυσιλικόν. Πρώτον, ο ρυθμός λείανσης του νιτριδίου του πυριτίου πρέπει να είναι αρκετά υψηλός ώστε να εξασφαλίζει πλήρη έκθεση της πύλης πολυσυριτών. Εάν ο ρυθμός στίλβωσης του οξειδίου του πυριτίου είναι σημαντικά χαμηλότερος από αυτόν του νιτριδίου πυριτίου και του πολυσυριτίου, μπορεί να προκαλέσει σημαντικά κυρτή η περιοχή αυλάκωσης και να επιδεινωθεί με υπερβολική λείανση. Εάν ο ρυθμός στίλβωσης του πολυσυριτίνα είναι σημαντικά χαμηλότερος από αυτόν του νιτριδίου πυριτίου και του οξειδίου του πυριτίου, η διαφορά ύψους μεταξύ της πύλης και της τάφρου είναι πολύ ευαίσθητος στην ανεπαρκή ή υπερβολική άλεση. Η χρήση ενός μη επιλεκτικού πολτού θα μειώσει τη διακύμανση της διαφοράς ύψους μεταξύ της πύλης και της τάφρου λόγω των διαφορετικών χρόνων άλεσης P3.

Η διαδικασία P2 FA μπορεί να μειώσει τη διαφορά πάχους του πλάτους του οξειδίου του πυριτίου Trench μετά το P3

Η διαδικασία FA έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως για την άμεση λείανση της ρηχής απομόνωσης των τάφρων (STI). Η FA μπορεί να σταματήσει επιλεκτικά στην επιφάνεια του νιτριδίου πυριτίου και να παρουσιάσει εξαιρετική επίπεδη επίπεδη στίλβωση και χαμηλά κοίλα ελαττώματα. Παρόμοια με το STI, η λείανση του ILD0 περιλαμβάνει επίσης το βήμα της διακοπής στην επιφάνεια του νιτριδίου του πυριτίου. Αυτή η εξαιρετικά χαμηλή απώλεια νιτριδίου πυριτίου και πολύ χαμηλά ελαττώματα εσοχής οξειδίου του πυριτίου καθιστούν το κλειδί για το WIW και τον έλεγχο του πάχους του πλάτους στη διαδικασία λείανσης ILD0. Στην πύλη πύλη, λόγω του μικρού μεγέθους χαρακτηριστικών, τα κοίλα ελαττώματα είναι γενικά χαμηλά ανεξάρτητα από τη διαδικασία FA ή την εξαιρετικά επιλεκτική διαδικασία λείανσης (Εικόνα 5). Ωστόσο, στην περιφερική περιοχή, το μέγεθος του χαρακτηριστικού μπορεί να φτάσει τα 50 μικρά ή περισσότερα, η διαδικασία λείανσης HSS γενικά παράγει σημαντικά κοίλα ελαττώματα (> 200?), Ενώ η διαδικασία λείανσης FA εξακολουθεί να διατηρεί χαμηλά κοίλα ελαττώματα (<50?).

Επομένως, η διαφορά πάχους του οξειδίου του πυριτίου των τάφρων μετά τη διαδικασία FA και τη διαδικασία HSS συγκρίνεται, η πρώτη είναι σημαντικά χαμηλότερη από την τελευταία. Δεδομένου ότι η Ρ3 χρησιμοποιεί μη επιλεκτικό πολτό, τα ελαττώματα υψηλής συγκομιδής μετά από το Ρ2 οδηγούν άμεσα σε υψηλή διαφορά στο πάχος του πλάτους του οξειδίου των τάφρων μετά από ρ3 (Εικόνα 5). Η διαφορά στο πάχος του πλάτους μετά από το P3 μπορεί να φανεί σαφώς από τη φωτογραφία SEM του διαμήκους τμήματος του δίσκου.