最後更新:2026年10月8日CMP・平坦化CMP・平坦化中國大陸:侵蚀

侵蝕(CMP)是什麼

Erosion

侵蝕(CMP)是在導線高密度聚集的區域,不僅金屬、連周圍的絕緣膜也一起被過度研磨,使整個區域高度下降的現象。與導線內部凹陷的碟陷不同,其特徵是整個圖案低於周邊,在多層內連線中,段差會隨著層數疊加而累積,使平坦性惡化。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

侵蝕(Erosion)是指 CMP(化學機械研磨)製程後,在導線圖案高密度聚集的區域(線/間距圖案的 Active 區域),不僅導線、連周圍絕緣膜也被過度研磨而使整體下降的現象。在導線密集處,研磨墊容易局部下陷,導線與絕緣膜整體會比周邊孤立導線處更深。與碟陷(導線內的凹陷)不同,侵蝕的特徵是整個圖案的高度下降。

侵蝕的發生機制在於 CMP 研磨墊的「局部彎曲」與導線的「圖案密度依存性」。在導線密集處(例如密度50%以上),研磨墊均等地壓在導線與絕緣膜上,研磨液的接觸壓力維持在高水準,因此在導線(例:Cu)研磨結束後,仍會過度研磨絕緣膜(SiO₂、low-k)。在孤立導線處,研磨墊不易接觸相鄰的絕緣膜,研磨不易進行,因此會表現為密集處與孤立處之間的段差(侵蝕量)。

侵蝕的影響包括:①電性影響:導線截面積差異造成面內電阻值差異與 RC 延遲差異;②形狀影響:圖案密度高的部分表面高度變低,晶圓面內平坦度下降;③對多層內連線的影響:侵蝕量累積後,會使後續曝光、CMP 等製程的製程窗口變窄。在先進邏輯(3nm以下)的多層內連線中,要求將侵蝕量控制在<5nm。

侵蝕的對策有:①插入虛擬圖案(Dummy Fill):在導線間的空白區域填入虛擬金屬或絕緣膜圖案,使圖案密度均勻化(標準化為密度55~65%);②最佳化研磨液組成:使用在金屬研磨結束後使絕緣膜研磨速率急遽減緩的添加劑;③選擇研磨墊的硬度與彈性;④精密控制製程終點(光學式 EPD);⑤導入 TMD/TEOS 覆蓋層(追加保護絕緣膜層)。

侵蝕的量測以 AFM、段差計與散射光量測(OCD:Optical Critical Dimension)進行,依晶圓面內的圖案密度設定量測點來評估。在以碟陷與侵蝕合計的「CMP 綜合不均勻性」0.1nm以下為目標的先進製程中,如何因應其控制要求,是應用材料、荏原製作所與 SKC 在 CMP 研磨液、設備與研磨墊研發上的重點課題。

侵蝕(CMP)的常見問題

侵蝕容易發生在哪裡?
發生在細導線高密度排列的區域。這部分絕緣膜所占比例小,研磨墊容易局部下陷,因此金屬與絕緣膜會一起被研磨,使整個區域低於周邊。
侵蝕有什麼影響?
除了導線與通孔截面積減少使電阻增加之外,段差也會隨著層數疊加而累積,使平坦性惡化。結果會造成上層曝光的對焦不良,以及下一道 CMP 的研磨差異。
侵蝕的對策有哪些?
最有效的是在設計階段插入虛擬金屬,避免金屬密度極端不均,使圖案密度均勻化。此外也會採用較硬的研磨墊、降低研磨壓力,以及使用調整過選擇比的研磨液。

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