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。