停止層(研磨停止層)是指為了防止 CMP 過度研磨,預先設置於底層、不易被研磨的膜。研磨進行到此層露出時,移除速率會因研磨液的選擇比而急遽下降,研磨便實質停在該處,不必只依賴時間管理就能在目標深度結束。
代表例是 STI-CMP 的氮化膜(SiN)停止層。在主動區上方保留 SiN 的狀態下以氧化膜填滿溝槽,再以對 SiO₂ 選擇比高的氧化鈰系研磨液研磨,SiN 一露出研磨便停止。之後以熱磷酸等去除 SiN,即可得到只在溝槽內留有氧化膜的元件隔離結構。若沒有停止層,就會一路削進主動區。
這個機制成立的條件是研磨液的選擇比。想削除的材料與想停止的材料之間的移除速率比若不夠大,就無法發揮停止層的作用,因此要以磨粒種類與添加劑(吸附於 SiN 表面加以保護的藥劑等)來形成選擇比。選擇比過高時,又會出現圖形密度差造成的殘膜無法消除的另一個問題,因此需設計出適當值。
金屬 CMP 也使用同樣的思維。在銅鑲嵌中,阻障金屬(TaN/Ta)實際上扮演中間停止層的角色,在阻障層 CMP 步驟中切換選擇比,以對準與絕緣膜的交界。研磨對象、停止層、底層三者選擇比的組合,決定了碟形凹陷與侵蝕的程度。
停止層最終會被去除,或直接保留作為下一製程的一部分。無論哪種情況,都是付出了「只為了停止研磨而多加1層膜」的成本,換來的是深度方向的再現性。如果說終點偵測是在時間軸上掌握終點的技術,那麼停止層就是以材料選擇比來形成終點的技術。