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1. 什么是 Dishing?
Dishing，也叫碟型缺陷。如图 1 所示，CMP 工艺之后在 wafer 表面图形密度小、尺寸大的区域，trench 的顶部通常会产生向下凹陷的现象，这个凹陷就被称为 dishing。而在图形密度大、尺寸小的区域会发生 trench 及旁边的介质层同时向下凹陷的现象，这个凹陷区域则被称为 erosion（侵蚀）。通常在 STI CMP, W CMP, Cu CMP 等工艺后都会关注 dishing 的大小。
图 1 CMP 后 Dishing 形貌 2. Dishing 对产品有什么影响？
- Cu CMP oxide dishing 过大, 有可能会导致后续 Cu CMP 后产生 Cu residue。
图 2 结构示意图（非实际结构图）
- 金属 CMP 后，trench 里的金属 dishing 会导致金属厚度不稳定，且 WAT 也会变得不稳定或者变差。
- STI CMP 的 SIN erosion 可能会导致下层器件的失效，oxide dishing 会导致 STI 隔离效果不好。
- 金属 CMP 后，由于 dishing 的存在，会使得金属互联的电阻增大。
- 在 Cu-Cu 的键合工艺中，Cu dishing 的大小直接决定了其键合强度。
3. 为什么会产生 Dishing?
如图 1 所示，dishing 其实就是 CMP 后 trench 顶部的地方发生凹陷。为什么会凹陷？肯定是因为研磨速率的差异导致的；为什么研磨速率会有差异？第一个是因为研磨液对不同材料的选择比不同，第二个是由于图案的密度大小尺寸等差异会使得研磨过程中不同区域的压力分布不均，进而导致研磨速率的差异；第三个是由于不同材料的弹性模量不同，因此在研磨过程中同时接触到不同材料时，不同材料受到的压力也会有所不同，进而也会使得研磨速率有差异。总结一下：
- 跟图案密度和线宽有关系，大间距的区域 dishing 更容易产生，密集的 trench 区域更容易形成 erosion。图案密度越大，dishing 越小。
- 不同区域压力分配不均导致。
- 研磨液对不同材料的选择性导致。
4. 如何减小 Dishing?
影响 Dishing 的因素不是单一的，因此不可能单一的通过调控某一个参数就可以实现消除 dishing, 需要围绕 dishing 产生的原因以及形成机理从多方面多角度去着手优化，例如：产品结构的设计、工艺流程的优化、CMP 耗材的选型、Recipe 参数的优化等等。下面列举了一些对减小 dishing 有正向作用的方法供参考：
- 在布局布线设计时，在空白的区域增加 dummy metal 或者 dummy fill 来增加图形密度。
- 通过工艺流程上的优化来消除 dishing 对后续工艺产生的影响。例如：图 3 结构示意图（非实际结构图）
- 硬研磨垫相比于软研磨垫，在研磨过程中 wafer 表面结构受到的压力分布会更均匀，因此使用硬研磨垫有助于减小 dishing, 但并不是越硬越好，要结合 defect 和研磨速率的综合表现来评估。
- 减小研磨液研磨颗粒的含量以及研磨颗粒的尺寸。因为研磨颗粒含量越多，研磨过程中凹陷的地方研磨颗粒聚集的就越多，会使得凹陷区域机械作用增大，dishing 变大。要结合研磨速率表现综合评估选择。基于这个理论分析，那么减小 slurry flow 可能会有助于减小 dishing.
- 减小研磨液里的氧化剂浓度也会有助于 dishing 的减小。
- 保证无残留的情况下，减小 overpolish 的时间及压力。
