În primul rând, motivul pentru care tehnologia CMP a devenit indispensabilă procesării dispozitivelor semiconductoare este explicat prin introducerea contextului istoric și a situației actuale a dispozitivelor semiconductoare. Dispozitivele semiconductoare sunt produse prin construirea de modele extrem de fine constând din componente mici, cum ar fi tranzistoare, rezistoare și condensatoare, și cabluri electrice care conectează fiecare componentă pentru a crea circuite electrice. Figura 5 este o fotografie a dispozitivelor semiconductoare sub formarea de modele fine pe o plachetă de Si. Suprafața este acoperită cu adâncituri și denivelări fine și complicate. Dacă se vede secțiunea transversală, partea de jos a structurii stratului este o regiune activă cu numeroase componente, cum ar fi tranzistoare pe placheta de Si. O regiune de izolare a șanțurilor superficiale (shallow trench isolation = STI) este stivuită pe regiunea activă, urmată de straturi de metalizare pentru a conecta componentele din regiunea activă, precum și mufe pentru a conecta liniile din fiecare strat. Straturile de metalizare sunt izolate și susținute mecanic cu dielectric interstrat. După cum se arată aici, metalizarea multistrat este o tehnologie de conectare a diferitelor componente fine create sistematic pe plachetă cu linii înguste de metal stivuite pe mai multe straturi și pentru a atinge funcția proiectată a dispozitivului. Această tehnologie este realizată cu CMP de aplatizare, care este aplicarea lustruirii de ultraprecizie. Tehnica CMP este privită ca un proces standard de aplatizare și indispensabilă procesului dispozitivelor semiconductoare în prezent (Doi 2001). Înainte de introducerea planarizării CMP, singura metodă practică de planarizare a fost spin on glass (SOG), care putea fabrica cel mult trei straturi de metalizare, așa cum se arată în Fig. 6, și acesta a fost blocajul major pentru dezvoltarea circuitului integrat la scară foarte mare (VLSI) (Doi). 2001).

Pentru a realiza metalizarea multistrat după CMP a STI, sunt necesare mai multe etape de aplatizare CMP pentru multe tipuri de materiale, cum ar fi stratul de oxidare, wolfram și cuprul ca metal de cablare, la momentul potrivit în procesul de fabricație (Doi et al. 2011). Figurile 7 și 8 arată metodele CMP pentru pelicula dielectrică și respectiv metalul de interconectare. În cazul acestuia din urmă, Cu-CMP se numește proces Damaschin (planarizarea cablajului de încorporare CMP).

Figura 3 din ultima secțiune prezintă echipamentul și componentele de bază ale CMP. Printre aceste componente, un tampon și o suspensie determină performanța CMP, deci destul de importantă. Întrucât CMP pentru plachetele de Si goale și pentru plachetele de dispozitiv are scopuri diferite, specificațiile tamponului și a suspensiei sunt diferite pentru aceste procese (Doi et al. 2011). Mai mult, din moment ce tehnologia LSI evoluează neliniștit, este necesar să urmărim tendința tehnologică în timp util. De exemplu, reducerea rezistenței prin îngustarea lățimii liniei este problema majoră în tehnologia actuală de cablare, iar în acest moment linia de Cu este utilizată datorită rezistivității sale scăzute. Însă, îngustarea suplimentară a lățimii liniei necesită susținerea liniei de Cu cu un strat de izolație poros având o constantă dielectrică scăzută, care este așa-numita interconexiuni Cu/low-k. În structura de interconectare Cu/low-k, este necesară o atenție suplimentară în timpul procesului CMP pentru a evita colapsul straturilor dielectrice interstrat și a straturilor de metalizare Cu, deoarece rezistența mecanică a stratului intermediar devine extrem de scăzută și pelicula subțire tinde să se desprindă. Deoarece decojirea unei pelicule este dominată de o solicitare de forfecare aplicată la interfață, se încearcă să se evite decojirea stratului low-k prin reducerea presiunii aplicate plachetei în timpul procesului CMP (Doi și Kinoshita 2001). Însă, conform legii lui Preston, care este o lege empirică în domeniul lustruirii, rata de îndepărtare (removal rate = PR) este determinată de

PR = kpv,

unde k este o constantă Preston determinată de condițiile de lustruire, p este o presiune aplicată unei lucrări și v este o viteză sau rotație relativă. Prin urmare, rata de îndepărtare va scădea atunci când presiunea aplicată este redusă. Pentru a suplimenta rata scăzută de îndepărtare, este necesar să se mărească viteza relativă (v) sau constanta Preston (k) prin sporirea efectului chimic al suspensiei. În plus față de această soluție, oamenii încearcă să evite reducerea volumului de Cu prin reducerea grosimii metalului de barieră, cum ar fi tantalul (Ta). Când grosimea Ta atinge limita de subțiere, acum sunt luate în considerare metale alternative precum ruteniul (Ru). Deși Ru este un metal nobil scump, se așteaptă să fie cel mai promițător metal datorită potrivirii rețelei sale, proprietății de umezire și rezistivitate scăzută (Ryuzaki et al. 2009).

După cum s-a discutat mai sus, pentru structura actuală a metalizării multistrat cu materiale fragile low-k și materiale noi, CMP de aplatizare are o cerere din ce în ce mai mică pentru mai puțină eroziune și incluziunea marginilor (EE). Introducerea recentă a materialelor noi, cum ar fi Ru, necesită o performanță mai mare a unui tampon și a suspensiei. În plus, există o problemă de expansiune a plachetei (450 mm) așa cum este listată în ITRS. Procesul CMP trebuie dezvoltat cu luarea în considerare a întregului proces de Si, începând cu fabricarea plachetelor de Si goale (Doi et al. 2007a). Tabelul 1 arată nivelurile de realizare pentru articolele tehnice legate de CMP de aplatizare rezumate de Planarization CMP Research Group/Committees din Japan Society for Precision Engineering (Doi 2013). Elementele includ tehnologia echipamentelor de prelucrare, tehnologia de curățare/purificare, tehnici de măsurare/caracterizare, tehnologie de fabricare a dispozitivelor și aplicații CMP. După cum se arată în tabel, există multe probleme nerezolvate în fiecare articol.

În secțiunea următoare, sunt explicate tehnologia echipamentelor de prelucrare și consumabilele lor, care sunt importante în tehnologia CMP.