CN101661528B - Mim电容模型的提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种MIM电容模型的提取方法，包括如下步骤：(1)选取至少三个面积相同、通孔密度相同但周长不同的MIM电容，提取边缘电容；(2)选取步骤(1)中的一个电容，再选取与该电容通孔密度和周长相同但面积不同的至少两个MIM电容，结合边缘电容提取表面积电容；(3)选取步骤(1)和步骤(2)共同的电容，再选取与该电容面积和周长相同但通孔密度不同的至少两个MIM电容，结合边缘电容和表面积电容提取通孔电容；(4)根据通孔电容和通孔密度制图并对数据拟合，获得通孔电容对通孔密度的函数关系；(5)将上述函数关系写入MIM现有模型中，获得新的MIM模型。本发明可以获得更精确的MIM电容数值，减小误差。

Description

MIM电容模型的提取方法
技术领域
本发明涉及一种集成电路中电容模型的提取方法，具体涉及一种金属-绝缘物-金属(Metal-Insulator-Metal，简称MIM)电容模型的提取方法。
背景技术
目前广泛应用的MIM电容，其基本结构如图1所示，MIM电容位于顶层金属1和顶层金属的下一层金属2之间，由MIM电容上极板3和下一层金属2构成了一个基本的平行板电容器。上极板3和下一层金属2均通过电介质中的通孔4(VIA)来连接顶层金属1，然后分别连接到针垫5(PAD)和针垫6，则针垫5和针垫6构成一个完整的可测量电容结构的两极。
在进行电容测试的过程中，需要一个结构来去除测试当中使用的电缆，机台等寄生电容的影响，这个结构一般和待测试的器件完全相同，就是把其一端的电路断路就可以了。如图2所示，这里有个问题，断路的地方在什么位置，不是可以随便选择的。必须考虑到制作工艺，器件的物理特性等因素。对于MIM电容，最理想的断路点就是选择在通孔4和上极板3连接的地方，这样就可以消除所有寄生的电容。但是这样选择，在制造上要添加数道工艺，增加了制造成本和难度。所以，断路点的选择一般是在顶层金属1连接针垫5的电路上，并且靠近MIM电容的地方。这样的处理可以使制造工艺简化，但是却对电容的精确测量以及模型的准确提取带来了困难。
具体来说，通孔4是一个由金属构成的锥形体，其本身就具有电容，而且，连接上极板3到顶层金属1的通孔4不止一个，它们之间也存在电容，尤其是当通孔4的密度比较高的时候，其产生的电容更是不可忽略。图2所示MIM电容的测试校准结构不能消除通孔4产生的寄生电容，在现行的MIM模型提取方法中，认为MIM的电容包含两部分，一是面积电容，即MIM电容上极板(MCT)和正下方的金属构成的理想平行板电容器的电容，一是边缘电容，就是MCT边缘与下层金属产生的电容，而实际中的通孔电容就被包含在面积电容中，这是不合理的，所以在用图2中现行的MIM电容测试校准结构来进行电容测试校准和测试时，会不可避免的带上通孔4引起的寄生电容，均和实际的MIM电容存在误差。并且，各个电路设计者进行电路设计的时候，MIM上使用的通孔数也不一样，导致在进行电路设计和电路模拟的时候情况更复杂，使用现有模型进行的模拟计算，其误差也更大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种MIM电容模型的提取方法，可以消除通孔电容的影响，获得更精确的MIM电容数值，减小误差。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种MIM电容模型的提取方法，包括如下步骤：
(1)选取至少三个面积相同、通孔密度相同但周长不同的MIM电容，提取MIM电容的边缘电容；
(2)选取步骤(1)中使用的一个电容，再选取与该电容通孔密度和周长相同但面积不同的至少两个MIM电容，结合得到的边缘电容提取MIM电容的面积电容；
(3)选取步骤(1)和步骤(2)共同使用的电容，再选取与该电容面积和周长相同但通孔密度不同的至少两个MIM电容，结合得到的边缘电容和面积电容提取MIM电容的通孔电容；
(4)根据获得的通孔电容和通孔密度为坐标制图，并对数据进行拟合，获得通孔电容对通孔密度的函数关系；
(5)定义参数，将上述函数关系写入MIM现有的模型中，获得新的MIM模型。
本发明相比于现有MIM模型提取技术具有以下优点：由于考虑了通孔电容的影响，将通孔电容和通孔密度的函数关系写入了MIM模型文件中，对于电路设计者来说，在进行电路设计和电路模拟的时候，可以获得更精确的MIM电容数值，减小了模拟计算的误差，可以提高工作效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是MIM电容的基本结构；
图2是MIM电容的测试用电容校准结构；
图3为本发明的MIM模型提取方法的流程图；
图4是本发明一个实施例的通孔电容和通孔密度的函数关系；
图5是本发明一个实施例的MIM电容模拟计算结果。
图中的附图标记为：1、顶层金属；2、下一层金属；3、上极板；4、通孔；5、针垫；6、针垫。
具体实施方式
本发明提出了一种新的MIM模型提取办法，可以克服现有模型的缺陷，提供精确的模拟计算结果。如图3所示，本方法在进行MIM电容的模型提取过程中，需要进行以下几个步骤：
步骤S1，使用电容M1，M2和M3，具有相同的面积，VIA密度，不同的周长，用来提取MIM电容的边缘电容；
步骤S2，电容M1，M4和M5，具有相同的周长，相同的VIA密度，不同的面积，用来提取MIM电容的面积电容；
步骤S3，电容M1，M6….Mn，最少要有三个电容，具有相同的面积，相同的周长，不同的VIA密度，依据步骤1，2中的面积电容和边缘电容，计算VIA电容；
步骤S4，以获得的VIA电容对VIA密度做图，对数据进行拟和，获得VIA电容对VIA密度的函数关系；
步骤S5，定义参数，将上述函数关系写入MIM现有模型中，获得新的MIM模型。
以工作电压为1.8V的工艺为例，本发明实施的详细步骤如下：
1.使用电容M1，M2和M3，它们具有相同的面积，VIA密度，不同的周长，用来提取MIM电容的边缘电容。计算公式如下：
总电容C＝C_area*S+C_f*P+C_via，其中的C_area，C_f，和C_via分别代面积电容，边缘电容和VIA电容，S和P分别是MIM电容的面积和周长。这里的C_via＝S*f(DVIA)，DVIA是MIM电容上极板上的VIA密度，f(DVIA)是前述步骤S4中所述通孔电容对通孔密度的函数关系式。因为面积相同，通孔密度相同，所以三者的面积电容和通孔电容相等，只有边缘电容不同，这里就可以计算出边缘电容C_f。
2.电容M1，M4和M5，具有相同的周长，相同的VIA密度，不同的面积，使用上述公式，就可以计算出MIM电容的面积电容
3.电容M1，M6….Mn，最少要有三个电容，具有相同的面积，相同的周长，不同的VIA密度，依据步骤1和2中的面积电容和边缘电容，计算VIA电容。
4.如图4所示，依据获得的VIA电容，做出VIA电容对VIA密度的图象，通过数据拟合，获得VIA电容和VIA密度之间的函数关系：
y＝1.3933E-0.5x2+6.8E-0.6x
R2＝9.8559E-01。
5.定义参数，将上述函数关系写入MIM现有模型中，获得新的MIM模型。
上述函数关系写入MIM现有模型文件的程序为：
.LIB cap
.subckt mim_cap 10 l＝1u w＝1u lvia＝1u wvia＝1u dvia＝1.0
.param c_area＝′9.48e-4*c_areap′
.param c_f＝′5.8e-11*c_fp′
.param v_area＝′lvia*wvia′
.param c_via＝′1.3933e-5*dvia*dvia+6.ae-6*dvia′
.param c_v＝′v_area*c_via′
.param c_tc1＝2.94e-5
.param c_tc2＝0
.param c_vc1＝1.191e-5
.param c_vc2＝3.71e-6
.param c_A＝′l*W′
.param c_P＝′2*(l+w)′
.param c_c0＝′(c_area*c_A+c_f*c_P+c_v)*(1+c_tc1*(temper-25)+c_tc2*(temper-25)*(temper-25))′
cap 10 c＝′c_c0*(1+c_vc1*v(1，0)+c_vc2*v(1，0)*v(1，0))′
.ends mim_cap
.ENDL cap
如图5所示为新的MIM模型进行电容模拟计算的结果，其中离散的点是考虑VIA电容的模拟计算结果，直线是不考虑VIA电容的模拟计算结果，可以看出本发明提供的方法具有更高的精度和更大的适应范围。

Claims (1)

1.一种MIM电容模型的提取方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)选取至少三个面积相同、通孔密度相同但周长不同的MIM电容，提取MIM电容的边缘电容；
(2)选取步骤(1)中使用的一个电容，再选取与该电容通孔密度和周长相同但面积不同的至少两个MIM电容，结合得到的边缘电容提取MIM电容的面积电容；
(3)选取步骤(1)和步骤(2)共同使用的电容，再选取与该电容面积和周长相同但通孔密度不同的至少两个MIM电容，结合得到的边缘电容和面积电容提取MIM电容的通孔电容；
(4)根据获得的通孔电容和通孔密度为坐标制图，并对数据进行拟合，获得通孔电容对通孔密度的函数关系；
(5)定义参数，将上述函数关系写入MIM现有的模型中，获得新的MIM模型；
所述步骤(1)至(3)中边缘电容、面积电容和通孔电容具有如下关系：
C＝C_area*S+C_f*P+S*f(DVIA)；
其中，C为总电容，C_area为面积电容，C_f为边缘电容，S为MIM电容的面积，P为MIM电容的周长，DVIA是MIM电容上极板上的通孔密度，而f(DVIA)是步骤(4)中所述通孔电容对通孔密度的函数关系式。
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