CN102012950A - Mim电容建模方法及电容值获取方法 - Google Patents
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Abstract
一种MIM电容建模及电容值获取方法。所述MIM电容建模方法包括：在同一测试环境下，测量多个具有相同有效电容面积的MIM电容值，所述多个MIM电容所在器件的金属互连层个数不同；获得MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系；将所获得的MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系作为电容模型文件中描述MIM电容的其中一个参数。以所述建模方法获得的电容模型，其仿真精度相对现有技术更高。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及金属/绝缘体/金属(MIM，Metal/Insulator/Metal)电容建模方法及电容值获取方法。
背景技术
MIM电容结构是在半导体器件的互连层间形成的电容结构，其可与半导体制造的后道工艺较好兼容。因而被广泛地应用于例如射频集成电路以及半导体存储器的制造中。
目前的一种MIM电容结构为平行板电容器，例如中国专利200410053732.3中提及的，其位于半导体器件的顶层金属和顶层下一层金属之间。参照图1所示，金属层下极板11、上极板13以及金属层下极板11和上极板13间的电介质层12共同构成MIM电容器的平行板结构。上极板13经过孔(via)15与顶层金属14电气连接，从而形成完整的MIM电容。
随着技术的发展，集成电路后道工艺所使用的金属层也越来越多，如今使用8层互连金属已很普遍。对于不同器件，根据其设计要求，其所需的金属互连层的个数也不相同。现有的仿真中发现，以现有MIM电容模型分别对金属互连层个数不同的器件中的MIM电容进行仿真，其仿真结果的准确度并不一致。因此，现有MIM电容模型无法提供更精确、应用范围更广的电容仿真应用。
发明内容
本发明解决现有技术中现有MIM电容模型无法提供更精确、应用范围更广的电容仿真应用的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种MIM电容建模方法，包括：
在同一测试环境下，测量多个具有相同有效电容面积的MIM电容值，所述多个MIM电容所在器件的金属互连层个数不同；
获得MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系；
将所获得的MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系作为电容模型文件中描述MIM电容的其中一个参数。
相应地，本发明还提供一种MIM电容值获取方法，包括：
在同一测试环境下，测量多个具有相同有效电容面积的MIM电容值，所述多个MIM电容所在器件的金属互连层个数不同；
获得MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系；
将所获得的MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系作为电容模型文件中描述MIM电容的其中一个参数；
以所述电容模型文件，对MIM电容进行仿真。
与现有技术相比，上述MIM电容建模及电容值获取方法具有以下优点：通过所述测量手段获得MIM电容值与金属互连层个数变化的关系，并将此关系作为电容模型文件中描述MIM电容的其中一个参数，使得所述电容模型文件能够更准确地描述多种具有不同金属互连层个数的器件中的MIM电容，相应地，也提高了MIM电容的仿真精度，使得仿真值更接近于真实值。
附图说明
图1是现有技术的一种MIM电容的结构示意图；
图2是本发明MIM电容建模方法的一种实施方式流程图；
图3是本发明MIM电容建模方法的一种实施例中测量MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系的示意图；
图4是仿真结果与根据图3获得的拟合函数的比对示意图。
具体实施方式
现有的MIM电容建模方法，是基于某个金属层的条件下提取的，例如使用基于6层互连金属层的MIM电容模型去模拟3层互连金属层中的MIM电容。其并没有考虑到金属层变化对MIM电容的影响，因此以现有MIM电容模型进行电路模拟的时候，其模拟计算的MIM电容值也是独立于金属层数的，因此存在较大误差。
通过进一步的分析发现，对于金属互连层个数不同的器件，虽然其中的MIM电容本身的结构并未发生改变，但MIM电容下的寄生电容的值却会随着金属互连层个数的不同而改变，从而影响MIM电容值。
例如，在后端工艺中使用相同版图的两个MIM电容，MIM电容Ma所在的器件从下至上具有3层金属互连层M1、M2、M3，MIM电容Ma位于M2和M3之间；MIM电容Mb所在的器件从下至上具有6层金属互连层M1、M2、M3、M4、M5、M6，MIM电容Mb位于M5和M6之间。两者比较，单就金属层而言，Ma下的寄生电容只包括电容器上极板以及下极板层和M1间的寄生电容，而对于Mb电容，其寄生电容包括MCT层和下极板对M4，M3，M2，M1间的寄生电容，显然，这两个MIM电容下的寄生电容的值是不同的。
因此，本发明提供一种新的MIM电容建模方法，考虑了金属互连层个数对MIM电容值的影响。参照图2所示，本发明MIM电容建模方法的一种实施方式包括：
步骤s1，在同一测试环境下，测量多个具有相同有效电容面积的MIM电容值，所述多个MIM电容所在器件的金属互连层个数不同；
步骤s2，获得MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系；
步骤s3，将所获得的MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系作为电容模型文件中描述MIM电容的其中一个参数。
上述实施方式中，通过测量具有不同金属互连层个数的器件中的相同MIM电容，将上述金属互连层对MIM电容值的影响显示出来。接着将这种影响用数学函数表达出来，并将该数学函数作为描述MIM电容的其中一个表达式，加入MIM电容模型文件中。这样，当使用本建模方法获得的电容模型进行模拟计算的时候，就能够针对不同金属互连层个数情况下的MIM电容，提供非常接近实际电容数值的精确模拟计算结果，大大方便了电路设计和电路模拟。
以下对上述MIM电容建模过程进一步举例说明，以使得所述建模方法的优点更加显著。
结合图2和图3所示，首先，在同一测试环境下，测量多个具有相同有效电容面积的MIM电容值，所述多个MIM电容所在器件的金属互连层个数不同。本例中，金属互连层个数依次是6、5、4和3层金属，所述4个MIM电容均位于顶层金属和顶层下一层金属之间，测量所述4个MIM电容时的温度均为室温，测量时MIM电容所施加的电压条件也相同。此处结合基于6层金属互连层的现有MIM电容模型举例说明，故设定6层互连金属的电容测量值为1，而其他电容的数值依据所述6层金属下的MIM电容值做归一化处理。
继续结合图2和图3所示，当经过上述测量步骤获得测量数据后，以金属互连层个数为横坐标，MIM电容的测量值为纵坐标，获得MIM电容值与金属互连层个数变化的数据图。在获得所述数据图后，拟合图中的各个数据，获得与各个数据的具有较高整体吻合度的函数。本例中通过拟合获得的函数表达式为：y＝0.0575x+0.6548。需要说明的是，由于MIM电容器版图的差异，以及工艺条件等等的不同，上述函数关系也可能是其他表达形式，并且MIM电容值也不一定随金属互连层个数减少而减小。本步骤的目的是为了获得MIM电容值随金属互连层个数变化的函数关系。
继续参照图2所示，以所获得的一次函数的表达式来表征金属互连层对MIM电容值的影响，并将其添加上述基于6层金属互连层的现有MIM电容模型文件中。
下述为添加所述函数表达式后的一种电容模型文件举例：
其中，参数p用于指定金属互连层的个数，默认值是6，参数a_p引进的函数表达式就是上步骤中获得的一次函数，且将该参数作为描述MIM电容的表达式cap 10c的一部分，而参数1、0描述MIM电容的两端，也就是MIM电容的上下电极。
当通过上述建模方法获得MIM电容模型后，就可以所述MIM电容模型进行仿真来模拟计算MIM电容值。
图5所示为根据图4所示电容模型文件仿真获得的MIM电容值在金属互连层个数变化时对应的数据图。参照图5所示，其中仿真获得的数据几乎完全吻合图3所获得的拟合一次函数的直线。因此，图4所示电容模型文件能够准确地模拟不同金属互连层个数的器件中MIM电容值。
基于上述论证，图4所示电容模型文件能准确地模拟不同金属互连层背景下的MIM电容，因此使用上述MIM电容建模方法对于后续的电路设计和电路仿真非常有益。
综上所述，本发明MIM电容建模方法及后续利用所建电容模型获得MIM电容值的方法，考虑了MIM电容与金属互连层个数变化的关系，并将此关系作为电容模型文件中描述MIM电容的其中一个参数，使得所述电容模型文件能够更准确地描述具有多种不同金属互连层个数的器件中的MIM电容，相应地，也提高了MIM电容的仿真精度。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (7)
1.一种MIM电容建模方法，其特征在于，包括：
在同一测试环境下，测量多个具有相同有效电容面积的MIM电容值，所述多个MIM电容所在器件的金属互连层个数不同；
获得MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系；
将所获得的MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系作为电容模型文件中描述MIM电容的其中一个参数。
2.如权利要求1所述的MIM电容建模方法，其特征在于，测量多个所在器件的金属互连层个数不同的MIM电容，包括：测量至少2个所在器件的金属互连层个数不同的MIM电容。
3.如权利要求2所述的MIM电容建模方法，其特征在于，分别测量所在器件的金属互连层为6层、5层、4层及3层的MIM电容。
4.如权利要求1所述的MIM电容建模方法，其特征在于，所述获得MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系包括：
以金属互连层的个数为横坐标，以MIM电容的测量值为纵坐标，获得相应数据图；
拟合所述数据图获得对应的函数表达式，以所述函数表达式描述MIM电容值与金属互连层个数变化的关系。
5.如权利要求1所述的MIM电容建模方法，其特征在于，所述拟合获得的函数表达式为一次函数。
6.一种MIM电容值获取方法，其特征在于，包括：
在同一测试环境下，测量多个具有相同有效电容面积的MIM电容值，所述多个MIM电容所在器件的金属互连层个数不同；
获得MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系；
将所获得的MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系作为电容模型文件中描述MIM电容的其中一个参数；
以所述电容模型文件，对MIM电容进行仿真。
7.如权利要求6所述的MIM电容值获取方法，其特征在于，以所述电容模型文件，对MIM电容进行仿真包括：对电容模型文件中的金属互连层个数、电压及温度参数赋值，以进行仿真。
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