CN104077460B

CN104077460B - 化学机械抛光方法及芯片版图等效特征参数提取方法

Info

Publication number: CN104077460B
Application number: CN201410344708.9A
Authority: CN
Inventors: 陈岚; 马天宇; 孙艳
Original assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Current assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2034-07-18
Also published as: CN104077460A

Abstract

本发明公开了一种化学机械抛光方法及芯片版图等效特征参数提取方法，包括：将芯片版图划分成多个窗格，提取各个窗格的特征参数；以各个窗格的特征参数为索引，查询预设类型号，判断各个窗格的类型号，并将相同类型号的窗格定义为同一集群；对于芯片版图内任一窗格i，提取预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数，所述预设区域覆盖所述窗格i，且所述预设区域的面积大于所述窗格i的面积；利用所述窗格i的特征参数及所述预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数，计算所述窗格i的等效特征参数，提高了利用CMP模型对芯片表面形貌进行预测的方法的精度，提高集成电路的良率。

Description

化学机械抛光方法及芯片版图等效特征参数提取方法

技术领域

本发明涉及化学机械抛光技术领域，尤其涉及一种芯片版图等效特征参数提取方法，以及包括该芯片版图等效特征参数提取方法的化学机械抛光方法。

背景技术

在集成电路(Integrated Circuit，IC)的制造过程中，金属、电介质和其他材料被采用如物理气相沉积、化学气相沉积在内的各种方法，施加到硅片表面，从而在所述硅片表面形成分层的金属结构。集成电路通常包括多层金属结构，相邻层金属结构之间形成有介质层，而不同层金属结构之间又通过多个金属填充的通孔相连，从而将所述集成电路中的多层金属结构电连接，使得所述集成电路具有很高的复杂性和电路密度。因此，在集成电路的制造过程中，一个关键的步骤在于金属结构的形成。

由于金属层表面平整度会影响光刻中所要求的聚焦深度和互连结构的应力分布。因此，为了获得制作多层电路所必需的平整度，通常使用化学机械抛光工艺，来对相邻金属结构之间的介质层的形貌进行平坦化。其中，化学机械抛光(Chemical MechanicalPolishing，CMP)工艺，作为超大规模集成电路阶段最好的材料全局平坦化方法，是借助抛光液的化学腐蚀作用以及超微粒子的研磨作用，在被研磨的介质表面上形成光洁平坦的表面。

在具体制作过程中，CMP过程后的芯片表面形貌主要依赖于芯片的版图特征，且在CMP过程中，不同研磨液的选取，会使得不同材料的去除率不同，从而使得CMP过程中以及CMP之后的芯片表面并非完全平坦，而是存在拓扑起伏。而经常用来描述芯片表面拓扑形貌的概念包括金属碟形和介质侵蚀。其中，金属碟形是指有图形区域介质层厚度与金属层厚度之差；介质侵蚀是指无图形区域的介质层厚度与有图形区域的介质层厚度之差。

CMP工艺后，芯片表面形貌的拓扑起伏，如金属碟形和介质侵蚀，不仅会影响后续光刻工艺的焦深，还会影响互连线的电阻等电特性，从而影响集成电路的互连线延时，进而降低芯片的良率，因此，在CMP设计和工艺过程中，需要控制这一表面形貌在可接受的范围内。

因此，在集成电路的设计制作过程中，为了提高集成电路的生产良率，降低生产成本，需要提前预知其CMP工艺后的芯片表面形貌，从而对该表面形貌是否会对后续光刻工艺等产生影像进行评估。现有技术中通常采用CMP模型根据芯片的版图特征参数，对该芯片CMP后的表面形貌进行预测，一般该预测过程主要包括以下步骤：版图划分、特征参数提取、CMP模拟和结果输出。其中，版图划分是指将待要模拟的版图划分成连续的窗格，然后针对每个窗格进行后续步骤；特征参数提取是指提取每个窗格中各版图结构的等效线宽、等效间距、等效密度等特征参数；CMP模拟是指利用已有的CMP模型，根据所提取的各窗格特征参数，对每个窗格进行模拟，得到表面高度、金属碟形和介质侵蚀等；结果输出是指将CMP模拟得到的表面高度、金属碟形和介质侵蚀等输出到其他软件（如热点分析工具和寄生参数提取工具等）进行后续处理。

但是，现有技术中利用CMP模型对芯片表面形貌进行预测的方法精度较低，导致集成电路的良率较低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种化学机械抛光方法及芯片版图等效特征参数提取方法，以提高利用CMP模型对芯片表面形貌进行预测的方法的精度，提高集成电路的良率。

为解决上述问题，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种芯片版图等效特征参数提取方法，包括：

将芯片版图划分成多个窗格，提取各个窗格的特征参数；

以各个窗格的特征参数为索引，查询预设类型号，判断各个窗格的类型号，并将相同类型号的窗格定义为同一集群；

对于芯片版图内任一窗格i，提取预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数，所述预设区域覆盖所述窗格i，且所述预设区域的面积大于所述窗格i的面积；

利用所述窗格i的特征参数及所述预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数，计算所述窗格i的等效特征参数。

优选的，将芯片版图划分成多个窗格，提取各个窗格的特征参数包括：

采用预设大小的窗格对芯片版图进行划分，形成多个窗格；

提取各个窗格的特征参数。

优选的，所述特征参数包括密度和线宽；所述等效特征参数包括：等效密度和等效线宽。

优选的，所述预设类型号的设置方法包括：

统计所述芯片版图中各个窗格的密度，获得所述芯片版图的密度范围；

将所述芯片版图的密度范围划分为多个密度区间；

统计所述芯片版图中各个窗格的线宽，获得所述芯片版图的线宽范围；

将所述芯片版图的线宽范围划分为多个线宽区间；

将所述多个密度区间与所述多个线宽区间进行组合，获得所述预设类型号。

优选的，对于芯片版图内任一窗格i，提取预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数包括：

对于芯片版图内任一窗格i，筛选所述预设区域内与所述窗格i属于同一集群的窗格；

提取所述预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数。

优选的，利用所述窗格i的特征参数及所述预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数，计算所述窗格i的等效特征参数包括：

将所述窗格i的特征参数及所述预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数取平均，获得所述窗格i的等效特征参数。

优选的，所述预设区域覆盖所述窗格i，包括：所述预设区域以所述窗格i为中心。

优选的，所述窗格的预设大小为4μm*4μm或5μm*5μm。

优选的，所述预设区域的面积大于所述窗格i的面积包括：

所述预设区域的面积为所述窗格i面积的49-100倍。

一种化学机械抛光模拟方法，包括上述任一项所述芯片版图等效特征参数提取方法。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明所提供的技术方案，包括：将芯片版图划分成多个窗格，提取各个窗格的特征参数；以各个窗格的特征参数为索引，查询预设类型号，判断各个窗格的类型号，并将相同类型号的窗格定义为同一集群；对于芯片版图内任一窗格i，提取预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数，所述预设区域覆盖所述窗格i，且所述预设区域的面积大于所述窗格i的面积；利用所述窗格i的特征参数及与所述预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数，计算所述窗格i的等效特征参数。

由此可见，本发明所提供的技术方案，先根据窗格的特征参数，将多个窗格划分成不同的集群，再对于芯片版图内任一窗格i，提取预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数，从而利用所述窗格i的特征参数及与所述预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数，计算所述芯片版图内任一窗格i的等效特征参数，从而对于所述芯片版图内任一窗格i，既考虑了一定区域内其周围窗格对其的影响，又避免了现有技术中由于简单平均而导致模拟结果精度较低的问题，提高了利用CMP模型对芯片表面形貌进行预测的方法的精度，提高集成电路的良率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的芯片版图等效特征参数提取方法流程示意图；

图2为本发明一个实施例所提供的芯片版图等效特征参数提取方法中，集群定义示意图；

图3为本发明一个实施例所提供的芯片版图等效特征参数提取方法中，等效特征参数计算示意图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，现有技术中利用CMP模型对芯片表面形貌进行预测的方法精度较低，导致集成电路的良率较低。

在CMP模拟过程中，版图划分和特征参数提取是非常重要的步骤，后续的所有模拟过程都是基于划分的窗格和所提取的特征参数进行，而不同的版图划分方法和不同的特征参数提取方法，会导致不同的CMP模拟结果。如果采用不合理的版图划分方法和特征参数提取方法，将会增加后续CMP模拟过程的复杂度，并降低CMP模拟结果的精度。

现有技术中的版图划分和特征参数提取方法为：首先，从版图的起点开始，采用固定大小的窗格（或为了适应版图大小，在某些位置对窗格的大小稍作调整），对芯片表面的版图进行顺序划分；其次，将窗格中的所有结构等效为矩形，特别是一些非矩形的互连结构；然后，根据窗格中的所有等效矩形，计算出该窗格中的等效密度和等效线宽等参数；最后，结合当前窗格的等效密度、等效线宽等参数，以及位于当前窗格周围的窗格的等效密度、等效线宽等参数，计算平均等效密度和等效线宽等参数，作为当前窗格的等效密度和等效线宽输入到CMP模型中进行模拟。对于当前窗格i，考虑其本身以及其周围8个窗格，对它们的等效密度和等效线宽进行平均，作为当前窗格i的等效密度和等效线宽。

但是，上述版图划分和特征参数提取方法中，在对当前窗格的等效密度、等效线宽及其周围的窗格的等效密度、等效线宽进行平均时，容易将大密度区域和小密度区域、大线宽区域和小线宽区域进行混合，从而降低CMP模型对集成电路芯片表面形貌的预测精度。

如：若窗格A的等效密度为90%，窗格B的等效密度为10%，则平均后窗格A和窗格B的等效密度均为50%；若窗格A的等效线宽为5μm，窗格B的等效线宽为0.5μm，则平均后窗格A和窗格B的等效线宽均为2.75μm。由此可见，现有技术中的版图划分和特征参数提取方法完全背离了真实情况，导致CMP模拟结果的精度较低。但是，若在计算当前窗格的等效密度和等效线宽时，不对当前窗格的等效密度、等效线宽及其周围窗格的等效密度、等效线宽进行平均，又会忽略位于当前窗格周围的窗格对其的影响，降低CMP模拟结果的精度。

有鉴于此，本发明实施例提供了一种芯片版图等效特征参数提取方法，包括：

将芯片版图划分成多个窗格，提取各个窗格的特征参数；

利用所述窗格i的特征参数及与所述预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数，计算所述窗格i的等效特征参数。

相应的，本发明实施例还提供了一种化学机械抛光模拟方法，包括上述任一项所述芯片版图等效特征参数提取方法。

本发明实施例所提供的化学机械抛光方法及芯片版图等效特征参数提取方法，先根据窗格的特征参数，将多个窗格划分成不同的集群，再对于芯片版图内任一窗格i，提取预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数，从而利用所述窗格i的特征参数及与所述预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数，计算所述芯片版图内任一窗格i的等效特征参数，从而对于所述芯片版图内任一窗格i，既考虑了一定区域内其周围窗格对其的影响，又避免了现有技术中由于简单平均而导致模拟结果精度较低的问题，提高了利用CMP模型对芯片表面形貌进行预测的方法的精度，提高集成电路的良率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

如图1所示，本发明实施例提供了一种芯片版图等效特征参数提取方法，包括：

步骤1：将芯片版图划分成多个窗格，提取各个窗格的特征参数。

在本发明的一个实施例中，将芯片版图划分成多个窗格，提取各个窗格的特征参数包括：

采用预设大小的窗格对芯片版图进行划分，形成多个窗格；提取各个窗格的特征参数。

需要说明的是，在本发明实施例中，所述特征参数包括密度和线宽，即各个窗格的特征参数为各个窗格密度和线宽，相应的，所述等效特征参数包括等效密度和等效线宽，即各个窗格的等效特征参数为各个窗格的等效密度和等效线宽。下面以所述特征参数为密度和线宽，所述等效特征参数包括等效密度和等效线宽为例，对本发明实施例所提供的芯片版图等效特征参数提取方法进行详细介绍，但本发明所提供的提取方法并不仅限于此，在本发明其他实施例中，所述特征参数还可以为芯片版图图形的其他参数，具体视情况而定。

步骤2：以各个窗格的特征参数为索引，查询预设类型号，判断各个窗格的类型号，并将相同类型号的窗格定义为同一集群。

继续以所述特征参数为密度和线宽为例，在该实施例中，所述类型号由密度范围划分成的各密度区间和线宽范围划分成的各线宽区间进行组合后形成。

具体的，在本发明的一个实施例中，所述预设类型号的设置方法包括：

将所述芯片版图的密度范围划分为多个密度区间；

将所述芯片版图的线宽范围划分为多个线宽区间；

在本发明的一个具体实施例中，所述芯片版图的密度范围为0%-100%，将所述芯片版图的密度范围划分为：0%、（0%，5%】、（5%，30%】、（30%，60%】、（60%，90%】、（90%，100%）、100%七个密度区间；所述芯片版图的线宽范围主要集中在0之间-10μm之间，将所述芯片版图的线宽范围划分为：【0μm，0.1μm）、【0.1μm，0.5μm）、【0.5μm，1.5μm）、【1.5μm，3μm）、【3μm，5μm）、【5μm，10μm）、【10μm，+∞）七个线宽区间，则将所述七个密度区间和七个线宽区间两两组合，可得到49个类型。如若所述芯片版图中，某一窗格的密度为2%，线宽为0.09μm，其该窗格的类型号为2，另一个窗格的密度为75%，线宽为6μm，则该窗格的类型号为40，剩余窗格以此类推，本发明不再一一赘述。

需要说明的是，上述密度区间和线宽区间的划分只是示例性说明，本发明对密度区间和线宽区间的数量并不做限定，可以根据具体情况划分为更多的密度区间和线宽区间，或更少的密度区间和线宽区间，具体视情况而定。

将所述芯片版图内所有窗格的类型号判断完毕后，将属于同一类型号的窗格定义为同一集群。

具体的，在本发明的一个实施例中，如图2所示，对所述芯片版图内的所有窗格采用从下往上，再从左往右的顺序，对于窗格i，考虑斜线的四个窗格（假设该芯片版图中只对这四个窗格进行了集群定义，别的窗格尚未处理），将窗格i的类型号依次与这四个斜线的窗格对比：如果窗格i与其中的窗格k类型号相同，则将该窗格i的集群号置为窗格k的集群号，即将所述窗格i和窗格k定义为同一集群；如果窗格i的类型号与这四个窗格的类型号均不相同，则在当前已有集群数的基础上，将窗格i定义为一个新的集群（如当前已经到集群200，则建立集群201，并将窗格i加入到集群201中）。需要说明的是，本实施例只是示例性说明集群的定义，并不对本发明实施例所提供的等效特征参数提取方法进行限定，具体可视情况而定。

步骤3：将芯片版图中所有窗格所属的集群定义完毕后，对于芯片版图内任一窗格i，提取预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数，其中，所述预设区域覆盖所述窗格i，且所述预设区域的面积大于所述窗格i的面积。

在本发明的一个实施例中，对于芯片版图内任一窗格i，提取预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数包括：

在本实施例的一个具体实施例中，如图3所示，所述预设区域为以窗格Ii为中心，半径为一个窗格的区域，即以窗格i为中心，各方向均延伸一个窗格所形成的九个窗格构成的斜线区域，在该预设区域内，对于窗格i，筛选出与该预设区域内所有与所述窗格i属于同一集群的窗格，例如本实施例中与窗格i属于同一集群的窗格有窗格j、窗格k、窗格m和窗格n；提取所述窗格j、窗格k、窗格m和窗格n的特征参数。

需要说明的是，在本发明的一个实施例中，所述窗格的预设大小可以为4μm*4μm，在本发明的另一个实施例中，所述窗格的预设大小也可以为5μm*5μm，本发明对所述窗格的大小并不做限定，具体视情况而定。

同理，本发明对所述预设区域的大小也不做限定，只要对于窗格i，所述预设区域覆盖所述窗格i，且所述预设区域的面积大小大于所述窗格i的面积大小即可。优选的，在本发明的一个实施例中，所述预设区域覆盖所述窗格i，包括：所述预设区域以所述窗格i为中心。更优选的，所述预设区域的面积大于所述窗格i的面积包括：所述预设区域的面积为所述窗格i面积的49-100倍。

具体的，在本实施例的一个实施例中，当所述窗格的预设大小为4μm*4μm时，所述预设区域的大小可以为40μm*40μm；在本发明的另一个实施例中，如图3所示，所述窗格的预设大小为5μm*5μm时，所述预设区域的大小可以为35μm*35μm。

步骤4：利用所述窗格i的特征参数及所述预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数，计算所述窗格i的等效特征参数。

在本发明的一个实施例中，利用所述窗格i的特征参数及所述预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数，计算所述窗格i的等效特征参数包括：

将所述窗格i的特征参数及与所述预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数取平均，获得所述窗格i的等效特征参数。

具体的，在本实施例的一个实施例中，所述窗格i等效密度的计算公式为：

所述窗格i等效线宽的计算公式为：

其中，N为预设区域内与所述窗格i属于同一集群的窗格数；D_eff表示所述窗格i的等效密度；Dj为所述预设区域内与所述窗格i属于同一集群的各窗格j的密度，（包括窗格i）；W_eff表示所述窗格i的等效线宽；Wj为所述预设区域内与所述窗格i属于同一集群的各窗格j的线宽，（包括窗格i）。

相应的，本发明实施例提供了一种化学机械抛光模拟方法，包括上述任一实施例所提供的芯片版图等效特征参数提取方法，包括：

将芯片版图划分成多个窗格，提取各个窗格的特征参数；

然后，进行CMP模拟，即将各窗格的等效特征参数输入CMP模型，对每个窗格进行模拟，得到芯片表面高度、金属碟形和介质侵蚀等；最后进行结果输出，即将CMP模拟得到的表面高度、金属碟形和介质侵蚀等输出到其他软件（如热点分析工具和寄生参数提取工具等）进行后续处理。由于这部分以为本领域技术人员所公知，本发明在此不再详细赘述。

综上所述，本发明实施例所提供的化学机械抛光方法及芯片版图等效特征参数提取方法，先根据窗格的特征参数，将多个窗格划分成不同的集群，再对于芯片版图内任一窗格i，提取预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数，从而利用所述窗格i的特征参数及与所述预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数，计算所述芯片版图内任一窗格i的等效特征参数，从而对于所述芯片版图内任一窗格i，既考虑了一定区域内其周围窗格对其的影响，又避免了现有技术中由于简单平均而导致模拟结果精度较低的问题，提高了利用CMP模型对芯片表面形貌进行预测的方法的精度，提高集成电路的良率。

本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。

Claims

1.一种芯片版图等效特征参数提取方法，其特征在于，包括：

将芯片版图划分成多个窗格，提取各个窗格的特征参数；

对于芯片版图内任一窗格i，提取预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数，所述预设区域覆盖所述窗格i，且所述预设区域的面积大于所述窗格i的面积；所述预设区域的面积大于所述窗格i的面积包括：所述预设区域的面积为所述窗格i面积的49-100倍；

2.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，将芯片版图划分成多个窗格，提取各个窗格的特征参数包括：

采用预设大小的窗格对芯片版图进行划分，形成多个窗格；

提取各个窗格的特征参数。

3.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，所述特征参数包括密度和线宽；所述等效特征参数包括：等效密度和等效线宽。

4.根据权利要求3所述的提取方法，其特征在于，所述预设类型号的设置方法包括：

将所述芯片版图的密度范围划分为多个密度区间；

将所述芯片版图的线宽范围划分为多个线宽区间；

5.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，对于芯片版图内任一窗格i，提取预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数包括：

6.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，利用所述窗格i的特征参数及所述预设区域内与所述窗格i属于同一集群的其他窗格的特征参数，计算所述窗格i的等效特征参数包括：

7.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，所述预设区域覆盖所述窗格i，包括：所述预设区域以所述窗格i为中心。

8.根据权利要求1-7任一项所述的提取方法，其特征在于，所述窗格的预设大小为4μm*4μm或5μm*5μm。

9.一种化学机械抛光模拟方法，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述芯片版图等效特征参数提取方法。