仿真金屬連線間填充介質(zhì)空洞寄生電容的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種仿真金屬連線間填充介質(zhì)空洞寄生電容的方法，包括：建立模型、選擇參數(shù)、模型轉(zhuǎn)換、套用填充風(fēng)格和仿真計(jì)算步驟，本發(fā)明將兩條同層金屬連線之間填充介質(zhì)空洞的物理形態(tài)，轉(zhuǎn)化為矩形上置底部等寬的等腰三角形的幾何模型進(jìn)行模擬，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合；再將該模型轉(zhuǎn)化能得到的所述矩形的長(zhǎng)寬數(shù)值與金屬連線間距的關(guān)系式。計(jì)算需要被仿真的金屬連線間距下，介質(zhì)空洞等效模型的長(zhǎng)寬數(shù)值，將其描述到仿真軟件中，仿真即能得到精確的金屬連線寄生電容。本發(fā)明在不占用硅片資源，不改變現(xiàn)有仿真工具環(huán)境的情況下，通過建立等效模型和設(shè)置仿真參數(shù)能得到與實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)相符的金屬連線間填充介質(zhì)空洞寄生電容。
【專利說明】仿真金屬連線間填充介質(zhì)空洞寄生電容的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別是涉及一種仿真金屬連線間填充介質(zhì)空洞寄生電容的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路線寬的一再減小，制造技術(shù)的日趨復(fù)雜，金屬連線間填充介質(zhì)時(shí)常會(huì)有空洞存在。使用仿真工具對(duì)于金屬連線間寄生電容進(jìn)行仿真時(shí)，若忽略空洞的存在，采用均一介質(zhì)進(jìn)行仿真，結(jié)果會(huì)與實(shí)際數(shù)據(jù)相距甚遠(yuǎn)。究其原因，主要是由于空洞的存在，改變了填充介質(zhì)的介電系數(shù)，導(dǎo)致仿真失真。雖然可以通過放置相應(yīng)版圖得到實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，但這需要大量的版圖和測(cè)試工作，對(duì)于硅片資源的占用也是不小的成本，得到的結(jié)果也不具靈活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種不占用硅片資源，在不改變現(xiàn)有仿真工具環(huán)境的情況下，通過建立等效模型和設(shè)置仿真參數(shù)能得到與實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)相符的仿真金屬連線間填充介質(zhì)空洞寄生電容的方法。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的仿真金屬連線間填充介質(zhì)空洞寄生電容的方法，包括:(一)建立模型，將空洞的形態(tài)用一個(gè)矩形上置一個(gè)底邊與所述矩形等寬的等腰三角形來描述；將矩形的長(zhǎng)、寬、等腰三角形的高，以及矩形和金屬底部的距離均設(shè)為參數(shù)變量，通過改變金屬間距S，能得到該條件下金屬介質(zhì)空洞的等效物理模型矩形部分寬a，高b，距金屬底部距離C，以及等腰三角形的高度d ;將a、b、c分別依金屬間距s作數(shù)據(jù)圖，并擬合出趨勢(shì)線；平板金屬間電容的公式為=C= ε O* ε i/t ;其中C為電容值，ε O為真空介電常數(shù)，ε i為兩相鄰金屬間的填充介質(zhì)的介電系數(shù)，t為金屬間距，通過積分能得到金屬間的電容值；
[0005](二)選擇參數(shù)，選取需要仿真的金屬參數(shù)，讀取步驟(一)中模型矩形部分寬a，高b，和金屬底部距離C，以及三角形部分的高度d ；
[0006](三)模型轉(zhuǎn)換，將步驟(一)模型頂部三角形部分轉(zhuǎn)化為面積相等底邊相同的矩形，新模型的高度為b+d/2 ；
[0007](四)套用填充風(fēng)格，將金屬之間的填充介質(zhì)層分成三部分:介質(zhì)空洞部分Airgap、位于介質(zhì)空洞頂端且和介質(zhì)空洞等寬的填充介質(zhì)MDB和余下的填充介質(zhì)MDA ;將IMDA部分套用仿真軟件填充風(fēng)格B來設(shè)置，參數(shù)X=MD厚度，y=(金屬間距s_介質(zhì)空洞長(zhǎng)度a)/2，Z=介質(zhì)空洞距金屬底部距離c ;將介質(zhì)空洞部分套用仿真軟件填充風(fēng)格A來設(shè)置，介質(zhì)空洞高度=b+d/2，將MDB部分套用仿真軟件填充風(fēng)格A來設(shè)置，IMDB的厚度=MD厚度+金屬厚度-介質(zhì)空洞高度-介質(zhì)空洞距金屬底部距離c ；
[0008]所述填充風(fēng)格A是填充介質(zhì)與下層金屬的形態(tài)完全沒有關(guān)系，填充后形成一平面；所述填充風(fēng)格B是填充介質(zhì)依托下層金屬的形態(tài)產(chǎn)生，填充后形成與下層金屬相同的形態(tài)(即一次函數(shù)關(guān)系)；
[0009](五)仿真計(jì)算,將步驟(四)中設(shè)置和對(duì)應(yīng)介質(zhì)的介電常數(shù)輸入CadenceRaphael仿真軟件(一種集成電路布線互連仿真系統(tǒng)，可以對(duì)同層或各層布線之間的寄生電容進(jìn)行仿真)，運(yùn)行仿真程序即能得到該層金屬在該寬度和間距條件下的寄生電容。
[0010]本發(fā)明的仿真方法在不改變現(xiàn)有仿真環(huán)境的情況下，通過建立等效模型對(duì)金屬連線間的寄生電容進(jìn)行仿真，得到的結(jié)果與實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)相符(偏差小于3%)。
[0011]本發(fā)明將兩條同層金屬連線之間的填充介質(zhì)空洞的物理形態(tài)(一般為水滴型)，簡(jiǎn)化為矩形上置底部等寬的等腰三角形的幾何模型進(jìn)行模擬。將矩形高度，底部寬度，等腰三角形高度和矩形距離金屬層底部的距離作為變量，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合，取得上述變量與金屬連線間距的依存關(guān)系；然后，采用面積等效的方法，將該模型轉(zhuǎn)化為底部寬度不變，面積相等的矩形，能得到的該矩形的長(zhǎng)寬數(shù)值與金屬連線間距的關(guān)系式。計(jì)算需要被仿真的金屬連線間距下，介質(zhì)空洞等效模型的長(zhǎng)寬數(shù)值，將其描述到仿真軟件中，將該部分介質(zhì)的介電常數(shù)設(shè)置為空氣，其余部分仍然采用二氧化硅的介電常數(shù)，仿真即可得到精確的金屬連線寄生電容。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0013]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的示意圖一。
[0014]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的示意圖二，其顯示不同金屬間距s下a、b、c的趨勢(shì)擬合線。
[0015]圖3是介質(zhì)填充風(fēng)格A的示意圖，其顯示填充介質(zhì)與下層金屬的形態(tài)完全沒有關(guān)系O
[0016]圖4是介質(zhì)填充風(fēng)格B的示意圖，其顯示填充介質(zhì)依托下層金屬的形態(tài)產(chǎn)生。
[0017]圖5是本發(fā)明實(shí)施例的示意圖三，其顯示本發(fā)明方法步驟(三)，轉(zhuǎn)化為矩形的模型。
[0018]圖6是本發(fā)明實(shí)施例的示意圖四，其顯示本發(fā)明方法步驟(四)模型轉(zhuǎn)換后套用填充風(fēng)格。
[0019]附圖標(biāo)記說明
[0020]Air gap是介質(zhì)空洞
[0021]Metal 是金屬
[0022]IMD是填充介質(zhì)
[0023]IMDA余下的填充介質(zhì)
[0024]IMDB是位于介質(zhì)空洞頂端且和介質(zhì)空洞等寬的填充介質(zhì)
[0025]a是介質(zhì)空洞的等效物理模型矩形部分寬
[0026]b是介質(zhì)空洞的等效物理模型矩形部分長(zhǎng)
[0027]c是介質(zhì)空洞的等效物理模型矩形部分距金屬底部距離
[0028]d是介質(zhì)空洞的等效物理模型三角形部分的高
[0029]s是金屬之間的距離
[0030]X是填充風(fēng)格B情況下，介質(zhì)空洞的厚度
[0031]y是填充風(fēng)格B情況下，(金屬間距S-介質(zhì)空洞長(zhǎng)度a) /2[0032]z是填充風(fēng)格B情況下，介質(zhì)空洞距金屬底部距離。
【具體實(shí)施方式】
[0033]如圖1所不,本發(fā)明一實(shí)施例,在兩金屬層Metal之間的填充介質(zhì)IMD中形成有一介質(zhì)空洞Air gap，其中，a是介質(zhì)空洞的等效物理模型矩形部分寬，b是介質(zhì)空洞的等效物理模型矩形部分長(zhǎng)，c是介質(zhì)空洞的等效物理模型矩形部分距金屬底部距離，MDA余下的填充介質(zhì)(去除介質(zhì)空洞部分和與MDB部分)，MDB是位于介質(zhì)空洞頂端且和介質(zhì)空洞等寬的填充介質(zhì)(圖6所示)；
[0034](一)建立模型，將空洞的形態(tài)用一個(gè)矩形上置一個(gè)底邊與所述矩形等寬的等腰三角形來描述；將矩形的長(zhǎng)、寬、等腰三角形的高，以及矩形和金屬底部的距離均設(shè)為參數(shù)變量，通過改變金屬間距S，能得到該條件下金屬介質(zhì)空洞的等效物理模型矩形部分寬a，高b，距金屬底部距離C，以及等腰三角形的高度d ;將a、b、c分別依金屬間距s作數(shù)據(jù)圖，并擬合出趨勢(shì)線，如圖2所示；平板金屬間電容的公式為:C=eO*e i/t ;其中C為電容值，ε O為真空介電常數(shù)，ε i為兩相鄰金屬間的填充介質(zhì)的介電系數(shù)，t為金屬間距，通過積分能得到金屬間的電容值；
[0035]如圖3所示，填充風(fēng)格A是填充介質(zhì)與下層金屬的形態(tài)完全沒有關(guān)系，填充后形成
一平面；
[0036]如圖4所示，填充風(fēng)格B是填充介質(zhì)依托下層金屬的形態(tài)產(chǎn)生，填充后形成與下層金屬相同的形態(tài)；
[0037](二)選擇參數(shù)，選取需要仿真的金屬參數(shù)，讀取步驟(一)中模型矩形部分寬a，高b，和金屬底部距離C，以及三角形部分的高度d ；
[0038](三)如圖5所示，模型轉(zhuǎn)換，將步驟(一)模型頂部三角形部分轉(zhuǎn)化為面積相等底邊相同的矩形，新模型的高度為b+d/2 ；
[0039](四)如圖6所示，套用填充風(fēng)格，將金屬之間的填充介質(zhì)層分成三部分:介質(zhì)空洞部分Air gap、位于介質(zhì)空洞頂端且和介質(zhì)空洞等寬的填充介質(zhì)IMDB和余下的填充介質(zhì)IMDA ;將IMDA部分套用仿真軟件填充風(fēng)格B來設(shè)置，參數(shù)X=IMD厚度，y=(金屬間距s_介質(zhì)空洞長(zhǎng)度a) /2，Z=介質(zhì)空洞距金屬底部距離c ;將介質(zhì)空洞部分套用仿真軟件填充風(fēng)格A來設(shè)置，介質(zhì)空洞高度=b+d/2，將MDB部分套用仿真軟件填充風(fēng)格A來設(shè)置，IMDB的厚度=MD厚度+金屬厚度-介質(zhì)空洞高度-介質(zhì)空洞距金屬底部距離c ；
[0040](五)將步驟(四)中設(shè)置和對(duì)應(yīng)介質(zhì)的介電常數(shù)輸入CadenceRaphael仿真軟件，運(yùn)行仿真程序即能得到該層金屬在該寬度和間距條件下的寄生電容。
[0041]以某0.13線寬工藝，三層金屬導(dǎo)線之間的填充介質(zhì)均帶有介質(zhì)空洞為例。下表第一、二、三列分別標(biāo)示了仿真層次和結(jié)構(gòu)尺寸；第四列為實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)；第五、六列為使用本發(fā)明提供的方法建模、仿真的結(jié)果和與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的比較，可以看到仿真數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)非常接近(偏差〈3%);第七、八列為使用其他方法的的仿真結(jié)果，與實(shí)際數(shù)據(jù)相距甚遠(yuǎn)。
[0042]
【權(quán)利要求】
1.一種仿真金屬連線間填充介質(zhì)空洞寄生電容的方法，其特征是，包括: (一)建立模型，將空洞的形態(tài)用一個(gè)矩形上置一個(gè)底邊與所述矩形等寬的等腰三角形來描述；將矩形的長(zhǎng)、寬、等腰三角形的高，以及矩形和金屬底部的距離均設(shè)為參數(shù)變量，通過改變金屬間距(S)，能得到該條件下金屬介質(zhì)空洞的等效物理模型矩形部分寬(a)，高(b)，距金屬底部距離(C)，以及等腰三角形的高度(d);將(a、b、c)分別依金屬間距(S)作數(shù)據(jù)圖，并擬合出趨勢(shì)線；平板金屬間電容的公式為=C= ε O* ε i/t ;其中C為電容值，ε O為真空介電常數(shù)，ε i為兩相鄰金屬間的填充介質(zhì)的介電系數(shù)，t為金屬間距，通過積分能得到金屬間的電容值； (二)選擇參數(shù)，選取需要仿真的金屬參數(shù)，讀取步驟(一)中模型矩形部分寬(a)，高(b)，和金屬底部距離(C)，以及三角形部分的高度(d)； (三)模型轉(zhuǎn)換，將步驟(一)模型頂部三角形部分轉(zhuǎn)化為面積相等底邊相同的矩形，新模型的高度為b+d/2 ； (四)套用填充風(fēng)格，將金屬之間的填充介質(zhì)層分成三部分:介質(zhì)空洞部分(Airgap)、位于介質(zhì)空洞頂端且和介質(zhì)空洞等寬的填充介質(zhì)(MDB)和余下的填充介質(zhì)(MDA);將(IMDA)部分套用仿真軟件填充風(fēng)格B來設(shè)置，參數(shù)X=MD厚度，y=(金屬間距s_介質(zhì)空洞長(zhǎng)度a)/2，Z=介質(zhì)空洞距金屬底部距離(c);將介質(zhì)空洞部分套用仿真軟件填充風(fēng)格A來設(shè)置，介質(zhì)空洞高度=b+d/2，將MDB部分套用仿真軟件填充風(fēng)格A來設(shè)置，IMDB的厚度=MD厚度+金屬厚度-介質(zhì)空洞高度-介質(zhì)空洞距金屬底部距離(c)； 所述填充風(fēng)格A是填充介質(zhì)與下層金屬的形態(tài)完全沒有關(guān)系，填充后形成一平面；所述填充風(fēng)格B是填充介質(zhì)依托下層金屬的形態(tài)產(chǎn)生，填充后形成與下層金屬相似的形態(tài)； (五)仿真計(jì)算，將步驟(四)中設(shè)置和對(duì)應(yīng)介質(zhì)的介電常數(shù)輸入CadenceRaphael仿真軟件，運(yùn)行仿真程序即能得到該層金屬在該寬度和間距條件下的寄生電容。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103631978SQ201210289610
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月15日
【發(fā)明者】仲志華, 祝奕琳 申請(qǐng)人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司