專利名稱：一種芯片表面形貌仿真的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)機(jī)械研磨領(lǐng)域，具體而言，涉及一種芯片表面形貌仿真的方法及
裝置
背景技術(shù)：
化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical Mechanical Planarization, CMP)最初主要用于獲取高質(zhì)量的玻璃表面，自上世紀(jì)八十年代初IBM首次提出集成電路“化學(xué)機(jī)械研磨”這個(gè)概念至今，CMP技術(shù)逐步取代傳統(tǒng)局部拋光技術(shù)而廣泛應(yīng)用于集成電路制造各階段，現(xiàn)已成為可制造性設(shè)計(jì)及集成電路工藝研發(fā)中實(shí)現(xiàn)芯片表面平坦化超精細(xì)加工的唯一廣泛應(yīng)用技術(shù)。目前，32/28納米節(jié)點(diǎn)的主流工藝技術(shù)是高k金屬柵極(High-k MetalGate, HKMG)技術(shù)，它使得半導(dǎo)體工藝的發(fā)展繼續(xù)以摩爾定律延續(xù)。針對(duì)現(xiàn)行主流工藝節(jié)點(diǎn)，如何建立一個(gè)能可靠表征金屬柵研磨機(jī)理，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)金屬表面形貌變化，減少研磨蝶形和侵蝕，達(dá)到芯片表面平坦性要求，實(shí)現(xiàn)CMP技術(shù)發(fā)展目標(biāo)的工藝模型，是需要解決的重要問(wèn)題。在CMP接觸力學(xué)模型中，基于GW統(tǒng)計(jì)接觸理論而建立的粗糙研磨墊模型得到了廣泛的應(yīng)用，該模型給出了接觸壓力和研磨墊形變間的相互關(guān)系。目前，盡管GW粗糙表面統(tǒng)計(jì)接觸模型應(yīng)用廣泛，但對(duì)于單個(gè)微凸峰與芯片表面接觸的情況來(lái)說(shuō)，由于該模型采用Hertz彈性接觸理論,而Hertz彈性接觸理論僅適用于理想球體的接觸情況,芯片表面形貌高低起伏，采用Hertz接觸模型將會(huì)產(chǎn)生較大誤差。并且實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于GW理論的仿真模型在芯片的互連線寬值很小時(shí)會(huì)得到錯(cuò)誤的仿真結(jié)果。因此，現(xiàn)有技術(shù)中GW模型并不適用于芯片線寬值較小時(shí)的表面形貌仿真。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種芯片表面形貌仿真的方法及裝置，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中采用GW模型進(jìn)行芯片表面形貌仿真時(shí)誤差較大的問(wèn)題。本發(fā)明提供了一種芯片表面形貌仿真的方法，包括:確定與芯片的連接線寬相關(guān)的研磨墊有效特征粗糙參數(shù)；根據(jù)有效特征參數(shù)確定研磨墊粗糙峰的修正指數(shù)分布；根據(jù)指數(shù)分布及赫茲彈性接觸理論建立研磨墊與芯片的接觸壓力和研磨墊形變量間的第一關(guān)系式；根據(jù)接觸力學(xué)方程建立研磨墊與芯片的接觸壓力與研磨墊形變量間的第二關(guān)系式；根據(jù)第一關(guān)系式以及第二關(guān)系式計(jì)算研磨墊與芯片的接觸壓力及形變量的關(guān)系式；使用所述芯片的接觸壓力以及形變量的關(guān)系式進(jìn)行芯片表面形貌仿真。其中，上述使用所述芯片的接觸壓力以及形變量的關(guān)系式進(jìn)行芯片表面形貌仿真包括:根據(jù)芯片的接觸力與形變量的關(guān)系式以及研磨去除選擇比，計(jì)算研磨芯片的研磨去除率；根據(jù)芯片的初始表面高度以及研磨去除率，確定芯片表面的實(shí)時(shí)形貌高度。其中，上述根據(jù)第一關(guān)系式以及第二關(guān)系式計(jì)算研磨墊與芯片的接觸壓力以及形變量的關(guān)系式包括:通過(guò)離散卷積-快速傅里葉變換的方法求解第一關(guān)系式以及第二關(guān)系式。其中，上述根據(jù)修正指數(shù)分布建立研磨墊與芯片的接觸壓力和研磨墊形變量間的第一關(guān)系式包括:根據(jù)修正的指數(shù)分布對(duì)GW模型進(jìn)行重新推導(dǎo)，獲得研磨墊與芯片的接觸壓力和研磨墊形變間的第一關(guān)系式。本發(fā)明還提供了一種芯片表面形貌仿真的裝置，包括:第一確定模塊，用于確定與芯片的連接線寬相關(guān)的研磨墊有效特征粗糙參數(shù)；第二確定模塊，用于根據(jù)有效特征參數(shù)確定研磨墊粗糙峰的修正指數(shù)分布；第一建立模塊，用于根據(jù)指數(shù)分布及赫茲彈性接觸理論建立研磨墊與芯片的接觸壓力和研磨墊形變量間的第一關(guān)系式；第二建立模塊，用于根據(jù)接觸力學(xué)方程建立研磨墊與芯片的接觸壓力與研磨墊形變量間的第二關(guān)系式；計(jì)算模塊，用于根據(jù)第一關(guān)系式以及第二關(guān)系式計(jì)算研磨墊與芯片的接觸壓力以及形變量的關(guān)系式；仿真模塊，用于使用所述芯片的接觸壓力以及形變量的關(guān)系式進(jìn)行芯片表面形貌
仿真。
其中，上述仿真模塊包括:第二計(jì)算單元，用于根據(jù)芯片的接觸力與形變量的關(guān)系式以及研磨去除選擇比，計(jì)算研磨芯片的研磨去除率；確定單元，用于根據(jù)芯片的初始表面高度以及研磨去除率，確定芯片表面的實(shí)時(shí)形貌高度。其中，上述計(jì)算模塊包括:計(jì)算單元，用于通過(guò)離散卷積-快速傅里葉變換的方法求解第一關(guān)系式以及第二關(guān)系式。其中，上述第一建立模塊包括:推導(dǎo)單元，用于根據(jù)修正的指數(shù)分布對(duì)GW模型進(jìn)行重新推導(dǎo)，獲得研磨墊與芯片的接觸壓力和研磨墊形變間的第一關(guān)系式。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，由于采用與芯片的連接線寬相關(guān)的接觸壓力和研磨墊形變量間關(guān)系，建立新的芯片表面形貌模擬方法，避免了 GW模型在小線寬CMP工藝仿真中的錯(cuò)誤結(jié)論，提高了芯片表面形貌仿真的預(yù)測(cè)精度及準(zhǔn)確度。


圖1是本發(fā)明的芯片表面形貌仿真方法的流程圖；圖2是基于本發(fā)明芯片表面形貌仿真進(jìn)行模擬的流程圖；圖3是芯片表面形貌仿真裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1是本發(fā)明芯片表面形貌仿真方法的流程圖。如圖1所示，該方法包括以下步驟:步驟101:確定與芯片的連接線寬相關(guān)的研磨墊有效特征粗糙參數(shù)；步驟102:根據(jù)有效特征參數(shù)確定研磨墊粗糙峰的修正指數(shù)分布；
步驟103:根據(jù)指數(shù)分布及赫茲彈性接觸理論建立研磨墊與芯片表面間接觸壓力和研磨墊形變量間的第一關(guān)系式；步驟104:根據(jù)接觸力學(xué)方程建立研磨墊與芯片表面間的接觸壓力與研磨墊形變量間的第二關(guān)系式；步驟105:根據(jù)第一關(guān)系式及第二關(guān)系式計(jì)算研磨墊與芯片表面間的接觸壓力及形變量的關(guān)系式；步驟106:使用所述芯片的接觸壓力以及形變量的關(guān)系式進(jìn)行芯片表面形貌仿真。在上述步驟101及步驟102中，隨著芯片特征尺寸的減小，研磨墊粗糙峰與線寬的比例關(guān)系會(huì)發(fā)生明顯的變化，為了描述小線寬和圖形密度對(duì)研磨墊粗糙度的影響，此處提出修正指數(shù)分布來(lái)表示研磨墊粗糙峰的高度分布:需要說(shuō)明的是，此處的密度定義為:線寬/ (線寬+間距)，即線寬與線寬加間距的和的比值。
權(quán)利要求
1.一種芯片表面形貌仿真的方法，其特征在于，包括: 確定與芯片的連接線寬相關(guān)的研磨墊有效特征粗糙參數(shù)； 根據(jù)所述有效特征參數(shù)確定研磨墊粗糙峰的修正指數(shù)分布； 根據(jù)所述指數(shù)分布及赫茲彈性接觸理論建立所述研磨墊與所述芯片的接觸壓力和研磨墊形變量間的第一關(guān)系式； 根據(jù)接觸力學(xué)方程建立所述研磨墊與所述芯片的接觸壓力與所述研磨墊形變量間的第二關(guān)系式； 根據(jù)所述第一關(guān)系式以及所述第二關(guān)系式計(jì)算所述研磨墊與所述芯片的接觸壓力及形變量的關(guān)系式； 使用所述芯片的接 觸壓力以及形變量的關(guān)系式進(jìn)行芯片表面形貌仿真。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用所述芯片的接觸壓力以及形變量的關(guān)系式進(jìn)行芯片表面形貌仿真包括: 根據(jù)芯片的接觸力與形變量的關(guān)系式以及研磨去除選擇比，計(jì)算研磨芯片的研磨去除率； 根據(jù)芯片的初始表面高度以及研磨去除率，確定芯片表面的實(shí)時(shí)形貌高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述第一關(guān)系式以及所述第二關(guān)系式計(jì)算所述研磨墊與所述芯片的接觸壓力以及形變量的關(guān)系包括: 通過(guò)離散卷積-快速傅里葉變換的方法求解所述第一關(guān)系式以及第二關(guān)系式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述修正指數(shù)分布建立所述研磨墊與所述芯片的接觸壓力和研磨墊形變量間的第一關(guān)系式包括: 根據(jù)所述修正的指數(shù)分布對(duì)GW模型進(jìn)行重新推導(dǎo)，獲得所述研磨墊與所述芯片的接觸壓力和研磨墊形變間的第一關(guān)系式。
5.一種芯片表面形貌仿真的裝置，其特征在于，包括: 第一確定模塊，用于確定與芯片的連接線寬相關(guān)的研磨墊有效特征粗糙參數(shù)； 第二確定模塊，用于根據(jù)所述有效特征參數(shù)確定研磨墊粗糙峰的修正指數(shù)分布；第一建立模塊，用于根據(jù)所述指數(shù)分布及赫茲彈性接觸理論建立所述研磨墊與所述芯片的接觸壓力和研磨墊形變量間的第一關(guān)系式； 第二建立模塊，用于根據(jù)接觸力學(xué)方程建立所述研磨墊與所述芯片的接觸壓力與所述研磨墊形變量間的第二關(guān)系式； 計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述第一關(guān)系式以及所述第二關(guān)系式計(jì)算所述研磨墊與所述芯片的接觸壓力以及形變量的關(guān)系式； 仿真模塊，用于使用所述芯片的接觸壓力以及形變量的關(guān)系式進(jìn)行芯片表面形貌仿真。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述仿真模塊包括: 第二計(jì)算單元，用于根據(jù)芯片的接觸力與形變量的關(guān)系式以及研磨去除選擇比，計(jì)算研磨芯片的研磨去除率； 確定單元，用于根據(jù)芯片的初始表面高度以及研磨去除率，確定芯片表面的實(shí)時(shí)形貌高度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)算模塊包括:計(jì)算單元，用于通過(guò)離散卷積-快速傅里葉變換的方法求解所述第一關(guān)系式以及第二關(guān)系式。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述第一建立模塊包括: 推導(dǎo)單元，用于根據(jù)所述修正的指數(shù)分布對(duì)GW模型進(jìn)行重新推導(dǎo)，獲得所述研磨墊與所述芯片的接觸壓力和研磨墊形變間的第一關(guān)系式。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種芯片表面形貌仿真的方法及裝置，用于解決GW模型芯片表面形貌仿真時(shí)誤差較大的問(wèn)題。包括確定與芯片連接線寬相關(guān)的研磨墊有效特征粗糙參數(shù)；根據(jù)有效特征參數(shù)確定研磨墊粗糙峰的修正指數(shù)分布；根據(jù)指數(shù)分布及赫茲彈性理論建立研磨墊與芯片表面接觸壓力和研磨墊形變量的第一關(guān)系式；根據(jù)接觸力學(xué)方程建立研磨墊與芯片表面接觸壓力與研磨墊形變量的第二關(guān)系式；根據(jù)第一關(guān)系式及第二關(guān)系式計(jì)算研磨墊與芯片表面接觸壓力及研磨墊形變量的關(guān)系式；使用所述芯片的接觸壓力以及形變量的關(guān)系式進(jìn)行芯片表面形貌仿真。該技術(shù)方案避免了GW模型在小線寬CMP工藝仿真中的錯(cuò)誤結(jié)論，提高了GW模型的模擬預(yù)測(cè)精度。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103226627SQ20131009242
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者徐勤志, 陳嵐 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所