專(zhuān)利名稱(chēng)：Mim電容模型的提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成電路中電容模型的提取方法，具體涉及一種金屬-絕緣 物-金屬(Metal-Insulator-Metal，簡(jiǎn)稱(chēng)MIM)電容模型的提取方法。
背景技術(shù)：
目前廣泛應(yīng)用的MIM電容，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，MIM電容位于頂層 金屬1和頂層金屬的下一層金屬2之間，由MIM電容上極板3和下一層金屬2 構(gòu)成了一個(gè)基本的平行板電容器。上極板3和下一層金屬2均通過(guò)電介質(zhì)中的 通孔4 (VIA)來(lái)連接頂層金屬1,然后分別連接到針墊5 (PAD)和針墊6，則 針墊5和針墊6構(gòu)成一個(gè)完整的可測(cè)量電容結(jié)構(gòu)的兩極。
在進(jìn)行電容測(cè)試的過(guò)程中，需要一個(gè)結(jié)構(gòu)來(lái)去除測(cè)試當(dāng)中使用的電纜，機(jī) 臺(tái)等寄生電容的影響，這個(gè)結(jié)構(gòu)一般和待測(cè)試的器件完全相同，就是把其一端 的電路斷路就可以了。如圖2所示，這里有個(gè)問(wèn)題，斷路的地方在什么位置， 不是可以隨便選擇的。必須考慮到制作工藝，器件的物理特性等因素。對(duì)于MIM 電容，最理想的斷路點(diǎn)就是選擇在通孔4和上極板3連接的地方，這樣就可以 消除所有寄生的電容。但是這樣選擇，在制造上要添加數(shù)道工藝，增加了制造 成本和難度。所以，斷路點(diǎn)的選擇一般是在頂層金屬1連接針墊5的電路上， 并且靠近MIM電容的地方。這樣的處理可以使制造工藝簡(jiǎn)化，但是卻對(duì)電容的 精確測(cè)量以及模型的準(zhǔn)確提取帶來(lái)了困難。
具體來(lái)說(shuō)，通孔4是一個(gè)由金屬構(gòu)成的錐形體，其本身就具有電容，而且， 連接上極板3到頂層金屬1的通孔4不止一個(gè)，它們之間也存在電容，尤其是 當(dāng)通孔4的密度比較高的時(shí)候，其產(chǎn)生的電容更是不可忽略。圖2所示MIM電 容的測(cè)試校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)不能消除通孔4產(chǎn)生的寄生電容，在現(xiàn)行的MIM模型提取方 法中，認(rèn)為MIM的電容包含兩部分， 一是面積電容，即MIM電容上極板(MCT) 和正下方的金屬構(gòu)成的理想平行板電容器的電容， 一是邊緣電容，就是MCT邊緣與下層金屬產(chǎn)生的電容，而實(shí)際中的通孔電容就被包含在面積電容中，這是
不合理的，所以在用圖2中現(xiàn)行的MIM電容測(cè)試校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行電容測(cè)試校準(zhǔn) 和測(cè)試時(shí)，會(huì)不可避免的帶上通孔4引起的寄生電容，均和實(shí)際的MIM電容存 在誤差。并且，各個(gè)電路設(shè)計(jì)者進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的時(shí)候，MIM上使用的通孔數(shù)也 不一樣，導(dǎo)致在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和電路模擬的時(shí)候情況更復(fù)雜，使用現(xiàn)有模型進(jìn) 行的模擬計(jì)算，其誤差也更大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種MIM電容模型的提取方法，可以消 除通孔電容的影響，獲得更精確的MIM電容數(shù)值，減小誤差。
為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種MIM電容模型的提取方法，包 括如下步驟
(1) 選取至少三個(gè)面積相同、通孔密度相同但周長(zhǎng)不同的MIM電容，提 取MIM電容的邊緣電容；
(2) 選取步驟(1)中使用的一個(gè)電容，再選取與該電容通孔密度和周長(zhǎng) 相同^f旦面積不同的至少兩個(gè)MIM電容，結(jié)合得到的邊緣電容提取MIM電容的 面積電容；
(3) 選取步驟(1)和步驟(2)共同使用的電容，再選取與該電容面積和 周長(zhǎng)相同但通孔密度不同的至少兩個(gè)MIM電容，結(jié)合得到的邊緣電容和面積電 容提取MIM電容的通孔電容；
(4) 沖艮據(jù)獲得的通孔電容和通孔密度為坐標(biāo)制圖，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，獲 得通孔電容對(duì)通孔密度的函數(shù)關(guān)系；
(5 )定義參數(shù)，將上述函數(shù)關(guān)系寫(xiě)入MIM現(xiàn)有的模型中，獲得新的MIM模型。
本發(fā)明相比于現(xiàn)有MIM模型提取技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)由于考慮了通孔電容 的影響，將通孔電容和通孔密度的函數(shù)關(guān)系寫(xiě)入了 MIM模型文件中，對(duì)于電路 設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和電路模擬的時(shí)候，可以獲得更精確的MIM電容 數(shù)值，減小了模擬計(jì)算的誤差，可以提高工作效率。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
圖1是MIM電容的基本結(jié)構(gòu)； 圖2是MIM電容的測(cè)試用電容校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)； 圖3為本發(fā)明的MIM模型提取方法的流程圖； 圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的通孔電容和通孔密度的函數(shù)關(guān)系； 圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的MIM電^^莫擬計(jì)算結(jié)果。 圖中的附圖標(biāo)記為1、頂層金屬；2、下一層金屬；3、上極板；4、通 孔；5、針墊；6、針墊。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出了一種新的MIM模型提取辦法，可以克服現(xiàn)有模型的缺陷，提 供精確的模擬計(jì)算結(jié)果。如圖3所示，本方法在進(jìn)行MIM電容的模型提取過(guò)程 中，需要進(jìn)行以下幾個(gè)步驟
步驟S1，使用電容Ml, M2和M3，具有相同的面積，VIA密度，不同的 周長(zhǎng)，用來(lái)提取MIM電容的邊緣電容；
步驟S2，電容M1， M4和M5，具有相同的周長(zhǎng)，相同的VIA密度，不同 的面積，用來(lái)提取MIM電容的面積電容；
步驟S3，電容M1， M6 ....Mn，最少要有三個(gè)電容，具有相同的面積，相 同的周長(zhǎng)，不同的VIA密度，依據(jù)步驟1， 2中的面積電容和邊緣電容，計(jì)算 VIA電容；
步驟S4，以獲得的VIA電容對(duì)VIA密度做圖，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬和，獲得VIA 電容對(duì)VIA密度的函數(shù)關(guān)系；
步驟S5，定義參數(shù)，將上述函數(shù)關(guān)系寫(xiě)入MIM現(xiàn)有模型中，獲得新的MIM 模型。
以工作電壓為1.8V的工藝為例，本發(fā)明實(shí)施的詳細(xì)步驟如下 l.使用電容Ml， M2和M3，它們具有相同的面積，VIA密度，不同的周 長(zhǎng)，用來(lái)提取MIM電容的邊緣電容。計(jì)算公式如下
總電容OC_area*S+C—fT+C—via, 其中的C一area, C一f,和C—via分別代面積電容，邊緣電容和VIA電容，S和P分別是MIM電容的面積和周長(zhǎng)。這里 的C—via=S*f (DVIA), DVIA是MIM電容上極板上的VIA密度，f ( DVIA)是 前述步驟S4中所述通孔電容對(duì)通孔密度的函數(shù)關(guān)系式。因?yàn)槊娣e相同，通孔密 度相同，所以三者的面積電容和通孔電容相等，只有邊緣電容不同，這里就可 以計(jì)算出邊緣電容C一f。
2. 電容Ml, M4和M5，具有相同的周長(zhǎng)，相同的VIA密度，不同的面積， 使用上述公式，就可以計(jì)算出MIM電容的面積電容
3. 電容Ml, M6….Mn，最少要有三個(gè)電容，具有相同的面積，相同的周 長(zhǎng)，不同的VIA密度，依據(jù)步驟1和2中的面積電容和邊緣電容，計(jì)算VIA電 容。
4. 如圖4所示，依據(jù)獲得的VIA電容，做出VIA電容對(duì)VIA密度的圖象， 通過(guò)數(shù)據(jù)擬合，獲得VIA電容和VIA密度之間的函數(shù)關(guān)系
y=l .3933E-0.5x2+6.8E-0.6x R2=9.8559E-01。
5. 定義參數(shù)，將上述函數(shù)關(guān)系寫(xiě)入MIM現(xiàn)有模型中，獲得新的MIM模型。
上述函數(shù)關(guān)系寫(xiě)入MIM現(xiàn)有模型文件的程序?yàn)?丄IBcap
.subckt mim一cap 10 l=lu w=lu lvia=lu wvia=lu dvia=1.0
.param c_area='9.48e-4*c_areap'
.param c_f='5.8e-ll*c_fp'
param v_area='lvia*wvia'
.param c—via-'1.3933e-S豐dvia^via+6.8e-6豐dvia'
.param c_v='v_area*c—via'
.param c—tcl=2.94e-5
.param c—tc2=0
.param c_vcl=1.191e-5
.param c一vc2-3.71e-6
.param c—A='I*W'
.param c_P='2*(l+w)'
.paramc_cO='<c_area*c_A+c_f*c_P+c_v)*(l+C-tcl*(temper-25)+c_tc2*(temper-25)*(temper-25|)' cap 1 0 c='c_cO*(l+c—vcl*v(l,0)+c_vc2*v(l,0)*v(l,0"' .ends mim一cap .ENDL cap
如圖5所示為新的MIM模型進(jìn)行電容模擬計(jì)算的結(jié)果，其中離散的點(diǎn)是考 慮VIA電容的模擬計(jì)算結(jié)果，直線(xiàn)是不考慮VIA電容的模擬計(jì)算結(jié)果，可以看 出本發(fā)明提供的方法具有更高的精度和更大的適應(yīng)范圍。
權(quán)利要求
1、一種MIM電容模型的提取方法，其特征在于，包括如下步驟(1)選取至少三個(gè)面積相同、通孔密度相同但周長(zhǎng)不同的MIM電容，提取MIM電容的邊緣電容；(2)選取步驟(1)中使用的一個(gè)電容，再選取與該電容通孔密度和周長(zhǎng)相同但面積不同的至少兩個(gè)MIM電容，結(jié)合得到的邊緣電容提取MIM電容的面積電容；(3)選取步驟(1)和步驟(2)共同使用的電容，再選取與該電容面積和周長(zhǎng)相同但通孔密度不同的至少兩個(gè)MIM電容，結(jié)合得到的邊緣電容和面積電容提取MIM電容的通孔電容；(4)根據(jù)獲得的通孔電容和通孔密度為坐標(biāo)制圖，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，獲得通孔電容對(duì)通孔密度的函數(shù)關(guān)系；(5)定義參數(shù)，將上述函數(shù)關(guān)系寫(xiě)入MIM現(xiàn)有的模型中，獲得新的MIM模型。
2、 如權(quán)利要求1所述的MIM電容模型的提取方法，其特征在于，步驟(1) 至(3)中邊^(qū)彖電容、面積電容和通孔電容具有如下關(guān)系C=C—area*S+C—f*P+C—via;其中，C為總電容，C—area為面積電容，C—f為邊緣電容，C_via為通孔電 容，S為MIM電容的面積，P為MIM電容的周長(zhǎng)。
3、 如權(quán)利要求2所述的MIM電容模型的提取方法，其特征在于，所述的 通孔電容滿(mǎn)足如下關(guān)系C_via=S*f (DVIA);其中> C一via為通孔電容；S為MIM電容的面積，DVIA是MIM電容上極 板上的通孔密度,而f (DVIA)是步驟(4)中所述通孔電容對(duì)通孔密度的函數(shù)關(guān) 系式。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種MIM電容模型的提取方法，包括如下步驟(1)選取至少三個(gè)面積相同、通孔密度相同但周長(zhǎng)不同的MIM電容，提取邊緣電容；(2)選取步驟(1)中的一個(gè)電容，再選取與該電容通孔密度和周長(zhǎng)相同但面積不同的至少兩個(gè)MIM電容，結(jié)合邊緣電容提取表面積電容；(3)選取步驟(1)和步驟(2)共同的電容，再選取與該電容面積和周長(zhǎng)相同但通孔密度不同的至少兩個(gè)MIM電容，結(jié)合邊緣電容和表面積電容提取通孔電容；(4)根據(jù)通孔電容和通孔密度制圖并對(duì)數(shù)據(jù)擬合，獲得通孔電容對(duì)通孔密度的函數(shù)關(guān)系；(5)將上述函數(shù)關(guān)系寫(xiě)入MIM現(xiàn)有模型中，獲得新的MIM模型。本發(fā)明可以獲得更精確的MIM電容數(shù)值，減小誤差。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101661528SQ20091019611
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月22日
發(fā)明者丹 許, 路向黨 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司