專利名稱：一種鋁柵cmp協(xié)同計算模型的仿真及優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造工藝和化學(xué)機械研磨(CMP)建模技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種鋁柵CMP協(xié)同計算模型的仿真及優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
化學(xué)機械研磨(CMP)作為可制造性設(shè)計及集成電路工藝研發(fā)中實現(xiàn)芯片表面平坦化的超精細加工技術(shù)，其模擬仿真方法對CMP工藝和集成電路版圖可制造性設(shè)計分析起著重要的指導(dǎo)作用。目前，32/28納米節(jié)點的主流工藝技術(shù)是高介電常數(shù)柵電介質(zhì)和金屬柵極技術(shù)(HKMG)，其中，鋁柵技術(shù)是較為先進的技術(shù)。然而，目前對鋁金屬柵研磨機理尤其是研磨液化學(xué)性質(zhì)對其研磨性能的影響等反應(yīng)機理不甚了解，多批次多芯片的測試實驗往往也不是同一時間進行，不同時間節(jié)點CMP研磨設(shè)備的易耗品使用壽命不同，導(dǎo)致反應(yīng)工藝特征的研磨率特征曲線差異巨大，不同時間不同工藝條件下的測量數(shù)據(jù)往往不具有可比性，因此，現(xiàn)有CMP模型的準確性受到嚴峻挑戰(zhàn)，以此為基礎(chǔ)的模擬方法的準確性不能保證，仿真結(jié)果也不一定準確。此外，現(xiàn)有技術(shù)中優(yōu)化工藝參數(shù)如外部壓力或研磨液參數(shù)時，需要工程師反復(fù)做大量實驗，才能選出最優(yōu)的工藝條件，而這種優(yōu)化工藝參數(shù)的方法效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種鋁柵CMP協(xié)同計算模型的仿真及優(yōu)化方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案—種鋁柵CMP協(xié)同計算模型的仿真方法，包括步驟獲取鋁柵初始表面高度；依據(jù)所述鋁柵初始表面高度，采用鋁柵CMP壓力分布精確計算模型獲取研磨墊和鋁柵間的壓力分布P(x，y，t)；向鋁柵CMP協(xié)同計算模型中輸入模型參數(shù)，其中，所述鋁柵CMP協(xié)同計算模型由所述鋁柵CMP壓力分布精確計算模型和鋁柵CMP化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型確定；所述模型參數(shù)至少包括研磨墊材料屬性參數(shù)、CMP工藝參數(shù)以及化學(xué)動力學(xué)參數(shù),所述CMP工藝參數(shù)至少包括所述外部壓力PO ；采用所述鋁柵CMP協(xié)同計算模型并依據(jù)所述模型參數(shù)進行預(yù)定時間段的仿真，預(yù)測所述鋁柵研磨后的表面高度；其中，所述鋁柵CMP協(xié)同計算模型為
權(quán)利要求
1.一種鋁柵CMP協(xié)同計算模型的仿真方法，其特征在于，包括步驟 獲取鋁柵初始表面高度； 依據(jù)所述鋁柵初始表面高度，采用鋁柵CMP壓力分布精確計算模型獲取研磨墊和鋁柵間的壓力分布P(x, y, t)； 向鋁柵CMP協(xié)同計算模型中輸入模型參數(shù)，其中，所述鋁柵CMP協(xié)同計算模型由所述鋁柵CMP壓力分布精確計算模型和鋁柵CMP化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型確定；所述模型參數(shù)至少包括研磨墊材料屬性參數(shù)、CMP工藝參數(shù)以及化學(xué)動力學(xué)參數(shù),所述CMP工藝參數(shù)至少包括所述外部壓力P0 ； 采用所述鋁柵CMP協(xié)同計算模型并依據(jù)所述模型參數(shù)進行預(yù)定時間段的仿真，預(yù)測所述鋁柵研磨后的表面高度； 其中，所述鋁柵CMP協(xié)同計算模型為 ■5 所述鋁柵CMP壓力分布精確計算模型為 wix^j)=1—^^ p(x,y,t) .1 ξ η πΕ^(χ-ξΥ +{y-ηΥ g (X，y, t) = h (χ, y, t) +w (χ, y, t) _c 彡 O, (χ, y, t) e Ic g (x, Y, t) = O, ρ (χ, y, t) > O, (χ, y, t) e Ic g (χ, y, t) > O, P (χ, y, t) = O, (χ, >·, O Ic F0 (t) =Z1P (χ, y, t) dxdy ； 所述鋁柵CMP化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型為.….Pt) kIk:,[Οφ，<) + (/ + 々丨|/^](·ν,..V,I)χ/ 4[( ](χ, V,ι) + Α%) ' 其中，MRR(χ, y, t)為鋁柵研磨去除率，M為鋁的原子質(zhì)量，P ^為鋁的密度，[Oxi] (χ,y, t)為研磨液中氧化劑的濃度，[In] (x, y, t)為研磨液中抑制劑的濃度，[CA] (x, y, t)為研磨液中螯合劑的濃度，kji = I,…，6)為化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)，k5(l為研磨粒子去除氧化膜、螯合物等的反應(yīng)速率常數(shù)，k6(l為研磨粒子去除鋁單質(zhì)的反應(yīng)速率常數(shù)，Ptl為外部壓力，χ為選定坐標系沿χ軸方向的坐標值，y為選定坐標系沿I軸方向的坐標值，t為鋁柵CMP的仿真時間，W(X, y, t)是研磨墊的表面形變，U是研磨墊的泊松比，E是研磨墊的彈性模量，g(x, Y, t)是形變后研磨墊和鋁柵表面之間的間隔，h(x, y, t)是研磨墊和鋁柵表面之間的初始間隔，c是研磨墊沿外加載荷方向的整體位移，I。是研磨墊和鋁柵表面的接觸表面積，F(xiàn)0 (t)是t時刻的外加載荷，I是整個鋁柵表面積，ξ、Π均為積分變量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿真方法，其特征在于，在所述獲取鋁柵初始表面高度之前，還包括調(diào)整所述鋁柵CMP協(xié)同計算模型中的所述CMP工藝參數(shù)以及化學(xué)動力學(xué)參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的仿真方法，其特征在于，調(diào)整所述鋁柵CMP協(xié)同計算模型中的所述CMP工藝參數(shù)以及化學(xué)動力學(xué)參數(shù)具體為 設(shè)計鋁柵CMP協(xié)同計算模型的測試芯片； 根據(jù)所述測試芯片的設(shè)計版圖進行流片；測量鋁柵表面不同材質(zhì)高度及所述不同材質(zhì)高度的相對差異；依據(jù)所述測試芯片設(shè)計的版圖特征對測量得到的所述高度及所述高度的相對差異進行收集和整理，再結(jié)合實際工藝參數(shù)取值提取所述CMP工藝參數(shù)以及化學(xué)動力學(xué)參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的仿真方法，其特征在于，所述結(jié)合實際工藝參數(shù)取值提取所述CMP工藝參數(shù)以及化學(xué)動力學(xué)參數(shù)具體為所述預(yù)測鋁柵研磨后的表面高度與實測的鋁柵研磨后的表面高度均方根誤差達到預(yù)定標準。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的仿真方法，其特征在于，獲得所述鋁柵研磨后的高度，包括
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的仿真方法，其特征在于，所述預(yù)測鋁柵研磨后的表面高度后，還包括步驟基于所述預(yù)測鋁柵研磨后的表面高度，采用版圖寄生參數(shù)提取軟件，提取工藝寄生電阻和/或電容。
7.一種鋁柵CMP協(xié)同計算模型的優(yōu)化方法，其特征在于，包括步驟1、獲取模型參數(shù)的初始值；I1、將所述模型參數(shù)的初始值輸入到鋁柵CMP協(xié)同計算模型中；獲取仿真模型參數(shù)；II1、判斷所述仿真模型參數(shù)是否滿足預(yù)定要求，如果是，則確定所述模型參數(shù)的初始值為所述模型參數(shù)；其中，所述鋁柵CMP協(xié)同計算模型為
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的優(yōu)化方法，其特征在于，所述判斷所述仿真模型參數(shù)是否滿足預(yù)定要求，還包括，如果否，獲取模型參數(shù)的另一組初始值，循環(huán)執(zhí)行步驟廣III。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的優(yōu)化方法，其特征在于，所述優(yōu)化方法包括外部壓力的優(yōu)化方法，包括步驟 Α、選擇初始外加載荷Fci; B、將所述初始外加載荷Ftl輸入到鋁柵CMP壓力分布精確計算模型，獲取所述研磨墊和鋁柵間的壓力分布P(x，y，t)； C、結(jié)合所述芯片的版圖設(shè)計，判斷所述研磨墊和鋁柵間的壓力分布p(x，y，t)是否滿足預(yù)定要求，如果是，確定所述初始外加載荷Ftl為所述的外部壓力P(l。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的仿真方法，其特征在于，所述判斷所述研磨墊和鋁柵間的壓力分布P (X，y, t)是否滿足預(yù)定要求，還包括，如果否，選擇另一初始外加載荷Ftl,循環(huán)執(zhí)行步驟A至C。
11.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的優(yōu)化方法，其特征在于，所述優(yōu)化方法包括研磨液參數(shù)的優(yōu)化方法，包括步驟 a、獲取所述研磨液參數(shù)的初始值； b、將所述研磨液參數(shù)的初始值輸入到鋁柵CMP化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型，獲取所述鋁柵研磨去除率MRR(χ, y, t)； C、判斷所述鋁柵研磨去除率MRR(x，y，t)是否滿足預(yù)定要求，如果是，則初步確定所述研磨液參數(shù)初始值為所述研磨液參數(shù)； d、綜合初步確定的所述研磨液參數(shù)對鋁柵研磨去除率MRR(x，y，t)的變化規(guī)律，依據(jù)所述研磨去除率實驗數(shù)據(jù)及研磨液配置標準優(yōu)化確定所述研磨液參數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的優(yōu)化方法，其特征在于，判斷所述鋁柵研磨去除率MRR(x, y, t)是否滿足預(yù)定要求，還包括，如果否，調(diào)整研磨液參數(shù)的初始值，循環(huán)執(zhí)行步驟a M Co
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鋁柵CMP協(xié)同計算模型的仿真及優(yōu)化方法，其仿真步驟包括獲取鋁柵初始高度；依據(jù)所述鋁柵初始高度，采用鋁柵CMP壓力分布精確計算模型獲取研磨墊和鋁柵表面間的壓力分布；向鋁柵CMP協(xié)同計算模型中輸入至少包括獲得所述研磨墊和鋁柵表面間的壓力分布的模型參數(shù)，其中，所述鋁柵CMP協(xié)同計算模型由所述鋁柵CMP壓力分布精確計算模型和鋁柵CMP化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型確定；采用所述鋁柵CMP協(xié)同計算模型并依據(jù)所述模型參數(shù)進行預(yù)定時間段的仿真，得到所述鋁柵研磨后的高度。該仿真方法從本質(zhì)上揭示出鋁柵CMP的工作原理，得到的仿真結(jié)果更接近實際，更加準確。此外，該優(yōu)化方法可輔助工藝快速優(yōu)化工藝參數(shù)。
文檔編號G06F17/50GK103020383SQ20121058184
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者徐勤志, 陳嵐, 方晶晶 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所