专利名称：集成电路功能成品率估计方法
技术领域：
本发明涉及IC (集成电路)制造中由随机缺陷引起的功能成品率的估计，更确切地，是
确定制造工艺中随机形状的缺陷引起的芯片成品率损失的方法，其结果可用于预测和提高集 成电路芯片的成品率。
背景技术：
成品率估计是半导体制造厂获利的重要指标。对新引进的工艺线，成品率一般只有20%。 为了保证制造厂的效益，应快速分析成品率损失原因。而在成品率损失原因探询中，成品率 的精确估计是前提。对成熟的工艺线，在芯片研制及批量生产之前，通过成品率的精确估计， 采取措施如改变版图形状、设计规则和工艺条件等可使成品率达到最大。
微粒造成缺陷是影响功能成品率的主要因素。无论IC工艺线的超净环境和化学试剂超纯 情况如何，落在圆片上的灰尘微粒总是存在的，这些分布在圆片表面的微粒作为阻光物，将 使光刻和金属化工艺后形成多余和丢失物缺陷，引起IC短路或开路，导致IC的功能失效。据 估计，在大规模的IC制造中，成品率损失的75%是由微粒缺陷引起的。 一般微粒缺陷的数量 随其尺寸的减少而迅速增加，这给特征尺寸日益减小的器件设计生产带来更严重的影响。
目前的功能成品率估计模型均假设缺陷轮廓为圆形，基于圆形缺陷轮廓的集成电路的功
能成品率模型用负二项分布描述为]^-f[" + ^二/"'。其中A")是第i'道工序与缺
陷粒径大小和IC版图有关的关键面积，A是第i'道工序的平均缺陷密度，a,是缺陷成团系 数。
在上述模型的使用中，认为缺陷粒径呈随机分布，缺陷轮廓为圆形。圆形的直径可由如 下几种模型获得
(1) 最大圆最小圆模型圆直径定义为缺陷的最大方向尺寸及最小方向尺寸。
(2) 平均圆模型圆直径定义为缺陷方向尺寸的平均值。
(3)椭圆等效圆模型圆直径定义为^V鈿oxWm/" +rfwax*^>^ax + ^z>2 其中缺陷的方向尺寸意义为对于一真实缺陷，沿参考方向夹角为《的方向上的两条平 行线在保证与该缺陷相切的前提下所能达到的最大间距称为该缺陷在此方向上的尺寸，记为 c/^e人记oL和OL分别为缺陷在所有方向上的尺寸的最小值和最大值。oY"是以n为周 期的函数。
实际缺陷形状是非规则的，上述圆形缺陷模型的实质是用圆形缺陷轮廓代替非规则缺陷 轮廓，只是圆的直径的确定不同而已。正是由于用圆缺陷模型代替非规则缺陷轮廓，使成品 率的估计出现误差。另外，在当今纳米制造工艺下，使用的材料类型迅速增长，缺陷的类型 和数量随之增多。而在成品率的估计方法上，仍采用传统的圆缺陷模型方法，其结果导致更 大的成品率估计误差。综上所述，迫切需要新的成品率估计方法以使成品率的估计更加精确。
发明的内容
本发明的目的在于克服已有方法的不足，提供一种集成电路功能成品率估计方法，使成 品率的估计更加精确，进一步地为成品率提升鉴定基础。
实现本发明目的技术方案是对不同类型的缺陷使用不同的成品率估计方法，以克服圆
缺陷模型带来的成品率估计误差，具体过程如下
a. 将待估计的集成电路各层平面版图按线网编号；
b. 提取需要估计的平面版图对应的制造工序中的缺陷形状特征； C.将提取的缺陷特征分为圆形轮廓、椭圆轮廓和随机轮廓三类；
d. 分别计算圆形轮廓缺陷、椭圆轮廓缺陷和随机轮廓缺陷在所选平面版图上 的关键面积，并进行求和，得到三类缺陷在所选平面版图上的总关键面积；
e. 根据求和数值按照常规方法估计所选平面版图对应工序的成品率及集成电
路的成品率。
上述的集成电路功能成品率估计方法，其中步骤b所述的提取需要估计的制造工序中的
缺陷形状，按如下过程进行 bl.对包含缺陷的图像进行分割处理,使其成为二值缺陷b2.采用数学形态学运算消除缺陷内部及外部噪音； b3.提取缺陷的边界特征。
上述的集成电路功能成品率估计方法，其中步骤c所述的将提取的缺陷特征分为圆形轮廓、 椭圆轮廓和随机轮廓，按如下过程进行 Cl.由缺陷的边界特征得到链码； C2.由连码提取缺陷的矩形度和圆形度； c3.由圆形度特征将缺陷分为圆形轮廓、 上述的集成电路功能成品率估计方法， 面版图上的关键面积，按如下过程进行 d21.对于所选平面版图的相邻导体线条，
版图关键面积A^。rt。
椭圆轮廓和随机轮廓三类。
其中步骤d所述的计算椭圆形轮廓缺陷在所选平 分别按照如下公式计算引起水平导体线条短路的
<formula>formula see original document page 7</formula>
a和6分别为椭圆的2个主半轴长，^为其主轴与X轴正向夹角，S为线宽；(a,A《J为 椭圆缺陷的参数；Fa,ca5t-^s咸尸fl^co5"》^'/7Z^ ",:acos^ a = as7'/ e, A二Zw^ 《，"^力CM 0为椭圆缺陷参数的方程；L为导体线条的长度，W为导体线条的宽度。
d22.对于所选平面版图的相邻导体线条，按如下公式计算引起垂直导体线条短路的版图 关键面积A^^
<formula>formula see original document page 7</formula>(3)
其中a和6分别为椭圆的2个主半轴长，^为其主轴与X轴正向夹角,c/^a,A "为椭圆缺
y二 ^cos"j0^r'/3t, ",-acos《，a^二as//7 6 , j0,=6sj';7 S, j0产Z cos 0为椭圆缺陷参数 方程为,，S为线宽，L为导体线条的长，W为导体线条的宽度；
d23.对的dl步骤和d2步骤计算出关键面积A^。rt和A^。rt ，得到椭圆缺陷在所选版图上 的关键面积。
上述的集成电路功能成品率估计方法，其中步骤d所述的计算随机轮廓缺陷在所选平面 版图上的关键面积，按如下过程进行
d31对于所选平面版图的相邻线网，引起两根导体线条短路的关键面积AS(H,B,N,，N》 按如下公式进行；
AS (H, B， N,, N2) = ASD(H, B, Nb N2)-ASD(H， B, N,' N2) n N'- ASD (H, B, N,, N2) nN2 其中AS""汲5,Tig =Z /"7^^, c/汲拟A Z^L47^n c/汲5" 历为数学形态学运算中的结构元素， (a历为缺陷的形心,M和M为导体线条在版图上的线网， A 汲5,7^yVj为关键面积； d32.对d31步骤计算的各相邻线网的关键面积求和，得到随机缺陷在所选版图上的关 键面积。
本发明具有如下优点
1. 本发明由于采用根据缺陷形状特征对缺陷进行分类，使缺陷的表征更加精细。
2. 本发明由于在缺陷关键面积的计算中，对不同缺陷形状采用不同的关键面积计算方 法，使关键面积的计算快速而精确。
3. 本发明由于对随机形状缺陷采用数学形态学运算计算关键面积，可适合不同形状的 版图的需求。
本发明与现有技术相比较，提供了一种更加精确的集成电路成品率估计方法。
为使本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下面结合附图实施例对本发明具体实施
方式作以说明。
图1是本发明成品率估计方法的流程图； 图2是本发明对缺陷的分类图3是本发明的版图示意图4是本发明用圆形缺陷轮廓在版图上形成关键面积的计算示意图； 图5是本发明用椭圆形缺陷轮廓在版图上形成关键面积的计算示意图； 图6是本发明用随机形缺陷轮廓在版图上形成关键面积的计算示意图； 图7是本发明所用的一幅实际平面版图。
具体实施例方式
本发明实施的成品率估计方法是在已收集的与工艺功能成品率相关的缺陷特征参数基础 上，对缺陷参数进行分析，然后P据输入集成电路芯片的版图，估计不同工序层的功能成品 率。与第/层工艺相关的功能成品率的缺陷特征参数一般包括缺陷形状、缺陷密度ft、缺陷 空间分布特性即缺陷成团系数o,，这些参数被收集并存储在工程数据库中。本发明的实施例
是根据已分析的缺陷数据的类型，即由一组公式，可精确估计集成电路的功能成品率，具体
过程如图l。参照图l，本发明的优选实施例的集成电路功能成品率估计方法的过程如下 第一步，将待估计的集成电路各层平面版图按线网编号。
首先，将版图解码形成两色的多层平面版图；然后，将各层平面版图转化为二值图；最 后，按列递增的顺序赋予二值图中各连通区域即线网以编号，如图3所示。图3是已转换的二 值平面版图，有8个连通区域，即8个线网，其按列编号为1…8。
第二歩，提取需要估计的平面版图对应的制造工序中的缺陷形状特征。
首先，对包含缺陷的灰度图像利用直方图取阈值法使其成为二值缺陷图，对包含缺陷的 彩色图像利用彩色模型进行分色处理,使其成为二值缺陷图；然后采用数学形态学开闭运算消
除缺陷内外部噪音；最后利用数学形态学膨胀腐蚀运算获取缺陷的边界特征，如图2所示。
图2由6个缺陷组成，6个缺陷分别由其边界特征表示。 第三步对提取的缺陷进行分类
首先，由缺陷的边界特征得到链码；然后，由链码提取缺陷的圆形度；最后，由圆形度
特征将缺陷分为圆形轮廓、椭圆轮廓和随机轮廓三类，如图2所示。图2中的11和13属于
椭圆轮廓图，12属于圆形轮廓，14， 15和16则属于非规则缺陷轮廓。 第四步，计算各类缺陷的关键面积
1.计算圆形缺陷轮廓在给定版图上关键面积
对圆形轮廓缺陷，两根导体线条短路的关键面积A(e),short(R)按如下公式计算
A(c)，short(R》
0 0SR^P (1)
(R-P)L P<R^W + 2P
(P + W)L R>W+2P
L为导体线条的长度，W为导体线条的宽度、R为缺陷粒径、P为导体线间距，参看图4。图4 中，41和42是两根导体线条，44为缺陷轮廓，阴影43为关键面积。 计算圆形缺陷轮廓在所选版图层的关键面积的过程如下
首先，对所选版图上的各相邻导体线条，按照(1)式分别计算其关键面积；然后将各关 键面积求和，得圆形缺陷在到所选版图层的关键面积；最后，如果所选版图对应的工序层的 圆形缺陷有多个，则分别按上述方法计算各圆形缺陷在所选版图上的关键面积，并将所有圆 形缺陷在所选版图上的关键面积求和，得到圆形缺陷对所选版图层的关键面积AC。
参考图2的圆形缺陷22和图3的版图，用公式(1)分别计算22对图3上两两相邻的导 体线网的短路关键面积，即计算线网1和2， 2和3，…，7和8的关键面积，再将其关键面积 求和，就得到圆形缺陷轮廓对单层版图的关键面积AC。
2.计算椭圆形缺陷在给定版图上的关键面积
椭圆形轮廓缺陷引起水平导体线条短路和引起垂直布线的导体线条短路的关键面积分别 计算。 (1).对于所选平面版图层的相邻导体线条，按照如下公式计算椭圆缺陷引起水平导体 线条短路的版图关键面积A^。rt 。
Ashhcort(a，b,e):
c,+c，+c,
(S+W)L
S〈y,—少^W + 2S (2) y -y >W + 2S
其中 C2^^-h-S/Z—2<%- "
cl = c3 = ^^^Va,a 2+卩,卩J - ^VaA + P,aJ +
4
7~
2
a和6分别为椭圆的2个主半轴长，9为其主轴与X轴正向夹角，S为线宽；(s,A e^为椭 圆缺陷的参数；Fa,casn^7'《尸 "，s"^57'/ t, o'^acas^ a^:asi/ (9, "产力W/7^ y^^cas ^为椭圆缺陷参数的方程；L为导体线条的长度，W为导体线条的宽度。 (2).对于所选平面版图的相邻导体线条，按如下公式计算引起垂直导体线条短路的版 图关键面积A^。rt
A:t(a,b,e)
0 、
CS+W)L
0一-x^S
S<x -x SW+2S (3) x -x >W+2S
1 3
某^a和6分别为椭圆的2个主半轴长，《为其主轴与X轴正向夹角,W为椭圆缺
P包，义二 Q^COSt—P ,57'/7t, Oncost+ "257'/7t , 。 , = SCO 《， <7 = a J'/7 61, A/二/^s//7
",4cose为椭圆缺陷参数方程为；S为线宽，L为导体线条的长，W为导体线条的宽度。 参看图5，图5中，51和53是两根导体线条；52为缺陷轮廓，阴影54为关键面积。
(3).计算椭圆形缺陷轮廓在所选版图层的关键面积 首先，对上述计算出的关键面积A^。rt和Aa。rt求和，得到单个椭圆缺陷在所选版图上
键面积，并将各关键面积求和，得到椭圆缺陷在所选版图上的关键面积。
参考图2的椭圆形缺陷21、椭圆形缺陷23和图3的版图，则用公式(3)分别计算21 对图3上两两相邻的线网的短路关键面积，即计算线网1和2， 2和3，…，7和8的关键面积， 再将其关键面积求和，就得到椭圆形缺陷21对单层版图的关键面积AE1。使用同样的步骤， 可以获得椭圆形缺陷23对图3的关键面积AE2。 AE1和AE2之和即为图2中椭圆缺陷对图3 版图的关键面积AE。
3.计算随机形缺陷轮廓在给定版图上的关键面积。
对于所选平面版图的相邻线网，引起两根导体线条短路的关键面积AS(H， B, N,, N》按如下 公式进行
AS (H， B, N，N2) = ASD (H, B, N,' N》-ASD (H' B, N', N2)门N,- ASD (H， B, N'， N2) n N2 (4) 其中ASD(H， B, Nb N2) =DILATE(N,, d(H, B) n DILATE(N,，d(H,B)) ; d(H, B)为数学形态学运 算中的结构元素；(H, B)为缺陷的形心,N,和N2为导体线条在版图上的线网；AS(H， B, N,, N2) 为关键面积，如图6所示。
参见图6， 61和62是两根导体线条，63为缺陷轮廓，阴影64为关键面积。将相邻 的线网上的关键面积求和，得到单个随机缺陷在所选版图上的关键面积。对于多个随机 缺陷，分别计算各随机缺陷在所选版图上的关键面积，然后，将各关键面积求和，得到 随机缺陷在所选版图上的关键面积。例如对于图2的随机形缺陷24和图3的版图，则用 上述(4)式分别计算缺陷图24对图3上两两相邻的线网的短路关键面积，即计算线网 l和2， 2和3，…，7和8的关键面积，再将其关键面积求和，就得到随机形缺陷轮廓对 所选版图的关键面积AA1。使用同样的步骤，可以获得图2中随机缺陷25和26对于图3 版图的关键面积AA2和AA3。 AA1、 AA2和AA3之和即为图2中随机缺陷对图20版图的关 键面积AA。
第五步估计集成电路的成品率。
首先，将不同类型缺陷对所选版图层的关键面积求和，得到整个缺陷对所选版图层的关 键面积；然后，利用公式)；-" + M^厂'估计所选版图层对应工序的成品率，式中A.""是
键面积；然后，利用公式",="+ ^^广'估计所选版图层对应工序的成品率，式中A""是 第i道工序与缺陷和版图有关的关键面积，A是第i'道工序的平均缺陷密度，a,是缺陷成团系
数；最后，各工序层的成品率求积即>;=^4就可获得集成电路总的功能成品率的估计值 r，其中妙制造中的工序数。
参考图2的缺陷和图3的版图，圆缺陷的关键面积AC、椭圆缺陷的关键面积AE、随机缺陷 的关键面积AA之和就是缺陷图2对版图3的关键面积^c，利用]^ = ^7_^^i/^可估计版图3
对应工序的成品率，其中D^为缺陷密度，02 为缺陷成团系数。
下面以单层二值平面版图如图7所示为例进一歩说明本发明的实施过程。
第一步，获得版图7的线网编号和数量，图7有158个连通区域，g卩158个线网，其按列编
号为1…158。
第二步，提取需要估计的平面版图对应的制造工序中的缺陷形状特征。在提取形状特征 时，采用数学形态学开运算消除缺陷外部噪音，其结构元素取值为V(K)气1…11①)t ， H(K)=( 1…1)，其中①表示原点位置，K表示行和列元素的个数；采用形态学连续膨胀 运算来填补小洞噪音，膨胀时的结构元素选取为E-3S方形结构元素，对膨胀后的结果再利 用相同的结构元素进行相同次数腐蚀运算，就可提取到缺陷的完整轮廓；最后利用 ED(X)-X-(X0E)得到缺陷的边界，其中X为缺陷，ED(X)为缺陷边界，XOE为缺陷X对结构 元素的腐蚀运算，E为3申3的方形结构元素。
第三步，获得缺陷的链码和形状。本发明中缺陷的链码采用8方向码表示，其8个方向用 0…7表示。例如，某缺陷其链码如下
Chain code :000000000007666666767777767 66777767067776777 676666776706666776776766676666676666766666667076767 6 6 7 7 7 7 7 6 6 6 6 6 7 6 6 7 6 7 6 7 6 7 7 6 7 7 6 7 7 6 6 6 6 6 6 4 5 6 5 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4" 2 3 4 3 4 4 4 2 3 3 3 3 2 3 3 2 3 3 3 2 2 2 3 3 2 2 3 3 2 3 3 3 2 2 2 3 4 4 2 2 2 3 2 2 2 3 2 2 3 4 4"2232222210133222221223322222222122121342223342334 "42332322222132232232223223322222
由缺陷的链码采用式R = AREA/Ar获得缺陷得圆形度，其中R表示缺陷的圆形度，AREA为缺 陷的面积，由下式获得，AREA-tA^々Yw+Yj户e2 。进一步地，由R将缺陷分类为圆
形、椭圆或者其它形状。
第四步，计算各类缺陷的关键面积和估计所选版图成品率。
取一组缺陷9个，其中圆形缺陷2个，椭圆缺陷6个，随机缺陷1个，则利用上述不同 的关键面积计算模型，利用上述不同的圆缺陷模型，分别计算其在图7所示版图上的关键面 积，其值为圆缺陷的关键面积总和为1.2689+005 um2,椭圆缺陷的关键面积总和为 6. 3972+005啦2随机缺陷的关键面积为7. 4571+004 um2，那么缺陷在版图上的总关键面积为 8.4118+005 um2。若设缺陷密度为D为1.887*10—8个/um2， a为0. 015，则与所选版图对应 工序的估计成品率为91. 13%.
对于多层版图，重复利用上述步骤，可估计不同工序层的成品率，然后将各层成品率的估 计值求积就可获得整个集成电路的估计成品率。
权利要求
1.一种集成电路功能成品率估计方法，包括如下过程a.将待估计的集成电路各层平面版图按线网编号；b.提取需要估计的平面版图对应的制造工序中的缺陷形状特征；c.将提取的缺陷特征分为圆形轮廓、椭圆轮廓和随机轮廓三类；d.分别计算圆形轮廓缺陷、椭圆轮廓缺陷和随机轮廓缺陷在所选平面版图上的关键面积，并进行求和，得到三类缺陷在所选平面版图上的总关键面积；e.根据求和数值按照常规方法估计所选平面版图对应工序的成品率及集成电路的成品率。
2.根据权利要求l所述的集成电路功能成品率估计方法，其中步骤a所述的将待估 计的集成电路各层平面版图按线网编号，按如下过程进行 al.将版图解码形成两色的多层平面版图； a2.将各层平面版图转化为二值图；a3.按列递增的顺序赋予二值图中各连通区域即线网以编号。
3.根据权利要求1所述的集成电路功能成品率估计方法，其中歩骤b所述的提取需要 估计的制造工序中的缺陷形状，按如下过程进行-bl.对包含缺陷的图像进行分割处理，使其成为二值缺陷图； b2.采用数学形态学运算消除缺陷内部及外部噪音； b3.提取缺陷的边界特征。
4.根据权利要求l所述的集成电路功能成品率估计方法，其中步骤c所述的将 提取的缺陷特征分为圆形轮廓、椭圆轮廓和随机轮廓，按如下过程进行Cl.由缺陷的边界特征得到链码；C2.由连码提取缺陷的矩形度和圆形度；c3.由圆形度特征将缺陷分为圆形轮廓、椭圆轮廓和随机轮廓三类。
5.根据权利要求l所述的集成电路功能成品率估计方法，其中步骤d所述的计算椭 圆形轮廓缺陷在所选平面版图上的关键面积，按如下过程进行d21.对于所选平面版图的相邻导体线条，分别按照如下公式计算引起水平导体线条短路的版图关键面积A^。rt ,Astrt(a，b，e)=Cj +c2+c3 (S+W)Ly -y >W + 2S -1 。其中& = OW广 X』cl = C3 =--L「a,a2+p,pj —^~^a,(^ +P,aJ +43和6分别为椭圆的2个主半轴长，6为其主轴与X轴正向夹角，S为线宽；(a, & 为椭圆缺陷的参数；；r-",cost—》,57'/7t, /二 a^casz^j^67'/ t, a,二3Cos a,=aw'/7^ ",fei/7^ ^,4cose为椭圆缺陷参数的方程；L为导体线条的长度， W为导体线条的宽度；d22.对于所选平面版图的相邻导体线条，按如下公式计算引起垂直导体线条短路的 1K图关键面积A^。rtA:"(a，b，e)0(S+W)LS<x —x SW +2Sx -x >W+2S1 3其中a和6分别为椭圆的2个主半轴长，^为其主轴与X轴正向夹角,t/^Z;,"为 椭圆缺陷，"= ca^-",s/77t, 缺陷参数方程为；S为线宽，L为导体线条的长，W为导体线条的宽度； d23.对dl步骤和d2步骤计算出关键面积Ashhe。rt和Ajhe。rt求和，得到椭圆缺陷在所 选版图上的关键面积；d24.对包含多个椭圆缺陷的工序层，分别计算各椭圆缺陷在所选版图上的关键面 积，并将各关键面积求和，得到椭圆缺陷在所选版图上的关键面积。
6. 根据权利要求1所述的集成电路功能成品率估计方法，其中步骤d所述的计算随 机轮廓缺陷在所选平面版图上的关键面积，按如下过程进行d31对于所选平面版图的相邻线网，引起两根导体线条短路的关键面积 AS(H, B， N'， N2)按如下公式进行；AS(H,B，N,'N2) = ASD(H'B，N,，N2)-ASD(H,B'Ni,N2)门N'- ASD(H, B, N,, N2) HN2 其中ASD(H， B, Nb N2) =DILATE(Ni, d(H, B) n DILATE (N2, d(H， B)) d(H, B)为数学形态学运算中的结构元素， (H> B)为缺陷的形心,N,和N2为导体线条在版图上的线网， AS(H, B,N,N2)为关键面积； d32.对d31步骤计算的各相邻线网的关键面积求和，得到单个随机缺陷在所选版 图上的关键面积；d33.对于多个随机缺陷，分别计算各随机缺陷在所选版图上的关键面积，再将各 关键面积求和，得到随机缺陷在所选版图上的关键面积。
7. 根据权利要求3所述的集成电路功能成品率估计方法，其中分割处理包括对灰度 图像的分割和彩色图像的分割，即对包含缺陷的灰度图像利用直方图取阈值法使其成为二 值缺陷图，对包含缺陷的彩色图像利用彩色模型进行分色处理,使其成为二值缺陷图。
全文摘要
本发明公开了一种集成电路功能成品率估计方法，主要解决现有估计方法精确度低的问题。本发明采用对不同类型的缺陷使用不同的成品率估计方法，具体过程是将待估计的集成电路各层平面版图按线网编号；提取需要估计的平面版图对应的制造工序中的缺陷形状特征；将提取的缺陷特征分为圆形轮廓、椭圆轮廓和随机轮廓三类；分别计算圆形轮廓缺陷、椭圆轮廓缺陷和随机轮廓缺陷在所选平面版图上的关键面积，并进行求和，得到三类缺陷在所选平面版图上的总关键面积；根据求和数值按照常规方法估计所选平面版图对应工序的成品率及集成电路的成品率。本发明具有估计精确度高的优点，可用于确定制造工艺中由随机形状的缺陷引起的芯片成品率损失估计。
文档编号G06T7/00GK101178809SQ200710018858
公开日2008年5月14日 申请日期2007年10月12日 优先权日2007年10月12日
发明者任春丽, 海 周, 孙晓丽, 宇 张, 张俊明, 王俊平, 王瑞岩, 跃 郝, 郭清衍, 铁满霞 申请人:西安电子科技大学