专利名称：一种提取含有冗余金属的互连结构的电容的方法
技术领域：
本发明涉及电子设计自动化和半导体工艺制造技术领域，具体涉及一种通过建 立电容查找表快速提取含有冗余金属的互连结构的电容的方法。
背景技术：
在集成电路(Integrated Circuit，IC)的制造过程中，通常采用包括物理气相沉
积、化学气相沉积在内的各种淀积方法将金属、电介质和其他材料淀积至硅片的表面， 以形成分层的金属结构。电路通常包括多层金属结构，每一层金属之间又通过多个金属 填充的通孔相连。因此，制造过程中一个关键的步骤在于形成将电路的各层之间进行连 接的金属结构，使得电路具有很高的复杂性和电路密度。为了获得制造多层电路所必须的平整度，通常使用化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing, CMP)工艺使金属介质层形貌平坦化。CMP工艺是一种借助抛光液 的化学腐蚀作用以及超微粒子的研磨作用在被研磨的介质表面上形成光洁平坦表面的研 磨工艺，被公认为是目前超大规模集成电路阶段最好的材料全局平坦化方法。但当电路工艺节点降低至90nm以下，尤其到65nm和45nm以下时，CMP过程 之后的表面厚度对底层金属形貌的依赖问题凸显出来，由于金属形貌不同而产生的厚度 变化可大于30%。同时还带来两个重要问题金属碟形和氧化层侵蚀。这两个问题也与 版形特征如金属线宽和线间距密切相关。冗余金属填充作为版图后期处理的一个过程，可以用来减少由于图案依赖性引 起的CMP平整度问题。在CMP过程之前，将冗余金属填充物填到晶片上，从而使得IC 芯片图案CMP后的厚度更加一致。而冗余金属填充带来的一个问题是，由于金属互连线 间加入了多余的金属，使得线间电容增加，而线间电容的增加会影响电路的信号完整性 (Signal Integrity, Si)，进而导致电路的功能错误。因为在冗余金属填充后线间电容的增加会影响电路的性能，因此在设计中加入 冗余金属后要准确的提取这种电容增加量从而对其对电路性能的影响做出准确的预测。 现有的电容提取工具主要分为两大类，一种是2.5D的电容提取工具，由于在2.5D电容提 取方法中没有考虑在设计流程中所加入的冗余金属的影响，因此在对含有冗余金属填充 的互连结构无法准确提取电容；另一种是3D的场求解器，能够准确提取互连电容，但由 于计算量的原因只能对含有少数互连的简单结构进行提取，无法进行全芯片级的提取。 因此需要一种能够在全芯片级对含有冗余金属的互连结构进行准确电容提取的方法，既 有很高的准确度，相应的计算量也要在可以接受的范围内。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述技术问题之一，特别是解决现有的填充有冗余 金属的电路版图中金属线间电容难以快速准确提取的问题。为达到上述目的，本发明提出一种提取含有冗余金属的互连结构的电容的方法，其特征在于，包括以下步骤A.建立电容查找表，包括设计多个互连结构；对 每个所述互连结构采用多个几何参数进行表征；对每个所述互连结构分别进行冗余金属 填充；对每个所述互连结构进行电容提取；建立所述互连结构的电容查找表；B.对电 路版图进行电容提取，包括提供电路版图，所述电路版图包括含有冗余金属的互连结 构；对所述电路版图进行结构划分，以形成一个或多个结构单元；对所述结构单元提取 真实的几何参数；根据提取的真实的几何参数查询所述电容查找表，得到所述结构单元 的电容值。本发明通过在建立电容查找表的过程中增加预先填充冗余金属的步骤，从而快 速准确地实现对含有冗余金属的版图电容的提取。本发明的优点在于相对于2.5D的电 容提取方法，正确考虑冗余金属的影响因而提取出的电容更加接近真实值；相对于3D的 电容提取方法，将计算量集中在建立电容查找表过程中，从而减小对电路版图进行电容 提取时的计算量，以加快速度。通过本发明提供的提取含有冗余金属的互连结构的电容 的方法，既能够确保提取的电容精度符合要求，又能够确保电容提取消耗的时间在可以 接受的范围内。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中 变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，本发明的附图是示意性的，因此并没有按比例绘制。其中
图1为建立含有冗余金属互连结构的电容查找表的流程图； 图2-5为图1所示各步骤的示意图； 图6为对电路版图进行电容提取的流程图； 图7-10为图6所示各步骤的示意图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至 终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参 考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本发明提供一种通过建立电容查找表快速提取含有冗余金属的互连结构的电容 的方法，该方法通过两大步骤实现首先建立含有冗余金属互连结构电容查找表(步骤 A)，然后对实际的电路版图通过查询电容所述电容查找表提取电容(步骤B)。图1为步骤A建立含有冗余金属互连结构的电容查找表的流程图。步骤100，设计多个互连结构。本发明实施例中所示互连结构包括横向和纵向构 成交叉结构的各两条平行金属线，如图2所示。图2所示的平行金属线结构仅为示例， 实际运用中，所述互连结构可以是电路设计中常见的各种互连结构，例如还可以是多根 平行金属线构成的网格结构。需指出地是，这些互连结构不宜过大或过小，优选为中等 规模。步骤110，对每个所述互连结构采用(即“提取”)多个几何参数进行表征。在本发明实施例中，如图2所示，以互连结构中的金属线AB为例，几何参数可以选取为 金属线AB的线宽wl以及与其交叉的金属线EF的线宽w2，金属线AB与其平行金属线 A，B，、金属线EF与其平行金属线E，F，之间的间距Si、s2,以及金属线AB相对 于其平行金属线A’ B’的正对长度1。所提取的参数如图3的表格所示。当所述互连 结构中平行金属线多于两根时，同理可以提取每根金属线的上述几何参数。步骤120，对每个所述互连结构分别进行冗余金属填充。在本发明实施例中， 是以行列形式填充的正方形形状的冗余金属，如图4所示。在实际运用中，可以以行列 或错位形式填充冗余金属以形成矩形或者其他几何形状的冗余金属块，本发明不局限于 此。而且，各冗余金属块(即图4中的各个正方形)之间的间距可以相同或者不同，以及 各冗余金属块距离互连线(即本发明实施例中的金属线)的距离也可以相同或者不同。 另外，由于现有半导体工艺中多采用铜构建电路中的金属结构，因此所述冗余金属的材 料相应地选择铜。但是，本领域的技术人员应该知道，所述冗余金属并不局限于铜，只 要是与待提取电容的实际电路版图中的金属结构所采用的金属相一致即可。冗余金属的 填充可以采用双大马士革工艺。相对于2.5D的电容提取方法，本发明通过在建立电容查 找表的过程中增加预先填充冗余金属的步骤，尽管在后续对查找表进行查询时互连结构 的几何参数并没有改变，实际上已经将冗余金属的影响考虑于其中，从而提高了对含有 冗余金属的版图电容的提取的准确性。步骤130，对每个所述互连结构进行电容提取。电容提取的方法包括采用各种电 容提取软件和提取算法，例如可以采用商用的3D电容提取工具，也可使用自行研发的电 容提取工具，本发明对此不作限制。步骤140，建立所述互连结构的电容查找表(库)，图5为利用所提取的电容建 立查找表的一个实例。其中，电容查找表包括以所述几何参数(如本发明实施例中，步 骤110所列举的线宽wl、w2,间距Si、s2和正对长度1)作为查找表的索引，以提取的 所述电容值作为查找内容。需指出地是，索引不局限于图5所举实例，提取的电容值也 可以有多个而不限于图5所示的一个。相对于3D的电容提取方法，本发明将计算量集中 在建立电容查找表过程中(步骤110和步骤130)，从而减小对电路版图进行电容提取时 的计算量，以加快速度。图6为步骤B对电路版图进行电容提取的流程图。步骤200，提供电路版图，所述电路版图包括含有所述冗余金属的互连结构。图 7为需要提取电容的版图示意图，仅为示例并不用于局限本发明。步骤210，对所述电路版图进行结构划分，以形成一个或多个结构单元。具体 地，将所述电路版图划分为与步骤A中所述互连结构大小相当的结构单元。图8为本发 明实施例所列举的一种可能的划分方法，图8所示仅为示例，凡符合上述要求的划分方 法均包含在本发明保护范围内。步骤220，对所述结构单元提取真实的几何参数。此步骤所提取的参数应该与步 骤110中表征的几何参数相同。图9为对需要提取电容的电路版图划分的互连结构进行 几何参数提取的一个实例，在本发明实施例中，选取图8的其中一个结构单元提取几何 参数，所提取的几何参数为该结构单元中的两根交叉金属线的线宽wl、w2,每根所述金 属线与其平行金属线之间的间距si、s2,以及其中一根金属线相对于其平行金属线的正
6对长度1，各参数在图8中为标出，可以参照图3或图4所示标记。步骤230，根据提取的真实的几何参数查询所述电容查找表，得到所述结构单元 的电容值。此时有两种情况情况一，如果所述电容查找表中具有与提取的真实的几何 参数相一致的几何参数，以所述相一致的几何参数的索引下的电容值作为所述结构单元 的电容值；情况二，如果所述电容查找表中没有与提取的真实的几何参数相一致的几何 参数，可以采用插值方法获得所需电容值，其中，所述插值方法包括线性插值、二次差 值等插值方法。图10为查询所述电容查找表得到所述结构单元的电容值的一个实例，其 中，数据列的第一列(即几何参数分别为“0.3,0.5; 0.4,0.8; 0.3”，电容值为0.765)为情 况一的示例，数据列的后两列均为情况二的示例。通过以上步骤，即可得到含有冗余金属的互连结构的电路版图中任一结构单元 的电容值，如果所述互连结构中的一根互连线被划分到多个结构单元中，将所述多个结 构单元中的所述互连线的电容值相加以得到所述互连线的电容值。例如，版图中某根互 连线在步骤210对版图进行结构划分时，被划分到三个结构单元中，则可以将其在所述 三个结构单元的电容值相加以得到该互连线的电容。本发明通过在建立电容查找表的过程中增加预先填充冗余金属的步骤，从而快 速准确地实现对含有冗余金属的版图电容的提取。本发明的优点在于相对于2.5D的电 容提取方法，正确考虑冗余金属的影响因而提取的电容更加接近真实值；相对于3D的电 容提取方法，将计算量集中在建立电容查找表过程中，从而减小对电路版图进行电容提 取时的计算量，以加快速度。通过本发明提供的提取含有冗余金属的互连结构的电容的 方法，既能够确保提取的电容精度符合要求，又能够确保电容提取消耗的时间在可以接 受的范围内。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可 以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、 替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
权利要求
1.一种提取含有冗余金属的互连结构的电容的方法，其特征在于，包括以下步骤A.建立含有冗余金属互连结构的电容查找表，包括 设计多个互连结构；对每个所述互连结构采用多个几何参数进行表征； 对每个所述互连结构分别进行冗余金属填充； 对每个所述互连结构进行电容提取； 建立所述互连结构的电容查找表；B.对电路版图进行电容提取，包括提供电路版图，所述电路版图包括含有所述冗余金属的互连结构； 对所述电路版图进行结构划分，以形成一个或多个结构单元； 对所述结构单元提取真实的几何参数；根据提取的真实的几何参数查询所述电容查找表，得到所述结构单元的电容值。
2.如权利要求1所述的提取含有冗余金属的互连结构的电容的方法，其特征在于，步 骤A中所述互连结构包括两根或多根平行金属线结构。
3.如权利要求1所述的提取含有冗余金属的互连结构的电容的方法，其特征在于，步 骤A中所述几何参数包括所述互连结构中的互连线长度、互连线线宽和互连线间距。
4.如权利要求1所述的提取含有冗余金属的互连结构的电容的方法，其特征在于，步 骤A中所述进行冗余金属填充包括以行列或错位形式填充冗余金属以形成矩形或者其 他几何形状。
5.如权利要求1所述的提取含有冗余金属的互连结构的电容的方法，其特征在于，步 骤A中所述电容提取包括采用各种电容提取软件和提取算法进行电容提取。
6.如权利要求1所述的提取含有冗余金属的互连结构的电容的方法，其特征在于，步 骤A中所述建立所述互连结构的电容查找表包括以所述几何参数作为查找表的索引，以 提取的所述电容值作为查找内容。
7.版图划分为与步骤A中所述互连结构大小相当的结构单元。
8.如权利要求1所述的提取含有冗余金属的互连结构的电容的方法，其特征在于，步 骤B中所述真实的几何参数包括所述电路版图的结构单元中的互连线长度、互连线线宽 和互连线间距。
9.如权利要求1所述的提取含有冗余金属的互连结构的电容的方法，其特征在于，步 骤B中所述根据提取的真实的几何参数查询所述电容查找表，得到所述结构单元的电容 值包括如果所述电容查找表中具有与提取的真实的几何参数相一致的几何参数，以所述相 一致的几何参数的索引下的电容值作为所述结构单元的电容值；如果所述电容查找表中没有与提取的真实的几何参数相一致的几何参数，采用插值 方法获得所需电容值。
10.如权利要求1所述的提取含有冗余金属的互连结构的电容的方法，其特征在于， 步骤B中所述得到所述结构单元的电容值之后，还包括如果所述互连结构中的一根互连线被 划分到多个结构单元中，将多个所述结构单元中的所述互连线的电容值相加以得 到所述互连线的电容值。
全文摘要
本发明提出一种通过建立电容查找表快速提取含有冗余金属的互连结构的电容的方法。通过对多个互连结构提取几何参数、进行冗余金属填充并在填充后进行电容提取以建立电容查找表；然后对于需要进行电容提取的电路版图进行结构单元划分和几何参数提取，根据提取出的每个结构的单元几何参数查询上述电容查找表，获得该结构单元的实际电容。本发明解决了现有的2.5D电容提取工具无法准确提取含有冗余金属的互连结构的电容以及3D电容提取工具提取时间过长的问题。本发明提出的方法既能够确保提取出的电容精确度符合要求，又能够确保电容提取消耗的时间在可以接受的范围内。
文档编号G06F17/50GK102024083SQ20101058934
公开日2011年4月20日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者叶甜春, 李志刚, 阮文彪, 陈岚, 马天宇 申请人:中国科学院微电子研究所