专利名称：一种金属栅表面形貌的计算方法
技术领域：
本发明涉及集成电路制造和电子设计自动化技术领域，特别涉及一种金属栅表面形貌的计算方法。
背景技术：
随着集成电路制造工艺节点进入32nm及以下,传统的CM0S(ComplementaryMetalOxide Semiconductor)器件尺寸减小技术路径面临技术瓶颈一方面,不断减小的栅氧化层厚度导致越来越大的漏电流，增加了器件功耗，降低了器件性能和可靠性；另一方面，栅氧化层厚度也已接近极限，只剩下几层硅原子厚度的栅氧化层面临继续减薄就无硅可用的境地。为了保证在器件尺寸缩小的同时性能得到提高，同时确保漏电功耗在可接受的范围内，高k/金属栅(high k/metalgate)的新器件结构应运而生。
在高k/金属栅工艺中，通常需要两道化学机械抛光(chemicalmechanicalpolishing,以下简称为CMP)工艺步骤。一道为第一层电介质(ILDO) CMP,用于去除栅上方的氧化物，为下面的冗余多晶硅栅刻蚀步骤做准备；另一道为金属栅CMP，在电极金属(如Al)等淀积后进行，去除多余的金属，同时为后续的工艺步骤提供一个平坦的表面。金属栅CMP工艺步骤的结果对后续工艺有着极大的影响，过度抛光会导致接触刻蚀时对源漏区域造成破坏，而抛光不足会导致器件间的短路，两者都会使得集成电路芯片无法工作，影响芯片良率。同时，在高k/金属栅器件结构的金属栅CMP步骤中，不同的栅长、栅宽和栅与栅之间的间距都会影响CMP后的表面形貌，同时产生金属碟形和介质侵蚀等缺陷。另外，在复杂的集成电路设计中，虽然已经限制了严格的设计规则，但是栅的几何参数仍然能够在一定的范围内变化，从而在制造过程中影响CMP后硅片的表面形貌，使得在芯片的不同位置有着不同的高度，对后续工艺步骤如光刻、刻蚀等造成不良影响从而影响芯片良率。
发明内容
本发明实施例提供了一种金属栅表面形貌的计算方法，能够在芯片设计过程中对所设计的金属栅结构CMP后的表面形貌进行预测，并可针对可能出现的问题提前加以修改，有效地提高芯片良率。本发明实施例提供了一种金属栅表面形貌的计算方法，包括获得所述金属栅表面形貌的结构参数信息；根据所述结构参数信息，获得所述金属栅表面形貌的版图信息；获得所述金属栅表面形貌的测量参数信息；根据所述版图信息和所述测量参数信息，建立金属栅表面形貌参数预测模型；根据所述预测模型计算所述金属栅表面形貌在化学机械研磨之后的表面形貌参数。进一步的，所述方法还包括所述获得所述金属栅表面形貌的结构参数信息，包括获得所述金属栅的栅长、栅宽和栅间距之间的不同组合。进一步的，所述方法还包括所述获得所述金属栅表面形貌的测量参数信息，包括获得所述金属栅的碟形信息、介质侵蚀信息和/或介质厚度信息。进一步的，所述方法还包括所述建立金属栅表面形貌参数预测模型，包括建立金属栅表面形貌的压力分布模型、材料去除率模型和/或拟合模型。进一步的，所述方法还包括所述建立金属栅表面相貌的拟合模型，包括根据所述版图信息和所述测量参数信息，获得拟合信息；其中，所述拟合信息为采用模拟值和实际测量值均方根最小的因子量值。进一步的，所述方法还包括所述获得所述金属栅表面形貌的测量参数信息，包括通过原子力显微镜扫描测量和/或扫描电子显微镜切片测量方法获得所述测量参数信息。
本发明实施例通过获得金属栅表面形貌的版图信息和测量参数信息，进而建立金属栅表面形貌参数预测模型，通过预测模型能够在芯片设计过程中对所设计的金属栅结构CMP后的表面形貌进行预测，并可针对可能出现的问题提前加以修改，从而提高了芯片良率。
图I为本发明实施例中一种金属栅表面形貌的计算方法的流程图；图2为本发明实施例中的一种金属栅表面形貌结构参数示意图。
具体实施例方式本发明实施例通过获得金属栅表面形貌的版图信息和测量参数信息，进而建立金属栅表面形貌参数预测模型，通过预测模型能够在芯片设计过程中对所设计的金属栅结构CMP后的表面形貌进行预测，得到金属栅的碟形形貌和金属栅栅间介质的侵蚀形貌，从而能够找出设计中可能会在CMP工艺步骤后出现问题的区域，如金属栅碟形量值过大等区域，提供给设计者加以改进，从而避免了在制造过程中出现相应的问题，从而提高了产品的良率。如图I所示，本发明实施例提供了一种金属栅表面形貌的计算方法，所述方法具体包括步骤110 :获得所述金属栅表面形貌的结构参数信息，步骤120 :根据所述结构参数信息，获得所述金属栅表面形貌的版图信息；步骤130 :获得所述金属栅表面形貌的测量参数信息；步骤140 :根据所述版图信息和所述测量参数信息，建立金属栅表面形貌参数预测模型。其中，步骤110获得所述金属栅表面形貌的结构参数信息具体为根据金属栅表面形貌获得具体的结构参数信息，具体包括金属栅栅长、金属栅栅宽和金属栅栅间距等结构参数信息，具体而言，所述结构参数信息可以是金属栅栅长与栅宽的组合，也可以是金属栅栅长与栅间距的组合，还可以是金属栅栅宽和栅间距的组合，进一步的，所述结构参数信息还可以是金属栅栅长、栅宽、栅间距这些结构参数衍生出来的参数信息，比如密度、公差
坐寸ο
其中，步骤120根据所述结构参数信息，获得所述金属栅表面形貌的版图信息。其中，获得所述金属栅表面形貌的版图信息的规则可以为(I)将版图信息的设计范围涵盖到所允许的整个区域；(2)在整个区域中选择合适点，其中合适点可以针对栅宽、栅长和栅间距采用合理点选择规则。以栅宽为例，若设计规则中栅宽的允许范围为O. 04um 5um，则可选取 O. 04um, O. 06um, O. 08um, O. lum, O. 15um, 0. 2um, 0. 35um, 0. 5um, 0. 8um, I. Oum, I, 5um,2um, 2, 5um, 3um, 3, 5um, 4um, 5um等等一系列点。(3)保证版图信息在整个范围内较为均勻，也就是说，版图信息的选择要覆盖到细线区域和宽线区域；或者长线区域和短线区域；或者宽间距区域和细间距区域。(4)平衡选取点数量与测试图形数量的膨胀、流片的成本以及测量所需的时间之间的关系，即在开发时间和模型精度间加以折中选取，进而选择金属栅栅长、栅宽、栅间距点的组合方式。综上所述，根据所述结构参数信息，获得所述金属栅表面形貌的版图信息需要考虑上述规则，当然本申请并不限定同时采用上述规则，可以根据实际需要选择性选取。下面举一示例说明版图信息的获得，表I列出了测试图形中的各参数组合示例，图2列出了该测试图形的版图信息。，需要注意的是，表I和图2中所示的组合仅为可能的情况，不代表仅有这些情况，也可能包含其他的参数、参数组合或测试图形的版图 信息。表I :测试图形中各参数组合实例
I栅宽(皿)I栅长(IM) I栅间距(IM)
#10.03 0Γθ50.03
#20.08 0Γ200.05
#30.20 0ΓδΟ0.20
#41.00 Γ000.80本发明实施例的步骤130获得所述金属栅表面形貌的测量参数信息是在测试版图绘制完毕后进行的，一般而言，在测试版图绘制完成后进行流片工艺，在流片中得相应步骤完成之后，可以采用测量工具对版图的表面形貌进行测量获得测量参数信息。具体而言，测量参数信息包括金属栅碟形信息、介质侵蚀信息和/或介质厚度信息等，测量方法主要通过原子力显微镜(Atomic ForceMicroscope,以下简称为AFM)扫描测量和/或扫描电子显微镜(scanning electronmicroscope,以下简称为SEM)切片测量方法获得测量参数信息。其中，AFM扫描能够获得芯片表面相对形貌，SEM可以获得芯片指定区域的绝对厚度；也可以通过AFM直接获得每个结构的金属栅碟形量、每个结构中的介质侵蚀量，通过SHM获得无图形区域的介质厚度；同时，还可以全部采用SEM测量每个结构中的金属栅厚度和介质厚度以及无图形区域的介质厚度，然后按照金属碟形和介质侵蚀的定义计算出所有需要的量；另外，又可以通过测量其他高度或厚度量值用以计算。在获得版图信息和测量参数信息后，进入步骤140根据所述版图信息和所述测量参数信息，建立金属栅表面形貌参数预测模型。其中，预测模型的建立基于一定的物理原理，所采用的参数预测模型包括压力分布模型、材料去除率模型和/或拟合模型。具体而言，根据所述版图信息和所述测量参数信息，建立金属栅表面形貌参数预测模型的流程如下步骤1401 :基于CMP的物理化学机理，确定所采用的预测模型公式。预测模型包括压力分布模型、材料去除率模型和/或拟合模型。进一步的，压力分布模型可为压力分布的台阶高度模型(也可称为St印height模型)，具体公式为
权利要求
1.一种金属栅表面形貌的计算方法，其特征在于 获得所述金属栅表面形貌的结构参数信息； 根据所述结构参数信息，获得所述金属栅表面形貌的版图信息； 获得所述金属栅表面形貌的测量参数信息； 根据所述版图信息和所述测量参数信息，建立金属栅表面形貌参数预测模型； 根据所述预测模型计算所述金属栅表面形貌在化学机械研磨之后的表面形貌参数。
2.如权利要求I所述的计算方法，其特征在于，所述获得所述金属栅表面形貌的结构参数信息，包括获得所述金属栅的栅长、栅宽和栅间距之间的不同组合。
3.如权利要求I所述的计算方法，其特征在于，所述获得所述金属栅表面形貌的测量参数信息，包括获得所述金属栅的碟形信息、介质侵蚀信息和/或介质厚度信息。
4.如权利要求I所述的计算方法，其特征在于，所述建立金属栅表面形貌参数预测模型，包括建立金属栅表面形貌的压力分布模型、材料去除率模型和/或拟合模型。
5.如权利要求4所述的计算方法，其特征在于，所述建立金属栅表面相貌的拟合模型，包括 根据所述版图信息和所述测量参数信息，获得拟合信息；其中，所述拟合信息为采用模拟值和实际测量值均方根最小的因子量值。
6.如权利要求I所述的计算方法，其特征在于，所述获得所述金属栅表面形貌的测量参数信息，包括 通过原子力显微镜扫描测量和/或扫描电子显微镜切片测量方法获得所述测量参数信息。
全文摘要
本发明公开了一种金属栅表面形貌的计算方法，属于集成电路制造和电子设计自动化技术领域，本发明通过获得金属栅表面形貌的版图信息和测量参数信息，进而建立金属栅表面形貌参数预测模型，通过预测模型能够在芯片设计过程中对所设计的金属栅结构CMP后的表面形貌进行预测，得到金属栅的碟形形貌和金属栅栅间介质的侵蚀形貌，从而能够找出设计中可能会在CMP工艺步骤后出现问题的区域，提供给设计者加以改进，从而避免了在制造过程中出现相应的问题，从而提高了产品的良率。
文档编号G06F17/50GK102930101SQ20121043154
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月1日 优先权日2012年11月1日
发明者马天宇, 陈岚, 杨飞 申请人:中国科学院微电子研究所