专利名称：一种铝栅cmp协同计算模型的仿真及优化方法
技术领域：
本发明涉及集成电路制造工艺和化学机械研磨(CMP)建模技术及其应用领域，尤其涉及一种铝栅CMP协同计算模型的仿真及优化方法。
背景技术：
化学机械研磨(CMP)作为可制造性设计及集成电路工艺研发中实现芯片表面平坦化的超精细加工技术，其模拟仿真方法对CMP工艺和集成电路版图可制造性设计分析起着重要的指导作用。目前，32/28纳米节点的主流工艺技术是高介电常数栅电介质和金属栅极技术(HKMG)，其中，铝栅技术是较为先进的技术。然而，目前对铝金属栅研磨机理尤其是研磨液化学性质对其研磨性能的影响等反应机理不甚了解，多批次多芯片的测试实验往往也不是同一时间进行，不同时间节点CMP研磨设备的易耗品使用寿命不同，导致反应工艺特征的研磨率特征曲线差异巨大，不同时间不同工艺条件下的测量数据往往不具有可比性，因此，现有CMP模型的准确性受到严峻挑战，以此为基础的模拟方法的准确性不能保证，仿真结果也不一定准确。此外，现有技术中优化工艺参数如外部压力或研磨液参数时，需要工程师反复做大量实验，才能选出最优的工艺条件，而这种优化工艺参数的方法效率较低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种铝栅CMP协同计算模型的仿真及优化方法。为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案—种铝栅CMP协同计算模型的仿真方法，包括步骤获取铝栅初始表面高度；依据所述铝栅初始表面高度，采用铝栅CMP压力分布精确计算模型获取研磨垫和铝栅间的压力分布P(x，y，t)；向铝栅CMP协同计算模型中输入模型参数，其中，所述铝栅CMP协同计算模型由所述铝栅CMP压力分布精确计算模型和铝栅CMP化学反应动力学模型确定；所述模型参数至少包括研磨垫材料属性参数、CMP工艺参数以及化学动力学参数,所述CMP工艺参数至少包括所述外部压力PO ；采用所述铝栅CMP协同计算模型并依据所述模型参数进行预定时间段的仿真，预测所述铝栅研磨后的表面高度；其中，所述铝栅CMP协同计算模型为
权利要求
1.一种铝栅CMP协同计算模型的仿真方法，其特征在于，包括步骤 获取铝栅初始表面高度； 依据所述铝栅初始表面高度，采用铝栅CMP压力分布精确计算模型获取研磨垫和铝栅间的压力分布P(x, y, t)； 向铝栅CMP协同计算模型中输入模型参数，其中，所述铝栅CMP协同计算模型由所述铝栅CMP压力分布精确计算模型和铝栅CMP化学反应动力学模型确定；所述模型参数至少包括研磨垫材料属性参数、CMP工艺参数以及化学动力学参数,所述CMP工艺参数至少包括所述外部压力P0 ； 采用所述铝栅CMP协同计算模型并依据所述模型参数进行预定时间段的仿真，预测所述铝栅研磨后的表面高度； 其中，所述铝栅CMP协同计算模型为 ■5 所述铝栅CMP压力分布精确计算模型为 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 ； 所述铝栅CMP化学反应动力学模型为.….Pt) kIk:,[Οφ，<) + (/ + 々丨|/^](·ν,..V,I)χ/ 4[( ](χ, V,ι) + Α%) ' 其中，MRR(χ, y, t)为铝栅研磨去除率，M为铝的原子质量，P ^为铝的密度，[Oxi] (χ,y, t)为研磨液中氧化剂的浓度，[In] (x, y, t)为研磨液中抑制剂的浓度，[CA] (x, y, t)为研磨液中螯合剂的浓度，kji = I,…，6)为化学反应速率常数，k5(l为研磨粒子去除氧化膜、螯合物等的反应速率常数，k6(l为研磨粒子去除铝单质的反应速率常数，Ptl为外部压力，χ为选定坐标系沿χ轴方向的坐标值，y为选定坐标系沿I轴方向的坐标值，t为铝栅CMP的仿真时间，W(X, y, t)是研磨垫的表面形变，U是研磨垫的泊松比，E是研磨垫的弹性模量，g(x, Y, t)是形变后研磨垫和铝栅表面之间的间隔，h(x, y, t)是研磨垫和铝栅表面之间的初始间隔，c是研磨垫沿外加载荷方向的整体位移，I。是研磨垫和铝栅表面的接触表面积，F0 (t)是t时刻的外加载荷，I是整个铝栅表面积，ξ、Π均为积分变量。
2.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，在所述获取铝栅初始表面高度之前，还包括调整所述铝栅CMP协同计算模型中的所述CMP工艺参数以及化学动力学参数。
3.根据权利要求2所述的仿真方法，其特征在于，调整所述铝栅CMP协同计算模型中的所述CMP工艺参数以及化学动力学参数具体为 设计铝栅CMP协同计算模型的测试芯片； 根据所述测试芯片的设计版图进行流片；测量铝栅表面不同材质高度及所述不同材质高度的相对差异；依据所述测试芯片设计的版图特征对测量得到的所述高度及所述高度的相对差异进行收集和整理，再结合实际工艺参数取值提取所述CMP工艺参数以及化学动力学参数。
4.根据权利要求3所述的仿真方法，其特征在于，所述结合实际工艺参数取值提取所述CMP工艺参数以及化学动力学参数具体为所述预测铝栅研磨后的表面高度与实测的铝栅研磨后的表面高度均方根误差达到预定标准。
5.根据权利要求1-4任一项所述的仿真方法，其特征在于，获得所述铝栅研磨后的高度，包括
6.根据权利要求1-4任一项所述的仿真方法，其特征在于，所述预测铝栅研磨后的表面高度后，还包括步骤基于所述预测铝栅研磨后的表面高度，采用版图寄生参数提取软件，提取工艺寄生电阻和/或电容。
7.一种铝栅CMP协同计算模型的优化方法，其特征在于，包括步骤1、获取模型参数的初始值；I1、将所述模型参数的初始值输入到铝栅CMP协同计算模型中；获取仿真模型参数；II1、判断所述仿真模型参数是否满足预定要求，如果是，则确定所述模型参数的初始值为所述模型参数；其中，所述铝栅CMP协同计算模型为
8.根据权利要求7所述的优化方法，其特征在于，所述判断所述仿真模型参数是否满足预定要求，还包括，如果否，获取模型参数的另一组初始值，循环执行步骤广III。
9.根据权利要求7或8所述的优化方法，其特征在于，所述优化方法包括外部压力的优化方法，包括步骤 Α、选择初始外加载荷Fci; B、将所述初始外加载荷Ftl输入到铝栅CMP压力分布精确计算模型，获取所述研磨垫和铝栅间的压力分布P(x，y，t)； C、结合所述芯片的版图设计，判断所述研磨垫和铝栅间的压力分布p(x，y，t)是否满足预定要求，如果是，确定所述初始外加载荷Ftl为所述的外部压力P(l。
10.根据权利要求9所述的仿真方法，其特征在于，所述判断所述研磨垫和铝栅间的压力分布P (X，y, t)是否满足预定要求，还包括，如果否，选择另一初始外加载荷Ftl,循环执行步骤A至C。
11.根据权利要求7或8所述的优化方法，其特征在于，所述优化方法包括研磨液参数的优化方法，包括步骤 a、获取所述研磨液参数的初始值； b、将所述研磨液参数的初始值输入到铝栅CMP化学反应动力学模型，获取所述铝栅研磨去除率MRR(χ, y, t)； C、判断所述铝栅研磨去除率MRR(x，y，t)是否满足预定要求，如果是，则初步确定所述研磨液参数初始值为所述研磨液参数； d、综合初步确定的所述研磨液参数对铝栅研磨去除率MRR(x，y，t)的变化规律，依据所述研磨去除率实验数据及研磨液配置标准优化确定所述研磨液参数。
12.根据权利要求11所述的优化方法，其特征在于，判断所述铝栅研磨去除率MRR(x, y, t)是否满足预定要求，还包括，如果否，调整研磨液参数的初始值，循环执行步骤a M Co
全文摘要
本发明提供了一种铝栅CMP协同计算模型的仿真及优化方法，其仿真步骤包括获取铝栅初始高度；依据所述铝栅初始高度，采用铝栅CMP压力分布精确计算模型获取研磨垫和铝栅表面间的压力分布；向铝栅CMP协同计算模型中输入至少包括获得所述研磨垫和铝栅表面间的压力分布的模型参数，其中，所述铝栅CMP协同计算模型由所述铝栅CMP压力分布精确计算模型和铝栅CMP化学反应动力学模型确定；采用所述铝栅CMP协同计算模型并依据所述模型参数进行预定时间段的仿真，得到所述铝栅研磨后的高度。该仿真方法从本质上揭示出铝栅CMP的工作原理，得到的仿真结果更接近实际，更加准确。此外，该优化方法可辅助工艺快速优化工艺参数。
文档编号G06F17/50GK103020383SQ20121058184
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者徐勤志, 陈岚, 方晶晶 申请人:中国科学院微电子研究所