专利名称：Mim电容建模方法及电容值获取方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及金属/绝缘体/金属(MIM，Metal/ Insulator/Metal)电容建模方法及电容值获取方法。
背景技术：
MIM电容结构是在半导体器件的互连层间形成的电容结构，其可与半导体制造 的后道工艺较好兼容。因而被广泛地应用于例如射频集成电路以及半导体存储器的制造 中。目前的一种MIM电容结构为平行板电容器，例如中国专利200410053732.3中提 及的，其位于半导体器件的顶层金属和顶层下一层金属之间。参照图1所示，金属层下 极板11、上极板13以及金属层下极板11和上极板13间的电介质层12共同构成MIM电 容器的平行板结构。上极板13经过孔(via) 15与顶层金属14电气连接，从而形成完整的 MIM电容。随着技术的发展，集成电路后道工艺所使用的金属层也越来越多，如今使用8 层互连金属已很普遍。对于不同器件，根据其设计要求，其所需的金属互连层的个数也 不相同。现有的仿真中发现，以现有MIM电容模型分别对金属互连层个数不同的器件中 的MIM电容进行仿真，其仿真结果的准确度并不一致。因此，现有MIM电容模型无法 提供更精确、应用范围更广的电容仿真应用。
发明内容
本发明解决现有技术中现有MIM电容模型无法提供更精确、应用范围更广的电 容仿真应用的问题。为解决上述问题，本发明提供一种MIM电容建模方法，包括在同一测试环境下，测量多个具有相同有效电容面积的MIM电容值，所述多个 MIM电容所在器件的金属互连层个数不同；获得MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系；将所获得的MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系作为电容模型文件中 描述MIM电容的其中一个参数。相应地，本发明还提供一种MIM电容值获取方法，包括在同一测试环境下，测量多个具有相同有效电容面积的MIM电容值，所述多个 MIM电容所在器件的金属互连层个数不同；获得MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系；将所获得的MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系作为电容模型文件中 描述MIM电容的其中一个参数；以所述电容模型文件，对MIM电容进行仿真。与现有技术相比，上述MIM电容建模及电容值获取方法具有以下优点通过所述测量手段获得MIM电容值与金属互连层个数变化的关系，并将此关系作为电容模型文件中描述MIM电容的其中一个参数，使得所述电容模型文件能够更准确地描述多种具有 不同金属互连层个数的器件中的MIM电容，相应地，也提高了 MIM电容的仿真精度，使 得仿真值更接近于真实值。
图1是现有技术的一种MIM电容的结构示意图；图2是本发明MIM电容建模方法的一种实施方式流程图；图3是本发明MIM电容建模方法的一种实施例中测量MIM电容值与金属互连层 个数变化的函数关系的示意图；图4是仿真结果与根据图3获得的拟合函数的比对示意图。
具体实施例方式现有的MIM电容建模方法，是基于某个金属层的条件下提取的，例如使用基于 6层互连金属层的MIM电容模型去模拟3层互连金属层中的MIM电容。其并没有考虑 到金属层变化对MIM电容的影响，因此以现有MIM电容模型进行电路模拟的时候，其模 拟计算的MIM电容值也是独立于金属层数的，因此存在较大误差。通过进一步的分析发现，对于金属互连层个数不同的器件，虽然其中的MIM电 容本身的结构并未发生改变，但MIM电容下的寄生电容的值却会随着金属互连层个数的 不同而改变，从而影响MIM电容值。例如，在后端工艺中使用相同版图的两个MIM电容，MIM电容Ma所在的器件 从下至上具有3层金属互连层Ml、M2、M3，MIM电容Ma位于M2和M3之间；MIM 电容Mb所在的器件从下至上具有6层金属互连层Ml、M2、M3、M4、M5、M6，MIM 电容Mb位于M5和M6之间。两者比较，单就金属层而言，Ma下的寄生电容只包括电 容器上极板以及下极板层和Ml间的寄生电容，而对于Mb电容，其寄生电容包括MCT 层和下极板对M4，M3，M2，Ml间的寄生电容，显然，这两个MIM电容下的寄生电容 的值是不同的。因此，本发明提供一种新的MIM电容建模方法，考虑了金属互连层个数对MIM 电容值的影响。参照图2所示，本发明MIM电容建模方法的一种实施方式包括步骤sl，在同一测试环境下，测量多个具有相同有效电容面积的MIM电容值， 所述多个MIM电容所在器件的金属互连层个数不同；步骤S2，获得MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系；步骤S3，将所获得的MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系作为电容模 型文件中描述MIM电容的其中一个参数。上述实施方式中，通过测量具有不同金属互连层个数的器件中的相同MIM电 容，将上述金属互连层对MIM电容值的影响显示出来。接着将这种影响用数学函数表达 出来，并将该数学函数作为描述MIM电容的其中一个表达式，加入MIM电容模型文件 中。这样，当使用本建模方法获得的电容模型进行模拟计算的时候，就能够针对不同金 属互连层个数情况下的MIM电容，提供非常接近实际电容数值的精确模拟计算结果，大大方便了电路设计和电路模拟。以下对上述MIM电容建模过程进一步举例说明，以使得所述建模方法的优点更 加显著。结合图2和图3所示，首先，在同一测试环境下，测量多个具有相同有效电容面 积的MIM电容值，所述多个MIM电容所在器件的金属互连层个数不同。本例中，金属 互连层个数依次是6、5、4和3层金属，所述4个MIM电容均位于顶层金属和顶层下一 层金属之间，测量所述4个MIM电容时的温度均为室温，测量时MIM电容所施加的电压 条件也相同。此处结合基于6层金属互连层的现有MIM电容模型举例说明，故设定6层 互连金属的电容测量值为1，而其他电容的数值依据所述6层金属下的MIM电容值做归 一化处理。继续结合图2和图3所示，当经过上述测量步骤获得测量数据后，以金属互连层 个数为横坐标，MIM电容的测量值为纵坐标，获得MIM电容值与金属互连层个数变化的 数据图。在获得所述数据图后，拟合图中的各个数据，获得与各个数据的具有较高整体 吻合度的函数。本例中通过拟合获得的函数表达式为y = 0.0575X+0.6548。需要说明 的是，由于MIM电容器版图的差异，以及工艺条件等等的不同，上述函数关系也可能是 其他表达形式，并且MIM电容值也不一定随金属互连层个数减少而减小。本步骤的目的 是为了获得MIM电容值随金属互连层个数变化的函数关系。继续参照图2所示，以所获得的一次函数的表达式来表征金属互连层对MIM电 容值的影响，并将其添加上述基于6层金属互连层的现有MIM电容模型文件中。下述为添加所述函数表达式后的一种电容模型文件举例
.LIBcap
.subcktmim_cap 1 0 c_length=lu c—Width=Iu ρ二6 .param c_area='9.67e-4*c_areap' .param c_f='7.1e-ll*c_fp' .param c_tcl=2.94e-5 .param c_tc2=0
.param a^p='0.0575*p+0.6548' .param c_vcl=1.191e-5 .param c_vc2=3.71e-6 .param c_A='cJength*c_width' .param c_P='2*(c_length+c_width)'
.param c_c0='(c_area*c_A+c_f*c_P)*(l+c_tcl*(temper-25)+c_tc2*(temper-25)*(temper-25))' cap 1 O c='a p*c_c0*{l+c_\zcl*v(l,0)+c_vc2*v<l,0)*v(l,0))' .ends mim_cap .ENDL cap其中，参数ρ用于指定金属互连层的个数，默认值是6，参数a_p引进的函数表 达式就是上步骤中获得的一次函数，且将该参数作为描述MIM电容的表达式cap IOc的一 部分，而参数1、0描述MIM电容的两端，也就是MIM电容的上下电极。当通过上述建模方法获得MIM电容模型后，就可以所述MIM电容模型进行仿真 来模拟计算MIM电容值。
图5所示为根据图4所示电容模型文件仿真获得的MIM电容值在金属互连层个 数变化时对应的数据图。参照图5所示，其中仿真获得的数据几乎完全吻合图3所获得 的拟合一次函数的直线。因此，图4所示电容模型文件能够准确地模拟不同金属互连层 个数的器件中MIM电容值。基于上述论证，图4所示电容模型文件能准确地模拟不同金属互连层背景下的 MIM电容，因此使用上述MIM电容建模方法对于后续的电路设计和电路仿真非常有益。综上所述，本发明MIM电容建模方法及后续利用所建电容模型获得MIM电容值 的方法，考虑了 MIM电容与金属互连层个数变化的关系，并将此关系作为电容模型文件 中描述MIM电容的其中一个参数，使得所述电容模型文件能够更准确地描述具有多种不 同金属互连层个数的器件中的MIM电容，相应地，也提高了 MIM电容的仿真精度。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技 术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护 范围应当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种MIM电容建模方法，其特征在于，包括在同一测试环境下，测量多个具有相同有效电容面积的MIM电容值，所述多个MIM 电容所在器件的金属互连层个数不同；获得MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系；将所获得的MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系作为电容模型文件中描述 MIM电容的其中一个参数。
2.如权利要求1所述的MIM电容建模方法，其特征在于，测量多个所在器件的金属 互连层个数不同的MIM电容，包括测量至少2个所在器件的金属互连层个数不同的 MIM电容。
3.如权利要求2所述的MIM电容建模方法，其特征在于，分别测量所在器件的金属 互连层为6层、5层、4层及3层的MIM电容。
4.如权利要求1所述的MIM电容建模方法，其特征在于，所述获得MIM电容值与金 属互连层个数变化的函数关系包括以金属互连层的个数为横坐标，以MIM电容的测量值为纵坐标，获得相应数据图；拟合所述数据图获得对应的函数表达式，以所述函数表达式描述MIM电容值与金属 互连层个数变化的关系。
5.如权利要求1所述的MIM电容建模方法，其特征在于，所述拟合获得的函数表达 式为一次函数。
6.—种MIM电容值获取方法，其特征在于，包括在同一测试环境下，测量多个具有相同有效电容面积的MIM电容值，所述多个MIM 电容所在器件的金属互连层个数不同；获得MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系；将所获得的MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系作为电容模型文件中描述 MIM电容的其中一个参数；以所述电容模型文件，对MIM电容进行仿真。
7.如权利要求6所述的MIM电容值获取方法，其特征在于，以所述电容模型文件， 对MIM电容进行仿真包括对电容模型文件中的金属互连层个数、电压及温度参数赋 值，以进行仿真。
全文摘要
一种MIM电容建模及电容值获取方法。所述MIM电容建模方法包括在同一测试环境下，测量多个具有相同有效电容面积的MIM电容值，所述多个MIM电容所在器件的金属互连层个数不同；获得MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系；将所获得的MIM电容值与金属互连层个数变化的函数关系作为电容模型文件中描述MIM电容的其中一个参数。以所述建模方法获得的电容模型，其仿真精度相对现有技术更高。
文档编号G06F17/50GK102012950SQ20091019561
公开日2011年4月13日 申请日期2009年9月7日 优先权日2009年9月7日
发明者路向党 申请人:上海宏力半导体制造有限公司