专利名称：Mim电容模型的提取方法
技术领域：
本发明涉及一种集成电路中电容模型的提取方法，具体涉及一种金属-绝缘 物-金属(Metal-Insulator-Metal，简称MIM)电容模型的提取方法。
背景技术：
目前广泛应用的MIM电容，其基本结构如图1所示，MIM电容位于顶层 金属1和顶层金属的下一层金属2之间，由MIM电容上极板3和下一层金属2 构成了一个基本的平行板电容器。上极板3和下一层金属2均通过电介质中的 通孔4 (VIA)来连接顶层金属1,然后分别连接到针垫5 (PAD)和针垫6，则 针垫5和针垫6构成一个完整的可测量电容结构的两极。
在进行电容测试的过程中，需要一个结构来去除测试当中使用的电缆，机 台等寄生电容的影响，这个结构一般和待测试的器件完全相同，就是把其一端 的电路断路就可以了。如图2所示，这里有个问题，断路的地方在什么位置， 不是可以随便选择的。必须考虑到制作工艺，器件的物理特性等因素。对于MIM 电容，最理想的断路点就是选择在通孔4和上极板3连接的地方，这样就可以 消除所有寄生的电容。但是这样选择，在制造上要添加数道工艺，增加了制造 成本和难度。所以，断路点的选择一般是在顶层金属1连接针垫5的电路上， 并且靠近MIM电容的地方。这样的处理可以使制造工艺简化，但是却对电容的 精确测量以及模型的准确提取带来了困难。
具体来说，通孔4是一个由金属构成的锥形体，其本身就具有电容，而且， 连接上极板3到顶层金属1的通孔4不止一个，它们之间也存在电容，尤其是 当通孔4的密度比较高的时候，其产生的电容更是不可忽略。图2所示MIM电 容的测试校准结构不能消除通孔4产生的寄生电容，在现行的MIM模型提取方 法中，认为MIM的电容包含两部分， 一是面积电容，即MIM电容上极板(MCT) 和正下方的金属构成的理想平行板电容器的电容， 一是边缘电容，就是MCT边缘与下层金属产生的电容，而实际中的通孔电容就被包含在面积电容中，这是
不合理的，所以在用图2中现行的MIM电容测试校准结构来进行电容测试校准 和测试时，会不可避免的带上通孔4引起的寄生电容，均和实际的MIM电容存 在误差。并且，各个电路设计者进行电路设计的时候，MIM上使用的通孔数也 不一样，导致在进行电路设计和电路模拟的时候情况更复杂，使用现有模型进 行的模拟计算，其误差也更大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种MIM电容模型的提取方法，可以消 除通孔电容的影响，获得更精确的MIM电容数值，减小误差。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种MIM电容模型的提取方法，包 括如下步骤
(1) 选取至少三个面积相同、通孔密度相同但周长不同的MIM电容，提 取MIM电容的边缘电容；
(2) 选取步骤(1)中使用的一个电容，再选取与该电容通孔密度和周长 相同^f旦面积不同的至少两个MIM电容，结合得到的边缘电容提取MIM电容的 面积电容；
(3) 选取步骤(1)和步骤(2)共同使用的电容，再选取与该电容面积和 周长相同但通孔密度不同的至少两个MIM电容，结合得到的边缘电容和面积电 容提取MIM电容的通孔电容；
(4) 冲艮据获得的通孔电容和通孔密度为坐标制图，并对数据进行拟合，获 得通孔电容对通孔密度的函数关系；
(5 )定义参数，将上述函数关系写入MIM现有的模型中，获得新的MIM模型。
本发明相比于现有MIM模型提取技术具有以下优点由于考虑了通孔电容 的影响，将通孔电容和通孔密度的函数关系写入了 MIM模型文件中，对于电路 设计者来说，在进行电路设计和电路模拟的时候，可以获得更精确的MIM电容 数值，减小了模拟计算的误差，可以提高工作效率。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。
图1是MIM电容的基本结构； 图2是MIM电容的测试用电容校准结构； 图3为本发明的MIM模型提取方法的流程图； 图4是本发明一个实施例的通孔电容和通孔密度的函数关系； 图5是本发明一个实施例的MIM电^^莫拟计算结果。 图中的附图标记为1、顶层金属；2、下一层金属；3、上极板；4、通 孔；5、针垫；6、针垫。
具体实施例方式
本发明提出了一种新的MIM模型提取办法，可以克服现有模型的缺陷，提 供精确的模拟计算结果。如图3所示，本方法在进行MIM电容的模型提取过程 中，需要进行以下几个步骤
步骤S1，使用电容Ml, M2和M3，具有相同的面积，VIA密度，不同的 周长，用来提取MIM电容的边缘电容；
步骤S2，电容M1， M4和M5，具有相同的周长，相同的VIA密度，不同 的面积，用来提取MIM电容的面积电容；
步骤S3，电容M1， M6 ....Mn，最少要有三个电容，具有相同的面积，相 同的周长，不同的VIA密度，依据步骤1， 2中的面积电容和边缘电容，计算 VIA电容；
步骤S4，以获得的VIA电容对VIA密度做图，对数据进行拟和，获得VIA 电容对VIA密度的函数关系；
步骤S5，定义参数，将上述函数关系写入MIM现有模型中，获得新的MIM 模型。
以工作电压为1.8V的工艺为例，本发明实施的详细步骤如下 l.使用电容Ml， M2和M3，它们具有相同的面积，VIA密度，不同的周 长，用来提取MIM电容的边缘电容。计算公式如下
总电容OC_area*S+C—fT+C—via, 其中的C一area, C一f,和C—via分别代面积电容，边缘电容和VIA电容，S和P分别是MIM电容的面积和周长。这里 的C—via=S*f (DVIA), DVIA是MIM电容上极板上的VIA密度，f ( DVIA)是 前述步骤S4中所述通孔电容对通孔密度的函数关系式。因为面积相同，通孔密 度相同，所以三者的面积电容和通孔电容相等，只有边缘电容不同，这里就可 以计算出边缘电容C一f。
2. 电容Ml, M4和M5，具有相同的周长，相同的VIA密度，不同的面积， 使用上述公式，就可以计算出MIM电容的面积电容
3. 电容Ml, M6….Mn，最少要有三个电容，具有相同的面积，相同的周 长，不同的VIA密度，依据步骤1和2中的面积电容和边缘电容，计算VIA电 容。
4. 如图4所示，依据获得的VIA电容，做出VIA电容对VIA密度的图象， 通过数据拟合，获得VIA电容和VIA密度之间的函数关系
y=l .3933E-0.5x2+6.8E-0.6x R2=9.8559E-01。
5. 定义参数，将上述函数关系写入MIM现有模型中，获得新的MIM模型。
上述函数关系写入MIM现有模型文件的程序为 丄IBcap
.subckt mim一cap 10 l=lu w=lu lvia=lu wvia=lu dvia=1.0
.param c_area='9.48e-4*c_areap'
.param c_f='5.8e-ll*c_fp'
param v_area='lvia*wvia'
.param c—via-'1.3933e-S丰dvia^via+6.8e-6丰dvia'
.param c_v='v_area*c—via'
.param c—tcl=2.94e-5
.param c—tc2=0
.param c_vcl=1.191e-5
.param c一vc2-3.71e-6
.param c—A='I*W'
.param c_P='2*(l+w)'
.paramc_cO='<c_area*c_A+c_f*c_P+c_v)*(l+C-tcl*(temper-25)+c_tc2*(temper-25)*(temper-25|)' cap 1 0 c='c_cO*(l+c—vcl*v(l,0)+c_vc2*v(l,0)*v(l,0"' .ends mim一cap .ENDL cap
如图5所示为新的MIM模型进行电容模拟计算的结果，其中离散的点是考 虑VIA电容的模拟计算结果，直线是不考虑VIA电容的模拟计算结果，可以看 出本发明提供的方法具有更高的精度和更大的适应范围。
权利要求
1、一种MIM电容模型的提取方法，其特征在于，包括如下步骤(1)选取至少三个面积相同、通孔密度相同但周长不同的MIM电容，提取MIM电容的边缘电容；(2)选取步骤(1)中使用的一个电容，再选取与该电容通孔密度和周长相同但面积不同的至少两个MIM电容，结合得到的边缘电容提取MIM电容的面积电容；(3)选取步骤(1)和步骤(2)共同使用的电容，再选取与该电容面积和周长相同但通孔密度不同的至少两个MIM电容，结合得到的边缘电容和面积电容提取MIM电容的通孔电容；(4)根据获得的通孔电容和通孔密度为坐标制图，并对数据进行拟合，获得通孔电容对通孔密度的函数关系；(5)定义参数，将上述函数关系写入MIM现有的模型中，获得新的MIM模型。
2、 如权利要求1所述的MIM电容模型的提取方法，其特征在于，步骤(1) 至(3)中边^彖电容、面积电容和通孔电容具有如下关系C=C—area*S+C—f*P+C—via;其中，C为总电容，C—area为面积电容，C—f为边缘电容，C_via为通孔电 容，S为MIM电容的面积，P为MIM电容的周长。
3、 如权利要求2所述的MIM电容模型的提取方法，其特征在于，所述的 通孔电容满足如下关系C_via=S*f (DVIA);其中> C一via为通孔电容；S为MIM电容的面积，DVIA是MIM电容上极 板上的通孔密度,而f (DVIA)是步骤(4)中所述通孔电容对通孔密度的函数关 系式。
全文摘要
本发明公开了一种MIM电容模型的提取方法，包括如下步骤(1)选取至少三个面积相同、通孔密度相同但周长不同的MIM电容，提取边缘电容；(2)选取步骤(1)中的一个电容，再选取与该电容通孔密度和周长相同但面积不同的至少两个MIM电容，结合边缘电容提取表面积电容；(3)选取步骤(1)和步骤(2)共同的电容，再选取与该电容面积和周长相同但通孔密度不同的至少两个MIM电容，结合边缘电容和表面积电容提取通孔电容；(4)根据通孔电容和通孔密度制图并对数据拟合，获得通孔电容对通孔密度的函数关系；(5)将上述函数关系写入MIM现有模型中，获得新的MIM模型。本发明可以获得更精确的MIM电容数值，减小误差。
文档编号G06F17/50GK101661528SQ20091019611
公开日2010年3月3日 申请日期2009年9月22日 优先权日2009年9月22日
发明者丹 许, 路向党 申请人:上海宏力半导体制造有限公司