仿真金属连线间填充介质空洞寄生电容的方法
【专利摘要】本发明公开了一种仿真金属连线间填充介质空洞寄生电容的方法，包括：建立模型、选择参数、模型转换、套用填充风格和仿真计算步骤，本发明将两条同层金属连线之间填充介质空洞的物理形态，转化为矩形上置底部等宽的等腰三角形的几何模型进行模拟，进行实验数据拟合；再将该模型转化能得到的所述矩形的长宽数值与金属连线间距的关系式。计算需要被仿真的金属连线间距下，介质空洞等效模型的长宽数值，将其描述到仿真软件中，仿真即能得到精确的金属连线寄生电容。本发明在不占用硅片资源，不改变现有仿真工具环境的情况下，通过建立等效模型和设置仿真参数能得到与实际测试数据相符的金属连线间填充介质空洞寄生电容。
【专利说明】仿真金属连线间填充介质空洞寄生电容的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种仿真金属连线间填充介质空洞寄生电容的方法。
【背景技术】
[0002]随着集成电路线宽的一再减小，制造技术的日趋复杂，金属连线间填充介质时常会有空洞存在。使用仿真工具对于金属连线间寄生电容进行仿真时，若忽略空洞的存在，采用均一介质进行仿真，结果会与实际数据相距甚远。究其原因，主要是由于空洞的存在，改变了填充介质的介电系数，导致仿真失真。虽然可以通过放置相应版图得到实测数据，但这需要大量的版图和测试工作，对于硅片资源的占用也是不小的成本，得到的结果也不具灵活性。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种不占用硅片资源，在不改变现有仿真工具环境的情况下，通过建立等效模型和设置仿真参数能得到与实际测试数据相符的仿真金属连线间填充介质空洞寄生电容的方法。
[0004]为解决上述技术问题，本发明的仿真金属连线间填充介质空洞寄生电容的方法，包括:(一)建立模型，将空洞的形态用一个矩形上置一个底边与所述矩形等宽的等腰三角形来描述；将矩形的长、宽、等腰三角形的高，以及矩形和金属底部的距离均设为参数变量，通过改变金属间距S，能得到该条件下金属介质空洞的等效物理模型矩形部分宽a，高b，距金属底部距离C，以及等腰三角形的高度d ;将a、b、c分别依金属间距s作数据图，并拟合出趋势线；平板金属间电容的公式为=C= ε O* ε i/t ;其中C为电容值，ε O为真空介电常数，ε i为两相邻金属间的填充介质的介电系数，t为金属间距，通过积分能得到金属间的电容值；
[0005](二)选择参数，选取需要仿真的金属参数，读取步骤(一)中模型矩形部分宽a，高b，和金属底部距离C，以及三角形部分的高度d ；
[0006](三)模型转换，将步骤(一)模型顶部三角形部分转化为面积相等底边相同的矩形，新模型的高度为b+d/2 ；
[0007](四)套用填充风格，将金属之间的填充介质层分成三部分:介质空洞部分Airgap、位于介质空洞顶端且和介质空洞等宽的填充介质MDB和余下的填充介质MDA ;将IMDA部分套用仿真软件填充风格B来设置，参数X=MD厚度，y=(金属间距s_介质空洞长度a)/2，Z=介质空洞距金属底部距离c ;将介质空洞部分套用仿真软件填充风格A来设置，介质空洞高度=b+d/2，将MDB部分套用仿真软件填充风格A来设置，IMDB的厚度=MD厚度+金属厚度-介质空洞高度-介质空洞距金属底部距离c ；
[0008]所述填充风格A是填充介质与下层金属的形态完全没有关系，填充后形成一平面；所述填充风格B是填充介质依托下层金属的形态产生，填充后形成与下层金属相同的形态(即一次函数关系)；
[0009](五)仿真计算,将步骤(四)中设置和对应介质的介电常数输入CadenceRaphael仿真软件(一种集成电路布线互连仿真系统，可以对同层或各层布线之间的寄生电容进行仿真)，运行仿真程序即能得到该层金属在该宽度和间距条件下的寄生电容。
[0010]本发明的仿真方法在不改变现有仿真环境的情况下，通过建立等效模型对金属连线间的寄生电容进行仿真，得到的结果与实际测试数据相符(偏差小于3%)。
[0011]本发明将两条同层金属连线之间的填充介质空洞的物理形态(一般为水滴型)，简化为矩形上置底部等宽的等腰三角形的几何模型进行模拟。将矩形高度，底部宽度，等腰三角形高度和矩形距离金属层底部的距离作为变量，通过实验数据拟合，取得上述变量与金属连线间距的依存关系；然后，采用面积等效的方法，将该模型转化为底部宽度不变，面积相等的矩形，能得到的该矩形的长宽数值与金属连线间距的关系式。计算需要被仿真的金属连线间距下，介质空洞等效模型的长宽数值，将其描述到仿真软件中，将该部分介质的介电常数设置为空气，其余部分仍然采用二氧化硅的介电常数，仿真即可得到精确的金属连线寄生电容。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明:
[0013]图1是本发明实施例的示意图一。
[0014]图2是本发明实施例的示意图二，其显示不同金属间距s下a、b、c的趋势拟合线。
[0015]图3是介质填充风格A的示意图，其显示填充介质与下层金属的形态完全没有关系O
[0016]图4是介质填充风格B的示意图，其显示填充介质依托下层金属的形态产生。
[0017]图5是本发明实施例的示意图三，其显示本发明方法步骤(三)，转化为矩形的模型。
[0018]图6是本发明实施例的示意图四，其显示本发明方法步骤(四)模型转换后套用填充风格。
[0019]附图标记说明
[0020]Air gap是介质空洞
[0021]Metal 是金属
[0022]IMD是填充介质
[0023]IMDA余下的填充介质
[0024]IMDB是位于介质空洞顶端且和介质空洞等宽的填充介质
[0025]a是介质空洞的等效物理模型矩形部分宽
[0026]b是介质空洞的等效物理模型矩形部分长
[0027]c是介质空洞的等效物理模型矩形部分距金属底部距离
[0028]d是介质空洞的等效物理模型三角形部分的高
[0029]s是金属之间的距离
[0030]X是填充风格B情况下，介质空洞的厚度
[0031]y是填充风格B情况下，(金属间距S-介质空洞长度a) /2[0032]z是填充风格B情况下，介质空洞距金属底部距离。
【具体实施方式】
[0033]如图1所不,本发明一实施例,在两金属层Metal之间的填充介质IMD中形成有一介质空洞Air gap，其中，a是介质空洞的等效物理模型矩形部分宽，b是介质空洞的等效物理模型矩形部分长，c是介质空洞的等效物理模型矩形部分距金属底部距离，MDA余下的填充介质(去除介质空洞部分和与MDB部分)，MDB是位于介质空洞顶端且和介质空洞等宽的填充介质(图6所示)；
[0034](一)建立模型，将空洞的形态用一个矩形上置一个底边与所述矩形等宽的等腰三角形来描述；将矩形的长、宽、等腰三角形的高，以及矩形和金属底部的距离均设为参数变量，通过改变金属间距S，能得到该条件下金属介质空洞的等效物理模型矩形部分宽a，高b，距金属底部距离C，以及等腰三角形的高度d ;将a、b、c分别依金属间距s作数据图，并拟合出趋势线，如图2所示；平板金属间电容的公式为:C=eO*e i/t ;其中C为电容值，ε O为真空介电常数，ε i为两相邻金属间的填充介质的介电系数，t为金属间距，通过积分能得到金属间的电容值；
[0035]如图3所示，填充风格A是填充介质与下层金属的形态完全没有关系，填充后形成
一平面；
[0036]如图4所示，填充风格B是填充介质依托下层金属的形态产生，填充后形成与下层金属相同的形态；
[0037](二)选择参数，选取需要仿真的金属参数，读取步骤(一)中模型矩形部分宽a，高b，和金属底部距离C，以及三角形部分的高度d ；
[0038](三)如图5所示，模型转换，将步骤(一)模型顶部三角形部分转化为面积相等底边相同的矩形，新模型的高度为b+d/2 ；
[0039](四)如图6所示，套用填充风格，将金属之间的填充介质层分成三部分:介质空洞部分Air gap、位于介质空洞顶端且和介质空洞等宽的填充介质IMDB和余下的填充介质IMDA ;将IMDA部分套用仿真软件填充风格B来设置，参数X=IMD厚度，y=(金属间距s_介质空洞长度a) /2，Z=介质空洞距金属底部距离c ;将介质空洞部分套用仿真软件填充风格A来设置，介质空洞高度=b+d/2，将MDB部分套用仿真软件填充风格A来设置，IMDB的厚度=MD厚度+金属厚度-介质空洞高度-介质空洞距金属底部距离c ；
[0040](五)将步骤(四)中设置和对应介质的介电常数输入CadenceRaphael仿真软件，运行仿真程序即能得到该层金属在该宽度和间距条件下的寄生电容。
[0041]以某0.13线宽工艺，三层金属导线之间的填充介质均带有介质空洞为例。下表第一、二、三列分别标示了仿真层次和结构尺寸；第四列为实际测量数据；第五、六列为使用本发明提供的方法建模、仿真的结果和与标准数据的比较，可以看到仿真数据与实际数据非常接近(偏差〈3%);第七、八列为使用其他方法的的仿真结果，与实际数据相距甚远。
[0042]
【权利要求】
1.一种仿真金属连线间填充介质空洞寄生电容的方法，其特征是，包括: (一)建立模型，将空洞的形态用一个矩形上置一个底边与所述矩形等宽的等腰三角形来描述；将矩形的长、宽、等腰三角形的高，以及矩形和金属底部的距离均设为参数变量，通过改变金属间距(S)，能得到该条件下金属介质空洞的等效物理模型矩形部分宽(a)，高(b)，距金属底部距离(C)，以及等腰三角形的高度(d);将(a、b、c)分别依金属间距(S)作数据图，并拟合出趋势线；平板金属间电容的公式为=C= ε O* ε i/t ;其中C为电容值，ε O为真空介电常数，ε i为两相邻金属间的填充介质的介电系数，t为金属间距，通过积分能得到金属间的电容值； (二)选择参数，选取需要仿真的金属参数，读取步骤(一)中模型矩形部分宽(a)，高(b)，和金属底部距离(C)，以及三角形部分的高度(d)； (三)模型转换，将步骤(一)模型顶部三角形部分转化为面积相等底边相同的矩形，新模型的高度为b+d/2 ； (四)套用填充风格，将金属之间的填充介质层分成三部分:介质空洞部分(Airgap)、位于介质空洞顶端且和介质空洞等宽的填充介质(MDB)和余下的填充介质(MDA);将(IMDA)部分套用仿真软件填充风格B来设置，参数X=MD厚度，y=(金属间距s_介质空洞长度a)/2，Z=介质空洞距金属底部距离(c);将介质空洞部分套用仿真软件填充风格A来设置，介质空洞高度=b+d/2，将MDB部分套用仿真软件填充风格A来设置，IMDB的厚度=MD厚度+金属厚度-介质空洞高度-介质空洞距金属底部距离(c)； 所述填充风格A是填充介质与下层金属的形态完全没有关系，填充后形成一平面；所述填充风格B是填充介质依托下层金属的形态产生，填充后形成与下层金属相似的形态； (五)仿真计算，将步骤(四)中设置和对应介质的介电常数输入CadenceRaphael仿真软件，运行仿真程序即能得到该层金属在该宽度和间距条件下的寄生电容。
【文档编号】G06F17/50GK103631978SQ201210289610
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月15日 优先权日:2012年8月15日
【发明者】仲志华, 祝奕琳 申请人:上海华虹宏力半导体制造有限公司