专利名称：一种芯片表面形貌仿真的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及化学机械研磨领域，具体而言，涉及一种芯片表面形貌仿真的方法及
装置
背景技术：
化学机械研磨(Chemical Mechanical Planarization, CMP)最初主要用于获取高质量的玻璃表面，自上世纪八十年代初IBM首次提出集成电路“化学机械研磨”这个概念至今，CMP技术逐步取代传统局部抛光技术而广泛应用于集成电路制造各阶段，现已成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超精细加工的唯一广泛应用技术。目前，32/28纳米节点的主流工艺技术是高k金属栅极(High-k MetalGate, HKMG)技术，它使得半导体工艺的发展继续以摩尔定律延续。针对现行主流工艺节点，如何建立一个能可靠表征金属栅研磨机理，实时预测金属表面形貌变化，减少研磨蝶形和侵蚀，达到芯片表面平坦性要求，实现CMP技术发展目标的工艺模型，是需要解决的重要问题。在CMP接触力学模型中，基于GW统计接触理论而建立的粗糙研磨垫模型得到了广泛的应用，该模型给出了接触压力和研磨垫形变间的相互关系。目前，尽管GW粗糙表面统计接触模型应用广泛，但对于单个微凸峰与芯片表面接触的情况来说，由于该模型采用Hertz弹性接触理论,而Hertz弹性接触理论仅适用于理想球体的接触情况,芯片表面形貌高低起伏，采用Hertz接触模型将会产生较大误差。并且实验结果表明，基于GW理论的仿真模型在芯片的互连线宽值很小时会得到错误的仿真结果。因此，现有技术中GW模型并不适用于芯片线宽值较小时的表面形貌仿真。
发明内容
本发明提供一种芯片表面形貌仿真的方法及装置，用于解决现有技术中采用GW模型进行芯片表面形貌仿真时误差较大的问题。本发明提供了一种芯片表面形貌仿真的方法，包括:确定与芯片的连接线宽相关的研磨垫有效特征粗糙参数；根据有效特征参数确定研磨垫粗糙峰的修正指数分布；根据指数分布及赫兹弹性接触理论建立研磨垫与芯片的接触压力和研磨垫形变量间的第一关系式；根据接触力学方程建立研磨垫与芯片的接触压力与研磨垫形变量间的第二关系式；根据第一关系式以及第二关系式计算研磨垫与芯片的接触压力及形变量的关系式；使用所述芯片的接触压力以及形变量的关系式进行芯片表面形貌仿真。其中，上述使用所述芯片的接触压力以及形变量的关系式进行芯片表面形貌仿真包括:根据芯片的接触力与形变量的关系式以及研磨去除选择比，计算研磨芯片的研磨去除率；根据芯片的初始表面高度以及研磨去除率，确定芯片表面的实时形貌高度。其中，上述根据第一关系式以及第二关系式计算研磨垫与芯片的接触压力以及形变量的关系式包括:通过离散卷积-快速傅里叶变换的方法求解第一关系式以及第二关系式。其中，上述根据修正指数分布建立研磨垫与芯片的接触压力和研磨垫形变量间的第一关系式包括:根据修正的指数分布对GW模型进行重新推导，获得研磨垫与芯片的接触压力和研磨垫形变间的第一关系式。本发明还提供了一种芯片表面形貌仿真的装置，包括:第一确定模块，用于确定与芯片的连接线宽相关的研磨垫有效特征粗糙参数；第二确定模块，用于根据有效特征参数确定研磨垫粗糙峰的修正指数分布；第一建立模块，用于根据指数分布及赫兹弹性接触理论建立研磨垫与芯片的接触压力和研磨垫形变量间的第一关系式；第二建立模块，用于根据接触力学方程建立研磨垫与芯片的接触压力与研磨垫形变量间的第二关系式；计算模块，用于根据第一关系式以及第二关系式计算研磨垫与芯片的接触压力以及形变量的关系式；仿真模块，用于使用所述芯片的接触压力以及形变量的关系式进行芯片表面形貌
仿真。
其中，上述仿真模块包括:第二计算单元，用于根据芯片的接触力与形变量的关系式以及研磨去除选择比，计算研磨芯片的研磨去除率；确定单元，用于根据芯片的初始表面高度以及研磨去除率，确定芯片表面的实时形貌高度。其中，上述计算模块包括:计算单元，用于通过离散卷积-快速傅里叶变换的方法求解第一关系式以及第二关系式。其中，上述第一建立模块包括:推导单元，用于根据修正的指数分布对GW模型进行重新推导，获得研磨垫与芯片的接触压力和研磨垫形变间的第一关系式。采用本发明的技术方案，由于采用与芯片的连接线宽相关的接触压力和研磨垫形变量间关系，建立新的芯片表面形貌模拟方法，避免了 GW模型在小线宽CMP工艺仿真中的错误结论，提高了芯片表面形貌仿真的预测精度及准确度。
图1是本发明的芯片表面形貌仿真方法的流程图；图2是基于本发明芯片表面形貌仿真进行模拟的流程图；图3是芯片表面形貌仿真装置的结构框图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明实施例作进一步详细说明。图1是本发明芯片表面形貌仿真方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤:步骤101:确定与芯片的连接线宽相关的研磨垫有效特征粗糙参数；步骤102:根据有效特征参数确定研磨垫粗糙峰的修正指数分布；
步骤103:根据指数分布及赫兹弹性接触理论建立研磨垫与芯片表面间接触压力和研磨垫形变量间的第一关系式；步骤104:根据接触力学方程建立研磨垫与芯片表面间的接触压力与研磨垫形变量间的第二关系式；步骤105:根据第一关系式及第二关系式计算研磨垫与芯片表面间的接触压力及形变量的关系式；步骤106:使用所述芯片的接触压力以及形变量的关系式进行芯片表面形貌仿真。在上述步骤101及步骤102中，随着芯片特征尺寸的减小，研磨垫粗糙峰与线宽的比例关系会发生明显的变化，为了描述小线宽和图形密度对研磨垫粗糙度的影响，此处提出修正指数分布来表示研磨垫粗糙峰的高度分布:需要说明的是，此处的密度定义为:线宽/ (线宽+间距)，即线宽与线宽加间距的和的比值。
权利要求
1.一种芯片表面形貌仿真的方法，其特征在于，包括: 确定与芯片的连接线宽相关的研磨垫有效特征粗糙参数； 根据所述有效特征参数确定研磨垫粗糙峰的修正指数分布； 根据所述指数分布及赫兹弹性接触理论建立所述研磨垫与所述芯片的接触压力和研磨垫形变量间的第一关系式； 根据接触力学方程建立所述研磨垫与所述芯片的接触压力与所述研磨垫形变量间的第二关系式； 根据所述第一关系式以及所述第二关系式计算所述研磨垫与所述芯片的接触压力及形变量的关系式； 使用所述芯片的接 触压力以及形变量的关系式进行芯片表面形貌仿真。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用所述芯片的接触压力以及形变量的关系式进行芯片表面形貌仿真包括: 根据芯片的接触力与形变量的关系式以及研磨去除选择比，计算研磨芯片的研磨去除率； 根据芯片的初始表面高度以及研磨去除率，确定芯片表面的实时形貌高度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一关系式以及所述第二关系式计算所述研磨垫与所述芯片的接触压力以及形变量的关系包括: 通过离散卷积-快速傅里叶变换的方法求解所述第一关系式以及第二关系式。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述修正指数分布建立所述研磨垫与所述芯片的接触压力和研磨垫形变量间的第一关系式包括: 根据所述修正的指数分布对GW模型进行重新推导，获得所述研磨垫与所述芯片的接触压力和研磨垫形变间的第一关系式。
5.一种芯片表面形貌仿真的装置，其特征在于，包括: 第一确定模块，用于确定与芯片的连接线宽相关的研磨垫有效特征粗糙参数； 第二确定模块，用于根据所述有效特征参数确定研磨垫粗糙峰的修正指数分布；第一建立模块，用于根据所述指数分布及赫兹弹性接触理论建立所述研磨垫与所述芯片的接触压力和研磨垫形变量间的第一关系式； 第二建立模块，用于根据接触力学方程建立所述研磨垫与所述芯片的接触压力与所述研磨垫形变量间的第二关系式； 计算模块，用于根据所述第一关系式以及所述第二关系式计算所述研磨垫与所述芯片的接触压力以及形变量的关系式； 仿真模块，用于使用所述芯片的接触压力以及形变量的关系式进行芯片表面形貌仿真。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述仿真模块包括: 第二计算单元，用于根据芯片的接触力与形变量的关系式以及研磨去除选择比，计算研磨芯片的研磨去除率； 确定单元，用于根据芯片的初始表面高度以及研磨去除率，确定芯片表面的实时形貌高度。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述计算模块包括:计算单元，用于通过离散卷积-快速傅里叶变换的方法求解所述第一关系式以及第二关系式。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一建立模块包括: 推导单元，用于根据所述修正的指数分布对GW模型进行重新推导，获得所述研磨垫与所述芯片的接触压力和研磨垫形变间的第一关系式。
全文摘要
本发明公开了一种芯片表面形貌仿真的方法及装置，用于解决GW模型芯片表面形貌仿真时误差较大的问题。包括确定与芯片连接线宽相关的研磨垫有效特征粗糙参数；根据有效特征参数确定研磨垫粗糙峰的修正指数分布；根据指数分布及赫兹弹性理论建立研磨垫与芯片表面接触压力和研磨垫形变量的第一关系式；根据接触力学方程建立研磨垫与芯片表面接触压力与研磨垫形变量的第二关系式；根据第一关系式及第二关系式计算研磨垫与芯片表面接触压力及研磨垫形变量的关系式；使用所述芯片的接触压力以及形变量的关系式进行芯片表面形貌仿真。该技术方案避免了GW模型在小线宽CMP工艺仿真中的错误结论，提高了GW模型的模拟预测精度。
文档编号G06F17/50GK103226627SQ20131009242
公开日2013年7月31日 申请日期2013年3月21日 优先权日2013年3月21日
发明者徐勤志, 陈岚 申请人:中国科学院微电子研究所