方块电阻模型的建模方法与流程

本发明涉及半导体，特别涉及一种方块电阻模型的建模方法。

背景技术：

1、随着超大规模集成电路技术的不断发展，金属互连的多层布线和各特征尺寸的逐渐减小，金属线的线宽也在不断减少。以铜材质的金属线为例，由于散射（scattering）效应，铜的电阻率会不断上升导致金属线的方块电阻rs不断增加。

2、目前，本领域通常使用raphael模拟软件来模拟金属线的方块电阻。但是raphael模拟软件无法模拟散射效应，不能够很好的模拟金属线的方块电阻，且对于线宽较小的金属线的方块电阻，使用raphael模拟软件模拟出的方块电阻的误差较大。

技术实现思路

1、本发明提供一种方块电阻模型的建模方法，获得的方块电阻模型能够解决raphael模拟软件无法模拟散射效应的缺陷，提高模型模拟金属线方块电阻的模拟精度。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种方块电阻模型的建模方法。所述方块电阻模型的建模方法包括：建立金属线方块电阻的初始模型，所述初始模型与金属线的电阻率相关；获取金属线的电阻率随线宽变化的特征关系式；将所述特征关系式代入所述初始模型中，获得金属线的方块电阻模型。

3、可选的，所述初始模型还与金属线的截面特征尺寸相关。

4、可选的，所述获取金属线的电阻率随线宽变化的特征关系式的方法包括：获取多条样品金属线的实际截面特征尺寸数据，所述多条样品金属线中，部分数量的样品金属线的线宽与其余样品金属线的线宽不同；获取所述多条样品金属线的实际方块电阻；将所述实际方块电阻和对应的所述实际截面特征尺寸数据带入所述初始模型，计算获得多个所述样品金属线的实际电阻率，每个所述实际电阻率对应一所述样品金属线的线宽；以及对多个所述实际电阻率以及对应的线宽进行数据拟合，获得金属线的电阻率随线宽变化的特征关系式。

5、可选的，所述获取多条样品金属线的实际截面特征尺寸数据的方法包括：使用透射电子显微镜拍摄所述样品金属线的截面轮廓获得图像，并量测所述图像获得所述样品金属线的实际截面特征尺寸数据。

6、可选的，所述获取所述多条样品金属线的实际方块电阻的方法包括：测试获得所述样品金属线的实际电阻值；以及基于所述样品金属线的实际电阻值、长度和线宽计算出所述样品金属线的实际方块电阻。

7、可选的，所述样品金属线包括金属条以及包裹所述金属条的侧壁和底面的阻挡层，所述样品金属线的实际截面特征尺寸数据包括：所述样品金属线的顶面宽度、所述样品金属线的高度、所述样品金属线侧壁的倾斜角、所述金属条侧壁上每个所述阻挡层的厚度、以及所述金属条底部下每个所述阻挡层的厚度。

8、可选的，所述样品金属线的线宽基于所述样品金属线的实际截面特征尺寸计算获得；所述样品金属线的线宽为所述样品金属线1/2高度处的宽度。

9、可选的，所述金属线包括金属条以及包裹所述金属条的侧壁和底面的阻挡层，所述初始模型与所述金属条的电阻率和所述阻挡层的电阻率相关；所述获取金属线的电阻率随线宽变化的特征关系式的步骤中，获取所述金属条的电阻率随线宽变化的特征关系式；所述将所述特征关系式代入所述初始模型中的步骤中，使用所述金属条的电阻率随线宽变化的特征关系式替换所述初始模型中的金属条的电阻率。

10、可选的，所述阻挡层包括包裹所述金属条的第一阻挡层、包裹所述第一阻挡层的第二阻挡层、以及包裹所述第二阻挡层的第三阻挡层；所述初始模型的表达式为：rs=(wd-d2cotθ)/[(2ah/ρ3+2bh/ρ2+2ch/ρ1+(l1h-h2cotθ)/ρ0)+(2ac/ρ3+2bc/ρ2+(cl2-c2cotθ)/ρ1)+(2ab/ρ3+(bl3-b2cotθ)/ρ2)+(al4-a2cotθ)/ρ3]/d；其中，rs为金属线的方块电阻，w为金属线的顶面宽度，d为金属线的高度，θ为金属线侧壁的倾斜角，a为金属条侧壁的第三阻挡层的厚度，b为金属条侧壁的第二阻挡层的厚度，c为金属条侧壁的第一阻挡层的厚度，a为金属条底部的第三阻挡层的厚度，b为金属条底部的第二阻挡层的厚度，c为金属条底部的第一阻挡层的厚度，ρ0为金属条的电阻率，ρ1为第一阻挡层的电阻率，ρ2为第二阻挡层的电阻率，ρ3为第三阻挡层的电阻率，l1=w-2(a+b+c)，l2=w-2hcotθ-2a-2b，l3=l2-2ccotθ+2b，l4=w-2(d-a)cotθ，h=d-a-b-c。

11、可选的，所述金属条的材料包括铜，所述第一阻挡层的材料包括铜和锰，所述第二阻挡层的材料包括钽，所述第三阻挡层的材料包括氮化钽。

12、可选的，所述金属条的电阻率ρ0随线宽变化的特征关系式为：ρ0=6.7388e-0.019wm，其中，wm为金属线1/2高度处的宽度。

13、本发明提供的方块电阻模型的建模方法中，首先建立金属线方块电阻的初始模型，该初始模型与金属线的电阻率相关，然后获取金属线的电阻率随线宽变化的特征关系式，之后将该特征关系式代入初始模型中，获得金属线的方块电阻模型，如此获得的方块电阻模型能够模拟金属线的散射效应，可以提高金属线方块电阻的模拟精度，尤其是提高小线宽金属线的方块电阻的模拟精度，为各尺寸金属线的电阻目标值制定提供较好的参考。

技术特征：

1.一种方块电阻模型的建模方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方块电阻模型的建模方法，其特征在于，所述初始模型还与金属线的截面特征尺寸相关。

3.如权利要求2所述的方块电阻模型的建模方法，其特征在于，所述获取金属线的电阻率随线宽变化的特征关系式的方法包括：

4.如权利要求3所述的方块电阻模型的建模方法，其特征在于，所述获取多条样品金属线的实际截面特征尺寸数据的方法包括：

5.如权利要求3所述的方块电阻模型的建模方法，其特征在于，所述获取所述多条样品金属线的实际方块电阻的方法包括：

6.如权利要求3所述的方块电阻模型的建模方法，其特征在于，所述样品金属线包括金属条以及包裹所述金属条的侧壁和底面的阻挡层，所述样品金属线的实际截面特征尺寸数据包括：所述样品金属线的顶面宽度、所述样品金属线的高度、所述样品金属线侧壁的倾斜角、所述金属条侧壁上每个所述阻挡层的厚度、以及所述金属条底部下每个所述阻挡层的厚度。

7.如权利要求3所述的方块电阻模型的建模方法，其特征在于，所述样品金属线的线宽基于所述样品金属线的实际截面特征尺寸计算获得；所述样品金属线的线宽为所述样品金属线1/2高度处的宽度。

8.如权利要求1所述的方块电阻模型的建模方法，其特征在于，所述金属线包括金属条以及包裹所述金属条的侧壁和底面的阻挡层，所述初始模型与所述金属条的电阻率和所述阻挡层的电阻率相关；所述获取金属线的电阻率随线宽变化的特征关系式的步骤中，获取所述金属条的电阻率随线宽变化的特征关系式；所述将所述特征关系式代入所述初始模型中的步骤中，使用所述金属条的电阻率随线宽变化的特征关系式替换所述初始模型中的金属条的电阻率。

9.如权利要求8所述的方块电阻模型的建模方法，其特征在于，所述阻挡层包括包裹所述金属条的第一阻挡层、包裹所述第一阻挡层的第二阻挡层、以及包裹所述第二阻挡层的第三阻挡层；所述初始模型的表达式为：

10.如权利要求9所述的方块电阻模型的建模方法，其特征在于，所述金属条的材料包括铜，所述第一阻挡层的材料包括铜和锰，所述第二阻挡层的材料包括钽，所述第三阻挡层的材料包括氮化钽。

11.如权利要求10所述的方块电阻模型的建模方法，其特征在于，所述金属条的电阻率ρ0随线宽变化的特征关系式为：ρ0=6.7388e-0.019wm，其中，wm为金属线1/2高度处的宽度。

技术总结
本发明提供一种方块电阻模型的建模方法。所述方块电阻模型的建模方法包括：建立金属线方块电阻的初始模型，该初始模型与金属线的电阻率相关；获取金属线的电阻率随线宽变化的特征关系式；将该特征关系式代入初始模型中，获得金属线的方块电阻模型。如此获得的方块电阻模型能够模拟金属线的散射效应，可以提高金属线方块电阻的模拟精度，尤其是提高小线宽金属线的方块电阻的模拟精度，为各尺寸金属线的电阻目标值制定提供较好的参考。

技术研发人员：宋聪强,吕正良,李毅,张劲,王飘飘
受保护的技术使用者：合肥晶合集成电路股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13