芯片中冗余金属的填充方法、装置、芯片和半导体器件与流程

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种芯片中冗余金属的填充方法、装置、芯片和半导体器件。

背景技术：

1、近年来，随着集成电路制造流程中工艺节点的不断进步，工艺尺寸的不断缩小，芯片的设计流程和制造流程变得越来越复杂，工艺稳定性变得越来越差。例如，在芯片物理设计流程中，物理设计在完成时序和功能收敛后，进入dfm(design for manufacturability，集成电路可制造性设计，主要研究产品本身的物理设计与制造系统各部分之间的相互关系，将芯片设计进行一定的转化，以利于生产制造的技术)阶段，此时的版图不论金属密度还是图形线宽都不均匀，这样的晶圆表面平坦性是无法保证的，这对cmp(chemicalmechanical polishing，即化学机械抛光，通常晶圆经过一系列工艺制程后表面会极其不平整，通过cmp技术在磨盘和研磨料的作用下实现平坦化)技术具有重大挑战，cmp工艺对图形的依赖度较高，不同图形密度及图形梯度对研磨结果有很大的影响，此时借助冗余金属可以在不影响原有电路功能的情况下提高版图金属分布的均匀性，减小cmp后的碟形和侵蚀，进而提高了产品的良率与可靠性。冗余填充是一种对芯片逻辑功能无影响的版图图形结构。它的材料可以是用于浅沟槽隔离(sti)工艺的多晶硅或用于铜化学机械抛光工艺的铜；它的形状可以是简单的方块也可以是特别设计的图形；它可以接地也可以悬浮。

2、目前，传统的冗余金属填充大部分采用如图1a所示的浮空式金属填充方式，比较简单直接，一般会在选定一种冗余金属图形形状后，设定一个缓冲距离，在符合缓冲距离的规则下，会尽可能多的填充该形状的冗余金属。

3、此外，芯片上所有的电子器件只有得到充足稳定的电源时才能稳定工作。它们的电源均来自电源网络，电源网络的完整性包括电压降分析和电迁移效应分析，电源网络的电压降是芯片中电源网络的金属连线和通孔电阻所造成的，电流从电源出发流经互连线、通孔时会产生电压降低现象，使得电子器件的电压低于电源电压。当电流流经的互连线和通孔过多时，电压会更低。电压越低，电子器件工作性能越弱，就会影响到芯片的性能和使用时间。电迁移效应是由于金属连线中存在高密度电流。大规模的原子迁移会形成原子流，有可能导致金属的断裂或相邻金属连线粘合在一起。为了减小电压降和电迁移效应，设计者往往会不断加大电源和地线网络，从而导致占用了大量的信号线的布线资源，而使其布线资源匮乏，导致信号布线的拥塞，进而影响芯片的设计面积以及时序的收敛。因此增加电源网络稳定性来提高供电能力显得尤为重要。

4、目前常见的提高电源稳定性的方法是增加电容，传统增加电容的方式使用pip电容或者mim电容来满足芯片所需电容，其缺点主要表现为需要增加额外的光罩成本，工艺繁琐且增加的电容有限，此前，为了改善以上问题中国专利号cn 114220798 a公开了叉指式冗余金属填充，请结合图1b所示叉指形式的连接方式是将冗余金属和电源线相连，所构成的电容代替了需要额外增加光罩所制作的电容结构，提高了电源网络稳定性，减少了芯片公司的设计成本同时也会相应的提高良率。虽然叉指式冗余金属填充方式提高了电源网络单位面积的电容值，但是不一定所有的冗余金属都可以连接到电源网络，同时也存在消耗资源的情况。

技术实现思路

1、有鉴于此，针对采用叉指式冗余金属填充时可能找不到合适的位置与电源(powerground)相连，此时冗余金属只能以传统的方式单独填充的问题，本发明提供一种芯片中冗余金属的填充方法、装置、芯片和半导体器件。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种芯片中冗余金属的填充方法，所述方法包括：

3、将包括多个金属层的芯片的每个金属层划分成多个区域；

4、基于每个金属层布局布线后的版图从每个金属层的多个区域中筛选出需要添加冗余金属的区域作为待填充区域；

5、判断相邻金属层的每个待填充区域沿金属层厚度方向是否重合；

6、响应于不存在重合，则对每个金属层的待填充区域分别进行叉指式冗余金属填充；

7、响应于存在重合，则利用通孔连接相邻层的待填充区域，并对存在重合的多个待填充区域的其中一个待填充区域进行叉指式冗余金属填充，以及对存在重合的多个待填充区域的其余待填充区域进行浮空式金属填充。

8、在一些实施例中，将包括多个金属层的芯片的每个金属层划分成多个区域，包括；

9、将每个金属层均匀划分成面积相同的多个窗格。

10、在一些实施例中，将每个金属层均匀划分成面积相同的多个窗格，包括：

11、将每个金属层分别沿长度方向、宽度方向等分成第一预设份数和第二预设份数以形成窗格；

12、其中，所述第一预设份数和/或所述第二预设份数大于等于二。

13、在一些实施例中，基于每个金属层布局布线后的版图从每个金属层的多个区域中筛选出需要添加冗余金属的区域作为待填充区域，包括：

14、基于金属层布局布线后的版图计算每个窗格的初始图形密度；

15、遍历所有窗格执行以下操作：

16、计算目标窗格的每个相邻窗格与目标窗格初始图形密度的差值；

17、将差值的最大值作为目标窗格的图形梯度；

18、响应于目标窗格的图形梯度超过预设图形梯度，则将所述目标窗格作为待填充区域。

19、在一些实施例中，判断相邻金属层的每个待填充区域沿金属层厚度方向是否重合，包括：

20、响应于金属层为底层金属层，则判断底层金属层上的每个目标窗格在向上一层的金属层对应位置的窗格是否为目标窗格；

21、响应于金属层为顶层金属层，则判断顶层金属层上的每个目标窗格在向下一层的金属层对应位置的窗格是否为目标窗格；

22、响应于金属层为中间层金属层，则分别判断中间金属层上的每个目标窗格在向下一层和向上一层的金属层对应位置的窗格是否为目标窗格。

23、在一些实施例中，所述方法还包括：

24、若底层金属层上的任意目标窗格在向上一层的金属层对应位置的窗格属于目标窗格，则确认存在重合；

25、若底层金属层上的所有目标窗格在向上一层的金属层对应位置的窗格均不属于目标窗格，则确认不存在重合；

26、若顶层金属层上的任意目标窗格在向下一层的金属层对应位置的窗格属于目标窗格，则确认存在重合；

27、若底层金属层上的所有目标窗格在向下一层的金属层对应位置的窗格均不属于目标窗格，则确认不存在重合；

28、若中间金属层上的任意目标窗格在向下一层或向上一层的金属层对应位置的窗格属于目标窗格；

29、若中间金属层上的所有目标窗格在向下一层和向上一层的金属层对应位置的窗格均不属于目标窗格，则确认不存在重合。

30、在一些实施例中，所述预设图形梯度大于等于百分之四十且小于百分之一百。

31、根据本发明的第二方面，提供了一种芯片中冗余金属的填充装置，所述装置包括：

32、划分模块，配置用于将包括多个金属层的芯片的每个金属层划分成多个区域；

33、筛选模块，配置用于基于每个金属层布局布线后的版图从每个金属层的多个区域中筛选出需要添加冗余金属的区域作为待填充区域；

34、判断模块，配置用于判断相邻金属层的每个待填充区域沿金属层厚度方向是否重合；

35、第一填充模块，配置用于响应于不存在重合，则对每个金属层的待填充区域分别进行叉指式冗余金属填充；

36、第二填充模块，配置用于响应于存在重合，则利用通孔连接相邻层的待填充区域，并对存在重合的多个待填充区域的其中一个待填充区域进行叉指式冗余金属填充，以及对存在重合的多个待填充区域的其余待填充区域进行浮空式金属填充。

37、根据本发明的第三方面，还提供了一种芯片，所述芯片上的冗余金属根据以上所述的芯片中冗余金属的填充方法填充。

38、根据本发明的第四方面，还提供了一种半导体器件，所述半导体器件包括以上所述的芯片。

39、上述一种芯片中冗余金属的填充方法，在利用冗余金属所构成的电容代替需要额外增加光罩所制作的电容结构的基础上进行改进，使用叉指形式排布冗余金属连接与通孔相结合的方式形成冗余金属，即在相邻层均需要填充冗余金属的部分利用通孔连接，减少了相邻层冗余金属与电源的连接点，冗余金属既可以增加电容，位置也更加灵活自由，在有限的空余空间下显著提高了电容值、以及提高冗余金属的利用率。

40、此外，本发明还提供了一种芯片中冗余金属的填充装置、一种芯片和一种半导体器件，同样能实现上述技术效果，这里不再赘述。