[發明專利]一種化學機械拋光工藝啞元填充方法

有效

• 申請號: 200910055196.3
• 申請日: 2009-07-22
• 公開（公告）號: CN101964001A
• 公開（公告）日: 2011-02-02
• 發明（設計）人: 曾璇;周海;嚴昌浩;陶俊;馮春陽
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 包兆宜

技術領域

本發明涉及一種以最少啞元填充(dummy?fill)數目作為優化目標同時保證版圖金屬密度均勻性的快速啞元填充方法，屬于集成電路半導體制造技術領域。

技術背景

隨著集成電路半導體制造技術的進一步發展，集成電路特征尺寸進一步減小，大馬士革銅互連工藝被普遍用于半導體制造工藝中，目前已經成為集成電路多層布線的主流工藝。在制造銅互連的多層布線立體結構中，芯片表面的高度平坦化是其中的關鍵技術之一。到目前為止，化學機械拋光(ChemicalMechanical?Polishing，CMP)技術是唯一成功并大規模使用的平坦化工藝技術。

銅互連化學機械拋光工藝存在的一個最大的問題是拋光后芯片表面形貌高度和版圖模式密切相關。現有的一些化學機械拋光模型[1]指出，芯片不同區域拋光后的形貌高度與該區域版圖互連線的密度密切相關。這是由于在化學機械拋光中，銅金屬與其周圍材料的移除速率不同造成的。圖1示意性地表示了芯片表面不同金屬密度區域化學機械拋光后的形貌。可見，由于互連線版圖模式的非均勻性，拋光后芯片表面形貌高度和版圖模式密切相關的問題會嚴重降低芯片表面的平整度。芯片表面的這種非平整性可能導致在隨后的光刻工藝過程中產生聚焦困難，降低了光刻的分辨率和圖形的成像質量。另外，芯片表面的非平整性還會使金屬互連和介質層的縱向高度嚴重偏離標稱值，因此對互連線寄生參數產生嚴重影響，從而影響芯片的性能。總之，這種現象如不加以預測和控制，會導致嚴重的芯片成品率問題。

由于化學機械拋光后芯片表面的平整度嚴重依賴于版圖上圖形的密度[1]，因此，為了提高表面平整度，工業界一般要求在芯片設計中保證版圖上金屬密度的均勻性。為此，工業界最常用的是使用啞元填充方法[2]，即在版圖的空白區域加入無邏輯功能的金屬塊(啞元金屬)，來達到版圖上金屬密度均勻的要求。

然而，啞元填充物會對電路性能和后續制造工藝產生不良的影響。首先，啞元金屬會使得互連線間、互連與襯底間的耦合寄生電容增加，從而導致電路性能顯著下降。此外，如果填充了過量的啞元填充物，會增加半導體制造工藝的時間和成本。當新的制造工藝技術出現、或電路設計變得更復雜時，這些問題都將會被放大。因此啞元填充方法的目標應在保證版圖金屬密度均勻化的同時，盡量減少總的啞元填充數目，以減少對電路性能帶來的影響和降低制造工藝的成本。

在現有技術中，人們已經提出了許多啞元填充方法，這些技術方法主要可以歸為兩類：基于傳統線性規劃的方法[3][4]和基于Monte-Carlo算法或貪婪算法的啟發式方法[5][6]。

基于傳統的線性規劃的方法將上述最少啞元填充問題轉化成了一個標準的線性規劃問題[3]。因此，可以通過現有的許多線性規劃求解器[8]來求解。這種方法雖然可以保證得到該問題最優解，但由于傳統的線性規劃方法復雜度很高(O(m³)，m為線性規劃問題的規模)，因此此類方法計算極為耗時，不適合求解大規模問題。

為了解決基于傳統的線性規劃的方法速度慢的問題，研究人員提出了一些基于Monte-Carlo算法或貪婪算法的啟發式方法[5][6]來求解最少啞元填充問題。這類方法雖然計算速度很快，但由于其啟發式的特性，最終結果的最優性得不到保證。與本發明相關的現有技術有如下參考文獻：

[1]Tamba?E.Gbondo-Tugbawa.Chip-Scale?Modeling?of?Pattern?Dependencies?in?CopperChemical?Mechanical?Polishing?Processes.PhD?thesis，Massachusetts?Institute?of?Technology，2002.

[2]A.B.Kahng?and?K.Samadi.CMP?fill?synthesis：A?survey?of?recent?studies.IEEE?Trans.onCAD，27(1)：3-19，2008.

[3]R.Tian，D.F.Wong，and?R.Boone.Model-based?dummy?feature?placement?for?oxidechemical?mechanical?polishing?manufacturability.In?Proceedings?of?IEEE/ACM?InternationalConference?on?Design?Automation?Conference，pages?667-670，2000.