[發明專利]CMP芯片表面形貌仿真模型的實現方法及仿真系統

在審

• 申請號: 202010983030.4
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112131820A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 徐勤志;陳嵐;曹鶴;劉建云
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G06F30/392
• 分類號: G06F30/392;G06F119/14;G06F119/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 劉歌

本發明公開了一種CMP芯片表面形貌仿真模型的實現方法及仿真系統，該方法包括：建立研磨液、研磨粒子、研磨墊與芯片表面間相互作用的動力學模型；根據動力學模型，獲取研磨墊與芯片表面間的接觸應力、研磨液在芯片表面的第一濃度分布、研磨粒子在芯片表面的第二濃度分布和研磨墊與芯片表面間的溫度分布；根據接觸應力、第一濃度分布、第二濃度分布和溫度分布，計算芯片表面的研磨率；根據研磨率與芯片表面形貌的函數關系，建立CMP芯片表面形貌仿真模型。本發明提出的CMP芯片表面形貌仿真模型的實現方法及基于其的仿真系統，可以實現芯片表面形貌的跨尺度精確仿真。

技術領域

本發明涉及化學機械研磨仿真建模技術領域，具體涉及一種CMP芯片表面形貌仿真模型的實現方法及仿真系統。

背景技術

化學機械研磨(Chemical Mechanical Planarization，CMP)自引入集成電路制造領域以后，在前道器件工藝(淺溝道隔離、金屬柵等)和后道工藝(銅互連)中得到了廣泛應用。CMP的作用主要在于為后續制造工藝提供超凈光滑表面，從而降低電路表面不平坦性對光刻聚焦深度水平和良率的不良影響。

在CMP過程中，晶圓表面、研磨粒子、研磨墊及研磨液是相互影響的，研磨液的化學反應實現了晶圓表面的化學改性，研磨墊和研磨粒子對晶圓表面的接觸作用實現了晶圓表面材質的機械去除，研磨液的流動傳質則可以加速研磨液的化學反應進程，有助于研磨速率的提高。晶圓表面、研磨粒子、研磨墊及研磨液之間的多物理協同作用使得晶圓表面不斷被去除，從而逐漸實現平坦化，滿足后續電路制作的需求。然而，人們對晶圓表面、研磨粒子、研磨墊及研磨液間的多體協同作用不甚了解，CMP的表面平坦性控制極其困難。此外，設計芯片表面圖形結構的差異性使CMP的表面平坦性控制更加艱難，粒子級、特征級、芯片級及晶圓級不同尺度的平坦性特征和相互作用使得CMP的模擬仿真更加復雜。因此，深入研究CMP的多尺度多物理去除機理，建立一個能夠精確模擬研磨表面去除過程的高效仿真模型對指導芯片設計優化和輔助CMP工藝參數配置具有重要意義。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明的目的在于提供一種CMP芯片表向形貌仿真模型的實現方法及仿真系統，以至少部分解決以上技術問題。

(二)技術方案

本發明的一個方面提供了一種CMP芯片表面形貌仿真模型的實現方法，包括：建立研磨液、研磨粒子、研磨墊與芯片表面間相互作用的動力學模型；根據該動力學模型，獲取研磨墊與芯片表面間的接觸應力、研磨液在芯片表面的第一濃度分布、研磨粒子在芯片表面的第二濃度分布和研磨墊與芯片表面間的溫度分布；根據接觸應力、第一濃度分布、第二濃度分布和溫度分布，計算芯片表面的研磨率；以及根據研磨率與芯片表面形貌間的函數關系，建立該CMP芯片表面形貌仿真模型。

一些實施例中，該方法為多尺度實現方法，該多尺度包括粒子級、特征級、芯片級和晶圓級四個尺度。

一些實施例中，獲取研磨墊與芯片表面間的接觸應力包括：將芯片表面分為多個網格，計算每個網格中研磨墊與芯片表面間的接觸應力：

其中，P₀為外部應力，A₀為芯片面積，A_i，j為每個網格的面積，P_i，j為每個網格的接觸應力，h_i，j為芯片表面與參考平面間的距離，k₀為模型參數，N為網格數，i，j為網格指標，δ_i，j為接觸因子，C為接觸狀態。

一些實施例中，每個網格內的接觸應力為：

在一個網格內，芯片表面為單一材質，且研磨墊與芯片表面不充分接觸的情況下，接觸部分為芯片上表面，未接觸部分為芯片下表面，該網格的接觸應力為：