專利名稱：一種金屬柵表面形貌的計算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造和電子設(shè)計自動化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種金屬柵表面形貌的計算方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路制造工藝節(jié)點進入32nm及以下,傳統(tǒng)的CM0S(ComplementaryMetalOxide Semiconductor)器件尺寸減小技術(shù)路徑面臨技術(shù)瓶頸一方面,不斷減小的柵氧化層厚度導致越來越大的漏電流，增加了器件功耗，降低了器件性能和可靠性；另一方面，柵氧化層厚度也已接近極限，只剩下幾層硅原子厚度的柵氧化層面臨繼續(xù)減薄就無硅可用的境地。為了保證在器件尺寸縮小的同時性能得到提高，同時確保漏電功耗在可接受的范圍內(nèi)，高k/金屬柵(high k/metalgate)的新器件結(jié)構(gòu)應(yīng)運而生。
在高k/金屬柵工藝中，通常需要兩道化學機械拋光(chemicalmechanicalpolishing,以下簡稱為CMP)工藝步驟。一道為第一層電介質(zhì)(ILDO) CMP,用于去除柵上方的氧化物，為下面的冗余多晶硅柵刻蝕步驟做準備；另一道為金屬柵CMP，在電極金屬(如Al)等淀積后進行，去除多余的金屬，同時為后續(xù)的工藝步驟提供一個平坦的表面。金屬柵CMP工藝步驟的結(jié)果對后續(xù)工藝有著極大的影響，過度拋光會導致接觸刻蝕時對源漏區(qū)域造成破壞，而拋光不足會導致器件間的短路，兩者都會使得集成電路芯片無法工作，影響芯片良率。同時，在高k/金屬柵器件結(jié)構(gòu)的金屬柵CMP步驟中，不同的柵長、柵寬和柵與柵之間的間距都會影響CMP后的表面形貌，同時產(chǎn)生金屬碟形和介質(zhì)侵蝕等缺陷。另外，在復雜的集成電路設(shè)計中，雖然已經(jīng)限制了嚴格的設(shè)計規(guī)則，但是柵的幾何參數(shù)仍然能夠在一定的范圍內(nèi)變化，從而在制造過程中影響CMP后硅片的表面形貌，使得在芯片的不同位置有著不同的高度，對后續(xù)工藝步驟如光刻、刻蝕等造成不良影響從而影響芯片良率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供了一種金屬柵表面形貌的計算方法，能夠在芯片設(shè)計過程中對所設(shè)計的金屬柵結(jié)構(gòu)CMP后的表面形貌進行預測，并可針對可能出現(xiàn)的問題提前加以修改，有效地提高芯片良率。本發(fā)明實施例提供了一種金屬柵表面形貌的計算方法，包括獲得所述金屬柵表面形貌的結(jié)構(gòu)參數(shù)信息；根據(jù)所述結(jié)構(gòu)參數(shù)信息，獲得所述金屬柵表面形貌的版圖信息；獲得所述金屬柵表面形貌的測量參數(shù)信息；根據(jù)所述版圖信息和所述測量參數(shù)信息，建立金屬柵表面形貌參數(shù)預測模型；根據(jù)所述預測模型計算所述金屬柵表面形貌在化學機械研磨之后的表面形貌參數(shù)。進一步的，所述方法還包括所述獲得所述金屬柵表面形貌的結(jié)構(gòu)參數(shù)信息，包括獲得所述金屬柵的柵長、柵寬和柵間距之間的不同組合。進一步的，所述方法還包括所述獲得所述金屬柵表面形貌的測量參數(shù)信息，包括獲得所述金屬柵的碟形信息、介質(zhì)侵蝕信息和/或介質(zhì)厚度信息。進一步的，所述方法還包括所述建立金屬柵表面形貌參數(shù)預測模型，包括建立金屬柵表面形貌的壓力分布模型、材料去除率模型和/或擬合模型。進一步的，所述方法還包括所述建立金屬柵表面相貌的擬合模型，包括根據(jù)所述版圖信息和所述測量參數(shù)信息，獲得擬合信息；其中，所述擬合信息為采用模擬值和實際測量值均方根最小的因子量值。進一步的，所述方法還包括所述獲得所述金屬柵表面形貌的測量參數(shù)信息，包括通過原子力顯微鏡掃描測量和/或掃描電子顯微鏡切片測量方法獲得所述測量參數(shù)信息。
本發(fā)明實施例通過獲得金屬柵表面形貌的版圖信息和測量參數(shù)信息，進而建立金屬柵表面形貌參數(shù)預測模型，通過預測模型能夠在芯片設(shè)計過程中對所設(shè)計的金屬柵結(jié)構(gòu)CMP后的表面形貌進行預測，并可針對可能出現(xiàn)的問題提前加以修改，從而提高了芯片良率。


圖I為本發(fā)明實施例中一種金屬柵表面形貌的計算方法的流程圖；圖2為本發(fā)明實施例中的一種金屬柵表面形貌結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明實施例通過獲得金屬柵表面形貌的版圖信息和測量參數(shù)信息，進而建立金屬柵表面形貌參數(shù)預測模型，通過預測模型能夠在芯片設(shè)計過程中對所設(shè)計的金屬柵結(jié)構(gòu)CMP后的表面形貌進行預測，得到金屬柵的碟形形貌和金屬柵柵間介質(zhì)的侵蝕形貌，從而能夠找出設(shè)計中可能會在CMP工藝步驟后出現(xiàn)問題的區(qū)域，如金屬柵碟形量值過大等區(qū)域，提供給設(shè)計者加以改進，從而避免了在制造過程中出現(xiàn)相應(yīng)的問題，從而提高了產(chǎn)品的良率。如圖I所示，本發(fā)明實施例提供了一種金屬柵表面形貌的計算方法，所述方法具體包括步驟110 :獲得所述金屬柵表面形貌的結(jié)構(gòu)參數(shù)信息，步驟120 :根據(jù)所述結(jié)構(gòu)參數(shù)信息，獲得所述金屬柵表面形貌的版圖信息；步驟130 :獲得所述金屬柵表面形貌的測量參數(shù)信息；步驟140 :根據(jù)所述版圖信息和所述測量參數(shù)信息，建立金屬柵表面形貌參數(shù)預測模型。其中，步驟110獲得所述金屬柵表面形貌的結(jié)構(gòu)參數(shù)信息具體為根據(jù)金屬柵表面形貌獲得具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)信息，具體包括金屬柵柵長、金屬柵柵寬和金屬柵柵間距等結(jié)構(gòu)參數(shù)信息，具體而言，所述結(jié)構(gòu)參數(shù)信息可以是金屬柵柵長與柵寬的組合，也可以是金屬柵柵長與柵間距的組合，還可以是金屬柵柵寬和柵間距的組合，進一步的，所述結(jié)構(gòu)參數(shù)信息還可以是金屬柵柵長、柵寬、柵間距這些結(jié)構(gòu)參數(shù)衍生出來的參數(shù)信息，比如密度、公差
坐寸ο
其中，步驟120根據(jù)所述結(jié)構(gòu)參數(shù)信息，獲得所述金屬柵表面形貌的版圖信息。其中，獲得所述金屬柵表面形貌的版圖信息的規(guī)則可以為(I)將版圖信息的設(shè)計范圍涵蓋到所允許的整個區(qū)域；(2)在整個區(qū)域中選擇合適點，其中合適點可以針對柵寬、柵長和柵間距采用合理點選擇規(guī)則。以柵寬為例，若設(shè)計規(guī)則中柵寬的允許范圍為O. 04um 5um，則可選取 O. 04um, O. 06um, O. 08um, O. lum, O. 15um, 0. 2um, 0. 35um, 0. 5um, 0. 8um, I. Oum, I, 5um,2um, 2, 5um, 3um, 3, 5um, 4um, 5um等等一系列點。(3)保證版圖信息在整個范圍內(nèi)較為均勻，也就是說，版圖信息的選擇要覆蓋到細線區(qū)域和寬線區(qū)域；或者長線區(qū)域和短線區(qū)域；或者寬間距區(qū)域和細間距區(qū)域。(4)平衡選取點數(shù)量與測試圖形數(shù)量的膨脹、流片的成本以及測量所需的時間之間的關(guān)系，即在開發(fā)時間和模型精度間加以折中選取，進而選擇金屬柵柵長、柵寬、柵間距點的組合方式。綜上所述，根據(jù)所述結(jié)構(gòu)參數(shù)信息，獲得所述金屬柵表面形貌的版圖信息需要考慮上述規(guī)則，當然本申請并不限定同時采用上述規(guī)則，可以根據(jù)實際需要選擇性選取。下面舉一示例說明版圖信息的獲得，表I列出了測試圖形中的各參數(shù)組合示例，圖2列出了該測試圖形的版圖信息。，需要注意的是，表I和圖2中所示的組合僅為可能的情況，不代表僅有這些情況，也可能包含其他的參數(shù)、參數(shù)組合或測試圖形的版圖 信息。表I :測試圖形中各參數(shù)組合實例
I柵寬(皿)I柵長(IM) I柵間距(IM)
#10.03 0Γθ50.03
#20.08 0Γ200.05
#30.20 0ΓδΟ0.20
#41.00 Γ000.80本發(fā)明實施例的步驟130獲得所述金屬柵表面形貌的測量參數(shù)信息是在測試版圖繪制完畢后進行的，一般而言，在測試版圖繪制完成后進行流片工藝，在流片中得相應(yīng)步驟完成之后，可以采用測量工具對版圖的表面形貌進行測量獲得測量參數(shù)信息。具體而言，測量參數(shù)信息包括金屬柵碟形信息、介質(zhì)侵蝕信息和/或介質(zhì)厚度信息等，測量方法主要通過原子力顯微鏡(Atomic ForceMicroscope,以下簡稱為AFM)掃描測量和/或掃描電子顯微鏡(scanning electronmicroscope,以下簡稱為SEM)切片測量方法獲得測量參數(shù)信息。其中，AFM掃描能夠獲得芯片表面相對形貌，SEM可以獲得芯片指定區(qū)域的絕對厚度；也可以通過AFM直接獲得每個結(jié)構(gòu)的金屬柵碟形量、每個結(jié)構(gòu)中的介質(zhì)侵蝕量，通過SHM獲得無圖形區(qū)域的介質(zhì)厚度；同時，還可以全部采用SEM測量每個結(jié)構(gòu)中的金屬柵厚度和介質(zhì)厚度以及無圖形區(qū)域的介質(zhì)厚度，然后按照金屬碟形和介質(zhì)侵蝕的定義計算出所有需要的量；另外，又可以通過測量其他高度或厚度量值用以計算。在獲得版圖信息和測量參數(shù)信息后，進入步驟140根據(jù)所述版圖信息和所述測量參數(shù)信息，建立金屬柵表面形貌參數(shù)預測模型。其中，預測模型的建立基于一定的物理原理，所采用的參數(shù)預測模型包括壓力分布模型、材料去除率模型和/或擬合模型。具體而言，根據(jù)所述版圖信息和所述測量參數(shù)信息，建立金屬柵表面形貌參數(shù)預測模型的流程如下步驟1401 :基于CMP的物理化學機理，確定所采用的預測模型公式。預測模型包括壓力分布模型、材料去除率模型和/或擬合模型。進一步的，壓力分布模型可為壓力分布的臺階高度模型(也可稱為St印height模型)，具體公式為
權(quán)利要求
1.一種金屬柵表面形貌的計算方法，其特征在于 獲得所述金屬柵表面形貌的結(jié)構(gòu)參數(shù)信息； 根據(jù)所述結(jié)構(gòu)參數(shù)信息，獲得所述金屬柵表面形貌的版圖信息； 獲得所述金屬柵表面形貌的測量參數(shù)信息； 根據(jù)所述版圖信息和所述測量參數(shù)信息，建立金屬柵表面形貌參數(shù)預測模型； 根據(jù)所述預測模型計算所述金屬柵表面形貌在化學機械研磨之后的表面形貌參數(shù)。
2.如權(quán)利要求I所述的計算方法，其特征在于，所述獲得所述金屬柵表面形貌的結(jié)構(gòu)參數(shù)信息，包括獲得所述金屬柵的柵長、柵寬和柵間距之間的不同組合。
3.如權(quán)利要求I所述的計算方法，其特征在于，所述獲得所述金屬柵表面形貌的測量參數(shù)信息，包括獲得所述金屬柵的碟形信息、介質(zhì)侵蝕信息和/或介質(zhì)厚度信息。
4.如權(quán)利要求I所述的計算方法，其特征在于，所述建立金屬柵表面形貌參數(shù)預測模型，包括建立金屬柵表面形貌的壓力分布模型、材料去除率模型和/或擬合模型。
5.如權(quán)利要求4所述的計算方法，其特征在于，所述建立金屬柵表面相貌的擬合模型，包括 根據(jù)所述版圖信息和所述測量參數(shù)信息，獲得擬合信息；其中，所述擬合信息為采用模擬值和實際測量值均方根最小的因子量值。
6.如權(quán)利要求I所述的計算方法，其特征在于，所述獲得所述金屬柵表面形貌的測量參數(shù)信息，包括 通過原子力顯微鏡掃描測量和/或掃描電子顯微鏡切片測量方法獲得所述測量參數(shù)信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬柵表面形貌的計算方法，屬于集成電路制造和電子設(shè)計自動化技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明通過獲得金屬柵表面形貌的版圖信息和測量參數(shù)信息，進而建立金屬柵表面形貌參數(shù)預測模型，通過預測模型能夠在芯片設(shè)計過程中對所設(shè)計的金屬柵結(jié)構(gòu)CMP后的表面形貌進行預測，得到金屬柵的碟形形貌和金屬柵柵間介質(zhì)的侵蝕形貌，從而能夠找出設(shè)計中可能會在CMP工藝步驟后出現(xiàn)問題的區(qū)域，提供給設(shè)計者加以改進，從而避免了在制造過程中出現(xiàn)相應(yīng)的問題，從而提高了產(chǎn)品的良率。
文檔編號G06F17/50GK102930101SQ20121043154
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者馬天宇, 陳嵐, 楊飛 申請人:中國科學院微電子研究所