一种CMP工艺仿真方法及仿真系统与流程

本发明涉及cmp(chemicalmechanicalplanarization，化学机械研磨)工艺，更为具体的说，涉及一种cmp工艺仿真方法及仿真系统。

背景技术：

化学机械研磨工艺最初主要用于获取高质量的玻璃表面，自上世纪八十年代初ibm首次将其应用于集成电路领域。至今，cmp技术逐步取代了传统局部抛光技术而广泛应用于集成电路制造的各个阶段，现已成为可制造性设计及集成电路工艺研发中实现芯片表面平坦化超精细加工的唯一广泛应用技术。化学机械研磨是保证研磨芯片表面平坦性的重要技术和关键工艺步骤之一，为了保证研磨芯片表面的高平坦性，需要设计与工艺之间协作，因此，技术人员对cmp工艺仿真方法进行了广泛的研究和关注。但是，直接将现有的cmp工艺仿真方法应用于先进工艺节点可制造性设计及工艺仿真领域还存在诸多不足，模拟精度有待于改进。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种cmp工艺仿真方法及仿真系统，在仿真过程中引入研磨芯片的图形结构，以建立一种真实描述研磨芯片表面形貌的仿真方法，提高cmp工艺仿真方法的模拟精度和适用性。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种cmp工艺仿真方法，包括：

根据网格化的研磨芯片中任意一网格区域至研磨垫之间的基准高度，建立所述网格区域与研磨垫之间的接触压力的关系式为第一关系式；

对所述第一关系式进行积分，并参考所述研磨芯片的图形结构，以对所述基准高度进行修正，得到修正基准高度；

根据所述修正基准高度和第一关系式，修正所述网格区域与研磨垫之间的接触压力的关系式为第二关系式；

根据所述第二关系式进行所述研磨芯片表面形貌仿真。

优选的，所述第一关系式为：

其中，为所述网格区域与研磨垫之间的初始接触压力，(x,y)为所述网格区域的坐标，z(x,y)为所述网格区域的表面高度，σ为粗糙峰高度分布参数，d*为所述网格区域至研磨垫之间的基准高度；

所述修正基准高度为：

其中，d*(x,y)为修正基准高度，l为全局平坦化长度，ξ和η为积分变量；

以及，所述第二关系式为

优选的，根据所述第二关系式进行所述研磨芯片表面形貌仿真，包括：

根据所述第二关系式计算所述网格区域的研磨去除率；

根据每一所述网格区域的初始表面高度和相应的研磨去除率，确定所述研磨芯片表面的实时形貌高度。

优选的，所述网格区域的研磨去除率为：

mrr(x,y)＝kp0(x,y)v

其中，k为preston因子，v为所述研磨垫与研磨芯片之间的相对滑动速率。

优选的，在得到所述第二关系式后，且在进行所述研磨芯片表面形貌仿真前，还包括：

根据所述第二关系式和gw模型，分别建立所述网格区域的凸起区域与研磨垫之间的接触压力的关系式为第三关系式，以及，建立所述网格区域的凹陷区域与研磨垫之间的接触压力的关系式为第四关系式；

其中，根据所述第三关系式和第四关系式进行所述研磨芯片表面形貌仿真。

优选的，所述第三关系式为：

以及，所述第四关系式为：

其中，所述网格区域的凸起区域与研磨垫之间的弹性接触力、塑性接触力和弹塑性接触力分别相应为和所述网格区域的凹陷区域与研磨垫之间的弹性接触力、塑性接触力和弹塑性接触力分别相应为和

优选的，根据所述第三关系式和第四关系式进行所述研磨芯片表面形貌仿真，包括：

根据所述第三关系式计算所述网格区域的凸起区域的第一研磨去除率，且同时根据所述第四关系式计算所述网格区域的凹陷区域的第二研磨去除率；

根据每一所述网格区域的凸起区域的初始表面高度和相应的第一研磨去除率，以及，每一所述网格区域的凹陷区域的初始表面高度和相应的第二研磨去除率，确定所述研磨芯片表面的实时形貌高度。

优选的，所述第一研磨去除率为：

mrru(x,y)＝kp1u(x,y)v

以及，所述第二研磨去除率为：

mrrd(x,y)＝kp1d(x,y)v

其中，k为preston因子，v为所述研磨垫与研磨芯片之间的相对滑动速率。

相应的，本发明还提供了一种cmp工艺仿真系统，包括：

接触压力计算模块，用于根据网格化的研磨芯片中任意一网格区域至研磨垫之间的基准高度，建立所述网格区域与研磨垫之间的接触压力的关系式为第一关系式；

基准高度修正模块，用于对所述第一关系式进行积分，并参考所述研磨芯片的图形结构，以对所述基准高度进行修正，得到修正基准高度；

接触压力修正模块，用于根据所述修正基准高度和第一关系式，修正所述网格区域与研磨垫之间的接触压力的关系式为第二关系式；

以及，形貌仿真模块，用于根据所述第二关系式进行所述研磨芯片表面形貌仿真。

优选的，所述cmp工艺仿真系统还包括：

局部压力计算模块，在所述接触压力修正模块工作完成后，且在所述形貌仿真模块开始工作前，所述局部压力计算模块用于根据所述第二关系式和gw模型，分别建立所述网格区域的凸起区域与研磨垫之间的接触压力的关系式为第三关系式，以及，建立所述网格区域的凹陷区域与研磨垫之间的接触压力的关系式为第四关系式；

其中，所述形貌仿真模块用于根据所述第三关系式和第四关系式进行所述研磨芯片表面形貌仿真。

相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：

本发明提供了一种cmp工艺仿真方法及仿真系统，包括：根据网格化的研磨芯片中任意一网格区域至研磨垫之间的基准高度，建立所述网格区域与研磨垫之间的接触压力的关系式为第一关系式；对所述第一关系式进行积分，并参考所述研磨芯片的图形结构，以对所述基准高度进行修正，得到修正基准高度；根据所述修正基准高度和第一关系式，修正所述网格区域与研磨垫之间的接触压力的关系式为第二关系式；根据所述第二关系式进行所述研磨芯片表面形貌仿真。由上述内容可知，本发明提供的技术方案，在仿真过程中引入研磨芯片的图形结构，以建立一种真实描述研磨芯片表面形貌的仿真方法，提高cmp工艺仿真方法的模拟精度和适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种cmp工艺仿真方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的另一种cmp工艺仿真方法的流程图；

图3为本申请实施例提供的一种cmp工艺仿真系统的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种cmp工艺仿真系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

正如背景技术所述，化学机械研磨是保证研磨芯片表面平坦性的重要技术和关键工艺步骤之一，为了保证研磨芯片表面的高平坦性，需要设计与工艺之间协作，因此，技术人员对cmp工艺仿真方法进行了广泛的研究和关注。但是，直接将现有的cmp工艺仿真方法应用于先进工艺节点可制造性设计及工艺仿真领域还存在诸多不足，模拟精度有待于改进。。

基于此，本申请实施例提供了一种cmp工艺仿真方法及仿真系统，在仿真过程中引入研磨芯片的图形结构，以建立一种真实描述研磨芯片表面形貌的仿真方法，提高cmp工艺仿真方法的模拟精度。为实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下，具体结合图1至图4所示，对本申请实施例提供的技术方案进行详细的描述。

参考图1所示，为本申请实施例提供的一种cmp工艺仿真方法的流程图，其中，cmp工艺仿真方法包括：

s1、根据网格化的研磨芯片中任意一网格区域至研磨垫之间的基准高度，建立所述网格区域与研磨垫之间的接触压力的关系式为第一关系式；

s2、对所述第一关系式进行积分，并参考所述研磨芯片的图形结构，以对所述基准高度进行修正，得到修正基准高度；

s3、根据所述修正基准高度和第一关系式，修正所述网格区域与研磨垫之间的接触压力的关系式为第二关系式；

s4、根据所述第二关系式进行所述研磨芯片表面形貌仿真。

其中，网格化的研磨芯片即为在获取了研磨芯片的版图后，在对研磨芯片的版图的图形结构特征进行参数提取的同时，对研磨芯片的版图进行网格化处理，将研磨芯片的版图划分为多个网格区域，然后对每个网格区域进行接触压力计算，以获取最终研磨芯片表面形貌仿真的参数；本申请实施例对于研磨芯片的版图文件格式不作具体限定，可以对仿真系统进行不同文件格式的识别进行兼容设置(如gdsii(graphicdatabasesystemii)和oasis(openartworksysteminterchangestandard)等文件格式)。

另外，本申请实施例提供的技术方案，需要参考研磨芯片的图形结构对基准高度进行修正，即，在仿真过程中引入研磨芯片的图形结构，以建立一种真实描述研磨芯片表面形貌的仿真方法，提高cmp工艺仿真方法的模拟精度。

具体的，本申请实施例提供的所述第一关系式为：

其中，p0'(x,y)为所述网格区域与研磨垫之间的接触压力，为所述网格区域与研磨垫之间的初始接触压力，(x,y)为所述网格区域的坐标，z(x,y)为所述网格区域的表面高度，σ为粗糙峰高度分布参数，d*为所述网格区域至研磨垫之间的基准高度；

所述修正基准高度为：

其中，d*(x,y)为修正基准高度，l为全局平坦化长度，ξ和η为积分变量；

以及，所述第二关系式为

其中，p0(x,y)为修正后的所述网格区域与研磨垫之间的接触压力。

进一步的，对于研磨芯片表面形貌仿真可以计算网格各区域的研磨去除率，而后根据研磨去除率对网格区域进行形貌仿真，以实时监测其表面的实时形貌高度。即，根据所述第二关系式进行所述研磨芯片表面形貌仿真，包括：

根据所述第二关系式计算所述网格区域的研磨去除率；

根据每一所述网格区域的初始表面高度和相应的研磨去除率，确定所述研磨芯片表面的实时形貌高度。

一般的，计算研磨去除率的理论模型有很多，对此本申请实施例不作具体限制。其中，本申请实施例优选采用普利斯顿公式(preston公式)对研磨去除率进行计算，即，所述网格区域的研磨去除率为：

mrr(x,y)＝kp0(x,y)v

其中，mrr(x,y)为所述网格区域的研磨去除率，k为preston因子，v为所述研磨垫与研磨芯片之间的相对滑动速率。

以此，则能够根据公式及网格区域的表面初始高度，求得在研磨时间t时网格区域(x,y)表面的去除高度s(x,y,t)，进而确定所述研磨芯片表面的实时形貌高度。

进一步的，为了进一步提高cmp工艺仿真方法的模拟精度，可以在本申请上述实施例的基础上，对每个网格区域内的图形结构更加细化的分析，对网格区域的凸起区域和凹陷区域分别分析与研磨垫之间的接触压力，以此为基础分别计算不同区域对应的研磨去除率，其中，网格区域的凸起区域和凹陷区域所在研磨芯片同侧表面，即朝向所述研磨垫一侧表面。即，

具体参考图2所示，为本申请实施例提供的另一种cmp工艺仿真方法的流程图，其中，在得到所述第二关系式后，且在进行所述研磨芯片表面形貌仿真前，即在步骤s3后、且在步骤s4前，还包括：

s3’、根据所述第二关系式和gw模型(即粗糙表面的弹性接触模型)，分别建立所述网格区域的凸起区域与研磨垫之间的接触压力的关系式为第三关系式，以及，建立所述网格区域的凹陷区域与研磨垫之间的接触压力的关系式为第四关系式；

其中，则步骤s4为根据所述第三关系式和第四关系式进行所述研磨芯片表面形貌仿真。

具体的，本申请实施例提供的所述第三关系式为：

以及，所述第四关系式为：

其中，p1u(x,y)为所述网格区域的凸起区域与研磨垫之间的接触压力，p1d(x,y)为所述网格区域的凹陷区域与研磨垫之间的接触压力，所述网格区域的凸起区域与研磨垫之间的弹性接触力、塑性接触力和弹塑性接触力分别相应为和所述网格区域的凹陷区域与研磨垫之间的弹性接触力、塑性接触力和弹塑性接触力分别相应为和其中，和均能够由弹性、塑性和弹塑性接触力学公式得到。

进一步的，根据所述第三关系式和第四关系式进行所述研磨芯片表面形貌仿真，包括：

根据所述第三关系式计算所述网格区域的凸起区域的第一研磨去除率，且同时根据所述第四关系式计算所述网格区域的凹陷区域的第二研磨去除率；

根据每一所述网格区域的凸起区域的初始表面高度和相应的第一研磨去除率，以及，每一所述网格区域的凹陷区域的初始表面高度和相应的第二研磨去除率，确定所述研磨芯片表面的实时形貌高度。

具体的，本申请实施例提供的所述第一研磨去除率mrru(x,y)为：

mrru(x,y)＝kp1u(x,y)v

以及，所述第二研磨去除率mrrd(x,y)为：

mrrd(x,y)＝kp1d(x,y)v

其中，k为preston因子，v为所述研磨垫与研磨芯片之间的相对滑动速率。

以此，则能够根据公式及网格区域的凸起区域的初始表面高度，求得在研磨时间t时网格区域(x,y)的凸起区域表面的去除高度su(x,y,t)，进而确定所述研磨芯片的凸起区域表面的实时形貌高度；

以及，根据公式及网格区域的凹陷区域的初始表面高度，求得在研磨时间t时网格区域(x,y)的凹陷区域表面的去除高度sd(x,y,t)，进而确定所述研磨芯片的凹陷区域表面的实时形貌高度；

根据所述研磨芯片的凸起区域表面的实时形貌高度和所述研磨芯片的凹陷区域表面的实时形貌高度，确定所述研磨芯片表面的实时形貌高度。

相应的，本申请实施例还提供了一种cmp工艺仿真系统，参考图3所示，为本申请实施例提供的一种cmp工艺仿真系统的结构示意图，其中，cmp工艺仿真系统包括：

接触压力计算模块100，用于根据网格化的研磨芯片中任意一网格区域至研磨垫之间的基准高度，建立所述网格区域与研磨垫之间的接触压力的关系式为第一关系式；

基准高度修正模块200，用于对所述第一关系式进行积分，并参考所述研磨芯片的图形结构，以对所述基准高度进行修正，得到修正基准高度；

接触压力修正模块300，用于根据所述修正基准高度和第一关系式，修正所述网格区域与研磨垫之间的接触压力的关系式为第二关系式；

以及，形貌仿真模块400，用于根据所述第二关系式进行所述研磨芯片表面形貌仿真。

进一步的，为了进一步提高cmp工艺仿真系统的模拟精度，可以在本申请上述实施例的基础上，对每个网格区域内的图形结构更加细化的分析，对网格区域的凸起区域和凹陷区域分别分析与研磨垫之间的接触压力，以此为基础分别计算不同区域对应的研磨去除率，其中，网格区域的凸起区域和凹陷区域所在研磨芯片同侧表面，即朝向所述研磨垫一侧表面。即，

具体参考图4所示，为本申请实施例提供的另一种cmp工艺仿真系统的结构示意图，所述cmp工艺仿真系统还包括：

局部压力计算模块500，在所述接触压力修正模块300工作完成后，且在所述形貌仿真模块400开始工作前，所述局部压力计算模块500用于根据所述第二关系式和gw模型，分别建立所述网格区域的凸起区域与研磨垫之间的接触压力的关系式为第三关系式，以及，建立所述网格区域的凹陷区域与研磨垫之间的接触压力的关系式为第四关系式；

其中，所述形貌仿真模块400用于根据所述第三关系式和第四关系式进行所述研磨芯片表面形貌仿真。

本申请实施例提供了一种cmp工艺仿真方法及仿真系统，包括：根据网格化的研磨芯片中任意一网格区域至研磨垫之间的基准高度，建立所述网格区域与研磨垫之间的接触压力的关系式为第一关系式；对所述第一关系式进行积分，并参考所述研磨芯片的图形结构，以对所述基准高度进行修正，得到修正基准高度；根据所述修正基准高度和第一关系式，修正所述网格区域与研磨垫之间的接触压力的关系式为第二关系式；根据所述第二关系式进行所述研磨芯片表面形貌仿真。由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，在仿真过程中引入研磨芯片的图形结构，以建立一种真实描述研磨芯片表面形貌的仿真方法，提高cmp工艺仿真方法的模拟精度。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。