[发明专利]一种CMP工艺仿真方法和系统

说明书

本申请实施例公开了一种CMP工艺仿真方法和系统，该方法根据研磨材质表面受到的接触应力、研磨垫与研磨材质间的流体动压、研磨液各组分在研磨材质表面的浓度分布以及研磨去除率计算模型，获取研磨去除率。其中，研磨去除率计算模型是综合研磨液与研磨材质间化学反应、界面接触作用、研磨液流动润滑作用和传质的多体协同耦合去除作用构建得到的，因此，该CMP工艺仿真方法充分考虑了CMP过程中研磨垫与研磨材质之间的多物理耦合作用对研磨材质表面平坦性的影响，因此，该CMP工艺方法能够真实模拟CMP工艺过程，进而能够指导CMP工艺参数和可制造性设计优化。

技术领域

本申请涉及化学机械研磨仿真技术领域，尤其涉及一种CMP工艺仿真方法和系统。

背景技术

化学机械研磨(Chemical Mechanical Planarization,CMP)采用研磨液的化学腐蚀作用和研磨颗粒的机械去除作用使研磨材质表面达到纳米级光滑表面，现已成为甚大规模集成电路时代使用最广泛的平坦化技术。

由于CMP机理极其复杂，工程师对CMP的过程参数、研磨接触形态、化学反应机制及研磨液性质了解甚微，对不同材料的抛光机理研究不够充分，不同工艺参数对抛光效果的影响还缺乏深入研究，抛光过程中的碟形凹陷和过度抛光等问题还需有效控制和解决。欲获得超光滑平坦表面，工艺控制的难度极大。

为了获得更好的研磨平坦性和实现可制造性设计对CMP建模仿真的技术需求，CMP模型和仿真技术研发伴随集成电路CMP工艺的发展取得了长足进展，呈现出各学科CMP模型百花齐放的发展态势。然而，由于CMP涉及摩擦学、接触力学、流体力学、分子动力学、传质传热学、化学动力学、电化学、材料科学及集成电路技术等众多学科，基于单一学科领域建立的CMP仿真模型尽管能在一定程度上反映CMP的研磨特征，但要真实模拟各种多物理耦合作用对研磨材质表面平坦性的影响，需要建立与CMP工艺相适应的工艺耦合模型，才能更为真实的模拟CMP的工艺过程，从而指导CMP工艺参数和可制造性设计优化。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种CMP工艺仿真方法和系统，以更为真实地模拟CMP工艺过程，从而指导CMP工艺参数和可制造性设计优化。

为了达到上述发明目的，本申请实施例采用了如下技术方案：

一种CMP工艺仿真方法，包括：

获取研磨液各组分初始浓度、研磨材质参数、研磨垫参数、研磨粒子参数、研磨液参数、CMP工艺参数以及研磨参数；

根据研磨垫参数、研磨材质参数、研磨粒子参数和CMP工艺参数以及研磨材质表面受到的接触应力模型，计算研磨材质表面受到的接触应力；

根据所述CMP工艺参数、研磨液参数、液膜厚度以及研磨垫和研磨材质间流体动压模型，计算研磨垫与研磨材质间的流体动压；

根据所述研磨材质表面受到的接触应力、研磨垫参数、CMP工艺参数、研磨参数以及流固耦合模型，更新计算液膜厚度；

根据研磨液各组分初始浓度以及研磨液各组分在研磨材质表面的浓度分布模型计算研磨液各组分在研磨材质表面的浓度分布；

根据研磨材质表面受到的接触应力、研磨垫与研磨材质间的流体动压、研磨液各组分在研磨材质表面的浓度分布以及研磨去除率计算模型，获取研磨去除率；所述研磨去除率计算模型是综合研磨液与研磨材质间化学反应、界面接触作用、研磨液流动润滑作用和传质的多体协同耦合去除作用构建得到的。

可选地，所述根据研磨垫参数、研磨材质参数、研磨粒子参数和CMP工艺参数以及研磨材质表面受到的接触应力模型，计算研磨材质表面受到的接触应力，具体包括：

根据研磨垫参数和CMP工艺参数以及研磨垫形变与研磨材质间的接触应力模型计算研磨垫与研磨材质间的接触应力；