[发明专利]一种W CMP多物理工艺仿真方法及系统

说明书

本申请提供一种W CMP多物理工艺仿真方法及系统，通过考虑钨金属与研磨液之间的化学反应，以及钨金属和研磨垫间的机械去除反应，建立W CMP化学反应动力学模型和流体动力学模型，然后求解力平衡方程，最终建立一种W CMP多物理工艺仿真方法。本发明主要揭示了W CMP过程中的多种物理化学关系，从而更加真实地模拟CMP的去除过程，相比于现有CMP技术，模型更加合理和精确，物理意义更加明确。

技术领域

本发明涉及化学机械研磨仿真建模技术领域，具体涉及一种W CMP多物理工艺仿真方法及系统。

背景技术

化学机械研磨(Chemical Mechanical Planarization,CMP)作为集成电路制造工艺的重要制程之一，现成为甚大规模集成电路时代使用最广泛的平坦化技术，该技术原理为：采用研磨液的化学腐蚀作用和研磨颗粒的机械去除作用，使得研磨材质表面达到纳米级光滑表面。

作为一种接触金属，W CMP工艺于1995年被引入集成电路领域，并成为0.35微米工艺的必备制程，进入16纳米工艺节点，由于Al PVD难以有效填入沟槽，高k金属栅工艺中的铝栅被钨栅代替，W CMP成为三维器件FinFET(Fin Field-Effect Transistor，鳍式场效应晶体管)CMP工艺中的关键步骤，栅表面高度最终由W CMP决定，因此，钨栅的研磨平坦性对FinFET器件性能和良率具有重要影响。

尽管CMP被引入集成电路领域已有30多年历史，但CMP机理极其复杂，涉及众多物理化学原理，工程师对CMP体系研磨接触形态、研磨液化学属性等不甚了解，欲获得超光滑平坦表面，工艺控制的难度极大。为了实现研磨平坦性的有效控制和可制造性设计优化，CMP建模仿真技术不可或缺，尤其，对于W金属CMP工艺而言，需要建立与W CMP工艺相适应的多物理仿真模型，才能满足W CMP工艺参数和设计优化的迫切需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种W CMP多物理工艺仿真方法及系统，以得到与W CMP工艺相适应的多物理仿真模型，从而满足W CMP工艺参数和设计优化的需求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种W CMP多物理工艺仿真方法，包括：

根据W金属与研磨液的化学反应和机械去除反应，建立W CMP化学反应动力学方程；

根据所述W CMP化学反应动力学方程、质量平衡原理及表面组成关系，建立W CMP表面动力学模型；

根据浓度扩散传质速率方程、研磨液边界层厚度、以及所述研磨液中的氧化剂与钨金属的一级化学反应速率方程，建立研磨液动力传质模型，并计算得到研磨液的传质表面浓度；

根据钨金属表面接触应力和流体应力，以及接触应力和钨金属机械去除反应常数间关系，建立W CMP流固耦合模型，计算获得钨金属表面所受到的机械应力；

根据所述钨金属机械去除反应常数、所述机械应力和所述研磨液的传质表面浓度，以及所述W CMP表面动力学模型，计算得到W研磨去除速率。

优选地，所述W CMP化学反应动力学方程具体为：

其中，Oxi为氧化剂，WO_xn为钨氧化物，WO_xn为研磨产物，W为未参与氧化的钨，k₁为钨金属与研磨液的化学反应速率常数，k₂、k₃为钨金属机械去除反应常数。

优选地，所述W CMP表面动力学模型具体为：