[发明专利]一种计算CMP研磨去除率的方法及装置

说明书

本发明公开了一种计算CMP研磨去除率的方法及装置。该方法包括：依据晶圆表面与研磨液之间的化学反应机理，建立晶圆表面CMP化学反应方程式；基于CMP化学反应方程，建立晶圆表面化学反应的动力学去除模型；依据动力学去除模型，计算晶圆表面的研磨去除率。通过本发明，解决了不能快速精确地获取化学机械研磨技术中研磨去除率的问题。

技术领域

本发明涉及化学机械研磨仿真建模技术领域，具体而言，涉及一种计算CMP研磨去除率的方法及装置。

背景技术

化学机械研磨(Chemical Mechanical Planarization,CMP)作为半导体制造工艺中的关键技术之一，现已广泛应用于互连线、接触孔、前道器件工艺及微机电系统等领域的平坦化。在CMP过程中，研磨垫与晶圆间的接触作用以及研磨液与晶圆表面间的化学反应作用对晶圆表面的研磨去除速率具有重要影响，二者间的协同耦合作用对晶圆表面平坦性起到关键作用。

由于晶圆表面平坦性取决于研磨去除速率的一致性，因此，快速精确地求出CMP研磨去除率，并根据研磨去除率模拟晶圆表面去除过程对CMP工艺流程控制和参数优化具有重要指导作用，现已成为CMP机理研究和应用的核心和重点。

针对相关技术中的上述问题，本发明提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种计算CMP研磨去除率的方法及装置，以解决化学机械研磨技术中快速精确获取CMP研磨去除率的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种计算CMP研磨去除率的方法。该方法包括：依据晶圆表面与研磨液之间的化学反应机理，建立晶圆表面CMP化学反应方程式；基于CMP化学反应方程，建立晶圆表面化学反应的动力学去除模型；依据动力学去除模型，计算晶圆表面的研磨去除率。

进一步地，动力学去除模型为：

其中，MRR为研磨去除率，M_W为晶圆表面分子量，ρ₀为质量密度，k₁为化学反应常数，k₂、k₃为机械参数，[Oxi]为氧化剂浓度。

进一步地，该方法还包括：计算目标工艺参数对应的接触应力；根据接触应力计算k₂和k₃，其中，k₂和k₃是接触应力对应的机械参数。

进一步地，其特征在于，计算目标工艺参数对应的接触应力还包括：通过有限元方程求解接触应力；或通过GMDH模型计算接触应力，其中，GMDH模型是依据有限元方程计算的数据而构建的模型。

进一步地，通过有限元方程求解接触应力包括：获取第一目标方程式，其中，第一目标方程式是在研磨垫与晶圆表面接触的过程中，研磨垫形变满足的有限元控制方程式，第一目标方程式为：Kd＝F，其中，K为弹性刚度矩阵，d为节点形变向量，F为节点载荷向量；获取第二目标方程式，其中，第二目标方程式为K＝∑∫∫∫_VB'DBdV，其中，K为弹性刚度矩阵，B为应变矩阵，B'为B的转置矩阵，D为材料弹性矩阵，dV为体积微元；获取第三目标方程式，其中，第三目标方程式为F＝∑∫∫∫_VN'F_bdV+∫∫_SN'TdS，其中，F为节点载荷向量，N'为形状函数转置矩阵，F_b为体积力，T为边界分布力，dV为体积微元，dS为面积微元；根据第一目标方程式、第二目标方程式和第三目标方程式计算节点形变向量d；通过节点形变向量d计算接触应力。