[发明专利]一种CMP研磨率计算方法和仿真系统

说明书

本发明提供了一种CMP研磨率计算方法和仿真系统，首先建立CMP研磨液中研磨粒子的受力平衡方程，获取研磨粒子在研磨材质表面的嵌入深度，然后求解单粒子研磨去除总量，获取研磨材质表面研磨去除速率，最终建立一种CMP表面形貌仿真方法；此外，还提出了一种实现CMP工艺仿真的系统，可实现研磨材质表面形貌的预测和分析。

技术领域

本发明涉及化学机械研磨仿真建模技术领域，尤其涉及一种CMP研磨率计算方法和仿真系统。

背景技术

化学机械研磨(Chemical Mechanical Planarization，CMP)作为集成电路工艺制造过程中的重要制程技术，已广泛应用于器件制造的各个阶段。通过利用研磨液的化学反应和研磨颗粒的机械切削作用使研磨材质表面足够光滑，从而达到提升电路配线密度，并降低缺陷密度的要求。

随着集成电路的飞速发展，CMP平坦性控制要求极其苛刻，由于各种随机因素和系统偏差的影响，研磨粒子的微观效应更加突出，CMP工艺控制的难度极大，研磨表面诸如刮擦划痕、碟形、侵蚀、凹陷和粒子玷污等缺陷对器件性能和电路良率具有重要影响，研磨去除速率(Material Removal Rate，MRR)、表面一致性和粗糙度等研磨表面平坦性特征与研磨粒子的变化规律具有重要关联，因此，需要针对CMP的微观粒子效应，开展CMP微观粒子效应平坦性建模，以期获得更好的研磨表面平坦性，进而指导和优化CMP工艺过程控制，并促进CMP仿真模型在芯片设计领域的应用。

研磨去除率作为描述芯片表面高度变化快慢的重要指标，在CMP模型诱导的仿真技术中是核心和重点，一旦获取MRR，即可实现芯片表面高度的实时刻画和表征，并可进一步用于纳米芯片可制造性设计的分析优化。因此，深入研究研磨粒子的微观效应，建立粒子效应主导的CMP研磨去除率模型尤为必要。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种CMP研磨率计算方法和仿真系统，为了建立粒子效应主导的CMP研磨去除率模型，本发明深入研究微观研磨粒子与研磨去除材质表面及研磨垫间的相互作用力，建立粒子受力平衡方程，以获取研磨粒子在研磨材质表面的嵌入深度，然后求解单粒子研磨去除总量和研磨粒子数，进一步获取研磨材质表面研磨去除速率，最终建立一种CMP表面形貌仿真方法。同时本发明还提出了一种实现CMP工艺仿真的系统，以实现研磨材质表面形貌的仿真与预测。

(二)技术方案

本发明提供了一种CMP研磨率计算方法和仿真系统，包括：

步骤S1：建立研磨粒子受力平衡方程并计算研磨粒子在研磨材质中的嵌入深度；

步骤S2：计算研磨材质表面参与研磨去除的有效研磨粒子数；

步骤S3：计算研磨粒子的研磨去除率；

步骤S4：CMP工艺仿真。

步骤S1中，考虑范德华力和电双层力对研磨粒子的影响，其中，研磨粒子与研磨材质表面间的范德华力F_F如下：

其中，A为哈马克常数，R为研磨粒子半径，η为相邻研磨垫粗糙峰之间的距离，z₀为研磨粒子与研磨材质间平衡距离，r_s为研磨材质表面粗糙度；研磨粒子与研磨材质表面间的电双层力F_S如下：

其中，Ψ_w和Ψ_p分别为研磨材质和研磨粒子的zeta电势，ε为介质的介电常数，κ为德拜长度的倒数。

步骤S1中，研磨垫与研磨粒子间弹性接触应力F_ps如下：