Разработка и исследование методов проектирования СБИС с учетом результатов моделирования процесса химико-механической планаризации (1025664)
Текст из файла
На правах рукописиУДК 004.942Гладких Алексей АлексеевичРАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯСБИС С УЧЕТОМ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССАХИМИКО-МЕХАНИЧЕСКОЙ ПЛАНАРИЗАЦИИСпециальность 05.13.12 – Системы автоматизации проектированияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2013Работа выполнена в Московском государственном техническом университетеимени Н.Э. БауманаНаучный руководительчлен-корреспондент РАН, д.т.н., профессорШахнов Вадим АнатольевичОфициальные оппоненты:Назаров Александр Викторович,доктор технических наук, профессор,ФГБОУ ВПО «Московский АвиационныйИнститут (национальный исследовательскийуниверситет)», заведующий кафедройРыжиков Илья Анатольевич,кандидат технических наук, доцент,ФГБУН Институт теоретической иприкладной электродинамики РАН,заведующий лабораториейВедущая организацияФедеральное государственное унитарноепредприятие«Научно-производственноепредприятие «Пульсар»Защита диссертации состоится 20 июня 2013 г.
в 11 часов 00 минут назаседании диссертационного совета Д.002.078.01 при Федеральномгосударственном бюджетном учреждении науки Институте проблемпроектирования в микроэлектронике Российской академии наук (ИППМ РАН)по адресу: 124365, Российская Федерация, г. Москва, Зеленоград,Советская ул., д.3.С диссертацией можно ознакомиться в библиотекеавторефератом – на сайте ИППМ РАН www.ippm.ru.ИППМРАН,сАвтореферат разослан 16 мая 2013 г.Ученый секретарьдиссертационного совета,к.т.н., доцентМ.М. Жаров2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность. Сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) являются основойсовременной электронной аппаратуры.
По мере их развития происходитпостоянное усложнение, которое приводит к значительному увеличению числатранзисторов на кристалле (степени интеграции). Кроме снижения критическихлинейных размеров степень интеграции повышается за счет использованияразличных дополнительных технологий: мелкощелевой изоляции транзисторов(Shallow Trench Isolation, STI), многоуровневой металлизации и др.Последовательность операций одного из вариантов STI-процесса и процессамногоуровневой металлизации приведена на рисунке 1. STI-процессприменяется для формирования изоляции между транзисторами, амногоуровневая металлизация позволяет соединить транзисторы и логическиеэлементы. В каждой из этих технологий используется процесс химикомеханической планаризации (ХМП) для удаления рельефа, возникающего из-заприменения операций селективного травления и осаждения.Отметим, что ХМП не позволяет полностью удалить рельеф (остаетсянекоторый разброс толщины диоксида кремния по кристаллу СБИС).Остаточный рельеф поверхности приводит к локальным расфокусировкам впроцессе проекционной оптической литографии, следовательно, вероятнымвыходам размеров элементов за границы допуска, а для STI-процесса можетпривести к полной неработоспособности схемы.а – безнитридный STI-процессб – Процесс многоуровневой металлизацииРисунок 1 – Рассматриваемые в работе технологическиепроцессы, в которых используется ХМПSTI-процесс формирования межтранзисторной изоляции, как и процессформирования многоуровневой металлизации, может быть реализован спомощью различных вариантов.
Для СБИС с нанометровыми размерамиэлементов (минимальный критический размер которых менее 100 нм)3используется STI-процесс с защитным слоем нитрида кремния и аддитивныйпроцесс формирования многоуровневой медной металлизации. Современныекоммерческие системы автоматизированного проектирования (САПР),например, фирмы Mentor Graphics или Cadence Design System, позволяютпроводить моделирование таких процессов и выполнять при проектированииСБИС на этапе подготовки к производству (Design For Manufacturing, DFM)модификацию топологических слоев с целью снижения остаточного рельефаповерхности.
Данные САПР нацелены на проектирование СБИС длянанометровыми технологий, и в них отсутствуют модели оценки остаточногорельефа для микросхем с субмикронными размерами элементов. Кроме тоговозможны различные варианты реализации STI-процесса (например, безиспользования защитного слоя нитрида кремния, рисунок 1а). В этих САПР непредусмотрена возможность изменения расчетных выражений для оценкиостаточного рельефа поверхности после ХМП и, следовательно, алгоритмовмодификации топологических слоев с целью снижения остаточного рельефа.В настоящее время технологиями, позволяющими изготавливать СБИС снанометровыми размерами элементов, обладают небольшое числополупроводниковых фабрик, а около 40% СБИС производятся по проектнымнормам 0,18 – 0,35 мкм [Defense Industrial Base Assessment: U.S.
IntegratedCircuit Design and Fabrication Capability // U.S. Department of Commerce Bureauof Industry and Security Office of Technology Evaluation, 2009; Is 28nm reallyhere? Now? When? // Published by Cadence Design Systems. Электронный ресурс.Режим доступа: http://eda360insider.wordpress.com/2011/05/23/is-28nm-reallyhere-now-when. Проверено 16.04.13]. Именно этот диапазон используется длятех случаев, когда требуется получить повышенную надежность интегральныхмикросхем, например, в случае СБИС, используемых в жестких условияхприменения: космические исследования, авиация и т.п. В частности, в НИИСистемных Исследований Российской Академии Наук (НИИСИ РАН)функционирует технологический комплекс по производству СБИС сминимальнымипроектныминормами0,25 – 0,35 мкм,вкотороммногоуровневая металлизация формируется на основе алюминия с помощьюсубтрактивного процесса (рисунок 1б), а межтранзисторная изоляция – сиспользованием безнитридного STI-процесса с травлением по обратной маске(рисунок 1а).Таким образом, из сказанного выше следует, что алгоритмическая ипрограммная реализация подходов к проектированию топологических слоевсубмикронных СБИС и их интеграция с коммерческими САПР с цельюснижения остаточного рельефа поверхности кристалла путем учета результатовпроцесса ХМП для различных вариантов технологий является важной иактуальной задачей.Состояние проблемы.
Современные коммерческие САПР не позволяютмодифицировать топологические слои с целью снижения остаточного рельефаповерхности после ХМП на основе моделирования в безнитридном STIпроцессе с травлением по обратной маске и субтрактивном процессеформирования многоуровневой алюминиевой металлизации. Это связано сотсутствием в существующих в настоящее время коммерческих САПР точныхмоделей ХМП для расчета рельефа диоксида кремния по площади всегокристалла и алгоритмов модификации топологических слоев на основемоделирования для указанных процессов.4Базовые подходы к моделированию ХМП диоксида кремния по площадивсего кристалла СБИС были изложены в научных работах и статьях,проведенных в Массачусетском Технологическом Институте (МТИ), Д.О.
Оума(D.O. Ouma), Б. Стина (B. Stine), Д. Бонинга (D. Boning), продолжение работ поданной тематике представлено Т.Х. Смитом (T.H. Smith), Б. Ли (B. Lee).В настоящее время данные работы продолжили свое развитие в области расчетахарактеристик остаточного рельефа после ХМП для аддитивного процессамногоуровневой медной металлизации.Вопросы моделирования ХМП для небольшой области кристалла былипредставлены работах П. Бурке (P.
Burke), Дж. Варнока (J. Warnok). Кроме этогомоделирование скорости планаризации в зависимости от технологическихпараметров ХМП было проведено в работах Р.В. Гольдштейна, Н.М. Осипенко(Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН) и др.Подходы к минимизации разброса толщины межслойного диэлектрика наоснове плотности заполнения были освещены в работах А. Канга (A. Kahng),Р. Бона (R. Boone), Р. Тиана (R. Tian).Цель работы заключается в разработке моделей процесса химикомеханической планаризации и алгоритмов модификации топологических слоѐвсубмикронных СБИС, а также их реализации в виде программного комплекса,позволяющего скорректировать топологию и тем самым уменьшитьостаточный рельеф поверхности кристалла.Решаемые задачи:1. Разработка полиномиальной модели процесса ХМП диоксида кремния,алгоритма калибровки еѐ параметров и разработка модели процесса ХМП длятехнологии формирования межтранзисторной изоляции с помощьюбезнитридного STI-процесса с травлением по обратной маске.2.
Калибровка и верификация разработанных моделей ХМП поэкспериментальным данным технологического процесса НИИСИ РАН.Проведение сравнительного анализа результатов калибровки полиномиальноймодели с ранее существовавшими моделями.3. Разработка алгоритмов снижения остаточного рельефа для субтрактивногопроцесса многоуровневой металлизации и безнитридного STI-процесса,которые при проектировании СБИС путем модификации слоев металлизации иобратной маски с учетом особенностей технологического процесса ХМП наоснове предложенных моделей позволяют повысить планарность поверхностикристалла.4.
Разработкаалгоритмаобработкитопологическойинформации,представленной в формате GDSII, позволяющего использовать предложенныемодели ХМП для оценки качества процесса планаризации при формированиимногоуровневой металлизации и безнитридного STI-процесса в алгоритмахснижения остаточного рельефа поверхности кристалла СБИС.5. Разработка программного комплекса моделирования процесса ХМП, вкотором реализованы полиномиальная модель, модель безнитридного STIпроцесса с травлением по обратной маске и алгоритмы модификацииразмещения структур заполнения и размеров элементов на обратной маске, атакже интеграция программного комплекса с коммерческой САПР DFM, такойкак Mentor Graphics Calibre.6.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
