Разработка и исследование методов проектирования СБИС с учетом результатов моделирования процесса химико-механической планаризации (1025664), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Проведение модельных исследований с помощью разработанногопрограммного комплекса для подтверждения эффективности предложенных5алгоритмов путем оценки изменения остаточного рельефа поверхностикристалла СБИС после модификации топологических слоев.Методы исследования. При решении поставленных задач были использованы:теория оптимизации, математический аппарат теории вероятностей,математической статистики, алгоритмы вычислительной геометрии, методыструктурного и объектно-ориентированного программирования.Научная новизна работы:1. Разработана модель ХМП субтрактивного процесса многоуровневойметаллизации для ее применения при проектировании СБИС с учетомособенностей технологического процесса, отличающаяся от ранеесуществовавших тем, что в ее расчетных выражениях используютсяполиномиальные зависимости, а для определения параметров моделиразработан алгоритм калибровки.
Это позволяет повысить точностьмоделирования остаточного рельефа поверхности.2. Разработана модель ХМП для STI-процесса, отличающаяся тем, что в процессемоделирования учитывается двойная ступенька в рельефе перед планаризацией,что позволяет использовать эту модель при расчете остаточного рельефа послеХМП в безнитридном STI-процессе с травлением по обратной маске. Это даетвозможность при проектировании СБИС модифицировать топологический слойобратной маски на основе моделирования таким образом, чтобы снизитьостаточный рельеф поверхности кристалла СБИС.3. Предложено использовать рекурсивную декомпозицию топологического слояСБИС в алгоритме расчета локальной плотности заполнения, в результате чегостановится возможным применять предложенные модели процесса ХМП длябезнитридного STI-процесса и для субтрактивного процесса формированиямногоуровневой металлизации при проектировании СБИС с учетом особенностейтехнологического процесса.4.
Разработаны алгоритмы снижения остаточного рельефа поверхности послеХМП за счет оптимизации числа структур заполнения в квадрате моделированияи путем модификации размеров элементов на обратной маске. Алгоритмыотличаются тем, что количество структур заполнения и изменение размеровэлементов на обратной маске определяются на основе предложенных моделейХМП и, при этом, с помощью САПР DFM учитываются ограничения налокальную плотность заполнения для операции плазмо-химического травления.Достоверностьполученныхнаучныхрезультатов,выводовирекомендаций квалификационной работы подтверждена результатамиэкспериментальных исследований проведенных на полупроводниковомпроизводстве НИИСИ РАН, результатами применения разработаннойматематической модели процесса ХМП, реализованной с помощью пакетаприкладных программ «MATLAB» фирмы «MathWorks» и модельнымиисследованиями метода оптимизации топологических слоев СБИС, алгоритмыкоторого реализованы на языке C++ для ОС с ядром Linux.На защиту выносятся следующие положения:1.
Преобразование эффективной плотности заполнения в распределение толщиныдиоксида кремния после ХМП в субтрактивном процессе формированиямногоуровневой металлизации проводится по разработанной в рамках работыполиномиальной модели, а калибровка еѐ параметров выполняется согласноразработанному алгоритму.
Это позволяет снизить ошибку моделирования ипроводить при проектировании СБИС модификацию топологических слоев6металлизации структурами заполнения на основе моделирования ХМП.2. Расчет толщины диоксида кремния после ХМП для безнитридного STI-процессас травлением по обратной маске проводится по предложенной в работе модели, чтопозволяет вычислять остаточный рельеф поверхности и проводить припроектировании СБИС модификацию размеров элементов топологического слояобратной маски на основе моделирования ХМП.3.
Расчет локальной плотности заполнения осуществляется с помощьюрекурсивной декомпозиции топологического слоя СБИС, что позволяетреализовать возможность моделирования процесса ХМП с использованиемотличных от встроенных в быстродействующие коммерческие САПР DFMмоделей ХМП и интегрировать предложенные модели в алгоритмы модификациитопологических слоев.4. Внедрение разработанных алгоритмов модификации топологического слояСБИС на основе моделирования позволяет уменьшить остаточный рельефповерхности после ХМП для процесса многоуровневой металлизации в среднем на30 %, а для безнитридного STI-процесса с травлением по обратной маске на 70 %.Практическая значимость. Разработанные в работе алгоритмы и моделипроцесса ХМП, а также программный комплекс моделирования процесса ХМП«CMPETools» и программные модули «Matlab» внедрены в учебный процессМГТУ им. Н.Э.Баумана и на производстве НИИСИ РАН.
Практическаязначимость полученных результатов заключается в том, что:1. Разработанная полиномиальная модель процесса ХМП диоксида кремния иалгоритм калибровки еѐ параметров позволяют снизить ошибку моделированияпроцесса ХМП для технологии многоуровневой металлизации по различнымтестовым структурам в пределах от 20% до 55%.2. Разработанная модель ХМП для STI-процесса позволяет проводитьмоделирование нестандартного STI-процесса, в котором не используетсянитрид кремния Si3N4 и при этом применяется травление по обратной маске.3. Реализована возможность моделирования процесса ХМП путем использованияалгоритмарекурсивнойдекомпозициивалгоритмахмодификациитопологических слоев при проектировании СБИС, что позволяет применитьразработанные в работе модели ХМП в способе снижения остаточного рельефаповерхности в случае субтрактивного процесса многоуровневой металлизации ибезнитридного STI-процесса с травлением по обратной маске.4.
Разработанный алгоритм модификации топологического слоя припроектированииСБИСструктурамизаполнениядлятехнологиимногоуровневой металлизации и алгоритм модификации обратной маски длябезнитридного STI-процесса с травлением по обратной маске за счет измененияплотности заполнения топологического рисунка слоев металлизации иобратной маске позволяют снизить остаточный рельеф поверхности диоксидакремния в среднем на 30 % и 70 %, соответственно.Апробация работы.
Результаты работы докладывались на XII и XIIIмолодежной международной научно-технической конференции «Наукоемкиетехнологии и интеллектуальные системы», (Москва, 2010, 2011) иопубликованы в сборнике докладов конференций (XII, XIII и XIV), в сборникенаучных работ факультета ИУ №7, в сборнике статей «Наноинженерия-2010»,«Математическое и компьютерное моделирование систем: теоретические иприкладные аспекты» (Москва, 2009, 2011), «Вестник МГТУ» (Москва, 2012,серия: «Приборостроение»), электронном научно-техническом издании: Наука7и образование (2012), «Итоги диссертационных исследований» (М.:РАН, 2012).Работа отмечена дипломами 1 степени молодежных научно-техническихконференций «Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы», (Москва,2010 и 2011), дипломом по итогам «Всероссийского конкурса НИР студентовВУЗов в области нанотехнологий и наноматериалов» (2010), стипендиямиПрезидента РФ и Клуба Императорского Технического Училища (2011).Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ№ 2011615167 CMPEtools (от 1-го июля 2011).Публикации.
По материалам и основному содержанию работы опубликованы 12научных работ в научно-технических журналах и трудах конференций, из них 2научные работы опубликованы в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК.Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения,четырех глав, заключения и списка литературы.
Общий объем диссертациисоставляет 178 страниц машинописного текста, содержащего 87 рисунков исписок литературы из 73 наименований.СОДЕРЖАНИЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИВо введении рассматриваются актуальность, научная новизна работы,определяются цели и задачи исследования.Указаны некоторые обстоятельства требующие снижения проектных норм иувеличение плотности размещения элементов на кристалле СБИС. Из-за того, чторазмеры кристаллов современных СБИС не могут постоянно увеличиваться, чемупрепятствуют следующие: ограничения экономической эффективности (процентнеиспользуемой площади пластины), неравномерность обработки для различныхопераций и снижение выхода годных (большей площади возможно большее числослучайных дефектов приводящих к неработоспособности СБИС).Таким образом, необходимо уменьшение размеров элементов, то естьминимальной проектной нормы.
С этой целью необходимо увеличение числовойапертуры и снижение длины волны экспонирующего излучения, что в своюочередь приводит к снижению глубины фокусировки оптической системы.Меньшая глубина фокусировки означает, не возможность полученияминимального критического размера с заданным допуском для некоторогодиапазона фокусных расстояний. Следовательно, необходима минимизацияостаточного рельефа, на котором формируется литографическое изображение.Отмечены основные причины возникновения рельефа поверхности приизготовлении СБИС. Так как технология СБИС основана на формированиизаданных топологических областей, что добиваются путем примененияселективного травления. В результате чего на поверхности кристалла СБИС послеэтой операции возникает рельеф.
При последующей операции осаждениямежслойного диэлектрика данный рельеф будет сохранен.Анализ непосредственно технологических процессов, в которых используетсяХМП, ее моделей и методов снижения остаточного рельефа представлены впервой главе диссертации.В первой главе изложены существующие способы снижения разбросатолщины диоксида кремния после процесса ХМП. Показано, что в случаеформирования многоуровневой металлизации для снижения остаточного8рельефа диоксида кремния используются структуры заполнения (далее СЗ),которыми по выбранному алгоритму заполняются пустые областитопологических слоев с целью изменения их плотности заполнения.Рассмотрено применение способа автоматизированного размещения СЗ наоснове правил (Rule-Based Dummy Fill). Данный способ применяетсяв большинстве коммерческих САПР при выравнивании плотности заполнения втехнологии многоуровневой металлизации с использованием алюминия.Показано, что применение способа заполнения топологического слоя на основемоделирования ХМП (Model-Based Dummy Fill) более эффективно, однакотребует разработки точных и стабильных моделей расчета толщины диоксидакремния.Приведено общее описание способа снижения остаточного рельефадиоксида кремния после ХМП в случае STI-процесса, в котором применяетсямодификация элементов обратной маске с целью снижения разброса толщиныдиоксида кремния.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
