Разработка и исследование методов проектирования СБИС с учетом результатов моделирования процесса химико-механической планаризации (1025664), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Показано, что такой метод может быть применен только кSTI-процессу, в котором используется травление по обратной маске, что даѐтдополнительную (к СЗ) возможность существенного снижения остаточногорельефа диоксида кремния.Рассмотренэтапформированиямежтранзисторнойизоляцииполупроводниковых структур. Основное внимание было уделено STI-процессу,и в частности тому его варианту, в котором нитрид кремния Si3N4 в качествезащитного слоя не используется, но при этом выполняется травление пообратной маске (рисунок 1а). Показано, что по его окончанию непосредственноперед ХМП возникает структура с двойной ступенькой.

Подробный анализэтого варианта обусловлен его применением в технологической линии, на базекоторой выполнялось данное исследование.Рассмотрен субтрактивный процесс формирования многоуровневойалюминиевой металлизации (рисунок 1б). Показано, что хотя субтрактивныйпроцесс и применяется в большинстве случаев для проектных норм больших0,18 мкм, в работе исследование процесса ХМП было проведено длясубтрактивного процесса, что связано с его использованием в исследуемомпроизводстве СБИС. Отмечено, что в настоящее время около 40% всехвыпускаемых СБИС производится именно по таким технологическим нормам.Поскольку операция осаждения диоксида кремния изменяет рельефповерхности, проведен анализ основных еѐ особенностей.

Показано, что примоделировании осаждения диоксида кремния изменение плотности заполнениятопологического слоя может быть учтено путем увеличения ширины всехпроводников с каждой стороны на величину равную k·B, где k – некийпостоянный корректирующий коэффициент, меньший 1. Модель разработана впредположении, что слой диоксида имеет прямоугольный профиль. Этопозволяет считать, что во время выполнения процесса ХМП, плотностьзаполнения топологического слоя диоксидом кремния постоянна.Приведены результаты исследований, ранее проведенных в МассачусетскомТехнологическом Институте, которые показали, что основным параметром, откоторого зависит распределение толщины диоксида кремния после ХМП,является плотность заполнения нижележащего топологического слоя.Представлены тестовые фотошаблоны (ФШ), которые использовались висследовании, и полученные с их помощью результаты. Кроме этогопредставлен обобщенный алгоритм моделирования ХМП (рисунок 2).9НачалоЧтение параметровмоделиЧтениетопологии СБИСТопологияСБИС (GDSII)Разделение топологиина квадраты и расчетотношениязаполненной площадик площади квадратаМоделированиеоперации осажденияАПараметрымоделиоперации ХМПРасширениепроводников нафиксированноезначениеРасчет локальнойплотности заполненияВычисление матрицыядра сверткиРасчет значенийядра свертки наоснове параметровмоделиАРасчет матрицыэффективнойплотности заполненияРасчет распределениятолщины диоксидакремнияОперация сверткиматрицы локальнойплотности заполненияи ядра сверткиПрименение моделиоперации ХМПВыводраспределениятолщиныКонецРаспределениетолщины диоксидакремнияРисунок 2 – Обобщенный алгоритм моделирования ХМПИзложен алгоритм расчета распределения диоксида кремния после ХМП,включающий в себя моделирование операции осаждения диоксида кремния нарельеф нижележащего слоя, вычисление локальной плотности заполнениятопологии в виде матрицы коэффициентов D, и расчет матрицы эффективнойплотности заполнения Φ, с помощью которой моделируется распределениядавления полирующей подушки на пластину.

На заключительном этапе реализацииалгоритма, используя матрицу эффективной плотности заполнения иоткалиброванную по экспериментальным данным модель процесса ХМП,вычисляется толщина остаточного диоксида кремния и тем самым остаточныйрельеф поверхности.Описан алгоритм расчета элементов матрицы эффективной плотностизаполнения D, в котором весь топологический слой СБИС сначала разбивается наквадраты со стороной a, площадь которых равна Sкв = a2, а затем вычисляетсясуммарная площадь топологических элементов Sэл с учетом величины k·B. Тогдаэлементы матрицы локальной плотности заполнения определяются как: dij = Sij эл/Sкв.Показано, что вследствие деформации полирующей подушки каждый изэлементов матрицы эффективной плотности dij зависит от значений локальныхплотностей в квадратах, которые лежат на расстоянии, не превышающеммаксимального радиуса rmax ядра свертки.

Причем на некотором расстоянии,меньшем PL, называемым длиной планаризации, максимально проявляется взаимноевлияние близлежащих топологических элементов.В заключительном параграфе главы непосредственно рассмотренысуществующие модели процесса ХМП базирующиеся на понятии эффективнойплотности заполнения.Первая такая модель процесса ХМП была предложена Д.Оума (линейнаямодель). При наличии рельефа на пластине данная модель считает, что скоростьпланаризации материала (СПМ) зависит от эффективной плотности заполнения Φследующим образом:dhBRСПМ (1)dtφij (h)10где h – толщина диоксида кремния, отсчитываемая от некоторой базовой точки,BR – скорость удаления материала при 100% заполнении слоя, то есть приотсутствии рельефа на поверхности пластины.

Зависимость конечной толщиныдиоксида кремния от времени планаризации была получена путеминтегрирования уравнения (1):h0  hij  BR  t при BR  t  φij h1 и h1  BR  t  φij h1 при BR  t  φij h1(2)φijСледующим этапом развития модели процесса ХМП, в которой также былоиспользовано понятие эффективной плотности заполнения топологического слояСБИС, была модель, предложенная Т. Смитом (модель с временной зависимостью).Основное отличие этой модели от предыдущей состояло в учете нелинейностискорости планаризации локальной ступеньки.

Начальные скорости планаризациидля обеих моделей совпадают. Но после удаления локальной ступеньки, вместоступенчатого изменения СПМ, в модели с временной зависимостью предложеноэкспоненциальное изменение СПМ. Таким образом, данная модель позволяетповысить точность моделирование ХМП за счет учета изменения СПМ во времени.Помимо моделей для расчета распределения толщины диоксида кремнияприменительно к процессу многоуровневой металлизации рассмотрены моделидля STI-процесса.

Проведен сравнительный анализ данных моделей, которыйпоказал, что:Во-первых, модели были сформулированы только для STI-процесса, в которомиспользуется нитрид кремния. Как следствие, результатом расчета сиспользованием данных моделей является распределение эрозии нитрида ивеличина впадин диоксида кремния между активными областями. Отмечено, чторасчет этих параметров не имеет смысла для безнитридного STI-процесса, так каквзаимодействие полирующей подушки с защитным слоем не происходит. Вместоэтого, как и в случае процесса формирования многоуровневой металлизации,необходимо вычисление распределения толщины диоксида кремния надфункциональным слоем.Во-вторых, модели не учитывают шага травления по обратной маске. Такимобразом, из-за наличия двойной ступеньки диоксида кремния перед ХМП,возникает скачкообразное изменение СПМ во время планаризации, что также неучитывается в данных моделях.Таким образом, из проведенного литературного обзора показано, что внастоящее время не существует САПР, позволяющих проводить модификациютопологических слоев СБИС на основе моделирования ХМП с целью сниженияостаточного рельефа для безнитридного STI-процесса с травлением по обратноймаске и субтрактивного процесса формирования многоуровневой металлизации.Для оценки точности проанализированных моделей ХМП при формированиимногоуровневой металлизации требуется проведение калибровки поэкспериментальным данным.

Кроме этого, отмечено, что в настоящее время несуществует моделей, позволяющих проводить моделирование остаточного рельефаповерхности для безнитридного STI-процесса с травлением по обратной маске.Представленные же в настоящее время алгоритмы снижения остаточногорельефа поверхности также не могут быть использованы в силу ряда причин: вопервых, отсутствует их реализация в коммерческих САПР, во-вторых, данныеалгоритмы не учитывают требований всех шагов технологического процесса. Такданные алгоритмы изменяют локальную плотность заполнения произвольно, никакне учитывая требования операции плазмо-химического травления.

Кроме этого,11выбор числа структур заполнения осуществляется только на основе распределенияплотности заполнения.Во второй главе изложены результаты экспериментальной работы проведенной сцелью исследования ХМП и получения калибровочных и верификационныхданных. Для чего был разработан тестовый ФШ, размером 20×20 мм, аналогичныйшаблону, использованному в Массачусетском Технологическом Институте (МТИ),в котором были размещены 25 блоков с тестовыми структурами (далее ТС),позволяющими определить параметры указанных моделей ХМП. Каждый изблоков ТС представлял собой набор линий различного размера с изменяющимисярасстояниями между ними.Изложены результаты калибровки и верификации моделей ХМП для случаяиспользования подушки «FX9». Для этого была проведена планаризация пятирельефных пластин (на пластинах предварительно была сформированатопология тестовых ФШ) при различных временах ХМП: 70, 140, 210, 280 и 350секунд.

Также эксперимент проводился с полирующей подушкой«IC1000/SubaIV», при этом использовались следующие времена планаризации:50, 100, 150, 200 и 300 секунд. Каждым из этих времен обрабатывалась по 3пластины, целью этого было: во-первых, статистическая обработка данных, вовторых, анализ зависимости характеристик планаризации от последовательностиобработки пластин. Полученные экспериментальные данные были разделены надва набора: калибровочный, использовавшийся далее для определенияпараметров модели, и верификационный, отличавшийся от калибровочного, ииспользовавшийся для еѐ проверки.Во время калибровки рассмотренных моделей использовались различныепоследовательности входных данных с целью получения наименьшей ошибкимоделирования.

По итогам выбраны лучшие по критерию Root Mean SquareError (RMSE) модели различных типов.(а)(б)Рисунок 3 – Результат калибровки модели линейной модели (а) имодели с временной зависимостью (б) для «FX9»Результат калибровки линейной модели с наименьшей ошибкой представленна рисунке 3а. Получено, что модель с временной зависимостью более точная(рисунок 3б).

Так ошибка при калибровке линейной модели составила 371 Å,при верификации по 2-й группе блоков – 290 Å и по 3-й группе – 417 Å, тогда12как для модели с временной зависимостью эти значения составили 303 Å, 262 Åи 407 Å соответственно.В результате анализа калибровки и верификации моделей показано, что они нев состоянии описать поведение остаточной толщины межслойного диэлектрика(МСД) в областях с низкой плотностью заполнения в диапазоне временпланаризации. Для устранения этого недостатка была предложенаполиномиальная модель.

Выражение в общем виде для полиномиальной моделипроцесса ХМП диоксида кремния при формировании МСД имеет следующий вид:Ns Ms MsrrH (t , φij )  h0  h1 1   a0,r φij     ak ,r φij   t k(3) r 1 k 1  r 1Предложенная модель, в качестве параметров использует: длинупланаризации PL, максимальный радиус rmax, а также матрицу коэффициент S сэлементами aij. Полиномиальная модель была разработана на основезависимости остаточной толщины диоксида кремния от плотности заполнения.Для имеющихся экспериментальных данных было построено скользящеесреднее с целью фильтрации случайных выбросов.

Характеристики

Список файлов диссертации