一种哑金属填充方法 【技术领域】
本发明涉及一种哑金属填充方法， 特别涉及一种针对光刻畸变的哑金属填充方法。 背景技术
化学机械抛光是集成电路制造工艺流程的重要步骤， 随着集成电路制造工艺进入 65-45nm 工艺节点之后， 互连线已经成为影响芯片性能和可靠性的决定性因素。 由于金属和 绝缘介质的硬度的差异， 化学机械抛光会引起铜互连线及介质层的厚度偏差， 而这些偏差 又会给互连线的电学参数带来负面影响， 进而影响到芯片的性能和可靠性。为减小化学机 械抛光后的芯片表面厚度波动而进行的冗余哑金属填充。
冗余哑金属填充， 一方面会造成互连线电容的增长而给芯片的电特性带来负面影 响， 这在现有的冗余哑金属填充过程中已有所考虑 ； 另一方面由于深纳米级光刻畸变的原 因冗余哑金属填充可能会给已有金属互连线的图形造成畸变引起互连线金属图形局部变 窄或变宽， 使得互连线引起的寄生电阻变大或变小， 填充金属和互连线金属图形之间的实 际寄生电容因为金属图形之间实际距离与理想距离之间存在一定的差异而比理想估算的 寄生电容偏大或偏小， 这种寄生电阻的变化和电容估算的差异会引起电路性能估算的差 异。 发明内容 为解决现有技术中存在的上述问题， 本发明提供了一种优化填充冗余哑金属的填 充方法， 解决现有填充方法中光刻畸变引起的金属互连线寄生电阻和寄生电容变化影响电 路性能的问题。
具体技术方案由如下步骤实现 ：
一种哑金属填充方法， 包括如下步骤 ：
A 光刻仿真一半导体物理版图， 得到畸变的半导体物理版图数据 ；
B 对所述畸变的半导体物理版图数据进行寄生参数提取， 得到包含寄生元器件的 电路网表 ；
C 通过电路仿真对所述畸变的半导体物理版图的电路进行瞬态分析， 得到瞬态分 析结果 ；
E 根据所述电路节点的延时极限和等效电学信息， 在引入冗余哑金属填充给所述 畸变的物理版图的线网后， 计算所述电路节点承载的极限寄生电容 ；
F 以所述电路节点极限寄生电容为上限、 多次调整哑金属填充方法， 优化半导体物 理版图的芯片的机械平整度。
优选地， 步骤 D 中所述电路节点的延时极限根据如式 (1) 所示计算 ：
Tdealylimit， n ＝ k/fclk ；
其中， Tdealylimit， n 为所述畸变的物理版图的线网 n 上的延时极限 ； fclk 为线
网 n 直接关联的时钟信号频率 ； k 为常数， 其取值范围一般在 [0.01， 0.10] 之间。
优选地， 所述等效电学信息包括电路节点等效寄生电容和电路节点等效导通电 阻。
优选地， 所述电路节点等效寄生电容为所有线网的现有寄生电容之和， 即包括所 述线网的器件连接到所述线网的寄生电容和所述线网互连线之间的寄生电容。
优选地， 所述线网 n 的器件连接到所述线网的寄生电容按照如式 (2) 所示计算 ；
Cnet.n， exist， dev ＝∑ Cnet.n， exist， dev， i
(2)
其中，
i ＝ 1， 2， 3，…， Nnet， n， dev_cnum ；
Nnet， n， dev_cnum 为线网 n 上器件引起的寄生电容数量 ；
Cnet.n， exist， dev 为所述线网 n 的器件连接到所述线网的寄生电容。
优选地， 所述线网互互连线之间的寄生电容计算按照如式 (3) 所示计算 ；
Cnet.n， exist， wire ＝∑ Cnet.n， exist， wire， i
(3) 其中，
i ＝ 1， 2， 3，…， Nnet， n， wire_cnum ；
Nnet， n， wire_cnum 为所述线网 n 上互连线引起的寄生电容数量 ；
Cnet.n， exist， wir 为所述线网 n 互连线之间的寄生电容。
优选地， 所述电路节点等效导通电阻的计算方法包括如下步骤 ：
A 计算电源到所述线网的对应节点之间的对电源等效电阻 ；
B 计算地线到线网的对应节点之间的对地等效电阻 ；
C 在所述对电源等效电阻和所述对地等效电阻中， 选取最大值为所述电路节点等 效导通电阻。
优选地， 所述线网极限寄生电容按如下式 (4) 计算 ：
Cnet， n， extra_limit ＝ Tdealylimit， n/Ron-Cnet.n， exist
其中，
Tdealylimit， n 为线网 n 的延时极限 ；
Ron 为所述线网等效导通电阻 ；
Cnet.n， exist 为线网 n 的等效寄生电容 ；
Cnet， n， extra_limit 为冗余哑金属填充给线网 n 引入的极限寄生电容。
本发明通过光刻仿真、 电路网表提取、 电路仿真、 电路节点延时极限、 光刻畸变情 形下等效电学参数计算、 极限寄生电容计算、 约束条件下的哑金属填充实现了考虑光刻畸 变的哑金属填充， 在寄生估算和冗余哑金属填充过程中考虑光刻畸变对寄生电阻和寄生电 容的影响， 确保冗余哑金属填充引起的寄生电阻和寄生电容变化对电路设计性能的影响在 预定范围之内， 最大化地提高电路各部分金属互连线的平整度， 从而提高集成电路设计的 可制造性。
附图说明图 1 是本发明实施例提供的一种基于电路延时极限的哑金属填充方法流程图 ；
图 2 是本发明实施例提供的根据电路节点的延时极限和等效电学信息， 确定引入 冗余哑金属填充给线网后， 每一电路节点承载的极限寄生电容的流程图 ；
图 3 是本发明实施例提供的计算电路节点现有等效寄生电容流程图 ；
图 4 是本发明实施例提供的计算电路节点等效导通电阻流程图 ；
图 5 是本发明实施例提供的优化调整哑金属填充方法流程图。 具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述， 给出的实施例仅为了阐 明本发明， 而不是为了限制本发明的范围。
以下结合附图及实施例， 对本发明作详细说明如下 ：
参见图 1， 本发明实施例提供了一种基于电路延时极限的哑金属填充方法， 详述如 下：
步骤 S101 对物理版图进行光刻仿真得到实际光刻之后畸变的物理版图数据 ；
步骤 S102 从光刻畸变的物理版图提取包含寄生元器件的电路网表 ；
步骤 S103 通过电路仿真对现有物理版图设计下电路进行瞬态分析 ；
步骤 S104 对瞬态分析结果进行分析确定每一电路节点的延时极限和电路节点的 等效电学信息 ；
步骤 S105 根据每一电路节点的延时极限和电路节点的等效电学信息确定每一电 路节点可以承载的冗余哑金属填充给线网引入的极限寄生电容 ；
步骤 S106 以可以承载的额外寄生电容为上限作为约束条件、 以光刻仿真结果为 基础估算寄生电容、 优化填充哑金属确保化学机械抛光的平整性。
本发明实施例中， 步骤 S101 对物理版图进行光刻仿真得到实际光刻之后畸变的 物理版图数据 ： 在深纳米级集成电路制造过程中， 光刻机的光波长远远小于集成电路的特 征工艺尺寸， 光束之间干涉和衍射的作用， 造成了光刻之后的实际金属互连线图形与集成 电路的物理版图设计的理想金属互连线图形存在一定的差异， 以原有理想版图数据提取 寄生参数不能反应实际集成电路的金属互连线寄生效应， 为了精确地反应实际集成电路 的金属互连线寄生效应， 必须对理想的物理版图数据进行光刻仿真， 得到光刻畸变之后的 物理版图数据， 然后再对该数据进行寄生参数提取。光刻仿真可以借助商业软件工具， 如 KLA-Tencor 公司的 PROLITH 和 Sigma-C 公司的 SOLID-C， 或采用内部光刻仿真工具。
本发明实施例中， 步骤 S102 从光刻畸变的物理版图提取含寄生元器件的电路网 表： 集成电路制造商对外发布的工艺设计包 (Process Design Kit， PDK) 内包含从物理版 图自动提取含寄生元器件的电路网表的执行脚本。运行商业化的寄生参数提取软件， 如 CADENCE 公司的 ASSURA、 SYNOPSYS 公司的 STAR-RCX、 MENTOR 公司的 CALIBRE、 以及其他公司 的相关产品， 当然也可运行内部寄生参数提取软件， 执行对应的脚本命令， 最终提取出含寄 生元器件的电路网表。输入数据为关克仿真得到的物理版图数据， 输出数据为 SPICE 格式、 CDL 格式、 或 SPEF 格式的电路网表。
本发明实施例中， 步骤 S103 过电路仿真对现有物理版图设计下的电路进行瞬态 分析 ： 瞬态分析是集成电路电路仿真工具的基本功能之一， 瞬态分析的输入数据包括含寄生元器件的电路网表、 测试激励、 以及运行、 测量和输出控制命令。含寄生元器件的电路网 表由上一步骤中寄生参数提取软件对物理版图数据进行计算所产生 ； 测试激励由设计人 员给出 ； 运行、 测量和输出控制命令可以由设计人员借助编辑工具或图形界面工具设定， 也可由程序对输入的电路网表进行分析而自动生成， 特别是电路网表节点有关的测量和输 出控制命令的产生。瞬态分析可以通过运行商用电路仿真工具， 如 CADENCE 的 SPECTRE 和 ULTRA-SIM、 SYNOPSYS 的 HSPICE 和 HSIM， 实现 ； 也可以通过运行内部电路分析工具实现。瞬 态分析由上述仿真工具的运行控制命令激活， 在瞬态分析进行过程之中， 根据测量控制命 令和输出控制命令对指定节点的电学变量值进行测量运算， 并按要求输出信息供后续步骤 进行计算和分析。
参见图 2， 本发明实施例中， 步骤 S104 对瞬态分析结果进行分析确定每一电路节 点的延时极限、 光刻畸变情形下电路节点的等效电学信息包括
步骤 S10401 电路节点延时极限计算 ；
步骤 S10402 电路节点现有等效寄生电容计算 ；
步骤 S10403 电路节点等效导通电阻计算。
步骤 S10401 电路节点的延时极限计算公式如下 Tdealylimit， n ＝ k/fclk， 其中， Tdealylimit， n 为线网 n 上的信号延时极限 ；
fclk 为线网 n 直接关联的时钟信号频率 ；
k 为常数， 其取值范围一般在 [0.01， 0.10] 之间。
为线网 n 直接关联的时钟信号频率 fclk 的计算 ： 若该线网为时钟信号线网， 则 fclk 为该时钟信号线网上的信号频率， 否则在以该节点为起点， 逻辑距离为 1 的范围内， 寻 找时钟信号， 选取频率最高的时钟信号其频率作为 fclk ； 若未找到时钟信号， 在以该节点 为起点， 距离为 2 的范围内， 寻找时钟信号， 选取频率最高的时钟信号其频率作为 fclk ； 若 未找到时钟信号， 在以该节点为起点， 距离为 3 的范围内， 寻找时钟信号， 选取频率最高的 时钟信号其频率作为 fclk ； 以此类推， 直至找到时钟信号。
电路节点的等效电学信息主要包括该电路节点寄生电容 Cnet， n， extra_limit 和 为该电路节点寄生电容 Cnet， n， extra_limit 充放电的导通电阻 Ron。
参见图 3， 本发明实施例中， 步骤 S10402 电路节点现有等效寄生电容计算包括 ：
步骤 S1030401 连接到该线网 n 的器件本身连接到该线网的寄生电容的计算 ；
步骤 S1030402 其他线网互连线与线网 n 的互连线之间的寄生电容计算 ；
步骤 S1040203 电路节点现有等效寄生电容计算。
线网 n 的现有寄生电容 Cnet.n， exist 为该线网现有寄生电容之和， 包括连接到该 线网 n 的器件本身连接到该线网的寄生电容 Cnet.n， exist， dev、 其他线网互连线与线网 n 的互连线之间的寄生电容 Cnet.n， exist， wire。
步骤 S1040201 连接到该线网 n 的器件本身连接到该线网的寄生电容 Cnet.n， exist， dev 的计算 ： 读入寄生参数提取得到的、 包含寄生元器件的电路网表 ； 遍历线网 n 连 接的器件 ； 从电路仿真输出文件获取这些器件上与该线网相连接的寄生电容 ； 对它们进行 求和， 即可得到 Cnet.n， exist， dev ：
Cnet.n， exist， dev ＝∑ Cnet.n， exist， dev， i
其中，
i ＝ 1， 2， 3，…， Nnet， n， dev_cnum ；
Nnet， n， dev_cnum 为线网 n 上器件引起的寄生电容数量。
步骤 S1040202 其他线网互连线与线网 n 的互连线之间的寄生电容 Cnet.n， exist， wire 的计算 ： 读入寄生参数提取得到的、 包含寄生元器件的电路网表 ； 遍历线网 n 上互连线 引起的寄生电容 ； 对它们进行求和， 即可得到 Cnet.n， exist， wire ：
Cnet.n， exist， wire ＝∑ Cnet.n， exist， wire， i
其中，
i ＝ 1， 2， 3，…， Nnet， n， wire_cnum ；
Nnet， n， wire_cnum 为线网 n 上互连线引起的寄生电容数量。
步骤 S1030203 电路节点现有等效寄生电容计算 Cnet.n， exist 的计算 ： 对 Cnet. n， exist， dev 与 Cnet.n， exist， wire 进行求和， 即可得到 Cnet.n， exist ：
Cnet.n， exist ＝ Cnet.n， exist， dev+Cnet.n， exist， wire
参见图 4， 本发明实施例中， 步骤 S10303 电路节点等效导通电阻计算 ： 为该电路节 点寄生电容 Cnet， n， extra_limit 充放电的导通电阻 Ron 的计算包括 ：
步骤 S1040301 计算电源到线网 n 的对应节点之间的对电源等效电阻 Rp_on ；
步骤 S1040302 计算计算地到线网 n 的对应节点之间的对电源等效电阻 Rn_on ； 步骤 S1040303 为该电路节点寄生电容 Cnet， n， extra_limit 充放电的导通电阻Ron。 步骤 S1040301 计算电源到线网 n 的对应节点之间的对电源等效电阻 Rp_on ： 以线 网 n 的对应节点作为起点， 寻找到电源的直流通路 ； 以到电源的直流通路上的器件及其导 通状态的偏置条件计算各导通器件的等效导通电导 gp_on， i 或导通电阻 rpon， i； 依据这些 导通器件和相关互连线寄生电阻的连接关系建立这些导通电阻和相关互连线寄生电阻的 串并联连接关系 ； 根据这些等效导通电阻 rp_on， i 和相关互连线寄生电阻的串并联连接关 系计算电源到线网 n 的对应节点之间的对电源等效电阻 Rp_on ；
步骤 S1040302 计算计算地到线网 n 的对应节点之间的对电源等效电阻 Rn_on ： 以 线网 n 的对应节点作为起点， 寻找到地的直流通路 ； 以到地的直流通路上的器件及其导通 状态的偏置条件计算各导通器件的等效导通电导 gn_on， i 或导通电阻 rnon， i； 依据这些导 通器件和相关互连线寄生电阻的连接关系建立这些导通电阻和相关互连线寄生电阻的串 并联连接关系 ； 根据这些等效导通电阻 rn_on， i 和相关互连线寄生电阻的串并联连接关系 计算电源到线网 n 的对应节点之间的对地等效电阻 Rn_on ；
步骤 S1040303 为该电路节点寄生电容 Cnet， n， extra_limit 充放电的导通电阻 Ron ： 从对电源等效电阻 Rp_on 和对地等效电阻 Rn_on 中选取阻值较大的作为线网 n 电路节 点寄生电容 Cnet， n， extra_limit 充放电的导通电阻 Ron， 即 Ron ＝ max(Rp_on， Rp_on)。
本发明实施例中， 步骤 S105 根据每一电路节点的延时极限、 关克畸变情形下电路 节点的等效电学信息确定每一电路节点可以承载的冗余哑金属填充给线网引入的极限寄 生电容 ： 线网 n 的延时极限计算公式如下
Tdealylimit， n ＝ Ron*(Cnet.n， exist+Cnet， n， extra_limit)
其中，
Tdealylimit， n 为线网 n 的延时极限 ；
Ron 为线网充放电时的导通电阻 ；
Cnet.n， exist 为线网 n 的现有寄生电容 ；
Cnet， n， extra_limit 为冗余哑金属填充给线网 n 引入的极限寄生电容。
对该计算公式变换得到冗余哑金属填充给线网 n 引入的极限寄生电容计算公式
Cnet， n， extra limit ＝ Tdealylimit， n/Ron-Cnet.n， exist
其中，
线网 n 的延时极限 Tdealylimit， n 由上一步骤计算得到 ；
线网充放电时的导通电阻 Ron_limit 由上一步骤计算得到 ；
线网 n 的现有寄生电容 Cnet.n， exist 为该线网现有寄生电容之和， 包括连接到该 线网 n 的器件本身连接到该线网的寄生电容、 其他线网互连线与线网 n 的互连线之间的寄 生电容。
参见图 5， 在本发明实施例中， 步骤 S106 以可以承载的额外极限寄生电容为上限 作为约束条件、 以光刻仿真为基础估算寄生电容、 优化填充哑金属确保化学机械抛光的平 整性包括 ：
步骤 S10601 产生尝试的冗余哑金属填充 ； 步骤 S10602 光刻仿真 ；
步骤 S10603 寄生参数提取 ；
步骤 S10604 估算电路节点处冗余哑金属填充引起的寄生电容 ；
步骤 S10605 检查当前冗余哑金属填充是否满足约束条件， 若满足条件， 则进行下 一步， 否则执行步骤 S10601 ；
步骤 S10606 计算目标函数， 根据优化算法确定是否选择当前填充和保留为最佳 填充记录， 重复步骤步骤 S10601 至步骤 S10606， 在优化算法中循环条件满足的情况下不断 调整冗余哑金属填充使目标函数值不断降低， 直至满足优化算法中的循环条件不满足时退 出循环， 执行下一步 ；
步骤 S10607 结束填充优化过程。
在填充哑金属过程中， 对每一线网的寄生电容总和不能超过前一步骤所计算出的 额外寄生电容极限值， 在此条件下调整填充图形使得化学机械抛光之后的金属高度标准偏 差， 其数学描述如下
约束条件 ： C net， n ≤ Cnet， n， extra_limit n ＝ 1， 2， ...， Nnets
目标函数 ： f ＝ min{SQRT[ ∑ (Hi-Hmean)2/Nnet_wire]}
i ＝ 1， 2， ...， Nnet_wire
其中
C net， n 为第 n 个线网因其上下、 左右填充金属而引入的寄生电容 ；
Cnet， n， extra_limit 为第 n 个线网因其上下、 左右填充金属而引入的寄生电容的 极限值 ；
Nnets 为线网数 ；
Nnet_wire 为线网金属连线段数。
Hmean 为线网金属连线的平均高度， Hmean ＝∑ Hi i ＝ 1， 2， ...， Nnet_wire。
C net， n 其计算表达式为
C net， n ＝∑ C net， n， i
其中，
i ＝ 1， 2， ...， Nnet， n， fc_num ；
Nnet， n， fc_numw 为对应冗余哑金属填充给线网 n 引起的寄生电容数量 ；
C net， n， i 为冗余哑金属填充给线网 n 引起的第 i 个寄生电阻， 该寄生电容是对 应冗余哑金属填充之后进行光刻仿真再进行寄生参数提取所得到的寄生电容。
对于约束条件下的优化问题求解， 现有的模拟退火算法、 遗传算法、 粒子群算法均 可以控制优化过程的实现， 具体实现可参考这些算法的对应参考资料， 在此不作详细的说 明。
以上所述仅是本发明的较佳实施例， 故凡依本发明专利申请范围所述的构造、 特 征及原理所做的等效变化或修饰， 均包括于本发明专利申请范围内。