[发明专利]基于查找表算法的菱形冗余填充寄生电容提取方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及超大规模集成电路寄生工艺参数提取领域，特别是涉及一种菱形冗余填充寄生电容提取方法，可用于集成电路设计过程中的寄生参数提取和性能优化。

技术背景

在超大规模集成电路制造流程中，化学机械抛光CMP技术已经成为层间电介质平坦化的主要技术，随着制造技术的发展，CMP也被广泛应用于浅槽隔离工艺和大马士革工艺。今天所采用的先进的光刻工艺对局部以及全局的平坦度提出了非常高的要求，尽管CMP技术具有相对良好的平坦性，但是由于下层版图图形密度不均匀，仍然会导致抛光后电介质的厚度变化不均匀，并且这一问题随着电路性能要求的日益提高、晶圆尺寸和管芯尺寸的日益增大而变得越来越尖锐。

为了使化学机械抛光的效果能够达到光刻工艺的要求，要求在化学机械抛光的过程中版图的区域密度为恒定的值，通常采用在版图图形中插入冗余的金属填充图形的方法以达到使密度均匀化的目的。冗余金属填充平坦化技术是采用额外的金属图形来使版图密度区域趋于平均化的工艺技术，该技术通过向版图上的空白区域填入冗余金属以补偿版图本身疏密不均的状况，被填入的冗余金属可以接地也可以悬空。然而冗余金属填充的广泛应用在提高平坦度的同时在时序方面带来了新的问题。冗余金属填充会使互连线的电容增大，Sinha在“Impact of modern process technologies on the electricalparameters of  interconnects Proceedings of the 20th  InternationalConference on VLSI Design”一文中指出：冗余金属填充可使关键线网的总电容最多增加到2.6倍。互连电容的增加将会在延迟、串扰、功耗等方面产生重要的影响，对于这种情况Hung在专利“Diamond metal-filledpatterns achieving low parasitic coupling capacitance”中提出了菱形冗余金属填充模式，能够在满足密度均一化要求的同时减少引入的额外电容。

一般情况下，冗余金属填充是在流片阶段进行的工艺流程，所以应当在芯片设计阶段就对冗余金属填入引起的电容增量作充分的考虑，否则会增加时序计算中的不确定性。并且应当在设计中针对这一效应为各项参数预先留下合适的余量，否则可能会导致芯片功能退化或者彻底失效。

当前的电容提取工具对互连电容进行计算时采用的电容模型以及计算过程均较为复杂，在计算处理大量互连图形数据时耗费的计算时间较长。这会延长电路设计时间不利于设计周期的缩短，增加设计成本。

为了方便快速的计算寄生冗余电容增量，提出了若干种粗略提取寄生电容的简化模型。Kurokawa在文章“Efficient capacitance extractionmethod for interconnects with dummy fills”中给出一种忽略冗余填充宽度的电容计算模型。在该模型中计算冗余电容时近似的将冗余填充区域简化成整块金属处理，因为电容器两极板间的等效距离等于实际距离减去悬空金属厚度，所以两条互连线之间的有效介质宽度等于实际间距减去冗余填充宽度，如图1所示。

Kim Y在“Simple and accurate models for capacitance increment dueto metal fill insertion Proceedings of Asia and South Pacific DesignAutomation Conference”一文中提出了另一种更加精确地简化模型，这种简化模型在计算耦合长度时，将填充区域和未被填充区域的介质宽度分别计算，填充区域的介质宽度等于互连间距减去冗余金属的宽度；未被填充部分的互连间距等于互连宽度。在最终计算结果中，将总电容看做这两部分电容的并联来处理，如图2所示。

这两种模型的局限性在于只适用于处理较为简单的填充图形，而不适用与计算复杂冗余金属填充图形的寄生电容，如菱形冗余金属填充图形。第一种模型简化程度较高，与实际计算结果偏差较大，第二种模型没有考虑电容的边缘效应，也会产生较大的误差。虽然这些模型通过对实际互连模型的简化减小计算复杂度，提高计算效率。但它们只适合在精度要求不高的情况下对较为简单的冗余金属图形进行计算。随着集成电路制造技术的发展，在深亚微米工艺条件下，各种深亚微米效应使得上述几种电容计算方法与实际电容增量的偏差不断增大。这些模型的不精确性给电路设计带来新的困难。

发明内容