[发明专利]一种考虑抛光液影响的特征尺寸级化学机械抛光工艺仿真方法

摘要

本发明属半导体可制造性设计领域，具体涉及一种考虑研磨液影响的特征尺寸级化学机械抛光工艺仿真方法，该方法采用微小粒子表征化学机械抛光中的工艺材料，用NS流体力学方程表述粒子间相互作用，通过光滑化粒子流体动力学方法进行计算获得抛光仿真结果。本发明不依赖经验模型，只需根据工艺材料参数即可完成仿真，具有普适性强的优点。同时，仿真过程模拟抛光垫、抛光液、抛光颗粒与硅片之间实际物理过程，精度高。本发明可以对各类工艺条件进行有效仿真，为化学机械抛光工艺流程优化提供有效参考。

主权项

1.一种考虑抛光液影响的特征尺寸级化学机械抛光工艺仿真方法，其特征是，所述的方法是一个随仿真时间步进的过程，其包括：输入参数：仿真空间大小Ω(x,y)、硅片形貌S_硅片(x,y)、硅片密度ρ_硅片、抛光垫形貌S_抛光垫(x,y)、抛光垫密度ρ_抛光垫、研磨液空间Ω_研磨液(x,y)、研磨液密度ρ_研磨液、研磨液粘度η_研磨液、研磨粒位置r_研磨粒(x,y)、研磨粒密度ρ_研磨粒、研磨粒半径R_研磨粒，系统压力P、硅片‑抛光垫相对速度V、SPH粒子间距Δx、总仿真时间T；输出结果：特征尺寸级CMP工艺仿真的动态数据，包括：研磨液压力分布p_研磨液(x,y)、剪切力分布τ_研磨液(x,y)、研磨粒运动轨迹，以及CMP抛光的宏观预测数据MRR；步骤1：采用流体力学NS方程组精确表述抛光垫、硅片、研磨液、研磨粒之间相互作用；其中，采用恒温可压Navier‑Stokes方程组精确表述抛光垫、硅片、研磨液、研磨粒之间相互作用关系为：其中ρ、v、p、τ、f分别为粒子密度、粒子速度、粒子压力、粒子剪切力、粒子外力，t为时间；步骤2：利用SPH方法，采用微观粒子对NS方程组进行离散并进行数值求解，得到所有粒子的微观参数，包括：运动轨迹、速度、密度；步骤3：依据SPH方法得到的微观数值仿真结果，通过统计方法得到MRR，实现对实际工艺过程的预测，其步骤包括：步骤3.1：将每一时刻粒子i的物理量，包括：位移r_i、密度ρ_i、速度v_i、压力p_i、剪切力τ_i作为仿真结果输出，并获得相应时刻的研磨液粒子压力分布p_研磨液(x,y)、剪切力分布τ_研磨液(x,y)；步骤3.2：根据研磨液粒子的剪切力分布τ_研磨液(x,y)可以获得有研磨粒时硅片表面任意一点k的剪切力其中k代表硅片表面一点的下标，j代表k点附近空间中的其他粒子，m_j、ρ_j、τ_j分别为粒子j的质量、密度和剪切力，W_kj为SPH方法的核函数；硅片表面所受最大剪切力为τ_w＝max(τ_k)r_k∈S_硅片(x,y)            (4)当τ_w大于无研磨颗粒时硅片表面最大剪切力τ_th时，即为有效剪切τ_active；r_k为硅片表面k点的位置；统计τ_active出现的时间t_active占总仿真时间t_total的比例，获得剪切频率由于MRR与研磨粒的剪切频率F_τ呈现正比关系，即：MRR∝F_τ                 (5)即可预测MRR的比例值。