半導體制造工藝的冗余填充方法以及半導體裝置的制作方法

專利名稱：半導體制造工藝的冗余填充方法以及半導體裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體制造工藝，特別涉及一種以最佳的冗余填充(dummy insertion)數目保證化學機械研磨(chemical mechanical polishing, CMP)性能的方法。
背景技術：
當芯片尺寸縮小且技術達到次微米時，雙鑲嵌結構(dual damascene)制造 工藝被普遍用于半導體制造。在雙鑲嵌結構制造工藝中，銅一般用來當連結 的導電材料。其它導電材料包括鎢、鈦、氮化鈦。相對應地，氧化硅、摻氟 的硅玻璃、或低介電常數(k)的材料用作層間介電層(inter-level dielectric, ILD)。化學機械研磨技術用在回蝕(etch back)和全域平坦化(planarize)晶圓表 面的導電材料和/或ILD上。化學機械研磨在材料去除制造工藝中同時包括 機械磨光和化學蝕刻。然而，因為金屬和介電質材料的移除率經常不相同，因此對研磨的選擇 性會導致不想要的凹陷(dishing)和侵蝕(erosion)現象。凹陷時常發生在金屬減 退至鄰近介電質的平面以下或超出鄰近介電質的平面以上。侵蝕則是介電質 的局部過薄。凹陷和侵蝕現象易受圖形的結構和圖形的密度影響。因此，冗 余金屬(dummymetal)的特性被用來設計整合至鑲嵌結構，以讓圖案密度更平 均而改善平坦化工藝。其它使用化學機械研磨的制造工藝程序也遇到相同的問題。舉例而言， 淺溝槽隔離(shallow trench isolation, STI)使用化學機械研磨去形成一個全域 平坦化的剖面。過度蝕刻(overetching)通常用來確保氮化硅上氧化硅的蝕刻 完整。至于與區域圖形相關的表面差異，可應用冗余因子(dummy feature), 如主動冗余因子，在STI溝槽里移除此差異。一般而言，冗余填充方法基于局部密度原則，此原則在一晶圓上廣泛加 入冗余因子以達到一平均目標密度。通過此方法，過量的冗余因子可能會被形成，因而增加半導制造工藝的時間和成本。當新的制造工藝技術出現以及 電路設計變得更復雜時，這些問題將會被放大。此外，不必要的冗余因子可 能降低裝置的效能，如增加寄生電容等不良副作用。因此， 一種簡單而符合 經濟效益的方法，可以最佳化冗余因子的數目而不影響化學機械研磨性能的 方法，是大家所渴望出現的。發明內容本發明的目的是提供一種減少電路設計的冗余金屬數量來節省光掩模時間、CPU時間、和信號存儲存儲器的方法和裝置。本發明提供一種冗余填充的方法。此方法提供電路圖形，產生此電路圖 形的密度報告以辨別冗余填充的可行區域，并根據密度報告模擬平坦化工藝并辨別電路圖形上的熱點(hot spot)。填充冗余填充至此可行區域并接著調整 密度報告，再根據調整后的密度報告模擬平坦化工藝直到熱點移除為止。在 一些實施例中，提供此電路圖形的為電腦輔助設計(CAD)格式。而在一些實 施例中，此電路圖形為GDS格式。在一些實施例中，電路圖形包括數個金 屬層。在其它實施例中，電路圖形被分成數個區域，并且利用軟件環境，如設 計原則檢査(design rule check, DRC)工具，決定每個區域的區域密度。模擬 的過程包括執行虛擬化學機械研磨(virtual chemical mechanical polishing, VCMP)模擬器，以產生這些區域的厚度和形貌(topogmphy灘告。辨別熱點的 方法包括判別此熱點與鄰近區域的厚度差異是否大于最小厚度。本發明也公開一最佳冗余填充的方法。該方法提供電路布局，并產生此 電路布局的密度報告以辨別冗余填充的可行區域。模擬第一平坦化工藝(使用 第一密度填充方法填充冗余圖形(dummy pattern)),以及模擬第二平坦化工藝 (使用第二密度填充方法填充冗余圖形)。并且通過比較第一平坦化工藝的第 一厚度報告和第二平坦化工藝的第二厚度報告，辨別熱點和冷點(cold spot), 且決定此電路圖形的最佳冗余填充。在一些實施例中，此電路圖形被分成數 個格子，每個格子有其區域密度。在一些實施例中，產生密度報告的方法還 包括在這些格子上執行設計原則檢査，以辨別該可行區域與其密度的冗余填 充。在其它實施例中，模擬的方法還包括執行虛擬化學機械研磨模擬器。還有其它的實施例的模擬方法，包括設定第一密度填充方法具有最小密 度填充方法。并且，該模擬方法包括設定第二密度填充方法具有目標密度填 充方法。在一些實施例中，辨別可行區域的方法包括判別冷點以移除此區域 的冗余圖形，該冷點為第一平坦化工藝和第二平坦化工藝的厚度差異小于最 小厚度的一個格子。在其它實施例中，辨別可行區域的方法包括判別熱點以 增加冗余填充至此區域，該熱點與鄰近格子的厚度差異大于最小厚度。還有 其它實施例中，辨別可行區域的方法包括判別熱點以增加冗余填充至此區 域，該熱點的第一厚度報告與第二厚度報告的厚度差異大于最小厚度。在其 它實施例中，此方法還包括產生一個伴隨此最佳冗余填充的最終電路布局。本發明也提供一半導體裝置，包括有數個區域的電路布局，其中每個區 域有其區域密度，還有在此電路布局上可用作冗余填充的可行區域。此半導 體裝置也包括形成于此區域的最佳冗余填充，其中該最佳冗余填充通過比較 第一模擬平坦化工藝(使用第一密度填充方法)和第二模擬平坦化工藝(第二 密度填充方法)，以辨別熱點和冷點。在一些實施例中，第一密度填充方法包 括最小密度填充方法。在其它實施例中，第二密度填充方法包括目標密度填 充方法。還有一些實施例，該最佳冗余填充包括從冷點移除冗余圖形，該冷點所 在區域的第一平坦化工藝和第二平坦化工藝的厚度差異小于最小厚度。在其 它實施例中，該最佳冗余填充包括在熱點加入冗余圖形，該熱點所在的區域 與其鄰近區域的厚度差異大于最小厚度。還有其它實施例，該最佳冗余填充 包括在熱點加入冗余圖形，該熱點所在區域的第一厚度報告和第二厚度報告 的厚度差異大于最小厚度。本發明可以減少電路設計的冗余金屬數量而節省光掩模時間、CPU時間、和信號存儲存儲器。這將有利于設計時序收斂(timeclosure)更快更 容易。此外，通過降低冗余金屬數量，寄生電容和電源消耗也跟著降低。 本發明針對金屬剖面/厚度取代區域金屬密度而提供最佳冗余填充方法。 本發明的公開方法使得冗余版圖分布最佳化(通過改進執行時間、存儲器 使用、與總冗余填充數)而未犧牲化學機械研磨性能。


本發明所公開的內容，配合附圖將能被最有效地理解。在此需注意的是， 根據業界的實際操作標準，許多所述特性(如數值、尺寸的大小)將可被放大 或縮小。圖1A-圖ID為半導體晶圓因化學機械研磨制造工藝而造成的凹陷和侵 蝕現象斷面圖。圖2為一智能冗余填充方法的實施例方塊圖。 圖3為另一智能冗余填充方法的實施例方塊圖。 圖4為實現圖3的方法后的簡化金屬層俯視圖。圖5為一圖例，說明一金屬層在沒有冗余填充、應用過量冗余填充、和 應用本發明所公開的冗余填充方法相比的厚度差異。 圖6為應用本發明所公開方法的信號處理系統。 其中，附圖標記說明如下 120、 140、 160、 180 半導體裝置 122、 142、 162、 182 介電質 124、 144、 164、 184 金屬 230、 330 密度與可行區域報告 240、 341、 342 虛擬化學機械研磨模擬器 250、 351、 352 厚度報告 411、 412、 413、 423、 431、 432、 433 熱點 414、 424 冷點 410、 420、 430 金屬層 604 伺服器 600 系統 608、 610、 612 用戶端 606 存儲裝置 602 網絡具體實施方式
為了使本發明更容易被理解，下列敘述都將寫成實施例或舉例的形式， 并配合附圖。然而，這些實施例或舉例并不意圖限制本發明的范圍。任何變 化及進一步修改將描述于實施例中，或可由本領域普通技術人員依本發明所 公開的內容思考得知。此外， 一個或多個相近的元件不代表沒有介于其間的元件存在。再者，參考數字可能于這些實施例中重復出現，但其本身不代表 實施例的特性可套用于另一實施例上，即使他們有相同的參考數字。圖1為四個因化學機械研磨造成的凹陷與侵蝕現象的半導體晶圓斷面圖100。在圖1A中，當金屬124有比介電質122更高的研磨率(polishing rate) 時，半導體裝置120在半導體晶圓中發生凹陷。介電質122可能包括氧化硅、 摻氟的硅玻璃、低介電常數k的材料、或上述材料的組合。金屬124可能包 括銅、鎢、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、或上述金屬的組合。介電質122和金 屬124可能為集成半導體電路的部分互連結構，且可能由雙鑲嵌制造工藝所 制造，該制造工藝包括沉淀、蝕刻、以及化學機械研磨。當平坦化的制造工 藝(如化學機械研磨)中，金屬124的移除率高于介電質122時，相較于平坦 表面的剖面顯著差異即稱為凹陷現象。圖1B中，當介電質142的研磨率高于金屬144時，半導體140發生凹 陷。當介電質142的移除率高于金屬144時，與平坦的表面相較的剖面差異 也稱之為凹陷。圖1C中，當介電質162的研磨率高于金屬164時，半導體160發生侵 蝕現象。當介電質162的移除率高于金屬164時，與平坦的表面相較的剖面 差異便稱為侵蝕現象。圖1D中，當介電質182的研磨率高于金屬184時，半導體160發生侵 蝕現象。當金屬184的移除率高于介電質182時，與平坦的表面相較的剖面 差異也稱為侵蝕現象。半導體裝置120、 140、 160、和180還包括電路和半導體基板。該電路 可能包括金氧半導體場效型晶體管(MOSFET)、雙極晶體管、二極體、存儲 器單元、電阻、電容、電感、高電壓晶體管、感測器、或上述的組合。該半 導體基板可能包括元素半導體(如硅晶、多晶硅、非晶硅、和鍺)，或化合半 導體(如碳硅化合物和砷化鎵)，或是合金半導體(如硅鍺、磷砷化鎵、砷銦化 鎵、砷鎵化鋁、磷銦化鎵)，或是上述的組合。該半導體基板可能為絕緣層上 石圭(semiconductor on insulator, SOI)，具有埋藏氧^f七層(buried oxide， BOX)結 構。在其它實施例中，化合半導體基板可能包括多重硅結構，或者此硅基板 可能包括多層化合半導體結構。凹陷和侵蝕現象可能源自隔離結構的形成，如化學機械研磨的淺溝槽隔離(shallow trench isolation, STI)。舉例淺溝槽隔離而言，是通過在基板上干 蝕刻一個溝槽并注入絕緣體(如氧化硅、低介電常數k的材料、或是上述的組 合)至此溝槽中而形成。氮化硅可以用作蝕刻停止層(etch stop layer)以保護 STI區域間的作用區域。被填滿的溝槽可能具有多層結構，如由化學氣相沉 積(chemical vapor deposition, CVP)形成的熱氧化襯底層(thermal oxide liner layer)加氧化硅。當化學機械研磨用以回蝕和平坦化半導體表面時，氧化硅和 氮化硅的研磨選擇性可能造成凹陷。凹陷和侵蝕現象兩者都與圖形密度有關。在包括SIT形成和互連結構形 成的化學機械研磨的平坦化工藝中，為了移除凹陷和侵蝕，冗余填充可以用 來改進圖形密度和減少平坦剖面的差異。圖2說明智能冗余填充方法200的方塊圖。此方法200開始于步驟210， 其中的電路布局是基于客戶的集成電路設計且沒有冗余填充。此電路布局 (例如設計信號)是以電腦輔助設計格式(如GDS格式)提供。通常此電路布局 包括數個金屬層。每個金屬層包括在電介層上的互連用金屬。為了簡化說明， 方法200使用只有一層金屬層的電路布局。然而，本發明的精神與其范圍是 可以擴展至多重金屬層的，因為化學機械研磨的性能有加乘的效果。也就是 說，位于上層金屬層的化學機械研磨性能仰賴于其下層金屬層的化學機械研 磨性能。電路布局的金屬層被分成數個區域，可以說成單元(cell)、格子(grid)、 或區塊(tile)。區域的數目可以變動，視技術與電路設計的復雜度而定。繼續方法200的步驟220，利用設計規則檢查(design rule check, DRC) 以針對金屬層內每個區域執行密度掃描。設計規則檢査是一個軟件工具，用 以判別電路布局是否符合一組設計規則。為了舉例方便，此例中的一個設計 規則是金屬層中內連線的最小密度規則。每個區域有其區域密度，而區域密 度的算法為在一區域內金屬連線的總面積除以此區域的總面積。最小密度規 則要求每個區域的區域密度要等于或大于一最小密度值。設計原則檢查僅是 一個例子，而用許多程序語言撰寫的其它的軟件程序也可決定和分析一圖形 布局的密度與可行區域(feasible area),可行區域的詳細說明如下。繼續方法200的步驟230，其中設計原則檢查提供包括每個區域密度的 密度回報。在一決定冗余填充數量的常見規則方法之下，冗余填充(dummy fill) 軟件工具在設計原則檢查環境里使用區域密度信息，以執行冗余填充在整塊芯片上。如果在一給定區域的區域密度不符合一最小密度，此冗余填充軟件 工具就會填充冗余圖形至此區域的自由區。CPU的執行時間和存儲器使用量 (為了輸出具冗余填充的文件)是依賴于電路設計的復雜度。新制造工藝科技 的出現和電路設計變得愈來愈復雜，執行時間與存儲器使用量便變得不符經 濟效益且不實際。為了改善此制造工藝，可在冗余填充之前辨別可行區域的 密度。舉例而言，設計原則檢查是又快又容易取得此信息的工具。可行區域 與其密度報告表示在一給定區域內有多少空區可以用作冗余填充。此可行區 域可動態更新，如虛擬冗余圖形填充后再接續修正密度報告，如下所述。繼續方法200的步驟240，其中執行一虛擬化學機械研磨(virtual chemical mechanical polishing, VCMP)模擬器。虛擬化學機械研磨模擬器是 一個模擬化學機械研磨過程的軟件工具。每個區域和其區域密度為虛擬化學 機械研磨的輸入。此外，尚有其它輸入參數提供給虛擬化學機械研磨模擬器， 如金屬材質、介電材料、研磨墊(polishing pad)硬度、墊的類型、研磨漿 (polishing slurry)公式、研磨壓力、轉速、研磨率、和研磨選擇性。繼續方法200的步驟250，其中虛擬化學機械研磨模擬器根據給定的輸 入信號產生金屬層的厚度和形貌報告。在模擬化學機械研磨制造工藝后，厚 度和形貌報告提供此金屬層一全域的厚度剖面圖。此報告包括金屬層中每個 區域的平均厚度。繼續方法200的步驟260，厚度及形貌報告被制造工藝以判別金屬層內 的熱點。熱點為金屬層內容易被化學機械研磨的問題(如凹陷和侵蝕)影響的 區域。例如辨別熱點的一個技術是去評價相鄰金屬層的厚度差異。每個區域 有由虛擬化學機械研磨模擬器判別的一平均厚度。在一給定區域中，此區域 與其周圍區域的厚度差異是被用來計算的。在此實施例中，厚度差異是此區 域平均厚度與其鄰近區域平均厚度的差異的絕對值。假如此厚度差異大于一 最小厚度，則此區域會被標示成熱點。金屬層內所有區域皆以同樣的方式判 別是否為熱點。繼續方法200的步驟270，判別金屬層內的熱點是否被移除。如果有熱 點的話，方法200繼續步驟280，調整密度報告以產生虛擬冗余填充(virtual dummy insertion)。此虛擬冗余填充是個程序，建議一個新的冗余圖形去填充 此可行區域。此可行區域可由設計原則檢查環境或其它上述的合適軟件環境來判別。然而，虛擬冗余填充是用設計原則檢查環境以外所處理的。此建議的方式是基于下列公式Di-Do+(l-Do) XDf XDp，其中Di是給定區域的填充密度，Do是原始密度，Df是可行密度，以及Dp是建議的虛擬冗余填充 的有效圖形密度。可行密度表示一個區域內還有多少空區可以用作冗余填 充。此執行密度在新的虛擬冗余圖形加入可行區域后被更新。被加入冗余圖形的區域將有較高的區域密度。因此，密度報告被調整以 響應虛擬冗余圖形的加入。方法200用此調整的密度報告，重復步驟240到 260以模擬化學機械研磨制造工藝。此目的在于移除所有熱點，并達到金屬 層上大致平均的全域厚度剖面。于是方法200將重復此虛擬冗余填充制造工 藝(步驟280)和模擬化學機械研磨制造工藝(步驟240到步驟260)直到金屬層 上大多數或全部的熱點都被移除為止。通過在設計原則檢查冗余填充環境外 執行虛擬冗余填充，且沒有在芯片上全面性填充冗余圖形，CPU執行時間和 存儲器大小可大幅度改進。此外，此方法也可廣泛使其它冗余填充的應用受 惠，因為填充的數目被減少且最佳化了。如果沒有熱點的話，方法200繼續執行步驟290，經由前面步驟決定的 最后建議冗余圖形被整合至此電路布局內。在步驟295，有最后建議冗余圖 形的電路布局是電腦輔助設計的格式(如可用于制造的GDS格式)。此外，用 于信號結構的設計格式也可包括設計交換格式(design exchange format, DEF) 或庫交換格式(library exchange format, LEF)。方法200是以單層金屬層的電 路布局作為描述的。然而方法200可通過施行此方法于每層金屬層，而延伸 至多重金屬層的電路布局。因為化學機械研磨的性能是累積的，每個金屬層 的厚度剖面會影響到下一個金屬層的厚度剖面。于是，假如所有金屬層有均 勻的厚度剖面，則整個電路布局的厚度剖面也會變得均勻，因此由化學機械 研磨制造工藝產生的問題(如凹陷或侵蝕)便可被移除或減少。圖3說明另一智能冗余填充的方法300，根據本發明的另一實施例。方 法300開始于步驟310，其中電路布局是基于客戶的集成電路設計且沒有冗 余填充。此電路布局是電腦輔助設計格式(如GDS格式)。通常此電路布局包 括數個金屬層。每個金屬層包括在電介層上的互連用金屬。為了簡化說明， 方法300使用只有一層金屬層的電路布局。然而，本發明的精神與其范圍是 可以擴展至多重金屬層的，因為化學機械研磨的性能有加乘的效果。這也就是說，位于上層的金屬層的化學機械研磨性能仰賴于其下層金屬層的化學機 械研磨性能。電路布局的金屬層被分成數個區域或單元。區域的數目可以變 動，視技術與電路設計的復雜度而定。繼續方法300的步驟320，金屬層內每個區域的密度掃描使用的是設計原則檢査。設計原則檢査是一個軟件工具，判別電路布局是否符合一組設計 規則。為了舉例方便，此例中的一個設計規則是金屬層內互連的最小密度規 則。每個區域有其區域密度，而區域密度的算法為在一區域內金屬連線的總 面積除以此區域的總面積。最小密度規則要求每個區域的區域密度要等于或 大于一最小密度值。繼續方法300的步驟330，其中設計原則檢査提供包括每個區域密度的 密度報告并判別可執行冗余填充的可行區域，如先前所述。繼續方法300的331和332的模擬，其中有虛擬化學機械研磨模擬器執 行。虛擬化學機械研磨模擬器是一個模擬化學機械研磨過程的軟件工具。每 個區域和其區域密度為虛擬化學機械研磨的輸入。此外，尚有其它輸入參數 提供給虛擬化學機械研磨模擬器，如金屬材質、電介材質、研磨墊硬度、墊 的類型、研磨漿公式、研磨壓力、轉速、研磨率、和研磨選擇性。第一虛擬化學機械研磨模擬路線331在可行區域內，實現虛擬冗余填充 的第一密度填充方法。為了舉例，第一密度填充方法為一最小密度填充方法 (X。/。)341(例如15%的最小密度填充方法)。此15%最小密度填充方法341要 求加入虛擬冗余圖形至可行區域以達到15%的密度。因此，第一密度報告響 應虛擬冗余填充的加入而被調整。此百分率可依化學機械研磨的制造經驗而 改變。第二虛擬化學機械研磨模擬路線332在可行區域內，實現虛擬冗余填充 的第二密度填充方法。為了舉例，第二密度填充方法為一目標密度填充方法 (Y。/。)342(例如50%的目標密度填充法)。50%目標密度填充方法342要求加入 冗余圖形至可行區域以達到50%密度。因此，第二密度報告響應虛擬冗余填 充的加入而被調整。此百分率可依化學機械研磨的制造經驗而改變。方法300繼續執行步驟351和352，其中虛擬化學機械研磨模擬器從第 一密度填充方法產生第一厚度和形貌報告，以及從第二密度填充方法產生第 二厚度和形貌報告。第一厚度和形貌報告提供在模擬SMP后的金屬層全域厚度剖面，此SMP模擬實現15%最小密度填充方法341。第二厚度和形貌報 告提供在模擬SMP后的金屬層全域厚度剖面，此SMP模擬實行50%目標密 度填充方法342。每個報告包括金屬層上每個區域的平均厚度。方法300繼續執行步驟360，通過第一厚度報告和第二厚度報告判別熱 點和冷點。熱點為金屬層內容易受化學機械研磨制造工藝問題(如凹陷或侵蝕) 影響的區域。舉例而言， 一個判別熱點的技術為評價金屬層內相鄰區域的厚 度差異。每個區域有由虛擬化學機械研磨模擬器判別的平均厚度。對一給定 的區域而言，此區域與其周圍區域的厚度差異是被計算的。此厚度差異為此 區域與其周圍區域平均厚度的差異的絕對值。假如厚度差異大于一最小厚 度，則區域被標示為熱點。此最小厚度可依CPM的制造經驗或其它合適的 人而改變。相對地，另一個判別熱點的技術為評價同區域內第一厚度報告與第二厚 度報告的厚度差異。對一給定的區域，此厚度差異為此區域內第一厚度報告 的平均厚度，與此區域內第二厚度報告的平均厚度的差異的絕對值。如果此 厚度差異大于一最小厚度，則此區域被標示成熱點。金屬層內所有區域均利 用第一厚度報告和第二厚度報告，以相同的方法去判別金屬層內的所有熱 點。此最小厚度可依制造商或其它合適的人而制定。冷點為金屬層內不易受化學機械研磨的問題影響的區域，是良好的冗余 因子移除候選名單。冷點為金屬層內，第一厚度報告與第二厚度報告的厚度 差異小于一最小厚度的一區域。如先前于步驟351和352討論的，第一厚度 報告由實行15%最小密度填充方法的虛擬化學機械研磨模擬器所產生，第二 厚度報告由實行50%目標密度填充方法的虛擬化學機械研磨模擬器所產生。 因此，虛擬冗余圖形填充可行區域，且目標為15%填充量比目標為50%要來 得少。通過辨別可行區域內的冷點，只要熱點不會因移除而產生的話，滿足 15%最小密度填充方法或50%目標密度填充方法的冗余圖形可以被移除。或 者，冷點可由相同的厚度報告來辨別。最小密度填充方法和目標密度填充方 法可以被制造者或其它合適人所改變或依據客戶規格定制解決方案。方法300繼續執行步驟370，冗余圖形在冷點被移除且在熱點被加入。 冗余圖形可由與步驟200(步驟240到260與步驟280)相同的程序在熱點被加 入。于是，方法300提供填充最佳冗余圖形的冗余填充程序，而此冗余圖形可保留化學機械研磨性能，且此冗余填充程序在設計原則檢查填充環境或其 它合適的軟件環境之外被執行。繼續方法300的步驟380，有最佳冗余填充的新電路布局為電腦輔助設 計格式，如GDS格式。或者，此設計格式可包括設計交換格式(DEF)或庫交 換格式(LEF)信號結構。此新的電路布局可準備用于制造。圖4為金屬層410的第一厚度報告(A)，金屬層420的第二厚度報告(B)， 以及產生自圖3方法300的金屬層430(C)的俯視圖。金屬層A 410包括數個 區域41K 412、 413、 414。每個區域有一判別自虛擬化學機械研磨的平均厚 度。金屬層(B)420包括區域423和424。每個區域有一判別自虛擬化學機械 研磨的平均厚度。如先前所述，熱點是與鄰近厚度差異大于一最小厚度的區域。舉例而言， 金屬層(A)的區域411和412有大于一最小厚度的厚度差異，于是這些區域將 會被考慮用虛擬冗余填充，如金屬層(C)的區域431和432，其為判別金屬層 (A)熱點的結果。熱點也可是相同區域內，第一厚度報告和第二厚度報告的厚 度差異大于一最小厚度的地方。舉例而言，金屬層(A)的區域413和金屬層(B) 的區域423有大于一最小厚度的厚度差異，于是此區域會考慮用虛擬冗余填 充，如金屬層(C)的區域"3所示，此結果為通過比較金屬層(A)和(B)而辨別 的熱點。冷點通過相同區域內，第一厚度報告與第二厚度報告的厚度差異小于一 最小厚度而得以辨別。舉例而言，金屬層(A)的區域414和金屬層(B)的區域 424有小于一最小厚度的厚度差異，于是此區域不會被考慮虛擬冗余填充， 如同金屬層(C)沒有此區域一樣。因此，較少的區域會被考慮作冗余填充而降 低冗余填充的數量。圖5A和圖5B說明沒有冗余填充、有過量冗余填充、以及實現本發明所 公開的冗余填充方法的金屬層厚度差異。如先前所述，金屬層被分為數個區 域(如同格子、單元、或區塊)。同一電路設計里有三層金屬層， 一層未使用 冗余填充， 一層使用過量冗余填充，以及一層使用本發明所公開的冗余填充 方法。在圖5B中，每個區域(虛線柵格內的U)的厚度差異計算，為與其周圍 區域(虛線柵格外的tB)差異的絕對值。對所有三層金屬層處理完后的結果顯 示于圖500。水平軸表示厚度差異(單位為埃，A)，而垂直軸表示區域/柵格量。圖500顯示本發明公開的方法比未加入冗余填充有效降低厚度差異，圖500也顯示本發明公開的方法與過量冗余填充的厚度差異很相近。因此，本發明的公開方法最佳化了冗余圖形分布(通過改進執行時間、存儲器使用、與 總冗余填充數)而未犧牲化學機械研磨性能。圖6說明有本發明公開方法的信號處理系統600。處理系統600包括網 絡602，其為一媒介，連接許多設備和電腦于此信號處理系統600。網絡602 也可能包括有線、無線、或光纖纜線連接。伺服器604連接至與存儲設備606 連接在一起的網絡602。此外，用戶端608、 610、和612連接至網絡602。 這些用戶端608、 610、和612可能為個人電腦或網絡電腦。伺服器604提供 信號(如開機文件、作業系統圖像、和應用程序)至用戶端608-612。此網絡信 號處理系統600可能包括額外的伺服器、用戶端、和其它未顯示的設備。此外，網絡602可能包括Internet和/或網絡集和使用TCP/IP協定的網關。 在另一例子中，網絡602可能包括數個不同型式的網絡，如區域網絡(LAN) 或廣域網絡(WAN)。 一個或數個本發明公開方法的步驟可能執行于相同電腦 和/或相同程序。圖6僅是例子，不表示限制本發明于這樣的結構下。雖然本發明所公開的如上所述，但本領域普通技術人員仍可作許多變 動、替換、或取代而不偏離本發明所公開的精神與范圍。例如，即使冗余金 屬填充的方法已在這些實施例被說明，其它種冗余因子，如二氧化硅可能用 在本發明的公開方法中。上述公開所列出的步驟可以作不同的組合或平行執 行。同樣地，不同實施例所述的特性也可跨實施例而組合在一起。因此，所 有如此修改的意圖均包含于本發明的公開精神與范圍內。許多不同的優點存在于這些實施例中。當新制造工藝技術出現和電路設 計變得更復雜時，平均因在芯片上加入不必要的冗余圖形上所產生的寄生效 應將變成重要的課題。本發明公開提供一方法以減少電路設計的冗余金屬數 量而節省光掩模時間、CPU時間、和信號存儲存儲器。這將有利于設計時序 收斂(time closure)更快更容易。此外，通過降低冗余金屬數量，寄生電容和 電源消耗也跟著降低。此方法針對金屬剖面/厚度取代區域金屬密度而提供最 佳冗余填充方法。在執行多邊形選取和操作之前，此方法可在經由在模擬環 境中的虛擬冗余填充方法而實現，并且可管理執行時間和信號存儲。
權利要求
1. 一種半導體制造工藝的冗余填充方法，包括提供電路圖形；產生該電路圖形中、辨別為使用冗余填充的可行區域的密度報告；根據該密度報告模擬平坦化工藝并且辨別該電路圖形上的熱點；填充虛擬冗余圖形至該可行區域并且依此調整該密度報告；以及于填充該虛擬冗余圖形后，根據調整的該密度報告模擬該平坦化工藝直到移除該熱點。
2. 如權利要求1所述的半導體制造工藝的冗余填充方法，其中，提供該 電路圖形的步驟包括以電腦輔助設計格式提供該電路圖形。
3. 如權利要求2所述的半導體制造工藝的冗余填充方法，其中，該提供 方法包括以GDS格式提供該電路圖形。
4. 如權利要求1所述的半導體制造工藝的冗余填充方法，其中，該提供 方法包括提供包括數個金屬層的電路圖形。
5. 如權利要求1所述的半導體制造工藝的冗余填充方法，其中，該產生 方法包括把該電路圖形分成數個區域，并且在軟件環境中判別每個區域的區 域密度。
6. 如權利要求5所述的半導體制造工藝的冗余填充方法，其中，該軟件 環境包括設計規則檢査工具。
7. 如權利要求5所述的半導體制造工藝的冗余填充方法，其中，該模擬 方法包括執行虛擬化學機械研磨模擬器去產生該等區域的厚度和形貌報告。
8. 如權利要求7所述的半導體制造工藝的冗余填充方法，其中，該辨別 方法包括辨別該熱點與其鄰近區域有大于最小厚度的厚度差異。
9. 一種半導體制造工藝的冗余填充方法，包括 提供電路布局；產生該電路布局的密度報告以辨別可以使用冗余填充的區域； 模擬使用填充冗余填充于該區域的第一密度填充方法的第一平坦化工藝，和第二密度填充方法的第二平坦化工藝；以及決定該電路布局的最佳冗余填充，通過比較該第一平坦化工藝的第一厚度報告和該第二平坦化工藝的第二厚度報告，以辨別熱點和冷點。
10. 如權利要求9所述的半導體制造工藝的冗余填充方法，其中，該產 生方法包括把該電路布局分成數個格子，其中每個格子具有區域密度。
11. 如權利要求10所述的半導體制造工藝的冗余填充方法，其中，該產 生方法包括在所述數個格子執行設計規則檢査以辨別該區域和該區域可以 執行冗余填充的密度。
12. 如權利要求9所述的半導體制造工藝的冗余填充方法，其中，該模 擬方法包括執行虛擬化學機械研磨模擬器。
13. 如權利要求9所述的半導體制造工藝的冗余填充方法，其中，該模 擬方法包括設定該第一密度填充方法，該第一密度填充方法包括最小密度填 充方法。
14. 如權利要求13所述的半導體制造工藝的冗余填充方法，其中，該模 擬方法包括設定該第二密度填充方法，該第二密度填充方法包括目標密度填 充方法。
15. 如權利要求9所述的半導體制造工藝的冗余填充方法，其中，該決 定方法包括辨別該冷點以移除該區域內的冗余填充，其中該冷點的該第一厚 度報告和該第二厚度報告具有小于最小厚度的厚度差異。
16. 如權利要求15所述的半導體制造工藝的冗余填充方法，其中，該決 定方法包括辨別該熱點以在該區域內加入冗余圖形，其中該熱點與其鄰近格 子具有大于最小厚度的厚度差異。
17. 如權利要求15所述的半導體制造工藝的冗余填充方法，其中，該決 定方法包括辨別該熱點以在該區域內加入冗余圖形，其中該熱點的該第一厚 度報告與該第二厚度報告具有大于最小厚度的厚度差異。
18. 如權利要求9所述的半導體制造工藝的冗余填充方法，還包括產生 有該最佳冗余填充的最終電路布局。
19. 一種半導體裝置，包括有數個區域的電路布局，其中每個區域具有區域密度； 在該電路布局內可以執行冗余填充的區域；以及在該區域內的最佳冗余填充，其中該最佳冗余填充用以辨別熱點和冷 點，通過比較使用第一密度填充方法的第一模擬平坦化工藝和使用第二密度 填充方法的第二模擬平坦化工藝。
20. 如權利要求19所述的半導體裝置，其中，該第一密度填充方法包括最小密度填充方法。
21. 如權利要求20所述的半導體裝置，其中，該第二密度填充方法包括 目標密度填充方法。
22. 如權利要求21所述的半導體裝置，其中，該最佳冗余填充包括在該 冷點移除冗余圖形，其中該冷點在該第一模擬平坦化工藝和該第二模擬平坦 化工藝的厚度差異小于最小厚度。
23. 如權利要求22所述的半導體裝置，其中，該最佳冗余填充包括在該 熱點加入冗余圖形，其中該熱點與鄰近區域的厚度差異大于最小厚度。
24. 如權利要求22所述的半導體裝置，其中，該最佳冗余填充包括在該 熱點加入冗余圖形，其中該熱點的該第一模擬平坦化工藝和該第二模擬平坦 化工藝的厚度差異大于最小厚度。
全文摘要
一種半導體制造工藝的冗余填充方法，提供電路圖形，產生該電路圖形的密度報告以辨別冗余填充(dummy insertion)的可行區域(feasible area)。該方法也包括利用該密度報告模擬平坦化(planarization)制造工藝和辨別該電路圖形上的熱點(hot spot)，并填充虛擬冗余圖形在該可行區域里，再調整該密度報告。此方法利用該調整的密度報告模擬該平坦化制造工藝直到該熱點被移除為止。本發明可以減少電路設計的冗余金屬數量而節省光掩模時間、CPU時間、和信號存儲存儲器。這將有利于設計時序收斂(time closure)更快更容易。
文檔編號H01L23/528GK101231667SQ200710103909
公開日2008年7月30日 申請日期2007年5月15日 優先權日2007年1月22日
發明者侯永清, 張廣興, 鄭儀侃 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司