硅通孔的失配模型方法技术

本发明专利技术公开了一种硅通孔的失配模型方法，包括步骤：在多片硅衬底上分别形成由两个相隔一定间距的硅通孔组成的测试结构；通过在线监控数据得到硅通孔的直径和间距的正态分布函数并推导出硅通孔的直径失配模型和间距失配模型以及得到硅通孔的电阻值实际分布和电感值实际分布；建立电阻率失配模型，并由硅通孔的直径失配模型、硅通孔的间距失配模型和电阻率失配模型组合形成硅通孔失配模型；对硅通孔失配模型进行蒙特卡洛仿真并得到硅通孔的电阻和电感值仿真分布；通过对硅通孔的电阻值仿真分布和电阻值实际分布、电感值仿真分布和电感值实际分布的比较实现对硅通孔失配模型的系数拟合。本发明专利技术能模拟工艺波动引起的硅通孔直径、间距和电阻率的随机误差，能提高模型精度。

【技术实现步骤摘要】
硅通孔的失配模型方法
本专利技术涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，特别是涉及一种硅通孔（TSV）的失配模型方法。
技术介绍
硅通孔工艺是一种新兴的集成电路制作工艺，将制作在硅片上表面的电路通过硅通孔中填充的金属连接至硅片背面，结合三维封装工艺，使得IC布局从传统二维并排排列发展到更先进三维堆叠，这样元件封装更为紧凑，通过缩短芯片引线距离，可以极大的提高电路的频率特性和功率特性。硅通孔工艺应用广泛，适合用作多方面器件性能提升。在实际工艺中，由于工艺波动，会引起硅通孔直径、孔间距和钨插塞电阻率的随机误差，这些差异会影响到TSV的串联电阻和电感，但是提供给设计者的TSV模型，当给定硅通孔直径之后模型通过仿真得到的只是一个固定结果，无法反映出工艺波动造成的失配现象。在制造过程中，当通孔直径固定以后得到的TSV电感值和电阻值都会存在一个随机的波动范围。在现有TSV模型中，均没有考虑工艺波动引起的硅通孔直径、孔间距和钨插塞电阻率的随机误差，忽略了工艺波动对模型精度的影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种硅通孔的失配模型方法，能模拟工艺波动引起的硅通孔直径、间距和电阻率的随机误差，能提高模型精度。为解决上述技术问题，本专利技术提供的硅通孔的失配模型方法包括如下步骤：步骤一、在多片硅衬底上分别形成由两个相隔一定间距的硅通孔组成的测试结构，所有所述硅通孔的直径的设计值都相同，各相邻的所述硅通孔之间的间距的设计值都相同，各所述测试结构中的一个所述硅通孔作为测试的信号输入端、另一个作为测试的信号输出端。步骤二、通过在线监控数据得到各所述硅衬底上的各所述硅通孔的直径的测试值以及各所述硅通孔之间的间距的测试值，从而得到所有所述硅通孔的直径和间距的+/-3标准差（sigma）的统计监控值，并由所述统计监控值得到所述硅通孔的直径的正态分布函数以及各相邻所述硅通孔之间的间距的正态分布函数，以及由所述统计监控值计算出所述硅通孔的直径的正态分布函数相对于标准正态分布函数的第一修正系数以及计算出各相邻所述硅通孔之间的间距的正态分布函数相对于标准正态分布函数的第二修正系数，所述第二修正系数为所述第一修正系数的两倍。根据所述第一修正系数和所述第二修正系数建立硅通孔的直径失配模型和间距失配模型，所述硅通孔的直径失配模型为：D1’=D1+ΔD1，ΔD1=dm×agauss(0，1，1)；其中，D1为修正前的所述硅通孔的直径并等于所述硅通孔的直径的设计值；D1’为经过修正后的所述硅通孔的直径；ΔD1为所述硅通孔的直径修正项；dm为所述第一修正系数。所述硅通孔的间距失配模型为：S1’=S1+2dm×agauss(0，1，1)；其中，S1为修正前的相邻所述硅通孔之间的间距并等于相邻所述硅通孔之间的间距的设计值；S1’为经过修正后的所述硅通孔的间距；2dm×agauss(0,1,1)为所述硅通孔的间距修正项；2dm为所述第二修正系数。通过所述在线监控数据得到所述硅通孔的电阻值实际分布和电感值实际分布。步骤三、建立电阻率失配模型，所述电阻率失配模型公式为：ρ′＝ρ+Δρ其中ρ′，为所述硅通孔的第一电阻率，该第一电阻率包括由所述硅通孔的直径和间距而产生的失配部分；ρ为所述硅通孔的第二电阻率，所述第二电阻率为一固定值，由所述硅通孔的填充材料决定；Δρ为由所述硅通孔的直径和间距而产生的失配电阻率；D为所述硅通孔的直径，S为相邻所述硅通孔之间的间距，ρ1为所述失配电阻率随所述硅通孔的直径变化的第三修正系数，ρ2为所述失配电阻率随所述硅通孔的间距变化的第四修正系数，dx为位于所述硅通孔的直径指数部分的第五修正系数，sx为位于所述硅通孔的间距指数部分的第六修正系数；agauss(0，1，1)为标准正态分布函数。由所述硅通孔的直径失配模型、所述硅通孔的间距失配模型和所述电阻率失配模型组合形成硅通孔失配模型。步骤四、选择固定的第一频率对所述硅通孔失配模型进行蒙特卡洛仿真，分别得到所述第一频率下的所述硅通孔的电阻值仿真分布和电感值仿真分布。步骤五、通过对所述硅通孔的所述电阻值仿真分布和所述电阻值实际分布、所述电感值仿真分布和所述电感值实际分布的的比较实现对所述第一修正系数、所述第三修正系数、所述第四修正系数、所述第五修正系数和所述第六修正系数的拟合，使系数拟合后的所述硅通孔失配模型得到的所述电阻值仿真分布和所述电阻值实际分布相符、所述电感值仿真分布和所述电感值实际分布相符。进一步的改进是，通过将所述硅通孔的直径失配模型中的D1’代入到所述电阻率失配模型中的D、将所述硅通孔的间距失配模型中的S1’代入到所述电阻率失配模型中的S得到所述硅通孔失配模型。进一步的改进是，所述硅通孔的直径的正态分布函数模型、相邻所述硅通孔之间的间距的正态分布函数模型和所述硅通孔失配模型都采用SPICE语言编写；agauss(0，1，1)为SPIEC内建的标准正态分布函数。本专利技术能够得到硅通孔的直径的正态分布函数模型、相邻硅通孔之间的间距的正态分布函数模型和硅通孔失配模型，硅通孔的直径的正态分布函数模型、相邻硅通孔之间的间距的正态分布函数模型分别模拟了工艺波动对硅通孔的直径和间距产生的影响，从而能够实现硅通孔的直径和间距的准确模拟；硅通孔失配模型中反映了硅通孔的直径的正态分布函数模型和相邻硅通孔之间的间距的正态分布函数模型所得到硅通孔的直径和间距波动，从而能模拟工艺波动引起的硅通孔直径、间距和电阻率的随机误差，能够准确模拟由工艺波动而产生的失配和提高模型精度。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：图1是本专利技术实施例方法流程图；图2是本专利技术实施例中的硅通孔的结构示意图。具体实施方式如图1所示，是本专利技术实施例方法流程图；如图2所示，是本专利技术实施例中的硅通孔3的结构示意图。本专利技术实施例硅通孔3的失配模型方法包括如下步骤：步骤一、在多片硅衬底1上分别形成由两个相隔一定间距的硅通孔3组成的测试结构，所有所述硅通孔3的直径的设计值都相同，各相邻的所述硅通孔3之间的间距的设计值都相同，各所述测试结构中的一个所述硅通孔3作为测试的信号输入端、另一个作为测试的信号输出端。为了对所述第一硅通孔3的直径和间距进行说明，请参照图2所示，是本专利技术实施例中的硅通孔3的结构示意图，在硅衬底1上形成有器件结构（未示出），层间膜2覆盖形成有器件结构的硅衬底1表面，硅通孔3穿过硅衬底1实现正面金属4和背面金属5的连接，在正面金属4的上形成有保护介质层如氮化硅层。硅通孔3中填充有金属钨。硅通孔3是通过光刻工艺定义后再对硅衬底1进行刻蚀后形成，所以由于工艺波动，硅通孔3的直径实际值和设计值是有差别的。硅通孔3之间的间距为两个相邻的硅通孔3之间的硅的宽度，硅通孔3的间距也会随工艺波动。步骤二、通过在线监控数据得到各所述硅衬底1上的各所述硅通孔3的直径的测试值以及各所述硅通孔3之间的间距的测试值，从而得到所有所述硅通孔3的直径和间距的+/-3标准差的统计监控值，并由所述统计监控值得到所述硅通孔3的直径的正态分布函数以及各相邻所述硅通孔3之间的间距的正态分布函数，以及由所述统计监控值计算出所述硅通孔3的直径的正态分布函数相对于标准正态分布函数的第一修正系数以及计算出各相邻所述硅通孔3之间的间距的正态分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅通孔的失配模型方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、在多片硅衬底上分别形成由两个相隔一定间距的硅通孔组成的测试结构，所有所述硅通孔的直径的设计值都相同，各相邻的所述硅通孔之间的间距的设计值都相同，各所述测试结构中的一个所述硅通孔作为测试的信号输入端、另一个作为测试的信号输出端；步骤二、通过在线监控数据得到各所述硅衬底上的各所述硅通孔的直径的测试值以及各所述硅通孔之间的间距的测试值，从而得到所有所述硅通孔的直径和间距的+/‑3标准差的统计监控值，并由所述统计监控值得到所述硅通孔的直径的正态分布函数以及各相邻所述硅通孔之间的间距的正态分布函数，以及由所述统计监控值计算出所述硅通孔的直径的正态分布函数相对于标准正态分布函数的第一修正系数以及计算出各相邻所述硅通孔之间的间距的正态分布函数相对于标准正态分布函数的第二修正系数，所述第二修正系数为所述第一修正系数的两倍；根据所述第一修正系数和所述第二修正系数建立硅通孔的直径失配模型和间距失配模型，所述硅通孔的直径失配模型为：D1’=D1+ΔD1，ΔD1=dm×agauss(0，1，1)；其中，D1为修正前的所述硅通孔的直径并等于所述硅通孔的直径的设计值；D1’为经过修正后的所述硅通孔的直径；ΔD1为所述硅通孔的直径修正项；dm为所述第一修正系数；所述硅通孔的间距失配模型为：S1’=S1+2dm×agauss(0，1，1)；其中，S1为修正前的相邻所述硅通孔之间的间距并等于相邻所述硅通孔之间的间距的设计值；S1’为经过修正后的所述硅通孔的间距；2dm×agauss(0,1,1)为所述硅通孔的间距修正项；2dm为所述第二修正系数；通过所述在线监控数据得到所述硅通孔的电阻值实际分布和电感值实际分布；步骤三、建立电阻率失配模型，所述电阻率失配模型公式为：ρ′＝ρ+ΔρΔρ=ρ1×(1D)dx×agauss(0,1,1)+ρ2×(1S)sx×agauss(0,1,1)]]>其中，ρ′为所述硅通孔的第一电阻率，该第一电阻率包括由所述硅通孔的直径和间距而产生的失配部分；ρ为所述硅通孔的第二电阻率，所述第二电阻率为一固定值，由所述硅通孔的填充材料决定；Δρ为由所述硅通孔的直径和间距而产生的失配电阻率；D为所述硅通孔的直径，S为相邻所述硅通孔之间的间距，ρ1为所述失配电阻率随所述硅通孔的直径变化的第三修正系数，ρ2为所述失配电阻率随所述硅通孔的间距变化的第四修正系数，dx为位于所述硅通孔的直径指数部分的第五修正系数，sx为位于所述硅通孔的间距指数部分的第六修正系数；agauss(0，1，1)为标准正态分布函数；由所述硅通孔的直径失配模型、所述硅通孔的间距失配模型和所述电阻率失配模型组合形成硅通孔失配模型；步骤四、选择固定的第一频率对所述硅通孔失配模型进行蒙特卡洛仿真，分别得到所述第一频率下的所述硅通孔的电阻值仿真分布和电感值仿真分布；步骤五、通过对所述硅通孔的所述电阻值仿真分布和所述电阻值实际分布、所述电感值仿真分布和所述电感值实际分布的的比较实现对所述第一修正系数、所述第三修正系数、所述第四修正系数、所述第五修正系数和所述第六修正系数的拟合，使系数拟合后的所述硅通孔失配模型得到的所述电阻值仿真分布和所述电阻值实际分布相符、所述电感值仿真分布和所述电感值实际分布相符。...

【技术特征摘要】
1.一种硅通孔的失配模型方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、在多片硅衬底上分别形成由两个相隔一定间距的硅通孔组成的测试结构，所有所述硅通孔的直径的设计值都相同，各相邻的所述硅通孔之间的间距的设计值都相同，各所述测试结构中的一个所述硅通孔作为测试的信号输入端、另一个作为测试的信号输出端；步骤二、通过在线监控数据得到各所述硅衬底上的各所述硅通孔的直径的测试值以及各所述硅通孔之间的间距的测试值，从而得到所有所述硅通孔的直径和间距的+/-3标准差的统计监控值，并由所述统计监控值得到所述硅通孔的直径的正态分布函数以及各相邻所述硅通孔之间的间距的正态分布函数，以及由所述统计监控值计算出所述硅通孔的直径的正态分布函数相对于标准正态分布函数的第一修正系数以及计算出各相邻所述硅通孔之间的间距的正态分布函数相对于标准正态分布函数的第二修正系数，所述第二修正系数为所述第一修正系数的两倍；根据所述第一修正系数和所述第二修正系数建立硅通孔的直径失配模型和间距失配模型，所述硅通孔的直径失配模型为：D1’＝D1+ΔD1，ΔD1＝dm×agauss(0，1，1)；其中，D1为修正前的所述硅通孔的直径并等于所述硅通孔的直径的设计值；D1’为经过修正后的所述硅通孔的直径；ΔD1为所述硅通孔的直径修正项；dm为所述第一修正系数；所述硅通孔的间距失配模型为：S1’＝S1+2dm×agauss(0，1，1)；其中，S1为修正前的相邻所述硅通孔之间的间距并等于相邻所述硅通孔之间的间距的设计值；S1’为经过修正后的所述硅通孔的间距；2dm×agauss(0,1,1)为所述硅通孔的间距修正项；2dm为所述第二修正系数；通过所述在线监控数据得到所述硅通孔的电阻值实际分布和电感值实际分布；步骤三、建立电阻率失配模型，所述电阻率失配模型公式为：ρ′＝ρ+Δρ其中，ρ′为所述硅通孔的第一电阻率，该第一电阻率包括由所述硅通孔的直径和间距而产生...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄景丰，张健，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31