集成電路功能成品率的估計模型研究.pdf

1、集成電路(IC)制造中的局部缺陷在集成電路成品率估計中一直起著重要作用，由于局部缺陷所決定的成品率影響占整個IC成品率影響的80％以上，尤其當(dāng)今的納米工藝設(shè)計對局部缺陷的敏感度在持續(xù)增加，局部缺陷的研究成為集成電路成品率研究中的關(guān)鍵技術(shù)，也是IC可制造性(Manufacturability)研究的核心問題之一。 本文對集成電路制造中由局部缺陷形狀特征引起的功能成品率損失問題進行了系統(tǒng)深入地研究，主要貢獻和創(chuàng)新成果如下：分析了圓缺

2、陷成品率模型的估計誤差與缺陷矩形度之間的關(guān)系，從理論上提出更具有一般性的兩種功能成品率模型，它們分別對應(yīng)于矩形度相同的缺陷和矩形度不同的缺陷。上述模型改進了圓缺陷成品率模型的誤差，表明在成品率模型的研究中除了考慮缺陷空間分布及粒徑分布外，缺陷的形狀分布同樣具有極為重要的作用。 為了獲得真實缺陷的形狀特征，本文設(shè)計了真實缺陷的測試芯片，在0.5um工藝線上采集到真實缺陷圖像樣本。根據(jù)真實缺陷圖像的特點，提出一種分割缺陷圖像的新方法

3、。該方法首先定義LS空間及其特征值C(L，S)；其次根據(jù)特征值C(L，S)的分布特點，設(shè)計LS空間上的分段線性判別函數(shù)及聚類準(zhǔn)則；最后由聚類準(zhǔn)則完成缺陷圖像的分割。實驗結(jié)果表明，該分割方法不僅可分割背景一致的缺陷圖像，而且對背景不一致的圖像也可獲得滿意的分割效果。該分割結(jié)果是真實缺陷輪廓描述的基礎(chǔ)。 本文首次將數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)理論成功地應(yīng)用于集成電路成品率估計模型的研究上。這些應(yīng)用研究包括：首先，設(shè)計并實現(xiàn)了集成電路缺陷圖像的數(shù)學(xué)形態(tài)

4、學(xué)濾波算法和邊界提取算法。該算法的實現(xiàn)濾除了缺陷外部的背景噪音和缺陷內(nèi)部的小洞噪音，從復(fù)雜背景中分離和抽取出真實缺陷；基于該結(jié)果本文提取了缺陷的尺寸特征(面積、周長、形心、寬度和高度)及缺陷的形狀特征(矩形度和圓形度)。其次，以缺陷為結(jié)構(gòu)元素，提出了基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)理論的關(guān)鍵面積計算方法，該方法可對缺陷引起的開路和短路關(guān)鍵面積進行精確地計算。由于該方法是從圖像處理的角度計算關(guān)鍵面積，因此對缺陷的形狀和版圖的布線形狀沒有限制，從而改變了目前

5、關(guān)鍵面積計算模型中假定缺陷輪廓為圓形形狀、導(dǎo)體為長方形或長方形組合形狀的現(xiàn)狀。 在IC版圖設(shè)計的金屬層往往存在很長的互相垂直布線，因此對該層缺陷引起短路或開路故障的分析可轉(zhuǎn)化為缺陷在布線單元垂直或水平范圍的度量。本文提出了真實缺陷的矩形模型，即真實缺陷的最小外接矩形，設(shè)計了提取矩形模型參數(shù)的算法。在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)性地提出導(dǎo)體多余物矩形缺陷、導(dǎo)體丟失物矩形缺陷和針孔矩形缺陷對規(guī)則垂直形狀布線和水平形狀布線的關(guān)鍵面積模型，提出了矩形缺

6、陷的成品率新模型并用實驗對其進行了驗證，結(jié)果表明由矩形缺陷估計的成品率與由真實缺陷輪廓估計的成品率最為接近。本文提出的矩形缺陷的關(guān)鍵面積計算模型和成品率估計模型打破了長期以來集成電路所有工序使用圓缺陷輪廓的成品率模型框架，建立了集成電路不同工序?qū)邮褂貌煌毕菽Ｐ偷男吕砟睿瑥亩辜呻娐烦善仿使烙嫺泳?xì)和精確。 由提取的缺陷形狀可知，真實缺陷按形狀特征分為近于圓、接近于橢圓和無規(guī)律三種類型，且50％以上的真實缺陷形狀與橢圓類似。

7、圓成品率模型可很好地估計圓型缺陷造成的成品率損失。橢圓缺陷和形狀無規(guī)律缺陷造成的成品率損失，當(dāng)版圖布線為無限長的水平或垂直形狀時，可用矩形缺陷的成品率模型很好地估計；當(dāng)版圖布線為其它形狀時，無論是圓形缺陷的成品率模型還是矩形缺陷的成品率模型都不能精確的估計其形成的成品率損失。為此本文提出了橢圓缺陷引起水平布線導(dǎo)體短路和開路的關(guān)鍵面積計算模型、橢圓缺陷引起垂直布線導(dǎo)體短路和開路的關(guān)鍵面積計算模型及與之相關(guān)的基于橢圓缺陷的功能成品率估計模型