[논문 리뷰] Chip-level CMP Modeling and Smart Dummy for HDP and Conformal CVD Films

George Yong Liu, Ray F. Zhang외 2명|ArXiv.org|2000. 11. 09.

3D IC and TSV technologies인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 HDP 및 콘포멀 CVD 필름에 대해 레이아웃 데이터와 공정 파ameters를 사용하여 다이 전체에 걸쳐 후 CMP 필름 두께 균일성을 예측하는 칩 수준의 CMP 모델링 프레임워크를 제시한다. 패턴 밀도 균일성과 평탄도를 최대화하는 스마트 빈티어 채우기 알고리즘을 도입하였으며, 실험 결과는 모델 예측과 강한 일치를 보였다.

ABSTRACT

Chip-level CMP modeling is investigated to obtain the post-CMP film profile thickness across a die from its design layout file and a few film deposition and CMP parameters. The work covers both HDP and conformal CVD film. The experimental CMP results agree well with the modeled results. Different algorithms for filling of dummy structure are compared. A smart algorithm for dummy filling is presented, which achieves maximal pattern-density uniformity and CMP planarity.

연구 동기 및 목표

• 집적회로 제조에서 화학기계적 평탄화(CMP) 후 균일한 필름 두께를 달성하는 데 도전 과제를 해결하기 위해.
• 레이아웃 설계 파일과 최소한의 공정 파ameters만을 사용하여 전체 칩에 걸친 후 CMP 필름 프로파일을 모델링하기 위해.
• 패턴 밀도 균일성과 CMP 평탄도를 향상시키기 위해 지능형 빈티어 구조 채우기 기법을 개발하고 평가하기 위해.
• 실제 HDP 및 콘포멀 CVD 필름의 CMP 실험 결과를 통해 모델링 방법의 정확성을 검증하기 위해.

제안 방법

• 레이아웃 기하학 및 공정 파am터를 후 CMP 필름 두께 프로파일로 매핑하는 칩 수준의 CMP 모델을 개발하기 위해.
• empirical 데이터와 공정 물리학을 조합하여 HDP(고밀도 플라즈마) 및 콘포멀 CVD(화학기상증착) 필름 모두에 대해 모델를 校정하기 위해.
• 다양한 빈티어 채우기 알고리즘(포괄적인 '스마트' 알고리즘 포함)을 구현하고 비교하기 위해.
• 스마트 빈티어 채우기 알고리즘을 사용하여 다이 내부의 국소 밀도를 균형 잡음으로써 국소 두께 변동을 최소화하기 위해.
• 실제 웨이퍼에서의 실험적 CMP 결과와 모델 예측을 비교하여 정확성과 신뢰성을 확보하기 위해.
• 빠르고 정확한 예측을 가능하게 하기 위해 모델의 입력으로 소량의 핵심 공정 파ameters(예: 슬러리 조성, 패드 압력, 속도)를 사용하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 레이아웃 데이터와 기본 공정 파am터만을 사용하여 칩 수준의 CMP 모델이 후 CMP 필름 두께를 얼마나 정확하게 예측할 수 있는가?
• RQ2 다양한 빈티어 채우기 전략은 패턴 밀도 균일성과 CMP 평탄도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 스마트 빈티어 채우기 알고리즘이 기존 방법보다 최대한의 필름 두께 균일성을 달성하는 데 뛰어난 성능을 보일 수 있는가?
• RQ4 모델 예측은 HDP 및 콘포멀 CVD 필름에 대해 실제 실험적 CMP 결과와 얼마나 잘 일치하는가?
• RQ5 레이아웃 복잡도와 국소 밀도 변동은 후 CMP 필름 프로파일 균일성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 칩 수준의 CMP 모델은 실험 측정 결과와 강한 일치를 보이며 후 CMP 필름 두께 프로파일을 성공적으로 예측하였다.
• 스마트 빈티어 채우기 알고리즘은 기존의 빈티어 채우기 기법보다 높은 패턴 밀도 균일성을 달성하였다.
• 실험 결과는 모델의 예측이 HDP 및 콘포멀 CVD 필름 공정 모두에 대해 정확하다는 것을 확인하였다.
• 스마트 알고리즘은 국소 두께 변동을 효과적으로 줄여 다이 전체의 평탄도 향상에 기여하였다.
• 모델는 몇 가지 핵심 공정 파am터만 필요로 하여 설계-공정 통합(DFM) 프로세스에 쉽게 통합될 수 있었다.
• 이 방법은 설계 단계에서 CMP 관련 수율 문제를 조기에 탐지할 수 있게 하여 공정의 강건성을 향상시켰다.