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集成电路功能成品率的估计模型研究

专 业: 微电子学与固体电子学
关键词: 集成电路 局部缺陷 成品率 成品率模型 数学形态学 图像分割
分类号: TN40
形 态: 共 121 页 约 79,255 个字 约 3.791 M内容
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内容摘要


集成电路IC制造中的局部缺陷在集成电路成品率估计中一直起着重要作用,由于局部缺陷所决定的成品率影响占整个IC成品率影响的80%以上,尤其当今的纳米工艺设计对局部缺陷的敏感度在持续增加,局部缺陷的研究成为集成电路成品率研究中的关键技术,也是IC可制造性Manufacturability研究的核心问题之一。

本文对集成电路制造中由局部缺陷形状特征引起的功能成品率损失问题进行了系统深入地研究,主要贡献和创新成果如下:

分析了圆缺陷成品率模型的估计误差与缺陷矩形度之间的关系,从理论上提出更具有一般性的两种功能成品率模型,它们分别对应于矩形度相同的缺陷和矩形度不同的缺陷。

上述模型改进了圆缺陷成品率模型的误差,表明在成品率模型的研究中除了考虑缺陷空间分布及粒径分布外,缺陷的形状分布同样具有极为重要的作用。

为了获得真实缺陷的形状特征,本文设计了真实缺陷的测试芯片,在0.5um工艺线上采集到真实缺陷图像样本。

根据真实缺陷图像的特点,提出一种分割缺陷图像的新方法。

该方法首先定义LS空间及其特征值CL,S;其次根据特征值CL,S的分布特点,设计LS空间上的分段线性判别函数及聚类准则;最后由聚类准则完成缺陷图像的分割。

实验结果表明,该分割方法不仅可分割背景一致的缺陷图像,而且对背景不一致的图像也可获得满意的分割效果。

该分割结果是真实缺陷轮廓描述的基础。

本文首次将数学形态学理论成功地应用于集成电路成品率估计模型的研究上。

这些应用研究包括:

首先,设计并实现了集成电路缺陷图像的数学形态学滤波算法和边界提取算法。

该算法的实现滤除了缺陷外部的背景噪音和缺陷内部的小洞噪音,从复杂背景中分离和抽取出真实缺陷;基于该结果本文提取了缺陷的尺寸特征面积、周长、形心、宽度和高度及缺陷的形状特征矩形度和圆形度。

其次,以缺陷为结构元素,提出了基于数学形态学理论的关键面积计算方法,该方法可对缺陷引起的开路和短路关键面积进行精确地计算。

由于该方法是从图像处理的角度计算关键面积,因此对缺陷的形状和版图的布线形状没有限制,从而改变了目前关键面积计算模型中假定缺陷轮廓为圆形形状、导体为长方形或长方形组合形状的现状。

在IC版图设计的金属层往往存在很长的互相垂直布线,因此对该层缺陷引起短路或开路故障的分析可转化为缺陷在布线单元垂直或水平范围的度量。

本文提出了真实缺陷的矩形模型,即真实缺陷的最小外接矩形,设计了提取矩形模型参数的算法。

在此基础上系统性地提出导体多余物矩形缺陷、导体丢失物矩形缺陷和针孔矩形缺陷对规则垂直形状布线和水平形状布线的关键面积模型,提出了矩形缺陷的成品率新模型并用实验对其进行了验证,结果表明由矩形缺陷估计的成品率与由真实缺陷轮廓估计的成品率最为接近。

本文提出的矩形缺陷的关键面积计算模型和成品率估计模型打破了长期以来集成电路所有工序使用圆缺陷轮廓的成品率模型框架,建立了集成电路不同工序层使用不同缺陷模型的新理念,从而使集成电路成品率估计更加精细和精确。

由提取的缺陷形状可知,真实缺陷按形状特征分为近于圆、接近于椭圆和无规律三种类型,且50%以上的真实缺陷形状与椭圆类似。

圆成品率模型可很好地估计圆型缺陷造成的成品率损失。

椭圆缺陷和形状无规律缺陷造成的成品率损失,当版图布线为无限长的水平或垂直形状时,可用矩形缺陷的成品率模型很好地估计;当版图布线为其它形状时,无论是圆形缺陷的成品率模型还是矩形缺陷的成品率模型都不能精确的估计其形成的成品率损失。

为此本文提出了椭圆缺陷引起水平布线导体短路和开路的关键面积计算模型、椭圆缺陷引起垂直布线导体短路和开路的关键面积计算模型及与之相关的基于椭圆缺陷的功能成品率估计模型。

上述模型填补了椭圆缺陷引起的成品率估计的空白,使集成电路成品率估计模型在精确性方面又进了一步..……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 绪论
1.1集成电路成品率研究的意义
1.2集成电路制造成品率的研究
1.3 IC功能成品率模型的研究现状
第二章 缺陷类型与真实缺陷采集
2.1缺陷类型
2.1.1冗余物缺陷Extra Material Defects
2.1.2丢失物缺陷Missing Material Defects
2.1.3氧化物针孔缺陷Oxide Pinhole Defects
2.1.4结泄漏缺陷Junction Leakage Defects
2.2缺陷模型的处理假设
2.3真实缺陷的测试
2.3.1传统的缺陷统计数据测试结构
2.3.2缺陷统计数据的双桥测试结构
2.3.3缺陷的嵌套测试结构
2.3.4真实缺陷轮廓的测试结构
2.4本章小结
第三章 真实缺陷轮廓特征参数的提取
3.1 IC图像的分割
3.1.1彩色颜色空间
3.1.2颜色特征的选择
3.1.3基于LS空间分布的IC缺陷图像分割
3.2 IC缺陷的边界提取和链码形成
3.2.1数学形态学的基本理论
3.2.2缺陷外部噪音的滤除方法
3.2.3缺陷内部噪音的滤除方法与缺陷的边界提取
3.3真实缺陷轮廓的表征及特征提取
3.3.1缺陷轮廓的链码表示
3.3.2缺陷的尺寸测量
3.3.3缺陷的形状特征提取
3.4本章小结
第四章 考虑缺陷形状分布的成品率模型
4.1圆缺陷轮廓的功能成品率模型
4.1.1泊松分布的功能成品率模型
4.1.2负二项式分布的成品率模型
4.2圆缺陷粒径分布及关键面积基础模型研究
4.2.1圆缺陷轮廓的粒径分布
4.2.2圆缺陷轮廓模型
4.2.3圆缺陷轮廓的关键面积模型研究
4.3基于圆模型的功能成品率仿真误差
4.3.1 Monte Carlo的关键面积仿真方法
4.3.2圆缺陷与真实缺陷引起的电路故障率比较
4.3.3圆缺陷轮廓引起的功能成品率误差
4.3.4考虑缺陷形状分布的成品率模型
4.4本章小结
第五章 矩形缺陷轮廓的成品率模型研究
5.1缺陷的矩形模型
5.1.1矩形缺陷模型
5.1.2矩形缺陷模型与圆缺陷模型引起的故障概率比较
5.2矩形缺陷对规则布线的关键面积计算
5.2.1矩形缺陷的短路关键面积计算模型
5.2.2矩形缺陷的开路关键面积计算模型
5.2.3针孔缺陷对非规则布线导体的关键面积估计
5.3矩形缺陷对非规则布线的关键面积计算
5.3.1矩形多余物缺陷引起非规则布线导体短路的关键面积计算
5.3.2矩形缺陷引起非规则布线导体开路的关键面积计算
5.3.3针孔缺陷对非规则布线导体的关键面积估计
5.3.4实验结果
5.4矩形缺陷的成品率模型
5.4.1矩形缺陷的成品率新模型
5.4.2模型验证
5.5本章小结
第六章 基于椭圆缺陷轮廓的成品率估计
6.1短路关键面积计算模型
6.1.1标准椭圆缺陷引起水平布线导体短路的关键面积计算
6.1.2一般椭圆缺陷引起水平布线导体短路的关键面积计算
6.1.3实验结果
6.2开路关键面积计算模型
6.2.1标准椭圆缺陷引起水平布线导体开路的关键面积计算
6.2.2一般椭圆缺陷引起水平布线导体开路的关键面积计算
6.2.3实验结果
6.3椭圆缺陷轮廓的成品率模型
6.4本章小结
第七章 结束语
参考文献

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中图分类: > TN40 > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路(ic) > 一般性问题

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