CN114781193B - 一种刻蚀工艺仿真方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及刻蚀工艺仿真技术领域，具体而言，涉及一种刻蚀工艺仿真方法及系统，一定程度上可以解决采用元胞自动机法对半导体刻蚀工艺进行仿真占用内存空间较大的问题。方法包括：将半导体模型从物理坐标系转换至元胞坐标系；建立并压缩半导体模型的初始表面元胞数组，得到初始压缩表面元胞数组；建立演化表面元胞数组；根据元胞的棱边信息，对演化表面元胞数组进行刻蚀，得到演化刻蚀表面元胞数组；沿着元胞坐标系中的至少一个坐标轴方向，压缩演化刻蚀表面元胞数组，得到演化压缩表面元胞数组；根据初始压缩表面元胞数组和演化压缩表面元胞数组，计算终止表面元胞数组；将终止表面元胞数组从元胞坐标系转换至物理坐标系，得到半导体刻蚀表面模型。

Description

一种刻蚀工艺仿真方法及系统

技术领域

本申请涉及半导体加工中的刻蚀工艺仿真技术领域，具体而言，涉及一种刻蚀工艺仿真方法及系统。

背景技术

刻蚀是集成电路制作中重要的组成步骤。刻蚀过程的模拟是指导和制作高质量集成电路的关键步骤。随着半导体器件的尺寸不断缩小，单片集成电路芯片的面积越来越大，使得集成电路的集成度越来越高，从而对半导体加工中的刻蚀技术要求也越来越高。

目前，刻蚀工艺一般通过元胞自动机方法进行模拟。元胞自动机方法通过将刻蚀模型均匀划分为一组网格，将每个网格称为一个元胞。在刻蚀工艺中，当一个元胞被刻蚀后，新的元胞露出，继续刻蚀过程，直至完对成刻蚀范围内所有元胞的刻蚀。

然而，采用元胞自动机方法模拟刻蚀工艺所需要的内存空间较大。当刻蚀模型精度进一步提高时，需要降低元胞网格的边长，导致需要存储的元胞数量飞速增长，对内存空间的需求进一步提升。

发明内容

为了解决现有的元胞自动机方法模拟刻蚀工艺占用内存空间较大的问题，本申请提供了一种刻蚀工艺仿真方法及系统。

第一方面，本申请的实施例是这样实现的：

本申请实施例提供一种刻蚀工艺仿真方法，包括：

将半导体模型从物理坐标系转换至元胞坐标系；

在元胞坐标系中，建立并压缩半导体模型的初始表面元胞数组，得到初始压缩表面元胞数组；

根据初始压缩表面元胞数组，建立演化表面元胞数组；

根据元胞的棱边信息，对演化表面元胞数组进行刻蚀，得到演化刻蚀表面元胞数组；

沿着元胞坐标系中的至少一个坐标轴方向，对演化刻蚀表面元胞数组进行压缩，得到演化压缩表面元胞数组；

根据初始压缩表面元胞数组和演化压缩表面元胞数组，计算终止表面元胞数组；

将终止表面元胞数组从元胞坐标系转换至物理坐标系，得到半导体刻蚀表面模型。

在第一方面的一种可实现方式中，沿着元胞坐标系中的至少一个坐标轴方向，对演化刻蚀表面元胞数组进行压缩，得到演化压缩表面元胞数组，包括：

选择至少一个坐标轴上一端的元胞作为基准元胞；

将基准元胞的元胞结构信息和至少一个剩余元胞的元胞结构信息进行比较，判断至少一个剩余元胞是否满足压缩条件，其中，基准元胞和至少一个剩余元胞所在的坐标轴相同，基准元胞所代表的空间和至少一个剩余元胞所代表的空间相邻接；

若当前剩余元胞满足压缩条件，则基准元胞的压缩信息中压缩元胞数量加1；

若当前剩余元胞不满足压缩条件，则将基准元胞存储到演化压缩表面元胞数组中，并将当前剩余元胞作为新基准元胞，继续比较判断当前剩余元胞的相邻剩余元胞是否满足压缩条件，直至该坐标轴上的所有剩余元胞完成比较压缩过程，得到演化压缩表面元胞数组。

上述技术方案中，通过将演化刻蚀表面元胞数组内部的部分三维编号连续且状态信息一致的元胞进行分步压缩，最终只需要记录一个元胞即可，可实现演化刻蚀表面元胞数组的减少，降低占用的内存空间。

在第一方面的一种可实现方式中，将基准元胞的元胞结构信息和至少一个剩余元胞的元胞结构信息进行比较，判断至少一个剩余元胞是否满足压缩条件，包括：

若基准元胞的状态信息和至少一个剩余元胞的状态信息相同，则比较基准元胞的棱边信息和至少一个剩余元胞的棱边信息；

若基准元胞的棱边信息和至少一个剩余元胞的棱边信息相等，则判断基准元胞的三维编号和至少一个剩余元胞的三维编号是否满足压缩关系；

若基准元胞的三维编号与基准元胞的压缩信息中压缩元胞数量之和与至少一个剩余元胞的三维编号的差值为1，则至少一个剩余元胞满足压缩关系；

若基准元胞的三维编号与基准元胞的压缩信息中压缩元胞数量之和与至少一个剩余元胞的三维编号的差值不为1，则至少一个剩余元胞不满足压缩关系。

在第一方面的一种可实现方式中，根据初始压缩表面元胞数组和演化压缩表面元胞数组，计算终止表面元胞数组，包括：

获取初始压缩表面元胞数组；

获取演化压缩表面元胞数组；

对初始压缩表面元胞数组和演化压缩表面元胞数组进行布尔运算，得到终止表面元胞数组。

在第一方面的一种可实现方式中，将终止表面元胞数组从元胞坐标系转换至物理坐标系，得到半导体刻蚀表面模型，包括：

根据终止表面元胞数组中每个元胞的三维编号和预设边长，计算元胞空间的中心坐标；

根据中心坐标和该元胞的棱边信息以及相邻元胞的元胞结构信息，计算该元胞空间各个顶点坐标；

将每个元胞空间的各个顶点坐标进行排列后，输出物理坐标系中的半导体刻蚀表面模型。

在第一方面的一种可实现方式中，根据元胞的棱边信息，对演化表面元胞数组进行刻蚀，得到演化刻蚀表面元胞数组，包括：

确定演化表面元胞数组中所有元胞的刻蚀方向；

根据元胞在刻蚀方向上的刻蚀棱边信息，判断元胞棱边是否完全被腐蚀，并将未刻蚀元胞补充进演化表面元胞数组中，其中，刻蚀棱边信息包括元胞每个棱边的刻蚀长度，未刻蚀元胞是完全腐蚀元胞邻域中的所有元胞；

判断演化表面元胞数组是否满足刻蚀终止条件，其中，刻蚀终止条件包括至少一种预设刻蚀参数；

若演化表面元胞数组满足刻蚀终止条件，则获得演化刻蚀表面元胞数组。

在第一方面的一种可实现方式中，根据元胞在刻蚀方向上的刻蚀棱边信息，判断元胞在刻蚀方向上的棱边是否完全被腐蚀，并将未刻蚀元胞补充进演化表面元胞数组中，包括：

根据元胞的刻蚀棱边信息，判断刻蚀后的元胞棱边是否能构成一个三维物体；

将不能构成三维物体的元胞判定为完全腐蚀元胞；

记录完全腐蚀元胞邻域中的未刻蚀元胞，并从演化表面元胞数组中移除完全腐蚀元胞；

遍历演化表面元胞数组中的元胞后，将所有未刻蚀元胞补充进演化表面元胞数组中。

上述技术方案中，通过将元胞的元胞结构信息通过采用1组三维编号和12条棱边信息反映，在刻蚀操作中结合棱边信息，例如元胞被刻蚀导致对应的棱边被腐蚀，即棱边长度减小，被刻蚀元胞的棱边信息改变，相较于现有的元胞自动机方法，可以更精确描述元胞刻蚀之后的形态结构。

在第一方面的一种可实现方式中，将半导体模型从物理坐标系转换至元胞坐标系，包括以下步骤：

获取元胞坐标系中的半导体模型；

在元胞坐标系中，计算半导体模型的各个坐标点距离基准点的相对坐标；

根据相对坐标和预设边长的元胞网格划分半导体模型；

根据每个元胞在半导体模型中的区域信息，确定每个元胞的元胞结构信息，其中，区域信息包括元胞的三维编号和元胞对应的半导体材料信息，元胞结构信息包括元胞的状态信息、棱边信息和压缩信息。

在第一方面的一种可实现方式中，根据初始压缩表面元胞数组，建立演化表面元胞数组，包括：

根据至少一种预设刻蚀参数，确定半导体模型中的待刻蚀半导体材料和刻蚀范围；

根据待刻蚀半导体材料的初始压缩表面元胞数组和刻蚀范围，建立演化表面元胞数组。

第二方面，本申请的实施例是这样实现的：本申请提供一种刻蚀工艺仿真系统，包括相互通信连接的坐标系转换模块、初始压缩模块、演化表面元胞获取模块、刻蚀模块、演化压缩模块、终止表面获取模块以及刻蚀表面模型获取模块；

其中，坐标系转换模块，用于将半导体模型从物理坐标系转换至元胞坐标系；

初始压缩表模块，用于在元胞坐标系中，建立并压缩半导体模型的初始表面元胞数组，得到初始压缩表面元胞数组；

演化表面元胞获取模块，用于根据初始压缩表面元胞数组，建立演化表面元胞数组；

刻蚀模块，用于根据元胞的棱边信息，对演化表面元胞数组进行刻蚀，得到演化刻蚀表面元胞数组；

演化压缩模块，用于沿着元胞坐标系中的至少一个坐标轴方向，对演化刻蚀表面元胞数组进行压缩，得到演化压缩表面元胞数组；

终止表面获取模块，根据初始压缩表面元胞数组和演化压缩表面元胞数组，计算终止表面元胞数组；

刻蚀表面模型获取模块，用于将终止表面元胞数组从元胞坐标系转换至物理坐标系，得到半导体刻蚀表面模型。

本申请的有益效果：通过将半导体模型从物理坐标系转换至元胞坐标系中，对输入的半导体模型采用元胞自动机方法的网格进行划分，建立并压缩半导体模型的初始表面元胞数组，即只记录半导体模型中不同半导体材料区域的初始表面元胞数组，包括上表面元胞数组或下表面元胞数组，忽略不同半导体材料区域内部信息/元胞，得到初始压缩表面元胞数组，减少了需要记录的元胞数量，可实现降低元胞存储所占用的内存空间；进一步通过初始压缩表面元胞数组建立演化表面元胞数组，并对演化表面元胞数组进行刻蚀操作，可使得刻蚀计算中消耗的计算资源更少；进一步通过对刻蚀得到的演化刻蚀表面元胞数组进行压缩，得到演化压缩表面元胞数组，并根据演化压缩表面元胞数组和初始压缩表面元胞数组计算终止表面元胞数组，然后根据元胞的三维编号、棱边信息等元胞结构信息，将终止表面元胞数组转换至物理坐标系，可得到半导体刻蚀表面模型，可以更精确地描述元胞刻蚀之后的形态结构，从而更真实地反映半导体模型被刻蚀之后的形态。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本申请一个或多个实施例的一种刻蚀工艺仿真方法总流程图；

图2为根据本申请一个或多个实施例的一种刻蚀工艺仿真方法的坐标系转换流程图；

图3为根据本申请一个或多个实施例的一种刻蚀工艺仿真方法的初始表面元胞数组建立流程图；

图4为根据本申请一个或多个实施例的一种刻蚀工艺仿真方法的演化表面元胞数组建立流程图；

图5a为根据本申请一个或多个实施例的一种刻蚀工艺仿真方法的演化表面元胞数组刻蚀流程图；

图5b为根据本申请一个或多个实施例的一种刻蚀工艺仿真方法中步骤402的流程图；

图6为根据本申请一个或多个实施例的一种刻蚀工艺仿真方法的压缩过程流程图；

图7为根据本申请一个或多个实施例的一种刻蚀工艺仿真方法的压缩方向示意图；

图8为根据本申请一个或多个实施例的一种刻蚀工艺仿真方法的压缩条件判断流程图；

图9为根据本申请一个或多个实施例的一种刻蚀工艺仿真方法的计算终止表面元胞数组流程图；

图10为根据本申请一个或多个实施例的一种刻蚀工艺仿真方法的计算终止表面元胞数组原理示意图；

图11为根据本申请一个或多个实施例的一种刻蚀工艺仿真方法的计算半导体刻蚀表面模型流程图；

图12为根据本申请一个或多个实施例的一种刻蚀工艺仿真方法元胞结构信息示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、实施方式和优点更加清楚，下面将结合本申请示例性实施例中的附图，对本申请示例性实施方式进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例性实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，本申请中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本申请的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。

本申请中说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似或同类的对象或实体，而不必然意味着限定特定的顺序或先后次序，除非另外注明。应该理解这样使用的用语在适当情况下可以互换。

术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的所有组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。

术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

刻蚀过程的模拟（仿真）是通过一定的工艺相关参数来预测对象的形貌。

术语“模块”、“系统”均指采用计算机程序和其他硬件共同配合可实现其所对应的功能作用。

元胞自动机（Cellular Automata，简称CA）是一种时间、空间、状态均离散的动力学模型，特别适合于复杂系统时空演化过程的动态模拟研究，能够有效描述局部作用的系统表现出的复杂行为和演变。元胞自动机用简单的规则在计算机上模拟各种复杂系统和物理过程，具有结构简单、稳定性好、易于扩展的优点。但是元胞自动机方法模拟精度和速度之间会相互制约，例如增加元胞数目，可以提高模拟精度，但是会增加运算时间，要提高运算速度，就要减少元胞数目，这样又会降低模拟精度。

元胞自动机由有限个相同而分立的格点组成，他们等距离地排列在一维直线上，或者分布在二维平面或者三维空间的规则网格上，每个格点相当于一个数学元胞，每个元胞具有一种或者几种可能的状态，它们在分立的时间进程中按照某种给定的规则演化。

三维元胞自动机方法是将待处理的模型或者模拟空间，用立方体网格进行空间离散。每个立方体是否被刻蚀的状态用离散或者连续的参数描述，状态的变化只和局部邻域网格的状态有关。根据定义的演化规则，在离散后的每个时间步长上更新模型每个元胞的状态，直至满足终止条件。

图1示例性示出了本申请一实施例的一种刻蚀工艺仿真方法总流程图。

在一些实施例中，如图1所示，一种刻蚀工艺仿真方法，包括以下步骤：

100，将半导体模型从物理坐标系转换至元胞坐标系；

200，在元胞坐标系中，建立并压缩半导体模型的初始表面元胞数组，得到初始压缩表面元胞数组；

300，根据初始压缩表面元胞数组，建立演化表面元胞数组；

400，根据元胞的棱边信息，对演化表面元胞数组进行刻蚀，得到演化刻蚀表面元胞数组；

500，沿着元胞坐标系中的至少一个坐标轴方向，对演化刻蚀表面元胞数组进行压缩，得到演化压缩表面元胞数组；

600，根据初始压缩表面元胞数组和演化压缩表面元胞数组，计算终止表面元胞数组；

700，将终止表面元胞数组从元胞坐标系转换至物理坐标系，得到半导体刻蚀表面模型。

需要说明的是，上述方案中的初始表面元胞数组包括不同半导体材料的上表面元胞数组和下表面元胞数组，每种半导体材料需要两个元胞数组，一个是该半导体材料区域的上表面元胞数组，一个是该半导体材料区域的下表面元胞数组。在实际应用中，可以根据情况选择半导体材料区域的上表面元胞数组或下表面元胞数组进行刻蚀工艺仿真，也可分别对半导体材料区域的上表面元胞数组和下表面元胞数组进行刻蚀工艺仿真，本申请对其不作具体限制。

图2示例性示出了本申请一实施例的一种刻蚀工艺仿真方法的坐标系转换流程图。

在一些实施例中，如图2所示，步骤100，将半导体模型从物理坐标系转换至元胞坐标系，包括以下步骤：

101，获取元胞坐标系中的半导体模型；

102，在元胞坐标系中，计算半导体模型的各个坐标点距离基准点的相对坐标；

103，根据相对坐标和预设边长的元胞网格划分半导体模型；

104，根据每个元胞在半导体模型中的区域信息，确定每个元胞的元胞结构信息，其中，区域信息包括元胞的三维编号和元胞对应的半导体材料信息，元胞结构信息包括元胞的状态信息、棱边信息和压缩信息。

需要说明的是，步骤S101中获取半导体模型的同时，还需要设置半导体模型的工艺参数。步骤102中半导体模型的各个坐标点指的是三维半导体模型边界的各个顶点。步骤S103中的预设边长具体数值可以根据实际情况进行设定，本申请对其不作具体限制。

还需要说明的是，上述步骤104中的状态信息用于反映元胞的状态，“0”表示该元胞在半导体模型的内部，“1”表示该元胞在半导体模型的表面，“2”表示该元胞处于刻蚀状态；压缩信息用于反映元胞的压缩元胞数量，即该元胞在三个维度上的压缩元胞数量；棱边信息用于反映元胞的棱边长度。另外，步骤S104中三维编号的具体规则为距离基准点（即元胞坐标系中的原点）最近的元胞网格中心点的编号为（0,0,0），与距离基准点最近的元胞网格相邻的三个元胞网格则分别编号为（1,0,0）、（0,1,0）和（0,0,1），按照前述编号规则依次对所有的元胞网格进行编号。半导体材料信息也需要进行编号，从0开始，每种半导体材料信息是一个编号。棱边信息包括元胞的12条棱边，编号默认从0-12。

图3示例性示出了本申请一实施例的一种刻蚀工艺仿真方法的初始表面元胞数组建立流程图。

在一些实施例中，如图3所示，步骤200，在元胞坐标系中，建立并压缩半导体模型的初始表面元胞数组，得到初始压缩表面元胞数组，包括以下步骤：

201，对半导体模型中包含的半导体材料信息进行编号，得到每种半导体材料对应的材料编号；

202，建立半导体模型的初始表面元胞数组，同时，根据半导体材料信息对初始表面元胞数组进行压缩，得到初始压缩表面元胞数组，其中，初始表面元胞数组中的数组索引是材料编号，数组元素是与该材料编号对应的元胞数组地址。

图4示例性示出了本申请一实施例的一种刻蚀工艺仿真方法的演化表面元胞数组建立流程图。

在一些实施例中，如图4所示，步骤300，根据初始压缩表面元胞数组，建立演化表面元胞数组，包括以下步骤：

301，根据至少一种预设刻蚀参数，确定半导体模型中的待刻蚀半导体材料和刻蚀范围；

302，根据待刻蚀半导体材料的初始压缩表面元胞数组和刻蚀范围，建立演化表面元胞数组。

需要说明的是，至少一种预设刻蚀参数包括刻蚀时间、刻蚀区域、刻蚀深度等参数，根据刻蚀时间、刻蚀区域、刻蚀深度等参数中的一个或者多个可以判断刻蚀过程是否结束。另外，演化表面元胞数组是一个动态数组，其可以根据预设刻蚀参数的改变而相应变化。

图5a示例性示出了本申请一实施例的一种刻蚀工艺仿真方法的演化表面元胞数组刻蚀流程图。

在一些实施例中，如图5a所示，步骤400，根据元胞的棱边信息，对演化表面元胞数组进行刻蚀，得到演化刻蚀表面元胞数组，包括以下步骤：

401，确定演化表面元胞数组中所有元胞的刻蚀方向；

402，根据元胞在刻蚀方向上的刻蚀棱边信息，判断元胞的棱边是否完全被腐蚀，并将未刻蚀元胞补充进演化表面元胞数组中，其中，刻蚀棱边信息包括元胞每个棱边的刻蚀长度，未刻蚀元胞是完全腐蚀元胞邻域中的所有元胞；

403，判断演化表面元胞数组是否满足刻蚀终止条件，其中，刻蚀终止条件包括至少一种预设刻蚀参数；

404，若演化表面元胞数组满足刻蚀终止条件，则获得演化刻蚀表面元胞数组；

405，若演化表面元胞数组不满足刻蚀终止条件，则重复步骤401-404。

图5b示例性示出了本申请一实施例的一种刻蚀工艺仿真方法中步骤402的流程图。

在一些实施例中，如图5b所示，步骤402，根据元胞在刻蚀方向上的刻蚀棱边信息，判断元胞在刻蚀方向上的棱边是否完全被腐蚀，并将未刻蚀元胞补充进演化表面元胞数组中，具体包括以下步骤：

4020，根据元胞的刻蚀棱边信息，判断刻蚀后的元胞棱边是否能构成一个三维物体；

4021，将不能构成三维物体的元胞判定为完全腐蚀元胞；

4022，记录完全腐蚀元胞邻域中的未刻蚀元胞，并从演化表面元胞数组中移除完全腐蚀元胞；

4023，遍历演化表面元胞数组中的元胞后，将所有未刻蚀元胞补充进演化表面元胞数组中。

上述技术方案中，通过将元胞的元胞结构信息通过采用1组三维编号和12条棱边信息反映，在刻蚀操作中结合棱边信息，例如元胞被刻蚀导致对应的棱边被腐蚀，即棱边长度减小，被刻蚀元胞的棱边信息改变，相较于现有的元胞自动机方法，可以更精确描述元胞刻蚀之后的形态结构。

需要说明的是，步骤401中的刻蚀方向是指刻蚀范围中最近邻元胞对象指向当前元胞的矢量指向。具体指的是一个元胞从某个方向开始被刻蚀；例如，受正上方元胞的影响，该元胞的上表面被刻蚀，即元胞的上表面不断向下平移，那么该元胞的刻蚀方向矢量表示为(0,0,-1)；如果受右上方元胞的影响，则该元胞的刻蚀方向矢量表示为(-1,0,-1)。并且，刻蚀范围内刻蚀方向一致的两个或多个元胞才能被压缩；刻蚀终止条件指的是预设刻蚀参数中设置的刻蚀时间或刻蚀深度，若达到预设刻蚀时间或某一个元胞满足预设刻蚀深度，则可终止刻蚀过程。此外，图5b中步骤4020中判断刻蚀后的元胞棱边是否能构成一个三维物体，还包括：将刻蚀后元胞棱边能构成三维物体的元胞（演化表面元胞数组中任一元胞）判定为未完全腐蚀元胞，并且更新未完全腐蚀元胞的刻蚀棱边信息，以便计算终止表面元胞数组。步骤4023中遍历演化表面元胞数组中的元胞，指的是重复执行步骤4020至步骤4022，直至演化表面元胞数组中的所有元胞都判断完成为止，然后将每一个完全腐蚀元胞对应邻域中的未刻蚀元胞均补充至演化表面元胞数组中。

图6示例性示出了本申请一实施例的一种刻蚀工艺仿真方法的压缩过程流程图。

在一些实施例中，如图6所示，步骤500，沿着元胞坐标系中的至少一个坐标轴方向，对演化刻蚀表面元胞数组进行压缩，得到演化压缩表面元胞数组，包括：

501，选择至少一个坐标轴上一端的元胞作为基准元胞；

502，将基准元胞的元胞结构信息和至少一个剩余元胞的元胞结构信息进行比较，判断至少一个剩余元胞是否满足压缩条件，其中，基准元胞和至少一个剩余元胞所在的坐标轴相同，基准元胞所代表的空间和至少一个剩余元胞所代表的空间相邻接；

503，若当前剩余元胞满足压缩条件，则基准元胞的压缩信息中压缩元胞数量加1；

504，若当前剩余元胞不满足压缩条件，则将基准元胞存储到演化压缩表面元胞数组中，并将当前剩余元胞作为新基准元胞，继续比较判断当前剩余元胞的相邻剩余元胞是否满足压缩条件，直至该坐标轴上的所有剩余元胞完成比较压缩过程，得到演化压缩表面元胞数组。

上述技术方案中，通过将演化刻蚀表面元胞数组内部的部分三维编号连续且状态信息一致的元胞进行分步压缩，最终只需要记录一个元胞即可，可实现演化刻蚀表面元胞数组的减少，降低占用的内存空间。

需要指出的是，剩余元胞指沿某一坐标轴的压缩方向（压缩方向可以是对应坐标轴的正方向或负方向），且与基准元胞空间相邻的元胞。不满足压缩条件时的当前剩余元胞将被作为新基准元胞重新开始上述比较判断过程。

另外，坐标轴x轴、y轴和z轴上的压缩过程一致。一般情况下不需要对x轴、y轴和z轴三个坐标轴所在维度上的元胞均进行压缩，但是特殊情况下需要进行两次压缩或三次压缩，如图7所示，为元胞三次压缩示意图，图7中的首次压缩为沿x轴方向的压缩，二次压缩为沿y轴方向的压缩，三次压缩为沿z轴方向的压缩，图7仅为本申请的压缩示例，本领域技术人员还可选择其他不同于图7中的压缩方向和压缩数量的压缩过程。进行几次压缩和从哪个坐标轴开始第一次压缩均可根据实际情况决定，本申请对其不做限制。例如：演化刻蚀表面元胞数组属于复杂曲面，部分元胞所在区域可以进行两次压缩，即选择x轴、y轴和z轴三个坐标轴中的任意两个坐标轴进行压缩。

图8示例性示出了本申请一实施例的一种刻蚀工艺仿真方法的压缩条件判断流程图。

在一些实施例中，如图8所示，步骤502，将基准元胞的元胞结构信息和至少一个剩余元胞的元胞结构信息进行比较，判断至少一个剩余元胞是否满足压缩条件，具体包括以下步骤：

5020，若基准元胞的状态信息和至少一个剩余元胞的状态信息相同，则比较基准元胞的棱边信息和至少一个剩余元胞的棱边信息；

5021，若基准元胞的棱边信息和至少一个剩余元胞的棱边信息相等，则判断基准元胞的三维编号和至少一个剩余元胞的三维编号是否满足压缩关系；

5022，若基准元胞的三维编号与基准元胞的压缩信息中压缩元胞数量之和与至少一个剩余元胞的三维编号的差值为1，则至少一个剩余元胞满足压缩关系；

5023，若基准元胞的三维编号与基准元胞的压缩信息中压缩元胞数量之和与至少一个剩余元胞的三维编号的差值不为1，则至少一个剩余元胞不满足压缩关系。

需要特别说明的是，上述步骤中的状态信息和棱边信息的比较是为了证明基准元胞空间内的结构信息和至少一个剩余元胞空间内的结构信息相同，状态信息包括刻蚀表面、刻蚀状态等，元胞的棱边信息包括元胞每条棱边的长度、编号等，元胞的棱边信息在刻蚀过程中处于不断变化中，刻蚀结束元胞的棱边信息中包括每个元胞中每条棱边编号所对应的棱边长度可能相同或不同。三维编号和压缩信息的比较判断是为了证明基准元胞所代表的空间和至少一个剩余元胞所代表的空间是连续的。只有同时满足上述压缩条件，才可将同一坐标轴上的剩余元胞压缩至基准元胞。

图9示例性示出了本申请一实施例的一种刻蚀工艺仿真方法的计算终止表面元胞数组流程图。

图10示例性示出了本申请一实施例的一种刻蚀工艺仿真方法的计算终止表面元胞数组原理示意图。

在一些实施例中，如图9所示，步骤600，根据初始压缩表面元胞数组和演化压缩表面元胞数组，计算终止表面元胞数组，包括以下步骤：

601，获取初始压缩表面元胞数组；

602，获取演化压缩表面元胞数组；

603，对初始压缩表面元胞数组和演化压缩表面元胞数组进行布尔运算，得到终止表面元胞数组。

在一些实施例中，如图10所示，步骤603的计算原理过程图可以直观得到从初始压缩表面元胞数组的横截面（图10中的初始表面）和演化压缩表面元胞数组（图10中的演化表面）计算得到终止表面元胞数组的横截面（图10中的最终表面）变化过程，从而根据终止表面元胞数组的横截面得到最终的半导体材料表面信息。

图11示例性示出了本申请一实施例的一种刻蚀工艺仿真方法的计算半导体刻蚀表面模型流程图。

在一些实施例中，如图11所示，步骤700，将终止表面元胞数组从元胞坐标系转换至物理坐标系，得到半导体刻蚀表面模型，具体包括以下步骤：

701，根据终止表面元胞数组中每个元胞的三维编号和预设边长，计算元胞空间的中心坐标；

702，根据中心坐标和该元胞的棱边信息以及相邻元胞的元胞结构信息，计算该元胞空间各个顶点坐标；

703，将每个元胞空间的各个顶点坐标进行排列后，输出物理坐标系中的半导体刻蚀表面模型。

需要说明的是，上述元胞空间指的是半导体模型中的各个立方体。半导体刻蚀表面模型仅包含输入的三维半导体模型中的上表面元胞数组和下表面元胞数组，并不是一个三维模型。其次，步骤703中每个元胞空间的各个顶点坐标按照VTK文件格式进行排列。

图12示例性示出了本申请一实施例的一种刻蚀工艺仿真方法的元胞结构信息示意图。

在一些实施例中，如图12所示，本申请中的元胞均具有各自的元胞结构信息，元胞结构信息包括三维编号、状态信息、棱边信息和压缩信息。其中，三维编号的规则、状态信息的参数及作用、棱边信息的参数及作用、压缩信息的参数及作用上面均已经详细说明，此处不再赘述。

在另一些实施例中，一种刻蚀工艺仿真系统，包括相互通信连接的坐标系转换模块、初始压缩模块、演化表面元胞获取模块、刻蚀模块、演化压缩模块、终止表面获取模块以及刻蚀表面模型获取模块；

其中，坐标系转换模块，用于将半导体模型从物理坐标系转换至元胞坐标系；

初始压缩表模块，用于在元胞坐标系中，建立并压缩半导体模型的初始表面元胞数组，得到初始压缩表面元胞数组；

演化表面元胞获取模块，用于根据初始压缩表面元胞数组，建立演化表面元胞数组；

刻蚀模块，用于根据元胞的棱边信息，对演化表面元胞数组进行刻蚀，得到演化刻蚀表面元胞数组；

演化压缩模块，用于沿着元胞坐标系中的至少一个坐标轴方向，对演化刻蚀表面元胞数组进行压缩，得到演化压缩表面元胞数组；

终止表面获取模块，根据初始压缩表面元胞数组和演化压缩表面元胞数组，计算终止表面元胞数组；

刻蚀表面模型获取模块，用于将终止表面元胞数组从元胞坐标系转换至物理坐标系，得到半导体刻蚀表面模型。

本申请的有益效果：通过将半导体模型从物理坐标系转换至元胞坐标系中，对输入的半导体模型采用元胞自动机方法的网格进行划分，建立并压缩半导体模型的初始表面元胞数组，即只记录半导体模型中不同半导体材料区域的初始表面元胞数组，包括上表面元胞数组或下表面元胞数组，忽略不同半导体材料区域内部信息/元胞，得到初始压缩表面元胞数组，减少了需要记录的元胞数量，可实现降低元胞存储所占用的内存空间；进一步通过初始压缩表面元胞数组建立演化表面元胞数组，并对演化表面元胞数组进行刻蚀操作，可使得刻蚀计算中消耗的计算资源更少；进一步通过对刻蚀得到的演化刻蚀表面元胞数组进行压缩，得到演化压缩表面元胞数组，并根据演化压缩表面元胞数组和初始压缩表面元胞数组计算终止表面元胞数组，然后根据元胞的三维编号、棱边信息等元胞结构信息，将终止表面元胞数组转换至物理坐标系，可得到半导体刻蚀表面模型，可以更精确地描述元胞刻蚀之后的形态结构，从而更真实地反映半导体模型被刻蚀之后的形态。

需要特别指出的是，在本申请中，半导体刻蚀表面模型中各个元胞所占用的内存空间可根据元胞对应的元胞结构信息进行计算得到，具体计算方式为本领域技术人员的常规技术手段，此处不再赘述。但是本申请的方案相较于现有元胞自动机方法进行刻蚀工艺模拟的方法所占用的内存空间更小。

为了方便解释，已经结合具体的实施方式进行了上述说明。但是，上述在一些实施例中讨论不是意图穷尽或者将实施方式限定到上述公开的具体形式。根据上述的教导，可以得到多种修改和变形。上述实施方式的选择和描述是为了更好的解释原理以及实际的应用，从而使得本领域技术人员更好的使用实施方式以及适于具体使用考虑的各种不同的变形的实施方式。

Claims (10)

1.一种刻蚀工艺仿真方法，其特征在于，包括：

将半导体模型从物理坐标系转换至元胞坐标系；

在所述元胞坐标系中，建立并压缩所述半导体模型的初始表面元胞数组，得到初始压缩表面元胞数组；

根据所述初始压缩表面元胞数组，建立演化表面元胞数组；

根据元胞的棱边信息，对所述演化表面元胞数组进行刻蚀，得到演化刻蚀表面元胞数组；

沿着所述元胞坐标系中的至少一个坐标轴方向，对所述演化刻蚀表面元胞数组进行压缩，得到演化压缩表面元胞数组；

根据所述初始压缩表面元胞数组和所述演化压缩表面元胞数组，计算终止表面元胞数组；

将所述终止表面元胞数组从所述元胞坐标系转换至所述物理坐标系，得到半导体刻蚀表面模型。

2.根据权利要求1所述的一种刻蚀工艺仿真方法，其特征在于，所述沿着所述元胞坐标系中的至少一个坐标轴方向，对所述演化刻蚀表面元胞数组进行压缩，得到演化压缩表面元胞数组，包括：

选择至少一个坐标轴上一端的元胞作为基准元胞；

将所述基准元胞的元胞结构信息和至少一个剩余元胞的元胞结构信息进行比较，判断至少一个所述剩余元胞是否满足压缩条件，其中，所述基准元胞和至少一个所述剩余元胞所在的坐标轴相同，所述基准元胞所代表的空间和至少一个所述剩余元胞所代表的空间相邻接；

若当前剩余元胞满足压缩条件，则所述基准元胞的压缩信息中压缩元胞数量加1；

若所述当前剩余元胞不满足压缩条件，则将所述基准元胞存储到演化压缩表面元胞数组中，并将所述当前剩余元胞作为新基准元胞，继续比较判断所述当前剩余元胞的相邻剩余元胞是否满足压缩条件，直至该坐标轴上的所有剩余元胞完成比较压缩过程，得到所述演化压缩表面元胞数组。

3.根据权利要求2所述的一种刻蚀工艺仿真方法，其特征在于，所述将所述基准元胞的元胞结构信息和至少一个剩余元胞的元胞结构信息进行比较，判断至少一个所述剩余元胞是否满足压缩条件，包括：

若所述基准元胞的状态信息和至少一个所述剩余元胞的状态信息相同，则比较所述基准元胞的棱边信息和至少一个所述剩余元胞的棱边信息；

若所述基准元胞的棱边信息和至少一个所述剩余元胞的棱边信息相等，则判断所述基准元胞的三维编号和至少一个所述剩余元胞的三维编号是否满足压缩关系；

若所述基准元胞的三维编号与所述基准元胞的压缩信息中压缩元胞数量之和与至少一个所述剩余元胞的三维编号的差值为1，则至少一个所述剩余元胞满足压缩关系；

若所述基准元胞的三维编号与所述基准元胞的压缩信息中压缩元胞数量之和与至少一个剩余元胞的三维编号的差值不为1，则至少一个所述剩余元胞不满足压缩关系。

4.根据权利要求1所述的一种刻蚀工艺仿真方法，其特征在于，所述根据所述初始压缩表面元胞数组和所述演化压缩表面元胞数组，计算终止表面元胞数组，包括：

获取所述初始压缩表面元胞数组；

获取所述演化压缩表面元胞数组；

对所述初始压缩表面元胞数组和所述演化压缩表面元胞数组进行布尔运算，得到所述终止表面元胞数组。

5.根据权利要求1所述的一种刻蚀工艺仿真方法，其特征在于，所述将所述终止表面元胞数组从所述元胞坐标系转换至所述物理坐标系，得到半导体刻蚀表面模型，包括：

根据所述终止表面元胞数组中每个元胞的三维编号和预设边长，计算元胞空间的中心坐标；

根据所述中心坐标和该元胞的棱边信息以及相邻元胞的元胞结构信息，计算所述元胞空间各个顶点坐标；

将每个所述元胞空间的各个顶点坐标进行排列后，输出物理坐标系中的半导体刻蚀表面模型。

6.根据权利要求1所述的一种刻蚀工艺仿真方法，其特征在于，所述根据元胞的棱边信息，对所述演化表面元胞数组进行刻蚀，得到演化刻蚀表面元胞数组，包括：

确定演化表面元胞数组中所有元胞的刻蚀方向；

根据所述元胞在所述刻蚀方向上的刻蚀棱边信息，判断所述元胞的棱边是否完全被腐蚀，并将未刻蚀元胞补充进所述演化表面元胞数组中，其中，刻蚀棱边信息包括元胞每个棱边的刻蚀长度，所述未刻蚀元胞是完全腐蚀元胞邻域中的所有元胞；

判断所述演化表面元胞数组是否满足刻蚀终止条件，其中，所述刻蚀终止条件包括至少一种预设刻蚀参数；

若所述演化表面元胞数组满足刻蚀终止条件，则获得所述演化刻蚀表面元胞数组。

7.根据权利要求6所述的一种刻蚀工艺仿真方法，其特征在于，所述根据所述元胞在所述刻蚀方向上的刻蚀棱边信息，判断所述元胞的棱边是否完全被腐蚀，并将未刻蚀元胞补充进所述演化表面元胞数组中，包括：

根据所述元胞的刻蚀棱边信息，判断刻蚀后的元胞棱边是否能构成一个三维物体；

将不能构成三维物体的元胞判定为完全腐蚀元胞；

记录所述完全腐蚀元胞邻域中的未刻蚀元胞，并从所述演化表面元胞数组中移除所述完全腐蚀元胞；

遍历所述演化表面元胞数组中的元胞后，将所有未刻蚀元胞补充进所述演化表面元胞数组中。

8.根据权利要求1所述的一种刻蚀工艺仿真方法，其特征在于，所述将半导体模型从物理坐标系转换至元胞坐标系，包括以下步骤：

获取所述元胞坐标系中的所述半导体模型；

在所述元胞坐标系中，计算所述半导体模型的各个坐标点距离基准点的相对坐标；

根据所述相对坐标和预设边长的元胞网格划分所述半导体模型；

根据每个所述元胞在所述半导体模型中的区域信息，确定每个所述元胞的元胞结构信息，其中，所述区域信息包括所述元胞的三维编号和所述元胞对应的半导体材料信息，所述元胞结构信息包括所述元胞的状态信息、棱边信息和压缩信息。

9.根据权利要求1所述的一种刻蚀工艺仿真方法，其特征在于，所述根据所述初始压缩表面元胞数组，建立演化表面元胞数组，包括：

根据至少一种预设刻蚀参数，确定所述半导体模型中的待刻蚀半导体材料和刻蚀范围；

根据所述待刻蚀半导体材料的初始压缩表面元胞数组和所述刻蚀范围，建立所述演化表面元胞数组。

10.一种刻蚀工艺仿真系统，其特征在于，包括相互通信连接的坐标系转换模块、初始压缩模块、演化表面元胞获取模块、刻蚀模块、演化压缩模块、终止表面获取模块以及刻蚀表面模型获取模块；

其中，坐标系转换模块，用于将半导体模型从物理坐标系转换至元胞坐标系；

初始压缩表模块，用于在所述元胞坐标系中，建立并压缩所述半导体模型的初始表面元胞数组，得到初始压缩表面元胞数组；

演化表面元胞获取模块，用于根据所述初始压缩表面元胞数组，建立演化表面元胞数组；

刻蚀模块，用于根据元胞的棱边信息，对所述演化表面元胞数组进行刻蚀，得到演化刻蚀表面元胞数组；

演化压缩模块，用于沿着所述元胞坐标系中的至少一个坐标轴方向，对所述演化刻蚀表面元胞数组进行压缩，得到演化压缩表面元胞数组；

终止表面获取模块，根据所述初始压缩表面元胞数组和所述演化压缩表面元胞数组，计算终止表面元胞数组；

刻蚀表面模型获取模块，用于将所述终止表面元胞数组从所述元胞坐标系转换至所述物理坐标系，得到半导体刻蚀表面模型。

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