JP2007201256A - Shape predicting method and system of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体デバイスの形状予測技術に関し、特に、複数の異なる材質を積層して形成された膜のCMP(Chemical Mechanical Polishing)プロセス後のデバイス表面の標高を予測する方法に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device shape prediction technique, and is particularly effective when applied to a method for predicting the altitude of a device surface after a CMP (Chemical Mechanical Polishing) process of a film formed by laminating a plurality of different materials. Regarding technology.
例えば、半導体デバイスの形状予測技術としては、特許文献1〜4のような技術が挙げられる。
For example, technologies as disclosed in
(1)特許文献1及び特許文献2では、金属配線層表面上のストッパとしてシリコン窒化膜周囲に絶縁膜を形成し、CMPされる際に、pHの変化に基づいて絶縁膜の研磨を終了する方法が記載されている。
(1) In
(2)特許文献3では、CMP法におけるスループット向上と平坦性維持を両立させるようにシミュレーションパラメータを変更する方法について記載されている。
(2)
(3)特許文献4では、加工対象となる製品種が切り替わるごとに基礎式に含まれるパラメータの値をCMP装置の特性を再現するように変更する研磨方法について記載されている。
ところで、上記における特許文献1〜4では、いずれも積層膜のシミュレーションを高速・高精度に実現するためのものではない。例えば、(1)特許文献1及び特許文献2に関しては終点検出を目的としており、(2)特許文献3に関してはスループット向上を目的としたシミュレーションパラメータ変更方法である。また、(3)特許文献4は、積層膜ではなく製品種が変わるたびにシミュレーションパラメータを変える方法である。このように、上記(1)〜(3)のいずれの特許文献1〜4においても、積層膜のシミュレーションを高速・高精度に実現することは不可能である。
However, none of
そこで、本発明の目的は、以上の課題を解決し、積層膜のシミュレーションを迅速かつ高精度に実行でき、また研磨時間・研磨量の制御を精度よく実施することによってデバイス製造不良を未然に防止することが可能となる半導体デバイスの形状予測技術を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to execute a simulation of a laminated film quickly and with high accuracy, and to prevent device manufacturing defects by accurately controlling the polishing time and the polishing amount. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device shape prediction technique that can be performed.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
本発明は、半導体デバイスの形状を予測する、コンピュータを用いた半導体デバイスの形状予測方法であって、複数の異なる材質を積層して形成された膜のCMPプロセス後のデバイス表面の標高を予測するにあたり、デバイス表面を平面方向に領域分割し、この分割した各領域での研磨時間に応じた標高を一つもしくは複数の計算式に基づいて予測し、研磨の進行によりいずれかの領域において下層の材質が露出した場合には、この露出した領域の標高を計算するにあたって、計算式に含まれるパラメータをこの領域に限って変更することにより標高計算を実施することを特徴とする。これにより、積層膜CMPシミュレーションの計算速度の高速化と計算結果の高精度化が実現できる。 The present invention relates to a semiconductor device shape prediction method using a computer for predicting the shape of a semiconductor device, and predicting an altitude of a device surface after a CMP process of a film formed by laminating a plurality of different materials. In this case, the device surface is divided into regions in the plane direction, and the altitude corresponding to the polishing time in each divided region is predicted based on one or more calculation formulas, and the lower layer is formed in any region by the progress of polishing. When the material is exposed, when calculating the altitude of the exposed area, the altitude calculation is performed by changing the parameter included in the calculation formula only in this area. As a result, it is possible to increase the calculation speed of the multilayer film CMP simulation and to increase the accuracy of the calculation result.
好ましくは、前記計算式の中にいずれかの種類の応力応答関数が含まれ、かつ下層の材質が露出した場合に、この含まれている応力応答関数のパラメータを変更することを特徴とする。これにより、積層膜CMPシミュレーションの計算速度の高速化と計算結果の高精度化が実現できる。 Preferably, when any kind of stress response function is included in the calculation formula and the underlying material is exposed, the parameter of the stress response function included is changed. As a result, it is possible to increase the calculation speed of the multilayer film CMP simulation and to increase the accuracy of the calculation result.
好ましくは、前記応力応答関数として、実測から求めた実験式、ガウス型関数、ステップ型関数のいずれかを用いることを特徴とする。これにより、演算速度と精度の兼ね合いで適切な応力応答関数を使用して、高速化と高精度化を両立することが可能となる。 Preferably, any one of an empirical formula obtained from actual measurement, a Gaussian function, and a step function is used as the stress response function. As a result, it is possible to achieve both high speed and high accuracy by using an appropriate stress response function with a balance between calculation speed and accuracy.
好ましくは、前記応力応答関数中に含まれるパラメータが下層の材質が露出した場合に変更されることを特徴とする。これにより、積層膜CMPシミュレーションの計算速度の高速化と計算結果の高精度化が実現できる。 Preferably, the parameter included in the stress response function is changed when a lower layer material is exposed. As a result, it is possible to increase the calculation speed of the multilayer film CMP simulation and to increase the accuracy of the calculation result.
好ましくは、前記応力応答関数に応力による歪みが到達する距離を現すパラメータとして長さの次元を持つものが含まれており、かつこのパラメータが下層の材質が露出した場合に変更されることを特徴とする。これにより、積層膜CMPシミュレーションの計算速度の高速化と計算結果の高精度化が実現できる。 Preferably, the stress response function includes a parameter having a length dimension as a parameter representing a distance at which a strain due to stress reaches, and the parameter is changed when the underlying material is exposed. And As a result, it is possible to increase the calculation speed of the multilayer film CMP simulation and to increase the accuracy of the calculation result.
好ましくは、対象とするデバイスがデバイスの上部表面から数えて1層目からN層目までの材質により積層されており、1層目がデバイス表面の全分割領域から研磨され除去されるまでの研磨時間T1を求めることを特徴とする。これにより、プロセス技術者による研磨終点管理がより容易に実施可能となる。 Preferably, the target device is laminated with materials from the first layer to the Nth layer counted from the upper surface of the device, and polishing until the first layer is polished and removed from all the divided regions on the device surface. The time T1 is obtained. Thereby, the polishing end point management by the process engineer can be more easily performed.
また、更に好ましくは、M(1≦M<N)層目が研磨を開始してからデバイス表面の全分割領域から研磨され除去されるまでの研磨時間T1と、研磨を開始してからM+1層目がデバイス表面の全分割領域から研磨され除去されるまでの研磨時間T2を同時に求めることを特徴とする。これにより、プロセス技術者による研磨終点管理がより容易に実施可能となる。 More preferably, the polishing time T1 from when the M (1 ≦ M <N) layer starts polishing until it is polished and removed from all the divided regions on the device surface, and the M + 1 layer after starting polishing. The polishing time T2 until the eye is polished and removed from all the divided areas on the device surface is determined simultaneously. Thereby, the polishing end point management by the process engineer can be more easily performed.
また、更に好ましくは、前記研磨時間T1と前記研磨時間T2を用いて、T3=(T1+T2)/K(Kは1以上の実数)なる式により時間T3を算出し、研磨時間の管理に前記時間T3を利用することを特徴とする。これにより、プロセス技術者による研磨終点管理がより容易に実施可能となる。 More preferably, using the polishing time T1 and the polishing time T2, the time T3 is calculated by the equation T3 = (T1 + T2) / K (K is a real number of 1 or more), and the time is used for polishing time management. It is characterized by using T3. Thereby, the polishing end point management by the process engineer can be more easily performed.
また、更に好ましくは、前記研磨時間T1、T2および前記時間T3における全分割領域のうち、指定した一つの分割領域の研磨量をH1、H2およびH3とし、研磨量の管理に前記研磨量H3を用いることを特徴とする。これにより、プロセス技術者による研磨終点管理がより容易に実施可能となる。 More preferably, the polishing amount of one specified divided region of all the divided regions at the polishing times T1, T2 and T3 is set to H1, H2, and H3, and the polishing amount H3 is used for managing the polishing amount. It is characterized by using. Thereby, the polishing end point management by the process engineer can be more easily performed.
また、更に好ましくは、前記デバイスが、タンタルを含む金属、銅を含む金属、タングステンを含む金属、シリコン酸化膜、有機物を含むシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、あるいは酸素の元素が添加されたシリコン窒化膜により積層構造が形成されていることを特徴とする。これにより、様々な材質から構成される積層膜のCMPシミュレーションを高速・高精度に実施可能となる。 More preferably, the device is a metal containing tantalum, a metal containing copper, a metal containing tungsten, a silicon oxide film, a silicon oxide film containing an organic substance, a silicon nitride film, or silicon nitride added with an element of oxygen. A laminated structure is formed by the film. As a result, CMP simulation of a laminated film made of various materials can be performed at high speed and with high accuracy.
また、本発明は、半導体デバイスの形状を予測する、コンピュータを用いた半導体デバイスの形状予測システムであって、前記応力応答関数のパラメータを入力する手段と、各時刻における各領域の標高を算出する手段と、各領域の標高を出力および記憶する手段と、前記T1、T2、T3、H1、H2およびH3を出力および記憶する手段とを兼ね備えたことを特徴とする。これにより、一連のシミュレーションとシミュレーション結果の蓄積が容易に可能となる。 Further, the present invention is a semiconductor device shape prediction system using a computer for predicting the shape of a semiconductor device, wherein means for inputting parameters of the stress response function and the altitude of each region at each time are calculated. And a means for outputting and storing the altitude of each region and a means for outputting and storing the T1, T2, T3, H1, H2, and H3. Thus, a series of simulations and simulation results can be easily accumulated.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
本発明によれば、積層膜のシミュレーションを迅速かつ高精度に実行でき、また研磨時間・研磨量の制御を精度よく実施することによってデバイス製造不良を未然に防止することが可能となる。 According to the present invention, simulation of a laminated film can be executed quickly and with high accuracy, and device manufacturing defects can be prevented in advance by accurately controlling the polishing time and the polishing amount.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.
(実施の形態1)
本発明にかかる半導体デバイスの形状予測方法における実施の形態1を、図1〜図7を用いて以下に説明する。図1はデバイスパターンの断面図(1)、図2はデバイスパターンの上面図(1)、図3はデバイスパターンの上面図(2)、図4は応力応答関数の特性図(1)、図5はデバイスパターンの断面図(2)、図6はデバイスパターンの断面図(3)、図7はデバイスパターンの上面図(3)を示す。
(Embodiment 1)
A first embodiment of a semiconductor device shape prediction method according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 is a cross-sectional view (1) of a device pattern, FIG. 2 is a top view (1) of the device pattern, FIG. 3 is a top view (2) of the device pattern, and FIG. 4 is a characteristic diagram (1) and FIG. 5 is a sectional view (2) of the device pattern, FIG. 6 is a sectional view (3) of the device pattern, and FIG. 7 is a top view (3) of the device pattern.
最初に、図1〜図4を用いて、CMPシミュレーションに用いられる応力応答関数について説明する。 First, the stress response function used in the CMP simulation will be described with reference to FIGS.
まず、図1を用いて、CMPプロセスにおける研磨過程について説明する。CMPプロセスにおいては、研磨パッド13をデバイスの凸パターン15に押し当てて回転させ、デバイス表面上に存在する凸部分を研磨して平坦化する。酸化膜CMPプロセスの場合、凸パターン15は、パターン11上に堆積された酸化膜12によって形成されている。この際、研磨パッド13は、デバイス表面上に存在する凸パターン15の影響を受けて変形を起こす。研磨パッド13は、凸パターン15に接触するが、研磨パッド13の変形のために、注目している凸パターン15上だけに応力が集中せずに凸パターン15から遠方に向かってたわむ。
First, the polishing process in the CMP process will be described with reference to FIG. In the CMP process, the
この影響を考慮したシミュレーションを実行するため、通常は、応力応答関数Fと呼ばれる関数によって局所的なパターン密度ρを平均化し、平均化したパターン密度ρ’を求めることが行われる。ここで、局所的なパターン密度とは単位面積あたりに存在する凸パターン15の占める割合のことである。通常、上記単位面積は数十μm×数十μmの領域が占める面積であり、本実施の形態では25μm×25μm(=625μm2)である。局所パターン密度ρを求めるには、チップ(通常、1辺が数mmサイズの長方形もしくは正方形。数mm:1〜15mm程度)を上記で述べたような、例えば25μm×25μmの領域に分割し、各分割領域での凸パターンが占める割合を求める。
In order to execute a simulation in consideration of this influence, usually, the local pattern density ρ is averaged by a function called a stress response function F to obtain an averaged pattern density ρ ′. Here, the local pattern density is a ratio of the
図2及び図3に、局所パターン密度ρと局所パターン密度ρ’を平均化したものの概念図を示す。図2において、黒い部分のパターン21は、凸パターンの局所パターン密度ρが80%を占めていることを示す。図2を平均化処理すると、図3のようにパターン21の輪郭がぼやけて密度の高い部分(灰色の濃い部分)と低い部分(灰色の薄い部分)の分布が発生することが分かる。このようにして、平均化パターン密度ρ’のチップ内分布を求めることができる。
FIG. 2 and FIG. 3 show conceptual diagrams of averaged local pattern density ρ and local pattern density ρ ′. In FIG. 2, the
平均化パターン密度ρ’を用いて、研磨時間に対してどのように研磨が進行していくかを表す式については、現在までに多くの論文(例えば、Taber H.Smith,Simon J.Fang,Duane S.Boning,Greg B.Shinn, and Jerry A.Stefani,“A CMP Model Combining Density and Time Dependencies,”1999 Chemical Mechanical Polish for ULSI Multilevel Interconnection Conference(CMP−MIC),Santa Clara,Feb.1999.など)が発表されているので、ここでは詳述しない。 With respect to an expression representing how the polishing proceeds with respect to the polishing time using the average pattern density ρ ′, many papers (for example, Taber H. Smith, Simon J. Fang, Duane S. Boning, Greg B. Shinn, and Jerry A. Stefani, “A CMP Model Combining Density and Time Dependency,” 1999 Chemical Mechanical PolLSI. ) Has been announced and will not be detailed here.
上記までに述べたとおり、通常のCMPシミュレーション方法では、応力応答関数Fによりチップのパターン密度を平均化処理して得られた結果を特定の式を用いて研磨速度の算出に利用する。応力応答関数Fは、注目している箇所からの距離rに対する関数であり、例えば図4のような距離と関数値の関係を持っている。応力応答関数の特性は、距離に関係したパラメータによって定義されている。ここで、応力応答関数がガウス型関数で表されていれば、Fの表式は次のようになる。 As described above, in the normal CMP simulation method, the result obtained by averaging the pattern density of the chip using the stress response function F is used for calculating the polishing rate using a specific formula. The stress response function F is a function with respect to the distance r from the point of interest, and has a relationship between the distance and the function value as shown in FIG. 4, for example. The characteristics of the stress response function are defined by parameters related to distance. Here, if the stress response function is expressed by a Gaussian function, the expression of F is as follows.
F(r)=Aexp(−2r2/B2)
ここで、Aは定数(通常1.0)、Bはパラメータ[mm]、rは距離[mm]である。Fの距離rに対する特性は、距離の次元を持つパラメータBによって決定される。Bの値が大きいほど、関数はrの増大に対して緩やかに減衰する。例えば、図4のようにB=2mmの場合とB=0.2mmの場合を比較すると、B=2mmの場合の方が緩やかに減衰する。この結果、図3における平均化された密度ρ’の分布は、B=0.2mmの場合よりB=2mmの方がより広く広がる。
F (r) = Aexp (−2r 2 / B 2 )
Here, A is a constant (usually 1.0), B is a parameter [mm], and r is a distance [mm]. The characteristic of F with respect to the distance r is determined by a parameter B having a distance dimension. The larger the value of B, the more slowly the function decays with increasing r. For example, when the case of B = 2 mm and the case of B = 0.2 mm are compared as shown in FIG. 4, the case of B = 2 mm attenuates more gently. As a result, the distribution of the averaged density ρ ′ in FIG. 3 is wider when B = 2 mm than when B = 0.2 mm.
上記では、研磨対象を酸化膜だけの単一層として説明しているが、STI(Shallow Trench Isolation、素子分離溝)などを研磨するCMP工程の場合には、図5のようにSi基板51上の複数の層(酸化膜52と窒化膜53)を研磨することになる。図5では、研磨前の段階では酸化膜52が露出しており、これに研磨パッドが接触することにより酸化膜52だけが研磨される。しかし、次第に研磨が進むに従い、窒化膜53が露出して、場所によっては窒化膜53の研磨が進行する。
In the above description, the object to be polished is described as a single layer consisting of only an oxide film. However, in the case of a CMP process for polishing STI (Shallow Trench Isolation), the
シミュレーション上では、図6のように領域分割を行っている。図6における61と62はメッシュ境界線である。また、メッシュ境界線61、62によって分割されたメッシュが611と621である。メッシュ611においては酸化膜52が残っており、メッシュ621においては窒化膜53が露出している。一つのメッシュの中で窒化膜53が露出している部分と酸化膜52が残っている部分が共存する場合には、その比率に応じて、窒化膜53が残っているメッシュと判定するか、酸化膜52が残っているメッシュと判定するかを決定する。
In the simulation, area division is performed as shown in FIG. In FIG. 6, 61 and 62 are mesh boundary lines. The meshes divided by the
判定基準は、解析条件に応じて自由に変更してよいが、本実施の形態では酸化膜52が残っている領域が50%以上の時に当該メッシュを酸化膜52が残っているメッシュとして判定し、酸化膜52が残っている領域が50%未満の時に当該メッシュを窒化膜53が露出したメッシュとして判定する。この基準により判定を実施すれば、研磨時間が長くなるに従い、窒化膜53が露出しているメッシュがチップ全体で増えていくことになる。これを表したものが図7である。
The determination criteria may be freely changed according to the analysis conditions, but in this embodiment, when the region where the
図7(1)では、x[mm]×y[mm]の大きさの半導体チップ(研磨前)をメッシュ分割したものを表している。研磨前であるため、図7(1)では酸化膜が残っているメッシュ71(白いメッシュ)だけで構成されている。研磨が進むに従い、図7(2)、図7(3)のように次第に窒化膜が露出したメッシュ72が広がっていく。このような状況をシミュレーションする際に、本実施の形態では、酸化膜が残っているメッシュ71について図4におけるBの値を2mmとし、窒化膜が露出したメッシュ72においてBの値を0.2mmとする。Bの値の大きさが大きいほど、柔かいものを削っている状態に相当する。通常、酸化膜は窒化膜に比較して柔かいために上記のような取り扱いを実施する。
FIG. 7A shows a semiconductor chip (before polishing) having a size of x [mm] × y [mm] divided into meshes. Since it is before polishing, in FIG. 7 (1), it is composed only of the mesh 71 (white mesh) in which the oxide film remains. As the polishing proceeds, the
以上のような取り扱いにより、STIのCMPシミュレーションを実施した結果、実測との誤差はプラスマイナス15nm以内、市販のパーソナルコンピュータを用いての計算時間は10mm角のシステムLSIを対象とした場合で1分以内であった。 As a result of the STI CMP simulation performed as described above, the error from the actual measurement is within ± 15 nm, and the calculation time using a commercially available personal computer is 1 minute when a 10 mm square system LSI is targeted. Was within.
以上のように、本実施の形態によれば、異なる複数の層(本実施の形態では2層の例)の研磨シミュレーションを応力応答関数のパラメータをメッシュごとに変えて実施する。これにより、複数層の研磨シミュレーションを高速・高精度かつ簡素に実行することが可能となる。すなわち、積層膜CMPシミュレーションの計算速度の高速化と計算結果の高精度化が実現できる。 As described above, according to the present embodiment, a polishing simulation of a plurality of different layers (two layers in this embodiment) is performed by changing the parameters of the stress response function for each mesh. As a result, it is possible to execute a polishing simulation of a plurality of layers at high speed, high accuracy and simply. That is, the calculation speed of the multilayer film CMP simulation can be increased and the calculation result can be increased in accuracy.
(実施の形態2)
本発明にかかる半導体デバイスの形状予測方法における実施の形態2を、図8を用いて以下に説明する。図8は応力応答関数の特性図(2)を示す。
(Embodiment 2)
A second embodiment of the semiconductor device shape prediction method according to the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 8 shows a characteristic diagram (2) of the stress response function.
上記実施の形態1では、図4に示したガウス型関数を利用したが、シミュレーションする対象によって図8に示すようなステップ型関数を用いてもよい。また、実測から求めた実験式などを用いても同様の効果を得ることが可能となる。すなわち、演算速度と精度の兼ね合いで適切な応力応答関数を使用して、高速化と高精度化を両立することが可能となる。 In the first embodiment, the Gaussian function shown in FIG. 4 is used. However, a step function as shown in FIG. 8 may be used depending on the simulation target. The same effect can be obtained even by using an empirical formula obtained from actual measurement. That is, it is possible to achieve both high speed and high accuracy by using an appropriate stress response function in consideration of the calculation speed and accuracy.
(実施の形態3)
本発明にかかる半導体デバイスの形状予測方法における実施の形態3を、以下に説明する。
(Embodiment 3)
A third embodiment of the semiconductor device shape prediction method according to the present invention will be described below.
上記実施の形態1では、対象層が酸化膜と窒化膜であったが、2層以上の場合でも同様のシミュレーションが可能である。例えば、1層目が銅、2層目が窒化タンタル、3層目が炭素を含むシリコン酸化膜というような構成でも同様の効果を得ることが可能となる。すなわち、タンタルを含む金属、銅を含む金属、タングステンを含む金属、シリコン酸化膜、有機物を含むシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、あるいは酸素の元素が添加されたシリコン窒化膜などにより積層構造が形成されている場合でも、様々な材質から構成される積層膜のCMPシミュレーションを高速・高精度に実施可能となる。 In the first embodiment, the target layers are the oxide film and the nitride film, but the same simulation is possible even when there are two or more layers. For example, the same effect can be obtained even when the first layer is made of copper, the second layer is made of tantalum nitride, and the third layer is made of a silicon oxide film containing carbon. That is, a laminated structure is formed of a metal containing tantalum, a metal containing copper, a metal containing tungsten, a silicon oxide film, a silicon oxide film containing organic matter, a silicon nitride film, or a silicon nitride film to which an oxygen element is added. Even in such a case, CMP simulation of a laminated film made of various materials can be performed at high speed and with high accuracy.
(実施の形態4)
本発明にかかる半導体デバイスの形状予測方法における実施の形態4を、図9を用いて以下に説明する。図9はデバイスパターンの上面図(4)を示す。
(Embodiment 4)
A fourth embodiment of the semiconductor device shape prediction method according to the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 9 shows a top view (4) of the device pattern.
本実施の形態では、STIプロセスで形成された膜のCMP研磨を対象とする。図9において、図9(1)は研磨前の段階であり、チップ全領域が酸化膜が占めるメッシュ91によって覆われている。図9(1)における研磨開始段階での時刻をT=0とする。研磨が進行するに従い、図9(2)のように窒化膜が露出するメッシュ92が現れる。この時刻TをT=T1とする。更に研磨が進行すると、図9(3)のようにチップ全領域で窒化膜が露出する。
This embodiment is intended for CMP polishing of a film formed by the STI process. In FIG. 9, FIG. 9 (1) is a stage before polishing, and the entire chip area is covered with a
更に研磨が進行すると、図9(4)、図9(5)のように、やがて窒化膜が研磨されて窒化膜の下層にある下地膜が露出するメッシュ93が現れる。T=0からカウントしたとき、下地膜が露出する瞬間の時刻をT2とする。上記のようにして、酸化膜が除去されるまでの時間T1および下地膜が露出されるまでの時間T2を求めることができる。以上までに述べたT1およびT2は全てシミュレーションによって求める。
As the polishing further proceeds, as shown in FIGS. 9 (4) and 9 (5), the
通常、STI研磨工程で酸化膜残りが生じると、後の工程で不具合を生じることがある。また、窒化膜が除去されて下地が研磨されると、後の工程で形成されるMOSデバイスの動作に悪影響を与える。そこで、最適な研磨時間を予め、シミュレーションによって予測しておけば、上記に述べた不良誘発原因を回避することが可能である。そこで、最適研磨時間T3をT3=(T1+T2)/2として求め、上記研磨時間を実際の研磨プロセスに適用すれば、過剰な削れ過ぎや酸化膜の残りを防止することが可能となる。これにより、プロセス技術者による研磨終点管理がより容易に実施可能となる。 Usually, when an oxide film residue is generated in the STI polishing process, a defect may occur in a later process. Further, when the nitride film is removed and the base is polished, the operation of the MOS device formed in a later process is adversely affected. Therefore, if the optimum polishing time is predicted in advance by simulation, it is possible to avoid the cause of failure described above. Therefore, if the optimum polishing time T3 is determined as T3 = (T1 + T2) / 2 and the above polishing time is applied to an actual polishing process, it is possible to prevent excessive shaving and remaining oxide film. Thereby, the polishing end point management by the process engineer can be more easily performed.
以上のように、本実施の形態によれば、最適な研磨時間を予測することにより研磨に起因する不良を回避することが可能となる。すなわち、シミュレーション結果を実際のプロセスに反映させることにより、研磨不良の抑制が可能となる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to avoid defects caused by polishing by predicting an optimal polishing time. In other words, polishing failure can be suppressed by reflecting the simulation result in an actual process.
(実施の形態5)
本発明にかかる半導体デバイスの形状予測方法における実施の形態5を、以下に説明する。
(Embodiment 5)
上記実施の形態4において、最適研磨時間を算出する際に、T3=(T1+T2)/2として求めたが、T3=(T1+T2)/Kとして、任意の実数値のK(K≧1)を用いてもよい。この場合、最適なKの値は、実験とシミュレーションを比較して決定することになる。よって、本実施の形態においても、上記実施の形態4と同様の効果が期待できる。 In the fourth embodiment, the optimum polishing time is calculated as T3 = (T1 + T2) / 2. However, any real value K (K ≧ 1) is used as T3 = (T1 + T2) / K. May be. In this case, the optimum value of K is determined by comparing experiments and simulations. Therefore, also in the present embodiment, the same effect as in the fourth embodiment can be expected.
(実施の形態6)
本発明にかかる半導体デバイスの形状予測方法における実施の形態6を、以下に説明する。
(Embodiment 6)
A sixth embodiment of the semiconductor device shape prediction method according to the present invention will be described below.
上記実施の形態4においては、複数層からなる研磨対象としてSTIを用いたが、更に複数の多層構造からなる膜の研磨に適用しても同様の効果を得ることが可能となる。この場合、M(1≦M<N)層目の研磨を開始してからデバイス表面全領域から研磨され除去されるまでの研磨時間T1と、研磨を開始してからM+1層目がデバイス表面の全分割領域から研磨され除去されるまでの研磨時間T2を求めて、最適研磨時間T3をT3=(T1+T2)/Kとして求めることになる。 In the fourth embodiment, the STI is used as a polishing target composed of a plurality of layers. However, the same effect can be obtained even when applied to polishing a film composed of a plurality of multilayer structures. In this case, the polishing time T1 from the start of polishing of the M (1 ≦ M <N) layer until polishing and removal from the entire region of the device surface, and the M + 1 layer from the start of polishing on the device surface The polishing time T2 until polishing and removal from all the divided regions is obtained, and the optimum polishing time T3 is obtained as T3 = (T1 + T2) / K.
(実施の形態7)
本発明にかかる半導体デバイスの形状予測方法における実施の形態7を、以下に説明する。
(Embodiment 7)
A seventh embodiment of the semiconductor device shape prediction method according to the present invention will be described below.
上記実施の形態4〜6では、研磨時間T1、T2、T3を求めたが、本実施の形態ではチップ内の特定のメッシュZ(ix,iy)(ix,iyはx方向へのメッシュ番号、iyはy方向へのメッシュ番号)を予め指定しておき、上記研磨時間T1、T2、T3で研磨した際にメッシュZ(ix,iy)における研磨量をH1、H2およびH3とする。CMP研磨プロセスでは、膜厚を測定するための特別なパターンをチップ内の特定の場所に用意しておき、このパターンの研磨量によって研磨終点に到達したかどうかを判定することがある。このような終点判定方法に対応するためには、研磨時間ではなく、研磨量で判定を実施することが必要である。上記に述べたH3を最適研磨量として設定し、実際に研磨を実行する際に、メッシュZ(ix,iy)に相当する位置の研磨量がH3になるよう制御することにより、過剰な研磨や研磨残りを防止することができる。
In the
以上のように、本実施の形態によれば、シミュレーション結果を実際のプロセスに反映させることにより、研磨不良の抑制が可能となる。 As described above, according to the present embodiment, polishing failure can be suppressed by reflecting a simulation result in an actual process.
(実施の形態8)
本発明にかかる半導体デバイスの形状予測方法における実施の形態8を、図10を用いて以下に説明する。図10は研磨時間・研磨量予測システムの構成図を示す。
(Embodiment 8)
An eighth embodiment of the semiconductor device shape prediction method according to the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 10 shows a configuration diagram of a polishing time / polishing amount prediction system.
上記実施の形態1〜7における半導体デバイスの形状予測方法は、コンピュータを用いた研磨時間・研磨量予測システム(形状予測システム)で実現され、本実施の形態においては、この研磨時間・研磨量予測システムの一例を説明する。 The semiconductor device shape prediction method in the first to seventh embodiments is realized by a polishing time / polishing amount prediction system (shape prediction system) using a computer. In the present embodiment, the polishing time / polishing amount prediction is performed. An example of the system will be described.
本実施の形態における研磨時間・研磨量予測システムは、図10に示すように、信号線101、102、103および104、入出力端末131、計算サーバ132、データサーバ134およびCMP装置133から構成される。入出力端末131は、応力応答関数のパラメータを入力する手段、各領域の標高を出力する手段、前記T1、T2、T3、H1、H2およびH3を出力する手段などを備えている。計算機サーバ132は、各時刻における各領域の標高を算出する手段などを備えている。データサーバ134は、各領域の標高を記憶する手段と、前記T1、T2、T3、H1、H2およびH3を記憶する手段などを備えている。
As shown in FIG. 10, the polishing time / polishing amount prediction system in the present embodiment includes
入出力端末131から、研磨対象とする製品チップと応力応答関数Fの種類を指定すると、データサーバ134から研磨条件および堆積した膜の種類、研磨対象とする製品チップの設計データ(通常はGDSIIと呼ばれるフォーマットで格納)が計算サーバ132に転送される。計算サーバ132は、CMP研磨シミュレーションを実行して上記実施の形態までに述べたT1、T2、T3、H1、H2およびH3を算出する。この結果はデータサーバ134に蓄積され、また入出力端末131に表示される。
When the product chip to be polished and the type of the stress response function F are designated from the input /
同時に、信号線104を通じて外部ネットワークへ出力され、各生産拠点にデータが転送される。また、T1、T2、T3、H1、H2およびH3の結果が分かり次第、自動的にCMP装置133を駆動して、必要な研磨時間もしくは研磨量だけ研磨を実行する。上記のCMP装置133の駆動に関しては、自動着工ではなく、入出力端末131から指示によって実行してもよい。
At the same time, the data is output to an external network through the
以上のようなシステムを構成することにより、一連のシミュレーションとシミュレーション結果の蓄積を容易にして、迅速なシミュレーションの実行と、この結果に応じた適正な研磨時間・研磨量のコントロールが可能となり、製品不良の発生を回避することが可能となる。すなわち、複数層からなるデバイスのCMP研磨シミュレーションを実行するにあたり、各層ごとに異なるパラメータを持つ応力応答関数を用い、シミュレーションした結果から最適な研磨時間および研磨量を求め、実際のCMPプロセスの研磨終点管理に利用することにより、積層膜の研磨シミュレーションを迅速かつ高精度に実行でき、また研磨時間・研磨量の制御を精度よく実施することによってデバイス製造不良を未然に防止することが可能となる。 By configuring the system as described above, it is easy to accumulate a series of simulations and simulation results, and it is possible to quickly execute simulations and control the appropriate polishing time and amount according to the results. It is possible to avoid the occurrence of defects. In other words, when executing a CMP polishing simulation of a multi-layer device, a stress response function having different parameters for each layer is used, and an optimal polishing time and polishing amount are obtained from the simulation results, and the polishing end point of the actual CMP process is determined. By using it for management, polishing simulation of the laminated film can be executed quickly and with high accuracy, and device manufacturing defects can be prevented beforehand by accurately controlling the polishing time and the polishing amount.
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
本発明は、半導体デバイスの形状予測技術に関し、特に、複数の異なる材質を積層して形成された膜のCMPプロセス後のデバイス表面の標高を予測する方法に適用して有効である。 The present invention relates to a semiconductor device shape prediction technique, and is particularly effective when applied to a method for predicting the altitude of a device surface after a CMP process of a film formed by laminating a plurality of different materials.
11…パターン、12…酸化膜、13…研磨パッド、15…凸パターン、21…パターン、51…Si基板、52…酸化膜、53…窒化膜、61…メッシュ境界線、62…メッシュ境界線、611…分割されたメッシュ、621…分割されたメッシュ、71…酸化膜が残っているメッシュ、72…窒化膜が露出したメッシュ、91…酸化膜が占めるメッシュ、92…窒化膜が露出するメッシュ、93…下地膜が露出するメッシュ、101〜104…信号線、131…入出力端末、132…計算サーバ、133…CMP装置、134…データサーバ。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
複数の異なる材質を積層して形成された膜のCMPプロセス後のデバイス表面の標高を予測するにあたり、デバイス表面を平面方向に領域分割し、この分割した各領域での研磨時間に応じた標高を一つもしくは複数の計算式に基づいて予測し、研磨の進行によりいずれかの領域において下層の材質が露出した場合には、この露出した領域の標高を計算するにあたって、計算式に含まれるパラメータをこの領域に限って変更することにより標高計算を実施することを特徴とする半導体デバイスの形状予測方法。 A method for predicting the shape of a semiconductor device using a computer for predicting the shape of a semiconductor device,
In predicting the elevation of the device surface after the CMP process for a film formed by laminating a plurality of different materials, the device surface is divided into regions in the plane direction, and the elevation corresponding to the polishing time in each divided region is calculated. When prediction is made based on one or more calculation formulas and the underlying material is exposed in any region due to the progress of polishing, the parameters included in the calculation formulas are calculated when calculating the elevation of the exposed region. A method for predicting a shape of a semiconductor device, wherein altitude calculation is performed by changing only in this region.
前記計算式の中にいずれかの種類の応力応答関数が含まれ、かつ下層の材質が露出した場合に、この含まれている応力応答関数のパラメータを変更することを特徴とする半導体デバイスの形状予測方法。 In the semiconductor device shape prediction method according to claim 1,
A shape of a semiconductor device characterized in that, when any kind of stress response function is included in the calculation formula and the underlying material is exposed, parameters of the stress response function included are changed. Prediction method.
前記応力応答関数として、実測から求めた実験式、ガウス型関数、ステップ型関数のいずれかを用いることを特徴とする半導体デバイスの形状予測方法。 In the semiconductor device shape prediction method according to claim 2,
Any one of an empirical formula obtained from actual measurement, a Gaussian function, and a step type function is used as the stress response function.
前記応力応答関数中に含まれるパラメータが下層の材質が露出した場合に変更されることを特徴とする半導体デバイスの形状予測方法。 In the semiconductor device shape prediction method according to claim 2,
A method for predicting a shape of a semiconductor device, wherein a parameter included in the stress response function is changed when a lower layer material is exposed.
前記応力応答関数に応力による歪みが到達する距離を現すパラメータとして長さの次元を持つものが含まれており、かつこのパラメータが下層の材質が露出した場合に変更されることを特徴とする半導体デバイスの形状予測方法。 In the semiconductor device shape prediction method according to claim 2,
The stress response function includes a parameter having a length dimension as a parameter representing a distance at which a strain due to stress reaches, and the parameter is changed when the underlying material is exposed. Device shape prediction method.
対象とするデバイスがデバイスの上部表面から数えて1層目からN層目までの材質により積層されており、1層目がデバイス表面の全分割領域から研磨され除去されるまでの研磨時間T1を求めることを特徴とする半導体デバイスの形状予測方法。 In the semiconductor device shape prediction method according to claim 1,
The target device is laminated with materials from the first layer to the N-th layer counted from the upper surface of the device, and the polishing time T1 until the first layer is polished and removed from all the divided regions on the device surface is determined. A method for predicting the shape of a semiconductor device.
M(1≦M<N)層目が研磨を開始してからデバイス表面の全分割領域から研磨され除去されるまでの研磨時間T1と、研磨を開始してからM+1層目がデバイス表面の全分割領域から研磨され除去されるまでの研磨時間T2を同時に求めることを特徴とする半導体デバイスの形状予測方法。 In the semiconductor device shape prediction method according to claim 6,
Polishing time T1 from the start of polishing of the M (1 ≦ M <N) layer to polishing and removal from all the divided regions on the device surface, and the M + 1 layer from the start of polishing to the entire surface of the device A method for predicting a shape of a semiconductor device, characterized by simultaneously obtaining a polishing time T2 until polishing and removal from a divided region.
前記研磨時間T1と前記研磨時間T2を用いて、T3=(T1+T2)/K(Kは1以上の実数)なる式により時間T3を算出し、研磨時間の管理に前記時間T3を利用することを特徴とする半導体デバイスの形状予測方法。 In the semiconductor device shape prediction method according to claim 7,
Using the polishing time T1 and the polishing time T2, the time T3 is calculated by the equation T3 = (T1 + T2) / K (K is a real number of 1 or more), and the time T3 is used for management of the polishing time. A feature prediction method of a semiconductor device.
前記研磨時間T1、T2および前記時間T3における全分割領域のうち、指定した一つの分割領域の研磨量をH1、H2およびH3とし、研磨量の管理に前記研磨量H3を用いることを特徴とする半導体デバイスの形状予測方法。 The shape prediction method of a semiconductor device according to claim 8,
Of all the divided regions at the polishing times T1 and T2 and the time T3, the polishing amount of one specified divided region is set to H1, H2 and H3, and the polishing amount H3 is used for managing the polishing amount. Semiconductor device shape prediction method.
前記デバイスが、タンタルを含む金属、銅を含む金属、タングステンを含む金属、シリコン酸化膜、有機物を含むシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、あるいは酸素の元素が添加されたシリコン窒化膜により積層構造が形成されていることを特徴とする半導体デバイスの形状予測方法。 In the shape prediction method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 9,
The device has a stacked structure of a metal containing tantalum, a metal containing copper, a metal containing tungsten, a silicon oxide film, a silicon oxide film containing an organic material, a silicon nitride film, or a silicon nitride film to which an oxygen element is added. A method for predicting the shape of a semiconductor device.
複数の異なる材質を積層して形成された膜のCMPプロセス後のデバイス表面の標高を予測するにあたり、デバイス表面を平面方向に領域分割し、この分割した各領域での研磨時間に応じた標高を一つもしくは複数の計算式に基づいて予測し、研磨の進行によりいずれかの領域において下層の材質が露出した場合には、この露出した領域の標高を計算するにあたって、計算式に含まれるパラメータをこの領域に限って変更することにより標高計算を実施し、
前記計算式の中にいずれかの種類の応力応答関数が含まれ、かつ下層の材質が露出した場合に、この含まれている応力応答関数のパラメータを変更し、
対象とするデバイスがデバイスの上部表面から数えて1層目からN層目までの材質により積層されており、M(1≦M<N)層目が研磨を開始してからデバイス表面の全分割領域から研磨され除去されるまでの研磨時間T1と、研磨を開始してからM+1層目がデバイス表面の全分割領域から研磨され除去されるまでの研磨時間T2を同時に求め、
前記研磨時間T1と前記研磨時間T2を用いて、T3=(T1+T2)/K(Kは1以上の実数)なる式により時間T3を算出し、研磨時間の管理に前記時間T3を利用し、
前記研磨時間T1、T2および前記時間T3における全分割領域のうち、指定した一つの分割領域の研磨量をH1、H2およびH3とし、研磨量の管理に前記研磨量H3を用いるものであり、
前記応力応答関数のパラメータを入力する手段と、各時刻における各領域の標高を算出する手段と、各領域の標高を出力および記憶する手段と、前記T1、T2、T3、H1、H2およびH3を出力および記憶する手段とを兼ね備えたことを特徴とする半導体デバイスの形状予測システム。 A semiconductor device shape prediction system using a computer for predicting the shape of a semiconductor device,
In predicting the elevation of the device surface after the CMP process for a film formed by laminating a plurality of different materials, the device surface is divided into regions in the plane direction, and the elevation corresponding to the polishing time in each divided region is calculated. When prediction is made based on one or more calculation formulas and the underlying material is exposed in any region due to the progress of polishing, the parameters included in the calculation formulas are calculated when calculating the elevation of the exposed region. Elevation calculation is carried out by changing only in this area,
When any kind of stress response function is included in the formula and the underlying material is exposed, the parameters of the stress response function included are changed,
The target device is laminated with materials from the first layer to the N-th layer counted from the upper surface of the device, and the device surface is fully divided after the M (1 ≦ M <N) layer starts polishing. A polishing time T1 until polishing and removal from the region and a polishing time T2 from the start of polishing until the M + 1 layer is polished and removed from all the divided regions of the device surface are simultaneously obtained,
Using the polishing time T1 and the polishing time T2, the time T3 is calculated by the equation T3 = (T1 + T2) / K (K is a real number of 1 or more), and the time T3 is used for management of the polishing time.
Of all the divided regions at the polishing times T1, T2 and T3, the polishing amount of one designated divided region is set to H1, H2, and H3, and the polishing amount H3 is used for polishing amount management.
Means for inputting parameters of the stress response function; means for calculating the elevation of each area at each time; means for outputting and storing the elevation of each area; and T1, T2, T3, H1, H2, and H3 A semiconductor device shape prediction system characterized in that it also has means for outputting and storing.
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