JP3165885B2 - 半導体装置断面構造の表示方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置の断
面加工形状を、高速かつリアルに生成することができる
半導体装置断面構造の表示方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】これから製造しようとする半導体装置の
断面構造は、この半導体装置の製造に用いられるフォト
マスクのパターンデータと、各層に用いる材料，形成方
法，膜厚などの形成条件とにより描くこと（断面構造の
表示）が可能である。この半導体装置の断面構造の描画
には、形状シュミュレーションによる方法があり、これ
には、描画対象の表示断面の各ピクセルに付けられたピ
クセル値によって物質の種別を定義することで、加工断
面の形状をシミュレートするものがある。

【０００３】このピクセルを用いるシミュレーション方
法（文献１：特開平６−５３０９９号公報）は、まず、
断面加工形状をシミュレートする半導体装置の初期形状
をピクセル（セル）の集合で表現する。この、ピクセル
にはピクセル値（画面上では色として示される）が付け
られており、ピクセル値により材料が決められている。
例えば、シリコンはピクセル値Ａ、酸化シリコンはピク
セル値Ｂなどとされ、画面上で異なる色で表現される。

【０００４】以上のような表現による半導体断面の初期
状態図形に対し、酸化を行う，新たな層をスパッタで堆
積する，リアクティブイオンエッチングでエッチングす
る、などの各処理に対応して、楕円や直線のような加工
特性図形を描画する。ついで、この描画された加工特性
図形に合わせるように処理対象のピクセルを変更したり
新規に追加するなどの描画処理をすることで、断面加工
形状をシミュレーションする。

【０００５】以下、上述のピクセルを用いるシミュレー
ションについて簡単に説明する。図２は、ピクセルモデ
ルによるシミュレーションでの半導体装置断面表示の状
態を示す説明図である。同図において、２１は第１の物
質領域、２２は第２の物質領域、２３は第３の物質領
域、２４は空気領域であり、ｐ１は第１の物質領域２１
を示すピクセル、ｐ２は第２の物質領域２２を示すピク
セル、ｐ３は第３の物質領域２３を示すピクセル、ｐ４
は空気領域２４を示すピクセルである。ピクセルは描画
図を表示するときの最小単位の画素であり、例えばピク
セルｐ１は、表示をする上でのこの位置の画素（ピクセ
ル）がピクセルｐ１を示す値を表示していることにな
る。

【０００６】このように、例えば第３の物質領域２３
は、ピクセルｐ３を示す値のピクセルの集合によって表
現される。ここで、ピクセルｐ１を示す値とは、例えば
そのピクセルが「赤色」を発色する値である。同様に、
ピクセルｐ２が「青色」、ピクセルｐ３が「黄色」、ピ
クセルｐ４が「白色」を発色する値とすれば、図２にお
いて、第１の物質領域２１は「赤色」で表示され、第２
の物質領域２２は「青色」で表示され、第３の物質領域
２３は「黄色」で表示され、空気領域２４は「白色」で
表示されることになる。

【０００７】従って、このような表示では、物質領域，
物質境界というデータは持たず、画面上で同じピクセル
値のピクセルが続いている場所は同じ物質の領域と判断
する。そして、隣接するピクセルのピクセル値が自分の
ピクセル値と異なる場所がその物質の境界（境界ピクセ
ル）であると判断する。画面上で、半導体装置を構成す
る各物質に対応するピクセルを物質ピクセルと呼び、半
導体装置の表面より上の空間に存在する全てのピクセ
ル、例えば図２ではピクセルｐ４を空気ピクセルと定義
する。更に、空気ピクセルに接する物質ピクセルを表面
境界ピクセルと定義する。

【０００８】次に、このように表示されている第３の物
質領域２３上に、新たに第４の物質をＣＶＤにより堆積
形成した状態を表示する場合について説明する。図３
（ａ）に示すように、加工特性図形として堆積膜厚に相
当する半径の「円」を、全ての表面境界ピクセルにその
中心をおいて描画する。この円が描画された空気領域２
４のピクセルｐ４と第３の物質領域２３のピクセルｐ３
は、第４の物質を示すピクセル値に変更され、例えば
「緑色」を表示するものとなる。なお、異なるピクセル
値を有していても同一の色で表示したり、異なる表示色
であっても同一の物質とすることもできる。

【０００９】最後に、物質領域２３の中で第４の物質を
示すピクセル値に変更されているピクセルを元に戻すた
め、元の画面で物質ピクセルであった所を元のピクセル
値で再描画する。このことにより、図３（ｂ）に示すよ
うに、第３の物質領域２３上に第４の物質領域２５が表
示されるようになる。第４の物質領域２５は第４の物質
を示すピクセル値を持ち「緑色」を表示するピクセルｐ
５で示される領域である。

【００１０】また、熱酸化などによるシリコン酸化膜の
形成のシミュレーションは、形成する層の膨張率などを
考慮して所定の膜厚を仮想的に生成し、これを元にガウ
ス分布関数を用いた畳み込み積分により生成される酸化
膜の形状を計算して、形状示唆線分群を得ることにより
行う。そして、また、スパッタエッチングなど加工特性
図形が複雑なものの場合は、これを複数の基本図形で近
似し、これら基本図形によるデポジションとエッチング
とを繰り返して行うことにより、その処理による形状変
化や層の形成などの描画を行う。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したピ
クセルモデルによる半導体装置断面構造の表示では、表
面張力に起因した膜のフロー状態を扱うことはできた
が、膜の収縮を表現することができなかった。なお、フ
ローすることにより、下層の凹凸状態を吸収して膜表面
がなだらかになっていく。膜の収縮は、ＬＳＩの製造に
おいて、ポリイミドやＳＯＧ膜およびフォトレジストな
どの粘性塗布膜を、高温で加熱することで焼きしめたと
きに起こる。ここで、膜の収縮で特に問題となるのは、
膜厚方向の収縮である。

【００１２】通常、下地物質の選択エッチングのための
マスクに使用されるレジストは、その下地表面の段差が
目立たなくなるほど厚く塗布される。それに加えて、形
成したレジストパターンが膜厚方向にばらついていて
も、これを選択マスクとして加工する下地の加工形状に
あまり影響しない。このため、レジストに関しては、レ
ジスト塗布して加熱処理した後の状態をフローの効果だ
けで近似しても問題はなかった。

【００１３】しかし、平坦化のためにレジストを用いる
エッチバック処理においては、塗布形状（表面形状）が
エッチバックによる下地の加工形状に大きく依存する。
このため、膜厚方向の収縮まで考慮したより正確なシミ
ュレーションが要求されるようになってきた。同様に、
平坦化に多用されるようになってきたポリイミドやＳＯ
Ｇについても、塗布膜形成後の加熱による膜収縮状態の
正確なシミュレーションが要求されるようになってき
た。

【００１４】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、膜の収縮などの変化をよ
り正確に表示できるようにすることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明の半導体装置断
面構造の表示方法は、基体とこの上に形成された膜の断
面を示す初期断面状態より、その膜を消去した後、膜の
下地との境界にある境界セルを中心とし、境界セルより
膜の表面までの最短距離に所定の変化量を乗じた長さを
半径とし、膜を示すセルで埋められた円を描画すること
で新たな領域を示し、この後、前記初期断面状態を重ね
て再描画して示すようにした。この結果、所定の変化量
で膜厚が変化した膜断面が示される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１は、この発明の実施の形態にお
ける半導体装置断面構造の表示方法を説明するための断
面図である。以下、この発明の実施の形態について説明
する。図１（ａ）は、絶縁層上に配線電極が形成され、
その上に絶縁膜として用いるポリイミドが塗布された状
態を示しており、絶縁層領域１上に電極領域２とその上
に覆い被さるようにポリイミド領域３が表示され、この
上に空気領域４がある。なお、図中５は、絶縁層が形成
される基板を示す基板領域である。絶縁層領域１は絶縁
層を示すピクセル（セル）の集まりであり、電極領域２
は電極を示すピクセルの集まりであり、ポリイミド領域
３はポリイミドを示すピクセルの集まりであり、空気領
域４は空気を示すピクセルの集まりである。

【００１７】このような状態より、まず、ポリイミド領
域３のピクセルの中で、その下の絶縁層領域１および電
極領域２との境界となる境界ピクセルを順次検索してい
く。次いで、検索した境界ピクセルより最も距離の近い
表面境界ピクセルまでの距離を求める。表面境界ピクセ
ルは、ポリイミド領域３のピクセルの中で空気領域４と
の境界となっているピクセルである。この距離を各境界
ピクセルにおいて求めたら、図１（ｂ）に示すように、
ポリイミド領域３を消去し、この状態を記憶しておく。

【００１８】次に、検索した各境界ピクセルを中心と
し、求めて置いた距離にポリイミドの収縮率をかけた長
さの半径の円をポリイミドのピクセルで描画していく。
図１（ｃ）はこの円を描画していく状態を示しており、
この図１（ｃ）では、わかりやすくするために、描画し
ている円の中をポリイミドのピクセルで埋めていない状
態を示している。また、図１（ｃ）において、ポリイミ
ド領域の元々の表面境界を点線で示してある。

【００１９】この円の描画によって、実際には図１
（ｄ）に示すように、ポリイミド領域３ａが描画され
る。そして、この描画状態と、前もって記憶しておいた
図１（ｂ）に示す絶縁層領域１および電極領域２を重ね
るように再描画することで、図１（ｅ）に示すように、
絶縁層領域１および電極領域２上に、収縮した状態のポ
リイミド領域３ｂが示された断面構造を得ることができ
る。なお、膜が収縮する際に、フローの効果が含まれる
場合は、膜収縮を生成した画面から、もう一度膜領域を
消去し、ガウス分布関数を用いた畳み込み積分により表
面高さを計算して再描画するようにしても良い。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明では、ま
ず、基体とこの上に形成された膜の断面を示す初期断面
状態より、その膜を消去する。次いで、膜の下地との境
界にある境界セルを中心とし、境界セルより膜の表面ま
での最短距離に所定の変化量を乗じた長さを半径とし、
膜を示すセルで埋められた円を描画することで新たな領
域を示す。そして、初期断面状態を重ねて再描画して示
すようにした。この結果、所定の変化量で膜厚が変化し
た膜断面が示されることになり、膜の収縮などの変化を
より正確に表示できるようになるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態における半導体装置断
面構造の表示方法を説明するための断面図である。

【図２】 ピクセルモデルによるシミュレーションでの
半導体装置断面表示の状態を示す説明図である。

【図３】 ピクセルモデルによるシミュレーションの概
念を説明するための説明図である。

【符号の説明】

１…絶縁層領域、２…電極領域、３，３ａ，３ｂ…ポリ
イミド領域、４…空気領域、５…基板領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/312 G06F 17/50 G06T 7/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 小さなセルに分割して物質の種類に対応
   した属性をそれら各セルに待たせることによって半導体
   装置の断面構造を表現し、この半導体装置を加工する際
   の工程データとマスクパタンデータとに基づいて、前記
   セルの削除もしくは属性変更、または、新規セルの追加
   を実施することにより、前記半導体装置の断面加工形状
   を求める半導体装置断面構造の表示方法において、 基体とこの上に形成された膜の断面を示す初期断面状態
   より、 前記膜を消去した後、前記膜の下地との境界にある境界
   セルを中心とし、前記境界セルより前記膜の表面までの
   最短距離に所定の変化量を乗じた長さを半径とし、前記
   膜を示すセルで埋められた円を描画することで新たな領
   域を示し、 この後、前記初期断面状態を重ねて再描画して示すこと
   を特徴とする半導体装置断面構造の表示方法。