JP3188928B2 - 半導体装置断面構造のシミュレーション方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造に
おいて、途中工程における形状変動が、後の工程に及ぼ
す影響を簡単に予測する方法であり、半導体装置の故障
解析や、半導体製造プロセスの開発などの分野で、幅広
く利用されている半導体装置断面構造のシミュレーショ
ン方法に関するものである。

【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が可能であ
る。この半導体装置の断面構造を描画には、形状シュミ
ュレーションによる方法と簡易モデルによる方法とがあ
る（カリフォルニア大学バークレー校で開発されたＳＩ
ＭＰＬ参照）。通常、形状シュミュレーションは、狭い
領域の断面形状を正確に知りたい場合に使用し、簡易モ
デルはある程度広い範囲の断面構造を高速に表示したい
場合に使用する。

【０００３】これらの断面構造の描画では、何れの方法
でも、ベクトルデータを用いて折れ線により各層の境界
を表現するものである。例えば、図７に示すように 形
状シミュレーションの装置のＣＲＴ上に、描画する半導
体装置の断面を構成する第１の物質領域７１，第２の物
質領域７２，第３の物質領域７３および空気領域７４
を、それぞれ物質境界線７５，７６および表面境界線７
７によって形成される多角形（折れ線）によって区切っ
て表現する。

【０００４】そして、物質領域７３上に、新たに層を形
成する場合、例えば、酸化シリコンの絶縁膜が形成され
ている状態を描画する場合、形成される酸化シリコンの
異方性などの形成状態を考慮して、最表面を示している
物質境界線７７の折れ線の各頂点の移動ベクトルを形成
して移動し、新たな境界線を形成する。ここで、各頂点
の移動先は微小刻みで算出するようにしている。そし
て、移動ベクトルの交錯や、１つの領域の分割などが起
こった際は、形状データに対する図形演算（プログラム
による計算処理）を実施し、矛盾のない新データ（新た
な境界線）を生成し、これにより境界線を描画してい
る。従って、途中工程におけるプロセスの変動に対して
は、形状シミュレータに入力するプロセス条件を、変動
に合わせて変更することによって、変動に対応した断面
形状を生成するようにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来は以上のようにな
されていたので、プロセス条件の変動に対応した形状変
動しか扱うことができず、予め用意されていない現象に
よる形状変動や、異物の付着のような偶発的な形状変動
に対応することができないという問題があった。

【０００６】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、複雑な演算処理を用いた
り、これに時間をかけることなく、かつ用意されていな
い変動に合わせた半導体装置の断面構造を正確に描画で
きるようにすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の半導体装置断
面構造のシミュレーション方法は、画面上に表示された
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し、隣接するピクセルのピ
クセル値が自己のピクセル値と異なるピクセルをその物
質の境界ピクセルと判断する処理と、次に生成する描画
層を形成する工程の特性によって決定される加工特性図
形を、描画層の下のすでに表示されている表示層の表面
境界にあるピクセル中心に描画する処理と、加工特性図
形を描画する処理以前に画面上に表示されていた所定の
表示断面の上では特定値を持っていたピクセルを、その
特定値に戻すように再描画する処理とを複数回繰り返し
て断面構造画面を生成し、断面表示画面の生成途中でこ
の断面表示画面の所望の位置に所望のピクセル値で図形
を描画して断面形状を変更することによりシミュレーシ
ョンを行うことを特徴とする。

【０００８】

【作用】物質の境界を示す境界線を用いることなく、断
面を構成する各層の変化した状態などを描画していき、
途中で表示状態が変更されると、これに対応した断面状
態が描画生成されていく。

【０００９】

【実施例】以下この発明の１実施例を図を参照して説明
する。図１は、この発明の半導体装置断面構造の表示方
法における物質領域と物質境界の定義を概略的に示す説
明図である。同図において、１は第１の物質領域、２は
第２の物質領域、３は第３の物質領域、４は空気領域で
あり、ｐ１は第１の物質領域１を示すピクセル、ｐ２は
第２の物質領域２を示すピクセル、ｐ３は第３の物質領
域３を示すピクセル、ｐ４は空気領域４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。

【００１０】このように、例えば第３の物質領域３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１におい
て、第１の物質領域１は「赤色」で表示され、第２の物
質領域２は「青色」で表示され、第３の物質領域３は
「黄色」で表示され、空気領域４は「白色」で表示され
ることになる。

【００１１】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
し、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
１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。

【００１２】次に、このように表示されている半導体装
置の第３の物質領域３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２（ａ）に示すように、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中心をおいて描
画する。この円が描画された空気領域４のピクセルｐ４
と第３の物質領域３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ピク
セル値を有することもできる。

【００１３】最後に、物質領域３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２（ｂ）に示すよ
うに、第３の物質領域３上に第４の物質領域５が表示さ
れるようになる。第４の物質領域５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ｐ５で示
される領域である。

【００１４】また、熱酸化などによるシリコン酸化膜の
描画は、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。

【００１５】実施例１．図３は、以上のようにして、半
導体装置の断面構造を形成して表示した状態を示す画面
図である。同図において、３１はシリコン基板を表示し
ている基板表示領域、３２は素子分離のためにシリコン
基板表面を選択的に酸化することにより形成された素子
分離膜を表示している酸化シリコン表示領域、３３はシ
リコン基板上の所定の位置に薄い酸化膜を解して形成さ
れたポリシリコンからなるゲート電極を表示しているポ
リシリコン表示領域、３４はゲート電極上に熱酸化によ
り形成された酸化膜を表示している酸化シリコン表示領
域、３５はゲート電極などをマスクとして自己整合的に
シリコン基板に形成された第１導電型の不純物拡散領域
を示す第１不純物表示領域である。

【００１６】また、３６はシリコン基板に形成された第
２導電型の不純物拡散領域を示す第２不純物表示領域、
３７はＣＶＤなどにより堆積した後エッチングにより所
定の領域に形成されたシリコン酸化膜を表示している酸
化膜表示領域、３８は酸化膜表示領域３７で示されたシ
リコン酸化膜が堆積された状態の上に平坦化のために形
成されたＢＰＳＧ膜を表示しているＢＰＳＧ表示領域、
３９はスパッタ法などにより堆積された後エッチングに
より所定の領域に形成されたＡｌ配線層を示すＡｌ表示
領域、４０はＡｌ表示領域３９で表示されているＡｌ配
線上にＣＶＤ法などにより堆積形成されたシリコン酸化
膜を表示している酸化膜表示領域である。

【００１７】また、４１は酸化膜表示領域４０で表示さ
れているシリコン酸化膜の段差を低減するために形成さ
れたＳＯＧ膜を表示しているＳＯＧ表示領域、４２はＳ
ＯＧ膜をサンドイッチするように酸化膜表示領域４０で
示されるシリコン酸化膜上にＣＶＤ法などにより堆積形
成されたシリコン酸化膜を表示している酸化膜表示領
域、４３は酸化膜表示領域４２で示されるシリコン酸化
膜上に形成されたＡｌ配線層を示すＡｌ表示領域、４４
はＡｌ表示領域４３で表示されているＡｌ配線上にＣＶ
Ｄ法などにより堆積形成されたシリコン酸化膜を表示し
ている酸化膜表示領域、４５は酸化膜表示領域４４で表
示されているシリコン酸化膜の段差を低減するために形
成されたＳＯＧ膜を表示しているＳＯＧ表示領域であ
る。

【００１８】そして、４６はＳＯＧ膜をサンドイッチす
るように酸化膜表示領域４４で示されるシリコン酸化膜
上にＣＶＤ法などにより堆積形成されたシリコン酸化膜
を表示している酸化膜表示領域、４７は酸化膜表示領域
４６で示されるシリコン酸化膜上に形成されたＡｌ配線
層を示すＡｌ表示領域、４８はＡｌ表示領域４７で表示
されているＡｌ配線上にＣＶＤ法などにより堆積形成さ
れたシリコン酸化膜を表示している酸化膜表示領域、４
９はこの半導体装置の最上層に形成される窒化シリコン
からなるパシベーション膜を表示している窒化シリコン
表示領域、５０はパシベーション膜上の空間を表示して
いる空気領域である。

【００１９】ここで、同一の材料は同一のピクセル値を
有するピクセルで表示される。例えば、酸化膜表示領域
４０，４２は同一の材料より構成されているものを表示
しているので、そのピクセル値は同一である。従って、
これらは同一の色で表示されることになる。そして、図
の中では各層の区別をわかりやすくするため、境界線を
用いて表現しているが、実際には境界線はなく、それぞ
れの領域が異なる色で表示されるようになっている。こ
のため、実際には、上述した酸化膜表示領域４０，４２
や酸化膜表示領域４６，４８の間には境界線が無く、表
示されている上ではこれらの層の区別はできない。

【００２０】以上、図３に示した断面表示に対し、図４
〜６は、表示する半導体装置の製造途中工程において、
形状変動があった場合の断面構造シミュレーション画面
の例を示した説明図である。 実施例２．図４は、途中工程で用いられるレジストのパ
ターニングに異常があった場合、完成した半導体装置が
どのようになるかをシミュレートした場合を示す説明図
である。ここでは、Ａｌ配線のパターン形成のためのエ
ッチングにおけるマスクを、フォトレジストのパターニ
ングにより形成したパターンを用いる場合について説明
する。

【００２１】図４（ａ）に示すように、Ａｌ配線層とな
るＡｌ層を表示しているＡｌ表示領域４３ａ上に、正常
な場合は、マスクパターンを表示しているレジスト表示
領域５１が表示されている。ここで、マスクパターンの
パターニングの際の現像不良により、残渣が残った場合
をシミュレートしようとした場合、図４（ｂ）に示すよ
うに、マスクパターンが本来無いところに、残渣を示す
レジスト表示領域５１ａを追加描画する。そして、この
状態を元に、上層を描画するようにすれば、図４（ｃ）
に示すように、短絡部を示すＡｌ表示領域４３ｂが描画
された状態の画面が得られる。従ってこのことにより、
配線層のパターニングのためのレジストパターンの現像
で現像残りがあった場合は、その配線層がショートする
ことがシミュレートできたことになる。

【００２２】実施例３．図５は、配線層用の金属を堆積
形成する直前に異物が付着してしまった場合をシミュレ
ートした例である。この場合、例えば、Ａｌ表示領域４
７で示されるＡｌ配線層を形成するためのＡｌ層堆積の
前の状態で、図５（ａ）に示すように、所望の位置に異
物を示す異物表示領域５２を追加描画する。そして、こ
の状態を元に、上層を描画するようにすれば、図５
（ｂ）に示すように、異物表示領域５２の上部が出っ張
るように形成されたＡｌ配線層を表示するＡｌ表示領域
４７ａが描画された状態となる。こことにより、下に異
物が混入した場合、配線形状が特異な形状になって配線
抵抗が増大したり、場合によっては、断線と引き起こす
可能性があることがシミュレートできる。

【００２３】実施例４．図６は、上下の配線金属層間を
接続するコンタクトホールを形成するためのエッチング
マスクとなるレジストに膜厚の薄い部分ができてしまっ
た場合をシミュレートした例である。この場合、図６
（ａ）に示すように、コンタクトホールを形成するため
のエッチングマスクを示すレジスト表示領域５３を、対
応する場所の膜が減少した形状に応じて空気のピクセル
値で描画し直す。レジスト表示領域５３で示されるエッ
チングマスクは、正常な状態ならば図６（ａ）の中で点
線で示される領域まで膜厚があるものである。

【００２４】そして、この状態を元に、上層を描画する
ようにすれば、図６（ｂ）に示すように、酸化膜表示領
域４４，ＳＯＧ表示領域４５で示される層間膜が薄くな
り、酸化膜表示領域４６で示される層間膜の一部が無く
なってしまった状態の画面が得られる。この場合、Ａｌ
表示領域４３で表示されている配線とＡｌ表示領域４７
で表示されている配線層との間の寄生容量が増大した
り、場合によってはこれら配線間でショートを引き起こ
す可能性があることが判る。

【００２５】以上示したように、半導体装置の製造途中
状態の画面で、シミュレーションしたい所望の状態に描
画し直すことで、製造が完了した時点における半導体装
置の断面状態を予想することが可能となる。なお、形状
変動に対応するユーザの図形描写には、マウスカーソル
の移動軌跡上に、指定されたピクセル値を持つ小さな正
方形を並べて描画していく方法等がある。ここで、マウ
スカーソルの移動軌跡上に描画する図形は円でも点でも
良いし、従来から計算機画面への図形描画方法として用
いられている各種の方法を利用しても良い。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、予め用意されていない現象による形状変動や、異物
の付着のような偶発的な形状変動に対応して半導体装置
の断面構造を複雑な演算処理を用いたり、これに時間を
かけることなく、正確に描画できるという効果がある。
従って、半導体装置の故障解析に要する時間を大幅に削
減でき、更に、半導体装置製造プロセスの開発効率の向
上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の半導体装置断面構造の表示方法にお
ける物質領域と物質境界の定義を概略的に示す説明図で
ある。

【図２】この発明の概念を説明するための説明図であ
る。

【図３】この発明の１実施例であるす半導体装置の断面
構造を形成して表示した状態を示す画面図である。

【図４】途中工程で用いられるレジストのパターニング
に異常があった場合、完成した半導体装置がどのように
なるかをシミュレートした場合を示す説明図である。

【図５】途中工程で異物が混入した場合、完成した半導
体装置がどのようになるかをシミュレートした場合を示
す説明図である。

【図６】途中工程で用いられるレジストに異常があった
場合、完成した半導体装置がどのようになるかをシミュ
レートした場合を示す説明図である。

【図７】従来の描画状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 第１の物質領域 ２ 第２の物質領域 ３ 第３の物質領域 ４ 空気領域 ５ 第４の物質領域 ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５ ピクセル ３１ 基板表示領域 ３２，３４ 酸化シリコン表示領域 ３３ ポリシリコン表示領域 ３５ 第１不純物表示領域 ３６ 第２不純物表示領域 ３７，４０，４２，４４，４６，４８ 酸化膜表示領域 ３８ ＢＰＳＧ表示領域 ３９，４３，４７ Ａｌ表示領域 ４１，４５ ＳＯＧ表示領域 ４９ 窒化シリコン表示領域 ５０ 空気領域

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 17/50 G06F 17/00 H01L 21/00 H01L 29/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体装置を製造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指定された場所の断面
   構造を、その断面構造を構成する層を下層から順に描画
   して計算機の画面上に表示することによりシミュレーシ
   ョンを行う半導体装置断面構造のシミュレーション方法
   であって、 前記画面上に表示された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
   し、隣接するピクセルのピクセル値が自己のピクセル値
   と異なるピクセルをその物質の境界ピクセルと判断する
   処理と、 次に生成する描画層を形成する工程の特性によって決定
   される加工特性図形を、前記描画層の下のすでに表示さ
   れている表示層の表面境界にあるピクセル中心に描画す
   る処理と、 前記加工特性図形を描画する処理以前に画面上に表示さ
   れていた所定の表示断面の上では特定値を持っていたピ
   クセルを、その特定値に戻すように再描画する処理とを
   複数回繰り返して断面構造画面を生成し、 前記断面表示画面の生成途中で、この断面表示画面の所
   望の位置に所望のピクセル値で図形を描画して断面形状
   を変更することにより、シミュレーションを行うことを
   特徴とする半導体装置断面構造のシミュレーション方
   法。