JPH07326676A - 配線シミュレーション方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 配線の構造データ入力とメッシュ分割とを容
易に行うことができる配線シミュレーション方法を提供
すること。 【構成】 本発明の配線シミュレーション方法は、計算
対象となる配線構造の構造データを入力手段にて読み取
り（ステップＳ２）、この構造データと同一または類似
するものをデータベース内から検索して対応するメッシ
ュ分割データを選択し（ステップＳ３〜Ｓ４）、このメ
ッシュ分割データを基準として対象構造のメッシュ分割
（ステップＳ７）を行った後、配線シミュレーションを
行う（ステップＳ８）。また、シミュレーションの後、
対象構造の構造データおよびメッシュ分割データを新た
にデータベース内に蓄積する（ステップＳ１１）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子の配線構造
に基づきその配線間容量や配線間抵抗を計算する配線シ
ミュレーション方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子における多層配線間の容量や
抵抗を疑似的に計算する配線シミュレータは、実際の配
線構造からこれら容量や抵抗を測定するのが困難な場合
や半導体素子の特性を予想するために利用されており、
半導体素子の生産性向上および特性向上のために寄与し
ている開発ツールの一つである。

【０００３】従来、この配線シミュレータを用いて配線
間容量や配線間抵抗のシミュレーションを行う場合に
は、先ず、電子顕微鏡（以下、単にＳＥＭと言う。）に
よる半導体素子の断面写真や設計データなどからオペレ
ータが配線構造を読み取り、その寸法や電極位置等の構
造データを配線シミュレータに入力する。次いで、この
構造データに基づき計算対象となる配線構造のメッシュ
分割を行い、その後、このメッシュ分割データを用いて
有限要素法等により配線間容量や配線間抵抗を計算して
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な配線シミュレーション方法では、解析を行うたびにＳ
ＥＭによる断面写真や設計データなどから配線構造を読
み取り、その構造データを配線シミュレータに入力しな
ければならず、オペレータに多大な労力をかけることに
なる。特に、正確なシミュレーション結果を得たい場合
には実際のＳＥＭによる断面写真から寸法や電極位置等
の構造データを読み取る必要がある。実際の配線構造は
設計データによる配線構造に比べ多少のずれや歪みが生
じており、構造データの入力が複雑となって特にオペレ
ータの作業性低下を招くことになる。

【０００５】また、シミュレーションにおいてはメッシ
ュ分割の仕方によって計算精度、計算速度に大きな影響
が出る。このため、精度の良いシミュレーション結果を
短時間に得るような最適なメッシュ分割を行うためには
ある程度の経験を必要とし、経験不足のオペレータが効
率良く配線シミュレーションを行う上での問題となって
いる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために成された配線シミュレーション方法
である。すなわち、本発明は、データベース内に蓄積さ
れた配線構造の構造データおよびメッシュ分割データに
基づき半導体素子の配線間容量や配線間抵抗を計算する
配線シミュレータにおいて、先ず、計算対象となる配線
構造の構造データを所定の入力手段にて読み取り、読み
取った構造データと同一または類似する構造データをデ
ータベース内から検索してその構造データと対応するメ
ッシュ分割データを選択する。次いで、選択したメッシ
ュ分割データを基準として計算対象となる配線構造のメ
ッシュ分割を行ってメッシュ分割データを作成し、この
作成したメッシュ分割データに基づき計算対象となる配
線構造の配線間容量や配線間抵抗を計算する配線シミュ
レーション方法である。

【０００７】また、この配線シミュレーション方法にお
いて、計算対象となる配線構造の配線間容量や配線間抵
抗を計算した後、その配線構造の構造データおよびメッ
シュ分割データを新たにデータベース内に蓄積するよう
にした配線シミュレーション方法でもある。

【０００８】

【作用】本発明では、所定の入力手段を用いることで計
算対象となる配線構造の構造データを配線シミュレータ
に容易に入力し、入力した構造データと同一または類似
の構造データをデータベース内から検索してその構造デ
ータと対応するメッシュ分割データを選択するようにし
ている。そして、データベース内から選択したメッシュ
分割データを基準として計算対象となる配線構造のメッ
シュ分割を行い、このメッシュ分割に基づき配線間容量
や配線間抵抗の計算を行っている。つまり、データベー
ス内から探し出した構造データに対応するメッシュ分割
データを計算対象となる配線構造のメッシュ分割におけ
る基準とすることで、対象構造のメッシュ分割を初めか
ら行う必要がなくなり配線シミュレータへのデータ入力
作業の簡略化を図れるようになる。

【０００９】また、本発明では、計算対象となる配線構
造の配線間容量や配線間抵抗を計算した後、その配線構
造の構造データおよびメッシュ分割データを新たにデー
タベース内に蓄積している。これによって、計算を行う
たびにデータベース内の構造データおよびメッシュ分割
データが増えることになり、様々な種類から成る配線構
造の配線間容量や配線間抵抗のシミュレーション計算に
即座に対応できるようになる。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明の配線シミュレーション方法
の実施例を図に基づいて説明する。図１は本発明の配線
シミュレーション方法を説明するフローチャート、図２
は配線シミュレータのブロック構成図である。

【００１１】図２に示すように、配線シミュレータは例
えばＳＥＭ測定機１０による断面写真から計算対象の配
線構造の構造データを読み取るためのデータ入力部１
と、読み取った構造データやメッシュ分割データを蓄積
するためのデータベース２と、構造データおよびメッシ
ュ分割データに基づき配線間容量や配線間抵抗を疑似的
に計算するシミュレーション部３と、各種指定や計算結
果の表示を行うための端末器４と、各部の統括制御を行
うためのＣＰＵ５とから構成される。

【００１２】次に、このような配線シミュレータを用い
た本発明の配線シミュレーション方法を図１に沿って説
明する。先ず、ステップＳ１に示すように計算対象とな
る半導体素子の配線構造のＳＥＭ断面図（断面写真等）
をＳＥＭ測定機１０（図２参照）により用意する。次い
で、ステップＳ２に示すようにＳＥＭ断面図から計算対
象となる配線構造の構造データの読み取り処理を行う。

【００１３】ステップＳ２の構造データ読み取り処理
は、図２に示すデータ入力部１にて行う。データ入力部
１はスキャナなどの光学読み取り装置を備えており、用
意したＳＥＭ断面図の画像を光学的に読み取って端末器
４（図２参照）に表示させるものである。なお、必要に
応じて配線構造の設計データ（設計図）をデータ入力部
１にて読み取るようにしてもよい。

【００１４】また、光学的に読み取って得たＳＥＭ断面
図の画像から配線構造の構造データを得るには、例えば
オペレータが端末器４（図２参照）の表示を参照しなが
ら計算領域を構成する境界線を入力ペンやマウス等の入
力ツール（図示せず）を用いて指定するようにする。

【００１５】図３は構造データの読み取りについて説明
する模式図であり、（ａ）は配線構造の一例を示す断面
図、（ｂ）はその構造データである。図３（ａ）に示す
ように、配線構造が例えばＳｕｂ電極１５、一層目電極
１１（アルミニウム等）、二層目電極１２（アルミニウ
ム等）、三層目電極１３（アルミニウム等）から成る多
層電極で、各々の層間に絶縁層１４（酸化シリコン膜
等）が設けられた構造である場合、先ず、この断面図
（ＳＥＭ写真等）をデータ入力部１（図２参照）にて読
み取り、端末器４（図２参照）に表示させる。

【００１６】オペレータは端末器４に表示されたＳＥＭ
写真等の断面図を参照しながら計算対象となる領域（例
えば、図３中破線内の領域Ｓ）を指定する。領域の指定
は、端末器４の画面上でｘｙ座標の原点を指定するとと
もに領域Ｓの境界線Ａを指定する（図３（ｂ）参照）。
また、境界線Ａの指定とともに電極位置Ｂ（図３（ｂ）
の太線参照）の指定も行う。これにより計算領域の構造
（形や隅部の数）や境界線Ａの寸法、角度等から成る構
造データがｘｙ座標軸を基準とした座標データまたはベ
クトルデータに変換され、境界線Ａの本数、電極位置
Ｂ、電極や絶縁層１４の材質等のその他のデータととも
にデータベース２内に取り込まれることになる。

【００１７】次に、ステップＳ３に示すように、読み取
った構造データと同一または類似する構造データがデー
タベース２（図２参照）内に蓄積されているか否かの判
断を行う。すなわち、データベース２（図２参照）内に
は、予め基本となる配線構造の構造データとそれに対応
するメッシュ分割データとが複数種類記憶されており、
読み取った構造データをデータベース２（図２参照）内
に蓄積された構造データと順次照合し、同一または類似
のものを検索する。このような照合、検索処理をＣＰＵ
５（図２参照）が起動するプログラムにて行い、同一ま
たは類似のものがあればステップＳ３の判断でＹｅｓと
なってステップＳ４に進みその構造データを選出する。

【００１８】読み取った構造データとデータベース２
（図２参照）内に蓄積された構造データとを照らし合わ
せるには、読み取った構造データを基準として、例えば
その構造データで示される計算領域の形状、隅部の数、
境界線Ａの本数が一致し、しかも境界線Ａの寸法や角度
が所定の許容範囲内に収まるような構造データをデータ
ベース２（図２参照）内から抽出する。これによって、
読み取った構造データと同一または類似（例えば、相似
形や同形で縦横がわずかに伸縮したもの等）の構造デー
タがデータベース２（図２参照）内から抽出されること
になる。

【００１９】そしてオペレータは、抽出された構造デー
タの中から最も計算対象となる構造データと近いもの
（または同一のもの）を選択する。データベース２（図
２参照）内に蓄積された構造データには、これに対応し
て有限要素法で使用するメッシュ分割データが保存され
ており、ステップＳ４において選択された構造データと
対応するメッシュ分割データも選択されることになる。

【００２０】また、読み取った構造データと同一または
類似の構造データがデータベース２（図２参照）内に存
在しなかった場合にはステップＳ５へ進み、読み取った
構造データをデータベース２（図２参照）内に新規保存
する。

【００２１】次に、ステップＳ６に示すように電極位置
の指定を行う。ここでは、データベース２（図２参照）
から抽出された構造データと計算対象となる構造データ
とが必ずしも一致しないため、境界線Ａ（図３（ｂ）参
照）や電極位置Ｂ（図３（ｂ）参照）の位置修正等の処
理を行う。

【００２２】オペレータは、端末器４（図２参照）の表
示を参照しながらこの修正処理を行い、表示された構造
データを計算対象の構造データと一致させるようにす
る。また、ステップＳ５を経由してステップＳ６に至っ
た場合には、新規保存した構造データに電極位置Ｂの指
定を加えるような処理を行う。

【００２３】次に、ステップＳ７に示すように、読み取
った構造データに基づいた初期メッシュの分割処理を行
う。ステップＳ５を経由してステップＳ７に至った場合
には、まったく新しい配線構造の構造データであるた
め、新たに初期メッシュ分割を行う。また、ステップＳ
４を経由してステップＳ７に至った場合には、計算対象
となる構造データと同一または類似の構造データおよび
メッシュ分割データをデータベース２（図２参照）内か
ら選択しているため、このメッシュ分割データを基準と
して初期メッシュ分割を行う。

【００２４】データベース２（図２参照）内から選択さ
れたメッシュ分割データには、計算領域に応じたメッシ
ュの分割点数等の情報が含まれており、計算領域の形状
が同一であればもちろん類似する場合でもある程度同様
な分割点数でメッシュ分割を行うことができる。このた
め、計算対象となる構造データにおける計算領域を、デ
ータベース２（図２参照）から選択した同一または類似
の構造データと対応するメッシュ分割データを基準とし
てメッシュ分割すれば、新たに最初からメッシュ分割を
行うことなく容易に初期メッシュ分割を行うことができ
るようになる。

【００２５】例えば、計算対象となる構造データの形状
がデータベース２（図２参照）内の類似の構造データの
形状に比べ縦横比（アスペクト比）のみ異なるような場
合には、類似する構造データに対応するメッシュ分割点
数とアスペクト比とを考慮して計算対象となる構造デー
タのメッシュ分割点数を決定するようにする。特に、メ
ッシュ分割作業に対して経験不足なオペレータは、計算
対象となる構造データと類似する構造データをデータベ
ース２（図２参照）内から選択するだけで初期メッシュ
分割までの処理を容易に行えるため、シミュレーション
におけるデータ入力作業が非常に効率良くなる。

【００２６】図４はメッシュ分割状態を示す図であり、
（ａ）が初期メッシュ分割を行った状態である。そし
て、初期メッシュ分割の後、ステップＳ８に示すシミュ
レーションを行う。シミュレーションは、図２に示す配
線シミュレータのシミュレーション部３にて行い、初期
メッシュ分割を用いた有限要素法等によって配線間容量
や配線間抵抗を計算する。

【００２７】ステップＳ９では、この計算結果が所定の
誤差内に収まっているか否か（すなわち、シミュレーシ
ョン結果が収束するか否か）を判断する処理を行い、収
束しない場合にはＮｏとなってステップＳ１０へ進み、
メッシュ再分割を行う。図４（ｂ）はメッシュ再分割を
行った状態を示す図である。このように初期メッシュ分
割の状態（図４（ａ）参照）に比べ、電界の勾配が急峻
となる電極近傍のメッシュ分割点数を増やし、再びステ
ップＳ８によってシミュレーションを行う。この結果、
収束していない場合にはステップＳ１０によってさらに
メッシュ再分割を行う（図４（ｃ）参照）。このような
メッシュ分割をシミュレーション結果が収束するまで繰
り返して行う。

【００２８】シミュレーション結果が収束した段階で、
端末器４（図２参照）にはその結果（配線間容量や配線
間抵抗）が表示される。その後、ステップ１１に示すメ
ッシュ分割データの保存処理を行う。データベース２
（図２参照）には、計算対象となった配線構造の構造デ
ータとそれに対応するメッシュ分割データが記憶され、
次にシミュレーションを行う際の検索対象に加えられ
る。

【００２９】このような処理により、シミュレーション
を行うたびに新たな構造データおよびメッシュ分割デー
タがデータベース２（図２参照）内に記憶され、種々の
形状から成る構造データのシミュレーションに対応でき
るようになる。

【００３０】また、図５は他の構造データ入力の例を説
明する模式図である。すなわち、図１に示すステップＳ
３でデータベース２（図２参照）内に該当する構造デー
タが図５（ａ）に示すような類似データであった場合、
オペレータは端末器４（図２参照）に示される類似デー
タの表示を参照しながら修正を行い、図５（ｂ）に示す
ような修正後データを作成する。

【００３１】つまり、この場合には、計算対象の構造デ
ータにおける境界線Ａの一部（境界線Ａ’）が類似デー
タに比べて短くなっており、オペレータの指定によって
この境界線Ａ’を境界線Ａ’’に変更する。これととも
に類似データの電極位置Ｂ’を電極位置Ｂ’’に修正す
る。

【００３２】また、図１のステップＳ７に示す初期メッ
シュ分割では、類似データに対応するメッシュ分割デー
タを基準として修正後データのメッシュ分割を行う。す
なわち、境界線Ａ’と境界線Ａ’’の長さの比を考慮し
て類似データに対応するメッシュ分割点数から修正後デ
ータに対応するメッシュ分割点数を算出し、この算出結
果を用いて初期メッシュ分割を行うようにする。

【００３３】このような修正以外にも、例えば境界線Ａ
や電極位置Ｂの角度変更、電極位置Ｂの位置指定変更等
も同様に行うことができ、修正後データに対する初期メ
ッシュ分割では類似データに対応するメッシュ分割デー
タを基準にすることで容易にメッシュ分割を行うことが
可能となる。

【００３４】このようにして種々の形状から成る配線構
造の構造データを入力し、類似する構造データに対応す
るメッシュ分割データから計算対象となる構造データの
初期メッシュ分割を容易に得ることができるようにな
る。また、配線構造が同一で電極や絶縁層の材質のみが
異なる場合には、ステップＳ６において境界線Ａ（図３
（ｂ）参照）や電極位置Ｂ（図３（ｂ）参照）の変更、
指定を行うことなく材質の変更のみを行うようにすれば
よい。

【００３５】いずれにおいても、半導体素子の設計製造
時に何度も配線シミュレーションを行う必要がある場
合、構造データ入力から初期メッシュ分割までのデータ
入力時間を大幅に短縮することができるため、配線シミ
ュレーション作業を非常に簡略化することが可能とな
る。なお、上記実施例において示した計算領域の形状や
構造データの例は一例であり、本発明はこれに限定され
ない。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の配線シミ
ュレーション方法によれば次のような効果がある。すな
わち、本発明では所定の入力手段によってＳＥＭ等の断
面写真から配線構造の構造データを読み取り、これと同
一または類似の構造データをデータベースから検索して
そのメッシュ分割データを選択しているため、構造デー
タ入力から初期メッシュ分割までの処理を短時間に効率
良く行うことが可能となる。このため、半導体素子の設
計製造時間を大幅に短縮することが可能となる。

【００３７】また、シミュレーションを行うたびに構造
データおよびメッシュ分割データを保存していくため、
似たような配線構造のシミュレーションを行う場合には
データベースの中なら類似の構造データおよびメッシュ
分割データを選択して修正を加えることで容易に計算対
象となる配線構造の配線間容量や配線間抵抗を計算する
ことが可能となる。本発明は、特にメッシュ分割の経験
が不足しているオペレータが配線間容量や配線間抵抗の
シミュレーションを行う場合に有効な方法となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配線シミュレーション方法を説明する
フローチャートである。

【図２】配線シミュレータのブロック構成図である。

【図３】構造データを説明する模式図で、（ａ）は配線
構造の断面図、（ｂ）はその構造データを示している。

【図４】メッシュ分割状態を示す図である。

【図５】他の構造データ入力の例を説明する模式図で、
（ａ）が類似データ、（ｂ）が修正後データを示してい
る。

【符号の説明】

１ データ入力部 ２ データベース ３ シミュレーション部 ４ 端末器 ５ ＣＰＵ １０ ＳＥＭ測定機 Ａ 境界線 Ｂ 電極位置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 データベース内に蓄積された配線構造の
   構造データおよびメッシュ分割データに基づき半導体素
   子の配線間容量や配線間抵抗を計算する配線シミュレー
   タにおいて、 先ず、計算対象となる配線構造の構造データを所定の入
   力手段を用いて読み取り、 次いで、読み取った構造データと同一または類似する構
   造データを前記データベース内から検索して該構造デー
   タと対応するメッシュ分割データを選択し、 次に、選択したメッシュ分割データを基準として計算対
   象となる配線構造のメッシュ分割を行ってメッシュ分割
   データを作成し、 この作成したメッシュ分割データに基づき計算対象とな
   る配線構造の配線間容量や配線間抵抗を計算することを
   特徴とする配線シミュレーション方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の配線シミュレーション方
   法において、 計算対象となる配線構造の配線間容量や配線間抵抗を計
   算した後、その配線構造の構造データおよびメッシュ分
   割データを新たに前記データベース内に蓄積することを
   特徴とする配線シミュレーション方法。