JPH0773236A - 半導体装置断面構造の表示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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、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。 【構成】 シリコン領域３１の最表面のシリコンピクセ
ル３１ａを取り出し、この中で拡散口３５に対応すると
ころに、シリコンが２酸化シリコンになる際の膨張率を
考慮して所定の膜厚の酸化膜３６を仮想的に生成する
（図３（ｂ））。次に、このシリコンピクセル３１ａの
軸上で、ガウス分布関数を用いた畳み込み積分により、
シリコンピクセル３１ａの軸上部および下部の形状を計
算して形状示唆線分群３７を得る（図３（ｃ））。次
に、この形状示唆線分群３７をシリコンピクセル３１ａ
が一致するように描画する（図３（ｄ））。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、専門家でなければ平
面上のパターンデータから即座に類推することが困難で
あった半導体装置の断面構造を高速かつリアルに明示す
ることができ、例えば、半導体装置の設計，故障解析な
どの分野で幅広く利用される半導体装置断面構造の表示
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６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６１，第２の物
質領域６２，第３の物質領域６３および空気領域６４
を、それぞれ物質境界線６５，６６および表面境界線６
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６３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６７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。

【０００５】ここで、シリコンの選択酸化やシリサイド
化のような化合物反応の状態を描画する場合、酸素やシ
リコンなどの反応物が酸化シリコンや金属シリサイドな
どの反応生成物中を拡散し、未反応領域との反応界面に
到達して新たな反応生成物質を生成するものとする。そ
して、この反応生成物質を粘弾性流体とみなして、反応
物生成前の境界線と反応生成物の生成により新たに生成
された境界線との全体の形状変化を、数値計算により微
小時間刻みで少しずつシミュレートしていく第１の方法
がある。また、単純な方法としては、例えば、平坦なシ
リコン面の所定の部分よりシリコン酸化物の境界線の形
状を補誤差関数を用いて近似的に生成する第２の方法が
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来は以上のように構
成されていたので、第１の方法では任意の形状に適用す
ることが可能であり、高精度の描画が可能であるが、こ
のために計算時間が多くかかるという問題があった。ま
た、描画の精度を上げようとすると境界線の生成のため
の計算に、より時間がかかるようになってしまう。一
方、第２の方法は高速表示が可能であるが、酸化膜を生
成するのが平坦なシリコン面上にしか適用できないと問
題があった。

【０００７】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、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。

【０００８】

【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、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、境界ピクセルの中で反応生成物
が生成される領域を中心にして、反応生成物のピクセル
値で、各場所に生成される反応生成物の膜厚に対応した
基本図形を描画する処理と、初期画面における境界ピク
セルより上に位置していた全てのピクセルを、その境界
位置を新たに生成された表面境界の位置にずらせて描画
する処理とを有することを特徴とする。

【０００９】また、この発明の半導体装置断面構造の表
示方法は、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、境界ピクセルの中で反応生成物が生成され
る領域を中心にして、反応生成物のピクセル値で、各場
所に生成される反応生成物の膜厚に対応した基本図形を
描画する処理と、境界ピクセルを中心に、反応によって
膨張または収縮した分に相当する形状示唆図形を膨張の
場合は表面物質のピクセル値で、収縮した場合は空気を
示すピクセル値で描画する処理とを有することを特徴と
する。

【００１０】

【作用】物質の境界を示す境界線を用いずに、断面を構
成する各層の変化した状態などを描画していく。

【００１１】

【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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】最後に、物質領域３のの中で第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。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。

【００１６】実施例１．以下この発明の１実施例であ
る、酸化膜の生成状態における半導体装置断面構造の表
示方法について説明する。図３は、シリコン窒化膜によ
るマスクを用いたシリコンの選択酸化の状態の描画状態
を説明するための説明図である。同図において、３１は
シリコン基板を示すシリコン領域、３２はすでに形成さ
れている酸化シリコン膜を示す酸化シリコン領域、３３
はシリコン領域３１の選択酸化を行うためのマスクとな
るシリコン窒化膜からなるマスク領域、３４はシリコン
領域３１，マスク領域３３上の空間を示す空気領域、３
５はシリコン領域３１が露出している拡散口である。

【００１７】シリコン基板の所定の領域に素子分離のた
めなどの酸化シリコン領域を形成する場合、まずシリコ
ン基板全面に薄く酸化膜を形成し、この後マスクとして
のシリコン窒化膜を所定の領域が開口するように形成す
る。そして、この状態のものを弗酸などのウエットエッ
チングを行うことにより、シリコン窒化膜のない領域の
酸化シリコンがエッチングされ、図３（ａ）に示すよう
な状態が得られ、この実施例ではこの状態を初期画面と
する。また、ここでは、酸化が活性酸素の酸化物中の拡
散に律速されることに着目し、シリコン窒化膜によるマ
スクの開口部直下のシリコン表面から、活性酸素がシリ
コンと酸化シリコンの界面に沿って横方向へ拡散するも
のとして考える。

【００１８】以下、この実施例１における断面の表示方
法について説明する。まず、図３（ａ）に示す初期画面
の全ピクセル情報をセーブすると同時に、活性酸素の入
り込める拡散口３５を検索する。これは、画面上でピク
セルの際上行より１行毎にピクセル値を確認することで
行われる。次いで、図３（ｂ）に示すように、シリコン
領域３１の最表面のシリコンピクセル３１ａを取り出
し、この中で拡散口３５に対応するところに、シリコン
が２酸化シリコンになる際の膨張率を考慮して所定の膜
厚の酸化膜３６を仮想的に生成する。ここで、指定され
た膜厚の酸化膜を生成するために十分なシリコンがその
場所（ピクセルマップの該当する行）にない場合は、そ
こに存在するシリコン量に応じて、その場所の酸化膜の
仮想膜厚を決める。

【００１９】次に、このシリコンピクセル３１ａの軸上
で活性酸素の拡散が起こるものと仮定して、図３（ｃ）
に示すように、例えば、ガウス分布関数を用いた畳み込
み積分により、シリコンピクセル３１ａの軸上部および
下部の形状を計算して形状示唆線分群３７を得る。次
に、図３（ｄ）に示すように、シリコン領域３１のみを
表示した状態とした後、この上に形状示唆線分群３７を
シリコンピクセル３１ａが一致するように描画する。形
状示唆線分群３７を構成する１つ１つの示唆線分は、そ
の中心が境界ピクセル上に来るようになる。これによっ
て、図３（ｅ）に示すように酸化シリコン領域３２ａを
表示する。

【００２０】次に、図３（ｆ）に示すように、酸化シリ
コン領域３２の膜厚に対応する線分３８を空気領域３４
との境界ピクセル上に元の酸化シリコン領域３２の領域
まで描画し、この上よりマスク領域３３の膜厚に対応す
る線分３９を元のマスク領域まで描画していく。そし
て、これらの線分群を用い、図３（ｇ）に示すように、
新たに酸化シリコン領域３２ｂが形成された断面状態を
表示する。ここで、シリコン領域の下に酸化されない別
の物質が存在する場合には、この部分にはみ出した酸化
膜を除去するために、初期画面におけるシリコン領域よ
り下部の物質ピクセルを全て元のピクセル値で再描画す
る。

【００２１】ここで、図３（ｆ），（ｇ）に示した処理
において、空気領域３４のピクセルを含め全てのピクセ
ルの位置をずらして再描画するのであれば、シリコン領
域３１だけでなく、他の領域の表示を残したまま、形状
示唆線分群３７を重ね描画してもよい（図３（ｄ））。

【００２２】ところで、上記実施例１では、酸化のため
の活性酸素の拡散を水平なｘ軸上で計算するため、この
表面の傾きが水平からずれると誤差が大きくなる可能性
がある。そこで、表面に大きな傾斜の面が存在する場
合、例えば段差がある場合の酸化に対しては、以下の実
施例２に示すようにした方がよい。

【００２３】実施例２．図４は、この発明の第２の実施
例である半導体装置断面構造の表示方法を説明するため
の説明図である。同図において、４１は段差のあるシリ
コン基板を示すシリコン領域、４２はすでに形成されて
いる酸化シリコン膜を示す酸化シリコン領域、４３はシ
リコン領域４１の選択酸化を行うためのマスクとなるシ
リコン窒化膜からなるマスク領域、４４はシリコン領域
４１，マスク領域４３上の空間を示す空気領域、４５は
シリコン領域４１が露出している表面、４５ａはシリコ
ン領域４１の露出していない界面である。

【００２４】シリコンがシリコン酸化膜（２酸化シリコ
ン）になる際の膨張率は１と２の中間であるため、シリ
コンであった場所に形成される酸化膜の膜厚は、空気で
あった場所に形成される酸化膜の膜厚より厚くなる。こ
のことを踏まえ、シリコン領域４１の最上行のピクセル
を境界として、その上の空気領域４４に成長していく酸
化シリコン領域と、その下のシリコン領域４１に成長し
ていく酸化シリコン領域とを別々に生成して描画するよ
うにしたのがこの実施例２の特徴である。

【００２５】まず、シリコン領域４１最上部の各ピクセ
ルを空気に面している表面４５と、他の物質である酸化
シリコン領域４２に面している界面４５ａに分類する。
次に図３（ｂ）に示すように、シリコン領域４１だけを
表示するようにした後、シリコン領域４１最上面の各ピ
クセルを中心に、シリコン領域４１の部分への酸化膜生
成膜厚に対応した半径の円を酸化膜のピクセル値で描画
していく。これにより、図３（ｃ）に示すように、シリ
コン領域４１上に酸化シリコン領域４２ａが生成された
状態の表示となる。

【００２６】ここでは、酸化膜の生長量を示す描画する
円の半径は、活性酸素の拡散を考えてマスク領域４３の
端からの距離に対して補誤差関数で変化させていく。マ
スク領域４３の端からの距離は、例えば、表面４５のピ
クセルに対してはもっとも近くにある界面４５ａのピク
セルとの距離、界面４５ａのピクセルに対してはもっと
も近くにある表面４５のピクセルとの距離を測ることに
よって求めることができる。

【００２７】次に、図３（ｄ）に示すように、初期画面
の情報に基づいて、もとのシリコン領域４１表面より上
部（シリコンは含まない）のピクセルを全て空気領域４
４を示すピクセルに置き換え、変形酸化領域４２ｂを得
る。。次に、図３（ｅ），（ｆ）に示すように、今度は
空気領域４４への酸化シリコン形成膜厚に対応した半径
の円を、前述と同様に表面４５，界面４５ａ上に中心が
来るように酸化シリコン領域４２を示すピクセル値で描
画し、酸化シリコン領域４２ｃを得る。そして、前述の
実施例１の図３（ｆ），（ｇ）で説明したように、図４
（ｇ），（ｆ）に示すように、酸化シリコン領域４２ｃ
上に酸化シリコン領域４２，マスク領域４３を描画す
る。最後に、初期画面のシリコン領域４１より下の領域
（シリコン領域４１は含まない）の物質ピクセルを全て
元のピクセル値で再描画する。

【００２８】なお、酸化する際の膨張率が２の場合は、
元の表面を境に上下に分けて考える必要はなく、図４
（ｄ）〜（ｆ）で示した処理は不要である。また、膨張
率が１より小さい場合は、図４（ｅ），（ｆ）で説明し
た処理で、酸化シリコン領域４２を示すピクセル値では
なく空気領域４４を示すピクセル値で円を描画する。そ
して、膨張率が２より大きい場合は、図４（ｅ）で用い
る円が図４（ｂ）で用いる円より大きいものとなるの
で、図４（ｆ）に示す状態の後、元のシリコン領域４１
の最表面より下の部分を、図４（ｄ）に示す状態で再描
画する必要がある。

【００２９】実施例３．ところで、上記実施例では、シ
リコンの酸化について説明してきたが、これに限るもの
ではなく、この発明はＴｉシリサイドなどの生成につい
ても対応するものである。図５は、この発明の第３の実
施例である半導体装置断面構造の表示方法を示す説明図
である。同図において、５１はシリコン基板を示すシリ
コン領域、５２はシリコン領域５１で表示されているシ
リコン基板上の所定の領域に形成されているシリコン酸
化膜を示す酸化膜領域、５３はシリコン酸化膜上に形成
されているポリシリコン電極を示すポリシリコン領域、
５４はシリコン基板，ポリシリコン電極上に堆積された
Ｔｉ層を示すＴｉ領域、５５は空気領域である。

【００３０】この実施例３では、シリコンとＴｉの化合
物であるＴｉシリサイドを選択的に作成するシリサイド
化を実施した場合について説明する。そして、ここで
は、実施例１で説明したシリコン酸化の場合と同様に、
２つの物質の界面から反応生成物が横方向へ拡散するも
のと考える。

【００３１】以下、この実施例３における半導体装置断
面構造の表示方法を説明する。まず、図５（ａ）に示す
初期状態の画面より、シリコンを示す領域とＴｉを示す
領域との境界ピクセルを探し出す（図５（ｂ））。こ
の、図５（ｂ）に示す反応境界５６，５７でＴｉとポリ
シリコンが化合反応を起こしＴｉシリサイドを生成して
いく。

【００３２】次に、図５（ｃ）に示すように、各領域の
反応境界におけるＴｉシリサイドの膜厚を仮想的に生成
する。すなわち、シリコン領域５１側の反応境界５６ａ
の下側にＴｉシリサイドの膜厚６１、ポリシリコン領域
５３側の反応境界５７ａの下側にＴｉシリサイドの膜厚
６２、Ｔｉ領域５４側の反応境界５６ｂ上側にＴｉシリ
サイドの膜厚６３、Ｔｉ領域５４の反応境界５７ｂ上側
にＴｉシリサイドの膜厚６４を仮想的に生成する。そし
て、Ｔｉ領域５４表面５８の反応境界５６，５７上に対
応する領域の下に、化合反応に伴う体積減少分の減少膜
厚６５，６６を仮想的に生成する。

【００３３】次いで、それらの反応境界を示す軸上でＴ
ｉシリサイドの成長が起こるものと仮定して、仮想的に
制した膜厚を元にガウス分布関数を用いた畳み込み積分
により、図５（ｄ）に示すように、反応界面上部，反応
界面した部および表面の形状を計算する。すなわち、反
応境界５６ａの下側にＴｉシリサイドの形状示唆線分群
６１ａ、反応境界５７ａの下側にＴｉシリサイドの形状
示唆線分群６２ａ、反応境界５６ｂ上側にＴｉシリサイ
ドの形状示唆線分群６３ａ、反応境界５７ｂ上側にＴｉ
シリサイドの形状示唆線分群６４ａを生成する。そし
て、反応境界５８の下側に、形状示唆線分群６５ａ，６
６ａを生成する。

【００３４】次に、図５（ｅ）に示すように、各形状示
唆線分群を対応する境界上に配置し、これを元に、図５
（ｆ）に示すように、それぞれのピクセル値で描画し直
すことにより、Ｔｉシリサイド領域５９とＴｉ領域５４
の体積減少状態とを描画する。最後に、図５（ｇ）に示
すように、初期画面ではシリサイド反応対象でなかった
全ての物質ピクセルの場所を、図５（ａ）に示す初期画
面のピクセル値で再描画する。

【００３５】なお、シリサイド化のような化合物反応を
扱う場合にも、実施例２で説明した酸化の場合と同様
に、円を用いてシリサイド層などの断面形状を生成する
ことが可能である。また、化合反応に伴い堆積が膨張す
る場合は、その物質領域表面上に堆積膨張分の膨張膜厚
を仮想的に生成し、これによる形状示唆線分群を生成
し、この形状示唆線分群を対象の物質領域の表面を示す
境界ピクセル上に配置することで堆積膨張状態を描画す
ることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、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、半導体装置の酸化やシリサイド化などの断面構
造の変化した状態を正確に描画できるようになるという
効果がある。

【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実施例である半導体装置断面構造
の表示方法を説明するための説明図である。

【図４】この発明の第２の実施例である半導体装置断面
構造の表示方法を説明するための説明図である。

【図５】この発明の第３の実施例である半導体装置断面
構造の表示方法を説明するための説明図である。

【図６】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 ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５ ピクセル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 蕃 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (2)

【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
   構造を計算機の画面上に表示する半導体装置断面構造の
   表示方法において、 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、 前記境界ピクセルの中で反応生成物が生成される領域を
   中心にして、反応生成物のピクセル値で、各場所に生成
   される反応生成物の膜厚に対応した基本図形を描画する
   処理と、 初期画面における境界ピクセルより上に位置していた全
   てのピクセルを、その境界位置を新たに生成された表面
   境界の位置にずらせて描画する処理とを有することを特
   徴とする半導体装置断面構造の表示方法。
2. 【請求項２】 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
   構造を計算機の画面上に表示する半導体装置断面構造の
   表示方法において、 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、 前記境界ピクセルの中で反応生成物が生成される領域を
   中心にして、反応生成物のピクセル値で、各場所に生成
   される反応生成物の膜厚に対応した基本図形を描画する
   処理と、 前記境界ピクセルを中心に、反応によって膨張または収
   縮した分に相当する形状示唆図形を膨張の場合は表面物
   質のピクセル値で、収縮した場合は空気を示すのピクセ
   ル値で描画する処理とを有することを特徴とする半導体
   装置断面構造の表示方法。