JP3758876B2 - 半導体装置のレイアウト方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置のレイアウト方法に係わり、特に、ペアトランジスタのような電気的性能の揃ったトランジスタを歩留まり良く製造可能にした半導体装置のレイアウト方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
回路特性を満足するようにマスクパターンを作成しても、実際に基板上にパターンニングしたときの出来上がりは、プロセスの製造時のばらつきが発生してしまうと、期待どおりの電気的性能が得られないことがある。例えば、ゲートチャネル長Lとゲートチャネル幅Wを回路図と同じにマスクを作ったとしても、プロセスの製造時のばらつきやコンタクトの目ずれ等により、マスクデータとは異なることがある。特に、微少な電流を扱っているセンスアンプ部等では、出来上がりの違いにより対称に構成されるトランジスタの電流量のバランスがくずれ、特性の悪化や不良の原因ともなり得る。そこで、プロセスの製造時のばらつきを考慮し、出来上がりを予測した上でのマスク設計が必要である。
【0003】
以下に、具体的な問題点を述べる。
製造プロセスにおいて、トランジスタの能力差が変動し、劣化または不良となるトランジスタが発生することがある。特に、微少な電流を扱っているセンスアンプ部等では、出来上がりの違いにより対称に構成されるトランジスタの電流量のバランスがくずれ、特性の悪化や不良の原因となり得ることがある。上記のようなトランジスタの構成をもつ半導体装置において、特にゲートを奇数本に分割せざるを得ない場合については、以下のような問題も出てくる。
【0004】
対称な構造を持ち、等しい能力を要求されるトランジスタ(図7のA部N1,N2)を図5,図6のように、マスクパターン上1本のゲートで形成したとき、図5のようにドレインを内側にした場合と、図6のようにソースを共通にした場合において、コンタクトの目ずれが起こった時に、ゲートチャネルからコンタクトまでの距離(ドレイン側でDis1<Dis4、ソース側でDis3<Dis2)が異なってくる。ソース側のコンタクトからドレイン側のコンタクトまでの距離はDis1+Dis2=Dis3+Dis4と同じであるが、例えば、ソースからドレインへ流れる距離Dis1に対応する電流量をI1、距離Dis4に対応する電流量をI4とすると、相互のTrの電流量は、I1<I4と差が生じる。
【0005】
特に、図7のように対称な構造を持ち、互いに電流値の差によって動作する回路の場合、誤動作の原因となる。
また、出来上がりのゲートチャネル幅は、マスク設計値に対して熱拡散時に拡散層に絶縁層が入り込む製造プロセス上のばらつき量(ΔW)が生じる為、マスク設計値(W)+絶縁層が入り込む量(ΔW)となる。実際マスク設計を行う際には、設計精度を上げる為に絶縁層が入り込む量ΔWを考慮してマスクパターンにその値を加えて作成しているが、熱拡散時に生じる絶縁層の入り込み量ΔWは微妙に違ってくる為、設計時に考慮した値ΔWに対するばらつきが出るのは避けられない。
【0006】
設計時に考慮した値ΔWに対してのばらつきが大きいほど、ゲート分割数に比例して期待するチャネル幅が得られず、入り込み量ΔW×ゲート分割数分の差が生じることになる。したがって、上記の対称なトランジスタにおいて、互のゲート分割数が異なる場合、出来上がり上のチャネル幅に差が生じ、能力にも差がでてくることになる。
【0007】
また、チップ内において同じ間隔で密にゲートがアレイされるアレイ部とゲートがアレイ部に比べ疎に配置される周辺との疎密の差により、内側と外側で出来上がり値が違ってくる。
疎の部分と密の部分では、露光の時に光の回り込みや反射の状況によって、出来上がり寸法がばらつく。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を改良し、特に、ペアトランジスタのような電気的性能の揃ったトランジスタを高精度に、且つ、歩留まり良く製造可能にした新規な半導体装置のレイアウト方法を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した目的を達成するため、基本的には、以下に記載されたような技術構成を採用するものである。
即ち、本発明に係わる半導体装置のレイアウト方法の第1態様は、
第1のトランジスタと第2のトランジスタとは同一寸法で同一形状に形成され、且つ、同一の材料で形成されて、前記第1のトランジスタと第2のトランジスタとが同一の電気的性能を備えるように構成した半導体装置のレイアウト方法において、
前記第1のトランジスタと第2のトランジスタ間に、前記第1のトランジスタのゲートと第2のトランジスタのゲートに並列に第1のダミーゲートを配置すると共に、前記第1のトランジスタを挟むように、前記第1のダミーゲートに対向して第2のダミーゲートを設け、更に、前記第2のトランジスタを挟むように、前記第1のダミーゲートに対向して第3のダミーゲートを設け、
前記第1のトランジスタ及び第2のトランジスタのゲートは、それぞれ二つのゲートに2等分に分割され、
前記第1のトランジスタの二つのゲート間の間隔、前記第2のトランジスタの二つのゲート間の間隔、前記第1のトランジスタの一方のゲートと隣接する前記第1のダミーゲートとの間の間隔、前記第1のトランジスタの他方のゲートと隣接する前記第2のダミーゲートとの間の間隔、前記第2のトランジスタの一方のゲートと隣接する前記第1のダミーゲートとの間の間隔、前記第2のトランジスタの他方のゲートと隣接する前記第3のダミーゲートとの間の間隔がそれぞれ等間隔であり、
前記第1のトランジスタの分割された各ゲートの形状と第2のトランジスタの分割された各ゲートの形状と前記第1〜第3のダミーゲートの形状とは、同一寸法で同一形状、且つ、同一の材料で形成し、
前記第1のトランジスタ及び第2のトランジスタは、それぞれ、分割された2つのゲートに挟まれるようにドレインが配置され、前記2つのゲートを挟んで、前記ドレインに対向するように第1のソース領域と第2のソース領域とが形成されると共に、前記第1のソース領域と第2のソース領域とが接続され、
前記第1及び第2のトランジスタのソース、ドレインのそれぞれのコンタクトが、目ずれにより、所定の位置から前記第1及び第2のトランジスタのゲートに直交する何れかの方向にずれて形成された場合でも、前記第1のトランジスタと第2のトランジスタの電流量が等しいことを特徴とするものであり、
又、第2態様は、
第1のトランジスタと第2のトランジスタとは同一寸法で同一形状に形成され、且つ、同一の材料で形成されて、前記第1のトランジスタと第2のトランジスタとが同一の電気的性能を備えるように構成した半導体装置のレイアウト方法において、
前記第1のトランジスタと第2のトランジスタ間に、前記第1のトランジスタのゲートと第2のトランジスタのゲートに並列に第1のダミーゲートを配置すると共に、前記第1のトランジスタを挟むように、前記第1のダミーゲートに対向して第2のダミーゲートを設け、更に、前記第2のトランジスタを挟むように、前記第1のダミーゲートに対向して第3のダミーゲートを設け、
前記第1のトランジスタのゲートは、3等分に分割されて、前記第1のダミーゲートに隣接して第1のゲートが配置され、前記第2のダミーゲートに隣接して第3のゲートが配置され、前記第1のゲートと第3のゲート間に第2のゲートが配置され、
前記第2のトランジスタのゲートは、3等分に分割されて、前記第3のダミーゲートに隣接して第1のゲートが配置され、前記第1のダミーゲートに隣接して第3のゲートが配置され、前記第1のゲートと第3のゲート間に第2のゲートが配置され、
前記第1のトランジスタの隣接するゲート間の間隔、前記第2のトランジスタの隣接するゲート間の間隔、前記第1のトランジスタの第1のゲートと隣接する第1のダミーゲートとの間の間隔及び前記第1のトランジスタの第3のゲートと隣接する第2のダミーゲートとの間の間隔、前記第2のトランジスタの第3のゲートと隣接する第1のダミーゲートとの間の間隔及び前記第2のトランジスタの第1のゲートと隣接する第3のダミーゲートとの間の間隔がそれぞれ等間隔であり、
前記第1のトランジスタの分割された各ゲートの形状と第2のトランジスタの分割された各ゲートの形状と前記第1〜第3のダミーゲートの形状とは、同一寸法で同一形状、且つ、同一の材料で形成し、
前記第1のトランジスタは、前記第1のダミーゲートと前記第1のゲート間にソース領域を配置すると共に、前記第2のゲートと第3のゲート間にソース領域を配置し、それぞれのソース領域を接続し、更に、前記第1のゲートと第2のゲート間にドレイン領域を配置すると共に、前記第3のゲートと前記第2のダミーゲート間にドレイン領域を配置し、それぞれのドレイン領域を接続し、
前記第2のトランジスタは、前記第3のダミーゲートと前記第1のゲート間にソース領域を配置すると共に、前記第2のゲートと第3のゲート間にソース領域を配置し、それぞれのソース領域を接続し、更に、前記第1のゲートと第2のゲート間にドレイン領域を配置すると共に、前記第3のゲートと前記第1のダミーゲート間にドレイン領域を配置し、それぞれのドレイン領域を接続し、
前記第1及び第2のトランジスタのソース、ドレインのそれぞれのコンタクトが、目ずれにより、所定の位置から前記第1及び第2のトランジスタのゲートに直交する何れかの方向にずれて形成された場合でも、前記第1のトランジスタと第2のトランジスタの電流量が等しいことを特徴とするものである。
【0010】
【0011】
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる半導体装置は、
第1のトランジスタと第2のトランジスタとが同一の電気的性能を備えるように構成した半導体装置において、
前記第1のトランジスタと第2のトランジスタ間に、前記第1のトランジスタのゲートと第2のトランジスタのゲートに並列にダミーゲートを配置すると共に、前記第1のトランジスタのゲートと第2のトランジスタのゲートと前記ダミーゲートとを連続的に等間隔になるように配置したものである。
【0013】
【実施例】
以下に、本発明に係わる半導体装置のレイアウト方法の具体例を図面を参照しながら詳細に説明する。
図1,図2は、本発明に係わる半導体装置とそのマスクパターン及び半導体装置のレイアウト方法の具体例の構造を示す図であって、これらの図には、
第1のトランジスタ4Aと第2のトランジスタ4Bとが同一の電気的性能を備えるように構成した半導体装置において、
前記第1のトランジスタ4Aと第2のトランジスタ4B間に、前記第1のトランジスタ4Aのゲート1と第2のトランジスタ4Bのゲート11に並列にダミーゲート4D2を配置すると共に、前記第1のトランジスタ4Aのゲート1と第2のトランジスタ4Bのゲート11と前記ダミーゲート4D2とを連続的に等間隔になるように配置した半導体装置が示され、
又、前記第1のトランジスタ4Aは、ダミーゲート4D1,4D2で挟まれるように配置され、前記第2のトランジスタ4Bも、ダミーゲート4D2,4D3で挟まれるように配置されている半導体装置が示され、
又、前記第1のトランジスタ4Aと第2のトランジスタ4Bとは同一寸法で同一形状に形成され、且つ、同一の材料で形成されている半導体装置が示されている。
【0014】
以下に、本発明を更に詳細に説明する。
図1はセンスアンプ部のペアトランジスタ4Aと4Bの配置である。トランジスタ4Aのチャネルは2分割されており、チャネルからコンタクトまでの距離Dis41a〜Dis44aはすべて同一距離で配置されている。同様に、トランジスタ4Bのチャネルも2分割されており、トランジスタ4Bのチャネルからコンタクトまでの距離Dis41b〜Dis44bはすべて同一である。
【0015】
ペアトランジスタ4Aの左右にはゲート1,2と同一形状、同一材質で形成されたダミーゲート4D1と4D2が配置されている。同様にペアトランジスタ4Bの左右にはダミーゲート4D2と4D3が配置されている。
トランジスタ4A,4Bのゲートの間隔、トランジスタ4A,4Bのゲートとダミーゲートの間隔は全て同一寸法であって、等間隔に、トランジスタのゲートとダミーゲートが配列されている。
【0016】
更に、ダミーゲート4D1〜4D3の電極引き出し距離Dis4ctはトランジスタ4A,4Bの電極引き出し距離と同一である。また、チャネル部の延長距離Dis4extはダミーゲート4D1〜4D3とペアトランジスタ4A,4Bで同一になっている。
図2はペアトランジスタ5A,5Bのゲートがそれぞれ3分割されている例を示している。トランジスタ5Aのチャネルからコンタクトまでの距離Dis51a〜Dis56aはすべて同一距離で配置されている。同様に、トランジスタ5Bのチャネルからコンタクトまでの距離Dis51b〜Dis56bはすべて同一である。
【0017】
ペアトランジスタ5Aの左右にはゲート21,22,23と同一形状、且つ、同一材質で形成されたダミーゲート5D1と5D2が配置されている。同様にペアトランジスタ5Bの左右にはダミーゲート5D2と5D3が配置されている。
トランジスタ5A,5Bのゲートの間隔、トランジスタ5A,5Bのゲートとダミーゲートの間隔は全て同一寸法であって、この場合も、等間隔に、トランジスタのゲートとダミーゲートが配列されている。
【0018】
更に、ダミーゲート5D1〜5D3の電極引き出し距離Dis5ctはトランジスタ5A,5Bの電極引き出し距離と同一である。また、チャネル部の延長距離Dis5extはダミーゲート5D1〜5D3とペアトランジスタ5A,5Bで同一になっている。
このように構成した半導体装置において、
図1のトランジスタ4Aのチャネルからコンタクトまでの距離をDis41a〜Dis44a、トランジスタ4Bのチャネルからコンタクトまでの距離をDis41b〜Dis44b、図2も同様にDis51a〜Dis56a、Dis51b〜Dis56bとし、それぞれの電流量をDisの代わりにIを付けI41a〜I44b、I51a〜I56bのように表す。
【0019】
図1では、トランジスタのチャネルゲートを2分割しているので、ドレインをソースの間に挟むような構成になっており、プロセス上コンタクトの目ずれが起きたとしても2つのTrの電流量(I41a+I42a+I43a+I44a=I41b+I42b+I43b+I44b)は等しくなり、特性は変わらない。
図2では、トランジスタのチャネルゲートを3分割にしているが、ソース・ドレインの配置方向を揃えているので、プロセスの製造時のばらつきが生じたとしても全体に流れる電流の量を等しくすることが可能となる。
【0020】
また、上記の対称な構造を持つTrにおいて、互いのゲート分割数を同じくすることは必須である。図3の表1〜6を用いて説明すると、例えば想定する入り込み量をΔW=0.2μmとし、チャネル幅の期待値Wに0.2μmを加えたマスクパターン[各表内(a)]を作成したとする。
拡散プロセスで(b)のばらつき量ΔWが生じたとすると、1本のゲート当たりの出来上がりチャネル幅Wは(c)の結果となり、ゲートのトータルのチャネル幅W値は(d)に示す通りとなる。拡散の結果、想定通りのΔWを得られれば、表1,表2のようにゲートの分割数を増やしてもほぼ期待通りの結果が得られていることが分かる。
【0021】
しかし、想定入り込み量に対し、製造上のばらつきから期待するΔWに誤差が生じると、表3〜表6のようにゲート分割数が増える程、期待するマスクパターンの結果を得られないことが分かる。ゲート分割にも期待するマスク設計値Wを得るためには、限界があるということである。表中に示す値は、データ作成時の最小寸法を現在使用しているプロセスの最小値=0.02μmとしている。ドレイン側の拡散層容量を小さくすることを考慮すれば、2本以上の分割が望ましく、また、出来上がりW値が期待W値に近くなることを考慮すれば、ゲートの分割数も2〜3本程度に抑える必要があることがわかる。
【0022】
図4のチャネルポリシリの配置本数と出来上がりチャネル長からもわかるように、出来上がりのΔLの変化量をカバーする為にもペアトランジスタを2〜3分割としてダミーゲートを少なくとも1本以上設けることが必要である。
従って、上記した本発明の半導体装置を形成するために、本発明の半導体装置のマスクパターンは、
第1のトランジスタと第2のトランジスタとが同一の電気的性能を備えるようにした半導体装置のマスクパターンにおいて、
前記第1のトランジスタと第2のトランジスタ間に、前記第1のトランジスタのゲートと第2のトランジスタのゲートに並列にダミーゲートを配置すると共に、前記第1のトランジスタのゲートと第2のトランジスタのゲートと前記ダミーゲートとを連続的に等間隔になるように配置することを特徴とするものであり、
又、前記第1のトランジスタのゲートの形状と第2のトランジスタのゲートの形状と前記ダミーゲートの形状とは、同一寸法で同一形状であることを特徴とするものである。
【0023】
【発明の効果】
本発明に係わる半導体装置のレイアウト方法は、上述のように構成したので、プロセスの製造時のばらつきが発生しても設計期待値が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の係わる半導体装置のレイアウトの一例を示す図である。
【図2】 本発明に係わる半導体装置のレイアウトの他の例を示す図である。
【図3】 ゲートの本数により出来上がり寸法に差が出る状態を示した図表である。
【図4】 ゲートの本数と出来上がり寸法との一例を示した図である。
【図5】 従来例の半導体装置のレイアウトを示す図である。
【図6】 従来例の半導体装置の他のレイアウトを示す図である。
【図7】 従来の問題を説明するための回路例を示す図である。
【符号の説明】
4A,4B トランジスタ
1,2,11,12 ゲート
4D1,4D2,4D3 ダミーゲート
Claims (2)
- 第1のトランジスタと第2のトランジスタとは同一寸法で同一形状に形成され、且つ、同一の材料で形成されて、前記第1のトランジスタと第2のトランジスタとが同一の電気的性能を備えるように構成した半導体装置のレイアウト方法において、
前記第1のトランジスタと第2のトランジスタ間に、前記第1のトランジスタのゲートと第2のトランジスタのゲートに並列に第1のダミーゲートを配置すると共に、前記第1のトランジスタを挟むように、前記第1のダミーゲートに対向して第2のダミーゲートを設け、更に、前記第2のトランジスタを挟むように、前記第1のダミーゲートに対向して第3のダミーゲートを設け、
前記第1のトランジスタ及び第2のトランジスタのゲートは、それぞれ二つのゲートに2等分に分割され、
前記第1のトランジスタの二つのゲート間の間隔、前記第2のトランジスタの二つのゲート間の間隔、前記第1のトランジスタの一方のゲートと隣接する前記第1のダミーゲートとの間の間隔、前記第1のトランジスタの他方のゲートと隣接する前記第2のダミーゲートとの間の間隔、前記第2のトランジスタの一方のゲートと隣接する前記第1のダミーゲートとの間の間隔、前記第2のトランジスタの他方のゲートと隣接する前記第3のダミーゲートとの間の間隔がそれぞれ等間隔であり、
前記第1のトランジスタの分割された各ゲートの形状と第2のトランジスタの分割された各ゲートの形状と前記第1〜第3のダミーゲートの形状とは、同一寸法で同一形状、且つ、同一の材料で形成し、
前記第1のトランジスタ及び第2のトランジスタは、それぞれ、分割された2つのゲートに挟まれるようにドレインが配置され、前記2つのゲートを挟んで、前記ドレインに対向するように第1のソース領域と第2のソース領域とが形成されると共に、前記第1のソース領域と第2のソース領域とが接続され、
前記第1及び第2のトランジスタのソース、ドレインのそれぞれのコンタクトが、目ずれにより、所定の位置から前記第1及び第2のトランジスタのゲートに直交する何れかの方向にずれて形成された場合でも、前記第1のトランジスタと第2のトランジスタの電流量が等しいことを特徴とする半導体装置のレイアウト方法。 - 第1のトランジスタと第2のトランジスタとは同一寸法で同一形状に形成され、且つ、同一の材料で形成されて、前記第1のトランジスタと第2のトランジスタとが同一の電気的性能を備えるように構成した半導体装置のレイアウト方法において、
前記第1のトランジスタと第2のトランジスタ間に、前記第1のトランジスタのゲートと第2のトランジスタのゲートに並列に第1のダミーゲートを配置すると共に、前記第1のトランジスタを挟むように、前記第1のダミーゲートに対向して第2のダミーゲートを設け、更に、前記第2のトランジスタを挟むように、前記第1のダミーゲートに対向して第3のダミーゲートを設け、
前記第1のトランジスタのゲートは、3等分に分割されて、前記第1のダミーゲートに隣接して第1のゲートが配置され、前記第2のダミーゲートに隣接して第3のゲートが配置され、前記第1のゲートと第3のゲート間に第2のゲートが配置され、
前記第2のトランジスタのゲートは、3等分に分割されて、前記第3のダミーゲートに隣接して第1のゲートが配置され、前記第1のダミーゲートに隣接して第3のゲートが配置され、前記第1のゲートと第3のゲート間に第2のゲートが配置され、
前記第1のトランジスタの隣接するゲート間の間隔、前記第2のトランジスタの隣接するゲート間の間隔、前記第1のトランジスタの第1のゲートと隣接する第1のダミーゲートとの間の間隔及び前記第1のトランジスタの第3のゲートと隣接する第2のダミーゲートとの間の間隔、前記第2のトランジスタの第3のゲートと隣接する第1のダミーゲートとの間の間隔及び前記第2のトランジスタの第1のゲートと隣接する第3のダミーゲートとの間の間隔がそれぞれ等間隔であり、
前記第1のトランジスタの分割された各ゲートの形状と第2のトランジスタの分割された各ゲートの形状と前記第1〜第3のダミーゲートの形状とは、同一寸法で同一形状、且つ、同一の材料で形成し、
前記第1のトランジスタは、前記第1のダミーゲートと前記第1のゲート間にソース領域を配置すると共に、前記第2のゲートと第3のゲート間にソース領域を配置し、それぞれのソース領域を接続し、更に、前記第1のゲートと第2のゲート間にドレイン領域を配置すると共に、前記第3のゲートと前記第2のダミーゲート間にドレイン領域を配置し、それぞれのドレイン領域を接続し、
前記第2のトランジスタは、前記第3のダミーゲートと前記第1のゲート間にソース領域を配置すると共に、前記第2のゲートと第3のゲート間にソース領域を配置し、それぞれのソース領域を接続し、更に、前記第1のゲートと第2のゲート間にドレイン領域を配置すると共に、前記第3のゲートと前記第1のダミーゲート間にドレイン領域を配置し、それぞれのドレイン領域を接続し、
前記第1及び第2のトランジスタのソース、ドレインのそれぞれのコンタクトが、目ずれにより、所定の位置から前記第1及び第2のトランジスタのゲートに直交する何れかの方向にずれて形成された場合でも、前記第1のトランジスタと第2のトランジスタの電流量が等しいことを特徴とする半導体装置のレイアウト方法。
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