JP2795243B2 - マスクパターン設計方法 - Google Patents

マスクパターン設計方法

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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マスクパターン設
計方法に関し、特に非対称トランジスタ作成のためのイ
オン注入用マスクパターンを設計する方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】近年のCMOS論理LSIにおいては、
ホットキャリアによるトランジスタの性能劣化を防ぐた
め、LDD(Lightly Doped Drain )構造のトランジス
タが多くの場合使用されている。LDDトランジスタ
は、ソース・ドレイン領域とゲート下のチャネル領域の
間にソース・ドレイン領域よりも不純物濃度の低い領域
を設け、ドレイン端における電界を緩和することでホッ
トキャリアの発生を抑えるものである。
【0003】SOG(Sea-Of-Gates)やスタンダードセ
ル方式LSI等で代表される特定用途向けLSI(AS
IC:Application Specific IC )において、従来、内
部基本セルに用いられてきたLDDトランジスタは、全
てソース・ドレイン両側ともにLDD領域を設けてお
り、ゲートを中心にソース・ドレインが左右対称な構造
となっている。その理由は、トランジスタ・アレイを予
めSiウェハ上に形成し、配線工程のパターニングによ
り論理を構成するような設計手法のLSI(例えばSO
G,スタンダードセルのランダム・ロジック部)におい
て、基本セル中のMOSトランジスタの一つの拡散層領
域を、ソース、ドレインどちらとしても使用可能とする
ためである。この構成により基本セル内のトランジスタ
数を減らし、基本セルサイズの低減を図っている。
【0004】その反面、この種の従来の基本セル構造で
は、配線工程のパターニングにより回路構成が決定して
しまえば、ホットキャリア耐性の向上には本来無関係な
ソース側にもLDD領域があることになり、回路動作
上、ソース側LDD領域の抵抗によるオン電流の低下、
動作速度の劣化を招くことになる。
【0005】これをより具体的に説明すると以下のよう
になる。図9(a)は、通常の対称LDD構造を有する
トランジスタの抵抗成分をPチャネル型MOSを例とし
て示したものである。オン状態のソース1とドレイン2
の間は、ソースコンタクト抵抗およびソース拡散層抵抗
3、ソース側LDD領域の抵抗4、チャネル抵抗5、ド
レイン側LDD領域の抵抗6、ドレインコンタクト抵抗
およびドレイン拡散層抵抗7、の5つの抵抗成分が直列
に接続された状態となっている。現在、ゲート長が0.
5μmルールのトランジスタにおいては、トランジスタ
がオン状態の時、このLDD領域の抵抗値(符号4およ
び6)は、片側でソース・ドレイン間の抵抗値全体の約
10%を占めている。このため、トランジスタのオン電
流もこの10%の抵抗分だけ低下した状態となってい
る。
【0006】図10は従来の対称LDD構造を有するP
チャネル型MOSトランジスタの製造フロー図を示す。
対称LDDトランジスタを製造する場合、ゲート8形成
後のイオン注入によりLDD領域9を形成し、サイドウ
ォール10形成後、ソース・ドレインのイオン注入によ
りソース拡散層1、ドレイン拡散層2をそれぞれ形成す
る。
【0007】図11は従来のCMOSトランジスタSO
Gの基本セルアレイおよび2入力NANDのレイアウト
図を示すものである。図中破線で囲んだ基本セル11
は、2個のPチャネル型MOSトランジスタ12a、1
2bと2個のNチャネル型MOSトランジスタ13a、
13bから構成されている。
【0008】また、図12(a)はPチャネル型MOS
トランジスタ12a、12b、図12(b)はNチャネ
ル型MOSトランジスタ13a、13b、の断面図をそ
れぞれ示している。図12(a)のPチャネル型MOS
トランジスタ12a、12bでは、P型基板14上にN
ウェル15が形成され、Nウェル15にはNウェルコン
タクト拡散層16を通じて通常電源電位が与えられる。
そして、2個のPチャネル型MOSトランジスタ12
a、12bは、1つのP+ 拡散層領域17bを共有して
直列に接続されている。各Pチャネル型MOSトランジ
スタ12a、12bにおいては、ゲートの両側にサイド
ウォール18が形成され、サイドウォール18の下には
P−LDD領域19が形成されている。また、図12
(b)に示すNチャネル型MOSトランジスタ13a、
13bについても同様の構成となっている。
【0009】図13は、図11の基本セルアレイ上にレ
イアウトした2入力NAND回路の等価回路図である。
図11の2個のPチャネル型MOSトランジスタ12
a、12bは電源24と出力端子25の間に並列接続さ
れており、2個のNチャネル型MOSトランジスタ13
a、13bは接地26と出力端子25の間に直列接続さ
れている。そこで、上記4個のMOSトランジスタ12
a、12b、13a、13bでは、回路動作時のソース
・ドレイン間の電流の方向が決まっているため、トラン
ジスタのホットキャリア耐性向上には不要なソース側L
DD抵抗が回路に付加されていることになる。そして、
このソース側LDD抵抗は回路動作上、駆動能力の低
下、動作速度の低下を招いている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のCMOS論理回路のレイアウトでは、各トランジスタ
のソース・ドレイン間の不純物濃度分布が、ゲートを中
心として対称な構造を前提にレイアウトされている。こ
のため、トランジスタのホットキャリア耐性向上には本
来不要なソース側LDD領域が形成されている。このソ
ース側に形成されたLDD領域の抵抗は、トランジスタ
の動作上、オン状態の時にソース・ドレイン間に直列に
接続されることとなり、この抵抗分だけトランジスタの
オン電流が低下して、回路動作速度が低下してしまう、
という問題点が生じていた。
【0011】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、論理回路における特性改善のため
の非対称トランジスタ作成用のマスクパターンを設計す
る方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のマスクパターン設計方法は、MOS論理
回路を構成する複数のLDD構造のMOSトランジスタ
の中から回路動作時に電流が一方向にのみ流れるMOS
トランジスタを抽出し、その抽出したMOSトランジス
タに対して電流の方向を考慮してソース、ドレインのう
ち特性向上に不要な側のLDD領域を打ち消すためのイ
オン注入用マスクパターンを生成することを特徴とする
ものである。
【0013】より具体的には、MOS論理回路を含むL
SIの少なくとも一部の工程のレイアウトデータを入力
データとして、MOS論理回路を構成する複数のMOS
トランジスタのトランジスタレベルの接続情報を抽出す
る第1の工程と、その接続情報に基づいて回路動作時に
電流が一方向にのみ流れるMOSトランジスタを抽出す
る第2の工程と、第2の工程で抽出したMOSトランジ
スタのゲート、ソース、ドレインの位置情報を前記レイ
アウトデータから抽出する第3の工程と、その位置情報
に基づいてこのMOSトランジスタのソース拡散層領域
のゲート電極近傍にイオン注入用マスクパターンを生成
する第4の工程を有することを特徴とするものである。
【0014】また、上記の方法に代えて、MOS論理回
路を構成する複数のMOSトランジスタのトランジスタ
レベルの接続情報を入力データとしてもよい。その場
合、上記の方法とは異なり、トランジスタレベルの接続
情報から逆に、LSIのマスクパターンのレイアウトデ
ータを生成し、以降の工程でそのレイアウトデータを利
用する。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施の形態
を図1〜図5を参照して説明する。図1は本実施の形態
のマスクパターン設計方法の手順を示すフロー図であ
り、本方法は半導体自動レイアウト装置を用いて実施さ
れるものである。また、本実施の形態ではCMOS論理
回路が2入力NAND回路である場合の例を挙げて説明
する。
【0016】まず、対称構造を持つ従来のLDDトラン
ジスタを前提にレイアウトしたCMOS論理回路のレイ
アウトパターンデータ30を入力データとして、CMO
S論理回路を構成する複数のトランジスタのトランジス
タレベルの接続情報を抽出し、トランジスタレベル接続
情報データ31を作成する(ステップS101、第1の
工程)。
【0017】次に、ステップS101で得たトランジス
タレベル接続情報データ31を入力データとして、複数
のトランジスタのうち、電流が一方向にのみ流れるトラ
ンジスタ、すなわち非対称トランジスタに置き換え可能
なトランジスタを抽出し、非対称トランジスタに置き換
え可能なトランジスタ情報データ32を作成する(ステ
ップS102、第2の工程)。
【0018】ついで、ステップS102で得た非対称ト
ランジスタに置き換え可能なトランジスタ情報データ3
2と前記レイアウトパターンデータ30の双方を入力デ
ータとして、非対称トランジスタに置き換え可能なトラ
ンジスタのゲート、ソース、ドレイン端子の位置情報を
抽出し、非対称トランジスタに置き換え可能なトランジ
スタの端子領域位置情報データ33を作成する(ステッ
プS103、第3の工程)。
【0019】次に、ステップS103で得た非対称トラ
ンジスタに置き換え可能なトランジスタの端子領域位置
情報データ33と前記レイアウトパターンデータ30の
双方を入力データとして、非対称トランジスタのソース
拡散層領域内のゲート電極近傍にイオン注入用マスクパ
ターンを生成し、非対称トランジスタ作成のためのイオ
ン注入用マスクパターンデータ34を出力する(ステッ
プS104、第4の工程)。
【0020】図2はLSIの内部基本セルアレイ上の2
入力NAND回路のレイアウトを示す平面図である。図
中破線で囲んだ基本セル35は、従来の基本セルと同
様、2個のPチャネル型MOSトランジスタ36a、3
6bと2個のNチャネル型MOSトランジスタ37a、
37bから構成されている。また、図3(a)はPチャ
ネル型MOSトランジスタ36a、36b、図3(b)
はNチャネル型MOSトランジスタ37a、37b、の
断面図をそれぞれ示している。図4は、図2の2入力N
AND回路の等価回路図である。
【0021】図4に示すように、2個のPチャネル型M
OSトランジスタ36a、36bは電源24と出力端子
25の間に並列接続されており、図3(a)に示すよう
に、P型基板14上にNウェル15が形成され、Nウェ
ル15にはNウェルコンタクト拡散層16を通じて通常
電源電位が与えられる。また、図4に示すように、2個
のNチャネル型MOSトランジスタ37a、37bは接
地26と出力端子25の間に直列接続されており、図3
(b)に示すように、P型基板14上にPウェル20が
形成され、Pウェル20にはPウェルコンタクト拡散層
21を通じて通常接地電位が与えられる。
【0022】さらに、図2および図3に示すように、2
個のPチャネル型MOSトランジスタ36a、36b、
2個のNチャネル型MOSトランジスタ37a、37b
はそれぞれ1つのp+ 拡散層領域38b、n+ 拡散層領
域39bを共有している。このように、これら4個のM
OSトランジスタ36a、36b、37a、37bで
は、回路動作時のソース・ドレイン間の電流の方向が決
まっているため、自動レイアウト装置がこれら全てのM
OSトランジスタを非対称トランジスタに置き換えられ
ると判断することができる。
【0023】そこで、図2に示すように、2個のPチャ
ネル型MOSトランジスタ36a、36bのソース拡散
層38a、38c側、2個のNチャネル型MOSトラン
ジスタ37a、37bのソース拡散層39a、39b側
のサイドウォール近傍にイオン注入用マスクパターン4
0、41を形成し、次に述べるプロセスフローにより図
3(a)、(b)に示すように、ソース側のLDD領域
を削減し、ドレイン側にのみLDD領域を形成してい
る。
【0024】図5はPチャネル型MOSトランジスタ側
を例としてソース側LDD領域削減のプロセスフローを
示す図である。この図に示すように、まず、ゲート42
形成後のイオン注入によりLDD領域43を形成し、本
実施の形態の方法により作成したマスクパターンを用い
てソース側LDD抵抗を打ち消すようなイオン注入を行
ない、ソース側のみにp+ 領域44を形成する。その
後、サイドウォール45を形成し、通常のソース・ドレ
イン形成用イオン注入によりソース拡散層46、ドレイ
ン拡散層47を形成する。このプロセスフローはNチャ
ネル型MOSトランジスタ側も同様である。
【0025】このように、本実施の形態のマスクパター
ン設計方法によれば、非対称トランジスタに置き換え可
能なMOSトランジスタを抽出し、そのMOSトランジ
スタのソース側LDD抵抗を削減するためのイオン注入
用マスクパターンを生成することができるので、図9
(b)に示すようにMOSトランジスタ全体の抵抗が下
がり、従来に比べてオン電流を増加させることができ
る。その結果、ホットキャリア耐性が従来レベルを維持
したまま、動作速度の速いLSIを得ることができる。
また、マスクパターンの設計にあたっては、従来のLD
Dトランジスタを前提にしたレイアウトパターンデータ
を入力データとし、自動レイアウト装置を用いて設計を
行うため、従来の設計フローに対してわずかな設計工数
を追加するだけで、上記の優れた特性を持つLSIを提
供することができる。
【0026】以下、本発明の第2の実施の形態を図6お
よび図7を参照して説明する。本実施の形態のマスクパ
ターン設計方法の手順は第1の実施の形態と同一である
ため、設計フローについては説明を省略する。本実施の
形態が第1の実施の形態と異なる点は、CMOS論理回
路としてラッチ回路を設計する点であり、論理回路中に
非対称トランジスタに置き換え可能なトランジスタと置
き換え不可能なトランジスタが混在する例である。
【0027】図6はラッチ回路のレイアウトを示す平面
図、図7はラッチ回路の等価回路図である。図7に示す
回路では、CLK入力端子48にハイレベル、CLKB
入力端子49にロウレベルが入力された場合、データ入
力端子50から入力されたデータが、導通状態となるP
チャネル型MOSゲート51aとNチャネル型MOSゲ
ート52aで構成されるトランスファーゲートを通過
し、Pチャネル型MOSトランジスタ53aとNチャネ
ル型MOSトランジスタ54aで構成されるインバータ
で反転した信号として出力端子55から出力される。
【0028】また、CLK入力端子48にロウレベル、
CLKB入力端子49にハイレベルが入力された場合、
Pチャネル型MOSゲート51aとNチャネル型MOS
ゲート52aで構成されるトランスファーゲートが非導
通状態、Pチャネル型MOSゲート51bとNチャネル
型MOSゲート52bで構成されるトランスファーゲー
トが導通状態となる。そして、Pチャネル型MOSトラ
ンジスタ53aとNチャネル型MOSトランジスタ54
aで構成されるインバータとPチャネル型MOSトラン
ジスタ53bとNチャネル型MOSトランジスタ54b
で構成されるインバータとの間でデータが保持される。
【0029】本実施の形態においては、2つのトランス
ファーゲートを構成する2個のPチャネル型MOSゲー
ト51a、51bと2個のNチャネル型MOSゲート5
2a、52bは、回路動作時にソース・ドレイン間を電
流が双方向に流れるパストランジスタであるため、非対
称トランジスタに置き換えることができない。それに対
して、2つのインバータを構成する2個のPチャネル型
MOSトランジスタ53a、53bと2個のNチャネル
型MOSトランジスタ54a、54bは常に電流の流れ
る方向が決まっている。したがって、本実施の形態の場
合、図6に示すように、2個のPチャネル型MOSトラ
ンジスタ53a、53bに対してイオン注入用マスクパ
ターン56を、2個のNチャネル型MOSトランジスタ
54a、54bに対してイオン注入用マスクパターン5
7を生成している。
【0030】このように、本実施の形態によれば、トラ
ンジスタレベルの接続情報から非対称トランジスタに置
き換え可能なトランジスタを抽出するステップを備えて
いるため、例えばラッチ回路のように、論理回路中に非
対称トランジスタに置き換え可能なトランジスタと置き
換え不可能なトランジスタが混在する場合も、非対称ト
ランジスタ作成用イオン注入マスクパターンを生成する
ことが可能である。
【0031】以下、本発明の第3の実施の形態を図8を
参照して説明する。図8は本実施の形態のマスクパター
ン設計方法の手順を示すフロー図であるが、本方法が第
1、第2の実施の形態と異なる点は、入力データとし
て、レイアウトパターンデータではなく、トランジスタ
レベルの接続情報を用いる点である。
【0032】まず、CMOS論理回路を構成する複数の
トランジスタのトランジスタレベルの接続情報データ6
0を入力データとして、対称構造を持つ従来のLDDト
ランジスタを前提にしたCMOS論理回路のレイアウト
パターンデータ61を作成する(ステップS201、第
1の工程)。
【0033】次に、トランジスタレベルの接続情報デー
タ60を再度、入力データとして、複数のトランジスタ
のうち、非対称トランジスタに置き換え可能なトランジ
スタを抽出し、非対称トランジスタに置き換え可能なト
ランジスタ情報データ62を作成する(ステップS20
2、第2の工程)。
【0034】ついで、ステップS202で得た非対称ト
ランジスタに置き換え可能なトランジスタ情報データ6
2とステップS201で得たレイアウトパターンデータ
61の双方を入力データとして、非対称トランジスタに
置き換え可能なトランジスタのゲート、ソース、ドレイ
ン端子の位置情報を抽出し、非対称トランジスタに置き
換え可能なトランジスタの端子領域位置情報データ63
を作成する(ステップS203、第3の工程)。
【0035】次に、ステップS203で得た非対称トラ
ンジスタに置き換え可能なトランジスタの端子領域位置
情報データ63と前記レイアウトパターンデータ61の
双方を入力データとして、非対称トランジスタのソース
拡散層領域内のゲート電極近傍にイオン注入用マスクパ
ターンを生成し、非対称トランジスタ作成のためのイオ
ン注入用マスクパターンデータ64を出力する(ステッ
プS204、第4の工程)。
【0036】本方法においても、上記実施の形態と同
様、非対称トランジスタに置き換え可能なMOSトラン
ジスタを抽出し、そのMOSトランジスタのソース側L
DD抵抗を削減するためのマスクパターンを生成するこ
とができるので、動作速度の速いLSIを得ることがで
きる。また、従来の設計フローに対してわずかな設計工
数を追加するだけで、上記の優れた特性を持つLSIを
得ることができる。
【0037】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば適用する論理回路としてはCMOSの2入力NAN
D回路、ラッチ回路以外、種々の論理回路に本発明を適
用することができる。
【0038】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、従来の設
計方法は、対称型トランジスタを前提とし、ソース、ド
レインのうち、特性向上にとって不要な側にもLDD領
域を設けていた。それに対して、本発明のマスクパター
ン設計方法は、論理回路を構成する複数のMOSトラン
ジスタの中から非対称トランジスタに置き換え可能なト
ランジスタを抽出し、そのトランジスタのソース側LD
D抵抗を削減するためのマスクパターンを生成するた
め、駆動能力が高く、動作速度の速いLSIを提供する
ことができる。また、従来の設計フローに対してわずか
な設計工数を追加するだけで、上記の優れた特性を持つ
LSIを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態であるマスクパター
ン設計方法の手順を示すフロー図である。
【図2】同実施の形態における基本セルアレイおよび2
入力NAND回路のレイアウト平面図である。
【図3】(a)図2のA−A線に沿うPMOS部の断面
図、(b)図2のB−B線に沿うNMOS部の断面図で
ある。
【図4】同実施の形態における2入力NAND回路の等
価回路図である。
【図5】同実施の形態における非対称トランジスタ作成
のプロセスフロー図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態における基本セルア
レイおよびラッチ回路のレイアウト平面図である。
【図7】同実施の形態におけるラッチ回路の等価回路図
である。
【図8】本発明の第3の実施の形態であるマスクパター
ン設計方法の手順を示すフロー図である。
【図9】LDDトランジスタの抵抗成分を説明するため
の図である。
【図10】従来一般の対称トランジスタ作成のプロセス
フロー図である。
【図11】従来のSOGの基本セルアレイおよび2入力
NAND回路のレイアウト平面図である。
【図12】(a)図11のC−C線に沿うPMOS部の
断面図、(b)図11のD−D線に沿うNMOS部の断
面図である。
【図13】2入力NAND回路の等価回路図である。
【符号の説明】
30,61 CMOS論理回路のレイアウトパターンデ
ータ 31,60 トランジスタレベル接続情報データ 32,62 非対称トランジスタに置き換え可能なトラ
ンジスタ情報データ 33,63 非対称トランジスタに置き換え可能なトラ
ンジスタの端子領域位置情報データ 34,64 イオン注入用マスクパターンデータ 35 基本セル 36a,36b,53a,53b Pチャネル型MOS
トランジスタ 37a,37b,54a,54b Nチャネル型MOS
トランジスタ 38a,38b,38c,44 p+ 拡散層領域 39a,39b,39c n+ 拡散層領域 40,41,56,57 イオン注入用マスクパターン 42 ゲート 43 LDD領域 45 サイドウォール 46 ソース拡散層 47 ドレイン拡散層 51a,51b Pチャネル型MOSゲート 52a,52b Nチャネル型MOSゲート

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 MOS論理回路を構成する複数のLDD
    構造のMOSトランジスタの中から回路動作時に電流が
    一方向にのみ流れるMOSトランジスタを抽出し、その
    抽出したMOSトランジスタに対して電流の方向を考慮
    してソース、ドレインのうち特性向上に不要な側のLD
    D領域を打ち消すためのイオン注入用マスクパターンを
    生成することを特徴とするマスクパターン設計方法。
  2. 【請求項2】 MOS論理回路を含むLSIの少なくと
    も一部の工程のレイアウトデータを入力データとして、
    非対称トランジスタ作成のためのイオン注入用マスクパ
    ターンを設計する方法であって、 前記レイアウトデータを入力データとして、MOS論理
    回路を構成する複数のMOSトランジスタのトランジス
    タレベルの接続情報を抽出する第1の工程と、 該第1の工程で抽出したトランジスタレベルの接続情報
    に基づいて、回路動作時に電流が一方向にのみ流れるM
    OSトランジスタを抽出する第2の工程と、 該第2の工程で抽出したMOSトランジスタのゲート、
    ソース、ドレインの位置情報を前記レイアウトデータか
    ら抽出する第3の工程と、 該第3の工程で抽出したMOSトランジスタのゲート、
    ソース、ドレインの位置情報に基づいて、このMOSト
    ランジスタのソース拡散層領域のゲート電極近傍にイオ
    ン注入用マスクパターンを生成する第4の工程を有する
    ことを特徴とするマスクパターン設計方法。
  3. 【請求項3】 MOS論理回路を構成する複数のMOS
    トランジスタのトランジスタレベルの接続情報を入力デ
    ータとして、非対称トランジスタ作成のためのイオン注
    入用マスクパターンを設計する方法であって、 前記接続情報を入力データとして、前記MOS論理回路
    を含むLSIのマスクパターンのレイアウトデータを生
    成する第1の工程と、 前記接続情報に基づいて、回路動作時に電流が一方向に
    のみ流れるMOSトランジスタを抽出する第2の工程
    と、 該第2の工程で抽出したMOSトランジスタのゲート、
    ソース、ドレインの位置情報を前記第1の工程で生成さ
    れたレイアウトデータから抽出する第3の工程と、 該第3の工程で抽出したMOSトランジスタのゲート、
    ソース、ドレインの位置情報に基づいて、このMOSト
    ランジスタのソース拡散層領域のゲート電極近傍にイオ
    ン注入用マスクパターンを生成する第4の工程を有する
    ことを特徴とするマスクパターン設計方法。
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