JP4575274B2 - パターンレイアウト、レイアウトデータの生成方法及び半導体装置 - Google Patents

Description

この発明は、チップ上に形成されるトランジスタのパターンレイアウト、レイアウトデータの生成方法及び半導体装置に関するものである。
半導体装置の製造プロセスにおいて、直角に屈曲するパターンは露光工程及びエッチング工程において角部内側で丸まりの発生が避けられない。トランジスタを構成する拡散領域あるいはゲート配線でこのような丸まりが発生すると、トランジスタ特性に悪影響を及ぼす。そこで、パターンの丸まりによる特性劣化を防止することが必要となっている。

図１１は、ウェハ上に形成しようとするＭＯＳトランジスタのパターンレイアウトの一例を示す。拡散領域１は、ウェルタップ領域（基板コンタクト領域）、別のトランジスタのソース・ドレイン領域あるいは信号配線や電源配線等との接続箇所に向かって直角に屈曲されて延長されている。

拡散領域１の上層にはポリシリコン層で形成されるゲート配線２がレイアウトされる。そして、ゲート配線２は拡散領域１の屈曲部近傍で同拡散領域１に直交する方向にレイアウトされる。拡散領域１及びゲート配線２のパターンはそれぞれ別のマスクを使用して露光される。そして、拡散領域１を形成するための露光工程及びエッチング工程の後に、ゲート配線２を形成するための露光工程及びエッチング工程が行われる。

図１２（ａ）は、図１１に示すパターンレイアウトに基づいてウェハ上に形成される拡散領域３及びゲート配線４を示す。拡散領域３の角部内側には丸まり５が生じているため、図１１に示すレイアウトパターン上の本来のゲート幅Ｗに対し、丸まり５上に重なるゲート配線４のゲート幅はＷより大きくなり、Ｗ＋ΔＷとなる。

図１２（ｂ）は、拡散領域３上に形成されたゲート配線４の位置が、マスクの位置合わせ誤差により、丸まり５に近づく方向にずれた場合を示す。この場合には、丸まり５上に重なるゲート配線４のゲート幅は、図１２（ａ）のＷ＋ΔＷよりさらに増大して、Ｗ＋ΔＷ＋αとなる。

図１２（ｃ）は、拡散領域３上に形成されたゲート配線４の位置が、マスクの位置合わせ誤差により、図１２（ａ）に示す本来の位置より丸まり５から遠ざかる方向にずれた場合を示す。この場合には、丸まり５上に重なるゲート配線４のゲート幅は、図１２（ａ）のＷ＋ΔＷより減少して、Ｗ＋ΔＷ−αとなる。

従って、丸まり５が発生していると、マスクの位置合わせ誤差によりゲート幅が変動し、トランジスタ特性が変動する。
図１３は、ウェハ上に形成しようとするＭＯＳトランジスタのパターンレイアウトの別の例を示す。直線状の拡散領域６上にはゲート配線７がレイアウトされる。ゲート配線７は、別のトランジスタのゲートや別の配線との接続位置に向かって直角に屈曲されている。

図１４（ａ）は、図１３に示すパターンレイアウトに基づいてウェハ上に形成される拡散領域８及びゲート配線９を示す。ゲート配線９の角部内側には丸まり１０が生じているため、図１３に示すパターンレイアウト上の本来のゲート長Ｌに対し、丸まり１０と拡散領域８との重なりによるゲート配線９のゲート長はＬより大きくなり、Ｌ＋ΔＬとなる。

図１４（ｂ）は、拡散領域８上に形成されたゲート配線９の位置が、マスクの位置合わせ誤差により、丸まり１０に近づく方向にずれた場合を示す。この場合には、丸まり１０と拡散領域８との重なりによるゲート配線９のゲート長は、図１４（ａ）のＬ＋ΔＬよりさらに増大して、Ｌ＋ΔＬ＋αとなる。

図１４（ｃ）は、拡散領域８上に形成されたゲート配線９の位置が、マスクの位置合わせ誤差により、図１４（ａ）に示す本来の位置より丸まり１０から遠ざかる方向にずれた場合を示す。この場合には、丸まり１０と拡散領域８との重なりによるゲート配線９のゲート長は、図１４（ａ）のＬ＋ΔＬより減少して、Ｌ＋ΔＬ−αとなる。

従って、丸まり１０が発生していると、マスクの位置合わせ誤差によりゲート長が変動し、トランジスタ特性が変動する。
特開昭６０−２０２３４３号公報 特開平０１−５３５７５号公報

上記のようにＬ字状に屈曲する拡散領域あるいはゲート配線の角部内側に丸まりが生じていると、拡散領域とゲート配線を形成するマスクの位置合わせ誤差によりトランジスタのゲート幅あるいはゲート長が変動して、トランジスタ特性が変動するという問題点がある。

特許文献１には、隣り合うトランジスタのゲート電極を互いに対称となる位置に配置することにより、製造上のばらつきによる特性変動を相殺する構成が開示されているが、拡散領域あるいはゲート配線の丸まりに起因するトランジスタ特性の変動を防止する構成は開示されていない。

特許文献２には、ソース又はドレイン領域と各ゲート電極とをソース・ドレイン方向に一直線に配置することにより、マスクの位置合わせ誤差によるトランジスタ特性の変動を防止する構成が開示されている。しかし、拡散領域あるいはゲート配線の丸まりに起因するトランジスタ特性の変動を防止する構成は開示されていない。

この発明の目的は、拡散領域あるいはゲート配線の角部内側に発生する丸まりとマスクの位置合わせ誤差とに起因するトランジスタ特性の変動を防止し得るパターンレイアウト及び半導体装置を提供することにある。

上記目的は、ゲート配線に直交する方向にレイアウトされる拡散領域に、該ゲート配線の一側でＬ字形に屈曲する屈曲部を備えたパターンレイアウトであって、前記ゲート配線の他側において前記ゲート配線に平行する方向にレイアウトされ、該ゲート配線との間隔が前記屈曲部と前記ゲート配線との間隔と同一となる補助パターンを前記拡散領域に備えたパターンレイアウトにより達成される。

また、上記目的は、ゲート配線に直交する方向にレイアウトされる拡散領域のパターンにおいて、前記ゲート配線の一側でＬ字形に屈曲する屈曲部を検索し、前記ゲート配線の他側において前記ゲート配線に平行する方向にレイアウトされ該ゲート配線との間隔が前記屈曲部とゲート配線との間隔と同一となる補助パターンを前記拡散領域に付加するレイアウトデータの生成方法により達成される。

また、上記目的は、拡散領域に直交する方向にレイアウトされるゲート配線のパターンにおいて、前記拡散領域の一側でＬ字形に屈曲する位置での丸まりに応じた領域内に前記拡散領域を含む屈曲部を前記ゲート配線のパターンから検索し、前記拡散領域の他側において前記拡散領域に平行する方向にレイアウトされ該拡散領域との間隔が前記屈曲部と前記拡散領域との間隔と同一となる補助パターンを前記ゲート配線のパターンに付加するレイアウトデータの生成方法により達成される。

本発明によれば、拡散領域あるいはゲート配線の角部内側に発生する丸まりとマスクの位置合わせ誤差とに起因するトランジスタ特性の変動を防止し得るパターンレイアウト及び半導体装置を提供することができる。

（第一の実施の形態）
以下、この発明を具体化した第一の実施の形態を図面に従って説明する。図１は、この実施の形態のレイアウトデータ生成方法により生成されるＭＯＳトランジスタのパターンレイアウトを示し、図１１に示す従来のパターンレイアウトに基づいて、マスクの位置合わせ精度に関わらず、トランジスタ特性を安定化させ得るパターンレイアウトが生成される。

そのレイアウト方法を図９に従って説明すると、レイアウトデータ生成装置では、まず図１１に示す原レイアウトデータにおける拡散領域１及びゲート配線２のレイアウトデータを取り込む（ステップ１）。

次いで、拡散領域１及びゲート配線２のパターンを合成し、すなわち拡散領域１及びゲート配線２のパターンの論理和を生成する（ステップ２）。そして、拡散領域１の形状を認識して、ゲート配線２の周辺に位置する拡散領域１の屈曲点を検索する（ステップ３）。このとき、ゲート配線２の周辺とする条件は、拡散領域１の屈曲点に実際に発生する丸まり量を拡大した範囲内にゲート配線２がレイアウトされている場合とする。

次いで、拡散領域１のレイアウトデータに後述する補助パターンを付加し（ステップ４）、原レイアウトデータにその補助パターンを合成する（ステップ５）。
図１は、上記のようなレイアウトデータ生成処理に基づいて生成されたパターンレイアウトの一例を示す。拡散領域１１の上層にはポリシリコン層で形成されるゲート配線１２が拡散領域１１に対し直交する方向にレイアウトされる。

ゲート配線１２の一側において、前記拡散領域１１にはウェルタップ領域（基板コンタクト領域）、別のトランジスタのソース・ドレイン領域あるいは信号配線や電源配線等との接続箇所に向かって直角に屈曲される屈曲部１３が形成されている。

また、ゲート配線１２の他側において拡散領域１１には、前記屈曲部１３と同一方向に屈曲された補助パターン１４がレイアウトされる。そして、ゲート配線１２はその両縁と屈曲部１３及び補助パターン１４との距離Ｄが同一となるようにレイアウトされる。

拡散領域１１及びゲート配線１２のパターンはそれぞれ別のマスクを使用して露光される。そして、拡散領域１１を形成するための露光工程及びエッチング工程の後に、ゲート配線１２を形成するための露光工程及びエッチング工程が行われる。

図２（ａ）は、図１に示すレイアウトパターンに基づいてウェハ上に形成される拡散領域１５及びゲート配線１６を示す。拡散領域１５の屈曲部１３及び補助パターン１４の角部内側には丸まり１７ａ，１７ｂが生じているため、図１に示すレイアウトパターン上の本来のゲート幅Ｗに対し、丸まり１７ａ，１７ｂ上に重なるゲート配線１６の両側のゲート幅はＷより大きくなり、Ｗ＋ΔＷとなる。

図２（ｂ）は、拡散領域１５上に形成されたゲート配線１６の位置が、マスクの位置合わせ誤差により、丸まり１７ａに近づく方向にずれた場合を示す。この場合には、丸まり１７ａ上に重なるゲート配線１６のゲート幅は、図２（ａ）のＷ＋ΔＷよりさらに増大して、Ｗ＋ΔＷ＋αとなるが、丸まり１７ｂ上に重なるゲート配線１６のゲート幅は、図２（ａ）のＷ＋ΔＷより減少してＷ＋ΔＷ−αとなる。

すると、ゲート配線１６と丸まり１７ａ，１７ｂとが重なる部分の面積は、図２（ａ）と同様となる。従って、ゲート幅の変動が実質的に相殺される。
図２（ｃ）は、拡散領域１５上に形成されたゲート配線１６の位置が、マスクの位置合わせ誤差により、丸まり１７ｂに近づく方向にずれた場合を示す。この場合には、丸まり１７ｂ上に重なるゲート配線１６のゲート幅は、図２（ａ）のＷ＋ΔＷよりさらに増大して、Ｗ＋ΔＷ＋αとなるが、丸まり１７ａ上に重なるゲート配線１６のゲート幅は、図２（ａ）のＷ＋ΔＷより減少してＷ＋ΔＷ−αとなる。

すると、ゲート配線１６と丸まり１７ａ，１７ｂとが重なる部分の面積は、図２（ａ）と同様となる。従って、ゲート幅の変動が実質的に相殺される。
図３は、上記ステップ４において拡散領域１１の屈曲部１３とは逆方向に屈曲された補助パターン１８を形成する場合のレイアウトパターンを示す。そして、ゲート配線１２はその両縁と屈曲部１３及び補助パターン１８との距離Ｄが同一となるようにレイアウトされる。

図４（ａ）は、図３に示すレイアウトパターンに基づいてウェハ上に形成される拡散領域１９及びゲート配線２０を示す。拡散領域１９の屈曲部１３及び補助パターン１８の角部内側には丸まり１７ａ，１７ｃが生じているため、図３に示すパターンデータ上の本来のゲート幅Ｗに対し、丸まり１７ａ，１７ｃ上に重なるゲート配線２０の両側のゲート幅はＷより大きくなり、Ｗ＋ΔＷとなる。

図４（ｂ）は、拡散領域１９上に形成されたゲート配線２０の位置が、マスクの位置合わせ誤差により、丸まり１７ａに近づく方向にずれた場合を示す。この場合には、丸まり１７ａ上に重なるゲート配線２０のゲート幅は、図４（ａ）のＷ＋ΔＷよりさらに増大して、Ｗ＋ΔＷ＋αとなるが、丸まり１７ｃ上に重なるゲート配線２０のゲート幅は、図４（ａ）のＷ＋ΔＷより減少してＷ＋ΔＷ−αとなる。

すると、ゲート配線２０と丸まり１７ａ，１７ｃとが重なる部分の面積は、図４（ａ）と同様となる。従って、ゲート幅の変動が実質的に相殺される。
図４（ｃ）は、拡散領域１９上に形成されたゲート配線２０の位置が、マスクの位置合わせ誤差により、丸まり１７ｃに近づく方向にずれた場合を示す。この場合には、丸まり１７ｃ上に重なるゲート配線２０のゲート幅は、図４（ａ）のＷ＋ΔＷよりさらに増大して、Ｗ＋ΔＷ＋αとなるが、丸まり１７ａ上に重なるゲート配線２０のゲート幅は、図４（ａ）のＷ＋ΔＷより減少してＷ＋ΔＷ−αとなる。

すると、ゲート配線２０と丸まり１７ａ，１７ｃとが重なる部分の面積は、図４（ａ）と同様となる。従って、ゲート幅の変動が実質的に相殺される。
図５は、ウェハ上に形成しようとするＭＯＳトランジスタのパターンレイアウトの別の例を示し、図１３に示す従来のパターンレイアウトに基づいてマスクの位置合わせ精度に関わらず、トランジスタ特性を安定化させ得るパターンレイアウトを生成したものである。

図１０は、図５に示すレイアウトデータを生成する処理を示す。レイアウトデータ生成装置では、まず図１３に示す原レイアウトデータにおける拡散領域６及びゲート配線７のレイアウトデータを取り込む（ステップ１１）。

次いで、拡散領域６及びゲート配線７のパターンを合成し、すなわち拡散領域６及びゲート配線７のパターンの論理和を生成する（ステップ１２）。そして、ゲート配線７の形状を認識して、拡散領域６の周辺に位置するゲート配線７の屈曲点を検索する（ステップ１３）。このとき、拡散領域６の周辺とする条件は、ゲート配線７の屈曲点に実際に発生する丸まり量を拡大した範囲内に拡散領域６がレイアウトされている場合とする。

次いで、ゲート配線７のレイアウトデータに後述する補助パターンを付加し（ステップ１４）、原レイアウトデータにその補助パターンを合成する（ステップ１５）。
図５は、上記のようなレイアウトデータ生成処理に基づいて生成されたパターンレイアウトの一例を示す。直線状の拡散領域２１上にはゲート配線２２が拡散領域に直交する方向にレイアウトされる。拡散領域２１の一側において、ゲート配線２２には別のトランジスタのゲートや別の配線との接続位置に向かって直角に屈曲される屈曲部２３が形成されている。

また、拡散領域２１の他側でゲート配線２２には前記屈曲部２３と同方向に屈曲された補助パターン２４がレイアウトされる。そして、ゲート配線２２は拡散領域２１の両縁と屈曲部２３及び補助パターン２４との距離Ｄが同一となるようにレイアウトされる。

図６（ａ）は、図５に示すパターンレイアウトに基づいてウェハ上に形成される拡散領域２５及びゲート配線２６を示す。ゲート配線２６の屈曲部２３及び補助パターン２４の角部内側には丸まり２７ａ，２７ｂが生じているため、図５に示すパターンデータ上の本来のゲート長Ｌに対し、丸まり１７ａ，１７ｂ部分で重なるゲート配線２６のゲート長はＬより大きくなり、Ｌ＋ΔＬとなる。

図６（ｂ）は、マスクの位置合わせ誤差により、拡散領域２５が丸まり２７ａに近づく方向に相対的にずれた場合を示す。この場合には、丸まり２７ａで拡散領域２５に重なるゲート配線２６のゲート長は、図６（ａ）のＬ＋ΔＬよりさらに増大して、Ｌ＋ΔＬ＋αとなるが、丸まり２７ｂで拡散領域２５に重なるゲート配線２６のゲート長は、図６（ａ）のＬ＋ΔＬより減少してＬ＋ΔＬ−αとなる。

すると、ゲート配線２６の丸まり２７ａ，２７ｂと拡散領域２５とが重なる部分の面積は、図６（ａ）と同様となる。従って、ゲート長の変動が実質的に相殺される。
図６（ｃ）は、マスクの位置合わせ誤差により、拡散領域２５が丸まり２７ｂに近づく方向に相対的にずれた場合を示す。この場合には、丸まり２７ｂで拡散領域２５に重なるゲート配線２６のゲート長は、図６（ａ）のＬ＋ΔＬよりさらに増大して、Ｌ＋ΔＬ＋αとなるが、丸まり２７ａで拡散領域２５に重なるゲート配線２６のゲート長は、図６（ａ）のＬ＋ΔＬより減少してＬ＋ΔＬ−αとなる。

すると、ゲート配線２６の丸まり２７ａ，２７ｂと拡散領域２５とが重なる部分の面積は、図６（ａ）と同様となる。従って、ゲート長の変動が実質的に相殺される。
図７は、上記ステップ１４においてゲート配線２２の屈曲部２３とは逆方向に屈曲された補助パターン２８を形成する場合のレイアウトパターンを示す。そして、ゲート配線２２は拡散領域２１の両縁と屈曲部２３及び補助パターン２８との距離Ｄが同一となるようにレイアウトされる。

図８（ａ）は、図７に示すレイアウトパターンに基づいてウェハ上に形成される拡散領域２９及びゲート配線３０を示す。ゲート配線３０の屈曲部２３及び補助パターン２８の角部内側には丸まり２７ａ，２７ｃが生じているため、図７に示すパターンデータ上の本来のゲート長Ｌに対し、丸まり１７ａ，１７ｃ部分で拡散領域２９に重なるゲート配線３０のゲート長はＬより大きくなり、Ｌ＋ΔＬとなる。

図８（ｂ）は、マスクの位置合わせ誤差により、拡散領域２９が丸まり２７ａに近づく方向に相対的にずれた場合を示す。この場合には、丸まり２７ａで拡散領域２９に重なるゲート配線３０のゲート長は、図８（ａ）のＬ＋ΔＬよりさらに増大して、Ｌ＋ΔＬ＋αとなるが、丸まり２７ｃで拡散領域２９に重なるゲート配線３０のゲート長は、図８（ａ）のＬ＋ΔＬより減少してＬ＋ΔＬ−αとなる。

すると、ゲート配線３０の丸まり２７ａ，２７ｃと拡散領域２９とが重なる部分の面積は、図８（ａ）と同様となる。従って、ゲート長の変動が実質的に相殺される。
図８（ｃ）は、マスクの位置合わせ誤差により、拡散領域２９が丸まり２７ｃに近づく方向に相対的にずれた場合を示す。この場合には、丸まり２７ｃで拡散領域２９に重なるゲート配線３０のゲート長は、図８（ａ）のＬ＋ΔＬよりさらに増大して、Ｌ＋ΔＬ＋αとなるが、丸まり２７ａで拡散領域２９に重なるゲート配線３０のゲート長は、図８（ａ）のＬ＋ΔＬより減少してＬ＋ΔＬ−αとなる。

すると、ゲート配線３０の丸まり２７ａ，２７ｃと拡散領域２９とが重なる部分の面積は、図８（ａ）と同様となる。従って、ゲート長の変動が実質的に相殺される。
上記のようなレイアウトデータあるいはレイアウトパターンを生成することにより、次に示す作用効果を得ることができる。
（１）マスクの位置合わせ誤差によるゲート幅あるいはゲート長の変動を防止することができる。従って、拡散領域あるいはゲート配線の角部内側に発生する丸まりとマスクの位置合わせ誤差に起因するトランジスタ特性の変動を防止することができる。
（２）ステップ１〜ステップ５に示すレイアウトデータ生成処理をマスクあるいはレチクルのパターン生成処理時に行うことにより、拡散領域あるいはゲート配線の角部内側に発生する丸まりとマスクの位置合わせ誤差に起因するトランジスタ特性の変動を防止可能としたマスクあるいはレチクルを形成することができる。
（３）マスクあるいはレチクルの位置合わせ誤差を含まない状態でのゲート幅あるいはゲート長の変動によるトランジスタ特性の変動を、トランジスタネットリストを発生する素子認識のアルゴリズムあるいはトランジスタの素子特性を表すモデルに反映させることができる。従って、シミュレーションの精度を向上させることができる。

上記実施の形態は、以下の態様で実施してもよい。
・拡散領域あるいはゲート配線の屈曲部は、丸まりが拡散領域あるいはゲート配線に重なる範囲で検出してもよい。

第一の実施の形態を示すレイアウト図である。 （ａ）〜（ｃ）は第一の実施の形態のゲート配線の位置が変動した場合を示すレイアウト図である。 第二の実施の形態を示すレイアウト図である。 （ａ）〜（ｃ）は第二の実施の形態のゲート配線の位置が変動した場合を示すレイアウト図である。 第三の実施の形態を示すレイアウト図である。 （ａ）〜（ｃ）は第三の実施の形態のゲート配線の位置が変動した場合を示すレイアウト図である。 第四の実施の形態を示すレイアウト図である。 （ａ）〜（ｃ）は第四の実施の形態のゲート配線の位置が変動した場合を示すレイアウト図である。 レイアウトデータ生成処理を示すフローチャートである。 レイアウトデータ生成処理を示すフローチャートである。 従来例を示すレイアウト図である。 （ａ）〜（ｃ）は従来例のゲート配線の位置が変動した場合を示すレイアウト図である。 別の従来例を示すレイアウト図である。 （ａ）〜（ｃ）は別の従来例のゲート配線の位置が変動した場合を示すレイアウト図である。

符号の説明

１１，１５，１９，２１，２５，２９ 拡散領域
１２，１６，２０，２２，２６，３０ ゲート配線
１３，２３ 屈曲部
１４，１８，２４，２８ 補助パターン

Claims (8)

1. ゲート配線に直交する方向にレイアウトされる拡散領域に、該ゲート配線の一側でＬ字形に屈曲する屈曲部を備えたパターンレイアウトであって、
   前記ゲート配線の他側において前記ゲート配線に平行する方向にレイアウトされ、該ゲート配線との間隔が前記屈曲部と前記ゲート配線との間隔と同一となる補助パターンを前記拡散領域に備えたことを特徴とするパターンレイアウト。
2. 前記補助パターンと前記屈曲部は、同一方向に設けたことを特徴とする請求項１記載のパターンレイアウト。
3. 前記補助パターンと前記屈曲部は、互いに逆方向に設けたことを特徴とする請求項１記載のパターンレイアウト。
4. ゲート配線に直交する方向にレイアウトされる拡散領域のパターンにおいて、前記ゲート配線の一側でＬ字形に屈曲する屈曲部を検索し、前記ゲート配線の他側において前記ゲート配線に平行する方向にレイアウトされ該ゲート配線との間隔が前記屈曲部と前記ゲート配線との間隔と同一となる補助パターンを前記拡散領域に付加することを特徴とするレイアウトデータの生成方法。
5. 拡散領域に直交する方向にレイアウトされるゲート配線のパターンにおいて、前記拡散領域の一側でＬ字形に屈曲する位置での丸まりに応じた領域内に前記拡散領域を含む屈曲部を前記ゲート配線のパターンから検索し、前記拡散領域の他側において前記拡散領域に平行する方向にレイアウトされ該拡散領域との間隔が前記屈曲部と前記拡散領域との間隔と同一となる補助パターンを前記ゲート配線のパターンに付加することを特徴とするレイアウトデータの生成方法。
6. 前記補助パターンは、前記屈曲部と同一方向に付加することを特徴とする請求項４又は５記載のレイアウトデータの生成方法。
7. 前記補助パターンは、前記屈曲部と逆方向に付加することを特徴とする請求項４又は５記載のレイアウトデータの生成方法。
8. ゲート配線に直交する方向にレイアウトされる拡散領域に、該ゲート配線の一側でＬ字形に屈曲する屈曲部を備えたパターンレイアウトが形成される半導体装置であって、
   前記パターンレイアウトは、前記ゲート配線の他側において前記ゲート配線に平行する方向にレイアウトされ、該ゲート配線との間隔が前記屈曲部とゲート配線との間隔と同一となる補助パターンを前記拡散領域に備えることを特徴とする半導体装置。

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