JP4880942B2 - Semiconductor integrated chip and semiconductor integrated device - Google Patents
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Description
本発明は半導体集積チップに係わり、特にプロセスモニタを有する半導体集積チップに好適なものである。 The present invention relates to a semiconductor integrated chip, and is particularly suitable for a semiconductor integrated chip having a process monitor.
半導体プロセスにおいてウェハ上にパターンを作成する際には、ウェハ面内の各ウェハ、或いは各ロットにおける素子の特性のばらつきをモニタするために、トランジスタ、容量値、或いは抵抗値を調べるためのプロセスモニタを配置することは重要である。
一般的に半導体のプロセスモニタは、多数の半導体集積回路(以下、LSI(Large Scale Integration)回路という)を1チップ化した半導体集積チップ(以下、LSIチップという)とは別領域に配置される。
例えば図5に示すようにLSIチップ100を囲むスクライブライン101内に配置したり、図6に示すようにLSIチップ100と同一のウェハ内にプロセスモニタチップ102を配置したりするようにしていた。
しかしながら、図5に示すようにスクライブライン101にプロセスモニタを配置した場合は、細長い領域に配線を行ってモニタ専用のセルを作成する必要があるため、LSIチップ100内における実際の配線とは条件がずれてしまう。またスクライブライン101は面積が狭いため、長い配線を引き回すのが難しい。さらにスクライブライン101は他の目的で使用されている場合もあり、ウェハ面内に均等にプロセスモニタを配置することが困難である等の問題点があった。
一方、図6に示すようにウェハ上にLSIチップ100とプロセスモニタチップ102を混載した場合は、専用のプロセスモニタ領域があるため、配線を実際の配線に近い状態でデザインすることができる。またウェハ内に均等に領域が作り込まれるため面内分布を測定することができる。しかしながら、この場合はウェハ上のLSIチップ100の領域が減少するため、チップコストが高くなるという欠点があった。
そこで、例えばLSIチップ内にプロセスモニタセル(PMC)を作り込むことが考えられる。LSIチップ内にPMCを作り込んだ場合はパッド数が多少増えるが、上記図6に示したようにLSIチップ100とは別にプロセスモニタチップ102を設けた場合のようにLSIチップの数が大幅に減少することはない。またウェハ面内にも均一に配置することができるようになる。
When creating a pattern on a wafer in a semiconductor process, a process monitor for examining a transistor, a capacitance value, or a resistance value in order to monitor variations in element characteristics in each wafer or lot in the wafer surface. It is important to place
Generally, a semiconductor process monitor is arranged in a different area from a semiconductor integrated chip (hereinafter referred to as an LSI chip) in which a large number of semiconductor integrated circuits (hereinafter referred to as LSI (Large Scale Integration) circuits) are integrated into one chip.
For example, as shown in FIG. 5, it is arranged in the
However, when the process monitor is arranged on the
On the other hand, when the
Therefore, for example, it is conceivable to form a process monitor cell (PMC) in the LSI chip. When the PMC is built in the LSI chip, the number of pads is slightly increased. However, as shown in FIG. 6, the number of LSI chips is greatly increased as in the case where the
ところで、一般的にLSIチップは自動的にセルの配置と、その配線を行うことができる自動配置/配線ツールを用いて作成するようにしているため、LSIチップ内にプロセスモニタを作り込む場合には、プロセスモニタも1つのプロセスモニタセル(以下、「PMC」という)として作成して配置させる方法がある。この場合、自動配置/配線ツールにより自動配置したセル内において使用しているメタルと、自動配線したメタルとのショートを防ぐため、セル内に配線が入り込まないようにメタルブロック用のカバーを設ける必要がある。例えば、PMC内において3層メタルまで使用していた場合には、3層メタルまでをブロックするカバーをPMC内に設けることにより、自動配線は4層メタル以上でなければPMC上部を通過できなくなる。即ち、PMC内において使用されるメタルの層数が多くなればなるほどPMC上部を通過できなくなるメタル層も増えることになる。
図7は、従来のLSIチップの全体の構成を示した図である。
この場合、LSIチップ110の外周には、多数のI/Oセル11とPAD12とが配置されている。I/Oセル11の内側には、複数のLSI回路13、13・・・と、1つのPMC2とが配置されている。これらLSI回路13及びPMC2は配線によりI/Oセル11と接続されることになるが、この場合、PMC2には上部配線をブロックするカバーがかかっているため、LSI回路13とI/Oセル11とを接続する配線の内、一点鎖線で示した配線14はPMC2を迂回するように引き回されることになる。
なお、先行文献としてはチップ上に格子状に配置した複数の測定ユニットを持ち、電気的にユニットを選択することにより、各ユニットの素子を評価する半導体特性評価装置などが挙げられる(特許文献1)。
FIG. 7 is a diagram showing the overall configuration of a conventional LSI chip.
In this case, a large number of I /
In addition, as a prior art document, there is a semiconductor characteristic evaluation apparatus that has a plurality of measurement units arranged in a grid pattern on a chip, and electrically evaluates the elements of each unit by selecting the unit (Patent Document 1). ).
しかしながら、上記図7に示すようにLSI回路13とI/Oセル11とを繋ぐ配線の一部を、PMC2を迂回するように引き回した場合は、配線の制約が著しく増えるため、自動配置/配線ツールによるセルの配置、及び配線自体が収束しなくなるおそれがあった。
そこで、本発明はこのような点を鑑みてなされたものであり、LSIチップ内にPMCを配置した場合でも、自動配置/配線ツールを使用して自動配線を行うことができるLSIチップを提供することを目的とする。
However, as shown in FIG. 7, when a part of the wiring connecting the
Therefore, the present invention has been made in view of such points, and provides an LSI chip that can perform automatic wiring using an automatic placement / wiring tool even when a PMC is placed in the LSI chip. For the purpose.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、入出力セルとパッドとを備えた半導体集積チップであって、半導体集積回路と、メタル配線の容量測定を行うためのプロセスモニタとを備え、前記メタル配線は、前記プロセスモニタのプロセスモニタ回路を有する第1セルと前記メタル配線の終端を指定する終端部を有する第2セルとの間に配線され、前記第1セルと第2セルとの間には前記メタル配線の通過点を指定する端子を有するセルが配置されていることを特徴とする。
また請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の半導体集積チップにおいて、前記プロセスモニタが半導体チップ内に均一に配置されていることを特徴とする。
また請求項3に記載の発明は、入出力セルとパッドとを備えた半導体集積装置であって、半導体集積回路と、メタル配線の容量測定を行うためのプロセスモニタとを備え、前記メタル配線は、前記プロセスモニタのプロセスモニタ回路を有する第1セルと前記メタル配線の終端を指定する終端部を有する第2セルとの間に配線され、該第2のセルは、空のセルであることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an invention according to
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor integrated chip according to the first aspect, the process monitor is uniformly arranged in the semiconductor chip .
According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor integrated device comprising input / output cells and pads, comprising a semiconductor integrated circuit and a process monitor for measuring the capacitance of the metal wiring, The second cell is wired between a first cell having a process monitor circuit of the process monitor and a second cell having a termination portion for designating a termination of the metal wiring, and the second cell is an empty cell. Features .
本発明によれば、半導体集積チップにプロセスモニタを組み込んだ場合でも、自動配置/配線ツールによる配線が可能になる。
また、プロセスモニタの容量測定の対象となる配線部分を、配置/配線ツールを用いて作成することが可能となる。
また、プロセスモニタの容量測定の対象となる配線部分の長さを、配置/配線ツールを用いて調整することが可能となる。
According to the present invention, wiring by an automatic placement / wiring tool is possible even when a process monitor is incorporated in a semiconductor integrated chip.
In addition , it is possible to create a wiring portion to be subjected to the capacity measurement of the process monitor using a placement / wiring tool.
In addition , it is possible to adjust the length of the wiring portion to be subjected to the capacity measurement of the process monitor using the placement / wiring tool.
以下に図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図1は本発明の実施形態に係るLSIチップの全体の構成を示した図である。
この図1に示すLSIチップ1の外周には、多数のI/Oセル(入出力セル)11とPAD12とが配置されている。I/Oセル11の内側には、複数のLSI回路13、13・・・と、プロセスモニタを構成する2つのプロセスモニタセル(PMC)2a、2bが設けられている。これら複数のLSI回路13、13・・・と、プロセスモニタを構成するPMC(第1セル)2aとPMC(第2セル)2bは、自動配置/配線ツールにより自動配置するようにしている。また、LSI回路13、13間を繋ぐ配線14、及びI/Oセル11とLSI回路13とを繋ぐ配線14に加えて、プロセスモニタにおいて容量測定に使用するメタル配線3を自動配置/配線ツールにより配線するようにしている。
このようにすると、LSI回路13同士や、LSI回路13とI/Oセル11を接続するための配線14は、PMC2aとPMC2b間のメタル配線3を跨ぐことができるようになる。つまり、図7に示した従来のLSIチップ110においては、プロセスモニタにおいて容量測定に使用するメタル配線をPMC2内に形成していくため、PMC2のサイズが大きくなると共に、LSI回路13とI/Oセル11とを繋ぐ配線の一部を、PMC2を迂回するように引き回す必要があった。これに対して、本実施形態のLSIチップにおいては、プロセスモニタにおいて容量測定に使用するメタル配線3を自動配置/配線ツールにより配線するようにしたことで、プロセスモニタを構成するPMC2a、2bを小型化することができると共に、LSI回路13とI/Oセル11とを繋ぐ配線14を、メタル配線3を跨ぐように配線することができるようになる。これにより、半導体集積チップにプロセスモニタを組み込んだ場合でも、自動配置/配線ツールによる配線が可能になる。
ここで、メタルの配線容量を測定するプロセスモニタの構成例について説明する。なお、本実施形態では素子の容量を評価する公知のCBCM(Charge-Based Capacitance Measurement)法を例に挙げて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of an LSI chip according to an embodiment of the present invention.
A large number of I / O cells (input / output cells) 11 and a
In this way, the
Here, a configuration example of a process monitor for measuring metal wiring capacitance will be described. In the present embodiment, a known CBCM (Charge-Based Capacitance Measurement) method for evaluating the capacitance of an element will be described as an example.
図2はプロセスモニタの構成例を示した図である。
この図2に示すプロセスモニタは2つのPMC(プロセスモニタセル)2a、2bとからなる。PMC2aは2個のPchトランジスタMP1、MP2と2個のNchトランジスタMN1、MN2により構成される。
PchトランジスタMP1は、基板が電源VCC、ソースが電源VDD1、ドレインがノードQ1、ゲートが入力端子GPに夫々接続される。またPchトランジスタMP2は、基板が電源VCC、ソースが電源VDD2、ドレインがノードQ2、ゲートが入力端子GPに夫々接続される。またNchトランジスタMN1は、基板がGND、ソースがGND、ドレインがノードQ1、ゲートは入力端子GNに夫々接続される。またNchトランジスタMN2は、基板がGND、ソースがGND、ドレインがノードQ2、ゲートが入力端子GNに夫々接続される。
なお、電源VCC、電源VDD1、電源VDD2は同電位の電源である。ノードQ1はメタルR1に接続される。ノードQ2はメタルR2に接続される。メタルR1とメタルR2は同じ形状構成のメタルであり、メタルR1とGND間の容量、メタルR2とGND間の容量は共にCrefとなっている。
PMC2aのメタルR2は、PMC2aの外側でメタルR3に接続される。メタルR3はツールが自動に配線する部分であり、CBCM法で容量評価の対象となる部分である。評価対象部分の容量はR3とGND間のCmetである。
PMC2bは自動配線の終端Eを決めるためのセルであり実際の素子は入っていない。これは自動配置/配線ツールにより配線させるためには、回路上の2点を指定する必要があるため、終端Eを持った空のセルであるPMC2bを回路上に配置することで、PMC2aのメタルR2とPMC2bの終端Eの間を自動配線させることができる。なお、PMC2aは1つのセルとして作っておくことが望ましい。
また、自動配線部分は特定のメタルに指定することも可能であるため、例えば、メタルR3を4層メタルだけにすることもできる。その場合は、メタルR2はメタルR3との接続位置を4層メタルにしておき、メタルR1の形状はメタルR2にあわせれば良い。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the process monitor.
The process monitor shown in FIG. 2 includes two PMCs (process monitor cells) 2a and 2b. The
The Pch transistor MP1 has a substrate connected to the power supply VCC, a source connected to the power supply VDD1, a drain connected to the node Q1, and a gate connected to the input terminal GP. The Pch transistor MP2 has a substrate connected to the power supply VCC, a source connected to the power supply VDD2, a drain connected to the node Q2, and a gate connected to the input terminal GP. The Nch transistor MN1 has a substrate connected to GND, a source connected to GND, a drain connected to the node Q1, and a gate connected to the input terminal GN. The Nch transistor MN2 has a substrate connected to GND, a source connected to GND, a drain connected to the node Q2, and a gate connected to the input terminal GN.
The power supply VCC, the power supply VDD1, and the power supply VDD2 are power supplies having the same potential. Node Q1 is connected to metal R1. Node Q2 is connected to metal R2. The metal R1 and the metal R2 have the same shape and configuration, and the capacitance between the metal R1 and GND and the capacitance between the metal R2 and GND are both Cref.
The metal R2 of the
PMC 2b is a cell for determining the end E of the automatic wiring and does not contain an actual element. This is because it is necessary to designate two points on the circuit in order to perform wiring by the automatic placement / wiring tool. Therefore, by arranging PMC2b, which is an empty cell having a terminal E, on the circuit, the metal of PMC2a It is possible to automatically wire between R2 and the end E of the PMC 2b. The
In addition, since the automatic wiring portion can be designated as a specific metal, for example, the metal R3 can be only a four-layer metal. In that case, the connection position of the metal R2 with the metal R3 may be a four-layer metal, and the shape of the metal R1 may be matched to the metal R2.
図2に示したような構成のプロセスモニタに対して図3のような波形の信号GP、GNを入力することにより、メタルR3の容量Cmetを評価することができる。
この図3に示す期間T0において、PchトランジスタMP1、MP2はOFFし、NchトランジスタMN1、MN2がONするため、ノードQ1、Q2はディスチャージされる。これに伴いメタルR1、R2、R3もディスチャージされる。
また、期間T1において、NchトランジスタMN1、MN2がOFFするため、ディスチャージは終了する。期間T2において、PchトランジスタMP1、MP2はONし、NchトランジスタMN1、MN2はOFFを維持するため、ノードQ1、Q2はチャージされる。これに伴いメタルR1、R2、R3もチャージされる。つまり、メタルR1の容量CrefとメタルR2の容量Cref、及びメタルR3の容量Cmetがチャージされる。
期間T3において、PchトランジスタMP1、MP2がOFFするためチャージは終了する。
期間T4において、PchトランジスタMP1、MP2はOFFを維持し、NchトランジスタMN1、MN2がONするため、ノードQ1、Q2は再びディスチャージされる。この期間T0〜T4までのサイクルを連続して行ない、電源VDD1からノードQ1へ流れる電流と、電源VDD2からノードQ2へ流れる電流とを測定し、その差分を求めることにより、共通の容量Crefを差し引いた容量Cmetを評価することができる。
このように本実施形態では、PMCをツールで自動に配置/配線することにより、LSIチップの配線の迂回を回避することでLSI回路の性能を下げることなく、プロセスモニタを作り込むことができ、またウェハ内に均一にプロセスモニタを配置することも可能となる。
The capacitance Cmet of the metal R3 can be evaluated by inputting the signals GP and GN having the waveform as shown in FIG. 3 to the process monitor having the configuration as shown in FIG.
In the period T0 shown in FIG. 3, since the Pch transistors MP1 and MP2 are turned off and the Nch transistors MN1 and MN2 are turned on, the nodes Q1 and Q2 are discharged. Along with this, the metals R1, R2, and R3 are also discharged.
Further, since the Nch transistors MN1 and MN2 are turned off in the period T1, the discharge ends. In the period T2, the Pch transistors MP1 and MP2 are turned on and the Nch transistors MN1 and MN2 are kept off, so that the nodes Q1 and Q2 are charged. Along with this, the metals R1, R2, and R3 are also charged. That is, the capacitor Cref of the metal R1, the capacitor Cref of the metal R2, and the capacitor Cmet of the metal R3 are charged.
In the period T3, the charging ends because the Pch transistors MP1 and MP2 are turned off.
In the period T4, the Pch transistors MP1 and MP2 are kept OFF and the Nch transistors MN1 and MN2 are turned ON, so that the nodes Q1 and Q2 are discharged again. The cycle from the period T0 to T4 is continuously performed, the current flowing from the power supply VDD1 to the node Q1 and the current flowing from the power supply VDD2 to the node Q2 are measured, and the difference is obtained to subtract the common capacitance Cref. The capacity Cmet can be evaluated.
As described above, in this embodiment, by automatically placing / wiring the PMC with a tool, it is possible to create a process monitor without degrading the performance of the LSI circuit by avoiding the detour of the wiring of the LSI chip, It is also possible to arrange the process monitor uniformly in the wafer.
図4は、本発明の第2実施形態に係るLSIチップの全体の構成を示した図である。なお、図4においては、LSI回路及びLSI回路とI/Oセルとを繋ぐ配線は省略してあり、PMCとそれに接続される配線のみを示している。
この図4に示すLSIチップにおいては、図2のR3に相当するPMC間の配線長を長く引き回す場合の方法を示したものであり、上述したPMC2aとPMC2bの他に、配線3の通過点となるPMC2c及びPMC2dが配置されている。
PMC2c、PMC2dはそれぞれ端子M1、M2を備え、上記したPMC2bと同様に内部には素子を持たない。
これらPMC2c、2dを回路上に設定し、且つ、LSIチップ内に配置することにより、PMC2aのメタルR2(図2参照)からPMC2c上の端子M1へ配線され、この端子M1からPMC2d上の端子M2へ配線され、さらに端子M2からPMC2b上の終端Eに配線される。このように自動配置/配線ツールにより作成される配線3の長さを長くすると容量Cmetを大きくすることが可能となる。
FIG. 4 is a diagram showing an overall configuration of an LSI chip according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, the LSI circuit and the wiring that connects the LSI circuit and the I / O cell are omitted, and only the PMC and the wiring connected thereto are shown.
In the LSI chip shown in FIG. 4, a method for extending the wiring length between PMCs corresponding to R3 in FIG. 2 is shown. In addition to the
PMC2c and PMC2d have terminals M1 and M2, respectively, and have no elements inside like PMC2b.
By setting these
1…LSIチップ、11…I/Oセル、110…LSIチップ、12…PAD、13…LSI回路、2…PMC、3…配線
DESCRIPTION OF
Claims (3)
半導体集積回路と、メタル配線の容量測定を行うためのプロセスモニタとを備え、
前記メタル配線は、前記プロセスモニタのプロセスモニタ回路を有する第1セルと前記メタル配線の終端を指定する終端部を有する第2セルとの間に配線され、
前記第1セルと第2セルとの間には前記メタル配線の通過点を指定する端子を有するセルが配置されていることを特徴とする半導体集積チップ。 A semiconductor integrated chip comprising input / output cells and pads,
A semiconductor integrated circuit and a process monitor for measuring the capacitance of the metal wiring;
The metal wiring is wired between a first cell having a process monitor circuit of the process monitor and a second cell having a termination portion for designating a termination of the metal wiring,
A semiconductor integrated chip, wherein a cell having a terminal for designating a passing point of the metal wiring is disposed between the first cell and the second cell .
半導体集積回路と、メタル配線の容量測定を行うためのプロセスモニタとを備え、 A semiconductor integrated circuit and a process monitor for measuring the capacitance of the metal wiring;
前記メタル配線は、前記プロセスモニタのプロセスモニタ回路を有する第1セルと前記メタル配線の終端を指定する終端部を有する第2セルとの間に配線され、 The metal wiring is wired between a first cell having a process monitor circuit of the process monitor and a second cell having a termination portion for designating a termination of the metal wiring,
該第2のセルは、空のセルであることを特徴とする半導体集積装置。 The semiconductor integrated device, wherein the second cell is an empty cell.
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