(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6037570
(24)【登録日】2016年11月11日
(45)【発行日】2016年12月7日
(54)【発明の名称】複数の電圧閾値を有するデバイスのための二重のポリラインパターニングを用いたスタンダードセルのアーキテクチャ
(51)【国際特許分類】
H01L 21/82 20060101AFI20161128BHJP
H01L 21/822 20060101ALI20161128BHJP
H01L 27/04 20060101ALI20161128BHJP
H01L 21/8234 20060101ALI20161128BHJP
H01L 27/088 20060101ALI20161128BHJP
【FI】
H01L21/82 B
H01L27/04 A
H01L27/08 102C
【請求項の数】9
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2013-549527(P2013-549527)
(86)(22)【出願日】2012年1月11日
(65)【公表番号】特表2014-507067(P2014-507067A)
(43)【公表日】2014年3月20日
(86)【国際出願番号】US2012020993
(87)【国際公開番号】WO2012097101
(87)【国際公開日】20120719
【審査請求日】2013年7月22日
【審判番号】不服2015-9270(P2015-9270/J1)
【審判請求日】2015年5月19日
(31)【優先権主張番号】13/004,460
(32)【優先日】2011年1月11日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】507364838
【氏名又は名称】クアルコム,インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100163522
【弁理士】
【氏名又は名称】黒田 晋平
(72)【発明者】
【氏名】プル・チダムバラム
(72)【発明者】
【氏名】プラヤグ・ビー・パテル
(72)【発明者】
【氏名】フーア・ヴァン
(72)【発明者】
【氏名】プラテュシュ・カマル
(72)【発明者】
【氏名】チョック・エイチ・ガン
(72)【発明者】
【氏名】チェサン・スワミナサン
【合議体】
【審判長】
飯田 清司
【審判官】
小田 浩
【審判官】
鈴木 匡明
(56)【参考文献】
【文献】
国際公開第2008/126270(WO,A1)
【文献】
国際公開第2008/114341(WO,A1)
【文献】
特開2008−193102(JP,A)
【文献】
特開2007−335512(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L21/82
H01L21/822
H01L27/04
H01L27/08
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
異なる電圧閾値を有するデバイスを含むスタンダードセルのアーキテクチャを用いて製作される装置であって、
第1のセットのポリラインの幅が第1のアクティブ領域の第1のチャネル長に対応するポリラインの第1セットであって、ポリラインの前記第1のセット内の各ポリラインが、一定の間隔だけ離される、ポリラインの第1のセットと、
第2のセットのポリラインの幅が第2のアクティブ領域の第2のチャネル長に対応し、かつ各ポリラインの位置が第1のセットのポリラインのそれぞれの位置と揃えられるポリラインの第2のセットであって、ポリラインの前記第2のセット内の各ポリラインが、前記一定の間隔だけ横方向に離され、前記第1のチャネル長が前記第2のチャネル長とは異なる、ポリラインの第2のセットと、
ポリラインの前記第1のセットの下の第1のチャネル長が形成される第1のアクティブ領域と、
ポリラインの前記第2のセットの下の第2のチャネル長が形成される第2のアクティブ領域であって、前記第1のアクティブ領域および前記第2のアクティブ領域が素子分離領域によって170nm未満の距離だけ離される、第2のアクティブ領域と、
を含む、装置。
【請求項2】
前記第1のアクティブ領域および前記第2のアクティブ領域を分離する前記距離が135nmである、請求項1に記載の装置。
【請求項3】
ポリラインの前記第1のセットおよびポリラインの前記第2のセットが、各々のそれぞれのポリラインの中心が揃うように配置される、請求項1に記載の装置。
【請求項4】
前記第1のチャネル長が、20nmと30nmとの間の範囲にある、請求項1に記載の装置。
【請求項5】
前記第2のチャネル長が、30nmと40nmとの間の範囲にある、請求項4に記載の装置。
【請求項6】
ポリラインの前記第1のセットの端と前記第1のアクティブ領域の端との間の距離が31.5nmである、請求項1に記載の装置。
【請求項7】
ポリラインの前記第2のセットの端と前記第2のアクティブ領域の端との間の距離が31.5nmである、請求項1に記載の装置。
【請求項8】
セルの間隔が140nmである、請求項1に記載の装置。
【請求項9】
前記ポリラインの第1の部分および第2の部分が、互いにポリラインごとに揃えられる、請求項1に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
実施形態は、半導体デバイスを対象とし、より具体的には、スタンダードセルのライブラリを用いて設計されたアーキテクチャを有し異なる閾値電圧で動作するように構成された、デバイスのグループを対象とする。
【背景技術】
【0002】
半導体設計において、スタンダードセルによる方法は通常、標準的な構成要素および相互接続構造を用いて、様々な機能を有する集積回路を設計するステップを伴う。これらの作業は通常、コンピュータ支援設計環境において容易にされる。スタンダードセルによる方法は抽象化を用い、このとき低水準の集積回路の集合体は、より抽象的で高水準な機能を表すものによって置き換えられる。セルに基づく方法によって、設計者は、設計の高水準な側面に注目できるようになる。スタンダードセルは、トランジスタ構造と、受動的な構造と、論理機能、記憶機能などのような不可分な(atomic)機能を構成する相互接続構造との、グループにより構成され得る。セルの設計が完了すると、物理的な実装を実行するために製作が実施され得る。
【0003】
ポリラインは、従来のコンピュータ支援設計のパッケージソフトウェアの一部として提供される、グラフィカルなオブジェクトである。ポリラインは、半導体上にパターニングされるデバイスと関連付けられる形状(features)を定義するために、設計段階において用いられ得る。製作中、ポリラインは半導体上に形成され、その後、デバイスを実現する過程中の様々な段階において変更され得る。
【0004】
ポリラインの幅は通常、セル内のデバイスのチャネル長を決定するので、デバイスの閾値電圧値VTに影響を与える。従来のフォトリソグラフィ機器に関連する分解能の問題に一部起因して、集積されたトランジスタデバイスのような何らかのデバイスを設計する際、ある特定のパターンのデバイスにおいては、同一のチャネル長を有する均一なサイズのポリラインを使うことが一般的になっている。ポリラインと関連付けられるデバイスは、同一の電圧VTで動作するように設計されるので、また、分解能は歴史的に、従来の手法からの逸脱を許容するには不十分であったので、従来のスタンダードセルのライブラリ設計に対して疑問が呈されることはほとんどなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
いくつかの例では、共通の半導体基板上で異なるチャネル長(よって異なる閾値電圧)を有するデバイスを製作するのが有利であり得る。この試みには、別個のアクティブ領域にわたって異なるライン幅を有する、ポリラインをパターニングすることを伴う。そのようなデバイスを実現するのに既存のパターニング技法を使うこともできるが、そうすると、チャネル長が変化する領域において、先細りの特性を有するポリラインが生じ得る。そのような先細りは、望ましくないプロセスのばらつきにつながることがあり、アクティブ領域間の間隔が170nmよりも大きくなり得る。このことで、製造が非効率になり、プロセスの歩留まりが下がることがある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
異なる電圧閾値を有するデバイスを含むスタンダードセルのアーキテクチャを用いて製作される装置が、提示される。
【0007】
一実施形態では、装置は、第1のチャネル長と関連するポリラインの第1のセットを含んでよく、ポリラインの第1のセット内の各ポリラインは、実質的に一定の間隔だけ離される。装置はさらに、第2のチャネル長と関連しポリラインの第1のセットと揃えられるポリラインの第2のセットを含んでよく、ポリラインの第2のセット内の各ポリラインは、実質的に一定の間隔だけ横方向に離される。装置はさらに、ポリラインの第1のセットの下の第1のアクティブ領域と、ポリラインの第2のセットの下の第2のアクティブ領域とを含んでよく、第1のアクティブ領域および第2のアクティブ領域は、170nm未満の距離だけ離される。
【0008】
別の実施形態では、スタンダードセルのアーキテクチャと関連付けられプロセスによって製作される、複数のデバイスが提示される。プロセスは、第1のアクティブ領域および第2のアクティブ領域にわたって複数のポリラインを提供するステップを含んでよく、各ポリラインは、実質的に一定の間隔だけ離され、さらに、第1のアクティブ領域および第2のアクティブ領域は、170nm未満の距離だけ離される。プロセスはさらに、各ポリラインが第1のチャネル長および第2のチャネル長と関連付けられるように複数のポリラインを形成するステップと、ポリラインの第1のセットおよびポリラインの第2のセットへとポリラインを分離するステップとを含んでよく、ポリラインの第1のセットは第1のチャネル長と関連付けられ、ポリラインの第2のセットは第2のチャネル長と関連付けられる。
【0009】
添付の図面は、実施形態の説明を助けるために提示される。図面は、実施形態を限定するためではなく、実施形態を例示するためにのみ提供される。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】チャネル長が異なり一定の間隔だけ離されるポリラインを有する、スタンダードセルのライブラリ設計を用いた、半導体を示す図である。
【
図2A】
図1に示される半導体の製作のある段階を示す図である。
【
図2B】
図1に示される半導体の製作のある段階を示す図である。
【
図2C】
図1に示される半導体の製作のある段階を示す図である。
【
図3】
図1に示される半導体を製作するための、ある例示的なプロセスを示すフローチャートである。
【
図4】本開示の実施形態が利用され得る、ある例示的なワイヤレス通信システムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
特定の実施形態を対象とする以下の説明および関連する図面において、態様が開示される。本発明の範囲から逸脱することなく、代替的な実施形態を考案することができる。さらに、関連する詳細を不明瞭にしないように、よく知られている要素については詳細には説明しないか、または省略する。
【0012】
「例示的な」という語は、「例、実例、または具体例としての役割を果たすこと」を意味するように本明細書において用いられている。「例示的」として本明細書で説明される任意の実施形態は、他の実施形態よりも好ましいと、または有利であると必ずしも解釈されない。同様に、「本発明の実施形態」という用語は、すべての実施形態が、論じられた特徴、利点または動作モードを含むことを必要としない。
【0013】
本明細書で用いられる用語は、特定の実施形態の説明のみを目的とするものであり、本発明の実施形態を限定することは意図されない。本明細書で使用する単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈により別段明確に示されない限り、複数形をも含むものとする。さらに、本明細書で使用する「含む(comprises)」、「含んでいる(comprising)」、「含む(includes)」、および/または「含んでいる(including)」という用語は、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および/または構成要素の存在を明示するが、1つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および/またはそれらのグループの存在または追加を排除しないことを理解されたい。
【0014】
本開示に関して、「ポリライン」という用語は、ラインを表すための(開ポリライン)、かつ/または、トランジスタゲート、回路配線などのような多角形のオブジェクト(閉ポリライン)のための、コンピュータ支援設計(CAD)システムにおいて利用可能なグラフィカルなオブジェクトを指し得る。「二重の(double)ポリラインパターニング」という語句は、連続したポリラインを使って、製作中の対応する連続したパターニングステップを規定し、不規則な形状、あるいは現在の製作またはリソグラフィの規模で通常可能なものよりも高い分解能を有する形状を形成することを指し得る。様々な手段が、限定はされないが、フリーウェアソフトウェア設計システム、たとえば、Magic設計システム、Electric VLSI設計システム、ならびに市販のシステム、たとえば、Design Architect IC、IC Station、Quicksim II、Mach TA/Accusim IIのような、Mentor Graphics, Inc.により提供されるIC設計システムの一群、Composer、Verilog−XL、Virtuoso、Silicon Ensemble、SpectreのようなCadence(登録商標)Design Systemsにより提供されるシステム、およびS−Edit、L−Edit、LVS、T−SpiceのようなTanner Research, Inc.により提供されるシステムを含む、本明細書で説明されるような出力ファイルフォーマットを生成し、セルのライブラリを規定するための手段として、理解され得る。
【0015】
図1は、スタンダードセルのライブラリ設計に基づいて、二重のポリラインプロセスを用いて製作され得る、半導体デバイス100を示す図である。デバイス100は、第1のアクティブ領域102、第2のアクティブ領域104、ポリラインの第1のセット106、およびポリラインの第2のセット108を含み得る。ポリラインの第1のセット106およびポリラインの第2のセット108は、本明細書ではチャネル長Lcと表される異なる幅を有する。上で述べられたように、チャネル長は通常、半導体デバイスのアクティブ領域の中/上に形成される、デバイスの閾値電圧(V
T)に比例する。ポリラインの第1のセット106は、第1のチャネル長(Lc1)を有する。ポリラインの第2のセット108は、第2のチャネル長(Lc2)を有し得る。
図1に例示されるように、ポリライン106は、ポリライン108のチャネル長Lc2よりも短いチャネル長Lc1を有し得る。したがって、アクティブ領域102に関連するデバイスは、アクティブ領域104に関連するデバイスとは異なる閾値電圧を有し得る。
【0016】
ポリラインの第1のセット106内の各ポリラインは、一定の距離または間隔(Pc)だけ横方向に離され得る。ポリラインの第2のセット108内の各ポリラインはまた、同じ間隔(Pc)だけ横方向に離され得る。一実施形態では、ポリラインの第2のセット108はポリラインの第1のセット106と揃えられ得るので、各セットのポリラインの中心が揃う。しかし、他の実施形態では、ポリラインの2つのセットの間での異なる整列を考慮してよく、たとえば、ポリラインが左端または右端において揃えられ得る。さらに、他の実施形態では、ポリラインの第1の部分および第2の部分は、互いにポリラインごとに揃えられ得る。
【0017】
第1のアクティブ領域102は、ポリラインの第1のセット106の下に位置してよく、第2のアクティブ領域104は、ポリラインの第2のセット108の下に位置してよい。第1のアクティブ領域102と第2のアクティブ領域104との間の距離(D
OD)は170nm未満であり、好ましくは135nmである。
図1に明示的には示されないが、各アクティブ領域には、スタンダードセルのライブラリに基づく回路の実現に対応するセルが形成されていてよいことを理解されたい。
【0018】
一実施形態では、第1のチャネル長(Lc1)は、20nmと30nmとの間の範囲にあり得る。第2のチャネル長(Lc2)は、30nmと40nmとの間の範囲にあり得る。ポリラインの第1のセットの端と第1のアクティブ領域の端との間の距離は、31.5nmであり得る。セル間隔Pcは、約140nmであり得る。
【0019】
図2A〜
図2Cは、二重のパターニングプロセスを用いた、
図1に示される半導体の製作における例示的な段階を示す図である。
図2Aは、ポリラインパターニングの前のデバイスの段階201を示す。段階201においては、ポリライン210のすべてが単一のチャネル長を有していてよく、このチャネル長は、
図1に示されるポリライン108のより太いセットに対応する長さL
c2であり得る。しかし、他の実施形態では、ポリラインの初期チャネル長は、L
c2よりも太い長さから始まってもよい。ポリライン210は、アクティブ領域202と204の両方にまたがり得る。
【0020】
図2Bは、半導体デバイスの第1のポリラインパターニングが行われる、例示的な段階203を示す。ここで、ポリライン210の上側部分は、チャネル長がL
c1に低減されるようにパターニングされる。ポリラインの下側部分は、チャネル長がL
c2に低減されるようにパターニングされ得る。ポリラインのチャネル長がすでに所望の第2の長さであった実施形態では、ポリラインの下側部分はこの段階では変えられないままであってよいことに留意されたい。ある実施形態では、第1のパターニングを実行する適切な階段状の(stepped)マスク212を用いた1つの初期パターニングステップにおいて、階段状の構成(L
c1およびL
c2)が形成されてよい。
【0021】
図2Cは、第2のパターニングがポリラインをポリライン206および208という2つの別個のセットに分離する、例示的な段階205を示す。第2のパターニングは、この分離をきれいに実行するために、第2のマスク214によって実施され得る。第1のマスク212および第2のマスク214を用いることは、二重のパターニングプロセスの1つの例示的な実施形態である。二重のパターニングプロセスによって、2つのアクティブ領域の間の空間の領域において、ポリラインのセット206および208の各々の端が鋭利なままになり得る。言い換えれば、マスキングによって、ポリラインの先細りを弱めることができる。これによって、第1のアクティブ領域202と第2のアクティブ領域204との間隔を比較的近いままにできるので、プロセスのばらつきが減ると同時に、(アクティブ領域のエリアをより利用することを通じて)製造効率が改善する。したがって、スタンダードセルを形成するのに使われる二重のパターニングは、アクティブ領域のエリアの利用率を最大にする。いくつかの実施形態では、第1のアクティブ領域202と第2のアクティブ領域204との間の距離は、170nm未満であり得る。
【0022】
図3は、
図1に示される半導体を製作するための、ある例示的なプロセス300を示すフローチャートである。ブロック310において、ポリラインが、フォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングされ得る。他の実施形態では、ポリラインの形成は、任意の適切な種類の半導体プロセスを用いて実行され得る。マスキングステップの間、ポリラインの単一のセット210が、第1のアクティブ領域202と第2のアクティブ領域204の両方にわたって形成され得る。最終的な寸法は、エッチングプロセスによって設定され得る。
図2Aに示されるように、各ポリラインは、実質的に一定の間隔(P
c)だけ離され得る。さらに、第1のアクティブ領域202および第2のアクティブ領域204は、170nm未満の距離だけ離され得る。
【0023】
次のブロック320では、各ポリラインが第1のチャネル長と第2のチャネル長の両方と関連付けられるように、ポリライン210が形成され得る。一実施形態では、これは、マスク212と連携して実行され得る。その後、ポリライン210は、別個のマスク214を用いて、ポリラインの第1のセット206およびポリラインの第2のセット208へと分離され得る(ブロック330)。第2のマスクは、スタンダードセルのライブラリにおいて規定されてよく、ポリライン206および208を別々のセットに分離しつつ、重複するエリアのそれぞれの形状を精緻化する調節器であってよい。したがって、様々な例示的な実施形態によれば、有利なことに、二重のポリラインパターニングを規定するセルのライブラリを使って、同じ製造プロセスおよび仕様プロセスにおいて、異なる長さを有する、したがって異なる電圧要件を有するデバイスの構造を規定することができ、これによりさらに、アクティブ領域202および204の間隔を狭くできる。
【0024】
前述の開示されたスタンダードセルのライブラリは、Caltech Intermediate Format(CIF)、Calma GDS interchange format(GDS II)、Electronic Design Interchange Format(EDIF)、Schematic User Environment(SUE)、AutoCAD mechanical format(DXF)、VHSICハードウェア記述言語VHDL、ハードウェア記述言語(Verilog)、Cadence(登録商標)回路記述言語(CDL)、EAGLE回路図キャプチャインターフェースフォーマット、ECAD回路図キャプチャインターフェースフォーマット、HPGLプロット言語フォーマット、Postscriptプロット言語フォーマットなどのような出力フォーマットに従ったICレイアウトの仕様を有する、コンピュータファイルへと構成され得ることに留意されたい。仕様ファイルは、コンピュータ可読媒体に記憶される。次いでこれらのファイルは、これらのファイルに基づいてデバイスを製作する製作担当者に与えられる。得られる製品は半導体ウェハであり、このウェハは次いで、半導体ダイに切断され、半導体チップにパッケージングされる。そして、このチップが、上で説明されたデバイスで利用される。
【0025】
図4は、本開示の実施形態が利用され得る、ある例示的なワイヤレス通信システム400を示すブロック図である。
図4は、説明のために、3つの遠隔ユニット420、430、および450、ならびに、2つの基地局440を示す。従来のワイヤレス通信システムは、より多くの遠隔ユニットおよび基地局を有し得ることに留意されたい。遠隔ユニット420、430および450は、上で論じられたような本開示の実施形態である、デバイス425A、425B、および425Cを含み得る。
図4はさらに、基地局440から遠隔ユニット420、440、450への順方向リンク信号480、および遠隔ユニット420、430、450から基地局440への逆方向リンク信号490を示す。
【0026】
図4では、遠隔ユニット420は携帯電話として示され、遠隔ユニット430はポータブルコンピュータとして示され、遠隔ユニット450は、ワイヤレスローカルループシステムにおける固定位置遠隔ユニットとして示されている。たとえば、遠隔ユニットは、携帯電話、手持ち式パーソナル通信システム(PCS)ユニット、携帯情報端末のような携帯用データユニット、GPS対応デバイス、ナビゲーションデバイス、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、娯楽ユニット、メータ読取り機器などの固定位置データユニット、またはデータもしくはコンピュータ命令の記憶もしくは取り出しを行う任意の他のデバイス、またはそれらの任意の組合せであってもよい。
図4は、本開示における教示による遠隔ユニットを示しているが、本開示は、これらの例示的な示されたユニットに限定されない。本開示の実施形態は、試験および特性評価のための、メモリおよびオンチップ回路を含む能動的な集積回路を含む、任意のデバイスにおいて適切に利用され得る。
【0027】
上記の開示は本発明の例示的な実施形態を示すが、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書において様々な変更および修正を行えることに留意されたい。本明細書で説明した本発明の実施形態による方法クレームの機能、ステップおよび/または動作は、特定の順序で実行されなくてもよい。さらに、本発明の要素は、単数形で説明または請求されていることがあるが、単数形に限定することが明示的に述べられていない限り、複数形が企図される。
【符号の説明】
【0028】
100 半導体デバイス
102 第1のアクティブ領域
104 第2のアクティブ領域
106 ポリラインの第1のセット
108 ポリラインの第2のセット
202 第1のアクティブ領域
204 第2のアクティブ領域
206 ポリライン
208 ポリライン
210 ポリライン
212 第1のマスク
214 第2のマスク