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JP2009038114A - Semiconductor integrated circuit design method, design apparatus, and manufacturing method - Google Patents

Semiconductor integrated circuit design method, design apparatus, and manufacturing method Download PDF

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JP2009038114A
JP2009038114A JP2007199377A JP2007199377A JP2009038114A JP 2009038114 A JP2009038114 A JP 2009038114A JP 2007199377 A JP2007199377 A JP 2007199377A JP 2007199377 A JP2007199377 A JP 2007199377A JP 2009038114 A JP2009038114 A JP 2009038114A
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semiconductor integrated
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JP2007199377A
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Hideki Kitada
秀樹 北田
Takahiro Kimura
孝浩 木村
Takashi Suzuki
貴志 鈴木
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a chip yield by eliminating inter-chip dispersion in a wafer. <P>SOLUTION: A designing method for a semiconductor integrated circuit includes steps (S8, S9) of generating a database of processing dispersion, a step (S3A) of calculating process dispersion on the wafer from the generated database, a step (S3B) of calculating an RC constant of wiring resistance and a wiring capacity from the calculated process dispersion, and a step (S3C) of calculating a wiring width corresponding to the process dispersion on the wafer and arranging cells. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体集積回路の設計方法,設計装置および製造方法に関し、特に、1枚のウェーハ内に多数の半導体集積回路を形成する半導体集積回路の設計方法,設計装置および製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor integrated circuit design method, design apparatus, and manufacturing method, and more particularly to a semiconductor integrated circuit design method, design apparatus, and manufacturing method for forming a large number of semiconductor integrated circuits in a single wafer.

近年、半導体集積回路(LSI)に代表されるデジタルシステムは、通常、同期回路が用いられ、クロック信号(同期制御信号)に同期した動作を行っている。また、大規模なシステムでは、分割された複数のシステムに対してクロック発生回路から出力されたクロック信号を供給して同期させている。さらに、細分化されたブロックに対してクロック信号を分配するようになっている。   In recent years, a digital system typified by a semiconductor integrated circuit (LSI) usually uses a synchronous circuit and performs an operation synchronized with a clock signal (synchronization control signal). In a large-scale system, a clock signal output from a clock generation circuit is supplied to and synchronized with a plurality of divided systems. Further, the clock signal is distributed to the subdivided blocks.

ところで、LSIを高速化するには、通常、クロック信号の動作周波数を高くすることが行われる。しかしながら、動作周波数を高くすると、クロック信号の位相のずれ(スキュー)がクロックの周期に対して無視できない値になって回路の誤動作が生じることにもなる。   By the way, in order to increase the speed of an LSI, the operating frequency of a clock signal is usually increased. However, when the operating frequency is increased, the phase shift (skew) of the clock signal becomes a value that cannot be ignored with respect to the clock cycle, and the circuit malfunctions.

従って、同期型のデジタルシステムにおいて、クロックのスキューをできるだけ小さくすることは重要な課題の1つであり、必要に応じて同期のタイミングを調整する必要がある。しかしながら、配線遅延は、設計段階では評価することができないため、素子の配置・配線後でないと評価を行うことができない。   Therefore, in a synchronous digital system, it is one of the important issues to make the clock skew as small as possible, and it is necessary to adjust the synchronization timing as necessary. However, since the wiring delay cannot be evaluated at the design stage, it cannot be evaluated until after element placement and wiring.

図1は従来の半導体集積回路の一例を概略的に示すブロック図である。
図1に示されるように、従来の半導体集積回路10は、基板11に対して、複数の論理回路セル12,13および14が形成され、これらの論理回路セルが配線21,22および23で接続された構造となっている。
FIG. 1 is a block diagram schematically showing an example of a conventional semiconductor integrated circuit.
As shown in FIG. 1, a conventional semiconductor integrated circuit 10 has a plurality of logic circuit cells 12, 13, and 14 formed on a substrate 11, and these logic circuit cells are connected by wirings 21, 22, and 23. It has a structured.

具体的に、論理回路セル12は、例えば、デジタルシステムを含む半導体集積回路におけるクロック信号(同期制御信号)を発生するクロック発生回路を含むクロック発生セルであり、また、論理回路セル13および14は、例えば、所定のデータ信号が入力および出力されるフリップフロップ回路を有するFFセルである。   Specifically, the logic circuit cell 12 is a clock generation cell including a clock generation circuit that generates a clock signal (synchronization control signal) in a semiconductor integrated circuit including a digital system, for example, and the logic circuit cells 13 and 14 are For example, an FF cell having a flip-flop circuit to which a predetermined data signal is input and output.

そして、論理回路セル(クロック発生セル)12で発生したクロック信号は、配線21および22を介して論理回路セル13に分配され、同様に、配線21および23を介して論理回路セル14に分配される。   The clock signal generated in the logic circuit cell (clock generation cell) 12 is distributed to the logic circuit cell 13 via the wirings 21 and 22, and is similarly distributed to the logic circuit cell 14 via the wirings 21 and 23. The

すなわち、上記の配線21,22および23は、クロック信号を分配するクロック分配線に相当し、また、上記の論理回路セル13および14は、所定の論理回路を有する論理回路セルであると共に、クロック発生セル12で発生したクロック信号が分配されるクロック分配セルでもある。   That is, the wirings 21, 22 and 23 correspond to clock distribution lines for distributing a clock signal, and the logic circuit cells 13 and 14 are logic circuit cells having a predetermined logic circuit and a clock. It is also a clock distribution cell to which the clock signal generated in the generation cell 12 is distributed.

図1において、配線22および23は、それぞれ配線21から分岐するように形成されているが、配線21から配線22へ分岐する分岐点は、配線21から配線23へ分岐する分岐点よりもクロック発生セル12に近くなっている。   In FIG. 1, the wirings 22 and 23 are formed so as to branch from the wiring 21, but the branch point branching from the wiring 21 to the wiring 22 generates a clock more than the branch point branching from the wiring 21 to the wiring 23. It is close to the cell 12.

すなわち、クロック分配セル14にクロック信号が分配されるための配線(クロック分配線)の長さは、クロック13にクロック信号が分配されるための配線の長さよりも長くなっている。   That is, the length of the wiring (clock distribution wiring) for distributing the clock signal to the clock distribution cell 14 is longer than the length of the wiring for distributing the clock signal to the clock 13.

従って、図1の半導体集積回路において、配線遅延の影響により、クロック分配セル14では、クロック分配セル13に対するクロック信号の位相のずれ(スキュー)が発生することになる。ここで、上記の配線遅延は、配線の抵抗値Rと配線の寄生容量Cの積により算出され、RC遅延とも称される。   Therefore, in the semiconductor integrated circuit of FIG. 1, a phase shift (skew) of the clock signal with respect to the clock distribution cell 13 occurs in the clock distribution cell 14 due to the influence of the wiring delay. Here, the wiring delay is calculated by the product of the resistance value R of the wiring and the parasitic capacitance C of the wiring, and is also referred to as an RC delay.

上述した配線遅延によるスキューの発生は、高速で動作する高性能の半導体集積回路においては特に深刻な問題となる場合がある。例えば、半導体集積回路を高速動作させるためにクロック信号の動作周波数を高くすると、スキューがクロックの周期に対して無視できない値になり、回路の誤動作が生じる懸念が大きくなってしまう。   The occurrence of skew due to the wiring delay described above may be a particularly serious problem in a high-performance semiconductor integrated circuit that operates at high speed. For example, if the operating frequency of the clock signal is increased in order to operate the semiconductor integrated circuit at a high speed, the skew becomes a value that cannot be ignored with respect to the clock cycle, and there is a greater concern about the malfunction of the circuit.

また、近年の半導体集積回路(LSI)では、配線が微細化される傾向にあるため、配線の抵抗(R)が大きくなり、その結果、配線遅延の影響が大きくなっている。さらに、配線を微細化する場合には、半導体集積回路の製造上の問題における配線の形状等のばらつきも大きくなる傾向にあり、配線遅延のばらつきの問題も拡大することになる。   Further, in recent semiconductor integrated circuits (LSIs), since the wiring tends to be miniaturized, the resistance (R) of the wiring is increased, and as a result, the influence of wiring delay is increased. Further, when the wiring is miniaturized, the variation in the shape of the wiring in the problem of manufacturing the semiconductor integrated circuit tends to increase, and the problem of variation in the wiring delay also increases.

図2は従来の半導体集積回路の設計方法における処理の一例を示すフローチャートである。   FIG. 2 is a flowchart showing an example of processing in a conventional method for designing a semiconductor integrated circuit.

図2に示されるように、従来の半導体集積回路の設計方法は、半導体集積回路を構成する論理回路セルの設計を行う論理設計工程S1と、複数の論理回路セルを接続する配線(配置配線)の設計を行う配線設計工程S3とを有している。   As shown in FIG. 2, the conventional method for designing a semiconductor integrated circuit includes a logic design step S1 for designing a logic circuit cell constituting the semiconductor integrated circuit, and wiring (placement wiring) for connecting a plurality of logic circuit cells. And a wiring design process S3 for designing.

すなわち、論理設計工程S1で設計・配置された複数の論理回路セルは、配線設計工程S3で設計された配線で接続されて、半導体集積回路の概略が設計されることになる。   That is, the plurality of logic circuit cells designed and arranged in the logic design process S1 are connected by the wiring designed in the wiring design process S3, and the outline of the semiconductor integrated circuit is designed.

ここで、論理設計工程S1は、複数の論理回路セルの合成(個々のセル設計)工程S1A、複数の論理回路セルの配置の設計工程S1B、並びに、スキュー検証(クロック信号分配のタイミング検証)工程S1Cを有している。   Here, the logic design step S1 includes a plurality of logic circuit cell synthesis (individual cell design) step S1A, a plurality of logic circuit cell arrangement design step S1B, and a skew verification (clock signal distribution timing verification) step. S1C.

まず、セルの合成工程S1Aにおいて、半導体集積回路を構成する個々の論理回路セルの設計(合成)が行われる。なお、合成される論理回路セルの中には、前述したクロック発生セル12に相当するセルや、クロック分配セル13および14に相当するセルが含まれる。   First, in the cell synthesis step S1A, individual logic circuit cells constituting the semiconductor integrated circuit are designed (synthesized). Note that the logic circuit cells to be synthesized include cells corresponding to the clock generation cell 12 described above and cells corresponding to the clock distribution cells 13 and 14.

次に、セルの配置の設計工程S1Bに進んで、上記の複数の論理回路セルの配置の設計が行われる。すなわち、工程S1Bにおいて、複数の論理回路セルのレイアウトの設計が行われる。   Next, the process proceeds to a cell arrangement design step S1B, where the arrangement of the plurality of logic circuit cells is designed. That is, in step S1B, the layout of a plurality of logic circuit cells is designed.

さらに、スキュー検証工程S1Cに進んで、上記の論理回路セルの配置におけるスキューを検証(算出)する。このとき、工程S1Cにおいて、後の工程で設計される配置配線の長さを考慮せずに論理回路セルのレイアウトによる距離の関係を用いてスキューを概算する。   Further, the process proceeds to a skew verification step S1C to verify (calculate) the skew in the arrangement of the logic circuit cells. At this time, in step S1C, the skew is roughly estimated using the relationship of the distances due to the layout of the logic circuit cells without considering the length of the placement and routing designed in the subsequent step.

そして、工程S2に進んで、スキューが十分に小さくなっているかどうかを判別する。工程S2において、スキューが十分に小さくなっていないと判別されると、セルの配置の設計工程S1Bに戻って前述した処理を行い、逆に、スキューが十分に小さくなっていると判別されると、配線設計(配置配線の設計)工程S3に進んで、配置された複数の論理回路セルを接続する配線(配置配線)の設計を行う。なお、設計される配線の中には、図1を参照して説明した配線21,22および23に相当するクロック分配線が含まれる。   Then, the process proceeds to step S2 to determine whether or not the skew is sufficiently small. If it is determined in step S2 that the skew is not sufficiently small, the process returns to the cell arrangement design step S1B and the above-described processing is performed. Conversely, if it is determined that the skew is sufficiently small. Then, the process proceeds to a wiring design (placement wiring design) step S3, and a wiring (placement wiring) for connecting the plurality of arranged logic circuit cells is designed. The designed wiring includes clock distribution wiring corresponding to the wirings 21, 22, and 23 described with reference to FIG.

次に、スキュー検証(クロック信号分配タイミング検証)工程S4において、論理回路セルを、配線(クロック分配線)で接続した場合のスキューを検証(算出)する。このとき、工程S4では、配置配線の長さを考慮して、すなわち、クロック分配線の配線遅延の影響を考慮してスキューが算出される。   Next, in a skew verification (clock signal distribution timing verification) step S4, a skew is verified (calculated) when the logic circuit cells are connected by wiring (clock distribution wiring). At this time, in step S4, the skew is calculated in consideration of the length of the arrangement wiring, that is, in consideration of the influence of the wiring delay of the clock distribution wiring.

さらに、工程S5に進んで、スキューが実用上十分な値かどうか(回路の動作上十分に小さくなっているかどうか)を判別する。工程S5において、スキューが実用上十分に小さくなっていないと判別されると、配線設計工程S3に戻って前述した処理を行い、逆に、スキューが実用上十分に小さくなっている(スキューが回路の動作上問題にならない程度に十分に小さくなっている)と判別されると、デバイス製造データ作成工程S6に進む。   Further, the process proceeds to step S5, and it is determined whether or not the skew is a practically sufficient value (whether or not the skew is sufficiently small for the operation of the circuit). If it is determined in step S5 that the skew is not sufficiently small in practice, the process returns to the wiring design step S3 and the above-described processing is performed. If it is determined that it is sufficiently small so as not to cause a problem in the operation of the device, the process proceeds to a device manufacturing data creation step S6.

デバイス製造データ作成工程S6では、デバイス作成のためのデータを作成し、さらに、半導体装置の製造工程S7に進んで、そのデータに対応した半導体集積回路を製造する。   In the device manufacturing data creation step S6, data for device creation is created, and the process further proceeds to the semiconductor device manufacturing step S7 to manufacture a semiconductor integrated circuit corresponding to the data.

ところで、図2から明らかなように、上述した従来の半導体集積回路の設計方法において、論理設計工程S1では配線遅延の影響が分からないため、正確なスキューの検証は配線設計工程S3の後、すなわち、配置配線(クロック分配線)の設計後に行っている。   As apparent from FIG. 2, in the conventional semiconductor integrated circuit design method described above, since the influence of the wiring delay is not known in the logic design step S1, accurate skew verification is performed after the wiring design step S3. This is done after designing the placement and routing (clock distribution wiring).

しかしながら、前述したように、例えば、配線(クロック分配線)が微細化されることで配線遅延の影響が大きくなると、配線の取り回しを変更しただけでは、スキューを十分に小さくすることができない場合が生じてしまう。   However, as described above, for example, if the influence of the wiring delay increases due to the miniaturization of the wiring (clock distribution wiring), the skew may not be sufficiently reduced only by changing the wiring routing. It will occur.

すなわち、工程S5において、スキューが実用上十分に小さくなっていないと判別された場合、配線設計工程S3ではなく、論理設計工程S1(例えば、セルの配置の設計工程S1B)まで戻って処理を行う必要が生じてしまう(バックアノテーション:図2中の破線)。そして、このようなバックアノテーションが発生すると、設計期間のロスが生じるため半導体集積回路の設計(製造)のコストが上昇することになってしまう。   That is, if it is determined in step S5 that the skew is not sufficiently small in practice, the process returns to the logic design step S1 (for example, the cell placement design step S1B) instead of the wiring design step S3. Necessity arises (back annotation: broken line in FIG. 2). When such back annotation occurs, a design period loss occurs, and the cost of designing (manufacturing) the semiconductor integrated circuit increases.

なお、上述したスキューの問題を解決する方法としては、例えば、半導体集積回路に所定の回路(例えば、遅延回路)を付加してスキューの調整を図る方法が提案されている。しかしながら、半導体集積回路に対してスキュー調整のための何らかの回路を付加する方法は、半導体集積回路を複雑化・大型化するものであり、半導体集積回路を小型化・高集積化する上で問題になる。   As a method for solving the above-described skew problem, for example, a method of adjusting a skew by adding a predetermined circuit (for example, a delay circuit) to a semiconductor integrated circuit has been proposed. However, a method for adding a circuit for skew adjustment to a semiconductor integrated circuit complicates and enlarges the semiconductor integrated circuit, which is a problem in reducing the size and integration of the semiconductor integrated circuit. Become.

ここでの設計方法は、主としてFF回路のスキューの検証を示したが、設計後の検証では、FF回路に限らなくてもよく、例えば、ロジック回路やSRAM回路等を用いても同様の設計フローとすることができる。   Although the design method here mainly indicates verification of the skew of the FF circuit, the verification after the design is not limited to the FF circuit. For example, the same design flow can be used even when a logic circuit, an SRAM circuit, or the like is used. It can be.

図3〜図6は一般的なダマシン法による処理を説明するための図であり、半導体集積回路の製造方法を、順を追って示している。なお、図3〜図6の説明において、先に説明した部分には同一の符号を付して説明を省略する場合がある。   3 to 6 are diagrams for explaining processing by a general damascene method, and sequentially show a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit. In the description of FIGS. 3 to 6, the portions described above may be denoted by the same reference numerals and description thereof may be omitted.

まず、図3に示す工程では、従来から行われている方法を用いて、例えば、Si等の半導体よりなる基板301に対して、MOSトランジスタ303を含む以下の構造を形成する。   First, in the process shown in FIG. 3, the following structure including the MOS transistor 303 is formed on a substrate 301 made of a semiconductor such as Si, for example, by using a conventional method.

MOSトランジスタ303は、基板301の表層部に形成されたシャロートレンチアイソレーション(STI)構造の素子分離絶縁膜302により画成される活性領域(素子形成領域)に形成されている。   The MOS transistor 303 is formed in an active region (element formation region) defined by an element isolation insulating film 302 having a shallow trench isolation (STI) structure formed in the surface layer portion of the substrate 301.

MOSトランジスタ303は、基板301上のゲート絶縁膜303I上に形成されたゲート電極303Gを有し、さらに、ゲート絶縁膜303Iを挟んで対向するソース領域303S、ドレイン領域303Dを有するように構成される。また、MOSトランジスタ303を覆うように、酸化シリコンからなる厚さ300nmの層間絶縁膜304、および、SiOCからなる厚さ50nmの保護膜306が積層されている。   The MOS transistor 303 includes a gate electrode 303G formed on the gate insulating film 303I on the substrate 301, and further includes a source region 303S and a drain region 303D that are opposed to each other with the gate insulating film 303I interposed therebetween. . Further, an interlayer insulating film 304 made of silicon oxide and having a thickness of 50 nm and a protective film 306 made of SiOC and having a thickness of 50 nm are stacked so as to cover the MOS transistor 303.

保護膜306および層間絶縁膜304を貫通するビアホール内には、ドレイン領域303Dに接続されるタングステン(W)からなる導電プラグ305Bが形成され、また、導電プラグ305Bとビアホールの内面との間には、TiNからなる厚さ25nmのバリアメタル層305Aが配置されている。   A conductive plug 305B made of tungsten (W) connected to the drain region 303D is formed in the via hole that penetrates the protective film 306 and the interlayer insulating film 304, and between the conductive plug 305B and the inner surface of the via hole. A barrier metal layer 305A made of TiN and having a thickness of 25 nm is disposed.

さらに、保護膜306の上には、低誘電率絶縁材料からなる層間絶縁膜310が形成され、層間絶縁膜310に形成された溝部には、導電プラグ305Bに接続されるCuよりなる配線311が形成されている。また、配線311の周囲には、Cuの拡散を防止するためのTaを含むバリア膜311Bが形成されている。   Further, an interlayer insulating film 310 made of a low dielectric constant insulating material is formed on the protective film 306, and a wiring 311 made of Cu connected to the conductive plug 305B is formed in the groove formed in the interlayer insulating film 310. Is formed. Further, a barrier film 311B containing Ta for preventing diffusion of Cu is formed around the wiring 311.

以上の構造は、例えば、周知のフォトリソグラフィ、エッチング、化学気相成長(CVD)、化学機械研磨(CMP)等により形成することができる。   The above structure can be formed by, for example, well-known photolithography, etching, chemical vapor deposition (CVD), chemical mechanical polishing (CMP), or the like.

次に、図4に示す工程において、層間絶縁膜310の上に、キャップ膜320、層間絶縁膜321、エッチングストッパ膜322、および、層間絶縁膜323を順に積層する。   Next, in the step shown in FIG. 4, a cap film 320, an interlayer insulating film 321, an etching stopper film 322, and an interlayer insulating film 323 are sequentially stacked on the interlayer insulating film 310.

キャップ膜320は、例えば、酸化シリコン(SiO)膜と炭化シリコン(SiC)膜との2層構造を有し、合計の厚さは20〜70nmである。エッチングストッパ膜322は、例えば、SiCや窒化シリコン(SiN)で形成され、その厚さは20〜70nmである。これらの膜は、例えば、CVD法で成膜することができる。   The cap film 320 has, for example, a two-layer structure of a silicon oxide (SiO) film and a silicon carbide (SiC) film, and the total thickness is 20 to 70 nm. The etching stopper film 322 is made of, for example, SiC or silicon nitride (SiN) and has a thickness of 20 to 70 nm. These films can be formed by, for example, a CVD method.

層間絶縁膜321および323は、有機系または無機系の低誘電率絶縁材料で形成され、その厚さは300〜700nmである。無機系の低誘電率絶縁材料としては、例えば、ポーラスシリカやSiOCが挙げられ、また、有機系低誘電率絶縁材料としては、例えばザ・ダウ・ケミカル・カンパニー製のSiLK(登録商標)を用いることができる。これらの材料は、構成元素としてSiおよびOを含んでいる。   The interlayer insulating films 321 and 323 are formed of an organic or inorganic low dielectric constant insulating material and have a thickness of 300 to 700 nm. Examples of the inorganic low dielectric constant insulating material include porous silica and SiOC, and examples of the organic low dielectric constant insulating material include SiLK (registered trademark) manufactured by The Dow Chemical Company. be able to. These materials contain Si and O as constituent elements.

さらに、図5に示す工程において、層間絶縁膜321にビアホール324Hを形成すると共に、層間絶縁膜323に溝部325Hを形成するために、例えば、フォトリソグラフィ法を用いたマスクパターンを使用してパターンエッチングを行う。なお、ビアホール324Hおよび溝部325Hの形成は、どちらを先に行ってもよい。   Further, in the step shown in FIG. 5, in order to form the via hole 324H in the interlayer insulating film 321 and to form the groove 325H in the interlayer insulating film 323, for example, pattern etching using a mask pattern using a photolithography method. I do. Note that either the via hole 324H or the groove 325H may be formed first.

ここで、ビアホール324Hの平断面の寸法(幅)は、例えば、0.06〜0.1μmであり、溝部325Hの最小幅は、例えば、0.06μmである。ビアホール324Hおよび溝部325Hは、例えば、SiO膜とSiC膜との2層を含む膜をハードマスクとするCF系のエッチングガスを用いたドライエッチングにより形成することができる。また、溝部325Hは、エッチングストッパ膜322の上面まで達し、また、ビアホール324Hは、配線311の上面まで達する。   Here, the dimension (width) of the planar cross section of the via hole 324H is, for example, 0.06 to 0.1 μm, and the minimum width of the groove portion 325H is, for example, 0.06 μm. The via hole 324H and the groove 325H can be formed, for example, by dry etching using a CF-based etching gas using a film including two layers of an SiO film and an SiC film as a hard mask. Further, the groove portion 325H reaches the upper surface of the etching stopper film 322, and the via hole 324H reaches the upper surface of the wiring 311.

なお、層間絶縁膜323をパターンエッチングして溝部325Hを形成する場合、溝部325Hと共に溝部325Hの底部から起立する構造体をパターンエッチングにより形成している。また、図3中のw1およびt1は、1層目の配線工程を経た時の配線幅および配線高さを示している。   Note that when the groove 325H is formed by pattern etching of the interlayer insulating film 323, the structure rising from the bottom of the groove 325H is formed by pattern etching together with the groove 325H. Further, w1 and t1 in FIG. 3 indicate the wiring width and wiring height when the first-layer wiring process is performed.

ところで、従来、予め複数の検出されたウェーハ上のチップ(LSI)の位置に応じたプロセスばらつきを求め、そのプロセスばらつきに応じた半導体製造装置のパターンを選択して描画を行うことにより、遅延時間の最悪値を小さくすると共に、最良値を大きくしてLSIの設計を容易にしたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。   By the way, conventionally, by obtaining process variations according to the positions of a plurality of chips (LSIs) on a plurality of detected wafers in advance, and selecting and drawing a pattern of a semiconductor manufacturing apparatus according to the process variations, a delay time is obtained. There has been proposed an LSI in which the worst value is made smaller and the best value is made larger to facilitate LSI design (see, for example, Patent Document 1).

また、従来、対象配線の周囲に存在する配線を含めてばらつき条件を考慮に入れた配線構造を生成し、この配線構造から配線容量を計算することで製造工程のばらつきを考慮した配線容量を抽出し、精度の高い遅延解析を行うことが可能な回路シミュレーション技術も提案されている(例えば、特許文献2参照)。   Conventionally, a wiring structure that takes into account the variation condition including the wiring existing around the target wiring is generated, and the wiring capacity is calculated from this wiring structure to extract the wiring capacity considering the variation in the manufacturing process. In addition, a circuit simulation technique capable of performing delay analysis with high accuracy has also been proposed (see, for example, Patent Document 2).

さらに、従来、液晶表示装置等の表示装置におけるガラス基板に対して低抵抗の配線層を形成する技術に関するものではあるが、銅めっき層の平均結晶粒径と比抵抗の関係を、比抵抗が増大する主な要因が結晶粒界での散乱によるとするモデル式により近似させる技術も提案されている(例えば、特許文献3参照)。   Furthermore, conventionally, it relates to a technique for forming a low-resistance wiring layer on a glass substrate in a display device such as a liquid crystal display device, but the relationship between the average crystal grain size of the copper plating layer and the specific resistance is There has also been proposed a technique of approximating by a model equation that the main factor of increase is due to scattering at the grain boundaries (see, for example, Patent Document 3).

なお、従来、金属(銅)の抵抗率のサイズ効果に関する考察も行われていた(例えば、非特許文献1〜3参照)。   In addition, conventionally, the consideration regarding the size effect of the resistivity of a metal (copper) was also performed (for example, refer nonpatent literatures 1-3).

特開2004−063815号公報JP 2004-063815 A 特開2001−265826号公報JP 2001-265826 A 特開2006−024754号公報JP 2006-024754 A A. F. Mayadas et al., "Electrical-Resistivity Model for Polycrystalline Films: the Case of Arbitrary Reflection at External Surfaces", Phys. Rev. B1(1970), PP.1382-1389A. F. Mayadas et al., "Electrical-Resistivity Model for Polycrystalline Films: the Case of Arbitrary Reflection at External Surfaces", Phys. Rev. B1 (1970), PP.1382-1389 E.H. Sondheimer, "The Influence of a Transverse Magnetic Field on the Conductivity Thin Metallic Films", Phys. Rev. 80(1950), pp.401-406E.H.Sondheimer, "The Influence of a Transverse Magnetic Field on the Conductivity Thin Metallic Films", Phys. Rev. 80 (1950), pp.401-406 W. Steinhogl et al., "Comprehensive study of the resistivity of copper wires with lateral dimensions of 100 nm and smaller", J. Appl. Phis. 97, 023706(2005)W. Steinhogl et al., "Comprehensive study of the thermally of copper wires with lateral dimensions of 100 nm and smaller", J. Appl. Phis. 97, 023706 (2005)

近年、LSI製造プロセスの微細化に伴って、配線遅延は素子の遅延よりも大きくなりつつあり、遅延に対する配線の問題がクローズアップされてきている。また、微細化が進むのに従って、製造ばらつきの問題も拡大してきている。特に、周波数の増加と共に、チップ内のクロックスキューやタイミング調整は、さらに複雑さを増してきている。   In recent years, with the miniaturization of the LSI manufacturing process, the wiring delay is becoming larger than the element delay, and the problem of wiring with respect to the delay has been highlighted. In addition, as the miniaturization progresses, the problem of manufacturing variation has also expanded. In particular, as the frequency increases, the clock skew and timing adjustment in the chip are becoming more complicated.

一方、LSIはウェーハプロセスにより製造されるが、ウェーハの大口径化も製造プロセスの面内ばらつきの拡大に拍車をかけている。そのため、ウェーハの面内プロセスばらつきに対する設計マージンから外れるチップが多くなり、チップの収率も悪化している。その反面、設計マージンを大きくすると、チップの所望の性能が見込めなくなってしまうという問題も生じている。   On the other hand, LSIs are manufactured by a wafer process, but an increase in wafer diameter has spurred an increase in in-plane variation of the manufacturing process. For this reason, the number of chips that deviate from the design margin for in-plane process variations of the wafer has increased, and the yield of chips has also deteriorated. On the other hand, when the design margin is increased, there is a problem that the desired performance of the chip cannot be expected.

また、上述した特許文献1に記載された技術によれば、予め様々なプロセスばらつきを想定した回路設計を事前に行わなければならず、プロセスの数が多くなれば、ばらつきの組み合わせも膨大な数となるため、事前に回路設計を行う作業時間も非常に長時間となっている。すなわち、特許文献1に記載された技術は、実際に最適なパターンが選択される回路の数が少ないわりに、事前に費やす作業時間が長時間となって時間的なロスが大きいといった問題がある。   In addition, according to the technique described in Patent Document 1 described above, circuit design assuming various process variations must be performed in advance, and if the number of processes increases, the number of combinations of variations increases. Therefore, the work time for circuit design in advance is very long. In other words, the technique described in Patent Document 1 has a problem that, although the number of circuits in which the optimum pattern is actually selected is small, the work time spent in advance is long and the time loss is large.

本発明は、上述した従来技術が有する課題に鑑み、ウェーハ内のチップ間ばらつきを解決してチップ歩留まりを向上させた半導体集積回路の設計方法,設計装置および製造方法の提供を目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit design method, design apparatus, and manufacturing method that improve chip yield by solving chip-to-chip variations in a wafer.

本発明の第1の形態によれば、プロセスばらつきのデータベースを作成するステップと、前記作成されたデータベースからウェーハ上のプロセスばらつきを算出するステップと、前記算出されたプロセスばらつきから、配線抵抗および配線容量のRC定数を算出するステップと、前記ウェーハ上のプロセスばらつきに応じた配線幅を算出して配置するステップと、を備えることを特徴とする半導体集積回路の設計方法が提供される。   According to the first aspect of the present invention, a step of creating a process variation database, a step of calculating process variations on a wafer from the created database, and wiring resistance and wiring from the calculated process variations There is provided a method for designing a semiconductor integrated circuit, comprising: calculating an RC constant of capacitance; and calculating and arranging a wiring width according to process variation on the wafer.

本発明の第2の形態によれば、プロセスばらつきのデータベースを作成するデータベース作成手段と、前記作成されたデータベースからウェーハ上のプロセスばらつきを算出するプロセスばらつき算出手段と、前記算出されたプロセスばらつきから、配線抵抗および配線容量のRC定数を算出するRC定数算出手段と、前記ウェーハ上のプロセスばらつきに応じた配線幅を算出して配置する配線幅算出配置手段と、を備えることを特徴とする半導体集積回路の設計装置が提供される。   According to the second aspect of the present invention, database creation means for creating a process variation database, process variation calculation means for calculating process variation on a wafer from the created database, and the calculated process variation. A semiconductor device comprising: RC constant calculating means for calculating RC constants of wiring resistance and wiring capacity; and wiring width calculating and arranging means for calculating and arranging a wiring width according to process variations on the wafer. An integrated circuit design apparatus is provided.

本発明の第3の形態によれば、前工程のウェーハ内パターン寸法を測定する工程と、前記測定されたウェーハ内パターン寸法からRC定数を計算する工程と、次工程のパターン寸法を、前記計算されたRC定数が一定となるようにプロセス条件を選定する工程と、を備えることを特徴とする半導体集積回路の製造方法が提供される。   According to the third aspect of the present invention, the step of measuring the in-wafer pattern dimension of the previous step, the step of calculating the RC constant from the measured pattern size of the wafer, and the pattern size of the next step are calculated. And a step of selecting a process condition so that the RC constant is constant. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit is provided.

本発明によれば、ウェーハ内のチップ間ばらつきを解決してチップ歩留まりを向上させた半導体集積回路の設計方法,設計装置および製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the design method of a semiconductor integrated circuit, the design apparatus, and the manufacturing method which solved the dispersion | variation between the chips in a wafer and improved the chip yield can be provided.

本発明に係る半導体集積回路の設計方法,設計装置および製造方法の実施例を詳述する前に、本発明の原理を概略的に説明する。   Before describing embodiments of a semiconductor integrated circuit design method, design apparatus, and manufacturing method according to the present invention in detail, the principle of the present invention will be schematically described.

まず、本発明は、製造工程中のプロセス寸法のばらつき(プロセスばらつき)を測定し、その測定されたプロセスばらつきからRC定数をもとめ遅延計算を行い、遅延が同じになるように次の工程で寸法制御を行う。   First, the present invention measures the process dimension variation (process variation) during the manufacturing process, calculates the RC constant from the measured process variation, calculates the delay, and performs the dimension in the next process so that the delay is the same. Take control.

また、本発明は、ウェーハ内に形成される複数の回路のパターン寸法のばらつき(ウェーハ内パターン寸法ばらつき)を測定し、その測定されたウェーハ内パターン寸法ばらつきからRC定数を求めて遅延計算を行い、遅延が同じになるように配線幅を設定する。   In addition, the present invention measures the variation in pattern dimensions of a plurality of circuits formed in a wafer (pattern variation in the wafer), calculates the RC constant from the measured pattern variation in the wafer, and performs delay calculation. The wiring width is set so that the delay is the same.

さらに、本発明は、配線形状にばらつきが生じた場合の遅延計算に、例えば、銅配線の抵抗計算モデルを用いて抵抗計算を行う。   Further, according to the present invention, resistance calculation is performed using a resistance calculation model of a copper wiring, for example, for delay calculation when the wiring shape varies.

図7〜図10は本発明に係る半導体集積回路の設計方法を概略的に説明するための図であり、配線の断面形状が変化した場合を示している。ここで、図8〜図10は、ウェーハを上方から見た状態におけるウェーハ内の配線幅分布,ウェーハ内の配線高さ分布および遅延時間の分布を概念的に示している。なお、図8〜図10では、ウェーハ内の各位置に対して数値を記載するために横に広がった形状として描かれているが、実際のウェーハはほぼ円形形状となっているのはいうまでもない。   7 to 10 are diagrams for schematically explaining the semiconductor integrated circuit design method according to the present invention, and show the case where the cross-sectional shape of the wiring is changed. 8 to 10 conceptually show the wiring width distribution in the wafer, the wiring height distribution in the wafer, and the delay time distribution when the wafer is viewed from above. In FIGS. 8 to 10, in order to describe the numerical value for each position in the wafer, it is drawn as a shape that spreads horizontally, but it goes without saying that the actual wafer has a substantially circular shape. Nor.

まず、標準的なプロセス条件を使用した場合、図7(b)に示されるように、配線幅Wと配線高さ(厚み)Tは、ウェーハ面内の全ての位置で一定にならなければならないが、実際に製造される半導体集積回路において、図7(b)のような配線は、例えば、ウェーハの中心部分[I]と周辺部分[III]との間の部分[II]だけでしか形成することができない。   First, when standard process conditions are used, as shown in FIG. 7B, the wiring width W and wiring height (thickness) T must be constant at all positions in the wafer surface. However, in the actually manufactured semiconductor integrated circuit, the wiring as shown in FIG. 7B is formed only in the portion [II] between the central portion [I] and the peripheral portion [III] of the wafer, for example. Can not do it.

さらに、実際に製造される半導体集積回路において、ウェーハの中心部分[I]では、例えば、図7(a)に示されにように、配線幅Wが狭く(W−ΔW)なり、また、ウェーハの周辺部分[III]では、図7(c)に示されにように、配線幅Wが広く(W+ΔW)なる。   Furthermore, in the semiconductor integrated circuit actually manufactured, in the central portion [I] of the wafer, for example, as shown in FIG. 7A, the wiring width W becomes narrow (W−ΔW), and the wafer In the peripheral portion [III] of FIG. 7, as shown in FIG. 7C, the wiring width W is wide (W + ΔW).

ここで、図7(a)に示されるように、配線幅Wが狭まると、配線抵抗が増大するが、隣接する配線間の距離が広がるため配線間容量は小さくなる。一方、図7(c)に示されるように、配線幅Wが広がって配線高さTが低くなると、配線幅Wが広がることで配線抵抗が低くなった分、配線間の距離が狭まって配線容量が増大する。   Here, as shown in FIG. 7A, when the wiring width W is reduced, the wiring resistance is increased, but the distance between adjacent wirings is increased, so that the capacitance between the wirings is reduced. On the other hand, as shown in FIG. 7C, when the wiring width W increases and the wiring height T decreases, the wiring resistance decreases as the wiring width W increases and the distance between the wirings decreases. Capacity increases.

図8および図9は、1枚のウェーハ内における配線幅Wの分布および配線高さTの分布を示している。本発明によれば、配線幅Wが広ければ配線高さTを低く(図7(a)参照)し、逆に、配線幅Wが狭ければ配線高さTを高く(図7(c)参照)する。なお、図8の配線幅分布は、ウェーハの各位置における配線幅をnmで示したものであり、その平均値は83.9[nm]である。また、図9の配線高さ分布は、ウェーハの各位置における配線高さをnmで示したものであり、その平均値は141.1[nm]である。   8 and 9 show the distribution of the wiring width W and the distribution of the wiring height T in one wafer. According to the present invention, if the wiring width W is wide, the wiring height T is lowered (see FIG. 7A). Conversely, if the wiring width W is narrow, the wiring height T is increased (FIG. 7C). refer. Note that the wiring width distribution in FIG. 8 shows the wiring width at each position of the wafer in nm, and the average value is 83.9 [nm]. The wiring height distribution in FIG. 9 shows the wiring height at each position of the wafer in nm, and the average value is 141.1 [nm].

すなわち、製造工程中、例えば、エッチング後の面内分布としてウェーハの各位置により図8に示すような配線幅分布が生じる。この図8に示すような配線幅分布は、製造工程上、一般的に生じ得るものであり、製造装置によっては、その分布を改善することが困難な場合も多々存在する。   That is, during the manufacturing process, for example, an in-plane distribution after etching causes a wiring width distribution as shown in FIG. 8 depending on each position of the wafer. The wiring width distribution as shown in FIG. 8 can generally occur in the manufacturing process, and there are many cases where it is difficult to improve the distribution depending on the manufacturing apparatus.

本発明では、例えば、図8に示すような配線幅分布を、例えば、次のCMPの配線研磨工程において、ウェーハの中心部分[I]部で配線高さTが高く(T+ΔT)なるように、且つ、ウェーハの周辺部分[III]で配線高さTが低く(T−ΔT)なるようにCMP条件を設定して配線研磨を実行して1層目の配線工程を終了する。   In the present invention, for example, in the wiring width distribution as shown in FIG. 8, for example, in the next CMP wiring polishing step, the wiring height T is high (T + ΔT) in the central portion [I] of the wafer. In addition, the CMP condition is set so that the wiring height T is low (T−ΔT) in the peripheral portion [III] of the wafer, and the wiring polishing is executed to complete the first layer wiring process.

これにより、図9に示されるように、ウェーハの中心部分[I]で配線高さTが高くなり、ウェーハの周辺部分[III]で配線高さTを低くなり、その結果、配線の断面積Sは、図7(a),図7(b)および図7(c)の形状(断面形状)に示されるように、ウェーハの位置に関わらずほぼ一定となる。   As a result, as shown in FIG. 9, the wiring height T is increased in the central portion [I] of the wafer, and the wiring height T is decreased in the peripheral portion [III] of the wafer. S is substantially constant regardless of the position of the wafer, as shown in the shapes (cross-sectional shapes) of FIGS. 7A, 7B, and 7C.

次に、遅延計算により配線遅延時間を計算すると、遅延分布は、配線高さや配線幅の分布ほどひどくならない。これは、配線のRC遅延は、容量×抵抗により、配線幅および配線高さの変動に対してお互いを相殺することになるため、図7(a),図7(b)および図7(c)といった配線の形状に関わらずRC遅延時間が等しくなる条件が存在するためである。   Next, when the wiring delay time is calculated by the delay calculation, the delay distribution is not as bad as the distribution of the wiring height and the wiring width. This is because the RC delay of the wiring cancels each other with respect to the fluctuation of the wiring width and the wiring height due to the capacitance × resistance, and therefore FIG. 7A, FIG. 7B and FIG. This is because there is a condition that the RC delay time becomes equal regardless of the shape of the wiring.

すなわち、図10に示されるように、ウェーハの位置に関わらず、遅延時間の分布をほぼ一定にすることができる。なお、図10に示す遅延時間の分布は、ウェーハの各位置における1mmの配線の遅延時間をpsで示したものであり、その平均値は182.1[ps]である。   That is, as shown in FIG. 10, the delay time distribution can be made substantially constant regardless of the position of the wafer. The delay time distribution shown in FIG. 10 shows the delay time of 1 mm wiring at each position of the wafer in ps, and the average value is 182.1 [ps].

このように、本発明を適用することにより、配線の形状が異なったとしても遅延時間はほとんど変わらないためチップ間の性能を実質的に同じにすることができる。   Thus, by applying the present invention, the delay time hardly changes even if the shape of the wiring is different, so that the performance between chips can be made substantially the same.

以下、本発明に係る半導体集積回路の設計方法,設計装置および製造方法の実施例を、添付図面を参照して詳述する。   Embodiments of a semiconductor integrated circuit design method, design apparatus, and manufacturing method according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

図11は本発明に係る半導体集積回路の設計方法における処理の一例を示すフローチャートである。   FIG. 11 is a flowchart showing an example of processing in the method for designing a semiconductor integrated circuit according to the present invention.

図11と前述した図2との比較から明らかなように、図11に示す本実施例の半導体集積回路の設計方法は、概略、新たにプロセスばらつきのデータベースを作成するための工程S8およびS9を追加すると共に、図2に示す従来の半導体集積回路の設計方法における工程S3(配置配線工程)をプロセスばらつき算出工程S3A,RC計算工程S3Bおよび配置配線工程S3Cを備える工程S3’に変更して、工程S5(スキューが実用上十分な値かどうかを判別する工程)を削除したものである。なお、以下の説明では、工程S1,S2,S4,S6およびS7は、実質的に図2を参照して説明したものと同様なので詳細な説明は省略する。   As is clear from a comparison between FIG. 11 and FIG. 2 described above, the semiconductor integrated circuit design method of the present embodiment shown in FIG. 11 roughly includes steps S8 and S9 for newly creating a process variation database. In addition, the process S3 (placement and wiring process) in the conventional semiconductor integrated circuit design method shown in FIG. 2 is changed to a process S3 ′ including a process variation calculation process S3A, an RC calculation process S3B, and a layout and wiring process S3C. Step S5 (step of determining whether the skew is a practically sufficient value) is deleted. In the following description, steps S1, S2, S4, S6 and S7 are substantially the same as those described with reference to FIG.

まず、図11に示されるように、本実施例の半導体集積回路の設計方法は、半導体集積回路を構成する複数の論理回路セルの設計に係る論理設計工程S1と、該複数の論理回路セルを接続する配線(配置配線)の設計を行う配線設計工程S3’とを有している。   First, as shown in FIG. 11, the semiconductor integrated circuit design method of this embodiment includes a logic design step S1 related to the design of a plurality of logic circuit cells constituting the semiconductor integrated circuit, and the plurality of logic circuit cells. A wiring design process S3 ′ for designing the wiring to be connected (placement wiring).

すなわち、図2を参照して説明した従来の半導体集積回路の設計方法と同様の論理設計工程S1で設計・配置された複数の論理回路セルが、配線設計工程S3’で設計された配線(配置配線)で接続され、半導体集積回路の概略が設計されるようになっている。   That is, a plurality of logic circuit cells designed and arranged in the logic design step S1 similar to the conventional semiconductor integrated circuit design method described with reference to FIG. The outline of the semiconductor integrated circuit is designed by wiring.

本実施例の配線設計工程S3’、並びに、新たに追加されたプロセスばらつきのデータベースを作成するための工程(構成)S8およびS9について説明する。配線設計工程S3’は、プロセスデータベース(S9)と繋がっており、このプロセスデータベースS9は、配線工程のプロセス(例えば、フォトプロセス、エッチングプロセス、メタルデポジションプロセス、CMPプロセスおよび層間膜デポジションプロセス)S8のプロセスばらつきを示すデータベースである。   The wiring design step S3 'of this embodiment and steps (configurations) S8 and S9 for creating a newly added process variation database will be described. The wiring design step S3 ′ is connected to a process database (S9), and this process database S9 is a wiring step process (for example, a photo process, an etching process, a metal deposition process, a CMP process, and an interlayer film deposition process). It is a database which shows the process variation of S8.

ここで、配線工程のプロセスS8では、例えば、事前にウェーハにおける各チップのフォトプロセスやエッチングプロセス等のプロセスデータが収集され、プロセスデータベースS9が作成されるようになっている。   Here, in the process S8 of the wiring process, for example, process data such as a photo process and an etching process of each chip on the wafer is collected in advance, and a process database S9 is created.

すなわち、プロセスデータベースS9には、配線工程の配線高さや幅等のウェーハポジションの情報が既にデータベースとして存在しており、配線工程のプロセスS8における個々のユニットのプロセスにより事前に収集された、例えば、図7〜図10を参照して説明したようなウェーハ面内の配線幅分布やCMP後の配線高さ分布等が含まれている。   That is, in the process database S9, wafer position information such as the wiring height and width of the wiring process already exists as a database, and is collected in advance by the process of each unit in the wiring process S8, for example, The wiring width distribution within the wafer surface, the wiring height distribution after CMP, and the like as described with reference to FIGS. 7 to 10 are included.

そして、例えば、論理設計後に配置配線をする場合、中心条件での配線幅で配置配線を行うが、このとき同時にウェーハ面内での配線高さ分布や配線幅分布を盛り込んで配線抵抗を計算し、配置配線工程に与える。ここで、配線幅は、RC定数がウェーハ面内で一定となるように配線幅の設計値を計算してCADデータに受け渡しする。なお、ウェーハ面内の配線幅は、RC定数が一定となるように与えられるために、各チップで異なっている。   For example, when placing and routing after logical design, place and route with the wiring width under the central condition. At this time, calculate the wiring resistance by incorporating the wiring height distribution and wiring width distribution on the wafer surface at the same time. To the placement and routing process. Here, the wiring width is transferred to CAD data by calculating a design value of the wiring width so that the RC constant is constant within the wafer surface. Note that the wiring width in the wafer plane is different for each chip because the RC constant is given to be constant.

図12および図13は本発明に係る半導体集積回路の設計方法における処理の他の例を示すフローチャートである。なお、図12は、実質的に、前述した図2を参照して説明したものと同様なので、その説明は省略する。   12 and 13 are flowcharts showing another example of processing in the method for designing a semiconductor integrated circuit according to the present invention. Since FIG. 12 is substantially the same as that described with reference to FIG. 2 described above, the description thereof is omitted.

すなわち、本実施例は、半導体集積回路の製造工程(配線の製造工程)S7において、配線幅や配線高さを補正するものである。このときの配線パターンのマスク設計値は、ウェーハ面内で同一のもの(図11を参照して説明したような補正を行わない配線の製造工程に対応したもの)とし、各ユニットプロセスでは事前にプロセス条件とウェーハ面内のCD(Critical Dimension)値の結果をデータベース化しているものとする。   In other words, the present embodiment corrects the wiring width and wiring height in the semiconductor integrated circuit manufacturing process (wiring manufacturing process) S7. At this time, the mask design value of the wiring pattern is the same within the wafer surface (corresponding to the wiring manufacturing process without correction as described with reference to FIG. 11). It is assumed that the process conditions and the results of CD (Critical Dimension) values in the wafer surface are stored in a database.

すなわち、例えば、エッチング工程S74の検査工程でCD値を測定したところ、前述した図8に示すようなウェーハの周辺ほど配線幅が太くなるような結果となった場合、このCDデータ(プロセスデータS75)からRC定数を計算すると共に次のCMP工程S77でRC定数が一定となるような配線高さを算出して補正データ(RC計算・補正データS76)を作成する。   That is, for example, when the CD value is measured in the inspection process of the etching process S74 and the result is that the wiring width becomes thicker toward the periphery of the wafer as shown in FIG. 8, the CD data (process data S75). The RC constant is calculated from (2), and the wiring height is calculated so that the RC constant becomes constant in the next CMP step S77 to generate correction data (RC calculation / correction data S76).

そして、CMP工程S77において、作成された補正データ(S75)に従って、CMP処理を行う。すなわち、図8に示すような配線幅分布のデータから図9に示すような配線高さ分布のデータ(補正データ)を作成し、その配線高さ分布のデータとなるようなCMP条件をデータベースから選択して研磨を行う。具体的に、ウェーハの中心部分の配線高さが高く周辺部分の配線高さが低くなるように補正してCMP処理を行う。   Then, in the CMP step S77, the CMP process is performed according to the created correction data (S75). That is, the wiring height distribution data (correction data) as shown in FIG. 9 is created from the wiring width distribution data as shown in FIG. 8, and the CMP conditions that become the wiring height distribution data are created from the database. Select and polish. Specifically, the CMP process is performed with correction so that the wiring height in the central portion of the wafer is high and the wiring height in the peripheral portion is low.

以上の説明は、エッチング工程S74によるウェーハの各位置における配線幅の違い(配線幅分布)をその後のCMP工程S77において補正する場合であるが、例えば、フォト工程S71における配線高さ分布をその後のエッチング工程S74で補正する場合、或いは、CMP工程S77における配線高さ分布をその後の工程(例えば、層間膜デポジション工程)により補正する場合も同様である。なお、上述したプロセスデータS75およびRC計算・補正データ76は、それぞれプロセスデータS72,S78およびRC計算・補正データ73,79に対応する。さらに、抵抗率の算出方法は、配線高さ依存性や配線幅依存性のモデルを用いて行うこともできるのはもちろんである。   The above description is a case where the difference in wiring width (wiring width distribution) at each position of the wafer in the etching step S74 is corrected in the subsequent CMP step S77. For example, the wiring height distribution in the photo step S71 is corrected thereafter. The same applies to the case where the correction is performed in the etching step S74 or the case where the wiring height distribution in the CMP step S77 is corrected in a subsequent step (for example, an interlayer deposition step). The process data S75 and the RC calculation / correction data 76 described above correspond to the process data S72, S78 and the RC calculation / correction data 73, 79, respectively. Furthermore, it is needless to say that the resistivity calculation method can be performed using a wiring height dependency or wiring width dependency model.

このように、各処理工程間の補正をRC定数の計算結果から割り出してプロセス条件を選択することで、ウェーハ面内の各位置におけるチップ性能をほぼ同一とすることができる。   Thus, by calculating the correction between the processing steps from the calculation result of the RC constant and selecting the process conditions, the chip performance at each position in the wafer surface can be made substantially the same.

次に、具体的なRC定数の計算方法を説明する。配線抵抗の計算方法は、例えば、銅の抵抗率の配線幅や配線高さに依存するサイズ効果を盛り込んでいる。近年のLSI配線は、配線幅が細くなると急激に抵抗率が上昇し、最近では、配線幅が0.1μm以下になってバルク抵抗率の2倍程度にまで達している。   Next, a specific RC constant calculation method will be described. The wiring resistance calculation method incorporates, for example, a size effect that depends on the wiring width and wiring height of the copper resistivity. In recent LSI wiring, when the wiring width becomes narrower, the resistivity rapidly increases, and recently, the wiring width becomes 0.1 μm or less and reaches about twice the bulk resistivity.

このようなサイズ効果が顕著な領域では、ウェーハ面内の配線高さや配線幅のプロセス変動によって抵抗率の変化率が大きくなるため、通常のシート抵抗で想定した抵抗値と大きくずれることになる。そこで、配線高さや配線幅が変化した場合の抵抗率を正確に求める必要が出てくる。   In such a region where the size effect is remarkable, the rate of change in resistivity increases due to process variations in the wiring height and wiring width in the wafer surface, and thus the resistance value greatly deviates from the resistance value assumed for normal sheet resistance. Therefore, it is necessary to accurately determine the resistivity when the wiring height or wiring width changes.

ところで、銅(金属)の抵抗率モデルは、例えば、前述した非特許文献1および2により報告されており、また、この抵抗率モデルを配線に応用することは、例えば、前述した非特許文献3により報告されている。   By the way, the resistivity model of copper (metal) is reported, for example, by Non-Patent Documents 1 and 2 described above, and the application of this resistivity model to wiring is, for example, Non-Patent Document 3 described above. It is reported by.

図14は本発明で用いる銅の抵抗率モデルを説明するための図である。
図14に示されるように、サイズ効果は、電子の表面散乱(式のp)と粒界散乱(式のR)とに別けられるが、本発明者達は、粒界散乱に影響を与える銅の粒径は配線高さでも変動することを見出した。
FIG. 14 is a diagram for explaining a resistivity model of copper used in the present invention.
As shown in FIG. 14, the size effect is divided into electron surface scattering (p in the formula) and grain boundary scattering (R in the formula). It has been found that the grain size of fluctuates with the wiring height.

ダマシン法では、粒径(d)は、配線幅と共に狭くなり、同時に、配線高さによっても変わる。モデル式において、本発明者達の実験では、配線幅が細い場合の粒界散乱の成分は抵抗率上昇分の約半分程度あることが分かっている。従って、粒界パラメータを正確に用いることは非常に重要である。   In the damascene method, the particle size (d) decreases with the width of the wiring, and also changes depending on the height of the wiring. In the model equation, the inventors' experiments have shown that the grain boundary scattering component when the wiring width is narrow is about half of the resistivity increase. Therefore, it is very important to use the grain boundary parameters accurately.

この粒界散乱のパラメータを新たにモデル化し、これまで報告された抵抗のモデルに組み込むことにより、これまで予測不可能だった配線抵抗率の予測を精度良く求めることができる。   By newly modeling this grain boundary scattering parameter and incorporating it into the model of resistance reported so far, it is possible to accurately obtain a prediction of wiring resistivity, which has been unpredictable until now.

すなわち、RC定数を算出する場合、例えば、銅の抵抗計算に電子の粒界散乱と表面散乱のモデル、並びに、配線の幅および高さの変動に応じた粒径モデルを用いることが好ましい。   That is, when calculating the RC constant, it is preferable to use, for example, a model of electron grain boundary scattering and surface scattering, and a particle size model corresponding to variations in the width and height of wiring for copper resistance calculation.

なお、以上の説明では、配線として銅を用いたダマシン構造の配線に基づいて説明したが、配線は必ずしもダマシン構造の銅配線に限定されるものではないのはもちろんである。   In the above description, the damascene structure wiring using copper as the wiring has been described. However, the wiring is not necessarily limited to the damascene structure copper wiring.

図15は本発明が適用される半導体集積回路の設計プログラムを記録した媒体の例を説明するための図である。図15において、参照符号10は半導体集積回路の設計処理装置(コンピュータ)、20はプログラム(データ)提供者、そして、30は可搬型記録媒体を示している。   FIG. 15 is a diagram for explaining an example of a medium recording a design program for a semiconductor integrated circuit to which the present invention is applied. In FIG. 15, reference numeral 10 denotes a semiconductor integrated circuit design processing apparatus (computer), 20 denotes a program (data) provider, and 30 denotes a portable recording medium.

本発明は、例えば、図15に示すような処理装置10に対するプログラム(データ)として与えられ、処理装置10により実行される。処理装置10は、プロセッサを含む演算処理装置本体11、および、演算処理装置本体11に対してプログラム(データ)を与え或いは処理された結果を格納する処理装置側メモリ(例えば、RAM(Random Access Memory)やハードディスク)12等を備える。処理装置10に提供されたプログラムは、ローディングされて処理装置10のメインメモリ上で実行される。   The present invention is given as a program (data) for the processing apparatus 10 as shown in FIG. The processing device 10 includes an arithmetic processing device main body 11 including a processor, and a processing device side memory (for example, a RAM (Random Access Memory) that stores a result of giving or processing a program (data) to the arithmetic processing device main body 11. ) Or hard disk) 12 or the like. The program provided to the processing device 10 is loaded and executed on the main memory of the processing device 10.

プログラム提供者20は、プログラムを格納する手段(回線先メモリ:例えば、DASD(Direct Access Storage Device))21を有し、例えば、インターネット等の回線を介してプログラムを処理装置10に提供し、或いは、CD−ROMやDVD等の光ディスクまたは磁気ディスクや磁気テープといった可搬型記録媒体30を介して処理装置10に提供する。本発明に係る半導体集積回路の設計プログラムを記録した媒体は、上記の処理装置側メモリ12、回線先メモリ21、および、可搬型記録媒体30等の様々なものを含むのはいうまでもない。   The program provider 20 has means (line destination memory: for example, DASD (Direct Access Storage Device)) 21 for storing the program, and provides the program to the processing apparatus 10 via a line such as the Internet, or The data is provided to the processing apparatus 10 via a portable recording medium 30 such as an optical disk such as a CD-ROM or DVD, a magnetic disk, or a magnetic tape. Needless to say, the medium on which the design program of the semiconductor integrated circuit according to the present invention is recorded includes the processing device side memory 12, the line destination memory 21, the portable recording medium 30, and the like.

以上、本発明を適用することにより、ウェーハ内のチップ歩留まりを向上させることができ、例えば、プロセスばらつきが大きくてプロセス条件を緩くしなければならず、チップの性能向上が望めなかった場合でも、RC両方のプロセスばらつき特性を利用することによりチップ性能を向上させることが可能となる。このように、本発明によれば、ウェーハ内のチップ歩留まりが向上すると共に、チップ(半導体集積回路)の性能を向上させることができ、さらに、それらに要する時間を短縮することができる。   As mentioned above, by applying the present invention, it is possible to improve the chip yield in the wafer, for example, even if the process variation is large and the process conditions have to be relaxed, and the chip performance improvement cannot be expected, The chip performance can be improved by utilizing the process variation characteristics of both RC. As described above, according to the present invention, the chip yield in the wafer can be improved, the performance of the chip (semiconductor integrated circuit) can be improved, and the time required for them can be shortened.

本発明は、1枚のウェーハ内に多数の半導体集積回路を形成する半導体集積回路の設計および製造に適用することができ、特に、スキューに対する要求がシビアな半導体集積回路を高い歩留まりで製造するための半導体集積回路の設計および製造に対して幅広く適用することができる。   The present invention can be applied to the design and manufacture of a semiconductor integrated circuit in which a large number of semiconductor integrated circuits are formed in one wafer, and in particular, to manufacture a semiconductor integrated circuit having a high demand for skew at a high yield. The present invention can be widely applied to the design and manufacture of semiconductor integrated circuits.

従来の半導体集積回路の一例を概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the conventional semiconductor integrated circuit roughly. 従来の半導体集積回路の設計方法における処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process in the design method of the conventional semiconductor integrated circuit. 一般的なダマシン法による処理を説明するための図(その1)である。It is FIG. (1) for demonstrating the process by a general damascene method. 一般的なダマシン法による処理を説明するための図(その2)である。It is FIG. (2) for demonstrating the process by the general damascene method. 一般的なダマシン法による処理を説明するための図(その3)である。It is FIG. (3) for demonstrating the process by the general damascene method. 一般的なダマシン法による処理を説明するための図(その4)である。It is FIG. (4) for demonstrating the process by the general damascene method. 本発明に係る半導体集積回路の設計方法を概略的に説明するための図(その1)である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram (part 1) for schematically explaining a method for designing a semiconductor integrated circuit according to the present invention; 本発明に係る半導体集積回路の設計方法を概略的に説明するための図(その2)である。FIG. 6 is a diagram (part 2) for schematically describing the semiconductor integrated circuit design method according to the present invention; 本発明に係る半導体集積回路の設計方法を概略的に説明するための図(その3)である。FIG. 6 is a diagram (part 3) for schematically describing the semiconductor integrated circuit design method according to the invention; 本発明に係る半導体集積回路の設計方法を概略的に説明するための図(その4)である。FIG. 6 is a diagram (part 4) for schematically describing the semiconductor integrated circuit design method according to the invention; 本発明に係る半導体集積回路の設計方法における処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process in the design method of the semiconductor integrated circuit which concerns on this invention. 本発明に係る半導体集積回路の設計方法における処理の他の例を示すフローチャート(その1)である。It is a flowchart (the 1) which shows the other example of the process in the design method of the semiconductor integrated circuit which concerns on this invention. 本発明に係る半導体集積回路の設計方法における処理の他の例を示すフローチャート(その2)である。It is a flowchart (the 2) which shows the other example of the process in the design method of the semiconductor integrated circuit which concerns on this invention. 本発明で用いる銅の抵抗率モデルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the resistivity model of copper used by this invention. 本発明が適用される半導体集積回路の設計プログラムを記録した媒体の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example of the medium which recorded the design program of the semiconductor integrated circuit to which this invention is applied.

符号の説明Explanation of symbols

10 処理装置
11 演算処理装置本体
12 処理装置側メモリ
20 プログラム(データ)提供者
21 プログラムを格納する手段(回線先メモリ)
30 可搬型記録媒体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Processing device 11 Arithmetic processing device main body 12 Processing device side memory 20 Program (data) provider 21 Means for storing program (line destination memory)
30 Portable recording media

Claims (6)

プロセスばらつきのデータベースを作成するステップと、
前記作成されたデータベースからウェーハ上のプロセスばらつきを算出するステップと、
前記算出されたプロセスばらつきから、配線抵抗および配線容量のRC定数を算出するステップと、
前記ウェーハ上のプロセスばらつきに応じた配線幅を算出して配置するステップと、を備えることを特徴とする半導体集積回路の設計方法。
Creating a process variation database;
Calculating process variations on the wafer from the created database;
Calculating RC constants of wiring resistance and wiring capacity from the calculated process variation;
Calculating and arranging a wiring width corresponding to process variations on the wafer, and designing a semiconductor integrated circuit.
請求項1に記載の半導体集積回路の設計方法において、
前記配線は、銅を用いたダマシン構造の配線であることを特徴とする半導体集積回路の設計方法。
The method for designing a semiconductor integrated circuit according to claim 1,
A method for designing a semiconductor integrated circuit, wherein the wiring is a damascene wiring using copper.
請求項2に記載の半導体集積回路の設計方法において、
前記データベースを作成するステップは、前記配線の幅および高さに関するデータベースを作成することを特徴とする半導体集積回路の設計方法。
The method of designing a semiconductor integrated circuit according to claim 2,
The step of creating the database comprises creating a database relating to the width and height of the wiring.
請求項2に記載の半導体集積回路の設計方法において、
前記RC定数を算出するステップは、
銅の抵抗計算に電子の粒界散乱と表面散乱のモデル、並びに、前記配線の幅および高さの変動に応じた粒径モデルを用いることを特徴とする半導体集積回路の設計方法。
The method of designing a semiconductor integrated circuit according to claim 2,
The step of calculating the RC constant includes:
A method for designing a semiconductor integrated circuit, wherein a model of electron grain boundary scattering and surface scattering and a particle size model corresponding to variations in the width and height of the wiring are used for copper resistance calculation.
プロセスばらつきのデータベースを作成するデータベース作成手段と、
前記作成されたデータベースからウェーハ上のプロセスばらつきを算出するプロセスばらつき算出手段と、
前記算出されたプロセスばらつきから、配線抵抗および配線容量のRC定数を算出するRC定数算出手段と、
前記ウェーハ上のプロセスばらつきに応じた配線幅を算出して配置する配線幅算出配置手段と、を備えることを特徴とする半導体集積回路の設計装置。
Database creation means for creating a process variation database;
Process variation calculating means for calculating the process variation on the wafer from the created database;
RC constant calculation means for calculating RC constants of wiring resistance and wiring capacitance from the calculated process variation;
An apparatus for designing a semiconductor integrated circuit, comprising: a wiring width calculating / arranging unit that calculates and arranges a wiring width according to process variations on the wafer.
前工程のウェーハ内パターン寸法を測定する工程と、
前記測定されたウェーハ内パターン寸法からRC定数を計算する工程と、
次工程のパターン寸法を、前記計算されたRC定数が一定となるようにプロセス条件を選定する工程と、を備えることを特徴とする半導体集積回路の製造方法。
A step of measuring the pattern size in the wafer in the previous step;
Calculating an RC constant from the measured in-wafer pattern dimension;
And a step of selecting process conditions such that the calculated RC constant is constant for a pattern dimension of the next process.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2013132749A1 (en) * 2012-03-08 2013-09-12 東京エレクトロン株式会社 Semiconductor device, semiconductor device manufacturing method, and semiconductor manufacturing apparatus

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