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JP7640861B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents

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JP7640861B2
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Description

本開示は、ナノシート(ナノワイヤ)FET(Field Effect Transistor)を備えた半導体集積回路装置に関する。
半導体基板上に半導体集積回路を形成する方法として、スタンダードセル方式が知られている。スタンダードセル方式とは、特定の論理機能を有する基本的単位(例えば、インバータ,ラッチ,フリップフロップ,全加算器など)をスタンダードセルとして予め用意しておき、半導体基板上に複数のスタンダードセルを配置して、それらのスタンダードセルを配線で接続することによって、LSIチップを設計する方式のことである。
また、LSIの基本構成要素であるトランジスタは、ゲート長の縮小(スケーリング)により、集積度の向上、動作電圧の低減、および動作速度の向上を実現してきた。しかし近年、過度なスケーリングによるオフ電流と、それによる消費電力の著しい増大が問題となっている。この問題を解決するため、トランジスタ構造を従来の平面型から立体型に変更した立体構造トランジスタが盛んに研究されている。その1つとして、ナノシート(ナノワイヤ)FETが注目されている。
非特許文献1では、ゲート電極をフォーク形状としたナノシートFETを用いたSRAMメモリセルのレイアウトが開示されている。
P. Weckx et al., "Stacked nanosheet fork architecture for SRAM design and device co-optimization toward 3nm", 2017 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), December 2017, IEDM17-505~508
本明細書では、ゲート電極をフォーク形状としたナノシートFETのことを、非特許文献1の記載にならい、フォークシート(fork sheet)FETと呼ぶことにする。
これまで、フォークシートFETを用いたスタンダードセルのレイアウト構造や、フォークシートFETを用いた半導体集積回路のレイアウトについて、開示した文献はない。
本開示は、小面積の、フォークシートFETを用いた半導体集積回路装置のレイアウト構造を提供することを目的とする。
本開示の第1態様では、第1方向に並べて配置されたスタンダードセルを備える半導体集積回路装置において、前記スタンダードセルは、P型トランジスタが形成されるP型領域とN型トランジスタが形成されるN型領域とが、前記第1方向と垂直をなす第2方向において隣接して形成されており、前記P型領域において、前記第1方向にそれぞれ延びており、前記第2方向に並ぶ2つ以上のナノシートからなる、第1ナノシート群と、前記N型領域において、前記第1方向にそれぞれ延びており、前記第2方向に並ぶ2つ以上のナノシートからなる、第2ナノシート群と、前記第2方向に延びており、前記第1ナノシート群の各ナノシートの前記第2方向、並びに、前記第1および第2方向と垂直をなす第3方向における外周を囲うように形成された第1ゲート配線と、前記第2方向に延びており、前記第2ナノシート群の各ナノシートの前記第2方向および前記第3方向における外周を囲うように形成された第2ゲート配線とを備え、前記第1ナノシート群において、前記N型領域から最も遠い第1ナノシートは、前記第2方向における前記N型領域と反対側の面が、前記第1ゲート配線から露出しており、前記N型領域に最も近い第2ナノシートは、前記第2方向における前記N型領域側の面が、前記第1ゲート配線から露出しており、前記第2ナノシート群において、前記P型領域から最も遠い第3ナノシートは、前記第2方向における前記P型領域と反対側の面が、前記第2ゲート配線から露出しており、前記P型領域に最も近い第4ナノシートは、前記第2方向における前記P型領域側の面が、前記第2ゲート配線から露出している。
この態様によると、P型領域における第1ナノシート群において、N型領域から最も遠い第1ナノシートは、第2方向におけるN型領域と反対側の面が第1ゲート配線から露出している。N型領域における第2ナノシート群において、P型領域から最も遠い第3ナノシートは、第2方向におけるP型領域と反対側の面が第2ゲート配線から露出している。すなわち、第1ゲート配線は、第1ナノシート群に対してスタンダードセル外側に向けてオーバーラップしておらず、第2ゲート配線は、第2ナノシート群に対してスタンダードセル外側に向けてオーバーラップしていない。また、P型領域における第1ナノシート群において、N型領域に最も近い第2ナノシートは、第2方向におけるN型領域側の面が第1ゲート配線から露出している。N型領域における第2ナノシート群において、P型領域に最も近い第4ナノシートは、第2方向におけるP型領域側の面が第2ゲート配線から露出している。すなわち、第1ゲート配線は、第1ナノシート群に対して第2ナノシート群に向けてオーバーラップしておらず、第2ゲート配線は、第2ナノシート群に対して第1ナノシート群に向けてオーバーラップしていない。このため、スタンダードセルの第2方向のサイズを縮小することができるので、小面積のレイアウト構造を実現することができる。
本開示の第2態様では、半導体集積回路装置は、第1方向に延びており、第1電源電圧を供給する第1電源配線と、前記第1方向に延びており、第2電源電圧を供給する第2電源配線とを備え、前記第1電源配線と前記第2電源配線との間に、P型トランジスタが形成されるP型領域とN型トランジスタが形成されるN型領域とが、前記第1方向と垂直をなす第2方向において隣接して形成されており、さらに、前記P型領域において、前記第1方向に延びており、前記第2方向に並ぶ2つ以上のナノシートからなる、第1ナノシート群と、前記N型領域において、前記第1方向に延びており、前記第2方向に並ぶ2つ以上のナノシートからなる、第2ナノシート群と、前記第2方向に延びており、前記第1ナノシート群の各ナノシートの前記第2方向、並びに、前記第1および第2方向と垂直をなす第3方向における外周を囲うように形成された第1ゲート配線と、前記第2方向に延びており、前記第2ナノシート群の各ナノシートの前記第2方向および前記第3方向における外周を囲うように形成された第2ゲート配線とを備え、前記第1ナノシート群において、前記N型領域から最も遠い第1ナノシートは、前記第2方向における前記N型領域と反対側の面が、前記第1ゲート配線から露出しており、前記N型領域に最も近い第2ナノシートは、前記第2方向における前記N型領域側の面が、前記第1ゲート配線から露出しており、前記第2ナノシート群において、前記P型領域から最も遠い第3ナノシートは、前記第2方向における前記P型領域と反対側の面が、前記第2ゲート配線から露出しており、前記P型領域に最も近い第4ナノシートは、前記第2方向における前記P型領域側の面が、前記第2ゲート配線から露出している。
この態様によると、P型領域における第1ナノシート群において、N型領域から最も遠い第1ナノシートは、第2方向におけるN型領域と反対側の面が第1ゲート配線から露出している。N型領域における第2ナノシート群において、P型領域から最も遠い第3ナノシートは、第2方向におけるP型領域と反対側の面が第2ゲート配線から露出している。すなわち、第1ゲート配線は、第1ナノシート群に対して電源配線側に向けてオーバーラップしておらず、第2ゲート配線は、第2ナノシート群に対して電源配線側に向けてオーバーラップしていない。また、P型領域における第1ナノシート群において、N型領域に最も近い第2ナノシートは、第2方向におけるN型領域側の面が第1ゲート配線から露出している。N型領域における第2ナノシート群において、P型領域に最も近い第4ナノシートは、第2方向におけるP型領域側の面が第2ゲート配線から露出している。すなわち、第1ゲート配線は、第1ナノシート群に対して第2ナノシート群に向けてオーバーラップしておらず、第2ゲート配線は、第2ナノシート群に対して第1ナノシート群に向けてオーバーラップしていない。このため、半導体集積回路装置の第2方向のサイズを縮小することができるので、小面積のレイアウト構造を実現することができる。
本開示によると、フォークシートFETを用いた半導体集積回路装置について、小面積のレイアウト構造が実現できる。
実施形態に係る、フォークシートFETを有するスタンダードセルの基本構造の例を示す図であり、(a)は平面図、(b)は断面図 (a)は2入力NANDセルのレイアウト構造を示す平面図、(b)は2入力NANDの回路図 (a),(b)は図2(a)の2入力NANDセルの断面図 (a)はトライステートインバータセルのレイアウト構造を示す平面図、(b)はトライステートインバータの回路図 (a),(b)は図4(a)のトライステートインバータセルの断面図 (a)はインバータセルのレイアウト構造を示す平面図、(b)はインバータの回路図 (a)は2入力NORセルのレイアウト構造を示す平面図、(b)は2入力NORの回路図 変形例に係る、フォークシートFETを有するスタンダードセルの基本構造を示す図であり、(a)は平面図、(b)は断面図 変形例に係る、フォークシートFETを有するスタンダードセルの基本構造を示す図であり、(a)は平面図、(b)は断面図 フォークシートFETの基本構造を示す図であり、(a)は平面図、(b)は断面図
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。以下の実施の形態では、半導体集積回路装置は、複数のスタンダードセル(本明細書では、適宜、単にセルという)を備えており、この複数のスタンダードセルのうち少なくとも一部は、ナノシートFET(Field Effect Transistor)を備えるものとする。ナノシートFETとは、電流が流れる薄いシート(ナノシート)を用いたFETである。ナノシートは例えばシリコンによって形成されている。そして、半導体集積回路装置において、ナノシートFETの一部は、ゲート電極をフォーク形状としたフォークシートFETであるものとする。
また、本開示では、ナノシートの両端に形成されており、ナノシートFETのソースまたはドレインとなる端子を構成する半導体層部のことを「パッド」という。また、以下の説明では、図1等の平面図において、図面横方向をX方向(第1方向に相当)、図面縦方向をY方向(第2方向に相当)、基板面に垂直な方向をZ方向(第3方向に相当)としている。
まず、フォークシートFETの基本構造について、説明する。
図10はフォークシートFETの基本構造を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)の線Y-Y’における断面図である。図10の基本構造では、2つのトランジスタTR1,TR2が、Y方向において間隔Sを空けて並べて配置されている。トランジスタTR1のゲートとなるゲート配線531と、トランジスタTR2のゲートとなるゲート配線532は、ともにY方向に延びており、かつ、X方向において同じ位置に配置されている。
トランジスタTR1のチャネル領域となるチャネル部521と、トランジスタTR2のチャネル領域となるチャネル部526は、ナノシートで構成されている。図10では、チャネル部521,526はそれぞれ、平面視で重なる3枚のシート構造からなるナノシートによって構成されている。チャネル部521のX方向における両側に、トランジスタTR1のソース領域またはドレイン領域となるパッド522a,522bが形成されている。チャネル部526のX方向における両側に、トランジスタTR2のソース領域またはドレイン領域となるパッド527a,527bが形成されている。パッド522a,522bは、チャネル部521を構成するナノシートからのエピタキシャル成長によって、形成される。パッド527a,527bは、チャネル部526を構成するナノシートからのエピタキシャル成長によって、形成される。
ゲート配線531は、ナノシートで構成されたチャネル部521のY方向およびZ方向における外周を、ゲート絶縁膜(図示せず)を介して囲んでいる。ただし、チャネル部521を構成するナノシートは、Y方向におけるトランジスタTR2の側の面が、ゲート配線531によって覆われておらず、ゲート配線531から露出している。すなわち、図10(b)の断面図では、ゲート配線531は、チャネル部521を構成するナノシートの図面右側は覆っておらず、図面上側、左側および下側を覆っている。ゲート配線531は、チャネル部521を構成するナノシートに対して、Y方向におけるトランジスタTR2の反対側に長さOLだけオーバーラップしている。
ゲート配線532は、ナノシートで構成されたチャネル部526のY方向およびZ方向における外周を、ゲート絶縁膜(図示せず)を介して囲んでいる。ただし、チャネル部526を構成するナノシートは、Y方向におけるトランジスタTR1の側の面は、ゲート配線532によって覆われておらず、ゲート配線532から露出している。すなわち、図10(b)の断面図では、ゲート配線532は、チャネル部526を構成するナノシートの図面左側は覆っておらず、図面上側、右側および下側を覆っている。ゲート配線532は、チャネル部526を構成するナノシートに対して、Y方向におけるトランジスタTR1の反対側に長さOLだけオーバーラップしている。
各ナノシートの幅(Y方向におけるサイズ)をW、高さ(Z方向のサイズ)をHとすると、ゲート実効幅Weffは、
Weff=2×W+H
となる。トランジスタTR1,TR2のチャネル部521,526は3枚のナノシートによって構成されているので、トランジスタTR1,TR2のゲート実効幅は、
3×(2×W+H)
となる。
図10の構造によると、ゲート配線531は、チャネル部521を構成するナノシートに対して、Y方向におけるトランジスタTR2の側にオーバーラップしていない。また、ゲート配線532は、チャネル部526を構成するナノシートに対して、Y方向におけるトランジスタTR1の側にオーバーラップしていない。これにより、トランジスタTR1,TR2をより近づけることが可能になり、小面積化が実現できる。
なお、トランジスタのチャネル部を構成するナノシートの枚数は、3枚に限られるものではない。すなわち、ナノシートは、1枚のシート構造からなるものであってよいし、平面視で重なる複数枚のシート構造からなるものであってもよい。また、図10(b)では、ナノシートの断面形状は長方形として図示しているが、これに限られるものではなく、ナノシートの断面形状は、例えば、正方形、円形、楕円形等であってもよい。
また、半導体集積回路装置内には、フォークシートFETと、ゲート配線がナノシートの全周囲を囲んでいるナノシートFETとが、混在していてもかまわない。
本明細書では、「VDD」「VSS」は、電源電圧または電源自体を示す。また、本明細書において、「同一配線幅」等のように、幅等が同じであることを意味する表現は、製造上のばらつき範囲を含んでいるものとする。
(実施形態)
図1は実施形態に係る、フォークシートFETを有するスタンダードセルの基本構造の例を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)の線Y-Y’の断面図である。図1(a)ではスタンダードセルのセル枠CLを示している。以降の平面図でも同様である。
図1のスタンダードセルは、他のスタンダードセルとともに、セル枠CLを接してX方向に並べて配置されて、セル列を構成する。また、複数のセル列は、セル枠CLを接してY方向に並べて配置される。ただし、複数のセル列は、1列おきに上下反転される。
図1に示すように、スタンダードセルのY方向における両端において、X方向に延びる電源配線11,12がそれぞれ設けられている。電源配線11,12はともに、埋め込み配線層に形成された埋め込み電源配線(BPR:Buried Power Rail)である。電源配線11は電源電圧VDDを供給し、電源配線12は電源電圧VSSを供給する。電源配線11,12は、X方向において並べて配置される他のセルと共有されて、セル列同士の間に配置される電源配線を構成する。
Nウェル上のP型領域に、P型のトランジスタP11,P12,P21,P22が形成されている。P型基板上のN型領域に、N型のトランジスタN11,N12,N21,N22が形成されている。トランジスタP11,P12,N11,N12はY方向に1列に並んでいる。トランジスタP21,P22,N21,N22はY方向に1列に並んでいる。
トランジスタP11,P12,P21,P22は、チャネル部として、3枚のシートからなるナノシート21a,23a,21b,23bをそれぞれ有する。すなわち、トランジスタP11,P12,P21,P22はナノシートFETである。
図1(a)に示すように、ナノシート21aの図面左側、ナノシート21a,21bの間、および、ナノシート21bの図面右側に、3枚のシートに接続された一体構造の半導体層からなるパッド22a,22b,22cがそれぞれ形成されている。パッド22a,22bは、トランジスタP11のソース領域およびドレイン領域となる。パッド22b,22cは、トランジスタP21のソース領域およびドレイン領域となる。
ナノシート23aの図面左側、ナノシート23a,23bの間、および、ナノシート23bの図面右側に、3枚のシートに接続された一体構造の半導体層からなるパッド24a,24b,24cがそれぞれ形成されている。パッド24a,24bは、トランジスタP12のソース領域およびドレイン領域となる。パッド24b,24cは、トランジスタP22のソース領域およびドレイン領域となる。
トランジスタN11,N12,N21,N22は、チャネル部として、3枚のシートからなるナノシート26a,28a,26b,28bをそれぞれ有する。すなわち、トランジスタN11,N12,N21,N22はナノシートFETである。
図1(a)に示すように、ナノシート26aの図面左側、ナノシート26a,26bの間、および、ナノシート26bの図面右側に、3枚のシートに接続された一体構造の半導体層からなるパッド27a,27b,27cがそれぞれ形成されている。パッド27a,27bは、トランジスタN11のソース領域およびドレイン領域となる。パッド27b,27cは、トランジスタN21のソース領域およびドレイン領域となる。
ナノシート28aの図面左側、ナノシート28a,28bの間、および、ナノシート28bの図面右側に、3枚のシートに接続された一体構造の半導体層からなるパッド29a,29b,29cがそれぞれ形成されている。パッド29a,29bは、トランジスタN12のソース領域およびドレイン領域となる。パッド29b,29cは、トランジスタN22のソース領域およびドレイン領域となる。
P型領域に、Y方向に並列に延びるゲート配線31,32が形成されている。ゲート配線31,32のX方向における両側のセル枠CL上に、ダミーゲート配線35a,35bが形成されている。ゲート配線31,32、ダミーゲート配線35a,35bは、同じ幅で形成されており、同一ピッチで配置されている。
N型領域に、Y方向に並列に延びるゲート配線33,34が形成されている。ゲート配線33,34のX方向における両側のセル枠CL上に、ダミーゲート配線35c,35dが形成されている。ゲート配線33,34、ダミーゲート配線35c,35dは、同じ幅で形成されており、同一ピッチで配置されている。
ゲート配線31は、トランジスタP11のナノシート21a、および、トランジスタP12のナノシート23aのY方向およびZ方向における外周を、ゲート絶縁膜(図示せず)を介して囲んでいる。ゲート配線31は、トランジスタP11,P12のゲートとなる。ゲート配線32は、トランジスタP21のナノシート21b、および、トランジスタP22のナノシート23bのY方向およびZ方向における外周を、ゲート絶縁膜(図示せず)を介して囲んでいる。ゲート配線32は、トランジスタP21,P22のゲートとなる。
ゲート配線33は、トランジスタN11のナノシート26a、および、トランジスタN12のナノシート28aのY方向およびZ方向における外周を、ゲート絶縁膜(図示せず)を介して囲んでいる。ゲート配線33は、トランジスタN11,N12のゲートとなる。ゲート配線34は、トランジスタN21のナノシート26b、および、トランジスタN22のナノシート28bのY方向およびZ方向における外周を、ゲート絶縁膜(図示せず)を介して囲んでいる。ゲート配線34は、トランジスタN21,N22のゲートとなる。
ここで、ナノシート21a,21bは、Y方向におけるN型領域と反対側の面(電源配線11に近い側の面)が、ゲート配線31,32によって覆われておらず、ゲート配線31,32から露出している。ナノシート23a,23bは、Y方向におけるN型領域側の面が、ゲート配線31,32によって覆われておらず、ゲート配線31,32から露出している。例えば、ナノシート21a,23aが第1ナノシート群を構成しており、ナノシート21aが、第1ナノシート群においてN型領域から最も遠い第1ナノシートに対応しており、ナノシート23aが、第1ナノシート群においてN型領域に最も近い第2ナノシートに対応している。
また、ナノシート26a,26bは、Y方向におけるP型領域側の面が、ゲート配線33,34によって覆われておらず、ゲート配線33,34から露出している。ナノシート28a,28bは、Y方向におけるP型領域と反対側の面(電源配線12に近い側の面)が、ゲート配線33,34によって覆われておらず、ゲート配線33,34から露出している。例えば、ナノシート26a,28aが第2ナノシート群を構成しており、ナノシート28aが、第2ナノシート群においてP型領域から最も遠い第3ナノシートに対応しており、ナノシート26aが、第2ナノシート群においてP型領域に最も近い第4ナノシートに対応している。
このような基本構造を基にして、トランジスタ間の接続を行うためのビアや配線(ローカル配線、メタル配線)を形成することによって、論理機能を実現するスタンダードセルが形成される。
なお、電源配線11,12は埋め込み電源配線としたが、これに限られるものではなく、例えば、電源配線は上層のメタル配線層に形成されてもよい。
また、トランジスタがX方向に2個ずつ並んでいるものとしたが、これに限られるものではなく、例えば、X方向に1個だけ配置されていてもよいし、X方向に3個以上配置されていてもよい。
以下、上述した基本構造を基にして形成した、論理機能を実現するスタンダードセルの例を説明する。
(例1:2入力NAND)
図2(a)は2入力NANDセルのレイアウト構造を示す平面図、図2(b)は2入力NANDの回路図、図3(a)は図2(a)の線Y1-Y1’の断面図、図3(b)は図2(a)の線Y2-Y2’の断面図である。
ローカル配線層において、Y方向に延びるローカル配線41,42,43,44,45が形成されている。ローカル配線41は、パッド22a,24aと接続されている。ローカル配線42は、パッド22b,24bと接続されており、かつ、電源配線11とビアを介して接続されている。ローカル配線43は、パッド22c,24c,27c,29cと接続されている。ローカル配線44は、パッド27a,29aと接続されており、かつ、電源配線12とビアを介して接続されている。ローカル配線45は、パッド27b,29bと接続されている。
Y方向に並ぶゲート配線31,33は、ゲート配線31とゲート配線33との間に形成されたブリッジ部36aを介して、接続されている。Y方向に並ぶゲート配線32,34は、ゲート配線32とゲート配線34との間に形成されたブリッジ部36bを介して、接続されている。ブリッジ部36a,36bは、ゲート接続部の一例である。
M1配線層において、X方向に延びるメタル配線51,52,53が形成されている。メタル配線51は、ローカル配線41,43と、ビアを介して接続されている。メタル配線52は、ゲート配線32,34と、ビアを介して接続されている。メタル配線53は、ゲート配線31,33と、ビアを介して接続されている。メタル配線51,52,53は、2入力NANDの、出力Y、入力A,Bにそれぞれ対応している。
(例2:トライステートインバータ)
図4(a)はトライステートインバータセルのレイアウト構造を示す平面図、図4(b)はトライステートインバータの回路図、図5(a)は図4(a)の線Y1-Y1’の断面図、図4(b)は図4(a)の線Y2-Y2’の断面図である。
ローカル配線層において、Y方向に延びるローカル配線61,62,63,64,65が形成されている。ローカル配線61は、パッド22a,24aと接続されており、かつ電源配線11とビアを介して接続されている。ローカル配線62は、パッド22b,24bと接続されている。ローカル配線63は、パッド22c,24c,27c,29cと接続されている。ローカル配線64は、パッド27a,29aと接続されており、かつ、電源配線12とビアを介して接続されている。ローカル配線65は、パッド27b,29bと接続されている。
Y方向に並ぶゲート配線31,33は、ゲート配線31とゲート配線33との間に形成されたブリッジ部37を介して、接続されている。Y方向に並ぶゲート配線32,34は、接続されておらず、分離されたままである。
M1配線層において、X方向に延びるメタル配線71,72,73,74が形成されている。メタル配線71は、ゲート配線32と、ビアを介して接続されている。メタル配線72は、ゲート配線31,33と、ビアを介して接続されている。メタル配線73は、ゲート配線34と、ビアを介して接続されている。メタル配線74は、ローカル配線63と、ビアを介して接続されている。メタル配線71,72,73,74は、トライステートインバータの、入力NE,A,E、出力Yにそれぞれ対応している。
(例3:インバータセル)
図6(a)はインバータセルのレイアウト構造を示す平面図、図6(b)はインバータの回路図である。このインバータセルは、トランジスタがX方向に1個だけ配置された基本構造を基にしている。この基本構造では、図1のトランジスタP11,P12,N11,N12のみが形成されているものとする。
ローカル配線層において、Y方向に延びるローカル配線81,82,83が形成されている。ローカル配線81は、パッド22a,24aと接続されており、かつ、電源配線11とビアを介して接続されている。ローカル配線82は、パッド22b,24b,27b,29bと接続されている。ローカル配線83は、パッド27a,29aと接続されており、かつ、電源配線12とビアを介して接続されている。
Y方向に並ぶゲート配線31,33は、ゲート配線31とゲート配線33との間に形成されたブリッジ部38を介して、接続されている。
M1配線層において、X方向に延びるメタル配線91,92が形成されている。メタル配線91は、ゲート配線31,33と、ビアを介して接続されている。メタル配線92は、ローカル配線82と、ビアを介して接続されている。メタル配線91,92は、インバータの、入力A,出力Yにそれぞれ対応している。
(例4:2入力NOR)
図7(a)は2入力NORセルのレイアウト構造を示す平面図、図7(b)は2入力NORの回路図である。
ローカル配線層において、Y方向に延びるローカル配線101,102,103,104,105が形成されている。ローカル配線101は、パッド22a,24aと接続されており、かつ、電源配線11とビアを介して接続されている。ローカル配線102は、パッド22b,24bと接続されている。ローカル配線103は、パッド22c,24c,27c,29cと接続されている。ローカル配線104は、パッド27a,29aと接続されている。ローカル配線105は、パッド27b,29bと接続されており、かつ、電源配線12とビアを介して接続されている。
Y方向に並ぶゲート配線31,33は、ゲート配線31とゲート配線33との間に形成されたブリッジ部39aを介して、接続されている。Y方向に並ぶゲート配線32,34は、ゲート配線32とゲート配線34との間に形成されたブリッジ部39bを介して、接続されている。
M1配線層において、X方向に延びるメタル配線111,112,113が形成されている。メタル配線111は、ゲート配線31,33と、ビアを介して接続されている。メタル配線112は、ゲート配線32,34と、ビアを介して接続されている。メタル配線113は、ローカル配線103,104と、ビアを介して接続されている。メタル配線111,112,113は、2入力NORの、入力B,A,出力Yにそれぞれ対応している。
以上のように本実施形態によると、フォークシートFETを有するスタンダードセルにおいて、ナノシート21a,21bは、Y方向におけるN型領域から遠い側の面が、ゲート配線31,32から露出している。言い換えると、ゲート配線31,32は、ナノシート21a,21bから電源配線11側にオーバーラップしていない。また、ナノシート28a,28bは、Y方向におけるP型領域から遠い側の面が、ゲート配線33,34から露出している。言い換えると、ゲート配線33,34は、ナノシート28a,28bから電源配線12側にオーバーラップしていない。このため、Y方向において隣接するセルの境界部分において、一方のセルのナノシートと他方のセルのナノシートとの間に必要となるスペースがより小さくなる。
また、ナノシート23a,23bは、Y方向におけるN型領域側の面が、ゲート配線31,32から露出している。言い換えると、ゲート配線31,32は、ナノシート23a,23bからN型領域側にオーバーラップしていない。また、ナノシート26a,26bは、Y方向におけるP型領域側の面が、ゲート配線33,34から露出している。言い換えると、ゲート配線33,34は、ナノシート26a,26bからP型領域側にオーバーラップしていない。このため、P型領域とN型領域との境界部分において、P型領域のナノシートとN型領域のナノシートとの間に必要となるスペースがより小さくなる。
したがって、フォークシートFETを有する半導体集積回路装置のY方向におけるサイズを、効果的に縮小することができる。
(変形例1)
図8は変形例に係る、フォークシートFETを有するスタンダードセルの基本構造を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)の線Y-Y’の断面図である。
図8の例では、Nウェル上のP型領域において、トランジスタがY方向において3列配置されており、P型基板上のN型領域において、トランジスタがY方向において3列配置されている。すなわち、P型領域に、P型のトランジスタP11,P12,P13,P21,P22,P23が形成されている。N型領域に、N型のトランジスタN11,N12,N13,N21,N22,N23が形成されている。トランジスタP11,P12,P13,N11,N12,N13はY方向に1列に並んでいる。トランジスタP21,P22,P23,N21,N22,N23はY方向に1列に並んでいる。
トランジスタP11,P12,P13,P21,P22,P23は、チャネル部として、3枚のシートからなるナノシート121a,122a,123a,121b,122b,123bをそれぞれ有する。トランジスタN11,N12,N13,N21,N22,N23は、チャネル部として、3枚のシートからなるナノシート124a,125a,126a,124b,125b,126bをそれぞれ有する。
P型領域に、Y方向に並列に延びるゲート配線131,132が形成されている。ゲート配線131は、トランジスタP11のナノシート121a、トランジスタP12のナノシート122a、および、トランジスタP13のナノシート123aのY方向およびZ方向における外周を、ゲート絶縁膜(図示せず)を介して囲んでいる。ゲート配線131は、トランジスタP11,P12,P13のゲートとなる。ゲート配線132は、トランジスタP21のナノシート121b、トランジスタP22のナノシート122b、および、トランジスタP23のナノシート123bのY方向およびZ方向における外周を、ゲート絶縁膜(図示せず)を介して囲んでいる。ゲート配線132は、トランジスタP21,P22,P23のゲートとなる。
N型領域に、Y方向に並列に延びるゲート配線133,134が形成されている。ゲート配線133は、トランジスタN11のナノシート124a、トランジスタN12のナノシート125a、および、トランジスタN13のナノシート126aのY方向およびZ方向における外周を、ゲート絶縁膜(図示せず)を介して囲んでいる。ゲート配線133は、トランジスタN11,N12,N13のゲートとなる。ゲート配線134は、トランジスタN21のナノシート124b、トランジスタN22のナノシート125b、および、トランジスタN23のナノシート126bのY方向およびZ方向における外周を、ゲート絶縁膜(図示せず)を介して囲んでいる。ゲート配線134は、トランジスタN21,N22,N23のゲートとなる。
ここで、ナノシート121a,121bは、Y方向におけるN型領域と反対側の面(電源配線11に近い側の面)が、ゲート配線131,132によって覆われておらず、ゲート配線131,132から露出している。ナノシート123a,123bは、Y方向におけるN型領域側の面が、ゲート配線131,132によって覆われておらず、ゲート配線131,132から露出している。例えば、ナノシート121a,122a,123aが第1ナノシート群を構成しており、ナノシート121aが、第1ナノシート群においてN型領域から最も遠い第1ナノシートに対応しており、ナノシート123aが、第1ナノシート群においてN型領域に最も近い第2ナノシートに対応している。
ナノシート124a,124bは、Y方向におけるP型領域側の面が、ゲート配線133,134によって覆われておらず、ゲート配線133,134から露出している。ナノシート126a,126bは、Y方向におけるP型領域と反対側の面(電源配線12に近い側の面)が、ゲート配線133,134によって覆われておらず、ゲート配線133,134から露出している。例えば、ナノシート124a,125a,126aが第2ナノシート群を構成しており、ナノシート126aが、第2ナノシート群においてP型領域から最も遠い第3ナノシートに対応しており、ナノシート124aが、第2ナノシート群においてP型領域に最も近い第4ナノシートに対応している。
なお、ナノシート122a,122bは、ゲート配線131,132によって、Y方向における全周が囲われている。ナノシート125a,125bは、ゲート配線133,134によって、Y方向における全周が囲われている。
本変形例においても、上述の実施形態と同様の作用効果が得られる。すなわち、Y方向において隣接するセルの境界部分において、一方のセルのナノシートと他方のセルのナノシートとの間に必要となるスペースがより小さくなる。また、P型領域とN型領域との境界部分において、P型領域のナノシートとN型領域のナノシートとの間に必要となるスペースがより小さくなる。したがって、フォークシートFETを有する半導体集積回路装置のY方向におけるサイズを、効果的に縮小することができる。
(変形例2)
図9は変形例に係る、フォークシートFETを有するスタンダードセルの基本構造を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)の線Y-Y’の断面図である。
図9の例では、Nウェル上のP型領域において、トランジスタがY方向において4列配置されており、P型基板上のN型領域において、トランジスタがY方向において4列配置されている。すなわち、P型領域に、P型のトランジスタP11,P12,P13,P14,P21,P22,P23,P24が形成されている。N型領域に、N型のトランジスタN11,N12,N13,N14,N21,N22,N23,N24が形成されている。トランジスタP11,P12,P13,P14,N11,N12,N13,N14はY方向に1列に並んでいる。トランジスタP21,P22,P23,P24,N21,N22,N23,N24はY方向に1列に並んでいる。
トランジスタP11,P12,P13,P14,P21,P22,P23,P24は、チャネル部として、3枚のシートからなるナノシート221a,222a,223a,224a,221b,222b,223b,224bをそれぞれ有する。トランジスタN11,N12,N13,N14,N21,N22,N23,N24は、チャネル部として、3枚のシートからなるナノシート225a,226a,227a,228a,225b,226b,227b,228bをそれぞれ有する。
P型領域に、Y方向に並列に延びるゲート配線231,232が形成されている。ゲート配線231は、トランジスタP11のナノシート221a、および、トランジスタP12のナノシート222aのY方向およびZ方向における外周を、ゲート絶縁膜(図示せず)を介して囲んでいる。ゲート配線231は、トランジスタP11,P12のゲートとなる。ゲート配線232は、トランジスタP21のナノシート221b、および、トランジスタP22のナノシート222bのY方向およびZ方向における外周を、ゲート絶縁膜(図示せず)を介して囲んでいる。ゲート配線232は、トランジスタP21,P22のゲートとなる。
また、P型領域に、Y方向に並列に延びるゲート配線233,234が形成されている。ゲート配線233は、ゲート配線231とX方向において同じ位置にあり、ゲート配線234は、ゲート配線232とX方向において同じ位置にある。ゲート配線233は、トランジスタP13のナノシート223a、および、トランジスタP14のナノシート224aのY方向およびZ方向における外周を、ゲート絶縁膜(図示せず)を介して囲んでいる。ゲート配線233は、トランジスタP13,P14のゲートとなる。ゲート配線234は、トランジスタP23のナノシート223b、および、トランジスタP24のナノシート224bのY方向およびZ方向における外周を、ゲート絶縁膜(図示せず)を介して囲んでいる。ゲート配線234は、トランジスタP23,P24のゲートとなる。
N型領域に、Y方向に並列に延びるゲート配線235,236が形成されている。ゲート配線235は、トランジスタN11のナノシート225a、および、トランジスタN12のナノシート226aのY方向およびZ方向における外周を、ゲート絶縁膜(図示せず)を介して囲んでいる。ゲート配線235は、トランジスタN11,N12のゲートとなる。ゲート配線236は、トランジスタN21のナノシート225b、および、トランジスタN22のナノシート226bのY方向およびZ方向における外周を、ゲート絶縁膜(図示せず)を介して囲んでいる。ゲート配線236は、トランジスタN21,N22のゲートとなる。
また、N型領域に、Y方向に並列に延びるゲート配線237,238が形成されている。ゲート配線237は、ゲート配線235とX方向において同じ位置にあり、ゲート配線238は、ゲート配線236とX方向において同じ位置にある。ゲート配線237は、トランジスタN13のナノシート227a、および、トランジスタN14のナノシート228aのY方向およびZ方向における外周を、ゲート絶縁膜(図示せず)を介して囲んでいる。ゲート配線237は、トランジスタN13,N14のゲートとなる。ゲート配線238は、トランジスタN23のナノシート227b、および、トランジスタN24のナノシート228bのY方向およびZ方向における外周を、ゲート絶縁膜(図示せず)を介して囲んでいる。ゲート配線238は、トランジスタN23,N24のゲートとなる。
ここで、ナノシート221a,221bは、Y方向におけるN型領域と反対側の面(電源配線11に近い側の面)が、ゲート配線231,232によって覆われておらず、ゲート配線231,232から露出している。ナノシート224a,224bは、Y方向におけるN型領域側の面が、ゲート配線233,234によって覆われておらず、ゲート配線233,234から露出している。例えば、ナノシート221a,222a,223a,224aが第1ナノシート群を構成しており、ナノシート221aが、第1ナノシート群においてN型領域から最も遠い第1ナノシートに対応しており、ナノシート224aが、第1ナノシート群においてN型領域に最も近い第2ナノシートに対応している。また、ゲート配線231,233が、第1ゲート配線に対応している。ただし、本変形例では、第1ゲート配線は、ナノシート222aとナノシート223aとの間で分離している。
ナノシート225a,225bは、Y方向におけるP型領域側の面が、ゲート配線235,236によって覆われておらず、ゲート配線235,236から露出している。ナノシート228a,228bは、Y方向におけるP型領域と反対側の面(電源配線12に近い側の面)が、ゲート配線237,238によって覆われておらず、ゲート配線237,238から露出している。例えば、ナノシート225a,226a,227a,228aが第2ナノシート群を構成しており、ナノシート228aが、第2ナノシート群においてP型領域から最も遠い第3ナノシートに対応しており、ナノシート225aが、第2ナノシート群においてP型領域に最も近い第4ナノシートに対応している。また、ゲート配線235,237が、第2ゲート配線に対応している。ただし、本変形例では、第2ゲート配線は、ナノシート226aとナノシート227aとの間で分離している。
本変形例においても、上述の実施形態と同様の作用効果が得られる。すなわち、Y方向において隣接するセルの境界部分において、一方のセルのナノシートと他方のセルのナノシートとの間に必要となるスペースがより小さくなる。また、P型領域とN型領域との境界部分において、P型領域のナノシートとN型領域のナノシートとの間に必要となるスペースがより小さくなる。したがって、フォークシートFETを有する半導体集積回路装置のY方向におけるサイズを、効果的に縮小することができる。
さらに、本変形例では、ナノシート222a,222bは、ナノシート223a,223bに対向する側の面が、ゲート配線231,232によって覆われておらず、ゲート配線231,232から露出している。ナノシート223a,223bは、ナノシート222a,222bに対向する側の面が、ゲート配線233,234によって覆われておらず、ゲート配線233,234から露出している。例えば、ナノシート222a,223aは、第1ナノシート群において、第1ナノシートと第2ナノシートとの間にあり、Y方向において隣り合う第5および第6ナノシートに対応する。
ナノシート226a,226bは、ナノシート227a,227bに対向する側の面が、ゲート配線235,236によって覆われておらず、ゲート配線235,236から露出している。ナノシート227a,227bは、ナノシート226a,226bに対向する側の面が、ゲート配線237,238によって覆われておらず、ゲート配線237,238から露出している。例えば、ナノシート226a,227aは、第2ナノシート群において、第3ナノシートと第4ナノシートとの間にあり、Y方向において隣り合う第7および第8ナノシートに対応する。
このような構成により、ゲート配線231とゲート配線233とが分離しているため、トランジスタP11,P12のゲートとトランジスタP13,P14のゲートに異なる信号を与えることができる。ゲート配線232とゲート配線234とが分離しているため、トランジスタP21,P22のゲートとトランジスタP23,P24のゲートに異なる信号を与えることができる。また、ゲート配線235とゲート配線237とが分離しているため、トランジスタN11,N12のゲートとトランジスタN13,N14のゲートに異なる信号を与えることができる。ゲート配線236とゲート配線238とが分離しているため、トランジスタN21,N22のゲートとトランジスタN23,N24のゲートに異なる信号を与えることができる。したがって、構成できる論理回路の自由度が向上する。
加えて、トランジスタP12,P22とトランジスタP13,P23との間、すなわち、ナノシート222a,222bとナノシート223a,223bとの間は、必要となるスペースが小さくて済む。また、トランジスタN12,N22とトランジスタN13,N23との間、すなわち、ナノシート226a,226bとナノシート227a,227bとの間は、必要となるスペースが小さくて済む。したがって、フォークシートFETを有する半導体集積回路装置のY方向におけるサイズを、さらに効果的に縮小することができる。
なお、図9の構成において、ゲート配線231,233、ゲート配線232,234、ゲート配線235,237、ゲート配線236,238は、それぞれ、分離しないで一体に形成してもかまわない。
本開示では、フォークシートFETを用いた半導体集積回路装置について、小面積のレイアウト構造が実現できるので、例えば半導体チップの小型化や集積度向上に有用である。
11,12 電源配線
21a,21b,23a,23b,26a,26b,28a,28b ナノシート
31,32,33,34 ゲート配線
36a,36b,37,38,39a,39b ブリッジ部(ゲート接続部)
121a,121b,122a,122b,123a,123b,124a,124b,125a,125b,126a,126b ナノシート
131,132,133,134 ゲート配線
221a,221b,222a,222b,223a,224a,224b,225a,225b,226a,226b,227a,227b,228a,228b ナノシート
231,232,233,234,235,236,237,238 ゲート配線

Claims (5)

  1. 第1方向に並べて配置されたスタンダードセルを備える半導体集積回路装置であって、
    前記スタンダードセルは、
    P型トランジスタが形成されるP型領域とN型トランジスタが形成されるN型領域とが、前記第1方向と垂直をなす第2方向において隣接して形成されており、
    前記P型領域において、前記第1方向にそれぞれ延びており、前記第2方向に並ぶ2つ以上のナノシートからなる、第1ナノシート群と、
    前記N型領域において、前記第1方向にそれぞれ延びており、前記第2方向に並ぶ2つ以上のナノシートからなる、第2ナノシート群と、
    前記第2方向に延びており、前記第1ナノシート群の各ナノシートの前記第2方向、並びに、前記第1および第2方向と垂直をなす第3方向における外周を囲うように形成された第1ゲート配線と、
    前記第2方向に延びており、前記第2ナノシート群の各ナノシートの前記第2方向および前記第3方向における外周を囲うように形成された第2ゲート配線とを備え、
    前記第1ナノシート群において、前記N型領域から最も遠い第1ナノシートは、前記第2方向における前記N型領域と反対側の面が、前記第1ゲート配線から露出しており、前記N型領域に最も近い第2ナノシートは、前記第2方向における前記N型領域側の面が、前記第1ゲート配線から露出しており、
    前記第2ナノシート群において、前記P型領域から最も遠い第3ナノシートは、前記第2方向における前記P型領域と反対側の面が、前記第2ゲート配線から露出しており、前記P型領域に最も近い第4ナノシートは、前記第2方向における前記P型領域側の面が、前記第2ゲート配線から露出しており、
    前記第1ナノシート群は、前記第1ナノシートと前記第2ナノシートとの間にあり、前記第2方向において隣り合う第5および第6ナノシートを含み、
    前記第2ナノシート群は、前記第3ナノシートと前記第4ナノシートとの間にあり、前記第2方向において隣り合う第7および第8ナノシートを含み、
    前記第5および第6ナノシートは、前記第2方向における互いに対向する側の面が、前記第1ゲート配線から露出しており、
    前記第7および第8ナノシートは、前記第2方向における互いに対向する側の面が、前記第2ゲート配線から露出している
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 請求項1記載の半導体集積回路装置において、
    前記第1および第2ナノシート群の各ナノシートは、1枚のシート構造、または、平面視で重なる複数枚のシート構造からなる
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  3. 請求項1記載の半導体集積回路装置において、
    前記第1および第2ゲート配線は、前記第1方向において同一位置に配置されている
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  4. 請求項3記載の半導体集積回路装置において、
    前記スタンダードセルは、
    前記第1ゲート配線と前記第2ゲート配線との間に形成され、前記第1ゲート配線と前記第2ゲート配線とを接続するゲート接続部を備える
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  5. 請求項1記載の半導体集積回路装置において、
    前記第1方向に延びており、第1電源電圧を供給する第1電源配線と、
    前記第1方向に延びており、第2電源電圧を供給する第2電源配線とを備え、
    前記P型領域および前記N型領域は、前記第1電源配線と前記第2電源配線との間に形成されている
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
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