JP3567599B2 - Diagnosis method for semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はMOS型半導体装置の構造に関するものであり、特にドライエッチングの際に生じる電荷の注入に基づく劣化を防止することのできるMOS型半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の高集積化が大きく進展してきており、MOS型半導体装置においても、トランジスタ素子の微細化に伴って、ゲート絶縁膜の薄膜化がはかられてきている。その結果、具体的には0.25μmルールでは6〜8nmの薄いゲート絶縁膜が使用されることになりつつある。
【0003】
上記のような薄いゲート絶縁膜を有する半導体装置を製造する際には、製造工程中に発生するゲート絶縁膜へのダメージが問題となり、特に、ドライエッチング工程において、配線パターンに注入された電荷が、ゲート絶縁膜中を流れることによって生じる、ゲート絶縁膜の破壊、劣化、およびトランジスタ特性の劣化(しきい値電圧変動、飽和電流値減少)は、微細化にともなって大きな問題となってくる。一方で、素子の微細化に伴う配線パターンの高密度化に伴い、ドライエッチング工程においてゲート絶縁膜へ流れる電流は増大する。
【0004】
上記のような課題を解決するための従来の技術としては、ドライエッチング工程のプロセス条件を最適化し、配線パターンに注入される電荷量を最小化させるということが挙げられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ドライエッチングプロセス条件の最適化を行い、ウェハー全体に入射される総電荷量の制御、最適化を行った場合においても、実際の集積回路を構成するトランジスタ間では特性がばらついてしまうという問題がある。
【0006】
ドライエッチングプロセスにおいて、配線パターンを介してゲート絶縁膜に注入される電荷量は、配線のパターン、さらには配線に隣接して(1μm以下の距離)存在する配線パターンにも依存するわけであるが、上記の問題点は、配線とは接続されていない別の配線パターンのレイアウトに非常に大きく依存する。一方、実際の集積回路においては、トランジスタのゲート電極に接続される配線パターンや、それに隣接して存在する配線パターンのレイアウトは、個々のトランジスタによって全く異なっている。従って、集積回路中の各トランジスタにおいて、ドライエッチング工程でのダメージによって、しきい値電圧や飽和電流値等の特性がばらつくことになり、回路動作の不良が発生する。
【0007】
このような、隣接した配線パターンのレイアウトに依存した、ドライエッチング中でダメージが加わることによるトランジスタ劣化特性の一例を図7に示す。
【0008】
図7は、MOS型トランジスタのゲート電極に接続した配線パターンに隣接して、前記配線パターンとも半導体基板とも接続されていない浮遊配線パターン(存在率50%)が隣接して存在した場合の、ドライエッチング工程を経ることによるMOS型トランジスタ特性劣化の様子を示したものである。具体的には、そのレイアウトを図7(a)に示し、図7(b)に浮遊配線領域の幅を変化させた場合のMOS型トランジスタの劣化の様子を示す。図7から明らかなように、隣接する浮遊配線領域幅の増大に伴い、しきい値電圧と飽和電流値等のトランジスタ特性が劣化する。なお、上記の存在率とは、浮遊配線パターンの存在する領域の面積に対する浮遊配線パターンの面積の割合のことであり、また、上記の図7に示した例では浮遊配線パターンの存在率が50%の場合のものを取り上げたが、存在率が40%以上であれば、上記したような問題点が生じる。
【0009】
以上のように、本発明が課題としている問題点について説明を行なったが、現時点では、しきい値シフトはドライエッチングの後に行なわれる熱処理工程によってある程度は抑制されている。しかしながら、上記したように、今後の浮遊配線領域幅の増大に伴ってドライエッチング後の熱処理では十分にその特性を回復できなくなる可能性が高い。
【0010】
次に以下では、上記のようにMOS型トランジスタがドライエッチング工程において劣化するメカニズムについて図8を参照しながら説明する。
【0011】
図8は、MOS型トランジスタのゲート電極と接続された配線をドライエッチングにより形成する際の模式図を示したものであり、図8(a)はゲート電極と接続された配線に隣接した浮遊配線が存在しない場合を、一方図8(b)はゲート電極と接続された配線に隣接した浮遊配線が存在する場合を示したものである。
【0012】
通常のドライエッチングプロセスにおいては、プラズマイオン源から供給される電子によって、レジストマスクが負に帯電することが知られており、このため、密な配線領域ではプラズマイオン源からの配線パターンへの電子の供給が妨げられ、配線パターンでの正電荷と負電荷のバランスが崩れてしまう(具体的には正電荷が過剰に供給されている)。従って、結果として、配線パターンへの実効的な注入電荷量が増大する。特に浮遊配線をパターニングするためのレジストマスクにおいては、レジストマスク中に帯電した電子が流れる経路が半導体装置内に存在しないため、その帯電量は経路が存在する場合に比べて大きくなる。よって、浮遊配線の存在による電荷バランスの乱れは大きく、その影響は隣接する配線にまで及ぶ。このような浮遊配線パターンが密集して存在した場合には、隣接配線パターンへの影響は非常に大きくなる。
【0013】
実際に、このように浮遊配線パターンが密集するようなレイアウトは集積回路においてしばしば存在するものであり、これに隣接したゲート電極に接続される配線パターンへの影響は、特性ばらつきを考慮したプロセス、デバイス設計を行う上で非常に重要となる。例えば、図7に示した例においては、ドライエッチング工程でのダメージによるトランジスタのしきい値電圧変動を20mV程度以下に抑えるためには、前記トランジスタのゲート電極に接続された配線パターンに隣接して、長さ100μm、幅5μmより大きな浮遊配線のみで構成される密度50%の配線領域は設置しないように、レイアウト設計することが必要となる。
【0014】
従って、本発明は上記問題点に鑑み、密集した複数の浮遊配線パターンが存在した場合に、この浮遊配線パターンに隣接してトランジスタのゲート電極に接続された配線を設置した場合においても、トランジスタの劣化による特性ばらつきの増大を防ぐことの可能な半導体装置の構造とその配線レイアウトの診断方法を提供することを目的とするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、密集した複数の浮遊配線パターンに隣接して、半導体基板と電気的に接続された配線パターンを設置し、浮遊配線パターンと、それに隣接して存在するゲート電極に接続された配線パターンのレジストマスクへの電荷のチャージアップ量を減少させることを特徴とするものであり、具体的には、浮遊配線パターンの一部をダイオードに接続する等の半導体基板に電気的に接続された構成となっている。
【0016】
また、ゲート電極配線周辺の浮遊配線の疎密に関わらず、トランジスタ特性ばらつきを低減するための配線パターンのレイアウト方法として、半導体集積回路の各配線層の配線レイアウトを、浮遊配線の密度によるトランジスタ特性変動、特性ばらつきの観点から診断する構成となっている。
【0017】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
以下、本発明を実施の形態により詳細に説明するわけであるが、まず本発明実施の形態1における半導体装置について図面を参照しながら説明する。
【0018】
図1は本発明実施の形態1における半導体装置の構造図を示したものであり、図1(a)は本実施の形態における半導体装置の平面図、図1(b)は図1(a)中A−A’に対応するMOS型トランジスタおよびダイオードの断面図を示したものである。
【0019】
図1において、101はP型半導体基板100上に形成された素子分離領域、102はN型MOSトランジスタ103を構成するゲート酸化膜、104はゲート電極、105は半導体素子上に形成された層間絶縁膜、金属配線106はコンタクトプラグ107を介して、前記N型MOSトランジスタのゲート電極104に接続されている。また、108はP型半導体基板100中に形成されたN型半導体領域であり、ダイオード109を形成している。金属配線110はコンタクトプラグ111を介して、前記ダイオード109に接続されている。また、112は密に配置された金属配線パターンであり、図1に示す工程以下の配線層においてはいずれの半導体装置や、半導体基板とも電気的に絶縁されている。本実施の形態においては、密に配置された金属配線パターンの一例として、平行にレイアウトされた複数本(図1では2本)の金属配線パターンを示している。前記ゲート電極に接続された金属配線106、および前記ダイオードに接続された金属配線110は、前記密集した金属配線領域と隣接しており、互いに前記密集した金属配線領域を挟んだ位置に存在する。
【0020】
次に図1に示した本実施の形態における半導体装置の製造方法について図2に示す工程断面図を参照しながら説明する。
【0021】
まず図2(a)に示すように、周知の方法でMOS型トランジスタ103、ダイオード109、層間絶縁膜105、コンタクトプラグ107、111を形成した後、全面に金属膜113を堆積し、フォトレジスト114でパターニングを行う。次に、図2(b)に示すように、ドライエッチング工程によってフォトレジスト114をマスクとして、金属膜113のエッチングを行う。そして、ドライエッチング終了後、フォトレジスト114を除去することによって、金属配線のパターニング工程を終了する(図2(c))。
【0022】
本実施の形態によれば、ゲート電極に接続された金属配線に隣接して、密集した浮遊金属配線が存在することによるトランジスタ特性劣化は、ダイオードに接続された金属配線の存在によって、大きく減少させることができる。
【0023】
図3に、ゲート電極に接続された金属配線の100μmの範囲にわたって、ライン/スペース=0.6μm/0.6μmで密にレイアウトされた浮遊金属配線(存在率=50%)が隣接して存在する場合の、浮遊配線本数に対するトランジスタ劣化特性を示す。ダイオードに接続された金属配線を設置しない場合には、4本の浮遊配線が隣接する(存在率50%の浮遊配線が距離6μmの範囲にわたって存在する)ことによってトランジスタのしきい値電圧は20mV以上変動している。一方、ダイオードに接続された金属配線を前記浮遊金属配線に隣接して設置した場合には、50本程度の浮遊配線が隣接する(存在率50%の浮遊配線が距離60μmの範囲にわたって存在する)までしきい値電圧の変動は20mV以下に抑制されており、浮遊金属配線の密集に対する耐性は、10倍に向上している。
【0024】
上記の図3に示したように、MOS型トランジスタのしきい値シフト量を低減することのできるメカニズムについて、図4を参照しながら説明する。
【0025】
図4(b)は従来のように、ゲート電極に接続された配線パターンに隣接した浮遊配線パターンが存在した状態のものであり、図4(a)は図4(b)に示す配線パターンに対して、浮遊配線パターンに隣接してダイオードに接続された浮遊配線をさらに設けたものを示している。図4(a)に示すように、ダイオードに接続された金属配線を設置することによって、浮遊配線、およびゲート電極に接続された金属配線上のレジストマスクへの電荷のチャージアップが大きく抑制されるためと考えられる。具体的にそのメカニズムについて述べると、ダイオードに接続された浮遊配線パターン上に形成されたレジストがチャージアップされてもその電荷はダイオードを通じて基板へ流れるため、このレジストはいつまでたってもチャージアップが生じない。従って、ドライエッチングの際に生じる電荷はダイオードに接続された配線パターン上のレジストに優先的に供給されることになり、本来の浮遊配線パターン上のレジストには供給されず、実効的な電流の増加を根本的に防止することができる。
【0026】
なお、本実施の形態においては、浮遊配線のパターンについては平行にレイアウトされたものを示しているが、同じ存在率を有する任意のレイアウトの浮遊配線パターンについて、同等の効果を得ることができる。
【0027】
また、レジストへのチャージアップ電荷低減のための配線として、ダイオードに接続された金属配線を用いているが、半導体基板と抵抗性接触している金属配線を用いた場合についても同等の効果が得られる。
【0028】
さらに、本実施の形態においては、半導体基板との電気的導通を形成するために、集積回路動作に必要で無いダミーの配線パターンを設置しているが、集積回路動作に有用な例えばトランジスタのソース、ドレイン、基板端子等に接続された金属配線パターンを有効に配置することによっても同等の効果が得られる。
【0029】
(実施の形態2)
図5は本発明実施の形態2における半導体装置の構造図を示したものであるが、この実施の形態における半導体装置の利点を説明するため、図9に示す従来の半導体装置の構造図と比較を行いながら説明する。
【0030】
まず従来の配線レイアウトを示す図9(a)及び(b)においては、トランジスタ103のゲート電極に接続された金属配線106は、浮遊配線が密にレイアウトされた領域112に近接し存在している。また、図9(c)及び(d)中のMOS型トランジスタ103のゲート電極に接続された金属配線106は、他の配線パターンがレイアウトされていない疎な領域に存在している。図9(a)及び(b)のような配線レイアウトのドライエッチング工程においては、ゲート電極に接続された金属配線周囲の浮遊配線上のマスクレジストおいて、電荷のチャージアップが発生し、その結果トランジスタの劣化は大きい。一方、図9(c)及び(d)のような配線レイアウトにおいては、ゲート電極に接続された金属配線周囲に他の配線がレイアウトされていないため、ドライエッチング工程におけるトランジスタの特性劣化は小さい。従って、ドライエッチング工程において、集積回路内のトランジスタ特性ばらつきが増大してしまう。
【0031】
一方、本発明の半導体装置を示す図5(a)及び(b)中のMOS型トランジスタ103のゲート電極に接続された金属配線106は、浮遊配線が密にレイアウトされた領域112に近接し存在しており、さらに浮遊配線が密にレイアウトされた領域に隣接してダイオード109に接続された金属配線110が設置されている。また、図5(c)及び(d)中のMOS型トランジスタ103のゲート電極に接続された配線107に隣接して、浮遊配線112(上記の図5(a)及び(b)よりは浮遊配線が疎に存在する領域)および、ダイオードに接続された金属配線110が設置されている。これら浮遊配線112および配線110は集積回路動作に必要でない、ダミー配線パターンである。
【0032】
図5に示すような構成を採用することにより、浮遊配線が密にレイアウトされた領域ではそのしきい値シフトを例えば10mV程度に抑制することができ、一方浮遊配線が疎に存在する領域においてもしきい値シフトを例えば10mv程度に設定することができ、しきい値はシフトするものの、そのシフト量をほぼ一定に保つことが可能となるため、結果として信頼性の高いMOS型トランジスタを形成することができる。
【0033】
つまり、密集した浮遊配線パターンが広範囲に存在する場合には、適当な間隔で半導体基板に接続された配線パターンを、周辺に配線パターンが存在しない疎な配線パターンが存在する場合には、その周囲にダミーの浮遊配線、および半導体基板に接続された配線パターンを順次配置することにより、ドライエッチング工程における配線レイアウトに依存したトランジスタ特性ばらつきの発生を抑制することができる。
【0034】
(実施例3)
図6は本発明第3の実施の形態における、配線レイアウトの診断方法を示すフローチャートであり、以下ではこのフローチャートに沿って本実施の形態を説明する。
【0035】
図中ステップ200において、第N−1層と第N層とを接続させるコンタクトを第N層以下の配線層における半導体基板との接続形態によって、(1)ゲート電極にのみ接続したコンタクト、(2)半導体基板と抵抗性、あるいは整流性接続を有するコンタクト、(3)いずれとも接続されていないコンタクト、の3種に分類する。ステップ201においては、第N層配線レイヤーにおける配線レイアウトデータから、独立した配線パターンを抽出し、互いに独立したK本の配線パターンを得る。ステップ202においては、前記ステップ200、201の結果から、すべての第N層配線パターンを第N層以下の配線層における半導体基板との接続形態によって、(1)ゲート電極にのみ接続した配線パターンA1、A2…、Ak(各配線についてそれぞれに接続されたトランジスタの総ゲート絶縁膜面積情報S1、S2…、Skを与える)、(2)半導体基板と抵抗性、あるいは整流性接続を有する配線パターンB、(3)いずれとも接続されていない配線パターンC、の3種に分類する。続いて、ステップ203においては、前記配線パターン領域Bを計算機上で例えば50μmだけ拡張、反転処理し、領域Bを得る。ステップ204においては、前記配線パターン領域のその密度が40%以上の領域を抽出し、領域Cを得る。次に、ステップ205においては、前記領域Bと領域Cとの論理積をとり、領域Dを得る。ステップ206においては、前記ステップ202において得られた、k本の独立したゲート電極のみに接続された配線パターンA1、A2…、Akについて、それぞれ領域Dとの論理積をとり、領域E1、E2…、Ekを得る。最後に、ステップ207においては、領域E1、E2…、Ekの長さを計算し、k本の配線のいずれかにおいて、例えばSn(n=1〜k)×15/Hμm以上のものがある場合には「NG」を出力し、ない場合には「OK」を出力する(ここで、前記第N層金属配線の高さをH[μm]とする)。
【0036】
本実施の形態においては、ステップ203において、半導体基板と電気的に接続された配線パターンの存在によって、ドライエッチング工程のおけるレジストマスクへのチャージアップが低減される領域Bを、ステップ204においては、浮遊配線が密集した領域Cを得る。従って、ステップ205においてこれらの論理積をとることにより、レジストマスクへのチャージアップが著しい領域Dを得ることができる。トランジスタのゲート電極にのみ接続された配線パターンにおいて、前記領域Dに含まれる領域の長さが例えばSn(n=1〜k)×50/Hμmを超える場合には、ドライエッチング工程における前記トランジスタの特性劣化が規定値をオーバーすることから、前記ステップ206によって、その存在を知ることができる。従って、本実施の形態により、ドライエッチング工程でのトランジスタ特性劣化の増大が、規定値を上回るか否かについて、配線レイアウトを計算機処理することで、診断することができる。
【0037】
【発明の効果】
以上のように本発明は、密集した複数の浮遊配線パターンに隣接して、半導体基板と電気的に接続された配線パターンを設置し、前記浮遊配線パターンと、それに隣接して存在するゲート電極に接続された配線パターンのレジストマスクへの電荷のチャージアップ量を減少させることにより、ドライエッチング工程において前記トランジスタのゲート絶縁膜中へ注入される実効電荷量を減少させるための半導体装置の構造と、ゲート電極配線周辺の浮遊配線の疎密に関わらず、トランジスタ特性ばらつきを低減するための配線パターンのレイアウト方法と、半導体集積回路の各配線層の配線レイアウトを浮遊配線の密度によるトランジスタ特性変動、特性ばらつきの観点からのレイアウト診断を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における半導体装置の構造図
【図2】本発明の実施の形態における半導体装置の金属配線形成工程断面図
【図3】本発明の実施の形態におけるトランジスタの特性を示す図
【図4】オーバーエッチング工程でのレジストへのチャージアップ量を示す模式図
【図5】本発明の実施の形態における半導体装置の構造図
【図6】本発明の実施の形態における配線構造診断の工程図
【図7】ゲート電極周辺に存在する浮遊配線に誘起されたトランジスタ特性劣化を示す図
【図8】隣接した浮遊配線によるレジストのチャージアップ増大を示す模式図
【図9】従来の半導体装置の構造図
【符号の説明】
100 P型半導体基板
101 素子分離領域
102 ゲート酸化膜
103 N型MOSトランジスタ
104 ゲート電極
105 層間絶縁膜
106 ゲート電極に接続された金属配線
107 コンタクトプラグ
108 N型半導体領域
109 ダイオード
110 ダイオードに接続された金属配線
111 コンタクトプラグ
112 金属配線
113 金属薄膜
114 フォトレジスト[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure of a MOS type semiconductor device, and more particularly to a MOS type semiconductor device capable of preventing deterioration due to injection of charges generated during dry etching.
[0002]
[Prior art]
In recent years, high integration of semiconductor integrated circuits has been greatly advanced, and also in MOS type semiconductor devices, gate insulating films have been made thinner with the miniaturization of transistor elements. As a result, specifically, a thin gate insulating film of 6 to 8 nm is being used in the 0.25 μm rule.
[0003]
When manufacturing a semiconductor device having a thin gate insulating film as described above, damage to the gate insulating film occurring during the manufacturing process becomes a problem, and in particular, in a dry etching process, electric charges injected into the wiring pattern are Breakdown and deterioration of the gate insulating film and deterioration of transistor characteristics (threshold voltage fluctuation and saturation current value decrease) caused by flowing in the gate insulating film become serious problems with miniaturization. On the other hand, as the density of wiring patterns increases with miniaturization of elements, current flowing to the gate insulating film in the dry etching step increases.
[0004]
As a conventional technique for solving the above-mentioned problems, there is a technique of optimizing a process condition of a dry etching process and minimizing a charge amount injected into a wiring pattern.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, even when the dry etching process conditions are optimized and the total charge incident on the entire wafer is controlled and optimized, the characteristics vary among the transistors that constitute the actual integrated circuit. There is.
[0006]
In the dry etching process, the amount of charge injected into the gate insulating film via the wiring pattern also depends on the wiring pattern and the wiring pattern adjacent to the wiring (a distance of 1 μm or less). However, the above-mentioned problems are greatly dependent on the layout of another wiring pattern that is not connected to the wiring. On the other hand, in an actual integrated circuit, the layout of a wiring pattern connected to a gate electrode of a transistor and a wiring pattern existing adjacent thereto are completely different depending on each transistor. Therefore, in each transistor in the integrated circuit, characteristics such as a threshold voltage and a saturation current value vary due to damage in the dry etching process, and a circuit operation failure occurs.
[0007]
FIG. 7 shows an example of such transistor deterioration characteristics due to damage during dry etching depending on the layout of adjacent wiring patterns.
[0008]
FIG. 7 shows a case where a floating wiring pattern (existence rate: 50%), which is not connected to the wiring pattern and the semiconductor substrate, is adjacent to a wiring pattern connected to the gate electrode of the MOS transistor. This shows how the characteristics of the MOS transistor deteriorate due to the etching process. Specifically, the layout is shown in FIG. 7A, and FIG. 7B shows how the MOS transistor deteriorates when the width of the floating wiring region is changed. As is clear from FIG. 7, as the width of the adjacent floating wiring region increases, transistor characteristics such as threshold voltage and saturation current value deteriorate. Note that the above-mentioned abundance is the ratio of the area of the floating wiring pattern to the area of the region where the floating wiring pattern is present. In the example shown in FIG. Although the case of% is taken up, if the abundance is 40% or more, the above-described problem occurs.
[0009]
As described above, the problem to be solved by the present invention has been described. At present, the threshold shift is suppressed to some extent by the heat treatment performed after the dry etching. However, as described above, with the increase in the width of the floating wiring region in the future, there is a high possibility that the characteristics cannot be sufficiently recovered by the heat treatment after the dry etching.
[0010]
Next, the mechanism by which the MOS transistor deteriorates in the dry etching process as described above will be described with reference to FIG.
[0011]
FIG. 8 is a schematic view showing a case where a wiring connected to a gate electrode of a MOS transistor is formed by dry etching. FIG. 8A shows a floating wiring adjacent to a wiring connected to the gate electrode. FIG. 8B shows the case where there is a floating wiring adjacent to the wiring connected to the gate electrode.
[0012]
In a normal dry etching process, it is known that a resist mask is negatively charged by electrons supplied from a plasma ion source. Therefore, in a dense wiring region, electrons from a plasma ion source to a wiring pattern from a plasma ion source are known. And the balance between the positive and negative charges in the wiring pattern is lost (specifically, the positive charges are excessively supplied). Therefore, as a result, the effective amount of charge injected into the wiring pattern increases. In particular, in a resist mask for patterning a floating wiring, a path through which charged electrons flow in the resist mask does not exist in the semiconductor device, and thus the charge amount is larger than that in a case where a path exists. Therefore, the disturbance of the charge balance due to the presence of the floating wiring is large, and the influence extends to the adjacent wiring. When such floating wiring patterns are densely arranged, the influence on adjacent wiring patterns becomes very large.
[0013]
In fact, such a layout in which floating wiring patterns are densely present often exists in an integrated circuit, and the influence on the wiring pattern connected to the gate electrode adjacent thereto is affected by a process in consideration of characteristic variations, This is very important in device design. For example, in the example shown in FIG. 7, in order to suppress the threshold voltage fluctuation of the transistor due to the damage in the dry etching process to about 20 mV or less, it is necessary to place the transistor adjacent to the wiring pattern connected to the gate electrode of the transistor. It is necessary to design the layout so that a wiring region having a density of 50%, which is constituted only by floating wirings having a length of 100 μm and a width of more than 5 μm, is not provided.
[0014]
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and when a plurality of dense floating wiring patterns exist, even when a wiring connected to the gate electrode of the transistor is provided adjacent to the floating wiring pattern, the present invention An object of the present invention is to provide a structure of a semiconductor device capable of preventing an increase in characteristic variation due to deterioration and a method of diagnosing a wiring layout thereof.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, a wiring pattern electrically connected to a semiconductor substrate is provided adjacent to a plurality of dense floating wiring patterns, and the floating wiring pattern exists adjacent to the floating wiring pattern. It is characterized by reducing the amount of charge-up of electric charges to a resist mask of a wiring pattern connected to a gate electrode, and specifically, a semiconductor substrate such as connecting a part of a floating wiring pattern to a diode. It is configured to be electrically connected to.
[0016]
In addition, as a wiring pattern layout method for reducing variation in transistor characteristics regardless of the density of floating wirings around the gate electrode wiring, the wiring layout of each wiring layer of the semiconductor integrated circuit is changed by changing the transistor characteristics due to the density of floating wirings. The diagnosis is made from the viewpoint of characteristic variation.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments. First, a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 is a structural view of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view of the semiconductor device according to the present embodiment, and FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of a MOS transistor and a diode corresponding to AA ′ in FIG.
[0019]
In FIG. 1, 101 is an element isolation region formed on a P-
[0020]
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to the process sectional views shown in FIG.
[0021]
First, as shown in FIG. 2A, after forming a
[0022]
According to this embodiment, transistor characteristic deterioration due to the presence of dense floating metal wiring adjacent to the metal wiring connected to the gate electrode is greatly reduced by the presence of the metal wiring connected to the diode. be able to.
[0023]
FIG. 3 shows adjacent floating metal wirings (existence rate = 50%) densely laid out with a line / space of 0.6 μm / 0.6 μm over a range of 100 μm of the metal wiring connected to the gate electrode. 4 shows transistor deterioration characteristics with respect to the number of floating wirings. When the metal wiring connected to the diode is not provided, the threshold voltage of the transistor is 20 mV or more because four floating wirings are adjacent to each other (floating wirings having an abundance ratio of 50% exist over a range of 6 μm). Fluctuating. On the other hand, when the metal wiring connected to the diode is installed adjacent to the floating metal wiring, about 50 floating wirings are adjacent to each other (the floating wiring having an abundance ratio of 50% exists over a range of a distance of 60 μm). The fluctuation of the threshold voltage is suppressed to 20 mV or less until now, and the resistance to the denseness of the floating metal wiring is improved 10 times.
[0024]
A mechanism capable of reducing the threshold shift amount of the MOS transistor as shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG.
[0025]
FIG. 4B shows a state in which a floating wiring pattern adjacent to a wiring pattern connected to a gate electrode exists as in the related art, and FIG. 4A shows a wiring pattern shown in FIG. On the other hand, a floating wiring connected to a diode is further provided adjacent to the floating wiring pattern. As shown in FIG. 4A, by providing the metal wiring connected to the diode, charge-up of the electric charge to the resist mask on the floating wiring and the metal wiring connected to the gate electrode is largely suppressed. It is thought that it is. Specifically, the mechanism is as follows. Even if the resist formed on the floating wiring pattern connected to the diode is charged up, the charge flows to the substrate through the diode, so that the resist does not charge up forever. . Therefore, the charge generated during the dry etching is preferentially supplied to the resist on the wiring pattern connected to the diode, and is not supplied to the resist on the original floating wiring pattern, and the effective current is not supplied. The increase can be fundamentally prevented.
[0026]
In the present embodiment, the floating wiring patterns are shown laid out in parallel, but the same effect can be obtained for floating wiring patterns of any layout having the same abundance.
[0027]
Although metal wiring connected to a diode is used as wiring for reducing the charge-up charge on the resist, the same effect can be obtained when metal wiring in resistive contact with the semiconductor substrate is used. Can be
[0028]
Further, in the present embodiment, a dummy wiring pattern which is not necessary for the operation of the integrated circuit is provided in order to form electrical conduction with the semiconductor substrate. The same effect can be obtained by effectively arranging the metal wiring pattern connected to the drain, the substrate terminal and the like.
[0029]
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a diagram showing the structure of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In order to explain the advantages of the semiconductor device according to the second embodiment, the structure is compared with that of the conventional semiconductor device shown in FIG. Will be described.
[0030]
First, in FIGS. 9A and 9B showing a conventional wiring layout, a
[0031]
On the other hand, the
[0032]
By adopting the configuration shown in FIG. 5, the threshold value shift can be suppressed to, for example, about 10 mV in the region where the floating wirings are densely laid out, while the threshold shift can be suppressed in the region where the floating wirings are sparse. The threshold value shift can be set to, for example, about 10 mv, and although the threshold value shifts, the shift amount can be kept almost constant. As a result, a highly reliable MOS transistor can be formed. Can be.
[0033]
In other words, when dense floating wiring patterns exist over a wide area, wiring patterns connected to the semiconductor substrate at appropriate intervals are replaced with sparse wiring patterns around which no wiring patterns exist. By sequentially arranging the dummy floating wiring and the wiring pattern connected to the semiconductor substrate, it is possible to suppress the occurrence of variation in transistor characteristics depending on the wiring layout in the dry etching step.
[0034]
(Example 3)
FIG. 6 is a flowchart showing a method of diagnosing a wiring layout according to the third embodiment of the present invention. Hereinafter, the present embodiment will be described along this flowchart.
[0035]
In step 200 in the figure, the contact connecting the (N-1) th layer and the Nth layer is changed according to the connection mode with the semiconductor substrate in the wiring layer below the (N) th layer. And (3) contacts that are not connected to any of the resistive or rectifying connections with the semiconductor substrate. In step 201, independent wiring patterns are extracted from the wiring layout data in the Nth wiring layer, and K wiring patterns independent of each other are obtained. In step 202, based on the results of steps 200 and 201, (1) the wiring pattern A1 connected only to the gate electrode, depending on the form of connection between the N-th wiring pattern and the semiconductor substrate in the wiring layers below the N-th layer. , A2,..., Ak (providing total gate insulating film area information S1, S2,. , (3) a wiring pattern C not connected to any of them. Subsequently, in step 203, the wiring pattern area B is expanded and inverted by, for example, 50 μm on a computer to obtain the area B. In step 204, a region having a density of 40% or more in the wiring pattern region is extracted to obtain a region C. Next, in step 205, a logical product of the area B and the area C is obtained to obtain an area D. In step 206, the AND of the wiring patterns A1, A2,..., Ak connected to only the k independent gate electrodes obtained in step 202 with the region D is calculated, and the regions E1, E2,. , Ek. Finally, in step 207, the lengths of the regions E1, E2,..., Ek are calculated, and if any of the k wirings has, for example, Sn (n = 1 to k) × 15 / H μm or more. In this case, "NG" is output, and if not, "OK" is output (here, the height of the N-th layer metal wiring is H [μm]).
[0036]
In the present embodiment, in step 203, a region B in which charge-up to a resist mask in a dry etching step is reduced due to the presence of a wiring pattern electrically connected to a semiconductor substrate, and in step 204, A region C where floating wirings are densely obtained is obtained. Therefore, by taking the logical product of these in step 205, it is possible to obtain a region D in which the resist mask is significantly charged up. In a wiring pattern connected only to the gate electrode of the transistor, if the length of the region included in the region D exceeds, for example, Sn (n = 1 to k) × 50 / H μm, Since the characteristic deterioration exceeds the specified value, the existence thereof can be known in step 206. Therefore, according to this embodiment, it can be diagnosed by computer processing of the wiring layout whether or not the increase in transistor characteristic deterioration in the dry etching step exceeds a specified value.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a wiring pattern electrically connected to a semiconductor substrate is provided adjacent to a plurality of dense floating wiring patterns, and the floating wiring pattern and a gate electrode existing adjacent thereto are provided. A structure of a semiconductor device for reducing an effective charge amount injected into a gate insulating film of the transistor in a dry etching step by reducing a charge-up amount of charges to a resist mask of a connected wiring pattern; and A wiring pattern layout method for reducing transistor characteristic variations regardless of the density of floating wirings around the gate electrode wiring, and a wiring layout of each wiring layer of a semiconductor integrated circuit, in which transistor characteristic variations and characteristic variations due to floating wiring density Layout diagnosis can be realized from the viewpoint of the above.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a structural view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention; FIG. 2 is a cross-sectional view of a metal wiring forming step of the semiconductor device according to an embodiment of the present invention; FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing a charge-up amount to a resist in an over-etching step. FIG. 5 is a structural diagram of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a wiring diagram according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a diagram showing a process characteristic of a structure diagnosis. FIG. 7 is a diagram showing deterioration of transistor characteristics induced by a floating wiring existing around a gate electrode. FIG. 8 is a schematic diagram showing an increase in resist charge-up due to an adjacent floating wiring. Of semiconductor device
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