(57)【要約】【課題】Ｌｏｗ−Ｋ層間材やＣｕ配線プロセスを採用する微細化プロセス工程を含む半導体装置の製造において、ＶＩＡ間ショートの問題を回避する。【解決手段】デザインルールにおいて規定される最小スペースが、ビア及びメタル配線の巾と間隔に関して、同等、又は、ビアの方が大きい半導体装置レイアウト方法に係る発明である。該半導体装置レイアウト方法は、１つのビアに対し、そのビアが属する層の、同一信号の他のビアは、少なくとも上記最小スペースで配置されるが、同層の同一ではない信号の他のビアは、少なくとも第２のスペースで配置され、その第２のスペースは上記最小スペースより広いことを特徴とする。【選択図】図１
2005044856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デザインルールにおいて規定される最小スペースが、ビア及びメタル配線の巾と間隔に関して、同等、又は、ビアの方が大きい半導体装置レイアウト方法において、
１つのビアに対し、そのビアが属する層の、同一信号の他のビアは、少なくとも上記最小スペースで配置されるが、同層の同一ではない信号の他のビアは、少なくとも第２のスペースで配置され、その第２のスペースは上記最小スペースより広いことを特徴とする、半導体装置レイアウト方法。
【請求項２】
１つのビアに対し、そのビアが属する層の上層又は下層の他のビアは、水平方向にて少なくとも上記最小スペースで配置されることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置レイアウト方法。
【請求項３】
ビア及びメタル配線の全層のうちの所定の下層に対してのみ、
請求項１又は請求項２に記載の半導体装置レイアウト方法が、利用されることを特徴とする、半導体装置レイアウト方法。
【請求項４】
スタンダードセル配置を行い（Ｓ０２）、配線可能性を見積もる全体概略配線を実施し（Ｓ０４）、配線トラックを定義し（Ｓ０６）、詳細配線を実施し（Ｓ０８）、更に、細かいデザインルール違反に関して、未結線やショートを改善する配線改善工程を実施する（Ｓ１０）、
スタンダードセルの自動配置・配線システムのコンピュータプログラムにおいて、
上記第１の実施形態乃至第３の実施形態に係る半導体レイアウト方法に係るルール情報を読み込み、上記ステップＳ１０にて、このルール情報への適用を行うことを特徴とする、スタンダードセルの自動配置・配線システムのコンピュータプログラム。
【請求項５】
デザインルールにおいて規定される最小スペースが、ビア及びメタル配線の巾と間隔に関して、同等、又は、ビアの方が大きい半導体装置レイアウト方法であって、
１つのビアに対し、そのビアが属する層の、同一信号の他のビアは、少なくとも上記最小スペースで配置されるが、同層の同一ではない信号の他のビアは、少なくとも第２のスペースで配置され、その第２のスペースは上記最小スペースより広いことを特徴とする半導体装置レイアウト方法を利用し、
レイアウトを形成してそのレイアウトから半導体装置を作成する、半導体装置製造方法。
【請求項６】
デザインルールにおいて規定される最小スペースが、ビア及びメタル配線の巾と間隔に関して、同等、又は、ビアの方が大きい半導体装置レイアウト方法であって、
１つのビアに対し、そのビアが属する層の、同一信号の他のビアは、少なくとも上記最小スペースで配置されるが、同層の同一ではない信号の他のビアは、少なくとも第２のスペースで配置され、その第２のスペースは上記最小スペースより広く、
更に、１つのビアに対し、そのビアが属する層の上層又は下層の他のビアは、水平方向にて少なくとも上記最小スペースで配置されることを特徴とする半導体装置レイアウト方法を利用し、
レイアウトを形成してそのレイアウトから半導体装置を作成する、半導体装置製造方法。
【請求項７】
デザインルールにおいて規定される最小スペースが、ビア及びメタル配線の巾と間隔に関して、同等、又は、ビアの方が大きい半導体装置レイアウト方法であって、
１つのビアに対し、そのビアが属する層の、同一信号の他のビアは、少なくとも上記最小スペースで配置されるが、同層の同一ではない信号の他のビアは、少なくとも第２のスペースで配置され、その第２のスペースは上記最小スペースより広いことを特徴とする半導体装置レイアウト方法を、
ビア及びメタル配線の全層のうちの所定の下層に対してのみ利用し、
レイアウトを形成してそのレイアウトから半導体装置を作成する、半導体装置製造方法。
【請求項８】
デザインルールにおいて規定される最小スペースが、ビア及びメタル配線の巾と間隔に関して、同等、又は、ビアの方が大きい半導体装置レイアウト方法であって、
１つのビアに対し、そのビアが属する層の、同一信号の他のビアは、少なくとも上記最小スペースで配置されるが、同層の同一ではない信号の他のビアは、少なくとも第２のスペースで配置され、その第２のスペースは上記最小スペースより広く、
更に、１つのビアに対し、そのビアが属する層の上層又は下層の他のビアは、水平方向にて少なくとも上記最小スペースで配置されることを特徴とする半導体装置レイアウト方法を、
ビア及びメタル配線の全層のうちの所定の下層に対してのみ利用し、
レイアウトを形成してそのレイアウトから半導体装置を作成する、半導体装置製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層配線を用いた半導体装置の配線レイアウトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５にて、従来の多層配線を用いた半導体装置のＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）による配線レイアウトの例を示す。よく知られているように、該多層はメタル層とビア層とが交互に重なり合うことにより形成される。
【０００３】
なお、本明細書では、メタル第ｎ層（ｎは自然数）の、特に配線（メタル部分）を「ＭＥＴＡＬｎ層」と表記し、ビア第ｎ層の、特にホール部分を「ＶＩＡｎ層」と表記するものとする。下層から上層に移るにつれ、ｎが大きくなるものとする。
【０００４】
よって、ＭＥＴＡＬｎ層に対し、上層のＭＥＴＡＬｎ＋１層を接続するホール手段がＶＩＡｎ、さらに、ＭＥＴＡＬｎ層に対し、ＭＥＴＡＬｎ−１層とを接続する手段がＶＩＡｎ−１、ＭＥＴＡＬｎ＋１層と、ＭＥＴＡＬｎ＋２層を接続する手段がＶＩＡｎ＋１となる。
【０００５】
図５（ａ）は、ＭＥＴＡＬｎ−１層とＭＥＡＴＬｎ層、及びそれらを接続するＶＩＡｎ−１層の接続平面図である。（ｂ）は、ＭＥＴＡＬｎ層とＭＥＡＴＬｎ＋１層、及びそれらを接続するＶＩＡｎ層の接続平面図である。（ｃ）は、ＭＥＴＡＬｎ＋１層とＭＥＡＴＬｎ＋２層、及びそれらを接続するＶＩＡｎ＋１層の接続平面図である。（ａ）から（ｃ）に移行するにつれ下層から上層に移行するようになっている。なお、図７は、凡例である。
【０００６】
（ｄ）は、（ｃ）（ｂ）（ａ）のＲ面によるデバイス断面図である。更に、図６は、図５（ｄ）の略中心の１点鎖線部の拡大図である。
【０００７】
さて、図５の従来の例では、各層における配線及びホールの「巾」の最小値と、隣接のものとの「間隔」の最小値とを同一値とするデザインルールを基準としている。つまり、図５の夫々の図において、“ｂ”の間隔で示される距離がデザインルールの最小値である。図５では、すべての配線とホールとが、最小巾・間隔で配置された状況を示している。このように、通常、メタル層における具体的な配線は、ホールとメタル（配線）の最小巾・間隔をなるべく利用して配置されようとする。
【０００８】
しかしながら、最近のＬｏｗ−Ｋ層間材や、Ｃｕ配線プロセスを採用する微細化プロセス工程において、ＶＩＡ間ショートの問題が存在する。
【０００９】
例えば、デュアルダマシンのプロセスでは、ＶＩＡｎ−１層とＭＥＴＡＬｎ層、またはＶＩＡｎ層とＭＥＴＡＬｎ＋１層は、プロセス工程上同時に形成される。ここで、ＶＩＡｎ−１層とＭＥＴＡＬｎ−１層との界面、及び、ＶＩＡｎ層とＭＥＴＡＬｎ層との界面で、その層間材の密着性の不完全さから、図６のＳおよびＴにより示される箇所において、層間材の剥がれが発生することがある。このことは、Ｌｏｗ−Ｋ層間材のような低誘電率の膜材で顕著となる。更に、多層配線の半導体装置の製造工程で、熱処理が複数回繰り返される場合、熱ストレスを多く経験する下層配線層で特に顕著となる。
【００１０】
加えて、Ｃｕ配線プロセスでは、デュアルダマシンのダマシン溝にシードとなるＣｕ層を成長させた後、一種のメッキ手段によりＣｕを成長・埋め込みさせるが、Ｃｕは従来のＡｌ等の配線材料に比べて、浸透性が高く、よって先の剥がれた部位に浸透する蓋然性がより高い。この結果、図６のＳおよびＴの箇所において、顕著な場合に信号ショートを引き起こす可能性がある。
【００１１】
下記の特許文献１は、クロストークを考慮した電源メッシュ配線構造の半導体集積回路のレイアウトに関する。該文献１では、電源メッシュを垂直、水平方向の優先配線方向に対し、２ピッチ間隔で強制配置し、信号配線をシールドする。ＶＩＡのピッチは強制的に２ピッチとなるため、上記のＶＩＡショート問題に対しては有効な手段である。但し、配線ピッチは明らかに、２倍ピッチとなり、信号配線の密度としては劣化する。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００１−１２７１６２公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、Ｌｏｗ−Ｋ層間材や、Ｃｕ配線プロセスを採用する微細化プロセス工程において、ＶＩＡ間ショートの問題を回避することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するためになされたものである。本発明に係る請求項１に記載の半導体装置レイアウト方法は、
デザインルールにおいて規定される最小スペースが、ビア及びメタル配線の巾と間隔に関して、同等、又は、ビアの方が大きい半導体装置レイアウト方法である。その半導体装置レイアウト方法において、
１つのビアに対し、そのビアが属する層の、同一信号の他のビアは、少なくとも上記最小スペースで配置されるが、同層の同一ではない信号の他のビアは、少なくとも第２のスペースで配置され、その第２のスペースは上記最小スペースより広いことを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る請求項２に記載の半導体装置レイアウト方法は、
１つのビアに対し、そのビアが属する層の上層又は下層の他のビアは、水平方向にて少なくとも上記最小スペースで配置されることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置レイアウト方法である。
【００１６】
本発明に係る請求項３に記載の半導体装置レイアウト方法は、
ビア及びメタル配線の全層のうちの所定の下層に対してのみ、
請求項１又は請求項２に記載の半導体装置レイアウト方法が、利用されることを特徴とする、半導体装置レイアウト方法である。
【００１７】
本発明に係る請求項４に記載のコンピュータプログラムは、
スタンダードセル配置を行い（Ｓ０２）、配線可能性を見積もる全体概略配線を実施し（Ｓ０４）、配線トラックを定義し（Ｓ０６）、詳細配線を実施し（Ｓ０８）、更に、細かいデザインルール違反に関して、未結線やショートを改善する配線改善工程を実施する（Ｓ１０）、
スタンダードセルの自動配置・配線システムのコンピュータプログラムである。そのコンピュータプログラムにおいて、
上記第１の実施形態乃至第３の実施形態に係る半導体レイアウト方法に係るルール情報を読み込み、上記ステップＳ１０にて、このルール情報への適用を行うことを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る請求項５に記載の半導体装置製造方法は、
デザインルールにおいて規定される最小スペースが、ビア及びメタル配線の巾と間隔に関して、同等、又は、ビアの方が大きい半導体装置レイアウト方法であって、
１つのビアに対し、そのビアが属する層の、同一信号の他のビアは、少なくとも上記最小スペースで配置されるが、同層の同一ではない信号の他のビアは、少なくとも第２のスペースで配置され、その第２のスペースは上記最小スペースより広いことを特徴とする半導体装置レイアウト方法を利用し、
レイアウトを形成してそのレイアウトから半導体装置を作成する、半導体装置製造方法である。
【００１９】
本発明に係る請求項６に記載の半導体装置製造方法は、
デザインルールにおいて規定される最小スペースが、ビア及びメタル配線の巾と間隔に関して、同等、又は、ビアの方が大きい半導体装置レイアウト方法であって、
１つのビアに対し、そのビアが属する層の、同一信号の他のビアは、少なくとも上記最小スペースで配置されるが、同層の同一ではない信号の他のビアは、少なくとも第２のスペースで配置され、その第２のスペースは上記最小スペースより広く、
更に、１つのビアに対し、そのビアが属する層の上層又は下層の他のビアは、水平方向にて少なくとも上記最小スペースで配置されることを特徴とする半導体装置レイアウト方法を利用し、
レイアウトを形成してそのレイアウトから半導体装置を作成する、半導体装置製造方法である。
【００２０】
本発明に係る請求項７に記載の半導体装置製造方法は、
デザインルールにおいて規定される最小スペースが、ビア及びメタル配線の巾と間隔に関して、同等、又は、ビアの方が大きい半導体装置レイアウト方法であって、
１つのビアに対し、そのビアが属する層の、同一信号の他のビアは、少なくとも上記最小スペースで配置されるが、同層の同一ではない信号の他のビアは、少なくとも第２のスペースで配置され、その第２のスペースは上記最小スペースより広いことを特徴とする半導体装置レイアウト方法を、
ビア及びメタル配線の全層のうちの所定の下層に対してのみ利用し、
レイアウトを形成してそのレイアウトから半導体装置を作成する、半導体装置製造方法である。
【００２１】
本発明に係る請求項８に記載の半導体装置製造方法は、
デザインルールにおいて規定される最小スペースが、ビア及びメタル配線の巾と間隔に関して、同等、又は、ビアの方が大きい半導体装置レイアウト方法であって、
１つのビアに対し、そのビアが属する層の、同一信号の他のビアは、少なくとも上記最小スペースで配置されるが、同層の同一ではない信号の他のビアは、少なくとも第２のスペースで配置され、その第２のスペースは上記最小スペースより広く、
更に、１つのビアに対し、そのビアが属する層の上層又は下層の他のビアは、水平方向にて少なくとも上記最小スペースで配置されることを特徴とする半導体装置レイアウト方法を、
ビア及びメタル配線の全層のうちの所定の下層に対してのみ利用し、
レイアウトを形成してそのレイアウトから半導体装置を作成する、半導体装置製造方法である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下において、図面を参照しつつ本発明に係る好適な実施の形態を説明する。
【００２３】
≪第１の実施形態≫
図１は、本発明の第１の実施形態に係る、ＣＡＤにおける半導体装置レイアウト方法により形成される設計の具体的例の一部を示す。
【００２４】
（ａ）は、ＭＥＴＡＬｎ−１層とＭＥＡＴＬｎ層、及びそれらを接続するＶＩＡｎ−１層の接続平面図である。（ｂ）は、ＭＥＴＡＬｎ層とＭＥＡＴＬｎ＋１層、及び、それらを接続するＶＩＡｎ層の接続平面図である。（ｃ）は、ＭＥＴＡＬｎ＋１層とＭＥＡＴＬｎ＋２層、及びそれらを接続するＶＩＡｎ＋１層の接続平面図である。（ｄ）は、（ｃ）（ｂ）（ａ）のＲ面によるデバイス断面図である。更に、図２は、図１（ｄ）の略中心の１点鎖線部の拡大図である。なお、図７は（本明細書における）凡例である。
【００２５】
第１の実施形態に係るレイアウト方法では、まず従来例と同様に、各層における配線及びホールの「巾」の最小値と、隣接のものとの「間隔」の最小値とを同一値（ここでは、“ｂ”）とするデザインルールを基準とすることが原則である。但し、異なる信号に係るＶＩＡについては、ｂよりも大きいピッチの間隔“ｃ”によって配置される。つまり最終的に同じ接続となる同一信号に係るＶＩＡ間は、間隔ｂであり、異なる信号に係るＶＩＡ間は、間隔ｃである。図１では、ｃはｂの１．５倍である。この間隔ｃは、ｂより大きい適切な値であればよい。
【００２６】
例えば、図１（ａ）（ｂ）のＲ面上の、右方のＶＩＡと中央のＶＩＡとは、異なる信号であるため、ｃの間隔が与えられている。中央のＶＩＡと左方のＶＩＡとは同じ信号であるため、ｂの間隔が与えられている。よって、図２のＳ及びＴの箇所で、層間材の剥がれが発生しＣｕ（等）が浸透するとしても、間隔が延びたため、信号ショートを引き起こす可能性が激減する。
【００２７】
≪第２の実施形態≫
図３、特に図３（ｃ）（ｄ）は、本発明の第２の実施形態に係る、ＣＡＤにおける半導体装置レイアウト方法により形成される設計の具体的例の一部を示す。図３（ｃ）（ｄ）の設計に到る過程を次に説明する。
【００２８】
（ａ）は、ＭＥＴＡＬｎ層とＭＥＡＴＬｎ＋１層とを接続するＶＩＡｎ層の接続平面図の従来技術の例である。ここで、各ＶＩＡは同一信号でないものとする。従って、第１の実施形態においては、最小間隔（ｂ）となることを回避したＶＩＡ同士である。
【００２９】
（ｂ）は、従来の例の（ａ）に対して、第１の実施形態に係るレイアウト方法を施したものである。Ｖ位置のＶＩＡに対し、斜め上（左右）方向のＶＩＡは、最小間隔ｂよりも大きい２１／２ｂの間隔で配置されている。但し、これらの配置は従来技術の例（（ａ））と同じである。一方、Ｗ位置のＶＩＡに対しては、上下左右方向のＶＩＡは、第１の実施形態（図１参照）と同様の１．５ｂのピッチで配置されている。
【００３０】
（ｃ）は、（ｂ）の配置に対して、第２の実施形態に係るレイアウト方法を施したものである。本レイアウト方法では、（ｂ）のＷ位置のＶＩＡを、上層の（ｎ＋１）層に移置する（ＶＩＡｎ＋１とする）。即ち、ＶＩＡの層位置を、最小限変更すればよい。こうすると、Ｗ位置のＶＩＡ（ＶＩＡｎ＋１）に対して、上下左右のＶＩＡｎを間隔ｂで配置することが可能となる。
【００３１】
（ｄ）も、（ｂ）の配置に対して、第２の実施形態に係るレイアウト方法を施したものである。本レイアウト方法では、（ｂ）のＷ位置のＶＩＡを、下層の（ｎ−１）層に移置する（ＶＩＡｎ−１とする）。こうしても、Ｗ位置のＶＩＡ（ＶＩＡｎ−１）に対して、上下左右のＶＩＡｎを間隔ｂで配置することが可能となる。
【００３２】
従って、（ｃ）（ｄ）では隣接する２つ以上のＶＩＡに関して、その２つのＶＩＡのいずれかを上層若しくは下層に最小限移動することにより、水平成分において距離ｂに引き戻すことが可能となったものである。
【００３３】
≪第３の実施形態≫
第１の実施形態もしくは第２の実施形態に係るレイアウト方法は、半導体装置の回路設計において、全配線層に適用する必要はない。
【００３４】
多層メタル配線のプロセス工程では、熱処理が複数回繰り返されると、下層配線層が熱ストレスを多く（即ち、複数回）経験する。
【００３５】
従って、本発明の第３の実施形態に係る、ＣＡＤにおける半導体装置レイアウト方法は、複数回の熱ストレスを経験する１つ以上の下層配線層の設計においてのみ第１の実施形態もしくは第２の実施形態に係るレイアウト方法を適用する、というものである。そうすると、上記の下層以外の上層では、特に上層へ進む程、レイアウト設計の制約がより少なくなり得る。
【００３６】
≪第４の実施形態≫
図４は、本発明の第４の実施形態に係る、スタンダードセルの自動配置・配線ソフトウエアのフローチャートである。該ソフトウエアは、図４に示すように、ネットリスト、ライブラリや配線ルールなどのデザインルールを定めたテクノロジＡ、及び、タイミング制御のためのタイミング情報（Ｄ０２）を入力し、セル配置・配線を行なう。
【００３７】
具体的には、まず、スタンダードセル配置を行う（Ｓ０２）。続いて、配線可能性を見積もる全体概略配線を実施し（Ｓ０４）、配線トラックの定義（Ｓ０６）、詳細配線（Ｓ０８）を実施する。更に、細かいデザインルール違反に関しては、未結線やショートを改善する配線改善工程を実施する（Ｓ１０）。
【００３８】
ここで、上記の第１の実施の形態乃至第３の実施の形態に係るレイアウト方法を実施する場合に、Ｄ０２のテクノロジＡにて該レイアウト方法（に係る情報）を含めてＳ０２及びＳ０４の段階で変則的にピッチを拡大するルールを適用するならば、配線トラックの定義（Ｓ０６）が乱れてしまい、自動配線（Ｓ０８、Ｓ１０）での収束性が著しく劣化してしまう。
【００３９】
よって、第４の実施形態では、「テクノロジＡ」の内容は従来通りとし、「スタンダードセル配線詳細配線（Ｓ０８）」と「スタンダードセル配線改善（Ｓ１０）」の間に、第１の実施の形態乃至第３の実施の形態に係るレイアウト方法を含むテクノロジＢのルール情報（Ｄ０４）を読み込ませる。「スタンダードセル配線改善（Ｓ１０）」において、このルールへの適用を行う。
【００４０】
上記のスタンダードセルの自動配置・配線ソフトウエアは、コンピュータプログラムの形態とされて、コンピュータシステムに実装される。ここでのコンピュータシステムは、例えば、ワークステーションシステムなどの、通常のコンピュータに係るハードウエアを利用して構成されればよい。
【００４１】
【発明の効果】
本発明を利用することにより、以下のような効果を得ることができる。
【００４２】
異なる信号配線間に発生するショートに対し、ＶＩＡ間隔を離すことでこれを防止することが可能となり、よって、歩留り低下を抑えることができる。更に、本発明では、同一信号はショートを認め、異なる信号のみＶＩＡ間隔を離すこととしているので、配線コストの増加を最小限とすることができる。
【００４３】
隣接するＶＩＡに対し、囲まれたＶＩＡを下層（又は上層）に移置することで、移置されたＶＩＡ以外のＶＩＡを最小間隔に引き戻すことができるため、更に小さい配線コストを実現できる。
【００４４】
従来から、複数回の熱ストレスによりＶＩＡ下部で特に剥がれが発生しやすい。よって、低層メタル層の一部にＶＩＡ間の間隔調整を適用することにより、全層で間隔調整を適用するよりも、配線コストを抑えることが可能となる。
【００４５】
スタンダードセルの自動配置配線の工程において、当初のテクノロジレベルで変則的なＶＩＡピッチのルールを適用するのではなく、詳細配線までは、通常の最小ピッチのＶＩＡルールとして工程を進め、詳細配線後に変則的ＶＩＡピッチのルール（テクノロジＢ）を読み込んで定義し、配線改善工程で実施することで、配線トラックの乱れを避けること、自動配線の結線に関わる収束性を保持すること、及び、実行時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る、ＣＡＤにおける半導体装置レイアウト方法により形成される設計の具体的例の一部を示す
【図２】図１（ｄ）の略中心の１点鎖線部の拡大図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る、ＣＡＤにおける半導体装置レイアウト方法により形成される設計の具体的例の一部を示す。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る、スタンダードセルの自動配置・配線ソフトウエアのフローチャートである。
【図５】従来の多層配線を用いた半導体装置のＣＡＤによる配線レイアウトの例を示す。
【図６】図５（ｄ）の略中心の１点鎖線部の拡大図である。
【図７】メタル層及びビア層を示す凡例である。
【符号の説明】
Ｓ、Ｔ・・・層間材の剥がれ。
【図１】
2005044856.tif 000003
【図２】
2005044856.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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