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JPWO2017145906A1 - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置 Download PDF

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JPWO2017145906A1
JPWO2017145906A1 JP2018501622A JP2018501622A JPWO2017145906A1 JP WO2017145906 A1 JPWO2017145906 A1 JP WO2017145906A1 JP 2018501622 A JP2018501622 A JP 2018501622A JP 2018501622 A JP2018501622 A JP 2018501622A JP WO2017145906 A1 JPWO2017145906 A1 JP WO2017145906A1
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Abstract

ナノワイヤFET(P11,P12,N11,N12)を備えたスタンダードセル(1)において、ナノワイヤ(11,12,13,14)と接続されたパッド(21,22,23,24,25,26)が、ナノワイヤ(11,…)が延びるX方向において、所定のピッチ(Pp)で配置されている。スタンダードセル(1)のセル幅(Wcell)はピッチ(Pp)の整数倍である。スタンダードセル(1)を配置して半導体集積回路装置のレイアウトを構成した場合、パッド(21,…)が、X方向において規則正しく配置される。

Description

本開示は、ナノワイヤFET(Field Effect Transistor)を用いたスタンダードセル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、ナノワイヤFETが注目されている。
非特許文献1,2には、ナノワイヤFETの製造方法の例が開示されている。
S. Bangsaruntip, et al. "High performance and highly uniform gate-all-around silicon nanowire MOSFETs with wire size dependent scaling", Electron Devices Meeting (IEDM), 2009 IEEE International Isaac Laucer, et al. "Si Nanowire CMOS Fabricated with Minimal Deviation from RMG Fin FET Technology Showing Record Performance", 2015 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers
これまで、ナノワイヤFETを用いたスタンダードセルの構造や、ナノワイヤFETを用いた半導体集積回路のレイアウトに関して、具体的な検討はまだなされていない。
本開示は、ナノワイヤFETを用いた半導体集積回路装置に関するものであり、製造の容易化に有効なレイアウト構成を提供する。
本開示の第1態様では、半導体集積回路装置は、少なくとも1つのナノワイヤFETを備えた、少なくとも1つのスタンダードセルを備え、前記ナノワイヤFETは、第1方向に延びる、1つ、または、並列に設けられた複数の、ナノワイヤと、前記ナノワイヤの前記第1方向における両端にそれぞれ設けられ、下面が前記ナノワイヤの下面よりも低い位置にあり、前記ナノワイヤに接続されたパッドと、前記第1方向と垂直をなす第2方向に延び、前記ナノワイヤの前記第1方向における所定範囲において、前記ナノワイヤの周囲を囲うように設けられたゲート電極とを備え、前記スタンダードセルにおいて、前記パッドは、前記第1方向において第1ピッチで配置されており、かつ、前記スタンダードセルの前記第1方向における寸法であるセル幅は、前記第1ピッチの整数倍である。
この態様によると、ナノワイヤFETを備えたスタンダードセルにおいて、ナノワイヤに接続されたパッドが、ナノワイヤが延びる方向である第1方向において、第1ピッチで配置されている。そして、スタンダードセルの第1方向における寸法であるセル幅は、第1ピッチの整数倍である。このため、スタンダードセルを配置して半導体集積回路装置のレイアウトを構成した場合において、パッドが、第1方向において、規則正しく配置される。したがって、ナノワイヤFETを用いた半導体集積回路装置において、パッドの配置パターンが規則的になるため、製造が容易になり、製造ばらつきが抑制され、歩留まりを向上させることができる。
本開示の第2態様では、半導体集積回路装置は、ナノワイヤFETである、第1および第2トランジスタを備え、前記第1および第2トランジスタは、それぞれ、第1方向に延びる、1つ、または、並列に設けられた複数の、ナノワイヤと、前記ナノワイヤの前記第1方向における両端にそれぞれ、第1ピッチで設けられ、下面が前記ナノワイヤの下面よりも低い位置にあり、前記ナノワイヤに接続された第1および第2パッドと、前記第1方向と垂直をなす第2方向に延び、前記ナノワイヤの前記第1方向における所定範囲において、前記ナノワイヤの周囲を囲うように設けられたゲート電極とを備え、前記第1および第2トランジスタは、直列に接続されており、かつ、前記第2パッドを共有して、前記第1方向において隣接配置されている。
この態様によると、ナノワイヤFETである第1および第2トランジスタは、ナノワイヤに接続された第1および第2パッドが、ナノワイヤが延びる方向である第1方向において、第1ピッチで配置されている。そして、第1および第2トランジスタは、直列に接続されており、かつ、第2パッドを共有して、第1方向において隣接配置されている。これにより、直列接続された2個のトランジスタを、第1方向において第1ピッチで配置された3個のパッドを備えた構成によって実現することができる。したがって、ナノワイヤFETを用いた半導体集積回路装置において、パッドの配置パターンが規則的になるため、製造が容易になり、製造ばらつきが抑制され、歩留まりを向上させることができる。
本開示の第3態様では、半導体集積回路装置は、ナノワイヤFETである、第1および第2トランジスタを備え、前記第1および第2トランジスタは、それぞれ、第1方向に延びる、1つ、または、並列に設けられた複数の、ナノワイヤと、前記ナノワイヤの前記第1方向における両端にそれぞれ、第1ピッチで設けられ、下面が前記ナノワイヤの下面よりも低い位置にあり、前記ナノワイヤに接続された第1および第2パッドと、前記第1方向と垂直をなす第2方向に延び、前記ナノワイヤの前記第1方向における所定範囲において、前記ナノワイヤの周囲を囲うように設けられたゲート電極とを備え、前記第1および第2トランジスタは、並列に接続されており、かつ、前記第2パッドを共有して、前記第1方向において隣接配置されている。
この態様によると、ナノワイヤFETである第1および第2トランジスタは、ナノワイヤに接続された第1および第2パッドが、ナノワイヤが延びる方向である第1方向において、第1ピッチで配置されている。そして、第1および第2トランジスタは、並列に接続されており、かつ、第2パッドを共有して、第1方向において隣接配置されている。これにより、並列接続された2個のトランジスタを、第1方向において第1ピッチで配置された3個のパッドを備えた、コンパクトな構成によって実現することができる。したがって、ナノワイヤFETを用いた半導体集積回路装置において、パッドの配置パターンが規則的になるため、製造が容易になり、製造ばらつきが抑制され、歩留まりを向上させることができる。
本開示によると、ナノワイヤFETを用いた半導体集積回路装置において、パッドの配置パターンが規則的になるため、製造が容易になり、製造ばらつきが抑制され、歩留まりを向上させることができる。
ナノワイヤFETを備えたスタンダードセルの構成例を示す平面図 図1のスタンダードセルの回路図 図1のスタンダードセルの断面図 図1のスタンダードセルの断面図 図1のスタンダードセルの断面図 図1のスタンダードセルの断面図 ナノワイヤFETを備えたスタンダードセルの他の構成例を示す平面図 図7のスタンダードセルの回路図 ナノワイヤFETを直列接続する個数を変更する場合における、レイアウトの変化を示す模式図 ナノワイヤFETのレイアウトの一例 ナノワイヤFETのレイアウトの他の例 半導体集積回路のレイアウト構成の例 図1のスタンダードセルの構成の変形例 ナノワイヤFETの基本構造を示す模式図 ナノワイヤFETの基本構造を示す模式図
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、ナノワイヤFET(Field Effect Transistor)を備えるものとする。
図14はナノワイヤFETの基本構造例を示す模式図である(全周ゲート(GAA:Gate All Around)構造ともいう)。ナノワイヤFETとは、電流が流れる細いワイヤ(ナノワイヤ)を用いたFETである。ナノワイヤは例えばシリコンによって形成される。図14に示すように、ナノワイヤは、基板上において、水平方向すなわち基板と並行して延びるように形成されており、その両端が、ナノワイヤFETのソース領域およびドレイン領域となる構造物に接続されている。本願明細書では、ナノワイヤFETにおいて、ナノワイヤの両端に接続されており、ナノワイヤFETのソース領域およびドレイン領域となる構造物のことを、パッドと呼ぶ。図14では、シリコン基板の上にSTI(Shallow Trench Isolation)が形成されているが、ナノワイヤの下方(ハッチを付した部分)では、シリコン基板が露出している。なお実際には、ハッチを付した部分は熱酸化膜等で覆われている場合があるが、図14では簡略化のため、図示を省略している。
ナノワイヤは、その周囲が、シリコン酸化膜等の絶縁膜を介して、例えばポリシリコンからなるゲート電極によってぐるりと囲まれている。パッドおよびゲート電極は、基板表面上に形成されている。この構造により、ナノワイヤのチャネル領域は、上部、両側部、および、下部が全てゲート電極に囲まれているため、チャネル領域に均一に電界がかかり、これにより、FETのスイッチング特性が良好になる。
なお、パッドは、少なくともナノワイヤが接続されている部分はソース/ドレイン領域となるが、ナノワイヤが接続されている部分よりも下の部分は、必ずしもソース/ドレイン領域とはならない場合もある。また、ナノワイヤの一部(ゲート電極に囲まれていない部分)が、ソース/ドレイン領域となる場合もある。
また、図14では、ナノワイヤは、縦方向すなわち基板と垂直をなす方向において、2本配置されている。ただし、縦方向に配置するナノワイヤの本数は、2本に限られるものではなく、1本でもよいし、3本以上を縦方向に並べて配置してもよい。また、図14では、最も上のナノワイヤの上端とパッドの上端とは、高さがそろっている。ただし、これらの高さをそろえる必要はなく、パッドの上端が最も上のナノワイヤの上端よりも高くてもかまわない。
また、図15に示すように、基板の上面にBOX(Buried Oxide)が形成されており、このBOXの上にナノワイヤFETが形成される場合もある。
(スタンダードセルその1)
図1は実施形態に係る半導体集積回路装置が備えるスタンダードセルのレイアウト構成例を示す平面図である。図1に示すスタンダードセル1は、ナノワイヤFETを用いて、図2の回路図に示す2入力NORゲートを構成するものである。図1では、図面横方向をX方向(第1方向に相当)とし、図面縦方向をY方向(第2方向に相当)としている。
図1に示すスタンダードセル1は、4個のナノワイヤFETを備えている。すなわち、スタンダードセル1は、P型トランジスタ領域PAとN型トランジスタ領域NAとがY方向に並べて配置されており、P型トランジスタ領域PAにP型のナノワイヤFET P11,P12が設けられており、N型トランジスタ領域NAにN型のナノワイヤFET N11,N12が設けられている。図2の回路図に示すように、ナノワイヤFET P11,P12は直列に接続されており、ナノワイヤFET N11,N12は並列に接続されている。
ナノワイヤFET P11,P12,N11,N12はそれぞれ、X方向に延び、並列に設けられた複数の、ナノワイヤ11,12,13,14を備えている。ここでは、ナノワイヤ11,12,13,14はそれぞれ、Y方向において4本ずつ並べて設けられている。また後述するが、ナノワイヤ11,12,13,14はそれぞれ、縦方向すなわち基板と垂直をなす方向において2本ずつ設けられており、合計で8本ずつ、設けられている。ナノワイヤ11,12,13,14は、円柱状であり、基板上において水平方向すなわち基板と並行して延びており、例えばシリコンで形成されている。また、スタンダードセル1には、ナノワイヤ11,12,13,14と接続されたパッド21,22,23,24,25,26が設けられている。パッド21,22,23は、少なくともナノワイヤ11,12と接続された部分にP型の不純物が導入されており、ナノワイヤFET P11,P12のソース領域またはドレイン領域となる。パッド24,25,26は、少なくともナノワイヤ13,14と接続された部分にN型の不純物が導入されており、ナノワイヤFET N11,N12のソース領域またはドレイン領域となる。
またここでは、パッド21,22,23,24,25,26はそれぞれ、4個ずつ、Y方向に分離して形成されている。パッド21は、分離した4個の部分が、Y方向に4本設けられたナノワイヤ11にそれぞれ接続されている。パッド22は、分離した4個の部分が、Y方向に4本設けられたナノワイヤ11にそれぞれ接続され、また、Y方向に4本設けられたナノワイヤ12にそれぞれ接続されている。パッド23は、分離した4個の部分が、Y方向に4本設けられたナノワイヤ12にそれぞれ接続されている。パッド24は、分離した4個の部分が、Y方向に4本設けられたナノワイヤ13にそれぞれ接続されている。パッド25は、分離した4個の部分が、Y方向に4本設けられたナノワイヤ13にそれぞれ接続され、また、Y方向に4本設けられたナノワイヤ14にそれぞれ接続されている。パッド26は、分離した4個の部分が、Y方向に4本設けられたナノワイヤ14にそれぞれ接続されている。
直列に接続されたナノワイヤFET P11,P12はパッド22を共有している。すなわち、ナノワイヤFET P11はナノワイヤ11と接続されたパッド21,22を備えており、ナノワイヤFET P12はナノワイヤ12と接続されたパッド22,23を備えている。また、並列に接続されたナノワイヤFET N11,N12はパッド25を共有している。すなわち、ナノワイヤFET N11はナノワイヤ13と接続されたパッド24,25を備えており、ナノワイヤFET N12はナノワイヤ14と接続されたパッド25,26を備えている。
また、スタンダードセル1には、Y方向に直線状に延びる2本のゲート配線31,32が配置されている。ゲート配線31は、ナノワイヤFET P11のゲート電極31pと、ナノワイヤ N11のゲート電極31nとを一体に形成したものであり、ナノワイヤ11,13のX方向における所定範囲において、ナノワイヤ11,13の周囲を囲うように設けられている。ゲート配線32は、ナノワイヤFET P12のゲート電極32pと,ナノワイヤ N12のゲート電極32nとを一体に形成したものであり、ナノワイヤ12,14のX方向における所定範囲において、ナノワイヤ12,14の周囲を囲うように設けられている。また、スタンダードセル1のセル枠CFの側辺に、Y方向に延びるダミーゲート配線35,36がそれぞれ配置されている。
ナノワイヤFET P11,P12,N11,N12の上層に、金属配線層M1が構成されている。金属配線層M1において、セル枠CFの上辺に、電源電位を供給する配線VDDが配置されており、セル枠CFの下辺に、接地電位を供給する配線VSSが配置されている。また、金属配線層M1において、配線41a〜41fが形成されている。配線41aは、配線VDDからY方向下向きに延びるように形成されており、ローカル配線45aを介してパッド21に接続されている。配線41bは、配線VSSからY方向上向きに延びるように形成されており、ローカル配線45bを介してパッド24に接続されている。配線41cは、配線VSSからY方向上向きに延びるように形成されており、ローカル配線45cを介してパッド26に接続されている。配線41dは、パッド23,25を接続するものであり、ローカル配線45dを介してパッド23に接続されており、ローカル配線45eを介してパッド25に接続されている。配線41eは,ゲート配線31にローカル配線45fを介して接続される。配線41fは、ゲート配線32にローカル配線45gを介して接続される。配線41d,41e,41fは、2入力NOR回路の出力Y、入力A、入力Bにそれぞれ対応する。また、パッド22上にローカル配線45hが設けられている。ローカル配線45hはパッド22に接続されているが、金属配線層M1の配線とは接続されていない。
なお、ここでは、金属配線41a〜41fとパッド21,23,24,25,26およびゲート配線31,32との接続形態は、ローカル配線45a,45b,45c,45d,45e,45f,45gとコンタクト43を介した接続としている。ただし、金属配線とパッドおよびゲート配線との接続形態は、コンタクトを介さずに、ローカル配線のみを介した接続としてもよいし、ローカル配線を介さずに、コンタクトのみを介した接続としてもよい。
図3は図1のレイアウト構成の線D−D’における断面図であり、図4は図1のレイアウト構成の線E−E’における断面図であり、図5は図1のレイアウト構成の線F−F’における断面図である。
図3〜図5に示すように、金属配線層M1の配線41a〜41fは、コンタクト43を介して、ローカル配線45a〜45gに接続されている。コンタクト43は、金属配線層M1の配線41a〜41fと一緒にデュアルダマシンプロセスによって形成される。なお、コンタクト43は、金属配線層M1の配線41a〜41fとは別個に形成してもよい。また、金属配線層M1の配線41a〜41fは、例えばCuからなり、その表面に、例えばタンタルまたは窒化タンタルを含むバリアメタル48が形成されている。ローカル配線45a〜45gは、例えばタングステンからなり、その表面に、例えばチタンまたは窒化チタンを含むグルー膜47が形成されている。なお、ローカル配線45a〜45gは、コバルトによって形成してもよい。この場合は、グルー膜47の形成を省いてもよい。また、パッド21〜26の表面には、例えばニッケルやコバルト等からなるシリサイド膜49が形成されている。
層間絶縁膜46a,46bは、例えばシリコン酸化膜である。層間絶縁膜46cは、例えばSiOCやポーラス膜のような低誘電率膜である。なお、層間絶縁膜46cは、2またはそれ以上の積層構造となっていてもよい。
ゲート電極31p,31n,32p,32nは、例えばポリシリコンによって形成される。なお、ゲート電極31p,31n,32p,32nは、窒化チタン等の金属を含む材料によって形成されてもよい。また、ゲート絶縁膜は、例えばシリコン酸化膜であり、例えば熱酸化法によって形成される。なお、ゲート絶縁膜は、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、イットリウム、アルミニウム、チタンまたはタンタルの酸化物によって形成されてもよい。
図3〜図5の断面図から分かるように、パッド21,22,23,24,25,26の下面は、ナノワイヤ11,12,13,14の下面よりも低い位置にある。また、ナノワイヤ11,12,13,14の上面は、パッド21,22,23,24,25,26の上面と同じ高さにある。そして、ゲート電極31p,32p,31n,32nは、ナノワイヤ11,12,13,14の周囲をぐるりと囲むように形成されている。すなわち、ナノワイヤ11,12,13,14に形成されるチャネル領域の上面、両側面、下面の全てが、絶縁膜を介して、ゲート電極31p,32p,31n,32nに囲われている。なお、ナノワイヤ11,12,13,14の上面は、パッド21,22,23,24,25,26の上面よりも低い位置にあってもよい。
なお、基板の上面にBOX(Buried Oxide)が形成されていてもよい。図6は、図1のレイアウト構成の線D−D‘における断面図であり、基板の上面にBOX(Buried Oxide)が形成された構成を示している。
図1のスタンダードセル1では、パッドは、X方向において、同一ピッチPpで配置されている。すなわち、P型トランジスタ領域PAにおいて、パッド21,22,23はピッチPpで配置されており、またN型トランジスタ領域NAにおいてパッド24,25,26はピッチPpで配置されている。また、P型トランジスタ領域PAとN型トランジスタ領域NAとにおいて、X方向におけるパッドの位置が一致している。すなわち、X方向において、パッド21,24の位置はそろっており、同様に、パッド22,25の位置、および、パッド23,26の位置もそれぞれそろっている。また、パッドのX方向における寸法である幅Wpは全て同一であり、またX方向におけるパッド同士の間隔であるパッド間隔Spも、全て同一である。ここで、次の関係式が成り立つ。
Pp=Wp+Sp
また、セル枠CFと、セル枠CFに最も近いパッド21,23,24,26の中心線との間隔は、パッドのピッチPpの1/2である。この結果、スタンダードセル1のX方向における寸法であるセル幅Wcellは、パッドのピッチPpの整数倍、ここでは3倍になっている。
また、図1のスタンダードセル1では、ゲート配線(ダミーゲート配線を含む)は、X方向において、同一ピッチPgで配置されている。また、ゲート配線のX方向における寸法である幅Wgは全て同一であり、またX方向におけるゲート配線同士の間隔Sgも、全て同一である。ここで、次の関係式が成り立つ。
Pg=Wg+Sg
また、ゲート配線のピッチPgは、パッドのピッチPpと等しい。すなわち、
Pp=Pg
である。
(スタンダードセルその2)
図7は実施形態に係る半導体集積回路装置が備えるスタンダードセルのレイアウト構成例を示す平面図である。図7に示すスタンダードセル2は、ナノワイヤFETを用いて、図8の回路図に示す3入力ANDゲートを構成するものである。図7では、図1と同様に、図面横方向をX方向(第1方向に相当)とし、図面縦方向をY方向(第2方向に相当)としている。なお、断面構造は、図3〜図5に示すものと同様であり、ここでは図示を省略する。
図7に示すスタンダードセル2は、6個のナノワイヤFETを備えている。すなわち、スタンダードセル2は、P型トランジスタ領域PAとN型トランジスタ領域NAとがY方向に並べて配置されており、P型トランジスタ領域PAにP型のナノワイヤFET P21,P22,P23が設けられており、N型トランジスタ領域NAにN型のナノワイヤFET N21,N22,N23が設けられている。図6の回路図に示すように、ナノワイヤFET P21,P22,P23は並列に接続されており、ナノワイヤFET N21,N22,N23は直列に接続されている。
ナノワイヤFET P21,P22,P23,N21,N22,N23はそれぞれ、X方向に延び、並列に設けられた複数の、ナノワイヤ51,52,53,54,55,56を備えている。ここでは、ナノワイヤ51,52,53,54,55,56はそれぞれ、Y方向において3本ずつ並べて設けられている。また、ナノワイヤ51,52,53,54,55,56はそれぞれ、縦方向すなわち基板と垂直をなす方向において2本ずつ設けられており、合計で6本ずつ、設けられている。ナノワイヤ51,52,53,54,55,56は、円柱状であり、基板上において水平方向すなわち基板と並行して延びており、例えばシリコンで形成されている。また、スタンダードセル2には、ナノワイヤ51,52,53,54,55,56と接続されたパッド61,62,63,64,65,66,67,68が設けられている。パッド61,62,63,64は、少なくともナノワイヤ51,52,53と接続された部分にP型の不純物が導入されており、ナノワイヤFET P21,P22,P23のソース領域またはドレイン領域となる。パッド65,66,67,68は、少なくともナノワイヤ54,55,56と接続された部分にN型の不純物が導入されており、ナノワイヤFET N21,N22,N23のソース領域またはドレイン領域となる。
またここでは、パッド61,62,63,64,65,66,67,68はそれぞれ、3個ずつ、Y方向に分離して形成されている。パッド61は、分離した3個の部分が、Y方向に3本設けられたナノワイヤ51にそれぞれ接続されている。パッド62は、分離した3個の部分が、Y方向に3本設けられたナノワイヤ51にそれぞれ接続され、また、Y方向に3本設けられたナノワイヤ52にそれぞれ接続されている。パッド63は、分離した3個の部分が、Y方向に3本設けられたナノワイヤ52にそれぞれ接続され、また、Y方向に3本設けられたナノワイヤ53にそれぞれ接続されている。パッド64は、分離した3個の部分が、Y方向に3本設けられたナノワイヤ53にそれぞれ接続されている。パッド65は、分離した3個の部分が、Y方向に3本設けられたナノワイヤ54にそれぞれ接続されている。パッド66は、分離した3個の部分が、Y方向に3本設けられたナノワイヤ54にそれぞれ接続され、また、Y方向に3本設けられたナノワイヤ55にそれぞれ接続されている。パッド67は、分離した3個の部分が、Y方向に3本設けられたナノワイヤ55にそれぞれ接続され、また、Y方向に3本設けられたナノワイヤ56にそれぞれ接続されている。パッド68は、分離した3個の部分が、Y方向に3本設けられたナノワイヤ56にそれぞれ接続されている。
並列に接続されたナノワイヤFET P21,P22はパッド62を共有しており、並列に接続されたナノワイヤFET P22,P23はパッド63を共有している。すなわち、ナノワイヤFET P21はナノワイヤ51と接続されたパッド61,62を備えており、ナノワイヤFET P22はナノワイヤ52と接続されたパッド62,63を備えており、ナノワイヤFET P23はナノワイヤ53と接続されたパッド63,64を備えている。また、直列に接続されたナノワイヤFET N21,N22はパッド66を共有しており、直列に接続されたナノワイヤFET N22,N23はパッド67を共有している。すなわち、ナノワイヤFET N21はナノワイヤ54と接続されたパッド65,66を備えており、ナノワイヤFET N22はナノワイヤ55と接続されたパッド66,67を備えており、ナノワイヤFET N23はナノワイヤ56と接続されたパッド67,68を備えている。
また、スタンダードセル2には、Y方向に延びる3本のゲート配線71,72,73が配置されている。ゲート配線71は、ナノワイヤFET P21のゲート電極71pと、ナノワイヤFET N21のゲート電極71nとを一体に形成したものであり、ナノワイヤ51,54のX方向における所定範囲において、ナノワイヤ51,54の周囲を囲うように設けられている。ゲート配線72は、ナノワイヤFET P22のゲート電極72pと、ナノワイヤFET N22のゲート電極72nとを一体に形成したものであり、ナノワイヤ52,55のX方向における所定範囲において、ナノワイヤ52,55の周囲を囲うように設けられている。ゲート配線73は、ナノワイヤFET P23のゲート電極73pと、ナノワイヤFET N23のゲート電極73nとを一体に形成したものであり、ナノワイヤ53,56のX方向における所定範囲において、ナノワイヤ53,56の周囲を囲うように設けられている。また、スタンダードセル2のセル枠CFの側辺に、Y方向に延びるダミーゲート配線75,76がそれぞれ配置されている。
ナノワイヤFET P21,P22,P23,N21,N22,N23の上層に、金属配線層M1が構成されている。金属配線層M1において、セル枠CFの上辺に、電源電位を供給する配線VDDが配置されており、セル枠CFの下辺に、接地電位を供給する配線VSSが配置されている。また、金属配線層M1において、配線81a〜81gが形成されている。配線81aは、配線VDDからY方向下向きに延びるように形成されており、ローカル配線85aを介してパッド61に接続されている。配線81bは、配線VDDからY方向下向きに延びるように形成されており、ローカル配線85bを介してパッド63に接続されている。配線81cは、配線VSSからY方向上向きに延びるように形成されており、ローカル配線85cを介してパッド65に接続されている。配線81dは、パッド62,64,68を接続するものであり、ローカル配線85dを介してパッド62に接続されており、ローカル配線85eを介してパッド64に接続されており、ローカル配線85fを介してパッド68に接続されている。配線81eは,ゲート配線71にローカル配線85gを介して接続される。配線81fは、ゲート配線72にローカル配線85hを介して接続される。配線81gは、ゲート配線73にローカル配線85iを介して接続される。配線81d,81e,81f,81gは、3入力NAND回路の出力Y、入力A、入力B、入力Cにそれぞれ対応する。また、パッド66上にローカル配線85jが設けられており、パッド67上にローカル配線85kが設けられている。ローカル配線85iはパッド66に接続され、ローカル配線85kはパッド67に接続されている。
なお、ここでは、金属配線81a,81b,81c,81d,81e,81f,81gとパッド61,62,63,64,65,68およびゲート配線71,72,73との接続形態は、ローカル配線85a,85b,85c,85d,85e,85f,85g,85h,85iとコンタクト83を介した接続としている。ただし、金属配線とパッドおよびゲート配線との接続形態は、コンタクトを介さずに、ローカル配線のみを介した接続としてもよいし、ローカル配線を介さずに、コンタクトのみを介した接続としてもよい。
スタンダードセル2の断面構造は、スタンダードセル1と同様である。すなわち、パッド61,62,63,64,65,66,67,68の下面は、ナノワイヤ51,52,53,54,55,56の下面よりも低い位置にある。また、ナノワイヤ51,52,53,54,55,56の上面は、パッド61,62,63,64,65,66,67,68の上面と同じ高さにある。そして、ゲート電極71p,72p,73p,71n,72n,73nは、ナノワイヤ51,52,53,54,55,56の周囲をぐるりと囲むように形成されている。すなわち、ナノワイヤ51,52,53,54,55,56に形成されるチャネル領域の上面、両側面、下面の全てが、絶縁膜を介して、ゲート電極71p,72p,73p,71n,72n,73nに囲われている。なお、ナノワイヤ51,52,53,54,55,56の上面は、パッド61,62,63,64,65,66,67,68の上面よりも低い位置にあってもよい。
図7のスタンダードセル2では、パッドは、X方向において、同一ピッチPpで配置されている。すなわち、P型トランジスタ領域PAにおいて、パッド61,62,63,64はピッチPpで配置されており、N型トランジスタ領域NAにおいてパッド65,66,67,68はピッチPpで配置されている。また、P型トランジスタ領域PAとN型トランジスタ領域NAとにおいて、X方向におけるパッドの位置が一致している。すなわち、X方向において、パッド61,65の位置はそろっており、同様に、パッド62,66の位置、パッド63,67の位置、および、パッド64,68の位置もそれぞれそろっている。また、パッドの幅Wpは全て同一であり、またX方向におけるパッド間隔Spも、全て同一である。ここで、次の関係式が成り立つ。
Pp=Wp+Sp
また、セル枠CFと、セル枠CFに最も近いパッド61,64,65,68の中心線との間隔は、パッドのピッチPpの1/2である。この結果、スタンダードセル2のセル幅Wcellは、パッドのピッチPpの整数倍、ここでは4倍になっている。
また、図7のスタンダードセル2では、ゲート配線(ダミーゲート配線を含む)は、X方向において、同一ピッチPgで配置されている。また、ゲート配線の幅Wgは全て同一であり、またX方向におけるゲート配線間隔Sgも、全て同一である。ここで、次の関係式が成り立つ。
Pg=Wg+Sg
また、ゲート配線Pgは、パッドのピッチPpと等しい。すなわち、
Pp=Pg
である。
(その他)
図9はナノワイヤFETを直列接続する個数を変更する場合における、レイアウトの変化を示す模式図である。ナノワイヤFETが1個の場合は、図9の左に示すように、ソース領域およびドレイン領域となる2個のパッドPDがピッチPpで配置され、このパッドPDと接続されたナノワイヤNWの周囲を囲うようにゲート電極GTが形成される。ナノワイヤFETが2個の場合は、図9の中央に示すように、3個のパッドPDがピッチPpで配置され、パッドPD間のナノワイヤNWの周囲をそれぞれ囲うように、2個のゲート電極GTがそれぞれ形成される。これは、図1に示すスタンダードセル1のP型トランジスタ領域PAにおけるレイアウトに相当する。ナノワイヤFETが3個の場合は、図9の右に示すように、4個のパッドPDがピッチPpで配置され、パッドPD間のナノワイヤNWの周囲をそれぞれ囲うように、3個のゲート電極GTがそれぞれ形成される。これは、図7に示すスタンダードセル2のN型トランジスタ領域NAにおけるレイアウトに相当する。
図10はナノワイヤFETのレイアウトの一例である。図10の例では、第1トランジスタ101と第2トランジスタ102とが、パッド103を共有して、直列に接続されている。第1トランジスタ101と第2トランジスタ102とはナノワイヤの本数が異なっており、第1トランジスタ101は2本のナノワイヤを備え、第2トランジスタ102は1本のナノワイヤを備えている。
図11はナノワイヤFETのレイアウトの他の例である。図11の例では、第1トランジスタ111と第2トランジスタ112とが、パッド113を共有して、並列に接続されている。第1トランジスタ111と第2トランジスタ112とはナノワイヤの本数が異なっており、第1トランジスタ111は2本のナノワイヤを備え、第2トランジスタ112は1本のナノワイヤを備えている。
(半導体集積回路装置のレイアウト構成例)
図12は半導体集積回路装置のレイアウト構成の例を示す模式図である。図12のレイアウトは、上述したようなスタンダードセル(以下、適宜、単にセルという)C,C11,C12…等を用いて構成されている。なお、図12では、ローカル配線および金属配線層M1より上層の構成については、図示を省略している。セル列CR1,CR2,CR3がY方向に並べられている。各セル列CR1,CR2,CR3では、セルC,C11,C12…等がX方向に並べられている。各セルC,…は、パッドPD、ナノワイヤNWおよびゲート配線GTを備えている。また、隣り合うセルC,C11,C12…等同士の間の境界にダミーゲート配線DGが配置されている。ダミーゲート配線DGは、各セル列CR1,CR2,CR3の両端にも配置されている。
図12のレイアウトでは、パッドPDは規則的に配列されている。パッドPDは、X方向において、所定のピッチPpで配置されており、Y方向において、一列に並んでいる。パッドPDのピッチPpは、セルC,C11,C12…等の境界においても保たれている。例えば、X方向において隣接するセルC11,C12において、そのセル境界を挟んで対向する、セルC11のパッドとセルC12のパッドとが、ピッチPpで配置されている。そして、セルC,C11,C12…等のセル幅はパッドPDのピッチPpの整数倍になっている。例えば、セルC31のセル幅Wcell1はパッドPDのピッチPpの3倍であり、セルC32のセル幅Wcell2はパッドPDのピッチPpの4倍である。
また、図12のレイアウトでは、ゲート配線GTおよびダミーゲート配線DGは規則的に配列されている。ゲート配線GTおよびダミーゲート配線DGは、X方向において、所定のピッチPgで配置されており、Y方向において、一列に並んでいる。このピッチPgは、パッドPDのピッチPpと等しい。
以上のように本実施形態によると、ナノワイヤFETを備えたスタンダードセル1,2において、ナノワイヤと接続されたパッドが、ナノワイヤが延びるX方向において所定のピッチPpで配置されている。そして、スタンダードセル1,2のセル幅Wcellは、パッドのピッチPpの整数倍である。このため、スタンダードセル1,2のようなスタンダードセルを配置して半導体集積回路装置のレイアウトを構成した場合において、パッドが、X方向において規則正しく配置される。したがって、ナノワイヤFETを用いた半導体集積回路装置において、パッドの配置パターンが規則的になるため、製造が容易になり、製造ばらつきが抑制され、歩留まりを向上させることができる。
また、直列に接続されたナノワイヤFETは、一方のパッドを共有して、X方向において隣接配置されている。これにより、直列接続されたナノワイヤFETが、X方向において所定のピッチPpで配置された3個のパッドを備えた構成によって実現される。したがって、ナノワイヤFETを用いた半導体集積回路装置において、パッドの配置パターンが規則的になるため、製造が容易になり、製造ばらつきが抑制され、歩留まりを向上させることができる。
また、並列に接続されたナノワイヤFETは、一方のパッドを共有して、X方向において隣接配置されている。これにより、並列接続されたナノワイヤFETが、X方向において所定のピッチPpで配置された3個のパッドを備えた構成によって実現される。したがって、ナノワイヤFETを用いた半導体集積回路装置において、パッドの配置パターンが規則的になるため、製造が容易になり、製造ばらつきが抑制され、歩留まりを向上させることができる。
なお、上の説明では、ナノワイヤは円柱状であるものとしたが、ナノワイヤの形状はこれに限られるものではない。例えば、ナノワイヤの断面形状が楕円形や長円形であってもよいし、ナノワイヤが四角柱などの角柱状であってもかまわない。
また、上の説明では、ナノワイヤFETにおいて、パッドは、Y方向に複数本設けられたナノワイヤに対して、分離して、形成されるものとした。ただし、パッドは、Y方向に複数本設けられたナノワイヤに対して、一体に形成される場合もある。図13は図1のレイアウト構成例の変形例である。図13では、パッド21,22,23,24,25,26は、それぞれ、Y方向に4本ずつ設けられたナノワイヤ11,12,13,14に対して、一体に形成されている。
また、上の説明では、スタンダードセルにおいて、パッドの幅やパッド間隔は全て同一であるものとしたが、これに限られるものではない。例えばスタンダードセルは、幅が異なるパッドを備えていてもよいし、パッド間隔が異なっていてかまわない。この場合でも、パッドが同一ピッチで配置されていれば、規則的なパッドの配置パターンを実現することができる。また、P型トランジスタ領域とN型トランジスタ領域とにおいて、X方向におけるパッドの位置が一致していなくてもかまわない。ただし、一致している方が好ましい。
また、上の説明では、ゲート配線のピッチは、パッドのピッチと等しいものとしたが、これに限られるものではない。また、ゲート配線は、P型トランジスタ領域およびN型トランジスタ領域にわたって、Y方向に直線状に延びているものとしたが、これに限られるものではない。
本開示では、ナノワイヤFETを用いた半導体集積回路装置について、製造の容易化に有効なレイアウト構成を提供するため、半導体集積回路装置の性能向上に有用である。
1,2 スタンダードセル
11,12,13,14 ナノワイヤ
21,22,23,24,25,26 パッド
31,32 ゲート配線
31p,31n,32p,32n ゲート電極
51,52,53,54,55,56 ナノワイヤ
61,62,63,64,65,66,67,68 パッド
71,72,73 ゲート配線
71p,71n,72p,72n,73p,73n ゲート電極
101 第1トランジスタ
102 第2トランジスタ
103 パッド
111 第1トランジスタ
112 第2トランジスタ
113 パッド
P11,P12 ナノワイヤFET
P21,P22,P23 ナノワイヤFET
N11,N12 ナノワイヤFET
N21,N22,N23 ナノワイヤFET
NW ナノワイヤ
PD パッド
GT ゲート配線
DG ダミーゲート配線
また、スタンダードセル1には、Y方向に直線状に延びる2本のゲート配線31,32が配置されている。ゲート配線31は、ナノワイヤFET P11のゲート電極31pと、ナノワイヤFET N11のゲート電極31nとを一体に形成したものであり、ナノワイヤ11,13のX方向における所定範囲において、ナノワイヤ11,13の周囲を囲うように設けられている。ゲート配線32は、ナノワイヤFET P12のゲート電極32pと,ナノワイヤFET N12のゲート電極32nとを一体に形成したものであり、ナノワイヤ12,14のX方向における所定範囲において、ナノワイヤ12,14の周囲を囲うように設けられている。また、スタンダードセル1のセル枠CFの側辺に、Y方向に延びるダミーゲート配線35,36がそれぞれ配置されている。
(スタンダードセルその2)
図7は実施形態に係る半導体集積回路装置が備えるスタンダードセルのレイアウト構成例を示す平面図である。図7に示すスタンダードセル2は、ナノワイヤFETを用いて、図8の回路図に示す3入力NANDゲートを構成するものである。図7では、図1と同様に、図面横方向をX方向(第1方向に相当)とし、図面縦方向をY方向(第2方向に相当)としている。なお、断面構造は、図3〜図5に示すものと同様であり、ここでは図示を省略する。
図7に示すスタンダードセル2は、6個のナノワイヤFETを備えている。すなわち、スタンダードセル2は、P型トランジスタ領域PAとN型トランジスタ領域NAとがY方向に並べて配置されており、P型トランジスタ領域PAにP型のナノワイヤFET P21,P22,P23が設けられており、N型トランジスタ領域NAにN型のナノワイヤFET N21,N22,N23が設けられている。図8の回路図に示すように、ナノワイヤFET P21,P22,P23は並列に接続されており、ナノワイヤFET N21,N22,N23は直列に接続されている。
ナノワイヤFET P21,P22,P23,N21,N22,N23の上層に、金属配線層M1が構成されている。金属配線層M1において、セル枠CFの上辺に、電源電位を供給する配線VDDが配置されており、セル枠CFの下辺に、接地電位を供給する配線VSSが配置されている。また、金属配線層M1において、配線81a〜81gが形成されている。配線81aは、配線VDDからY方向下向きに延びるように形成されており、ローカル配線85aを介してパッド61に接続されている。配線81bは、配線VDDからY方向下向きに延びるように形成されており、ローカル配線85bを介してパッド63に接続されている。配線81cは、配線VSSからY方向上向きに延びるように形成されており、ローカル配線85cを介してパッド65に接続されている。配線81dは、パッド62,64,68を接続するものであり、ローカル配線85dを介してパッド62に接続されており、ローカル配線85eを介してパッド64に接続されており、ローカル配線85fを介してパッド68に接続されている。配線81eは,ゲート配線71にローカル配線85gを介して接続される。配線81fは、ゲート配線72にローカル配線85hを介して接続される。配線81gは、ゲート配線73にローカル配線85iを介して接続される。配線81d,81e,81f,81gは、3入力NAND回路の出力Y、入力A、入力B、入力Cにそれぞれ対応する。また、パッド66上にローカル配線85jが設けられており、パッド67上にローカル配線85kが設けられている。ローカル配線85jはパッド66に接続され、ローカル配線85kはパッド67に接続されている。

Claims (15)

  1. 少なくとも1つのナノワイヤFET(Field Effect Transistor)を備えた、少なくとも1つのスタンダードセルを備え、
    前記ナノワイヤFETは、
    第1方向に延びる、1つ、または、並列に設けられた複数の、ナノワイヤと、
    前記ナノワイヤの前記第1方向における両端にそれぞれ設けられ、下面が前記ナノワイヤの下面よりも低い位置にあり、前記ナノワイヤと接続されたパッドと、
    前記第1方向と垂直をなす第2方向に延び、前記ナノワイヤの前記第1方向における所定範囲において、前記ナノワイヤの周囲を囲うように設けられたゲート電極とを備え、
    前記スタンダードセルにおいて、前記パッドは、前記第1方向において第1ピッチで配置されており、かつ、前記スタンダードセルの前記第1方向における寸法であるセル幅は、前記第1ピッチの整数倍である
    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、
    前記スタンダードセルにおいて、前記パッドの前記第1方向における寸法であるパッド幅は、同一である
    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、
    前記スタンダードセルにおいて、前記第1方向における前記パッド同士の間隔であるパッド間隔は、同一である
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  4. 請求項1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、P型の前記ナノワイヤFETが設けられるP型トランジスタ領域と、N型の前記ナノワイヤFETが設けられるN型トランジスタ領域とが、前記第2方向に並べて配置されており、
    前記P型トランジスタ領域と前記N型トランジスタ領域とにおいて、前記第1方向における前記パッドの位置が、一致している
    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、
    前記スタンダードセルは、前記第1方向において隣接する第1および第2スタンダードセルを含み、
    前記第1および第2スタンダードセル間のセル境界を挟んで対向する、前記第1スタンダードセルが備える前記パッドと、前記第2スタンダードセルが備える前記パッドとは、前記第1ピッチで配置されている
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  6. 請求項1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において、前記ゲート電極は、前記第1方向において第2ピッチで配置されており、
    前記第2ピッチは、前記第1ピッチと等しい
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  7. 請求項6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、P型の前記ナノワイヤFETが設けられるP型トランジスタ領域と、N型の前記ナノワイヤFETが設けられるN型トランジスタ領域とが、前記第2方向に並べて配置されており、
    P型の前記ナノワイヤFETが備える前記ゲート電極と、N型の前記ナノワイヤFETが備える前記ゲート電極とは、一体に形成されており、かつ、前記第2方向に直線状に延びている
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  8. ナノワイヤFET(Field Effect Transistor)である、第1および第2トランジスタを備え、
    前記第1および第2トランジスタは、それぞれ、
    第1方向に延びる、1つ、または、並列に設けられた複数の、ナノワイヤと、
    前記ナノワイヤの前記第1方向における両端にそれぞれ、第1ピッチで設けられ、下面が前記ナノワイヤの下面よりも低い位置にあり、前記ナノワイヤと接続された第1および第2パッドと、
    前記第1方向と垂直をなす第2方向に延び、前記ナノワイヤの前記第1方向における所定範囲において、前記ナノワイヤの周囲を囲うように設けられたゲート電極とを備え、
    前記第1および第2トランジスタは、直列に接続されており、かつ、前記第2パッドを共有して、前記第1方向において隣接配置されている
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  9. 請求項8記載の半導体集積回路装置において、
    前記第1トランジスタが備える前記ゲート電極と、前記第2トランジスタが備える前記ゲート電極とは、前記第1方向において第2ピッチで配置されており、
    前記第2ピッチは、前記第1ピッチと等しい
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  10. 請求項8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トランジスタは、備える前記ナノワイヤの個数が異なっている
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  11. 請求項8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トランジスタは、1つのスタンダードセルに含まれている
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  12. ナノワイヤFET(Field Effect Transistor)である、第1および第2トランジスタを備え、
    前記第1および第2トランジスタは、それぞれ、
    第1方向に延びる、1つ、または、並列に設けられた複数の、ナノワイヤと、
    前記ナノワイヤの前記第1方向における両端にそれぞれ、第1ピッチで設けられ、下面が前記ナノワイヤの下面よりも低い位置にあり、前記ナノワイヤと接続された第1および第2パッドと、
    前記第1方向と垂直をなす第2方向に延び、前記ナノワイヤの前記第1方向における所定範囲において、前記ナノワイヤの周囲を囲うように設けられたゲート電極とを備え、
    前記第1および第2トランジスタは、並列に接続されており、かつ、前記第2パッドを共有して、前記第1方向において隣接配置されている
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  13. 請求項12記載の半導体集積回路装置において、
    前記第1トランジスタが備える前記ゲート電極と、前記第2トランジスタが備える前記ゲート電極とは、前記第1方向において第2ピッチで配置されており、
    前記第2ピッチは、前記第1ピッチと等しい
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  14. 請求項12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トランジスタは、備える前記ナノワイヤの個数が異なっている
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  15. 請求項12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トランジスタは、1つのスタンダードセルに含まれている
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
JP2018501622A 2016-02-25 2017-02-16 半導体集積回路装置 Pending JPWO2017145906A1 (ja)

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