信頼性設計支援方法
【課題】経年変化による特性の劣化が抑制され、寿命に係る性能を十分に満足した信頼性の高い半導体集積回路装置を効率良く設計することが可能な信頼性設計支援方法を提供する。
【解決手段】信頼性設計支援方法は、初期マスクレイアウトパターン１０で示され、半導体集積回路装置の内、経年変化により特性が劣化する劣化発生箇所を求める経年劣化対象箇所抽出ステップ２０と、初期マスクレイアウトパターン１０を変形して、経年変化後の半導体集積回路装置を示す劣化マスクレイアウトパターン４０を生成する経年劣化実行ステップ３０と、劣化マスクレイアウトパターン４０で示される半導体集積回路装置の特性を評価する経年劣化対策ステップ５０とを備えている。経年劣化対策ステップ５０では、評価結果に基づいて初期マスクレイアウトパターン１０を修正する。
【解決手段】信頼性設計支援方法は、初期マスクレイアウトパターン１０で示され、半導体集積回路装置の内、経年変化により特性が劣化する劣化発生箇所を求める経年劣化対象箇所抽出ステップ２０と、初期マスクレイアウトパターン１０を変形して、経年変化後の半導体集積回路装置を示す劣化マスクレイアウトパターン４０を生成する経年劣化実行ステップ３０と、劣化マスクレイアウトパターン４０で示される半導体集積回路装置の特性を評価する経年劣化対策ステップ５０とを備えている。経年劣化対策ステップ５０では、評価結果に基づいて初期マスクレイアウトパターン１０を修正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスや金属配線などを有する半導体集積回路装置の信頼性設計支援方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体集積回路装置の設計には、ＣＡＤ（Computer Aided Design）やＥＤＡ（Electronic Design Automation）と呼ばれる計算機ソフトウェアを用いて、半導体集積回路装置の設計の自動化を行ってきた。ここで、半導体集積回路装置を構成する電子回路（半導体デバイス）のマスクレイアウトの設計では、デザインルールと呼ばれる製造限界を示す規則に基づき、人手により、またはＣＡＤツールを用いて自動設計されたマスクパターンを検証し、該マスクパターンの修正を行ってきた。また、製品寿命に係わる規則に関してもデザインルールとして規定され、上述と同様の手法を用いて設計され、検証されてきた。
【０００３】
しかし、近年の半導体集積回路装置の進歩に伴い、寿命（経年変化）における信頼性が高い半導体集積回路の設計が必要となってきた。半導体集積回路装置の代表的な寿命に関係する物理現象としては、ホットキャリアやアンテナ効果による電気特性の劣化現象や、エレクトロマイグレーションおよびストレスマイグレーションによる物理特性の劣化現象が挙げられる。これらの劣化現象を抑えるために、信頼性設計支援装置と呼ばれる、経年変化による電気特性の変化を捉え、信頼性を解析し、半導体集積回路の設計を最適化する装置の先行例がいくつか開示されている（例えば特許文献１参照）。これらの信頼性設計支援装置は、半導体集積回路装置に求められる電気特性の寿命に係る性能を満足させる信頼性設計を、効率良く行うことを可能とする半導体集積回路装置の信頼性設計支援システムである。
【特許文献１】特開２００３―２２４２５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、従来技術では、半導体デバイスの性能を左右するホットキャリアやアンテナ効果などの電気特性の劣化現象を抑えるための信頼性設計支援技術は提案されているが、マスクレイアウトに依存した製品寿命に係る物理特性の劣化現象を抑えるための信頼性設計支援技術は提案されていない。従って、製品寿命に影響を及ぼす性能の信頼性を高めるために、マスクレイアウトに依存したデザインルールと呼ばれる半導体集積回路装置の製造上の制約を用いて規定を行うことで、設計を行ってきた。しかしながら、この従来の設計方法では、信頼性の設計と同時に、チップ面積の増大を最小化させたり、マスクレイアウトに依存したバラツキを低減させることなどが難しかった。
【０００５】
これらの課題に鑑み、本発明の目的は、経年変化による特性の劣化が抑制され、寿命に係る性能を十分に満足した信頼性の高い半導体集積回路装置を効率良く設計することが可能な信頼性設計支援方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の信頼性設計支援方法は、第１のマスクレイアウトパターンで示され、半導体デバイスおよび金属配線を有する半導体集積回路装置の内、経年変化により特性が劣化する劣化発生箇所を求めるステップ（ａ）と、前記第１のマスクレイアウトパターンを変形して、経年変化後の前記半導体集積回路装置を示す第２のマスクレイアウトパターンを生成するステップ（ｂ）と、前記第２のマスクレイアウトパターンで示される前記半導体集積回路装置の特性を評価するステップ（ｃ）と、前記ステップ（ｃ）で得られた結果に基づいて前記第１のマスクレイアウトパターンを修正することで、前記半導体集積回路装置の経年変化による特性の劣化を抑制するステップ（ｄ）とを備えている。
【０００７】
この方法によれば、半導体集積回路装置の初期の特性だけでなく、第２のマスクレイアウトパターンで示される経年劣化後の半導体集積回路装置の特性を評価することで、製品寿命に係る性能に関する評価を行うことができるため、半導体集積回路装置の所望の寿命を満足させる信頼性の高い設計を行うことが可能となる。さらに、第２のマスクレイアウトパターンを用いて特性を評価することで、例えば半導体デバイスや金属配線の内、経年劣化後も十分な信頼性を有する箇所がある場合、寿命に係る性能を維持しつつ、チップ面積を削減できる。これにより、本発明の信頼性設計支援方法を用いると、チップ面積の増大を抑制しつつ、寿命に係る性能を十分に満足した信頼性の高い半導体集積回路装置を設計することができる。
【０００８】
なお、前記ステップ（ａ）では、ＤＲＣを用いて前記第１のマスクレイアウトパターンから、前記劣化発生箇所を抽出してもよい。また、前記ステップ（ａ）では、ＬＲＣを用いて前記第１のマスクレイアウトパターンから、前記劣化発生箇所を抽出してもよい。これらのＤＲＣやＬＲＣなどのＣＡＤツールを用いることで、設計工程が自動化されるため、マスクレイアウトパターンの設計にかかる時間と労力を低減させることができ、効率良く信頼性の高い半導体集積回路装置を設計することができる。
【０００９】
また、前記ステップ（ａ）では、前記劣化発生箇所において劣化が発生する確率をさらに求め、前記ステップ（ｂ）では、前記確率を基に、前記第２のマスクレイアウトパターンを生成してもよい。この場合、忠実に経年劣化後の第２のマスクレイアウトパターンを生成することができるため、より信頼性の高い半導体集積回路装置を設計することができる。
【００１０】
なお、前記劣化発生箇所は、前記金属配線の一部領域であり、前記ステップ（ｂ）では、前記第１のマスクレイアウトパターンにおける前記金属配線の一部領域の幅を小さくすることで、前記第２のマスクレイアウトパターンを生成してもよい。この場合、前記ステップ（ｄ）では、前記第１のマスクレイアウトパターンにおける前記金属配線の幅を大きくすることが好ましい。
【００１１】
この方法では、劣化発生箇所として抽出された金属配線の幅を小さくすることで、例えば断線などの危険性が示された経年劣化後の第２のマスクレイアウトパターンを生成することができる。これにより、第１のマスクレイアウトパターンにおいて、経年劣化後に断線などを起こしやすい部分の金属配線の幅を大きく修正することで、断線などが抑制され、金属配線の寿命に係る性能を十分に満足した半導体集積回路装置を設計することが可能となる。
【００１２】
また、前記ステップ（ｃ）は、前記第２のマスクレイアウトパターンから前記半導体デバイスおよび前記金属配線の回路情報を抽出するステップと、前記回路情報を用いて回路シミュレーションを行い、前記半導体集積回路装置の特性を評価するステップとを含んでいてもよい。
【００１３】
この方法では、経年劣化後の半導体集積回路装置の電気特性を評価することができるため、初期のマスクレイアウトパターンに起因する物理特性の劣化だけでなく、電気特性の劣化も抑制された信頼性の高い半導体集積回路装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の信頼性支援設計方法では、マスクレイアウトパターンを用いて、初期の特性だけでなく、経年劣化後の半導体集積回路装置の特性を評価することで、高い信頼性を有する半導体集積回路装置の設計を効率良く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。
【００１６】
（実施形態）
最初に、本発明の実施形態における半導体デバイスおよび金属配線を有する半導体集積回路装置の信頼性設計支援方法について説明する。図１は、本発明の半導体集積回路の信頼性設計支援方法の一例を示すブロック図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の信頼性設計支援方法は、寿命による劣化を考慮しない初期マスクレイアウトパターン１０を基に、半導体デバイスおよび金属配線を有する半導体集積回路装置の内、経年変化が起こり得る劣化発生箇所を抽出する経年劣化対象箇所抽出ステップ２０と、初期マスクレイアウトパターン１０における経年劣化対象箇所抽出ステップ２０で特定された対象箇所（劣化発生箇所）を、デザインルールに基づき変形することで、経年変化後の劣化マスクレイアウトパターン４０を作成する経年劣化実行ステップ３０と、経年劣化実行ステップ３０で生成された劣化マスクレイアウトパターン４０を入力し、設計初期の特性が維持できるか否かを確認する経年劣化対策ステップ５０とを備えている。以下、各ステップについて説明する。
【００１８】
まず、経年劣化対象箇所抽出ステップ２０では、ＤＲＣ（Design Rule Check）を用いて、デザインルールに従った規則に基づいて初期マスクレイアウトパターン１０の確認を行うことで、対象箇所の特定および抽出を行うことができる。また、シリコンウェハ上に形成されるパターンを再現するリソグラフィシミュレーション検証（ＬＲＣ：Lithography Rule Check）を用いることで、対象箇所の特定および抽出を行うこともできる。なお、以下で説明するステップも、本ステップと同様にコンピュータ等のハードウェア手段に組み込まれたＤＲＣツール、ＬＲＣツール等により実行される。
【００１９】
次に、経年劣化実行ステップ３０では、デザインルールに従った規則に基づいて、初期マスクレイアウトパターン１０の内、経年劣化対象箇所抽出ステップ２０で特定した対象箇所に対して変形を施し、経年変化後の半導体デバイスまたは金属配線が示された劣化マスクレイアウトパターン４０を生成する。ここで、劣化マスクレイアウトパターン４０は、初期マスクレイアウトパターン１０を基に変形したマスクレイアウトパターンであり、対象箇所以外は初期マスクレイアウトパターン１０と同様な構成である。
【００２０】
続いて、経年劣化対策ステップ５０について説明する。ここで、図２は、経年劣化対策ステップ５０の詳細を示すブロック図である。図２に示すように、経年劣化対策ステップ５０では、劣化マスクレイアウトパターン４０から半導体デバイスまたは金属配線における回路情報を抽出し、例えば回路シミュレーションを用いて設計初期の特性が維持できるか否かを確認する特性確認ステップ７０と、初期の特性を維持できない場合には、初期マスクレイアウトパターン１０に対して修正を施し、補正マスクレイアウトパターン９０を生成する経年変化修正ステップ８０とを有している。なお、図１に示すように、補正マスクレイアウトパターン９０に対し、再度ステップ１０〜ステップ５０の処理を行う。一方、経年劣化対策ステップ５０において初期の特性を維持できると判断した場合には、処理を終了する。以上のステップを経て、本実施形態に係る半導体集積回路装置の信頼性設計を行うことができる。
【００２１】
次に、本実施形態に係る半導体デバイスおよび金属配線を有する半導体集積回路装置の信頼性設計支援方法について具体例を挙げて説明する。最初に、図３〜図７を参照しながら図１に示す経年劣化実行ステップ３０の具体例を示す。
【００２２】
−経年劣化実行ステップ３０の第１の具体例−
図３（ａ）は、本実施形態に係る半導体集積回路装置の金属配線の初期マスクレイアウトパターンを示す図であり、図３（ｂ）は、経年劣化実行ステップ３０の第１の具体例を示す図である。
【００２３】
図３（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターン１０で表される半導体集積回路装置の金属配線は、１層目金属配線５００と、１層目金属配線５００の上方に設けられた第１の２層目金属配線５１１および第２の２層目金属配線５２２と、１層目金属配線５００と第１の２層目金属配線５１１、および１層目金属配線５００と第２の２層目金属配線５２２をそれぞれ接続する第１の接続ビア５１０および第２の接続ビア５２０とを備えている。なお、第２の２層目金属配線５２２は、第１の２層目金属配線５１１と配線幅が等しい第１の領域５２１と、第１の領域５２１よりも配線幅が大きい第２の領域５２３とを有している。
【００２４】
最初に、図３（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターン１０より、第２の２層目金属配線５２２の第２の領域５２３では、第１の領域５２１に比べて面積が大きく、ボイドと呼ばれる空孔が発生する数も多くなると判断される。そのため、経年劣化対象箇所抽出ステップ２０では、半導体集積回路装置の長期にわたる寿命を考えた場合、ボイドの影響を受けて第２の２層目金属配線５２２が断線する可能性は大きいと言える。一方、第１の２層目金属配線５１１では、第２の２層目金属配線５２２と比較して、第２の領域５２３のように配線幅および面積が変化する領域が無いため、ボイドが第１の２層目金属配線５１１に及ぼす影響は軽微であり、第１の２層目金属配線５１１が断線する可能性は低い。このように、経年劣化対象箇所抽出ステップ２０では、初期マスクレイアウトパターン１０を基にして、断線など、経年変化により特性が劣化する対象箇所を例えばＤＲＣにより抽出する。
【００２５】
次に、図３（ｂ）に示すように、本実施形態の経年劣化実行ステップ３０では、デザインルールに基づき、上述の経年劣化対象箇所抽出ステップ２０で特定した対象箇所に対して変形を施す。本実施形態の第１の具体例では、第２の２層目金属配線５２２の第１の領域５２１を、配線幅が第１の領域５２１より小さい第６の領域５３０に変形する。これにより、第２の２層目金属配線５２２の断線の危険性が示された劣化マスクレイアウトパターン４０を生成することができる。
【００２６】
−経年劣化実行ステップ３０の第２の具体例−
図４（ａ）は、本実施形態に係る半導体集積回路装置の金属配線の初期マスクレイアウトパターンを示す図であり、図４（ｂ）は、経年劣化実行ステップ３０の第２の具体例を示す図である。なお、図４（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンは、図３（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００２７】
最初に、本実施形態に係る経年劣化対象箇所抽出ステップ２０では、例えばＤＲＣを用いて、図４（ａ）に示す初期レイアウトパターンから、第２の２層目金属配線６２２の第１の領域６２１を対象箇所として抽出する。これは、第２の２層目金属配線６２２が、他の部分よりも面積の大きい第２の領域６２３を有しているため、ボイドなどの影響を受けやすく、第１の２層目金属配線６１１よりも断線の危険性が大きいと判断されるからである。
【００２８】
次に、図４（ｂ）に示すように、本実施形態の経年劣化実行ステップ３０では、対象箇所として抽出した第２の２層目金属配線６２２の第１の領域６２１に対して、変形を施す。ここでは、１層目金属配線６００と第２の２層目金属配線６２２とを接続する第２の接続ビア６２０の数を１個から０個に減らす。これにより、第２の接続ビア６２０が除去された除去領域６３０を含む第２の２層目金属配線６２２の断線の危険性が示された劣化マスクレイアウトパターン４０を生成することができる。
【００２９】
なお、図４（ｂ）では、第２の接続ビア６２０が１個である例を示したが、第２の接続ビア６２０が２個以上設けられる箇所が抽出される場合には、適宜１個以上の第２の接続ビア６２０を減らしてもよい。
【００３０】
−経年劣化実行ステップ３０の第３の具体例−
図５（ａ）は、本実施形態に係る半導体集積回路装置の金属配線の初期マスクレイアウトパターン１０を示す図であり、図５（ｂ）は、経年劣化実行ステップ３０の第３の具体例を示す図である。
【００３１】
最初に、図５（ａ）に示す初期レイアウトパターンで表される金属配線は、１層目金属配線７００と、１層目金属配線７００の上方に設けられた第１の２層目金属配線７１２および第２の２層目金属配線７２２と、１層目金属配線７００と第１の２層目金属配線７１２、および１層目金属配線７００と第２の２層目金属配線７２２とをそれぞれ接続する第１の接続ビア７１０および第２の接続ビア７２０とを備えている。なお、第１の１層目金属配線７１２は、第１の領域７１１と第１の領域７１１よりも配線幅が大きい第２の領域７１３とを有しており、第２の２層目金属配線７２２は、第３の領域７２１と第３の領域７２１よりも配線幅が大きい第４の領域７２３とを有している。
【００３２】
本実施形態の経年劣化対象箇所抽出ステップ２０では、図５（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンより、ＤＲＣなどを用いて、第１の２層目金属配線７１２の第１の領域７１１および第２の２層目金属配線７２２の第３の領域７２１を対象箇所として抽出する。これは、第１の領域７１１および第３の領域７２１が、他の部分よりも面積の大きい第２の領域７１３および第４の領域７２３と隣接しているため、ボイドの影響をそれぞれ受けることで、断線の危険性が大きいと判断されるからである。加えて、ここでは、金属配線の断線が発生する確率を実測により予め求めておき、その確率を基に対象箇所を抽出している。例えば、第１の領域７１１および第３の領域７２１の配線幅が０．１５μｍ以下である場合、第１の２層目金属配線７１２および第２の２層目金属配線７２２の断線が発生する確率は、１ｐｐｍ程度である。
【００３３】
次に、図５（ｂ）に示すように、経年劣化実行ステップ３０では、経年劣化対象箇所抽出ステップ２０で対象箇所として抽出した第２の２層目金属配線７２２の第３の領域７２１の幅を小さくして、第７の領域７７１を形成する。これにより、第２の２層目金属配線７２２の断線の危険性が示された劣化マスクレイアウトパターン４０を生成することができる。
【００３４】
−経年劣化実行ステップ３０の第４の具体例−
図６（ａ）は、本実施形態に係る半導体集積回路装置の金属配線の初期マスクレイアウトパターン１０を示す図であり、図６（ｂ）は、経年劣化実行ステップ３０の第４の具体例を示す図である。なお、図６（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンは、図５（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００３５】
最初に、本実施形態に係る経年劣化対象箇所抽出ステップ２０では、図６（ａ）に示す初期レイアウトパターンより、第１の２層目金属配線８１２と１層目金属配線８００とを接続する第１の接続ビア８１０と、第２の２層目金属配線８２２と１層目金属配線８００とを接続する第２の接続ビア８２０とを対象箇所として抽出する。これは、第１の２層目金属配線８１２および第２の２層目金属配線８２２が、他の部分よりも面積の大きい第２の領域８１３および第４の領域８２３を有していることで、ボイドの影響を受けやすく、長期の製品寿命を考慮した場合、第１の２層目金属配線８１２および第２の２層目金属配線８２２とそれぞれ接続される第１の接続ビア８１０および第２の接続ビア８２０における断線の危険性が大きいと判断されるからである。加えて、ここでは、各接続ビアの断線が発生する確率を実測により予め求めておき、その確率を基に対象箇所を抽出している。例えば、第２の領域８１３および第４の領域８２３の配線幅が０．５μｍ以下である場合、第２の領域８１３に接続される第１の接続ビア８１０および第４の領域８２３に接続される第２の接続ビア８２０で断線が発生する確率は、１ｐｐｍ程度である。
【００３６】
続いて、図６（ｂ）に示すように、経年劣化実行ステップ３０では、経年劣化対象箇所抽出ステップ２０で対象箇所として抽出した第２の接続ビア８２０の数を、１個から０個に減らす。これにより、１層目金属配線８００と第２の２層目金属配線８２２とを接続する接続ビアが無く（ビア除去箇所８７０参照）、第２の接続ビア８２０の断線の危険性が示された劣化マスクレイアウトパターン４０を生成することができる。
【００３７】
−経年劣化実行ステップ３０の第５の具体例−
図７（ａ）は、本実施形態に係る半導体集積回路装置の金属配線の初期マスクレイアウトパターン１０を示す図であり、図７（ｂ）は、経年劣化実行ステップ３０の第５の具体例を示す図である。なお、図７（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンは、図５（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００３８】
最初に、本実施形態の経年劣化対象箇所抽出ステップ２０では、上述の第４の具体例と同様にして、図７（ａ）に示す初期レイアウトパターンの形状と、予め実測された断線の発生確率とから、第１の２層目金属配線９１２と１層目金属配線９００とを接続する第１の接続ビア９１０と、第２の２層目金属配線９２２と１層目金属配線９００とを接続する第２の接続ビア９２０とを対象箇所として抽出する。
【００３９】
次に、図７（ｂ）に示すように、経年劣化実行ステップ３０では、経年劣化対象箇所抽出ステップ２０で対象箇所として抽出した第２の接続ビア９２０の数を１個から０．５個に減らす。これにより、第２の接続ビアから金属配線と平行な方向における断面積が第２の接続ビア９２０の半分である第４の接続ビア９７０へ変更することで、金属配線の断線の危険性が示された劣化マスクレイアウトパターン４０を生成することができる。ここで、劣化マスクレイアウトパターン４０に示す第２の接続ビアの個数を正の実数で表現することで、経年劣化対象箇所抽出ステップ２０で予め算出された確率を基に、忠実に劣化マスクレイアウトパターン４０を生成することができる。
【００４０】
続いて、図８〜図１０を用いて経年劣化対策ステップ５０の具体例を示す。
【００４１】
−経年劣化対策ステップ５０の第１の具体例−
図８（ａ）は、本実施形態に係る半導体集積回路装置の金属配線の初期マスクレイアウトパターン１０を示す図であり、図８（ｂ）は経年劣化対策ステップ５０の第１の具体例を示す図である。なお、図８（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンは、上述の図３（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４２】
最初に、図８（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンを用いて、経年劣化実行ステップ３０の各具体例で述べたように、経年変化が発生する可能性が高い対象箇所を抽出し、劣化マスクレイアウトパターン４０を生成する。ここでは、経年劣化実行ステップ３０の第１の具体例と同様にして、面積が大きい第２の領域２２３を有する第２の２層目金属配線２２２の第１の領域２２１が対象箇所として抽出され、該対象箇所に対して変更が施された劣化マスクレイアウトパターン４０（図示せず）が生成される。
【００４３】
次に、経年劣化対策ステップ５０では、劣化マスクレイアウトパターン４０より半導体デバイスおよび金属配線の回路情報を抽出し、例えば回路シミュレーションを用いて、初期の特性が維持できるか否かを判定する。この評価により初期の特性が維持できない場合、図８（ｂ）に示すように、図８（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンを基に、第２の２層目金属配線２２２の第１の領域２２１を修正する。ここでは、第１の領域２２１を、配線幅が第１の領域２２１よりも大きい第５の領域２３０へ変更することで、補正マスクレイアウトパターン９０（図２参照）を生成する。これにより、初期マスクレイアウトパターンにおける金属配線の断線の危険性を低下させることができ、信頼性の高い半導体集積回路装置を設計することができる。
【００４４】
−経年劣化対策ステップ５０の第２の具体例−
図９（ａ）は、本実施形態に係る半導体集積回路装置の金属配線の初期マスクレイアウトパターン１０を示す図であり、図９（ｂ）は経年劣化対策ステップ５０の第２の具体例を示す図である。なお、図９（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンは、図３（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４５】
最初に、図９（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンを用いて、上述の経年劣化実行ステップ３０の各具体例で述べたように、経年変化が発生する可能性が高い対象箇所を抽出し、劣化マスクレイアウトパターン４０を生成する。ここでは、経年劣化実行ステップ３０の第１の具体例と同様にして、面積が大きい第２の領域３２３を有する第２の２層目金属配線３２２の第１の領域３２１が経年変化により断線する可能性が大きいと判断され、第１の領域が対象箇所として抽出される。そして、対象箇所に対して変更が施された劣化マスクレイアウトパターン４０（図示せず）が生成される。
【００４６】
次に、経年劣化対策ステップ５０では、上述の劣化マスクレイアウトパターン４０より半導体デバイスおよび金属配線の回路情報を抽出し、例えば回路シミュレーションを用いて、初期の特性が維持できるか否かを判定する。この評価により初期の特性が維持できない場合、図９（ｂ）に示すように、図９（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンを基に、第４の接続ビア３３０を設けて、第１の２層目金属配線３２２の第１の領域３２１と１層目金属配線３００とを接続するビアの数を１個から２個に増加させることで、補正マスクレイアウトパターン９０（図２参照）を生成する。これにより、初期マスクレイアウトパターン１０における金属配線の断線の危険性を低下させることができ、信頼性の高い半導体集積回路装置を設計することができる。
【００４７】
−経年劣化対策ステップ５０の第３の具体例−
図１０（ａ）は、本実施形態に係る半導体集積回路装置の金属配線の初期マスクレイアウトパターン１０を示す図であり、図１０（ｂ）は経年劣化対策ステップ５０の第３の具体例を示す図である。なお、図１０（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンは、図３（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４８】
最初に、図１０（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンを用いて、上述の経年劣化実行ステップ３０の各具体例で述べたように、経年変化が発生する可能性が高い対象箇所を抽出し、劣化マスクレイアウトパターン４０を生成する。ここでは、経年劣化実行ステップ３０の第１の具体例と同様にして、面積が大きい第２の領域４２３を有する第２の２層目金属配線４２２の第１の領域４２１が経年変化により断線する危険性が大きいと判断され、第１の領域４２１が対象箇所として抽出される。そして、対象箇所に対して変更が施された劣化マスクレイアウトパターン４０（図示せず）が生成される。
【００４９】
次に、経年劣化対策ステップ５０では、上述の劣化マスクレイアウトパターン４０より半導体デバイスおよび金属配線の回路情報を抽出し、例えば回路シミュレーションを用いて、初期の特性が維持できるか否かを判定する。この評価により初期の特性が維持できない場合、図１０（ｂ）に示すように、図１０（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンを基に、第１の領域４２１と１層目金属配線４００とを接続する第２の接続ビア４２０を、第１の２層目金属配線４２２と接触する部分の面積が第２の接続ビア４２０よりも大きい第３の接続ビア４３０に変更する。これにより、初期マスクレイアウトパターン１０における金属配線の断線の危険性を低下させることができ、信頼性の高い半導体集積回路装置を設計することができる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態の信頼性設計支援方法では、初期マスクレイアウトパターンに示された半導体集積回路装置の特性だけでなく、経年変化後の劣化マスクレイアウトパターンに示された半導体集積回路装置の特性を評価することで、製品寿命に係る性能の信頼性が高い半導体集積回路装置を設計することができる。ここで、例えば、エレクトロマイグレーションを考慮して金属配線およびビアの設計を行った場合、初期マスクレイアウトパターンを用いるだけでは、所望の寿命を有する半導体集積回路装置を得ることは難しい。このため、経年変化後の劣化マスクレイアウトパターンを用いて、エレクトロマイグレーションだけでなく、例えばストレスマイグレーションなど、製品寿命に係る他の性能に関しても合わせて評価を行うことで、半導体集積回路装置の所望の寿命を満足させる信頼性の高い設計を行うことができる。
【００５１】
さらに、劣化マスクレイアウトパターンを用いて特性を評価することで、例えば半導体デバイスや金属配線の内、経年劣化後も十分な信頼性を有する箇所がある場合、寿命に係る性能を維持しつつ、チップ面積を削減できる。これにより、本実施形態の信頼性設計支援方法を用いると、チップ面積の増大を抑制しつつ、寿命に係る性能を十分に満足した信頼性の高い半導体集積回路装置を設計することができる。
【００５２】
また、本実施形態の信頼性設計支援方法では、ＤＲＣなどのＣＡＤツールを用いて、経年劣化対象箇所抽出ステップ２０、経年劣化実行ステップ３０、および経年劣化対策ステップ５０を行っており、設計工程が自動化されているため、マスクレイアウトパターンの設計にかかる時間と労力を低減させることができ、効率良く信頼性設計を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の半導体集積回路の信頼性設計支援方法は、半導体集積回路装置の信頼性設計の効率化に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の半導体集積回路装置の信頼性設計支援方法を示すブロック図である。
【図２】図１に示す経年劣化対策ステップの詳細を示すブロック図である。
【図３】（ａ）は、本発明に係る金属配線の初期マスクレイアウトパターンを示す図であり、（ｂ）は、経年劣化実行ステップ３０の第１の具体例を示す図である。
【図４】（ａ）は、本発明に係る金属配線の初期マスクレイアウトパターンを示す図であり、（ｂ）は、経年劣化実行ステップ３０の第２の具体例を示す図である。
【図５】（ａ）は、本発明に係る金属配線の初期マスクレイアウトパターンを示す図であり、（ｂ）は、経年劣化実行ステップ３０の第３の具体例を示す図である。
【図６】（ａ）は、本発明に係る金属配線の初期マスクレイアウトパターンを示す図であり、（ｂ）は、経年劣化実行ステップ３０の第４の具体例を示す図である。
【図７】（ａ）は、本発明に係る金属配線の初期マスクレイアウトパターンを示す図であり、（ｂ）は、経年劣化実行ステップ３０の第５の具体例を示す図である。
【図８】（ａ）は、本発明に係る金属配線の初期マスクレイアウトパターンを示す図であり、（ｂ）は、経年劣化対策ステップ５０の第１の具体例を示す図である。
【図９】（ａ）は、本発明に係る金属配線の初期マスクレイアウトパターンを示す図であり、（ｂ）は、経年劣化対策ステップ５０の第２の具体例を示す図である。
【図１０】（ａ）は、本発明に係る金属配線の初期マスクレイアウトパターンを示す図であり、（ｂ）は、経年劣化対策ステップ５０の第３の具体例を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 初期マスクレイアウトパターン
２０ 経年劣化対象箇所抽出ステップ
３０ −経年劣化実行ステップ
３０ 経年劣化実行ステップ
４０ 劣化マスクレイアウトパターン
５０ 経年劣化対策ステップ
７０ 特性確認ステップ
８０ 経年変化修正ステップ
９０ 補正マスクレイアウトパターン
２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００
１層目配線
２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０
第１の接続ビア
２１１、３１１、４１１、５１１、６１１、７１２、８１２、９１２
第１の２層目配線
２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０、８２０、８２０
第２の接続ビア
２２１、３２１、４２１、５２１、６２１、７１１、８１１、９１１
第１の領域
２２２、３２２、４２２、５２２、６２２、７２２、８２２、９２２
第２の２層目金属配線
２２３、３２３、４２３、５２３、６２３、７１３、８１３、９１３
第２の領域
２３０ 第５の領域
３３０ 第４の接続ビア
４３０ 第３の接続ビア
５３０ 第６の領域
６３０ 除去領域
７２１、８２１、９２１ 第３の領域
７２３、８２３、９２３ 第４の領域
７７１ 第７の領域
８７０ ビア除去箇所
９７０ 第４の接続ビア
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスや金属配線などを有する半導体集積回路装置の信頼性設計支援方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体集積回路装置の設計には、ＣＡＤ（Computer Aided Design）やＥＤＡ（Electronic Design Automation）と呼ばれる計算機ソフトウェアを用いて、半導体集積回路装置の設計の自動化を行ってきた。ここで、半導体集積回路装置を構成する電子回路（半導体デバイス）のマスクレイアウトの設計では、デザインルールと呼ばれる製造限界を示す規則に基づき、人手により、またはＣＡＤツールを用いて自動設計されたマスクパターンを検証し、該マスクパターンの修正を行ってきた。また、製品寿命に係わる規則に関してもデザインルールとして規定され、上述と同様の手法を用いて設計され、検証されてきた。
【０００３】
しかし、近年の半導体集積回路装置の進歩に伴い、寿命（経年変化）における信頼性が高い半導体集積回路の設計が必要となってきた。半導体集積回路装置の代表的な寿命に関係する物理現象としては、ホットキャリアやアンテナ効果による電気特性の劣化現象や、エレクトロマイグレーションおよびストレスマイグレーションによる物理特性の劣化現象が挙げられる。これらの劣化現象を抑えるために、信頼性設計支援装置と呼ばれる、経年変化による電気特性の変化を捉え、信頼性を解析し、半導体集積回路の設計を最適化する装置の先行例がいくつか開示されている（例えば特許文献１参照）。これらの信頼性設計支援装置は、半導体集積回路装置に求められる電気特性の寿命に係る性能を満足させる信頼性設計を、効率良く行うことを可能とする半導体集積回路装置の信頼性設計支援システムである。
【特許文献１】特開２００３―２２４２５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、従来技術では、半導体デバイスの性能を左右するホットキャリアやアンテナ効果などの電気特性の劣化現象を抑えるための信頼性設計支援技術は提案されているが、マスクレイアウトに依存した製品寿命に係る物理特性の劣化現象を抑えるための信頼性設計支援技術は提案されていない。従って、製品寿命に影響を及ぼす性能の信頼性を高めるために、マスクレイアウトに依存したデザインルールと呼ばれる半導体集積回路装置の製造上の制約を用いて規定を行うことで、設計を行ってきた。しかしながら、この従来の設計方法では、信頼性の設計と同時に、チップ面積の増大を最小化させたり、マスクレイアウトに依存したバラツキを低減させることなどが難しかった。
【０００５】
これらの課題に鑑み、本発明の目的は、経年変化による特性の劣化が抑制され、寿命に係る性能を十分に満足した信頼性の高い半導体集積回路装置を効率良く設計することが可能な信頼性設計支援方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の信頼性設計支援方法は、第１のマスクレイアウトパターンで示され、半導体デバイスおよび金属配線を有する半導体集積回路装置の内、経年変化により特性が劣化する劣化発生箇所を求めるステップ（ａ）と、前記第１のマスクレイアウトパターンを変形して、経年変化後の前記半導体集積回路装置を示す第２のマスクレイアウトパターンを生成するステップ（ｂ）と、前記第２のマスクレイアウトパターンで示される前記半導体集積回路装置の特性を評価するステップ（ｃ）と、前記ステップ（ｃ）で得られた結果に基づいて前記第１のマスクレイアウトパターンを修正することで、前記半導体集積回路装置の経年変化による特性の劣化を抑制するステップ（ｄ）とを備えている。
【０００７】
この方法によれば、半導体集積回路装置の初期の特性だけでなく、第２のマスクレイアウトパターンで示される経年劣化後の半導体集積回路装置の特性を評価することで、製品寿命に係る性能に関する評価を行うことができるため、半導体集積回路装置の所望の寿命を満足させる信頼性の高い設計を行うことが可能となる。さらに、第２のマスクレイアウトパターンを用いて特性を評価することで、例えば半導体デバイスや金属配線の内、経年劣化後も十分な信頼性を有する箇所がある場合、寿命に係る性能を維持しつつ、チップ面積を削減できる。これにより、本発明の信頼性設計支援方法を用いると、チップ面積の増大を抑制しつつ、寿命に係る性能を十分に満足した信頼性の高い半導体集積回路装置を設計することができる。
【０００８】
なお、前記ステップ（ａ）では、ＤＲＣを用いて前記第１のマスクレイアウトパターンから、前記劣化発生箇所を抽出してもよい。また、前記ステップ（ａ）では、ＬＲＣを用いて前記第１のマスクレイアウトパターンから、前記劣化発生箇所を抽出してもよい。これらのＤＲＣやＬＲＣなどのＣＡＤツールを用いることで、設計工程が自動化されるため、マスクレイアウトパターンの設計にかかる時間と労力を低減させることができ、効率良く信頼性の高い半導体集積回路装置を設計することができる。
【０００９】
また、前記ステップ（ａ）では、前記劣化発生箇所において劣化が発生する確率をさらに求め、前記ステップ（ｂ）では、前記確率を基に、前記第２のマスクレイアウトパターンを生成してもよい。この場合、忠実に経年劣化後の第２のマスクレイアウトパターンを生成することができるため、より信頼性の高い半導体集積回路装置を設計することができる。
【００１０】
なお、前記劣化発生箇所は、前記金属配線の一部領域であり、前記ステップ（ｂ）では、前記第１のマスクレイアウトパターンにおける前記金属配線の一部領域の幅を小さくすることで、前記第２のマスクレイアウトパターンを生成してもよい。この場合、前記ステップ（ｄ）では、前記第１のマスクレイアウトパターンにおける前記金属配線の幅を大きくすることが好ましい。
【００１１】
この方法では、劣化発生箇所として抽出された金属配線の幅を小さくすることで、例えば断線などの危険性が示された経年劣化後の第２のマスクレイアウトパターンを生成することができる。これにより、第１のマスクレイアウトパターンにおいて、経年劣化後に断線などを起こしやすい部分の金属配線の幅を大きく修正することで、断線などが抑制され、金属配線の寿命に係る性能を十分に満足した半導体集積回路装置を設計することが可能となる。
【００１２】
また、前記ステップ（ｃ）は、前記第２のマスクレイアウトパターンから前記半導体デバイスおよび前記金属配線の回路情報を抽出するステップと、前記回路情報を用いて回路シミュレーションを行い、前記半導体集積回路装置の特性を評価するステップとを含んでいてもよい。
【００１３】
この方法では、経年劣化後の半導体集積回路装置の電気特性を評価することができるため、初期のマスクレイアウトパターンに起因する物理特性の劣化だけでなく、電気特性の劣化も抑制された信頼性の高い半導体集積回路装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の信頼性支援設計方法では、マスクレイアウトパターンを用いて、初期の特性だけでなく、経年劣化後の半導体集積回路装置の特性を評価することで、高い信頼性を有する半導体集積回路装置の設計を効率良く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。
【００１６】
（実施形態）
最初に、本発明の実施形態における半導体デバイスおよび金属配線を有する半導体集積回路装置の信頼性設計支援方法について説明する。図１は、本発明の半導体集積回路の信頼性設計支援方法の一例を示すブロック図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の信頼性設計支援方法は、寿命による劣化を考慮しない初期マスクレイアウトパターン１０を基に、半導体デバイスおよび金属配線を有する半導体集積回路装置の内、経年変化が起こり得る劣化発生箇所を抽出する経年劣化対象箇所抽出ステップ２０と、初期マスクレイアウトパターン１０における経年劣化対象箇所抽出ステップ２０で特定された対象箇所（劣化発生箇所）を、デザインルールに基づき変形することで、経年変化後の劣化マスクレイアウトパターン４０を作成する経年劣化実行ステップ３０と、経年劣化実行ステップ３０で生成された劣化マスクレイアウトパターン４０を入力し、設計初期の特性が維持できるか否かを確認する経年劣化対策ステップ５０とを備えている。以下、各ステップについて説明する。
【００１８】
まず、経年劣化対象箇所抽出ステップ２０では、ＤＲＣ（Design Rule Check）を用いて、デザインルールに従った規則に基づいて初期マスクレイアウトパターン１０の確認を行うことで、対象箇所の特定および抽出を行うことができる。また、シリコンウェハ上に形成されるパターンを再現するリソグラフィシミュレーション検証（ＬＲＣ：Lithography Rule Check）を用いることで、対象箇所の特定および抽出を行うこともできる。なお、以下で説明するステップも、本ステップと同様にコンピュータ等のハードウェア手段に組み込まれたＤＲＣツール、ＬＲＣツール等により実行される。
【００１９】
次に、経年劣化実行ステップ３０では、デザインルールに従った規則に基づいて、初期マスクレイアウトパターン１０の内、経年劣化対象箇所抽出ステップ２０で特定した対象箇所に対して変形を施し、経年変化後の半導体デバイスまたは金属配線が示された劣化マスクレイアウトパターン４０を生成する。ここで、劣化マスクレイアウトパターン４０は、初期マスクレイアウトパターン１０を基に変形したマスクレイアウトパターンであり、対象箇所以外は初期マスクレイアウトパターン１０と同様な構成である。
【００２０】
続いて、経年劣化対策ステップ５０について説明する。ここで、図２は、経年劣化対策ステップ５０の詳細を示すブロック図である。図２に示すように、経年劣化対策ステップ５０では、劣化マスクレイアウトパターン４０から半導体デバイスまたは金属配線における回路情報を抽出し、例えば回路シミュレーションを用いて設計初期の特性が維持できるか否かを確認する特性確認ステップ７０と、初期の特性を維持できない場合には、初期マスクレイアウトパターン１０に対して修正を施し、補正マスクレイアウトパターン９０を生成する経年変化修正ステップ８０とを有している。なお、図１に示すように、補正マスクレイアウトパターン９０に対し、再度ステップ１０〜ステップ５０の処理を行う。一方、経年劣化対策ステップ５０において初期の特性を維持できると判断した場合には、処理を終了する。以上のステップを経て、本実施形態に係る半導体集積回路装置の信頼性設計を行うことができる。
【００２１】
次に、本実施形態に係る半導体デバイスおよび金属配線を有する半導体集積回路装置の信頼性設計支援方法について具体例を挙げて説明する。最初に、図３〜図７を参照しながら図１に示す経年劣化実行ステップ３０の具体例を示す。
【００２２】
−経年劣化実行ステップ３０の第１の具体例−
図３（ａ）は、本実施形態に係る半導体集積回路装置の金属配線の初期マスクレイアウトパターンを示す図であり、図３（ｂ）は、経年劣化実行ステップ３０の第１の具体例を示す図である。
【００２３】
図３（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターン１０で表される半導体集積回路装置の金属配線は、１層目金属配線５００と、１層目金属配線５００の上方に設けられた第１の２層目金属配線５１１および第２の２層目金属配線５２２と、１層目金属配線５００と第１の２層目金属配線５１１、および１層目金属配線５００と第２の２層目金属配線５２２をそれぞれ接続する第１の接続ビア５１０および第２の接続ビア５２０とを備えている。なお、第２の２層目金属配線５２２は、第１の２層目金属配線５１１と配線幅が等しい第１の領域５２１と、第１の領域５２１よりも配線幅が大きい第２の領域５２３とを有している。
【００２４】
最初に、図３（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターン１０より、第２の２層目金属配線５２２の第２の領域５２３では、第１の領域５２１に比べて面積が大きく、ボイドと呼ばれる空孔が発生する数も多くなると判断される。そのため、経年劣化対象箇所抽出ステップ２０では、半導体集積回路装置の長期にわたる寿命を考えた場合、ボイドの影響を受けて第２の２層目金属配線５２２が断線する可能性は大きいと言える。一方、第１の２層目金属配線５１１では、第２の２層目金属配線５２２と比較して、第２の領域５２３のように配線幅および面積が変化する領域が無いため、ボイドが第１の２層目金属配線５１１に及ぼす影響は軽微であり、第１の２層目金属配線５１１が断線する可能性は低い。このように、経年劣化対象箇所抽出ステップ２０では、初期マスクレイアウトパターン１０を基にして、断線など、経年変化により特性が劣化する対象箇所を例えばＤＲＣにより抽出する。
【００２５】
次に、図３（ｂ）に示すように、本実施形態の経年劣化実行ステップ３０では、デザインルールに基づき、上述の経年劣化対象箇所抽出ステップ２０で特定した対象箇所に対して変形を施す。本実施形態の第１の具体例では、第２の２層目金属配線５２２の第１の領域５２１を、配線幅が第１の領域５２１より小さい第６の領域５３０に変形する。これにより、第２の２層目金属配線５２２の断線の危険性が示された劣化マスクレイアウトパターン４０を生成することができる。
【００２６】
−経年劣化実行ステップ３０の第２の具体例−
図４（ａ）は、本実施形態に係る半導体集積回路装置の金属配線の初期マスクレイアウトパターンを示す図であり、図４（ｂ）は、経年劣化実行ステップ３０の第２の具体例を示す図である。なお、図４（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンは、図３（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００２７】
最初に、本実施形態に係る経年劣化対象箇所抽出ステップ２０では、例えばＤＲＣを用いて、図４（ａ）に示す初期レイアウトパターンから、第２の２層目金属配線６２２の第１の領域６２１を対象箇所として抽出する。これは、第２の２層目金属配線６２２が、他の部分よりも面積の大きい第２の領域６２３を有しているため、ボイドなどの影響を受けやすく、第１の２層目金属配線６１１よりも断線の危険性が大きいと判断されるからである。
【００２８】
次に、図４（ｂ）に示すように、本実施形態の経年劣化実行ステップ３０では、対象箇所として抽出した第２の２層目金属配線６２２の第１の領域６２１に対して、変形を施す。ここでは、１層目金属配線６００と第２の２層目金属配線６２２とを接続する第２の接続ビア６２０の数を１個から０個に減らす。これにより、第２の接続ビア６２０が除去された除去領域６３０を含む第２の２層目金属配線６２２の断線の危険性が示された劣化マスクレイアウトパターン４０を生成することができる。
【００２９】
なお、図４（ｂ）では、第２の接続ビア６２０が１個である例を示したが、第２の接続ビア６２０が２個以上設けられる箇所が抽出される場合には、適宜１個以上の第２の接続ビア６２０を減らしてもよい。
【００３０】
−経年劣化実行ステップ３０の第３の具体例−
図５（ａ）は、本実施形態に係る半導体集積回路装置の金属配線の初期マスクレイアウトパターン１０を示す図であり、図５（ｂ）は、経年劣化実行ステップ３０の第３の具体例を示す図である。
【００３１】
最初に、図５（ａ）に示す初期レイアウトパターンで表される金属配線は、１層目金属配線７００と、１層目金属配線７００の上方に設けられた第１の２層目金属配線７１２および第２の２層目金属配線７２２と、１層目金属配線７００と第１の２層目金属配線７１２、および１層目金属配線７００と第２の２層目金属配線７２２とをそれぞれ接続する第１の接続ビア７１０および第２の接続ビア７２０とを備えている。なお、第１の１層目金属配線７１２は、第１の領域７１１と第１の領域７１１よりも配線幅が大きい第２の領域７１３とを有しており、第２の２層目金属配線７２２は、第３の領域７２１と第３の領域７２１よりも配線幅が大きい第４の領域７２３とを有している。
【００３２】
本実施形態の経年劣化対象箇所抽出ステップ２０では、図５（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンより、ＤＲＣなどを用いて、第１の２層目金属配線７１２の第１の領域７１１および第２の２層目金属配線７２２の第３の領域７２１を対象箇所として抽出する。これは、第１の領域７１１および第３の領域７２１が、他の部分よりも面積の大きい第２の領域７１３および第４の領域７２３と隣接しているため、ボイドの影響をそれぞれ受けることで、断線の危険性が大きいと判断されるからである。加えて、ここでは、金属配線の断線が発生する確率を実測により予め求めておき、その確率を基に対象箇所を抽出している。例えば、第１の領域７１１および第３の領域７２１の配線幅が０．１５μｍ以下である場合、第１の２層目金属配線７１２および第２の２層目金属配線７２２の断線が発生する確率は、１ｐｐｍ程度である。
【００３３】
次に、図５（ｂ）に示すように、経年劣化実行ステップ３０では、経年劣化対象箇所抽出ステップ２０で対象箇所として抽出した第２の２層目金属配線７２２の第３の領域７２１の幅を小さくして、第７の領域７７１を形成する。これにより、第２の２層目金属配線７２２の断線の危険性が示された劣化マスクレイアウトパターン４０を生成することができる。
【００３４】
−経年劣化実行ステップ３０の第４の具体例−
図６（ａ）は、本実施形態に係る半導体集積回路装置の金属配線の初期マスクレイアウトパターン１０を示す図であり、図６（ｂ）は、経年劣化実行ステップ３０の第４の具体例を示す図である。なお、図６（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンは、図５（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００３５】
最初に、本実施形態に係る経年劣化対象箇所抽出ステップ２０では、図６（ａ）に示す初期レイアウトパターンより、第１の２層目金属配線８１２と１層目金属配線８００とを接続する第１の接続ビア８１０と、第２の２層目金属配線８２２と１層目金属配線８００とを接続する第２の接続ビア８２０とを対象箇所として抽出する。これは、第１の２層目金属配線８１２および第２の２層目金属配線８２２が、他の部分よりも面積の大きい第２の領域８１３および第４の領域８２３を有していることで、ボイドの影響を受けやすく、長期の製品寿命を考慮した場合、第１の２層目金属配線８１２および第２の２層目金属配線８２２とそれぞれ接続される第１の接続ビア８１０および第２の接続ビア８２０における断線の危険性が大きいと判断されるからである。加えて、ここでは、各接続ビアの断線が発生する確率を実測により予め求めておき、その確率を基に対象箇所を抽出している。例えば、第２の領域８１３および第４の領域８２３の配線幅が０．５μｍ以下である場合、第２の領域８１３に接続される第１の接続ビア８１０および第４の領域８２３に接続される第２の接続ビア８２０で断線が発生する確率は、１ｐｐｍ程度である。
【００３６】
続いて、図６（ｂ）に示すように、経年劣化実行ステップ３０では、経年劣化対象箇所抽出ステップ２０で対象箇所として抽出した第２の接続ビア８２０の数を、１個から０個に減らす。これにより、１層目金属配線８００と第２の２層目金属配線８２２とを接続する接続ビアが無く（ビア除去箇所８７０参照）、第２の接続ビア８２０の断線の危険性が示された劣化マスクレイアウトパターン４０を生成することができる。
【００３７】
−経年劣化実行ステップ３０の第５の具体例−
図７（ａ）は、本実施形態に係る半導体集積回路装置の金属配線の初期マスクレイアウトパターン１０を示す図であり、図７（ｂ）は、経年劣化実行ステップ３０の第５の具体例を示す図である。なお、図７（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンは、図５（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００３８】
最初に、本実施形態の経年劣化対象箇所抽出ステップ２０では、上述の第４の具体例と同様にして、図７（ａ）に示す初期レイアウトパターンの形状と、予め実測された断線の発生確率とから、第１の２層目金属配線９１２と１層目金属配線９００とを接続する第１の接続ビア９１０と、第２の２層目金属配線９２２と１層目金属配線９００とを接続する第２の接続ビア９２０とを対象箇所として抽出する。
【００３９】
次に、図７（ｂ）に示すように、経年劣化実行ステップ３０では、経年劣化対象箇所抽出ステップ２０で対象箇所として抽出した第２の接続ビア９２０の数を１個から０．５個に減らす。これにより、第２の接続ビアから金属配線と平行な方向における断面積が第２の接続ビア９２０の半分である第４の接続ビア９７０へ変更することで、金属配線の断線の危険性が示された劣化マスクレイアウトパターン４０を生成することができる。ここで、劣化マスクレイアウトパターン４０に示す第２の接続ビアの個数を正の実数で表現することで、経年劣化対象箇所抽出ステップ２０で予め算出された確率を基に、忠実に劣化マスクレイアウトパターン４０を生成することができる。
【００４０】
続いて、図８〜図１０を用いて経年劣化対策ステップ５０の具体例を示す。
【００４１】
−経年劣化対策ステップ５０の第１の具体例−
図８（ａ）は、本実施形態に係る半導体集積回路装置の金属配線の初期マスクレイアウトパターン１０を示す図であり、図８（ｂ）は経年劣化対策ステップ５０の第１の具体例を示す図である。なお、図８（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンは、上述の図３（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４２】
最初に、図８（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンを用いて、経年劣化実行ステップ３０の各具体例で述べたように、経年変化が発生する可能性が高い対象箇所を抽出し、劣化マスクレイアウトパターン４０を生成する。ここでは、経年劣化実行ステップ３０の第１の具体例と同様にして、面積が大きい第２の領域２２３を有する第２の２層目金属配線２２２の第１の領域２２１が対象箇所として抽出され、該対象箇所に対して変更が施された劣化マスクレイアウトパターン４０（図示せず）が生成される。
【００４３】
次に、経年劣化対策ステップ５０では、劣化マスクレイアウトパターン４０より半導体デバイスおよび金属配線の回路情報を抽出し、例えば回路シミュレーションを用いて、初期の特性が維持できるか否かを判定する。この評価により初期の特性が維持できない場合、図８（ｂ）に示すように、図８（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンを基に、第２の２層目金属配線２２２の第１の領域２２１を修正する。ここでは、第１の領域２２１を、配線幅が第１の領域２２１よりも大きい第５の領域２３０へ変更することで、補正マスクレイアウトパターン９０（図２参照）を生成する。これにより、初期マスクレイアウトパターンにおける金属配線の断線の危険性を低下させることができ、信頼性の高い半導体集積回路装置を設計することができる。
【００４４】
−経年劣化対策ステップ５０の第２の具体例−
図９（ａ）は、本実施形態に係る半導体集積回路装置の金属配線の初期マスクレイアウトパターン１０を示す図であり、図９（ｂ）は経年劣化対策ステップ５０の第２の具体例を示す図である。なお、図９（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンは、図３（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４５】
最初に、図９（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンを用いて、上述の経年劣化実行ステップ３０の各具体例で述べたように、経年変化が発生する可能性が高い対象箇所を抽出し、劣化マスクレイアウトパターン４０を生成する。ここでは、経年劣化実行ステップ３０の第１の具体例と同様にして、面積が大きい第２の領域３２３を有する第２の２層目金属配線３２２の第１の領域３２１が経年変化により断線する可能性が大きいと判断され、第１の領域が対象箇所として抽出される。そして、対象箇所に対して変更が施された劣化マスクレイアウトパターン４０（図示せず）が生成される。
【００４６】
次に、経年劣化対策ステップ５０では、上述の劣化マスクレイアウトパターン４０より半導体デバイスおよび金属配線の回路情報を抽出し、例えば回路シミュレーションを用いて、初期の特性が維持できるか否かを判定する。この評価により初期の特性が維持できない場合、図９（ｂ）に示すように、図９（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンを基に、第４の接続ビア３３０を設けて、第１の２層目金属配線３２２の第１の領域３２１と１層目金属配線３００とを接続するビアの数を１個から２個に増加させることで、補正マスクレイアウトパターン９０（図２参照）を生成する。これにより、初期マスクレイアウトパターン１０における金属配線の断線の危険性を低下させることができ、信頼性の高い半導体集積回路装置を設計することができる。
【００４７】
−経年劣化対策ステップ５０の第３の具体例−
図１０（ａ）は、本実施形態に係る半導体集積回路装置の金属配線の初期マスクレイアウトパターン１０を示す図であり、図１０（ｂ）は経年劣化対策ステップ５０の第３の具体例を示す図である。なお、図１０（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンは、図３（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４８】
最初に、図１０（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンを用いて、上述の経年劣化実行ステップ３０の各具体例で述べたように、経年変化が発生する可能性が高い対象箇所を抽出し、劣化マスクレイアウトパターン４０を生成する。ここでは、経年劣化実行ステップ３０の第１の具体例と同様にして、面積が大きい第２の領域４２３を有する第２の２層目金属配線４２２の第１の領域４２１が経年変化により断線する危険性が大きいと判断され、第１の領域４２１が対象箇所として抽出される。そして、対象箇所に対して変更が施された劣化マスクレイアウトパターン４０（図示せず）が生成される。
【００４９】
次に、経年劣化対策ステップ５０では、上述の劣化マスクレイアウトパターン４０より半導体デバイスおよび金属配線の回路情報を抽出し、例えば回路シミュレーションを用いて、初期の特性が維持できるか否かを判定する。この評価により初期の特性が維持できない場合、図１０（ｂ）に示すように、図１０（ａ）に示す初期マスクレイアウトパターンを基に、第１の領域４２１と１層目金属配線４００とを接続する第２の接続ビア４２０を、第１の２層目金属配線４２２と接触する部分の面積が第２の接続ビア４２０よりも大きい第３の接続ビア４３０に変更する。これにより、初期マスクレイアウトパターン１０における金属配線の断線の危険性を低下させることができ、信頼性の高い半導体集積回路装置を設計することができる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態の信頼性設計支援方法では、初期マスクレイアウトパターンに示された半導体集積回路装置の特性だけでなく、経年変化後の劣化マスクレイアウトパターンに示された半導体集積回路装置の特性を評価することで、製品寿命に係る性能の信頼性が高い半導体集積回路装置を設計することができる。ここで、例えば、エレクトロマイグレーションを考慮して金属配線およびビアの設計を行った場合、初期マスクレイアウトパターンを用いるだけでは、所望の寿命を有する半導体集積回路装置を得ることは難しい。このため、経年変化後の劣化マスクレイアウトパターンを用いて、エレクトロマイグレーションだけでなく、例えばストレスマイグレーションなど、製品寿命に係る他の性能に関しても合わせて評価を行うことで、半導体集積回路装置の所望の寿命を満足させる信頼性の高い設計を行うことができる。
【００５１】
さらに、劣化マスクレイアウトパターンを用いて特性を評価することで、例えば半導体デバイスや金属配線の内、経年劣化後も十分な信頼性を有する箇所がある場合、寿命に係る性能を維持しつつ、チップ面積を削減できる。これにより、本実施形態の信頼性設計支援方法を用いると、チップ面積の増大を抑制しつつ、寿命に係る性能を十分に満足した信頼性の高い半導体集積回路装置を設計することができる。
【００５２】
また、本実施形態の信頼性設計支援方法では、ＤＲＣなどのＣＡＤツールを用いて、経年劣化対象箇所抽出ステップ２０、経年劣化実行ステップ３０、および経年劣化対策ステップ５０を行っており、設計工程が自動化されているため、マスクレイアウトパターンの設計にかかる時間と労力を低減させることができ、効率良く信頼性設計を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の半導体集積回路の信頼性設計支援方法は、半導体集積回路装置の信頼性設計の効率化に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の半導体集積回路装置の信頼性設計支援方法を示すブロック図である。
【図２】図１に示す経年劣化対策ステップの詳細を示すブロック図である。
【図３】（ａ）は、本発明に係る金属配線の初期マスクレイアウトパターンを示す図であり、（ｂ）は、経年劣化実行ステップ３０の第１の具体例を示す図である。
【図４】（ａ）は、本発明に係る金属配線の初期マスクレイアウトパターンを示す図であり、（ｂ）は、経年劣化実行ステップ３０の第２の具体例を示す図である。
【図５】（ａ）は、本発明に係る金属配線の初期マスクレイアウトパターンを示す図であり、（ｂ）は、経年劣化実行ステップ３０の第３の具体例を示す図である。
【図６】（ａ）は、本発明に係る金属配線の初期マスクレイアウトパターンを示す図であり、（ｂ）は、経年劣化実行ステップ３０の第４の具体例を示す図である。
【図７】（ａ）は、本発明に係る金属配線の初期マスクレイアウトパターンを示す図であり、（ｂ）は、経年劣化実行ステップ３０の第５の具体例を示す図である。
【図８】（ａ）は、本発明に係る金属配線の初期マスクレイアウトパターンを示す図であり、（ｂ）は、経年劣化対策ステップ５０の第１の具体例を示す図である。
【図９】（ａ）は、本発明に係る金属配線の初期マスクレイアウトパターンを示す図であり、（ｂ）は、経年劣化対策ステップ５０の第２の具体例を示す図である。
【図１０】（ａ）は、本発明に係る金属配線の初期マスクレイアウトパターンを示す図であり、（ｂ）は、経年劣化対策ステップ５０の第３の具体例を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 初期マスクレイアウトパターン
２０ 経年劣化対象箇所抽出ステップ
３０ −経年劣化実行ステップ
３０ 経年劣化実行ステップ
４０ 劣化マスクレイアウトパターン
５０ 経年劣化対策ステップ
７０ 特性確認ステップ
８０ 経年変化修正ステップ
９０ 補正マスクレイアウトパターン
２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００
１層目配線
２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０
第１の接続ビア
２１１、３１１、４１１、５１１、６１１、７１２、８１２、９１２
第１の２層目配線
２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０、８２０、８２０
第２の接続ビア
２２１、３２１、４２１、５２１、６２１、７１１、８１１、９１１
第１の領域
２２２、３２２、４２２、５２２、６２２、７２２、８２２、９２２
第２の２層目金属配線
２２３、３２３、４２３、５２３、６２３、７１３、８１３、９１３
第２の領域
２３０ 第５の領域
３３０ 第４の接続ビア
４３０ 第３の接続ビア
５３０ 第６の領域
６３０ 除去領域
７２１、８２１、９２１ 第３の領域
７２３、８２３、９２３ 第４の領域
７７１ 第７の領域
８７０ ビア除去箇所
９７０ 第４の接続ビア
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のマスクレイアウトパターンで示され、半導体デバイスおよび金属配線を有する半導体集積回路装置の内、経年変化により特性が劣化する劣化発生箇所を求めるステップ（ａ）と、
前記第１のマスクレイアウトパターンを変形して、経年変化後の前記半導体集積回路装置を示す第２のマスクレイアウトパターンを生成するステップ（ｂ）と、
前記第２のマスクレイアウトパターンで示される前記半導体集積回路装置の特性を評価するステップ（ｃ）と、
前記ステップ（ｃ）で得られた結果に基づいて前記第１のマスクレイアウトパターンを修正することで、前記半導体集積回路装置の経年変化による特性の劣化を抑制するステップ（ｄ）とを備えた信頼性設計支援方法。
【請求項２】
前記ステップ（ｃ）では、経年変化後の前記半導体集積回路装置が初期の特性を維持できるか否かを判断し、
前記ステップ（ｄ）では、前記第１のマスクレイアウトパターンの内、前記ステップ（ｃ）で所望の特性が得られない箇所を修正する請求項１に記載の信頼性設計支援方法。
【請求項３】
前記ステップ（ａ）では、ＤＲＣを用いて前記第１のマスクレイアウトパターンから、前記劣化発生箇所を抽出する請求項１または２に記載の信頼性設計支援方法。
【請求項４】
前記ステップ（ａ）では、ＬＲＣを用いて前記第１のマスクレイアウトパターンから、前記劣化発生箇所を抽出する請求項１または２に記載の信頼性設計支援方法。
【請求項５】
前記ステップ（ａ）では、前記劣化発生箇所において劣化が発生する確率をさらに求め、
前記ステップ（ｂ）では、前記確率を基に、前記第２のマスクレイアウトパターンを生成する請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の信頼性設計支援方法。
【請求項６】
前記劣化発生箇所は、前記金属配線の一部領域であり、
前記ステップ（ｂ）では、前記第１のマスクレイアウトパターンにおける前記金属配線の一部領域の幅を小さくすることで、前記第２のマスクレイアウトパターンを生成する請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の信頼性設計支援方法。
【請求項７】
前記ステップ（ｄ）では、前記第１のマスクレイアウトパターンにおける前記金属配線の幅を大きくする請求項６に記載の信頼性設計支援方法。
【請求項８】
前記劣化発生箇所は、前記金属配線の内、配線幅が減少する領域である請求項６または７に記載の信頼性設計支援方法。
【請求項９】
前記劣化発生箇所は、前記金属配線の一部領域であり、
前記ステップ（ｂ）では、前記第１のマスクレイアウトパターンにおける前記金属配線の一部領域に接続されるビアの個数を減少させることで、前記第２のマスクレイアウトパターンを生成する請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の信頼性設計支援方法。
【請求項１０】
前記ステップ（ｂ）では、前記ビアをｎ個減少させることで、前記第２のマスクレイアウトパターンを生成し、ｎは正の実数からなる請求項９に記載の信頼性設計支援方法。
【請求項１１】
前記ステップ（ｄ）では、前記第１のマスクレイアウトパターンにおける前記ビアの個数を増加させる請求項９または１０に記載の信頼性設計支援方法。
【請求項１２】
前記ステップ（ｄ）では、前記第１のマスクレイアウトパターンにおける前記ビアの前記金属配線と接触する部分の面積を大きくする請求項９〜１１のうちいずれか１つに記載の信頼性設計支援方法。
【請求項１３】
前記ステップ（ｃ）は、前記第２のマスクレイアウトパターンから前記半導体デバイスおよび前記金属配線の回路情報を抽出するステップと、前記回路情報を用いて回路シミュレーションを行い、前記半導体集積回路装置の特性を評価するステップとを含んでいる請求項１〜１２のうちいずれか１つに記載の信頼性設計支援方法。
【請求項１】
第１のマスクレイアウトパターンで示され、半導体デバイスおよび金属配線を有する半導体集積回路装置の内、経年変化により特性が劣化する劣化発生箇所を求めるステップ（ａ）と、
前記第１のマスクレイアウトパターンを変形して、経年変化後の前記半導体集積回路装置を示す第２のマスクレイアウトパターンを生成するステップ（ｂ）と、
前記第２のマスクレイアウトパターンで示される前記半導体集積回路装置の特性を評価するステップ（ｃ）と、
前記ステップ（ｃ）で得られた結果に基づいて前記第１のマスクレイアウトパターンを修正することで、前記半導体集積回路装置の経年変化による特性の劣化を抑制するステップ（ｄ）とを備えた信頼性設計支援方法。
【請求項２】
前記ステップ（ｃ）では、経年変化後の前記半導体集積回路装置が初期の特性を維持できるか否かを判断し、
前記ステップ（ｄ）では、前記第１のマスクレイアウトパターンの内、前記ステップ（ｃ）で所望の特性が得られない箇所を修正する請求項１に記載の信頼性設計支援方法。
【請求項３】
前記ステップ（ａ）では、ＤＲＣを用いて前記第１のマスクレイアウトパターンから、前記劣化発生箇所を抽出する請求項１または２に記載の信頼性設計支援方法。
【請求項４】
前記ステップ（ａ）では、ＬＲＣを用いて前記第１のマスクレイアウトパターンから、前記劣化発生箇所を抽出する請求項１または２に記載の信頼性設計支援方法。
【請求項５】
前記ステップ（ａ）では、前記劣化発生箇所において劣化が発生する確率をさらに求め、
前記ステップ（ｂ）では、前記確率を基に、前記第２のマスクレイアウトパターンを生成する請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の信頼性設計支援方法。
【請求項６】
前記劣化発生箇所は、前記金属配線の一部領域であり、
前記ステップ（ｂ）では、前記第１のマスクレイアウトパターンにおける前記金属配線の一部領域の幅を小さくすることで、前記第２のマスクレイアウトパターンを生成する請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の信頼性設計支援方法。
【請求項７】
前記ステップ（ｄ）では、前記第１のマスクレイアウトパターンにおける前記金属配線の幅を大きくする請求項６に記載の信頼性設計支援方法。
【請求項８】
前記劣化発生箇所は、前記金属配線の内、配線幅が減少する領域である請求項６または７に記載の信頼性設計支援方法。
【請求項９】
前記劣化発生箇所は、前記金属配線の一部領域であり、
前記ステップ（ｂ）では、前記第１のマスクレイアウトパターンにおける前記金属配線の一部領域に接続されるビアの個数を減少させることで、前記第２のマスクレイアウトパターンを生成する請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の信頼性設計支援方法。
【請求項１０】
前記ステップ（ｂ）では、前記ビアをｎ個減少させることで、前記第２のマスクレイアウトパターンを生成し、ｎは正の実数からなる請求項９に記載の信頼性設計支援方法。
【請求項１１】
前記ステップ（ｄ）では、前記第１のマスクレイアウトパターンにおける前記ビアの個数を増加させる請求項９または１０に記載の信頼性設計支援方法。
【請求項１２】
前記ステップ（ｄ）では、前記第１のマスクレイアウトパターンにおける前記ビアの前記金属配線と接触する部分の面積を大きくする請求項９〜１１のうちいずれか１つに記載の信頼性設計支援方法。
【請求項１３】
前記ステップ（ｃ）は、前記第２のマスクレイアウトパターンから前記半導体デバイスおよび前記金属配線の回路情報を抽出するステップと、前記回路情報を用いて回路シミュレーションを行い、前記半導体集積回路装置の特性を評価するステップとを含んでいる請求項１〜１２のうちいずれか１つに記載の信頼性設計支援方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−２１０９８３（Ｐ２００８−２１０９８３Ａ）
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４５９８９（Ｐ２００７−４５９８９）
【出願日】平成１９年２月２６日（２００７．２．２６）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２６日（２００７．２．２６）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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