電子ビーム描画に最適化した スタンダードセル設計に関する研究

機能メモリ
混載システム
システムLSI
LSI研究室
研究室
機能メモリ混載
Research of NTSOC
電子ビーム描画に最適化した
スタンダードセル設計に関する研究
研究背景・
研究背景・目的
LSIの生産に用いられるフォトマスクの製造コストはプロセスの微細化に伴い高騰を続けている．それを受けて以下2点を研究の目的としている．
–
電子ビーム直接描画を用いてフォトマスクを不要に，かつ電子ビーム直接描画のスループットを高める．
–
スタンダードセルの図形パターン数を削減し，フォトマスク製造のスループットを高める．
電子ビーム直接描画への最適化を目指した
"Character-Build Standard-Cell"
•
•
電子ビーム描画にはスループットが低いという欠点がある．
電子ビーム直接描画のスループットを高めるには，
キャラクタプロジェクション(CP)の活用が不可欠．
応用物理学会 2005春
．
2005春，SPIE Photomask Japan 2005・
2005・2006 にて発表
にて発表．
•
•
全てのスタンダードセルをCPマスクに登録することはできない．
単純にセルの種類を削減するのではなく以下2点を考慮する．
どのようなセルの参照頻度が高いのか?
参照頻度の高いセル同士を組み合わせて実現できる論理の数は?
–
–
1800
1600
1
3
Re fe ren c e NUMBE R
2
50chr
1400
CPは5μm角程度の大きさならば自由なパターンを
判子を押す様に一回のビーム照射で形成できる．
1
4
NUMBER OF Standard-Cell
•
25chr
1200
1000
800
600
400
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0
200
50
昨今の微細なプロセスであればCPを用いて一つの
スタンダードセルを一回のビーム照射で形成することもできる．
セルの参照頻度
•
3 units
2 units
3 units
70000
1 units
NORMAL Standard-Cell
CB Standard-C ell
60000
Source
Sharing
Vdd source
GND source
NOR
(basic)
Inverter
(basic)
NOR
(basic)
40000
30000
20000
0
Inverter
(additive)
0
NOR+INV->ORの例 ソースを共有して
面積の増加を抑える構造になっている
redundancy via & contact
50000
10000
Gnd
Sample - sxlib
200
セルの組み合わせで実現できる論理の種類
Vdd
歩留まり向上と図形パターン削減を
考慮したセルレイアウト設計手法
150
論理合成等を通じて検証を行い，頻度の高いものを"キャラクタ"
としてピックアップ，それらを並べるだけで論理を組み合わせることがで
きる"
"CharacterCharacter-Build StandardStandard-Cell"
Cell"を作成．
NUMBER OF EB shots
•
100
NUMBER OF CP masks
0
50
100
NUMBER OD C P apertures
150
200
単純にスタンダードセルの種類を削減した場合よりも
セル参照数(=ビーム照射回数)で有利となっている
オープンソースのスタンダードセルレイアウト・デザインルールをもとに，
様々なアイデアを盛り込み新しいスタンダードセルを提案．
Extension Pattern
ゲート間
ゲート間を均一に
均一に
ゲートの
ゲートの分割
different
even
An extension method of metal layer layout in mask
data preparation for robust processes [5853-39]
K. Tsuchiya, K. Ogawa, S. Nakamura,
K. Kawahara, H. Oishi, H. Ohnuma より引用)
コンタクト・viaは出来る限り同
ノードに2つ設置する．
突出した形状パターンを無くし，
Hot Spotを削減する手法．
ゲート周囲のコンタクトの有無に
関わらずゲート間隔を一定に．
長いゲートは一括形成不可．
予め分割したレイアウトを考慮．
キャラクタプロジェクションを用いたマスク製造に特化したスタンダードセルへ
得られたデータを活用
最適な
を探る
最適なゲート幅
ゲート幅・ゲート間間隔
ゲート間間隔を
光リソグラフィシミュレーション
様々な条件で光リソグラフィのシミュレーションを行い，
最適なゲートの形状を模索し，セルレイアウトに応用する．
パターン間隔
パターン間隔
新しいスタンダードセルの例
PROLITH by KLA-Tencor
FUJINO LAB
NeTwork & System On a Chip
パターンの
パターンの幅
最適な
最適な補正