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KR102368618B1 - System on chip and method of design layout for the same - Google Patents

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KR102368618B1
KR102368618B1 KR1020150097306A KR20150097306A KR102368618B1 KR 102368618 B1 KR102368618 B1 KR 102368618B1 KR 1020150097306 A KR1020150097306 A KR 1020150097306A KR 20150097306 A KR20150097306 A KR 20150097306A KR 102368618 B1 KR102368618 B1 KR 102368618B1
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KR
South Korea
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metal
sidewall
pattern
patterns
layout
Prior art date
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Korean (ko)
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백상훈
도정호
송태중
양기용
이승영
임진영
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삼성전자주식회사
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    • H01L23/522Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract

본 발명은 시스템 온 칩 및 이의 레이아웃 설계 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 그의 상부에 활성 패턴을 포함하는 기판; 상기 활성 패턴을 가로지르며, 상기 기판의 상면에 평행한 제1 방향으로 연장되는 게이트 전극; 및 상기 활성 패턴 및 상기 게이트 전극과 전기적으로 연결되는 제1 금속층을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 금속층은: 상기 제1 방향으로 연장되는 제1 금속 배선; 및 상기 제1 금속 배선과 상기 제1 방향으로 이격되며, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 제2 금속 배선을 포함하고, 상기 제1 금속 배선은 상기 제2 방향으로의 제1 측벽을 포함하고, 상기 제2 금속 배선은 상기 제2 방향으로의 제2 측벽을 포함하고, 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽은 서로 대향하고, 상기 제1 측벽의 길이는 최소 선폭의 2배 내지 3배일 수 있다.The present invention relates to a system on a chip and a layout design method thereof, and more particularly, to a substrate including an active pattern thereon; a gate electrode crossing the active pattern and extending in a first direction parallel to a top surface of the substrate; and a first metal layer electrically connected to the active pattern and the gate electrode. In this case, the first metal layer may include: a first metal wire extending in the first direction; and a second metal wire spaced apart from the first metal wire in the first direction and extending in a second direction intersecting the first direction, wherein the first metal wire has a first direction in the second direction. a sidewall, wherein the second metal wiring includes a second sidewall in the second direction, wherein the first sidewall and the second sidewall face each other, and a length of the first sidewall is twice a minimum line width to 3 times.

Description

시스템 온 칩 및 이의 레이아웃 설계 방법{System on chip and method of design layout for the same}System on chip and method of design layout for the same

본 발명은 시스템 온 칩 및 이의 형성을 위한 레이아웃 설계 방법에 관한 것으로, 복수개의 표준 셀들을 포함하는 시스템 온 칩 및 이의 상에 형성되는 금속층들의 레이아웃 설계 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system-on-chip and a layout design method for forming the same, and to a system-on-chip including a plurality of standard cells and a layout design method for metal layers formed thereon.

소형화, 다기능화 및/또는 낮은 제조 단가 등의 특성들로 인하여 반도체 소자는 전자 산업에서 중요한 요소로 각광 받고 있다. 반도체 소자들은 논리 데이터를 저장하는 반도체 기억 소자, 논리 데이터를 연산 처리하는 반도체 논리 소자, 및 기억 요소와 논리 요소를 포함하는 하이브리드(hybrid) 반도체 소자 등으로 구분될 수 있다. 전자 산업이 고도로 발전함에 따라, 반도체 소자의 특성들에 대한 요구가 점점 증가되고 있다. 예컨대, 반도체 소자에 대한 고 신뢰성, 고속화 및/또는 다기능화 등에 대하여 요구가 점점 증가되고 있다. 이러한 요구 특성들을 충족시키기 위하여 반도체 소자 내 구조들은 점점 복잡해지고 있으며, 또한, 반도체 소자는 점점 고집적화 되고 있다. 한편, 반도체 소자들은 논리 데이터를 저장하는 반도체 기억 소자, 논리 데이터를 연산 처리하는 반도체 논리 소자, 및 반도체 기억 소자의 기능 및 반도체 논리 소자의 기능을 모두 포함하는 시스템 온 칩(system-on-chip; SoC) 등으로 구분될 수 있다.Due to characteristics such as miniaturization, multifunctionality, and/or low manufacturing cost, a semiconductor device is in the spotlight as an important element in the electronic industry. The semiconductor devices may be classified into a semiconductor memory device for storing logic data, a semiconductor logic device for processing logic data, and a hybrid semiconductor device including a storage element and a logic element. As the electronic industry is highly developed, demands for characteristics of semiconductor devices are increasing. For example, there is an increasing demand for high reliability, high speed and/or multifunctionality of semiconductor devices. In order to satisfy these required characteristics, structures in semiconductor devices are becoming increasingly complex, and semiconductor devices are becoming more and more highly integrated. Meanwhile, semiconductor devices include a semiconductor memory device for storing logic data, a semiconductor logic device for processing logic data, and a system-on-chip (system-on-chip) including both functions of the semiconductor memory device and the semiconductor logic device. SoC) and the like.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 감소된 표준 셀의 높이를 갖는 시스템 온 칩을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a system-on-chip having a reduced standard cell height.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 표준 셀의 높이를 감소시킬 수 있는 시스템 온 칩의 레이아웃 설계 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a system-on-chip layout design method capable of reducing the height of a standard cell.

본 발명의 개념에 따른, 시스템 온 칩은, 그의 상부에 활성 패턴을 포함하는 기판; 상기 활성 패턴을 가로지르며, 상기 기판의 상면에 평행한 제1 방향으로 연장되는 게이트 전극; 및 상기 활성 패턴 및 상기 게이트 전극과 전기적으로 연결되는 제1 금속층을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 금속층은: 상기 제1 방향으로 연장되는 제1 금속 배선; 및 상기 제1 금속 배선과 상기 제1 방향으로 이격되며, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 제2 금속 배선을 포함하고, 상기 제1 금속 배선은 상기 제2 방향으로의 제1 측벽을 포함하고, 상기 제2 금속 배선은 상기 제2 방향으로의 제2 측벽을 포함하고, 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽은 서로 대향하고, 상기 제1 측벽의 길이는 최소 선폭의 2배 내지 3배일 수 있다.According to a concept of the present invention, a system on a chip includes: a substrate including an active pattern thereon; a gate electrode crossing the active pattern and extending in a first direction parallel to a top surface of the substrate; and a first metal layer electrically connected to the active pattern and the gate electrode. In this case, the first metal layer may include: a first metal wire extending in the first direction; and a second metal wire spaced apart from the first metal wire in the first direction and extending in a second direction intersecting the first direction, wherein the first metal wire has a first direction in the second direction. a sidewall, wherein the second metal wiring includes a second sidewall in the second direction, wherein the first sidewall and the second sidewall face each other, and a length of the first sidewall is twice a minimum line width to 3 times.

상기 최소 선폭은, 상기 제2 금속 배선의 상기 제1 방향으로의 최소 폭일 수 있다.The minimum line width may be a minimum width of the second metal wiring in the first direction.

상기 제1 금속층은, 상기 제2 방향으로 연장되는 제3 금속 배선을 더 포함하고, 상기 제2 금속 배선과 상기 제3 금속 배선은 상기 제1 방향으로 서로 제1 거리만큼 이격되고, 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽간의 제2 거리는, 상기 제1 거리와 실질적으로 동일하거나 크고, 상기 제1 거리의 1.2배보다 작을 수 있다.The first metal layer may further include a third metal wire extending in the second direction, the second metal wire and the third metal wire being spaced apart from each other by a first distance in the first direction, A second distance between the sidewall and the second sidewall may be substantially equal to or greater than the first distance, and may be less than 1.2 times the first distance.

상기 제1 금속층은: 상기 제2 방향으로 연장되는 제3 금속 배선; 및 상기 제3 금속 배선과 상기 제1 방향으로 이격되며, 상기 제1 방향으로 연장되는 제4 금속 배선을 더 포함하고, 상기 제3 금속 배선은 상기 제2 방향으로의 제3 측벽을 포함하며, 상기 제4 금속 배선은 상기 제2 방향으로의 제4 측벽을 포함하고, 상기 제3 측벽과 상기 제4 측벽은 서로 대향하고, 상기 제4 측벽의 길이는 상기 제1 측벽의 길이보다 더 작고, 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽간의 제2 거리는 상기 제3 측벽과 상기 제4 측벽간의 제3 거리보다 작을 수 있다.The first metal layer may include: a third metal wire extending in the second direction; and a fourth metal wire spaced apart from the third metal wire in the first direction and extending in the first direction, wherein the third metal wire includes a third sidewall in the second direction, the fourth metal wiring includes a fourth sidewall in the second direction, the third sidewall and the fourth sidewall face each other, and a length of the fourth sidewall is smaller than a length of the first sidewall; A second distance between the first sidewall and the second sidewall may be smaller than a third distance between the third sidewall and the fourth sidewall.

상기 시스템 온 칩은, 상기 제1 금속층 상의 제2 금속층을 더 포함하되, 상기 제2 금속층은, 서로 평행하게 상기 제1 방향으로 연장되는 제5 금속 배선들을 포함하고, 어느 하나의 상기 제5 금속 배선은 상기 제1 금속 배선과 전기적으로 연결되어 라우팅을 위한 핀(pin) 영역들을 제공할 수 있다.The system on chip further includes a second metal layer on the first metal layer, wherein the second metal layer includes fifth metal wires extending in the first direction parallel to each other, and any one of the fifth metal The wiring may be electrically connected to the first metal wiring to provide pin regions for routing.

상기 제2 금속 배선은 복수개로 제공되며, 상기 제2 금속 배선들은 상기 제1 방향으로 서로 이격되고, 다른 하나의 상기 제5 금속 배선은 서로 이격된 상기 제2 금속 배선들을 전기적으로 연결할 수 있다.A plurality of second metal wires may be provided, the second metal wires may be spaced apart from each other in the first direction, and the other fifth metal wire may electrically connect the second metal wires spaced apart from each other.

상기 시스템 온 칩은, 상기 제2 금속층 상의 제3 금속층을 더 포함하되, 상기 제3 금속층은, 서로 평행하게 상기 제2 방향으로 연장되는 제6 금속 배선들을 포함하고, 어느 하나의 상기 제6 금속 배선은 상기 제5 금속 배선들의 상기 핀 영역에 접속되어, 상기 제1 금속 배선과 전기적으로 연결될 수 있다.The system-on-chip further includes a third metal layer on the second metal layer, wherein the third metal layer includes sixth metal wires extending in the second direction parallel to each other, and any one of the sixth metal A wiring may be connected to the pin regions of the fifth metal wirings to be electrically connected to the first metal wirings.

상기 시스템 온 칩은, 상기 게이트 전극의 양 측의 상기 활성 패턴의 상부에 각각 형성된 소스/드레인 영역들; 및 상기 게이트 전극 및 상기 소스/드레인 영역들과 각각 접속하는 콘택들을 더 포함하되, 상기 제1 및 제2 금속 배선들은 상기 콘택들과 전기적으로 연결될 수 있다.The system on chip may include source/drain regions respectively formed on both sides of the gate electrode and on the active pattern; and contacts respectively connected to the gate electrode and the source/drain regions, wherein the first and second metal lines may be electrically connected to the contacts.

본 발명의 다른 개념에 따른, 시스템 온 칩의 레이아웃 설계 방법은, 복수개의 표준 셀들을 포함하는 시스템 온 칩을 형성하기 위한 레이아웃 패턴을 구성하는 것을 포함할 수 있다. 이때, 상기 레이아웃 패턴을 구성하는 것은, 제1 금속층에 대응하는 제1 금속 레이아웃을 구성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 제1 금속 레이아웃은: 제1 방향으로 연장되는 제1 금속 패턴; 및 상기 제1 금속 패턴과 상기 제1 방향으로 이격되며, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 제2 금속 패턴을 포함하고, 상기 제1 및 제2 금속 패턴들은, 서로 대향하는 제1 및 제2 측벽들을 각각 포함하고, 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽간의 거리는, 레이아웃의 디자인 룰이 허용하는 최소 이격거리와 실질적으로 동일하거나 크고, 상기 최소 이격거리의 1.2배보다 작을 수 있다.A method for designing a layout of a system on a chip according to another concept of the present invention may include configuring a layout pattern for forming a system on a chip including a plurality of standard cells. In this case, configuring the layout pattern may include configuring a first metal layout corresponding to the first metal layer. The first metal layout may include: a first metal pattern extending in a first direction; and a second metal pattern spaced apart from the first metal pattern in the first direction and extending in a second direction intersecting the first direction, wherein the first and second metal patterns include a second metal pattern facing each other. Each of the first and second sidewalls may be included, and the distance between the first sidewall and the second sidewall may be substantially equal to or greater than a minimum separation distance allowed by a design rule of a layout, and may be less than 1.2 times the minimum separation distance. .

상기 제1 측벽의 길이는, 레이아웃의 디자인 룰이 허용하는 최소 선폭의 2배 내지 3배일 수 있다.The length of the first sidewall may be 2 to 3 times the minimum line width allowed by the design rule of the layout.

상기 제1 측벽의 길이는, 상기 제2 측벽으로부터 상기 최소 이격거리만큼 이격될 수 있는 최소 측벽 길이보다 크거나 같으며, 상기 제1 측벽의 길이는 상기 제2 측벽의 길이보다 작을 수 있다.A length of the first sidewall may be greater than or equal to a minimum sidewall length that may be spaced apart from the second sidewall by the minimum separation distance, and a length of the first sidewall may be less than a length of the second sidewall.

상기 제1 금속 레이아웃은: 상기 제1 방향으로 연장되는 제3 금속 패턴; 및 상기 제3 금속 패턴과 상기 제1 방향으로 이격되며, 상기 제2 방향으로 연장되는 제4 금속 패턴을 더 포함하고, 상기 제3 및 제4 금속 패턴들은, 서로 대향하는 제3 및 제4 측벽들을 각각 포함하고, 상기 제3 측벽의 길이는 상기 제1 측벽의 길이보다 더 작고, 상기 제3 측벽과 상기 제4 측벽간의 거리는, 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽간의 거리보다 클 수 있다.The first metal layout may include: a third metal pattern extending in the first direction; and a fourth metal pattern spaced apart from the third metal pattern in the first direction and extending in the second direction, wherein the third and fourth metal patterns have third and fourth sidewalls facing each other and a length of the third sidewall may be smaller than a length of the first sidewall, and a distance between the third sidewall and the fourth sidewall may be greater than a distance between the first sidewall and the second sidewall.

상기 제3 측벽의 길이는, 레이아웃의 디자인 룰이 허용하는 최소 선폭과 실질적으로 동일하거나 크고, 상기 최소 선폭의 2배보다 작을 수 있다.A length of the third sidewall may be substantially equal to or greater than a minimum line width allowed by a design rule of a layout, and may be less than twice the minimum line width.

상기 레이아웃 패턴을 구성하는 것은, 제2 금속층에 대응하는 제2 금속 레이아웃, 및 제3 금속층에 대응하는 제3 금속 레이아웃을 구성하는 것을 더 포함하되, 상기 제1 내지 제3 금속층들은 기판 상에 순차적으로 적층되며, 상기 제2 금속 레이아웃은, 서로 평행하게 상기 제1 방향으로 연장되는 제5 금속 패턴들을 포함하고, 상기 제3 금속 레이아웃은, 서로 평행하게 상기 제2 방향으로 연장되는 제6 금속 패턴들을 포함하며, 상기 제1 방향은 게이트 패턴의 연장 방향일 수 있다.Composing the layout pattern further includes configuring a second metal layout corresponding to the second metal layer and a third metal layout corresponding to the third metal layer, wherein the first to third metal layers are sequentially disposed on the substrate. , wherein the second metal layout includes fifth metal patterns extending in the first direction parallel to each other, and the third metal layout includes a sixth metal pattern extending in the second direction parallel to each other and the first direction may be an extension direction of the gate pattern.

적어도 하나의 상기 제5 금속 패턴은 상기 제1 금속 패턴과 중첩되며, 상기 제5 금속 패턴은 라우팅을 위한 복수개의 핀 영역들을 포함할 수 있다.At least one of the fifth metal patterns may overlap the first metal pattern, and the fifth metal pattern may include a plurality of pin regions for routing.

본 발명에 따른 시스템 온 칩 및 이의 레이아웃은, 제1 금속층에 와이드 금속 배선들이 배치됨으로써, 금속 배선 패턴들간의 간격을 줄이고 셀 높이를 감소시킬 수 있다. 나아가, 핀(pin) 영역들을 확보할 수 있는 제2 금속층을 통하여, 스키메틱 회로 구현의 자유도를 높이고 원활한 라우팅이 수행될 수 있다.In the system on chip and the layout thereof according to the present invention, by disposing wide metal wirings on the first metal layer, it is possible to reduce the spacing between metal wiring patterns and reduce the cell height. Furthermore, through the second metal layer capable of securing pin regions, a degree of freedom in implementing a schematic circuit may be increased and smooth routing may be performed.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 포함하는 전자 장치의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 설계 및 제조 방법을 보여주는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 금속 레이아웃의 설계 방법을 설명하기 위한 레이아웃 패턴들을 나타내는 평면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 금속 레이아웃의 설계 방법을 설명하기 위한 로직 셀의 레이아웃을 나타내는 평면도들이다.
도 7, 도 8 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 금속 레이아웃의 설계 방법을 설명하기 위한 로직 셀의 레이아웃을 나타내는 평면도들이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 제1 하부 금속 패턴, 와이드 금속 패턴, 및 제1 중간 금속 패턴의 핀 영역들을 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 단면도들로서, 각각 도 10의 I-I'선, II-II '선 및 III-III'선에 대응하는 단면도들이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 포함하는 전자 시스템의 블록도이다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 포함하는 멀티미디어 장치의 예들을 나타낸 도면들이다.
1 is a block diagram illustrating a configuration of an electronic device including a semiconductor device according to embodiments of the present invention.
2 is a plan view of a semiconductor device according to embodiments of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of designing and manufacturing a semiconductor device according to embodiments of the present invention.
4 is a plan view illustrating layout patterns for explaining a method of designing a metal layout according to embodiments of the present invention.
5 and 6 are plan views illustrating a layout of a logic cell for explaining a method of designing a metal layout according to embodiments of the present invention.
7, 8, and 10 are plan views illustrating a layout of a logic cell for explaining a method of designing a metal layout according to other embodiments of the present invention.
9 is a plan view illustrating fin regions of a first lower metal pattern, a wide metal pattern, and a first intermediate metal pattern according to embodiments of the present invention.
11 to 13 are cross-sectional views illustrating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and are cross-sectional views corresponding to lines II', II-II', and III-III' of FIG. 10 , respectively.
14 is a block diagram of an electronic system including a semiconductor device according to embodiments of the present invention.
15 to 17 are diagrams illustrating examples of multimedia devices including semiconductor devices according to embodiments of the present invention.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. In order to fully understand the configuration and effect of the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and may be embodied in various forms and various modifications may be made. However, it is provided so that the disclosure of the present invention is complete through the description of the present embodiments, and to fully inform those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, the scope of the invention.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.In this specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be directly formed on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thickness of the components is exaggerated for effective description of the technical content. Parts indicated with like reference numerals throughout the specification indicate like elements.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다. Embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional and/or plan views, which are ideal illustrative views of the present invention. In the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have a schematic nature, and the shapes of the illustrated regions in the drawings are intended to illustrate specific shapes of regions of the device and not to limit the scope of the invention. In various embodiments of the present specification, terms such as first, second, third, etc. are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, the terms 'comprises' and/or 'comprising' do not exclude the presence or addition of one or more other components.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 포함하는 전자 장치의 구성을 보여주는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a configuration of an electronic device including a semiconductor device according to embodiments of the present invention.

도 1을 참조하면, 전자 장치(1)는 반도체 칩(10)을 포함할 수 있다. 상기 반도체 칩(10)은 프로세서(Processor; 11), 임베디드 메모리(Embedded Memory; 13) 및 캐시 메모리(Cache Memory; 15)를 포함할 수 있다. 상기 반도체 칩(10)은 시스템 온 칩(System on Chip)일 수 있다.Referring to FIG. 1 , an electronic device 1 may include a semiconductor chip 10 . The semiconductor chip 10 may include a processor 11 , an embedded memory 13 , and a cache memory 15 . The semiconductor chip 10 may be a system on chip.

상기 프로세서(11)는 하나 이상의 프로세서 코어들(Processor Core; C1-Cn)을 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 프로세서 코어들(C1-Cn)은 데이터 및 신호를 처리할 수 있다. 상기 프로세서 코어들(C1-Cn)은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 포함할 수 있고, 도 2를 참조하여 후술할 복수의 로직 셀들을 포함할 수 있다. The processor 11 may include one or more processor cores (C1-Cn). The one or more processor cores C1-Cn may process data and signals. The processor cores C1-Cn may include semiconductor devices according to embodiments of the present invention, and may include a plurality of logic cells, which will be described later with reference to FIG. 2 .

상기 전자 장치(1)는 처리된 데이터 및 신호를 이용하여 고유의 기능을 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 프로세서(11)는 어플리케이션 프로세서(Application Processor)일 수 있다.The electronic device 1 may perform a unique function by using the processed data and signals. For example, the processor 11 may be an application processor.

상기 임베디드 메모리(13)는 상기 프로세서(11)와 제1 데이터(DAT1)를 교환할 수 있다. 상기 제1 데이터(DAT1)는 하나 이상의 프로세서 코어들(C1-Cn)에 의해 처리된 또는 처리될 데이터이다. 상기 임베디드 메모리(13)는 상기 제1 데이터(DAT1)를 관리할 수 있다. 예를 들어, 상기 임베디드 메모리(13)는 상기 제1 데이터(DAT1)를 버퍼링(Buffering)할 수 있다. 즉, 상기 임베디드 메모리(13)는 상기 프로세서(11)의 버퍼 메모리 또는 워킹 메모리(Working Memory)로서 작동할 수 있다.The embedded memory 13 may exchange first data DAT1 with the processor 11 . The first data DAT1 is data processed or to be processed by one or more processor cores C1-Cn. The embedded memory 13 may manage the first data DAT1 . For example, the embedded memory 13 may buffer the first data DAT1 . That is, the embedded memory 13 may operate as a buffer memory or a working memory of the processor 11 .

일 실시예에 따르면, 상기 전자 장치(1)는 웨어러블(Wearable) 전자 장치에 적용될 수 있다. 웨어러블 전자 장치는 많은 양의 연산을 필요로 하는 기능보다 적은 양의 연산을 필요로 하는 기능을 더 많이 수행할 수 있다. 따라서, 상기 전자 장치(1)가 웨어러블 전자 장치에 적용될 경우, 상기 임베디드 메모리(13)는 큰 버퍼 용량을 갖지 않아도 무방할 수 있다.According to an embodiment, the electronic device 1 may be applied to a wearable electronic device. The wearable electronic device may perform more functions requiring a small amount of calculation than a function requiring a large amount of calculation. Accordingly, when the electronic device 1 is applied to a wearable electronic device, the embedded memory 13 may not have a large buffer capacity.

상기 임베디드 메모리(13)는 SRAM일 수 있다. 상기 SRAM은 DRAM 보다 빠른 속도로 작동할 수 있다. 상기 SRAM이 상기 반도체 칩(10)에 임베디드되면, 작은 크기를 갖고 빠른 속도로 작동하는 상기 전자 장치(1)가 구현될 수 있다. 나아가, 상기 SRAM이 상기 반도체 칩(10)에 임베디드되면, 상기 전자 장치(1)의 작동 전력(Active Power)의 소모량이 감소할 수 있다. 일 예로, 상기 SRAM은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 포함할 수 있다.The embedded memory 13 may be SRAM. The SRAM may operate at a faster speed than DRAM. When the SRAM is embedded in the semiconductor chip 10 , the electronic device 1 having a small size and operating at a high speed can be implemented. Furthermore, when the SRAM is embedded in the semiconductor chip 10 , the consumption of active power of the electronic device 1 may be reduced. For example, the SRAM may include semiconductor devices according to embodiments of the present invention.

상기 캐시 메모리(15)는 상기 하나 이상의 프로세서 코어들(C1 내지 Cn)과 함께 상기 반도체 칩(10) 위에 실장될 수 있다. 상기 캐시 메모리(15)는 캐시 데이터(DATc)를 저장할 수 있다. 상기 캐시 데이터(DATc)는 상기 하나 이상의 프로세서 코어들(C1 내지 Cn)에 의해 이용되는 데이터일 수 있다. 상기 캐시 메모리(15)는 적은 저장 용량을 갖지만, 매우 빠른 속도로 작동할 수 있다. 일 예로, 상기 캐시 메모리(15)는 SRAM을 포함할 수 있다. 상기 캐시 메모리(15)가 이용되는 경우, 상기 프로세서(11)가 상기 임베디드 메모리(13)에 접근하는 횟수 및 시간이 감소할 수 있다. 따라서, 상기 캐시 메모리(15)가 이용되는 경우, 상기 전자 장치(1)의 작동 속도가 빨라질 수 있다.The cache memory 15 may be mounted on the semiconductor chip 10 together with the one or more processor cores C1 to Cn. The cache memory 15 may store cache data DATc. The cache data DATc may be data used by the one or more processor cores C1 to Cn. The cache memory 15 has a small storage capacity, but can operate at a very high speed. For example, the cache memory 15 may include SRAM. When the cache memory 15 is used, the number and time of the processor 11 accessing the embedded memory 13 may be reduced. Accordingly, when the cache memory 15 is used, the operating speed of the electronic device 1 may be increased.

이해를 돕기 위해, 도 1에서, 상기 캐시 메모리(15)는 상기 프로세서(11)와 별개의 구성 요소로 도시되었다. 그러나, 상기 캐시 메모리(15)는 상기 프로세서(11)에 포함되도록 구성될 수 있다. 도 1은 본 발명의 기술 사상의 보호 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.For ease of understanding, in FIG. 1 , the cache memory 15 is illustrated as a separate component from the processor 11 . However, the cache memory 15 may be configured to be included in the processor 11 . 1 is not intended to limit the protection scope of the technical spirit of the present invention.

상기 프로세서(11), 상기 임베디드 메모리(13) 및 상기 캐시 메모리(15)는 다양한 인터페이스 규약에 기초하여 데이터를 전송할 수 있다. 예컨대, 상기 프로세서(11), 상기 임베디드 메모리(13) 및 상기 캐시 메모리(15)는 USB(Universal Serial Bus), SCSI(Small Computer System Interface), PCI(Peripheral Component Interconnect) Express, ATA(Advanced Technology Attachment), PATA(Parallel ATA), SATA(Serial ATA), SAS(Serial Attached SCSI), IDE(Integrated Drive Electronics), UFS(Universal Flash Storage) 등 중에서 하나 이상의 인터페이스 규약에 기초하여 데이터를 전송할 수 있다.The processor 11 , the embedded memory 13 , and the cache memory 15 may transmit data based on various interface protocols. For example, the processor 11, the embedded memory 13, and the cache memory 15 are USB (Universal Serial Bus), SCSI (Small Computer System Interface), PCI (Peripheral Component Interconnect) Express, ATA (Advanced Technology Attachment) ), PATA (Parallel ATA), SATA (Serial ATA), SAS (Serial Attached SCSI), IDE (Integrated Drive Electronics), UFS (Universal Flash Storage), etc., data can be transmitted based on one or more interface protocols.

도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 평면도이다. 2 is a plan view of a semiconductor device according to embodiments of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자는 기판 상에 제공된 복수의 로직 셀들(C1, C2, C3, C4)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 로직 셀들(C1, C2, C3, C4)은 복수개의 표준 셀들로 구성될 수 있다. 또한, 상기 로직 셀들(C1, C2, C3, C4)의 각각은 복수의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 반도체 소자는 제1 로직 셀(C1), 상기 제1 로직 셀(C1)과 제1 방향(Y)으로 이격된 제2 로직 셀(C2), 상기 제1 로직 셀(C1)과 상기 제1 방향(Y)에 교차하는 제2 방향(X)으로 이격된 제3 로직 셀(C3), 및 상기 제2 로직 셀(C2)과 상기 제2 방향(X)으로 이격된 제4 로직 셀(C4)을 포함할 수 있다. 상기 로직 셀들(C1, C2, C3, C4)의 각각은 제2 소자 분리막들(ST2)에 의하여 분리된 활성 영역들을 포함할 수 있다. 상기 로직 셀들(C1, C2, C3, C4)의 각각은, 상기 제2 소자 분리막들(ST2)에 의해 분리된 PMOSFET 영역(PR) 및 NMOSFET 영역(NR)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2 , a semiconductor device according to an exemplary embodiment may include a plurality of logic cells C1 , C2 , C3 , and C4 provided on a substrate. The plurality of logic cells C1 , C2 , C3 , and C4 may include a plurality of standard cells. In addition, each of the logic cells C1 , C2 , C3 , and C4 may include a plurality of transistors. For example, the semiconductor device includes a first logic cell C1, a second logic cell C2 spaced apart from the first logic cell C1 in a first direction Y, and the first logic cell C1 and A third logic cell C3 spaced apart in a second direction X crossing the first direction Y, and a fourth logic spaced apart from the second logic cell C2 in the second direction X It may include a cell C4. Each of the logic cells C1 , C2 , C3 , and C4 may include active regions separated by second device isolation layers ST2 . Each of the logic cells C1 , C2 , C3 , and C4 may include a PMOSFET region PR and an NMOSFET region NR separated by the second device isolation layers ST2 .

일 예로, 상기 PMOSFET 영역(PR) 및 상기 NMOSFET 영역(NR)은 상기 제1 방향(Y)으로 이격될 수 있다. 상기 제1 로직 셀(C1)의 PMOSFET 영역(PR)은 상기 제2 로직 셀(C2)의 PMOSFET 영역(PR)과 상기 제1 방향(Y)으로 인접할 수 있다. 이하, 본 명세서에서 로직 셀은 하나의 논리 동작을 하기 위한 단위를 지칭할 수 있다. 로직 셀들의 개수는 4개로 도시되었으나 이에 한정되지 않는다.For example, the PMOSFET region PR and the NMOSFET region NR may be spaced apart from each other in the first direction Y. The PMOSFET region PR of the first logic cell C1 may be adjacent to the PMOSFET region PR of the second logic cell C2 in the first direction Y. Hereinafter, in the present specification, a logic cell may refer to a unit for performing one logic operation. The number of logic cells is illustrated as four, but is not limited thereto.

도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 설계 및 제조 방법을 보여주는 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of designing and manufacturing a semiconductor device according to embodiments of the present invention.

도 3을 참조하면, 컴퓨터 시스템을 이용하여 반도체 집적회로의 상위 수준 설계(High Level Design)가 수행될 수 있다(S110). 상위 수준 설계란, 설계 대상 집적회로를 컴퓨터 언어의 상위 언어로 기술하는 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, C언어와 같은 상위 언어를 사용할 수 있다. 상위 수준 설계에 의해서 설계된 회로들은 레지스터 전송 레벨(Register Transfer Level: RTL) 코딩이나 시뮬레이션에 의해서 보다 구체적으로 표현될 수 있다. 나아가, 상기 레지스터 전송 레벨 코딩에 의해서 생성된 코드는 넷리스트(Netlist)로 변환되어 전체 반도체 소자로 합성될 수 있다. 합성된 스키매틱 회로는 시뮬레이션 툴에 의해서 검증되고, 검증 결과에 따라 조정 과정이 동반될 수 있다.Referring to FIG. 3 , a high level design of a semiconductor integrated circuit may be performed using a computer system ( S110 ). High-level design may mean describing a design target integrated circuit in a language higher than a computer language. For example, a higher-level language such as C language can be used. Circuits designed by high-level design can be expressed more specifically by Register Transfer Level (RTL) coding or simulation. Furthermore, the code generated by the register transfer level coding may be converted into a netlist and synthesized into an entire semiconductor device. The synthesized schematic circuit is verified by a simulation tool, and an adjustment process may be accompanied according to the verification result.

논리적으로 완성된 반도체 접적회로를 실리콘 기판 위에 구현하기 위한 레이아웃 설계가 수행될 수 있다(S120). 예를 들면, 상위 수준 설계에서 합성된 스키매틱 회로 또는 그에 대응하는 넷리스트를 참조하여 레이아웃 설계가 수행될 수 있다. 레이아웃 설계는 규정된 디자인 룰에 따라 셀 라이브러리(Cell Library)에서 제공되는 다양한 셀들을 배치(Place)하고 연결하는 라우팅(Routing) 절차를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들과 관련된 레이아웃 설계에 있어서, 복수개의 금속 레이아웃들을 설계하는 것이 포함될 수 있다. 상기 복수개의 금속 레이아웃들은 실리콘 기판 상에 순차적으로 적층되는 복수개의 금속층들에 대응할 수 있다. 각각의 금속 레이아웃들에 대해 금속 패턴들이 배치되면서, 데이터 경로가 연결되는 라우팅이 수행될 수 있다.A layout design for implementing a logically completed semiconductor integrated circuit on a silicon substrate may be performed ( S120 ). For example, layout design may be performed by referring to a schematic circuit synthesized in a higher-level design or a netlist corresponding thereto. Layout design may include a routing procedure for arranging and connecting various cells provided from a cell library according to a prescribed design rule. In layout design related to embodiments of the present invention, designing a plurality of metal layouts may be included. The plurality of metal layouts may correspond to a plurality of metal layers sequentially stacked on a silicon substrate. While the metal patterns are disposed for each of the metal layouts, routing in which a data path is connected may be performed.

레이아웃 설계를 위한 셀 라이브러리에는 셀의 동작, 속도 그리고 소모 전력등에 대한 정보도 포함될 수 있다. 특정 게이트 레벨의 회로를 레이아웃으로 표현하기 위한 셀 라이브러리가 대부분의 레이아웃 설계 툴에 정의되어 있다. 레이아웃은 실제로 실리콘 기판 상에 형성될 트랜지스터 및 금속 배선들을 구성하기 위한 패턴의 형태나 사이즈를 정의하는 절차일 수 있다. 예를 들면, 인버터 회로를 실제로 실리콘 기판 상에 형성시키기 위하여, PMOS, NMOS, N-WELL, 게이트 라인, 및 이들 상에 배치될 금속 배선들과 같은 레이아웃 패턴들을 적절히 배치할 수 있다. 이를 위하여 우선 셀 라이브러리에 이미 정의된 인버터들 중에서 적합한 것을 검색하여 선택할 수 있다. 더불어, 선택 및 배치된 셀들에 대한 라우팅이 수행될 수 있다. 이러한 일련의 과정들은 대부분 상기 레이아웃 설계 툴에 의해서 자동적으로 또는 수동적으로 수행될 수 있다.The cell library for layout design may also include information on cell operation, speed, and power consumption. A cell library for expressing a specific gate level circuit as a layout is defined in most layout design tools. Layout may actually be a procedure for defining the shape or size of a pattern for configuring transistors and metal wirings to be formed on a silicon substrate. For example, in order to actually form an inverter circuit on a silicon substrate, it is possible to appropriately arrange layout patterns such as PMOS, NMOS, N-WELL, gate lines, and metal wirings to be disposed thereon. For this, first, a suitable one can be searched and selected from among inverters already defined in the cell library. In addition, routing for selected and deployed cells may be performed. Most of these series of processes may be performed automatically or manually by the layout design tool.

라우팅 이후에는 디자인 룰에 위배되는 부분이 존재하는지 레이아웃에 대한 검증이 수행될 수 있다. 검증하는 항목으로는, 레이아웃이 디자인 룰에 맞게 제대로 되었는지 검증하는 DRC(Design Rule Check), 내부에서 전기적으로 끊어짐 없이 제대로 되었는지 검증하는 ERC(Electronical Rule Check), 및 레이아웃이 게이트 수준 넷리스트와 일치하는지 확인하는 LVS(Layout vs Schematic) 등을 포함할 수 있다.After routing, verification of the layout may be performed whether there is a part that violates the design rule. Items to be verified include DRC (Design Rule Check) that verifies that the layout is properly aligned with the design rule, ERC (Electronical Rule Check) that verifies whether the layout is properly executed without electrical breakage, and whether the layout matches the gate-level netlist It may include LVS (Layout vs Schematic) to check.

광근접 보정(Optical Proximity Correction: OPC) 절차가 수행될 수 있다(S130). 포토리소그래피 공정을 이용하여, 레이아웃 설계를 통해서 얻어진 레이아웃 패턴들을 실리콘 기판 상에 구현할 수 있다. 이때, 광근접 보정은 포토리소그래피 공정에서 발생할 수 있는 왜곡 현상을 보정하기 위한 기술일 수 있다. 즉, 광근접 보정을 통하여, 레이아웃된 패턴을 이용한 노광시에 빛의 특성 때문에 발생하는 굴절이나 공정 효과 등의 왜곡 현상을 보정할 수 있다. 광근접 보정을 수행하면서, 설계된 레이아웃 패턴들의 형태 및 위치가 미소하게 변경될 수 있다.An optical proximity correction (OPC) procedure may be performed (S130). Layout patterns obtained through layout design may be implemented on a silicon substrate by using a photolithography process. In this case, optical proximity correction may be a technique for correcting distortion that may occur in a photolithography process. That is, through the optical proximity correction, it is possible to correct distortions such as refraction or process effects that occur due to the characteristics of light during exposure using the laid out pattern. While performing optical proximity correction, the shape and position of the designed layout patterns may be slightly changed.

광근접 보정에 의해 변경된 레이아웃에 기초하여 포토마스크(Photomask)가 제작될 수 있다(S140). 일반적으로 포토마스크는 유리 기판 위에 도포된 크롬 박막을 이용하여 레이아웃 패턴들을 묘사하는 방식으로 제작될 수 있다.A photomask may be manufactured based on the layout changed by the optical proximity correction (S140). In general, a photomask may be manufactured in a manner that depicts layout patterns using a thin chrome film applied on a glass substrate.

생성된 포토마스크를 이용하여 반도체 소자가 제조될 수 있다(S150). 포토마스크를 사용한 반도체 소자의 제조 공정에서는 다양한 방식의 노광 및 식각 공정들이 반복될 수 있다. 이러한 공정들을 통해서 실리콘 기판 상에 레이아웃 설계시에 구성된 패턴들의 형태가 순차적으로 형성될 수 있다.A semiconductor device may be manufactured using the generated photomask (S150). In a manufacturing process of a semiconductor device using a photomask, various types of exposure and etching processes may be repeated. Through these processes, shapes of patterns configured during layout design may be sequentially formed on a silicon substrate.

도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 금속 레이아웃의 설계 방법을 설명하기 위한 레이아웃 패턴들을 나타내는 평면도이다. 구체적으로, 도 4는 반도체 기판 상의 제1 금속층을 구현하기 위한 제1 금속 레이아웃을 나타낼 수 있다.4 is a plan view illustrating layout patterns for explaining a method of designing a metal layout according to embodiments of the present invention. Specifically, FIG. 4 may show a first metal layout for implementing a first metal layer on a semiconductor substrate.

도 4를 참조하면, 제1 하부 금속 패턴들(M11), 와이드 금속 패턴(M11'), 및 제2 하부 금속 패턴들(M12)이 제공될 수 있다. 상기 제1 하부 금속 패턴들(M11) 및 와이드 금속 패턴(M11')은 제1 방향(Y)으로 연장되는 라인 형태일 수 있다. 상기 제2 하부 금속 패턴들(M12)은 상기 제1 방향(Y)과 교차하는 제2 방향(X)으로 연장되는 라인 형태일 수 있다. 상기 제1 하부 금속 패턴들(M11)은 제1 내지 제3 서브 패턴들(M11a, M11b, M11c)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4 , first lower metal patterns M11 , a wide metal pattern M11 ′, and second lower metal patterns M12 may be provided. The first lower metal patterns M11 and the wide metal pattern M11 ′ may have a line shape extending in the first direction (Y). The second lower metal patterns M12 may have a line shape extending in a second direction (X) crossing the first direction (Y). The first lower metal patterns M11 may include first to third sub-patterns M11a, M11b, and M11c.

구체적으로, 각각의 상기 제1 하부 금속 패턴들(M11)은, 상기 제2 방향(X)으로의 좁은 횡 측벽들(narrow horizontal sidewalls, TP1) 및 상기 제1 방향(Y)으로의 제1 종 측벽들(vertical sidewalls, SP1)을 포함할 수 있다. 상기 와이드 금속 패턴(M11')은, 상기 제2 방향(X)으로의 넓은 횡 측벽들(wide horizontal sidewalls, WP1) 및 상기 제1 방향(Y)으로의 제2 종 측벽들(SP1')을 포함할 수 있다. 상기 와이드 금속 패턴(M11')의 상기 넓은 횡 측벽들(WP1)의 길이는 상기 제1 하부 금속 패턴(M11)의 상기 좁은 횡 측벽들(TP1)의 길이보다 더 클 수 있다. 상기 와이드 금속 패턴(M11')의 상기 제2 종 측벽들(SP1')의 길이는 상기 제1 하부 금속 패턴(M11)의 상기 제1 종 측벽들(SP1)의 길이보다 더 작을 수 있다. 각각의 상기 제2 하부 금속 패턴들(M12)은 상기 제2 방향(X)으로의 제2 측벽들(SP2)을 가질 수 있다.Specifically, each of the first lower metal patterns M11 includes narrow horizontal sidewalls TP1 in the second direction (X) and a first type in the first direction (Y). vertical sidewalls (SP1). The wide metal pattern M11' includes wide horizontal sidewalls (WP1) in the second direction (X) and second longitudinal sidewalls (SP1') in the first direction (Y). may include A length of the wide lateral sidewalls WP1 of the wide metal pattern M11 ′ may be greater than a length of the narrow lateral sidewalls TP1 of the first lower metal pattern M11 . A length of the second type sidewalls SP1 ′ of the wide metal pattern M11 ′ may be smaller than a length of the first type sidewalls SP1 of the first lower metal pattern M11 . Each of the second lower metal patterns M12 may have second sidewalls SP2 in the second direction X.

각각의 상기 제1 하부 금속 패턴들(M11)은 상기 제2 방향(X)으로의 제1 선폭(W1)을 가질 수 있으며, 상기 와이드 금속 패턴(M11')은 상기 제2 방향(X)으로의 제2 선폭(W2)을 가질 수 있다. 또한, 각각의 상기 제2 하부 금속 패턴들(M12)은 상기 제1 방향(Y)으로의 제3 선폭(W3)을 가질 수 있다. 일 예로, 상기 제1 선폭(W1)과 상기 제3 선폭(W3)은 실질적으로 동일할 수 있다. 상기 제2 선폭(W2)은 상기 제1 및 제3 선폭(W1, W3)보다 더 클 수 있다. 상기 제1 및 제3 선폭들(W1, W3)은, 해당 레이아웃 설계 시 규정된 디자인 룰이 허용하는 최소 선폭에 해당될 수 있다. 다만, 이는 하나의 실시예일뿐이며, 다른 실시예들에서 상기 제1 및 제3 선폭들(W1, W3)은 상기 최소 선폭보다 더 클 수 있다. 또 다른 예로, 상기 제1 선폭(W1)은 상기 좁은 횡 측벽들(TP1)의 길이와 실질적으로 동일할 수 있으며, 상기 제2 선폭(W2)은 상기 넓은 횡 측벽들(WP1)의 길이와 실질적으로 동일할 수 있다.Each of the first lower metal patterns M11 may have a first line width W1 in the second direction X, and the wide metal pattern M11 ′ may extend in the second direction X. may have a second line width W2 of In addition, each of the second lower metal patterns M12 may have a third line width W3 in the first direction Y. For example, the first line width W1 and the third line width W3 may be substantially the same. The second line width W2 may be larger than the first and third line widths W1 and W3. The first and third line widths W1 and W3 may correspond to a minimum line width allowed by a design rule prescribed when designing a corresponding layout. However, this is only one embodiment, and in other embodiments, the first and third line widths W1 and W3 may be larger than the minimum line width. As another example, the first line width W1 may be substantially equal to the length of the narrow lateral sidewalls TP1 , and the second line width W2 may be substantially equal to the length of the wide lateral sidewalls WP1 . can be the same as

상기 금속 패턴들(M11, M11', M12)은 상기 제1 방향(Y) 및 상기 제2 방향(X)으로 서로 이격될 수 있다. 이때, 상기 금속 패턴들(M11, M11', M12)은 적어도 상기 디자인 룰이 허용하는 최소 이격거리만큼 서로 이격될 수 있다. 상기 최소 이격거리는 포토리소그래피 공정에서의 패터닝의 한계에 따라 정의될 수 있으며, 나아가 이는 레이아웃 설계 툴에 자동적으로 정의되어 있을 수 있다. 일 예로, 상기 제2 하부 금속 패턴들(M12)은 서로 상기 제1 방향(Y)으로 제2 거리(D2)만큼 이격될 수 있다. 여기서, 상기 제2 거리(D2)는 상기 최소 이격거리일 수 있다. 이는 이들이 서로 가장 인접하게 배치되었을 때의 예시일 뿐이며, 상기 제2 거리(D2)는 상기 최소 이격거리보다 클 수 있다.The metal patterns M11, M11', and M12 may be spaced apart from each other in the first direction Y and the second direction X. In this case, the metal patterns M11, M11', and M12 may be spaced apart from each other by at least a minimum spacing allowed by the design rule. The minimum separation distance may be defined according to a limit of patterning in a photolithography process, and further, it may be automatically defined in a layout design tool. For example, the second lower metal patterns M12 may be spaced apart from each other by a second distance D2 in the first direction Y. Here, the second distance D2 may be the minimum separation distance. This is only an example when they are disposed closest to each other, and the second distance D2 may be greater than the minimum separation distance.

한편, 앞서 도 3의 광근접 보정(S130)을 참조하여 설명한 바와 같이, 레이아웃 패턴들을 바탕으로 포토리소그래피 공정을 수행하면서 패턴들의 형태들 및 패턴들간의 간격에 왜곡이 발생할 수 있다. 특히, 상기 제1 하부 금속 패턴들(M11)의 경우 좁은 횡 측벽들(TP1)을 갖기 때문에, 상기 좁은 횡 측벽(TP1)과 인접하는 패턴과 상기 제1 하부 금속 패턴(M11)간의 간격에 왜곡이 크게 발생할 수 있다. 이는, 상기 좁은 횡 측벽들(TP1)이 매우 미세한 크기이기 때문에 빛의 굴절효과가 커지기 때문이다. 따라서, 상기 좁은 횡 측벽(TP1)과 인접하는 패턴과 상기 제1 하부 금속 패턴(M11)간의 거리는 상기 최소 이격거리보다 클 수 있다.On the other hand, as described above with reference to the optical proximity correction ( S130 ) of FIG. 3 , while performing a photolithography process based on the layout patterns, distortion may occur in the shapes of patterns and the spacing between the patterns. In particular, since the first lower metal patterns M11 have narrow lateral sidewalls TP1 , distortion in a gap between the pattern adjacent to the narrow lateral sidewall TP1 and the first lower metal pattern M11 is distorted. This can happen greatly. This is because, since the narrow lateral sidewalls TP1 have very fine sizes, the effect of refraction of light increases. Accordingly, a distance between the pattern adjacent to the narrow lateral sidewall TP1 and the first lower metal pattern M11 may be greater than the minimum separation distance.

일 예로, 상기 제1 서브 패턴(M11a)의 한 쌍의 상기 좁은 횡 측벽들(TP1)과 인접하여 상기 제2 하부 금속 패턴(M12) 및 상기 제3 서브 패턴(M11c)이 각각 배치될 수 있다. 구체적으로, 어느 하나의 상기 좁은 횡 측벽(TP1)은 상기 제2 하부 금속 패턴(M12)의 상기 제2 측벽(SP2)과 대향할 수 있고, 다른 하나의 상기 좁은 횡 측벽(TP1)은 상기 제3 서브 패턴(M11c)의 상기 좁은 횡 측벽(TP1)과 대향할 수 있다. 이때, 상기 제1 서브 패턴(M11a)과 상기 제2 하부 금속 패턴(M12)은 상기 제1 방향(Y)으로 제1 거리(D1)만큼 이격되고, 상기 제1 서브 패턴(M11a)과 상기 제3 서브 패턴(M11c)은 상기 제1 방향(Y)으로 상기 제1 거리(D1)만큼 이격될 수 있다. 여기서, 상기 제1 거리(D1)는 상기 최소 이격거리인 상기 제2 거리(D2)보다 더 클 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 거리(D1)는 적어도 상기 최소 이격거리의 1.2배와 같거나 클 수 있다For example, the second lower metal pattern M12 and the third sub-pattern M11c may be respectively disposed adjacent to the pair of narrow lateral sidewalls TP1 of the first sub-pattern M11a. . Specifically, any one of the narrow lateral sidewalls TP1 may face the second sidewall SP2 of the second lower metal pattern M12, and the other narrow lateral sidewall TP1 may have the first It may face the narrow lateral sidewall TP1 of the third sub-pattern M11c. In this case, the first sub-pattern M11a and the second lower metal pattern M12 are spaced apart from each other by a first distance D1 in the first direction Y, and the first sub-pattern M11a and the second lower metal pattern M12 are spaced apart from each other by a first distance D1. The three sub-patterns M11c may be spaced apart from each other by the first distance D1 in the first direction Y. Here, the first distance D1 may be greater than the second distance D2, which is the minimum separation distance. Specifically, the first distance D1 may be at least equal to or greater than 1.2 times the minimum separation distance.

반면, 상기 제1 서브 패턴(M11a)의 상기 제1 종 측벽(SP1)과 인접하여 제2 서브 패턴(M11b)이 배치될 수 있다. 상기 제1 서브 패턴(M11a)의 상기 제1 종 측벽(SP1)은 상기 제2 서브 패턴(M11b)의 상기 제1 종 측벽(SP1)과 대향할 수 있다. 상기 제1 종 측벽(SP1)은 상기 좁은 횡 측벽(TP1)보다 상대적으로 더 길기 때문에, 패턴들간의 간격 왜곡 현상이 줄어들 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2 서브 패턴들(M11a, M11b)은 상기 제2 방향(X)으로 상기 최소 이격거리인 상기 제2 거리(D2)만큼 이격될 수 있다.On the other hand, a second sub-pattern M11b may be disposed adjacent to the first longitudinal sidewall SP1 of the first sub-pattern M11a. The first longitudinal sidewall SP1 of the first sub-pattern M11a may face the first longitudinal sidewall SP1 of the second sub-pattern M11b. Since the first longitudinal sidewall SP1 is relatively longer than the narrow transverse sidewall TP1, a distortion of a gap between patterns may be reduced. Accordingly, the first and second sub-patterns M11a and M11b may be spaced apart from each other by the second distance D2 that is the minimum separation distance in the second direction X.

상기 와이드 금속 패턴(M11')은 상기 제1 하부 금속 패턴들(M11)과 동일하게 상기 제1 방향(Y)으로 연장되는 라인일 수 있다. 다만, 상기 와이드 금속 패턴(M11')은 상기 제1 하부 금속 패턴들(M11)과는 달리 한 쌍의 넓은 횡 측벽들(WP1)을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 넓은 횡 측벽(WP1)과 인접하여 제2 하부 금속 패턴(M12)이 배치될 수 있다. 상기 넓은 횡 측벽(WP1)은 상기 좁은 횡 측벽(TP1)보다 상대적으로 더 길기 때문에, 패턴들간의 간격 왜곡 현상이 줄어들 수 있다. 따라서, 상기 와이드 금속 패턴(M11')과 상기 제2 하부 금속 패턴(M12)은 상기 제1 방향(Y)으로 제3 거리(D3)만큼 이격될 수 있다. 일 예로, 상기 제3 거리(D3)는 상기 최소 이격거리인 상기 제2 거리(D2)와 실질적으로 동일할 수 있다. 다른 예로, 상기 제3 거리(D3)는 상기 제2 거리(D2)보다 크고 상기 제1 거리(D1)보다 작을 수 있다.The wide metal pattern M11 ′ may be a line extending in the first direction Y in the same manner as the first lower metal patterns M11 . However, unlike the first lower metal patterns M11 , the wide metal pattern M11 ′ may include a pair of wide lateral sidewalls WP1 . For example, the second lower metal pattern M12 may be disposed adjacent to the wide lateral sidewall WP1 . Since the wide lateral sidewall WP1 is relatively longer than the narrow lateral sidewall TP1 , a distortion of a gap between patterns may be reduced. Accordingly, the wide metal pattern M11 ′ and the second lower metal pattern M12 may be spaced apart from each other by a third distance D3 in the first direction Y. For example, the third distance D3 may be substantially the same as the second distance D2 that is the minimum separation distance. As another example, the third distance D3 may be greater than the second distance D2 and smaller than the first distance D1 .

정리하면, 상기 제1 및 제2 종 측벽들(SP1, SP1') 및 상기 제2 측벽들(SP2)은, 이와 인접하는 패턴과 상기 최소 이격거리(예를 들어, D2)를 확보할 수 있는 측벽들일 수 있다. 일 예로, 상기 제1 및 제2 종 측벽들(SP1, SP1') 및 상기 제2 측벽들(SP2)의 길이는 상기 최소 선폭(예를 들어, W1, W3)의 약 3배보다 클 수 있다.In summary, the first and second type sidewalls SP1 and SP1 ′ and the second sidewalls SP2 can secure the pattern adjacent thereto and the minimum separation distance (eg, D2 ). can be sidewalls. For example, the lengths of the first and second type sidewalls SP1 and SP1 ′ and the second sidewalls SP2 may be greater than about three times the minimum line width (eg, W1 , W3 ). .

상기 좁은 횡 측벽들(TP1)은, 이와 인접하는 패턴과 상기 최소 이격거리보다 큰 이격거리(예를 들어, D1)를 확보할 수 있는 측벽들일 수 있다. 일 예로, 상기 좁은 횡 측벽들(TP1)은 상기 최소 선폭과 동일하거나 크고, 상기 최소 선폭의 약 2배보다 작을 수 있다.The narrow lateral sidewalls TP1 may be sidewalls capable of securing a separation distance (eg, D1 ) greater than the minimum separation distance from a pattern adjacent thereto. For example, the narrow lateral sidewalls TP1 may be equal to or greater than the minimum line width and may be smaller than about twice the minimum line width.

상기 넓은 횡 측벽들(WP1)은, 이와 인접하는 패턴과 상기 최소 이격거리를 확보할 수 있는 가장 작은 길이의 측벽들일 수 있다. 일 예로, 상기 넓은 횡 측벽들(WP1)은 상기 최소 선폭의 약 2배 내지 약 3배일 수 있다.The wide lateral sidewalls WP1 may be sidewalls having the smallest length that can secure the minimum separation distance from the pattern adjacent thereto. For example, the wide lateral sidewalls WP1 may be about 2 to about 3 times the minimum line width.

다만, 패턴들의 측벽들 각각의 길이의 범위는 디자인 룰에 따라 다르게 정의될 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다.However, the range of the length of each of the sidewalls of the patterns may be defined differently according to a design rule, and is not particularly limited.

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 금속 레이아웃의 설계 방법을 설명하기 위한 로직 셀의 레이아웃을 나타내는 평면도들이다. 구체적으로, 도 5는 도 2의 어느 하나의 로직 셀 상의 제1 금속층을 구현하기 위한 제1 금속 레이아웃을 나타낼 수 있다. 도 6은 상기 제1 금속층 상의 제2 금속층을 구현하기 위한 제2 금속 레이아웃을 추가적으로 나타낼 수 있다. 도 5 및 도 6은 앞서 도 4를 참조하여 설명한 제1 하부 금속 패턴들(M11)이 적용된 실시예를 나타낸 것이고, 와이드 금속 패턴(M11')은 생략되었다.5 and 6 are plan views illustrating a layout of a logic cell for explaining a method of designing a metal layout according to embodiments of the present invention. Specifically, FIG. 5 may show a first metal layout for implementing the first metal layer on any one logic cell of FIG. 2 . 6 may additionally show a second metal layout for implementing a second metal layer on the first metal layer. 5 and 6 show an embodiment to which the first lower metal patterns M11 described above with reference to FIG. 4 are applied, and the wide metal pattern M11' is omitted.

도 5를 참조하면, 먼저 활성 영역들을 정의하는 레이아웃 패턴들이 제공될 수 있다. 상기 활성 영역들은 PMOSFET 영역(PR) 및 NMOSFET 영역(NR)을 포함할 수 있다. 상기 PMOSFET 영역(PR) 및 상기 NMOSFET 영역(NR)은 제1 방향(Y)으로 이격될 수 있다.Referring to FIG. 5 , first, layout patterns defining active regions may be provided. The active regions may include a PMOSFET region PR and an NMOSFET region NR. The PMOSFET region PR and the NMOSFET region NR may be spaced apart from each other in the first direction Y.

상기 PMOSFET 영역(PR) 및 상기 NMOSFET 영역(NR)과 교차하여 상기 제1 방향(Y)으로 연장되는 게이트 패턴들(GP)이 제공될 수 있다. 상기 게이트 패턴들(GP)은 상기 제1 방향(Y)과 교차하는 상기 제2 방향(X)으로 서로 이격될 수 있다.Gate patterns GP extending in the first direction Y may be provided to cross the PMOSFET region PR and the NMOSFET region NR. The gate patterns GP may be spaced apart from each other in the second direction X crossing the first direction Y.

추가적으로, 도시되진 않았지만, 상기 PMOSFET 영역(PR) 및 상기 NMOSFET 영역(NR) 내에, 반도체 기판 상부에 형성될 활성 패턴들 및 소스/드레인 영역들을 정의하는 레이아웃 패턴들이 제공될 수 있다. 나아가, 도시되진 않았지만, 제1 금속층과 연결되는 소스/드레인 콘택들 및 게이트 콘택들을 정의하는 레이아웃 패턴들이 제공될 수 있다.Additionally, although not shown, active patterns to be formed on the semiconductor substrate and layout patterns defining source/drain regions may be provided in the PMOSFET region PR and the NMOSFET region NR. Furthermore, although not shown, layout patterns defining source/drain contacts and gate contacts connected to the first metal layer may be provided.

상기 제1 금속층을 정의하는 제1 금속 레이아웃이 제공될 수 있다. 상기 제1 금속 레이아웃은 제1 내지 제5 하부 금속 패턴들(M11, M12, M13, M14, M15)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 하부 금속 패턴들(M11, M12, M13)은, 각각 상기 PMOSFET 영역(PR), 상기 NMOSFET 영역(NR), 또는 상기 게이트 패턴들(GP)과 전기적으로 연결되는 금속 배선들을 정의할 수 있다. 상기 제4 및 제5 하부 금속 패턴들(M14, M15)은 각각 드레인 전압(Vdd), 즉, 파워 전압이 제공되는 통로인 금속 배선, 및 소스 전압(Vss), 즉, 접지 전압이 제공되는 통로인 금속 배선을 정의할 수 있다.A first metal layout defining the first metal layer may be provided. The first metal layout may include first to fifth lower metal patterns M11, M12, M13, M14, and M15. The first to third lower metal patterns M11 , M12 , and M13 include metal lines electrically connected to the PMOSFET region PR, the NMOSFET region NR, or the gate patterns GP, respectively. can be defined Each of the fourth and fifth lower metal patterns M14 and M15 includes a metal wire that is a passage through which a drain voltage Vdd, that is, a power voltage, and a passage through which a source voltage Vss, that is, a ground voltage, is provided. You can define a phosphorus metal wiring.

상기 제1 하부 금속 패턴들(M11)은 제1 방향(Y)으로 연장되는 라인 형태일 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 앞서 도 4를 참조하여 설명한 바와 같다. 각각의 상기 제1 하부 금속 패턴들(M11)은 좁은 횡 측벽들(TP1) 및 제1 종 측벽들(SP1)을 포함할 수 있다. 상기 제1 하부 금속 패턴들(M11)은 제1 내지 제4 서브 패턴들(M11a-M11d)을 포함할 수 있다. 상기 제2 내지 제5 하부 금속 패턴들(M12, M13, M14, M15)은, 각각 상기 제2 방향(X)으로의 제2 내지 제5 측벽들(SP2, SP3, SP4, SP5)을 포함할 수 있다.The first lower metal patterns M11 may have a line shape extending in the first direction Y, and a detailed description thereof has been described with reference to FIG. 4 above. Each of the first lower metal patterns M11 may include narrow lateral sidewalls TP1 and first longitudinal sidewalls SP1 . The first lower metal patterns M11 may include first to fourth sub-patterns M11a-M11d. The second to fifth lower metal patterns M12, M13, M14, and M15 may include second to fifth sidewalls SP2, SP3, SP4, and SP5 in the second direction X, respectively. can

상기 제1 내지 제5 하부 금속 패턴들(M11, M12, M13, M14, M15)은 제1 및 제2 방향들(Y, X)로 서로 이격될 수 있다. 도 5에 나타난 로직 셀은 상기 제1 방향(Y)으로의 제1 높이(H1)를 가질 수 있다. 상기 제1 높이(H1)는 상기 제4 하부 금속 패턴(M14)의 중심에서 상기 제5 하부 금속 패턴(M15)의 중심까지의 길이일 수 있다. 상기 제1 높이(H1)는 해당 디자인 룰에서 허용되는 최소 셀 높이일 수 있다. 이때, 최소 셀 높이를 만족시키기 위하여, 상기 제1 내지 제5 하부 금속 패턴들(M11, M12, M13, M14, M15)은 상기 디자인 룰이 허용하는 최소 이격거리만큼 상기 제1 방향(Y)으로 서로 이격될 수 있다. The first to fifth lower metal patterns M11, M12, M13, M14, and M15 may be spaced apart from each other in first and second directions Y and X. The logic cell shown in FIG. 5 may have a first height H1 in the first direction Y. The first height H1 may be a length from the center of the fourth lower metal pattern M14 to the center of the fifth lower metal pattern M15. The first height H1 may be a minimum cell height allowed by a corresponding design rule. In this case, in order to satisfy the minimum cell height, the first to fifth lower metal patterns M11 , M12 , M13 , M14 , and M15 are aligned in the first direction Y by the minimum separation distance allowed by the design rule. can be separated from each other.

예를 들어, 상기 제4 하부 금속 패턴(M14)의 제4 측벽(SP4)은 상기 제2 하부 금속 패턴(M12)의 제2 측벽(SP2)과 서로 대향하며, 이때 상기 제2 및 제4 하부 금속 패턴들(M12, M14)은 서로 상기 제1 방향(Y)으로 제2 거리(D2)만큼 이격될 수 있다. 여기서, 상기 제2 거리(D2)는 앞서 도 4를 참조하여 설명한 제2 거리(D2)와 같을 수 있으며, 즉 상기 최소 이격거리를 나타낼 수 있다.For example, the fourth sidewall SP4 of the fourth lower metal pattern M14 faces the second sidewall SP2 of the second lower metal pattern M12, and in this case, the second and fourth lower portions The metal patterns M12 and M14 may be spaced apart from each other by a second distance D2 in the first direction Y. Here, the second distance D2 may be the same as the second distance D2 described above with reference to FIG. 4 , that is, it may represent the minimum separation distance.

상기 제2 하부 금속 패턴(M12)과 상기 제3 하부 금속 패턴(M13)의 경우, 상대적으로 긴 제2 및 제3 측벽들(SP2, SP3)이 서로 대향할 수 있다. 따라서, 상기 제2 및 제3 하부 금속 패턴들(M12, M13)은 서로 상기 제1 방향(Y)으로 제2 거리(D2)만큼 이격될 수 있다.In the case of the second lower metal pattern M12 and the third lower metal pattern M13 , relatively long second and third sidewalls SP2 and SP3 may face each other. Accordingly, the second and third lower metal patterns M12 and M13 may be spaced apart from each other by a second distance D2 in the first direction Y.

한편, 상기 제2 하부 금속 패턴(M12)과 상기 제2 서브 패턴(M11b)의 경우, 상기 제2 측벽(SP2)이 상대적으로 짧은 상기 좁은 횡 측벽(TP1)과 대향할 수 있다. 따라서, 상기 제2 하부 금속 패턴(M12)과 상기 제2 서브 패턴(M11b)은 서로 상기 제1 방향(Y)으로 제1 거리(D1)만큼 이격될 수 있다. 여기서, 상기 제1 거리(D1)는 앞서 도 4를 참조하여 설명한 제1 거리(D1)와 같을 수 있으며, 즉 상기 최소 이격거리의 1.2배와 같거나 클 수 있다.Meanwhile, in the case of the second lower metal pattern M12 and the second sub pattern M11b , the second sidewall SP2 may face the relatively short narrow lateral sidewall TP1 . Accordingly, the second lower metal pattern M12 and the second sub pattern M11b may be spaced apart from each other by a first distance D1 in the first direction Y. Here, the first distance D1 may be the same as the first distance D1 described above with reference to FIG. 4 , that is, it may be equal to or greater than 1.2 times the minimum separation distance.

상기 제2 하부 금속 패턴(M12)의 경우, 상기 제1 방향(Y)으로 연장되는 부분을 포함함으로써, 상대적으로 짧은 일 측벽을 포함할 수 있다. 이때, 상기 일 측벽은 제2 좁은 횡 측벽(TP2)일 수 있다. 한편, 상기 제4 서브 패턴(M11d)의 좁은 횡 측벽(TP1)은 상기 제2 좁은 횡 측벽(TP2)과 서로 대향할 수 있다. 따라서, 상기 제2 하부 금속 패턴(M12)과 상기 제4 서브 패턴(M11d)은 서로 상기 제1 방향(Y)으로 제1 거리(D1)만큼 이격될 수 있다.The second lower metal pattern M12 may include a relatively short sidewall by including a portion extending in the first direction Y. In this case, the one sidewall may be the second narrow lateral sidewall TP2 . Meanwhile, the narrow lateral sidewall TP1 of the fourth sub-pattern M11d may face the second narrow lateral sidewall TP2 . Accordingly, the second lower metal pattern M12 and the fourth sub-pattern M11d may be spaced apart from each other by a first distance D1 in the first direction Y.

상기 제3 하부 금속 패턴(M13)과 상기 제3 서브 패턴(M11c)의 경우, 상기 제3 측벽(SP3)이 상대적으로 짧은 상기 좁은 횡 측벽(TP1)과 대향할 수 있다. 따라서, 상기 제3 하부 금속 패턴(M13)과 상기 제3 서브 패턴(M11c)은 서로 상기 제1 방향(Y)으로 제1 거리(D1)만큼 이격될 수 있다.In the case of the third lower metal pattern M13 and the third sub-pattern M11c, the third sidewall SP3 may face the relatively short narrow lateral sidewall TP1. Accordingly, the third lower metal pattern M13 and the third sub-pattern M11c may be spaced apart from each other by a first distance D1 in the first direction Y.

결과적으로, 상기 좁은 횡 측벽들(TP1)을 포함하는 상기 제1 하부 금속 패턴들(M11)로 인하여, 필연적으로 상기 제1 하부 금속 패턴들(M11)과 이들과 인접하는 패턴들은 상기 제1 방향(Y)으로 적어도 상기 제1 거리(D1)만큼의 이격거리가 확보될 필요가 있다. 따라서, 상기 로직 셀은 일정한 값 이상의 최소 셀 높이(즉, H1)가 확보되어야 하는 한계가 있다.As a result, due to the first lower metal patterns M11 including the narrow lateral sidewalls TP1 , the first lower metal patterns M11 and adjacent patterns are inevitably formed in the first direction. As (Y), it is necessary to secure a separation distance equal to at least the first distance D1. Accordingly, the logic cell has a limit in that a minimum cell height (ie, H1) of a certain value or more must be secured.

또한, 상기 제1 높이(H1)를 줄이기 위해, 각각의 상기 제1 하부 금속 패턴들(M11)의 상기 제1 방향(Y)으로의 길이를 줄이는 방법이 있을 수 있다. 그러나, 이 경우 상기 제1 하부 금속 패턴들(M11)의 라우팅을 위한 핀(pin) 영역들의 개수가 감소되어, 라우팅 수행에 문제가 발생할 수 있다. 결과적으로, 각각의 상기 제1 하부 금속 패턴들(M11)의 길이를 줄이는 방법에도 한계가 존재할 수 있다.Also, in order to reduce the first height H1 , there may be a method of reducing the length of each of the first lower metal patterns M11 in the first direction Y. However, in this case, the number of pin regions for routing of the first lower metal patterns M11 is reduced, and a problem in routing may occur. As a result, a method for reducing the length of each of the first lower metal patterns M11 may also be limited.

도 6을 참조하면, 상기 제1 금속 레이아웃 상에 제2 금속층을 정의하는 제2 금속 레이아웃이 제공될 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 앞서 도 5를 참조하여 설명한 활성 영역들(PR, NR)은 생략되었다.Referring to FIG. 6 , a second metal layout defining a second metal layer may be provided on the first metal layout. For convenience of description, the active regions PR and NR described above with reference to FIG. 5 are omitted.

상기 제2 금속 레이아웃은 상기 제2 방향(X)으로 연장되는 라인 형태인 중간 금속 패턴들(M2)을 포함할 수 있다. 상기 중간 금속 패턴들(M2)은 각각 상기 제1 내지 제3 하부 금속 패턴들(M11, M12, M13)과 제2 비아들(V2)을 통해 연결될 수 있다.The second metal layout may include intermediate metal patterns M2 in the form of lines extending in the second direction (X). The intermediate metal patterns M2 may be respectively connected to the first to third lower metal patterns M11 , M12 , and M13 through second vias V2 .

도시되진 않았지만, 상기 제2 금속 레이아웃 상에 추가적인 금속 레이아웃들이 제공될 수 있다. 이들은 상기 제2 금속층 위에 적층되는 추가적인 금속층들을 정의할 수 있다. 이로써, 데이터 경로가 연결되는 라우팅이 순차적으로 수행될 수 있다.Although not shown, additional metal layouts may be provided on the second metal layout. These may define additional metal layers stacked on the second metal layer. Accordingly, routing in which data paths are connected can be sequentially performed.

도 7, 도 8 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 금속 레이아웃의 설계 방법을 설명하기 위한 로직 셀의 레이아웃을 나타내는 평면도들이다. 구체적으로, 도 7은 도 2의 어느 하나의 로직 셀 상의 제1 금속층을 구현하기 위한 제1 금속 레이아웃을 나타낼 수 있다. 도 8은 상기 제1 금속층 상의 제2 금속층을 구현하기 위한 제2 금속 레이아웃을 추가적으로 나타낼 수 있다. 도 10은 상기 제2 금속층 상의 제3 금속층을 구현하기 위한 제3 금속 레이아웃을 추가적으로 나타낼 수 있다. 도 7, 도 8 및 도 10은 앞서 도 4를 참조하여 설명한 와이드 금속 패턴(M11')이 적용된 실시예를 나타낸 것이고, 제1 하부 금속 패턴들(M11)은 생략되었다.7, 8, and 10 are plan views illustrating a layout of a logic cell for explaining a method of designing a metal layout according to other embodiments of the present invention. Specifically, FIG. 7 may show a first metal layout for implementing the first metal layer on any one logic cell of FIG. 2 . 8 may additionally show a second metal layout for implementing a second metal layer on the first metal layer. 10 may additionally show a third metal layout for implementing a third metal layer on the second metal layer. 7, 8, and 10 show an embodiment to which the wide metal pattern M11 ′ described above with reference to FIG. 4 is applied, and the first lower metal patterns M11 are omitted.

본 실시예에서는, 앞서 5 및 도 6을 참조하여 설명한 것과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다. 앞서 본 발명의 개념을 설명하기 위한 레이아웃과 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조번호가 제공될 수 있다.In this embodiment, detailed descriptions of technical features overlapping with those described above with reference to FIGS. 5 and 6 will be omitted, and differences will be described in detail. The same reference numerals may be provided for the same components as the layout for explaining the concept of the present invention.

도 7을 참조하면, 게이트 패턴들(GP) 및 활성 영역들(PR, NR)을 포함하는 레이아웃 패턴들 상에 제1 금속층을 정의하는 제1 금속 레이아웃이 제공될 수 있다. 상기 제1 금속 레이아웃은 와이드 금속 패턴들(M11') 및 제2 내지 제5 하부 금속 패턴들(M12, M13, M14, M15)을 포함할 수 있다. 상기 와이드 금속 패턴들(M11') 및 상기 제2 및 제3 하부 금속 패턴들(M12, M13)은, 각각 상기 PMOSFET 영역(PR), 상기 NMOSFET 영역(NR), 또는 상기 게이트 패턴들(GP)과 전기적으로 연결되는 금속 배선들을 정의할 수 있다.Referring to FIG. 7 , a first metal layout defining a first metal layer may be provided on the layout patterns including the gate patterns GP and the active regions PR and NR. The first metal layout may include wide metal patterns M11 ′ and second to fifth lower metal patterns M12 , M13 , M14 , and M15 . The wide metal patterns M11 ′ and the second and third lower metal patterns M12 and M13 are the PMOSFET region PR, the NMOSFET region NR, or the gate patterns GP, respectively. It is possible to define metal wires electrically connected to the .

상기 와이드 금속 패턴들(M11')은 제1 방향(Y)으로 연장되는 라인 형태일 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 앞서 도 4를 참조하여 설명한 바와 같다. 각각의 상기 와이드 금속 패턴들(M11')은 넓은 횡 측벽들(WP1) 및 제2 종 측벽들(SP1')을 포함할 수 있다. 상기 와이드 금속 패턴들(M11')은 제1 내지 제4 와이드 서브 패턴들(M11'a-M11'd)을 포함할 수 있다. 상기 제3 하부 금속 패턴들(M13)은 제1 및 제2 수평 패턴들(M13a, M13b)을 포함할 수 있다.The wide metal patterns M11 ′ may have a line shape extending in the first direction Y, and a detailed description thereof is the same as described above with reference to FIG. 4 . Each of the wide metal patterns M11 ′ may include wide lateral sidewalls WP1 and second longitudinal sidewalls SP1 ′. The wide metal patterns M11' may include first to fourth wide sub-patterns M11'a-M11'd. The third lower metal patterns M13 may include first and second horizontal patterns M13a and M13b.

도 7에 나타난 로직 셀은 상기 제1 방향(Y)으로의 제2 높이(H2)를 가질 수 있다. 상기 제2 높이(H2)는 상기 제4 하부 금속 패턴(M14)의 중심에서 상기 제5 하부 금속 패턴(M15)의 중심까지의 길이일 수 있다. 상기 제2 높이(H2)는 해당 디자인 룰에서 허용되는 최소 셀 높이일 수 있다. 여기서, 상기 제2 높이(H2)는 앞서 도 5에서 설명한 제1 높이(H1)보다 더 작을 수 있다. 이때, 각각의 상기 PMOSFET 영역(PR) 및 상기 NMOSFET 영역(NR)의 높이는 앞서 도 5에서 설명한 PMOSFET 영역(PR) 및 NMOSFET 영역(NR)의 높이보다 작을 수 있다. 또는, 상기 PMOSFET 영역(PR) 및 상기 NMOSFET 영역(NR) 사이의 간격은 도 5에서 설명한 PMOSFET 영역(PR) 및 NMOSFET 영역(NR) 사이의 간격보다 작을 수 있다. 이하, 도 5와는 달리, 본 실시예에 따른 제1 금속 레이아웃이 상기 제2 높이(H2)를 갖는 로직 셀에 적용될 수 있음을 설명한다.The logic cell shown in FIG. 7 may have a second height H2 in the first direction Y. The second height H2 may be a length from the center of the fourth lower metal pattern M14 to the center of the fifth lower metal pattern M15 . The second height H2 may be a minimum cell height allowed by a corresponding design rule. Here, the second height H2 may be smaller than the first height H1 described with reference to FIG. 5 . In this case, the respective heights of the PMOSFET region PR and the NMOSFET region NR may be smaller than the heights of the PMOSFET region PR and the NMOSFET region NR described with reference to FIG. 5 . Alternatively, the interval between the PMOSFET region PR and the NMOSFET region NR may be smaller than the interval between the PMOSFET region PR and the NMOSFET region NR described with reference to FIG. 5 . Hereinafter, unlike FIG. 5 , it will be described that the first metal layout according to the present embodiment can be applied to the logic cell having the second height H2 .

상기 와이드 금속 패턴들(M11') 및 상기 제2 내지 제5 하부 금속 패턴들(M12, M13, M14, M15)은 제1 및 제2 방향들(Y, X)로 서로 이격될 수 있다. 이때, 상기 최소 셀 높이(즉, H2)를 만족시키기 위하여, 상기 와이드 금속 패턴들(M11') 및 상기 제2 내지 제5 하부 금속 패턴들(M12, M13, M14, M15)은 상기 디자인 룰이 허용하는 최소 이격거리만큼 상기 제1 방향(Y)으로 서로 이격될 수 있다.The wide metal patterns M11 ′ and the second to fifth lower metal patterns M12 , M13 , M14 , and M15 may be spaced apart from each other in first and second directions Y and X. In this case, in order to satisfy the minimum cell height (ie, H2), the wide metal patterns M11 ′ and the second to fifth lower metal patterns M12 , M13 , M14 and M15 follow the design rule. They may be spaced apart from each other in the first direction (Y) by an allowable minimum separation distance.

예를 들어, 상기 제2 및 제4 하부 금속 패턴들(M12, M14)은 서로 상기 제1 방향(Y)으로 제2 거리(D2)만큼 이격될 수 있다. 상기 제1 수평 패턴(M13a)은 상기 제2 하부 금속 패턴(M12)과 상기 제1 방향(Y)으로 상기 제2 거리(D2)만큼 이격될 수 있다.For example, the second and fourth lower metal patterns M12 and M14 may be spaced apart from each other by a second distance D2 in the first direction Y. The first horizontal pattern M13a may be spaced apart from the second lower metal pattern M12 by the second distance D2 in the first direction Y.

한편, 상기 제1 수평 패턴(M13a)과 상기 제3 와이드 서브 패턴(M11'c)의 경우, 제3 측벽(SP3)이 상기 넓은 횡 측벽(WP1)과 대향할 수 있다. 따라서, 상기 제1 수평 패턴(M13a)과 상기 제3 와이드 서브 패턴(M11'c)은 서로 상기 제1 방향(Y)으로 제3 거리(D3)만큼 이격될 수 있다. 여기서, 상기 제3 거리(D3)는 앞서 도 4를 참조하여 설명한 제3 거리(D3)와 같을 수 있다. 즉 제3 거리(D3)는 상기 최소 이격거리(즉, D2)와 실질적으로 동일하거나 크고, 상기 최소 이격거리의 1.2배보다 작을 수 있다.Meanwhile, in the case of the first horizontal pattern M13a and the third wide sub-pattern M11'c, a third sidewall SP3 may face the wide horizontal sidewall WP1. Accordingly, the first horizontal pattern M13a and the third wide sub-pattern M11'c may be spaced apart from each other by a third distance D3 in the first direction Y. Here, the third distance D3 may be the same as the third distance D3 described above with reference to FIG. 4 . That is, the third distance D3 may be substantially equal to or greater than the minimum separation distance (ie, D2), and may be less than 1.2 times the minimum separation distance.

상기 제2 수평 패턴(M13b)과 상기 제3 와이드 서브 패턴(M11'c)의 경우 역시, 제3 측벽(SP3)이 상기 넓은 횡 측벽(WP1)과 대향할 수 있다. 따라서, 상기 제2 수평 패턴(M13b)과 상기 제3 와이드 서브 패턴(M11'c)은 서로 상기 제1 방향(Y)으로 제3 거리(D3)만큼 이격될 수 있다.In the case of the second horizontal pattern M13b and the third wide sub-pattern M11'c, a third sidewall SP3 may also face the wide horizontal sidewall WP1. Accordingly, the second horizontal pattern M13b and the third wide sub-pattern M11'c may be spaced apart from each other by a third distance D3 in the first direction Y.

결과적으로, 상기 넓은 횡 측벽들(TP1)을 포함하는 상기 와이드 금속 패턴들(M11')로 인하여, 상기 와이드 금속 패턴들(M11')과 이들과 인접하는 패턴들은 상기 제1 방향(Y)으로 적어도 상기 제3 거리(D3)만큼의 이격거리가 확보될 필요가 있다. 이때, 상기 제3 거리(D3)는 앞서 설명한 제1 거리(D1)보다 작으므로, 도 5의 제1 하부 금속 패턴들(M11)이 적용된 경우보다 셀의 높이(즉, H2)가 줄어들 수 있다.As a result, due to the wide metal patterns M11 ′ including the wide lateral sidewalls TP1 , the wide metal patterns M11 ′ and patterns adjacent to the wide metal patterns M11 ′ move in the first direction Y. A separation distance equal to at least the third distance D3 needs to be secured. In this case, since the third distance D3 is smaller than the first distance D1 described above, the height of the cell (ie, H2 ) may be reduced compared to the case where the first lower metal patterns M11 of FIG. 5 are applied. .

나아가, 상기 와이드 금속 패턴들(M11')은, 도 5의 제1 하부 금속 패턴들(M11)보다 제1 방향(Y)으로의 길이가 더 작을 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 로직 셀은 상기 제2 높이(H2)를 가질 수 있다. 이때, 상기 와이드 금속 패턴들(M11')의 길이 감소로 발생할 수 있는 라우팅 수행의 문제는 후술할 제2 금속 레이아웃(즉, 제2 금속층)에 의해 해소될 수 있다.Furthermore, the wide metal patterns M11 ′ may have a shorter length in the first direction Y than the first lower metal patterns M11 of FIG. 5 . Accordingly, the logic cell according to the present embodiment may have the second height H2. In this case, a problem of routing that may occur due to a reduction in the length of the wide metal patterns M11 ′ may be solved by a second metal layout (ie, a second metal layer) to be described later.

도 8을 참조하면, 상기 제1 금속 레이아웃 상에 제2 금속층을 정의하는 제2 금속 레이아웃이 제공될 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 활성 영역들(PR, NR)은 생략되었다.Referring to FIG. 8 , a second metal layout defining a second metal layer may be provided on the first metal layout. For convenience of description, the active regions PR and NR are omitted.

상기 제2 금속 레이아웃은 상기 제1 방향(Y)으로 연장되는 라인 형태인 제1 내지 제5 중간 금속 패턴들(M21-M25)을 포함할 수 있다. 상기 제1, 제2, 제3 및 제5 중간 금속 패턴들(M21-M23, M25)은 각각 상기 제1 내지 제4 와이드 서브 패턴들(M11'a-M11'd)과 제2 비아들(V2)을 통해 연결될 수 있다. 상기 제1, 제2, 제3 및 제5 중간 금속 패턴들(M21-M23, M25)은 상기 제1 방향(Y)으로 연장되면서 라우팅을 위한 핀 영역들을 충분히 제공할 수 있다.The second metal layout may include first to fifth intermediate metal patterns M21 to M25 in the form of lines extending in the first direction Y. The first, second, third, and fifth intermediate metal patterns M21 - M23 and M25 are the first to fourth wide sub-patterns M11'a-M11'd and second vias, respectively. V2) can be connected. The first, second, third, and fifth intermediate metal patterns M21 - M23 and M25 may sufficiently provide pin regions for routing while extending in the first direction (Y).

도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 제1 하부 금속 패턴(M11), 와이드 금속 패턴(M11'), 및 제1 중간 금속 패턴(M21)의 핀 영역들(PA)을 예시적으로 나타낸 평면도이다.9 is a plan view illustrating fin areas PA of a first lower metal pattern M11, a wide metal pattern M11', and a first intermediate metal pattern M21 according to embodiments of the present disclosure; am.

도 9를 참조하면, 제1 하부 금속 패턴(M11)은 3개의 핀 영역들(PA)을 가질 수 있으며, 와이드 금속 패턴(M11')은 2개의 핀 영역들(PA)을 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 하부 금속 패턴(M11)은 상기 와이드 금속 패턴(M11')에 비해 상대적으로 길이가 더 길기 때문에, 더 많은 핀 영역들(PA)을 가질 수 있다. 상기 핀 영역들(PA)은, 금속 패턴이 이의 상층에 있는 다른 금속 패턴과 연결되기 위한 비아가 형성 가능한 위치들일 수 있다. 따라서, 상기 와이드 금속 패턴(M11')은 상기 제1 하부 금속 패턴(M11)에 비해 핀 영역들(PA)이 적으므로, 상기 와이드 금속 패턴(M11')은 라우팅 수행에 제약이 따를 수 있다.Referring to FIG. 9 , the first lower metal pattern M11 may have three fin areas PA, and the wide metal pattern M11' may have two fin areas PA. That is, since the first lower metal pattern M11 is relatively longer than the wide metal pattern M11 ′, it may have more fin areas PA. The fin areas PA may be positions at which a via for connecting a metal pattern to another metal pattern disposed thereon may be formed. Accordingly, since the wide metal pattern M11 ′ has fewer pin areas PA than the first lower metal pattern M11 , the wide metal pattern M11 ′ may have limitations in routing performance.

한편, 상기 제1 중간 금속 패턴(M21)은 상기 제1 하부 금속 패턴(M11)에 비해 더 긴 길이를 가지므로, 5개의 핀 영역들(PA)을 가질 수 있다. 상기 제1 중간 금속 패턴(M21)과 상기 와이드 금속 패턴(M11')이 서로 결합하는 경우, 상기 와이드 금속 패턴(M11')은 라우팅을 위한 핀 영역들(PA)의 확장이 가능해질 수 있다.Meanwhile, since the first intermediate metal pattern M21 has a longer length than that of the first lower metal pattern M11 , it may have five fin areas PA. When the first intermediate metal pattern M21 and the wide metal pattern M11 ′ are coupled to each other, the wide metal pattern M11 ′ may enable expansion of pin areas PA for routing.

도 8을 다시 참조하면, 상기 와이드 금속 패턴들(M11')의 부족한 핀 영역들(PA)을 보완하기 위해, 상기 제1, 제2, 제3 및 제5 중간 금속 패턴들(M21-M23, M25)이 제공될 수 있다. 상기 제1, 제2, 제3 및 제5 중간 금속 패턴들(M21-M23, M25)을 통하여, 상기 와이드 금속 패턴들(M11')은 도 5의 제1 하부 금속 패턴들(M11)과 동일한 라우팅을 수행할 수 있다.Referring back to FIG. 8 , in order to compensate for insufficient fin areas PA of the wide metal patterns M11 ′, the first, second, third and fifth intermediate metal patterns M21 - M23 , M25) may be provided. Through the first, second, third and fifth intermediate metal patterns M21 - M23 and M25 , the wide metal patterns M11 ′ are identical to the first lower metal patterns M11 of FIG. 5 . Routing can be done.

제4 중간 금속 패턴(M24)은 상기 제1 및 제2 수평 패턴들(M13a, M13b)과 상기 제2 비아들(V2)을 통해 연결되어, 이들을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 즉, 상기 제4 중간 금속 패턴(M24)을 통하여, 상기 제1 및 제2 수평 패턴들(M13a, M13b)은 도 5의 제3 하부 금속 패턴(M13)과 동일한 라우팅을 수행할 수 있다.The fourth intermediate metal pattern M24 may be connected to the first and second horizontal patterns M13a and M13b through the second vias V2 to electrically connect them. That is, through the fourth intermediate metal pattern M24 , the first and second horizontal patterns M13a and M13b may perform the same routing as the third lower metal pattern M13 of FIG. 5 .

도 10을 참조하면, 상기 제2 금속 레이아웃 상에 제3 금속층을 정의하는 제3 금속 레이아웃이 제공될 수 있다. Referring to FIG. 10 , a third metal layout defining a third metal layer may be provided on the second metal layout.

상기 제3 금속 레이아웃은 상기 제2 방향(X)으로 연장되는 라인 형태인 제1 내지 제4 상부 금속 패턴들(M31-M34)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 상부 금속 패턴들(M31-M34)은 각각 상기 제1 내지 제5 중간 금속 패턴들(M21-M25)과 제3 비아들(V3)을 통해 연결될 수 있다.The third metal layout may include first to fourth upper metal patterns M31 to M34 having a line shape extending in the second direction X. The first to fourth upper metal patterns M31 - M34 may be respectively connected to the first to fifth intermediate metal patterns M21 - M25 and third vias V3 .

도시되진 않았지만, 상기 제3 금속 레이아웃 상에 추가적인 금속 레이아웃들이 제공될 수 있다. 이들은 상기 제3 금속층 위에 적층되는 추가적인 금속층들을 정의할 수 있다. 이로써, 데이터 경로가 연결되는 라우팅이 순차적으로 수행될 수 있다.Although not shown, additional metal layouts may be provided on the third metal layout. These may define additional metal layers stacked over the third metal layer. Accordingly, routing in which data paths are connected can be sequentially performed.

한편, 본 실시예에 따른 금속 레이아웃은 앞서 도 6에서 설명한 금속 레이아웃에 비해 추가적인 금속층(예를 들어, 제2 금속 레이아웃)을 더 포함하는 것으로 나타나 있다. 그러나, 일반적으로 7개 이상의 금속층들이 반도체 기판 상에 적층되며, 따라서 본 실시예에 따른 금속 레이아웃은 도시되지 않은 금속층들을 통해 특별한 금속층의 추가 없이 라우팅이 수행될 수 있다.Meanwhile, the metal layout according to the present embodiment is shown to further include an additional metal layer (eg, a second metal layout) compared to the metal layout described with reference to FIG. 6 . However, in general, seven or more metal layers are stacked on a semiconductor substrate, and therefore, in the metal layout according to the present embodiment, routing can be performed through the metal layers (not shown) without adding a special metal layer.

본 실시예에서는 어느 하나의 로직 셀에 대한 레이아웃 설계 방법을 설명하였지만, 이는 동시에 복수개의 로직 셀들(또는 복수개의 표준 셀들)에 적용되어, 셀들의 높이를 전체적으로 감소시킬 수 있다.Although the present embodiment has described a layout design method for any one logic cell, it may be applied to a plurality of logic cells (or a plurality of standard cells) at the same time, thereby reducing the overall height of the cells.

도 7, 도 8 및 도 10를 참조하여 설명한 본 실시예의 금속 레이아웃들, 및 앞서 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한 금속 레이아웃들은 도 2에서 설명한 서로 다른 로직 셀들 상에 각각 적용될 수 있다. 나아가, 이들은 도 1에서 설명한 서로 다른 프로세서 코어들 내에 각각 적용될 수 있다.The metal layouts of the present embodiment described with reference to FIGS. 7, 8, and 10 and the metal layouts described with reference to FIGS. 5 and 6 above may be applied to different logic cells described with reference to FIG. 2 , respectively. Furthermore, they may be respectively applied within the different processor cores described in FIG. 1 .

도 11 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 단면도들로서, 각각 도 10의 I-I'선, II-II '선 및 III-III'선에 대응하는 단면도들이다. 구체적으로, 도 11 내지 도 13은 앞서 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명한 레이아웃을 통해 구현된 반도체 소자의 일 예를 나타낸 것이다. 11 to 13 are cross-sectional views illustrating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and are cross-sectional views corresponding to lines II', II-II', and III-III' of FIG. 10 , respectively. Specifically, FIGS. 11 to 13 show an example of a semiconductor device implemented through the layout described above with reference to FIGS. 7 to 10 .

도 11 내지 도 13에 있어서, 앞서 본 발명의 실시예들에 따른 레이아웃 패턴들에 대응하는 구성들에 대하여는 동일한 참조번호가 제공될 수 있다. 그러나, 반도체 소자의 구성들은 앞서 설명한 포토리소그래피 공정을 통하여 반도체 기판 상에 구현된 것으로, 앞서 설명한 레이아웃 패턴들과 완전히 동일한 것이 아닐 수 있다. 상기 반도체 소자는 일 예로 시스템 온 칩일 수 있다.11 to 13 , the same reference numerals may be provided to components corresponding to the layout patterns according to the embodiments of the present invention. However, the configuration of the semiconductor device is implemented on the semiconductor substrate through the photolithography process described above, and may not be completely identical to the layout patterns described above. The semiconductor device may be, for example, a system-on-chip.

도 10 및 도 11 내지 도 13을 참조하면, 기판(100) 상에 PMOSFET 영역(PR) 및 NMOSFET 영역(NR)을 정의하는 제2 소자 분리막들(ST2)이 제공될 수 있다. 상기 제2 소자 분리막들(ST2)은 기판(100)의 상부에 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 기판(100)은 실리콘 기판 또는 게르마늄 기판이거나, SOI(Silicon On Insulator) 기판일 수 있다.10 and 11 to 13 , second device isolation layers ST2 defining the PMOSFET region PR and the NMOSFET region NR may be provided on the substrate 100 . The second device isolation layers ST2 may be formed on the substrate 100 . For example, the substrate 100 may be a silicon substrate, a germanium substrate, or a silicon on insulator (SOI) substrate.

상기 PMOSFET 영역(PR) 및 상기 NMOSFET 영역(NR)은 상기 제2 소자 분리막들(ST2)을 사이에 두고 상기 기판(100)의 상면에 평행한 제1 방향(Y)으로 이격될 수 있다. 일 실시예로, 상기 PMOSFET 영역(PR) 및 상기 NMOSFET 영역(NR)은 각각 하나의 영역으로 도시되어 있으나, 이와 달리, 상기 제2 소자 분리막들(ST2)에 의하여 분리된 복수의 영역들을 포함할 수 있다.The PMOSFET region PR and the NMOSFET region NR may be spaced apart from each other in a first direction Y parallel to the top surface of the substrate 100 with the second device isolation layers ST2 interposed therebetween. In an embodiment, each of the PMOSFET region PR and the NMOSFET region NR is illustrated as one region, but differently it may include a plurality of regions separated by the second device isolation layers ST2. can

상기 PMOSFET 영역(PR) 및 상기 NMOSFET 영역(NR) 상에 상기 제1 방향(Y)과 교차하는 제2 방향(X)으로 연장되는 복수의 활성 패턴들(FN)이 제공될 수 있다. 상기 활성 패턴들(FN)은 상기 제1 방향(Y)을 따라 배열될 수 있다. 상기 활성 패턴들(FN)의 각각의 양 측에 상기 제2 방향(X)으로 연장되는 제1 소자 분리막들(ST1)이 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 복수의 활성 패턴들(FN)의 상부들에 복수의 핀 부분들이 각각 제공될 수 있다. 일 예로, 상기 핀 부분들은, 상기 제1 소자 분리막들(ST1) 사이로 돌출된 핀(fin) 형상을 가질 수 있다.A plurality of active patterns FN extending in a second direction X crossing the first direction Y may be provided on the PMOSFET region PR and the NMOSFET region NR. The active patterns FN may be arranged along the first direction Y. First device isolation layers ST1 extending in the second direction X may be disposed on both sides of each of the active patterns FN. In an embodiment, a plurality of fin portions may be provided on upper portions of the plurality of active patterns FN, respectively. For example, the fin portions may have a fin shape protruding between the first isolation layers ST1 .

상기 활성 패턴들(FN)은 상기 PMOSFET 영역(PR) 및 상기 NMOSFET 영역(NR) 상에 각각 3개씩 도시되었으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 제2 소자 분리막들(ST2)과 상기 제1 소자 분리막들(ST1)은 실질적으로 연결된 하나의 절연막의 일부일 수 있다. 상기 제2 소자 분리막들(ST2)의 두께는 상기 제1 소자 분리막들(ST1)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 이 경우, 상기 제1 소자 분리막들(ST1)은 상기 제2 소자 분리막들(ST2)과 별도의 공정에 의하여 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 제1 소자 분리막들(ST1)은 상기 제2 소자 분리막들(ST2)과 동시에 형성되고 실질적으로 동일한 두께를 가질 수 있다. 상기 제1 및 제2 소자 분리막들(ST1, ST2)은 상기 기판(100)의 상부에 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 제1 및 제2 소자 분리막들(ST1, ST2)은 실리콘 산화막을 포함할 수 있다. Although three active patterns FN are shown in each of the PMOSFET region PR and the NMOSFET region NR, the present invention is not limited thereto. The second device isolation layers ST2 and the first device isolation layers ST1 may be a part of one insulating layer that is substantially connected. A thickness of the second device isolation layers ST2 may be greater than a thickness of the first device isolation layers ST1 . In this case, the first device isolation layers ST1 may be formed by a process separate from the second device isolation layers ST2 . In another embodiment, the first device isolation layers ST1 may be formed simultaneously with the second device isolation layers ST2 and may have substantially the same thickness. The first and second device isolation layers ST1 and ST2 may be formed on the substrate 100 . For example, the first and second device isolation layers ST1 and ST2 may include a silicon oxide layer.

상기 활성 패턴들(FN) 상에 상기 활성 패턴들(FN)과 교차하여 상기 제1 방향(Y)으로 연장되는 게이트 패턴들(GP)이 제공될 수 있다. 상기 게이트 패턴들(GP)은 상기 제2 방향(X)으로 서로 이격될 수 있다. 각각의 상기 게이트 패턴들(GP)은 상기 제1 방향(Y)으로 연장되어 상기 PMOSFET 영역(PR), 상기 제2 소자 분리막들(ST2) 및 상기 NMOSFET 영역(NR)을 가로지를 수 있다. Gate patterns GP that cross the active patterns FN and extend in the first direction Y may be provided on the active patterns FN. The gate patterns GP may be spaced apart from each other in the second direction X. Each of the gate patterns GP may extend in the first direction Y to cross the PMOSFET region PR, the second device isolation layers ST2 and the NMOSFET region NR.

각각의 상기 게이트 패턴들(GP)의 아래에 게이트 절연 패턴(GI)이 제공될 수 있고, 각각의 상기 게이트 패턴들(GP)의 양 측에 게이트 스페이서들(GS)이 제공될 수 있다. 나아가, 각각의 상기 게이트 패턴들(GP)의 상면을 덮는 캐핑 패턴(CP)이 제공될 수 있다. 다만, 일 예로, 게이트 콘택(CB)이 연결되는 상기 게이트 패턴(GP) (GP)의 일부분 상에는 상기 캐핑 패턴(CP)이 제거되어 있을 수 있다. 상기 게이트 패턴들(GP)을 덮는 제1 내지 제7 층간 절연막들(110-170)이 제공될 수 있다.A gate insulating pattern GI may be provided under each of the gate patterns GP, and gate spacers GS may be provided on both sides of each of the gate patterns GP. Furthermore, a capping pattern CP covering an upper surface of each of the gate patterns GP may be provided. However, as an example, the capping pattern CP may be removed on a portion of the gate pattern GP GP to which the gate contact CB is connected. First to seventh interlayer insulating layers 110 to 170 covering the gate patterns GP may be provided.

상기 게이트 패턴들(GP)은 도핑된 반도체, 금속, 도전성 금속 질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 게이트 절연 패턴(GI)은 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막을 포함하거나, 실리콘 산화막보다 유전상수가 높은 고유전막을 포함할 수 있다. 상기 캐핑 패턴(CP) 및 상기 게이트 스페이서들(GS)은 각각 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 및 실리콘 산화질화막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제7 층간 절연막들(110-170)은 각각 실리콘 산화막 또는 실리콘 산화질화막을 포함할 수 있다.The gate patterns GP may include at least one of a doped semiconductor, a metal, and a conductive metal nitride. The gate insulating pattern GI may include a silicon oxide layer, a silicon oxynitride layer, or a high dielectric constant having a higher dielectric constant than that of the silicon oxide layer. Each of the capping pattern CP and the gate spacers GS may include at least one of a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, and a silicon oxynitride layer. Each of the first to seventh interlayer insulating layers 110 to 170 may include a silicon oxide layer or a silicon oxynitride layer.

상기 게이트 패턴들(GP)의 각각의 양 측에 위치하는 상기 활성 패턴들(FN)에 소스/드레인 영역들(SD)이 제공될 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 소스/드레인 영역들(SD)은 상기 활성 패턴들(FN) 내에 한정될 수 있으나, 이와 달리 상기 기판(100)의 상부, 즉, 상기 제1 소자 분리막들(ST1) 상으로 연장될 수 있다. 상기 PMOSFET 영역(PR) 내의 상기 소스/드레인 영역들(SD)은 p형 불순물 영역들일 수 있고, 상기 NMOSFET 영역(NR) 내의 상기 소스/드레인 영역들(SD)은 n형 불순물 영역들일 수 있다. 상기 게이트 패턴들(GP)의 각각의 아래에 위치하고, 상기 게이트 패턴들(GP)의 각각과 중첩하는 상기 핀 부분들은 채널 영역들(AF)로 이용될 수 있다.Source/drain regions SD may be provided in the active patterns FN positioned on both sides of each of the gate patterns GP. As shown in FIG. 13 , the source/drain regions SD may be defined in the active patterns FN, but differently from the upper portion of the substrate 100 , that is, the first device isolation layers ( ST1) can be extended. The source/drain regions SD in the PMOSFET region PR may be p-type impurity regions, and the source/drain regions SD in the NMOSFET region NR may be n-type impurity regions. The fin portions positioned under each of the gate patterns GP and overlapping each of the gate patterns GP may be used as channel regions AF.

상기 소스/드레인 영역들(SD)은 선택적 에피택시얼 성장 공정으로 형성된 에피택시얼 패턴들일 수 있다. 따라서, 상기 소스/드레인 영역들(SD)의 상면들은 상기 핀 부분들의 상면보다 더 높은 레벨에 위치할 수 있다. 상기 소스/드레인 영역들(SD)은 상기 기판(100)과 다른 반도체 원소를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 소스/드레인 영역들(SD)은 상기 기판(100)의 반도체 원소의 격자 상수보다 크거나 작은 격자 상수를 갖는 반도체 원소를 포함할 수 있다. 상기 소스/드레인 영역들(SD)이 상기 기판(100)과 다른 반도체 원소를 포함함으로써, 상기 채널 영역들(AF)에 압축 응력(compressive stress) 또는 인장 응력(tensile stress)이 제공될 수 있다. 일 예로, 상기 기판(100)이 실리콘 기판인 경우, 상기 PMOSFET 영역(PR)의 상기 소스/드레인 영역들(SD)은 실리콘-게르마늄(embedded SiGe) 또는 게르마늄을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 소스/드레인 영역들(SD)은 상기 채널 영역들(AF)에 압축 응력을 제공할 수 있다. 다른 예로, 상기 기판(100)이 실리콘 기판인 경우, 상기 NMOSFET 영역(NR)의 상기 소스/드레인 영역들(SD)은 실리콘 카바이드(SiC)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 채널 영역들(AF)에 인장 응력을 제공할 수 있다. 이로써, 상기 채널 영역들(AF) 내에 생성된 캐리어들의 이동도가 향상될 수 있다.The source/drain regions SD may be epitaxial patterns formed by a selective epitaxial growth process. Accordingly, upper surfaces of the source/drain regions SD may be positioned at a higher level than upper surfaces of the fin portions. The source/drain regions SD may include a semiconductor element different from that of the substrate 100 . For example, the source/drain regions SD may include a semiconductor element having a lattice constant greater or less than a lattice constant of the semiconductor element of the substrate 100 . Since the source/drain regions SD include a semiconductor element different from that of the substrate 100 , compressive stress or tensile stress may be applied to the channel regions AF. For example, when the substrate 100 is a silicon substrate, the source/drain regions SD of the PMOSFET region PR may include silicon-germanium (embedded SiGe) or germanium. In this case, the source/drain regions SD may provide compressive stress to the channel regions AF. As another example, when the substrate 100 is a silicon substrate, the source/drain regions SD of the NMOSFET region NR may include silicon carbide (SiC). In this case, a tensile stress may be applied to the channel regions AF. Accordingly, mobility of carriers generated in the channel areas AF may be improved.

상기 게이트 패턴들(GP) 사이에 소스/드레인 콘택들(CA)이 제공될 수 있다. 상기 소스/드레인 콘택들(CA)은 상기 활성 패턴들(FN)을 따라 상기 제2 방향(X)으로 배열될 수 있다. 또한, 소스/드레인 콘택들(CA)은 적어도 하나의 상기 게이트 패턴들(GP)의 일 측벽을 따라 상기 제1 방향(Y)으로 배열될 수 있다. 일 예로, 상기 게이트 패턴들(GP) 사이에서, 상기 소스/드레인 콘택들(CA)이 상기 PMOSFET 영역(PR) 및 상기 NMOSFET 영역(NR) 상에 각각 배치되어, 상기 제1 방향(Y)으로 배열될 수 있다(도 13 참조). 상기 소스/드레인 콘택들(CA)은 상기 소스/드레인 영역들(SD)에 직접 접속되며, 이들과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 소스/드레인 콘택들(CA)은 상기 제1 층간 절연막(110) 내에 제공될 수 있다. Source/drain contacts CA may be provided between the gate patterns GP. The source/drain contacts CA may be arranged in the second direction X along the active patterns FN. In addition, the source/drain contacts CA may be arranged in the first direction Y along one sidewall of the one or more gate patterns GP. For example, between the gate patterns GP, the source/drain contacts CA are respectively disposed on the PMOSFET region PR and the NMOSFET region NR in the first direction Y can be arranged (see FIG. 13 ). The source/drain contacts CA may be directly connected to and electrically connected to the source/drain regions SD. The source/drain contacts CA may be provided in the first interlayer insulating layer 110 .

일 실시예에 따르면, 상기 PMOSFET 영역(PR)에서, 상기 제1 소자 분리막들(ST1)을 사이에 두고 상기 제1 방향(Y)으로 상호 이격된 세개의 상기 소스/드레인 영역들(SD)은, 하나의 상기 소스/드레인 콘택(CA)에 의하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 적어도 하나의 상기 소스/드레인 콘택들(CA)은 상기 활성 패턴들(FN)을 공통적으로 덮으며 상기 제1 방향(Y)으로 이격된 상기 소스/드레인 영역들(SD)을 서로 연결할 수 있다(도 13 참조).According to an embodiment, in the PMOSFET region PR, the three source/drain regions SD spaced apart from each other in the first direction Y with the first device isolation layers ST1 interposed therebetween are , may be electrically connected to each other by one of the source/drain contacts CA. That is, at least one of the source/drain contacts CA may cover the active patterns FN in common and connect the source/drain regions SD spaced apart in the first direction Y to each other. There is (see Fig. 13).

상기 NMOSFET 영역(NR) 내의 상기 소스/드레인 영역들(SD)도 동일한 방식으로 상기 소스/드레인 콘택들(CA)에 의하여 연결될 수 있다. 즉, 상기 NMOSFET 영역(NR) 내에서, 상기 제1 소자 분리막들(ST1)에 의하여 상기 제1 방향(Y)으로 상호 이격된 소스/드레인 영역들(SD)은 상기 소스/드레인 콘택들(CA)에 의하여 상호 연결될 수 있다. 한편, 하나의 상기 소스/드레인 콘택(CA)이 하나의 상기 소스/드레인 영역(SD)과 연결될 수도 있다.The source/drain regions SD in the NMOSFET region NR may also be connected by the source/drain contacts CA in the same manner. That is, in the NMOSFET region NR, the source/drain regions SD spaced apart from each other in the first direction Y by the first device isolation layers ST1 are the source/drain contacts CA. ) can be interconnected by Meanwhile, one of the source/drain contacts CA may be connected to one of the source/drain regions SD.

한편, 적어도 하나의 상기 게이트 패턴들(GP) 상에 게이트 콘택(CB)이 제공될 수 있다. Meanwhile, a gate contact CB may be provided on at least one of the gate patterns GP.

상기 제1 층간 절연막(110) 상의 상기 제2 층간 절연막(120) 내에 제1 비아들(V1)이 제공될 수 있다. 상기 제2 층간 절연막(120) 상의 상기 제3 층간 절연막(130) 내에 제1 금속층이 제공될 수 있다. 상기 제1 금속층은, 앞서 도 7을 참조하여 설명한 와이드 금속 패턴들(M11') 및 제2 내지 제5 하부 금속 패턴들(M12, M13, M14, M15)을 포함할 수 있다. First vias V1 may be provided in the second interlayer insulating layer 120 on the first interlayer insulating layer 110 . A first metal layer may be provided in the third interlayer insulating layer 130 on the second interlayer insulating layer 120 . The first metal layer may include the wide metal patterns M11 ′ described above with reference to FIG. 7 and the second to fifth lower metal patterns M12 , M13 , M14 , and M15 .

일 예로, 제2 수평 패턴(M13b) 및 제3 와이드 서브 패턴(M11'c)은 상기 제1 비아(V1)를 통해 상기 소스/드레인 콘택들(CA)과 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 와이드 서브 패턴(M11'a)은 상기 제1 비아(V1)를 통해 상기 게이트 콘택(CB)과 전기적으로 연결될 수 있다.For example, the second horizontal pattern M13b and the third wide sub-pattern M11'c may be electrically connected to the source/drain contacts CA through the first via V1, respectively. The first wide sub-pattern M11'a may be electrically connected to the gate contact CB through the first via V1.

도 13을 다시 참조하면, 상기 제1 수평 패턴(M13a)과 상기 제3 와이드 서브 패턴(M11'c), 및 상기 제3 와이드 서브 패턴(M11'c)과 상기 제2 수평 패턴(M13b)은 각각 제3 거리(D3)만큼 상기 제1 방향(Y)으로 이격될 수 있다. 이는, 상기 제3 와이드 서브 패턴(M11'c)이 제3 측벽들(SP3)과 대향하는 넓은 횡 측벽들(WP1)을 갖기 때문임은 앞서 설명한 바와 같다.Referring back to FIG. 13 , the first horizontal pattern M13a, the third wide sub-pattern M11'c, and the third wide sub-pattern M11'c and the second horizontal pattern M13b are Each may be spaced apart from each other by a third distance D3 in the first direction Y. This is because the third wide sub-pattern M11'c has wide lateral sidewalls WP1 facing the third sidewalls SP3 as described above.

상기 제4 및 제5 하부 금속 패턴들(M14, M15)은 상기 PMOSFET 영역(PR)의 외곽 및 상기 NMOSFET 영역(NR)의 외곽에 각각 제공될 수 있다. 도시되진 않았지만, 상기 제4 하부 금속 패턴(M14)은 상기 제1 비아(V1)를 통해 상기 소스/드레인 콘택(CA)과 연결되어, 상기 PMOSFET 영역(PR)에 드레인 전압(Vdd), 즉, 파워 전압을 인가할 수 있다. 상기 제5 하부 금속 패턴(M15)은 상기 제1 비아(V1)를 통해 상기 소스/드레인 콘택(CA)과 연결되어, 상기 NMOSFET 영역(NR)에 소스 전압(Vss), 즉, 접지 전압을 인가할 수 있다.The fourth and fifth lower metal patterns M14 and M15 may be provided outside the PMOSFET region PR and outside the NMOSFET region NR, respectively. Although not shown, the fourth lower metal pattern M14 is connected to the source/drain contact CA through the first via V1 to provide a drain voltage Vdd, that is, to the PMOSFET region PR. A power voltage can be applied. The fifth lower metal pattern M15 is connected to the source/drain contact CA through the first via V1 to apply a source voltage Vss, that is, a ground voltage, to the NMOSFET region NR. can do.

상기 제3 층간 절연막(130) 상의 상기 제4 층간 절연막(140) 내에 제2 비아들(V2)이 제공될 수 있다. 상기 제4 층간 절연막(140) 상의 상기 제5 층간 절연막(150) 내에 제2 금속층이 제공될 수 있다. 상기 제2 금속층은, 앞서 도 8을 참조하여 설명한 제1 내지 제5 중간 금속 패턴들(M21-M25)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제5 중간 금속 패턴들(M21-M25)은 상기 제2 비아들(V2)을 통하여 상기 와이드 금속 패턴들(M11') 및 제2 및 제3 하부 금속 패턴들(M12, M13)과 전기적으로 연결될 수 있다.Second vias V2 may be provided in the fourth interlayer insulating layer 140 on the third interlayer insulating layer 130 . A second metal layer may be provided in the fifth interlayer insulating layer 150 on the fourth interlayer insulating layer 140 . The second metal layer may include the first to fifth intermediate metal patterns M21 to M25 described above with reference to FIG. 8 . The first to fifth intermediate metal patterns M21 - M25 are the wide metal patterns M11 ′ and the second and third lower metal patterns M12 and M13 through the second vias V2 . can be electrically connected to.

상기 제5 층간 절연막(150) 상의 상기 제6 층간 절연막(160) 내에 제3 비아들(V3)이 제공될 수 있다. 상기 제6 층간 절연막(160) 상의 상기 제7 층간 절연막(170) 내에 제3 금속층이 제공될 수 있다. 상기 제3 금속층은, 앞서 도 10을 참조하여 설명한 제1 내지 제4 상부 금속 패턴들(M31-M34)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 상부 금속 패턴들(M31-M34)은 상기 제3 비아들(V3)을 통하여 상기 제1 내지 제5 중간 금속 패턴들(M21-M25)과 전기적으로 연결될 수 있다.Third vias V3 may be provided in the sixth interlayer insulating layer 160 on the fifth interlayer insulating layer 150 . A third metal layer may be provided in the seventh interlayer insulating layer 170 on the sixth interlayer insulating layer 160 . The third metal layer may include the first to fourth upper metal patterns M31 to M34 described above with reference to FIG. 10 . The first to fourth upper metal patterns M31 - M34 may be electrically connected to the first to fifth intermediate metal patterns M21 - M25 through the third vias V3 .

상기 제1 내지 제3 금속층들의 경우, 앞서 도 3을 참조하여 설명한 반도체 소자의 설계 및 제조 방법을 이용해 형성될 수 있다. 구체적으로, 반도체 집적회로의 상위 수준 설계 및 레이아웃 설계를 수행하여, 앞서 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명한 제1 내지 제3 금속 레이아웃들을 준비할 수 있다. 이어서 광근접 보정을 수행하고, 변경된 금속 레이아웃들에 기초하여 포토마스크들이 제작될 수 있다.The first to third metal layers may be formed using the method of designing and manufacturing a semiconductor device described above with reference to FIG. 3 . Specifically, the first to third metal layouts described above with reference to FIGS. 7 to 10 may be prepared by performing high-level design and layout design of the semiconductor integrated circuit. Then, optical proximity correction may be performed, and photomasks may be manufactured based on the changed metal layouts.

상기 제1 금속층을 형성하는 것은, 상기 제3 층간 절연막(130) 상에 상기 제1 금속 레이아웃에 대응하는 포토 레지스트 패턴을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 구체적으로, 먼저 상기 제3 층간 절연막(130) 상에 포토 레지스트막이 형성될 수 있다. 상기 제1 금속 레이아웃에 대응하는 포토 마스크를 이용하여, 상기 포토 레지스트막 상에 노광 및 현상 공정이 수행될 수 있다. 이로써, 상기 포토 레지스트 패턴이 형성될 수 있다. 상기 포토 레지스트 패턴은 금속 배선 홀들을 정의하는 개구부들을 가질 수 있다.Forming the first metal layer may include forming a photoresist pattern corresponding to the first metal layout on the third interlayer insulating layer 130 . Specifically, first, a photoresist layer may be formed on the third interlayer insulating layer 130 . An exposure and development process may be performed on the photoresist layer using a photomask corresponding to the first metal layout. Accordingly, the photoresist pattern may be formed. The photoresist pattern may have openings defining metal wiring holes.

이어서, 상기 포토 레지스트 패턴을 식각 마스크로 상기 제3 층간 절연막(130)을 식각하여 금속 상기 배선 홀들을 형성할 수 있다. 이후 상기 금속 배선 홀들을 도전성 물질로 채워 상기 와이드 금속 패턴들(M11') 및 상기 제2 내지 제5 하부 금속 패턴들(M12, M13, M14, M15)이 형성될 수 있다. 상기 도전성 물질은 금속을 포함할 수 있으며, 예를 들어 구리를 포함할 수 있다.Subsequently, the metal wiring holes may be formed by etching the third interlayer insulating layer 130 using the photoresist pattern as an etch mask. Thereafter, the wide metal patterns M11 ′ and the second to fifth lower metal patterns M12 , M13 , M14 , and M15 may be formed by filling the metal wiring holes with a conductive material. The conductive material may include metal, for example, copper.

상기 제2 및 제3 금속층들의 경우, 상기 제1 금속층과 유사한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.The second and third metal layers may be formed using a method similar to that of the first metal layer.

도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 포함하는 전자 시스템의 블록도이다.14 is a block diagram of an electronic system including a semiconductor device according to embodiments of the present invention.

도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전자 시스템(1100)은 컨트롤러(1110), 입출력 장치(1120, I/O), 기억 장치(1130, memory device), 인터페이스(1140) 및 버스(1150, bus)를 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러(1110), 입출력 장치(1120), 기억 장치(1130) 및/또는 인터페이스(1140)는 상기 버스(1150)를 통하여 서로 결합 될 수 있다. 상기 버스(1150)는 데이터들이 이동되는 통로(path)에 해당한다.Referring to FIG. 14 , an electronic system 1100 according to an embodiment of the present invention includes a controller 1110, an input/output device 1120, I/O, a memory device 1130, a memory device, an interface 1140, and a bus ( 1150, bus). The controller 1110 , the input/output device 1120 , the memory device 1130 , and/or the interface 1140 may be coupled to each other through the bus 1150 . The bus 1150 corresponds to a path through which data is moved.

상기 컨트롤러(1110)는 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세스, 마이크로컨트롤러, 및 이들과 유사한 기능을 수행할 수 있는 논리 소자들 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 입출력 장치(1120)는 키패드(keypad), 키보드 및 디스플레이 장치등을 포함할 수 있다. 상기 기억 장치(1130)는 데이터 및/또는 명령어등을 저장할 수 있다. 상기 기억 장치(1130)는 비휘발성 기억 소자(예컨대, 플래쉬 기억 소자, 상변화 기억 소자, 및/또는 자기 기억 소자 등)를 포함할 수 있다. 이에 더하여, 상기 기억 장치(1130)는 휘발성 기억 소자를 더 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 기억 장치(1130)는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 포함하는 SRAM(Static Random Access Memory)을 포함할 수 있다. 상기 기억 장치(1130)는 전자 시스템(1100)의 응용 또는 전자 시스템(1100)이 적용되는 전자 제품에 따라 생략될 수도 있다. 상기 인터페이스(1140)는 통신 네트워크로 데이터를 전송하거나 통신 네트워크로부터 데이터를 수신하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 인터페이스(1140)는 유선 또는 무선 형태일 수 있다. 예컨대, 상기 인터페이스(1140)는 안테나 또는 유무선 트랜시버등을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자는 상기 컨트롤러(1110) 또는 상기 입출력 장치(1120, I/O) 등의 일부로 제공될 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 전자 시스템(1100)은 상기 컨트롤러(1110)의 동작을 향상시키기 위한 동작 기억 소자로서, 고속의 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 소자 및/또는 SRAM 소자 등을 더 포함할 수도 있다.The controller 1110 may include at least one of a microprocessor, a digital signal processor, a microcontroller, and logic devices capable of performing functions similar thereto. The input/output device 1120 may include a keypad, a keyboard, and a display device. The memory device 1130 may store data and/or commands. The memory device 1130 may include a nonvolatile memory device (eg, a flash memory device, a phase change memory device, and/or a magnetic memory device). In addition, the memory device 1130 may further include a volatile memory device. In this case, the memory device 1130 may include a static random access memory (SRAM) including semiconductor devices according to embodiments of the present invention. The memory device 1130 may be omitted depending on the application of the electronic system 1100 or the electronic product to which the electronic system 1100 is applied. The interface 1140 may perform a function of transmitting data to or receiving data from a communication network. The interface 1140 may be wired or wireless. For example, the interface 1140 may include an antenna or a wired/wireless transceiver. The semiconductor device according to embodiments of the present invention may be provided as a part of the controller 1110 or the input/output device 1120 (I/O). Although not shown, the electronic system 1100 may further include a high-speed dynamic random access memory (DRAM) device and/or an SRAM device as a working memory device for improving the operation of the controller 1110 .

도 15 내지 도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 포함하는 멀티미디어 장치의 예들을 나타낸 도면들이다. 도 1의 전자 장치(1) 및/또는 도 14의 전자 시스템(1100)은 도 15에 도시된 모바일 폰 또는 스마트 폰(2000)에 적용될 수 있고, 도 16에 도시된 태블릿 또는 스마트 태블릿(3000)에 적용될 수 있으며, 또한 도 17에 도시된 노트북 컴퓨터(4000)에 적용될 수 있다.15 to 17 are diagrams illustrating examples of multimedia devices including semiconductor devices according to embodiments of the present invention. The electronic device 1 of FIG. 1 and/or the electronic system 1100 of FIG. 14 may be applied to the mobile phone or smart phone 2000 shown in FIG. 15 , and the tablet or smart tablet 3000 shown in FIG. 16 . may be applied to, and may also be applied to the notebook computer 4000 illustrated in FIG. 17 .

Claims (10)

그의 상부에 활성 패턴을 포함하는 기판;
상기 활성 패턴을 가로지르며, 상기 기판의 상면에 평행한 제1 방향으로 연장되는 게이트 전극; 및
상기 활성 패턴 및 상기 게이트 전극과 전기적으로 연결되는 제1 금속층을 포함하되,
상기 제1 금속층은:
상기 제1 방향으로 연장되는 제1 금속 배선;
상기 제1 금속 배선과 상기 제1 방향으로 이격되며, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 제2 금속 배선;
상기 제2 방향으로 연장되는 제3 금속 배선; 및
상기 제3 금속 배선과 상기 제1 방향으로 이격되며, 상기 제1 방향으로 연장되는 제4 금속 배선을 포함하고,
상기 제1 금속 배선은 상기 제2 방향으로의 제1 측벽을 포함하고,
상기 제2 금속 배선은 상기 제2 방향으로의 제2 측벽을 포함하고,
상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽은 서로 대향하고,
상기 제1 측벽의 길이는 최소 선폭의 2배 내지 3배이며,
상기 제3 금속 배선은 상기 제2 방향으로의 제3 측벽을 포함하며,
상기 제4 금속 배선은 상기 제2 방향으로의 제4 측벽을 포함하고,
상기 제3 측벽과 상기 제4 측벽은 서로 대향하고,
상기 제4 측벽의 길이는 상기 제1 측벽의 길이보다 더 작고,
상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽간의 제1 거리는 상기 제3 측벽과 상기 제4 측벽간의 제2 거리보다 작은 시스템 온 칩.
a substrate including an active pattern thereon;
a gate electrode crossing the active pattern and extending in a first direction parallel to a top surface of the substrate; and
A first metal layer electrically connected to the active pattern and the gate electrode,
The first metal layer comprises:
a first metal wire extending in the first direction;
a second metal line spaced apart from the first metal line in the first direction and extending in a second direction crossing the first direction;
a third metal wire extending in the second direction; and
and a fourth metal wire spaced apart from the third metal wire in the first direction and extending in the first direction;
the first metal wiring includes a first sidewall in the second direction;
the second metal wiring includes a second sidewall in the second direction;
the first sidewall and the second sidewall are opposite to each other;
The length of the first sidewall is 2 to 3 times the minimum line width,
The third metal wiring includes a third sidewall in the second direction,
the fourth metal wiring includes a fourth sidewall in the second direction;
the third sidewall and the fourth sidewall are opposite to each other;
a length of the fourth sidewall is smaller than a length of the first sidewall;
a first distance between the first sidewall and the second sidewall is less than a second distance between the third sidewall and the fourth sidewall.
제1항에 있어서,
상기 최소 선폭은, 상기 제2 금속 배선의 상기 제1 방향으로의 최소 폭인 시스템 온 칩.
According to claim 1,
The minimum line width is a minimum width of the second metal line in the first direction.
제1항에 있어서,
상기 제2 금속 배선과 상기 제3 금속 배선은 상기 제1 방향으로 서로 제3 거리만큼 이격되고,
상기 제1 거리는, 상기 제3 거리의 1배 내지 1.2배인 시스템 온 칩.
According to claim 1,
the second metal wire and the third metal wire are spaced apart from each other by a third distance in the first direction;
The first distance is 1 to 1.2 times the third distance.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 금속층 상의 제2 금속층을 더 포함하되,
상기 제2 금속층은, 서로 평행하게 상기 제1 방향으로 연장되는 제5 금속 배선들을 포함하고,
어느 하나의 상기 제5 금속 배선은 상기 제1 금속 배선과 전기적으로 연결되어 라우팅을 위한 핀(pin) 영역들을 제공하는 시스템 온 칩.
According to claim 1,
Further comprising a second metal layer on the first metal layer,
The second metal layer includes fifth metal wires extending in the first direction parallel to each other;
Any one of the fifth metal wires is electrically connected to the first metal wire to provide pin regions for routing.
제5항에 있어서,
상기 제2 금속 배선은 복수개로 제공되며, 상기 제2 금속 배선들은 상기 제1 방향으로 서로 이격되고,
다른 하나의 상기 제5 금속 배선은 서로 이격된 상기 제2 금속 배선들을 전기적으로 연결하는 시스템 온 칩.
6. The method of claim 5,
A plurality of the second metal wires are provided, and the second metal wires are spaced apart from each other in the first direction;
The other fifth metal wiring is a system-on-chip electrically connecting the second metal wirings spaced apart from each other.
제5항에 있어서,
상기 제2 금속층 상의 제3 금속층을 더 포함하되,
상기 제3 금속층은, 서로 평행하게 상기 제2 방향으로 연장되는 제6 금속 배선들을 포함하고,
어느 하나의 상기 제6 금속 배선은 상기 제5 금속 배선들의 상기 핀 영역에 접속되어, 상기 제1 금속 배선과 전기적으로 연결되는 시스템 온 칩.
6. The method of claim 5,
Further comprising a third metal layer on the second metal layer,
The third metal layer includes sixth metal wires extending in the second direction parallel to each other,
Any one of the sixth metal wires is connected to the pin regions of the fifth metal wires to be electrically connected to the first metal wire.
제1항에 있어서,
상기 게이트 전극의 양 측의 상기 활성 패턴의 상부에 각각 형성된 소스/드레인 영역들; 및
상기 게이트 전극 및 상기 소스/드레인 영역들과 각각 접속하는 콘택들을 더 포함하되,
상기 제1 및 제2 금속 배선들은 상기 콘택들과 전기적으로 연결되는 시스템 온 칩.
According to claim 1,
source/drain regions respectively formed on the active pattern on both sides of the gate electrode; and
Further comprising contacts respectively connected to the gate electrode and the source/drain regions,
The first and second metal wires are electrically connected to the contacts.
복수개의 표준 셀들을 포함하는 시스템 온 칩을 형성하기 위한 레이아웃 패턴을 구성하는 것을 포함하는 레이아웃 설계 방법에 있어서,
상기 레이아웃 패턴을 구성하는 것은, 제1 금속층에 대응하는 제1 금속 레이아웃을 구성하는 것을 포함하되,
상기 제1 금속 레이아웃은:
제1 방향으로 연장되는 제1 금속 패턴;
상기 제1 금속 패턴과 상기 제1 방향으로 이격되며, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 제2 금속 패턴;
상기 제1 방향으로 연장되는 제3 금속 패턴; 및
상기 제3 금속 패턴과 상기 제1 방향으로 이격되며, 상기 제2 방향으로 연장되는 제4 금속 패턴을 포함하고,
상기 제1 및 제2 금속 패턴들은, 서로 대향하는 제1 및 제2 측벽들을 각각 포함하고,
상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽간의 거리는, 레이아웃의 디자인 룰이 허용하는 최소 이격거리의 1배 내지 1.2배이며,
상기 제3 및 제4 금속 패턴들은, 서로 대향하는 제3 및 제4 측벽들을 각각 포함하고,
상기 제3 측벽의 길이는 상기 제1 측벽의 길이보다 더 작고,
상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽간의 거리는 상기 제3 측벽과 상기 제4 측벽간의 거리보다 작은 시스템 온 칩의 레이아웃 설계 방법.
A layout design method comprising configuring a layout pattern for forming a system-on-chip including a plurality of standard cells,
Configuring the layout pattern includes configuring a first metal layout corresponding to the first metal layer,
The first metal layout is:
a first metal pattern extending in a first direction;
a second metal pattern spaced apart from the first metal pattern in the first direction and extending in a second direction crossing the first direction;
a third metal pattern extending in the first direction; and
and a fourth metal pattern spaced apart from the third metal pattern in the first direction and extending in the second direction;
The first and second metal patterns each include first and second sidewalls facing each other,
The distance between the first sidewall and the second sidewall is 1 to 1.2 times the minimum separation distance allowed by the design rule of the layout,
The third and fourth metal patterns each include third and fourth sidewalls facing each other,
a length of the third sidewall is smaller than a length of the first sidewall;
A distance between the first sidewall and the second sidewall is smaller than a distance between the third sidewall and the fourth sidewall.
제9항에 있어서,
상기 제1 측벽의 길이는, 레이아웃의 디자인 룰이 허용하는 최소 선폭의 2배 내지 3배인 시스템 온 칩의 레이아웃 설계 방법.
10. The method of claim 9,
The length of the first sidewall is 2 to 3 times the minimum line width allowed by the layout design rule.
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