JP2001168209A - Cmos integrated circuit and its automatic design method - Google Patents

Cmos integrated circuit and its automatic design method

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JP2001168209A
JP2001168209A JP35052999A JP35052999A JP2001168209A JP 2001168209 A JP2001168209 A JP 2001168209A JP 35052999 A JP35052999 A JP 35052999A JP 35052999 A JP35052999 A JP 35052999A JP 2001168209 A JP2001168209 A JP 2001168209A
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Japanese (ja)
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Toshirou Akinou
俊郎 秋濃
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Kinki University
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-speed CMOS transistor integrated circuit of low power consumption and an automatic design method. SOLUTION: This CMOS integrated circuit is provided with four kinds of boards which are isolated electrically, using two systems of power sources where VDD' and VSS' are added as statistic board bias power sources to VDD and VSS of usual power sources, and the absolute values of the threshold voltages of all pull down/pull up transistors including drive inverters whether they are static circuits or dynamic circuits are set rather high. As a result, this achieves low power consumption even at operation excluding the time of standby, and contrives speed up even a little, setting the residual all transistors to the threshold voltages whose absolute values are rather low.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体CMOSト
ランジスタ集積回路、特に、そのチップ設計における基
本セルの回路設計及びレイアウト設計即ち物理的設計技
術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor CMOS transistor integrated circuit, and more particularly to a circuit design and layout design of a basic cell in a chip design, that is, a physical design technique.

【0002】[0002]

【従来の技術】今まさに、0.18μmバルクCMOSト
ランジスタのシステムLSIが前倒しに量産されようと
している。脚光を浴びているIPの成果を担うシステム
LSIは、飽くなき高集積を目指した最先端プロセス技
術を使って、メモリー混載を含む多数の機能モジュール
を組み込んだ、システム・オン・チップとしてその姿を
現している。このようなシステムLSIを実現する上
で、今まで以上にまず消費電力を低下させ、次に出来る
だけ高い周波数のクロック動作を達成することが重要と
なって来ている。そのために、例えば0.18μmプロセ
ス技術では、電源電圧を1.8Vまで下げ、ゲート酸化膜
厚を4nmとし、閾値電圧VTを0.45Vに設定する(D.
Sylvester, K. Keutzer, "Getting to the Bottom of D
eep Submicron," Proc. IEEE/ACM Int. Conf. on Compu
ter-Aided Design, pp.203 211, Nov. 1998)。この延
長上で、0.10μmプロセスでは、電源電圧を1.2Vま
で下げ、ゲート酸化膜厚を2.5nmとし、閾値電圧VT
0.3Vに設定せねばならないが(同上)、一般に閾値電
圧VTはそのままスケーリングできず(B. Davari, R.H.
Dennard,「提唱者自らスケーリング則改訂、今後10年
間、CMOSは進化できる」、日経マイクロデバイス、
1994年9月、pp.142153)、さらに0.3Vより下げると漏
れ電流の制御が難しくなる。
2. Description of the Related Art At present, system LSIs of 0.18 μm bulk CMOS transistors are about to be mass-produced ahead of schedule. System LSIs, which are responsible for the achievements of IP in the limelight, use a state-of-the-art process technology aiming for ever-increasing high integration, and appear as a system-on-a-chip, incorporating a large number of functional modules including embedded memories. Is showing. In order to realize such a system LSI, it has become important to lower the power consumption and achieve a clock operation with the highest possible frequency. Therefore, in the example 0.18μm process technology, reduce the power supply voltage to 1.8V, a gate oxide film thickness and 4 nm, setting the threshold voltage V T to 0.45 V (D.
Sylvester, K. Keutzer, "Getting to the Bottom of D
eep Submicron, "Proc. IEEE / ACM Int. Conf. on Compu
ter-Aided Design, pp. 203 211, Nov. 1998). On the extension, the 0.10μm process, lowering the supply voltage to 1.2V, a gate oxide film thickness and 2.5 nm, but must be set to the threshold voltage V T to 0.3V (ibid), in general the threshold voltage V T can not be as it is scaling (B. Davari, RH
Dennard, "The proponent himself revised the scaling rule, CMOS can evolve over the next 10 years," Nikkei Microdevices,
(September 1994, pp. 142153). If the voltage is further reduced below 0.3 V, it becomes difficult to control the leakage current.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】他の半導体デバイスと
比べ、元来低消費電力であるという特徴を持つCMOS
トランジスタ技術において、さらに低消費電力化を計る
ため、以下のような幾つかの技術が提案されている。ま
ず第一はNTTによるMTCMOSである(S. Mutoh,
et. al., "1-V Power Supply High-Speed Digital Circ
uit Technology with Multithreshold-Voltage CMOS,"
IEEE J. Solid-State Circuits, Vol.30, No.8, pp.847
- 854, Aug.1995)である。イオン注入技術により、絶
対値の低い閾値電圧(VTN,VTP)と絶対値の高い閾値
電圧(VTN ',VTP ')を設け、スタンドバイ時に後者の
閾値を持つプルダウン/プルアップを使って低消費電力
を達成している。動作時には、VDDの電源に対して絶対
値の高い閾値電圧VTP 'のPMOSトランジスタを介し
たチップ全体のバーチャルなVDD '(<VDD)を設け、ま
たVSSの電源に対して高い閾値電圧VTN 'のNMOSト
ランジスタを介したバーチャルなVSS '(>VSS)を使う
が、チップ全体でそれらトランジスタのWを決めるのが
難しい。実際はこのWで決まる[VDD ', VSS ']の電圧
レベルで絶対値の低い閾値電圧を持つ論理回路を動作さ
せているので、それらVDD 'の降下とVSS 'の浮きが論理
回路の動作スピードに大きな影響を与える。
A CMOS having a characteristic of originally consuming less power than other semiconductor devices.
In order to further reduce the power consumption of the transistor technology, the following several technologies have been proposed. The first is MTCMOS by NTT (S. Mutoh,
et. al., "1-V Power Supply High-Speed Digital Circ
uit Technology with Multithreshold-Voltage CMOS, "
IEEE J. Solid-State Circuits, Vol. 30, No. 8, pp. 847
-854, Aug. 1995). By using the ion implantation technology, a threshold voltage having a low absolute value (V TN , V TP ) and a threshold voltage having a high absolute value (V TN , V TP ) are provided, and a pull-down / pull-up having the latter threshold value is provided during standby. Use to achieve low power consumption. In operation, it provided a high threshold voltage V TP 'of the entire chip through the PMOS transistor of the virtual V DD' absolute value (<V DD) to the power supply of V DD, also higher than the power supply V SS Although a virtual V SS (> V SS ) via an NMOS transistor with a threshold voltage V TN is used, it is difficult to determine W of those transistors in the whole chip. Actually, since a logic circuit having a threshold voltage with a low absolute value is operated at the voltage level of [V DD ' , V SS ' ] determined by W, the drop of V DD ' and the floating of V SS ' are caused by the logic circuit. Greatly affects the operating speed of the

【0004】第二は東芝によるVTCMOSである(T.
Sakurai and T. Kuroda, "Low-Power Circuit Design
Using CMOS VLSI's," Proc. of SASIMI'96, pp.3 - 10,
Nov. 1996)。この回路方式では、基板バイアスを動的
に切り替える回路を使い、スタンドバイ時に全てのトラ
ンジスタに対して基板バイアスを増加し絶対値の高い閾
値電圧にして低消費電力を保ち、動作時には同じく全て
のトランジスタに対して通常の[VDD, VSS]の基板バ
イアスで絶対値の低い閾値電圧にして高速動作させる。
しかし微細構造になればなるほど、動作時に高速性を保
つことと漏れ電流を減らすことのバランスが難しい。
The second is VTCMOS by Toshiba (T.
Sakurai and T. Kuroda, "Low-Power Circuit Design
Using CMOS VLSI's, "Proc. Of SASIMI'96, pp.3-10,
Nov. 1996). In this circuit method, a circuit that dynamically switches the substrate bias is used, the substrate bias is increased for all the transistors at the time of standby, a threshold voltage having a high absolute value is maintained, and low power consumption is maintained. In contrast, a high-speed operation is performed by setting a threshold voltage having a low absolute value with a normal substrate bias of [V DD , V SS ].
However, the finer the structure, the more difficult it is to balance maintaining high speed operation and reducing leakage current.

【0005】第三は基板バイアスを印加して絶対値の高
い閾値電圧と低い閾値電圧を実現する回路方式である
(S. Thompson, et. al., "Dual Threshold Voltages a
nd Substrate Bias: Keys to High Performance, Low P
ower, 0.1μm Logic Designs,"1997 Symposium on VLSI
Technology Digest of Technical Papers, pp.69 70,
1997)。その高い閾値電圧はダイナミック回路に適用
し、低い閾値電圧はスタティック回路に使っている。ス
タティック回路である駆動インバータは、その閾値電圧
が低いため、漏れ電流を防止し難い。第四は東芝の他の
グループによる低い電源電圧VDDと高い電源電圧V
DD '(>V DD)を使った二電源方式である(K. Usami and
M. Horowitz, "Clustered Voltage Scaling Technique
for Low-Power Design," Proc. of Int. Symp. on Low
Power Design, pp.3 8, 1995)。その2種類のPMO
Sトランジスタ基板を分離し、VSSは変えない。しか
し、高速動作回路は高い電源を使うため消費電力が大き
くなる。一方、低速動作回路は低い電源を使って低消費
電力になるが、それら電源間に電圧変換回路が必要とな
り、面積が増える。
Third, the absolute value is increased by applying a substrate bias.
Is a circuit method that realizes a low threshold voltage and a low threshold voltage.
(S. Thompson, et. Al., "Dual Threshold Voltages a
nd Substrate Bias: Keys to High Performance, Low P
ower, 0.1μm Logic Designs, "1997 Symposium on VLSI
 Technology Digest of Technical Papers, pp. 69 70,
 1997). Its high threshold voltage applies to dynamic circuits
However, low threshold voltages are used for static circuits. S
The drive inverter, which is a static circuit, has its threshold voltage
, It is difficult to prevent leakage current. Fourth is Toshiba's other
Low power supply voltage V by groupDDAnd high power supply voltage V
DD '(> V DD) Is a dual power supply system (K. Usami and
M. Horowitz, "Clustered Voltage Scaling Technique
for Low-Power Design, "Proc. of Int. Symp. on Low
Power Design, pp. 38, 1995). The two types of PMO
Separating the S transistor substrate, VSSDo not change. Only
However, the power consumption of the high-speed operation circuit is
It becomes. On the other hand, the low-speed operation circuit uses low power and consumes low power.
Power, but a voltage conversion circuit is required between
Increase the area.

【0006】今までのMOSトランジスタ型大規模集積
回路の開発の歴史では、フル・スケーリング(電場一定
スケーリング)則に基づいて18ヶ月で2倍という驚異
的な集積度向上を遂げてきた。このスケーリングは、全
ての寸法を1/Sに縮小し、不純物濃度をS倍にし、ま
た電圧を1/Sにすれば、消費電力が1/(S×S)に減
り、単位面積当りの消費電力が一定のままに保たれる。
この延長上でデザイン・ルールが0.07μm までのフ
ル・スケーリングを考えると、特に問題になるのは以下
に示す閾値電圧とSiO2のゲート酸化膜厚である。こ
の閾値電圧値が0.3V以下ではドレイン電流をカットオ
フし難くなる。閾値電圧値直下の近傍では、ドレイン電
流は指数関数的に変化する。一桁ドレイン電流が変わる
弱反転電圧のスイングは、チャネル長が0.25μmのN
MOSトランジスタでは室温で80mV/桁程度である
が、85℃ になると100mV/桁程度になり、0.1V
ずつ下がるたびに一桁スタンバイ電流が増える。このス
イングは基板バイアスを加えることにより大きく減少で
きるが、イオン注入で閾値電圧を制御するMTCMOS
トランジスタでは難しい。最近東芝が新しいメタル・ゲ
ートのCMOSトランジスタ製造法を確立し、次世代の
0.13μm CMOS量産ラインに使われるという(須
黒恭一、「MOSトランジスタの製造法が『ダマシン・
トランジスタ』で一新:高速化トレンドを堅持」、日経
マイクロデバイス、pp.46 51、1999年5月号)。ポリ
シリコンを自己整合に使ったソース/ドレイン拡散の
後、ダマシン技術を使って、そのポリシリコンとゲート
酸化膜SiO2を取り去った後に新材料のゲート酸化膜
Ta2O5を成長させ、アルミニュウム・ゲートを蒸着
する。Ta2O5はSiO2より誘電率が高いので、ス
ケーリングによる縮小はその分少なくて済み、耐圧も増
え、このゲート酸化膜の問題は基本的に解決するだろ
う。
[0006] In the history of the development of MOS transistor type large scale integrated circuits up to now, a remarkable improvement in the degree of integration has been achieved twice in 18 months based on the full scaling (constant electric field scaling) rule. This scaling reduces the power consumption to 1 / (S × S) by reducing all dimensions to 1 / S, increasing the impurity concentration to S times, and reducing the voltage to 1 / S. The power is kept constant.
Considering the full scaling of the design rule up to 0.07 μm on this extension, the following threshold voltages and the gate oxide film thickness of SiO 2 are particularly problematic. If the threshold voltage value is 0.3 V or less, it becomes difficult to cut off the drain current. In the vicinity immediately below the threshold voltage value, the drain current changes exponentially. The swing of the weak inversion voltage at which the single-digit drain current changes is N
At room temperature, about 80 mV / digit for MOS transistors, but about 100 mV / digit at 85 ° C., and 0.1 V
Each time it goes down, the standby current increases by one digit. Although this swing can be greatly reduced by applying a substrate bias, MTCMOS which controls the threshold voltage by ion implantation is used.
Difficult with transistors. Recently, Toshiba has established a new metal gate CMOS transistor manufacturing method, which is said to be used for the next generation 0.13 μm CMOS mass production line (Kyoichi Suguro, "MOS transistor manufacturing method is
Transformers: Renewal: Maintaining the Trend of High Speed ", Nikkei Microdevices, pp. 4651, May 1999. After source / drain diffusion using polysilicon for self-alignment, the polysilicon and gate oxide SiO2 are removed using damascene technology, then a new material gate oxide Ta2O5 is grown, and an aluminum gate is deposited. . Since Ta2O5 has a higher dielectric constant than SiO2, the reduction by scaling is smaller and the withstand voltage is increased, and the problem of the gate oxide film will be basically solved.

【0007】また、従来の高速データ・パス・モジュー
ルの設計では、ダイナミックCMOSトランジスタ回路
を使い、随所に設計者の判断を仰ぐ対話マニュアル設計
手法が多く用いられて来た。この現状に対して、システ
ムLSIの設計効率向上を計るには、高速で低消費電力
のダイナミックCMOSトランジスタ回路の利点を最大
限生かしながら、まずは制御回路モジュールの回路とレ
イアウト設計に応用展開し、且つそれらの自動設計方式
を確立することが重要である。次はデータ・パス・モジ
ュールの設計自動化である。従来のスタンダード・セル
方式では、基本セルの中に駆動インバータを含み、同一
の論理回路でも駆動能力の異なるいくつかの基本セルを
ライブラリに準備している。基本セルの論理回路部分と
駆動インバータ部分を分離すれば、ライブラリには一種
類づつの異なった論理回路だけですみ、その時に必要な
駆動インバータは分散挿入すれば良い。また、一般に駆
動インバータだけが大きなWのトランジスタを持ち、そ
れを含めた基本セル内のトランジスタの自動配置は難し
かった。逆に駆動インバータが分離されれば、残りはほ
ぼ均等なサイズと見なされ、それらトランジスタ自動配
置が自動化し易くなる。
Further, in the conventional design of a high-speed data path module, a dynamic CMOS transistor circuit has been used, and an interactive manual design method for asking the designer everywhere has been frequently used. In order to improve the design efficiency of the system LSI, in order to improve the design efficiency of the system LSI, first of all, while maximizing the advantage of the dynamic CMOS transistor circuit of high speed and low power consumption, first apply to the circuit and layout design of the control circuit module, and It is important to establish those automatic design schemes. Next is the design automation of the data path module. In the conventional standard cell system, a drive inverter is included in a basic cell, and several basic cells having the same logic circuit but different drive capabilities are prepared in a library. If the logic circuit portion and the drive inverter portion of the basic cell are separated, only one type of different logic circuit is required in the library, and the drive inverters required at that time may be dispersedly inserted. In general, only the drive inverter has a large W transistor, and it is difficult to automatically arrange transistors in a basic cell including the transistor. Conversely, if the driving inverters are separated, the rest is regarded as having substantially the same size, and the automatic arrangement of the transistors can be easily automated.

【0008】従来のCMOSインバータにおけるプルダ
ウンとプルアップのトランジスタでは、各々のソースと
ドレインの拡散をほぼ対称的にレイアウトすることが多
く、それぞれが基板に対して約半分づつの接合容量値を
持つ。さらに基板より約一桁高い不純物濃度を持つチャ
ネル・ストッパーが存在し、一般に3辺でその拡散に接
して高めの接合容量値が付け加わることになる。しかし
接地VSSか電源VDDに接続した両者のソース端子の電圧
値が一定のため、その3辺を含むソース端子の接合容量
は負荷とならない。逆に両者のドレイン端子は出力ノー
ドとなり、そこでの接合容量負荷が動作スピードを決め
る要因の一つになる。そこで、ドレインの接合面積を減
らし且つチャネル・ストッパー接合を無くするトランジ
スタの物理的構造が望まれている。このソースとドレイ
ンの非対称をさらに進めると、日本のオリジナル技術で
あるソース側の二重拡散による短チャネル構造(Y. Tar
ui, Y. Hayashi, and T. Sekigawa, "Diffusion Self-A
ligned Enhance-Depletion MOS-IC (DSA-ED-MOS-IC),"
Proc. of the 2nd Conference on Solid State Device
s, Tokyo, 1970, Supplement to the Journal of the J
apan Society of Applied Physics, Vol.40,pp.193 - 1
98)の利用に繋がる。
In a pull-down transistor and a pull-up transistor in a conventional CMOS inverter, the diffusion of each source and drain is often laid out almost symmetrically, and each has approximately half the junction capacitance value with respect to the substrate. Further, there is a channel stopper having an impurity concentration approximately one digit higher than that of the substrate, and generally a higher junction capacitance is added in contact with the diffusion on three sides. However, since the voltage values of both source terminals connected to the ground V SS or the power supply V DD are constant, the junction capacitance of the source terminals including the three sides does not become a load. Conversely, the drain terminals of both become output nodes, and the junction capacitance load there is one of the factors that determine the operation speed. Therefore, there is a demand for a physical structure of a transistor that reduces the junction area of the drain and eliminates the channel stopper junction. If this source-drain asymmetry is further advanced, the short channel structure (Y. Tar
ui, Y. Hayashi, and T. Sekigawa, "Diffusion Self-A
ligned Enhance-Depletion MOS-IC (DSA-ED-MOS-IC), "
Proc. Of the 2 nd Conference on Solid State Device
s, Tokyo, 1970, Supplement to the Journal of the J
apan Society of Applied Physics, Vol.40, pp.193-1
98).

【0009】本発明の目的は、高速かつ低消費電力のC
MOSトランジスタ集積回路とその自動設計方法を提供
することである。
It is an object of the present invention to provide a high-speed and low-power C
An object of the present invention is to provide a MOS transistor integrated circuit and an automatic design method thereof.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明に係るCMOSト
ランジスタ集積回路は、基板バイアス印加で絶対値の高
い閾値電圧のプルダウン/プルアップを使うCMOSト
ランジスタ集積回路である。通常の電源である [VDD,
SS] に、静的な基板バイアス電源として[VD D ', VSS
']を加えた2系統の電源を使って、電気的に分離した4
種類の基板を設け、スタティック回路かダイナミック回
路か問わずに駆動インバータを含む全てのプルダウン/
プルアップ・トランジスタの閾値電圧の絶対値を高めに
設定する。これにより、スタンドバイ時以外の動作時で
も低消費電力を達成し、残りの全てのトランジスタは絶
対値が低めの閾値電圧にし、少しでも高速化を計る。
SUMMARY OF THE INVENTION A CMOS transistor integrated circuit according to the present invention is a CMOS transistor integrated circuit that uses a pull-up / pull-up of a threshold voltage having a high absolute value by applying a substrate bias. Normal power supply [V DD ,
To V SS], [V D D ' as a static substrate bias power supply, V SS
4 ] electrically isolated using two power supplies
All types of pull-down / including inverters are provided regardless of static circuit or dynamic circuit.
The absolute value of the threshold voltage of the pull-up transistor is set higher. As a result, low power consumption is achieved even during operations other than the stand-by operation, and the remaining transistors have lower absolute values of the threshold voltage, thereby increasing the speed even slightly.

【0011】具体的には、CMOSトランジスタ基本セ
ルに対する回路とレイアウト設計において、以下のよう
な2系統電源による4種類の基板分離回路方式を用い
る。即ち、通常の電源である1対の[VDD, VSS]に加え
て、基板バイアス電源として1対の[VDD '(>VDD), V
SS '(<VSS)]を使い、その基本セル内にあるCMOSト
ランジスタの基板にこれら四種類の[VDD ', VSS ']と
[VDD, VSS]の基板バイアスを加えて、以下のような電
気的に分離されたpウエル及びnウエルを各々2種類、
計4種類作成する。(1)第1種pウエルは、ソース端
子が接地に接続したプルダウンであるNMOSトランジ
スタを備え、絶対値が高めの負の基板バイアスVSS '(<
SS)を加えて、高めの正の閾値電圧を持つものであ
る。(2)第1種nウエルは、ソース端子が電源に接続
したプルアップであるPMOSトランジスタを備え、高
めの基板バイアス電圧VDD '(>VDD)を加えて、絶対値
が高めの負の閾値電圧を持つものである。(3)第2種
pウエルは、プルダウン以外の論理回路を構成するNM
OSトランジスタを有し、VSSの基板バイアスにより低
めの正の閾値電圧を持つものである。(4)第2種nウ
エルは、プルアップ以外の論理回路を構成するPMOS
トランジスタを有し、VDDの基板バイアスにより絶対値
が低めの負の閾値電圧を持つものである。これらの4種
類のウエルを、基板において電気的に分離して作成す
る。たとえばシャロー・トレンチ・アイソレーション(ST
I)によってこれらを分離する。
Specifically, in a circuit and layout design for a CMOS transistor basic cell, the following four types of substrate separation circuit systems using a two-system power supply are used. That is, in addition to a pair of [V DD , V SS ] which is a normal power supply, a pair of [V DD (> V DD ), V
SS ' (< VSS )], and these four types of [V DD ' , V SS ' ] are added to the substrate of the CMOS transistor in the basic cell.
By applying a substrate bias of [V DD , V SS ], two types of electrically separated p-wells and n-wells as follows,
Create a total of four types. (1) The first-type p-well includes an NMOS transistor which is a pull-down transistor having a source terminal connected to the ground, and has a higher absolute value of a negative substrate bias V SS (<
V SS ), and has a higher positive threshold voltage. (2) The first-type n-well includes a PMOS transistor whose source terminal is a pull-up connected to a power supply, and a higher substrate bias voltage V DD (> V DD ) is applied to the n-well to increase the absolute value of the negative voltage. It has a threshold voltage. (3) The second type p-well is an NM constituting a logic circuit other than the pull-down.
It has an OS transistor and has a lower positive threshold voltage due to the substrate bias of V SS . (4) The second type n-well is a PMOS constituting a logic circuit other than pull-up
It has a transistor and has a negative threshold voltage whose absolute value is lower due to the substrate bias of VDD . These four types of wells are formed electrically separated on the substrate. For example, shallow trench isolation (ST
These are separated by I).

【0012】上述のCMOSトランジスタ集積回路にお
けるプルダウン/プルアップ・トランジスタの物理的構
造は、浅いソース・ドレイン拡散を持つ。絶対値が高め
の閾値電圧を持つプルダウンとプルアップで構成するイ
ンバータを例に考えると、その両トランジスタのドレイ
ン端子がそのまま出力端子となる。浅いソース・ドレイ
ン拡散により、それぞれのドレイン接合容量面積を最小
化し、且つチャネル・ストッパー拡散がある場合でもド
レイン拡散はそれに接しない構造を持たせて、高速化を
計る。また、ナロー・チャネル効果が生じない構造とす
る。具体的には、この物理的構造において、まずプルダ
ウンでは、第1種pウエル上で高い閾値電圧を持ち、ソ
ース端子が接地接続した基本単位NMOSトランジスタ
は、水平方向は第2メタル配線のピッチの整数倍である
一定の幅wを基本単位とし、その中でドレイン接合容量
を出来るだけ小さくするため、最小寸法の拡散から第1
メタルを経て第2メタルを使ったドレイン端子を作成
し、その外周上に最短のチャンネル長を持つサリサイド
(またはポリサイド)のゲート端子を形成し、さらにそ
のゲート端子の外周に拡散で形成されたソース端子を、
接地VSSに接続した第1メタルで覆うように作成し、垂
直方向は第3メタルの最小配線ピッチの整数倍である一
定の高さhになるように作成する。次にプルアップで
は、第1種nウエル上で絶対値の高い閾値電圧の基本単
位PMOSトランジスタは、ゲート端子の外周に拡散で
形成されたソース端子を、電源VDDに接続した第1メタ
ルで覆うようにし、水平方向に幅wで垂直方向に高さh
の形状(基本単位NMOSトランジスタと同寸法)に作
成する。
The physical structure of the pull-down / pull-up transistor in the above-described CMOS transistor integrated circuit has shallow source / drain diffusion. Assuming, as an example, an inverter composed of a pull-down and a pull-up having a higher absolute value of the threshold voltage, the drain terminals of both transistors serve as output terminals as they are. The shallow source / drain diffusion minimizes the area of each drain junction capacitance, and even if there is a channel / stopper diffusion, the drain diffusion has a structure not in contact with it, thereby increasing the speed. Further, the structure is such that a narrow channel effect does not occur. More specifically, in this physical structure, first, in the pull-down, the basic unit NMOS transistor having a high threshold voltage on the first type p well and having the source terminal connected to the ground, has a pitch of the second metal wiring in the horizontal direction. In order to make the drain junction capacitance as small as possible, a constant width w, which is an integral multiple, is used as a basic unit.
A drain terminal using a second metal is formed through a metal, a salicide (or polycide) gate terminal having the shortest channel length is formed on the outer periphery thereof, and a source formed by diffusion on the outer periphery of the gate terminal is formed. Terminal
It is formed so as to cover with the first metal connected to the ground V SS , and is formed so as to have a constant height h in the vertical direction which is an integral multiple of the minimum wiring pitch of the third metal. Next, in the pull-up, the basic unit PMOS transistor having a high absolute value of the threshold voltage on the first type n-well has a source terminal formed by diffusion around the gate terminal with the first metal connected to the power supply VDD. So as to cover the width w in the horizontal direction and the height h in the vertical direction.
(The same size as the basic unit NMOS transistor).

【0013】また、上述のCMOSトランジスタ集積回
路において、さらに、ソース側で二重拡散を行って、短
いチャンネル拡散と浅いソース拡散を実施したD[Doubl
e-Diffused](またはDSA[Diffusion Self-Aligned])-
MOST構造(Y. Tarui, Y.Hayashi, and T. Sekigaw
a, "Diffusion Self-Aligned Enhance-Depletion MOS-I
C(DSA-ED-MOS-IC)," Proc. of the 2nd Conference on
Solid State Devices,Tokyo, 1970, Supplement to the
Journal of the Japan Society of AppliedPhysics, V
ol.40, pp.193 - 198)を作成し、ドレイン側は浅いド
レイン拡散のみを行う。この物理的構造は、ソース側で
二重拡散を使って短いチャネルを形成すること以外は、
上述のCMOS集積回路と同様である。
In the above-described CMOS transistor integrated circuit, D [Doubl] in which short channel diffusion and shallow source diffusion are performed by performing double diffusion on the source side.
e-Diffused] (or DSA [Diffusion Self-Aligned])-
MOST structure (Y. Tarui, Y. Hayashi, and T. Sekigaw
a, "Diffusion Self-Aligned Enhance-Depletion MOS-I
C (DSA-ED-MOS- IC), "Proc. Of the 2 nd Conference on
Solid State Devices, Tokyo, 1970, Supplement to the
Journal of the Japan Society of AppliedPhysics, V
ol.40, pp.193-198), and only shallow drain diffusion is performed on the drain side. This physical structure, except that it uses double spreading on the source side to form a short channel,
This is similar to the above-described CMOS integrated circuit.

【0014】また、上述のCMOSトランジスタ集積回
路におけるレイアウト構造において、プルダウン/プル
アップと電気的に分離した列の間に、[VDD, VSS]によ
る通常のCMOSトランジスタ構成を使って絶対値が低
めの閾値電圧を設定し、できるだけ高速な論理回路セル
を実現する。具体的には、論理回路セルのレイアウト構
造において、まず低い正の閾値電圧を持った、第2種p
ウエル上のNMOSトランジスタで構成されたm直列n
並列の組み合わせ論理回路セルでは、水平方向に幅wの
整数倍iになるように構造化したレイアウトを行い、垂
直方向は分離領域を含め第3メタルの配線ピッチの整数
倍になるような一定の高さpにする。次に絶対値の小さ
い負の閾値電圧を持った、第2種nウエル上のPMOS
トランジスタで構成されたn直列m並列の組み合わせ論
理回路セルでは、水平方向に幅wの整数倍jになるよう
に構造化したレイアウトを行い、NMOSトランジスタ
と比べて約2分の1の易動度となることを考慮して約2
倍のトランジスタ幅を持たせ、垂直方向は分離領域を含
め第3メタルの配線ピッチの整数倍になるような一定の
高さqにする。更に第2種の両ウエル上の両トランジス
タから構成されるフリップ・フロップも、水平方向に幅
wの整数倍kを越えないような構造化したレイアウトを
行い、また垂直方向は一定の高さ(p+q)を越えない
ようにレイアウトする。
In the above-described layout structure of the CMOS transistor integrated circuit, the absolute value between the columns electrically separated from the pull-down / pull-up by using the normal CMOS transistor configuration of [V DD , V SS ]. A lower threshold voltage is set to realize a logic circuit cell as fast as possible. Specifically, in the layout structure of the logic circuit cell, first, the second type p having a low positive threshold voltage
M series n composed of NMOS transistors on the well
In a parallel combinational logic circuit cell, a structured layout is performed so as to be an integer multiple i of the width w in the horizontal direction, and a certain constant is set in the vertical direction so as to be an integer multiple of the wiring pitch of the third metal including the isolation region. Height p. Next, a PMOS on a second type n well having a negative threshold voltage having a small absolute value
In an n-series / m-parallel combination logic circuit cell composed of transistors, a layout structured so as to be an integral multiple j of the width w in the horizontal direction is performed, and the mobility is approximately one half that of the NMOS transistor. About 2
The transistor width is twice as large, and the vertical direction is a constant height q including the isolation region, which is an integral multiple of the wiring pitch of the third metal. Further, the flip-flop composed of both transistors on both wells of the second kind also has a structured layout in which the width does not exceed an integral multiple k of the width w, and the vertical direction has a fixed height ( (p + q).

【0015】本発明に係るCMOS集積回路のレイアウ
ト構造は、基板を電気的に分離したプルダウン/プルア
ップの駆動回路と論理回路から構成される基本セルに対
するものである。CMOS集積回路のモジュール・レイ
アウト構造の全部または一部において、電気的に分離す
べき4種類の基板(第1種pウエル、第2種pウエル、
第1種nウエル及び第2種nウエル)は分離幅を取って
垂直方向に積み重ね、第3メタル配線のピッチの整数倍
となる一定の高さで、スタンダード・セルに準じた水平
方向に長い矩形のセル列上で、基本セルを水平方向に並
べて隙間無く配置する。これにより、通常の電源である
[VDD, VSS]と基板バイアス電源[VDD ', VSS ']で構成
される2系統の電源が、そのセル列上で自動的に接続で
きる。
The layout structure of the CMOS integrated circuit according to the present invention is for a basic cell composed of a pull-down / pull-up drive circuit and a logic circuit which are electrically separated from the substrate. In all or a part of the module layout structure of the CMOS integrated circuit, four kinds of substrates to be electrically separated (a first type p well, a second type p well,
The first-type n-well and the second-type n-well) are vertically stacked with a separation width, have a constant height which is an integral multiple of the pitch of the third metal wiring, and are long in the horizontal direction according to the standard cell. On a rectangular cell row, basic cells are arranged horizontally without any gap. This is a normal power supply
Two power supplies consisting of [V DD , V SS ] and a substrate bias power supply [V DD ' , V SS ' ] can be automatically connected on the cell row.

【0016】また、上述の論理回路セル領域でプルダウ
ン/プルアップ回路を実現するレイアウト構造におい
て、論理回路の部分的な連続列の領域で、幅wで垂直方
向にプルダウンr個相当分とプルアップs個相当分を作
成するため、まず最初の幅wを電源ライン折り曲げと分
離領域に使い、次いで水平方向に、縦積みのr個のプル
ダウンとs個のプルアップを必要な数だけ並べ、同時に
それらの基板を第1種pウエルと第1種nウエルとし、
最後の幅wで分離領域を設けて再度電源ラインを折り曲
げて元に戻す。
In the layout structure for realizing the pull-down / pull-up circuit in the above-described logic circuit cell area, the pull-up is equivalent to r pull-downs in the vertical direction with a width w in a partial continuous column area of the logic circuit. In order to create s equivalents, first use the initial width w for the power line folding and separation area, then arrange the required number of vertically stacked r pull-downs and s pull-ups in the horizontal direction. These substrates are referred to as a first type p well and a first type n well,
A separation region is provided with the last width w, and the power supply line is bent again to return to the original position.

【0017】次に、CMOS集積回路における駆動イン
バータの配置について説明する。駆動インバータは絶対
値の大きな閾値電圧を持つプルアップ/プルダウンで構
成される。本発明のレイアウト手法では、駆動能力別に
幾つかの同一論理の基本セルを準備するのではなく、同
一論理で1種類の基本セルをライブラリに持ち、その時
の必要に応じてRC配線負荷駆動のインバータを分散挿
入する。上述のレイアウト手法では、駆動インバータ
は、モジュール上の準スタンダード・セル列上で場所を
問わずに作成できる。これにより、モジュール間の長い
RC配線や数多くのファンアウトを持つ大きな負荷の信
号遅延に関して、基本単位のプルアップと幾つかのプル
ダウンを組み合わせた必要な駆動能力を持つインバータ
が最適な位置に挿入できる。
Next, the arrangement of the driving inverter in the CMOS integrated circuit will be described. The driving inverter is configured by a pull-up / pull-down having a threshold voltage having a large absolute value. According to the layout method of the present invention, instead of preparing several basic cells having the same logic for each driving capability, one type of basic cells having the same logic is stored in a library, and an inverter driven by an RC wiring load is used as needed at that time. Is distributedly inserted. In the above-described layout method, the driving inverter can be created anywhere on the quasi-standard cell row on the module. As a result, an inverter having a necessary driving capacity combining a pull-up of a basic unit and several pull-downs can be inserted into an optimum position with respect to a signal delay of a large load having a long RC wiring between modules and a large number of fan-outs. .

【0018】そこで、自動フロア・プランに従って、他
のモジュールと結線して遅延条件を満たさない長いRC
配線は、そのソフト・モジュールに含まれる出力点及び
幾つかの中間点において駆動インバータを挿入して配置
を補正する。また、ハード・モジュールと結線しなけれ
ばならない場合はその中へ駆動インバータを挿入できな
いため、遅延条件を満たすようにソフト・モジュール内
で駆動インバータを挿入する。具体的には、長いRC配
線など大きな負荷駆動のインバータは、次のような各場
合に対して以下のように挿入される。モジュール間の長
いRC配線の負荷を駆動する場合、基本単位NMOSト
ランジスタ1個と同PMOSトランジスタ2個または3
個(ここでは2個で説明し[1:2]と表すが、3個の
場合でも[1:3]と同様)で基本単位インバータを構
成し、その基本単位インバータの駆動によりRC配線の
遅延時間が配線長に比例する最大長以内で且つ均等に基
本インバータを分散挿入して遅延条件を満たすようにす
る。また、大きな容量負荷を駆動する場合、多段インバ
ータで駆動する。回路構成において、順番に3倍程度電
流能力を増やす、即ち[1:2]をスタートに、[3:
6]、[9:18]、・・・と遅延条件を満たすまで基
本インバータを増やす。
Therefore, in accordance with the automatic floor plan, a long RC which does not satisfy the delay condition by being connected to another module.
The wiring corrects the placement by inserting driving inverters at the output points and some intermediate points included in the soft module. In addition, when a connection must be made with a hard module, a driving inverter cannot be inserted therein, so that a driving inverter is inserted in a soft module so as to satisfy a delay condition. Specifically, an inverter driven by a large load such as a long RC wiring is inserted as follows in each of the following cases. When driving a load of a long RC wiring between modules, one basic unit NMOS transistor and two or three PMOS transistors are used.
(In this case, two units are described and expressed as [1: 2], but in the case of three units, the same as [1: 3]), a basic unit inverter is formed, and the basic unit inverter is driven to delay the RC wiring. The basic inverters are distributed and inserted evenly within the maximum length proportional to the wiring length so as to satisfy the delay condition. Also, when driving a large capacitive load, it is driven by a multi-stage inverter. In the circuit configuration, the current capacity is increased by about three times in order, that is, starting with [1: 2], [3:
6], [9:18],...

【0019】本発明に係るCMOSトランジスタ集積回
路チップの自動レイアウト法は、上述の4種類の基板を
持った基本セルを構成要素とする、準スタンダード・セ
ル方式に基づくものである。ここで、半導体チップ上に
機能別のハード・モジュールやソフト・モジュールを集
積する場合、そのソフト・モジュールを上述の4種類の
基板を持った準スタンダード・セル方式で作成する。ま
ず、自動フロア・プランの第1ステップにおいて、モジ
ュール間相互配線の総配線長を評価関数にしてそれを最
短化するように、ハード・モジュールやソフト・モジュ
ールの概略位置とソフト・モジュールの概略形状及び相
互配線端子の概略位置を決める。以下、一つのソフト・
モジュール内で考え、第2ステップで、プルダウン/プ
ルアップによって駆動するm直列n並列(またはn直列
m並列)の組み合わせ論理回路及びフリップ・フロップ
からなる基本セル間の接続情報を現すネットリストと、
そこで使われたwの整数倍である基本セル幅など各種基
本セル情報を入力する。
The automatic layout method for a CMOS transistor integrated circuit chip according to the present invention is based on a quasi-standard cell system in which a basic cell having the above-described four types of substrates is a constituent element. Here, when integrating a hard module or a soft module for each function on a semiconductor chip, the soft module is created by the quasi-standard cell method having the above-described four types of substrates. First, in the first step of the automatic floor plan, the approximate position of the hard module and the soft module and the approximate shape of the soft module are set so that the total wiring length between the modules is set as an evaluation function and is minimized. And the approximate position of the interconnection terminal. Below, one software
Thinking in the module, in a second step, a netlist representing connection information between basic cells consisting of m series and n parallel (or n series and m parallel) combinational logic circuits driven by pull-down / pull-up and flip-flops;
Then, various basic cell information such as a basic cell width which is an integral multiple of w used is input.

【0020】次に、第3ステップで、NMOSトランジ
スタとPMOSトランジスタの易動度の違いを考慮し
て、例えば幅wの中にプルダウンx個とプルアップy個
を考えて合計{(x+y)×h+p+q}の高さのセル列に対
して、各セル列内の基本セル幅の総計があらかじめ指定
されたセル列の長さ、即ちソフト・モジュール幅Wに対
して、平均基本セル幅の1/2から2までの「ばらつ
き」を許す配置評価関数を用いて自動配置を行う。次
に、第4ステップで、ソフト・モジュール内で自動概略
配線を行う。次に、第5ステップで、ソフト・モジュー
ル内で遅延条件を満たさない配線に対して駆動インバー
タを挿入して配置を補正する。次に、第6ステップで、
自動フロア・プランに従って、他のモジュールと結線し
て遅延条件を満たさない長いRC配線は、そのソフト・
モジュールに含まれる出力点及び中間点において駆動イ
ンバータを均等に挿入して配置を補正し、ハード・モジ
ュールと結線しなければならない場合はその中へ駆動イ
ンバータを挿入出来ないため、遅延条件を満たすように
ソフト・モジュール内で駆動インバータを不均等挿入す
る。そして、第7ステップで、モジュール内の自動詳細
配線を行う。
Next, in a third step, taking into account the difference in mobility between the NMOS transistor and the PMOS transistor, for example, considering the number of pull-downs x and the number of pull-ups y in the width w, the total {(x + y) × h + p + q}, the sum of the basic cell widths in each cell row is the average basic cell for a predetermined cell row length, ie, the soft module width W. Automatic placement is performed using a placement evaluation function that allows "variation" from 1/2 to 2 in width. Next, in a fourth step, automatic schematic wiring is performed in the software module. Next, in a fifth step, a drive inverter is inserted into a wiring that does not satisfy the delay condition in the soft module to correct the arrangement. Next, in the sixth step,
According to the automatic floor plan, long RC wiring connected to other modules and not meeting the delay
The drive inverters must be inserted evenly at the output points and intermediate points included in the module to correct the arrangement. If the drive inverter must be connected to the hardware module, the drive inverter cannot be inserted into it, so the delay condition must be satisfied. Unequally inserted drive inverter in the software module. Then, in a seventh step, automatic detailed wiring in the module is performed.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の実施の形態を説明する。なお、図面において、同じ
参照記号は同一または同等のものを示す。本発明に係る
CMOSトランジスタ集積回路は、基板バイアス印加で
絶対値の高い閾値電圧のプルダウン/プルアップを使う
CMOSトランジスタ集積回路である。通常の1対の電
源[VDD, VSS]に、1対の静的な基板バイアス電源[V
DD ', VSS ']を加えた2系統の電源を使って、電気的に
分離した4種類の基板を設け、スタティック回路かダイ
ナミック回路か問わずに駆動インバータを含む全てのプ
ルダウン/プルアップ・トランジスタの閾値電圧の絶対
値を高めに設定する。これにより、スタンドバイ時以外
の動作時でも低消費電力を達成し、残りの全てのトラン
ジスタは絶対値が低めの閾値電圧にし、少しでも高速化
を計る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference symbols indicate the same or equivalent ones. A CMOS transistor integrated circuit according to the present invention is a CMOS transistor integrated circuit that uses a pull-down / pull-up of a threshold voltage having a high absolute value by applying a substrate bias. A pair of static power sources [V DD , V SS ] and a pair of static substrate bias power sources [V
DD ' , V SS ' ] and two types of power supply, and electrically separated four types of substrates are provided. All pull-down / pull-up circuits including drive inverters, regardless of whether they are static circuits or dynamic circuits, The absolute value of the threshold voltage of the transistor is set higher. As a result, low power consumption is achieved even during operations other than the stand-by operation, and the remaining transistors have lower absolute values of the threshold voltage, thereby increasing the speed even slightly.

【0022】図1は、駆動インバータを含めて絶対値の
高い閾値電圧を持ったプルダウン/プルアップを使う上
述のCMOSトランジスタ基本セルの回路方式における
基本概念を示す。CMOSトランジスタ集積回路は、複
数のNMOSトランジスタ10(第1種pウエルに対応
する)、PMOSトランジスタ12(第1種nウエルに
対応する)及びその間に配置されるその他の回路(論理
回路)14(第2種pウエルとnウエルに対応する)か
らなる。通常の電源である[VDD, VSS]に加えて、基板
バイアス電源として[VDD '(>VDD), VSS '(<VSS)]を
使う。全てのNMOSトランジスタ10のソース端子が
接地に接続され、プルダウンされている。さらに、全て
のNMOSトランジスタ10に対して、VSS '(<VSS)
という絶対値が高めの負の基板バイアスを加えて、高め
の正の閾値電圧VTを持たせる。また全てのPMOSト
ランジスタ12のソース端子が電源に接続され、プルア
ップされている。また、全てのPMOSトランジスタ1
2に対して、VDD '(>VDD)という高めの正の基板バイ
アスを加えて、絶対値が高めの負の閾値電圧|VT|を持
たせる。さらに、その他の回路14において、プルダウ
ン以外の論理回路を構成するNMOSトランジスタ(図
示しない)に対して、VSSの基板バイアスにより低めの
正の閾値電圧を持たせる。また、プルアップ以外の論理
回路を構成するPMOSトランジスタ(図示しない)に
対して、VDDの基板バイアスにより絶対値が低めの負の
閾値電圧を持たせる。
FIG. 1 shows the basic concept of the above-described CMOS transistor basic cell circuit system using a pull-down / pull-up having a threshold voltage with a high absolute value, including a driving inverter. The CMOS transistor integrated circuit includes a plurality of NMOS transistors 10 (corresponding to a first-type p-well), PMOS transistors 12 (corresponding to a first-type n-well), and other circuits (logic circuits) 14 (logic circuits) disposed therebetween. (Corresponding to the second type p-well and n-well). [V DD (> V DD ), V SS (<V SS )] is used as a substrate bias power supply in addition to [V DD , V SS ] which is a normal power supply. The source terminals of all NMOS transistors 10 are connected to ground and pulled down. Furthermore, for all NMOS transistors 10, V SS (<V SS )
The absolute value of the threshold voltage V T is increased by applying a higher negative substrate bias. The source terminals of all the PMOS transistors 12 are connected to a power supply and pulled up. Also, all the PMOS transistors 1
2, a higher positive substrate bias of V DD (> V DD ) is applied to provide a negative threshold voltage | V T | with a higher absolute value. Furthermore, in other circuit 14 for NMOS transistor (not shown) constituting a logic circuit other than the pull-down, the substrate bias of V SS to have a lower positive threshold voltage. In addition, a PMOS transistor (not shown) constituting a logic circuit other than the pull-up has a negative threshold voltage having a lower absolute value due to the substrate bias of VDD .

【0023】したがって、基本セル内にあるCMOSト
ランジスタの基板に4種類の[VDD ', VSS ']と[VDD,
SS]の基板バイアスを加えて、電気的に分離されたp
ウエル及びnウエルが各々2種類、計4種類が作成され
る。図2は、このCMOS集積回路における4種類の基
板分離に関して、1例として、VSS 'の基板バイアスを
加えた第1種pウエル20、VDD 'の基板バイアスを加
えた第1種nウエル22、及びVSSの基板バイアスを加
えた第2種pウエル24、及び、VDDの基板バイアスを
加えた第2種nウエル26を示す。このCMOS集積回
路において、これらの基本セルの間をシャロー・トレン
チ・アイソレーション(STI)技術を使って電気的に分離
している。第1種pウエル20は、ソース端子が接地に
接続したプルダウンであるNMOSトランジスタ10を
備え、絶対値が高めの負の基板バイアスVSS '(<VSS)
を加えて、高めの正の閾値電圧を持つものである。第1
種nウエル22は、ソース端子が電源に接続したプルア
ップであるPMOSトランジスタ12を備え、高めの基
板バイアス電圧VDD '(>VDD)を加えて、絶対値が高め
の負の閾値電圧を持たせたものである。第2種pウエル
24は、プルダウン以外の論理回路を構成するNMOS
トランジスタを有し、VSSの基板バイアスにより低めの
正の閾値電圧を持つものである。第2種nウエル26
は、プルアップ以外の論理回路を構成するPMOSトラ
ンジスタを有し、VDDの基板バイアスにより絶対値が低
めの負の閾値電圧を持つものである。
Therefore, the CMOS transistor in the basic cell
Four types of [VDD ', VSS '] And [VDD,
VSS] With a substrate bias of electrically isolated p
Two types of wells and two types of n-wells were created, for a total of four types
You. FIG. 2 shows four types of bases in this CMOS integrated circuit.
Regarding plate separation, for example, VSS 'Substrate bias
Added first type p well 20, VDD 'Substrate bias
The first type n well 22 and VSSSubstrate bias
2nd type p well 24 and VDDSubstrate bias
The added second type n-well 26 is shown. This CMOS integrated circuit
On the road, shallow train
Electrical isolation using switch isolation (STI) technology
are doing. The first type p well 20 has a source terminal connected to ground.
Connect the connected NMOS transistor 10 as a pull-down
Negative substrate bias V with higher absolute valueSS '(<VSS)
And has a higher positive threshold voltage. First
The seed n-well 22 is a pull-up device having a source terminal connected to a power supply.
A PMOS transistor 12 which is a
Plate bias voltage VDD '(> VDD) To increase the absolute value
With a negative threshold voltage. Type 2 p-well
24 is an NMOS which constitutes a logic circuit other than the pull-down
Having a transistor, VSSLower substrate bias
It has a positive threshold voltage. Type 2 n-well 26
Is a PMOS transistor constituting a logic circuit other than the pull-up.
Transistor, and VDDAbsolute value is low due to substrate bias
It has a negative threshold voltage.

【0024】次に、この集積回路を、ドミノCMOSト
ランジスタ回路方式で説明する。ここではダイナミック
論理回路と駆動インバータのみで構成し、インバータ以
外のスタティックCMOSトランジスタ回路を使わない
ものとする。従って、第2種pウエル上のNMOSトラ
ンジスタのみで論理回路を構成し、第2種nウエルを使
わない(すなわち、後で用いるパラメータq=0)。な
お、ドミノCMOSトランジスタ回路方式は以下の文献
に記載されている。(J.A. Luisi, C.W. Padgett, D.C.
Street, "High Speed - Low Cost, Clock Controlled
CMOS Logic Implementation," Sept. 21 1976, 米国特
許第3982138号; R.H. Krambeck, C.M. Lee, H.-F.S. La
w, "High-Speed Compact Circuits with CMOS," IEEE
J. Solid-State Circuits, vol.SC-17, no.3, pp.614-6
19, June 1982; R.K. Brayton, C.L. Chen, C. McMulle
n, R. Otten, Y.J. Yamour, "Automated Implementatio
n ofSwitching Functions as Dynamic CMOS Circuits,"
Proc. IEEE Custom Integrated Circuits Conference,
pp.346-350, May 1984; M. Hofmann, A.R. Newton,"A
Domino CMOS Logic Synthesis System," Proc. IEEE In
t. Symposium on Circuits and Systems, pp.411-414,
1985; G. De Micheli, "Performance-Oriented Synthes
is of Large-Scale Domino Circuits," IEEE Trans. Co
mputer-AidedDesign, vol.CAD-6, no.6, pp.751-765, S
ep. 1987; R. Puri, A. Bjorksten,T.E. Rosser, "Logi
c Optimization by Output Phase Assignment in Dynam
ic Logic Synthesis," Proc. IEEE/ACM Int. Conf. on
Computer-Aided Design, pp.2-8, 1996; M.R. Prasad,
D. Kirkpatrick, R.K. Brayton, A.L. Sangiovanni-Vin
centelli, "Domino Logic Synthesis and Technology M
apping," Proc. Int.Workshop on Logic Synthesis, vo
l.1, May 1997; 及び G. Yee, C. Sechen, "Dynamic Lo
gic Synthesis," Proc. IEEE Custom Integrated Circu
its Conference, pp.345-348, May 1997)
Next, this integrated circuit will be described by a domino CMOS transistor circuit system. Here, it is assumed that only the dynamic logic circuit and the driving inverter are used, and no static CMOS transistor circuit other than the inverter is used. Therefore, a logic circuit is constituted only by the NMOS transistors on the p-well of the second kind, and the n-well of the second kind is not used (that is, a parameter q = 0 to be used later). The domino CMOS transistor circuit system is described in the following document. (JA Luisi, CW Padgett, DC
Street, "High Speed-Low Cost, Clock Controlled
CMOS Logic Implementation, "Sept. 21 1976, U.S. Pat.No. 3,982,138; RH Krambeck, CM Lee, H.-FS La
w, "High-Speed Compact Circuits with CMOS," IEEE
J. Solid-State Circuits, vol.SC-17, no.3, pp.614-6
19, June 1982; RK Brayton, CL Chen, C. McMulle
n, R. Otten, YJ Yamour, "Automated Implementatio
n ofSwitching Functions as Dynamic CMOS Circuits, "
Proc. IEEE Custom Integrated Circuits Conference,
pp.346-350, May 1984; M. Hofmann, AR Newton, "A
Domino CMOS Logic Synthesis System, "Proc. IEEE In
t. Symposium on Circuits and Systems, pp.411-414,
1985; G. De Micheli, "Performance-Oriented Synthes
is of Large-Scale Domino Circuits, "IEEE Trans. Co
mputer-AidedDesign, vol.CAD-6, no.6, pp.751-765, S
ep. 1987; R. Puri, A. Bjorksten, TE Rosser, "Logi
c Optimization by Output Phase Assignment in Dynam
ic Logic Synthesis, "Proc. IEEE / ACM Int. Conf. on
Computer-Aided Design, pp. 2-8, 1996; MR Prasad,
D. Kirkpatrick, RK Brayton, AL Sangiovanni-Vin
centelli, "Domino Logic Synthesis and Technology M
apping, "Proc. Int. Workshop on Logic Synthesis, vo
l.1, May 1997; and G. Yee, C. Sechen, "Dynamic Lo
gic Synthesis, "Proc. IEEE Custom Integrated Circu
its Conference, pp.345-348, May 1997)

【0025】1相クロックのダイナミックCMOSトラ
ンジスタ回路を対象に、まずは制御回路モジュール用基
本セルを手始めに、次はデータ・パス・モジュール用基
本セルなど、これら標準セル・ライブラリを自動的に設
計する手法を示す。具体的な例として、ドミノCMOS
トランジスタ回路方式に注目して、その回路とレイアウ
トを最適化する概要をまず説明する。
A technique for automatically designing these standard cell libraries for a one-phase clock dynamic CMOS transistor circuit, starting with a basic cell for a control circuit module and then a basic cell for a data path module. Is shown. As a specific example, a domino CMOS
First, the outline of optimizing the circuit and layout will be described focusing on the transistor circuit system.

【0026】(A) ドミノCMOSトランジスタ回路セ
ルを、NMOSトランジスタ構成の論理回路セル部分
と、残りのクロック付プルアップ/プルダウン、及びプ
ルアップ/プルダウンだけで構成されるスタテックCM
OSインバータの駆動回路セル部分に分離する。 (B) 論理回路セル部分のNMOS基板をVSSに接続
し、その閾値電圧VTをV DDの1/10程度の低めに設定
することにより、NMOSトランジスタのスイッチング
速度を早める。一方、駆動回路セル部分に関して、その
プルアップPMOSトランジスタの第1種nウエル基板
22にVDD '(>VDD)のバイアスを印加し、プルダウン
NMOSトランジスタの第1種pウエル基板20にVSS
'(<VSS)のバイアスを印加し、0.25μmテクノロジーで
は両者の閾値電圧VTの絶対値をV DDの1/4程度の高め
に設定して、VDDとVSSの間の漏れ電流を防止し、消費
電力を下げる。 (C) 低い閾値電圧のNMOS論理回路セル部分と、絶
対値が高い閾値電圧の駆動回路セル部分に分離したドミ
ノCMOSトランジスタの各々のセルを、基板が分離し
た「別の列」に配置する準スタンダード・セル自動レイ
アウトを行う。
(A) Domino CMOS transistor circuit
To the logic circuit cell portion of the NMOS transistor configuration.
And the remaining clocked pull-up / pull-down and pull-up
Static CM consisting only of pull-up / pull-down
It is separated into the drive circuit cell portion of the OS inverter. (B) The NMOS substrate in the logic circuit cell portion isSSConnect to
And the threshold voltage VTTo V DDSet to about 1/10 lower
The switching of the NMOS transistor
Increase speed. On the other hand, regarding the drive circuit cell portion,
First-type n-well substrate of pull-up PMOS transistor
V to 22DD '(> VDD) Bias and pull-down
V is applied to the first type p well substrate 20 of the NMOS transistor.SS
'(<VSS) Bias with 0.25μm technology
Is the threshold voltage V of bothTThe absolute value of V DDAbout 1/4 of
Set to VDDAnd VSSPrevent leakage current between and consume
Reduce power. (C) a low threshold voltage NMOS logic circuit cell portion,
Dormitory separated into the drive circuit cell part with high threshold voltage
Each cell of CMOS transistors is separated by a substrate
Quasi-standard cell automatic ray placed in another column
Do out.

【0027】図3に示すドミノCMOS回路セルの1例
において、集積回路は絶対値が高い閾値電圧のNMOS
トランジスタとPMOSトランジスタの駆動回路セル
と、低い閾値電圧のNMOS論理回路セルとで構成す
る。このように、低い閾値電圧のNMOS論理回路セル
部分と、絶対値が高い閾値電圧の駆動回路セル部分とが
別の列に分離される。ここでは、NMOS論理回路セル
は12入力の3直列・4並列構成とした。
In one example of the domino CMOS circuit cell shown in FIG. 3, the integrated circuit has a high absolute value threshold voltage NMOS.
It is composed of a driving circuit cell of a transistor and a PMOS transistor and an NMOS logic circuit cell with a low threshold voltage. In this way, the low threshold voltage NMOS logic circuit cell portion and the high absolute value threshold voltage drive circuit cell portion are separated into separate columns. Here, the NMOS logic circuit cell has a 12-input 3-series / 4-parallel configuration.

【0028】従来動的に基板バイアスを切り替えて閾値
電圧を安定化させる回路方式が提案されていた(VTC
MOS)。これに対し、上述のCMOS集積回路では、
静的に異なった基板バイアスをかけて閾値電圧を制御す
る。次式は、閾値電圧VTの基板バイアス電圧VSBに対
する依存性を示し、図4にその変化の様子を記す。
Conventionally, there has been proposed a circuit system for stabilizing a threshold voltage by dynamically switching a substrate bias (VTC).
MOS). On the other hand, in the above-mentioned CMOS integrated circuit,
The threshold voltage is controlled by applying a different substrate bias statically. The following equation shows the dependence of the threshold voltage V T on the substrate bias voltage V SB , and FIG. 4 shows how the threshold voltage V T changes.

【式1】 ソース/ドレインとPN接合を構成する基板不純物濃度
が3×1017 /cm3とすると、そのビルトイン・ポテン
シャルは1.03Vと高くなる。1.8Vの逆方向基板バイ
アス下では、0V時に比較して、接合容量値が約60%に
減少し、その分高速となる。
(Equation 1) If the substrate impurity concentration forming the PN junction with the source / drain is 3 × 10 17 / cm 3 , the built-in potential is as high as 1.03V. Under a reverse substrate bias of 1.8 V, the junction capacitance value is reduced to about 60% as compared with the case of 0 V, and the speed is increased accordingly.

【0029】次に、CMOS集積回路の回路レイアウト
における、プルダウン/プルアップ・トランジスタの物
理的構造について説明する。絶対値が高めの閾値電圧を
持つプルダウンとプルアップのトランジスタで構成する
インバータを例に考えると、その両トランジスタのドレ
イン端子がそのまま出力端子となる。ここで、浅いドレ
イン拡散を用いてそれぞれのドレイン接合容量面積を最
小化し、且つチャネル・ストッパー拡散がある場合でも
ドレイン拡散はそれに接しない構造を持たせて高速化を
計る。具体的には、プルダウンでは、第1種pウエル上
で高い閾値電圧を持ち、ソース端子が接地接続した基本
単位NMOSトランジスタは、水平方向は第2メタル配
線のピッチの整数倍である一定の幅wを基本単位とし、
また、垂直方向は第3メタル配線(ポリシリコン)の最
小配線ピッチの整数倍である一定の高さhにする。基本
単位NMOSトランジスタの中でドレイン接合容量を出
来るだけ小さくするため、最小寸法の浅い拡散から第1
メタル配線を経て第2メタル配線を使ったドレイン端子
を作成し、その外周上に最短のチャンネル長を持つサリ
サイド(またはポリサイド)のゲート端子を形成する。
さらにそのゲート端子の外周に浅い拡散で形成されたソ
ース端子を、接地VSSに接続した第1メタル配線で覆う
ように作成する。次にプルアップでは、第1種nウエル
上で絶対値の高い閾値電圧の基本単位PMOSトランジ
スタは、ゲート端子の外周に拡散で形成されたソース端
子を、電源VDDに接続した第1メタル配線で覆うように
し、水平方向に幅wで垂直方向に高さhの形状(基本単
位NMOSトランジスタと同寸法)に作成する。
Next, the physical structure of the pull-down / pull-up transistor in the circuit layout of the CMOS integrated circuit will be described. In the case of an inverter composed of a pull-down transistor and a pull-up transistor having a higher absolute value of the threshold voltage, the drain terminal of both transistors is used as an output terminal. Here, the area of each drain junction capacitance is minimized by using shallow drain diffusion, and even if there is a channel stopper diffusion, the drain diffusion has a structure not in contact with it, thereby increasing the speed. Specifically, in the pull-down, the basic unit NMOS transistor having a high threshold voltage on the first type p well and having the source terminal connected to the ground has a constant width which is an integral multiple of the pitch of the second metal wiring in the horizontal direction. w is the basic unit,
The vertical direction is set to a constant height h which is an integral multiple of the minimum wiring pitch of the third metal wiring (polysilicon). In order to make the drain junction capacitance as small as possible in the basic unit NMOS transistors,
A drain terminal using the second metal wiring is formed via the metal wiring, and a salicide (or polycide) gate terminal having the shortest channel length is formed on the outer periphery thereof.
Furthermore the source terminal formed by a shallow diffusion on the outer periphery of the gate terminal, to create so as to cover the first metal interconnection connected to ground V SS. Next, in the pull-up, the basic unit PMOS transistor having a high absolute value threshold voltage on the first type n-well has a first metal wiring in which a source terminal formed by diffusion around the gate terminal is connected to the power supply VDD. To form a shape having the width w in the horizontal direction and the height h in the vertical direction (the same size as the basic unit NMOS transistor).

【0030】好ましくは、上述のプルダウン/プルアッ
プ・トランジスタの物理的構造において、ソース側で二
重拡散を行って、短いチャネル拡散と浅いソース拡散を
実施したD[Double-Diffused]−MOST構造(または
DSA[Diffusion Self-Aligned])−MOST構造を作
成する(Y. Tarui, Y. Hayashi, and T. Sekigawa, "Di
ffusion Self-Aligned Enhance-Depletion MOS-IC(DSA-
ED-MOS-IC)," Proc. ofthe 2nd Conference on Solid S
tate Devices, Tokyo, 1970, Supplement to the Journ
al of the Japan Society of Applied Physics, Vol.4
0, pp.193 - 198)。ドレイン側は浅いドレイン拡散の
みを行う。これにより、短チャネルが容易に作成でき、
一方ドレイン耐圧を増やすことができる。
Preferably, in the above-described physical structure of the pull-down / pull-up transistor, a D [Double-Diffused] -MOST structure (double-diffusion on the source side to perform short channel diffusion and shallow source diffusion) Or DSA [Diffusion Self-Aligned])-Create a MOST structure (Y. Tarui, Y. Hayashi, and T. Sekigawa, "Di
ffusion Self-Aligned Enhance-Depletion MOS-IC (DSA-
ED-MOS-IC), " Proc. Ofthe 2 nd Conference on Solid S
tate Devices, Tokyo, 1970, Supplement to the Journ
al of the Japan Society of Applied Physics, Vol.4
0, pp.193-198). On the drain side, only shallow drain diffusion is performed. This makes it easy to create short channels,
On the other hand, the drain breakdown voltage can be increased.

【0031】具体例として、0.18μmプロセスを取り
上げ、その典型的な数値を示す。まず電源条件を以下に
示す。 VDD=1.8 V, VSS= 0 V VDD '=3.6 V, VSS '=−1.8 V さらにそのプロセスにおける主なパラメータの数値を示
す。 (a) 基板バイアス無しの閾値電圧(常温): VT0(N)=0.18 V, VT0(P)=−0.18 V (b) シリコン表面のキャリア易動度(常温): μ(N)=250cm2/v-s, μ(P)=100 cm2/v-s 以下では両MOSトランジスタのパラメータを同じに設
定した。 (c) ツウィン・タブ構成で空乏層を含むチャネル領域の不純物濃度: NA=3×1017 /cm3, ND=3×1017 /cm3 (d) 酸化膜厚: TOX=4 nm (e) ゲート酸化膜容量: COX=8.78×10-7 F/cm2 (f) 拡散の深さ: Xj=0.05μm (g) 実行チャネル長: Leff=Lmask2×0.8×Xj=0.10 μm (h) 基板バイアス係数:
As a specific example, a 0.18 μm process is taken and typical numerical values are shown. First, power supply conditions are shown below. V DD = 1.8 V, V SS = 0 V V DD ' = 3.6 V, V SS ' = -1.8 V The numerical values of the main parameters in the process are also shown. (a) Threshold voltage without substrate bias (normal temperature): V T0 (N) = 0.18 V, V T0 (P) = − 0.18 V (b) Carrier mobility on silicon surface (normal temperature): μ When (N) = 250 cm 2 / vs and μ (P) = 100 cm 2 / vs or less, the parameters of both MOS transistors were set to be the same. (c) Impurity concentration of channel region including depletion layer in twin-tub configuration: N A = 3 × 10 17 / cm 3 , N D = 3 × 10 17 / cm 3 (d) Oxide film thickness: T OX = 4 nm (e) Gate oxide film capacitance: C OX = 8.78 × 10 −7 F / cm 2 (f) Diffusion depth: X j = 0.05 μm (g) Effective channel length: L eff = L mask 2 × 0.8 × X j = 0.10 μm (h) Substrate bias coefficient:

【式2】 (i) フェルミ・ポテンシャル: |2φF|=0.876 V(Equation 2) (i) Fermi potential: | 2φ F | = 0.876 V

【0032】図5は、プルアップPMOSトランジスタ
を例に、性能向上を計ったそのレイアウト構造を示し
た。(図示しないがNMOSトランジスタも同様であ
る。)ここでは、高い絶対値の閾電圧VTを持つ駆動回路
セルのプルアップPMOSトランジスタをλデザイン・
ルールに基づいて図を描いた。中心のPMOSトランジ
スタの幅は狭い方の4×6λである。また、図6は、図
5のレイアウト図において、PMOSトランジスタの中
心を通る横方向の断面図である。図6の中央に示される
ように、ドレイン端子は、2層のメタル配線と2つのコ
ンタクトを介して出力される。
FIG. 5 shows a layout structure of a pull-up PMOS transistor as an example to improve the performance. (Not shown is the same NMOS transistors.) In this case, a high pull-up PMOS transistor in the driver circuit cell having a threshold voltage V T of the absolute value λ Design
I drew a figure based on the rules. The width of the central PMOS transistor is the smaller of 4 × 6λ. FIG. 6 is a horizontal cross-sectional view passing through the center of the PMOS transistor in the layout diagram of FIG. As shown in the center of FIG. 6, the drain terminal is output via two layers of metal wiring and two contacts.

【0033】このPMOSトランジスタにおいて、閾値
電圧の絶対値が高いNMOS(PMOS)トランジスタ
のレイアウトにおける横方向のピッチ(水平方向の幅)
は、第2メタル配線のピッチの整数倍である一定の幅w
を基本単位として決定する。ここでは16λとする。ま
た、垂直方向は第3メタル配線(ポリシリコン配線)の
最小配線ピッチの整数倍である一定の高さhにする(こ
こでは36λとする)。上側に電源VDD 'につながるP
セレクト部を設け、そこにn+拡散部を形成し、さらに
1列の複数のコンタクトを介して第1メタル配線で接続
する。一方、その下側にNセレクト部を設ける。ヴィア
ホールと第2メタル配線を介して出力などにつながるド
レイン拡散をその中心に形成する。ドレイン接合容量を
出来るだけ小さくするため、ドレイン端子は、最小寸法
の浅い拡散から第1メタルを経て第2メタルを使って作
成される。その外周に、ゲート端子が最短のチャンネル
長を持つサリサイド(またはポリサイド)として形成さ
れ、クロックなどに接続する。さらにその周囲に、ソー
ス拡散部分をp+拡散で設け、複数のコンタクトを介し
て第1メタル配線で接続する。
In this PMOS transistor, the pitch in the horizontal direction (width in the horizontal direction) in the layout of the NMOS (PMOS) transistor having a high absolute value of the threshold voltage
Is a constant width w which is an integral multiple of the pitch of the second metal wiring.
Is determined as a basic unit. Here, it is assumed to be 16λ. The vertical direction is set to a constant height h which is an integral multiple of the minimum wiring pitch of the third metal wiring (polysilicon wiring) (here, 36λ). P connected to power supply V DD '
A select part is provided, an n + diffusion part is formed therein, and further connected by a first metal wiring via a plurality of contacts in one row. On the other hand, an N select section is provided below it. A drain diffusion connected to an output or the like via the via hole and the second metal wiring is formed at the center. In order to make the drain junction capacitance as small as possible, the drain terminal is formed using a second metal through a first metal from a shallow diffusion with a minimum dimension. A gate terminal is formed on the outer periphery as a salicide (or polycide) having the shortest channel length, and is connected to a clock or the like. Further, a source diffusion portion is provided therearound by p + diffusion, and connected by a first metal wiring via a plurality of contacts.

【0034】図5と図6に示したレイアウトは以下の幾
つかの特徴を持つ。 (1) シリサイド・ゲートがドレイン領域の周りを囲
んでおり、さらにそのPN容量が最小となるようにレイ
アウトされている。同じ幅を持つソース・ドレインが対
称のレイアウトに比べ、まずチャネル・ストッパーに接
しなく、しかもウエルとの接合面積が最小である。チャ
ネル・ストッパーの不純物濃度を3×1018 /cm3とウ
エル濃度の約10倍とすると、ビルトイン・ポテンシャ
ルは1.09 Vに上がる。結果として、ソース・ドレイ
ンが対称の場合の接合容量値と比較すると、約50%と
大幅に減少する。 (2) 電源VDDに繋がるPMOSトランジスタのソー
ス拡散部分は、沢山の第1コンタクトを通じてPMOS
トランジスタを取り囲むように第1メタル配線で接続し
ており、拡散抵抗による電圧ドロップが無視出来る。結
果としてPMOSトランジスタの動作が安定する。ま
た、ソース拡散部分の2ヶ所でチャネル・ストッパーと
接し、そこでは一般に漏れ電流が発生し易いが、今は両
端が共にソース部分となって同一電位であり、漏れ電流
が起こらない。 (3) 文献(D. Sylvester, K. Keutzer, "Getting t
o the Bottom of DeepSubmicron," Proc. IEEE/ACM In
t. Conf. on Computer-Aided Design, pp.203211, Nov.
1998))では、0.25μmプロセスのスタティック2入
力NANDで、230μmの配線長とファンアウト2の
RC負荷を駆動する場合に、Wn=Wpが最適で、且つ各
々のトランジスタ寸法W/Lが20程度とすれば良いと
述べている。この構造では、トランジスタ寸法W/Lは
12であり、2個使いにすれば最適値に近づく。
The layouts shown in FIGS. 5 and 6 have the following features. (1) The silicide gate surrounds the periphery of the drain region and is laid out so that its PN capacitance is minimized. Compared to a symmetric layout, the source / drain having the same width does not first come into contact with the channel stopper, and the junction area with the well is the smallest. If the impurity concentration of the channel stopper is 3 × 10 18 / cm 3, which is about ten times the well concentration, the built-in potential rises to 1.09 V. As a result, when compared with the junction capacitance value in the case where the source and the drain are symmetrical, the value is greatly reduced to about 50%. (2) The source diffusion portion of the PMOS transistor connected to the power supply V DD is connected to the PMOS transistor through many first contacts.
The connection is made by the first metal wiring so as to surround the transistor, and the voltage drop due to the diffusion resistance can be ignored. As a result, the operation of the PMOS transistor is stabilized. In addition, a leakage current generally occurs easily at two points in the source diffusion portion where the channel stopper is formed, but now both ends are the source portions and have the same potential, and no leakage current occurs. (3) References (D. Sylvester, K. Keutzer, "Getting t
o the Bottom of DeepSubmicron, "Proc. IEEE / ACM In
t. Conf.on Computer-Aided Design, pp. 203211, Nov.
1998)), when driving a 230 μm wiring length and an RC load of fanout 2 with a static 2-input NAND of a 0.25 μm process, Wn = Wp is optimal and each transistor size W / L is 20 μm. It is said that it should be about degree. In this structure, the transistor dimension W / L is 12, and if two transistors are used, the value approaches the optimum value.

【0035】論理回路セルのレイアウト構造では、プル
ダウン/プルアップと電気的に分離した列に、[VDD,
SS] による通常のCMOSトランジスタ構成を使って
絶対値が低めの閾値電圧を設定し、出来るだけ高速な論
理回路セルを実現する。具体的には、低い正の閾値電圧
を持った、第2種pウエル上のNMOSトランジスタで
構成されたm直列n並列の組み合わせ論理回路セルで
は、水平方向に幅wの整数倍iになるように構造化した
レイアウトを行い、垂直方向は分離領域を含め第3メタ
ルの配線ピッチの整数倍になるような一定の高さpにす
る。また、絶対値の小さい負の閾値電圧を持った、第2
種nウエル上のPMOSトランジスタで構成されたn直
列m並列の組み合わせ論理回路セルでは、水平方向に幅
wの整数倍jになるように構造化したレイアウトを行
う。NMOSトランジスタと比べて約2分の1の易動度
となることを考慮してトランジスタ幅を約2倍とし、垂
直方向は分離領域を含め第3メタルの配線ピッチの整数
倍になるような一定の高さqにする。さらに第2種のn
ウエルとpウエルの両トランジスタから構成されるフリ
ップ・フロップも、水平方向に幅wの整数倍kを越えな
いような構造化したレイアウトを行い、また垂直方向は
一定の高さ(p+q)を越えないようにレイアウトす
る。
In the layout structure of the logic circuit cell, [V DD ,
A threshold voltage having a lower absolute value is set using a normal CMOS transistor configuration based on V SS ], thereby realizing a logic circuit cell as fast as possible. Specifically, in an m-series / n-parallel combinational logic circuit cell having a low positive threshold voltage and constituted by NMOS transistors on a second-type p-well, the width is set to an integral multiple i of the width w in the horizontal direction. And a constant height p in the vertical direction that is an integral multiple of the wiring pitch of the third metal including the isolation region. In addition, a second threshold voltage having a small absolute threshold voltage is used.
In an n-series / m-parallel combination logic circuit cell composed of PMOS transistors on a seed n-well, a structured layout is performed so that the width becomes an integral multiple j of the width w in the horizontal direction. Considering that the mobility is about one half of that of the NMOS transistor, the transistor width is made about twice as large as the NMOS transistor, and the vertical direction is an integer multiple of the wiring pitch of the third metal including the isolation region. Height q. Furthermore, n of the second kind
The flip-flop composed of both the well and the p-well transistors also has a structured layout such that it does not exceed an integral multiple k of the width w in the horizontal direction, and exceeds a certain height (p + q) in the vertical direction. Layout so that there is no.

【0036】NMOS論理回路セルの回路方式は、ドミ
ノCMOSトランジスタ回路では、直列に何段かのNM
OSトランジスタを繋ぐ回路構成を取る。絶え間なく集
積度を向上させ、低消費電力化を達成するためには、ス
ケーリング則に従って、今後とも必ず電源電圧を低下さ
せねばならない。一方、基板バイアスが0Vとしても、
ソース電圧が正の値を持てば基板バイアス効果が生じ、
この電圧低下により直列段数に制限をもたらす。さら
に、直列の段数が増えると、それだけ等価抵抗が増える
こととなり、各々のトランジスタ幅を増やさない限り回
路のスピードが落ちる。幅を増やすと消費電力と面積が
増え、全ての面でトレードオフとなる。そこで第一優先
として消費電力を重視し、第二優先として高速化を指向
し、図3のようにその直列段数を3とした。図7に、そ
のNMOS論理回路セル部分のレイアウトを示した。直
列3段1並列の回路部分である。ここでは、閾値電圧の
絶対値が高いNMOS(PMOS)トランジスタのレイ
アウトにおける横方向のピッチ16λ(図5を参照)を
基本として、まずその2倍である32λの範囲内で面積
を最小とすると、NMOSトランジスタ幅が21λとな
った。ディープ・サブマイクロンのMOSFET電流式
は、古典的な(VGS−VT)の2乗則ではなく、キャリ
ア速度飽和効果のため次のようになる(C. Hu, "Device
and Technology Impact on Low Power Electronics,"
Low Power Design Methodologies, ed. Jan Rabaey, Kl
uwer, pp.21-35, 1996)。
In the case of a domino CMOS transistor circuit, the NMOS logic circuit cell has several stages of NMs connected in series.
A circuit configuration for connecting OS transistors is adopted. In order to continuously improve the degree of integration and achieve low power consumption, the power supply voltage must be continuously reduced in accordance with the scaling rule. On the other hand, even if the substrate bias is 0V,
If the source voltage has a positive value, a body bias effect occurs,
This voltage drop limits the number of series stages. Further, as the number of stages in series increases, the equivalent resistance increases accordingly, and the circuit speed decreases unless the width of each transistor is increased. Increasing the width increases power consumption and area, and trades off in all aspects. Therefore, the power consumption is emphasized as the first priority, and the speed is increased as the second priority, and the number of series stages is set to three as shown in FIG. FIG. 7 shows a layout of the NMOS logic circuit cell portion. It is a circuit portion of three stages in series and one parallel. Here, based on a lateral pitch of 16λ (see FIG. 5) in the layout of the NMOS (PMOS) transistor having a high absolute value of the threshold voltage, the area is first minimized within a range of 32λ which is twice as large. The NMOS transistor width became 21λ. The Deep Submicron MOSFET current equation is not the classic (V GS -V T ) square law, but because of carrier velocity saturation effects (C. Hu, "Device
and Technology Impact on Low Power Electronics, "
Low Power Design Methodologies, ed. Jan Rabaey, Kl
uwer, pp. 21-35, 1996).

【式3】 IDSAT = W・vsat・COX・(VGS−VT) (2) ここで、vsat はキャリアの飽和速度である。この式は
チャネル長に依存しない。ただしD(またはDSA)-M
OSTの場合はまだ確かめられていない。
[Formula 3] I DSAT = W · v sat · C OX · (V GS -V T) (2) where, v sat is the saturation speed of the carrier. This equation does not depend on the channel length. However, D (or DSA) -M
The case of OST has not been confirmed yet.

【0037】次に、低い閾値電圧VTのNMOS論理回
路セル部分と、絶対値が高いVTの駆動回路セル部分
に、各々の基板を分離した、しかし塊としてのドミノC
MOSセルを如何に自動的にレイアウト合成するかを述
べる。通常のスタンダード・セルでは、セルの高さを揃
えて列状に並べて、電源などが自動的に接続するような
セルの構造にする。メタル4層以上の配線を使えばチッ
プ上は「シィー・オブ・セルズ」になり、ほとんどセル
上で配線でき、専用のチャネル配線領域が不必要となる
だろう。
Next, each substrate is separated into a domino C cell as a lump into an NMOS logic circuit cell portion having a low threshold voltage V T and a driving circuit cell portion having a high absolute value V T.
Described below is how to automatically layout and synthesize MOS cells. In a normal standard cell, the cells are arranged in a row with the same height, so that a power supply or the like is automatically connected. If four or more layers of metal wiring are used, the chip will be "sea of cells" and can be wired almost on cells, eliminating the need for dedicated channel wiring areas.

【0038】次に、準スタンダード・セル方式による半
導体CMOSモジュール・レイアウト構造について説明
する。このレイアウト構造は、基板を電気的に分離した
プルダウン/プルアップの駆動回路と論理回路から構成
される基本セルに対するものである。このレイアウトの
全部または一部において、電気的に分離すべき4種類の
基板第1種pウエル、第2種pウエル及び第2種nウエ
ル、第1種nウエルを、分離幅を取って垂直方向に積み
重ね、第3メタル配線のピッチの整数倍となる一定の高
さで、スタンダード・セルに準じた水平方向に長い矩形
のセル列上で、基本セルを水平方向に並べて隙間無く配
置する。これにより、通常の電源である[VDD, VSS]と
基板バイアス電源[VDD ', VSS ']で構成される2系統の
電源が、そのセル列上で自動的に接続する。
Next, the layout structure of the semiconductor CMOS module using the quasi-standard cell system will be described. This layout structure is for a basic cell composed of a pull-down / pull-up drive circuit and a logic circuit that electrically separate the substrate. In all or a part of this layout, four types of substrates to be electrically separated, a first-type p-well, a second-type p-well, a second-type n-well, and a first-type n-well, are vertically separated by a separation width. The basic cells are arranged in a horizontal direction on a horizontally long rectangular cell row according to a standard cell at a constant height which is an integral multiple of the pitch of the third metal wiring, and are arranged without gaps. As a result, two power supplies composed of the normal power supplies [V DD , V SS ] and the substrate bias power supplies [V DD ' , V SS ' ] are automatically connected on the cell row.

【0039】また、このレイアウト方式では、論理回路
セル領域で、以下のように絶対値が高めの閾値電圧を持
つプルダウン/プルアップ回路を実現する。すなわち、
論理回路の部分的な連続列の領域で、幅wで垂直方向に
プルダウンr個相当分とプルアップs個相当分を作成す
るため、まず最初の幅wを電源ライン折り曲げと分離領
域に使い、次いで水平方向に、縦積みのr個のプルダウ
ンとs個のプルアップを必要な数だけ並べ、同時にそれ
らの基板を第1種pウエルと第1種nウエルとし、最後
の幅wで分離領域を設けて再度電源ラインを折り曲げて
元に戻す。
Further, in this layout method, a pull-down / pull-up circuit having a threshold voltage having a higher absolute value is realized in the logic circuit cell region as described below. That is,
In order to create r pull-downs and s pull-ups in the vertical direction with a width w in the partial continuous column area of the logic circuit, first use the initial width w for the power supply line bending and separation areas, Then, in the horizontal direction, the required number of vertically stacked r pull-downs and s pull-ups are arranged at the same time. At the same time, the substrates are formed into a first type p well and a first type n well, and the separation region is formed with a final width w. Is provided and the power supply line is bent again to return to the original state.

【0040】また、このレイアウト手法では、RC配線
負荷駆動のインバータの挿入において、駆動能力別に幾
つかの同一論理の基本セルを準備するのではなく、同一
論理で1種類の基本セルをライブラリに持ち、その時の
必要に応じて分散して挿入する。駆動インバータは絶対
値の大きな閾値電圧を持つプルアップ/プルダウンで構
成するが、先に説明したレイアウト方式を使えば、モジ
ュール上の準スタンダード・セル列上で場所を問わずに
作成することが出来る。そこで、具体的には、長いRC
配線など大きな負荷駆動のインバータを、次のような各
場合に対して以下のように挿入して、動作を保証する。
(1)モジュール間の長いRC配線の負荷を駆動する場
合は、基本単位NMOSトランジスタ1個と同PMOS
トランジスタ2個または3個(ここでは2個で説明し
[1:2]と表すが、3個の場合でも[1:3]と同
様)で基本単位インバータを構成し、その基本単位イン
バータの駆動によりRC配線の遅延時間が配線長に比例
する最大長以内で且つ均等に基本インバータを分散挿入
して遅延条件を満たすようにする。また、(2)大きな
容量負荷を駆動する場合は、多段インバータで駆動す
る。ここで、順番に3倍程度電流能力を増やす回路構
成、即ち[1:2]をスタートに、[3:6]、[9:
18]、・・・と遅延条件を満たすまで基本インバータ
を増やした多段構成にする。
Also, in this layout method, when inserting an inverter driven by an RC wiring load, instead of preparing several basic cells of the same logic for each driving capability, one type of basic cells having the same logic is stored in the library. Are distributed and inserted as needed at that time. The driving inverter is configured by pull-up / pull-down with a large absolute value threshold voltage, but using the layout method described above, it can be created anywhere on the quasi-standard cell row on the module . Therefore, specifically, a long RC
An inverter driven by a large load, such as wiring, is inserted as follows in each of the following cases to guarantee the operation.
(1) To drive a long RC wiring load between modules, one basic unit NMOS transistor and the same PMOS
A basic unit inverter is composed of two or three transistors (in this case, two transistors will be described and expressed as [1: 2], but in the case of three transistors, the same as [1: 3]), and driving of the basic unit inverter Accordingly, the delay time of the RC wiring is within the maximum length proportional to the wiring length, and the basic inverters are evenly distributed and inserted to satisfy the delay condition. (2) When driving a large capacitive load, drive with a multi-stage inverter. Here, a circuit configuration for sequentially increasing the current capability by about three times, that is, [1: 2] is started, and [3: 6], [9:
18],... And a multi-stage configuration in which the number of basic inverters is increased until the delay condition is satisfied.

【0041】図8に、準スタンダード・セルとして、高
い閾値のNMOSトランジスタ、低い閾値のNMOSト
ランジスタ、及び、高い閾値のPMOSトランジスタ
を、3つの列に(適当な分離間隔を置いて)分離して配
置した一例を示した。図7で示したように、低いVT
論理回路セル部分(LN)は、3段直列の1並列構成で
32λの幅を持つ。そのNMOSトランジスタ幅は、高
いVTのNMOSトランジスタ幅より少し小さい。この
例では、高いVTのNMOSトランジスタ(HN)はプ
ルダウン用に1つと駆動インバータ用に1つで、計2個
を使う。また閾値VTの絶対値の高いPMOSトランジ
スタ(HP)はプルアップ用に1つと駆動インバータ用
に例えば3つと言うように、計4個を使うことが出来
る。
Referring to FIG. 8, as a quasi-standard cell, a high threshold NMOS transistor, a low threshold NMOS transistor, and a high threshold PMOS transistor are separated into three rows (at appropriate separation intervals). An example of the arrangement is shown. As shown in FIG. 7, the logic circuit cell portion of the lower V T (LN) has a width 32λ 1 parallel configuration of three-stage series. The NMOS transistor width is slightly smaller than that of the NMOS transistor width of high V T. In this example, two high V T NMOS transistors (HN) are used, one for the pull-down and one for the drive inverter. The high PMOS transistor absolute value of the threshold V T (HP), as say for example, three for one drive inverter for pull-up, it is possible to use a total of four.

【0042】図8に示したような準スタンダード・セル
方式に従って、以下の手順に示すような半導体チップの
自動レイアウトを行う。ここで、半導体チップ上に機能
別のハード・モジュールやソフト・モジュールを集積す
る場合、そのソフト・モジュールを上述の4種類の基板
を持った基本セルを構成要素とする準スタンダード・セ
ル方式で作成する。この自動レイアウト法において、 (1) 半導体チップ上に機能別のハード・モジュール
やソフト・モジュールを集積する場合、そのソフト・モ
ジュールは一般には4種類の基板を持った準スタンダー
ド・セル方式で作成する。 (2) モジュール間相互配線の総配線長を評価関数に
してそれを最短化するように、ハード・モジュールやソ
フト・モジュールの概略位置とソフト・モジュールの概
略形状及び相互配線端子の概略位置を決める自動フロア
・プランを実施する。 (3) 以下のステップは、一つのソフト・モジュール
内で考える。まず、プルダウン/プルアップによって駆
動するm直列n並列(またはn直列m並列)組み合わせ
論理回路及びフリップ・フロップからなる基本セル間の
接続情報を表わすネットリストと、そこで使われた16
λ(一般にはw)の整数倍である基本セル幅など各種基
本セル情報を入力する。 (4) NMOSトランジスタとPMOSトランジスタ
の易動度の違いを考慮して、例えば幅wの中にプルダウ
ンx個(たとえば0.5個)とプルアップy個(ここで
は1個)を考えて合計{(x+y)×h+p+q}(=
(1.5×h+p+q))の高さのセル列に対して、各セ
ル列内の基本セル幅の総計があらかじめ指定されたセル
列の長さ、即ちソフト・モジュール幅Wに対して、平均
基本セル幅の1/2から2までの「ばらつき」を許す配
置評価関数を用いて自動配置を行う。 (5) ソフト・モジュール内で自動概略配線を行う。 (6) ソフト・モジュール内で遅延条件を満たさない
配線に対して駆動インバータを挿入して配置を補正す
る。 (7) 自動フロア・プランに従って、他のモジュール
と結線して遅延条件を満たさない長いRC配線は、その
ソフト・モジュールに含まれる出力点と幾つかの中間点
において駆動インバータを均等に挿入して配置を補正
し、ハード・モジュールと結線しなければならない場合
はその中へ駆動インバータを挿入できないため、遅延条
件を満たすようにソフト・モジュール内で駆動インバー
タを不均等挿入する。 (8) そして、モジュール内の自動詳細配線を行う。
In accordance with the quasi-standard cell method as shown in FIG. 8, automatic layout of semiconductor chips is performed as shown in the following procedure. Here, when integrating a hardware module or a software module for each function on a semiconductor chip, the soft module is created by a quasi-standard cell method including the above-described basic cell having the four types of substrates as constituent elements. I do. In this automatic layout method, (1) When a hard module or a soft module for each function is integrated on a semiconductor chip, the soft module is generally created by a quasi-standard cell method having four types of substrates. . (2) Determine the approximate position of the hard module and the soft module, the approximate shape of the soft module, and the approximate position of the interconnection terminal so that the total interconnection length between modules is set as an evaluation function and is minimized. Implement an automatic floor plan. (3) The following steps are considered in one software module. First, a netlist representing connection information between basic cells consisting of an m-series / n-parallel (or n-series / m-parallel) combinational logic circuit driven by pull-down / pull-up and a flip-flop, and 16
Various basic cell information such as a basic cell width which is an integral multiple of λ (generally w) is input. (4) In consideration of the difference in mobility between the NMOS transistor and the PMOS transistor, for example, considering the number of pull-downs x (for example, 0.5) and the number of pull-ups y (here, one) within the width w, the total is calculated. {(x + y) × h + p + q} (=
For a cell row having a height of (1.5 × h + p + q), the sum of the basic cell widths in each cell row is an average with respect to the length of a predetermined cell row, that is, the soft module width W. Automatic placement is performed using a placement evaluation function that allows "variation" from 1/2 to 2 of the basic cell width. (5) Perform automatic general wiring in the software module. (6) A drive inverter is inserted into the wiring that does not satisfy the delay condition in the soft module to correct the arrangement. (7) In accordance with the automatic floor plan, long RC wiring that does not satisfy the delay condition by being connected to other modules can be achieved by inserting driving inverters evenly at the output points and some intermediate points included in the soft module. When the arrangement must be corrected and a hard module must be connected, a drive inverter cannot be inserted into the hard module. Therefore, drive inverters are unequally inserted in the soft module to satisfy the delay condition. (8) Then, automatic detailed wiring in the module is performed.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明により、第一優先として低消費電
力を達成し、その中で第二優先として高速化を図った、
準スタンダード・セルとしてのCMOS基本セルを実現
した。また、ソフト・モジュール内でスタンダード・セ
ルの如く自動レイアウトが行える。VSSとVDDにソース
端子が接続する全てのプルダウン/プルアップは絶対値
の高い閾値電圧を持たせ、全て同じサイズにして構造化
を図った。絶対値が低い閾値電圧を持つ論理回路セル
は、前準備段階で最終論理状態に近い状態に早く近づ
き、評価段階で早く最終論理状態となる。さらに、4種
類の基板に電気的に分離して縦積みにした準スタンダー
ド・セルを用いて、スタンダード・セルと同様に自動レ
イアウト処理が可能となる。現在のディープ・サブミク
ロン時代では、ゲート遅延以上に配線RC遅延が大きく
なり重要課題となっている。本発明では、ハード・モジ
ュールを除くチップ上のソフト・マクロのどこでも駆動
インバータを挿入することができ、遅延制約条件内に配
線RC遅延を収める可能性が著しく増える。2重拡散の
D(またはDSA)−MOST採用により、短チャネルが
容易に作成でき、一方ドレイン耐圧を増やすことが出来
る。
According to the present invention, low power consumption is achieved as the first priority, and high speed is achieved as the second priority.
A CMOS basic cell was realized as a quasi-standard cell. Also, automatic layout can be performed like a standard cell in a software module. All pull-downs / pull-ups whose source terminals are connected to V SS and V DD have a threshold voltage with a high absolute value, and all have the same size for structuring. A logic circuit cell having a threshold voltage with a low absolute value approaches a state close to the final logical state early in the preparatory stage, and quickly enters the final logical state in the evaluation stage. Further, automatic layout processing can be performed in the same manner as the standard cell by using quasi-standard cells which are electrically separated and vertically stacked on four types of substrates. In the current deep submicron era, wiring RC delay becomes larger than gate delay, and this is an important issue. In the present invention, the drive inverter can be inserted anywhere in the soft macro on the chip except for the hard module, and the possibility of containing the wiring RC delay within the delay constraint condition is significantly increased. By adopting the double diffusion D (or DSA) -MOST, a short channel can be easily formed, and the drain breakdown voltage can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明のCMOSトランジスタ回路の基本的
な概念を表すプルダウン/プルアップCMOS集積回路
の1例の図
FIG. 1 is a diagram of an example of a pull-down / pull-up CMOS integrated circuit showing a basic concept of a CMOS transistor circuit of the present invention.

【図2】 4種類の基板を含む各MOSFETの断面図FIG. 2 is a cross-sectional view of each MOSFET including four types of substrates.

【図3】 低いVTを持つ論理回路部分と、絶対値が高
いVTを持つ駆動回路(クロック入力ゲートとインバー
タ)部分に分離したドミノCMOS回路セル図
[Figure 3] domino CMOS circuit cell diagram separated and the logic circuit portion, the drive circuit the absolute value has a high V T (clock input gate and an inverter) portion having a lower V T

【図4】 閾値電圧VTの基板バイアスVSBを示したグ
ラフ
FIG. 4 is a graph showing a substrate bias V SB at a threshold voltage V T.

【図5】 プルアップPMOSトランジスタのレイアウ
ト図
FIG. 5 is a layout diagram of a pull-up PMOS transistor.

【図6】 プルアップPMOSトランジスタの断面図FIG. 6 is a sectional view of a pull-up PMOS transistor.

【図7】 低いVTを持ち3直列1並列構成の論理回路
セルに対するレイアウト図
FIG. 7 is a layout diagram for a logic circuit cell having a low VT and a three-series one-parallel configuration.

【図8】 準スタンダード・セルのレイアウト図FIG. 8 Layout diagram of quasi-standard cell

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 プルダウンのNMOSトランジスタ、 12
プルアップのPMOSトランジスタ、 14 その他
の回路、 20 第1種pウエル、 22第1種n
ウエル、 24 第2種pウエル、 26 第2種
nウエル。
10 pull-down NMOS transistor, 12
Pull-up PMOS transistor, 14 Other circuits, 20 First-type p-well, 22 First-type n
Wells, 24 second type p wells, 26 second type n wells.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F038 CA03 CA17 CA18 CD04 CD18 CD19 DF08 EZ09 EZ11 EZ20 5F048 AA00 AA01 AB00 AB02 AB04 AC03 BA01 BB05 BB08 BB15 BC07 BE03 BE06 BE09 BF03 BF06 BF11 BF16 BG14 BH07 5F064 AA04 BB02 BB19 CC10 DD02 DD07 DD34 EE02 EE19 EE22 EE35 EE36  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference) DD07 DD34 EE02 EE19 EE22 EE35 EE36

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 1対の電源VDDと接地VSSに加えて、基
板バイアス電源として1対の電源VDD '(>VDD)と接地
SS '(<VSS)が接続可能であり、 NMOSトランジスタのソース端子が接地VSSに接続さ
れ、さらに基板バイアスVSS 'を加えた第1種pウエル
と、PMOSトランジスタのソース端子が電源VDDに接
続され、さらに基板バイアスVDD 'を加えた第1種nウ
エルと、NMOSトランジスタのソース端子が接地VSS
に接続されていず接地VSSの基板バイアスにより第1種
pウエルより低めの正の閾値電圧を持つ第2種pウエル
と、PMOSトランジスタのソース端子が電源VDDに接
続されていず電源の基板バイアスにより第1種pウエル
より絶対値が低めの負の閾値電圧を持つ第2種nウエル
とからなり、 これらの4種類のウエルが基板において電気的に分離さ
れて各々が配置されていることを特徴とするCMOS集
積回路。
1. In addition to a pair of power supply V DD and ground V SS , a pair of power supply V DD (> V DD ) and ground V SS (<V SS ) can be connected as a substrate bias power supply. The source terminal of the NMOS transistor is connected to the ground V SS , the first type p well to which the substrate bias V SS ' is added, the source terminal of the PMOS transistor is connected to the power supply V DD , and the substrate bias V DD ' is further connected. The added first type n well and the source terminal of the NMOS transistor are connected to the ground V SS
And a second type p-well having a lower positive threshold voltage than the first type p-well due to the substrate bias of the ground V SS, and the substrate of the power source having the source terminal of the PMOS transistor not connected to the power source VDD. A second type n-well having a negative threshold voltage whose absolute value is lower than that of the first type p-well due to bias; and these four types of wells are electrically separated from each other on the substrate. A CMOS integrated circuit characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 請求項1に記載されたCMOS集積回路
において、 前記の第1種pウエル上のNMOSトランジスタは、水
平方向は第2メタル配線のピッチの整数倍である一定の
幅wを基本単位とし、垂直方向は第3メタル配線の最小
配線ピッチの整数倍である一定の高さhを有し、ドレイ
ン端子は、拡散により形成されたドレイン領域から第1
メタル配線と第2メタル配線を経て作成され、サリサイ
ド(またはポリサイド)のゲート端子がドレイン端子の
外周に形成され、ソース端子がゲート端子の外周に拡散
で形成されたソース領域から、接地に接続した第1メタ
ル配線で形成され、 前記の第1種nウエル上のPMOSトランジスタは、水
平方向に前記の幅wを有し、垂直方向に前記の高さhを
有し、ソース端子が、ゲート端子の外周に拡散で形成さ
れたソース領域に、電源に接続した第1メタル配線で覆
われて形成されることを特徴とするCMOS集積回路。
2. The CMOS integrated circuit according to claim 1, wherein said NMOS transistor on said first-type p-well basically has a constant width w which is an integral multiple of a pitch of a second metal wiring in a horizontal direction. In units, the vertical direction has a constant height h which is an integral multiple of the minimum wiring pitch of the third metal wiring, and the drain terminal is located between the drain region formed by diffusion and the first.
A salicide (or polycide) gate terminal is formed on the outer periphery of the drain terminal, and a source terminal is connected to ground from a source region formed by diffusion on the outer periphery of the gate terminal. The PMOS transistor on the first type n well formed of the first metal wiring has the width w in the horizontal direction and the height h in the vertical direction, and the source terminal is a gate terminal. And a source region formed by diffusion on the outer periphery of the CMOS integrated circuit and covered with a first metal wiring connected to a power supply.
【請求項3】 請求項2に記載されたCMOS集積回路
において、さらに、ソース側で二重拡散を行って、短い
チャンネル拡散と浅いソース拡散を実施したD(または
DSA)-MOST構造を作成し、ドレイン側は浅いドレ
イン拡散のみを行うことを特徴とするCMOS集積回
路。
3. The CMOS integrated circuit according to claim 2, further comprising performing a double diffusion on a source side to form a D (or DSA) -MOST structure in which a short channel diffusion and a shallow source diffusion are performed. A CMOS integrated circuit, wherein only the shallow drain diffusion is performed on the drain side.
【請求項4】 請求項2に記載されたCMOS集積回路
において、 第2種pウエル上のNMOSトランジスタで構成された
m直列n並列の組み合わせ論理回路セルは、水平方向に
前記の幅wの整数倍iになるように構造化したレイアウ
トを有し、垂直方向は分離領域を含め第3メタル配線の
ピッチの整数倍になる一定の高さpを有し、 第2種nウエル上のPMOSトランジスタで構成された
n直列m並列の組み合わせ論理回路セルは、水平方向に
幅wの整数倍jになるように構造化したレイアウトを有
し、垂直方向は分離領域を含め第3メタルの配線ピッチ
の整数倍になる一定の高さqを有し、 さらに、第2種pウエルと第2種nウエルの上の両トラ
ンジスタから構成されるフリップ・フロップは、水平方
向に幅wの整数倍kを越えないレイアウトを有し、また
垂直方向は一定の高さ(p+q)を越えないレイアウト
を有することを特徴とするCMOS集積回路。
4. The CMOS integrated circuit according to claim 2, wherein an m-series-n-parallel combination logic circuit cell composed of NMOS transistors on a second-type p-well has an integer of the width w in the horizontal direction. A PMOS transistor on a second-type n-well having a layout structured so as to be a multiple i and having a constant height p in the vertical direction that is an integral multiple of the pitch of the third metal wiring including the isolation region. Has a layout structured so as to be an integral multiple j of the width w in the horizontal direction, and has the wiring pitch of the third metal including the isolation region in the vertical direction. A flip-flop having a constant height q that is an integral multiple and a transistor on the second type p-well and the second type n-well has an integer multiple k of the width w in the horizontal direction. Ray that does not cross A CMOS integrated circuit having a layout having an out and not exceeding a certain height (p + q) in a vertical direction.
【請求項5】 請求項2に記載されたCMOS集積回路
において、 レイアウトの少なくとも一部において、電気的に分離す
べき4種類の基板すなわち第1種のpウエルとnウエル
及び第2種のpウエルとnウエルが分離幅を取って垂直
方向に積み重ねられ、第3メタル配線のピッチの整数倍
となる一定の高さで、スタンダード・セルに準じた水平
方向に長い矩形のセル列上で、基本セルを水平方向に並
べて隙間無く配置されることを特徴とするCMOS集積
回路。
5. The CMOS integrated circuit according to claim 2, wherein at least a part of the layout includes four types of substrates to be electrically separated, that is, a first type p well and an n well and a second type p well. Wells and n-wells are vertically stacked with a separation width, and at a constant height that is an integral multiple of the pitch of the third metal wiring, on a horizontally long rectangular cell row similar to a standard cell, A CMOS integrated circuit, wherein basic cells are arranged horizontally without any gap.
【請求項6】 請求項4に記載されたCMOS集積回路
において、 論理回路セルの前記の部分的な連続列の領域で、幅W単
位で垂直方向にプルダウンr個相当分とプルアップs個
相当分のトランジスタを設け、最初の幅Wを電源ライン
折り曲げと分離領域に用い、次いで、縦積みのr個のプ
ルダウンとs個のプルアップのトランジスタを必要な数
だけ水平方向に並べ、同時にそれらの基板を第1種pウ
エルと第1種nウエルとし、最後の幅Wで分離領域を設
けて再度電源ラインを折り曲げて元に戻すことを特徴と
するCMOS集積回路。
6. The CMOS integrated circuit according to claim 4, wherein in the partial continuous column region of the logic circuit cell, r pull-downs and s pull-ups are vertically equivalent in width W units. Minutes, using the initial width W for the power line folding and separation area, and then arranging the required number of vertically stacked r pull-down and s pull-up transistors in the horizontal direction while simultaneously arranging them. A CMOS integrated circuit, wherein a substrate is a first-type p-well and a first-type n-well, an isolation region is provided with a final width W, and a power supply line is bent again to return to an original state.
【請求項7】 請求項5または6に記載されたCMOS
集積回路において、 駆動インバータは絶対値の大きな閾値電圧を持つプルア
ップ/プルダウンのトランジスタで、モジュール上での
任意の場所に作成されることを特徴とするCMOS集積
回路。
7. The CMOS according to claim 5 or 6.
In the integrated circuit, the driving inverter is a pull-up / pull-down transistor having a threshold voltage with a large absolute value, and is formed at an arbitrary position on a module.
【請求項8】 半導体チップ上に機能別のハード・モジ
ュールやソフト・モジュールを集積するときのレイアウ
トにおいて、そのソフト・モジュールを4種類の基板、
すなわち、NMOSトランジスタのソース端子が接地V
SSに接続され基板バイアスVSS '(<VSS)を加えた第1
種pウエルと、PMOSトランジスタのソース端子が電
源VDDに接続され基板バイアスVDD '(>VDD)を加えた
第1種nウエルと、NMOSトランジスタのソース端子
が接地VSSに接続されていず接地VSSの基板バイアスに
より第1種pウエルより低めの正の閾値電圧を持つ第2
種pウエルと、PMOSトランジスタのソース端子が電
源VDDに接続されていず電源の基板バイアスにより第1
種nウエルより絶対値の高い閾値電圧を持つ第2種nウ
エルとを準スタンダード・セル方式で作成し、 モジュール間相互配線の総配線長を最短化して、ハード
・モジュールやソフト・モジュールの概略位置とソフト
・モジュールの概略形状及び相互配線端子概略位置を決
める自動フロア・プランの第1ステップと、 以下、一つのソフト・モジュール内で、 プルダウン/プルアップによって駆動するm直列n並列
(またはn直列m並列)組み合わせ論理回路及びフリッ
プ・フロップから成る基本セル間の接続情報を現すネッ
トリストと、そこで使われたソフト・モジュール幅Wの
整数分の一である基本セル幅など各種基本セル情報を入
力する第2ステップと、 hを垂直方向の基本ピッチ、pを第2種pウエル上にお
けるNMOSトランジスタ群の垂直方向の高さ、qを第
2種nウエル上におけるPMOSトランジスタ群の垂直
方向の高さとしたとき、垂直方向にプルダウンx個とプ
ルアップy個のトランジスタの組み合わせにおいて、合
計{(x+y)×h+p+q}の高さのセル列に対して、各
セル列内の基本セル幅の総計があらかじめ指定されたセ
ル列の長さ、即ちソフト・モジュール幅Wに対して、平
均基本セル幅の1/2から2までの「ばらつき」を許す
配置評価関数を用いて自動配置を行う第3ステップと、 ソフト・モジュール内で自動概略配線を行う第4ステッ
プと、 ソフト・モジュール内で遅延条件を満たさない配線に対
して駆動インバータを挿入して配置を補正する第5ステ
ップと、 自動フロア・プランに従って、他のモジュールと結線し
て遅延条件を満たさない長いRC配線は、そのソフト・
モジュールに含まれる出力点及び幾つかの中間点におい
て駆動インバータを挿入して配置を補正し、ハード・モ
ジュールと結線しなければならない場合はその中へ駆動
インバータを挿入出来ないため、遅延条件を満たすよう
にソフト・モジュール内で駆動インバータを挿入する第
6ステップと、 モジュール内の自動詳細配線を行う第7ステップとを備
える準スタンダード・セル方式に基づく半導体チップの
自動レイアウト方法。
8. In a layout in which a hard module and a soft module for each function are integrated on a semiconductor chip, the soft module is divided into four types of substrates,
That is, the source terminal of the NMOS transistor is connected to the ground V
The first which is connected to SS and adds the substrate bias V SS (<V SS )
A p-type seed, a first-type n-well in which the source terminal of the PMOS transistor is connected to the power supply V DD and a substrate bias V DD (> V DD ) is added, and a source terminal of the NMOS transistor is connected to the ground V SS. The second having a positive threshold voltage lower than the first type p well due to the substrate bias of the ground V SS
The seed p-well and the source terminal of the PMOS transistor are not connected to the power supply VDD, and the first terminal is supplied by the substrate bias of the power supply.
A second type n-well having a threshold voltage higher in absolute value than the type n-well is created by the quasi-standard cell method, and the total wiring length between the modules is minimized, so that the outline of the hard module and the soft module is obtained. The first step of the automatic floor plan for determining the position, the general shape of the soft module and the general position of the interconnection terminal, and thereafter, m series n parallel (or n) driven by pull-down / pull-up in one soft module A series of netlists representing connection information between basic cells composed of combinational logic circuits and flip-flops, and various basic cell information such as a basic cell width that is an integer fraction of the soft module width W used therein. A second step of inputting, where h is a basic pitch in the vertical direction, and p is an NMOS transistor on a second type p well. Assuming that the vertical height of the group, q, is the vertical height of the PMOS transistor group on the second type n-well, a total of {(x + y ) × h + p + q}, the sum of the basic cell widths in each cell row is calculated by calculating the average basic cell width of the predetermined cell row length, that is, the soft module width W. The third step of automatic placement using a placement evaluation function that allows "variation" from 1/2 to 2; the fourth step of automatic schematic routing in the soft module; and the delay condition in the soft module. A fifth step of correcting the arrangement by inserting a drive inverter for the wiring that does not satisfy the condition, and a long R that does not satisfy the delay condition by connecting to another module according to the automatic floor plan. C wiring is soft
The drive inverter is inserted at the output point and some intermediate points included in the module to correct the arrangement, and when the wiring must be connected to the hard module, the drive inverter cannot be inserted into the module, so that the delay condition is satisfied. A method for automatically laying out semiconductor chips based on a quasi-standard cell method, comprising: a sixth step of inserting a drive inverter in a software module as described above; and a seventh step of performing automatic detailed wiring in the module.
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