JP2002313933A - 半導体集積回路のレイアウト構造 - Google Patents
半導体集積回路のレイアウト構造Info
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Abstract
波ノイズ対策用のRCフィルタを集積した半導体集積回
路においてノイズ耐性およびサージ耐性を向上させるこ
と。 【解決手段】 電磁波ノイズ対策用のRCフィルタをア
ナログ回路やディジタル回路とともに同一基板上に集積
してなる半導体集積回路において、RCフィルタを構成
するキャパシタ1の正電極11を、アナログ回路やディ
ジタル回路を構成する素子や配線2から、正電極11に
重畳されたノイズによって回路素子の誤動作が起こらな
い程度、または正電極11に印加されたサージによって
RCフィルタのキャパシタ1の絶縁破壊、回路素子のラ
ッチアップや絶縁破壊が起こらない程度に離したレイア
ウトとする。具体的には、RCフィルタの正電極11
と、回路素子や配線2との間隔を、レイアウトルールの
最小間隔以上、またはそれに安全マージンを見込んでレ
イアウトルールの最小間隔の5倍とする。
Description
レイアウト構造に関し、特にRCフィルタ回路と、アナ
ログ回路およびディジタル回路が混在する半導体集積回
路のサージ対策およびノイズ対策として有効なレイアウ
ト構造に関する。
イズ対策として、外来の電磁波ノイズを遮断するための
フィルタ回路をICチップ内に搭載することがある。た
とえば自動車などに用いられるICチップでは、抵抗と
キャパシタからなるRCフィルタを一段構成、または二
次フィルタのような多段構成として集積回路の電源ライ
ンや入出力信号ラインに接続した構成となっている。
たようにRCフィルタが集積回路の電源ラインや入出力
信号ラインに接続されているため、これらのラインに接
続されたパッドを介してRCフィルタにサージが印加さ
れ易い。RCフィルタを構成するキャパシタの高電位側
電極にサージが印加されると、その電極とその周辺の回
路素子や配線との間に電界集中が生じ、その電界集中に
よりキャパシタが絶縁破壊してフィルタ回路が破壊され
てしまうことがある。
の電極はICチップ内の広範囲に設けられるため、キャ
パシタの電極と周辺のアナログ回路やディジタル回路と
が接近したレイアウトとなる。このようなレイアウトで
は、キャパシタの電極にノイズが重畳すると、そのノイ
ズが周辺の回路に誘導され易く、誘導されたノイズによ
って回路が誤動作を起こすことがある。つまり、十分な
ノイズ耐性が得られないおそれがある。また、サージが
印加された場合の影響も大きく、周辺の回路においてラ
ッチアップや絶縁破壊が起こりやすくなるという問題点
もある。
のであって、アナログ回路やディジタル回路とともに電
磁波ノイズ対策用のRCフィルタを集積した半導体集積
回路においてノイズ耐性およびサージ耐性を向上させる
ことが可能なレイアウト構造を提供することを目的とす
る。
め、本発明にかかる半導体集積回路のレイアウト構造
は、電磁波ノイズ対策用のRCフィルタをアナログ回路
やディジタル回路とともに同一基板上に集積してなる半
導体集積回路において、RCフィルタを構成するキャパ
シタの高電位側電極を、アナログ回路やディジタル回路
を構成する素子や配線から、高電位側電極に重畳された
ノイズによって回路素子の誤動作が起こらない程度、ま
たは高電位側電極に印加されたサージによってRCフィ
ルタのキャパシタの絶縁破壊、回路素子のラッチアップ
や絶縁破壊が起こらない程度に離したレイアウトとする
ことを特徴とする。具体的には、RCフィルタの高電位
側電極と、アナログ回路等の素子や配線との間隔を、レ
イアウトルールの最小間隔以上、またはそれに安全マー
ジンを見込んでレイアウトルールの最小間隔のたとえば
5倍とする。
るキャパシタの高電位側電極が、アナログ回路やディジ
タル回路を構成する素子や配線から、高電位側電極に重
畳されたノイズによって回路素子の誤動作が起こらない
程度、または高電位側電極に印加されたサージによって
RCフィルタのキャパシタの絶縁破壊、回路素子のラッ
チアップや絶縁破壊が起こらない程度に離れる。
上記RCフィルタが二次以上のフィルタを構成している
場合には、フィルタを構成する全キャパシタのうち最も
外来ノイズやサージを受けやすい一次側フィルタキャパ
シタの高電位側電極を、アナログ回路やディジタル回路
を構成する素子や配線から、高電位側電極に重畳された
ノイズによって回路素子の誤動作が起こらない程度、ま
たは高電位側電極に印加されたサージによってRCフィ
ルタのキャパシタの絶縁破壊、回路素子のラッチアップ
や絶縁破壊が起こらない程度に離す。ここで、一次側フ
ィルタキャパシタとは、たとえばラインノイズが侵入す
るチップ上のパッドに最も近いフィルタのキャパシタの
ことである。
上のフィルタで構成されている場合、一次側フィルタキ
ャパシタの高電位側電極が、アナログ回路やディジタル
回路を構成する素子や配線から、高電位側電極に重畳さ
れたノイズによって回路素子の誤動作が起こらない程
度、または高電位側電極に印加されたサージによってR
Cフィルタのキャパシタの絶縁破壊、回路素子のラッチ
アップや絶縁破壊が起こらない程度に離れる。
を構成している場合に、一次側フィルタキャパシタをI
Cチップの外周部に配置し、その内側に二次側フィルタ
キャパシタを配置し、さらにその内側に三次側フィルタ
キャパシタを配置するというように、チップの外側から
内側に向かって次数順にキャパシタを配置し、最も内側
にRCフィルタ以外の回路素子を配置する。
シタがICチップの外周部に配置され、その内側に二次
以降のキャパシタが次数順に配置され、最も内側にRC
フィルタ以外の回路素子が配置される。
いて図面を参照しつつ詳細に説明する。 実施の形態1.図1は、本発明の実施の形態1にかかる
半導体集積回路のレイアウト構造の要部を模式的に示す
図である。図1において、符号1はRCフィルタを構成
するキャパシタであり、たとえばポリシリコンでできた
正電極(高電位側電極)11と不純物拡散層でできた負
電極12を有する。正電極11は、コンタクト部13を
介してたとえば電源ライン用または信号ライン用の第1
のメタル配線14に電気的に接続されている。負電極1
2は、コンタクト部15を介してたとえばグランドライ
ン用の第2のメタル配線16に電気的に接続されてい
る。
されるキャパシタの容量値に応じて決まる。そのため、
たとえば自動車用のICのように、一般的な家庭用電子
機器に用いられるICに比べて大きなノイズの影響を受
けやすい環境で使用されるICでは、キャパシタの容量
値が大きくなる。したがって、このような用途では特
に、第1のメタル配線14はICチップ内の広い範囲に
設置されることになるので、第1のメタル配線14が、
アナログ回路やディジタル回路で構成された周辺回路素
子や他の配線2に接近しやすくなる。第1のメタル配線
14と他の回路素子や配線2との間隔(図1においてa
で示す)が狭すぎると、キャパシタ1の正電極11にノ
イズが重畳したときに、そのノイズがそれら回路素子や
配線2に誘導され易くなり、誤動作が起こりやすくな
る。
構造では、この第1のメタル配線14は、その近くにあ
る回路素子や配線2から、正電極11に重畳されたノイ
ズによって回路素子の誤動作が起こらない程度に離れた
位置に設けられる。また、第1のメタル配線14は、そ
の近くにある回路素子や配線2から、正電極11に印加
されたサージによってキャパシタ1の絶縁破壊や回路素
子のラッチアップや絶縁破壊が起こらない程度に離れた
位置に設けられる。
ば第1のメタル配線14と、その近くにある回路素子や
配線2との間隔aは、レイアウトルールの最小間隔以
上、またはそれに安全マージンを見込んでレイアウトル
ールの最小間隔のたとえば5倍程度とされる。つまり、
レイアウトルールが2μmルールの場合には、その間隔
aはたとえば10μmである。なお、この10μmとい
う値は一例であり、実際には、使用するプロセスに応じ
て、たとえば絶縁膜の破壊耐量等を参考にして間隔aを
決定するのが望ましい。
半導体集積回路の等価回路を示す図である。なお、図2
において、図1の各部に対応する構成については同じ符
号を付している。図2において、符号3はキャパシタ1
とともにRCフィルタを構成する抵抗であり、符号4は
電源パッドまたは信号の入出力パッドであり、符号21
はアナログ回路やディジタル回路で構成された内部回路
である。パッド4に接続されたRCフィルタによって外
来の電磁波ノイズがカットされる。
ルタを構成するキャパシタ1の正電極11に重畳したノ
イズが周辺のアナログ回路やディジタル回路に誘導され
るのを抑制することができるので、回路の誤動作や破壊
を防ぐことができる。また、キャパシタ1の正電極11
にサージが印加されても、その正電極11とその近傍の
回路素子や配線との間に生じる電界集中を緩和すること
ができるので、キャパシタ1の絶縁破壊を防ぐことがで
きる。
態2にかかる半導体集積回路のレイアウト構造の要部を
模式的に示す図である。図3において、符号5は二次フ
ィルタを構成するRCフィルタ回路を内部回路61,6
2とともに集積したICチップ、符号7はRCフィルタ
の一次側フィルタを構成するキャパシタ(以下、一次側
フィルタキャパシタとする)、符号71は一次側フィル
タキャパシタ7の高電位側電極である正電極(以下、一
次側フィルタキャパシタ電極とする)、符号8はRCフ
ィルタの二次側フィルタを構成するキャパシタ(以下、
二次側フィルタキャパシタとする)、符号81は二次側
フィルタキャパシタ8の高電位側電極である正電極(以
下、二次側フィルタキャパシタ電極とする)である。
タル配線72を介して一次側フィルタ抵抗73に電気的
に接続されている。この一次側フィルタ抵抗73は電源
パッドまたは信号の入出力パッド51に接続されてい
る。二次側フィルタキャパシタ電極81は、メタル配線
82を介して二次側フィルタ抵抗83に電気的に接続さ
れており、この二次側フィルタ抵抗83は一次側フィル
タ抵抗73に接続されている。図3において、符号52
はグランドパッドであり、符号53および符号54はグ
ランド配線である。
電源パッドまたは信号の入出力パッド51から侵入した
電磁波ノイズのレベル、あるいは電源パッドまたは信号
の入出力パッド51に印加されたサージおよび過電圧の
レベルは、電源パッドまたは信号の入出力パッド51に
近い一次側フィルタキャパシタ電極71の方が、二次側
フィルタキャパシタ電極81よりも高い。そこで、本実
施の形態2では、一次側フィルタキャパシタ電極71と
その周辺の内部回路61との間隔bを、実施の形態1と
同様に、一次側フィルタキャパシタ電極71に重畳され
たノイズによって周辺の回路素子の誤動作が起こらない
程度、または一次側フィルタキャパシタ電極71に印加
されたサージによって一次側フィルタキャパシタ7の絶
縁破壊や周辺の回路素子のラッチアップや絶縁破壊が起
こらない程度とする。また、一次側フィルタキャパシタ
電極71とその周辺の配線(図3に示す例では、二次側
フィルタキャパシタ電極81に接続されたメタル配線8
2)との間隔cも同様とする。
隔bまたは上記間隔cは、レイアウトルールの最小間隔
以上、たとえばレイアウトルールの最小間隔のたとえば
5倍程度、すなわちレイアウトルールが2μmルールの
場合には10μmである。実際には、使用するプロセス
に応じて、たとえば絶縁膜の破壊耐量等を参考にして間
隔bまたは間隔cを決定するのが望ましい。
タキャパシタ7はICチップ5の外周部に配置される。
そして、その内側に二次側フィルタキャパシタ8や内部
回路61,62が配置される。このようなレイアウトに
おいて、図4に示すように、一次側フィルタキャパシタ
電極71の近くに二次側フィルタキャパシタ8のグラン
ド側電極ライン84を配置する場合には、それら一次側
フィルタキャパシタ電極71とグランド側電極ライン8
4との間隔dを前記間隔bや前記間隔cと同様とする。
また、図5に示すように、一次側フィルタキャパシタ電
極71の近くに二次側フィルタキャパシタ電極81を配
置する場合には、それらの間隔eを前記間隔bや前記間
隔cと同様とする。これらの間隔dやeについても、実
際に使用するプロセスに応じて、たとえば絶縁膜の破壊
耐量等を参考にして決定するのが望ましい。
半導体集積回路の等価回路を示す図である。なお、図6
において、図3の各部に対応する構成については同じ符
号を付している。電源パッドまたは信号の入出力パッド
51に接続された一次側フィルタキャパシタ7、一次側
フィルタ抵抗73、二次側フィルタキャパシタ8および
二次側フィルタ抵抗83よりなるRCフィルタ回路によ
って外来の電磁波ノイズがカットされる。
ィルタキャパシタ電極71に重畳したノイズが周辺のア
ナログ回路やディジタル回路に誘導されるのを抑制する
ことができるので、回路の誤動作や破壊を防ぐことがで
きる。また、一次側フィルタキャパシタ電極71にサー
ジが印加されても、一次側フィルタキャパシタ電極71
とその近傍の回路素子や配線との間に生じる電界集中を
緩和することができるので、一次側フィルタキャパシタ
7の絶縁破壊および二次側フィルタキャパシタ8の絶縁
破壊を防ぐことができる。
フィルタを構成するRCフィルタ回路の電源パッドまた
は信号の入出力パッド51の近くに、内部回路61で発
生したノイズを除去または低減するためのキャパシタ9
を追加した構成としてもよい。そうすれば、ICチップ
56内で発生したノイズが外部へ出力されるのを防止ま
たは抑制することができる。この場合、追加したキャパ
シタ9の高電位側電極91には、電源パッドまたは信号
の入出力パッド51に重畳した電磁波ノイズや、サージ
または過電圧が直接加わるため、このキャパシタ9の高
電位側電極91と周辺の回路素子や配線との間隔につい
ては前記間隔b〜eと同様とする。
パッドまたは信号の入出力パッド51に最も近いキャパ
シタ、すなわち追加したキャパシタ9の高電位側電極9
1をICチップ56の最外周に配置し、その内側に他の
フィルタキャパシタ電極71,81を次数の順に配置す
る。その際、キャパシタ電極の配置やキャパシタ電極間
の間隔については、図4および図5に関連して説明した
配置や間隔を考慮するのが望ましい。図9に示すよう
に、キャパシタ1および抵抗3からなる一次のフィルタ
のみで構成されたRCフィルタ回路において、電源パッ
ドまたは信号の入出力パッド4の近くにキャパシタ9を
追加する場合も同様である。
を3次以上のフィルタで構成する場合にも適用可能であ
る。
るキャパシタの高電位側電極が、アナログ回路やディジ
タル回路を構成する素子や配線から、高電位側電極に重
畳されたノイズによって回路素子の誤動作が起こらない
程度、または高電位側電極に印加されたサージによって
RCフィルタのキャパシタの絶縁破壊、回路素子のラッ
チアップや絶縁破壊が起こらない程度に離れるため、キ
ャパシタの高電位側電極に重畳したノイズがアナログ回
路やディジタル回路に誘導されるのを抑制することがで
きるので、回路の誤動作や破壊を防ぐことができる。ま
た、キャパシタの高電位側電極にサージが印加されて
も、その高電位側電極とその近傍の回路素子や配線との
間に生じる電界集中を緩和することができるので、キャ
パシタの絶縁破壊を防ぐことができる。
次以上のフィルタで構成されている場合、一次側フィル
タキャパシタの高電位側電極が、アナログ回路やディジ
タル回路を構成する素子や配線から、高電位側電極に重
畳されたノイズによって回路素子の誤動作が起こらない
程度、または高電位側電極に印加されたサージによって
RCフィルタのキャパシタの絶縁破壊、回路素子のラッ
チアップや絶縁破壊が起こらない程度に離れるため、一
次側フィルタキャパシタの高電位側電極に重畳したノイ
ズがアナログ回路やディジタル回路に誘導されるのを抑
制することができるので、回路の誤動作や破壊を防ぐこ
とができる。また、一次側フィルタキャパシタの高電位
側電極にサージが印加されても、その高電位側電極とそ
の近傍の回路素子や配線との間に生じる電界集中を緩和
することができるので、一次側フィルタキャパシタの絶
縁破壊を防ぐことができる。したがって、二次以降のキ
ャパシタの絶縁破壊も当然のことながら防ぐことができ
る。
キャパシタがICチップの外周部に配置され、その内側
に二次以降のキャパシタが次数順に配置され、最も内側
にRCフィルタ以外の回路素子が配置されるため、一次
側フィルタキャパシタの高電位側電極に重畳したノイズ
がアナログ回路やディジタル回路に誘導されるのを極め
て有効に抑制することができるので、回路の誤動作や破
壊を確実に防ぐことができる。また、一次側フィルタキ
ャパシタの高電位側電極にサージが印加されても、その
高電位側電極とその近傍の回路素子や配線との間に生じ
る電界集中をより一層緩和することができるので、一次
側フィルタキャパシタの絶縁破壊、および二次以降のキ
ャパシタの絶縁破壊を確実に防ぐことができる。
のレイアウト構造の要部を模式的に示す図である。
路の等価回路を示す図である。
のレイアウト構造の要部を模式的に示す図である。
において一次側フィルタキャパシタと二次側フィルタキ
ャパシタの配置の一例を模式的に示す図である。
において一次側フィルタキャパシタと二次側フィルタキ
ャパシタの配置の他の例を模式的に示す図である。
路の等価回路を示す図である。
のレイアウト構造の他の例の要部を模式的に示す図であ
る。
ィルタ回路の等価回路を示す図である。
ィルタ回路の等価回路を示す図である。
キャパシタの高電位側電極)
Claims (8)
- 【請求項1】 電源ライン、入出力パッドまたは入出力
信号ラインに接続するRCフィルタが集積された半導体
集積回路において、 前記RCフィルタを構成するキャパシタの高電位側電極
と、前記RCフィルタの最も近くに配置された回路素子
または配線とが、前記高電位側電極に重畳されたノイズ
によって前記回路素子の誤動作が起こらない間隔で離れ
ていることを特徴とする半導体集積回路のレイアウト構
造。 - 【請求項2】 電源ライン、入出力パッドまたは入出力
信号ラインに接続するRCフィルタが集積された半導体
集積回路において、 前記RCフィルタを構成するキャパシタの高電位側電極
と、前記RCフィルタの最も近くに配置された回路素子
または配線とが、前記高電位側電極に印加されたサージ
によって前記キャパシタの絶縁破壊、または前記回路素
子のラッチアップもしくは絶縁破壊が起こらない間隔で
離れていることを特徴とする半導体集積回路のレイアウ
ト構造。 - 【請求項3】 前記RCフィルタを構成するキャパシタ
の高電位側電極と、前記RCフィルタの最も近くに配置
された回路素子または配線との間隔は、レイアウトルー
ルの最小間隔以上であることを特徴とする請求項1また
は2に記載の半導体集積回路のレイアウト構造。 - 【請求項4】 前記RCフィルタを構成するキャパシタ
の高電位側電極と、前記RCフィルタの最も近くに配置
された回路素子または配線との間隔は、レイアウトルー
ルの最小間隔の5倍であることを特徴とする請求項3に
記載の半導体集積回路のレイアウト構造。 - 【請求項5】 前記RCフィルタは、複数の抵抗および
複数のキャパシタの組み合わせにより二次以上のフィル
タを構成しており、該フィルタを構成する全キャパシタ
のうち最も外来ノイズやサージを受けやすい一次側フィ
ルタキャパシタの高電位側電極と、前記RCフィルタの
最も近くに配置された回路素子または配線とが、前記高
電位側電極に重畳されたノイズによって前記回路素子の
誤動作が起こらない間隔で離れていることを特徴とする
請求項1または2に記載の半導体集積回路のレイアウト
構造。 - 【請求項6】 前記一次側フィルタキャパシタの高電位
側電極と、前記RCフィルタの最も近くに配置された回
路素子または配線との間隔は、レイアウトルールの最小
間隔以上であることを特徴とする請求項5に記載の半導
体集積回路のレイアウト構造。 - 【請求項7】 前記一次側フィルタキャパシタの高電位
側電極と、前記RCフィルタの最も近くに配置された回
路素子または配線との間隔は、レイアウトルールの最小
間隔の5倍であることを特徴とする請求項6に記載の半
導体集積回路のレイアウト構造。 - 【請求項8】 前記RCフィルタを構成する複数のキャ
パシタは、外来ノイズを受けやすい順にICチップの外
周部から内側に向かって配置されており、前記RCフィ
ルタを構成する全キャパシタの内側に、RCフィルタ以
外の回路素子が配置されていることを特徴とする請求項
5〜7のいずれか一つに記載の半導体集積回路のレイア
ウト構造。
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