JP2003086699A - 半導体回路、半導体集積回路装置、半導体装置のマクロを記憶した記憶装置及びマクロを記憶した記憶媒体 - Google Patents
半導体回路、半導体集積回路装置、半導体装置のマクロを記憶した記憶装置及びマクロを記憶した記憶媒体Info
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Abstract
リング容量を提供することにある。 【解決手段】 第1のn型MOSトランジスタ11のソ
ース電極が接地線に、第1のp型MOSトランジスタ1
2のソース電極が電源線に、第1のn型MOSトランジ
スタ11のドレイン電極が第1のp型MOSトランジス
タ12のゲート電極に、第1のp型MOSトランジスタ
12のドレイン電極が第1のn型MOSトランジスタ1
1のゲート電極にそれぞれ接続されることを特徴とする
半導体回路。両方のトランジスタがそれぞれゲート容量
と静電気放電対策用抵抗の両方の役割を果たしており、
新たに静電気放電対策用抵抗を形成するための面積が不
要であるため、面積効率に優れている。
Description
容量を有する半導体回路に関する。
数10psオーダの急峻な電流により、半導体集積回路
の電源電位が過渡的に変動する問題(電源ノイズ)があ
る。
ング容量(バイパスコンデンサ)を挿入しなければなら
ない。デカップリング容量からCMOS回路にスイッチ
ング電流を補償する電流を高速に供給するためには、半
導体集積回路装置外部ではなくオンチップにデカップリ
ング容量を作る必要がある。
電流の増加に伴い、オンチップデカップリング容量の必
要量は急激に増大している。しかし大きな容量を半導体
集積回路装置上に搭載しようとすると、必要な面積が増
大するため、製造コストが増大する問題がある。
りの容量が最大であるMOS容量をオンチップデカップ
リング容量として用いられることが多い。
高速で回路が駆動される半導体集積回路装置では、全ゲ
ート酸化膜のうち半分以上が、デカップリング容量とし
て使用されている場合が多い。
して用いた例を図10を用いて説明する。
を電源線(Vdd)に、ソース電極及びドレイン電極を
接地線(Vss)に接続し、p型MOSトランジスタ2
6のゲート電極を接地線(Vss)に、ソース電極及び
ドレイン電極を電源線(Vdd)に接続している。
25及びp型MOSトランジスタ26のみで形成されて
いるために面積効率は良いが、ゲートが電源線及び接地
線に直接接続されているために静電気放電による異常電
圧が直接ゲート電極に加わるためにESD耐性が弱い。
うゲート酸化膜の薄膜化により、MOSトランジスタの
ゲートのESD耐性がますます弱くなっている。従っ
て、デカップリング容量のESD耐性は半導体集積回路
装置の歩留まりを決定する非常に重要な課題である。
例を図11,12に示す。
は接地線の間に抵抗29及び抵抗30を挿入する方法で
ある。
ESD対策を行ったデカップリング容量の例を図12に
示す。
タ32のソース電極及びドレイン電極を電源線(Vd
d)にn型トランジスタのドレイン電極をp型MOSト
ランジスタ32のゲート電極に接続し、n型MOSトラ
ンジスタ31のソース電極を接地線(Vss)に接続す
る。n型MOSトランジスタ31のゲート電極は抵抗3
3を介して電源線(Vdd)に接続されている。
型MOSトランジスタ31を介して接地線(Vss)に
接続され、n型MOSトランジスタ31のゲート電極は
抵抗33を介して電源線(Vdd)に接続されている。
抗33を介して電源線(Vdd)に接続されているので
電位はhighになりn型MOSトランジスタ31は導
通し、nMOSオン抵抗となる。
SD耐性を上げたデカップリング容量は、MOSゲート
容量のゲート電極と電源線又は接地線の間にESD対策
用抵抗を形成する必要がある。
ために拡散抵抗・ゲート抵抗・コンタクト抵抗を下げる
ために拡散層及びポリシリコンをシリサイド化する工程
が主流であり、シリサイド層のシート抵抗は低い。この
ため、シリサイド化した拡散層やポリシリコンを用いて
ESD対策用抵抗を形成すると大面積が必要となる。ま
た、拡散層やポリシリコンのシート抵抗を高めるには、
拡散層やポリシリコンのシリサイド化を防止する追加工
程が新たに必要となる。
率に優れ、且つ工程増のないデカップリング容量を提供
することにある。
は、n型MOSトランジスタおよびp型MOSトランジ
スタのいずれもそのゲート電極が電源線や接地線に接続
されていない。n型MOSトランジスタおよびp型MO
Sトランジスタのゲート電極はトランジスタの拡散層と
接続され、p型n型接合を介して電源線あるいは接地線
と接続される。電源線あるいは接地線に静電気等による
非常に高い電位が加わった場合、p型n型接合の順バイ
アスあるいはブレークダウンにより、高電位を引き起こ
す電荷が半導体基板に放出されるため、本発明の容量素
子を構成するトランジスタのゲート電極は高電位にさら
される危険性がないために高いESD耐性が得られる。
Sトランジスタおよびp型MOSトランジスタのゲート
電極と電源線あるいは接地線との間にトランジスタのソ
ース、ドレインが接続される。つまり、電源線や接地線
とゲート電極の間にMOSトランジスタのチャネル抵抗
が挿入される。このため、電源線や接地線からの高電位
が直接MOSトランジスタのゲート電極に入ることがな
いために高いESD耐性が得られる。
る。
S)との間にp型MOSトランジスタ2とn型MOSト
ランジスタ1とからなる1段目のインバータ3とp型M
OSトランジスタ5とn型MOSトランジスタ4とから
なる2段目のインバータ6が形成されている。
力はhighとなる。1段目のインバータ3の出力は2
段目のインバータ6に入力される。
るので出力はLowとなり、2段目のインバータの出力
が1段目のインバータ3に入力されている。
トランジスタ2はオンとなり、n型MOSトランジスタ
1はオフとなる。2段目のインバータのp型MOSトラ
ンジスタ5はオフとなり、n型MOSトランジスタ4は
オンとなる。
図1は図2のようになる。
うに、VDDと接地線の間に、直列に接続されたpMO
S容量8とnMOSオン抵抗9、pMOSオン抵抗10
とnMOS容量7が並列に接続された状態になる。
ンジスタ両方がそれぞれゲート容量とESD対策用抵抗
の両方の役割を果たしており、新たにESD対策用抵抗
を形成するための面積が不要であり、面積効率に優れて
いる。
に接続された2段のインバータから、オフしたトランジ
スタを除去した構造と等価である。従って、本構造は、
ESD耐性も半導体集積回路装置を構成する回路部と同
じである。
を用いて説明する。
トランジスタ12から構成されており、n型MOSトラ
ンジスタ11のソース電極が接地線に、p型MOSトラ
ンジスタ12のソース電極が電源線に、n型MOSトラ
ンジスタ11のドレイン電極がp型MOSトランジスタ
12のゲート電極に、p型MOSトランジスタ12のド
レイン電極がn型MOSトランジスタ11のゲート電極
に接続されている。
MOSトランジスタ11、p型MOSトランジスタ12
のゲート電極のノードはそれぞれフローティングであ
る。しかし、各トランジスタのリーク電流によって電源
投入後短時間でn型MOSトランジスタのゲート電極の
ノードは電源線電位に、p型MOSトランジスタのゲー
ト電極のノードは接地線電位に確定する。従って、両方
のトランジスタは共にオンして導通している。
スタのオン抵抗とp型MOSトランジスタのゲート容量
の直列接続と、p型MOSトランジスタのオン抵抗とn
型MOSトランジスタのゲート容量の直列接続が形成さ
れている。
ンジスタ両方がそれぞれゲート容量とESD対策用抵抗
の両方の役割を果たしており、新たにESD対策用抵抗
を形成するための面積が不要であるため、面積効率に優
れている。図2に示すように、本構造はリング状に接続
された2段のインバータから、オフしたトランジスタを
除去した構造と等価である。従って、本構造は、ESD
耐性も半導体集積回路装置を構成する回路部と同じであ
る。
1又は、p型MOSトランジスタ12に並列に同じ導電
型のMOSトランジスタを配置することもできる。
及び図6を用いて説明する。
ジスタ13及びn型MOSトランジスタ15とp型MO
Sトランジスタ14から構成されている。
が接地線に、p型MOSトランジスタ14のソース電極
が電源線に、n型MOSトランジスタ13のドレイン電
極がp型MOSトランジスタ14のゲート電極に、p型
MOSトランジスタ14のドレイン電極がn型MOSト
ランジスタ13及びn型MOSトランジスタ15のゲー
ト電極に接続され、n型MOSトランジスタ15のソー
ス電極及びドレイン電極は接地線(Vss)に接続され
ている。
型MOSトランジスタ13とp型MOSトランジスタ1
4及びp型MOSトランジスタ16から構成されてい
る。
が接地線に、p型MOSトランジスタ14のソース電極
が電源線に、n型MOSトランジスタ13のドレイン電
極がp型MOSトランジスタ14のゲート電極及びp型
MOSトランジスタ16のゲート電極に接続され、p型
MOSトランジスタ14のドレイン電極が型MOSトラ
ンジスタ13ゲート電極に接続され、p型MOSトラン
ジスタ16のソース電極及びドレイン電極は接地線(V
ss)に接続されている。
ース電極が電源線(Vdd)に接続され、n型MOSト
ランジスタ17及び18のソース電極が接地線(Vs
s)に接続され、p型MOSトランジスタ19のドレイ
ン電極はn型MOSトランジスタ17のゲート電極に接
続され、n型MOSトランジスタ17のドレイン電極は
p型MOSトランジスタ20のゲート電極に接続され、
p型MOSトランジスタ20のドレイン電極はn型MO
Sトランジスタ18のゲート電極に接続され、n型MO
Sトランジスタ18のドレイン電極はp型MOSトラン
ジスタ19のゲート電極に接続されている。
MOSトランジスタ13のゲート電極及びp型MOSト
ランジスタ14のドレイン電極とゲート電極が接続さ
れ、ソース電極及びドレイン電極が接地線(Vss)と
接続されるn型MOSトランジスタ15及び、n型MO
Sトランジスタ13のドレイン電極及びp型MOSトラ
ンジスタ14のゲート電極とゲート電極が接続され、ソ
ース電極及びドレイン電極が電源線(Vdd)と接続さ
れるp型MOSトランジスタ16とを同時に持っている
ことも可能である。
いて説明する。
る。
図8の変形例は図7のp型MOSトランジスタ19のド
レイン電極とゲート電極が接続されソース電極とドレイ
ン電極が接地線(Vss)に接続されたn型MOSトラ
ンジスタ21及び、p型MOSトランジスタ20のドレ
イン電極とゲート電極が接続されソース電極とドレイン
電極が接地線(Vss)に接続されたn型MOSトラン
ジスタ22を有している点である。
くともいずれか一方ある場合であっても有効であること
は言うまでもない。
る。
図9の変形例は図7のp型MOSトランジスタ19のゲ
ート電極とゲート電極が接続されソース電極とドレイン
電極が電源線(Vdd)に接続されたp型MOSトラン
ジスタ17と、p型MOSトランジスタ20のゲート電
極とゲート電極が接続されソース電極とドレイン電極が
電源線(Vdd)に接続されたp型MOSトランジスタ
18とを有している点である。
くともいずれか一方ある場合であっても有効であること
は言うまでもない。
ランジスタ21及び22のいずれか一方と、少なくとも
p型トランジスタ23及び24のいずれか一方がある場
合も可能である。
ず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施例は適
宜変更され得ることは明らかである。
半導体集積回路に適用した状態を図面を用いて説明す
る。
積回路装置34に適用したものである。
に内部回路ブロック35が配置され、内部回路ブロック
35の直近にデカップリング容量36が配置されてい
る。
作時にスイッチングノイズを発生する回路ブロックにた
いしデカップリング容量を配置することが望ましい。
タ回路と等価的に同一構成であり、回路部のスイッチン
グ電流と同程度の速度で応答するためにノイズの低減と
電源の共振防止を両立できる。この際、回路部を構成す
るトランジスタに対しデカップリング容量を構成するト
ランジスタのゲート長が1.5〜2倍位の時に最も効果
的にノイズの低減と電源の共振を防止できることが判明
した。
る。
ロック35の中で高速動作し、高速動作時にスイッチン
グノイズを発生する回路あるいは素子の直近に配されて
いる。図においては回路としてインバータ37である
が、インバータ以外の回路であってもクロックバッフ
ァ、フリップフロップ、入出力回路等の動作率の高い回
路でも良い。
対しデカップリング容量を構成するトランジスタのゲー
ト長が1.5〜2倍位の時に最も効果的にノイズの低減
と電源の共振を防止できることが判明した。
供給されているが、外部から供給された電源電圧をもと
に内部で作られた電源を用いても良い。
っても構わない。
る。
動回路設計、自動配置配線を行う回路設計ツールの概略
図である。
積回路装置の要求特性を入力端末38から入力し演算装
置部39において記憶装置40に記憶されている半導体
回路のマクロを組み合わせて所望の半導体集積回路装置
回路及び半導体集積回路装置の配置配線を行う。
果等を出力し、画像出力端末42は入力データ、出力デ
ータ等の画像を出力する。
する点は通常の方法で行われるので詳細は省略する。
クロとして記憶されている。
で高速動作しノイズを発生する回路ブロックの直近に配
置されるか、回路ブロック中で高速動作しノイズを発生
する回路の直近に配置される。更に、半導体集積回路装
置の配置においても同様に高速動作しノイズを発生する
回路ブロックの直近に配置されるか、回路ブロック中で
高速動作しノイズを発生する回路の直近に配置される必
要がある。
ず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施例は適
宜変更され得ることは明らかである。
ップリング容量では、n型MOSトランジスタ、p型M
OSトランジスタ両方がそれぞれゲート容量とESD対
策用抵抗の両方の役割を果たしている構造であるので、
新たにESD対策用抵抗を形成するための工程が必要な
い。
ているので抵抗の面積が不要であり、面積効率に優れて
いる。
ムであるのに対し拡散抵抗は数100オームであるの
で、本デカップリング容量は拡散抵抗を用いた場合より
も約1/10の面積ですむ。
路図
路図
路図
路図
す回路図
す回路図
す回路図
半導体集積回路装置に応用した図
概略図
25、27、31・・・n型MOSトランジスタ 2、5、12,14,16、19,20、23,24、
26、28、32・・・p型MOSトランジスタ 8・・・p型MOSトランジスタのゲート容量 9・・・n型MOSトランジスタのオン抵抗 10・・・p型MOSトランジスタのオン抵抗 7・・・n型MOSトランジスタのゲート容量 29、30,33・・・拡散抵抗 34・・・半導体集積回路装置 35・・・内部回路ブロック 36・・・デカップリング容量 3、6、37・・・インバータ 38・・・入力端末 39・・・演算装置部 40・・・記憶装置 41・・・出力装置 42・・・画像端末
Claims (10)
- 【請求項1】 ソース電極が高電位線に接続され、ドレ
イン電極がn型MOSトランジスタのゲートに接続さ
れ、ゲート電極が前記n型MOSトランジスタのドレイ
ン電極に接続されたp型のMOSトランジスタと、ソー
ス電極が低電位線に接続された前記n型のMOSトラン
ジスタを有することを特徴とする半導体回路。 - 【請求項2】 少なくともゲートが前記p型MOSトラ
ンジスタの前記ドレイン電極に接続され、ソース電極及
びドレイン電極が前記低電位線に接続された第2のn型
トランジスタとゲート電極が前記n型MOSトランジス
タのドレイン電極に接続され、ソース電極とドレイン電
極が前記高電位線に接続された第2のp型MOSトラン
ジスタのいずれか一方を有していることを特徴とする請
求項1に記載の半導体回路。 - 【請求項3】 N個のn型のMOSトランジスタとN個
のp型MOSトランジスタからなる半導体回路であっ
て、全てのn型MOSトランジスタのソース電極は低電
位線に接続され、全てのp型MOSトランジスタのソー
ス電極は高電位線に接続され、n(N>n≧1)番目の
p型MOSトランジスタのドレイン電極はn番目のn型
MOSトランジスタのゲート電極と接続され、n番目の
n型MOSドレイン電極はn+1番目のp型MOSトラ
ンジスタのゲート電極と接続され、N番目のn型MOS
トランジスタのドレイン電極は1番目のp型MOSトラ
ンジスタゲート電極と接続されていることを特徴とする
半導体回路。 - 【請求項4】 請求項3に記載の半導体集積回路装置に
おいて、前記N個のp型MOSトランジスタのゲート電
極とゲート電極が接続され、ソース電極とドレイン電極
が高電位線に接続されたN個のp型MOSトランジスタ
と、前記N個のn型MOSトランジスタのゲート電極と
ゲート電極が接続され、ソース電極とドレイン電極が低
電位線と接続されたN個のn型MOSトランジスタの少
なくともいずれか1個のトランジスタを有することを特
徴とする半導体回路。 - 【請求項5】 半導体集積回路を構成する回路ブロック
の近傍に請求項1乃至4に記載の半導体回路を配置した
ことを特徴とする半導体集積回路装置。 - 【請求項6】 前記回路ブロック内で頻繁に動作する半
導体素子の近傍に請求項1乃至4に記載の半導体回路を
配置したことを特徴とする半導体集積回路。 - 【請求項7】 前記回路を構成するトランジスタのゲー
ト長が、前記回路ブロックを構成するMOSトランジス
タのゲート長の略1.5〜2倍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装置。 - 【請求項8】 前記回路を構成するトランジスタのゲー
ト長が、前記回路ブロック内で頻繁に動作する半導体素
子のゲート長の略1.5〜2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装置。 - 【請求項9】 請求項1乃至6に記載の半導体回路をマ
クロとして記憶する記憶装置。 - 【請求項10】 請求項1乃至6に記載の半導体回路の
マクロを記録している記憶媒体。
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