JP2005317964A - 超微細ボルテージアイランドの集積回路 - Google Patents

Abstract

【課題】超微細ボルテージアイランドの集積回路を提供する。
【解決手段】本発明は、電圧を集積回路に印加する方法を提供する。高電圧VddH、及び／又は、低電圧VddLは、フィラーセル１６に供給され、その他のセルに印加される。各電圧VddHと電圧VddLは、第一電圧供給配線６と第二電圧供給配線８のどちらかにより印加される。電圧印加配線４は、必要とする電圧をフィラーセルに印加する。第一、第二電圧供給配線６、８は、好ましくは、電圧印加配線４に平行で、その端は、電圧印加配線４の端と照準している。ビア１０を形成して、必要な電圧を印加する。好ましくは、第一電圧供給配線６は、フィラーセル１６範囲外に形成されるM１配線で、第二電圧供給配線８は、フィラーセル１６範囲内に形成されるM２配線である。
【選択図】図２

Description

本発明は、電圧を集積回路に供給する方法に関するものであって、特に、超微細電圧供給回路（very fine−grain voltage supply scheme）に関するものである。

携帯電話などの電子装置の普及率の上昇は、集積回路の電力節約に対する必要性を招く。半導体集積回路は、高動作電圧が必要な回路と、低動作電圧を許容する回路を有する。例えば、コア回路は、１．０ボルトの動作電圧だけが必要で、I／O回路は、３．３ボルトの動作電圧が必要である。一般に、高動作電圧の回路は、電力消費が多い。しかし、初期世代の集積回路は、一つの設計ブロック等の広い範囲に対して、単一の電圧を提供する能力しかない。ある回路は、低電圧だけを必要とするその他の回路と、高動作電圧を共用しなければならず、多くの電力が消費されてしまう。

米国特許番号第１０／８６８６０６で既に討論されている公知技術を引用して説明する。電圧を提供する能力に応じて、これらの公知技術の設計範囲は、各設計ブロックが電圧を共有する粗電圧（coarse−grain）から、各列が高電圧（VddH）、及び／又は、低電圧（VddL）を有する微細電圧（fine−grain）、更に、一列中の各セルがVddH、及び／又は、VddLを有する超微細電圧（very fine−grain）に及ぶ。VddHとVddLは、それぞれ、互いの高電圧と低電圧より高く、低く、また、電圧レベルは、設計上の要求によって決定される。
特開平１０−９２９５３

本発明は、電圧を集積回路に供給する方法を提供することを目的とする。二つの電圧、即ち、高電圧VddHと低電圧VddLは、フィラーセル（filler cell）に供給され、その他のセルに印加される。各電圧VddHと電圧VddLは、第一電圧供給配線と第二電圧供給配線のどちらかにより印加される。電圧印加配線（voltage routing wire）は、必要とする電圧をフィラーセルに印加する。

本発明によると、集積回路は、Nウェル（n−well）を有するフィラーセルからなる。第一電圧供給配線と第二電圧供給配線は、それぞれ、金属層内で形成され、金属層は、金属層２と金属層３からなる群から選択される。第一電圧供給配線と第二電圧供給配線は、ほぼ平行で、ほぼ、電圧印加配線の幅に等しいスペースを有する。第一、第二電圧供給配線は、電圧印加配線の一端と並ぶ一端を有する。第一電圧供給配線が供給する電圧が、フィラーセルにより必要とされる場合、ビアが形成され、各ビアの二分の一は、電圧印加配線と連接し、残りの二分の一は、第一電圧供給配線と連接される。同様に、第二電圧供給配線が供給する電圧が、フィラーセルにより必要とされる場合、ビアが形成され、各ビアの二分の一は、電圧印加配線と連接し、残りの二分の一は、第二電圧供給配線と連接される。

本発明によると、第一電圧供給配線は、金属層１内に形成されると共に、フィラーセルの範囲外に位置し、第二電圧供給配線は、金属層２内に形成されると共に、フィラーセルの範囲内に位置する。第一電圧供給配線が印加する電圧がフィラーセルにより必要とされる場合、電圧印加配線と第一電圧供給配線は、ショートする。第二電圧供給配線が伝達する電圧がフィラーセルにより必要とされる場合、電圧印加配線と第二電圧供給配線を連接するビアが形成される。

公知の問題を改善する電圧を集積回路に供給する方法が提供される。

本発明の好ましい実施例の製造と使用方法は、以下で詳述される。注意すべきことは、本発明は、多くの応用可能な創造的概念を提供し、異なる特定の文字表示によりそれを具体化するものである。議論される特定の実施例は、本発明の特定の製造、或いは、使用方法を説明するもので、これに制限するものではない。

明細書において、符合は、本発明内の異なる観点と具体例内の形態を命名するものである。配線をセルの範囲内、或いは、範囲外に位置することを描写する時、上視図が使用される。実際は、配線は、ドープされたウェル（doped well）とウェルに形成されたデバイス上の金属層内に位置する。

図１は、同一出願人による同時係属出願の第１０／８６８６０６により提出される電圧供給回路図である。フィラーセルは、必要な電圧を受け、その電圧を近接するセルに印加するために形成される。二つの電圧供給配線は、二つの電圧供給配線により、フィラーセルに供給され、二つの電圧供給配線は、それぞれ、両電圧の一つを印加する。第一電圧供給配線は、金属層１（M１）内に設置され、フィラーセルの範囲外（即ち、セルの境界外）に位置する。第二電圧供給配線は、金属層３（M３）内に形成され、フィラーセルの範囲内に位置する。電圧印加配線は、M1内に形成され、必要な電圧をフィラーセル内のデバイスとNウェルに印加する。以下で、図１を詳述する。フィラーセル２４８は、二つのNウェル領域２５０と２５２を有する。電圧供給配線２３０は、電圧V_firstをフィラーセル２４８に印加し、金属層１（M１）内、及び、フィラーセル２４８の範囲外に位置する。好ましくは、電圧供給配線２３０は、左から右に延び、電圧を、フィラーセル２４８と平行な複数のフィラーユニットに印加する。電圧V_secondを提供する金属層３（M３）電圧供給配線２５４は、フィラーセル２４８の範囲内に位置し、左から右に延びる。電圧V_firstとV_secondは、異なる電圧レベルで、例えば、一つがVddHで、もう一つがVddLである。電圧供給配線２５４は、フィラーセル上方に位置し、好ましくは、Nウェル２５０と２５２の上方に位置する。ビア２５６は、電圧供給配線２５４を金属層２（M２）に連接し、その後、M１電圧供給配線２３２に連接される。よって、Nウェル２５２、及び、Nウェル２５２内に形成されたデバイスは、電圧印加配線２３２から電圧を得る。同様に、Nウェル２５０は、M１電圧印加配線２３１から電圧を得て、電圧印加配線２３１は、Nウェル２５０上方で形成されると共に、M１電圧供給配線２３０とショートする。これにより、各フィラーセルの必要に応じて、VddH、及び／又は、VddLが印加される。

電圧印加配線２３２は、フィラーセル２４８左側セル内のもう一つの電圧印加配線に、電圧印加配線２３１は、フィラーセル２４８右側セル内のもう一つの電圧印加配線に連接する。よって、フィラーセル２４８は、電圧印加セルとなることが出来る。フィラーセル２４８は、例えば、２５０、或いは、２５２の一つのNウェルだけを有し、よって、M１電圧供給配線２３０、或いは、M３電圧供給配線２５４中どちらか一つからの電圧を受ける。

図２は、本発明の好ましい実施例の断面図である。二つの電圧、即ち、高電圧VddH及び／又は低電圧VddLは、フィラーセル１６により必要とされる。更に、高電圧VddHが電圧供給配線６から印加され、低電圧VddLが電圧供給配線８から印加される。電圧供給配線６と８は、金属層２（M２）か金属層３（M３）の一つ内に位置する。電圧印加配線４は、金属層１内に位置し、電圧供給配線６、或いは、８が必要とする電圧を、フィラーセル１６内のデバイスとNウェルに印加する。好ましい実施例において、電圧供給配線６と８は、電圧印加配線４の幅Wと等しい水平距離Dを有する。電圧印加配線４の端３と５は、それぞれ、電圧供給配線６と８の端７と９と並んでいる。もう一つの実施例において、電圧供給配線６と８の端は、電圧印加配線４の端と若干の合わせズレがある。この合わせズレは、同一のメタライゼーションレベルで、集積回路内の二つの電圧供給配線（M２、或いは、M３）の最小スペースより小さいほうがよい。好ましくは、合わせズレは、電圧印加配線４の幅Wの約７０％以下がよい。更に好ましくは、５０％以下である。同様に、距離Dは、好ましくは、幅Wの約７０％以下である。

図２において、電圧印加配線４は、ビア１０により、電圧供給配線６に連接され、ビア１２により、Nウェル２に連接される。ビア１０とビア１２だけが図中で示されているが、該技術を理解するものなら分かるように、複数のビアが使用されてもよい。M２電圧供給配線６が印加する電圧は、Nウェル２内の回路に供給される。電圧供給配線６の一端は、電圧供給配線６の一端とほぼ並び、ビア１０は、一部、好ましくは二分の一が、電圧供給配線６と重畳し、その他の二分の一が電圧印加配線４を重畳する。ビア１０は、電圧供給配線６と８の接触面積の縮小で、小さい電流しか伝達できないが、喪失する電流伝達能力は、ビア１０の数量を倍にして補償することが出来る。同様に、VddLがNウェル２内のデバイスにより必要とされる場合、電圧印加配線４が、電圧供給配線６に代わって、電圧供給配線８に連接するビアが形成される。

図３は、本発明の好ましい具体例のバリエーションが示される。電圧供給配線の一つ、例えば、金属線６は、金属層M２内に形成されるが、もう一つの電圧供給配線８は、金属層M３内に形成される。電圧供給線８が伝達する電圧がNウェル２、及び、Nウェル２内のデバイスに必要とされる時、電圧供給配線８と電圧印加配線４を連接するビア１０が形成される。

もう一つの好ましい実施例のバリエーションにおいて、電圧供給配線６と８は、どちらも、金属層M３内に形成される。電圧供給配線６と８が、金属層M２、或いは、M３内に形成されるかは、利用スペース、コスト等により決定される。

図４は、好ましい実施例を示す図である。本実施例において、電圧供給配線６と８は、電圧印加配線４により互いに連接されているように見えるが、実質上、両者は異なる金属層内に位置する。

図５は、本発明が提供する実施例のもう一つのバリエーションを示す図で、両電圧は、フィラーセル１６内に供給される。Nウェル２₁と２₂は、フィラーセル１６内に形成される。電圧印加配線４は、ギャップにより二部分、４₁と４₂に分割される。電圧印加配線４₁は、ビア１０₁により、電圧供給配線６に連接され、電圧VddHを得る。必要であれば、電圧VddHをNウェル２₁に印加する。一方、電圧印加配線４₂は、ビア１０₂により、電圧供給配線８に連接され、電圧VddLを得る。必要であれば、電圧VddLをNウェル２₂に印加する。電圧供給配線６と８は、好ましくは、フィラーセル１６外と互いに平行な複数のセル上に延伸し、VddHとVddLは、直接、これらのセルに供給される。フィラーセル１６により、電圧VddHとVddLは、選択的に供給される。電圧供給配線４₁は、電圧VddHを左側のセルに印加し、電圧印加配線４₂は、電圧VddLを右側のセルに印加する。

図６〜図８は、本発明のもう一つの実施例を示す図である。本実施例において、電圧VddHは、フィラーセル範囲外に位置するM１電圧供給配線により供給され、電圧VddHは、好ましくは、フィラーセルの範囲内に位置するM２電圧供給配線により供給される。図１内で示されるセルは、電圧供給配線が、対応する底層の供給配線上方の二（金属）層の一つに形成されなければならない。本発明の好ましい実施例において、この要求は削除される。慎重に、外部ポートに接続する他の配線を配置するため、M２内で、電圧供給配線の配置スペースを獲得する。説明を明確にするため、金属層M１電圧供給配線２０は、電圧VddHの印加用で、金属層M２電圧供給配線２２は、VddLの印加用である。本領域を熟知する者なら、電圧VddHとVddLの指定方法は設計上の決定であることが理解できる。

図６は、M２電圧供給配線２２が印加する電圧VddLを受けるフィラーセル１６を示す図である。M１電圧供給配線２０とフィラーセル１６間の距離はTである。M１電圧印加配線２４は、バイアス２６により、M２電圧供給配線２２に連接される。M２電圧供給配線２２、及び、M１電圧印加配線２４は、若干の合わせズレがあり、図中で容易に識別できる。実線領域は、上側の金属層を示し、点線は下側の金属層を示す。実際の設計中、両者の配列は、完全に整列するか、或いは、部分的に整列し、充分な重畳領域を有して、ビアを重畳領域で形成する。電圧印加配線２４が印加する電圧VddLは、ビア２８により、Nウェル２とNウェル２内のデバイスに印加される。

フィラーセル１６が、電圧VddHを必要とする場合、図７で示されるような配置になる。M１電圧印加配線２４とM１電圧供給配線２０がショートする。必要であれば、Nウェル２は、ビア２８により、電圧VddHを受ける。M１電圧供給配線２４は、電圧VddHを左側、及び／又は、右側の近接セルに印加する。

図８は、電圧VddHとVddLをフィラーセル１６に印加する実施例を示す図である。第一電圧印加配線２４₁は、第一Nウェル２₁の上方に形成され、第二電圧印加配線２４₂は、第二Nウェル２₂の上方に形成される。M２電圧供給配線２２は、フィラーセル１６の左側から右側に延び、ほぼ、第一電圧印加配線２４₁と２４₂と整列する。第一電圧印加配線２４₁は、ビア２６により、電圧VddLを受け、電圧VddLは、ビア２８₁により、Nウェル２₁に印加される。電圧印加配線２４₂は、金属層M１内の電圧供給配線２０とショートすることにより、電圧VddHを受ける。Nウェル２₂は必要であれば、ビア２８₂により、電圧VddHを受ける。電圧VddLは、電圧印加配線２４₁により、フィラーセル１６左側のセルに印加される。電圧VddHは、電圧印加配線２４₂により、フィラーセル１６右側のセルに印加される。よって、フィラーセル１６は、電圧印加セルとなる。

本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や置換えを行うことができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

超微細電圧供給回路を有するフィラーセルを示す図である。 本発明の好ましい実施例の断面図である。 本発明の好ましい実施例の断面図である。 図２と図３により示される好ましい実施例を示す図である。 本発明の好ましい実施例を示す図で、VddHとVddLが、フィラーセルに印加されることを示す図である。 本発明のもう一つの実施例を示す図で、フィラーセルは、電圧印加配線を、ビアにより、M２電圧供給配線に連接することにより、電圧VddHを受けることを示す図である。 電圧供給配線とフィラーセル外に位置するM１電圧供給配線をショートさせて、電圧VddLを受けるフィラーセルを示す図である。 VddHとVddLをフィラーセルに印加することを示す図である。

符号の説明

２３０…電圧供給配線
２３１、２３２…電圧印加配線
２４８…フィラーセル
２５０、２５２…Nウェル
２５４…電圧供給配線
２５６…ビア
２、２₁、２₂…Nウェル
３…電圧供給配線６の一端
４、４₁、４₂…電圧印加配線
５…電圧印加配線８の一端
６…電圧供給配線
７…電圧印加配線４の一端
８…電圧供給配線
９…電圧印加配線４のもう一つの端
１０、１０₁、１０₂、１２…ビア
１６…フィラーセル
２０、２２…電圧供給配線
２４、２４₁、２４₂…電圧印加配線
２６…ビア
２８、２８₁、２８₂…ビア

Claims (18)

1. 集積回路構造であって、
   Nウェルを有するフィラーセルと、
   第一金属層内に形成され、前記フィラーセルの境界に位置する電圧印加配線と、
   第一電圧を印加する第一電圧供給配線と第二電圧を印加する第二電圧供給配線とからなり、前記第一、第二電圧供給配線は、それぞれ金属層内に形成され、前記金属層は、第二金属層と第三金属層からなる群から選択され、前記第一、第二電圧供給配線は、ほぼ平行で、前記電圧印加配線の幅と等しい距離を有し、前記第一、第二電圧供給配線のどちらかは、前記電圧供給配線の一端と互いに整列する一端を有する配線群と、
   前記電圧印加配線を、前記配線群内の前記第一、第二電圧供給配線のどちらかに連接するビアと、
   からなることを特徴とする構造。
2. 前記ビアのほぼ二分の一と前記電圧印加配線は重畳し、前記ビアの残りの二分の一と前記第一、第二電圧供給配線のどちらかと重畳することを特徴とする請求項１に記載の構造。
3. 前記構造は、更に、
   前記フィラーセル内の付加Nウェルと、
   前記Nウェル上方に位置し、前記電圧印加配線との間にギャップを有し、前記電圧印加配線が、前記ビアにより、前記第一電圧供給配線に連接されると共に、付加ビアにより、前記第二電圧供給配線に連接される付加電圧印加配線と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の構造。
4. 更に、前記電圧印加配線を、前記Nウェルに連接する下側のビア群を有することを特徴とする請求項１に記載の構造。
5. 電源電圧を集積回路に提供する方法であって、前記方法は、
   Nウェルを有するフィラーセルを提供する工程と、
   第一金属層内に、電圧供給配線を提供する工程と、
   第一、第二電圧供給配線からなり、前記第一、第二電圧供給配線は、それぞれ、第二金属層と第三金属層からなる群から選択される金属層内に形成され、前記第一、第二電圧供給配線はほぼ平行で、前記電圧印加配線の幅と等しい距離を有し、前記第一、第二電圧供給配線は、それぞれ、前記電圧供給配線の一端と互いに整列する一端を有する配線群を提供する工程と、
   ビアにより、前記電圧印加配線を、前記配線群の供給配線に連接する工程と、
   からなることを特徴とする方法。
6. 前記ビアのほぼ二分の一と前記電圧印加配線は重畳し、前記ビアの残りの二分の一と前記第一、第二電圧供給配線のどちらかと重畳することを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 更に、下側のビア群により、前記電圧印加配線を、前記Nウェルに連接する工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
8. 前記方法は、更に、
   付加Nウェルを提供する工程と、
   前記Nウェル上方に、付加電圧印加配線を提供する工程と、
   前記ビアにより、前記電圧印加配線を、前記第一電圧供給配線に連接する工程と、
   前記付加ビアにより、前記付加電圧印加配線を、前記第二電圧供給配線に連接する工程と、
   からなることを特徴とする請求項５に記載の方法。
9. 集積回路構造であって、
   Nウェルを有するフィラーセルと、
   前記第一金属層内と前記フィラーセルの範囲外に位置し、第一電圧を印加するM１電圧供給配線と、
   前記第二金属層内と前記フィラーセルの範囲内に位置し、第二電圧を印加するM２電圧供給配線と、
   前記第一金属内に位置し、前記M１電圧供給配線と前記M２電圧供給配線は、ほぼ平行で、前記M１電圧供給配線と前記M２電圧供給配線の一つと結線する電圧印加配線と、
   からなることを特徴とする構造。
10. 前記電圧印加配線は、ショートにより、前記M１電圧供給配線と結合することを特徴とする請求項９に記載の構造。
11. 前記電圧印加配線は、ビアにより、前記M２電圧供給配線と結線することを特徴とする請求項９に記載の構造。
12. 更に、付加Nウェル上方の付加電圧印加配線を有し、前記電圧印加配線は、ショートにより、前記M１電圧供給配線に連接され、前記追加のM１電圧供給配線は、付加ビアにより、前記M２電圧供給配線に連接されることを特徴とする請求項９に記載の構造。
13. 更に、前記電圧印加配線を、前記Nウェルに連接する下側のビア群を有することを特徴とする請求項９に記載の構造。
14. 電源電圧を集積回路に提供する方法であって、前記方法は、
    Nウェルを有するフィラーセルを提供する工程と、
    前記フィラーセルの境界外に位置するM１電圧供給配線を、第一金属内に提供し、第一電圧を印加する工程と、
    前記フィラーセルの境界内に位置し、前記M１電圧供給配線とほぼ平行であるM２電圧供給配線を、第二金属内に提供し、第二電圧を印加する工程と、
    前記フィラーセルの境界内に位置する電圧印加配線を、前記第一金属層内に提供する工程と、
    前記電圧印加配線を、前記M１電圧供給配線と前記M２電圧供給配線のどちらかに結線する工程と、
    からなることを特徴とする方法。
15. 前記電圧印加配線は、ショートにより、前記M１電圧供給配線と結線することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記電圧印加配線は、ビアにより、前記M２電圧供給配線と結線することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
17. 更に、
    付加Nウェルを提供する工程と、
    前記Nウェル上方に、前記電圧印加配線と距離を有する付加電圧印加配線を提供する工程と、
    前記電圧印加配線を、前記M１電圧供給配線にショートする工程と、
    ビアにより、前記付加電圧印加配線を、前記M２電圧供給配線に連接する工程と、
    からなることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
18. 更に、前記電圧印加配線を、前記Nウェルに連接する下側のビア有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。

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