JP2005340507A - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents

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Daisuke Iguchi
大介 井口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor integrated circuit device for suppressing electromagnetic radiation caused by oscillation, and for preventing the deterioration of the efficiency of charge feeding at the time of carrying out on-chip de-coupling. <P>SOLUTION: This semiconductor integrated circuit 10 is constituted of an inverter circuit 12 and a capacitor 14, and the inverter circuit 12 is a CMOS inverter constituted by connecting a pMOS 16 with an nMOS 18. The capacitor 14 is constituted so that a dielectric 38 can be interposed between a pair of electrodes constituted of electrodes 36A and 36B. The electrode 36A is connected to a p diffusion region 24A and n diffusion region 44 of a pMOS 16 and a VDD terminal 46 for a power source input. The electrode 36B is connected to an n diffusion region 30B, p diffusion region 48 of the nMOS 18, and a VSS terminal 50 for the ground. The electrodes 36A and 36B are formed of materials with losses larger than that of metal or polysilicon to be used as materials of normal electrodes. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体集積回路装置に係り、より詳しくは、パーソナルコンピュータや複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子機器に用いられる半導体集積回路装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a semiconductor integrated circuit device used in electronic equipment such as a personal computer, a copying machine, a printer, and a facsimile.

上記のような電子機器に用いられる半導体集積回路上で処理されるディジタル信号には、クロック周波数とその全ての分調波に対して5次ないし10次程度の高調波成分が含まれる。   The digital signal processed on the semiconductor integrated circuit used in the electronic apparatus as described above includes harmonic components of the fifth to tenth order with respect to the clock frequency and all of its subharmonics.

通常、半導体集積回路に含まれる多くのフリップフロップ等の機能単位毎にクロック信号に同期してスイッチング動作するため、クロック周波数に従ってスイッチング電流がプリント配線基板上の電源から半導体集積回路に流れ込む。また、半導体集積回路からプリント配線基板のグランドへと流れる。さらには、半導体集積回路がプリント配線基板上の信号配線を通じてクロックと同期した信号で負荷素子を駆動する場合は、信号電流はプリント配線基板上の電源から半導体集積回路を通じて信号配線に流れ、さらに信号配線から半導体集積回路を通じてプリント配線基板のグランドへと流れる。これらの電源系の電流は、半導体素子のパッケージ上の配線及びプリント配線基板上の配線と接続するためのピン等、有限のインダクタンスを持つ経路を伝播するため、電流iの時間変化di/dtに対し、電位差V(=L×di/dt)が発生する。これが、パッケージ上の半導体素子の基準電位の、プリント配線基板の基準電位に対する揺れ、所謂グランドバウンスを生じさせる。   Normally, switching operation is performed in synchronization with a clock signal for each functional unit such as many flip-flops included in a semiconductor integrated circuit, so that a switching current flows from the power supply on the printed wiring board to the semiconductor integrated circuit according to the clock frequency. Moreover, it flows from the semiconductor integrated circuit to the ground of the printed wiring board. Furthermore, when the semiconductor integrated circuit drives the load element with a signal synchronized with the clock through the signal wiring on the printed wiring board, the signal current flows from the power supply on the printed wiring board to the signal wiring through the semiconductor integrated circuit, and further the signal It flows from the wiring to the ground of the printed wiring board through the semiconductor integrated circuit. Since the current of these power supply systems propagates through a path having a finite inductance, such as a wiring on the package of the semiconductor element and a wiring for connecting to the wiring on the printed wiring board, the current i changes over time to di / dt. On the other hand, a potential difference V (= L × di / dt) is generated. This causes a so-called ground bounce of the reference potential of the semiconductor element on the package with respect to the reference potential of the printed wiring board.

このパッケージ内部のグランドバウンスは、回路が動作している、いないにかかわらず全入出力ピンを通じてプリント配線基板上に伝播し、時には著しいEMI(不要電磁輻射)の問題を生じさせる。   This ground bounce within the package propagates on the printed circuit board through all I / O pins whether or not the circuit is operating, and sometimes causes significant EMI (unwanted electromagnetic radiation) problems.

パッケージ内部のグランドバウンスを抑制するには、電源ピン、グランドピン、及び配線のインピーダンスを低下させ、かつチップの外部で十分なデカップリングを行うことが有効であるが、集積回路の大規模化に伴うパッケージの巨大化により、十分な電源系のピン数を確保するのが困難であり、低インピーダンス化には限界がある。   In order to suppress the ground bounce inside the package, it is effective to reduce the impedance of the power supply pins, ground pins, and wiring and perform sufficient decoupling outside the chip. Due to the enormous package size, it is difficult to secure a sufficient number of pins for the power supply system, and there is a limit to reducing the impedance.

そこで、特許文献1に記載されたようにLSIの機能回路が存在しない部分に電源容量を配置することにより電源安定化を行う方法、所謂オンチップ・デカップリングが提案されている。すなわち、半導体層中の機能回路によって使用されていない部分にコンデンサを形成するものである。   Therefore, as described in Patent Document 1, a so-called on-chip decoupling method has been proposed in which power supply stabilization is performed by arranging a power supply capacitor in a portion where no LSI functional circuit exists. That is, a capacitor is formed in a portion of the semiconductor layer that is not used by the functional circuit.

しかしながら、非特許文献1に記載されたように、オンチップ・デカップリングの効果を実験的に検証した結果、スイッチングに起因する電磁放射については、貫通電流及び出力バッファの電流の双方に明確な効果が見られる反面、むしろ電磁放射が増大する周波数が存在することが判っている。   However, as described in Non-Patent Document 1, as a result of experimentally verifying the effect of on-chip decoupling, electromagnetic radiation caused by switching has a clear effect on both the through current and the output buffer current. However, it has been found that there are frequencies at which electromagnetic radiation increases.

本発明者らの解析によれば、この電磁放射の増大の原因が、大容量のキャパシタが低インピーダンスで接続されることにより、スイッチングするトランジスタの浮遊容量とのループで共振が起こることによるものであることが判明している。
特許第3217098号公報 須藤俊夫、中野健、「LSI給電特性と同時スイッチングノイズ、放射ノイズの挙動に関する考察」、信学技報CPM2003-187、社団法人電子情報通信学会、2004年2月、p63−68
According to the analysis by the present inventors, the cause of this increase in electromagnetic radiation is that resonance occurs in a loop with the stray capacitance of the transistor to be switched by connecting a large-capacitance capacitor with low impedance. It turns out that there is.
Japanese Patent No. 3217098 Toshio Sudo, Takeshi Nakano, “Study on LSI Power Supply Characteristics and Behavior of Simultaneous Switching Noise and Radiation Noise”, IEICE Technical Report CPM 2003-187, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, February 2004, p63-68

上記のように、オンチップ・デカップリング(特に半導体素子の空きセルを利用した場合若しくは容量セルを半導体素子中に形成した場合)を行った場合、スイッチングするトランジスタの浮遊容量とのループで生じる共振による電磁放射が生じるが、これを防ぐためにデカップリングコンデンサの容量を小さくすると、本来の目的である高速スイッチングに対応した効率的な電荷の供給が損なわれる。   As described above, when on-chip decoupling (especially when an empty cell of a semiconductor element is used or when a capacitor cell is formed in a semiconductor element) is performed, resonance occurs in a loop with the stray capacitance of the transistor to be switched. However, if the capacity of the decoupling capacitor is reduced in order to prevent this, the efficient charge supply corresponding to the high-speed switching that is the original purpose is impaired.

これを解決するためには、インダクタンスの付加により高周波電流を制限することが考えられる。   In order to solve this, it is conceivable to limit the high-frequency current by adding inductance.

しかしながら、インダクタンスの付加は共振点を単に低周波側にシフトさせるだけであり、特に、クロック高調波は基本波に近い低次数のものがエネルギーが大きいため、根本的な解決にならないどころかむしろ問題を悪化させることがある。また、直列に別途抵抗素子を加えることは、電流方向のパスの増加分に相当するインダクタンスが付加されるために同時に高周波の電荷供給を阻害する。すなわち、上記の共振の影響を回避しつつ電荷供給の効率を下げない構造が必要となる。   However, the addition of inductance only shifts the resonance point to the low frequency side, and in particular, the clock harmonics are of low order close to the fundamental wave and have a large energy, rather than being a fundamental solution rather than a problem. May be exacerbated. Further, adding a separate resistance element in series adds an inductance corresponding to an increase in the path in the current direction, and at the same time inhibits high-frequency charge supply. In other words, a structure that does not reduce the efficiency of charge supply while avoiding the influence of the resonance is required.

本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、オンチップ・デカップリングを行う場合に、共振による電磁放射を抑制すると共に電荷供給の効率が低下するのを防ぐことができる半導体集積回路装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problem. In the case of performing on-chip decoupling, the semiconductor integrated circuit can suppress electromagnetic radiation due to resonance and prevent a decrease in charge supply efficiency. An object is to provide a circuit device.

上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、半導体集積回路に含まれる機能回路の電源入力部と基準電位入力部との間に、電極対と前記電極対に挟持された誘電体とから成るキャパシタが前記半導体集積回路中に形成されると共に、前記電極対及び前記誘電体の少なくとも一方が所定の損失を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is directed to an electrode pair and a dielectric sandwiched between the electrode pair between a power supply input portion and a reference potential input portion of a functional circuit included in a semiconductor integrated circuit. The capacitor is formed in the semiconductor integrated circuit, and at least one of the electrode pair and the dielectric has a predetermined loss.

この発明によれば、半導体集積回路装置は、半導体集積回路に含まれる機能回路の電源入力部と基準電位入力部との間に、キャパシタが形成されている。機能回路は、電源入力部から供給された電源によって動作し、所定の機能を有する。   According to the present invention, in the semiconductor integrated circuit device, the capacitor is formed between the power supply input portion and the reference potential input portion of the functional circuit included in the semiconductor integrated circuit. The functional circuit is operated by the power supplied from the power input unit and has a predetermined function.

キャパシタは、電極対と電極対に挟持された誘電体とから成り、半導体集積回路中、すなわち半導体チップ中に形成される。すなわち、キャパシタは、例えば半導体集積回路中の空きセルを利用して若しくは機能回路が形成されていない領域に容量セルを形成することにより、機能回路と一体化して半導体集積回路中に形成される。また、電極対及び誘電体の少なくとも一方は所定の損失を有している。   The capacitor includes an electrode pair and a dielectric sandwiched between the electrode pair, and is formed in a semiconductor integrated circuit, that is, in a semiconductor chip. That is, the capacitor is formed in the semiconductor integrated circuit integrally with the functional circuit by using, for example, an empty cell in the semiconductor integrated circuit or by forming a capacitor cell in a region where the functional circuit is not formed. Further, at least one of the electrode pair and the dielectric has a predetermined loss.

具体的には、請求項2に記載したように、前記電極対は、少なくとも金属及びポリシリコンよりも大きな抵抗を有する構成とすることができる。   Specifically, as described in claim 2, the electrode pair can be configured to have a resistance at least greater than that of metal and polysilicon.

一般に半導体集積回路中の電極に金属よりも大きな損失をもつポリシリコンが用いられているが、共振現象による影響を回避するには不十分であり、さらに大きな抵抗体を用いる必要があるが、仮にキャパシタの電極部と半導体集積回路のスイッチング部との間に抵抗素子を付加しても、インダクタンスが加わることによりスイッチング周波数の高調波のエネルギーが大きい低周波側に共振点が異動するだけであり好ましくない。   In general, polysilicon having a loss larger than that of metal is used for electrodes in a semiconductor integrated circuit, but it is insufficient to avoid the influence of resonance phenomenon, and a larger resistor must be used. Even if a resistance element is added between the capacitor electrode part and the switching part of the semiconductor integrated circuit, it is preferable that the resonance point only moves to the low frequency side where the harmonic energy of the switching frequency is large due to the addition of inductance. Absent.

これに対し、オンチップ・デカップリング用のキャパシタを機能回路の電源入力部と基準電位入力部との間に設け、請求項2記載の発明のように、電極として通常用いられる金属及びポリシリコンよりも大きな抵抗を有する材料により電極対を構成して電極対自体に損失を持たせることにより、キャパシタ部分が高周波的に低インピーダンスとなることで生じるスイッチング素子部分の浮遊容量とインダクタンスとの共振を緩和することができる。   On the other hand, a capacitor for on-chip decoupling is provided between the power supply input portion and the reference potential input portion of the functional circuit, and the metal and polysilicon normally used as electrodes as in the invention according to claim 2 Reducing the resonance between stray capacitance and inductance in the switching element caused by the capacitor part having a low impedance at high frequencies by forming the electrode pair with a material having a large resistance and giving the electrode pair a loss. can do.

また、スイッチング素子部分の浮遊容量とインダクタンスとによる共振ループに対して直列に挿入したキャパシタがコンダクタンスGを持つ場合、共振の鋭さを示すQ値はコンダクタンス成分Gと逆比例の関係にあり、共振の影響を押さえるにはGの値を大きくすることが有効である。このためには、高誘電率で十分な電荷供給を確保しながら、これを通じて流れる高周波の共振電流に対して損失を与えるように高周波のコンダクタンスが高い材料を用いることが適切といえる。   In addition, when a capacitor inserted in series with respect to the resonance loop due to stray capacitance and inductance of the switching element portion has conductance G, the Q value indicating the sharpness of resonance is in inverse proportion to the conductance component G, and Increasing the value of G is effective to suppress the influence. For this purpose, it can be said that it is appropriate to use a material having a high high-frequency conductance so as to give a loss to a high-frequency resonance current flowing through the high-dielectric constant while ensuring a sufficient charge supply.

そこで、請求項3に記載したように、前記誘電体は、少なくともシリコン酸化物よりも大きな誘電損失を有する構成としてもよい。   Therefore, as described in claim 3, the dielectric may have a configuration having a dielectric loss larger than at least silicon oxide.

このように、誘電体を一般に用いられるシリコン酸化物よりも大きな誘電損失を有する誘電材料で構成することにより、高周波の共振電流に対して損失を与えて共振を抑制することができると共に、十分な電荷供給を確保することができる。   Thus, by configuring the dielectric with a dielectric material having a dielectric loss larger than that of generally used silicon oxide, it is possible to suppress the resonance by giving a loss to the high-frequency resonance current and sufficiently Charge supply can be ensured.

また、請求項4に記載したように、前記電極対の一方の電極が、前記半導体集積回路を構成する半導体基板にキャリアをドープした拡散領域である構成としてもよい。   According to a fourth aspect of the present invention, one electrode of the electrode pair may be a diffusion region in which a semiconductor substrate constituting the semiconductor integrated circuit is doped with a carrier.

この発明によれば、半導体集積回路を構成する半導体基板若しくはウエル内にキャリアをドープして拡散した拡散領域を電極として利用するため、キャリアのドープ量を制御することで容易に拡散領域の抵抗値を制御することができる。従って、容易に共振の強さに応じた最適な抵抗値を有する電極を構成することができる。   According to the present invention, the diffusion region diffused by doping the carrier in the semiconductor substrate or well constituting the semiconductor integrated circuit is used as the electrode. Therefore, the resistance value of the diffusion region can be easily controlled by controlling the doping amount of the carrier. Can be controlled. Therefore, it is possible to easily configure an electrode having an optimum resistance value corresponding to the strength of resonance.

請求項5記載の発明は、半導体集積回路が搭載されるパッケージ上に形成された、前記半導体集積回路の電源入力部及び基準電位入力部に接続するための電極対に、コンデンサが接続されると共に、前記電極対が、少なくとも金属及びポリシリコンよりも大きな抵抗を有することを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, a capacitor is connected to an electrode pair that is formed on a package on which a semiconductor integrated circuit is mounted and is connected to a power supply input portion and a reference potential input portion of the semiconductor integrated circuit. The electrode pair has a resistance greater than that of at least metal and polysilicon.

この発明によれば、パッケージ上に半導体集積回路及びコンデンサが混載されると共に、半導体集積回路の電源入力部及び基準電位入力部に接続するための電極対が形成され、この電極対にコンデンサが接続される。コンデンサは、例えばチップ型の積層セラミックコンデンサ等を用いることができる。   According to the present invention, the semiconductor integrated circuit and the capacitor are mixedly mounted on the package, and the electrode pair for connecting to the power supply input portion and the reference potential input portion of the semiconductor integrated circuit is formed, and the capacitor is connected to the electrode pair. Is done. As the capacitor, for example, a chip-type multilayer ceramic capacitor can be used.

そして、パッケージ上に形成された電極対が少なくとも金属及びポリシリコンよりも大きな抵抗を有し、電極対自体が損失を有する。   The electrode pair formed on the package has a resistance that is at least greater than that of metal and polysilicon, and the electrode pair itself has a loss.

電極対と半導体集積回路のスイッチング部との間に抵抗素子を付加した場合、インダクタンスが加わることによってスイッチング周波数の高調波のエネルギーが大きい低周波側に共振点が異動するために好ましくなく、本発明のように電極対自体に損失を持たせることにより、コンデンサ部分が高周波的に低インピーダンスとなることで生じるスイッチング素子部分の浮遊容量とインダクタンスとの共振を緩和することができる。   When a resistance element is added between the electrode pair and the switching portion of the semiconductor integrated circuit, the resonance point moves to the low frequency side where the harmonic energy of the switching frequency is large due to the addition of inductance, which is not preferable. By providing a loss to the electrode pair itself as described above, the resonance between the stray capacitance and the inductance of the switching element portion caused by the capacitor portion having a low impedance at a high frequency can be mitigated.

以上説明したように、本発明によれば、オンチップ・デカップリングを行う場合に、共振による電磁放射を抑制すると共に電荷供給の効率が低下するのを防ぐことができる、という効果を有する。   As described above, according to the present invention, when on-chip decoupling is performed, electromagnetic radiation due to resonance can be suppressed and the charge supply efficiency can be prevented from decreasing.

(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について説明する。なお、本実施形態では、インバータ回路に本発明を適用した場合について説明する。
(First embodiment)
The first embodiment of the present invention will be described below. In the present embodiment, a case where the present invention is applied to an inverter circuit will be described.

図1には、本発明に係る半導体集積回路装置10の一部を示す概略斜視図を示した。また、図2には、半導体集積回路装置10の回路図を示した。   FIG. 1 is a schematic perspective view showing a part of a semiconductor integrated circuit device 10 according to the present invention. FIG. 2 shows a circuit diagram of the semiconductor integrated circuit device 10.

図1に示すように、半導体集積回路装置10は、半導体集積回路(半導体チップ)に含まれる機能回路としてのインバータ回路12及びキャパシタ14を含んで構成されている。   As shown in FIG. 1, a semiconductor integrated circuit device 10 includes an inverter circuit 12 and a capacitor 14 as functional circuits included in a semiconductor integrated circuit (semiconductor chip).

インバータ回路12は、図2にも示したように、p型のMOSトランジスタ(以下、pMOSという)16とn型のMOSトランジスタ(以下、nMOSという)18とを接続して成る所謂CMOSインバータである。   As shown in FIG. 2, the inverter circuit 12 is a so-called CMOS inverter formed by connecting a p-type MOS transistor (hereinafter referred to as pMOS) 16 and an n-type MOS transistor (hereinafter referred to as nMOS) 18. .

図1に示すように、pMOS16は、p型半導体から成るp型基板(例えばシリコン基板)20上に、n型半導体から成るnウエル22が形成され、このnウエル22上に、p型半導体から成るp拡散領域24A,24Bが形成され、このp拡散領域24A,24B上を跨るように誘電体膜26及びゲート電極28が積層された構成となっている。   As shown in FIG. 1, the pMOS 16 has an n-well 22 made of an n-type semiconductor formed on a p-type substrate (for example, a silicon substrate) 20 made of a p-type semiconductor. The p diffusion regions 24A and 24B are formed, and the dielectric film 26 and the gate electrode 28 are laminated so as to straddle the p diffusion regions 24A and 24B.

nMOS18は、p型基板20上に、n型半導体から成るn拡散領域30A,30Bが形成され、このn拡散領域30A,30Bを跨るように誘電体膜32及びゲート電極34が積層された構成となっている。   In the nMOS 18, n diffusion regions 30A and 30B made of an n type semiconductor are formed on a p type substrate 20, and a dielectric film 32 and a gate electrode 34 are laminated so as to straddle the n diffusion regions 30A and 30B. It has become.

また、ゲート電極28、34は、信号入力用の入力端子40に接続され、p拡散領域24B及びn拡散領域30Aは、信号出力用の出力端子42に接続されている。   The gate electrodes 28 and 34 are connected to an input terminal 40 for signal input, and the p diffusion region 24B and the n diffusion region 30A are connected to an output terminal 42 for signal output.

キャパシタ14は、電極36A,36Bから成る電極対によって誘電体38が挟持された構成となっている。電極36Aは、pMOS16のp拡散領域24A、nウエル22上に形成されたn拡散領域44、及び電源(VDD)入力用のVDD端子46に接続されている。また、電極36Bは、nMOS18のn拡散領域30B、p型基板20上に形成されたp拡散領域48、及びグランド電位(VSS)用のVSS端子50に接続されている。   The capacitor 14 has a configuration in which a dielectric 38 is sandwiched between electrode pairs including electrodes 36A and 36B. The electrode 36A is connected to the p diffusion region 24A of the pMOS 16, the n diffusion region 44 formed on the n well 22, and the VDD terminal 46 for power supply (VDD) input. The electrode 36B is connected to the n diffusion region 30B of the nMOS 18, the p diffusion region 48 formed on the p-type substrate 20, and the VSS terminal 50 for ground potential (VSS).

ここで、誘電体38は、例えばシリコン酸化膜等によって構成される。一方、電極36A,36Bは、通常電極の材料として用いられる金属やポリシリコン(導電率:4.0×106 [S/cm])よりも大きな損失を有する材料で形成される。このような材料としては、例えばニクロム(導電率:1.0×106[S/cm])、炭素(導電率:3.0×104)、テルル(導電率:5.0×103[S/cm])等があるが、金属やポリシリコンよりも大きな損失を有する材料であればこれに限られない。 Here, the dielectric 38 is made of, for example, a silicon oxide film. On the other hand, the electrodes 36A and 36B are formed of a material having a loss larger than that of metal or polysilicon (conductivity: 4.0 × 10 6 [S / cm]) that is usually used as a material of the electrode. Examples of such materials include nichrome (conductivity: 1.0 × 10 6 [S / cm]), carbon (conductivity: 3.0 × 10 4 ), tellurium (conductivity: 5.0 × 10 3). [S / cm]), etc., but is not limited to this as long as the material has a loss larger than that of metal or polysilicon.

また、キャパシタ14は、半導体素子の空きセルを利用して設けるか、若しくは半導体素子中に容量セルを形成することにより設けられる。   The capacitor 14 is provided by using an empty cell of the semiconductor element, or is provided by forming a capacitor cell in the semiconductor element.

このように、オンチップ・デカップリングのために半導体素子の空きセルを利用してキャパシタを設けるか、若しくは容量セルを半導体素子中に形成することにより設けたキャパシタ14の電極36A,36Bに損失を持たせることにより、キャパシタ14の部分が高周波的に低インピーダンスとなることで生じるスイッチング素子部分の浮遊容量とインダクタンスとの共振を緩和することができる。   As described above, for the on-chip decoupling, a capacitor is provided using an empty cell of the semiconductor element, or a loss is applied to the electrodes 36A and 36B of the capacitor 14 provided by forming the capacitor cell in the semiconductor element. By providing this, the resonance between the stray capacitance and the inductance of the switching element portion, which is caused when the portion of the capacitor 14 has a low impedance at a high frequency, can be mitigated.

なお、オンチップ・デカップリングに用いるキャパシタ14の容量は、半導体集積回路装置10の中で同時にスイッチングする容量に対して十分大きな値(通常10倍以上)をとらせることが好ましい。このような条件では、スイッチング容量Cと、電極36A,36Bによる損失即ち抵抗R分による直列回路とみなすことができる。従って、カットオフ周波数f(=1/2πCR)が、抑制対象の電磁波放射の周波数帯域(数100MHz程度)となるように、キャパシタ14の容量及び電極36A,36Bの抵抗値を定めることにより当該周波数帯域の共振を抑制することができる。   Note that the capacitance of the capacitor 14 used for on-chip decoupling is preferably set to a sufficiently large value (usually 10 times or more) with respect to the capacitance simultaneously switched in the semiconductor integrated circuit device 10. Under such conditions, it can be regarded as a series circuit with a switching capacitance C and a loss due to the electrodes 36A and 36B, that is, a resistance R component. Accordingly, by determining the capacitance of the capacitor 14 and the resistance values of the electrodes 36A and 36B so that the cut-off frequency f (= 1 / 2πCR) falls within the frequency band (about several hundred MHz) of the electromagnetic wave radiation to be suppressed. Band resonance can be suppressed.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

図3には、本実施形態に係る半導体集積回路装置60の概略斜視図を示した。半導体集積回路装置60が図1に示す半導体集積回路装置10と異なる点は、キャパシタ62の構成だけであるため、その他の説明は省略する。   FIG. 3 is a schematic perspective view of the semiconductor integrated circuit device 60 according to the present embodiment. The semiconductor integrated circuit device 60 is different from the semiconductor integrated circuit device 10 shown in FIG. 1 only in the configuration of the capacitor 62, and other description is omitted.

キャパシタ62は、電極64A,64Bから成る電極対によって誘電体66が挟持された構成となっている。電極64A、64Bは、一般に用いられる金属若しくはポリシリコン等の半導体から成り、誘電体66は、一般に用いられるシリコン酸化膜よりも大きな誘電損失をもつ誘電材料から成る。このような誘電材料としては、例えばシリコン(tanδ(誘電損失)=0.001〜0.004)より大きな誘電損失を有するものとしては、ポリイミド(tanδ=0.005)、ナイロン(tanδ=0.04)、エポキシ(tanδ=0.02)等があるが、シリコンよりも大きな誘電損失を有する材料であればこれに限られない。   The capacitor 62 has a configuration in which a dielectric 66 is sandwiched between electrode pairs including electrodes 64A and 64B. The electrodes 64A and 64B are made of a commonly used semiconductor such as metal or polysilicon, and the dielectric 66 is made of a dielectric material having a dielectric loss larger than that of a generally used silicon oxide film. Examples of such a dielectric material include polyimide (tan δ = 0.005), nylon (tan δ = 0...) Having a dielectric loss larger than that of silicon (tan δ (dielectric loss) = 0.001 to 0.004). 04), epoxy (tan δ = 0.02) and the like, but not limited to this as long as the material has a dielectric loss larger than that of silicon.

このように、キャパシタ62を構成する誘電体66をシリコンよりも高い誘電損失を有する誘電材料で構成することにより、高周波の共振電流に対して損失を与えて共振を抑制することができると共に、十分な電荷供給を確保することができる。   In this way, by forming the dielectric 66 constituting the capacitor 62 with a dielectric material having a dielectric loss higher than that of silicon, it is possible to suppress the resonance by giving a loss to the high-frequency resonance current, and sufficiently Can be ensured.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described.

図4には、本実施形態に係る半導体集積回路装置70の概略断面図を示した。図4に示すように、半導体集積回路装置70は、BGA(Ball Grid Array)タイプの半導体集積回路装置であり、半導体集積回路パッケージ72上に半導体集積回路74が搭載されており、図示しないプリント配線基板とはボールグリッド76により電気的に接続される。   FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device 70 according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, the semiconductor integrated circuit device 70 is a BGA (Ball Grid Array) type semiconductor integrated circuit device, in which a semiconductor integrated circuit 74 is mounted on a semiconductor integrated circuit package 72, and a printed wiring (not shown) The substrate is electrically connected by a ball grid 76.

また、半導体集積回路74の電源(VDD)入力部78は、配線80によって半導体集積回路パッケージ72上に形成された電極パッド82Aに接続される。電極パッド82Aには、デカップリングコンデンサ84の一端が接続され、デカップリングコンデンサ84の他端は、同じく半導体集積回路パッケージ72上に形成された電極パッド82Bに接続されている。電極パッド82Aは、配線86を介してグランド(VSS)用のボールグリッド76Gに接続され、電極パッド82Bは、配線88を介して電源入力用のボールグリッド76Vに接続されている。このように、半導体集積回路74の電源入力部78の数に応じて、デカップリングコンデンサ84が半導体集積回路パッケージ72上に設けられている。   The power supply (VDD) input portion 78 of the semiconductor integrated circuit 74 is connected to an electrode pad 82 A formed on the semiconductor integrated circuit package 72 by a wiring 80. One end of a decoupling capacitor 84 is connected to the electrode pad 82A, and the other end of the decoupling capacitor 84 is connected to an electrode pad 82B formed on the semiconductor integrated circuit package 72. The electrode pad 82A is connected to a ball grid 76G for ground (VSS) through a wiring 86, and the electrode pad 82B is connected to a ball grid 76V for power supply input through a wiring 88. As described above, the decoupling capacitors 84 are provided on the semiconductor integrated circuit package 72 in accordance with the number of power input portions 78 of the semiconductor integrated circuit 74.

デカップリングコンデンサ84は、例えばチップ型の積層セラミックコンデンサ等を用いることができる。   As the decoupling capacitor 84, for example, a chip-type multilayer ceramic capacitor or the like can be used.

ここで、電極パッド82A、82Bは、第1実施形態と同様の損失を有している。すなわち、電極パッド82A,82Bは、通常電極の材料として用いられる金属やポリシリコンよりも大きな損失を有する材料で形成される。   Here, the electrode pads 82A and 82B have the same loss as in the first embodiment. That is, the electrode pads 82A and 82B are formed of a material having a larger loss than a metal or polysilicon used as a normal electrode material.

このように、オンチップ・デカップリングのために、半導体集積回路パッケージ72上にデカップリングコンデンサ84を設け、このデカップリングコンデンサ84が接続される電源用及びグランド用の電極パッド82A,82Bに損失を持たせることにより、デカップリングコンデンサ84の部分が高周波的に低インピーダンスとなることで生じるスイッチング素子部分の浮遊容量とインダクタンスとの共振を緩和することができる。   Thus, for on-chip decoupling, a decoupling capacitor 84 is provided on the semiconductor integrated circuit package 72, and loss is caused in the power supply and ground electrode pads 82A and 82B to which the decoupling capacitor 84 is connected. By providing it, the resonance between the stray capacitance and the inductance of the switching element portion caused by the decoupling capacitor 84 portion having a low impedance in terms of high frequency can be mitigated.

なお、本実施形態ではBGAタイプの半導体集積回路装置に本発明を適用した場合について説明したが、これに限らず他のタイプの半導体集積回路装置であっても本発明を適用できることはいうまでもない。   In the present embodiment, the case where the present invention is applied to a BGA type semiconductor integrated circuit device has been described. However, the present invention is not limited to this and can be applied to other types of semiconductor integrated circuit devices. Absent.

(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

図5には、本実施形態に係る半導体集積回路装置90の概略斜視図を示した。図5に示すように、半導体集積回路装置90は、図1に示したのと同様のインバータ回路12を備えると共に、キャパシタ92を備えている。   FIG. 5 is a schematic perspective view of the semiconductor integrated circuit device 90 according to the present embodiment. As shown in FIG. 5, the semiconductor integrated circuit device 90 includes the inverter circuit 12 similar to that shown in FIG.

キャパシタ92は、p型基板20の所定領域に電子キャリアをドープしたn拡散領域94、誘電体膜96、及び電極膜98で構成されている。誘電体膜96は、例えばp型基板20を酸化させたシリコン酸化膜をそのまま用いてもよいし、第2実施形態で説明したような有損失の材料で形成してもよい。また、電極膜98は、金属やポリシリコン等を用いてもよいが、第1実施形態で説明したように、有損失の材料を用いることが好ましい。   The capacitor 92 includes an n diffusion region 94 in which a predetermined region of the p-type substrate 20 is doped with electron carriers, a dielectric film 96, and an electrode film 98. As the dielectric film 96, for example, a silicon oxide film obtained by oxidizing the p-type substrate 20 may be used as it is, or may be formed of a lossy material as described in the second embodiment. The electrode film 98 may be made of metal, polysilicon, or the like, but it is preferable to use a lossy material as described in the first embodiment.

n拡散領域94は、VSS端子50に接続されるp拡散領域48と接続され、電極膜98は、VDD端子46に接続されるn拡散領域44と接続される。   The n diffusion region 94 is connected to the p diffusion region 48 connected to the VSS terminal 50, and the electrode film 98 is connected to the n diffusion region 44 connected to the VDD terminal 46.

このように、n拡散領域94は、キャパシタ92の電極として機能するが、電子キャリアのドープ量を制御することにより、任意の導電率を得ることができる。   As described above, the n diffusion region 94 functions as an electrode of the capacitor 92, but an arbitrary conductivity can be obtained by controlling the doping amount of the electron carrier.

従って、共振の強さに応じて電子キャリアのドープ量を設定することにより、共振の強さに応じた最適な抵抗値とすることができ、効果的に共振を抑制することができる。   Therefore, by setting the doping amount of the electron carrier according to the strength of resonance, the optimum resistance value according to the strength of resonance can be obtained, and resonance can be effectively suppressed.

次に、本発明の実施例について説明する。   Next, examples of the present invention will be described.

図6には、第1実施形態で説明した半導体集積回路装置10について、電磁波放射の周波数と電圧値との関係をSPICEプログラムによりシミュレーションした結果を示した。   FIG. 6 shows the result of simulating the relationship between the frequency of electromagnetic wave radiation and the voltage value with the SPICE program for the semiconductor integrated circuit device 10 described in the first embodiment.

なお、シミュレーションでは、図7に示すように、半導体集積回路装置10のインバータ回路12として低電圧CMOSインバータ標準品に相当するものを用いるものとし、これを駆動する駆動源としては20MHzの矩形波信号源100を用いるものとした。また、インバータ回路12は、例えば所謂SOPパッケージ101により搭載され、これの電源系配線インピーダンス102を介して電源及びグランドに接続されるが、これにオンチップ・デカップリング用のキャパシタ14の容量成分104及び電極36A,36Bによる抵抗成分106を加えた条件において、SPICEによりシミュレーションした。   In the simulation, as shown in FIG. 7, the inverter circuit 12 of the semiconductor integrated circuit device 10 is equivalent to a standard product of a low voltage CMOS inverter, and a 20 MHz rectangular wave signal is used as a drive source for driving the inverter circuit 12. Source 100 was used. Further, the inverter circuit 12 is mounted by, for example, a so-called SOP package 101 and connected to a power source and a ground through a power source wiring impedance 102 of the inverter circuit 12, and a capacitance component 104 of a capacitor 14 for on-chip decoupling is connected thereto. The simulation was performed by SPICE under the condition that the resistance component 106 by the electrodes 36A and 36B was added.

図6に示すように、オンチップ・デカップリング用の容量成分104が存在しない場合は、20MHzクロックの高調波が700MHz近辺にピークをもつ広い分布を示している。   As shown in FIG. 6, when the on-chip decoupling capacitive component 104 does not exist, the 20 MHz clock harmonics have a wide distribution with a peak in the vicinity of 700 MHz.

また、容量成分104の容量を1000pFとし、抵抗成分106を付加しなかった場合、すなわち損失を持たせなかった場合には、300MHz以上の周波数成分が著しく抑圧されるが、同時に200MHzに共振ピークが発生している。   In addition, when the capacitance of the capacitive component 104 is 1000 pF and the resistance component 106 is not added, that is, when no loss is given, the frequency component of 300 MHz or more is remarkably suppressed, but at the same time, a resonance peak occurs at 200 MHz. It has occurred.

さらに、抵抗成分106の抵抗値を1Ωとした場合、すなわち損失を若干持たせた場合には、300MHz以上の周波数成分に対する抑圧効果をあまり損なうことなく、200MHzにあった共振ピークがほぼ完全に抑圧されている。   Further, when the resistance value of the resistance component 106 is set to 1Ω, that is, when some loss is given, the resonance peak at 200 MHz is almost completely suppressed without significantly damaging the suppression effect on the frequency component of 300 MHz or higher. Has been.

すなわち、本発明のようにオンチップ・デカップリング用のキャパシタを構成することにより、スイッチングするトランジスタの浮遊容量とのループで生じる共振による電磁放射の増大を抑制することができると共に、電荷供給の効率が低下するのを防ぐことができることが判った。   That is, by configuring the capacitor for on-chip decoupling as in the present invention, it is possible to suppress an increase in electromagnetic radiation due to resonance generated in a loop with the stray capacitance of the transistor to be switched, and to improve the efficiency of charge supply. It was found that it was possible to prevent the decrease.

なお、本シミュレーションのように電極に損失を持たせるのではなく、第2実施形態に示したように誘電体の損失を大きくした場合についてもほぼ同様の結果を得ることができる。また、第3実施形態に示したように半導体集積回路パッケージ上にチップコンデンサを搭載した構造、及び第4実施形態に示したように、半導体の拡散領域を電極とした構造についても同様の効果が得られる。   It should be noted that substantially the same result can be obtained when the loss of the dielectric is increased as shown in the second embodiment, instead of giving the electrode a loss as in the present simulation. The same effect is also obtained for the structure in which the chip capacitor is mounted on the semiconductor integrated circuit package as shown in the third embodiment and the structure in which the semiconductor diffusion region is used as the electrode as shown in the fourth embodiment. can get.

第1実施形態に係る半導体集積回路装置の概略一部断面斜視図である。1 is a schematic partial cross-sectional perspective view of a semiconductor integrated circuit device according to a first embodiment. 第1実施形態に係る半導体集積回路装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a semiconductor integrated circuit device according to a first embodiment. 第2実施形態に係る半導体集積回路装置の概略一部断面斜視図である。FIG. 6 is a schematic partial cross-sectional perspective view of a semiconductor integrated circuit device according to a second embodiment. 第3実施形態に係る半導体集積回路装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the semiconductor integrated circuit device which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る半導体集積回路装置の概略一部断面斜視図である。It is a general | schematic partial cross-section perspective view of the semiconductor integrated circuit device concerning 4th Embodiment. 電磁波放射の周波数と電圧値との関係のシミュレーション結果を示す線図である。It is a diagram which shows the simulation result of the relationship between the frequency of electromagnetic wave radiation, and a voltage value. シミュレーションモデルについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating a simulation model.

符号の説明Explanation of symbols

10、60、70、90 半導体集積回路装置
12 インバータ回路
14、62、92 キャパシタ
20 p型基板
22 nウエル
24A、24B、48 p拡散領域
26、32 誘電体膜
28、34 ゲート電極
30A、30B、44、94 n拡散領域
36A、36B、64A、64B 電極
38、66 誘電体
40 入力端子
42 出力端子
46 VDD端子
50 VSS端子
72 半導体集積回路パッケージ
74 半導体集積回路
82A、82B 電極パッド
84 デカップリングコンデンサ
96 誘電体膜
98 電極膜
10, 60, 70, 90 Semiconductor integrated circuit device 12 Inverter circuits 14, 62, 92 Capacitor 20 P-type substrate 22 N wells 24A, 24B, 48 p Diffusion regions 26, 32 Dielectric films 28, 34 Gate electrodes 30A, 30B, 44, 94 n Diffusion regions 36A, 36B, 64A, 64B Electrodes 38, 66 Dielectric 40 Input terminal 42 Output terminal 46 VDD terminal 50 VSS terminal 72 Semiconductor integrated circuit package 74 Semiconductor integrated circuits 82A, 82B Electrode pad 84 Decoupling capacitor 96 Dielectric film 98 Electrode film

Claims (5)

半導体集積回路に含まれる機能回路の電源入力部と基準電位入力部との間に、電極対と前記電極対に挟持された誘電体とから成るキャパシタが前記半導体集積回路中に形成されると共に、前記電極対及び前記誘電体の少なくとも一方が所定の損失を有することを特徴とする半導体集積回路装置。   A capacitor composed of an electrode pair and a dielectric sandwiched between the electrode pair is formed in the semiconductor integrated circuit between a power supply input portion and a reference potential input portion of a functional circuit included in the semiconductor integrated circuit, A semiconductor integrated circuit device, wherein at least one of the electrode pair and the dielectric has a predetermined loss. 前記電極対は、少なくとも金属及びポリシリコンよりも大きな抵抗を有することを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置。   The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the electrode pair has a resistance at least greater than that of metal and polysilicon. 前記誘電体は、少なくともシリコン酸化物よりも大きな誘電損失を有することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の半導体集積回路装置。   3. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the dielectric has a dielectric loss larger than at least silicon oxide. 前記電極対の一方の電極が、前記半導体集積回路を構成する半導体基板にキャリアをドープした拡散領域であることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の半導体集積回路装置。   4. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein one electrode of the electrode pair is a diffusion region in which a semiconductor substrate constituting the semiconductor integrated circuit is doped with a carrier. 5. apparatus. 半導体集積回路が搭載されるパッケージ上に形成された、前記半導体集積回路の電源入力部及び基準電位入力部に接続するための電極対に、コンデンサが接続されると共に、前記電極対が、少なくとも金属及びポリシリコンよりも大きな抵抗を有することを特徴とする半導体集積回路装置。   A capacitor is connected to an electrode pair that is formed on a package on which the semiconductor integrated circuit is mounted and is connected to a power supply input portion and a reference potential input portion of the semiconductor integrated circuit, and the electrode pair is at least a metal And a semiconductor integrated circuit device having a larger resistance than polysilicon.
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