JP2008244066A - Semiconductor device - Google Patents

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康範 長岐
Noriaki Minamii
則昭 南井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device achieved in the securing of a necessary signal wiring route without depending on complicated structure and having high reliability in terms of the securement. <P>SOLUTION: The semiconductor device (1) is provided with a plurality of circuit blocks grasped by a semiconductor substrate as an aggregate of a plurality of circuit cells. One part of the plurality of circuit cells are filler cells (40, 41 and 42) arranged to form power supply routes between the circuit cells while the first filler cells (40, 42) connected to the power supply routes with a power supply stabilization capacity and the second filler cell (41) excluding the power supply stabilization capacity from the first filler cells are provided as the filler cells. The second filler cell is employed at a place (35) where wiring is conjested, whereby necessary signal wiring routes can be secured without depending on the complicated structure. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置における配線性の最適化に関し、例えば動作周波数の相違する複数の回路ブロックを内蔵した半導体装置に適用できる技術に関する。   The present invention relates to optimization of wiring properties in a semiconductor device, for example, a technique applicable to a semiconductor device incorporating a plurality of circuit blocks having different operating frequencies.

半導体装置の設計には回路部品としてマクロセルやスタンダードセルが用いられる。マクロセルはCPUやメモリなどのように大きな機能単位で既に検証が済まされたレイアウトデータである。マクロセル化されていない回路についてはスタンダードセルを用いて設計することができる。スタンダードセルはインバータ、ナンドゲート、オアゲートのような要素回路の回路部品であり、複数種類のスタンダードセルを敷き詰めて所要の機能を実現することができる。   In designing a semiconductor device, a macro cell or a standard cell is used as a circuit component. The macro cell is layout data that has already been verified in a large functional unit such as a CPU and a memory. Circuits that are not made into macrocells can be designed using standard cells. A standard cell is a circuit component of an element circuit such as an inverter, NAND gate, or OR gate, and a plurality of types of standard cells can be spread to achieve a required function.

また、スタンダードセルおよびマクロセルが所定の論理的機能を持つのに対し、所定の論理的機能を持たないが配線層等を有するセルであるフィラーセルがある。   In addition, there is a filler cell that is a cell that does not have a predetermined logical function but has a wiring layer or the like, while the standard cell and the macro cell have a predetermined logical function.

このフィラーセルは、スタンダードセルが並べられた間で生じた隙間に配置され、その隙間で給電が途絶えないようにしている、特許文献1には、複数配線層の電源/グランドへの接続形態の異なる複数種類のフィラーセルを選択的に用いることが記載される。   This filler cell is arranged in a gap generated between the standard cells arranged, and power supply is not interrupted in the gap. Patent Document 1 describes a connection form of a plurality of wiring layers to a power source / ground. The selective use of different types of filler cells is described.

特開2004−158532号公報JP 2004-158532 A

本発明者はスタンダードセル等を用いて設計される回路領域における配線性等について以下の通り検討した。(1)本発明者は電源安定化容量(デカップリング容量)を造り込んだフィラーセルの利用について検討した。スタンダードセル間等で生じた隙間にはそのようなフィラーセルを埋め込むと配線性が悪くなる虞のあることが明らかにされた。例えば、フィラーセルにデカップリング容量としてpチャンネル型MOS容量素子を含む場合、当該MOS容量素子を構成するMOSトランジスタのソース・ドレインに電源配線を接続するための引出し配線及びコンタクト、ゲートにグランド配線を接続するための引出し配線及びコンダクとを含まなければならず、それらは、フィラーセルの前後に配置される回路間を接続する信号配線の配置の邪魔になることがある。これによってセル配置のやり直し、更にはセルそれ自体の変更が余儀なくされる。(2)所定の機能単位を構成する回路ブロックに対する給電と給電停止を電源スイッチにより選択可能にするとき、回路ブロックの周りに給電セルと電源スイッチセルを配置し、給電セルへの給電を電源スイッチセルのスイッチで制御することができる。しかしながらが、給電セルが電源/グランド配線のパターン及び層間コンタクトのパターンを単に規則的に規定すると、回路ブロックに接続する外部信号配線を給電セルのパターンを避けて通すことが難しくなる虞のあることが見出された。(3)複数の回路ブロック間で動作周波数が相違する場合、電源プレーン配線から回路ブロックへの給電ポイントの数や、デカップリング容量の容量値に対してその相違を考慮しなければ、電源電圧の不所望な電圧降下によって誤動作を生ずる虞のあることが見出された。   The present inventor examined the wiring property in a circuit area designed using a standard cell or the like as follows. (1) The inventor examined the use of a filler cell incorporating a power supply stabilization capacity (decoupling capacity). It has been clarified that if such a filler cell is embedded in a gap generated between standard cells, the wiring property may be deteriorated. For example, when the filler cell includes a p-channel MOS capacitor as a decoupling capacitor, a lead-out wiring and a contact for connecting a power supply wiring to the source and drain of the MOS transistor constituting the MOS capacitor and a ground wiring at the gate Lead wires and conductors for connection must be included, and they may interfere with the arrangement of signal wires that connect circuits arranged before and after the filler cell. This reinforces the cell placement and further changes the cell itself. (2) When power supply and power supply stop for a circuit block constituting a predetermined functional unit can be selected by a power switch, a power supply cell and a power switch cell are arranged around the circuit block, and power supply to the power supply cell is performed by the power switch. It can be controlled by a cell switch. However, if the power supply cell simply defines the power supply / ground wiring pattern and the interlayer contact pattern regularly, it may be difficult to pass the external signal wiring connected to the circuit block while avoiding the power supply cell pattern. Was found. (3) When the operating frequency is different among a plurality of circuit blocks, if the difference is not considered with respect to the number of power supply points from the power plane wiring to the circuit block and the capacitance value of the decoupling capacitance, It has been found that an undesirable voltage drop can cause malfunction.

本発明の目的は、複雑な構造によらずに必要な信号配線経路の確保が実現され、この点において高い信頼性を有する半導体装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can secure a necessary signal wiring path regardless of a complicated structure and has high reliability in this respect.

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。   The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.

すなわち、半導体装置(1)は、半導体基板に複数の回路セルの集合として把握される複数の回路ブロックを有する。前記複数の回路セルの一部は、回路セル間に給電経路を形成するために配置されたフィラーセル(40,41,42)であり、前記フィラーセルとして、前記給電経路に接続された電源安定化容量を有する第1フィラーセル(40,42)と、前記第1フィラーセルから電源安定化容量を削除した第2フィラーセル(41)とを有する。配線が混み合う場所(35)には第2フィラーセルを用いることにより、複雑な構造によらずに必要な信号配線経路を確保することができる。   That is, the semiconductor device (1) has a plurality of circuit blocks grasped as a set of a plurality of circuit cells on a semiconductor substrate. A part of the plurality of circuit cells is a filler cell (40, 41, 42) arranged to form a power feeding path between the circuit cells, and the power source stable connected to the power feeding path as the filler cell The first filler cell (40, 42) having the control capacity and the second filler cell (41) in which the power stabilization capacity is deleted from the first filler cell. By using the second filler cell in the place (35) where the wiring is crowded, a necessary signal wiring path can be secured without depending on a complicated structure.

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。   The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

すなわち、半導体装置において、複雑な構造によらずに必要な信号配線経路の確保が実現され、この点において高い信頼性を実現することができる。   That is, in the semiconductor device, it is possible to secure a necessary signal wiring path regardless of a complicated structure, and high reliability can be realized in this respect.

1.実施の形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
1. First, an outline of a typical embodiment of the invention disclosed in the present application will be described. Reference numerals in the drawings referred to in parentheses in the outline description of the representative embodiments merely exemplify what are included in the concept of the components to which the reference numerals are attached.

〔1〕《フィラーセル》本発明に係る半導体装置は、半導体基板に複数の回路セルの集合として把握される複数の回路ブロックを有する。前記複数の回路セルの一部は、回路セル間に給電経路を形成するために配置されたフィラーセルであり、前記フィラーセルとして、前記給電経路に接続された電源安定化容量を有する第1フィラーセル(40,42)と、前記第1フィラーセルから電源安定化容量を削除した第2フィラーセル(41)とを有する。配線が混み合う場所(35)には第2フィラーセルを用いることにより、複雑な構造によらずに必要な信号配線経路を確保することができる。   [1] << Filler Cell >> A semiconductor device according to the present invention has a plurality of circuit blocks grasped as a set of a plurality of circuit cells on a semiconductor substrate. A part of the plurality of circuit cells is a filler cell arranged to form a power feeding path between the circuit cells, and the first filler has a power stabilization capacitance connected to the power feeding path as the filler cell. It has a cell (40, 42) and a second filler cell (41) in which the power stabilization capacity is deleted from the first filler cell. By using the second filler cell in the place (35) where the wiring is crowded, a necessary signal wiring path can be secured without depending on a complicated structure.

更に、相対的に同期動作周波数の低い第1回路ブロック(32)と相対的に同期動作周波数の高い第2回路ブロック(33)とを有するとき、前記第1回路ブロックに配置された前記第1フィラーセルは前記電源安定化容量としてpチャンネル型MOS容量素子(MOSCp)を有し、第2回路ブロックに配置された前記第1フィラーセルは前記電源安定化容量としてpチャンネル型MOS容量素子(MOSCp)及びnチャンネル型MOS容量素子(MOSCn)を有する。動作周波数が高い回路ブロックにおいては回路ノードの充放電サイクルが短かく、単位時間当たりの充放電量が多くなるので、1個のフィラーセル当たりの電源安定化容量を大きくすることが得策だからである。   Further, when the first circuit block (32) having a relatively low synchronous operation frequency and the second circuit block (33) having a relatively high synchronous operation frequency are included, the first circuit block disposed in the first circuit block is provided. The filler cell has a p-channel MOS capacitor (MOSCp) as the power stabilization capacitor, and the first filler cell arranged in the second circuit block serves as a p-channel MOS capacitor (MOSCp) as the power stabilization capacitor. ) And an n-channel MOS capacitor element (MOSCn). In a circuit block with a high operating frequency, the charge / discharge cycle of the circuit node is short and the amount of charge / discharge per unit time increases, so it is a good idea to increase the power supply stabilization capacity per filler cell. .

本発明の別の具体的な形態として、相対的に動作電源電圧の低い第1回路ブロック(33)と相対的に動作電源電圧の高い第2回路ブロック(36)とを有するとき、前記第1回路ブロックに配置された前記第1フィラーセルは前記電源安定化容量として相対的にゲート絶縁膜の薄いMOS容量素子を有し、第2回路ブロックに配置された前記第1フィラーセルは前記電源安定化容量として相対的にゲート絶縁膜の厚いMOS容量素子を有する。動作電源電圧の高い回路ブロックのフィラーセルに対してMOS容量素子の耐圧を向上させることができる。   As another specific form of the present invention, when the first circuit block (33) having a relatively low operating power supply voltage and the second circuit block (36) having a relatively high operating power supply voltage are provided, The first filler cell disposed in the circuit block has a MOS capacitor element having a relatively thin gate insulating film as the power stabilization capacitor, and the first filler cell disposed in the second circuit block is the power stabilization A MOS capacitor element having a relatively thick gate insulating film is provided as the capacitor. The withstand voltage of the MOS capacitor element can be improved with respect to the filler cell of the circuit block having a high operating power supply voltage.

《給電セル・電源スイッチセル》本発明の他の具体的な形態として、前記複数の回路セルの別の一部は、対応する前記回路ブロックに給電経路を形成するために並設された複数の給電セル(53、54)であり、前記給電セルとして、相対的に給電経路要素の配置密度が高い給電セル(53、54)と相対的に給電経路要素の配置密度が低い給電セル(53_R、54_R、53_RI)が混在される。回路ブロックに接続する外部信号配線が混み合う場所(36)には、相対的に給電経路要素の配置密度が低い給電セルを採用することにより、当該信号配線を給電セルのパターンを避けて容易に通すことができる。   << Power Feeding Cell / Power Switch Cell >> As another specific form of the present invention, another part of the plurality of circuit cells includes a plurality of power supply cells arranged in parallel to form a power feeding path in the corresponding circuit block. A power supply cell (53, 54), and as the power supply cell, a power supply cell (53, 54) having a relatively high power supply path element arrangement density and a power supply cell (53_R, 54_R, 53_RI) are mixed. In the place (36) where the external signal wiring connected to the circuit block is crowded, a power feeding cell having a relatively low density of power feeding path elements is adopted, so that the signal wiring can be easily avoided by avoiding the pattern of the power feeding cell. Can pass through.

《給電コンタクト数》本発明のその他の具体的な形態として、動作周波数の高い回路ブロック内の給電セルで形成された給電経路は隣接する配線層間の接続に用いるコンタクト(CTH)に相対的な高密度を有し、動作周波数の低い回路ブロック内の給電セルで形成された給電経路は隣接する配線層間の接続に用いるコンタクト(CTH)に相対的な低密度を有する。動作周波数が高い回路ブロックには相対的に大きな電流供給を保証することができ、電源電圧の不所望な電圧降下による誤動作を防止することができる。   << Number of Power Supply Contacts >> As another specific form of the present invention, a power supply path formed by power supply cells in a circuit block having a high operating frequency is relatively high with respect to a contact (CTH) used for connection between adjacent wiring layers. A power supply path formed of power supply cells in a circuit block having a low density and a low operating frequency has a low density relative to a contact (CTH) used for connection between adjacent wiring layers. A relatively large current supply can be guaranteed for a circuit block having a high operating frequency, and malfunction due to an undesired voltage drop in the power supply voltage can be prevented.

〔2〕《フィラーセル;安定化容量の配置密度》本発明の別の観点による半導体装置においては、前記複数の回路セルの一部は、回路セル間に給電経路を形成するために配置された複数のフィラーセルであり、前記フィラーセルとして、電源安定化容量の配置密度の異なる複数種類のフィラーセルを有する。配線が混み合う場所には電源安定化容量の配置密度が小さなフィラーセルを用いることにより、複雑な構造によらずに必要な信号配線経路を確保することができる。   [2] << Filler Cell; Stabilization Capacitance Arrangement Density >> In a semiconductor device according to another aspect of the present invention, a part of the plurality of circuit cells is arranged to form a feeding path between the circuit cells. A plurality of filler cells, and the filler cells include a plurality of types of filler cells having different arrangement densities of power stabilizing capacitors. By using a filler cell having a small arrangement density of the power stabilization capacitors in a place where the wiring is crowded, a necessary signal wiring path can be ensured regardless of a complicated structure.

《フィラーセル;配線密度と安定化容量配置密度との相関》本発明の更に別の観点による半導体装置においては、前記複数の回路セルの一部は、回路セル間に給電経路を形成するために配置された複数のフィラーセルである。相対的に配線密度の高い前記フィラーセルは前記給電経路に接続する電源安定化容量を相対的に低い密度で有し、相対的に配線密度の低い前記フィラーセルは前記給電経路に接続する電源安定化容量を相対的に高い密度で有する。高い配線密度を有する場所には電源安定化容量の配置密度が小さなフィラーセルを用いることにより、複雑な構造によらずに必要な信号配線経路を確保することができる。   << Filler Cell; Correlation Between Wiring Density and Stabilized Capacitance Arrangement Density >> In a semiconductor device according to still another aspect of the present invention, a part of the plurality of circuit cells forms a feeding path between the circuit cells. It is a plurality of filler cells arranged. The filler cell having a relatively high wiring density has a power stabilization capacity connected to the power supply path at a relatively low density, and the filler cell having a relatively low wiring density is connected to the power supply path. Having a relatively high density. By using a filler cell having a small arrangement density of power stabilization capacitors in a place having a high wiring density, a necessary signal wiring path can be ensured without depending on a complicated structure.

〔3〕《給電セル・電源スイッチセル》本発明の別の観点による半導体装置は、半導体基板に複数の回路セルの集合として把握される複数の回路ブロックを有する。前記複数の回路セルの一部は、対応する前記回路ブロックに給電経路を形成するために並設された複数の給電セル(53、54)であり、前記給電セルとして、相対的に給電経路要素の配置密度が高い給電セルと相対的に給電経路要素の配置密度が低い給電セル(53_R、53_RI、54_R)が混在される。回路ブロックに接続する外部信号配線が混み合う場所には、相対的に給電経路要素の配置密度が低い給電セルを採用することにより、当該信号配線を給電セルのパターンを避けて容易に通すことができる。   [3] << Power Supply Cell / Power Switch Cell >> A semiconductor device according to another aspect of the present invention has a plurality of circuit blocks grasped as a set of a plurality of circuit cells on a semiconductor substrate. A part of the plurality of circuit cells is a plurality of power supply cells (53, 54) arranged in parallel to form a power supply path in the corresponding circuit block, and the power supply path element is relatively arranged as the power supply cell. A power supply cell (53_R, 53_RI, 54_R) having a relatively low power supply path element placement density is mixed. In locations where external signal wiring connected to the circuit block is crowded, by adopting a power feeding cell with a relatively low density of power feeding path elements, the signal wiring can be easily routed avoiding the power feeding cell pattern. it can.

本発明の一つの具体的な形態として、前記複数の給電セルの内の一部に給電セル(53、53_R、53_RI)は前記複数の給電セルによって形成される給電経路への給電又は給電停止を選択する電源スイッチ(Q2n)を有する。動作停止すべき回路ブロックへの給電を選択的に停止することで低消費電力化に寄与する。   As one specific form of the present invention, a power supply cell (53, 53_R, 53_RI) in a part of the plurality of power supply cells performs power supply to or stops power supply to a power supply path formed by the plurality of power supply cells. A power switch (Q2n) to be selected is included. By selectively stopping the power supply to the circuit block whose operation should be stopped, it contributes to low power consumption.

本発明の更に具体的な形態として、前記給電セルは対応する回路ブロックの周囲に配置され、前記電源スイッチを有する給電セル(53、53_R、53_RI)は、前記対応する回路ブロックにおいて複数の回路セルの並設方向に延在する給電経路の両端部に配置される。回路ブロックの周囲に配置された前記給電セルは外来ノイズを抑制する障壁としても機能する。複数の回路セルの並設方向に延在する給電経路の両端部に電源スイッチセルを有する給電セルが配置されることにより、回路セルへの良好な電源供給効率が達成される。複数の回路セルの並設方向に延在する給電経路に交差する方向に電源スイッチを有する給電セルを配置すると、電源経路の引き回しが多くなり、電源供給効率が低下する。   As a more specific form of the present invention, the power supply cell is arranged around a corresponding circuit block, and the power supply cell (53, 53_R, 53_RI) having the power switch is a plurality of circuit cells in the corresponding circuit block. It arrange | positions at the both ends of the electric power feeding path extended in the juxtaposed direction. The power supply cells arranged around the circuit block also function as a barrier for suppressing external noise. Good power supply efficiency to the circuit cells is achieved by arranging the power supply cells having the power switch cells at both ends of the power supply path extending in the parallel arrangement direction of the plurality of circuit cells. If a power supply cell having a power switch is arranged in a direction crossing a power supply path extending in the direction in which a plurality of circuit cells are arranged in parallel, the power supply path is frequently routed and the power supply efficiency is lowered.

本発明の更に具体的な形態として、動作周波数の高い回路ブロック内の給電セルで形成された給電経路は隣接する配線層間の接続に用いるコンタクト(CTH)に相対的な高密度を有し、動作周波数の低い回路ブロック内の給電セルで形成された給電経路は隣接する配線層間の接続に用いるコンタクト(CTH)に相対的な低密度を有する。動作周波数が高い回路ブロックには相対的に大きな電流供給を保証することができ、電源電圧の不所望な電圧降下による誤動作を防止することができる。   As a more specific form of the present invention, a power supply path formed of power supply cells in a circuit block having a high operating frequency has a high density relative to a contact (CTH) used for connection between adjacent wiring layers. A power supply path formed by power supply cells in a low-frequency circuit block has a low density relative to contacts (CTH) used for connection between adjacent wiring layers. A relatively large current supply can be guaranteed for a circuit block having a high operating frequency, and malfunction due to an undesired voltage drop in the power supply voltage can be prevented.

〔4〕《給電コンタクト数》本発明のその他の観点による半導体装置は半導体基板に複数の回路セルの集合として把握される複数の回路ブロックを有し、動作周波数の高い回路ブロック内の回路セルで形成された給電経路は隣接する配線層間の接続に用いるコンタクト(CTH)に相対的な高密度を有し、動作周波数の低い回路ブロック内の回路セルで形成された給電経路は隣接する配線層間の接続に用いるコンタクト(CTH)に相対的な低密度を有する。動作周波数が高い回路ブロックには相対的に大きな電流供給を保証することができ、電源電圧の不所望な電圧降下による誤動作を防止することができる。   [4] << Number of Power Supply Contacts >> A semiconductor device according to another aspect of the present invention has a plurality of circuit blocks grasped as a set of a plurality of circuit cells on a semiconductor substrate, and is a circuit cell in a circuit block having a high operating frequency. The formed power supply path has a relatively high density with respect to contacts (CTH) used for connection between adjacent wiring layers, and the power supply path formed by circuit cells in a circuit block having a low operating frequency is connected between adjacent wiring layers. It has a low density relative to the contact (CTH) used for connection. A relatively large current supply can be guaranteed for a circuit block having a high operating frequency, and malfunction due to an undesired voltage drop in the power supply voltage can be prevented.

〔5〕上記項目〔1〕に関する別に観点による本発明の半導体措置は、半導体基板に、第1の同期動作周波数のクロックに同期して動作する第1の回路ブロックと、前記第1の同期動作周波数よりも高い第2の同期動作周波数のクロックに同期して動作する第2の回路ブロックとを有する。前記第1回路ブロックは、配置されたトランジスタ列の間に、当該トランジスタ列に比べてトランジスタの配置密度が低く且つ前記トランジスタ列の間に給電経路を形成する領域を備え、当該領域に、給電経路に接続された電源安定化容量としてpチャンネル型MOS容量素子を有する。前記第2回路ブロックは、配置されたトランジスタ列の間に、当該トランジスタ列に比べてトランジスタの配置密度が低く且つ前記トランジスタ列の間に給電経路を形成する領域を備え、当該領域に、給電経路に接続された電源安定化容量としてpチャンネル型MOS容量素子及びnチャンネル型MOS容量素子を有する。   [5] The semiconductor measure of the present invention according to another aspect related to the item [1] includes a first circuit block that operates in synchronization with a clock having a first synchronous operation frequency on the semiconductor substrate, and the first synchronous operation. And a second circuit block that operates in synchronization with a clock having a second synchronous operation frequency higher than the frequency. The first circuit block includes a region between the arranged transistor rows, in which the arrangement density of the transistors is lower than that of the transistor row and a power feeding path is formed between the transistor rows, and the power feeding route is provided in the region. A p-channel type MOS capacitor element is provided as a power source stabilization capacitor connected to. The second circuit block includes a region between the arranged transistor rows, in which the arrangement density of the transistors is lower than that of the transistor row and a power feed path is formed between the transistor rows, and the power feed route is provided in the region. A p-channel MOS capacitor and an n-channel MOS capacitor are used as power supply stabilization capacitors connected to.

更に別に観点による本発明の半導体措置は、半導体基板に、第1の同期動作周波数のクロックに同期して動作する第1の回路ブロックと、前記第1の同期動作周波数よりも高い第2の同期動作周波数のクロックに同期して動作する第2の回路ブロックとを有する。前記第1回路ブロックは、配置されたトランジスタ列の間に、当該トランジスタ列に比べてトランジスタの配置密度が低く且つ前記トランジスタ列の間に給電経路を形成する領域を備え、当該領域に、給電経路に接続された電源安定化容量として相対的にゲート絶縁膜の薄いMOS容量素子を有する。第2回路ブロックは、配置されたトランジスタ列の間に、当該トランジスタ列に比べてトランジスタの配置密度が低く且つ前記トランジスタ列の間に給電経路を形成する領域を備え、当該領域に、給電経路に接続された電源安定化容量として相対的にゲート絶縁膜の厚いMOS容量素子を有する。   According to still another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a first circuit block that operates in synchronization with a clock having a first synchronous operation frequency; and a second synchronization that is higher than the first synchronous operation frequency. And a second circuit block that operates in synchronization with a clock having an operating frequency. The first circuit block includes a region between the arranged transistor rows, in which the arrangement density of the transistors is lower than that of the transistor row and a power feeding path is formed between the transistor rows, and the power feeding route is provided in the region. A MOS capacitor element having a relatively thin gate insulating film is provided as a power source stabilizing capacitor connected to the. The second circuit block includes, between the arranged transistor rows, a region where the arrangement density of the transistors is lower than that of the transistor row and forms a power feeding path between the transistor rows, and the power feeding path is provided in the region. A MOS capacitor element having a relatively thick gate insulating film is provided as a connected power source stabilization capacitor.

更に別に観点による本発明の半導体措置は、半導体基板に複数のトランジスタと給電経路の配列によって回路が形成され、配置されたトランジスタ列の間に、当該トランジスタ列に比べてトランジスタの配置密度が低く且つ前記トランジスタ列の間に給電経路を形成する領域を備え、当該一部の領域は給電経路に接続された電源安定化容量を備え、当該別の領域は安定化容量を備えていない。また、回路に給電経路を形成するために配列された一の給電経路領域は給電経路要素の配置密度が高い領域とされ、他の給電経路領域は前記一の給電経路領域よりも給電経路要素の配置密度が低い領域とされる。   Further, according to another aspect of the semiconductor measure of the present invention, a circuit is formed on a semiconductor substrate by an arrangement of a plurality of transistors and a power supply path, and the arrangement density of transistors is lower between the arranged transistor rows than the transistor rows and A region for forming a power supply path is provided between the transistor arrays, the partial region includes a power supply stabilization capacitor connected to the power supply path, and the other region does not include a stabilization capacitor. In addition, one power supply path region arranged to form a power supply path in the circuit is an area where the arrangement density of the power supply path elements is high, and the other power supply path area is a region of the power supply path element than the one power supply path region. The area is low in arrangement density.

2.実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。
2. Details of Embodiments Embodiments will be further described in detail.

《マイクロコンピュータ》
図2には本発明の一例に係るマイクロコンピュータが例示される。マイクロコンピュータ(MCU)1は、命令を実行する中央処理装置(CPU)2、データトランスファコントローラ(DTC)3、RAM4、及びフラッシュメモリ(FLASH)5を有する。
特に制限されないが、それら回路は内部バス(IBUS)7に共通接続され、内部バス7はバスステートコントローラ(BSC)10を介して周辺バス(PBUS)11に接続する。周辺バス11には、割り込みコントローラ(INTC)13、アナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器(A/D)14、ディジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換器(D/A)15、シリアルコミュニケーションインタフェース回路(SCI)16、タイマ(TMR)17、入出力ポート(PRT1)18、入出力ポート(PRT2)19、クロックパルスジェネレータ(CPG)20、及びその他の回路(MDL)21が接続される。システムコントローラ(SYSC)22はリセット信号RESやモード信号MDを入力してマイクロコンピュータの動作モードを決定する。RAM4はCPU2のワーク領域、FLASH5はCPU2のプログラムやデータを書き換え可能に保有する。
<Microcomputer>
FIG. 2 illustrates a microcomputer according to an example of the present invention. The microcomputer (MCU) 1 includes a central processing unit (CPU) 2 that executes instructions, a data transfer controller (DTC) 3, a RAM 4, and a flash memory (FLASH) 5.
Although not particularly limited, these circuits are commonly connected to an internal bus (IBUS) 7, and the internal bus 7 is connected to a peripheral bus (PBUS) 11 via a bus state controller (BSC) 10. The peripheral bus 11 includes an interrupt controller (INTC) 13, an A / D converter (A / D) 14 that converts an analog signal into a digital signal, and a D / A converter (D / A) that converts a digital signal into an analog signal. ) 15, serial communication interface circuit (SCI) 16, timer (TMR) 17, input / output port (PRT1) 18, input / output port (PRT2) 19, clock pulse generator (CPG) 20, and other circuits (MDL) 21 Is connected. A system controller (SYSC) 22 inputs a reset signal RES and a mode signal MD and determines an operation mode of the microcomputer. The RAM 4 has a work area for the CPU 2 and the FLASH 5 has a rewritable program and data for the CPU 2.

CPG20は外部クロックCLK又は図示を省略する水晶振動子の共振による発振クロックを入力し、例えば内部クロック信号CK1,CK2を出力する。クロック周波数はCK1>CK2とされ、高い周波数のクロック信号CK1は内部バスIBUSに接続されたCPU22に代表される回路の同期基準クロックとされる。低い周波数のクロック信号CLK2は周辺バスPBUSに接続されたSCI16に代表される回路の同期クロック信号とされる。BSC10にはCK1,CK2の双方のクロック信号が供給される。   The CPG 20 receives an external clock CLK or an oscillation clock generated by resonance of a crystal resonator (not shown), and outputs internal clock signals CK1 and CK2, for example. The clock frequency is CK1> CK2, and the high-frequency clock signal CK1 is a synchronization reference clock of a circuit represented by the CPU 22 connected to the internal bus IBUS. The low frequency clock signal CLK2 is used as a synchronous clock signal of a circuit represented by SCI16 connected to the peripheral bus PBUS. Both clock signals CK1 and CK2 are supplied to the BSC 10.

図1には本発明の一例に係る半導体基板に形成されたマイクロコンピュータのレイアウト的な構成が概略的に示される。ここではマイクロコンピュータ1がチップの状態で示される。チップの周縁部には半導体基板上にボンディングパッド(BP)30が配置され、IO領域(IO)31はボンディングパッド30に接続する入出力バッファが形成される。その内側には、クロック信号CKCK2に同期動作される回路が形成された低速動作領域(LSO)32と、クロック信号CK1に同期動作される回路が形成された高速動作領域(HSO)33とを有する。低速動作領域(LSO)32には、選択的に電源の供給が遮断される電源分離領域(PSS)34が示される。35は低速動作領域32において配線通過本数の多い配線混雑領域(SLC)を意味する。36は電源分離領域34において配線通過本数の多い配線混雑領域(SLC)を意味する。36はA/D14、D/A15などのアナログ回路領域(ANL)である。   FIG. 1 schematically shows a layout configuration of a microcomputer formed on a semiconductor substrate according to an example of the present invention. Here, the microcomputer 1 is shown in a chip state. Bonding pads (BP) 30 are disposed on the semiconductor substrate at the peripheral edge of the chip, and input / output buffers connected to the bonding pads 30 are formed in the IO region (IO) 31. Inside, there is a low speed operation region (LSO) 32 in which a circuit that operates in synchronization with the clock signal CKCK2 is formed, and a high speed operation region (HSO) 33 in which a circuit that operates in synchronization with the clock signal CK1 is formed. . In the low speed operation region (LSO) 32, a power source separation region (PSS) 34 in which the supply of power is selectively cut off is shown. Reference numeral 35 denotes a wiring congestion area (SLC) having a large number of wiring passing lines in the low speed operation area 32. Reference numeral 36 denotes a wiring congestion area (SLC) having a large number of wiring passing lines in the power source separation area 34. Reference numeral 36 denotes an analog circuit area (ANL) such as A / D 14 and D / A 15.

図4にはマイクロコンピュータ1における配線層の種類とその延在方向が概略的に示される。アルミニウム等から成る金属配線層はM1〜PMの多層構造とされ、各配線層間には絶縁層が形成されている。
なお、ウエル等が形成される半導体基板側を下とし、配線層PMを上側とし、以後説明する。
FIG. 4 schematically shows the types of wiring layers and their extending directions in the microcomputer 1. The metal wiring layer made of aluminum or the like has a multilayer structure of M1 to PM, and an insulating layer is formed between the wiring layers.
The semiconductor substrate side on which the wells and the like are formed is on the bottom, and the wiring layer PM is on the top side.

偶数番めの金属配線層M2,M4,M6と、奇数番めの金属配線層M1,M3,M5,M7とは、直交する関係になるように、チップ内で配線されている。なお、図4では、金属配線層M1の図示は省略されている。   The even-numbered metal wiring layers M2, M4, and M6 and the odd-numbered metal wiring layers M1, M3, M5, and M7 are wired in the chip so as to be orthogonal to each other. In FIG. 4, the illustration of the metal wiring layer M1 is omitted.

最上層の金属配線層PMは主に給電系のプレーン、例えば外部端子より電源電圧を受ける電源プレーン及び外部端子よりグランド電圧を受けるグランドプレーン等に利用される。最上層の金属配線層PMはその他の配線層の配線パターンに対して幅広に形成される。給電系のプレーンとして利用されるからである。   The uppermost metal wiring layer PM is mainly used for a power supply plane, for example, a power plane that receives a power supply voltage from an external terminal and a ground plane that receives a ground voltage from an external terminal. The uppermost metal wiring layer PM is formed wider than the wiring patterns of the other wiring layers. This is because it is used as a power supply plane.

図5に例示されるように配線層PMはコンタクトホールを介して順次対応する下層の配線層に導通される。図5の詳細は後で説明する。   As illustrated in FIG. 5, the wiring layer PM is sequentially conducted to the corresponding lower wiring layer through the contact holes. Details of FIG. 5 will be described later.

《フィラーセル》
従来例で述べたように、フィラーセルとは、スタンダードセルやマクロセルがトランジスタ等の所定の論理的機能を実現する半導体素子を有するのに対し、所定の論理的機能を持たない、つまり入力信号に対し、論理処理を行って出力信号を出すものではないセルを言う。別の表現をすると、入力信号に応じて変化するトランジスタは有さず、配線や容量素子が設けられたセルである。フィラーセルは、スタンダードセルやマクロセルが並べられた間で生じた隙間に配置され、その隙間でスタンダードセル間の給電が途絶えないようにしている。つまり、スタンダードセルやマクロセルを構成するトランジスタの間に、容量や配線が設けられた領域があることになる。
《Filler cell》
As described in the conventional example, a filler cell is a standard cell or macro cell that has a semiconductor element that achieves a predetermined logical function such as a transistor, but does not have a predetermined logical function. On the other hand, it refers to a cell that does not perform logic processing and output an output signal. In other words, the cell does not have a transistor that changes in accordance with an input signal, and is a cell provided with a wiring and a capacitor. The filler cell is arranged in a gap generated between the standard cells and the macro cells arranged so that power supply between the standard cells is not interrupted by the gap. That is, there is a region in which capacitors and wirings are provided between the transistors constituting the standard cell and the macro cell.

図1において40、41は低速動作領域32で主に採用されるフィラーセルであり、41、42は高速動作領域33で主に採用されるフィラーセルである。   In FIG. 1, 40 and 41 are filler cells mainly employed in the low speed operation region 32, and 41 and 42 are filler cells mainly employed in the high speed operation region 33.

フィラーセル40,41,42は配置配線設計においてスタンダードセル等の回路セルを配置したとき、回路セル間で生じた隙間を埋めるために用いられた回路セルに対応される。フィラーセル40,41,42は、例えばスタンダードセルと同じ高さを有する領域の上半分がn型ウェル領域NWEL、下半分がp型ウェル領域PWELとされ、n型ウェル領域NWELの上端には電源パターンVPTNが形成され、p型ウェル領域PWELの下端にはグランドパターンGPTNが形成される。   The filler cells 40, 41, and 42 correspond to the circuit cells used to fill the gaps generated between the circuit cells when circuit cells such as standard cells are arranged in the placement and wiring design. In the filler cells 40, 41, 42, for example, the upper half of the region having the same height as the standard cell is an n-type well region NWEL and the lower half is a p-type well region PWEL. A pattern VPTN is formed, and a ground pattern GPTN is formed at the lower end of the p-type well region PWEL.

フィラーセル40(第1フィラーセル)はデカップリング容量としてpチャンネル型MOS容量素子MOSCpを有する。pチャンネル型MOS容量素子MOSCpはn型ウェル領域NWELのソース・ドレインが、1層目の金属配線M1で形成された電源パターンVPTNの引出し部DRW_VPTにコンタクトホール(本明細書においてスルーホール若しくはビアを総称するものとする)CTHで結合され、pチャンネル型MOSのゲート電極に用いられる層と同じ層のパターンが、1層目の金属配線M1で形成されたグランドパターンGPTNの引出し部DRW_GPTNにコンタクトホールCTHで結合される。フィラーセル41(第2フィラーセル)はフィラーセル40に対してpチャンネル型MOS容量素子MOSCpを備えておらず、それ故に、電源パターンVPTNの引出し部DRW_VPTとグランドパターンGPTNの引出し部DRW_DPTNが存在しない。フィラーセル40の上で電源パターンVPTNと同じ方向に1層目の金属配線M1で形成された信号配線SIGを形成するとき、その信号配線SIGは、電源パターンVPTNの引出し部DRW_VPTとグランドパターンGPTNの引出し部DRW_DPTNの間の領域に通さなければならない。図では3本に信号配線SIGしか通らない。信号配線SIGをパターンGPTN,VPTNと異なる配線層に形成しようとする場合にも、図5に示すように、コンタクトは同じ位置に複数の金属配線を接続する構造のため、コンタクトホールCTHが邪魔になる。また、異なる配線層間で配線パターンを引き回すことになり、構造が複雑化し、配線長のばらつきも大きくなる。これに対してフィラーセル41の場合には、デカップリング容量MOSCpがないことにより引出し部DRW_VPT、DRW_DPTNのパターンが無いので、フィラーセル41上にパターンVPTN,GPTNと同じ配線層を用いて7本の信号線SIGを通すことができる。したがって、配線が混み合う場所には配線混雑領域(SLC)35ではフィラーセル40に代えてフィラーセル41を用いることにより、多くの信号配線を通すことが可能になる。複雑な構造にならずに必要な信号配線経路の確保が実現される。低周波領域にフィラーセル40と41を混在させて配置した様子が図3(今回の補正で発明者図面シート2の図8−1)に例示される。図3においてハッチングされた領域には所要の回路セルが配置されている。フィラーセル40,41はその隙間を埋める回路セルとして位置付けられる。   The filler cell 40 (first filler cell) has a p-channel MOS capacitor element MOSCp as a decoupling capacitor. In the p-channel type MOS capacitor element MOSCp, the source and drain of the n-type well region NWEL are contact holes (through holes or vias in this specification) in the lead portion DRW_VPT of the power supply pattern VPTN formed by the first-layer metal wiring M1. The pattern of the same layer as that used for the gate electrode of the p-channel MOS coupled with CTH is formed in the contact hole in the lead portion DRW_GPTN of the ground pattern GPTN formed by the first-layer metal wiring M1. Combined with CTH. The filler cell 41 (second filler cell) does not include the p-channel type MOS capacitor element MOSCp with respect to the filler cell 40, and therefore there is no extraction part DRW_VPT of the power supply pattern VPTN and extraction part DRW_DPTN of the ground pattern GPTN. . When the signal wiring SIG formed of the first-layer metal wiring M1 is formed on the filler cell 40 in the same direction as the power supply pattern VPTN, the signal wiring SIG is connected to the lead part DRW_VPT of the power supply pattern VPTN and the ground pattern GPTN. It must pass through the area between the drawers DRW_DPTN. In the figure, only the signal wiring SIG passes through three lines. Even when the signal wiring SIG is to be formed in a wiring layer different from the patterns GPTN and VPTN, as shown in FIG. 5, the contact has a structure in which a plurality of metal wirings are connected at the same position. Become. In addition, wiring patterns are routed between different wiring layers, the structure becomes complicated, and the variation in wiring length increases. On the other hand, in the case of the filler cell 41, since there is no pattern of the lead-out portions DRW_VPT and DRW_DPTN due to the absence of the decoupling capacitance MOSCp, seven wiring lines using the same wiring layer as the patterns VPTN and GPTN are used on the filler cell 41. The signal line SIG can be passed. Therefore, by using the filler cell 41 instead of the filler cell 40 in the wiring congestion area (SLC) 35 in a place where the wiring is crowded, it is possible to pass many signal wirings. It is possible to secure a necessary signal wiring path without a complicated structure. FIG. 3 (FIG. 8-1 of the inventor's drawing sheet 2 in the present correction) illustrates a state in which filler cells 40 and 41 are mixed and arranged in the low frequency region. In FIG. 3, required circuit cells are arranged in the hatched area. The filler cells 40 and 41 are positioned as circuit cells that fill the gaps.

図18に示すように、スタンダードセルAとスタンダードセルBの間に低周波領域では、例えば、2つのスタンダードセル間にフィラーセル41を採用したことで、短距離で信号配線を通すことができる。これに対し従来では、フィラーセル41がなかったので、スタンダードセルAとBの間のフィラーセルのみでなく、図面の上や下のセルを迂回しながら信号配線を通す必要がある、配線遅延や配線の複雑化となっていた。低周波領域の動作特性を考慮、つまり、デカップリング容量よりも信号配線遅延等を優先させた。   As shown in FIG. 18, in the low frequency region between the standard cell A and the standard cell B, for example, by using the filler cell 41 between the two standard cells, the signal wiring can be passed over a short distance. On the other hand, since there is no filler cell 41 in the past, it is necessary to pass signal wiring while bypassing not only the filler cell between the standard cells A and B but also the cells above and below the drawing. Wiring has become complicated. Considering the operating characteristics in the low frequency range, that is, giving priority to signal wiring delay over decoupling capacitance.

デカップリング容量が付くフィラーセル40や42よりも配線が多く通せるフィラーセル41を採用した。   A filler cell 41 that allows more wiring to pass than filler cells 40 and 42 with a decoupling capacity is employed.

つぎに、図19に示すように、高周波領域におけるフィラーセルの配置をしめす。高周波領域では、動作周波数が高いことから、電源配線の電圧の安定化が重視され、フィラーセルとしてデカップリング容量の付いたフィラーセル40を多く採用している。   Next, as shown in FIG. 19, the filler cells are arranged in the high frequency region. In the high frequency region, since the operating frequency is high, stabilization of the voltage of the power supply wiring is emphasized, and many filler cells 40 having a decoupling capacity are employed as filler cells.

つぎに、高周波領域の他の例として、フィラーセル42が多く用いられた例を図20に示す。   Next, as another example of the high-frequency region, an example in which many filler cells 42 are used is shown in FIG.

フィラーセル42はpチャンネル型MOS容量素子MOSCpのほかに、nチャンネル型MOS容量素子MOSCnを備える。nチャンネル型MOS容量素子MOSCnはp型ウェル領域PWELのソース・ドレインが1層目の金属配線M1で形成されたグランドパターンGPTNの引出し部DRW_GPTにコンタクトホールCTHで結合され、pチャンネル型MOSのゲート電極に用いられる層と同じ層のパターンが電源パターンVPTNの引出し部DRW_VPTNにコンタクトホールCTHで結合される。ゲート絶縁膜をpチャンネル型MOSとnチャンネル型MOSで等しくした場合、一般にpチャンネル型MOS容量素子MOSCpは、nチャンネル型MOS容量素子MOSCnに比べてゲート・基板間のリーク電流が少なくなる傾向にある。この点において、フィラーセル40ではpチャンネル型MOS容量素子MOSCpをデカップリング容量として採用することが得策となる。フィラーセル42は1個あたりの容量値がフィラーセル40よりも大きくされている。動作周波数が高い回路ブロックが形成される高速動作領域33においては回路ノードの充放電サイクルが短かく、単位時間当たりの充放電量が多くなるので、そこでは1個のフィラーセル当たりの電源安定化容量の大きなフィラーセル42を用いるのが得策となる。   The filler cell 42 includes an n-channel MOS capacitor element MOSCn in addition to the p-channel MOS capacitor element MOSCp. The n-channel MOS capacitor element MOSCn has a source / drain of the p-type well region PWEL coupled to the lead portion DRW_GPT of the ground pattern GPTN formed by the first-layer metal wiring M1 through a contact hole CTH, and the gate of the p-channel MOS transistor A pattern of the same layer as the layer used for the electrode is coupled to the lead portion DRW_VPTN of the power supply pattern VPTN through a contact hole CTH. When the gate insulating film is made equal between the p-channel type MOS and the n-channel type MOS, the p-channel type MOS capacitor element MOSCp generally tends to have a smaller leakage current between the gate and the substrate than the n-channel type MOS capacitor element MOSCn. is there. In this respect, in the filler cell 40, it is advantageous to employ the p-channel type MOS capacitor element MOSCp as a decoupling capacitor. Each filler cell 42 has a capacity value larger than that of the filler cell 40. In the high-speed operation region 33 in which a circuit block having a high operating frequency is formed, the charge / discharge cycle of the circuit node is short and the amount of charge / discharge per unit time is large. Therefore, power supply stabilization per filler cell is performed there. It is advantageous to use a filler cell 42 having a large capacity.

また、前記アナログ回路領域36はIO領域と同様にその他の回路領域に比べて高い電源電圧で動作される。高速動作領域33などに形成される相対的に動作電源電圧の低い回路ブロックとアナログ回路領域36に形成される相対的に動作電源電圧の高いブロックとを有するとき、動作電源電圧の高い回路ブロックに配置されたフィラーセルは前記フィラーセル40,41,42に比べてMOS容量素子MOSCp,MOSCnのゲート絶縁膜は相対的に厚く形成するのが望ましい。動作電源電圧の高い回路ブロックのフィラーセルに対してMOS容量素子の耐圧を向上させるためである。   The analog circuit area 36 is operated at a higher power supply voltage than the other circuit areas in the same manner as the IO area. When a circuit block having a relatively low operating power supply voltage formed in the high-speed operating region 33 and the like and a block having a relatively high operating power supply voltage formed in the analog circuit region 36 are provided, It is desirable that the disposed filler cells are formed so that the gate insulating films of the MOS capacitance elements MOSCp and MOSCn are relatively thicker than the filler cells 40, 41 and 42. This is to improve the breakdown voltage of the MOS capacitor element with respect to the filler cell of the circuit block having a high operating power supply voltage.

前記フィラーセル40〜42の相違は、デカップリング容量の相対配置密度の相違として把握することができる。42はデカップリング容量の相対配置密度が2のフィラーセル、40はデカップリング容量の相対配置密度が1のフィラーセル、41はデカップリング容量の相対配置密度が0のフィラーセルとして把握することができる。したがって、1個のフィラーセルが保有するデカップリング容量の数は上記に限定されず、セルサイズに応じて適宜決定されればよい。   The difference between the filler cells 40 to 42 can be grasped as a difference in the relative arrangement density of the decoupling capacitance. 42 can be grasped as a filler cell having a relative arrangement density of decoupling capacity of 2, a filler cell having a relative arrangement density of decoupling capacity of 1, and 41 a filler cell having a relative arrangement density of decoupling capacity of 0. . Therefore, the number of decoupling capacities possessed by one filler cell is not limited to the above, and may be appropriately determined according to the cell size.

また、マイコン等のチップとして仕上がった半導体装置から見れば、各セルの境界はわからない。しかしながら、本実施の形態を半導体装置から見ると、スタンダードセルやマクロセルを構成するトランジスタ間にMOS容量素子が設けられている密度の差として現れる。つまり、高速動作領域33における、トランジスタ間に設けられる容量素子密度に対し、低速動作領域32における、トランジスタ間に設けられる容量素子密度が低いと言える。さらには、高速動作領域33における、トランジスタ間に設けられるN型およびP型MOS容量の密度に対し、低速動作領域32における、トランジスタ間に設けられるN型およびP型MOS容量素子密度がそれぞれ低いと言える。   Further, when viewed from a semiconductor device finished as a chip such as a microcomputer, the boundary of each cell is not known. However, when this embodiment is viewed from a semiconductor device, it appears as a difference in density in which MOS capacitance elements are provided between transistors constituting standard cells and macrocells. That is, it can be said that the capacity element density provided between the transistors in the low speed operation region 32 is lower than the capacity element density provided between the transistors in the high speed operation area 33. Further, when the density of the N-type and P-type MOS capacitors provided between the transistors in the low-speed operation region 32 is lower than the density of the N-type and P-type MOS capacitors provided between the transistors in the high-speed operation region 33, respectively. I can say that.

また、前記フィラーセル40〜42の相違は、その上層を通る信号は配線SIGの密度(信号配線密度)とデカップリング容量の密度との関係としても把握することができる。例えば、相対的に信号配線密度の高いフィラーセル41はデカップリング容量を相対的に低い密度で有し、相対的に信号配線密度の低いフィラーセル40,42はデカップリング容量を相対的に高い密度で有する。高い信号配線密度を有する場所にはデカップリング容量の配置密度が小さなフィラーセルを用いることにより、上記同様に、複雑な構造によらずに必要な信号配線経路を確保することができる。   Further, the difference between the filler cells 40 to 42 can be grasped as the relationship between the density of the wiring SIG (signal wiring density) and the density of the decoupling capacitance in the signal passing through the upper layer. For example, the filler cell 41 having a relatively high signal wiring density has a relatively low decoupling capacity, and the filler cells 40 and 42 having a relatively low signal wiring density have a relatively high decoupling capacity. Have in. By using a filler cell having a small decoupling capacitance arrangement density in a place having a high signal wiring density, a necessary signal wiring path can be secured without using a complicated structure, as described above.

《給電コンタクト数》
図1は、低速動作領域32内の一部の領域における配線層PMと下層の配線層M7との交差部分におけるコンタクトホールCTHによる接続形態と、高速動作領域33における配線層PMと下層の配線層M7との交差部分におけるコンタクトホールCTHによる接続形態とを示したものである。
<Number of power supply contacts>
FIG. 1 shows a connection form by a contact hole CTH at an intersection between a wiring layer PM and a lower wiring layer M7 in a part of the low speed operation region 32, and a wiring layer PM and a lower wiring layer in the high speed operation region 33. The connection form by contact hole CTH in the cross | intersection part with M7 is shown.

低速動作領域32内の一部の領域と高速動作領域33との接続形態には相違がある。即ち、高速動作領域33では配線層PMと下層の配線層M7との接続に用いるコンタクトホールは、低速動作領域32内の一部の領域において配線層PMと下層の配線層M7との接続に用いるコンタクトホールの配置密度よりも高密度に配置されている。これにより、高速動作領域33に形成されるCPU2やRAM4等の動作周波数が高い回路ブロックには相対的に大きな電流供給を保証することができ、電源電圧の不所望な電圧降下による誤動作を防止することができる。   There is a difference in the connection form between a part of the low speed operation area 32 and the high speed operation area 33. That is, in the high speed operation region 33, the contact hole used for connection between the wiring layer PM and the lower wiring layer M7 is used for connection between the wiring layer PM and the lower wiring layer M7 in a partial region in the low speed operation region 32. The contact holes are arranged at a density higher than that of the contact holes. As a result, a relatively large current supply can be assured for circuit blocks having a high operating frequency such as the CPU 2 and RAM 4 formed in the high-speed operation region 33, and malfunction due to an undesired voltage drop in the power supply voltage can be prevented. be able to.

また、図1に示すように、低速動作領域32では、コンタクト数が減ることで、下層の金属配線層、例えば下から5層目の金属配線層であるM5aをコンタクトCTH1とCTH2の間に通すことが可能となる。なお、M5bも同様である。   Further, as shown in FIG. 1, in the low-speed operation region 32, the lower number of contacts decreases, so that the lower metal wiring layer, for example, M5a, which is the fifth metal wiring layer from the bottom, is passed between the contacts CTH1 and CTH2. It becomes possible. The same applies to M5b.

なお、M5cは、コンタクト数によらず、従来から通すことが可能な5層目の金属配線層である。   Note that M5c is a fifth metal wiring layer that can be conventionally passed through regardless of the number of contacts.

コンタクトは、1つのコンタクトで、通常、配線層PMから各下層の配線層M7からM1までつなぐことができるような構造となっている。これは、図5の断面図にからも、そのことが理解できる。   The contact has a structure that can usually be connected from the wiring layer PM to the lower wiring layers M7 to M1 with one contact. This can be understood from the sectional view of FIG.

このため、コンタクトの位置にそのコンタクトを介して接続しない下層の配線層は、配置しない。   For this reason, a lower wiring layer that is not connected to the position of the contact via the contact is not arranged.

図Aに示すように、コンタクトの数が高速動作領域33に比べ減っていることで、ここでは2個から1個になったことで、配線層M5aとコンタクトCTH1の距離X1や配線層M5とコンタクトCTH2の距離X2等が確保できるようになり、配線層M5aを通すことができるようになった。   As shown in FIG. A, since the number of contacts is reduced compared to the high-speed operation region 33, the distance X1 between the wiring layer M5a and the contact CTH1 and the wiring layer M5 are reduced from two to one here. The distance X2 of the contact CTH2 can be secured, and the wiring layer M5a can be passed.

なお、コンタクト数は、1個と2個に限定されるものでなく、製造方法等にもよる。高速動作領域に比べ、低速動作領域の一部の領域での上層と下層の金属配線層とを接続する同じ電位もしくは同じ信号の伝達経路となるコンタクトのコンタクト密度が少ないことが特徴である。このように、低速動作領域32の一部の領域では、コンタクト数が減ることで、下層の配線層を高速動作領域33よりも多く通すことができるようになった。   The number of contacts is not limited to one and two, but depends on the manufacturing method and the like. Compared to the high-speed operation region, the contact density of contacts that are the same potential or the same signal transmission path connecting the upper and lower metal wiring layers in a part of the low-speed operation region is low. As described above, in a part of the low-speed operation region 32, the number of contacts is reduced, so that the lower wiring layer can be passed more than the high-speed operation region 33.

なお、低速動作領域32の全領域にコンタクト数を減らしても良いが、信号配線の少ない領域では、コンタクト数を増やしても良い。   Note that the number of contacts may be reduced in the entire low-speed operation region 32, but the number of contacts may be increased in a region with few signal lines.

以上のように、高速動作領域33では、低速動作領域32の一部よりコンタクト密度が多いことより、安定した電圧が供給され、動作が安定する。   As described above, in the high-speed operation region 33, since the contact density is higher than that in a part of the low-speed operation region 32, a stable voltage is supplied and the operation is stabilized.

また、低速動作領域32の一部の領域では、コンタクト密度が高速動作領域33より少ないことにより、高速動作領域33より、多くの下層配線をコンタクト間に通すことができる。   In addition, in a part of the low speed operation region 32, the contact density is lower than that in the high speed operation region 33, so that more lower layer wiring can be passed between the contacts than in the high speed operation region 33.

《給電セル・電源スイッチセル》
図6には電源分離領域34における回路構成が概略的に示される。電源分離領域34には例えばロジック回路(LOG)50と、ロジック回路に接続する電源スイッチ51が含まれる。ここではグランド電圧VSSとロジック回路50の間に電源スイッチ回路51を配置し、グランド電圧VSSの選択的な遮断によってロジック回路50に対する動作電源の供給を選択的に停止させる。図6においてロジック回路にはpチャンネル型MOSトランジスタQ1pとnチャンネル型MOSトランジスタQ1nが代表的に示されている。電源スイッチ51はnチャンネル型MOSトランジスタQ2nによって構成される。MOSトランジスタC2nのゲート絶縁膜はMPOSトランジスタQ1n,Q1pに比べて厚膜とされ、電源スイッチMOSトランジスタQ2nにおいてはサブスレッショルドリーク電流の低減、ロジックMOSトランジスタQ1n,Q1pにおいては動作の高速化を優先させている。nチャンネル型MOSトランジスタQ1nのソース電位は仮想グランド電圧VSSMとされ、nチャンネル型MOSトランジスタQ2nがON時は、ほぼグランド電圧となり、OFF時はグランド電圧VSSと遮断されることで、ON状態での電流が流れなくなる。尚、DNWはPWELの電位を半導体基板(P-Sub)電位と分離して独自に制御する場合に,PWEL下に高濃度のN型不純物を注入する領域を意味する。
<< Power supply cell / Power switch cell >>
FIG. 6 schematically shows a circuit configuration in the power supply isolation region 34. The power source separation region 34 includes, for example, a logic circuit (LOG) 50 and a power switch 51 connected to the logic circuit. Here, a power switch circuit 51 is disposed between the ground voltage VSS and the logic circuit 50, and supply of operation power to the logic circuit 50 is selectively stopped by selectively cutting off the ground voltage VSS. In FIG. 6, a p-channel MOS transistor Q1p and an n-channel MOS transistor Q1n are representatively shown in the logic circuit. The power switch 51 is composed of an n-channel MOS transistor Q2n. The gate insulating film of the MOS transistor C2n is thicker than the MPOS transistors Q1n and Q1p. The power switch MOS transistor Q2n gives priority to the reduction of the subthreshold leakage current and the logic MOS transistors Q1n and Q1p to increase the operation speed. ing. The source potential of the n-channel MOS transistor Q1n is a virtual ground voltage VSSM. When the n-channel MOS transistor Q2n is turned on, the source potential is almost the ground voltage, and when the n-channel MOS transistor Q1n is turned off, the source potential is cut off from the ground voltage VSS. Current stops flowing. DNW means a region where a high-concentration N-type impurity is implanted under the PWEL when the PWEL potential is separately controlled from the semiconductor substrate (P-Sub) potential.

図7には電源スイッチ回路による動作電源の遮断単位に対する動作電源の供給と遮断に用いる給電セルとして電源セル54及び電源スイッチセル53のアレーが例示される。電源セル54は電源の給電経路を構成する配線パターンを有する。電源スイッチセル53は電源セルの構成に加えて選択的にグランド電圧を遮断するためのスイッチとその制御線を有する。電源スイッチ回路51による動作電源の遮断単位において、電源セル54と電源スイッチセル53は電源電圧VDD、仮想グランド電圧VSSM、グランド電圧VSSの供給と遮断に用いる。電源セル54と電源スイッチセル53はロジック回路(LOG)50を取り囲むようにレイアウトされる。前記電源スイッチセル53は、ロジック回路50を構成する複数の回路セル55の並設方向(図の左右方向)に延在する給電経路(VPTN,GPTNに対応する配線パターン)の両端部に配置される。複数の回路セル55の並設方向に延在する給電経路の両端部に電源スイッチセル53が配置されることにより、回路セル55への良好な電源供給効率が達成される。複数の回路セル55の並設方向に延在する給電経路(VPTN,GPTNに対応する配線パターン)に交差する方向に電源スイッチセルを配置すると、電源経路の引き回しが多くなり、電源供給効率が低下する。   FIG. 7 illustrates an array of a power cell 54 and a power switch cell 53 as a power supply cell used for supplying and shutting off operating power to a unit for shutting off the operating power by the power switch circuit. The power cell 54 has a wiring pattern that constitutes a power supply path of the power source. The power switch cell 53 has a switch for selectively cutting off the ground voltage and its control line in addition to the configuration of the power cell. In the unit of shutting off the operating power by the power switch circuit 51, the power cell 54 and the power switch cell 53 are used for supplying and shutting off the power supply voltage VDD, the virtual ground voltage VSSM, and the ground voltage VSS. The power cell 54 and the power switch cell 53 are laid out so as to surround the logic circuit (LOG) 50. The power switch cells 53 are arranged at both ends of a power supply path (a wiring pattern corresponding to VPTN and GPTN) extending in the direction in which the plurality of circuit cells 55 constituting the logic circuit 50 are arranged side by side (left and right in the figure). The By arranging the power switch cells 53 at both ends of the power supply path extending in the direction in which the plurality of circuit cells 55 are juxtaposed, good power supply efficiency to the circuit cells 55 is achieved. If the power switch cell is arranged in a direction intersecting the power supply path (wiring pattern corresponding to VPTN, GPTN) extending in the direction in which the plurality of circuit cells 55 are juxtaposed, the power supply path is increased and the power supply efficiency is reduced. To do.

図8にはロジック回路50(LOG_A,LOG_B)の回路セル55と電源スイッチ回路51のスイッチMOSトランジスタQ2nとの接続関係を縦断面構造によって概略的に示す。   FIG. 8 schematically shows the connection relationship between the circuit cell 55 of the logic circuit 50 (LOG_A, LOG_B) and the switch MOS transistor Q2n of the power switch circuit 51 in a longitudinal sectional structure.

図8から分かるように、ロジック回路LOG_AとLOG_Bとの間にぞれぞれの電源スイッチ用トランジスタQ2nが配置されている。   As can be seen from FIG. 8, the power switch transistors Q2n are arranged between the logic circuits LOG_A and LOG_B.

このように2つのロジック回路は電源スイッチを介して隣接している。
つまり、チップ上では、図7のVSS配線を軸として、折り返して隣接するロジック回路の電源スイッチおよびロジック回路が配置されている。
Thus, the two logic circuits are adjacent to each other through the power switch.
That is, on the chip, the power switch and the logic circuit of the logic circuit which is folded and adjacent to the VSS wiring of FIG. 7 as an axis are arranged.

図5には図8の縦断面構造が金属配線層M1〜MPを加えて詳細に示してある。   FIG. 5 shows the vertical sectional structure of FIG. 8 in detail with the addition of metal wiring layers M1 to MP.

図9にはマイクロコンピュータ1全体における配線層PMの電源パターンが概略的に例示される。60は入出力回路の電源幹線における配線層PMのパターン、61はディジタル系回路の電源幹線における配線層PMのパターン、62,63,64は夫々個別の電源分離領域34のディジタル系電源支線における配線層PMのパターンである。65はアナログ系回路の電源幹線における配線層のパターン、66はアナログ系電源支線における配線層PMのパターンである。   FIG. 9 schematically illustrates the power supply pattern of the wiring layer PM in the entire microcomputer 1. 60 is a pattern of the wiring layer PM in the power supply trunk line of the input / output circuit, 61 is a pattern of the wiring layer PM in the power supply trunk line of the digital system circuit, and 62, 63 and 64 are wirings in the digital system power supply branch line of the individual power supply separation region 34. This is a pattern of the layer PM. 65 is a pattern of the wiring layer in the power supply trunk line of the analog system circuit, and 66 is a pattern of the wiring layer PM in the analog system power supply branch line.

チップ上にはアナログ回路領域、CPUコアが配置された高周波領域、CPUコアや他の周辺制御論理回路等と信号のやり取りをしながら処理を実行する周辺制御論理回路1である低周波領域1、同様に信号のやりとりをしながら処理を実行する周辺制御論理回路2である低周波領域2が示されている。   On the chip is an analog circuit area, a high frequency area where a CPU core is arranged, a low frequency area 1 which is a peripheral control logic circuit 1 that executes processing while exchanging signals with the CPU core and other peripheral control logic circuits, Similarly, a low frequency region 2 that is a peripheral control logic circuit 2 that executes processing while exchanging signals is shown.

各領域は、それぞれ電源配線(VDD)と接地配線に囲まれている。また、破線で示している領域には、それぞれ、図6のQ2nのような電源スイッチが配置されている。2つの領域は、図8に示すように、電源スイッチで隣り合っている。   Each region is surrounded by a power supply wiring (VDD) and a ground wiring. In addition, power switches such as Q2n in FIG. 6 are arranged in the regions indicated by broken lines. As shown in FIG. 8, the two regions are adjacent to each other with a power switch.

図9では電源幹線や支線に対応する配線層PMのパターンは連続パターンのように図示されているが、実際は図1に例示されるように、所定の矩形に分離されてアレー状に配置される。こうすれば、相互に電圧の異なる矩形パターン、例えば電源電圧VDDの矩形パターンとグランド電圧VSSの矩形パターンとを配線層PMに交互にアレー状配置したり、電源電圧VDDの矩形パターンと、仮想グランド電圧VSSMの矩形パターンと、グランド電圧VSSの矩形パターンとを配線層PMに交互にアレー状配置したりすることが可能になり、内部ロジック回路に対する所要の電圧の引出しを任意位置で容易に行うことが可能になる。   In FIG. 9, the pattern of the wiring layer PM corresponding to the power supply trunk line and the branch line is illustrated as a continuous pattern, but actually, as illustrated in FIG. 1, the pattern is separated into a predetermined rectangle and arranged in an array shape. . In this way, rectangular patterns having different voltages, for example, a rectangular pattern of the power supply voltage VDD and a rectangular pattern of the ground voltage VSS are alternately arranged in the wiring layer PM, or the rectangular pattern of the power supply voltage VDD and the virtual ground The rectangular pattern of the voltage VSSM and the rectangular pattern of the ground voltage VSS can be arranged alternately in the wiring layer PM, and the required voltage can be easily drawn to the internal logic circuit at an arbitrary position. Is possible.

ここで、電源セルと電源スイッチセルにおける配線層PMの矩形パターンのアレー構成は、当該パターン密度が相違される複数種類とされる。   Here, the array configuration of the rectangular pattern of the wiring layer PM in the power cell and the power switch cell is a plurality of types having different pattern densities.

図1に示されるように信号配線の配線混雑領域36では配線層PMの矩形パターンの密度が低い電源セル54_Rや電源スイッチセル53_Rを採用する。   As shown in FIG. 1, in the wiring congestion area 36 of the signal wiring, the power cell 54_R and the power switch cell 53_R having a low density of the rectangular pattern of the wiring layer PM are employed.

これにより、当該信号配線を電源セル54_Rや電源スイッチセル53_Rの下層のパターンやコンタクトホールを避けて容易に通すことができる。   Thus, the signal wiring can be easily routed while avoiding the pattern and contact hole under the power cell 54_R and the power switch cell 53_R.

図1の例では、配線層PMの矩形パターンの密度が低い電源セル54_Rや電源スイッチセル53_Rを採用すれば、1個のセル当たり、7本の信号配線SIGと当該セルの領域上に通すことができるが、配線層PMの矩形パターンの密度がそれよりも高い電源セル54や電源スイッチセル53に対しては矩形パターンの間の領域に対応させて夫々1本に信号線SIGしか通すことができない。   In the example of FIG. 1, if the power cell 54_R or the power switch cell 53_R having a low density of the rectangular pattern of the wiring layer PM is adopted, seven signal wirings SIG per cell are passed over the area of the cell. However, for the power cell 54 and the power switch cell 53 in which the density of the rectangular pattern of the wiring layer PM is higher than that, only one signal line SIG can be passed through each corresponding to the region between the rectangular patterns. Can not.

本実施例では、高周波領域と低周波領域との間は電源電圧の安定化を重視し、低周波領域と低周波領域との間は、配線の迂回等を減らすようにした。これにより、チップ全体としての性能を上げるようにした。   In this embodiment, the stabilization of the power supply voltage is emphasized between the high frequency region and the low frequency region, and the bypass of the wiring is reduced between the low frequency region and the low frequency region. As a result, the performance of the entire chip was improved.

この背景には、以下のことがある。スタンダードセルの高さ(図1の40,41,42、図3に示すようなH)を低くする、つまり各セルのトランジスタのゲート幅が小さくなることで、スタンダードセルを効率よく敷き詰めることができることを考えた。   The background is as follows. The standard cells can be efficiently spread by reducing the height of the standard cells (40, 41, 42 in FIG. 1, H as shown in FIG. 3), that is, by reducing the gate width of each cell transistor. Thought.

この一方、スタンダードセルの高さが低くなると、スタンダードセルの横方向を横切る配線が通しにくくなる。これらの矛盾を、領域間の特性を考え、電源スイッチ領域の配線数で調整することにしたものである。   On the other hand, when the height of the standard cell is lowered, it becomes difficult to pass the wiring crossing the horizontal direction of the standard cell. These contradictions are adjusted by the number of wires in the power switch region in consideration of the characteristics between the regions.

つまり、低周波領域1が高周波領域との電源スイッチ領域で接する長さX1が、低周波領域1と低周波領域2の電源スイッチ領域で接する長さYに比べ長くした。   That is, the length X1 at which the low frequency region 1 is in contact with the high frequency region in the power switch region is longer than the length Y at which the low frequency region 1 and the low frequency region 2 are in contact with each other.

これにより、低周波領域1が高周波領域では、接する長さが長いことで、電源配線に影響を与えず、低周波領域1と高周波領域との間に多くの信号配線を通すことができる。   Thereby, when the low frequency region 1 is in the high frequency region, the contact length is long, so that many signal wirings can be passed between the low frequency region 1 and the high frequency region without affecting the power supply wiring.

一方、低周波領域1と低周波領域2では、接する長さが短いにもかかわらず、電源配線を以下に示すように工夫することで、低周波領域1と低周波波領域2との間に多くの信号配線を通した。 上記電源セル54や電源スイッチセル53の下層の配線層を間引くことによっても信号配線の通過を容易化することができる。以下電源スイッチセルの構成を説明する。   On the other hand, in the low frequency region 1 and the low frequency region 2, although the contact length is short, the power supply wiring is devised as shown below, so that the low frequency region 1 and the low frequency wave region 2 are Through many signal wiring. It is also possible to facilitate the passage of the signal wiring by thinning out the wiring layer below the power cell 54 and the power switch cell 53. The configuration of the power switch cell will be described below.

図10には電源スイッチセル53_RIのポリシリコン配線層P0と金属配線層M1のパターンを模式的に示す。70はソース・ドレインとされる不純物拡散領域である。   FIG. 10 schematically shows patterns of the polysilicon wiring layer P0 and the metal wiring layer M1 of the power switch cell 53_RI. An impurity diffusion region 70 is used as a source / drain.

図11には電源スイッチセル53_RIのポリシリコン配線層P0、金属配線層M1、M2、コンタクトCT、M2とM3の配線を接続するビアV2が示される。   FIG. 11 shows a via V2 for connecting the wiring of the polysilicon wiring layer P0, the metal wiring layers M1 and M2, and the contacts CT, M2 and M3 of the power switch cell 53_RI.

図12には電源スイッチセル53_RIの金属配線層M3、M4、配線層M3とM4の配線を接続するビアV3が示される。配線層M3に形成されたVSSM、VSSの電源パターンが規則的に配置されているから、配線層M3では信号配線SIGはその電源パターンの間に1本づつしか通すことができない。このとき、図13に例示されるように、配線層M3においてVSSM、VSSの電源パターンを間引いて配線密度を低くすることにより、当該配線層M3に通せる信号線SIGの本数を倍以上に増やすことができる。この例では配線層M3のVSSM、VSSの電源パターンが給電経路要素であり、図12はそのような給電経路要素の密度が大きい例を示し、図13はその密度が小さい場合の例を示している。   FIG. 12 shows the metal wiring layers M3 and M4 of the power switch cell 53_RI and the via V3 connecting the wirings of the wiring layers M3 and M4. Since the VSSM and VSS power supply patterns formed in the wiring layer M3 are regularly arranged, only one signal wiring SIG can be passed between the power supply patterns in the wiring layer M3. At this time, as illustrated in FIG. 13, by reducing the power density of VSSM and VSS in the wiring layer M3 to reduce the wiring density, the number of signal lines SIG that can be passed through the wiring layer M3 is more than doubled. be able to. In this example, the VSSM and VSS power supply patterns of the wiring layer M3 are power supply path elements, FIG. 12 shows an example in which the density of such power supply path elements is high, and FIG. 13 shows an example in which the density is low. Yes.

図12は低周波領域1と高周波領域との間の電源スイッチ部を示し、図13は低周波領域1と低周波波領域2との間の電源スイッチ部を示す。   12 shows a power switch unit between the low frequency region 1 and the high frequency region, and FIG. 13 shows a power switch unit between the low frequency region 1 and the low frequency wave region 2.

図14には電源スイッチセル53_RIの金属配線層M5、M6、配線層M4とM5の配線を接続するビアV4、配線層M5とM6の配線を接続するビアV5が示される。配線層M5に形成されたVSSM、VSSの電源パターンは中央部の僅かな領域を残して規則的に配置されているから、配線層M5において信号配線SIGは中央部の和図から領域に数本しか通すことができない。このとき、図15に例示されるように、配線層M5においてVSSM、VSSの電源パターンを間引いて配線密度を低くすることにより、当該配線層M5に通せる信号線SIGの本数を倍以上に増やすことができる。この例では配線層M5のVSSM、VSSの電源パターンが給電経路要素であり、図14はそのような給電経路要素の密度が大きい例を示し、図15はその密度が小さい場合の例を示している。   FIG. 14 shows the metal wiring layers M5 and M6 of the power switch cell 53_RI, the via V4 connecting the wirings of the wiring layers M4 and M5, and the via V5 connecting the wirings of the wiring layers M5 and M6. Since the VSSM and VSS power supply patterns formed in the wiring layer M5 are regularly arranged leaving a small area in the central portion, several signal wirings SIG in the wiring layer M5 are arranged in the area from the central diagram in the central portion. Can only pass. At this time, as illustrated in FIG. 15, the number of signal lines SIG that can be passed through the wiring layer M5 is more than doubled by thinning out the VSSM and VSS power supply patterns in the wiring layer M5 to reduce the wiring density. be able to. In this example, the VSSM and VSS power supply patterns of the wiring layer M5 are power supply path elements, FIG. 14 shows an example in which the density of such power supply path elements is high, and FIG. 15 shows an example in which the density is low. Yes.

図14は低周波領域1と高周波領域との間の電源スイッチ部を示し、図15は低周波領域1と低周波波領域2との間の電源スイッチ部を示す。   FIG. 14 shows a power switch part between the low frequency region 1 and the high frequency region, and FIG. 15 shows a power switch part between the low frequency region 1 and the low frequency wave region 2.

図16には電源スイッチセル53_RIの金属配線層M6、M7、PM、配線層M7とPMの配線を接続するビアPVが示される。   FIG. 16 shows the metal wiring layers M6, M7, and PM of the power switch cell 53_RI, and the via PV connecting the wiring layers M7 and PM.

図17には図16のA−A’断面図が示される。RRの部分が信号配線SIGを通し易くするために一部の電源パターンを間引いた領域である。   FIG. 17 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 16. The portion of RR is a region where a part of the power supply pattern is thinned out to facilitate the signal wiring SIG.

以上のように、低周波領域と高周波領域の間、低周波領域間の特性を考慮し、電源スイッチ部の低周波領域と高周波領域接する長さを、低周波領域と低周波領域の間の接する長さより長くした。   As described above, considering the characteristics between the low frequency region and the high frequency region, the length of the power switch unit that contacts the low frequency region and the high frequency region is the contact between the low frequency region and the low frequency region. It was longer than the length.

また、低周波領域と低周波領域の間の電源スイッチ部を横切る配線密度を、低周波領域と高周波領域の間の電源スイッチを横切る密度よりも多くした。   In addition, the wiring density across the power switch between the low frequency region and the low frequency region is made higher than the density across the power switch between the low frequency region and the high frequency region.

これにより、高周波領域と低周波領域を有するチップにおいて、チップ全体として電源の安定化を確保しつつ、配線の迂回を削減できる。   Thereby, in a chip having a high frequency region and a low frequency region, it is possible to reduce the detour of the wiring while ensuring the stabilization of the power supply as a whole chip.

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。、例えば、配線層の数、給電セル、電源スイッチセルの回路規模等は適宜変更可能である。   Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited thereto and can be variously modified without departing from the gist thereof. For example, the number of wiring layers, the power supply cell, the circuit scale of the power switch cell, and the like can be changed as appropriate.

また、これらの内容を適宜組み合わせても良い。組み合わせることで、高速動作領域と低速動作領域の電圧の安定供給や複雑にならない信号配線配置を半導体装置全体として実現できる。   Moreover, you may combine these content suitably. By combining them, it is possible to realize a stable supply of voltages in the high-speed operation region and the low-speed operation region and an uncomplicated signal wiring arrangement for the entire semiconductor device.

また、本発明に係る半導体装置はマイクロコンピュータに限定されず、種々のロジックLSI、アナログLSI、ディジタル・アナログ混載LSI等に広く適用することができる。   The semiconductor device according to the present invention is not limited to a microcomputer, and can be widely applied to various logic LSIs, analog LSIs, digital / analog mixed LSIs, and the like.

本発明の一例に係るマイクロコンピュータのレイアウト的な構成を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the layout-like structure of the microcomputer based on an example of this invention. 本発明の一例に係るマイクロコンピュータのブロック図である。It is a block diagram of a microcomputer according to an example of the present invention. 配線混雑領域に配線密度とデカップリング容量の密度が異なる複数のフィラーセルを混在させて配置した様子を例示する概念図である。It is a conceptual diagram which illustrates a mode that several filler cells from which a wiring density and the density of a decoupling capacity differ are mixed and arrange | positioned in a wiring congestion area | region. マイクロコンピュータにおける配線層の種類とその延在方向を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows roughly the kind of wiring layer in a microcomputer, and its extending direction. 電源セルと電源スイッチセルが最上層の配線層PMを介して接続する構成を例示する縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which illustrates the structure which connects a power cell and a power switch cell via the uppermost wiring layer PM. 電源分離領域における回路構成を概略的に示す回路図である。It is a circuit diagram which shows roughly the circuit structure in a power supply isolation | separation area | region. 電源スイッチ回路による動作電源の遮断単位に対する動作電源の供給と遮断に用いる電源セルと電源スイッチセルのアレーを例示する回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an array of power cells and power switch cells used for supplying and shutting off operating power to a unit of shutting off operating power by a power switch circuit. ロジック回路の回路セルと電源スイッチ回路のスイッチMOSトランジスタとの接続関係を縦断面構造によって概略的に示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows roughly the connection relation of the circuit cell of a logic circuit, and the switch MOS transistor of a power switch circuit by a longitudinal cross-section structure. マイクロコンピュータ全体における配線層PMの電源パターンを概略的に例示する平面図である。It is a top view which illustrates roughly the power supply pattern of wiring layer PM in the whole microcomputer. 電源スイッチセル53_RIのポリシリコン配線層P0と金属配線層M1のパターンを模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the pattern of the polysilicon wiring layer P0 of the power switch cell 53_RI, and the metal wiring layer M1. 電源スイッチセル53_RIのポリシリコン配線層P0、金属配線層M1、M2等のレイアウトを示す平面図である。It is a top view which shows the layout of polysilicon wiring layer P0, metal wiring layers M1, M2, etc. of power switch cell 53_RI. 電源スイッチセル53_RIの金属配線層M3、M4等のレイアウトを示す平面図である。It is a top view which shows the layout of metal wiring layers M3, M4, etc. of the power switch cell 53_RI. 図12に対して配線層M3におけるVSSM、VSSの電源パターンを間引いて配線密度を低くしたときのレイアウトを例示する平面図である13 is a plan view illustrating a layout when the wiring density is lowered by thinning out the VSSM and VSS power supply patterns in the wiring layer M3 with respect to FIG. 電源スイッチセル53_RIの金属配線層M5、M6等のレイアウトを示す平面図である。It is a top view which shows the layout of metal wiring layers M5, M6, etc. of the power switch cell 53_RI. 図14に対して配線層M5におけるVSSM、VSSの電源パターンを間引いて配線密度を低くしたときのレイアウトを例示する平面図である。15 is a plan view illustrating a layout when the wiring density is lowered by thinning out the VSSM and VSS power supply patterns in the wiring layer M5 with respect to FIG. 電源スイッチセル53_RIの金属配線層M6、M7、PM等のレイアウトを示す平面図である。It is a top view which shows the layout of metal wiring layers M6, M7, PM, etc. of the power switch cell 53_RI. 図16のA−A’断面図である。It is A-A 'sectional drawing of FIG. 低周波領域におけるフィラーセルの配置を例示する平面図である。It is a top view which illustrates arrangement | positioning of the filler cell in a low frequency area | region. 高周波領域におけるpMOSデカップリングキャパシタを有するフィラーセルの配置を例示する平面図である。It is a top view which illustrates arrangement | positioning of the filler cell which has a pMOS decoupling capacitor in a high frequency area | region. 高周波領域におけるpMOS及びnMOSデカップリングキャパシタを有するフィラーセルの配置を例示する平面図である。It is a top view which illustrates arrangement | positioning of the filler cell which has pMOS and an nMOS decoupling capacitor in a high frequency area | region.

符号の説明Explanation of symbols

1 マイクロコンピュータ(MCU)
2 中央処理装置(CPU)
3 データトランスファコントローラ(DTC)
4 RAM
5 フラッシュメモリ(FLASH)
7 内部バス(IBUS)
10 バスステートコントローラ(BSC)
11 周辺バス(PBUS)
13 割り込みコントローラ(INTC)13
14 A/D変換器(A/D)
15 D/A変換器(D/A)
16 シリアルコミュニケーションインタフェース回路(SCI)
17 タイマ(TMR)
18,19 入出力ポート(PRT1PRT2)
20 クロックパルスジェネレータ(CPG)
22 システムコントローラ(SYSC)
CK1,CK2 内部クロック信号
30 ボンディングパッド(BP)
31 IO領域(IO)
32 低速動作領域(LSO)
33 高速動作領域(HSO)
34 電源分離領域(PSS)
35、36 配線混雑領域(SLC)
40、41、42 フィラーセル
VPTN 電源パターン
GPTN グランドパターン
MOSCp pチャンネル型MOS容量素子
MOSCn nチャンネル型MOS容量素子
50 ロジック回路(LOG)
51 電源スイッチ回路
Q2n 電源スイッチMOSトランジスタ
VDD 電源電圧
VSSM 仮想グランド電圧
VSSグランド電圧
53 電源スイッチセル(給電セル)
54 電源セル(給電セル)
53_R,53_RI 給電経路の配置密度が低い電源スイッチセル
54_R 給電経路の配置密度が低い電源セル
1 Microcomputer (MCU)
2 Central processing unit (CPU)
3 Data transfer controller (DTC)
4 RAM
5 Flash memory (FLASH)
7 Internal bus (IBUS)
10 Bus state controller (BSC)
11 Peripheral bus (PBUS)
13 Interrupt controller (INTC) 13
14 A / D converter (A / D)
15 D / A converter (D / A)
16 Serial communication interface circuit (SCI)
17 Timer (TMR)
18, 19 I / O port (PRT1PRT2)
20 Clock pulse generator (CPG)
22 System Controller (SYSC)
CK1, CK2 Internal clock signal 30 Bonding pad (BP)
31 IO area (IO)
32 Low speed operation area (LSO)
33 High-speed operation area (HSO)
34 Power supply isolation area (PSS)
35, 36 Wiring congestion area (SLC)
40, 41, 42 Filler cell VPTN Power supply pattern GPTN Ground pattern MOSCp p-channel MOS capacitor MOSCn n-channel MOS capacitor 50 Logic circuit (LOG)
51 Power switch circuit Q2n Power switch MOS transistor VDD Power supply voltage VSSM Virtual ground voltage VSS Ground voltage 53 Power switch cell (power feeding cell)
54 Power cell
53_R, 53_RI Power switch cell with low power supply path arrangement density 54_R Power supply cell with low power supply path arrangement density

Claims (14)

半導体基板に複数の回路セルの集合として把握される複数の回路ブロックを有し、前記複数の回路セルの一部は、回路セル間に給電経路を形成するために配置されたフィラーセルであり、前記フィラーセルとして、前記給電経路に接続された電源安定化容量を有する第1フィラーセルと、前記第1フィラーセルから電源安定化容量を削除した第2フィラーセルとを有する半導体装置であって、
第1の同期動作周波数のクロックに同期して動作する第1の回路ブロックと、前記第1の同期動作周波数よりも高い第2の同期動作周波数のクロックに同期して動作する第2の回路ブロックとを有し、
前記第1回路ブロックに配置された前記第1フィラーセルは前記電源安定化容量としてpチャンネル型MOS容量素子を有し、第2回路ブロックに配置された前記第1フィラーセルは前記電源安定化容量としてpチャンネル型MOS容量素子及びnチャンネル型MOS容量素子を有する、半導体装置。
The semiconductor substrate has a plurality of circuit blocks grasped as a set of a plurality of circuit cells, and a part of the plurality of circuit cells is a filler cell arranged to form a power feeding path between the circuit cells, As the filler cell, a semiconductor device having a first filler cell having a power stabilization capacity connected to the power supply path, and a second filler cell in which the power stabilization capacity is deleted from the first filler cell,
A first circuit block that operates in synchronization with a clock having a first synchronization operation frequency, and a second circuit block that operates in synchronization with a clock having a second synchronization operation frequency higher than the first synchronization operation frequency. And
The first filler cell disposed in the first circuit block has a p-channel MOS capacitor as the power stabilization capacitor, and the first filler cell disposed in the second circuit block is the power stabilization capacitor. A semiconductor device having a p-channel MOS capacitor element and an n-channel MOS capacitor element.
半導体基板に、第1の同期動作周波数のクロックに同期して動作する第1の回路ブロックと、前記第1の同期動作周波数よりも高い第2の同期動作周波数のクロックに同期して動作する第2の回路ブロックとを有し、
前記第1回路ブロックは、配置されたトランジスタ列の間に、当該トランジスタ列に比べてトランジスタの配置密度が低く且つ前記トランジスタ列の間に給電経路を形成する領域を備え、当該領域に、給電経路に接続された電源安定化容量としてpチャンネル型MOS容量素子を有し、
前記第2回路ブロックは、配置されたトランジスタ列の間に、当該トランジスタ列に比べてトランジスタの配置密度が低く且つ前記トランジスタ列の間に給電経路を形成する領域を備え、当該領域に、給電経路に接続された電源安定化容量としてpチャンネル型MOS容量素子及びnチャンネル型MOS容量素子を有する、半導体装置。
A first circuit block that operates in synchronization with a clock having a first synchronous operation frequency on a semiconductor substrate, and a second circuit that operates in synchronization with a clock having a second synchronous operation frequency higher than the first synchronous operation frequency. 2 circuit blocks,
The first circuit block includes a region between the arranged transistor rows, in which the arrangement density of the transistors is lower than that of the transistor row and a power feeding path is formed between the transistor rows, and the power feeding route is provided in the region. A p-channel MOS capacitor element as a power source stabilization capacitor connected to
The second circuit block includes a region between the arranged transistor rows, in which the arrangement density of the transistors is lower than that of the transistor row and a power feed path is formed between the transistor rows, and the power feed route is provided in the region. A semiconductor device having a p-channel type MOS capacitor element and an n-channel type MOS capacitor element as a power source stabilization capacitor connected to.
半導体基板に複数の回路セルの集合として把握される複数の回路ブロックを有し、前記複数の回路セルの一部は、回路セル間に給電経路を形成するために配置されたフィラーセルであり、前記フィラーセルとして、前記給電経路に接続された電源安定化容量を有する第1フィラーセルと、前記第1フィラーセルから電源安定化容量を削除した第2フィラーセルとを有する半導体装置であって、
第1の同期動作周波数のクロックに同期して動作する第1の回路ブロックと、前記第1の同期動作周波数よりも高い第2の同期動作周波数のクロックに同期して動作する第2の回路ブロックとを有し、
前記第1回路ブロックに配置された前記第1フィラーセルは前記電源安定化容量として相対的にゲート絶縁膜の薄いMOS容量素子を有し、第2回路ブロックに配置された前記第1フィラーセルは前記電源安定化容量として相対的にゲート絶縁膜の厚いMOS容量素子を有する、半導体装置。
The semiconductor substrate has a plurality of circuit blocks grasped as a set of a plurality of circuit cells, and a part of the plurality of circuit cells is a filler cell arranged to form a power feeding path between the circuit cells, As the filler cell, a semiconductor device having a first filler cell having a power stabilization capacity connected to the power supply path, and a second filler cell in which the power stabilization capacity is deleted from the first filler cell,
A first circuit block that operates in synchronization with a clock having a first synchronization operation frequency, and a second circuit block that operates in synchronization with a clock having a second synchronization operation frequency higher than the first synchronization operation frequency. And
The first filler cell arranged in the first circuit block has a MOS capacitor element having a relatively thin gate insulating film as the power source stabilization capacitor, and the first filler cell arranged in the second circuit block is A semiconductor device having a MOS capacitor element having a relatively thick gate insulating film as the power source stabilizing capacitor.
半導体基板に、第1の同期動作周波数のクロックに同期して動作する第1の回路ブロックと、前記第1の同期動作周波数よりも高い第2の同期動作周波数のクロックに同期して動作する第2の回路ブロックとを有し、
前記第1回路ブロックは、配置されたトランジスタ列の間に、当該トランジスタ列に比べてトランジスタの配置密度が低く且つ前記トランジスタ列の間に給電経路を形成する領域を備え、当該領域に、給電経路に接続された電源安定化容量として相対的にゲート絶縁膜の薄いMOS容量素子を有し、
第2回路ブロックは、配置されたトランジスタ列の間に、当該トランジスタ列に比べてトランジスタの配置密度が低く且つ前記トランジスタ列の間に給電経路を形成する領域を備え、当該領域に、給電経路に接続された電源安定化容量として相対的にゲート絶縁膜の厚いMOS容量素子を有する、半導体装置。
A first circuit block that operates in synchronization with a clock having a first synchronous operation frequency on a semiconductor substrate, and a second circuit that operates in synchronization with a clock having a second synchronous operation frequency higher than the first synchronous operation frequency. 2 circuit blocks,
The first circuit block includes a region between the arranged transistor rows, in which the arrangement density of the transistors is lower than that of the transistor row and a power feeding path is formed between the transistor rows, and the power feeding route is provided in the region. Having a MOS capacitor element having a relatively thin gate insulating film as a power source stabilizing capacitor connected to
The second circuit block includes, between the arranged transistor rows, a region where the arrangement density of the transistors is lower than that of the transistor row and forms a power feeding path between the transistor rows, and the power feeding path is provided in the region. A semiconductor device having a MOS capacitor element having a relatively thick gate insulating film as a connected power stabilization capacitor.
半導体基板に複数の回路セルの集合として把握される複数の回路ブロックを有し、前記複数の回路セルの一部は、回路セル間に給電経路を形成するために配置されたフィラーセルであり、前記フィラーセルとして、前記給電経路に接続された電源安定化容量を有する第1フィラーセルと、前記第1フィラーセルから電源安定化容量を削除した第2フィラーセルとを有する半導体装置であって、
前記複数の回路セルの別の一部は、対応する前記回路ブロックに給電経路を形成するために並設された複数の給電セルであり、前記給電セルとして、相対的に給電経路要素の配置密度が高い給電セルと相対的に給電経路要素の配置密度が低い給電セルが混在される、半導体装置。
The semiconductor substrate has a plurality of circuit blocks grasped as a set of a plurality of circuit cells, and a part of the plurality of circuit cells is a filler cell arranged to form a power feeding path between the circuit cells, As the filler cell, a semiconductor device having a first filler cell having a power stabilization capacity connected to the power supply path, and a second filler cell in which the power stabilization capacity is deleted from the first filler cell,
Another part of the plurality of circuit cells is a plurality of power supply cells arranged in parallel to form a power supply path in the corresponding circuit block, and the arrangement density of power supply path elements is relatively as the power supply cell. A semiconductor device in which power supply cells having high power density and power supply cells having relatively low power supply path element arrangement density are mixed.
半導体基板に複数のトランジスタと給電経路の配列によって回路が形成された半導体装置であって、
配置されたトランジスタ列の間に、当該トランジスタ列に比べてトランジスタの配置密度が低く且つ前記トランジスタ列の間に給電経路を形成する領域を備え、当該一部の領域は給電経路に接続された電源安定化容量を備え、当該別の領域は安定化容量を備えておらず、
回路に給電経路を形成するために配列された一の給電経路領域は給電経路要素の配置密度が高い領域とされ、他の給電経路領域は前記一の給電経路領域よりも給電経路要素の配置密度が低い領域とされた、半導体装置。
A semiconductor device in which a circuit is formed by an arrangement of a plurality of transistors and a power supply path on a semiconductor substrate,
Between the arranged transistor rows, there is a region where the arrangement density of the transistors is lower than that of the transistor row and a power feeding path is formed between the transistor rows, and the partial region is a power source connected to the feeding route With a stabilizing capacity, the other area does not have a stabilizing capacity,
One power supply path region arranged to form a power supply path in the circuit is a region in which the power supply path element is disposed at a higher density, and the other power supply path region is disposed at a density higher than that of the one power supply path region. A semiconductor device in which the area is low.
動作周波数の高い回路ブロック内の給電セルで形成された給電経路は隣接する配線層間の接続に用いるコンタクトに相対的な高密度を有し、動作周波数の低い回路ブロック内の給電セルで形成された給電経路は隣接する配線層間の接続に用いるコンタクトに相対的な低密度を有する、請求項5記載の半導体装置。   The power supply path formed by the power supply cells in the circuit block having a high operating frequency has a high density relative to the contacts used for connection between adjacent wiring layers, and is formed by the power supply cells in the circuit block having a low operation frequency. 6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the power supply path has a low density relative to contacts used for connection between adjacent wiring layers. 半導体基板に複数の回路セルの集合として把握される複数の回路ブロックを有し、
前記複数の回路セルの一部は、回路セル間に給電経路を形成するために配置された複数のフィラーセルであり、前記フィラーセルとして、電源安定化容量の配置密度の異なる複数種類のフィラーセルを有する、半導体装置。
Having a plurality of circuit blocks grasped as a set of a plurality of circuit cells on a semiconductor substrate;
A part of the plurality of circuit cells is a plurality of filler cells arranged to form a power feeding path between the circuit cells, and the filler cells are a plurality of types of filler cells having different arrangement densities of power stabilization capacitors. A semiconductor device.
半導体基板に複数の回路セルの集合として把握される複数の回路ブロックを有し、
前記複数の回路セルの一部は、回路セル間に給電経路を形成するために配置された複数のフィラーセルであり、相対的に配線密度の高い前記フィラーセルは前記給電経路に接続する電源安定化容量を相対的に低い密度で有し、相対的に配線密度の低い前記フィラーセルは前記給電経路に接続する電源安定化容量を相対的に高い密度で有する、半導体装置。
Having a plurality of circuit blocks grasped as a set of a plurality of circuit cells on a semiconductor substrate;
A part of the plurality of circuit cells is a plurality of filler cells arranged to form a power feeding path between the circuit cells, and the filler cell having a relatively high wiring density is connected to the power feeding path. A semiconductor device having a stabilization capacity at a relatively low density, and the filler cell having a relatively low wiring density has a power stabilization capacity connected to the power supply path at a relatively high density.
半導体基板に複数の回路セルの集合として把握される複数の回路ブロックを有し、
前記複数の回路セルの一部は、対応する前記回路ブロックに給電経路を形成するために並設された複数の給電セルであり、前記給電セルとして、相対的に給電経路要素の配置密度が高い給電セルと相対的に給電経路要素の配置密度が低い給電セルが混在される、半導体装置。
Having a plurality of circuit blocks grasped as a set of a plurality of circuit cells on a semiconductor substrate;
Some of the plurality of circuit cells are a plurality of power supply cells arranged in parallel to form a power supply path in the corresponding circuit block, and the power supply cell has a relatively high arrangement density of power supply path elements. A semiconductor device in which power supply cells having a relatively low arrangement density of power supply path elements are mixed with power supply cells.
前記複数の給電セルの内の一部の給電セルは前記複数の給電セルによって形成される給電経路への給電又は給電停止を選択する電源スイッチを有する、請求項10記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 10, wherein some of the plurality of power supply cells include a power switch that selects power supply to the power supply path formed by the plurality of power supply cells or power supply stop. 前記給電セルは対応する回路ブロックの周囲に配置され、前記電源スイッチを有する給電セルは、前記対応する回路ブロックにおいて複数の回路セルの並設方向に延在する給電経路の両端部に配置される、請求項11記載の半導体装置。   The power supply cell is disposed around a corresponding circuit block, and the power supply cell having the power switch is disposed at both ends of a power supply path extending in a parallel arrangement direction of a plurality of circuit cells in the corresponding circuit block. The semiconductor device according to claim 11. 動作周波数の高い回路ブロック内の給電セルで形成された給電経路は隣接する配線層間の接続に用いるコンタクトに相対的な高密度を有し、動作周波数の低い回路ブロック内の給電セルで形成された給電経路は隣接する配線層間の接続に用いるコンタクトに相対的な低密度を有する、請求項10記載の半導体装置。   The power supply path formed by the power supply cells in the circuit block having a high operating frequency has a high density relative to the contacts used for connection between adjacent wiring layers, and is formed by the power supply cells in the circuit block having a low operation frequency. The semiconductor device according to claim 10, wherein the power supply path has a low density relative to a contact used for connection between adjacent wiring layers. 半導体基板に複数の回路セルの集合として把握される複数の回路ブロックを有し、
動作周波数の高い回路ブロック内の回路セルで形成された給電経路は隣接する配線層間の接続に用いるコンタクトに相対的な高密度を有し、動作周波数の低い回路ブロック内の回路セルで形成された給電経路は隣接する配線層間の接続に用いるコンタクトに相対的な低密度を有する、半導体装置。
Having a plurality of circuit blocks grasped as a set of a plurality of circuit cells on a semiconductor substrate;
A power supply path formed by circuit cells in a circuit block having a high operating frequency has a relatively high density for contacts used for connection between adjacent wiring layers, and is formed by circuit cells in a circuit block having a low operating frequency. The power supply path is a semiconductor device having a low density relative to a contact used for connection between adjacent wiring layers.
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