JP2009004635A - Semiconductor integrated circuit and method of designing semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路および半導体集積回路の設計方法に関し、特にデカップリング容量素子を有する半導体集積回路および半導体集積回路の設計方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit and a method for designing a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a semiconductor integrated circuit having a decoupling capacitor and a method for designing a semiconductor integrated circuit.
半導体集積回路の電源ノイズを吸収するためのデカップリング容量素子が、動作周波数の高速化に伴い半導体集積回路内に集積されるようになってきている。例えば、特許文献1には、ノイズ対策のための容量素子を有する半導体装置およびそのパターン生成の方法が示されている。
A decoupling capacitance element for absorbing power supply noise of a semiconductor integrated circuit has been integrated in the semiconductor integrated circuit as the operating frequency is increased. For example,
図10は、従来技術の半導体装置に配置される容量素子の構造を示す図である。図10には、半導体装置に配置される、構造が互いに異なる3種類のMOS型容量素子がそれぞれパート(a)からパート(c)までに示されている。 FIG. 10 is a diagram illustrating a structure of a capacitive element arranged in a conventional semiconductor device. FIG. 10 shows three types of MOS capacitors having different structures arranged in the semiconductor device, from part (a) to part (c).
図10のパート(a)に示す容量素子70は、一般的なMOSトランジスタと同様の構造を有している。このタイプの容量素子を基本型容量素子と称する。容量素子70は、ゲート電極72の下の破線で示す領域71にチャネルが形成されることによって容量として機能する。図10のパート(b)に示す容量素子80は、環状に形成された一方の拡散層81の中央部に、他方の拡散層82が島状に形成され、これら2つの拡散層81,82の間のリング状の領域を覆うようにリング状のゲート電極83が形成されている。このリング状のゲート電極83の下に容量が形成される。このタイプの容量素子をリングゲート型容量素子と称する。図10のパート(c)に示す容量素子90は、拡散層91がリング状に形成されており、リング状の拡散層91で囲まれた領域92を覆う形状のゲート電極93が形成されている。このゲート電極93の下に容量が形成される。このタイプの容量素子を平板型容量素子と称する。特許文献1に示されたパターン生成の方法では、半導体装置のうち、高い周波数で動作する部分に、容量を増大する目的で、単位面積当たりの容量が大きい平板型容量素子が複数個アレイ状に配置される。
しかしながら、図10のパート(c)に示す平板型容量素子は、チャネルが形成される領域の上方で、ゲート電極と電源配線とが接続される構造を有しているため、半導体プロセスの制約上製造が容易でない。このため、実際の半導体装置で平板型容量素子が使用されることはほとんど無く、専ら基本型容量素子が利用されている。 However, the flat capacitor shown in part (c) of FIG. 10 has a structure in which the gate electrode and the power supply wiring are connected above the region where the channel is formed. It is not easy to manufacture. For this reason, flat capacitor elements are rarely used in actual semiconductor devices, and basic capacitor elements are exclusively used.
また、実際の容量素子における容量は周波数特性を有しており、容量は周波数の上昇に伴い低下する。したがって、単に容量が形成される面積を増大したり、容量素子の数を増やしたりするだけでは、高周波領域において設計時に期待していた容量を得ることができず、高周波ノイズの除去ができない場合があり、半導体装置として十分な性能が発揮できないという問題があった。 In addition, the capacitance in an actual capacitive element has frequency characteristics, and the capacitance decreases as the frequency increases. Therefore, simply increasing the area in which the capacitor is formed or increasing the number of capacitive elements may not provide the capacitance expected at the time of design in the high frequency region, and high frequency noise may not be removed. There is a problem that sufficient performance as a semiconductor device cannot be exhibited.
本発明は、上記事情に鑑み、ノイズ除去の効率と面積効率の両立が図られた半導体集積回路および半導体集積回路の設計方法を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit and a method for designing a semiconductor integrated circuit in which both noise removal efficiency and area efficiency are achieved.
上記目的を達成する本発明の半導体集積回路は、相対的に高い動作周波数を有する第1の回路ブロックと、相対的に低い動作周波数を有する第2の回路ブロックと、
上記第1の回路ブロックに電源を供給する配線に接続された、相対的に小さなソース−ドレイン間寸法を有する第1のMOS型デカップリング容量素子と、
上記第2の回路ブロックに電源を供給する配線に接続された、上記第1のMOS型デカップリング容量素子よりも相対的に大きなソース−ドレイン間寸法を有する第2のMOS型デカップリング容量素子とを有することを特徴とする。
The semiconductor integrated circuit of the present invention that achieves the above object includes a first circuit block having a relatively high operating frequency, a second circuit block having a relatively low operating frequency,
A first MOS type decoupling capacitance element having a relatively small source-drain dimension connected to a wiring for supplying power to the first circuit block;
A second MOS type decoupling capacitive element having a larger source-drain dimension than the first MOS type decoupling capacitive element, connected to a wiring for supplying power to the second circuit block; It is characterized by having.
本発明の半導体集積回路は、高い動作周波数を有する第1の回路ブロックに電源を供給する配線には、ソース−ドレイン間寸法が小さな第1のMOS型デカップリング容量素子が接続され、低い動作周波数を有する第2の回路ブロックに電源を供給する配線には、ソース−ドレイン間寸法が大きな第1のMOS型デカップリング容量素子が接続される。第1のMOS型デカップリング容量素子はソース−ドレイン間寸法が小さく、チャネル電荷の変化が電源電圧の高い周波数での変動に追従できるため、高周波ノイズを効率よく除去することができる。一方、低い周波数で動作する第2の回路ブロックには、ソース−ドレイン間寸法が大きいMOS型デカップリング容量素子が配置されることで容量当たりの面積効率が向上する。したがって、高い面積効率と広い周波数帯域におけるノイズ除去とを両立させることが可能となる。 In the semiconductor integrated circuit according to the present invention, a first MOS type decoupling capacitor element having a small source-drain dimension is connected to a wiring for supplying power to a first circuit block having a high operating frequency, so that the operating frequency is low. A first MOS type decoupling capacitance element having a large source-drain dimension is connected to a wiring for supplying power to the second circuit block having. Since the first MOS type decoupling capacitance element has a small source-drain dimension and the change in channel charge can follow the fluctuation of the power supply voltage at a high frequency, high-frequency noise can be efficiently removed. On the other hand, in the second circuit block that operates at a low frequency, the MOS type decoupling capacitance element having a large source-drain dimension is arranged, so that the area efficiency per capacitance is improved. Therefore, it is possible to achieve both high area efficiency and noise removal in a wide frequency band.
ここで、上記本発明の半導体集積回路において、上記第1のMOS型デカップリング容量素子および上記第2のMOS型デカップリング容量素子の双方の構造が、半導体基板表面に設けられた活性領域と、この活性領域上に容量絶縁膜を介して重なり、この活性領域を覆って1つの方向に延びるゲート電極とからなるMOSトランジスタの構造であり、
上記ソース−ドレイン間寸法が、上記ゲート電極の上記1つの方向に直角な方向の寸法であることが好ましい。
Here, in the semiconductor integrated circuit of the present invention, the structures of both the first MOS type decoupling capacitance element and the second MOS type decoupling capacitance element are formed in an active region provided on the surface of the semiconductor substrate, The MOS transistor has a structure including a gate electrode that overlaps the active region via a capacitive insulating film and covers the active region and extends in one direction.
It is preferable that the dimension between the source and the drain is a dimension in a direction perpendicular to the one direction of the gate electrode.
汎用性の高いMOSトランジスタ構造を用いることによって、高い面積効率と広い周波数帯域でのノイズ除去を両立させた半導体集積回路の製造が容易にできる。また、第1のMOS型デカップリング容量素子および第2のMOS型デカップリング容量素子の双方が同一の構造を有しているため、異なる周波数特性への対応を、複雑な製造プロセスを導入することなく行うことができる。 By using a highly versatile MOS transistor structure, it is possible to easily manufacture a semiconductor integrated circuit that achieves both high area efficiency and noise removal in a wide frequency band. In addition, since both the first MOS type decoupling capacitance element and the second MOS type decoupling capacitance element have the same structure, it is necessary to introduce a complicated manufacturing process to cope with different frequency characteristics. Can be done without.
また、上記目的を達成する本発明の第1の半導体集積回路の設計方法は、複数の回路ブロックと、この複数の回路ブロックのそれぞれに対応して設けられ、対応する回路ブロックに供給される電源のノイズを低減するデカップリング容量とを有する半導体集積回路の設計方法であって、
上記複数の回路ブロックのそれぞれの動作周波数を含んだデータをデータベースに記録するとともに、相対的に小さなソース−ドレイン間寸法を有する第1のMOS型デカップリング容量素子のパターンデータと、この第1のMOS型デカップリング容量素子よりも相対的に大きなソース−ドレイン間寸法を有する第2のMOS型デカップリング容量素子のパターンデータとをデータベースに記録するステップと、
上記半導体集積回路のチップ領域内に上記複数の回路ブロックを配置すると共に、配置されたこの複数の回路ブロックのそれぞれに対応する位置に、回路ブロックの動作周波数が所定の値より高い場合には上記第1のMOS型デカップリング容量素子を配置し、動作周波数が所定の値以下である場合には上記第2のMOS型デカップリング容量素子を配置するステップと、
配置された上記複数の回路ブロックのそれぞれに電源を供給する電源配線を、この複数の回路ブロックに対応する位置にそれぞれ配置されたデカップリング容量素子が接続されるように配置するステップとを有することを特徴とする。
Also, a first semiconductor integrated circuit design method of the present invention that achieves the above object is provided with a plurality of circuit blocks and a power supply provided corresponding to each of the plurality of circuit blocks and supplied to the corresponding circuit block. A method of designing a semiconductor integrated circuit having a decoupling capacitor that reduces noise of
The data including the operating frequency of each of the plurality of circuit blocks is recorded in a database, the pattern data of the first MOS type decoupling capacitance element having a relatively small source-drain dimension, and the first data Recording pattern data of a second MOS type decoupling capacitance element having a relatively larger source-drain dimension than the MOS type decoupling capacitance element in a database;
The plurality of circuit blocks are arranged in the chip area of the semiconductor integrated circuit, and the operation frequency of the circuit block is higher than a predetermined value at a position corresponding to each of the arranged circuit blocks. Disposing a first MOS type decoupling capacitance element, and disposing the second MOS type decoupling capacitance element when the operating frequency is a predetermined value or less;
Arranging a power supply wiring for supplying power to each of the plurality of arranged circuit blocks so that decoupling capacitance elements arranged at positions corresponding to the plurality of circuit blocks are connected to each other. It is characterized by.
本発明の第1の半導体集積回路の設計方法によれば、高い面積効率と広い周波数帯域におけるノイズ除去とが両立した半導体集積回路の設計が可能となる。 According to the first method for designing a semiconductor integrated circuit of the present invention, it is possible to design a semiconductor integrated circuit that achieves both high area efficiency and noise removal in a wide frequency band.
また、上記目的を達成する本発明の第2の半導体集積回路の設計方法は、複数の回路ブロックと、この複数の回路ブロックのそれぞれに対応して設けられ、対応する回路ブロックに供給される電源のノイズを低減するデカップリング容量とを有する半導体集積回路の設計方法であって、
上記複数の回路ブロックのそれぞれの動作周波数を含んだデータをデータベースに記録するとともに、互いに異なるソース−ドレイン間寸法を有する複数のMOS型デカップリング容量素子のパターンデータおよび応答周波数のデータを上記データベースに記録するステップと、
上記半導体集積回路のチップ領域内に上記複数の回路ブロックを配置すると共に、配置されたこの複数の回路ブロックのそれぞれに対応する位置に、このそれぞれの回路ブロック動作周波数以上でかつ最も低い応答周波数を有するMOS型デカップリング容量素子を配置するステップと、
配置された上記複数の回路ブロックのそれぞれに電源を供給する電源配線を、この複数の回路ブロックに対応する位置にそれぞれ配置されたデカップリング容量素子が接続されるように配置するステップとを有することを特徴とする
本発明の第2の半導体集積回路の設計方法によれば、各回路ブロックの動作周波数に応じて、面積効率が最もよいMOS型デカップリング容量素子が配置される。
Also, a second semiconductor integrated circuit design method of the present invention that achieves the above object is provided with a plurality of circuit blocks and a power supply provided corresponding to each of the plurality of circuit blocks and supplied to the corresponding circuit block. A method of designing a semiconductor integrated circuit having a decoupling capacitor that reduces noise of
Data including the operating frequencies of the plurality of circuit blocks is recorded in a database, and pattern data and response frequency data of a plurality of MOS type decoupling capacitance elements having different source-drain dimensions are stored in the database. Recording step;
The plurality of circuit blocks are arranged in the chip region of the semiconductor integrated circuit, and the lowest response frequency that is equal to or higher than the circuit block operating frequency is provided at a position corresponding to each of the arranged circuit blocks. Disposing a MOS type decoupling capacitance element having;
Arranging a power supply wiring for supplying power to each of the plurality of arranged circuit blocks so that decoupling capacitance elements arranged at positions corresponding to the plurality of circuit blocks are connected to each other. According to the second method for designing a semiconductor integrated circuit of the present invention, the MOS type decoupling capacitance element having the best area efficiency is arranged according to the operating frequency of each circuit block.
以上説明したように、本発明によれば、ノイズ除去の効率と面積効率の両立が図られた半導体集積回路および半導体集積回路の設計方法が実現する。 As described above, according to the present invention, a semiconductor integrated circuit and a method for designing a semiconductor integrated circuit in which noise removal efficiency and area efficiency are compatible can be realized.
以下図面を参照して本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態である半導体集積回路に集積されるMOS型デカップリング容量素子の構造の例を示す図である。図1のパート(a)はMOS型デカップリング容量素子を半導体集積回路の半導体基板面と垂直に見た平面図であり、図1のパート(b)はパート(a)のA−A線断面図である。 FIG. 1 is a diagram showing an example of the structure of a MOS type decoupling capacitance element integrated in a semiconductor integrated circuit according to an embodiment of the present invention. Part (a) of FIG. 1 is a plan view of a MOS type decoupling capacitance element viewed perpendicularly to the semiconductor substrate surface of the semiconductor integrated circuit, and part (b) of FIG. FIG.
図1に示すMOS型デカップリング容量素子10(以降、MOS容量素子10と称する)は、一般的なnチャネル型のMOSトランジスタと同様の構造を有する、基本型容量素子である。MOS容量素子10は、P型半導体基板11の表面のPウエル11a内にそれぞれN拡散層からなる略矩形状のソース12およびドレイン13が並んで形成され、さらに、Pウエル11a表面のソース12とドレイン13との間の活性領域14上に酸化絶縁膜15を介してゲート電極16が重なって形成された構造を有している。ゲート電極16は、活性領域14を覆っており、さらに、1つの方向、すなわちソース12とドレイン13とを結ぶ方向と略直角な方向に長く延びている。ゲート電極16のうち活性領域14上から外れた一端には、電源配線と接続されるゲートコンタクト17が形成されている。また、ソース12およびドレイン13のそれぞれの表面にも、ソースコンタクト18およびドレインコンタクト19が形成されている。なお、図1のパート(b)では、コンタクトの図示を省略し、各コンタクトを電気配線として示している。
A MOS type decoupling capacitive element 10 (hereinafter referred to as MOS capacitive element 10) shown in FIG. 1 is a basic capacitive element having the same structure as a general n-channel MOS transistor. The
図1に示すMOS容量素子10の、ソースコンタクト18およびドレインコンタクト19がグランド配線に接続され、ゲートコンタクト17が電源配線に接続されると、図1のパート(a)の破線で示す活性領域14の表面にチャネルが形成される。酸化絶縁膜15は容量絶縁膜として機能し、MOS容量素子10は容量素子として機能する。ゲート電極16のソース12とドレイン13とを結ぶ方向の寸法をゲート長Lと称する。また、ゲート電極16が延びる方向、すなわちソース12とドレイン13とを結ぶ方向に直角な方向の、活性領域14と重なる部分の寸法をゲート幅Wと称する。ここで、ゲート電極16の物理的な寸法であるゲート長Lと、ソース12とドレイン13との間の距離は厳密には一致しない。しかし、ソース12およびドレイン13を、ゲート電極16をマスクとしてイオン注入を行う標準的な工程で形成した場合、両者は略等しい。この意味で、ゲート長Lが、本発明にいうソース−ドレイン間寸法の一例に相当する。
When the
本実施形態の半導体集積回路には、図1に示すMOS容量素子10の他に、このMOS容量素子10と同一の基本構造を有し、ゲート長Lおよびゲート幅Wが互いに異なる複数種類のMOS容量素子10が集積される。MOS容量素子10の容量は、基本的には、ゲート長Lとゲート幅Wとの積に依存する。しかし、この容量は周波数依存性も有している。
In addition to the
図2は、図1に示すタイプのMOS容量素子の周波数特性を示すグラフである。 FIG. 2 is a graph showing frequency characteristics of the MOS capacitor of the type shown in FIG.
図2のグラフは、図1に示す基本型の構造を有しゲート長Lが互いに異なる6種類のMOS容量素子のそれぞれについて、1MHzの信号に対する容量測定値を基準(=1)とし、各周波数における容量測定値を規格化した値(C / C@1MHz)を示している。6種類のMOS容量素子のゲート長Lはそれぞれ、0.4μm,2.0μm,4.0μm,10.0μm,20.0μm,40.0μmである。 The graph of FIG. 2 shows each of the six types of MOS capacitance elements having the basic structure shown in FIG. 1 and having different gate lengths L, with a capacitance measurement value for a 1 MHz signal as a reference (= 1), and each frequency. The value (C / C @ 1MHz) which normalized the capacity | capacitance measured value in is shown. The gate lengths L of the six types of MOS capacitor elements are 0.4 μm, 2.0 μm, 4.0 μm, 10.0 μm, 20.0 μm, and 40.0 μm, respectively.
図2のグラフに示すように、MOS容量素子の容量は、いずれのゲート長のものであっても、信号の周波数が高くなるに従い低下する。これは、電源配線に接続した場合に、高い周波数の電源ノイズを吸収する能力が低下することを意味する。しかし、ゲート長Lが短いMOS容量素子ほど、より高い周波数まで高い容量が維持されている。ここで、各MOS容量素子において、低い周波数での容量が維持される実用的な周波数範囲の上限を応答周波数とする。本実施形態では、あるMOS容量素子の容量が、DC近傍である1MHzでの容量に対し80%となる周波数を、そのMOS容量素子の応答周波数とする。例えば、図2のグラフに示す、ゲート長Lが0.4μmのMOS容量素子の応答周波数は約350MHzである。また、ゲート長Lが2.0μmのMOS容量素子の応答周波数は約110MHzであり、ゲート長Lが4.0μmのMOS容量素子の応答周波数は約60MHzであり、ゲート長Lが10.0μmのMOS容量素子の応答周波数は約30MHzであり、ゲート長Lが20.0μmのMOS容量素子の応答周波数は約18MHzであり、ゲート長Lが40.0μmのMOS容量素子の応答周波数は約10MHzである。ゲート長Lが短いMOS容量素子ほど、より高い応答周波数を有している。 As shown in the graph of FIG. 2, the capacitance of the MOS capacitance element decreases as the signal frequency increases regardless of the gate length. This means that the ability to absorb high frequency power noise is reduced when connected to power wiring. However, as the MOS capacitance element has a shorter gate length L, a higher capacitance is maintained up to a higher frequency. Here, in each MOS capacitor element, the upper limit of a practical frequency range in which the capacitance at a low frequency is maintained is defined as a response frequency. In the present embodiment, a frequency at which the capacitance of a certain MOS capacitive element is 80% of the capacitance at 1 MHz near DC is set as the response frequency of the MOS capacitive element. For example, the response frequency of a MOS capacitor having a gate length L of 0.4 μm shown in the graph of FIG. 2 is about 350 MHz. The response frequency of the MOS capacitor element with a gate length L of 2.0 μm is about 110 MHz, the response frequency of the MOS capacitor element with a gate length L of 4.0 μm is about 60 MHz, and the gate length L is 10.0 μm. The response frequency of the MOS capacitor element is about 30 MHz, the response frequency of the MOS capacitor element with a gate length L of 20.0 μm is about 18 MHz, and the response frequency of the MOS capacitor element with a gate length L of 40.0 μm is about 10 MHz. is there. A MOS capacitor element having a shorter gate length L has a higher response frequency.
一方で、ゲート長Lが短いMOS容量素子は1個当たりの容量が小さくなる。しかし、このようなMOS容量素子を複数個並列接続することによって、ゲート長Lの長いMOS容量素子と等しい(低周波数での)容量を有し、この容量が、高い周波数まで維持されるMOS容量素子を実現することができる。 On the other hand, the capacity of one MOS capacitor having a short gate length L is small. However, by connecting a plurality of such MOS capacitor elements in parallel, a MOS capacitor having a capacity (at a low frequency) equal to that of a MOS capacitor element having a long gate length L is maintained up to a high frequency. An element can be realized.
図3は、図1に示すMOS容量素子が複数配置されたMOS容量素子のアレイの構造を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing a structure of an array of MOS capacitor elements in which a plurality of MOS capacitor elements shown in FIG. 1 are arranged.
図3のアレイでは、16個のMOS容量素子10が、半導体基板11(図1参照)の表面にマトリクス状に配置されている。このように、複数のMOS容量素子10を電気的に並列接続することによって所望の容量を得ることができる。しかも、等しい容量を大型のMOS容量素子1個で実現した場合に比べ、容量がより高い周波数まで維持される。
In the array of FIG. 3, 16 MOS capacitive
一方、図1に示す構造のMOS容量素子10は、ゲート長Lが長いほど、コンタクト部分の割合が小さく、MOS容量素子の全体に占める活性領域14(図1参照)の割合が大きくなる。したがって、ゲート長Lが長いほど面積効率は高い。すなわち、同一の面積にアレイを形成した場合に得られる容量が大きい。
On the other hand, in the
図4は、図2に示した6種類のMOS容量素子について、ゲート長Lを40μmにした場合のMOS容量素子の面積を1とし、このMOS容量素子の容量と等しい容量を各ゲート長にいて得るのに必要な面積の比を示す表である。図4に示すように、ゲート長Lが短いほど一定の容量を得るために必要な面積が大きくなってしまう。 FIG. 4 shows that for the six types of MOS capacitance elements shown in FIG. 2, when the gate length L is 40 μm, the area of the MOS capacitance element is 1, and a capacitance equal to the capacitance of this MOS capacitance element is set for each gate length. It is a table | surface which shows ratio of the area required to obtain. As shown in FIG. 4, the shorter the gate length L, the larger the area required to obtain a certain capacity.
本実施形態の半導体集積回路では、集積される複数の回路ブロックのそれぞれに、各回路ブロックの動作周波数に応じ適切なゲート長LのMOS容量素子が接続されることによって、ノイズ除去効率と面積効率との両立が図られる。 In the semiconductor integrated circuit of the present embodiment, a noise reduction efficiency and an area efficiency are obtained by connecting a MOS capacitance element having an appropriate gate length L according to the operating frequency of each circuit block to each of a plurality of integrated circuit blocks. And coexistence is achieved.
例えば、次に示す6種類のMOS容量素子のすべて、もしくは一部からなる、選択可能な容量素子のセットを用意し、このセットの中から、各回路ブロックごとに動作周波数に応じた種類のMOS容量素子を選択する。そして、設計上必要とされる容量が得られるように、複数のMOS容量素子を並列接続してアレイを構成する。
MOS容量素子A:ゲート長L=40μm,ゲート幅W=40μm
MOS容量素子B:ゲート長L=20μm,ゲート幅W=20μm
MOS容量素子C:ゲート長L=10μm,ゲート幅W=10μm
MOS容量素子D:ゲート長L=4μm,ゲート幅W=4μm
MOS容量素子E:ゲート長L=2μm,ゲート幅W=4μm
MOS容量素子F:ゲート長L=0.4μm,ゲート幅W=4μm
これら6種類のMOS容量素子は、それぞれのゲート長に応じ、図2を参照して説明した応答周波数を有している。
For example, a set of selectable capacitor elements consisting of all or a part of the following six types of MOS capacitor elements is prepared, and a type of MOS corresponding to the operating frequency for each circuit block is prepared from this set. A capacitive element is selected. Then, an array is configured by connecting a plurality of MOS capacitor elements in parallel so as to obtain a capacity required for design.
MOS capacitance element A: gate length L = 40 μm, gate width W = 40 μm
MOS capacitance element B: gate length L = 20 μm, gate width W = 20 μm
MOS capacitance element C: gate length L = 10 μm, gate width W = 10 μm
MOS capacitance element D: gate length L = 4 μm, gate width W = 4 μm
MOS capacitance element E: gate length L = 2 μm, gate width W = 4 μm
MOS capacitance element F: gate length L = 0.4 μm, gate width W = 4 μm
These six types of MOS capacitance elements have the response frequencies described with reference to FIG. 2 according to their gate lengths.
MOS容量素子は、アスペクト比、すなわちゲート長Lとゲート幅Wとの比が1:1に近いことが配置効率上好ましい。しかし、本実施形態のMOS容量素子は、ゲート幅Wが4μm以下になると、ソースコンタクト18およびドレインコンタクト19(図1参照)の部分の幅を大きくする必要があるため、レイアウトの効率が却って低下し実用的でない。このため、MOS容量素子E、およびMOS容量素子Fのゲート幅Wは、ゲート長Lに拘わらずMOS容量素子Dと同じ4μmとなっている。
In the MOS capacitor, the aspect ratio, that is, the ratio between the gate length L and the gate width W is preferably close to 1: 1 in terms of arrangement efficiency. However, in the MOS capacitive element of this embodiment, when the gate width W is 4 μm or less, the widths of the
図5は、本発明の半導体集積回路の一実施例を示すレイアウト図である。 FIG. 5 is a layout diagram showing an embodiment of a semiconductor integrated circuit according to the present invention.
図5に示す半導体集積回路100は、半導体基板の表面に形成された半導体装置として実現されており、多数の回路素子を有している。これらの回路素子は半導体基板上の略矩形状のチップ領域100aに配置されている。半導体集積回路100は、大きく分けるとAブロック101からEブロック105までの5つの回路ブロック101〜105で構成されている。これらのブロックはチップ領域100a内に区分けされて配置されており、それぞれの回路ブロックには回路ブロックに電源を供給する図示しない配線が設けられている。Aブロック101からDブロック104までの4つの回路ブロック101〜104は、チップ領域100aの4隅側にそれぞれ配置されている。これら4つの回路ブロック101〜104はEブロック105を介して互いに信号のやりとりを行う。Eブロック105は、チップ領域100aを十文字に横切って配置されている。5つのブロックのうちのAブロック101およびDブロック104は、残り3つのブロックに対し相対的に高い動作周波数で動作する。Aブロック101およびDブロック104が本発明にいう第1の回路ブロックの一例であり、また、残りのBブロック102、Cブロック103、およびEブロック105が本発明にいう第2の回路ブロックの一例である。
A semiconductor integrated
動作周波数が高いAブロック101に電源を供給する配線およびDブロック104に電源を供給する配線のそれぞれには、ゲート長Lが短いMOS容量素子Fが接続されている。一方、残りのブロックB102、ブロックC103、およびブロックE105には、ゲート長LがMOS容量素子Fに対し相対的に長く、また、ゲート幅Wも相対的に長いMOS容量素子Aが接続されている。
A MOS capacitor element F having a short gate length L is connected to each of a wiring for supplying power to the
ゲート長Lが短いMOS容量素子Fは、Aブロック101およびDブロック104で生じる高周波ノイズを効率よく除去する。一方、ゲート長Lが長いMOS容量素子Aは面積効率が高い。このため、ブロックB102、ブロックC103、およびブロックE105の面積増加が抑えられる。ブロックB102、ブロックC103、およびブロックE105で生じる低周波ノイズは、それぞれの回路ブロックの電源配線に接続されたMOS容量素子Aによって効率よく除去される。半導体集積回路100全体としては、十分なデカップリング容量が確保され、電源およびグランド電位の安定性が増す。このように高い面積効率と広い周波数帯域におけるノイズ除去が両立し、半導体装置の特性改善に寄与する。
The MOS capacitor element F having a short gate length L efficiently removes high frequency noise generated in the
上述した実施例では、半導体集積回路100の各ブロックが高低2つの動作周波数のいずれかで動作していたが、半導体集積回路の各ブロックの動作周波数は3種類以上でもよい。
In the embodiment described above, each block of the semiconductor integrated
図6は、図5とは別の半導体集積回路の実施例を示すレイアウト図である。 FIG. 6 is a layout diagram showing an embodiment of a semiconductor integrated circuit different from FIG.
以下の第2の実施例の説明にあたっては、これまで説明してきた実施例における各要素と同一の要素には同一の符号を付けて示し、前述の実施形態との相違点について説明する。 In the following description of the second embodiment, the same reference numerals are given to the same elements as those in the embodiments described so far, and differences from the above-described embodiment will be described.
図6に示す半導体集積回路200は、Aブロック101、Bブロック102、Cブロック103、Dブロック201、およびEブロック105の5つの回路ブロックで構成されている。これらのブロックは分かれてチップ領域200aに配置されており、それぞれのブロックには電源を供給する図示しない配線が設けられている。図6に示す半導体集積回路200では、5つの回路ブロックのうちDブロック201が、Aブロック101とCブロック103との中間の動作周波数で動作する。このDブロック201に電源を供給する配線には、上述した6種類のMOS容量素子のうち、MOS容量素子FとMOS容量素子Aとの間の中間的な長さのゲート長Lを有するMOS容量素子Cが接続されている。
The semiconductor integrated
図6に示す半導体集積回路200のように、回路ブロックの動作周波数が3種類以上の場合でも、高い面積効率と広い周波数帯域におけるノイズ除去を両立させることができる。
As in the semiconductor integrated
次に、本発明の第2の実施形態である半導体集積回路の設計方法について説明する。 Next, a method for designing a semiconductor integrated circuit according to the second embodiment of the present invention will be described.
図7は、本発明の第2の実施形態である半導体集積回路の設計方法を実現する設計システムの概略構成を示すブロック図である。 FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of a design system that realizes the semiconductor integrated circuit design method according to the second embodiment of the present invention.
図7に示す設計システム300は、例えば、設計ツールのソフトウェアが実行されるエンジニアリングワークステーションやパーソナルコンピュータ等によって実現されている。設計システム300は、設計の各機能を実行する設計実行部310と、設計に必要なデータを格納するデータベース320とを有している。
A
設計実行部310はCPUおよびメモリ等のハードウェアを有し、これらのハードウェアとそこで実行されるソフトウェアとが協同して各ツールの機能を実現する。設計実行部310は、フロアプランツール311と、レイアウトツール312と、デカップリング容量配置ツール313と、マスク作成ツール314とを有している。設計実行部310には、図示しない論理合成ツール等の設計ツールも備えられている。また、データベース320は、ハードディスク等の記憶装置からなり、設計実行部310の各ツールの入出力データが記憶されている。データベース320には、回路ブロックデータ321およびデカップリング容量素子データ322が格納されている。設計システム300では、設計実行部310の各ツールが順に動作することによって、半導体集積回路の設計が行われていく。
The
図8は、図7に示す設計システム300によって半導体集積回路の設計を行う設計方法を示すフローチャートである。図7および図8を参照して、図6に示す半導体集積回路200の設計方法を説明する。
FIG. 8 is a flowchart showing a design method for designing a semiconductor integrated circuit by the
設計システム300による設計では、まず、回路ブロックのデータベースを準備する(ステップS1)。より詳細には、設計すべき半導体集積回路の論理仕様に基づいて、論理合成ツールが、図6に示すAブロック101、Bブロック102、Cブロック103、Dブロック201、およびEブロック105となる5つの回路ブロックについて論理合成を行い、ネットリストのデータを生成する。ネットリストのデータは、回路ブロックの動作周波数データも含め、回路ブロックデータ321としてデータベース320に記録させる。もしくはさらに、あらかじめ用意された、メモリやCPU等のマクロセルのデータを、その動作周波数のデータも含めて、回路ブロックデータ321として記憶させる。また、このステップでは、複数種類のMOS容量素子のそれぞれのパターンデータおよび応答周波数のデータを、デカップリング容量素子データ322としてデータベース320に記録しておく。本実施形態では、上述した6種類のMOS容量素子のセットのうち、10MHzの応答周波数を有するMOS容量素子A、30MHzの応答周波数を有するMOS容量素子C、および、350MHzの応答周波数を有するMOS容量素子Fの3種類のMOS容量素子について、データを記憶しておく。また、データベース320には、MOS容量素子以外の回路素子のパターンデータもあらかじめ記録されている。
In designing by the
次に、フロアプランツール311がフロアプランを行う(ステップS2)。フロアプランツール311は、ステップS1で準備した回路ブロックのデータをデータベース320から読出し、Aブロック101、Bブロック102、Cブロック103、Dブロック201、およびEブロック105をチップ領域200aのどの場所に配置するかを決定する。
Next, the
次に、レイアウトツール312が回路ブロック配置を行う(ステップS3)。レイアウトツール312は、ネットリストを構成する個々の回路素子を、ステップS2で各回路ブロックごと割り当てられた場所内に配置する。
Next, the
次に、デカップリング容量配置ツール313がデカップリング容量配置を行う(ステップS4)。デカップリング容量配置ツール313は、データベース320からMOS容量素子のデータを読出し、ステップS3で配置された各回路ブロックに対しMOS容量素子の追加および配置を行う。デカップリング容量配置ツール313は、データベース320にデータが記憶された3種類のMOS容量素子の中から、回路ブロックの動作周波数に合わせて適切な種類のMOS容量素子を選択する。MOS容量素子の選択および配置の詳細については後述する。
Next, the decoupling
次に、レイアウトツール312が配線を行う(ステップS5)。レイアウトツール312は、配置された各回路素子間の配線データを生成する。このステップで、レイアウトツール312は、回路ブロックに電源を供給する電源配線を、回路ブロックのそれぞれに対応する位置に配置されたMOS容量素子が接続されるように配置する。
Next, the
次に、マスク作成ツール314がマスクデータ作成を行う(ステップS6)。各回路素子の配置データおよび配線データに基づいて、半導体基板各層のマスクデータが生成される。
Next, the
マスクデータに基づき形成されたマスクを半導体製造工程で使用することによって、図6に示す半導体集積回路200が製造される。
The semiconductor integrated
続いて、図8に示したデカップリング容量配置の詳細を説明する。 Next, details of the decoupling capacitance arrangement shown in FIG. 8 will be described.
図9は、図8のデカップリング容量配置の処理を示すフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart showing processing of the decoupling capacitance arrangement of FIG.
デカップリング容量配置の処理の開始時点で、デカップリング容量配置ツール313は、デカップリング容量配置前の配置データをレイアウトツール312から引き継いで保持している(ステップS41)。これは、各回路ブロックを構成する回路素子の配置を示すデータである。
At the start of the decoupling capacitance arrangement process, the decoupling
デカップリング容量配置ツール313は、回路ブロックの動作周波数データの取り込みを行う(ステップS42)。動作周波数データの取り込みは、1回で1つの回路ブロックについて行い、データベース320(図7参照)から回路ブロックデータ321を読出すことによって行う。また、デカップリング容量配置ツール313は、データベース320(図7参照)からデカップリング容量素子データ322も読出す。
The decoupling
次に、デカップリング容量配置ツール313は、動作周波数のデータを取り込んだ回路ブロックに、その回路ブロック動作周波数以上でかつ最も低い応答周波数を有するMOS型デカップリング容量素子を配置する。より具体的には、デカップリング容量配置ツール313は、ステップS43で取り込んだ回路ブロックの動作周波数が高いか、低いか、または中程度であるか判別する。判別のしきい値として、配置可能なMOS容量素子の応答周波数を用いる。例えば、本実施形態では、MOS容量素子Aの応答周波数である10MHzと、MOS容量素子Cのの応答周波数である30MHzとをしきい値とし、回路ブロックの動作周波数をこれら2つのしきい値と比較する。
Next, the decoupling
例えば、ステップS42において取り込んだ動作周波数のデータが図6に示すAブロック101についてのものである場合、Aブロック101の動作周波数が例えば100MHzであるときには、この動作周波数を高いと判断し、3種類のMOS容量セルのうちゲート長が短いMOS容量素子Fを選択する(ステップS44)。そして、MOS容量素子Fのセルパターンを、Aブロック101に対応する位置に、具体的には例えば、Aブロックを配置した領域内および周辺の空き領域に配置する。このようにして、Aブロック101の配置データにMOS容量素子Fのセルのデータを追加する(ステップS45)。
For example, if the operating frequency data captured in step S42 is for the
また、ステップS43において取り込んだ動作周波数のデータがBブロック102についてのものであり、Bブロック102の動作周波数が例えば8MHzである場合には、動作周波数は低いと判断してゲート長が長いMOS容量素子Aを選択する(ステップS48)。そして、MOS容量素子Aのセルパターンを、Bブロック102に対応する位置に配置する。このようにして、Bブロック102配置データに、MOS容量素子Aのセルのデータを追加する(ステップS49)。
In addition, when the data of the operating frequency captured in step S43 is for the
また、ステップS42において取り込んだ動作周波数のデータが図6に示すDブロック204についてのものであり、Dブロック204の動作周波数が例えば20MHzである場合には、動作周波数は中程度と判断してゲート長が中程度のMOS容量素子Cを選択する(ステップS46)。そして、MOS容量素子Cのセルを、Dブロック204に対応する位置に配置する。このようにして、Dブロック204の配置データに、MOS容量素子Cのセルパターンのデータを追加する(ステップS47)。
Further, when the operating frequency data captured in step S42 is for the D block 204 shown in FIG. 6 and the operating frequency of the D block 204 is, for example, 20 MHz, the operating frequency is determined to be medium and the gate is operated. The MOS capacitor C having a medium length is selected (step S46). Then, the cell of the MOS capacitor element C is arranged at a position corresponding to the
デカップリング容量配置ツール313は、回路ブロックデータ321のうちの全回路ブロックにMOS容量素子の配置が終了するまで、上記の処理を繰り返し(ステップS50:No)、MOS容量素子の配置が全回路ブロックについて終了した場合には(ステップS50:Yes)、デカップリング容量の配置を終了する(ステップS51)。そして、最後に、デカップリング容量配置後の回路ブロックの配置データをデータベース320に記憶する(ステップS52)。
The decoupling
図8および図9に示す設計方法によって、動作周波数が高いAブロック101(図6参照)に電源を供給する配線には、ゲート長が短いMOS容量素子Fが接続され、動作周波数が低いBブロック102、Cブロック103、Eブロック105に電源を供給する配線には、ゲート長が長いMOS容量素子Aが接続される。また、動作周波数が中間のDブロック204については、ゲート長が中程度のMOS容量素子Cが接続される。ゲート長が小さなMOS容量素子Fは、Aブロックで生じる高周波ノイズを効率よく除去することができる。一方で、低い周波数で動作するBブロック、Cブロック、Eブロックには、ゲート長が長いMOS容量素子Aが配置されることで配置面積の効率が向上する。このように、回路ブロックの動作周波数に合わせて適切な寸法のMOS容量素子を選択することで、ノイズ除去の効率と面積効率の両立が図られた半導体集積回路200が設計される。
By the design method shown in FIGS. 8 and 9, a MOS capacitor element F having a short gate length is connected to the wiring for supplying power to the A block 101 (see FIG. 6) having a high operating frequency, and the B block having a low operating frequency. The MOS capacitor element A having a long gate length is connected to the wiring for supplying power to the 102, C block 103, and E block 105. Further, for the D block 204 having an intermediate operating frequency, a MOS capacitor element C having a medium gate length is connected. The MOS capacitor element F having a small gate length can efficiently remove high-frequency noise generated in the A block. On the other hand, in the B block, the C block, and the E block that operate at a low frequency, the arrangement capacity efficiency is improved by arranging the MOS capacitor element A having a long gate length. In this way, by selecting a MOS capacitor having an appropriate size according to the operating frequency of the circuit block, the semiconductor integrated
なお、上述した方法では、6種類のMOS容量素子のうち3種類を選択可能とし、これらから選ばれた容量素子を配置する例を説明したが、本発明の設計方法はこれに限られるものではない。例えば6種類のMOS容量素子のすべてを配置可能なものとし、動作周波数に応じてより最適なMOS容量素子を選択することとしてもよい。また、6種類のMOS容量素子のうち2種類だけを選択可能とし、設計システムを簡素化したものであってもよい。 In the above-described method, three types of six types of MOS capacitor elements can be selected, and a capacitor element selected from these is described. However, the design method of the present invention is not limited to this. Absent. For example, all six types of MOS capacitor elements may be arranged, and a more optimal MOS capacitor element may be selected according to the operating frequency. Further, only two types out of the six types of MOS capacitance elements can be selected, and the design system may be simplified.
また、上述した実施形態では、MOS容量素子の構造として、ゲート電極がソース−ドレイン方向に対し略直角に延びる例を説明したが、本発明のMOS型デカップリング容量素子はこれに限られるものではなく、図10のパート(b)に示すリングゲート型容量素子や、図10のパート(b)に示す平板型容量素子等といった、他の種類のMOS型デカップリング容量素子であってもよい。なお、平板型容量素子の場合には、矩形状の活性領域のいずれか一辺の寸法が、ソース−ドレイン間寸法に対応する。 In the above-described embodiment, the example of the structure of the MOS capacitor has been described in which the gate electrode extends substantially perpendicular to the source-drain direction. However, the MOS decoupling capacitor of the present invention is not limited to this. Alternatively, other types of MOS type decoupling capacitive elements such as a ring gate capacitive element shown in part (b) of FIG. 10 and a flat capacitive element shown in part (b) of FIG. 10 may be used. In the case of a flat capacitor, the dimension of one side of the rectangular active region corresponds to the source-drain dimension.
また、上述した実施形態では、nチャネル型のMOS容量素子の例で説明したが、本発明のMOS型デカップリング容量素子はこれに限られるものではなく、pチャネル型のMOS容量素子であってもよい。 Further, in the above-described embodiment, the example of the n-channel type MOS capacitive element has been described. However, the MOS-type decoupling capacitive element of the present invention is not limited to this, and is a p-channel type MOS capacitive element. Also good.
10 MOS容量素子(MOS型デカップリング容量素子)
11 半導体基板
12 ソース
13 ドレイン
14 活性領域
15 酸化絶縁膜
16 ゲート電極
100,200 半導体集積回路
100a,200a チップ領域
101,102,103,104,105,204 回路ブロック
300 設計システム
311 フロアプランツール
312 レイアウトツール
313 デカップリング容量配置ツール
320 データベース
321 回路ブロックデータ
322 デカップリング容量素子データ
L ゲート長(ソース−ドレイン間寸法)
10 MOS capacitor (MOS type decoupling capacitor)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1の回路ブロックに電源を供給する配線に接続された、相対的に小さなソース−ドレイン間寸法を有する第1のMOS型デカップリング容量素子と、
前記第2の回路ブロックに電源を供給する配線に接続された、前記第1のMOS型デカップリング容量素子よりも相対的に大きなソース−ドレイン間寸法を有する第2のMOS型デカップリング容量素子とを有することを特徴とする半導体集積回路。 A first circuit block having a relatively high operating frequency; a second circuit block having a relatively low operating frequency;
A first MOS type decoupling capacitance element having a relatively small source-drain dimension connected to a wiring for supplying power to the first circuit block;
A second MOS type decoupling capacitive element having a larger source-drain dimension than the first MOS type decoupling capacitive element, connected to a wiring for supplying power to the second circuit block; A semiconductor integrated circuit comprising:
前記ソース−ドレイン間寸法が、前記ゲート電極の前記1つの方向に直角な方向の寸法であることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路。 The structures of both the first MOS type decoupling capacitive element and the second MOS type decoupling capacitive element overlap with the active region provided on the surface of the semiconductor substrate via the capacitive insulating film. A structure of a MOS transistor comprising a gate electrode covering the active region and extending in one direction,
2. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the dimension between the source and the drain is a dimension in a direction perpendicular to the one direction of the gate electrode.
前記複数の回路ブロックのそれぞれの動作周波数を含んだデータをデータベースに記録するとともに、相対的に小さなソース−ドレイン間寸法を有する第1のMOS型デカップリング容量素子のパターンデータと、該第1のMOS型デカップリング容量素子よりも相対的に大きなソース−ドレイン間寸法を有する第2のMOS型デカップリング容量素子のパターンデータとをデータベースに記録するステップと、
前記半導体集積回路のチップ領域内に前記複数の回路ブロックを配置すると共に、配置された該複数の回路ブロックのそれぞれに対応する位置に、回路ブロックの動作周波数が所定の値より高い場合には前記第1のMOS型デカップリング容量素子を配置し、動作周波数が所定の値以下である場合には前記第2のMOS型デカップリング容量素子を配置するステップと、
配置された前記複数の回路ブロックのそれぞれに電源を供給する電源配線を、該複数の回路ブロックに対応する位置にそれぞれ配置されたデカップリング容量素子が接続されるように配置するステップとを有することを特徴とする半導体集積回路の設計方法。 In a design method of a semiconductor integrated circuit having a plurality of circuit blocks and a decoupling capacitor that is provided corresponding to each of the plurality of circuit blocks and reduces noise of a power source supplied to the corresponding circuit block.
The data including the operating frequency of each of the plurality of circuit blocks is recorded in a database, and the pattern data of the first MOS type decoupling capacitance element having a relatively small source-drain dimension, the first Recording pattern data of a second MOS type decoupling capacitance element having a relatively larger source-drain dimension than the MOS type decoupling capacitance element in a database;
The plurality of circuit blocks are arranged in the chip area of the semiconductor integrated circuit, and the operation frequency of the circuit block is higher than a predetermined value at a position corresponding to each of the arranged circuit blocks. Disposing a first MOS type decoupling capacitance element, and disposing the second MOS type decoupling capacitance element when the operating frequency is a predetermined value or less;
Arranging a power supply wiring for supplying power to each of the plurality of arranged circuit blocks so that decoupling capacitance elements respectively arranged at positions corresponding to the plurality of circuit blocks are connected to each other. A method of designing a semiconductor integrated circuit.
前記複数の回路ブロックのそれぞれの動作周波数を含んだデータをデータベースに記録するとともに、互いに異なるソース−ドレイン間寸法を有する複数のMOS型デカップリング容量素子のパターンデータおよび応答周波数のデータを前記データベースに記録するステップと、
前記半導体集積回路のチップ領域内に前記複数の回路ブロックを配置すると共に、配置された該複数の回路ブロックのそれぞれに対応する位置に、該それぞれの回路ブロック動作周波数以上でかつ最も低い応答周波数を有するMOS型デカップリング容量素子を配置するステップと、
配置された前記複数の回路ブロックのそれぞれに電源を供給する電源配線を、該複数の回路ブロックに対応する位置にそれぞれ配置されたデカップリング容量素子が接続されるように配置するステップとを有することを特徴とする半導体集積回路の設計方法。 In a design method of a semiconductor integrated circuit having a plurality of circuit blocks and a decoupling capacitor that is provided corresponding to each of the plurality of circuit blocks and reduces noise of a power source supplied to the corresponding circuit block.
Data including operating frequencies of the plurality of circuit blocks is recorded in a database, and pattern data and response frequency data of a plurality of MOS decoupling capacitance elements having different source-drain dimensions are stored in the database. Recording step;
The plurality of circuit blocks are arranged in the chip region of the semiconductor integrated circuit, and the lowest response frequency that is equal to or higher than the circuit block operating frequency is provided at a position corresponding to each of the arranged circuit blocks. Disposing a MOS type decoupling capacitance element having;
Arranging a power supply wiring for supplying power to each of the plurality of arranged circuit blocks so that decoupling capacitance elements respectively arranged at positions corresponding to the plurality of circuit blocks are connected to each other. A method of designing a semiconductor integrated circuit.
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JP2012174168A (en) * | 2011-02-24 | 2012-09-10 | Kawasaki Microelectronics Inc | Method for designing semiconductor integrated circuit |
JP2021153078A (en) * | 2020-03-24 | 2021-09-30 | 株式会社東芝 | Semiconductor device |
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2007
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