JP2010140563A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Description
本発明は、半導体集積回路(LSI) に係り、特にメモリセルアレイ部と周辺回路部の電源が分離されたLSI におけるワード線キーパー回路に関するもので、例えばスタティック型半導体メモリのマクロ部(SRAM Marco)を搭載したLSI に使用されるものである。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit (LSI), and more particularly to a word line keeper circuit in an LSI in which the power supply of a memory cell array portion and a peripheral circuit portion is separated. For example, a macro portion (SRAM Marco) of a static semiconductor memory It is used for the mounted LSI.
LSI を搭載した携帯電話、デジタルカメラなどの携帯機器では、バッテリー駆動時間を長くするためには、LSI の非動作時(待機時)の消費電力(特にリーク電流)を低減する必要がある。待機時のリーク電流は、LSI のチップ面積が大きくなるほど大きくなる。例えば、SRAM Macroを搭載したLSI においては、チップ面積に対するSRAM Marcoの面積比率が非常に大きく、SRAM Macroのリーク電流の低減が必須となる。待機時のリーク電流を低減するためには、SRAM Macroへの電源供給を遮断することが効果的であるが、メモリの内部データを保持することができない。そのため、特許文献1に示されるように、データを保持するメモリセルアレイ部と周辺回路部の電源を分離し、待機時には周辺回路部のみ電源遮断状態(スリープモード)に設定することでリーク電流を低減する手法が使用される。この場合、待機時には、メモリセルアレイ部へのアクセスを禁止することによってメモリデータを保持するために、特許文献1の図面中のTr."138"のように、ワード線を接地レベルに維持するためのワード線キーパー回路を付加することが必要である。しかし、このようなキーパー回路の追加は、SRAM Macroのロウ数分必要であり、それによってレイアウト面積が増加する。 In mobile devices such as mobile phones and digital cameras equipped with LSIs, it is necessary to reduce the power consumption (especially leakage current) when the LSI is not operating (standby) in order to increase the battery drive time. The leakage current during standby increases as the LSI chip area increases. For example, in an LSI equipped with SRAM Macro, the area ratio of SRAM Marco to the chip area is very large, and it is essential to reduce the leakage current of SRAM Macro. In order to reduce the leakage current during standby, it is effective to cut off the power supply to the SRAM Macro, but the internal data of the memory cannot be retained. Therefore, as disclosed in Patent Document 1, the power supply for the memory cell array unit and the peripheral circuit unit for holding data is separated, and only the peripheral circuit unit is set in a power-off state (sleep mode) during standby to reduce leakage current. A technique is used. In this case, in order to hold the memory data by prohibiting access to the memory cell array portion during standby, the word line is maintained at the ground level as shown by Tr. “138” in the drawing of Patent Document 1. It is necessary to add a word line keeper circuit. However, the addition of such a keeper circuit is required for the number of rows of the SRAM Macro, thereby increasing the layout area.
なお、特許文献2に示されるように、NAND型EEPROMにおいて、セルアレイ領域外のフイールド領域やセルアレイ領域内に配線コンタクト等のために確保される広いフイールド領域にダミー素子領域を設け、メモリセル特性のばらつきを低減するものがある。
本発明は前記した従来の問題点を解決すべくなされたもので、メモリセルアレイ部と周辺回路部との電源分離を実施して待機時の消費電力を削減するために付加するワード線キーパー回路によるレイアウト面積の増加を抑制し得る半導体集積回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and is based on a word line keeper circuit that is added to reduce power consumption during standby by separating the power supply between the memory cell array portion and the peripheral circuit portion. An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit capable of suppressing an increase in layout area.
本発明の半導体集積回路の第1の態様は、それぞれ電源が分離されたメモリセルアレイ部と周辺回路部を有し、前記メモリセルアレイ部内の周辺領域にダミー素子が形成され、前記周辺回路部の電源遮断時に前記メモリセルアレイ部のワード線を接地レベルに保つワード線キーパー回路を有する半導体集積回路であって、前記メモリセルアレイ部のワード線毎に前記ダミー素子であるNMOSトランジスタの1個が前記ワード線キーパー回路として共有されていることを特徴とする。 A first aspect of the semiconductor integrated circuit of the present invention has a memory cell array portion and a peripheral circuit portion, each of which is separated from a power source, a dummy element is formed in a peripheral region in the memory cell array portion, and the power source of the peripheral circuit portion A semiconductor integrated circuit having a word line keeper circuit that keeps a word line of the memory cell array portion at a ground level when cut off, wherein one of the NMOS transistors as the dummy element is connected to the word line for each word line of the memory cell array portion It is shared as a keeper circuit.
本発明の半導体集積回路の第2の態様は、それぞれ電源が分離されたメモリセルアレイ部と周辺回路部を有し、前記メモリセルアレイ部内の周辺領域にダミー素子が形成され、前記周辺回路部の電源遮断時に前記メモリセルアレイ部のワード線を接地レベルに保つワード線キーパー回路を有する半導体集積回路であって、前記メモリセルアレイ部のワード線毎に前記ダミー素子であるNMOSトランジスタおよびCMOSインバータ回路の各1個が前記ワード線キーパー回路として共有されていることを特徴とする。 A second aspect of the semiconductor integrated circuit of the present invention has a memory cell array portion and a peripheral circuit portion, each of which is separated from a power source, a dummy element is formed in a peripheral region in the memory cell array portion, and the power source of the peripheral circuit portion A semiconductor integrated circuit having a word line keeper circuit that keeps the word line of the memory cell array portion at a ground level at the time of shut-off, each of the NMOS transistor and the CMOS inverter circuit being a dummy element for each word line of the memory cell array portion Is shared as the word line keeper circuit.
本発明によれば、メモリセルアレイ部と周辺回路部との電源分離を実施して待機時の消費電力を削減するために付加するワード線キーパー回路によるレイアウト面積の増加を抑制し得る半導体集積回路を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a semiconductor integrated circuit capable of suppressing an increase in layout area due to a word line keeper circuit added to reduce power consumption during standby by performing power source separation between a memory cell array portion and a peripheral circuit portion. Can be provided.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。この説明に際して、全図にわたり共通する部分には共通する参照符号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this description, common parts are denoted by common reference numerals throughout the drawings.
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係るCMOS型LSI におけるレイアウトの一例を概略的に示す平面図である。図2は、図1中のメモリセルアレイ部の一部の領域を取り出してパターンレイアウトの一例を拡大して概略的に示す平面図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a plan view schematically showing an example of a layout in a CMOS type LSI according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view schematically showing an enlarged example of a pattern layout by extracting a partial region of the memory cell array portion in FIG.
本実施形態のLSI は、SRAM Macroを搭載しており、このSRAM Macroはメモリセルアレイ部(Memory Array)10と周辺回路部との電源を分離している。周辺回路部は、ロウアドレスデコーダ(RowDec)21と、カラムアドレスデコーダや入出力回路を含む入出力回路(IO)22と、制御回路(Control) 23などを含む。ここで、メモリセルアレイ部10に対して供給する電源電位をVDDA, 接地電位をVSSA、周辺回路部に対して供給する電源電位をVDDC, 接地電位をVSSCで示している。なお、接地電位VSSAとVSSCは、必ずしも分離する必要はない。そして、待機時には、周辺回路部のみ電源遮断状態(スリープモード)に設定することでリーク電流(消費電力)を低減するように構成されている。
The LSI of this embodiment is equipped with an SRAM Macro, which separates the power supply for the memory cell array unit (Memory Array) 10 and the peripheral circuit unit. The peripheral circuit section includes a row address decoder (RowDec) 21, an input / output circuit (IO) 22 including a column address decoder and an input / output circuit, a control circuit (Control) 23, and the like. Here, the power supply potential supplied to the memory
メモリセルアレイ部10は、データを保持するメモリセル(Memory Cell 、本例ではSRAMセル)11のアレイ(セルアレイ領域10a)、ロウ方向に複数のワード線(Word Line)WL、接地線(図示せず)、カラム方向に複数のビット線(BL)および反転ビット線BBL 、電源線121などが形成されている。ここで、複数のワード線WLとして、WL0,WL1,WL2,WL3,…を示しており、電源線121には前記電源電位VDDAが供給され、接地線は接地電位VSSAである。また、このSRAM Macroでは、メモリセルアレイ部10内の周辺領域(配線コンタクト等のために確保される広いフイールド領域など)にダミー素子領域14を設け、メモリセル特性のばらつきを低減している。
The memory
メモリセルアレイ部10内のダミー素子領域14には、電源線141、接地線(図示せず)、後述するモード制御信号を伝達するためのモード制御信号線142、ダミー素子であるNMOSトランジスタの領域143およびCMOSインバータ回路の領域144などが形成されている。ここでは、表示の簡略化のために、NMOSトランジスタの領域143およびCMOSインバータ回路の領域144は代表的に各1つずつ図示している。
The
ダミー素子NMOSトランジスタの領域143では、SRAMセル11のNMOSドライバトランジスタやPMOSトランスファトランジスタと同様のパターン形状(大きさ)で形成されており、その下地層のレイアウトはSRAMセルのNMOSドライバトランジスタの下地層のレイアウトと同様のパターン形状を有する。また、CMOSインバータ回路の領域144では、CMOSインバータ回路を構成するNMOSドライバトランジスタおよびPMOSロードトランジスタの領域は、それぞれ対応してSRAMセルのNMOSドライバトランジスタおよびPMOSロードトランジスタと同様のパターン形状で形成されており、その下地層のレイアウトは、SRAMセルのCMOSインバータ回路部の下地層のレイアウトと同様のパターン形状で形成されている。
The dummy element
そして、本実施形態では、待機時に、メモリセルアレイ部10へのアクセスを禁止することによってメモリデータを保持するために、ワード線を接地レベルに維持するためのワード線キーパー回路(Word Line Keeper)をワード線毎に有する。この場合、ワード線キーパー回路として、メモリセルアレイ部10のワード線毎にダミー素子であるNMOSトランジスタの1個が共通に使用されている。換言すれば、ワード線キーパー回路はダミー素子領域14に構成されている。この場合、ワード線キーパー回路として共用されるダミー素子は、周辺回路部のロウアドレスデコーダ21とメモリセルアレイ部10のセルアレイ10aとの間のダミー素子領域14において、メモリセルアレイ部10内のフイールド領域の端部領域に配置されたダミー素子であることが好ましい。
In this embodiment, a word line keeper circuit (Word Line Keeper) for maintaining the word line at the ground level is provided in order to hold the memory data by prohibiting access to the memory
図3は、ワード線キーパー回路13の構成とワード線WL、SRAMセル11等との接続関係の一例を示す等価回路図である。ワード線キーパー回路13のNMOSトランジスタ145は、ロウアドレスデコーダ21のワード線駆動出力回路(WL Buffer) 211からセルアレイ10aに配線されているワード線WLにドレインが接続され、ソースが接地電位VSSAに接続されており、ゲートには待機時にハイレベルになる制御信号(通常モードとスリープモードとを切替えるモード制御信号)がSRAM Macro外部から入力される。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram showing an example of a connection relationship between the configuration of the word
上記構成によれば、待機時には、制御信号のハイレベルによってワード線キーパー回路13のNMOSトランジスタ145がオン状態に制御され、ワード線WLを接地レベルに維持する。これにより、メモリセルアレイ部10へのアクセスを禁止してメモリデータを保持することが可能になる。ここで、ワード線キーパー回路13はダミー素子領域14に構成されているので、SRAM Macroのレイアウト面積の増加を抑制しつつ、電源分離を実施することができる。また、ワード線キーパー回路13は、メモリセルアレイ部10内のロウアドレスデコーダ側のフイールド領域の端部領域におけるダミー素子を共有するように形成されていると、待機時の出力レベルが安定し、ワード線WLを接地レベルに安定に維持することができる。また、ワード線キーパー回路13のNMOSトランジスタの領域143の下地層のレイアウトは、SRAMセル11の下地層のレイアウトと同様のパターン形状で形成されているので、ワード線キーパー回路13の下地層の加工の安定性を確保することができる。
According to the above configuration, during standby, the
<第2の実施形態>
第2の実施形態では、第1の実施形態と比べて、ワード線キーパー回路は、ダミー素子であるNMOSトランジスタ145およびCMOSインバータ回路146の各1個が共有され、モード制御信号が不要である点が異なり、そのパターンレイアウトは、第1の実施形態におけるパターンレイアウトと比べて、ダミー素子領域14のモード制御信号線142が省略されている。
<Second Embodiment>
In the second embodiment, compared to the first embodiment, the word line keeper circuit shares one each of the
図4は、第2の実施形態におけるワード線キーパー回路13aの構成とワード線WL、SRAMセル11等との接続関係の一例を示す等価回路図である。ワード線キーパー回路13aにおいて、CMOSインバータ回路146は、電源としてメモリセルアレイ部10のVDDA,VSSAが供給され、入力ノードには周辺回路部の電源電圧VDDCが印加され、出力ノードはNMOSトランジスタ145のゲートに接続されている。NMOSトランジスタ145は、ワード線WLにドレインが接続され、ソースが接地電位VSSAに接続されている。
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram showing an example of a connection relationship between the configuration of the word
上記構成によれば、待機時には、周辺回路部の電源電圧VDDCが接地レベルへ遷移されることによって、ワード線キーパー回路13aのCMOSインバータ回路146の出力がハイレベルになる。これにより、NMOSトランジスタ145が自動的にオン状態に制御され、ワード線WLを接地レベルに維持するので、メモリセルアレイ部10へのアクセスを禁止してメモリデータを保持することが可能になる。そして、ダミー素子領域14にワード線キーパー回路13aが構成されているので、SRAM Macroのレイアウト面積の増加を抑制しつつ、電源分離を実施することができる。また、ワード線キーパー回路13aの下地層の加工の安定性を確保することができる。
According to the above configuration, during standby, the output of the
なお、CMOSインバータ回路146の入力は、周辺回路部の電源電圧VDDCに限らず、待機時にロウレベル(接地レベル)になる制御信号を、第1の実施形態と同様にSRAM Macro外部からダミー素子領域14のモード制御信号線142を介して入力するように変更することも可能である。この場合、CMOSインバータ回路146は、入力する制御信号のレベルを反転させ、その出力レベルをNMOSトランジスタのゲートに安定に供給する。
Note that the input of the
10…メモリセルアレイ部、10a…セルアレイ、11…SRAMセル、121…電源線、122…接地線、13、13a…ワード線キーパー回路、14…ダミー素子領域、141…電源線、142…モード制御信号線、143…NMOSトランジスタの領域、144…CMOSインバータ回路の領域、145…NMOSトランジスタ、21…ロウアドレスデコーダ、211…ワード線駆動出力回路、22…入出力回路、23…制御回路。
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KR101311084B1 (en) | 2011-02-24 | 2013-09-25 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | Semiconductor device |
US8675420B2 (en) | 2011-05-26 | 2014-03-18 | Micron Technology, Inc. | Devices and systems including enabling circuits |
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2008
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US8675420B2 (en) | 2011-05-26 | 2014-03-18 | Micron Technology, Inc. | Devices and systems including enabling circuits |
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