JP2013120857A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路に関する。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit.
ゲートアレイなどの、デバイスがアレイ上に配置されているカスタムLSI(Large Scale Integration)において、一般的に多く採用されている部品の配置方法は次の通りである。入出力部、保護素子及びPADがLSIのチップ周辺部に配置され、論理回路として実際に使用される素子アレイがLSIのチップ内部に配置されている。ここで、代表的には、PAD、保護素子及び入出力用トランジスタ(バッファ)を集積したものが単一のI/Oセルとして扱われ、チップ周辺部に配置される。 In a custom LSI (Large Scale Integration) in which devices such as a gate array are arranged on the array, an arrangement method of parts generally adopted in many cases is as follows. An input / output unit, a protection element, and a PAD are arranged in the peripheral portion of the LSI chip, and an element array actually used as a logic circuit is arranged in the LSI chip. Here, typically, a PAD, a protection element, and an input / output transistor (buffer) integrated are treated as a single I / O cell and arranged in the peripheral portion of the chip.
図19は、アレイ素子配置の一例を示した、半導体集積回路であるチップの全体図である。チップ40は、半導体基板41上に構成されたI/Oセル42及び内部回路43を有する。チップ40の各部の配置関係は次の通りである。内部回路43がチップ40(半導体基板41)の中央部に配置され、I/Oセル42がチップ40(半導体基板41)の周辺部に配置されている。
FIG. 19 is an overall view of a chip, which is a semiconductor integrated circuit, showing an example of an array element arrangement. The
図20(a)は、図20に示されるチップ40におけるI/Oセル42の模式図である。I/Oセル42は、入出力バッファ421、保護用PMOS(Positive channel Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ領域422、保護用NMOS(Negative channel Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ領域423、保護用抵抗・ダイオード領域424及びPAD425といった要素を備える。入出力バッファ421は、内部回路43に接続されている。
FIG. 20A is a schematic diagram of the I /
図20(b)は、図20(a)で示したI/Oセル42の詳細な構造を示した全体図である。図20(b)は、ゲートアレイやマスタスライスLSIにおけるI/Oセルの代表的な素子配置の例を示している。保護用抵抗・ダイオード領域424は、保護用抵抗素子部424A及び保護ダイオード領域424Bを備える。図20(b)において、保護用抵抗素子部424Aは、保護用PMOSトランジスタ領域422の領域中に配設され、保護ダイオード領域424Bは、保護用NMOSトランジスタ領域423の領域中に配設される。
FIG. 20B is an overall view showing a detailed structure of the I /
ここで、マスタスライス方法では、以上のように予め半導体基板上に形成された複数の抵抗、容量、トランジスタ等の素子を配線工程で結線することで、所望の回路を構成することにより、半導体集積回路が製造される。 Here, in the master slicing method, a plurality of elements such as resistors, capacitors, transistors, etc. previously formed on the semiconductor substrate as described above are connected in a wiring process, thereby forming a desired circuit, thereby integrating the semiconductor integrated circuit. A circuit is manufactured.
このような半導体集積回路の一例として、特許文献1〜7に記載された半導体集積回路が挙げられる。
As an example of such a semiconductor integrated circuit, semiconductor integrated circuits described in
図19、図20においては、同一のI/Oセルがチップ周辺部にアレイ状に均一に配置されている。そのため、チップにおける端子配置の汎用性がある。しかしながら、I/Oセル42の全体領域の面積がチップ全体に対する面積に対して無視できないほど大きくなってしまうという問題点がある。特に、I/Oセル42中において静電保護耐量を維持させるために搭載される保護素子(保護用MOSトランジスタ、ダイオード、抵抗)は大きい面積を占めるため、チップサイズが増大する。これにより、回路全体のチップコストが押し上げられる。
In FIG. 19 and FIG. 20, the same I / O cells are uniformly arranged in an array around the chip periphery. Therefore, there is versatility of terminal arrangement in the chip. However, there is a problem in that the area of the entire region of the I /
特に、半導体集積回路において静電保護耐量の要求レベルが高い場合には、更なる保護素子の追加配置、又は保護素子のサイズの増大が必要となり、保護素子が更に大きい面積を占めることが考えられる。その場合には、回路全体のチップコストは更に押し上げられてしまう。 In particular, when the required level of withstand electrostatic protection is high in a semiconductor integrated circuit, it is necessary to add an additional protective element or increase the size of the protective element, and the protective element may occupy a larger area. . In that case, the chip cost of the entire circuit is further increased.
さらに、図19、図20に図示したチップには、入力、出力又は双方向のいずれのタイプの回路設計にも適合できるよう、必要な素子がI/Oセル42内部にすべて搭載されている。そのため、実際の回路動作においては、あらかじめ配置されていた素子の中で使用しない素子があり、マスタスライス方式によって製造されるチップにおいて、素子の使用効率が悪化してしまうという問題点もある。
Further, in the chip shown in FIGS. 19 and 20, all necessary elements are mounted inside the I /
特許文献1〜7の集積回路においては、静電保護素子がI/Oセルに設けられていることを前提としているため、保護素子の領域を削減することができなかった。
In the integrated circuits of
本発明にかかるマスタスライス方式の半導体集積回路は、半導体基板の中央部に配設された内部回路と、前記内部回路の周辺部に配設された複数の入出力パッドと、前記内部回路と前記複数の入出力パッドのそれぞれとの間に配設された複数の入出力バッファと、を備える。前記内部回路は、一列に並設された複数の静電保護素子を有する。このような構成により、静電保護素子は内部回路中に一列に並設されているため、内部回路の周辺部に設けなくて済む。そのため、同じ機能の静電保護素子を設けるのに必要な半導体基板上の面積が少なくなり、半導体のチップ面積を削減することができる。 A master slice type semiconductor integrated circuit according to the present invention includes an internal circuit disposed in a central portion of a semiconductor substrate, a plurality of input / output pads disposed in a peripheral portion of the internal circuit, the internal circuit, and the And a plurality of input / output buffers disposed between the plurality of input / output pads. The internal circuit has a plurality of electrostatic protection elements arranged in a line. With this configuration, since the electrostatic protection elements are arranged in a line in the internal circuit, it is not necessary to provide them in the peripheral portion of the internal circuit. Therefore, the area on the semiconductor substrate necessary for providing the electrostatic protection element having the same function is reduced, and the chip area of the semiconductor can be reduced.
本発明により、半導体のチップ面積を削減することを可能にする半導体集積回路を提供することができる。 According to the present invention, a semiconductor integrated circuit that can reduce the chip area of a semiconductor can be provided.
実施の形態1
以下、図面を参照して本発明の実施の形態1について説明する。図1(a)は、本発明の実施の形態1におけるLSIのチップ(半導体集積回路)の一例を示す全体図である。図1(a)では、チップを構成する素子配置の全体像が示されている。図1(a)のチップ10は、シリコンを材料とする半導体基板11上にI/Oセル12及び内部回路13が搭載されている。I/Oセル12は、内部回路13の四辺を囲むようにして、チップ10(半導体基板11)の周辺部にアレイ状に並設されている。内部回路13は、チップ10(半導体基板11)の中央部に配設されており、単一素子がアレイ状に並設されている素子アレイ部を有する。
図1(b)は、I/Oセル12の模式図である。図1(b)におけるI/Oセル12の種類は単一であり、I/Oセル12は、入出力バッファ121及びPAD122のみを備える。入出力バッファ121は、トランジスタ等から構成されるバッファ回路であり、PAD122は、チップ10の外部に接続される入力または出力の端子である。I/Oセル12において、入出力バッファ121はチップ10の内側に、PAD122は外側に設けられている。つまり、複数の入出力バッファ121が、内部回路13と複数の入出力PAD122のそれぞれとの間に配設されている。
FIG. 1B is a schematic diagram of the I /
図2は、内部回路13のアレイ素子の配置構造の一例を示す模式図である。内部回路13は、抵抗領域131、PMOSトランジスタ領域132、133、134、NMOSトランジスタ領域135、136、137、抵抗領域138、保護用P/NMOSトランジスタ領域139、ダイオード領域140及び容量領域141を備える。内部回路13の各部には、各部を構成する素子が一列に並設されている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the arrangement structure of the array elements of the
保護用P/NMOSトランジスタ領域139は、保護用PMOSトランジスタ及び保護用NMOSトランジスタを備える。この保護用PMOSトランジスタ及び保護用NMOSトランジスタは、PAD122に接続される静電対策用の保護素子である。この静電対策用の保護素子は、内部回路13の構成に応じて、内部回路13の素子中に所定の比率で配置される。
The protective P /
本発明の実施の形態1では、従来、一般的にチップ10周辺のI/Oセル12の部分に配置されていた静電保護素子(図20における保護用PMOSトランジスタ領域422、保護用NMOSトランジスタ領域423)を、内部回路13のアレイ素子(保護用P/NMOSトランジスタ領域139)として配置している。このため、複数の入出力バッファ121と複数の入出力PAD122との間には、静電保護素子が設けられていない。
In the first embodiment of the present invention, an electrostatic protection element (a protection
チップ10の外部に接続されるPAD122に入力、または出力される信号は、I/Oセル12に搭載されている入出力バッファ121内の素子と内部回路13内にアレイ状に配置されている静電保護素子とで構成される入出力回路に入力され、あるいは当該回路から出力される。このチップ10の入出力回路の詳細については後述する。
Signals input to or output from the
図3は、内部回路13の素子配置の具体例を示す構成図である。図3において、抵抗領域131には、抵抗素子が一列でアレイ状に配置されている。PMOSトランジスタ領域132には、PMOSトランジスタが一列でアレイ状に配置されている(図示を省略しているが、PMOSトランジスタ領域133、134においても、同様にPMOSトランジスタが一列でアレイ状に配置されている。)。NMOSトランジスタ領域137には、NMOSトランジスタが一列でアレイ状に配置されている(図示を省略しているが、NMOSトランジスタ領域135、136においても、同様にNMOSトランジスタが一列でアレイ状に配置されている。)。抵抗領域138には、抵抗素子が二列でアレイ状に配置されている。保護用P/NMOSトランジスタ領域139には、保護用PMOSトランジスタ及び保護用NMOSトランジスタが一列でアレイ状に配置されている。ダイオード領域140には、ダイオードが二列でアレイ状に配置されている。容量領域141には、コンデンサが一列でアレイ状に配置されている。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a specific example of the element arrangement of the
図4(a)は、図1〜図3に示したチップ10の構成に基づいて、外部端子に出力される出力バッファ(入出力回路)を構成した場合の、出力バッファの等価回路の構成例である。図4(b)は、図19、20に示した従来のチップの素子の配置方式において、出力バッファを構成した場合の、出力バッファ(入出力回路)の等価回路の構成例である。
4A shows a configuration example of an equivalent circuit of an output buffer when an output buffer (input / output circuit) output to an external terminal is configured based on the configuration of the
図4(a)において、内部回路13の領域中の保護用PMOSトランジスタ144は、ソースに電源電圧VDDが入力され、ゲートはソースに短絡され、ドレインはI/Oセル12中のPAD122に接続されている。保護用NMOSトランジスタ145は、ドレインがI/Oセル12中のPAD122に接続され、ゲートはソースに短絡され、ソースにはグラウンド電圧GNDが入力されている。つまり、保護用PMOSトランジスタ144及び保護用NMOSトランジスタ145は、ダイオード接続されている。保護用PMOSトランジスタ144及び保護用NMOSトランジスタ145は、保護用P/NMOSトランジスタ領域139を構成する素子である。
4A, in the
I/Oセル12の領域中の出力用PMOSトランジスタ123は、ソースに電源電圧VDDが入力され、ゲートは内部回路13中のバッファ142に接続され、ドレインはPAD122に接続されている。出力用NMOSトランジスタ124は、ドレインがPAD122に接続され、ゲートは内部回路13中の反転バッファ143に接続され、ソースにはグラウンド電圧GNDが入力されている。出力用PMOSトランジスタ123及び出力用NMOSトランジスタ124は、入出力バッファ121を構成する素子である。
In the
保護用PMOSトランジスタ144のドレイン及び保護用NMOSトランジスタ145のドレインが接続された信号線は、出力用PMOSトランジスタ123のドレイン及び出力用NMOSトランジスタ124のドレインが接続された信号線と並列に接続され、PAD122に接続されている。この構成により、PAD122からESD(Electrostatic Discharge)による異常電流が流れた場合でも、保護用PMOSトランジスタ144及び保護用NMOSトランジスタ145に異常電流が流れるため、内部回路を保護することができる。
The signal line to which the drain of the
図4(b)において、I/Oセル42の領域中の保護用PMOSトランジスタ426は、ソースに電源電圧VDDが入力され、ゲートはソースに短絡され、ドレインはI/Oセル12中のPAD425に接続されている。保護用NMOSトランジスタ427は、ドレインがI/Oセル42中のPAD425に接続され、ゲートはソースに短絡され、ソースにはグラウンド電圧GNDが入力されている。つまり、保護用PMOSトランジスタ426及び保護用NMOSトランジスタ427は、ダイオード接続されている。保護用PMOSトランジスタ426は、保護用PMOSトランジスタ領域422を構成する素子であり、保護用NMOSトランジスタ427は、保護用NMOSトランジスタ領域423を構成する素子である。
4B, in the
I/Oセル42中の出力用PMOSトランジスタ428は、ソースに電源電圧VDDが入力され、ゲートは内部回路43中のバッファ431に接続され、ドレインはPAD425に接続されている。出力用NMOSトランジスタ429は、ドレインがPAD425に接続され、ゲートは内部回路43中の反転バッファ432に接続され、ソースにはグラウンド電圧GNDが入力されている。出力用PMOSトランジスタ428及び出力用NMOSトランジスタ429は、入出力バッファ421を構成する素子である。
In the
図4(b)において、保護用PMOSトランジスタ426のドレイン及び保護用NMOSトランジスタ427のドレインが接続された信号線は、出力用PMOSトランジスタ428のドレイン及び出力用NMOSトランジスタ429のドレインが接続された信号線と並列に接続され、PAD425に接続されている。この構成により、PAD425からESDによる異常電流が流れた場合でも、保護用PMOSトランジスタ426及び保護用NMOSトランジスタ427に異常電流が流れるため、内部回路43を保護することができる。
In FIG. 4B, the signal line to which the drain of the
図4(a)における保護用PMOSトランジスタ144及び保護用NMOSトランジスタ145は、内部回路13中に配設されているのに対し、図4(b)における保護用PMOSトランジスタ426及び保護用NMOSトランジスタ427は、I/Oセル42中に配設されている。
The
図5は、図4(a)に記載した入出力バッファと、図4(b)に記載した入出力バッファとにおいて、保護用のPMOSトランジスタと保護用のNMOSトランジスタのW(横幅)サイズ、トランジスタ数及びトータルのWサイズとを比較した図表である。 FIG. 5 shows the W (horizontal width) size of the protection PMOS transistor and the protection NMOS transistor in the input / output buffer shown in FIG. 4A and the input / output buffer shown in FIG. It is the chart which compared the number and total W size.
図4(b)では、I/Oセル42にWサイズの大きい保護用PMOSトランジスタ426及び保護用NMOSトランジスタ427をそれぞれ1個ずつ配設し、それらを使用することによって、保護トランジスタとしての保護機能を実現している。なお、保護用PMOSトランジスタ426、保護用NMOSトランジスタ427のWサイズは、それぞれ500μm、250μmである。また、図4(b)中では、個数が1個であることをm=1と記載している。他の図面でも、個数を同様に表記する。
In FIG. 4B, a
それに対し、図4(a)では、内部回路13中のアレイ素子であり、Wサイズの小さい保護用の単体トランジスタである保護用PMOSトランジスタ144、保護用NMOSトランジスタ145をそれぞれ並列に接続することで、保護として必要なWサイズを実現している。なお、保護用PMOSトランジスタ144、保護用NMOSトランジスタ145のWサイズは、それぞれ20μm、10μmである。図4(a)の入出力バッファでは、保護用PMOSトランジスタ144、保護用NMOSトランジスタ145は、それぞれ25個並列に接続されている。これにより、図4(a)の保護用PMOSトランジスタ144、保護用NMOSトランジスタ145のトータルのWサイズを、図4(b)の保護用PMOSトランジスタ426、保護用NMOSトランジスタ427のトータルのWサイズと同じ値にしている。これにより、図4(a)における出力バッファ回路のESDの保護機能は、図4(b)における出力バッファ回路のESDの保護機能と同等の機能が保証されている。
On the other hand, in FIG. 4A, a
このように、マスタスライス方式を採用する半導体集積回路において図1〜3に示すレイアウト方式を施すことで、以下の効果を奏することができる。 As described above, the following effects can be obtained by applying the layout method shown in FIGS. 1 to 3 in a semiconductor integrated circuit employing the master slice method.
チップにおいては、複数の静電保護素子がI/Oセル12内ではなく、内部回路13内に一列に並設されている。これにより、従来I/Oセルに搭載されていた入出力用の静電保護素子を削除することが可能である。図1〜3において、複数の入出力PAD122と複数の入出力バッファ121との間には、静電保護素子が設けられていない。そのため、I/Oセルの面積は大幅に削減される。
In the chip, a plurality of electrostatic protection elements are arranged in a line in the
図6は、図1に示したI/Oセル12の面積と、図20に示した従来のI/Oセル42の面積を比較した模式図である。図6から、I/Oセルの面積が大幅に削減されたことが分かる。
FIG. 6 is a schematic diagram comparing the area of the I /
I/Oセルの面積が大幅に削減されたことにより、チップ全体において、素子を配置可能な有効エリア(面積)が増大する。同一面積のチップにおいて、必要な静電保護素子の面積が同じ場合には、チップ周辺部の四辺に静電保護素子を配設するよりも、内部回路内に一列に静電保護素子を並設する方が、素子を設けられないチップの四隅の面積が小さくなるからである。図7は、図1に示したチップ10と、図19に示した従来のチップ40を比較した場合に増加した有効エリア15を示したものである。この有効エリア15にチップ10で使用する素子を搭載することにより、チップ面積あたりに搭載可能な有効素子数を増やすことができる。
By significantly reducing the area of the I / O cell, the effective area (area) in which elements can be arranged increases in the entire chip. If the required area of the electrostatic protection element is the same for chips of the same area, the electrostatic protection elements are arranged in a row in the internal circuit rather than arranging the electrostatic protection elements on the four sides of the chip periphery. This is because the area of the four corners of the chip on which no element is provided becomes smaller. FIG. 7 shows the
逆に、チップ10に搭載する有効素子数が従来と同じであれば、チップ面積を縮小することができる。それにより、チップコストを低減することができる。
On the contrary, if the number of effective elements mounted on the
以上の通り、本実施形態におけるチップでは、高いレベルでの静電保護耐量と一定レベルの入出力の汎用性を維持しながら、チップコストの増大を防ぎ効率よく素子を利用することができる。 As described above, in the chip according to the present embodiment, it is possible to efficiently use the element while preventing an increase in the chip cost while maintaining a high level of electrostatic protection tolerance and a certain level of input / output versatility.
実施の形態2
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図8は、本発明の実施の形態2におけるLSIのチップの一例を示す全体図であり、LSIを構成する素子配置の全体像を示している。図8のチップ20は、半導体基板21上にPAD22及び内部回路23が搭載されている。PAD22は、内部回路23の四辺を囲むようにして、チップ20(半導体基板21)の周辺部に並設されている。内部回路23は、チップ20(半導体基板21)の内側に設けられ、単一素子が規則的に並設されている素子アレイ部である。
Embodiment 2
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 8 is an overall view showing an example of an LSI chip according to the second embodiment of the present invention, and shows an overall image of the arrangement of elements constituting the LSI. In the
なお、内部回路23の入出力バッファ(実施の形態1における入出力バッファ121)は、PAD22と内部回路23との間には設けられていない。実施の形態2において、入出力バッファは、内部回路23の回路動作を実現するために使用されない内部回路23内部のトランジスタを用いて構成される。この詳細については後述する。
Note that the input / output buffer of the internal circuit 23 (the input /
図9は、内部回路23における素子配置の一例を示す模式図である。図9に示した内部回路23は、抵抗領域231、PMOSトランジスタ領域232、233、234、NMOSトランジスタ領域235、236、237、抵抗領域238、ダイオード領域239及び容量領域240を備える。内部回路23の各部には、各部を構成する素子がアレイ状に並設されている。抵抗領域231、PMOSトランジスタ領域232、233、234、NMOSトランジスタ領域235、236、237、抵抗領域238、ダイオード領域239は、それぞれ、実施の形態1における抵抗領域131、PMOSトランジスタ領域132、133、134、NMOSトランジスタ領域135、136、137、抵抗領域138、ダイオード領域140に対応する。各部の具体的な素子配置については、図3に示した素子配置の具体例と同様であり、説明を省略する。
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an example of element arrangement in the
ここで、内部回路23のアレイ素子配置部において、実施の形態1における保護用P/NMOSトランジスタ領域139は備えられていない。つまり、内部回路23には、入出力用の静電保護のための特別なトランジスタは、予め搭載されていない。実施の形態2において、入出力用の静電保護のためのトランジスタは、内部回路23の回路動作を実現するためには使用されないトランジスタである、PMOSトランジスタ領域234及びNMOSトランジスタ領域235中の複数のトランジスタにより構成される。PMOSトランジスタ領域234及びNMOSトランジスタ領域235は、一列に並設されたトランジスタ素子により構成されている。
Here, the array element arrangement portion of the
そして、入出力バッファは、PMOSトランジスタ領域233及びNMOSトランジスタ領域236において、内部回路23内部の回路動作を実現するために使用されないトランジスタにより構成される。PMOSトランジスタ領域233及びNMOSトランジスタ領域236は、一列に並設されたトランジスタ素子により構成されている。
The input / output buffer is composed of transistors that are not used in the
図10は、図8、9に示したチップ20の構成に基づいて、外部端子に出力される出力バッファを構成した場合の、出力バッファの等価回路を示す構成例である。
FIG. 10 is a configuration example showing an equivalent circuit of an output buffer when an output buffer output to an external terminal is configured based on the configuration of the
図10において、内部回路23の領域中の保護用PMOSトランジスタ241は、ソースに電源電圧VDDが入力され、ゲートはソースに短絡され、ドレインはPAD22に接続されている。保護用NMOSトランジスタ242は、ドレインがPAD22に接続され、ゲートはソースに短絡され、ソースにはグラウンド電圧GNDが入力されている。つまり、保護用PMOSトランジスタ241及び保護用NMOSトランジスタ242は、ダイオード接続されている。保護用PMOSトランジスタ241は、PMOSトランジスタ領域234を構成する素子で、保護用NMOSトランジスタ242は、NMOSトランジスタ領域235を構成する素子であり、それぞれ標準的なアレイ素子である。
In FIG. 10, the
内部回路23中の出力用PMOSトランジスタ243は、ソースに電源電圧VDDが入力され、ゲートは内部回路23中のバッファ245に接続され、ドレインはPAD22に接続されている。出力用NMOSトランジスタ244は、ドレインがPAD22に接続され、ゲートは内部回路13中の反転バッファ246に接続され、ソースにはグラウンド電圧GNDが入力されている。出力用PMOSトランジスタ243はPMOSトランジスタ領域233を構成する素子であり、出力用NMOSトランジスタ244は、NMOSトランジスタ領域236を構成する素子である。
The
図10において、保護用PMOSトランジスタ241のドレイン及び保護用NMOSトランジスタ242のドレインが接続された信号線は、出力用PMOSトランジスタ243のドレイン及び出力用NMOSトランジスタ244のドレインが接続された信号線と並列に接続され、PAD22に接続されている。この構成により、PAD22からESDによる異常電流が流れた場合でも、保護用PMOSトランジスタ241及び保護用NMOSトランジスタ242に電流が流れるため、内部回路23を保護することができる。
In FIG. 10, the signal line to which the drain of the
図10の出力バッファでは、図4(a)の出力バッファと同様、内部回路23中のアレイ素子でありWサイズの小さい保護用の単体トランジスタである保護用PMOSトランジスタ241、保護用NMOSトランジスタ242をそれぞれ並列に接続することで、保護として必要なWサイズを実現している。なお、保護用PMOSトランジスタ241、保護用NMOSトランジスタ242のWサイズは、それぞれ20μm、10μmである。図10の出力バッファでは、保護用PMOSトランジスタ241、保護用NMOSトランジスタ242は、それぞれ25個並列に接続されている。これにより、実施の形態1と同様、図10における出力バッファ回路のESDの保護機能は、図4(b)における出力バッファ回路のESDの保護機能と同等の機能が保証されている。
In the output buffer of FIG. 10, similarly to the output buffer of FIG. 4A, the
図4(a)では、I/Oセル12の入出力バッファ121にWサイズの大きな出力用PMOSトランジスタ123及び出力用NMOSトランジスタ124をそれぞれ1個ずつ配設し、それらを使用することによって、出力バッファの機能を実現している。出力用PMOSトランジスタ123のWサイズは200μmであり、出力用NMOSトランジスタ124のWサイズは100μmである。
In FIG. 4A, an
それに対し、図10では、Wサイズの小さい出力用PMOSトランジスタ243、出力用NMOSトランジスタ244をそれぞれ複数個並列に接続することで、出力バッファの機能に必要なWサイズを実現している。図10の入出力バッファでは、出力用PMOSトランジスタ243、出力用NMOSトランジスタ244は、それぞれ10個並列に接続されている。これにより、図10の出力用PMOSトランジスタ243、出力用NMOSトランジスタ244のトータルのWサイズを、図4(a)の出力用PMOSトランジスタ123、出力用NMOSトランジスタ124のトータルのWサイズと同じ値にしている。これにより、図10における出力バッファ回路の出力バッファの機能は、図4(a)における出力バッファの機能と同等の機能が保証される。
On the other hand, in FIG. 10, a plurality of
さらに、図8、9に示したチップ20の構成に基づいて、アナログスイッチ(トランスファゲート)及びアナログアンプ出力段を構成した場合の構成図を、それぞれ図11(a)、図11(b)に示す。
Further, based on the configuration of the
図11(a)では、スイッチ用PMOSトランジスタ247及びスイッチ用NMOSトランジスタ248が接続されることにより、CMOSトランスファゲートを構成している。スイッチ用PMOSトランジスタ247のドレイン及びスイッチ用NMOSトランジスタ248のソースは、内部回路23中の共通の入出力信号線に接続されており、スイッチ用PMOSトランジスタ247のソース及びスイッチ用NMOSトランジスタ248のドレインは、共通の入出力信号線によりPAD22に接続されている。スイッチ用PMOSトランジスタ247のゲートと、スイッチ用NMOSトランジスタ248のゲートには、レベルが反転された信号が入力される。具体的には、スイッチ用PMOSトランジスタ247のゲートには、内部回路23内の抵抗249、反転バッファ250、抵抗251を介して、ゲート信号線からゲート信号が入力される。スイッチ用NMOSトランジスタ248のゲートには、内部回路23内の抵抗249、反転バッファ250、抵抗252、反転バッファ253、抵抗254を介して、ゲート信号線からゲート信号が入力される。ここで、スイッチ用NMOSトランジスタ248のゲートに入力されるゲート信号は、反転バッファ253を通過することにより、スイッチ用PMOSトランジスタ247のゲートに入力されるゲート信号と論理レベルが反転する。
In FIG. 11A, a CMOS transfer gate is configured by connecting a switching PMOS transistor 247 and a switching
図11(a)における保護用PMOSトランジスタ241及び保護用NMOSトランジスタ242は、図10(a)に示した出力バッファの回路と同様に、ドレイン同士が接続され、PAD22に接続される。図11(a)において、保護用PMOSトランジスタ241のドレイン及び保護用NMOSトランジスタ242のドレインが接続された信号線は、スイッチ用PMOSトランジスタ247のドレイン及びスイッチ用NMOSトランジスタ248のドレインが接続された信号線と並列に接続され、PAD22に接続されている。
In the
なお、スイッチ用PMOSトランジスタ247は、PMOSトランジスタ領域233を構成する素子であり、スイッチ用NMOSトランジスタ248は、NMOSトランジスタ領域236を構成する素子である。保護用PMOSトランジスタ241は、PMOSトランジスタ領域234を構成する素子であり、保護用NMOSトランジスタ242は、NMOSトランジスタ領域235を構成する素子である。スイッチ用PMOSトランジスタ247、スイッチ用NMOSトランジスタ248及び反転バッファ253の周囲には、ガードリングが設けられている。
The switching PMOS transistor 247 is an element constituting the
図11(b)では、アンプ用PMOSトランジスタ255及びアンプ用NMOSトランジスタ256が接続されることにより、アナログアンプ出力段を構成している。具体的に言えば、アンプ用PMOSトランジスタ255は、ソースに電源電圧VDDが入力され、ゲートには入力信号が入力され、ドレインはPAD22に接続されている。アンプ用NMOSトランジスタ256は、ドレインがPAD22に接続され、ゲートには入力信号が入力され、ソースにはグラウンド電圧GNDが入力されている。アンプ用PMOSトランジスタ255及びアンプ用NMOSトランジスタ256のドレイン同士は接続されている。
In FIG. 11B, an
アンプ用PMOSトランジスタ255のゲート及びドレインには、並列に分かれた入力信号が入力される。アンプ用PMOSトランジスタ255のゲートには、内部回路23内の抵抗257を介して入力信号が入力され、アンプ用PMOSトランジスタ255のドレインには、内部回路23内のコンデンサ258及び抵抗259を介して入力信号が入力される。
Input signals divided in parallel are input to the gate and drain of the
同様に、アンプ用NMOSトランジスタ256のゲート及びドレインには、並列に分かれた入力信号が入力される。アンプ用NMOSトランジスタ256のゲートには、内部回路23内の抵抗260を介して入力信号が入力され、アンプ用NMOSトランジスタ256のドレインには、内部回路23内のコンデンサ261及び抵抗262を介して入力信号が入力される。
Similarly, input signals separated in parallel are input to the gate and drain of the
なお、図11(b)における保護用PMOSトランジスタ263及び保護用NMOSトランジスタ264は、図11(a)に示した出力バッファの回路と同様に、ドレイン同士が接続され、PAD22に接続される。図11(b)において、保護用PMOSトランジスタ263のドレイン及び保護用NMOSトランジスタ264のドレインが接続された信号線は、アンプ用PMOSトランジスタ255のドレイン及びアンプ用NMOSトランジスタ256のドレインが接続された信号線と並列に接続され、PAD22に接続されている。この接続構成により、図11(b)においてPAD22から異常電流が流れた場合でも、保護用PMOSトランジスタ263及び保護用NMOSトランジスタ264に異常電流が流れるため、内部回路23側に異常電流は流れず、内部回路23を保護することができる。
Note that the
図11(a)、(b)における抵抗249、251、252、254、257、259、260、262は、抵抗領域231内にある抵抗素子であり、コンデンサ258、261は、容量領域240内にある容量素子である。アンプ用PMOSトランジスタ255は、PMOSトランジスタ領域233を構成する素子であり、アンプ用NMOSトランジスタ256は、NMOSトランジスタ領域236を構成する素子である。保護用PMOSトランジスタ263は、PMOSトランジスタ領域234を構成する素子であり、保護用NMOSトランジスタ264は、NMOSトランジスタ領域235を構成する素子である。アンプ用PMOSトランジスタ255、アンプ用NMOSトランジスタ256、保護用PMOSトランジスタ263及び保護用NMOSトランジスタ264の周囲には、それぞれガードリングが設けられている。
11A and 11B,
図11(a)におけるスイッチ用PMOSトランジスタ247、スイッチ用NMOSトランジスタ248及び図11(b)におけるアンプ用PMOSトランジスタ255、アンプ用NMOSトランジスタ256は、図10の出力用PMOSトランジスタ243、出力用NMOSトランジスタ244と同様、Wサイズが小さいトランジスタである。スイッチ用PMOSトランジスタ247及びアンプ用PMOSトランジスタ255のWサイズは20μmであり、スイッチ用NMOSトランジスタ248及びアンプ用NMOSトランジスタ256のWサイズは10μmである。図11(a)において、スイッチ用PMOSトランジスタ247及びスイッチ用NMOSトランジスタ248は、並列に5個接続されている。図11(b)においては、アンプ用PMOSトランジスタ255及びアンプ用NMOSトランジスタ256は、並列に10個接続されている。このように、小さなWサイズのMOSトランジスタを複数個並列に接続することによって、CMOSトランスファゲート又はアナログアンプ出力段の機能に必要なWサイズを実現している。なお、保護用PMOSトランジスタ263及び保護用NMOSトランジスタ264のWサイズ及び接続数については、保護用PMOSトランジスタ241及び保護用NMOSトランジスタ242と同様である。
The switching PMOS transistor 247 and the switching
以上に示した実施の形態2においては、実施の形態1と異なり、内部回路23の素子アレイ部に、特別な静電保護用のトランジスタを配設せず、内部回路23の回路動作に使用しない素子アレイ部のトランジスタを使用している。さらに、入出力用バッファのトランジスタをI/Oセルに配設せず、内部回路23の回路動作に使用しない素子アレイ部のトランジスタを使用している。このため、実施の形態1のチップと比較して、静電保護用のトランジスタ及び入出力用バッファのトランジスタを配設せずに済むため、有効素子配置領域を更に増加させることができる。
In the second embodiment described above, unlike the first embodiment, a special electrostatic protection transistor is not provided in the element array portion of the
図12は、図8に示したチップ20と、図19に示した従来のチップ40を比較した場合に、増加した有効エリア27を示したものである。この有効エリア27に素子を搭載することにより、チップ面積あたりに搭載可能な有効素子数を増やすことができるため、構成できる回路数を増やすことができる。
FIG. 12 shows an increased
逆に、チップに搭載する有効素子数が従来と同じであれば、チップ面積を縮小することができる。それにより、マスタスライス方式におけるチップ製造工程のコストを低減することができる。 On the contrary, if the number of effective elements mounted on the chip is the same as the conventional one, the chip area can be reduced. Thereby, the cost of the chip manufacturing process in the master slice method can be reduced.
さらに、実施の形態2では、内部回路23内にアレイ状に並設されているトランジスタを、保護素子の他、ロジック出力バッファ、トランスファゲート、アナログ出力を構成するトランジスタに適用することが可能である。チップ20内部(内部回路23)にアレイ状に並設されているトランジスタは、I/Oセルに配設されていた入出力バッファ専用のトランジスタと比較すると、Wサイズが小さい。そのため、最適なサイズ及び個数のトランジスタを選択して、様々な用途の回路に適用することが可能である。以上より、図19に記載した従来のチップ40のように、I/Oセル42内に入出力用保護のトランジスタ、入出力バッファのトランジスタといったそれぞれの機能を専用とするトランジスタを配設した場合と比較して、トランジスタの汎用性が向上する。
Furthermore, in the second embodiment, the transistors arranged in an array in the
さらに、チップ上のトランジスタの使用効率を高めることができる。内部回路23内においてアレイ状に並設されたトランジスタは、マスタスライス方式で予め製造する際に、チップ20の用途や性能に応じて最適なサイズに設定される。このトランジスタが、内部回路23の回路動作において使用されない場合には、出力バッファ、トランスファゲート、アナログ出力等の他機能の回路の素子に転用ができるため、トランジスタの使用効率を高めることができる。
Furthermore, the use efficiency of the transistors on the chip can be increased. The transistors arranged in an array in the
なお、ここではトランジスタを素子の例として説明したが、ダイオード等、その他の汎用素子が内部回路23内にアレイ状に並設される場合でも、同様の効果を得ることができる。
Here, the transistor is described as an example of the element, but the same effect can be obtained even when other general-purpose elements such as a diode are arranged in an array in the
実施の形態3
実施の形態3にかかるチップは、実施の形態1にかかる内部回路13のアレイ配置領域において並設された保護用P/NMOSトランジスタを、保護用のダイオード又はツェナーダイオードに置き換えたものである。
Embodiment 3
The chip according to the third embodiment is obtained by replacing the protective P / NMOS transistors arranged in parallel in the array arrangement region of the
図13は、実施の形態3にかかる内部回路13のアレイ素子の配置構造の一例を示す模式図である。内部回路13は、抵抗領域131、PMOSトランジスタ領域132、133、134、NMOSトランジスタ領域135、136、137、抵抗領域138、保護用ダイオード領域146、ダイオード領域140及び容量領域141を備える。内部回路13の各部には、各部を構成する素子が並設されている。
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating an example of an arrangement structure of array elements of the
図14は、内部回路13の素子配置の具体例を示す構成図である。保護用ダイオード領域146には、保護用のダイオード又はツェナーダイオードが一列でアレイ状に配置されている。抵抗領域131〜容量領域141には、図3と同様、抵抗、PMOSトランジスタ、NMOSトランジスタ、保護用ダイオード、ダイオード、容量といった素子が、それぞれアレイ状に配置されている。
FIG. 14 is a configuration diagram showing a specific example of the element arrangement of the
実施の形態3にかかるLSIのチップの全体図については、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。 Since the overall view of the LSI chip according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
図15は、図13、14に示した内部回路13の構成に基づいて、外部端子に出力される出力バッファを構成した場合の、出力バッファの等価回路の構成図である。
FIG. 15 is a configuration diagram of an equivalent circuit of the output buffer when an output buffer output to an external terminal is configured based on the configuration of the
図15における保護用ダイオード147及び保護用ダイオード148は、図4(a)における保護用PMOSトランジスタ144及び保護用NMOSトランジスタ145に対応する。なお、保護用ダイオード147及び保護用ダイオード148は、保護用ダイオード領域146を構成する素子である。図15における出力バッファのその他の部分については、図4(a)と同様であるため、説明を省略する。
The
以上に示した実施の形態3にかかるチップは、実施の形態1にかかるチップと同様の効果を奏する。 The chip according to the third embodiment described above has the same effect as the chip according to the first embodiment.
実施の形態4
以下、図面を参照して実施の形態4について説明する。図16は、実施の形態4におけるLSIのチップの全体図であり、LSIを構成する素子配置の全体像を示している。図4のチップ30は、半導体基板31上にI/Oセル32及び内部回路33が搭載されている。I/Oセル32は、内部回路33の四辺を囲むようにして、チップ30(半導体基板31)の周辺部にアレイ状に並設されている。
Embodiment 4
The fourth embodiment will be described below with reference to the drawings. FIG. 16 is an overall view of an LSI chip according to the fourth embodiment, and shows an overall image of the arrangement of elements constituting the LSI. In the
I/Oセル32は、入出力バッファ321及びPAD322のみを備える。入出力バッファ321及びPAD322は、チップ30上において、実施の形態1に記載した入出力バッファ121及びPAD122と同様に配設されている。
The I /
内部回路33は、チップ30(半導体基板31)の内側に設けられ、素子がアレイ状に並設されている素子アレイ部である。内部回路33は、パワー素子領域34及びアレイ素子領域35を備える。
The internal circuit 33 is an element array portion provided inside the chip 30 (semiconductor substrate 31) and having elements arranged in an array. The internal circuit 33 includes a
パワー素子領域34には、電力制御用の専用素子であるパワーPMOSトランジスタ、パワーNMOSトランジスタ、抵抗、保護用ダイオード等が搭載されている。図17は、パワー素子領域34の素子配置の具体例を示す構成図である。図17において、パワー素子領域34は、保護用ダイオード領域341、パワーPMOSトランジスタ領域342、抵抗領域343、パワーNMOSトランジスタ領域344及び保護用ダイオード領域345を備える。保護用ダイオード領域341、345には、保護用ダイオードが二列でアレイ状に配置されている。パワーPMOSトランジスタ領域342には、パワーPMOSトランジスタが一列でアレイ状に配置されている。抵抗領域343には、抵抗が一列でアレイ状に配置されている。パワーNMOSトランジスタ領域344には、パワーNMOSトランジスタが一列でアレイ状に配置されている。この各部の素子は、アレイ素子領域35に備えられた素子よりも、サイズが大きい。なお、保護用のダイオードは、保護用のMOSトランジスタに置き換えることもできる。
In the
アレイ素子領域35には、電力制御用の機能を有さない、その他のサイズの小さい素子がアレイ状に並設されている。
In the
図18(a)、(b)は、図16、17に示したパワー素子領域34の構成に基づく、パワー素子領域34の出力が外部端子に接続される出力バッファの等価回路の構成例である。
18A and 18B are configuration examples of an equivalent circuit of an output buffer in which the output of the
図18(a)の出力バッファは、図10の出力バッファにおける保護用PMOSトランジスタ241及び保護用NMOSトランジスタ242が保護用ダイオード348及び保護用ダイオード349に置き換わっている他は、図10の出力バッファとほぼ同じ回路構成である。図18(b)は、図18(a)の保護用ダイオード348及び保護用ダイオード349が保護用PMOSトランジスタ353及び保護用NMOSトランジスタ354に置き換わったものであり、図10の出力バッファとほぼ同じ回路構成を有する。
The output buffer of FIG. 18A is the same as the output buffer of FIG. 10 except that the
なお、図18(a)、(b)における出力用PMOSトランジスタ351及び出力用NMOSトランジスタ352は、実施の形態2における出力用PMOSトランジスタ243及び出力用NMOSトランジスタ244と対応している。出力用PMOSトランジスタ351は、パワーPMOSトランジスタ領域342内のパワー素子であり、出力用NMOSトランジスタ352は、パワーNMOSトランジスタ領域344内のパワー素子である。
Note that the
図17、図18に記載したチップ30の構成においては、従来はI/Oセルに備えられていたサイズの大きな静電保護用のダイオードを、サイズの大きなパワー素子が並設されている内部回路33内のパワー素子領域34に並設している。それにより、パワー素子領域34とアレイ素子領域35において、それぞれに並設されている素子のサイズを比較的均一にすることができる。そのため、サイズの大小がバラバラな素子が内部回路33内に並設されている場合と比較して、静電保護用のダイオードを並設するために必要なチップ上の面積を削減することができる。これにより、図19、図20に記載した従来のチップ40と比較して、静電保護用のダイオードによって占められるチップ面積が減少する。以上により、チップ面積あたりに搭載可能な有効素子数を増やすことができるため、実施の形態1と同様の効果を奏することができる。
In the configuration of the
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態1におけるI/Oセル12は、入出力バッファ121及びPAD122のみを備えるとしたが、静電保護素子以外のその他の素子がI/Oセル12内に配置されてもよい。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, although the I /
また、実施の形態1〜4に示したマスタスライス方式の半導体集積回路は、製造方法の発明としても捉えることができる。実施の形態1(図1)に示したチップ10のレイアウトの方法は、例えば以下の通りである。まず、半導体基板11の中央部に、一列に並設された複数の静電保護素子(保護用P/NMOSトランジスタ領域)を有する内部回路13を配設する。次に、内部回路13の周辺部に複数の入出力PAD122を配設する。そして、内部回路13と複数の入出力PAD122のそれぞれとの間に、複数の入出力バッファ121を配設する。このようにして、マスタスライス方式の半導体集積回路を製造することができる。なお、各要素の配設する順番は、この方法に限られない。また、実施の形態2〜4に示したチップも、同様の方法で製造することができる。
In addition, the master slice semiconductor integrated circuit described in any of
10 チップ
11 半導体基板
12 I/Oセル
121 入出力バッファ
122 PAD
123 出力用PMOSトランジスタ
124 出力用NMOSトランジスタ
13 内部回路
131、138 抵抗領域
132、133、134 PMOSトランジスタ領域
135、136、137 NMOSトランジスタ領域
139 保護用P/NMOSトランジスタ領域
140 ダイオード領域
141 容量領域
142 バッファ
143 反転バッファ
144 保護用PMOSトランジスタ
145 保護用NMOSトランジスタ
146 保護用ダイオード領域
147、148 保護用ダイオード
15 有効エリア
20 チップ
21 半導体基板
22 PAD
23 内部回路
231、238 抵抗領域
232、233、234 PMOSトランジスタ領域
235、236、237 NMOSトランジスタ領域
239 ダイオード領域
240 容量領域
241 保護用PMOSトランジスタ
242 保護用NMOSトランジスタ
243 出力用PMOSトランジスタ
244 出力用NMOSトランジスタ
245 バッファ
246、250、253 反転バッファ
247 スイッチ用NMOSトランジスタ
248 スイッチ用PMOSトランジスタ
249、251、252、254、257、259、260、262 抵抗
255 アンプ用PMOSトランジスタ
256 アンプ用NMOSトランジスタ
258、261 コンデンサ
263 保護用PMOSトランジスタ
264 保護用NMOSトランジスタ
27 有効エリア
30 チップ
31 半導体基板
32 I/Oセル
321 入出力バッファ
322 PAD
33 内部回路
34 パワー素子領域
341 保護用ダイオード領域
342 パワーPMOSトランジスタ領域
343 抵抗領域
344 パワーNMOSトランジスタ領域
345 保護用ダイオード領域
346 バッファ
347 反転バッファ
348、349 保護用ダイオード
35 アレイ素子領域
351 出力用PMOSトランジスタ
352 出力用NMOSトランジスタ
353 保護用PMOSトランジスタ
354 保護用NMOSトランジスタ
10
123 PMOS transistor for
23
33
Claims (5)
前記内部回路の周辺部に配設された複数の入出力パッドと、
前記内部回路と前記複数の入出力パッドのそれぞれとの間に配設された複数の入出力バッファと、を備え、
前記内部回路は、一列に並設された複数の静電保護素子を有する、
マスタスライス方式の半導体集積回路。 An internal circuit disposed in the center of the semiconductor substrate;
A plurality of input / output pads disposed on the periphery of the internal circuit;
A plurality of input / output buffers disposed between the internal circuit and each of the plurality of input / output pads;
The internal circuit has a plurality of electrostatic protection elements arranged in a line,
Master slice semiconductor integrated circuit.
請求項1に記載の半導体集積回路。 No electrostatic protection element is provided between the plurality of input / output pads and the plurality of input / output buffers.
The semiconductor integrated circuit according to claim 1.
並設されたアレイ素子を有するアレイ素子領域と、
パワー素子を有するパワー素子配置領域と、を備え、
前記一列に並設された複数の静電保護素子は、前記パワー素子領域内に設けられている、
請求項1又は2に記載の半導体集積回路。 The internal circuit is
An array element region having array elements arranged in parallel;
A power element arrangement region having a power element,
The plurality of electrostatic protection elements arranged in parallel in the row are provided in the power element region,
The semiconductor integrated circuit according to claim 1.
前記複数の入出力バッファのそれぞれに接続された前記複数の静電保護素子とが、
入出力回路を構成する、
請求項1ないし3のいずれか一項に記載の半導体集積回路。 The plurality of input / output buffers;
The plurality of electrostatic protection elements connected to each of the plurality of input / output buffers,
Configure the input / output circuit,
The semiconductor integrated circuit according to claim 1.
請求項1ないし4のいずれか一項に記載の半導体集積回路。 The electrostatic protection element includes a PMOS transistor and an NMOS transistor, each of which is diode-connected.
The semiconductor integrated circuit according to claim 1.
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