JP2013222851A - 半導体集積回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】クロックジッタの発生が抑制された半導体集積回路を提供する。
【解決手段】トランジスタ(11)から成る内部回路(30)及びクロック生成回路(50)が半導体基板(10)に形成された半導体集積回路であって、クロック生成回路は、リングオシレータ(51)を有し、半導体基板は、第1導電型であり、トランジスタは、第1導電型の第1ウェル(13)と、第1ウェルに形成された第2導電型の第2ウェル(14,15)及び第1導電型の第3ウェル(16)と、を有し、1つの第1ウェルに形成された2つの第2ウェルが、トランジスタの端子としての機能を果たしており、クロック回路を構成するトランジスタの第1ウェルに形成された第2ウェル(15)に接続された第1配線(93)と、第3ウェルに接続された第2配線(94)とがそれぞれ独立してグランド部材(92,98)に接続されている。
【選択図】図1
【解決手段】トランジスタ(11)から成る内部回路(30)及びクロック生成回路(50)が半導体基板(10)に形成された半導体集積回路であって、クロック生成回路は、リングオシレータ(51)を有し、半導体基板は、第1導電型であり、トランジスタは、第1導電型の第1ウェル(13)と、第1ウェルに形成された第2導電型の第2ウェル(14,15)及び第1導電型の第3ウェル(16)と、を有し、1つの第1ウェルに形成された2つの第2ウェルが、トランジスタの端子としての機能を果たしており、クロック回路を構成するトランジスタの第1ウェルに形成された第2ウェル(15)に接続された第1配線(93)と、第3ウェルに接続された第2配線(94)とがそれぞれ独立してグランド部材(92,98)に接続されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、複数のトランジスタから成る内部回路及びクロック生成回路それぞれが、同一の半導体基板に形成された半導体集積回路に関するものである。
従来、例えば特許文献1に示されるように、基準クロック信号の周波数をデジタル的なPLL動作により逓倍した逓倍クロック信号を生成して出力するクロック信号出力回路と、逓倍クロック信号が供給されて動作する内部回路と、内部電源を生成し、クロック信号出力回路及び内部回路に供給する内部電源生成回路と、を有する集積回路装置が提案されている。上記したクロック信号処理回路は、基準クロック信号を生成するリングオシレータを備えている。
ところで、特許文献1に示される集積回路装置では、クロック信号出力回路と内部回路それぞれが同一の半導体基板に形成されている。そのため、内部回路にて消費電流が変化すると、その変化に起因する変動電流が、半導体基板を介して、クロック信号出力回路のリングオシレータに流れ込む虞がある。
リングオシレータは、複数個の遅延ゲート(例えばNOTゲート)がリング状に接続されて成るものである。NOTゲートは、供給される電源電圧に応じてゲート遅延時間が変化する性質を有する。そのため、電源電圧が変動したり、グランド電位が変動したりすると、基準クロック信号の周波数も変動する(クロックジッタが発生する)虞がある。
通常、NOTゲートは、複数個のMOSFETから構成される。このようなMOSFETとしては、例えば、第1導電型の半導体基板に形成された第1導電型の第1ウェルと、該第1ウェルに形成された、第2導電型の2つの第2ウェル及び第1導電型の第3ウェルと、を有する構成が採用される。2つの第2ウェルがMOSFETのソースとドレインとに相当し、第3ウェルは、第1ウェルと第2ウェルとの間に形成されるPN接合に逆バイアスを印加するためのバックゲートに相当する。このようなMOSFETにおいて、ソースに接続された第1配線とバックゲートに接続された第2配線とが共通配線を介して互いに電気的に接続され、共通配線がグランド配線に接続された構成の場合、内部回路の消費電流変化に起因する変動電流が、半導体基板、第1ウェル、第3ウェル、第2配線、及び、第1配線を介してソースに流れ込み、ソースの電位(グランド電位)が変動する虞がある。ソースの電位が変動すると、上記したクロックジッタが発生する虞がある。
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、クロックジッタの発生が抑制された半導体集積回路を提供することを目的とする。
上記した目的を達成するために、本発明は、複数のトランジスタ(11)から成る内部回路(30)及びクロック生成回路(50)それぞれが、同一の半導体基板(10)に形成された半導体集積回路であって、クロック生成回路は、リングオシレータ(51)を有し、該リングオシレータから出力される信号に基づいたクロック信号を出力するものであり、半導体基板は、第1導電型であり、トランジスタは、半導体基板に形成された第1導電型の第1ウェル(13)と、該第1ウェルに形成された、第1導電型とは異なる第2導電型の第2ウェル(14,15)及び第1導電型の第3ウェル(16)と、を有し、1つの第1ウェルに形成された2つの第2ウェルが、トランジスタの端子としての機能を果たしており、クロック回路を構成するトランジスタの第1ウェルに形成された、2つの第2ウェルの内の一方(15)に第1配線(93)が接続され、第3ウェルに第2配線(94)が接続され、第1配線と第2配線とがそれぞれ独立して、グランドに接続されるグランド部材(92,98)に接続されていることを特徴とする。
これによれば、第1配線と第2配線とが共通配線を介して互いに電気的に接続され、共通配線がグランド部材に接続された構成とは異なり、内部回路(30)の消費電流変化に起因する変動電流が、半導体基板(10)を介して、クロック生成回路(50)に流れ込んだとしても、第3ウェル(16)と第2配線(94)とを介してグランド部材(92,98)(グランド)へと流れるため、第1配線(93)には流れ難い。そのため、第2ウェル(15)の電位が変動し難く、変動電流によるリングオシレータ(51)のクロックジッタの発生が抑制される。
更に、本発明は、グランド部材は、グランド端子(92)である構成が好適である。これによれば、グランド部材が、グランド配線とグランド端子とから成り、第1配線と第2配線とがグランド配線に接続された構成とは異なり、変動電流が、半導体基板(10)を介してクロック生成回路(50)に流れ込んだとしても、グランド配線の抵抗の電圧降下によって生じる電圧が、第1配線(93)(第2ウェル(15))に印加されることが抑制される。そのため、第2ウェル(15)の電位が変動し難く、変動電流によるリングオシレータ(51)のクロックジッタの発生が抑制される。
なお、グランド部材は、グランド配線(98)と、グランド端子とを有し、第1配線と第2配線とがグランド配線に接続された構成を採用することもできる。この場合、第1配線と第2配線とが共通配線を介して互いに電気的に接続され、共通配線がグランド配線に接続された構成とは異なり、変動電流が半導体基板(10)を介してクロック生成回路(50)に流れ込んだとしても、共通配線の抵抗の電圧降下によって生じる電圧が、第1配線(93)(第2ウェル(15))に印加されることが抑制される。そのため、第2ウェル(15)の電位が変動し難く、変動電流によるリングオシレータ(51)のクロックジッタの発生が抑制される。
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1〜図3に基づいて、本実施形態に係る半導体集積回路を説明する。図1に示すように、半導体集積回路100は、要部として、半導体基板10と、内部回路30と、クロック生成回路50と、コンデンサ70と、外部端子90と、を有する。内部回路30はクロック生成回路50から出力されるクロック信号に基づいて動作し、コンデンサ70は、クロック生成回路50に入力される信号に含まれるノイズを除去する機能を果たす。主要素30,50,70それぞれは、外部端子90の電源端子91とグランド端子92に接続されている。グランド端子92が、特許請求の範囲に記載のグランド部材に相当する。
(第1実施形態)
図1〜図3に基づいて、本実施形態に係る半導体集積回路を説明する。図1に示すように、半導体集積回路100は、要部として、半導体基板10と、内部回路30と、クロック生成回路50と、コンデンサ70と、外部端子90と、を有する。内部回路30はクロック生成回路50から出力されるクロック信号に基づいて動作し、コンデンサ70は、クロック生成回路50に入力される信号に含まれるノイズを除去する機能を果たす。主要素30,50,70それぞれは、外部端子90の電源端子91とグランド端子92に接続されている。グランド端子92が、特許請求の範囲に記載のグランド部材に相当する。
図2に示すように、主要素30,50,70それぞれは、半導体基板10に形成された複数のトランジスタから成る。本実施形態に係る半導体基板10は、Pチャネル型であり、主要素30,50それぞれは、主としてNチャネル型MOSFET11によって構成され、コンデンサ70は、Pチャネル型MOSFET12によって構成されている。
Nチャネル型MOSFET11は、半導体基板10の表層に形成されたP型の第1ウェル13と、第1ウェル13に形成された、N型の2つの第2ウェル14,15及びP型の第3ウェル16と、第2ウェル14,15の間の第1ウェル13上に設けられた第1ゲート電極17と、を有する。第2ウェル14がドレイン端子、第2ウェル15がソース端子、第3ウェル16がバックゲート端子に相当する。以下においては、説明を明りょうとするために、第2ウェル14をドレイン端子14、第2ウェル15をソース端子15、第3ウェル16をバックゲート端子16と示す。
Pチャネル型MOSFET12は、半導体基板10の表層に形成されたN型の第4ウェル18と、第4ウェル18に形成された、P型の2つの第5ウェル19,20及びN型の第6ウェル21と、第5ウェル19,20の間の第4ウェル18上に設けられた第2ゲート電極22と、を有する。第5ウェル19がドレイン端子、第5ウェル20がソース端子、第6ウェル21がバックゲート端子に相当する。以下においては、説明を明りょうとするために、第5ウェル19をドレイン端子19、第5ウェル20をソース端子20、第6ウェル21をバックゲート端子21と示す。
内部回路30を構成するNチャネル型MOSFET11では、ドレイン端子14が電源端子91に電気的に接続され、ソース端子15とバックゲート端子16それぞれが電気的に接続されてグランド端子92に接続されている。より詳しく言えば、ドレイン端子14は、Nチャネル型MOSFET11と共にCMOSを構成するPチャネル型MOSFET(図示略)を介して電源端子91に接続され、図2に示すように、ソース端子15に接続された配線とバックゲート端子16に接続された配線とが第3配線95の一端に接続され、第3配線95の他端がグランド端子92に接続されている。
クロック生成回路50を構成するNチャネル型MOSFET11では、ドレイン端子14が電源端子91に電気的に接続され、ソース端子15とバックゲート端子16それぞれが電気的に独立して、グランド端子92に接続されている。より詳しく言えば、ドレイン端子14は、Nチャネル型MOSFET11と共にCMOSを構成するPチャネル型MOSFET(図示略)を介して電源端子91に接続され、図2に示すように、ソース端子15に接続された第1配線93と、バックゲート端子16に接続された第2配線94とが、電気的に独立してグランド端子92に接続されている。なお、配線93,94それぞれは、第3配線95とは電気的に独立してグランド端子92に接続されている。
コンデンサ70を構成するPチャネル型MOSFET12では、ドレイン端子19とソース端子20とバックゲート端子21とが互いに電気的に接続され、電源配線(96)に接続されている。また、第2ゲート電極22が配線93,94に接続されている。
ところで、クロック生成回路50は、図3に示すリングオシレータ51を有している。クロック生成回路50は、リングオシレータ51から出力される基準クロック信号に基づいたクロック信号を内部回路30に出力する機能を果たす。より詳しく言えば、クロック生成回路50は、リングオシレータ51の基準クロック信号に基づき、基準クロック信号の周波数をデジタル的なPLL(Phase Locked Loop)動作により逓倍した逓倍クロック信号を内部回路30に出力する機能を果たす。
リングオシレータ51は、複数個の論理ゲート(NANDゲート52、NOTゲート53)がリング状に接続されて成り、論理ゲート52,53それぞれが、Nチャネル型MOSFET11などによって構成されている。NOTゲート53は、供給される電圧に応じてゲート遅延時間が変化する性質を有するため、電源電圧が変動したり、グランド電位(ソース端子15の電位)が変動したりすると、出力する基準クロック信号の周波数が変動する(クロックジッタが発生する)虞がある。なお、図3に示すリングオシレータ51は、特許第4576862号公報に示されるように周知なので、本実施形態では詳細な説明を割愛する。
次に、本実施形態に係る半導体集積回路100の作用効果を説明する。上記したように、ソース端子15に接続された第1配線93と、バックゲート端子16に接続された第2配線94とが、電気的に独立してグランド端子92に接続されている。これによれば、第1配線と第2配線とが共通配線を介して互いに電気的に接続され、共通配線がグランド端子に接続された構成とは異なり、内部回路30の消費電流変化に起因する変動電流(図2に示す破線矢印)が、半導体基板10を介して、クロック生成回路50に流れ込んだとしても、バックゲート端子16と第2配線94とを介してグランド端子92(グランド)へと流れるため、第1配線93には流れ難い。そのため、ソース端子15の電位が変動し難く、変動電流によるリングオシレータ51のクロックジッタの発生が抑制される。
また、上記したように、第1配線93と第2配線94とが電気的に独立してグランド端子92に接続されている。これによれば、グランド端子にグランド配線が接続され、このグランド配線に第1配線と第2配線とが接続された構成とは異なり、変動電流が、半導体基板10を介してクロック生成回路50に流れ込んだとしても、グランド配線の抵抗の電圧降下によって生じる電圧が、第1配線93(ソース端子15)に印加されることが抑制される。そのため、ソース端子15の電位が変動し難く、変動電流によるリングオシレータ51のクロックジッタの発生が抑制される。
なお、変動電流によるソース端子15の電位の変動を抑制するために、第1ウェル13を、Nチャネル型のより大きなウェルに形成する構成も考えられる。しかしながら、この構成の場合、トランジスタ11の形成領域が増大するという問題が生じる。そのため、変動電流による上記したソース端子15の電位の変動を抑制する構成としては、本実施形態で示した構成が望ましい。
内部回路30を構成するNチャネル型MOSFET11のソース端子15が第3配線95を介してグランド端子92に接続されている。これによれば、グランド端子にグランド配線が接続され、このグランド配線に第1配線と第3配線とが接続された構成とは異なり、グランド配線を流れる変動電流の増減によって、クロック生成回路50を構成するNチャネル型MOSFET11のソース端子15の電位が変動することが抑制される。そのため、変動電流によるリングオシレータ51のクロックジッタの発生が抑制される。
コンデンサ70は、半導体基板10の表層に形成されたN型の第4ウェル18と、第4ウェル18に形成された、P型の2つの第5ウェル19,20及びN型の第6ウェル21と、第5ウェル19,20の間の第4ウェル18上に設けられた第2ゲート電極22と、を有するPチャネル型MOSFET12から成る。
これによれば、コンデンサがNチャネル型MOSFETから成る構成とは異なり、半導体基板10と第4ウェル18との間にPN接合が形成されるので、変動電流が第4ウェル18に流れ難くなる。これにより、コンデンサ70を介して、変動電流がクロック生成回路50に流れることが抑制され、第1配線93(ソース端子15)の電位の変動が抑制される。この結果、変動電流によるリングオシレータ51のクロックジッタの発生が抑制される。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
本実施形態では、半導体基板10が、Pチャネル型である例を示した。しかしながら、半導体基板10が、Nチャネル型の構成を採用することもできる。この場合、ウェル13〜16、18〜21それぞれの導電型が反転し、主要素30,50それぞれは、主としてPチャネル型MOSFETによって構成され、コンデンサ70は、Nチャネル型MOSFETによって構成される。
本実施形態では、図2に示すように、配線93,94それぞれが、共通して1つのグランド端子92に接続された例を示した。しかしながら、図4に示すように、第1配線93がグランド端子92aに接続され、第2配線94がグランド端子92bに接続された構成を採用することもできる。
本実施形態では、配線93,94それぞれが電気的に独立してグランド端子92に接続された例を示した。しかしながら、図5に示すように、グランド端子92に接続されたグランド配線98に、配線93,94それぞれが接続された構成を採用することもできる。この場合、第1配線と第2配線とが共通配線を介して互いに電気的に接続され、共通配線がグランド配線に接続された構成とは異なり、変動電流が半導体基板10を介してクロック生成回路50に流れ込んだとしても、共通配線の抵抗の電圧降下によって生じる電圧が、第1配線93(ソース端子15)に印加されることが抑制される。そのため、ソース端子15の電位が変動し難く、変動電流によるリングオシレータ51のクロックジッタの発生が抑制される。この変形例においては、グランド配線98と、グランド端子92とによって、特許請求の範囲に記載のグランド部材が構成される。また、第2ゲート電極22は、グランド配線98を介して配線93,94に接続されている。
なお、上記変形例の場合、第2配線94の抵抗が、第1配線93の抵抗よりも大きい構成が好ましい。これによれば、第2配線の抵抗が、第1配線の抵抗と同一である構成と比べて、変動電流が第2配線94に流れ難くなる。そのため、グランド配線98の抵抗の分、抵抗の電圧降下によって生じる電圧が低くなり、第1配線93(ソース端子15)の電位が変動し難くなる。この結果、変動電流によるリングオシレータ51のクロックジッタの発生が抑制される。なお、第2配線94の抵抗が、第1配線93の抵抗よりも大きくするために、第2配線94に抵抗要素を配置しても良い。
10・・・半導体基板
11・・・トランジスタ
13・・・第1ウェル
14,15・・・第2ウェル
16・・・第3ウェル
30・・・内部回路
50・・・クロック生成回路
92・・・グランド端子
93・・・第1配線
94・・・第2配線
100・・・半導体集積回路
11・・・トランジスタ
13・・・第1ウェル
14,15・・・第2ウェル
16・・・第3ウェル
30・・・内部回路
50・・・クロック生成回路
92・・・グランド端子
93・・・第1配線
94・・・第2配線
100・・・半導体集積回路
Claims (6)
- 複数のトランジスタ(11)から成る内部回路(30)及びクロック生成回路(50)それぞれが、同一の半導体基板(10)に形成された半導体集積回路であって、
前記クロック生成回路は、リングオシレータ(51)を有し、該リングオシレータから出力される信号に基づいたクロック信号を出力するものであり、
前記半導体基板は、第1導電型であり、
前記トランジスタは、前記半導体基板に形成された第1導電型の第1ウェル(13)と、該第1ウェルに形成された、前記第1導電型とは異なる第2導電型の第2ウェル(14,15)及び前記第1導電型の第3ウェル(16)と、を有し、
1つの前記第1ウェルに形成された2つの前記第2ウェルが、前記トランジスタの端子としての機能を果たしており、
前記クロック回路を構成するトランジスタの第1ウェルに形成された、2つの前記第2ウェルの内の一方(15)に第1配線(93)が接続され、前記第3ウェルに第2配線(94)が接続され、
前記第1配線と前記第2配線とがそれぞれ独立して、グランドに接続されるグランド部材(92,98)に接続されていることを特徴とする半導体集積回路。 - 前記グランド部材は、グランド端子(92)であることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。
- 前記グランド部材は、グランド配線(98)と、グランド端子(92)とを有し、
前記第1配線と前記第2配線とが前記グランド配線に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。 - 前記第2配線の抵抗が、前記第1配線の抵抗よりも大きいことを特徴とする請求項3に記載の半導体集積回路。
- 前記内部回路を構成するトランジスタの第1ウェルに形成された、2つの第2ウェルの内の一方に接続された第3配線(95)が、前記グランド端子に接続されていることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の半導体集積回路。
- 前記クロック生成回路に入力される信号に含まれるノイズを除去するためのコンデンサ(70)を有しており、
該コンデンサは、前記半導体基板に形成された第2導電型の第4ウェル(18)と、該第4ウェルに形成された第1導電型の第5ウェル(19,20)及び第2導電型の第6ウェル(21)と、複数の前記第5ウェルの間の第4ウェル上に設けられたゲート(22)と、を有し、
複数の前記第5ウェルと前記第6ウェルそれぞれが、前記クロック生成回路と電源端子とを接続する電源配線(96)に接続され、前記ゲートが、前記第1配線と前記第2配線それぞれと電気的に接続されていることを特徴とする請求項1〜5いずれか1項に記載の半導体集積回路。
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