JP2022179239A - Three-dimensional logic lsi using stacked logic circuit - Google Patents

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Abstract

To solve a problem in which there is currently no means for achieving both low cost and high speed in a large-scale logic LSI using a conventional planar transistor formed on a planar pattern.SOLUTION: Instead of a planar transistor used in a conventional 3D logic LSI, a logic LSI is realized by using a NAND circuit formed by connecting in series stacked SGTs that use a multi-layered vertical transistor structure used in a large-capacity stacked NAND memory. As a result, when a large-scale logic LSI is divided into three dimensions, the chip area can be reduced compared to the conventional type, such that cost reduction, which has not been possible with the conventional type, can be realized. Furthermore, the reduction of the chip area also makes it possible to achieve a higher speed than the conventional type.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

積層構型論理回路を用いた3次元型ロジックLSIに関する。The present invention relates to a three-dimensional logic LSI using stacked logic circuits.

LSIは過去ムーアの法則にしたがって平面型トランジスタの微細化が進み、大容量化、低コスト化、高速化、低消費電力化が着実に進められてきた。その結果ロジックLSIの代表であるMPU(Micro Processor Unit)では10億個以上の平面型トランジスタを用いたGHz動作が実現され、メモリLSIの中で最も大容量化が進んだ平面型トランジスタを用いたNAND型フラッシュメモリでは64Gbitまで大容量化が進められている(文献1)。In the past, according to Moore's Law, LSIs have progressed in miniaturization of planar transistors, and have steadily advanced in capacity increase, cost reduction, speed increase, and power consumption reduction. As a result, MPUs (Micro Processor Units), which are representative of logic LSIs, have realized GHz operation using more than 1 billion planar transistors, and have used planar transistors with the highest capacity among memory LSIs. The capacity of NAND flash memory is being increased up to 64 Gbit (Reference 1).

LSIでは過去ムーアの法則に従い着実に平面型トランジスタ数が18カ月(1世代)で2倍に増加し、現在数十億個の平面型トランジスタが集積されている。平面型トランジスタの面積が大きいとそのLSIは非常に大きくなり動作性能と製造コスト的に現実的なLSIは実現できない。In LSI, according to Moore's Law, the number of planar transistors has steadily doubled every 18 months (one generation), and billions of planar transistors are currently integrated. If the area of the planar transistor is large, the LSI becomes very large, and a realistic LSI cannot be realized in terms of operating performance and manufacturing cost.

この問題を解決するため、過去平面トランジスタの寸法を1世代で長さ方向に0.7倍に縮小するスケーリング則を用いてきた。スケーリング則によると平面型トランジスタは縦、横、高さ方向に同じ割合(0.7倍)に縮小すると小型化されるだけでなく、高速化、低消費電力化も併せて実現できる特徴がある。すなわちLSIでは過去半世紀近くムーアの法則とスケーリング法則を指導原理としてLSIの高集積化(1平方ミリ程度の小さなLSIの面積に平面型トランジスタ数を増やすこと)、高速化、低消費電力を実現してきた。To solve this problem, a scaling law has been used in the past that shrinks planar transistor dimensions by a factor of 0.7 in length in one generation. According to the scaling law, if a planar transistor is shrunk at the same rate (0.7 times) in the vertical, horizontal, and height directions, it not only becomes smaller, but it also has the characteristics of achieving higher speed and lower power consumption. . In other words, in the past half century, Moore's law and scaling law have been used as guiding principles in LSIs to realize high integration (increasing the number of planar transistors in a small LSI area of about 1 square millimeter), high speed, and low power consumption. I've been

しかしながらこの平面型トランジスタの微細化もショートチャネル効果等のため近年限界に近付いている。
この問題を解決するため、ショートチャネル効果に強い3次元型トランジスタが開発された。その代表例がSGT(Surrounding Gate Transistor)である(文献2)。
However, the miniaturization of planar transistors is approaching its limit in recent years due to the short channel effect and the like.
In order to solve this problem, a three-dimensional transistor that is resistant to the short channel effect has been developed. A typical example is an SGT (Surrounding Gate Transistor) (Reference 2).

SGT等の導入によりショートチャネル効果は低減できるが、ロジックLSIの高速化に必要なトランジスタの遅延時間の低減にしか寄与しない問題がある。トランジスタの遅延時間以上に重要な配線の遅延時間を低減するため過去平面型トランジスタを用いて作成したロジックLSIを縦方向に積層する方式である(以下平面型の積層方式と略す。特許名称の平面型トランジスタによる論理回路を用いた3次元型ロジックLSIが正式な名称。図4、文献3)。Although the short channel effect can be reduced by introducing an SGT or the like, there is a problem that it only contributes to the reduction of the delay time of the transistors required for increasing the speed of the logic LSI. In order to reduce the delay time of wiring, which is more important than the delay time of transistors, logic LSIs created using planar transistors are stacked vertically (hereinafter abbreviated as the planar stacking method. The patent name is planar. The official name is a three-dimensional logic LSI that uses a logic circuit based on type transistors (Fig. 4, Reference 3).

大きなチップ面積の平面型トランジスタによるロジックLSIを縦横方向に分割し、それを縦方向に積層し、必要な配線をTSVを用いて上下で接続する。これにより1層の時のロジックLSIの長い配線は、横方向で短く分断され、縦方向はTSVで接続できる。このため配線の遅延時間を大幅に縮小することが出来る。これによりトランジスタの遅延時間のみならず配線の遅延時間も縮小できるため、大きなチップサイズのロジックLSIの高速化が可能になった。A logic LSI consisting of planar transistors with a large chip area is divided vertically and horizontally, and these are stacked vertically, and necessary wirings are connected vertically using TSVs. As a result, the long wiring of the logic LSI in the case of one layer can be divided into short pieces in the horizontal direction, and can be connected by the TSV in the vertical direction. Therefore, the wiring delay time can be greatly reduced. As a result, not only the delay time of the transistor but also the delay time of the wiring can be reduced, so that it becomes possible to increase the speed of a logic LSI with a large chip size.

しかしながらこの平面型の積層方式では高速化は実現できるが低コスト化は実現できない。なぜなら大きなチップ面積のロジックLSIを縦横方向に分割後積層しているため低コスト化できる要因が無いためである。逆に大きなチップの分割、縦方向への積層、TSVによる縦方向の配線の接続でコストが高くなってしまう問題すら発生する。However, although this planar lamination method can achieve high speed, it cannot achieve cost reduction. This is because a logic LSI with a large chip area is divided in the vertical and horizontal directions and then laminated, so there is no reason for cost reduction. Conversely, there is even a problem that the cost increases due to the division of large chips, the stacking in the vertical direction, and the connection of wiring in the vertical direction by TSV.

つまりロジックLSIでは、高速化のみならず、低コスト化も実現できる方式は現在まで提案されていない。ムーアの法則の限界後も継続してロジックLSIの低コスト化と高速化を両立できる手段は現在まで存在しない。In other words, in logic LSIs, no method has been proposed so far that not only speeds up but also lowers the cost. Until now, there is no means that can continue to achieve both low cost and high speed logic LSIs even after the limit of Moore's Law.

〔文献1〕M.Sako et al,”A Low-Power 64Gb MLC NAND-Flash Memory in 15nm CMOS Technology”,ISSCC Dig.Tech.Papers,2015.
〔文献2〕H.Takato et al.,”Impact of SGT for ultra‐high density LSIs”,IEEE Trans.Electron Devices,vol.38,pp.573‐578,1991.
〔文献3〕渡辺重佳,”三次元積層型論理回路によるシステムLSI設計技術”,Vol.102,No.1,pp.74-78,2019.
[Reference 1] M. Sako et al, "A Low-Power 64Gb MLC NAND-Flash Memory in 15nm CMOS Technology", ISSCC Dig. Tech. Papers, 2015.
[Reference 2] H.I. Takato et al. , "Impact of SGT for ultra-high density LSIs", IEEE Trans. Electron Devices, vol. 38, pp. 573-578, 1991.
[Reference 3] Shigeka Watanabe, "System LSI Design Technology Using Three-Dimensional Stacked Logic Circuits", Vol. 102, No. 1, pp. 74-78, 2019.

ムーアの法則の限界後も継続してロジックLSIの低コスト化と高速化を両立できる手段は現在は存在しない。At present, there is no means for continuously achieving both low cost and high speed logic LSIs even after the limit of Moore's Law.

前記平面型の積層方式のロジックLSIにおいて用いられていた平面型トランジスタの代わりに、大容量積層型NANDメモリに使用されている製造技術(文献4,5、特許文献1)を用いて積層型SGTを直列に接続した方式を使用することにより実現した。Instead of the planar transistor used in the planar stacked logic LSI, the manufacturing technology (Documents 4, 5, Patent Document 1) used for the large-capacity stacked NAND memory is used for the stacked SGT. are connected in series.

〔文献4〕H.Tanaka et al.,:“Bit Cost scalable Technology with Punch and Plug Process for Ultra High Density Flash Memory”,Symp.on VLSI Technology,2007.
〔文献5〕R.Katsumata et al.,“Pipe-shaped BiCS flash memory with 16 stacked layers and multi-level-cell operation for ultra high density storage devices”,Symp .on VLSI Technology,pp.136-137,2009.
〔特許文献1〕特開2009-4517、田中啓安、青地英明、勝又竜太、鬼頭傑、福住嘉晃、木頭大、佐藤充、松岡泰之“不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法”
[Reference 4] H.I. Tanaka et al. ,: "Bit Cost Scalable Technology with Punch and Plug Process for Ultra High Density Flash Memory", Symp. on VLSI Technology, 2007.
[Reference 5] R.I. Katsumata et al. , "Pipe-shaped BiCS flash memory with 16 stacked layers and multi-level-cell operation for ultra high density storage devices", Symp. on VLSI Technology, pp. 136-137, 2009.
[Patent Document 1] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-4517, Keian Tanaka, Hideaki Aochi, Ryuta Katsumata, Suguru Kito, Yoshiaki Fukuzumi, Dai Kito, Mitsuru Sato, and Yasuyuki Matsuoka “Non-volatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof”

本発明によれば、平面型トランジスタの代わりに、大容量積層型NANDメモリに使用されている製造技術を用いて積層型SGTを直列に接続した方式を使用することにより従来例の高速化のみならず、低コスト化を両立することが初めて可能になる。According to the present invention, instead of the planar transistor, by using the manufacturing technology used for the large-capacity stacked NAND memory and connecting the stacked SGTs in series, not only the speed of the conventional example can be increased. It will be possible for the first time to achieve both low cost and low cost.

後述するように、本発明によるチップ面積の縮小の結果、従来例より高速性能を確保しつつ、製造コストを従来例の半分に低減できる効果がある。
〔発明を実施するための最良の形態〕
As will be described later, as a result of the reduction in chip area according to the present invention, there is an effect that the manufacturing cost can be reduced to half that of the conventional example while ensuring high-speed performance as compared with the conventional example.
[Best mode for carrying out the invention]

以下、図面を参照して、本発明に係る積層型論理回路によるロジックLSIの第一実施形態について説明する。
[第1実施形態]
(第1実施形態の構成)
Hereinafter, a first embodiment of a logic LSI using a stacked logic circuit according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[First embodiment]
(Configuration of the first embodiment)

以下本発明の1実施形態を説明する。図1に新たに提案した積層型論理回路による3次元型ロジックLSI(100)の構成を示す。
前記平面型の積層方式のロジックLSIにおいて用いられていた平面型トランジスタの代わりに、大容量積層型NANDメモリに使用されている製造技術を用いて積層型SGTを直列に接続した方式(積層型SGTの直列接続方式のロジックLSI(文献6)と略す)を使用することにより実現される。
One embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 shows the configuration of a three-dimensional logic LSI (100) based on a newly proposed stacked logic circuit.
Instead of the planar transistor used in the planar stacked logic LSI, a method in which stacked SGTs are connected in series using the manufacturing technology used for large-capacity stacked NAND memory (stacked SGT series-connected logic LSI (reference 6)).

〔文献6〕
S.Watanabe,”平面型トランジスタの微細化限界を克服する3D積層型SGT論理回路を用いたロジックLSIの設計指針,”電子情報通信学会論文誌C,Vol.J103-C、No.11、pp.483-484、2020、早期公開日2020年9月1日。
[Reference 6]
S. Watanabe, "Design Guideline for Logic LSI Using 3D Stacked SGT Logic Circuit Overcoming Miniaturization Limit of Planar Transistor," The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Transaction C, Vol. J103-C, No. 11, pp. 483-484, 2020, Early publication date September 1, 2020.

新たに提案した積層型論理回路によるロジックLSI(100)の構成を図1に示す。100は4層に積層された(複数層なら何層でも良い)前記積層型SGTの直列接続方式のロジックLSI(101,102,103,104)を縦方向にTSV(105)で接続した方式で形成されている。FIG. 1 shows the configuration of a logic LSI (100) based on a newly proposed stacked logic circuit. 100 is a system in which the serially connected logic LSIs (101, 102, 103, 104) of the stacked SGTs stacked in four layers (any number of layers are acceptable as long as there are multiple layers) are vertically connected by TSVs (105). formed.

前記積層型SGTの直列接続方式のロジックLSI(201,202,203,204)の詳細を図2に示す。前記積層型SGTの直列接続方式のロジックLSI(101,102,103,104)はK段のNAND回路(211、221)で構成されている。K段の回路のゲートには信号201、202、203が入力される。
NAND回路の負荷部分はパターン面積が縮小化できる特徴があるダイナミック回路を用いている。負荷トランジスタのゲートにはプリチャージ信号208が入力される。
FIG. 2 shows the details of the logic LSI (201, 202, 203, 204) of the series connection system of the stacked SGTs. The serially connected logic LSIs (101, 102, 103, 104) of the stacked SGTs are composed of K stages of NAND circuits (211, 221). Signals 201, 202 and 203 are input to the gates of the K-stage circuits.
A dynamic circuit is used for the load portion of the NAND circuit, which is characterized by being able to reduce the pattern area. A precharge signal 208 is input to the gate of the load transistor.

K段のNAND回路のドライバ部(209)のパターン面積はK段のNAND回路のドライバ部と負荷部分(208がゲート入力されるトランジスタで構成)のパターン面積はいずれもSGT(204)の規格化したパターン面積をBとするとBFになる。本提案でSGTを用いているのは、平面型トランジスタ同程度の電流駆動能力とSファクタを持っており、容易に積層化出来るためである。本論文ではB=4を仮定する。The pattern area of the driver portion (209) of the K-stage NAND circuit is the standardization of the SGT (204) for both the driver portion and the load portion (208 composed of a transistor to which the gate is input) of the K-stage NAND circuit. If the pattern area obtained is B, then BF2 is obtained. The reason why the SGT is used in this proposal is that it has a current driving capability and an S factor comparable to those of a planar transistor and can be easily laminated. We assume B=4 in this paper.

その結果1個のNAND回路のパターン面積は第1実施形態の導入により従来の平面型と比較して2BF/(KAF)=2/Kに縮小できる。その結果第1実施形態のチップ面積は(2/K)0.5▲*▼(2/K)0.5=2/Kに縮小できる。図2で前記ロジックLSIの横の長さは222、縦の長さは223で示す。そのため第1実施形態により平面型トランジスタによる従来例を用いた従来例と比較して低コストが実現できる。As a result, the pattern area of one NAND circuit can be reduced to 2BF 2 /(KAF 2 )=2/K as compared with the conventional planar type by introducing the first embodiment. As a result, the chip area of the first embodiment can be reduced to (2/K) 0.5 (2/K) 0.5 =2/K. In FIG. 2, the horizontal length of the logic LSI is indicated by 222, and the vertical length is indicated by 223. As shown in FIG. Therefore, according to the first embodiment, the cost can be reduced as compared with the conventional example using the planar transistor.

通常の平面型トランジスタを用いたロジックLSIではK=4が多用されるため、その場合前記積層型SGTの直列接続方式のロジックLSI(101,102,103,104)のパターン面積は平面型の積層方式のロジックLSI(401,402,403,404)のパターン面積の2/K=2/4=半分に低減できる。通常ロジックLSIの製造コストはチップ面積に比例するので、第1の実施形態によりその製造コストは従来の平面型の積層方式のロジックLSIの半分に低減することが出来る。Since K=4 is often used in logic LSIs using ordinary planar transistors, in that case, the pattern area of the serially connected logic LSIs (101, 102, 103, 104) of the stacked SGTs is that of the planar stacked type. The pattern area of the logic LSI (401, 402, 403, 404) of the method can be reduced to 2/K=2/4=half. Since the manufacturing cost of a logic LSI is usually proportional to the chip area, the manufacturing cost of the first embodiment can be reduced to half that of a conventional planar stacked logic LSI.

〔0025〕に示すように第1の実施形態の導入により、ロジックLSIの動作速度は従来の平面型の積層方式のロジックLSIより高速化できる。As shown in [0025], by introducing the first embodiment, the operating speed of the logic LSI can be made faster than that of the conventional flat-type stacked logic LSI.

前記K段のNAND回路(211)の遅延時間はSGTと平面型の電流駆動能力が同じであると仮定するといずれもC(K)で表される。通常ロジック回路の遅延時間は上記ゲート遅延と配線遅延の和で表される。両者の比を平面型で1:Lだと仮定する。配線長はチップ面積の平方根に比例するので、提案方式の配線長は平面型の(2/K)0.5に縮小できる。配線の寄生容量、寄生抵抗共に配線長に比例するので第1の実施例の配線遅延は平面型の(2/K)0.5▲*▼(2/K)0.5=2/Kに縮小できる。その結果K段のNAND回路の総遅延時間は平面型ではC(K)▲*▼(1+L)なのに対し、提案型ではC(K)▲*▼(1+L▲*▼(2/K))に縮小出来る。The delay time of the K-stage NAND circuit (211) is expressed by C(K), assuming that the SGT and the plane type have the same current driving capability. The delay time of a logic circuit is usually represented by the sum of the gate delay and the wiring delay. Assume that the ratio of both is 1:L in the planar type. Since the wiring length is proportional to the square root of the chip area, the wiring length of the proposed method can be reduced to (2/K) 0.5 of the planar type. Since both the parasitic capacitance and the parasitic resistance of the wiring are proportional to the wiring length, the wiring delay in the first embodiment is (2/K) 0.5 (2/K) 0.5 = 2/K of the planar type. can be reduced. As a result, the total delay time of the K-stage NAND circuit is C(K)(1+L) in the planar type, whereas it is C(K)(1+L(2/K)) in the proposed type. can be reduced.

(第2実施形態の構成)
図3に第2の実施形態の積層型論理回路によるロジックLSI(320)の構成を示す。ロジックLSIはK段のNAND回路(301,302,303)をN個縦方向に積層して構成されている。NAND回路の負荷部分は第1の実施形態同様パターン面積が縮小化できる特徴があるダイナミック回路を用いている。負荷トランジスタのゲートにはプリチャージ信号208が入力される。
(Configuration of Second Embodiment)
FIG. 3 shows the configuration of a logic LSI (320) based on the stacked logic circuit of the second embodiment. The logic LSI is constructed by vertically stacking N NAND circuits (301, 302, 303) of K stages. The load portion of the NAND circuit uses a dynamic circuit which is characterized by being able to reduce the pattern area as in the first embodiment. A precharge signal 208 is input to the gate of the load transistor.

1個のNAND回路のパターン面積は提案方式の導入により従来の平面型と比較して2BF/(KANF)=2/Kに縮小できる。その結果第2実施形態のチップ面積は(2/KN)0.5▲*▼(2/KN)0.5=2/(NK)に縮小できる。チップ面積の縮小効果は第1の実施形態のN倍になっている。図2で前記ロジックLSIの横の長さは322、縦の長さは323で示す。つまりN=2の場合には、第2実施形態により、第2実施形態より製造コストは更に第1実施形態の半分に縮小できる。
〔実施形態の効果〕
By introducing the proposed method, the pattern area of one NAND circuit can be reduced to 2BF 2 /(KANF 2 )=2/K compared to the conventional planar type. As a result, the chip area of the second embodiment can be reduced to (2/KN) 0.5 (2/KN) 0.5 =2/(NK). The effect of reducing the chip area is N times that of the first embodiment. In FIG. 2, the horizontal length of the logic LSI is indicated by 322, and the vertical length is indicated by 323. As shown in FIG. In other words, when N=2, the second embodiment can further reduce the manufacturing cost to half that of the first embodiment.
[Effect of Embodiment]

第1実施形態により平面型トランジスタによるロジックLSIを用いた従来例と比較して製造コストを半分に低減できる。更に第2実施形態により平面型トランジスタによるロジックLSIを用いた従来例と比較して製造コストを4分の1に低減できる。According to the first embodiment, the manufacturing cost can be reduced by half compared with the conventional example using a logic LSI using planar transistors. Furthermore, according to the second embodiment, the manufacturing cost can be reduced to 1/4 of the conventional example using a logic LSI using planar transistors.

第1実施形態では従来の平面型の積層方式のロジックLSIと比較して低コスト化されるのみならず、配線遅延時間の削減により高速化も可能になる。例えば従来の平面型の積層方式のロジックLSIを用いると、1辺1センチメートル、シリコン基板の厚さ4ミクロンの場合、ロジックLSIの遅延時間が短辺、長辺である各辺を14等分して14*14=196層積層した時に最小になる。In the first embodiment, not only can the cost be reduced as compared with the conventional planar stacked logic LSI, but also the speed can be increased by reducing the wiring delay time. For example, if a conventional planar stacked logic LSI is used and the length of one side is 1 cm and the thickness of the silicon substrate is 4 microns, the delay time of the logic LSI is divided equally into 14 sides (short side and long side). It becomes minimum when 14*14=196 layers are stacked.

それに対し第1実施形態ではチップ面積が従来の平面型の積層方式のロジックLSIの半分に縮小できるため、ロジックLSIの遅延時間が各辺を12等分して12*124=144層積層した時に最小になり、その値は、従来の平面型の積層方式のロジックLSIと比較して数パーセント高速化される特徴がある。
〔他の実施例〕
On the other hand, in the first embodiment, the chip area can be reduced to half that of the conventional planar stacked logic LSI. The value is characterized by speeding up by several percent as compared with the conventional flat-type stacked logic LSI.
[Other embodiments]

本発明はロジックLSIに限らずメモリLSI等現在商品化されているディジタル論理で動作する全てのLSIに適用可能である。 The present invention is applicable not only to logic LSIs but also to all LSIs that operate on digital logic such as memory LSIs that are currently on the market.

本発明にかかわる積層型論理回路による3次元型ロジックLSIの第1実施形態を実現した図である。1 is a diagram realizing a first embodiment of a three-dimensional logic LSI using a stacked logic circuit according to the present invention; FIG. 第1実施形態の101,102,103,104部分の詳細図Detailed view of 101, 102, 103, 104 parts of the first embodiment 本発明にかかわる積層型論理回路による3次元型ロジックLSIの第2実施形態を実現した図である。FIG. 10 is a diagram realizing a second embodiment of a three-dimensional logic LSI using a stacked logic circuit according to the present invention; 従来の平面型トランジスタを用いた3次元型ロジックLSIの図である。1 is a diagram of a three-dimensional logic LSI using conventional planar transistors; FIG.

100・・・積層型論理回路による3次元型ロジックLSI、101-104・・・積層型SGTによる直列接続方式のロジックLSI,105・・・101-104を縦方向に接続するTSV,
201・・・NANDへの第一の入力信号、202・・・NANDへの第2の入力信号、203・・・NANDへの第Kの入力信号、204・・・SGT、205・・・接地、206・・・NAND回路の出力信号、207・・・電源電圧VDD、208・・・プリチャージ信号、209・・・K段のNAND回路のドライバー部、210・・・K段のNAND回路のドライバー部、211・・・K段のNAND回路の構造、221・・・K段のNAND回路の構造、220・・・第一の実施例のK段のNAND回路によるロジックLSI、222・・・第一の実施例のK段のNAND回路によるロジックLSIの横の長さ、223・・・第一の実施例のK段のNAND回路によるロジックLSIの縦の長さ、
301・・・K段のNAND回路1、302・・・K段のNAND回路2、303・・・K段のNAND回路N、304・・・SGT、305・・・接地、306・・第二の実施例のNANDの出力、307・・・電源電圧VDD、308・・・プリチャージ信号、309・・・N段直列接続されたK段のNAND回路、310・・N段直列接続されたK段のNAND回路、311・・・N段直列接続されたK段のNAND回路の構造、321・・・・N段直列接続されたK段のNAND回路の構造、320・・・第2の実施例のN段直列接続されたK段のNAND回路によるロジックLSI、322・・・第2の実施例のN段直列接続されたK段のNAND回路によるロジックLSIの横の長さ、323・・・第2の実施例のN段直列接続されたK段のNAND回路によるロジックLSIの縦の長さ、
400・・・平面型トランジスタを用いた論理回路による3次元型ロジックLSI、401-404・・・平面型トランジスタを用いた論理回路によるロジックLSI,405・・・401-404を縦方向に接続するTSV,
420・・・分割前の平面型トランジスタによる平面型ロジックLSI、421・・・分割後の平面型トランジスタによる平面型ロジックLSI、422・・・分割前の平面型トランジスタによる平面型ロジックLSIの短辺方向の長さ、423・・・分割前の平面型トランジスタによる平面型ロジックLSIの長辺方向の長さ、424・・・分割後4個の平面型トランジスタによる平面型ロジックLSIを縦方向に積層し、3次元型ロジックLSIを形成する
100 .
201... First input signal to NAND, 202... Second input signal to NAND, 203... Kth input signal to NAND, 204... SGT, 205... Ground , 206 . Driver section 211... K-stage NAND circuit structure 221... K-stage NAND circuit structure 220... Logic LSI by K-stage NAND circuit of the first embodiment 222... The horizontal length of the logic LSI by the K-stage NAND circuit of the first embodiment, 223 ... the vertical length of the logic LSI by the K-stage NAND circuit of the first embodiment,
301 K-stage NAND circuit 1, 302 K-stage NAND circuit 2, 303 K-stage NAND circuit N, 304 SGT, 305 ground, 306 second 307 . NAND circuits in stages, 311 . Logic LSI by K-stage NAND circuits connected in series in N stages of the example, 322 . - The vertical length of the logic LSI by the N stages of series-connected K stage NAND circuits of the second embodiment,
400 ... three-dimensional logic LSI by logic circuits using planar transistors, 401 to 404 ... logic LSIs by logic circuits using planar transistors, 405 ... 401 to 404 are vertically connected. TSV,
420 . . . Planar logic LSI with planar transistors before division, 421 . 423 . to form a three-dimensional logic LSI

Claims (4)

ディジタル情報が入力するトランジスタを直列に接続して実現した論理回路積層接続構造を有し、前記論理回路積層接続構造によりディジタル動作のNAND回路を構成し、前記NAND回路が同一平面上に複数個集積されたロジックLSIを縦方向に複数個積層することを特徴とする3次元型ロジックLSI。A logic circuit stack connection structure realized by serially connecting transistors for inputting digital information, a NAND circuit for digital operation is configured by the logic circuit stack connection structure, and a plurality of the NAND circuits are integrated on the same plane. A three-dimensional logic LSI characterized by vertically stacking a plurality of such logic LSIs. 前記請求項1記載の3次元型ロジックLSIにおいて、前記トランジスタを直列に接続して実現した前記論理回路積層接続構造は、半導体基板に対して垂直方向に出力信号を伝達し、製造時に前記トランジスタのゲート電極及び層間絶縁膜を直列に接続した回数積層して形成後、前記半導体基板まで達する一括したエッチング技術で隣接トランジスタ間分離、トランジスタ形成を行うことを特徴とする3次元型ロジックLSI。2. In the three-dimensional logic LSI according to claim 1, the logic circuit stack connection structure realized by connecting the transistors in series transmits an output signal in the vertical direction with respect to the semiconductor substrate. A three-dimensional logic LSI characterized by forming a gate electrode and an interlayer insulating film by stacking them a number of times to connect them in series, and then isolating adjacent transistors and forming the transistors by a collective etching technique reaching the semiconductor substrate. 前記請求項1ないし2記載の3次元型ロジックLSIにおいて、前記3次元型ロジックLSI内に3入力以上のNAND回路が複数個集積されていることを特徴とする3次元型ロジックLSI。3. A three-dimensional logic LSI according to claim 1, wherein a plurality of NAND circuits with three or more inputs are integrated in said three-dimensional logic LSI. 前記請求項1ないし2記載ないし3項記載の3次元型ロジックLSIにおいて、前記3次元型ロジックLSI内に自身のゲート遅延時間より長い配線遅延時間のNAND回路を複数個集積されていることを特徴とする3次元型ロジックLSI。3. The three-dimensional logic LSI according to any one of claims 1, 2, and 3, wherein a plurality of NAND circuits having a wiring delay time longer than its own gate delay time are integrated in the three-dimensional logic LSI. 3D type logic LSI.
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