JP2023084419A - 半導体集積回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】スタンダードセルのセルパターンの面積効率を改善する。【解決手段】実施の形態に係る半導体集積回路は、第1方向に延伸し、互いに離隔して配置された第1の電源線及び第2の電源線と、第1方向に直交する第2方向に第1の電源線と平行に隣接して配置され、第2の電源線と同電位の第3の電源線と、第2方向のマイナス方向に第2の電源線と平行に隣接して配置され、第1の電源線と同電位の第4の電源線と、第1の電源線の下方に配置された第1の導電型の第1の活性領域を有する第1のトランジスタと、第2の電源線の下方に配置された第2の導電型の第2の活性領域を有する第2のトランジスタと、第1の活性領域と第3の電源線の間に配置され、第2の導電型の第3の活性領域を有する第3のトランジスタと、第2の活性領域と第4の電源線の間に配置され、第1の導電型の第4の活性領域を有する第4のトランジスタと、を備える。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、半導体集積回路に関する。
半導体集積回路を半導体基板上に高集積に形成するための設計方法(レイアウト技術)として、スタンダードセル方式がある。スタンダードセル方式は、予め設計され検証されたインバータやNAND素子等の基本的単位の機能回路をスタンダードセルとして用意しておき、これに金属配線層を形成して集積回路チップを設計する方式である。スタンダードセルでは、例えば、ダブルハイトセル、或いはトリプルハイトセルと呼ばれるパターンレイアウトが用いられる。ダブルハイトセルでは、パターン配置によって使用しない領域が発生することがある。この使用しない領域には絶縁層を埋めたり、ダミートランジスタを持ったフィラーセルを配置する場合がある。
本発明の一実施形態では、スタンダードセルのセルパターンの面積効率を改善した半導体集積回路を提供する。
実施の形態に係る半導体集積回路は、電源線と活性領域とが配置されるスタンダードセルにおいて、第1方向に延伸し、互いに離隔して配置された第1の電源線及び第2の電源線と、第1方向に直交する第2方向に第1の電源線と平行に隣接して配置され、第2の電源線と同電位の第3の電源線と、第2方向のマイナス方向に第2の電源線と平行に隣接して配置され、第1の電源線と同電位の第4の電源線と、第1の電源線の下方に配置され、第2方向と第2方向のマイナス方向に延伸した第1の導電型の第1の活性領域を有する第1のトランジスタと、第2の電源線の下方に配置され、第2方向と第2方向のマイナス方向に延伸した第2の導電型の第2の活性領域を有する第2のトランジスタと、第1の活性領域と第3の電源線の間に配置され、第2の導電型の第3の活性領域を有する第3のトランジスタと、第2の活性領域と第4の電源線の間に配置され、第1の導電型の第4の活性領域を有する第4のトランジスタと、を備える。
次に、図面を参照して、実施の形態について説明する。以下に説明する明細書又は図面の記載において、同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。図面は模式的なものである。また、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものである。実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。以下の説明において、金属―酸化膜―半導体(MOS:Metal Oxide Semiconductor)トランジスタをMOS、pチャネルMOSトランジスタをPMOS、nチャネルMOSトランジスタをNMOSと表示することがある。また、p型ウェル拡散領域をPwell、n型ウェル拡散領域をNwellと表示することがある。また、PMOSの活性領域をP+(PMOS)と表示し、NMOSの活性領域をN+(NMOS)と表示することがある。また、活性領域には、MOSのソース領域、ドレイン領域及びチャネル領域が含まれるが区別はしない。また、活性領域と制御電極との間にはゲート酸化膜が形成されるが、図示は省略する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る半導体集積回路100の平面パターン構成図である。第1の実施形態に係る半導体集積回路100は、トリプルハイトのスタンダードセルの論理回路を構成している。図1において、第1方向をX方向、第1方向に直交する第2方向をY方向、X-Y平面に直交する第3方向をZ方向と定義する。ダブルハイトセルとは、2つのセルをチャネル幅方向に重ねることで、トランジスタを配置するための面積をシングルハイトセルに比べて2倍以上確保可能なセルである。トリプルハイトセルとは、3つのセルをチャネル幅方向に重ねることで、トランジスタを配置するための面積をシングルハイトセルに比べて3倍以上確保可能なセルである。
図1は、第1の実施形態に係る半導体集積回路100の平面パターン構成図である。第1の実施形態に係る半導体集積回路100は、トリプルハイトのスタンダードセルの論理回路を構成している。図1において、第1方向をX方向、第1方向に直交する第2方向をY方向、X-Y平面に直交する第3方向をZ方向と定義する。ダブルハイトセルとは、2つのセルをチャネル幅方向に重ねることで、トランジスタを配置するための面積をシングルハイトセルに比べて2倍以上確保可能なセルである。トリプルハイトセルとは、3つのセルをチャネル幅方向に重ねることで、トランジスタを配置するための面積をシングルハイトセルに比べて3倍以上確保可能なセルである。
第1の実施形態に係る半導体集積回路100は、図1に示すように、第1の電源線(VDD1)10、第2の電源線(VSS2)12、第3の電源線(VSS3)14、及び第4の電源線(VDD4)16を備える。第1の電源線(VDD1)10及び第2の電源線(VSS2)12は、X方向に延伸し、互いに離隔して配置されている。第3の電源線(VSS3)14は、X方向に直交するY方向に第1の電源線10と平行に隣接して配置され、第2の電源線12と同電位を有する。第4の電源線(VDD4)16は、マイナスY方向に第2の電源線12と平行に隣接して配置され、第1の電源線10と同電位を有する。
更に、第1の実施形態に係る半導体集積回路100は、図1に示すように、第1のトランジスタPMOS1、第2のトランジスタNMOS2、第3のトランジスタNMOS3、及び第4のトランジスタPMOS4を備える。第1のトランジスタPMOS1は、第1の電源線10の下方(マイナスZ方向)に配置される。第1のトランジスタPMOS1は、Y方向及びマイナスY方向に延伸して配置された第1の導電型の第1の活性領域18を有する。第2のトランジスタNMOS2は、第2の電源線12の下方(マイナスZ方向)に配置される。第2のトランジスタNMOS2は、Y方向及びマイナスY方向に延伸して配置された第2の導電型の第2の活性領域20を有する。第3のトランジスタNMOS3は、第1の活性領域18と第3の電源線14の間に配置され、第2の導電型の第3の活性領域22を有する。第4のトランジスタPMOS4は、第2の活性領域20と第4の電源線16の間に配置され、第1の導電型の第4の活性領域24を有する。
第1の実施形態に係る半導体集積回路100は、図1に示すように、Y方向に延伸する電極34、電極36、電極33、及び電極35を備える。電極34は、第3の活性領域22と第3の電源線14を電気的に接続する。電極36は、第4の活性領域24と第4の電源線16を電気的に接続する。電極34は、コンタクト電極CN3を介して第3の活性領域22と電気的に接続されている。電極36は、コンタクト電極CP4を介して第4の活性領域24と電気的に接続されている。更に、電極34は、VIA電極VIAN3を介して第3の電源線14と電気的に接続されている。電極36は、VIA電極VIAP4を介して第4の電源線16と電気的に接続されている。電極33は、コンタクト電極CP331及びCP332を介して第1の活性領域18と電気的に接続されている。電極35は、コンタクト電極CN351及びCN352を介して第2の活性領域20と電気的に接続されている。更に、電極33は、VIA電極VIAP1を介して第1の電源線10と電気的に接続されている。電極35は、VIA電極VIAN2を介して第2の電源線12と電気的に接続されている。以上の構成により、第1のトランジスタPMOS1及び第4のトランジスタPMOS4の主電極の一方であるソースは電源電圧VDDに接続され、第2のトランジスタNMOS2及び第3のトランジスタNMOS3の主電極の一方であるソースは電源電圧VSSに接続される。第1の実施形態に係る半導体集積回路100は、後述する図9の回路表示と同様に、第1のトランジスタPMOS1と第2のトランジスタNMOS2とから構成される第1のCMOSインバータと、第4のトランジスタPMOS4と第3のトランジスタNMOS3とから構成される第2のCMOSインバータとの並列回路として表すことができる。
図2Aは、図1のI-I線に沿う断面図である。図2Aは、Y方向に延伸する共通電極26に沿って切断した構造に対応している。
第1の実施形態に係る半導体集積回路100は、図1及び図2Aに示すように、第1の活性領域18、第2の活性領域20、第3の活性領域22、及び第4の活性領域24を接続する共通電極26を備える。共通電極26は、Y方向に延伸して配置されている。第1の実施形態に係る半導体集積回路100の論理回路の出力は、共通電極26より得られる。ここで、共通電極26は、金属層で形成可能である。共通電極26と第1の活性領域18は、コンタクト電極CP2、及びCP3を介して接続される。共通電極26と第2の活性領域20は、コンタクト電極CN4、及びCN5を介して接続される。共通電極26と第3の活性領域22は、コンタクト電極CN1を介して接続される。共通電極26と第4の活性領域24は、コンタクト電極CP6を介して接続される。以上の構成により、第1のトランジスタPMOS1及び第4のトランジスタPMOS4の主電極の他方であるドレインは共通電極26に接続され、第2のトランジスタNMOS2及び第3のトランジスタNMOS3の主電極の他方であるドレインも共通電極26に接続される。尚、共通電極26は、図1に示すように、出力OUTに接続される。
また、図1及び図2Aに示すように、第1の活性領域18と第2の活性領域20との間、第1の活性領域18と第3の活性領域22との間、及び第2の活性領域20と前記第4の活性領域24との間には、絶縁層52が配置されている。ここで、絶縁層52は、互いの領域を絶縁分離するための絶縁層であり、例えば、シャロ-トレンチアイソレーション(STI:Shallow Trench Isolation)で形成可能である。また、絶縁層52は、基板50と第3の活性領域22との間、及び基板50と第4の活性領域24との間にも配置されている。
また、第1の実施形態に係る半導体集積回路100は、図1及び図2Aに示すように、基板50と、基板50に配置され、第1の活性領域18を有する第2の導電型の第1ウェル領域(Nwell1)40と、基板50に配置され、第2の活性領域20を有する第1の導電型の第2ウェル領域(Pwell2)42と、基板50に配置され、第3の活性領域22を有する第1の導電型の第3ウェル領域(Pwell3)44と、基板50に配置され、第4の活性領域24を有する第2の導電型の第4ウェル領域(Nwell4)46と、を備える。尚、基板50は、例えば、第1の導電型の半導体で形成される。
また、図2Aに示すように、基板50に対して、共通電極26は第1層目のメタル層として配置され、第1の電源線10、第2の電源線12、第3の電源線14及び第4の電源線16は、第2層目のメタル層として配置される。基板50と共通電極26との間、基板50と第1の電源線10、第2の電源線12、第3の電源線14及び第4の電源線16との間には、層間絶縁層54が配置されている。ここで、層間絶縁層54は、例えば、酸化膜、窒化膜、TEOS(テトラエトキシシラン:Tetraethoxysilane)等の絶縁層で形成可能である。
図2Bは、図1のII-II線に沿う断面図である。図2Bは、Y方向に延伸する制御電極(PG2)282に沿って切断した構造に対応している。
第1の実施形態に係る半導体集積回路100は、図1及び図2Bに示すように、第1の活性領域18、第2の活性領域20、第3の活性領域22、及び第4の活性領域24上にY方向に延伸して配置された制御電極(PG2)282を備える。また、図2Bに示すように、制御電極282上には、コンタクト電極CPG2が配置されている。さらに、コンタクト電極CPG2上には、入力電極372が配置されている。ここで、第1の活性領域18、第2の活性領域20、第3の活性領域22、及び第4の活性領域24上には、制御電極(PG2)282との間にゲート酸化膜が形成されているが、図示は省略している。第1のトランジスタPMOS1は、第1の活性領域18と制御電極282を備える。第2のトランジスタNMOS2は、第2の活性領域20と制御電極282を備える。第3のトランジスタNMOS3は、第3の活性領域22と制御電極282を備える。第4のトランジスタPMOS4は、第4の活性領域24と制御電極282を備える。
また、図1に示すように、制御電極282に隣接して平行に、Y方向に延伸して配置された制御電極(PG1)281及び制御電極(PG3)283を備えていても良い。すなわち、制御電極は、複数本互いに並行にY方向に延伸して配置されていても良い。第1の実施形態に係る半導体集積回路100は、制御電極が1本の場合には、例えば、インバータを構成することができる。制御電極が2本の場合には、例えば、2入力NANDゲートを構成可能である。制御電極281、制御電極282及び制御電極283は、例えば、ポリシリコン層で形成されている。ここで、第1の活性領域18、第2の活性領域20、第3の活性領域22、及び第4の活性領域24上には、制御電極281、及び制御電極283との間にもゲート酸化膜が形成されている。第1の実施形態に係る半導体集積回路100は、図1及び図2Bに示すように、制御電極281、282及び283上に配置されたコンタクト電極CPG1、CPG2、CPG3と、コンタクト電極CPG1、CPG2、CPG3上に配置された入力電極371、372、373を備える。入力電極371、372、373は、それぞれコンタクト電極CPG1、CPG2、CPG3を介して制御電極281、282、283と電気的に接続されている。入力電極371、372、373は、制御電極281、282、283毎に別々の入力として構成されていても良い。例えば、インバータ構成の場合には、入力電極371、372、373に電圧VDD(VSS)が入力されると、出力OUTでは、電圧VSS(VDD)が得られる。
図3Aは、図1のIII-III線に沿う断面図である。図3Aは、X方向に延伸する第3の電源線14に沿って切断した構造に対応している。第1の実施形態に係る半導体集積回路100は、図1及び図3Aに示すように、基板50と、基板50上に配置された第3ウェル領域44と、第3ウェル領域44上に配置された絶縁層52と、絶縁層52上に層間絶縁層54を介して配置された第3の電源線14とを備える。図3Aに示すように、層間絶縁層54中には電極34が埋め込まれており、電極34は、VIA電極VIAN3を介して第3の電源線14と電気的に接続されている。電極34は、第1層目のメタル層として配置されている。
図3Bは、図1のIV-IV線に沿う断面図である。図3Bは、X方向に延伸する第3の活性領域22に沿って切断した構造に対応している。第1の実施形態に係る半導体集積回路100は、図1及び図3Bに示すように、基板50と、基板50上に配置された第3ウェル領域44と、第3ウェル領域44上に配置された第3の活性領域22と、第3の活性領域22上に配置された制御電極281、制御電極282、制御電極283、コンタクト電極CN1、及びコンタクト電極CN3と、コンタクト電極CN1上に配置された共通電極26と、コンタクト電極CN3上に配置された電極34とを備える。ここで、第3の活性領域22上には、制御電極281と制御電極282と制御電極283の間にゲート酸化膜が形成されているが、図示は省略している。第3の活性領域22は、基板50との間が絶縁層52により分離されている。また、第3の活性領域22上には層間絶縁層54が配置されている。
図1のVIII-VIII線に沿う断面図も図3Bと同様に表される。したがって、図3Bは、X方向に延伸する第2の活性領域20に沿って切断した構造にも対応している。第1の実施形態に係る半導体集積回路100は、図1及び図3Bに示すように、基板50と、基板50上に配置された第2ウェル領域42と、第2ウェル領域42上に配置された第2の活性領域20と、第2の活性領域20上に配置された制御電極281、制御電極282、制御電極283、コンタクト電極CN5、及びコンタクト電極CN352と、コンタクト電極CN5上に配置された共通電極26と、コンタクト電極CN352上に配置された電極35とを備える。第2の活性領域20は、基板50との間が絶縁層52により分離されている。また、第2の活性領域20上には層間絶縁層54が配置されている。
図3Cは、図1のV-V線に沿う断面図である。図3Cは、X方向に延伸する第1の活性領域18に沿って切断した構造に対応している。第1の実施形態に係る半導体集積回路100は、図1及び図3Cに示すように、基板50と、基板50上に配置された第1ウェル領域40と、第1ウェル領域40上に配置された第1の活性領域18と、第1の活性領域18上に配置された制御電極281、制御電極282、制御電極283、コンタクト電極CP2、及びコンタクト電極CP331と、コンタクト電極CP2上に配置された共通電極26と、コンタクト電極CP331上に配置された電極33とを備える。ここで、第1の活性領域18上には、制御電極281と制御電極282と制御電極283との間にゲート酸化膜が形成されているが、図示は省略している。第1の活性領域18は、基板50との間が絶縁層52により分離されている。また、第1の活性領域18上には層間絶縁層54が配置されている。
図1のIX-IX線に沿う断面図も図3Cと同様に表される。したがって、図3Cは、X方向に延伸する第4の活性領域24に沿って切断した構造にも対応している。第1の実施形態に係る半導体集積回路100は、図1及び図3Cに示すように、基板50と、基板50上に配置された第4ウェル領域46と、第4ウェル領域46上に配置された第4の活性領域24と、第4の活性領域24上に配置された制御電極281、制御電極282、制御電極283、コンタクト電極CP6、及びコンタクト電極CP4と、コンタクト電極CP6上に配置された共通電極26と、コンタクト電極CP4上に配置された電極36とを備える。第4の活性領域24は、基板50との間が絶縁層52により分離されている。また、第4の活性領域24上には層間絶縁層54が配置されている。
図3Dは、図1のVI-VI線に沿う断面図である。図3Dは、X方向に延伸する第1の電源線10に沿って切断した構造に対応している。第1の実施形態に係る半導体集積回路100は、図1及び図3Dに示すように、基板50と、基板50上に配置された第1ウェル領域40と、第1ウェル領域40上に配置された第1の活性領域18と、第1の活性領域18上に配置された制御電極281、制御電極282、及び制御電極283とを備える。ここで、第1の活性領域18上には、制御電極281と制御電極282と制御電極283の間にゲート酸化膜が形成されているが、図示は省略している。第1の活性領域18は、基板50との間が絶縁層52により分離されている。また、第1の活性領域18上には層間絶縁層54が配置されている。層間絶縁層54内には、共通電極26が、第1層目のメタル層として配置されている。更に、層間絶縁層54上には、第1の電源線10が、第2層目のメタル層として配置されている。また、層間絶縁層54内には、電極33が、第1層目のメタル層として配置されている。更に、電極33上には、VIA電極VIAP1が配置され、第1の電源線10と接続されている。
図3Eは、図1のVII-VII線に沿う断面図である。図3Eは、X方向に延伸する第2の電源線12に沿って切断した構造に対応している。第1の実施形態に係る半導体集積回路100は、図1及び図3Eに示すように、基板50と、基板50上に配置された第2ウェル領域42と、第2ウェル領域42上に配置された第2の活性領域20と、第2の活性領域20上に配置された制御電極281、制御電極282、及び制御電極283とを備える。ここで、第2の活性領域20には、制御電極281と制御電極282と制御電極283の間にゲート酸化膜が形成されているが、図示は省略している。第2の活性領域20は、基板50との間が絶縁層52により分離されている。また、第2の活性領域20上には層間絶縁層54が配置されている。層間絶縁層54内には、共通電極26が、第1層目のメタル層として配置されている。更に、層間絶縁層54上には、第2の電源線12が、第2層目のメタル層として配置されている。また、層間絶縁層54内には、電極35が、第1層目のメタル層として配置されている。更に、電極35上には、VIA電極VIAN2が配置され、第2の電源線12と接続されている。
図3Fは、図1のX-X線に沿う断面図である。図3Fは、X方向に延伸する第4の電源線16に沿って切断した構造に対応している。第1の実施形態に係る半導体集積回路100は、図1及び図3Fに示すように、基板50と、基板50上に配置された第4ウェル領域46と、第4ウェル領域46上に配置された絶縁層52と、絶縁層52上に層間絶縁層54を介して配置された第4の電源線16とを備える。また、層間絶縁層54内には、電極36が、第1層目のメタル層として配置されている。更に、電極36上には、VIA電極VIAP4が配置され、第4の電源線16と接続されている。
第1の実施形態に係る半導体集積回路100は、第1のトランジスタPMOS1及び第2のトランジスタNMOS2からなるダブルハイトのセル構造に対して、第3のトランジスタNMOS3、及び第4のトランジスタPMOS4を配置することでトリプルハイトのセル構造を形成している。第3のトランジスタNMOS3は、第1の活性領域18と第3の電源線14の間に配置され、第2の導電型の第3の活性領域22を有する。第4のトランジスタPMOS4は、第2の活性領域20と第4の電源線16の間に配置され、第1の導電型の第4の活性領域24を有する。このため、ダブルハイトのセル構造では不活性領域であった使用しない領域を第3の活性領域22及び第4の活性領域24とすることができ、スタンダードセルのセルパターンの面積効率を改善することできる。
更に、図1に示すように、第1のトランジスタPMOS1は、第1の電源線10の下方にY方向及びマイナスY方向に延伸して配置された第1の導電型の第1の活性領域18を有する。第2のトランジスタNMOS2は、第2の電源線12の下方にY方向及びマイナスY方向に延伸して配置された第2の導電型の第2の活性領域20を有する。第1のトランジスタPMOS1では、第1の電源線10の下方に配置される第1の活性領域18の部分もゲート幅に寄与しており、第2のトランジスタNMOS2では、第2の電源線12の下方に配置される第2の活性領域20の部分もゲート幅に寄与している。このため、トランジスタのゲート幅を比較すると、第1のトランジスタPMOS1及び第2のトランジスタNMOS2のゲート幅は、第3のトランジスタNMOS3及び第4のトランジスタPMOS4のゲート幅に比べ、例えば約3倍程度大きい。このため、第1の実施形態に係る半導体集積回路100は、第1のトランジスタPMOS1及び第2のトランジスタNMOS2の実効的なゲート幅を増やすことができ、駆動能力を増大することができる。
(第1の実施形態の効果)
第1の実施形態に係る半導体集積回路は、スタンダードセルのセルパターンの面積効率を改善することできる。
第1の実施形態に係る半導体集積回路は、スタンダードセルのセルパターンの面積効率を改善することできる。
(第2の実施形態)
図4は、第2の実施形態に係る半導体集積回路102の平面パターン構成図である。以下の説明においては、第1の実施形態に係る半導体集積回路100と異なる構成部分について説明し、同じ構成部分については、説明を省略する。入力電極371、372、373、及び出力OUTについても図1と同様に表されるが、図4では図示を省略している。
図4は、第2の実施形態に係る半導体集積回路102の平面パターン構成図である。以下の説明においては、第1の実施形態に係る半導体集積回路100と異なる構成部分について説明し、同じ構成部分については、説明を省略する。入力電極371、372、373、及び出力OUTについても図1と同様に表されるが、図4では図示を省略している。
第2の実施形態に係る半導体集積回路102は、図4に示すように、電極(MN1)301~303及び電極(MP2)321~323を備える。電極301~303は、互いに平行にY方向に延伸し、第3の活性領域22と第1の電源線10を電気的に接続している。電極321~323は、互いに平行にY方向に延伸し、第4の活性領域24と第2の電源線12を電気的に接続している。また、第2の実施形態に係る半導体集積回路102は、図4に示すように、Y方向に延伸する電極33、及び電極35を備える。電極33は、コンタクト電極CP331及びCP332を介して第1の活性領域18と電気的に接続されている。電極35は、コンタクト電極CN351及びCN352を介して第2の活性領域20と電気的に接続されている。更に、電極33は、VIA電極VIAP1を介して第1の電源線10と電気的に接続されている。電極35は、VIA電極VIAN2を介して第2の電源線12と電気的に接続されている。以上の構成により、第1のトランジスタPMOS1の主電極の一方であるソースは電源電圧VDDに接続され、第2のトランジスタNMOS2の主電極の一方であるソースは電源電圧VSSに接続される。第1のトランジスタPMOS1の主電極の他方であるドレインは共通電極26に接続され、第2のトランジスタNMOS2の主電極の他方であるドレインも共通電極26に接続される。
図5は、図4のXI-XI線に沿う断面図である。第2の実施形態に係る半導体集積回路102は、図4及び図5に示すように、基板50と、基板50上に配置された第1ウェル領域40、第2ウェル領域42、第3ウェル領域44、及び第4ウェル領域46、を備える。第1の活性領域18は、第1ウェル領域40上に配置されている。第2の活性領域20は、第2ウェル領域42上に配置されている。第3の活性領域22は、第3ウェル領域44上に配置されている。第4の活性領域24は、第4ウェル領域46上に配置されている。
更に、第2の実施形態に係る半導体集積回路102は、図4及び図5に示すように、第3の活性領域22上に配置されたコンタクト電極CN3、第4の活性領域24上に配置されたコンタクト電極CP4を備える。コンタクト電極CN3上には、電極302が配置されている。コンタクト電極CP4上には、電極322が配置されている。
更に、第2の実施形態に係る半導体集積回路102は、図4及び図5に示すように、電極302上に配置されたVIA電極VIAN1と、電極322上に配置されたVIA電極VIAP2と、VIA電極VIAN1上に配置された第1の電源線10と、VIA電極VIAP2上に配置された第2の電源線12と、を備える。
第3の活性領域22は、コンタクト電極CN3を介して電極302と電気的に接続されている。また、第4の活性領域24は、コンタクト電極CP4を介して電極322と電気的に接続されている。電極302は、VIA電極VIAN1を介して、第1の電源線10と電気的に接続されている。電極322は、VIA電極VIAP2を介して、第2の電源線12と電気的に接続されている。
また、第2の実施形態に係る半導体集積回路102は、図4に示すように、第1の活性領域18、第2の活性領域20、第3の活性領域22、及び第4の活性領域24上にY方向に延伸して互いに平行に配置された制御電極281、282、283を備える。第1のトランジスタPMOS1は、第1の活性領域18と制御電極281、282、283を備える。第2のトランジスタNMOS2は、第2の活性領域20と制御電極281、282、283を備える。第3のトランジスタNMOS3は、第3の活性領域22と制御電極281、282、283を備える。第4のトランジスタPMOS4は、第4の活性領域24と制御電極281、282、283を備える。
また、第2の実施形態に係る半導体集積回路102は、図4及び図5に示すように、第1の活性領域18と第2の活性領域20との間、第1の活性領域18と第3の活性領域22との間、及び第2の活性領域20と前記第4の活性領域24との間に配置された分離用の絶縁層52を備える。また、絶縁層52は、基板50と第3の活性領域22との間、及び基板50と第4の活性領域24との間にも配置されている。
また、第2の実施形態に係る半導体集積回路102は、図4に示すように、第1の活性領域18、及び第2の活性領域20を接続する共通電極26を備える。第2の実施形態に係る半導体集積回路102の論理回路の出力は、共通電極26より得られる。共通電極26と第1の活性領域18は、コンタクト電極CP2、CP3を介して接続される。共通電極26と第2の活性領域20は、コンタクト電極CN4、CN5を介して接続される。第2実施形態に係る半導体集積回路102は、後述する図13の回路表示と同様に、第1のトランジスタPMOS1と第2のトランジスタNMOS2とから構成される相補型CMOS(Complementary MOS)インバータとして表すことができる。
また、基板50に対して、共通電極26、電極301~303、及び電極321~323は第1層目のメタル層として配置され、第1の電源線10、第2の電源線12、第3の電源線14及び第4の電源線16は、第2層目のメタル層として配置される。基板50と共通電極26との間、基板50と第1の電源線10、第2の電源線12、第3の電源線14及び第4の電源線16との間には、層間絶縁層54が配置されている。
(キャパシタ)
第2の実施形態に係る半導体集積回路102は、図5に示すように、第1ウェル領域40及び第4ウェル領域46は、第1の電源線10及び第4の電源線16と同電位の電圧VDDに接続され、第2ウェル領域42及び第3ウェル領域44は、第2の電源線12及び第3の電源線14と同電位の電圧VSSに接続されている。この結果として、第3の活性領域22は、第3ウェル領域44との間にpn接合からなる第1のキャパシタを形成している。また、第4の活性領域24は、第4ウェル領域46との間にpn接合からなる第2のキャパシタを形成している。すなわち、第2の実施形態に係る半導体集積回路102は、スタンダードセル内において、Y方向の中央に配置される第1の電源線10及び第2の電源線12にキャパシタを接続している。
第2の実施形態に係る半導体集積回路102は、図5に示すように、第1ウェル領域40及び第4ウェル領域46は、第1の電源線10及び第4の電源線16と同電位の電圧VDDに接続され、第2ウェル領域42及び第3ウェル領域44は、第2の電源線12及び第3の電源線14と同電位の電圧VSSに接続されている。この結果として、第3の活性領域22は、第3ウェル領域44との間にpn接合からなる第1のキャパシタを形成している。また、第4の活性領域24は、第4ウェル領域46との間にpn接合からなる第2のキャパシタを形成している。すなわち、第2の実施形態に係る半導体集積回路102は、スタンダードセル内において、Y方向の中央に配置される第1の電源線10及び第2の電源線12にキャパシタを接続している。
第2の実施形態に係る半導体集積回路102は、第1のトランジスタPMOS1及び第2のトランジスタNMOS2からなるダブルハイトのセル構造に対して、第3のトランジスタNMOS3、及び第4のトランジスタPMOS4を配置することでトリプルハイトのセル構造を形成している。更に、第3の活性領域22、及び第4の活性領域24の配置領域に第1のキャパシタ及び第2のキャパシタを形成している。このため、ダブルハイトのセル構造では不活性領域であった使用しない領域を第3の活性領域22及び第4の活性領域24とすると共に、キャパシタの配置領域とすることができ、スタンダードセルのセルパターンの面積効率を改善することができる。すなわち、例えば、XY方向に複数のスタンダードセルを配置したロジックのブロック内で他のスペースに別途配置していたキャパシタをスタンダードセルのセルパターン内に効率的に配置することが可能となり面積効率を改善することができる。また、第3の電源線14と第4の電源線16は、第2の実施形態に係る半導体集積回路102内では接続されておらず、配置配線プログラム等で必要なければ無くても良い。また、図4では電極301~303と33、電極321~323と35、VIA電極VIAN1とVIAP1、VIA電極VIAP2とVIAN2は別電極として図示したが、それぞれ同じ電源電圧に接続されているため共通化しても良い。
第2の実施形態に係る半導体集積回路ではスタンダードセル内にキャパシタを電源と接地間に挿入して、内部の急激なピーク電流に対してキャパシタから電流が供給されるようにして電源電圧降下を抑制することができ、電源の揺れを抑えることができる。
(第2の実施形態の効果)
第2の実施形態に係る半導体集積回路では、スタンダードセルのセルパターンの面積効率を改善することできる。また、スタンダードセル内にキャパシタを配置することで、回路速度と動作の安定性を高めることができる。
第2の実施形態に係る半導体集積回路では、スタンダードセルのセルパターンの面積効率を改善することできる。また、スタンダードセル内にキャパシタを配置することで、回路速度と動作の安定性を高めることができる。
(第3の実施形態)
図6Aは、第3の実施形態に係る半導体集積回路104の平面パターン構成図である。以下の説明においては、第1の実施形態に係る半導体集積回路100と異なる構成部分について説明し、同じ構成部分については、説明を省略する。入力電極371、372、373、及び出力OUTについても図1と同様に表されるが、図6Aでは図示を省略している。
図6Aは、第3の実施形態に係る半導体集積回路104の平面パターン構成図である。以下の説明においては、第1の実施形態に係る半導体集積回路100と異なる構成部分について説明し、同じ構成部分については、説明を省略する。入力電極371、372、373、及び出力OUTについても図1と同様に表されるが、図6Aでは図示を省略している。
第3の実施形態に係る半導体集積回路104は、図6Aに示すように、Y方向に延伸する電極(MN3)341~344と、電極(MP4)361~364を備える。電極341~344は、互いに平行にY方向に延伸し、第3の活性領域22と第3の電源線14を電気的に接続している。電極361~364は、互いに平行にY方向に延伸し、第4の活性領域24と第4の電源線16を電気的に接続している。また、第3の実施形態に係る半導体集積回路104は、図6Aに示すように、Y方向に延伸する電極33、及び電極35を備える。電極33は、コンタクト電極CP331及びCP332を介して第1の活性領域18と電気的に接続されている。電極35は、コンタクト電極CP351及びCP352を介して第2の活性領域20と電気的に接続されている。更に、電極33は、VIA電極VIAP1を介して第1の電源線10と電気的に接続されている。電極35は、VIA電極VIAN2を介して第2の電源線12と電気的に接続されている。以上の構成により、第1のトランジスタPMOS1の主電極の一方であるソースは電源電圧VDDに接続され、第2のトランジスタNMOS2の主電極の一方であるソースは電源電圧VSSに接続される。第1のトランジスタPMOS1の主電極の他方であるドレインは共通電極26に接続され、第2のトランジスタNMOS2の主電極の他方であるドレインも共通電極26に接続される。
図7は、図6AのXII-XII線に沿う断面図である。第3の実施形態に係る半導体集積回路104は、図6A及び図7に示すように、基板50と、基板50上に配置された第1ウェル領域40、第2ウェル領域42、第3ウェル領域44、及び第4ウェル領域46、を備える。第1の活性領域18は、第1ウェル領域40上に配置されている。第2の活性領域20は、第2ウェル領域42上に配置されている。第3の活性領域22は、第3ウェル領域44上に配置されている。第4の活性領域24は、第4ウェル領域46上に配置されている。
更に、第3の実施形態に係る半導体集積回路104は、図6A及び図7に示すように、第3の活性領域22上に配置されたコンタクト電極CN3、第4の活性領域24上に配置されたコンタクト電極CP4を備える。コンタクト電極CN3上には、電極341~344が配置されている。コンタクト電極CP4上には、電極361~364が配置されている。
更に、第3の実施形態に係る半導体集積回路104は、図6A及び図7に示すように、電極341~344上に配置されたVIA電極VIAN3と、電極361~364上に配置されたVIA電極VIAP4と、VIA電極VIAN3上に配置された第3の電源線14と、VIA電極VIAP4上に配置された第4の電源線16と、を備える。
第3の活性領域22は、コンタクト電極CN3を介して電極341~344と電気的に接続されている。また、第4の活性領域24は、コンタクト電極CP4を介して電極361~364と電気的に接続されている。電極341~344は、VIA電極VIAN3を介して、第3の電源線14と電気的に接続されている。電極361~364は、VIA電極VIAP4を介して、第4の電源線16と電気的に接続されている。
また、第3の実施形態に係る半導体集積回路104は、図6Aに示すように、第1の活性領域18、第2の活性領域20、第3の活性領域22、及び第4の活性領域24上にY方向に延伸して互いに平行に配置された制御電極281、282、283を備える。第1のトランジスタPMOS1は、第1の活性領域18と制御電極281、282、283を備える。第2のトランジスタNMOS2は、第2の活性領域20と制御電極281、282、283を備える。第3のトランジスタNMOS3は、第3の活性領域22と制御電極281、282、283を備える。第4のトランジスタPMOS4は、第4の活性領域24と制御電極281、282、283を備える。
また、第3の実施形態に係る半導体集積回路104は、図6A及び図7に示すように、第1の活性領域18と第2の活性領域20との間、第1の活性領域18と第3の活性領域22との間、及び第2の活性領域20と前記第4の活性領域24との間に配置された絶縁層52を備える。また、絶縁層52は、基板50と第3の活性領域22との間、及び基板50と第4の活性領域24との間にも配置されている。
また、第3の実施形態に係る半導体集積回路104は、図6Aに示すように、第1の活性領域18、及び第2の活性領域20を接続する共通電極26Aを備える。第3の実施形態に係る半導体集積回路104の論理回路の出力は、共通電極26Aより得られる。共通電極26Aと第1の活性領域18は、コンタクト電極CP2、CP3を介して接続される。共通電極26Aと第2の活性領域20は、コンタクト電極CN4、CN5を介して接続される。第3の実施形態に係る半導体集積回路104は、後述する図13の回路表示と同様に、第1のトランジスタPMOS1と第2のトランジスタNMOS2とから構成されるCMOSインバータとして表すことができる。
また、基板50に対して、共通電極26A、電極341~344、及び電極361~364は第1層目のメタル層として配置され、第1の電源線10、第2の電源線12、第3の電源線14及び第4の電源線16は、第2層目のメタル層として配置される。基板50と共通電極26との間、基板50と第1の電源線10、第2の電源線12、第3の電源線14及び第4の電源線16との間には、層間絶縁層54が配置されている。
(キャパシタ)
図7に示すように、第3の実施形態に係る半導体集積回路104において、第1ウェル領域40及び第4ウェル領域46は、第1の電源線10及び第4の電源線16と同電位の電圧VDDに接続され、第2ウェル領域42及び第3ウェル領域44は、第2の電源線12及び第3の電源線14と同電位の電圧VSSに接続されている。この結果として、第3の活性領域22は、第3ウェル領域44との間にpn接合からなる第3のキャパシタを形成している。また、第4の活性領域24は、第4ウェル領域46との間にpn接合からなる第4のキャパシタを形成している。すなわち、第3の実施形態に係る半導体集積回路104は、スタンダードセル内において、Y方向の上下に配置される第3の電源線14及び第4の電源線16にキャパシタを接続している。
図7に示すように、第3の実施形態に係る半導体集積回路104において、第1ウェル領域40及び第4ウェル領域46は、第1の電源線10及び第4の電源線16と同電位の電圧VDDに接続され、第2ウェル領域42及び第3ウェル領域44は、第2の電源線12及び第3の電源線14と同電位の電圧VSSに接続されている。この結果として、第3の活性領域22は、第3ウェル領域44との間にpn接合からなる第3のキャパシタを形成している。また、第4の活性領域24は、第4ウェル領域46との間にpn接合からなる第4のキャパシタを形成している。すなわち、第3の実施形態に係る半導体集積回路104は、スタンダードセル内において、Y方向の上下に配置される第3の電源線14及び第4の電源線16にキャパシタを接続している。
第3の実施形態に係る半導体集積回路104は、第1のトランジスタPMOS1及び第2のトランジスタNMOS2からなるダブルハイトのセル構造に対して、第3のトランジスタNMOS3、及び第4のトランジスタPMOS4を配置することでトリプルハイトのセル構造を形成している。更に、第3の活性領域22、及び第4の活性領域24の配置領域に第3のキャパシタ及び第4のキャパシタを形成している。このため、ダブルハイトのセル構造では不活性領域であった使用しない領域を第3の活性領域22及び第4の活性領域24とすると共に、キャパシタの配置領域とすることができ、スタンダードセルのセルパターンの面積効率を改善することができる。
(第3の実施形態の効果)
第3の実施形態に係る半導体集積回路では、スタンダードセルのセルパターンの面積効率を改善することできる。また、スタンダードセル内にキャパシタを配置することで、回路速度と動作の安定性を高めることができる。
第3の実施形態に係る半導体集積回路では、スタンダードセルのセルパターンの面積効率を改善することできる。また、スタンダードセル内にキャパシタを配置することで、回路速度と動作の安定性を高めることができる。
(第3の実施形態の変形例)
図6Bは、第3の実施形態の変形例に係る半導体集積回路106の平面パターン構成図である。以下の説明においては、第3の実施形態に係る半導体集積回路104と異なる構成部分について説明し、同じ構成部分については、説明を省略する。入力電極371、372、373、及び出力OUTについても図1と同様に表されるが、図6Bでは図示を省略している。
図6Bは、第3の実施形態の変形例に係る半導体集積回路106の平面パターン構成図である。以下の説明においては、第3の実施形態に係る半導体集積回路104と異なる構成部分について説明し、同じ構成部分については、説明を省略する。入力電極371、372、373、及び出力OUTについても図1と同様に表されるが、図6Bでは図示を省略している。
第3の実施形態の変形例に係る半導体集積回路106は、図6Bに示すように、Y方向に延伸し、第3の活性領域22と第3の電源線14を電気的に接続する電極342~344と、Y方向に延伸し、第4の活性領域24と第4の電源線16を電気的に接続する電極362~364とを備える。
また、第3の実施形態の変形例に係る半導体集積回路106は、図6Bに示すように、第1の活性領域18、第2の活性領域20、第3の活性領域22、及び第4の活性領域24を接続する共通電極26Bを備える。共通電極26Bと第1の活性領域18は、コンタクト電極CP2、CP3を介して電気的に接続される。共通電極26Bと第2の活性領域20は、コンタクト電極CN4、CN5を介して電気的に接続される。共通電極26Bと第3の活性領域22は、コンタクト電極CN1を介して電気的に接続される。共通電極26Bと第4の活性領域24は、コンタクト電極CP6を介して電気的に接続される。第3の実施形態の変形例に係る半導体集積回路106は、後述する図9の回路表示と同様に、第1のトランジスタPMOS1と第2のトランジスタNMOS2とから構成される第1のCMOSインバータと、第4のトランジスタPMOS4と第3のトランジスタNMOS3とから構成される第2のCMOSインバータとの並列回路として表すことができる。
第3の実施形態の変形例に係る半導体集積回路106においても図6BのXII-XII線に沿う断面図は、図7と同様であるため、断面構造の説明は省略する。また、第3の実施形態の変形例に係る半導体集積回路106において、共通電極26Bに沿ってY方向に切断した断面構造は、図1のI-I線に沿う断面構造、すなわち、図2Aと同様である。
第3の実施形態の変形例に係る半導体集積回路106においても第1ウェル領域40及び第4ウェル領域46は、第1の電源線10及び第4の電源線と同電位の電圧VDDに接続され、第2ウェル領域42及び第3ウェル領域44は、第2の電源線12及び第3の電源線14と同電位の電圧VSSに接続されている。
(キャパシタ)
第3の実施形態の変形例に係る半導体集積回路106においても第3の実施形態に係る半導体集積回路104と同様に、第3の活性領域22は、第3ウェル領域44との間にpn接合からなる第3のキャパシタを備え、第4の活性領域24は、第4ウェル領域46との間にpn接合からなる第4のキャパシタを備える。すなわち、第3の実施形態の変形例に係る半導体集積回路106も、スタンダードセル内において、Y方向の上下に配置される第3の電源線14及び第4の電源線16にキャパシタを接続している。
第3の実施形態の変形例に係る半導体集積回路106においても第3の実施形態に係る半導体集積回路104と同様に、第3の活性領域22は、第3ウェル領域44との間にpn接合からなる第3のキャパシタを備え、第4の活性領域24は、第4ウェル領域46との間にpn接合からなる第4のキャパシタを備える。すなわち、第3の実施形態の変形例に係る半導体集積回路106も、スタンダードセル内において、Y方向の上下に配置される第3の電源線14及び第4の電源線16にキャパシタを接続している。
第3の実施形態の変形例に係る半導体集積回路106は、第1のトランジスタPMOS1及び第2のトランジスタNMOS2からなるダブルハイトのセル構造に対して、第3のトランジスタNMOS3、及び第4のトランジスタPMOS4を配置することでトリプルハイトのセル構造を形成している。更に、第3の活性領域22、及び第4の活性領域24の配置領域に第3のキャパシタ及び第4のキャパシタを形成可能である。このため、ダブルハイトのセル構造では不活性領域であった使用しない領域を第3の活性領域22及び第4の活性領域24とすると共に、キャパシタの配置領域とすることができ、スタンダードセルのセルパターンの面積効率を改善することできる。
(第3の実施形態の変形例の効果)
第3の実施形態の変形例に係る半導体集積回路では、スタンダードセルのセルパターンの面積効率を改善することできる。また、スタンダードセル内にキャパシタを配置することで、回路速度と動作の安定性を高めることできる。
第3の実施形態の変形例に係る半導体集積回路では、スタンダードセルのセルパターンの面積効率を改善することできる。また、スタンダードセル内にキャパシタを配置することで、回路速度と動作の安定性を高めることできる。
(第4の実施形態)
図8は、第4の実施形態に係る半導体集積回路108の平面パターン構成図である。第4の実施形態に係る半導体集積回路108は、トリプルハイトのスタンダードセルであり、CMOSインバータのパターン構成に対応している。出力OUTについては、図1と同様に表されるが、図8では図示を省略している。
図8は、第4の実施形態に係る半導体集積回路108の平面パターン構成図である。第4の実施形態に係る半導体集積回路108は、トリプルハイトのスタンダードセルであり、CMOSインバータのパターン構成に対応している。出力OUTについては、図1と同様に表されるが、図8では図示を省略している。
第4の実施形態に係る半導体集積回路108は、図8に示すように、第1の電源線10、第2の電源線12、第3の電源線14、及び第4の電源線16を備える。第1の電源線10及び第2の電源線12は、X方向に延伸し、互いに離隔して配置されている。第3の電源線14は、X方向に直交するY方向に第1の電源線10と平行に隣接して配置され、第2の電源線12と同電位を有する。第4の電源線16は、マイナスY方向に第2の電源線12と平行に隣接して配置され、第1の電源線10と同電位を有する。
更に、第4の実施形態に係る半導体集積回路108は、図8に示すように、第1のトランジスタPMOS1、第2のトランジスタNMOS2、第3のトランジスタNMOS3、及び第4のトランジスタPMOS4を備える。第1のトランジスタPMOS1は、第1の電源線10の下方(マイナスZ方向)に配置される。第1のトランジスタPMOS1は、Y方向及びマイナスY方向に延伸して配置された第1の導電型の第1の活性領域18を有する。第2のトランジスタNMOS2は、第2の電源線12の下方(マイナスZ方向)に配置される。第2のトランジスタNMOS2は、Y方向及びマイナスY方向に延伸して配置された第2の導電型の第2の活性領域20を有する。第3のトランジスタNMOS3は、第1の活性領域18と第3の電源線14の間に配置され、第2の導電型の第3の活性領域22を有する。第4のトランジスタPMOS4は、第2の活性領域20と第4の電源線16の間に配置され、第1の導電型の第4の活性領域24を有する。
第4の実施形態に係る半導体集積回路108は、図8に示すように、Y方向に延伸する電極34、電極36、電極33、及び電極35を備える。電極34は、第3の活性領域22と第3の電源線14を電気的に接続する。電極36は、第4の活性領域24と第4の電源線16を電気的に接続する。電極33は、コンタクト電極CP331及びCP332を介して第1の活性領域18と電気的に接続されている。電極35は、コンタクト電極CP351及びCP352を介して第2の活性領域20と電気的に接続されている。更に、電極33は、VIA電極VIAP1を介して第1の電源線10と電気的に接続されている。電極35は、VIA電極VIAN2を介して第2の電源線12と電気的に接続されている。
図9は、第4の実施形態に係る半導体集積回路108の回路表示である。第4の実施形態に係る半導体集積回路108は、図9に示すように、第1のトランジスタPMOS1と第2のトランジスタNMOS2とから構成される第1のCMOSインバータと、第4のトランジスタPMOS4と第3のトランジスタNMOS3とから構成される第2のCMOSインバータとの並列回路として表すことができる。入力Aは、制御電極28に接続された入力電極37に接続されている。出力Bは、共通電極26に接続されている。
図10Aは、図8のXIII-XIII線に沿う断面図である。第4の実施形態に係る半導体集積回路108は、図8及び図10Aに示すように、基板50と、基板50上に配置された第1ウェル領域40、第2ウェル領域42、第3ウェル領域44、及び第4ウェル領域46を備える。第1の活性領域18は、第1ウェル領域40上に配置されている。第2の活性領域20は、第2ウェル領域42上に配置されている。第3の活性領域22は、第3ウェル領域44上に配置されている。第4の活性領域24は、第4ウェル領域46上に配置されている。第1の活性領域18上には、コンタクト電極CP331、CP332が配置されている。第2の活性領域20上には、コンタクト電極CN351、CN352が配置されている。第3の活性領域22上には、コンタクト電極CN3が配置されている。第4の活性領域24上には、コンタクト電極CP4が配置されている。コンタクト電極CP331、CP332上には、電極33が配置され、コンタクト電極CN351、CN352上には、電極35が配置されている。コンタクト電極CN3上には電極34が配置されている。コンタクト電極CP4上には電極36が配置されている。電極33上にはVIA電極VIAP1が配置されている。電極35上にはVIA電極VIAN2が配置されている。電極34上にはVIA電極VIAN3が配置されている。電極36上にはVIA電極VIAP4が配置されている。VIA電極VIAP1上には第1の電源線10が配置されている。VIA電極VIAN2上には第2の電源線12が配置されている。VIA電極VIAN3上には第3の電源線14が配置されている。VIA電極VIAP4上には第4の電源線16が配置されている。
第1の活性領域18は、コンタクト電極CP331、CP332を介して電極33と電気的に接続されている。また、第2の活性領域20は、コンタクト電極CN351、CN352を介して電極35と電気的に接続されている。電極33は、VIA電極VIAP1を介して、第1の電源線10と電気的に接続されている。電極35は、VIA電極VIAN2を介して、第2の電源線12と電気的に接続されている。
第3の活性領域22は、コンタクト電極CN3を介して電極34と電気的に接続されている。また、第4の活性領域24は、コンタクト電極CP4を介して電極36と電気的に接続されている。電極34は、VIA電極VIAN3を介して、第3の電源線14と電気的に接続されている。電極36は、VIA電極VIAP4を介して、第4の電源線16と電気的に接続されている。
図10Bは、図8のXIV-XIV線に沿う断面図である。図10Bは、Y方向に延伸する制御電極28に沿って切断した構造に対応している。第4の実施形態に係る半導体集積回路108は、図8及び図10Bに示すように、第1の活性領域18、第2の活性領域20、第3の活性領域22、及び第4の活性領域24上にY方向に延伸して配置された制御電極28を備える。ここで、第1の活性領域18、第2の活性領域20、第3の活性領域22、及び第4の活性領域24上には、制御電極28との間にゲート酸化膜が配置されるが、図示は省略している。第1のトランジスタPMOS1は、第1の活性領域18と制御電極28を備える。第2のトランジスタNMOS2は、第2の活性領域20と制御電極28を備える。第3のトランジスタNMOS3は、第3の活性領域22と制御電極28を備える。第4のトランジスタPMOS4は、第4の活性領域24と制御電極28を備える。また、第4の実施形態に係る半導体集積回路108は、図8及び図10Bに示すように、制御電極28上に配置されたコンタクト電極CPGと、コンタクト電極CPG上に配置された入力電極37を備える。入力電極37は、コンタクト電極CPGを介して制御電極28と電気的に接続されている。
また、第4の実施形態に係る半導体集積回路108は、図8に示すように、第1の活性領域18、第2の活性領域20、第3の活性領域22、及び第4の活性領域24を接続する共通電極26を備える。第4の実施形態に係る半導体集積回路108の論理回路の出力は、共通電極26より得られる。共通電極26と第1の活性領域18は、コンタクト電極CP2、CP3を介して電気的に接続される。共通電極26と第2の活性領域20は、コンタクト電極CN4、CN5を介して電気的に接続される。共通電極26と第3の活性領域22は、コンタクト電極CN1を介して電気的に接続される。共通電極26と第4の活性領域24は、コンタクト電極CP6を介して電気的に接続される。
また、基板50に対して、共通電極26、入力電極37、電極33、電極35、電極34、及び電極36は第1層目のメタル層として配置され、第1の電源線10、第2の電源線12、第3の電源線14及び第4の電源線16は、第2層目のメタル層として配置される。基板50と共通電極26との間、基板50と第1の電源線10、第2の電源線12、第3の電源線14及び第4の電源線16との間には、層間絶縁層54が配置されている。
図8及び図10Aに示すように、第4の実施形態に係る半導体集積回路108において、第1ウェル領域40及び第4ウェル領域46は、第1の電源線10及び第4の電源線と同電位の電圧VDDに接続され、第2ウェル領域42及び第3ウェル領域44は、第2の電源線12及び第3の電源線14と同電位の電圧VSSに接続されている。
第4の実施形態に係る半導体集積回路108は、第1のトランジスタPMOS1及び第2のトランジスタNMOS2からなるダブルハイトのセル構造に対して、第3のトランジスタNMOS3、及び第4のトランジスタPMOS4を配置することでトリプルハイトのCMOSインバータセルを形成している。このため、ダブルハイトのセル構造では不活性領域であった使用しない領域を第3の活性領域22及び第4の活性領域24とすることで、スタンダードセルのセルパターンの面積効率を改善することができる。
(エレクトロマイグレーション)
エレクトロマイグレーションとは、電気伝導体の中で移動する電子と金属原子の間で運動量の交換が行われるために、イオンが徐々に移動することにより材質の形状に欠損が生じる現象である。その効果は電流密度が高い場合に大きくなる。集積回路が微細化するにつれて、その影響が無視できなくなる。
エレクトロマイグレーションとは、電気伝導体の中で移動する電子と金属原子の間で運動量の交換が行われるために、イオンが徐々に移動することにより材質の形状に欠損が生じる現象である。その効果は電流密度が高い場合に大きくなる。集積回路が微細化するにつれて、その影響が無視できなくなる。
図11Aは、図8において、ハイレベル信号を出力した場合の電流経路の説明図である。ハイレベル信号を出力した場合は、図11Aに示すように、第1のトランジスタPMOS1のドレイン電圧VDDから出力Bに向かって電流I1が流れる。また、第4のトランジスタPMOS4のドレイン電圧VDDから出力Bに向かって電流I2が流れる。
図11Bは、図8において、ローレベル信号を出力した場合の電流経路の説明図である。ローレベル信号を出力した場合は、図11Bに示すように、出力Bから第2のトランジスタNMOS2のソース電圧VSSに向かって電流I4が流れる。また、出力Bから第3のトランジスタNMOS3のソース電圧VSSに向かって電流I3が流れる。
図11Cは、図8において、エレクトロマイグレーション(EM:electromigration)の抑制動作の説明図である。図8において、ハイレベル信号を出力した場合の電流I1、I2と、ローレベル信号を出力した場合の電流I3、I4では、図11Cに示すように双方向の矢印I13及びI24で示される部分において、電流が双方向に流れる。ハイレベル信号/ローレベル信号の出力を繰り返すと、電子の移動が戻るため、エレクトロマイグレーションが改善される。共通電極26上でプラスY方向及びマイナスY方向の双方向に流れる箇所が増えるためエレクトロマイグレーションが改善される。
(第4の実施形態の効果)
第4の実施形態に係る半導体集積回路では、CMOSインバータのスタンダードセルのセルパターンの面積効率を改善することができる。また、エレクトロマイグレーションを改善することができる。
第4の実施形態に係る半導体集積回路では、CMOSインバータのスタンダードセルのセルパターンの面積効率を改善することができる。また、エレクトロマイグレーションを改善することができる。
(第4の実施形態の変形例)
第4の実施形態の第1の変形例に係る半導体集積回路としては、例えば、図4に示された第2の実施の形態と同様に、第3の活性領域22を第1の電源線10に接続し、第4の活性領域24を第2の電源線12に接続して、スタンダードセル内において、Y方向の中央に配置される第1の電源線10及び第2の電源線12にキャパシタを接続した構成としても良い。この場合には、共通電極26は、図4と同様に、第3の活性領域22及び第4の活性領域24には接続されず、第1の活性領域18及び第2の活性領域20と接続される。第1のトランジスタPMOS1と第2のトランジスタNMOS2によるCMOSインバータの回路構成を確保するためである。また、第4の実施形態の第2の変形例に係る半導体集積回路としては、例えば、図6Aに示された第3の実施の形態と同様に、共通電極26を第3の活性領域22及び第4の活性領域24には接続せず、第1の活性領域18及び第2の活性領域20と接続する構成としても良い。
第4の実施形態の第1の変形例に係る半導体集積回路としては、例えば、図4に示された第2の実施の形態と同様に、第3の活性領域22を第1の電源線10に接続し、第4の活性領域24を第2の電源線12に接続して、スタンダードセル内において、Y方向の中央に配置される第1の電源線10及び第2の電源線12にキャパシタを接続した構成としても良い。この場合には、共通電極26は、図4と同様に、第3の活性領域22及び第4の活性領域24には接続されず、第1の活性領域18及び第2の活性領域20と接続される。第1のトランジスタPMOS1と第2のトランジスタNMOS2によるCMOSインバータの回路構成を確保するためである。また、第4の実施形態の第2の変形例に係る半導体集積回路としては、例えば、図6Aに示された第3の実施の形態と同様に、共通電極26を第3の活性領域22及び第4の活性領域24には接続せず、第1の活性領域18及び第2の活性領域20と接続する構成としても良い。
(第4の実施形態の変形例の効果)
第4の実施形態の変形例に係る半導体集積回路においてもCMOSインバータのスタンダードセルのセルパターンの面積効率を改善することできる。また、スタンダードセル内にキャパシタを配置することで、CMOSインバータのスタンダードセルの回路速度と動作の安定性を高めることできる。また、エレクトロマイグレーションを改善することができる。
第4の実施形態の変形例に係る半導体集積回路においてもCMOSインバータのスタンダードセルのセルパターンの面積効率を改善することできる。また、スタンダードセル内にキャパシタを配置することで、CMOSインバータのスタンダードセルの回路速度と動作の安定性を高めることできる。また、エレクトロマイグレーションを改善することができる。
(比較例)
図12は、比較例に係る半導体集積回路110の平面パターン構成図である。比較例に係る半導体集積回路110は、ダブルハイトのスタンダードセルであり、CMOSインバータのパターン構成に対応している。
図12は、比較例に係る半導体集積回路110の平面パターン構成図である。比較例に係る半導体集積回路110は、ダブルハイトのスタンダードセルであり、CMOSインバータのパターン構成に対応している。
比較例に係る半導体集積回路110は、図12に示すように、第1の電源線10、及び第2の電源線12を備える。第1の電源線10及び第2の電源線12は、X方向に延伸し、互いに離隔して配置されている。
更に、比較例に係る半導体集積回路110は、図12に示すように、第1のトランジスタPMOS1、及び第2のトランジスタNMOS2を備える。第1のトランジスタPMOS1は、第1の電源線10の下方(マイナスZ方向)に配置される。第1のトランジスタPMOS1は、Y方向及びマイナスY方向に延伸して配置された第1の導電型の第1の活性領域18を有する。第2のトランジスタNMOS2は、第2の電源線12の下方(マイナスZ方向)に配置される。第2のトランジスタNMOS2は、Y方向及びマイナスY方向に延伸して配置された第2の導電型の第2の活性領域20を有する。
比較例に係る半導体集積回路110は、図12に示すように、Y方向に延伸する電極33、及び電極35を備える。電極33は、コンタクト電極CP331及びCP332を介して第1の活性領域18と電気的に接続されている。電極35は、コンタクト電極CP351及びCP352を介して第2の活性領域20と電気的に接続されている。更に、電極33は、VIA電極VIAP1を介して第1の電源線10と電気的に接続されている。電極35は、VIA電極VIAN2を介して第2の電源線12と電気的に接続されている。
図13は、比較例に係る半導体集積回路110の回路表示である。比較例に係る半導体集積回路110は、図13に示すように、第1のトランジスタPMOS1と第2のトランジスタNMOS2とから構成されるCMOSインバータとして表すことができる。
図14Aは、図13において、ハイレベル信号を出力した場合の導通経路の説明図である。ハイレベル信号を出力した場合は、図14Aに示すように、第1のトランジスタPMOS1のドレイン電圧VDDから出力Bに向かって電流I5が流れる。
図14Bは、図13において、ローレベル信号を出力する場合の導通経路の説明図である。ローレベル信号を出力した場合は、図14Bに示すように、出力Bから第2のトランジスタNMOS2のソース電圧VSSに向かって電流I6が流れる。比較例に係る半導体集積回路110では、ハイレベル信号/ローレベル信号の両方を出力しても双方向に電流が流れる経路が殆どなく、片方向にしか流れない。電子が一方向に移動したままのため、エレクトロマイグレーションが悪化する。
(スタンダードセルの構成例)
本実施の形態に係る半導体集積回路は、スタンダードセルを構成する。スタンダードセルは、X方向及びY方向に配置される。スタンダードセルは、論理ゲートセルを構成する。論理ゲートセルは、AND、OR、NAND、NOR、XOR、インバータ、AND-ORインバータ(AOI)、OR-ANDインバータ(OAI)、マルチプレクサ(MUX)、フリップフロップ、バッファゲート、ラッチゲート、ディレイセル、クロックセル等に適用可能である。また、スタンダードセルは、メモリセルを構成しても良い。メモリセルとしては、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM:Static Random Access Memory)、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM:Dynamic Random Access Memory)、抵抗変化型RAM(ReRAM:Resistive Random Access Memory)、相変化型メモリ(PCM:Phase Change Memory)、磁気抵抗型RAM(MRAM:Magnetic Random Access Memory)、リードオンリメモリ(ROM:Read Only Memory)等に適用可能である。
本実施の形態に係る半導体集積回路は、スタンダードセルを構成する。スタンダードセルは、X方向及びY方向に配置される。スタンダードセルは、論理ゲートセルを構成する。論理ゲートセルは、AND、OR、NAND、NOR、XOR、インバータ、AND-ORインバータ(AOI)、OR-ANDインバータ(OAI)、マルチプレクサ(MUX)、フリップフロップ、バッファゲート、ラッチゲート、ディレイセル、クロックセル等に適用可能である。また、スタンダードセルは、メモリセルを構成しても良い。メモリセルとしては、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM:Static Random Access Memory)、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM:Dynamic Random Access Memory)、抵抗変化型RAM(ReRAM:Resistive Random Access Memory)、相変化型メモリ(PCM:Phase Change Memory)、磁気抵抗型RAM(MRAM:Magnetic Random Access Memory)、リードオンリメモリ(ROM:Read Only Memory)等に適用可能である。
本実施の形態に係る半導体集積回路は、1つ以上の能動素子或いは受動素子を備えていても良い。能動素子の例としては、トランジスタ、ダイオードが含まれる。トランジスタには、MOSトランジスタ、CMOSトランジスタ、バイポーラトランジスタ(BJT:Bipolar Junction Transistor)、高耐圧トランジスタ、高周波トランジスタ、pチャネルFET、nチャネルFET、FinFETなどが含まれる。受動素子の例としては、キャパシタ、インダクタ、フューズ、抵抗などが含まれる。また、スタンダードセルには、図示する以外にも、様々な構成の論理回路が含まれている。
尚、エレクトロマイグレーションの改善効果については、第4の実施形態及びその変形例に係る半導体集積回路の例を用いて説明したが、共通電極において双方向に電流が流れる領域が存在する部分では、いずれもエレクトロマイグレーションの改善効果がある。したがって、第1~第3の実施の形態に係る半導体集積回路においても同様の効果がある。また、本発明の実施形態に係る半導体集積回路を適用した上記の様々なスタンダードセルにおいても同様の効果がある。
(他の実施形態)
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。本発明のいくつかの実施形態において、例えば、第1の導電型と第2の導電型を反対の導電型として形成しても良い。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。本発明のいくつかの実施形態において、例えば、第1の導電型と第2の導電型を反対の導電型として形成しても良い。
10…第1の電源線
12…第2の電源線
14…第3の電源線
16…第4の電源線
18…第1の活性領域
20…第2の活性領域
22…第3の活性領域
24…第4の活性領域
26、26A、26B…共通電極
28、281、282、283…制御電極
301、302、303、321、322、323、33、34、341、342、34、344、35、36、361、362、363、364…電極
37、371、372、373…入力電極
40…第1ウェル領域
42…第2ウェル領域
44…第3ウェル領域
46…第4ウェル領域
50…基板
52…絶縁層
54…層間絶縁層
100、102、104、106、108…半導体集積回路
CN1、CP2、CP3、CN3、CN4、CP4、CN5、CP6、CP331、CP332、CN351、CN352、CPG、CPG1、CPG2、CPG3…コンタクト電極
PMOS1…第1のトランジスタ
NMOS2…第2のトランジスタ
NMOS3…第3のトランジスタ
PMOS4…第4のトランジスタ
VIAN1、VIAP2、VIAN3、VIAP4…VIA電極
OUT…出力
12…第2の電源線
14…第3の電源線
16…第4の電源線
18…第1の活性領域
20…第2の活性領域
22…第3の活性領域
24…第4の活性領域
26、26A、26B…共通電極
28、281、282、283…制御電極
301、302、303、321、322、323、33、34、341、342、34、344、35、36、361、362、363、364…電極
37、371、372、373…入力電極
40…第1ウェル領域
42…第2ウェル領域
44…第3ウェル領域
46…第4ウェル領域
50…基板
52…絶縁層
54…層間絶縁層
100、102、104、106、108…半導体集積回路
CN1、CP2、CP3、CN3、CN4、CP4、CN5、CP6、CP331、CP332、CN351、CN352、CPG、CPG1、CPG2、CPG3…コンタクト電極
PMOS1…第1のトランジスタ
NMOS2…第2のトランジスタ
NMOS3…第3のトランジスタ
PMOS4…第4のトランジスタ
VIAN1、VIAP2、VIAN3、VIAP4…VIA電極
OUT…出力
Claims (6)
- 電源線と活性領域とが配置されるスタンダードセルにおいて、
第1方向に延伸し、互いに離隔して配置された第1の電源線及び第2の電源線と、
前記第1方向に直交する第2方向に前記第1の電源線と平行に隣接して配置され、前記第2の電源線と同電位の第3の電源線と、
前記第2方向のマイナス方向に前記第2の電源線と平行に隣接して配置され、前記第1の電源線と同電位の第4の電源線と、
前記第1の電源線の下方に配置され、前記第2方向と前記第2方向のマイナス方向に延伸した第1の導電型の第1の活性領域を有する第1のトランジスタと、
前記第2の電源線の下方に配置され、前記第2方向と前記第2方向のマイナス方向に延伸した第2の導電型の第2の活性領域を有する第2のトランジスタと、
前記第1の活性領域と前記第3の電源線の間に配置され、第2の導電型の第3の活性領域を有する第3のトランジスタと、
前記第2の活性領域と前記第4の電源線の間に配置され、第1の導電型の第4の活性領域を有する第4のトランジスタと、
を備える、半導体集積回路。 - 基板と、
前記基板に配置され、前記第1の活性領域を有する第2の導電型の第1ウェル領域と、
前記基板に配置され、前記第2の活性領域を有する第1の導電型の第2ウェル領域と、
前記基板に配置され、前記第3の活性領域を有する第1の導電型の第3ウェル領域と、
前記基板に配置され、前記第4の活性領域を有する第2の導電型の第4ウェル領域と
を備える、請求項1に記載の半導体集積回路。 - 前記第1の活性領域、前記第2の活性領域、前記第3の活性領域、及び前記第4の活性領域を接続する第1共通電極を備える、請求項2に記載の半導体集積回路。
- 前記第2方向に延伸し、前記第3の活性領域と前記第1の電源線を電気的に接続する第1電極と、
前記第2方向のマイナス方向に延伸し、前記第4の活性領域と前記第2の電源線を電気的に接続する第2電極と
を備え、前記第3の活性領域は、前記第3の電源線と同電位の前記第3ウェル領域との間に第1のキャパシタを形成し、前記第4の活性領域は、前記第4の電源線と同電位の前記第4ウェル領域との間に第2のキャパシタを形成する、請求項2に記載の半導体集積回路。 - 前記第2方向のマイナス方向に延伸し、前記第3の活性領域と前記第3の電源線を電気的に接続する第3電極と、
前記第2方向に延伸し、前記第4の活性領域と前記第4の電源線を電気的に接続する第4電極と
を備え、
前記第3の活性領域は、前記第3の電源線と同電位の前記第3ウェル領域との間に第3のキャパシタを形成し、前記第4の活性領域は、前記第4の電源線と同電位の前記第4ウェル領域との間に第4のキャパシタを形成する、請求項2に記載の半導体集積回路。 - 前記第1の活性領域、及び前記第2の活性領域を接続する第2共通電極を備える、請求項4又は5に記載の半導体集積回路。
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