JP2676801B2 - Semiconductor integrated circuit device having output buffer circuit - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device having output buffer circuit

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路に関し、特に、CMOS構成の
出力バッファ回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a CMOS output buffer circuit.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、CMOSの半導体集積回路の出力バッファ回路は内
部回路と、外部とのインターフェースや、保護の為に必
ず使用されており、第5図にCMOSゲートアレイのチップ
レイアウトの一例を示すように、入出力バッファ回路を
含むI/Oセル20は内部論理回路を構成するのに使用され
る内部セル21を囲むように半導体チップの周辺に配置さ
れている。第3図に出力バッファ回路の回路の例を示
す。Pチャンネル型MOSトランジスタ3,3′は一体となっ
てNチャンネル型MOSトランジスタ4,4′に電源10と接地
電位11との間で直列に接続されている。入力端子1は各
ゲートに出力端子2は、各ドレインに接続されている。
第4図に第3図の出力バッファ回路のレイアウト例を示
す。図中5はP+拡散層で、6はN+拡散層であり、7はポ
リシリコンゲートである。また、8はコンタクトホール
でポリシリコンゲートや、拡散層との接続の為のもの
で、9,9′はアルミニウムの配線である。また10,11は電
源及びGNDに接続される。P+拡散層5とポリシリコンゲ
ート7とでPチャンネル型MOSトランジスタが、またN+
拡散層6とポリシリコンゲート7とでNチャンネル型MO
Sトランジスタが形成されており、これらのドレイン同
士がアルミニウム配線9′で出力端子2に共通に接続さ
れている。
Conventionally, the output buffer circuit of a CMOS semiconductor integrated circuit is always used for the interface between the internal circuit and the outside and for protection, and as shown in FIG. The I / O cell 20 including the output buffer circuit is arranged around the semiconductor chip so as to surround the internal cell 21 used to form the internal logic circuit. FIG. 3 shows an example of the circuit of the output buffer circuit. The P-channel type MOS transistors 3 and 3'are integrally connected to the N-channel type MOS transistors 4 and 4'in series between the power source 10 and the ground potential 11. The input terminal 1 is connected to each gate and the output terminal 2 is connected to each drain.
FIG. 4 shows a layout example of the output buffer circuit of FIG. In the figure, 5 is a P + diffusion layer, 6 is an N + diffusion layer, and 7 is a polysilicon gate. Reference numeral 8 is a contact hole for connecting to a polysilicon gate or a diffusion layer, and 9 and 9'are aluminum wirings. Also, 10 and 11 are connected to the power supply and GND. The P + diffusion layer 5 and the polysilicon gate 7 together form a P-channel MOS transistor, and N +.
N-channel MO with diffusion layer 6 and polysilicon gate 7
An S transistor is formed, and these drains are commonly connected to the output terminal 2 by an aluminum wiring 9 '.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

一般に、出力バッファ回路ではその動作時に最大数10
mAから、100mA程度のピーク電流が流れるので、アルミ
ニウム配線のエレクトロマイグレーション対策の為、各
MOSトランジスタのドレイン間と、出力端子2までの配
線9′は、十分太くする必要があり、通常30〜60μm程
度の配線の太さが必要となる。このアルミニウム配線
9′の太さは、動作電流が大きくなればなるほど太くし
なければならなくなるので、チップレイアウト上のさま
たげとなり、チップ面積の増大や、レイアウトの自由度
が下がるという欠点があった。
Generally, the output buffer circuit has a maximum number of 10
Since a peak current of about 100mA flows from mA, each of them is used to prevent electromigration of aluminum wiring.
The wiring between the drains of the MOS transistors and the wiring 9'to the output terminal 2 must be made sufficiently thick, and usually the wiring thickness of about 30 to 60 .mu.m is required. Since the thickness of the aluminum wiring 9'has to be made thicker as the operating current becomes larger, it becomes a hindrance in the chip layout, and there is a drawback that the chip area is increased and the degree of freedom of layout is lowered.

また、この様に太い配線を使用すると、アルミニウム
の配線では、ヒロックと呼ばれる、アルミニウムの突起
が発生し易くなる為、現在の主流である2層配線以上の
製品では、ヒロックにより多層配線間を短絡してしま
い、歩留りの低下や、信頼性を低下させるという欠点も
ある。
Also, when such thick wiring is used, aluminum projections called hillocks are likely to occur in aluminum wiring. Therefore, in products with two or more layers, which is the current mainstream, hillocks cause a short circuit between multilayer wirings. However, there are drawbacks such as a decrease in yield and a decrease in reliability.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

以上述べた様な欠点を解決する為に、本発明では、出
力バッファ回路を構成するPチャンネルとNチャンネル
型のMOSトランジスタのドレイン同士を接続する金属配
線を複数に分割して結線された構造を有している。
In order to solve the drawbacks described above, the present invention has a structure in which the metal wiring connecting the drains of the P-channel and N-channel type MOS transistors forming the output buffer circuit is divided into a plurality of wirings. Have

一般にアルミニウム配線のエレクトロマイグレーショ
ンによる配線寿命は、第6図に示す様に、ある配線幅で
極小となり、ある程度配線幅が細くなると逆に配線寿命
が長くなって来る。しかし、配線幅が、あまり細くなる
と(2μm以下)ストレスマイグレーションの問題が発
生し信頼性がまた低下して来る。また、多層配線におけ
るヒロックの発生も、配線の面積に比例して多くなる傾
向があるため、太い幅の配線よりも、多数の細い幅の配
線を並列に配置した方が信頼性,歩留りが向上するもの
である。
Generally, the wiring life of aluminum wiring due to electromigration becomes minimum at a certain wiring width as shown in FIG. 6, and conversely the wiring life becomes longer when the wiring width becomes thin to some extent. However, if the wiring width becomes too thin (2 μm or less), a problem of stress migration occurs, and the reliability decreases again. In addition, the occurrence of hillocks in multi-layer wiring tends to increase in proportion to the area of the wiring. Therefore, arranging a large number of narrow-width wirings in parallel improves the reliability and yield compared to a thick-width wiring. To do.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例を示す。図中、1,2は、そ
れぞれの入力端子,出力端子、3,3′は、Pチャンネル
型MOSトランジスタ、4,4′はNチャンネル型MOSトラン
ジスタ、5及び6は、P+及びN+拡散層、7は、ポリシリ
コンのゲート電極、8は、コンタクトホールである。
9′は、Pチャンネル型MOSトランジスタ3,3′のドレイ
ンとNチャンネル型MOSトランジスタ4,4′のドレインと
を相互に接続して出力端子2のボンディングパッドに導
出してあるアルミニウムの配線である。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In the figure, 1 and 2 are respective input and output terminals, 3 and 3'are P-channel MOS transistors, 4 and 4'are N-channel MOS transistors, and 5 and 6 are P + and N + diffusions. The layer, 7 is a gate electrode of polysilicon, and 8 is a contact hole.
Reference numeral 9'denotes an aluminum wiring which connects the drains of the P-channel type MOS transistors 3 and 3'and the drains of the N-channel type MOS transistors 4 and 4'to each other and leads to the bonding pad of the output terminal 2. .

このアルミニウムの配線9′は太い一本の配線ではな
く、細い複数の配線によって接続されているので第4図
の従来例と比較すると、全体の配線幅は細くなっている
が、前に述べた様に、1本,1本の配線が細くなっている
為、総合的な配線寿命は従来以上になる。また、1本,1
本の配線幅が細くなっているので、ヒロックの発生を抑
える事が出来る。また、エレクロマイグレーションは、
直流すなわち、電流が同一方向に流れる場合に特に発生
し易く、交流すなわち、電流が交互の方向に流れる場合
には、発生しにくくなる。従って、第1図の回路でエレ
クトロマイグレーションが最も発生し易いのは、Pチャ
ンネル型MOSトランジスタ3,3′のドレインと、Nチャン
ネル型MOSトランジスタ4,4′のドレインとの間の配線で
ある。この細い配線を並列にした配線は、Pチャンネル
型MOSトランジスタ3,3′とNチャンネル型MOSトランジ
スタ4,4′との間だけでなく、出力端子(ボンディング
パッド)2まで伸ばすこともできる。この配線9′の細
い配線の幅は、寿命等を考慮して10μm前後が最適であ
る。
Since the aluminum wiring 9'is connected not by a single thick wiring but by a plurality of thin wirings, the overall wiring width is narrower than that of the conventional example shown in FIG. In this way, the total wiring life will be longer than before because each wire is thin. Also, one, one
Since the wiring width of the book is narrow, it is possible to suppress the occurrence of hillocks. In addition, electromigration is
It is particularly likely to occur when direct currents, that is, currents flow in the same direction, and are less likely to occur when alternating currents, that is, currents flow in alternate directions. Therefore, it is the wiring between the drains of the P-channel type MOS transistors 3, 3'and the N-channel type MOS transistors 4, 4 'that electromigration is most likely to occur in the circuit of FIG. The wiring in which the thin wirings are arranged in parallel can be extended not only between the P-channel type MOS transistors 3 and 3'and the N-channel type MOS transistors 4 and 4 ', but also to the output terminal (bonding pad) 2. The width of the thin wiring 9 ′ is optimally around 10 μm in consideration of the life.

第2図は、本発明の他の実施例である。本実施例にお
いては、Pチャンネル型MOSトランジスタ3,3′のドレイ
ンと、Nチャンネル型MOSトランジスタ4,4′のドレイン
の間のみを細い配線を並列にしたアルミニウムの配線
9″で接続し、各ドレイン領域のコンタクトホール8間
は幅の広いアルミニウムの配線で接続されている。この
為、各々の細い配線に流れる電流をより均等化する事が
出来る。これによって、配線寿命のより平均化が計れ
る。また、各ドレイン領域がアルミニウムの配線9″で
覆われている為、コンタクトホール8と隣接するコンタ
クトホール8との間隔をつめて並べる事が出来るので等
価的な拡散層抵抗,コンタクト抵抗を減らせるので、出
力電流等が向上するという利点がある。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, only the drains of the P-channel type MOS transistors 3 and 3'and the drains of the N-channel type MOS transistors 4 and 4'are connected by aluminum wiring 9 "in which thin wirings are arranged in parallel. The contact holes 8 in the drain region are connected by a wide aluminum wiring, which makes it possible to more evenly equalize the currents flowing in the respective thin wirings, thereby achieving a more uniform wiring life. Further, since each drain region is covered with the aluminum wiring 9 ″, the contact hole 8 and the adjacent contact hole 8 can be arranged side by side with each other, so that the equivalent diffusion layer resistance and contact resistance can be reduced. Therefore, there is an advantage that the output current and the like are improved.

また、これらの各細い配線は、同電位の配線である
為、細い配線と細い配線との間隔を減らしても、歩留り
信頼性は低下しないので、第4図のレイアウトより、配
線の面積を小さくすることが可能である。
Further, since each of these thin wirings has the same potential, the yield reliability does not decrease even if the distance between the thin wirings is reduced. Therefore, the wiring area is smaller than that of the layout of FIG. It is possible to

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明した様に、本発明は、配線を細く分割する事
によって、配線寿命を向上させ、かつ信頼性を向上させ
た出力バッファが実現出来る。
As described above, according to the present invention, by finely dividing the wiring, it is possible to realize an output buffer having an improved wiring life and improved reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例による出力バッファ回路のレ
イアウト例を示す平面パターン図、第2図は本発明の他
の実施例による出力バッファ回路のレイアウト例を示す
平面パターン図、第3図は出力バッファ回路の等価回路
図、第4図は、従来の出力バッファ回路のレイアウト例
を示す平面パターン図、第5図は、チップレイアウトの
例を示す部分平面模式図、第6図は配線幅と配線寿命の
関係を示すグラフである。 1……入力端子、2……出力端子、3……Pチャンネル
型MOSトランジスタ、4……Nチャンネル型MOSトランジ
スタ、5……P+拡散層、6……N+拡散層、7……ポリシ
リゲート、8……コンタクトホール、9,9′,9″……ア
ルミニウム配線、10……電源、11……接地、20……I/O
セル、21……内部セル。
FIG. 1 is a plane pattern diagram showing a layout example of an output buffer circuit according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plane pattern diagram showing a layout example of an output buffer circuit according to another embodiment of the present invention, and FIG. Is an equivalent circuit diagram of an output buffer circuit, FIG. 4 is a plan pattern diagram showing a layout example of a conventional output buffer circuit, FIG. 5 is a partial plan schematic diagram showing a chip layout example, and FIG. 6 is a wiring width. It is a graph which shows the relationship between wiring life. 1 ... Input terminal, 2 ... Output terminal, 3 ... P-channel type MOS transistor, 4 ... N-channel type MOS transistor, 5 ... P + diffusion layer, 6 ... N + diffusion layer, 7 ... Polysilicon gate , 8 ... Contact hole, 9,9 ', 9 "... Aluminum wiring, 10 ... Power supply, 11 ... Grounding, 20 ... I / O
Cell, 21 …… Internal cell.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第1導電型MOSトランジスタと第2導電型M
OSトランジスタとを電源ライン間で直列接続して構成さ
れる出力バッファ回路を有する半導体集積回路装置にお
いて、前記第1導電型MOSトランジスタのドレインと前
記第2導電型MOSトランジスタのドレインとの間が15μ
m以下の幅の少なくとも2本以上の並列に配置された金
属配線によって接続されている事を特徴とする出力バッ
ファ回路を備えた半導体集積回路装置。
1. A first conductivity type MOS transistor and a second conductivity type M.
In a semiconductor integrated circuit device having an output buffer circuit configured by connecting an OS transistor in series between power supply lines, a distance between the drain of the first conductivity type MOS transistor and the drain of the second conductivity type MOS transistor is 15 μm.
A semiconductor integrated circuit device having an output buffer circuit, which is connected by at least two or more metal wirings arranged in parallel with a width of m or less.
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