JP3061004B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP3061004B2 JP9161438A JP16143897A JP3061004B2 JP 3061004 B2 JP3061004 B2 JP 3061004B2 JP 9161438 A JP9161438 A JP 9161438A JP 16143897 A JP16143897 A JP 16143897A JP 3061004 B2 JP3061004 B2 JP 3061004B2
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  • Thin Film Transistor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン/絶縁膜
構造(以下、SOIと略す)を備えた半導体基板の1主
面上に形成された半導体装置に関し、特にこの半導体装
置の内部回路を構成する基本セルのレイアウト構成に関
する。
【0002】
【従来の技術】一般にLSIの実現方法には、機能や性
能を重視したフルカスタム方式と汎用性や短TATを重
視したセミカスタム方式がある。セミカスタム方式は、
予めLSI構成要素の一部を用意しておき、LSI設計
者の回路設計情報に基づいてチップ設計者が残りの設計
を行うことで所望の機能を有したLSIを実現するもの
である。この手法は人手設計に要する工数を低減できる
ため、広く用いられている。代表例はゲートアレイやエ
ンベッデド・アレイやスタンダードセルである。
【0003】いずれの方式とも、トランジスタまたは論
理ゲートを最小単位とした基本セルに基づいて各種回路
ブロックのLSI設計者用ライブラリとチップ設計者用
ライブラリが予め準備されている。LSI設計者はこの
ライブラリを用いて目的のLSI回路を設計し、チップ
設計者はこの設計情報と前記チップ設計者用ライブラリ
に基づいて残りの設計を行い、所望の機能を有したLS
Iが実現される。ゲートアレイやエンベッデド・アレイ
では、前記トランジスタまたは論理ゲートを最小単位と
した基本セルが、予めチップ上に作り込まれており、短
TATでのLSI開発がより効率的に行われる。
【0004】これらセミカスタム方式では、予め準備さ
れたLSI構成要素のみを用いてLSI開発をおこなう
ため、汎用性や短TAT開発には有利であるが、ややも
するとチップ面積が大きくなりやすく、基本セルの面積
縮小によりチップ面積縮小を図ることはきわめて重要で
ある。
【0005】図5(a)は、セミカスタム方式に用いら
れるPチャンネルMOSトランジスタ(以下、PMOS
と略す)2個とNチャンネルMOSトランジスタ(以
下、NMOSと略す)2個で構成される従来例の基本セ
ルのレイアウト図であり、図5(b)は、この基本セル
を配列するときの基本セルの向きを示すための模式図で
ある。図6は、前記基本セルを1行4列に繰り返し配列
した図である。バルクCMOS技術で実現される基本セ
ルでは、PMOSとNMOSとの間に一定幅以上の素子
分離(p+/n+拡散層分離)領域が設けられており、
該領域にウエル境界が存在している。ここに示す基本セ
ル200は、p+拡散層2011,2012,2013
と2本のゲートポリシリコン2031,2032から成
る2個のPMOSと、n+拡散層2021,2022,
2023と2本のゲートポリシリコン2033,203
4から成る2個のNMOSにより構成されており、p+
拡散層2011〜2013とn+拡散層2021〜20
23との間にはウエル境界204がある。また該基本セ
ル200は前述の構成に加え、PMOS側のゲートポリ
シリコン2031,2032と垂直方向に電源配線とな
る1AL205が設けられており、NMOS側のゲート
ポリシリコン2033,2034と垂直方向に接地配線
となる1AL206が設けられている。さらにウエルま
たは基板への電位供給を行うためのn+拡散層2201
とp+拡散層2101が設けられている。n+拡散層2
201はコンタクト211により1AL電源配線205
と接続され、1AL電源配線205はスルーホール22
1によりn+拡散層2201上を1AL電源配線205
と垂直方向に配置される2AL電源配線207と接続さ
れる。p+拡散層2101はコンタクト212により1
AL接地配線206と接続され、1AL接地配線206
はスルーホール222によりp+拡散層2101上を1
AL接地配線206と垂直方向に配置される2AL電源
配線208と接続される。このように構成される図5,
6の基本セル200は、縦11グリッド(CAD設計上
のグリッド数。以下、全て同じ。),横4グリッドの合
計44グリッド面積となる。バルクCMOS技術で構成
される基本セルは、ウエルによるPMOSとNMOSの
素子分離で決定されるp+拡散層2011〜2013と
n+拡散層2021〜2023との間隔Sbが大きいた
め、セル面積の削減を妨げる要因の1つとなっている。
【0006】このバルクCMOS技術の問題を解決する
手段として、シリコン/絶縁膜構造を用いたCMOS技
術(以下、SOI・CMOS技術と略す)がある。SO
I・CMOS技術では、PMOSとNMOSは絶縁膜に
よって分離可能となるため、p+拡散層とn+拡散層の
分離にウエルを形成する必要がない。そのためp+拡散
層とn+拡散層の間隔は、該拡散層同士が同電位の場合
には分離せずに直接隣接配置でき、該拡散層同士が異な
る電位の場合にはプロセス条件で規定される最小間隔に
まで近づけることができる。この最小間隔は、前記バル
クCMOS技術のSbの数分の一である。
【0007】このようなSOI・CMOS技術の特徴を
生かして、図7,8に示すような基本セルが知られてい
る。図7(a)は、基本セル300の拡散層とゲートの
レイアウトを示す図であり、図7(b)は、この基本セ
ルを配列するときの基本セルの向きを示すための模式図
である。図8は、図7(a)の基本セルを4個配列し電
源配線、接地配線をを付加した図である。
【0008】図7(a)に示される基本セル300は、
2個のPMOSと2個のNMOSで構成され、p+拡散
層3011,3012,3013とn+拡散層302
1,3022,3023との間隔を該拡散層同士が異な
る電位の場合のプロセス条件により決定されるSs(<
Sb)に設定できる。この結果図7(a)の基本セル3
00は、バルクCMOS時に比べ縦方向が1グリッド分
小さくなり、約10%の面積縮小が実現できる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】図7,8に示すSOI
・CMOS技術を用いた従来の基本セルのレイアウトで
は、p+拡散層とn+拡散層の間には必ず素子分離領域
が存在する。そのために、両者が同電位の場合には直接
隣接配置できるというSOI・CMOS技術のメリット
を活かすことができない。その結果、これ以上基本セル
や基本回路セルの面積を縮小することが困難となってい
る。
【0010】本発明の目的は、SOI・CMOS技術を
用いた半導体装置の内部回路を構成する基本セルの面積
縮小を図ることである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
シリコン/絶縁膜構造を備えた半導体基板の1主面上に
形成され、この半導体装置の内部回路を構成する基本セ
ルが、2個のPMOSと2個のNMOSで構成されてお
り、前記半導体装置の1辺をX軸方向、この辺と直角な
辺をY軸方向とし、前記PMOS及びNMOSのゲート
の幅(W)方向が前記Y軸方向であるとしたとき、前記
2個のPMOS及び2個のNMOSが、第1のPMO
S、第2のPMOS、第1のNMOS、第2のNMOS
の第1の配列順または第3のNMOS、第4のNMO
S、第3のPMOS、第4のPMOSの第2の配列順で
前記X軸方向に1列に配置され、前記第1の配列順のと
きは第2のPMOSの一方の拡散層と第1のNMOSの
一方の拡散層が直接隣接して形成されて一体となった拡
散層領域をなし、前記第2の配列順のときは第4のNM
OSの一方の拡散層と第3のPMOSの一方の拡散層が
直接隣接して形成されて一体となった拡散層領域をなし
構成されており、更に前記基本セルが複数個マトリッ
クス状に配置されたセルブロックを有していることを特
徴とする。
【0012】PMOSとNMOSが隣接する部分の拡散
層を直接隣接させて形成することで、拡散層面積を最小
にでき、基本セルの面積縮小が図れる。また電源配線お
よび接地配線をセル周辺部に配置することで、セル内部
に配線可能な領域を充分確保でき、小さな基本セルを用
いても配線が困難になることは無い。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
【0014】図1(a)は、本発明の基本セル100の
拡散層とゲートのレイアウトを示す図であり、図1
(b)は、この基本セルを配列するときの基本セルの向
きを示すための模式図である。図2は、この基本セル1
00を所定の規則に従って2行2列に繰り返し配置し、
電源配線と接地配線が隣接セルと共有されるよう設けら
れたときのようすを示したものである。基本セル100
は、p+拡散層1011〜1013とゲートポリシリコ
ン1031,1032から成る2個のPMOSと、n+
拡散層1021〜1023とゲートポリシリコン103
2,1033から成る2個のNMOSから構成されてお
り、PMOS,PMOS,NMOS,NMOSまたはN
MOS,NMOS,PMOS,PMOSの順に1列に配
置される。このとき、中央に配置されるPMOSとNM
OSそれぞれの片側の拡散層であるp+拡散層1013
とn+拡散層1023は直接隣接配置され、一体となっ
た拡散層領域として形成される。この結果同電位拡散層
の面積は、図5のp+拡散層2013とn+拡散層20
23または図7のp+拡散層3013とn+拡散層30
23の各合計面積6グリッドから、図1のp+拡散層2
013とn+拡散層2023の各合計面積3グリッドに
縮小される。
【0015】該基本セル100は前述の構成に加え、基
本セルの周囲4辺に隣接セルと共有するように電源配線
と接地配線が設けられる。電源配線と接地配線は、基本
セルのMOSトランジスタ列方向に1AL電源配線10
5と1AL接地配線106、垂直方向に2AL電源配線
107と2AL接地配線108として配置される。また
p+拡散層1011と1012は、該拡散層上を1AL
電源配線105が通るように拡散層領域を拡げられる。
同様にn+拡散層1021と1022は、該拡散層上を
1AL接地配線106が通るように拡散層領域を拡げら
れる。このように構成することにより、基本セル100
の内部に1AL配線の配置可能な領域が大幅に減少する
ことを防止できる。
【0016】該基本セル100を配列する場合、隣接セ
ル同士が基本セルを構成する4個のMOSトランジスタ
の並びを逆となるように繰り返し配置する。つまり、2
ALの電源配線107または接地配線108を境界とす
る隣接セル同士は、構成トランジスタの並びがセルの境
界に関して互いに線対象の関係となり、1ALの電源1
05または接地配線106を境界とする隣接セル同士
は、構成トランジスタの並びがセル境界の中点に関して
互いに点対称の関係となる。このように基本セルを配列
することで、隣接セル間に生じるp+拡散層1011と
n+拡散層1021またはp+拡散層1012とn+拡
散層1022の距離は、拡散層同士が異なる電位の場合
にプロセス条件で規定される間隔Ssとすることが可能
である。
【0017】ここに示す基本セル100は、縦6グリッ
ド,横6グリッドの36グリッド面積で構成できる。こ
れは、バルクCMOS技術での従来例として示した図5
の基本セルに対し約20%、SOI・CMOS技術での
従来例である図7の基本セルに対して約10%の面積削
減となる。
【0018】図3,4は本発明のセルを用いて、具体的
に基本ゲート回路を構成した例を示す図である。
【0019】図3(a)は、インバータゲートの回路図
であり、図3(b)は、このインバータゲートが図1に
示される基本セル100を基に2個のコンタクト11
1,112を配して形成された、インバータセル100
1である。
【0020】図3(a)の回路図内のPMOS2は、コ
ンタクト111により電源配線105と接続するp+拡
散層1012がソース,p+拡散層1013がドレイ
ン,ポリシリコン1032がゲートにそれぞれ対応す
る。一方NMOS2は、コンタクト112により接地配
線106と接続するn+拡散層1022がソース,n+
拡散層1023がドレイン,ポリシリコン1032がゲ
ートにそれぞれ対応する。このようにパターン構成をす
ることにより、該インバータゲートの出力ノードとなる
p+拡散層1013とn+拡散層1023は常に同電位
であり、一体となった拡散層領域に対応可能となり、イ
ンバータゲートセル1001内に内部配線を設ける必要
が無くなる。
【0021】図4(a)は、2入力NANDゲートの回
路図であり、図4(b)は、この2入力NANDゲート
回路が、図1に示される基本セル100を基に6個のコ
ンタクト111,113,114,115,141,1
42と2本の1AL配線131,132を配してレイア
ウト形成された2入力NANDゲートセル1002であ
る。
【0022】図4(a)の回路図内のPMOS21とP
MOS22は、コンタクト111により電源配線105
と接続するp+拡散層1012が共通のソース,p+拡
散層1011と1013がドレイン,ポリシリコン10
31と1032がIN1とIN2のゲートにそれぞれ対
応する。NMOS21とNMOS22は、コンタクト1
13により接地配線106と接続するn+拡散層102
1がNMOS22のソース,n+拡散層1022がNM
OS22のドレインとNMOS21のソースの共通の拡
散層,ポリシリコン1032と1033がIN2とIN
1のゲートにそれぞれ対応する。また同電位かつ該2入
力NANDゲートの出力ノードOUTとなるp+拡散層
1011,1013とn+拡散層1023の内、p+拡
散層1013とn+拡散層1023は直接隣接配置され
一体となった拡散層領域に対応可能であり、p+拡散層
1011はp+拡散層1013,n+拡散層1023か
らなる前記一体となった拡散層領域とコンタクト11
4,115を介し1AL配線132により接続される。
該2入力NANDゲートの入力ノードIN1となるゲー
トポリシリコン1031と1033は、コンタクト14
1,142を介し1AL配線131により接続される。
【0023】以上のように基本回路セルとなるインバー
タゲートセル1001と2入力NANDゲートセル10
02は、共に図1に示される基本セル100上にコンタ
クト111〜115,1AL配線131,132を設定
するのみでSOI・CMOS技術を生かしたパターン構
成が可能である。この結果、スタンダードセル方式にお
いてもゲートアレイ方式同様に、基本回路セル面積縮小
効果が得られる。
【0024】
【発明の効果】本発明は、SOI・CMOS技術を用い
た半導体装置の基本セルまたは基本回路セルのレイアウ
ト構成に関し、PMOSとNMOSが隣接する部分の拡
散層を共通の領域で形成することで、拡散層面積を最小
にでき、基本セルの面積縮小が図れるという効果があ
る。具体的には、基本セルまたは基本回路セルのグリッ
ド面積は、バルクCMOS技術を用いた従来例に比べ約
20%、SOI・CMOS技術を用いた従来例に対し約
10%の縮小率となる。
【0025】また電源配線および接地配線をセル周辺部
に配置することで、小さな基本セルを用いても、セル内
部に十分な配線可能領域を確保できるという効果もあ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本セルのレイアウト図である。分図
(a)は、基本セルの拡散層とゲートのレイアウト図で
あり、分図(b)は、分図(a)に示す基本セルの方向
を表す模式図である。
【図2】本発明の基本セルを、セル内部のレイアウトは
省略して、所定の規則で2行2列配列し電源配線、接地
配線及びこれらの配線のスルーホールをレイアウトした
図である。
【図3】本発明の基本セルを用いて、インバータゲート
をレイアウトした例を示す図である。分図(a)は、イ
ンバータゲートの回路図であり、分図(b)はレイアウ
ト図である。
【図4】本発明の基本セルを用いて、2入力NANDゲ
ートをレイアウトした例を示す図である。分図(a)
は、2入力NANDゲートの回路図であり、分図(b)
がレイアウト図である。
【図5】第1の従来例で、バルクCMOS技術を用いた
セミカスタム方式に適用可能な基本セルのレイアウト図
である。分図(a)は、基本セルの拡散層とゲートのレ
イアウト図であり、分図(b)は、分図(a)に示す基
本セルの方向を表す模式図である。
【図6】第1の従来例の基本セルを、基本セルの内部レ
イアウトを省略して4個配列し、電源配線、接地配線、
配線のスルーホール及びウェルコンタクトをレイアウト
した図である。
【図7】第2の従来例で、SOI・CMOS技術を用い
たセミカスタム方式に適用可能な基本セルのレイアウト
図である。分図(a)は、基本セルの拡散層とゲートの
レイアウト図であり、分図(b)は、分図(a)に示す
基本セルの方向を表す模式図である。
【図8】第2の従来例の基本セルを基本セルの内部レイ
アウトを省略して4個配列し、電源配線、接地配線、配
線のスルーホール及びウェルコンタクトをレイアウトし
た図である。
【符号の説明】
100,200,300 基本セル 105,205,305 1AL電源配線 106,206,306 1AL接地配線 107,207,307 2AL電源配線 108,208,308 2AL接地配線 111,112,113,114,115,141,1
42,211,212コンタクト 121,122,221,222,321,322
スルーホール 131,132 1AL配線 204 ウエル境界 1001 インバータゲートセル 1002 2入力NANDゲートセル 1011,1012,1013,2011,2012,
2013,2101,3011,3012,3013
p+拡散層 1021,1022,1023,2021,2022,
2023,2201,3021,3022,3023
n+拡散層 1031,1032,1033,2031,2032,
2033,2034,3031,3032,3033,
3034 ポリシリコン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/092 H01L 21/8238 H01L 29/786 H01L 27/118

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン/絶縁膜構造を備えた半導体基
    板の1主面上に形成された半導体装置において、この半
    導体装置の内部回路を構成する基本セルが、2個のPチ
    ャンネルMOSトランジスタ(以下、PMOSと略す)
    と2個のNチャンネルMOSトランジスタ(以下、NM
    OSと略す)とで構成されており、前記半導体装置の1
    辺をX軸方向、この辺と直角な辺をY軸方向とし、前記
    PMOS及びNMOSのゲートの幅(W)方向が前記Y
    軸方向であるとしたとき、前記2個のPMOS及び2個
    のNMOSが、第1のPMOS、第2のPMOS、第1
    のNMOS、第2のNMOSの第1の配列順または第3
    のNMOS、第4のNMOS、第3のPMOS、第4の
    PMOSの第2の配列順で前記X軸方向に1列に配置さ
    れ、前記第1の配列順のときは第2のPMOSの一方の
    拡散層と第1のNMOSの一方の拡散層が直接隣接して
    形成されて一体となった拡散層領域をなし、前記第2の
    配列順のときは第4のNMOSの一方の拡散層と第3の
    PMOSの一方の拡散層が直接隣接して形成されて一体
    となった拡散層領域をなして構成されており、更に前記
    基本セルが複数個マトリックス状に配置されたセルブロ
    ックを有することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 本セル周囲に隣接セルと共有されるよ
    うに配設された電源配線及び接地配線を備え基本セル
    を構成するNMOS拡散層と直接隣接していない2つの
    PMOS拡散層の少なくとも一方が前記電源配線にコン
    タクトを介して直接接続できるように配設され、前記基
    本セルを構成するPMOS拡散層と直接隣接していない
    2つのNMOS拡散層の少なくとも一方が前記接地配線
    にコンタクトを介して直接接続されるように配設されて
    いる請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 ルブロック、X軸方向には相隣り合
    う基本セルがセルの境界に関して互いに線対称となるよ
    うに配列され、Y軸方向には相隣り合う前記基本セルが
    セル境界の中点に関して互いに点対称ととなるように配
    列されている請求項1又は2記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 第1の配列順の場合は第2のPMOSの
    ゲートポリシリコンと第1のNMOSのゲートポリシリ
    コンが同じゲートポリシリコンで形成され、第2の配列
    順の場合は第4のNMOSのゲートポリシリコンと第3
    のPMOSのゲートポリシリコンが同じゲートポリシリ
    コンで形成されている請求項1記載の半導体装置。
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