JP4211264B2 - 半導体装置及びその設計方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、データを格納する複数のメモリセルを有するメモリマクロを具備する半導体装置に関する。さらに、本発明は、そのような半導体装置の設計方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
データを格納する複数のメモリセルを有するメモリマクロを具備する従来の半導体装置について図8〜図13を参照して説明する。
図8は、従来の半導体装置の概要を示す図である。図8に示すように、半導体基板31には、所望の機能を実現する第1〜第3の論理回路32〜34と、データを格納する複数のメモリセルを有するメモリマクロ35が配置されている。
【0003】
メモリマクロ35の周囲には、メモリマクロ35に第1の電源電位(ここでは、VDD)を供給するための環状の電源供給配線36が配置されており、さらに、電源供給配線36の周囲には、メモリマクロ35に第2の電源電位(ここでは、VSS)を供給するための環状の電源供給配線37が配置されている。
【0004】
また、半導体基板31には、第1のバッファ38が配置されており、この第1のバッファ38の入力は、信号配線40によって論理回路32に接続されている。ここで、第1のバッファ38は、入力信号を反転して出力する回路であり、図9に示す回路図で表される。
さらに、半導体基板31には、第2のバッファ39が配置されている。この第2のバッファ39は、入力が信号配線41によって第1のバッファ38の出力に接続されており、出力が信号配線42によってメモリマクロ35に接続されている。ここで、第2のバッファ39は、入力信号を反転して出力する回路であり、図10に示す回路図で表される。
【0005】
図11は、従来の半導体装置の設計方法を示すフローチャートである。
まず、ステップS21において、回路及び配線(信号配線、電源供給配線を含む)の配置を行う。このステップは、コンピュータを用いた自動配置により行われる。図12は、このステップにより配置された論理回路32〜34、メモリマクロ35、電源供給配線36、37、バッファ38、39、信号配線40〜42を示す図である。
【0006】
次に、ステップS22において、メモリマクロ35に信号を出力するバッファ39をメモリマクロ35の近傍に移動させる。これは、図12に示すように信号配線42が長い場合には信号に遅延が生じるので、これを回避するためである。なお、バッファ39をメモリマクロ35の近傍へ移動させるステップは、カスタム要素が強く、経験が必要とされる工程であり、コンピュータによって行うことができず、半導体装置設計者が行わなければならない。
【0007】
次に、ステップS23において、回路の検証(論理検証、タイミング検証、アナログ特性検証等を含む)を行う。このステップは、コンピュータを用いた自動配置により行われる。
そして、ステップS24において、検証結果に問題があれば処理をステップS21に戻し、検証結果に問題がなければ処理を終了する。このステップは、コンピュータを用いた自動配置により行われる。
【0008】
このように、従来の半導体装置の設計方法においては、メモリマクロ35に信号を出力するバッファ39をメモリマクロ35の近傍に移動させるステップ(ステップS22)が必要であるため、TAT(turn around time)が長くなっていた。
【0009】
また、図8に示す従来の半導体装置においては、製造工程において信号配線42にチャージされた電荷によりメモリマクロ35が破壊されてしまうことがある。このように、製造工程において信号配線にチャージされた電荷により素子が破壊される現象は、アンテナ効果と呼ばれている。
特に、メモリマクロなどのIPを含む半導体装置の設計をコンピュータによる自動配置によって行う場合においては、コンピュータの負荷を低減するためにIP部を空セルにした状態で配線の配置を行うことが多いので、配線の配置時にアンテナ効果の発生を予測することが困難である。そして、IP部を組み込んだ時点で最終検証を行った結果、アンテナ効果が発生するパターンであることが判明した場合、再び配線の配置をやり直す必要が生じ、TATが長くなってしまうこととなる。一方、初めからIP部を組み込んだ状態で配線の配置を行う場合には、コンピュータの負荷が重くなり、時間がかかってしまうという欠点がある。
なお、IPとは、知的財産権(Intellectual Property)が語源であるが、半導体装置の分野においては、電子回路の機能ブロック(コアともいう)を指す。
【0010】
このアンテナ効果によりメモリマクロ35が破壊されることを防止するため、バッファ39とメモリマクロ35を最上層の信号配線を介して接続するという対策が行われている。図13は、図8に示す半導体装置にこのような対策を施した様子を示す図である。図13に示すように、第1層の信号配線42は、コンタクトホール47を介して第2層の信号配線43に接続され、信号配線43は、コンタクトホール48を介して第3層の信号配線44に接続され、信号配線44は、コンタクトホール49を介して第2層の信号配線45に接続されている。さらに、信号配線45は、コンタクトホール50を介してメモリマクロ35に接続された第1層の信号配線46に接続されている。
【0011】
しかしながら、半導体装置の製品毎に使用する最上層が異なるため、この対策は運用には不向きであった。
【0012】
ところで、日本国特許出願公開(特開)昭63−120438号公報(以下、「文献1」ともいう)には、複数個の第1の導電型MOSトランジスタと上記第1の導電型とは反対の第2の導電型MOSトランジスタとのペアからなり論理ゲートを構成すべき基本セルが規則正しく配列されたマスタスライス方式の相補型MOS半導体集積回路装置において、入力/出力バッファセル及び上記論理ゲートに供給する電源配線層と半導体基板との間にも複数個の上記基本セルを配列し、該基本セル内の第1の導電型MOSトランジスタと第2の導電型MOSトランジスタとを利用して入力及び出力バッファを構成したことを特徴とする半導体集積回路装置が掲載されている。
【0013】
しかしながら、文献1に掲載された半導体集積回路装置は、電源配線層と半導体基板との間にバッファを設けたものではあるが、メモリマクロを囲むように配置され、メモリマクロに電源電位を供給する電源供給配線下にバッファを設けたものではない。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、データを格納する複数のメモリセルを含むメモリマクロと、メモリマクロを囲むように配置され、メモリマクロに電源電位を供給する電源供給配線とを有する半導体装置の設計方法において、TATを短くすることができ、メモリマクロがアンテナ効果によって破壊されることを防止することができる半導体装置の設計方法を提供することを目的とする。また、本発明はそのような半導体装置を提供することを更なる目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明に係る半導体装置は、データを格納する複数のメモリセルを含むメモリマクロと、メモリマクロを囲むように配置され、メモリマクロに電源電位を供給する環状の電源供給配線と、電源供給配線の下層に配置され、メモリマクロに信号を出力するバッファと、電源供給配線の下層に配置され、バッファの入力に信号を供給するための信号配線の製造工程において信号配線にチャージされる電荷を拡散することにより、バッファが電荷により破壊されることを防止するためのダミー回路と、バッファの入力とダミー回路とを接続し、信号配線の製造工程において信号配線にチャージされる電荷をダミー回路に拡散するための配線と、を具備し、バッファの出力が、電源供給配線の内側に位置しており、バッファの入力及びダミー回路の入力が、電源供給配線の外側にそれぞれ位置しており、配線が、電源供給配線の外側に電源供給配線に並行して形成されている。
【0016】
ここで、ダミー回路が、基本セルを含んでおり、ダミー回路に含まれている基本セルが、1以上のトランジスタを含んでおり、配線が、バッファの入力と1以上のトランジスタのゲートを接続することしても良い。
【0019】
以上の構成によれば、TATを短くすることができ、メモリマクロがアンテナ効果によって破壊されることを防止することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一の構成要素については、同一の参照番号で示している。
図1に、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の一部を示す。図1において、半導体基板1には、所望の機能を実現する第1〜第3の論理回路2〜4と、データを格納する複数のメモリセルを有するメモリマクロ5が配置されている。
【0021】
メモリマクロ5の周囲には、メモリマクロ5に第1の電源電位(ここでは、VDD)を供給するための環状の電源供給配線6が配置されており、さらに、電源供給配線6の周囲には、メモリマクロ5に第2の電源電位(ここでは、VSS)を供給するための環状の電源供給配線7が配置されている。なお、ここでは、電源供給配線6がメモリマクロ5に電源電位VDDを供給し、電源供給配線7がメモリマクロ5に電源電位VSSを供給することとしているが、電源供給配線6がメモリマクロ5に電源電位VSSを供給し、電源供給配線7がメモリマクロ5に電源電位VDDを供給することとしても良い。
【0022】
また、半導体基板1には、第1のバッファ8が配置されており、この第1のバッファ8の入力は、信号配線10によって論理回路2に接続されている。ここで、第1のバッファ8は、入力信号を反転して出力する回路であり、図2に示す回路図で表される。
さらに、半導体基板1の電源供給配線6、7の下部には、第2のバッファ9が配置されている。この第2のバッファ9は、入力が信号配線11によって第1のバッファ8の出力に接続されており、出力が信号配線12によってメモリマクロ5に接続されている。ここで、第2のバッファ9は、入力信号を反転して出力する回路であり、図3に示す回路図で表される。
【0023】
図4は、この半導体装置のバッファ9の近傍を拡大した図である。
図4に示すように、半導体基板1には基本セルがマトリクス状に配列されており、バッファ9は、3つの基本セル21〜23を含んでいる。そして、基本セル21の入力(バッファ9の入力に相当)は、コンタクト13によって信号配線11に接続されており、基本セル23の出力(バッファ9の出力に相当)は、コンタクト14によって信号配線12に接続されている。
【0024】
このように、本実施形態に係る半導体装置においては、電源供給配線6、7の下部にバッファ9を配置することより、信号配線12の長さを短くすることができる。そのため、信号の遅延及びアンテナ効果によるメモリマクロ5の破壊を防止することができる。
なお、バッファ9は電源供給配線6、7の下部に配置されているので、バッファ9によるチップ面積の増大を招くことはなく、論理回路等に用いる基本セル数を減少させることもない。
【0025】
図5は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の設計方法を示すフローチャートである。半導体装置のレイアウト設計は、コンピュータを用いた自動配置により行われる。
【0026】
まず、ステップS11において、メモリマクロに信号を出力するバッファを該メモリマクロを囲む環状の電源供給配線の下部に配置するという条件下で、回路及び配線(信号配線、電源供給配線を含む)の配置を行う。
次に、ステップS12において、回路の検証(論理検証、タイミング検証、アナログ特性検証等を含む)を行う。
そして、ステップS13において、検証結果に問題があれば処理をステップS11に戻し、検証結果に問題がなければ処理を終了する。
【0027】
ここで、本実施形態に係る半導体装置の設計方法を従来の半導体装置の設計方法(図11参照)と比較すると、本実施形態においては、メモリマクロ5に信号を出力するバッファ9をメモリマクロ5の近傍へ移動させるステップ(図11のステップS22に相当)がない。
メモリマクロに信号を出力するバッファをメモリマクロの近傍へ移動させるステップは、カスタム要素が強く、経験が必要とされる工程であり、コンピュータによって行うことができず、半導体装置設計者が行わなければならない。
従って、メモリマクロ5に信号を出力するバッファ9をメモリマクロ5の近傍へ移動させるステップをなくすことによるTATの短縮幅は非常に大きい。
また、マクロ(メモリマクロ5及び電源供給配線6、7を含む)内にバッファ9が取り込まれたことにより、コンピュータの負荷を低減するためにIP部(ここでは、メモリマクロ5及び電源供給配線6、7を含むマクロを指す)を空セルにした状態で配線の配置を行った場合であっても、バッファ9のサイズが定まっていることから、アンテナ効果の発生防止を考慮した自動配置を容易に行うことができる。
【0028】
次に、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置について説明する。
上記したように、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置によれば、信号配線12を短くすることができるので、メモリマクロ5がアンテナ効果によって破壊されることを防止することができる。しかしながら、バッファ9を電源供給配線6、7の下部に配置したことにより、信号配線11が長くなるため、バッファ9がアンテナ効果によって破壊されるおそれが生ずる。本実施形態は、これを防止するためのものである。
【0029】
図6に、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の一部を示す。本実施形態に係る半導体装置においては、半導体基板1の電源供給配線6、7の下部に、第2のバッファ9に加えて、ダミー回路15が配置されている。
【0030】
ダミー回路15は、3つの基本セル24〜26を含んでいる。本実施形態において、基本セルは2個のトランジスタを含んでいる。従って、ダミー回路15は6個のトランジスタを含む。なお、これら6個のトランジスタのゲートは、相互に接続されている。
ダミー回路15内の基本セル24は、コンタクトホール17を介して最下層の信号配線16に接続されている。
【0031】
また、バッファ9内の基本セル21は、コンタクトホール13を介して、信号配線16に接続され、さらに信号配線11に接続されている。図7は、バッファ9及びダミー回路9の回路図である。
【0032】
このように、本実施形態に係る半導体装置においては、ダミー回路15がバッファ9の入力に接続されている。そのため、半導体装置の製造工程において信号配線11に多くの電荷がチャージされた場合であっても、電荷がバッファ9に集中せずダミー回路15にも拡散するので、アンテナ効果によってバッファ9が破壊されることを防止することができる。
なお、ダミー回路15は電源供給配線6、7の下部に配置されているので、ダミー回路15によるチップ面積の増大を招くことはなく、論理回路等に用いる基本セル数を減少させることもない。
【0033】
また、本実施形態に係る半導体装置は、図5のステップS11において、バッファ9及びダミー回路15を電源供給配線6、7の下部に配置するとともに、バッファ9の入力とダミー回路を接続する配線16を配置するという条件下で、回路及び配線の配置を行うことにより、設計のTATを短くすることができる。
【0034】
なお、第1、第2の実施形態においては、バッファ8、9としてインバータを用いているが、2つのインバータを直列に接続した回路を用いても同様の効果を得ることができる。
【0035】
【発明の効果】
以上述べた様に、本発明によれば、TATを短くすることができ、メモリマクロがアンテナ効果によって破壊されることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の概要を示す図である。
【図2】図1のバッファ8の回路図である。
【図3】図1のバッファ9の回路図である。
【図4】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置のバッファ9近傍の拡大図である。
【図5】本発明の一実施形態に係る半導体装置の設計方法を示すフローチャートである。
【図6】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の一部を示す図である。
【図7】図6のバッファ9及びダミー回路15の回路図である。
【図8】従来の半導体装置の概要を示す図である。
【図9】図8のバッファ38の回路図である。
【図10】図8のバッファ39の回路図である。
【図11】従来の半導体装置の設計方法を示すフローチャートである。
【図12】図11のステップS21によって回路及び配線が配置された半導体装置を示す図である。
【図13】従来の半導体装置の一部を示す図である。
【符号の説明】
1、31 半導体基板
2〜4、32〜34 論理回路
5、35 メモリマクロ
6、7、36、37 電源供給配線
8、9、38、39 バッファ
10〜12、16、40〜46 信号配線
13、14、17、47〜50 コンタクトホール
15 ダミー回路
21〜26 基本セル
Claims (2)
- データを格納する複数のメモリセルを含むメモリマクロと、
前記メモリマクロを囲むように配置され、前記メモリマクロに電源電位を供給する環状の電源供給配線と、
前記電源供給配線の下層に配置され、前記メモリマクロに信号を出力するバッファと、
前記電源供給配線の下層に配置され、前記バッファの入力に信号を供給するための信号配線の製造工程において前記信号配線にチャージされる電荷を拡散することにより、前記バッファが前記電荷により破壊されることを防止するためのダミー回路と、
前記バッファの入力と前記ダミー回路とを接続し、前記信号配線の製造工程において前記信号配線にチャージされる電荷を前記ダミー回路に拡散するための配線と、
を具備し、
前記バッファの出力が、前記電源供給配線の内側に位置しており、
前記バッファの入力及び前記ダミー回路の入力が、前記電源供給配線の外側にそれぞれ位置しており、
前記配線が、前記電源供給配線の外側に前記電源供給配線に並行して形成されている半導体装置。 - 前記ダミー回路が、基本セルを含んでおり、
前記ダミー回路に含まれている基本セルが、1以上のトランジスタを含んでおり、前記配線が、前記バッファの入力と前記1以上のトランジスタのゲートを接続することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
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