JP4428514B2 - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体集積回路装置に関し、例えば複数の機能モジュールごとに回路ブロックに分割して、それぞれに独立に電源電圧を供給するようにしたシステムLSI(大規模集積回路)等に利用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and is effectively used for, for example, a system LSI (Large Scale Integrated Circuit) in which a plurality of functional modules are divided into circuit blocks and a power supply voltage is supplied to each independently. Technology.

本願発明を成した後の公知例調査によって、半導体集積回路に複数の機能モジールを組み込んだものとして特開2003−218682公報、マクロセルによって環状電源を結線するものとして特開平11−008306号公報の存在が報告された。しかしながら、これらの特許文献には後述するような本願発明が解決しようとする技術的課題に関しては何ら記載されていない。
特開2003−218682公報 特開平11−008306号公報
The existence of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-218682, in which a plurality of functional modules are incorporated in a semiconductor integrated circuit, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-008306, in which a ring-shaped power source is connected by a macro cell based on a survey of known examples after the present invention has been made. Was reported. However, these patent documents do not describe any technical problems to be solved by the present invention as will be described later.
JP 2003-218682 A JP-A-11-008306

PチャネルMOSFETとNチャネルMOSFETとを組み合わせて成るCMOS回路においては、入力信号が変化しないときにはいずれか一方のMOSFETがオフ状態となるために理論的には直流電流が流れないので低消費電力となるという特徴を持っている。しかしながら、素子の微細化が進展するに従い、オフ状態のMOSFETに流れるリーク電流が無視できない。特に、大規模集積回路では膨大な数の素子が形成されるために半導体集積回路装置としてみたときには大きなリーク電流が流れてしまう。   In a CMOS circuit formed by combining a P-channel MOSFET and an N-channel MOSFET, one of the MOSFETs is turned off when the input signal does not change, so that no DC current flows theoretically, resulting in low power consumption. It has the characteristics. However, as device miniaturization progresses, the leakage current flowing through the MOSFET in the off state cannot be ignored. In particular, since a large number of elements are formed in a large-scale integrated circuit, a large leak current flows when viewed as a semiconductor integrated circuit device.

そこで、LSIの中に機能モジュール毎にブロック分割し、それぞれの機能に合わせた電源供給方式を検討した。ROMのように電源遮断しても電源再投入に際して回路動作には影響が無い回路では、前記特許文献1にも記載されているようにスタンバイモードのときには電源電圧を遮断しまえば、上記リーク電流も無くして低消費電力にすることができる。これに対してレジスタ等のように記憶回路を持つものでは、何も動作をしないスタンバイモードのときでも上記レジスタ等の記憶情報を保持するために電源電圧を遮断してしまうことはできない。そこで、MOSFETのバックゲートにバイアス電圧を供給して実効しきい値電圧を大きくして、上記リーク電流を大幅に低減しつつMOSFETのオン/オフはそのまま維持することを考えた。   In view of this, a block was divided for each functional module in the LSI, and a power supply system suitable for each function was studied. In a circuit that does not affect the circuit operation when the power is turned on again, such as ROM, if the power supply voltage is cut off in the standby mode as described in Patent Document 1, the leakage current is also reduced. Eliminating power consumption can be reduced. On the other hand, in the case of having a storage circuit such as a register, the power supply voltage cannot be cut off in order to hold the storage information of the register or the like even in the standby mode where no operation is performed. Therefore, it was considered that the bias voltage is supplied to the back gate of the MOSFET to increase the effective threshold voltage, and the on / off state of the MOSFET is maintained as it is while greatly reducing the leakage current.

上記ROMのようにその機能としては電源遮断しても回路動作上は問題無い回路においても、電源投入から動作可能になるまで起動時間を短くすることが必要な回路では、上記電源電圧を遮断してしまうスタンバイモードと上記バックゲートにバイアス電圧を供給していわば半動作状態にするスタイバイモードとを設けることが便利である。かかるバックバイアスを供給するモードは、直流試験を高精度で行うために上記リーク電流を低減させることは有効であることにも気が付いた。このように電源仕様が異なる複数の機能モジュールを半導体集積回路装置に構成する場合、個々の機能モジュール毎に電源回路の設計やレイアウトを行う必要があり、設計作業が増大し、それに伴い人為的なミスも多くなってしまい設計効率が低下してしまう。また、半導体集積回路に銅配線層を用いた場合についての電源配線についても合わせて検討した。   Even in a circuit that does not have a problem in circuit operation even if the power is cut off, such as the ROM, in a circuit that requires a short start-up time from power-on until it becomes operable, the power supply voltage is cut off. It is convenient to provide a standby mode in which a bias voltage is supplied to the back gate and a standby mode in which a half-operation state is established. It has also been found that such a mode for supplying a back bias is effective in reducing the leakage current in order to perform a DC test with high accuracy. When a plurality of functional modules having different power specifications are configured in a semiconductor integrated circuit device as described above, it is necessary to design and lay out the power circuit for each functional module. Mistakes increase and design efficiency decreases. In addition, power supply wiring in the case of using a copper wiring layer in a semiconductor integrated circuit was also examined.

この発明の目的は、電源インピーダンスの低下を含んで高機能化を図りつつ、設計効率を向上させた半導体集積回路装置を提供することにある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device in which design efficiency is improved while achieving high functionality including reduction in power source impedance. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。すなわち、アルミニュウムからなるボンディンンパッドと、上記ボンディンンパッドと同じ工程で形成されたアルミニュウム層を利用して内部回路に伝えられる電源電圧と接地電位を伝達する電源幹線を構成して、かかる電源幹線の下層に配置された複数の銅配線層を用いて上記電源幹線と対応する上記内部回路を構成する半導体領域との間を接続する。   The outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is, a power supply main line that transmits a power supply voltage and a ground potential transmitted to an internal circuit using a bonding pad made of aluminum and an aluminum layer formed in the same process as the bonding pad is configured. A plurality of copper wiring layers arranged in the lower layer of the power source are connected between the power supply trunk line and the semiconductor region constituting the corresponding internal circuit.

低抵抗のアルミニュウムパッド配線を電源幹線とすることにより電源インピーダンスを小さくすることができる。そして、かかる電源幹線を用い電源遮断による低消費電力、バッグゲートでの動作を維持しつつ低消費電力や短時間での再起動が要求される内部回路に対する電源供給回路の共通化ができ、かかる電源供給回路を機能ブロックでの高精度の直流テストにも適用できる。   By using a low-resistance aluminum pad wiring as a power supply trunk line, the power supply impedance can be reduced. In addition, the power supply circuit can be shared for internal circuits that require low power consumption and restart in a short time while maintaining operation at the bag gate while maintaining power consumption by shutting off the power using such a power trunk line. The power supply circuit can also be applied to high-accuracy DC tests in functional blocks.

図1には、この発明に係る半導体集積回路装置の一実施例の概略レイアウト図が示されている。同図においては、この発明に係る半導体集積回路装置に形成される電源供給線を中心にしたレイアウトが示されている。上記電源供給線は、電源電圧線と回路の接地線が一対とされており、そのうち接地線側に斜線を付すことにより配線レイアウトを判り易くしている。   FIG. 1 is a schematic layout diagram showing an embodiment of a semiconductor integrated circuit device according to the present invention. In the figure, a layout centering on a power supply line formed in the semiconductor integrated circuit device according to the present invention is shown. The power supply line is a pair of a power supply voltage line and a circuit ground line, and a diagonal line is attached to the ground line side to make the wiring layout easy to understand.

この実施例の半導体集積回路装置は、2種類の電源電圧vccとvddによって動作するようにされる。特に制限されないが、電源電圧vccは、3.3Vのような比較的高い電圧とされ、電源電圧vddは、1.2Vのような低い電圧とされる。上記比較的高い電源電圧vccは、アナログ・論理向の電源電圧vccaaと、入出力用回路用の電源電圧vccq及び内部回路用の電源電圧vcciが設けられる。上記各電源電圧vccaa、vccq、vcciのそれぞれに対応して回路の接地電位vssaa、vssq、vssiが設けられる。半導体チップの外周に沿って太い配線で示された電源供給線は、アナログ回路用とデジタル回路用に2分割されており、外側に電源電圧vccaa、vccqが配置され、それぞれの内側に回路の接地線vssas、vssqが配置される。また、vcc系回路として、特定の回路機能を持つ内部回路としては、vcc系論理とアナログ論理とがあり、それぞれを取り囲むように細い配線で示された電源供給線が設けられる。vcc系論理を取り囲む電源供給線は、電源パッドvcci及びvssiと接続されている。アナログ論理を取り囲む電源供給線は、上記太い電源供給線とともに電源パッド(PAD)vccaa及びvssaaに接続される。   The semiconductor integrated circuit device of this embodiment is operated by two kinds of power supply voltages vcc and vdd. Although not particularly limited, the power supply voltage vcc is a relatively high voltage such as 3.3V, and the power supply voltage vdd is a low voltage such as 1.2V. The relatively high power supply voltage vcc is provided with an analog / logical power supply voltage vccaa, an input / output circuit power supply voltage vccq, and an internal circuit power supply voltage vcci. Circuit ground potentials vssaa, vssq, vssi are provided corresponding to the power supply voltages vccaa, vccq, vcci, respectively. A power supply line indicated by a thick wiring along the outer periphery of the semiconductor chip is divided into two parts for an analog circuit and a digital circuit, and the power supply voltages vccaa and vccq are arranged on the outside, and the circuit ground is inside each of them. Lines vssas and vssq are arranged. As the internal circuit having a specific circuit function as the vcc system circuit, there are a vcc system logic and an analog logic, and a power supply line shown by a thin wiring is provided so as to surround each of them. A power supply line surrounding the vcc logic is connected to power pads vcci and vssi. A power supply line surrounding the analog logic is connected to power pads (PAD) vccaa and vssaa together with the thick power supply line.

電源供給線vddとvssは、上記太い配線で示された電源供給線の内側に沿って環状に細い配線で示されたものと、後に説明する内部回路に対応したものとが設けられる。上記環状に設けられvdd系電源供給線は、入出力インターフェイスにおいてvdd系の内部信号を上記vcc系のような大振幅信号の信号に変換するレベル変換回路の動作電圧、常時動作するvdd系の内部回路、例えばvdd系論理1、vdd系論理2及びvcc系論理との間で信号の授受を行うマイクロio等の動作電圧として用いられる。上記vdd系で動作する内部回路としては、vdd系論理1とvdd系論理2が設けられる。これらの回路ブロックを取り囲むように細い配線で示された電源供給線が設けられる。vdd系論理2は、vdd系論理1や、上記環状の電源線で動作する内部回路とのノイズ分離のために、vddiとvssiのように独立した電源供給パッド(PAD)が設けられている。   The power supply lines vdd and vss are provided as a thin line in a ring along the inside of the power supply line indicated by the thick line and a line corresponding to an internal circuit described later. The ring-shaped vdd power supply line is provided with an operating voltage of a level conversion circuit that converts a vdd internal signal into a large amplitude signal such as the vcc system at an input / output interface, and an internal vdd system that operates constantly. It is used as an operating voltage of a circuit such as a micro io that exchanges signals with the vdd logic 1, the vdd logic 2, and the vcc logic. As internal circuits that operate in the vdd system, a vdd system logic 1 and a vdd system logic 2 are provided. A power supply line indicated by a thin wiring is provided so as to surround these circuit blocks. The vdd logic 2 is provided with independent power supply pads (PADs) such as vdddi and vssi for noise separation from the vdd logic 1 and the internal circuit operating with the annular power supply line.

上記電源供給線に対応して、電源パッド(PAD)vccとvss、vddとvss、vccqとvssq、vccaaとvssaaがそれぞれ必要に応じて複数組設けられる。代表として例示的に示されている他のパッド(PAD)としては、aioはアナログ信号の入出力を行うものであり、vdd系のdioはデジタル入出力を行うものであり、前記vdd系論理1、vdd系論理2との間で直接的に信号の入出力を行う。vcc系の入出力用のパッドは、同図では省略されている。そして、パッドに対応して示されている四角のブロックは、入出力インターフェイス回路を構成する。入出力インターフェイスに対応した信号入出力用のパッドは、パッドdioやaioのように代表するものが例示的に示されている。特に、デジタル系の入出力パッドは、上記電源パッドと並んで半導体チップの外周を取り囲むように多数設けられている。   Corresponding to the power supply lines, a plurality of sets of power supply pads (PAD) vcc and vss, vdd and vss, vccq and vssq, and vccaa and vssaa are provided as necessary. As other pads (PADs) exemplarily shown as representatives, aio is for inputting / outputting analog signals, vdd-related dio is for performing digital input / output, and the vdd-related logic 1 The signal is directly input / output from / to the vdd logic 2. The vcc input / output pads are omitted in FIG. The square blocks shown corresponding to the pads constitute an input / output interface circuit. The signal input / output pads corresponding to the input / output interface are exemplarily shown as representative pads such as pads dio and aio. In particular, a large number of digital input / output pads are provided so as to surround the outer periphery of the semiconductor chip along with the power supply pads.

この実施例では、vdd系論理1とvdd系論理2の内部回路ブロックに対して、電源投入時においても何も動作を行わないときに低消費電力モードにされる機能が設けられる。この低消費電力モードを実現するために内部回路を取り囲むように形成された電源供給線の下部にパワースイッチPSWが設けられ、上記電源供給線のコーナー(角部)の電源供給線の下部には、パワースイッチ制御回路PSWCが配置される。また、後述するような電源供給線のインピーダンスを下げる等の目的で、上記対応する回路を取り囲むように形成された各電源供給幹線線(vccとvss、vddとvss、vccqとvssq、vccaaとvssaa)は、上記ボンディンンパッドと同じ工程で形成される比較的厚い厚さのアルミニュウムパッド配線ALPで形成されている。   In this embodiment, the internal circuit block of the vdd system logic 1 and the vdd system logic 2 is provided with a function to enter a low power consumption mode when no operation is performed even when the power is turned on. In order to realize this low power consumption mode, a power switch PSW is provided below the power supply line formed so as to surround the internal circuit, and at the corner (corner) of the power supply line below the power supply line. A power switch control circuit PSWC is arranged. Further, for the purpose of lowering the impedance of the power supply line as will be described later, each power supply main line (vcc and vss, vdd and vss, vccq and vssq, vccaa and vssaa) formed so as to surround the corresponding circuit. ) Is formed of a relatively thick aluminum pad wiring ALP formed in the same process as the bonding pad.

図2には、図1のvdd系論理2に対応した電源供給線の一実施例のレイアウト図が示されている。この実施例では、電源供給線がセル方式で構成される。セルの種類は、特に制限されないが、大きく分けてAないしDの4種類が容易される。図面のA〜Dの文字の向きに従って、セルCは縦方向に延長される電源供給線を構成する。セルBは横方向に延長される電源供給線を構成する。そして、セルAは、上記縦と横の電源供給線を接続する角(コーナー)部の電源供給線を構成する。また、セルBは、特に制限されないが、標準セルと、長さ調整のための小セルBが設けられている。   FIG. 2 shows a layout diagram of an embodiment of a power supply line corresponding to the vdd logic 2 of FIG. In this embodiment, the power supply line is constituted by a cell system. The type of cell is not particularly limited, but can be roughly divided into four types A to D. According to the direction of letters A to D in the drawing, the cell C constitutes a power supply line extending in the vertical direction. The cell B constitutes a power supply line extending in the horizontal direction. The cell A constitutes a power supply line at a corner portion that connects the vertical and horizontal power supply lines. The cell B is not particularly limited, but a standard cell and a small cell B for length adjustment are provided.

セルEは、上記vdd系論理2が形成される上部に、上記縦方向に延長するような電源供給線を構成し、対向するセルB間を接続する。このセルEは、後述する電源メッシュを構成するのに用いられる。セルDは、内部繋ぎセルであり、上記縦方向に延長される電源供給線から横方向に延びて、内部回路の内部電源線との繋ぎを行うために用いられる。上記セルAないしEのうち、セルA、B及びCの下部には、上記パワースイッチ素子やパワースイッチ制御回路を構成する回路素子が配置される。これに対して、上記セルEは電源供給線のみとされる。セルDは、内部電源線との繋ぎの下層配線が設けられる。   The cell E constitutes a power supply line that extends in the vertical direction above the vdd logic 2 and connects the cells B facing each other. The cell E is used to configure a power mesh described later. The cell D is an internal connection cell, which extends in the horizontal direction from the power supply line extending in the vertical direction and is used for connection to the internal power supply line of the internal circuit. Among the cells A to E, circuit elements constituting the power switch element and the power switch control circuit are disposed below the cells A, B, and C. On the other hand, the cell E has only a power supply line. The cell D is provided with a lower layer wiring connected to the internal power supply line.

図3には、前記図1のvdd系論理1に対応した電源供給線の下部の一実施例の概略レイアウト図が示されている。この実施例では、主にセルCとセルAとの関係が例示的に示されている。セルCは、スイッチが設けられる。このスイッチは、特に制限されないが、上部に設けられた電源電圧vddiとvssiのうち、回路の接地線vssiに一端が接続され、他端には内部ロジック領域に回路の接地電位を供給する接地線に接続される。特に制限されないが、内部ロジック領域は、後述するようにゲートアイレ等のようにCMOS論理回路を構成するPチャネルMOSFETとNチャネルMOSFETが形成されるウェル領域が横長に形成されており、かかるウェル領域に沿ってスイッチが対応して設けられる。上記NチャネルMOSFETが形成されるP型ウェルに沿って横方向に内部回路の接地線vssが配置される。これに対して、PチャネルMOSFETが形成されるN型ウェル領域に沿って横方向に電源線vddが配置される。同図において、内部ロジック領域を縦積に分割しているブロックは、上記NチャネルMOSFETとPチャネルMOSFETが形成される回路領域に対応している。   FIG. 3 shows a schematic layout diagram of an embodiment of the lower part of the power supply line corresponding to the vdd system logic 1 of FIG. In this embodiment, the relationship between the cell C and the cell A is mainly shown as an example. The cell C is provided with a switch. Although this switch is not particularly limited, one of the power supply voltages vddi and vssi provided at the upper end is connected to the circuit ground line vssi, and the other end is connected to the ground line for supplying the circuit ground potential to the internal logic region. Connected to. Although not particularly limited, the internal logic region has a well region in which a P-channel MOSFET and an N-channel MOSFET that form a CMOS logic circuit are formed in a horizontally long shape, such as a gate air, as will be described later. A corresponding switch is provided along. A ground line vss of the internal circuit is disposed laterally along the P-type well where the N-channel MOSFET is formed. On the other hand, the power supply line vdd is arranged in the lateral direction along the N-type well region where the P-channel MOSFET is formed. In the figure, a block that divides an internal logic region into a vertical product corresponds to a circuit region in which the N-channel MOSFET and the P-channel MOSFET are formed.

左上部にコーナーに配置されたセルAには、上記セルCに設けられたスイッチのオン/オフを制御する電源SWコントローラ(パワースイッチ制御回路PSWC)が設けられる。この電源SWコントローラで形成されたスイッチ制御信号は、同図に点線で示したような電源SW制御信号線を通して各スイッチに伝えられる。同図において、内部ロジック領域の左側に配置されたセルCに設けられた電源SW(スイッチ)を制御する電源SW制御信号線は、かかるセルCに設けられた配線領域を利用して各セルCのスイッチに伝えられる。   The cell A arranged in the upper left corner is provided with a power SW controller (power switch control circuit PSWC) for controlling on / off of the switch provided in the cell C. The switch control signal formed by the power supply SW controller is transmitted to each switch through the power supply SW control signal line as shown by the dotted line in FIG. In the figure, a power supply SW control signal line for controlling a power supply SW (switch) provided in a cell C arranged on the left side of the internal logic area is connected to each cell C using a wiring area provided in the cell C. To the switch.

内部ロジック領域の右側に配置されたセルCに設けられた電源SWを制御する電源SW制御信号線は、横方向に配置されるセルBに設けられた配線領域及びセルAに設けられた配線領域を利用して右側に配置されるセルCのスイッチに伝えられる。上記スイッチは、上記のように内部回路の電源供給制御に用いられるものであるため、上記角部においては、かかるスイッチを設ける必要はない。そこで、上記のように電源SWコントローラ(パワースイッチ制御回路PSWC)を配置することによって、電源供給線下部における回路形成領域の有効利用を図るものである。   The power supply SW control signal lines for controlling the power supply SW provided in the cell C arranged on the right side of the internal logic area are a wiring area provided in the cell B arranged in the horizontal direction and a wiring area provided in the cell A. Is transmitted to the switch of the cell C arranged on the right side. Since the switch is used for power supply control of the internal circuit as described above, it is not necessary to provide such a switch at the corner. Therefore, by arranging the power SW controller (power switch control circuit PSWC) as described above, the circuit formation region in the lower part of the power supply line is effectively used.

図4には、図3の電源SWコントローラ(PSWC)と電源SW及び内部ロジックの関係を説明するための一実施例の回路図が示されている。内部ロジックを代表する回路として示されているインバータ回路は、電源線vddと内部接地線vssmを通して伝えられる動作電圧で動作する。上記内部ロジックの電源線vddは上記外部端子から供給された電源電圧が前記のようなパッド及び配線経路を通して定常的に伝えられる。内部接地線vssmは、代表として例示的に示されている電源SW(スイッチ)としてのNチャネルMOSFETQ1、Q2を通して、上記内部回路を取り囲むように形成された接地線vssに接続される。前記のようなセルCに対応して設けられる複数のスイッチとしてのMOSFETのゲートgには、電源SW制御信号が共通に供給される。   FIG. 4 shows a circuit diagram of an embodiment for explaining the relationship between the power SW controller (PSWC) of FIG. 3, the power SW and the internal logic. The inverter circuit shown as a circuit representing the internal logic operates at an operating voltage transmitted through the power supply line vdd and the internal ground line vssm. The power supply voltage vdd of the internal logic is steadily transmitted with the power supply voltage supplied from the external terminal through the pad and the wiring path as described above. The internal ground line vssm is connected to a ground line vss formed so as to surround the internal circuit through N-channel MOSFETs Q1 and Q2 as power sources SW (switches) shown as representative examples. A power supply SW control signal is commonly supplied to the gates g of the MOSFETs as a plurality of switches provided corresponding to the cell C as described above.

電源SWコントローラ(PSWC)は、制御信号reqに応答して上記MOSFETQ1、Q2等のスイッチ制御信号を形成する。内部ロジックにおいて、MOSFETQ1、Q2を高速にオフ状態からオン状態に切り替えると、内部ロジックのインバータ回路や論理ゲート回路等において入力信号が不定であること等に対応して一斉に電流が流れて、電源電圧vddや回路の接地電位vssに大きなノイズを発生させたり、システムの電源装置に対して瞬時に大きな電流供給を負担させたりしてしまう。そこで、この実施例では、2つの駆動回路C1drvとC2drv及びそれにより出力信号を生成する出力回路C1とC2及び電源SW制御信号のレベルを判定する判定回路C3とタイマー回路Timerによって上記MOSFETQ1,Q2等を2段階に分けて駆動するような電源SW制御信号が形成される。   The power SW controller (PSWC) generates switch control signals for the MOSFETs Q1, Q2, etc. in response to the control signal req. In the internal logic, when the MOSFETs Q1 and Q2 are switched from the OFF state to the ON state at high speed, current flows all at once in response to the input signal being indefinite in the inverter circuit or logic gate circuit of the internal logic. A large noise is generated in the voltage vdd or the ground potential vss of the circuit, or a large current supply is instantaneously applied to the power supply device of the system. Therefore, in this embodiment, the MOSFETs Q1, Q2, etc. are provided by the two drive circuits C1drv and C2drv, the output circuits C1 and C2 that generate output signals thereby, and the determination circuit C3 that determines the level of the power supply SW control signal and the timer circuit Timer. The power SW control signal is generated so as to drive in two stages.

制御信号reqによってパワーオン動作が指示されると、駆動回路C1drvがそれに応答して出力回路C1を通して上記パワースイッチとしてのMOSFETQ1、Q2のゲート電圧を上昇させる。上記出力回路C1は、その電流供給能力が小さなMOSFETにより形成されており、多数のパワースイッチとしてのMOSFETQ1、Q2等のゲートgが接続されることによって大きな負荷容量を持つ電源SW制御信号線のレベルは徐々に立ち上がる。これにより、パワースイッチとしてのMOSFETQ1、Q2等は、そのゲート電圧がしきい値電圧以上にされたとき、比較的小さな電流を流すように制御されており、前記のように内部ロジックのインバータ回路や論理ゲート回路等において入力信号が不定であること等による電流を制限して電源電圧vddや回路の接地電位vssに大きなノイズを発生させたり、電源装置において瞬時に大きな電流供給を負担させたりしてしまのを防止する。なお、上記ノイズの発生は、動作中の他の論理回路やインターフェイス回路及びアナログ回路等に悪影響を及ぼすと考えられるので、一部の回路に対して何も動作を行わないときに電源遮断して低消費電力モードとする機能を設ける場合に配慮しなければならない問題である。   When a power-on operation is instructed by the control signal req, the drive circuit C1drv responds to this and raises the gate voltages of the MOSFETs Q1 and Q2 as the power switches through the output circuit C1. The output circuit C1 is formed of a MOSFET having a small current supply capability, and the level of the power supply SW control signal line having a large load capacity by connecting the gates g of the MOSFETs Q1, Q2, etc. as a large number of power switches. Get up gradually. As a result, the MOSFETs Q1, Q2, etc. as power switches are controlled so that a relatively small current flows when the gate voltage exceeds the threshold voltage. Limiting the current due to the input signal being indefinite in a logic gate circuit or the like to generate a large noise in the power supply voltage vdd or the circuit ground potential vss, or causing a large current supply in the power supply device instantaneously. Prevent stripping. Note that the occurrence of noise is thought to adversely affect other operating logic circuits, interface circuits, analog circuits, etc., so shut off the power when no operation is performed on some circuits. This is a problem that must be taken into account when providing a function for the low power consumption mode.

タイマー回路Timerは、ヒステリシス特性を持つ電圧判定回路C3により電源SW制御信号線のレベルが一定レベル以上になると、駆動回路C2drvを介して出力回路C2を動作させる。出力回路2は、その電流供給能力が大きなMOSFETにより形成されており、多数のパワースイッチとしてのMOSFETQ1、Q2等のゲートgを高速に電源電圧vddまで立ち上げる。これにより、vdd系の内部ロジックは動作状態とされる。タイマー回路Timerは、遅延時間を持って上記内部ロジックの動作が有効であることを示す信号ackを出力して、他の回路に知らせる。また、信号cds/cdrは、前記マイクロioを制御する信号であり、上記内部ロジックの信号が有効とされるまでの間、例えばマイクロioに伝えられる信号出力を制限するために用いられる。   The timer circuit Timer operates the output circuit C2 via the drive circuit C2drv when the level of the power supply SW control signal line exceeds a certain level by the voltage determination circuit C3 having hysteresis characteristics. The output circuit 2 is formed of a MOSFET having a large current supply capability, and raises the gates g of the MOSFETs Q1, Q2, etc. as a large number of power switches to the power supply voltage vdd at high speed. As a result, the internal logic of the vdd system is brought into an operating state. The timer circuit Timer outputs a signal ack indicating that the operation of the internal logic is effective with a delay time, and notifies other circuits. The signal cds / cdr is a signal for controlling the micro io, and is used to limit the signal output transmitted to the micro io, for example, until the internal logic signal is validated.

図5には、前記セルCの一実施例の概略レイアウト図が示されている。同図においては、最上層の電源供給線とその下部に設けられる素子形成部とが上下に並べて示されている。同図(下)は、最上層の電源供給線を示し、vddとvssが対として設けられる。特に制限されないが、この実施例では、上記電源供給線vddとvssは、ボンディングバッドと同じ工程で形成される比較的厚い厚さで形成されたアルミニュウム層(ALP)が用いられる。コア側は、前記内部ロジック領域側であり、コア側のパッドメタル配線は、繋ぎ込む電位vdd,vss,vssmに合わせて変えられる。   FIG. 5 is a schematic layout diagram of an embodiment of the cell C. In the figure, the uppermost power supply line and the element formation portion provided below the uppermost power supply line are shown side by side. The figure (lower) shows the uppermost power supply line, where vdd and vss are provided as a pair. Although not particularly limited, in this embodiment, the power supply lines vdd and vss are formed of an aluminum layer (ALP) formed in the same process as the bonding pad and having a relatively thick thickness. The core side is the internal logic area side, and the pad metal wiring on the core side is changed according to the potentials vdd, vss, vssm to be connected.

同図(上)は、素子形成部であり、横方向に延長されるゲート電極が縦方向に並んで複数個が設けられる。上記ゲート電極を挟むようにソース,ドレインを構成する拡散層が形成される。上記2つのゲート電極に挟まれた拡散層は、上記2つのゲート電極を持つMOSFETの共通のソース又はドレインとされ、ゲートを挟んでソースとドレインが1つ置きに交互に配置される。I/O側(右側)において1つ置きの拡散層が共通にされて、ソースとされて電源供給線vssと接続される。コア側において上記と異なる1つの置きの拡散層が共通にされて、ドレインとされて内部ロジックの回路の接地線であるvssmメタル配線と接続される。また、セル枠内の右側には、縦方向に延長される複数の配線層が設けられており、前記コーナー部制御回路間の配線や電源SW制御信号を伝える配線として用いられる。   The figure (upper) is an element formation portion, and a plurality of gate electrodes extending in the horizontal direction are arranged in the vertical direction. Diffusion layers constituting the source and drain are formed so as to sandwich the gate electrode. The diffusion layer sandwiched between the two gate electrodes serves as a common source or drain of the MOSFET having the two gate electrodes, and every other source and drain are alternately disposed across the gate. On the I / O side (right side), every other diffusion layer is made common, used as a source, and connected to the power supply line vss. On the core side, every other diffusion layer different from the above is made common and used as the drain and connected to the vssm metal wiring which is the ground line of the internal logic circuit. A plurality of wiring layers extending in the vertical direction are provided on the right side in the cell frame, and are used as wiring between the corner control circuits and wiring for transmitting a power SW control signal.

図6には、前記図1のvdd系論理1に対応した電源供給線の下部の一実施例の概略レイアウト図が示されている。この実施例では、主にセルBとセルAとの関係が例示的に示されている。セルBは、2つのスイッチが設けられる。このセルBのスイッチは、2つで1組とされて一方のスイッチが上部に設けられた電源電圧vddiに一端が接続され、他端には内部ロジック領域に設けられたN型ウェルに結合されたバイアス電圧線vbpに接続される。他方のスイッチが上部に設けられた接地線vssiに一端が接続され、他端には内部ロジック領域に設けられたP型ウェルに結合されたバイアス電圧線vbnに接続される。この構成に代えて、セルCのように2つのスイッチを形成しておいて、2つのセルBを用いて上記バイアス電圧線vbpとvbnに接続してもよい。   FIG. 6 shows a schematic layout diagram of an embodiment of the lower part of the power supply line corresponding to the vdd system logic 1 of FIG. In this embodiment, the relationship between the cell B and the cell A is mainly shown as an example. Cell B is provided with two switches. One switch is connected to the power supply voltage vddi provided on the upper side, and the other switch is coupled to the N-type well provided in the internal logic region. Connected to the bias voltage line vbp. One end of the other switch is connected to a ground line vssi provided on the upper side, and the other end is connected to a bias voltage line vbn coupled to a P-type well provided in the internal logic region. Instead of this configuration, two switches may be formed like the cell C, and the two cells B may be used to connect to the bias voltage lines vbp and vbn.

これらBセルに設けられたスレーブスイッチは、CMOS回路のPチャネルMOSFETが形成されるN型ウェルとNチャネルMOSFETが形成されるP型ウェルへの通常動作時のバイアス電圧vddi,vssiを選択的に供給する。前記のようにP型ウェルとN型ウェルは、横方向に交互に配置されるので、上記スイッチを通したバイアス電圧線vbp,vbnは、前記図2に示したセルEの電源供給線に接続されて、縦方向に延長されて上記P型ウェルとN型ウェルに上記バイアス電圧を供給する。同図に示された3つのセルAには、マスタスイッチと制御回路が設けられる。   The slave switches provided in these B cells selectively apply bias voltages vddi and vssi during normal operation to the N-type well in which the P-channel MOSFET of the CMOS circuit is formed and the P-type well in which the N-channel MOSFET is formed. Supply. As described above, since the P-type well and the N-type well are alternately arranged in the horizontal direction, the bias voltage lines vbp and vbn through the switch are connected to the power supply line of the cell E shown in FIG. Then, the bias voltage is supplied to the P-type well and the N-type well extended in the vertical direction. A master switch and a control circuit are provided in the three cells A shown in FIG.

図7には、上記セルAに設けられるマスタスイッチと制御回路及び前記スレーブスイッチの一実施例の回路図が示されている。マスタスイッチは、上記内部ロジックが何も動作を行わないときに、前記セルCのように内部ロジックのCMOS回路に対して電源遮断を行わないで、CMOS回路としての動作を維持しつつ低消費電力にするときに前記N型ウェルに結合されたバイアス電圧線vbpに、電源電圧vddiよりも高く昇圧されたバックバイアス電圧vbgp(vddi+Δv)を供給するPチャネルMOSFETQ5と、P型ウェルに結合されたバイアス電圧線vbnに、回路の接地電位vssiよりも低い負のバックバイアス電圧vbgn(vss−Δv)を供給するNチャネルMOSFETQ6から構成される。このような低消費電力動作のときには、前記セルBに設けられたスレーブスイッチを構成するPチャネルMOSFETQ3とNチャネルMOSFETQ4はオフ状態にされる。   FIG. 7 shows a circuit diagram of an embodiment of the master switch, the control circuit and the slave switch provided in the cell A. When the internal logic does not perform any operation, the master switch does not shut off the power to the CMOS circuit of the internal logic like the cell C, and maintains low power consumption while maintaining the operation as the CMOS circuit. A P-channel MOSFET Q5 for supplying a back bias voltage vbgp (vddi + Δv) boosted higher than the power supply voltage vddi to the bias voltage line vbp coupled to the N-type well, and a bias coupled to the P-type well The voltage line vbn includes an N-channel MOSFET Q6 that supplies a negative back bias voltage vbgn (vss−Δv) lower than the circuit ground potential vssi. During such low power consumption operation, the P-channel MOSFET Q3 and the N-channel MOSFET Q4 constituting the slave switch provided in the cell B are turned off.

セルAにおいては、前記マスタスイッチを構成するMOSFETQ5,Q6の他に、制御信号を形成する駆動回路DV1〜DV6が設けられる。パワーダウン信号PDMは、一方において駆動回路DV1−DV2−DV3の直列回路を通して伝えられ、駆動回路DV2の出力信号が上記PチャネルMOSFETQ5のゲートに伝えられてスイッチ制御が行われ、駆動回路DV3の出力信号がMOSFETQ3のゲートに伝えられてスイッチ制御が行われる。これらの駆動回路DV1、DV2及びDV3は、昇圧電圧vbgpと回路の接地電位vss(0V)で動作し、それぞれの出力信号はvbgp/0V、0V/vbgp及びvbgp/0Vとされる。これにより、上記パワーダウン信号PDMに応じて上記のような昇圧電圧vbgpとvddとを切り替えるようPチャネルMOSFETQ5とQ3を相補的にオン/オフ制御することができる。   In the cell A, in addition to the MOSFETs Q5 and Q6 constituting the master switch, drive circuits DV1 to DV6 for forming control signals are provided. On the one hand, the power down signal PDM is transmitted through the series circuit of the drive circuits DV1-DV2-DV3, the output signal of the drive circuit DV2 is transmitted to the gate of the P-channel MOSFET Q5, the switch control is performed, and the output of the drive circuit DV3 A signal is transmitted to the gate of the MOSFET Q3 to perform switch control. These drive circuits DV1, DV2 and DV3 operate at the boosted voltage vbgp and the circuit ground potential vss (0V), and the output signals thereof are vbgp / 0V, 0V / vbgp and vbgp / 0V, respectively. As a result, the P-channel MOSFETs Q5 and Q3 can be complementarily turned on / off so that the boosted voltages vbgp and vdd are switched according to the power-down signal PDM.

上記パワーダウン信号PDMは、他方において駆動回路DV4−DV5−DV6の直列回路を通して伝えられ、駆動回路DV5の出力信号が上記NチャネルMOSFETQ6のゲートに伝えられてスイッチ制御が行われ、駆動回路DV6の出力信号がMOSFETQ4のゲートに伝えられてスイッチ制御が行われる。これらの駆動回路DV4、DV5及びDV6は、電源電圧vddと負電圧vbgn(−ΔV)で動作し、それぞれの出力信号はvbgn/vdd、vdd/vbgn及びvbgn/vddとされる。これにより、上記パワーダウン信号PDMに応じて上記のような負電圧vbgnと回路の接地電位vssとを切り替えるようNチャネルMOSFETQ6とQ4を相補的にオン/オフ制御することができる。   On the other hand, the power-down signal PDM is transmitted through the series circuit of the drive circuits DV4-DV5-DV6, and the output signal of the drive circuit DV5 is transmitted to the gate of the N-channel MOSFET Q6 to perform switch control. An output signal is transmitted to the gate of the MOSFET Q4 to perform switch control. These drive circuits DV4, DV5 and DV6 operate with a power supply voltage vdd and a negative voltage vbgn (−ΔV), and output signals thereof are vbgn / vdd, vdd / vbgn and vbgn / vdd. Thus, the N-channel MOSFETs Q6 and Q4 can be complementarily turned on / off so as to switch the negative voltage vbgn and the circuit ground potential vss in accordance with the power-down signal PDM.

上記パワーダウン信号PDMがロウレベル(0V)のとき、駆動回路DV1は前記のように0Vを出力し、駆動回路DV4は前記のようにvddを出力する。これにより、駆動回路DV2とDV5の出力信号は、上記マスタスイッチとしてのMOSFETQ5,Q6をオフ状態にし、駆動回路DV3とDV6の出力信号は、スレーブスイッチとしてのMOSFETQ3とQ4をオン状態にして、内部ロジックのPチャネルMOSFETが形成されるN型ウェルにはvddのようなバイアス電圧を供給し、NチャネルMOSFETが形成されるP型ウェルにはvssのようなバイアス電圧を供給する。これにより、内部ロジックのPチャネルMOSFETとNチャネルMOSFETとのしきい値電圧が小さくされて、高速動作を行うようにされる。   When the power down signal PDM is at a low level (0V), the drive circuit DV1 outputs 0V as described above, and the drive circuit DV4 outputs vdd as described above. As a result, the output signals of the drive circuits DV2 and DV5 turn off the MOSFETs Q5 and Q6 as the master switches, and the output signals of the drive circuits DV3 and DV6 turn on the MOSFETs Q3 and Q4 as the slave switches, A bias voltage such as vdd is supplied to the N-type well where the logic P-channel MOSFET is formed, and a bias voltage such as vss is supplied to the P-type well where the N-channel MOSFET is formed. As a result, the threshold voltage between the P-channel MOSFET and the N-channel MOSFET of the internal logic is reduced, and high-speed operation is performed.

上記パワーダウン信号PDMがハイレベル(vdd)のとき、駆動回路DV1は前記のようにvbgpを出力し、駆動回路DV4は前記のように負電圧vbgnを出力する。これにより、駆動回路DV2とDV5の出力信号は、上記マスタスイッチとしてのMOSFETQ5,Q6をオン状態にし、駆動回路DV3とDV6の出力信号は、スレーブスイッチとしてのMOSFETQ3とQ4をオフ状態にして、内部ロジックのPチャネルMOSFETが形成されるN型ウェルにはvbgpのようなバイアス電圧を供給し、NチャネルMOSFETが形成されるP型ウェルにはvbgnのようなバイアス電圧を供給する。これにより、内部ロジックのPチャネルMOSFETとNチャネルMOSFETとのしきい値電圧が大きくされて、オフ状態のPチャネルMOSFET又はNチャネルMOSFETに流れるリーク(サブスレッショルドリーク)を制限する。   When the power down signal PDM is at the high level (vdd), the drive circuit DV1 outputs vbgp as described above, and the drive circuit DV4 outputs the negative voltage vbgn as described above. Thereby, the output signals of the drive circuits DV2 and DV5 turn on the MOSFETs Q5 and Q6 as the master switches, and the output signals of the drive circuits DV3 and DV6 turn off the MOSFETs Q3 and Q4 as the slave switches, A bias voltage such as vbgp is supplied to the N-type well where the logic P-channel MOSFET is formed, and a bias voltage such as vbgn is supplied to the P-type well where the N-channel MOSFET is formed. As a result, the threshold voltage of the P-channel MOSFET and N-channel MOSFET of the internal logic is increased, and leakage (subthreshold leakage) flowing through the P-channel MOSFET or N-channel MOSFET in the off state is limited.

図8には、前記図1のvdd系論理1に対応した電源供給線の下部の他の一実施例の概略レイアウト図が示されている。この実施例は、前記図3の変形例であり、主にセルCが例示的に示されている。セルCは、前記スイッチが設けられるものと、同図に代表として例示的に示されているように容量素子が設けられものとが適宜に分散して配置される。この容量は、図9の等価回路図に示したように内部ロジックの電源電圧線と回路の接地線の間に設けられて、電源安定化動作を行うようにされる。前記のようにセルCに設けられるスイッチは、内部ロジックの回路の接地線vssmに対応して設けられるので、かかる接地線vssmに対応して前記スイッチが組これまたセルCを配置し、それ以外は上記容量素子が組み込まれたセルCが配置される。これにより、内部ロジックの縦方向に延長される電源供給線の下部の素子形成領域を有効利用することができる。   FIG. 8 shows a schematic layout of another embodiment of the lower portion of the power supply line corresponding to the vdd system logic 1 of FIG. This embodiment is a modification of FIG. 3 and mainly shows the cell C as an example. In the cell C, the cell provided with the switch and the cell C provided with a capacitor element as representatively shown in FIG. As shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 9, this capacitor is provided between the power supply voltage line of the internal logic and the ground line of the circuit so as to perform the power supply stabilization operation. As described above, the switch provided in the cell C is provided corresponding to the ground line vssm of the circuit of the internal logic. Therefore, the switch is assembled corresponding to the ground line vssm, and the cell C is disposed. The cell C in which the capacitor element is incorporated is disposed. As a result, the element formation region below the power supply line extending in the vertical direction of the internal logic can be effectively used.

図10には、前記図1のvdd系論理1に対応した電源供給線の下部の他の一実施例の概略レイアウト図が示されている。この実施例は、前記図6の変形例であり、主にセルBが例示的に示されている。セルBは、前記スイッチが設けられるものと、同図に代表として例示的に示されているように容量素子が設けられものとが適宜に分散して配置される。この容量は、図9の等価回路図に示したように内部ロジックの電源電圧線と回路の接地線の間に設けられて、電源安定化動作を行うようにされる。前記のようにセルBに設けられるスイッチは、内部ロジックの基板バイアス線vbpとvbnに対応して設けられるので、かかる基板バイアス線vbpとvbnに対応して前記スイッチが組これまたセルBを配置し、それ以外は上記容量素子が組み込まれたセルBが配置される。これにより、内部ロジックの横方向に延長される電源供給線の下部の素子形成領域を有効利用することができる。同図には、省略されているが、図8と同様に縦方向に配置されるセルCにも、スイッチと容量素子とが適宜に設けられている。   FIG. 10 shows a schematic layout of another embodiment of the lower part of the power supply line corresponding to the vdd logic 1 of FIG. This embodiment is a modification of FIG. 6 and mainly shows the cell B as an example. In the cell B, a cell provided with the switch and a cell B provided with a capacitor as shown as a representative example in FIG. As shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 9, this capacitor is provided between the power supply voltage line of the internal logic and the ground line of the circuit so as to perform the power supply stabilization operation. As described above, the switch provided in the cell B is provided corresponding to the substrate bias lines vbp and vbn of the internal logic. Therefore, the switch is assembled corresponding to the substrate bias lines vbp and vbn, and the cell B is arranged. Otherwise, the cell B in which the capacitor element is incorporated is disposed. As a result, the element formation region under the power supply line extending in the lateral direction of the internal logic can be effectively used. Although not shown in the figure, a switch and a capacitor are appropriately provided in the cell C arranged in the vertical direction as in FIG.

図11には、図10の実施例に対応した一実施例の回路図が示されている。この実施例の回路図は、前記図4に示したように内部ロジックの電源を遮断してしまうスイッチとその制御回路、図7に示したように内部ロジックに与えられる基板バイアス電圧を切り替えるスイッチとその制御回路、及び内部ロジックの関係が示されている。この実施例の内部ロジックは、前記図4を参照して説明したように内部ロジックが何も動作を行わないときに電源遮断をして低消費電力を図る動作と、前記図7を参照して説明したようにCMOS回路の動作を維持しつつ、そのリーク電流を低減して低消費電力を図る動作の2通りを持つようにされる。   FIG. 11 shows a circuit diagram of an embodiment corresponding to the embodiment of FIG. The circuit diagram of this embodiment includes a switch for shutting off the power supply of the internal logic as shown in FIG. 4 and its control circuit, and a switch for switching the substrate bias voltage applied to the internal logic as shown in FIG. The relationship between the control circuit and internal logic is shown. As described with reference to FIG. 4, the internal logic of this embodiment includes an operation for cutting power and reducing power consumption when no operation is performed by the internal logic, and referring to FIG. As described above, the operation of the CMOS circuit is maintained, and the operation of reducing the leakage current and reducing the power consumption is performed.

前記図7を参照して説明したようにCMOS回路の動作を維持しつつ、そのリーク電流を低減して低消費電力を図る動作は、内部ロジックにレジスタ等の記憶回路を持つ場合に有効である。これに対して、前記図4を参照して説明したように内部ロジックが何も動作を行わないときに電源遮断をして低消費電力を図る動作は、電源遮断前の状態を維持する必要がない論理回路の場合に有効である。しかし、このような電源遮断前の状態を維持する必要がない論理回路の場合においても、この実施例のようにマスタスイッチ及びスレーブスイッチを設けて、前記のような内部ロジックに与えられる基板バイアス電圧を切り替えてMOSFETのリーク電流を低減させることは次の場合に有効となる。   As described with reference to FIG. 7, the operation of reducing the leakage current and reducing the power consumption while maintaining the operation of the CMOS circuit is effective when the internal logic has a storage circuit such as a register. . On the other hand, as described with reference to FIG. 4, the operation for shutting down the power and reducing the power consumption when the internal logic does not perform any operation needs to maintain the state before the power is shut off. This is effective when there is no logic circuit. However, even in the case of a logic circuit that does not need to maintain the state before the power supply is cut off, the master switch and the slave switch are provided as in this embodiment, and the substrate bias voltage applied to the internal logic as described above is provided. It is effective to reduce the leakage current of the MOSFET by switching the following.

半導体集積回路装置においては、電源投入を行って直流電流の試験を行う試験項目がある。この試験項目では、内部ロジックにおいて複雑に配線される電源線と接地線との間の短絡等を検出することができる。しかしながら、素子の微細化及び低しきい値電圧化によって、オフ状態のMOSFETに流れるリーク電流が増加し、システムLSIのように多数の素子が形成される半導体集積回路装置では、上記リーク電流が大きくなり、電源線と接地線との間の短絡等によって流れる直流不良電流の検出を困難にしてしまう。   In a semiconductor integrated circuit device, there is a test item for performing a direct current test by turning on the power. In this test item, it is possible to detect a short circuit between a power supply line and a ground line that are complicatedly wired in the internal logic. However, due to the miniaturization of elements and the lower threshold voltage, the leakage current flowing through the MOSFET in the off state increases, and in a semiconductor integrated circuit device in which a large number of elements are formed as in a system LSI, the leakage current is large. Therefore, it becomes difficult to detect a DC fault current that flows due to a short circuit between the power supply line and the ground line.

この直流試験に、前記内部ロジックに与えられる基板バイアス電圧を切り替えてMOSFETのリーク電流を低減させる動作モードを有効に利用することができる。つまり、前記のように基板にMOSFETのしきい値電圧を増大させるような基板バックバイアスを供給することにより、上記リーク電流を大幅に低減させることができるから、上記電源線と接地線との間の短絡等によって流れる直流不良電流の検出を容易にする。また、CMOS回路は動作状態であるので、低い動作周波数によって内部ロジックを動作させることにより、信号伝達経路と上記電源線又は接地線との直流不良も発見することができる。   For this DC test, it is possible to effectively use an operation mode in which the substrate bias voltage applied to the internal logic is switched to reduce the leakage current of the MOSFET. That is, by supplying a substrate back bias that increases the threshold voltage of the MOSFET to the substrate as described above, the leakage current can be greatly reduced, so that the gap between the power line and the ground line can be reduced. This makes it easy to detect a defective DC current that flows due to a short circuit. Further, since the CMOS circuit is in an operating state, a DC failure between the signal transmission path and the power supply line or the ground line can be found by operating the internal logic at a low operating frequency.

前記説明したセルA〜Cは、前記図1のvdd系論理1を例にして説明したが、図2に示されたvdd系論理2のセルセルA〜Cにも同様に適用することができる。図2の実施例のように、内部論理領域が方形の一部が欠けている場合には、セルAが6個設けられる。このため、図2の実施例では、セルAとしては、前記図4の実施例のような電源SWコントローラを有するセルAを2ないし3個設けるようにしてもよい。   The cells A to C described above have been described by taking the vdd logic 1 of FIG. 1 as an example, but can be similarly applied to the cell cells A to C of the vdd logic 2 shown in FIG. As in the embodiment of FIG. 2, when the internal logic region is partially missing, six cells A are provided. For this reason, in the embodiment of FIG. 2, two or three cells A having the power SW controller as in the embodiment of FIG. 4 may be provided as the cell A.

図12には、前記図2のvdd系論理2に対応したウェル領域の一実施例の概略構成図が示されている。同図においては、上側にレイアウトが示され、下側にはそれに対応した断面構造が示されている。前記vdd系論理2に対応した前記電源供給線の下部には、前記スイッチMOSFETやキャパシタを形成する素子形成領域(ウェル領域)を半導体基板から電気的に分離するための深い深さのウェル領域からなる分離領域NISOが設けられる。例えば、半導体基板がP型(P−SUB)からなるとき、上記分離領域NISOはN型から構成される。そして、かかる分離領域NISOには、PチャネルMOSFETを形成するためのN型ウェル領域が形成され、NチャネルMOSFETを形成するためのP型ウェル領域が形成される。   FIG. 12 shows a schematic configuration diagram of an embodiment of a well region corresponding to the vdd logic 2 of FIG. In the figure, the layout is shown on the upper side, and the corresponding cross-sectional structure is shown on the lower side. Below the power supply line corresponding to the vdd system logic 2 is formed from a well region having a deep depth for electrically isolating an element formation region (well region) for forming the switch MOSFET and the capacitor from the semiconductor substrate. An isolation region NISO is provided. For example, when the semiconductor substrate is made of P-type (P-SUB), the isolation region NISO is made of N-type. In the isolation region NISO, an N-type well region for forming a P-channel MOSFET is formed, and a P-type well region for forming an N-channel MOSFET is formed.

上記vdd系論理2の縦方向に延長される電源供給線に沿っては、前記図11のパワースイッチのようにNチャネルMOSFETQ1、Q2等が設けられるので、P型ウェル領域が設けられる。これに対して、横方向に延長される電源供給線に沿っては、前記図11のスレーブスイッチのようにPチャネルMOSFETQ3とNチャネルMOSFETQ4が設けられるので、特に制限されないが、横方向に延長されるように形成されたN型ウェル領域とP型ウェル領域とが設けられる。内部ロジック部においても、CMOS回路を形成するように、横方向に延長されるN型ウェル領域とP型ウェル領域とが交互に配置される。また、vdd系論理2の角部においては、上記横方向に延長される電源供給線に沿って設けられたN型ウェル領域とP型ウェル領域がそのまま延びて、前記セルAを構成するPチャネルMOSFETとNチャネルMOSFETとが形成される。   Along with the power supply line extending in the vertical direction of the vdd logic 2, the N-channel MOSFETs Q1, Q2, etc. are provided as in the power switch of FIG. 11, so that a P-type well region is provided. On the other hand, the P-channel MOSFET Q3 and the N-channel MOSFET Q4 are provided along the power supply line extending in the lateral direction as in the slave switch of FIG. An N-type well region and a P-type well region formed as described above are provided. Also in the internal logic portion, N-type well regions and P-type well regions extending in the lateral direction are alternately arranged so as to form a CMOS circuit. At the corner of the vdd logic 2, the N-type well region and the P-type well region provided along the power supply line extending in the lateral direction extend as they are, and the P channel constituting the cell A is formed. MOSFETs and N-channel MOSFETs are formed.

図13には、図12の内部ロジック部と上記パワースイッチ部のMOSFETとウェル領域との関係を説明するための回路図が示されている。内部ロジック部のPチャネルMOSFETは、N型ウェルNWELLに形成されており、低電源電圧vddで動作するので薄膜MOSから構成される。ここで薄膜MOSはゲート絶縁膜が薄く形成されて低耐圧(低しきい値電圧)であることを意味している。内部ロジック部のNチャネルMOSFETは、P型ウェルPWELLに形成されており、低電源電圧vddで動作するので前記同様に薄膜MOSから構成される。これに対して、パワースイッチMOSFETQ1は、前記縦方向に延長されるP型ウェル領域PWELLに形成され、リーク電流を低減するために厚膜MOSで構成される。ここで厚膜MOSはゲート絶縁膜が厚く形成されて高しきい値電圧(高耐圧)であることを意味している。これにより、MOSFETQ1がオフ状態にされたときのドレイン−ソース間に流れるリーク電流が小さくなり、低消費電力化を図ることができる。   FIG. 13 is a circuit diagram for explaining the relationship between the internal logic portion of FIG. 12, the MOSFET of the power switch portion, and the well region. The P-channel MOSFET in the internal logic portion is formed in the N-type well NWELL and operates with a low power supply voltage vdd, and thus is composed of a thin film MOS. Here, the thin film MOS means that the gate insulating film is formed thin and has a low breakdown voltage (low threshold voltage). The N-channel MOSFET in the internal logic part is formed in the P-type well PWELL and operates with the low power supply voltage vdd, so that it is composed of a thin film MOS as described above. On the other hand, the power switch MOSFET Q1 is formed in the P-type well region PWELL extending in the vertical direction, and is formed of a thick film MOS in order to reduce leakage current. Here, the thick film MOS means that the gate insulating film is formed thick and has a high threshold voltage (high withstand voltage). Thereby, the leakage current flowing between the drain and the source when the MOSFET Q1 is turned off is reduced, and the power consumption can be reduced.

図14には、この発明に係る半導体集積回路装置の電源供給線の一実施例の概略レイアウト図が示されている。同図には、半導体チップの外周に沿って設けられたボンディングパッドPADと、半導体集積回路装置に形成される電源供給線との関係が示されている。ボンディングパッドPADは、同図に示したような金線からなるワイヤーをボンディングするために比較的厚い厚さのアルミニュム層から構成される。かかるボンディングパッド列と内部の回路形成領域との間には、I/Oリングを挟んで電源電圧線vddと回路の接地線vssが並んで配置される。この実施例では、かかる電源電圧線vddと接地線vssは、上記ボンディングパッドPADと同じ製造工程で形成される上記比較的厚い厚さのアルミニュウム層ALPを利用して形成される。   FIG. 14 is a schematic layout diagram showing one embodiment of the power supply line of the semiconductor integrated circuit device according to the present invention. This figure shows the relationship between bonding pads PAD provided along the outer periphery of the semiconductor chip and power supply lines formed in the semiconductor integrated circuit device. The bonding pad PAD is composed of a relatively thick aluminum layer for bonding a wire made of a gold wire as shown in FIG. Between the bonding pad row and the internal circuit formation region, a power supply voltage line vdd and a circuit ground line vss are arranged side by side with an I / O ring interposed therebetween. In this embodiment, the power supply voltage line vdd and the ground line vss are formed by using the relatively thick aluminum layer ALP formed in the same manufacturing process as the bonding pad PAD.

電源電圧線vddは、上記比較的厚い厚さのアルミニュウム層ALPを用いて内部ロッジク部を横断するように横方向に延長される複数の電源供給線が設けられる。また、縦方向には、上記アルミニュム層の下層に形成された銅層からなる電源供給線が延びており、その交差部において相互に接続されて内部ロジック部上で網目状にされる。接地線は、内部ロジック部においては接地線vssmが横方向に延長されて設けられ、上記同様に比較的厚い厚さのアルミニュウム層から構成される。そして、その両端において、前記パワースイッチMOSFETQ1と接続される。同図では、その接続部は省略されている。かかる接地線vssmにおいても、下層に形成された銅層からなる電源供給線が縦方向に延びており、その交差部において相互に接続されて内部ロジック部上で網目状にされる。上記内部ロジック部の周囲を取り囲むように形成された電源供給線vdd,vssの下部には、前記のように図11のような電源供給制御を行う電源SWコントローラ、パワースイッチ、スレーブスイッチ、メインスイッチ及びその制御回路が必要に応じて設けられる。また、内部ロジック部に上記接地線vssmと並行に設けられた接地線vssは、例えばP型ウェルウェル給電用のものとされる。この接地線vssを省略して、NチャネルMOSFETのウェルとソースは接地線vssmに接続してもよい。   The power supply voltage line vdd is provided with a plurality of power supply lines extending in the lateral direction so as to cross the internal logic portion using the relatively thick aluminum layer ALP. Further, in the vertical direction, power supply lines made of a copper layer formed below the aluminum layer extend, and are connected to each other at the intersection to form a mesh on the internal logic unit. The ground line is provided by extending the ground line vssm in the lateral direction in the internal logic portion, and is composed of a relatively thick aluminum layer as described above. At both ends thereof, the power switch MOSFET Q1 is connected. In the figure, the connecting portion is omitted. Also in the ground line vssm, power supply lines made of a copper layer formed in a lower layer extend in the vertical direction, and are connected to each other at the intersection to form a mesh on the internal logic unit. Below the power supply lines vdd and vss formed so as to surround the internal logic unit, as described above, the power SW controller, power switch, slave switch, main switch for performing power supply control as shown in FIG. And its control circuit is provided as necessary. The ground line vss provided in the internal logic portion in parallel with the ground line vssm is, for example, for P-type well well power supply. The ground line vss may be omitted, and the well and source of the N-channel MOSFET may be connected to the ground line vssm.

図15には、図14の電源供給線の等価回路図が示されている。同図は、電源電圧vddを例にして示されている。前記のように網目状の電源供給線のうち、横方向に延長される電源供給線は上記比較的厚い厚さのアルミニュウム層(ALP)を用いて形成されているので、同図に○を付した分布抵抗の抵抗値は小さくできる。これに対した、縦方向に延長される電源供給線は、上記薄い薄さの銅層で形成されているために、上記厚い厚さのアルミニュウム層に比べると分布抵抗の抵抗値は大きくなる。つまり、従来のように銅層で電源供給線を形成した場合に比べると、上記横方向に延長される電源供給線における分布抵抗の抵抗値が小さくいことによって、内部ロジックにおいてその動作中に流れる電流による電源バラツキを抑えることができる。   FIG. 15 shows an equivalent circuit diagram of the power supply line of FIG. This figure shows the power supply voltage vdd as an example. Among the mesh-like power supply lines as described above, the power supply lines extending in the lateral direction are formed using the relatively thick aluminum layer (ALP), and therefore, the figure is marked with a circle. The resistance value of the distributed resistance can be reduced. On the other hand, since the power supply line extending in the vertical direction is formed of the thin copper layer, the resistance value of the distributed resistance is larger than that of the thick aluminum layer. In other words, compared to the case where the power supply line is formed of a copper layer as in the prior art, the resistance value of the distributed resistance in the power supply line extended in the lateral direction is small, so that the internal logic flows during its operation. Power supply variation due to current can be suppressed.

このことは、別の観点からすると内部ロジックに必要な配線層を1つ減らすことができる。つまり、同じく網目状に電源供給線vddを形成する場合には、縦方向と横方向の2層分に前記銅層を用いて必要があるが、前記ボンディングパッドと同じ製造工程で形成される上記比較的厚い厚さのアルミニュウム層を利用することにより、1層分の銅層配線を省略することができ、製造工程の簡略化も図ることができる。   From another viewpoint, this can reduce one wiring layer required for the internal logic. That is, when the power supply line vdd is similarly formed in a mesh shape, it is necessary to use the copper layer for two layers in the vertical direction and the horizontal direction, but the above manufacturing process is the same as the bonding pad. By using a relatively thick aluminum layer, one layer of copper layer wiring can be omitted, and the manufacturing process can be simplified.

図16には、この発明に係る半導体集積回路装置における電源供給線の一実施例の概略構造斜視図が示されている。同図は、電源供給用のボンディングパッド(ALパッド)とそれに接続される内部電源線等の関係を立体的に表している。このため、配線層間の絶縁膜等が省略されて、配線層とその相互接続を行うコンタクト部が例示的に示されている。比較的厚い厚さのアルミニュウム層からなるボンディングパッドは、コンタクト部を介して下層の銅層からなる配線に接続されて内部回路に延びる。この構成は、前記図1に示した半導体集積回路装置のように、入力回路や外周に沿った電源供給線を回避するためのものである。   FIG. 16 is a schematic structural perspective view of an embodiment of the power supply line in the semiconductor integrated circuit device according to the present invention. This figure three-dimensionally represents the relationship between a power supply bonding pad (AL pad) and an internal power supply line connected thereto. For this reason, an insulating film or the like between the wiring layers is omitted, and the wiring layer and the contact portion that interconnects the wiring layers are exemplarily shown. A bonding pad made of an aluminum layer having a relatively thick thickness is connected to a wiring made of a lower copper layer through a contact portion and extends to an internal circuit. This configuration is for avoiding an input circuit and a power supply line along the outer periphery as in the semiconductor integrated circuit device shown in FIG.

内部ロジック部に対応した電源幹線ALPは、上記ボンディングパッドと同じ製造工程で形成される上記比較的厚い厚さのアルミニュウム層からなり上記内部回路に向かって延びる銅層を介してコンタクトによって接続される。同図では、上記電源幹線としては電源電圧線vddが例示的に示されている。かかる電源幹線(ALP)は、その下層の銅層からなる配線やコンタクトを介して、例えばPチャネルMOSFETが形成されるN型のウェル領域NWに接続される。接地用の上記ボンディングパッドvssも、コンタクト部を介して下層の銅層からなる配線に接続されて内部回路に延びて、一方において上記比較的厚い厚さのアルミニュウム層からなる接地用の電源幹線に接続され、他方において下層の同様な銅層からなる配線やコンタクトを介して、例えばNチャネルMOSFETが形成されるP型のウェル領域PWに接続される。上記電源幹線は、その下層に設けられた銅層からなる電源配線によって、前記網目状に構成してもよい。   The power supply main line ALP corresponding to the internal logic part is connected by a contact through a copper layer made of the relatively thick aluminum layer formed in the same manufacturing process as the bonding pad and extending toward the internal circuit. . In the figure, a power supply voltage line vdd is exemplarily shown as the power supply trunk line. The power supply main line (ALP) is connected to an N-type well region NW in which, for example, a P-channel MOSFET is formed, via a wiring and a contact made of a copper layer thereunder. The bonding pad vss for grounding is also connected to a wiring made of a lower copper layer via a contact portion and extends to an internal circuit, and on the other hand, is connected to a power supply trunk for grounding made of the relatively thick aluminum layer. On the other hand, it is connected to a P-type well region PW in which, for example, an N-channel MOSFET is formed, via a wiring or contact made of a similar lower copper layer. The power supply main line may be configured in the mesh shape by power supply wiring made of a copper layer provided below the power supply main line.

図17には、この発明に係る半導体集積回路装置における電源電圧線の一実施例の概略構造断面図が示されている。同図は、電源電圧vddの供給経路が代表として例示的に示されている。前記図16で説明したように、厚い厚さのアルミニュウム等からなるボンディンンパッドは、下層の銅層からなる配線層に接続され、一方においては上層に形成されたアルミニュウム等からなる電源幹線ALPにコンタクトを介して接続され、他方において下層に設けられた配線層及びコンタクトを介してPチャネルMOSFETが形成されるN型のウェル領域NWに接続される。この構成では、下層の銅層からなる配線と上層のアルミニュウム層からなる電源幹線とが並列関係となる。これにより、内部ロジックの動作に必要な電流が上記2つの電源経路に分散して流れ、特に幹線側に多く流れて電源線としてのインピーダンスを低く抑えることができる。このため、内部ロジックが動作中における個々の論理回路での電源電圧のバラツキや変動を抑えることができる。内部ロジックが前記1.2Vのような低電圧(あるいはそれ以下)で動作するとき、電源電圧のバラツキや変動は回路動作に与える影響が大きいので、この実施例により内部ロジック回路の安定動作が期待できる。   FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of the power supply voltage line in the semiconductor integrated circuit device according to the present invention. In the figure, the supply path of the power supply voltage vdd is exemplarily shown as a representative. As described in FIG. 16, the bonding pad made of thick aluminum or the like is connected to the wiring layer made of the lower copper layer, and on the other hand, the power supply main line ALP made of aluminum or the like formed in the upper layer is connected to the power supply main line ALP made of aluminum or the like. It is connected via a contact, and on the other hand, it is connected via a wiring layer provided in a lower layer and an N-type well region NW where a P-channel MOSFET is formed via a contact. In this configuration, the wiring composed of the lower copper layer and the power supply trunk line composed of the upper aluminum layer are in parallel. As a result, the current necessary for the operation of the internal logic flows in a distributed manner in the two power supply paths, and particularly flows largely on the main line side, so that the impedance as the power supply line can be kept low. For this reason, it is possible to suppress variations and fluctuations in the power supply voltage in individual logic circuits during operation of the internal logic. When the internal logic operates at a low voltage (or lower) such as 1.2V, variations and fluctuations in the power supply voltage have a great influence on the circuit operation. Therefore, stable operation of the internal logic circuit is expected by this embodiment. it can.

図18には、この発明に係る半導体集積回路装置における電源電圧線の他の一実施例の概略構造断面図が示されている。同図は、接地電位vssの供給経路が代表として例示的に示されている。前記図17で説明した同様に接地線vssにおいても、厚い厚さのアルミニュウム等からなるボンディンンパッドは、下層の銅層からなる配線層に接続され、一方においては上層に形成されたアルミニュウム等からなる電源幹線ALPにコンタクトを介して接続され、他方において下層に設けられた配線層及びコンタクトを介してNチャネルMOSFETが形成されるP型のウェル領域PWに接続される。この構成により、上記同様に接地線としてのインピーダンスを低く抑えることができる。このため、内部ロジックが動作中における個々の論理回路での接地電位のバラツキや変動を抑えることができる。内部ロジックが前記1.2Vのような低電圧(あるいはそれ以下)で動作するとき、接地電位のバラツキや変動は回路動作に与える影響が大きいので、この実施例により内部ロジック回路の安定動作が期待できる。   FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of the power supply voltage line in the semiconductor integrated circuit device according to the present invention. In the figure, the supply path of the ground potential vss is exemplarily shown as a representative. Similarly to the ground line vss described with reference to FIG. 17, the bonding pad made of thick aluminum or the like is connected to the wiring layer made of the lower copper layer, and on the other hand, from the aluminum or the like formed in the upper layer. The power supply main line ALP is connected via a contact, and on the other hand, is connected to a P-type well region PW where an N-channel MOSFET is formed via a wiring layer and a contact provided in the lower layer. With this configuration, the impedance as the ground wire can be kept low as described above. For this reason, it is possible to suppress variations and fluctuations in the ground potential in individual logic circuits during operation of the internal logic. When the internal logic operates at a low voltage (or lower) such as 1.2V, variations and fluctuations in the ground potential have a great influence on the circuit operation. Therefore, stable operation of the internal logic circuit is expected by this embodiment. it can.

以上本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、半導体集積回路装置に全ての回路に対して、図7のようにマスタスイッチとスレーブスイッチのみを設け、前記のような直流試験のときのみに全てのPチャネルMOSFETとNチャネルMOSFETにしきい値電圧を大きくするようなバックバイアス電圧に切り替えるようにするものであってもよい。この場合も、チップの外周に沿って設けられる電源供給線の下部に前記のようなマスクスイッチ及びスレーブスイッチを設けるようにする。そして、前記パワースイッチが不要であるので、その部分にバックバイアス電圧vbpとvbnを形成する発振回路及びチャージポンプ回路及びその制御回路を設けるようにしてもよい。この発明は、マイコンやシステムLSI等のような半導体集積回路装置に広く利用することができる。   Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the above embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, only a master switch and a slave switch are provided for all circuits in a semiconductor integrated circuit device as shown in FIG. 7, and threshold values are set for all P-channel MOSFETs and N-channel MOSFETs only during the DC test as described above. The back bias voltage may be switched to increase the voltage. Also in this case, the mask switch and the slave switch as described above are provided below the power supply line provided along the outer periphery of the chip. Since the power switch is not necessary, an oscillation circuit, a charge pump circuit, and a control circuit for forming back bias voltages vbp and vbn may be provided in that portion. The present invention can be widely used in semiconductor integrated circuit devices such as microcomputers and system LSIs.

この発明に係る半導体集積回路装置の一実施例を示す概略レイアウト図である。1 is a schematic layout diagram showing an embodiment of a semiconductor integrated circuit device according to the present invention. 図1のvdd系論理2に対応した電源供給線の一実施例を示すレイアウト図である。FIG. 2 is a layout diagram illustrating an example of a power supply line corresponding to the vdd system logic 2 of FIG. 1. 図1のvdd系論理1に対応した電源供給線の下部の一実施例を示す概略レイアウト図である。FIG. 2 is a schematic layout diagram showing an embodiment of a lower portion of a power supply line corresponding to the vdd system logic 1 of FIG. 1. 図3の電源SWコントローラ(PSWC)と電源SW及び内部ロジックの関係を説明するための一実施例の回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of an embodiment for explaining the relationship between the power SW controller (PSWC) of FIG. 3, the power SW, and internal logic. 図2のセルCの一実施例の概略レイアウト図である。FIG. 3 is a schematic layout diagram of an embodiment of the cell C in FIG. 2. 図1のvdd系論理1に対応した電源供給線の下部の一実施例を示す概略レイアウト図である。FIG. 2 is a schematic layout diagram showing an embodiment of a lower portion of a power supply line corresponding to the vdd system logic 1 of FIG. 1. 図2のセルAに設けられるマスタスイッチと制御回路及び前記スレーブスイッチの一実施例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an embodiment of a master switch, a control circuit, and the slave switch provided in the cell A of FIG. 2. 図1のvdd系論理1に対応した電源供給線の下部の他の一実施例を示す概略レイアウト図である。FIG. 10 is a schematic layout diagram showing another embodiment of the lower portion of the power supply line corresponding to the vdd system logic 1 of FIG. 1. 図8に対応した等価回路図である。FIG. 9 is an equivalent circuit diagram corresponding to FIG. 8. 図1のvdd系論理1に対応した電源供給線の下部の他の一実施例を示す概略レイアウト図である。FIG. 10 is a schematic layout diagram showing another embodiment of the lower portion of the power supply line corresponding to the vdd system logic 1 of FIG. 1. 図10の実施例に対応した一実施例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one Example corresponding to the Example of FIG. 図2のvdd系論理2に対応したウェル領域の一実施例を示す概略構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an example of a well region corresponding to the vdd system logic 2 of FIG. 2. 図12の内部ロジック部と上記パワースイッチ部のMOSFETとウェル領域との関係を示す回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram showing the relationship between the internal logic part of FIG. 12 and the MOSFET and well region of the power switch part. この発明に係る半導体集積回路装置の電源供給線の一実施例を示す概略レイアウト図である。1 is a schematic layout diagram showing one embodiment of a power supply line of a semiconductor integrated circuit device according to the present invention. 図14の電源供給線の等価回路図である。FIG. 15 is an equivalent circuit diagram of the power supply line of FIG. 14. この発明に係る半導体集積回路装置における電源供給線の一実施例を示す概略構造斜視図である。1 is a schematic structural perspective view showing one embodiment of a power supply line in a semiconductor integrated circuit device according to the present invention. この発明に係る半導体集積回路装置における電源電圧線の一実施例を示す概略構造断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a power supply voltage line in a semiconductor integrated circuit device according to the present invention. この発明に係る半導体集積回路装置における電源電圧線の他の一実施例を示す概略構造断面図である。It is a schematic structure sectional view showing another embodiment of the power supply voltage line in the semiconductor integrated circuit device according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

ALP…電源幹線、A〜D…セル、C1drv,C2drv…駆動回路、Timer…タイマー回路、C1,C2…出力回路、C3…電圧判定回路、PSWC…電源スイッチコントローラ、Q1〜Q13…MOSFET、DV1〜DV6…駆動回路、PW…P型ウェル領域、NW…N型ウェル領域、NISO…素子分離領域(デープウェル)、P−SUB…半導体基板。
ALP ... Power supply trunk line, A to D ... Cell, C1drv, C2drv ... Drive circuit, Timer ... Timer circuit, C1, C2 ... Output circuit, C3 ... Voltage judgment circuit, PSWC ... Power switch controller, Q1-Q13 ... MOSFET, DV1 DV6: drive circuit, PW: P-type well region, NW: N-type well region, NISO: element isolation region (deep well), P-SUB: semiconductor substrate.

Claims (6)

アルミニュウムからなるボンディングパッドと、
上記ボンディングパッドと同じ工程で形成されたアルミニュウム層からなり、内部回路に伝えられる電源電圧と接地電位を伝達する電源幹線と、
上記電源幹線の下層に配置され、上記電源幹線と対応する上記内部回路を構成する半導体領域との間を接続する銅配線層からなる複数配線層とを備え、
上記電源幹線は、
第1の方向に並行に延在する電源電圧線及び回路の接地線からなる第1電源供給線を含み、かかる第1電源供給線の半導体基板を含む下層に配置され、上記電源電圧線又は回路の接地線と上記内部回路の対応する電源供給線との間に設けられた第1スイッチ素子を含む第1セルと、
第1の方向と直交する第2方向に並行に延在する電源電圧線及び回路の接地線からなる第2電源供給線を含み、かかる第2電源供給線の半導体基板を含む下層に配置され、上記内部回路の第1導電型MOSFETが形成される第1ウェル領域に接続された第1バイアス配線と第1バックバイアス配線との間に設けられた第2スイッチ素子又は上記内部回路の第2導電型MOSFETが形成される第2ウェル領域に接続された第2バイアス配線と第2バックバイアス配線との間に設けられた第3スイッチ素子のいずれかを含む第2セルと、
上記内部回路が形成される素子領域の角部に対応し、上記第1電源供給線と第2電源供給線と電源電圧線と回路の接地線とを相互に接続する角部電源供給線と、かかる角部電源供給線の半導体基板を含む下層に配置され、上記第1セルの第1スイッチ素子の制御を行う電源スイッチコントローラ、上記第1バイアス線と上記第2バイアス線と対応する上記電源電圧線と回路の接地線とを接続する第4スイッチ素子及び第5スイッチ素子、これら第4スイッチ素子及び第5スイッチ素子と前記第2スイッチ素子と第3スイッチ素子との切り替えを制御する制御回路が分散されてなる複数種類からなる第3セルとを備え、 上記内部回路を取り囲むように、しかも対応する電源供給線が相互に接続されるよう上記第1セル、第2セル及び第3セルが上記内部回路の大きさに対応して複数個設けられてなることを特徴とする半導体集積回路装置。
A bonding pad made of aluminum;
A power supply main line that transmits a power supply voltage transmitted to an internal circuit and a ground potential, and includes an aluminum layer formed in the same process as the bonding pad.
A plurality of wiring layers made of a copper wiring layer disposed below the power supply trunk line and connecting between the power supply trunk line and a semiconductor region constituting the corresponding internal circuit;
The power trunk line
A first power supply line including a power supply voltage line extending in parallel with the first direction and a circuit ground line; and disposed on a lower layer including the semiconductor substrate of the first power supply line. A first cell including a first switch element provided between the ground line and a corresponding power supply line of the internal circuit;
A second power supply line including a power supply voltage line extending in parallel with a second direction orthogonal to the first direction and a circuit ground line, and disposed in a lower layer including the semiconductor substrate of the second power supply line; The second switch element provided between the first bias wiring connected to the first well region where the first conductivity type MOSFET of the internal circuit is formed and the first back bias wiring or the second conductivity of the internal circuit. A second cell including any one of the third switch elements provided between the second bias wiring and the second back bias wiring connected to the second well region in which the type MOSFET is formed;
Corresponding to the corner of the element region where the internal circuit is formed, the corner power supply line connecting the first power supply line, the second power supply line, the power supply voltage line, and the circuit ground line to each other; A power switch controller that is disposed in a lower layer including the semiconductor substrate of the corner power supply line and controls the first switch element of the first cell, and the power supply voltage corresponding to the first bias line and the second bias line. A fourth switch element and a fifth switch element for connecting the line and the ground line of the circuit, and a control circuit for controlling switching between the fourth switch element, the fifth switch element, the second switch element, and the third switch element. A plurality of types of distributed third cells, and the first cell, the second cell, and the third cell surround the internal circuit and the corresponding power supply lines are connected to each other. A semiconductor integrated circuit device comprising a plurality of the internal circuits corresponding to the size of the internal circuit.
請求項において、
上記第1方向に対応して、上記第1電源供給線と、かかる第1電源供給線の半導体基板含む下層に配置され、上記電源電圧線と回路の接地線に設けられた容量素子とを含む第4セルと、
上記第2方向に対応して第2電源供給線と、かかる第2電源供給線の半導体基板含む下層に配置され、上記電源電圧線と回路の接地線に設けられた容量素子とを含む第5セルとを更に備え、
上記第1セルと並んで上記第4セルが配置され、
上記第2セルと並んで上記第5セルが配置されてなることを特徴とする半導体集積回路装置。
In claim 1 ,
Corresponding to the first direction, including the first power supply line and a capacitor element disposed on a lower layer including the semiconductor substrate of the first power supply line and provided on the power supply voltage line and a ground line of the circuit. A fourth cell;
A fifth power supply line corresponding to the second direction, and a fifth power supply line disposed on a lower layer including the semiconductor substrate of the second power supply line, and a capacitive element provided on the power supply voltage line and the ground line of the circuit A cell,
The fourth cell is arranged alongside the first cell,
A semiconductor integrated circuit device, wherein the fifth cell is arranged alongside the second cell.
請求項において、
上記角部電源供給線のうち、1つの角部電源供給線に対応して上記第1セルの第1スイッチ素子の制御を行う電源スイッチコントローラが設けられる第6セルとされ、
上記角部電源供給線のうちの残りの角部電源供給線に対応して上記第1バイアス線と上記第2バイアス線と対応する上記電源電圧線と回路の接地線とを接続する第4スイッチ素子及び第5スイッチ素子、これら第4スイッチ素子及び第5スイッチ素子と前記第2スイッチ素子と第3スイッチ素子との切り替えを制御する制御回路とが分散されてなる第7セルとされてなることを特徴とする半導体集積回路装置。
In claim 2 ,
Among the corner power supply lines, the sixth cell is provided with a power switch controller that controls the first switch element of the first cell corresponding to one corner power supply line.
A fourth switch for connecting the power supply voltage line corresponding to the first bias line and the second bias line to the ground line of the circuit corresponding to the remaining corner power supply line among the corner power supply lines. A seventh cell in which elements, a fifth switch element, the fourth switch element, the fifth switch element, and a control circuit for controlling switching of the second switch element and the third switch element are distributed; A semiconductor integrated circuit device.
請求項において、
上記第1方向に対応して上記第1セルよりも第1方向の長さが短くされた上記第1電源供給線を有する第8セルを更に備え、
上記第1セル、第4セルと並んで上記第8セルが配置されてなることを特徴とする半導体集積回路装置。
In claim 3 ,
An eighth cell having the first power supply line that is shorter in the first direction than the first cell corresponding to the first direction;
8. A semiconductor integrated circuit device, wherein the eighth cell is arranged side by side with the first cell and the fourth cell.
請求項において、
上記第1方向に配列される第1、第4及び第8セルには、上記第1電源供給線の下層に上記第1方向に延長される複数の第1配線層が配置されてなり、
上記第1配線層は上記第1スイッチ素子のスイッチ制御を行う制御信号の伝達に用いられるものを含むことを特徴とする半導体集積回路装置。
In claim 4 ,
In the first, fourth, and eighth cells arranged in the first direction, a plurality of first wiring layers extending in the first direction are disposed below the first power supply line,
The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the first wiring layer includes one used for transmission of a control signal for performing switch control of the first switch element.
請求項において、
上記内部回路が形成される半導体領域上に、上記第2電源供給線のうち内側に設けられた電源供給線間を相互に接続して格子状とされる電源供給線を更に備え、
かかる電源供給線の下層に設けられ、第1方向に延長される複数の配線により上記内部回路が形成される半導体領域を網目状に覆うようにしてなることを特徴とする半導体集積回路装置。
In claim 1 ,
On the semiconductor region where the internal circuit is formed, further includes a power supply line that is grid-connected by mutually connecting the power supply lines provided on the inner side of the second power supply line,
A semiconductor integrated circuit device comprising a plurality of wirings provided in a lower layer of such a power supply line and extending in a first direction so as to cover a semiconductor region in which the internal circuit is formed in a mesh pattern.
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