JP4470049B2 - ソフトエラー耐性強化ラッチ回路及び半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ソフトエラー耐性強化ラッチ回路及びこの回路を含む半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路においては、パッケージや配線などに不純物として含まれている微量のウランやトリウムの放射性同位元素が崩壊する時にα線を放出する。このα線が半導体基板に入射すると、その経路に沿って電子−正孔対が発生する。例えば5Mevのα粒子がSi基板に入射すると、α線1個当たり約106個の電子−正孔対が発生する。これにより、記憶状態が反転するというソフトエラーが生ずる。
【0003】
このソフトエラーは、低電圧化と素子の微細化が進むほど顕著になり、DRAMのみならず、SRAMでも問題となっている。
【0004】
従来ではソフトエラー耐性強化のために、メモリセルに容量を付加していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、容量付加により動作速度が遅くなり、また、面積が広くなって集積度が低下する。
【0006】
また、メモリの周辺回路、例えばアドレスバッファレジスタのビットがソフトエラーで反転すると、誤ったアドレスの内容をアクセスすることになる。メモリセルのソフトエラーの場合にはECC回路によりエラーを訂正することが可能であるが、メモリの周辺回路のラッチ回路でソフトエラーが生じた場合にはこれを訂正することができない。上記低電圧化と素子の微細化が進むと臨界容量が小さくなって、このラッチ回路でもソフトエラーが生ずる。
【0007】
本発明の目的は、このような問題点に鑑み、動作速度の低下を抑制してソフトエラー耐性を強化することが可能なソフトエラー耐性強化ラッチ回路及びこの回路を含む半導体装置を提供することにある。
【0008】
本発明の他の目的は、集積度の低下を抑制してソフトエラー耐性を強化することが可能なソフトエラー耐性強化ラッチ回路及びこの回路を含む半導体装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段及びその作用効果】
請求項1のソフトエラー耐性強化ラッチ回路では、例えば図7に示す如く、
第1スイッチ回路(23)と、
入力端が該第1スイッチ回路の一端に接続され、インバータとして機能可能な第1論理回路(20)と、
入力端が該第1論理回路の出力端に接続され、インバータとして機能可能な第2論理回路(21)と、
該第2論理回路の出力端と該第1論理回路の入力端との間に接続された第2スイッチ回路(22)と、
該第2論理回路の出力ノードに容量を付加する容量付加部(C1)とを有し、該第1スイッチ回路と該第2スイッチ回路とが排他的にオン/オフ制御される。
【0010】
このソフトエラー耐性強化ラッチ回路によれば、第1スイッチ回路がオンで第2スイッチ回路がオフであるとき、第1論理回路の入力ノードに容量付加部の容量が付加されないので、ソフトエラー耐性強化用容量付加部を備えても、書き込み動作速度が低下しない。
【0011】
請求項2のソフトエラー耐性強化ラッチ回路では、例えば図8に示す如く、
第1スイッチ回路(23)と、
入力端が該第1スイッチ回路の一端に接続され、インバータとして機能可能な第1論理回路(20)と、
入力端が該第1論理回路の出力端に接続され、インバータとして機能可能な第2論理回路(21)と、
該第2論理回路の出力端と該第1論理回路の入力端との間に接続された第2スイッチ回路(22)と、
入力端が該第1論理回路の入力端に接続され、インバータとして機能可能な第3論理回路(24)と、
該第3論理回路の出力端と該第1論理回路の出力端との間に接続された第3スイッチ回路(25)と、
該第3論理回路の出力ノードに容量を付加する容量付加部(C2)とを有し、該第1スイッチ回路と該第2スイッチ回路とが排他的にオン/オフ制御され、該第2スイッチ回路と該第3スイッチ回路とが共通にオン/オフ制御される。
【0012】
このソフトエラー耐性強化ラッチ回路によれば、第1スイッチ回路がオンで第2及び第3スイッチ回路がオフであるとき、第1論理回路の出力ノードに容量付加部の容量が付加されないので、ソフトエラー耐性強化用容量付加部を備えても、書き込み動作速度が低下しない。
【0013】
請求項3のソフトエラー耐性強化ラッチ回路では、請求項2において例えば図9に示す如く、上記第2論理回路の出力ノードに容量を付加する容量付加部(C1)をさらに有する。
【0014】
請求項4のソフトエラー耐性強化ラッチ回路では、例えば図10に示す如く、
スイッチ回路(27)と、
入力端が該スイッチ回路の一端に接続され、インバータとして機能可能な第1論理回路(20)と、
入力端が該第1論理回路の出力端に接続され、出力ノードと第1端との間及び該出力ノードと第2端との間が同時にオン/オフ制御されるスイッチ回路部(262、263)と、該スイッチ回路部の該第1端と第1電源電位供給線との間に接続された第1トランジスタ回路部(261)と、該スイッチ回路部の該第2端と第2電源電位供給線との間に接続された第2トランジスタ回路部(264)とを備え、該スイッチ回路部がオンのときインバータとして機能可能であり、該スイッチ回路部がオフのとき該出力ノードが高インピーダーンス状態になる第2論理回路(26)と、
該第1トランジスタ回路部に容量を付加する第1容量付加部(C3)と、
該第2トランジスタ回路部に容量を付加する第2容量付加部(C4)と、
を有し、該スイッチ回路と該スイッチ回路部とが排他的にオン/オフ制御される。
【0015】
このソフトエラー耐性強化ラッチ回路によれば、スイッチ回路がオンでスイッチ回路部がオフであるとき、第2論理回路の出力ノードに第1及び第2容量付加部の容量が付加されないので、ソフトエラー耐性強化用第1及び第2容量付加部を備えても、書き込み動作速度が低下しない。
【0016】
請求項5のソフトエラー耐性強化ラッチ回路では、請求項1乃至4のいずれか1つにおいて、上記第1論理回路(20)はインバータである。
【0017】
請求項6のソフトエラー耐性強化ラッチ回路では、請求項1乃至3のいずれか1つにおいて、上記第2論理回路はインバータである。
【0018】
請求項7のソフトエラー耐性強化ラッチ回路では、請求項4において、上記第2論理回路はクロックトインバータである。
【0019】
請求項8のソフトエラー耐性強化ラッチ回路では、請求項1乃至3のいずれか1つにおいて、上記第1スイッチ回路はNチャンネルMISトランジスタとPチャンネルMISトランジスタとが並列接続された転送ゲートである。
【0020】
請求項9のソフトエラー耐性強化ラッチ回路では、請求項4において、上記第1スイッチ回路はクロックトインバータである。
【0021】
請求項10のソフトエラー耐性強化ラッチ回路では、請求項1乃至3のいずれか1つにおいて、上記第2スイッチ回路はNチャンネルMISトランジスタとPチャンネルMISトランジスタとが並列接続された転送ゲートである。
【0022】
請求項11のソフトエラー耐性強化ラッチ回路では、請求項1乃至9のいずれか1つにおいて例えば図11(B)に示す如く、
上記第2論理回路はその上記出力ノードの一部としてMISトランジスタのドレイン領域(32N)を有し、
上記容量付加部は、該ドレイン領域の不純物濃度を該MISトランジスタのソース領域(33N)のそれより高くすることにより形成されている。
【0023】
このソフトエラー耐性強化ラッチ回路によれば、チップ面積の増加が避けられる。
【0024】
請求項12のソフトエラー耐性強化ラッチ回路では、請求項1乃至8のいずれか1つにおいて例えば図12(A)に示す如く、
上記第2論理回路はその上記出力ノードの一部としてMISトランジスタのドレイン領域(32N)を有し、
上記容量付加部は、該ドレイン領域と接する基板又はウェルの部分の不純物濃度を、該MISトランジスタのソース領域(33N)と接する該基板又は該ウェルの部分のそれより高くすることにより形成されている。
【0025】
このソフトエラー耐性強化ラッチ回路によれば、チップ面積の増加が避けられ、しかも、請求項12の場合よりも容量付加部の容量を大きくすることができる。
【0026】
請求項13のソフトエラー耐性強化ラッチ回路では、請求項1乃至8のいずれか1つにおいて例えば図13(C)に示す如く、
上記第2論理回路はその上記出力ノードの一部として第1MISトランジスタのドレイン領域(47)を有し、
上記容量付加部は、該第1MISトランジスタと隣り合い一方の電極(47)を該ドレイン領域と共有する第2MISトランジスタのゲート容量であり、該第2MISトランジスタがオンになる電位がそのゲート電極(51)に供給され、上記第2スイッチ回路は、該第2MISトランジスタと隣り合い一方の電極(46)を該第2MISトランジスタの他方の電極と共有する第3MISトランジスタを有する。
【0027】
このソフトエラー耐性強化ラッチ回路によれば、容量付加部の幅が第2MISトランジスタのゲート幅となるので、その面積を狭くすることができる。
【0028】
請求項14のソフトエラー耐性強化ラッチ回路では、請求項13において例えば図17に示す如く、上記第2MISトランジスタのゲート絶縁膜は、その誘電率が上記第1MISトランジスタのそれより大きい。
【0029】
このソフトエラー耐性強化ラッチ回路によれば、同じ面積で請求項13の場合よりも付加容量を大きくすることができる。
【0030】
請求項15のソフトエラー耐性強化ラッチ回路では、請求項1乃至8のいずれか1つにおいて例えば図14(C)に示す如く、
上記第2論理回路はその上記出力ノードの一部として第1MISトランジスタのドレイン領域(46)を有し、
上記第2スイッチ回路は、該第1MISトランジスタと隣り合い一方の電極(46)を該第1MISトランジスタの該ドレイン領域と共有する第2MISトランジスタを有し、
上記容量付加部は、該第2MISトランジスタのゲート電極の面積を、該第1MISトランジスタのそれより広くすることにより形成されている。
【0031】
このソフトエラー耐性強化ラッチ回路によれば、新たな素子を追加する必要がないので、構成が簡単になると共に、容量付加部を形成することによる面積増加を少なくすることができる。
【0032】
請求項16のソフトエラー耐性強化ラッチ回路では、請求項1乃至8のいずれか1つにおいて例えば図15(B)に示す如く、
上記第2論理回路はその上記出力ノードの一部として第1MISトランジスタのドレイン領域(46A)を有し、
上記第2スイッチ回路は、該第1MISトランジスタと隣り合い一方の電極(46A)を該第1MISトランジスタの該ドレイン領域と共有する第2MISトランジスタを有し、
上記容量付加部は、該ドレイン領域の上方に導体電極(51A)が絶縁膜を介して配置されることにより形成されている 。
【0033】
このソフトエラー耐性強化ラッチ回路によれば、容量付加部を形成することにより増加する面積に対する容量付加部の容量の割合が請求項13の場合よりも大きくなる。
【0034】
請求項17のソフトエラー耐性強化ラッチ回路では、請求項16において例えば図15に示す如く、上記導体電極(51A)は、基準電位が供給されるメタル配線であり、半導体基板に最も近い第1配線層よりも該半導体基板に接近して形成されている。
【0035】
請求項18のソフトエラー耐性強化ラッチ回路では、請求項16において例えば図16に示す如く、上記導体電極は、基準電位が供給されるメタル配線(54)であり、半導体基板に最も近い第1メタル配線層に形成され、該メタル配線の上記ドレイン領域(46)と対向する面が該ドレイン領域側へ突出している。
【0036】
このソフトエラー耐性強化ラッチ回路によれば、請求項16の場合よりも、容量付加部を形成することによる面積増加を少なくすることができる。
【0037】
請求項19のソフトエラー耐性強化ラッチ回路では、請求項16乃至18のいずれか1つにおいて例えば図18に示す如く、上記ドレイン領域(46A)の上記導体電極側の面に、他の導体電極(56)が接合されている。
【0038】
このソフトエラー耐性強化ラッチ回路によれば、付加容量をさらに大きくすることができる。
【0039】
請求項20の半導体装置では、請求項1乃至8のいずれか1つに記載のソフトエラー耐性強化ラッチ回路が半導体チップに形成されている。
【0047】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明実施形態を説明する。
【0048】
[第1実施形態]
図1は、半導体集積回路の設計データ及びα線に関するデータを用いてソフトエラー耐性を強化するためのエンジニアリングチェンジを行うソフトエラー耐性強化設計装置の概略を示す機能ブロック図である。
【0049】
この処理はコンピュータ10により記憶部11〜13のデータを参照して行われ、図1ではこの処理をステップS0〜S7で示している。
【0050】
記憶部11及び12には、設計データが格納されている。記憶部11には、階層構造で記述されたセル名、セル機能名及びセル間接続、セルの閾値電圧、最下位階層のセル内素子名、素子機能名及び素子間接続、並びに、素子の入出力容量及び配線容量などの回路データが格納されてる。記憶部12には、素子名と対応させて素子の立体構造を示すデータ、すなわち、レイアウトデータ及び半導体基板の深さ方向の不純物濃度を示すプロセスデータが格納されている。
【0051】
記憶部13には、α線阻止能を表す式の係数値及びα線エネルギーの関数であるα線入射確率などのα線に関するデータが格納されている。
【0052】
以下、括弧内は図1中のステップ識別符号である。
【0053】
(S0)記憶部13から、半導体基板の阻止能係数値を読み込み、これを用いて図3に示すようなα線入射エネルギーEαと、このα線がSi基板に入射したときの飛程Lと、発生した正負電荷の合計量Qtとの関係を示すテーブルを作成する。このテーブルは、素子構造によらない一般的な関係を示しており、予めこのテーブルを作成しておくことにより後述の収集電荷量Qcの計算を効率よく行うためのものである。
【0054】
(S1)ソフトエラーに対する保護対象のセル名、本実施形態では、メモリの周辺回路に含まれているラッチ回路のセル名を読み込む。ラッチ回路であるかどうかは、上記セル機能名に例えば「LATCH」が含まれているかどうかにより判定する。
【0055】
(S2)ステップS1で読み込むべきセル名が無くなった場合には処理を終了し、有ればステップS3へ進む。
【0056】
(S3)α線がドレイン領域に入射したときの最大収集電荷量Qcを算出する。
【0057】
ここで、保護対象及びソフトエラーの発生について説明する。
【0058】
図4は、保護対象のラッチ回路を示す。
【0059】
この回路では、インバータ20の出力端がインバータ21の入力端に接続され、インバータ21の出力端がノードND1、転送ゲート22及びノードND2を介してインバータ20の入力端に接続されている。ノードND2には転送ゲート23の出力端が接続され、入力*INが転送ゲート23を介してインバータ20に供給される。容量C1(容量付加部)は、ソフトエラー耐性強化のためのものであり、後述のステップS7においてノードND2に付加される。
【0060】
転送ゲート22は、PMOSトランジスタ22PとNMOSトランジスタ22Nとが並列接続された構成であり、転送ゲート23についても同様である。PMOSトランジスタ22P及びNMOSトランジスタ22NのゲートにはそれぞれクロックCLK及びこれと相補的なクロック*CLKが供給される。転送ゲート22と23とは、クロックCLK及び*CLKにより排他的にオン/オフ制御される。すなわち、転送ゲート22と23の一方がオンのとき他方はオフになる。
【0061】
転送ゲート23がオンで転送ゲート22がオフのとき、入力*INがインバータ20の入力端に伝達されて出力OUTの論理値が入力*INのそれを反転したものとなる。次に転送ゲート23がオフ、転送ゲート22がオンにされてデータラッチ状態となる。インバータ21はこのラッチ状態を維持するためのものであるので、そのトランジスタサイズはインバータ20のそれよりも小さい。
【0062】
PMOSトランジスタ211及びNMOSトランジスタ212のソース領域はそれぞれ電源供給線VDD及びグランド線に接続されているので、PMOSトランジスタ211又はNMOSトランジスタ212のソース領域にα線が入射してもソフトエラーは生じ難い。これに対し、PMOSトランジスタ211及びNMOSトランジスタ212のドレイン領域と導通している配線はラッチ回路内の一部のみであるので、PMOSトランジスタ211又はNMOSトランジスタ212のドレイン領域にα線が入射した場合にはソフトエラーが生じ易い。
【0063】
図5(A)は、NMOSトランジスタ212のパターンを示しており、n形のソースSとドレインDとが離間して形成され、ソースSとドレインDの間の上方に不図示のゲート酸化膜を介してゲートGが形成されている。
【0064】
図5(B)は、図5(A)に示すα線の飛跡に沿ったNMOSトランジスタ212の断面図である。ドレインDとp-形基板との接合部に形成された空乏層をα線が通過すると、空乏層での電界により、生成された電子及び正孔がそれぞれドレインD側及び基板側へドリフトする。このドリフト電荷により電界が形成されて、ファネリング効果によりドレインDへの電子収集量が増加する。また、基板中で拡散した電子の一部がドレインDに収集される。ドレインDへの収集電荷量が臨界電荷量を超えると、インバータ20の入力端が低レベルに遷移してソフトエラーが生ずる。
【0065】
ソフトエラー耐性を強化するためには、ノードND1に容量C1を付加すればよい。容量C1の付加は動作速度の低下とチップ面積の増加を招くので、必要最小限の値にすべきである。そこで、以下のような計算を行う。
【0066】
図2は、図1のS3の詳細を示すフローチャートである。
【0067】
(S31)最悪条件の下でソフトエラーが生じないような容量C1を決定するために、図5(A)及び(B)において空乏層通過距離が最も長くなるα線の飛跡を求める。この飛跡を求めるために、ラッチ回路内のPMOSトランジスタ211及びNMOSトランジスタ212のドレインの構造を記憶部12から読み込む。
【0068】
(S32)α線飛跡に沿った発生電荷を求める。
【0069】
(S33)α線のエネルギーEαの関数であるα線入射確率を記憶部13から読み込み、また、ステップS0で作成したテーブルを参照して、上記条件の下で収集電荷量Qcを算出する。
【0070】
α線入射により生ずる電子−正孔対の個数はα線の飛跡の位置により異なり、α線が止まる直前で最大となるが、収集電荷量Qcの計算条件と発生電荷量Qtとの関係を予め近似的に求めておくことにより発生電荷量Qtを用いて収集電荷量Qcを計算することができる。
【0071】
(S4)ステップS1で読み込んだセル名のラッチ回路について、臨界電荷量Qcrt=C・(V−Vth)を算出する。容量Cは、例えば図4の場合、転送ゲート22がオフ、転送ゲート23がオンでノードND1と導通している部分の寄生容量である。Vthはインバータ20の閾値電圧である。Vは、α粒子入射直前のノードND1の電圧である。電圧Vが閾値電圧Vthに接近している場合には、臨界電荷量Qcrtは小さいがその状態のときのα線入射確率は小さい。
【0072】
(S5)Qc≦Qcrtであればソフトエラーが生じないと考えられるのでステップS1に戻る。Qc>Qcrtであれば、ステップS6へ進む。
【0073】
(S6)Qc=(C+ΔC)(V−Vth)を満たす不足容量ΔCを算出し、これを図4の付加容量C1とする。
【0074】
(S7)ノードND2に容量C1が付加されるように素子構造を変更する。例えばPMOSトランジスタ201及びNMOSトランジスタ202のゲート面積を広くする。この変更に対応して素子名を変更し、変更した素子構造及び素子名を対応させて記憶部12に格納し、記憶部11内の対応する素子名を変更する。次にステップS1へ戻る。
【0075】
同一構成及び同一サイズのラッチ回路については同一結果が得られるので、その1つのみについて計算をすればよい。
【0076】
本第1実施形態では、メモリの周辺回路に含まれるラッチ回路に対し容量を付加しているので、アドレスバッファレジスタ等のビット反転による修正不可能なソフトエラーを防止することができる。
【0077】
また、図1のステップS5でQc>Qcrtと判定されたときのみ、ソフトエラー防止のための必要最小限の容量ΔCを付加するので、ラッチ回路の動作速度の遅延及びチップ面積の増加を最小にすることができる。
【0078】
なお、ステップS3での収集電荷量Qcの近似の程度に応じて、ステップS6の不足容量ΔCの計算式を変えてもよい。
【0079】
ステップS7で容量ΔCを付加する他の位置については、以下の第2〜5実施形態において説明する。また、付加容量ΔCの具体的構成については、以下の第6〜12実施形態において説明する。
【0080】
[第2実施形態]
図6(A)は、図4においてノードND2に容量C1を付加しない場合の入力INとノードND2と出力OUTの電圧波形を示す。ここに入力INは、IN=VDD−*INである。
【0081】
図6(B)は、図4においてノードND2に容量C1を付加した場合の入力INとノードND2と出力OUTの電圧波形を示す。
【0082】
容量C1の付加によりノードND2の立ち下がりの傾斜が緩やかになるため、出力OUTが遅延する。この遅延を防止するために、本発明の第2実施形態では、図1のステップS7において、図7に示す如くインバータ21と転送ゲート22の間のノードND1に容量C1を付加している。
【0083】
転送ゲート23がオンのとき転送ゲート22がオフであるので、図6(B)に示すような動作遅延がなくなり、ノードND2及び出力OUTの電圧波形は図6(A)に示すような容量C1が無い場合と同じになる。
【0084】
[第3実施形態]
図7の回路では、図1のステップS7でインバータ20の出力ノードに容量ΔCを付加すると、出力信号OUTのエッジが鈍って動作が遅延する。
【0085】
そこで、本発明の第3実施形態のソフトエラー耐性強化ラッチ回路ではこれを防止するために、図8に示す如く、インバータ20の入力端にインバータ24の入力端が接続され、インバータ24の出力端が転送ゲート25を介してインバータ20の出力端に接続されている。転送ゲート25は、転送ゲート22と共通にオン/オフ制御される。
【0086】
転送ゲート23がオンのとき、転送ゲート22及び25がオフであるので、インバータ24がオンになることによる出力OUTの遅延が防止される。転送ゲート23がオフになると転送ゲート22及び25がオンになり、転送ゲート22、インバータ24が並列接続されるので、インバータ20及び24のトランジスタサイズを図7のインバータ20のそれよりも小さくすることができ、これによりラッチ回路の書き込み動作が高速化される。
【0087】
[第4実施形態]
図9は、本発明の第4実施形態のソフトエラー耐性強化ラッチ回路を示す。
【0088】
この回路では、図1のステップS7において図8の回路にさらに、インバータ21の出力ノードND1にも容量C1が付加されている。
【0089】
[第5実施形態]
図10は、本発明の第5実施形態のソフトエラー耐性強化ラッチ回路を示す。
【0090】
この回路では、図7のインバータ21及び転送ゲート22の替わりにクロックトインバータ26を用い、図7の転送ゲート23とその前段に接続される不図示のインバータの替わりにクロックトインバータ27を用いている。
【0091】
クロックトインバータ26のトランジスタサイズは、インバータ20のそれよりも小さい。クロックトインバータ26では、電源供給線VDDとグランド線との間にPMOSトランジスタ261、262、NMOSトランジスタ263及び264が直列接続されている。クロックトインバータ27についてもクロックトインバータ26と同様である。PMOSトランジスタ262及びNMOSトランジスタ263のゲートにはそれぞれクロックCLK及び*CLKが供給される。
【0092】
クロックCLK及び*CLKがそれぞれ低レベル及び高レベルのときにPMOSトランジスタ262及びNMOSトランジスタ263がオンになって、クロックトインバータ26がインバータとして機能する。クロックCLK及び*CLKがそれぞれ高レベル及び低レベルのときには、PMOSトランジスタ262及びNMOSトランジスタ263がオフになってクロックトインバータ26の出力が高インピーダンス状態となる。
【0093】
クロックトインバータ26の出力が高インピーダンス状態のときクロックトインバータ27はインバータとして機能し、クロックトインバータ26がインバータとして機能するとき、クロックトインバータ27の出力は高インピーダンス状態となる。
【0094】
図7の付加容量C1に対応して、図10ではPMOSトランジスタ261及びNMOSトランジスタ264のドレインにそれぞれ容量C3及びC4が付加されている。このようにすれば、書き込み状態でクロックトインバータ26の出力が高インピーダーンス状態となるので、ノードND1の容量に容量C3及びC4が付加されず、書き込みが高速に行われる。
【0095】
[第6実施形態]
図11(A)及び(B)並びに図12(A)〜(C)は、本発明の第6実施形態の容量付加部及びその付近を示す図である。
【0096】
図11(A)は、図10中のクロックトインバータ26のレイアウトパターン図であり、図11(B)は図11(A)中の11B−11B線に沿った断面図である。
【0097】
これらの図中、30はp-形基板、31P、32P及び33Pはp形領域、31N、32N及び33Nはn形領域である。×印を付した34P、35P及び36Pはn形領域と第1層配線とのコンタクトであり、×印を付した34N、35N及び36Nはp形領域と第1層配線とのコンタクトである。37P、37N及び38はゲートラインである。また、39はフィールド酸化膜、40は絶縁膜である。
【0098】
PMOSトランジスタ261では、そのドレインであるn++形領域32Nの不純物濃度がソースであるn+形領域33Nのそれよりも高くされている。これにより、n++形領域32Nとp-形基板30との接合容量が増加し、その増加分容量C3がPMOSトランジスタ261のドレイン・ソース間に付加されたことになる。このようにして容量付加部C3を形成することにより、チップ面積の増加が避けられる。
【0099】
図12(A)は、図11(B)の変形例であり、n++形領域32Nに接してp+形領域41Pが形成されている。これにより、n++形領域32Nとp+形領域41Pの接合容量が図11(B)のn++形領域32Nとp-形基板30との接合容量よりも増加して、付加容量C3が増加する。
【0100】
図12(B)は、図11(A)中の12B−12B線に沿った断面図である。
【0101】
この図中、42はn+形ウェルである。
【0102】
PMOSトランジスタ261では、そのドレインであるp++形領域32Pの不純物濃度がソースであるp+形領域33Pのそれよりも高くされている。これにより、p++形領域32Pとn+形ウェル42との接合容量が増加し、その増加分容量C4がNMOSトランジスタ264のドレイン・ソース間に付加されたことになる。このようにして容量付加部C4を形成することにより、チップ面積の増加が避けられる。
【0103】
図12(C)は、図12(B)の変形例であり、p++形領域32Pに接してn++形領域41Nが形成されている。これにより、p++形領域32Pとn++形領域41Nの接合容量が図12(B)のp++形領域32Pとn+形ウェル42との接合容量よりも増加して、付加容量C4が増加する。
【0104】
[第7実施形態]
図13(A)〜(C)は、本発明の第7実施形態の容量付加部及びその付近を示す図である。
【0105】
図13(A)は、図7のNMOSトランジスタ212、容量付加部C1及びNMOSトランジスタ22Nの部分のレイアウトパターン図である。図13(B)はこのパターンの回路図であり、図13(C)は図13(A)中の13C−13C線に沿った断面図である。
【0106】
45〜48はn+形領域であり、49はn+形領域48と第1配線層のグランド線GNDとの間のコンタクトであり、50〜52はゲートラインである。NMOSトランジスタ212とNMOSトランジスタ22Nとの間のトランジスタが容量付加部C1として用いられ、そのゲートが電源供給線VDDに接続されている。このように容量付加部C1を形成すれば、容量付加部C1の幅がゲートライン51の幅となるので、その面積を狭くすることができる。
【0107】
[第8実施形態]
図14(A)〜(C)は、本発明の第8実施形態の容量付加部及びその付近を示す図である。
【0108】
図14(A)は、図7のNMOSトランジスタ212、容量付加部C1及びNMOSトランジスタ22Nの部分のレイアウトパターン図である。図14(B)はこのパターンの回路図であり、図14(C)は図14(A)中の14C−14C線に沿った断面図である。
【0109】
この回路では、図13中の容量付加部C1のトランジスタを用いる替わりに、NMOSトランジスタ22Nのゲートライン50Aを図13のゲートライン50よりも幅広にして、ゲートライン50Aのゲート容量を増加させることにより、その増加分である図7の容量付加部C1を形成している。
【0110】
このように容量付加部C1を形成すれば、新たな素子を追加する必要がないので、構成が簡単になると共に、容量付加部C1を形成することによる面積増加を少なくすることができる。
【0111】
[第9実施形態]
図15(A)及び(B)は、本発明の第9実施形態の容量付加部及びその付近を示す図である。
【0112】
図15(A)は、図7のNMOSトランジスタ212、容量付加部C1及びNMOSトランジスタ22Nの部分のレイアウトパターン図である。図15(B)は、図15(A)中の15B−15B線に沿った断面図である。
【0113】
この回路では、図13(C)のn+形領域46と47とを連続させてn+形領域46Aを形成し、その上の絶縁膜を薄くしてこの絶縁膜上にメタル配線51Aを形成し、メタル配線51Aをグランド線GNDに接続している。絶縁膜を薄くしている部分は、図15(A)中に示す点線の範囲53である。
【0114】
このように容量付加部C1を形成すれば、このために増加する面積に対する付加容量の割合が図13の場合よりも大きくなる。
【0115】
[第10実施形態]
図16(A)及び(B)は、本発明の第10実施形態の容量付加部及びその付近を示す図である。
【0116】
図16(A)は、図7のNMOSトランジスタ212、容量付加部C1及びNMOSトランジスタ22Nの部分のレイアウトパターン図である。図16(B)は図16(A)中の16B−16B線に沿った断面図である。
【0117】
この回路では、図15(B)のメタル配線51Aの替わりに、n+形領域46の上方の第1層配線メタル配線54を形成し、そのn+形領域46と対向する面の中央部をn+形領域46側へ突出させ、メタル配線54をグランド線GNDとすることにより、図7の容量付加部C1を形成している。
【0118】
このように容量付加部C1を形成すれば、n+形領域46の幅を図15の45Aのそれより狭くすることができるので、容量付加部C1を形成することによる面積増加を少なくすることができる。
【0119】
[第11実施形態]
図17は、本発明の第11実施形態の容量付加部及びその付近を示す、図13(C)に類似した断面図である。
【0120】
この回路では、図13(C)のゲートライン51とp-形基板30との間のゲート酸化膜の替わりに、これよりも(隣のトランジスタのそれよりも)誘電率の高い絶縁膜55が形成されている。これにより、同じ面積で図13(C)の場合よりも付加容量C1を大きくすることができる。
【0121】
[第12実施形態]
図18は、本発明の第12実施形態の容量付加部及びその付近を示す、図15(B)に類似した断面図である。
【0122】
この回路では、図15(B)のn+形領域46A上に配線56が接合されている。これにより、図15(B)の場合よりも付加容量C1を大きくすることができる。
【0123】
なお、本発明には外にも種々の変形例が含まれる。
【0124】
例えば、論理回路としてのインバータは、ナンドゲートやノアゲートなどのように、その一方の入力端に所定の論理値を供給することによりインバータとして機能するものであってもよい。この場合、該一方の入力端に供給する論理値によりラッチ回路を強制的にセットし又はリセットすることができる。同様に、論理回路としてのクロックトインバータは、クロックトナンドゲートやクロックトノアゲートなどであってもよい。
【0125】
また、ソフトエラー耐性強化設計装置の処理対象としてはメモリに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 半導体集積回路の設計データ及びα線に関するデータを用いてソフトエラー耐性を強化するためのエンジニアリングチェンジを行うソフトエラー耐性強化設計装置の概略を示す機能ブロック図である。
【図2】 図1中のステップS3の詳細を示すフローチャートである。
【図3】 α線入射エネルギーEαとこのα線がSi基板に入射したときの飛程Lと発生電荷量Qtとの関係を示すテーブルである。
【図4】 保護対象のラッチ回路を示す図である。
【図5】 (A)は、MOSトランジスタのパターンに対するα線の飛跡を示す図であり、(B)は、(A)に示すα線の飛跡に沿ったMOSトランジスタの断面図である。
【図6】 (A)は図4において容量C1を付加しない場合の回路の動作を示す電圧波形図であり、(B)は容量C1を付加した場合の回路の動作を示す電圧波形図である。
【図7】 本発明の第2実施形態のソフトエラー耐性強化ラッチ回路を示す図である。
【図8】 本発明の第3実施形態のソフトエラー耐性強化ラッチ回路を示す図である。
【図9】 本発明の第4実施形態のソフトエラー耐性強化ラッチ回路を示す図である。
【図10】 本発明の第5実施形態のソフトエラー耐性強化ラッチ回路を示す図である。
【図11】 (A)及び(B)は本発明の第6実施形態の容量付加部を示し、(A)は図10中のクロッックトインバータのレイアウトパターン図であり、(B)は(A)中の11B−11B線に沿った断面図である。
【図12】 (A)〜(C)は、本発明の第6実施形態の容量付加部を示し、(A)は図11(B)の変形例を示す断面図であり、(B)は図11(A)中の12B−12B線に沿った断面図であり、(C)は(B)の変形例を示す断面図である。
【図13】 (A)〜(C)は、本発明の第7実施形態の容量付加部及びその付近を示す図であり、(A)は図7中の容量付加部及びその付近のレイアウトパターン図であり、(B)は(A)の回路図であり、(C)は(A)中の13C−13C線に沿った断面図である。
【図14】 (A)〜(C)は、本発明の第8実施形態の容量付加部及びその付近を示す図であり、(A)は図7中の容量付加部及びその付近のレイアウトパターン図であり、(B)は(A)の回路図であり、(C)は(A)中の14C−14C線に沿った断面図である。
【図15】 (A)及び(B)は、本発明の第9実施形態の容量付加部及びその付近を示す図であり、(A)は図7中の容量付加部及びその付近のレイアウトパターン図であり、(B)は(A)中の15B−15B線に沿った断面図である。
【図16】 (A)及び(B)は、本発明の第10実施形態の容量付加部及びその付近を示す図であり、(B)は(A)中の16B−16B線に沿った断面図である。
【図17】 本発明の第11実施形態の、図13(C)に類似した断面図である。
【図18】 本発明の第12実施形態の容量付加部及びその付近を示す、図15(B)に類似した断面図である。
【符号の説明】
10 コンピュータ
11〜13 記憶部
20、21、24 インバータ
22、23、25 転送ゲート
22P、201、211、261、262 PMOSトランジスタ
22N、202、212、263、264 NMOSトランジスタ
26、27 クロックトインバータ
30 p-形基板
31P、33P、41P p+形領域
32P p++形領域
31N、33N、45〜48、46A n+形領域
32N、41N n++形領域
42 n+形ウェル
37P、37N,38、50〜52、50A ゲートライン
56 配線
51A、54 メタル配線
55 絶縁膜
C1〜C4 容量付加部
ND1〜ND3 ノード
VDD 電源供給線
GND グランド線
IN、*IN 入力
OUT 出力
CLK、*CLK クロック
Claims (20)
- 第1スイッチ回路(23)と、
入力端が該第1スイッチ回路の一端に接続され、インバータとして機能可能な第1論理回路(20)と、
入力端が該第1論理回路の出力端に接続され、インバータとして機能可能な第2論理回路(21)と、
該第2論理回路の出力端と該第1論理回路の入力端との間に接続された第2スイッチ回路(22)と、
該第2論理回路の出力ノードに容量を付加する容量付加部(C1)と、
を有し、該第1スイッチ回路と該第2スイッチ回路とが排他的にオン/オフ制御されることを特徴とするソフトエラー耐性強化ラッチ回路。 - 第1スイッチ回路(23)と、
入力端が該第1スイッチ回路の一端に接続され、インバータとして機能可能な第1論理回路(20)と、
入力端が該第1論理回路の出力端に接続され、インバータとして機能可能な第2論理回路(21)と、
該第2論理回路の出力端と該第1論理回路の入力端との間に接続された第2スイッチ回路(22)と、
入力端が該第1論理回路の入力端に接続され、インバータとして機能可能な第3論理回路(24)と、
該第3論理回路の出力端と該第1論理回路の出力端との間に接続された第3スイッチ回路(25)と、
該第3論理回路の出力ノードに容量を付加する容量付加部(C2)と、
を有し、該第1スイッチ回路と該第2スイッチ回路とが排他的にオン/オフ制御され、該第2スイッチ回路と該第3スイッチ回路とが共通にオン/オフ制御されることを特徴とするソフトエラー耐性強化ラッチ回路。 - 上記第2論理回路の出力ノードに容量を付加する容量付加部(C1)をさらに有することを特徴とする請求項2記載のソフトエラー耐性強化ラッチ回路。
- スイッチ回路(27)と、
入力端が該スイッチ回路の一端に接続され、インバータとして機能可能な第1論理回路(20)と、
入力端が該第1論理回路の出力端に接続され、出力ノードと第1端との間及び該出力ノードと第2端との間が同時にオン/オフ制御されるスイッチ回路部(262、263)と、該スイッチ回路部の該第1端と第1電源電位供給線との間に接続された第1トランジスタ回路部(261)と、該スイッチ回路部の該第2端と第2電源電位供給線との間に接続された第2トランジスタ回路部(264)とを備え、該スイッチ回路部がオンのときインバータとして機能可能であり、該スイッチ回路部がオフのとき該出力ノードが高インピーダーンス状態になる第2論理回路(26)と、
該第1トランジスタ回路部に容量を付加する第1容量付加部(C3)と、
該第2トランジスタ回路部に容量を付加する第2容量付加部(C4)と、
を有し、該スイッチ回路と該スイッチ回路部とが排他的にオン/オフ制御されることを特徴とするソフトエラー耐性強化ラッチ回路。 - 上記第1論理回路(20)はインバータであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載のソフトエラー耐性強化ラッチ回路。
- 上記第2論理回路はインバータであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載のソフトエラー耐性強化ラッチ回路。
- 上記第2論理回路はクロックトインバータであることを特徴とする請求項4記載のソフトエラー耐性強化ラッチ回路。
- 上記第1スイッチ回路はNチャンネルMISトランジスタとPチャンネルMISトランジスタとが並列接続された転送ゲートであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載のソフトエラー耐性強化ラッチ回路。
- 上記第1スイッチ回路はクロックトインバータであることを特徴とする請求項4記載のソフトエラー耐性強化ラッチ回路。
- 上記第2スイッチ回路はNチャンネルMISトランジスタとPチャンネルMISトランジスタとが並列接続された転送ゲートであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載のソフトエラー耐性強化ラッチ回路。
- 上記第2論理回路はその上記出力ノードの一部としてMISトランジスタのドレイン領域(32N)を有し、
上記容量付加部は、該ドレイン領域の不純物濃度を該MISトランジスタのソース領域(33N)のそれより高くすることにより形成されている、
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1つに記載のソフトエラー耐性強化ラッチ回路。 - 上記第2論理回路はその上記出力ノードの一部としてMISトランジスタのドレイン領域(32N)を有し、
上記容量付加部は、該ドレイン領域と接する基板又はウェルの部分の不純物濃度を、該MISトランジスタのソース領域(33N)と接する該基板又は該ウェルの部分のそれより高くすることにより形成されている、
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1つに記載のソフトエラー耐性強化ラッチ回路。 - 上記第2論理回路はその上記出力ノードの一部として第1MISトランジスタのドレイン領域(47)を有し、
上記容量付加部は、該第1MISトランジスタと隣り合い一方の電極(47)を該ドレイン領域と共有する第2MISトランジスタのゲート容量であり、該第2MISトランジスタがオンになる電位がそのゲート電極(51)に供給され、
上記第2スイッチ回路は、該第2MISトランジスタと隣り合い一方の電極(46)を該第2MISトランジスタの他方の電極と共有する第3MISトランジスタを有する、
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1つに記載のソフトエラー耐性強化ラッチ回路。 - 上記第2MISトランジスタのゲート絶縁膜は、その誘電率が上記第1MISトランジスタのそれより大きいことを特徴とする請求項13記載のソフトエラー耐性強化ラッチ回路。
- 上記第2論理回路はその上記出力ノードの一部として第1MISトランジスタのドレイン領域(46)を有し、
上記第2スイッチ回路は、該第1MISトランジスタと隣り合い一方の電極(46)を該第1MISトランジスタの該ドレイン領域と共有する第2MISトランジスタを有し、
上記容量付加部は、該第2MISトランジスタのゲート電極の面積を、該第1MISトランジスタのそれより広くすることにより形成されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1つに記載のソフトエラー耐性強化ラッチ回路。 - 上記第2論理回路はその上記出力ノードの一部として第1MISトランジスタのドレイン領域(46A)を有し、
上記第2スイッチ回路は、該第1MISトランジスタと隣り合い一方の電極(46A)を該第1MISトランジスタの該ドレイン領域と共有する第2MISトランジスタを有し、
上記容量付加部は、該ドレイン領域の上方に導体電極(51A)が絶縁膜を介して配置されることにより形成されている、
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1つに記載のソフトエラー耐性強化ラッチ回路。 - 上記導体電極(51A)は、基準電位が供給されるメタル配線であり、半導体基板に最も近い第1配線層よりも該半導体基板に接近して形成されていることを特徴とする請求項16記載のソフトエラー耐性強化ラッチ回路。
- 上記導体電極は、基準電位が供給されるメタル配線(54)であり、半導体基板に最も近い第1メタル配線層に形成され、該メタル配線の上記ドレイン領域(46)と対向する面が該ドレイン領域側へ突出していることを特徴とする請求項16記載のソフトエラー耐性強化ラッチ回路。
- 上記ドレイン領域(46A)の上記導体電極側の面に、他の導体電極(56)が接合されていることを特徴とする請求項16乃至18のいずれか1つに記載のソフトエラー耐性強化ラッチ回路。
- 請求項1乃至19のいずれか1つに記載のソフトエラー耐性強化ラッチ回路が半導体チップに形成されていることを特徴とする半導体装置。
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