JP4872264B2 - Semiconductor integrated circuit, power switch cell, and circuit cell with power switch - Google Patents
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Description
本発明は、いわゆるマルチしきい値CMOS(MTCMOS)集積回路などのように、電源電圧供給線と基準電圧供給線との間に接続されている回路セルを基本単位として回路ブロックが形成され、当該回路ブロック内に電源供給を制御するスイッチトランジスタを備える半導体集積回路と、当該半導体集積回路に用いる電源スイッチセル、および、電源スイッチ付き回路セルとに関する。 In the present invention, a circuit block is formed with a circuit cell connected between a power supply voltage supply line and a reference voltage supply line as a basic unit, such as a so-called multi-threshold CMOS (MTCMOS) integrated circuit. The present invention relates to a semiconductor integrated circuit including a switch transistor for controlling power supply in a circuit block, a power switch cell used in the semiconductor integrated circuit, and a circuit cell with a power switch.
近年のCMOS集積回路の高集積化および微細化に伴い、電源電圧の低電圧化が進展している。
電源電圧の低電圧化は、微細化に伴う信頼性の確保と低消費電力低減の双方の観点から必要であるが、電源電圧が低くなると、CMOSトランジスタの動作速度が低下することから動作速度の向上や回路動作マージン確保の観点からCMOSトランジスタのしきい値電圧を下げる必要がある。たとえば、近年のように最小寸法が100nm以下のLSIでは電源電圧Vddを1.0V程度まで下げる必要があり、その場合にトランジスタのしきい値電圧は0.3V程度まで低くする必要がある。
With the recent high integration and miniaturization of CMOS integrated circuits, the power supply voltage has been lowered.
Lowering the power supply voltage is necessary from the viewpoints of both ensuring reliability associated with miniaturization and reducing power consumption. However, when the power supply voltage is lowered, the operating speed of the CMOS transistor is lowered, and thus the operating speed is reduced. It is necessary to lower the threshold voltage of the CMOS transistor from the viewpoint of improvement and securing of circuit operation margin. For example, in an LSI having a minimum dimension of 100 nm or less as in recent years, the power supply voltage Vdd needs to be lowered to about 1.0 V, and in that case, the threshold voltage of the transistor needs to be lowered to about 0.3 V.
ところが、よく知られているようにしきい値電圧の低下に伴ってサブスレッショルト領域でのリーク電流の増大が問題となり、このリーク電流をいかに低減するかが大きな課題となっている。 However, as is well known, an increase in leakage current in the subthreshold region becomes a problem as the threshold voltage decreases, and how to reduce this leakage current is a major issue.
この課題を解決するために、リーク特性の改善、あるいは寄生容量などを減らして動作速度を上げるなどプロセスからのアプローチのほかに、回路構成上の工夫としてMTCMOS(Multi-threshold Complementary Metal Oxide Semiconductor)技術が提案されている。 In order to solve this problem, MTCMOS (Multi-threshold Complementary Metal Oxide Semiconductor) technology as a circuit configuration contrivance in addition to process approach such as improving leakage characteristics or reducing parasitic capacitance to increase operation speed Has been proposed.
MTCMOS技術を適用した論理LSIでは、電源電圧供給線が、一般に仮想電源線と称されるサブ配線と、サブ配線に電源電圧を供給するメイン配線とに分離されている。そして、メイン配線とサブ配線との間に、その2つの配線の接続を制御するスイッチトランジスタが設けられている。
この電源供給制御のための構成は、電源電圧供給線と基準電圧供給線との一方に設けられる場合と、双方に設けられる場合がある。
In a logic LSI to which MTCMOS technology is applied, a power supply voltage supply line is separated into a sub-wiring generally called a virtual power supply line and a main wiring for supplying a power supply voltage to the sub-wiring. A switch transistor for controlling the connection between the two wirings is provided between the main wiring and the sub wiring.
This configuration for power supply control may be provided on one of the power supply voltage supply line and the reference voltage supply line or on both.
セル配置方式の論理LSIは、MTCMOS技術を適用した回路ブロック内に、論理回路の機能を有する回路セルを多数配置し、回路セル間に適宜、上記スイッチトランジスタを有する電源スイッチセルを配置している。
回路セルは、電源電圧供給線または基準電圧供給線のサブ配線と、当該サブ配線に接続されている論理回路領域とを有する。
電源スイッチセルは、電源電圧供給線または基準電圧供給線のメイン配線と、メイン配線と上記回路セルのサブ配線との間に接続され、回路セルの動作時にオンし非動作時にオフするスイッチトランジスタとを有する。スイッチトランジスタは、論理回路セル内のトランジスタよりしきい値電圧が高く、一般にいうパワートランジスタの一種である。
In a cell placement type logic LSI, a large number of circuit cells having the function of a logic circuit are arranged in a circuit block to which the MTCMOS technology is applied, and a power switch cell having the switch transistor is appropriately arranged between the circuit cells. .
The circuit cell has a sub-wiring of a power supply voltage supply line or a reference voltage supply line, and a logic circuit region connected to the sub-wiring.
The power switch cell is connected between the main wiring of the power supply voltage supply line or the reference voltage supply line, the switch transistor connected between the main wiring and the sub wiring of the circuit cell, and turned on when the circuit cell is operated and turned off when the circuit cell is not operated. Have A switch transistor has a higher threshold voltage than a transistor in a logic circuit cell, and is a kind of generally called power transistor.
セル配置方式では、回路セル間は内部信号線で接続される。また、必要に応じて、回路セル間および回路セルと電源スイッチセル間を、配線層で相互に接続して信号経路や電源供給路の接続を行い、これにより所望の機能を有する回路を実現する。 In the cell arrangement method, circuit cells are connected by internal signal lines. Further, if necessary, circuit cells and circuit cells and power switch cells are connected to each other by a wiring layer to connect signal paths and power supply paths, thereby realizing a circuit having a desired function. .
MTCMOS技術を適用した回路ブロックは、未使用状態になったとき、トランジスタスイッチがオフに設定されて、回路ブロック中の各論理回路セル内のトランジスタに流れるリーク電流が遮断される。これにより、未使用の回路ブロックに流れる無駄なリーク電流を大幅に減らすことができる。 In a circuit block to which the MTCMOS technology is applied, when the transistor block is not used, the transistor switch is set to OFF, and the leakage current flowing through the transistor in each logic circuit cell in the circuit block is cut off. As a result, useless leakage current flowing in unused circuit blocks can be greatly reduced.
一方、論理回路の機能を備える回路セル内に電源供給制御用のスイッチトランジスタを備えるマクロセル(電源スイッチ付き回路セル)が提案されている(たとえば特許文献1参照)。
この電源スイッチ付き回路セルを回路ブロック内に適宜配置することにより、リーク電流を大幅に減らすことができる。
By appropriately arranging the circuit cell with the power switch in the circuit block, the leakage current can be greatly reduced.
スイッチトランジスタは、しきい値電圧が比較的高いため、内部電源電圧で駆動するときのオン抵抗が高いと、スイッチトランジスタにより電源ドロップが大きくなり、実質的に論理回路領域に印加する電源電圧値を小さくしてしまう。
したがって、スイッチトランジスタの電流駆動能力をある程度高くしなければならない。スイッチトランジスタは、そのゲート幅(実効ゲート電極部の長辺のサイズ)が小さいとオン抵抗が大きくなるため、高い電流駆動能力を持たせるには、ある程度大きなゲート幅が必要となる。
Since the switch transistor has a relatively high threshold voltage, if the on-resistance when driven by the internal power supply voltage is high, the switch transistor has a large power drop, and the power supply voltage value applied to the logic circuit region is substantially reduced. Make it smaller.
Therefore, the current drive capability of the switch transistor must be increased to some extent. Since the switch transistor has a large on-resistance when its gate width (the size of the long side of the effective gate electrode portion) is small, a certain degree of gate width is required to provide a high current driving capability.
その一方で、スイッチトランジスタが形成されている電源スイッチセル、あるいは、電源スイッチ回路セル内の電源スイッチ領域は、回路ブロックの機能に直接寄与しない素子領域であるため、そのサイズを出来る限り縮小することが望ましい。 On the other hand, the power switch cell in which the switch transistor is formed or the power switch region in the power switch circuit cell is an element region that does not directly contribute to the function of the circuit block, and therefore the size thereof should be reduced as much as possible. Is desirable.
本発明が解決しようとする課題は、回路ブロックの機能に直接寄与しない、電源スイッチセルあるいは電源スイッチ領域のサイズを、電流駆動能力を落とすことなく縮小することである。 The problem to be solved by the present invention is to reduce the size of the power switch cell or power switch region that does not directly contribute to the function of the circuit block without reducing the current drive capability.
本発明に係る半導体集積回路は、電源電圧供給線と基準電圧供給線との間に接続されている回路セルを基本単位として形成されている回路ブロックを有し、前記電源電圧供給線、前記基準電圧供給線の少なくとも一方が、前記回路セル内のサブ配線と、一方向に配置されているメイン配線とからなり、前記サブ配線とメイン配線との接続と非接続を制御するスイッチトランジスタが前記回路ブロック内に配置され、前記スイッチトランジスタのゲート電極が、同一のメイン配線から電源供給を受ける回路セル群のセル配置方向と並行に配置され、前記スイッチトランジスタを有する電源スイッチセルが、当該電源スイッチセルに電源供給を行う前記メイン配線の配置方向と直交する2つの回路セルで共有されている。
本発明では、前記スイッチトランジスタを回路セル内に設けることもできる。
The semiconductor integrated circuit according to the present invention, the circuit cells connected between a power supply voltage supply line and the reference voltage supply line have a circuit block is formed as the basic unit, the power supply voltage supply line, the reference At least one of the voltage supply lines includes a sub-wiring in the circuit cell and a main wiring arranged in one direction, and a switch transistor that controls connection and disconnection between the sub-wiring and the main wiring is provided in the circuit. disposed within the block, the gate electrode of said switching transistor is arranged from the same main wiring in the cell arrangement direction and parallel rows of circuit cell groups which receives the power supply, the power switch cell having the switching transistor, the power switch It is shared by two circuit cells orthogonal to the arrangement direction of the main wiring for supplying power to the cell.
In the present invention, the switch transistor may be provided in a circuit cell.
本発明に係る電源スイッチセルは、互いに並行な2本のゲート電極、当該2本のゲート電極間の半導体領域に形成された共通の第1のソース・ドレイン領域、および、前記2本のゲート電極のそれぞれの側に分離された2つの第2のソース・ドレイン領域を有する2つのスイッチトランジスタと、前記2つのスイッチトランジスタで共通な前記第1のソース・ドレイン領域に接続され、一方向に配置されている電源電圧供給線または基準電圧供給線のメイン配線と、を備え、前記2つのスイッチトランジスタは、それぞれが隣接する回路セルへの電源供給を制御するものであり、前記2つのスイッチトランジスタの前記2本のゲート電極の配線方向と、前記メイン配線の配線方向とが並行に設定されている。
本発明に係る他の電源スイッチセルは、互いに並行な2本のゲートフィンガー部を有するゲート電極、当該2本のゲートフィンガー部間の半導体領域に形成された第1のソース・ドレイン領域、および、前記2本のゲートフィンガー部のそれぞれの側に分離された2つの第2のソース・ドレイン領域を有する単一のスイッチトランジスタと、前記単一のスイッチトランジスタの前記第1のソース・ドレイン領域に接続され、一方向に配置されている電源電圧供給線または基準電圧供給線のメイン配線と、を備え、前記単一のスイッチトランジスタは、隣接する回路セルへの電源供給を制御するものであり、前記スイッチトランジスタの前記2本のゲートフィンガー部の配線方向と、前記メイン配線の配線方向とが並行に設定されている。
The power switch cell according to the present invention includes two gate electrodes parallel to each other, a common first source / drain region formed in a semiconductor region between the two gate electrodes, and the two gate electrodes. Two switch transistors having two second source / drain regions separated on each side of the first and second switch transistors connected to the first source / drain region common to the two switch transistors and arranged in one direction comprising: a main wiring of the power supply voltage supply line or the reference voltage supply line and the said two switch transistors are those, each of which controls the power supply to the adjacent circuit cell, wherein the two switch transistors 2 a wiring direction of the gate electrode of the wiring direction of the main wiring is set to the parallel line.
Another power switch cell according to the present invention includes a gate electrode having two gate finger portions parallel to each other, a first source / drain region formed in a semiconductor region between the two gate finger portions, and A single switch transistor having two second source / drain regions separated on each side of the two gate fingers, and connected to the first source / drain region of the single switch transistor A power supply voltage supply line or a main wiring of a reference voltage supply line arranged in one direction, and the single switch transistor controls power supply to adjacent circuit cells, The wiring direction of the two gate fingers of the switch transistor and the wiring direction of the main wiring are set in parallel.
本発明に係る電源スイッチ付き回路セルは、論理回路領域と、互いに並行な2本のゲート電極、当該2本のゲート電極間の半導体領域に形成された共通の第1のソース・ドレイン領域、および、前記2本のゲート電極のそれぞれの側に分離された2つの第2のソース・ドレイン領域を有する2つのスイッチトランジスタと、前記2つのスイッチトランジスタで共通な前記第1のソース・ドレイン領域に接続され、一方向に配置されている電源電圧供給線または基準電圧供給線のメイン配線と、を備え、前記2つのスイッチトランジスタは、一方の前記第2のソース・ドレイン領域に前記論理回路領域が接続されて当該論理回路領域への電源供給を制御し、当該制御とは独立に、他方の前記第2のソース・ドレイン領域に隣接する他の回路セルへの電源供給を制御可能であり、前記2つのスイッチトランジスタの前記2本のゲート電極の配線方向と、前記メイン配線の配線方向とが並行に設定されている。
本発明に係る他の電源スイッチ付き回路セルは、論理回路領域と、互いに並行な2本のゲートフィンガー部を有するゲート電極、当該2本のゲートフィンガー部間の半導体領域に形成された第1のソース・ドレイン領域、および、前記2本のゲートフィンガー部のそれぞれの側に分離された2つの第2のソース・ドレイン領域を有する単一のスイッチトランジスタと、前記単一のスイッチトランジスタの前記第1のソース・ドレイン領域に接続され、一方向に配置されている電源電圧供給線または基準電圧供給線のメイン配線と、を備え、前記単一のスイッチトランジスタは、一方の前記第2のソース・ドレイン領域が前記論理回路領域に接続されて当該論理回路領域への電源供給を制御するとともに、他方の前記第2のソース・ドレイン領域に隣接する回路セルの論理回路領域への電源供給を制御可能であり、前記スイッチトランジスタの前記2本のゲートフィンガー部の配線方向と、前記メイン配線の配線方向とが並行に設定されている。
A circuit cell with a power switch according to the present invention includes a logic circuit region, two gate electrodes parallel to each other, a common first source / drain region formed in a semiconductor region between the two gate electrodes, and Two switch transistors having two second source / drain regions separated on each side of the two gate electrodes and connected to the first source / drain region common to the two switch transistors A power supply voltage supply line or a main wiring of a reference voltage supply line arranged in one direction, and the two switch transistors are connected to one of the second source / drain regions and the logic circuit region To control the power supply to the logic circuit area, and independently of the control, the other circuit cell adjacent to the other second source / drain area. Of a controllable power supply, the wiring direction of said two gate electrodes of said two switch transistors, the wiring direction of the main wiring is set to the parallel line.
Another circuit cell with a power switch according to the present invention includes a logic circuit region, a gate electrode having two gate finger portions parallel to each other, and a first region formed in a semiconductor region between the two gate finger portions. A single switch transistor having a source / drain region and two second source / drain regions separated on each side of the two gate finger portions; and the first of the single switch transistor. A power source voltage supply line or a main wiring of a reference voltage supply line arranged in one direction and connected to the source / drain region of the first switch transistor, wherein the single switch transistor has one of the second source / drain regions A region is connected to the logic circuit region to control power supply to the logic circuit region, and the other second source / drain region To be controlled the power supply to the logic circuit region of a circuit cell adjacent, the wiring direction of the two gate fingers of said switching transistor, a wiring direction of the main wiring is set in parallel.
本発明では、スイッチトランジスタを回路セル間で共有させるためには、以下の構成が望ましい。
本発明では好適に、互いに並行な2本のゲート電極を有する2つのスイッチトランジスタを備え、前記2本のゲート電極間の半導体領域が、前記2つのスイッチトランジスタで共有され、前記メイン配線に接続されている。
あるいは好適に、互いに並行な2本のゲートフィンガー部を有する単一のスイッチトランジスタを備え、前記2本のゲートフィンガー部間の半導体領域が、前記メイン配線に接続されている。
In the present invention, in order to share the switch transistor between circuit cells, the following configuration is desirable.
Preferably, the present invention includes two switch transistors having two gate electrodes parallel to each other, and a semiconductor region between the two gate electrodes is shared by the two switch transistors and connected to the main wiring. ing.
Alternatively, preferably, a single switch transistor having two gate finger portions parallel to each other is provided, and a semiconductor region between the two gate finger portions is connected to the main wiring.
つぎに、本発明の作用を説明する。
以下、電源供給線のメイン配線を行(ロウ)方向に配置することを前提(一例)として説明する。
Next, the operation of the present invention will be described.
The following description is based on the premise (example) that the main wiring of the power supply line is arranged in the row (row) direction.
この前提の下では、メイン配線は、ロウ方向に並行に並ぶ回路セル群に対し電源供給を行うための配線である。この電源供給は、ロウ方向に並ぶ回路セル群に対し、一つの、あるいは所定数の回路セルに一つの、あるいは回路セルごとのスイッチトランジスタを介して制御される。
電源スイッチセルの、ロウ方向と直交する列(カラム)方向のサイズは、周囲に配置されている回路セルのサイズの影響を受けない。なぜなら、電源スイッチセルの配置方向はロウ方向であり、したがって、電源スイッチセルのカラム方向サイズ縮小は、ロウ方向サイズ縮小に比べて自由度が高い。
Under this premise, the main wiring is a wiring for supplying power to circuit cell groups arranged in parallel in the row direction. This power supply is controlled via a switch transistor for one or a predetermined number of circuit cells for a group of circuit cells arranged in the row direction.
The size of the power switch cell in the column direction perpendicular to the row direction is not affected by the size of the circuit cells arranged around it. This is because the arrangement direction of the power switch cells is the row direction, and therefore, the size reduction in the column direction of the power switch cells is more flexible than the size reduction in the row direction.
上記前提の下では、電源スイッチセルや電源スイッチ領域が並ぶ方向、メイン配線の配置方向(すなわち、長さ方向)、同一のメイン配線から供給を受ける回路セル群のセル配置方向は、全てロウ方向である。
したがって、スイッチトランジスタのゲート電極もロウ方向に(長く)配置されている。ロウ方向のサイズはゲート電極の長さ方向のサイズとしては十分で、その配置スペースに余裕がある。
一方、ゲート電極の幅(ゲート長)方向サイズは、ゲート電極の長さ(ゲート幅)方向サイズに比べて極端に小さい。このため、スイッチトランジスタは、そのカラム方向のサイズは、ゲート電極の幅にソース領域やドレイン領域の幅を加えても、ゲート電極の長さ方向サイズより小さくできる余裕がある。
Under the above assumptions, the direction in which the power switch cells and the power switch regions are arranged, the arrangement direction of the main wiring (that is, the length direction), and the cell arrangement direction of the circuit cell group supplied from the same main wiring are all in the row direction. It is.
Therefore, the gate electrode of the switch transistor is also arranged (long) in the row direction. The size in the row direction is sufficient as the size in the length direction of the gate electrode, and there is a sufficient space for the arrangement.
On the other hand, the width (gate length) direction size of the gate electrode is extremely smaller than the length (gate width) direction size of the gate electrode. For this reason, the switch transistor has a margin that the size in the column direction can be made smaller than the size in the length direction of the gate electrode even if the width of the source region and drain region is added to the width of the gate electrode.
上記議論は、電源スイッチセルに限らず、回路セル内の電源スイッチ領域にもそのまま適用できる。また、上記議論は、ロウ方向をカラム方向に置き換え、かつ、カラム方向をロウ方向に置き換えても成り立つ。 The above discussion is applicable not only to the power switch cell but also to the power switch region in the circuit cell. The above discussion is also valid if the row direction is replaced with the column direction and the column direction is replaced with the row direction.
このように本発明では、スイッチトランジスタのゲート電極が、同一のメイン配線から電源供給を受ける回路セル群のセル配置方向と略並行に配置されている。このため、上記議論を考慮すると、本発明におけるスイッチトランジスタは、ゲート電極の配置が本発明と直交する場合に比べ、ゲート電極の長さを同じとした場合でも、ゲート電極の幅方向にサイズ縮小の余裕が生まれる。 As described above, in the present invention, the gate electrode of the switch transistor is arranged substantially in parallel with the cell arrangement direction of the circuit cell group that receives power supply from the same main wiring. Therefore, considering the above discussion, the switch transistor according to the present invention is reduced in size in the width direction of the gate electrode even when the gate electrode is the same length as compared with the case where the arrangement of the gate electrode is orthogonal to the present invention. Can afford.
また、本発明でゲート電極あるいはゲートフィンガー部を2本並行に配置し、その間の半導体領域にメイン配線を接続させる構成とした場合、以下の作用がある。 Further, in the present invention, when two gate electrodes or gate finger portions are arranged in parallel and the main wiring is connected to the semiconductor region therebetween, the following effects are obtained.
スイッチトランジスタは、2本のゲート配線間の半導体領域がソース領域、2本のゲート配線間領域の幅方向外側に位置する2つの他の半導体領域が、共にドレイン領域となる。
つまり、この構成では、スイッチトランジスタ領域のゲート電極の幅方向に対向する2辺の側に位置する2つの半導体領域が共にドレイン領域となる。このため、この対向する2辺の側にそれぞれ隣接した2つの回路セルで、当該スイッチトランジスタを共有したときに、その接続配線は交差せず、かつ、最短になる。
In the switch transistor, a semiconductor region between two gate wirings is a source region, and two other semiconductor regions positioned outside in the width direction of the two gate wiring regions are both drain regions.
In other words, in this configuration, two semiconductor regions located on the two sides facing the width direction of the gate electrode of the switch transistor region are both drain regions. For this reason, when the switch transistor is shared by two circuit cells adjacent to the two opposite sides, the connection wiring does not intersect and becomes the shortest.
本発明によれば、回路ブロックの機能に直接寄与しない、電源スイッチセルあるいは電源スイッチ領域のサイズを、電流駆動能力を落とすことなく縮小することが可能であるという利益が得られる。 According to the present invention, there is an advantage that the size of the power switch cell or the power switch region that does not directly contribute to the function of the circuit block can be reduced without degrading the current driving capability.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は、本発明の実施形態に係るMTCMOSを用いた半導体集積回路のレイアウト図である。また、図2にMTCMOSを適用した回路ブロックの基本回路を示す。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a layout diagram of a semiconductor integrated circuit using MTCMOS according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a basic circuit of a circuit block to which MTCMOS is applied.
本発明の半導体集積回路は、全ての回路ブロックをMTCMOS適用とすることもできる。
一方、図1に示すレイアウト例では、半導体集積回路1の周縁部に位置するパッド2の配置領域よりチップ内側に位置する回路領域3において、機能回路ブロック4A〜4Eのうち特定の機能回路ブロック、本例では機能回路ブロック4Aと4EのみにMTCMOS構成を適用し、残りの機能回路ブロック4B,4Cおよび4Dに対してはMTCMOS構成が非適用となっている。
なお、これらの機能回路ブロック4A〜4Eを除く残りの回路領域3に、とくに図示していないが電源回路、入出力回路およびタイミング制御回路などの全体の機能回路ブロックに共通の回路が配置されている。
In the semiconductor integrated circuit of the present invention, all circuit blocks can be applied to MTCMOS.
On the other hand, in the layout example shown in FIG. 1, a specific functional circuit block among the
In the remaining
本発明においてMTCMOS構成を適用した回路ブロックは、電源電圧供給線と基準電圧供給線の少なくとも一方が、メイン配線と、一般に「仮想電源線」と称せられるサブ配線とに分離され、メイン配線とサブ配線との接続がスイッチトランジスタにより制御される。また、必要な機能の論理回路が、サブ配線に接続されている。 In the circuit block to which the MTCMOS configuration is applied in the present invention, at least one of the power supply voltage supply line and the reference voltage supply line is separated into a main wiring and a sub wiring generally called “virtual power supply line”. Connection to the wiring is controlled by a switch transistor. In addition, a logic circuit having a necessary function is connected to the sub wiring.
図2は、電源電圧供給側と基準電圧供給側との双方をMTCMOS適用とした例を示す。
図2において、電源電圧Vddを供給する第1メイン配線VDDと第1サブ配線V−VDDとの間に、PMOSトランジスタからなる第1スイッチトランジスタSWPが接続されている。また、基準電圧Vssを供給する第2メイン配線VSSと第2サブ配線V−VSSとの間に、NMOSトランジスタからなる第2スイッチトランジスタSWNが接続されている。
FIG. 2 shows an example in which MTCMOS is applied to both the power supply voltage supply side and the reference voltage supply side.
In FIG. 2, a first switch transistor SWP made of a PMOS transistor is connected between a first main wiring VDD for supplying a power supply voltage Vdd and a first sub wiring V-VDD. In addition, a second switch transistor SWN made of an NMOS transistor is connected between the second main wiring VSS for supplying the reference voltage Vss and the second sub-wiring V-VSS.
第1および第2スイッチトランジスタSWP,SWNは、高しきい値(H−Vth)のトランジスタから構成される。
第1スイッチトランジスタSWPのゲートに、不図示の制御線により第1制御電圧Vcpが印加され、第2スイッチトランジスタSWNのゲートに、不図示の他の制御線により第2制御電圧Vcnが印加される。
The first and second switch transistors SWP and SWN are composed of high threshold (H-Vth) transistors.
A first control voltage Vcp is applied to the gate of the first switch transistor SWP by a control line (not shown), and a second control voltage Vcn is applied to the gate of the second switch transistor SWN by another control line (not shown). .
第1サブ配線V−VDDと第2サブ配線V−VSSとの間に、所望の機能を有する論理ゲートなどの論理回路LCが接続されている。論理回路LCは、とくに図示していないが、一般に低しきい値(L−Vth)のCMOS回路で構成される。 A logic circuit LC such as a logic gate having a desired function is connected between the first sub-wiring V-VDD and the second sub-wiring V-VSS. Although not specifically shown, the logic circuit LC is generally composed of a low threshold (L-Vth) CMOS circuit.
第1および第2スイッチトランジスタSWP,SWNがともにオン状態のときは、論理回路LCに適正に電源供給が行われる。一方、第1および第2スイッチトランジスタSWP,SWNの一方または双方がオフ状態のときは、第1メイン配線VDD、第2メイン配線VSSの少なくも一方からの電源電圧供給が、第1スイッチトランジスタSWP、及び/又は、第2スイッチトランジスタSWNにより遮断され、第1サブ配線V−VDDと第2サブ配線V−VSSの少なくとも一方が電気的にフローティング状態となることから、論理回路LCが動作しなくなる。オフ状態の論理回路LCにリーク電流が流れることを抑制することから、当該回路ブロックのスタンバイ時の消費電力が低減される。 When both the first and second switch transistors SWP and SWN are on, power is appropriately supplied to the logic circuit LC. On the other hand, when one or both of the first and second switch transistors SWP and SWN are in the OFF state, the power supply voltage supply from at least one of the first main wiring VDD and the second main wiring VSS is the first switch transistor SWP. And / or is interrupted by the second switch transistor SWN, and at least one of the first sub-wiring V-VDD and the second sub-wiring V-VSS is in an electrically floating state, so that the logic circuit LC does not operate. . Since the leakage current is prevented from flowing through the logic circuit LC in the off state, the power consumption during standby of the circuit block is reduced.
このように、MTCMOS構成を適用すると、その回路ブロックは回路的に冗長となることから、低電圧動作時にリーク電流が問題となる回路部分のみMTCMOS構成を適用させることが望ましい。 As described above, when the MTCMOS configuration is applied, the circuit block becomes redundant in terms of circuit. Therefore, it is desirable to apply the MTCMOS configuration only to a circuit portion in which a leakage current is a problem during a low voltage operation.
図3は、MTCMOSを適用した回路ブロックのセル配置を示すブロック・レイアウト図である。また、図4は、図3のレイアウトの基本構成単位となるセル(以下、スライスセルという)を、2入力NAND回路の場合を例として示すセル・レイアウト図である。 FIG. 3 is a block layout diagram showing a cell arrangement of a circuit block to which MTCMOS is applied. FIG. 4 is a cell layout diagram showing, as an example, a cell (hereinafter referred to as a slice cell) serving as a basic structural unit of the layout of FIG. 3 in the case of a 2-input NAND circuit.
図4に示すように、1つのスライスセル10は、図の上下方向に対応する列(カラム)方向に隣接する他のスライスセル10u,10dと、図2の第1および第2スイッチトランジスタSWP,SWNがそれぞれ形成されたスイッチ領域を共有している。
より詳細には、スライスセル10は、他のスライスセル10uと共有するPMOSスイッチ領域11と、別の他のスライスセル10dと共有するNMOSスイッチ領域12と、論理ゲート領域13とから構成される。
As shown in FIG. 4, one
More specifically, the
NMOSスイッチ領域12は、そのカラム方向の幅中心を、行(ロウ)方向に長い第1メイン配線VSSが配置されおり、第1メイン配線VSSの中心線を軸にカラム方向で線対称となるレイアウトパターンを有する。
同様に、PMOSスイッチ領域11は、そのカラム方向の幅中心を、行(ロウ)方向に長い第2メイン配線VDDが配置されおり、第2メイン配線VDDの中心線を軸にカラム方向で線対称となるレイアウトパターンを有する。
これら各メイン配線の中心軸がカラム方向のセル境界となっている。
The
Similarly, the
The central axis of each main wiring is a cell boundary in the column direction.
以上より、本実施形態のスライスセルは、図2の第1および第2スイッチトランジスタSWP,SWNをセル間で共有するのに適したレイアウトとなっている。 As described above, the slice cell of the present embodiment has a layout suitable for sharing the first and second switch transistors SWP and SWN of FIG. 2 between the cells.
このようなスライスセル10を、多数配置することにより図3の回路ブロック4が形成されている。
図3に示す回路ブロック4は、ロウ方向のセルサイズが、最小の基本サイズW、あるいは、基本サイズWの任意の倍数となっている。図4に示すNAND回路などのように比較的小規模な論理ゲート回路は、ロウ方向のセルサイズが基本サイズWで済むが、他の大規模な論理ゲート回路では、その規模に応じて、ロウ方向のセルサイズを2W,3W,…と任意に選ぶことができる。
なお、ロウ方向のセルサイズは、この図示例に限らず、すなわち基本サイズWの倍数となる必要は必ずしもない。
The
In the
The cell size in the row direction is not limited to the illustrated example, that is, it is not necessarily required to be a multiple of the basic size W.
何れのスライスセルであっても、カラム方向のセルサイズは一定に規定されている。
このため、これら種類の異なるスライスセルを多数配置した図3の例では、2セル共有のPMOSスイッチ領域11がロウ方向につながり、1本のライン状になる。同様に、2セル共有のNMOSスイッチ領域12がロウ方向につながり、1本のライン状になる。図3全体で見ると、このライン状のPMOSスイッチ領域11とNMOSスイッチ領域12が、カラム方向に交互に所定間隔をおいて配置されている。
このようなセル配置方式を、セルスライス方式という。
In any slice cell, the cell size in the column direction is defined to be constant.
For this reason, in the example of FIG. 3 in which a large number of these different types of slice cells are arranged, the
Such a cell arrangement method is called a cell slice method.
つぎに、図4を用いて、スライスセル10のレイアウトをより詳細に説明する。
なお、図4では見易さ向上のため、配線およびコンタクトを回路結線と同じように細い線、黒丸あるいは白丸で示し、実際の配線やコンタクトのパターンとは異なる。
図4において、符号「GM」は、たとえばポリシリコン単層、ポリシリコンと高融点金属の多層などの構造を備えるゲートメタルを表す。また、符号「1M」は1st配線層、符号「2M」は2nd配線層、符号「1C」はゲートメタルまたはウェルと1st配線層をつなぐ1stコンタクト、そして、符号「2C」は1st配線層と2nd配線層をつなぐ2ndコンタクトを表す。図4では、1stコンタクトが黒丸表記、2ndコンタクトが白丸表記となっている。
Next, the layout of the
In FIG. 4, for improved visibility, the wiring and contacts are shown as thin lines, black circles, or white circles as in the case of circuit connection, and are different from actual wiring and contact patterns.
In FIG. 4, the symbol “GM” represents a gate metal having a structure such as a polysilicon single layer or a multilayer of polysilicon and a refractory metal. Also, reference numeral “1M” is the 1st wiring layer, reference numeral “2M” is the 2nd wiring layer, reference numeral “1C” is the 1st contact that connects the gate metal or well and the 1st wiring layer, and reference numeral “2C” is the 1st wiring layer and 2nd. This represents a 2nd contact that connects the wiring layers. In FIG. 4, the 1st contact is represented by a black circle, and the 2nd contact is represented by a white circle.
当該半導体集積回路のウェハに、高しきい値(H−Vth)化のための不純物濃度プロファイルを有する2つのウェル、すなわち、PMOSスイッチ領域11用のNウェル(NWELL(H−Vth))14、および、NMOSスイッチ領域12用のPウェル(PWELL(H−Vth))15が形成されている。
また、同ウェハに低しきい値(L−Vth)化のための不純物濃度プロファイルを有する2つのウェル、すなわち、論理ゲート領域13内のPMOSトランジスタ用のNウェル16、および、NMOSトランジスタ用のPウェル17が形成されている。
Two wells having an impurity concentration profile for increasing the threshold (H-Vth) on the wafer of the semiconductor integrated circuit, that is, an N well (NWELL (H-Vth)) 14 for the
Further, two wells having an impurity concentration profile for lowering the threshold (L-Vth) on the wafer, that is, an N well 16 for the PMOS transistor in the
最初に、2つのスイッチ領域のレイアウトを説明する。
Nウェル14上に、素子分離絶縁層の開口部が大小2つ形成されている。
このうち大きい方の開口部に、図2の第1スイッチトランジスタSWPのゲート電極20が重ねられている。ゲート電極20は、ロウ方向に長い2つのゲートフィンガー部20A,20Bを有し、その一端同士が接続されている。ゲートフィンガー部20A,20Bのそれぞれは、同じ幅を有し、大きい開口部に対して同じように交差している。
First, the layout of the two switch areas will be described.
On the N-well 14, two openings of the element isolation insulating layer are formed.
The
ゲート電極20および素子分離絶縁層を自己整合マスクとして、当該大きい開口部にP型の不純物を導入することにより、当該開口部におけるゲート電極20との交差領域以外の部分に、P型不純物領域(PDIFF)が形成されている。このP型不純物領域は、ゲートフィンガー部20A,20B間のソース領域21sと、2つのドレイン領域21d1,21d2とからなる。
By using the
一方、Nウェル14上に形成されている小さい方の開口部に、N型不純物が導入されることによって、N型コンタクト領域22が形成れている。
On the other hand, an N-type impurity is introduced into the smaller opening formed on the N-well 14 to form an N-
ソース領域21sのカラム方向の幅の中央を通るセル境界に沿って、2nd配線層(2M)からなる第1メイン配線VDDが配置されている。
第1メイン配線VDDは、2stコンタクト(2C)23、1st配線層(1M)からなる接続パッド層24、および、1stコンタクト(1C)25を介して、ソース領域21sと接続されている。
また、第1メイン配線VDDは、2stコンタクト(2C)26、1st配線層(1M)からなる接続層27、および、1stコンタクト(1C)28,28を介して、N型コンタクト領域22と接続されている。これにより、Nウェル14が電源電圧Vddで固定される。
A first main wiring VDD composed of a 2nd wiring layer (2M) is arranged along a cell boundary passing through the center of the width in the column direction of the
The first main wiring VDD is connected to the
The first main wiring VDD is connected to the N-
ゲート電極20上に1stコンタクト(1C)29が設けられ、このコンタクトを介して、図2の第1制御電圧Vcpを印加するための制御線(不図示)に、当該ゲート電極20が接続されている。この制御線は、カラム方向に配置され、図3のセルアレイ全体ではPMOSスイッチ領域11上を通る1本の制御線として設けられている。
A first contact (1C) 29 is provided on the
以上のPMOSスイッチ領域11のパターン自体は、NMOSスイッチ領域12においても同じである。
NMOSスイッチ領域12では、PMOSスイッチ領域11の上記ソース領域21sに代えて、N型不純物領域(NDIFF)であるソース領域31sが形成されている。PMOSスイッチ領域11の上記ドレイン領域21d1,21d2に代えて、N型不純物領域であるドレイン領域31d1,31d2が形成されている。また、N型コンタクト領域22に代えて、P型コンタクト領域32が形成されている。さらに、第1メイン配線VDDに代えて、第2メイン配線VSSがロウ方向に配置されている。
ゲート電極20を含む他の構成は、PMOSスイッチ領域11と同じであるため、ここでの説明を省略する。
The pattern of the
In the
Since the other configuration including the
図5にNANDゲートの回路図を示す。
NANDゲートは、ゲートが共通なトランジスタ対を2対、すなわち、PMOSトランジスタP1とNMOSトランジスタN1、および、PMOSトランジスタP2とNMOSトランジスタN2とを有する。これら合計4つのトランジスタは、いずれも低しきい値(L−Vth)のトランジスタである。
FIG. 5 shows a circuit diagram of the NAND gate.
The NAND gate has two pairs of transistors having a common gate, that is, a PMOS transistor P1 and an NMOS transistor N1, and a PMOS transistor P2 and an NMOS transistor N2. All of these four transistors are low threshold (L-Vth) transistors.
2つのPMOSトランジスタP1,P2のドレインが共に第1サブ配線V−VDDに接続されている。PMOSトランジスタP1のゲートに第1入力信号Sin1が供給され、PMOSトランジスタP2のゲートに第2入力信号Sin2が供給される。また、2つのPMOSトランジスタのソースが共通化され、そこから出力信号Soutが出力される。
出力信号Soutの出力ノードと第2サブ配線V−VSSとの間に、NMOSトランジスタN2とN1が縦続接続されている。
The drains of the two PMOS transistors P1 and P2 are both connected to the first sub-wiring V-VDD. The first input signal Sin1 is supplied to the gate of the PMOS transistor P1, and the second input signal Sin2 is supplied to the gate of the PMOS transistor P2. Further, the sources of the two PMOS transistors are shared, and an output signal Sout is output therefrom.
NMOS transistors N2 and N1 are connected in cascade between the output node of the output signal Sout and the second sub-wiring V-VSS.
NANDゲートのレイアウトについて説明する。
図4に示すように、Nウェル16上に、素子分離絶縁層の開口部が大小2つ形成されている。同様に、Pウェル17上に、素子分離絶縁層の開口部が大小2つ形成されている。
このうち2つの大きい方の開口部をカラム方向に横切る第1共通ゲート電極41と第2共通ゲート電極42が、互いに並行に配置されている。第1および第2共通ゲート電極41,42は、図5の第1および第2の入力信号Sin1,Sin2の入力ノードを構成する。なお、図4において、これらの信号の入出力線は図示を省略している。
A layout of the NAND gate will be described.
As shown in FIG. 4, two large and small openings of the element isolation insulating layer are formed on the N well 16. Similarly, two large and small openings of the element isolation insulating layer are formed on the P well 17.
Among these, the first
図4に示すNウェル16に対し、第1および第2共通ゲート電極41,42、ならびに、素子分離絶縁層を自己整合マスクとして、P型の不純物を導入することにより、大きい開口部における第1および第2共通ゲート電極41,42との交差領域以外の部分に、P型不純物領域(PDIFF)が形成されている。このP型不純物領域は、第1および第2共通ゲート電極41,42間の共通ドレイン領域43dと、2つのソース領域43s1,43s2とからなる。
同様に、Pウェル17に対し、第1および第2共通ゲート電極41,42、ならびに、素子分離絶縁層を自己整合マスクとして、N型の不純物を導入することにより、大きい開口部における第1および第2共通ゲート電極41,42との交差領域以外の部分に、N型不純物領域(NDIFF)が形成されている。このN型不純物領域は、第1および第2共通ゲート電極41,42間のフローティング領域44fと、ドレイン領域44dと、ソース領域44sとからなる。
By introducing a P-type impurity into the N well 16 shown in FIG. 4 using the first and second
Similarly, by introducing N-type impurities into the P well 17 using the first and second
一方、Nウェル16上に形成されている小さい方の開口部に、N型不純物が導入されることによって、N型コンタクト領域45が形成されている。N型コンタクト領域45は、1stコンタクト(1C)46、1st配線層(1M)からなる配線層47および2stコンタクト(2C)48を介して、PMOSスイッチ領域11に設けられている第1メイン配線VDDに接続されている。
同様に、Pウェル17上に形成されている小さい方の開口部に、P型不純物が導入されることによって、P型コンタクト領域49が形成されている。P型コンタクト領域49は、1stコンタクト(1C)50、1st配線層(1M)からなる配線層51および2stコンタクト(2C)52を介して、NMOSスイッチ領域12に設けられている第2メイン配線VSSに接続されている。
On the other hand, an N-type impurity is introduced into the smaller opening formed on the N-well 16 to form an N-
Similarly, a P-
Nウェル16とNウェル14間の素子分離絶縁層上方に、カラム方向に長い第1サブ配線V−VDDが配線されている。同様に、Pウェル17とPウェル15間の素子分離絶縁層上方に、カラム方向に長い第2サブ配線V−VSSが配線されている。
A first sub-wiring V-VDD that is long in the column direction is wired above the element isolation insulating layer between the N-well 16 and the N-
PMOSトランジスタP1のソース領域43s1は、1stコンタクト(1C)53、1st配線層(1M)からなる配線層54および2stコンタクト(2C)55を介して、第1サブ配線V−VDDに接続されている。
同様に、PMOSトランジスタP2のソース領域43s2は、1stコンタクト(1C)56、1st配線層(1M)からなる配線層57および2stコンタクト(2C)58を介して、第2サブ配線V−VDDに接続されている。配線層57はPMOSスイッチ領域11内に延在し、1stコンタクト(1C)65を介して、スイッチトランジスタのドレイン領域21d1に接続されている。この接続関係は、他のスライスセル10uに対しても同様である。
The source region 43s1 of the PMOS transistor P1 is connected to the first sub-wiring V-VDD via a
Similarly, the source region 43s2 of the PMOS transistor P2 is connected to the second sub-wiring V-VDD via the
PMOSトランジスタP1,P2の共通ドレイン領域43dは、1stコンタクト(1C)59、1st配線層(1M)からなる配線層60および1stコンタクト(1C)61を介して、NMOSトランジスタN1のドレイン領域44dに接続されている。NMOSトランジスタN2のソース領域44sは、1stコンタクト(1C)62、1st配線層(1M)からなる配線層63および2stコンタクト(2C)64を介して、第2サブ配線V−VSSに接続されている。配線層63はNMOSスイッチ領域12上に延在し、スイッチトランジスタのドレイン領域31d1に接続されている。この接続関係は、他のスライスセル10dに対しても同様である。
The
図6に、3行×3列のスライスセル群において、2行目の3つのスライスセルを中心とした配置図を示す。
図6では全てのスライスセル10に第1および第2スイッチトランジスタSWP,SWNが設けられている。
この配置は、ゲートアレイなど、セルの1st配線層(1M)形成前のパターンまでがセル配置され、セル配置後に1st配線層(1M)、2stコンタクト(2C)および2nd配線層(2M)を自動配置配線することにより設計する場合に、とくに有効である。
FIG. 6 shows an arrangement diagram centering on the three slice cells in the second row in the slice cell group of 3 rows × 3 columns.
In FIG. 6, all
In this arrangement, a cell array, such as a gate array, is formed up to the pattern before forming the first wiring layer (1M) of the cell. This is particularly effective when designing by placing and wiring.
その一方で、全てのスライスセルに第1および第2スイッチトランジスタSWP,SWNを設けない配置も可能である。この場合、ロウ方向で所定数おきに電源スイッチ付きのスライスセル10を配置する。
ただし、スタンダードセル方式では、スライスセル10のロウ方向幅の単位サイズWが決められているため、図示のようにスライスセル10ごとに第1および第2スイッチトランジスタSWP,SWNを設けると、個々のスライスセル10に対する電流駆動能力が高いレベルで均一化でき、また無駄な領域が発生しないことから、好ましい。
On the other hand, an arrangement in which the first and second switch transistors SWP and SWN are not provided in all slice cells is also possible. In this case,
However, in the standard cell system, since the unit size W of the
以下、本実施形態の効果を、比較例との対比により説明する。 Hereinafter, the effect of this embodiment will be described by comparison with a comparative example.
[比較例]
図7は、比較例のスライスセルのセル・レイアウト図を示す。
この比較例が図4のレイアウトと異なる点は、図7のPMOSスイッチ領域110とNMOSスイッチ領域120との構成である。
[Comparative example]
FIG. 7 shows a cell layout diagram of the slice cell of the comparative example.
The comparative example is different from the layout of FIG. 4 in the configuration of the
PMOSスイッチ領域110のNウェル14上に大小2つの開口部が形成され、その大きい方の開口部に対し、カラム方向に長いゲート電極101が配置されている。ゲート電極の一端部が、1stコンタクト(1C)101Aを介して、不図示の制御線に接続されている。
ゲート電極101の周囲の開口部にP型不純物領域として、ドレイン領域102dとソース領域102sが形成されている。ドレイン領域102dは、1stコンタクト(1C)103、1st配線層(1M)からなる配線層104および2stコンタクト(2C)105を介して、第1メイン配線VDDに接続されている。ソース領域102sは、1stコンタクト(1C)を介して配線層57に接続され、それによって第1サブ配線V−VDDに接続されている。
Two large and small openings are formed on the N well 14 in the
A drain region 102 d and a
一方、PMOSスイッチ領域110上の小さい方の開口部にN型不純物領域106が形成されている。N型不純物領域106は、1stコンタクト(1C)107、1st配線層(1M)からなる配線層108および2stコンタクト(2C)109を介して、第1メイン配線VDDに接続されている。
On the other hand, an N-
このスイッチトランジスタのレイアウトでは、ゲート電極101が必要な長さ(ゲート幅)を確保する必要性と、その一端部に1stコンタクト(1C)101Aが設けられることから、PMOSスイッチ領域110のカラム方向のサイズがどうしても大きくなる。
しかも、第1メイン配線VDDの中心線のカラム方向両側のパターンが非対称であり、共有化のためには配線長が長くなる不利益がある。
In this switch transistor layout, the gate electrode 101 needs to have a necessary length (gate width), and the 1st contact (1C) 101A is provided at one end thereof. The size will definitely increase.
In addition, the pattern on both sides in the column direction of the center line of the first main wiring VDD is asymmetric, and there is a disadvantage that the wiring length becomes long for sharing.
とくに詳細に説明しないが、このような構成はNMOSスイッチ領域120でも同じであり、ここでもカラム方向のサイズの増大、セル間の共有化が難しいという不利益がある。
Although not specifically described in detail, such a configuration is the same in the
これに対し、図4に示す本実施形態のセル・レイアウトでは、以下の利点がある。
第1に、前述したようにスイッチトランジスタのレイアウトが、セル境界を中心軸にカラム方向で線対称となっていることから、1つのスイッチトランジスタでありながら、カラム方向の2つのスライスセルで共有しやすいものとなっている。
より詳細には、図4に示すスイッチトランジスタは、2本のゲート配線(ゲートフィンガー部20A,20B)間の半導体領域がソース領域、2本のゲート配線間領域の幅方向外側に位置する2つの他の半導体領域が、共にドレイン領域となる。
このため、スイッチ領域の、2つのドレイン領域が近接して形成され互いに対向する2辺の側にそれぞれ隣接した2つの回路セルで、当該スイッチトランジスタを共有したときに、その接続配線は交差せず、かつ、最短になるという利点がある。
On the other hand, the cell layout of this embodiment shown in FIG. 4 has the following advantages.
First, as described above, since the layout of the switch transistor is line symmetric in the column direction with the cell boundary as the central axis, it is shared by two slice cells in the column direction, although it is a single switch transistor. It is easy.
More specifically, in the switch transistor shown in FIG. 4, the semiconductor region between the two gate wirings (
For this reason, when the switch transistor is shared by two circuit cells adjacent to each other on the two sides facing each other, in which two drain regions of the switch region are adjacent to each other, the connection wiring does not intersect. And there is an advantage that it becomes the shortest.
また、ゲートフィンガー部20A,20Bの配置方向はロウ方向である。したがって、ゲートフィンガー部20A,20Bの配置方向は、同一のメイン配線から電源供給を受ける回路セル(スライスセル10)群のセル配置方向とほぼ一致する。
本例では、スライスセル10内の論理ゲートトランジスタ、すなわちPMOSトランジスタP1,P2およびNMOSトランジスタN1,N2の第1および第2共通ゲート電極41,42の配置方向はカラム方向である。したがって、ゲートフィンガー部20A,20Bの配置方向は、論理ゲートトランジスタのゲート電極の配置方向と略直交する。
The arrangement direction of the
In this example, the arrangement direction of the first and second
一般に、論理ゲート領域13内の第1および第2共通ゲート電極41,42は電源配線と直交させるのが普通である(特許文献1および比較例参照)。これは、次の理由による。
図4および図7に示す第1および第2共通ゲート電極41,42がカラム方向に配置されていると、ロウ方向に配置されている第1サブ配線V−VDDや第2サブ配線V−VSSから見ると、論理ゲートトランジスタのソース領域43s1,43s2および44s、ならびに、論理ゲートトランジスタのドレイン領域43d,44d等の全ての端部が、何れかのサブ配線側に揃う。しかも、図4の配線層54,57および63のように、ゲート電極をまたぐことなくストレートに最短距離の配線層での接続が可能である。
In general, the first and second
When the first and second
以上より、図4に示す本実施形態のスライスセル10では、論理ゲート領域13とPMOSスイッチ領域11およびNMOSスイッチ領域12との全ての領域で、配線が容易で、かつ、最短になるという利点がある。
しかも、PMOSスイッチ領域11およびNMOSスイッチ領域12では、ゲートフィンガー部20A,20Bがロウ方向に配置されていることから、そのカラム方向のサイズH(図6参照)が、図7の比較例と比べると小さくできる。
よって、本実施形態によれば、配線が容易で配線引き回しのための無駄な領域が生じず、しかも、電源スイッチ領域の占有面積が小さい半導体集積回路が実現できる。
As described above, the
In addition, in the
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to realize a semiconductor integrated circuit in which wiring is easy, a useless area for wiring routing does not occur, and the occupied area of the power switch area is small.
[第2実施形態]
図4に示す第1実施形態のスライスセル10では、PMOSスイッチ領域11、NMOSスイッチ領域12がそれぞれ1つのスイッチトランジスタを備えている。このため、カラム方向で隣接しスイッチトランジスタを共有する2つのスライスセル10で電源供給の制御を別々に行うことができない。
[Second Embodiment]
In the
本実施形態では、電源供給の制御の自由度を高めるために、PMOSスイッチ領域11、NMOSスイッチ領域12それぞれに、面積を増大させることなく2つのスイッチトランジスタを設ける。
In the present embodiment, two switch transistors are provided in each of the
図8に、本実施形態のセル・レイアウト図を示す。
図8が図4と異なる点は、PMOSスイッチ領域11のスイッチトランジスタのゲート電極が、符号70と71により示すように2本設けられ、それが接続されていない点である。ゲート電極70は1stコンタクト(1C)72を介して、不図示の制御線に接続されている。また、ゲート電極71は1stコンタクト(1C)73を介して、不図示の別の制御線に接続されている。これら2本の制御線は独立に駆動可能である。
FIG. 8 shows a cell layout diagram of this embodiment.
8 differs from FIG. 4 in that two gate electrodes of the switch transistor in the
図8が図4と異なる第2の点は、PNMOSスイッチ領域12のスイッチトランジスタのゲート電極が、符号80と81により示すように2本設けられ、それが接続されていない点である。ゲート電極80は1stコンタクト(1C)82を介して、不図示の制御線に接続されている。また、ゲート電極81は1stコンタクト(1C)83を介して、不図示の別の制御線に接続されている。これら2本の制御線は独立に駆動可能である。
8 is different from FIG. 4 in that two gate electrodes of switch transistors in the
このように、本実施形態では、第1実施形態のゲート電極20を分離し、独立な制御線に配線するだけで、ソースを共通しとした2つのスイッチトランジスタに分割可能である。したがって、カラム方向に隣接する2つのスライスセル10で、独立に電源供給制御が可能である。
この図8のスライスセルと、図4のスライスセルとを適宜配置することによって、同じ回路ブロック内で一部のセル群への電源供給を停止することが可能となり、より効率的な電源制御を行うことができるようになる。
As described above, in this embodiment, the
By appropriately arranging the slice cells of FIG. 8 and the slice cells of FIG. 4, it is possible to stop power supply to some cell groups in the same circuit block, and to perform more efficient power control. Will be able to do.
なお、他のスライスセル構成は、図8と図4で同じであり、また、図1〜図3、図5および図6に示す図は、本実施形態に適用される。 The other slice cell configurations are the same in FIGS. 8 and 4, and the diagrams shown in FIGS. 1 to 3, 5 and 6 are applied to this embodiment.
[第3実施形態]
本実施形態は、スライスセル方式ではなく、スイッチトランジスタを有する領域を、論理ゲートセルとは独立した電源スイッチセルとして設ける場合である。
[Third Embodiment]
This embodiment is not a slice cell system but a case where a region having a switch transistor is provided as a power switch cell independent of a logic gate cell.
図9に、回路ブロックの一部拡大図を示す。
本実施形態では、PMOSスイッチセル領域とNMOSスイッチセル領域がロウ方向の並行ストライプ状に形成されている。PMOSスイッチセル領域には、PMOS電源スイッチセル90が配置され、NMOSスイッチセル領域にはNMOS電源スイッチセル91が配置されている。
これらの電源スイッチセル90,91は、それぞれの領域で、ロウ方向に所定間隔をおいて配置することも可能であるが、電流駆動能力を高めるためには出来る限り多く配置した方が好ましいため、図9では無駄なスペースを空けずに配置されている。
FIG. 9 shows a partially enlarged view of the circuit block.
In this embodiment, the PMOS switch cell region and the NMOS switch cell region are formed in a parallel stripe shape in the row direction. A PMOS
These
PMOS電源スイッチセル90は、図4に示すPMOSスイッチ領域11とほぼ同様なレイアウトパターンを有し、NMOS電源スイッチセル91は、図4に示すNMOSスイッチ領域12とほぼ同様なレイアウトパターンを有する。
The PMOS
PMOS電源スイッチセル90の配列と、NMOS電源スイッチセル91の配列との間のスペースが論理ゲートセル領域であり、論理ゲートセル領域に、所望の回路機能を実現するための論理ゲートセル92A,92B,92Cが配置されている。
論理ゲートセル92A,92B,92Cは、NANDゲートの場合、図4および図7の論理ゲート領域13とほぼ同様なレイアウトパターンを有する。
なお、第1サブ配線V−VDDと第2サブ配線V−VSSのそれぞれは、論理ゲートセル92A,92B,92Cと、PMOS電源スイッチセル90またはNMOS電源スイッチセル91とで共有されている。
A space between the arrangement of the PMOS
In the case of a NAND gate, logic gate cells 92A, 92B, and 92C have a layout pattern substantially similar to that of
Each of the first sub-wiring V-VDD and the second sub-wiring V-VSS is shared by the logic gate cells 92A, 92B, and 92C and the PMOS
本実施形態では、電源スイッチセルを論理ゲートセルとは独立に設けていることによって、電源スイッチセル、論理ゲートセルのそれぞれについて、ロウ方向のサイズを任意に設定できる。これにより配置の自由度が高いという利益が得られる。
とくに、互いに隣接している論理ゲートセルと、電源スイッチセル90,91とのサイズは、ロウ方向とカラム方向で共に一致していないが、電源スイッチセル90,91は中心線を軸にカラム方向で線対称であることから、電源スイッチセルの配置領域について、カラム方向の位置を固定することにより、電源スイッチセルについて、面積の点で効率的なレイアウトを行なうことができる。
In this embodiment, the power switch cell is provided independently of the logic gate cell, so that the size in the row direction can be arbitrarily set for each of the power switch cell and the logic gate cell. This provides the advantage of a high degree of freedom in arrangement.
In particular, the sizes of the logic gate cells adjacent to each other and the
本発明は上記第1〜第3の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
たとえば、図4,図6,図8および図9では、スイッチトランジスタを構成するMOSトランジスタのゲート電極またはフィンガー部の数は2であるが、スイッチトランジスタサイズを大きくしたい場合は、この数を2より大きくすることもできる。
とくにスイッチトランジスタを回路セル間で共有する場合は、この数は偶数にする必要がある。
これにより、各スイッチトランジスタの電流駆動能力を高めることができる。
The present invention is not limited to the first to third embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in FIG. 4, FIG. 6, FIG. 8 and FIG. 9, the number of gate electrodes or finger portions of the MOS transistor constituting the switch transistor is 2, but this number should be increased from 2 to increase the switch transistor size. It can also be enlarged.
Especially when the switch transistor is shared between circuit cells, this number must be an even number.
Thereby, the current drive capability of each switch transistor can be improved.
また、図4および図8では、ウェル分離を行なって高しきい値(H−Vth)のトランジスタと低しきい値(L−Vth)のトランジスタをそれぞれ配置しているが、ウェルを共有化して不純物領域形成時のイオン打ち込み量の差によって高しきい値と低しきい値のトランジスタを、同一ウェル内にそれぞれ形成することもできる。その場合、ウェル数は、共通のPウェルと、共通のNウェルの2つで済み、その分、セル面積を縮小可能である。 4 and 8, well isolation is performed to arrange a high threshold (H-Vth) transistor and a low threshold (L-Vth) transistor, but the well is shared. High threshold and low threshold transistors can also be formed in the same well depending on the difference in the amount of ions implanted when forming the impurity regions. In that case, the number of wells may be two, a common P well and a common N well, and the cell area can be reduced accordingly.
1…半導体集積回路、4,4A,4E…MTCMOS適用の回路ブロック、10…スライスセル、11…PMOSスイッチ領域、12…NMOSスイッチ領域、13…論理ゲート領域、20,70,71,80,81,101…ゲート電極、20A,20B…ゲートフィンガー部、90…PMOS電源スイッチセル、91…NMOS電源スイッチセル、92A〜92C…論理ゲートセル、SWP…第1スイッチトランジスタ、SWN…第2スイッチトランジスタ、VDD…第1メイン配線、V−VDD…第1サブ配線、VSS…第2メイン配線、V−VSS…第2サブ配線
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記電源電圧供給線、前記基準電圧供給線の少なくとも一方が、前記回路セル内のサブ配線と、一方向に配置されているメイン配線とからなり、
前記サブ配線とメイン配線との接続と非接続を制御するスイッチトランジスタが前記回路ブロック内に配置され、
前記スイッチトランジスタのゲート電極が、同一のメイン配線から電源供給を受ける回路セル群のセル配置方向と並行に配置され、
前記スイッチトランジスタを有する電源スイッチセルが、当該電源スイッチセルに電源供給を行う前記メイン配線の配置方向と直交する2つの回路セルで共有されている
半導体集積回路。 The circuit cells connected between a power supply voltage supply line and the reference voltage supply line have a circuit block is formed as the basic unit,
At least one of the power supply voltage supply line and the reference voltage supply line is composed of a sub-wiring in the circuit cell and a main wiring arranged in one direction,
A switch transistor for controlling connection and disconnection between the sub-wiring and the main wiring is disposed in the circuit block,
The gate electrode of the switching transistor is disposed in the cell arrangement direction and parallel rows of circuit cell groups which receives the power supply from the same main wiring,
A semiconductor integrated circuit in which a power switch cell having the switch transistor is shared by two circuit cells orthogonal to the arrangement direction of the main wiring for supplying power to the power switch cell .
前記2本のゲート電極間の半導体領域が、前記2つのスイッチトランジスタで共有され、前記メイン配線に接続されている
請求項1に記載の半導体集積回路。 The power switch cell shared by the two circuit cells includes two switch transistors having two gate electrodes parallel to each other,
The semiconductor region between the gate electrodes of the two is said is shared by two switch transistors, the semiconductor integrated circuit according to claim 1 which is connected to the main wiring.
請求項2に記載の半導体集積回路。 The main wiring, the through upper semiconductor region, and a semiconductor integrated circuit according to claim 2 disposed on the gate electrode and the parallel rows of the two.
前記2本のゲートフィンガー部間の半導体領域が、前記メイン配線に接続されている
請求項1に記載の半導体集積回路。 The power switch cell shared by the two circuit cells includes a single switch transistor having two gate fingers parallel to each other,
The semiconductor region between the gate finger portion of the two is, the semiconductor integrated circuit according to claim 1 which is connected to the main wiring.
請求項4に記載の半導体集積回路。 The main wiring, the through upper semiconductor region, and a semiconductor integrated circuit according to claim 4 which is arranged in the two gate finger portion and the parallel line.
前記2つのスイッチトランジスタで共通な前記第1のソース・ドレイン領域に接続され、一方向に配置されている電源電圧供給線または基準電圧供給線のメイン配線と、
を備え、
前記2つのスイッチトランジスタは、それぞれが隣接する回路セルへの電源供給を制御するものであり、
前記2つのスイッチトランジスタの前記2本のゲート電極の配線方向と、前記メイン配線の配線方向とが並行に設定されている
電源スイッチセル。 Two gate electrodes parallel to each other, a common first source / drain region formed in a semiconductor region between the two gate electrodes, and 2 separated on each side of the two gate electrodes Two switch transistors having two second source / drain regions ;
A main wiring of a power supply voltage supply line or a reference voltage supply line connected to the first source / drain region common to the two switch transistors and arranged in one direction;
With
Each of the two switch transistors controls power supply to adjacent circuit cells,
The two wiring direction of said two gate electrodes of the switching transistors, power switch cell and the wiring direction is set to the parallel line of the main line.
前記単一のスイッチトランジスタの前記第1のソース・ドレイン領域に接続され、一方向に配置されている電源電圧供給線または基準電圧供給線のメイン配線と、
を備え、
前記単一のスイッチトランジスタは、隣接する回路セルへの電源供給を制御するものであり、
前記スイッチトランジスタの前記2本のゲートフィンガー部の配線方向と、前記メイン配線の配線方向とが並行に設定されている
電源スイッチセル。 A gate electrode having two gate finger portions parallel to each other, a first source / drain region formed in a semiconductor region between the two gate finger portions, and each side of the two gate finger portions A single switch transistor having two second source / drain regions separated by
A main wiring of a power supply voltage supply line or a reference voltage supply line connected to the first source / drain region of the single switch transistor and arranged in one direction;
With
The single switch transistor controls power supply to adjacent circuit cells,
The two wiring direction of the gate finger unit, a power supply switch cell and the wiring direction is set to the parallel line of the main line of the switching transistor.
互いに並行な2本のゲート電極、当該2本のゲート電極間の半導体領域に形成された共通の第1のソース・ドレイン領域、および、前記2本のゲート電極のそれぞれの側に分離された2つの第2のソース・ドレイン領域を有する2つのスイッチトランジスタと、
前記2つのスイッチトランジスタで共通な前記第1のソース・ドレイン領域に接続され、一方向に配置されている電源電圧供給線または基準電圧供給線のメイン配線と、
を備え、
前記2つのスイッチトランジスタは、一方の前記第2のソース・ドレイン領域に前記論理回路領域が接続されて当該論理回路領域への電源供給を制御し、当該制御とは独立に、他方の前記第2のソース・ドレイン領域に隣接する他の回路セルへの電源供給を制御可能であり、
前記2つのスイッチトランジスタの前記2本のゲート電極の配線方向と、前記メイン配線の配線方向とが並行に設定されている
電源スイッチ付き回路セル。 Logic circuit area,
Two gate electrodes parallel to each other, a common first source / drain region formed in a semiconductor region between the two gate electrodes, and 2 separated on each side of the two gate electrodes Two switch transistors having two second source / drain regions ;
A main wiring of a power supply voltage supply line or a reference voltage supply line connected to the first source / drain region common to the two switch transistors and arranged in one direction;
With
In the two switch transistors, the logic circuit region is connected to one of the second source / drain regions to control power supply to the logic circuit region, and the other second transistor is controlled independently of the control. It is possible to control power supply to other circuit cells adjacent to the source / drain region of
It said two of said two wiring direction of the gate electrode, the main wiring with power switch circuit cell and the wiring direction is set to the parallel line of the switching transistor.
互いに並行な2本のゲートフィンガー部を有するゲート電極、当該2本のゲートフィンガー部間の半導体領域に形成された第1のソース・ドレイン領域、および、前記2本のゲートフィンガー部のそれぞれの側に分離された2つの第2のソース・ドレイン領域を有する単一のスイッチトランジスタと、
前記単一のスイッチトランジスタの前記第1のソース・ドレイン領域に接続され、一方向に配置されている電源電圧供給線または基準電圧供給線のメイン配線と、
を備え、
前記単一のスイッチトランジスタは、一方の前記第2のソース・ドレイン領域が前記論理回路領域に接続されて当該論理回路領域への電源供給を制御するとともに、他方の前記第2のソース・ドレイン領域に隣接する回路セルの論理回路領域への電源供給を制御可能であり、
前記スイッチトランジスタの前記2本のゲートフィンガー部の配線方向と、前記メイン配線の配線方向とが並行に設定されている
電源スイッチ付き回路セル。 Logic circuit area,
A gate electrode having two gate finger portions parallel to each other, a first source / drain region formed in a semiconductor region between the two gate finger portions, and each side of the two gate finger portions A single switch transistor having two second source / drain regions separated by
A main wiring of a power supply voltage supply line or a reference voltage supply line connected to the first source / drain region of the single switch transistor and arranged in one direction;
With
The single switch transistor has one of the second source / drain regions connected to the logic circuit region to control power supply to the logic circuit region and the other second source / drain region. The power supply to the logic circuit area of the circuit cell adjacent to can be controlled,
The two wiring direction of the gate finger unit, the main wiring with power switch circuit cell and the wiring direction is set to the parallel line of the switching transistor.
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