JP6898570B2

JP6898570B2 - 半導体集積回路装置

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Inventors: 岡本　淳; 淳岡本; 智靖北浦; 紘宜武野
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Description

本開示は、半導体集積回路装置における電源遮断技術に関する。

半導体集積回路装置の低消費電力化を実現するための技術の一つに、電源遮断技術がある。電源遮断技術とは、半導体集積回路装置の内部を複数の回路ブロックに分割し、動作していない回路ブロックの電源を遮断することによって電力消費の原因となるリーク電流を抑制する技術である。特許文献１では、電源遮断領域において、電源を供給／遮断するためのスイッチを各スタンダードセル列に配置し、電源供給制御を実現する構成が開示されている。各スタンダードセルには、ストラップ電源配線からスイッチおよびスタンダードセル電源配線を経由して、電源が供給される。

特開２００８−２７７７８８号公報

特許文献１の構成では、電源遮断を行う回路ブロックにおいて、各スタンダードセル電源配線に対してそれぞれ、電源を供給／遮断するためのスイッチを設ける必要がある。すなわち、多数のスイッチを回路ブロック内に配置する必要がある。このため、スイッチの面積分、回路ブロックの面積が増加することになり、また多数のスイッチの存在により、スタンダードセルの配置の自由度が下がることになる。すなわち、多数のスイッチの存在に起因した面積の増加や、スタンダードセル配置の自由度低下によるタイミング収束性の悪化に起因した設計工数の増大、という問題が生じるおそれがある。

また、スイッチ１個当たりで供給可能な電流量は定まっているため、回路ブロック内に配置するスイッチの個数は、当該回路ブロックの総電流量を基にして、必要最小限に設定することができる。ところがこの場合、スイッチの配置位置によっては、スイッチ間の距離が長くなってしまい、スイッチ間の電源配線において電圧降下が大きくなってしまうおそれがある。電源電圧降下は、回路の誤動作の原因となるため、好ましくない。

本開示は、電源遮断技術を用いた半導体集積回路装置において、配置するスイッチの個数を少なく抑えつつ、電源電圧降下を効果的に抑制可能にすることを目的とする。

本開示の態様では、半導体集積回路装置は、第１方向に並べて配置された複数のスタンダードセルをそれぞれ備え、前記第１方向と垂直をなす方向である第２方向に並べて配置された複数のスタンダードセル列と、前記第１方向に延びるようにそれぞれ配置されており、前記複数のスタンダードセルに電源を供給する複数の電源配線と、前記複数の電源配線の上層において前記第２方向に延びるように配置された、複数のストラップ電源配線と、前記複数の電源配線の上層において前記第２方向に延びるように配置され、前記複数の電源配線とそれぞれ接続された、複数の副ストラップ電源配線と、前記複数のストラップ電源配線のいずれかと、前記複数の電源配線の中のＮ本（Ｎは１以上の整数）からなる配線組との間に設けられており、制御信号に応じて、当該ストラップ電源配線と当該配線組に属する前記電源配線とを電気的に接続するか否かを切替可能に構成された、複数のスイッチセルとを備え、前記複数のスイッチセルは、前記複数のストラップ電源配線に対してそれぞれ、Ｍ（Ｍは３以上の整数）個の前記配線組毎に１個ずつ、配置されており、前記複数のスイッチセルの前記第２方向における配置位置は、隣り合う前記ストラップ電源配線において互いに異なっており、かつ、前記第１方向における前記ストラップ電源配線のＭ本ごとに、同一である。

この態様によると、各ストラップ電源配線について、スイッチセルは、電源配線のＭ（Ｍは３以上の整数）本毎に配置されている。すなわち、配置するスイッチセルの個数は少なく抑えられている。そして、ストラップ電源配線が延びる方向である第２方向における、スイッチセルの配置位置は、隣り合うストラップ電源配線において互いに異なっており、かつ、ストラップ電源配線のＭ本毎に、同一になっている。このため、スタンダードセルは、自己が接続された電源配線に設けられたスイッチセルから離れている場合でも、隣り合う電源配線に設けられたスイッチセルが、その近傍に配置されている。このため、そのスイッチセルから副ストラップ電源配線を介した電源供給がなされるので、電源電圧降下が抑制される。したがって、スイッチセルの個数を少なく抑えつつ、各スタンダードセルにおける電源電圧降下を抑制することができる。

そして、前記態様の半導体集積回路装置において、前記複数のスイッチセルは、前記配線組の１つである第１配線組に対してそれぞれ設けられており、前記第１方向において隣り合う第１および第２スイッチセルと、前記第１配線組と前記第２方向において隣り合う前記配線組に対して設けられた第３スイッチセルとを含み、前記第３スイッチセルは、前記第１スイッチセルが設けられた前記ストラップ電源配線と前記第２スイッチセルが設けられた前記ストラップ電源配線と間の中間位置にある、前記ストラップ電源配線に対して、設けられている、としてもよい。

また、前記態様の半導体集積回路装置において、前記複数のスイッチセルの配置を、Ｘ軸方向に延びる各行が前記配線組に対応し、Ｙ軸方向に延びる各列が前記ストラップ電源配線に対応するマス目で表した場合において、前記スイッチセルが配置されていない第１マスと、前記スイッチセルが配置されており当該第１マスから最も近い第２マスとの、Ｘ座標の差をＸ、Ｙ座標の差をＹとしたとき、Ｘ＋Ｙ≦Ｍ／４の関係を満たす、としてもよい。

本開示によると、電源遮断技術を用いた半導体集積回路装置について、配置するスイッチの個数を少なく抑えつつ、電源電圧降下を効果的に抑制することができる。

第１実施形態に係る半導体集積回路装置の構成を示す平面図スイッチセルの構成例を示す模式図図１のIII−III断面図図１のIV−IV断面図第１実施形態の変形例に係る半導体集積回路装置の構成を示す平面図第１実施形態の変形例に係る半導体集積回路装置の構成を示す平面図第１実施形態の変形例に係る半導体集積回路装置の構成を示す平面図第２実施形態に係る半導体集積回路装置の構成を示す平面図第３実施形態に係る半導体集積回路装置の構成を示す平面図第４実施形態に係る半導体集積回路装置の構成を示す平面図図１の構成におけるスイッチセル配置を概念的に表す図対比例としてのスイッチセル配置を概念的に表す図スイッチセルの配置手法を説明するための図（ａ）〜（ｄ）はスイッチセル配置の他の例を概念的に表す図（ａ）〜（ｃ）はスイッチセル配置の他の例を概念的に表す図

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は第１実施形態に係る半導体集積回路装置の構成を示す平面図であり、電源遮断を行う回路ブロックにおけるレイアウトパターンを簡略化して図示している（以降の平面図も同様）。図１に示す半導体集積回路装置は、基板に、複数のスタンダードセル１が配置されている。Ｘ方向（図面横方向、第１方向に相当）に並べて配置された複数のスタンダードセル１を備えたスタンダードセル列２が、Ｙ方向（図面縦方向、第１方向と垂直をなす方向である第２方向）に複数行配置されている。スタンダードセル１は、例えばインバータや論理回路等の機能を有する基本回路素子であり、スタンダードセル１を組み合わせて配置配線することによって、所定の機能を実現する半導体集積回路装置を設計・製造することができる。スタンダードセル１は、Ｐ型ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ（ＰＭＯＳ）が形成されるＮ型領域とＮ型ＭＯＳトランジスタ（ＮＭＯＳ）が形成されるＰ型領域とをそれぞれ有している。本開示では、スタンダードセル１は、Ｎ型領域とＰ型領域とがＹ方向に並べて配置されており、かつ、スタンダードセル列２は、１行おきに、Ｎ型領域とＰ型領域との並びが反転しているものとする。なお、スタンダードセル１の内部構造については図示を省略している。

スタンダードセル列２同士の間に、スタンダードセル１に電源電位を供給するスタンダードセル電源配線３（右横にＶＶＤＤと記す）と、スタンダードセル１に接地電位を供給する接地電源配線４（右横にＶＳＳと記す）とが、交互に、配置されている。スタンダードセル電源配線３および接地電源配線４はともに、Ｘ方向に延びるように配置されている。スタンダードセル電源配線３は、そのＹ方向両側のスタンダードセル列２に電源電位を供給する。また接地電源配線４は、そのＹ方向両側のスタンダードセル列２に接地電位を供給する。そして、各スタンダードセル電源配線３に対して、スイッチセル２０（ハッチを付している）が設けられている。スイッチセル２０は、スタンダードセル１に対する電源供給を遮断するか否かを制御するものであり、制御信号に応じて、スタンダードセル電源配線３と、後述するストラップ電源配線１１とを電気的に接続するか否かを切替可能に構成されている。制御信号は例えば、電源遮断を制御する制御ブロックから送られる。

図２はスイッチセル２０の構成例を示す模式図である。なお図２では、構成を回路記号によって図示しているが、実際には、拡散領域やゲート配線、メタル配線等からなるレイアウトが形成される。図２に示すスイッチセル２０は、ダブルハイトセルであり、ストラップ電源配線１１と接続される入力端子２１と、制御信号を受ける制御端子２２と、ＰＭＯＳ２３と、制御端子２２に与えられた制御信号を受けるバッファ２４とを備えている。ＰＭＯＳ２３は、ソースが入力端子２１と接続され、ドレインがスタンダードセル電源配線３と接続され、ゲートにバッファ２４の出力を受ける。制御信号がハイレベルのとき、ＰＭＯＳ２３は導通せず、入力端子２１とスタンダードセル電源配線３とは電気的に遮断される。一方、制御信号がローレベルのとき、ＰＭＯＳ２３は導通し、入力端子２１とスタンダードセル電源配線３とは電気的に接続される。なお、図２では図示を省略しているが、バッファ２４には入力端子２１を介して電源が供給される。

図１に戻り、スタンダードセル列２やスタンダードセル電源配線３の上層に、Ｙ方向に延びるように配置されたストラップ電源配線１１が設けられている。ストラップ電源配線１１は、その下方に配置されているスイッチセル２０の入力端子２１と接続されている。また、スタンダードセル列２やスタンダードセル電源配線３の上層に、Ｙ方向に延びるように配置された副ストラップ電源配線１２が設けられている。副ストラップ電源配線１２は、ビア構造１３を介して、その下方を通過するスタンダードセル電源配線３と接続されている。図１の構成では、ストラップ電源配線１１は、平面視において、スイッチセル２０と重なりを有している。また、副ストラップ電源配線１２も、平面視において、スイッチセル２０と重なりを有している。なお本願明細書では、「ストラップ電源配線」は、スタンダードセル列２の方向と直交する方向に延びる電源配線という意味で用いている。また、図１では図示を省略しているが、接地電位を供給するためのストラップ電源配線も、スタンダードセル列２やスタンダードセル電源配線３の上層に、図面縦方向に延びるように配置されている。

なお、図１では、電源供給元からスイッチセル２０までの電源配線、すなわちストラップ電源配線１１には「ＶＤＤ」と記しており、スイッチセル２０を経由した後の電源配線、すなわち副ストラップ電源配線１２およびスタンダードセル電源配線３には「ＶＶＤＤ」と記している。以降の図でも同様である、ただし、スイッチセル２０におけるＰＭＯＳ２３の導通時に供給される電源電位は、「ＶＤＤ」と記された電源配線と「ＶＶＤＤ」と記された電源配線とで共通である。

図３は図１のIII−III断面図、図４は図１のIV−IV断面図であり、いずれもスイッチセル２０が配置された箇所における断面構造を示している。図１の半導体集積回路装置は、基板上に５層以上の配線層を有している。図３および図４に示すように、基板側から順に積層するように、第１〜第５配線層（Ｍ１〜Ｍ５）が形成されている。ストラップ電源配線１１は第５配線層（Ｍ５）に形成されており、副ストラップ電源配線１２は第３配線層（Ｍ３）に形成されている。すなわち、ここでは、副ストラップ電源配線１２は、ストラップ電源配線１１よりも下層に設けられている。またスタンダードセル電源配線３は、第１配線層（Ｍ１）に形成されている。また図示はしていないが、接地電源配線４は第１配線層に形成されており、スタンダードセル１の信号配線は主に第１配線層に形成されている。なお図１において、第１、第２および第４配線層の優先配線方向はＸ方向であり、第３および第５配線層の優先配線方向はＹ方向である。

ここで、図１の構成におけるスイッチセル２０の配置位置について、説明する。スイッチセル２０は、ストラップ電源配線１１とスタンダードセル電源配線３とが平面視で交差する箇所において、当該ストラップ電源配線１１と当該スタンダードセル電源配線３との間に、設けられている。ただし、ストラップ電源配線１１とスタンダードセル電源配線３とが平面視で交差する箇所であっても、スイッチセル２０が配置されていない箇所がある。

図１の構成では、各ストラップ電源配線１１について、スイッチセル２０は、スタンダードセル電源配線３の４本毎に配置されている。言い換えると、各ストラップ電源配線１１について、Ｙ方向において隣り合うスイッチセル２０同士の間には、３本のスタンダードセル電源配線３が存在する。そして、スイッチセル２０のＹ方向における配置位置は、隣り合うストラップ電源配線１１において互いに異なっている。また、スイッチセル２０のＹ方向における配置位置は、ストラップ電源配線１１の４本毎に、同一になっている。

例えば、図面下側の４本のスタンダードセル電源配線３（（１）〜（４）を付している）と、図面左側の４本のストラップ電源配線１１（（１）〜（４）を付している）とに着目する。ストラップ電源配線１１（１）は、スタンダードセル電源配線３（１）との間にのみスイッチセル２０が配置されており、他のスタンダードセル電源配線３（２）〜（４）との間にはスイッチセル２０は配置されていない。同様に、ストラップ電源配線１１（２）は、スタンダードセル電源配線３（３）との間にのみスイッチセル２０が配置されており、ストラップ電源配線１１（３）は、スタンダードセル電源配線３（２）との間にのみスイッチセル２０が配置されており、ストラップ電源配線１１（４）は、スタンダードセル電源配線３（４）との間にのみスイッチセル２０が配置されている。すなわち、４本のストラップ電源配線１１（１）〜（４）について、スタンダードセル電源配線３（１），（３），（２），（４）の順で、その間にスイッチセル２０が配置されている。そして、このようなスイッチセル２０の配置が、Ｘ方向およびＹ方向において繰り返されている。

ここで、スタンダードセル１Ａ（ハッチを付している）に着目する。図１では、スタンダードセル１Ａに対する電源供給経路の一部に矢印付き破線を付している。スタンダードセル１Ａは、スタンダードセル電源配線３（２）に接続されるが、スタンダードセル電源配線３（２）に設けられたスイッチセル２０１，２０２からは離れている。このため、電源電圧降下が懸念される。この一方で、スタンダードセル電源配線３（２）に隣りあうスタンダードセル電源配線３（１）には、スタンダードセル１Ａに近接した位置に、スイッチセル２０３が配置されている。このため、スタンダードセル１Ａは、スイッチセル２０３から副ストラップ電源配線１２を介して電源が供給されるので、電源電圧降下が抑制される。すなわち、第１スイッチセルとしてのスイッチセル２０１と第２スイッチセルとしてのスイッチセル２０２は、スタンダードセル電源配線３（２）に対してそれぞれ設けられており、Ｘ方向において隣り合っている。第３スイッチセルとしてのスイッチセル２０３は、スタンダードセル電源配線３（２）とＹ方向において隣りあうスタンダードセル電源配線３（１）に設けられている。そして、スイッチセル２０３は、スイッチセル２０１が設けられたストラップ電源配線１１とスイッチセル２０２が設けられたストラップ電源配線１１との間の中間位置にある、ストラップ電源配線１１に対して、設けられている。

このように、図１の構成では、スタンダードセル１は、自己が接続されたスタンダードセル電源配線３に設けられたスイッチセル２０から離れている場合でも、隣り合うスタンダードセル電源配線３に設けられたスイッチセル２０が、その近傍に配置されている。例えば、Ｘ方向において隣り合うスイッチセル２０同士の間の中間位置にあるスタンダードセル１に、Ｙ方向において隣り合う位置に、スイッチセル２０が配置されている。このため、そのスイッチセル２０から副ストラップ電源配線１２を介した電源供給がなされるので、電源電圧降下が抑制される。したがって、本実施形態によると、スイッチセル２０の個数を少なく抑えつつ、各スタンダードセル１における電源電圧降下を抑制することができる。

なお、図１の構成では、副ストラップ電源配線１２は、ストラップ電源配線１１の隣りにそれぞれ並べて配置しているが、これに限られるものではない。例えば、副ストラップ電源配線１２を、ストラップ電源配線１１から間隔を空けて配置し、スイッチセル２０と平面視で重ならないようにしてもかまわない。また、一部のストラップ電源配線１１には、副ストラップ電源配線１２を隣りに並べないようにしてもよい。

また、図１の構成では、スイッチセル２０は、ストラップ電源配線１１の下方に配置されており、ストラップ電源配線１１は平面視においてスイッチセル２０と重なりを有しているものとしたが、これに限られるものではない。ただし、スイッチセル２０をストラップ電源配線１１の下方に配置した場合、スイッチセル２０の入力端子２１とストラップ電源配線１１との間の配線やビア等の経路における抵抗値が小さくなるため、電源電圧の電圧降下が抑制される。また、図１の構成では、副ストラップ電源配線１２は平面視においてスイッチセル２０と重なりを有しているものとしたが、これに限られるものではない。

また、図１の構成では、副ストラップ電源配線１２は、下方を通過する全てのスタンダードセル電源配線３と電気的に接続しているが、これに限られるものではない。例えば、下方を通過するスタンダードセル電源配線３の一部のみと電気的に接続するものとしてもよい。

（変形例１）
図１の構成では、４本のストラップ電源配線１１（１）〜（４）について、スタンダードセル電源配線３（１），（３），（２），（４）の順で、その間にスイッチセル２０が配置されているものとした。ただし、スイッチセル２０の配置パターンは、図１に示したものに限られるものではない。

図５は本実施形態の変形例１に係る半導体集積回路装置の構成を示す平面図である。スタンダードセル１の配置や、スタンダードセル電源配線３、接地電源配線４、ストラップ電源配線１１および副ストラップ電源配線１２の配置に関しては、図１と同様であり、ここではその詳細な説明を省略する。

図５の構成では、図１の構成と同様に、各ストラップ電源配線１１について、スイッチセル２０は、スタンダードセル電源配線３の４本毎に配置されている。そして、スイッチセル２０のＹ方向における配置位置は、隣り合うストラップ電源配線１１において互いに異なっている。また、スイッチセル２０のＹ方向における配置位置は、ストラップ電源配線１１の４本毎に、同一になっている。

ただし、図５の構成では、スイッチセル２０の配置パターンが、図１の構成と異なっている。すなわち、ストラップ電源配線１１（１）は、スタンダードセル電源配線３（１）との間にのみスイッチセル２０が配置されており、他のスタンダードセル電源配線３（２）〜（４）との間にはスイッチセル２０は配置されていない。同様に、ストラップ電源配線１１（２）は、スタンダードセル電源配線３（２）との間にのみスイッチセル２０が配置されており、ストラップ電源配線１１（３）は、スタンダードセル電源配線３（３）との間にのみスイッチセル２０が配置されており、ストラップ電源配線１１（４）は、スタンダードセル電源配線３（４）との間にのみスイッチセル２０が配置されている。すなわち、４本のストラップ電源配線１１（１）〜（４）について、スタンダードセル電源配線３（１），（２），（３），（４）の順に、その間にスイッチセル２０が配置されている。そして、このようなスイッチセル２０の配置が、Ｘ方向およびＹ方向において繰り返されている。

図５の構成においても、スタンダードセル１は、自己が接続されたスタンダードセル電源配線３に設けられたスイッチセル２０から離れている場合でも、隣り合うスタンダードセル電源配線３に設けられたスイッチセル２０が、その近傍に配置されている。このため、そのスイッチセル２０から副ストラップ電源配線１２を介した電源供給がなされるので、電源電圧降下が抑制される。したがって、スイッチセル２０の個数を少なく抑えつつ、各スタンダードセル１における電源電圧降下を抑制することができる。

（変形例２）
図６は本実施形態の変形例２に係る半導体集積回路装置の構成を示す平面図である。図６では、図の簡略化のために、スタンダードセル１の配置に関しては図示を省略している。また、スタンダードセル電源配線３、接地電源配線４、ストラップ電源配線１１および副ストラップ電源配線１２の配置に関しては、図１とほぼ同様であり、ここではその詳細な説明を省略する。

図６の構成では、スイッチセル２５は、Ｙ方向におけるサイズすなわちセル高さが図１のスイッチセル２０の２倍になっており、スタンダードセル列２の４列分のセル高さを有している。そして、各スイッチセル２５は、ストラップ電源配線１１と２本のスタンダードセル電源配線３との間に設けられている。すなわち、２本のスタンダードセル電源配線３を１個の「配線組」として捉えたとき、各スイッチセル２５は、ストラップ電源配線１１と配線組との間に設けられている。

そして図６の構成では、各ストラップ電源配線１１について、スイッチセル２５は、４個の配線組毎に配置されている。そして、スイッチセル２５のＹ方向における配置位置は、隣り合うストラップ電源配線１１において互いに異なっている。また、スイッチセル２５のＹ方向における配置位置は、ストラップ電源配線１１の４本毎に、同一になっている。

例えば、図面左側の４本のストラップ電源配線１１（（１）〜（４）を付している）と、図面下側の４個の配線組（１）〜（４）に着目する。ストラップ電源配線１１（１）は、配線組（１）との間にのみスイッチセル２５が配置されており、他の配線組（２）〜（４）との間にはスイッチセル２５は配置されていない。同様に、ストラップ電源配線１１（２）は、配線組（３）との間にのみスイッチセル２５が配置されており、ストラップ電源配線１１（３）は、配線組（２）との間にのみスイッチセル２５が配置されており、ストラップ電源配線１１（４）は、配線組（４）との間にのみスイッチセル２５が配置されている。すなわち、４本のストラップ電源配線１１（１）〜（４）について、配線組（１），（３），（２），（４）の順に、その間にスイッチセル２５が配置されている。そして、このようなスイッチセル２５の配置が、Ｘ方向およびＹ方向において繰り返されている。

すなわち、図６の構成では、図１のスイッチセル２０と同様の配置パターンに従って、スイッチセル２５が配置されている。したがって、スイッチセル２５の個数を少なく抑えつつ、各スタンダードセル１における電源電圧降下を抑制することができる。

なお、スイッチセル２５の配置パターンは、図１に示したものに限られるものではない。例えば図５の構成と同様に、４本のストラップ電源配線１１（１）〜（４）について、配線組（１），（２），（３），（４）の順に、その間にスイッチセル２５が配置されるようにしてもよい。

（変形例３）
図７は本実施形態の変形例３に係る半導体集積回路装置の構成を示す平面図である。図７では、図の簡略化のために、スタンダードセル１の配置に関しては図示を省略している。また、スタンダードセル電源配線３、接地電源配線４、ストラップ電源配線１１および副ストラップ電源配線１２の配置に関しては、図１とほぼ同様であり、ここではその詳細な説明を省略する。

図７の構成では、スイッチセル２６は、Ｙ方向におけるサイズすなわちセル高さが図１のスイッチセル２０の３倍になっており、スタンダードセル列２の６列分のセル高さを有している。そして、各スイッチセル２６は、ストラップ電源配線１１と３本のスタンダードセル電源配線３との間に設けられている。すなわち、３本のスタンダードセル電源配線３を１個の「配線組」として捉えたとき、各スイッチセル２６は、ストラップ電源配線１１と配線組との間に設けられている。

そして図７の構成では、図６の構成と同様に、各ストラップ電源配線１１について、スイッチセル２６は、４個の配線組毎に配置されている。そして、スイッチセル２６のＹ方向における配置位置は、隣り合うストラップ電源配線１１において互いに異なっている。また、スイッチセル２６のＹ方向における配置位置は、ストラップ電源配線１１の４本毎に、同一になっている。

例えば、図面左側の４本のストラップ電源配線１１（（１）〜（４）を付している）と、図面下側の４個の配線組（１）〜（４）に着目する。ストラップ電源配線１１（１）は、配線組（１）との間にのみスイッチセル２６が配置されており、他の配線組（２）〜（４）との間にはスイッチセル２６は配置されていない。同様に、ストラップ電源配線１１（２）は、配線組（３）との間にのみスイッチセル２６が配置されており、ストラップ電源配線１１（３）は、配線組（２）との間にのみスイッチセル２６が配置されており、ストラップ電源配線１１（４）は、配線組（４）との間にのみスイッチセル２６が配置されている。すなわち、４本のストラップ電源配線１１（１）〜（４）について、配線組（１），（３），（２），（４）の順に、その間にスイッチセル２６が配置されている。そして、このようなスイッチセル２６の配置が、Ｘ方向およびＹ方向において繰り返されている。

すなわち、図７の構成は、図１の構成と同様の配置パターンに従って、スイッチセル２６が配置されている。したがって、スイッチセル２６の個数を少なく抑えつつ、各スタンダードセル１における電源電圧降下を抑制することができる。

なお、スイッチセル２６の配置パターンは、図７に示したものに限られるものではない。例えば図５の構成と同様に、４本のストラップ電源配線１１（１）〜（４）について、配線組（１），（２），（３），（４）の順に、その間にスイッチセル２６が配置されていてもよい。

ここで、変形例２では、２本のスタンダードセル電源配線３を１個の「配線組」として捉えるものとし、変形例３では、３本のスタンダードセル電源配線３を１個の「配線組」として捉えるものとしたが、配線組に属するスタンダードセル電源配線３の本数は、２本または３本に限られるものではない。例えば、４本のスタンダードセル電源配線３を１個の「配線組」として捉えて、スタンダードセル列２の８列分のセル高さを有するスイッチセルを、本実施形態と同様に配置してもよい。また、図１や図５の構成は、１本のスタンダードセル電源配線３を１個の「配線組」として捉えたものに相当する。すなわち、Ｎ本（Ｎは１以上の整数）のスタンダードセル電源配線３を１個の配線組として捉えて、スイッチセルを配置すればよい。

（第２実施形態）
図８は第２実施形態に係る半導体集積回路装置の構成を示す平面図である。スタンダードセル１の配置や、スタンダードセル電源配線３、接地電源配線４、ストラップ電源配線１１および副ストラップ電源配線１２の配置に関しては、図１と同様であり、ここではその詳細な説明を省略する。

図８では、図１と対比すると、ストラップ電源配線１１および副ストラップ電源配線１２の上層に、Ｘ方向に延びる上層電源配線１４が配置されている。上層電源配線１４は、その下層にある副ストラップ電源配線１２とビア１６によって接続されている。このように、副ストラップ電源配線１２同士を接続する上層電源配線１４を設けることによって、電源供給の強化ができるので、電源電圧降下をより抑制することが可能になる。

なお、図８の構成では、上層電源配線１４は、下方を通過する全ての副ストラップ電源配線１２と電気的に接続されているが、これに限られるものではない。例えば、上層電源配線１４は、下方を通過する副ストラップ電源配線１２の一部のみと電気的に接続するものとしてもよい。

（第３実施形態）
図９は第３実施形態に係る半導体集積回路装置の構成を示す平面図である。スタンダードセル１の配置や、スタンダードセル電源配線３、接地電源配線４およびストラップ電源配線１１の配置に関しては、図１と同様であり、ここではその詳細な説明を省略する。

図９では、図１と対比すると、副ストラップ電源配線の本数が増えている。例えば、領域Ａ１，Ａ２では、ストラップ電源配線１１同士の間に、副ストラップ電源配線１２が２本配置されている。また、領域Ａ３では、ストラップ電源配線１１同士の間に、副ストラップ電源配線１２に加えて、副ストラップ電源配線１２とは異なる配線層（ここでは第５配線層（Ｍ５）とする）に形成された副ストラップ電源配線１５が配置されている。なお、ストラップ電源配線１１同士の間に、副ストラップ電源配線１２，１５を３本以上配置してもかまわない。

このように、副ストラップ電源配線１２，１５の本数を増やすことによって、スイッチセル２０の個数を増やすことなく、電源供給の強化ができるので、半導体集積回路装置の面積増加を抑制することができる。

（第４実施形態）
図１０は第４実施形態に係る半導体集積回路装置の構成を示す平面図である。スタンダードセル１の配置や、スタンダードセル電源配線３、接地電源配線４、ストラップ電源配線１１および副ストラップ電源配線１２の配置に関しては、図１とほぼ同様であり、ここではその詳細な説明を省略する。

図１０の構成では、標準の駆動能力を有するスイッチセル２０ａと、高い駆動能力を有するスイッチセル２０ｂとが配置されている。スイッチセル２０ａとスイッチセル２０ｂとは、トランジスタサイズが互いに異なっている。ここで、破線で囲んだ領域Ｘは電源供給を強化したい領域である。ところが、領域Ｘにはスタンダードセル１が高密度で配置されているため、スイッチセル２０ａをこれ以上追加できない。そこで、領域Ｘの周囲に、スイッチセル２０ａよりも駆動能力が高いスイッチセル２０ｂを配置している。これにより、領域Ｘ内に、駆動能力が高いスイッチセル２０ｂから副ストラップ電源配線１２を介して、電源を供給することができる。

（スイッチセルの配置パターンおよび配置手法）
図１１は図１の構成におけるスイッチセル２０の配置パターンを概念的に示す図である。図１１では、Ｘ軸方向に延びる各行がスタンダードセル電源配線３に対応し、Ｙ軸方向に延びる各列がストラップ電源配線１１に対応している。そして、各マスはそれぞれ、スタンダードセル電源配線３とストラップ電源配線１１とが平面視で交差した箇所、言い換えると、スイッチセル２０が配置される可能性がある箇所に対応している。そして、灰色のマスはスイッチセル２０が配置された箇所を表しており、白いマスはスイッチセル２０が配置されていない箇所を表している。なお、図６や図７の構成のように、スイッチセル２０よりもセル高さが高いスイッチセル２５，２６が、複数のスタンダードセル電源配線３に対して配置されている場合は、図１１のＸ軸方向に延びる各行は、複数のスタンダードセル電源配線３からなる「配線組」に対応することになる。

図１１において、白いマスには、当該マスに最も近い灰色のマスまでの距離を表す数字が記されている。具体的には、当該マスと灰色のマスとの間の、Ｘ座標の差およびＹ座標の差を加えた値の、最小値を記している。図１１では、白いマスは、全て「１」が記されている。すなわち、スイッチセルが配置されていない箇所はいずれも、その上下左右のいずれかにスイッチセルが配置されている。

図１２は対比例としてのスイッチセルの配置パターンを概念的に示す図である。図１２では、スイッチセルはいわゆる千鳥状に配置されている。図１２から分かるように、この千鳥状の配置パターンでも、白いマスは全て「１」が記されており、スイッチセルが配置されていない箇所はいずれも、その上下左右のいずれかにスイッチセルが配置されている。したがって、電源電圧降下の抑制効果は得られる。ただし、図１１と対比すると分かるように、必要とするスイッチセルの個数が、上述の実施形態の２倍になっており、格段に多くなっている。すなわち、本実施形態では、スイッチセルの個数を少なく抑えつつ、各スタンダードセル１における電源電圧降下を抑制することができる。

なお、上述の実施形態では、４本のストラップ電源配線１１と、４本のスタンダードセル電源配線３または４個の配線組とを１つの単位として、スイッチセル２０，２５，２６の配置パターンが設定されていた。ただし、本開示はこれに限定されるものではない。すなわち、Ｍ（Ｍは３以上の整数）本のストラップ電源配線１１と、Ｍ本のスタンダードセル電源配線３またはＭ個の配線組とを１つの単位として、スイッチセル２０，２５，２６の配置パターンを設定すればよい。

この場合、スイッチセルの配置パターンは、例えば次のように設定すればよい。図１３を参照して、Ｍ＝８の場合を例にとって、説明する。まず、Ｍ個×Ｍ個のマスからなるマス目を作成する。マス目において、Ｘ軸方向に延びる各行は、スタンダードセル電源配線３または複数のスタンダードセル電源配線３からなる配線組に対応し、Ｙ軸方向に延びる各列は、ストラップ電源配線１１に対応している。まず、左上の座標（１，１）を出発点とし、スイッチセルを配置する。その後、１マス下に下りてからｍｘ（図１３ではｍｘ＝３）段右に移動し、その座標にスイッチセルを配置する。この動作を繰り返し行う。この結果、図１３に示すような配置パターンが得られる。

図１４および図１５は上のような手法によって得られたスイッチセルの配置パターンである。図１４において、（ａ）はＭ＝３、（ｂ）はＭ＝５、（ｃ）はＭ＝６、（ｄ）はＭ＝７の場合であり、図１５において、（ａ）はＭ＝８、（ｂ）はＭ＝１２、（ｃ）はＭ＝１６の場合である。表現方法は図１１と同一であり、灰色のマスは、スイッチセルが配置された箇所に対応しており、白いマスには、当該マスに最も近い灰色のマス（すなわち最も近いスイッチセル）までの距離を表す数字が記されている。

Ｍの値と、移動量ｍｘの値との関係は次のとおりである。
Ｍ＝３：ｍｘ＝２
Ｍ＝４：ｍｘ＝２，３，２の順
Ｍ＝５：ｍｘ＝２
Ｍ＝６：ｍｘ＝２，３，４，４，３，２の順
Ｍ＝７：ｍｘ＝３
Ｍ＝８：ｍｘ＝３
Ｍ＝１２：ｍｘ＝５
Ｍ＝１６：ｍｘ＝５

ここで、白いマスに記された数字の最大値をＤｍａｘとすると、次のようになる。
Ｍ＝３：Ｄｍａｘ＝１
Ｍ＝４：Ｄｍａｘ＝１
Ｍ＝５：Ｄｍａｘ＝１
Ｍ＝６：Ｄｍａｘ＝２
Ｍ＝７：Ｄｍａｘ＝２
Ｍ＝８：Ｄｍａｘ＝２
Ｍ＝１２：Ｄｍａｘ＝３
Ｍ＝１６：Ｄｍａｘ＝４

この例では、Ｍ＝４，５，８，１２，１６では、次の関係が成り立っている。
Ｄｍａｘ ≦ Ｍ／４

図１４および図１５に示すスイッチセルの配置パターンを半導体集積回路装置に適用することによって、電源電圧降下を、少ない個数のスイッチセルによって、より効果的に抑制することができる。

（その他の実施形態）
上の説明では、ストラップ電源配線１１は第５配線層に設けられ、副ストラップ電源配線１２，１５は第３配線層および第５配線層に設けられるものとしたが、ストラップ電源配線や副ストラップ電源配線が形成される配線層はこれらに限られるものではない。ただし、副ストラップ電源配線は、スタンダードセル電源配線にできるだけ近い配線層に形成することが好ましい。これにより、副ストラップ電源配線とスタンダードセル電源配線との間の配線やビア等の経路における抵抗値が小さくなり、電源電位の低下を抑制することができる。また、上の説明では、スタンダードセル電源配線３は第１配線層に設けられるものとしたが、これに限られるものではなく、例えば複数の配線層に設けてもかまわない。

また、図２に示したスイッチセル２０の構成はあくまでも一例であり、スイッチセル２０は、制御信号に応じて、スタンダードセル電源配線３とストラップ電源配線１１とを電気的に接続するか否かを切替可能に構成されていればよい。例えば図２において、バッファ２４に代えてインバータを用いてもよい。この場合は、制御信号の論理と接続／遮断との関係が上で説明したものと逆になる。あるいは、図２に示した回路構成を２組設けてもかまわない。また、図２の構成例では、スイッチセル２０はダブルハイトセルとしたが、シングルハイトセルとしてもよい。

また、上の説明では、電源電位を供給するスタンダードセル電源配線３に対してスイッチセル２０を設けるものとしたが、これに代えて、接地電位を供給する接地電源配線４にスイッチセルを設けて、上で説明したものと同様の構成を適用してもよい。この場合は，副ストラップ電源配線は、接地電源配線４を接続するように設ければよい。

本開示では、電源遮断技術を用いた半導体集積回路装置について、スイッチセルを増やすことなく、電源供給の強化が可能になるので、例えば、ＬＳＩの消費電力削減や面積削減に有効である。

１スタンダードセル
２スタンダードセル列
３スタンダードセル電源配線（電源配線）
１１ストラップ電源配線
１２，１５副ストラップ電源配線
１４上層電源配線
２０，２０ａ，２０ｂスイッチセル
２５，２６スイッチセル
２０１第１スイッチセル
２０２第２スイッチセル
２０３第３スイッチセル

Claims

第１方向に並べて配置された複数のスタンダードセルをそれぞれ備え、前記第１方向と垂直をなす方向である第２方向に並べて配置された複数のスタンダードセル列と、
前記第１方向に延びるようにそれぞれ配置されており、前記複数のスタンダードセルに電源を供給する複数の電源配線と、
前記複数の電源配線の上層において前記第２方向に延びるように配置された、複数のストラップ電源配線と、
前記複数の電源配線の上層において前記第２方向に延びるように配置され、前記複数の電源配線とそれぞれ接続された、複数の副ストラップ電源配線と、
前記複数のストラップ電源配線のいずれかと、前記複数の電源配線の中のＮ本（Ｎは１以上の整数）からなる配線組との間に設けられており、制御信号に応じて、当該ストラップ電源配線と当該配線組に属する前記電源配線とを電気的に接続するか否かを切替可能に構成された、複数のスイッチセルとを備え、
前記複数のスイッチセルは、前記複数のストラップ電源配線に対してそれぞれ、Ｍ（Ｍは３以上の整数）個の前記配線組毎に１個ずつ、配置されており、
前記複数のスイッチセルの前記第２方向における配置位置は、隣り合う前記ストラップ電源配線において互いに異なっており、かつ、前記第１方向における前記ストラップ電源配線のＭ本ごとに、同一である
ことを特徴とする半導体集積回路装置。
請求項１記載の半導体集積回路装置において、
前記複数の副ストラップ電源配線の上層に、前記第１方向に延びるように配置されており、前記複数の副ストラップ電源配線とそれぞれ接続された、上層電源配線を備えた
ことを特徴とする半導体集積回路装置。
請求項１記載の半導体集積回路装置において、
前記副ストラップ電源配線は、前記ストラップ電源配線よりも下層に設けられている
ことを特徴とする半導体集積回路装置。
請求項１記載の半導体集積回路装置において、
前記ストラップ電源配線は、平面視において、前記スイッチセルと重なりを有している
ことを特徴とする半導体集積回路装置。
請求項１記載の半導体集積回路装置において、
前記副ストラップ電源配線は、平面視において、前記スイッチセルと重なりを有している
ことを特徴とする半導体集積回路装置。
請求項１記載の半導体集積回路装置において、
前記複数のストラップ電源配線は、間に前記副ストラップ電源配線が２本以上配置された、２本のストラップ電源配線を含む
ことを特徴とする半導体集積回路装置。
請求項１記載の半導体集積回路装置において、
前記複数の副ストラップ電源配線は、配置された層が互いに異なる、２本の副ストラップ電源配線を含む
ことを特徴とする半導体集積回路装置。
請求項１記載の半導体集積回路装置において、
前記スイッチセルは、トランジスタサイズが互いに異なる、２個のスイッチセルを含む
ことを特徴とする半導体集積回路装置。
第１方向に並べて配置された複数のスタンダードセルをそれぞれ備え、前記第１方向と垂直をなす方向である第２方向に並べて配置された複数のスタンダードセル列と、
前記第１方向に延びるようにそれぞれ配置されており、前記複数のスタンダードセルに電源を供給する複数の電源配線と、
前記複数の電源配線の上層において前記第２方向に延びるように配置された、複数のストラップ電源配線と、
前記複数の電源配線の上層において前記第２方向に延びるように配置され、前記複数の電源配線とそれぞれ接続された、複数の副ストラップ電源配線と、
前記複数のストラップ電源配線のいずれかと、前記複数の電源配線の中のＮ本（Ｎは１以上の整数）からなる配線組との間に設けられており、制御信号に応じて、当該ストラップ電源配線と当該配線組に属する前記電源配線とを電気的に接続するか否かを切替可能に構成された、複数のスイッチセルとを備え、
前記複数のスイッチセルは、前記複数のストラップ電源配線に対してそれぞれ、Ｍ（Ｍは３以上の整数）個の前記配線組毎に１個ずつ、配置されており、
前記複数のスイッチセルの前記第２方向における配置位置は、隣り合う前記ストラップ電源配線において互いに異なっており、かつ、前記第１方向における前記ストラップ電源配線のＭ本ごとに、同一であり、
前記複数のスイッチセルは、前記配線組の１つである第１配線組に対してそれぞれ設けられており、前記第１方向において隣り合う第１および第２スイッチセルと、前記第１配線組と前記第２方向において隣り合う前記配線組に対して設けられた第３スイッチセルとを含み、
前記第３スイッチセルは、前記第１スイッチセルが設けられた前記ストラップ電源配線と前記第２スイッチセルが設けられた前記ストラップ電源配線と間の中間位置にある、前記ストラップ電源配線に対して、設けられている
ことを特徴とする半導体集積回路装置。
請求項９記載の半導体集積回路装置において、
Ｍは４である
ことを特徴とする半導体集積回路装置。
第１方向に並べて配置された複数のスタンダードセルをそれぞれ備え、前記第１方向と垂直をなす方向である第２方向に並べて配置された複数のスタンダードセル列と、
前記第１方向に延びるようにそれぞれ配置されており、前記複数のスタンダードセルに電源を供給する複数の電源配線と、
前記複数の電源配線の上層において前記第２方向に延びるように配置された、複数のストラップ電源配線と、
前記複数の電源配線の上層において前記第２方向に延びるように配置され、前記複数の電源配線とそれぞれ接続された、複数の副ストラップ電源配線と、
前記複数のストラップ電源配線のいずれかと、前記複数の電源配線の中のＮ本（Ｎは１以上の整数）からなる配線組との間に設けられており、制御信号に応じて、当該ストラップ電源配線と当該配線組に属する前記電源配線とを電気的に接続するか否かを切替可能に構成された、複数のスイッチセルとを備え、
前記複数のスイッチセルは、前記複数のストラップ電源配線に対してそれぞれ、Ｍ（Ｍは３以上の整数）個の前記配線組毎に１個ずつ、配置されており、
前記複数のスイッチセルの前記第２方向における配置位置は、隣り合う前記ストラップ電源配線において互いに異なっており、かつ、前記第１方向における前記ストラップ電源配線のＭ本ごとに、同一であり、
前記複数のスイッチセルの配置を、Ｘ軸方向に延びる各行が前記配線組に対応し、Ｙ軸方向に延びる各列が前記ストラップ電源配線に対応するマス目で表した場合において、
前記スイッチセルが配置されていない第１マスと、前記スイッチセルが配置されており当該第１マスから最も近い第２マスとの、Ｘ座標の差をＸ、Ｙ座標の差をＹとしたとき、
Ｘ＋Ｙ≦Ｍ／４
の関係を満たす
ことを特徴とする半導体集積回路装置。
請求項１１記載の半導体集積回路装置において、
Ｍは４，８，１２，１６のうちのいずれかである
ことを特徴とする半導体集積回路装置。