KR20210073269A - Semiconductor device including power gating switches - Google Patents

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KR20210073269A KR1020190163909A KR20190163909A KR20210073269A KR 20210073269 A KR20210073269 A KR 20210073269A KR 1020190163909 A KR1020190163909 A KR 1020190163909A KR 20190163909 A KR20190163909 A KR 20190163909A KR 20210073269 A KR20210073269 A KR 20210073269A
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정종선
이동윤
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삼성전자주식회사
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Abstract

The present invention relates to a semiconductor device including power gating switches. The semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes first power supply lines, second power supply lines, power gating switches, and taps. The first power supply lines are arranged in a first direction and extend in a second direction. The second power supply lines are arranged in the second direction and extend in the first direction. Each of the power gating switches is connected with one of the first power supply lines and at least two of the second power supply lines. The taps are connected with one of the first power supply lines or one of the second power supply lines. A power gating switch closest to a first power gating switch from among the power gating switches is a second power gating switch, a tap closest to the first power gating switch from among the taps is a first tap, and at least one of the first power gating switch and the first tap is spaced apart from the first power gating switch in a third direction.

Description

파워 게이팅 스위치들을 포함하는 반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE INCLUDING POWER GATING SWITCHES}Semiconductor device comprising power gating switches

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 파워 게이팅 스위치들을 포함하는 반도체 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device including power gating switches.

반도체 장치의 논리 회로를 구성하는 표준 셀들을 구동시키기 위하여, 외부로부터 공급되는 전원 전압은, 일반적으로 파워 게이팅 스위치를 통하여 표준 셀로 공급된다. 파워 게이팅 스위치로부터 출력되는 전압은 가상 전압(Virtual voltage)으로 불리기도 한다. 반도체 장치를 안정적으로 구동하기 위해서는 각각의 표준 셀들로 충분한 가상 전압이 공급되어야 한다. 특히, 파워 게이팅 스위치와 비교적 멀리 떨어진 곳에서는 라인 저항에 따른 전압 강하가 상대적으로 크게 일어난다. 즉, 이러한 장소에 배치된 표준 셀에 가상 전압이 충분하게 공급되지 못하고, 그 결과, 해당 논리 회로가 정상적으로 구동되지 않을 수 있다. In order to drive standard cells constituting a logic circuit of a semiconductor device, a power supply voltage supplied from the outside is generally supplied to the standard cells through a power gating switch. The voltage output from the power gating switch is also called a virtual voltage. In order to stably drive the semiconductor device, a sufficient virtual voltage must be supplied to each standard cell. In particular, in a place relatively far from the power gating switch, a voltage drop due to line resistance occurs relatively large. That is, the virtual voltage may not be sufficiently supplied to the standard cells disposed in such places, and as a result, the corresponding logic circuit may not be normally driven.

논리 회로에 전압을 충분히 공급하기 위하여 파워 게이팅 스위치들의 개수를 증가시키는 경우, 반도체 장치의 크기가 증가하게 된다. 따라서, 논리 회로에 충분한 가상 전압을 공급하면서, 면적 효율을 향상시킬 수 있는 파워 게이팅 스위치들의 배치 및 설계가 요구된다.When the number of power gating switches is increased to sufficiently supply a voltage to the logic circuit, the size of the semiconductor device increases. Accordingly, there is a need for arrangement and design of power gating switches capable of improving area efficiency while supplying a sufficient virtual voltage to a logic circuit.

본 발명은 전압 강하로 인한 논리 회로의 비정상적인 동작을 감소시키고 면적 효율을 향상시키는 파워 게이팅 스위치들을 포함하는 반도체 장치를 제공할 수 있다.The present invention may provide a semiconductor device including power gating switches that reduce abnormal operation of a logic circuit due to a voltage drop and improve area efficiency.

본 발명은 특정된 표준 셀 및 파워 게이팅 스위치의 크기 조건 하에서, 요구되는 면적 효율 및 파워 게이팅 스위치들 사이의 간격을 갖는 반도체 장치를 제공할 수 있다.The present invention can provide a semiconductor device having a required area efficiency and spacing between power gating switches under specified standard cell and size conditions of power gating switches.

본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치는 제1 파워 공급 라인들, 제2 파워 공급 라인들, 피워 게이팅 스위치들, 및 탭들을 포함한다. 제1 파워 공급 라인들은 제1 방향으로 배열되고, 제2 방향으로 연장된다. 제2 파워 공급 라인들은 제2 방향으로 배열되고, 제1 방향으로 연장된다. 파워 게이팅 스위치들 각각은 제1 파워 공급 라인들 중 하나 및 제2 파워 공급 라인들 중 적어도 2개에 연결된다. 탭들 각각은 제1 파워 공급 라인들 중 하나 또는 제2 파워 공급 라인들 중 하나에 연결된다. 파워 게이팅 스위치들 중 제1 파워 게이팅 스위치와 가장 가까운 파워 게이팅 스위치는 제2 파워 게이팅 스위치이고, 탭들 중 제1 파워 게이팅 스위치와 가장 가까운 탭은 제1 탭이고, 제2 파워 게이팅 스위치 및 제1 탭 중 적어도 하나는 제1 파워 게이팅 스위치로부터 제1 및 제2 방향들과 다른 제3 방향으로 이격된다. 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치는 제1 내지 제4 파워 게이팅 스위치들 및 제1 내지 제3 탭들을 포함한다. 제2 파워 게이팅 스위치는 제1 파워 게이팅 스위치로부터 제1 방향으로 가장 가까운 파워 게이팅 스위치이고, 제1 파워 게이팅 스위치로부터 제1 간격을 갖도록 이격된다. 제3 파워 게이팅 스위치는 제1 파워 게이팅 스위치로부터 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 가장 가까운 파워 게이팅 스위치이고, 제1 파워 게이팅 스위치로부터 제1 간격보다 작은 제2 간격을 갖도록 이격된다. 제4 파워 게이팅 스위치는 제1 파워 게이팅 스위치로부터 제1 및 제2 방향들과 다른 제3 방향으로 가장 가까운 파워 게이팅 스위치이고, 제1 파워 게이팅 스위치로부터 제2 간격보다 작은 제3 간격을 갖도록 이격된다. 제1 탭은 제1 파워 게이팅 스위치 및 제2 파워 게이팅 스위치 사이에 배치된다. 제2 탭은 제1 파워 게이팅 스위치 및 제3 파워 게이팅 스위치 사이에 배치된다. 제3 탭은 제1 파워 게이팅 스위치 및 제4 파워 게이팅 스위치 사이에 배치된다.A semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes first power supply lines, second power supply lines, power gating switches, and taps. The first power supply lines are arranged in the first direction and extend in the second direction. The second power supply lines are arranged in the second direction and extend in the first direction. Each of the power gating switches is connected to one of the first power supply lines and to at least two of the second power supply lines. Each of the taps is connected to one of the first power supply lines or one of the second power supply lines. Among the power gating switches, a power gating switch closest to the first power gating switch is a second power gating switch, a tap closest to the first power gating switch among the taps is a first tap, and the second power gating switch and the first tap at least one of is spaced apart from the first power gating switch in a third direction different from the first and second directions. A semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes first to fourth power gating switches and first to third taps. The second power gating switch is a power gating switch closest to the first power gating switch in the first direction, and is spaced apart from the first power gating switch to have a first interval. The third power gating switch is a power gating switch closest to the first power gating switch in a second direction perpendicular to the first direction, and is spaced apart from the first power gating switch to have a second interval smaller than the first interval. The fourth power gating switch is the closest power gating switch from the first power gating switch in a third direction different from the first and second directions, and is spaced apart from the first power gating switch to have a third interval smaller than the second interval . The first tab is disposed between the first power gating switch and the second power gating switch. The second tab is disposed between the first power gating switch and the third power gating switch. The third tap is disposed between the first power gating switch and the fourth power gating switch.

본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치는 제1 파워 공급 라인들, 제2 파워 공급 라인들, 파워 게이팅 스위치들, 및 논리 회로를 포함한다. 제1 파워 공급 라인들은 제1 방향으로 3㎛ 내지 4.5㎛의 간격을 갖도록 배열되고, 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 연장된다. 제2 파워 공급 라인들은 제2 방향으로 0.4㎛ 내지 0.8㎛의 간격을 갖도록 배열되고, 제1 방향으로 연장된다. 파워 게이팅 스위치들은 제1 파워 공급 라인들 중 하나로부터 제1 전압을 입력 받고, 제2 파워 공급 라인들 중 2개로 제2 전압을 출력한다. 논리 회로는 제2 파워 공급 라인들을 통하여 전달되는 제2 전압에 기초하여 동작한다. 파워 게이팅 스위치들은 제1 방향으로 36㎛ 내지 54㎛의 간격을 갖도록 배열되고, 제2 방향으로 4.8㎛ 내지 9.6㎛의 간격을 갖도록 배열되고, 제1 및 제2 방향들과 다른 제3 방향으로 제1 방향의 성분은 3㎛ 내지 4.5㎛이고 제2 방향의 성분은 0.4㎛ 내지 0.8㎛인 간격을 갖도록 배열된다.A semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes first power supply lines, second power supply lines, power gating switches, and a logic circuit. The first power supply lines are arranged to have an interval of 3 μm to 4.5 μm in the first direction and extend in a second direction perpendicular to the first direction. The second power supply lines are arranged to have an interval of 0.4 μm to 0.8 μm in the second direction, and extend in the first direction. The power gating switches receive a first voltage from one of the first power supply lines and output a second voltage to two of the second power supply lines. The logic circuit operates based on the second voltage transferred through the second power supply lines. The power gating switches are arranged to have an interval of 36 μm to 54 μm in a first direction, 4.8 μm to 9.6 μm in a second direction, and a third direction different from the first and second directions. The components in the first direction are arranged to have an interval of 3 μm to 4.5 μm and the components in the second direction are 0.4 μm to 0.8 μm.

본 발명의 실시 예에 따른 파워 게이팅 스위치들을 포함하는 반도체 장치는 파워 게이팅 스위치들을 대각선으로 배치함으로써, 라인 저항에 따른 전압 강하를 감소시키고, 면적 효율을 향상시킬 수 있다.A semiconductor device including power gating switches according to an embodiment of the present invention can reduce a voltage drop due to line resistance and improve area efficiency by disposing the power gating switches diagonally.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 파워 게이팅 스위치들을 포함하는 반도체 장치는 대각선으로 배치되는 파워 게이팅 스위치들의 일부를 탭(tap)들로 대체함으로써, 한정된 파워 게이팅 스위치들의 개수 하에서 설계 룰(Design rule)을 위반하지 않고, 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, the semiconductor device including the power gating switches according to an embodiment of the present invention replaces some of the diagonally arranged power gating switches with taps, thereby forming a design rule under a limited number of power gating switches. properties can be improved without violating

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 파워 게이팅 스위치들을 포함하는 반도체 장치는 특정된 표준 셀 및 파워 게이팅 스위치의 크기들의 조건 하에서 요구되는 면적 효율을 만족시키고 전압 전달 경로에 따른 라인 저항을 감소시킬 수 있다.In addition, the semiconductor device including the power gating switches according to the embodiment of the present invention can satisfy the area efficiency required under the conditions of the specified standard cell and the size of the power gating switch and reduce the line resistance along the voltage transfer path. .

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 도 1의 AA 영역을 확대한 도면이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 파워 게이팅 셀의 예시적인 레이아웃이다.
도 4는 도 3의 파워 게이팅 셀의 일부 영역의 단면도이다.
도 5는 도 3 및 도 4의 파워 게이팅 셀에서의 파워 공급 라인들의 배열을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 4와 다른 실시예에 따른 파워 게이팅 셀의 일부 영역의 단면도이다..
도 7은 도 6의 파워 게이팅 셀에서의 파워 공급 라인들의 배열을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 9 및 도 10은 도 8의 BB 영역을 확대한 도면이다.
도 11은 도 8 내지 도 10의 탭 셀의 예시적인 레이아웃이다.
도 12는 도 11의 탭 셀의 일부 영역의 단면도이다.
도 13은 도 12와 다른 실시예에 따른 탭 셀의 일부 영역의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 15는 도 1 내지 도 14에서 설명된 반도체 장치의 설계 시스템의 예시적인 블록도이다.
도 16은 도 15의 설계 시스템에 의한 반도체 장치의 설계 방법의 예시적인 순서도이다.
1 is a plan view illustrating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of area AA of FIG. 1 .
3 is an exemplary layout of the power gating cell of FIGS. 1 and 2 ;
FIG. 4 is a cross-sectional view of a partial region of the power gating cell of FIG. 3 .
FIG. 5 is a view for explaining the arrangement of power supply lines in the power gating cell of FIGS. 3 and 4 .
6 is a cross-sectional view of a partial region of a power gating cell according to an embodiment different from FIG. 4 .
FIG. 7 is a view for explaining the arrangement of power supply lines in the power gating cell of FIG. 6 .
8 is a plan view illustrating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
9 and 10 are enlarged views of a region BB of FIG. 8 .
11 is an exemplary layout of the tab cell of FIGS. 8 to 10 .
12 is a cross-sectional view of a partial region of the tap cell of FIG. 11 .
13 is a cross-sectional view of a partial region of a tap cell according to an exemplary embodiment different from FIG. 12 .
14 is a plan view for explaining a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
15 is an exemplary block diagram of a design system of the semiconductor device illustrated in FIGS. 1 to 14 .
16 is an exemplary flowchart of a method of designing a semiconductor device by the design system of FIG. 15 .

아래에서는, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described clearly and in detail to the extent that those skilled in the art can easily practice the present invention.

아래에서는, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위하여 제1 내지 제4 방향들(DR1~DR4)이 정의된다. 반도체 장치는 반도체 기판을 포함하며, 반도체 기판은 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)에 의하여 정의되는 평면상에 파워 게이팅 셀들 및 표준 셀들이 형성된다. 제3 방향(DR3)은 반도체 장치의 두께 방향으로 정의되고, 제1 내지 제3 방향들(DR1~DR3)은 서로 직교할 수 있다. 제4 방향(DR4)은 제3 방향(DR3)에 수직하고, 제1 및 제2 방향들(DR1, DR2)과 다른 방향이다. 제4 방향(DR4)은 파워 게이팅 셀들이 배열되는 방향으로 이해될 것이다.Hereinafter, first to fourth directions DR1 to DR4 are defined to describe a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. The semiconductor device includes a semiconductor substrate, in which power gating cells and standard cells are formed on a plane defined by a first direction DR1 and a second direction DR2 . The third direction DR3 is defined as a thickness direction of the semiconductor device, and the first to third directions DR1 to DR3 may be orthogonal to each other. The fourth direction DR4 is perpendicular to the third direction DR3 and is different from the first and second directions DR1 and DR2 . The fourth direction DR4 will be understood as a direction in which the power gating cells are arranged.

아래에서는, 파워 게이팅 셀들, 표준 셀들, 및 탭 셀들이 설명된다. 이러한 다양한 셀들은 셀 라이브러리에 의하여 정의되고, 설계 툴을 이용하여 배치될 수 있다. 설계 및 배치된 셀들은 반도체 장치로 구현될 수 있다. 설명의 편의상, 파워 게이팅 셀, 표준 셀, 및 탭 셀들 등으로 설명되나, 이는 반도체 장치의 공정에 따라 형성되는 파워 게이트 스위치, 논리 회로, 및 탭들 등을 의미하는 것으로 이해될 것이다.In the following, power gating cells, standard cells, and tap cells are described. These various cells are defined by a cell library and can be arranged using a design tool. The designed and arranged cells may be implemented as semiconductor devices. For convenience of description, a power gating cell, a standard cell, and a tap cell are described, but this will be understood to mean a power gate switch, a logic circuit, and tabs formed according to a process of a semiconductor device.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 평면도이다. 도 1을 참조하면, 반도체 장치(100)는 파워 게이팅 셀들(PGC) 및 표준 셀들(STC)을 포함한다. 1 is a plan view illustrating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1 , a semiconductor device 100 includes power gating cells PGC and standard cells STC.

표준 셀들(STC)은 반도체 장치(100)의 목적에 다른 논리 회로를 구성한다. 표준 셀들(STC)각각은 논리 회로를 구현하기 위한 소자일 수 있다. 표준 셀들(STC)은 파워 게이팅 셀들(PGC)을 통하여 제공되는 전압에 기초하여 동작할 수 있다.The standard cells STC constitute a different logic circuit for the purpose of the semiconductor device 100 . Each of the standard cells STC may be a device for implementing a logic circuit. The standard cells STC may operate based on a voltage provided through the power gating cells PGC.

파워 게이팅 셀들(PGC)은 표준 셀들(STC)에 전압을 공급하기 위한 파워 게이팅 스위치일 수 있다. 파워 게이팅 셀들(PGC)은 외부로부터 전원 전압을 입력 받을 수 있다. 이러한 전원 전압은 실제 파워(Real power)로 표현될 수 있다. 일례로, 파워 게이팅 셀들(PGC)은 VDD 전압을 입력 받을 수 있으나, 이에 제한되지 않고 VSS 전압을 입력 받을 수 있다. The power gating cells PGC may be power gating switches for supplying voltages to the standard cells STC. The power gating cells PGC may receive a power supply voltage from the outside. Such a power supply voltage may be expressed as real power. For example, the power gating cells PGC may receive the VDD voltage, but is not limited thereto and may receive the VSS voltage.

도시되지 않았으나, 반도체 장치(100)는 파워 게이팅 셀들(PGC)에 전원 전압을 출력하기 위한 파워 공급 라인들(이하, 제1 파워 공급 라인들)을 더 포함한다. 파워 게이팅 셀들(PGC)은 전원 전압을 수신하도록, 제1 파워 공급 라인들과 전기적으로 연결될 수 있다. 일례로, 파워 게이팅 셀들(PGC)은 PMOS 또는 NMOS로 구현될 수 있고, PMOS 또는 NMOS의 일단자에 제1 파워 공급 라인이 연결될 수 있다. 제1 파워 공급 라인들은 제1 방향(DR1)으로 배열되고, 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다. 파워 게이팅 셀들(PGC)은 제1 파워 공급 라인들의 일부에 중첩할 수 있다.Although not shown, the semiconductor device 100 further includes power supply lines (hereinafter, referred to as first power supply lines) for outputting a power supply voltage to the power gating cells PGC. The power gating cells PGC may be electrically connected to the first power supply lines to receive a power voltage. For example, the power gating cells PGC may be implemented as PMOS or NMOS, and a first power supply line may be connected to one terminal of the PMOS or NMOS. The first power supply lines may be arranged in the first direction DR1 and may extend in the second direction DR2 . The power gating cells PGC may overlap some of the first power supply lines.

파워 게이팅 셀들(PGC)은 게이트 제어 신호에 기초하여 표준 셀들(STC)에 공급 전압을 출력할 수 있다. 이러한 공급 전압은 가상 파워(Virtual power)로 표현될 수 있다. 공급 전압은 표준 셀들(STC)에 제공되는 전압이다. 일례로, 파워 게이팅 셀들(PGC)은 VDD 전압에 기초한 VVDD(Virtual VDD) 전압을 출력할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 VSS 전압에 기초한 VVSS(Virtual VSS) 전압을 출력할 수 있다. 파워 게이팅 셀들(PGC)은 PMOS 또는 NMOS로 구현될 수 있고, PMOS 또는 NMOS의 게이트 단자는 게이트 제어 신호를 수신할 수 있다.The power gating cells PGC may output a supply voltage to the standard cells STC based on the gate control signal. This supply voltage may be expressed as virtual power. The supply voltage is the voltage provided to the standard cells STC. For example, the power gating cells PGC may output a virtual VDD (VVDD) voltage based on the VDD voltage, but is not limited thereto and may output a virtual VSS (VVSS) voltage based on the VSS voltage. The power gating cells PGC may be implemented as PMOS or NMOS, and a gate terminal of the PMOS or NMOS may receive a gate control signal.

도시되지 않았으나, 반도체 장치(100)는 파워 게이팅 셀들(PGC)로부터 공급 전압을 입력 받기 위한 파워 공급 라인들(이하, 제2 파워 공급 라인들)을 더 포함한다. 파워 게이팅 셀들(PGC)은 공급 전압을 출력하도록, 제2 파워 공급 라인들과 전기적으로 연결될 수 있다. 파워 게이팅 셀들(PGC)은 PMOS 또는 NMOS로 구현될 수 있고, PMOS 또는 NMOS의 타단자에 제2 파워 공급 라인이 연결될 수 있다. 제2 파워 공급 라인들은 제2 방향(DR2)으로 배열되고, 제1 방향(DR1)으로 연장될 수 있다. 그리고, 반도체 장치(100)는 제2 파워 공급 라인들과 연결되어 공급 전압을 입력 받기 위한 파워 공급 라인들(이하, 제3 파워 공급 라인들)을 더 포함한다. 제3 파워 공급 라인들은 라인들은 제1 방향(DR1)으로 배열되고, 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다.Although not shown, the semiconductor device 100 further includes power supply lines (hereinafter, referred to as second power supply lines) for receiving a supply voltage from the power gating cells PGC. The power gating cells PGC may be electrically connected to the second power supply lines to output a supply voltage. The power gating cells PGC may be implemented as PMOS or NMOS, and a second power supply line may be connected to the other terminal of the PMOS or NMOS. The second power supply lines may be arranged in the second direction DR2 and may extend in the first direction DR1 . In addition, the semiconductor device 100 further includes power supply lines (hereinafter, referred to as third power supply lines) connected to the second power supply lines to receive a supply voltage. The third power supply lines may be arranged in the first direction DR1 and extend in the second direction DR2 .

나아가, 도시되지 않았으나, 반도체 장치(100)는 표준 셀들(STC)에 접지 전압을 제공하기 위한 파워 공급 라인들을 더 포함할 수 있다. 반도체 장치(100)는 제2 파워 공급 라인들을 통하여 전달되는 접지 전압이 표준 셀들(STC) 전체에 제공되도록, 제2 방향(DR2)으로 배열되고 제1 방향(DR1)으로 연장되는 파워 공급 라인들, 및 제1 방향(DR1)으로 배열되고, 제2 방향(DR2)으로 연장되는 파워 공급 라인들을 더 포함할 수 있다. Furthermore, although not shown, the semiconductor device 100 may further include power supply lines for providing a ground voltage to the standard cells STC. The semiconductor device 100 includes power supply lines arranged in the second direction DR2 and extending in the first direction DR1 such that the ground voltage transmitted through the second power supply lines is provided to all of the standard cells STC. , and power supply lines arranged in the first direction DR1 and extending in the second direction DR2 .

도 1에서, 상술된 파워 공급 라인들은 표준 셀들(STC) 및 파워 게이팅 셀들(PGC) 상에 배치되며, 파워 게이팅 셀들(PGC)의 배치를 명확하게 표현하기 위하여 편의상 생략되었다. 구체적인 파워 공급 라인들의 배치는 후술되는 도면들에 표현된다.In FIG. 1 , the above-described power supply lines are disposed on the standard cells STC and the power gating cells PGC, and have been omitted for convenience of clearly representing the arrangement of the power gating cells PGC. The specific arrangement of the power supply lines is represented in the drawings to be described later.

파워 게이팅 셀들(PGC)은 제4 방향(DR4), 즉 대각선 방향으로 배열된다. 일반적인 반도체 장치에서, 파워 게이팅 셀들(PGC)은 제2 방향(DR2)으로 배열되는데, 이 경우, 공급 전압이 제1 방향(DR1)으로 공급된다. 하나의 방향으로 공급 전압이 전달되도록, 파워 게이팅 셀들(PGC)이 배치되는 경우, 표준 셀들(STC)에 공급 전압을 전달하기 위한 파워 공급 라인의 전달 경로가 증가할 수 있다. 나아가, 제1 방향(DR1)으로 연장되는 파워 공급 라인의 저항은 제2 방향(DR2)으로 연장되는 파워 공급 라인의 저항보다 크다. 제1 방향(DR1)으로 연장되는 파워 공급 라인은 상대적으로 좁은 폭을 갖고, 제2 방향(DR2)으로 연장되는 파워 공급 라인은 상대적으로 넓은 폭을 갖기 때문이다. 또한, 전달 경로의 증가에 따라, 파워 공급 라인의 저항이 증가하고, 증가된 저항에 따른 전압 강하가 발생된다. 이에 따라, OCV(On Chip Variation)의 영향력이 증가한다. The power gating cells PGC are arranged in the fourth direction DR4 , that is, in a diagonal direction. In a general semiconductor device, the power gating cells PGC are arranged in the second direction DR2 , and in this case, a supply voltage is supplied in the first direction DR1 . When the power gating cells PGC are arranged so that the supply voltage is transmitted in one direction, a transmission path of the power supply line for transmitting the supply voltage to the standard cells STC may increase. Furthermore, the resistance of the power supply line extending in the first direction DR1 is greater than the resistance of the power supply line extending in the second direction DR2 . This is because the power supply line extending in the first direction DR1 has a relatively narrow width, and the power supply line extending in the second direction DR2 has a relatively wide width. In addition, as the transmission path increases, the resistance of the power supply line increases, and a voltage drop according to the increased resistance occurs. Accordingly, the influence of OCV (On Chip Variation) increases.

파워 게이팅 셀들(PGC)이 제4 방향(DR4)으로 배열되는 경우, 제1 방향(DR1) 또는 제2 방향(DR2)으로 다양하게 표준 셀들(STC)에 공급 전압이 전달될 수 있다. 제2 방향(DR2)으로 파워 게이팅 셀들(PGC)이 배열되는 반도체 장치에 비하여, 공급 전압을 전달하기 위한 파워 공급 라인의 전달 경로가 감소할 수 있다. 이에 따라, 전압 강하에 따른 표준 셀들(STC)의 비정상적인 구동이 감소할 수 있다. 동일한 파워 게이팅 셀들(PGC)이 반도체 장치(100)에 포함되는 경우, 대각선 방향으로 파워 게이팅 셀들(PGC)이 배치될 때, 표준 셀들(STC)에 전압이 전달되는 경로가 감소될 수 있다. 따라서, 반도체 장치(100)의 성능을 향상시키기 위하여, 파워 게이팅 셀들(PGC)의 개수의 증가가 요구되지 않고, 반도체 장치(100)의 크기가 감소될 수 있다.When the power gating cells PGC are arranged in the fourth direction DR4 , the supply voltage may be variously transmitted to the standard cells STC in the first direction DR1 or the second direction DR2 . Compared to a semiconductor device in which the power gating cells PGC are arranged in the second direction DR2 , a transmission path of the power supply line for transmitting the supply voltage may be reduced. Accordingly, abnormal driving of the standard cells STC according to the voltage drop may be reduced. When the same power gating cells PGC are included in the semiconductor device 100 , when the power gating cells PGC are arranged in a diagonal direction, a path through which a voltage is transmitted to the standard cells STC may be reduced. Accordingly, in order to improve the performance of the semiconductor device 100 , an increase in the number of power gating cells PGC is not required, and the size of the semiconductor device 100 may be reduced.

반도체 장치(100)는 파워 게이팅 셀들(PGC)이 동일한 패턴으로 배열되는 복수의 영역들(U1~U4)로 구분될 수 있다. 도 1은 예시적으로 4개의 영역들(U1~U4)을 도시한다. 제1 내지 제4 영역들(U1~U4) 각각은 동일한 파워 게이팅 셀들(PGC)의 배열을 갖는다. 즉, 제1 내지 제4 영역들(U1~U4) 각각은 반복되는 파워 게이팅 셀들(PGC)의 배열의 최소 단위로 정의된다. 제1 내지 제4 영역들(U1~U4) 각각은 제4 방향(DR4)으로 배열되는 파워 게이팅 셀들(PGC)을 포함한다. 파워 게이팅 셀들(PGC) 각각에 대하여 가장 가까운 거리를 갖는 파워 게이팅 셀은 제4 방향(DR4)에 존재한다.The semiconductor device 100 may be divided into a plurality of regions U1 to U4 in which the power gating cells PGC are arranged in the same pattern. 1 exemplarily shows four regions U1 to U4. Each of the first to fourth regions U1 to U4 has the same arrangement of power gating cells PGC. That is, each of the first to fourth regions U1 to U4 is defined as a minimum unit of an arrangement of the repeated power gating cells PGC. Each of the first to fourth regions U1 to U4 includes power gating cells PGC arranged in the fourth direction DR4 . A power gating cell having the closest distance to each of the power gating cells PGC exists in the fourth direction DR4 .

도 1에 도시된 파워 게이팅 셀들(PGC)의 배열은 반도체 장치(100)의 설계 룰을 만족하면서 표준 셀들(STC)의 동작 성능 및 반도체 장치(100)의 크기를 고려한 배치로 이해될 것이다. 일례로, 제1 내지 제4 영역들(U1~U4) 각각은 제4 방향(DR4)으로 배열되는 12개의 파워 게이팅 셀들(PGC)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 영역들(U1~U4) 각각은 제1 방향(DR1)으로 24개의 표준 셀들(STC)을 포함하고, 제2 방향(DR2)으로 24개의 표준 셀들(STC)을 포함할 수 있다.The arrangement of the power gating cells PGC shown in FIG. 1 will be understood as an arrangement in consideration of the operating performance of the standard cells STC and the size of the semiconductor device 100 while satisfying the design rule of the semiconductor device 100 . For example, each of the first to fourth regions U1 to U4 may include 12 power gating cells PGC arranged in the fourth direction DR4 . Each of the first to fourth regions U1 to U4 may include 24 standard cells STC in the first direction DR1 and 24 standard cells STC in the second direction DR2. have.

파워 게이팅 셀들(PGC)은 제1 방향(DR1)으로 제1 간격(D1)을 갖도록 배열될 수 있다. 제1 간격(D1)은 제1 내지 제4 영역들(U1~U4) 각각의 제1 방향(DR1)의 폭일 수 있다. 파워 게이팅셀들(PGC)은 제2 방향(DR2)으로 제2 간격(D2)을 갖도록 배열될 수 있다. 제2 간격(D2)은 제1 내지 제4 영역들(U1~U4) 각각의 제2 방향(DR2)의 폭일 수 있다. 파워 게이팅 셀들(PGC)은 제4 방향(DR4)으로 제3 간격을 갖도록 배열될 수 있다. 제3 간격은 제1 방향(DR1)의 제1 성분(D3) 및 제2 방향(DR2)의 제2 성분(D4)으로 표현될 수 있다. 제2 간격(D2)은 제1 간격(D1)보다 작고, 제3 간격은 제2 간격(D2)보다 작을 수 있다.The power gating cells PGC may be arranged to have a first interval D1 in the first direction DR1 . The first interval D1 may be a width in the first direction DR1 of each of the first to fourth regions U1 to U4 . The power gating cells PGC may be arranged to have a second gap D2 in the second direction DR2 . The second interval D2 may be a width of each of the first to fourth regions U1 to U4 in the second direction DR2 . The power gating cells PGC may be arranged to have a third interval in the fourth direction DR4 . The third interval may be expressed by a first component D3 in the first direction DR1 and a second component D4 in the second direction DR2 . The second interval D2 may be smaller than the first interval D1 , and the third interval may be smaller than the second interval D2 .

파워 게이팅 셀들(PGC) 각각의 제1 방향(DR1)의 폭은 제1 성분(D3)의 절반일 수 있다. 파워 게이팅 셀들(PGC) 각각의 제2 방향(DR2)의 폭은 제2 성분(D4)과 같을 수 있다. 그 결과, 평면 상에서 반도체 장치(100)의 전체 영역에 대한 파워 게이팅 셀들(PGC)의 면적의 비율은 12/288이고 4.16%일 수 있다. 그리고, 해당 비율 조건 하에서, 제4 방향(DR4)으로 파워 게이팅 셀들이 배열되는 반도체 장치(100)는 제2 방향(DR2)으로 연장되는 파워 공급 라인들을 전압 전달 경로로 활용함으로써, 제2 방향(DR2)으로 파워 게이팅 셀들(PGC)이 배열된 반도체 장치보다 8%만큼 전압 강하 정도가 감소할 수 있다.A width of each of the power gating cells PGC in the first direction DR1 may be half that of the first component D3 . A width of each of the power gating cells PGC in the second direction DR2 may be the same as that of the second component D4 . As a result, the ratio of the area of the power gating cells PGC to the entire area of the semiconductor device 100 on a plane is 12/288 and may be 4.16%. In addition, under the corresponding ratio condition, the semiconductor device 100 in which the power gating cells are arranged in the fourth direction DR4 uses the power supply lines extending in the second direction DR2 as a voltage transmission path, so that the second direction ( With DR2), a voltage drop degree may be reduced by 8% compared to a semiconductor device in which the power gating cells PGC are arranged.

구체적으로, 파워 게이팅 셀들(PGC) 각각은 제1 방향(DR1)으로 1.5㎛ 내지 2.25㎛의 폭을 갖고, 제2 방향(DR2)으로 0.4㎛ 내지 0.8㎛의 폭을 가질 수 있다. 제1 간격(D1)은 36㎛ 내지 54㎛일 수 있다. 제2 간격(D2)은 4.8㎛ 내지 9.6㎛의 간격을 갖도록 배열될 수 있다. 제3 간격의 제1 성분(D3)은 3㎛ 내지 4.5㎛이고 제3 간격의 제2 성분(D4)은 0.4㎛ 내지 0.8㎛일 수 있다.Specifically, each of the power gating cells PGC may have a width of 1.5 μm to 2.25 μm in the first direction DR1 and a width of 0.4 μm to 0.8 μm in the second direction DR2 . The first gap D1 may be 36 μm to 54 μm. The second gap D2 may be arranged to have a gap of 4.8 μm to 9.6 μm. The first component D3 of the third interval may be 3 μm to 4.5 μm, and the second component D4 of the third interval may be 0.4 μm to 0.8 μm.

도 2는 도 1의 AA 영역을 확대한 도면이다. 도 2를 참조하면, AA 영역에서 제4 방향(DR4)으로 인접하는 제1 및 제2 파워 게이팅 셀들(PGC1, PGC2)이 도시된다. 표준 셀들(STCs)은 평면 상에서 파워 게이팅 셀들(PGC1, PGC2)에 중첩하지 않는다.FIG. 2 is an enlarged view of area AA of FIG. 1 . Referring to FIG. 2 , first and second power gating cells PGC1 and PGC2 adjacent in the fourth direction DR4 in area AA are illustrated. The standard cells STCs do not overlap the power gating cells PGC1 and PGC2 on a plane.

파워 게이팅 셀들 중 제1 파워 게이팅 셀(PGC1)과 가장 가까운 파워 게이팅 셀은 제2 파워 게이팅 셀(PGC2)이다. 제1 파워 게이팅 셀(PGC1)과 제2 파워 게이팅 셀(PGC2)은 도 1에서 설명된 제3 간격만큼 서로 이격된다. 제3 간격은 제1 방향(DR1)에 대응되는 제1 성분(D3)과 제2 방향(DR2)에 대응되는 제2 성분(D4)으로 구분될 수 있다.Among the power gating cells, the closest power gating cell to the first power gating cell PGC1 is the second power gating cell PGC2. The first power gating cell PGC1 and the second power gating cell PGC2 are spaced apart from each other by the third interval described in FIG. 1 . The third interval may be divided into a first component D3 corresponding to the first direction DR1 and a second component D4 corresponding to the second direction DR2 .

표준 셀들(STCs) 각각은 제1 방향(DR1)으로 제1 기준 폭(XR)을 갖고, 제2 방향(DR2)으로 제2 기준 폭(YR)을 가질 수 있다. 제1 기준 폭(XR)은 1.5㎛ 내지 2.25㎛일 수 있다. 제2 기준 폭(YR)은 0.2㎛ 내지 0.4㎛일 수 있다. 일례로, 제2 기준 폭(YR)은 0.243㎛, 0.27㎛, 또는 0.216㎛로 설정될 수 있다. 제1 성분(D3)은 제1 기준 폭(XR)의 2배이고, 제2 성분(D4)은 제2 기준 폭(YR)의 2배일 수 있다.Each of the standard cells STCs may have a first reference width XR in the first direction DR1 and a second reference width YR in the second direction DR2 . The first reference width XR may be 1.5 μm to 2.25 μm. The second reference width YR may be 0.2 μm to 0.4 μm. For example, the second reference width YR may be set to 0.243 μm, 0.27 μm, or 0.216 μm. The first component D3 may be twice the first reference width XR, and the second component D4 may be twice the second reference width YR.

제1 및 제2 파워 게이팅 셀들(PGC1, PGC2)은 표준 셀들(STCs) 각각의 크기의 2배일 수 있다. 제1 및 제2 파워 게이팅 셀들(PGC1, PGC2) 각각은 제1 방향(DR1)으로 제1 폭(X1)을 갖고, 제2 방향(DR2)으로 제2 폭(Y1)을 가질 수 있다. 제1 폭(X1)은 1.5㎛ 내지 2.25㎛일 수 있다. 제2 폭(Y1)은 0.4㎛ 내지 0.8㎛일 수 있다. 제1 성분(D3)은 제1 폭(X1)의 2배이고, 제2 성분(D4)은 제2 폭(Y1)과 같을 수 있다.The first and second power gating cells PGC1 and PGC2 may be twice the size of each of the standard cells STCs. Each of the first and second power gating cells PGC1 and PGC2 may have a first width X1 in the first direction DR1 and a second width Y1 in the second direction DR2 . The first width X1 may be 1.5 μm to 2.25 μm. The second width Y1 may be 0.4 μm to 0.8 μm. The first component D3 may be twice the first width X1 , and the second component D4 may be equal to the second width Y1 .

도 3은 도 1 및 도 2의 파워 게이팅 셀의 예시적인 레이아웃이다. 도 4는 도 3의 파워 게이팅 셀의 일부 영역의 단면도이다. 도 4의 일부 영역은 도 3의 점선으로 표시된 블록이다. 파워 게이팅 셀(PGC1)은 P-타입 반도체 기판(P-sub), P-타입 반도체 기판(P-sub)에 형성되는 N-웰(N-well), 그리고 다양한 확산 영역들 및 게이트 패턴 등을 이용하여 구현될 수 있다.3 is an exemplary layout of the power gating cell of FIGS. 1 and 2 ; FIG. 4 is a cross-sectional view of a partial region of the power gating cell of FIG. 3 . A partial area in FIG. 4 is a block indicated by a dotted line in FIG. 3 . The power gating cell PGC1 includes a P-type semiconductor substrate P-sub, an N-well formed in the P-type semiconductor substrate P-sub, and various diffusion regions and gate patterns. It can be implemented using

도 3을 참조하면, P-타입 반도체 기판(P-sub)에 N-웰(N-well)이 형성될 수 있다. N-웰(N-well)은 파워 게이팅 셀(PGC1)의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 도 3에서 형성된 N-웰(N-well) 영역은 예시적인 것으로 이해될 것이며, N-웰(N-well)의 형상은 도 3과 다를 수 있다. Referring to FIG. 3 , an N-well may be formed in the P-type semiconductor substrate P-sub. An N-well may be formed in at least a portion of the power gating cell PGC1 . It will be understood that the N-well region formed in FIG. 3 is exemplary, and the shape of the N-well may be different from that of FIG. 3 .

제1 파워 공급 라인(VL)이 파워 게이팅 셀(PGC1) 상에 배치될 수 있다. 제1 파워 공급 라인(VL)은 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다. 파워 게이팅 셀(PGC1)은 컨택 패턴을 통하여 제1 파워 공급 라인(VL)과 전기적으로 연결될 수 있다. 파워 게이팅 셀(PGC1)은 제1 파워 공급 라인(VL)으로부터 전원 전압(VDD)을 수신할 수 있다.The first power supply line VL may be disposed on the power gating cell PGC1 . The first power supply line VL may extend in the second direction DR2 . The power gating cell PGC1 may be electrically connected to the first power supply line VL through a contact pattern. The power gating cell PGC1 may receive the power supply voltage VDD from the first power supply line VL.

제2 파워 공급 라인(VVL1) 및 제3 파워 공급 라인(VVL2)이 파워 게이팅 셀(PGC1) 상에 배치될 수 있다. 제2 파워 공급 라인(VVL1) 및 제3 파워 공급 라인(VVL2)은 제1 방향(DR1)으로 연장될 수 있다. 파워 게이팅 셀(PGC1)은 컨택 패턴을 통하여 제2 파워 공급 라인(VVL1) 및 제3 파워 공급 라인(VVL2)과 전기적으로 연결될 수 있다. 파워 게이팅 셀(PGC1)은 제2 파워 공급 라인(VVL1) 및 제3 파워 공급 라인(VVL2)으로 전원 전압(VDD)에 대응되는 공급 전압(VVDD)을 전달할 수 있다. 접지 전압 공급 라인(VSL)는 파워 게이팅 셀(PGC1) 상에 배치되고, 제2 파워 공급 라인(VVL1) 및 제3 파워 공급 라인(VVL2) 사이에 배치될 수 있다.The second power supply line VVL1 and the third power supply line VVL2 may be disposed on the power gating cell PGC1 . The second power supply line VVL1 and the third power supply line VVL2 may extend in the first direction DR1 . The power gating cell PGC1 may be electrically connected to the second power supply line VVL1 and the third power supply line VVL2 through a contact pattern. The power gating cell PGC1 may transmit the supply voltage VVDD corresponding to the power supply voltage VDD to the second power supply line VVL1 and the third power supply line VVL2 . The ground voltage supply line VSL may be disposed on the power gating cell PGC1 and may be disposed between the second power supply line VVL1 and the third power supply line VVL2 .

제4 파워 공급 라인(VVL3)이 파워 게이팅 셀(PGC1) 및 제2 및 제3 파워 공급 라인들(VVL1, VVL2) 상에 배치될 수 있다. 제4 파워 공급 라인(VVL3)은 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다. 제4 파워 공급 라인(VVL3)은 컨택 패턴을 통하여 제2 파워 공급 라인(VVL1) 및 제3 파워 공급 라인(VVL2)과 전기적으로 연결될 수 있다. 공급 전압(VVDD)은 제2 및 제3 파워 공급 라인들(VVL1, VVL2)로부터 제4 파워 공급 라인(VVL3)으로 전달될 수 있다.The fourth power supply line VVL3 may be disposed on the power gating cell PGC1 and the second and third power supply lines VVL1 and VVL2 . The fourth power supply line VVL3 may extend in the second direction DR2 . The fourth power supply line VVL3 may be electrically connected to the second power supply line VVL1 and the third power supply line VVL2 through a contact pattern. The supply voltage VVDD may be transferred from the second and third power supply lines VVL1 and VVL2 to the fourth power supply line VVL3 .

전원 전압(VVD)의 수신에 따른 공급 전압(VVDD)의 전달을 제어하기 위하여, 게이트 라인(GL)이 파워 게이팅 셀(PGC1) 상에 배치될 수 있다. 게이트 라인(GL)을 통하여 전달되는 게이트 제어 신호에 기초하여, 공급 전압(VVDD)이 파워 게이팅 셀(PGC1)로부터 출력될 수 있다. A gate line GL may be disposed on the power gating cell PGC1 to control transmission of the supply voltage VVDD according to the reception of the power supply voltage VVD. The supply voltage VVDD may be output from the power gating cell PGC1 based on the gate control signal transmitted through the gate line GL.

도 4를 참조하면, P-타입 반도체 기판(P-sub)에 N-웰(N-well)이 형성된다. N-웰(N-well)에 제1 확산 영역(I1), 제2 확산 영역(I2), 제3 확산 영역(T1)이 형성된다. N-웰(N-well) 상에 게이트 패턴(G1)이 배치되고, 게이트 패턴(G1)에 의하여 제1 확산 영역(I1) 및 제2 확산 영역(O1) 사이에 채널 영역이 형성될 수 있다. Referring to FIG. 4 , an N-well is formed in the P-type semiconductor substrate P-sub. A first diffusion region I1 , a second diffusion region I2 , and a third diffusion region T1 are formed in the N-well. A gate pattern G1 may be disposed on the N-well, and a channel region may be formed between the first diffusion region I1 and the second diffusion region O1 by the gate pattern G1 . .

제1 확산 영역(I1), 제2 확산 영역(O1), 및 게이트 패턴(G1)은 PMOS를 구현하기 위하여 사용될 수 있다. PMOS는 게이트 제어 신호(GC)에 기초하여 공급 전압(VVDD)을 출력하는 헤더(Header)일 수 있다.The first diffusion region I1 , the second diffusion region O1 , and the gate pattern G1 may be used to implement a PMOS. The PMOS may be a header that outputs the supply voltage VVDD based on the gate control signal GC.

제1 확산 영역(I1)은 P-타입으로 하이 도핑될 수 있다. 제1 확산 영역(I1)은 전원 전압(VDD)을 수신할 수 있다. 이를 위하여, 제1 확산 영역(I1)은 도 3의 제1 파워 공급 라인(VL)과 전기적으로 연결될 수 있다. The first diffusion region I1 may be highly doped P-type. The first diffusion region I1 may receive the power supply voltage VDD. To this end, the first diffusion region I1 may be electrically connected to the first power supply line VL of FIG. 3 .

제2 확산 영역(O1)은 P-타입으로 하이 도핑될 수 있다. 제2 확산 영역(O1)은 공급 전압(VVDD)을 출력할 수 있다. 이를 위하여, 제2 확산 영역(O2)은 도 3의 제3 파워 공급 라인(VVL2)과 전기적으로 연결될 수 있다.The second diffusion region O1 may be highly doped P-type. The second diffusion region O1 may output a supply voltage VVDD. To this end, the second diffusion region O2 may be electrically connected to the third power supply line VVL2 of FIG. 3 .

게이트 패턴(G1)은 N-웰 상에 배치되고, 게이트 절연 패턴 등을 통하여 소정의 거리를 갖도록 N-웰로부터 이격될 수 있다. 게이트 패턴(G1)은 공급 전압(VVDD)의 출력 여부를 결정하기 위한 게이트 제어 신호(GC)를 수신할 수 있다. 이를 위하여, 게이트 패턴(G1)은 도 3의 게이트 라인(GL)과 전기적으로 연결될 수 있다. 게이트 제어 신호(GC)에 기초하여, 제1 확산 영역(I1) 및 제2 확산 영역(O1) 사이에 채널 영역이 형성되고, 공급 전압(VVDD)이 출력될 수 있다.The gate pattern G1 may be disposed on the N-well and may be spaced apart from the N-well to have a predetermined distance through a gate insulating pattern or the like. The gate pattern G1 may receive the gate control signal GC for determining whether to output the supply voltage VVDD. To this end, the gate pattern G1 may be electrically connected to the gate line GL of FIG. 3 . A channel region may be formed between the first diffusion region I1 and the second diffusion region O1 based on the gate control signal GC, and a supply voltage VVDD may be output.

제3 확산 영역(T1)은 N+ 타입으로 하이 도핑될 수 있다. 제3 확산 영역(T1)은 제1 확산 영역(I1)과 인접하게 배치된다. 제3 확산 영역(T1)은 전원 전압(VDD)을 수신할 수 있다. 이를 위하여, 제3 확산 영역(T1)은 도 3의 제1 파워 공급 라인(VL)에 연결될 수 있다. 제3 확산 영역(T1)은 웰-탭(well-tap)일 수 있다. 제3 확산 영역(T1)은 N-웰과 제1 확산 영역(I1) 사이에서 발생되는 다이오드 특성을 제거하기 위하여, N-웰에 바이어스, 즉 전원 전압(VDD)을 제공할 수 있다.The third diffusion region T1 may be highly doped in an N+ type. The third diffusion region T1 is disposed adjacent to the first diffusion region I1 . The third diffusion region T1 may receive the power supply voltage VDD. To this end, the third diffusion region T1 may be connected to the first power supply line VL of FIG. 3 . The third diffusion region T1 may be a well-tap. The third diffusion region T1 may provide a bias, that is, a power supply voltage VDD, to the N-well in order to remove a diode characteristic generated between the N-well and the first diffusion region I1 .

도 5는 도 3 및 도 4의 파워 게이팅 셀에서의 파워 공급 라인들의 배열을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 도 1의 제1 영역(U1)에 대응되는 단위 영역(U1_1)을 나타낸다. 도 5를 참조하면, 단위 영역(U1_1)의 파워 게이팅 셀들(PGC) 및 표준 셀들 상에 다양한 파워 공급 라인들이 배치된다.FIG. 5 is a view for explaining the arrangement of power supply lines in the power gating cell of FIGS. 3 and 4 . FIG. 5 shows a unit area U1_1 corresponding to the first area U1 of FIG. 1 . Referring to FIG. 5 , various power supply lines are disposed on the power gating cells PGC and standard cells of the unit area U1_1 .

제1 파워 공급 라인들(제2 방향(DR2)으로 연장되는 VDD 라인들)은 제1 방향(DR1)으로 배열된다. 일례로, 제1 파워 공급 라인들은 3㎛ 내지 4.5㎛의 간격으로 배열될 수 있다. 제1 파워 공급 라인들은 파워 게이팅 셀들(PGC)에 중첩하고, 파워 게이팅 셀들(PGC) 상에 배치된다. 제1 파워 공급 라인들은 도 3의 제1 파워 공급 라인(VL)에 대응된다. 제1 파워 공급 라인들은 도 4의 제1 확산 영역(I1) 및 제3 확산 영역(T1)에 연결된다. 제1 파워 공급 라인들은 파워 게이팅 셀들(PGC)에 전원 전압(VDD)을 제공할 수 있다.The first power supply lines (VDD lines extending in the second direction DR2 ) are arranged in the first direction DR1 . For example, the first power supply lines may be arranged at an interval of 3 μm to 4.5 μm. The first power supply lines overlap the power gating cells PGC and are disposed on the power gating cells PGC. The first power supply lines correspond to the first power supply line VL of FIG. 3 . The first power supply lines are connected to the first diffusion region I1 and the third diffusion region T1 of FIG. 4 . The first power supply lines may provide the power supply voltage VDD to the power gating cells PGC.

제2 파워 공급 라인들(제2 방향(DR2)으로 연장되는 VVDD 라인들)은 제1 방향(DR1)으로 배열된다. 일례로, 제2 파워 공급 라인들은 3㎛ 내지 4.5㎛의 간격으로 배열될 수 있다. 제2 파워 공급 라인들은 파워 게이팅 셀들(PGC)에 중첩하고, 파워 게이팅 셀들(PGC) 상에 배치된다. 다만, 이에 제한되지 않고, 제2 파워 공급 라인들은 파워 게이팅 셀들(PGC)에 중첩하지 않도록, 파워 게이팅 셀들(PGC) 상에서 끊어질 수 있다. 또는, 제2 파워 공급 라인들은 파워 게이팅 셀들(PGC)에 중첩하지 않도록, 파워 게이팅 셀들(PGC)이 배치되지 않은 영역 상에 배치될 수 있다. 제2 파워 공급 라인들은 제1 파워 공급 라인들에 인접하게 배치될 수 있다. 제2 파워 공급 라인들은 도 3의 제4 파워 공급 라인(VVL3)에 대응된다. 제2 파워 공급 라인들은 도 3의 제2 파워 공급 라인(VVL1) 및 제3 파워 공급 라인(VVL2)에 연결된다. 제2 파워 공급 라인들은 표준 셀들에 공급 전압(VVDD)을 전달할 수 있다.The second power supply lines (VVDD lines extending in the second direction DR2 ) are arranged in the first direction DR1 . For example, the second power supply lines may be arranged at an interval of 3 μm to 4.5 μm. The second power supply lines overlap the power gating cells PGC and are disposed on the power gating cells PGC. However, the present invention is not limited thereto, and the second power supply lines may be cut off on the power gating cells PGC so as not to overlap the power gating cells PGC. Alternatively, the second power supply lines may be disposed on an area where the power gating cells PGC are not disposed so as not to overlap the power gating cells PGC. The second power supply lines may be disposed adjacent to the first power supply lines. The second power supply lines correspond to the fourth power supply line VVL3 of FIG. 3 . The second power supply lines are connected to the second power supply line VVL1 and the third power supply line VVL2 of FIG. 3 . The second power supply lines may transfer the supply voltage VVDD to the standard cells.

제3 파워 공급 라인들(제2 방향(DR2)으로 연장되는 VSS 라인들)은 제1 방향(DR1)으로 배열된다. 일례로, 제3 파워 공급 라인들은 3㎛ 내지 4.5㎛의 간격으로 배열될 수 있다. 제3 파워 공급 라인들은 파워 게이팅 셀들(PGC)에 중첩하지 않고, 표준 셀들에 중첩한다. 제3 파워 공급 라인들은 파워 게이팅 셀들(PGC)이 배치되지 않고, 표준 셀들로 구성된 영역 상에 배치된다. 제3 파워 공급 라인들은 표준 셀들에 접지 전압(VSS)을 제공할 수 있다.The third power supply lines (VSS lines extending in the second direction DR2 ) are arranged in the first direction DR1 . For example, the third power supply lines may be arranged at an interval of 3 μm to 4.5 μm. The third power supply lines do not overlap the power gating cells PGC, but overlap the standard cells. The third power supply lines are disposed on an area in which the power gating cells PGC are not disposed, but are comprised of standard cells. The third power supply lines may provide the ground voltage VSS to the standard cells.

제4 파워 공급 라인들(제1 방향(DR1)으로 연장되는 VVDD 라인들)은 제2 방향(DR2)으로 배열된다. 일례로, 제4 파워 공급 라인들은 제2 방향(DR2)으로 0.4㎛ 내지 0.8㎛의 간격으로 배열될 수 있다. 제4 파워 공급 라인들은 도 3의 제2 파워 공급 라인(VVL1) 및 제3 파워 공급 라인(VVL2)에 대응된다. 제4 파워 공급 라인들은 도 4의 제2 확산 영역(O1)에 연결된다. 제4 파워 공급 라인들은 도 5의 제2 파워 공급 라인들에 연결되어 공급 전압(VVDD)을 전달할 수 있다. 제2 및 제4 파워 공급 라인들을 통하여 공급 전압(VVDD)이 표준 셀들로 전달될 수 있다. 표준 셀로부터 가장 인접한 거리에 있는 파워 게이팅 셀에서 출력된 공급 전압(VVDD)이 제2 및 제4 파워 공급 라인들을 통하여 해당 표준 셀로 전달될 수 있다.The fourth power supply lines (VVDD lines extending in the first direction DR1 ) are arranged in the second direction DR2 . For example, the fourth power supply lines may be arranged at intervals of 0.4 μm to 0.8 μm in the second direction DR2 . The fourth power supply lines correspond to the second power supply line VVL1 and the third power supply line VVL2 of FIG. 3 . The fourth power supply lines are connected to the second diffusion region O1 of FIG. 4 . The fourth power supply lines may be connected to the second power supply lines of FIG. 5 to transmit the supply voltage VVDD. The supply voltage VVDD may be transmitted to the standard cells through the second and fourth power supply lines. The supply voltage VVDD output from the power gating cell closest to the standard cell may be transmitted to the corresponding standard cell through the second and fourth power supply lines.

제5 파워 공급 라인들(제1 방향(DR1)으로 연장되는 VSS 라인들)은 제2 방향(DR2)으로 배열된다. 일례로, 제5 파워 공급 라인들은 제2 방향(DR2)으로 0.4㎛ 내지 0.8㎛의 간격으로 배열될 수 있다. 제5 파워 공급 라인들은 도 3의 접지 전압 공급 라인(VSL)에 대응된다. 제5 파워 공급 라인들은 제3 파워 공급 라인들에 연결되고, 표준 셀들에 접지 전압(VSS)을 제공할 수 있다. 제3 및 제5 파워 공급 라인들을 통하여 접지 전압(VSS)이 표준 셀들로 전달될 수 있다.The fifth power supply lines (VSS lines extending in the first direction DR1 ) are arranged in the second direction DR2 . For example, the fifth power supply lines may be arranged at intervals of 0.4 μm to 0.8 μm in the second direction DR2 . The fifth power supply lines correspond to the ground voltage supply line VSL of FIG. 3 . The fifth power supply lines may be connected to the third power supply lines, and may provide a ground voltage VSS to the standard cells. The ground voltage VSS may be transmitted to the standard cells through the third and fifth power supply lines.

도 6은 도 4와 다른 실시예에 따른 파워 게이팅 셀의 일부 영역의 단면도이다. 도 4와 달리, 도 6의 단면도에 대응되는 파워 게이팅 셀은 접지 전압을 수신하고, 공급 전압을 표준 셀들(STCs)에 공급하기 위한 구조일 수 있다.6 is a cross-sectional view of a partial region of a power gating cell according to an embodiment different from FIG. 4 . Unlike FIG. 4 , the power gating cell corresponding to the cross-sectional view of FIG. 6 may have a structure for receiving a ground voltage and supplying a supply voltage to the standard cells STCs.

도 6을 참조하면, P-타입 반도체 기판(P-sub)에 제1 확산 영역(I1), 제2 확산 영역(I2), 제3 확산 영역(T1)이 형성된다. P-타입 반도체 기판(P-sub) 상에 게이트 패턴(G1)이 배치되고, 게이트 패턴(G1)에 의하여 제1 확산 영역(I1) 및 제2 확산 영역(O1) 사이에 채널 영역이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 6 , a first diffusion region I1 , a second diffusion region I2 , and a third diffusion region T1 are formed on the P-type semiconductor substrate P-sub. A gate pattern G1 is disposed on the P-type semiconductor substrate P-sub, and a channel region is formed between the first diffusion region I1 and the second diffusion region O1 by the gate pattern G1. can

제1 확산 영역(I1), 제2 확산 영역(O1), 및 게이트 패턴(G1)은 NMOS를 구현하기 위하여 사용될 수 있다. NMOS는 게이트 제어 신호(GC)에 기초하여 공급 전압(VVSS)을 출력하는 풋터(Footer)일 수 있다.The first diffusion region I1 , the second diffusion region O1 , and the gate pattern G1 may be used to implement an NMOS. The NMOS may be a footer that outputs the supply voltage VVSS based on the gate control signal GC.

제1 확산 영역(I1)은 N-타입으로 하이 도핑될 수 있다. 제1 확산 영역(I1)은 접지 전압(VSS)에 기초한 공급 전압(VVSS)을 출력할 수 있다. 이를 위하여, 제1 확산 영역(I1)은 도 3의 제3 파워 공급 라인(VVL2)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 도 3의 제3 파워 공급 라인(VL)는 VVSS 전압을 수신할 수 있다.The first diffusion region I1 may be highly doped N-type. The first diffusion region I1 may output a supply voltage VVSS based on the ground voltage VSS. To this end, the first diffusion region I1 may be electrically connected to the third power supply line VVL2 of FIG. 3 . In this case, the third power supply line VL of FIG. 3 may receive the VVSS voltage.

제2 확산 영역(O1)은 N-타입으로 하이 도핑될 수 있다. 제2 확산 영역(O1)은 접지 전압(VSS)을 수신할 수 있다. 이를 위하여, 제2 확산 영역(O1)은 도 3의 제1 파워 공급 라인(VL)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 도 3의 제1 파워 공급 라인(VL)는 VSS 전압을 파워 게이팅 셀에 제공할 수 있다.The second diffusion region O1 may be highly doped N-type. The second diffusion region O1 may receive the ground voltage VSS. To this end, the second diffusion region O1 may be electrically connected to the first power supply line VL of FIG. 3 . In this case, the first power supply line VL of FIG. 3 may provide the VSS voltage to the power gating cell.

게이트 패턴(G1)은 P-타입 반도체 기판(P-sub) 상에 배치되고, 게이트 절연 패턴 등을 통하여 소정의 거리를 갖도록 P-타입 반도체 기판(P-sub)으로부터 이격될 수 있다. 게이트 패턴(G1)은 공급 전압(VVSS)의 출력 여부를 결정하기 위한 게이트 제어 신호(GC)를 수신할 수 있다. 게이트 제어 신호(GC)에 기초하여, 제1 확산 영역(I1) 및 제2 확산 영역(O1) 사이에 채널 영역이 형성되고, 공급 전압(VVSS)이 출력될 수 있다.The gate pattern G1 may be disposed on the P-type semiconductor substrate P-sub and may be spaced apart from the P-type semiconductor substrate P-sub to have a predetermined distance through a gate insulating pattern or the like. The gate pattern G1 may receive the gate control signal GC for determining whether to output the supply voltage VVSS. A channel region may be formed between the first diffusion region I1 and the second diffusion region O1 based on the gate control signal GC, and a supply voltage VVSS may be output.

제3 확산 영역(T1)은 P+ 타입으로 하이 도핑될 수 있다. 제3 확산 영역(T1)은 제2 확산 영역(O1)과 인접하게 배치된다. 제3 확산 영역(T1)은 접지 전압(VSS)을 수신할 수 있다. 이를 위하여, 제3 확산 영역(T1)은 도 3의 제1 파워 공급 라인(VL)에 연결될 수 있다. 제3 확산 영역(T1)은 기판-탭(substrate-tap)일 수 있다. 제3 확산 영역(T1)은 P-타입 반도체 기판(P-sub)과 제1 확산 영역(I1) 사이에서 발생되는 다이오드 특성을 제거하기 위하여, P-타입 반도체 기판(P-sub)에 바이어스, 즉 접지 전압(VSS)을 제공할 수 있다.The third diffusion region T1 may be highly doped in a P+ type. The third diffusion region T1 is disposed adjacent to the second diffusion region O1 . The third diffusion region T1 may receive the ground voltage VSS. To this end, the third diffusion region T1 may be connected to the first power supply line VL of FIG. 3 . The third diffusion region T1 may be a substrate-tap. The third diffusion region T1 is biased to the P-type semiconductor substrate P-sub in order to remove a diode characteristic generated between the P-type semiconductor substrate P-sub and the first diffusion region I1. That is, the ground voltage VSS may be provided.

도 7은 도 6의 파워 게이팅 셀에서의 파워 공급 라인들의 배열을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 도 1의 제1 영역(U1)에 대응되는 단위 영역(U1_2)을 나타낸다. 도 7을 참조하면, 단위 영역(U1_2)의 파워 게이팅 셀들(PGC) 및 표준 셀들 상에 다양한 파워 공급 라인들이 배치된다.FIG. 7 is a view for explaining the arrangement of power supply lines in the power gating cell of FIG. 6 . 7 illustrates a unit area U1_2 corresponding to the first area U1 of FIG. 1 . Referring to FIG. 7 , various power supply lines are disposed on the power gating cells PGC and standard cells of the unit area U1_2 .

제1 파워 공급 라인들(제2 방향(DR2)으로 연장되는 VSS 라인들)의 배치는 도 5의 제2 방향(DR2)으로 연장되는 VDD 라인들과 같을 수 있다. 제2 파워 공급 라인들(제2 방향으로 연장되는 VVSS 라인들)의 배치는 도 5의 제2 방향(DR2)으로 연장되는 VVDD 라인들과 같을 수 있다. 제3 파워 공급 라인들(제2 방향(DR2)으로 연장되는 VDD 라인들)의 배치는 도 5의 제2 방향(DR2)으로 연장되는 VSS 라인들과 같을 수 있다. 제4 파워 공급 라인들(제1 방향(DR1)으로 연장되는 VVSS 라인들)의 배치는 도 5의 제1 방향(DR1)으로 연장되는 VVDD 라인들과 같을 수 있다. 제5 파워 공급 라인들(제2 방향(DR2)으로 연장되는 VDD 라인들)의 배치는 도 5의 제1 방향(DR1)으로 연장되는 VSS 라인들과 같을 수 있다. The arrangement of the first power supply lines (VSS lines extending in the second direction DR2 ) may be the same as the VDD lines extending in the second direction DR2 of FIG. 5 . The arrangement of the second power supply lines (VVSS lines extending in the second direction) may be the same as the VVDD lines extending in the second direction DR2 of FIG. 5 . The arrangement of the third power supply lines (VDD lines extending in the second direction DR2 ) may be the same as the VSS lines extending in the second direction DR2 of FIG. 5 . The arrangement of the fourth power supply lines (VVSS lines extending in the first direction DR1 ) may be the same as the VVDD lines extending in the first direction DR1 of FIG. 5 . The arrangement of the fifth power supply lines (VDD lines extending in the second direction DR2 ) may be the same as the VSS lines extending in the first direction DR1 of FIG. 5 .

도 5와 달리, 표준 셀들은 제3 및 제5 파워 공급 라인들을 통하여 전원 전압(VDD)을 입력 받고, 제2 및 제4 파워 공급 라인들을 통하여 접지 전압(VSS)에 기초한 공급 전압(VVSS)을 입력 받을 수 있다.5, the standard cells receive the power supply voltage VDD through the third and fifth power supply lines, and receive the supply voltage VVSS based on the ground voltage VSS through the second and fourth power supply lines. can be input.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 평면도이다. 도 8을 참조하면, 반도체 장치(200)는 파워 게이팅 셀들(PGC), 표준 셀들(STC), 및 탭 셀들(TPC)을 포함한다. 파워 게이팅 셀들(PGC) 및 표준 셀들(STC)은 도 1의 파워 게이팅 셀들(PGC) 및 표준 셀들(STC)에 대응되므로, 구체적인 설명이 생략된다.8 is a plan view illustrating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8 , the semiconductor device 200 includes power gating cells PGC, standard cells STC, and tap cells TPC. Since the power gating cells PGC and the standard cells STC correspond to the power gating cells PGC and the standard cells STC of FIG. 1 , a detailed description thereof will be omitted.

탭 셀들(TPC)은 반도체 장치(200)의 웰 또는 기판이 일정한 전압을 갖도록, 웰 또는 기판에 바이어스를 제공할 수 있다. 일례로, 탭 셀들(TPC)은 N-웰이 특정 영역에서 감소된 전압을 갖지 않도록 웰-타이 바이어스(well-tied bias) 전압을 제공할 수 있다. 이러한 바이어스 전압은 전원 전압(VDD)일 수 있다. 일례로, 탭 셀들(TPC)은 P-타입 반도체 기판이 특정 영역에서 증가된 전압을 갖지 않도록 기판-타이 바이어스(substrate-tied bias) 전압을 제공할 수 있다. 이러한 바이어스는 접지 전압(VSS)일 수 있다.The tap cells TPC may provide a bias to the well or the substrate so that the well or the substrate of the semiconductor device 200 has a constant voltage. For example, the tap cells TPC may provide a well-tied bias voltage so that the N-well does not have a reduced voltage in a specific region. This bias voltage may be a power supply voltage VDD. For example, the tap cells TPC may provide a substrate-tied bias voltage so that the P-type semiconductor substrate does not have an increased voltage in a specific region. This bias may be a ground voltage (VSS).

반도체 장치(200)는 도 1의 파워 게이팅 셀들(PGC)의 일부가 탭 셀들(TPC)로 대체된 결과일 수 있다. 평면 상에서 반도체 장치(200)의 전체 영역에 대한 파워 게이팅 셀들(PGC)의 면적의 비율이 3% 이내를 만족할 것을 요구하는 경우, 도 1에서의 비율은 4.16%이므로, 3%를 초과할 수 있다. 즉, 파워 게이팅 셀들(PGC)의 개수가 기준 개수를 초과하는 경우, 파워 게이팅 셀들(PGC)의 일부가 탭 셀들(TPC)로 대체될 수 있다.The semiconductor device 200 may be a result of replacing some of the power gating cells PGC of FIG. 1 with the tap cells TPC. When it is required that the ratio of the area of the power gating cells PGC to the entire area of the semiconductor device 200 on a plane satisfies within 3%, the ratio in FIG. 1 is 4.16%, so it may exceed 3%. . That is, when the number of power gating cells PGC exceeds the reference number, some of the power gating cells PGC may be replaced with tap cells TPC.

대각선 방향, 즉 제4 방향(DR4)으로 파워 게이팅 셀들(PGC)이 배치될 때, 표준 셀들(STC)에 전압이 전달되는 경로가 감소될 수 있다. 표준 셀들(STC)의 성능을 확보하기 위하여 요구되는 파워 게이팅 셀들(PGC)의 개수가 감소할 수 있다. 나아가, 파워 게이팅 셀들(PGC)의 일부를 탭 셀들(TPC)로 대체하는 경우, 반도체 장치(200)에 요구되는 파워 게이팅 셀들(PGC)의 개수를 만족하기 위하여 파워 게이팅 셀들(PGC) 사이의 간격을 조절할 것이 요구되지 않을 수 있다.When the power gating cells PGC are disposed in the diagonal direction, that is, in the fourth direction DR4 , a path through which voltages are transmitted to the standard cells STC may be reduced. The number of power gating cells PGC required to secure the performance of the standard cells STC may be reduced. Furthermore, when a part of the power gating cells PGC is replaced with the tap cells TPC, the distance between the power gating cells PGC is to satisfy the number of power gating cells PGC required for the semiconductor device 200 . may not be required to adjust.

반도체 장치(200)는 도 1의 파워 게이팅 셀들(PGC)의 절반이 탭 셀들(TPC)로 대체된 결과일 수 있다. 그 결과, 제1 방향(DR1), 제2 방향(DR2), 및 제4 방향(DR4)으로 2개의 파워 게이팅 셀들(PGC) 사이에 하나의 탭 셀(TPC)이 배치될 수 있다. 평면 상에서 반도체 장치(200)의 전체 영역에 대한 파워 게이팅 셀들(PGC)의 면적의 비율은 2.08%로 감소할 수 있다. 반도체 장치(200)는 파워 게이팅 셀들(PGC) 및 탭 셀들(TPC)이 동일한 패턴으로 배열되는 복수의 단위 영역들을 포함하고, 도 9는 하나의 단위 영역을 도시한다. 단위 영역은 제1 방향(DR1)으로 48개의 표준 셀들(STC)을 포함하고, 제2 방향(DR2)으로 48개의 표준 셀들(STC)을 포함할 수 있다.In the semiconductor device 200 , half of the power gating cells PGC of FIG. 1 may be replaced with tap cells TPC. As a result, one tap cell TPC may be disposed between the two power gating cells PGC in the first direction DR1 , the second direction DR2 , and the fourth direction DR4 . A ratio of the area of the power gating cells PGC to the entire area of the semiconductor device 200 on a plane may be reduced to 2.08%. The semiconductor device 200 includes a plurality of unit regions in which power gating cells PGC and tap cells TPC are arranged in the same pattern, and FIG. 9 shows one unit region. The unit area may include 48 standard cells STC in the first direction DR1 and 48 standard cells STC in the second direction DR2 .

제1 방향(DR1)으로 파워 게이팅 셀(PGC)과 탭 셀(TPC) 사이의 거리는 제1 간격(D1)일 수 있고, 도 1의 제1 간격(D1)에 대응된다. 제2 방향(DR2)으로 파워 게이팅 셀(PGC)과 탭 셀(TPC) 사이의 거리는 제2 간격(D2)일 수 있고, 도 1의 제2 간격(D2)에 대응된다. 제4 방향(DR4)으로 파워 게이팅 셀(PGC)과 탭 셀(TPC) 사이의 거리는 제3 간격일 수 있고, 제3 간격은 제1 방향(DR1)의 제1 성분(D3) 및 제2 방향(DR2)의 제2 성분(D4)으로 구분될 수 있다. 제1 성분(D3) 및 제2 성분(D4)은 도 1의 제1 성분(D3) 및 제2 성분(D4)에 대응된다.A distance between the power gating cell PGC and the tap cell TPC in the first direction DR1 may be a first interval D1 and corresponds to the first interval D1 of FIG. 1 . A distance between the power gating cell PGC and the tap cell TPC in the second direction DR2 may be the second interval D2 and corresponds to the second interval D2 of FIG. 1 . A distance between the power gating cell PGC and the tap cell TPC in the fourth direction DR4 may be a third interval, and the third interval is the first component D3 and the second direction in the first direction DR1 . It may be divided into a second component (D4) of (DR2). The first component D3 and the second component D4 correspond to the first component D3 and the second component D4 of FIG. 1 .

파워 게이팅 셀들(PGC)은 제1 방향(DR1)으로 제1 간격(D1)의 2배의 간격을 갖도록 배열될 수 있다. 일례로, 제1 간격(D1)의 2배의 간격은 72㎛ 내지 108㎛일 수 있다. 파워 게이팅셀들(PGC)은 제2 방향(DR2)으로 제2 간격(D2)의 2배의 간격을 갖도록 배열될 수 있다. 일례로, 제2 간격(D2)의 2배의 간격은 9.6㎛ 내지 19.2㎛일 수 있다. 파워 게이팅 셀들(PGC)은 제4 방향(DR4)으로 제3 간격의 2배의 간격을 갖도록 배열될 수 있다. 일례로, 제3 간격의 2배의 간격은 6㎛ 내지 9㎛의 제1 방향(DR1)의 성분 및 0.8㎛ 내지 1.6㎛의 제2 방향(DR2)의 성분으로 구분될 수 있다.The power gating cells PGC may be arranged to have an interval twice the first interval D1 in the first direction DR1 . For example, an interval twice as large as the first interval D1 may be 72 μm to 108 μm. The power gating cells PGC may be arranged to have an interval twice the second interval D2 in the second direction DR2 . For example, an interval twice the second interval D2 may be 9.6 μm to 19.2 μm. The power gating cells PGC may be arranged to have an interval twice the third interval in the fourth direction DR4 . For example, the interval twice the third interval may be divided into a component in the first direction DR1 of 6 μm to 9 μm and a component in the second direction DR2 of 0.8 μm to 1.6 μm.

반도체 장치(200)에서의 파워 공급 라인들의 배열은 도 5와 같을 수 있다. 제2 방향(DR2)으로 연장되는 VDD 라인들 및 VVDD 라인들은 파워 게이팅 셀(PGC) 및 탭 셀(TPC)에 중첩한다. 제2 방향(DR2)으로 연장되는 VDD 라인들은 탭 셀(TPC)에 VDD 전압을 제공할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 제1 방향(DR1)으로 연장되는 VVDD 라인들이 탭 셀(TPC)에 VVDD 전압을 제공할 수도 있다.The arrangement of the power supply lines in the semiconductor device 200 may be as shown in FIG. 5 . VDD lines and VVDD lines extending in the second direction DR2 overlap the power gating cell PGC and the tap cell TPC. VDD lines extending in the second direction DR2 may provide a VDD voltage to the tap cell TPC. However, the present invention is not limited thereto, and VVDD lines extending in the first direction DR1 may provide the VVDD voltage to the tap cell TPC.

도 9 및 도 10은 도 8의 BB 영역을 확대한 도면이다. 도 9는 도 8의 BB 영역에 대응되는 BB1 영역을 확대한 도면이다. 도 10은 도 8의 BB 영역에 대응되는 BB2 영역을 확대한 도면이다. 도 9 및 도 10을 참조하면, BB 영역(BB1, BB2)에서 제4 방향(DR4)으로 인접하는 파워 게이팅 셀(PGC) 및 탭 셀(TPC)이 도시된다. 표준 셀들(STCs)은 평면 상에서 파워 게이팅 셀(PGC) 및 탭 셀(TPC)에 중첩하지 않는다. 9 and 10 are enlarged views of a region BB of FIG. 8 . 9 is an enlarged view of area BB1 corresponding to area BB of FIG. 8 . 10 is an enlarged view of area BB2 corresponding to area BB of FIG. 8 . 9 and 10 , the power gating cell PGC and the tap cell TPC adjacent in the fourth direction DR4 in the BB regions BB1 and BB2 are illustrated. The standard cells (STCs) do not overlap the power gating cell (PGC) and the tap cell (TPC) on a plane.

표준 셀들(STCs) 각각은 제1 방향(DR1)으로 제1 기준 폭(XR)을 갖고, 제2 방향(DR2)으로 제2 기준 폭(YR)을 가질 수 있다. 도 2에서 설명한 바와 같이, 제1 기준 폭(XR)은 1.5㎛ 내지 2.25㎛이고, 제2 기준 폭(YR)은 0.2㎛ 내지 0.4㎛일 수 있다. Each of the standard cells STCs may have a first reference width XR in the first direction DR1 and a second reference width YR in the second direction DR2 . 2 , the first reference width XR may be 1.5 μm to 2.25 μm, and the second reference width YR may be 0.2 μm to 0.4 μm.

파워 게이팅 셀(PGC)은 표준 셀들(STCs) 각각의 크기의 2배일 수 있다. 도 2에서 설명한 바와 같이, 파워 게이팅 셀(PGC)은 제1 방향(DR1)으로 제1 폭(X1)을 갖고, 제2 방향(DR2)으로 제2 폭(Y1)을 가질 수 있다. 제1 폭(X1)은 1.5㎛ 내지 2.25㎛일 수 있다. 제2 폭(Y1)은 0.4㎛ 내지 0.8㎛일 수 있다. The power gating cell (PGC) may be twice the size of each of the standard cells (STCs). 2 , the power gating cell PGC may have a first width X1 in the first direction DR1 and a second width Y1 in the second direction DR2 . The first width X1 may be 1.5 μm to 2.25 μm. The second width Y1 may be 0.4 μm to 0.8 μm.

탭 셀(TPC)은 표준 셀들(STCs) 각각의 크기와 같고, 파워 게이팅 셀(PGC)의 크기의 1/2일 수 있다. 탭 셀(TPC)은 제1 방향(DR1)으로 제3 폭(X2)을 갖고, 제2 방향(DR2)으로 제4 폭(Y2)을 가질 수 있다. 제3 폭(X2)은 1.5㎛ 내지 2.25㎛일 수 있다. 제4 폭(Y2)은 0.2㎛ 내지 0.4㎛일 수 있다. 제3 폭(X2)은 제1 폭(X1)과 같고, 제4 폭(Y2)은 제2 폭(Y1)의 1/2일 수 있다.파워 게이팅 셀(PGC) 및 탭 셀(TPC)은 도 8에서 설명된 제3 간격만큼 서로 이격된다. 제3 간격은 제1 방향(DR1)에 대응되는 제1 성분(D3)과 제2 방향(DR2)에 대응되는 제2 성분(D4)으로 구분될 수 있다. 설명의 편의상, 제1 성분(D3)과 제2 성분(D4)은 도면을 기준으로 파워 게이팅 셀(PGC) 및 탭 셀(TPC)의 아래 경계면을 기준으로 측정된 것으로 가정한다. The tap cell TPC may have the same size as each of the standard cells STCs, and may be 1/2 of the size of the power gating cell PGC. The tap cell TPC may have a third width X2 in the first direction DR1 and a fourth width Y2 in the second direction DR2 . The third width X2 may be 1.5 μm to 2.25 μm. The fourth width Y2 may be 0.2 μm to 0.4 μm. The third width X2 may be equal to the first width X1, and the fourth width Y2 may be 1/2 of the second width Y1. The power gating cell PGC and the tap cell TPC are They are spaced apart from each other by the third interval described in FIG. 8 . The third interval may be divided into a first component D3 corresponding to the first direction DR1 and a second component D4 corresponding to the second direction DR2 . For convenience of description, it is assumed that the first component D3 and the second component D4 are measured based on the lower boundary surface of the power gating cell PGC and the tap cell TPC with reference to the drawings.

도 9를 참조하면, 제1 성분(D3)은 제1 기준 폭(XR)의 2배이고, 제2 성분(D4)은 제2 기준 폭(YR)의 2배일 수 있다. 파워 게이팅 셀(PGC) 및 탭 셀(TPC) 각각의 중심을 기준으로 제3 간격이 측정된다면, 제1 성분(D3)은 제1 기준 폭(XR)의 2배이고, 제2 성분(D4)은 제2 기준 폭(YR)의 1.5배일 수 있다.Referring to FIG. 9 , the first component D3 may be twice the first reference width XR, and the second component D4 may be twice the second reference width YR. If the third interval is measured with respect to the center of each of the power gating cell PGC and the tap cell TPC, the first component D3 is twice the first reference width XR, and the second component D4 is It may be 1.5 times the second reference width YR.

도 10을 참조하면, 제1 성분(D3)은 제1 기준 폭(XR)의 2배이고, 제2 성분(D4)은 제2 기준 폭(YR)의 3배일 수 있다. 파워 게이팅 셀(PGC) 및 탭 셀(TPC) 각각의 중심을 기준으로 제3 간격이 측정된다면, 제1 성분(D3)은 제1 기준 폭(XR)의 2배이고, 제2 성분(D4)은 제2 기준 폭(YR)의 2.5배일 수 있다.Referring to FIG. 10 , the first component D3 may be twice the first reference width XR, and the second component D4 may be three times the second reference width YR. If the third interval is measured with respect to the center of each of the power gating cell PGC and the tap cell TPC, the first component D3 is twice the first reference width XR, and the second component D4 is It may be 2.5 times the second reference width YR.

도 11은 도 8 내지 도 10의 탭 셀의 예시적인 레이아웃이다. 도 12는 도 11의 탭 셀의 일부 영역의 단면도이다. 도 13은 도 12와 다른 실시예에 따른 탭 셀의 일부 영역의 단면도이다. 도 12 또는 도 13의 일부 영역은 도 11의 점선으로 표시된 블록이다.11 is an exemplary layout of the tab cell of FIGS. 8 to 10 . 12 is a cross-sectional view of a partial region of the tap cell of FIG. 11 . 13 is a cross-sectional view of a partial region of a tap cell according to an exemplary embodiment different from FIG. 12 . A partial region of FIG. 12 or 13 is a block indicated by a dotted line of FIG. 11 .

도 11을 참조하면, P-타입 반도체 기판(P-sub)에 N-웰(N-well)이 형성될 수 있다. N-웰(N-well)은 탭 셀(TPC)의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 도 10에서 형성된 N-웰(N-well) 영역은 예시적인 것으로 이해될 것이며, N-웰(N-well)의 형상은 도 10과 다를 수 있다.Referring to FIG. 11 , an N-well may be formed in the P-type semiconductor substrate P-sub. An N-well may be formed in at least a portion of the tap cell TPC. It will be understood that the N-well region formed in FIG. 10 is exemplary, and the shape of the N-well may be different from that of FIG. 10 .

제1 파워 공급 라인(VL)이 탭 셀(TPC) 상에 배치될 수 있다. 제1 파워 공급 라인(VL)은 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다. 탭 셀(TPC)은 컨택 패턴을 통하여 제1 파워 공급 라인(VL)과 전기적으로 연결될 수 있다. 탭 셀(TPC)은 제1 파워 공급 라인(VL)으로부터 전원 전압(VDD)을 수신할 수 있다.The first power supply line VL may be disposed on the tap cell TPC. The first power supply line VL may extend in the second direction DR2 . The tap cell TPC may be electrically connected to the first power supply line VL through a contact pattern. The tap cell TPC may receive the power supply voltage VDD from the first power supply line VL.

제2 파워 공급 라인(VVL1)이 탭 셀(TPC) 상에 배치될 수 있다. 제2 파워 공급 라인(VVL1)은 제1 방향(DR1)으로 연장될 수 있다. 도시된 바와 달리, 탭 셀(TPC)은 제1 파워 공급 라인(VL) 대신에 제2 파워 공급 라인(VVL1)과 전기적으로 연결될 수도 있다. 이 경우, 탭 셀(TPC)은 제2 파워 공급 라인(VVL1)으로부터 공급 전압(VVDD)을 수신할 수 있다. 제3 파워 공급 라인(VVL2)이 탭 셀(TPC) 및 제2 파워 공급 라인들(VVL1) 상에 배치될 수 있다. 제3 파워 공급 라인(VVL2)은 제2 방향(DR2)으로 연장되고 제2 파워 공급 라인(VVL1)과 전기적으로 연결될 수 있다. 접지 전압 공급 라인(VSL)는 파워 게이팅 셀(PGC1) 상에 배치될 수 있다.The second power supply line VVL1 may be disposed on the tap cell TPC. The second power supply line VVL1 may extend in the first direction DR1 . Unlike the drawing, the tap cell TPC may be electrically connected to the second power supply line VVL1 instead of the first power supply line VL. In this case, the tap cell TPC may receive the supply voltage VVDD from the second power supply line VVL1 . The third power supply line VVL2 may be disposed on the tap cell TPC and the second power supply lines VVL1 . The third power supply line VVL2 may extend in the second direction DR2 and may be electrically connected to the second power supply line VVL1 . The ground voltage supply line VSL may be disposed on the power gating cell PGC1 .

도 12를 참조하면, P-타입 반도체 기판(P-sub)에 N-웰(N-well)이 형성된다. N-웰(N-well)에 확산 영역(T1)이 형성된다. 이 경우, 텝 셀(TPC)은 N-웰에 바이어스를 제공하는 웰-탭일 수 있다. 확산 영역(T1)은 N-타입으로 하이 도핑될 수 있다. 확산 영역(T1)은 전원 전압(VDD)을 수신할 수 있다. 이를 위하여, 확산 영역(T1)은 도 10에서 설명된 제1 파워 공급 라인(VL)에 연결될 수 있다. 탭 셀(TPC)은 N-웰과 P-타입 반도체 기판(P-sub) 사이에서 발생되는 다이오드 특성을 제거하기 위하여, N-웰에 바이어스, 즉 전원 전압(VDD)을 제공할 수 있다.Referring to FIG. 12 , an N-well is formed in the P-type semiconductor substrate P-sub. A diffusion region T1 is formed in the N-well. In this case, the tap cell TPC may be a well-tap that provides a bias to the N-well. The diffusion region T1 may be highly doped N-type. The diffusion region T1 may receive the power supply voltage VDD. To this end, the diffusion region T1 may be connected to the first power supply line VL described in FIG. 10 . The tap cell TPC may provide a bias, that is, a power supply voltage VDD, to the N-well in order to remove a diode characteristic generated between the N-well and the P-type semiconductor substrate P-sub.

도 13을 참조하면, P-타입 반도체 기판(P-sub)에 확산 영역(T1)이 형성된다. 이 경우, 텝 셀(TPC)은 P-타입 반도체 기판(P-sub)에 바이어스를 제공하는 기판-탭일 수 있다. 일례로, 확산 영역(T1)은 도 11에서 N-웰(N-well)이 형성되지 않은 영역에 제공될 수 있다. 확산 영역(T1)은 P-타입으로 하이 도핑될 수 있다. 확산 영역(T1)은 접지 전압(VSS)을 수신할 수 있다. 탭 셀(TPC)은 P-타입 반도체 기판(P-sub)과 인접한 N-웰 사이에서 발생되는 다이오드 특성을 제거하기 위하여, P-타입 반도체 기판(P-sub)에 바이어스, 즉 접지 전압(VSS)을 제공할 수 있다.Referring to FIG. 13 , a diffusion region T1 is formed in the P-type semiconductor substrate P-sub. In this case, the tap cell TPC may be a substrate-tap that provides a bias to the P-type semiconductor substrate P-sub. For example, the diffusion region T1 may be provided in a region in which an N-well is not formed in FIG. 11 . The diffusion region T1 may be highly doped P-type. The diffusion region T1 may receive the ground voltage VSS. The tap cell TPC is biased, that is, a ground voltage VSS, to the P-type semiconductor substrate P-sub in order to remove a diode characteristic generated between the P-type semiconductor substrate P-sub and the adjacent N-well. ) can be provided.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 평면도이다. 도 14를 참조하면, 반도체 장치(300)는 파워 게이팅 셀들(PGC), 표준 셀들(STC), 및 탭 셀들(TPC)을 포함한다. 반도체 장치(300)는 도 1의 파워 게이팅 셀들(PGC)의 일부가 탭 셀들(TPC)로 대체된 결과일 수 있다. 14 is a plan view illustrating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 14 , the semiconductor device 300 includes power gating cells PGC, standard cells STC, and tap cells TPC. The semiconductor device 300 may be a result of replacing some of the power gating cells PGC of FIG. 1 with the tap cells TPC.

반도체 장치(300)는 도 1의 파워 게이팅 셀들(PGC)의 1/3이 탭 셀들(TPC)로 대체된 결과일 수 있다. 그 결과, 제1 방향(DR1), 제2 방향(DR2), 및 제4 방향(DR4)으로 2개의 탭 셀들(TPC) 사이에 2개의 파워 게이팅 셀들(PGC)이 배치될 수 있다. 평면 상에서 반도체 장치(300)의 전체 영역에 대한 파워 게이팅 셀들(PGC)의 면적의 비율은 2.77%로 감소할 수 있다. In the semiconductor device 300 , 1/3 of the power gating cells PGC of FIG. 1 may be replaced with tap cells TPC. As a result, two power gating cells PGC may be disposed between the two tap cells TPC in the first direction DR1 , the second direction DR2 , and the fourth direction DR4 . A ratio of the area of the power gating cells PGC to the entire area of the semiconductor device 300 on a plane may be reduced to 2.77%.

반도체 장치(300)는 파워 게이팅 셀들(PGC) 및 탭 셀들(TPC)이 동일한 패턴으로 배열되는 복수의 단위 영역들을 포함하고, 도 13은 하나의 단위 영역의 일부를 도시한다. 단위 영역은 제1 방향(DR1)으로 72개의 표준 셀들(STC)을 포함하고, 제2 방향(DR2)으로 72개의 표준 셀들(STC)을 포함할 수 있다. 도 13의 탭 셀들(TPC)의 개수는 예시적인 것으로 이해될 것이다. 반도체 장치(300)에서 요구되는 파워 게이팅 셀들(PGC)의 개수에 따라, 다양한 개수의 파워 게이팅 셀들(PGC)이 탭 셀들(TPC)로 대체될 수 있다. 도 14에서, 파워 게이팅 셀들(PGC)의 개수에 대한 탭 셀들(TPC)의 개수의 비율은 2:1이나, 이에 제한되지 않고, n:1 또는 1:n (n>1)등 다양한 비율로 제공될 수 있다.The semiconductor device 300 includes a plurality of unit regions in which power gating cells PGC and tap cells TPC are arranged in the same pattern, and FIG. 13 illustrates a portion of one unit region. The unit area may include 72 standard cells STC in the first direction DR1 and 72 standard cells STC in the second direction DR2. It will be understood that the number of tap cells TPC of FIG. 13 is exemplary. According to the number of power gating cells PGC required in the semiconductor device 300 , various numbers of power gating cells PGC may be replaced with tap cells TPC. In FIG. 14 , the ratio of the number of tap cells TPC to the number of power gating cells PGC is 2:1, but is not limited thereto, and various ratios such as n:1 or 1:n (n>1) are used. may be provided.

제1 방향(DR1)으로 파워 게이팅 셀(PGC)로부터 가장 가까운 탭 셀(TPC) 또는 파워 게이팅 셀(PGC)의 이격 거리는 제1 간격(D1)일 수 있고, 도 1의 제1 간격(D1)에 대응된다. 제2 방향(DR2)으로 파워 게이팅 셀(PGC)로부터 가장 가까운 탭 셀(TPC) 또는 파워 게이팅 셀(PGC)의 이격 거리는 제2 간격(D2)일 수 있고, 도 1의 제2 간격(D2)에 대응된다. 제4 방향(DR4)으로 파워 게이팅 셀(PGC)로부터 가장 가까운 탭 셀(TPC) 또는 파워 게이팅 셀(PGC)의 이격 거리는 제3 간격일 수 있고, 제3 간격은 제1 방향(DR1)의 제1 성분(D3) 및 제2 방향(DR2)의 제2 성분(D4)으로 구분될 수 있다. 제1 성분(D3) 및 제2 성분(D4)은 도 1 또는 도 8의 제1 성분(D3) 및 제2 성분(D4)에 대응된다.The separation distance of the nearest tap cell TPC or power gating cell PGC from the power gating cell PGC in the first direction DR1 may be the first interval D1, and the first interval D1 of FIG. 1 . corresponds to The separation distance of the nearest tap cell TPC or power gating cell PGC from the power gating cell PGC in the second direction DR2 may be the second interval D2, and the second interval D2 of FIG. 1 . corresponds to The separation distance of the nearest tap cell TPC or power gating cell PGC from the power gating cell PGC in the fourth direction DR4 may be a third interval, and the third interval is the third interval in the first direction DR1 . It may be divided into a first component D3 and a second component D4 in the second direction DR2. The first component D3 and the second component D4 correspond to the first component D3 and the second component D4 of FIG. 1 or FIG. 8 .

도 15는 도 1 내지 도 14에서 설명된 반도체 장치의 설계 시스템의 예시적인 블록도이다. 도 15를 참조하면, 설계 시스템(1000)은 CPU(1100), 워킹 메모리(1200), 입출력 장치(1300), 및 스토리지 장치(1400), 및 시스템 인터커넥터(1500)를 포함할 수 있다. 여기에서, 설계 시스템(1000)은 본 발명의 표준 셀들, 파워 게이팅 셀들, 및 탭 셀들을 배치하기 위한 전용 장치로 제공될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 설계 시스템(1000)은 셀들의 배치를 위한 설계 프로그램을 구비하는 컴퓨터 시스템으로 구현될 수 있다.15 is an exemplary block diagram of a design system of the semiconductor device illustrated in FIGS. 1 to 14 . Referring to FIG. 15 , the design system 1000 may include a CPU 1100 , a working memory 1200 , an input/output device 1300 , a storage device 1400 , and a system interconnector 1500 . Here, the design system 1000 may be provided as a dedicated device for arranging standard cells, power gating cells, and tap cells of the present invention, but is not limited thereto. For example, the design system 1000 may be implemented as a computer system having a design program for the placement of cells.

CPU(1100)는 설계 시스템(1000)에서 수행될 소프트웨어(응용 프로그램, 운영 체제, 장치 드라이버들)를 실행할 수 있다. CPU(1100)는 워킹 메모리(1200)에 로드되는 운영 체제(OS, 미도시)를 실행할 수 있다. CPU(1100)는 운영 체제(OS) 기반에서 구동될 다양한 응용 프로그램들(Application Program)을 실행할 수 있다. 일례로, CPU(1100)는 워킹 메모리(1200)에 로드된 설계 툴(1210)을 실행할 수 있다.The CPU 1100 may execute software (application programs, operating systems, device drivers) to be executed in the design system 1000 . The CPU 1100 may execute an operating system (OS, not shown) loaded into the working memory 1200 . The CPU 1100 may execute various application programs to be driven based on an operating system (OS). For example, the CPU 1100 may execute the design tool 1210 loaded in the working memory 1200 .

워킹 메모리(1200)에 운영 체제(OS)나 응용 프로그램들(Application Program)이 로드될 수 있다. 설계 시스템(1000)의 부팅시에 스토리지 장치(1400)에 저장된 OS 이미지(미도시됨)가 부팅 시퀀스에 기초하여 워킹 메모리(1200)로 로드될 수 있다. 운영 체제(OS)에 의해서 설계 시스템(1000)의 제반 입출력 동작들이 지원될 수 있다. 마찬가지로, 사용자의 의하여 선택되거나 기본적인 서비스 제공을 위해서 응용 프로그램들이 워킹 메모리(1200)에 로드될 수 있다. 특히, 본 발명의 셀들의 배치를 위한 설계 툴(1210)도 스토리지 장치(1400)로부터 워킹 메모리(1200)에 로드될 수 있다. An operating system (OS) or application programs may be loaded into the working memory 1200 . When the design system 1000 is booted, an OS image (not shown) stored in the storage device 1400 may be loaded into the working memory 1200 based on a booting sequence. All input/output operations of the design system 1000 may be supported by the operating system (OS). Similarly, application programs may be loaded into the working memory 1200 to be selected by a user or to provide a basic service. In particular, the design tool 1210 for the arrangement of cells of the present invention may also be loaded into the working memory 1200 from the storage device 1400 .

워킹 메모리(1200)는 SRAM(Static Random Access Memory)이나 DRAM(Dynamic Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리이거나, PRAM, MRAM, ReRAM, FRAM, NOR 플래시 메모리 등의 비휘발성 메모리일 수 있다.The working memory 1200 may be a volatile memory such as a static random access memory (SRAM) or a dynamic random access memory (DRAM), or a nonvolatile memory such as a PRAM, MRAM, ReRAM, FRAM, or NOR flash memory.

설계 툴(1210)은 표준 셀들, 파워 게이팅 셀들, 및 탭 셀들을 배치하고, 라우팅을 수행할 수 있다. 설계 툴(1210)은 설계 룰에 따라 설정된 파워 게이팅 셀들의 개수 및 파워 게이팅 셀들 사이의 간격에 기초하여 파워 게이팅 셀들을 배치할 수 있다. 상술한 바와 같이, 설계 툴(1210)은 대각선 방향으로 파워 게이팅 셀들을 배열할 수 있다. The design tool 1210 may place standard cells, power gating cells, and tap cells, and perform routing. The design tool 1210 may arrange the power gating cells based on the number of power gating cells set according to a design rule and the spacing between the power gating cells. As described above, the design tool 1210 may arrange the power gating cells in a diagonal direction.

설계 툴(1210)은 배치된 파워 게이팅 셀들에 대한 설계 룰 검사(Design Rule Check: DRC)를 수행할 수 있다. 설계 툴(1210)은 배치된 파워 게이팅 셀들의 개수 또는 파워 게이팅 셀들 사이의 간격이 설계 룰을 만족하지 않은 경우, 파워 게이팅 셀들의 일부를 탭 셀들로 변경할 수 있다. The design tool 1210 may perform a design rule check (DRC) on the arranged power gating cells. The design tool 1210 may change some of the power gating cells to tap cells when the number of the arranged power gating cells or the spacing between the power gating cells does not satisfy a design rule.

설계 툴(1210)에 반도체 장치의 셀들을 레이아웃으로 표현하기 위한 셀 라이브러리가 정의될 수 있다. 셀 라이브러리에 정의된 표준 셀들 중 반도체 회로에 적합한 셀이 선택될 수 있고, 설계 툴(1210)에 의하여 선택된 셀이 배치될 수 있다. 그리고, 설계 툴(1210)에 의하여 배치된 셀들에 대한 라우팅이 수행될 수 있다. 상술된 과정들은 설계 툴(1210)에 의하여 자동적으로 또는 수동적으로 수행될 수 있다.A cell library for representing cells of a semiconductor device as a layout may be defined in the design tool 1210 . A cell suitable for a semiconductor circuit may be selected from among standard cells defined in the cell library, and a cell selected by the design tool 1210 may be disposed. In addition, routing for the arranged cells may be performed by the design tool 1210 . The above-described processes may be performed automatically or manually by the design tool 1210 .

입출력 장치(1300)는 사용자 인터페이스 장치들로부터의 사용자 입력 및 출력을 제어한다. 일례로, 입출력 장치(1300)는 키보드나 모니터를 구비하여 반도체 장치의 설계를 위한 넷리스트(Netlist) 파일 등을 입력 받을 수 있다. 일례로, 입출력 장치(1300)는 설계 툴(1210)에 의한 셀들의 배치 및 라우팅 결과 등을 표시할 수 있다. The input/output device 1300 controls user input and output from user interface devices. For example, the input/output device 1300 may include a keyboard or a monitor to receive a netlist file or the like for designing a semiconductor device. For example, the input/output device 1300 may display a result of arrangement and routing of cells by the design tool 1210 .

스토리지 장치(1400)는 설계 시스템(1000)의 저장 매체(Storage Medium)로서 제공된다. 스토리지 장치(1400)는 응용 프로그램들(Application Program), 운영 체제 이미지(OS Image) 및 각종 데이터를 저장할 수 있다. 스토리지 장치(1400)는 메모리 카드(MMC, eMMC, SD, MicroSD 등)나 하드디스크 드라이브(HDD)로 제공될 수도 있다. 스토리지 장치(1400)는 대용량의 저장 능력을 가지는 낸드 플래시 메모리(NAND-type Flash memory)를 포함할 수 있다. 또는, 스토리지 장치(1400)는 PRAM, MRAM, ReRAM, FRAM 등의 차세대 불휘발성 메모리나 NOR 플래시 메모리를 포함할 수도 있다.The storage device 1400 is provided as a storage medium of the design system 1000 . The storage device 1400 may store application programs, an operating system image, and various data. The storage device 1400 may be provided as a memory card (MMC, eMMC, SD, MicroSD, etc.) or a hard disk drive (HDD). The storage device 1400 may include a NAND-type flash memory having a large storage capacity. Alternatively, the storage device 1400 may include a next-generation nonvolatile memory such as PRAM, MRAM, ReRAM, or FRAM, or NOR flash memory.

시스템 인터커넥터(1500)는 설계 시스템(1000)의 내부에서 네트워크를 제공하기 위한 시스템 버스(System Bus)일 수 있다. 시스템 인터커넥터(1500)를 통해서 CPU(1100), 워킹 메모리(1200), 입출력 장치(1300), 및 스토리지 장치(1400)가 전기적으로 연결되고 상호 데이터를 교환할 수 있다. The system interconnector 1500 may be a system bus for providing a network inside the design system 1000 . The CPU 1100 , the working memory 1200 , the input/output device 1300 , and the storage device 1400 may be electrically connected to each other and exchange data through the system interconnector 1500 .

도 16은 도 15의 설계 시스템에 의한 반도체 장치의 설계 방법의 예시적인 순서도이다. 도 16의 단계들은 도 15의 설계 시스템(1000)에 의하여 수행될 수 있다. 도 16의 단계들은 도 15의 설계 툴(1210)을 이용하여 수행될 수 있다.16 is an exemplary flowchart of a method of designing a semiconductor device by the design system of FIG. 15 . The steps of FIG. 16 may be performed by the design system 1000 of FIG. 15 . The steps of FIG. 16 may be performed using the design tool 1210 of FIG. 15 .

S110 단계에서, 설계 시스템(1000)은 파워 게이팅 셀들(PGC)의 개수를 결정할 수 있다. 파워 게이팅 셀들(PGC)의 개수는 반도체 장치의 전체 영역에 대한 파워 게이팅 셀들(PGC)의 면적의 비율을 고려하여 결정될 수 있다. 일례로, 해당 비율은 4% 내외 또는 3% 내외일 수 있다.In operation S110 , the design system 1000 may determine the number of power gating cells PGC. The number of power gating cells PGC may be determined in consideration of a ratio of an area of the power gating cells PGC to the entire area of the semiconductor device. For example, the ratio may be about 4% or about 3%.

S120 단계에서, 설계 시스템(1000) 파워 게이팅 셀들(PGC) 사이의 간격을 결정할 수 있다. 일례로, 간격은 상술된 제1 간격(D1)일 수 있다. 일례로, 라인 저항에 따른 전압 강하를 고려하기 위하여, 파워 게이팅 셀들(PGC) 사이의 간격은 표준 셀들과 파워 게이팅 셀들(PGC) 사이의 최대 거리를 고려하여 결정될 수 있다. 일례로, 파워 게이팅 셀들(PGC)이 웰-탭 또는 기판-탭의 기능을 겸하는 경우, 파워 게이팅 셀들(PGC) 사이의 간격은 탭과 표준 셀들 사이의 최대 거리를 고려하여 결정될 수 있다. 일례로, 탭 셀 또는 파워 게이팅 셀(PGC)과 표준 셀 사이의 최대 거리가 100㎛ 이내일 것이 요구될 수 있다.In operation S120 , the design system 1000 may determine an interval between the power gating cells PGC. For example, the interval may be the above-described first interval D1. For example, in order to consider a voltage drop according to line resistance, the spacing between the power gating cells PGC may be determined in consideration of the maximum distance between the standard cells and the power gating cells PGC. For example, when the power gating cells PGC also function as a well-tap or a substrate-tap, the spacing between the power gating cells PGC may be determined in consideration of the maximum distance between the tap and the standard cells. For example, it may be required that the maximum distance between the tap cell or the power gating cell (PGC) and the standard cell be within 100 μm.

S130 단계에서, 설계 시스템(1000)은 파워 게이팅 셀들(PGC)을 배치할 수 있다. 파워 게이팅 셀들(PGC)은 S110 단계에서 결정된 파워 게이팅 셀들(PGC)의 개수 및 S120 단계에서 결정된 파워 게이팅 셀들(PGC) 사이의 거리에 따라 배치될 수 있다. 그리고, 파워 게이팅 셀들(PGC)은 도 1과 같이, 제4 방향(DR4)으로 배열될 수 있다.In operation S130 , the design system 1000 may arrange the power gating cells PGC. The power gating cells PGC may be arranged according to the number of power gating cells PGC determined in step S110 and a distance between the power gating cells PGC determined in step S120 . In addition, the power gating cells PGC may be arranged in the fourth direction DR4 as shown in FIG. 1 .

S140 단계에서, 설계 시스템(1000)은 파워 게이팅 셀들(PGC)의 개수가 제1 기준 개수(R1)보다 큰지 판단할 수 있다. 제1 기준 개수(R1)는 반도체 장치에서 요구되는 파워 게이팅 셀들(PGC)의 개수의 상한일 수 있다. 파워 게이팅 셀들(PGC)의 개수가 제1 기준 개수(R1)보다 큰 경우, S145 단계가 진행된다. 파워 게이팅 셀들(PGC)의 개수가 제1 기준 개수(R1)보다 크지 않은 경우, S150 단계가 진행된다.In operation S140 , the design system 1000 may determine whether the number of power gating cells PGC is greater than the first reference number R1 . The first reference number R1 may be an upper limit of the number of power gating cells PGC required in the semiconductor device. When the number of power gating cells PGC is greater than the first reference number R1, step S145 is performed. When the number of power gating cells PGC is not greater than the first reference number R1, step S150 is performed.

S145 단계에서, 설계 시스템(1000)은 파워 게이팅 셀들(PGC)의 개수가 과도한 것으로 판단하여, 파워 게이팅 셀들(PGC)의 일부를 탭 셀들(TPC)로 대체할 수 있다. 일레로, 대체 결과는 도 8 또는 도 14의 파워 게이팅 셀들(PGC) 및 탭 셀들(TPC)의 배치와 같을 수 있다. S145 단계는 파워 게이팅 셀들(PGC)의 개수가 제1 기준 개수(R1)보다 크지 않을 때까지 반복될 수 있다.In operation S145 , the design system 1000 may determine that the number of power gating cells PGC is excessive, and may replace some of the power gating cells PGC with tap cells TPC. For example, the replacement result may be the same as the arrangement of the power gating cells PGC and the tap cells TPC of FIG. 8 or 14 . Step S145 may be repeated until the number of power gating cells PGC is not greater than the first reference number R1.

S150 단계에서, 설계 시스템(1000)은 파워 게이팅 셀들(PGC)의 개수가 제2 기준 개수(R2)보다 작은지 판단할 수 있다. 제2 기준 개수(R2)는 반도체 장치에서 요구되는 파워 게이팅 셀들(PGC)의 개수의 하한일 수 있다. 제1 기준 개수(R1) 및 제2 기준 개수(R2)는 같거나 다를 수 있다. 파워 게이팅 셀들(PGC)의 개수가 제2 기준 개수(R2)보다 작은 경우, S155 단계가 진행된다. 파워 게이팅 셀들(PGC)의 개수가 제2 기준 개수(R2)보다 작지 않은 경우, 설계 시스템(1000)은 파워 게이팅 셀들(PGC)의 개수가 적절한 것으로 판단하여 파워 게이팅 셀들(PGC)의 배치를 종료할 수 있다.In operation S150 , the design system 1000 may determine whether the number of power gating cells PGC is smaller than the second reference number R2 . The second reference number R2 may be a lower limit of the number of power gating cells PGC required in the semiconductor device. The first reference number R1 and the second reference number R2 may be the same or different. When the number of power gating cells PGC is smaller than the second reference number R2, step S155 is performed. When the number of power gating cells PGC is not smaller than the second reference number R2, the design system 1000 determines that the number of power gating cells PGC is appropriate and ends the arrangement of the power gating cells PGC. can do.

S155 단계에서, 설계 시스템(1000)은 파워 게이팅 셀들(PGC)의 개수가 적은 것으로 판단하여, 파워 게이팅 셀들(PGC) 사이의 간격을 줄일 수 있다. 일례로, 간격은 상술된 제1 간격(D1)일 수 있다. 파워 게이팅 셀들(PGC) 사이의 간격을 감소시킴에 따라, 파워 게이팅 셀들(PGC)과 표준 셀 사이의 최대 거리가 감소하고, 전압 강하에 의한 표준 셀들의 비정상적인 동작이 개선될 수 있다. S155 단계 이후, 파워 게이팅 셀들(PGC)의 개수가 기준 범위를 만족할 때까지 S130 내지 S155 단계가 반복될 수 있다.In operation S155 , the design system 1000 may determine that the number of power gating cells PGC is small, and thus may reduce an interval between the power gating cells PGC. For example, the interval may be the above-described first interval D1. As the distance between the power gating cells PGC is reduced, the maximum distance between the power gating cells PGC and the standard cell may be reduced, and abnormal operation of the standard cells due to voltage drop may be improved. After step S155, steps S130 to S155 may be repeated until the number of power gating cells PGC satisfies the reference range.

위에서 설명한 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 예들이다. 본 발명에는 위에서 설명한 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경하거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들도 포함될 것이다. 또한, 본 발명에는 상술한 실시 예들을 이용하여 앞으로 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다.The contents described above are specific examples for carrying out the present invention. The present invention will include not only the above-described embodiments, but also simple design changes or easily changeable embodiments. In addition, the present invention will also include techniques that can be easily modified and implemented in the future using the above-described embodiments.

100, 200, 300: 반도체 장치 STC: 표준 셀
PGC: 파워 게이팅 셀 TPC: 탭 셀
1000: 반도체 장치의 설계 시스템
100, 200, 300: semiconductor device STC: standard cell
PGC: power gating cell TPC: tap cell
1000: design system of a semiconductor device

Claims (10)

제1 방향으로 배열되고, 제2 방향으로 연장되는 제1 파워 공급 라인들;
상기 제2 방향으로 배열되고, 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 파워 공급 라인들;
각각이 상기 제1 파워 공급 라인들 중 하나 및 상기 제2 파워 공급 라인들 중 적어도 2개에 연결되는 파워 게이팅 스위치들;
각각이 상기 제1 파워 공급 라인들 중 하나 또는 상기 제2 파워 공급 라인들 중 하나에 연결되는 탭들을 포함하되,
상기 파워 게이팅 스위치들 중 제1 파워 게이팅 스위치와 가장 가까운 파워 게이팅 스위치는 제2 파워 게이팅 스위치이고, 상기 탭들 중 상기 제1 파워 게이팅 스위치와 가장 가까운 탭은 제1 탭이고, 상기 제2 파워 게이팅 스위치 및 상기 제1 탭 중 적어도 하나는 상기 제1 파워 게이팅 스위치로부터 상기 제1 및 제2 방향들과 다른 제3 방향으로 이격되는 반도체 장치.
first power supply lines arranged in a first direction and extending in a second direction;
second power supply lines arranged in the second direction and extending in the first direction;
power gating switches each connected to one of the first power supply lines and at least two of the second power supply lines;
each comprising tabs connected to one of the first power supply lines or one of the second power supply lines;
Among the power gating switches, a power gating switch closest to a first power gating switch is a second power gating switch, a tap closest to the first power gating switch among the taps is a first tap, and the second power gating switch and at least one of the first tabs is spaced apart from the first power gating switch in a third direction different from the first and second directions.
제1 항에 있어서,
상기 제2 파워 공급 라인들을 통하여 전달되는 공급 전압에 기초하여 동작하는 논리 회로를 더 포함하되,
상기 파워 게이팅 스위치들은, 게이트 제어 신호 및 상기 제1 파워 공급 라인들로부터 수신된 전원 전압에 기초하여, 상기 공급 전압을 상기 제2 파워 공급 라인들로 출력하는 반도체 장치.
According to claim 1,
a logic circuit operative based on a supply voltage delivered through the second power supply lines;
The power gating switches output the supply voltage to the second power supply lines based on a gate control signal and a power supply voltage received from the first power supply lines.
제2 항에 있어서,
상기 제1 방향으로 배열되고, 상기 제2 방향으로 연장되는 제3 파워 공급 라인들을 더 포함하고,
상기 논리 회로는 상기 제3 파워 공급 라인들을 통하여 전달되는 접지 전압에 기초하여 동작하는 반도체 장치.
3. The method of claim 2,
and third power supply lines arranged in the first direction and extending in the second direction,
The logic circuit operates based on a ground voltage transmitted through the third power supply lines.
제2 항에 있어서,
상기 파워 게이팅 스위치들 각각은,
상기 제1 파워 공급 라인들 중 하나에 연결되는 제1 확산 영역;
상기 제2 파워 공급 라인들 중 하나에 연결되는 제2 확산 영역;
상기 게이트 제어 신호를 수신하는 게이트 패턴; 및
상기 제1 확산 영역과 다른 타입으로 도핑되고, 상기 제1 파워 공급 라인들 중 하나에 연결되는 제3 확산 영역을 포함하는 반도체 장치.
3. The method of claim 2,
Each of the power gating switches,
a first diffusion region coupled to one of the first power supply lines;
a second diffusion region coupled to one of the second power supply lines;
a gate pattern for receiving the gate control signal; and
and a third diffusion region doped with a different type from the first diffusion region and connected to one of the first power supply lines.
제1 항에 있어서,
상기 파워 게이팅 스위치들 각각의 크기는 상기 탭들 각각의 크기보다 큰 반도체 장치.
According to claim 1,
A size of each of the power gating switches is greater than a size of each of the taps.
제1 항에 있어서,
상기 제1 탭은 상기 제3 방향으로 상기 제1 파워 게이팅 스위치 및 상기 제2 파워 게이팅 스위치 사이에 배치되는 반도체 장치.
According to claim 1,
The first tab is disposed between the first power gating switch and the second power gating switch in the third direction.
제1 항에 있어서,
상기 탭들 중 상기 제1 탭과 가장 가까운 제2 탭은 상기 제1 탭으로부터 상기 제3 방향으로 이격되고,
상기 제1 탭은 상기 제3 방향으로 상기 제1 파워 게이팅 스위치 및 상기 제2 탭 사이에 배치되는 반도체 장치.
According to claim 1,
a second tab closest to the first tab among the tabs is spaced apart from the first tab in the third direction;
The first tab is disposed between the first power gating switch and the second tab in the third direction.
제1 항에 있어서,
상기 제1 파워 게이팅 스위치는 상기 제3 방향으로 상기 제2 파워 게이팅 스위치 및 상기 제1 탭 사이에 배치되는 반도체 장치.
According to claim 1,
The first power gating switch is disposed between the second power gating switch and the first tab in the third direction.
제1 파워 게이팅 스위치;
상기 제1 파워 게이팅 스위치로부터 제1 방향으로 가장 가까운 파워 게이팅 스위치이고, 상기 제1 파워 게이팅 스위치로부터 제1 간격을 갖도록 이격되는 제2 파워 게이팅 스위치;
상기 제1 파워 게이팅 스위치로부터 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 가장 가까운 파워 게이팅 스위치이고, 상기 제1 파워 게이팅 스위치로부터 상기 제1 간격보다 작은 제2 간격을 갖도록 이격되는 제3 파워 게이팅 스위치;
상기 제1 파워 게이팅 스위치로부터 상기 제1 및 제2 방향들과 다른 제3 방향으로 가장 가까운 파워 게이팅 스위치이고, 상기 제1 파워 게이팅 스위치로부터 상기 제2 간격보다 작은 제3 간격을 갖도록 이격되는 제4 파워 게이팅 스위치;
상기 제1 파워 게이팅 스위치 및 상기 제2 파워 게이팅 스위치 사이에 배치되는 제1 탭;
상기 제1 파워 게이팅 스위치 및 상기 제3 파워 게이팅 스위치 사이에 배치되는 제2 탭; 및
상기 제1 파워 게이팅 스위치 및 상기 제4 파워 게이팅 스위치 사이에 배치되는 제3 탭을 포함하는 반도체 장치.
a first power gating switch;
a second power gating switch closest to the first power gating switch in a first direction and spaced apart from the first power gating switch to have a first interval;
A third power gating switch that is the closest power gating switch from the first power gating switch in a second direction perpendicular to the first direction, and is spaced apart from the first power gating switch to have a second interval smaller than the first interval ;
a fourth power gating switch closest to the first power gating switch in a third direction different from the first and second directions, and spaced apart from the first power gating switch to have a third interval smaller than the second interval power gating switch;
a first tab disposed between the first power gating switch and the second power gating switch;
a second tab disposed between the first power gating switch and the third power gating switch; and
and a third tab disposed between the first power gating switch and the fourth power gating switch.
제9 항에 있어서,
상기 제2 방향으로 연장되고, 상기 제1 내지 제4 파워 게이팅 스위치들 및 상기 제1 내지 제3 탭들로 제1 전압을 출력하는 제1 파워 공급 라인들;
상기 제1 방향으로 연장되고, 상기 제1 내지 제4 파워 게이팅 스위치들로부터 상기 제1 전압에 기초한 제2 전압을 입력 받는 제2 파워 공급 라인들을 더 포함하는 반도체 장치.

10. The method of claim 9,
first power supply lines extending in the second direction and outputting a first voltage to the first to fourth power gating switches and the first to third taps;
and second power supply lines extending in the first direction and receiving a second voltage based on the first voltage from the first to fourth power gating switches.

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