WO2013132841A1 - 半導体集積回路装置 - Google Patents

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中西 和幸
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    • H01L27/11803Masterslice integrated circuits using field effect technology
    • H01L27/11807CMOS gate arrays

Definitions

  • the present invention relates to a layout of a semiconductor integrated circuit device.
  • the present invention relates to a technique effective for suppressing latch-up while keeping the area of a semiconductor integrated circuit small.
  • Latch-up is a phenomenon in which a bipolar parasitic transistor is formed inside a semiconductor integrated circuit device, and the parasitic transistor has a thyristor structure. Therefore, the thyristor is turned on by a trigger such as a surge and an excessive current continues to flow. Say. This phenomenon will be described with reference to FIG.
  • FIG. 12 is a diagram showing a cross-sectional structure of a conventional semiconductor integrated circuit device.
  • An N-type well Wn1 and a P-type well Wp1 are formed on the P-type substrate Sp.
  • P-type diffusion regions Dpd1, Dps1, and polysilicon PO1 on the N-type well Wn1 form the drain, source, and gate of the P-type MOS transistor Tp1, respectively.
  • the substrate contact Dnn1 supplies the substrate potential of the P-type MOS transistor Tp1.
  • the substrate contact Dnn1 and the P-type diffusion region Dps1 which is the source of the P-type MOS transistor Tp1 are connected to the power supply potential VDD.
  • N-type diffusion regions Dnd1, Dns1, and polysilicon PO2 on the P-type well Wp1 form the drain, source, and gate of the N-type MOS transistor Tn1, respectively.
  • Substrate contact Dpp1 supplies the substrate potential of N-type MOS transistor Tn1.
  • the substrate contact Dpp1 and the N-type diffusion region Dns1 which is the source of the N-type MOS transistor Tn1 are connected to the ground potential VSS.
  • a P-type parasitic bipolar transistor Bp1 and an N-type parasitic bipolar transistor Bn1 are generated.
  • the node N2 is kept at the power supply potential VDD by the substrate contact Dnn1.
  • Node N1 is held at ground potential VSS by substrate contact Dpp1.
  • each of the P-type parasitic bipolar transistor Bp1 and the N-type parasitic bipolar transistor Bn1 is connected to the base of the bipolar transistor.
  • no current flows through the N-type well Wn1, the P-type well Wp1, and the P-type substrate Sp without turning on the bipolar transistor.
  • substrate contact regions are regularly arranged in a transistor row in advance.
  • circuit elements necessary for the operation of the semiconductor integrated circuit are arranged in the remaining region of the transistor array other than the substrate contact region.
  • Contributes to logic operation of semiconductor integrated circuits such as decoupling capacitors that suppress power supply noise of semiconductor integrated circuits in substrate contact areas and areas other than circuit elements necessary for operation (hereinafter referred to as blank areas) Arrange the elements that do not.
  • Such a semiconductor integrated circuit device is generally known (see Patent Document 1).
  • a semiconductor integrated circuit device is also known in which a substrate contact region for preventing latch-up is provided in a blank region (see Patent Document 2).
  • the blank area is used as the substrate contact area, only the arrangement of the substrate contact area is given priority over the blank area. For this reason, the number of decoupling capacitance elements is extremely reduced, and there is a problem that another adverse effect such as deterioration in power supply noise resistance occurs.
  • the present invention can secure a large number of substrate contact regions without increasing the area of the entire semiconductor integrated circuit and without significantly reducing the decoupling capacitance elements.
  • An object of the present invention is to provide a layout of a semiconductor integrated circuit device that enables reliable latch-up suppression.
  • a plurality of transistors that contribute to the logic operation, elements that do not contribute to the logic operation, and first, second, and third substrate contact regions that supply a substrate potential to the plurality of transistors are provided.
  • a semiconductor integrated circuit device is provided.
  • the semiconductor integrated circuit device is formed by arranging a plurality of transistor rows extending in the first direction side by side in a second direction orthogonal to the first direction.
  • Each of the plurality of transistor rows includes a plurality of transistors, an element that does not contribute to logic operation, a first substrate contact region, a second substrate contact region, a first substrate contact region, and a second substrate.
  • a third substrate contact region disposed between the contact regions.
  • Substrate contact regions are arranged in the second direction of the first substrate contact region and in the direction opposite to the second direction. Substrate contact regions are arranged in a second direction of the second substrate contact region and in a direction opposite to the second direction. In addition, the substrate contact region is not disposed in a region adjacent to the second direction of the third substrate contact region and the direction opposite to the second direction, and the first direction of the third substrate contact region Elements that do not contribute to the logic operation are arranged in a region adjacent to.
  • the substrate contact region can be secured and the latch-up can be suppressed without increasing the total area of the integrated circuit and without significantly reducing the elements that do not contribute to the logic operation.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a layout pattern of the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a layout pattern in which decoupling capacitance elements are arranged in the blank area of the semiconductor integrated circuit device of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a layout pattern of the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a layout pattern of the semiconductor integrated circuit device according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a layout pattern of the semiconductor integrated circuit device according to the third embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a layout pattern of the semiconductor integrated circuit device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a layout pattern of the semiconductor integrated circuit device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a layout pattern of the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a layout pattern in which decoupling capacitance elements are arranged
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a layout pattern of a semiconductor integrated circuit device showing another arrangement example of the substrate contacts according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of a layout pattern of the semiconductor integrated circuit device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of another layout pattern of the semiconductor integrated circuit device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of a layout pattern of the semiconductor integrated circuit device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 12 shows a cross-sectional structure of a conventional semiconductor integrated circuit device.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a layout pattern of the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a layout pattern in which decoupling capacitance elements are arranged in a blank area of the semiconductor integrated circuit device of FIG. .
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a layout pattern of the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment.
  • circuit elements are arranged in the first direction to form transistor rows 1a, 1b, 1c,.
  • the transistor arrays 1a, 1b, 1c,... are arranged in the second direction to form a semiconductor integrated circuit Ri.
  • the substrate contact regions Rc1, Rc2, and Rc3 each extend in the second direction, and the substrate contacts are aligned with the substrate contact regions Rc1, Rc2, and Rc3 in the second direction. It is formed. Further, in the present embodiment, the substrate contact regions Rc1, Rc2, and Rc3 are regularly arranged at equal intervals. In FIG. 1, the distance between the substrate contact regions Rc1, Rc2, and Rc3 is 2d (shown in FIG. 1), and the distance between the substrate contact regions in the first direction is equal.
  • substrate contacts Dnn1 and Dpp1 are formed, and substrate contacts (not shown) are also adjacent to the second direction. ) Is formed.
  • substrate contacts Dpp2 and Dnn2 are formed in regions adjacent to the direction opposite to the second direction.
  • the remaining regions other than the substrate contact regions Rc1, Rc2, and Rc3 are the circuit element arrangement regions Ra1 to Ra4 necessary for the operation of the semiconductor integrated circuit and the circuit element arrangement regions necessary for the operation. Regions (hereinafter, referred to as margin regions Rb1, Rb2, Rb3, Rb4, and Rb5).
  • Transistors that contribute to the logic operation are arranged in the circuit element arrangement regions Ra1 to Ra4 necessary for the operation.
  • the blank regions Rb1, Rb2, Rb3, Rb4, and Rb5 have a decoupling capacitor element, a filler cell, a repair transistor, and a potential fixing function (hereinafter referred to as a TIE function) that suppress power supply noise of the semiconductor integrated circuit.
  • transistors are also arranged in the transistor array.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a part of the transistor array 1a and the transistor array 1b of FIG. 1, and FIG. 3 is a schematic diagram of a layout pattern of the semiconductor integrated circuit device of the first embodiment.
  • the transistor array 1a has a pair of an N-type well Wn1 and a P-type well Wp1.
  • a P-type diffusion region is formed in the N-type well Wn1, and a P-type MOS transistor Tp1 is formed.
  • an N-type diffusion region is formed in the P-type well Wp1, and an N-type MOS transistor Tn1 is formed.
  • Both the P-type MOS transistor Tp1 and the N-type MOS transistor Tn1 are transistors that contribute to the logic operation.
  • the transistor array 1b has the same configuration.
  • transistors Tnc and Tpc functioning as decoupling capacitors that do not contribute to the operation of the semiconductor integrated circuit are formed in the blank regions Rb1 and Rb3 to Rb5 surrounded by dotted lines.
  • the blank area Rb2 remains an empty area.
  • an N-type diffusion region is formed in the N-type well Wn1, thereby forming a substrate contact Dnn1.
  • a P-type diffusion region is formed in the P-type well Wp1 to form a substrate contact Dpp1.
  • a P-type MOS transistor Tp1 or an N-type MOS transistor Tn1 that forms a circuit necessary for the operation of the semiconductor integrated circuit is arranged in a region other than the blank regions Rb1, Rb2 and the substrate contact region Rc2. .
  • the gate electrodes of the P-type MOS transistor Tp1 and the N-type MOS transistor Tn1 are connected in one transistor row, or the transistors arranged in the transistor row 1b. In some cases, the gates are not connected like Tp1a and transistor Tn1a.
  • a transistor Tnc or Tpc functioning as a decoupling capacitor is arranged in the blank area.
  • the blank area Rb1, Of Rb3 and Rb5 a transistor Tnc1 functioning as a decoupling capacitor and a substrate contact Dp1 are disposed as a pair on the P-type well Wp1 or P-type well Wp2.
  • the transistor Tpc1 functioning as a decoupling capacitor and the substrate contact Dn1 are disposed in pairs on the N-type wells Wn1 and Wn2.
  • the transistors Tnc and Tpc functioning as decoupling capacitors instead of disposing the transistors Tnc and Tpc functioning as decoupling capacitors, as shown in FIG. 3, a pair of a transistor functioning as a decoupling capacitor and a substrate contact is disposed. Therefore, since the substrate contact is arranged, the latch-up can be suppressed without increasing the area of the semiconductor integrated circuit. In addition, by mixing the decoupling capacitance element and the substrate contact region, a large number of substrate contact regions can be secured without significantly degrading the decoupling capacitance, and latch-up can be suppressed.
  • the area of the diffusion region forming the substrate contact Dn1 is different between the blank region Rb1 and the blank region Rb3.
  • the area of the diffusion region for forming the substrate contact can be adjusted as appropriate.
  • the substrate contact Dp1 is the same as Dn1.
  • substrate contacts Dnn2 and Dpp2 are formed in the first substrate region in the substrate contact region Rc2.
  • a substrate contact Dpp1 is formed in a region adjacent to the first substrate region in the second direction.
  • a substrate contact is formed in a region adjacent to the first substrate region in the direction opposite to the second direction (not shown).
  • the substrate contact region is arranged in a region adjacent to the first substrate contact region in the second direction and the direction opposite to the second direction.
  • the substrate contacts Dn1 and Dp1 are formed in the blank region Rb5, but the substrate contact region is arranged in a region adjacent to the blank region Rb5 in the second direction. It has not been.
  • a substrate contact region is not arranged in a region adjacent to the blank region Rb5 in the direction opposite to the second direction (not shown).
  • the blank area Rb5 becomes the third substrate contact area.
  • the blank area Rb1 and the blank area Rb3 are also substrate contact areas.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a layout pattern of the semiconductor integrated circuit device according to the second embodiment.
  • the transistor Tnc2 functioning as a decoupling capacitor is formed on the P-type well Wp2, and the decoupling capacitor is formed on the N-type well Wn2 as in FIG.
  • a pair of functioning transistor Tpc1 and substrate contact Dn1 is arranged.
  • the transistor functioning as a decoupling capacitor is formed of a CMOS transistor in this embodiment.
  • the substrate contact Dp1a formed on the P-type well Wp1 in the blank region Rb1 supplies the substrate potential to the adjacent N-type MOS transistor in the P-type well Wp2, and suppresses latch-up. Acts as a force. Therefore, the substrate contact region Dp1a is effective not only for the N-type MOS transistor Tnc1, but also for the N-type MOS transistor Tnc2 in the blank region Rb3. Therefore, it is not necessary to arrange the substrate contact region formed of the P-type diffusion region in the blank region Rb3. For example, only the substrate contact Dn1 formed of the N-type diffusion region may be disposed.
  • the substrate contact region in each blank region is necessary and sufficient in terms of latch-up restraining power, such as arranging the substrate contact region only on either the N-type well side or the P-type well side in the blank region.
  • latch-up restraining power such as arranging the substrate contact region only on either the N-type well side or the P-type well side in the blank region.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a layout pattern of the semiconductor integrated circuit device according to the third embodiment.
  • the substrate contacts Dp1 and Dn1 are arranged in a biased manner in the blank area Rb3.
  • the regions of the N-type MOS transistor Tnc1 and the P-type MOS transistor Tpc1 are large, the distance between the substrate contacts Dpp2, Dnn2 and the substrate contacts Dp1, Dn1 is widened, and the latch-up suppressing effect is partially reduced.
  • the substrate contacts Dp3 and Dn3 are arranged in the center of the blank area Rb3, and the CMOS transistors are respectively connected to the two N-type MOS transistors Tnc3 and the two P-type MOS transistors Tpc3. It is divided and arranged.
  • the blank area Rb1, the blank area Rb3, and the blank area Rb5 are substrate contact areas.
  • the latch-up can be reliably suppressed without reducing the decoupling capacitance by uniformly acting the latch-up suppressing effect from the substrate contact Dp3 or Dn3 in the blank area to the nearby CMOS transistor.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a layout pattern of the semiconductor integrated circuit device according to the fourth embodiment.
  • the layout pattern shown in FIG. 6 is different from the layout pattern of the first embodiment described with reference to FIG. 3 only in the margin area Rb3. Therefore, hereinafter, only the configuration of the blank area Rb3 will be described, and the other components will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
  • a P-type MOS transistor Tpc4 is formed on the P-type well Wp2 in the blank region Rb3, and an N-type MOS transistor Tnc4 is formed on the N-type well Wn2 in the blank region Rb3.
  • the P-type MOS transistor Tpc4 and the N-type MOS transistor Tnc4 have a function as a substrate contact in addition to a function of a decoupling capacitor.
  • the blank area Rb1 and the blank area Rb5 are substrate contact areas.
  • the decoupling capacitance and the substrate contact regions can be arranged at higher density in the blank area, and the latch-up can be more reliably suppressed without reducing the decoupling capacitance.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a layout pattern of the semiconductor integrated circuit device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 7 is obtained by changing the blank areas Rb1, Rb2, Rb3, and Rb5 in FIG. Therefore, about another structure, the same code
  • the P-type MOS transistor Tpr and the N-type MOS transistor Tnr arranged in the blank area Rb1 are repair transistors. That is, it is a spare element that is prepared for correction when an operation failure or the like of the integrated circuit occurs, and normally does not contribute to the logic operation of the integrated circuit.
  • the repair transistor is either fixed in potential or in a floating state when correction is not required.
  • the blank area Rb2 is an empty area, but as shown in FIG. 7, only the gate 11 is arranged and used as a dummy gate arrangement area. Further, in the empty space, not only the gate but also a gate may be disposed on the diffusion, and a dummy transistor (dummy transistor) may be disposed.
  • the configuration of this dummy transistor is the same as that of the N-type MOS transistor Tn1 or P-type MOS transistor Tp1, except that it does not contribute to the logic operation of the semiconductor integrated circuit in the floating state.
  • the P-type MOS transistor Tpt and the N-type MOS transistor Tnt in the blank area Rb3 have a function of indirectly connecting a transistor having a TIE function, that is, a power supply potential or a ground potential and another node in the integrated circuit. .
  • P-type MOS transistor Tpt and N-type MOS transistor Tnt do not contribute to the logic operation of the semiconductor integrated circuit.
  • the P-type diffusion region Dpd and the N-type diffusion region Dnd in the blank region Rb5 are antenna diodes.
  • the antenna diode is connected from the wiring layer so that the excessively charged electric charge in the wiring layer does not damage the elements of the integrated circuit, and has a function of releasing the charge, and similarly does not contribute to the logic operation of the integrated circuit.
  • the N-type MOS transistor Tnc1 in the blank region Rb5 is a decoupling capacitance element and does not contribute to the logic operation of the integrated circuit.
  • a blank area is obtained as long as the element does not contribute to the logical operation of the integrated circuit, such as a repair transistor, a transistor having a TIE function, or an antenna diode, or a combination thereof, as well as a decoupling capacitor element.
  • the element does not contribute to the logical operation of the integrated circuit, such as a repair transistor, a transistor having a TIE function, or an antenna diode, or a combination thereof, as well as a decoupling capacitor element.
  • the blank area Rb1, the blank area Rb3, and the blank area Rb5 are substrate contact areas.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of a layout pattern of the semiconductor integrated circuit device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 9 shows an example in which the region where the substrate contact Dnn1 and the substrate contact Dpp1 in FIG. 3 are formed is replaced with the blank region Rb1 in FIG.
  • the transistor Tpc1 functioning as a decoupling capacitor is arranged on the left side of the substrate contact Dn1.
  • a transistor Tnc1 functioning as a decoupling capacitor is arranged on the left side of the substrate contact Dp1.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of another layout pattern of the semiconductor integrated circuit device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 10 shows an example in which the region where the substrate contact Dnn2 and the substrate contact Dpp2 in FIG. 3 are formed is replaced with a blank region Rb5 in FIG.
  • the transistor Tpc1 functioning as a decoupling capacitor is arranged on the right side of the substrate contact Dn1.
  • a transistor Tnc1 functioning as a decoupling capacitor is arranged on the left side of the substrate contact Dp1.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of another layout pattern of the semiconductor integrated circuit device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 11 shows an example in which the region where the substrate contact Dnn2 and the substrate contact Dpp2 in FIG. 3 are formed is replaced with a blank region Rb3 in FIG.
  • the transistor Tpc3 functioning as a decoupling capacitor is arranged on both sides of the substrate contact Dn3.
  • a transistor Tnc3 functioning as a decoupling capacitor is arranged on both sides of the substrate contact Dp3.
  • the substrate contact region Rc2 may include a transistor that does not participate in the operation in addition to the substrate contact.
  • a repair transistor as indicated by Rb1 in FIG. 7 may be disposed as an element not involved in the operation.
  • An antenna diode Dnd as shown by Rb5 in FIG. 7 may be arranged.
  • the substrate contacts are arranged in the substrate contact region Rc2.
  • every other contact may be arranged or a part thereof may be thinned out.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a layout pattern of a semiconductor integrated circuit device showing another arrangement example of the substrate contacts of the present embodiment. As shown in FIG. 8, it is not always necessary to lay substrate contacts on all transistor rows.

Abstract

 半導体集積回路全体の面積を増大させることなく、またデカップリング容量素子を大幅に減少させることなく、多くの基板コンタクト領域を確保し、より確実なラッチアップ抑制を可能にする半導体集積回路装置のレイアウトを提供する。余白領域のうち、P型ウェル上には、デカップリング容量として機能しているトランジスタと、基板コンタクトをペアとして配置する。また、余白領域のうち、N型ウェル上には、デカップリング容量として機能しているトランジスタと、基板コンタクトをペアとして配置する。

Description

半導体集積回路装置
 本発明は、半導体集積回路装置のレイアウトに関するものである。特に、半導体集積回路の面積を小さく抑えつつ、ラッチアップの抑制に対して有効な技術に関する。
 近年、半導体集積回路装置の製造プロセスにおいてパターンの微細化が進展するに伴い、ラッチアップが大きな問題となっている。ラッチアップとは、半導体集積回路装置内部にバイポーラ型の寄生トランジスタが形成され、該寄生トランジスタがサイリスタ構造になることから、サージ等のトリガによって該サイリスタがオンして過大な電流が流れ続ける現象をいう。この現象について図12を用いて説明する。
 図12は、従来の半導体集積回路装置の断面構造を示す図である。P型基板Spの上にN型ウェルWn1とP型ウェルWp1が形成されている。N型ウェルWn1上のP型拡散領域Dpd1、Dps1、ポリシリコンPO1が、P型MOSトランジスタTp1のドレイン、ソース、ゲートをそれぞれ形成している。基板コンタクトDnn1は、P型MOSトランジスタTp1の基板電位を供給する。基板コンタクトDnn1とP型MOSトランジスタTp1のソースであるP型拡散領域Dps1は、電源電位VDDに接続されている。P型ウェルWp1上のN型拡散領域Dnd1、Dns1、ポリシリコンPO2が、N型MOSトランジスタTn1のドレイン、ソース、ゲートをそれぞれ形成している。基板コンタクトDpp1は、N型MOSトランジスタTn1の基板電位を供給する。基板コンタクトDpp1と、N型MOSトランジスタTn1のソースであるN型拡散領域Dns1は、接地電位VSSに接続されている。
 従来の半導体集積回路には、P型寄生バイポーラトランジスタBp1およびN型寄生バイポーラトランジスタBn1が発生している。しかしながら、基板コンタクトDnn1によってノードN2が電源電位VDDに保たれている。基板コンタクトDpp1によってノードN1が接地電位VSSに保たれている。さらに、P型寄生バイポーラトランジスタBp1およびN型寄生バイポーラトランジスタBn1のそれぞれが該バイポーラトランジスタのベースにつながっている。よって、バイポーラトランジスタがオンすることなく、N型ウェルWn1、P型ウェルWp1およびP型基板Spには、通常、電流は流れない。
 ところが、サージ、基板ノイズなどの外乱によって電流IがP型基板Sp内に強制的に流れた時、ノードN1に電流が流れる。ノードN1の電位が上昇し、N型寄生バイポーラトランジスタBn1がオンする。そして、ノードN2に電流が流れ、ノードN2の電位が低下する。すると、P型寄生バイポーラトランジスタBp1もオンし、ノードN1へ電流が流れ続ける。このような半導体集積回路内部に大電流が流れ続ける現象をラッチアップと呼び、ラッチアップはCMOS動作に必要な素子の破壊を招く恐れがある。
 ラッチアップを抑制する手段として、基板コンタクトをできるだけ多く確保することによってノードN1の電位上昇およびノードN2の電位低下を抑える方法がある。別の方法として、基板コンタクト領域とCMOSトランジスタの拡散領域の間隔dを小さくすることで、抵抗を小さくし、仮に電流が流れた場合でもノードN1の電位上昇およびノードN2の電位低下を小さくする方法がある。
 従来の半導体集積回路では、トランジスタ列に基板コンタクト領域をあらかじめ規則的に配置しておく。次に、トランジスタ列のうち、基板コンタクト領域が配置された以外の残りの領域に、半導体集積回路の動作に必要な回路素子を配置していく。基板コンタクト領域と動作に必要な回路素子が配置された以外の領域(以下、余白領域と表す)に、半導体集積回路の電源ノイズを抑制するデカップリング容量素子などの半導体集積回路の論理動作に寄与しない素子を配置する。別の方法としては、余白領域には、何も配置しない方法がある。このような半導体集積回路装置が一般的に知られている(特許文献1を参照)。
 また、余白領域にラッチアップを防止するための基板コンタクト領域を設ける半導体集積回路装置も知られている(特許文献2を参照)。
米国登録特許6560753号明細書 特開平11-026590号公報
 しかしながら、従来の半導体集積回路では、基板コンタクトを配置する領域を増やすと、基板コンタクト領域の面積が全体に占める割合が大きくなり、半導体集積回路全体の面積が増大してしまうという課題があった。
 また、余白領域を基板コンタクト領域として活用した場合、余白領域に対して基板コンタクト領域の配置ばかりを優先してしまう。そのためデカップリング容量素子の配置数が極端に少なくなり、電源ノイズ耐性が悪化するといった別の弊害が起こるという課題がある。
 上記の問題に鑑み、本発明は、半導体集積回路全体の面積を増大させることなく、かつ、デカップリング容量素子を大幅に減少させることなく、多くの基板コンタクト領域を確保することができる。確実なラッチアップ抑制を可能にする半導体集積回路装置のレイアウトを提供することを目的とする。
 本発明の半導体集積回路装置では、論理動作に寄与する複数のトランジスタと、論理動作に寄与しない素子と、複数のトランジスタに基板電位を供給する第1、第2および第3の基板コンタクト領域とを備えた、半導体集積回路装置である。そして、半導体集積回路装置は、第1の方向に延在する複数のトランジスタ列が、第1の方向と直交する第2の方向に並んで配置されて形成されている。また、複数のトランジスタ列の各々は、複数のトランジスタと、論理動作に寄与しない素子と、第1の基板コンタクト領域と、第2の基板コンタクト領域と、第1の基板コンタクト領域と第2の基板コンタクト領域の間に配置される第3の基板コンタクト領域とを有している。第1の基板コンタクト領域の第2の方向および第2の方向と反対の方向に基板コンタクト領域が配置されている。第2の基板コンタクト領域の第2の方向および第2の方向と反対の方向に基板コンタクト領域が配置されている。また、第3の基板コンタクト領域の第2の方向および第2の方向と反対の方向に隣接する領域には、基板コンタクト領域が配置されておらず、第3の基板コンタクト領域の第1の方向に隣接する領域には、論理動作に寄与しない素子が配置されている。
 本発明の半導体集積回路装置によると、集積回路全体の面積を増大させることなく、論理動作に寄与しない素子を大幅に減少させることなく、基板コンタクト領域を確保でき、ラッチアップを抑制できる。
図1は、第1の実施形態の半導体集積回路装置のレイアウトパターンの概略図である。 図2は、図1の半導体集積回路装置の余白領域にデカップリング容量素子を配置したレイアウトパターンの概略図である。 図3は、第1の実施形態の半導体集積回路装置のレイアウトパターンの概略図である。 図4は、第2の実施形態の半導体集積回路装置のレイアウトパターンの概略図である。 図5は、第3の実施形態の半導体集積回路装置のレイアウトパターンの概略図である。 図6は、第4の実施形態の半導体集積回路装置のレイアウトパターンの概略図である。 図7は、第5の実施形態の半導体集積回路装置のレイアウトパターンの概略図である。 図8は、本実施形態の基板コンタクトの別の配置例を示す半導体集積回路装置のレイアウトパターンの概略図である。 図9は、第6の実施形態の半導体集積回路装置のレイアウトパターンの概略図である。 図10は、第6の実施形態の半導体集積回路装置の別のレイアウトパターンの概略図である。 図11は、第6の実施形態の半導体集積回路装置のレイアウトパターンの概略図である。 図12は、従来の半導体集積回路装置の断面構造を示す図である。
 (第1の実施形態)
 以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
 図1は第1の実施施形態の半導体集積回路装置のレイアウトパターンの概略図で、図2は図1の半導体集積回路装置の余白領域にデカップリング容量素子を配置したレイアウトパターンの概略図である。また、図3は本第1の実施形態の半導体集積回路装置のレイアウトパターンの概略図である。
 図1に示す通り、第1の方向に、回路素子が配置され、各トランジスタ列1a、1b、1c・・が形成されている。トランジスタ列1a、1b、1c・・が第2の方向に並んで配置され、半導体集積回路Riが形成されている。また、半導体集積回路Riのうち、基板コンタクト領域Rc1、Rc2、Rc3はそれぞれ第2の方向に延在しており、基板コンタクト領域Rc1、Rc2、Rc3に、第2の方向に並んで基板コンタクトが形成される。また、基板コンタクト領域Rc1、Rc2、Rc3は、本実施形態では、等間隔に規則的に配置されている。図1において、基板コンタクト領域Rc1、Rc2、Rc3の間隔は2d(図1に図示する)で、各基板コンタクト領域の第1の方向の間隔は、等間隔である。
 例えば、基板コンタクト領域Rc2のうち、トランジスタ列1a(以下、第1の基板領域)では、基板コンタクトDnn1、Dpp1が形成されており、第2の方向に隣接するよう域にも基板コンタクト(図示せず)が形成されている。第2の方向と逆の方向に隣接する領域には、基板コンタクトDpp2、Dnn2が形成されている。
 図1における基板コンタクト領域Rc1、Rc2についても同様である。
 そして、半導体集積回路Riのうち、基板コンタクト領域Rc1、Rc2、Rc3以外の残りの領域は、半導体集積回路の動作に必要な回路素子配置領域Ra1~Ra4と、動作に必要な回路素子配置領域以外の領域(以下、余白領域Rb1、Rb2、Rb3、Rb4、Rb5と表す)とに分類される。
 動作に必要な回路素子配置領域Ra1~Ra4には、論理動作に寄与するトランジスタ(図示せず)が配置される。そして、余白領域Rb1、Rb2、Rb3、Rb4、Rb5には、半導体集積回路の電源ノイズを抑制するデカップリング容量素子、フィラーセル、リペア用トランジスタ、電位固定機能(以下、TIE機能と表す)を有するトランジスタ、あるいはアンテナダイオードなど、半導体集積回路の論理動作に寄与しない素子を配置するか、あるいは何も配置しなかったり、ダミーのトランジスタを配置したり、ゲートのみを配置したりしている。
 なお、上記の説明からも明らかなように、トランジスタ列には、トランジスタ以外の素子も並んでいる。
 次に、図2、図3を用いて、余白領域Rbの構成について詳細に説明する。図2は、図1のトランジスタ列1aおよびトランジスタ列1bの一部を示す図であり、図3は、第1の実施形態の半導体集積回路装置のレイアウトパターンの概略図である。図2において、トランジスタ列1aは、N型ウェルWn1およびP型ウェルWp1を一対としている。N型ウェルWn1にはP型拡散領域が形成され、P型MOSトランジスタTp1が形成されている。また、P型ウェルWp1にはN型拡散領域が形成され、N型MOSトランジスタTn1が形成されている。P型MOSトランジスタTp1およびN型MOSトランジスタTn1はいずれも論理動作に寄与するトランジスタである。トランジスタ列1bも同様の構成である。図2においては、点線で囲んで示している余白領域Rb1、Rb3~Rb5に半導体集積回路の動作に寄与しないデカップリング容量として機能するトランジスタTnc、Tpcが形成されている。余白領域Rb2は空領域のままになっている。
 また、トランジスタ列1aにおける基板コンタクト領域Rc2のうち、N型ウェルWn1にはN型拡散領域が形成され、基板コンタクトDnn1を形成している。また、トランジスタ列1aにおける基板コンタクト領域Rc2のうち、P型ウェルWp1にはP型拡散領域が形成され、基板コンタクトDpp1を形成している。トランジスタ列1aにおいては、余白領域Rb1、Rb2、基板コンタクト領域Rc2以外の領域には、半導体集積回路の動作に必要な回路を形成するP型MOSトランジスタTp1またはN型MOSトランジスタTn1が配置されている。なお、1つのトランジスタ列内で、P型MOSトランジスタTp1およびN型MOSトランジスタTn1(論理動作に寄与するトランジス)のゲート電極がつながっている場合もあれば、トランジスタ列1b内に配置されているトランジスタTp1aおよびトランジスタTn1aのようにゲートがつながっていない場合もある。
 一般的には図2に示すように、余白領域にはデカップリング容量として機能するトランジスタTncまたはTpcを配置しているが、第1の実施形態では、図3に示すように、余白領域Rb1、Rb3、Rb5のうち、P型ウェルWp1またはP型ウェルWp2上には、デカップリング容量として機能しているトランジスタTnc1と、基板コンタクトDp1をペアとして配置している。また、余白領域Rb1、Rb3、Rb5のうち、N型ウェルWn1,Wn2上には、デカップリング容量として機能しているトランジスタTpc1と、基板コンタクトDn1をペアとして配置している。
 なお、余白領域Rb1、Rb3、Rb5以外の構成は図2と同様であるため同じ符号を付して説明を省略する。
 つまり、第1の実施形態では、デカップリング容量として機能しているトランジスタTnc、Tpcを配置する代わりに、図3に示すように、デカップリング容量として機能するトランジスタと基板コンタクトとのペアを配置しているので、基板コンタクトを配置するため半導体集積回路の面積を増大させることがなくラッチアップの抑制ができる。またデカップリング容量素子と基板コンタクト領域を混在することによって、デカップリング容量を大幅に損なうことなく基板コンタクト領域を多く確保でき、ラッチアップを抑制できる。
 なお、図3を参照しながら説明した第1の実施形態では、余白領域Rb1と余白領域Rb3とでは、基板コンタクトDn1を形成する拡散領域の面積が異なっている。このように、必要な基板コンタクト領域を確保するために、適宜、基板コンタクトを形成する拡散領域の面積を調整することができる。基板コンタクトDp1についてもDn1と同様である。
 第1の実施形態では、例えば、図3に示す通り、基板コンタクト領域Rc2のうち、トランジスタ列1b(以下、第1の基板領域)では、基板コンタクトDnn2、Dpp2が形成されている。第1の基板領域の第2の方向に隣接する領域には基板コンタクトDpp1が形成されている。第1の基板領域の第2の方向と逆の方向に隣接する領域には、基板コンタクトが形成されている(図示せず)。つまり、第1の基板コンタクト領域の第2の方向および第2の方向と反対の方向に隣接する領域には、基板コンタクト領域が配置されている。
 基板コンタクト領域Rc1、Rc3(図1に示す)についても同様である。
 そして、図3に示すようにトランジスタ列1bにおいて、余白領域Rb5には基板コンタクトDn1、Dp1が形成されているが、余白領域Rb5の第2の方向に隣接する領域には、基板コンタクト領域は配置されていない。余白領域Rb5の第2の方向と逆の方向に隣接する領域にも、基板コンタクト領域は配置されていない(図示せず)。例えば、図3では、余白領域Rb5が第3の基板コンタクト領域となる。なお、余白領域Rb1、余白領域Rb3も基板コンタクト領域である。
 (第2の実施形態)
 次に第2の実施形態について図4を参照しながら説明する。図4は第2の実施形態の半導体集積回路装置のレイアウトパターンの概略図である。図4に示すレイアウトパターンと、図3を参照しながら説明した第1の実施形態のレイアウトパターンとで異なる点は、余白領域Rb3だけである。よって、以下、余白領域Rb3の構成についてのみ説明し、その他の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
 図4に示す通り、余白領域Rb3のうち、P型ウェルWp2上には、デカップリング容量として機能するトランジスタTnc2のみが形成され、N型ウェルWn2上は、図3と同様に、デカップリング容量として機能するトランジスタTpc1と基板コンタクトDn1のペアを配置している。なお、デカップリング容量として機能するトランジスタは、本実施形態ではCMOSトランジスタで構成されている。
 この構成によると、余白領域Rb1内のP型ウェルWp1上に形成された基板コンタクトDp1aは、P型ウェルWp2内の隣接するN型MOSトランジスタに対して、基板電位を供給し、またラッチアップ抑止力として作用する。従って、基板コンタクト領域Dp1aは、N型MOSトランジスタTnc1に対してだけでなく、余白領域Rb3内のN型MOSトランジスタTnc2に対しても有効である。よって、余白領域Rb3内には、P型拡散領域で形成された基板コンタクト領域を配置する必要は少なく、例えば、N型拡散領域で形成された基板コンタクトDn1だけを配置しておけばよい。
 このように、余白領域にN型ウェル側、P型ウェル側のどちらか一方にのみ基板コンタクト領域を配置するなど、各余白領域内の基板コンタクト領域をラッチアップ抑止力の点で必要十分な箇所にのみ配置することによって、余白領域を活用しながら、デカップリング容量を最大限に確保し、基板コンタクト領域を多く確保でき、ラッチアップを抑制できる。
 (第3の実施形態)
 次に第3の実施形態について図5を参照しながら説明する。図5は第3の実施形態の半導体集積回路装置のレイアウトパターンの概略図である。図5に示すレイアウトパターンと、図3を参照しながら説明した第1の実施形態のレイアウトパターンとで異なる点は、余白領域Rb3だけである。よって、以下、余白領域Rb3の構成についてのみ説明し、その他の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
 図3を参照しながら説明した第1の実施形態は、基板コンタクトDp1、Dn1が、余白領域Rb3内に偏って配置されている。N型MOSトランジスタTnc1およびP型MOSトランジスタTpc1の領域が大きい場合に、基板コンタクトDpp2、Dnn2と、基板コンタクトDp1、Dn1との距離が広がり、ラッチアップ抑制効果が一部薄れてしまう。
 一方、第3の実施形態では図5に示す通り、基板コンタクトDp3、Dn3を余白領域Rb3内中央に配置し、CMOSトランジスタは、2つのN型MOSトランジスタTnc3および2つのP型MOSトランジスタTpc3にそれぞれ分割配置している。
 図5では、余白領域Rb1、余白領域Rb3、余白領域Rb5は、基板コンタクト領域である。
 このように、余白領域内の基板コンタクトDp3またはDn3から、付近のCMOSトランジスタへのラッチアップ抑制効果を均等に作用させることによって、デカップリング容量を減少させることなく、ラッチアップを確実に抑制できる。
 (第4の実施形態)
 次に第4の実施形態について図6を参照しながら説明する。図6は第4の実施形態の半導体集積回路装置のレイアウトパターンの概略図である。図6に示すレイアウトパターンと、図3を参照しながら説明した第1の実施形態のレイアウトパターンとで異なる点は、余白領域Rb3だけである。よって、以下、余白領域Rb3の構成についてのみ説明し、その他の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
 図6に示す半導体集積回路装置においては、余白領域Rb3のP型ウェルWp2上にP型MOSトランジスタTpc4が、余白領域Rb3のN型ウェルWn2上にN型MOSトランジスタTnc4が形成されている。この構成では、P型MOSトランジスタTpc4および、N型MOSトランジスタTnc4はデカップリング容量の機能に加え、基板コンタクトとしての機能も兼ねている。
 図6では、余白領域Rb1、余白領域Rb5は、基板コンタクト領域である。
 よって、余白領域内にデカップリング容量と基板コンタクト各領域をより高密度に配置することができ、デカップリング容量を減少させることなく、よりラッチアップを確実に抑制できる。
 (第5の実施形態)
 図7は第5の実施形態に係る半導体集積回路装置のレイアウトパターンの概略図である。図7は、図3における余白領域Rb1、Rb2、Rb3、Rb5を以下に変更したものである。よってその他の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
 まずは、余白領域Rb1について説明する。余白領域Rb1に配置されたP型MOSトランジスタTpr,およびN型MOSトランジスタTnrは、リペア用トランジスタである。つまり、集積回路の動作不具合などが発生した場合の修正に備えた予備素子であって、通常は集積回路の論理動作には寄与しない。リペア用のトランジスタは、修正の必要がない場合は、電位固定されているか、または、フローティング状態になっている。
 次に、余白領域Rb2について説明する。上記実施形態では、余白領域Rb2は空領域であったが、図7に示す通り、ゲート11のみを配置して、ダミーゲート配置領域として活用している。また、空スペースには、ゲートだけではなく、拡散上にゲートを配置させ、ダミーのトランジスタ(ダミートランジスタ)を配置してもよい。このダミートランジスタの構成はN型MOSトランジスタTn1または、P型MOSトランジスタTp1と同様であるが、フローティング状態で、半導体集積回路の論理動作には寄与しない点が異なる。
 次に、余白領域Rb3について説明する。余白領域Rb3内のP型MOSトランジスタTptおよびN型MOSトランジスタTntは、TIE機能を有するトランジスタ、すなわち、電源電位または接地電位と、集積回路内の他のノードとを間接的に接続する機能をもっている。このP型MOSトランジスタTptおよびN型MOSトランジスタTntは、半導体集積回路の論理動作には寄与しない。
 次に、余白領域Rb5について説明する。余白領域Rb5内のP型拡散領域DpdとN型拡散領域Dndは、アンテナダイオードである。アンテナダイオードは、配線層に過剰に帯電した電荷が集積回路の素子へダメージを与えないよう、配線層から接続して、電荷を逃す機能をもち、同じく、集積回路の論理動作には寄与しない。余白領域Rb5内のN型MOSトランジスタTnc1は、デカップリング容量素子であり、同じく、集積回路の論理動作には寄与しない。
 このように、デカップリング容量素子のみならず、リペア用トランジスタ、TIE機能を有するトランジスタ、あるいはアンテナダイオードといった、集積回路の論理動作には寄与しない素子のいずれかまたはそれらの組み合わせであれば、余白領域を活用しながら、論理動作には寄与しない各素子の機能をそれぞれ大幅に損なうことなく、基板コンタクト領域を多く確保でき、ラッチアップを抑制できる。
 図7では、余白領域Rb1、余白領域Rb3、余白領域Rb5は、基板コンタクト領域である。
 (第6の実施形態)
 上述した実施形態では、基板コンタクト領域Rc2には、基板コンタクトDnn1、Dpp1、Dnn2、Dpp2だけが形成されているが、第6の実施形態では、基板コンタクト領域Rc2に基板コンタクト以外の、論理動作に寄与しない素子を配置した実施形態である。なお、図3の構成と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
 図9は、第6の実施形態に係る半導体集積回路装置のレイアウトパターンの概略図である。図9は、図3における基板コンタクトDnn1、基板コンタクトDpp1が形成されている領域を、図3の余白領域領Rb1に置き代えた例である。
 つまり、基板コンタクト領域Rc2は、基板コンタクトDn1の左隣に、デカップリング容量して機能しているトランジスタTpc1を配置している。基板コンタクトDp1の左隣に、デカップリング容量して機能しているトランジスタTnc1を配置している。
 図10は、第6の実施形態に係る半導体集積回路装置の別のレイアウトパターンの概略図である。図10は、図3における基板コンタクトDnn2、基板コンタクトDpp2が形成されている領域を、図5の余白領域Rb5に置き代えた例である。
 つまり、基板コンタクト領域Rc2は、基板コンタクトDn1の右隣に、デカップリング容量して機能しているトランジスタTpc1を配置している。基板コンタクトDp1左隣に、デカップリング容量して機能しているトランジスタTnc1を配置している。
 図11は、第6の実施形態に係る半導体集積回路装置の別のレイアウトパターンの概略図である。図11は、図3における基板コンタクトDnn2、基板コンタクトDpp2が形成されている領域を、図5の余白領域Rb3に置き代えた例である。
 つまり、基板コンタクト領域Rc2は、基板コンタクトDn3の両隣に、デカップリング容量して機能しているトランジスタTpc3を配置している。基板コンタクトDp3両隣に、デカップリング容量して機能しているトランジスタTnc3を配置している。
 つまり、基板コンタクト領域Rc2は、基板コンタクト以外に、動作に関与しないトランジスタを混在させても良い。
 基板コンタクト領域Rc2に、動作に関与しない素子として、図7のRb1に示すような、リペア用トランジスタを配置してもよい。図7のRb5に示すような、アンテナダイオードDndを配置してもよい。
 なお、本実施形態では、基板コンタクト領域Rc2には基板コンタクトが並んでいたが、1つおきに配置したり、一部、間引いたりしてもよい。例えば、図8は、本実施形態の基板コンタクトの別の配置例を示す半導体集積回路装置のレイアウトパターンの概略図である。図8に示すように、必ずしも、全トランジスタ列に基板コンタクトを敷き詰める必要はない。
 なお、本実施形態では、トランジスタは全てMOSトランジスタで説明したが、それに限定されるものではない。
 本発明に係る半導体集積回路装置では、集積回路全体の面積を増大させることなく、多くの基板コンタクト領域を確保できるので、よりラッチアップを抑制しつつ高集積な回路を実現できる。
 1a,1b,1c  トランジスタ列
 11  ゲート
 Dp1,Dn1,Dp3,Dn3,Dpp1,Dnn1,Dpp2,Dnn2  基板コンタクト
 Dpd  P型拡散領域
 Dnd  N型拡散領域
 Ra1~Ra4  回路素子配置領域
 Rb1~Rb5  余白領域
 Rc1~Rc3  基板コンタクト領域
 Ri  半導体集積回路
 Tpc,Tnc,Tp1,Tn1  トランジスタ
 Tpc1,Tnc1,Tpc2,Tnc2,Tpc3,Tnc3,Tpc4,Tnc4  トランジスタ
 Tpr,Tnr,Tpt,Tnt トランジスタ
 PO1,PO2  ポリシリコン
 Wn1,Wn2  N型ウェル
 Wp1,Wp2  P型ウェル

Claims (9)

  1.  論理動作に寄与する複数のトランジスタと、
     論理動作に寄与しない素子と、
     前記複数のトランジスタに基板電位を供給する第1、第2および第3の基板コンタクト領域
     とを備えた、半導体集積回路装置であって、
     前記半導体集積回路装置は、第1の方向に延在する複数のトランジスタ列が、前記第1の方向と直交する第2の方向に並んで配置され、
     前記複数のトランジスタ列の各々は、前記複数のトランジスタと、前記論理動作に寄与しない素子と、前記第1の基板コンタクト領域と、前記第2の基板コンタクト領域と、前記第1の基板コンタクト領域と前記第2の基板コンタクト領域の間に配置される前記第3の基板コンタクト領域とを有し、
     前記第1の基板コンタクト領域の前記第2の方向および前記第2の方向と反対の方向に隣接する領域には、基板コンタクト領域が配置され、
     前記第2の基板コンタクト領域の前記第2の方向および前記第2の方向と反対の方向に隣接する領域には、基板コンタクト領域が配置され、
     前記第3の基板コンタクト領域の前記第2の方向および前記第2の方向と反対の方向に隣接する領域には、基板コンタクト領域が配置されず、
     前記第3の基板コンタクト領域の前記第1の方向に隣接する領域には、前記論理動作に寄与しない素子が配置されていることを特徴とする半導体集積回路装置。
  2.  請求項1記載の半導体集積回路装置において、
     前記第3の基板コンタクト領域は、
     (1)Nウェル上にN型不純物拡散領域が形成される
     または
     (2)Pウェル上にP型不純物拡散領域が形成せれる
    (1)(2)のうち少なくともいずれか一方の構成になっていることを特徴とする半導体集積回路装置。
  3.  請求項1記載の半導体集積回路装置において、
     前記論理動作に寄与しない素子は、容量として機能するトランジスタである
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  4.  請求項1記載の半導体集積回路装置において、
     前記論理動作に寄与しない素子は、アンテナダイオード、電位が固定されるトランジスタ、フローティング状態のトランジスタ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。
  5.  請求項1記載の半導体集積回路装置において、
     第4の基板コンタクト領域を備え、
     前記第1の基板コンタクト領域および前記第2の基板コンタクト領域の間隔と、前記第2の基板コンタクト領域および前記第4の基板コンタクト領域の間隔とが同じであることを特徴とする半導体集積回路装置。
  6.  請求項1記載の半導体集積回路装置において、
     第4の基板コンタクト領域を備え、
     前記第4の基板コンタクト領域の前記第2の方向および前記第2の方向と反対の方向に隣接する領域には、基板コンタクト領域が配置されず、
     前記第4の基板コンタクト領域の前記第1の方向に隣接する領域には、前記論理動作に寄与しない素子が配置されており、
     前記第3の基板コンタクト領域を形成する拡散領域と、前記第4の基板コンタクト領域を形成する拡散領域とでは、面積が異なることを特徴とする半導体集積回路装置。
  7.  請求項1記載の半導体集積回路装置において、
     前記1の基板コンタクト領域と前記第2の基板コンタクト領域の少なくともいずれか一方が、動作に寄与しない素子を更に備えることを特徴とする半導体集積回路装置。
  8.  請求項7記載の半導体集積回路装置において、
     前記論理動作に寄与しない素子は、容量として機能するトランジスタである
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  9.  請求項7記載の半導体集積回路装置において、
     前記論理動作に寄与しない素子は、アンテナダイオード、電位が固定されるトランジスタ、フローティング状態のトランジスタ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。
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