WO2022172737A1 - 半導体集積回路装置 - Google Patents

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WO2022172737A1
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秀幸 小室
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株式会社ソシオネクスト
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    • H01L27/088Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • H01L27/092Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors
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Definitions

  • the present disclosure relates to a semiconductor integrated circuit device with standard cells.
  • a standard cell method is known as a method of forming a semiconductor integrated circuit on a semiconductor substrate.
  • basic units with specific logic functions for example, inverters, latches, flip-flops, full adders, etc.
  • LSI chip is designed.
  • the standard cell is provided with a buried interconnect layer instead of the conventional power supply wiring provided in the metal wiring layer formed above the transistor. It has been proposed to use a buried power supply wiring (BPR: Buried Power Rail).
  • a power supply wiring is configured by an embedded power supply wiring, the source of a transistor is connected to the embedded power supply wiring, and further connected to a power supply wiring provided in an upper wiring layer.
  • a configuration is disclosed.
  • the embedded power supply wiring is embedded in the substrate, it cannot be formed in the region where the source, drain, and channel of the transistor exist. On the other hand, the embedded power wiring must have sufficient current supply capability for the transistors.
  • transistors such as fin FETs (Field Effect Transistors) and nanosheet FETs in microfabrication processes may be subject to restrictions on their size and arrangement position in order to suppress manufacturing variations.
  • An object of the present disclosure is to make it possible to arrange embedded power supply wiring having a sufficient wiring width without interfering with the regular arrangement of FinFETs in a semiconductor integrated circuit device using embedded power supply wiring.
  • a semiconductor integrated circuit device including a plurality of standard cells having FinFETs (Field Effect Transistors), wherein the plurality of fins constituting the FinFETs each extend in a first direction, Further, the plurality of standard cells are arranged on virtual grid lines at regular intervals in a second direction perpendicular to the first direction, and the plurality of standard cells are arranged in the second direction more than the first standard cells.
  • FinFETs Field Effect Transistors
  • a second standard cell having a large size in the a second embedded power supply wiring having a size in the second direction larger than that of the first embedded power supply wiring, wherein the centers of the first and second embedded power supply wirings in the second direction are on the virtual grid line; or It is in a central position between adjacent said virtual grid lines.
  • the plurality of fins forming the FinFET extend in the first direction and are arranged on imaginary grid lines equidistantly in the second direction.
  • the first and second standard cells have embedded power wiring lines, and the second standard cell having the larger size in the second direction has the embedded power wiring line having the larger size in the second direction.
  • the embedded power supply wiring provided in the first and second standard cells has a center position in the second direction on the virtual grid line or a center position between adjacent virtual grid lines. As a result, it is possible to arrange the embedded power supply wiring having a sufficient wiring width without interfering with the regular arrangement of the FinFETs.
  • FIG. 4 is a plan view showing another layout structure of the inverter cells forming the semiconductor integrated circuit device according to the embodiment;
  • a semiconductor integrated circuit device includes a plurality of standard cells (hereinafter simply referred to as cells as appropriate), and at least some of the plurality of standard cells are FinFETs (Field FETs). Effect Transistor).
  • VDD and VVSS indicate power supply voltage or the power supply itself. Further, in the following description, in the plan views of FIG. Z direction.
  • FIG. 1 is a plan view showing an example of a layout structure of a standard cell forming a semiconductor integrated circuit device according to this embodiment. Both FIGS. 1(a) and 1(b) are inverter cells. 2A and 2B are diagrams showing the cross-sectional structure of the cell shown in FIG. 1, FIG. ) is a cross-sectional view taken along line BB' of FIG.
  • FIG. 3 is a plan view showing an example of the layout structure of another standard cell forming the semiconductor integrated circuit device according to this embodiment.
  • 3(a) and 3(b) are both 2-input NAND cells.
  • FIG. 4 shows circuit diagrams of cells
  • FIG. 4(a) is a circuit diagram of the inverter cell shown in FIG. 1
  • FIG. 4(b) is a circuit diagram of the two-input NAND cell shown in FIG.
  • the inverter cell shown in FIG. 1 and the two-input NAND cell shown in FIG. 3 have FinFETs, and a plurality of fins forming the FinFETs extend in the X direction.
  • the plurality of fins have the same width, that is, the size in the Y direction (Wf), and are arranged on virtual grid lines GL (indicated by thin dashed lines) that are equally spaced in the Y direction.
  • the pitch of the virtual grid lines GL is Pg. That is, the fins are arranged at a pitch Pg.
  • the number of fins constituting the FinFET is 2, and the cell height is Pg ⁇ 8.
  • the inverter cell shown in FIG. 1B and the 2-input NAND cell shown in FIG. FinFETs vary in drive capability depending on the number of fins that constitute them.
  • power supply wirings 11A and 12A extending in the X direction are provided at both ends in the Y direction. Both the power supply wirings 11A and 12A are embedded power supply wirings (BPR) formed in an embedded wiring layer.
  • the power supply wiring 11A supplies the power supply voltage VDD
  • the power supply wiring 12A supplies the power supply voltage VSS.
  • the center positions of the power wirings 11A and 12A in the Y direction match the center between the virtual grid lines GL.
  • the width of the power supply wirings 11A and 12A, that is, the size in the Y direction is Wb1.
  • Two fins 21A extending in the X direction are provided in the P-type transistor region on the N-well.
  • Two fins 22A extending in the X direction are provided in the N-type transistor region on the P-type substrate.
  • the gate wiring 31A extends in the Y direction from the P-type transistor area to the N-type transistor area. As shown in FIG. 2B, the gate wiring 31A is formed so as to surround the fins 21A and 22A from three directions.
  • a FinFET P1 is composed of two fins 21A and a gate wiring 31A.
  • a Fin FET N1 is composed of two fins 22A and a gate wiring 31A. For manufacturing reasons, it is necessary to set a distance Sb between the embedded power supply wiring and the fin closest to it.
  • a local wiring 41A extending in the Y direction is provided at the left end of the fin 21A in the drawing.
  • the left end of the fin 21A in the drawing is connected to the power supply wiring 11A via the local wiring 41A and the via 51A.
  • a local wiring 42A extending in the Y direction is provided at the left end of the fin 22A in the drawing.
  • the left end of the fin 22A in the drawing is connected to the power supply wiring 12A via the local wiring 42A and the via 52A.
  • a local wiring 43A extending in the Y direction is provided at the right end of the fins 21A and 22A in the drawing. One ends of the fins 21A and 22A on the right side of the drawing are connected to each other by a local wiring 43A.
  • the metal wiring 61A to which the input A is applied is connected to the gate wiring 31A via vias.
  • the metal wiring 62A for outputting the output Y is connected to the local wiring 43A via vias.
  • the FinFET is composed of three fins. Other than this, it has the same layout structure as the inverter cell of FIG. 1(a).
  • power supply wirings 11B and 12B extending in the X direction are provided at both ends in the Y direction.
  • Both the power supply wirings 11B and 12B are embedded power supply wirings (BPR) formed in an embedded wiring layer.
  • the power supply wiring 11B supplies the power supply voltage VDD
  • the power supply wiring 12B supplies the power supply voltage VSS.
  • the center position in the Y direction of the power supply wirings 11B and 12B coincides with the virtual grid line GL.
  • the width of the power supply wirings 11B and 12B, that is, the size in the Y direction is Wb2. Note that Wb2>Wb1.
  • Three fins 21B extending in the X direction are provided in the P-type transistor region on the N-well.
  • Three fins 22B extending in the X direction are provided in the N-type transistor region on the P-type substrate.
  • the gate wiring 31B extends in the Y direction from the P-type transistor area to the N-type transistor area.
  • the gate wiring 31B is formed so as to surround the fins 21B and 22B from three directions.
  • a FinFET P1 is composed of three fins 21B and a gate wiring 31B.
  • a Fin FET N1 is composed of three fins 22B and a gate wiring 31B.
  • a local wiring 41B extending in the Y direction is provided at the left end of the fin 21B in the drawing.
  • the left end of the fin 21B in the drawing is connected to the power supply wiring 11B via the local wiring 41B and the via 51B.
  • a local wiring 42B extending in the Y direction is provided at the left end of the fin 22B in the drawing.
  • the left end of the fin 22B in the drawing is connected to the power supply wiring 12B via the local wiring 42B and the via 52B.
  • a local wiring 43B extending in the Y direction is provided at the right end of the fins 21B and 22B in the drawing. The ends of the fins 21B and 22B on the right side of the drawing are connected to each other by a local wiring 43B.
  • the metal wiring 61B to which the input A is applied is connected to the gate wiring 31B through vias.
  • the metal wiring 62B for outputting the output Y is connected to the local wiring 43B via vias.
  • the layout structure of the 2-input NAND cell shown in FIG. 3 will be described. Note that the description of the configuration that can be inferred from the layout structure of the inverter cells shown in FIGS. 1 and 2 may be omitted.
  • power supply wirings 13A and 14A extending in the X direction are provided at both ends in the Y direction.
  • Both the power supply wirings 13A and 14A are embedded power supply wirings (BPR) formed in an embedded wiring layer.
  • the power supply wiring 13A supplies the power supply voltage VDD
  • the power supply wiring 14A supplies the power supply voltage VSS.
  • the center positions of the power wirings 13A and 14A in the Y direction match the center between the virtual grid lines GL.
  • the width of the power supply wirings 13A and 14A, that is, the size in the Y direction is Wb1.
  • Two fins 23A extending in the X direction are provided in the P-type transistor region on the N-well.
  • Two fins 24A extending in the X direction are provided in the N-type transistor region on the P-type substrate.
  • Gate wirings 32A and 33A extend in the Y direction from the P-type transistor region to the N-type transistor region.
  • Fin FETs P11 and P12 are configured by two fins 23A and gate wirings 32A and 33A, respectively.
  • Fin FETs N11 and N12 are formed by two fins 24A and gate wirings 32A and 33A, respectively.
  • the FinFET is composed of three fins. Other than this, it has the same layout structure as the 2-input NAND cell of FIG. 3(a).
  • power supply wirings 13B and 14B extending in the X direction are provided at both ends in the Y direction.
  • Both the power supply wirings 13B and 14B are embedded power supply wirings (BPR) formed in an embedded wiring layer.
  • the power supply wiring 13B supplies the power supply voltage VDD
  • the power supply wiring 14B supplies the power supply voltage VSS.
  • the power supply wirings 13B and 14B are aligned with the virtual grid line GL at the central position in the Y direction.
  • the width of the power supply wirings 13B and 14B, that is, the size in the Y direction is Wb2. Note that Wb2>Wb1.
  • Three fins 23B extending in the X direction are provided in the P-type transistor region on the N-well.
  • Three fins 24B extending in the X direction are provided in the N-type transistor region on the P-type substrate.
  • Gate wirings 32B and 33B extend in the Y direction from the P-type transistor region to the N-type transistor region.
  • Fin FETs P11 and P12 are configured by three fins 23B and gate wirings 32B and 33B, respectively.
  • Fin FETs N11 and N12 are configured by three fins 24B and gate wirings 32B and 33B, respectively.
  • a cell row is formed by arranging cells in the X direction, and power supply wirings 11A, 13A, etc. for supplying the power supply voltage VDD are connected, and power supply wirings 12A, 14A, etc. for supplying the power supply voltage VSS are connected. concatenated.
  • the cell rows are arranged side by side in the Y direction. Each cell column is arranged alternately in the Y direction. As a result, cell columns adjacent in the Y direction share the power wiring.
  • a cell row is formed by arranging cells in the X direction, and power supply wirings 11B, 13B, etc. for supplying the power supply voltage VDD are connected, and power supply wirings 12B, 14B, etc. for supplying the power supply voltage VSS are connected. concatenated.
  • the cell rows are arranged side by side in the Y direction. Each cell column is arranged alternately in the Y direction. As a result, cell columns adjacent in the Y direction share the power wiring.
  • FIG. 5 is a configuration example of a circuit block of the semiconductor integrated circuit device according to this embodiment.
  • block A is composed of cells with a cell height of Pg ⁇ 8
  • block B is composed of cells with a cell height of Pg ⁇ 11.
  • Blocks A and B are both composed of three columns of cells, and virtual grid lines GL are common to blocks A and B.
  • cell C1A is the inverter cell of FIG. 1(a), and cell C2A is the two-input NAND cell of FIG. 3(a).
  • Cells C2A, C2A, and C1A are arranged from the left in the drawing in the first column, cells C1A, C1A, C1A, and C1A are arranged in the second column from the left in the drawing, and cells C2A, C1A, and C1A are arranged in the third column from the left in the drawing.
  • C1A and C2A are arranged.
  • the power supply wiring 1A supplies the power supply voltage VDD, and is formed by connecting the power supply wiring 11A of the cell C1A and the power supply wiring 13A of the cell C2A.
  • the power supply wiring 2A supplies the power supply voltage VSS, and is formed by connecting the power supply wiring 12A of the cell C1A and the power supply wiring 14A of the cell C2A.
  • cell C1B is the inverter cell of FIG. 1(b), and cell C2B is the two-input NAND cell of FIG. 3(b).
  • Cells C2B, C2B, and C1B are arranged from the left side of the drawing in the first column
  • cells C1B, C1B, C1B, and C1B are arranged from the left side of the drawing in the second column
  • cells C2B, C1B, and C1B are arranged from the left side of the drawing in the third column.
  • C1B and C2B are arranged.
  • the power supply wiring 1B supplies the power supply voltage VDD, and is formed by connecting the power supply wiring 11B of the cell C1B and the power supply wiring 13B of the cell C2B.
  • the power supply wiring 2B supplies the power supply voltage VSS, and is connected to the power supply wiring 12B of the cell C1B and the power supply wiring 14B of the cell C2B.
  • the distance between the nearest fin centers is 3 ⁇ Pg.
  • the center positions of the power supply wirings 1A and 2A are located in the center between the virtual grid lines GL. Therefore, the width Wb1 of the power supply wirings 1A and 2A can be maximized.
  • the distance between the nearest fin centers is 4 ⁇ Pg.
  • the central positions of the power supply wirings 1B and 2B are on the virtual grid line GL. Therefore, the width Wb2 of the power supply wirings 1B and 2B can be maximized.
  • the cells that make up the block B have a larger number of fins that make up the FinFET than the cells that make up the block A. Therefore, the cells forming block B operate at a higher speed than the cells forming block A, but consume more power.
  • the power supply wirings 1B and 2B are wider than the power supply wirings 1A and 2A, so that a sufficient current can be supplied to the cells forming the block B.
  • the vias 51B and 52B for the power supply wirings 11B and 12B in the inverter cell of FIG. 1B are larger in size than the vias 51A and 52A for the power supply wirings 11A and 12A in the inverter cell of FIG. , the resistance is small. Therefore, the inverter cell of FIG. 1B can realize a higher current supply capability.
  • the number of vias may be increased instead of increasing the via size. For example, in the inverter cell of FIG. 1B, two vias may be provided for each of the power wirings 11B and 12B.
  • the blocks A and B share the virtual grid line GL for arranging the fins, and the cells are arranged such that the fins included in the blocks A and B are arranged on the virtual grid line GL, respectively. are placed.
  • the fins are arranged regularly throughout the layout. Therefore, the ease of manufacture of the semiconductor integrated circuit device is improved, manufacturing variations can be suppressed, and the yield can be improved.
  • the plurality of fins forming the FinFET extend in the X direction and are arranged on the virtual grid lines GL equidistantly spaced in the Y direction.
  • the standard cells have an embedded power supply wiring, and the standard cell having a larger size in the Y direction has an embedded power supply wiring having a larger size in the Y direction. This makes it possible to obtain a sufficient current supply capability for the FinFET.
  • the center position in the Y direction of the embedded power wiring provided in the standard cell is on the virtual grid line GL or at the center position between the adjacent virtual grid lines GL. As a result, it is possible to arrange the embedded power supply wiring having a sufficient wiring width without interfering with the regular arrangement of the FinFETs.
  • FIG. 6 is a partially enlarged view of the rightmost cell C1A in the upper two columns in block A in FIG.
  • FIG. 6 shows a layout structure in which the inverter cells of FIG. 1(a) are arranged adjacent to each other in the Y direction.
  • a via 53 larger than the via 52A is arranged at a location (indicated by a broken line) where the via 52A of the inverter cell in FIG. 1A is arranged adjacently.
  • FIG. 7 shows another layout structure of an inverter cell.
  • the number of fins constituting the FinFET is 4, and the cell height is Pg ⁇ 14.
  • the cell height is Pg ⁇ 14.
  • it has the same layout structure as the inverter cell of FIG.
  • power supply wirings 11C and 12C extending in the X direction are provided at both ends in the Y direction.
  • Both the power supply wirings 11C and 12C are embedded power supply wirings (BPR) formed in an embedded wiring layer.
  • the power supply wiring 11C supplies the power supply voltage VDD
  • the power supply wiring 12C supplies the power supply voltage VSS.
  • the center positions of the power supply wirings 11C and 12C in the Y direction match the center between the virtual grid lines GL.
  • the width of the power supply wirings 11C and 12C, that is, the size in the Y direction is Wb3. Note that Wb3>Wb2.
  • the gate wiring 31C extends in the Y direction from the P-type transistor area to the N-type transistor area.
  • the gate wiring 31C is formed so as to surround the fins 21C and 22C from three directions.
  • a Fin FET P1 is composed of the four fins 21C and the gate wiring 31C.
  • a fin FET N1 is composed of the four fins 22C and the gate wiring 31C.
  • a local wiring 41C extending in the Y direction is provided at the left end of the fin 21C in the drawing.
  • the left end of the fin 21C in the drawing is connected to the power supply wiring 11C via the local wiring 41C and the via 51C.
  • a local wiring 42C extending in the Y direction is provided at the left end of the fin 22C in the drawing.
  • the left end of the fin 22C in the drawing is connected to the power supply wiring 12C via the local wiring 42C and the via 52C.
  • a local wiring 43C extending in the Y direction is provided at the right end of the fins 21C and 22C in the drawing. The ends of the fins 21C and 22C on the right side of the drawing are connected to each other by a local wiring 43C.
  • the metal wiring 61C to which the input A is applied is connected to the gate wiring 31C via vias.
  • the metal wiring 62C for outputting the output Y is connected to the local wiring 43C via vias.
  • This circuit block may be arranged, for example, along with blocks A and B shown in FIG. 5, along a common virtual grid line GL.
  • width Wb3 of the power supply wirings 11C and 12C is as follows.
  • Wb3 5 ⁇ Pg ⁇ 2 ⁇ Sb ⁇ Wf That is, Wb3 is larger than Wb2 by Pg.
  • the vias 51C and 52B for the power supply wirings 11C and 12C are larger in size than the vias 51B and 52B for the power supply wirings 11B and 12B in the inverter cell of FIG. 1(b). Therefore, the inverter cell of FIG. 7 can realize a higher current supply capability.
  • the number of vias may be increased instead of increasing the via size. For example, in the inverter cell of FIG. 1B, if two vias are provided for each of the power wirings 11B and 12B, three vias are provided for each of the power wirings 11C and 12C in the inverter cell of FIG. vias may be provided.
  • the semiconductor integrated circuit device has been described as having standard cells having FinFETs, but the transistors that the standard cells have are not limited to FinFETs.
  • the present disclosure can also be applied to semiconductor integrated circuit devices having standard cells with nanosheet FETs.
  • embedded power supply wiring having a sufficient wiring width is arranged without interfering with the regular arrangement of FinFETs. Useful for improving performance.

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Abstract

半導体集積回路装置は、フィンFETを有する複数のセルを備える。フィンFETを構成する複数のフィン(21A,21B,22A,22B)は、X方向に延び、かつ、Y方向において等間隔の仮想グリッド線(GL)上に配置されている。セルは、埋め込み電源配線(11A,11B,12A,12B)を備える。Y方向のサイズが大きいセルは、幅が太い埋め込み電源配線(11B,12B)を備える。埋め込み電源配線(11A,11B,12A,12B)は、Y方向における中央位置が、仮想グリッド線(GL)上、または、隣接する仮想グリッド線間の中央位置にある。

Description

半導体集積回路装置
 本開示は、スタンダードセルを備えた半導体集積回路装置に関する。
 半導体基板上に半導体集積回路を形成する方法として、スタンダードセル方式が知られている。スタンダードセル方式とは、特定の論理機能を有する基本的単位(例えば、インバータ,ラッチ,フリップフロップ,全加算器など)をスタンダードセルとして予め用意しておき、半導体基板上に複数のスタンダードセルを配置して、それらのスタンダードセルを配線で接続することによって、LSIチップを設計する方式のことである。
 また、半導体集積回路装置の高集積化のために、スタンダードセルに、従来のようなトランジスタの上層に形成された金属配線層に設けられた電源配線ではなく、埋め込み配線(Buried Interconnect)層に設けられた電源配線である埋め込み電源配線(BPR:Buried Power Rail)を用いることが提案されている。
 特許文献1では、スタンダードセルで構成されたブロックにおいて、電源配線を埋め込み電源配線で構成し、この埋め込み電源配線にトランジスタのソースを接続し、さらに、上層配線層に設けられた電源配線と接続した構成が開示されている。
米国出願公開第2019/0080969号明細書(FIG.1E)
 埋め込み電源配線は、基板に埋め込まれて形成されるため、トランジスタのソース、ドレイン、およびチャネルが存在する領域には形成できない。一方で、埋め込み電源配線は、トランジスタに対する十分な電流供給能力を備えなくてはならない。また、微細プロセスにおけるフィンFET(Field Effect Transistor)、ナノシートFET等のトランジスタは、製造ばらつきを抑制するために、そのサイズや配置位置に制約を受ける場合がある。
 本開示は、埋め込み電源配線を用いる半導体集積回路装置について、フィンFETの規則的な配置を妨げることなく、十分な配線幅を有する埋め込み電源配線を配置可能にすることを目的とする。
 本開示の態様では、フィンFET(Field Effect Transistor)を有する複数のスタンダードセルを備える半導体集積回路装置であって、前記フィンFETを構成する複数のフィンは、それぞれ、第1方向に延びており、かつ、前記第1方向と垂直をなす第2方向において等間隔の仮想グリッド線上に配置されており、前記複数のスタンダードセルは、第1スタンダードセルと、前記第1スタンダードセルよりも前記第2方向におけるサイズが大きい第2スタンダードセルとを備え、前記第1スタンダードセルは、前記第1方向に延びる第1埋め込み電源配線を備え、前記第2スタンダードセルは、前記第1方向に延びており、前記第1埋め込み電源配線よりも前記第2方向におけるサイズが大きい第2埋め込み電源配線を備え、前記第1および第2埋め込み電源配線は、前記第2方向における中央位置が、前記仮想グリッド線上、または、隣接する前記仮想グリッド線間の中央位置にある。
 この態様によると、半導体集積回路装置において、フィンFETを構成する複数のフィンは、第1方向に延びており、かつ、第2方向において等間隔の仮想グリッド線上に配置されている。第1および第2スタンダードセルは、埋め込み電源配線を備えており、第2方向におけるサイズが大きい方の第2スタンダードセルは、第2方向におけるサイズが大きい埋め込み電源配線を備える。これにより、フィンFETに対する電流供給能力を十分に得ることができる。そして、第1および第2スタンダードセルが備える埋め込み電源配線は、第2方向における中央位置が、仮想グリッド線上、または、隣接する仮想グリッド線間の中央位置にある。これにより、フィンFETの規則的な配置を妨げることなく、十分な配線幅を有する埋め込み電源配線を配置することができる。
 本開示によると、半導体集積回路装置について、フィンFETの規則的な配置を妨げることなく、十分な配線幅を有する埋め込み電源配線を配置することが可能になる。
(a),(b)は実施形態に係る半導体集積回路装置を構成するインバータセルのレイアウト構造を示す平面図 (a),(b)は図1に示すインバータセルの断面構造 (a),(b)は実施形態に係る半導体集積回路装置を構成する2入力NANDセルのレイアウト構造を示す平面図 (a)はインバータセルの回路図、(b)は2入力NANDセルの回路図 実施形態に係る半導体集積回路装置の回路ブロックの構成例 図5の部分拡大図 実施形態に係る半導体集積回路装置を構成するインバータセルの他のレイアウト構造を示す平面図
 以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。以下の実施の形態では、半導体集積回路装置は、複数のスタンダードセル(本明細書では、適宜、単にセルという)を備えており、この複数のスタンダードセルのうち少なくとも一部は、フィンFET(Field Effect Transistor)を備える。
 本開示では、「VDD」「VSS」は、電源電圧または電源自体を示す。また、以下の説明では、図1等の平面図において、図面横方向をX方向(第1方向に相当)、図面縦方向をY方向(第2方向に相当)、基板面に垂直な方向をZ方向としている。
 (第1実施形態)
 図1は本実施形態に係る半導体集積回路装置を構成するスタンダードセルのレイアウト構造の例を示す平面図である。図1(a),(b)はいずれもインバータセルである。また、図2は図1に示すセルの断面構造を示す図であり、図2(a)は図1(a)の線A-A’の断面図、図2(b)は図1(a)の線B-B‘の断面図である。
 図3は本実施形態に係る半導体集積回路装置を構成する他のスタンダードセルのレイアウト構造の例を示す平面図である。図3(a),(b)はいずれも2入力NANDセルである。
 図4はセルの回路図を示しており、図4(a)は図1に示すインバータセルの回路図、図4(b)は図3に示す2入力NANDセルの回路図である。
 図1に示すインバータセルおよび図3に示す2入力NANDセルは、フィンFETを有しており、フィンFETを構成する複数のフィンは、それぞれ、X方向に延びている。複数のフィンは、幅すなわちY方向におけるサイズが同一であり(Wfとする)、Y方向において等間隔の仮想グリッド線GL(細破線で図示している)上に配置されている。仮想グリッド線GLのピッチはPgである。すなわち、複数のフィンは、ピッチPgで配置されている。
 図1(a)に示すインバータセルおよび図3(a)に示す2入力NANDセルは、フィンFETを構成するフィンの個数は2であり、セル高さはPg×8である。図1(b)に示すインバータセルおよび図3(b)に示す2入力NANDセルは、フィンFETを構成するフィンの個数は3であり、セル高さはPg×11である。フィンFETは、これを構成するフィンの個数によって、駆動能力が変わる。
 図1および図2に示すインバータセルのレイアウト構造について説明する。
 図1(a)に示すインバータセルでは、Y方向における両端において、X方向に延びる電源配線11A,12Aがそれぞれ設けられている。電源配線11A,12Aはともに、埋め込み配線層に形成された埋め込み電源配線(BPR)である。電源配線11Aは電源電圧VDDを供給し、電源配線12Aは電源電圧VSSを供給する。電源配線11A,12Aは、Y方向における中央位置が仮想グリッド線GL間の中央と一致している。電源配線11A,12Aの幅すなわちY方向におけるサイズは、Wb1である。
 Nウェル上のP型トランジスタ領域に、X方向に延びる2本のフィン21Aが設けられている。P型基板上のN型トランジスタ領域に、X方向に延びる2本のフィン22Aが設けられている。ゲート配線31Aは、P型トランジスタ領域からN型トランジスタ領域にわたってY方向に延びている。図2(b)に示すように、ゲート配線31Aは、フィン21A,22Aを、3方向から囲むように形成されている。2本のフィン21Aと、ゲート配線31Aとによって、フィンFET P1が構成されている。2本のフィン22Aと、ゲート配線31Aとによって、フィンFET N1が構成されている。なお、製造上、埋め込み電源配線とこれに最近接するフィンとの間は、距離Sbをとる必要がある。
 フィン21Aの図面左側の端に、Y方向に延びるローカル配線41Aが設けられている。フィン21Aの図面左側の端は、ローカル配線41Aおよびビア51Aを介して電源配線11Aに接続されている。フィン22Aの図面左側の端に、Y方向に延びるローカル配線42Aが設けられている。フィン22Aの図面左側の端は、ローカル配線42Aおよびビア52Aを介して電源配線12Aに接続されている。フィン21A,22Aの図面右側の端に、Y方向に延びるローカル配線43Aが設けられている。フィン21A,22Aの図面右側の一端は、ローカル配線43Aによって互いに接続されている。
 入力Aが与えられるメタル配線61Aは、ビアを介して、ゲート配線31Aと接続されている。出力Yを出力するメタル配線62Aは、ビアを介して、ローカル配線43Aと接続されている。
 図1(b)に示すインバータセルは、フィンFETが3本のフィンによって構成されている。これ以外は、図1(a)のインバータセルと同様のレイアウト構造を有する。
 図1(b)に示すインバータセルでは、Y方向における両端において、X方向に延びる電源配線11B,12Bがそれぞれ設けられている。電源配線11B,12Bはともに、埋め込み配線層に形成された埋め込み電源配線(BPR)である。電源配線11Bは電源電圧VDDを供給し、電源配線12Bは電源電圧VSSを供給する。電源配線11B,12Bは、Y方向における中央位置が仮想グリッド線GLと一致している。電源配線11B,12Bの幅すなわちY方向におけるサイズは、Wb2である。なお、Wb2>Wb1である。
 Nウェル上のP型トランジスタ領域に、X方向に延びる3本のフィン21Bが設けられている。P型基板上のN型トランジスタ領域に、X方向に延びる3本のフィン22Bが設けられている。ゲート配線31Bは、P型トランジスタ領域からN型トランジスタ領域にわたってY方向に延びている。ゲート配線31Bは、フィン21B,22Bを、3方向から囲むように形成されている。3本のフィン21Bと、ゲート配線31Bとによって、フィンFET P1が構成されている。3本のフィン22Bと、ゲート配線31Bとによって、フィンFET N1が構成されている。
 フィン21Bの図面左側の端に、Y方向に延びるローカル配線41Bが設けられている。フィン21Bの図面左側の端は、ローカル配線41Bおよびビア51Bを介して電源配線11Bに接続されている。フィン22Bの図面左側の端に、Y方向に延びるローカル配線42Bが設けられている。フィン22Bの図面左側の端は、ローカル配線42Bおよびビア52Bを介して電源配線12Bに接続されている。フィン21B,22Bの図面右側の端に、Y方向に延びるローカル配線43Bが設けられている。フィン21B,22Bの図面右側の端は、ローカル配線43Bによって互いに接続されている。
 入力Aが与えられるメタル配線61Bは、ビアを介して、ゲート配線31Bと接続されている。出力Yを出力するメタル配線62Bは、ビアを介して、ローカル配線43Bと接続されている。
 図3に示す2入力NANDセルのレイアウト構造について説明する。なお、図1および図2に示すインバータセルのレイアウト構造から類推できる構成に関しては、説明を省略する場合がある。
 図3(a)に示す2入力NANDセルでは、Y方向における両端において、X方向に延びる電源配線13A,14Aがそれぞれ設けられている。電源配線13A,14Aはともに、埋め込み配線層に形成された埋め込み電源配線(BPR)である。電源配線13Aは電源電圧VDDを供給し、電源配線14Aは電源電圧VSSを供給する。電源配線13A,14Aは、Y方向における中央位置が仮想グリッド線GL間の中央と一致している。電源配線13A,14Aの幅すなわちY方向におけるサイズは、Wb1である。
 Nウェル上のP型トランジスタ領域に、X方向に延びる2本のフィン23Aが設けられている。P型基板上のN型トランジスタ領域に、X方向に延びる2本のフィン24Aが設けられている。ゲート配線32A,33Aは、P型トランジスタ領域からN型トランジスタ領域にわたってY方向に延びている。2本のフィン23Aと、ゲート配線32A,33Aとによって、フィンFET P11,P12がそれぞれ構成されている。2本のフィン24Aと、ゲート配線32A,33Aとによって、フィンFET N11,N12がそれぞれ構成されている。
 図3(b)に示す2入力NANDセルは、フィンFETが3本のフィンによって構成されている。これ以外は、図3(a)の2入力NANDセルと同様のレイアウト構造を有する。
 図3(b)に示す2入力NANDセルでは、Y方向における両端において、X方向に延びる電源配線13B,14Bがそれぞれ設けられている。電源配線13B,14Bはともに、埋め込み配線層に形成された埋め込み電源配線(BPR)である。電源配線13Bは電源電圧VDDを供給し、電源配線14Bは電源電圧VSSを供給する。電源配線13B,14Bは、Y方向における中央位置が仮想グリッド線GLと一致している。電源配線13B,14Bの幅すなわちY方向におけるサイズは、Wb2である。なお、Wb2>Wb1である。
 Nウェル上のP型トランジスタ領域に、X方向に延びる3本のフィン23Bが設けられている。P型基板上のN型トランジスタ領域に、X方向に延びる3本のフィン24Bが設けられている。ゲート配線32B,33Bは、P型トランジスタ領域からN型トランジスタ領域にわたってY方向に延びている。3本のフィン23Bと、ゲート配線32B,33Bとによって、フィンFET P11,P12がそれぞれ構成されている。3本のフィン24Bと、ゲート配線32B,33Bとによって、フィンFET N11,N12がそれぞれ構成されている。
 ここで、図1(a)のインバータセルおよび図3(a)の2入力NANDセルは、同じセル高さ(=Pg×8)を有する他のセルとともに、単一の回路ブロックを構成する。この回路ブロックでは、セルをX方向に並べることによってセル列が構成され、電源電圧VDDを供給する電源配線11A,13A等が連結されるとともに、電源電圧VSSを供給する電源配線12A,14A等が連結される。そして、セル列がY方向に並べて配置される。各セル列は、1列おきに、Y方向において反転して配置される。これにより、Y方向において隣接するセル列は、電源配線を共有する。
 同様に、図1(b)のインバータセルおよび図3(b)の2入力NANDセルは、同じセル高さ(=Pg×11)を有する他のセルとともに、単一の回路ブロックを構成する。この回路ブロックでは、セルをX方向に並べることによってセル列が構成され、電源電圧VDDを供給する電源配線11B,13B等が連結されるとともに、電源電圧VSSを供給する電源配線12B,14B等が連結される。そして、セル列がY方向に並べて配置される。各セル列は、1列おきに、Y方向において反転して配置される。これにより、Y方向において隣接するセル列は、電源配線を共有する。
 図5は本実施形態に係る半導体集積回路装置の回路ブロックの構成例である。図5では、フィンおよびゲート配線よりも上層の構成に関しては、記載を省略している。図5において、ブロックAは、セル高さがPg×8であるセルによって構成されており、ブロックBは、セル高さがPg×11であるセルによって構成されている。ブロックA,Bはともに3列のセル列からなり、仮想グリッド線GLはブロックA,Bで共通である。
 ブロックAにおいて、セルC1Aは図1(a)のインバータセルであり、セルC2Aは図3(a)の2入力NANDセルである。図面上から、第1列は図面左からセルC2A,C2A,C1Aが配置され、第2列は図面左からセルC1A,C1A,C1A,C1Aが配置され、第3列は図面左からセルC2A,C1A,C2Aが配置されている。電源配線1Aは電源電圧VDDを供給するものであり、セルC1Aの電源配線11AおよびセルC2Aの電源配線13Aが連結されたものである。電源配線2Aは電源電圧VSSを供給するものであり、セルC1Aの電源配線12AおよびセルC2Aの電源配線14Aが連結されたものである。
 ブロックBにおいて、セルC1Bは図1(b)のインバータセルであり、セルC2Bは図3(b)の2入力NANDセルである。図面上から、第1列は図面左からセルC2B,C2B,C1Bが配置され、第2列は図面左からセルC1B,C1B,C1B,C1Bが配置され、第3列は図面左からセルC2B,C1B,C2Bが配置されている。電源配線1Bは電源電圧VDDを供給するものであり、セルC1Bの電源配線11BおよびセルC2Bの電源配線13Bが連結されたものである。電源配線2Bは電源電圧VSSを供給するものであり、セルC1Bの電源配線12BおよびセルC2Bの電源配線14Bが連結されたものである。
 ブロックAでは、Y方向に隣接するセル同士の間において、最近接のフィンの中心同士の間の距離は、3×Pgである。そして、電源配線1A,2Aの中央位置は、仮想グリッド線GL間の中央にある。このため、電源配線1A,2Aの幅Wb1を最大限に確保することができる。電源配線1A,2Aの幅Wb1は、
 Wb1=3×Pg-2×Sb-Wf
となる。
 ブロックBでは、Y方向に隣接するセル同士の間において、最近接のフィンの中心同士の間の距離は、4×Pgである。そして、電源配線1B,2Bの中央位置は、仮想グリッド線GL上にある。このため、電源配線1B,2Bの幅Wb2を最大限に確保することができる。電源配線1B,2Bの幅Wb2は、
 Wb2=4×Pg-2×Sb-Wf
となる。すなわち、電源配線1B,2Bの幅Wb2は、電源配線1A,2Aの幅Wb1よりも、Pgだけ大きい。
 ブロックBを構成するセルは、ブロックAを構成するセルと比べて、フィンFETを構成するフィンの個数が多い。このため、ブロックBを構成するセルは、ブロックAを構成するセルよりも、高速で動作するが、消費電力が大きい。これに対して、上述したとおり、電源配線1B,2Bは、電源配線1A,2Aよりも幅が太いので、ブロックBを構成するセルに対して十分な電流を供給することができる。
 また、例えば、図1(b)のインバータセルにおける電源配線11B,12Bに対するビア51B,52Bは、図1(a)のインバータセルにおける電源配線11A,12Aに対するビア51A,52Aよりも、サイズが大きく、抵抗が小さい。このため、図1(b)のインバータセルにおいて、より大きな電流供給能力が実現できる。なお、ビアのサイズを大きくする代わりに、ビアの個数を増やしてもよい。例えば、図1(b)のインバータセルにおいて、電源配線11B,12Bに対してそれぞれ、2個のビアを設けるようにしてもよい。
 また、図5のレイアウトでは、フィンを配置するための仮想グリッド線GLをブロックA,Bで共通とし、ブロックA,Bに含まれるフィンがそれぞれ仮想グリッド線GL上に配置されるように、セルを配置している。これにより、レイアウト全体において、フィンが規則的に配置される。したがって、半導体集積回路装置の製造容易性が向上し、製造ばらつきを抑制することができ、歩留まりを向上させることができる。
 以上のように本実施形態によると、半導体集積回路装置において、フィンFETを構成する複数のフィンは、X方向に延びており、かつ、Y方向において等間隔の仮想グリッド線GL上に配置されている。スタンダードセルは、埋め込み電源配線を備えており、Y方向におけるサイズが大きい方のスタンダードセルは、Y方向におけるサイズが大きい埋め込み電源配線を備える。これにより、フィンFETに対する電流供給能力を十分に得ることができる。そして、スタンダードセルが備える埋め込み電源配線は、Y方向における中央位置が、仮想グリッド線GL上、または、隣接する仮想グリッド線GL間の中央位置にある。これにより、フィンFETの規則的な配置を妨げることなく、十分な配線幅を有する埋め込み電源配線を配置することができる。
 図6は図5のブロックAにおける上2列の右端のセルC1Aの部分拡大図である。図6は、図1(a)のインバータセルをY方向に隣接した配置したレイアウト構造を示す。図6において、図1(a)のインバータセルのビア52Aが隣接して配置される箇所(破線で示す)に、ビア52Aよりも大きなビア53が配置されている。
 (変形例)
 図7はインバータセルの他のレイアウト構造を示す。図7に示すインバータセルは、フィンFETを構成するフィンの個数は4であり、セル高さはPg×14である。これ以外は、図1のインバータセルと同様のレイアウト構造を有する。
 図7に示すインバータセルでは、Y方向における両端において、X方向に延びる電源配線11C,12Cがそれぞれ設けられている。電源配線11C,12Cはともに、埋め込み配線層に形成された埋め込み電源配線(BPR)である。電源配線11Cは電源電圧VDDを供給し、電源配線12Cは電源電圧VSSを供給する。電源配線11C,12Cは、Y方向における中央位置が仮想グリッド線GL間の中央と一致している。電源配線11C,12Cの幅すなわちY方向におけるサイズは、Wb3である。なお、Wb3>Wb2である。
 Nウェル上のP型トランジスタ領域に、X方向に延びる4本のフィン21Cが設けられている。P型基板上のN型トランジスタ領域に、X方向に延びる4本のフィン22Cが設けられている。ゲート配線31Cは、P型トランジスタ領域からN型トランジスタ領域にわたってY方向に延びている。ゲート配線31Cは、フィン21C,22Cを、3方向から囲むように形成されている。4本のフィン21Cと、ゲート配線31Cとによって、フィンFET P1が構成されている。4本のフィン22Cと、ゲート配線31Cとによって、フィンFET N1が構成されている。
 フィン21Cの図面左側の端に、Y方向に延びるローカル配線41Cが設けられている。フィン21Cの図面左側の端は、ローカル配線41Cおよびビア51Cを介して電源配線11Cに接続されている。フィン22Cの図面左側の端に、Y方向に延びるローカル配線42Cが設けられている。フィン22Cの図面左側の端は、ローカル配線42Cおよびビア52Cを介して電源配線12Cに接続されている。フィン21C,22Cの図面右側の端に、Y方向に延びるローカル配線43Cが設けられている。フィン21C,22Cの図面右側の端は、ローカル配線43Cによって互いに接続されている。
 入力Aが与えられるメタル配線61Cは、ビアを介して、ゲート配線31Cと接続されている。出力Yを出力するメタル配線62Cは、ビアを介して、ローカル配線43Cと接続されている。
 図7のインバータセルは、同じセル高さ(=Pg×14)を有する他のセルとともに、単一の回路ブロックを構成する。この回路ブロックを、例えば図5に示すブロックA,Bとともに、共通の仮想グリッド線GLに従って配置してもかまわない。
 また、電源配線11C,12Cの幅Wb3は、次のようになる。
 Wb3=5×Pg-2×Sb-Wf
 すなわち、Wb3はWb2よりもPgだけ大きい。
 また、電源配線11C,12Cに対するビア51C,52Bは、図1(b)のインバータセルにおける、電源配線11B,12Bに対するビア51B,52Bよりも、さらにサイズが大きい。このため、図7のインバータセルにおいて、より大きな電流供給能力が実現できる。なお、ビアのサイズを大きくする代わりに、ビアの個数を増やしてもよい。例えば、図1(b)のインバータセルにおいて、電源配線11B,12Bに対してそれぞれ、2個のビアを設けたとすると、図7のインバータセルにおいて、電源配線11C,12Cに対してそれぞれ、3個のビアを設けてもよい。
 なお、以上の説明では、半導体集積回路装置はフィンFETを有するスタンダードセルを備えるものとして説明を行ったが、スタンダードセルが有するトランジスタは、フィンFETに限られるものではない。例えば、ナノシートFETを有するスタンダードセルを備える半導体集積回路装置についても、本開示は適用可能である。
 本開示では、埋め込み電源配線を用いる半導体集積回路装置について、フィンFETの規則的な配置を妨げることなく、十分な配線幅を有する埋め込み電源配線を配置するので、例えば、システムLSIの集積度向上や性能向上に有用である。
1A,1B,2A,2B 埋め込み電源配線
11A,11B,11C,12A,12B,12C,13A,13B,14A,14B 埋め込み電源配線
21A,21B,21C,22A,22B,22C,23A,23B,24A,24B フィン
41A,41B,41C,42A,42B,42C ローカル配線
51A,51B,51C,52A,52B,52C ビア
C1A,C1B,C2A,C2B スタンダードセル
P1,P11,P12,N1,N11,N12 フィンFET
GL 仮想グリッド線

Claims (7)

  1.  フィンFET(Field Effect Transistor)を有する複数のスタンダードセルを備える半導体集積回路装置であって、
     前記フィンFETを構成する複数のフィンは、それぞれ、第1方向に延びており、かつ、前記第1方向と垂直をなす第2方向において等間隔の仮想グリッド線上に配置されており、
     前記複数のスタンダードセルは、第1スタンダードセルと、前記第1スタンダードセルよりも前記第2方向におけるサイズが大きい第2スタンダードセルとを備え、
     前記第1スタンダードセルは、
     前記第1方向に延びる第1埋め込み電源配線を備え、
     前記第2スタンダードセルは、
     前記第1方向に延びており、前記第1埋め込み電源配線よりも前記第2方向におけるサイズが大きい第2埋め込み電源配線を備え、
     前記第1および第2埋め込み電源配線は、前記第2方向における中央位置が、前記仮想グリッド線上、または、隣接する前記仮想グリッド線間の中央位置にある
    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1スタンダードセルは、
     N本(Nは1以上の整数)のフィンを含む第1フィンFETを備え、
     前記第2スタンダードセルは、
     M本(MはNより大きい整数)のフィンを含む第2フィンFETを備える
    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、
     前記第1スタンダードセルは、
     前記第2方向に延びており、第1ビアを介して、前記第1埋め込み電源配線と接続された第1ローカル配線を備え、
     前記第2スタンダードセルは、
     前記第2方向に延びており、第2ビアを介して、前記第2埋め込み電源配線と接続された第2ローカル配線を備え、
     前記第2ビアは、前記第1ビアよりも、サイズが大きい、または、個数が多い
    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、
     前記第1および第2スタンダードセルは、同一の回路機能を実現する
    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、
     前記複数のスタンダードセルは、前記第2スタンダードセルよりも前記第2方向におけるサイズが大きい第3スタンダードセルを備え、
     前記第3スタンダードセルは、
     前記第1方向に延びており、前記第2埋め込み電源配線よりも前記第2方向におけるサイズが大きい第3埋め込み電源配線を備える
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  6.  請求項5記載の半導体集積回路装置において、
     前記第1スタンダードセルは、
     N本(Nは1以上の整数)のフィンを含む第1フィンFETを備え、
     前記第2スタンダードセルは、
     M本(MはNより大きい整数)のフィンを含む第2フィンFETを備え、
     前記第3スタンダードセルは、
     L本(LはMより大きい整数)のフィンを含む第3フィンFETを備える
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  7.  請求項5記載の半導体集積回路装置において、
     前記第1スタンダードセルは、
     前記第2方向に延びており、第1ビアを介して、前記第1埋め込み電源配線と接続された第1ローカル配線を備え、
     前記第2スタンダードセルは、
     前記第2方向に延びており、第2ビアを介して、前記第2埋め込み電源配線と接続された第2ローカル配線を備え、
     前記第3スタンダードセルは、
     前記第2方向に延びており、第3ビアを介して、前記第3埋め込み電源配線と接続された第3ローカル配線を備え、
     前記第2ビアは、前記第1ビアよりも、サイズが大きく、または、個数が多く
     前記第3ビアは、前記第2ビアよりも、サイズが大きい、または、個数が多い
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
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