JP2015220250A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置に関し、特に、スタンダードセル方式の半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a standard cell type semiconductor device.
近年、スタンバイ時における消費電流を低減すべく、いわゆる疑似電源方式を用いた半導体装置が広く知られている。疑似電源方式とは、特許文献1,2に記載されているように、メイン電源配線とは別にサブ電源配線を設ける方式であり、スタンバイ時においては、ドライバトランジスタをオフさせることにより、メイン電源配線からサブ電源配線が切り離される。これにより、サブ電源配線に接続された論理回路のオフリーク電流を低減させることが可能となる。
In recent years, semiconductor devices using a so-called pseudo power supply method have been widely known in order to reduce current consumption during standby. As described in
一方、多くの半導体装置においては、いわゆるスタンダードセル方式が採用されている。スタンダードセル方式とは、並行に延在する一対の電源配線間をセル棚として定義し、セル棚にPチャンネル型MOSトランジスタとNチャンネル型MOSトランジスタを含むスタンダードセルを繰り返し配置する方式をいう。 On the other hand, in many semiconductor devices, a so-called standard cell system is adopted. The standard cell system is a system in which a pair of power supply wires extending in parallel is defined as a cell shelf, and standard cells including P-channel MOS transistors and N-channel MOS transistors are repeatedly arranged on the cell shelf.
スタンダードセル方式においては、セル棚の高さが一定となることから、大きな駆動能力が必要なトランジスタをレイアウトする場合、ソース領域及びドレイン領域を複数に分割し、ゲート配線を折り返す構造をとる必要がある。大きな駆動能力が必要なトランジスタとしては、疑似電源方式で使用するドライバトランジスタなどが該当する。 In the standard cell method, since the cell shelf height is constant, when laying out a transistor that requires a large driving capability, it is necessary to divide the source and drain regions into multiple parts and fold the gate wiring. is there. A transistor that requires a large driving capability corresponds to a driver transistor used in a pseudo power supply system.
しかしながら、疑似電源方式で使用するドライバトランジスタには、非常に大きな電流駆動能力が求められる。このため、ドライバトランジスタを一般的な論理回路と同様のレイアウトでセル棚に配置すると、セル棚の延在方向に沿ったドライバトランジスタの形状が非常に長くなってしまう。このため、寄生抵抗が大きくなり、ドライバトランジスタの電流駆動能力が低下するという問題があった。 However, a driver transistor used in the pseudo power supply method is required to have a very large current driving capability. For this reason, if the driver transistor is arranged on the cell shelf in the same layout as a general logic circuit, the shape of the driver transistor along the extending direction of the cell shelf becomes very long. For this reason, there has been a problem that the parasitic resistance increases and the current driving capability of the driver transistor decreases.
本発明の一側面による半導体装置は、第1の方向に延在し、前記第1の方向と交差する第2の方向において所定の幅を有するセル棚と、第1の配線層に設けられ、前記セル棚に沿って前記第1の方向に延在する第1、第2、第3及び第4の電源配線と、前記第1の配線層とは異なる第2の配線層に設けられ、前記セル棚を横断するよう前記第2の方向に延在する第5、第6、第7及び第8の電源配線と、前記第1の電源配線と前記第5の電源配線を接続する第1のスルーホール導体と、前記第2の電源配線と前記第6の電源配線を接続する第2のスルーホール導体と、前記第3の電源配線と前記第7の電源配線を接続する第3のスルーホール導体と、前記第4の電源配線と前記第8の電源配線を接続する第4のスルーホール導体と、前記セル棚に設けられ、第1の制御信号に応答して前記第1の電源配線と前記第2の電源配線を接続する第1のドライバトランジスタと、前記セル棚に設けられ、第2の制御信号に応答して前記第3の電源配線と前記第4の電源配線を接続する第2のドライバトランジスタと、を備え、前記第1のドライバトランジスタと前記第2のドライバトランジスタは、互いに前記第1の方向に配列されていることを特徴とする。 A semiconductor device according to an aspect of the present invention is provided in a cell shelf extending in a first direction and having a predetermined width in a second direction intersecting the first direction, and a first wiring layer, The first, second, third and fourth power supply lines extending in the first direction along the cell shelf and provided in a second wiring layer different from the first wiring layer; First, fifth, sixth, seventh, and eighth power lines extending in the second direction so as to cross the cell shelf, and a first line that connects the first power line and the fifth power line A through-hole conductor, a second through-hole conductor connecting the second power wiring and the sixth power wiring, and a third through hole connecting the third power wiring and the seventh power wiring A conductor, a fourth through-hole conductor connecting the fourth power supply wiring and the eighth power supply wiring, and the cell A first driver transistor for connecting the first power supply wiring and the second power supply wiring in response to a first control signal; and provided in the cell shelf and responding to a second control signal. And a second driver transistor connecting the third power supply wiring and the fourth power supply wiring, and the first driver transistor and the second driver transistor are mutually in the first direction. It is arranged.
本発明の他の側面による半導体装置は、第1の方向に延在し、前記第1の方向と交差する第2の方向においてそれぞれ所定の幅を有する第1及び第2のセル棚と、第1、第2、第3及び第4の電源配線と、第1、第2及び第3の信号配線と、前記第1のセル棚に設けられ、第1の制御信号に応答して前記第1の電源配線と前記第2の電源配線を接続する第1のドライバトランジスタと、前記第1のセル棚に設けられ、第2の制御信号に応答して前記第3の電源配線と前記第4の電源配線を接続する第2のドライバトランジスタと、前記第2のセル棚に設けられ、前記第1の信号配線のレベルに基づいて前記第1の電源配線と前記第2の信号配線を接続する第1のトランジスタと、前記第2のセル棚に設けられ、前記第1の信号配線のレベルに基づいて前記第4の電源配線と前記第2の信号配線を接続する第2のトランジスタと、前記第2のセル棚に設けられ、前記第2の信号配線のレベルに基づいて前記第2の電源配線と前記第3の信号配線を接続する第3のトランジスタと、前記第2のセル棚に設けられ、前記第2の信号配線のレベルに基づいて前記第3の電源配線と前記第3の信号配線を接続する第4のトランジスタと、を備え、前記第1のドライバトランジスタと前記第2のドライバトランジスタは、互いに前記第1の方向に配列され、前記第1及び第3のトランジスタと前記第2及び第4のトランジスタは、互いに前記第2の方向に配列されていることを特徴とする。 A semiconductor device according to another aspect of the present invention includes first and second cell shelves each extending in a first direction and having a predetermined width in a second direction intersecting the first direction, 1st, 2nd, 3rd and 4th power supply wiring, 1st, 2nd and 3rd signal wiring, provided in the 1st cell shelf, the 1st in response to the 1st control signal A first driver transistor for connecting the second power supply wiring and the second power supply wiring; and the third power supply wiring and the fourth driver transistor provided in the first cell shelf in response to a second control signal. A second driver transistor for connecting a power supply line and a second driver transistor provided in the second cell shelf for connecting the first power supply line and the second signal line based on the level of the first signal line. 1 transistor and the second cell shelf, the level of the first signal wiring Therefore, the second power source wiring is provided on the second cell shelf, and the second power source wiring is connected to the second power source wiring based on the level of the second signal wiring. A third transistor connecting the wiring and the third signal wiring; and the third power wiring and the third signal provided on the second cell shelf and based on a level of the second signal wiring. A fourth transistor for connecting wiring, wherein the first driver transistor and the second driver transistor are arranged in the first direction, and the first and third transistors and the second transistor are connected to each other. The fourth transistor is arranged in the second direction with respect to each other.
本発明によれば、セル棚にレイアウトされるドライバトランジスタの寄生抵抗成分を低下させることができる。これにより、ドライバトランジスタの電流駆動能力を向上させることが可能となる。 According to the present invention, the parasitic resistance component of the driver transistor laid out on the cell shelf can be reduced. As a result, the current driving capability of the driver transistor can be improved.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一実施形態による半導体装置10のレイアウトを説明するための模式的な平面図である。
FIG. 1 is a schematic plan view for explaining a layout of a
本実施形態による半導体装置10はDRAM(Dynamic Random Access Memory)であり、図1に示すように、平面形状が矩形である半導体基板2に集積されている。但し、本発明による半導体装置がDRAMに限定されるものではなく、他の種類の半導体装置に本発明を適用することも可能である。
The
本実施形態による半導体装置10は、2つのチャネルCHA,CHBを備える。チャネルCHA,CHBは、外部から独立してアクセス可能であり、チャネルCHA,CHBごとにメモリセルアレイ、アクセス制御回路、外部端子などを備えている。チャネルCHA,CHB間においては、基本的に全ての回路が分離されている。したがって、チャネルCHA,CHBは、互いに異なるクロック信号に同期して動作するとともに、コマンドアドレス信号CAの受信やデータDQの入出力についても、互いに異なる外部端子が用いられる。つまり、各チャネルCHA,CHBはそれぞれ独立した1個のDRAMと見なすことができ、この点においてバンクと呼ばれるアクセス単位とは区別される。
The
図1に示すように、半導体装置10は、半導体基板2のY方向における一方のエッジEG1に沿ってX方向に配列されたパッド列PAと、半導体基板2のY方向における他方のエッジEG2に沿ってX方向に配列されたパッド列PBを備える。パッド列PAはチャネルCHAに割り当てられた外部端子からなり、パッド列PBはチャネルCHBに割り当てられた外部端子からなる。
As shown in FIG. 1, the
パッド列PAの近傍にはチャネルCHAの周辺回路が配置され、パッド列PBの近傍にはチャネルCHBの周辺回路が配置される。周辺回路には、コマンドアドレス制御回路21A,21B、データ入出力回路22A,22B、アクセス制御回路31A,31Bなどが含まれる。図1に示す例では、X方向における両側にデータ入出力回路22A,22Bが配置され、これに挟まれるようにコマンドアドレス制御回路21A,21Bが配置される。また、アクセス制御回路31A,31Bは、メモリセルアレイ30A,30Bとコマンドアドレス制御回路21A,21B及びデータ入出力回路22A,22Bとの間に配置される他、複数のエリアに分割されたメモリセルアレイ30A,30Bのエリア間にも配置される。
A peripheral circuit of the channel CHA is arranged in the vicinity of the pad row PA, and a peripheral circuit of the channel CHB is arranged in the vicinity of the pad row PB. The peripheral circuits include command
図2は、半導体装置10の回路構成を説明するためのブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram for explaining a circuit configuration of the
図2に示すように、半導体装置10は、チャネルCHAに属するコマンドアドレス端子11A、データ入出力端子12A及び電源端子13A,14Aと、チャネルCHBに属するコマンドアドレス端子11B、データ入出力端子12B及び電源端子13B,14Bを備える。コマンドアドレス端子11A、データ入出力端子12A及び電源端子13A,14Aは、パッド列PAに含まれる。一方、コマンドアドレス端子11B、データ入出力端子12B及び電源端子13B,14Bはパッド列PBに含まれる。
As shown in FIG. 2, the
コマンドアドレス端子11Aは、チャネルCHAに対応するコマンドアドレス信号CAAが入力される外部端子であり、コマンドアドレス制御回路21Aに接続される。コマンドアドレス制御回路21Aは、コマンドアドレス信号CAAを受けてアクセス制御回路31Aの動作を制御する。アクセス制御回路31Aは、リード動作時においてはメモリセルアレイ30Aからデータを読み出し、これをデータ入出力回路22Aに供給する。データ入出力回路22Aは、読み出されたデータDQAをデータ入出力端子12Aから外部に出力する。一方、アクセス制御回路31Aは、ライト動作時において外部からデータ入出力端子12A及びデータ入出力回路22Aを介して入力されたデータDQAをメモリセルアレイ30Aに書き込む。
The
コマンドアドレス端子11Bは、チャネルCHBに対応するコマンドアドレス信号CABが入力される外部端子であり、コマンドアドレス制御回路21Bに接続される。コマンドアドレス制御回路21Bは、コマンドアドレス信号CABを受けてアクセス制御回路31Bの動作を制御する。アクセス制御回路31Bは、リード動作時においてはメモリセルアレイ30Bからデータを読み出し、これをデータ入出力回路22Bに供給する。データ入出力回路22Bは、読み出されたデータDQBをデータ入出力端子12Bから外部に出力する。一方、アクセス制御回路31Bは、ライト動作時において外部からデータ入出力端子12B及びデータ入出力回路22Bを介して入力されたデータDQBをメモリセルアレイ30Bに書き込む。
The
このように、チャネルCHAとチャネルCHBは、それぞれ独立した回路ブロックによって構成されている。このため、外部からは、2個のDRAMとして取り扱うことができる。但し、キャリブレーション回路23Aやリセット回路24Bなど、一部の回路については共有されている。具体的には、キャリブレーション回路23AについてはチャネルCHA側にのみ設けられており、キャリブレーション端子ZQを用いたキャリブレーション動作は、チャネルCHAでのみ実行される。キャリブレーション動作の結果は、チャネルCHA,CHBのデータ入出力回路22A,22Bに対して共通に反映される。また、リセット回路24BはチャネルCHB側にのみ設けられており、外部からリセット端子15Bに供給されるリセット信号RSTは、チャネルCHBにて受け付けられる。リセット信号RSTが活性化すると、チャネルCHA,CHBの両方がリセットされる。
Thus, the channel CHA and the channel CHB are configured by independent circuit blocks. For this reason, it can be handled from the outside as two DRAMs. However, some circuits such as the
電源端子13A,13Bは、外部から電源電位VDDが供給される端子である。また、電源端子14A,14Bは、外部から電源電位VSS(接地電位)が供給される端子である。電源端子13AはチャネルCHAに割り当てられ、電源端子13BはチャネルCHBに割り当てられているが、図2に示すように、電源端子13A,13Bは、電源配線VLを介してチップの内部で短絡されている。同様に、電源端子14AはチャネルCHAに割り当てられ、電源端子14BはチャネルCHBに割り当てられているが、図2に示すように、電源端子14A,14Bは、電源配線SLを介してチップの内部で短絡されている。
The
電源配線VL,SLは、コマンドアドレス制御回路21A,21B、データ入出力回路22A,22B、メモリセルアレイ30A,30B、アクセス制御回路31A,31Bなどに接続される。これにより、各回路ブロックには動作電源として電源電位VDD,VSSが供給される。
The power supply lines VL and SL are connected to command
本実施形態による半導体装置10は、一部の回路ブロックにおいて疑似電源方式が採用されている。疑似電源方式を用いる回路ブロックについては特に限定されないが、コマンドアドレス制御回路21A,21Bや、アクセス制御回路31A,31Bの一部に疑似電源方式を適用することができる。
In the
図3は、疑似電源方式の原理を説明するための回路図である。 FIG. 3 is a circuit diagram for explaining the principle of the pseudo power supply system.
図3に示すように、疑似電源方式においては、高位側の電源電位VDDを供給するための電源配線としてメイン電源配線L1及びサブ電源配線L2が用いられ、低位側の電源電位VSSを供給するための電源配線としてメイン電源配線L3及びサブ電源配線L4が用いられる。メイン電源配線L1は常に電源電位VDDが供給される配線であり、メイン電源配線L3は常に電源電位VSSが供給される配線である。 As shown in FIG. 3, in the pseudo power supply method, the main power supply wiring L1 and the sub power supply wiring L2 are used as the power supply wiring for supplying the high power supply potential VDD, and the low power supply potential VSS is supplied. The main power supply wiring L3 and the sub power supply wiring L4 are used as the power supply wiring. The main power supply wiring L1 is a wiring that is always supplied with the power supply potential VDD, and the main power supply wiring L3 is a wiring that is always supplied with the power supply potential VSS.
これに対し、サブ電源配線L2は、ドライバトランジスタM1を介してメイン電源配線L1に接続されている。ドライバトランジスタM1は、Pチャンネル型MOSトランジスタからなり、そのソースがメイン電源配線L1に接続され、ドレインがサブ電源配線L2に接続されている。また、ドライバトランジスタM1のゲート電極には、制御信号S1が供給される。これにより、制御信号S1がローレベルに活性化すると、ドライバトランジスタM1を介して、サブ電源配線L2に電源電位VDDが供給される。これに対し、制御信号S1がハイレベルに非活性化している期間は、サブ電源配線L2はメイン電源配線L1から切り離され、フローティング状態となる。 On the other hand, the sub power supply line L2 is connected to the main power supply line L1 via the driver transistor M1. The driver transistor M1 is composed of a P-channel MOS transistor, and has a source connected to the main power supply line L1 and a drain connected to the sub power supply line L2. The control signal S1 is supplied to the gate electrode of the driver transistor M1. As a result, when the control signal S1 is activated to the low level, the power supply potential VDD is supplied to the sub power supply line L2 via the driver transistor M1. On the other hand, during the period when the control signal S1 is inactivated to the high level, the sub power supply line L2 is disconnected from the main power supply line L1 and is in a floating state.
同様に、サブ電源配線L4は、ドライバトランジスタM2を介してメイン電源配線L3に接続されている。ドライバトランジスタM2は、Nチャンネル型MOSトランジスタからなり、そのソースがメイン電源配線L3に接続され、ドレインがサブ電源配線L4に接続されている。また、ドライバトランジスタM2のゲート電極には、制御信号S2が供給される。これにより、制御信号S2がハイレベルに活性化すると、ドライバトランジスタM2を介して、サブ電源配線L4に電源電位VSSが供給される。これに対し、制御信号S2がローレベルに非活性化している期間は、サブ電源配線L4はメイン電源配線L3から切り離され、フローティング状態となる。 Similarly, the sub power supply line L4 is connected to the main power supply line L3 via the driver transistor M2. The driver transistor M2 is formed of an N-channel MOS transistor, and has a source connected to the main power supply line L3 and a drain connected to the sub power supply line L4. The control signal S2 is supplied to the gate electrode of the driver transistor M2. As a result, when the control signal S2 is activated to a high level, the power supply potential VSS is supplied to the sub power supply line L4 via the driver transistor M2. On the other hand, during the period in which the control signal S2 is inactivated to the low level, the sub power supply line L4 is disconnected from the main power supply line L3 and is in a floating state.
制御信号S1と制御信号S2は相補の信号であり、アクティブ状態においては、それぞれローレベル及びハイレベルに活性化される。これにより、サブ電源配線L2には電源電位VDDが供給され、サブ電源配線L4には電源電位VSSが供給される。これに対し、スタンバイ状態においては、それぞれハイレベル及びローレベルに非活性化され、サブ電源配線L2,L4はいずれもフローティング状態となる。 The control signal S1 and the control signal S2 are complementary signals, and are activated to a low level and a high level, respectively, in the active state. As a result, the power supply potential VDD is supplied to the sub power supply wiring L2, and the power supply potential VSS is supplied to the sub power supply wiring L4. On the other hand, in the standby state, they are deactivated to the high level and the low level, respectively, and the sub power supply lines L2 and L4 are both in the floating state.
電源配線L1〜L4には、所望の論理回路LOGが接続される。図3には、最も単純な例として、直列に接続された2段のインバータ回路41,42が示されている。1段目のインバータ回路41の入力ノードは信号配線51に接続され、出力ノードは信号配線52に接続されている。また、2段目のインバータ回路42の入力ノードは信号配線52に接続され、出力ノードは信号配線53に接続されている。信号配線51には入力信号INが供給され、信号配線53からは出力信号OUTが出力される。
A desired logic circuit LOG is connected to the power supply lines L1 to L4. FIG. 3 shows two stages of
図3に示すように、インバータ回路41は、Pチャンネル型MOSトランジスタP1及びNチャンネル型MOSトランジスタN1からなる。トランジスタP1のソースはメイン電源配線L1に接続され、ドレインは信号配線52に接続される。また、トランジスタN1のソースはサブ電源配線L4に接続され、ドレインは信号配線52に接続される。そして、トランジスタP1,N1のゲート電極は、信号配線51に共通に接続される。
As shown in FIG. 3, the
同様に、インバータ回路42は、Pチャンネル型MOSトランジスタP2及びNチャンネル型MOSトランジスタN2からなる。トランジスタP2のソースはサブ電源配線L2に接続され、ドレインは信号配線53に接続される。また、トランジスタN2のソースはメイン電源配線L3に接続され、ドレインは信号配線53に接続される。そして、トランジスタP2,N2のゲート電極は、信号配線52に共通に接続される。
Similarly, the
かかる構成により、ドライバトランジスタM1,M2がいずれもオンしているアクティブ状態である場合、つまり、サブ電源配線L2に電源電位VDDが供給され、サブ電源配線L4に電源電位VSSが供給されている場合は、入力信号INの論理レベルに基づいて出力信号OUTの論理レベルが正しく変化する。 With this configuration, when the driver transistors M1 and M2 are both in an active state, that is, when the power supply potential VDD is supplied to the sub power supply line L2 and the power supply potential VSS is supplied to the sub power supply line L4. The logic level of the output signal OUT changes correctly based on the logic level of the input signal IN.
これに対し、ドライバトランジスタM1,M2がいずれもオフしているスタンバイ状態である場合、つまり、サブ電源配線L2,L4がフローティング状態である場合は、インバータ回路41,42がいずれも非活性化される。ここで、スタンバイ時における入力信号INの論理レベルがローレベルであれば、トランジスタP1,N2がオンすることから、出力信号OUTの論理レベルをローレベルに維持することができる。そして、トランジスタN1,P2のソースには電源供給されないことから、オフリーク電流もほとんど流れない。
On the other hand, when the driver transistors M1 and M2 are both in the standby state, that is, when the sub power supply lines L2 and L4 are in the floating state, both the
このように、疑似電源方式を用いれば、アクティブ時においては通常の論理演算を行うことができ、スタンバイ時においてはオフリーク電流を削減しつつ、所定の論理レベルを維持することが可能となる。 As described above, when the pseudo power supply method is used, it is possible to perform a normal logical operation in the active state and maintain a predetermined logical level while reducing the off-leakage current in the standby state.
しかしながら、疑似電源方式を採用する場合、ドライバトランジスタには非常に大きな電流駆動能力が要求される。これは、ドライバトランジスタM1については論理回路LOGに含まれる多くのPチャンネル型MOSトランジスタにソース電位(VDD)を供給する必要があるからであり、ドライバトランジスタM2については論理回路LOGに含まれる多くのNチャンネル型MOSトランジスタにソース電位(VSS)を供給する必要があるからである。具体的には、論理回路LOGを構成するトランジスタの総チャネル幅の3倍〜6倍のチャンネル幅がドライバトランジスタM1,M2に必要とされる。このため、ドライバトランジスタM1,M2と論理回路LOGを混在させてレイアウトする場合、ドライバトランジスタM1,M2の占有割合が大きくなる。 However, when the pseudo power supply method is employed, the driver transistor is required to have a very large current driving capability. This is because the source potential (VDD) needs to be supplied to many P-channel MOS transistors included in the logic circuit LOG for the driver transistor M1, and many of the driver transistors M2 included in the logic circuit LOG. This is because it is necessary to supply the source potential (VSS) to the N-channel MOS transistor. Specifically, the driver transistors M1 and M2 require a channel width that is three to six times the total channel width of the transistors constituting the logic circuit LOG. For this reason, when the driver transistors M1 and M2 and the logic circuit LOG are mixed and laid out, the occupation ratio of the driver transistors M1 and M2 increases.
図4は、スタンダードセル方式を用いた回路ブロックBLKの一例を示す模式的な平面図である。また、図5は、回路ブロックBLK上に形成された電源網を示す模式的な平面図である。 FIG. 4 is a schematic plan view showing an example of a circuit block BLK using the standard cell method. FIG. 5 is a schematic plan view showing a power supply network formed on the circuit block BLK.
図4に示す回路ブロックBLKは、Y方向に延在する複数のセル棚CTがX方向に配列されており、所定のセル棚CTには論理回路LOGが配置され、他のセル棚CTにはドライバトランジスタM1,M2が配置される。セル棚CTのX方向における幅は一定である。 In the circuit block BLK shown in FIG. 4, a plurality of cell shelves CT extending in the Y direction are arranged in the X direction, a logic circuit LOG is arranged in a predetermined cell shelf CT, and other cell shelves CT are arranged in the other cell shelf CT. Driver transistors M1 and M2 are arranged. The width of the cell shelf CT in the X direction is constant.
そして、図5に示すように、回路ブロックBLK上にはメッシュ状の電源網が構築され、これによって各論理回路LOGを構成するトランジスタのソースに電源電位VDD又はVSSが供給される。図5においてY方向に延在する実線で示された配線は、高位側の電源配線L1又はL2であり、Y方向に延在する破線で示された配線は、低位側の電源配線L3又はL4である。ここで、Y方向に延在する電源配線L1〜L4は、セル棚CTの境界に沿って設けられる。 Then, as shown in FIG. 5, a mesh-like power supply network is constructed on the circuit block BLK, whereby the power supply potential VDD or VSS is supplied to the sources of the transistors constituting each logic circuit LOG. In FIG. 5, the wiring indicated by the solid line extending in the Y direction is the higher power supply line L1 or L2, and the wiring indicated by the broken line extending in the Y direction is the lower power supply wiring L3 or L4. It is. Here, the power supply lines L1 to L4 extending in the Y direction are provided along the boundary of the cell shelf CT.
電源配線L1〜L4は、さらに上層に位置する電源配線L5〜L8にそれぞれ接続される。図5においてX方向に延在する実線で示された配線は、高位側の電源配線L5又はL6であり、X方向に延在する破線で示された配線は、低位側の電源配線L7又はL8である。そして、電源配線L1〜L4は、図示しないスルーホール導体を介して電源配線L5〜L8にそれぞれ接続され、これによってメッシュ状の電源網が構築される。 The power supply wirings L1 to L4 are connected to power supply wirings L5 to L8 located in the upper layers, respectively. In FIG. 5, the wiring indicated by the solid line extending in the X direction is the higher power supply wiring L5 or L6, and the wiring indicated by the broken line extending in the X direction is the lower power supply wiring L7 or L8. It is. The power supply lines L1 to L4 are connected to the power supply lines L5 to L8 via through-hole conductors (not shown), thereby forming a mesh-shaped power supply network.
図6は、図3に示したインバータ回路41,42をセル棚CTに配置した例を示す平面図である。また、図7は、図6のA−A線に沿った断面図である。
FIG. 6 is a plan view showing an example in which the
図6に示すように、インバータ回路41,42などの論理回路LOGが配置されるセル棚CTはX方向に2分割され、一方がPチャンネル領域PTR、他方がNチャンネル領域NTRとして用いられる。Pチャンネル領域PTRはPチャンネル型MOSトランジスタが形成される領域であり、その上方にはソース電位である電源電位VDDを供給するための電源配線L1,L2が配置される。また、Nチャンネル領域NTRはNチャンネル型MOSトランジスタが形成される領域であり、その上方にはソース電位である電源電位VSSを供給するための電源配線L3,L4が配置される。
As shown in FIG. 6, a cell shelf CT in which logic circuits LOG such as
Pチャンネル領域PTRとNチャンネル領域NTR間には、Y方向に延在するウェルコンタクト領域WCN及び基板コンタクト領域SCNが形成されている。ウェルコンタクト領域WCNは、後述するNウェル領域62に基板電位を供給するためのN+拡散層であり、基板コンタクト領域SCNは、後述する半導体基板61に基板電位を供給するためのP+拡散層である。
A well contact region WCN and a substrate contact region SCN extending in the Y direction are formed between the P channel region PTR and the N channel region NTR. The well contact region WCN is an N + diffusion layer for supplying a substrate potential to an
図7に示すように、Pチャンネル領域PTRは、P型の半導体基板61に形成されるNウェル領域62によって構成される。そして、Nウェル領域62の表面には、P型のソース領域63及びドレイン領域64が形成される。ソース領域63とドレイン領域64の間はチャネル領域であり、その上方にはゲート絶縁膜65を介してゲート電極Gが配置される。これにより、Pチャンネル型MOSトランジスタが構成される。また、ソース領域63及びドレイン領域64は、コンタクト導体CEを介して配線Wに接続される。配線Wは、ゲート配線層の上層に位置するタングステン配線層に形成される。
As shown in FIG. 7, the P channel region PTR is constituted by an
図示しないが、Nチャンネル領域NTRは、P型の半導体基板61によって構成され、その表面には、N型のソース領域及びドレイン領域が形成される。そして、チャネル領域の上方にはゲート絶縁膜を介してゲート電極が配置され、Nチャンネル型MOSトランジスタが構成される。Nチャンネル型MOSトランジスタについても、ソース領域及びドレイン領域は、コンタクト導体CEを介して配線Wに接続される。
Although not shown, the N channel region NTR is constituted by a P
そして、図7に示すように、トランジスタP1のソース領域63は、コンタクト導体CE、配線W及びスルーホール導体TH1を介して、メイン電源配線L1に接続される。図示しないが、トランジスタP2のソース領域63は、コンタクト導体CE、配線W及びスルーホール導体TH1を介して、サブ電源配線L2に接続される。同様に、トランジスタN1のソース領域63は、コンタクト導体CE、配線W及びスルーホール導体TH1を介してサブ電源配線L4に接続され、トランジスタN2のソース領域63は、コンタクト導体CE、配線W及びスルーホール導体TH1を介してメイン電源配線L3に接続される。
As shown in FIG. 7, the
さらに、図6に示すように、トランジスタP1,N1のゲート電極Gは、信号配線51に接続される。また、トランジスタP1,N1のドレイン領域64は、コンタクト導体CE及び配線Wを介して信号配線52に接続される。信号配線52は、トランジスタP2,N2のゲート電極Gに接続される。トランジスタP2,N2のドレイン領域64は、コンタクト導体CE及び配線Wを介して信号配線53に接続される。
Further, as shown in FIG. 6, the gate electrodes G of the transistors P <b> 1 and N <b> 1 are connected to the
このように、論理回路LOGが形成されるセル棚CTは、X方向に2分割され、その一方にPチャンネル型MOSトランジスタが形成され、他方にNチャンネル型MOSトランジスタが形成される。 As described above, the cell shelf CT in which the logic circuit LOG is formed is divided into two in the X direction, and a P-channel MOS transistor is formed on one side and an N-channel MOS transistor is formed on the other side.
図8は、本発明を完成する課程で検討したプロトタイプによるドライバトランジスタM1,M2の構成を示す平面図である。また、図9は、図8のB−B線に沿った断面図である。 FIG. 8 is a plan view showing the configuration of prototype driver transistors M1 and M2 studied in the course of completing the present invention. FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
図8及び図9に示すように、プロトタイプによるドライバトランジスタM1,M2は、図6及び図7に示した論理回路LOGと同様、1つのセル棚CT内において、X方向に隣接して配置されている。つまり、セル棚CTがX方向に2分割され、Pチャンネル領域PTRにドライバトランジスタM1が形成され、Nチャンネル領域NTRにドライバトランジスタM2が形成される。そして、Pチャンネル領域PTRの上方には、電源配線L1,L2がY方向に延在して配置される。また、Nチャンネル領域NTRの上方には、電源配線L3,L4がY方向に延在して配置される。 As shown in FIGS. 8 and 9, the prototype driver transistors M1 and M2 are arranged adjacent to each other in the X direction in one cell shelf CT, similarly to the logic circuit LOG shown in FIGS. Yes. That is, the cell shelf CT is divided into two in the X direction, the driver transistor M1 is formed in the P channel region PTR, and the driver transistor M2 is formed in the N channel region NTR. The power supply lines L1 and L2 are arranged extending in the Y direction above the P channel region PTR. In addition, power supply lines L3 and L4 are arranged extending in the Y direction above the N channel region NTR.
ドライバトランジスタM1は、複数のソース領域63と複数のドレイン領域64がY方向に交互に配列された構成を有しており、これにより複数のチャネルが形成される。各チャネル領域の上方には、ゲート絶縁膜65を介してそれぞれゲート電極Gが形成される。これらゲート電極Gには、制御信号S1が共通に供給される。複数のソース領域63は、コンタクト導体CE、配線W、スルーホール導体TH1を介してメイン電源配線L1に共通に接続される。また、複数のドレイン領域64は、コンタクト導体CE、配線W、スルーホール導体TH1を介してサブ電源配線L2に共通に接続される。これにより、多数のトランジスタが並列接続された構成が得られることから、大きな電流駆動能力を得ることが可能となる。
The driver transistor M1 has a configuration in which a plurality of
ドライバトランジスタM2は、複数のソース領域63と複数のドレイン領域64がY方向に交互に配列された構成を有しており、これにより複数のチャネルが形成される。各チャネル領域の上方には、ゲート絶縁膜65を介してそれぞれゲート電極Gが形成される。これらゲート電極Gには、制御信号S2が共通に供給される。複数のソース領域63は、コンタクト導体CE、配線W、スルーホール導体TH1を介してメイン電源配線L3に共通に接続される。また、複数のドレイン領域64は、コンタクト導体CE、配線W、スルーホール導体TH1を介してサブ電源配線L4に共通に接続される。これにより、多数のトランジスタが並列接続された構成が得られることから、大きな電流駆動能力を得ることが可能となる。
The driver transistor M2 has a configuration in which a plurality of
これら電源配線L1〜L4は、タングステン配線層の上層に位置する第1メタル配線層に形成される。第1メタル配線層には、主にY方向に延在する配線が形成される。第1メタル配線層のさらに上層には、第2メタル配線層が設けられる。第2メタル配線層には、主にX方向に延在する配線が形成される。第1メタル配線層及び第2メタル配線層の材料としては、例えばアルミニウムが用いられる。 These power supply wirings L1 to L4 are formed in a first metal wiring layer located above the tungsten wiring layer. In the first metal wiring layer, wiring extending mainly in the Y direction is formed. A second metal wiring layer is provided further above the first metal wiring layer. In the second metal wiring layer, wiring extending mainly in the X direction is formed. For example, aluminum is used as the material of the first metal wiring layer and the second metal wiring layer.
第2メタル配線層には、図8に示すように電源配線L5〜L8が形成される。電源配線L5〜L8は、スルーホール導体TH2を介して、それぞれ電源配線L1〜L4に接続される。したがって、電源配線L1とL5は同電位であり、電源配線L2とL6は同電位であり、電源配線L3とL7は同電位であり、電源配線L4とL8は同電位である。そして、電源配線L1〜L4はY方向に延在し、電源配線L5〜L8はX方向に延在するため、これらをスルーホール導体TH2で接続することにより、メッシュ状の電源網が構築される。 As shown in FIG. 8, power supply wirings L5 to L8 are formed in the second metal wiring layer. The power supply lines L5 to L8 are connected to the power supply lines L1 to L4 through the through-hole conductors TH2, respectively. Therefore, the power supply lines L1 and L5 have the same potential, the power supply lines L2 and L6 have the same potential, the power supply lines L3 and L7 have the same potential, and the power supply lines L4 and L8 have the same potential. Since the power supply lines L1 to L4 extend in the Y direction and the power supply lines L5 to L8 extend in the X direction, a mesh-shaped power supply network is constructed by connecting them with the through-hole conductor TH2. .
電源配線L5〜L8は、上層の第2メタル配線層に形成されるため、その配線幅は電源配線L1〜L4よりも広く、且つ、配線厚みも電源配線L1〜L4よりも厚い。このため、電源配線L5〜L8は電源配線L1〜L4よりも低抵抗であり、いわゆる電源幹線として機能する。 Since the power supply wirings L5 to L8 are formed in the upper second metal wiring layer, the wiring width is wider than the power supply wirings L1 to L4, and the wiring thickness is also thicker than the power supply wirings L1 to L4. For this reason, the power supply lines L5 to L8 have lower resistance than the power supply lines L1 to L4, and function as so-called power supply trunk lines.
図8に示す例では、電源配線L1,L2と電源配線L5,L6を接続するスルーホール導体TH2は、ドライバトランジスタM1のY方向における一方に位置する領域71及び他方に位置する領域73に設けられている。これは、電源配線L5,L6が領域71,73を通過するよう、X方向に延在して設けられているからである。これに対し、電源配線L3,L4と電源配線L7,L8を接続するスルーホール導体TH2は、ドライバトランジスタM2のY方向における中央に位置する領域72に設けられている。これは、電源配線L7,L8が領域72を通過するよう、X方向に延在して設けられているからである。
In the example shown in FIG. 8, the through-hole conductor TH2 that connects the power supply lines L1 and L2 and the power supply lines L5 and L6 is provided in a
その結果、ドライバトランジスタM1に関しては、領域71,73における配線抵抗に比べて、領域72における配線抵抗が高くなる。逆に、ドライバトランジスタM2に関しては、領域72における配線抵抗に比べて、領域71,73における配線抵抗が高くなる。これは、第1メタル配線層に形成された電源配線L1〜L4の抵抗値が比較的高いため、スルーホール導体TH2からのY方向における距離が離れるほど、第1メタル配線層による寄生抵抗が高くなるからである。
As a result, for the driver transistor M1, the wiring resistance in the
このように、図8及び図9に示すプロトタイプによるドライバトランジスタM1,M2では、第1メタル配線層による寄生抵抗が大きいため、電流駆動能力が低下するという問題があった。 As described above, the prototype driver transistors M1 and M2 shown in FIGS. 8 and 9 have a problem that the current drive capability is lowered because the parasitic resistance due to the first metal wiring layer is large.
図10は、第1メタル配線層による寄生抵抗の影響を説明するための動作波形図である。 FIG. 10 is an operation waveform diagram for explaining the influence of the parasitic resistance due to the first metal wiring layer.
図10において、符号INは図3に示した入力信号INの波形であり、符号OUT1,OUT2は図3に示した出力信号OUTの波形である。まず、第1メタル配線層による寄生抵抗が小さい場合、入力信号INがローレベルからハイレベルに変化すると、所定の遅延時間をもって、出力信号OUT1が所定のスルーレートでローレベルからハイレベルに変化する。しかしながら、第1メタル配線層による寄生抵抗が大きい場合、論理回路LOGの駆動能力低下するため、出力信号OUT1のスルーレートが低下し、ローレベルからハイレベルに到達するまでの時間が長くなる。その結果、信号の伝達時間が設計値よりも増加してしまう。 In FIG. 10, the symbol IN is the waveform of the input signal IN shown in FIG. 3, and the symbols OUT1 and OUT2 are the waveforms of the output signal OUT shown in FIG. First, when the parasitic resistance due to the first metal wiring layer is small, when the input signal IN changes from the low level to the high level, the output signal OUT1 changes from the low level to the high level at a predetermined slew rate with a predetermined delay time. . However, when the parasitic resistance due to the first metal wiring layer is large, the driving capability of the logic circuit LOG is lowered, so that the slew rate of the output signal OUT1 is lowered, and the time until it reaches the high level from the low level becomes long. As a result, the signal transmission time increases from the design value.
図11は、本発明の実施形態によるドライバトランジスタM1,M2の構成を示す平面図である。また、図12は、図11のC−C線に沿った断面図である。図13は、図11のD−D線に沿った断面図である。図14は、図11のE−E線に沿った断面図である。図15は、図11のF−F線に沿った断面図である。尚、図12〜図15においては、タングステン配線層は省略されている。 FIG. 11 is a plan view showing the configuration of the driver transistors M1, M2 according to the embodiment of the present invention. FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line EE in FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line FF in FIG. 12 to 15, the tungsten wiring layer is omitted.
図11〜図15に示すように、本実施形態によるドライバトランジスタM1,M2は、同一のセル棚CT内においてY方向に配列されている。図11に示す例では、領域81,83に形成された2つのドライバトランジスタM1と、これに挟まれた領域82に形成された1つのドライバトランジスタM2が示されている。このように、本実施形態においては、セル棚CTにおけるドライバトランジスタM1,M2の配置方法が論理回路LOGとは異なっている。このため、半導体基板61に形成するNウェル領域62のパターンについても、論理回路LOGが形成されるセル棚CTとは異なるパターン形状とする必要がある。
As shown in FIGS. 11 to 15, the driver transistors M1 and M2 according to the present embodiment are arranged in the Y direction in the same cell shelf CT. In the example shown in FIG. 11, two driver transistors M1 formed in the
領域81,83においては、セル棚CTのX方向における全幅にNウェル領域62が形成されており、これによりセル棚CTのX方向における全幅がPチャンネル領域PTRとして用いられる。一方、領域82においては、セル棚CTのX方向における全幅に半導体基板61が露出しており、これによりセル棚CTのX方向における全幅がNチャンネル領域NTRとして用いられる。そして、これらPチャンネル領域PTRとNチャンネル領域NTRは、同一のセル棚CT内において、セル棚CTの延在方向であるY方向に配列される。
In the
Pチャンネル領域PTRの上方には、電源配線L1,L2がY方向に延在して配置される。また、Nチャンネル領域NTRの上方には、電源配線L3,L4がY方向に延在して配置される。図11に示す例では、Pチャンネル領域PTRに電源配線L1,L2が2本ずつ両側に配置され、Nチャンネル領域NTRに電源配線L3,L4が2本ずつ両側に配置される。そして、メイン電源配線L1とメイン電源配線L3は互いに延長線上に位置し、サブ電源配線L2とサブ電源配線L4は互いに延長線上に位置している。これにより、電源配線L1〜L4が領域ごとに分断された構成を有している。但し、メイン電源配線L1とサブ電源配線L4が互いに延長線上に位置し、サブ電源配線L2とメイン電源配線L3が互いに延長線上に位置するようレイアウトしても構わない。 Above the P channel region PTR, power supply lines L1 and L2 are arranged extending in the Y direction. In addition, power supply lines L3 and L4 are arranged extending in the Y direction above the N channel region NTR. In the example shown in FIG. 11, two power supply lines L1 and L2 are arranged on both sides in the P channel region PTR, and two power supply lines L3 and L4 are arranged on both sides in the N channel region NTR. The main power supply line L1 and the main power supply line L3 are located on the extension line, and the sub power supply line L2 and the sub power supply line L4 are located on the extension line. Thus, the power supply wirings L1 to L4 have a configuration divided for each region. However, it may be laid out such that the main power supply line L1 and the sub power supply line L4 are positioned on the extension line, and the sub power supply line L2 and the main power supply line L3 are positioned on the extension line.
ドライバトランジスタM1は、複数のソース領域63と複数のドレイン領域64がY方向に交互に配列された構成を有しており、これにより複数のチャネルが形成される。各チャネル領域の上方には、ゲート絶縁膜65を介してそれぞれゲート電極Gが形成される。これらゲート電極Gには、制御信号S1が共通に供給される。図12に示すように、複数のソース領域63は、スルーホール導体TH1を介してメイン電源配線L1に共通に接続される。また、図13に示すように、複数のドレイン領域64は、スルーホール導体TH1を介してサブ電源配線L2に共通に接続される。これにより、多数のトランジスタが並列接続された構成が得られることから、大きな電流駆動能力を得ることが可能となる。
The driver transistor M1 has a configuration in which a plurality of
ドライバトランジスタM2は、複数のソース領域63と複数のドレイン領域64がY方向に交互に配列された構成を有しており、これにより複数のチャネルが形成される。各チャネル領域の上方には、ゲート絶縁膜65を介してそれぞれゲート電極Gが形成される。これらゲート電極Gには、制御信号S2が共通に供給される。図14に示すように、複数のソース領域63は、スルーホール導体TH1を介してメイン電源配線L3に共通に接続される。また、図15に示すように、複数のドレイン領域64は、スルーホール導体TH1を介してサブ電源配線L4に共通に接続される。これにより、多数のトランジスタが並列接続された構成が得られることから、大きな電流駆動能力を得ることが可能となる。
The driver transistor M2 has a configuration in which a plurality of
第2メタル配線層には、図11に示すように電源配線L5〜L8が形成される。電源配線L5〜L8は、スルーホール導体TH2を介して、それぞれ電源配線L1〜L4に接続される。したがって、電源配線L1とL5は同電位であり、電源配線L2とL6は同電位であり、電源配線L3とL7は同電位であり、電源配線L4とL8は同電位である。電源配線L1〜L4はY方向に延在し、電源配線L5〜L8はX方向に延在するため、これらをスルーホール導体TH2で接続することにより、メッシュ状の電源網が構築される。 As shown in FIG. 11, power supply wirings L5 to L8 are formed in the second metal wiring layer. The power supply lines L5 to L8 are connected to the power supply lines L1 to L4 through the through-hole conductors TH2, respectively. Therefore, the power supply lines L1 and L5 have the same potential, the power supply lines L2 and L6 have the same potential, the power supply lines L3 and L7 have the same potential, and the power supply lines L4 and L8 have the same potential. Since the power supply lines L1 to L4 extend in the Y direction and the power supply lines L5 to L8 extend in the X direction, a mesh-like power supply network is constructed by connecting them with the through-hole conductor TH2.
電源配線L5〜L8は、上層の第2メタル配線層に形成されるため、その配線幅は電源配線L1〜L4よりも広く、且つ、配線厚みも電源配線L1〜L4よりも厚い。このため、電源配線L5〜L8は電源配線L1〜L4よりも低抵抗であり、いわゆる電源幹線として機能する。電源配線L5,L6は、Pチャンネル領域PTRを通過するよう、X方向に延在して設けられる。電源配線L7,L8は、Nチャンネル領域NTRを通過するよう、X方向に延在して設けられる。 Since the power supply wirings L5 to L8 are formed in the upper second metal wiring layer, the wiring width is wider than the power supply wirings L1 to L4, and the wiring thickness is also thicker than the power supply wirings L1 to L4. For this reason, the power supply lines L5 to L8 have lower resistance than the power supply lines L1 to L4, and function as so-called power supply trunk lines. Power supply lines L5 and L6 are provided extending in the X direction so as to pass through P channel region PTR. Power supply lines L7 and L8 are provided extending in the X direction so as to pass through N channel region NTR.
本実施形態では、Pチャンネル領域PTRにおいては、2本のメイン電源配線L1とメイン電源配線L5をそれぞれ接続するスルーホール導体TH2を設けることができるとともに、2本のサブ電源配線L2とサブ電源配線L6をそれぞれ接続するスルーホール導体TH2を設けることができる。これにより、スルーホール導体TH2による抵抗線分をより低くすることができる。しかも、Pチャンネル領域PTRのY方向における長さが図8に示したプロトタイプに比べて大幅に縮小されるため、比較的抵抗値の高い電源配線L1,L2の長さを短縮することができる。 In the present embodiment, in the P-channel region PTR, through-hole conductors TH2 that connect the two main power supply lines L1 and the main power supply line L5 can be provided, and the two sub power supply lines L2 and the sub power supply lines can be provided. Through-hole conductors TH2 that connect L6 can be provided. Thereby, the resistance line segment by the through-hole conductor TH2 can be further reduced. In addition, since the length of the P channel region PTR in the Y direction is significantly reduced as compared with the prototype shown in FIG. 8, the lengths of the power supply lines L1 and L2 having relatively high resistance values can be shortened.
同様に、Nチャンネル領域NTRにおいては、2本のメイン電源配線L3とメイン電源配線L7をそれぞれ接続するスルーホール導体TH2を設けることができるとともに、2本のサブ電源配線L4とサブ電源配線L8それぞれ接続するスルーホール導体TH2を設けることができる。これにより、スルーホール導体TH2による抵抗線分をより低くすることができる。しかも、Nチャンネル領域NTRのY方向における長さが図8に示したプロトタイプに比べて大幅に縮小されるため、比較的抵抗値の高い電源配線L3,L4の長さを短縮することができる。 Similarly, in the N channel region NTR, through-hole conductors TH2 for connecting the two main power supply lines L3 and L7 can be provided, and the two sub power supply lines L4 and the sub power supply lines L8 can be provided. A through-hole conductor TH2 to be connected can be provided. Thereby, the resistance line segment by the through-hole conductor TH2 can be further reduced. Moreover, since the length of the N channel region NTR in the Y direction is significantly reduced as compared with the prototype shown in FIG. 8, the lengths of the power supply lines L3 and L4 having relatively high resistance values can be shortened.
以上の構造により、本実施形態においては、ドライバトランジスタM1,M2の寄生抵抗線分を大幅に低減することができる。これにより、本実施形態によれば、ドライバトランジスタM1,M2の電流駆動能力を高めることが可能となる。 With the above structure, in this embodiment, the parasitic resistance line segments of the driver transistors M1 and M2 can be significantly reduced. As a result, according to the present embodiment, the current drive capability of the driver transistors M1 and M2 can be increased.
図16は抵抗R3,R4の抵抗値を示すグラフであり、(a)は図8に示したプロトタイプによるレイアウトを採用した場合の抵抗値を示し、(b)は図11に示した実施形態によるレイアウトを採用した場合の抵抗値を示している。図3に示したように、抵抗R3とは、メイン電源配線L3とドライバトランジスタM2との間に存在する抵抗成分であり、抵抗R4とは、サブ電源配線L4とドライバトランジスタM2との間に存在する抵抗成分である。 FIG. 16 is a graph showing the resistance values of the resistors R3 and R4, (a) shows the resistance values when the prototype layout shown in FIG. 8 is adopted, and (b) shows the embodiment shown in FIG. The resistance value when the layout is adopted is shown. As shown in FIG. 3, the resistor R3 is a resistance component existing between the main power supply line L3 and the driver transistor M2, and the resistor R4 is present between the sub power supply line L4 and the driver transistor M2. It is a resistance component.
図16(a)の縦軸は測定ポイントを示し、横軸は抵抗値を示している。具体的には、図8に示したドライバトランジスタM2上に位置する電源配線L3,L4のY方向における一端をポイント1とし、Y方向における他端をポイント31として、電源配線L3,L4をY方向に30分割した場合の各ポイントにおける抵抗値が示されている。
In FIG. 16A, the vertical axis represents measurement points, and the horizontal axis represents resistance values. Specifically, one end in the Y direction of the power supply wirings L3 and L4 located on the driver transistor M2 shown in FIG. 8 is set as the
同様に、図16(b)の縦軸は測定ポイントを示し、横軸は抵抗値を示している。具体的には、図11に示したドライバトランジスタM2上に位置する電源配線L3,L4のY方向における一端をポイント1とし、Y方向における他端をポイント11として、電源配線L3,L4をY方向に10分割した場合の各ポイントにおける抵抗値が示されている。隣接するポイント間の距離は、図16(a)と図16(b)とで等しい。
Similarly, the vertical axis in FIG. 16B indicates the measurement point, and the horizontal axis indicates the resistance value. Specifically, one end in the Y direction of the power supply wirings L3 and L4 located on the driver transistor M2 shown in FIG. 11 is set as the
図16(a)に示すように、プロトタイプによるレイアウトを採用した場合、端部ほど抵抗値が高くなり、最端部においては合計抵抗値R3+R4が約7Ωに達している。これに対し、図16(b)に示すように、プロトタイプによるレイアウトを採用した場合は、最も抵抗値の高いポイント1においても6Ω未満であり、寄生抵抗の低抵抗化が達成されていることが分かる。
As shown in FIG. 16A, when the prototype layout is adopted, the resistance value becomes higher at the end portion, and the total resistance value R3 + R4 reaches about 7Ω at the end portion. On the other hand, as shown in FIG. 16B, in the case where the prototype layout is adopted, it is less than 6Ω even at the
尚、図16(a),(b)には、ドライバトランジスタM2に存在する抵抗R3,R4について示されているが、ドライバトランジスタM1に存在する抵抗R1,R2についても同様の効果が得られる。 16A and 16B show the resistors R3 and R4 existing in the driver transistor M2, but the same effect can be obtained for the resistors R1 and R2 existing in the driver transistor M1.
図17はセル棚CTの幅を縮小した場合の影響を説明するための模式図であり、(a)はプロトタイプによるレイアウトを採用した場合を示し、(b)は本実施形態によるレイアウトを採用した場合を示している。 FIG. 17 is a schematic diagram for explaining the influence when the width of the cell shelf CT is reduced. FIG. 17A shows a case where a prototype layout is adopted, and FIG. 17B shows a layout according to the present embodiment. Shows the case.
図17(a)に示すように、微細化の進行によって、Y方向に延在するセル棚CTのX方向の幅が縮小されると、素子分離に必要なウェルコンタクト領域WCN及び基板コンタクト領域SCNの占有率が上昇する。これは、素子分離に必要なX方向における幅は、微細化が進行してもほとんど変化しないからである。このため、セル棚CTのX方向における幅が縮小されると、トランジスタが配置されるPチャンネル領域PTR及びNチャンネル領域NTRのX方向における幅が主に減少し、トランジスタの駆動能力が大幅に低下する。 As shown in FIG. 17A, when the width in the X direction of the cell shelf CT extending in the Y direction is reduced due to the progress of miniaturization, the well contact region WCN and the substrate contact region SCN necessary for element isolation. Occupancy increases. This is because the width in the X direction necessary for element isolation hardly changes even when miniaturization proceeds. For this reason, when the width in the X direction of the cell shelf CT is reduced, the widths in the X direction of the P-channel region PTR and the N-channel region NTR in which the transistors are arranged are mainly reduced, and the driving capability of the transistor is greatly reduced. To do.
これに対し、図17(b)に示すように、本実施形態によるレイアウトでは、素子分離に必要なウェルコンタクト領域WCN及び基板コンタクト領域SCNがX方向に延在するため、セル棚CTのX方向における幅を縮小すると、素子分離に必要な領域もその分縮小される。このため、プロトタイプによるレイアウトに比べ、トランジスタの駆動能力の低下を抑制することができる。 On the other hand, as shown in FIG. 17B, in the layout according to the present embodiment, the well contact region WCN and the substrate contact region SCN necessary for element isolation extend in the X direction. When the width at is reduced, the region necessary for element isolation is also reduced accordingly. For this reason, it is possible to suppress a decrease in the driving capability of the transistor as compared with the prototype layout.
図18は、セル棚CTのX方向における幅と形成可能なチャネル幅との関係を示すグラフである。横軸はセル棚CTのX方向における幅を示し、縦軸は形成可能なチャネル幅を示す。 FIG. 18 is a graph showing the relationship between the width of the cell shelf CT in the X direction and the channel width that can be formed. The horizontal axis indicates the width of the cell shelf CT in the X direction, and the vertical axis indicates the channel width that can be formed.
図18に示すように、セル棚CTのX方向における幅を縮小すると、プロトタイプによるレイアウト及び実施形態によるレイアウトのいずれにおいても、形成可能なチャネル幅は減少する。しかしながら、その減少率はプロトタイプによるレイアウトの方が大きい。このため、セル棚CTのX方向における幅が所定値以下になると、本実施形態によるレイアウトの方がより大きなチャネル幅を確保できるようになる。今後、半導体装置はますます微細化が進むものと考えられるため、大きなチャネル幅を必要とするドライバトランジスタM1,M2については、本実施形態によるレイアウトを採用する方が有利であると言える。 As shown in FIG. 18, when the width of the cell shelf CT in the X direction is reduced, the channel width that can be formed is reduced in both the layout according to the prototype and the layout according to the embodiment. However, the reduction rate is larger for the prototype layout. For this reason, when the width of the cell shelf CT in the X direction is equal to or smaller than a predetermined value, the layout according to the present embodiment can secure a larger channel width. Since semiconductor devices are expected to be further miniaturized in the future, it can be said that it is more advantageous to adopt the layout according to the present embodiment for the driver transistors M1 and M2 that require a large channel width.
図19は、本実施形態によるドライバトランジスタM1,M2の第1の変形例による構成を示す平面図である。 FIG. 19 is a plan view showing the configuration of the first modification of the driver transistors M1 and M2 according to the present embodiment.
図19に示すように、第1の変形例においては、電源配線L1〜L4がPチャンネル領域PTR及びNチャンネル領域NTRを横断するよう、X方向に延在して設けられている。つまり、電源配線L1〜L4が領域ごとに分断されない構成である。その他の点は、図11に示したレイアウトと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図19に示す構成を採用すれば、論理回路LOGが形成されるセル棚CTと同様、セル棚CTの延在方向に向かって電源配線L1〜L4を分断させることなく配置することが可能となる。 As shown in FIG. 19, in the first modification, power supply lines L1 to L4 are provided extending in the X direction so as to cross the P channel region PTR and the N channel region NTR. That is, the power supply lines L1 to L4 are not divided for each region. Since the other points are the same as the layout shown in FIG. 11, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. If the configuration shown in FIG. 19 is employed, the power supply lines L1 to L4 can be arranged without being divided in the extending direction of the cell shelf CT, similarly to the cell shelf CT in which the logic circuit LOG is formed. .
図20は、本実施形態によるドライバトランジスタM1,M2の第2の変形例による構成を示す平面図である。 FIG. 20 is a plan view showing a configuration according to a second modification of the driver transistors M1 and M2 according to the present embodiment.
図20に示すように、第2の変形例においては、電源配線L1〜L4がセル棚CTのX方向における略中央部に配置されている点において、図19に示したレイアウトと相違している。その他の点は、図19に示したレイアウトと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図20に示す構成を採用すれば、セル棚CTのX方向における端部に第1メタル配線層を用いた他の配線を配置することが可能となる。 As shown in FIG. 20, the second modification is different from the layout shown in FIG. 19 in that the power supply lines L1 to L4 are arranged at the substantially central portion in the X direction of the cell shelf CT. . Since the other points are the same as those in the layout shown in FIG. 19, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. If the configuration shown in FIG. 20 is adopted, it is possible to arrange other wiring using the first metal wiring layer at the end in the X direction of the cell shelf CT.
図21(a)〜(c)は、変形例による回路ブロックBLKのレイアウトを示す模式的な平面図である。 FIGS. 21A to 21C are schematic plan views showing layouts of circuit blocks BLK according to modifications.
図21(a)〜(c)に示すレイアウトでは、図4に示したレイアウトとは異なり、同じセル棚CTに論理回路LOGとドライバトランジスタM1,M2が混在している。このように、セル棚CTを論理回路LOG用とドライバトランジスタM1,M2用に完全に区別する必要はなく、一つのセル棚CTに両者を混在させても構わない。この場合、図21(a)に示すように、ドライバトランジスタM1,M2が形成された領域がX方向に延在するようレイアウトしても構わないし、図21(b)に示すように、ドライバトランジスタM1,M2が形成された領域がX方向及びY方向に延在するようレイアウトしても構わない。さらには、図21(c)に示すように、ドライバトランジスタM1,M2が形成された領域を任意の位置にレイアウトしても構わない。 In the layouts shown in FIGS. 21A to 21C, unlike the layout shown in FIG. 4, the logic circuit LOG and the driver transistors M1 and M2 are mixed in the same cell shelf CT. Thus, it is not necessary to completely distinguish the cell shelf CT for the logic circuit LOG and the driver transistors M1 and M2, and both may be mixed in one cell shelf CT. In this case, as shown in FIG. 21A, the region where the driver transistors M1 and M2 are formed may be laid out so as to extend in the X direction. As shown in FIG. The layout in which the regions where M1 and M2 are formed may extend in the X direction and the Y direction. Furthermore, as shown in FIG. 21C, the region where the driver transistors M1 and M2 are formed may be laid out at an arbitrary position.
図22は、本実施形態によるドライバトランジスタM1,M2の第3の変形例による構成を示す平面図である。 FIG. 22 is a plan view showing a configuration according to a third modification of the driver transistors M1 and M2 according to the present embodiment.
図22に示すように、第3の変形例においては、領域91にドライバトランジスタM1を構成するPチャンネル領域PTRが配置され、領域93にドライバトランジスタM2を構成するNチャンネル領域NTRが配置され、これらの間に位置する領域92に論理回路LOGが配置されている。このようなレイアウトは、図21(a)〜(c)に示したように、一つのセル棚CTにドライバトランジスタM1,M2と論理回路LOGが混在する場合に採用することができる。
As shown in FIG. 22, in the third modification, a P channel region PTR constituting the driver transistor M1 is arranged in the
領域91に形成されたドライバトランジスタM1の構成は、図11に示したドライバトランジスタM1の構成と同じである。同様に、領域93に形成されたドライバトランジスタM2の構成は、図11に示したドライバトランジスタM2の構成と同じである。このため、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
The configuration of the driver transistor M1 formed in the
そして、電源配線L1,L2を領域91から領域92に延在させ、これによって論理回路LOGに電源電位VDDを供給する。また、電源配線L3,L4を領域93から領域92に延在させ、これによって論理回路LOGに電源電位VSSを供給する。論理回路LOGには、2つのPチャンネル型MOSトランジスタP1,P2と、2つのNチャンネル型MOSトランジスタN1,N2が設けられている。このようなレイアウトによれば、第2メタル配線層を経由することなく、ドライバトランジスタM1,M2から論理回路LOGに電源電位VDD,VSSを直接供給することができる。
Then, the power supply lines L1 and L2 are extended from the
図23は、第1の変形例による半導体装置10aのレイアウトを説明するための模式的な平面図である。
FIG. 23 is a schematic plan view for explaining the layout of the
第1の変形例による半導体装置10aは、図1に示した半導体装置10とは異なり、1チャネル構成のDRAMである。そして、一方のエッジEG1に沿ってX方向に配列されたパッド列CAPには、コマンドアドレス端子11、電源端子13,14、リセット端子15などが配置される。また、他方のエッジEG2に沿ってX方向に配列されたパッド列DQPには、データ入出力端子12、電源端子13,14、キャリブレーション端子ZQなどが配置される。
Unlike the
そして、パッド列CAPの近傍には、コマンドアドレス制御回路21などが配置され、パッド列PBの近傍には、データ入出力回路22などが配置される。さらに、コマンドアドレス制御回路21とデータ入出力回路22との間には、メモリセルアレイ30及びアクセス制御回路31が配置される。
A command
このように、本発明は、1チャネル構成のDRAMに適用することも可能である。 Thus, the present invention can also be applied to a DRAM having a single channel configuration.
図24は、第2の変形例による半導体装置10bのレイアウトを説明するための模式的な平面図である。
FIG. 24 is a schematic plan view for explaining the layout of the
第2の変形例による半導体装置10bは、ASCIやMPUなどのロジック系半導体デバイスである。エッジEG1,EG2に沿ったパッド列PARYには、種々の外部端子が配置される。エッジEG1,EG2間には、それぞれ所定の機能を有する回路ブロックBLKが配置される。そして、これら回路ブロックBLKは、スタンダードセル方式が採用されており、Y方向に延在する多数のセル棚CTによって構成されている。
The
このように、本発明は、ロジック系半導体デバイスに適用することも可能である。 As described above, the present invention can also be applied to a logic semiconductor device.
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.
2 半導体基板
10,10a,10b 半導体装置
11,11A,11B コマンドアドレス端子
12,12A,12B データ入出力端子
13,13A,13B,14,14A,14B 電源端子
15,15B リセット端子
21,21A,21B コマンドアドレス制御回路
22,22A,22B データ入出力回路
23A キャリブレーション回路
24B リセット回路
30,30A,30B メモリセルアレイ
31,31A,31B アクセス制御回路
41,42 インバータ回路
51〜53 信号配線
61 半導体基板
62 Nウェル領域
63 ソース領域
64 ドレイン領域
65 ゲート絶縁膜
71〜73,81〜83,91〜93 領域
BLK 回路ブロック
CAP,DQP,PA,PB,PARY パッド列
CE コンタクト導体
CHA,CHB チャネル
CT セル棚
EG1,EG2 エッジ
G ゲート電極
L1〜L8,SL,VL 電源配線
LOG 論理回路
M1,M2 ドライバトランジスタ
N1,N2,P1,P2 トランジスタ
NTR Nチャンネル領域
PTR Pチャンネル領域
R1〜R4 抵抗
SCN 基板コンタクト領域
TH1,TH2 スルーホール導体
W 配線
WCN ウェルコンタクト領域
ZQ キャリブレーション端子
Claims (20)
第1の配線層に設けられ、前記セル棚に沿って前記第1の方向に延在する第1、第2、第3及び第4の電源配線と、
前記第1の配線層とは異なる第2の配線層に設けられ、前記セル棚を横断するよう前記第2の方向に延在する第5、第6、第7及び第8の電源配線と、
前記第1の電源配線と前記第5の電源配線を接続する第1のスルーホール導体と、
前記第2の電源配線と前記第6の電源配線を接続する第2のスルーホール導体と、
前記第3の電源配線と前記第7の電源配線を接続する第3のスルーホール導体と、
前記第4の電源配線と前記第8の電源配線を接続する第4のスルーホール導体と、
前記セル棚に設けられ、第1の制御信号に応答して前記第1の電源配線と前記第2の電源配線を接続する第1のドライバトランジスタと、
前記セル棚に設けられ、第2の制御信号に応答して前記第3の電源配線と前記第4の電源配線を接続する第2のドライバトランジスタと、を備え、
前記第1のドライバトランジスタと前記第2のドライバトランジスタは、互いに前記第1の方向に配列されていることを特徴とする半導体装置。 A cell shelf extending in a first direction and having a predetermined width in a second direction intersecting the first direction;
First, second, third and fourth power supply lines provided in the first wiring layer and extending in the first direction along the cell shelf;
Fifth, sixth, seventh and eighth power supply wirings provided in a second wiring layer different from the first wiring layer and extending in the second direction so as to cross the cell shelf;
A first through-hole conductor connecting the first power supply wiring and the fifth power supply wiring;
A second through-hole conductor connecting the second power supply wiring and the sixth power supply wiring;
A third through-hole conductor connecting the third power supply wiring and the seventh power supply wiring;
A fourth through-hole conductor connecting the fourth power supply wiring and the eighth power supply wiring;
A first driver transistor provided on the cell shelf and connecting the first power supply wiring and the second power supply wiring in response to a first control signal;
A second driver transistor provided on the cell shelf and connecting the third power supply wiring and the fourth power supply wiring in response to a second control signal;
The semiconductor device, wherein the first driver transistor and the second driver transistor are arranged in the first direction.
前記第3及び第4のスルーホール導体は、平面視で前記第2のドライバトランジスタと重なる位置に設けられることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The first and second through-hole conductors are provided at positions overlapping the first driver transistor in plan view,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the third and fourth through-hole conductors are provided at a position overlapping the second driver transistor in plan view.
前記第2のドライバトランジスタ上には、前記第3及び第4の電源配線がいずれも複数本設けられ、
前記第1のスルーホール導体は、前記複数の第1の電源配線に対してそれぞれ設けられ、
前記第2のスルーホール導体は、前記複数の第2の電源配線に対してそれぞれ設けられることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 A plurality of the first and second power supply wirings are provided on the first driver transistor,
A plurality of the third and fourth power supply lines are provided on the second driver transistor,
The first through-hole conductor is provided for each of the plurality of first power lines,
The semiconductor device according to claim 2, wherein the second through-hole conductor is provided for each of the plurality of second power supply wirings.
前記第2の電源配線は、前記第3及び第4の電源配線の他方の延長線上に設けられることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 The first power supply wiring is provided on one extension line of the third and fourth power supply wirings,
The semiconductor device according to claim 3, wherein the second power supply wiring is provided on the other extension line of the third and fourth power supply wirings.
前記第2のドライバトランジスタは、複数のソース領域と複数のドレイン領域が前記第1の方向に交互に配置され、前記複数のソース領域が前記第3の電源配線に共通に接続され、前記複数のドレイン領域が前記第4の電源配線に共通に接続され、ゲート電極に前記第2の制御信号が入力される構成を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の半導体装置。 In the first driver transistor, a plurality of source regions and a plurality of drain regions are alternately arranged in the first direction, the plurality of source regions are commonly connected to the first power supply wiring, The drain region is commonly connected to the second power supply wiring, and the first control signal is input to the gate electrode.
In the second driver transistor, a plurality of source regions and a plurality of drain regions are alternately arranged in the first direction, the plurality of source regions are commonly connected to the third power supply wiring, 8. The semiconductor according to claim 1, wherein a drain region is commonly connected to the fourth power supply wiring, and the second control signal is input to a gate electrode. 9. apparatus.
前記セル棚に設けられ、前記第2の電源配線と前記第3の電源配線に接続された第2の論理回路と、をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の半導体装置。 A first logic circuit provided on the cell shelf and connected to the first power supply wiring and the fourth power supply wiring;
10. The apparatus according to claim 1, further comprising a second logic circuit provided on the cell shelf and connected to the second power supply wiring and the third power supply wiring. The semiconductor device described.
前記第2の論理回路は、前記第2の電源配線に接続された第3のトランジスタと、前記第3の電源配線に接続された第4のトランジスタとを含み、
前記第1及び第3のトランジスタと前記第2及び第4のトランジスタは、互いに前記第2の方向に配列されていることを特徴とする請求項10又は11に記載の半導体装置。 The first logic circuit includes a first transistor connected to the first power supply line, and a second transistor connected to the fourth power supply line,
The second logic circuit includes a third transistor connected to the second power supply wiring, and a fourth transistor connected to the third power supply wiring,
The semiconductor device according to claim 10, wherein the first and third transistors and the second and fourth transistors are arranged in the second direction.
前記第2のドライバトランジスタ、前記第2のトランジスタ及び前記第4のトランジスタは第2導電型のMOSトランジスタであることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。 The first driver transistor, the first transistor, and the third transistor are first conductivity type MOS transistors,
13. The semiconductor device according to claim 12, wherein the second driver transistor, the second transistor, and the fourth transistor are second conductivity type MOS transistors.
第1、第2、第3及び第4の電源配線と、
第1、第2及び第3の信号配線と、
前記第1のセル棚に設けられ、第1の制御信号に応答して前記第1の電源配線と前記第2の電源配線を接続する第1のドライバトランジスタと、
前記第1のセル棚に設けられ、第2の制御信号に応答して前記第3の電源配線と前記第4の電源配線を接続する第2のドライバトランジスタと、
前記第2のセル棚に設けられ、前記第1の信号配線のレベルに基づいて前記第1の電源配線と前記第2の信号配線を接続する第1のトランジスタと、
前記第2のセル棚に設けられ、前記第1の信号配線のレベルに基づいて前記第4の電源配線と前記第2の信号配線を接続する第2のトランジスタと、
前記第2のセル棚に設けられ、前記第2の信号配線のレベルに基づいて前記第2の電源配線と前記第3の信号配線を接続する第3のトランジスタと、
前記第2のセル棚に設けられ、前記第2の信号配線のレベルに基づいて前記第3の電源配線と前記第3の信号配線を接続する第4のトランジスタと、を備え、
前記第1のドライバトランジスタと前記第2のドライバトランジスタは、互いに前記第1の方向に配列され、
前記第1及び第3のトランジスタと前記第2及び第4のトランジスタは、互いに前記第2の方向に配列されていることを特徴とする半導体装置。 First and second cell shelves each extending in a first direction and having a predetermined width in a second direction intersecting the first direction;
First, second, third and fourth power supply lines;
First, second and third signal wirings;
A first driver transistor provided in the first cell shelf and connecting the first power supply wiring and the second power supply wiring in response to a first control signal;
A second driver transistor provided in the first cell shelf and connecting the third power supply wiring and the fourth power supply wiring in response to a second control signal;
A first transistor provided in the second cell shelf and connecting the first power supply wiring and the second signal wiring based on a level of the first signal wiring;
A second transistor provided in the second cell shelf and connecting the fourth power supply wiring and the second signal wiring based on a level of the first signal wiring;
A third transistor provided in the second cell shelf and connecting the second power supply wiring and the third signal wiring based on a level of the second signal wiring;
A fourth transistor provided on the second cell shelf and connecting the third power supply wiring and the third signal wiring based on a level of the second signal wiring;
The first driver transistor and the second driver transistor are arranged in the first direction with respect to each other;
The semiconductor device, wherein the first and third transistors and the second and fourth transistors are arranged in the second direction.
前記第2のドライバトランジスタ、前記第2のトランジスタ及び前記第4のトランジスタは、第2導電型のウェル又は基板に形成されることを特徴とする請求項14又は15に記載の半導体装置。 The first driver transistor, the first transistor, and the third transistor are formed in a first conductivity type well or substrate,
16. The semiconductor device according to claim 14, wherein the second driver transistor, the second transistor, and the fourth transistor are formed in a second conductivity type well or substrate.
前記第2の電源配線に接続される第6の電源配線と、
前記第3の電源配線に接続される第7の電源配線と、
前記第4の電源配線に接続される第8の電源配線と、をさらに備え、
前記第1乃至第4の電源配線は前記第1の方向に延在し、
前記第5乃至第8の電源配線は前記第1の方向に延在することを特徴とする請求項14乃至19のいずれか一項に記載の半導体装置。 A fifth power supply wiring connected to the first power supply wiring;
A sixth power supply wiring connected to the second power supply wiring;
A seventh power supply line connected to the third power supply line;
And an eighth power supply line connected to the fourth power supply line,
The first to fourth power supply wires extend in the first direction,
The semiconductor device according to claim 14, wherein the fifth to eighth power supply wires extend in the first direction.
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