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JPS632152B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS632152B2
JPS632152B2 JP56090082A JP9008281A JPS632152B2 JP S632152 B2 JPS632152 B2 JP S632152B2 JP 56090082 A JP56090082 A JP 56090082A JP 9008281 A JP9008281 A JP 9008281A JP S632152 B2 JPS632152 B2 JP S632152B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power supply
wiring
capacitance
area
diffusion region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP56090082A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS57202773A (en
Inventor
Takeshi Tokuda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP56090082A priority Critical patent/JPS57202773A/en
Publication of JPS57202773A publication Critical patent/JPS57202773A/en
Publication of JPS632152B2 publication Critical patent/JPS632152B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers

Landscapes

  • Local Oxidation Of Silicon (AREA)
  • Element Separation (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は高集積MOSLSI、特に標準セル方
式MOSロジツクLSI、ゲートアレイ方式MOSロ
ジツクLSIなどにおいて、速度性能を低下するこ
となく、対ノイズ特性を向上することができるシ
リコン集積回路装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention is a silicon integrated MOSLSI that can improve noise resistance without reducing speed performance in highly integrated MOSLSI, especially standard cell type MOS logic LSI, gate array type MOS logic LSI, etc. This invention relates to a circuit device.

従来、メモリLSIおよびアートワークデザイン
によるロジツクLSIなどにおいては電源(VDD
端子および接地(GND)端子に接続する拡散領
域の面積が全チツプ面積に占める割合は比較的大
きく、その拡散領域は接合容量として寄与するた
め、電源および接地電極の容量が大きく、対ノイ
ズ特性は比較的良好であつた。
Conventionally, in memory LSIs and logic LSIs based on artwork design, the power supply (V DD )
The area of the diffusion region connected to the terminal and ground (GND) terminal occupies a relatively large proportion of the total chip area, and this diffusion region contributes as junction capacitance, so the capacitance of the power supply and ground electrodes is large, and the noise characteristics are poor. It was in relatively good condition.

一方、近年ロジツクLSI特にカスタムおよびセ
ミカスタムLSIなどにおいてはCAD技術を用いた
標準セル方式およびゲートアレイ方式の自動設計
が進み、高性能LSIが短期間に製造できるように
なつてきた。これらの方式のLSIはセル領域(標
準セル、内部ゲートセルが配置されている領域)
と配線領域が明確に分離されたチツプ構造を有し
ている。すなわち、 第1図は従来のロジツクLSIの一部を示す平面
図である。同図において、1は信号線用Al第1
配線2と信号線用Al第2配線3とのAl2層の配線
層あるいはAl配線層とポリシリコン配線層など
の縦横配線が素子間分離の目的とした厚い酸化膜
の上に形成された配線領域、4は電源(VDD)配
線5、接地(GND)配線6、電源用拡散領域
(右下り斜線部)7および接地用拡散領域(右上
り斜線部)8を備えたセル領域である。
On the other hand, in recent years, automatic design of standard cell type and gate array type using CAD technology has progressed in logic LSI, especially custom and semi-custom LSI, and it has become possible to manufacture high-performance LSI in a short period of time. These types of LSIs have a cell area (region where standard cells and internal gate cells are placed)
It has a chip structure in which the wiring area and wiring area are clearly separated. That is, FIG. 1 is a plan view showing a part of a conventional logic LSI. In the same figure, 1 is the first Al for the signal line.
A wiring region where vertical and horizontal wiring such as an Al2 layer wiring layer between the wiring 2 and the second Al wiring 3 for signal line or an Al wiring layer and a polysilicon wiring layer are formed on a thick oxide film for the purpose of isolation between elements. , 4 is a cell region including a power supply (V DD ) wiring 5, a ground (GND) wiring 6, a power supply diffusion region (shaded area at the bottom right) 7, and a diffusion region for ground (shaded area at the top right) 8.

次のこの構成によるロジツクLSIにおいては斜
線部が電源―基板内および接地―基板間の主な容
量となる。一方配線領域1においては配線層が厚
い酸化膜上に存在する構造は配線にともなう浮遊
容量を減らし、LSIの高速化をはかる上要で必で
ある。そして、この配線領域1がLSIの高集積化
と共にチツプ全面積の大きな割合を占めるように
なり、例えば配線領域1はセル領域4の2〜3倍
にも達する。このため、電源用拡散領域および接
地用拡散領域はセル領域4のさらに一部分を占め
るにすぎないから、接地―基板間および電源―基
板間の容量はチツプ全体からみると、非常に小さ
な割合となる。このことは電源電極および接地電
極の基板に対する容量値が減少し、対ノイズ特性
を悪化する。
In the following logic LSI with this configuration, the shaded area is the main capacitance between the power supply and the inside of the board and between the ground and the board. On the other hand, in the wiring region 1, the structure in which the wiring layer exists on a thick oxide film is necessary to reduce the stray capacitance accompanying the wiring and to increase the speed of the LSI. As LSIs become highly integrated, this wiring area 1 comes to occupy a large proportion of the total area of the chip, and for example, the wiring area 1 becomes two to three times as large as the cell area 4. Therefore, since the power diffusion region and the grounding diffusion region occupy only a further part of the cell area 4, the capacitance between the ground and the board and between the power supply and the board becomes a very small proportion when viewed from the whole chip. . This decreases the capacitance values of the power supply electrode and the ground electrode with respect to the substrate, deteriorating the noise resistance characteristics.

なお、この対ノイズ特性の悪化とは内部ドライ
バゲートおよび出力バツフアゲートなどの高速動
作がもたらす電源ライン、接地ラインの変動によ
るゲートの誤動作、基板電圧(VBB)内部発生の
場合における基板電位の不安定性に由来する動作
マージンの減少、および電源ラインに乗つた外来
雑音によつて、電源拡散領域(たとえばN+拡散
領域)、基板(たとえばP-)、接地領域(たとえ
ばN+)によつて構成するバイポーラトランジス
タがONすることによる電源ラインの破壊現象な
どが起きやすくなることを意味している。
Note that this deterioration of noise resistance characteristics is caused by gate malfunction due to fluctuations in the power supply line and ground line caused by high-speed operation of internal driver gates and output buffer gates, and instability of the substrate potential when the substrate voltage (V BB ) is internally generated. Due to the reduction in operating margin due to This means that damage to the power supply line due to the bipolar transistor turning on is more likely to occur.

そこで、電源および接地電極の容量を増加させ
る方法として、ゲート容量を用いる方法も提案さ
れている。このゲート容量は薄い酸化膜(400〜
1000Å)によつて形成される容量であり、単位面
積あたりの容量値は接合容量に比べて十分に大き
くできるが、雑音などによる破壊に弱いため、信
頼性が低い欠点があつた。
Therefore, a method using gate capacitance has been proposed as a method of increasing the capacitance of the power supply and ground electrodes. This gate capacitance is determined by a thin oxide film (400 ~
1000 Å), and the capacitance value per unit area can be sufficiently large compared to junction capacitance, but it has the drawback of low reliability because it is vulnerable to destruction by noise.

したがつて、この発明の目的はチツプの広い部
分を占有する配線領域を有効に利用し、かつ配線
層につく浮遊容量を増加することなく、電源およ
び接地電極の容量を増加し、対ノイズ特性をよく
することができるシリコン集積回路装置を提供す
るものである。
Therefore, an object of the present invention is to effectively utilize the wiring area that occupies a large part of a chip, increase the capacitance of the power supply and ground electrodes without increasing the stray capacitance attached to the wiring layer, and improve the noise resistance. An object of the present invention is to provide a silicon integrated circuit device that can improve performance.

このうな目的を達成するため、この発明はシリ
コン基板と、このシリコン基板内に形成したデバ
イスを平面的に分離すると共にその表面上にチツ
プ内部の配線用金属膜を支持する絶縁膜と、この
絶縁膜で覆われた基板表面領域の少なくとも一部
に形成した、前記シリコン基板と反対導電形の不
純物領域とを備え、この不純物領域を電源電極あ
るいは接地電極に接続するものであり、以下実施
例を用いて詳細に説明する。
In order to achieve such an object, the present invention provides a silicon substrate and an insulating film that separates a device formed within the silicon substrate in a plane, supports a metal film for wiring inside a chip on the surface thereof, and an insulating film that supports a metal film for wiring inside a chip. An impurity region having a conductivity type opposite to that of the silicon substrate is formed on at least a part of a surface region of the substrate covered with a film, and this impurity region is connected to a power supply electrode or a ground electrode. This will be explained in detail using

第2図はこの発明に係るシリコン集積回路装置
の一実施例を示すチツプの一部平面図であり、第
3図および第4図はその一部詳細な平面図および
縦構造図である。一例として、標準セル方式LSI
に実施した場合を示す。同図において、9は第4
図に示すように、選択酸化膜あるいはCAD法に
よる酸化膜で形成した厚い酸化膜10(第4図参
照)の下に設け、第3図に示すように、前記電源
用拡散領域7に接続する第1埋込み拡散領域、1
1は第4図に示すように、選択酸化膜あるいは
CVD法による酸化膜で形成した厚い酸化膜10
(第4図参照)の下に設け、前記接地用拡散領域
8に接続する第2埋込み拡散領域、12はボンデ
イングパツトなどを含む入出力バツフア領域であ
る。
FIG. 2 is a partial plan view of a chip showing an embodiment of the silicon integrated circuit device according to the present invention, and FIGS. 3 and 4 are a partially detailed plan view and vertical structure diagram thereof. As an example, standard cellular LSI
This shows the case where the test was carried out. In the same figure, 9 is the fourth
As shown in the figure, it is provided under a thick oxide film 10 (see FIG. 4) formed of a selective oxide film or an oxide film formed by CAD method, and connected to the power supply diffusion region 7 as shown in FIG. first embedded diffusion region, 1
1 is a selective oxide film or
Thick oxide film 10 formed by CVD method
A second buried diffusion region 12 is provided below (see FIG. 4) and connected to the grounding diffusion region 8, and an input/output buffer region 12 includes bonding pads and the like.

このように構成することにより、第1埋込み拡
散領域9および第2埋込み拡散領域11はチツプ
のほぼ全域になるため、接合容量の形成に寄与
し、電源または接地電源と基板間の容量を増加す
ることができるため、対ノイズ特性をよくするこ
とができる。
With this configuration, the first buried diffusion region 9 and the second buried diffusion region 11 cover almost the entire area of the chip, which contributes to the formation of junction capacitance and increases the capacitance between the power supply or ground power supply and the substrate. Therefore, noise characteristics can be improved.

なお、第4図に示すシリコン集積回路装置の縦
構造図において、13はP-型の半導体基板、1
4はアイソレーシヨン領域である。この図に示す
ように、この拡散層による容量形式を、電源およ
び接地電極の両方に行つたが、LSIの使用条件そ
の他で、次のように、どちらか片方の電極に対す
る割合いを大きくして実施してもよいことはもち
ろんである。まず、半導体基板に、接地電極と異
なる電位(バツクゲート電圧)を与えて動作をさ
せるLSI、特にそのバツクゲート電圧をチツプ上
で発生するよようなLSIにおいては、LSIの動作
速度および動作電圧などの動作マージンを十分に
確保するためにはバツクゲート電圧の変動を少な
くすることが必要である。そして、基板と接地電
極間の容量を増加させれば、バツクゲート電圧の
変動を少なくできるため、この種のLSIにおいて
は接地電極に接地する第2埋込み拡散領域11の
面積、および電源電極に接続する第1埋込み拡散
領域9の面積を共に増加するように実施すること
が望ましい。また、バツクゲート電圧を使用しな
いLSI、すなわち、半導体基板と接地電極の電位
が同一のLSIの場合には基板と接地電極間の容量
を増加させる必要はなく、電源電極に接続した第
1埋込み拡散領域9の面積を最大限に大きくし、
電源と基板間の容量を最大限に増加するように実
施することはもちろんである。
In the vertical structure diagram of the silicon integrated circuit device shown in FIG. 4, 13 is a P - type semiconductor substrate;
4 is an isolation area. As shown in this figure, this capacitance type using a diffusion layer was applied to both the power supply and ground electrodes, but depending on the usage conditions of the LSI and other factors, the ratio of the capacitance to one of the electrodes was increased as follows. Of course, it may be implemented. First, LSIs that operate by applying a potential (backgate voltage) different from that of the ground electrode to the semiconductor substrate, especially LSIs that generate the backgate voltage on the chip, have to do with the operation speed and voltage of the LSI. In order to ensure a sufficient margin, it is necessary to reduce fluctuations in the back gate voltage. If the capacitance between the substrate and the ground electrode is increased, fluctuations in the back gate voltage can be reduced, so in this type of LSI, the area of the second buried diffusion region 11 grounded to the ground electrode and the area connected to the power supply electrode are reduced. It is desirable to increase the area of the first buried diffusion region 9 at the same time. In addition, in the case of an LSI that does not use a back gate voltage, that is, an LSI in which the potential of the semiconductor substrate and the ground electrode are the same, there is no need to increase the capacitance between the substrate and the ground electrode, and the first buried diffusion region connected to the power supply electrode is Maximize the area of 9,
Of course, the capacitance between the power supply and the board should be maximized.

次に、第2図に示すシリコン集積回路装置の製
造方法について第5図a〜第5図dに示す工程を
参照して説明する。この製造例ではシリコンゲー
ト、選択酸化方式、NチヤネルMOSプロセスを
示す。まず、第5図aに示すように、写真製版に
より、選択酸化膜の厚い酸化膜10を形成する領
域の窒化膜15を残し、イオン注入用保護酸化膜
16上からアイソレーシヨンのためのP形不純物
のイオン注入(たとえばボロンイオン)を行う。
次に、第5図bに示すように、電源および接地電
極の容量を増加する拡散領域を作るために、レジ
ストマスク17を用い、N形不純物のイオン(た
とえばヒ素(As)イオン)を注入する。このN
形不純物の濃度はアイソレーシヨン用P形不純物
をコンペンセイトできるだけの濃さが必要であ
る。次に、第5図cに示すように、選択酸化を行
い、厚い酸化膜10(たとえば1.2〜1.5μm)を作
ると共に拡散領域を形成する。通常、選択酸化膜
を形成するためには長時間の熱処理が必要である
ため、ドライブ時間が長くても拡散が速く進行し
ないヒ素(As)のようなN形不純物が望ましい。
次に、第5図dに示すように、通常の選択酸化プ
ロセスを行なうことにより、ほぼ完成した構造に
することができる。なお、18は上積み酸化膜、
19はゲートポリシリコンである。また、二層目
のアルミ配線層およびパツシベーシヨン膜は図示
していないが、設けられていることはもちろんで
ある。
Next, a method for manufacturing the silicon integrated circuit device shown in FIG. 2 will be explained with reference to the steps shown in FIGS. 5a to 5d. This manufacturing example shows a silicon gate, selective oxidation method, and N-channel MOS process. First, as shown in FIG. 5a, by photolithography, the nitride film 15 is left in the region where the thick oxide film 10 of the selective oxide film is to be formed, and P for isolation is formed on the protective oxide film 16 for ion implantation. Perform ion implantation of a type impurity (for example, boron ions).
Next, as shown in FIG. 5b, N-type impurity ions (for example, arsenic (As) ions) are implanted using a resist mask 17 in order to create a diffusion region that increases the capacitance of the power and ground electrodes. . This N
The concentration of the P-type impurity must be high enough to compensate for the P-type impurity for isolation. Next, as shown in FIG. 5c, selective oxidation is performed to form a thick oxide film 10 (for example, 1.2 to 1.5 μm) and to form a diffusion region. Normally, forming a selective oxide film requires a long heat treatment, so it is desirable to use an N-type impurity such as arsenic (As), which does not diffuse quickly even if the drive time is long.
Next, as shown in FIG. 5d, an ordinary selective oxidation process is performed to obtain a nearly completed structure. In addition, 18 is an overlying oxide film,
19 is gate polysilicon. Although the second aluminum wiring layer and passivation film are not shown, they are of course provided.

以上詳細に説明したように、この発明に係るシ
リコン集積回路装置によればチツプの広い部分を
占有する配線領域を有効に利用して、電源およ
び/あるいは接地電極の容量を増加することがで
き、対ノイズ特性をよくすることができる効果が
ある。
As explained in detail above, according to the silicon integrated circuit device according to the present invention, the wiring area that occupies a large part of the chip can be effectively utilized to increase the capacity of the power supply and/or ground electrode. This has the effect of improving noise resistance.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来のロジツクLSIの一部を示す平面
図、第2図はこの発明に係るシリコン集積回路装
置の一実施例を示すチツプの一部平面図、第3図
および第4図は第2図に示すシリコン集積回路装
置の一部詳細な平面図および縦構造図、第5図a
〜第5図dは第2図に示すシリコン集積回路装置
の製造方法を工程順に示す断面図である。 1……配線領域、2……信号線用Al第1配線、
3……信号線用Al第2配線、4……セル領域、
5……電源(VDD)配線、6……接地(GND)配
線、7……電源用拡散領域、8……接地用拡散領
域、9……第1埋込み拡散領域、10……厚い酸
化膜、11……第2埋込み拡散領域、12……入
出力バツフア領域、13……P-型の半導体基板、
14……アインレーシヨン領域、15……窒化
膜、16……イオン注入用保護酸化膜、17……
レジストマスク、18……上積み酸化膜、19…
…ゲートポリシリコン。なお、図中、同一符号は
同一または相当部分を示す。
FIG. 1 is a plan view showing a part of a conventional logic LSI, FIG. 2 is a plan view of a part of a chip showing an embodiment of the silicon integrated circuit device according to the present invention, and FIGS. Partially detailed plan view and vertical structure diagram of the silicon integrated circuit device shown in Figure 2, Figure 5a
-FIG. 5d are cross-sectional views showing the method of manufacturing the silicon integrated circuit device shown in FIG. 2 in the order of steps. 1... Wiring area, 2... Al first wiring for signal line,
3...Al second wiring for signal line, 4...Cell area,
5...Power supply ( VDD ) wiring, 6...Grounding (GND) wiring, 7...Diffusion region for power supply, 8...Diffusion region for grounding, 9...First buried diffusion region, 10...Thick oxide film , 11... second buried diffusion region, 12... input/output buffer region, 13... P - type semiconductor substrate,
14... Inlay region, 15... Nitride film, 16... Protective oxide film for ion implantation, 17...
Resist mask, 18...Top oxide film, 19...
...gate polysilicon. In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 シリコン基板と、このシリコン基板内に形成
したデバイスを平面的に分離すると共にその表面
上にチツプ内部の配線用金属膜を支持する絶縁膜
と、この絶縁膜で覆われた基板表面領域の少なく
とも一部に形成した、前記シリコン基板と反対導
電形の不純物領域とを備え、この不純物領域を電
源電極あるいは接地電極に接続することを特徴と
するシリコン集積回路装置。 2 前記不純物領域を電源電極または接地電極の
どちらか一方に接続することを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載のシリコン集積回路装置。
[Claims] 1. A silicon substrate and an insulating film that separates a device formed within the silicon substrate in a plane and supports a metal film for wiring inside a chip on the surface thereof, and a silicon substrate covered with the insulating film. 1. A silicon integrated circuit device comprising: an impurity region having a conductivity type opposite to that of the silicon substrate formed on at least a part of a surface region of the silicon substrate, the impurity region being connected to a power supply electrode or a ground electrode. 2. The silicon integrated circuit device according to claim 1, wherein the impurity region is connected to either a power supply electrode or a ground electrode.
JP56090082A 1981-06-08 1981-06-08 Silicon integrated circuit device Granted JPS57202773A (en)

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JP2692099B2 (en) * 1988-01-14 1997-12-17 日本電気株式会社 Master slice type integrated circuit
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