JP2005236210A - Standard cell layout, standard cell library, semiconductor integrated circuit, and design method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】既存のプロセス工程を変更することなくリーク電流を押さえることができるスタンダードセルレイアウト、スタンダードセルライブラリ並びにそのスタンダードセルレイアウトを用いた半導体集積回路及びその設計方法を提供する。
【解決手段】スタンダードセルライブラリに含まれて半導体集積回路を設計するために使用され、論理セルとして1または複数のMOSトランジスタを有する構成のスタンダードセルレイアウトにおいて、前記MOSトランジスタのゲート電極を構成するゲートポリ11と、隣接するコンタクト12との間に延長ポリを配置するための領域を備える。
【選択図】図2
Provided are a standard cell layout, a standard cell library, a semiconductor integrated circuit using the standard cell layout, and a design method thereof that can suppress leakage current without changing existing process steps.
In a standard cell layout which is included in a standard cell library and used to design a semiconductor integrated circuit and has one or a plurality of MOS transistors as a logic cell, a gate poly which constitutes a gate electrode of the MOS transistor. 11 and a region for arranging an extended poly between the adjacent contacts 12.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、スタンダードセルレイアウト、スタンダードセルライブラリ並びに半導体集積回路及びその設計方法に関するものである。 The present invention relates to a standard cell layout, a standard cell library, a semiconductor integrated circuit, and a design method thereof.
論理セルとして1または複数のMOSトランジスタを有する構成のスタンダードセルレイアウトは、通常スタンダードセルライブラリに含まれて半導体集積回路を設計するために使用される。ここで、スタンダードセルライブラリに含まれるスタンダードセルレイアウトの大半は、デザインルールで規定される最小ルールが優先されてレイアウトが作成されている。 A standard cell layout having one or a plurality of MOS transistors as a logic cell is usually included in a standard cell library and used to design a semiconductor integrated circuit. Here, most of the standard cell layouts included in the standard cell library are created with priority given to the minimum rule defined by the design rule.
近年、半導体集積回路は、高速・高集積化が進み、ますます微細なプロセスへ移行する傾向にあるが、スタンダードセルを用いた半導体集積回路装置では、この微細化プロセスにより、ゲートのショートチャネル化によるリーク電流が増加している。特に、ゲート長が100nm以下の場合、その影響が顕在化する傾向にあり、チップ全体の消費電力、ひいては消費電力増加による電圧降下を発生し、動作速度低下の要因となっている。 In recent years, semiconductor integrated circuits tend to move to finer processes due to higher speed and higher integration. In semiconductor integrated circuit devices using standard cells, however, gate miniaturization is achieved by this miniaturization process. Leakage current due to increases. In particular, when the gate length is 100 nm or less, the influence tends to become obvious, and the power consumption of the entire chip, and hence the voltage drop due to the increase of the power consumption occurs, which causes the operation speed to decrease.
そこで速度改善、消費電力改善において、異なる複数のライブラリを選択的に組合わせて、性能に応じた集積回路装置を形成する手法がある。例えば、高性能を意識したゲートリークの多いデバイスを用いたライブラリ、または低リークを意識したデバイスを用いたライブラリを用意し、その論理合成、配置配線の工程で、最適なライブラリを選択し、セルレベルで差し替えることで改善するMulti Vthによる制御手法がある(例えば、非特許文献1参照。)。なお、異なる複数のライブラリに対しては注入マスク等を複数セット備え、Vt等デバイス性能を分離制御する。 In order to improve speed and power consumption, there is a method of selectively combining a plurality of different libraries to form an integrated circuit device according to performance. For example, a library using a device with a high gate leak conscious of high performance or a device using a device conscious of low leak is prepared, and the optimal library is selected in the process of logic synthesis and place and route, and the cell There is a control method using Multi Vth that is improved by replacing the level (for example, see Non-Patent Document 1). A plurality of different sets of implantation masks are provided for different libraries, and device performance such as Vt is controlled separately.
しかしながら、異なるVtによる異なるセルライブラリは、注入等の追加マスクを作成しなければならず、ウエハ製造工程作業も、追加注入作業が増加するため、そのサイクルタイムとコストにおいて単一ライブラリを使用するときに比べ不利となる問題があった。 However, different cell libraries with different Vt have to create additional masks such as implantation, and the wafer fabrication process work also increases the additional implantation work, so when using a single library at its cycle time and cost There was a problem that was disadvantageous.
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、既存のプロセス工程を変更することなくリーク電流を押さえることができるスタンダードセルレイアウト、スタンダードセルライブラリ並びにそのスタンダードセルレイアウトを用いた半導体集積回路及びその設計方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems in the prior art, and uses a standard cell layout, a standard cell library, and a standard cell layout that can suppress leakage current without changing existing process steps. An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit and a design method thereof.
前記課題を解決するために提供する本発明は、スタンダードセルライブラリに含まれて半導体集積回路を設計するために使用され、論理セルとして1または複数のMOSトランジスタを有する構成のスタンダードセルレイアウトにおいて、前記MOSトランジスタのゲート電極を構成するゲートポリと、隣接するコンタクトとの間に延長ポリを配置するための領域を備えることを特徴とするスタンダードセルレイアウトである(請求項1)。 The present invention provided to solve the above-mentioned problems is used in designing a semiconductor integrated circuit included in a standard cell library, and in the standard cell layout having one or a plurality of MOS transistors as logic cells, A standard cell layout comprising a region for arranging an extended poly between a gate poly constituting a gate electrode of a MOS transistor and an adjacent contact (claim 1).
ここで、前記ゲートポリの幅はデザインルールで規定される最小幅であり、該ゲートポリと隣接するコンタクトとの間隔をデザインルールで規定される最小距離より大として延長ポリの配置領域を備えることが好適である(請求項2)。 Here, the width of the gate poly is a minimum width defined by a design rule, and it is preferable that an interval between the gate poly and an adjacent contact is larger than the minimum distance defined by the design rule and an extended poly arrangement region is provided. (Claim 2).
また、前記延長ポリの配置領域を、前記ゲートポリに対してMOSトランジスタのソース領域側に備えることが好ましい(請求項3)。 Preferably, the extended poly arrangement region is provided on the source region side of the MOS transistor with respect to the gate poly.
前記課題を解決するために提供する本発明は、スタンダードセルライブラリに含まれて半導体集積回路を設計するために使用され、論理セルとして1または複数のMOSトランジスタを有する構成のスタンダードセルレイアウトにおいて、前記MOSトランジスタのゲート電極を構成するゲートポリに対して、隣接するコンタクトとは反対側に延長ポリを配置するための領域を備えることを特徴とするスタンダードセルレイアウトである(請求項4)。 The present invention provided to solve the above-mentioned problems is used in designing a semiconductor integrated circuit included in a standard cell library, and in the standard cell layout having one or a plurality of MOS transistors as logic cells, A standard cell layout comprising a region for disposing an extended poly on a side opposite to an adjacent contact with respect to a gate poly constituting a gate electrode of a MOS transistor (claim 4).
ここで、前記ゲートポリの幅はデザインルールで規定される最小幅であり、該ゲートポリに対するソースドレインエクステンションの距離および/または隣接するゲートポリとの間隔をデザインルールで規定される最小距離より大として延長ポリの配置領域を備えることが好適である(請求項5)。 Here, the width of the gate poly is the minimum width specified by the design rule, and the distance between the source / drain extension with respect to the gate poly and / or the distance from the adjacent gate poly is set to be larger than the minimum distance specified by the design rule. It is suitable to provide the arrangement | positioning area | region (Claim 5).
また、請求項1〜5のいずれか一に記載の発明において、前記MOSトランジスタが同一ノードで複数に分割される場合、それぞれのゲート電極が延長ポリにより異なるゲート長を備えることが好ましい(請求項6)。
Further, in the invention according to any one of
さらに、請求項1〜5のいずれか一に記載の発明において、前記MOSトランジスタが同一ノードで複数に分割され、PMOSトランジスタ、NMOSトランジスタのいずれか一方で、それぞれのゲート電極が延長ポリにより異なるゲート長を備えることが好ましい(請求項7)。
Furthermore, in the invention according to any one of
前記課題を解決するために提供する本発明は、請求項1〜7のいずれか一に記載のスタンダードセルレイアウトを有することを特徴とするスタンダードセルライブラリである(請求項8)。
The present invention provided to solve the above-described problems is a standard cell library having the standard cell layout according to any one of
前記課題を解決するために提供する本発明は、請求項1〜7のいずれか一に記載のスタンダードセルレイアウトを用いて設計されてなることを特徴とする半導体集積回路である(請求項9)。
The present invention provided to solve the problems is a semiconductor integrated circuit designed using the standard cell layout according to any one of
前記課題を解決するために提供する本発明は、請求項1〜5のいずれか一に記載のスタンダードセルレイアウトを用いて設計され、該スタンダードセルレイアウトに延長ポリが配置されゲート長が拡張されてなることを特徴とする半導体集積回路である(請求項10)。
The present invention provided to solve the above problems is designed using the standard cell layout according to any one of
前記課題を解決するために提供する本発明は、請求項1〜5のいずれか一に記載のスタンダードセルレイアウトを用いて、延長ポリを配置していない標準ゲート長のスタンダードセルレイアウトAを有する第1のスタンダードセルライブラリと、該スタンダードセルレイアウトAのレイアウトに延長ポリを配置してゲート長が拡張されたスタンダードセルレイアウトBを有する第2のスタンダードセルライブラリとを備え、前記スタンダードセルレイアウトAを用いて半導体集積回路を形成した後、前記スタンダードセルレイアウトAをスタンダードセルレイアウトBに変更することによりなることを特徴とする半導体集積回路である(請求項11)。
The present invention provided to solve the above-mentioned problems has a standard cell layout A having a standard gate length in which no extension poly is arranged, using the standard cell layout according to any one of
前記課題を解決するために提供する本発明は、請求項1〜7のいずれか一に記載のスタンダードセルレイアウトを用いて半導体集積回路を設計することを特徴とする半導体集積回路の設計方法である(請求項12)。
The present invention provided to solve the above-mentioned problems is a semiconductor integrated circuit design method for designing a semiconductor integrated circuit using the standard cell layout according to any one of
前記課題を解決するために提供する本発明は、請求項1〜5のいずれか一に記載のスタンダードセルレイアウトを用いて半導体集積回路を設計した後、該スタンダードセルレイアウトに延長ポリを配置してゲート長を拡張することを特徴とする半導体集積回路の設計方法である(請求項13)。
In order to solve the above problems, the present invention provides a semiconductor integrated circuit designed using the standard cell layout according to any one of
前記課題を解決するために提供する本発明は、請求項1〜5のいずれか一に記載のスタンダードセルレイアウトを用いて、延長ポリを配置していない標準ゲート長のスタンダードセルレイアウトAを有する第1のスタンダードセルライブラリと、該スタンダードセルレイアウトAのレイアウトに延長ポリを配置してゲート長が拡張されたスタンダードセルレイアウトBを有する第2のスタンダードセルライブラリとを備え、前記スタンダードセルレイアウトAを用いて半導体集積回路を形成した後、前記スタンダードセルレイアウトAをスタンダードセルレイアウトBに変更することを特徴とする半導体集積回路の設計方法である(請求項14)。
The present invention provided to solve the above-mentioned problems has a standard cell layout A having a standard gate length in which no extension poly is arranged, using the standard cell layout according to any one of
本発明の効果として、請求項1,2の発明によれば、延長ポリの付与のみでスタンダードセル内の1または複数のゲート長を拡張しショートチャネル効果を抑制でき、ゲートリーク電流を抑えることが可能となる。また、スタンダードセルの各ゲートの活性化率、遅延を考慮すれば、一部の入力に対して延長ポリを配置することも可能となる。
請求項3の発明によれば、延長ポリ領域をソース側に持たせる事で、ドレイン側の面積を増加させないため、最小ゲート長におけるセル性能(伝播遅延)を劣化させずにゲートリーク電流を抑えることが可能となる。
請求項4,5の発明によれば、ベンドゲートを利用して延長ポリを配置することができ、セル幅を増加させずにゲートリーク電流を抑えることが可能となる。
請求項6の発明によれば、同一ノードの同時スイッチングに対し、延長ポリにより、一部または段階的に遅延させる事で、ゲートのスイッチングにおけるノイズを押さえる事が可能となる。
請求項7の発明によれば、同一ノードの遷移に対し、片側のMOSトランジスタに延長ポリを配置により、しきい値を変化させノイズを押さえる事が可能となる。
請求項8の発明によれば、請求項1〜7の効果を有するスタンダードセルライブラリを得ることができる。
請求項9〜11の発明によれば、既存のプロセス工程を変更することなくリーク電流を押さえることができる半導体集積回路が得られる。とくに、請求項11の発明によれば、従来のVthを制御する複数の注入工程を備え、複数のライブラリを1チップ上に構成するの場合、注入工程が異なるVthのため、ウエハ製造工程数増加するが、ポリゲートのみの改定で延長ポリを配置できるので、プロセス上追加工程が不要となる。
請求項12〜14の発明によれば、既存のプロセス工程を変更することなくリーク電流を押さえることができる半導体集積回路の設計方法を提供できる。
As an effect of the present invention, according to the first and second aspects of the present invention, it is possible to extend one or a plurality of gate lengths in a standard cell only by providing an extended poly, suppress a short channel effect, and suppress a gate leakage current. It becomes possible. Further, if the activation rate and delay of each gate of the standard cell are taken into consideration, it is possible to arrange an extended poly for a part of inputs.
According to the invention of
According to the fourth and fifth aspects of the present invention, the extended poly can be arranged using the bend gate, and the gate leakage current can be suppressed without increasing the cell width.
According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to suppress the noise in the switching of the gate by delaying the simultaneous switching of the same node partially or stepwise by the extended poly.
According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to suppress the noise by changing the threshold value by arranging the extended poly in the MOS transistor on one side with respect to the transition of the same node.
According to the invention of claim 8, the standard cell library having the effects of
According to the ninth to eleventh aspects of the present invention, a semiconductor integrated circuit capable of suppressing the leakage current without changing the existing process steps can be obtained. In particular, according to the invention of
According to the invention of
以下に、本発明の第1の実施の形態について説明する。
図1に、本発明の前提となる従来のスタンダードセルのレイアウトを示す。図1は2入力NANDセルの例であり、符号71はMOSトランジスタのゲート電極を構成するゲートポリ、72はコンタクトであり、ソースドレイン拡散領域7bにすべてコンタクト72を配置している。また、73は電源電位が供給される電源線、74は配線、75,76は入力端子(1),(2)、77はソースドレイン拡散領域7bとコンタクト72を介して接続された出力配線、78は接地線、79はセル枠、7aはNウェル領域である。電源線73、配線74、入力端子75,76、出力配線77、接地線78は同一の配線層により形成される。
The first embodiment of the present invention will be described below.
FIG. 1 shows a layout of a conventional standard cell which is a premise of the present invention. FIG. 1 shows an example of a two-input NAND cell.
また、図1におけるスタンダードセルレイアウトのサイズは次のようになっている。
・ゲートポリ71と隣接するコンタクト72との距離:Space−1
・ゲートポリ71の幅:Width−2
・スタンダードセルの幅:Cell−Width−1
The size of the standard cell layout in FIG. 1 is as follows.
The distance between the
・ Width of gate poly 71: Width-2
Standard cell width: Cell-Width-1
ここで、ゲートポリ71と隣接するコンタクト72との距離(Space−1)には、スタンダードセル幅(Cell−Width−1)を最小とするために、指定されたプロセス・デザインルールの最小ルールが使用され、ゲートポリ71の幅(Width−2)は伝播遅延を最速とするために、プロセス・デザインルールの最小ルールが使用される。
Here, the minimum rule of the designated process design rule is used for the distance (Space-1) between the
つぎに、本発明のスタンダードセルレイアウトについて説明する。
図2は本発明の第1の実施の形態に係るスタンダードセルレイアウトを示す図である。
図2において、スタンダードセルレイアウトは、ゲートポリ11と、隣接するコンタクト12との間に延長ポリを配置するための領域を備える点が図1の構成と異なり、それ以外は図1の構成と同様であり、ゲートポリ11、コンタクト12、電源線13、配線14、入力端子15,16、出力配線17、接地線18、セル枠19、Nウェル領域1a、ソースドレイン拡散領域1bを備える。
Next, the standard cell layout of the present invention will be described.
FIG. 2 is a diagram showing a standard cell layout according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 2, the standard cell layout is different from the configuration of FIG. 1 in that the standard cell layout is provided with a region for arranging an extended poly between the
ここで、図2におけるスタンダードセルレイアウトのサイズは次のようになっている。
・ゲートポリ11と隣接するコンタクト12との距離:Space−2(>Space−1)
・ゲートポリ11の幅:Width−2
・スタンダードセルの幅:Cell−Width−3(>Cell−Width−1)
Here, the size of the standard cell layout in FIG. 2 is as follows.
The distance between the
-Width of gate poly 11: Width-2
Standard cell width: Cell-Width-3 (> Cell-Width-1)
すなわち、ゲートポリ11の幅はデザインルールで規定される最小幅(Width−2)であり、ゲートポリ11と隣接するコンタクト12との間隔をデザインルールで規定される最小距離(Space−1)より大とすることにより延長ポリの配置領域を備えるものである。これにより、スタンダードセルの幅に対し、ゲートポリ11以外を変更することなく延長ポリを配置することができ、このゲートポリの改定だけでゲート長を拡張し、ショートチャネル効果を抑制することができる。図3,4に、その例を示す。
That is, the width of the
図3はすべてのゲートポリ11に延長ポリ1cを配置した例であり、図4は入力端子(1)15側のゲートポリのみに延長ポリを配置した例である。 FIG. 3 shows an example in which the extended poly 1c is arranged on all the gate polys 11, and FIG. 4 shows an example in which the extended poly is arranged only on the gate poly on the input terminal (1) 15 side.
また、図2では延長ポリの配置領域を、前記ゲートポリに対してMOSトランジスタのソース領域側に備えている。これによりドレイン領域側の面積を増加させないため、最小ゲート長におけるセル性能(伝播遅延)を劣化させずにゲートリーク電流を抑えることが可能となる。 In FIG. 2, an extended poly arrangement region is provided on the source region side of the MOS transistor with respect to the gate poly. As a result, since the area on the drain region side is not increased, the gate leakage current can be suppressed without deteriorating the cell performance (propagation delay) at the minimum gate length.
つぎに、本発明の第2の実施の形態について説明する。
図5に、本発明の前提となる従来のスタンダードセルのレイアウトを示す。図5は図1と同様な2入力NANDセルの例であるが、ソースドレイン拡散領域をサリサイドとした場合で、コンタクトが最小数で配置された点で図1と異なり、それ以外の構成は図1と同様であり、ゲートポリ81a、コンタクト82、電源線83、配線84、入力端子85,86、出力配線87、接地線88、セル枠89、Nウェル領域8a、ソースドレイン拡散領域8bを備える。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 5 shows a layout of a conventional standard cell which is a premise of the present invention. FIG. 5 is an example of a two-input NAND cell similar to FIG. 1, but differs from FIG. 1 in that the source / drain diffusion region is salicide and the minimum number of contacts is arranged. 1 and includes a
ここで、図5におけるスタンダードセルレイアウトのサイズは、図1の場合と同様にプロセス・デザインルールの最小ルールが使用されており、次のようになっている。
・ゲートポリ81aと隣接するコンタクト82との距離:Space−1
・ゲートポリ81aの幅:Width−2
・スタンダードセルの幅:Cell−Width−1
・ソースドレインエクステンション:Space−a
なお、ソースドレインエクステンションとは、ゲートポリ81aに対するソースドレイン拡散領域8bのオーバラップの距離のことであり、これにもプロセス・デザインルールの最小ルールが適用されている。
Here, the size of the standard cell layout in FIG. 5 uses the minimum rule of the process design rule as in the case of FIG. 1, and is as follows.
-Distance between
-Width of
Standard cell width: Cell-Width-1
Source / drain extension: Space-a
The source / drain extension is an overlap distance of the source /
また、参考例として図6に、図5のレイアウトにおいてMOSトランジスタ内でゲートポリの曲げ(以下、ベンドゲートと称する。)を構成した例を示す。図5における直線状のゲートポリ81aをベンドゲートのゲートポリ81bとした以外は図5の構成と同じである。
As a reference example, FIG. 6 shows an example in which a gate poly bend (hereinafter referred to as a bend gate) is configured in a MOS transistor in the layout of FIG. The configuration is the same as that of FIG. 5 except that the
ここで、図6におけるスタンダードセルレイアウトのサイズは、図5の場合と同様にプロセス・デザインルールの最小ルールが使用されており、次のようになっている。
・ゲートポリ81bと隣接するコンタクト82との距離:Space−1
・ゲートポリ81aの幅:Width−2
・スタンダードセルの幅:Cell−Width−2(<Cell−Width−1)
・ソースドレインエクステンション:Space−a
・隣接するゲートポリ81bの間隔:Space−c
Here, the size of the standard cell layout in FIG. 6 uses the minimum rule of the process design rule as in the case of FIG. 5, and is as follows.
The distance between the
-Width of
Standard cell width: Cell-Width-2 (<Cell-Width-1)
Source / drain extension: Space-a
-Spacing between
つぎに、本発明のスタンダードセルレイアウトについて説明する。
図7は本発明の第2の実施の形態に係るスタンダードセルレイアウトを示す図である。
図7において、スタンダードセルレイアウトは、ゲートポリ21に対して、隣接するコンタクト22とは反対側に延長ポリを配置するための領域を備える点が図5の構成と異なり、それ以外は図5の構成と同様であり、ゲートポリ21、コンタクト22、電源線23、配線24、入力端子25,26、出力配線27、接地線28、セル枠29、Nウェル領域2a、ソースドレイン拡散領域2bを備える。
Next, the standard cell layout of the present invention will be described.
FIG. 7 is a diagram showing a standard cell layout according to the second embodiment of the present invention.
In FIG. 7, the standard cell layout is different from the configuration of FIG. 5 in that it has a region for arranging an extended poly on the side opposite to the
ここで、図7におけるスタンダードセルレイアウトのサイズは次のようになっている。
・ゲートポリ21と隣接するコンタクト22との距離:Space−1
・ゲートポリ21の幅:Width−2
・スタンダードセルの幅:Cell−Width−1
・ソースドレインエクステンション:Space−b(>Space−a)
・隣接するゲートポリ21の間隔:Space−d(>Space−c)
Here, the size of the standard cell layout in FIG. 7 is as follows.
The distance between the
・ Width of gate poly 21: Width-2
Standard cell width: Cell-Width-1
Source / drain extension: Space-b (> Space-a)
-Spacing between adjacent gate polys 21: Space-d (> Space-c)
すなわち、ゲートポリ21の幅はデザインルールで規定される最小幅(Width−2)であり、ゲートポリ21に対するソースドレインエクステンションの距離(Space−b)および隣接するゲートポリ21との間隔(Space−d)をデザインルールで規定される最小距離(それぞれ、Space−a、Space−c)より大として延長ポリの配置領域を備えるものである。これにより、ベンドゲートとなるように延長ポリを配置することにより、スタンダードセル幅を増加させずに(Cell−Width−1のままで)、このゲートポリの改定だけでゲート長を拡張し、ショートチャネル効果を抑制することができる。図8に、その例を示す。
That is, the width of the
図8は、延長ポリ2cがゲートポリ21の長さ方向に対してコンタクト22を避けるように分割して配置されることにより、ベンドゲートとなっている例である。
FIG. 8 shows an example in which the extended
つぎに、本発明の第3の実施の形態について説明する。
図9に、本発明の前提となる従来のスタンダードセルのレイアウトを示す。図9はドライブ能力が要求されるインバータのスタンダードセルレイアウトの例であり、隣接配置を考慮し、セル高さを統一するため、MOSトランジスタは分割して配置される構成となっている。ここで、符号91はMOSトランジスタのゲート電極を構成するゲートポリ、92はコンタクトであり、ソースドレイン拡散領域9bにすべてコンタクト92を配置している。また、93は電源電位が供給される電源線、94は配線、95は入力端子、97はソースドレイン拡散領域9bとコンタクト92を介して接続された出力配線、98は接地線、99はセル枠、9aはNウェル領域である。電源線93、配線94、入力端子95、出力配線97、接地線98は同一の配線層により形成される。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 9 shows a layout of a conventional standard cell which is a premise of the present invention. FIG. 9 shows an example of a standard cell layout of an inverter that requires drive capability. In consideration of adjacent arrangement, MOS transistors are arranged in a divided manner in order to unify cell heights. Here,
また、図9におけるスタンダードセルレイアウトのサイズは図1の場合と同様にプロセス・デザインルールの最小ルールが使用されており、次のようになっている。
・ゲートポリ91と隣接するコンタクト92との距離:Space−1
・ゲートポリ91の幅:Width−2
・スタンダードセルの幅:Cell−Width−4
The standard cell layout size in FIG. 9 uses the minimum process design rule as in FIG. 1, and is as follows.
-Distance between
・ Width of gate poly 91: Width-2
Standard cell width: Cell-Width-4
つぎに、本発明のスタンダードセルレイアウトについて説明する。
図10は本発明の第3の実施の形態に係るスタンダードセルレイアウトを示す図である。
図10において、スタンダードセルレイアウトは、1部のゲートポリ31b,31cと、隣接するソース領域側のコンタクト32との間に延長ポリを配置するための領域を備える点が図9の構成と異なり、それ以外は図9の構成と同様であり、ゲートポリ31a,31b,31c、コンタクト32、電源線33、配線34、入力端子35、出力配線37、接地線38、セル枠39、Nウェル領域3a、ソースドレイン拡散領域3bを備える。
Next, the standard cell layout of the present invention will be described.
FIG. 10 is a diagram showing a standard cell layout according to the third embodiment of the present invention.
In FIG. 10, the standard cell layout is different from the configuration of FIG. 9 in that it has a region for arranging an extended poly between a part of the
ここで、図10におけるスタンダードセルレイアウトのサイズは次のようになっている。
・ゲートポリ31aと隣接するコンタクト32との距離:Space−1
・ゲートポリ31bと隣接するコンタクト32との距離:Space−2(>Space−1)
・ゲートポリ31cと隣接するコンタクト32との距離:Space−3(>Space−2)
・ゲートポリ31の幅:Width−2
・スタンダードセルの幅:Cell−Width−5(>Cell−Width−4)
Here, the size of the standard cell layout in FIG. 10 is as follows.
-Distance between
The distance between the
The distance between the
-Width of gate poly 31: Width-2
Standard cell width: Cell-Width-5 (> Cell-Width-4)
すなわち、ゲートポリ31a,31b,31cの幅はデザインルールで規定される最小幅(Width−2)であり、1部のゲートポリ31b,31cと隣接するソース領域側のコンタクト32との間隔をデザインルールで規定される最小距離(Space−1)より大とすることにより延長ポリの配置領域を備えるものである。また、延長ポリの配置領域の幅(ゲートポリとソース領域側コンタクト32との間隔)はゲートポリごとに異なっている。これにより、スタンダードセルの幅に対し、ゲートポリ31b,31c以外を変更することなく延長ポリを配置することができ、このゲートポリの改定だけでゲート長を拡張し、ショートチャネル効果を抑制することができる。図11に、その例を示す。
That is, the width of the
図11は、同一ノードの分割されたMOSトランジスタに対し、ゲートポリ31bでは延長ポリ3cが配置され、ゲートポリ31cでは延長ポリ3cとは幅の異なる延長ポリ3dが配置され、ゲート長の異なるデバイス(Width−2、Width−3、Width−4)を構成した例である。これにより、同一ノードの同時スイッチングに対し、一部または段階的に遅延させる事で、ゲートのスイッチングにおけるノイズを押さえる事が可能となる。
In FIG. 11, for the divided MOS transistors of the same node, the
つぎに、図12は、第3の実施の形態のバリエーションであり、スタンダードセルレイアウトとして、MOSトランジスタが同一ノードで複数に分割され、PMOSトランジスタ、NMOSトランジスタのいずれか一方(図12ではPMOSトランジスタ)で、ゲートポリ41と、隣接するソース領域側のコンタクト42との間に延長ポリを配置するための領域を備える点が図9の構成と異なり、それ以外は図9の構成と同様であり、ゲートポリ41、コンタクト42、電源線43、配線44、入力端子45、出力配線47、接地線48、セル枠49、Nウェル領域4a、ソースドレイン拡散領域4bを備える。
Next, FIG. 12 shows a variation of the third embodiment. As a standard cell layout, a MOS transistor is divided into a plurality of parts at the same node, and either a PMOS transistor or an NMOS transistor (PMOS transistor in FIG. 12). 9 is different from the configuration of FIG. 9 in that an extension poly is provided between the
ここで、図12におけるスタンダードセルレイアウトのサイズは次のようになっている。
・ゲートポリ41と隣接するコンタクト42との距離(PMOSトランジスタ側):Space−2(>Space−1)
・ゲートポリ41の幅:Width−2
・スタンダードセルの幅:Cell−Width−5(>Cell−Width−4)
Here, the size of the standard cell layout in FIG. 12 is as follows.
The distance between the
-Width of gate poly 41: Width-2
Standard cell width: Cell-Width-5 (> Cell-Width-4)
すなわち、ゲートポリ41の幅はデザインルールで規定される最小幅(Width−2)であり、PMOSトランジスタ側のゲートポリ41と隣接するソース領域側のコンタクト42との間隔をデザインルールで規定される最小距離(Space−1)より大(Space−2)とすることにより延長ポリの配置領域を備えるものである。これにより、スタンダードセルの幅に対し、PMOSトランジスタ側のゲートポリ41以外を変更することなく延長ポリを配置することができ、このゲートポリの改定だけでゲート長を拡張し、ショートチャネル効果を抑制することができる。図13に、その例を示す。
That is, the width of the
図13は、同一ノードの分割されたMOSトランジスタに対し、PMOSトランジスタ側にのみ延長ポリ4cが配置される構成例である。また、図13において、PMOSトランジスタ側の延長ポリの配置領域の幅をゲートポリごとに変化させ、図11と同様のゲート長の異なるデバイスを構成してもよい。これにより、同一ノードの遷移に対し、しきい値を変化させノイズを押さえる事が可能となる。
FIG. 13 shows a configuration example in which the extended
つぎに、上記本発明のスタンダードセルレイアウトを使用した半導体集積回路の設計方法及びそれによる半導体集積回路について説明する。
図14は、従来の半導体集積回路を構成するスタンダードセル配置例である。図14において、実線または点線で囲まれた四角形それぞれが1つのスタンダードセルを意味している。また、当該四角形内の符号A〜EはそれぞれインバータやNANDなど異なる機能を有するスタンダードセルであることを示しており、符号(T1)はスタンダードセルライブラリを示している。例えば、図中矢印aで示したスタンダードセルは、スタンダードセルライブラリ(T1)に含まれるスタンダードセルAが配置されている。図14では、すべてスタンダードセルライブラリ(T1)に含まれるスタンダードセルが配置されている。
Next, a method for designing a semiconductor integrated circuit using the standard cell layout of the present invention and a semiconductor integrated circuit based thereon will be described.
FIG. 14 shows an example of standard cell arrangement constituting a conventional semiconductor integrated circuit. In FIG. 14, each quadrangle surrounded by a solid line or a dotted line means one standard cell. In addition, reference signs A to E in the rectangle indicate standard cells having different functions such as an inverter and NAND, and reference sign (T1) indicates a standard cell library. For example, the standard cell indicated by the arrow a in the figure is arranged with the standard cell A included in the standard cell library (T1). In FIG. 14, all standard cells included in the standard cell library (T1) are arranged.
つぎに、図15に本発明における半導体集積回路を構成するスタンダードセル配置例を示す。
ここでは、(T1)、(T2)、(T3)の3つのスタンダードセルライブラリを備え、例えば、スタンダードセルライブラリ(T1)では、図2、図7、図10、図11に示したような延長ポリの配置領域を備えるスタンダードセルレイアウトであって、延長ポリを配置していないもの、すなわち標準ゲート長のスタンダードセルレイアウトを含み、スタンダードセルライブラリ(T2)、(T3)ではスタンダードセルライブラリ(T1)に含まれたスタンダードセレイアウトと論理が同じであり、図3、図4、図8、図11、図13に示したような延長ポリを配置してゲート長が拡張されたスタンダードセルレイアウトを含むものである。
Next, FIG. 15 shows an example of the standard cell arrangement constituting the semiconductor integrated circuit according to the present invention.
Here, three standard cell libraries (T1), (T2), and (T3) are provided. For example, the standard cell library (T1) has extensions as shown in FIGS. 2, 7, 10, and 11. A standard cell layout having a poly layout area, which does not have an extended poly layout, that is, includes a standard cell layout with a standard gate length. In the standard cell libraries (T2) and (T3), the standard cell library (T1) Includes the standard cell layout in which the gate length is extended by arranging the extended poly as shown in FIGS. 3, 4, 8, 11, and 13. It is a waste.
これらスタンダードセルライブラリ(T1)、(T2)、(T3)を用いて、つぎのように半導体集積回路を設計する。
(s1)まずスタンダードセルライブラリ(T1)に含まれるスタンダードセルレイアウトを用いてスタンダードセルを配置配線して半導体集積回路を設計する。この構成が例えば図14に示したものである。
(s2)図14のスタンダードセル配置による半導体集積回路を検証する。
(s3)ついで、スタンダードセルの変更が必要な場合に、図14の配置のうち、1部のスタンダードセルについてスタンダードセルライブラリ(T2)、(T3)に含まれる同一の論理のスタンダードセルレイアウトに変更し、図15のスタンダードセル配置とする。図15において、斜線が入ったスタンダードセルが変更されたものであり、例えば、スタンダードセルA(T2),A(T3)はスタンダードセルA(T1)と論理は同一であるが異なる延長ポリが配置されたものであり、図14の矢印aで示したスタンダードセルA(T1)は、図15においてスタンダードセルA(T3)に変更されている。
Using these standard cell libraries (T1), (T2), and (T3), a semiconductor integrated circuit is designed as follows.
(S1) First, the standard cells are arranged and wired using the standard cell layout included in the standard cell library (T1) to design a semiconductor integrated circuit. This configuration is shown, for example, in FIG.
(S2) The semiconductor integrated circuit having the standard cell arrangement of FIG. 14 is verified.
(S3) Next, when it is necessary to change the standard cell, one standard cell in the arrangement of FIG. 14 is changed to the standard cell layout of the same logic included in the standard cell libraries (T2) and (T3). The standard cell arrangement shown in FIG. In FIG. 15, the standard cells with hatched lines are changed. For example, standard cells A (T2) and A (T3) have the same logic as standard cells A (T1) but different extension polys. The standard cell A (T1) indicated by the arrow a in FIG. 14 is changed to the standard cell A (T3) in FIG.
ここでスタンダードセルの変更が必要な場合とは、例えば図14の配置配線において、ゲート遅延に余裕があり、電力消費の見積もりにおいて局所的な集中が見られる場合、あるいは同時スイッチングの集中がある場合などである。 Here, when the standard cell needs to be changed, for example, in the placement and routing of FIG. 14, there is a margin in gate delay and local concentration is observed in the estimation of power consumption, or there is concentration of simultaneous switching. Etc.
このように、本発明の半導体集積回路の設計方法におけるスタンダードセル変更は、セルサイズ、メタル端子位置に変動がないため、従来のスタンダードセルの自動配置配線フローの何れのステップでも適用できる。また、回路FIX後であっても、マニュアルによる修正作業でセルを交換したり、延長ポリを手動で配置したりするなどの手段で改定することが可能である。 As described above, the standard cell change in the semiconductor integrated circuit design method of the present invention is applicable to any step of the conventional standard cell automatic placement and routing flow because the cell size and the metal terminal position do not vary. Even after the circuit FIX, it is possible to revise by means such as exchanging the cells by manual correction work or manually placing the extension poly.
また、上記本発明のスタンダードセルレイアウトを用いて半導体集積回路を設計し、ついで当該スタンダードセルレイアウトに関して延長ポリを配置することによりゲート長を拡張するようにしてもよい。 Further, the gate length may be extended by designing a semiconductor integrated circuit using the standard cell layout of the present invention and then disposing an extended poly with respect to the standard cell layout.
なお、上記実施の形態の説明ではスタンダードセルレイアウトに関して、スタンダードセルの幅が異なる例を示し、その幅が従来より大きくなるような不利となる例を示したが、ショートチャネルを抑制に対し実際に、ゲート長に対し挿入される延長ポリ領域の割合は、多くともその数%程度である。図例ではその比率を誇張しているが、少ない場合、ゲート長に対し、一般に配線グリッドに対し、トランジスタ配置に余裕があるセルの場合、セル幅が増加しないため、面積的な影響はない。また、従来の注入によるMulti Vth制御の場合、スタンダードセルレベルでの変更であり、本発明は、MOSトランジスタ単位での制御が可能でより、緻密なリーク制御が可能となる。 In the description of the above embodiment, an example in which the width of the standard cell is different with respect to the standard cell layout is shown, and an example in which the width becomes larger than the conventional one is disadvantageous. The ratio of the extended poly region inserted with respect to the gate length is at most about several percent. In the illustrated example, the ratio is exaggerated. However, in the case where the ratio is small, the cell width does not increase in the case of a cell having a sufficient transistor arrangement with respect to the gate length in general with respect to the wiring grid. Further, in the case of multi-Vth control by conventional injection, it is a change at the standard cell level, and the present invention can be controlled in units of MOS transistors, and more precise leak control is possible.
11,21,31a,31b,31c,41,71,81a,81b,91 ゲートポリ
12,22,32,42,72,82,92 コンタクト
13,23,33,43,73,83,93 電源線
14,24,34,44,74,84,94 配線
15,25,35,45,75,85,95 入力端子1
16,26,76,86 入力端子2
17,27,37,47,77,87,97 出力配線
18,28,38,48,78,88,98 接地線
19,29,39,49,79,89,99 セル枠
1a,2a,3a,4a,7a,8a,9a Nウェル
1b,2b,3b,4b,7b,8b,9b ソースドレイン拡散領域
1c,2c,3c,3d,4c 延長ポリ
11, 21, 31a, 31b, 31c, 41, 71, 81a, 81b, 91
16, 26, 76, 86
17, 27, 37, 47, 77, 87, 97
Claims (14)
前記MOSトランジスタのゲート電極を構成するゲートポリと、隣接するコンタクトとの間に延長ポリを配置するための領域を備えることを特徴とするスタンダードセルレイアウト。 In a standard cell layout which is included in a standard cell library and used to design a semiconductor integrated circuit and has one or a plurality of MOS transistors as logic cells,
A standard cell layout comprising a region for arranging an extended poly between a gate poly constituting a gate electrode of the MOS transistor and an adjacent contact.
前記MOSトランジスタのゲート電極を構成するゲートポリに対して、隣接するコンタクトとは反対側に延長ポリを配置するための領域を備えることを特徴とするスタンダードセルレイアウト。 In a standard cell layout which is included in a standard cell library and used to design a semiconductor integrated circuit and has one or a plurality of MOS transistors as logic cells,
A standard cell layout comprising a region for disposing an extended poly on a side opposite to an adjacent contact with respect to a gate poly constituting a gate electrode of the MOS transistor.
前記スタンダードセルレイアウトAを用いて半導体集積回路を形成した後、前記スタンダードセルレイアウトAをスタンダードセルレイアウトBに変更することを特徴とする半導体集積回路の設計方法。
Using the standard cell layout according to any one of claims 1 to 5, a first standard cell library having a standard cell layout A having a standard gate length in which no extension poly is arranged, and the standard cell layout A A second standard cell library having a standard cell layout B in which an extended poly is arranged in the layout and the gate length is extended;
A method of designing a semiconductor integrated circuit, comprising: forming a semiconductor integrated circuit using the standard cell layout A; and then changing the standard cell layout A to a standard cell layout B.
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