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JP2008148008A - 基板制御回路、半導体集積回路及び基板制御方法 - Google Patents

基板制御回路、半導体集積回路及び基板制御方法 Download PDF

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JP2008148008A
JP2008148008A JP2006332933A JP2006332933A JP2008148008A JP 2008148008 A JP2008148008 A JP 2008148008A JP 2006332933 A JP2006332933 A JP 2006332933A JP 2006332933 A JP2006332933 A JP 2006332933A JP 2008148008 A JP2008148008 A JP 2008148008A
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Hiroaki Suzuki
弘明 鈴木
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Abstract

【課題】動作状態時への起動時間を短縮し、かつ安定動作を図った基板制御回路を得る。
【解決手段】トランスファゲートTF2,TF3の一端に電源ユニット線L1,L2が接続され、他端に信号線L3,L4が接続される。トランスファゲートTF2及びTF3オン・オフはアクティブ信号ACTにより制御される。PMOSトランジスタQP1のドレインであるノードN1とNMOSトランジスタQN1のドレインであるノードN2との間にトランスファゲートTF1が介挿される。トランスファゲートTF1のオン,オフはウェイクアップ信号WUPにより制御される。信号線L3,L4がノードN1,N2に電気的に接続される。ウェイクアップ信号WUPはスリープ状態からアクティブ状態に遷移する際に所定期間のみ“H”となる。
【選択図】図1

Description

本発明は、CMOS型半導体回路等におけるMOSトランジスタのボディ領域の電位である基板電位を制御する基板制御回路、上記基板制御回路を含む半導体集積回路及び基板制御方法に関する。
「MOS」という用語は、古くは金属/酸化物/半導体の積層構造に用いられており、Metal-Oxide-Semiconductorの頭文字を採ったものとされている。しかしながら特にMOS構造を有する電界効果トランジスタ(以下、単に「MOSトランジスタ」と称す)においては、近年の集積化や製造プロセスの改善などの観点からゲート絶縁膜やゲート電極の材料が改善されている。
例えばMOSトランジスタにおいては、主としてソース・ドレインを自己整合的に形成する観点から、ゲート電極の材料として金属の代わりに多結晶シリコンが採用されてきている。また電気的特性を改善する観点から、ゲート絶縁膜の材料として高誘電率の材料が採用されるが、当該材料は必ずしも酸化物には限定されない。
従って「MOS」という用語は必ずしも金属/酸化物/半導体の積層構造のみに限定されて採用されているわけではなく、本明細書でもそのような限定を前提としない。即ち、技術常識に鑑みて、ここでは「MOS」とはその語源に起因した略語としてのみならず、広く導電体/絶縁体/半導体の積層構造をも含む意義を有する。
MOSトランジスタは基板(ボディ領域)へのバックバイアス効果により、閾値Vthが高くなってドレイン電流Idが減少し、回路遅延が増大することは広く知られている。これを逆手にとってフォワードバイアス制御を行えば、逆に回路遅延が減少することもまた広くしられている。このような基板効果を使って基板電位(ボディ電位)をアクティブ制御することで低消費電力と高速動作とを両立させることが可能である。スリープ状態からアクティブ状態への状態遷移時間が短ければ短いほど、細やかな状態スイッチングが可能となるので、制御性がよくなる。しかしながら、一般に上記状態遷移時間を短縮するためには電源ユニットの電流駆動力を大きくする必要があり、この駆動力アップが動作電流をかえって増大させたり、あるいは面積ペナルティーを増加させてしまうなどの問題があった。
バイアス用電源を追加することなく動的に基板電位を制御する方法としてCRABC(Charge Reccling Actively Body-bias Conrolled)法を用いた基板(ボディ)電位制御方法が、例えば、非特許文献文献1に開示されている。CRABC法では、スリープ時(待機状態時)には電源レベルVDDに固定されているPMOSトランジスタのNウェル領域(ボディ領域)と接地レベルGNDに固定されているNMOSトランジスタのPウェル領域(ボディ領域)とを、スリープ状態からアクティブ状態への遷移時に短絡し、チャージシェアリングによってそれぞれ(VDD/2)電位に向かって遷移させるものである。
PMOSトランジスタ側に着目すればPMOSトランジスタの基板(ボディ領域)には電源レベルVDDからドロップした電位分だけのフォワードバイアスが、NMOSトランジスタ側に着目すればNMOSトランジスタの基板には接地レベルGNDからの浮き上がり分だけのフォワードバイアスがそれぞれ印加されることとなる。
実際のデバイスでは、これらの値はPMOS基板(Nウェル領域)に接続される寄生容量とNMOS基板(Pウェル領域)に接続される寄生容量の分割比、あるいは短絡のためのスイッチトランジスタの特性によって決まるので、デバイスの製造条件によって、どの電位に集束するかは製造条件あるいはデバイスの個体差によってことなる。さらには、リーク電流などの影響により、動作中にも変化する。
北村雅之・飯島正章・濱田健司・沼昌宏・野谷宏美・多田 章・前川繁登,「電荷再利用型動的ボディ電位制御によるSOI-CMOSの高速化手法」,信学技報, vol. 105, no. 476, ICD2005-198, pp. 37-42, 2005年12月(図2).
以上のように、上述したCRABC法による基板電位制御は、スリープ状態からの起動の面では非常に優れているし、面積オーバーヘッドも小さいものの、アクティブ動作時の基板電位が一意に決まらないので動作安定性に欠けるという問題点があった。
この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、動作状態時への起動時間を短縮し、かつ安定動作を図った基板制御回路を得ることを目的とする。
本発明の一実施の形態によれば、前記基板制御回路は、第1及び第2の駆動電圧を受けるスイッチセル群を有している。
このスイッチセル群は、制御対象が待機状態から動作状態に移行する所定の期間であるウェイクアップ期間において、第1のボディ電位を付与する第1ノードと第2のボディ電位を付与する第2のノードとを短絡する。そして、ウェイクアップ期間経過後の動作状態時において、第1及び第2の駆動電圧を第1及び第2のノードに供給している。
上記実施の形態の基板制御回路によれば、制御対象回路の動作状態時に先がけてウェイクアップ期間を設け、第1及び第2のノードを電気的に接続して第1及び第2のボディ電位を速やかに中間電位に導いている。
そして、第1及び第2のボディ電位がそれぞれ目標値である第1及び第2の駆動電圧に近づいた後にウェイクアップ期間を終了し、第1及び第2の駆動電圧より第1及び第2のボディ電位を設定することにより、動作状態時への起動時間を短くし、かつ第1及び第2のボディ電位の安定動作を図ることができる。
<実施の形態1>
図1はこの発明の実施の形態1である基板制御回路の構成を示す回路図である。同図に示すように、2つの電源ユニット1,2(第1及び第2の電圧供給回路)とスイッチセル群SWGから構成される。
電源ユニット1は電源ユニット駆動信号PONが“L”(“0”)のとき電源ユニット線L1をハイインピーダンス状態にし、電源ユニット駆動信号PONが“H”(1)のとき活性状態となり電源ユニット線L1から駆動電圧Vbp(第1の駆動電圧)を供給する。
同様にして、電源ユニット2は電源ユニット駆動信号PONが“L”のとき電源ユニット線L2をハイインピーダンス状態にし、電源ユニット駆動信号PONが“H”のとき活性状態となり電源ユニット線L2から駆動電圧Vbn(第2の駆動電圧)を供給する。
制御信号発生回路3は、スタンバイ信号STB、ウェイクアップ信号WUP、アクティブ信号ACT及び電源ユニット駆動信号PONを後に詳述するタイミングで発生する。
スイッチセル群SWGはウェイクアップスイッチ部WUPSWとアクティブスイッチ部ACTSWとから構成される。
アクティブスイッチ部ACTSWはトランスファゲートTF2,TF3(第4,第5のスイッチング手段)から構成される。トランスファゲートTF2の一端に電源ユニット線L1(第1の電圧供給線)が接続され、他端に信号線L3が接続され、トランスファゲートTF3の一端に電源ユニット線L2(第2の電圧供給線)が接続され、他端に信号線L4が接続される。トランスファゲートTF2及びTF3それぞれのNMOSゲートにアクティブ信号ACTを受け、それぞれのPMOSゲートに反転アクティブ信号バーACTを受ける。
ウェイクアップスイッチ部WUPSWはPMOSトランジスタQP1(第1のスイッチング手段)、NMOSトランジスタQN1(第2のスイッチング手段)及びトランスファゲートTF1(第3のスイッチング手段)から構成される。PMOSトランジスタQP1のソースは電源(VDD)に接続され、ゲートに反転スタンバイ信号バーSTBを受け、ドレインであるノードN1(第1のノード)はトランスファゲートTF1の一端に接続される。NMOSトランジスタQN1のソースは接地(GND)され、ゲートにスタンバイ信号STBを受け、ドレインであるノードN2(第2のノード)はトランスファゲートTF1の他端に接続される。
トランスファゲートTF1はNMOSゲートにウェイクアップ信号WUPを受け、PMOSゲートに反転ウェイクアップ信号バーWUPを受ける。
また、ノードN1は信号線L3を介してアクティブスイッチ部ACTSWのトランスファゲートTF2の他端に接続され、ノードN2は信号線L4を介してアクティブスイッチ部ACTSWのトランスファゲートTF3の他端に接続される。また、ノードN1及びノードN2はPボディ電位線LP及びNボディ電位線LN(第1及び第2のボディ電位線)に接続され、Pボディ電位線LPより得られる電位がボディ電位BVP(第1のボディ電位)として、Nボディ電位線LNより得られる電位がボディ電位BVN(第2のボディ電位)として外部に出力される。ボディ電位BVP及びボディ電位BVNは、図1で図示しない制御対象となるPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタのボディ領域の電位設定に用いられる。
図2は図1で示した実施の形態1の基板制御回路の動作を示すタイミング図である。以下、同図を参照して実施の形態1の基板制御回路による基板制御方法を説明する。
まず、制御対象が待機状態である期間であるスリープ期間T1において、スタンバイ信号STBを“H”(反転スタンバイ信号バーSTBは“L”)、ウェイクアップ信号WUPを“L”(反転ウェイクアップ信号バーWUPは“H”)、アクティブ信号ACTを“L”(反転アクティブ信号バーACTは“H”)、電源ユニット駆動信号PONを“L”に設定する。
したがって、スイッチセル群SWG内において、PMOSトランジスタQP1及びNMOSトランジスタQN1がオン状態となり、トランスファゲートTF1〜TF3がオフ状態となる。一方、電源ユニット1,2の電源ユニット線L1,L2は共にハイインピーダンス状態に設定される。
その結果、スリープ期間T1において、ボディ電位BVPは電源電圧VDDに設定され、ボディ電位BVNは接地レベル(GND)に設定される。
一般に、ボディ電位BVP及びボディ電位BVNを受ける制御対象回路内のCMOSトランジスタは、PMOSトランジスタのソースが電源電圧VDDに設定され、NMOSトランジスタのソースが接地されている。
このため、一般的な制御対象回路内のPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタそれぞれのソース領域とボディ領域との間のPN接合部をゼロバイアスにする(順方向バイアス度合を低くする)ことにより、PMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタそれぞれの閾値電圧Vthは高く設定されることから、制御対象となる回路はスリープ期間T1におけるリーク電流を効果的に抑えることができる。
スリープ期間T1の経過後にウェイクアップ期間T2に移る。ウェイクアップ期間T2はスリープ状態からアクティブ状態(動作状態)に遷移する際に所定期間のみ挿入される期間であり、目標値(駆動電圧Vbp及び駆動電圧Vbn)の±0.1Vに達成すると想定される時間が設定される。
ウェイクアップ期間T2において、スタンバイ信号STBを“L”に変化させ、ウェイクアップ信号WUPを“H”に変化させ、アクティブ信号ACTは“L”で維持させる。また、電源ユニット駆動信号PONをウェイクアップ期間T2の開示時から第1期間T21の経過まで“L”で維持させる。
したがって、スイッチセル群SWG内において、PMOSトランジスタQP1及びNMOSトランジスタQN1がオフ状態となり、トランスファゲートTF1がオン状態となり、トランスファゲートTF2,TF3がオフ状態、電源ユニット1,2の電源ユニット線L1,L2は共にハイインピーダンス状態に設定される。
上記設定により、ノードN1,ノードN2間がトランスファゲートTF1を介して電気的に接続(短絡)されるとともに、ノードN1,N2はフローティング状態となる。
その結果、上記制御対象回路内のPMOSトランジスタの配線及びボディ領域に充電されている電荷がPボディ電位線LP、トランスファゲートTF1及びNボディ電位線LNを介して上記制御対象回路内のNMOSトランジスタ側に移動することにより、ボディ電位BVPとボディ電位BVNとが、VDD−GND間の中間電位(Vbp,Vbn)に向かって速やかに遷移する。
このように、アクティブ期間T3に先がけてウェイクアップ期間T2を設けることにより、動作状態時への起動時間を短縮することができる。
理想トランジスタで考えれば、ボディ電位BVPとボディ電位BVNとが同電位になるまで遷移が進むが、実際のデバイスでは容量の寄生成分があり、ボディ電位BVPとボディ電位BVNとの電位差が小さくなるほどトランスファゲートTF1の駆動力が小さくなるため、ボディ電位BVPがある程度下がったところで飽和し始める。同様に、ボディ電位BVNもある程度上がったところで飽和し始める。
一方、ウェイクアップ期間T2内の第1期間T21が終了し第2期間T22が開始する時刻t12に電源ユニット駆動信号PONが“H”に立ち上がる。その結果、電源ユニット1,2が動作状態となり、電源ユニット1は電源ユニット線L1から駆動電圧Vbnを発生し、電源ユニット2は電源ユニット線L2から駆動電圧Vbnを発生する。
一方、ウェイクアップ期間T2の第2期間T22においても、トランスファゲートTF2,TF3はオフ状態を維持するため、駆動電圧Vbp及び駆動電圧Vbnは電源ユニット線L1及びL2を充電するに留まり、駆動電圧Vbp及び駆動電圧Vbnが信号線L3及びL4に伝達されることはない。
ウェイクアップ期間T2の経過後にアクティブ期間T3に移る。アクティブ期間T3において、スタンバイ信号STBは“L”を維持さえ、ウェイクアップ信号WUPを“L”に変化させ、アクティブ信号ACTを“H”に変化させる。また、電源ユニット駆動信号PONは“H”を維持させる。
したがって、スイッチセル群SWG内において、PMOSトランジスタQP1及びNMOSトランジスタQN1がオフ状態を維持し、トランスファゲートTF1がオフ状態となり、トランスファゲートTF3がオン状態となり、電源ユニット1,2の電源ユニット線L1,L2から駆動電圧Vbp及び駆動電圧Vbnが供給される。
上記設定により、信号線L3を介して電源ユニット1からの駆動電圧VbpがPボディ電位線LPに供給され、信号線L4を介して電源ユニット2からの駆動電圧VbnがNボディ電位線LNに供給される。その結果、ボディ電位BVP及びボディ電位BVNは駆動電圧Vbp及び駆動電圧Vbnに達し、その後、ボディ電位BVPは駆動電圧Vbpで安定し、ボディ電位BVNは駆動電圧Vbnで安定する。
このように、ウェイクアップ期間T2中にボディ電位BVP及びボディ電位BVNがそれぞれ目標値である駆動電圧Vbp及び駆動電圧Vbnに近づいた後のアクティブ期間T3において、電源ユニット1,2の駆動電圧Vbp及び駆動電圧Vbnによるボディ電位BVP及びボディ電位BVNが駆動されることになるため、電源ユニット1,2に要求される駆動電流容量としてはあまり大きくする必要はない。
上述したように、実施の形態1の基板制御回路は、ウェイクアップ期間T2においては、Pボディ電位線LPに付随する容量とNボディ電位線LNに付随する容量との容量結合を利用して高速にスリープからの再起動ができるとともに、小容量の電源ユニット1,2を使って安定したボディ電位BVP及びボディ電位BVNを供給できる。つまり、CRABC法と比べれば動作時の安定性を確保できるメリットがあるし、電源供給方式と比べれば低容量/低面積の電源ユニット1、2を用いて所期の性能を達成できる効果を奏する。
さらに、アクティブ期間T3に先がけて、ウェイクアップ期間T2の第2期間T22において既に電源ユニット1,2を駆動状態(活性状態)にすることにより、第2期間T22において電源ユニット線L1,電源ユニット線L2をそれぞれ駆動電圧Vbp及び駆動電圧Vbnで事前に充電することができる。
したがって、アクティブ期間T3開始と同時に、電源ユニット線L1,電源ユニットL2に充電された電荷が信号線L3,L4を介してPボディ電位線LP,Nボディ電位線LNに伝達されることにより、ボディ電位BVP及びボディ電位BVNをアクティブ期間T3の開始後に速やかに駆動電圧Vbp及び駆動電圧Vbnに到達させることができる。この事前充電効果を考慮して電源ユニット1,2の駆動電流容量をより小さくすることができる。
<実施の形態2>
図3は実施の形態2の基板制御回路による基板制御方法を示すタイミング図である。なお、実施の形態2の基板制御回路の構成は図1で示した実施の形態1と同様であり、制御信号発生回路3からのアクティブ信号ACT及び電源ユニット駆動信号PONの発生タイミングのみが異なる。以下、同図を参照して実施の形態2の基板制御回路による基板制御方法を説明する。
まず、スリープ期間T1において、スタンバイ信号STBを“H”、ウェイクアップ信号WUPを“L”、アクティブ信号ACTを“L”、電源ユニット駆動信号PONは“L”に設定して実施の形態1と同様な動作を実行する。
次に、ウェイクアップ期間T2において、スタンバイ信号STBを“L”に変化させ、ウェイクアップ信号WUPを“H”に変化さえ、アクティブ信号ACTを“H”に変化させ、電源ユニット駆動信号PONを“H”に変化させる。
したがって、スイッチセル群SWG内において、PMOSトランジスタQP1及びNMOSトランジスタQN1がオフ状態となり、トランスファゲートTF1〜TF3がオン状態となり、電源ユニット1,2が動作状態となり、電源ユニット1は電源ユニット線L1から駆動電圧Vbnを発生し、電源ユニット2は電源ユニット線L2から駆動電圧Vbnを発生する。
上記設定により、ノードN1,ノードN2間がトランスファゲートTF1を介して電気的に接続(短絡)されるとともに、ノードN1,N2に信号線L3,信号線L4を介して電源ユニット1,2からの駆動電圧Vbp,駆動電圧Vbnが付与される。
その結果、上記制御対象回路内のPMOSトランジスタの配線及びボディ領域に充電されている電荷がPボディ電位線LP、トランスファゲートTF1及びNボディ電位線LNを介して上記制御対象回路内のNMOSトランジスタ側に移動することにより、ボディ電位BVPとボディ電位BVNとが、VDD−GND間の中間電位に向かって遷移する。
さらに、電源ユニット1から供給される駆動電圧Vbpの影響を受けて、ボディ電位BVPは駆動電圧Vbpに向けてより強く遷移し、電源ユニット2から供給される駆動電圧Vbnの影響を受けて、ボディ電位BVNは駆動電圧Vbnに向けてより強く遷移する。
したがって、ウェイクアップ期間T2において、実施の形態1の動作と比較した場合、実施の形態2のボディ電位BVPは駆動電圧Vbpにより近づき、ボディ電位BVNは駆動電圧Vbnにより近づく。
そして、アクティブ期間T3において、スタンバイ信号STBは“L”を維持させ、ウェイクアップ信号WUPを“L”に変化させ、アクティブ信号ACTは“H”を維持させる。また、電源ユニット駆動信号PONは“H”を維持させる。
したがって、アクティブ期間T3においては、実施の形態1の場合と同様、ボディ電位BVP及びボディ電位BVNは駆動電圧Vbp及び駆動電圧Vbnに達し、その後、ボディ電位BVPは駆動電圧Vbpで安定し、ボディ電位BVNは駆動電圧Vbnで安定する。
このように、実施の形態2の基板制御回路は、ウェイクアップ期間T2中にウェイクアップ信号WUPを“H”に設定するとともに、アクティブ信号ACT及び電源ユニット駆動信号PONも“H”に設定している。
すなわち、ウェイクアップ期間T2において、トランスファゲートTF1をオン状態にしてノードN1,N2間を短絡することによる第1のボディ電位設定動作と、トランスファゲートTF2,TF3をオン状態にしてノードN1,N2に電源ユニット1,2からの駆動電圧Vbp,駆動電圧Vbnを供給することによる第2のボディ電位設定動作を併せて行っている。
その結果、上記第1及び第2のボディ電位設定動作を行う実施の形態2の基板制御回路は、上記第1のボディ電位設定動作のみを行う実施の形態1に比べ以下の効果を奏する。
ウェイクアップ期間T2の長さを実施の形態1と実施の形態2で同じに設定した場合、実施の形態2の方がウェイクアップ期間T2中にボディ電位BVP及びボディ電位BVNをより目標値(駆動電圧Vbp及び駆動電圧Vbn)に近づけることができる効果を奏する。
また、ウェイクアップ期間T2における目標設定電位を実施の形態1と同じ条件に設定した場合、実施の形態2の方がウェイクアップ期間T2の長さを実施の形態1に比べ短くすることができる効果を奏する。
<実施の形態3>
(第1のレイアウト構成)
図4はこの発明の実施の形態3である半導体集積回路の第1のレイアウト構成を示す説明図である。同図に示すように、実施の形態3の半導体集積回路は、実施の形態1あるいは実施の形態2の基板制御回路と制御対象回路とを含む構成である。なお、説明の都合上、制御信号発生回路3の図示は省略している。
同図に示すように、1単位の基板制御回路(電源ユニット1,2及びスイッチセル群SWG(図示しない制御信号発生回路))の制御下で、マトリクス状(12×5(列r1〜r5))に配置された複数の回路ブロックCB(制御対象回路)それぞれの基板電位を制御している。なお、各回路ブロックCBは例えば少なくとも1つのMOSトランジスタを有するANDゲート、フリップフロップなどの論理回路を意味する。回路ブロックCBの1単位の構成を明瞭にすべく複数の回路ブロックCBにおける右上の1つのみ格子状のハッチングで図示し、他の部分を斜線ハッチングで示す。なお、以降に示すレイアウト構成の図面においても同様なハッチングを行っている。
同図に示すように、Pボディ電位線LP及びNボディ電位線LNは全ての回路ブロックCBに配線される。また、列r1〜r5毎に電源電圧VDDを供給するVDD配線LVと、GNDレベルに設定するGND配線LGとが配線される。
図5は図4のA−A断面を示す断面図である。図5で示す構造は、列r4,列r5間に隣接した回路ブロックCB4及び回路ブロックCB5の断面構造である。
同図に示すように、半導体基板10の上層部に形成されたPウェル領域11の上層部の中央部に選択的にNウェル領域12が形成される。
回路ブロックCB4のPウェル領域11の上層部にP+拡散領域13、N+拡散領域14,15が選択的に形成され、N+拡散領域14,15間のPウェル領域11の表面上にゲート酸化膜(図示せず)を介してゲート電極31が形成される。
そして、N+拡散領域14,15及びゲート電極31によってNMOSトランジスタQ42が構成され、P+拡散領域13がNMOSトランジスタQ42のボディ電位設定用のボディコンタクト領域として機能する。
同様にして、回路ブロックCB5のPウェル領域11の上層部にP+拡散領域23、N+拡散領域24,25が選択的に形成され、N+拡散領域24,25間のPウェル領域11の表面上にゲート酸化膜(図示せず)を介してゲート電極34が形成される。
そして、N+拡散領域24,25及びゲート電極34によってNMOSトランジスタQ52が構成され、P+拡散領域23がNMOSトランジスタQ52のボディ電位設定用のボディコンタクト領域として機能する。
一方、Nウェル領域12内の上層部の中心(回路ブロックCB4,CB5間の境界上)にN+拡散領域18が形成される。そして、N+拡散領域18を挟んで回路ブロックCB4側のNウェル領域12の上層部にP+拡散領域16,17が選択的に形成され、回路ブロックCB5側のNウェル領域12の上層部にP+拡散領域26,27が選択的に形成される。
そして、P+拡散領域16,17間のNウェル領域12の表面上にゲート酸化膜(図示せず)を介してゲート電極32が形成され、P+拡散領域16,17及びゲート電極32によってPMOSトランジスタQ41が構成される。
同様にして、P+拡散領域26,27間のNウェル領域12の表面上にゲート酸化膜(図示せず)を介してゲート電極33が形成され、P+拡散領域26,27及びゲート電極33によってPMOSトランジスタQ51が構成される。
そして、N+拡散領域18がPMOSトランジスタQ41,Q51で共有され、PMOSトランジスタQ41,Q51のボディ電位設定用のボディコンタクト領域として機能する。
さらに、P+拡散領域13上に配線41(Nボディ電位線LNに相当)が形成され、N+拡散領域14上に配線42(GND配線LGに相当)が形成される。N+拡散領域15,P+拡散領域16間が配線43によって電気的に接続される。
+拡散領域17上に配線44(VDD配線LVに相当)が形成され、N+拡散領域18上に配線45(Pボディ電位線LPに相当)が形成され、P+拡散領域27上に配線46(VDD配線LVに相当)が形成される。P+拡散領域26,N+拡散領域25間は配線47によって電気的に接続される。
また、N+拡散領域24上に配線48(GND配線LGに相当)が形成され、P+拡散領域23上に配線49(Nボディ電位線LNに相当が)形成される。
そして、配線41,49にはボディ電位BVNが付与され、配線42,48には接地レベルが付与され、配線44,46には電源電圧VDDが付与され、配線45にはボディ電位BVPが付与される。
このように、回路ブロックCB4(CB5)にはCMOS構成のPMOSトランジスタQ41(Q51)及びNMOSトランジスタQ42(Q52)が、列r4,r5の境界を中心として、同一のMOSトランジスタ種別(PMOSトランジスタ)が対称となるように形成され、かつ列r4,r5の境界を挟んで互いに隣接するPMOSトランジスタQ41,Q51間のPボディ電位線LPが共有可能に配線される。
このように、実施の形態3の第1のレイアウト構成は、列r4,r5の回路ブロックCB間においてPMOSトランジスタが隣接する関係(第1の隣接回路関係)を有し、ボディ電位線LPが共有可能に配線される。同様にして、列r2,r3でもPMOSトランジスタが隣接して形成され、Pボディ電位線LPが共有可能に配線される。
一方、互いに隣接するMOS種別は列r1,r2及びr3,r4間ではNMOSトランジスタとなり、Nボディ電位線LNが共有可能に配線される。すなわち、列r1,r2及びr3,r4間ではNMOSトランジスタが隣接する関係(第2の隣接回路関係)を有する。
このように、実施の形態3の第1のレイアウト構成では、スイッチセル群SWGを一箇所に集中配置しているため、レイアウトを容易に行えるという効果を奏する。
加えて、第1のレイアウト構成では、列方向にPMOSトランジスタあるいはNMOSトランジスタが隣接して配置される関係を有する回路ブロックCB間において、Pボディ電位線LPあるいはボディ電位線LNを共有可能に配線している。このため、列r1〜r5の回路ブロック群に対し、分岐させるPボディ電位線LP及びNボディ電位線LNを3本ずつに抑えることができ、集積度の向上を図ることができる。
(第2のレイアウト構成)
図6はこの発明の実施の形態3である半導体集積回路の第2のレイアウト構成を示す説明図である。
同図に示すように、第2のレイアウト構成は第1のレイアウト構成と同様に、1単位の基板制御回路(電源ユニット1,2及びスイッチセル群SWG(図示しない制御信号発生回路3を含む))の制御下で、マトリクス状(12×5(列r1〜r5))に配置された複数の回路ブロックCBの基板電位を制御している。
同図に示すように、Pボディ電位線LP及びNボディ電位線LNは全ての回路ブロックCBに配線される。また、列r1〜r5単位に電源電圧VDDを供給するVDD配線LVと、GNDレベルに設定するGND配線LGとが共通に配線される。
第2のレイアウト構成における回路ブロックCBは、列r2,r3及びr4,r5間では第1のレイアウト構成と同様に、PMOSトランジスタが隣接配置される関係を有する。
ただし、第2のレイアウト構成では、列r2,r3それぞれに対応してボディ電位線LPを分岐配線させ、列r4,r5それぞれに対応してボディ電位線LPを分岐配線させている。その代わりに、列r2,r3及び列r4,r5間においてVDD配線LVを共有可能に配線している。
また、列r1,r2及び列r3,r4間では第1のレイアウト構成と同様に、NMOSトランジスタが隣接配置される。
ただし、第2のレイアウト構成では、列r1,r2それぞれに対応してNボディ電位線LNを分岐配線させ、列r3,r4それぞれに対応してボディ電位線LNを分岐配線させている。その代わりに、列r2,r3及び列r4,r5間においてVDD配線LVを共有可能に配線している。
このように、実施の形態3の第2のレイアウト構成では、第1のレイアウト構成と同様、スイッチセル群SWGを一箇所に集中配置しているため、レイアウトを容易に行えるという効果を奏する。
加えて、第2のレイアウト構成では、列方向に隣接して配置される回路ブロックCB間において、VDD配線LVあるいはGND配線LGを共有することにより、列r1〜r5の回路ブロック群に対し、VDD配線LV及びGND配線LGの分岐配線数を3本ずつに抑えることができる。
また、PMOSトランジスタが隣接形成される列に対応させてPボディ電位線LPを分岐配線し、NMOSトランジスタが隣接形成される列に対応させてNボディ電位線LNを分岐配線させることにより、Pボディ電位線LP及びNボディ電位線LNに要する配線長を短くすることができる。
<実施の形態4>
(第1のレイアウト構成)
図7はこの発明の実施の形態4である半導体集積回路の第1のレイアウト構成を示す説明図である。同図に示すように、実施の形態4の半導体集積回路は、実施の形態1あるいは実施の形態2の基板制御回路と制御対象回路とを含む構成である。
同図に示すように、1単位の電源ユニット1,2(図示しない制御信号発生回路3を含む)と3単位のスイッチセル群SWG1〜SWG3(所定数のスイッチセル群)によりなる基板制御回路の制御下で、マトリクス状(12×5(列r1〜r5))に配置された複数の回路ブロックCBそれぞれの基板電位を制御している。
同図に示すように、電源ユニット1からの電源ユニット線L1がスイッチセル群SWG1〜SWG3に共通に接続され、電源ユニット2からの電源ユニット線L2がスイッチセル群SWG1〜SWG3に共通に接続される。スイッチセル群SWG1〜SWG3それぞれの内部構成は図1で示した実施の形態1と同様であり、図1のPボディ電位線LP及びNボディ電位線LNがPボディ電位線LP1〜LP3(所定数の第1のボディ電位線)及びNボディ電位線LN1〜LN3(所定数の第2のボディ電位線)に相当する。
すなわち、スイッチセル群SWG1〜SWG3はそれぞれPMOSトランジスタQP1、NMOSトランジスタQN1、トランスファゲートTF1〜TF3、ノードN1及びN2を有している。ただし、図示しない制御信号発生回路3から出力されるスタンバイ信号STB、ウェイクアップ信号WUP、及びアクティブ信号ACTはスイッチセル群SWG1〜SWG3に共通に付与される。
同図に示すように、列r1〜r5毎に電源電圧VDDを供給するVDD配線LVと、GNDレベルに設定するGND配線LGとが配線される。
そして、実施の形態4の第1のレイアウト構成は、実施の形態3の第1のレイアウト構成同様、列r2,r3間及び列r4,r5間においてPMOSトランジスタが隣接して形成される関係を有し、列r1,r2間及び列r3,r4間においてNMOSトランジスタが隣接して形成される関係を有している。
そして、列r2,r3間及び列r4,r5間にボディ電位線LP2及びLP3が共有可能に配線され、列r1,r2間及び列r3,r4間にNボディ電位線LN1及びLN2が共有可能に配線される。
このように、実施の形態4の第1のレイアウト構成では、スイッチセル群SWG1〜SWG3を2列の回路ブロックCBに1つの割合で分散配置しているため、スイッチセル群SWG1〜SWG3それぞれのトランスファゲートTF1〜TF3のドライブ電流を分散することができる。このため、トランスファゲートTF〜TF3に要求されるドライブ能力の低減化を図ることができる。
加えて、第1のレイアウト構成では、列方向に隣接して配置される回路ブロックCB間において、Pボディ電位線LP1〜LP3及びNボディ電位線LN1〜LN3のいずれかを共有可能に配線することができる。このため、スイッチセル群SWG1〜SWG3それぞれは一対のPボディ電位線LP1〜LP3及びNボディ電位線LN1〜LN3を異なる列間で分岐させることなく形成することができ、集積度の向上を図ることができる。
また、スイッチセル群SWG1〜SWG3を分散配置する関係で、電源ユニット線L1,電源ユニット線L2の配線長が実施の形態3のレイアウト構成に比べ長くなり配線容量が増加する。しかしながら、実施の形態1の基板制御回路ではウェイクアップ期間T2期間の第2期間T22期間中に駆動電圧Vbp及び駆動電圧Vbnが電源ユニット線L1及びL2に充電されるため、電源ユニット線L1,L2の配線容量の増加がアクティブ期間T3時における駆動力向上をもたらす利点があり、マイナス面はさほどない。
(第2のレイアウト構成)
図8はこの発明の実施の形態4である半導体集積回路の第2のレイアウト構成を示す説明図である。
同図に示すように、第2のレイアウト構成は、第1のレイアウト構成同様、1単位の電源ユニット1,2と3単位のスイッチセル群SWG1〜SWG3とにより基板制御回路を構成している。この基板制御回路の制御下で、マトリクス状(12×5(列r1〜r5))に配置された複数の回路ブロックCBの基板電位を制御している。
同図に示すように、第1のレイアウト構成と同様、電源ユニット1,2からの電源ユニット線L1,L2がスイッチセル群SWG1〜SWG3に共通に接続される。スイッチセル群SWG1〜SWG3それぞれの内部構成は第1のレイアウト構成と同様、図1で示した実施の形態1と同様である。
そして、スイッチセル群SWG1からのPボディ電位線LP1は列r1の回路ブロックCBに対応して配線され、Nボディ電位線LN1は列r1及び列r2の回路ブロックCBに対応して分岐配線される。また、スイッチセル群SWG2からのPボディ電位線LP2は列r2及び列r3の回路ブロックCBに対応して分岐配線され、Nボディ電位線LN2は列r3及び列r4の回路ブロックCBに対応して分岐配線される。スイッチセル群SWG3からPボディ電位線LP3は列r4及び列r5の回路ブロックCBに対応して分岐配線され、Nボディ電位線LN3は列r5の回路ブロックCBに対応して配線される。
また、列r1〜r5単位に電源電圧VDDを供給するVDD配線LVと、GNDレベルに設定するGND配線LGとが共通に配線される。
実施の形態4の第2のレイアウト構成における回路ブロックCBは、列r2,r3及びr4,r5間では実施の形態3の第2のレイアウト構成と同様に、PMOSトランジスタが隣接配置され、VDD配線LVを共有可能に配線している。
また、列r1,r2及び列r3,r4間では実施の形態3の第2のレイアウト構成と同様に、NMOSトランジスタが隣接配置され、GND配線LGを共有させている。
このように、実施の形態4の第2のレイアウト構成では、第1のレイアウト構成と同様、トランスファゲートTF〜TF3に要求されるドライブ能力の低減化を図ることができる。
加えて、第2のレイアウト構成では、列方向に隣接して配置される回路ブロックCB間において、VDD配線LVあるいはGND配線LGを共有することにより、列r1〜r5の回路ブロック群に対し、VDD配線LV及びGND配線LGの配線数を3本ずつに抑えることができる分、集積度の向上を図ることができる。
また、PMOSトランジスタが隣接形成される列に対応させてPボディ電位線LP1〜LP3のいずれか分岐配線し、NMOSトランジスタが隣接形成される列に対応させてNボディ電位線LN1〜LN3のいずれかを分岐配線させることにより、Pボディ電位線LP1〜LP3及びNボディ電位線LN1〜LN3に要する配線長を短くすることができる。
(第3のレイアウト構成)
図9はこの発明の実施の形態4である半導体集積回路の第3のレイアウト構成を示す説明図である。
同図に示すように、第3のレイアウト構成は、1単位の電源ユニット1,2(図示しない制御信号発生回路3を含む)及びアクティブスイッチ部ACTSWと3単位のウェイクアップスイッチ部WUPSW1〜WUPSW3(所定数のウェイクアップスイッチ部)とにより基板制御回路を構成している。この基板制御回路の制御下で、マトリクス状(12×5(列r1〜r5))に配置された複数の回路ブロックCBの基板電位を制御している。
同図に示すように、電源ユニット1からの電源ユニット線L1がアクティブスイッチ部ACTSWに接続され、電源ユニット2からの電源ユニット線L2がアクティブスイッチ部ACTSWに接続される。
アクティブスイッチ部ACTSWからの信号線L3及びL4はウェイクアップスイッチ部WUPSW1〜WUPSW3に共通に接続される。アクティブスイッチ部ACTSWとウェイクアップスイッチ部WUPSWi(i=1〜3のいずれか)との組合せ回路の構成が図1で示した実施の形態1と同様となる。
なお、図示しない制御信号発生回路3からのスタンバイ信号STB及びウェイクアップ信号WUPはウェイクアップスイッチ部WUPSW1〜WUPSW3に共通に付与される。
このように、第1及び第2のレイアウト構成はスイッチセル群SWG全体が3個に分散配置されたのに対し、第3のレイアウト構成はスイッチセル群SWGのうち、アクティブスイッチ部ACTSWを一箇所に集中配置し、ウェイクアップスイッチ部WUPSWを3個分散配置している点が異なる。
ウェイクアップスイッチ部WUPSW1〜WUPSW3それぞれの内部構成は図1で示した実施の形態1のウェイクアップスイッチ部WUPSWと同様であり、図1のPボディ電位線LP及びNボディ電位線LNがPボディ電位線LP1〜LP3及びNボディ電位線LN1〜LN3に相当する。すなわち、ウェイクアップスイッチ部WUPSW1〜WUPSW3はそれぞれPMOSトランジスタQP1、NMOSトランジスタQN1、トランスファゲートTF1、ノードN1及びノードN2を有している。
そして、ウェイクアップスイッチ部WUPSW1からのPボディ電位線LP1は列r1の回路ブロックCBに対応して配線され、Nボディ電位線LN1は列r1及び列r2の回路ブロックCBに対応して分岐配線される。また、ウェイクアップスイッチ部WUPSW2からのPボディ電位線LP2は列r2及び列r3の回路ブロックCBに対応して分岐配線され、Nボディ電位線LN2は列r3及び列r4の回路ブロックCBに対応して分岐配線される。ウェイクアップスイッチ部WUPSW3からPボディ電位線LP3は列r4及び列r5の回路ブロックCBに対応して分岐配線され、LN3は列r5の回路ブロックCBに配線される。
また、列r1〜r5単位に電源電圧VDDを供給するVDD配線LVと、GNDレベルに設定するGND配線LGとが共通に配線される。
実施の形態4の第3のレイアウト構成における回路ブロックCBは、列r2,r3及びr4,r5間では実施の形態3の第2のレイアウト構成と同様に、PMOSトランジスタが隣接配置され、VDD配線LVを共有可能に配線している。
また、列r1,r2及び列r3,r4間では実施の形態3の第2のレイアウト構成と同様に、NMOSトランジスタが隣接配置され、GND配線LGを共有可能に配線している。
このように、実施の形態4の第3のレイアウト構成では、ウェイクアップスイッチ部WUPSW1〜WUPSW3を2列の回路ブロックCBに1つの割合で分散配置しているため、ウェイクアップスイッチ部WUPSW1〜WUPSW3によるトランスファゲートTF1のドライブ電流を分散することができる。このため、トランスファゲートTF1に要求されるドライブ能力の低減化を図ることができる。
さらに、分散させる対称をスイッチセル群SWG全体でなく、ウェイクアップスイッチ部WUPSWのみに限定する分、第3のレイアウト構成は第1及び第2のレイアウト構成に比べ集積度の向上を図ることができる。
加えて、第3のレイアウト構成では、第1及び第2のレイアウト構成と同様、列方向に隣接して配置される回路ブロックCB間において、VDD配線LVあるいはGND配線LGを共有することにより、列r1〜r5の回路ブロック群に対し、VDD配線LV及びGND配線LGの配線数を3本ずつに抑え、集積度の向上を図ることができる。
<実施の形態5>
(第1のレイアウト構成)
図10はこの発明の実施の形態5である半導体集積回路の第1のレイアウト構成を示す説明図である。
同図に示すように、第1のレイアウト構成は、1単位の電源ユニット1,2(図示しない制御信号発生回路3を含む)と9単位のスイッチセル群SWG11〜SWG13,SWG21〜SWG23,SWG31〜SWG33(以下、単に「9単位のSWG」と略記する場合あり;所定数のスイッチセル群)とにより基板制御回路を構成している。この基板制御回路の制御下で、各々がマトリクス状(3×5(列r1〜r5))に配置されたグループg1〜g3からなる複数の回路ブロックCBの基板電位を制御している。
そして、スイッチセル群SWG11,SWG21及びSWG31はグループg1に対応して設けられ、スイッチセル群SWG12,SWG22及びSWG32はグループg2に対応して設けられ、スイッチセル群SWG13,SWG23及びSWG33はグループg3に対応して設けられる。
同図に示すように、電源ユニット1からの電源ユニット線L1が9単位のSWGに共通に接続され、電源ユニット2からの電源ユニット線L2が9単位のSWGに共通に接続される。スイッチセル群SWG11〜SWG13,SWG21〜SWG23,SWG31〜SWG33それぞれの内部構成は図1で示した実施の形態1と同様である。また、図1のPボディ電位線LP及びNボディ電位線LNがPボディ電位線LP11〜LP13,LP21〜LP23,LP31〜LP33(所定数の第1のボディ電位線)及びNボディ電位線LN11〜LN13,LN21〜LN23,LN31〜LN33(所定数の第2のボディ電位線)に相当する。
すなわち、9単位のSWGはそれぞれPMOSトランジスタQP1、NMOSトランジスタQN1、トランスファゲートTF1〜TF3、ノードN1及びN2を有している。なお、図示しない制御信号発生回路3よりスタンバイ信号STB、ウェイクアップ信号WUP及びアクティブ信号ACTは9単位のSWGに共通に付与される。
そして、スイッチセル群SWG11,SWG21及びSWG31をグループg1、スイッチセル群SWG12,SWG22及びSWG32をグループg2、スイッチセル群SWG13,SWG23及びSWG33をグループg3として、グループg1〜g3毎に分散配置している。
このグループg1〜g3に対応して複数の回路ブロックCBもグループg1〜g3単位に分散配置される。このように、9単位のSWG及び複数の回路ブロックCBを3つの分類数のグループ毎に分散配置している。
さらに、スイッチセル群SWG11〜SWG13からPボディ電位線LP11〜LP13はグループg1〜g3における列r1の回路ブロックCBに配線され、Nボディ電位線LN11〜LN13はグループg1〜g3における列r1,r2の回路ブロックCB間で共有可能に配線される。また、スイッチセル群SWG21〜SWG23からのPボディ電位線LP21〜LP23はグループg1〜g3における列r2,r3の回路ブロックCB間で共有可能に配線され、Nボディ電位線LN21〜LN23はグループg1〜g3における列r3,r4の回路ブロックCB間で共有可能に配線される。Pボディ電位線LP31〜LP33はグループg1〜g3における列r4,r5の回路ブロックCB間共有可能に配線され、Nボディ電位線LN31〜LN33はグループg1〜g3における列r5の回路ブロックCBに配線される。
また、図10では図示を省略しているが、グループg1〜g3それぞれの列r1〜r5単位に電源電圧VDDを供給するVDD配線LVと、GNDレベルに設定するGND配線LGとが共通に配線される。
上述したように、実施の形態5の第1のレイアウト構成におけるグループg1〜g3それぞれの回路ブロックCBは列r2,r3及び列r4,r5間では実施の形態3の第1のレイアウト構成と同様に、PMOSトランジスタが隣接配置される。このため、グループg1〜g3それぞれの回路ブロックCBは列r2,r3及び列r4,r5間にPボディ電位線LP21〜LP23及びPボディ電位線LP31〜LP33を共有可能に配線できる。
また、グループg1〜g3それぞれの回路ブロックCBは、列r1,r2及び列r3,r4間では実施の形態3の第1のレイアウト構成と同様に、NMOSトランジスタが隣接配置される。このため、列r1,r2及び列r3,r4間にNボディ電位線LN1〜LN3及びNボディ電位線LN21〜LN23を共有可能に配線できる。
このように、実施の形態5の第1のレイアウト構成では、9単位のSWGをグループg1〜g3にそれぞれに3つのスイッチセル群SWG毎に分散し、さらに、グループg1〜g3それぞれにおける2列の回路ブロックCBに1つの割合で配置している。このため、スイッチセル群SWG11〜SWG13,SWG21〜SWG23,SWG31〜SWG33それぞれのトランスファゲートTF1〜TF3のドライブ電流を分散することができる。その結果、トランスファゲートTF1〜TF3に要求されるドライブ能力の低減化を図ることができる。
さらに、9単位のSWG及び複数の回路ブロックCBを3つのグループg1〜g3に分散配置している。このため、PMOSトランジスタQP1(NMOSトランジスタQN1)から制御対象のPMOSトランジスタのボディ(NMOSトランジスタのボディ)までの配線距離を短くしてトランスファゲートTF1によって充放電されるRC経路が短くできる分、制御対象となる各MOSトランジスタのボディ電位の変化時定数を均一にすることができる。
加えて、第1のレイアウト構成では、グループgi(i=1〜3のいずれか)毎に、列方向に隣接して配置される回路ブロックCB間において、Pボディ電位線LP1i〜LP3i及びNボディ電位線LN1i〜LN3iのいずれかを共有可能に配線している。このため、スイッチセル群SWG1i〜SWG3iそれぞれは一対のPボディ電位線LP1i〜LP3i及びNボディ電位線LN1i〜LN3iを異なる列間で分岐させることなく形成することができ、集積度の向上を図ることができる。
(第2のレイアウト構成)
図11はこの発明の実施の形態5である半導体集積回路の第2のレイアウト構成を示す説明図である。
同図に示すように、第2のレイアウト構成は、1単位の電源ユニット1,2(制御信号発生回路3を含む)及びアクティブスイッチ部ACTSWと9単位のウェイクアップスイッチ部WUPSW11〜WUPSW13,WUPSW21〜WUPSW23,及びWUPSW31〜WUPSW33(以下、単に「9単位のWUPSW」と略記する場合あり)とにより基板制御回路を構成している。この基板制御回路の制御下で、各々がマトリクス状(3×5(列r1〜r5))に配置されたグループg1〜g3からなる複数の回路ブロックCBの基板電位を制御している。
そして、ウェイクアップスイッチ部WUPSW11,WUPSW21及びWUPSW31はグループg1に対応して設けられ、ウェイクアップスイッチ部WUPSW12,WUPSW22及びスイッチセル群SWG32はグループg2に対応して設けられ、ウェイクアップスイッチ部WUPSW13,WUPWS23及びWUPSW33はグループg3に対応して設けられる。
同図に示すように、電源ユニット1からの電源ユニット線L1及び電源ユニット2からの電源ユニット線L2がアクティブスイッチ部ACTSWに接続される。アクティブスイッチ部ACTSWの信号線L3及び信号線L4が9単位のWUPSWに共通に接続される。なお、アクティブスイッチ部ACTSWとウェイクアップスイッチ部WUPSWij(i,j=1〜3のいずれか)との組合せ回路の構成が図1で示した実施の形態1と同様となる。
すなわち、9単位のWUPSWはそれぞれPMOSトランジスタQP1、NMOSトランジスタQN1、トランスファゲートTF1、ノードN1及びノードN2を有している。なお、図示しない制御信号発生回路3より発生するスタンバイ信号STB及びウェイクアップ信号WUPは9単位のWUPSWに対し共通に付与される。
図1のPボディ電位線LP及びNボディ電位線LNがPボディ電位線LP11〜LP13,LP21〜LP23,LP31〜LP33及びNボディ電位線LN11〜LN13,LN21〜LN23,LN31〜LN33に相当する。
そして、ウェイクアップスイッチ部WUPSW11〜WUPSW13からのPボディ電位線LP11〜LP13はグループg1〜g3における列r1の回路ブロックCBに配線され、Nボディ電位線LN11〜LN13は列r1,r2の回路ブロックCB間で共有可能に配線される。
また、ウェイクアップスイッチ部WUPSW21〜WUPSW23からのPボディ電位線LP21〜LP23はグループg1〜g3における列r2,r3の回路ブロックCB間で共有可能に配線される。Nボディ電位線LN21〜LN23はグループg1〜g3における列r3,r4の回路ブロックCB間で共有可能に配線される。Pボディ電位線LP31〜LP33はグループg1〜g3における列r4,r5の回路ブロックCB間共有可能に配線される。Nボディ電位線LN31〜LN33はグループg1〜g3における列r5の回路ブロックCBに配線される。
また、図11では図示を省略しているが、グループg1〜g3それぞれの列r1〜r5単位に電源電圧VDDを供給するVDD配線LVと、GNDレベルに設定するGND配線LGとが共通に配線される。
実施の形態5の第2のレイアウト構成におけるグループg1〜g3それぞれの回路ブロックCBは、列r2,r3及び列r4,r5間では実施の形態3の第1のレイアウト構成と同様に、PMOSトランジスタが隣接配置され、Pボディ電位線LP21〜LP23及びPボディ電位線LP31〜LP33を共有可能に配線している。
また、グループg1〜g3それぞれの回路ブロックCBは、列r1,r2及び列r3,r4間では実施の形態3の第1のレイアウト構成と同様に、NMOSトランジスタが隣接配置され、Nボディ電位線LN11〜LN13及びNボディ電位線LN21〜LN23を共有可能に配線している。
このように、実施の形態5の第2のレイアウト構成では、9単位のWUPSWをグループg1〜g3それぞれに3つのウェイクアップスイッチ部WUPSWG毎に分散し、さらに、グループg1〜g3それぞれにおける2列の回路ブロックCBに1つの割合で配置している。このため、9単位のWUPSWそれぞれのトランスファゲートTF1のドライブ電流を分散することができ、トランスファゲートTF1に要求されるドライブ能力の低減化を図ることができる。
さらに、9単位のWUPSWを分散配置することにより、第1のレイアウト構成同様、トランスファゲートTF1によって充放電されるRC経路が短くできる分、ボディ制御対象となるMOSトランジスタ間におけるボディ電位の変化時定数を均一にすることができる。
加えて、分散させる対称をスイッチセル群SWG全体でなく、ウェイクアップスイッチ部WUPSWのみに限定する分、第2のレイアウト構成は第1のレイアウト構成に比べ集積度の向上を図ることができる。
また、第2のレイアウト構成では、第1のレイアウト構成と同様、各グループgi(i=1〜3のいずれか)内の列方向に隣接して配置される回路ブロックCB間において、Pボディ電位線LP1i〜LP3i及びNボディ電位線LN1i〜LN3iのいずれかを共有可能に配線している。このため、一対のPボディ電位線LP1i〜LP3i及びNボディ電位線LN1i〜LN3iを異なる列間で分岐させることなく形成することができ、集積度の向上を図ることができる。
この発明の実施の形態1である基板制御回路の構成を示す回路図である。 実施の形態1の基板制御回路の動作を示すタイミング図である。 実施の形態2の基板制御回路の動作を示すタイミング図である。 この発明の実施の形態3である半導体集積回路の第1のレイアウト構成を示す説明図である。 図4のA−A断面を示す断面図である。 この発明の実施の形態3である半導体集積回路の第2のレイアウト構成を示す説明図である。 この発明の実施の形態4である半導体集積回路の第1のレイアウト構成を示す説明図である。 この発明の実施の形態4である半導体集積回路の第2のレイアウト構成を示す説明図である。 この発明の実施の形態4である半導体集積回路の第3のレイアウト構成を示す説明図である。 この発明の実施の形態5である半導体集積回路の第1のレイアウト構成を示す説明図である。 この発明の実施の形態5である半導体集積回路の第2のレイアウト構成を示す説明図である。
符号の説明
1,2 電源ユニット、3 制御信号発生回路、ACTSW アクティブスイッチ部、CB 回路ブロック、L1,L2 電源ユニット線、LN,LN1〜LN3,LN11〜LN13,LN21〜LN23,LN31〜LN33 Nボディ電位線、LP,LP1〜LP3,LP11〜LP13,LP21〜LP23,LP31〜LP33 Pボディ電位線、SWG,SWG1〜SWG3,SWG11〜SWG13,SWG21〜SWG23,SWG31〜SWG33 スイッチセル群、TF1〜TF3 トランスファゲート、WUPSW,WUPSW1〜WUPSW3 ウェイクアップスイッチ部。

Claims (15)

  1. 制御対象となるPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタのボディ領域の電位設定用の第1及び第2のボディ電位を供給する基板制御回路であって、
    前記基板制御回路は、
    活性状態時に第1の駆動電圧を供給する第1の電圧供給回路と、
    活性状態時に前記第1の駆動電圧より低い第2の駆動電圧を供給する第2の電圧供給回路と、
    前記第1及び第2の電圧供給回路の出力に接続され、前記第1及び第2の電圧供給回路の活性状態時に第1及び第2の駆動電圧を受けるスイッチセル群とを備え、
    前記スイッチセル群は、
    一端に前記第1の駆動電圧より高い第1の電源電圧が供給され、他端が第1のノードに接続される第1のスイッチング手段と、
    一端が前記第2の駆動電圧より低い第2の電源電圧が供給され、他端が第2のノードに接続される第2のスイッチング手段とを備え、前記第1及び第2のノードから得られる電位が前記第1及び第2のボディ電位となり、
    前記第1及び第2のノード間に介挿される第3のスイッチング手段と、
    一端が第1の電圧供給回路の出力に接続され、他端が前記第1のノードに接続される第4のスイッチング手段と、
    一端が第2の電圧供給回路の出力に接続され、他端が前記第2のノードに接続される第5のスイッチング手段とをさらに備え、
    前記基板制御回路は、
    前記制御対象が待機状態時に前記第1及び第2のスイッチング手段をオン状態、前記第3〜第5のスイッチング手段をオフ状態に設定して、前記第1及び第2の電源電圧を前記第1及び第2のボディ電位とする第1の制御動作を実行し、
    前記制御対象が前記待機状態から動作状態に移行する所定の期間であるウェイクアップ期間において、前記第1及び第2のスイッチング手段をオフ状態、前記第3のスイッチング手段をオン状態に設定する第2の制御動作を実行し、
    前記ウェイアップ期間経過後の前記制御対象の動作状態時において、前記第1及び第2の電圧供給回路を活性状態、前記第4及び第5のスイッチング手段をオン状態、前記第1〜第3のスイッチング手段をオフ状態に設定して、前記第1及び第2の駆動電圧を前記第1及び第2のボディ電位とする、
    基板制御回路。
  2. 請求項1記載の基板制御回路であって、
    前記第1及び第2の電圧供給回路の出力と前記第4及び第5のスイッチング手段の一端とは第1及び第2の電圧供給線を介して接続され、
    前記基板制御回路は、
    前記ウェイクアップ期間中において前記第4及び第5のスイッチング手段はオフ状態に設定するとともに、少なくとも前記ウェイクアップ期間終了までに前記第1及び第2の電圧供給回路を活性状態に設定する、
    基板制御回路。
  3. 請求項1記載の基板制御回路であって、
    前記基板制御回路は、
    前記ウェイクアップ期間中において前記第4及び第5のスイッチング手段をオン状態、前記第1及び第2の電圧供給回路を活性状態に設定する、
    基板制御回路。
  4. 請求項1〜請求項3のうちいずれか1項に記載の基板制御回路と、
    各々が前記制御対象となる少なくとも一つのMOSトランジスタを有する複数の制御対象回路とを備え、
    前記複数の制御対象回路は前記第1及び第2のボディ電位を共通に受ける、
    半導体集積回路。
  5. 請求項4記載の半導体集積回路であって、
    前記基板制御回路の前記第1及び第2のノードに接続され、前記複数の制御対象回路に対応して配線される第1及び第2のボディ電位線をさらに備え、
    前記複数の制御対象回路は所定方向に隣接する回路間において、PMOSトランジスタを隣接して有する第1の隣接回路関係あるいはNMOSトランジスタを隣接して有する第2の隣接回路関係を有し、
    前記第1の隣接回路関係を有する前記制御対象回路間において前記第1のボディ電位線が共有可能に配線され、
    前記第2の隣接回路関係を有する前記制御対象回路間において前記第2のボディ電位線は共有可能に配線される、
    半導体集積回路。
  6. 請求項4記載の半導体集積回路であって、
    前記基板制御回路の前記第1及び第2のノードに接続され、前記複数の制御対象回路に対応して配線される第1及び第2のボディ電位線をさらに備え、
    前記複数の制御対象回路は所定方向に隣接する回路間において、PMOSトランジスタを隣接して有する第1の隣接回路関係あるいはNMOSトランジスタを隣接して有する第2の隣接回路関係を有し、
    前記第1の隣接回路関係を有する前記制御対象回路に対応して前記第1のボディ電位線が分岐配線され、
    前記第2の隣接回路関係を有する前記制御対象回路に対応して前記第2のボディ電位線が分岐配線される、
    半導体集積回路。
  7. 請求項1〜請求項3のうちいずれか1項に記載の基板制御回路を備える半導体集積回路であって、
    前記基板制御回路における前記スイッチセル群は、各々が前記第1及び第2のノード並びに前記第1〜第5のスイッチングを有し、前記第1及び第2の電圧供給回路より第1及び第2の駆動電圧を共通して受ける、所定数のスイッチセル群を含み、
    前記半導体集積回路は、
    各々がボディ電位制御対象となる少なくとも一つのMOSトランジスタを有する複数の制御対象回路と、
    前記所定数のスイッチセル群SWGの前記第1及び第2のノードに接続され、前記複数の制御対象回路に対応して配線される所定数の第1及び第2のボディ電位線とをさらに備え、
    前記複数の制御対象回路は前記所定数の第1及び第2のボディ電位線を介して前記第1及び第2のボディ電位を受ける、
    半導体集積回路。
  8. 請求項7記載の半導体集積回路であって、
    前記所定数のスイッチセル群は所定分類数のグループを構成し、前記所定分類数のグループ単位に分散配置され、
    前記複数の制御対象回路は、前記所定数のスイッチセル群における前記所定分類数のグループに対応して、前記所定分類数のグループ単位に分散配置され、
    前記複数の制御対象回路は前記所定分類数のグループ単位毎に、前記所定数の第1及び第2のボディ線のうち、対応するグループにおける前記第1及び第2のボディ線を介して前記第1及び第2のボディ電位を受ける、
    半導体集積回路。
  9. 請求項1〜請求項3のうちいずれか1項に記載の基板制御回路を備える半導体集積回路であって、
    前記基板制御回路における前記スイッチセル群は前記第1及び第2のノード並びに前記第1〜第3のスイッチング手段よりなるウェイクアップスイッチ部と、前記第4及び第5のスイッチング手段よりなるアクティブスイッチ部とを含み、
    前記ウェイクアップスイッチ部は、各々が前記第1及び第2のノード並びに前記第1〜第3のスイッチングを有し、各々の前記第1及び第2のノードが前記第4及び第5のスイッチング手段の前記他端と共通に接続される、所定数のウェイクアップスイッチ部を含み、
    前記半導体集積回路は、
    各々がボディ電位制御対象となる少なくとも一つのMOSトランジスタを有する複数の制御対象回路と、
    前記所定数のウェイクアップスイッチ部の前記第1及び第2のノードに接続され、前記複数の制御対象回路に対応して配線される所定数の第1及び第2のボディ電位線とをさらに備え、
    前記複数の制御対象回路は前記所定数の第1及び第2のボディ電位線を介して前記第1及び第2のボディ電位を受ける、
    半導体集積回路。
  10. 請求項9記載の半導体集積回路であって、
    前記所定数のウェイクアップスイッチ部は所定分類数のグループを構成し、前記所定分類数のグループ単位に分散配置され、
    前記複数の制御対象回路は、前記所定数のウェイクアップスイッチ部における前記所定分類数のグループに対応して、前記所定分類数のグループ単位に分散配置され、
    前記複数の制御対象回路は前記所定分類数のグループ単位毎に、前記所定数の第1及び第2のボディ線のうち、対応するグループにおける前記第1及び第2のボディ線を介して前記第1及び第2のボディ電位を受ける、
    半導体集積回路。
  11. 請求項7ないし請求項10のうち、いずれか1項に記載の半導体集積回路であって、
    前記複数の制御対象回路は所定方向に隣接する回路間において、PMOSトランジスタを隣接して有する第1の隣接回路関係あるいはNMOSトランジスタを隣接して有する第2の隣接回路関係を有し、
    前記第1の隣接回路関係を有する前記制御対象回路間において前記所定数の第1のボディ電位線のいずれかが共有可能に配線され、
    前記第2の隣接回路関係を有する前記制御対象回路間において前記所定数の前記第2のボディ電位線のいずれかが共有可能に配線される、
    半導体集積回路。
  12. 請求項7ないしは請求項10のうち、いずれか1項に記載の半導体集積回路であって、
    前記複数の制御対象回路は所定方向に隣接する回路間において、PMOSトランジスタを隣接して有する第1の隣接回路関係あるいはNMOSトランジスタを隣接して有する第2の隣接回路関係を有し、
    前記第1の隣接回路関係を有する前記制御対象回路に対応して前記所定数の第1のボディ電位線のいずれかが分岐配線され、
    前記第2の隣接回路関係を有する前記制御対象回路に対応して前記所定数の第2のボディ電位線のいずれかが分岐配線される、
    半導体集積回路。
  13. 制御対象となるPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタのボディ領域の電位設定用の第1及び第2のボディ電位を第1及び第2のノードより供給する基板制御回路を用いた基板制御方法であって、
    (a) 前記制御対象が待機状態時において、前記第1及び第2のノードに第1及び第2の電源電圧を供給するステップと、
    (b) 前記制御対象が前記待機状態から動作状態に移行する所定の期間であるウェイクアップ期間において、前記第1及び第2のノード間を短絡するステップと、
    (c) 前記ウェイアップ期間経過後の前記制御対象の動作状態時において、前記第1及び第2のノードに第1及び第2の駆動電圧を供給するステップとを備え、
    前記第1の電源電圧、前記第1の駆動電圧、前記第2の駆動電圧及び前記第2の電源電圧の順で電位高さが設定される、
    基板制御方法。
  14. 請求項13記載の基板制御方法であって、
    前記ステップ(b) は、前記ウェイクアップ期間中において前記第1及び第2のノードをフローティング状態に設定するステップをさらに含む、
    基板制御方法。
  15. 請求項13記載の基板制御方法であって、
    前記ステップ(b) は、前記ウェイクアップ期間中において前記第1及び第2のノードに前記第1及び第2の駆動電圧を供給するステップをさらに含む、
    基板制御方法。
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JP2018055747A (ja) * 2016-09-29 2018-04-05 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置

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