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JP2009206402A - Method for designing semiconductor device, and semiconductor device - Google Patents

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JP2009206402A
JP2009206402A JP2008049501A JP2008049501A JP2009206402A JP 2009206402 A JP2009206402 A JP 2009206402A JP 2008049501 A JP2008049501 A JP 2008049501A JP 2008049501 A JP2008049501 A JP 2008049501A JP 2009206402 A JP2009206402 A JP 2009206402A
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JP
Japan
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power supply
internal circuit
supply terminal
semiconductor device
circuit
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Application number
JP2008049501A
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Teruo Suzuki
輝夫 鈴木
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Fujitsu Semiconductor Ltd
Original Assignee
Fujitsu Semiconductor Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To design a semiconductor device with high voltage resistance as to a semiconductor device having a protection circuit and a design method of the semiconductor device. <P>SOLUTION: A design apparatus calculates a parasitic capacity between power supply pads 44a, 44b to which an inner circuit 32 is connected in the design processing of the semiconductor device provided with the inner circuit 32 corresponding to a function and compares the parasitic capacity value with a capacity threshold stored in a library. When the parasitic capacity value is within the capacity threshold, the design apparatus separates the inner circuit 32 having the parasitic capacity value from a power supply. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

保護回路を有する半導体装置及びその設計方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device having a protection circuit and a design method thereof.

一般な半導体装置(LSI)には、外部からのESD(Electro Static Discharge、静電気放電)等に起因するサージ電流(過電流)から内部回路を構成する微細な半導体素子を保護するために、電源クランプ回路が保護回路として備えられている。   In general semiconductor devices (LSIs), power supply clamps are used to protect fine semiconductor elements that make up internal circuits from surge currents (overcurrents) caused by external ESD (Electro Static Discharge). A circuit is provided as a protection circuit.

図10(a)に示すように、LSI上に形成された内部回路91は、LSIの周縁に形成された電源パッド92a、電源パッド92bにそれぞれ接続された電源配線93a,93b間に接続されている。内部回路91には、電源パッド92a及び電源配線93aを介してLSIの外部より高電位電源VDDが供給され、電源パッド92b及び電源配線93bを介してLSIの外部より低電位電源VSSが供給される。   As shown in FIG. 10A, the internal circuit 91 formed on the LSI is connected between power supply lines 93a and 93b connected to the power supply pad 92a and the power supply pad 92b formed on the periphery of the LSI, respectively. Yes. The internal circuit 91 is supplied with the high potential power VDD from the outside of the LSI through the power supply pad 92a and the power supply wiring 93a, and is supplied with the low potential power supply VSS from the outside of the LSI through the power supply pad 92b and the power supply wiring 93b. .

内部回路91は、電源配線93a、93b間に接続された寄生容量C91を有している。寄生容量C91の容量値は、内部回路91を構成する素子の寄生容量、素子に電源を供給する電源配線間の寄生容量等の容量の合計値である。そして、電源配線93a、93b間には、内部回路91をサージ電流から保護する保護回路94が接続されている。   The internal circuit 91 has a parasitic capacitance C91 connected between the power supply wirings 93a and 93b. The capacitance value of the parasitic capacitance C91 is the total value of the capacitances such as the parasitic capacitance of the elements constituting the internal circuit 91 and the parasitic capacitance between the power supply wirings that supply power to the elements. A protection circuit 94 that protects the internal circuit 91 from surge current is connected between the power supply wires 93a and 93b.

図10(b)に示すように、保護回路94はNMOSトランジスタT91にて構成されている。このNMOSトランジスタT91は、ゲート及びソースが電源配線93bに接続され、ドレインが電源配線93aに接続されている。上記のように接続されたNMOSトランジスタT91は、通常時にオフしている。   As shown in FIG. 10B, the protection circuit 94 includes an NMOS transistor T91. The NMOS transistor T91 has a gate and a source connected to the power supply wiring 93b and a drain connected to the power supply wiring 93a. The NMOS transistor T91 connected as described above is normally off.

サージ電圧が電源パッド92aに印加された場合、そのサージ電圧が、NMOSトランジスタT91のドレイン−ソース間に形成される寄生バイポーラトランジスタT92のベースと寄生容量C91とに加わる。寄生バイポーラトランジスタT92は、そのベースに印加されるサージ電流によりオンし、寄生バイポーラトランジスタT92のコレクタ−エミッタ間に電流が流れる。   When a surge voltage is applied to the power supply pad 92a, the surge voltage is applied to the base of the parasitic bipolar transistor T92 formed between the drain and source of the NMOS transistor T91 and the parasitic capacitance C91. The parasitic bipolar transistor T92 is turned on by a surge current applied to its base, and a current flows between the collector and emitter of the parasitic bipolar transistor T92.

また、サージ電圧により寄生容量C91に蓄積された電荷は、オンした寄生バイポーラトランジスタT92を介して電源配線93bに流れる。このように、サージ電流が寄生バイポーラトランジスタT92を介して流れることで、内部回路91にサージ電流が流れることを防止し、この内部回路91をESD等に起因するサージ電流から保護する。   In addition, the charge accumulated in the parasitic capacitance C91 due to the surge voltage flows to the power supply wiring 93b through the parasitic bipolar transistor T92 that is turned on. In this way, the surge current flows through the parasitic bipolar transistor T92, thereby preventing the surge current from flowing through the internal circuit 91 and protecting the internal circuit 91 from the surge current caused by ESD or the like.

この種の半導体装置として、例えば特許文献1には、電源配線層を電気的に複数に分割し、半導体装置表面と電源配線層との間に形成される容量を小さくすることで、帯電による静電破壊による故障を防止する半導体装置が開示されている。
特開平8−116026号公報
As this type of semiconductor device, for example, Patent Document 1 discloses that a power supply wiring layer is electrically divided into a plurality of parts, and a capacitance formed between the surface of the semiconductor device and the power supply wiring layer is reduced to reduce static electricity due to charging. A semiconductor device for preventing failure due to electric breakdown is disclosed.
Japanese Patent Laid-Open No. 8-116026

ところが、保護回路94の回路構成と寄生容量C91の容量値の組合せにより、半導体装置における電源ESDの耐圧が低い場合がある。以下に半導体装置における電源ESDの耐圧と寄生容量C91の容量値との関係について説明する。   However, the breakdown voltage of the power supply ESD in the semiconductor device may be low depending on the combination of the circuit configuration of the protection circuit 94 and the capacitance value of the parasitic capacitance C91. The relationship between the breakdown voltage of the power supply ESD and the capacitance value of the parasitic capacitance C91 in the semiconductor device will be described below.

図10(b)に示すように、サージ電圧が電源パッド92aに印加されると、NMOSトランジスタT91のドレイン領域の電位が上昇し、基板とpn接合面においてアバランシェ降伏が起こり、寄生バイポーラトランジスタT92のコレクタ−ベース間にアバランシェ電流が流れる。このときのアバランシェ電流を電流源95により流れる電流として等価的に示し、基板抵抗を抵抗R91として等価的に示す。アバランシェ電流が基板抵抗を流れることにより、局所的に基板の電位が上昇し、寄生バイポーラトランジスタT92が導通する。なお、図10(b)において、容量C92はNMOSトランジスタT91のドレイン領域と基板との間の寄生容量を示す。この時、寄生容量C91の容量値によって、寄生容量C91から寄生バイポーラトランジスタT92に電流が流れ込み、寄生バイポーラトランジスタT92のコレクタ−エミッタ間に流れる電流が増大する。この結果、寄生バイポーラトランジスタT92のPN接合、即ちNMOSトランジスタT91のドレイン領域とp型拡散領域との間のPN接合が破損する。つまり、保護回路94が電源クランプ回路として機能しなくなる、即ち電源ESDの耐圧が低くなる。   As shown in FIG. 10B, when a surge voltage is applied to the power supply pad 92a, the potential of the drain region of the NMOS transistor T91 rises, an avalanche breakdown occurs at the substrate and the pn junction surface, and the parasitic bipolar transistor T92 An avalanche current flows between the collector and the base. The avalanche current at this time is equivalently shown as a current flowing from the current source 95, and the substrate resistance is equivalently shown as a resistor R91. As the avalanche current flows through the substrate resistance, the potential of the substrate locally rises, and the parasitic bipolar transistor T92 becomes conductive. In FIG. 10B, a capacitor C92 indicates a parasitic capacitance between the drain region of the NMOS transistor T91 and the substrate. At this time, a current flows from the parasitic capacitance C91 to the parasitic bipolar transistor T92 depending on the capacitance value of the parasitic capacitance C91, and the current flowing between the collector and the emitter of the parasitic bipolar transistor T92 increases. As a result, the PN junction of the parasitic bipolar transistor T92, that is, the PN junction between the drain region of the NMOS transistor T91 and the p-type diffusion region is broken. That is, the protection circuit 94 does not function as a power clamp circuit, that is, the withstand voltage of the power ESD is lowered.

この半導体装置の設計方法の目的は、保護回路の耐圧が高い半導体装置を設計することにある。
この半導体装置の目的は、保護回路の耐圧を高め内部回路を保護することにある。
The purpose of this semiconductor device design method is to design a semiconductor device with a high protection circuit withstand voltage.
The purpose of this semiconductor device is to increase the breakdown voltage of the protection circuit and protect the internal circuit.

この半導体装置の設計方法は、第1電源端子と第2電源端子間に接続され、前記第1電源端子に接続された第1電源配線を介して第1電源電圧が供給され、前記第2電源端子に接続された第2電源配線を介して第2電源電圧が供給される内部回路と、前記内部回路と並列に接続され、前記内部回路に対する静電気放電の発生時に導通して前記サージ電流(過電流)から前記内部回路を保護する保護回路と、を備えた半導体装置の設計方法であって、前記第1電源端子と前記第2電源端子との間の寄生容量値を算出し、前記寄生容量値が所定の容量しきい値よりも小さくなるように前記内部回路を電源分離するようにした。   In this method of designing a semiconductor device, a first power supply voltage is supplied via a first power supply wiring connected between a first power supply terminal and a second power supply terminal, and connected to the first power supply terminal. An internal circuit to which a second power supply voltage is supplied via a second power supply wiring connected to a terminal, and an internal circuit connected in parallel with the internal circuit, and conducting when an electrostatic discharge occurs with respect to the internal circuit. A protection circuit for protecting the internal circuit from current), a parasitic capacitance value between the first power supply terminal and the second power supply terminal is calculated, and the parasitic capacitance is calculated. The internal circuit is separated from the power supply so that the value becomes smaller than a predetermined capacity threshold value.

この半導体装置の設計方法によれば、第1電源端子と第2電源端子の間の寄生容量が所定の容量しきい値よりも小さくなるように前記内部回路を電源分離することにより、寄生容量に起因する保護回路の耐圧が高くなる。   According to this method for designing a semiconductor device, the internal circuit is separated from the power supply so that the parasitic capacitance between the first power supply terminal and the second power supply terminal is smaller than a predetermined capacitance threshold value. The resulting withstand voltage of the protection circuit is increased.

この半導体装置の設計方法は、第1電源端子と第2電源端子間に接続され、前記第1電源端子に接続された第1電源配線を介して第1電源電圧が供給され、前記第2電源端子に接続された第2電源配線を介して第2電源電圧が供給される内部回路と、前記内部回路と並列に接続され、前記内部回路に対する静電気放電の発生時に導通して前記サージ電流から前記内部回路を保護する保護回路と、を備えた半導体装置の設計方法であって、前記第1電源端子と前記第2電源端子との間の寄生容量値を算出し、前記寄生容量値と容量しきい値とを比較し、比較結果に基づいて、前記容量しきい値により設定される範囲内の寄生容量値の内部回路を電源分離するようにした。   In this method of designing a semiconductor device, a first power supply voltage is supplied via a first power supply wiring connected between a first power supply terminal and a second power supply terminal, and connected to the first power supply terminal. An internal circuit to which a second power supply voltage is supplied via a second power supply wiring connected to a terminal; and an internal circuit connected in parallel with the internal circuit, and conducting when an electrostatic discharge occurs with respect to the internal circuit; A design method for a semiconductor device comprising a protection circuit for protecting an internal circuit, wherein a parasitic capacitance value between the first power supply terminal and the second power supply terminal is calculated, and the parasitic capacitance value and the capacitance are calculated. The internal circuit of the parasitic capacitance value within the range set by the capacitance threshold is separated from the power source based on the comparison result.

この半導体装置の設計方法によれば、容量しきい値により設定される範囲内の寄生容量値がないように内部回路を電源分離することにより、その範囲内の寄生容量から保護回路への影響が少なくなり、保護回路の耐圧が高くなる。   According to this semiconductor device design method, by separating the internal circuit from the power supply so that there is no parasitic capacitance value within the range set by the capacitance threshold, the parasitic capacitance within that range has no effect on the protection circuit. And the withstand voltage of the protection circuit is increased.

また、この半導体装置の設計方法は、前記保護回路は、前記第1電源配線と前記第2電源配線とにそれぞれソースとドレインとが接続され、ゲートに低電位電圧が供給される電源配線に接続されたNチャネルMOSトランジスタからなる電源クランプ回路であり、前記容量しきい値は、前記第1電源端子及び前記第2電源端子に印加されるサージ電流により前記NチャネルMOSトランジスタの寄生バイポーラトランジスタに流れる電流量と、該寄生バイポーラトランジスタの特性とに基づいて設定されてなるものである。   Further, in this semiconductor device design method, the protection circuit is connected to a power supply wiring in which a source and a drain are connected to the first power supply wiring and the second power supply wiring, respectively, and a low potential voltage is supplied to the gate. The capacitance threshold value flows in the parasitic bipolar transistor of the N channel MOS transistor due to a surge current applied to the first power supply terminal and the second power supply terminal. It is set based on the amount of current and the characteristics of the parasitic bipolar transistor.

この半導体装置の設計方法によれば、NチャネルMOSトランジスタからなる電源クランプ回路によりサージ電流の印加時に内部回路を保護するとともに、内部回路の寄生容量値と、電源クランプ回路を構成するトランジスタに流れる電流値、及び電源クランプ回路を構成するトランジスタの特性に応じて内部回路が電源分離される。   According to this method for designing a semiconductor device, the internal circuit is protected when a surge current is applied by a power supply clamp circuit composed of an N-channel MOS transistor, and the parasitic capacitance value of the internal circuit and the current flowing through the transistor constituting the power supply clamp circuit The internal circuit is power-separated according to the value and the characteristics of the transistors constituting the power clamp circuit.

この半導体装置は、第1電源端子と第2電源端子間に接続され、前記第1電源端子に接続された第1電源配線を介して第1電源電圧が供給され、前記第2電源端子に接続された第2電源配線を介して第2電源電圧が供給される内部回路と、前記内部回路と並列に接続され、前記内部回路に対する静電気放電の発生時に導通してサージ電流から前記内部回路を保護する保護回路と、を備えた半導体装置であって、前記内部回路は、前記第1電源端子と前記第2電源端子との間の寄生容量値が所定の容量しきい値よりも小さくなるように電源分離されてなる。   The semiconductor device is connected between a first power supply terminal and a second power supply terminal, supplied with a first power supply voltage via a first power supply line connected to the first power supply terminal, and connected to the second power supply terminal. An internal circuit to which a second power supply voltage is supplied via the second power supply wiring connected to the internal circuit and connected in parallel with the internal circuit, and conducts when an electrostatic discharge occurs to the internal circuit to protect the internal circuit from a surge current A protection circuit configured to prevent a parasitic capacitance value between the first power supply terminal and the second power supply terminal from being lower than a predetermined capacitance threshold value. The power supply is separated.

この半導体装置によれば、第1電源端子と第2電源端子の間の寄生容量が所定の容量しきい値よりも小さくなるように内部回路が電源分離されることにより、寄生容量に起因する保護回路の耐圧が高くなり、内部回路が保護される。   According to this semiconductor device, the internal circuit is separated from the power supply so that the parasitic capacitance between the first power supply terminal and the second power supply terminal is smaller than a predetermined capacitance threshold, thereby protecting the parasitic capacitance. The withstand voltage of the circuit is increased and the internal circuit is protected.

この半導体装置は、第1電源端子と第2電源端子間に接続され、前記第1電源端子に接続された第1電源配線を介して第1電源電圧が供給され、前記第2電源端子に接続された第2電源配線を介して第2電源電圧が供給される内部回路と、前記内部回路と並列に接続され、前記内部回路に対する静電気放電の発生時に導通してサージ電流から前記内部回路を保護する保護回路と、を備えた半導体装置であって、前記内部回路は、前記第1電源端子と前記第2電源端子との間の寄生容量値が、第1のしきい値よりも低い値か、又は前記第1のしきい値よりも高い第2のしきい値よりも高い値である。   The semiconductor device is connected between a first power supply terminal and a second power supply terminal, supplied with a first power supply voltage via a first power supply line connected to the first power supply terminal, and connected to the second power supply terminal. An internal circuit to which a second power supply voltage is supplied via the second power supply wiring connected to the internal circuit and connected in parallel with the internal circuit, and conducts when an electrostatic discharge occurs to the internal circuit to protect the internal circuit from a surge current The internal circuit is configured so that a parasitic capacitance value between the first power supply terminal and the second power supply terminal is lower than a first threshold value. Or a value higher than a second threshold value higher than the first threshold value.

この半導体装置によれば、寄生容量値が第1のしきい値より低い内部回路、又は寄生容量値が第2のしきい値より高い内部回路が形成され、内部回路から保護回路への影響が少なくなり、保護回路の耐圧が高くなり、内部回路が保護される。   According to this semiconductor device, an internal circuit whose parasitic capacitance value is lower than the first threshold value or an internal circuit whose parasitic capacitance value is higher than the second threshold value is formed, and the influence from the internal circuit on the protection circuit is increased. As a result, the withstand voltage of the protection circuit increases and the internal circuit is protected.

この半導体装置は、第1電源端子と第2電源端子間に接続され、前記第1電源端子に接続された第1電源配線を介して第1電源電圧が供給され、前記第2電源端子に接続された第2電源配線を介して第2電源電圧が供給される内部回路と、前記内部回路と並列に接続され、前記内部回路に対する静電気放電の発生時に導通してサージ電流から前記内部回路を保護する保護回路と、を備えた半導体装置であって、前記第1電源端子と前記第2電源端子の間の寄生容量値が、互いに異なる第1のしきい値と第2のしきい値の間の値を含まないように前記内部回路の構成が設定されてなる。   The semiconductor device is connected between a first power supply terminal and a second power supply terminal, supplied with a first power supply voltage via a first power supply line connected to the first power supply terminal, and connected to the second power supply terminal. An internal circuit to which a second power supply voltage is supplied via the second power supply wiring connected to the internal circuit and connected in parallel with the internal circuit, and conducts when an electrostatic discharge occurs to the internal circuit to protect the internal circuit from a surge current And a protection circuit that has a parasitic capacitance value between the first power supply terminal and the second power supply terminal that is different between the first threshold value and the second threshold value. The configuration of the internal circuit is set so as not to include the value of.

この半導体装置は、第1のしきい値と第2のしきい値の間の寄生容量値の内部回路を含まないため、その内部回路の寄生容量から保護回路への影響が少なくなり、保護回路の耐圧が高くなり、内部回路が保護される。   Since this semiconductor device does not include the internal circuit of the parasitic capacitance value between the first threshold value and the second threshold value, the influence of the parasitic capacitance of the internal circuit on the protection circuit is reduced, and the protection circuit The withstand voltage is increased, and the internal circuit is protected.

この半導体装置の前記保護回路は、前記第1電源配線と前記第2電源配線とにそれぞれソースとドレインとが接続され、ゲートに低電位電圧が供給される電源配線に接続されたNチャネルMOSトランジスタからなる電源クランプ回路である、この半導体装置は、NチャネルMOSトランジスタからなる電源クランプ回路により、内部回路がESD等に起因するサージ電流から保護される。   The protection circuit of the semiconductor device includes an N-channel MOS transistor connected to a power supply wiring in which a source and a drain are connected to the first power supply wiring and the second power supply wiring, respectively, and a low potential voltage is supplied to a gate. In this semiconductor device, the internal circuit is protected from a surge current caused by ESD or the like by the power clamp circuit made of an N-channel MOS transistor.

この半導体装置の前記容量しきい値は、前記第1電源端子及び前記第2電源端子に印加されるサージ電圧により前記NチャネルMOSトランジスタの寄生バイポーラトランジスタに流れる電流量と、該寄生バイポーラトランジスタの特性とに基づいて設定されてなる。この半導体装置は、内部回路の寄生容量値と、トランジスタに流れる電流値、及びトランジスタの特性に応じて内部回路が電源分離される。   The capacitance threshold value of the semiconductor device includes the amount of current flowing through the parasitic bipolar transistor of the N-channel MOS transistor due to a surge voltage applied to the first power supply terminal and the second power supply terminal, and the characteristics of the parasitic bipolar transistor. It is set based on. In this semiconductor device, the power supply of the internal circuit is separated according to the parasitic capacitance value of the internal circuit, the current value flowing through the transistor, and the characteristics of the transistor.

開示された半導体装置の設計方法によれば、保護回路の耐圧が高い半導体装置を設計することができる。
開示された半導体装置によれば、耐圧の高い保護回路により内部回路を保護することができる。
According to the disclosed semiconductor device design method, it is possible to design a semiconductor device with a high breakdown voltage of the protection circuit.
According to the disclosed semiconductor device, the internal circuit can be protected by the protection circuit having a high breakdown voltage.

以下、一実施形態を図面に従って説明する。
図2に示すように、半導体装置を設計する設計装置11は一般的なCAD(Computer Aided Design )装置からなり、中央処理装置(以下、CPUという)12、メモリ13、記憶装置14、表示装置15、入力装置16、及び、ドライブ装置17により構成され、それらはバス18を介して相互に接続されている。
Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 2, a design device 11 for designing a semiconductor device is composed of a general CAD (Computer Aided Design) device, and includes a central processing unit (hereinafter referred to as CPU) 12, a memory 13, a storage device 14, and a display device 15. The input device 16 and the drive device 17 are connected to each other via a bus 18.

CPU12は、メモリ13を利用してプログラムを実行し、配線設計等の必要な処理を実現する。メモリ13には、各種処理を提供するために必要なプログラムとデータが格納され、メモリ13としては、通常、キャッシュ・メモリ、システム・メモリおよびディスプレイ・メモリを含む。   The CPU 12 executes a program using the memory 13 to realize necessary processing such as wiring design. The memory 13 stores programs and data necessary for providing various processes. The memory 13 usually includes a cache memory, a system memory, and a display memory.

表示装置15は、処理結果の表示、パラメータ入力画面等の表示に用いられ、これにはCRT,LCD,PDP等が用いられる。入力装置16は、ユーザからの要求や指示,パラメータの入力に用いられ、これにはキーボードおよびマウス装置(図示せず)等が用いられる。   The display device 15 is used for displaying processing results, displaying a parameter input screen, and the like, and for this, a CRT, LCD, PDP or the like is used. The input device 16 is used for inputting requests, instructions, and parameters from the user, and for this, a keyboard and a mouse device (not shown) are used.

記憶装置14は、通常、磁気ディスク装置、光ディスク装置、光磁気ディスク装置を含む。この記憶装置14には、図1に示す各ステップ21〜25からなる半導体装置の設計処理のプログラムデータとファイル26〜30が格納され、CPU12は、入力装置16による指示に応答しているプログラム,データをメモリ13へ転送し、それを実行する。   The storage device 14 usually includes a magnetic disk device, an optical disk device, and a magneto-optical disk device. The storage device 14 stores program data and files 26 to 30 for the semiconductor device design process comprising steps 21 to 25 shown in FIG. 1, and the CPU 12 is a program responding to an instruction from the input device 16; Data is transferred to the memory 13 and executed.

CPU12が実行するプログラムデータは、記録媒体19にて提供される。ドライブ装置17は、記録媒体19を駆動し、その記憶内容にアクセスする。CPU12は、ドライブ装置17を介して記録媒体19からプログラムデータを読み出し、それを記憶装置14にインストールする。   Program data executed by the CPU 12 is provided on the recording medium 19. The drive device 17 drives the recording medium 19 and accesses the stored contents. The CPU 12 reads program data from the recording medium 19 via the drive device 17 and installs it in the storage device 14.

記録媒体19としては、磁気テープ(MT)、メモリカード、フレキシブルディスク、光ディスク(CD-ROM,DVD-ROM,… )、光磁気ディスク(MO,MD,…)等、任意のコンピュータ読み取り可能な記録媒体を使用することができる。この記録媒体19に、上述のプログラム,データを格納しておき、必要に応じて、メモリ13にロードして使用することもできる。   As the recording medium 19, any computer-readable recording such as magnetic tape (MT), memory card, flexible disk, optical disk (CD-ROM, DVD-ROM,...), Magneto-optical disk (MO, MD,...) Media can be used. The program and data described above can be stored in this recording medium 19 and loaded into the memory 13 for use as required.

尚、記録媒体19には、通信媒体を介してアップロード又はダウンロードされたプログラムデータを記録した媒体、ディスク装置を含む。更に、コンピュータによって直接実行可能なプログラムを記録した記録媒体だけでなく、いったん他の記録媒体(ハードディスク等)にインストールすることによって実行可能となるようなプログラムを記録した記録媒体や、暗号化されたり、圧縮されたりしたプログラムを記録した記録媒体も含む。   The recording medium 19 includes a medium and a disk device that record program data uploaded or downloaded via a communication medium. Furthermore, not only a recording medium that records a program that can be directly executed by a computer, but also a recording medium that records a program that can be executed once installed on another recording medium (such as a hard disk), or an encrypted program In addition, a recording medium on which a compressed program is recorded is also included.

次に、設計装置11において実施される設計方法を、図1のフローチャートに従って説明する。
CPU12は、図1に示すステップ21〜25の処理を実行することで、電源ESDの耐圧が高い半導体装置を設計する手段として機能する。
Next, the design method implemented in the design apparatus 11 is demonstrated according to the flowchart of FIG.
The CPU 12 functions as means for designing a semiconductor device having a high withstand voltage of the power supply ESD by executing the processes of steps 21 to 25 shown in FIG.

まず、ステップ21(論理合成処理)において、CPU12は、ライブラリ26と設計データ27に基づいて作成したネットリスト28を図2に示す記憶装置14に格納する。ライブラリ26は、複数のマクロセル及びスタンダードセルの情報、シミュレーションにて算出した結果に基づいて、電源ESDの耐圧を低くする内部回路の寄生容量のしきい値(以下、容量しきい値)を含むデータベースである。この容量しきい値は、電源ESDの耐圧を低くする内部回路の寄生容量値の範囲の上限(第2のしきい値)と下限(第1のしきい値)を規定している。このマクロセル及びスタンダードセルの情報は、サイズ、構成、端子位置、電気的特性を含む。また、プロセステクノロジ毎に素子特性パラメータが異なるため、プロセステクノロジに対応する電源ESDの耐圧に影響する寄生容量値の範囲が異なる。従って、ライブラリ26には、複数のプロセステクノロジのそれぞれに対応する容量しきい値が記憶されている。   First, in step 21 (logic synthesis process), the CPU 12 stores the net list 28 created based on the library 26 and the design data 27 in the storage device 14 shown in FIG. The library 26 includes a database including a parasitic capacitance threshold value (hereinafter, a capacitance threshold value) of an internal circuit that lowers the breakdown voltage of the power supply ESD based on information of a plurality of macro cells and standard cells and a result calculated by simulation. It is. This capacitance threshold defines an upper limit (second threshold) and a lower limit (first threshold) of the range of the parasitic capacitance value of the internal circuit that lowers the breakdown voltage of the power supply ESD. This macro cell and standard cell information includes size, configuration, terminal location, and electrical characteristics. In addition, since the element characteristic parameters are different for each process technology, the range of the parasitic capacitance value that affects the withstand voltage of the power supply ESD corresponding to the process technology is different. Accordingly, the library 26 stores a capacity threshold value corresponding to each of the plurality of process technologies.

設計データ27は、例えばハードウェア記述言語を用いて回路の動作を記述したものである。ネットリスト28は、回路を構成するマクロセル及びスタンダードセル、及びそれらを接続するネット情報を含む。尚、既にネットリスト28が作成されている場合、処理は次のステップ22から実行される。   The design data 27 describes circuit operations using, for example, a hardware description language. The net list 28 includes macro cells and standard cells constituting the circuit, and net information for connecting them. If the net list 28 has already been created, the process is executed from the next step 22.

ステップ22(レイアウト処理)において、CPU12は、入力装置16から入力されたレイアウト条件とステップ21にて作成したネットリスト28とライブラリ26に基づいてレイアウトデータ29を作成する。レイアウトデータ29は、LSIサイズ、配線幅、配線間隔などのレイアウト条件を反映させて、ライブラリ26に含まれているマクロセルを配置した配置位置、マクロセル等をネットリスト28に従って接続する配線の配置位置を含むものである。   In step 22 (layout processing), the CPU 12 creates layout data 29 based on the layout conditions input from the input device 16, the net list 28 created in step 21, and the library 26. The layout data 29 reflects layout conditions such as LSI size, wiring width, wiring spacing, and the like. The layout position where the macro cell included in the library 26 is arranged, and the layout position of the wiring connecting the macro cell according to the net list 28. Is included.

レイアウトデータ29によって形成されるLSIを図3に示す。
このLSI30は矩形状に形成され、中央に内部回路31〜33が形成されている。内部回路31〜33の境界を一点鎖線で示す。つまり、実線と一点鎖線とで囲まれた領域内に、それぞれ内部回路31〜33を構成するセル等の素子が形成されている。本実施形態において、内部回路31〜33は、回路規模(回路を構成する素子の数)が異なり、素子の数は内部回路31,32,33の順で少なくなっている。LSIの30の周辺領域は、内部回路31〜33に対応する領域31a〜33aに区分されている。
An LSI formed by the layout data 29 is shown in FIG.
The LSI 30 is formed in a rectangular shape, and internal circuits 31 to 33 are formed in the center. A boundary between the internal circuits 31 to 33 is indicated by a one-dot chain line. That is, elements such as cells constituting the internal circuits 31 to 33 are formed in the region surrounded by the solid line and the alternate long and short dash line. In the present embodiment, the internal circuits 31 to 33 have different circuit scales (number of elements constituting the circuit), and the number of elements decreases in the order of the internal circuits 31, 32, and 33. The peripheral area of the LSI 30 is divided into areas 31 a to 33 a corresponding to the internal circuits 31 to 33.

領域31aには、内部回路31に対応する複数のパッド34が、LSI30の周辺に沿って形成されている。内部回路31とパッド34との間にI/Oセル領域には、I/Oセル35が配列されている。これらのI/Oセル35は、対応するパッド34と内部回路31を構成する図示しない素子との間、信号伝達が可能に構成されている。   In the region 31 a, a plurality of pads 34 corresponding to the internal circuit 31 are formed along the periphery of the LSI 30. An I / O cell 35 is arranged in the I / O cell region between the internal circuit 31 and the pad 34. These I / O cells 35 are configured to be able to transmit signals between corresponding pads 34 and elements (not shown) constituting the internal circuit 31.

また、領域31aには、内部回路31の素子等に第1電源電圧及び第2電源電圧としての高電位電圧及び低電位電圧を供給するため、第1電源端子及び第2電源端子としての電源パッド41a,41bが、LSI30の周辺に形成されている。電源パッド41a,41bの数は、内部回路31の消費電力に応じて設定され、本実施形態では3組の電源パッド41a,41bが形成されている。I/Oセル35の上方の配線層には、内部回路31の素子等に電源電圧を供給するための第1電源配線及び第2電源配線としての電源配線42a,42bがLSI30の周辺に沿って延びるように形成されている。各電源配線42a,42bは、対応する電源パッド41a,41bと接続されている。上記I/Oセル領域には、電源配線42a,42bと接続された複数の保護回路43が形成されている。保護回路43は、電源ESD等に起因するサージ電圧から内部回路31を保護するために設けられている。本実施形態において、保護回路43は、図10(b)に示す従来例の保護回路94と同じ構成の回路である。   Further, in the region 31a, a power supply pad serving as a first power supply terminal and a second power supply terminal is used to supply a high potential voltage and a low potential voltage as the first power supply voltage and the second power supply voltage to the elements of the internal circuit 31 and the like. 41 a and 41 b are formed around the LSI 30. The number of power supply pads 41a and 41b is set according to the power consumption of the internal circuit 31, and three sets of power supply pads 41a and 41b are formed in this embodiment. In the wiring layer above the I / O cell 35, power supply lines 42a and 42b as first power supply lines and second power supply lines for supplying a power supply voltage to the elements of the internal circuit 31 and the like along the periphery of the LSI 30. It is formed to extend. Each power supply wiring 42a, 42b is connected to a corresponding power supply pad 41a, 41b. In the I / O cell region, a plurality of protection circuits 43 connected to the power supply wirings 42a and 42b are formed. The protection circuit 43 is provided to protect the internal circuit 31 from a surge voltage caused by a power supply ESD or the like. In the present embodiment, the protection circuit 43 is a circuit having the same configuration as the protection circuit 94 of the conventional example shown in FIG.

同様に、領域32aには、内部回路32と対応する複数のパッド36、I/Oセル37が形成されている。また、領域32aには、内部回路32の素子等に高電位電圧及び低電位電圧を供給するため、第1電源端子及び第2電源端子としての電源パッド44a,44b、及び第1電源配線及び第2電源配線としての電源配線45a,45bと、内部回路32を保護するための保護回路46が形成されている。   Similarly, a plurality of pads 36 and I / O cells 37 corresponding to the internal circuit 32 are formed in the region 32a. In addition, in the region 32a, the power supply pads 44a and 44b as the first power supply terminal and the second power supply terminal, the first power supply wiring, Power supply lines 45a and 45b as two power supply lines and a protection circuit 46 for protecting the internal circuit 32 are formed.

同様に、領域33aには、内部回路33と対応する複数のパッド38、I/Oセル39が形成されている。また、領域33aには、内部回路33の素子等に高電位電圧及び低電位電圧を供給するため、第1電源端子及び第2電源端子としての電源パッド47a,47b、及び第1電源配線及び第2電源配線としての電源配線48a,48bと、内部回路33を保護するための保護回路49が形成されている。   Similarly, a plurality of pads 38 and I / O cells 39 corresponding to the internal circuit 33 are formed in the region 33a. In addition, in the region 33a, in order to supply a high potential voltage and a low potential voltage to the elements of the internal circuit 33, the power supply pads 47a and 47b as the first power supply terminal and the second power supply terminal, the first power supply wiring, Power supply wirings 48a and 48b as two power supply wirings and a protection circuit 49 for protecting the internal circuit 33 are formed.

尚、この領域31a〜33aは、内部回路31,32,33とパッド34,36,38等の対応を示すものであり、内部回路31,32,33の構成等により、領域31a〜33aがずれている場合もある。   The regions 31a to 33a indicate correspondence between the internal circuits 31, 32, and 33 and the pads 34, 36, and 38. The regions 31a to 33a are shifted due to the configuration of the internal circuits 31, 32, and 33. Sometimes it is.

内部回路32の上方の配線層には、電源配線45aと図示しないコンタクトを介して電気的に接続された第1電源配線としての内部電源配線51a,52aと、電源配線45bと図示しないコンタクトを介して電気的に接続された第2電源配線としての内部電源配線51b,52bとが形成されている。尚、実線で表した内部電源配線51a,51bと、破線で表した内部電源配線52a,52bは、互いに異なる配線層に形成されるとともに互いに直交する方向に沿って延びるように形成され、両電源配線51a,51b,52a,52bは図示しないコンタクトを介して電気的に接続されている。   In the wiring layer above the internal circuit 32, internal power supply wires 51a and 52a as first power supply wires electrically connected to the power supply wire 45a via contacts (not shown), and power supply wires 45b and contacts (not shown) are connected. Internal power supply wirings 51b and 52b are formed as second power supply wirings that are electrically connected to each other. The internal power supply wirings 51a and 51b represented by solid lines and the internal power supply wirings 52a and 52b represented by broken lines are formed in different wiring layers and are formed so as to extend along directions orthogonal to each other. The wirings 51a, 51b, 52a, 52b are electrically connected through contacts (not shown).

同様に、内部回路31の上方の配線層には、電源配線42a,42bと接続された図示しない内部電源配線が形成され、内部回路33の上方の配線層には、電源配線48a,48bと接続された図示しない内部電源配線が形成されている。   Similarly, an internal power supply line (not shown) connected to the power supply lines 42a and 42b is formed in the wiring layer above the internal circuit 31, and the power supply lines 48a and 48b are connected to the wiring layer above the internal circuit 33. An internal power supply wiring (not shown) is formed.

ステップ23(容量抽出処理)において、CPU12は、ライブラリ26に基づいて、ステップ22において作成されたレイアウトデータ29により作成される半導体装置30の寄生容量値を算出する。この寄生容量値は、電源パッド41a,41b、電源パッド44a,44b、電源パッド47a,47b、それぞれの間に存在する容量の値である。設計装置11は、電源パッド41a,41b間の容量、即ち内部回路31と領域31a内に含まれるI/Oセル35の寄生容量、電源配線42a,42b間の寄生容量の容量値の合計値を算出する。   In step 23 (capacitance extraction process), the CPU 12 calculates a parasitic capacitance value of the semiconductor device 30 created from the layout data 29 created in step 22 based on the library 26. The parasitic capacitance value is a value of a capacitance existing between the power supply pads 41a and 41b, the power supply pads 44a and 44b, and the power supply pads 47a and 47b. The design apparatus 11 calculates the total value of the capacitance value between the power supply pads 41a and 41b, that is, the parasitic capacitance of the I / O cell 35 included in the internal circuit 31 and the region 31a and the parasitic capacitance between the power supply wirings 42a and 42b. calculate.

同様に、設計装置11は、電源パッド41a,41b間の容量、即ち内部回路32と領域32a内に含まれるI/Oセル37の寄生容量、電源配線45a,45b間の寄生容量の容量値の合計値を算出する。同様に、設計装置11は、電源パッド41a,41b間の容量、即ち内部回路33と領域33a内に含まれるI/Oセル39の寄生容量、電源配線48a,48b間の寄生容量の容量値の合計値を算出する。そして、設計装置11は、算出した合計値、即ち寄生容量値をメモリ13または記憶装置14に格納する。尚、上記の合計値は、内部回路31〜33上の電源配線間の寄生容量を含む。   Similarly, the design apparatus 11 determines the capacitance between the power supply pads 41a and 41b, that is, the capacitance value of the parasitic capacitance between the internal circuit 32 and the I / O cell 37 included in the region 32a and the parasitic capacitance between the power supply wirings 45a and 45b. Calculate the total value. Similarly, the design device 11 determines the capacitance between the power supply pads 41a and 41b, that is, the parasitic capacitance of the I / O cell 39 included in the internal circuit 33 and the region 33a and the parasitic capacitance between the power supply wirings 48a and 48b. Calculate the total value. Then, the design device 11 stores the calculated total value, that is, the parasitic capacitance value in the memory 13 or the storage device 14. The total value includes the parasitic capacitance between the power supply wirings on the internal circuits 31 to 33.

ステップ24(分離判断処理)において、CPU12は、ステップ23において算出した寄生容量値とライブラリ26から読み出した容量しきい値とを比較し、各電源パッド41a,41b,44a,44b,47a,47bそれぞれに接続された内部回路31,32,33に対して電源分離が必用か否か判断する。設計装置11は、寄生容量値が容量しきい値の範囲に該当しない場合、即ち、寄生容量値が容量しきい値の上限以上、又は寄生容量値が容量しきい値の下限以下の場合、その寄生容量値に対応する内部回路について電源分離が不要と判断し、処理を終了する。   In step 24 (separation determination process), the CPU 12 compares the parasitic capacitance value calculated in step 23 with the capacitance threshold value read from the library 26, and each of the power pads 41a, 41b, 44a, 44b, 47a, 47b. It is determined whether or not the power supply separation is necessary for the internal circuits 31, 32, 33 connected to. When the parasitic capacitance value does not fall within the capacitance threshold range, that is, when the parasitic capacitance value is not less than the upper limit of the capacitance threshold value or the parasitic capacitance value is not more than the lower limit of the capacitance threshold value, the design device 11 The internal circuit corresponding to the parasitic capacitance value is determined not to require power source separation, and the process is terminated.

一方、設計装置11は、寄生容量値が容量しきい値の上限と下限との間の場合、その寄生容量値に対応する内部回路について電源分離が必用と判断し、ステップ25に移行する。   On the other hand, when the parasitic capacitance value is between the upper limit and the lower limit of the capacitance threshold value, the design apparatus 11 determines that power supply separation is necessary for the internal circuit corresponding to the parasitic capacitance value, and proceeds to step 25.

ステップ25(分離レイアウト処理)において、CPU12は、ステップ24において分離が必要だと判断された内部回路のブロックを電源分離する。このとき、設計装置11は、対象とする内部回路を、予め設定された数(分離設定数)の素子が第1のサブ電源配線に接続された第1の内部サブ回路と、第1の内部サブ回路以外の素子が第2のサブ電源配線に接続された第2の内部サブ回路とに電源分離する。分離設定数は、聞知された第1の内部サブ回路における寄生容量値が容量しきい値の下限よりも小さくなるように予め設定されている。設計装置11は、電源分離した内部回路(第1の内部サブ回路及び第2の内部サブ回路)の配置情報を生成する。更に、設計装置11は、電源分離した内部回路に少なくとも1つの保護回路が並列に接続されるように、保護回路を配置する配置情報を生成する。そして、設計装置11は、生成した配置情報をレイアウトデータ29に格納する。   In step 25 (separation layout process), the CPU 12 separates the power source of the block of the internal circuit determined to be required to be separated in step 24. At this time, the design apparatus 11 includes a first internal sub-circuit in which a predetermined number of elements (separation set number) are connected to the first sub power supply wiring, and a first internal circuit as a target internal circuit. Elements other than the sub circuit are separated from the power source to the second internal sub circuit connected to the second sub power source wiring. The number of separation settings is set in advance so that the parasitic capacitance value in the notified first internal subcircuit is smaller than the lower limit of the capacitance threshold value. The design apparatus 11 generates arrangement information of internal circuits (first internal subcircuit and second internal subcircuit) separated from each other. Furthermore, the design apparatus 11 generates arrangement information for arranging the protection circuits so that at least one protection circuit is connected in parallel to the internal circuit separated from the power source. The design apparatus 11 stores the generated arrangement information in the layout data 29.

そして、設計装置11は、ステップ24からステップ23に移行し、第2の内部サブ回路について、上記と同様に寄生容量値を算出し(ステップ24)、電源分離の必要性を判断する。   Then, the design apparatus 11 proceeds from step 24 to step 23, calculates the parasitic capacitance value for the second internal subcircuit in the same manner as described above (step 24), and determines the necessity of power source separation.

即ち、設計装置11は、容量しきい値に該当する寄生容量値の内部回路が存在する場合、ステップ23からステップ25を繰り返し実行することにより、その内部回路を、容量しきい値の下限よりも小さい寄生容量値の内部サブ回路に電源分離する。容量しきい値は、保護回路の耐圧に応じて設定されており、容量しきい値の下限と上限との間の寄生容量値の内部回路が保護回路の耐圧を低くする。従って、内部回路を、容量しきい値の下限よりも小さな寄生容量値の内部サブ回路に電源分離することにより、対象とする内部回路に接続される保護回路よりも、各内部サブ回路に接続される保護回路の耐圧を高くする。   In other words, when there is an internal circuit having a parasitic capacitance value corresponding to the capacitance threshold, the design apparatus 11 repeatedly executes steps 23 to 25 so that the internal circuit is less than the lower limit of the capacitance threshold. The power supply is separated into an internal sub-circuit having a small parasitic capacitance value. The capacitance threshold is set according to the breakdown voltage of the protection circuit, and an internal circuit having a parasitic capacitance value between the lower limit and the upper limit of the capacitance threshold lowers the breakdown voltage of the protection circuit. Therefore, the internal circuit is connected to each internal sub circuit rather than the protection circuit connected to the target internal circuit by separating the power source into the internal sub circuit having a parasitic capacitance value smaller than the lower limit of the capacitance threshold. Increase the breakdown voltage of the protection circuit.

次に、各ステップの詳細について説明する。
まず、容量しきい値の設定を説明する。
図10(a)に示すような半導体装置について、所定のテクノロジの内部回路91の寄生容量C91の容量値を所定範囲(例えば1pFから40nF)まで所定のステップで変更し、それぞれの容量値のレイアウトデータについてシミュレーション(例えばH-Spice Simulationのミックスモード)を実施し、電源パッド92a、92b間に流れる電流値を算出する。図6〜図8は、130nmテクノロジの内部回路91におけるシミュレーション結果である。
Next, details of each step will be described.
First, the setting of the capacity threshold value will be described.
For the semiconductor device as shown in FIG. 10A, the capacitance value of the parasitic capacitance C91 of the internal circuit 91 of a predetermined technology is changed in a predetermined step from a predetermined range (for example, 1 pF to 40 nF), and the layout of the respective capacitance values. A simulation (for example, a mixed mode of H-Spice Simulation) is performed on the data, and a current value flowing between the power supply pads 92a and 92b is calculated. 6 to 8 show simulation results in the internal circuit 91 of 130 nm technology.

図6(a)は、容量値を1pFに設定した内部回路91について、電源パッド92a,92b間にESD(例えば、ヒューマンボディモデルの条件において2000V)を印加した場合におけるI−V特性を示し、図6(b)は時間経過に対する電流変化を示し、実線はトランジスタT92に流れる電流量、一点鎖線は寄生容量C91に流れる電流量、破線は合計の電流量を示す。尚、図6(b)において、合計の電流量とトランジスタT92に流れる電流量はほぼ等しいので、破線は実線と重ねて表されている。   FIG. 6A shows the IV characteristics when ESD (for example, 2000 V under the conditions of the human body model) is applied between the power supply pads 92a and 92b for the internal circuit 91 whose capacitance value is set to 1 pF. FIG. 6B shows a change in current over time, the solid line indicates the amount of current flowing through the transistor T92, the alternate long and short dash line indicates the amount of current flowing through the parasitic capacitance C91, and the broken line indicates the total amount of current. In FIG. 6B, since the total amount of current and the amount of current flowing through the transistor T92 are substantially equal, the broken line is superimposed on the solid line.

図7(a)(b)は、容量値を100pFに設定した内部回路91における特性を示し、図8(a)(b)は、容量値を40nFに設定した内部回路91における特性を示す。尚、図8(b)において、合計の電流量と寄生容量C91に流れる電流量はほぼ等しいので、破線のみが表されている。   FIGS. 7A and 7B show characteristics in the internal circuit 91 in which the capacitance value is set to 100 pF, and FIGS. 8A and 8B show characteristics in the internal circuit 91 in which the capacitance value is set to 40 nF. In FIG. 8B, since the total amount of current and the amount of current flowing through the parasitic capacitance C91 are substantially equal, only the broken line is shown.

図7(b)において、基準線よりも上の一点鎖線は、電源パッド92a,92bから寄生容量C91に向かって流れる電流の量を示し、基準線よりも下の一点鎖線は、寄生容量C91から逆流する電流の量を示す。この寄生容量C91から逆流する電流によって、トランジスタT92に流れる電流の変化量が大きい、つまり大きな突入電流がトランジスタT92に流れる。   In FIG. 7B, a one-dot chain line above the reference line indicates the amount of current flowing from the power supply pads 92a and 92b toward the parasitic capacitance C91, and a one-dot chain line below the reference line is from the parasitic capacitance C91. Indicates the amount of current that flows backward. Due to the current flowing backward from the parasitic capacitance C91, the amount of change in the current flowing through the transistor T92 is large, that is, a large inrush current flows through the transistor T92.

図9は、デバイスシミュレーションの結果を示し、寄生容量値を変更した場合のトランジスタT92に流れる電流の時間的変化を重ねて示す。尚、曲線71、72,73,74はそれぞれ寄生容量値が10pF,100pF,1nF,10nFの時の時間的変化を示す。例えば、曲線74においける電流量の最大値(ピーク値)は7アンペア(A)程度にもなる。このトランジスタT92に流れる電流量のピーク値が所定値(例えば約1.8A)以下となる容量値の範囲を、容量しきい値としている。この範囲を設定する所定値(約1.8A)は、寄生バイポーラトランジスタT92の特性に応じて設定される。トランジスタT92のPN接合は約1.8A以上の電流により熱破壊する。従って、トランジスタT92が破損しない電流量とするように、所定値が設定される。尚、上記は、130nmテクノロジにおける設定の一例を示すものであり、設定値は保護回路の回路構成、トランジスタT92の形状(テクノロジ)、等により異なるのは言うまでもない。   FIG. 9 shows the result of device simulation, and shows temporal changes in the current flowing through the transistor T92 when the parasitic capacitance value is changed. Curves 71, 72, 73, and 74 show temporal changes when the parasitic capacitance values are 10 pF, 100 pF, 1 nF, and 10 nF, respectively. For example, the maximum value (peak value) of the current amount in the curve 74 is about 7 amperes (A). A capacitance value range in which the peak value of the amount of current flowing through the transistor T92 is a predetermined value (for example, about 1.8 A) or less is defined as a capacitance threshold value. A predetermined value (about 1.8 A) for setting this range is set according to the characteristics of the parasitic bipolar transistor T92. The PN junction of the transistor T92 is thermally destroyed by a current of about 1.8 A or more. Accordingly, the predetermined value is set so that the amount of current does not damage the transistor T92. The above shows an example of the setting in the 130 nm technology, and it goes without saying that the setting value varies depending on the circuit configuration of the protection circuit, the shape (technology) of the transistor T92, and the like.

次に、図1に示すステップ25における電源分離処理を説明する。
一例として、図3に示す半導体装置30において、電源パッド44a,44b間の寄生容量値が容量しきい値の範囲内の場合における処理を説明する。尚、ここでは、説明を簡略化するため、内部回路32の寄生容量のみを対象とする。
Next, the power source separation process in step 25 shown in FIG. 1 will be described.
As an example, processing in the semiconductor device 30 shown in FIG. 3 when the parasitic capacitance value between the power supply pads 44a and 44b is within the capacitance threshold range will be described. Here, only the parasitic capacitance of the internal circuit 32 is targeted in order to simplify the description.

先ず、設計装置11は、所定の分離設定値に基づいて、図4(a)に示すように、内部回路32を、第1の内部サブ回路32aと第2の内部サブ回路32bとに分割する。図4(a)に、一点鎖線Lbにて第1の内部サブ回路32aと第2の内部サブ回路32bとの境界を示す。第1の内部サブ回路32aは、所定数の素子を含み、第2の内部サブ回路32bは、内部回路32を構成する素子のうち、第1の内部サブ回路32aに含まれる素子以外の素子を含む。   First, the design apparatus 11 divides the internal circuit 32 into a first internal subcircuit 32a and a second internal subcircuit 32b as shown in FIG. 4A based on a predetermined separation setting value. . FIG. 4A shows a boundary between the first internal sub-circuit 32a and the second internal sub-circuit 32b by an alternate long and short dash line Lb. The first internal subcircuit 32a includes a predetermined number of elements, and the second internal subcircuit 32b includes elements other than elements included in the first internal subcircuit 32a among elements constituting the internal circuit 32. Including.

次に、設計装置11は、第1及び第2の内部サブ回路32a,32bに対応して電源配線を分割する。即ち、設計装置11は、図4(a)に示すように、内部回路32に電源電圧を供給する電源配線45a,45bを、図4(b)に示すように、第1の内部サブ回路32aに対応する電源配線81a,81bと、第2の内部サブ回路32bに対応する電源配線82a,82bに分割する。更に、設計装置11は、図4(a)に示すように、2つの内部サブ回路32a,32bに跨る内部電源配線51a,52aを、図4(b)に示すように、第1の内部サブ回路32a上の内部電源配線83a,84aと、第2の内部サブ回路32b上の内部電源配線83b,84bに分割する。   Next, the design apparatus 11 divides the power supply wiring corresponding to the first and second internal subcircuits 32a and 32b. That is, as shown in FIG. 4A, the design apparatus 11 supplies power supply wirings 45a and 45b for supplying a power supply voltage to the internal circuit 32, as shown in FIG. 4B, and the first internal subcircuit 32a. Are divided into power supply wirings 81a and 81b corresponding to, and power supply wirings 82a and 82b corresponding to the second internal subcircuit 32b. Furthermore, as shown in FIG. 4A, the design apparatus 11 converts the internal power supply wirings 51a and 52a extending over the two internal sub circuits 32a and 32b to the first internal sub circuit as shown in FIG. The internal power supply lines 83a and 84a on the circuit 32a and the internal power supply lines 83b and 84b on the second internal subcircuit 32b are divided.

次に、設計装置11は、必用に応じて電源パッド、保護回路を配置する。即ち、図4(a)に示すように、内部回路32に電源電圧を供給する電源パッド44a,44bは、図4(b)に示すように、電源分離後の電源配線81a,81bに接続されている。また、両電源配線81a,81bには、それらの配線より下に形成された保護回路46が接続されている。一方、分割された電源配線82a,82bは、電源パッドに接続されておらず、保護回路も接続されていない。このため、電源配線82a,82bが接続された第2の内部サブ回路32bは動作しない。   Next, the design apparatus 11 arranges a power supply pad and a protection circuit as necessary. That is, as shown in FIG. 4A, the power supply pads 44a and 44b for supplying the power supply voltage to the internal circuit 32 are connected to the power supply wirings 81a and 81b after the power supply separation as shown in FIG. 4B. ing. Further, a protection circuit 46 formed below these wirings is connected to both the power supply wirings 81a and 81b. On the other hand, the divided power supply wirings 82a and 82b are not connected to the power supply pad and are not connected to the protection circuit. For this reason, the second internal sub-circuit 32b to which the power supply wirings 82a and 82b are connected does not operate.

従って、設計装置11は、図5(b)に示すように、これらの電源配線82a,82bに対して、電源パッド85a,85bを空き領域に配置するとともに電源配線82a,82bに接続する。更に、設計装置11は、電源配線82a,82b間に接続された保護回路86を配置する。   Therefore, as shown in FIG. 5B, the design apparatus 11 arranges the power supply pads 85a and 85b in the vacant area and connects to the power supply wirings 82a and 82b with respect to these power supply wirings 82a and 82b. Furthermore, the design apparatus 11 arranges a protection circuit 86 connected between the power supply wires 82a and 82b.

上記の処理を回路ブロック的に表すと、図5のようになる。即ち、設計装置11は、図5(a)に示すように、電源パッド44a,44bにそれぞれ接続された電源配線45a,45b間の内部回路32を、図5(b)に示すように、第1の内部サブ回路32aと第2の内部サブ回路32bとに分割する。更に、設計装置11は、電源配線45a,45bを、内部サブ回路32aに対応する電源配線81a,81bと、内部サブ回路32bに対応する電源配線82a,82bとに分割する。   The above processing is represented as a circuit block as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 5A, the design apparatus 11 includes an internal circuit 32 between the power supply wires 45a and 45b connected to the power supply pads 44a and 44b, as shown in FIG. Dividing into one internal sub-circuit 32a and second internal sub-circuit 32b. Furthermore, the design apparatus 11 divides the power supply wires 45a and 45b into power supply wires 81a and 81b corresponding to the internal sub circuit 32a and power supply wires 82a and 82b corresponding to the internal sub circuit 32b.

次に、設計装置11は、分割した第2の内部サブ回路32bについて、図1に示すステップ23において寄生容量値を算出し、容量しきい値と比較する。設計装置11は、電源パッド85a,85b間の寄生容量値を算出し、その寄生容量値と容量しきい値とを比較する。第2の内部サブ回路32bの寄生容量値は、第1の内部サブ回路32aよりも小さいため、設計装置11は、第2の内部サブ回路32bについて分割の必用は無いと判断し、処理を終了する。   Next, the design apparatus 11 calculates a parasitic capacitance value in step 23 shown in FIG. 1 for the divided second internal sub-circuit 32b, and compares it with a capacitance threshold value. The design device 11 calculates a parasitic capacitance value between the power supply pads 85a and 85b, and compares the parasitic capacitance value with a capacitance threshold value. Since the parasitic capacitance value of the second internal subcircuit 32b is smaller than that of the first internal subcircuit 32a, the design apparatus 11 determines that the second internal subcircuit 32b does not need to be divided and ends the process. To do.

以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)設計装置11は、機能に応じた内部回路31〜33を備えた半導体装置の設計処理において、各内部回路31〜33が接続された電源パッド41a,41b,44a,44b,47a,47b間の寄生容量値を算出し、この寄生容量値とライブラリ26に格納されている容量しきい値とを比較する。そして、設計装置11は、寄生容量値が容量しきい値の範囲内の場合は、その寄生容量値の内部回路32を電源分離するようにした。その結果、内部回路32の寄生容量に起因し、寄生容量から保護回路46に逆流する電流量を少なくすることで、保護回路46が破損し難くなり、サージ電圧に対する保護回路46の耐圧を高くすることができる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the design process of the semiconductor device including the internal circuits 31 to 33 corresponding to the functions, the design apparatus 11 includes power supply pads 41a, 41b, 44a, 44b, 47a, and 47b to which the internal circuits 31 to 33 are connected. The parasitic capacitance value is calculated, and this parasitic capacitance value is compared with the capacitance threshold value stored in the library 26. Then, when the parasitic capacitance value is within the capacitance threshold range, the design device 11 separates the power source of the internal circuit 32 having the parasitic capacitance value. As a result, by reducing the amount of current that flows back from the parasitic capacitance to the protection circuit 46 due to the parasitic capacitance of the internal circuit 32, the protection circuit 46 is less likely to be damaged and the breakdown voltage of the protection circuit 46 against surge voltage is increased. be able to.

設計方法の概略を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline of a design method. 設計装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of a design apparatus. LSI(半導体装置)の概略平面図である。1 is a schematic plan view of an LSI (semiconductor device). (a)(b)は電源分離処理の説明図である。(A) (b) is explanatory drawing of a power supply isolation | separation process. (a)(b)は電源分離処理の説明図である。(A) (b) is explanatory drawing of a power supply isolation | separation process. (a)(b)はシミュレーションの結果を示す説明図である。(A) (b) is explanatory drawing which shows the result of simulation. (a)(b)はシミュレーションの結果を示す説明図である。(A) (b) is explanatory drawing which shows the result of simulation. (a)(b)はシミュレーションの結果を示す説明図である。(A) (b) is explanatory drawing which shows the result of simulation. デバイスシミュレーションの結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of device simulation. (a)は半導体装置の説明図、(b)は保護回路の回路図である。(A) is explanatory drawing of a semiconductor device, (b) is a circuit diagram of a protection circuit.

符号の説明Explanation of symbols

11 設計装置
26 ライブラリ
30 半導体装置
31〜33 内部回路
44a 第1電源パッド
44b 第2電源パッド
45a 第1電源配線
45b 第2電源配線
46 保護回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Design apparatus 26 Library 30 Semiconductor device 31-33 Internal circuit 44a 1st power supply pad 44b 2nd power supply pad 45a 1st power supply wiring 45b 2nd power supply wiring 46 Protection circuit

Claims (8)

第1電源端子と第2電源端子間に接続され、前記第1電源端子に接続された第1電源配線を介して第1電源電圧が供給され、前記第2電源端子に接続された第2電源配線を介して第2電源電圧が供給される内部回路と、前記内部回路と並列に接続され、前記内部回路に対する静電気放電の発生時に導通してサージ電流から前記内部回路を保護する保護回路と、を備えた半導体装置の設計方法であって、
前記第1電源端子と前記第2電源端子との間の寄生容量値を算出し、
前記寄生容量値が所定の容量しきい値よりも小さくなるように前記内部回路を電源分離する、
ことを特徴とする半導体装置の設計方法。
A second power supply connected between the first power supply terminal and the second power supply terminal, supplied with a first power supply voltage via a first power supply wiring connected to the first power supply terminal, and connected to the second power supply terminal. An internal circuit to which a second power supply voltage is supplied via wiring; and a protection circuit that is connected in parallel with the internal circuit and that conducts when an electrostatic discharge occurs on the internal circuit and protects the internal circuit from a surge current; A method for designing a semiconductor device comprising:
Calculating a parasitic capacitance value between the first power supply terminal and the second power supply terminal;
The power supply is separated from the internal circuit so that the parasitic capacitance value is smaller than a predetermined capacitance threshold value.
A method for designing a semiconductor device.
第1電源端子と第2電源端子間に接続され、前記第1電源端子に接続された第1電源配線を介して第1電源電圧が供給され、前記第2電源端子に接続された第2電源配線を介して第2電源電圧が供給される内部回路と、前記内部回路と並列に接続され、前記内部回路に対する静電気放電の発生時に導通してサージ電流から前記内部回路を保護する保護回路と、を備えた半導体装置の設計方法であって、
前記第1電源端子と前記第2電源端子との間の寄生容量値を算出し、
前記寄生容量値と容量しきい値とを比較し、
比較結果に基づいて、前記容量しきい値により設定される範囲内の寄生容量値の内部回路を電源分離する、
ことを特徴とする半導体装置の設計方法。
A second power supply connected between the first power supply terminal and the second power supply terminal, supplied with a first power supply voltage via a first power supply wiring connected to the first power supply terminal, and connected to the second power supply terminal. An internal circuit to which a second power supply voltage is supplied via wiring; and a protection circuit that is connected in parallel with the internal circuit and that conducts when an electrostatic discharge occurs on the internal circuit and protects the internal circuit from a surge current; A method for designing a semiconductor device comprising:
Calculating a parasitic capacitance value between the first power supply terminal and the second power supply terminal;
Comparing the parasitic capacitance value with a capacitance threshold;
Based on the comparison result, the internal circuit of the parasitic capacitance value within the range set by the capacitance threshold is separated from the power source.
A method for designing a semiconductor device.
前記保護回路は、前記第1電源配線と前記第2電源配線とにそれぞれソースとドレインとが接続され、ゲートが低電位電圧が供給される電源配線に接続されたNチャネルMOSトランジスタからなる電源クランプ回路であり、
前記容量しきい値は、前記第1電源端子及び前記第2電源端子に印加される前記サージ電流により前記NチャネルMOSトランジスタの寄生バイポーラトランジスタに流れる電流量と、該寄生バイポーラトランジスタの特性とに基づいて設定されてなる、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の設計方法。
The protection circuit includes a power clamp formed of an N-channel MOS transistor having a source and a drain connected to the first power supply wiring and the second power supply wiring, respectively, and a gate connected to a power supply wiring to which a low potential voltage is supplied. Circuit,
The capacitance threshold is based on the amount of current flowing through the parasitic bipolar transistor of the N-channel MOS transistor due to the surge current applied to the first power supply terminal and the second power supply terminal, and the characteristics of the parasitic bipolar transistor. Is set,
The method for designing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
第1電源端子と第2電源端子間に接続され、前記第1電源端子に接続された第1電源配線を介して第1電源電圧が供給され、前記第2電源端子に接続された第2電源配線を介して第2電源電圧が供給される内部回路と、
前記内部回路と並列に接続され、前記内部回路に対する静電気放電の発生時に導通してサージ電流から前記内部回路を保護する保護回路と、
を備えた半導体装置であって、
前記内部回路は、前記第1電源端子と前記第2電源端子との間の寄生容量値が所定の容量しきい値よりも小さくなるように電源分離されてなる、
ことを特徴とする半導体装置。
A second power supply connected between the first power supply terminal and the second power supply terminal, supplied with a first power supply voltage via a first power supply wiring connected to the first power supply terminal, and connected to the second power supply terminal. An internal circuit to which the second power supply voltage is supplied via the wiring;
A protection circuit that is connected in parallel with the internal circuit and that conducts when an electrostatic discharge occurs on the internal circuit and protects the internal circuit from surge current;
A semiconductor device comprising:
The internal circuit is power-separated so that a parasitic capacitance value between the first power supply terminal and the second power supply terminal is smaller than a predetermined capacitance threshold value.
A semiconductor device.
第1電源端子と第2電源端子間に接続され、前記第1電源端子に接続された第1電源配線を介して第1電源電圧が供給され、前記第2電源端子に接続された第2電源配線を介して第2電源電圧が供給される内部回路と、
前記内部回路と並列に接続され、前記内部回路に対する静電気放電の発生時に導通してサージ電流から前記内部回路を保護する保護回路と、
を備えた半導体装置であって、
前記内部回路は、前記第1電源端子と前記第2電源端子との間の寄生容量値が、第1のしきい値よりも低い値か、又は前記第1のしきい値よりも高い第2のしきい値よりも高い値である、
ことを特徴とする半導体装置。
A second power supply connected between the first power supply terminal and the second power supply terminal, supplied with a first power supply voltage via a first power supply wiring connected to the first power supply terminal, and connected to the second power supply terminal. An internal circuit to which the second power supply voltage is supplied via the wiring;
A protection circuit that is connected in parallel with the internal circuit and that conducts when an electrostatic discharge occurs on the internal circuit and protects the internal circuit from surge current;
A semiconductor device comprising:
The internal circuit has a second parasitic capacitance value between the first power supply terminal and the second power supply terminal that is lower than a first threshold value or higher than the first threshold value. Is higher than the threshold of
A semiconductor device.
第1電源端子と第2電源端子間に接続され、前記第1電源端子に接続された第1電源配線を介して第1電源電圧が供給され、前記第2電源端子に接続された第2電源配線を介して第2電源電圧が供給される内部回路と、
前記内部回路と並列に接続され、前記内部回路に対する静電気放電の発生時に導通してサージ電流から前記内部回路を保護する保護回路と、
を備えた半導体装置であって、
前記第1電源端子と前記第2電源端子の間の寄生容量値が、互いに異なる第1のしきい値と第2のしきい値の間の値を含まないように前記内部回路の構成が設定されてなる、
ことを特徴とする半導体装置。
A second power supply connected between the first power supply terminal and the second power supply terminal, supplied with a first power supply voltage via a first power supply wiring connected to the first power supply terminal, and connected to the second power supply terminal. An internal circuit to which the second power supply voltage is supplied via the wiring;
A protection circuit that is connected in parallel with the internal circuit and that conducts when an electrostatic discharge occurs on the internal circuit and protects the internal circuit from surge current;
A semiconductor device comprising:
The configuration of the internal circuit is set so that the parasitic capacitance value between the first power supply terminal and the second power supply terminal does not include a value between the first threshold value and the second threshold value which are different from each other. Become,
A semiconductor device.
前記保護回路は、前記第1電源配線と前記第2電源配線とにそれぞれソースとドレインとが接続され、ゲートが低電位電圧が供給される電源配線に接続されたNチャネルMOSトランジスタからなる電源クランプ回路である、
ことを特徴とする請求項4〜6のうちの何れか1項に記載の半導体装置。
The protection circuit includes a power clamp formed of an N-channel MOS transistor having a source and a drain connected to the first power supply wiring and the second power supply wiring, respectively, and a gate connected to a power supply wiring to which a low potential voltage is supplied. Circuit,
The semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor device is a semiconductor device.
前記容量しきい値は、前記第1電源端子及び前記第2電源端子に印加される前記サージ電流により前記NチャネルMOSトランジスタの寄生バイポーラトランジスタに流れる電流量と、該寄生バイポーラトランジスタの特性とに基づいて設定されてなる、
ことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
The capacitance threshold is based on the amount of current flowing through the parasitic bipolar transistor of the N-channel MOS transistor due to the surge current applied to the first power supply terminal and the second power supply terminal, and the characteristics of the parasitic bipolar transistor. Is set,
The semiconductor device according to claim 7.
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WO2024057763A1 (en) * 2022-09-14 2024-03-21 ローム株式会社 I/o circuit, semiconductor device, cell library, and method for designing circuit of semiconductor device
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