JP2018125568A - Semiconductor device and IO cell - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の半導体装置では、周回配線の抵抗値を十分に低減できない問題があった。【解決手段】一実施の形態によれば、半導体装置及びIOセルは、異なる電圧の電源が供給され、第1の方向において交互に配置される複数の第1の電源配線31及び複数の第2の電源配線32と、第1の電源配線31及び第2の電源配線32が配置される配線層とは異なる配線層に形成され、複数の第1の電源配線31のうち隣り合う第1の電源配線31とビアを介して接続される第3の電源配線41、51と、を有し、第1の電源配線31、第2の電源配線32及び第3の電源配線41、51は、いずれも第1の方向と直交する第2の方向に延在するように形成される。【選択図】図9The conventional semiconductor device has a problem that the resistance value of the peripheral wiring cannot be sufficiently reduced. According to one embodiment, a semiconductor device and an IO cell are supplied with power of different voltages, and have a plurality of first power supply wirings 31 and a plurality of second power supplies arranged alternately in a first direction. The first power supply line 32 is formed in a wiring layer different from the wiring layer in which the first power supply line 31 and the second power supply line 32 are arranged, and is adjacent to the first power supply line 31. The first power supply wiring 31, the second power supply wiring 32, and the third power supply wiring 41, 51 are all connected to the wiring 31 through vias. It is formed so as to extend in a second direction orthogonal to the first direction. [Selection] Figure 9
Description
本発明は半導体装置及びIOセルに関し、例えばチップの外周に沿って配置されるIOセルを有する半導体装置及びそのIOセルに関する。 The present invention relates to a semiconductor device and an IO cell, for example, a semiconductor device having IO cells arranged along the outer periphery of a chip and the IO cell.
半導体集積回路(LSI:Large Scale Integration)では、半導体基板上に形成されたトランジスタに電源を供給するために電源配線を設ける必要がある。この電源配線には、多くの電流が流れるため、この大電流に起因して配線上で生じる電圧降下(IRDrop)やエレクトロマイグレーション等の問題を回避することが、LSIの性能或いは信頼性の向上のために必要である。そこで、電源配線の配線方法の例が特許文献1〜3に開示されている。 In a semiconductor integrated circuit (LSI: Large Scale Integration), it is necessary to provide power supply wiring in order to supply power to a transistor formed on a semiconductor substrate. Since a large amount of current flows through this power supply wiring, avoiding problems such as voltage drop (IRDrop) and electromigration that occur on the wiring due to this large current can improve the performance or reliability of the LSI. Is necessary for. Accordingly, Patent Documents 1 to 3 disclose examples of wiring methods for power supply wiring.
特許文献1では、2つの電源配線を櫛歯状に形成し、2つの電源配線の櫛歯部分が噛み合うように配置し、2つの電源配線で半導体チップを覆う例が開示されている。特許文献2では、チップの外周に沿って電源配線を環状に配置する例が開示されている。特許文献3では、電源電圧が供給される電源配線と接地電圧が供給される接地配線とが交互に配置される周回電源配線を有する半導体装置において、同電位の周回電源配線間を周回配線の延在方向と直交する配線で接続する例が開示されている。 Patent Document 1 discloses an example in which two power supply wirings are formed in a comb-teeth shape, arranged so that the comb tooth portions of the two power supply wirings are engaged, and the semiconductor chip is covered with the two power supply wirings. Patent Document 2 discloses an example in which power supply wirings are arranged in a ring shape along the outer periphery of a chip. In Patent Document 3, in a semiconductor device having a peripheral power supply wiring in which a power supply wiring to which a power supply voltage is supplied and a ground wiring to which a ground voltage is supplied are alternately arranged, the peripheral wiring is extended between the peripheral power supply wirings of the same potential. An example of connection by wiring orthogonal to the current direction is disclosed.
近年、半導体集積回路(LSI:Large Scale Integration)の高性能化、微細化に伴い、LSIに搭載される回路の規模が増大している。このように回路規模が大きくなると、増加した回路に十分な電源を供給するために電源配線の量が増加する。また、回路規模が大きくなると、各回路間を接続する信号配線の量も増加する。そのため、近年のLSIでは、増加した信号配線や電源配線を配置することができない問題が生じている。そこで、DVFS(Dynamic Voltage Frequency Scaling)等の回路技術により回路の消費電力を削減することで、電源配線の量を削減することが行われている。 2. Description of the Related Art In recent years, the scale of circuits mounted on LSIs has increased as semiconductor integrated circuits (LSIs: Large Scale Integration) have become more sophisticated and miniaturized. As the circuit scale increases, the amount of power supply wiring increases in order to supply sufficient power to the increased circuit. Further, as the circuit scale increases, the amount of signal wiring that connects each circuit also increases. Therefore, in recent LSIs, there is a problem that the increased signal wiring and power supply wiring cannot be arranged. Therefore, the amount of power supply wiring is reduced by reducing the power consumption of the circuit by circuit technology such as DVFS (Dynamic Voltage Frequency Scaling).
しかしながら、近年、チップコストの削減、或いは、LSIの信頼性の向上を目的として、配線層の数を削減する傾向がある。そのため、消費電力を削減しても、電源配線の抵抗値を十分に小さくすることができず、IRDrop等の問題を回避しながら電源配線及び信号配線を配置することが困難になってきている。 However, in recent years, there is a tendency to reduce the number of wiring layers for the purpose of reducing the chip cost or improving the reliability of the LSI. For this reason, even if the power consumption is reduced, the resistance value of the power supply wiring cannot be made sufficiently small, and it has become difficult to arrange the power supply wiring and the signal wiring while avoiding problems such as IR Drop.
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.
一実施の形態によれば、半導体装置及びIOセルは、異なる電圧の電源が供給され、第1の方向において交互に配置される複数の第1の電源配線及び複数の第2の電源配線と、第1の電源配線及び第2の電源配線が配置される配線層とは異なる配線層に形成され、前記複数の第1の電源配線のうち隣り合う第1の電源配線とビアを介して接続される第3の電源配線と、を有し、第1の電源配線、第2の電源配線及び第3の電源配線は、いずれも第1の方向と直交する第2の方向に延在するように形成される。 According to one embodiment, the semiconductor device and the IO cell are supplied with power of different voltages, and have a plurality of first power supply wirings and a plurality of second power supply wirings arranged alternately in the first direction; Formed in a wiring layer different from a wiring layer in which the first power supply wiring and the second power supply wiring are arranged, and is connected to the adjacent first power supply wiring among the plurality of first power supply wirings through vias. And the first power supply wiring, the second power supply wiring, and the third power supply wiring all extend in a second direction orthogonal to the first direction. It is formed.
前記一実施の形態によれば、第1の電源配線から第3の電源配線により構成される電源配線の抵抗値を削減することができる。 According to the one embodiment, it is possible to reduce the resistance value of the power supply wiring constituted by the first power supply wiring to the third power supply wiring.
説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。 For clarity of explanation, the following description and drawings are omitted and simplified as appropriate. Note that, in each drawing, the same element is denoted by the same reference numeral, and redundant description is omitted as necessary.
まず、図1に実施の形態1にかかる半導体装置1のレイアウトの概略図を示す。図1に示すレイアウトは、実施の形態1にかかる半導体装置1の半導体チップ全体のレイアウトを示すものである。図1に示すように、実施の形態1にかかる半導体装置1は、半導体チップの外周に沿ってIOセル10が並ぶように、IOセル10が配置される。なお、IOセル10は、必ずしも、半導体チップの外周全体に亘って配置されている必要はなく、パッド配置位置に応じて離れて配置されていても良い。 First, FIG. 1 shows a schematic diagram of the layout of the semiconductor device 1 according to the first embodiment. The layout shown in FIG. 1 shows the layout of the entire semiconductor chip of the semiconductor device 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, in the semiconductor device 1 according to the first embodiment, the IO cells 10 are arranged so that the IO cells 10 are arranged along the outer periphery of the semiconductor chip. The IO cells 10 do not necessarily have to be arranged over the entire outer periphery of the semiconductor chip, and may be arranged separately according to the pad arrangement position.
また、IOセル10にはパッド11が設けられている。IOセル10のパッド11を除く部分には、周回配線12が設けられる。また、半導体装置1は、IOセル10に囲まれる領域に内部ロジック形成領域13を有する。 The IO cell 10 is provided with a pad 11. A circumferential wiring 12 is provided in a portion excluding the pad 11 of the IO cell 10. In addition, the semiconductor device 1 has an internal logic formation region 13 in a region surrounded by the IO cells 10.
この周回配線12は、例えば、電源配線及び接地配線を含むものである。図1では、周回配線12を半導体チップの外周に沿って半導体チップを周回するように周回配線12を設ける例を示したが、周回配線12は、必ずしも、半導体チップを1周するように形成されている必要はない。例えば、周回配線12は、半導体チップを周回する方向に延在していれば良く、途中で分離されていても構わない。この周回配線12には、図示しないパッド、或いは、電源回路から電源電圧或いは接地電圧が供給されている。 The circular wiring 12 includes, for example, a power supply wiring and a ground wiring. FIG. 1 shows an example in which the peripheral wiring 12 is provided so as to circulate the semiconductor chip along the outer periphery of the semiconductor chip. However, the peripheral wiring 12 is not necessarily formed so as to make one round of the semiconductor chip. You don't have to. For example, the circumferential wiring 12 only needs to extend in a direction around the semiconductor chip and may be separated in the middle. A power supply voltage or a ground voltage is supplied to the circumferential wiring 12 from a pad (not shown) or a power supply circuit.
続いて、実施の形態1にかかるIOセル10の詳細について説明する。図2に実施の形態1にかかるIOセル10のレイアウトの概略図を示す。図2に示すように、IOセル10は、パッド11とIOロジック形成領域14とを有する。実施の形態1にかかるIOセル10では、パッド11とIOロジック形成領域14とが重ならないように配置される。また、IOロジック形成領域14には、バッファ回路等を構成する回路が形成される。図12に示す例では、回路を構成するトランジスタの上層に形成される配線層によりトランジスタが図示されない状態となっている。また、図2に示すように、IOロジック形成領域14には、周回電源配線12v及び周回接地配線12gが形成される。周回電源配線12v及び周回接地配線12gは、図1の周回配線12をより詳細に記載したものである。また、図2では、最上層の配線層に形成される配線のみが図示されている。 Next, details of the IO cell 10 according to the first exemplary embodiment will be described. FIG. 2 shows a schematic diagram of the layout of the IO cell 10 according to the first exemplary embodiment. As shown in FIG. 2, the IO cell 10 has a pad 11 and an IO logic formation region 14. In the IO cell 10 according to the first embodiment, the pads 11 and the IO logic formation region 14 are arranged so as not to overlap. In the IO logic formation region 14, a circuit constituting a buffer circuit or the like is formed. In the example shown in FIG. 12, the transistor is not shown by the wiring layer formed in the upper layer of the transistor constituting the circuit. In addition, as shown in FIG. 2, in the IO logic formation region 14, a circumferential power supply wiring 12v and a circumferential ground wiring 12g are formed. The circumferential power supply wiring 12v and the circumferential ground wiring 12g describe the circumferential wiring 12 of FIG. 1 in more detail. In FIG. 2, only the wiring formed in the uppermost wiring layer is shown.
実施の形態1にかかる半導体装置1では、IOセル10における周回電源配線12v及び周回接地配線12gの配線方法に特徴の1つを有する。この周回電源配線12v及び周回接地配線12gは、隣り合う位置に配置される他のIOセル10の周回電源配線12v及び周回接地配線12gと連続するように形成される。以下の説明では、周回電源配線12v及び周回接地配線12gをグローバル配線と称し、IOロジック形成領域14内においてトランジスタ等の回路素子間を接続するローカル配線と区別する。以下では、IOセル10のグローバル配線の配線構造についてより詳細に説明する。 The semiconductor device 1 according to the first embodiment has one feature in the wiring method of the peripheral power supply wiring 12v and the peripheral ground wiring 12g in the IO cell 10. The peripheral power supply wiring 12v and the peripheral ground wiring 12g are formed so as to be continuous with the peripheral power supply wiring 12v and the peripheral ground wiring 12g of other IO cells 10 arranged at adjacent positions. In the following description, the circumferential power supply wiring 12v and the circumferential ground wiring 12g are referred to as global wiring, and are distinguished from local wiring that connects circuit elements such as transistors in the IO logic formation region 14. Hereinafter, the wiring structure of the global wiring of the IO cell 10 will be described in more detail.
なお、以下の説明では、半導体チップの外周辺に直交する方向を第1の方向(例えば、Y方向)、半導体チップの外周辺に平行する方向を第2の方向(例えば、X方向)、半導体チップの厚み方向を第3の方向(例えば、Z方向)として説明を行う。また、第1の方向と第2の方向は互いに直交する方向を示すものとする。 In the following description, a direction orthogonal to the outer periphery of the semiconductor chip is a first direction (for example, Y direction), a direction parallel to the outer periphery of the semiconductor chip is a second direction (for example, X direction), and the semiconductor The description will be made assuming that the thickness direction of the chip is the third direction (for example, the Z direction). In addition, the first direction and the second direction indicate directions orthogonal to each other.
図3に実施の形態1にかかるIOセルのIOロジック形成領域14のトランジスタのレイアウトの概略図を示す。図3に示す例は、IOロジック形成領域14の一部を示すものであり、IOロジック形成領域14では、図3に示したレイアウト構造でトランジスタが設けられる。図3に示すように、実施の形態1にかかるIOセル10では、N型ウェル領域20と、P型ウェル領域23とがY方向に交互に配置される。そして、N型ウェル領域20内にはP型拡散領域21が形成され、P型ウェル領域23内にはN型拡散領域24が形成される。P型拡散領域21及びN型拡散領域24は、トランジスタのソース又はドレインを構成するものである。また、図面上下方向に並ぶ2つの拡散領域を跨ぎ、かつ、それぞれの拡散領域を分割するようにゲート電極26が形成される。つまり、N型ウェル領域20にはPMOSトランジスタが形成され、P型ウェル領域23にはNMOSトランジスタが形成される。また、N型ウェル領域20及びP型ウェル領域23上にはウェルコンタクト配線27及びウェルコンタクト28が形成され、ウェルコンタクト配線27及びウェルコンタクト28を介してウェルへの電源供給が行われる。 FIG. 3 shows a schematic diagram of a transistor layout in the IO logic formation region 14 of the IO cell according to the first embodiment. The example shown in FIG. 3 shows a part of the IO logic formation region 14, and transistors are provided in the IO logic formation region 14 in the layout structure shown in FIG. As shown in FIG. 3, in the IO cell 10 according to the first embodiment, the N-type well regions 20 and the P-type well regions 23 are alternately arranged in the Y direction. A P-type diffusion region 21 is formed in the N-type well region 20, and an N-type diffusion region 24 is formed in the P-type well region 23. The P-type diffusion region 21 and the N-type diffusion region 24 constitute the source or drain of the transistor. Further, the gate electrode 26 is formed so as to straddle two diffusion regions arranged in the vertical direction of the drawing and to divide each diffusion region. That is, a PMOS transistor is formed in the N-type well region 20, and an NMOS transistor is formed in the P-type well region 23. A well contact wiring 27 and a well contact 28 are formed on the N-type well region 20 and the P-type well region 23, and power is supplied to the well via the well contact wiring 27 and the well contact 28.
また、図3に示す例では、実施の形態1にかかるIOセル10では、トランジスタがY方向に並ぶトランジスタ列が4列、NMOSトランジスタとPMOSトランジスタにより構成されるインバータがX方向に並ぶインバータ行が3行となる。このトランジスタ列の列数及びインバータ行の行数は、IOセル10の能力に応じて適宜設定することができる。また、図3に示す例では、N型ウェル領域20とP型ウェル領域23との境界線に沿ってPMOSトランジスタとNMOSトランジスタとが並ぶレイアウトを示した。このようなレイアウトとすることで、トランジスタによりインバータを構成する場合にゲート電極26の配置面積を抑制することができる。なお、インバータは、バッファ回路の構成要素の1つである。 In the example shown in FIG. 3, in the IO cell 10 according to the first embodiment, there are four transistor columns in which transistors are arranged in the Y direction, and an inverter row in which inverters composed of NMOS transistors and PMOS transistors are arranged in the X direction. There are 3 lines. The number of transistor columns and the number of inverter rows can be appropriately set according to the capability of the IO cell 10. In the example shown in FIG. 3, a layout is shown in which PMOS transistors and NMOS transistors are arranged along the boundary line between the N-type well region 20 and the P-type well region 23. With such a layout, the arrangement area of the gate electrode 26 can be suppressed when an inverter is configured with transistors. Note that the inverter is one of the components of the buffer circuit.
また、図3に示すように、P型拡散領域21上にはコンタクト22が配置され、N型拡散領域24上にはコンタクト25が配置される。各拡散領域は、コンタクトにより、上層に形成されるローカル配線等に接続される。なお、各拡散領域とローカル配線との接続にはコンタクトだけでなく、ビアを含む配線構造を用いることもできる。 Further, as shown in FIG. 3, a contact 22 is disposed on the P-type diffusion region 21, and a contact 25 is disposed on the N-type diffusion region 24. Each diffusion region is connected to a local wiring or the like formed in an upper layer by a contact. In addition, not only the contact but also a wiring structure including a via can be used for connection between each diffusion region and the local wiring.
実施の形態1にかかるIOセル10では、トランジスタが形成される半導体基板に最も近い配線からZ方向に向かって第1のローカル配線層、第2のローカル配線層、第1のグローバル配線層、第2のグローバル配線層、第3のグローバル配線層を有する。つまり、実施の形態1にかかるIOセル10は5層の配線層により配線が形成される。ここで、第1のローカル配線及び第2のローカル配線は、IOセル10内のトランジスタを接続するための配線層であるため、ここでは説明を省略する。一方、第1のグローバル配線層、第2のグローバル配線層及び第3のグローバル配線層により構成されるグローバル配線層における配線構造は、実施の形態1にかかる半導体装置1の特徴の1つであるため、以下のではこのグローバル配線層についてより詳細に説明する。 In the IO cell 10 according to the first exemplary embodiment, the first local wiring layer, the second local wiring layer, the first global wiring layer, the first global wiring layer, and the first global wiring layer are arranged in the Z direction from the wiring closest to the semiconductor substrate on which the transistor is formed. 2 global wiring layers and a third global wiring layer. That is, the IO cell 10 according to the first exemplary embodiment is formed with wiring by five wiring layers. Here, since the first local wiring and the second local wiring are wiring layers for connecting the transistors in the IO cell 10, description thereof is omitted here. On the other hand, the wiring structure in the global wiring layer constituted by the first global wiring layer, the second global wiring layer, and the third global wiring layer is one of the features of the semiconductor device 1 according to the first embodiment. Therefore, the global wiring layer will be described in more detail below.
実施の形態1にかかる半導体装置1は、IOセル10上のグローバル配線層に関して、第1の電源が供給される複数の第1の電源配線と第2の電源が供給される複数の第2の電源配線とが第1の方向(例えば、Y方向)に交互に配置される第1の配線層と、第1の電源が供給され、複数の第1の電源配線のうち隣り合う第1の電源配線とビアにより接続される第3の電源配線が配置される第2の配線層と、を有する。そして、実施の形態1にかかる半導体装置1では、第1の電源配線、前記第2の電源配線、及び、第3の電源配線が、いずれもY方向と直交する第2の方向(例えば、X方向)に延在するように形成される。また、実施の形態1にかかる半導体装置1では、第2の配線層に、第2の電源が供給され、複数の第2の電源配線のうち隣り合う第2の電源配線とビアにより接続される第4の電源配線が配置される。 The semiconductor device 1 according to the first embodiment relates to a plurality of first power supply lines to which a first power is supplied and a plurality of second power to which a second power is supplied with respect to the global wiring layer on the IO cell 10. A first wiring layer in which power supply wirings are alternately arranged in a first direction (for example, the Y direction), a first power supply, and a first power supply that is adjacent among the plurality of first power supply wirings. And a second wiring layer in which a third power supply wiring connected by the wiring and the via is disposed. In the semiconductor device 1 according to the first embodiment, the first power supply wiring, the second power supply wiring, and the third power supply wiring are all in a second direction (for example, X Direction). In the semiconductor device 1 according to the first embodiment, the second power is supplied to the second wiring layer, and is connected to the adjacent second power wiring among the plurality of second power wirings by vias. A fourth power supply wiring is arranged.
ここで、実施の形態1にかかる半導体装置1では、第1のグローバル配線層により第1の配線層を構成し、第2のグローバル配線層及び第3のグローバル配線層により第2の配線層を構成する。また、電源電圧が第1の電源から供給され、接地電圧が第2の電源から供給されるものとする。 Here, in the semiconductor device 1 according to the first embodiment, the first wiring layer is configured by the first global wiring layer, and the second wiring layer is formed by the second global wiring layer and the third global wiring layer. Configure. Further, it is assumed that the power supply voltage is supplied from the first power supply and the ground voltage is supplied from the second power supply.
上記グローバル配線について、グローバル配線層毎のレイアウトを示して、詳細に説明する。まず、図4に実施の形態1にかかるIOセル10の第1のグローバル配線層のレイアウトの概略図を示す。 The global wiring will be described in detail by showing a layout for each global wiring layer. First, FIG. 4 shows a schematic diagram of the layout of the first global wiring layer of the IO cell 10 according to the first exemplary embodiment.
図4に示すように、実施の形態1にかかるIOセル10では、第1のグローバル配線層には、第1の電源配線(例えば、第1層電源配線31)及び第2の電源配線(第1層接地配線32)が配置される。第1層電源配線31には電源電圧が供給され、第1層接地配線32には、接地電圧が供給される。第1層電源配線31は、ビア30により図3に示したPMOSトランジスタのソースと接続される。また、第1層接地配線32は、ビア30により図3に示したNMOSトランジスタのソースと接続される。なお、第1層電源配線31及び第1層接地配線32と、トランジスタとは、ビア30を含むスタックビア、或いは、ローカル配線層と他のビアを含む配線構造により電気的に接続される。 As shown in FIG. 4, in the IO cell 10 according to the first embodiment, the first global wiring layer includes a first power supply wiring (for example, the first layer power supply wiring 31) and a second power supply wiring (first One layer ground wiring 32) is arranged. A power supply voltage is supplied to the first layer power supply wiring 31, and a ground voltage is supplied to the first layer ground wiring 32. The first layer power supply wiring 31 is connected to the source of the PMOS transistor shown in FIG. The first layer ground wiring 32 is connected to the source of the NMOS transistor shown in FIG. Note that the first-layer power supply wiring 31 and the first-layer ground wiring 32 and the transistor are electrically connected by a stack via including the via 30 or a wiring structure including the local wiring layer and another via.
第1層電源配線31及び第1層接地配線32は、X方向と平行する方向に延在するように形成される配線である。第1層電源配線31は、主にN型ウェル領域20の上層を覆うように配置され、第1層接地配線32は、主にP型ウェル領域23の上層を覆うように配置される。そして、X方向と平行する辺を第1層電源配線31及び第1層接地配線32の側面とすると、第1層電源配線31及び第1層接地配線32は、少なくとも一方の側面に沿って凹凸を有する。また、図4に示すように、第1層電源配線31の凸部と第1層接地配線32の凹部は、互いに噛み合うように形成される。つまり、第1層電源配線31及び第1層接地配線32は、互いの凹凸部が噛み合うように配置される。 The first layer power supply wiring 31 and the first layer ground wiring 32 are wirings formed to extend in a direction parallel to the X direction. The first layer power supply wiring 31 is disposed so as to mainly cover the upper layer of the N-type well region 20, and the first layer ground wiring 32 is disposed so as to mainly cover the upper layer of the P-type well region 23. If the side parallel to the X direction is the side surface of the first layer power supply wiring 31 and the first layer ground wiring 32, the first layer power supply wiring 31 and the first layer ground wiring 32 are uneven along at least one side surface. Have Further, as shown in FIG. 4, the convex portion of the first layer power supply wiring 31 and the concave portion of the first layer ground wiring 32 are formed so as to mesh with each other. That is, the first layer power supply wiring 31 and the first layer ground wiring 32 are arranged so that the concavo-convex portions of each other mesh with each other.
また、図4に示すように、第1層電源配線31の凸部の先端は、第1層電源配線31の下部に形成されるN型ウェル領域20に隣接するP型ウェル領域23の上層に形成される。また、第1層接地配線32の凸部の先端は、第1層接地配線32の下部に形成されるP型ウェル領域23に隣接するN型ウェル領域20の上部に位置するように形成される。つまり、第1層電源配線31及び第1層接地配線32の凸部の先端は、N型ウェル領域20とP型ウェル領域23との境界線のZ方向の延長線を越えた位置に形成される。 Further, as shown in FIG. 4, the tip of the convex portion of the first layer power supply wiring 31 is located above the P type well region 23 adjacent to the N type well region 20 formed below the first layer power supply wiring 31. It is formed. Further, the tip of the convex portion of the first layer ground wiring 32 is formed so as to be located above the N type well region 20 adjacent to the P type well region 23 formed below the first layer ground wiring 32. . That is, the tips of the convex portions of the first layer power supply wiring 31 and the first layer ground wiring 32 are formed at positions that extend beyond the Z-direction extension of the boundary line between the N-type well region 20 and the P-type well region 23. The
また、別の観点では、第1層電源配線31及び第1層接地配線32は、側面に配線が櫛歯状に突出した形状を有し、第1層電源配線31の櫛歯と第1層接地配線32の櫛歯とが互いに噛み合うように形成される。 In another aspect, the first layer power supply wiring 31 and the first layer ground wiring 32 have a shape in which the wiring protrudes in a comb shape on the side surface, and the comb teeth of the first layer power supply wiring 31 and the first layer It is formed so that the comb teeth of the ground wiring 32 are engaged with each other.
続いて、図5に実施の形態1にかかるIOセルの第2のグローバル配線層のレイアウトの概略図を示す。図5に示すように、第2のグローバル配線層には、第2層電源配線41及び第2層接地配線42が配置される。第2層電源配線41には第1の電源が供給され、第2層接地配線42には第2の電源が供給される。図5に示す例では、第2層電源配線41及び第2層接地配線42は、それぞれ2本の配線が1つの配線対となるように形成されている。詳細は後述するが、実施の形態1にかかる半導体装置1では、第2のグローバル配線層において、1つの配線対として配置される第2層電源配線41を第3のグローバル配線層に形成される配線で接続することで1つの第3の電源配線とする。第2層接地配線42についても、1つの配線対として配置される第2層接地配線42を第3のグローバル配線層に形成される配線で接続することで1つの第4の電源配線とする。つまり、図5では、2つの配線で形成される配線対は、1つの配線とみなすことができる。また、図5に示すように、第2のグローバル配線層では、異なる電圧が供給される配線対がY方向に交互に配置される。 Next, FIG. 5 shows a schematic diagram of the layout of the second global wiring layer of the IO cell according to the first embodiment. As shown in FIG. 5, the second layer power wiring 41 and the second layer ground wiring 42 are arranged in the second global wiring layer. The first power is supplied to the second layer power wiring 41, and the second power is supplied to the second layer ground wiring. In the example shown in FIG. 5, the second-layer power supply wiring 41 and the second-layer ground wiring 42 are each formed so that two wirings form one wiring pair. Although details will be described later, in the semiconductor device 1 according to the first embodiment, in the second global wiring layer, the second layer power supply wiring 41 arranged as one wiring pair is formed in the third global wiring layer. One third power supply wiring is formed by connecting with wiring. Also for the second layer ground wiring 42, the second layer ground wiring 42 arranged as one wiring pair is connected by wiring formed in the third global wiring layer to form one fourth power supply wiring. That is, in FIG. 5, a wiring pair formed by two wirings can be regarded as one wiring. Also, as shown in FIG. 5, in the second global wiring layer, wiring pairs to which different voltages are supplied are alternately arranged in the Y direction.
図5に示すように、第2層電源配線41は、ビア40を介して第1のグローバル配線層において隣り合う第1層電源配線31と接続される。また、第2層接地配線42は、ビア40を介して第1のグローバル配線層において隣り合う第1層接地配線32と接続される。ここで、実施の形態1にかかる半導体装置1では、第1のグローバル配線層に形成される配線と、第2のグローバル配線層に形成される配線と、を接続するビア40は、第1層電源配線31及び第1層接地配線32の凸部の先端付近に配置される。 As shown in FIG. 5, the second layer power supply wiring 41 is connected to the adjacent first layer power supply wiring 31 in the first global wiring layer through the via 40. The second layer ground wiring 42 is connected via the via 40 to the adjacent first layer ground wiring 32 in the first global wiring layer. Here, in the semiconductor device 1 according to the first embodiment, the via 40 that connects the wiring formed in the first global wiring layer and the wiring formed in the second global wiring layer has the first layer. The power supply wiring 31 and the first layer ground wiring 32 are arranged near the tips of the convex portions.
続いて、図6に実施の形態1にかかるIOセルの第3のグローバル配線層のレイアウトの概略図を示す。図6に示すように、第3のグローバル配線層には、第3層電源配線51及び第3層接地配線52が配置される。第3層電源配線51には第1の電源が供給され、第3層接地配線52には第2の電源が供給される。図6に示す例では、第3層電源配線51及び第3層接地配線52は、それぞれ2本の配線が1つの配線対となるように形成されている。第3層電源配線51は、配線対を構成する2つの配線がそれぞれビア50を介して第2層電源配線41と接続される。つまり、第2層電源配線41及び第3層電源配線51は、同電圧が供給される配線であり、1つの第3の電源配線として機能する。第3層接地配線52は、配線対を構成する2つの配線がそれぞれビア50を介して第2層電接地線42と接続される。つまり、第2層接地配線42及び第3層接地配線52は、同電圧が供給される配線であり、1つの第4の電源配線として機能する。つまり、図6では、2つの配線で形成される配線対は、1つの配線とみなすことができる。また、図5に示すように、第3のグローバル配線層では、異なる電圧が供給される配線対がY方向に交互に配置される。 FIG. 6 is a schematic diagram showing the layout of the third global wiring layer of the IO cell according to the first embodiment. As shown in FIG. 6, a third layer power supply wiring 51 and a third layer ground wiring 52 are arranged in the third global wiring layer. The first power is supplied to the third layer power wiring 51, and the second power is supplied to the third layer ground wiring 52. In the example shown in FIG. 6, the third-layer power supply wiring 51 and the third-layer ground wiring 52 are each formed so that two wirings form one wiring pair. The third-layer power supply wiring 51 is connected to the second-layer power supply wiring 41 through the vias 50 in the two wirings constituting the wiring pair. That is, the second layer power supply line 41 and the third layer power supply line 51 are lines supplied with the same voltage, and function as one third power supply line. The third-layer ground wiring 52 is connected to the second-layer electrical grounding line 42 via the vias 50 in the two wirings constituting the wiring pair. That is, the second layer ground wiring 42 and the third layer ground wiring 52 are lines to which the same voltage is supplied, and function as one fourth power supply wiring. That is, in FIG. 6, a wiring pair formed by two wirings can be regarded as one wiring. Also, as shown in FIG. 5, in the third global wiring layer, wiring pairs to which different voltages are supplied are alternately arranged in the Y direction.
ここで、第2のグローバル配線層に形成される配線と第3のグローバル配線層に形成される配線とを接続するビア50は、できるだけ多く配置することが望ましい。ビア50をできるだけ多く配置することで、第3の電源配線及び第4の電源配線の抵抗値を低減できるためである。 Here, it is desirable to arrange as many vias 50 as possible to connect the wiring formed in the second global wiring layer and the wiring formed in the third global wiring layer. This is because the resistance values of the third power supply wiring and the fourth power supply wiring can be reduced by arranging as many vias 50 as possible.
続いて、実施の形態1にかかる半導体装置1のグローバル配線層を中心とした断面構造について説明する。なお、以下で記述するグローバル配線層を中心とした断面構造の説明では、ウェルコンタクト配線27、及び、ウェルコンタクト28等のローカル配線層に形成される配線の説明は省略する。図7に図6のVII−VII線に沿ったIOセルの断面図を示す。図7に示すように、実施の形態1にかかる半導体装置1では、半導体基板SUBの上層にN型ウェル領域20及びP型ウェル領域23が形成される。そして、N型ウェル領域20内にP型拡散領域21が形成され、P型ウェル領域23内にN型拡散領域24が形成される。そして、N型拡散領域24は、コンタクト25及びビア30を含む配線構造を介して第1層接地配線32に接続される。P型拡散領域21は、コンタクト22及びビア30を含む配線構造を介して第1層電源配線31に接続される。 Subsequently, a cross-sectional structure around the global wiring layer of the semiconductor device 1 according to the first embodiment will be described. In the description of the cross-sectional structure centering on the global wiring layer described below, the description of the wiring formed in the local wiring layers such as the well contact wiring 27 and the well contact 28 is omitted. FIG. 7 shows a cross-sectional view of the IO cell along the line VII-VII in FIG. As shown in FIG. 7, in the semiconductor device 1 according to the first embodiment, the N-type well region 20 and the P-type well region 23 are formed in the upper layer of the semiconductor substrate SUB. Then, a P-type diffusion region 21 is formed in the N-type well region 20, and an N-type diffusion region 24 is formed in the P-type well region 23. The N type diffusion region 24 is connected to the first layer ground wiring 32 through a wiring structure including the contact 25 and the via 30. The P-type diffusion region 21 is connected to the first layer power supply wiring 31 through a wiring structure including the contact 22 and the via 30.
そして、図7に示すように、VII−VII線に沿った断面における第1のグローバル配線層では、第1層電源配線31の方が第1層接地配線32よりも配線幅(Y方向の配線幅)が広く形成される。また、VII−VII線に沿った断面における第2のグローバル配線層では、第2層電源配線41により構成される配線対が第1層接地配線32の上部に形成され、第2層接地配線42により形成される配線対が第1層電源配線31の上部に形成される。また、第2層電源配線41により構成される配線対の合計配線幅と、第2層接地配線42により構成される配線対の合計配線幅は、ほぼ等しい幅で形成される。 As shown in FIG. 7, in the first global wiring layer in the cross section along the line VII-VII, the first layer power supply wiring 31 has a wiring width (wiring in the Y direction) than the first layer ground wiring 32. (Width) is formed wide. In the second global wiring layer in the cross section along the line VII-VII, a wiring pair constituted by the second layer power supply wiring 41 is formed above the first layer ground wiring 32, and the second layer ground wiring 42. A wiring pair formed by the above is formed above the first layer power supply wiring 31. Further, the total wiring width of the wiring pair constituted by the second layer power supply wiring 41 and the total wiring width of the wiring pair constituted by the second layer ground wiring 42 are formed to be substantially equal.
そして、図7に示すように、第2のグローバル配線層において配線対を構成する2つの配線は、第3のグローバル配線層に形成される同電圧が供給される配線により接続される。より具体的には、2つの第2層電源配線41は、第3層電源配線51により接続され、2つの第2層接地配線42は、第3層接地配線52により接続される。 Then, as shown in FIG. 7, the two wirings constituting the wiring pair in the second global wiring layer are connected by a wiring that is formed in the third global wiring layer and supplied with the same voltage. More specifically, the two second layer power wirings 41 are connected by a third layer power wiring 51, and the two second layer ground wirings 42 are connected by a third layer ground wiring 52.
図8に図6のVIII−VIII線に沿ったIOセルの断面図を示す。図8に示すように、VIII−VIII線に沿った断面においても半導体基板SUB上に形成されるトランジスタの構造は同じであるため、ここでは説明を省略する。 FIG. 8 shows a cross-sectional view of the IO cell along the line VIII-VIII in FIG. As shown in FIG. 8, the structure of the transistor formed over the semiconductor substrate SUB is the same in the cross section along the line VIII-VIII, and thus the description thereof is omitted here.
図8に示すように、VIII−VIII線に沿った断面における第1のグローバル配線層では、第1層接地配線32の方が第1層電源配線31よりも配線幅(Y方向の配線幅)が広く形成される。また、VIII−VIII線に沿った断面における第2のグローバル配線層では、第2層電源配線41により構成される配線対が第1層接地配線32の上部に形成され、第2層接地配線42により形成される配線対が第1層電源配線31の上部に形成される。また、第2層電源配線41により構成される配線対の合計配線幅と、第2層接地配線42により構成される配線対の合計配線幅は、ほぼ等しい幅で形成される。 As shown in FIG. 8, in the first global wiring layer in the section along the line VIII-VIII, the first layer ground wiring 32 is wider than the first layer power supply wiring 31 (wiring width in the Y direction). Is widely formed. Further, in the second global wiring layer in the cross section along the line VIII-VIII, a wiring pair constituted by the second layer power supply wiring 41 is formed above the first layer ground wiring 32, and the second layer ground wiring 42. A wiring pair formed by the above is formed above the first layer power supply wiring 31. Further, the total wiring width of the wiring pair constituted by the second layer power supply wiring 41 and the total wiring width of the wiring pair constituted by the second layer ground wiring 42 are formed to be substantially equal.
そして、図8に示すように、第2のグローバル配線層において配線対を構成する2つの配線は、第3のグローバル配線層に形成される同電圧が供給される配線により接続される。より具体的には、2つの第2層電源配線41は、第3層電源配線51により接続され、2つの第2層接地配線42は、第3層接地配線52により接続される。 Then, as shown in FIG. 8, the two wirings constituting the wiring pair in the second global wiring layer are connected by a wiring that is formed in the third global wiring layer and is supplied with the same voltage. More specifically, the two second layer power wirings 41 are connected by a third layer power wiring 51, and the two second layer ground wirings 42 are connected by a third layer ground wiring 52.
図7及び図8に示すように、実施の形態1にかかる半導体装置1では、グローバル配線層においては、トランジスタの上部において、異なる電圧の電源が供給される配線が半導体チップの鉛直方向(例えば、Z方向)に積層される構造を有する。 As shown in FIGS. 7 and 8, in the semiconductor device 1 according to the first embodiment, in the global wiring layer, the wiring to which power of different voltages is supplied is arranged in the vertical direction of the semiconductor chip (for example, (Z direction).
上記配線構造をより詳細に説明するために、図9に実施の形態1にかかるIOセルの第1のグローバル配線層から第3のグローバル配線層の電源配線の構造を示す斜視図を示す。図9に示すように、実施の形態1にかかる半導体装置では、第1のグローバル配線から第3のグローバル配線に形成される配線は全て第2の方向に延在するように形成される。そして、第1のグローバル配線層において縦方向(Y方向)に隣接する同電位の第1層電源配線31は、第2のグローバル配線層及び第3のグローバル配線層に形成される第2層電源配線41及び第3層電源配線51により接続される。また、異なる配線層に形成される配線はビア40、50により接続される。 In order to explain the wiring structure in more detail, FIG. 9 is a perspective view showing the structure of the power supply wiring from the first global wiring layer to the third global wiring layer of the IO cell according to the first embodiment. As shown in FIG. 9, in the semiconductor device according to the first embodiment, all the wirings formed from the first global wiring to the third global wiring are formed to extend in the second direction. The first-layer power supply wiring 31 of the same potential adjacent in the vertical direction (Y direction) in the first global wiring layer is a second-layer power supply formed in the second global wiring layer and the third global wiring layer. The wiring 41 and the third layer power wiring 51 are connected. In addition, wirings formed in different wiring layers are connected by vias 40 and 50.
上記説明より、実施の形態1にかかる半導体装置1では、IOセル10内に電源を供給する電源配線を全て半導体チップの外周辺に平行するX方向に延在するように形成しながら、異なる電圧が与えられる配線を挟んで隣り合う配線を相互に接続する。これにより、実施の形態1にかかる半導体装置1では、半導体チップを周回するように配置される電源配線及び接地配線の並列数を増加させて周回配線の抵抗値を小さくすることができる。 From the above description, in the semiconductor device 1 according to the first embodiment, all the power supply lines for supplying power to the IO cells 10 are formed so as to extend in the X direction parallel to the outer periphery of the semiconductor chip. Adjacent wires are connected to each other with a wire to which is given. As a result, in the semiconductor device 1 according to the first embodiment, it is possible to reduce the resistance value of the peripheral wiring by increasing the parallel number of the power supply wiring and the ground wiring arranged so as to go around the semiconductor chip.
以下では、周回配線の抵抗値の低減効果についてより詳細に説明する。そこで、図10に比較例にかかる半導体装置100の電源配線及び接地配線の構造を示す斜視図を示す。図10に示すように、比較例にかかる半導体装置100では、半導体チップの周回方向(例えば、X方向)に延在する第1の電源配線111A、第2の電源配線111Bを有する。この第1の電源配線111Aと第2の電源配線111Bは、X方向とは直交するY方向に交互に配置される。そして、半導体装置100では、異なる位置に形成される第1の電源配線111Aを第1の電源配線112Aにより接続する。また、半導体装置100では、異なる位置に形成される第2の電源配線111Bを第2の電源配線112Bにより接続する。なお、第1の電源配線111Aと第1の電源配線112Aは、ビア121A及び接続配線122Aにより構成される配線構造により接続される。また、第2の電源配線111Bと第2の電源配線112Bは、ビア121B及び接続配線122Bにより構成される配線構造により接続される。 Hereinafter, the effect of reducing the resistance value of the surrounding wiring will be described in more detail. FIG. 10 is a perspective view showing the structure of the power supply wiring and the ground wiring of the semiconductor device 100 according to the comparative example. As illustrated in FIG. 10, the semiconductor device 100 according to the comparative example includes a first power supply wiring 111 </ b> A and a second power supply wiring 111 </ b> B that extend in the circumferential direction (for example, the X direction) of the semiconductor chip. The first power supply wiring 111A and the second power supply wiring 111B are alternately arranged in the Y direction orthogonal to the X direction. In the semiconductor device 100, the first power supply wiring 111A formed at different positions is connected by the first power supply wiring 112A. Further, in the semiconductor device 100, the second power supply wiring 111B formed at different positions is connected by the second power supply wiring 112B. Note that the first power supply wiring 111A and the first power supply wiring 112A are connected by a wiring structure including a via 121A and a connection wiring 122A. Further, the second power supply wiring 111B and the second power supply wiring 112B are connected by a wiring structure constituted by the via 121B and the connection wiring 122B.
上述したように、比較例にかかる半導体装置100は、異なる配線層に直交する方向に延在する配線を設けることで、同一配線層内において離れた配置される電源配線の間を接続する。そのため、比較例にかかる半導体装置100では、電源配線の並列数が実施の形態1にかかる半導体装置1よりも少なく、配線抵抗を低減できない問題がある。 As described above, the semiconductor device 100 according to the comparative example connects the power supply wirings arranged apart in the same wiring layer by providing the wiring extending in the direction orthogonal to the different wiring layers. Therefore, the semiconductor device 100 according to the comparative example has a problem that the number of parallel power supply wirings is smaller than that of the semiconductor device 1 according to the first embodiment, and the wiring resistance cannot be reduced.
続いて、実施の形態1にかかる半導体装置1における配線抵抗と、比較例にかかる半導体装置100における配線抵抗と、を数値により比較する。そこでまず、電源配線の抵抗値を計算するための条件を以下のように定義する。なお、この検討では、比較例にかかる半導体装置の第1の電源配線111Aと第2の電源配線111BはX方向に延在するように配置し、第1の電源配線112Aと第2の電源配線112BはY方向に延在するように配置するものとする。
IOセルの幅(X方向の幅):50[μm]
IOロジック形成領域14の高さ(Y方向の幅):100[μm]
電源配線に割り当てられる高さ(Y方向の幅):50[μm]
接地配線に割り当てられる高さ(Y方向の幅):50[μm]
IOロジック形成領域14の面積:2500[μm2]
IOロジック形成領域14の動作電流:50[μA]
第1のグローバル配線層の配線1本当たりのY方向の配線幅:1.0[μm]
第1のグローバル配線層の配線のY方向の配線間隔:2.0[μm]
第2、第3のグローバル配線層の配線1本当たりのY方向の配線幅:1.0[μm]
第2、第3のグローバル配線層の配線のY方向の配線間隔:0.5[μm]
グローバル配線層の配線のシート抵抗:0.5[Ω/□]
ビア1個当たりの電流許容値:100[μA]
ビアサイズ:0.1[μm/□]
ビアの抵抗値:15[Ω]
第1のグローバル配線層の配線のX方向の配線幅:1.0[μm]
第1のグローバル配線層の配線のX方向の配線間隔:2.0[μm]
第1のグローバル配線層の配線の凸部1つ当たりのビア40の数:2[個]
第1のグローバル配線層の配線の凸部1つ当たりのビア40の配置可能数:2[個]
第1のグローバル配線層の配線の凸部1つ当たりのY方向の長さ:4.0[μm]
第2、第3のグローバル配線層間のビア50の配置間隔:0.1[μm]
Subsequently, the wiring resistance in the semiconductor device 1 according to the first embodiment and the wiring resistance in the semiconductor device 100 according to the comparative example are compared numerically. Therefore, first, the condition for calculating the resistance value of the power supply wiring is defined as follows. In this study, the first power supply wiring 111A and the second power supply wiring 111B of the semiconductor device according to the comparative example are arranged so as to extend in the X direction, and the first power supply wiring 112A and the second power supply wiring are arranged. 112B is arranged to extend in the Y direction.
IO cell width (X-direction width): 50 [μm]
Height of IO logic formation region 14 (Y-direction width): 100 [μm]
Height allocated to power supply wiring (width in Y direction): 50 [μm]
Height (width in Y direction) allocated to ground wiring: 50 [μm]
Area of IO logic formation region 14: 2500 [μm 2 ]
Operating current of IO logic formation region 14: 50 [μA]
Wiring width in the Y direction per wiring of the first global wiring layer: 1.0 [μm]
Wiring interval in the Y direction of the wiring of the first global wiring layer: 2.0 [μm]
Wiring width in the Y direction per wiring in the second and third global wiring layers: 1.0 [μm]
Wiring interval in the Y direction between the wirings of the second and third global wiring layers: 0.5 [μm]
Sheet resistance of global wiring layer wiring: 0.5 [Ω / □]
Current tolerance per via: 100 [μA]
Via size: 0.1 [μm / □]
Via resistance value: 15 [Ω]
Wiring width in the X direction of the wiring of the first global wiring layer: 1.0 [μm]
Wiring interval in the X direction of the wiring of the first global wiring layer: 2.0 [μm]
Number of vias 40 per one convex portion of the wiring of the first global wiring layer: 2 [pieces]
Number of vias 40 that can be arranged per convex portion of wiring in the first global wiring layer: 2 [pieces]
Length in the Y direction per one convex portion of the wiring of the first global wiring layer: 4.0 [μm]
Arrangement interval of vias 50 between the second and third global wiring layers: 0.1 [μm]
まず、上記条件における周回電源配線の電流許容量を考える。上記条件より、IOセル1個当たりの電流密度は、(1)式により導き出せる。
電流密度=IOロジック形成領域14の動作電流/IOロジック形成領域14の面積
=50[μA]/2500[μm2]
=0.02[μA/μm2] ・・・ (1)
次いで、ビア1個当たりの許容面積Sを(2)式に基づき算出する。
許容面積S=ビア1当たりの電流許容値/IOロジック形成領域14の電流密度
=100[μA]/0.02[μA/μm2]
=5000[μm2]
First, let us consider the current allowable amount of the circulating power supply wiring under the above conditions. From the above conditions, the current density per IO cell can be derived from equation (1).
Current density = Operating current in the IO logic formation region 14 / Area of the IO logic formation region 14 = 50 [μA] / 2500 [μm 2 ]
= 0.02 [μA / μm 2 ] (1)
Next, an allowable area S per via is calculated based on the equation (2).
Allowable area S = allowable current value per via / current density of IO logic forming region 14
= 100 [μA] /0.02 [μA / μm 2 ]
= 5000 [μm 2 ]
IOセル10では、第1のグローバル配線層と第2のグローバル配線層とを接続するビア40の個数が最も少なくなる。そこで、IOセル10内のビア40の数を算出する。まず、IOセルの高さ方向(Y方向)のビアの数について考える。上記条件より、IOロジック形成領域14の高さ方向に並べることができる第1のグローバル配線層の配線の本数は、(3)式により導き出せる。
第1のグローバル配線層の配線の本数
=50[μm]/(1.0[μm]+2.0[μm])
=16.6667 ・・・ (3)
ここで、配線の本数は、必ず整数となるため、(3)式から第1のグローバル配線層の配線の本数は、16本となる。そして、この16本の配線は、それぞれ両側面に沿ってビア40が配置される。そのため、IOロジック形成領域14では、ビア40は、Y方向に16個並ぶとことになる。
In the IO cell 10, the number of vias 40 connecting the first global wiring layer and the second global wiring layer is the smallest. Therefore, the number of vias 40 in the IO cell 10 is calculated. First, consider the number of vias in the height direction (Y direction) of the IO cell. From the above conditions, the number of wirings in the first global wiring layer that can be arranged in the height direction of the IO logic formation region 14 can be derived from the equation (3).
Number of wirings in the first global wiring layer = 50 [μm] / (1.0 [μm] +2.0 [μm])
= 16.6667 (3)
Here, since the number of wirings is always an integer, the number of wirings in the first global wiring layer is 16 from equation (3). The 16 wirings are each provided with vias 40 along both side surfaces. Therefore, 16 vias 40 are arranged in the Y direction in the IO logic formation region 14.
次いで、IOロジック形成領域14の幅方向(X方向)のビアの数について考える。上記条件より、IOロジック形成領域14の幅方向に並べることができる凸部の数は、(4)式により導き出せる。
幅方向に並べることができる凸部の数
=50[μm]/(1.0[μm]+2.0[μm])
=16.6667 ・・・(4)
ここで、凸部の数は必ず整数となるため、(4)式から幅方向に並べることができる凸部の数は、16個となる。そして、この16個の凸部には、それぞれ2個のビア40が配置される。そのため、IOロジック形成領域14では、ビア40は、X方向に32個並ぶとことになる。
Next, the number of vias in the width direction (X direction) of the IO logic formation region 14 will be considered. From the above conditions, the number of convex portions that can be arranged in the width direction of the IO logic formation region 14 can be derived from the equation (4).
Number of convex portions that can be arranged in the width direction = 50 [μm] / (1.0 [μm] +2.0 [μm])
= 16.6667 (4)
Here, since the number of convex portions is always an integer, the number of convex portions that can be arranged in the width direction from Equation (4) is 16. Then, two vias 40 are arranged on each of the 16 convex portions. Therefore, 32 vias 40 are arranged in the X direction in the IO logic formation region 14.
上記計算より、IOロジック形成領域14には、16[個]×32[個]=512[個]のビア40が配置されることが分かる。上記計算と同様に、比較例にかかる半導体装置100のIOセルに設けられるIOロジック形成領域のビア40の数を算出すると、比較例にかかる半導体装置100では、1つのIOロジック形成領域当たり4096個のビア40が設けられることになる。 From the above calculation, it is understood that 16 [numbers] × 32 [numbers] = 512 [numbers] of vias 40 are arranged in the IO logic formation region 14. Similar to the above calculation, when the number of vias 40 in the IO logic formation region provided in the IO cell of the semiconductor device 100 according to the comparative example is calculated, 4096 per IO logic formation region in the semiconductor device 100 according to the comparative example. The via 40 is provided.
そして、上記条件より、ビア1個当たりの電流許容量は100μAであるため、ビアの個数と電流許容量との積から1つのIOロジック形成領域に供給可能な電流量を算出する。この計算結果をまとめた表を図11に示す。図11に示すように、実施の形態1にかかるIOロジック形成領域14では51.2mA、比較例にかかる半導体装置100のIOロジック形成領域では409.6mAとなる。一方、上記条件のIOロジック形成領域14の動作電流は、50[μA]である。つまり、実施の形態1にかかる半導体装置1は、比較例にかかる半導体装置100よりもIOロジック形成領域14に流すことができる電流量は少ないものの、十分な電流許容量を有していることが分かる。 From the above conditions, since the allowable current per via is 100 μA, the amount of current that can be supplied to one IO logic formation region is calculated from the product of the number of vias and the allowable current. A table summarizing the calculation results is shown in FIG. As shown in FIG. 11, the IO logic formation region 14 according to the first embodiment has 51.2 mA, and the IO logic formation region of the semiconductor device 100 according to the comparative example has 409.6 mA. On the other hand, the operating current of the IO logic formation region 14 under the above conditions is 50 [μA]. That is, the semiconductor device 1 according to the first embodiment has a sufficient current allowable amount although the amount of current that can be passed through the IO logic formation region 14 is smaller than that of the semiconductor device 100 according to the comparative example. I understand.
続いて、実施の形態1にかかる半導体装置1と比較例にかかる半導体装置100のグローバル配線の配線抵抗について考える。まず、X方向の配線抵抗について考える。X方向の配線抵抗は、各グローバル配線層においてY方向に並ぶ配線の本数に依存する。つまり、X方向の配線抵抗は、X方向に延在する配線の並列抵抗を考えればよい。そこで、図12に実施の形態1にかかるIOセルと比較例にかかる半導体装置のIOセルにおけるグローバル配線層の横方向(X方向)の配線数と配線抵抗との関係を示した表を示す。図12に示すように、比較例にかかる半導体装置100では、第2のグローバル配線層と第3のグローバル配線層にのみX方向に延在する配線が設けられる。ここで、比較例にかかる半導体装置100のIOロジック形成領域では、(3)式から算出されるように、各配線層に16本の配線が設けられる。一方、実施の形態1にかかる半導体装置1では、第1のグローバル配線層にX方向に延在する配線が8本、第2のグローバル配線層と第3のグローバル配線層にX方向に延在する配線が16本ずつ配置される。そのため、X方向の配線抵抗は、配線数が多い実施の形態1にかかる半導体装置1の方が小さくなる。 Next, the wiring resistance of the global wiring of the semiconductor device 1 according to the first embodiment and the semiconductor device 100 according to the comparative example will be considered. First, consider the wiring resistance in the X direction. The wiring resistance in the X direction depends on the number of wirings arranged in the Y direction in each global wiring layer. That is, the wiring resistance in the X direction may be a parallel resistance of wiring extending in the X direction. FIG. 12 is a table showing the relationship between the number of wirings in the lateral direction (X direction) of the global wiring layer and the wiring resistance in the IO cell according to the first embodiment and the IO cell of the semiconductor device according to the comparative example. As shown in FIG. 12, in the semiconductor device 100 according to the comparative example, wiring extending in the X direction is provided only in the second global wiring layer and the third global wiring layer. Here, in the IO logic formation region of the semiconductor device 100 according to the comparative example, 16 wirings are provided in each wiring layer as calculated from the equation (3). On the other hand, in the semiconductor device 1 according to the first embodiment, eight wires extend in the X direction in the first global wiring layer, and extend in the X direction in the second global wiring layer and the third global wiring layer. Sixteen wirings to be arranged are arranged. Therefore, the wiring resistance in the X direction is smaller in the semiconductor device 1 according to the first embodiment having a larger number of wirings.
次いで、図13に実施の形態1にかかるIOセルと比較例にかかる半導体装置のIOセルにおけるグローバル配線層の縦方向(Y方向)の配線数と配線抵抗との関係を示した表を示す。図13に示すように、比較例にかかる半導体装置100では、第1のグローバル配線層にのみY方向に延在する配線が設けられる。ここで、比較例にかかる半導体装置100のIOロジック形成領域では、(3)式から算出されるように、第1のグローバル配線層に16本の配線が設けられる。一方、実施の形態1にかかる半導体装置1では、第1のグローバル配線層にX方向に延在する配線が16本配置される。また、実施の形態1にかかる半導体装置1は、第1のグローバル配線層と第2のグローバル配線層と間の第1のビア層内に配置されるビアの個数が2個、第2のグローバル配線層と第3のグローバル配線層と間の第2のビア層内に配置されるビアの個数が250個配置される。 Next, FIG. 13 is a table showing the relationship between the number of wirings in the vertical direction (Y direction) of the global wiring layer and the wiring resistance in the IO cell according to the first embodiment and the IO cell of the semiconductor device according to the comparative example. As shown in FIG. 13, in the semiconductor device 100 according to the comparative example, a wiring extending in the Y direction is provided only in the first global wiring layer. Here, in the IO logic formation region of the semiconductor device 100 according to the comparative example, 16 wires are provided in the first global wiring layer as calculated from the equation (3). On the other hand, in the semiconductor device 1 according to the first embodiment, 16 wires extending in the X direction are arranged in the first global wiring layer. Further, in the semiconductor device 1 according to the first embodiment, the number of vias arranged in the first via layer between the first global wiring layer and the second global wiring layer is two, and the second global 250 vias are arranged in the second via layer between the wiring layer and the third global wiring layer.
ここで、第2のビア層内のビアの数は、(5)式に基づき算出される。
第2のビア層内のビアの数=IOセルの幅/(ビアサイズ+ビアの配置間隔)
=50[μm]/(0.1[μm]+0.1[μm])
=250[個] ・・・ (5)
Here, the number of vias in the second via layer is calculated based on equation (5).
Number of vias in second via layer = IO cell width / (via size + via arrangement interval)
= 50 [μm] / (0.1 [μm] +0.1 [μm])
= 250 [pieces] (5)
そして、実施の形態1にかかる半導体装置1は、隣り合う同電圧の配線の接続に多くのビアを要するため、比較例にかかる半導体装置100よりも高い配線抵抗となる。図13に示した例では、実施の形態1にかかる半導体装置1のY方向の配線抵抗は、比較例にかかる半導体装置100のY方向の配線抵抗に対して約6.6倍の大きさとなる。 And since the semiconductor device 1 concerning Embodiment 1 requires many vias for the connection of the wiring of the same voltage adjacent, it becomes wiring resistance higher than the semiconductor device 100 concerning a comparative example. In the example shown in FIG. 13, the wiring resistance in the Y direction of the semiconductor device 1 according to the first embodiment is about 6.6 times larger than the wiring resistance in the Y direction of the semiconductor device 100 according to the comparative example. .
上記検討から、実施の形態1にかかる半導体装置1は、周回配線が延在するX方向の並列数を多くすることができるため、X方向の配線抵抗は比較例にかかる半導体装置100よりも小さくできる。一方、実施の形態1にかかる半導体装置1は、Y方向に延在する配線を有していないため、Y方向の配線抵抗については、比較例にかかる半導体装置100よりも高くなる。 From the above examination, the semiconductor device 1 according to the first embodiment can increase the parallel number in the X direction in which the circular wiring extends, and thus the wiring resistance in the X direction is smaller than that of the semiconductor device 100 according to the comparative example. it can. On the other hand, since the semiconductor device 1 according to the first embodiment does not have the wiring extending in the Y direction, the wiring resistance in the Y direction is higher than that of the semiconductor device 100 according to the comparative example.
しかしながら、近年の半導体装置では、1つの半導体チップに搭載されるIOセル10の数が多くなっている。つまり、近年の半導体装置では、1つの周回配線に接続されるIOセルの数が増加している。上記検討から、実施の形態1にかかるIOセル10では、X方向の配線抵抗が小さく、Y方向の配線抵抗が大きい。そして、IOセル10を並べる数を増やした場合、周回配線の距離が伸びるため、X方向の配線抵抗は増加し、Y方向の配線抵抗は並列数の増加に起因して小さくなる傾向がある。 However, in recent semiconductor devices, the number of IO cells 10 mounted on one semiconductor chip is increasing. That is, in recent semiconductor devices, the number of IO cells connected to one circuit line is increasing. From the above examination, in the IO cell 10 according to the first embodiment, the wiring resistance in the X direction is small and the wiring resistance in the Y direction is large. When the number of IO cells 10 arranged is increased, the distance between the peripheral wirings increases, so that the wiring resistance in the X direction increases and the wiring resistance in the Y direction tends to decrease due to the increase in the number of parallel connections.
そこで、以下では、並べられるIOセル10の数に対する配線抵抗について検討する。そこで、図14に比較例にかかる半導体装置において周回配線に接続されるIOセルの数と電源配線の抵抗値の関係を示した表を示し、図15に実施の形態1にかかる半導体装置において周回配線に接続されるIOセルの数と電源配線の抵抗値の関係を示した表を示す。 Therefore, in the following, the wiring resistance with respect to the number of IO cells 10 arranged will be examined. FIG. 14 shows a table showing the relationship between the number of IO cells connected to the peripheral wiring and the resistance value of the power supply wiring in the semiconductor device according to the comparative example, and FIG. 15 shows the peripheral circuit in the semiconductor device according to the first embodiment. The table | surface which showed the relationship between the number of IO cells connected to wiring, and the resistance value of power supply wiring is shown.
図14に示すように、比較例にかかる半導体装置100では、周回配線に接続されるIOセルの数が増加すると、X方向の配線抵抗は単調増加し、Y方向の配線抵抗は単調減少となる。そして、比較例にかかる半導体装置100では、X方向の配線抵抗とY方向の配線抵抗の合計抵抗は、単調増加となる。これは、X方向の配線抵抗の増加量をY方向の配線抵抗の減少量が常に下回るためである。 As shown in FIG. 14, in the semiconductor device 100 according to the comparative example, when the number of IO cells connected to the peripheral wiring increases, the wiring resistance in the X direction monotonously increases and the wiring resistance in the Y direction monotonously decreases. . In the semiconductor device 100 according to the comparative example, the total resistance of the wiring resistance in the X direction and the wiring resistance in the Y direction increases monotonously. This is because the amount of decrease in the wiring resistance in the Y direction is always less than the amount of increase in the wiring resistance in the X direction.
一方、図15に示すように、実施の形態1にかかる半導体装置1でも周回配線に接続されるIOセルの数が増加すると、X方向の配線抵抗は単調増加し、Y方向の配線抵抗は単調減少となる。そして、実施の形態1にかかる半導体装置1では、X方向の配線抵抗とY方向の配線抵抗の合計抵抗は、周回配線に接続されるIOセルの数が4個までは単調減少となり、周回配線に接続されるIOセルの数が5個以上になると単調増加となる。これは、IOセル10の並列数が4個までは、Y方向の配線抵抗の減少量がX方向の配線抵抗の増加量を上回るためである。 On the other hand, as shown in FIG. 15, in the semiconductor device 1 according to the first embodiment, when the number of IO cells connected to the peripheral wiring increases, the wiring resistance in the X direction monotonously increases and the wiring resistance in the Y direction monotonously. Decrease. In the semiconductor device 1 according to the first embodiment, the total resistance of the wiring resistance in the X direction and the wiring resistance in the Y direction is monotonously decreased until the number of IO cells connected to the circumferential wiring is four. When the number of IO cells connected to is 5 or more, it increases monotonously. This is because the amount of decrease in the wiring resistance in the Y direction exceeds the amount of increase in the wiring resistance in the X direction when the number of parallel IO cells 10 is four.
上記図14に示した合計抵抗と、図15に示した合計抵抗とを比較したグラフを図16に示す。図16に示すように、実施の形態1にかかる半導体装置1は、合計抵抗がIOセル10の並列数が少ない場合は、比較例にかかる半導体装置100よりも抵抗値が高い、しかし、並列数が8個以上になると、実施の形態1にかかる半導体装置1の合計抵抗は、比較例にかかる半導体装置100の合計抵抗を下回る。これは、実施の形態1にかかる半導体装置1の合計抵抗の増加率が比較例にかかる半導体装置100の合計抵抗の増加率よりも小さいためである。そして、IOセル10の並列数が20個になった時点では、実施の形態1にかかる半導体装置1の合計抵抗は、比較例にかかる半導体装置100の合計抵抗よりも20%程度小さくなる。 FIG. 16 shows a graph comparing the total resistance shown in FIG. 14 with the total resistance shown in FIG. As shown in FIG. 16, the semiconductor device 1 according to the first embodiment has a higher resistance value than the semiconductor device 100 according to the comparative example when the total resistance has a small number of IO cells 10 in parallel. When the number is eight or more, the total resistance of the semiconductor device 1 according to the first embodiment is lower than the total resistance of the semiconductor device 100 according to the comparative example. This is because the increase rate of the total resistance of the semiconductor device 1 according to the first embodiment is smaller than the increase rate of the total resistance of the semiconductor device 100 according to the comparative example. When the number of IO cells 10 in parallel reaches 20, the total resistance of the semiconductor device 1 according to the first embodiment is about 20% smaller than the total resistance of the semiconductor device 100 according to the comparative example.
上記説明より、実施の形態1にかかる半導体装置1では、1つの周回配線に接続されるIOセル10の数が増加するほど周回配線の抵抗値を抑制する効果が高くなる。そして、周回配線の抵抗値を抑制することで、実施の形態1にかかる半導体装置1は、周回配線で生じるIRDrop等の問題を回避することができる。また、上述したように、実施の形態1にかかる半導体装置1では、Y方向の電源配線を設けないことで、配線層の数を抑制しながらX方向の配線抵抗を抑制し、1つの周回配線に接続されるIOセル10が増加した場合の配線抵抗の増加を抑制することができる。つまり、実施の形態1にかかる半導体装置1では、1つの周回配線に接続されるIOセル10の数が増加する程、配線抵抗を抑制する効果が高まる。 From the above description, in the semiconductor device 1 according to the first embodiment, the effect of suppressing the resistance value of the peripheral wiring increases as the number of IO cells 10 connected to one peripheral wiring increases. Then, by suppressing the resistance value of the surrounding wiring, the semiconductor device 1 according to the first embodiment can avoid problems such as IRDrop that occur in the surrounding wiring. In addition, as described above, in the semiconductor device 1 according to the first embodiment, by not providing the power supply wiring in the Y direction, the wiring resistance in the X direction is suppressed while suppressing the number of wiring layers, and one circuit wiring is provided. It is possible to suppress an increase in wiring resistance when the number of IO cells 10 connected to is increased. That is, in the semiconductor device 1 according to the first embodiment, the effect of suppressing the wiring resistance increases as the number of the IO cells 10 connected to one peripheral wiring increases.
また、周回配線の抵抗値を抑制することで、周回配線に電源を供給する電源回路の駆動能力を抑制することができ、半導体チップの面積を抑制することができる効果も生じる。また、別の観点では、実施の形態1にかかる半導体装置1は、一定のIRDropを維持しながら1つの電源回路に接続するIOセル10を増やすことができる。このように、1つの電源回路に接続されるIOセル10の数を増やすことで、電源回路の数を削減して半導体チップの面積を削減することもできる。 In addition, by suppressing the resistance value of the peripheral wiring, it is possible to suppress the driving capability of the power supply circuit that supplies power to the peripheral wiring, and it is possible to reduce the area of the semiconductor chip. From another viewpoint, the semiconductor device 1 according to the first embodiment can increase the number of IO cells 10 connected to one power supply circuit while maintaining a constant IRDrop. Thus, by increasing the number of IO cells 10 connected to one power supply circuit, the number of power supply circuits can be reduced and the area of the semiconductor chip can be reduced.
また、近年の半導体装置では、IOセル10の数が20個以上となることがほとんどであり、実施の形態1にかかるIOセル10による配線抵抗の削減効果は非常に大きい。また、近年の半導体装置では、半導体装置の信頼性向上のため、配線層の数を抑制することが求められており、少ない配線層の数であっても配線抵抗を抑制できる実施の形態1にかかるIOセル10を用いる効果は高い。 Further, in recent semiconductor devices, the number of IO cells 10 is almost 20 or more, and the effect of reducing the wiring resistance by the IO cells 10 according to the first embodiment is very large. Further, in recent semiconductor devices, it is required to suppress the number of wiring layers in order to improve the reliability of the semiconductor device, and the first embodiment can suppress the wiring resistance even with a small number of wiring layers. The effect of using the IO cell 10 is high.
実施の形態2
実施の形態2では、第1のグローバル配線から第3のグローバル配線に形成される配線の形状の別の形態について説明する。より具体的には、実施の形態2では、第2のグローバル配線層に形成される第3の電源配線の側面に凹凸を形成する例について説明する。そのため、実施の形態2にかかる半導体装置においても、トランジスタは図3に示したレイアウトとなる。また、実施の形態2にかかるグローバル配線の配線構造を有するIOセルを以下ではIOセル60と称す。
Embodiment 2
In the second embodiment, another form of the shape of the wiring formed from the first global wiring to the third global wiring will be described. More specifically, in the second embodiment, an example in which unevenness is formed on the side surface of the third power supply wiring formed in the second global wiring layer will be described. Therefore, also in the semiconductor device according to the second embodiment, the transistor has the layout shown in FIG. An IO cell having a global wiring structure according to the second embodiment is hereinafter referred to as an IO cell 60.
実施の形態2にかかる半導体装置のグローバル配線層毎のレイアウトを図17〜図19に示す。図17に実施の形態2にかかるIOセル60の第1のグローバル配線層のレイアウトの概略図を示す。 The layout for each global wiring layer of the semiconductor device according to the second embodiment is shown in FIGS. FIG. 17 shows a schematic diagram of the layout of the first global wiring layer of the IO cell 60 according to the second exemplary embodiment.
図17に示すように、実施の形態2にかかるIOセル60では、第1のグローバル配線層には、第1の電源配線(例えば、第1層電源配線62)及び第2の電源配線(第1層接地配線63)が配置される。つまり、第1層電源配線62には電源電圧が供給され、第1層接地配線63には、接地電圧が供給される。第1層電源配線62は、ビア61により図3に示したPMOSトランジスタのソースと接続される。また、第1層接地配線63は、ビア61により図3に示したNMOSトランジスタのソースと接続される。なお、第1層電源配線62及び第1層接地配線63と、トランジスタとは、ビア61を含むスタックビア、或いは、ローカル配線層と他のビアを含む配線構造により電気的に接続される。 As shown in FIG. 17, in the IO cell 60 according to the second embodiment, the first global wiring layer includes the first power supply wiring (for example, the first layer power supply wiring 62) and the second power supply wiring (first power supply wiring). A first layer ground wiring 63) is arranged. That is, the power supply voltage is supplied to the first layer power supply wiring 62, and the ground voltage is supplied to the first layer ground wiring 63. The first layer power supply wiring 62 is connected to the source of the PMOS transistor shown in FIG. The first layer ground wiring 63 is connected to the source of the NMOS transistor shown in FIG. Note that the first layer power supply wiring 62 and the first layer ground wiring 63 and the transistor are electrically connected by a stack via including the via 61 or a wiring structure including the local wiring layer and another via.
第1層電源配線62及び第1層接地配線63は、X方向と平行する方向に延在するように形成される配線である。第1層電源配線62は、主にN型ウェル領域20の上層に配置され、第1層接地配線63は、主にP型ウェル領域23の上層に配置される。そして、実施の形態2では、第1層電源配線62と第1層接地配線63は、側面に凹凸を有していない形状となる。 The first layer power supply wiring 62 and the first layer ground wiring 63 are wirings formed so as to extend in a direction parallel to the X direction. The first layer power supply wiring 62 is mainly disposed in the upper layer of the N-type well region 20, and the first layer ground wiring 63 is mainly disposed in the upper layer of the P-type well region 23. In the second embodiment, the first layer power supply wiring 62 and the first layer ground wiring 63 have a shape that does not have irregularities on the side surfaces.
続いて、図18に実施の形態2にかかるIOセル60の第2のグローバル配線層のレイアウトの概略図を示す。図18に示すように、第2のグローバル配線層には、第2層電源配線65及び第2層接地配線66が配置される。第2層電源配線65には第1の電源が供給され、第2層接地配線66には第2の電源が供給される。そして、図18に示すように、第2のグローバル配線層では、第2層電源配線65及び第2層接地配線66が、Y方向に交互に配置される。 Next, FIG. 18 shows a schematic diagram of the layout of the second global wiring layer of the IO cell 60 according to the second exemplary embodiment. As shown in FIG. 18, a second layer power supply wiring 65 and a second layer ground wiring 66 are arranged in the second global wiring layer. A first power supply is supplied to the second layer power supply wiring 65, and a second power supply is supplied to the second layer ground wiring 66. As shown in FIG. 18, in the second global wiring layer, the second layer power supply wiring 65 and the second layer ground wiring 66 are alternately arranged in the Y direction.
また、図18に示すように、第2層電源配線65及び第2層接地配線66は、それぞれ少なくとも一方の側面に凹凸を有する。そして、第2層電源配線65の凸部と第2層接地配線66の凹部は、互いに噛み合うように形成される。つまり、第2層電源配線65及び第2層接地配線66は、互いの凹凸部が噛み合うように配置される。 As shown in FIG. 18, each of the second layer power supply wiring 65 and the second layer ground wiring 66 has irregularities on at least one side surface. The convex portion of the second layer power supply wiring 65 and the concave portion of the second layer ground wiring 66 are formed so as to mesh with each other. That is, the second layer power supply wiring 65 and the second layer ground wiring 66 are arranged so that their concavo-convex portions are engaged with each other.
図18に示すように、第2層電源配線65は、第2層電源配線65の下部に形成される第1層接地配線63の上層に形成される。第2層電源配線65の凸部の先端は、第1のグローバル配線層において隣り合う第1層電源配線62の上層に位置するように形成される。そして、第2層電源配線65は、凸部の先端付近に設けられたビア64により、第1のグローバル配線層において隣り合う第1層電源配線62と接続される。つまり、第2層電源配線65は、他のグローバル配線層に形成される2つの電源配線を接続する第3の電源配線に相当する。 As shown in FIG. 18, the second layer power wiring 65 is formed in an upper layer of the first layer ground wiring 63 formed below the second layer power wiring 65. The tip of the convex portion of the second layer power supply wiring 65 is formed so as to be located above the adjacent first layer power supply wiring 62 in the first global wiring layer. The second layer power supply wiring 65 is connected to the adjacent first layer power supply wiring 62 in the first global wiring layer by a via 64 provided near the tip of the convex portion. That is, the second layer power supply wiring 65 corresponds to a third power supply wiring that connects two power supply wirings formed in another global wiring layer.
また、図18に示すように、第2層接地配線66は、第2層接地配線66の下部に形成される第1層電源配線62の上層に形成される。第2層接地配線66の凸部の先端は、第1のグローバル配線層において隣り合う第1層接地配線63の上層に位置するように形成される。第2層接地配線66は、凸部の先端付近に設けられたビア64により、第1のグローバル配線層において隣り合う第1層接地配線63と接続される。つまり、第2層電源配線65は、他のグローバル配線層に形成される2つの電源配線を接続する第4の電源配線に相当する。 As shown in FIG. 18, the second layer ground wiring 66 is formed in an upper layer of the first layer power wiring 62 formed below the second layer ground wiring 66. The tip of the convex portion of the second layer ground wiring 66 is formed so as to be located in the upper layer of the first layer ground wiring 63 adjacent in the first global wiring layer. The second layer ground wiring 66 is connected to the adjacent first layer ground wiring 63 in the first global wiring layer by a via 64 provided near the tip of the convex portion. That is, the second layer power wiring 65 corresponds to a fourth power wiring that connects two power wirings formed in another global wiring layer.
実施の形態2では、他のグローバル配線層に形成される配線を接続する第3の電源配線及び第4の電源配線を1つのグローバル配線層に形成される配線により形成することができる。つまり、第2層電源配線65及び第2層接地配線66の凸部の先端は、N型ウェル領域20とP型ウェル領域23との境界線のZ方向の延長線を越えた位置に形成される。 In the second embodiment, the third power supply wiring and the fourth power supply wiring that connect wirings formed in other global wiring layers can be formed by wirings formed in one global wiring layer. That is, the tips of the convex portions of the second layer power supply wiring 65 and the second layer ground wiring 66 are formed at positions that extend beyond the Z-direction extension of the boundary line between the N-type well region 20 and the P-type well region 23. The
続いて、図19に実施の形態2にかかるIOセル60の第3のグローバル配線層のレイアウトの概略図を示す。図19に示すように、第3のグローバル配線層には、第3層電源配線68及び第3層接地配線69が配置される。第3層電源配線68には第1の電源が供給され、第3層接地配線69には第2の電源が供給される。図19に示す例では、第3層電源配線68及び第3層接地配線69は、それぞれ2本の配線が1つの配線対となるように形成されている。第3層電源配線68は、配線対を構成する2つの配線がそれぞれビア67を介して第2層電源配線65と接続される。第3層接地配線69は、配線対を構成する2つの配線がそれぞれビア67を介して第2層電接地線66と接続される。図19では、2つの配線で形成される配線対は、1つの配線とみなすことができる。また、図19に示すように、第3のグローバル配線層では、異なる電圧が供給される配線対がY方向に交互に配置される。 Next, FIG. 19 shows a schematic diagram of the layout of the third global wiring layer of the IO cell 60 according to the second exemplary embodiment. As shown in FIG. 19, a third layer power supply wiring 68 and a third layer ground wiring 69 are arranged in the third global wiring layer. The first power supply is supplied to the third layer power supply wiring 68, and the second power supply is supplied to the third layer ground wiring 69. In the example shown in FIG. 19, the third-layer power supply wiring 68 and the third-layer ground wiring 69 are formed so that each of the two wirings forms one wiring pair. The third-layer power supply wiring 68 is connected to the second-layer power supply wiring 65 through vias 67, respectively, in the two wirings constituting the wiring pair. The third layer ground wiring 69 is connected to the second layer electrical ground line 66 through two vias 67 in the two wirings constituting the wiring pair. In FIG. 19, a wiring pair formed by two wirings can be regarded as one wiring. Further, as shown in FIG. 19, in the third global wiring layer, wiring pairs to which different voltages are supplied are alternately arranged in the Y direction.
ここで、第2のグローバル配線層に形成される配線と第3のグローバル配線層に形成される配線とを接続するビア67は、できるだけ多く配置することが望ましい。ビア67をできるだけ多く配置することで、第3の電源配線及び第4の電源配線の抵抗値を低減できるためである。 Here, it is desirable to arrange as many vias 67 as possible to connect the wirings formed in the second global wiring layer and the wirings formed in the third global wiring layer. This is because the resistance values of the third power supply wiring and the fourth power supply wiring can be reduced by arranging as many vias 67 as possible.
続いて、実施の形態2にかかる半導体装置のグローバル配線層を中心とした断面構造について説明する。なお、実施の形態2においてもトランジスタの断面構造は同じであるため、説明を省略し、グローバル配線層に形成される配線に関してのみ説明を行う。 Next, a cross-sectional structure around the global wiring layer of the semiconductor device according to the second embodiment will be described. Note that since the cross-sectional structure of the transistor is the same in Embodiment 2, the description is omitted and only the wiring formed in the global wiring layer is described.
図20に図19のXX−XX線に沿ったIOセルの断面図を示す。図20に示すように、XX−XX線に沿った断面における第1のグローバル配線層では、第1層電源配線62と第1層接地配線63がほぼ同じ配線幅で形成される。また、XX−XX線に沿った断面における第2のグローバル配線層では、第2層接地配線66の方が第2層電源配線65よりも配線幅(Y方向の配線幅)が広く形成される。第2層電源配線65は、第1層接地配線63の上部に形成され、第2層接地配線66は、第1層電源配線62の上部に形成される。また、図20に示すように、実施の形態2では、第3のグローバル配線層に形成される配線は、第2のグローバル配線層に形成される同電圧の配線とビア68により接続される。 FIG. 20 is a cross-sectional view of the IO cell along the line XX-XX in FIG. As shown in FIG. 20, in the first global wiring layer in the cross section along the line XX-XX, the first layer power supply wiring 62 and the first layer ground wiring 63 are formed with substantially the same wiring width. Further, in the second global wiring layer in the cross section along the line XX-XX, the second layer ground wiring 66 is formed wider than the second layer power supply wiring 65 (wiring width in the Y direction). . The second layer power wiring 65 is formed above the first layer ground wiring 63, and the second layer ground wiring 66 is formed above the first layer power wiring 62. As shown in FIG. 20, in the second embodiment, the wiring formed in the third global wiring layer is connected to the wiring of the same voltage formed in the second global wiring layer by the via 68.
図21に図19のXXI−XXI線に沿ったIOセルの断面図を示す。図21に示すように、XXI−XXI線に沿った断面においても、第1のグローバル配線層では、第1層電源配線62と第1層接地配線63がほぼ同じ配線幅で形成される。また、XXI−XXI線に沿った断面における第2のグローバル配線層では、第2層電源配線65の方が第2層接地配線66よりも配線幅(Y方向の配線幅)が広く形成される。第2層電源配線65は、第1層接地配線63の上部に形成され、第2層接地配線66は、第1層電源配線62の上部に形成される。また、図21に示すように、実施の形態2では、第3のグローバル配線層に形成される配線は、第2のグローバル配線層に形成される同電圧の配線とビア68により接続される。 FIG. 21 is a cross-sectional view of the IO cell along the line XXI-XXI in FIG. As shown in FIG. 21, also in the cross section along the XXI-XXI line, the first layer power wiring 62 and the first layer ground wiring 63 are formed with substantially the same wiring width in the first global wiring layer. In the second global wiring layer in the cross section along the XXI-XXI line, the second layer power supply wiring 65 is formed to have a wider wiring width (wiring width in the Y direction) than the second layer ground wiring 66. . The second layer power wiring 65 is formed above the first layer ground wiring 63, and the second layer ground wiring 66 is formed above the first layer power wiring 62. Further, as shown in FIG. 21, in the second embodiment, the wiring formed in the third global wiring layer is connected to the wiring of the same voltage formed in the second global wiring layer by the via 68.
図20及び図21に示すように、実施の形態2にかかる半導体装置では、グローバル配線層においては、トランジスタの上部において、異なる電圧の電源が供給される配線が半導体チップの鉛直方向(例えば、Z方向)に積層される構造を有する。特に、第2の電源配線と、第2の電源配線とは異なる電圧となる第3の電源配線については、半導体チップの鉛直方向(例えば、Z方向)に積層される構造を有する点が重要である。 As shown in FIGS. 20 and 21, in the semiconductor device according to the second embodiment, in the global wiring layer, a wiring to which power of a different voltage is supplied is arranged in the vertical direction of the semiconductor chip (for example, Z Direction). In particular, it is important that the second power supply wiring and the third power supply wiring having a voltage different from that of the second power supply wiring have a structure of being stacked in the vertical direction (for example, the Z direction) of the semiconductor chip. is there.
上記説明より、実施の形態2にかかる半導体装置では、側面に凹凸を有する電源配線を第2のグローバル配線層に設けた。つまり、側面に凹凸を有する電源配線は、いずれのグローバル配線層にあっても良いが、少なくとも1層にこのような側面に凹凸を有する電源配線を設けることで、実施の形態1にかかる半導体装置の効果を得ることができる。より具体的には、前述した特徴を有することで、1つの周回配線に接続されるIOセルの数を増加させた場合の配線抵抗の低減効果を得ることができる。 From the above description, in the semiconductor device according to the second embodiment, the power supply wiring having the unevenness on the side surface is provided in the second global wiring layer. That is, the power supply wiring having the unevenness on the side surface may be in any global wiring layer, but the semiconductor device according to the first embodiment is provided by providing the power supply wiring having the unevenness on the side surface in at least one layer. The effect of can be obtained. More specifically, by having the above-described characteristics, it is possible to obtain an effect of reducing the wiring resistance when the number of IO cells connected to one circuit wiring is increased.
実施の形態3
実施の形態3では、第1のグローバル配線から第3のグローバル配線に形成される配線の形状の別の形態について説明する。より具体的には、実施の形態3では、第2のグローバル配線層に形成される配線と、第3のグローバル配線層に形成される配線と、をそれぞれ側面に凹凸を有する形状とする例について説明する。つまり、実施の形態3では、下層において隣り合う同電圧の配線を接続する第3の電源配線を第2、第3のグローバル配線層に形成するものである。そのため、実施の形態3にかかる半導体装置においても、トランジスタは図3に示したレイアウトとなる。また、実施の形態2にかかるグローバル配線の配線構造を有するIOセルを以下ではIOセル70と称す。
Embodiment 3
In the third embodiment, another form of the shape of the wiring formed from the first global wiring to the third global wiring will be described. More specifically, in Embodiment 3, an example in which the wiring formed in the second global wiring layer and the wiring formed in the third global wiring layer have a shape with unevenness on the side surfaces, respectively. explain. That is, in the third embodiment, the third power supply wiring that connects the wirings of the same voltage adjacent in the lower layer is formed in the second and third global wiring layers. Therefore, also in the semiconductor device according to the third embodiment, the transistor has the layout shown in FIG. An IO cell having a global wiring structure according to the second embodiment is hereinafter referred to as an IO cell 70.
実施の形態3にかかる半導体装置のグローバル配線層毎のレイアウトを図22〜図24に示す。図22に実施の形態3にかかるIOセル70の第1のグローバル配線層のレイアウトの概略図を示す。 The layout for each global wiring layer of the semiconductor device according to the third embodiment is shown in FIGS. FIG. 22 shows a schematic diagram of the layout of the first global wiring layer of the IO cell 70 according to the third exemplary embodiment.
図22に示すように、実施の形態2にかかるIOセル70では、第1のグローバル配線層には、第1の電源配線(例えば、第1層電源配線72)及び第2の電源配線(第1層接地配線73)が配置される。つまり、第1層電源配線72には電源電源が供給され、第1層接地配線73には、接地電圧が供給される。第1層電源配線72は、ビア71により図3に示したPMOSトランジスタのソースと接続される。また、第1層接地配線73は、ビア61により図3に示したNMOSトランジスタのソースと接続される。なお、第1層電源配線72及び第1層接地配線73と、トランジスタとは、ビア71を含むスタックビア、或いは、ローカル配線層と他のビアを含む配線構造により電気的に接続される。 As shown in FIG. 22, in the IO cell 70 according to the second exemplary embodiment, the first global wiring layer includes a first power supply wiring (for example, the first layer power supply wiring 72) and a second power supply wiring (first power supply wiring). A first layer ground wiring 73) is arranged. In other words, the power supply is supplied to the first layer power supply wiring 72, and the ground voltage is supplied to the first layer ground wiring 73. The first layer power supply wiring 72 is connected to the source of the PMOS transistor shown in FIG. The first layer ground wiring 73 is connected to the source of the NMOS transistor shown in FIG. Note that the first layer power supply wiring 72 and the first layer ground wiring 73 and the transistor are electrically connected by a stack via including the via 71 or a wiring structure including the local wiring layer and another via.
第1層電源配線72及び第1層接地配線73は、X方向と平行する方向に延在するように形成される配線である。第1層電源配線72は、主にN型ウェル領域20の上層に配置され、第1層接地配線73は、主にP型ウェル領域23の上層に配置される。そして、実施の形態3では、第1層電源配線72と第1層接地配線73は、側面に凹凸を有していない形状となる。 The first layer power supply wiring 72 and the first layer ground wiring 73 are wirings formed to extend in a direction parallel to the X direction. The first layer power supply wiring 72 is mainly disposed in the upper layer of the N-type well region 20, and the first layer ground wiring 73 is mainly disposed in the upper layer of the P-type well region 23. In the third embodiment, the first layer power supply wiring 72 and the first layer ground wiring 73 have a shape that does not have irregularities on the side surfaces.
続いて、図23に実施の形態3にかかるIOセル70の第2のグローバル配線層のレイアウトの概略図を示す。図23に示すように、第2のグローバル配線層には、第2層電源配線75及び第2層接地配線76が配置される。第2層電源配線75には第1の電源が供給され、第2層接地配線76には第2の電源が供給される。そして、図23に示すように、第2のグローバル配線層では、第2層電源配線75及び第2層接地配線76が、Y方向に交互に配置される。 Next, FIG. 23 shows a schematic diagram of the layout of the second global wiring layer of the IO cell 70 according to the third exemplary embodiment. As shown in FIG. 23, a second layer power supply wiring 75 and a second layer ground wiring 76 are arranged in the second global wiring layer. The first power is supplied to the second layer power wiring 75 and the second power is supplied to the second layer ground wiring 76. As shown in FIG. 23, in the second global wiring layer, the second layer power supply wiring 75 and the second layer ground wiring 76 are alternately arranged in the Y direction.
また、図23に示すように、第2層電源配線75及び第2層接地配線76は、それぞれ少なくとも一方の側面に凹凸を有する。そして、第2層電源配線75の凸部と第2層接地配線76の凹部は、互いに噛み合うように形成される。つまり、第2層電源配線75及び第2層接地配線76は、互いの凹凸部が噛み合うように配置される。 Further, as shown in FIG. 23, each of the second layer power supply wiring 75 and the second layer ground wiring 76 has irregularities on at least one side surface. The convex portion of the second layer power supply wiring 75 and the concave portion of the second layer ground wiring 76 are formed so as to mesh with each other. That is, the second layer power supply wiring 75 and the second layer ground wiring 76 are arranged so that the concavo-convex portions thereof are engaged with each other.
図23に示すように、第2層電源配線75は、第2層電源配線75の下部に形成される第1層接地配線73の上層に形成される。第2層電源配線75の凸部の先端は、第1のグローバル配線層において隣り合う第1層電源配線72の上層に位置するように形成される。そして、第2層電源配線75は、凸部の先端付近に設けられたビア74により、第1のグローバル配線層において隣り合う第1層電源配線72と接続される。つまり、第2層電源配線75は、他のグローバル配線層に形成される2つの電源配線を接続する第3の電源配線に相当する。 As shown in FIG. 23, the second layer power supply wiring 75 is formed in an upper layer of the first layer ground wiring 73 formed below the second layer power supply wiring 75. The tip of the convex portion of the second layer power supply wiring 75 is formed so as to be located in an upper layer of the first layer power supply wiring 72 adjacent in the first global wiring layer. The second layer power supply wiring 75 is connected to the adjacent first layer power supply wiring 72 in the first global wiring layer by a via 74 provided near the tip of the convex portion. That is, the second layer power supply wiring 75 corresponds to a third power supply wiring that connects two power supply wirings formed in another global wiring layer.
また、図23に示すように、第2層接地配線76は、第2層接地配線76の下部に形成される第1層接地配線73の上層に形成される。第2層接地配線76の凸部の先端は、第1のグローバル配線層において隣り合う第1層接地配線73の上層に位置するように形成される。第2層接地配線76は、凸部の先端付近に設けられたビア74により、第1のグローバル配線層において隣り合う第1層接地配線73と接続される。つまり、第2層電源配線75は、他のグローバル配線層に形成される2つの電源配線を接続する第4の電源配線に相当する。 Further, as shown in FIG. 23, the second layer ground wiring 76 is formed in an upper layer of the first layer ground wiring 73 formed below the second layer ground wiring 76. The tip of the convex portion of the second layer ground wiring 76 is formed so as to be located in the upper layer of the first layer ground wiring 73 adjacent in the first global wiring layer. The second layer ground wiring 76 is connected to the adjacent first layer ground wiring 73 in the first global wiring layer by a via 74 provided near the tip of the convex portion. That is, the second layer power supply wiring 75 corresponds to a fourth power supply wiring that connects two power supply wirings formed in another global wiring layer.
実施の形態3では、他のグローバル配線層に形成される配線を接続する第3の電源配線及び第4の電源配線を1つのグローバル配線層に形成される配線により形成することができる。つまり、第2層電源配線75及び第2層接地配線76の凸部の先端は、N型ウェル領域20とP型ウェル領域23との境界線のZ方向の延長線を越えた位置に形成される。 In the third embodiment, the third power supply wiring and the fourth power supply wiring that connect wirings formed in other global wiring layers can be formed by wirings formed in one global wiring layer. That is, the tips of the convex portions of the second layer power supply wiring 75 and the second layer ground wiring 76 are formed at positions that extend beyond the Z-direction extension of the boundary line between the N-type well region 20 and the P-type well region 23. The
続いて、図24に実施の形態3にかかるIOセル70の第3のグローバル配線層のレイアウトの概略図を示す。図24に示すように、第3のグローバル配線層には、第3層電源配線78及び第3層接地配線79が配置される。第3層電源配線78には第1の電源が供給され、第3層接地配線79には第2の電源が供給される。そして、図24に示すように、第2のグローバル配線層では、第3層電源配線78及び第3層接地配線79が、Y方向に交互に配置される。 FIG. 24 is a schematic diagram showing the layout of the third global wiring layer of the IO cell 70 according to the third embodiment. As shown in FIG. 24, a third layer power wiring 78 and a third layer ground wiring 79 are arranged in the third global wiring layer. The first power is supplied to the third layer power wiring 78, and the second power is supplied to the third layer ground wiring 79. Then, as shown in FIG. 24, in the second global wiring layer, the third layer power supply wiring 78 and the third layer ground wiring 79 are alternately arranged in the Y direction.
また、図24に示すように、第3層電源配線78及び第3層接地配線79は、それぞれ少なくとも一方の側面に凹凸を有する。そして、第3層電源配線78の凸部と第3層接地配線79は、互いに噛み合うように形成される。つまり、第3層電源配線78及び第3層接地配線79は、互いの凹凸部が噛み合うように配置される。 Also, as shown in FIG. 24, the third layer power supply wiring 78 and the third layer ground wiring 79 each have irregularities on at least one side surface. The convex portion of the third layer power supply wiring 78 and the third layer ground wiring 79 are formed to mesh with each other. That is, the third layer power supply wiring 78 and the third layer ground wiring 79 are arranged so that their concavo-convex portions are engaged with each other.
図24に示すように、第3層電源配線78は、第3層電源配線78の下部に形成される第2層接地配線76の上層に形成される。第3層電源配線78の凸部の先端は、第2のグローバル配線層において隣り合う第2層電源配線75の凸部の上層に位置するように形成される。そして、第3層電源配線78は、凸部の先端付近に設けられたビア77により、第2のグローバル配線層において隣り合う第2層電源配線75の凸部と接続される。つまり、第3層電源配線78は、第2のグローバル配線層に形成される2つの電源配線を接続する第3の電源配線に相当する。なお、別の観点では、第2のグローバル配線層において隣り合う第2層電源配線75は、第1の電源配線にもなる。 As shown in FIG. 24, the third layer power wiring 78 is formed in an upper layer of the second layer ground wiring 76 formed below the third layer power wiring 78. The tip of the convex portion of the third layer power supply wiring 78 is formed so as to be located above the convex portion of the second layer power supply wiring 75 adjacent in the second global wiring layer. The third layer power supply wiring 78 is connected to the convex portion of the second layer power supply wiring 75 adjacent in the second global wiring layer by a via 77 provided near the tip of the convex portion. That is, the third layer power supply wiring 78 corresponds to a third power supply wiring that connects two power supply wirings formed in the second global wiring layer. From another point of view, the second-layer power supply wiring 75 adjacent in the second global wiring layer also serves as the first power supply wiring.
また、図24に示すように、第3層接地配線79は、第3層接地配線79の下部に形成される第2層電源配線75の上層に形成される。第3層接地配線79の凸部の先端は、第2のグローバル配線層において隣り合う第2層接地配線76の上層に位置するように形成される。第3層接地配線79は、凸部の先端付近に設けられたビア77により、第2のグローバル配線層において隣り合う第2層接地配線76の凸部と接続される。つまり、第3層接地配線79は、第2のグローバル配線層に形成される2つの電源配線を接続する第4の電源配線に相当する。なお、別の観点では、第2のグローバル配線層において隣り合う第2層接地配線76は、第2の電源配線にもなる。 Further, as shown in FIG. 24, the third layer ground wiring 79 is formed in an upper layer of the second layer power wiring 75 formed below the third layer ground wiring 79. The tip of the convex portion of the third-layer ground wiring 79 is formed so as to be positioned above the adjacent second-layer ground wiring 76 in the second global wiring layer. The third layer ground wiring 79 is connected to the convex portion of the second layer ground wiring 76 adjacent in the second global wiring layer by a via 77 provided near the tip of the convex portion. That is, the third layer ground wiring 79 corresponds to a fourth power supply wiring that connects two power supply wirings formed in the second global wiring layer. From another viewpoint, the second-layer ground wiring 76 adjacent in the second global wiring layer also serves as the second power supply wiring.
実施の形態3では、他のグローバル配線層に形成される配線を接続する第3の電源配線及び第4の電源配線を1つのグローバル配線層に形成される配線により形成することができる。つまり、第2層電源配線75及び第2層接地配線76の凸部の先端は、N型ウェル領域20とP型ウェル領域23との境界線のZ方向の延長線を越えた位置に形成される。 In the third embodiment, the third power supply wiring and the fourth power supply wiring that connect wirings formed in other global wiring layers can be formed by wirings formed in one global wiring layer. That is, the tips of the convex portions of the second layer power supply wiring 75 and the second layer ground wiring 76 are formed at positions that extend beyond the Z-direction extension of the boundary line between the N-type well region 20 and the P-type well region 23. The
上記説明より、実施の形態3では、第2のグローバル配線層は、第1のグローバル配線層との関係では、第3の電源配線を有する第2の配線層となり、第3のグローバル配線層との関係では、第1、第2の電源配線を有する第3の配線層となる。 From the above description, in the third embodiment, the second global wiring layer is the second wiring layer having the third power supply wiring in relation to the first global wiring layer. In this relationship, the third wiring layer having the first and second power supply wirings is obtained.
続いて、実施の形態3にかかる半導体装置のグローバル配線層を中心とした断面構造について説明する。なお、実施の形態3においてもトランジスタの断面構造は同じであるため、説明を省略し、グローバル配線層に形成される配線に関してのみ説明を行う。 Subsequently, a cross-sectional structure around the global wiring layer of the semiconductor device according to the third embodiment will be described. Note that since the cross-sectional structure of the transistor is the same in Embodiment 3, the description thereof is omitted, and only the wiring formed in the global wiring layer is described.
図25に図19のXXV−XXV線に沿ったIOセルの断面図を示す。図25に示すように、XXV−XXV線に沿った断面における第1のグローバル配線層では、第1層電源配線72と第1層接地配線73がほぼ同じ配線幅で形成される。また、XXV−XXV線に沿った断面における第2のグローバル配線層では、第2層接地配線76の方が第2層電源配線75よりも配線幅(Y方向の配線幅)が広く形成される。第2層電源配線75は、第1層接地配線73の上部に形成され、第2層接地配線76は、第1層電源配線72の上部に形成される。また、図25に示すように、XXV−XXV線に沿った断面における第2のグローバル配線層では、第2層接地配線76の方が第2層電源配線75よりも配線幅(Y方向の配線幅)が広く形成される。そして、第3層電源配線78は、第2層接地配線76の上部に形成され、第3層接地配線79は、第2層電源配線75の上部に形成される。 FIG. 25 shows a cross-sectional view of the IO cell along the line XXV-XXV in FIG. As shown in FIG. 25, in the first global wiring layer in the cross section along the line XXV-XXV, the first layer power supply wiring 72 and the first layer ground wiring 73 are formed with substantially the same wiring width. In the second global wiring layer in the cross section along the line XXV-XXV, the second layer ground wiring 76 is formed to have a wider wiring width (wiring width in the Y direction) than the second layer power supply wiring 75. . The second layer power wiring 75 is formed above the first layer ground wiring 73, and the second layer ground wiring 76 is formed above the first layer power wiring 72. Further, as shown in FIG. 25, in the second global wiring layer in the section along the line XXV-XXV, the second layer ground wiring 76 has a wiring width (a wiring in the Y direction) than the second layer power supply wiring 75. (Width) is formed wide. The third layer power wiring 78 is formed above the second layer ground wiring 76, and the third layer ground wiring 79 is formed above the second layer power wiring 75.
図26に図19のXXVI−XXVI線に沿ったIOセルの断面図を示す。図26に示すように、XXVI−XXVI線に沿った断面においても、第1のグローバル配線層では、第1層電源配線72と第1層接地配線73がほぼ同じ配線幅で形成される。また、XXVI−XXVI線に沿った断面における第2のグローバル配線層では、第2層接地配線76の方が第2層電源配線75よりも配線幅(Y方向の配線幅)が広く形成される。第2層電源配線75は、第1層接地配線73の上部に形成され、第2層接地配線76は、第1層電源配線72の上部に形成される。また、図26に示すように、XXVI−XXVI線に沿った断面における第2のグローバル配線層では、第3層接地配線79の方が第3層電源配線78よりも配線幅(Y方向の配線幅)が広く形成される。そして、第3層電源配線78は、第2層接地配線76の上部に形成され、第3層接地配線79は、第2層電源配線75の上部に形成される。 FIG. 26 shows a cross-sectional view of the IO cell along the line XXVI-XXVI in FIG. As shown in FIG. 26, also in the cross section along the line XXVI-XXVI, in the first global wiring layer, the first layer power supply wiring 72 and the first layer ground wiring 73 are formed with substantially the same wiring width. In the second global wiring layer in the cross section along the line XXVI-XXVI, the second layer ground wiring 76 is formed to have a wider wiring width (wiring width in the Y direction) than the second layer power supply wiring 75. . The second layer power wiring 75 is formed above the first layer ground wiring 73, and the second layer ground wiring 76 is formed above the first layer power wiring 72. Further, as shown in FIG. 26, in the second global wiring layer in the cross section along the line XXVI-XXVI, the third layer ground wiring 79 has a wiring width (a wiring in the Y direction) than the third layer power supply wiring 78. (Width) is formed wide. The third layer power wiring 78 is formed above the second layer ground wiring 76, and the third layer ground wiring 79 is formed above the second layer power wiring 75.
図25及び図26に示すように、実施の形態3にかかる半導体装置では、グローバル配線層においては、トランジスタの上部において、異なる電圧の電源が供給される配線が半導体チップの鉛直方向(例えば、Z方向)に積層される構造を有する。特に、第2の電源配線と、第2の電源配線とは異なる電圧となる第3の電源配線については、半導体チップの鉛直方向(例えば、Z方向)に積層される構造を有する点が重要である。 As shown in FIGS. 25 and 26, in the semiconductor device according to the third embodiment, in the global wiring layer, the wiring to which power of different voltage is supplied is arranged in the vertical direction of the semiconductor chip (for example, Z Direction). In particular, it is important that the second power supply wiring and the third power supply wiring having a voltage different from that of the second power supply wiring have a structure of being stacked in the vertical direction (for example, the Z direction) of the semiconductor chip. is there.
上記説明より、実施の形態3にかかる半導体装置では、3層のグローバル配線層のうち上下重なる2つの配線層をみたときに、下層側の配線層に配置される配線が第1の電源配線及び第2の電源配線となり、上層側の配線層に配置される配線が第1の電源配線を接続する第3の電源配線となる。請求項に記載の第1の配線層と第2の配線層は、それぞれ1層のみで構成される例に限られず、様々な形態が可能である。上述した実施の形態3にかかる構成を採用しても、実施の形態1にかかる半導体装置の効果を得ることができる。より具体的には、前述した特徴を有することで、1つの周回配線に接続されるIOセルの数を増加させた場合の配線抵抗の低減効果を得ることができる。 From the above description, in the semiconductor device according to the third embodiment, when two wiring layers that overlap one another are viewed from among the three global wiring layers, the wiring arranged in the lower wiring layer is the first power supply wiring and The second power supply wiring, and the wiring arranged in the upper wiring layer becomes the third power supply wiring for connecting the first power supply wiring. The first wiring layer and the second wiring layer described in the claims are not limited to the example constituted by only one layer, and various forms are possible. Even if the configuration according to the third embodiment described above is employed, the effect of the semiconductor device according to the first embodiment can be obtained. More specifically, by having the above-described characteristics, it is possible to obtain an effect of reducing the wiring resistance when the number of IO cells connected to one circuit wiring is increased.
実施の形態4
実施の形態4では、周回配線に設けた凸部の形状の別の形態について説明する。そこで、実施の形態4にかかるIOセル80の第1のグローバル配線層及び第2グローバル配線層のレイアウトの概略図を図27に示す。なお、図27では、第2のグローバル配線層に設けられる配線を半透明とすることで、第1のグローバル配線層の配線と第2のグローバル配線層の配線とを共に視認できるように示した。
Embodiment 4
In the fourth embodiment, another form of the shape of the convex portion provided on the circumferential wiring will be described. FIG. 27 shows a schematic diagram of the layout of the first global wiring layer and the second global wiring layer of the IO cell 80 according to the fourth embodiment. In FIG. 27, the wiring provided in the second global wiring layer is made translucent so that both the wiring in the first global wiring layer and the wiring in the second global wiring layer can be visually recognized. .
図27に示す例は、第1のグローバル配線層に設けられる第1層電源配線81及び第1層接地配線82の側面に凹凸を設けたものである。そして、実施の形態4にかかるIOセル80では、第2のグローバル配線層に設けられる第2層電源配線83及び第3のグローバル配線層に形成される電源配線(不図示)により第1のグローバル配線層において隣接する第1層電源配線81の間を接続する。また、実施の形態4にかかるIOセル80では、第2のグローバル配線層に設けられる第2層接地配線84及び第3のグローバル配線層に形成される設置配線(不図示)により第1のグローバル配線層において隣接する第1層接地配線82の間を接続する。第1のグローバル配線層の配線と第2のグローバル配線層の配線は、ビア85により接続される。 In the example shown in FIG. 27, unevenness is provided on the side surfaces of the first layer power supply wiring 81 and the first layer ground wiring 82 provided in the first global wiring layer. In the IO cell 80 according to the fourth embodiment, the second global power wiring 83 provided in the second global wiring layer and the power wiring (not shown) formed in the third global wiring layer are used for the first global. The adjacent first layer power supply lines 81 in the wiring layer are connected. Further, in the IO cell 80 according to the fourth embodiment, the first global is formed by the second layer ground wiring 84 provided in the second global wiring layer and the installation wiring (not shown) formed in the third global wiring layer. The adjacent first layer ground wirings 82 in the wiring layer are connected. The wiring of the first global wiring layer and the wiring of the second global wiring layer are connected by a via 85.
ここで、図27に示すように、実施の形態4にかかるIOセル80では、第1層電源配線81及び第1層接地配線82の側面に設けられる凸部が、その先端部に幅広部を有する。この幅広部は、凸部の根本部分よりも幅(X方向の長さ)が大きな部分である。そして、実施の形態4では、この幅広部にビア85を設ける。このように、幅広部にビア85を設けることで、実施の形態4では、1つの凸部に設けられるビアの個数を他の実施の形態よりも多くすることができる。 Here, as shown in FIG. 27, in the IO cell 80 according to the fourth embodiment, the convex portions provided on the side surfaces of the first layer power supply wiring 81 and the first layer ground wiring 82 have a wide portion at the tip thereof. Have. The wide portion is a portion having a width (length in the X direction) larger than the base portion of the convex portion. In the fourth embodiment, a via 85 is provided in the wide portion. Thus, by providing the via 85 in the wide portion, in the fourth embodiment, the number of vias provided in one convex portion can be increased as compared to the other embodiments.
上記説明より、実施の形態4では、グローバル配線層に設けられる配線の凸部の先端部分に幅広部を設け、当該幅広部にビアを設ける。これにより、実施の形態4にかかるIOセル80では、凸部に設けられるビア85の数を増やし、周回配線のY方向の抵抗値を低減することができる。 From the above description, in the fourth embodiment, a wide portion is provided at the tip of the convex portion of the wiring provided in the global wiring layer, and a via is provided in the wide portion. Thereby, in the IO cell 80 according to the fourth embodiment, the number of vias 85 provided in the convex portion can be increased, and the resistance value in the Y direction of the peripheral wiring can be reduced.
実施の形態5
実施の形態5では、IOセルのパッドとIOロジック形成領域との位置関係の別の形態について説明する。そこで、図28に実施の形態5にかかるIOセルのレイアウトの概略図を示す。図28に示すように、実施の形態5では、パッド91をIOロジック形成領域92の上層に設ける。
Embodiment 5
In the fifth embodiment, another form of positional relationship between the IO cell pad and the IO logic formation region will be described. FIG. 28 shows a schematic diagram of the layout of the IO cell according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 28, in the fifth embodiment, the pad 91 is provided in the upper layer of the IO logic formation region 92.
これにより、実施の形態5では、IOロジック形成領域92の面積のみでパッド91を配置できる。つまり、実施の形態5のレイアウトを採用することで、IOセルの面積を削減することができる。 Thereby, in the fifth embodiment, the pad 91 can be arranged only by the area of the IO logic formation region 92. That is, by adopting the layout of the fifth embodiment, the area of the IO cell can be reduced.
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the embodiments already described, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. It goes without saying that it is possible.
例えば、同一の配線層内で同電圧の電源配線が隣接しているような場合であっても、当該同電圧の電源配線の組が交互に配置されている場合は、同電圧の電源配線群は1つの電源配線とみなすことができる。 For example, even when power supply wirings of the same voltage are adjacent to each other in the same wiring layer, when a group of power supply wirings of the same voltage are alternately arranged, a group of power supply wirings of the same voltage Can be regarded as one power supply wiring.
1 半導体装置
10、60、70、80、90 IOセル
11、91 パッド
12 周回配線
12v 周回電源配線
12g 周回接地配線
13 内部ロジック形成領域
14、92 IOロジック形成領域
20 N型ウェル領域
21 P型拡散領域
22 コンタクト
23 P型ウェル領域
24 N型拡散領域
25 コンタクト
26 ゲート電極
27 ウェルコンタクト配線
28 ウェルコンタクト
30、40、50、61、64、67、71、74、77、85 ビア
31、62、72、81 第1層電源配線
32、63、73、82 第1層接地配線
41、65、75、83 第2層電源配線
42、66、76、84 第2層接地配線
51、68、78 第3層電源配線
52、69、79 第3層接地配線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 10, 60, 70, 80, 90 IO cell 11, 91 Pad 12 Circulation wiring 12v Circulation power supply wiring 12g Circulation ground wiring 13 Internal logic formation area 14, 92 IO logic formation area 20 N-type well area 21 P-type diffusion Region 22 Contact 23 P-type well region 24 N-type diffusion region 25 Contact 26 Gate electrode 27 Well contact wiring 28 Well contact 30, 40, 50, 61, 64, 67, 71, 74, 77, 85 Via 31, 32, 72 81 First layer power wiring 32, 63, 73, 82 First layer ground wiring 41, 65, 75, 83 Second layer power wiring 42, 66, 76, 84 Second layer ground wiring 51, 68, 78 Third Layer power wiring 52, 69, 79 Third layer ground wiring
Claims (9)
前記第1の電源が供給され複数の第1ビアを介して前記第1の電源配線と接続される第4の電源配線と、前記第1の電源が供給され複数の第2ビアを介して前記第1の電源配線と接続される第5の電源配線と、前記第2の電源が供給され複数の第3および第4ビアを介して前記第2および第3の電源配線とそれぞれ接続される第6の電源配線と、を有し、前記第6の電源配線を間に挟んで前記第4の電源配線および前記第5の電源配線が配置される第2配線層とを有し、
前記第1乃至第6の電源配線のそれぞれは第1の方向に延伸するように形成され、
前記第1の電源配線は幅広部と幅狭部を有するように両側面に沿って凹凸を有し、
前記第2および第3の電源配線は少なくとも一方の側面に沿って凹凸を有し、前記第2の電源配線の凹部と前記第1の電源配線の一方の側面における凸部とが噛み合うように配置され、前記第3の電源配線の凹部と前記第1の電源配線の他方の側面における凸部とが噛み合うように配置される、半導体装置。 The first power supply wiring to which the first power supply is supplied, and the second and third power supply wirings to which the second power supply is supplied, and the second power supply wiring is interposed between the second power supply wiring and the second power supply wiring. And a first wiring layer in which the third power supply wiring is disposed,
A fourth power supply line supplied with the first power supply and connected to the first power supply line via a plurality of first vias; and a first power supply supplied to the first power supply line via a plurality of second vias. A fifth power supply line connected to the first power supply line; and a second power supply line supplied with the second power supply and connected to the second and third power supply lines through a plurality of third and fourth vias, respectively. 6 and a second wiring layer in which the fourth power supply wiring and the fifth power supply wiring are arranged with the sixth power supply wiring interposed therebetween,
Each of the first to sixth power supply wirings is formed to extend in the first direction,
The first power supply wiring has irregularities along both side surfaces so as to have a wide portion and a narrow portion,
The second and third power supply wirings have irregularities along at least one side surface, and are arranged so that the concave portion of the second power supply wiring meshes with the convex portion on one side surface of the first power supply wiring. The semiconductor device is arranged such that the concave portion of the third power supply wiring and the convex portion on the other side surface of the first power supply wiring are engaged with each other.
前記複数の第2ビアは前記第1の電源配線の前記他方の側面に設けられた凸部に配置され、
前記複数の第3ビアは前記第2の電源配線の凸部に配置され、
前記複数の第4ビアは前記第3の電源配線の凸部に配置される、請求項1に記載の半導体装置。 The plurality of first vias are arranged on a convex portion provided on the one side surface of the first power supply wiring,
The plurality of second vias are arranged on a convex portion provided on the other side surface of the first power supply wiring,
The plurality of third vias are arranged on a convex portion of the second power supply wiring,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of fourth vias are arranged on a convex portion of the third power supply wiring.
前記第6の電源配線は、前記第1の電源配線の上部に形成される請求項1に記載の半導体装置。 The first wiring layer is formed under the second wiring layer,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the sixth power supply wiring is formed above the first power supply wiring.
第1の電源が供給される第1の電源配線と、第2の電源が供給される第2および第3の電源配線とを有し、前記第1の電源配線を間に挟んで前記第2および第3の電源配線が配置される第1配線層と、
前記第1の電源が供給され複数の第1ビアを介して前記第1の電源配線と接続される第4の電源配線と、前記第1の電源が供給され複数の第2ビアを介して前記第1の電源配線と接続される第5の電源配線と、前記第2の電源が供給され複数の第3および第4ビアを介して前記第2および第3の電源配線とそれぞれ接続される第6の電源配線と、を有し、前記第6の電源配線を間に挟んで前記第4の電源配線および前記第5の電源配線が配置される第2配線層とを有し、
前記第1乃至第6の電源配線のそれぞれは前記第1の方向に延伸するように形成され、
前記第1の電源配線は幅広部と幅狭部を有するように両側面に沿って凹凸を有し、
前記第2および第3の電源配線は少なくとも一方の側面に沿って凹凸を有し、前記第2の電源配線の凹部と前記第1の電源配線の一方の側面における凸部とが噛み合うように配置され、前記第3の電源配線の凹部と前記第1の電源配線の他方の側面における凸部とが噛み合うように配置される、IOセル。 An IO cell in which at least a buffer circuit is formed along a first direction parallel to the outer periphery of the semiconductor chip,
The first power supply wiring to which the first power supply is supplied, and the second and third power supply wirings to which the second power supply is supplied, and the second power supply wiring is interposed between the second power supply wiring and the second power supply wiring. And a first wiring layer in which the third power supply wiring is disposed,
A fourth power supply line supplied with the first power supply and connected to the first power supply line via a plurality of first vias; and a first power supply supplied to the first power supply line via a plurality of second vias. A fifth power supply line connected to the first power supply line; and a second power supply line supplied with the second power supply and connected to the second and third power supply lines through a plurality of third and fourth vias, respectively. 6 and a second wiring layer in which the fourth power supply wiring and the fifth power supply wiring are arranged with the sixth power supply wiring interposed therebetween,
Each of the first to sixth power supply lines is formed to extend in the first direction,
The first power supply wiring has irregularities along both side surfaces so as to have a wide portion and a narrow portion,
The second and third power supply wirings have irregularities along at least one side surface, and are arranged so that the concave portion of the second power supply wiring meshes with the convex portion on one side surface of the first power supply wiring. The IO cell is arranged such that the concave portion of the third power supply wiring and the convex portion on the other side surface of the first power supply wiring are engaged with each other.
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