JPH1168045A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPH1168045A
JPH1168045A JP9214442A JP21444297A JPH1168045A JP H1168045 A JPH1168045 A JP H1168045A JP 9214442 A JP9214442 A JP 9214442A JP 21444297 A JP21444297 A JP 21444297A JP H1168045 A JPH1168045 A JP H1168045A
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】バイアスラインが信号配線領域を占有すること
なしにマクロセルに充分なバイアスを与えることができ
る半導体集積回路装置を提供する。 【解決手段】CMOSトランジスタから成るマクロセル
を有する半導体集積回路装置において、マクロセルの第
1層配線として、PチャンネルMOSトランジスタのソ
ースに結合する電源ラインVDDと、NチャンネルMOS
トランジスタのソースに結合するグランドラインVSS
第1方向に形成し、第2層配線として、前記電源ライン
DDに接続される電源供給ライン5と、グランドライン
SSに接続されるグランド電圧供給ライン7と、Pチャ
ンネルMOSトランジスタのNウエルにバイアスを与え
る第1バイアスライン6と、半導体基板にバイアスを与
える第2バイアスライン8とを前記第1方向とは直角の
第2方向に繰り返し複数形成している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はCMOSトランジス
タから成るマクロセルを有する半導体集積回路装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】LSI等の半導体集積回路装置において
は、半導体基板やNウエル等(バックゲート)に電圧を
かけるとともに、この電圧を調整することによってトラ
ンジスタの閾値のバラツキを補正したり、閾値を低い値
に安定に保持することが行なわれている。
【0003】即ち、製造プロセスのバラツキによってL
SIのウエハの中心と周辺でトランジスタの閾値が異な
ってしまう場合があるので、このバラツキをバックゲー
トにかける電圧を調整することにより補正するのであ
る。また、消費電力を節約するために電源電圧を下げる
と、動作スピードが遅くなるが、バックゲートやNウエ
ルにかける電圧によって閾値のバラツキを無くし低い値
に抑えると、電源電圧を下げても動作スピードは速くな
るからである。
【0004】従来の半導体集積回路装置では、マクロセ
ル内に独立したバイアスラインが横方向に2本走ってい
る。1本はバックゲート用であり、他はNウエル用であ
る。その他に、PチャンネルMOSトランジスタのソー
スに接続される電源ラインと、NチャンネルMOSトラ
ンジスタのソースに接続されるグランドラインも横方向
に走っている。これらの4本のラインは同一の配線層
(具体的には第1層)に形成される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このように、各列(サ
イト)に本来の電源ラインとグランドライン以外に2本
のバイアスラインが追加されると、列が100列あれ
ば、200本の追加になり、200列では、400本の
追加になる如く、膨大な数のライン追加となってしま
う。そのため、信号の配線領域をバイアスラインがかな
り占有してしまうという欠点があった。
【0006】本発明はこのような点に鑑みなされたもの
であって、バイアスラインが信号配線領域を占有するこ
となしにマクロセルに充分なバイアスを与えることがで
きる半導体集積回路装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明では、CMOSトランジスタから成るマクロセ
ルを有する半導体集積回路装置において、前記マクロセ
ルの第1層配線として、PチャンネルMOSトランジス
タのソースに結合する電源ラインと、NチャンネルMO
Sトランジスタのソースに結合するグランドラインを第
1方向に形成し、第2層配線として、前記電源ラインに
接続される電源供給ラインと、前記グランドラインに接
続されるグランド電圧供給ラインと、PチャンネルMO
SトランジスタのNウエルにバイアスを与える第1バイ
アスラインと、半導体基板にバイアスを与える第2バイ
アスラインとを前記第1方向とは直角の第2方向に繰り
返し複数形成している。
【0008】信号線の配される第1層には電源ラインと
グランドラインが配され、バイアスラインは配されない
ので、バイアスラインのために信号線が制約を受けると
いった不具合が生じない。また、第1層の電源ラインと
グランドラインに対し第2層の電源電圧供給ライン、グ
ランド電圧供給ライン、2つのバイアスラインが直角の
方向に設けられるので、列(サイト)に対し、まんべん
なく電圧を与えることができる。これはトランジスタが
基板位置(周辺や中心)によって特性がバラツクのを補
正するのに好都合である。
【0009】また、前記電源供給ライン、グランド電圧
供給ライン、第1バイアスライン、第2バイアスライン
はいずれも互いに等間隔で2マクロセル毎に繰り返して
いる。これは、列に対してまんべんなく電源電圧やバイ
アスを与えることと配線の低減化とのバランスにとって
適度な繰り返しである。
【0010】また、本発明の半導体集積回路装置は、第
1層配線としてのトランジスタの電源ラインとグランド
ラインをマクロセルの列方向に形成し、前記電源ライ
ン、グランドライン及び基板等に電圧を導く電圧供給ラ
インを第2層配線として前記列方向と直交する方向に形
成している。
【0011】また、本発明では、CMOS構造を多数有
する半導体集積回路装置のコンタクト以降のパターンで
ある論理ゲートパターンにおいて、論理形成上のコンタ
クト、第1層配線、ビアホール、第2層配線の禁止領域
を電源線又はグランド線から直角方向に離れてトランジ
スタ領域間に設けている。
【0012】
【発明の実施の形態】図1において、1はLSI等の半
導体集積回路装置であり、2はそのコア部分、3a〜3
dはI/O部分である。コア部分2は多数のマクロセル
から成っている。そのマクロセルはCMOSトランジス
タで構成されている。4a〜4gは、マクロセルのP−
MOSトランジスタが形成されるNウエルを示してい
る。6Aは上方のNウエル4a〜4cと下方のNウエル
4f、4gにバイアスを与えるバイアスラインを示して
いる。
【0013】一方、6Bはコア部分2の中心付近のNウ
エル4d、4eにバイアスを与えるバイアスラインを示
している。バイアスライン6Aはバイアス入力端子9に
接続され、バイアスライン6Bはバイアス入力端子10
に接続されている。入力端子6、10には異なる値のバ
イアス電圧が外部より与えられる。尚、半導体集積回路
装置の基板にもバイアスを与えるラインが存在するが、
これについては図1に示していない。
【0014】図2は配線構造を模式的に分かりやすく示
している。同図において、PチャンネルMOSトランジ
スタのソースに供給される電源ラインVDDとNチャンネ
ルMOSトランジスタのソースに結合されるグランドラ
インVSSは第1層配線である。一方、5〜8はいずれも
第2層の配線であり、そのうち、5は電源ラインVDD
電源電圧を供給するための電源供給ラインである。
【0015】6はNウエルにバイアスを与える第1バイ
アスライン、7はグランドラインVSSへグランド電圧を
与えるグランド電圧供給ライン、8は半導体基板にバイ
アスを与える第2バイアスラインである。これらのライ
ン5〜8は更に右方向へ順次繰り返し配される。図2に
おいて、ドットは結合点を表わしている。ライン6はN
ウエルに結合され、ライン8は基板に結合される。電源
ラインVDDとグランドラインVSSはマクロセルの列方向
(図の横方向)に延在し、ライン5〜8は電源ラインV
DDやグランドラインVSSとは直角方向に延在する。
【0016】図3は上記図2の配線構造をより具体的に
示している。ここで、PMOSはP-基板上に形成され
たNウエル4内に形成されるP−MOSトランジスタ部
分を示している。また、N+はNウエルに形成されたN+
層であり、配線との接続のために用いられる。
【0017】NMOSはN−MOSトランジスタ部分を
示している。そして、P+はP-基板を配線に接続させる
ためのP+層を表わしている。電源供給ライン5は結合
部11で電源ラインVDDと結合され、N+層には結合し
ない。次に、ライン6は結合部12でN+層とコンタク
トする。グランド電圧供給ライン7は結合部13でグラ
ンドラインVSSと結合する。尚、ライン7はP+層には
結合していない。次のライン8はP+層と結合し、P-
板にバイアスを与える。
【0018】マクロセルが、例えばPMOS4個とNM
OS4個を合わせた8個の単位で形成されるとすると、
図示の例で第2層に形成されるライン5〜8は2マクロ
セル毎に繰り返されることになる。コア部分2内のマク
ロセルにまんべんなく電圧を与えるためには2〜5マク
ロセルの範囲で繰り返すのが望ましい。
【0019】図4において、P+層19を介して基板2
0にかかる電圧は0V以下であり、一般に−2V〜0V
の範囲である。また、N+層21を介してNウエル22
にかかる電圧は電源ラインVDDの電源電圧以上の電圧が
かけられる。
【0020】次に、図5は図1〜図4に示す半導体集積
回路装置に適用できる論理ゲートのパターンを示してい
る。尚、この論理ゲートはコンタクト以降のパターンで
形成されるものである。論理の規模はインバータ(トラ
ンジスタ2個)からフリップフロップ(トランジスタ3
0個)ぐらいである。
【0021】図5において、36はトランジスタ部分を
示しており、30がポリシリコンより成るゲート電極を
示している。従って、トランジスタ部分30には2個の
トランジスタが存在する。34はP−MOSのNウエル
である。N+はNウエル34に配線を接続するためのN+
層であり、一方P+は基板に配線を接続するためのP+
である。
【0022】VDDとVSSは横方向に走る電源線とグラン
ド線である。33a〜33cは電源ラインVDDよりワン
グリッド分、外側の領域であり、同じく33d〜33f
はグランドラインVSSよりワングリッド分、外側の領域
を示している。これらの領域33a〜33fは論理形成
する上でのコンタクトホールや第1層配線、ビアホー
ル、第2層配線の禁止領域となっている。
【0023】31、32は横・縦に走って交差し、多数
の網目を形成する線であるが、これらの線31、32は
LSIのレイアウトにおけるCAD上の設計支援線であ
り、その線分Tがワングリッドの長さに相当する。
【0024】前記領域33a〜33fは論理ゲートの形
成上、コンタクトホールやビアホール、第1、第2層配
線について禁止領域となっているが、図1〜図4に示し
たバックゲート(基板やNウエル)にバイアスを与える
ためのコンタクト等の形成を禁止するという意味ではな
い。換言すれば、論理ゲートの形成上、コンタクトホー
ルやビアホール、第1、第2層配線について禁止領域と
しているので、バックゲート(基板やNウエル)にバイ
アスを与えるためのコンタクト等の形成に利用できるこ
とになるのである。
【0025】図5のパターンを領域33dを原点として
図3のライン5〜8のどのライン位置に配しても同様な
機能を実現できる。尚、この図5のパターンの領域33
a〜33fをバイアス結合に利用しないバックゲート無
しの半導体集積回路装置にも適用できる。尚、領域33
a〜33fは電源線やグランド線のワングリッド分外側
としたが、これに拘泥することなく、例えば2グリッド
分外側でもよい。また、電源線やグランド線の外側でな
く、内側であってもよい。
【0026】
【発明の効果】請求項1や請求項3の発明によると、信
号線の配される第1層には電源ラインとグランドライン
が配され、バイアスラインは配されないので、バイアス
ラインのために信号線が制約を受けるといった不具合が
生じない。また、第1層の電源ラインとグランドライン
に対し第2層の電源電圧供給ライン、グランド電圧供給
ライン、2つのバイアスラインが直角の方向に設けられ
るので、列(サイト)に対し、まんべんなく電圧を与え
るのに便利である。列に対し、まんべんなく電圧を与え
ることができると、基板位置(周辺や中心)によってト
ランジスタの特性がバラツクのを補正するのに好都合で
ある。
【0027】また、請求項2の発明によると、電源供給
ライン、グランド電圧供給ライン、第1バイアスライ
ン、第2バイアスラインはいずれも互いに等間隔で2〜
5マクロセル毎に繰り返している。これは、列に対して
まんべんなく電源電圧やバイアスを与えることと配線の
低減化とのバランスにとって適度な繰り返しとなり、好
ましい。
【0028】また、請求項4の発明による論理ゲートパ
ターンは請求項1〜4に記載の半導体集積回路の形成に
好適に適用でき、その分、その半導体集積回路装置の形
成を効率的になすという効果がある。しかも、この論理
ゲートパターンはバックゲートバイアス無しの半導体集
積回路装置にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る半導体集積回路装置の
要部を模式的に示す平面図。
【図2】その配線構造を模式的に示す図。
【図3】図2の構造をより具体的に示す配線構造の斜視
図。
【図4】バックゲートバイアスについて説明する半導体
集積回路装置の構造図。
【図5】本発明に係る論理ゲートパターンの実施形態を
示す平面図。
【符号の説明】
1 半導体集積回路装置 2 コア部分 VDD 電源ライン VSS グランドライン 4 Nウエル 5 電源供給ライン 6 第1バイアスライン 7 グランド電圧供給ライン 8 第2バイアスライン 19 P+層 20 基板 21 N+層 22 Nウエル

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】CMOSトランジスタから成るマクロセル
    を有する半導体集積回路装置において、 前記マクロセルの第1層配線として、PチャンネルMO
    Sトランジスタのソースに結合する電源ラインと、Nチ
    ャンネルMOSトランジスタのソースに結合するグラン
    ドラインを第1方向に形成し、 第2層配線として、前記電源ラインに接続される電源供
    給ラインと、前記グランドラインに接続されるグランド
    電圧供給ラインと、PチャンネルMOSトランジスタの
    Nウエルにバイアスを与える第1バイアスラインと、半
    導体基板にバイアスを与える第2バイアスラインとを前
    記第1方向とは直角の第2方向に繰り返し複数形成した
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】前記電源供給ライン、グランド電圧供給ラ
    イン、第1バイアスライン、第2バイアスラインはいず
    れも互いに等間隔で2〜5マクロセル毎に繰り返してい
    ることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路装
    置。
  3. 【請求項3】第1層配線としてのトランジスタの電源ラ
    インとグランドラインをマクロセルの列方向に形成し、
    前記電源ライン、グランドライン及び基板等に電圧を導
    く電圧供給ラインを第2層配線として前記列方向と直交
    する方向に形成したことを特徴とする半導体集積回路装
    置。
  4. 【請求項4】CMOS構造を多数有する半導体集積回路
    装置のコンタクト以降のパターンである論理ゲートパタ
    ーンにおいて、 論理形成上のコンタクト、第1層配線、ビアホール、第
    2層配線の禁止領域を電源線又はグランド線から直角方
    向に離れてトランジスタ領域間に設けたことを特徴とす
    る論理ゲートパターン。
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