背景技術(shù)：

隨著對(duì)電池供電裝置的增加的電池壽命的不斷增長的需求，對(duì)低功率系統(tǒng)和soc(芯片上系統(tǒng))的需求也在增加。這導(dǎo)致需要具有多個(gè)功率/電壓域的功率管理設(shè)計(jì)。在具有功率域的設(shè)計(jì)中，通常需要保留(觸發(fā)器的)狀態(tài)，即使在功率域被切斷時(shí)也是如此。這種狀態(tài)通常稱為備用狀態(tài)，有助于減少斷電和上電時(shí)間。為了保留這種狀態(tài)，保持觸發(fā)器廣泛用于幾乎所有的功率管理soc。

典型的保持觸發(fā)器包括主鎖存器和從鎖存器，其中從鎖存器存儲(chǔ)斷電期間的狀態(tài)。保持觸發(fā)器的從鎖存器必須由始終導(dǎo)通(aon)的保持電源供電，以在相關(guān)裝置關(guān)閉時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。從鎖存器的n阱和漏極必須連接到始終導(dǎo)通的電源。為了減少泄漏，從鎖存器通常設(shè)計(jì)有高電壓閾值(hvt)晶體管，而主鎖存器使用標(biāo)準(zhǔn)電壓閾值(svt)晶體管實(shí)施以達(dá)到目標(biāo)性能。因此，這種hvt晶體管有時(shí)在本文中被稱為aon邏輯，并且這種svt晶體管被稱為可切換邏輯。

svt晶體管的n阱泄漏比hvt晶體管的泄漏高得多。保持觸發(fā)器的存儲(chǔ)鎖存器的n阱和漏極必須連接到始終導(dǎo)通的電源，而保持觸發(fā)器的主鎖存器的n阱和漏極應(yīng)該連接到可切換電源，以便以在保持/備用模式期間限制泄漏電流。由于邏輯單元的主鎖存器和從鎖存器的n阱連接到兩個(gè)不同的電源，所以這樣的邏輯單元必須具有兩個(gè)分開的n阱，這在本文中也稱為分離n阱。

圖1是示例性保持觸發(fā)器的示意性電路圖。應(yīng)注意圖1所示的保持觸發(fā)器實(shí)施僅僅是示例性的，并且任何數(shù)目的不同實(shí)施方式是可能的。圖1的保持觸發(fā)器100是d觸發(fā)器并且包括主鎖存器110和從鎖存器120。圖1的示例性主鎖存器110包括反相器112、反相器114和反相器116。從鎖存器120包括反相器122和反相器124。主鎖存器110在輸入端處捕獲到反相器112的新值d，而從鎖存器120保持先前由主鎖存器110接收的值。傳輸門130根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)ck將保持在主鎖存器110中的值傳輸?shù)綇逆i存器120。反相器112、114、116、122、124和135中的每一個(gè)示例性地包括一個(gè)或多個(gè)晶體管，例如金屬氧化物半導(dǎo)體(mos)晶體管。主鎖存器110、從鎖存器120、傳輸門130和反相器135一起構(gòu)成通常被稱為邏輯單元的部分。一般來說，如本文所使用的術(shù)語邏輯單元是指形成諸如圖1的d觸發(fā)器的邏輯元件的電子元件(例如晶體管)的功能分組。

主鎖存器110經(jīng)由電源開關(guān)140耦合到始終導(dǎo)通的電源vddc。當(dāng)裝置被關(guān)閉或被置于備用狀態(tài)時(shí)，主鎖存器110示例性地通過電源開關(guān)140與電源vddc斷開以節(jié)省電池電力。相反，從鎖存器120直接連接到始終導(dǎo)通的電源vddc，以便即使當(dāng)裝置被關(guān)閉或被置于備用狀態(tài)時(shí)也維持由從鎖存器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)內(nèi)容。因此，在其中主鎖存器110和從鎖存器120包括mos晶體管的裝置實(shí)施方式中，主鎖存器晶體管的n阱通過電源開關(guān)140耦合到始終導(dǎo)通的電源vddc，而從鎖存器晶體管的n阱直接連接到始終導(dǎo)通的電源vddc。在替代的實(shí)施方式中，主鎖存器110連接到不同的可切換電源，而不是經(jīng)由電源開關(guān)連接到始終導(dǎo)通的電源。由于邏輯單元100的主鎖存器110和從鎖存器120的n阱連接到兩個(gè)不同的電源，所以這樣的邏輯單元必須具有兩個(gè)分離的n阱。

圖2是集成電路功率域的示意性俯視圖。圖2示出在這樣的功率域中標(biāo)準(zhǔn)邏輯單元的典型布局。功率域塊200包括包含正摻雜(p+)半導(dǎo)體材料的p阱平面220。功率域塊200在概念上被劃分為多個(gè)行，通常被稱為單元行202、204、206、208、210、212。功率域塊200進(jìn)一步包括多個(gè)大體上平行的n阱圖230、232、234，每個(gè)n阱圖包括沉積在p阱平面220的頂部上的負(fù)摻雜(n+)半導(dǎo)體材料層。這種n阱圖230、232和234在本文中將被替代地稱為n阱行。通常，兩個(gè)相鄰單元行共享公共的n阱圖，其中一個(gè)單元行被翻轉(zhuǎn)(有時(shí)稱為南行)，而另一單元行不翻轉(zhuǎn)(有時(shí)稱為北行)。例如，在圖2中，單元行202與單元行204共享n阱行230，單元行206與單元行208共享n阱行232，以及單元行210與單元行212共享n阱行234。因此，標(biāo)準(zhǔn)邏輯單元240與標(biāo)準(zhǔn)邏輯單元242共享n阱234。雙高度標(biāo)準(zhǔn)邏輯單元244還利用n阱234以及n阱232。與電源開關(guān)單元250與相鄰的翻轉(zhuǎn)單元行共享n阱232相反，雙高度電源開關(guān)單元250僅利用n阱232，該n阱232完全落在電源開關(guān)單元250的覆蓋區(qū)(footprint)內(nèi)。圖2還示出電耦合到n阱行230、232、234并且還耦合到電源以向n阱230、232、234提供電力的電源抽頭單元260-280。例如，n阱行230耦合到抽頭單元260、266、270和276；n阱行232耦合到抽頭單元262、268、272和278；以及n阱行234耦合到抽頭單元264、270和280。每個(gè)n阱行230、232、234具有為使由電阻損耗導(dǎo)致的電壓降最小化的沿其長度以規(guī)則間距安置的抽頭單元。

在圖2的示例性功率域塊200中，所有n阱連接到相同的電源。但是在邏輯單元需要訪問兩個(gè)不同電源的情況下，例如在圖1的示例中，其中主鎖存器110由可切換電源供電，并且從鎖存器120由始終導(dǎo)通的電源供電，這種單元必須具有彼此分離的兩個(gè)不同的n阱。存在用于實(shí)施這種n阱分離的各種解決方案。在圖3中示出一種這樣的現(xiàn)有解決方案。圖3是占據(jù)兩個(gè)相鄰單元行310和312的雙高度邏輯單元300的示意圖。邏輯單元300通常被稱為“雙高度”邏輯單元，但是由兩個(gè)邏輯單元行310和312占據(jù)的尺寸不一定表示傳統(tǒng)意義上的“高度”，而是還可以表示其他尺寸，例如寬度或長度。在圖3所示的解決方案中，邏輯單元300的主鎖存器的標(biāo)準(zhǔn)電壓閾值(svt)邏輯定位為接近并利用n阱行320。n阱行320經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)抽頭單元(未示出)耦合到電源開關(guān)330，所述一個(gè)或多個(gè)抽頭單元沿著n阱行320的長度以規(guī)則間距安置，如圖2所示。電源開關(guān)330選擇性地將svtn阱行320耦合到始終導(dǎo)通的電源vddc?？商娲兀瑂vtn阱行320可以耦合到完全獨(dú)立于始終導(dǎo)通的電源vddc的可切換電源。第二n阱340定位為完全容納在n阱行320內(nèi)但與n阱行320隔離。邏輯單元300的從鎖存器的高電壓閾值(hvt)邏輯定位為接近并利用該第二n阱340。hvtn阱340耦合到始終導(dǎo)通的電源vddc。aon抽頭單元350安置在每個(gè)邏輯單元內(nèi)部，示例性地位于hvtn阱340的覆蓋區(qū)內(nèi)，將hvtn阱340耦合到始終導(dǎo)通的電源vddc。

圖3所示的現(xiàn)有技術(shù)解決方案需要保持單元的面積增加。n阱行320的功率域是可切換的；從而防止與相鄰單元的間距要求，始終導(dǎo)通的n阱340夾在可切換n阱之間。aon抽頭連接需要單元300內(nèi)部的額外面積以容納抽頭單元350并維持n阱320與n阱340之間的間距。由于可切換n阱島360和370之間的窄n阱連接，這種實(shí)施方式也易受鎖定問題的影響。

圖4中示出另一現(xiàn)有技術(shù)的n阱分離解決方案。圖4是占據(jù)兩個(gè)相鄰單元行410和412的雙高度邏輯單元400的示意圖。在圖4所示的解決方案中，邏輯單元400的一側(cè)具有可切換的n阱420，而單元400的另一側(cè)具有始終導(dǎo)通的n阱440。邏輯單元400的主鎖存器的標(biāo)準(zhǔn)電壓閾值邏輯定位為接近并利用可切換n阱420，該可切換n阱420經(jīng)由抽頭單元(未示出)耦合到可切換電源430，在一些實(shí)施方式中，所述抽頭單元在邏輯單元400的覆蓋區(qū)外部耦合到n阱420。邏輯單元400的從鎖存器的高電壓閾值邏輯定位為接近并利用始終導(dǎo)通的n阱440，該始終導(dǎo)通的n阱440經(jīng)由抽頭單元(未示出)耦合到始終導(dǎo)通的電源vddc，在一些實(shí)施方式中，所述抽頭單元在邏輯單元400的覆蓋區(qū)外部耦合到n阱440。圖4的n阱分離解決方案的優(yōu)點(diǎn)是相鄰單元可以布置為相對(duì)于彼此“翻轉(zhuǎn)”。例如，邏輯單元400右側(cè)的單元可以布置為使得其與邏輯單元400共享始終導(dǎo)通的n阱440，并且邏輯單元400左側(cè)的單元可以布置為使得其與邏輯單元400共享可切換n阱420。但是由于n阱420和440不連續(xù)，因此圖4的解決方案在標(biāo)準(zhǔn)邏輯單元之間需要抽頭單元，這增加了該解決方案所需的面積。另外，在單元內(nèi)需要維持兩個(gè)n阱420和440之間的n阱間距，進(jìn)一步增加了面積要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開的示例性方面涉及具有p阱平面、多個(gè)基本平行的n阱行和邏輯單元的集成電路裝置。p阱平面包括p型半導(dǎo)體材料。每個(gè)n阱行包括設(shè)置在p阱平面的表面上的n型層。多個(gè)n阱行包括第一n阱行和第二n阱行。邏輯單元布置在p阱平面上，并且邏輯單元的覆蓋區(qū)包含第一n阱行和第二n阱行。

本公開的另一示例性方面涉及集成電路邏輯單元，該集成電路邏輯單元包括p阱平面、第一n阱行、第二n阱行以及平行且鄰接的第一單元行、第二單元行、第三單元行和第四單元行。p阱平面包括p型半導(dǎo)體材料。第一n阱行包括設(shè)置在p阱平面的表面上的n型層。第二n阱行基本平行于第一n阱行并且包括設(shè)置在p阱平面的表面上的n型層。第一邏輯單元行和第二邏輯單元行平行于并共享第一n阱行，并且第三邏輯單元行和第四邏輯單元行平行于并共享第二n阱行。

本公開的另一示例性方面涉及具有p阱平面、多個(gè)基本平行的n阱行和邏輯單元的集成電路裝置。p阱平面包括p型半導(dǎo)體材料。多個(gè)n阱行中的每個(gè)n阱行包括設(shè)置在p阱平面的表面上的n型層。多個(gè)n阱行包括耦合到可切換電源的第一n阱行和耦合到始終導(dǎo)通的電源的第二n阱行。邏輯單元布置在p阱平面上，其中邏輯單元的覆蓋區(qū)包含第一和第二n阱行。邏輯單元包括至少一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓閾值(svt)晶體管和至少一個(gè)高電壓閾值(hvt)晶體管。所述至少一個(gè)svt晶體管利用第一n阱行，并且所述至少一個(gè)hvt晶體管利用第二n阱行。

附圖說明

圖1是示例性保持觸發(fā)器的示意性電路圖。

圖2是集成電路功率域的示意性俯視圖。

圖3是占據(jù)兩個(gè)相鄰單元行的雙高度邏輯單元的示意圖。

圖4是占據(jù)兩個(gè)相鄰單元行的雙高度邏輯單元的示意圖。

圖5是根據(jù)本公開的示例性方面的占據(jù)四個(gè)相鄰單元行的四倍高度邏輯單元的示意圖。

圖6是根據(jù)本公開的示例性方面的占據(jù)四個(gè)相鄰單元行的三個(gè)相鄰四倍高度邏輯單元的示意圖。

具體實(shí)施方式

參考附圖描述示例實(shí)施例，其中相同的參考標(biāo)記用于指示類似或等同的元件。說明的動(dòng)作或事件的順序不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的，因?yàn)橐恍﹦?dòng)作或事件可以以不同的順序發(fā)生和/或與其它動(dòng)作或事件同時(shí)發(fā)生。此外，根據(jù)本公開，可以不需要一些說明的動(dòng)作或事件來實(shí)施方法。

圖5是根據(jù)本公開的示例性方面的占據(jù)四個(gè)相鄰單元行510、512、514、516的四倍高度邏輯單元500的示意圖。圖5示出設(shè)置在p阱平面505上的兩個(gè)基本平行的n阱行520和540。p阱平面505包括正摻雜(p+)半導(dǎo)體材料。n阱行或n阱圖520和540各自包括沉積在p阱平面505的頂部上的負(fù)摻雜(n+)半導(dǎo)體材料層。在圖5的n阱分離方案中，與現(xiàn)有技術(shù)中的“水平地”相反，n阱520和540“垂直地”間隔開。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，出于說明的目的，此處使用術(shù)語“垂直地”和“水平地”來描述它們在諸如圖5的圖中的空間關(guān)系，并且可以不一定描述在體現(xiàn)本公開的所描述的方面的給定集成電路中的實(shí)際的物理空間關(guān)系。因此，邏輯單元500具有包含四個(gè)鄰接單元行510、512、514和516以及兩個(gè)相鄰且平行的n阱行520和540的覆蓋區(qū)。在圖5的示例性實(shí)施例中，n阱行520耦合到可切換電源530，并且n阱行540耦合到始終導(dǎo)通的電源vddc。當(dāng)裝置被關(guān)閉或置于備用模式時(shí)可以關(guān)閉的邏輯電路安置在單元行510和512中并且使用可切換n阱520。需要一直保持上電的邏輯電路被安置在單元行514和516中并且使用始終導(dǎo)通的n阱540。例如，在示例性實(shí)施例中，邏輯單元500是包括主鎖存器和從鎖存器的保持觸發(fā)器。在這種實(shí)施例中，邏輯單元500的主鎖存器的標(biāo)準(zhǔn)電壓閾值(svt)邏輯被布置為接近并利用n阱行520。邏輯單元500的從鎖存器的高電壓閾值(hvt)邏輯被布置為接近并利用n阱行540。因?yàn)槊總€(gè)n阱520和540一直延伸跨過邏輯單元500，所以在單元內(nèi)沒有如圖3和圖4的現(xiàn)有技術(shù)解決方案中存在的水平n阱間距要求。

圖6是根據(jù)本公開的示例性方面的占據(jù)四個(gè)相鄰單元行620、622、624、626的三個(gè)相鄰四倍高度邏輯單元600、605、610的示意圖。圖6顯示圖5所示的n阱分離方案的其它方面。圖6示出設(shè)置在p阱平面602上的兩個(gè)基本平行的n阱行630和640。相鄰的邏輯單元600、605和610各自具有包含單元行620、622、624和626以及n阱行630和640的覆蓋區(qū)。在示例性實(shí)施例中，n阱行630耦合到可切換電源，并且n阱行640耦合到始終導(dǎo)通的電源。當(dāng)裝置被關(guān)閉或置于備用模式時(shí)可以被關(guān)閉的邏輯電路被安置在單元行620和622中，并且使用可切換n阱630。需要一直保持上電的邏輯電路被安置在單元行624和626中，并且使用始終導(dǎo)通的n阱640。在示例性實(shí)施例中，邏輯單元600、605、610是保持觸發(fā)器，每個(gè)保持觸發(fā)器包括主鎖存器和從鎖存器。在這種實(shí)施例中，每個(gè)邏輯單元600、605、610的主鎖存器的標(biāo)準(zhǔn)電壓閾值(svt)邏輯布置為接近并利用n阱行630。每個(gè)邏輯單元600、605、610的從鎖存器的高電壓閾值(hvt)邏輯布置為接近并利用n阱行640。諸如單元行622中的抽頭單元650的抽頭單元以規(guī)則間隔耦合到n阱行630，以向n阱630和其連接的晶體管的漏極提供電力。諸如抽頭單元650的耦合到n阱行630的抽頭單元耦合到可切換電源(未示出)。諸如單元行626中的抽頭單元660的抽頭單元以規(guī)則間隔耦合到n阱行640，以向n阱640和其連接的晶體管的漏極提供電力。諸如抽頭單元660的耦合到n阱行640的抽頭單元耦合到始終導(dǎo)通的電源。

利用圖6的n阱分離方案，由于n阱行630連續(xù)地橫跨單元行620和622，并且n阱行640連續(xù)地橫跨單元行624和626，所以不需要在邏輯單元600、605和610之間安置額外的抽頭單元。諸如抽頭單元650和660的抽頭單元以規(guī)則間隔的安置是充分的。因此，利用該方法，在邏輯單元內(nèi)不存在面積浪費(fèi)，并且沒有由于需要額外的抽頭單元而導(dǎo)致的單元布局開銷。

雖然關(guān)于圖5和圖6描述的邏輯單元包括兩個(gè)n阱行和四個(gè)單元行，但是本公開不限于這些實(shí)施例。本公開考慮包含任何復(fù)數(shù)個(gè)(即大于或等于2個(gè))n阱行以及相當(dāng)數(shù)目的單元行的邏輯單元。

市售的布局布線(pnr)工具支持多倍高度單元的布局，并且這種布局不會(huì)導(dǎo)致邏輯單元布局中的任何開銷。可以采用這種pnr工具來創(chuàng)建包含諸如圖5和圖6中所描述的那些的用于邏輯單元的四個(gè)單元行的布局位置。

隨著集成電路應(yīng)用越來越需要低功率設(shè)計(jì)，使用多電壓閾值、分離n阱設(shè)計(jì)可能變得無處不在。本公開的方面區(qū)別于現(xiàn)有解決方案的是，本公開的方面沒有伴隨實(shí)施關(guān)于圖5和圖6描述的多電壓閾值、分離n阱設(shè)計(jì)的開銷。因此，諸如關(guān)于圖5和圖6描述的那些邏輯單元的邏輯單元可以用作任何這種低功率集成電路應(yīng)用的基本構(gòu)建塊。

現(xiàn)有的集成電路設(shè)計(jì)在它們的保持觸發(fā)器的運(yùn)用中，由于與它們相關(guān)的功率和面積開銷，通常非常廉價(jià)。但是由于與標(biāo)準(zhǔn)電壓閾值晶體管相比，高電壓閾值晶體管減少泄漏電流的量為100x的數(shù)量級(jí)，以及提出的解決方案消除了面積開銷，因此實(shí)施100％保持觸發(fā)器的設(shè)計(jì)是可行的。這使得超快的斷電和上電時(shí)間成為可能，其中在斷電期間泄漏電流超低。這繼而使睡眠和斷電狀態(tài)比以往更有利，并且延長電池壽命。

應(yīng)該注意，本文公開的實(shí)施例本質(zhì)上是示例性的而不是限制性的，并且在前述公開內(nèi)容中考慮了大范圍的變化、修改、改變和替換。此外，在一些情況下，可以采用一些特征而無需相應(yīng)地使用其它特征。因此，廣義地和以與本文公開的廣義的發(fā)明概念一致的方式解釋所附權(quán)利要求是適當(dāng)?shù)摹?/p>