CN103337491B - 一种用于全向连接的金属电容及布图方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属电容，包括奇数层和偶数层上下两层插指电容，奇数层的上部和下部分别包括横向走线和多个插指，且该多个插指上下交错，偶数层的上部和下部分别包括横向连接走线和多个插指，且该多个插指上下交错，在上下交错的插指之间，还包括一连续蛇形走线，该蛇形走线位于插指之间，蛇形走线的两端分别连接一竖向连线；偶数层的多个插指与上下对应的奇数层的多个插指左右相互偏移一个单位，偶数层的蛇形走线与上下对应的奇数层的蛇形走线左右相互偏移一个单位。利用金属的寄生电容效应，增大相邻金属层的层叠面积，能够在有限的面积里获得尽可能大的电容，有效增大单位面积金属电容。

Description

一种用于全向连接的金属电容及布图方法

技术领域

本发明涉及集成电路版图设计中的金属电容设计，尤其涉及一种用于全向连接的金属电容及布图方法。

背景技术

在版图设计中，为了减少噪声影响，有时需要大面积的铺设电容。

随着工艺的进步，集成度的提高，金属线间的寄生电容越来越大，对于信号来讲，这并不是个好现象，但却可以被利用产生容值稳定、不受电压影响、在工艺中易于实现的金属电容。由于寄生电容的大小正比于连接到不同极性的金属相邻的面积，因此，如何增加接触面积成为了金属电容设计的重要考量标准。

发明专利申请CN03120243.8公开多层叉合金属电容结构，见图1，该专利存在的问题是：只关注了同层金属间的电容效应，忽略了上下金属层之间的互相影响，由于金属电容的容值与两不同极性的金属的重叠面积成正比，因此，在上下层间不同极性的金属重叠面积与平行结构相比大大减少的情况下，形成金属电容的效率也大幅降低，从理论值上来说，对于大多数的工艺，此种结构上下层的层间电容最高只能达到我们所提出的电容结构的1/6容值。而且，该专利提到的工艺偏差的问题，因为工艺偏差会对同层金属产生更为明显的影响，将上下层金属做成垂直结构并不能对工艺偏差的消除起到太大作用，反而以大幅牺牲容值为代价得不偿失。

发明专利CN200610119286.0公开了一种CMOS/BiCMOS工艺中的金属电容，其存在的问题：结构过于复杂，45度角在很多工艺中不被支持。而且，在大面积的金属电容设计中，经常会碰到铺设面积不规则，面积过大的难题，对于版图设计是不小的工作量，所以，形成大面积电容时如何化繁为简、如何拼接、如何可重复利用性的问题日益突出。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于一种用于全向连接的金属电容及布图方法，充分利用金属的寄生电容效应，增大相邻金属层的层叠面积，能够在有限的面积里获得尽可能大的电容，有效增大单位面积金属电容；同时考虑到可重复利用的要求，使单个电容做成标准单元的电容模块，通过重复利用实现电容的高效拼接，铺就大面积的电容，以更好地消除电路噪声，多个电容紧贴摆放时，无需额外工作，即可形成电源网格，极大减少了版图工作量。

具体的讲，本发明公开了一种金属电容，包括奇数层和偶数层上下两层插指电容，其特征在于，奇数层和偶数层分别包括上部和下部，其中，

奇数层的上部和下部分别包括横向走线和多个插指，且该多个插指上下交错，在上下交错的插指之间，还包括一连续蛇形走线，该蛇形走线位于插指之间，与插指等距离，并在插指的端部弯折相连，弯折相连部分与横向走线平行，且蛇形走线的两端分别连接一竖向连线；

偶数层的上部和下部分别包括横向连接走线和多个插指，且该多个插指上下交错，在上下交错的插指之间，还包括一连续蛇形走线，该蛇形走线位于插指之间，与插指等距离，并在插指的端部弯折相连，弯折相连部分与横向走线平行，且蛇形走线的两端分别连接一竖向连线；

偶数层的多个插指与上下对应的奇数层的多个插指左右相互偏移一个单位，偶数层的蛇形走线与上下对应的奇数层的蛇形走线左右相互偏移一个单位。

奇数层的蛇形走线的该竖向连线等于插指的长度，并与上部和下部的横向走线之间的距离相同；偶数层的上部和下部的横向走线均等于蛇形走线的两端竖向连线之间的距离。

奇数层和偶数层的上下多个插指连接于同一电极，蛇形走线连接于另一电极。

奇数层和偶数层的上部和下部的横向走线和蛇形走线的竖向连线分别设置有多个通孔，将奇数层和偶数层的插指和蛇形走线分别连接。

采用上述金属电容单元模块组成的全向连接的电容，该全向连接的电容为多个金属电容组成M*N列矩阵排列，对于蛇形走线，奇数层中同一行的左右金属电容公用蛇形走线的竖向连线311和331，奇数层中同一列的上下金属电容通过蛇形走线的竖向连线321彼此相连；偶数层中同一行的左右金属电容公用竖向连线，偶数层中同一列的上下金属电容的竖向连线彼此断开。

对于插指连线，偶数层中同一行的左右金属电容公用上部和下部的横向走线411、431；奇数层中同一行的左右金属电容的插指连线彼此断开；偶数层和奇数层中同一列的上下金属电容间，上一行的金属电容的下部横向走线331作为下一行的金属电容的上部横向走线411，即上一行的插指的U型底部331作为下一行的插指的横向连接走线411。

换言之，奇数层中同一行的左右金属电容公用蛇形走线的竖向连线，同一列的上下金属电容通过蛇形走线的竖向连线彼此相连；偶数层中同一行的左右金属电容公用上部和下部的横向走线；同一列的上下金属电容间，上一行的金属电容的下部横向走线作为下一行的金属电容的上部横向走线。

本发明还公开一种金属电容的布线方法，该金属电容包括奇数层和偶数层上下两层插指电容，奇数层和偶数层分别包括上部和下部，奇数层的上部和下部分别包括横向走线和多个插指，且该多个插指上下交错，在上下交错的插指之间，设置一连续蛇形走线，该蛇形走线位于插指之间，与插指等距离，并在插指的端部弯折相连，弯折相连部分与横向走线平行，且蛇形走线的两端分别连接一竖向连线；

偶数层的上部和下部分别包括横向连接走线和多个插指，且该多个插指上下交错，在上下交错的插指之间，设置一连续蛇形走线，该蛇形走线位于插指之间，与插指等距离，并在插指的端部弯折相连，弯折相连部分与横向走线平行，且蛇形走线的两端分别连接一竖向连线；

偶数层的多个插指与上下对应的奇数层的多个插指左右相互偏移一个单位，偶数层的蛇形走线与上下对应的奇数层的蛇形走线左右相互偏移一个单位。

本发明还包括采用上述金属电容的布线方法构成的全向连接的电容，及全向连接的电容的布线方法，以及采用上述金属电容作为单元模块构成的全向连接的电容的布线方法。

本发明的有益效果：

1、增大相邻金属层的层叠面积，能够在有限的面积里获得尽可能大的电容，有效增大单位面积金属电容；

2、考虑到可重复利用的要求，使单个电容做成标准单元的电容模块，通过重复利用实现电容的高效拼接，铺就大面积的电容，以更好地消除电路噪声，多个电容紧贴摆放时，无需额外工作，即可形成电源网格，极大减少了版图工作量。

附图说明

图1为现有技术的电容示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明的奇数层电容示意图；

图4为本发明的偶数层电容示意图；

图5为本发明的电容横向拉伸示意图；

图6为本发明的电容纵向拉伸示意图；

图7为本发明的奇数层电容阵列示意图；

图8为本发明的偶数层电容阵列示意图。

具体实施方式

本发明公开的全向连接的金属电容，借鉴现有技术的插指电容的形式，首先构成一种金属电容的单元模块，包括奇数层和偶数层上下两层插指电容，图3为本发明的奇数层电容示意图，图4为本发明的偶数层电容示意图，奇数层和偶数层分别包括上部和下部，上部呈T型，下部呈U型。

奇数层的上部和下部分别包括横向走线311和多个插指312，且该多个插指上下交错，在上下交错的插指之间，还包括一连续蛇形走线322，见图中的斜线阴影部分，该蛇形走线位于插指之间，与插指等距离，并在插指的端部弯折相连，弯折相连部分与横向走线311平行，且蛇形走线的两端分别连接一竖向连线321；

偶数层的上部和下部分别包括横向连接走线411和多个插指412，且该多个插指上下交错，在上下交错的插指之间，还包括一连续蛇形走线422，该蛇形走线位于插指之间，与插指等距离，并在插指的端部弯折相连，弯折相连部分与横向连接走线411平行，且蛇形走线的两端分别连接一竖向连线421；

偶数层的多个插指与上下对应的奇数层的多个插指左右相互偏移一个单位，从图3、4可以看出，偶数层的插指412、432与奇数层的插指312、332向右偏移一个单位。同样，偶数层的蛇形走线422与其上下对应的奇数层的蛇形走线322左右相互偏移一个单位。所谓一个单位，是相对而言，图3、图4、图6中，每一层的纵向走线（包括插指312、332和蛇形走线322及竖向连线321）有8条，图5中，每一层的纵向走线共有11条，一个单位为一个纵向走线到另外一条纵向走线的距离。

奇数层的蛇形走线322的该竖向连线321等于插指的长度312、332，并与上部和下部的两条横向走线311、331之间的距离相同，即长度介于上部的横向走线331得上边缘和下部的横向走线331的下边缘之间；偶数层的上部的横向走线411的长度等于蛇形走线的两端竖向连线421之间的距离和偶数层下部的横向走线431的长度等于蛇形走线的两端竖向连线421之间的距离。

奇数层和偶数层的上部和下部的横向走线311、331、411、431和蛇形走线的竖向连线321、421分别设置有多个通孔30、40，奇数层的通孔30与偶数层通孔40彼此上下一一对应，从而可以将奇数层和偶数层的插指和蛇形走线分别连接在一起。

奇数层和偶数层的上下多个插指连接于同一电极，蛇形走线连接于另一电极，即奇数层和偶数层的蛇形走线（斜线阴影部分）和奇数层和偶数层的上下多个插指（空白部分）分别连接两种不同的电极。

采用上述金属电容单元模块组成的全向连接的电容，该全向连接的电容为多个金属电容组成M*N列矩阵排列。

对于蛇形走线，奇数层中同一行的左右金属电容公用蛇形走线的竖向连线311和331，奇数层中同一列的上下金属电容通过蛇形走线的竖向连线321彼此相连；偶数层中同一行的左右金属电容公用竖向连线，偶数层中同一列的上下金属电容的竖向连线彼此断开。

对于插指连线，偶数层中同一行的左右金属电容公用上部和下部的横向走线411、431；奇数层中同一行的左右金属电容的插指连线彼此断开；偶数层和奇数层中同一列的上下金属电容间，上一行的金属电容的下部横向走线331作为下一行的金属电容的上部横向走线411，即上一行的插指的U型底部331作为下一行的插指的横向连接走线411。

换言之，奇数层中同一行的左右金属电容公用蛇形走线的竖向连线，同一列的上下金属电容通过蛇形走线的竖向连线彼此相连；偶数层中同一行的左右金属电容公用上部和下部的横向走线；同一列的上下金属电容间，上一行的金属电容的下部横向走线作为下一行的金属电容的上部横向走线。

需指出，在底层的金属电容连接方式中，插指连线上下是分离的，但在大多数的版图设计中，最顶层会用粗的多的顶层厚金属构成电源网络，通常是底层金属线宽的几十倍，这些顶层金属电源网络会通过通孔直接打到插指连线的横向走线上，从而使得插指连线实现竖直方向的连接。从另一个角度说，因为这种连接是并联的形式，因此也可以极大减小金属电容部分的电阻，根据速度反比于电阻，从而在速度的考量上保证这种金属电容的可行性。

本发明还公开一种金属电容的布线方法，该金属电容包括奇数层和偶数层上下两层插指电容，奇数层和偶数层分别包括上部和下部，奇数层的上部和下部分别包括横向走线和多个插指，且该多个插指上下交错，在上下交错的插指之间，设置一连续蛇形走线，该蛇形走线位于插指之间，与插指等距离，并在插指的端部弯折相连，弯折相连部分与横向走线平行，且蛇形走线的两端分别连接一竖向连线；

偶数层的上部和下部分别包括横向连接走线和多个插指，且该多个插指上下交错，在上下交错的插指之间，设置一连续蛇形走线，该蛇形走线位于插指之间，与插指等距离，并在插指的端部弯折相连，弯折相连部分与横向走线平行，且蛇形走线的两端分别连接一竖向连线；

偶数层的多个插指与上下对应的奇数层的多个插指左右相互偏移一个单位，偶数层的蛇形走线与上下对应的奇数层的蛇形走线左右相互偏移一个单位。

本发明还包括采用上述金属电容的布线方法构成的全向连接的电容，及全向连接的电容的布线方法，以及采用上述金属电容作为单元模块构成的全向连接的电容的布线方法。

从同层来看，由于蛇形走线和插指走线总是交错进行，而蛇形走线和插指走线总是连接到相反极性，因此，可以产生寄生电容；

从上下层来看，总是蛇形走线相邻于插指线，而蛇形走线和插指走线总是连接到相反极性，因此上下层金属间可以产生寄生电容。任意观察某条走线，就会发现它的同层的左右和相邻的上下层都是另一电极的金属线，即使在弯折部分也是如此，因而，最大程度上利用了金属的寄生电容，在相同的面积下产生了更多的电容。

这种电容版图的设计可根据实际需要进行横向或纵向的拉伸，图5为本发明的奇偶层电容横向拉伸示意图，图6为本发明的奇偶层电容纵向拉伸示意图，从而增加了此电容的灵活性。图5、6中，用X表示图3、4中的通孔30、40，用直线代表图3、4的所有走线。

此电容布图（版图）可视为一端外圈包裹连接线和另一端内圈蛇形走线连接，如图7、8。内层蛇形连接分为奇数层和偶数层，形象地说，如果把奇数层连线看为一个相位为0的正弦波，偶数层连线则是与奇数层连线相位相差1/4周期的正弦波。外圈连接和内圈连接分别接到不同电位，如果仔细观察，就会发现除极少数蛇形走线的边缘外绝大多数的连线的四个立体方向（上下左右）都与另外一个点位的连线相邻，包括拐弯处，由此在最大程度上增大了不同电位间的金属接触面积，即增加了金属电容。

另外，当多个电容沿边沿紧贴摆放呈矩形阵列的时候，各电容的外圈（奇数层）自然相连，形成紧密的电源网格，同时，左右两侧的偶数层也可以形成另一个电位的网格连接，从而实现“全向”的目标。

本发明这种可重复利用的设计大大节省了版图的设计时间，有效增大单位面积金属电容。多个电容紧贴摆放时，无需额外工作，即可形成电源网格。

Claims (10)

1.一种金属电容，包括奇数层和偶数层上下两层插指电容，其特征在于，奇数层和偶数层分别包括上部和下部，其中，

奇数层的上部和下部分别包括横向走线和多个插指，且该多个插指上下交错，在上下交错的插指之间，还包括一连续蛇形走线，该蛇形走线位于插指之间，与插指等距离，并在插指的端部弯折相连，弯折相连部分与横向走线平行，且蛇形走线的两端分别连接一竖向连线；

偶数层的上部和下部分别包括横向连接走线和多个插指，且该多个插指上下交错，在上下交错的插指之间，还包括一连续蛇形走线，该蛇形走线位于插指之间，与插指等距离，并在插指的端部弯折相连，弯折相连部分与横向走线平行，且蛇形走线的两端分别连接一竖向连线；

偶数层的多个插指与上下对应的奇数层的多个插指左右相互偏移一个单位，偶数层的蛇形走线与上下对应的奇数层的蛇形走线左右相互偏移一个单位，其中奇数层和偶数层的上下多个插指连接于同一电极，蛇形走线连接于另一电极。

2.如权利要求1所述的金属电容，其特征在于，奇数层的蛇形走线的该竖向连线等于插指的长度，并与上部和下部的横向走线之间的距离相同；偶数层的上部和下部的横向走线均等于蛇形走线的两端竖向连线之间的距离。

3.如权利要求1或2所述的金属电容，其特征在于，还包括多个通孔，分别位于奇数层和偶数层的上部和下部的横向走线和蛇形走线的竖向连线，将奇数层和偶数层的插指和蛇形走线分别连接。

4.一种采用权利要求1-3任意项之一的金属电容组成的全向连接的电容，其特征在于，该全向连接的电容为多个金属电容组成M*N列矩阵排列，奇数层中同一行的左右金属电容公用蛇形走线的竖向连线，同一列的上下金属电容通过蛇形走线的竖向连线彼此相连；偶数层中同一行的左右金属电容公用上部和下部的横向走线；同一列的上下金属电容间，上一行的金属电容的下部横向走线作为下一行的金属电容的上部横向走线。

5.一种金属电容的布线方法，该金属电容包括奇数层和偶数层上下两层插指电容，其特征在于，奇数层和偶数层分别包括上部和下部，奇数层的上部和下部分别包括横向走线和多个插指，且该多个插指上下交错，在上下交错的插指之间，设置一连续蛇形走线，该蛇形走线位于插指之间，与插指等距离，并在插指的端部弯折相连，弯折相连部分与横向走线平行，且蛇形走线的两端分别连接一竖向连线；

偶数层的上部和下部分别包括横向连接走线和多个插指，且该多个插指上下交错，在上下交错的插指之间，设置一连续蛇形走线，该蛇形走线位于插指之间，与插指等距离，并在插指的端部弯折相连，弯折相连部分与横向走线平行，且蛇形走线的两端分别连接一竖向连线；

偶数层的多个插指与上下对应的奇数层的多个插指左右相互偏移一个单位，偶数层的蛇形走线与上下对应的奇数层的蛇形走线左右相互偏移一个单位，其中奇数层和偶数层的上下多个插指连接于同一电极，蛇形走线连接于另一电极。

6.如权利要求5所述的金属电容的布线方法，其特征在于，奇数层的蛇形走线的该竖向连线等于插指的长度，并与上部和下部的横向走线之间的距离相同；偶数层的上部和下部的横向走线均等于蛇形走线的两端竖向连线之间的距离。

7.如权利要求5或6所述的金属电容的布线方法，其特征在于，还包括多个通孔，分别位于奇数层和偶数层的上部和下部的横向走线和蛇形走线的竖向连线，将奇数层和偶数层的插指和蛇形走线分别连接。

8.一种采用权利要求5-7任意项之一的金属电容的布线方法构成的全向连接的电容，其特征在于，该全向连接的电容为多个金属电容组成M*N列矩阵排列，奇数层中同一行的左右金属电容公用蛇形走线的竖向连线，同一列的上下金属电容通过蛇形走线的竖向连线彼此相连；偶数层中同一行的左右金属电容公用上部和下部的横向走线；同一列的上下金属电容间，上一行的金属电容的下部横向走线作为下一行的金属电容的上部横向走线。

9.一种采用权利要求5-7任意项之一的金属电容的布线方法构成的全向连接的电容的布线方法，其特征在于，该全向连接的电容为多个金属电容组成M*N列矩阵排列，奇数层中同一行的左右金属电容公用蛇形走线的竖向连线，同一列的上下金属电容通过蛇形走线的竖向连线彼此相连；偶数层中同一行的左右金属电容公用上部和下部的横向走线；同一列的上下金属电容间，上一行的金属电容的下部横向走线作为下一行的金属电容的上部横向走线。

10.一种权利要求1-3任意项之一的金属电容的构成的全向连接的电容的布线方法，其特征在于，该全向连接的电容为多个金属电容组成M*N列矩阵排列，奇数层中同一行的左右金属电容公用蛇形走线的竖向连线，同一列的上下金属电容通过蛇形走线的竖向连线彼此相连；偶数层中同一行的左右金属电容公用上部和下部的横向走线；同一列的上下金属电容间，上一行的金属电容的下部横向走线作为下一行的金属电容的上部横向走线。