CN1184980A - 用于半导体集成电路的设置及布线方法 - Google Patents

Abstract

一种用于半导体集成电路的设置及布线方法,其包括一目标描述步骤,用于准备一个目标描述,还包括晶体管目标处理步骤,用于按目标描述生成每个晶体管并针对相邻信息定位所生成的晶体管,布线目标处理步骤,用于在平面方向及在竖直方向确定每个布线的位置,一目标端点确定步骤,用于确定每个晶体管目标的最后位置及每个布线目标的最后起点及终点,及一布线后处理步骤,用于通过所确定的布线层来布线每个布线目标。

Description

用于半导体集成电路的设置及布线方法

本发明涉及用于半导体器件的设置及布线方法，且尤其是涉及一种使用计算机辅助设计(简写为CAD)的半导体集成电路的设置及布线方法。

在使用CAD进行布局设计时，需要对包含反相器、与非(电路)、或非(电路)的各个不同种类的基本单元进行设计。在此情况下，一般讲在同一基本单元中，组成基本单元的多个晶体管彼此间的尺寸是不同的，这是由单个基本单元的电路特性决定的。因此在现有技术中，已经采用了这样一种设计方法，即首先准备所需种类数目的基本单元也即参数化单元，以便当输入设计规则、晶体管尺寸及其它条件时来自动产生所需的单元。

现有技术的用于实现上面提到的参数化单元的设置及布线方法包括下面两个方法：在第一种设置及布线方法中，只将晶体管设定为目标，而将布线导体及连接用关系表达式进行描述；在第二种设置及布线方法中，晶体管被描述为目标，且仅表示出晶体管目标间的相关位置，而目标间的布线根据连接信息自动进行。

首先，结合示意地描述晶体管目标的图1来解释晶体管目标的概念。晶体管目标是通过描述不考虑晶体管尺寸作为一个器件的晶体管图案形式，以及包含栅极，源极及漏极的虚端点位置、TG、TS、及TD门、晶体管尺寸L(长度)及W(宽度)以及起始位置(点)OXY来进行表达的。

现在，参考图2的流程图来描述第一现有技术的设置及布线方法。首先，在步骤p1中，晶体管尺寸的参数被作为晶体管目标进行设定，然后，描述晶体管目标和布线导体及接点间的关系表达式。在根据已经定位的图案形成及设计规则来确定定位位置及布线位置的情况下来准备相关的表达式。此外，布线描述包括与所确定的布线导体层相关的信息，而接点描述包括将被定位的连接单元名。

在步骤P2中，来确定第一晶体管日标的起始位置，并根据相关的表达式来在步骤P4中产生并定位晶体定的位置，或者在步骤P5中确定布线导体的位置及在步骤P6中确定连接点的位置。在步骤P3中，来检查位置目标是否为晶体管目标，如果位置目标是晶体管目标，程序进入到步骤P4，在步骤P4中根据所给出的参数来产生晶体管，并在相关表达式的基础上来确定所产生的晶体管的设置位置。另一方面，如果位置目标是布线导体，程序进入到步骤p5，在步骤p5中根据相关表达式来计算布线导体的起始点及终端点，并通过使用所指定的布线导体层来进行布线。此外，如果位置目标为接点，程序进入到步骤p6，在步骤p6中根据相关表达式来计算定位位置，并定位所指定的接点单元。此程序处理相关表达式中描述的全部内容。

现在，参考图3A来描述此工艺的具体实施例，图3A示出了定位/布线目标单元的布线图而图3B示出了通过晶体管目标相关表达式的相同情形。图3A中所示的晶体管Q1及Q2分别用图3B中所示的晶体管目标Q01及Q02来表示。图3A中所示的布线导体W1、W2、W3、W4及W5分别用图3B中所示的布线导体W01、W02、W03、W04及W05表示，其表示了路径的中心线。图3A所示的接点TH1及TH2分别用图3B中所示的接点TH01及TH02表示。

例如，在定位布线导体W02的情况下，有必要确定端点P21及P22。如果定位了晶体管目标Q01，根据设计规则的分开间隔，将端点P22的x坐标定位布线导体W01与晶体管目标Q01分隔开位置处，而端点p22的Y坐标按设计规则的间隔被定位在按设计规则的间隔将布线导体W02与晶体管目标Q01分开的位置处。端点P21的Y坐标是与端点P22的Y坐标相同，端点p22的X坐标是与晶体管目标Q02的端点T26的X坐标相同。

因此，在处理完布线导体W04、接点TH2及晶体管目标Q02和决定了晶体管目标Q02的端点T26后就可获得了端点P22这x坐标及Y坐标，最后，用指定的布线导体层及指定的布线导体宽度来将端点P21和P22互连。

在此第一现有技术的设置及布线方法中，在确定布线导体W02的情况中，必须考虑不直接与布线导体W02相连的晶体管目标Q02的端点位置，换句话说，针对不直接与晶体管目标的端点相连的布线导体，必需考虑对所有端点位置的影响，并确定布线顺序及晶体管目标的位置顺序，以便将它们引入相关的表达式中。这就完成了相关的表达式，并当晶体管数目很大时，很容易忽视布线导体所受的影响。

此外，为了实现第一现有技术的设置及布线方法，通常的作法是对每个单元都描述一单元生成程序，因此，不可能保存每个单元的数据，并进而很难改变单元的组成元件。

现在参考图4的流程图来描述第二现有技术的设置及布线方法。首先，在步骤R1中，晶体管尺寸的参数被作为晶体管目标进行设定，然后，指定晶体管目标间的相对位置。然后，在步骤R2中，根据在相关位置信息中描述的晶体管的参数来来生成晶体管。此后，在步骤R3中，确定第一晶体管目标的定位位置(原始位置)，并在步骤R4中，根据在相关位置信息中描述的相关位置来定位所生成的晶体管。此时，进行调节以避免晶体管的相互重叠。然后，在步骤R5中，根据连接信息，通过使用扩散层、多晶硅层及铝布线层来进行被定了位的晶体管之间的连接布线。

这种布线是首先根据使用扩散层的共用化晶体管进行的，然后，通过使用多晶硅布线层和铝布线层进行连接。此时，当需要连接不同平面的布线层时，就需设置一个接点以满足设计规则。此外，如果在晶体不存在对于布线导体的所需的间隔，则进行晶体管间隔扩展的处理。

现在参照图5A来描述此自理过程的具体实例，图5A示出了将要定位/布线目标单元的布线图而图5B示出了根据晶体管目标的相关表达式的单元的相关位置。图5A中所示的晶体管Q3、Q4和Q5分别用图5B中的晶体管目标Q03、Q04及Q05进行表示，而图5B示出了这些晶体管的相对位置关系。

首先，根据各晶体管目标Q03、Q04及Q05的尺寸L及W来生成晶体管，而所生成的晶体管目标被以这样一种方法定位，即晶体管间彼此不相互重叠。然后，根据连接信息，晶体管目标Q03、Q04及Q05的扩散层被公有化到可能的程度，然后，通过使用多晶硅布线层及铝布线层来进行晶体管端子间的连接。此时，当在不同的平面对布线层彼此连接时，则设置一个连接接点。

如果在生成布线导体W15及W14和接点TH3及TH4的步骤中布线空间不够，则将晶体管目标Q05及晶体管目标Q03和Q04间的间隔扩大到所需的程度。最后，获得图5A中所示的布线。

然而在此第二技术的定位及布线方法中，例如，当晶体管Q5的沟道长度L被扩大时，有可能会通过环绕或圆形线路以避过晶体管Q3和Q4来生成布线导体W14及W13，在用图5C中所示的布线导体W14A和W13A，W13B及W13C和接点TH23及TH24所表示的布线图形时，其结果是会产生将不同平面的布线导体互连的必要。这在自动布线工艺中的布线路径的成本计算的过程中是值得考虑的。如果产生了环状线路的布线导体，电路面积变大，并增大了额外的布线电容。

此外，为了实现第二现有技术的定位及布线方法，则需要大尺寸的自动布线工具及所谓的压缩程序。

如上所述，第一种现有技术的定位及布线方法的缺点在于，它需要考虑对于包括不直接与晶体管目标的端点相连的布线导体的所有布线导体的晶体管目标的端点位置的影响，如果需要的话，为了将它们引入相关的表达式中还要确定晶体管目标的布线顺序及定位顺序。因此，当晶体管数目很大时，相关的表达式变得很复杂，且其很容易忽略布线导体所受的影响。

此外，必需描述对每个单元的单元生成程序，且因而，不可能保留每个单元的原有数据。其结果，很难限定单元的组成元素，例如无法改变一些晶体管的尺寸。

另一方面，第二种现有技术的定位及布线方法的缺点在于，由于自动布线，当晶体管尺寸改变时，就会产生环形的线路布线，这会增大电路面积及布线电容。

此外，为了实现第二种现有技术的定位及布线方法，就需要大尺寸的自动布线工具及所谓的压缩程序。

相应地，在发明的一个目的是提供一种用于半导体集成电路的设置及布线方法，其可克服上面提到的传统方法中的缺陷。

本发明的另一个目的是提供一种用于半导体集成电路的设置及布线方法，其能够减少布线设计步骤的数目，同时保持组成构件的相对位置。

本发明的上述及其它目的是根据本发明的用于半导体集成电路的设置及布线方法来实现的，该半导体集成电路具有包括在半导体芯片上的晶体管的电路元件或电路功能块，用于自动生成所需参数化单元，设置及布线方法是通过给出设计规则及一包含晶体管尺寸的设计信息来实现的，该方法包括：

用于准备描述作为晶体管目标的每个晶体管及作为布线目标的每个布线导体的目标描述的目标描述步骤，其包括每个目标与其相邻目标的关系的相对位置信息及表示每个目标的连接终点的连接信息。

晶体管目标处理步骤，其用于根据目标描述来生成晶体管并考虑相关的位置信息来定位所生成的晶体管；

布线目标处理步骤，其通过考虑相关的位置信息确定每个布线目标在平面方向及在竖直方向的位置；

目标终点确定步骤，其用于确定每个晶体管目标的最后位置及每个布线目标的最终起始点及最后终止点；及

布线后一处理步骤，其用于按所指定的布线层来对每个布线目标进行布线。

通过下面结合相应附图对本发明最佳实施例的描述会对本发明的以上及其它的目的、特点及优点有更清楚的了解。

图1为描述晶体管目标的概念的示意图；

图2为描述第一种现有技术的设置及布线方法的一个实例的流程图；

图3A为将要被定位和布线的单元的布线图；

图3B为根据第一种现有技术的设置及布线方法的晶体管目标的相关表达式；

图4为描述第二种现有技术的设置及布线方法的一个实例的流程图；

图5A示出将要被定位和布线的单元的布线图；

图5B描述了根据第二种现有技术的设置及布线方法的晶体管目标的相关表达式；

图5C为第二种现有技术的设置及布线方法的处理结果的布线图；

图6为根据本发明的设置及布线方法的第一实施例的流程图；

图7A及7B描述了根据本发明的布线目标设置的概念及布线方法；

图8描述了根据本发明的设置中的布线目标间的关系和布线方法；

图9A到9E描述了根据本发明的设置和布线方法中的相接各步的目标处理流程；

图10A到10B示出了布线目标的概念，用于描述根据本发明的设置及布线方法的第二实施例的操作。

参考图6，其示出了根据本发明设置及布线方法的第一实施例的流程图

根据按照本发明的设置及布线方法的第一实施例，在目标描述步骤S1中用晶体管目标及布线目标来描述所要产生的全部基本单元。在每个晶体管目标中，指定了晶体管尺寸、表示相关晶体管目标的连接终点的连接信息以及与相关晶体管目标上、下或左、右相邻目标的参数。

然后，参考图7A及7B来对布线目标的概念进行描述，其示意地描述了布线目标。布线目标包括如图7A中所示的表示平面布线导体的平面布线目标，及如图7B中所示的表示竖直布线导体的竖直布线目标。每个布线目标由具有两相对端点的线部分组成并具有关于关于布线层两端点的连接信息及关于ST及SB或SL及SR的上与下或左和右的相邻状况的信息。并在目标端点确定步骤S6中来确定这些端点。

如图7A中所示的平面布线目标表示一个布线层、在布线层上具有两个相对的端P11及P12的线部分1，用向上方向的相邻状态ST及与向下方向相邻的状态SB表示的方向上与平面布线目标相邻的相邻目标11及12及端点P11及P12的各自连接信息CN11及CN12。

另一方面，如图7B中所示的竖直布线目标指定了布线层，在布线层上具有两个相对端点P21及P22的线部分2、用左边方向相邻的状态SL及右向相邻状态SR表示的方向上与竖直布线目标相邻的相邻目标21及22，及端点P21及P22的各连接信息CN21及CN22。

在每个平面及竖直的布线目标中，当未指定一个相邻目标时，则认为布线导体坐标延伸到连接终点位置。

如果布线目标的布线层不同于连接终点的布线层，当设置了一个用于不同的布线层间连接的通孔型接点时，则确定了一个不需要考虑相邻关系的目标。例如，图7B中示出了一个用于不同的布线层间以及接点TH21的上、下、左、右相邻状态CT、CB、CL、CR间连接的接点TH21。

现在参考图8来描述具体的目标关系，其以目标关系图的形式描述了图3A中的布线结构。在图8中，与图3B中所示的那些相类似或相对应的元件用相同的参考符号或数码表示，且相邻关系用箭头曲线表示。

所示出的布线包括晶体管目标Q01及Q02，平面布线目标W02、W04和W05以及竖直布线目标W01及W03。

在向下的方向上晶体管目标Q02与平面布线目标W04相邻并与平面布线目标W04及竖直布线目标W03相连。此外，设定了晶体管目标Q02的晶体管尺寸L及W。

在向下的方向上平面布线目标W02与晶体管目标Q01相邻，并与竖直布线目标W01及W03相连。此外，并确定平面布线目标W02的布线层为第一层铝层。

回到图6，在步骤2中，确定首先设置的晶体管的原始位置，而在步骤3中，目标的种类以如图8中所示的目标数的顺序来区分。作为区分的结果，程序进入到或者晶体管目标处理步骤S4或者布线目标处理步骤S5，或者当无目标存在时进入到布线后一处理步骤S7。

在晶体管目标处理步骤S4中，根据所指定的晶体管尺寸来产生晶体管，如果确定无相邻的位置，则所生成的晶体管被置于最初的原始位置。如果确定有相邻的状态，则在与上或下指定目标分开的位置按设计原则(设计规则间隔)所确定的所需间隔确定Y一坐标，而在与左或右指定目标分开的一位置按设计原则确定X一坐标，此后，将所生成的晶体管设置在由此确定的Y一坐标和X一坐标所指示的位置上。然而，如果确定公有的所涉及的晶体管的扩散层，则晶体管被与已经定位的晶体管相邻设置，该已经定位的晶体管具有被指定与所涉及的晶体管的扩散层公有的扩散层。

在布线目标处理步骤S5中，如果未指定上/下相邻的位置状态则根据连接信息将所确定的平面布线目标的Y一坐标作为已经定位的目标的终端位置的Y一坐标。如果指定有上/下的相邻位置，通过处理一与晶体管目标的相邻状态处理相似的处理过程在按设计原则间隔将上/下相邻目标分开的一位置处来确定平面布线目标的Y一坐标。

在竖直布线目标的情况下，当指定了无左/右相邻状态时，则根据连接信息与平面布线目标相近似的来确定竖直布线目标的X一坐标。如果指定存在左/右相邻的状态，则在与上/下相邻目标按设计规则间隔分开的一位置处来确定竖直布线目标的X一坐标。

在每次完成目标处理过程后，在目标端点确定步骤S6中来确定目标的端点位置。由于晶体管的最初位置与晶体管的三个端子的终端位置的距离是预先知道的，可通过晶体管的定位位置来计算晶体管目标的端子位置。当要与晶体管目标相连的布线目标已经被定位时，在平面布线目标的情况下，平面布线目标的连接端点的X一坐标变为晶体管目标的连接端点的X一坐标。在竖直布线目标的情况下，竖直布线目标的连接端点的Y一坐标变为晶体管目标的连接端点的Y一坐标。

此外，由于在布线目标处理步骤S5中已经确定了平面布线目标的连接端点的Y一坐标位置，当要被连接的目标已被定位时，平面布线目标的连接端点的X一坐标变为已经定位的目标的连接端点的X一坐标。类似地，由于已经确定了竖直布线目标的连接端点的位置，当将要连接的目标已经定位时，竖直布线目标的连接端点的Y一坐标变为已经定位的目标的连接端点的Y一坐标。

此外，与另一布线目标相连的布线目标的连接端点的位置是按照与对于和晶体管相连的布线目标的处理过程相类似的方式进行的。

当每个目标的终端层的平面与连接终点的终端层的平面不同时，从在设计规则中所描述的接点中选出一个最优的接点，并在考虑接点位置的相邻状态的情况下来定位所选择的接点。

在全部的目标处理都完成后的布线后一处理步骤S7中，根据所确定的布线位置通过确定布线层来进行布线从而生成最后的布线。

下面，参照图9A到9E来描述晶体管目标得理步骤S4、布线目标处理步骤S5、目标端点处理步骤S6及布线后一处理步骤S7的具体实例，图9A到9E按步描述了当根据本发明的设置及布线方法被应用到由图8的目标图所表示的单元时对于目标的处理流程。

首先，如图9A中所示，根据晶体管尺寸来生成晶体管目标Q01，并定位在在步骤S2中所确定的原始位置。图9B描述了在平面布线目标W02已被处理后的情况。由于在向下的方向上平面布线目标W02与晶体管目标Q01相邻，在与晶体管目标Q01分开一设计规则间隔的位置处来确定平面布线目标W02的Y一坐标。平面布线目标W02与竖直布线目标W01及W03相连。这里，由于竖直布线目标W02已经被定位，竖直布线目标W01的X一坐标已经被确定。因此，最终确定了平面布线目标W02的端点P21。然而，由于竖直布线目标W03还没被定位，因此无法确定平面布线目标W02的端点P22。

类似地，当平面布线目标W04被处理时，由于晶体管目标Q02也还没被定位，因此无法确定平面布线目标W04的端点P41。图9C中示出了此种情况。

图9D描述了在晶体管目标Q02已被定位后的情况。由于在向下的方向上晶体管目标Q02与布线目标W04相邻，晶体管目标Q02的Y一坐标被确定与布线目标W04分开所需的设计规则间隔。另一方面，由于对于晶体管目标Q02来指定左/右相邻状态，初始位置的X一坐标被选择作为晶体管Q02的X一坐标。当晶体管目标Q02已经被定位时，确定端点P41的X一坐标。此外，由于布线目标W04的平面不同于晶体管目标Q02的连接端点的平面，因此设置接点TH2。

图9E描述了在竖直布线目标W03及平面布线目标W05已被处理后的状况。由于竖直布线目标W03无所指定的相邻状态，因此晶体管目标Q02的端点位置被确定作为竖直布线目标W03的X一坐标。此外，由于竖直布线目标W03与平面布线目标W02相连，在此步骤中最终确定竖直布线目标W02的端点P22。

图9F描述了通过分别用晶体管Q1及Q2来替代晶体管目标Q01及P02，以及通过将所确定的布线层及设计规则的布线导体宽度加到布线目标W01、W02、W03、W04及W05以便得到布线导体W1、W2、W3、W4及W5而获得的布线图。

现在，参考图10A来描述根据本发明的设置及布线方法的第二实施例，在图10A中与图5A中所示对应的元件通过在相同的符号及数码中插入“O”来给出。图10A通过晶体管目标Q03、Q04及Q05和布线目标W011、W013、W014、W015、W016、W017及W019并同样加入用箭头曲线表示的相邻的关系来示出了图5A的布线图。在向下的方向上布线目标W014与晶体管目标Q03相邻，而在左边的方向上布线目标W013与布线目标W012相邻。

图10B示出了当晶体管目标Q05的晶体管尺寸L(长度)被扩大时所获得的布线图。由于对于布线目标W014、W013的相邻关系已确定，即使布线目标W014的的位置在平面方向上(左-右方向)移动，布线目标W013也位于布线目标W012的右侧，从而永远保持了其相对的位置关系。

从上面可以看出，根据本发明的用于半导休集成电路的设置及布线方法其特征在于其包含如下步骤，一个目标描述步骤，其用于准备一个目标描述，该目标描述描述每个作为晶体管目标的晶体管及每个作为布线目标的布线目标的布线导体，且该目标描述中还包括每个目标与其相邻目标的相关位置信息及每个目标的连接信息；晶体管目标处理步骤，其用于根据目标描述生成每个晶体管并根据相关位置信息来定位所生成的晶体管；一布线目标处理步骤，其用于在平面方向上及在竖直方向上来确定每个布线的位置；及一目标端点确定步骤，用于确定每个晶体管目标的最终位置及每个布线目标的最终起点及最终终点。因此，即使在定位不直接与晶体管相连的布线导体时，由于考虑了晶体管的位置，因此描述量可减到现有技术实例的大约一半到五分之一。另一方面，除非布线导体不直接与晶体管相连，否则不必考虑晶体管的终端位置。此外，由于是简单的按顺序描述目标，因此可以减少忽视的可能性，并且还减少了设计步骤的数目。

此外，与自动步线相比，布线目标的表示法使其有可能产生所希望的布线图形，因此，既不会附加额外的布线电容也不会增加额外的布线电阻，其结果可产生出具有优良性能的布线。

此外，与自动布线相比，布线目标的表示法可减少程序的尺寸。由于每个基本单元的信息可被作为数据保存，因此可以很容易地改变单元的构成元件。

这里已结合具体实施例对本发明进行了描述，然而，需注意的是，本发明不仅限于所述结构的具体内容上，而在所附权利要求范围内的改变及修改都为本发明的范围。

Claims (2)

1、一种用于在半导体芯片上对具有电路元件及电路功能块的半导体集成电路的设置及布线方法，该设置及布线方法通过给出设计规则及包括所述晶体管的尺寸的设计信息来自动生成所需的参数化单元，其特征在于该方法包括：

目标描述步骤，用于准备一个目标描述，该目标描述了每个作为晶体管目标的所述晶体管及每个作为布线目标的布线导体，该目标描述还包括每个目标与其相邻目标的相关位置信息及表示每个目标的连接终点的连接信息；

晶体管目标处理步骤，用于根据目标描述产生所述的晶体管并通过考虑所述的相关位置信息来定位所生成的晶体管；

布线目标处理步骤，用于通过针对所述的相关位置信息来确定所述每个布线目标在平面方向及在竖直方向的位置；

目标端点确定步骤，用于确定每个晶体管目标的最终位置及每个步线目标的最终起始点及最终终端点；及

布线后一处理步骤，用于按所指定的布线层为每个布线目标布线。

2、根据权制要求1所述的设置及布线方法，其特征在于还包括，在所述目标描述步骤后，还有一区分步骤，其用于区分哪个晶体管目标及哪个布线目标是所描述的目标。

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