DE19531651C2

DE19531651C2 - Verfahren zur Anordnung von Leiterbahnen auf der Oberfläche eines Halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE19531651C2
Application number: DE19531651A
Authority: DE
Inventors: Carsten Roedel; Juergen Scheible
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-08-29
Filing date: 1995-08-29
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2015-08-30
Also published as: FR2738672A1; ITMI961797A1; IT1283846B1; DE19531651A1; ITMI961797A0; US5888893A; FR2738672B1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Anordnung von Leiterbahnen auf der Oberfläche eines Halbleiterelements nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs. Es sind bereits Verfahren zur Anordnung von Halbleiterelementen bekannt, bei denen auf der Oberfläche der Halbleiterelemente Pfade festgelegt werden, auf denen die Leiterbahnen angeordnet sind. Die Pfade sind außerhalb von verbotenen Bereichen der Halbleiteroberfläche gelegen.

Aus dem Artikel "Tollis, I. G: Wiring in uniform grids and two-colorable maps, NL-Z: Integration, the VLSI journal 12 (1991), Seite 189 bis 210 ist ein Ansatz zur Anordnung von Leiterbahnen bekannt. Hierbei werden die Leiterbahnen auf einem Pfad angeorndet und in einem gleichmässigen Gitter können Bereiche definiert werden, in denen keine Verdrahtung stattfindet.

Die EP 0 442 491 A2 offenbart ebenfalls ein Verfahren zur Anordnung von Leiterbahnen auf der Oberfläche eines Halbleiterbauelements.

Aus der JP-A-1-154531 und der JP-A-55-163859 sind ebenfalls Verdrahtungsmuster auf Oberflächen bekannt, welche Bereiche vorsehen, in denen keine Verdrahtung stattfindet.

Der zitierte Stand der Technik weist den Nachteil auf, dass höchstens vorgegebene sogenannte verbotene Bereiche bei der Anordnung von Leiterbahnen auf der Oberfläche eines Halbleiterelements Berücksichtigung finden. Eine Vergrößerung der verbotenen Bereiche, wobei die Vergrößerung insbesondere in verschiedene Richtungen unterschiedlich vorgenommen wird, findet gemäß dem Stand der Technik nicht statt.

Die Aufgabe, eine solche Vergrößerung der verbotenen Bereiche vorzunehmen, wird durch das Verfahren gemäß dem Hauptanspruch gelöst.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auf eine einfache Weise eine vorteilhafte Anordnung der Leiterbahnen erreicht wird. Die Leiterbahnen können durch das erfindungsgemäße Verfahren besonders platzsparend angeordnet werden. Weiterhin wird erreicht, daß die Leiterbahnen optimale Abstände zu den verbotenen Bereichen einhalten.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des Verfahrens nach dem unabhängigen Patentanspruchs möglich. Für die überwiegende Anzahl von Problemstellungen ist es ausreichend, zwei Koordinatensysteme zu definieren, die jeweils für sich einen eigenen Vergrößerungswert aufweisen. Besonders günstig ist dabei, wenn die beiden Koordinatensysteme zueinander einen Winkel von 45° aufweisen. Besonders einfach wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Rasterpunkten durchgeführt, wobei ausgehend von den bereits verbotenen Rasterpunkten eine Vergrößerung durch Betrachtung der benachbarten Rasterpunkte erfolgt. Sofern die verbotenen Bereiche als Polygone definiert sind, können die einzelnen Linienzüge des Polygons vergrößert und verlängert werden.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 eine Leiterbahn auf einem Halbleiterelement, Fig. 2 die Vergrößerung eines rechteckigen verbotenen Bereichs und die Fig. 3 bis 5 eine Methode zur Vergrößerung eines verbotenen Bereichs, der aus Rasterpunkten aufgebaut ist.

Beschreibung

In der Fig. 1 wird eine Leiterbahn 4 gezeigt, die auf einem Pfad 3 angeordnet wird. Der Pfad 3 besteht aus einem dünnen Linienzug, während sich die Leiterbahn 4 mit endlicher Breite zu beiden Seiten des Pfades 3 erstreckt. Mit 1 ist hier ein verbotener Bereich bezeichnet, in dem keinerlei Leiterbahnen angeordnet werden dürfen. Dabei handelt es sich i. a. um Leitungssegmente, die zu anderen elektronischen Netzen gehören oder es kann sich beispielsweise um einen Bereich der Halbleiteroberfläche handeln, in der ein Bauelement vorgesehen ist, dessen Funktion durch einen Strom, der durch eine Leiterbahn fließt, gestört werden könnte. Leiterbahnen müssen auch einen gewissen Abstand zu derartigen verbotenen Bereichen 1 einhalten. Um den Platzbedarf für die Anordnung möglichst gering zu halten, ist es dabei wünschenswert, einen möglichst geringen Abstand zwischen Leiterbahnen und dem verbotenen Bereich zu realisieren.

Bei der Anordnung von Leiterbahnen 4 auf der Oberfläche von Halbleiterelementen können Richtungsänderungen der Leiterbahnen erforderlich sein. In der Fig. 1 wird eine Leiterbahn 4 gezeigt, bei der eine Richtungsänderung um 90° erfolgt. Diese Richtungsänderung erfolgt jedoch nicht durch eine einzige Richtungsänderung von 90°, sondern durch zwei Richtungsänderungen mit jeweils 45°. Dies liegt darin begründet, daß es an derartigen Leitungsknicken, d. h. Bereichen, in denen eine abrupte Richtungsänderung der Leiterbahn erfolgt, zu einer Stromkonzentration auf der Innenseite des Abknickungsbereiches kommt. Bei einer abrupten Richtungsänderung um 90° ist die Stromdichteerhöhung besonders groß, und es kann infolge durch Elektromigration zu einer vorschnellen Alterung bzw. Zerstörung der Leiterbahn 4 kommen. Diese Stromkonzentration wird dadurch verringert, indem das Abknicken der Leiterbahnen auf jeweils maximal 45° begrenzt wird. Weiterhin müssen bei der Anordnung von Leiterbahnen 4 Mindestabstände zu den verbotenen Bereichen 1 eingehalten werden. Entlang gerader Linien, wie sie hier von den Längsseiten der rechteckförmigen verbotenen Zone 1 gebildet werden, ist dabei ein erster Abstand 20 einzuhalten. Gegenüber von Eckpunkten der verbotenen Bereiche 1 ist ein zweiter Abstand 21 einzuhalten, der in der Regel größer ist als der erste Abstand 20. Die Abstände 20, 21 sollten jedoch auch nicht größer als erforderlich gewählt werden, da dies zu einer Vergrößerung des Platzbedarfes für die Anordnung der Leiterbahnen 4 auf der Halbleiteroberfläche führt und somit Halbleiteroberfläche verschwendet wird.

In der Fig. 2 wird ein Teil des Layouts einer Halbleiterschaltung gezeigt. Bei einem derartigen Layout handelt es sich um einen Plan, der angibt, wo welche Halbleiterbereiche und Leiterbahnen angeordnet werden sollen. Um festzulegen, wo Leiterbahnen auf der Oberfläche des Halbleiterelements angeordnet werden dürfen, wird durch Vergrößerung des ersten verbotenen Bereichs 1 ein zweiter verbotener Bereich 2 erzeugt. Außerhalb des zweiten verbotenen Bereichs 2 können dann Pfade 3 für Leiterbahnen angeordnet werden. Die Pfade 3 für die Leiterbahnen können auch auf dem Rand der verbotenen Bereiche 2 angeordnet werden.

In der Fig. 2 wird erläutert, wie durch eine geeignete Vergrößerung der ersten verbotenen Zone 1 eine zweite verbotene Zone 2 geschaffen wird, deren Abmessungen so ausgelegt sind, daß die Leiterbahnen optimale Abstände 20 zu den Längsseiten und optimale Abstände 21 zu den Ecken der verbotenen Zone 1 einhalten und gleichzeitig ausschließlich Knickbereiche mit Winkeln von 45° erzeugt werden. Dies wird dadurch erzielt, daß die zweite verbotene Zone 2, die durch eine Vergrößerung aus der ersten verbotenen Zone 1 hervorgeht, nicht in alle Richtungen gleichartig vergrößert wird. Dazu ist ein erstes Koordinatensystem - bestehend aus den Richtungen x und y - und ein zweites Koordinatensystem - bestehend aus den Richtungen a und b - gezeigt. Die Vergrößerung der ersten verbotenen Zone 1 erfolgt in x- und y-Richtung mit einem ersten Wert und in a- und b-Richtungen mit einem zweiten Wert. Die Seiten der rechteckigen ersten verbotenen Zone 1, die parallel zur x- und y-Richtung sind, werden so in die Seiten der zweiten verbotenen Zone 2 überführt, die ebenfalls parallel zur x- und y-Richtung sind. Die Eckpunkte der ersten verbotenen Zone 1 bilden dann Seiten der zweiten verbotenen Zone 2, die parallel zur a- und b-Richtung sind. Da im vorliegenden Fall die x- und y- Richtung zueinander senkrecht sind, die a- und b-Richtung zueinander senkrecht sind und die x-Richtung zur a-Richtung und die y-Richtung zur b-Richtung jeweils einen Winkel von 45° aufweisen, weisen auch die Seitenwände der zweiten verbotenen Zone 2, die durch Vergrößerung der Seitenwände der verbotenen Zone 1 hervorgegangen sind, einen Winkel von 45° zu den Seitenwänden der zweiten verbotenen Zone 2 auf, die durch Vergrößerung der Eckpunkte hervorgegangen sind. Für die weitere Anordnung der Leiterbahnen muß nur noch beachtet werden, daß die Leiterbahnen auf Pfaden 3 angeordnet werden, die außerhalb oder auf dem Rand der zweiten verbotenen Zone 2 angeordnet sind. Da sich, wie in der Fig. 1 gezeigt wird, die Leiterbahn zu beiden Seiten des Pfades 3 erstreckt, wird dabei der Vergrößerung der ersten verbotenen Zone 1 ein gewisser Vorhalt eingerechnet, der der Breite der Leiterbahnen 4 Rechnung trägt.

Das hier beschriebene Verfahren ist besonders geeignet, wenn die Anordnung der Leiterbahnen in einer elektronischen Datenverarbeitung automatisch erfolgen soll. Da die zweiten verbotenen Zonen 2 bereits alle Informationen bezüglich eines Abstandes der Leiterbahnen zu verbotenen Zonen 1 enthalten und gleichzeitig ausschließlich 45°-Winkel aufweisen, muß für die weitere Verarbeitung berücksichtigt werden, daß die Pfade 3 für die Leiterbahnen 4 nicht innerhalb der verbotenen Zonen 2 angeordnet werden dürfen.

Die erste verbotene Zone 1 kann als Innenraum von Linienzügen, die ein Polygon bilden, definiert sein, d. h. der in der Fig. 1 gezeigte rechteckige verbotene Bereich 1 besteht aus 4 Linienzügen, die die Eckpunkte miteinander verbinden. Die Erzeugung des zweiten verbotenen Bereichs erfolgt dann dadurch, daß zu jedem dieser vier Linienzüge ein neuer Linienzug erzeugt wird, der parallel nach außen verschoben ist. Dabei erfolgt eine Verlängerung der verschobenen Linienzüge, wobei der Wert diese Verlängerung vom Wert der Vergrößerung und vom Winkel zum benachbarten Linienzug abhängt. Die so gebildeten parallel verschobenen Linien sind parallel zur x- und y-Richtung angeordnet. Die Eckpunkte dieser Linien werden dann durch weitere Linienzüge, die parallel zur a- und b-Richtung sind, vervollständigt. Der zweite verbotene Bereich ist dann als Innenraum des so vervollständigten Polygons definiert.

Weiterhin können auf der Halbleiteroberfläche eine Vielzahl von Rasterpunkten definiert sein, die auf Geraden angeordnet sind die zueinander senkrecht sind. Derartige Rasterpunkte werden im Folgenden als zueinander senkrecht angeordnete Rasterpunkte bezeichnet. Auf einer derartigen Halbleiter oberfläche würde ein erster verbotener Bereich 1 als Menge von Rasterpunkten definiert, denen jeweils der Status "verboten" zugeordnet ist. In der Fig. 3 werden neun derartige Rasterpunkte, die zueinander senkrecht angeordnet sind, gezeigt. Der zentrale Rasterpunkt 30 ist von acht Nachbarpunkten umgeben. Die sog. senkrechten Nachbarpunkte 31 sind dabei in x- und y-Richtung zum zentralen Rasterpunkt 30 angeordnet. Die diagonalen Nachbarrasterpunkte 32 sind dabei in a- und b-Richtung angeordnet. Wenn der Abstand zwischen dem zentralen Rasterpunkt 30 und den senkrechten Nachbarpunkten 31 auf die Länge 1 normiert wird, so beträgt der Abstand der diagonalen Rasterpunkte 32 zum zentralen Rasterpunkt 30 ungefähr 1,4 (Wurzel 2). In der Fig. 4 wird ein Ausschnitt eines ersten verbotenen Bereichs 1 gezeigt, der als Menge von Rasterpunkten, denen der Status "verboten" zugeordnet ist, definiert ist. Um die äußere Begrenzung dieser erst verbotenen Zone 1 deutlich herauszustellen, sind die äußeren Rasterpunkte mit einer Begrenzungslinie 100 gekennzeichnet, die die äußeren Rasterpunkte miteinander verbindet. Ausgehend von dieser ersten verbotenen Zone 1 wird nun die zweite verbotene Zone 2 gebildet, indem jeweils benachbarten Rasterpunkten, die noch nicht den Status "verboten" aufweisen, dieser Status zugeordnet wird. Da im Inneren des ersten verbotenen Bereichs 1 alle Rasterpunkte nur Nachbarn aufweisen, die ebenfalls mit dem Status "verboten" versehen sind, erfolgt das Wachstum ausgehend von den Rasterpunkten, die auf der äußeren Begrenzungslinie 100 angeordnet sind. Das Wachstum erfolgt derart, daß ausgehend von den Rasterpunkten, die bereits mit dem Status "verboten" versehen sind, allen benachbarten Rasterpunkten, sowohl den senkrechten Nachbarpunkten 31 wie auch den diagonalen Nachbarpunkten 32, der Status "verboten" zugeordnet wird. Die Rasterpunkte, denen im ersten Vergrößerungsschritt der Status "verboten" zugeordnet wird, sind in der Fig. 4 durch die Linie 101 miteinander verbunden. Entsprechend sind die Rasterpunkte, die im zweiten und dritten Vergrößerungsschritt mit dem Status "verboten" versehen werden, durch die Linie 102 und 103 verbunden.

In der Fig. 5 wird ebenfalls ein Ausschnitt aus einer verbotenen Zone 1 gezeigt, wobei die Randpunkte wiederum durch eine Linie 100 gekennzeichnet sind. Ausgehend von der verbotenen Zone 1 wird die zweite verbotene Zone 2 durch Vergrößerung der ersten verbotenen Zone 1 gebildet. In der Fig. 5 erfolgt die Vergrößerung jedoch dadurch, daß nur den senkrechten Nachbarpunkten, die noch nicht den Status "verboten" aufweisen, dieser Status verliehen wird. Die Linien 101 bis 104 kennzeichnen die Rasterpunkte, denen im ersten, zweiten, dritten und vierten Vergrößerungsschritt jeweils der Status "verboten" zugeordnet wird.

Wenn der senkrechte Abstand zwischen den in den Fig. 4 und 5 gezeigten Rasterpukten wieder auf 1 nomiert wird, so erfolgt in x- und y-Richtung die Vergrößerung der ersten verbotenen Zone 1 bei jedem Vergrößerungsschritt jeweils um eine Einheit. In der Diagonale, d. h. in der a-Richtung, ist jedoch in den beiden Figuren ein Unterschied durch starkes Wachstum gegeben. In der Fig. 4 erfolgt das Wachstum in der Diagonalen mit einem Faktor von ca. 1,4 Einheiten (Wurzel 2), und in der Fig. 5 erfolgt die diagonale Vergrößerung jeweils mit einem Faktor von ca. 0,7 ((Wurzel 2)/2) pro Vergrößerungsschritt. Die Vergrößerung, in der nur den senkrecht benachbarten Punkten der Status "verboten" zugeordnet wird, führt jedoch zur Ausbildung einer zweiten verbotenen Zone 2, bei der rechtwinklige Ecken der zweiten verbotenen Zone 2 vermieden werden.

Die zu den Fig. 4 und 5 beschriebenen Vergrößerungsschritte können auch abwechselnd oder in jedem beliebigen Verhältnis aufeinderfolgend durchgeführt werden. Jeder Vergrößerungsschritt führt in x- und y-Richtung jeweils zu einer Vergrößerung um eine Maßeinheit. Jeder Vergrößerungsschritt nach der Fig. 4 führt in a-Richtung zu einem Wachstum von ca. 1,4, und jeder Vergrößerungsschritt nach der Fig. 5 führt in a-Richtung zu einer Vergrößerung von ca. 0,7. Die Vergrößerungsverfahren nach den Fig. 4 und 5 können nun in beliebiger Reihenfolge nacheinander durchgeführt werden. Wenn beispielsweise neun Vergrößerungsschritte vorgenommen werden, von denen drei nach der Fig. 5 und sechs nach der Fig. 4 erfolgen, so beträgt das Wachstum in x- und y-Richtung neun Einheiten, und in a-Richtung 3 × 0,7 + 6 × 1,4, d. h. 10,5 Einheiten. Die so gebildete zweite verbotene Zone 2 weist somit in a- und b-Richtung einen größeren Abstand auf als in x- und y- Richtung. Weiterhin weist der äußere Rand dieser zweiten verbotenen Zone 2 keine rechten Winkel, sondern nur 45°- Winkel auf.

Die Anordnung der Leiterbahnen erfolgt mittig auf dem Pfad, so daß sich die Leiterbahn 4 mit endlicher Breite zu beiden Seiten der Pfade 3 erstreckt. Wenn die Leiterbahn wieder durch Rasterpunkte definiert wird, so ist es erforderlich, für die Breite 41 der Leiterbahn 4 in x- oder y-Richtung einen anderen Wert vorzusehen als für die Beite 42 der Leiterbahn in a- oder b-Richtung. Die Weite 41 in x- oder y- Richtung kann nur ganze Vielfache einer Maßeinheit annehmen, während hingegen die Weite 42 in a- oder b-Richtung jeweils nur das Vielfache von 0,7 ((Wurzel 2)/2) Einheiten annehmen kann. Bei der Vergrößerung der ersten verbotenen Zone 1 müssen diese unterschiedlichen Weiten der Leiterbahn 4 berücksichtigt werden.

Claims

1. Verfahren zur automatisierten und im Platzbedarf minimierten Anordnung von Leiterbahnen (4) auf der Oberfläche eines Halbleiterbauelements,

- auf der erste verbotene Bereiche (1), in denen keinerlei Leiterbahnen angeordnet werden dürfen, und Mindestabstände zwischen den ersten verbotenen Bereichen (1) und den Leiterbahnen (4) festgelegt werden, wobei die Mindestabstände für verschiedene Richtungen unterschiedlich sind,
- zweite verbotene Bereiche (2) durch Vergrößern der ersten verbotenen Bereiche (1) gebildet werden, wobei die Vergrößerung der ersten verbotenen Bereiche (1), in einer ersten und zweiten Richtung (x, y,), die senkrecht zueinander sind, mit einem ersten Wert und die Vergrößerung der ersten verbotenen Bereiche (1) in einer dritten und vierten Richtung (a, b), die senkrecht zueinander sind und zu der ersten und zweiten Richtung (x, y) nicht senkrecht sind, mit einem zweiten Wert erfolgt,
- und in einem weiteren Schritt die Leiterbahnen (4) auf einem Pfad (3) angeordnet werden, der außerhalb oder auf dem Rand der zweiten verbotenen Bereiche liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Richtung (x) zur dritten Richtung (a) und die zweite Richtung (y) zur vierten Richtung (b) einen Winkel von 45° aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerung in der ersten und zweiten Richtung (x, y) geringer ist als die Vergrößerung in der dritten und vierten Richtung (a, b).

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Halbleiterelements mit einem Raster von senkrecht zueinander angeordneten Rasterpunkten (30, 31, 32) überzogen ist, daß die ersten verbotenen Bereiche (1) jeweils durch eine Menge von Rasterpunkten definiert sind, denen jeweils der Status "verboten" zugeordnet ist, daß die Vergrößerung der ersten verbotenen Bereiche in einer Abfolge von Schritten erfolgt, in denen jeweils Rasterpunkten, die noch nicht mit dem Status "verboten" versehen sind und die zu verbotenen Rasterpunkten benachbart sind, ebenfalls der Status "verboten" zugeordnet wird, und daß bei den Vergrößerungsschritten entweder die senkrechten Nachbarpunkte 31 oder alle Nachbarpunkte (31, 32) mit dem Status "verboten" versehen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten verbotenen Bereiche (1) als Innenraum von Linienzügen, die ein Polygon bilden, definiert sind, daß zur Vergrößerung die Linienzüge parallel nach außen verschoben werden, daß dabei eine Verlängerung der Linienzüge erfolgt, deren Wert durch den Winkel zu benachbarten Linienzügen und vom Wert der Vergrößerung abhängt, und daß gegebenenfalls weitere Linienzüge eingefügt werden, um ein vollständiges Polygon zu bilden.