JP2006303108A - 半導体集積回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】 スタンダードセル方式によって設計される半導体集積回路において、メモリブロックの配置によるチップ面積増加を抑制可能な半導体集積回路を提供する。
【解決手段】 同一の高さHsを有する複数のスタンダードセル20が列方向に配列されたスタンダードセル領域10と、行方向においてスタンダードセル領域10と接し、高さHsの整数倍の高さHmの複数のメモリセル21が列方向に配列されたメモリブロック11とを備え、互いに隣接するスタンダードセル20の境界の位置と、互いに隣接するメモリセル21の境界の位置が一致する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、半導体集積回路に関し、特にスタンダードセル方式で設計される半導体集積回路に関する。
半導体集積回路(LSI)を設計する際には、設計精度の向上と開発期間の短縮のために、一定の高さのスタンダードセルを配列する「スタンダードセル方式」による自動設計が行われる。スタンダードセル方式では、スタンダードセル同士が接して配置できるように、ウェル境界の位置、電源配線の位置、ウェル境界から内部パターンまでの距離などの、境界部のパターンがルール化されている。また、スタンダードセルが隣接して配置されることで、スタンダードセル同士の電源配線やウェルが接続される(例えば、特許文献1参照。)。
近年、グラフィックスプロセッサ等の大規模な論理LSIでは、複数のスタンダードセルが配列されたスタンダードセル領域に加えて、小規模なSRAM等のメモリブロックが多数埋め込まれている。メモリブロックは、面積縮小と高性能の要求によりカスタム設計によって設計される。メモリブロックでは、メモリブロック内に多数配置されるメモリセルのピッチを基準にしてレイアウト設計がなされる。隣接するメモリセルの境界ピッチは、スタンダードセルのピッチとは異なる。即ち、メモリブロックとスタンダードセルはデザインルールが異なるので、メモリブロックとスタンダードセル領域間には、互いのデザインルールに違反しないようにスペース領域が設けられている。このため、特に小規模なメモリブロックが多数用いられる場合に、メモリブロックとスタンダードセル領域との間にそれぞれスペース領域を設けることになり、チップ面積が増大する。または、メモリブロックにスタンダードセルが接しても問題がないように、メモリブロック内のスタンダードセル領域との境界側に全くパターンが存在しない領域を設けたとしても、結果的にチップ面積が増大する。
米国特許第2004/0078769A1号明細書
本発明の目的は、スタンダードセル方式によって設計される半導体集積回路において、メモリブロックの配置によるチップ面積増加を抑制可能な半導体集積回路を提供することである。
本発明の特徴は、(イ)同一の高さを有する複数のスタンダードセルが列方向に配列されたスタンダードセル領域と、(ロ)行方向においてスタンダードセル領域と接し、高さの整数倍の高さの複数のメモリセルが列方向に配列されたメモリブロックとを備え、(ハ)互いに隣接するスタンダードセルの境界の位置と、互いに隣接するメモリセルの境界の位置が一致する半導体集積回路であることを要旨とする。
本発明によれば、スタンダードセル方式によって設計される半導体集積回路において、メモリブロックの配置によるチップ面積増加を抑制可能な半導体集積回路を提供することができる。
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものである。また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の種類、数、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
本発明の実施の形態に係るLSIは、図1に示すように、同一の高さHsを有する複数のスタンダードセル20が列方向に配列されたスタンダードセル領域10と、行方向においてスタンダードセル領域10と接し、高さHsの整数倍の高さHmの複数のメモリセル21が列方向に配列されたメモリブロック11とを備える。ここで、互いに隣接するスタンダードセル20の境界の位置と、互いに隣接するメモリセル21の境界の位置が一致する。
図1に示したLSIは、例えば図2に示すように、スタンダードセル方式を用いて設計された複数の自動設計部1〜7、及び複数の自動設計部1〜7の周辺に配置され、スタンダードセル方式以外の手法で設計された自動設計部8を備える。自動設計部1は、図3に示すように、スタンダードセル領域10と、スタンダードセル領域10にそれぞれ隣接して配置される複数のメモリブロック11〜18を備える。図3の自動設計部1は模式的に示しており、現実にはグラフィックスプロセッサ等の大規模論理LSIでは種々のサイズの多数(例えば数百個)のメモリブロックが配置される場合がある。図2に示した自動設計部1の他の自動設計部2〜7は、自動設計部1と同様にメモリブロックが埋め込まれていても良く、スタンダードセル領域のみから構成されても良い。図3に示したメモリブロック11とスタンダードセル領域10の点線で囲んだ境界部分を拡大した平面図が図1に相当する。
図1に示したスタンダードセル20のそれぞれは、NANDゲート、NORゲート、NOTゲート(インバータ)、及びフリップフロップ等の素子を構成するセルである。スタンダードセル20は、互いに隣接するpウェルROWj+1,ROWj+3,ROWj+5、及びnウェルROWj,ROWj+2,ROWj+4,ROWj+6にまたがってそれぞれ設けられる。pウェルROWj+1,ROWj+3,ROWj+5及びnウェルROWj,ROWj+2,ROWj+4,ROWj+6は、図4に示すように列方向に互いに周期的且つ交互に配置されている。pウェルROWj+1,ROWj+3,ROWj+5の列方向の高さHpと、nウェルROWj,ROWj+2,ROWj+4,ROWj+6の列方向の高さHnは等しい。また、スタンダードセル20の境界上には、電源配線51〜57が行方向に延伸している。
図1に示したスタンダードセル20では、隣接するpウェルROWj+1,ROWj+3,ROWj+5とnウェルROWj,ROWj+2,ROWj+4,ROWj+6との境界位置、電源配線51〜57の位置、pウェルROWj+1,ROWj+3,ROWj+5とnウェルROWj,ROWj+2,ROWj+4,ROWj+6の境界から内部パターンまでの距離等の、境界部分のパターンがルール化されている。スタンダードセル20が互いに接して配置されることで、スタンダードセル20同士の電源配線51〜57やpウェルROWj+1,ROWj+3,ROWj+5及びnウェルROWj,ROWj+2,ROWj+4,ROWj+6が接続される。
一方、メモリブロック11ではメモリセル21のピッチを基準としてレイアウト設計がなされる。メモリブロック11は、図1及び図5に示すように、複数のメモリセル21と、メモリセル21の周囲に配置された読み出し及び書き込み回路31〜34と、スタンダードセル20との境界側に配置されたインターフェース(I/F)回路41,42を備える。メモリセル21は、SRAMセル等の記憶素子である。ここで、メモリセル21は、スタンダードセル20の高さHsの整数倍の高さHmを有する。本発明の実施の形態においては、図1に示したメモリセル21の高さHmはスタンダードセル20の高さHsと一致し、列方向のメモリセル21のピッチとスタンダードセル20のピッチが一致する。
読み出し及び書き込み回路31〜34は、必要に応じてメモリセル21からデータの読み出し、メモリセル21へデータを書き込む。読み出し及び書き込み回路31〜34の高さHrwは、メモリセル21の高さHmの整数倍である。本発明の実施の形態においては、読み出し及び書き込み回路31〜34の高さHrwは、メモリセル21の高さHmと一致する。
I/F回路41,42は、必要に応じてメモリセル21から読み出されたデータをスタンダードセル20へ伝達し、スタンダードセル20から伝達されたメモリセル21に書き込むデータをメモリセル21に伝達する。I/F回路41,42の高さHiは、メモリセル21の高さHmの整数倍である。本発明の実施の形態においては、I/F回路41,42の高さHiは、メモリセル21の高さHm及び読み出し及び書き込み回路31〜34の高さHrwの2倍である。即ち、I/F回路41,42の高さはスタンダードセル20の高さHsの2倍となる。また、列方向の端部のメモリセル21に隣接して周辺回路43が配置されている。周辺回路43の高さHpは、メモリセル21の高さHmと一致する。
ここで、列方向に互いに隣接するスタンダードセル20の境界の位置と、列方向に互いに隣接するメモリセル21の境界の位置が一致する。このため、電源配線51〜54を、列方向に互いに隣接するスタンダードセル20の境界、及び列方向に互いに隣接するメモリセル21の境界上に、メモリブロック11からスタンダードセル領域10まで行方向に直線的に延伸するように配置することができる。電源配線51〜54は、スタンダードセル20及びメモリセル21のそれぞれに電源電圧VDDや接地電位GNDを与えることが可能である。
更に、pウェルROWj+1,ROWj+3及びnウェルROWj,ROWj+2,ROWj+4を、図1及び図4に示すように、メモリブロック11からスタンダードセル領域10まで行方向にそれぞれ延伸するように配置される。スタンダードセル20及びメモリセル21に含まれる素子のそれぞれは、pウェルROWj+1,ROWj+3,及びnウェルROWj,ROWj+2,ROWj+4にそれぞれ設けることができる。
このように、メモリブロック11内のスタンダードセル領域10との行方向の境界の位置において、メモリブロック11とスタンダードセル領域10で共通の電源配線51〜54及びpウェルROWj+1,ROWj+3,ROWj+5及びnウェルROWj,ROWj+2,ROWj+4,ROWj+6を用いることができる。即ち、図1及び図1の点線で囲んだ部分を拡大した図6に示すように、メモリブロック11とスタンダードセル領域10との行方向における境界部分において、メモリブロック11とスタンダードセル領域10メモリブロック11のデザインルールが、スタンダードセル20のデザインルールを満たす。したがって、メモリブロック11及びスタンダードセル領域10のそれぞれのパターンは、メモリブロック11とスタンダードセル領域10との境界の位置まで配置することができ、メモリブロック11とスタンダードセル領域10とを互いに接して配置可能となる。
図1に示したLSIの比較例を図8に示す。メモリブロック311ではメモリセル321のピッチを基準にしてレイアウト設計がなされる。このため、列方向に隣接するメモリセル321の境界のパターンピッチは、スタンダードセル320のピッチとは異なる。そこで、メモリブロック311とスタンダードセル領域310の間には互いにデザインルールが違反しないように、行方向に幅S1、列方向に幅S2のスペース領域300が設けられている。この結果、チップ面積が増大する。
これに対して、図1に示したLSIでは、メモリブロック11とスタンダードセル20が互いに接して配置されているので、図8に示すような余分なスペース領域をなくすことができる。特にメモリブロック11として小規模なものが多数用いられる場合には顕著にチップ面積を削減可能となる。
また、図8に示した比較例のメモリブロック311は、スタンダードセル領域310には延伸しないブロック側電源配線351〜353が接続され、ブロック側電源配線351〜353が上層の上層電源配線371,372に接続される。上層電源配線371,372からブロック側電源配線351〜353を介してメモリブロック311に十分な電源を供給するために、上層電源配線371,372には一定線幅W1,W2が必要である。上層電源配線371,372の線幅W1,W2を大きくとると、メモリブロック311上に配線可能な信号線の本数が少なくなる。よって、上層電源配線371,372を避けて信号線を配線しなければならず、チップ面積が増大する。
これに対して、図1に示したLSIでは、電源配線51〜54を、列方向のメモリセル21の境界及びスタンダードセル20の境界上に直線的に連続して配線することができる。電源配線51〜54でメモリブロック11に電源が供給可能となるので、図8に示すような上層電源配線の線幅を比較的狭くすることができる。或いは電源配線51〜54でメモリブロック11に十分な電源が供給されれば、上層電源配線数を削減したり、配線しなくても良い場合もある。
また、図8に示した比較例のLSIでは、メモリブロック311のウェルと、スタンダードセル領域310のウェルを互いに接続することができず、個別に配置しなければならない。これに対して、図1に示したLSIでは、pウェルROWj+1,ROWj+3及びnウェルROWj,ROWj+2,ROWj+4をメモリブロック11からスタンダードセル領域10まで連続して配置可能なので、チップ面積を削減可能となる。
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
例えば、図11に示したメモリセル21の高さHmは、スタンダードセル20の高さHsの1/2倍、1/3倍、・・・・・1/n倍(nは整数)であっても良い。例えば図7に示すように、スタンダードセル20の高さHsの1/2倍の高さHm1を有するメモリセル21xを備えていても良い。この場合、例えば読み出し及び書き込み回路31〜38の高さHrw1はメモリセル21xの高さHm1と一致し、I/F回路41〜44の高さHi1はメモリセル21xの高さHm1及び読み出し及び書き込み回路31〜38の高さHrw1の2倍の高さHi1を有する。図7に示したLSIにおいても、メモリセル21の高さHmがスタンダードセル20の高さHsの整数倍であれば、列方向に互いに隣接するスタンダードセル20の境界の境界と、列方向に互いに隣接するメモリセル21xの境界の位置が一致するので、メモリブロック11とスタンダードセル領域10を互いに接して配置することができる。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
本発明の実施の形態に係る半導体集積回路の一部の一例を示す平面図(図3の点線で囲んだ部分の拡大図)である。 本発明の実施の形態に係る半導体集積回路の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る自動設計部の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るpウェル及びnウェルの一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る半導体集積回路の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るメモリブロックとスタンダードセル領域の境界部分を示す平面図(図1の点線で囲んだ部分の拡大図)である。 本発明のその他の実施の形態に係る半導体集積回路の一例を示す平面図である。 比較例のメモリブロックとスタンダードセル領域の境界部分を示す平面図である。
符号の説明
1〜8…自動設計部
10…スタンダードセル領域
11〜18…メモリブロック
20…スタンダードセル
21,21x…メモリセル
31〜34…読み出し及び書き込み回路
41,42…インターフェース回路(I/F回路)
51〜57…電源配線
100…半導体集積回路(LSI)

Claims (5)

  1. 同一の高さを有する複数のスタンダードセルが列方向に配列されたスタンダードセル領域と、
    行方向において前記スタンダードセル領域と接し、前記高さの整数倍の高さの複数のメモリセルが列方向に配列されたメモリブロック
    とを備え、互いに隣接する前記スタンダードセルの境界の位置と、互いに隣接する前記メモリセルの境界の位置が一致することを特徴とする半導体集積回路。
  2. 前記メモリブロックから前記スタンダードセル領域まで、互いに隣接する前記スタンダードセルの境界及び互いに隣接する前記メモリセルの境界上に行方向に延伸する電源配線を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。
  3. 前記メモリブロック及び前記スタンダードセル領域は、それぞれ列方向に交互に配列され、前記メモリブロックから前記スタンダードセル領域まで行方向に延伸する複数のpウェル及び複数のnウェルを備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体集積回路。
  4. 前記メモリブロックは、前記メモリセルと前記スタンダードセル領域の間に配置された、前記メモリセルの整数倍の高さのインターフェース回路を更に備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体集積回路。
  5. 複数の前記メモリブロックはSRAMであり、サイズが互いに異なることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体集積回路。
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