JP2007027290A - 半導体集積回路のレイアウト設計方法 - Google Patents

半導体集積回路のレイアウト設計方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 光近接効果補正の処理時間を短縮することができる半導体集積回路のレイアウト設計方法を得る。
【解決手段】 半導体集積回路の論理部品に対応した回路パターンである論理基本セルを配置するステップと、論理基本セル間に配線処理を行うステップと、論理基本セルが配置されていない空き領域を検索するステップと、空き領域から矩形領域を抽出するステップと、矩形領域の大きさが規定値以上であれば、矩形領域にフィルセルを所定のルールに従って配置し、フィルセルを所定のルールに従って擬似階層セルにより階層化するステップと、残った空き領域にフィルセルを配置するステップと、半導体集積回路のパターンに対して光近接効果補正を行うステップとを含む。
【選択図】 図1

Description

本発明は、光近接効果補正の処理時間を短縮することができる半導体集積回路のレイアウト設計方法に関するものである。
半導体集積回路の微細化は、性能・機能の向上、コスト低減などの利点をもたらし、IC誕生以来、絶えず技術開発が行われてきた。微細化を実現するためには、微細パターンを形成するリソグラフィ技術の進歩が必要である。リソグラフィの解像性能には、Rayleighの式と呼ばれる評価量があり、解像線幅(RP)は、次式のように表される。
RP=k1×λ/NA
ここで、k1は比例定数、λは露光波長、NAは開口数である。
近年では、設計の微細化要求に対応するため、超解像技術等によってk1ファクタを小さくする取り組みが行われている。ただし、k1ファクタを小さくすると、解像性能は向上するが、(1)パターンの2次元的な歪が大きくなる(忠実性の悪化)、(2)プロセスマージンが減少する、といった問題が発生する。
これに対応するために、光近接効果補正(OPC)が行われてきた。OPCには、大きく分けて、(1)ルールベースOPCと(2)モデルベースOPCがある。ルールベースOPCは、予め決められたルール(パターンの幅、間隔など)に従って補正を行うものであり、モデルベースOPCは、シミュレーションを用いてパターンの仕上がりを予測し補正を行うものである。近年では、微細化によるパターン歪の増大に伴い、OPC仕様が複雑化し、もはやルールで記述することが困難となってきており、モデルベースOPCが主流となりつつある。しかし、モデルベースOPCでは、シミュレーションを用いるため、ルールベースOPCに比べて処理時間を要するといった問題がある。
一方、微細化に伴い、設計の回路規模、集積度も増大しており、1チップに含まれる図形数は飛躍的に増大している。一般的にOPCの処理時間は処理する図形数に比例するため、このこともOPC処理時間を増大させる大きな要因となっている。
レイアウト設計後にできた空き領域には、回路としての機能を持たないダミーパターンが挿入される。ダミーパターンは、製造プロセス上の理由、即ち(1)リソグラフィマージン向上、(2)エッチングのローディング効果抑制、(3)CMPでの平坦性向上のためにレイアウト上に挿入される。
また、フィールド、ゲートパターン等の下地のダミーパターンは、通常、セルライブラリに登録され、フィルセルまたはフィラーセルと呼ばれている。フィルセルの配置方法に関しては様々な提案がなされている(例えば、特許文献1参照)。論理基本セルは、接続関係に従い配置されるため、空き領域の位置や大きさに規則性はない。従って、空き領域を埋めるフィルセル配置も位置、種類、個数などが不均一になる。そして、フィルセルが不均一に配置されると、OPC処理を高速化するための疑似階層セルを構成することが困難になる。ここで、疑似階層セルによる高速化について説明する。
同じセル配置のものを別セルにまとめて、その間に階層を作って配置することを疑似階層セルと呼ぶ。ここで、レイアウトの例を図29〜31に示し、これに対応する階層構造を図32に示す。図31に示すセルCは、図29に示すセルAと、図30に示すセルBを参照して配置したものである。例えば、セルCについて幅チェックを行う場合、まず、左の図形について、セルA、Bの幅チェックを行い、セルA、Bのセルの重なり部分103の幅チェックを行う。次に、右の図形について、セルA、Bの幅チェックは完了しているため、セルA、Bの重なり部分104の幅チェックのみを行う。
一方、疑似階層セルを作成した場合のレイアウトを図33に示し、これに対応する階層構造を図34に示す。まず、左右の図形でセルAとセルBの配置が等しいため、セルAとセルBをまとめたセルVの疑似階層セルを作成する。そして、セルCについて幅チェックを行う場合、左の図形のセルA、Bの幅チェックを行い、セルV内のセルA、Bの重なり部分の幅チェックを行う。右の図形については、左の図形でセルVの幅チェック時が完了しているため、幅チェックは行わない。
幅チェックの回数を比較してみると、疑似階層セルのない場合では4回、疑似階層セルのある場合では3回となり、処理回数が減るので処理を高速化できる。ここで、当然のことながら、疑似階層を生成する処理時間は、幅チェックと比較して十分に短い必要があるが、通常の大規模レイアウトでは、幅チェックに要する時間の方が、図形処理を行っているため十分に長い。
また、幅チェックをする前の疑似階層セルを構築する段階で、疑似階層セルVにセルA、Bを展開しておけば、セルVのセル内の図形を1回チェックするのみでよく、重なり部分のチェックによるセルA、Bを参照する必要がなくなるため、さらに高速化できる。この時の階層構造を図35に示す。このように、疑似階層セルの構築、セル展開によって、処理する対象図形および処理領域を減らすことができるため、光近接効果補正の処理時間を短縮することができる。
ここで、従来の半導体集積回路のレイアウト設計方法について説明する。従来例の半導体集積回路のレイアウト設計方法を示すフロチャートを図36に示す。まず、セルライブラリの情報と半導体集積回路のネットリストに対応した回路情報に基づき、図37に示すように、論理基本セル100を配置する(ステップS1)。ただし、図37はセル表示であり、セル内のレイアウトは表示されていない。
次に、配置した論理基本セル間に自動配置配線用データの回路接続情報に基づき配線処理を行う(ステップS2)。次に、図38に示すように、論理基本セルが配置されていない空き領域にフィルセル101,102を配置する(ステップS3)。次にレイアウト検証を行い(ステップS4)、エラーがあるか判定する(ステップS5)。エラーがなければ、光近接効果補正を行い(ステップS6)、エラーがあれば、基本論理セルの配置処理(ステップS1)に戻る。
特開2004−288685号公報
従来は、空き領域にフィルセルを配置する場合、空き領域の大きさや形状に関係なく、配置可能な大きいサイズのフィルセル101を例えば右端から配置し、大きいサイズのフィルセル101が配置できない空き領域には、順次、小さいサイズのフィルセル102を配置していた。このため、図38に示すように、異なる大きさのフィルセルがランダムに配置された形となる。このように配置されると、X方向には疑似階層セルを生成できるが、Y方向ではピッチがずれており、周囲のセル配置状況が異なるため、疑似階層を生成できない。従って、従来では疑似階層をうまく構築できず、その結果として光近接効果補正の処理時間がかかるという問題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、光近接効果補正の処理時間を短縮することができる半導体集積回路のレイアウト設計方法を得るものである。
本発明に係る半導体集積回路のレイアウト設計方法は、半導体集積回路の論理部品に対応した回路パターンである論理基本セルを配置するステップと、論理基本セル間に配線処理を行うステップと、論理基本セルが配置されていない空き領域を検索するステップと、空き領域から矩形領域を抽出するステップと、矩形領域の大きさが規定値以上であれば、矩形領域にフィルセルを所定のルールに従って配置し、フィルセルを所定のルールに従って擬似階層セルにより階層化するステップと、残った空き領域にフィルセルを配置するステップと、半導体集積回路のパターンに対して光近接効果補正を行うステップとを含む。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
本発明により、光近接効果補正の処理時間を短縮することができる。
実施の形態1.
本発明の実施の形態1に係る半導体集積回路のレイアウト設計方法を示すフロチャートを図1に示す。まず、セルライブラリの情報と半導体集積回路のネットリストに対応した回路情報に基づき、図2に示すように、半導体集積回路の論理部品に対応した回路パターンである論理基本セル100を配置する(ステップS11)。
次に、配置した論理基本セル間に自動配置配線用データの回路接続情報に基づき自動配線処理を行う(ステップS12)。そして、配置可能な領域から基本論理セルが配置されていない空き領域を検索する(ステップS13)。
次に、空き領域から矩形領域を抽出する(ステップS14)。例えば、図3に示す矩形領域Aを抽出する。ここで、抽出する矩形領域は、配置可能なフィルセルの整数倍であり、X方向、Y方向で最小の大きさのフィルセルを2個以上配置できる大きさとする。
次に、抽出された矩形領域の大きさが規定値以上かどうか判定を行う(ステップS15)。規定値は、面積でもよいし、セルの数でもよく、大きさを規定できる値であればよい。規定値の設定がない場合は、X方向、Y方向で、最小の大きさのフィルセルを2個配置できる値とする。判定により矩形領域の大きさが規定値以上であればステップS16へ、そうでなければステップS18へ進む。
次に、矩形領域の大きさが規定値以上であれば、矩形領域にフィルセルを所定のルールに従って配置する(ステップS16)。例えば、図4に示すように、矩形領域Aに、配置できるフィルセルのうちで一番大きなフィルセルAを碁盤目状に配置する。
次に、配置されたフィルセルをルールに従って階層化する(ステップS17)。例えば、X方向のフィルセルをセルにまとめて階層化し、Y方向のセルをまとめて階層化する。具体的には、最上位の擬似階層セルA0は、図5に示すようにY方向に並んだ2個の擬似階層セルA1をまとめたものである。そして、擬似階層セルA1は、図6に示すようにY方向に並んだ2個の擬似階層セルA2をまとめたものである。また、擬似階層セルA2は、図7に示すようにY方向に並んだ2個の擬似階層セルA3をまとめたものである。そして、擬似階層セルA3は、図8に示すようにY方向に並んだ2個の擬似階層セルA4をまとめたものである。さらに、最下位の擬似階層セルA4は、図9に示すようにX方向に並んだ3個のフィルセルAをまとめたものである。
矩形領域Aについて階層化が終わると、全ての空き領域に対して処理が行われたか判定する(ステップS18)。全ての空き領域を処理していない場合は、ステップS13に戻り、同様に矩形領域を検索する。例えば、図3の矩形領域Bが抽出され、図10に示すように配置可能なフィルセルBを碁盤目状に配置する。同様に、配置されたフィルセルをルールに従って階層化する。具体的には、最上位の擬似階層セルB0は、図11に示すようにY方向に並んだ擬似階層セルB1とB2をまとめたものである。そして、擬似階層セルB1は、Y方向に並んだ擬似階層セルB2とB3をまとめたものである。また、擬似階層セルB2は、図13に示すようにY方向に並んだ2個の擬似階層セルB3をまとめたものである。そして、擬似階層セルB3は、図14に示すようにY方向に並んだ2個の擬似階層セルB4をまとめたものである。さらに、最下位の擬似階層セルB4は、図15に示すようにX方向に並んだ3個のフィルセルBをまとめたものである。
このようにして空き領域に含まれる矩形領域が抽出できなくなるまでステップS13〜S18の処理を繰り返す。そして、矩形領域を抽出できなくなった場合、残った規定値よりも小さな空き領域に従来の配置処理を行ってフィルセルを配置する(ステップS19)。このように擬似階層を構築した後のレイアウトを図16に示す。
次に、フィルセルの配置が完了すると、レイアウトの検証を行う(ステップS20)。そして、エラーがないかどうか判定し(ステップS21)、エラーがなければ、上記の工程により形成した半導体集積回路のパターンに対して光近接効果補正を行う(ステップS22)。一方、エラーがある場合は、ステップS11の基本論理セルの配置へ戻る。
本実施の形態より、空き領域に対して効率的な疑似階層を組むことができ、図形の処理を行う対象領域を削減することができるため、光近接効果補正の処理時間を短縮することができる。
実施の形態2.
図17は、本発明の実施の形態2に係る半導体集積回路のレイアウト設計方法を示すフロチャートである。これは、実施の形態1のフロチャートにステップS23を追加したものである。
まず、実施の形態1と同様に、論理基本セルを配置し、自動配線処理を行い、空き領域を検索する(ステップS11〜S13)。そして、実施の形態1と同様に空き領域から矩形領域を抽出する(ステップS14)。さらに、抽出した矩形領域に所定のルールに従ってフィルセルを配置する(ステップS16)。
次に、実施の形態2では、配置したフィルセルを所定のルールに従って展開する(ステップS23)。例えば、配置されたフィルセルを、最小の大きさのフィルセルに展開する、または、置き換える。このとき、置き換える前に配置されているフィルセルは最小のフィルセルの整数倍の大きさを持つ必要がある。
その後は実施の形態1と同様に、展開したフィルセルを所定のルールに従って階層化する(ステップS17)。最小のフィルセルをもとめて擬似階層を生成していくと、例えば、擬似階層セルA3は、図18に示すようにX方向に並んだ2個の擬似階層セルB3をまとめたものとなる。これにより、疑似階層セルA0、B0の中間の疑似階層セルが共通化される。このような共通なセル内は一度処理が完了していれば、同一のセル内に関して新たに処理を行う必要がないため、処理が高速化される。
実施の形態1では、セルライブラリに登録された大きさの異なるフィルセルの中から、配置可能な最大のフィルセルを選択して空き領域に配置したが、この方法を用いると領域の大きさによっては異なるフィルセルになる。一方、始めから空き領域に最小のフィルセルを配置すると、フィルセルの配置処理に時間を要する。そこで、実施の形態2では、大きなフィルセルを配置した後に、より小さなフィルセルに置き換える。これにより、同じ疑似階層セルにまとめることができ、さらに、処理領域を削減でき、光近接効果補正の処理時間を短縮することができる。
実施の形態3.
図19は、本発明の実施の形態3に係る半導体集積回路のレイアウト設計方法を示すフロチャートである。これは、実施の形態1のフロチャートにステップS24、S25、S26を追加したものである。
まず、実施の形態1と同様に、論理基本セルを配置し、自動配線処理を行う(ステップS11、S12)。ここで、近年の微細化に伴い、ゲート内部遅延は減少しているのに対して、配線抵抗と配線容量は増加しているため、配線が長くなると遅延が生じる。そこで、実施の形態3では、自動配置配線において、図20に示すように、遅延制御のために配線が長い箇所にリピータ201を配置する。なお、リピータはバッファとも呼ばれる。このように、リピータが配置されると、実施の形態1で示したような処理を高速化できる大きな矩形領域が確保できなくなる。
次に、配置されたリピータのセルを認識する(ステップS24)。そして、認識したリピータのセルも空き領域として設定する(ステップS25)。次に、実施の形態1と同様に、空き領域を検索し、空き領域から矩形領域を抽出する(ステップS13、S14)。その後、実施の形態1と同様にステップS15〜S19を行う。
次に、元々のリピータの位置にはフィルセルが配置されているため、フィルセルを下地として配線によりリピータを再構成する(ステップS26)。ここで、再構成するリピータの階層構造を図21に示す。リピータのセルは、フィルセルと、配線のセルを持っている。このフィルセルは、図22に示すように、半導体基板301に形成されたPウェル302と、Nウェル303と、P+拡散層304と、N+拡散層305と、電源配線306と、コンタクト307と、ダミーポリシリコン配線308とを有する。そして、配線セルは、図23に示すように、フィルセルの上に層間絶縁膜を隔てて配線309が形成されている。配線309は、コンタクト307及び追加コンタクト310を解して下層と接続されている。この配線309によりリピータを構成することができる。即ち、フィルセルは、上層にリピータを構成することができる下地を持つ。
次に、実施の形態1と同様に、フィルセルの配置が完了すると、レイアウトの検証を行う(ステップS20)。そして、エラーがないかどうか判定し(ステップS21)、エラーがなければ、半導体集積回路のパターンに対して光近接効果補正を行う(ステップS22)。一方、エラーがある場合は、ステップS11の基本論理セルの配置へ戻る。
上記のように、配線が長くなってリピータを配置した場合でも、リピータのセルを空き領域と設定している。これにより、空き領域から大きな矩形領域を抽出することができ、フィルセルを効率よく配置できるため、効率よく擬似階層を構築することができ、特にフィールド、ゲート工程の光近接効果補正の処理時間を短縮することができる。
実施の形態4.
実施の形態1〜3では、論理基本セルを配置した後の空き領域にフィルセルを配置する場合について説明した。本実施の形態では、自動配線された配線に対してダミーパターンを配置する場合について説明する。
図24は、本発明の実施の形態4に係る半導体集積回路のレイアウト設計方法を示すフロチャートである。まず、実施の形態1と同様に、論理基本セルを配置し、自動配線処理を行う(ステップS31、S32)。
次に、図25に示すように、配置ルールに従って配線401に対してダミーパターン402〜406を配置する(ステップS33)。このときの配置ルールは、配置するダミーパターンの形状、占有率等の配置に必要なルールである。例えば、等幅、等間隔でダミーパターンを形成する。
次に、ダミーパターンを分割ルールに従って分割する(ステップS34)。このときの分割ルールとして、分割する幅、間隔による領域等が規定されている。例えば、一定間隔でダミーパターンを分割する。この時、ダミーパターンだけでなく、配線401を含めたパターンを分割してもよい。
次に、図26に示すように、分割したパターンをルールに従ってセル化する(ステップS35)。ルールとして、セル化するパターンの形状(幅、長さ)が規定されている。同じ形状のパターンは、同じセルAの中に配置される。
次に、セル化したセルをルールに従って階層化する(ステップS36)。ルールとして、X方向、Y方向のセルのまとめ方、小規模なセルをデータ数、データ率による展開方法等が規定されている。ここでは、図27に示すように、X方向に並んだ2つのセルAをセルBにまとめる。
次に、さらに階層化できるか判定する(ステップS37)。階層化できる場合は、例えば、Y方向に並んだセルをまとめて階層化する。階層化の繰り返しは回数を設定してもよい。階層化処理が完了したレイアウトを図28に示す。図示のように、同じセルE,Fのブロックが構成され、処理する対象図形および領域が削減される。階層化が完了すると、半導体集積回路のパターンに対して光近接効果補正を行う(ステップS37)。
上記のようにパターンをセル化してセル階層を組むことによって、光近接効果補正を行う図形数および処理領域を削減でき、光近接効果補正の処理時間を短縮することができる。
本発明の実施の形態1に係る半導体集積回路のレイアウト設計方法を示すフロチャートである。 論理基本セルを配置したレイアウトを示す図である。 空き領域に含まれる矩形領域を抽出した後のレイアウトを示す図である。 矩形領域AにフィルセルAを碁盤目状に配置した状態を示す図である。 擬似階層セルA0のレイアウトを示す図である。 擬似階層セルA1のレイアウトを示す図である。 擬似階層セルA2のレイアウトを示す図である。 擬似階層セルA3のレイアウトを示す図である。 擬似階層セルA4のレイアウトを示す図である。 矩形領域BにフィルセルBを碁盤目状に配置した状態を示す図である。 擬似階層セルB0のレイアウトを示す図である。 擬似階層セルB1のレイアウトを示す図である。 擬似階層セルB2のレイアウトを示す図である。 擬似階層セルB3のレイアウトを示す図である。 擬似階層セルB4のレイアウトを示す図である。 擬似階層構築後のレイアウトを示す図である。 本発明の実施の形態2に係る半導体集積回路のレイアウト設計方法を示すフロチャートである。 擬似階層セルA3のレイアウトを示す図である。 本発明の実施の形態3に係る半導体集積回路のレイアウト設計方法を示すフロチャートである。 論理基本セルを配置したレイアウトを示す図である。 リピータの階層構造を示す図である。 フィルセルのレイアウトを示す図である。 配線セルのレイアウトを示す図である。 本発明の実施の形態4に係る半導体集積回路のレイアウト設計方法を示すフロチャートである。 パターン分割後のレイアウトを示す図である。 セル化後のレイアウトを示す図である。 階層化中のレイアウトを示す図である。 階層化処理が完了したレイアウトを示す図である。 セルAを示すレイアウトである。 セルBを示すレイアウトである。 セルCを示すレイアウトである。 セルCに対応する階層構造を示す図である。 擬似階層セルを作成した場合のレイアウトを示す図である。 擬似階層セルを作成した場合の階層構造を示す図である。 擬似階層セルにセルA、Bを展開した場合の階層構造を示す図である。 従来の半導体集積回路のレイアウト設計方法を示すフロチャートである。 論理基本セルを配置したレイアウトを示す図である。 空き領域にフィルセルを配置したレイアウトを示す図である。
符号の説明
100 論理基本セル
201 リピータ
401 配線
402〜406 ダミーパターン
A、B フィルセル
A0〜A4、B0〜B4 擬似階層セル
A〜E 矩形領域

Claims (4)

  1. 半導体集積回路の論理部品に対応した回路パターンである論理基本セルを配置するステップと、
    前記論理基本セル間に配線処理を行うステップと、
    前記論理基本セルが配置されていない空き領域を検索するステップと、
    前記空き領域から矩形領域を抽出するステップと、
    前記矩形領域の大きさが規定値以上であれば、前記矩形領域にフィルセルを所定のルールに従って配置し、前記フィルセルを所定のルールに従って擬似階層セルにより階層化するステップと、
    残った空き領域にフィルセルを配置するステップと、
    前記半導体集積回路のパターンに対して光近接効果補正を行うステップとを含むことを特徴とする半導体集積回路のレイアウト設計方法。
  2. 半導体集積回路の論理部品に対応した回路パターンである論理基本セルを配置するステップと、
    前記論理基本セル間に配線処理を行うステップと、
    前記論理基本セルが配置されていない空き領域を検索するステップと、
    前記空き領域から矩形領域を抽出するステップと、
    前記矩形領域の大きさが規定値以上であれば、前記矩形領域にフィルセルを所定のルールに従って配置し、前記フィルセルを所定のルールに従って展開し、この展開したフィルセルを所定のルールに従って擬似階層セルにより階層化するステップと、
    残った空き領域にフィルセルを配置するステップと、
    前記半導体集積回路のパターンに対して光近接効果補正を行うステップとを含むことを特徴とする半導体集積回路のレイアウト設計方法。
  3. 半導体集積回路の論理部品に対応した回路パターンである論理基本セルを配置するステップと、
    前記論理基本セル間に配線処理を行い、配線が長い箇所にリピータを配置するステップと、
    前記リピータのセルも空き領域として設定するステップと、
    前記論理基本セルが配置されていない空き領域を検索するステップと、
    前記空き領域から矩形領域を抽出するステップと、
    前記矩形領域の大きさが規定値以上であれば、前記矩形領域にフィルセルを所定のルールに従って配置し、前記フィルセルを所定のルールに従って擬似階層セルにより階層化するステップと、
    残った空き領域にフィルセルを配置するステップと、
    前記フィルセルを使用してリピータを再構成するステップと、
    前記半導体集積回路のパターンに対して光近接効果補正を行うステップとを含むことを特徴とする半導体集積回路のレイアウト設計方法。
  4. 半導体集積回路の論理部品に対応した回路パターンである論理基本セルを配置するステップと、
    前記論理基本セル間に配線処理を行うステップと、
    前記配線に対してダミーパターンを配置するステップと、
    前記ダミーパターンを分割し、セル化するステップと、
    前記セルを擬似階層セルにより階層化するステップと、
    前記半導体集積回路のパターンに対して光近接効果補正を行うステップとを含むことを特徴とする半導体集積回路のレイアウト設計方法。
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