JP2008182190A - 半導体集積回路およびその設計方法 - Google Patents

半導体集積回路およびその設計方法 Download PDF

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Abstract

【課題】内部集積回路の領域ではなく、I/O領域を活用することで、半導体チップのサイズに影響を与えずに、電源強化を図るようにした半導体集積回路などの提供。
【解決手段】半導体チップ1上の中央側に形成される内部集積回路領域8と、その内部集積回路領域8の外側であって半導体チップ上1に形成されるI/O領域2と、を含む半導体集積回路である。そして、I/O領域2内の所定位置に配置される電源セル3に隣接する領域に空き領域があるときに、その空き領域に対して電源セル20、22が挿入されており、電源セル20、22と電源セル3とが追加した配線パターン5a、5bによって電気的に接続されている。
【選択図】図2

Description

本発明は、半導体集積回路(LSI)、およびその半導体集積回路の設計方法に関するものである。
近年、半導体集積回路は、プロセスの微細化や低消費電力化に伴い動作電源電圧が下がってきており、また配線抵抗の増加も相まって、配線パターンによる電圧降下が問題になってきている。
すなわち、半導体集積回路に外部から供給される電圧は、その内部集積回路の動作による電力消費や電源配線抵抗によって、内部集積回路の中心部では電圧レベルが下がってしまうので、その低下を防止するために電源を強化する必要がある。
この電源の強化のために、従来は、内部集積回路(コアエリアの回路)内において、電源配線の本数を増やしたり、あるいは電源ピンの個数を増やす対策などが採用されている。
また、半導体集積回路の電源の強化のために、以下の特許文献1や特許文献2に記載の発明が知られている。
特許文献1には、自動配置配線後に、機能セルの動作周波数と、実際の機能セルの出力容量から消費電流を算出し、各セル列ごとに各機能セルの電圧降下値を基準にして、電源の配線幅およびセル列の幅を最適にする発明が開示されている。
特許文献2には、昇圧回路によって供給電圧を基準供給電圧に対して昇圧させるようにし、内部集積回路領域における電圧降下現象を設計許容範囲内に抑えるようにした発明が開示されている。
特開2000−20576号公報 特開2002−313929号公報
しかし、従来技術には、以下のような不具合がある。
(1)内部集積回路内の電源配線の本数を増やす場合には、電源配線として使用する領域にセルを配置することができないので、半導体チップのサイズが大きくなってしまう。
(2)電源ピンを増やす場合には、信号ピンの個数が多い半導体集積回路では、電源ピンに割り当てることができる個数に制限があるため、半導体チップのサイズを大きくせざるを得ない。
(3)自動配置配線後に、電圧降下の検証をして電源を強化する場合には、電源ピンの本数が不足すると、設計が最初からやり直しとなってしまい、開発に要する時間(TAT)を短縮できない。
(4)特許文献1の発明では、電源の配線幅などを最適化できるが、その電源の配線幅の最適化を内部集積回路内において行わざるを得ないという不具合がある。
(5)特許文献2の発明では、電源強化のために、新たに昇圧回路を追加しなければならない。
そこで、本発明の目的は、上記の点に鑑み、内部集積回路の領域ではなく、I/O領域を活用することで、半導体チップのサイズに影響を与えずに、電源強化を図るようにした半導体集積回路、およびその設計方法を提供することにある。
上記の課題を解決し本発明の幾つかの態様の目的を達成するために、各発明は、以下のような構成からなる。
第1の発明は、半導体チップ上の中央側に形成される内部集積回路領域と、その内部集積回路領域以外の領域であって前記半導体チップ上の周縁側に形成されるI/O領域と、を含む半導体集積回路において、前記I/O領域内の所定位置に配置される第1の電源セルに隣接する領域に空き領域があるときに、その空き領域に第2の電源セルが挿入されており、前記第1の電源セルと前記第2の電源セルとが追加した第1の配線パターンによって電気的に接続されている。
第2の発明は、半導体チップ上の中央側に形成される内部集積回路領域と、その内部集積回路領域以外の領域であって前記半導体チップ上の周縁側に形成されるI/O領域と、を含む半導体集積回路において、前記I/O領域内の所定位置に配置される第1の電源セルと、前記第1の電源セルに隣接する空き領域に挿入される第2の電源セルと、前記第1の電源セルと前記第2の電源セルとを電気的に接続する第1の配線パターンと、を備えている。
第3の発明は、第1または第2の発明において、前記第1の電源セルは、所定の第2の配線パターンによって所定の電源ピンと電気的に接続されている。
第4の発明は、第1〜3の発明において、前記第1の配線パターンは、前記第1の電源セルのピン接続部と、これに対応する前記第2電源セルのピン接続部とを電気的に接続させ、かつ、前記第2の配線パターンの一部と電気的に接続されている。
第5の発明は、第1〜第4の発明において、前記第1の配線パターンは、前記第2の電源セルのピン接続部の長さ方向の全体と電気的に接続され、かつ、その接続部において長さ方向に許容される幅を有する。
第6の発明は、半導体チップ上の中央側に形成される内部集積回路領域と、その内部集積回路領域以外の領域であって前記半導体チップ上の周縁側に形成されるI/O領域と、を含む半導体集積回路の設計方法であって、前記I/O領域内の所定位置に配置される第1の電源セルに隣接する領域に空き領域があるときに、その空き領域に第2の電源セルを挿入し、その挿入した第2電源セルと前記第1の電源セルとを電気的に接続するための配線パターンを新たに追加するようにした。
第7の発明は、第6の発明において、前記第1の電源セルは、所定の配線パターンによって所定の電源ピンと電気的に予め接続されている。
以上のように本発明では、例えば内部集積回路の領域ではなく、I/O領域の空き領域を活用するようにしたので、半導体チップのサイズに影響を与えずに、電源強化が図れる。
また、本発明では、例えば電源ピンの個数を増やさずに、電源強化が図れる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
まず、本発明の半導体集積回路の設計方法の概要、およびその方法により作成される半導体集積回路の具体例について、図1および図2を参照して説明する。
この設計方法は、半導体集積回路のレイアウト設計の際に、半導体チップ上のI/O領域(入力/出力領域)内の所定位置に予め配置される電源セルを確認すると同時に、その電源セルに隣接する領域が空き領域(空きスロット)であるか否かを、設計者がコンピュータの画面上で確認(検査)するようにした。
図1は、本発明方法によって設計される半導体集積回路の模式図であって、電源が強化される前の状態を示す、拡大された部分的な平面図である。
この半導体集積回路は、半導体チップ1上のI/O領域2内に所定の電源セル3が配置され、その電源セル3のピン接続部31と所定位置に配置される電源ピン(電源パッド)4とは、配線パターン5によって電気的に接続されている。そして、その電源セル3に隣接する左右に、2つの空き領域6、7が存在している。従って、設計者は、レイアウト設計の際に、電源セル3に隣接する領域に空き領域6、7があるか否かを確認することになる。
ここで、電源セルとは、半導体チップ1上の中央部側に配置される内部半導体回路(図示せず)やI/Oセル9、10などに電力を供給するための所定の単位セルである。また、空き領域とは、電源セルやI/Oセルとしての機能をもっておらず、新たな電源セルなどを配置、挿入可能な領域である。
なお、図1に示す半導体集積回路では、半導体チップ1上の中央部側に内部半導体回路領域8が配置され、その内部半導体回路領域8以外の領域であって半導体チップ1上の周縁側に、I/O領域2が配置されている。また、I/O領域2内には、空き領域6、7に隣接してI/Oセル9、10が配置され、I/Oセル9、10は、配線パターン11、12によって、対応する信号ピン(信号パッド)13、14に電気的に接続されている。
次に、レイアウト設計の際に、図1に示すように、電源セル3に隣接する領域に空き領域6、7があることを設計者が確認した場合には、その空き領域6、7に対して図2に示すような電源セル20、22を新たに挿入(配置)するための処理を、コンピュータの画面上で設計者が行う。
さらに、その電源セル20、22の挿入に伴って、図2に示すように、電源セル20、22と電源セル3とを電気的に接続するための配線パターン5a、5bの追加処理を、レイアウト設計の際に、コンピュータの画面上で設計者が行う。
このような設計方法により、図2に示すように、電源が強化された半導体集積回路を得ることができる。
図2に示す半導体集積回路では、電源セル3の左右の空き領域に電源セル20、22が挿入されており、電源セル3と電源セル20、22とが、追加(挿入)した配線パターン5a、5bによって電気的に接続されている。また、電源セル3は、配線パターン5によって電源ピン4と電気的に接続されている。
さらに詳述すると、追加された配線パターン5a、5bは、電源セル3のピン接続部31と、これに対応する電源セル20、22のピン接続部201、221とを電気的に接続させ、かつ、配線パターン5の一部と電気的に接続されている。
そして、その追加された配線パターン5aは、挿入された電源セル20のピン接続部201の長さ方向の全体と電気的に接続されている。また、配線パターン5aとピン接続部201との接続部分のうち、ピン接続部201の長さ方向(図3の横方向)に対応する部分において、配線パターン5aは許容される幅を有している。ここで、許容される幅とは、例えば物理的、電気的に配線が許容される幅をいう。
同様に、その追加された配線パターン5bは、挿入された電源セル22のピン接続部221の長さ方向の全体と電気的に接続されている。また、配線パターン5bとピン接続部221との接続部分のうち、ピン接続部221の長さ方向(図3の横方向)に対応する部分において、配線パターン5bは許容される幅を有している。
次に、この実施形態に係る半導体集積回路の設計方法について、図3のフローチャートを参照して説明する。
この実施形態は、半導体集積回路の設計のうちのレイアウト設計に係るものであり、コンピュータの支援により行うものである。このために、レイアウト設計以前の回路設計などはすでに終了しており、レイアウト設計に必要な各種のデータ(例えばネットリスト、ピン情報)、およびその設計に必要なツールであるソフトウエアは、記憶装置にあらかじめ記憶されているものとする。
まず、ステップS1では、ネットリスト(回路接続情報)とピン情報を、表示装置の表示画面に表示する。設計者は、表示画面に表示されるネットリストとピン情報を参照し、半導体チップ上のI/O領域(入力/出力領域)内に配置される電源セルを確認する。
それと同時に、設計者は、その電源セルに隣接する領域に空き領域(空きスロット)があるか否かを確認(検査)する。この確認の結果、空き領域がある場合には、その空き領域に新たな電源セルを挿入(配置)するためのデータ(ピン情報)を、設計者が入力装置から入力して追加する。
ステップS2では、セルの配置配線データを準備する。引き続き、セルの配置配線データ、および追加されたデータに基づき、各セルの配置配線処理(P&R)を行い(ステップS3)、その処理により入力(作成)された図形が所定の規則を満たしているかをチェックするデザイン・ルール・チェック(DRC)を行う(ステップS4)。
ステップS5では、そのデザイン・ルール・チェックの結果、エラーがあるか否かを判定する。この判定の結果、エラーがある場合には、ステップS6でエラー修正を行ってステップ4に戻るという処理を、エラーがなくなるまで繰り返す。一方、エラーがなくなると、次のステップS7に進む。
ステップS7では、上記の所定の電源セルと、空き領域に挿入(追加)された電源セルとの電気的な接続を行って電源の強化を図るために、設計者は、表示画面を見ながらその電源強化の配線パターンの追加処理を、入力装置で行う。この追加された配線パターンを特定するためのデータ、例えば接続位置や接続幅などを示すデータは、コンピュータに認識される。
ステップS8では、このようにしてレイアウトが終了すると、そのレイアウトの検証を行う。この検証には、上記のデザイン・ルール・チェック(DCR)、レイアウトと回路図とを照合するチェック(LVS)、および電気的接続チェック(ERC)がある。
ステップS9では、レイアウトの検証結果にエラーがあるか否かを判定する。この判定の結果、エラーがある場合には、ステップS10でエラー修正を行ってステップ8に戻るという処理を、エラーがなくなるまで繰り返す。一方、エラーがなくなると、これらの一連の処理を終了する。
このような一連の処理からなる設計方法により、図2に示すような半導体集積回路を作成することができる。
なお、図3において、ステップS1〜S6の処理は自動配置配線ツールを用いて行い、ステップS7の処理はレイアウト作成ツールを用いて行い、ステップS8〜S10の処理はレイアウト検証ツールを用いて行う。
次に、本発明の設計方法によって作成される半導体集積回路の他の構成例について、図4および図5を参照して説明する。
図4の半導体集積回路は、電源セル3の隣接する領域のうち、右側の領域のみに空き領域があり、その空き領域に電源セル22を挿入するようにしたものである。そして、これに伴って電源セル3と電源セル22とを電気的に接続するために、配線パターン5bを追加している。
図5の半導体集積回路は、電源セル3の他に電源セル50が予め配置され、その電源セル3、50と電源ピン4、52とが、対応する配線パターン5、54とで予め電気的に接続されている場合に、その電源セル3、50同士を電気的に接続するために、図示のように配線パターン56を追加するようにしたものである。
このように構成することにより、電源ピン4、52同士を直接、共通接続しなくても1つの電源ピンとしてみなして使用できる。
以上のように、本発明の実施形態では、内部半導体回路の領域内でなく、I/O領域において電源強化を実施するようにしたので、半導体チップのサイズに影響を与えることなく電源強化が図れる。
また、本発明の実施形態では、予め配置される電源セルに隣接する領域が空き領域の場合に、その空き領域に電源セルを挿入し、この挿入に伴って電源セル同士を電気的に接続する配線パターンを追加するようにした。このため、電源ピンの個数を増やさずに電源強化が図れる。
さらに、本発明の実施形態に係る設計方法では、従来の設計ツールを活用して容易に実現できる。また、電源強化への対応を自動配置配線前に実施しているので、電圧降下を未然に防止できる。
本発明の設計方法によって作成される半導体集積回路の模式図であって、電源が強化される前の状態を示す、拡大された部分的な平面図である。 その半導体集積回路であって、電源が強化後の状態を示す、拡大された部分的な平面図である。 本発明の設計方法の手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の設計方法によって作成される半導体集積回路の他の構成例の模式図であって、拡大された部分的な平面図である。 本発明の設計方法によって作成される半導体集積回路のさらに他の構成例の模式図であって、拡大された部分的な平面図である。
符号の説明
1・・・半導体チップ、2・・・I/O領域、3・・・電源セル、4・・・電源ピン、5・・・配線パターン、5a、5b・・・追加した配線パターン、6、7・・・空き領域、8・・・内部集積回路領域、20、22・・・電源セル、31・・・ピン接続部

Claims (7)

  1. 半導体チップ上の中央側に形成される内部集積回路領域と、その内部集積回路領域以外の領域であって前記半導体チップ上の周縁側に形成されるI/O領域と、を含む半導体集積回路において、
    前記I/O領域内の所定位置に配置される第1の電源セルに隣接する領域に空き領域があるときに、その空き領域に第2の電源セルが挿入されており、
    前記第1の電源セルと前記第2の電源セルとが追加した第1の配線パターンによって電気的に接続されていることを特徴とする半導体集積回路。
  2. 半導体チップ上の中央側に形成される内部集積回路領域と、その内部集積回路領域以外の領域であって前記半導体チップ上の周縁側に形成されるI/O領域と、を含む半導体集積回路において、
    前記I/O領域内の所定位置に配置される第1の電源セルと、
    前記第1の電源セルに隣接する空き領域に挿入される第2の電源セルと、
    前記第1の電源セルと前記第2の電源セルとを電気的に接続する第1の配線パターンと、を備えていることを特徴とする半導体集積回路。
  3. 前記第1の電源セルは、所定の第2の配線パターンによって所定の電源ピンと電気的に接続されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体集積回路。
  4. 前記第1の配線パターンは、前記第1の電源セルのピン接続部と、これに対応する前記第2電源セルのピン接続部とを電気的に接続させ、かつ、前記第2の配線パターンの一部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のうちの何れかに記載の半導体集積回路。
  5. 前記第1の配線パターンは、前記第2の電源セルのピン接続部の長さ方向の全体と電気的に接続され、かつ、その接続部において長さ方向に許容される幅を有することを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちの何れかに記載の半導体集積回路。
  6. 半導体チップ上の中央側に形成される内部集積回路領域と、その内部集積回路領域以外の領域であって前記半導体チップ上の周縁側に形成されるI/O領域と、を含む半導体集積回路の設計方法であって、
    前記I/O領域内の所定位置に配置される第1の電源セルに隣接する領域に空き領域があるときに、その空き領域に第2の電源セルを挿入し、
    その挿入した第2電源セルと前記第1の電源セルとを電気的に接続するための配線パターンを新たに追加することを特徴とする半導体集積回路の設計方法。
  7. 前記第1の電源セルは、所定の配線パターンによって所定の電源ピンと電気的に予め接続されていることを特徴とする請求項6に記載の半導体集積回路の設計方法。
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