JP2009252805A - 半導体集積回路、半導体集積回路のレイアウト方法およびレイアウトプログラム - Google Patents

半導体集積回路、半導体集積回路のレイアウト方法およびレイアウトプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】新たなビアを配置するための領域の有無に依存することなく冗長ビアを構成する技術を提供する。
【解決手段】第1配線層に設けられた第1配線パターン(4)と第2配線層に設けられた第2配線パターン(6)とを接続する第1ビアコンタクト(2)と、前記第1配線層に設けられた第3配線パターン(5)と前記第2配線パターンと(6)を接続する第2ビアコンタクト(3)と、前記第1配線層に構成され、前記第1配線パターン(4)と前記第3配線パターン(5)との各々を接続し、前記第2配線パターン(6)にオーバラップする冗長接続用配線パターン(7)とを具備する半導体集積回路を構成する。
【選択図】図4

Description

本発明は、半導体集積回路、半導体集積回路のレイアウト方法およびレイアウトプログラムに関する。
半導体集積回路の微細化、高集積化に伴って、集積回路のビア(Via)の数が増加し、Viaの品質が半導体集積回路の品質に影響を与えるようになってきている。半導体集積回路の製造品質を向上させ、不具合の発生を抑えるために、冗長ビアを備えた半導体集積回路が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1(特開2007−115959号公報)には、専有面積の少ない冗長ビア構造に関する技術が記載されている。特許文献1に記載のビア構造は、第1のビアランドと第2のビアランドを備えている。第1のビアランドは、第1、第2の配線層間のビア構造が、絶縁層に形成される複数のビアホールと、第1の配線層に形成され、複数のビアホールを含むビアホール形成領域を第1の配線層の主配線方向に拡張し第2の配線層の第2の主配線方向には拡張しない領域を有する。第2のビアランドは、第2の配線層に形成され、ビアホール領域を第2の主配線方向に拡張し第1の主配線方向には拡張しない領域を有する。
特開2007−115959号公報
従来の技術では、既存のビアの周囲に十分な領域を確保した後、その既存のビアに対応する新たなビアと新たな配線とを構成している。新規ビアを配置するための領域が確保できない場合、新規ビアの配置ができない。
本発明が解決しようとする課題は、新たなビアを配置するための領域の有無に依存することなく冗長ビアを構成する技術を提供することにある。
以下に、[発明を実施するための最良の形態]で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための最良の形態]との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
上記の課題を解決するために、第1配線層に設けられた第1配線パターン(4)と第2配線層に設けられた第2配線パターン(6)とを接続する第1ビアコンタクト(2)と、前記第1配線層に設けられた第3配線パターン(5)と前記第2配線パターンと(6)を接続する第2ビアコンタクト(3)と、前記第1配線層に構成され、前記第1配線パターン(4)と前記第3配線パターン(5)との各々を接続し、前記第2配線パターン(6)にオーバラップする冗長接続用配線パターン(7)とを具備する半導体集積回路を構成する。
既存のビアである第1ビアコンタクト(2)と第2ビアコンタクト(3)との間に冗長接続用配線パターン(7)を構成する。冗長接続用配線パターン(7)を構成することで、第1ビアコンタクト(2)または第2ビアコンタクト(3)の一方が適切に形成されない場合であっても、もう一方が冗長ビアとして作用する。
本発明によると、新たなビアを配置するための領域の有無に依存することなく冗長ビアを構成することができる。
[第1実施形態]
以下に、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明を行う。図1は、本発明の第1実施形態の半導体集積回路1の構成を例示する平面図である。半導体集積回路1は、第1ビアコンタクト2と、第2ビアコンタクト3と、第1上層配線4と、第2上層配線5と、下層配線6と、冗長接続用配線7とを含んでいる。第1ビアコンタクト2と第2ビアコンタクト3は、層間絶縁膜(図示されず)に構成されたビアコンタクトである。第1上層配線4と第2上層配線5は、その層間絶縁膜の上層に構成された配線パターンである。下層配線6は、その層間絶縁膜の下層に構成された配線パターンである。冗長接続用配線7は、その層間絶縁膜の上層において、第1ビアコンタクト2と第2ビアコンタクト3とを接続している。
図2は、第1実施形態の半導体集積回路1の配線層毎の構成を例示する平面図である。図2の(a)は、第1ビアコンタクト2または第2ビアコンタクト3を有する層間絶縁膜の上に構成される上層配線部分を例示している。図2の(b)は、その層間絶縁膜の下に構成される下層配線部分を例示している。図2の(a)に示されているように、半導体集積回路1は、層間絶縁膜の上層配線部分において、第1ビアコンタクト2と第2ビアコンタクト3とを接続する冗長接続用配線7を備えている。また、図2の(b)に示されているように、層間絶縁膜の下層配線部分において、第1ビアコンタクト2と第2ビアコンタクト3とが、下層配線6を介して接続されている。
図3は、第1実施形態の半導体集積回路1の構成を例示する断面図である。図3に示されているように、第1上層配線4は、上層配線部分において、第1ビアコンタクト2の上端に接触している。第1ビアコンタクト2の下端は、下層配線6に接触している。また、第2上層配線5は、上層配線部分において、第2ビアコンタクト3の上端に接触している。第2ビアコンタクト3の下端は、下層配線6に接触している。ここにおいて、本実施形態に冗長接続用配線7は、第1上層配線4または第2上層配線5と同じ配線層に構成され、第1上層配線4と第2上層配線5とを接続している。
図4は、第1実施形態の半導体集積回路1の構成を例示する斜視図である。図4に示されているように、第1ビアコンタクト2と第2ビアコンタクト3は、下層部分において下層配線6を介して接続され、上層部分において、冗長接続用配線7を介して接続されている。これにより、第1ビアコンタクト2と第2ビアコンタクト3は、互いに冗長ビアとして作用する。第1ビアコンタクト2と第2ビアコンタクト3が冗長ビアとなるため、半導体集積回路1に対する信頼性が向上し、また、歩留まりの低下を抑制することができる。
[比較例]
以下に、本発明の理解を容易にするための比較例について説明する。図5は、比較例における、冗長接続用配線7を備えていない半導体集積回路1の構成を例示する斜視図である。図5に示されているように、比較例における半導体集積回路1においては、第1上層配線4は、第1ビアコンタクト2のみを介して下層配線6に接続され、また、第2上層配線5は、第2ビアコンタクト3のみを介して下層配線6に接続されている。第1ビアコンタクト2が、適切に形成されない場合、比較例における半導体集積回路1では、第1上層配線4と下層配線6との接続が遮断されてしまう。同様に、第2ビアコンタクト3が適切に形成されない場合、第2上層配線5と下層配線6との接続が遮断されてしまう。
上述した本実施形態の半導体集積回路1は、第1ビアコンタクト2または第2ビアコンタクト3の一方が適切に形成されない場合であっても、もう一方が冗長ビアとして作用する。そのため、例えば、第1ビアコンタクト2が適切に形成されない場合であっても、第1上層配線4と下層配線6とは、第2ビアコンタクト3を介して適切に接続される。
以下に、本実施形態の半導体集積回路1の設計を支援する設計支援装置について説明を行う。図6は、本実施形態の半導体集積回路1の設計を支援する半導体設計支援装置11に構成を例示するブロック図である。半導体設計支援装置11は、情報処理装置12と、入力装置13と、出力装置14とを含んでいる。
情報処理装置12は、プログラムに示される手順に従って、情報処理を高速に実行する機械であり、電子計算機とも呼ばれる。情報処理装置12は、入力、記憶、演算、制御および出力の5つの機能を備えている。本実施形態においては、情報処理装置12が、後述するEDAツール21や自動配置・配線ツール22に示される手順に従って動作することで、自動配置・配線ツールや冗長ビア用ツールとして機能する。
入力装置13は、情報処理装置12へデータを入力するマンマシンインターフェースである。入力装置13の代表として、キーボードやマウスなどが例示される。
出力装置14は、情報処理装置12の処理結果を外部に出力するマンマシンインターフェースである。出力装置14の代表として、ディスプレイ装置やプリンタなどが例示される。
情報処理装置12は、CPU15と、メモリ16と、大容量記憶装置17とを備え、それらは、バス18を介して接続されている。
CPU15は、情報処理装置12に備えられた各種装置の制御や、入力装置13や出力装置14に入出力されるデータの処理などを行う。CPU15は、入力装置13などから受け取ったデータを解釈して演算し、その演算結果を出力装置14などで出力する。
メモリ16は、データの書き込みと読み出しが可能な記憶媒体である。メモリ16は、CPU15がソフトウェアを実行するときのメインメモリとして使用される。メモリ16の代表としてDRAMやSRAMなどが例示される。
大容量記憶装置17は、記憶した情報を、電源のON/OFFに依存することなく保持しつつける機能を有する記憶媒体である。大容量記憶装置17は、EDAツール21を備えている。また、大容量記憶装置17には、ネットリスト24と、配置・配線情報25と、接続ルールライブラリ26と、セルライブラリ27とが備えられている。さらに、EDAツール21は、自動配置・配線ツール22と冗長ビア用配線ツール23を含んでいる。
以下に、本実施形態の半導体集積回路1を設計するための動作について説明を行う。本実施形態の半導体集積回路1は、自動配置・配線ツール22によって生成された配置配線結果に対し、冗長ビア用配線ツール23が所定の処理を行うことで構成される。自動配置・配線ツール22は、ネットリスト24と、配置・配線情報25と、接続ルールライブラリ26と、セルライブラリ27とに基づいて、フロアプランニングを行った後、セルを最適な位置に自動配置する。その後、ネットリスト24を基に、セル間を自動で配線することで、上記の配置配線結果を生成する。
図7は、冗長ビア用配線ツール23の動作を例示するフローチャートである。冗長ビア用配線ツール23は、その配置配線結果に備えられた全てのビアに対し、以下の動作を実行する。図7を参照すると、ステップS101において、複数のビアのうちの1つを第1ビアとして特定する。ステップS102において、その第1ビアと同じ層間絶縁膜に構成されている他のビアを第2ビアとして特定する。
ステップS103において、第1ビアと第2ビアとが同じ電圧か否かの判断を行う。その判断の結果、第1ビアと第2ビアとが同じ電圧の場合、処理はステップS104に進み、第1ビアと第2ビアとが異なる電圧の場合、処理は終了する。
ステップS104において、第1ビアと第2ビアとの位置座標を抽出する。その抽出した位置座標に基づいて、第1ビアのX座標と第2ビアのX座標が一致しているか否か、または、第1ビアのY座標と第2ビアのY座標とが一致しているか否かの判断を行う。その判断の結果、X座標またはY座標が一致していた場合、処理はステップS105に進む。X座標とY座標のどちらも一致していない場合、処理は終了する。
ステップS105において、第1ビアに接触しているメタル配線を特定し、そのメタル配線が第2ビアに接触しているか否かの判断を行う。その判断の結果、そのメタル配線が、第2ビアに接触している場合、処理はステップS106に進み、接触していない場合には、処理はステップS108に進む。
ステップS106において、第1ビアと第2ビアとを結んでいるメタル配線が、X軸方向またはY軸方向に沿う直線上に構成されているか否かの判断を行う。その判断の結果、第1ビアと第2ビアとが、その直線上に配置されていない場合には、処理はステップS108に進む。第1ビアと第2ビアとが、X軸方向またはY軸方向に沿う直線上に構成されている場合、処理はステップS107に進む。
ステップS107において、第1ビアと第2ビアとを接続するメタル配線が構成されていない配線層に、第1ビアと第2ビアとを直線的に接続する新たなメタル配線を構成する。例えば、第1ビアと第2ビアとの下層側が先に接続されている場合、上層側もメタル配線で接続する。
ステップS108において、第1ビアと第2ビアは同電圧であり、かつ、第1ビアと第2ビアが、メタル配線で直接的に接続されていないので、第1ビアの上端と第2ビアの上端とをメタル配線で接続し、第1ビアの下端と第2ビアの下端とをメタル配線で接続する。
ステップS109において、デザインルールチェックを、第1ビアと第2ビアの上端が接続され、かつ、第1ビアと第2ビアの下端が互いに接続された状態で、デザインルールチェックを実行する。その結果、DRCviolation(スペーシング・エラーやショート・エラーなど)が発生していない場合、処理はステップS110に進み、DRCviolationが発生する場合、処理はステップS111に進む。
ステップS110において、第1ビアと第2ビアとを互いに冗長ビアとする配線レイアウトを構成し、半導体集積回路1の配線レイアウトとする。ステップS111において、DRCviolationが発生するので、レイアウトの変更を行うことなく処理を終了する。
上述の実施形態の動作において、ステップS108の判断を行なうとき、そのメタル配線が、第1ビア(または第2ビア)を有する層間絶縁膜の上層の配線層に配置されるメタル配線に対して上述の判断を行った後、下層の配線層に配置されるメタル配線に対して上述の判断を行ってもよい。
また、そのメタル配線が、第1ビア(または第2ビア)を有する層間絶縁膜の上層の配線層に配置されるメタル配線に対してステップS108の判断を行った後、下層の配線層に対する検討を行うことなく、以降の処理を行っても良い。その場合、各判断ステップでNOの判定が出た場合、下層の配線層に対する検討を行うことで、本実施形態の動作を適切に行うことができる。なお、層間絶縁膜の下層に対する判断を先に行っても良い。
[第2実施形態]
以下に、図面を参照して、本発明を実施するための第2実施形態について説明を行う。図8は、第2実施形態の半導体集積回路1の構成を例示する平面図である。第2実施形態の半導体集積回路1は、第1実施形態の半導体集積回路1に、さらに、第3ビアコンタクト8を含んでいる。図8に示されているように、第3ビアコンタクト8は、第1ビアコンタクト2と第2ビアコンタクト3の間に配置されている。
図9は、第2実施形態の半導体集積回路1の配線層毎の構成を例示する平面図である。図9の(a)は、第1ビアコンタクト2または第2ビアコンタクト3を有する層間絶縁膜の上に構成される上層配線部分を例示している。図9の(b)は、その層間絶縁膜の下に構成される下層配線部分を例示している。図9に示されているように、第2実施形態の半導体集積回路1において、第3ビアコンタクト8は、冗長接続用配線7と下層配線6の各々に接続されている。
図10は、第2実施形態の半導体集積回路1の構成を例示する斜視図である。図10を参照すると、第3ビアコンタクト8は、第1ビアコンタクト2と第2ビアコンタクト3の間に配置され、下層配線6と冗長接続用配線7とを接続している。これにより、第2実施形態の半導体集積回路1は、第1ビアコンタクト2または第2ビアコンタクト3が適切に形成されない場合であっても、第3ビアコンタクト8が冗長ビアとして作用することで、適切に動作をすることができる。
図11は、第2実施形態の半導体集積回路1を構成するための動作を例示するフローチャートである。第2実施形態の動作において、ステップS101〜ステップS111までの動作は、第1実施形態と同様である。図11を参照すると、ステップS201において、第1ビアと第2ビアとの間に第3ビアを配置することができるか否かの判断を実行する。その判断の結果、第3ビアを配置することができる場合、処理はステップS202に進む。第3ビアを配置することができない場合、処理は終了する。
ステップS202において、第1ビアと第2ビアの間に、第3ビアを配置する。ステップS203において、第3ビアを有する半導体集積回路1に対し、デザインルールチェックを実行する。その結果、その結果、DRCviolation(スペーシング・エラーやショート・エラーなど)が発生していない場合、処理はステップS204に進む。
DRCviolationが発生する場合には、ステップS205に進み、第3ビアを備えていないレイアウト(ステップS110で更新されたレイアウト)に更新する。ステップS204において、第1ビアと第2ビアと第3ビアとを互いに冗長ビアとする配線レイアウトを構成し、半導体集積回路1の配線レイアウトとする。
上述の第2実施形態では、本実施形態の理解を容易にするために、第1ビアと第2ビアの間に、第3ビアを1つ配置する場合の構成・動作について説明してきた。第2実施形態において、新たに追加するビアの数に制限は無い。例えば、新たなビアを複数個配置することが可能であれば、その複数のビアを配置して、半導体集積回路1を構成することが好ましい。
図1は、第1実施形態の半導体集積回路1の構成を例示する平面図である。 図2は、第1実施形態の半導体集積回路1の配線層毎の構成を例示する平面図である。 図3は、第1実施形態の半導体集積回路1の構成を例示する断面図である。 図4は、第1実施形態の半導体集積回路1の構成を例示する斜視図である。 図5は、冗長接続用配線7を備えていない半導体集積回路1の構成を例示する斜視図である。 図6は、半導体設計支援装置11に構成を例示するブロック図である。 図7は、第1実施形態の動作を例示するフローチャートである。 図8は、第2実施形態の半導体集積回路1の構成を例示する平面図である。 図9は、第2実施形態の半導体集積回路1の配線層毎の構成を例示する平面図である。 図10は、第2実施形態の半導体集積回路1の構成を例示する斜視図である。 図11は、第2実施形態の動作を例示するフローチャートである。
符号の説明
1…半導体集積回路
2…第1ビアコンタクト
3…第2ビアコンタクト
4…第1上層配線
5…第2上層配線
6…下層配線
7…冗長接続用配線
8…第3ビアコンタクト
11…半導体設計支援装置
12…情報処理装置
13…入力装置
14…出力装置
15…CPU
16…メモリ
17…大容量記憶装置
18…バス
21…EDAツール
22…自動配置・配線ツール
23…冗長ビア用配線ツール
24…ネットリスト
25…配置・配線情報
26…接続ルールライブラリ
27…セルライブラリ

Claims (10)

  1. 第1配線層に設けられた第1配線パターンと第2配線層に設けられた第2配線パターンとを接続する第1ビアコンタクトと、
    前記第1配線層に設けられた第3配線パターンと前記第2配線パターンとを接続する第2ビアコンタクトと、
    前記第1配線層に構成され、前記第1配線パターンと前記第3配線パターンとの各々を接続し、前記第2配線パターンにオーバラップする冗長接続用配線パターンと
    を具備する
    半導体集積回路。
  2. 請求項1に記載の半導体集積回路において、
    前記冗長接続用配線パターンは、
    前記第1ビアコンタクトと前記第2ビアコンタクトとの間に配置され、前記第2配線パターンが配置される延伸方向に沿って延伸する
    半導体集積回路。
  3. 請求項1または2に記載の半導体集積回路において、さらに、
    前記冗長接続用配線パターンと前記第2配線パターンとを接続する第3ビアコンタクトを含み、
    前記第3ビアコンタクトは、
    前記第1ビアコンタクトと前記第2ビアコンタクトとの間に配置される
    半導体集積回路。
  4. 請求項1から3の何れか1項に記載の半導体集積回路において、
    前記第1配線層は、半導体基板を基準にして第n(nは任意の自然数)番目の配線層であり、
    前記第2配線層は、第n+1番目の配線層または第n−1番目の配線層である
    半導体集積回路。
  5. (a)ネットリストとセルライブラリと接続ルールとに基づいて、半導体集積回路の配線レイアウトを決定し、前記半導体集積回路の層間絶縁膜を挟む第1配線層と第2配線層と、前記層間絶縁膜に設けられた第1ビアコンタクトと、前記層間絶縁膜に設けられ、前記第1ビアコンタクトと同じ電圧の第2ビアコンタクトを特定するステップと、
    (b)前記第1配線層に設けられる第1配線パターンと前記第2配線層に設けられる第2配線パターンとが、XY座標のX軸またはY軸に沿って延伸するとき、前記第1ビアコンタクトと前記第2ビアコンタクトとを結ぶ直線が、前記X軸または前記Y軸の何れか一方に平行か否かを判定するステップと、
    (c)前記直線が前記X軸または前記Y軸の何れか一方に平行なとき、前記第1ビアコンタクトの第1端に接続される前記第1配線パターンが、前記第2ビアコンタクトの第1端に接続しているか否かを判定するステップと、
    (d)前記第1配線パターンが前記第2ビアコンタクトの第1端に接続しているとき、前記第1配線パターンが直線上に配置されているか否かを判定するステップと、
    (e)前記第1ビアコンタクトと前記第2ビアコンタクトとを結ぶ前記第1配線パターンが直線上に配置されているとき、冗長接続用配線パターンを追加し、前記第1ビアコンタクトの第2端と前記第2ビアコンタクトの第2端とを前記冗長接続用配線パターンで直線的に接続するステップと、
    (f)前記冗長接続用配線パターンで前記第1ビアコンタクトと前記第2ビアコンタクトとを接続した配線レイアウトに対し、デザインルールチェックを実行し、そのチェック結果が良好か否かを判定するステップ
    を具備する
    半導体集積回路のレイアウト方法。
  6. 請求項5に記載の半導体集積回路のレイアウト方法において、さらに、
    (g)前記第1ビアコンタクトの第1端に接続される前記第1配線パターンが、前記第2ビアコンタクトの第1端に接続していないとき、
    前記第1ビアコンタクトの第1端と前記第2ビアコンタクトの第1端とを前記冗長接続用配線パターンで直線的に接続し、かつ、前記第1ビアコンタクトの第2端と前記第2ビアコンタクトの第2端とを前記冗長接続用配線パターンで直線的に接続するステップと、
    を含む
    半導体集積回路のレイアウト方法。
  7. 請求項5または6に記載の半導体集積回路のレイアウト方法において、さらに、
    (h)前記第1ビアコンタクトと前記第2ビアコンタクトとの間に、第3ビアコンタクトを配置するステップと、
    を具備する
    半導体集積回路のレイアウト方法。
  8. コンピュータを半導体集積回路の設計支援装置として機能させるための手順を示す半導体設計支援プログラムであって、
    (a)ネットリストとセルライブラリと接続ルールとに基づいて、半導体集積回路の配線レイアウトを決定し、前記半導体集積回路の層間絶縁膜を挟む第1配線層と第2配線層と、前記層間絶縁膜に設けられた第1ビアコンタクトと、前記層間絶縁膜に設けられ、前記第1ビアコンタクトと同じ電圧の第2ビアコンタクトを特定するステップと、
    (b)前記第1配線層に設けられる第1配線パターンと前記第2配線層に設けられる第2配線パターンとが、XY座標のX軸またはY軸に沿って延伸するとき、前記第1ビアコンタクトと前記第2ビアコンタクトとを結ぶ直線が、前記X軸または前記Y軸の何れか一方に平行か否かを判定するステップと、
    (c)前記直線が前記X軸または前記Y軸の何れか一方に平行なとき、前記第1ビアコンタクトの第1端に接続される前記第1配線パターンが、前記第2ビアコンタクトの第1端に接続しているか否かを判定するステップと、
    (d)前記第1配線パターンが前記第2ビアコンタクトの第1端に接続しているとき、前記第1配線パターンが直線上に配置されているか否かを判定するステップと、
    (e)前記第1ビアコンタクトと前記第2ビアコンタクトとを結ぶ前記第1配線パターンが直線上に配置されているとき、冗長接続用配線パターンを追加し、前記第1ビアコンタクトの第2端と前記第2ビアコンタクトの第2端とを前記冗長接続用配線パターンで直線的に接続するステップと、
    (f)前記冗長接続用配線パターンで前記第1ビアコンタクトと前記第2ビアコンタクトとを接続した配線レイアウトに対し、デザインルールチェックを実行し、そのチェック結果が良好か否かを判定するステップ
    をコンピュータに実行させるための手順を示す
    半導体設計支援プログラム。
  9. 請求項5に記載の半導体設計支援プログラムにおいて、さらに、
    (g)前記第1ビアコンタクトの第1端に接続される前記第1配線パターンが、前記第2ビアコンタクトの第1端に接続していないとき、
    前記第1ビアコンタクトの第1端と前記第2ビアコンタクトの第1端とを前記冗長接続用配線パターンで直線的に接続し、かつ、前記第1ビアコンタクトの第2端と前記第2ビアコンタクトの第2端とを前記冗長接続用配線パターンで直線的に接続するステップ
    をコンピュータに実行させるための手順を示す
    半導体設計支援プログラム。
  10. 請求項8または9に記載の半導体設計支援プログラムにおいて、さらに、
    (h)前記第1ビアコンタクトと前記第2ビアコンタクトとの間に、第3ビアコンタクトを配置するステップと、
    をコンピュータに実行させるための手順を示す
    半導体設計支援プログラム。
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