JP2011191883A - Method for designing semiconductor device, and standard cell to be used for the method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の設計方法に関するものであり、特に、論理セルなどの標準セル(スタンダードセル)を用いた半導体装置を設計する方法に関する。 The present invention relates to a method for designing a semiconductor device, and more particularly to a method for designing a semiconductor device using a standard cell (standard cell) such as a logic cell.
近年の半導体装置の微細化および大規模化に伴い、その設計手法はより複雑さを増している。大規模な回路の設計にはセルベースの設計手法が用いられることがほとんどである。セルベース設計では、基本ゲートや使用頻度の高い論理回路のパターンを標準セルとしてあらかじめ登録しておき、標準セルを列状に複数配置し標準セル間を配線することでレイアウト設計を行う。 With the recent miniaturization and enlargement of semiconductor devices, the design techniques have become more complex. Cell-based design techniques are often used for large-scale circuit design. In cell-based design, basic gates and frequently used logic circuit patterns are registered in advance as standard cells, and a plurality of standard cells are arranged in rows and wiring is performed between the standard cells.
このようなセルベースレイアウト設計においては、歩留まりの向上を図り、コスト削減を図るために様々な方法が提案されている。 In such cell-based layout design, various methods have been proposed in order to improve yield and reduce costs.
特許文献1に記載されている手法では、一対の平行な電源配線を含む標準セルを配置する。この標準セルについては、一対の電源配線の間で該電源配線と同じ配線層の、素子間配線が存在しない領域を配線チャネルとし、この領域を該一対の電源配線と直角な方向へ所定の範囲で伸縮自在とする。該配線チャネルの領域は、該配線チャネル内に該電源配線と平行な方向に通される配線トラックの数に基づいて伸縮させることにする。そこで、標準セルを配列した後、配線経路を具体的に決定せずに標準セル間を概略配線する。このときのセル間接続配線の本数に応じて、電源配線をセル外側へ移動させてセルサイズを大きくしたり、電源配線をセル内側へ移動させてセルサイズを小さくしたりする。その後、概略配線を具体的な配線経路を考慮した詳細配線にする。
In the method described in
このように特許文献1では、標準セルの電源配線の位置を可変してセル内の配線領域を伸縮させて配線性を向上させている。
As described above, in
また、特許文献2に記載されている第一の手法では、セル棚に電源配線を含む論理セルを配置した後、信号線配線を実施する。この段階で、配線の疎密を把握し、配線混雑箇所を特定する。次に、その上位階層の電源配線の生成を実施するが、信号線配線が密となる箇所には、該上位階層の電源配線によって配線混雑が悪化しないように、疎となる電源配線を生成する。また、信号線配線が疎となる箇所には、配線領域に余裕があるため、電源配線を補強するように密となる上位階層の電源配線を生成する。このように、信号線配線の混雑状況に合わせて疎密をつけて上位階層の電源配線を生成している。
Further, in the first method described in
さらに特許文献2には次のような第二の手法も提案されている。まず、セル棚に複数階層の電源配線の生成を実施する。続いて、各階層の電源配線を避けて論理セルの配置場所を予測する。さらに、配置予測されたそれぞれの論理セル間の接続情報から信号線の混雑具合について予測を実施する。配線混在が発生すると予測した箇所については論理セルの配置変更を実施する。この変更により各々の論理セル間の配置間隔が広くなり、配線混雑を回避できるとしている。つまり、信号線配線が集中することが予想される箇所の論理セルを分散させてセル配置の最適化を行っている。
Further,
標準セルを列状に配置したレイアウトにおいては、標準セル内に設けられた電源配線によって配線領域が区画化されるため、一部の配線混雑箇所によって配線が施せなくなったりデッドスペースが生まれたりする。本発明者らは、それが緩和できないかと考えた。 In a layout in which standard cells are arranged in a row, the wiring region is partitioned by the power supply wiring provided in the standard cell, so that wiring cannot be performed or a dead space is created due to a part of the wiring congestion. The present inventors considered whether this could be alleviated.
しかし、上述した特許文献1では、標準セルに含まれる電源配線を移動する方法であるため、この標準セルが配置されたセル棚や配線チャネル毎にしか電源位置を調整できない。したがって、局所的な配線混雑は緩和されるが、同時に、レイアウト全体では配線領域の疎な箇所(デッドスペース等)も発生してしまう。また電源配線の移動でセルサイズも変わるので、別のセル棚へ標準セルを移動するときにはセルのサイズ修正および再配線が必要になる。
However, in
一方、特許文献2に記載された第二の手法は、信号線配線が集中することが予想される箇所の論理セル(標準セル)を分散させる手法であるので、セルの移動と配置領域の拡大が発生し、再配置の工数や、レイアウトサイズの増加を招く問題がある。また第一の手法は、調整する電源配線が最下配線層の電源配線ではなく、上位階層の電源配線である。論理セルの領域は最下配線層の電源位置で規制されるため、この手法では論理セル自体の面積縮小を可能にすることはできない。
On the other hand, the second method described in
本発明による一つの態様は、長方形の領域を持つ標準セルであって、論理回路の入力端子および出力端子が存在する信号配線領域と、該信号配線領域を挟んで該標準セルの長手方向の両側にそれぞれ位置し、前記論理回路の電源端子が前記信号配線領域から延びて内在する電源配線領域とからなり、各々の前記電源配線領域が、前記標準セルの長手方向の両端側に位置する前記電源端子の一部を除去可能な領域を含む標準セルを用いて、半導体装置を設計する方法を提供する。 One aspect according to the present invention is a standard cell having a rectangular area, where a signal wiring area in which an input terminal and an output terminal of a logic circuit are present, and both sides in the longitudinal direction of the standard cell across the signal wiring area Each of the power supply terminals of the logic circuit extends from the signal wiring area and includes a power supply wiring area, and each of the power supply wiring areas is located at both ends in the longitudinal direction of the standard cell. Provided is a method for designing a semiconductor device using a standard cell including a region where a part of a terminal can be removed.
この方法は、上記の標準セルを準備する第一工程と、
複数の前記標準セルを標準セルの長手方向および該長手方向と交差する方向に隣接させて列状に並べる第二工程と、
各々の標準セルの信号配線領域に信号線を仮想配線し、このときの各々の標準セルの配線混雑度を確認する第三工程と、
標準セルの長手方向に関して隣接する標準セルどうしで配線混雑度を比較する第四工程と、
配線混雑度を比較した結果に応じて、標準セルの長手方向に関して隣接する各々の標準セルの信号配線領域の長手方向における範囲を調整し、この調整された範囲を、信号線のみが施され電源配線の配線が禁止される禁止領域として確定する第五工程と、
標準セルの長手方向に関して隣接する標準セル間において、確定された禁止領域を除いた箇所に第1配線層の電源配線を挿入する第六工程と、
確定された禁止領域を使って、標準セル間の信号線配線を実施する第七工程と、を有する。
This method includes a first step of preparing the standard cell, and
A second step of arranging a plurality of the standard cells adjacent to each other in the longitudinal direction of the standard cells and in the direction intersecting the longitudinal direction,
A third step of virtually wiring a signal line in the signal wiring region of each standard cell and confirming the wiring congestion degree of each standard cell at this time,
A fourth step of comparing the degree of wiring congestion between adjacent standard cells in the longitudinal direction of the standard cells;
According to the result of comparing the degree of wiring congestion, the range in the longitudinal direction of the signal wiring area of each standard cell adjacent to the standard cell in the longitudinal direction is adjusted, and only the signal line is applied to this adjusted range. A fifth step of determining as a prohibited area where wiring of wiring is prohibited;
A sixth step of inserting the power supply wiring of the first wiring layer between the standard cells adjacent to each other in the longitudinal direction of the standard cell, excluding the determined prohibited region;
And a seventh step of performing signal line wiring between standard cells using the determined prohibited area.
このような方法よれば、各標準セルの配線混雑度に応じて、電源配線領域と信号配線領域の大きさを調整することができるので、局所的な配線混雑の緩和が可能である。このため、配線性が向上し、配線リミットの緩和が可能である。 According to such a method, the sizes of the power supply wiring area and the signal wiring area can be adjusted according to the wiring congestion degree of each standard cell, so that local wiring congestion can be reduced. For this reason, the wiring property is improved and the wiring limit can be relaxed.
さらに、標準セルの長手方向に隣接するセル間の電源配線領域を調整することで、電源配線を曲げて配線できる。これにより、配線密度が向上し、配線デッドスペースの緩和が図れる。 Furthermore, the power supply wiring can be bent by adjusting the power supply wiring region between cells adjacent in the longitudinal direction of the standard cell. Thereby, the wiring density is improved and the wiring dead space can be reduced.
さらに、標準セル内に設けられた電源端子の一部を除去可能なセル構成であるので、配線混雑度が疎な標準セルにおいて電源端子の削減が可能である。これにより、セルサイズが可変でき、レイアウト面積の縮小が容易となる。 Furthermore, since the cell configuration is such that a part of the power supply terminals provided in the standard cell can be removed, the power supply terminals can be reduced in the standard cell with a low wiring congestion degree. Thereby, the cell size can be varied, and the layout area can be easily reduced.
本発明によれば、配線性の向上とレイアウトサイズの縮小を図ることができる。
According to the present invention, the wiring property can be improved and the layout size can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の実施形態による半導体装置の設計方法に用いる標準セルの概略図である。 FIG. 1 is a schematic diagram of a standard cell used in a method for designing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施形態の標準セル1は長方形のセル領域を画定している。該セル領域は、該セル領域の長手方向の両端にそれぞれ位置する電源配線領域2と、電源配線領域2の間に位置する信号配線領域3とからなる。信号配線領域3には、CMOSトランジスタを構成するP型拡散層4およびN型拡散層5に接続可能な入力端子6や出力端子7が存在する。さらに、各々の電源配線領域2には電源端子8が標準セル1の長手方向に沿って存在し、かつ、電源端子8は信号配線領域3内へ延びていてP型拡散層4またはN型拡散層5と接続可能になっている。
As shown in FIG. 1, the
入力端子6、出力端子7、および電源端子8は同一の配線層に存在する。とりわけ、本願が提案する標準セルでは半導体基盤上に形成する多層の配線層のうち、最下層(第1配線層)の直上の第2配線層が使用される。
The
電源配線領域2には電源端子分離可能箇所9が設けられている。電源端子分離可能箇所9は、標準セル1の長手方向の最端側に存在する電源端子8の一部を標準セル1の長手方向に関して分離可能な領域である。
The power
図2は図1に示した標準セル1を列状に並べるときのイメージ図である。
FIG. 2 is an image diagram when the
半導体基盤上の第1配線層において、標準セル1の長手方向に直交する方向(図2の横方向)に沿って平行に延びる複数の電源配線10が配され、さらに、第2配線層において、多数の同一構成の標準セル1が、隣り合う電源配線10の間ごとに横方向に配列されることになる。また、横方向に延びる電源配線10は、各標準セル1内の電源端子8と接続されることになる。
In the first wiring layer on the semiconductor substrate, a plurality of
第2配線層に横二列で標準セル1を配列するとき、図2に示すように、標準セル1の長手方向に関して2つの標準セル1が隣接するように配置される。このとき、セル境界11を挟んでそれぞれの標準セル1内の電源配線領域2が隣接するため、隣接する2つの電源配線領域2内の電源端子8はセル境界11の所で接続することができる。また電源配線10は、隣接する2つの電源配線領域2を標準セル1の長手方向に関して合わせた範囲内(図2の電源配線移動可能範囲X)において、移動可能である。電源配線10の位置に応じて電源端子分離可能箇所9を取り除いて、電源端子8の長さを変更することが可能である。
When the
さらに、標準セル1の長手方向における信号配線領域3の範囲(図2の信号配線可能範囲Y)は、CMOSトランジスタを構成するのに必要十分の最小幅で定めておくが、信号配線の混雑予測に応じて拡張可能になっている。この拡張と同時に入力端子6および出力端子7も延長される。
Further, the range of the
次に、上記のような標準セル1を使った配線設計手順(すなわち半導体装置のレイアウト設計手順)を図3〜図6に基づいて説明する。この配線は、標準セルの配置と端子間の配線経路を決定する自動配置配線ツールを使って行われる。自動配置配線ツールは、コンピュータでその演算処理が実行されるプログラムから構成されており、半導体装置の設計を行うコンピュータに予めインストールされたうえで使用される。上記のように構成された標準セル1もまた、自動配置配線ツールをインストールしたコンピュータに記憶させておく。
Next, a wiring design procedure (that is, a layout design procedure for a semiconductor device) using the
このような自動ツールを用い、まず、図1に示した標準セル1を、標準セル1の長手方向とは直交する方向に並べて配置する。図1の横方向に配置された標準セル1の列は、平行に複数設けられる。このとき、図2に示したように、標準セル1の長手方向に関して2つの標準セル1が隣接するように配置される。
Using such an automatic tool, first, the
このように標準セルの配置(図3のステップS21)が完了したら、配置した標準セル1の信号配線領域3間に接続する配線を仮に生成する。そして、このときの各標準セル1の配線混雑度を確認し記憶する(図3のステップS22)。配線混雑度は、例えば、標準セル1内の当初設定された信号配線可能範囲Yに平面的に占められる配線の面積、すなわち配線密度としている。
When the arrangement of the standard cells (step S21 in FIG. 3) is completed in this way, wiring connected between the
続いて、標準セル1の長手方向に関して隣接する2つの標準セル1間で、配線混雑度を比較する(図3のステップS23)。なお、標準セル1が横一列に配置された半導体基盤の表面部分はセル棚と呼ばれ、横一列に配置された複数の標準セル1で画定される枠は棚枠(Row)と呼ばれる。
Subsequently, the wiring congestion degree is compared between two
ステップS23での比較結果に応じて信号配線可能範囲Yを調整し、この調整された範囲を、セル間信号配線のみが施される配線チャネル領域として確定する。言い換えれば、確定された配線チャネル領域の内側は、電源配線10の配線が禁止される領域となる(図3のステップS24)。信号配線可能範囲Yの調整は、配線混雑度が密である側の標準セル1の信号配線可能範囲Yは広くされ、配線混雑度が疎である側の標準セル1の信号配線可能範囲Yは当初設定された最小幅とされる。配線混雑度が密であるために信号配線可能範囲Yを広げる場合、電源端子分離可能箇所9を取り除き、その残りの電源端子8をセル境界11まで伸ばすことで、標準セル1の当初の設計サイズを大きくしないで対応できる。
The signal wiring possible range Y is adjusted according to the comparison result in step S23, and this adjusted range is determined as a wiring channel region where only the inter-cell signal wiring is performed. In other words, the inside of the determined wiring channel region is a region where wiring of the
その後、標準セル1の長手方向に関して隣接する標準セル1間において、確定された配線チャネル領域を除いた箇所に第1配線層の電源配線10を挿入する(図3のステップS25)。
Thereafter, the
最後に、上記のように確定された配線チャネル領域を使って、標準セル1間を配線接続する(図3のステップS26)。
Finally, wiring connection is made between the
図4は図3のステップS23及びS24での設計手法を模式的に示したものである。 FIG. 4 schematically shows the design method in steps S23 and S24 of FIG.
図4(a)の左側図に示すように、隣接するセル棚において、一方の標準セル1の配線混雑度が疎であり、他方の標準セル1の配線混雑度が密であるとする。この場合、図4(a)の右側図に示すように、一方の標準セルの信号配線領域3については、信号配線可能範囲Yが設定当初の狭いままの最小幅にされ、他方の標準セルの信号配線領域3については、セル境界側の電源端子分離可能箇所9を取り除くことでその分だけ信号配線可能範囲Yが広くされる。また、一方の標準セルの信号配線領域3の、セル境界とは反対側の電源配線領域2については電源端子分離可能箇所9を削除することが可能である。他方の標準セルの信号配線領域3の、セル境界11とは反対側の電源配線領域2は、電源配線10が配される領域と接するように画定される。
As shown in the left side view of FIG. 4A, it is assumed that the wiring congestion degree of one
図4(b)の左側図に示すように、隣接するセル棚において、両方の標準セル1の配線混雑度が密であるとする。この場合、図4(b)の右側図に示すように、両方の標準セルの信号配線領域3について、セル境界側の電源端子分離可能箇所9を取り除くことでその分だけ信号配線可能範囲Yが広くされる。また、それぞれの標準セルの信号配線領域3の、セル境界11とは反対側の電源配線領域2は、電源配線10が配される領域と接するように画定される。
As shown in the left side view of FIG. 4B, it is assumed that the wiring congestion degrees of both
図4(c)の左側図に示すように、隣接するセル棚において、両方の標準セル1の配線混雑度が疎であるとする。この場合、図4(c)の右側図に示すように、両方の標準セルの信号配線領域3について、信号配線可能範囲Yが設定当初の狭いままの最小幅にされる。また、それぞれの標準セルの信号配線領域3の、セル境界11とは反対側の電源配線領域2については電源端子分離可能箇所9を削除することが可能である。
As shown in the left side view of FIG. 4C, it is assumed that the wiring congestion degree of both
さらに図5及び図6は、図3のステップS24及びS25での設計手法の例を模式的に示したものである。 Further, FIGS. 5 and 6 schematically show examples of design methods in steps S24 and S25 of FIG.
上述したように、ステップS24では、各標準セル1に設けられる仮想配線の疎密状況により信号配線可能範囲Yを調整し、配線チャネル領域すなわち電源配線禁止領域を確定している。このとき、図5の例では確定された配線チャネル領域(以下、配線領域確定枠12と呼ぶ。)への配線よりも先に、配線領域確定枠12を除いた箇所に第1配線層の電源配線10を配置する。その後、電源配線10を配置した後の空き領域を、信号配線を接続可能な配線チャネル領域として再設定する。あるいは、配線領域確定枠12に信号配線を配した後、配線領域確定枠12を除いた箇所に電源配線10を配置してもよい。
As described above, in step S24, the signal wiring possible range Y is adjusted according to the density of the virtual wiring provided in each
一方、図6に示す例のように、棚枠13から配線領域確定枠12を差し引いた領域全部を電源配線10として定義してもよい。この場合、配線領域確定枠12に電源配線以外の信号配線を配した後、配線領域確定枠12以外の領域全部が電源配線10になるので、自動配置配線ツールでの配線時に電源配置を省略できる。
On the other hand, as in the example shown in FIG. 6, the entire area obtained by subtracting the wiring
また、図7に示すような配線も実施することができる。この図に示すように、第2配線層において、標準セル1の長手方向に関して2つの標準セル1が隣接するように配置される。これより、隣接するそれぞれの標準セル1内の電源端子8がセル境界11の所で接続される。そして本例の場合、図5に示したようにセル境界11の付近に配線の空き領域があれば、隣接するそれぞれの標準セル1内の入力端子6および出力端子7をセル境界11の近くまで延ばしておく。さらに、セル境界11を挟んで隣接するそれぞれの電源配線領域2内で電源配線10の位置を信号配線可能範囲Y側へ変更し、セル境界11近くに位置する入力端子6または出力端子7の端部の所に、入力用信号線14または出力用信号線15を配置する。
Moreover, wiring as shown in FIG. 7 can also be implemented. As shown in this figure, in the second wiring layer, two
このように、信号配線可能範囲Yを小さくすることでセル境界11付近に空いた領域に、入力端子6または出力端子7を延長し、かつ、入力端子6または出力端子7と接続可能な信号線を設けると、配線性が向上する。
In this way, the signal line that can be connected to the
また図8には、複数の標準セル1を横方向と縦方向に交差するように配列した場合(十字レイアウト)の模式的平面図を示す。この図に示すように、十字レイアウトの場合、縦横に配線された信号線がクロスする領域は配線が密になり、中央のクロスする領域から離れるに従って、配線密度が疎になる傾向がある。この場合、配線密度が疎になる領域において、電源端子分離可能箇所9が削除された標準セル1を配置することにより、レイアウト面積の縮小(コンパクション)が図れる。
FIG. 8 is a schematic plan view in the case where a plurality of
図9に、図2に示したような標準セル1のレイアウト形状から、電源端子分離可能箇所9を削除した様子を示す。図9(a)は図2に示したセルレイアウトの形を簡略化して示しているが、各標準セル1の電源端子分離可能箇所9を削除した後、それらを結合すると、図9(b)に示すように2つの標準セル1が占める面積が縮小される。図8に示したような十字レイアウト等において配線密度が疎になる領域に、このようにサイズ変更した標準セル1を使用してレイアウト面積の縮小化を行うことができる。
FIG. 9 shows a state where the power supply terminal
上述した本願発明は、長方形レイアウトでの自動配線設計を行う製品例えばメモリ製品などにおいて、配線性の向上とレイアウトサイズの縮小を図るときに特に有効である。 The above-described invention of the present application is particularly effective for improving the wiring property and reducing the layout size in a product that performs an automatic wiring design with a rectangular layout, such as a memory product.
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, although the invention made | formed by this inventor was demonstrated based on the Example, this invention is not limited to said Example, It cannot be overemphasized that it can change variously in the range which does not deviate from the summary.
1 標準セル
2 電源配線領域
3 信号配線領域
4 P型拡散層
5 N型拡散層
6 入力端子
7 出力端子
8 電源端子
9 電源端子分離可能箇所
10 電源配線(第1配線層)
11 セル境界
12 配線領域確定枠
13 棚枠
14 入力用信号線
15 出力用信号線
X 電源配線移動可能範囲
Y 信号配線可能範囲
DESCRIPTION OF
11
Claims (6)
複数の前記標準セルを前記長手方向および該長手方向と交差する方向に隣接させて列状に並べる第二工程と、
各々の前記標準セルの前記信号配線領域に信号線を仮想配線し、このときの各々の前記標準セルの配線混雑度を確認する第三工程と、
前記標準セルの長手方向に関して隣接する前記標準セルどうしで前記配線混雑度を比較する第四工程と、
前記配線混雑度を比較した結果に応じて、前記標準セルの長手方向に関して隣接する各々の前記標準セルの前記信号配線領域の前記長手方向における範囲を調整し、この調整された範囲を、信号線のみが施され電源配線の配置が禁止される禁止領域として確定する第五工程と、
前記標準セルの長手方向に関して隣接する前記標準セル間において、確定された前記禁止領域を除いた箇所に第1配線層の電源配線を挿入する第六工程と、
前記確定された前記禁止領域を使って、前記標準セル間の信号線配線を実施する第七工程と、
を有する半導体装置の設計方法。 A standard cell having a rectangular region, wherein a signal wiring region in which an input terminal and an output terminal for a logic circuit are present, and the both sides of the standard cell across the signal wiring region, A power supply terminal for a logic circuit includes a power supply wiring area that extends from the signal wiring area, and each of the power supply wiring areas is a part of the power supply terminal located at both ends in the longitudinal direction of the standard cell. A first step of preparing a standard cell including a removable area;
A second step of arranging a plurality of the standard cells adjacent to each other in the longitudinal direction and a direction intersecting the longitudinal direction,
A third step of virtually wiring a signal line to the signal wiring region of each standard cell and confirming the wiring congestion degree of each standard cell at this time,
A fourth step of comparing the wiring congestion degree between the standard cells adjacent in the longitudinal direction of the standard cell;
In accordance with the result of comparing the wiring congestion degree, the range in the longitudinal direction of the signal wiring region of each of the standard cells adjacent to the longitudinal direction of the standard cell is adjusted, and the adjusted range is used as a signal line. A fifth step that is determined as a prohibited area where only the power supply wiring is prohibited and the placement of the power supply wiring is prohibited,
A sixth step of inserting the power wiring of the first wiring layer at a location excluding the determined prohibited area between the standard cells adjacent in the longitudinal direction of the standard cell;
A seventh step of performing signal line wiring between the standard cells using the determined prohibited region;
A method for designing a semiconductor device comprising:
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