JP2012028479A - 半導体集積回路のレイアウト設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電源補強配線となる、幅の広いダミーメタルを生成することのできる半導体集積回路のレイアウト設計方法を提供する。
【解決手段】実施形態の半導体集積回路のレイアウト設計方法は、セルの配置後に、少なくとも１層の信号配線層を用いてグローバル配線を行い、グローバル配線に使用する配線層ごとに、メッシュ状電源配線の格子点で囲まれる最小四角形を配置単位として、グローバル配線の未配線領域に、信号配線と同じ幅の仮想ダミーメタルを配置する。次に、連続して配置されている複数の仮想ダミーメタルを配線幅の広い１つの仮想ダミーメタルにマージし、マージした仮想ダミーメタルを電源補強配線としてメッシュ状電源配線に接続する。その後、グローバル配線にもとづいて詳細配線を行い、詳細配線の未配線領域にダミーメタルを配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、半導体集積回路のレイアウト設計方法に関する。

近年、製造プロセスの微細化の進展による集積度の向上により、半導体集積回路の消費電流は増大する傾向にある。これに伴い、電源配線に流れる電流と電源配線の抵抗により生じる電圧降下（ＩＲドロップ）が回路動作に与える影響が大きくなっている。

従来、このＩＲドロップへの対策として、レイアウト設計時に、チップ全面にメッシュ状の電源配線を配線し、電源配線の抵抗を下げることが一般的に行われている。

このほか、製造プロセスの微細化により発生する別の問題として、配線パターンの被覆率が不均一であると、配線パターンのエッチングレートが不均一になるという問題や、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）の研磨特性が不均一になるという問題などがある。

この問題に対しては、レイアウト設計時に、配線パターンの被覆率が低い領域にダミーメタルを追加し、被覆率を均一化するという対策が一般的にとられている。

このダミーメタルの追加に際し、従来、追加したダミーメタルを電源配線に接続して電源配線を補強し、電圧降下対策に利用することも提案されている。

しかし、通常、ダミーメタルは、レイアウト設計の最終工程で信号配線後の空き領域に、信号配線幅と同じ配線幅で生成されるため、配線幅が細く、必ずしも十分な電圧降下対策にならないという問題がある。

特開２００８−２７０８２７号公報

そこで、本発明の目的は、電源補強配線となる、幅の広いダミーメタルを生成することのできる半導体集積回路のレイアウト設計方法を提供することにある。

実施形態の半導体集積回路のレイアウト設計方法は、セルの配置後に、少なくとも１層の信号配線層を用いてグローバル配線を行い、グローバル配線に使用する配線層ごとに、メッシュ状電源配線の格子点で囲まれる最小四角形を配置単位として、グローバル配線の未配線領域に、信号配線と同じ幅の仮想ダミーメタルを配置する。次に、連続して配置されている複数の仮想ダミーメタルを配線幅の広い１つの仮想ダミーメタルにマージし、マージした仮想ダミーメタルを電源補強配線としてメッシュ状電源配線に接続する。その後、グローバル配線にもとづいて詳細配線を行い、詳細配線の未配線領域にダミーメタルを配置する。

本発明の第１の実施形態に係る半導体集積回路のレイアウト設計方法の処理の流れの例を示すフローチャート。 メッシュ状電源配線の概念を示す模式的レイアウト図。 グローバル配線終了後のレイアウトパターンの例を示す図。 仮想ダミーメタルの配置の例を示す図。 仮想ダミーメタルの配置の例を示す図。 電源補強配線の接続の例を示す図。 電源補強配線の接続の例を示す図。 電源補強配線の接続の例を示す図。 電源補強配線の接続の例を示す図。 ダミーメタルの配置の例を示す図。 ダミーメタルの配置の例を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る半導体集積回路のレイアウト設計方法の処理の流れの例を示すフローチャート。 グローバル配線の配線位置の変更の例を示す図。 仮想ダミーメタルの再配置の例を示す図。 仮想ダミーメタルの再配置の例を示す図。 電源補強配線の接続の例を示す図。 電源補強配線の接続の例を示す図。 本発明の第３の実施形態に係る半導体集積回路のレイアウト設計方法の処理の流れの例を示すフローチャート。 ＩＲドロップ解析結果の例を示す図。

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。なお、図中、同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は繰り返さない。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体集積回路のレイアウト設計方法の処理の流れの例を示すフローチャートである。以下、このフローチャートの各ステップの処理を順を追って詳細に説明する。

ステップＳ０１：
まず、周知の手法を用いて、異なる配線層の互いに直交する電源配線により、メッシュ状電源配線を形成する。

図２に、半導体集積回路１００のチップ平面上に配線されたメッシュ状電源配線１１０の例を概念的に示す。

ここで、本実施形態では、横方向の電源配線を１層目の配線層で形成し、縦方向の電源配線を３層目の配線層で形成するものとする。また、ＶＤＤ電源配線とＶＳＳ電源配線をペアにしてメッシュ状電源配線１１０を形成するものとする。

例えば、１層目の配線層ではＶＤＤ１ａとＶＳＳ１ａ、ＶＤＤ１ｂとＶＳＳ１ｂ、３層目の配線層ではＶＤＤ３ａとＶＳＳ３ａ、ＶＤＤ３ｂとＶＳＳ３ｂ、ＶＤＤ３ｃとＶＳＳ３ｃが、それぞれ１つのペアとなる。

なお、本実施形態では、３層目のＶＤＤ電源配線とＶＳＳ電源配線は、１列ごとに、その配置を入れ替えるものとする。

１層目の配線層と３層目の配線層は、その格子点に２層目の配線層を配し、この２層目の配線層を介してビア１２０により接続する。

ステップＳ０２：
続いて、セルの配置およびグローバル配線を行う。

図３に、グローバル配線の例を示す。ここでは、縦方向の配線に２層目の配線層を用い、横方向の配線に３層目の配線層を用いた例を示す。

図３に示す例では、２層目の配線２１と２３が、３層目の配線３１およびビア４１、４２により接続され、２層目の配線２２と２４が、３層目の配線３２およびビア４３、４３により接続されている。

ステップＳ０３：
グローバル配線に使用する配線層ごとに、メッシュ状電源配線１１０の格子点で囲まれる最小四角形（図３の太点線で示す領域）を配置単位２００として、グローバル配線の未配線領域に、信号配線と同じ幅の仮想ダミーメタルを配置する。

図４は、２層目の配線層における仮想ダミーメタルの配置の例である。この例では、配置単位２００内に、仮想ダミーメタルｋ２１〜ｋ２６を配置する。

図５は、３層目の配線層における仮想ダミーメタルの配置の例である。この例では、配置単位２００内に、仮想ダミーメタルｋ３１〜ｋ３４を配置する。

ステップＳ０４：
各配線層に配置された仮想ダミーメタルのうち、隣り合って連続して配置されている複数の仮想ダミーメタルを配線幅の広い１つの仮想ダミーメタルにマージする。

ステップＳ０５：
続いて、マージした仮想ダミーメタルを電源補強配線としてメッシュ状電源配線１１０に接続する。

図６に、２層目の配線層における電源補強配線の例を示す。この例では、仮想ダミーメタルｋ２３、ｋ２４をマージして配線幅を広くして、電源補強配線ｈ２１とし、この電源補強配線ｈ２１をＶＤＤ１ａおよびＶＤＤ１ｂの配置位置まで延長して、ビア４４、ビア４５によりＶＤＤ１ａおよびＶＤＤ１ｂに接続している。この電源補強配線ｈ２１により、ＶＤＤ電源線が補強される。

また、図７に、２層目の配線層におけるＶＳＳ電源線の補強例を示す。ＶＳＳ電源線を補強する場合は、上述の電源補強配線ｈ２１をＶＳＳ１ａおよびＶＳＳ１ｂの配置位置まで延長し、ビア４４、ビア４５によりＶＳＳ１ａおよびＶＳＳ１ｂに接続する。

図８は、３層目の配線層における電源補強配線の例である。この例では、仮想ダミーメタルｋ３２、ｋ３３をマージして配線幅を広くして、電源補強配線ｈ３１とし、ＶＳＳ３ａおよびＶＳＳ３ｂに接続する。この電源補強配線ｈ３１により、ＶＳＳ電源線が補強される。

また、図９に、３層目の配線層におけるＶＤＤ電源線の補強例を示す。本実施形態では、図２に示したように、３層目のＶＤＤ電源配線とＶＳＳ電源配線は、１列ごとに、その配置が入れ替わっている。したがって、ＶＤＤ３ｂ、ＶＳＳ３ｂと、その次に配線されるＶＤＤ３ｃ、ＶＳＳ３ｃとの間では、図９に示すように、配置単位２００を挟んでＶＤＤ３ｂとＶＤＤ３ｃが対向している。そのため、この配置単位２００における電源補強配線ｈ３２は、ＶＤＤ３ｂとＶＤＤ３ｃとを結ぶ配線となる。

ステップＳ０６：
次に、グローバル配線の配線経路の見直しなどを行って、最終的な詳細配線を行う。

ステップＳ０７：
最後に、詳細配線の未配線領域にダミーメタルを配置し、本フローの処理を終了する。

図１０は、２層目の配線層におけるダミーメタルの配置の例である。この例では、配置単位２００内に、ダミーメタルｄ２１〜ｄ２４を配置する。

図１１は、３層目の配線層におけるダミーメタルの配置の例である。この例では、配置単位２００内に、ダミーメタルｄ３１、ｄ３２を配置する。

このような本実施形態によれば、グローバル配線終了後に、メッシュ状電源配線の格子点で囲まれる最小四角形を配置単位として仮想ダミーメタルを配置し、複数の仮想ダミーメタルが連続して配置されているときは、これをマージして幅の広い仮想ダミーメタルとし、この幅の広い仮想ダミーメタルを電源補強配線として、メッシュ状電源配線に接続することができる。これにより、上述の配置単位を囲むメッシュ状電源配線が幅の広い電源補強配線で接続されて配線抵抗が低下し、この領域の電源配線のＩＲドロップによる電圧降下を低減させることができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態で説明したように、電源補強配線は、連続する複数の仮想ダミーメタルをマージすることにより得られる。仮想ダミーメタルは、グローバル配線の未配線領域に配置される。したがって、同じグローバル配線であっても、その配線位置が異なると、連続して配置される仮想ダミーメタルの数が異なる。連続して配置される仮想ダミーメタルの数が多いほど、より幅の広い電源補強配線が得られ、ＩＲドロップによる電圧降下をより低減させることができる。

そこで、本実施形態では、当初のグローバル配線に対して仮想ダミーメタルが不連続に配置されているときは、仮想ダミーメタルが連続して配置されるようにグローバル配線の配線位置を変更し、仮想ダミーメタルの再配置を行う。

図１２は、本発明の第２の実施形態に係る半導体集積回路のレイアウト設計方法の処理の流れの例を示すフローチャートである。図１２に示すフローは、図１に示したフローのステップＳ０３とステップＳ０４の処理の間に、ステップＳ１１およびステップＳ１２の処理を追加したものである。以下、ステップＳ１１およびステップＳ１２の処理について説明する。

ステップＳ１１：
ステップＳ０３における仮想ダミーメタルの配置の結果、仮想ダミーメタルが不連続に配置されているときは、仮想ダミーメタルが連続して配置されるようにグローバル配線の配線位置を変更する。

図１３に、図３に示したグローバル配線に対する配線位置変更の例を示す。この例では、２層目配線２１、２３の配線位置を左側へ移動させ、３層目配線３１の配線位置を上側へ、３層目配線３２の配線位置を下側へ、それぞれ移動させている。

ステップＳ１２：
配線位置変更後のグローバル配線の未配線領域に、仮想ダミーメタルを再配置する。

図１４に、２層目の配線層における仮想ダミーメタルの再配置の例を示す。この例では、３個の仮想ダミーメタルｋ２２、ｋ２３、ｋ２４が連続して配置されている。図４と比較して、仮想ダミーメタルの連続配置数が１個増加している。

図１５は、３層目の配線層における仮想ダミーメタルの再配置例である。この例では、４個の仮想ダミーメタルｋ３１、ｋ３２、ｋ３３、ｋ３４が連続して配置されている。図５と比較して、仮想ダミーメタルの連続配置数が２個増加している。

本実施形態では、この再配置後の仮想ダミーメタルに対して、ステップＳ０４の「連続する仮想ダミーメタルのマージ」およびステップＳ０５の「マージした仮想ダミーメタルを電源補強配線としてメッシュ状電源配線１１０に接続する」処理が行われる。

図１６に、２層目の配線層における電源補強配線の例を示す。この例では、電源補強配線ｈ２２を、ビア４４、ビア４５によりＶＤＤ１ａおよびＶＤＤ１ｂに接続している。

図１７は、３層目の配線層における電源補強配線の例である。この例では、電源補強配線ｈ３２を、ＶＳＳ３ａおよびＶＳＳ３ｂに接続している。

このように、本実施形態では、当初のグローバル配線に対して仮想ダミーメタルが不連続に配置されているときは、仮想ダミーメタルが連続して配置されるようにグローバル配線の配線位置を変更し、仮想ダミーメタルの再配置を行う。

これにより、当初、連続して配置された仮想ダミーメタルがなくて、電源補強配線が生成されていなかった場合には、電源補強配線を生成することができる。また、当初よりも連続して配置される仮想ダミーメタルの数が増加する場合には、より幅の広い電源補強配線を生成することができる。その結果、電源配線のＩＲドロップによる電圧降下を、より低減させることができる。

（第３の実施形態）
第１の実施形態および第２の実施形態では、可能な限り電源補強配線を生成する例を示したが、一方では、電源補強配線の増加は、詳細配線禁止領域の増加を意味し、その後の詳細配線の配線困難さを増加させる。そこで、本実施の形態では、電源補強配線を必要とする領域にのみ電源補強配線を生成し、詳細配線の配線困難さを緩和させる。

図１８は、本発明の第３の実施形態に係る半導体集積回路のレイアウト設計方法の処理の流れの例を示すフローチャートである。図１８に示すフローは、図１に示したフローのステップＳ０３とステップＳ０４の処理の間に、ステップＳ２１およびステップＳ２２の処理を追加したものである。以下、ステップＳ２１およびステップＳ２２の処理について説明する。

ステップＳ２２：
ＩＲドロップ解析を行い、配置単位２００ごとに、メッシュ状電源配線１１０のＩＲドロップの大きさを見積もる。

ステップＳ２３：
見積もられたＩＲドロップの大きさが所定の基準値より大きな配置単位２００を、電源補強必要領域として抽出する。

図１９に、ＩＲドロップ解析の結果、電源補強必要領域として抽出された領域の例を示す。図１９で斜線を施した配置単位２００が、電源補強の必要な領域である。

本実施形態では、この電源補強必要領域に対してのみ、ステップＳ０４以降の処理を行い、電源補強配線を生成する。

なお、上述のステップＳ２１およびステップＳ２２の処理は、図１２に示したフローのステップＳ０３とステップＳ１１の処理の間に追加するようにしてもよい。その場合、電源補強必要領域に対してのみ、ステップＳ１１以降の処理が実行される。

このような本実施形態によれば、電源補強配線を必要とする領域にのみ電源補強配線を生成するので、詳細配線禁止領域の増加を抑制することができ、詳細配線の配線困難さを緩和することができる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態の半導体集積回路のレイアウト設計方法によれば、連続して配置された仮想ダミーメタルをマージして、配線幅の広い電源補強配線とすることができるので、電源配線のＩＲドロップによる電圧降下を低減させることができる。

また、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２１〜２４ ２層目配線
３１〜３４ ３層目配線
４１〜４８ ビア
ｋ２１〜ｋ２６、ｋ３１〜ｋ３４ 仮想ダミーメタル
ｈ２１、ｈ２２、ｈ３１、ｈ３２ 電源補強配線
ｄ２１〜ｄ２４、ｄ３１、ｄ３２ ダミーメタル
１００ 半導体集積回路
１１０ メッシュ状電源配線
１２０ ビア
２００ 配置単位
ＶＤＤ１ａ、ＶＤＤ１ｂ、ＶＤＤ２ａ〜ＶＤＤ２ｄ、ＶＤＤ３ａ〜ＶＤＤ３ｃ ＶＤＤ電源配線
ＶＳＳ１ａ、ＶＳＳ１ｂ、ＶＳＳ２ａ〜ＶＳＳ２ｄ、ＶＳＳ３ａ〜ＶＳＳ３ｃ ＶＳＳ電源配線

Claims (3)

1. 異なる配線層に配線された互いに直交する電源配線によりメッシュ状電源配線が形成される半導体集積回路のレイアウト設計方法であって、
   セルの配置後に、少なくとも１層の信号配線層を用いてグローバル配線を行うグローバル配線ステップと、
   前記グローバル配線に使用する配線層ごとに、前記メッシュ状電源配線の格子点で囲まれる最小四角形を配置単位として、前記グローバル配線の未配線領域に、信号配線と同じ幅の仮想ダミーメタルを配置する仮想ダミーメタル配置ステップと、
   連続して配置されている複数の前記仮想ダミーメタルを配線幅の広い１つの仮想ダミーメタルにマージする仮想ダミーメタルマージステップと、
   前記マージした仮想ダミーメタルを電源補強配線として前記メッシュ状電源配線に接続する電源補強配線接続ステップと、
   前記グローバル配線にもとづいて詳細配線を行う詳細配線ステップと、
   前記詳細配線の未配線領域にダミーメタルを配置するダミーメタル配置ステップと
   を有する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. 前記仮想ダミーメタル配置ステップにおいて、
   複数の前記仮想ダミーメタルが不連続に配置されているときは、前記仮想ダミーメタルが連続して配置されるように前記グローバル配線の配線位置を変更し、前記仮想ダミーメタルを再配置する
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路のレイアウト設計方法。
3. 前記配置単位ごとに前記メッシュ状電源配線のＩＲドロップを見積もって、所定の基準値より大きなＩＲドロップの発生が見込まれる前記配置単位に限って、前記電源補強配線接続工程を実行する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体集積回路のレイアウト設計方法。

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