JP3206557B2

JP3206557B2 - 配線容量算出方法

Info

Publication number: JP3206557B2
Application number: JP23096798A
Authority: JP
Inventors: 健太山田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-08-17
Filing date: 1998-08-17
Publication date: 2001-09-10
Anticipated expiration: 2018-08-17
Also published as: US6374391B1; JP2000058662A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置のレイア
ウトにおいて、チップにレイアウトする導体パターンで
構成される配線に寄生する配線容量を算出する方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体装置の高集積化、高密度化
に伴い、半導体装置のチップ上に形成する導電パターン
からなる配線の配線幅寸法や隣接配線間隔の微細化が進
められ、同時に下層と上層の配線間を絶縁する絶縁膜の
膜厚の薄膜化も進められている。このため、平面上で隣
接する配線間、あるいは上下層の配線間に容量が寄生
し、この寄生容量によって配線での配線遅延が生じる要
因となる。したがって、配線を形成する際、特に複数本
の配線をレイアウトする際に、当該レイアウトした個々
の配線に寄生する配線容量を算出し、この算出した配線
容量に基づいて遅延計算を行い、半導体装置の動作をシ
ミュレーションしている。

【０００３】このような導体パターンで形成される配線
の容量を算出する手法として従来から種々の提案がなさ
れており、その一つとして、レイアウトした配線を所要
の長さの単位配線に分割し、分割した各単位配線につい
て、あらかじめ標本化してある単位配線容量データを参
照してそれぞれの容量を求め、しかる上で求められた各
単位配線の容量を加算して当該配線の全長における配線
容量を算出する技術が考えられている。図４はその一例
のフローチャートである。チップに形成された複数の配
線のうち、先ず算出対象となる配線を選択し（Ｓ２０
１）、その配線を配線格子等を利用して微小寸法毎に分
割する（Ｓ２０２）。そして、分割した部分の１つを取
りだし（Ｓ２０３）、その部分の周囲の状況、例えば、
近接する素子や他の配線の寸法や距離、素材等を解析す
る（Ｓ２０４）。そして、解析された結果に基づいて、
予め設定されている容量パラメータテーブル（Ｓ２０
５）と容量算出の式（Ｓ２０６）を参照して、当該配線
部分に近似する容量パラメータを選択し、算出式により
その配線部分の容量を算出する（Ｓ２０７）。この算
出をステップＳ２０２で分割した全ての配線部分につい
て行い（Ｓ２０８）、かつ各配線部分で求めた容量を合
計することで（Ｓ２０９）、選択した配線の全長にお
ける容量を算出する。この処理をチップ上の全ての配線
に対して行うことで（Ｓ２１０）、レイアウトした配線
の容量を算出することが可能となる。この種の技術とし
ては、例えば、特開平６−１２０３４３号公報に記載の
技術がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような配線を分割
して算出を行う技術では、配線がチップ上において長く
レイアウトされているような場合には、配線の分割され
た各部における容量をそれぞれ適切に算出できるため、
配線全体の容量をより高精度に算出する上では有利であ
る。しかしながら、この技術では、配線を一定の微小な
単位長さの単位配線に区分しているため、配線長が長い
場合には分割する単位配線の数も多くなり、前記した単
位配線の容量を求めるための処理工数がそれだけ増大す
る。したがって、チップの高集積化、高密度化に伴って
配線本数が増加され、これによりチップの総配線長がま
すます長くされる場合には、チップ全体における配線容
量の算出処理工数が極めて多くなり、算出に長時間を要
することになる。

【０００５】本発明の目的は、高集積化されたチップに
おける配線容量の算出を短時間で行うことを可能にした
配線容量の算出方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の配線容量算出方
法は、レイアウトする配線の配線長をあらかじめ設定し
た線形近似可能限界配線長と比較し、前記配線の配線長
が前記線形近似可能限界配線長よりも長いときには、あ
らかじめ設定した単位配線容量に前記配線長を乗算して
当該配線に寄生する配線容量を算出し、前記配線の配線
長が前記線形近似可能限界配線長よりも短いときには、
前記配線を複数の微小長さの配線部分に分割し、かつ各
配線部分のそれぞれについて求めた配線容量を加算して
前記配線の配線容量を算出することを特徴とする。

【０００７】ここで、前記線形近似可能限界配線長は、
選択された複数の配線の配線容量を求め、前記求められ
た配線容量と当該配線の配線長との相関をとり、前記相
関に近似する線形特性を得るとともに、当該線形特性に
対する前記複数の配線の平均配線容量の誤差を求め、前
記誤差の分布があらかじめ設定した誤差以内である配線
長として求める。また、前記配線容量と配線長との相関
から得られる前記線形特性は、算出された複数の配線容
量を配線長の関数として原点を通る一次式で近似する直
線として求める。さらに、前記単位配線容量は、前記線
形特性の配線長変化に対する配線容量の変化率から求め
る。

【０００８】さらに、本発明の配線容量算出方法を適用
する場合には、例えば、前記線形近似可能限界配線長及
び単位配線容量を、当該配線がレイアウトされるチップ
種類や配線種類等の種類毎に蓄積し、次に配線をレイア
ウトするチップのチップ種類や配線種類等を当該レイア
ウト用のデータから抽出し、抽出したチップ種類や配線
種類等を前記蓄積したデータと比較し、前記チップ種類
及び配線種類等が一致又は近似する場合には前記蓄積し
た線形近似可能限界配線長及び単位配線容量を使用し、
一致又は近似しない場合には前記線形近似可能限界配線
長及び単位配線容量を求め、この求めた線形近似可能限
界配線長及び単位配線容量を使用することが好ましい。

【０００９】本発明によれば、容量を算出しようとする
配線の配線長が線形近似可能限界配線長よりも長いとき
には、あらかじめ設定した単位配線容量に当該配線の配
線長を乗算して当該配線に寄生する配線容量を算出して
いるため、これまでのように配線を複数の微小長さの配
線部分に分割し、かつ各配線部分のそれぞれについて求
めた配線容量を加算して前記配線の配線容量を算出する
工程が省略でき、迅速な算出が可能となる。その一方
で、算出する配線容量は、これまでの分割法と同程度の
精度での算出が可能である。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の算出方法の全体の処
理工程を示すフローチャートである。先ず、チップに形
成された複数の配線のうち、算出対象となる配線を選択
する（Ｓ１０１）。そして、選択した配線の全長をレイ
アウトデータから算出する（Ｓ１０２）。この算出で
は、配線の曲げ形成部分や分岐部分を含む配線全体の配
線長Ｌｘを算出する。次いで、予め設定している線形近
似可能限界配線長ＬＲ（詳細は後述する）を参照し（Ｓ
１０３）、算出した配線長Ｌｘを前記線形近似可能限界
配線長ＬＲと比較する（Ｓ１０４）。そして、算出した
配線長が前記線形近似可能限界配線長ＬＲよりも長い場
合には、同じく予め設定してある単位長さ当たりの配線
容量である単位配線容量ＣＲを参照し（Ｓ１０５）、前
記算出した配線長Ｌｘにこの単位配線容量ＣＲを乗算
し、当該配線Ｓ１の配線容量Ｃ１を算出する（Ｓ１０
６）。一方、前記ステップＳ１０４の判定において、算
出した配線長Ｌｘが前記線形近似可能限界配線長ＬＲよ
りも短い場合には、後述する分割算出法により配線容量
を算出する（Ｓ１０７）。そして、この配線容量の算出
処理をチップ上の全ての配線に対して行うことで（Ｓ１
０８）、レイアウトした配線の容量を算出することが可
能となる

【００１１】以上概略説明した本発明の算出方法を詳細
に説明する。図２にチップの一例として多数のＭＯＳト
ランジスタ素子Ｑ１〜Ｑ４を配列し、各ＭＯＳトランジ
スタ間を接続する複数のポリシリコン配線、ポリサイド
配線、アルミニウム配線等からなる配線Ｓ１，Ｓ２を形
成したチップＣＨ１を示している。ここで、図１のステ
ップＳ１０１において、前記チップの複数の配線のう
ち、先ず最初に配線Ｓ１を選択したものとする。そし
て、前記ステップＳ１０２においては、前記配線Ｓ１を
レイアウトするレイアウトデータに基づいて、配線Ｓ１
の全長ＬＸを求める。この処理は、これまでのレイアウ
ト技術に基づけば容易に実行することが可能であり、こ
こでは特にその説明は省略する。しかる上で、前記ステ
ップＳ１０４において、算出した配線長ＬＸを線形近似
可能限界配線長ＬＲと比較する。

【００１２】ここで、前記線形近似可能限界配線長ＬＲ
についての説明に先立って、算出した配線長ＬＸが前記
線形近似可能限界配線長ＬＲよりも短い場合について説
明する。前記ステッブＳ１０４において、配線長ＬＸが
線形近似可能限界配線長ＬＲよりも短い場合には、前記
したような分割算出法により配線容量を算出する。この
分割容量算出法は、図４のフローチャートで説明した手
法であるが、図２に示した配線Ｓ１の例を用いて説明す
ると、図２のステップＳ２０１〜Ｓ２０３において、配
線容量を算出する配線を、レイアウト時に用いる図外の
配線格子によって複数の配線部分に分割する。そして、
まず、分割した各配線部分から１つを取り出し、ステッ
ブＳ２０４における周辺状況の解析として、当該配線部
分に対し平面方向、及び厚さ方向のそれぞれにおいて隣
接する素子や配線を検出する。図３は図２のＡＡ線の断
面構造を模式的に示す断面図であり、シリコン基板１１
上に形成された素子分離絶縁膜１２によって素子領域が
区画されており、素子領域にはゲート絶縁膜１３及びゲ
ート電極１４により前記ＭＯＳトランジスタＱ２が形成
されている。そして、層間絶縁膜１５上に前記配線Ｓ
１，Ｓ２が形成され、上層絶縁膜１６によって被覆され
ている。そして、この場合には、前記配線部分Ｓ１ｘに
対して、配線Ｓ２が平面方向に隣接され、ＭＯＳトラン
ジスタＱ２のソース・ドレイン領域ＳＤやゲート電極１
４が厚さ方向に近接されている。

【００１３】その上で、ステップＳ２０４において、当
該配線部分Ｓ１ｘと、これに近接する前記配線Ｓ２、Ｍ
ＯＳトランジスタＱ２のソース・ドレイン領域ＳＤとゲ
ート電極１４対向位置関係、両者間の間隔寸法等を求
め、これをあらかじめ求められている容量パラメータテ
ーブルを参照して一致又は近似する容量パラメータを選
択し（Ｓ２０５）、この容量パラメータを用いて容量算
出の数式（Ｓ２０６）により前記配線部分Ｓ１ｘの各容
量Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３を算出する。そして、前記各
容量Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３を加算することにより、当
該配線部分の配線容量Ｃ１ｘを算出する（Ｓ２０７）。
以下、同様にして、当該配線の分割した全ての配線部分
のそれぞれについて配線容量を算出し、算出した配線容
量をステップＳ２０９において全て加算し、当該配線の
配線容量を算出する。

【００１４】このように、分割算出法では、分割した配
線部分をそれぞれの部分毎に周辺状況を解析しながら各
配線部分の配線容量を算出するため、配線パターンが複
雑な場合、あるいは複数の配線や素子が高密度に配設さ
れているような場合においても配線容量を高精度に算出
できる。しかしながら、その反面、配線の微小寸法毎に
配線容量を算出するために、配線長が長くなると分割す
る配線部分の数が増大し、配線の全長にわたって配線容
量を算出するための時間が長くなることは前記した通り
である。

【００１５】次に、図１に示した本発明方法のステップ
Ｓ１０４において、算出した配線長ＬＸを線形近似可能
限界配線長ＬＲと比較し、配線長ＬＸが線形近似可能限
界配線長ＬＲよりも長い場合について説明する。ここ
で、前記線形近似可能限界配線長ＬＲ、及びこれに関連
する単位配線容量ＣＲについて説明する。図５は、本発
明者が種々のチップの異なる配線長の配線に対して前記
した分割算出法を用いて、すなわち高精度と言える配線
容量算出手法を用いて算出した配線容量ＣＡをプロット
したグラフである。同図において、横軸は個々の配線の
配線長、縦軸は算出した算出配線容量である。そして、
これらの算出配線容量を配線長の関数として原点を通る
一次式で記事した直線を線形特性ＦＡとして求めたもの
である。また、図６は個々の算出配線容量ＣＡに対する
前記近似直線によって求めた前記線形特性ＦＡ上の平均
配線容量ＣＣの誤差（誤差＝（ＣＡ−ＣＣ）／ＣＡ：
％）（以下、算出誤差と称する）を求めた結果をグラフ
に示したものである。同図では、横軸に対象となる配線
長を、縦軸に誤差を示し、各配線における算出誤差をプ
ロットしたものである。これから、配線長が短い配線で
は、算出誤差のばらつきが大きいが、配線長が長くなる
と算出誤差のばらつきが少なくなり、誤差がほぼ０
（％）、すなわち算出配線容量ＣＡが線形特性ＦＡ、す
なわち平均配線容量ＣＣにほぼ一致することが判る。こ
れは、配線長が短い場合には、配線のある部分の状況が
平均的なものからかけ離れていると、その部分での誤差
がそのまま算出結果に影響してくるためである。これに
対し、配線長がある程度長くなると、その配線の各部分
の周囲の状況として様々な状況がまんべんなく出現する
ため、各部分の算出誤差の影響が緩和され、全体として
平均化した配線容量に落ちつくためである。

【００１６】この結果に基づけば、配線長がある程度の
長さ以上の場合には、算出誤差をほとんど零とみなすこ
とができ、しかもこのことはチップ種類が同一或いは類
似でかつ配線材料やその配線幅や配線膜厚が同一又は類
似の配線であれば、配線パターンが異なる場合について
も一義的に言えることになる。したがって、図６の特性
において鎖線で示すような包絡線を求め、この包絡線か
ら算出誤差が零に近くなる状態の配線長ＬＲを求め、こ
の求めた配線長ＬＲを前記した「線形近似可能限界配線
長ＬＲ」と定義すれば、この線形近似可能限界配線長Ｌ
Ｒよりも長い配線長の配線に対しては、同じ又は類似の
チップ種で同じ又は近似の配線であれば、配線パターン
のいかんにかかわらず、前記算出配線容量ＣＡをそのま
ま利用して配線容量を算出することが可能となる。その
ために、図５に示したように前記平均化により求めた線
形特性ＦＡの傾き、すなわち、配線長の変化量に対する
算出配線容量ＣＡの変化量の比を求め、この値を「単位
配線容量ＣＲ」と定義する。これにより、前記線形特性
ＦＡが適用される前記線形近似可能限界配線長ＬＲ以上
の配線長の配線に対しては、その配線長に前記単位配線
容量ＣＲを乗算することで、当該配線の配線容量を算出
することが可能となる。

【００１７】図７は前記線形近似可能限界配線長ＬＲ
と、単位配線容量ＣＲをあらかじめ求めておく処理のフ
ローチャートである。先ず、レイアウトデータから対象
となるチップの種類、配線種類、及び各配線の配線長を
抽出し、これらを項目としたリストを作成する（Ｓ３０
１）。次いで、前記各項目について、これまで蓄積され
てきたデータと比較し、同種又は類似のチップで、かつ
同種の配線に対するデータの有無を参照する（Ｓ３０
２）。過去の蓄積データがある場合には、そのデータの
詳細をチェックし、その実績を判定した上で適用が可能
であれば当該データの線形近似可能限界配線長と単位配
線容量を今回の配線に対する各線形近似可能限界配線長
ＬＲと単位配線容量ＣＲとして援用する（Ｓ３０３）。

【００１８】一方、ステップＳ３０２において過去に同
種のデータが存在しない場合には、ここで改めて当該チ
ップ及び配線の線形近似可能限界配線長ＬＲと単位配線
容量ＣＲを求める。先ず、前記リストから配線長毎に数
本の配線を選択する（Ｓ３０４）。そして、選択した配
線について、図４に示した分割算出法により配線容量の
算出を行い、各配線の配線容量を求める（Ｓ３０５）。
この配線容量を図５に示したグラフにプロットすること
で、当該配線容量の線形特性ＦＡを求め、かつこれから
単位配線長あたりの配線容量である単位配線容量ＣＲを
求める（Ｓ３０６）。また、得られた単位配線容量ＣＲ
を各配線の配線長に乗算し、各配線の配線容量を算出す
るとともに、算出された配線容量を、ステップＳ３０５
で求めた配線容量と比較し、両者の誤差を算出する（Ｓ
３０７）。しかる上で、算出した誤差を、予め設定して
いる許容誤差設定値（Ｓ３０８）と比較し、その許容誤
差を図６に示したグラフにプロットし、その分布状況か
ら線形近似可能限界配線長ＬＲを求める（Ｓ３０９）。

【００１９】このようにして線形近似可能限界配線長Ｌ
Ｒと単位配線容量ＣＲを求めた上で、図１のステップＳ
１０４において、配線Ｓ１の配線長ＬＸを線形近似可能
限界配線長ＬＲと比較し、配線長ＬＸがこの線形近似可
能限界配線長ＬＲよりも長い場合には、ステップＳ１０
６において、前記したように求めた単位配線容量ＣＲに
当該配線の配線長を乗算し、これにより当該配線の配線
容量を算出することが可能となる。したがって、配線容
量を算出する配線の配線長が、前記線形近似可能限界配
線長ＬＲよりも長い場合には、単位配線容量ＣＲに配線
長ＬＸを乗算した簡易な算出法によっても分割算出法と
同程度の高精度の配線容量を算出することが可能とな
る。これにより、図４に示した分割算出法を用いて配線
を複数の微小長さ部分に分割し、それぞれの部分におい
て配線容量を算出する処理が不要となり、算出処理工数
の削減を図り、処理速度の高速化が実現できる。

【００２０】ここで、本発明者が種々のパターン形状の
配線について実際に本発明方法を用いて配線容量を算出
したところ、図８のチップＣＨ２に例示するように、配
線の主幹部分Ｓ１１に分岐した部分Ｓ１２，Ｓ１３が存
在する場合については、特に各分岐した部分Ｓ１２，Ｓ
１３を主幹部分Ｓ１１から分割して配線容量を算出しな
くとも、分岐した部分Ｓ１２，Ｓ１３の配線長を主幹部
分Ｓ１１の配線長に加算した総配線長を求め、この総配
線長を線形近似可能限界配線長ＬＲと比較して本発明を
適用した場合においても、算出した配線容量の精度が十
分に高いものが得られており、本発明による算出処理速
度の高速化が実現できることが確認されている。

【００２１】なお、前記実施形態では、分割法による個
々の配線部分の配線容量を算出する手法として、前記し
たように個々の配線部分に近接する素子や他の配線との
間の容量を求めてこれらを加算する方法を用いた場合を
例示したが、この方法に限られるものではなく、これま
で考えられている種々の配線容量の算出方法を採用して
もよい。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、選択され
た複数の配線について配線容量を求め、この求められた
配線容量と配線長との相関をとり、その相関に近似する
線形特性を得るとともに、当該線形特性に対する前記複
数の配線の平均配線容量の誤差を求め、前記誤差の分布
があらかじめ設定した誤差以内である配線長を線形近似
可能限界配線長として求めておき、その上で容量を算出
しようとする配線の配線長を求め、この配線長を線形近
似可能限界配線長と比較し、当該配線長が線形近似可能
限界配線長よりも長いときには、あらかじめ設定した単
位配線容量に当該配線の配線長を乗算して当該配線に寄
生する配線容量を算出しているため、配線長の長い配線
については、これまでのように配線を複数の微小長さの
配線部分に分割し、かつ各配線部分のそれぞれについて
求めた配線容量を加算して配線の配線容量を算出する処
理を省略することができ、またその場合においても、配
線容量の誤差があらかじめ設定した誤差以内の配線長に
ついてのみ配線容量の省略化を行うことになるため、十
分な精度の配線容量を算出することができ、これにより
算出処理工程数を削減し、迅速な算出が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配線容量算出方法のフローチャートで
ある。

【図２】本発明を適用するチップの模式的なレイアウト
図である。

【図３】図２のＡＡ線に沿う模式的な拡大断面図であ
る。

【図４】分割算出法のフローチャートである。

【図５】配線長と配線容量との相関から線形特性を求め
る方法を説明するための図である。

【図６】配線長に対する配線容量誤差と線形近似可能限
界配線長の相関を示す図である。

【図７】線形近似可能限界配線長と単位配線容量を求め
るフローチャートである。

【図８】本発明が適用可能なチップの変形例の模式的な
レイアウト図である。

【符号の説明】

ＣＨ１，ＣＨ２チップＱ１〜Ｑ４ＭＯＳトランジスタＳ１，Ｓ２，Ｓ１１〜Ｓ１３配線ＬＸ容量が算出される配線の配線長ＬＲ線形近似可能限界配線長ＣＲ単位配線容量ＣＡ算出配線容量１１シリコン基板１２素子分離絶縁膜１３ゲート絶縁膜１４ゲート電極１５層間絶縁膜１６上層絶縁膜ＳＤソース・ドレイン領域

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レイアウトする配線の配線長をあらかじ
め設定した線形近似可能限界配線長と比較し、前記配線
の配線長が前記線形近似可能限界配線長よりも長いとき
には、あらかじめ設定した単位配線容量に前記配線長を
乗算して当該配線に寄生する配線容量を算出し、前記配
線の配線長が前記線形近似可能限界配線長よりも短いと
きには、前記配線を複数の微小長さの配線部分に分割
し、かつ各配線部分のそれぞれについて求めた配線容量
を加算して前記配線の配線容量を算出する方法であっ
て、前記線形近似可能限界配線長は、選択された複数の
配線の配線容量を求め、前記求められた配線容量と当該
配線の配線長との相関をとり、前記相関に近似する線形
特性を得るとともに、当該線形特性に対する前記複数の
配線の平均配線容量の誤差を求め、前記誤差の分布があ
らかじめ設定した誤差以内である配線長として求めるこ
とを特徴とする配線容量算出方法。
【請求項２】前記配線容量と配線長との相関から得ら
れる前記線形特性は、算出された複数の配線容量を配線
長の関数として原点を通る一次式で近似する直線として
求めることを特徴とする請求項１に記載の配線容量算出
方法。
【請求項３】前記単位配線容量は、前記線形特性の配
線長変化に対する配線容量の変化率から求めることを特
徴とする請求項２に記載の配線容量算出方法。
【請求項４】前記各配線部分の配線容量は、前記各配
線部分の近傍に存在する素子、他の配線等とのそれぞれ
の間に生じる寄生容量を加算して求める請求項１ないし
３のいずれかに記載の配線容量算出方法。
【請求項５】前記線形近似可能限界配線長及び単位配
線容量を、当該配線がレイアウトされるチップ種類や配
線種類等の種類毎に蓄積し、次に配線をレイアウトする
チップのチップ種類や配線種類等を当該レイアウト用の
データから抽出し、抽出したチップ種類や配線種類等を
前記蓄積したデータと比較し、前記チップ種類及び配線
種類等が一致又は類似する場合には前記蓄積した線形近
似可能限界配線長及び単位配線容量を使用し、一致又は
類似しない場合には前記線形近似可能限界配線長及び単
位配線容量を求め、この求めた線形近似可能限界配線長
及び単位配線容量を使用することを特徴とする請求項１
ないし４のいずれかに記載の配線容量算出方法。