JP4233241B2 - 集積回路及びその電源配線レイアウト設計方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路及びその電源配線レイアウト設計方法に係り、特にレイアウト設計におけるモジュールと最上配線層のバンプアレイ付着用電源配線との接続の改良及びこの方法が適用された集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
図9は、チップ10の最上配線層の電源配線とこれに関係した要素のレイアウトを示す。VDD及びVSSを含む符号はそれぞれ例えば3.3V及び0Vの電源配線であることを示す(他図も同様)。
【0003】
図9では、電位VDDの電源配線にハッチングが施されている。電位VSSの電源配線は電位VDDのそれと隣り合っている。電源配線VDD及びVSSの分岐部にはそれぞれパッドPD5及びPS5が形成されている。符号VDD、VSS及びPDに付加された最初の1桁の数字5は、第5配線層であることを示している(以下同様)。チップ10の周囲部にはI/Oセル11が形成され、その入出力信号線(不図示)は層間コンタクト(不図示)を介して最上配線層のパッドに接続されている。これらパッドに不図示のバンプが付着されて、チップ10上にバンプアレイが形成される。
【0004】
第5配線層の下方には、モジュール12が配置されている。モジュール12には、電源配線VDD5及びVSS5から不図示の層間コンタクトを介して電源が供給される。
【0005】
図10及び図11は、従来のモジュールの最上層電源配線レイアウト設計方法を示す。
【0006】
最上配線層の電源配線パターンを考慮してトップ階層のモジュール配置設計を行い、配置されたモジュールに、図10に示すように最上配線層の電源配線パターンを重ねて、モジュール枠内の第5配線層の電源配線パターンをコピーする。次にこの電源配線パターンの条件下でセルライブラリ及びモジュールのネットリストに基づいてモジュールをレイアウト設計する。図11(A)は、このモジュール12Aのレイアウトを示す。パッドPD51及びPS51はそれぞれ電源配線VDD51及びVSS51の分岐部である。
【0007】
図11(B)は、図11(A)のモジュール12Aに対応した、最上配線層の電源配線に関するモジュール12Bを示す。このモジュール12Bは、モジュール枠と、第5配線層の電源配線VDD51、VDD52、VSS51及びVSS52の端部である端子とからなる。例えばモジュール12Bの端子TD51A及びTD51Bは図11(A)の電源配線VDD51の端部であり、端子TS51A及びTS51Bは図11(A)の電源配線VSS51の端部である。
【0008】
図12は、トップ階層の電源配線レイアウト設計において配置された、モジュール12Bと同一構成のモジュール12B1及び12B2を示す。
【0009】
図12中、2点鎖線で示すパターンは、図11(A)のモジュール12Aが持っている最上配線層の電源配線パターンである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
従来では、上述のように第5配線層の電源配線パターンを考慮してモジュールを配置し、電源配線パターンの一部領域をモジュールの電源配線パターンとしてコピーした後、モジュールをレイアウト設計していたので、モジュール12B1及び12B2の図示X方向位置及びY方向位置はそれぞれ電源配線のピッチ及びパッドの配置により制限されていた。このため、回路の高集積化が妨げられたり、モジュール間の配線長が長くなってタイミングエラーが発生する原因となっていた。
【0011】
モジュール間配線長を短くするために、例えばモジュール12B2を図12に示す位置から少しずらすと、これに応じて図11(A)のモジュール12A内の要素の配置を変えた異なるモジュールを新たに作成しなければならないので、設計時間が長くなる。
【0012】
本発明の目的は、このような問題点に鑑み、最上配線層のバンプアレイ付着用電源配線に対するモジュールの配置自由度が大きい集積回路及びその電源配線レイアウト設計方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段及びその作用効果】
本発明の一態様では、
モジュールの電源供給対象及び第1〜n−2配線層に含まれる電源配線のレイアウトと、最上配線層(第n配線層)のバンプアレイ付着用電源配線のピッチとに基づいて、該バンプアレイ付着用電源配線及び該モジュールの第n−2配線層の電源配線と交差する第n−1配線層の電源配線をレイアウト設計し、
該モジュールの枠と、該第n−1配線層の電源配線のうち該バンプアレイ付着用電源配線と交差する方向の部分である帯状端子とを含むパターンデータを、該モジュールの他の表現形態の設計データとして作成してライブラリに登録する。
【0014】
該他の表現形態のモジュールを配置設計し、このモジュールの該帯状部分である端子と該バンプアレイ付着用電源配線との同電位交差部に層間コンタクトホールを設計する。
【0015】
従来ではモジュール内に第n配線層の電源配線のパターンが含まれていたので、第n配線層の電源配線との関係でモジュールの配置が強く制限されていたが、上記構成によれば、モジュールの第n配線層の電源配線と第n−1配線層の該帯状端子とに交差部が存在すればよいという弱い制限の下でモジュールを配置することができるので、従来よりも配線長を短くして回路の集積度を向上させることができると共に、信号伝播遅延時間増加に伴うタイミングエラーの発生を低減することが可能となる。
【0016】
本発明の他の目的、構成及び効果は以下の説明から明らかになる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
【0018】
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態の集積回路トップ階層レイアウト設計装置のハードウエア構成を示す概略ブロック図である。
【0019】
この装置は、コンピュータ20と、これに接続された記憶装置21〜23、入力装置24及び表示装置25とを備えたCAD装置である。
【0020】
記憶装置21には、トップ階層においてモジュール間を接続するネットリスト、及び、最上配線層の電源配線のレイアウトデータが格納されている。記憶装置22には、モジュールライブラリが格納されている。
【0021】
開発対象のLSIは主に複数のモジュールとモジュール間配線とにより構成され、例えば該複数のモジュールはそれぞれ異なる設計者により分担して設計される。各モジュールのレイアウト設計は図1の装置と同様の装置で行われる。
【0022】
図2は、モジュールのレイアウト設計手順を示す概略フローチャートである。
【0023】
(S1)ユニットセルやハードマクロなどのセルを自動配置する。すなわち、セル間仮配線を行ってセルをコンピュータで配置する。
【0024】
(S2)第1〜n−2配線層の電源配線を自動配線する。第n配線層は最上配線層であり、以下、n=5の場合について説明する。
【0025】
(S3)設計者は、第n配線層の電位VDDの電源配線ピッチ(=電位VSSの電源配線ピッチ)を考慮し、モジュール内電源供給対象に電源電圧が安定に供給されるように第n−1配線層の電源配線をレイアウト設計する。このピッチは、チップ構造の仕様により定まっている。第n配線層の電源配線は、図9に示すような上述のバンプアレイ付着用である。
【0026】
図4(A)は、第n−1配線層の電源配線を設計した後のモジュール12Cのレイアウトを示す。この図には、ユニットセル13及びハードマクロ14と、これらに電源を供給するための第n−3〜n−1配線層の電源配線が示されている。電源配線VDDij及びVSSijのiは第i配線層の電源配線であることを示している。基板に対し上下方向に隣り合う電源配線は互いに直角に交差している。同一電位の電源配線の交差部には、不図示の層間コンタクトホールが形成されている。電源配線VDD21〜VDD23及びVSS21〜VSS24はセル13に対する電源供給用である。電源配線VDD21〜VDD23は上方の電源配線VDD31〜VDD33に接続され、電源配線VSS21〜VSS24は上方の電源配線VSS31〜VSS33に接続されている。
【0027】
電源配線VDD41〜VDD43は、その下方の電源配線VDD31〜VDD33と直角に交差するようにレイアウトされ、電源配線VSS41〜VSS43はその下方の電源配線VSS31〜VSS33と直角に交差するようにレイアウトされる。配線抵抗による電圧降下を小さくするとともに供給電源電圧を安定化するために、ハードマクロ14の回りに電源配線VDD32、VDD33、VDD42、VDD43及びVSS32、VSS33、VSS42及びVSS43がレイアウトされて、VDD及びVSSの各々について電源供給リングが形成されている。
【0028】
(S4)ステップS3でレイアウトされた第n−1配線層の電源配線と、既に設計済みの第n−2配線層の電源配線との間のコンタクトホールを、両者の交差部に自動生成する。
【0029】
なお、ステップS3の処理をコンピュータにより自動的に行い、その結果を設計者が確認し、必要に応じてレイアウトを修正するようにしてもよい。
【0030】
(S5)第1〜n−1配線層のセル間信号線を自動配線する。第n層は電源配線のみである。
【0031】
(S6)以上のようにして設計されたモジュールをライブラリに登録する。
【0032】
登録されたモジュールのデータは、図1の記憶装置22へ伝送されて格納される。
【0033】
図3は、トップ階層のレイアウト設計手順を示す概略フローチャートである。
【0034】
(S10)記憶装置22からモジュールデータを読み込み、モジュール枠と第n−1配線層の配線が接続される端子とからなるトップ階層の電源配線に関するモジュールを作成する。例えば図4(A)のモジュール12Cに対応して、図4(B)に示すようなトップ階層の電源配線に関するモジュール12Dが作成される。モジュール12C及び12Dはいずれも同一モジュールの異なる表現形態である。トップ階層の電源配線に関するレイアウト設計においては、モジュール12Dの第n−1配線層の電源配線VDD41〜VDD43及びVSS41〜VSS43は、第n配線層の配線と接続される端子(帯状端子)として機能する。
【0035】
(S11)作成されたモジュール12Dを、記憶装置22内のライブラリに登録する。
【0036】
(S12)記憶装置21から第n配線層の電源配線のレイアウトデータを読み込んでトップ階層の電源配線に関する設計面上に配置する。
【0037】
(S13)トップ階層のモジュールを自動配置する。すなわち、記憶装置21に格納されたネットリスト及び記憶装置22に格納されたモジュールデータに基づき仮配線をし、その結果に基づいてモジュールを配置する。図5は、モジュールが自動配置されたパターンの一部を示す。図5では、簡単化のためにバンプ用パッドが図示省略されている。
【0038】
(S14)第n−1配線層の帯状端子と第n配線層の電源配線の交差部に層間コンタクトホールを自動生成する。図6は、図5の場合の層間コンタクトホールパターンを示す。
【0039】
(S15)モジュール間及びモジュールとI/Oセルとの間の信号線を自動レイアウト設計する。
【0040】
(S16)モジュールの配置配線結果を記憶装置23に格納する。
【0041】
図7は、図4(B)のモジュール12Dの2つのインスタンス12D1及び12D2と第n配線層の電源配線の一部のレイアウト(ステップS13の処理結果の一部)を示す。
【0042】
図11(A)では、モジュール内にパッドPS51及びパッドPD51を含む第n配線層の電源配線のパターンが含まれていたので、これらの位置がモジュール内で定まっていたが、本実施形態ではこれらの位置に対する制限が無いので、モジュールのインスタンス12D1と12D2とを互いに重ならないように自由に配置することができる。図7ではモジュールのインスタンス12D1が、インスタンス12D2を第5配線層の電源配線長手方向(図示Y方向)へ平行移動した位置に配置されているが、第4配線層と第5配線層の同電位電源配線に交差部が存在すればよいので、さらにこれと直角なX方向へ任意の距離だけ平行移動した位置に配置されていてもよい。
【0043】
したがって、モジュール配置の自由度が増し、これにより従来よりも配線長を短くして回路の集積度を向上させることができると共に、信号伝播遅延時間増加に伴うタイミングエラーの発生を低減することが可能となる。
【0044】
なお、第4配線層と第5配線層の同電位電源配線に交差部が存在しなければならないので、モジュールのX方向長さが電位VDDの電源配線ピッチより短い場合には、X方向について配置が制限される。この場合、該制限を図3のステップS13でのモジュール配置に対して与えておく。
【0045】
[第2実施形態]
図8(A)は、本発明の第2実施形態のモジュール12Eの第4配線層電源配線のレイアウト図である。
【0046】
この場合、電源配線VDD4及びVSS4が矩形リング状であるので、図3のステップS10では、電源配線VDD4及びVSS4のうち、第5配線層の電源配線と直角な方向のラインのみ取り出して、トップ階層モジュール12Fの電源端子VDD41、VDD42、VSS41及びVSS42を形成している。
【0047】
他の点は、上記第1実施形態と同じである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態の集積回路トップ階層レイアウト設計装置のハードウエア構成を示す概略ブロック図である。
【図2】コンピュータ支援によるモジュールのレイアウト設計手順を示す概略フローチャートである。
【図3】モコンピュータ支援による集積回路トップ階層のレイアウト設計手順を示す概略フローチャートである。
【図4】(A)及び(B)はそれぞれ電源配線に関する、レイアウト設計されたモジュール及びそのトップ階層モジュールのパターン図である。
【図5】電源配線に関するトップ階層モジュールの配置を示すパターン図である。
【図6】図5の場合の層間コンタクトホールのパターン図である。
【図7】電源配線に関するトップ階層における図4(B)のモジュールの2つのインスタンスの配置を示すパターン図である。
【図8】(A)及び(B)はそれぞれ本発明の第2実施形態のモジュールのn−1配線層の電源配線パターン及びこの場合の電源配線に関するトップ階層モジュールのパターン図である。
【図9】チップの最上配線層の電源配線とこれに関係した要素のレイアウトを示す図である。
【図10】従来のモジュール最上配線層の電源配線パターン決定方法を示す説明図である。
【図11】図10の条件の下でレイアウト設計された従来のモジュールの電源配線に関するパターン図である。
【図12】従来の電源配線に関するモジュール及びトップ階層モジュールのパターン図である。
【符号の説明】
10 チップ
11 I/Oセル
12、12A〜12D モジュール
13 セル
14 ハードマクロ
20 コンピュータ
21〜23 記憶装置
24 入力装置
25 表示装置
PD5、PD51、PS5、PS51 パッド
TD51A、TD51B、TS51A、TS51B 端子
Claims (3)
- 第1〜n配線層(n≧3)を有し、互いに平行な複数のバンプアレイ付着用電源配線が第n配線層に形成される集積回路の電源配線レイアウト設計方法において、
(a)電源供給対象及び第1〜n−2配線層に含まれる電源配線がレイアウト設計されたモジュールのレイアウトと、該バンプアレイ付着用電源配線のピッチとに基づいて、該バンプアレイ付着用電源配線及び該モジュールの第n−2配線層の電源配線と交差する第n−1配線層の、該モジュール内の複数の電源配線をレイアウト設計し、
(b)該モジュールの該第n−2配線層の電源配線と該モジュールの該第n−1配線層の電源配線との同電位交差部に層間コンタクトホールをレイアウト設計し、
(c)該モジュールの枠と、この枠内に配置された該第n−1配線層の電源配線のうち該バンプアレイ付着用電源配線と交差する方向の部分である帯状端子とを含むパターンデータを該モジュールの他の表現形態の設計データとして作成し、
(d)該モジュールの該他の表現形態の設計データをライブラリに登録する、
ことを特徴とする集積回路の電源配線レイアウト設計方法。 - (e)上記ライブラリに登録されている他の表現形態のモジュールを配置設計し、
(f)該他の表現形態のモジュールの上記帯状端子と上記複数のバンプアレイ付着用電源配線との同電位交差部に層間コンタクトホールを設計する、
ステップをさらに有することを特徴とする請求項1記載の電源配線レイアウト設計方法。 - 上記ステップ(e)において、互いに同一パターンの上記モジュールが複数配置されていることを特徴とする請求項2記載の電源配線レイアウト設計方法。
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