JP4354126B2 - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明が属する技術分野】
この発明は、複数の配線層が設けられた半導体集積回路装置に関し、スタンダードセルを用いた半導体集積回路装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
大規模なLSIを設計する方法としては、スタンダードセル方式と呼ばれる設計方式が用いられている。このスタンダードセル方式は、セルと呼ばれる回路を幾つか用意し、これらを組み合わせてLSIを構成するものである。
【0003】
スタンダードセル方式を用いたレイアウト配線工程は、ソフトウェアを用いた自動配置配線で行う事が可能である。
【0004】
図1に、スタンダードセルを用いた従来のフロアプランの一例を示す。図1は、スタンダードセルを用いた半導体集積回路装置の平面図であり、この半導体集積回路装置はチップ1内にスタンダードセル領域11と2つのマクロセル12を備えている。
【0005】
従来のフロアプランの手法では、
▲1▼スタンダードセルおよびマクロセルを配置する。
▲2▼電源メタルを配線する。
▲3▼信号線を配線する。
の大きく3ステップで行われる。このような手法をツールにて行うことを自動配置配線という。
【0006】
図1においては、左上にスタンダードセルが配置される領域11を示している。電源配線21、22は、スタンダードセル領域11およびマクロセル領域12を取り囲むように配線される。図において、21は、電源(Power)配線、22は、接地(Ground)配線を示している。
【0007】
図4にスタンダードセル(機能)の基本的な構造を示す。図4は、図5の回路図に示すインバータを構成したスタンダードセル3のパターン図である。このスタンダードセル3は、入出力端子3a、3bを備えると共に、電源(Power)21、接地(Ground)22のメタル(metal)を備える。この電源(Power)21、接地(Ground)22のメタルは、第1層のメタル(metal1)で構成されている。以下、単に、電源(PG)という場合には、これら2つの配線、電源(P)21、接地(G)22を含めていうことにする。
【0008】
図4に示すように、スタンダードセル3は、下層付近のメタルで電源(PG)配線がなされている。このようなスタンダードセル3を用い、上層付近のメタルをチップの幹線的な電源(PG)配線に使用する場合につき説明する。図2は、電源(PG)配線として上層メタルを使用した一例を示す半導体集積回路装置の平面図、図3は、図2のA部分の拡大図である。
【0009】
図2に示すように、上層付近のメタルをチップの幹線的な電源(PG)配線21、22に使用するとスタンダードセル領域11内の電源配線との接続において、メタル層の乗り換えが発生する。図3の拡大図に示すように、スタンダードセル領域11内の電源配線21’、22’と幹線的な電源(PG)配線21、22とを接続するために、ビアホールを介してメタル層の乗り換えが発生する。
【0010】
一方で、信号配線は、主に下層〜中層のメタル層を使用するため、信号線の配線前に配線する電源配線が信号配線の妨げとなる。このため、上層メタルを電源配線として使用することが出来ないか、使用するにしても十分な検討が必要となってくる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、上層メタルを電源配線として使用するには、マクロブロックの編集や配線経路の見積等、フロアプラン時に多大な時間と労力を要するとともに見積もりの間違い等のリスクも生じるという問題がある。
【0012】
また、微細プロセスによる高集積化が進む中で、電源電圧の供給が不足する電圧降下がますます問題となっている。電圧降下は、電源配線の抵抗に大きく依存するため、今後も深刻な問題となる。
【0013】
さらに、電源配線の配線幅は、半導体集積回路の高集積化に多大な影響を与えるが、電圧降下を起こり難くするためには、電源配線の配線幅を最適に設定する必要がある。電源配線の配線幅を最適に設定するには正確な解析が必要となってくるが、半導体装置の高集積化のための多層メタル化がますます進む中、電源配線の最適な配線幅を決定することは困難となってきている。
【0014】
一方、電力解析に対し不具合があった場合は、電源配線をセル配置前にしか行えないためフロアプランから再度やり直さなさなければいけないか、または大幅な修正が必要となるため、最終的な解析で不具合があると作業工期が非常に長くなる。また、このように工期が長くなるのを避けるため、不具合が出ないようフロアプランで過剰な電源配線を行うことになり、チップサイズの増大を引き起こす可能性が高い。
【0015】
電源配線に関し、色々な提案がなされている。例えば、特開平05−047930号公報には、スタンダードセルを縮小し、電源安定化を図った半導体装置が提案されている。この装置は、スタンダードセル内に電源(PG)を持たず、セル配置後に、セルの外に設けた電源線路(Rail)と接続することを特徴とするものである。
【0016】
この装置においては、スタンダードセル内に電源(PG)を持たないので、セル内部に電源Railを持つ構成には適用できない。また、電源(PG)を配線するためレイアウトの自由度が低くなる。
【0017】
特開平05−047931号公報には、スタンダードセルの配置が疎となるレイアウト外側に向かうにつれ電源配線を太くするように構成した半導体装置が開示されている。しかし、この半導体装置においては、上層メタルを電源配線として使用する構成のものではない。また、電源を太くする場所がレイアウトの外側であるため、十分な電圧降下対策となり得ない。
【0018】
この発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたものにして、複数メタルプロセスにおいて、上層メタルを信号用配線の妨げになり難いようにして、電源線路として用いることができる半導体集積回路を提供することを目的とするものである。
【0019】
【課題を解決するための手段】
この発明は、スタンダードセルを用い自動配置配線で多層プロセスにより形成された半導体集積回路装置において、各スタンダードセルの最上層メタルまたは前記最上層メタルとその1層下のメタルがセルの略全面に設けられ、前記最上層メタルまたはその1層下のメタルを電源配線として用い且つ前記メタルとスタンダードセルの電源線路が接続された電源供給用スタンダードセルを備えることを特徴とする。
【0020】
通常機能のスタンダードセルは前記電源線路との接続関係を持たない最上層メタルまたは前記最上層メタルとその1層下のメタルを備えるように構成する。
【0021】
上記したように、電源供給スタンダードセルをスタンダードセルとすることで、従来のフローへの適用が容易に行える。電源供給スタンダードセルの作成を行えば、あとは通常どおりの自動配置配線を行えば良い。
【0022】
また、前記電源供給スタンダードセルは、内部にトランジスタ機能素子を備えるように構成すればよい。
【0023】
スタンダードセルの横に電源供給用の領域を隣接させて内部にトランジスタ機能素子を備えるように構成すれば、配置領域が増えるものの、電源との十分な接続があるため、セルの機能を保証できる。
【0024】
また、通常のスタンダードセルに電源供給専用のスタンダードセルを用いることで、電源供給スタンダードセルの配置領域を設けなくても良くなり、チップサイズの増大をまねくことなく電源供給スタンダードセルの適用を行うことが出来る。
【0026】
この発明は、前記スタンダードセルの前記電源線路との接続関係を持たない最上層メタルまたは前記最上層メタルとその1層下のメタルにスロットを設けたことを特徴とする。
【0027】
上記のような構造とすることにより、スタンダードセルを配置しただけでスロットが発生し、メタルのストレス対策となる。このような構造は、デザインルールに定義されているが、この発明では、スタンダードセル領域において自動的にデザインルールを満たした構造となる。
【0025】
上記した各電源供給スタンダードセルを状況に応じて選択的に活用すればよい。
【0028】
また、この発明は、請求項1の電源供給用スタンダードセルをチップ内部に少なくとも1つ配置し、その電源供給用スタンダードセルが接続される最上層メタルまたは前記最上層メタルとその1層下のメタルを電源配線として使用するように構成すればよい。
【0029】
上記のように構成することで、電源ストラップレスなレイアウトが可能となり、電源ストラップを引く手間が要らない。
【0030】
当然、電源ストラップがないので電源ストラップを適切な幅にするための見積等の検討時間が必要なくなる。
【0031】
また、この発明は、前記電源供給スタンダードセルを消費電力の大きなセル近傍に配置するように構成すればよい。
【0032】
上記のように、消費電力の大きなセルの近傍に電源供給スタンダードセルを配置することにより、セルの性能を保証できる。
【0033】
また、従来のスタンダードセル(機能)内に電源供給されるような構造とすると、そのスタンダードセルの機能を保証できる。
【0036】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態につき図面を参照して説明する。なお、従来例と同一部分には、同一符号を付す。
【0037】
この発明の実施形態は、最上層メタル(n)をPower配線、最上層から1層下の配線メタル(n−1)をGround配線とする時の例を用いて説明する。また、この例では、n=6の6層の多層配線を示している。
【0038】
図6に、この発明に用いられる電源供給用スタンダードセルを示す。
【0039】
この電源供給用スタンダードセル4は、最上層メタルにPower配線線路(Power Rail)21、最上層から1層下の配線メタル(n−1)にGround配線線路(Ground Rail2)22が接続される。なお、図6において、41は、コンタクトホール、42は、拡散領域、43はウェルを示している。
【0040】
そして、図6(a)に示すように、スタンダードセルの両端に位置するPowerおよびGround Rail(metal1)のメタル下にそれぞれ拡散42を配置し、コンタクトホール41を介して最上層メタルと最上層から1層下の配線メタルにそれぞれ接続する。同図(b)は、Power供給用スタンダードセルを、(c)はGround供給用スタンダードセルを示している。
【0041】
図6(b)及び(c)に示すように、Groundメタル22は拡散42を介して基板に接続され、Powerメタル21は拡散42を介してウェル43に接続される。両拡散42、42にて、基板、ウェル43の電位を確保できる。
【0042】
図6(b)に示す電源供給スタンダードセル4では、基本的なスタンダードセル(機能)のPower Rail(metal1)とつながるメタルが最上層まで接続されている。
【0043】
図6(b)に示すように、Power供給スタンダードセル4は、スタンダードセルの1層目のGround Rail(metal1)から、1層のビア(via1)、2層目のメタル(metal2)、2層のビア(via2)、3層目のメタル(metal3)、3層目のビア(via3)から、最上層から1層下の配線メタル(metal(n−1))、最上層から1層下のビア(via(n−1))を介して最上層メタルnに接続される。
【0044】
この時、最上層から1層下の配線メタルは、Ground配線として使用されるため、図6(b)に示すように、他のスタンダードセルが隣に配置されても接続関係を持たないようスタンダードセル周囲から離すように配線している(図6(b)のa部分)。
【0045】
図6(c)に示すGround供給スタンダードセルは、スタンダードセルのGround Rail(通常 metal1)から、1層のビア(via1)、2層目のメタル(metal2)、2層のビア(via2)、3層目のメタル(metal3)、3層目のビア(via3)から、最上層から2層下の配線メタル(metal(n−2))、最上層から2層下のビア(via(n−2))を介して最上層から1層したのメタルn−1まで接続されている。
【0046】
また、この時、電源供給スタンダードセル4内にトランジスタ(機能)を含むかどうかは、その使用用途に合わせる。
【0047】
図7及び図8に電源供給スタンダードセル4内にトランジスタ(機能)を持たせたときの例を示す。図7は、トランジスタ配置部3とは別に上層電源配線と接続される領域4aを備えて構成している。
【0048】
図7に示すようなスタンダードセルを配置することで配置領域が増えるものの、電源との十分な接続があるため、セルの機能を保証できる。
【0049】
図8は、Power Rail部21またはGround Rail部22と同じ配線幅で、メタル23〜26を積み上げた構造となっている。最上層メタル27がMETAL6、最上層から1層下のメタル26がMETAL5の例を示している。図8に示すように、METAL6は、セルの全面に設けられている。そして、上記したように、最上層から1層下の配線メタルは、Ground配線として使用されるため、この図8に示す例においても、他のスタンダードセルが隣に配置されても接続関係を持たないようスタンダードセル周囲から図のaで示すように、離して配線している。
【0050】
また、図8に示すようなスタンダードセルを用いることで、電源供給スタンダードセルの配置領域を設けなくてもいいのでチップサイズの増大をまねくことなく電源供給スタンダードセルの適用を行うことが出来る。
【0051】
図9に、この発明に用いられる通常のスタンダードセル機能を有するセルの一例を示す。
【0052】
通常のスタンダードセルは、図9に示すように、スタンダードセル内ではどこにも接続されていない最上層付近メタル(最上層メタル27、最上層から1層下(最上層−1メタル)26)を備える。図9に示すように、最上層メタル27、最上層から1層下(最上層−1メタル)26は、セルの全面に設けられている。
【0053】
図10に、この発明に用いられる通常のスタンダードセル機能を有するセルの他の例を示す。この図10に示す例は、電源配線に用いる配線に、スロット26b、27bを持つ構造としている。
【0054】
図10に示すような構造とすることにより、スタンダードセルを配置しただけでスロットが発生し、メタルのストレス対策となる。このような構造は、デザインルールに定義されているが、この発明では、スタンダードセル領域において自動的にデザインルールを満たした構造となる。
【0055】
また、デザインルール違反とならないようスタンダードセルが配置されていないところを埋めるフィラーセル(フィードセルともいう。)に対しても、同様にどこにも接続されない最上層付近メタル(最上層メタル、最上層−1)メタルを持つ構造となる。
【0056】
図11及び図12にこの発明のスタンダードセルを用いた基本的な実施形態をを示す。図12は、チップ概略を示す平面図、図13は、図12のAで囲んだ領域の拡大図である。チップ1の構成は、上記した図1に示す構成と同様の構成であり、図1に示したフロアプランの例に対し、スタンダードセル領域にこの発明を適用したものである。
【0057】
この図11及び図12に示すものは、スタンダードセル領域11に対して、PowerおよびGround供給スタンダードセル4aを各1セルずつ配置した例を示す。
【0058】
スタンダードセル領域11は、スタンダードセル(機能)と電源供給スタンダードセルおよびフィラーセル(フィードセルともいう。)が配置されたことにより、それらに設定された最上層メタルと最上層−1メタルにより、スタンダードセル領域11の全体が最上層メタル27と最上層−1メタル26で配線される。図11においては、図を簡易に記載するために、最上層メタル27と最上層−1メタル26は便宜上省略している。
【0059】
図11で電源IOから電源供給スタンダードセルまでの経路を比較すると、従来のチップでは、もっとも近い経路は経路1(実線)であり、この発明では経路2(点線)である。従来のチップとこの発明のチップを比較すると、この発明の経路2(点線)の方が従来の経路(実線)よりも近くなる。
【0060】
図12の拡大図に示すように、Power供給スタンダードセルのPowerRail(metal1)21は、接続領域21aを介してスタンダードセル領域11全体に配線されたPower供給配線(最上層メタル)27と接続される。また、Ground供給スタンダードセルのGround−Rail(metal1)22は、接続領域22aを介してスタンダードセル領域11全体に配線された最上層メタルから1層下の最上層−1メタル26に接続される。
【0061】
また、スタンダード領域11以外の部分に関しては、自動配置配線後、マニュアルにて最上層メタル27と最上層−1メタル26を追加し、電源IOセルの入出力部を任意のメタル(最上層メタル、最上層−1メタル)と接続する。この時、マクロセル内には最上層及び最上層−1メタルを持たないように構成している。
【0062】
上記したように、電源幅に関してもこの発明では、チップ(CHIP)全域に電源配線(本実施形態では、metal5、metal6)がなされており、単層では抵抗最小であり、電源供給スタンダードセルまでの電圧降下の影響を軽減できる。
【0063】
上記したPowerおよびGround供給スタンダードセル4aは、例えば、電圧降下を考慮したり、セルとしてサイズの大きいもの側などに挿入すれば良い。
【0064】
また、上記実施形態では、最上層−1メタル26でチップのIOセル以外の全面を覆うことで、ノイズカットの効果も得られる。
【0065】
図13にこの発明のスタンダードセルを用いた第2の実施形態を示す。図13は、チップ概略を示す平面図である。図13において、白丸で示しているセルがPower供給スタンダードセル41、白三角で示しているセルがGround供給スタンダードセルである。
【0066】
電源(PG)供給スタンダードセル41、42を図13の様に配置する。この時、スタンダードセル領域に対しても最上層メタル27、最上層−1メタル26をIOセル領域30、31を除くチップ全体に配線する。図13においては、図を簡易に記載するために、最上層メタルと最上層−1メタルは便宜上省略している。
【0067】
なお、IOセル領域30は、Power用、IOセル領域31は、Ground用のセル領域である。
【0068】
所定の幅となるように、スタンダードセルを複数個ならべるように配置するかまたは、サイズの大きな電源供給スタンダードセルを配置している。また、ハードマクロセル12、12のPower・Ground供給源に電源供給スタンダードセル41、42を配置している。
【0069】
上記のように構成することで、従来のチップ(図1)に比べ、電源供給量を減らすことなく図13の点線部の幹線となる電源配線領域は縮小が可能となる。これにより、以下の図14の実施形態に示すのように、品質を落とさず、チップサイズの最小化が図れる。
【0070】
図14に、この発明のスタンダードセルを用いた第3の実施形態を示す。この第3の実施形態は、図13に示す第2の実施形態から幹線となる電源配線を取り除いた例である。この図14に示すものは、スタンダードセル領域11、マクロセル領域12に対しても最上層メタル27、最上層−1メタル26をIOセル領域30、31を除くチップ全体に配線している。このため、幹線となる電源配線を取り除いても、電源の供給は十分行える。
【0071】
なお、この図14においては、図を簡易に記載するために、最上層メタルと最上層−1メタルは便宜上省略している。
【0072】
図15に、この発明のスタンダードセルを用いた第4の実施形態を示す。図15に示す第4の実施形態は、図14に示す第3の実施形態に更に、スタンダードセル配置領域11において、スタンダードセル領域のストラップの代わりに電源供給スタンダードセルを複数個配置したものである。
【0073】
この発明を用いれば、図15に示すように、な電源ストラップレスなレイアウトが可能となり、電源ストラップを引く手間が要らない。
【0074】
当然、電源ストラップがないので電源ストラップを適切な幅にするための見積等の検討時間が必要なくなる。
【0075】
この図15に示すものは、スタンダードセル領域11、マクロセル領域12に対しても最上層メタル27、最上層−1メタル26をIOセル領域を除くチップ全体に配線している。このため、幹線となる電源配線を取り除いても、電源の供給は十分行える。
【0076】
なお、この図15においては、図を簡易に記載するために、最上層メタルと最上層−1メタルは便宜上省略している。
【0077】
図16及び図17に、この発明のスタンダードセルを用いた第4の実施形態の変形例を示す。図16及び図17に示す実施形態は、中央部分のAで囲む領域に消費電力の多いセル3’が配置される。そして、図17の拡大図に示すように、このセル隣接するように、電源供給スタンダードセル41(42)を配置する。
【0078】
上記のように、消費電力の大きなセルの近傍に電源供給スタンダードセルを配置することにより、セルの性能を保証できる。
【0079】
また、図7のように従来のスタンダードセル(機能)内に電源供給されるような構造とすると、そのスタンダードセルの機能を保証できる。
【0080】
この図16に示すものは、スタンダードセル領域11、マクロセル領域12に対しても最上層メタル27、最上層−1メタル26をIOセル領域30、31を除くチップ全体に配線している。このため、幹線となる電源配線を取り除いても、電源の供給は十分行える。
【0081】
なお、この図16においても、図を簡易に記載するために、最上層メタルと最上層−1メタルは便宜上省略している。
【0082】
上記した実施形態では、標準的なフローにて説明したが、チップの電流解析後に、電源が弱いと思われるところに対して、この発明の電源供給スタンダードセルを配置し改善することも可能である。このように、レイアウト完成後でも容易に挿入配置し改善できるため、電力解析に見つかった不具合等に、作成したレイアウトを使って性能改善を行える。
【0083】
また、この実施形態のように最上層と(最上層−1)のメタルをPowerおよびGroundメタルとして使用する方が効果は高いが、最上層のみ電源配線として使用するケースもある。
【0084】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、複数メタルプロセスにおいて、電源線路として上層メタルを信号配線線の妨げになり難いように活用することができる。しかも、電源供給スタンダードセルを追加するだけで容易に従来の設計フローに取り込むことができる。また、電源ストラップ等の見積もりの検討が軽減され、工期短縮が可能となる。
【0085】
また、電源幅に関しても、この発明は、チップ(CHIP)全域に電源配線を配置することができ、単層では抵抗最小であり、電源供給スタンダードセルまでの電圧降下の影響を軽減できる。
【0086】
また、従来のチップに比べ、電源供給量を減らすことなく幹線となる電源配線領域は縮小が可能となる。
【0087】
さらに、電源(P/G)メタル間の容量により、回路動作時に発生する電源ノイズ及びEMIを防止することができる。又、半導体集積回路外からのノイズに対する耐性も高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のフロアプランの一例を示す平面図であり、スタンダードセル領域と2つのマクロセルを備えた半導体集積回路装置である。
【図2】従来のフロアプラン時に上層メタルを電源(PG)配線とした時を示す平面図である。
【図3】図2のA部分の拡大図である。
【図4】スタンダードセルとしてインバータ一例を示すパターン図である。
【図5】図4のインバータの等価回路図である。
【図6】この発明の電源供給スタンダードセルの一例を示す平面図であり、(a)はPowerおよびGround Rail(metal1)の部分、(b)は、Power供給用スタンダードセルを、(c)はGround供給用スタンダードセルを示している。
【図7】この発明の電源供給スタンダードセルの一例を示す平面図であり、通常のスタンダードセルの横にPowerまたは、Ground Railの領域でのみ上層付近メタルと接続される領域を有するものである。
【図8】この発明の電源供給スタンダードセルの一例を示す分解斜視平面図であり、通常のスタンダードセルにPowerまたは、Ground Railの領域でのみ上層付近メタルと接続される領域を有するものである。
【図9】この発明に用いる通常のスタンダードセル(機能)を示す分解斜視図であり、どこにも接続関係のない上層付近メタルを備えるものである。
【図10】この発明に用いる通常のスタンダードセル(機能)の他の例を示す分解斜視図であり、どこにも接続関係のない上層付近メタルを備えるものである。
【図11】図1に示すフロアプランの例に対し、スタンダードセル領域にこの発明を適用した時の例を示す平面図である。
【図12】図11のAで囲む領域の拡大分解斜視図である。
【図13】この発明の実施形態にかかり、図12に示すフロアプランで、スタンダードセル領域およびマクロセルに電源を供給する部分に電源供給スタンダードセルを配置した例を示す平面図である。
【図14】この発明の実施形態にかかり、図13から幹線となる電源配線領域をなくした例を示す平面図である。
【図15】この発明の実施形態にかかり、スタンダードセル領域のストラップの代わりに電源供給スタンダードセルを複数個配置した例を示す平面図である。
【図16】この発明の実施形態にかかり、消費電流の多いスタンダードセルの近傍に電源供給スタンダードセルを配置した例を示す平面図である。
【図17】図16のAで囲む領域の拡大平面図である。
【符号の説明】
1 チップ
3 スタンダードセル
4 電源供給スタンダードセル
21 Power用電源線路
22 Ground用電源線路[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device provided with a plurality of wiring layers.In placeThe present invention relates to a semiconductor integrated circuit device using standard cells.
[0002]
[Prior art]
As a method for designing a large-scale LSI, a design method called a standard cell method is used. This standard cell methodA circuit called a cellAre prepared, and these are combined to constitute an LSI.
[0003]
The layout and wiring process using the standard cell method is automatic placement and routing using software.Is possible to do.
[0004]
FIG. 1 shows an example of a conventional floor plan using standard cells. FIG. 1 is a plan view of a semiconductor integrated circuit device using standard cells. This semiconductor integrated circuit device includes a
[0005]
In the conventional floor plan method,
(1) Arrange standard cells and macro cells.
(2) Wire the power supply metal.
(3) Wire the signal line.
Is performed in three steps. Performing such a method with a tool is called automatic placement and routing.
[0006]
In
[0007]
FIG. 4 shows the basic structure of a standard cell (function). FIG. 4 is a pattern diagram of the
[0008]
As shown in FIG. 4, the
[0009]
As shown in FIG. 2, when the metal near the upper layer is used for the main power (PG)
[0010]
On the other hand, since the signal wiring mainly uses the lower to middle metal layers, the power wiring that is wired before the signal wiring is an obstacle to the signal wiring. For this reason, the upper layer metal cannot be used as the power supply wiring, or even if it is used, sufficient consideration is required.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, using the upper metal layer as the power supply wiring has a problem that it takes a lot of time and labor during floor planning, such as editing a macro block and estimating the wiring route, and there is also a risk of an erroneous estimation. .
[0012]
In addition, with the progress of high integration by a fine process, a voltage drop in which supply of power supply voltage is insufficient has become a problem. Since the voltage drop largely depends on the resistance of the power supply wiring, it will continue to be a serious problem.
[0013]
Furthermore, although the wiring width of the power supply wiring greatly affects the high integration of the semiconductor integrated circuit, it is necessary to optimally set the wiring width of the power supply wiring in order to prevent a voltage drop. Accurate analysis is required to optimally set the wiring width of the power supply wiring, but as the use of multilayer metal for higher integration of semiconductor devices is progressing, the optimal wiring width of the power supply wiring is determined. It has become difficult to do.
[0014]
On the other hand, if there is a problem with the power analysis, power wiring can only be done before cell placement, so it will have to be redone from the floor plan, or a major correction will be required, so the final analysis will If there is a defect, the work period will be very long. Further, in order to avoid such a long construction period, excessive power supply wiring is performed in the floor plan so as not to cause a problem, and there is a high possibility of causing an increase in chip size.
[0015]
Various proposals have been made regarding power supply wiring. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 05-047930 proposes a semiconductor device in which the standard cell is reduced to stabilize the power supply. This device does not have a power supply (PG) in a standard cell, and is connected to a power supply line (Rail) provided outside the cell after the cell is arranged.
[0016]
Since this apparatus does not have a power supply (PG) in the standard cell, it cannot be applied to a configuration having a power supply Rail inside the cell. Further, since the power supply (PG) is wired, the degree of freedom in layout is reduced.
[0017]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-047931 discloses a semiconductor device configured such that the power supply wiring becomes thicker toward the outside of the layout where the standard cell arrangement is sparse. However, this semiconductor device is not configured to use the upper layer metal as the power supply wiring. Also, since the place where the power supply is thickened is outside the layout, there is sufficient voltageDescentIt cannot be a countermeasure.
[0018]
The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and in a multi-metal process, an upper layer metal is less likely to interfere with signal wiring, and can be used as a power supply line. The object is to provide a circuit.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device formed by a multi-layer process using automatic placement and routing using standard cells.With the top metalA standard cell for power supply in which the metal under the first layer is provided on substantially the entire surface of the cell, the uppermost metal or the metal under the first layer is used as a power wiring, and the metal and the power line of the standard cell are connected. It is characterized by providing.
[0020]
The standard cell of normal function is the uppermost metal or no connection relationship with the power line.With the top metalIt comprises so that the metal of the lower layer may be provided.
[0021]
As described above, when the power supply standard cell is a standard cell, it can be easily applied to a conventional flow. Once the power supply standard cell is created, the automatic placement and routing can be performed as usual.
[0022]
The power supply standard cell may be configured so as to include a transistor function element therein.
[0023]
Transistor device inside with a power supply area next to the standard cellNohIf it is configured to include a child, the arrangement area increases, but there is sufficient connection with the power supply, so that the cell function can be guaranteed.
[0024]
In addition, by using a standard cell dedicated for power supply as a normal standard cell, there is no need to provide a power supply standard cell layout area, and the power supply standard cell can be applied without increasing the chip size. I can do it.
[0026]
The present invention provides an uppermost metal layer having no connection relationship with the power supply line of the standard cell orWith the top metalA feature is that a slot is provided in the metal one layer below.
[0027]
With the structure as described above, a slot is generated only by arranging the standard cell, and it becomes a measure against metal stress. Such a structure is defined in the design rule, but in the present invention, the structure automatically satisfies the design rule in the standard cell region.
[0025]
What is necessary is just to selectively utilize each above-mentioned power supply standard cell according to a condition.
[0028]
According to the present invention, at least one power supply standard cell according to
[0029]
By configuring as described above, a power-strap-less layout is possible, and no effort is required to pull the power-strap.
[0030]
Naturally, since there is no power supply strap, it is not necessary to consider time for estimation or the like for making the power supply strap have an appropriate width.
[0031]
In addition, the present invention may be configured such that the power supply standard cell is arranged in the vicinity of a cell with large power consumption.
[0032]
As described above, the cell performance can be guaranteed by arranging the power supply standard cell in the vicinity of the cell with large power consumption.
[0033]
Further, if the structure is such that power is supplied to the conventional standard cell (function), the function of the standard cell can be guaranteed.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as a prior art example.
[0037]
The embodiment of the present invention will be described using an example in which the uppermost metal (n) is a Power wiring and the wiring metal (n-1) one layer below the uppermost layer is a Ground wiring. In this example, six layers of multilayer wiring with n = 6 are shown.
[0038]
FIG. 6 shows a standard cell for power supply used in the present invention.
[0039]
The power supply standard cell 4 includes a power wiring line (Power Rail) 21 as the uppermost metal layer and a ground wiring line (Ground Rail2) as a wiring metal (n-1) one layer below the uppermost layer.22Is connected. In FIG. 6,
[0040]
Then, as shown in FIG. 6A, diffusions 42 are respectively arranged under the power and ground rail (metal 1) metal located at both ends of the standard cell, and from the uppermost metal and the uppermost layer through the contact holes 41. Connect to the wiring metal one layer below. FIG. 2B shows a power supply standard cell, and FIG. 3C shows a ground supply standard cell.
[0041]
As shown in FIGS. 6B and 6C, the
[0042]
In the power supply standard cell 4 shown in FIG. 6B, the metal connected to the Power Rail (metal 1) of the basic standard cell (function) is connected to the uppermost layer.
[0043]
As shown in FIG. 6 (b), the Power-supplied standard cell 4 includes a first-layer ground rail (metal1), a first-layer via (via1), a second-layer metal (metal2), and two layers. Via (via 2), third layer metal (metal 3), third layer via (via 3), one layer below the uppermost layer metal (metal (n-1)), one layer below the uppermost layer It is connected to the uppermost metal layer n through vias (via (n−1)).
[0044]
At this time, the wiring metal one layer below the uppermost layer is used as a ground wiring.bAs shown in FIG. 6, wiring is performed away from the periphery of the standard cell so as not to have a connection relationship even if other standard cells are arranged next to each other (FIG. 6 (bA part)).
[0045]
The ground-supplied standard cell shown in FIG. 6C is based on the standard cell Ground Rail (usually metal 1), the first layer via (via 1), the second layer metal (metal 2), the second layer via (via 2), 3 From the third layer metal (metal 3), the third layer via (via 3), the wiring metal (metal (n-2)) two layers below the top layer, and the via (via (n-2) two layers below the top layer )) To the metal n-1 which is one layer from the uppermost layer.
[0046]
At this time, whether or not the transistor (function) is included in the power supply standard cell 4 is matched to the intended use.
[0047]
7 and 8 show an example in which a transistor (function) is provided in the power supply standard cell 4. FIG. 7 shows a region connected to the upper layer power supply wiring separately from the transistor arrangement portion 3.4aIt is configured with.
[0048]
Although the arrangement area is increased by arranging the standard cells as shown in FIG. 7, the cell function can be ensured because of sufficient connection with the power source.
[0049]
FIG. 8 shows a structure in which the
[0050]
Further, by using a standard cell as shown in FIG. 8, it is not necessary to provide a power supply standard cell arrangement region, so that the power supply standard cell can be applied without increasing the chip size.
[0051]
FIG. 9 shows an example of a cell having a normal standard cell function used in the present invention.
[0052]
As shown in FIG. 9, the normal standard cell includes a metal near the uppermost layer (the
[0053]
FIG. 10 shows another example of a cell having a normal standard cell function used in the present invention. The example shown in FIG. 10 has a
[0054]
By adopting the structure as shown in FIG. 10, a slot is generated only by arranging the standard cell, and it is a measure against metal stress. Such a structure is defined in the design rule, but in the present invention, the structure automatically satisfies the design rule in the standard cell region.
[0055]
In addition, for filler cells (also called feed cells) that fill the places where standard cells are not placed so as not to violate the design rules, the metal near the top layer that is not connected anywhere (top layer metal, top layer- 1) It has a structure with metal.
[0056]
11 and 12 show a basic embodiment using the standard cell of the present invention. FIG. 12 is a plan view showing an outline of the chip, and FIG. 13 is an enlarged view of a region surrounded by A in FIG. The configuration of the
[0057]
FIG. 11 and FIG. 12 show an example in which one standard cell and one ground-supplied
[0058]
The
[0059]
Comparing the paths from the power supply IO to the power supply standard cell in FIG. 11, in the conventional chip, the closest path is the path 1 (solid line), and in the present invention, the path 2 (dotted line). When the conventional chip and the chip of the present invention are compared, the path 2 (dotted line) of the present invention is closer to the conventional path (solid line).
[0060]
As shown in the enlarged view of FIG. 12, the PowerRail (metal 1) 21 of the power supply standard cell is connected to the power supply wiring (uppermost layer metal) 27 wired throughout the
[0061]
In addition, with respect to portions other than the
[0062]
As described above, with regard to the power supply width as well, in the present invention, the power supply wiring (in this embodiment, metal5 and metal6) is made throughout the chip (CHIP), the single layer has the minimum resistance, and the power supply standard cell is reached. The effect of voltage drop can be reduced.
[0063]
The above-mentioned Power and Ground
[0064]
Moreover, in the said embodiment, the noise cut effect is also acquired by covering the whole surface other than the IO cell of a chip | tip with the uppermost layer-1
[0065]
FIG. 13 shows a second embodiment using the standard cell of the present invention. FIG. 13 is a plan view showing the outline of the chip. In FIG. 13, cells indicated by white circlesButThe Power supply
[0066]
Power supply (PG)
[0067]
The
[0068]
A plurality of standard cells are arranged so as to have a predetermined width, or a large-size power supply standard cell is arranged. Further, power
[0069]
By configuring as described above, the power supply wiring region that becomes the trunk line of the dotted line portion in FIG. 13 can be reduced without reducing the power supply amount as compared with the conventional chip (FIG. 1). As a result, as shown in the embodiment of FIG. 14 below, the chip size can be minimized without degrading the quality.
[0070]
FIG. 14 shows a third embodiment using the standard cell of the present invention. The third embodiment is an example in which the power supply wiring serving as a trunk line is removed from the second embodiment shown in FIG. In FIG. 14, the
[0071]
In FIG. 14, for the sake of simplicity, the uppermost metal layer and the uppermost metal layer-1 metal are omitted for the sake of convenience.
[0072]
FIG. 15 shows a fourth embodiment using the standard cell of the present invention. In the fourth embodiment shown in FIG. 15, in addition to the third embodiment shown in FIG. 14, a plurality of power supply standard cells are arranged in the standard
[0073]
If this invention is used, as shown in FIG. 15, the layout without a power supply strap becomes possible, and the effort which pulls a power supply strap is not required.
[0074]
Naturally, since there is no power supply strap, it is not necessary to consider time for estimation or the like for making the power supply strap have an appropriate width.
[0075]
In FIG. 15, the
[0076]
In FIG. 15, for the sake of simplicity, the uppermost metal layer and the uppermost metal layer-1 metal are omitted for the sake of convenience.
[0077]
16 and 17 show a modification of the fourth embodiment using the standard cell of the present invention. In the embodiment shown in FIGS. 16 and 17, a
[0078]
As described above, the cell performance can be guaranteed by arranging the power supply standard cell in the vicinity of the cell with large power consumption.
[0079]
Further, if the structure is such that power is supplied to the conventional standard cell (function) as shown in FIG. 7, the function of the standard cell can be guaranteed.
[0080]
In FIG. 16, the
[0081]
In FIG. 16 as well, the top layer metal and the top layer-1 metal are omitted for the sake of convenience in order to simplify the drawing.
[0082]
In the above-described embodiment, the standard flow has been described. However, it is also possible to arrange and improve the power supply standard cell of the present invention for a place where the power supply seems to be weak after the current analysis of the chip. . In this way, even after the layout is completed, it can be easily inserted and arranged, so that it is possible to improve the performance by using the created layout for problems found in the power analysis.
[0083]
Moreover, although it is more effective to use the uppermost layer and the (uppermost layer-1) metal as the Power and Ground metal as in this embodiment, there are cases where only the uppermost layer is used as the power supply wiring.
[0084]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the multiple metal process, the upper layer metal can be utilized as a power line so as not to obstruct the signal wiring line. Moreover, it can be easily incorporated into the conventional design flow by simply adding a power supply standard cell. In addition, the examination of the power supply strap and the like is reduced, and the construction period can be shortened.
[0085]
In addition, regarding the power supply width, the present invention can arrange power supply wiring over the entire chip (CHIP), has a minimum resistance in a single layer, and can reduce the influence of a voltage drop to the power supply standard cell.
[0086]
In addition, the power supply wiring region serving as the trunk line can be reduced without reducing the power supply amount as compared with the conventional chip.
[0087]
Furthermore, power source noise and EMI generated during circuit operation can be prevented by the capacitance between the power source (P / G) metals. In addition, resistance to noise from outside the semiconductor integrated circuit is also increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing an example of a conventional floor plan, which is a semiconductor integrated circuit device including a standard cell region and two macro cells.
FIG. 2 is a plan view showing a case where an upper layer metal is used as a power supply (PG) wiring in a conventional floor plan.
FIG. 3 is an enlarged view of a portion A in FIG.
FIG. 4 is a pattern diagram showing an example of an inverter as a standard cell.
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the inverter of FIG. 4;
FIG. 6 is a plan view showing an example of a power supply standard cell of the present invention, where (a) is a part of Power and Ground Rail (metal 1), (b) is a standard cell for power supply, and (c) is a power supply standard cell. The standard cell for Ground supply is shown.
FIG. 7 is a plan view showing an example of a power supply standard cell according to the present invention, which has a region connected to a metal near the upper layer only in the region of Power or Ground Rail next to a normal standard cell.
FIG. 8 is an exploded perspective plan view showing an example of a power supply standard cell according to the present invention, in which a normal standard cell has a region connected to a metal near the upper layer only in the region of Power or Ground Rail.
FIG. 9 is an exploded perspective view showing a normal standard cell (function) used in the present invention, and includes a metal near the upper layer that has no connection relationship anywhere.
FIG. 10 is an exploded perspective view showing another example of a normal standard cell (function) used in the present invention, and includes an upper-layer near metal having no connection relationship anywhere.
11 is a plan view showing an example when the present invention is applied to a standard cell region with respect to the example of the floor plan shown in FIG. 1;
12 is an enlarged exploded perspective view of a region surrounded by A in FIG.
13 is a plan view showing an example in which a power supply standard cell is arranged in a portion for supplying power to a standard cell region and a macro cell in the floor plan shown in FIG. 12 according to the embodiment of the present invention.
14 is a plan view showing an example in which a power supply wiring region serving as a main line is removed from FIG. 13 according to the embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 15 is a plan view showing an example in which a plurality of power supply standard cells are arranged instead of the strap in the standard cell area according to the embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a plan view showing an example in which a power supply standard cell is arranged in the vicinity of a standard cell with a large current consumption according to the embodiment of the present invention.
17 is an enlarged plan view of a region surrounded by A in FIG. 16;
[Explanation of symbols]
1 chip
3 Standard cell
4 Power supply standard cell
21 Power line for power
22 Ground Power Line
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