JPH1056162A - 半導体集積回路およびその設計方法 - Google Patents

半導体集積回路およびその設計方法

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JPH1056162A
JPH1056162A JP9124432A JP12443297A JPH1056162A JP H1056162 A JPH1056162 A JP H1056162A JP 9124432 A JP9124432 A JP 9124432A JP 12443297 A JP12443297 A JP 12443297A JP H1056162 A JPH1056162 A JP H1056162A
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wiring
line group
integrated circuit
semiconductor integrated
power supply
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Yasunobu Umemoto
安伸 梅本
Yukinori Uchino
幸則 内野
Toshikazu Sei
俊和 清
Muneaki Maeno
宗昭 前野
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 不具合を招くことなく集積度を向上させたマ
スタースライス方式の半導体集積回路を提供する。 【解決手段】 基本ゲートセル3a,3b上に配線チャ
ネル格子を構成する一方向の線群X0〜X11,および
これに直交する他方向の線群Y0〜Y6を規定し、線群
X0〜X11,Y0〜Y6に沿って金属配線層を形成す
る場合において、線群X0〜X11,Y0〜Y6の少な
くとも一方は2種以上の間隔からなる線群で構成してい
る。かかる不均一なピッチを用いた配線チャネル格子を
用いることにより、配線層の設計基準と、その他の層の
設計基準との調和を図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は複数のゲート基本
セルをあらかじめLSIチップ上に形成しておき、その
上部の配線層の設計だけを追加して所望の論理回路を構
築するマスタースライス方式の半導体集積回路に関し、
配線層のパターンの微細化および集積密度の向上を図っ
た半導体集積回路の構造およびそのレイアウトの計算機
を利用した自動設計の方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路のレイアウト設計の方法
は、集積回路の規模や設計手法によってさまざまであ
る。すべての層の設計と製造を行うフルカスタムICは
高性能ICを大量に製造する場合に適している。一方A
SIC−IC等の配線層レベル以下を層をあらかじめ製
造しておき、要求に応じて配線層のみを設計,製造する
セミカスタムICは特別の用途のICを短期間に製造す
る場合に適している。またセミカスタムICは設計コス
トや製造コストも安くなるという利点がある。ASIC
はゲートアレイあるいはマスタースライス方式とも呼ば
れるが、この種の半導体集積回路の基本セルレイアウト
の一例を図27に示す。
【0003】図27に示すレイアウトは2個のゲート基
本セル3a,3bとこの間に形成されたサブストレート
・コンタクト領域4a,4bとから構成されている。各
ゲート基本セルはそれぞれ2個のソース/ドレイン拡散
領域12,14,4個のゲートポリシリコン領域11と
から構成されている。図27において、配線層を設計す
る場合の基礎となる配線チャネル格子は、例えばX方向
にX0〜X11の12本、Y方向にY0〜Y6の7本の
線が規定されている。このように配線チャネル格子が規
定されているゲート基本セルのレイアウトにおいて、例
えば図28の機能ブロックレイアウトパターンに示すよ
うに、縦方向の金属配線(VDD(高位)電源配線5
a,VSS(低位)電源配線5b)及び横方向の金属配
線(接続配線6)を用いてそれぞれのトランジスタ1
a,1b,2a,2bを接続配線することにより、4入
力(A,B,C,D)のNANDゲート(Z出力)が構
築される。
【0004】このようなゲート基本セルのレイアウトに
おいて、従来技術においては配線チャネル格子のピッチ
は、レイアウトCADとの整合性を重視して一律の値も
しくはX方向、Y方向でそれぞれ一律に規定されてい
た。配線チャネル格子のピッチの設計値は、論理機能ブ
ロックが形成される領域や配線領域における設計基準の
論理積で決められ、微細化が進むにつれて配線チャネル
格子のピッチを狭くする必要がある。
【0005】一方、半導体集積回路の技術分野におい
て、LSIの開発は急速に進歩し、ディープサブミクロ
ン世代、サブ・クォーターミクロン世代と呼ばれる微細
加工技術の領域にさしかかっている。これらの世代では
微細化による弊害要素が顕著になってきている。たとえ
ば、電源金属配線の微細化においては、エレクトロマイ
グレーションの発生ならびに配線抵抗の増加によってチ
ップ内部のトランジスタのソース電圧降下を引き起こ
し、素子の動作に悪影響を及ぼすおそれが問題となって
きている。このため、金属配線の線幅の微細化の歩み
は、トランジスタのゲート長の微細化の歩みと比べ、1
980年代半ばから遅れ始めている。また、コンタクト
径の微細化によりコンタクト抵抗が増加するため、同様
に、トランジスタのソース電圧降下を引き起こし、素子
の動作速度に影響を及ぼし始めている。
【0006】このような理由で、電源金属配線の線幅
は、常温超電導配線を使わない限り、0.3〜0.5μ
m程度が材料の抵抗値による技術的限界との予想も提案
され、電源金属配線の微細化は従来技術のままでは限界
にきているといえる。特に抵抗値が現在主流のAlより
低いAg,Au,Cu等を用いても高々微細化は2/3
程度しか改善されないと言われている。すなわち、電源
金属配線等の特定の配線以外はさらなる微細化の可能性
を有するが、電源金属配線等の特定の配線の線幅等が設
計ルールを律速することになり従来のような一律のピッ
チの配線チャネル格子では集積度を向上させることが困
難であることが明らかになってきた。
【0007】配線チャネル格子のピッチを設計する場合
には、大きく分けて2つの場合がある。
【0008】(i)一つは、配線工程の設計基準、すな
わち配線幅と配線相互の間隔、コンタクトホール径とコ
ンタクトホール相互の間隔、多層配線におけるビアホー
ルコンタクト径とビアホールコンタクト相互の間隔等だ
けを考慮すればよい場合である。
【0009】(ii)他の一つは、前者の設計基準にさら
に配線工程よりも前の段階、すなわち基本セルの製造工
程(基本セル工程)の設計基準を考慮して設計しなけれ
ばならない場合である。以下においては基本セルの製造
工程、すなわちゲートポリシリコンの上に層間絶縁膜を
形成する以前の工程、たとえば酸化によるフィールド酸
化膜の形成、CVDおよびRIEによるゲートポリシリ
コンのパターニングの工程、イオン注入によるソース・
ドレイン領域形成の工程、CVDによる層間絶縁膜形成
の工程等の一連の工程を「基本セル工程」と呼ぶ。そし
て、層間絶縁膜が形成された以降の工程、すなわちこの
層間絶縁膜にコンタクトホールを開孔し、さらにその上
部に配線層を形成する等の後半の工程を「配線工程」と
呼ぶこととする。
【0010】図27に示すゲート基本セルのレイアウト
において、配線チャネル格子を構成する線X1〜X2〜
X3〜X4、X7〜X8〜X9〜X10のピッチを規定
するためには、配線工程の設計基準のみを考慮すればよ
いことになり、上述した(i)の場合となる。一方、配
線チャネル格子を構成する線X0〜X1、X4〜X5、
X6〜X7、X10〜X11のピッチを規定するには、
ポリシリコン領域11に対するコンタクト余裕やポリシ
リコン領域11とソース・ドレイン領域12,14との
間隔ならびにソース・ドレイン領域12,14に対する
コンタクト余裕の設計基準をも加えて設計する必要があ
り、上述した(ii)の場合となる。同様に配線チャネル
格子を構成する線X5〜X6、X11〜X0のピッチを
規定するには、ポリシリコン領域11に対するコンタク
ト余裕やポリシリコン領域11相互の間隔の設計基準を
考慮する必要がある。ここで、X0は右側に隣接するブ
ロックの配線チャネル格子の一番左側の線である。線群
Y0〜Y1〜Y2、Y4〜Y5〜Y6のピッチを規定す
るには、ゲートポリシリコン領域11に対するコンタク
ト余裕、あるいはソース・ドレイン領域12,14に対
するコンタクトホールとMOSFETのゲート長を決め
る部分となるポリシリコン領域の最も狭い部分との間隔
の設計基準を、線群Y2〜Y3〜Y4のピッチを規定す
るには、ソース・ドレイン領域12,14とサブストレ
ート・コンタクト領域4a,4bとの間隔の設計基準
を、それぞれ、配線工程の設定の設計基準に加えて考慮
する必要がある。さらに上側に隣接するブロックの配線
チャネル格子の一番下の線をY0とし、線群Y6〜Y0
のピッチを規定するには、隣接するブロックの各ソース
・ドレイン領域14,12の間の間隔の設計基準を、配
線工程の設計基準に加えて考慮する必要がある。これら
はいずれも上述した(ii)の場合となる。
【0011】ゲートポリシリコン領域相互の分離の問題
や、コンタクト余裕等を考えると、通常、基本セル工程
の設計基準は小信号用の信号配線に係る配線工程の設計
基準に比べて微細化が困難である。つまり、基本セル工
程の設計基準を考慮しなければならない縦方向の線群X
0〜X1、X4〜X5、X5〜X6、X6〜X7、X1
0〜X11、X11〜X0のピッチ、および配線チャネ
ル格子を構成する横方向の線群Y0〜Y1〜Y2〜Y3
〜Y4〜Y5〜Y6〜Y0のピッチは、線群X1〜X2
〜X3〜X4、X7〜X8〜X9〜X10のピッチに比
べて広く設計しなければならなくなる。したがって、配
線チャネル格子のピッチを一律に規定する場合には、配
線チャネル格子ピッチの最も大きいところで設計ルール
が規定されることになる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】現在の半導体製造技術
では、次第に配線工程の設計基準と基本セル工程の設計
基準との差は顕著になってきている。つまり、小電流し
か流れない信号配線の基礎となる配線チャネル格子を構
成する線群X1〜X2〜X3〜X4、X7〜X8〜X9
〜X10のピッチは狭くできるにもかかわらず、設計基
準の最も厳しい線群Y0〜Y1〜Y2、Y4〜Y5〜Y
6のピッチは狭くできないという状況が発生している。
結局、配線チャネル格子のピッチを一律にした場合は配
線チャネル格子を構成する線群X1〜X2〜X3〜X
4、X7〜X8〜X9〜X10はピッチは大きく維持さ
れたままとなり、これ以上集積度を上げることができな
くなるという問題が明らかになってきている。すなわち
配線チャネル格子のピッチが一律に設定されている従来
技術においては、配線工程の設計基準と、基本セル工程
の設計基準との差が顕著になりつつある状況において
は、この設計基準の不調和のために半導体集積回路の集
積度を高めることが出来ないという問題が明らかになっ
てきている。また設計基準の不調和の問題以外にも、配
線材料に起因した問題もあった。すなわち配線チャネル
格子のピッチを一律に狭くすれば電源配線や大電流が流
れる信号配線も細くしなければならなくなるので、配線
抵抗やコンタクト抵抗が増大しソース電圧の降下が生じ
たり、エレクトロマイグレーション等に起因した配線不
良等が生じるために、誤動作や作動速度の低下といった
不具合を招くという問題があった。
【0013】そこで、この発明は、上記問題点に鑑みて
なされたものであり、その目的とするところは、新たな
設計思想に基づくCAD用の配線チャネル格子を提供
し、これによる半導体集積回路を提供することである。
すなわち、回路動作に不具合を招くことがないように形
成しようとする配線の目的や種類に応じて配線幅が設定
され、集積度を向上させた半導体集積回路を提供するこ
とにある。
【0014】本発明の他の目的は配線工程の設計基準と
基本セル工程の設計基準との較差が大きい場合において
も設計基準相互の調和を図り、無駄な占有面積を削減
し、より微細化が可能な半導体集積回路を提供すること
である。
【0015】本発明のさらに他の目的は金属配線層中に
おけるエレクトロマイグレーションの発生を抑制し、し
かも集積密度を向上させることができる半導体集積回路
を提供することである。
【0016】本発明のさらに他の目的は配線幅の減少に
よる電源電圧の低下を伴うことなく集積密度を向上させ
ることができる半導体集積回路を提供することである。
【0017】本発明のさらに他の目的は半導体集積回路
の特性を高く維持しつつ容易に集積密度を向上させるこ
とが可能な、計算機を用いた自動的なパターン設計方法
を提供することである。
【0018】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、配
線チャネル格子のピッチを一律に規定せず、回路のそれ
ぞれの領域において最適化されるように、それぞれの層
の金属配線の目的や種類に対応した配線チャネル格子と
なるような新たな設計思想を導入し、配線チャネル格子
のピッチを不均一にするようにしている。より具体的に
は、半導体チップ上に複数のゲート基本セルが配列さ
れ、この基本ゲートセル上に規定されたチャネル格子に
沿って配置された金属配線によりゲート基本セルが接続
されたマスタースライス方式の半導体集積回路であっ
て、この配線チャネル格子が不均一なピッチで規定され
ていることを第1の特徴とする。「不均一なピッチ」と
は配線チャネル格子を第1の間隔を有した第1の線群と
第1の間隔より狭い第2の間隔を有した第2の線群とを
少なくとも含んで一方向の線群を構成し、この一方向の
線群と直交する他方向の線群とで格子を形成するように
構成されていることを意味する。一方向とはたとえば横
方向で、これと直交する他方向とは縦方向である。一方
向を縦方向、他方向を横方向としても良いことはもちろ
んである。直交する他方向の線群も第3の間隔を有した
第3の線群と第3の間隔より狭い第4の間隔を有した第
4の線群とを少なくとも含んで構成してもよい。さら
に、一方向(横方向)、これと直交する他方向(縦方
向)のいずれにおいても3種以上の間隔を有した線群で
構成してもよい。
【0019】特に配線チャネル格子の内、高位電源配線
又は低位電源配線が設けられる配線チャネル格子のピッ
チを必要な値よりも配線幅が狭くならないように所定の
値に維持したまま、高位電源配線又は低位電源配線以外
の他の配線が設けられる配線チャネル格子のピッチをこ
の所定の値よりも可能な限り狭く設定できるようにして
いることが好ましい。そしてこの場合高位電源配線又は
低位電源配線の配線幅は、最小コンタクトホールを複数
個、あるいは最小コンタクトホールの複数個分の面積の
コンタクトホールを配置できる寸法を有することが好ま
しい。
【0020】本発明の第1の特徴によれば、配線チャネ
ル格子を不均一なピッチで規定することにより、特定の
配線を所定の値に太く維持しながら他の配線の配線幅は
十分に狭くし、全体としては微細化による集積度の向上
が達成できる。このため特定の配線の電流密度を一定値
以下に担保でき、エレクトロマイグレーションが抑制さ
れる。したがって信頼性の高い半導体集積回路を提供す
ることができる。また配線抵抗による電源電圧の降下や
コンタクトホールの微小化に伴なうコンタクト抵抗等の
増大等の寄生抵抗の問題も抑制され、素子の動作速度の
低下を押えた半導体集積回路を提供することができる。
【0021】なお、本発明の第1の特徴において、上記
不均一なピッチで規定されてなる配線チャネル格子を構
成する互いに直交する線群をゲート基本セルのX方向又
はY方向に関して対称となるようにすればフリップ配置
も容易に実現できる。また、上記の高位電源配線又は低
位電源配線は、その配線幅の中心が配線チャネル格子に
対してずれるように配置してもよい。あるいは高位電源
配線又は低位電源配線以外の特殊信号配線の配線チャネ
ル格子についてもピッチ(線の間隔)が広い格子を用い
てもよい。ここで「特殊信号配線」とはクロック配線や
アナログ信号用配線等の低抵抗、大電流等の特性が要求
される信号配線を言う。さらに本発明のピッチが広く設
定されてなる配線チャネル格子は、太い配線幅を有した
配線用の格子として用いるだけでなく、複数本分の細い
配線の配線チャネル格子として用いてもよい。
【0022】本発明の第2の特徴は、半導体チップ上に
複数の機能ブロックが配列され、この機能ブロック間及
び機能ブロック上に配線チャネル格子が規定されて配線
領域が設けられ、配列された機能ブロックを配線チャネ
ル格子に沿って接続することにより、配線工程の変更の
みで所望の論理回路を構成するマスタースライス方式の
半導体集積回路であって、この配線チャネル格子を不均
一なピッチで規定していることである。
【0023】本発明の第2の特徴によれば、配線チャネ
ル格子を不均一なピッチで規定することにより特定の配
線の配線幅を太く維持したままその他の配線を細くした
り、配線の本数を増やすことにより集積度の高い半導体
集積回路が提供できる。特定の配線の配線幅が太いので
エレクトロマイグレーションや電源電圧の降下も抑制さ
れ、高速、低消費電力の半導体集積回路が簡単かつ短時
間に提供できる。
【0024】本発明の第3の特徴は、半導体チップ上に
複数のゲート基本セルのパターンを配列するステップ
と、このゲート基本セルのパターン上に配線チャネル格
子を規定するステップと、配線チャネル格子に沿って配
線層のパターンを配置して論理機能ブロックを構成する
ステップとを少なくとも含んだマスタースライス方式の
半導体集積回路の設計方法において、配線チャネル格子
が不均一なピッチで規定されていることである。
【0025】本発明の第3の特徴によれば、配線チャネ
ル格子を不均一なピッチで規定しているので特定の配線
の配線幅のみを太くしたり、特定の場所や領域における
配線の本数を増やすことを計算機を用いて自動設計する
ことが容易となる。したがって、集積度の高い配線レイ
アウトの自動設計が短時間で安価に設計できる。つま
り、エレクトロマイグレーションや電源電圧の降下を防
止し、素子の動作速度の低下を抑えるための配線幅の所
要の値を担保した設計の要求と高集積化のための微細寸
法、微細パターンの設計の要求とが同時に満足され、調
和された半導体集積回路が簡単かつ短時間に設計でき
る。
【0026】本発明の第4の特徴は、半導体チップ上に
複数の機能ブロックを配列するステップと、この機能ブ
ロック間及び機能ブロック上に配線チャネル格子を規定
した配線領域を設けるステップと、配列された機能ブロ
ックを配線チャネル格子に沿って接続することにより、
配線工程の変更のみで所望の論理回路を構成するステッ
プとを少なくとも含むマスタースライス方式の半導体集
積回路の設計方法であって、この配線チャネル格子を不
均一なピッチで規定していることである。
【0027】本発明の第4の特徴によれば、配線チャネ
ル格子を不均一なピッチで規定することにより電源配線
や特定の信号配線の配線幅のみを太くし、他を細くした
り、配線の本数を増やすことが容易となる。したがって
集積度の高い半導体集積回路の計算機を用いた配線レイ
アウトが安価かつ、短時間に設計できる。また配線幅の
微細化という設計要求とエレクトロマイグレーションの
防止や配線抵抗やコンタクト抵抗に起因した電源電圧の
降下の抑制のための配線幅の所定の値への維持という設
計要求とのトレードオフ関係を解消し、一見相異なる設
計要求を同時に満足させ、調和させた半導体集積回路が
簡単かつ短時間に自動設計できる。
【0028】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図1〜4は本発明の第1の実施の
形態に係わる半導体集積回路の構成を示す図である。図
1は図27と同様のゲート基本セルのレイアウトを示す
図であり、図1において図27と同符号のものは同一物
である。図1に示すレイアウトの特徴とするところは、
設計基準の厳しい、すなわち微細寸法が困難なソース・
ドレイン領域12,14に対するコンタクトホールとゲ
ートポリシリコン領域11との間の寸法の設計基準を満
たすために、配線チャネル格子を構成する横方向の線群
Y0〜Y1〜Y2間と線群Y4〜Y5〜Y6の間のピッ
チは所定の値に維持して他の配線チャネル格子のピッチ
はこの所定の値に比べて狭めるようにしたことにある。
所定の値とはたとえば、従来用いられているピッチ間隔
で良い。このような配線チャネル格子のピッチの設定に
おいて、図28に示すと同様に4入力NANDゲートを
構築すると、図2に示すようになる。本発明の4入力N
ANDゲートは縦方向の線X8,X3,X5,X4に係
る金属配線(信号配線)の端部をそれぞれ入力端子A,
B,C,Dとしている。入力端子Aはゲート基本セル3
aを構成するnMOS1aおよびpMOS2aのゲート
ポリシリコン領域11に接続されている。入力端子Bは
ゲート基本セル3aを構成するnMOS1bおよびpM
OS2bのゲートポリシリコン領域11に接続されてい
る。入力端子Cはゲート基本セル3bを構成するnMO
S1aおよびpMOS2aのゲートポリシリコン領域1
1に、入力端子Dはゲート基本セル3bを構成するnM
OS1bおよびpMOS2bのゲートポリシリコン11
に接続されている。線X9に沿って高位電源(VDD)
配線5aが形成され、nウェル中のpMOS2a,2b
のソース領域14およびサブストレート・コンタクト領
域4bに接続され、4つのpMOSを並列接続してい
る。線X2に沿って低位電源(VSS)配線5bが形成
され、pウェル中の1つのnMOS1bのソース領域1
2およびサブストレート・コンタクト領域4aに接続さ
れている。線X7に沿った信号配線の端部が出力端子Z
となり、この出力端子Zが4つのpMOS2a,2bの
各ドレイン領域14および1つのnMOS1aのソース
領域12に接続されている。4つのnMOS1a,1b
は線X3に沿った配線6を用いて互いに直列接続されて
いる。図2に示す4入力NANDゲートの等価回路表示
が図3である。入力端子A,B,C,Dは図示を省略し
た前段の機能ブロックに、出力端子Zは図示を省略した
後段の機能ブロックに所定の配線により接続されてい
る。又高位電源配線5a,低位電源配線5bは図示を省
略した他の機能ブロックの上部に延長され共通の電源配
線となっている。
【0029】図4は図2の配線チャネル格子を構成する
線Y6に沿った断面図である。図4に示すようにシリコ
ン(100)基板31の上部にpウェル32,nウェル
34が形成されている。フィールド酸化膜35によりト
ランジスタ領域が画定され、フィールド酸化膜35の窓
部にnMOSのソース/ドレイン領域となるn+ 拡散層
12,およびpMOSのソース/ドレイン領域となるp
+ 拡散層14が形成されている。フィールド酸化膜35
の上にはゲートポリシリコン領域11が形成されてい
る。ゲートポリシリコン領域は図示を省略したゲート酸
化膜の上部から延長して形成されている。ゲートポリシ
リコン領域11の上部にはSiO2 膜、PSG膜、BP
SG膜等の層間絶縁膜36が堆積されている。層間絶縁
膜36の上部にはAl,Al−Si,Al−Cu−Si
等の高位電源配線5a,低位電源配線5b,信号配線6
が形成されている。これらの配線は所定のコンタクトホ
ールを介してソース・ドレイン領域12,14およびゲ
ートポリシリコン領域11と電気的に接続している。
【0030】本発明の第1の実施の形態においては配線
チャネル格子を構成している縦方向の複数の線X0〜X
11は等間隔であるが横方向の複数の線は2種類の間隔
を有している。すなわちY0〜Y2,およびY4〜Y6
の間隔を規定する第1の間隔とY2〜Y4,Y6〜Y0
の間隔を規定する第1の間隔より狭い第2の間隔とから
構成されている。図1の一番上に示した横方向の線Y0
は上側に隣接するゲート基本セル上に規定された線であ
る。図2に示すように配線チャネル格子を構成している
縦方向の線群X0〜X11と横方向の線群Y2〜Y4が
従来に比べて狭ピッチとなっているので、配線チャネル
格子のピッチを一律に規定した従来の半導体集積回路に
比べてX方向及びY方向ともにゲート基本セルの形成面
積が縮小されている。つまり本発明の第1実施の形態に
よれば、従来の集積回路に比べ20〜50%集積度を高
めることができる。この結果、配線工程の設計基準と基
本セル工程の設計基準との差がより顕著になるサブ・ク
ォーターミクロン世代のLSIの集積度向上が可能であ
り、しかもその設計は通常のCADの技術で容易に行う
ことができる。
【0031】図5〜7は本発明の第2の実施の形態に係
わる半導体集積回路の構成を示す図である。図5に示す
半導体集積回路の特徴とするところは、図1に示すレイ
アウトに対して、配線チャネル格子を構成する線X1〜
X2〜X3、X8〜X9〜X10の間のピッチを広く設
計したことにある。すなわち本発明の第2の実施の形態
においては第1の間隔を有する線群Y0〜Y2,Y4〜
Y6と、第1の間隔よりも狭い線群Y2〜Y4,Y6〜
Y0によって横方向の線群が規定されていると同時に第
3の間隔を有する線群X1〜X3,X8〜X10および
第4の間隔を有する線群X0〜X1,X3〜X8,X1
0〜X11〜X0とによって縦方向の線群が規定されて
いる。図5の右端に示した縦方向の線X0は右側に隣接
するゲート基本セル上に規定された線である。第3の間
隔は第4の間隔よりも広い。このため図6に示すよう
に、配線チャネル格子を構成する線X2に沿って形成さ
れるVSS(低位)電源配線5bと、線X9に沿って形
成されるVDD(高位)電源配線5aを太くすることが
可能である。この配線幅は配線幅方向に例えば2個の最
小サイズのコンタクトホール7を並べることができる程
度に太くすることが可能である。なお、電源配線5a,
5bに対して用いるコンタクトホールの個数ならびに大
きさは設計的事項として任意に設定でき、3個〜4個を
一列に並べることができる配線幅を設定してもよい。
【0032】図7は図6の配線チャネル格子を構成する
線Y6に沿った断面図である。図7に示すようにシリコ
ン(100)基板31の上部にpウェル32,nウェル
34が形成されている。フィールド酸化膜35によりト
ランジスタ領域が画定され、フィールド酸化膜35の窓
部にnMOSのソース/ドレイン領域となるn+ 拡散層
12,およびpMOSのソース/ドレイン領域となるp
+ 拡散層14が形成されている。フィールド酸化膜35
の上には図示を省略したゲート酸化膜の上部から延長し
て形成されたゲートポリシリコン領域11が形成され、
さらにその上部にはSiO2 膜、PSG膜、BPSG膜
等の層間絶縁膜36が堆積されている。層間絶縁膜36
の上面は化学的機械研磨(CMP)等により平坦化され
ている。この層間絶縁膜36の上部にはAl,Al−S
i,Al−Cu−Si等の高位電源配線5a,低位電源
配線5b,信号配線6が形成されている。これらの配線
はコンタクトホール中に形成されたドープド・ポリシリ
コンやW,Ti等の高融点金属,あるいはWSi2 等の
シリサイド等のプラグ電極37を介してソース・ドレイ
ン領域12,14およびゲートポリシリコン領域11と
電気的に接続している。
【0033】図6および図7に示すように、電源配線の
配設領域の配線チャネル格子のピッチを他の領域の配線
チャネル格子に比べて広く設定することにより、電源配
線の配線幅を太くすることが可能となり、配線抵抗の増
加による電源電圧の低下やエレクトロマイグレーション
による配線不良を防止することができる。さらにソース
コンタクトホールの総面積を大きくできるのでソースコ
ンタクト抵抗が小さくなり、動作速度の低下を抑制する
ことができる。
【0034】本発明の第2の実施の形態では、配線チャ
ネル格子を構成する線群Y0〜Y2、Y4〜Y6の間隔
を第1の間隔とし、電源配線に対応した線群X1〜X
3,X8〜X10を第3の間隔として比較的広い間隔を
担保し、他の線群の間隔(第2および第4の間隔)を可
能なかぎり狭くしている。このため比較的大電流の流れ
る電源配線の配線幅を拡げると共に微小電流の流れる信
号配線の配線幅は狭くでき、配線チャネル格子のピッチ
を一律に規定する従来に比べて、所定の部分のパターン
の微細化を図り、全体としてチップ面積を縮小すること
ができる。これにより、従来では達成が困難であった、
金属配線が細いことによって招かれていた不具合の解決
と集積度の向上の双方を満足させることができる。した
がって、サブ・クォーターミクロンからナノメータオー
ダーに向いつつあるLSIのさらなる集積度向上にブレ
ーク・スルーを与えることになる。つまり基本セル工程
においてはゲート長は0.1μmの以下は可能である
が、配線工程においては配線の抵抗値から要求される線
幅、たとえば0.3〜0.5μm程度が限界であるとい
うような限界論を本発明は打破する。本発明の第2の実
施の形態によれば、抵抗の増加等が問題とならない微小
信号用の配線の線幅については、0.3μm〜0.1μ
m以下の配線が容易に実現できることとなる。
【0035】図8,9および10は本発明の第2の実施
の形態の変形例に係わる半導体集積回路の構成を示す図
である。図8に示すゲート基本セルのレイアウトの特徴
とするところは、図5に示すレイアウトに対して、X方
向に対称性をもたせたことにある。すなわち、配線チャ
ネル格子を構成する線群X3〜X4、X7〜X8間の間
隔を線群X1〜X2〜X3、X7〜X8〜X9の間隔と
等しい第3の間隔とし広く設定し、線群X0〜X1,X
4〜X7,X10〜X11〜X0を第4の間隔として狭
く設定して、X方向について対称性をもたせている。こ
のような配線チャネル格子のピッチ設定を行なえば、図
9に示すような4入力NANDゲートが構成される。そ
して、配線チャネル格子を構成する縦方向の線群に対称
性を持たせているので、図9に示すゲートのレイアウト
に対して図10に示すようにフリップ配置のレイアウト
が容易に実現することができ、複数のゲート基本セルを
連続して配置し所望の論理回路を構成する際に好都合で
ある。
【0036】図11〜13は本発明の第3の実施の形態
に係わる半導体集積回路の構成を示す図である。図11
に示すゲート基本セルのレイアウトの特徴とするところ
は、配線チャネル格子を構成する横方向の線群を第1の
間隔を有した線群Y0〜Y2,Y4〜Y6,第2の間隔
を有した線群Y2〜Y4,Y6〜Y0とし、縦方向の線
群を第3の間隔を有した線群X2〜X3,X8〜X9,
第4の間隔を有した線群X0〜X2,X3〜X8,X9
〜X11〜X0とによって構成した点である。すなわち
図2に示すレイアウトに対して、線群X2〜X3、X8
〜X9間で示される第3の間隔を線群X0〜X2,X3
〜X8,X9〜X11〜X0間が呈する第4の間隔より
も広くしたことにある。第1の間隔が第2の間隔よりも
広いことは図2と同様である。このような配線チャネル
格子において、図12に示すように、配線チャネル格子
を構成する線X9に対して配線中心をずらしてVDD
(高位)電源配線5aを形成し、線X2に対して配線中
心をずらしてVSS(低位)電源配線5bを形成してい
る。本発明の第3の実施の形態においては、第2の実施
の形態に比べて、図9に示すと同等の電源配線幅を得て
配線チャネル格子のX方向のサイズを縮小することがで
きる。また、本発明の第3の実施の形態においては、配
線チャネル格子のX方向に関して対称であるので、図1
3に示すように容易に図12に示す配置のフリップ配置
を行うことができる。
【0037】図14は本発明の第3の実施の形態の変形
例に係わる半導体集積回路の構成を示す図である。図1
4に示す配線層のレイアウトの特徴とするところは、図
11に示すゲート基本セルの領域に対して配線チャネル
格子を構成する線X9に沿った第1層の金属配線81お
よび線Y5に沿った第2層の金属配線82を太くした多
層配線構造とすることにより電源配線だけでなく、クロ
ック信号配線や大電流が流れる信号配線等の特殊信号配
線を太くしたことある。図14に示す第3の実施の形態
の変形例によれば、広い配線幅が求められるクロック信
号配線やアナログ回路用の信号線等の多くの電流が流れ
る信号配線等の特種信号配線のみを太くし、他の配線を
細くすることにより全体としての集積度の向上を簡単に
実現することができる。
【0038】図15〜19は本発明の第4の実施の形態
に係わる第1層および第2層の金属配線を少なくとも有
した多層配線構造半導体集積回路の構成を示す図であ
る。図15に示すゲート基本セルのレイアウトの特徴と
するところは、図11に示すレイアウトに対して、配線
チャネル格子を構成する線群Y2〜Y3間及びY3〜Y
4間のピッチを広くするために、線Y2,Y4をY3を
中心としてそれぞれ外側にずらしたY2′,Y4′から
なる新たな配線チャネル格子を重畳的に有していること
にある。さらにこの新たな配線チャネル格子はY方向に
対称性を持たせるために線Y0を配線チャネル格子Y1
(Y1′)方向にずらし、線Y6を線Y5(Y5′)方
向にずらしている。すなわち、本発明の第4の実施の形
態においては第1,第2の間隔を有する横方向の線群Y
0〜Y6,第3,第4の間隔を有する縦方向の線群X0
〜X11からなる第1の配線チャネル格子に第5の間隔
を有する線群Y0´〜Y2´,Y4´〜Y6´、第6の
間隔を有する線群Y2´〜Y4´および第7の間隔を有
する線群Y6´〜Y0´を横方向の線群とする第2の配
線チャネル格子が重畳されている。第2の配線チャネル
格子の縦方向の線群は第1の配線チャネル格子と同一で
あり、第3および第4の間隔を有する縦方向の線群から
構成されている。第1の配線チャネル格子の横方向の線
Y1,Y3,Y5は第2の配線チャネル格子の横方向の
線Y1´,Y3´,Y5´とそれぞれ同一の線となるよ
うに同じ位置に配置されている。
【0039】このように異なったピッチを有した第1お
よび第2の配線チャネル格子を重畳的に設定することに
より図16に示すように、線Y3´に沿った第2層の金
属配線を太い電源補強配線99として大電流を担保する
ような多層配線が可能になる。なお、図16において、
通常の信号配線となる他の第2層の金属配線90〜9
2,94〜96が配線チャネル格子を構成する線Y0′
〜Y2′,Y4′〜Y6′に沿って形成されている。
【0040】図17は第2層の下層の金属配線層となる
第1層の金属配線を示す平面図である。図15に示すゲ
ート基本セルにおいて、4入力NANDゲートを構成す
る場合に、第2の配線チャネル格子の縦方向の線群X0
〜X11及び横方向の線群Y0′〜Y6′を用いて第1
層の金属配線を配線し、第1の配線チャネル格子の横方
向の線群Y0〜Y6および縦方向の線群X0〜X11の
交点を使用してゲート基本セルに対するコンタクトホー
ルを形成したものである。図18は図17に示す第1層
の金属配線のレイアウトパターンの上層に図16に示す
第2層の金属配線のレイアウトパターンさらに重ねた多
層配線を示す平面図である。図18に示す多層配線構造
においてレイアウトCADは配線チャネル格子を構成す
る線群のうちX0〜X11、Y0′〜Y6′だけを考慮
すればよく、第1層と第2層の金属配線間のビアホール
コンタクトの接続も容易に行うことができる。
【0041】図19は図18の第1の配線チャネル格子
を構成する線Y6に沿った断面図である。図19に示す
ようにシリコン(100)基板31の上部にpウェル3
2,nウェル34が形成されている。フィールド酸化膜
35によりトランジスタ領域が画定され、フィールド酸
化膜35の窓部にnMOSのソース/ドレイン領域とな
るn+ 拡散層12,およびpMOSのソース/ドレイン
領域となるp+ 拡散層14が形成されている。フィール
ド酸化膜35の上には図示を省略したゲート酸化膜の上
部から延長して形成されたゲートポリシリコン領域11
が形成され、さらにその上部にはSiO2 膜、PSG
膜、BPSG膜等の第1の層間絶縁膜36が堆積されて
いる。第1の層間絶縁膜36の上面はCMP等により平
坦化されている。この第1の層間絶縁膜36の上部には
第1層の金属配線となるAl,Al−Si,Al−Cu
−Si等の高位電源配線5a,低位電源配線5b,信号
配線6が形成されている。これらの第1層の金属配線は
コンタクトホール中に形成されたドープド・ポリシリコ
ン,W,Mo,Ti,あるいはWSi2 ,MoSi2
TiSi2 等のプラグ電極37を介してソース・ドレイ
ン領域12,14およびゲートポリシリコン領域11と
電気的に接続している。高位電源配線5a,低位電源配
線5b,信号配線6の上部にはSiO2 膜、PSG膜、
BPSG膜,Si3 4 膜等からなる第2の層間絶縁膜
38が形成され、第2の層間絶縁膜38の上部には第2
層の金属配線96が形成されている。
【0042】図15〜図19に示した本発明の第4の実
施の形態によればアナログ信号配線等の大電流が流れる
信号配線やクロック信号配線等の特殊信号配線、あるい
は電源配線の配線幅を太く維持しながら、小信号用配線
であって微細化の可能な信号配線については、その配線
幅を極限まで細くした多層配線構造が容易に実現でき
る。また細くした小信号用配線に対する配線工程の設計
基準と、微細化が困難な基本セル工程の設計基準との間
のギャップが大きい場合であっても、双方の設計基準を
調和させ、全体としては、より微細化の進んだ多層配線
構造を有した半導体集積回路が実現できる。
【0043】図20〜21は本発明の第5の実施の形態
に係わる多層配線構造半導体集積回路の構成を示す図で
ある。図20に示すゲート基本セルのレイアウトの特徴
とするところは、図11に示す第3の実施の形態のレイ
アウトに対して、配線チャネル格子を構成する線群X2
〜X3、X8〜X9の呈する第3の間隔および線群Y0
〜Y1〜Y2、Y4〜Y5〜Y6の呈する第1の間隔を
さらに広げたことにある。図20に示すようなゲート基
本セルに対する配線チャネル格子の配置においては、図
21に示すように第1層の金属配線となる電源配線5
a,5bをさらに太く配線できる。あるいは配線領域と
して使用する場合には、図22に示すように、線群X2
とX3で規定される配線領域、すなわちX2とX3に沿
った第1層の金属配線51と53との間の領域にさらに
金属配線52を形成することが可能となる。また、線群
X8とX9で規定される配線領域、すなわちX8とX9
に沿った第1層の金属配線54と56との間の領域にさ
らに金属配線55を形成することが可能となる。さらに
配線チャネル格子Y0とY1で規定される配線領域内に
新たな線分Y01′を想定し、この線分Y01´に沿っ
た第2層の配線61を形成し、配線チャネル格子Y1と
Y2との間に想定された新たな線分Y12′に沿った配
線62を形成し、配線チャネル格子Y4とY5との間に
想定した線分Y45′に沿った配線65を形成し、配線
チャネル格子Y5とY6との間に想定した線分Y56′
に沿った配線66を形成することが可能となる。このよ
うに配線領域を規定する縦方向又は横方向の線の数より
も、多くの本数の配線を配線領域に配置し、配線本数を
増やしてレイアウト効率を向上させることができる。
【0044】このようなレイアウトは、特に配線工程と
基本セル工程の微細化の開きが多くなると有効である。
本発明の第5の実施の形態では、配線チャネル格子を構
成している線群X2〜X3、X8〜X9の有する第3の
間隔、線群Y0〜Y1〜Y2、Y4〜Y5〜Y6の有す
る第1の間隔を広げることによって信号配線の本数を増
やしているが、配線工程と基本セル工程との設計基準の
差がさらに顕著になると、設計基準の差に応じた余剰面
積が自動的に金属配線領域として設定されたことと等価
となるので配線チャネル格子のピッチを特別に広げるこ
となく、信号配線の本数を増やしてレイアウト効果を向
上させることができる。したがって電源配線や特殊信号
配線の線幅を一定の値に維持しつつ、微細化の可能な信
号配線を極限まで細くし、基本セル工程との設計基準が
極めて大きくなる場合においても有効な面積利用効率を
有したレイアウトが可能となる。設計基準の差によって
自動的に金属配線領域が設定されるため、特殊な場合と
しては、配線チャネル格子のピッチを均一とした場合で
も、信号配線の数を増加することは可能である。
【0045】図23〜26は本発明の第6の実施の形態
に係る半導体集積回路の構成を示す図である。本発明の
第1〜第5の実施の形態においては各機能ブロックの内
部の配線について主に説明したが、本発明の第6の実施
の形態においては複数個の機能ブロックを半導体ウェー
ハ上に配列し、一つの半導体チップを構成した場合の、
機能ブロック間の相互の接続パターンについて言及す
る。
【0046】図23は図1,5,8,11,15に示し
たパターンの繰り返しパターンに等価な複数のゲート基
本セルのマトリクス状レイアウトを示す。図23におい
てnMOS用のn+ ソース・ドレイン領域12とpMO
S用のp+ ソース・ドレイン領域14とを一組として、
3組のゲート基本セルが横方向に配列されている。本発
明の第1〜第5の実施の形態と同様に上下のゲート基本
セルの間にはサブストレート・コンタクト領域4a,4
bが配置され、2つのゲート基本セルで1ブロックを構
成している。図23は縦方向に4個のブロックが配列さ
れた図に相当し、3列×4行の機能ブロックがマトリク
ス状に示されている。したがって、全体としては2×3
×4=24個のゲート基本セルを配列した平面図であ
る。ただし、図23は本発明の第6の実施の形態に係る
半導体集積回路の部分図であり、半導体チップ上のゲー
ト基本セルの個数はLSIの設計仕様により任意の数に
設定しうることはもちろんである。
【0047】図24は図23に示したゲート基本セル上
に複数個の機能ブロック間を接続するための金属配線を
示す図である。図23および図24に示すようにゲート
基本セル上には第1および第2の間隔を有する横方向の
線群と、第3および第4の間隔を有する縦方向の線群と
を互いに直交させて配線チャネル格子が構成されてい
る。機能ブロック間を相互に接続するための金属配線は
この配線チャネル格子に沿って配列される。図24にお
いては左側の列を構成するゲート基本セルを用いて4入
力NANDゲート列、中央の列を構成するゲート基本セ
ルを用いてインバータ列、右側の列を構成するゲート基
本セルを用いて4入力NORゲート列が構成されてい
る。すなわち左側には4個の4入力NANDゲートが縦
に配列された機能ブロック列が、中央には4個のインバ
ータが縦に配列された機能ブロック列が、右側には4個
のNORゲートが縦に配列された機能ブロック列が配置
され、全体としては3×4=12個の機能ブロックがマ
トリクス状に配列されている。第3と第4の間隔により
縦方向の線群を構成し配線チャネル格子としているので
VDD(高位)電源配線5aおよびVSS(低位)電源
配線5bを太くし、他の信号配線を細くすることが可能
となる。電源補強配線97とVDD電源配線5aとはビ
アホールコンタクト72を介して互いに接続され、電源
補強配線98とVSS電源配線5bはビアホールコンタ
クト73を介して互いに接続されている。小信号用配線
となる細い信号配線相互の間隔もフォトリソグラフィー
技術上可能な限り狭くすることが可能である。図25は
図24に重ねて各機能ブロック内での配線およびコンタ
クトホール41,42,43、ビアホールコンタクト7
0,71,72,73を示した多層配線パターンを示
す。図25に示すように、本発明の第6の実施の形態に
おいては、一部のコンタクトホールを金属配線からずら
して配置している。すなわち、図23〜25に示した第
1の配線チャネル格子とは横方向の線群のピッチが異な
る第2の配線チャネル格子を重畳的に用いている。簡略
化のために第2の配線チャネル格子は図示を省略してい
るが、金属配線,ビアホールコンタクトと一部のコンタ
クトホールを第1の配線チャネル格子に沿って、他の一
部のコンタクトホールを第2の配線チャネル格子に沿っ
て形成している。2種の配線チャネル格子を用いること
により、配線工程の設計基準と基本セル工程の設計基準
が異なる場合においてもパターンの微細化が可能とな
る。さらに、VDD(高位)電源配線5aおよびVSS
(低位)電源配線5bを太くしているので、これらの電
源配線に係るコンタクトホールの数を2倍にすることが
できる。コンタクトホールの数を2倍とすることで、実
質的なコンタクトホールの面積が増大し、コンタクトホ
ール径の微細化に伴うコンタクト抵抗の増大の問題も回
避できる。したがって半導体集積回路を微細化し、集積
度を増大させた場合においても電源電圧の低下の問題は
生じない。又電源配線を所定の太さに設定し、電流密度
を低下できるので、エレクトロマイクレーションやスト
レスマイクレーション等による電源配線の高抵抗化、断
線等の不良を心配しなくてもよい。横方向の線群の間隔
である第1および第2の間隔も設計仕様に合わせて設定
すればよく、基本セル工程と配線工程の設計基準が大き
く異なる場合においても所要なパターン余裕を保ちなが
ら、可能な限りの微細化が可能となる。
【0048】図26は本発明の第6の実施の形態に係る
半導体集積回路のチップの全体を示す模式的な平面図で
ある。半導体チップ100の中央部には図23〜25に
示した機能ブロックを複数個XYマトリクス状に配列し
て構成されたコア部200が配置されている。半導体チ
ップ100の周辺部にはコア部200に電源電圧を供給
し、入力信号を供給し、出力信号を取り出すためのI/
Oセル部221〜224が配置されている。
【0049】以上説明したように本発明の第6の実施の
形態によれば、基本セル工程と配線工程の設計基準が大
きく異なっても可能な限りの微細化が可能で、特にサブ
・クォーターミクロンのゲート長を有するMOS集積回
路のレイアウト等に有利である。又、大電流が流れる信
号配線や電源配線を太く維持できるので、配線抵抗に起
因するゲート遅延の問題もなく、高速動作、低消費電力
動作が可能な高集積密度LSIが提供できる。又エレク
トロマイグレーションやストレスマイグレーション等の
配線不良も回避できるため信頼性が高く、歩留りも向上
する。なお本発明の第6の実施の形態に係る配線チャネ
ル格子として第1〜第5の実施の形態に示したいずれの
配線チャネル格子を適用しても良いことはもちろんであ
る。
【0050】上記のように、本発明は第1乃至第6の実
施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論
述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべ
きではない。この開示から当業者には様々な代替実施の
形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。このよう
に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態
等を包含するということを理解すべきである。したがっ
て、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明
特定事項によってのみ限定されるものである。
【0051】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、電源配線やクロック信号配線等の特定の配線につい
ては、その配線幅を比較的大きな値に維持することがで
きる。このためエレクトロマイグレーションや配線抵抗
に起因した電源電圧の降下、素子の動作速度の低下を抑
えつつ、他の小信号用の信号配線の配線幅やその間隔を
狭めることができる。したがって、全体的に集積度の向
上した半導体集積回路を提供することができ、その製造
歩留りや信頼性も高い。
【0052】また本発明によれば配線工程の設計基準
と、基本セル工程の設計基準との較差が大きい場合であ
っても、その設計基準相互の調和を図り、所定のパター
ンについては微細化が可能となり、全体としての集積度
が向上できる。したがって、特にサブ・クォーターミク
ロン世代より、さらに進んだ微細化段階の半導体集積回
路のパターンの自動設計、およびこのパターンを基礎と
した半導体集積回路の製造が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係わる半導体集積
回路のゲート基本セルのレイアウトパターンを配線チャ
ネル格子と共に示す図である。
【図2】図1に示すパターン上に金属配線層を配置した
機能ブロックのレイアウトパターンを示す図である。
【図3】図2に示した機能ブロック(4入力NANDゲ
ート)の等価回路である。
【図4】図2に示した機能ブロックのY6方向に沿った
断面図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態に係わる半導体集積
回路のゲート基本セルのレイアウトパターンを配線チャ
ネル格子と共に示す図である。
【図6】図5のパターン上に金属配線層を配置した機能
ブロックレイのアウトパターンを示す図である。
【図7】図6のY6方向に沿った断面図である。
【図8】本発明の第2の実施の形態の変形例に係わる半
導体集積回路のゲート基本セルのレイアウトパターンを
配線チャネル格子と共に示す図である。
【図9】図8のパターン上に金属配線を配置した機能ブ
ロックのレイアウトパターンを示す図である。
【図10】図9をフリップ配置した機能ブロックのレイ
アウトパターンを示す図である。
【図11】本発明の第3の実施の形態に係わる半導体集
積回路のゲート基本セルのレイアウトパターンを配線チ
ャネル格子と共に示す図である。
【図12】図11のパターン上に金属配線を配置した機
能ブロックのレイアウトパターンを示す図である。
【図13】図12をフリップ配置した機能ブロックのレ
イアウトパターンを示す図である。
【図14】本発明の第3の実施の形態の変形例に係わる
半導体集積回路の構成を示す図である。
【図15】本発明の第4の実施の形態に係わる半導体集
積回路のゲート基本セルのレイアウトパターンを配線チ
ャネル格子と共に示す図である。
【図16】図15のパターン上に配置する第2層の金属
配線の配線レイアウトパターンを示す図である。
【図17】図15のパターン上に配置する第1層の金属
配線からなる機能ブロックのレイアウトパターンを示す
図である。
【図18】図15のパターン上に第1層および第2層の
金属配線を共に示した多層配線のレイアウトパターンを
示す図である。
【図19】図18のY−6方向に沿った断面図である。
【図20】本発明の第5の実施の形態に係わる半導体集
積回路のゲート基本セルのレイアウトパターンを配線チ
ャネル格子と共に示す図である。
【図21】図20のパターン上に金属配線を配置した機
能ブロックのレイアウトパターンを示す図である。
【図22】図20のパターン上に他の金属配線層を配置
した配線レイアウトパターンを示す図である。
【図23】本発明の第6の実施の形態に係る半導体集積
回路のゲート基本セルのレイアウトパターンを配線チャ
ネル格子と共に示す図である。
【図24】本発明の第6の実施の形態に係る半導体集積
回路において、複数個の機能ブロック間の接続をする金
属配線を示す図である。
【図25】図24に対してさらに機能ブロック内の金属
配線を加えた多層配線構造を示す図である。
【図26】本発明の第6の実施の形態に係る半導体集積
回路のチップの全体を示す模式的な平面図である。
【図27】ゲート基本セル上に配線チャネル格子を配置
した従来の半導体集積回路のレイアウトパターンの一部
を示す図である。
【図28】図27のパターン上に金属配線層を配置して
構成した機能ブロックのレイアウトパターンを示す図で
ある。
【符号の説明】
1a,1b,2a,2b MOSトランジスタ 3a,3b ゲート基本セル 4a,4b サブストレート・コンタクト領域 5a,5b 電源配線 6 接続配線 7,41,42,43 コンタクトホール 11 ゲートポリシリコン領域 12,14 ソース・ドレイン領域 31 シリコン基板 32 pウェル 34 nウェル 35 フィールド酸化膜 36 層間絶縁膜(第1の層間絶縁膜) 37 プラグ電極 38 第2の層間絶縁膜 51〜56 第1層の金属配線 60〜67,90〜92,94〜96 第2層の金属配
線 70〜73 ビアホールコンタクト 81 特殊信号配線(第1層の金属配線) 82 特殊信号配線(第2層の金属配線) 97,98,99 電源補強配線(第2層の金属配線) 100 半導体チップ 200 コア部 221〜224 I/Oセル部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前野 宗昭 神奈川県川崎市幸区堀川町580番1号 株 式会社東芝半導体システム技術センター内

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体チップ上に複数のゲート基本セル
    が配列され、該基本ゲートセル上に配線チャネル格子が
    規定され、該配線チャネル格子に沿って配線層が形成さ
    れたマスターライス方式の半導体集積回路であって、 該配線チャネル格子は不均一なピッチで規定されてなる
    ことを特徴とする半導体集積回路。
  2. 【請求項2】 前記不均一なピッチで規定された配線チ
    ャネル格子は第1の間隔を有した第1の線群と該第1の
    間隔より狭い第2の間隔を有した第2の線群を少なくと
    も含む一方向の線群と、該一方向の線群と直交する他方
    向の線群とからなる格子であることを特徴とする請求項
    1記載の半導体集積回路。
  3. 【請求項3】 前記直交する他方向の線群は第3の間隔
    を有した第3の線群と、該第3の間隔より狭い第4の間
    隔を有した第4の線群とを少なくとも含む線群であるこ
    とを特徴とする請求項2記載の半導体集積回路。
  4. 【請求項4】 高位電源配線又は低位電源配線が前記第
    3の線群に沿って配置されていることを特徴とする請求
    項3記載の半導体集積回路。
  5. 【請求項5】 前記高位電源配線又は前記低位電源配線
    の配線幅は、最小コンタクトホールを複数個配線幅方向
    に並べることが可能な寸法、あるいは該最小コンタクト
    ホールの複数個分の大きさのコンタクトホールを配置で
    きる寸法を有することを特徴とする請求項4記載の半導
    体集積回路。
  6. 【請求項6】 前記配線チャネル格子は、前記一方向ま
    たは直交する他方向に関して対称であることを特徴とす
    る請求項2乃至5のいずれかに記載の半導体集積回路。
  7. 【請求項7】 前記高位電源配線又は前記低位電源配線
    は、その配線幅の中心線が前記第3の線群に対してずれ
    てなることを特徴とする請求項4乃至6のいずれかに記
    載の半導体集積回路。
  8. 【請求項8】 特殊信号配線が前記第1の線群に沿って
    配置されていることを特徴とする請求項2乃至7のいず
    れかに記載の半導体集積回路。
  9. 【請求項9】 特殊信号配線が前記第3の線群に沿って
    配置されていることを特徴とする請求項3記載の半導体
    集積回路。
  10. 【請求項10】 前記特殊信号配線はクロック信号配線
    又は大電流が流れる信号配線であることを特徴とする請
    求項8又は9記載の半導体集積回路。
  11. 【請求項11】 前記第1の線群で規定される配線領域
    において、前記第1の線群を構成している線の数よりも
    多い本数の配線が前記第1の線群と平行に形成されてい
    ることを特徴とする請求項2記載の半導体集積回路。
  12. 【請求項12】 前記第3の線群で規定される配線領域
    において前記第3の線群を構成している線の数よりも多
    い本数の配線が前記第3の線群と平行に形成されている
    ことを特徴とする請求項3記載の半導体集積回路。
  13. 【請求項13】 半導体チップ上に複数のゲート基本セ
    ルが配列され、該基本ゲートセル上に配線チャネル格子
    が規定され、該配線チャネル格子に沿って配線層が形成
    されたマスタースライス方式の半導体集積回路であっ
    て、 該配線チャネル格子は不均一なピッチを有する第1の格
    子と、該第1の格子とは異なるピッチを有した第2の格
    子とから少なくとも構成されていることを特徴とする半
    導体集積回路。
  14. 【請求項14】 前記不均一なピッチで規定された第1
    の格子は第1の間隔を有した第1の線群と該第1の間隔
    より狭い第2の間隔を有した第2の線群を少なとも含む
    一方向の線群と、これと直交する他方向の線群とからな
    る格子であることを特徴とする請求項13記載の半導体
    集積回路。
  15. 【請求項15】 少なくとも一部のコンタクトホールの
    位置が前記第1の格子で規定され、配線の位置が前記第
    2の格子で規定されていることを特徴とする請求項14
    記載の半導体集積回路。
  16. 【請求項16】 半導体チップ上に複数の機能ブロック
    が配列され、該機能ブロック間及び該機能ブロック上に
    規定された配線チャネル格子に沿って配線層が形成され
    たマスタースライス方式の半導体集積回路であって該配
    線チャネル格子は不均一なピッチで規定されてなること
    を特徴とする半導体集積回路。
  17. 【請求項17】 前記不均一なピッチで規定された配線
    チャネル格子は第1の間隔を有した第1の線群と該第1
    の間隔より狭い第2の間隔を有した第2の線群を少なく
    とも含む一方向の線群と、これと直交する他方向の線群
    とからなる格子であることを特徴とする請求項16記載
    の半導体集積回路。
  18. 【請求項18】 前記直交する他方向の線群は第3の間
    隔を有した第3の線群と、該第3の間隔より狭い第4の
    間隔を有した第4の線群とを少なくとも含む線群である
    ことを特徴とする請求項17記載の半導体集積回路。
  19. 【請求項19】 高位電源配線又は低位電源配線が前記
    第3の線群に沿って配置されていることを特徴とする請
    求項18記載の半導体集積回路。
  20. 【請求項20】 半導体チップ上に複数のゲート基本セ
    ルパターンを配列するステップと、該ゲート基本セルパ
    ターン上に不均一なピッチを有した配線チャネル格子を
    規定するステップと、該配線チャネル格子に沿って該ゲ
    ート基本セルパターン上に第1の金属配線層のパターン
    をそれぞれレイアウトして複数の論理機能ブロックを構
    成するステップとを少なくとも含むことを特徴とする半
    導体集積回路の設計方法。
  21. 【請求項21】 前記不均一なピッチを有した配線チャ
    ネル格子は、第1の間隔を有した第1の線群と該第1の
    間隔より狭い第2の間隔を有した第2の線群を少なくと
    も含む一方向の線群と、該一方向の線群と直交する他方
    向の線群とからなる格子であり、高位電源配線、低位電
    源配線、特殊信号配線のうち少なくとも1つを該第1の
    線群に沿って配置することを特徴とする請求項20記載
    の半導体集積回路の設計方法。
  22. 【請求項22】 前記論理機能ブロックを互いに接続す
    る第2の金属配線層のパターンをレイアウトするステッ
    プをさらに有することを特徴とする請求項20記載の半
    導体集積回路の設計方法。
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