JPH1065009A - 半導体集積回路の配線設計方法及び半導体集積回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配線層間で最小配線ピッチが異なっても配線
のレイアウト設計をより高密度に能率良く行えるように
し、集積度の向上や回路の性能向上を図る。 【解決手段】 横方向の幅の狭い配線は１層目の配線層
による。横方向の幅の広い配線は３層目の配線層によ
る。縦方向の配線は２層目の配線層による。１層目及び
２層目の配線層の最小配線ピッチは２．４μｍであり、
３層目の配線層の最小配線ピッチは３．０μｍである。
最小配線ピッチは製造プロセスの条件によって配線層間
で異なる場合があり、下層程ピッチが狭いものである。
最下層の最小配線ピッチの整数分の１となるように、配
線設計で用いる配線予定線間隔を設定し、０．６μｍと
しているため、いずれの配線層についても最小配線ピッ
チのピッチで配線設計が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の配線層を備
え、配線層間で最小配線ピッチが異なる半導体集積回路
の配線設計方法及び半導体集積回路に係り、特に、配線
層間で最小配線ピッチが異なっても配線のレイアウト設
計をより高密度に能率よく行えるようにし、設計する半
導体集積回路の集積度を向上させ、又高密度化による配
線長の短縮などによって、半導体集積回路に作り込む回
路の性能向上を図ることができる半導体集積回路の配線
設計方法及び半導体集積回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から半導体集積回路の配線設計方法
として、マスタスライス手法が用いられている。この手
法では、予め設計されている下地のトランジスタによる
セルに対して、そのセル間の配線設計を行うだけで所望
の半導体集積回路を設計することができる。又スタンダ
ードセル方式の半導体集積回路についても、半導体集積
回路のカスタム設計は主として配線設計となっている。

【０００３】又半導体集積回路の高集積化によって、現
在では配線層の数が多くなっている。ここで単一の半導
体集積回路について見てみると、製造プロセス等の関係
上、各配線層で設計することができる配線の最小間隔
（以降最小配線ピッチと称する）が相互に異なることも
多い。一般的な半導体集積回路においては、基板に対し
てより上層になる程広くなる傾向がある。

【０００４】又いずれの配線層についても、信号の伝達
速度の関係上、様々な配線幅の配線がなされている。

【０００５】ここで半導体集積回路内の配線は、基本的
に直交する配線を用いてなされ、屈曲部の配線が折り曲
がる角度も直角とされている。ここで半導体集積回路の
配線の設計は前述の最小配線ピッチを考慮した、一定の
単位間隔を基準としてなされ、以降この間隔を配線予定
線間隔と称する。

【０００６】図１に、配線予定線間隔、最小配線ピッチ
の関係例を示す。このように最小配線ピッチＷは配線の
最小間隔でなく、配線の中心間隔を示す。このとき配線
は、グリッド線Ｂ（最小配線ピッチを持つグリッド線）
を中心にして両側に配線幅が等分になるように設けてあ
る。配線予定線間隔Ａは最小配線ピッチＷを均等に分割
した間隔である。

【０００７】ここで、このような半導体集積回路の配線
設計については、従来から様々な技術が開示されてい
る。例えば特開昭６２−４７１４９では、信号伝達速度
の相異等によって、単一の半導体集積回路やあるいは単
一の配線層において前述のように配線幅が異なる配線を
行う場合にも、より高密度な配線を行うという技術が開
示されている。この特開昭６２−４７１４９では、ある
配線層に対して、配線予定線間隔がｗの第１配線予定線
だけでなく、配線予定線間隔が〔（ｎ＋２）×ｗ〕の第
２の配線予定線をも用い、これらいずれもマトリックス
状に直交して定められた第１配線予定線や第２配線予定
線を基準として、半導体集積回路の配線設計を行うよう
にしている。このようにすることで、敷設された配線の
幅の相異によって中途半端にレイアウトを行い面積効率
が低下するという問題を解決するようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ここで複数の配線層で
なる半導体集積回路において配線層相互で最小配線ピッ
チが異なるような場合にも、従来ではいずれの配線層に
も共通の配線予定線間隔を設定し、該配線予定線間隔に
従ったマトリックス状に直交するグリッドを基準として
半導体集積回路の配線設計がなされていた。現在の半導
体集積回路の配線設計では、配線予定線間隔は１層目を
基準にし、他の層についてもこれと同じ配線予定線間隔
を用いている。

【０００９】従って、基準となる配線層の配線予定線間
隔よりも広い最小配線ピッチの配線層については、実質
的な配線予定線間隔は、設計に採用している配線予定線
間隔の整数倍となってしまう。従って１層目以外のこの
ように最小配線ピッチが広い配線層では、その配線層の
製造プロセス条件で定まる最小配線ピッチよりも大きな
間隔で配線が施されることとなり、配線効率が低下して
しまい、ゲート使用効率にも悪影響を及ぼしてしまう。

【００１０】なお前述の特開昭６２−４７１４９は、単
一の配線層に対して異なる配線幅の配線を施す際の配線
設計について考慮した技術である。従ってこの技術で
は、下記のような本願発明の課題を解決するものではな
い。

【００１１】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、配線層間で最小配線ピッチが異なっ
ても配線のレイアウト設計をより高密度に能率よく行え
るようにし、設計する半導体集積回路の集積度を向上さ
せ、又高密度化による配線長の短縮などによって、半導
体集積回路に作り込む回路の性能向上を図ることができ
る半導体集積回路の配線設計方法及び半導体集積回路を
提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】まず本願の第１発明は、
複数の配線層を備え、配線層間で最小配線ピッチが異な
る半導体集積回路の配線設計方法において、前記最小配
線ピッチに対応して設計上で配線を敷設していく際に用
いる配線間隔の単位となる配線予定線間隔が、少なくと
も同一配線方向で配線される複数の配線層について、最
下層の前記最小配線ピッチの整数分の１となるように設
定することによって、前記課題を解決するようにした半
導体集積回路の配線設計方法である。

【００１３】又前記半導体集積回路の配線設計方法にお
いて、最下層の前記最小配線ピッチの整数分の１となる
ように前記配線予定線間隔を設定する際に、必要に応
じ、別の配線方向の配線層についても最下層の前記最小
配線ピッチの整数分の１となるように設定するようにし
たことにより、前記課題をさらに解決することによっ
て、レイアウト設計をより高密度に能率良く行えるよう
にしたものである。

【００１４】更に前記半導体集積回路の配線設計方法に
おいて、最下層の前記最小配線ピッチの整数分の１とな
るように前記配線予定線間隔を設定する際に、対象とな
る各配線層の最小配線ピッチの最大公約数となるように
前記配線予定線間隔を設定するようにしたことにより、
前記課題を解決すると共に、配線予定線間隔が不必要に
細かくなり過ぎて配線設計上処理が難しくなることな
く、配線のレイアウト設計をより高密度に能率良く行え
るようにしたものである。

【００１５】次に本願の第２発明の半導体集積回路は、
複数の配線層を備え、配線層間で最小配線ピッチが異な
る半導体集積回路において、前記最小配線ピッチに対応
して設計上で配線を敷設していく際に用いる配線間隔の
単位となる配線予定線間隔が、少なくとも同一配線方向
で配線される複数の配線層について、最下層の前記最小
配線ピッチの整数分の１となるように設定されている配
線設計方法により設計されたことにより、前記課題が解
決された半導体集積回路を提供したものである。なおこ
の本願の第２発明については、前述の第１発明の設計方
法によって設計され製造された結果の半導体集積回路と
言うこともできる。

【００１６】以下、上記の第１発明及び第２発明の作用
について簡単に説明する。

【００１７】ここでｉ層の配線層を有する半導体集積回
路を考える。又、１層目の配線層の最小配線ピッチをｗ
１とし、実質的な配線予定線間隔をＡ１とし、２層目の
配線層の最小配線ピッチをｗ２とし、実質的な配線予定
線間隔をＡ２とする。従ってｊ層目の配線層の最小配線
ピッチはｗｊとなり、その実質的な配線予定線間隔はＡ
ｊとなる。

【００１８】本発明においては半導体集積回路の配線設
計方法の各配線層の最小配線ピッチは、基板に対してよ
り上層になる程ピッチが広くなる傾向があるものとして
いる。このような前提の下で、本発明では最下層の最小
配線ピッチの整数分の１となるように、前述の配線予定
線間隔のＡ１を設定している。従って本発明においてこ
の配線予定線間隔のＡ１は次式の通りとなる。ただし、
ｗ１はｗ１〜ｗｊのうちで最小とする。

【００１９】Ａ１＝ｗ１／ｎ …（１）

【００２０】これを変形して次式のように表すこともで
きる。

【００２１】ｗ１＝Ａ１×ｎ …（１ａ）

【００２２】これに対して従来の半導体集積回路の配線
設計では、配線予定線間隔のＡ２はｗ１やｗ２等として
いる。

【００２３】従って上記のＡ１とＡ２との間には、次式
のような大小関係がある。

【００２４】Ａ１＜Ａ２ …（２）

【００２５】従って本発明によれば前述のような条件の
下で定まる配線予定線間隔のＡ１を基準として配線設計
がなされるため、Ａ２より小のＡ１を用いてより細かな
ピッチで配線敷設を行うことができ、従ってより高密度
なレイアウト設計を行うことができる。このように本発
明によれば配線層間で最小配線ピッチが異なっても配線
のレイアウト設計をより高密度に能率よく行えるように
し、設計する半導体集積回路の集積度を向上させ、又レ
イアウト設計の高密度化による配線長の短縮などによっ
て、半導体集積回路に作り込む回路の性能向上を図るこ
とができるという優れた効果を得ることができる。

【００２６】ここで本発明においては、前述の如く、配
線予定線間隔のＡ１が、少なくとも同一配線方向で配線
される複数の配線層について、最下層の最小配線ピッチ
の整数分の１となるように設定されている。しかしなが
ら、これ以外の配線層についても考慮し、最も下層の最
小配線ピッチの整数分の１となるように配線予定線間隔
のＡ１を設定するようにしてもよい。このように配線予
定線間隔のＡ１を設定する際に、必要に応じ、別の配線
方向の配線層についても考慮することで、例えば後述す
る第２実施形態や第３実施形態の如く単一の配線層でＬ
型の配線が存在して、単一の配線層で直交関係方向にあ
る互いに方向の異なる配線が存在する場合にも、より高
密度なレイアウト設計を行うことが可能である。

【００２７】なお、本発明において配線予定線間隔のＡ
１が最下層の配線層の最小配線ピッチの整数分の１とな
っているため、各配線層の配線設計をこの配線予定線間
隔の適当な整数倍となるように設計すれば、コンタクト
ホールを形成して異なる配線層の配線を接続すること
も、比較的容易に設計することができる。

【００２８】ここで配線予定線間隔のＡ１をより細かく
する程、より緻密なレイアウト設計を行うことができ、
より高密度化を図れる可能性がある。しかしながらこの
配線予定線間隔のＡ１が細かくなる程、配線設計が複雑
になる。

【００２９】このため本発明において、前述のように最
下層の最小配線ピッチの整数分の１となるように配線予
定線間隔のＡ１を設定する際に、対象となる他の配線層
の最小配線ピッチについても考慮し、これら対象となる
全ての配線層の最小配線ピッチの最大公約数となるよう
に、配線予定線間隔のＡ１を設定するようにしてもよ
い。このようにすれば、配線予定線間隔が細かくなり過
ぎで設計上難しくなることなく、より高密度なレイアウ
ト設計を能率良く行うことが可能である。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図を用いて本発明の実施の
形態を詳細に説明する。

【００３１】まず、本発明が適用された半導体集積回路
の配線設計方法による半導体集積回路の第１実施形態に
ついて、更には第２実施形態や第３実施形態について
も、配線層は３層構成とし、１層目をＭ１で表し、２層
目及び３層目の配線層をそれぞれＭ２及びＭ３で表すも
のとする。又、これら実施形態については、１層目及び
２層目の最小配線ピッチを２．４μｍとし、３層目の最
小配線ピッチを３．０μｍとする。

【００３２】又これら実施形態において、異なる配線層
の配線間を接続するコンタクトは、図２〜図７のいずれ
にも示されている、符号Ｃ１〜Ｃ３のシンボルで表すも
のとする。１層目の配線層Ｍ１の配線と２層目の配線層
Ｍ２の配線と３層目の配線層Ｍ３の配線とを相互に接続
するコンタクトは符号Ｃ１のシンボルで示す。配線層Ｍ
１の配線と配線層Ｍ２の配線とを接続するコンタクトは
符号Ｃ２のシンボルで示す。配線層Ｍ２の配線と配線層
Ｍ３の配線とを接続するコンタクトは符号Ｃ３のシンボ
ルで示すものとする。

【００３３】更にこれら実施形態において、１層目の配
線層Ｍ１に形成される配線は破線で示す。２層目の配線
層Ｍ２に形成される配線は、この破線の１層目の配線層
Ｍ１と同一幅のもので示す。これに対して３層目の配線
層Ｍ３に形成される配線については、これら配線層Ｍ１
や配線層Ｍ２に形成される配線よりも幅広いものとして
図示する。

【００３４】このような前提のもとで、図２、図４、及
び図６にはそれぞれ、本発明が適用された半導体集積回
路の配線設計方法による半導体集積回路の第１実施形
態、第２実施形態、及び第３実施形態のレイアウト図が
示される。又図３には上記の第１実施形態に対する第１
比較例が、図５には第２実施形態に対する第２比較例
が、図７には第３実施形態に対する第３比較例がレイア
ウト図で示される。

【００３５】まず前記第１実施形態〜第３実施形態のい
ずれについても、配線予定線間隔のＡ１は０．６μｍに
設定されている。即ち、１層目及び２層目の２．４μｍ
の最小配線ピッチと、３層目の３．０μｍの最小配線ピ
ッチとの最大公約数となるように、配線予定線間隔が設
定されている。従ってこのように最大公約数に設定され
ているため、配線予定線間隔のＡ１は最下層の最小配線
ピッチの整数分の１となるようにも設定されていること
になる。

【００３６】ここで、前記第１比較例〜第３比較例につ
いては、いずれも、配線予定線間隔Ａ２が２．４μｍに
設定されている。即ち、これら比較例については、いず
れも、対象となる配線層で最も幅の狭い最小配線ピッチ
と同一の配線予定線間隔Ａ２が設定されている。このた
めこれら従来例では１層目の配線層の配線及び２層目の
配線層の配線は、それぞれの配線層の最小配線ピッチと
同じ実質的な配線予定線間隔α２、即ち２．４μｍで設
計することができている。しかしながら３層目の配線層
の配線についてはこの配線層の最小配線ピッチの３．０
μｍが、設計に用いている配線予定線間隔の２．４μｍ
より広いため、隣接する配線間は２倍の配線予定線間隔
を要してしまう。即ち３層目の配線層の配線間は、最小
でも設計に用いる配線予定線間隔の２倍となり、４．８
μｍとなってしまい、実質的な配線予定線間隔β２は
４．８μｍとなってしまっている。

【００３７】これに対して、第１実施形態〜第３実施形
態については、１層目の配線層の配線、及び２層目の配
線層の配線はいずれも、設計に用いる配線予定線間隔の
４倍のピッチ、即ち２．４μｍ間隔で設計され、実質的
な配線予定線間隔α１は２．４μｍとなり、これら配線
層の最小配線ピッチと同一となっている。又３層目の配
線層については、設計に用いる配線予定線間隔の５倍の
ピッチで設計され、即ち３．０μｍのピッチで設計さ
れ、この３層目の配線層の最小配線ピッチと同一の実質
的な配線予定線間隔β１によって設計することができ
る。このようにこれら第１実施形態〜第３実施形態では
いずれも、配線がそれぞれの配線層の最小配線ピッチと
同一ピッチの実質的な配線予定線間隔α１やβ１で設計
することができ、レイアウト設計の高密度化が図られて
いる。このようにこれら第１実施形態〜第３実施形態に
よれば、配線層間で最小配線ピッチが異なっても配線の
レイアウト設計をより高密度に能率よく行えるように
し、設計する半導体集積回路の集積度を向上させ、又レ
イアウト設計の高密度化による配線長の短縮などによっ
て、半導体集積回路に作り込む回路の性能向上を図るこ
とができるという優れた効果を得ることができる。

【００３８】ここで第１実施形態〜第３実施形態と第１
比較例〜第３比較例とを対応するもの同士で比較する
と、配線使用率は理論値で３３％程度向上することがで
きる。実際には、前述の第１実施形態は第１比較例に対
して、３層目の配線層の配線使用率が２２％向上するこ
とができている。

【００３９】ここで、実施形態と比較例とを対応するも
の同士で比較する。まず第１実施形態と第１比較例とを
比較すると、本実施形態では配線Ｌ１を余分に配線する
ことができている。又第２実施形態と第２比較例とを比
較すると、本実施形態では配線Ｌ２及びＬ３を余分に配
線することができている。第３実施形態と第３比較例と
を比較すると、本実施形態では配線Ｌ４からＬ５に至る
までの一連の配線と、配線Ｌ６及びＬ７を余分に配線す
ることができている。

【００４０】ここで、第１実施形態及び第１比較例で
は、１層目と３層目の配線層が横方向の配線にのみ用い
られ、２層目の配線層が縦方向の配線のみに用いられて
いる。これに対して第２実施形態及び第２比較例につい
ては、３層目の配線層が横方向の配線及び縦方向の配線
のいずれにも用いられている。又第３実施形態及び第３
比較例についても、１層目の配線層は横方向の配線にの
み用いられ、２層目の配線層は縦方向の配線にのみ用い
られているものの、３層目の配線層については横方向の
配線にも用いられると共に、縦方向の配線にも用いられ
ている。このように１つの配線層で異なる配線方向の配
線が施される場合もある。このような場合にあっては、
配線予定線間隔を設定する際に、主として互いに同一方
向の配線がなされている配線層だけでなく、必要に応
じ、別の配線方向の配線層についても考慮するようにし
ておけば、配線方向についてより自由な設計を行いなが
ら、より高密度の配線設計を行うことができる。これら
第２実施形態及び第３実施形態では各配線層について様
々な配線方向の配線を行ったとしても、本発明の効果を
得ることができるようになっている。

【００４１】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、配
線層間で最小配線ピッチが異なっても配線のレイアウト
設計をより高密度に能率よく行えるようにし、設計する
半導体集積回路の集積度を向上させ、又レイアウト設計
の高密度化による配線長の短縮などによって、半導体集
積回路に作り込む回路の性能向上を図ることができると
いう優れた効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】配線、配線最小ピッチ、配線予定線間隔の関係
例を示すレイアウト図

【図２】本発明の半導体集積回路の配線設計方法が適用
された半導体集積回路の第１実施形態のレイアウト図

【図３】上記第１実施形態に対する第１比較例のレイア
ウト図

【図４】本発明の半導体集積回路の配線設計方法が適用
された半導体集積回路の第２実施形態のレイアウト図

【図５】上記第２実施形態に対する第２比較例のレイア
ウト図

【図６】本発明の半導体集積回路の配線設計方法が適用
された半導体集積回路の第３実施形態のレイアウト図

【図７】上記第３実施形態に対する第３比較例のレイア
ウト図

【符号の説明】

Ａ…配線予定線間隔 Ｂ…配線予定線 Ｃ１〜Ｃ３…コンタクト Ｍ１〜Ｍ３…配線層 Ｌ１〜Ｌ７…配線 Ｗ…最小配線ピッチ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の配線層を備え、配線層間で最小配線
   ピッチが異なる半導体集積回路の配線設計方法におい
   て、 前記最小配線ピッチに対応して設計上で配線を敷設して
   いく際に用いる配線間隔の単位となる配線予定線間隔
   が、少なくとも同一配線方向で配線される複数の配線層
   について、最下層の前記最小配線ピッチの整数分の１と
   なるように設定されていることを特徴とする半導体集積
   回路の配線設計方法。
2. 【請求項２】請求項１において、最下層の前記最小配線
   ピッチの整数分の１となるように前記配線予定線間隔を
   設定する際に、必要に応じ、別の配線方向の配線層につ
   いても、最下層の前記最小配線ピッチの整数分の１とな
   るように設定したことを特徴とする半導体集積回路の配
   線設計方法。
3. 【請求項３】請求項１において、最下層の前記最小配線
   ピッチの整数分の１となるように前記配線予定線間隔を
   設定する際に、対象となる各配線層の最小配線ピッチの
   最大公約数となるように前記配線予定線間隔を設定する
   ようにしたことを特徴とする半導体集積回路の配線設計
   方法。
4. 【請求項４】複数の配線層を備え、配線層間で最小配線
   ピッチが異なる半導体集積回路において、 前記最小配線ピッチに対応して設計上で配線を敷設して
   いく際に用いる配線間隔の単位となる配線予定線間隔
   が、少なくとも同一配線方向で配線される複数の配線層
   について、最下層の前記最小配線ピッチの整数分の１と
   なるように設定されている配線設計方法により設計され
   たことを特徴とする半導体集積回路。