JPH113943A - 半導体装置及び半導体設計手法 - Google Patents

半導体装置及び半導体設計手法

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JPH113943A
JPH113943A JP15408097A JP15408097A JPH113943A JP H113943 A JPH113943 A JP H113943A JP 15408097 A JP15408097 A JP 15408097A JP 15408097 A JP15408097 A JP 15408097A JP H113943 A JPH113943 A JP H113943A
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JP
Japan
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cell
wiring
semiconductor device
cells
logic
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JP15408097A
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English (en)
Inventor
Yoshiteru Ono
芳照 小野
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】機能セルに対してその形状または内部素子配
列、素子間配線が異なるレイアウトを有する半導体装置
及び半導体設計手法に関する。ゲートアレイ、エンベデ
ィッドアレイもしくはスタンダードセルにおいて、空き
領域に形状的にレイアウトが配置できなければ、他の場
所に配置するか、周辺に配置されている他のセルを移動
させ配置領域を確保した上で所望の機能セルを配置する
必要があった。 【解決手段】ある機能セルに対応するレイアウトを形状
の異なるもの、素子配列の異なるもの、内部素子間配線
の異なるものというように複数準備する。 【効果】機能セルの配置及び配線時に空き領域や信号配
線によって機能セルの選択肢を増やすことが可能であ
り、面積、動作速度、消費電力とも向上させることが可
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、特にある機能セル
に対してその形状または内部素子配列、素子間配線が異
なるレイアウトを有する半導体装置及び半導体設計手法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4に従来のあるフリップフロップ回路
の一例を、また、図5にそれに対応してPチャンネルト
ランジスタ、Nチャンネルトランジスタ各2個で構成さ
れる基本セル上に構成されるフリップフロップのレイア
ウトの一例を示す。これまでのゲートアレイもしくはエ
ンベディッドアレイにおいては、同一機能でも出力ドラ
イバ−の駆動能力の異なるものは別として、基本的に同
一機能で同一出力ドライバ−の駆動能力の機能セルが基
本セル上に構成される場合に、そのレイアウトは一種類
であり、回路図面もしくはnetlist上に存在して
いる機能セルはチップ上に一対一で対応するレイアウト
として存在し、その多くは自動配置配線によってチップ
上で回路を構成しチップ全体として要求される機能を完
成させていた。スタンダードセルについても同様であ
る。
【0003】また、半導体装置の設計手法においても、
ゲートアレイ、エンベディッドアレイ、スタンダードセ
ルについても、10Kゲート以上のものがほとんどであ
り、回路規模の上昇とともに計算機上での自動配置配線
が主流である。従来は、回路図及びネットリスト上に存
在している機能セルに対してレイアウトは一種類であ
り、自動配置後、その配置されたセルレイアウトに対し
てチップレベル機能を満たすように信号配線行ってい
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このようなゲートアレ
イ、エンベディッドアレイもしくはスタンダードセルに
おいて、ある機能セルとそのレイアウトが一対一にのみ
対応している場合の半導体設計手法では、ある機能セル
を配置する場合、また、機能セル間配線を行う場合ミラ
ー反転させるかどうか程度しか選択肢が無く、例えばあ
るフリップフロップを周囲との信号伝達の関係で最適と
思われるある空き領域に配置しようとした時に、その空
き領域に形状的にレイアウトが配置できなければ、他の
場所に配置するか、その周辺に配置されている他のセル
を移動させ配置領域を確保した上でその機能セルを配置
する必要があった。また、機能セル間の配線を行う際に
も、セルレイアウトが確定しているため、上位での配線
の都合で内部配線を変更することが不可能であり、結果
的に余計な配線や他の配線層を使用しての信号回避を必
要とし、配線長の増加を招き、チップ面積の増大、配線
効率の悪化、消費電力の増加、動作スピードの低下を引
き起こしてしまうという問題点を有していた。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明では半導体集積回
路上に配置される機能セルに対して、セル形状の異なっ
た複数のレイアウトを有すること、また同一セル形状に
おいても内部素子配置及び内部素子間配線が異なるレイ
アウトを有すること、また、自動配置配線の段階でチッ
プレベルの配線の関係から異なるレイアウトに変更を行
い、チップレベルでの機能を完成させることにより、ゲ
ートアレイ、エンベディッドアレイ、スタンダードセル
において、これらの課題を解決する。
【0006】
【作用】本発明の上記構成によれば、機能セルの配置及
び配線時に空き領域や信号配線によって機能セルの選択
肢を増やすことが可能であり、面積、動作速度、消費電
力とも向上させることが可能である。
【0007】
【発明の実施の形態】図1、図2、図3に本発明の実施
例を示す。101、201、301はゲート電極、10
1、201、301はN型拡散領域、104、204、
304はP型拡散領域、108、208、308で示す
のは第一層目のAL配線、107、207、307で示
すのは第二層目のAL配線、102、202、302は
グランド、103、203、303は電源、109、2
09、309はコンタクト、110、210、310は
VIAである。簡略化のためにイオン打ち込みデータ領
域は図示していない。図1は図4に例として示した代表
的なフリップフロップ回路を図5とはセル形状を変更し
てレイアウトした例である。この例では、ゲートアレイ
もしくはエンベディッドアレイとして、Pチャンネルト
ランジスタ、Nチャンネルトランジスタ各2個を基本と
した基本セルがチップ上にP−N−N−Pの繰り返しで
配列されたものを想定し、中央部のNチャンネルトラン
ジスタ領域を両側からPチャンネルトランジスタ領域で
挟んだ形で基本セル列を2列使用している。両基本セル
間は第一層目のAL配線によるグランドを第二層目配線
を使用してスキップし、内部信号の伝達を行いセルの機
能を完結している。
【0008】図2は図1同様に図4に例として示した回
路を、中央部のPチャンネルトランジスタ領域を両側か
らNチャンネルトランジスタ領域で挟んだ形で基本セル
列を2列使用してセルレイアウトを完成させたものであ
る。
【0009】この様に同一機能を例えば図1、図2、図
5の異なる3種類のセル形状で作成しておくことによ
り、チップ上にセルを配置する際に選択肢が増し、基本
セル列に1列しか空き領域が無い場合には図5のセル
を、また基本セル列の長さ方向に図5のセルを配置する
余裕が無く、その空き領域の基本セルのトランジスタ配
列がP−N−N−Pであれば図1のセルを、また、その
空き領域の基本セルのトランジスタ配列がN−P−P−
Nであれば図2のセルを配置することが可能になる。従
来通りのセル作成により、図5で示されるセルのみしか
選択の方法が無ければ、上記状況においては周辺に各セ
ル間の相互関係が考慮されて既に配置されている他のセ
ルの配置位置を変更し、図5のセルが配置可能であるよ
うな領域を確保する必要が生じ、その結果としてチップ
の面積拡大、配線長、動作速度、消費電力の増加を招い
てしまう。この様に形状の異なる、もしくは配列の異な
る基本セル上にセルレイアウトを作成可能とすることに
より選択肢が増え、それらの問題点を改善し最適化をは
かることが可能になる。
【0010】また、図1に示すセルを使用して配置配線
を行うことを想定する。通常、配線は縦横で信号配線に
使用するAL配線層を分けて行うのが一般的である。こ
こでは二層配線プロセスでの半導体装置を想定して、横
方向を第一層目AL配線、縦方向を第二層目AL配線と
した場合を例として説明する。図1のセルが配置されて
いる場合に、チップレベルの信号配線が1Bで示す配線
チャンネルを上から下へ通過しようとすると、セル内に
第二層目配線がセルの内部接続信号として存在するため
に上位での信号配線が他の配線グリッドへ何らかの方法
で回避しなければ信号配線を通過させることはできな
い。例えばセルの上部で1Aで示す配線チャンネルが空
いていたとすると、1Bの配線チャンネル上からVIA
を介して第一層目配線に変更して1Aチャンネルに移動
し、またVIAを介して第二層目配線に変更した後、セ
ル上の1Aチャンネルを通過させる。また、セル下部で
再びVIAを介して第一層目配線に変更し、1Bチャン
ネルへ移動し、VIAを介して第二層目配線に変更する
必要がある。このことによりVIAの介在による抵抗増
加、配線長の増加による抵抗及び配線容量の増加を伴
い、動作速度を遅らせてしまう。
【0011】図3は図1と同一セル形状、素子配置条件
で内部信号配線のみ異なるセルレイアウトの例である。
図1に対してセル内部の配線が3A、3Bの配線チャン
ネルの部分で変更されているため、3Bの配線チャンネ
ルを上位の第二層目信号配線が通過可能であるようなレ
イアウトになっている。チップレベルでの信号配線を行
う段階で1Bにあたる配線チャンネルに信号配線を通し
たい場合に図1に示すセルが配置されていると、信号の
迂回が必要になる。その時点で、図3に示したレイアウ
トとセルを入れ替えることにより、今度は3Bにあたる
配線チャンネルを用いてセル上を信号配線を変更、迂回
させることなく通過させることが可能になり、VIAや
配線長の増加に伴う抵抗及び付加容量の増加を引き起こ
すことなく、遅延特性、集積度を高めることが可能にな
る。
【0012】また、本発明によるこれらのレイアウトが
準備されているゲートアレイ、エンベディッドアレイ及
びスタンダードセルにおいて、チップレベルの信号配線
を行う時点で、既に配置されている機能セルのレイアウ
トと同一機能、同一形状の別レイアウトとを周辺の信号
配線との適合性を比較し、より配線効率の良いレイアウ
トに変更するアルゴリズムを有する自動配置配線システ
ム、半導体装置の設計手法を用いることにより、配線効
率、チップ面積、動作速度、消費電力とも向上させるこ
とが可能である。
【0013】以上の発明の実施の形態の中ではPチャン
ネルトランジスタ、Nチャンエルトランジスタ各2個を
基本セルとし、それを2列使用し、信号配線をALの2
層使用したものを例として示したが、基本セルの構造が
変更されても、基本セルが3列以上になっても、使用す
る配線層が1層でも3層以上になっても同様の効果が得
られる。また、発明の実施の形態の中では基本セル上に
構成される機能セルについて説明を行っているが、スタ
ンダードセルの場合にも同様の効果が得られる。同様に
この発明の実施の形態の中では代表してフリップフロッ
プ回路に限定して説明を行ったが、半導体装置のすべて
のセルに対して同様の効果が得られる。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の同一セル
形状で内部素子配置も同一であるが内部配線が異なる複
数のレイアウトを有することにより、信号配線長の増
加、VIAの増加に伴う抵抗、容量を抑えることにより
動作速度、消費電流の特性を向上させ、またその論理を
構成する為のある機能セルが、同一セル形状ではあるが
内部素子配置及び配線が異なる複数のレイアウトを有す
ること、その論理を構成する為のある機能セルが、セル
形状の異なる複数のレイアウトを有することによりセル
配置の自由度を向上させ、チップ面積の減少、動作速
度、消費電力とも向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明により図4に示すフリップフロッ
プ回路を図5に対して形状、素子配置、内部配線を異に
するレイアウト図。
【図2】図2は本発明により図4に示すフリップフロッ
プ回路を図1に示すレイアウトに対して素子配置、内部
配線を異にするレイアウト図。
【図3】図3は本発明により図4に示すフリップフロッ
プ回路を図2に示すレイアウトに対して内部配線を異に
するレイアウト図。
【図4】図4は代表的なフリップフロップ回路の回路
図。
【図5】図5は図4で示されるフリップフロップ回路の
レイアウト図。
【符号の説明】
101、201、301、501・・・・・・トランジ
スタゲート用シリコン 102、202、302、502・・・・・・グランド
電位 103、203、303、503・・・・・・電源電位 104、204、304、504・・・・・・P型拡散
領域 105、205、305、505・・・・・・N型拡散
領域 106、206、306、506・・・・・・セル枠 107、207、307、507・・・・・・第二層目
配線AL 108、208、308、508・・・・・・第一層目
配線AL 109、209、309、509・・・・・・コンタク
ト 110、210、310、510・・・・・・VIA 1A、1B、3A、3B・・・・・・・・・・信号配線
チャンネル

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】周辺に外部とのインターフェイス用の入出
    力部、中心部に、複数の相補型MISFETからなるマ
    トリクス状に配置した一種類以上の基本セルを内部に有
    するゲートアレイまたはその一部に基本セル配列以外の
    RAM、ROM、アナログ回路等の専用レイアウトを埋
    め込みその周辺にマトリクス状に配置した基本セルを有
    するエンベディッドアレイにおいて、その論理を構成す
    る為の同一種類の基本セル上に構成されるある機能セル
    が、同一セル形状で内部素子配置も同一であるが内部配
    線が異なる複数のレイアウトを有することを特徴とする
    半導体装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の、その論理を構成する為の
    同一種類の基本セル上に構成されるある機能セルが、同
    一セル形状ではあるが内部素子配置及び配線が異なる複
    数のレイアウトを有することを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の、その論理を構成する為の
    同一種類の基本セル上に構成されるある機能セルが、セ
    ル形状の異なる複数のレイアウトを有することを特徴と
    する半導体装置。
  4. 【請求項4】周辺に外部とのインターフェイス用の入出
    力部、中心部に、複数の相補型MISFETからなる論
    理回路セルを配置した、もしくはその一部に論理回路セ
    ル以外のRAM、ROM、アナログ回路等の専用レイア
    ウトを埋め込みその周辺に論理回路セルを配置したスタ
    ンダードセルにおいて、その論理を構成する為のある機
    能セルが、同一セル形状で内部素子配置も同一であるが
    内部配線が異なる複数のレイアウトを有することを特徴
    とする半導体装置。
  5. 【請求項5】請求項4記載の、その論理を構成する為の
    ある機能セルが、同一セル形状ではあるが内部素子配置
    及び配線が異なる複数のレイアウトを有することを特徴
    とする半導体装置。
  6. 【請求項6】請求項4記載の、その論理を構成する為の
    ある機能セルが、セル形状の異なる複数のレイアウトを
    有することを特徴とする半導体装置。
  7. 【請求項7】請求項1、2、3、4、5及び6記載の機
    能セルを配置及び配線のし易さによってそれぞれ必要に
    応じて使い分けたことを特徴とする半導体装置。
  8. 【請求項8】請求項1、2、3、4、5及び6記載の機
    能セルを配置及び配線のし易さによってそれぞれ必要に
    応じて使い分けることを特徴とする半導体設計手法。
JP15408097A 1997-06-11 1997-06-11 半導体装置及び半導体設計手法 Withdrawn JPH113943A (ja)

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