JPS60189240A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPS60189240A
JPS60189240A JP4460284A JP4460284A JPS60189240A JP S60189240 A JPS60189240 A JP S60189240A JP 4460284 A JP4460284 A JP 4460284A JP 4460284 A JP4460284 A JP 4460284A JP S60189240 A JPS60189240 A JP S60189240A
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JP
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metal layer
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Akihiro Sueda
末田 昭洋
Hitoshi Kondo
仁史 近藤
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、主として電子計算機を用いて自動設計され
る半導体集積回路装置に関するもので、特に、多層アル
ミ配線技術による大規模集積回路(以下LSIと略称す
る)に係る。
〔発明の技術的背景〕
一般に、この種のLSIの自動設計には、ビルディング
ブロック方式と呼ばれるものが採用されている。上記ビ
ルディングブロック方式については、例えばIEEE 
Journal of 5olid−8tateCir
cuits CH1726−9/82 PP、 111
−114,1982、および本出願人による特願昭51
−74627号に記載されている。
第1図は、上記ビルデ(ングブロ、り方式により設計さ
れたLSIのパターン平面図を模式的に示している。図
において、111 rl’x r113・・・はセル列
で、これらセル列111 。
112.113・・・間にはそれぞれ、配線領域(チャ
ネル領域)121r12tr・・・が配設される。上記
セル列は、各種機能回路を収納した論理回路ブロックと
しての単位セル11a 。
11b rllc +・・・によって構成されている。
この単位セル111L 、11b 、11c 、・・・
間の配線は、上記チャネル領域221 .12.、・・
・を介して行なわれ、セル列を横切って配線する場合に
は、単位セル間を離間して形成し、この間隙13(スル
ーと呼ばれる)を介して行なわれる。
第2図(a) 、 (b)はそれぞれ、上記単位セルの
一例としてインバータ回路111Lのノ母ターン構成金
示している。(&)図はパターン平面図、(b)図は(
a)図のx −x’線に沿った断面構成図である。半導
体基板14には、ソース、ドレイン領域としての拡散層
153,152が形成され、これら拡散層151 r1
5z間の半導体基板14上には絶縁膜16を介してポリ
シリコンから成るダート電極17が形成される。上記拡
散層151゜152上には、アルミニウムから成る配線
18.。
182が形成されコンタクトが取られる。また、上記半
導体基板14上には、フィールド酸化膜19が選択的に
形成され、このフィールド酸化膜19上にポリシリコン
から成る出力配線20が形成される。なお、スルー13
を介して行なわれる配線は、第2図(C)に示すように
、フィールド酸化膜19上に形成されたポリシリコン層
21によって施される。また、セルに電源を供給する配
線22x r 222はそれぞれ、アルミニウムによっ
て形成されている。
上記のような構成の単位セルを横(または縦)−列に並
べてセル列を形成するため、前記第1図に示した半導体
集積回路装置において、セル列111 *11z *1
1s r・・・と平行な方向(X方向)の配線にはアル
ミ配線(実線で示す)が用いられ、垂直な方向(Y方向
ンにはポリシリコン配線(破線で示す)が用いられる。
なお、X印は上記アルミ配線とポリシリコン配線とのコ
ンタクト部を示している。
〔背景技術の問題点〕
ところで、上記のような構成では、以下に記すような種
々の欠点がある。
まず第1に、ポリシリコンによる配線抵抗のため高速動
作が得られない。これは、ポリシリコンのシート抵抗値
がおよそ数1007口であ広アルミニウムに比べて10
0倍以上大きいためこれによる配線抵抗が信号の大きな
伝達遅延を生じさせるためである。これはスルー配線に
ポリシリコンが用いられることにょシポリシリコンの配
線長が長くなplさらに助長される。また、ポリシリコ
ンによる大きな出力抵抗が存在するため、信号の伝達遅
延が犬きくなる。すなわち、例えば第3図に示す様なイ
ンバータ回路23に対するファンアウトが4個である回
路構成において、出力配線による出力抵抗をROs次段
への入力配線による入力抵抗t−Rx”Ri、配線ある
いはダートに付随する負荷容量をそれぞれC6+01〜
C1とし、A点から0点までの信号伝搬時間をTI、B
点から0点までの信号伝搬時間をT2とすると、T 1
 + T zはそれぞれ次式(1) 、 (2)で近似
される。
TI = C(I Ro + CI R1−(1)T、
=ClR1・・・(2) ことで、前記第1図の様に構成した場合にはr RO)
 Rt + Co > Ct Jとなるので、rTb>
TsJとなる。この事は、信号伝搬時間に対する出力抵
抗aoと負荷容量coの影響が、R1r CIに比べて
非常に大きいことを意味する。特に、前記第1図に示し
た構成では、ポリシリコンによるスルー配線の存在によ
り出方抵抗Roの減少が困難であり、且つファンアウト
が多くなればなる程負荷容量COが大きくなるため、高
速動作の実現が困難である。
第2に、配線がセル列を横切る場合、単位セルと単位セ
ルとの間にスルーとしての専有領域を必要とするため、
高集積化が困難である。
第3の問題として、スルー配線の通過位置を割り付ける
際、セルの位置がシフトされるため、スルー位置の最適
化および配線アルゴリズムの最適化を共に実現すること
が困難となフ、この結果高密度な配線が得られない。こ
のことは、自動配線を実行する際に、単位セルの位置が
変化しない場合と、スルー配線が生ずる毎に単位セルの
位置がシフトされる場合の配線アルゴリズムを比べて考
慮すれば容易に理解されよう。
上述したように、ビルディンググロック方式により形成
された従来の半導体集積回路装置においては、高速且つ
高集積度なものが得られなかった。
〔発明の目的〕
この発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、高速且つ高集積度な半導体集
積回路装置を提供すると七である。
〔発明の概要〕
すなわち、この発明においては、上記の目的を達成する
ために、各種機能回路を収納した単位セルを横(または
縦〕−列に並べて形成したセル列をそれぞれ所定間隔に
離間して複数列配設し、上記セル列間の領域に自動配線
を施して(或いは手配線も可能であるン単位セル間の配
ak行なう半導体集積回路装置において、上記単位セル
間の配線を互いに絶縁された少なくとも2層の金属層を
用いて形成したもので、単位セル間の配線にゲートアレ
イ等に用いられるアルミニウムの多層配線技術を用いて
いる。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。第4図において、前記第1図と同一構成部には同
じ符号を付してその説明は省略する。ここでは、第1層
のアルミ配線を実線で、第2層のアルミ配線を1点鎖線
で、ポリシリコン配線を破線でそれぞれ示す。
まず、単位セル11aの出力配線は、第2層アルミから
成る配線し!によってチャネル領域121へY方向へ引
き出される。次に、この配線Llはコンタクト241に
よって、第1/mアルミがら成シX方向に延設される配
線L2の一端に接続される。
この配線L2の他端には、コンタクト242によって、
g +7 シ!/コン配fm L sが接続され、この
ポリシリコン配置aLsには単位セル11.の入力ダー
トが接続される。また、上記第17#アルミ配線L2に
はコンタクト243を介して第2ノーアルミ配線L4の
一端が接続され、この配線し4は単位セルJJi上全絶
縁層を介してY方向に配線される。上記第2層アルミ配
線L4の他端には、コンタクト244を介してX方向に
延設される第1層アルミ配線り、の一端が接続され、こ
の配線り、の他端にはコンタクト23藝を介してポリシ
リコン配線L6の一端が接続される。
そして、Y方向に延設される上記ポリシリコン配線L6
の他端には、単位セル11nの入力ダートが接続されて
成る。
なお、スルー配線であるL4は、単位セル111上を、
このセル111内に使用されている第2層アルミ配線を
避けるように配線される。
つまり、セル内で第2層アルミ配線を用いている部分は
、スルー配線の禁止領域として認識しておく。また、信
号を出力する単位セル11.Lは、その出力信号線が第
2層アルミ配線によって形成されるため、第5図(a)
 、 (b)に示すように、出力のドレインである第1
層アルミ配線29上に第2層アルミ配線によるタラfa
tsが端子として形成され、第1層アルミ配線と第2層
アルミ配線とのコンタクトが取られている。第5図(a
) 、 (b)において、前記第2図(a) + (b
)と同一構成部には同じ符号を付してその説明は省略す
る。
すなわち、単位セル内に存在する出力端子26から単位
セル外の他の配線層に置き換えるまでの出力配線として
、絶縁層27上に形成した第2層アルミ配線28を用い
ておシ、この第2層アルミ配線28をスルー配線として
も使用する。
なお、この場合電源供給用の配線22* e22gはそ
れぞれ第1層アルミ配線によって形成する。
このような構成によれば、出力配線およびスルー配線と
して配線抵抗の小さいアルミニウムを使用したので、前
記第3図に示した出方抵抗R,の抵抗値を小さくでき、
信号遅延時間が少なく、高速動作が得られる。また、ス
ルー配線に第2層アルミ配線を用いて単位セル上を通過
させるようにしたので、単位セルと単位セルとの間にス
ルー領域を設ける必要がなく、高集積化が可能となると
ともに、スルー配線のために単位セルの配置をシフトす
る必要がないため、配線アルゴリズムの最適化が容易と
なり、高密度な配線が得られる。
さらに、派生的に得られる効果として、2層のアルミ配
線を用いることにより、ポリシリコン配線と第2層アル
ミ配線との重なりが許され(配線ショートが起きない)
異なる信号線金回−メッシュ(配線トラックン上に配線
する事が可能となるため、高密度の配線が得られる。ま
た、単位セルからの出カイ百号線を第2Nアルミ配線に
することにより、自身のドレイン上を第2層アルミ配線
によって配線可能となる。この結果、前記第2図に示し
た様表出力(ドレイン)を第1ノーアルミ配線からポリ
シリコン配線へ変換してセル外へ出力する為の領域が不
要となり、前記第5図に示したように単位セルのツヤタ
ーン面積を減少できる。
なお、上記実施例ではスルー配線および単位セルからの
出力配線として、第21iアルミ配線を用いたが、これ
らの配線を第1層アルミ配線で形成しても良い。この場
合は、第1層アルミ配線で形成した部分を第2層アルミ
配線で形成する。
第6図は、この発明の他の実施例を示すもので、上記実
施例においては、スルー配線に第2層アルミ配線を用い
るとともに、この第2層アルミ配線を単位セル上に絶縁
層を介して形成し、単位セルからの出力配線に第1層ア
ルミ配線を用いたのに対し、単位セルからの出力配線に
ポリシリコン配線L7を用いたものである。図において
前記第4図と同一構成部には同じ符号を付してその説明
は省略するこのような構成によれば、スルー配線を行な
う場合、横切られる単位セル内にスルー配線の禁止領域
は不要となシ、セル列の全領域に対しスルー配線を通過
させることができ配線アルゴリズムが更に容易となり高
集積化を得やすくなる。
第7図は、さらにこの発明の他の実施例を示すもので、
ここでは、Y方向の配線として第1層アルミ配線Ls+
L書 ILIOおよびLttを、X方向の配線として第
2層アルミ配線LHILxs kそれぞれ用い、これら
の配線をコンタクト301〜305によって接続してお
シ、単位セル外の配線としてポリシリコン配線は使用し
ていない。このように構成する場合、Y方向の第1層ア
ルミ配線は単位セル内の電源用アルミ配線と交差するた
め、電源線として第8図の/fターン平面図に示すよう
に、第2層アルミ配線311*31茸を使用する。なお
、32里〜326は第1層アルミ配線、33はポリシリ
コン配線である。
このような構成では、配線がセル列を横切る場合にスル
ー領域13を必要とするが、スルー配線L・および単位
セルの出力配線L8がアルミ配線であるため、高速化が
可能である。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明によれば、高速且つ高集積
度な半導体集積回路装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の半導体集積回路装置を説明するための図
、第2図は上記第1図におけるインバータ回路の・母タ
ーン構成を説明するための図、第3図は上記第1図にお
ける信号の伝達遅延を説明するための図、第4図はこの
発明の一実施例に係る半導体集積回路装置を説明するた
めの図、第5図は上記第4図におけるインバータ回路の
・母ターン構成を説明するための図、第6図ないし第8
図はそれぞれこの発明の他の実施例を説明するための図
である。 11@ ellb +11c+”’単位セル、111゜
’1*m1lB・・・セル列、121r12g+・・・
配線領域(チャネル領域)、L1〜L1m・・・配線。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦13 団 第4図 第6図 j12

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)各種機能回路を収納した単位セルによって形成し
    た複数のセル列と、これらセル列間に配設される配線領
    域と、この配線領域に形成される互いに絶縁された少な
    くとも2層の金属配線層とを具備したこと全特徴とする
    半導体集積回路装置。 (2) 前記金属配線層はそれぞれ、アルミニウムから
    成ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導
    体集積回路装置。 (3)各種機能回路全収納した単位セルによって形成し
    た複数のセル列と、これらセル列間に配設される配線領
    域と、上記セル列を横切って施される金属層から成る配
    線とを具備したことを特徴とする半導体集積回路装置。 (4)前記セル列金横切る配線は、単位セル上に絶縁層
    を介して形成される金属層から成ることを特徴とする特
    許請求の範囲第3項記載の半導体集積回路装置。 (5)前記金属層は、アルミニウムから成ることを特徴
    とする特許請求の範囲第3項または第4項記載の半導体
    集積回路装置。 (6)各種機能回路を収納した単位セルによって形成し
    た複数のセル列と、これらセル列間に配設される配線領
    域と、絶縁層上に形成された金属層から成る上記単位セ
    ルの出力配線とを具備したことを特徴とする半導体集積
    回路装置。 (7〕 前記出力配線は、単位セル内に存在する出力端
    子からこの単位セル外の他の配線層に置き換えるまでの
    配線であること′t−特徴とする特許請求の範囲第6項
    記載の半導体集積回路装置。 (8) 前記出力配線に金属層を用い、単位セルへの入
    力配線にポリシリコンIrt−用い、単位セル間におけ
    る上記出力配線と入力配線との接続に、上記出力配線に
    用いた金属層と同一平面上の金属層音用いたこと′(i
    −特徴とする特許請求の範囲第6項あるいは第7項記載
    の半導体集積回路装置。 (9) 前記出力配線に第1の金属層を用い、単位セル
    への人力配線にポリシリコン層を用い、単位セル間にお
    ける上記出力配線と入力配線との接続に、上記出力配線
    に用いた第1金属層と絶縁層によって絶縁された第2の
    金属層を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第6項
    あるいは第7項記載の半導体集積回路装置。 α0 前記入力配線は、単位セル内に存在する入力端子
    からこの単位セル外の他の配線層に置き換えるまでの配
    線であること全特徴とする特許請求の範囲第8項あるい
    は第9項記載の半導体集積回路装置。 αυ 前記金属層は、アルミニウムから成ることを特徴
    とする特許請求の範囲第6項1.第8項および第9項記
    載の半導体集積回路装置。
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DE8585102640T DE3584102D1 (de) 1984-03-08 1985-03-08 Integrierte halbleiterschaltungsvorrichtung.
US07/180,675 US4974049A (en) 1984-03-08 1988-04-07 Semiconductor integrated circuit configured by using polycell technique

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