KR910009423B1 - 고밀도 집적회로 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

고밀도 집적회로
제1도는 본 발명의 일 실시예인 반도체 소자상에 형성된 LSI의 구성을 나타내는 설명도.
제2도는 상기 실시예에서의 다층배선의 일 구성예를 나타내는 설명도.
제3도는 종래 기술에 따른 게이트어레이(gate array)방식 반도체 LSI를 개략적으로 나타내는 설명도.
제4도는 종래 기술의 LSI의 구성을 나타내는 설명도.
제5도는 종래 기술의 다층배선의 일 구성예를 나타낸 설명도.
제6도는 2입력 NAND게이트의 심벌도.
제7도는 제6도에 도시된 NAND게이트의 등가회로도.
제8도는 제6도에 도시된 NAND게이트를 소자상에 실현시킨 경우의 레이아우트도.
제9도는 상기 제8도에 도시된 게이트의 단면도.
제10도는 종래 기술에 따른 다층배선의 일 구성예를 나타내는 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반도체기판 2 : 기본셀
4 : 논리셀 5 : 여영역
6 : 제1층 금속배선 7 : 제2층 금속배선
8 : 관통공 10 : 게이트전극배선
14, 15, 16 : 배선로 18 : 전원배선
19 : 접지배선
본 발명은 고밀도 집적회로(이하 LSI라 칭함), 특히 게이트어레이 방식 LSI에 관한 것이다.
LSI의 설계기술 중, 세미 커스텀 LSI에 분류되는 것으로서, 게이트어레이 방식 및 스탠다드셀(standard cell)방식이 공지되어 있다.
상기 게이트어레이 방식에 관하여 기재된 예로는, 日經 맥그로우힐社발행. “日經 마이크로디바이스”, 1986년 7월호 111∼126페이지의 부분에 있다.
통상 LSI의 제조공정은 확산공정과 배선공정의 두 가지 공정으로 나누어지며, 상기 게이트어레이 방식 LSI에서 확산공정이 품종에 독립적으로 변하지 않지만(공통), 배선공정은 품종에 따라 날라지는 특징이 있다. 즉 확산공정은 모든 품종에서 공통이고 복수개의 기본셀이 종횡방향 모두에서 규칙적으로 배치되도록 수행된다. 한편 배선공정은 품종에 따라 다르며, 사용자의 특성에 따라서 각종의 배선공정이 수행되며, 그결과 각종의 다른 논리 LSI를 얻는다. 반대로 스텐다드셀 방식 LSI는 소자표면의 확산공정의 단계에 독립적인 다양한 공정에 의하여 제조한다.
전술한 바와 같이, 게이트어레이 방식은 제조공저잉 일부가 공통이기 때문에 그의 개발기간이 스텐다드셀 방식에 비하여 짧다는 장점을 지닌다.
상기 게이트어레이 방식 LSI의 종래 기술은 제3도 내지 제10도를 참조하여 더 설명한다.
제3도는 종래 기술의 게이트어레이 방식 LSI의 구성을 나타내는 도면, 제4도는 이를 더욱 구체적으로 나타내는 도면, 제5도는 종래의 다층배선의일 구성예를 나타내는 도면, 제6도는 2입력 NAND게이트를 나타내는 심벌도, 제7도는 제6도에 도시된 NAND게이트의 등가회로도, 제8도는 제6도에 도시된 NAND게이트를 소자상에 실현시킨 경우의 레이아우트도, 제9도는 전술한 게이트의 단면도 및 제10도는 종래기술의다층배선의 일 구성예를 나타내는 도면이다.
제3도에서 도면부호 1은 반도체기판, 도면부호 2는 p-형 MOS트랜지스터(2a)와 n-형 MOS트랜지스터(2b)의 한 쌍으로 구성되는 기본셀, 도면부호 4는 기본셀(2)의 조합으로 구성된 논리셀, 그리고 도면부호 5에 의하여 나타낸 범위는 여영역이다. 이 여영역(5)에서 도면 중의 수평방향의 실선(6)은 제1층 금속배선이고, 수직방향의 파선(7)은 제2층 금속배선이며, 이 제1층 금속배선과 제2층 금속배선은 관통공(8)에 의하여 층간접속된다.
제4도는 이러한 게이트어레이 방식 LSI를 더욱 구체적으로 보인다.
제4도에 있어서, 상기의 기본셀(2)에서 p-형 MOS트랜지스터(2a)와 n-형 MOS트랜지스터(2b)간에 제3도에 도시되지 않은 게이트전극배선(10)이 종방향으로 형성되어 있다. 상기 게이트전극배선(10)의 연장방향에는 제6도를 참조하여 설명하였던 여영역이 형성되어 있다. 하나의 기본셀(2)에 의하여 또는 복수개를 적절히 조합하여 인버터, 플리플롭 등의 논리셀(4)을 구성하게 할 수 있다. 상기의 논리셀(4)을 구성하도록 하기 위해서, 기본셀(2)의 게이트전극배선(10), 제1층 및 제2층 금속배선(6, 7) 및 관통공(8)을 사용한다. 여기서 관통공(8)은 각층의 금속배선들 접속하거나 제1층 금속배선과 p-형 MOS트랜지스터(2a)나 n-형 MOS트랜지스터(2b)를 전기적으로 접속하는데 사용된다.
다층배선의 일 구성예를 나타내는 제5도는 각층의 배선로구성과 DA(Design Automation)프로그램이 취급될 수 있는 격자(이하 DA격자라 칭함)와의 관계를 나타낸다. 제5도에서 횡방향의 좌표X는 기본셀(2)의 열과 직교하는 배선의 DA격자좌표를 나타내며, 종방향의 좌표Y는 기본셀(2)의 열과 평행한 배선의 DA격자좌표를 나타내고, 좌표X, Y에서 m 및 n은 각기 임의의 정수를 나타낸다.
제5도에서 실선으로 나타낸 종방향의 배선로(14)는 p-형 MOS트랜지스터(2a), n-형 MOS트랜지스터(2b)의 게이트전극배선용으로 확보된 배선로이고, 이 배선로는 2-DA격자간격으로 배치된다.
또한 실선으로 나타낸 횡방향의 배선로(15)는 제1층 금속배선(6)용으로 확보된 배선로이고, 이 배선로는 기본셀의 열에 평행한 방향에서 1-DA격자간격으로 배치된다.
또한 파선으로 나타낸 종방향의 배선로(16)는 제2층 금속배선(7)용으로 확보된 배선로이고, 이 배선로는 2-DA격자간격으로 다른 배선로(14)에 평행하게 배치되고 상기 배선로(14)에서 1-DA격자간격만큼 이동된 위치에서 배치된다.
즉 LSI상의 회로설게에서 미리 준비된 배선로들(14, 15, 16)을 선택적으로 사용함으로써, 소정의 회로패턴을 실현시키는 것이 가능하다.
다음에 전술한 LSI의 단면구조를 간단하게 설명한다. 반도체기판의 상면부에 p-형 MOS트랜지스터(2a)와 n-형 MOS트랜지스터(2b)가 확산공정에 의하여 형성된다. 우선 제1층 금속배선(6)이 도면에 도시되지 않은 절연층을 지나 그 상층에 형성된다. 최종제품은 제2층 금속배선(7)이 다른 절연층을 지나 그 상층에 형성되는 구성을 하고 있다.
다음에 기본셀(2)과 금속배선(6, 7)에 의하여 형성된 논리셀의 구성예를 구체적으로 설명한다.
제6도에 도시된 NAND게이트는 일반적으로 제7도에 도시된 등가회로에 따라 실현된다. 제7도에 있어서, 도면부호18은 VDD이고 19는 접지배선이다.
제8도는 제7도에 도시된 등가회로를 반도체기판상에 기본셀(2)를 형성케 함으로써 실현시킨 것을 나타낸다.
즉 제8도에서 p-형 MOS트랜지스터(2a)와 n-형 MOS트랜지스터(2b)상의 게이트전극배선(10)은 입력단 A와 B를 구성하며, 절연층을 지나 그의 상층에 상기 게이트전극배선(10)과 직교하는 방향으로 전원배선(18) 및 접지배선(19)이 배치되어 있다.
상기 기본셀(2)내의 p-형 MOS트랜지스터(2a)의 내부들은 서로 접속되거나 제1층 금속배선(6)에 의하여 관통공(8)을 통하여 n-형 MOS트랜지스터와 연결된다. 이 방법에서 제7도에 도시된 회로구성이 실현된다.
또한 전체회로는 상기 기본셀(2)들의 사이가 제9도에 도시된 것처럼 절연층(20)에 의하여 서로 각각 분리되어 있는 구조를 이루고 있다.
근년에는 논리설계의 공정수을 저감하기 위해서 라이브러리로서 미리 저장된 일정의 논리의 조합이 사용되는 요청, 또는 자동설계 프로그램 등의 발달에 의한 요청에 의거하여 대규모의 게이트를 갖는 논리셀이 많이 사용되어져 왔다.
상기의 대규모 논리셀이 전술한 게이트어레이 방식으로 구성되어지는 경우, 단지 논리셀의 내부배선(5)이 배선용으로 부족하다. 이러한 이유 때문에 제4도에 도시된 바와 같이, 여영역(5)의 제1층 금속배선(6)의 일부를 필연적으로 이용함으로써 기본셀(2)로부터의 배선을 실현시키는 것에 도움을 주지 못한다.
이 때 제4도에 도시된 바와 같이, 전술한 기본셀(2)의 게이트전극배선(10)과 제1층 금속배선(6)을 접속시키기 위하여, 도면의 종방향으로 연설(延設)되어 있는 배선인 제2층 금속배선을 사용한다. 따라서 게이트의 규모가 확대됨에 따라 필연적으로 상기 제2층 금속배선을 더욱 많이 사용하게 된다.
논리셀(4)의 내부배선에 제2층 금속배선(7)이 다용(多用)되는 경우, 제10도에 도시된 바와 같이 기본셀(2)상을 통과하는 게이트간의 배선을 형성함에 있어서, 배선은 상기 내부배선이 배치된 부분을 피하여 형성되는 것이다. 따라서 게이트간의 배선의 자유도가 저하된다.
이 방법에서 게이트간의 배선의 자유도가 저하되는 경우, 자동배선 프로그램을 실행한 후에도, 다른 논리셀간에 배선이 형성되어 있지 않은 라인들이 잔존하게 된다. 따라서 수작업으로도 부가적인 배선이 곤란할 수 있다. 그 결과 게이트 어레이방식 반도체장치에 있어서, 게이트 사용율이 저하되고 반도체 소자로서의 기능과 성능이 저하되는 위험성이 존재한다.
또한 제4도에서 분명하듯이, 여영역(5)에 배선을 형성케하여 제2층 금속배선(7)을 경유하게 하기 위하여 관통공을 다용하게 되며, 그 결과 제조단계가 복잡해진다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 수행되었으며, 그 목적은 게이트어레이 방식 LSI에 게이트의 사용율을 높이고 신뢰성을 높인 LSI를 제공하는 것이다.
다음에 본원에게 개시된 발명의 대표적인 특징의 개요를 간단히 설명한다.
즉 본 발명은 기본셀을 형성하는 게이트전극배선의 단부를 상기 기본셀의 여영역에 연설하여 이 연설부를 상기 여영역의 배선과 관통공을 통하여 접속시킨 LSI에 관한 것이다.
상기의 수단을 사용함으로써, 게이트전극 배선의 단부가 기본셀의 여영역에 연설되는 구조로 인하여, 논리셀의 내부배선을 수행하기 위하여 기본셀 영역상의 금속배선을 다용할 필요가 없으며, 따라서 논리의 규모가 복잡한 경우일지라도, 게이트간의 배선의 자유도는 저하되지 않는다. 따라서 반도체소자의 게이트 사용율이 높아지고, 그 결과 LSI의 신뢰성이 증대된다.
제1도는 본 발명의 일 실시예인 반도체 소자상에 형성된 LSI의 구성을 나타내는 설명도, 제2도는 상기 제1도에 도시된 실시예에서의 다층배선의 일 구성예를 나타내는 설명도이다.
본 실시예에서의 LSI는 소위 게이트어레이 방식 회로이고, 이는 1개 내지 여러 개의 기본셀을 사용함으로써 게이트간에 적당하고 선택적으로 배선을 수행함으로써 소정의 논리를 실현시킨 것이다.
제1도에 있어서, 도면부호 1은 반도체기판, 도면부호 2a는 p-형 MOS트랜지스터, 도면부호2b는 n-형 MOS트랜지스터, 도면부호 5는 여영역, 도면부호 6은 제1층 금속배선, 도면부호 8은 관통공이며 도면부호 10은 게이트전극배선을 나타낸다. 이 부분들의 구성은 제4도에 도시된 종래기술에 따른 것과 거의 동일하다. 그러나 제1도에 도시된 실시예에서, 회로는 게이트전극배선(10)의 단부가 여영역(5)에 연설되고, 이 연설부(10a)가 제1층 금속배선과 관통공(8)을 통하여 직접 접속되는 구성을 한다. 이러한 게이트 전극배선(10)의 연설부(10a)는 게이트전극배선(10)용으로 사용되는 마스트를 약간 변경함으로써 용이하게 형성시킬 수 있다.
상기의 방법에 있어서, 본 실시예의 게이트전극배선(10)은 그의 단부가 연설부(10a)에 의하여 여영역에 연설되는 구조를 하고 또한 제1층 금속배선(6)이 논리셀(4)의 내부배선의 일부로서 사용되는 경우이기 때문에 제4도에 도시된 제2층 금속배선(7)을 사용할 필요가 없다.
이런 이유 때문에 기본셀(2)상의 제2층 금속배선(7)을 사용하지 않은 상태로 유지하는 것이 가능하며, 따라서 사용하지 않은 상태의 제2층 금속배선의 많은 부분을 게이트간의 배선으로 할당하는 것이 가능하다. 이런 관점으로 종래예인 제10도에서는 제2층 금속배선은 광범위하게 사용되었고 기본셀(2)상을 통과하는 게이트간의 배선이 복잡하였다.
반대로 본 실시예에 따르면, 사용되지 않은 상태로 있는 제2층 금속배선의 많은 부분을 게이트간의 배선용으로 사용할 수 있기 때문에 게이트간의 배선을 무리없이 기본셀상에 통과시키는 것이 가능하다. 이 방법에서 게이트간의 배선을 수행하는 자유도는 대폭 향상되고 반도체장치의 전체에서 게이트 사용율이 증대된다.
본 발명에 따르면, 하기의 효과를 수득할 수 있다. ① 게이트전극배선(10)의 단부를 여영역(5)에 연설하고 그 연설부(10a)와 여영역(5)에 배치된 제1층 금속배선(6)을 관통공(8)을 통하여 직접 접속시킴으로써 논리셀(4)의 내부배선을 수행한다는 사실로 인하여, 사용되지 않은 제2차 금속부분의 많은 부분을 기본셀 (2)상을 통과하는 배선으로 할당할 수 있기 때문에 게이트간의 배선의 자유도는 향상된다.
② 전술한 ①에 의해서, LSI에서 게이트 사용율을 증대시키고, LSI의 고밀도화를 실현시킬 수 있다.
③ 전술한 ①에 의해서, 관통공의 수가 저감되므로 LSI의 가공이 용이하고 따라서 LSI의 제조효과를 향상시킬 수 있다.
④ 배선에서의 접속부분이 감소하므로 LSI의 전기특성을 향상케 하고 따라서 작업신뢰성이 높은 LSI를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명을 양호한 실시예를 기초로 하여 위에서 설명하였을지라도 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경할 수 있다. 예를 들어 제1층 금속배선(6)과 제2층 금속배선(7)의 두 종류의 배선층을 사용한 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 3층 이상의 금속배선층을 갖는 구조도 또한 가능하다.
본원에서 개시되는 발명에서 대표적으로 얻은 효과를 다음에 간단히 설명한다.
즉 LSI가 기본셀의 게이트전극배선의 단부를 기본셀의 여영역에 연설하여 그 연설부가 여영역에 배치된 배선을 관통공을 통하여 접속시킨 구조를 이루고 있고 기본셀의 영역상의 금속배선을 다용하는 것이 필요치 않기 때문에, 논리규모가 복잡한 경우에 조차도 반도체소자의 게이트사용율을 증대시키고 그 결과 LSI의 신뢰성을 증대시킨다.

Claims (4)

  1. 반도체기판; 상기 반도체기판상에 배치된 적어도 한쌍의 p-형 MOS트랜지스터와 n-형 MOS트랜지스터 및 게이트전극배선을 갖는 복수개의 기본셀을 조합함으로써 구성되어 지는 논리셀; 상기 반도체기판상에 상기 논리셀을 포함하지 않는 여영역; 상기 여영역에 연설되는 상기 게이트전극배선의 연설부; 상기 여영역에서, 상기 게이트전극배선의 상기 연설부가 속하는 층과 다른 층에 배치된 배선부; 및 상기 게이트전극배선의 상기 연설부와 그것과 다른 층에 배치된 상기 배선부를 접속시키는 관통공 등을 구성하는 고밀도 집적회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기본셀이 게이트에레이방식으로 구성되는 고밀도 집적회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 다른 층의 배선부가 2층 이상에 배치되는 고밀도 집적회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 게이트 전극배선의 연설부가 통상의 게이트전극배선보다 폭이 넓은 고밀도 집적회로.
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