JP2000277620A - 標準セル及びそれを用いた電源配線レイアウト方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の標準セル内部の電源端子には固定され
た第１層のパターンが電源供給配線を形成するように含
まれていたため、品種の設計時に標準セルへの電源供給
配線層を変更することが不可能であった。 【解決手段】 導体集積回路装置の基本機能回路を構成
する標準セルにおいて、標準セル内部の電源端子がコン
タクト層、コンタクトセル、及び不純物拡散層のいずれ
かで構成され、かつレイアウト設計時に電源供給配線を
敷設するための空き領域を内部に有することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】基本機能回路を構成した標準
セルを用いてセルベース方式で設計される半導体集積回
路装置、及びこの標準セルへの電源供給配線のパターン
をレイアウトする方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路装置の製造コストを削減
するには、配線の幅と間隔を縮めることにより、半導体
チップの面積を削減することが最も有効な手段の一つで
ある。

【０００３】従来の半導体製造プロセスでは、配線の材
質としてアルミニウムを用いることが一般的であった
が、近年の製造プロセスでは、配線を微細化するため
に、配線の材質にアルミニウムではなくタングステン等
を用いることが多く見られるようになってきた。しか
し、タングステンは、アルミニウムと比較して抵抗率が
高いため、配線長が長い信号配線として用いると配線遅
延が増大する問題がある。よって、タングステン層は最
下位層に割り当て、比較的配線長の短い信号配線に用い
られるのが一般的である。

【０００４】また、配線構造が多層化した近年の半導体
集積回路装置の製造プロセスでは、配線層間の層間膜を
平坦化するために、下位の層を薄く形成する必要があ
る。配線層を薄くすることにより、配線間の寄生容量を
低減し、ノイズの影響を抑える効果もある。しかし、配
線層が薄くなると、配線の抵抗は当然大きくなるという
問題がある。

【０００５】このように近年の製造プロセスでは、配線
の材質、配線膜の厚さの違いにより、下位の配線層ほど
配線の抵抗が大きくなる傾向が見られるようになってき
た。

【０００６】従来の製造プロセスでは、第１層にアルミ
ニウム材質で膜厚の十分な、すなわち抵抗の小さい層を
用いていた。よって、標準セルへの電源供給配線には第
１層が用いられ、第１層以外の層で電源供給配線を敷設
する必要性はなくなっている。

【０００７】従来の標準セルは、層が固定された電源端
子(Ｖ_DD端子とＧＮＤ端子)のパターンを標準セル内部に
有しており、標準セルへの電源供給配線は電源端子と同
一層で配線を敷設する必要があった。よって、標準セル
への電源供給配線を敷設する設計工程において、配線層
を変更することは不可能であった。また、標準セル内部
の電源端子の層を変更するには、標準セルのレイアウト
修正に膨大な工数が必要であった。

【０００８】図５に従来の標準セルの一般的なレイアウ
ト図を示す。これによれば、標準セル内部の電源端子に
電源供給配線を形成する固定された第１層のパターンを
予め作り込む手法で、標準セルへ十分な電源供給を行う
ことが可能である。

【０００９】詳しく述べると、符号５０３は、第１層で
形成された入力信号端子であり、コンタクト層５０８を
介してポリシリコン５０７に接続されている。５０４
は、第１層で形成された出力信号端子であり、コンタク
ト層５０８を介してＮ⁺不純物拡散領域５０５及びＰ⁺不
純物拡散領域５０６に接続されている。Ｎ型ＭＯＳトラ
ンジスタは、Ｎ⁺不純物拡散領域５０５とポリシリコン
５０７によって形成されている。Ｐ型ＭＯＳトランジス
タは、Ｐ⁺不純物拡散領域５０６とポリシリコン５０７
によって形成されている。Ｖ_DD端子５０１とＧＮＤ端子
５０２は、予め第１層（もしくは第２層以上の層）のパ
ターンを含むように形成されており、標準セルを配置す
ると隣接する標準セルの電源端子が互いに接続され電源
供給配線を形成するように作り込まれている。

【００１０】図５に示した従来の標準セルを配置した状
態を図６に示す。図６では、説明を簡略するためコンタ
クト層と第１層を表示し、それ以外の層を省略してい
る。６０４は各セルの枠である。標準セルへの電源供給
配線は、それぞれの標準セル内部の第１層電源端子（６
０１、６０２）を介して、隣接する互いのセルを接続す
るように形成されてしまう。よって、標準セルへの電源
供給配線を敷設する設計工程において、標準セル内部の
電源端子を形成する層とは異なる層に電源供給配線を変
更することは不可能であった。

【００１１】しかし、第１層配線の抵抗が高くなった近
年の製造プロセスでは、標準セルへの電源供給配線に第
１層を用いると、標準セルへ十分な電源を供給できない
問題が多く見られるようになってきた。また近年の半導
体回路装置に見られる消費電力の増大が、抵抗の高い第
１層では標準セルに十分な電源を供給できないという原
因にもなっている。

【００１２】よって、高消費電力の品種では、その消費
電力に応じて、標準セルへの電源供給配線の配線層を柔
軟に選択する必要が生じている。抵抗の高い第１層で電
源供給能力が不足する場合は、抵抗の低い第２層、また
はさらに抵抗の低い３層以上の層で標準セルへの電源供
給配線を敷設する処置が必要である。

【００１３】一方、低消費電力の品種では、抵抗の高い
第１層でも十分な電源を供給できる場合が少なくない。
標準セルへの電源供給配線を第１層で敷設することによ
り、第２層以上を使用する信号ネットの配線が電源供給
配線の妨げなく敷設できるメリットがある。

【００１４】特開平９−６４３１５号公報には、ゲート
アレイ方式の半導体集積回路装置において、第２層以上
の配線層を用いて基本セルへの電源を供給することが開
示されている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】このように、標準セル
への電源供給配線の層を品種の設計時に自由に選択して
敷設する必要が生じているが、従来の標準セル内部の電
源端子には、固定された第１層のパターンが電源供給配
線を形成するように含まれていたため、品種の設計時に
標準セルへの電源供給配線層を変更することが不可能で
あった。

【００１６】また特開平９−６４３１５号公報の構成で
は、第１層に電源供給配線を敷設することはできない。

【００１７】本発明は、上記の問題を解決することを目
的とし、品種の設計時に標準セルへの電源供給配線層を
自由に選択することが可能な標準セル構造と、電源供給
配線のレイアウト方法を提供するものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、導体集積回路
装置の基本機能回路を構成する標準セルにおいて、標準
セル内部の電源端子がコンタクト層、コンタクトセル、
及び不純物拡散層のいずれかで構成され、かつレイアウ
ト設計時に電源供給配線を敷設するための空き領域を内
部に有することを特徴とする。

【００１９】すなわち従来の標準セルでは、品種毎に標
準セルへの電源供給配線の配線層が異なる設計に対応す
るためには、電源端子を構成する配線層が異なる標準セ
ルを何通りも設計し品種の設計前に用意する必要があっ
た。例えば、品種Ａでは電源供給配線を第１層で敷設
し、品種Ｂでは第２層で敷設し、品種Ｃでは第３層で敷
設する設計を行う場合、標準セルは、電源端子を第１層
で構成するシリーズ、第２層で構成するシリーズ、第３
層で構成するシリーズと、計３シリーズを設計し用意す
る必要があった。

【００２０】これに対して本発明によれば、電源供給配
線を自由に選択可能な標準セルを用いることにより、１
シリーズで品種Ａ、品種Ｂ、品種Ｃの設計に対応でき
る。

【００２１】さらに本発明レイアウト方法は、上記の標
準セルを用いて半導体集積回路装置を設計する際、電源
供給配線を敷設する設計工程において、標準セルへの電
源供給配線のパターンを第１層または第２層以上の所望
の層で標準セル領域上に形成することを特徴とする。

【００２２】これにより、セルベース方式で設計される
半導体集積回路装置において、標準セルへの電源供給配
線の金属配線層を自由に選択し敷設することが可能にな
る。

【００２３】以下では、高電位な電源電位をＶ_DD、接地
電位をＧＮＤ、高電位な電源電位と接地電位を含めて電
源と記す。また、金属配線層を配線層、第１金属配線層
を第１層、第２金属配線層を第２層、第３金属配線層を
第３層と記す。

【００２４】本発明の特徴は、標準セルへの電源供給配
線を敷設する設計工程において配線層を自由に選択する
ことが可能な標準セルの構造と、標準セルへの電源供給
配線パターンを電源供給配線を敷設する設計工程におい
て所望の配線層で発生させるレイアウト手法にある。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１に本発明の第１の実施の形態
による標準セルの構造を示し、３入力ＮＯＲを構成した
場合の一例である。図２は、図１の標準セルを配置した
レイアウト図を示す。

【００２６】本発明の特徴は、電源端子（Ｖ_DD端子１０
１とＧＮＤ端子１０２）の構成にある。電源供給配線を
形成するための固定された配線層のパターンを含まない
ように電源端子を構成することが第１の特徴である。

【００２７】図１は電源端子をコンタクト層１０８で構
成した例である。電源端子に電源供給配線を形成するた
めの固定された配線層のパターンを含ませないことによ
り、標準セルの配置後に、配線層を自由に選択して電源
供給配線を敷設することが可能となっている。

【００２８】図１において、符号１０３は入力信号端子
であり、第１層で形成され、コンタクト層１０８を介し
てポリシリコン１０７に接続されている。１０４は出力
信号端子であり、第１層で構成され、コンタクト層１０
８を介してＮ⁺不純物拡散領域１０５及びＰ⁺不純物拡散
領域１０６に接続されている。

【００２９】Ｎ型ＭＯＳトランジスタは、Ｎ⁺不純物拡
散領域１０５とポリシリコン１０７によって形成されて
いる。Ｐ型ＭＯＳトランジスタは、Ｐ⁺不純物拡散領域
１０６とポリシリコン１０７によって形成されている。

【００３０】Ｖ_DD端子１０１とＧＮＤ端子１０２は、電
源供給配線を形成する配線層のパターンを含まず、コン
タクト層だけで構成されている。また、電源供給配線を
敷設するための空き領域１１０を標準セル内部に有す
る。

【００３１】図１の本発明の標準セルを配置した状態を
図２に示す。図２では、説明を簡略するため、コンタク
ト層と第１層を表示し、それ以外の層を省略している。
図２において、２０４は各セルの枠である。配置を完了
した段階では、電源端子（Ｖ _DD端子２０１、ＧＮＤ端子
２０２）は第１層のパターンを含まず、コンタクト層２
０３で構成されているため、標準セルへの電源供給配線
のパターンは発生していない。電源供給配線のパターン
は、配置後に所望の配線層を選択して敷設することにな
る。

【００３２】次に本発明の第２の実施の形態を説明す
る。図３は、標準セルへの電源供給配線を第１層で敷設
した例である。３０５が第１層で敷設したＶＤＤ供給配
線であり、コンタクトホール３０３で形成されるＶＤＤ
端子３０１に接続されている。３０６が第１層で敷設さ
れたＧＮＤ供給配線であり、コンタクトホール３０３で
形成されるＧＮＤ端子３０２に接続されている。図６に
示した従来の配置では、それぞれのセルを接続する第１
層の電源供給配線がセル内部の電源端子で形成されてい
るのに対して、本発明の配置を示す図３では、それぞれ
のセルを接続する第１層の電源供給配線がセルの外部に
存在することになる。

【００３３】図４は、本発明の第３の実施の形態を示し
ている。この例は、標準セルへの電源供給配線を、第１
層ではなく、第２層で敷設した例である。４０５が第２
層で敷設したＶＤＤ供給配線であり、第２層−第１層間
のビア４０７を介して、コンタクトホール４０３で形成
されるＶＤＤ端子４０１に接続されている。４０６が第
２層で敷設したＧＮＤ供給配線であり、第２層−第１層
間のビア４０７を介して、コンタクトホール４０３で形
成されるＧＮＤ端子４０２に接続されている。このよう
に、第１層以外の層で標準セルへの電源供給配線を敷設
することが、標準セルのレイアウト修正なしに、容易に
実現可能である。もちろん、第３層以上の層で標準セル
に電源を供給することも可能である。

【００３４】以上のように、標準セルへの電源供給配線
のパターンを、セル内部に固定された層で持たせず、電
源供給配線を敷設する設計工程において所望の層で発生
させるレイアウトが可能である。

【００３５】第１層が材質、膜厚の違いにより抵抗が高
い場合、高消費電力の品種では、標準セルの電源供給配
線を第１層で敷設すると電源供給能力が不足する。この
ような場合、標準セルへの電源供給配線は第２層以上で
敷設する必要があり、本発明の標準セルを用いることに
より、容易に所望の配線層を選択して電源供給配線を敷
設することが可能となる。

【００３６】また、標準セルへの電源供給配線を第２層
以上で敷設することにより、チャネル領域に敷設された
信号配線から標準セル内部の信号端子への接続が容易と
なる。図７は、Ｖ_DD供給配線７０１及びＧＮＤ供給配線
７０２からなる標準セルへの電源供給配線を第２層で敷
設し、配線チャネル領域７０３に敷設された第１層の信
号配線７０４が、標準セル内の第１層信号端子７０５に
接続した状態を示した図である。図７の破線部で示すよ
うに、電源供給配線が第２層で敷設されているため、配
線チャネルに敷設された第１層信号配線は配線層を切り
替えることなく標準セル内の端子に接続することが可能
となり、端子への接続が容易となり配線性向上の効果が
得られる。

【００３７】図８に本発明での標準セルを用いたレイア
ウト設計フローの一例を示す。まず、図１に示した標準
セルのレイアウト情報８０１と、品種の接続情報を持つ
ネットリスト８０２を入力として、フロアプラン処理８
０３を行う。

【００３８】次に、標準セルの配置処理８０４を行う。
配置を完了したレイアウトが図２である。配置が完了し
た段階では、各セルの電源端子を接続する電源供給配線
のパターンは発生していない。電源供給配線は標準セル
の配置後に所望の配線層で敷設することになる。なお、
図６に示した従来例では、配置が完了した段階で、標準
セル内部の第１層の電源端子で電源供給配線が形成され
てしまうため、電源供給配線の配線層を変更することが
できなかった。

【００３９】ついで、標準セルの配置後、標準セルへの
電源供給配線の配線層を選択する（８０５）。標準セル
の配置が完了した段階では、標準セルに電源供給配線が
敷設されていないため、ここにおいて自由に電源供給配
線の層を選択することができる。

【００４０】次に、選択した配線層で標準セルへの電源
供給配線を敷設する。８０６が第１層を選択する場合、
８０７が第２層を選択する場合、８０８が第Ｎ層（Ｎは
３以上の整数）を選択する場合である。

【００４１】第１層で電源供給配線を敷設した例が図３
である。図３は、従来セルで配置を完了した図６と同等
のレイアウトとなる。図６ではそれぞれのセルを接続す
る第１層の電源供給配線がセル内部の電源端子で形成さ
れているのに対して、図３ではそれぞれのセルを接続す
る第１層の電源供給配線がセルの外部に存在することに
なる。第２層で電源供給配線を敷設した例が図４であ
る。もちろん、第３層以上の層を選択して電源供給配線
を敷設することも可能である。

【００４２】電源供給配線を敷設後、信号ネットの配線
処理８０９を行い、チップのレイアウトデータ８１０が
完成することになる。

【００４３】標準セルの電源端子構造の他の例を図９、
図１０に示す。

【００４４】図９は、電源端子（Ｖ_DD端子９０１、ＧＮ
Ｄ端子９０２）をコンタクトセル９０３で構成した例で
ある。コンタクトセルとは、第１層、コンタクト層、及
び不純物拡散層を含む階層である。

【００４５】図１０は、電源端子（Ｖ_DD端子１００１、
ＧＮＤ端子１００２）を不純物拡散層の一部１００３に
割り当てた例である。この場合、電源供給配線を敷設す
るときに、コンタクト層（またはコンタクトセル）を発
生させて、電源供給配線と不純物拡散層を接続すること
になる。

【００４６】以上のように、本発明の標準セルを用いて
電源供給配線を所望の層で敷設することにより、設計の
自由度を拡大することができる。

【００４７】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
標準セルへの電源供給配線の配線層を自由に選択して敷
設することができるため、電源供給配線レイアウトの自
由度が拡大する。

【００４８】例えば、第１層が材質、膜厚の違いにより
抵抗が高い場合、高消費電力の品種では、標準セルの電
源供給配線を第１層で敷設すると電源供給能力が不足す
るが、本発明によれば、抵抗の低い第２層以上で標準セ
ルへの電源供給を敷設できるので、回路動作の性能を向
上させることができる。

【００４９】また、標準セルへの電源供給配線を第２層
以上で敷設することにより、配線チャネル領域に敷設さ
れた第１層信号配線から標準セル内部の第１層信号端子
への接続が配線層を切り替えることなく行えるため、信
号配線から信号端子への配線性が向上し、ひいては半導
体チップのサイズを縮小し、製造コストを低減すること
ができる。

【００５０】さらに低消費電力の品種において、抵抗の
高い第１層で標準セルへの電源供給配線を敷設しても電
源供給能力が十分な場合は、電源供給配線を第１層で敷
設することにより、電源供給配線が第２層以上の信号ネ
ットの妨げにならず、信号ネットの配線性の低下を抑え
ることができる。

【００５１】さらに本発明のレイアウト方法によれば、
標準セルの設計工数削減が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による標準セルの構
造を示す平面図。

【図２】図１の標準セルを配置した状態を示す平面図。

【図３】図２の配置に第１層の電源供給配線を敷設した
状態を示す平面図。

【図４】図２の配置に第２層の電源供給配線を敷設した
状態を示す平面図。

【図５】従来の標準セルの構造を示す平面図。

【図６】図５の標準セルを配置した状態を示す平面図。

【図７】図４に信号ネットを敷設した状態を示す平面
図。

【図８】本発明のレイアウト方法の工程フロー図。

【図９】標準セルの電源端子構造の他の例を示す平面
図。

【図１０】標準セルの電源端子構造のさらに他の例を示
す平面図。

【符号の説明】

１０１ Ｖ_DD端子（コンタクト層） １０２ ＧＮＤ端子（コンタクト層） １０３ 入力信号端子（第１層） １０４ 出力信号端子（第１層） １０５ Ｎ⁺不純物拡散層 １０６ Ｐ⁺不純物拡散層 １０７ ポリシリコン層 １０８ コンタクト層 １０９ セル枠 １１０ 電源供給配線を敷設するための空き領域 ２０１ Ｖ_DD端子（コンタクト層） ２０２ ＧＮＤ端子（コンタクト層） ２０３ コンタクト層 ２０４ セル枠 ３０１ Ｖ_DD端子（コンタクト層） ３０２ ＧＮＤ端子（コンタクト層） ３０３ コンタクト層 ３０４ セル枠 ３０５ Ｖ_DD供給配線（第１層） ３０６ ＧＮＤ供給配線（第１層） ３０７ 不純物拡散層 ４０１ Ｖ_DD端子（コンタクト層） ４０２ ＧＮＤ端子（コンタクト層） ４０３ コンタクト層４０４ セル枠 ４０５ Ｖ_DD電源供給配線（第２層） ４０６ ＧＮＤ電源供給配線（第２層） ４０７ 第２層−第１層間ビア ４０８ 第１層 ４０９ 不純物拡散層 ５０１ Ｖ_DD端子（第１層） ５０２ ＧＮＤ端子（第１層） ５０３ 入力信号端子（第１層） ５０４ 出力信号端子（第１層） ５０５ Ｎ⁺不純物拡散層 ５０６ Ｐ⁺不純物拡散層 ５０７ ポリシリコン層 ５０８ コンタクト層 ５０９ セル枠 ６０１ Ｖ_DD端子（第１層） ６０２ ＧＮＤ端子（第１層） ６０３ コンタクト層 ６０４ セル枠 ７０１ Ｖ_DD供給配線（第２層） ７０２ ＧＮＤ供給配線（第２層） ７０３ 配線チャネル領域 ７０４ 信号配線（第１層） ７０５ 信号端子（第１層） ９０１ Ｖ_DD端子（コンタクトセル） ９０２ ＧＮＤ端子（コンタクトセル） ９０３ コンタクトセル １００１ Ｖ_DD端子（不純物拡散層） １００２ ＧＮＤ端子（不純物拡散層） １００３ 不純物拡散層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5B046 AA08 BA06 5F038 CA02 CD02 CD12 DF11 EZ09 5F064 AA04 DD19 DD34 EE23 EE25 EE26 EE27 EE42 EE52 HH06

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体集積回路装置の基本機能回路を構
   成する標準セルにおいて、標準セル内部の電源端子がコ
   ンタクト層、コンタクトセル、及び不純物拡散層のいず
   れかで構成され、かつレイアウト設計時に電源供給配線
   を敷設するための空き領域を内部に有することを特徴と
   する標準セル。
2. 【請求項２】 請求項１記載の標準セルを用いて設計さ
   れた半導体集積回路装置。
3. 【請求項３】 内部の電源端子がコンタクト層、コンタ
   クトセル、及び不純物拡散層のいずれかで構成され、か
   つレイアウト設計時に電源供給配線を敷設するための空
   き領域を内部に有する標準セルを配置して電源供給配線
   を敷設する設計工程において、前記標準セルへの電源供
   給配線のパターンを第１層または第２層以上の所望の層
   で標準セル領域上に形成することを特徴とするレイアウ
   ト方法。