JPH0444359A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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- Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体集積回路に関し、特にマスタースライス
方式の半導体集積回路に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and particularly to a master slice type semiconductor integrated circuit.
従来の半導体集積回路は、機能ブロックの端子が、配線
層中の最下層の端子、すなわち第1層Affl配線層を
もっていた。最下層の配線層に機能ブロックの端子をも
たせることは、最下層と、上層の配線層を使用して自由
自在に配線を引きまわせることができる。ただ配線抵抗
やコンタクト抵抗7スルーホール抵抗、配線容量等の考
慮がされない。In conventional semiconductor integrated circuits, terminals of functional blocks have terminals in the lowest layer of wiring layers, that is, the first layer Affl wiring layer. By providing the terminals of the functional blocks in the lowest wiring layer, wiring can be routed freely using the lowest wiring layer and the upper wiring layer. However, no consideration is given to wiring resistance, contact resistance, through-hole resistance, wiring capacitance, etc.
しかし、論理回路の大規模化や高速1ヒに伴ない、動作
クロックの超高速対応か求められ、クロック・スキュー
が大きな問題となる。However, as logic circuits become larger in scale and become faster, ultra-high-speed operation clocks are required, and clock skew becomes a major problem.
スキューは、配線抵抗、容量、又コンタクト抵抗、スル
ーホール抵抗等により変化するため、これらの値を極力
小さな値になるよう配線系の配線をする必要がある。こ
の課眩を半導体のプロセスから来る制約すなわち各製造
工程における凹凸が残り、平坦化がむずかしく、平坦性
は各製造工程のはじめの方が平坦性がある。従って最下
層の配線が一番配線幅が狭くでき厚さも一番薄い上層の
配線はど幅は広く、厚さも厚くなる。単位面積当りの配
線容量も最下層が大きく、上層はど小さくなる。このよ
うな条件を、配線層を自動的に引きまわすCADツール
に対応しやすいように機能ブロックの端子データを最下
層より最上層にもってゆくことにより解決する。Since the skew changes depending on wiring resistance, capacitance, contact resistance, through-hole resistance, etc., it is necessary to arrange the wiring system so that these values are as small as possible. This glare is limited by the semiconductor process, that is, unevenness remains in each manufacturing process, making planarization difficult, and flatness is better at the beginning of each manufacturing process. Therefore, the wiring in the lowest layer has the narrowest wiring width, and the wiring in the upper layer has the smallest thickness. The wiring capacitance per unit area is also large in the bottom layer and small in the upper layer. This condition is solved by moving the terminal data of the functional block from the bottom layer to the top layer so that it can be easily supported by a CAD tool that automatically routes wiring layers.
上述した従来の半導体集積回路は、機能ブロックの端子
データが配線層中の最下層となっていた。論理回路の大
規模化、高速化に伴い、チップサイズは大型化し、また
配線層は3層配線等の多層化、微細化が進んでいる。従
って、機能ブロック間を接続する配線を信号が伝播する
遅延時間が大きくなって、高速設計を必要とする回路に
おいて設計余裕の少ない回路となるという問題点がある
。In the conventional semiconductor integrated circuit described above, the terminal data of the functional block is located in the lowest layer of the wiring layers. As logic circuits become larger and faster, chip sizes are becoming larger, and wiring layers are becoming more multi-layered, such as three-layer wiring, and becoming smaller. Therefore, there is a problem in that the delay time for signals to propagate through wiring connecting between functional blocks increases, resulting in a circuit that requires high-speed design with little design margin.
第2図(a)、(b)は従来の半導体集積回路の問題点
を説明するためのブロック図である。FIGS. 2(a) and 2(b) are block diagrams for explaining problems in conventional semiconductor integrated circuits.
第2図(a)に示すように、クロック・スキューの原因
はクロックドライブΦ1.Φ2により分岐したクロック
信号が、それぞれにつながる負荷の差と配線のRC時定
数の差である。クロックスキューの最大は、Φlのクロ
ックドライバーに最も近いゲートとΦ2のクロックドラ
イバーに最も遠いゲートへのクロック信号遅延の差であ
る。As shown in FIG. 2(a), the cause of clock skew is clock drive Φ1. The clock signals branched by Φ2 are the difference in the loads connected to each one and the difference in the RC time constant of the wiring. The maximum clock skew is the difference in clock signal delay from the gate closest to Φl's clock driver to the gate furthest from Φ2's clock driver.
この遅延差は第2図(b)に示すように、配線総抵抗R
Tと総容量C工による時定数の約0.7倍で現わされる
。As shown in Figure 2(b), this delay difference is calculated by the total wiring resistance R
It is expressed as approximately 0.7 times the time constant due to T and total capacitance C.
ここで、多層配線における配線抵抗と配線容量について
述べる。多層配線の最下層の配線は、拡散工程を終えた
次に来る工程であり、表面はプロセス上平坦化か進んで
いる。ここで、拡散と配線との接続を行なうコンタクト
孔をあけたり、コンタクト孔に配線をかぶせたりして配
線を引きまわすが、プロセス上相当配線幅を狭くする。Here, we will discuss wiring resistance and wiring capacitance in multilayer wiring. The wiring in the lowest layer of the multilayer wiring is the next step after the diffusion process, and the surface has been flattened due to the process. Here, the wiring is routed by drilling a contact hole for connecting the diffusion and the wiring, or by covering the contact hole with the wiring, but the wiring width is narrowed considerably due to the process.
例えば、1.0μmぐらいまで可能である。ただ、配線
の厚みは、1層配線品であれば1.0μmぐらいが一般
に使用されるが、06μmぐらいの厚さにおさえる必要
がある。これは、第2層、第3層と上層になるほど平坦
化がむずかしくなるからである。第2層の配線の厚さが
0.8μmで、第3層の配線の厚さが1,0μmという
使用例もある。従って、最上層の配線が一番低抵抗であ
り、最下層が一番高抵抗となる。For example, it is possible to have a thickness of about 1.0 μm. However, although the thickness of the wiring is generally about 1.0 μm for single-layer wiring products, it is necessary to keep the thickness to about 0.6 μm. This is because planarization becomes more difficult as the layer increases to the second and third layers. There is also an example of use in which the thickness of the second layer wiring is 0.8 μm and the thickness of the third layer wiring is 1.0 μm. Therefore, the wiring on the top layer has the lowest resistance, and the wiring on the bottom layer has the highest resistance.
次に、配線容量について述べると、配線層間の眉間絶縁
膜をはさんで、配線層間に静電容量Cを生ずる。最下層
Aρ配線と拡散層との間にCDI最下層Affl配線と
中層Aρ配線との間にC12、中層A!2配線と最上層
A!2配線との間にC23の各静電容量を生する。従っ
て最上層Af配線の容量C3は1 / C3” 1 /
Co 1+ 1 /” C1□+1/C23となり一
番小さく、最下層Aρ配線の容量C1は一番大きな値と
なる。Next, regarding the wiring capacitance, a capacitance C is generated between the wiring layers by sandwiching the glabella insulating film between the wiring layers. Between the lowest layer Aρ wiring and the diffusion layer, the CDI between the lowest layer Affl wiring and the middle layer Aρ wiring, and the middle layer A! 2 wiring and top layer A! A capacitance of C23 is generated between the two wirings. Therefore, the capacitance C3 of the top layer Af wiring is 1/C3" 1/
Co 1+ 1 /''C1□+1/C23, which is the smallest value, and the capacitance C1 of the lowest layer Aρ wiring has the largest value.
今、クロック配線長を20mm、最下層A(配線の抵抗
を40Ω/ mm、中層A!2配線の抵抗を30Ω/′
mm、7%上層Aρ配線の抵抗を20Ω/mm−A下層
A7配線の容量を0 、21 p F、/ll1m、中
層Af2配線の容量を0.13pF/問、最上層A℃配
線の容量を0.09pF/mm、ゲート電極の容量を0
.1pF/個として次段グー1−数を100個均等に並
んでいるとすると、最下層Aρ配線時にはRTIX 2
0mm=800Ω、CTl=0.21p F / nu
n X 20 mm + 0 、1 p F /個×1
00個14.2pFとなるのてクロック・スキューの最
大は約8nsにもなる。従って、大規模なLSI設計に
おけるクロ・7・り配分には注意か必要となる。Now, the clock wiring length is 20mm, the resistance of the bottom layer A (wiring is 40Ω/mm, the resistance of the middle layer A!2 wiring is 30Ω/')
mm, 7%The resistance of the upper layer Aρ wiring is 20Ω/mm-A The capacitance of the lower layer A7 wiring is 0, 21 pF, /ll1m, the capacitance of the middle layer Af2 wiring is 0.13 pF/question, the capacitance of the top layer A℃ wiring is 0.09pF/mm, the capacitance of the gate electrode is 0
.. Assuming that 1 pF/piece and 100 pieces of the next stage are evenly arranged, RTIX 2 is used when wiring the lowest layer Aρ.
0mm=800Ω, CTl=0.21p F/nu
n x 20 mm + 0, 1 pF / piece x 1
00 and 14.2 pF, so the maximum clock skew is about 8 ns. Therefore, care must be taken when allocating the circuits in large-scale LSI designs.
ここで、最上層Ag配線を設けたときにはRT。Here, when the top layer Ag wiring is provided, RT.
20Ω/ mm >、20mm=400Ω、(:tq−
0,09−ρF / tnrn\20tBra+0.1
pF/個\100個=11 8pFとなるので、クロッ
ク スキューは最大的3.3nsに押えられ、最下層A
β配線に比べて、クロック スキューは半分以下に押え
られる。20Ω/mm >, 20mm=400Ω, (:tq-
0,09-ρF/tnrn\20tBra+0.1
Since pF/piece\100 pieces=118pF, the clock skew can be suppressed to a maximum of 3.3ns, and the lowest layer A
Clock skew can be reduced to less than half compared to β wiring.
このように配線による遅延を極力小さくする必要があり
、そのため、低抵抗な配線、低容量な配線を設ける必要
がある。実際には、最上層に配線を設けることがよいが
、機能ブロフクの端子データが配線層中の最下層である
と、一般に配線のCADツールは、端子データのある最
下層で優先的に配線しようとして、配線が引ききれない
とその上の層を使って配線を実施しようとする。従って
、クロック系の配線については最上層の配線で引き囲わ
せるように、はじめより機能ブロックの端子データを最
上層の配線データをもたせるのがよい。In this way, it is necessary to minimize the delay caused by wiring, and for this reason, it is necessary to provide wiring with low resistance and wiring with low capacitance. In reality, it is better to provide wiring on the top layer, but if the terminal data of a functional block is on the bottom layer of the wiring layer, generally the wiring CAD tool will preferentially route the wiring on the bottom layer with the terminal data. As a result, if the wiring cannot be routed completely, an attempt is made to implement the wiring using the layer above it. Therefore, it is preferable that the terminal data of the functional block has the wiring data of the top layer from the beginning so that the clock system wiring is surrounded by the wiring of the top layer.
本発明の半導体集積回路は、複数の層に設けた配線層の
最上層の配線に接続して設けた機能ブロックの端子を有
する。The semiconductor integrated circuit of the present invention has a terminal of a functional block connected to the uppermost wiring of a wiring layer provided in a plurality of layers.
次に、本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.
第1図(a)、(b)は本発明の一実施例を示す平面図
及び部分断面拡大図である。FIGS. 1(a) and 1(b) are a plan view and an enlarged partial sectional view showing an embodiment of the present invention.
第1図(a)、(b)に示すように、実施例はCMO3
構成のインバータ回路の例を示し、P+型拡散層1とN
+型型数散層2多結晶シリコン層からなるゲート電極3
を有して構成したCMOSトランジスタ及びVDD配線
4、GND配線5を使用してインバータ回路を構成する
。最下層AA配線6、最上層Aρ配線8、ゲート電極3
上に設けたゲート電′Igi!3と最下層AJ配線6と
の間のスルーホール10a、最下層Aρ配線6と中層A
ρ配線7との間のスルーホール10b、中層Affl配
線7と最上層A1配!8との開のスルーホール10Cを
兼ねた兼ね合せコンタクト部10及び最上層Affl配
線8に接続した入力端子12、最下層Af配線6に接続
した出力端子13を有して機能ブロックが構成されてい
る。As shown in FIGS. 1(a) and (b), the example is CMO3
An example of an inverter circuit having the following configuration is shown, with P+ type diffusion layer 1 and N
+ type scattering layer 2 gate electrode 3 made of polycrystalline silicon layer
An inverter circuit is constructed using a CMOS transistor configured with a VDD wiring 4 and a GND wiring 5. Bottom layer AA wiring 6, top layer Aρ wiring 8, gate electrode 3
The gate voltage provided above is 'Igi! 3 and the bottom layer AJ wiring 6, the bottom layer Aρ wiring 6 and the middle layer A
Through hole 10b between ρ wiring 7, middle layer Affl wiring 7 and top layer A1! A functional block is constituted by a combination contact portion 10 which also serves as a through hole 10C open to the 8th layer, an input terminal 12 connected to the top layer Affl wiring 8, and an output terminal 13 connected to the bottom layer Affl wiring 6. There is.
兼ね合わせコンタクト部10は、コンタクトの埋め込み
技術や、平坦化技術など半導体プロセスの進歩により実
現するものであり、兼ね合わせコンタクト部10を使用
できない場合には、コンタクト、各スルーホールが重な
らないように徐々に上層まで配線を上げていく必要があ
るが、端子の近くに多くの配線層が密集して配線の制約
が多くなり、CADツールによる自動配線には不利とな
る。また、密集の具合によっては未配線を生ずることも
ある。The dual contact portion 10 has been realized through advances in semiconductor processes such as contact embedding technology and planarization technology.If the dual contact portion 10 cannot be used, it is necessary to prevent the contacts and through holes from overlapping each other. Although it is necessary to gradually raise the wiring to the upper layers, many wiring layers are crowded near the terminals, which increases the restrictions on wiring, which is disadvantageous for automatic wiring using a CAD tool. Furthermore, depending on the degree of crowding, unwired lines may occur.
第1図(b)に示すように、兼ね合わせコンタクト部1
0の断面がゲート電極3の上に垂直に積重ねて設けたス
ルーホール10a、10b、10Cから構成されている
場合には端子付近での配線の密集を防ぎ、CADツール
による自動配線に適する。As shown in FIG. 1(b), the double contact part 1
In the case where the cross section of 0 is composed of through holes 10a, 10b, and 10C vertically stacked on the gate electrode 3, it is possible to prevent wiring from crowding near the terminals and is suitable for automatic wiring using a CAD tool.
ここで、多層配線における配線抵抗と配線容量について
述べる。多層配線の最下層の配線は、拡散工程を終えた
次に来る工程であり表面はプロセス平坦化が進んでいる
。ここで、拡散と配線との接続を行なうコンタクトホー
ルをあけたり、コンタクトホールに配線をかぶせたりし
て配線を弓きまわすが、プロセス上相当配線幅を狭くす
る必要があり、例えば1.0μmぐらいまで可能である
。ただ配線の厚みは、1層配線品であれば1.0μmぐ
らいが一般に使用されるが、0.6μmぐらいの厚さに
おさえる必要がある。これは第2層、第3層と上層にゆ
くほど平坦化がむずかしくなるからである。第2層の配
線の厚さが0.8μm、第3層の配線の厚さが1.0μ
mという使用例もある。従って、最上層の配線が一番低
抵抗であり最下層が一番高抵抗となる。Here, we will discuss wiring resistance and wiring capacitance in multilayer wiring. The wiring in the lowest layer of the multilayer wiring is the next step after the diffusion process, and the surface has been flattened by the process. Here, a contact hole is made to connect the diffusion and the wiring, and the wiring is bent by covering the contact hole, but the wiring width needs to be narrowed by a considerable amount due to the process, for example, about 1.0 μm. It is possible up to However, the thickness of the wiring is generally about 1.0 μm for single-layer wiring products, but it is necessary to keep the thickness to about 0.6 μm. This is because planarization becomes more difficult toward the upper layers such as the second and third layers. The thickness of the second layer wiring is 0.8μm, and the thickness of the third layer wiring is 1.0μm.
There is also an example of the use of m. Therefore, the wiring on the top layer has the lowest resistance, and the wiring on the bottom layer has the highest resistance.
次に配線容量について述べると配線層間の眉間絶縁膜を
はさんで、配線層間に静電容量Cを生ずる。最下層A(
配線と拡散層との間にCD1.最下層Aで配線と中層A
J配線との間にC1□、中層Affl配線と最上層A!
2配線との間に02.の静電容量を生ずる。従って最上
層A(配線の容量C3は1 / C3−1/ Cot
+1 / C12+ 1 / C23となり一番小さく
、最下層A(配線の容量C1は一番大きな値となる。Next, regarding the wiring capacitance, an electrostatic capacitance C is generated between the wiring layers by sandwiching the glabellar insulating film between the wiring layers. Bottom layer A (
CD1. between the wiring and the diffusion layer. Wiring and middle layer A on the bottom layer A
C1□ between J wiring, middle layer Affl wiring and top layer A!
02 between the two wirings. produces a capacitance of Therefore, the capacitance C3 of the top layer A (wiring is 1/C3-1/Cot
+1/C12+1/C23, which is the smallest, and the capacitance C1 of the lowest layer A (the wiring has the largest value).
以上説明したように本発明は、マスタースライス方式の
半導体集積回路に関し、機能ブロックの端子データに配
線層中の最上層をもたせることにより、機能ブロック間
の配線に、配線層中の最上層又は最下層とその次の上位
層とを使用して接続することが可能となり、低抵抗て低
容量な配線が可能となり配線による信号の伝播遅延が小
さくでき、又、クロックラインで問題となるクロックス
キューも小さく押えられる効果がある。As explained above, the present invention relates to a master slice type semiconductor integrated circuit, and by providing the terminal data of functional blocks on the uppermost layer of the wiring layer, the wiring between the functional blocks can be connected to the uppermost layer of the wiring layer or the uppermost layer of the wiring layer. It is possible to connect using the lower layer and the next upper layer, which enables low resistance and low capacitance wiring, reduces signal propagation delay due to wiring, and also eliminates clock skew, which is a problem with clock lines. It has the effect of being held down small.
第1図(a)、(b)は本発明の一実施例を示す平面図
及び部分断面拡大図、第2図(a)(b)は従来の半導
体集積回路の問題点を説明するためのブロック図である
。
1・・・P+型拡散層、2・・・N1型拡散層、3・・
・ゲート電極、4・・・VDD配線、5・・・GND配
線、6・・・最下層Affl配線、7・・・中層Aff
l配線、8・・・最上層Aρ配線、10・・・兼ね合せ
コンタクト部、10a、10b、 10cm スルーホ
ール、12・・・入力端子、13・・・出力端子、21
・・・半導体基板、22・・・フィールド酸化膜、23
,24.25・・・層間絶縁膜、26・・・保護膜。FIGS. 1(a) and (b) are a plan view and an enlarged partial cross-sectional view showing one embodiment of the present invention, and FIGS. 2(a) and (b) are diagrams for explaining the problems of a conventional semiconductor integrated circuit. It is a block diagram. 1... P+ type diffusion layer, 2... N1 type diffusion layer, 3...
・Gate electrode, 4... VDD wiring, 5... GND wiring, 6... Bottom layer Affl wiring, 7... Middle layer Affl
l wiring, 8...Top layer Aρ wiring, 10...Double contact portion, 10a, 10b, 10cm through hole, 12...Input terminal, 13...Output terminal, 21
... Semiconductor substrate, 22 ... Field oxide film, 23
, 24.25... Interlayer insulating film, 26... Protective film.
Claims (1)
数の層に設けた配線層の最上層の配線に接続して設けた
機能ブロックの端子を有することを特徴とする半導体集
積回路。1. A semiconductor integrated circuit of master slice type, characterized in that it has a terminal of a functional block connected to the uppermost wiring of wiring layers provided in a plurality of layers.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15377490A JPH0444359A (en) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | Semiconductor integrated circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15377490A JPH0444359A (en) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | Semiconductor integrated circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0444359A true JPH0444359A (en) | 1992-02-14 |
Family
ID=15569847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15377490A Pending JPH0444359A (en) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | Semiconductor integrated circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0444359A (en) |
-
1990
- 1990-06-12 JP JP15377490A patent/JPH0444359A/en active Pending
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