JP3060609B2 - 集積回路の配線設計方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集積回路の配線方法に
利用する。

【０００２】本発明は、特に、スタンダードセル方式に
おけるセル列間のチャネル配線領域の配線に対し、セル
列を構成するセルの端子位置の変更と、セル列間に適用
されるチャネル配線方法を改善し、高密度なレイアウト
を求めるチャネル配線処理に関する。

【０００３】

【従来の技術】スタンダードセル方式ＬＳＩのレイアウ
ト設計の配線設計段階で用いられるチャネル配線法は、
図２に示すような処理フローに従う。各ステップの説明
の前に、従来のチャネル配線法が対象とするチャネル配
線領域について説明する。

【０００４】チャネル配線法は、図３に示すようなセル
によって構成されるセル列の間のチャネル配線領域を対
象とする。セルの外形は矩形で、各セルの高さがほぼ同
一であり、端子がセル外形上に位置している。セル内の
レイアウト設計にはポリ層および第１メタル層を用いて
おり、セル内のほぼ全領域に渡って存在する。そのた
め、セル内をポリ層および第１メタル層に対する配線禁
止とし、垂直方向に第２メタル層のフィードスルー配線
のみが通過可能とする。チャネル配線法は、このような
セルから成るセル列に挟まれたチャネル配線領域（図
４）を対象としている。チャネル配線領域内には配線禁
止領域は存在せず、チャネル領域の上辺及び下辺には、
セル列を構成するセルの高さの違い、および、セルの配
線禁止領域による凹凸が存在する。セルの端子は全てセ
ル外形上に位置し、ポリ層または第２メタル層である。
図３及び図４では、ポリ層の端子をｘ，第２メタル層の
端子を白丸（○）で表している。配線層は、幹線方向に
第１メタル層または第３メタル層を用い、支線方向には
ポリ層または第２メタル層を用いる。

【０００５】チャネル配線は次の７つのステップ：Ｓ１
１〜Ｓ１７で処理する。

【０００６】Ｓ１１：（前処理）チャネル領域の外形，
配線禁止領域，端子データなどの設定を行う。

【０００７】Ｓ１２：（ポリ層の支線乗せ替え）ポリ層
の端子から配線されるポリ層の配線長を短くするため、
可能な限り、ポリ層の配線を第１メタル層更に第２メタ
ル層へと乗せ替える。

【０００８】Ｓ１３：（ネット分割）多端子のネット
を、端子位置に基づいて、左端に位置する端子から右方
向へ順番に２端子のペア（サブネット）に分割する。以
下の処理ではサブネットを配線する際の単位として考え
る。

【０００９】Ｓ１４：（上下制約グラフ作成）各配線層
の配線、及び、配線層間に設けるスルーホールの間に設
定されたデザインルールに基づいて、各サブネット間に
生じる上下制約を表す上下制約グラフを作成する。

【００１０】Ｓ１５：（制約ループ解除）Ｓ１４で作成
した上下制約グラフにおいて、閉ループが存在すると
き、サブネットを幹線支線方法で配線することは不可能
である。そこで、ループを構成しているサブネットに注
目し、そのサブネットを２つのサブネットに分解し、制
約ループを解消する。このとき、多くのループに含まれ
ているサブネットから分解の候補とする。

【００１１】Ｓ１６：（トラック割り当て）あらかじめ
設定されたグリッド間隔のトラックにサブネットを割り
当てる。トラックに割り当てる際に考慮すべき条件（制
約グラフ上での深さ等）に従い、サブネットに重みを設
定し、最長経路法によりトラックに割り当てるサブネッ
トを決定する。この際、パラメータにより、重みを変更
することができる。各サブネットに接続するポリ層の端
子の個数、及び、位置（チャネルの上辺または下辺）を
考慮したパラメータにより、ポリ層による配線の短縮化
を目指したトラック割り当てを行うことが可能である。
また、チャネルに凹凸がある場合、凹領域に割り当て可
能なサブネットを優先して割り当てる。

【００１２】Ｓ１７：（後処理）チャネルの左右端から
出て行く配線の処理、及び、レイアウトデータへの変換
などを行う。終了。

【００１３】このようにして、セル列間のチャネル配線
領域に対してチャネル配線法を適用し、配線設計を行
う。図５に示すようなチャネル領域に対して適用した結
果を図６に示す。図６において、第１メタル層，第２メ
タル層，第３メタル層の配線をそれぞれｘ方向の波線、
ｙ方向の点線、ｘ方向の実線によって表しスルーホール
を矩形で表している。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】配線設計で用いられる
従来のチャネル配線法では、セルの外形上に端子が存在
するようなセル列によって定義されるチャネル領域に対
して適用できる。すなわち、チャネル領域の上辺および
下辺にのみ端子が位置し、チャネル領域内に禁止領域が
存在しないような領域に対して与えられた結線要求を満
足するように配線を行う。このとき、図６に示したよう
にセル上の領域を通過するような配線は行わない。その
ため、セル内のレイアウト設計に用いてない配線層の使
用が可能となった場合にも、セル上を配線に使用するこ
とが不可能であり、セル上を通過できる配線層があるに
も拘らずセル上の領域を配線に使用できず配線領域を削
減できないという問題がある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の矩形セ
ルからセル列が構成され、複数のセル列がチャネル領域
を挟んで配設されている集積回路の配線設計方法におい
て、矩形セルを構成するための配線をこの矩形セル内の
複数の配線層を用いてレイアウトし、複数の配線層の最
下層のセル外形部に複数の矩形セルを接続するための第
１の端子を設け、複数の配線層の最上層のチャネル領域
に隣接しない部分に複数の矩形セル同士を接続するため
の第２の端子を設け、複数の矩形セルを接続するための
配線を前記セル列内の領域であって前記第２の端子と前
記チャネル領域との間の領域にレイアウトすることを特
徴とする。

【００１６】また、矩形セルの複数の配線層の最上層の
配線層に矩形セル上を通過する配線をレイアウトしても
よい。

【００１７】

【作用】セル設計手段はセルの端子をセル中央に設け、
中央の端子とセル外形との間の領域をセル内で用いてい
ない配線層による配線が通過できるようにする。これに
より、セル列に挟まれたチャネル領域のみではなく、セ
ル上も配線領域とすることができ、セル列間に必要とな
るチャネル領域の面積を削減することが可能となる。

【００１８】

【実施例】本発明について図面を参照して説明する。

【００１９】図７は本発明の一実施例を表した処理フロ
ーである。図１は本発明の実施例のチャネル配線法が適
用されるセルの構造例である。

【００２０】先ず、実施例における配線層の使用方法，
セルの構造について説明し、次に、処理フローについて
述べる。

【００２１】配線層として、ポリ層，第１メタル層，第
２メタル層，第３メタル層を仮定する。ポリ層と第２メ
タル層はｙ方向、第１メタル層と第３メタル層はｘ方向
の配線に用いる。ここでは、各配線層グリッドを仮定し
た配線方式について考える。ポリ層，第１メタル層，第
２メタル層，第３メタル層のグリッド間隔をそれぞれｇ
０，ｇ１，ｇ２，ｇ３で表し、配線グリッド間隔をｇ０
＝ｇ２，ｇ３＝α・ｇ１と設定する。ここで、αは１以
上の定数である。

【００２２】ポリ層と第１メタル層の間の接続はコンタ
クトを設定することによって行う。第ｉメタル層と第
（ｉ＋１）メタル層の間は第ｉスルーホールの設定によ
って接続される（１≦ｉ≦２）。コンタクトおよびスル
ーホールは接続する２つの配線層のグリッドの交点に設
定する。

【００２３】セルの構造は、図１に示すように、配線禁
止領域の飛び出しのために凹凸を持った外形となってい
る。セルのレイアウト設計には第３メタル層を用いない
ものとする。端子はセル外形上の他にセルのほぼ中央に
も位置する。セルの中央に位置する端子をセル中央端子
と呼ぶ。図１ではセル中央端子を黒丸（●）によって表
している。セル中央端子層は第１メタル層，第２メタル
層である。第１メタル層のセル中央端子に対して、端子
位置に第１メタル層と第２メタル層を接続するためのス
ルーホールが設定可能である。また、第１メタル層の端
子はセル外形上にポリ層の等電位端子を持つ。

【００２４】セル上において、第３メタル層の配線は第
３メタル層のグリッド上を自由に通過可能である。第２
メタル層の配線に関しては、セル内に存在する第２メタ
ル層の配線禁止領域を避けて行わなければならない。

【００２５】上述したセルに基づいて定義される配線領
域として、図８のようなチャネル領域を考える。ｘ方向
には第１メタル層，第３メタル層，ｙ方向にはポリ層，
第２メタル層の配線を用いる。

【００２６】チャネル配線法が対象とする配線領域は、
チャネル領域内（すなわち、セル以外の領域）のみを配
線対象領域とする従来のチャネル配線法とは異なる。セ
ル上通過配線を行うチャネル配線法では、セル中央端子
の位置から上部と下部を、ｘ方向の配線に第３メタル層
を使用する配線領域として扱う。セル内の配線領域部分
では、ｘ方向を第３メタル層、ｙ方向に第２メタル層を
用いる。セル上を通過する第３メタル層配線のグリッド
間隔は、チャネル領域（セル上を除く領域）での第３メ
タル層のグリッド間隔とは独立に設定できる。このよう
なセル内の領域の一部を含む拡張したチャネル領域を一
括して処理する。セル内の領域を含む拡張したチャネル
配線領域を拡張チャネル領域と呼ぶ。

【００２７】ｘ方向の配線に用いる第１メタル層，第３
メタル層のグリッドをトラックと呼ぶ。特に、セル内の
トラック（第３メタル層のグリッド）をセル上トラック
と呼ぶ。ｙ方向の配線に用いられるポリ層，第２メタル
層，第４メタル層のグリッドをカラムと呼び、セル内の
部分（第２メタル層と第４メタル層のグリッド）をセル
上カラムと呼ぶ。

【００２８】図７に示した処理フローにおいて、引き出
し処理Ｓ２とセル上通過配線を含むトラック割り当てＳ
７を除いた他のステップの処理内容は図２に示した従来
のものと同様である。以下では、引き出し処理Ｓ２とセ
ル上通過配線を含むトラック割り当てＳ７について説明
する。

【００２９】引き出し処理Ｓ２では、セル内に存在する
第２メタル層の配線禁止領域を迂回し、セル中央端子か
ら配線を引き出す処理を行っている（図９参照）。禁止
領域に妨害されているセル中央端子に対して、直線状の
第２メタル層配線によってセル外形まで到達できる位置
を探索する。

【００３０】引き出し処理は、全てのセル中央端子から
の引き出し処理（すなわち、全ての端子への配線）を行
うために、次の（１），（２）の機能を実現している。

【００３１】（１）引き出し方向の選択：端子を含むセ
ル上カラムｃにおいて、禁止領域Ｒがｃと交わるとき、
Ｒの左右どちらに引き出すかの判断を柔軟に行う。

【００３２】（２）セル上トラックの選択：配線禁止領
域の形状を考慮して引き出し処理に使用するセル上トラ
ックの選択を柔軟に行う。

【００３３】図９（ａ）において、セル中央端子ａ，ｂ
が位置するセル上カラムｃａ，ｃｂと禁止領域Ｒが交差
し、端子位置と領域Ｒの間にはセル上トラックが１つの
みである。この場合、ａの引き出し方向としては領域Ｒ
の左側、端子ｂに対しては右側を選択しなければならな
い。

【００３４】図９（ｂ）において、セル中央端子ａ，
ｂ，ｃが位置するセル上カラムをそれぞれｃａ，ｃｂ，
ｃｃとする。カラムｃａ〜ｃｃが禁止領域Ｒと交差して
いるため、端子ａと領域Ｒの間のセル上トラックはＴ
１，Ｔ２の２つ、端子ｂとｃに対してはＴ１のみとなっ
ている。このとき、端子ａ，ｂ，ｃに対する引き出しに
はそれぞれセル上トラックＴ２，Ｔ１，Ｔ１を使用し、
更に端子ａ，ｂは領域Ｒの左側、端子ｃは右側としなけ
ればならない。

【００３５】上述のように、禁止領域によって引き出し
配線が妨害されているようなセル中央端子に対して、端
子と禁止領域の位置関係などを考慮することにより、適
切な引き出し方向とセル上トラックを選択し、セル中央
端子からの引き出し処理を行う。

【００３６】セル上通過配線を含むトラック割り当てＳ
７では、各ネットの幹線方向の配線を行うトラックと配
線層を決定する。このとき、セル上を通過する領域で
は、割り当て可能なトラックは第３メタル層のトラック
のみであり、第２メタル層の配線禁止領域が存在するこ
とを考慮したトラック割り当てを行う。

【００３７】図５に示す配線領域に対する配線を考え
る。図６に従来の方法により求めた配線結果を示す。図
５でのセル外形上の端子位置をｙ方向にセル内へ移動し
た拡張チャネル配線領域に対して、本発明の方法によっ
て求めた配線結果を図１０に示す。従来の方法ではセル
上を配線領域として用いてないので、チャネル領域には
２本のトラックを必要としている。一方、本発明の方法
ではセル上に第３メタル層の配線を行っているため、チ
ャネル領域にはトラックが不要である。また、本発明の
配線法を従来の配線法と比較した結果を表１に示す。こ
こで、配線する際の各配線層のグリッド間隔の関係はα
＝β＝１．５であり、セル上を通過する第３メタル層の
グリッドに関してはα＝２としている。表１より、本発
明の配線法による配線結果では従来の配線法による結果
よりもサイズが１１％〜１３％減少している。

【００３８】

【表１】

【００３９】次に、実施例２について説明する。実施例
２では、本発明の配線法をポリ層、第１メタル層〜第４
メタル層の配線層を用いて配線することを考える。本発
明の実施例２を表す処理フローを図１１に示す。ここ
で、４層に対するトラック割り当てＳ３７を除く他のス
テップの処理は上述の実施例１と同様である。

【００４０】４層に対するトラック割り当てＳ３７につ
いて説明する。

【００４１】第４メタル層はｙ方向の配線に用い、セル
上も通過可能である。第４メタル層のグリッド間隔をｇ
４で表すと、ｇ４＝β・ｇ２とする。

【００４２】ここで、βは１以上の定数である。

【００４３】セル上通過配線を行う場合には、チャネル
領域内の第３メタル層トラックに加え、第３メタル層に
よるｙ方向の配線のみに用いられるセル上の第４メタル
層トラック分が増加する。

【００４４】サブネットの端子に接続するｙ方向の配線
層の一方でもポリ層が存在すれば、そのサブネットのｘ
方向の配線は第１メタル層でのみ配線可能となる。一
方、端子に接続するｙ方向の配線層が第４メタル層なら
ば、そのサブネットは第３メタル層のトラック上で配線
しなければならない。端子に接続するｙ方向の配線層が
第４メタル層であるようなサブネットに関しては、第３
メタル層のトラックに優先的に割り当てを行う。

【００４５】本発明の配線方法では、拡張チャネル領域
内のトラックに対して、トラックの配線層およびネット
の端子に接続するｙ方向の配線層を考慮し、第１メタル
層と第３メタル層のトラックを有効に活用するようにネ
ットのｙ方向の配線を割り当てる。

【００４６】第４メタル層の配線は、セル内の設計に第
３メタル層，第４メタル層を用いていないことから、セ
ル内の構造に関係なく、セル内の第４メタル層のグリッ
ド上を自由に通過可能である。従って、第４メタル層に
よるフィードスルー配線を自由に行うことが可能とな
る。従来は第２メタル層により、セル内の配線禁止領域
を避けて実現していたため、設定できるフィードスルー
が少なく、フィードスルー配線を行うために多くのフィ
ードスルーセルの挿入が必要であった。本発明の配線方
法では、セル上を通過する第４メタル層の配線が可能な
ので、セル内に第４メタル層を用いて通過可能なフィー
ドスルーは十分な本数が設定可能となり、フィードスル
ーセルの挿入が不要となる。セル列の長さをＬ，フィー
ドスルーセルの横幅をｆ，従来の配線法で１つのセル列
に挿入されるフィードスルーセル数をｎとすれば、従来
の配線法ではｎ・ｆだけセル列の長さが増加し、全体の
サイズが増加する。今、Ｌ＝１００，ｆ＝１，ｎ＝１０
とすれば、本発明の配線法ではセル列の長さは１００だ
が、従来の配線法では１１０となる。本発明の配線法で
は従来の配線法に比べ１０％もセル列の長さを短縮でき
る。

【００４７】次に、実施例３について説明する。上述し
たセル構造において、第１メタル層のセル中央端子には
セル外形上にポリ層の等電位端子が設定されている。

【００４８】配線処理の前処理において、第１メタル層
のセル中央端子ではなく、セル外形上のポリ端子を結線
すべき端子であると設定しておく。こうすることによ
り、第１メタル層のセル中央端子上を第２メタル層の配
線が通過可能となる。従来のセル構造では、たとえ等電
位のポリ層端子を配線する対象に設定しても、端子層が
第２メタル層であるため、その端子位置の上を第２メタ
ル層の配線は通過不可能であった。このように、第２メ
タル層の配線を妨害することなく、ポリ層の端子を用い
た配線が可能となる。第２メタル層の配線をフィードス
ルー配線に用いるような設計を行う場合には、実施例２
で述べたようにセル列の長さの増加を抑制することがで
きる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、セルの
端子をセル中央に設定することによってセル上を通過配
線可能な領域にすることができる。そして、セル上の領
域をチャネル配線領域と併合し一括して配線処理するこ
とにより、マクロのサイズを約１１％以上削減すること
が可能である。更に、セル外形上に第１メタル層のセル
中央端子と等電位のポリ層の端子を設けることにより、
セル上を通過できる第２メタル層のフィードスルー数が
減少することがなくなる。同様に、第４メタル層の配線
をセル上を通過させることが可能なので、必要となるフ
ィードスルーセルの数を減少させることができ、セル列
の長さを約１０％以上削減できる。このように、本発明
の配線法により、高密度なレイアウト設計が実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のセルの構造図である。

【図２】従来の処理を表すフロー図である。

【図３】従来のセルの構造図である。

【図４】従来のチャネル配線法が対象としていたチャネ
ル配線領域の構造図である。

【図５】チャネル配線領域の例の構造図である。

【図６】図５のチャネル配線領域の例に対する従来の配
線法による配線結果のレイアウト図である。

【図７】本発明の一実施例の処理を表すフロー図であ
る。

【図８】本発明の一実施例の拡張チャネル領域の構造図
である。

【図９】本発明の一実施例の処理フローにおける引き出
し処理の説明図であり、（ａ）は引き出し方向の選択の
説明図、（ｂ）はセル上トラックの説明図である。

【図１０】図５のチャネル配線領域の例に対応する拡張
チャネル配線領域に対する本発明の配線法による配線結
果のレイアウト図である。

【図１１】本発明の実施例２の処理を表すフロー図であ
る。

【符号の説明】

１ セル ２ａ〜２ｃ 端子 ３ ４セル列 ４ チャネル配線領域 ５ スルーホール ６ 第２メタル層の配線禁止領域 Ｓ１〜Ｓ８，Ｓ１１〜Ｓ１７，Ｓ２１〜Ｓ２８ ステ
ップ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の矩形セルからセル列が構成され、
   複数の前記セル列がチャネル領域を挟んで配設されてい
   る集積回路の配線設計方法において、前記矩形セルを構
   成するための配線をこの矩形セル内の複数の配線層を用
   いてレイアウトし、前記複数の配線層の最下層のセル外
   形部に前記複数の矩形セルを接続するための第１の端子
   を設け、前記複数の配線層の最上層の前記チャネル領域
   に隣接しない部分に前記複数の矩形セル同士を接続する
   ための第２の端子を設け、前記複数の矩形セルを接続す
   るための配線を前記セル列内の領域であって前記第２の
   端子と前記チャネル領域との間の領域にレイアウトする
   ことを特徴とする集積回路の配線設計方法。
2. 【請求項２】 前記矩形セルの複数の配線層の最上層の
   配線層に前記矩形セル上を通過する配線をレイアウトす
   ることを特徴とする請求項１記載の集積回路の配線設計
   方法。