JP4768500B2

JP4768500B2 - 半導体集積回路の配線レイアウト装置、配線レイアウト方法、及び配線レイアウトプログラム

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Publication number: JP4768500B2
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Inventors: 俊晃上田
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Description

本発明は、半導体集積回路の配線レイアウト装置、配線レイアウト方法、及び配線レイアウトプログラムに関し、特に、配線幅や配線間隔が露光装置の解像度限界程度に小さい配線パターンをレイアウトする、半導体集積回路の配線レイアウト装置、配線レイアウト方法、及び配線レイアウトプログラムに関する。

従来、半導体集積回路の配線レイアウト設計においては、チップ上の回路素子、及び寄生素子の特性はほぼ均一という前提のもとで、マージンを持たせて設計が行われている。すなわち、チップ上での素子特性は多少のばらつきはあってもマージンの許容範囲内に入るという仮定のもと、所望のタイミング仕様のみを考慮して、半導体集積回路の配線レイアウト設計が行われていた。

近年では、デバイスの微細化が進み、半導体基板上に描画される配線などのパターンの寸法が描画露光装置の光源波長よりも短くなってきており、意図した設計寸法通りにパターンを加工することが困難になってきている。特に、マスクパターンの微細化及び高集積化により、フォトリソグラフィーやエッチング処理によるパターン形成工程において、パターンの配置状況や隣接関係が相互に及ぼす影響が大きくなっている。この問題を解決するため、加工後のパターン寸法が所望のパターン寸法と等しくなるように、設計パターンに対してあらかじめ補正パターンを付加する光近接効果補正処理（以下、ＯＰＣ処理と示す）を施すことが一般的に行われている。

しかしながら、ＯＰＣ処理によって高集積なレイアウトパターンを精度よく実現するためには、非常に多大なデータ処理時間を要する。また、近接するパターン形状の組み合わせに依存して加工寸法にばらつきが生じてしまい、寄生容量や抵抗もばらついてしまうために、タイミング設計上のクリティカルパスとなる配線上を伝播する信号遅延の変動を引き起こしてしまう。すなわち、ＯＰＣ処理において設計パターンが十分に補正しきれないために、加工後のパターン寸法が所望の寸法にならず、素子の電気特性、特に、クリティカルパスとなる配線上を伝播する信号遅延にばらつきが生じてしまう。これにより、設定された動作周波数を実現できないチップが発生し、チップの歩留まり低下を招いてしまうという問題があった。

この問題に対処するものとして、設計パターンに対して所定の規則性を有するダミーの配線を付加し、加工によるパターン寸法変動を抑制した半導体集積回路装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、近年のデバイスの微細化に伴い、配線がチップ全体に密に形成されるようになり、配線が敷設されない空きスペースが非常に少なくなってきているため、特許文献１に記載された半導体集積回路装置のように、設計パターンに対してダミー配線を付加することが困難になってしまうという問題があった。
特開２００５−３０３０８９号公報

本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、ダミー配線を極力付加することなく、製造工程において発生する配線パターン寸法変動に起因した遅延変動を軽減して、レイアウト設計段階で遅延解析をより正確にし、回路の目標動作周波数達成を容易化する半導体集積回路の配線レイアウト装置、レイアウト方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る半導体集積回路の配線レイアウト装置は、半導体集積回路の配線レイアウトを設計するレイアウト設計部と、前記配線レイアウトにおいて信号伝播遅延を解析してタイミングがクリティカルとなる信号パスを構成するクリティカル配線を検出するクリティカル配線検出部と、前記配線レイアウトに対し、前記クリティカル配線の近傍領域における配線パターンの均一性を向上させるように前記近傍領域における配線を再配置する再配線部と、前記再配置された配線レイアウトの配線パターンの均一性を評価して前記クリティカル配線のパターン寸法変動が許容範囲内か否かを判定するパターン寸法変動判定部と、を備え、前記再配線部は、前記クリティカル配線の前記近傍領域における前記配線の充填率と、前記近傍領域に存在する配線端部の頂点数とに基づき、前記近傍領域における配線パターンの均一性を判定することを特徴とする。

また、本発明の一形態に係る半導体集積回路の配線レイアウト方法は、レイアウト設計部、クリティカル配線検出部、再配線部及びパターン寸法変動判定部を具備したコンピュータで半導体集積回路の配線をレイアウトする方法であって、前記レイアウト設計部により半導体集積回路の配線レイアウトを設計するレイアウト設計工程と、前記クリティカル配線検出部により前記配線レイアウトにおいて信号伝播遅延を解析してタイミングがクリティカルとなる信号パスを構成するクリティカル配線を検出するクリティカル配線検出工程と、前記再配線部により、前記配線レイアウトに対し、前記クリティカル配線の近傍領域における配線パターンの均一性を向上させるように前記近傍領域における配線を再配置する再配線工程と、前記パターン寸法変動判定部により、前記再配置された配線レイアウトの配線パターンの均一性を評価して前記クリティカル配線のパターン寸法変動が許容範囲内か否かを判定するパターン寸法変動判定工程と、を備え、前記再配線工程は、前記クリティカル配線の前記近傍領域における前記配線の充填率と、前記近傍領域に存在する前記配線端部の頂点数とに基づき、前記近傍領域における配線パターンの均一性を判定し、前記近傍領域における配線パターンが不均一であると判定した場合は、前記配線の移動、及び／又は、入れ替え、及び／又は、延長によって再配線を行うことを特徴とする。

更に、本発明の一形態に係る半導体集積回路の配線レイアウトプログラムは、半導体集積回路の配線レイアウト結果から信号伝播遅延を解析してタイミングがクリティカルとなる信号パスを構成するクリティカル配線を検出するクリティカル配線検出手順と、前記配線レイアウトに対し、前記クリティカル配線の近傍領域における配線パターンの均一性を向上させるように前記近傍領域における配線を再配置する再配線手順と、を備え、前記再配線手順は、前記クリティカル配線の前記近傍領域における前記配線の充填率と、前記近傍領域に存在する前記配線端部の頂点数とに基づき、前記近傍領域における配線パターンの均一性を判定して前記近傍領域における前記配線パターンの均一性を向上させるように再配線する手順と、前記配線の移動、及び／又は、入れ替え、及び／又は、延長によって再配線を行う配線最適化手順とを含み、これら一連の手順をコンピュータに実行させることを特徴とする。

ダミー配線を極力付加することなく、製造工程において発生する配線パターン寸法変動に起因した遅延変動を軽減して、レイアウト設計段階で遅延解析をより正確にし、回路の目標動作周波数達成を容易化する半導体集積回路の配線レイアウト装置、レイアウト方法、及びプログラムを実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。始めに、本発明の実施の形態に係わる半導体集積回路の配線レイアウト装置の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係わる半導体集積回路の配線レイアウト装置１の構成を説明する概略図である。

図１に示すように、半導体集積回路の配線レイアウト装置１は、レイアウト設計部２と、クリティカル配線検出部３と、再配線部４と、パターン寸法変動判定部５とから構成される。

レイアウト設計部２では、論理回路図に基づきＣＡＤなどを用いて素子や配線の配置をレイアウトする、半導体集積回路の通常の配線レイアウトが行われる。クリティカル配線検出部３では、レイアウト設計部２で設計された配線レイアウトを基に、タイミング設計上、ボトルネックとなる配線が遅延クリティカルパス（以下、遅延ＣＰと示す）として検出される。例えば、チップ上のクロック信号配線が遅延ＣＰに該当する。

再配線部４では、クリティカル配線検出部３で検出された遅延ＣＰに隣接する配線の再配線要否が検討され、必要に応じて再配線が行われる。配線のパターンが不均一であると、ＯＰＣ処理及び実際の加工処理において配線パターンの寸法変動が生じてしまう。そこで、配線パターンを均一化することによって、寸法変動を抑制することができる。しかし、レイアウト設計２で設計された配線レイアウトは配線効率が最適化されたものであるため、これを再配線することは配線効率を悪化させることになってしまう。そこで、再配線部４では、配線パターンの寸法変動による容量や抵抗のばらつきに起因した信号遅延を生じさせたくない部分、すなわち、遅延ＣＰの近傍領域の配線のみ必要に応じて再配線し、寸法変動によって信号遅延が発生しても、許容マージン内に収まるような配線に関しては、再配線を行わないよう、再配線処理が行われる。

遅延ＣＰ近傍領域の配線パターンの不均一性は、例えば、配線の充填率（所定の評価領域の面積に対する当該領域に占める配線の面積の割合）、配線端の局所的な集中の有無を検出することによって評価する。配線の充填率が高すぎたり、配線端が集中したりしている箇所では、リソグラフィー処理での露光マージンが減少するなどの不具合が生じるため、チップ上に形成されるレジストマスクの配線パターンに欠けが生じたり、所望の寸法からずれて配線パターンが形成されてしまったりする可能性がある。逆に、配線の充填率が低すぎる箇所でも、所望の寸法からずれて配線パターンが形成されてしまう可能性がある。

再配線部４では、上述のように配線パターンの均一性を評価し、不均一であると判定した箇所については、近傍領域の再配線を行う。再配線の方法としては、例えば次の３つの方法があげられる。

まず、一つ目の方法は、配線の移動である。この方法は、遅延ＣＰの近傍領域から、遅延ＣＰから離れた領域であって配線が敷設されていない領域に、配線を移動させる方法、もしくは逆に、遅延ＣＰから離れた領域に敷設されている配線を、遅延ＣＰ近傍領域であって配線が敷設されていない領域に配線を移動させる方法である。

次に、二つ目の方法は、配線の入れ替えである。この方法は、遅延ＣＰの近傍領域に敷設された配線と、遅延ＣＰから離れた領域の配線とを交換する方法である。最後に三つ目の方法は、配線の延長である。この方法は、遅延ＣＰの近傍領域に敷設された配線の端部位置を移動させるため、当該配線の配線の長さを延長させる方法である。

これらの方法の中から、周辺の配線の状況や配線パターンの均一性向上に対する有効性などを考慮して、１つないし複数の方法を組み合わせ、再配線が行われる。

最後に、パターンの均一性を評価してクリティカル配線のパターン寸法変動が許容範囲内か否かを判定するパターン寸法変動判定部５では、再配線部４で再配線された配線レイアウトを基に、パターンの均一性を評価してクリティカル配線のパターン寸法変動が許容範囲内か否かを判定するパターン寸法変動判定処理が行われる。再配線部４において配線パターンの均一性が向上されているため、クリティカル配線上を伝播する信号遅延の変動を抑制することができる。

次に、上述した半導体集積回路の配線レイアウト装置１を用いた配線レイアウト方法について、図２〜図１１を用いて説明する。

まず、レイアウト設計部２において、チップの機能や性能を実現するために設計された論理回路図を基に、ＣＡＤなどを用いて実際の素子や配線の配置を自動的に描画する、通常の配線レイアウトが行われる。半導体集積回路が複数の配線層を有する場合、すべての配線層に関してレイアウト設計が行われる。次に、クリティカル配線検出部３において、レイアウト設計部２で設計された配線レイアウトを基に、遅延ＣＰを検出する。なお、１枚の配線層には複数の遅延ＣＰが存在する場合もあるため、この工程では、全ての配線層に存在する全ての遅延ＣＰを検出する。

次に、再配線部４において、遅延ＣＰの近接領域の再配線を行う。以下、再配線部４における処理を、図２を用いて詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態に係わる配線レイアウト方法の手順を説明するフローチャートである。

まず、ステップＳ１において、再配線要否の評価対象の配線層１１（以下、評価対象レイヤ１１と示す）として、１層目の配線層を選択する。次に、ステップＳ２において、評価対象レイヤ１１に含まれる遅延ＣＰのうち、再配線要否の評価対象のＣＰ１２（以下、評価対象ＣＰ１２と示す）を１つ選択する。続いてステップＳ３において、評価対象レイヤ１１を同じ形状・面積を有する複数の小領域１３に分割する（図３参照）。図３は、小領域１３に分割後の評価対象レイヤ１１の構成を説明する概略図である。例えば、図３に示すように、ステップＳ３終了後、評価対象レイヤ１１は５×５＝２５個の同じ形状・面積を有する小領域１３に分割される。なお、評価対象レイヤ１１は、フォトリソグラフィー工程における光近接効果を補正することが可能な程度の大きさの領域に分割する必要があることから、例えば１μｍ×１μｍの正方形の形状を有する小領域１３に分割する。

次に、ステップＳ４において、評価対象ＣＰ１２の近傍領域の配線パターンを評価し、再配線が必要と判定された場合は再配線を行う。このステップＳ４の詳細な手順を、図４を用いて説明する。図４は、評価対象ＣＰ１２の近傍領域の再配線要否判定及び再配線の手順を説明するフローチャートである。

まず、ステップＳ４１において、評価対象レイヤ１１において、評価対象ＣＰ１２を含む小領域１３を評価対象領域として抽出する。例えば、図３においては、太線で囲まれた９個の小領域１３が評価対象領域１４として抽出される。

次に、ステップＳ４２において、評価対象領域１４に含まれる小領域１３から、再配線要否判定を行う最初の小領域１３にフレーム１５をセットする。なお、再配線要否判定は、評価対象領域１４に含まれる全ての小領域１３について行われる。続いて、ステップＳ４３において、フレーム１５がセットされた小領域１３について、配線パターンを評価し、フレーム１５内の評価対象ＣＰ１２近傍の配線に関する再配線の要否を判定する。このステップＳ４３の詳細な手順を、図５を用いて説明する。図５は、再配線要否判定の手順を説明するフローチャートである。

まず、ステップＳ４３１において、配線の端部がフレーム１５内に存在する場合、その頂点の個数Ｃをカウントする。例えば、フレーム１５内に図６（ａ）に示すような配線がレイアウトされている場合、頂点の個数Ｃは丸印で囲まれた頂点の数、すなわち１４個となる。図６は、評価対象ＣＰ１２近傍の配線パターンの一例を説明するレイアウト図であり、図６（ａ）は再配線前の配線パターンを、図６（ｂ）は再配線後の配線パターンを説明する図である。

次に、ステップＳ４３２において、ステップＳ４３１でカウントされた配線端部の頂点の個数Ｃが、予め設定された閾値Ｔｈ１以上であるか否かを判定する。なお、閾値Ｔｈ１は１以上の整数値であり、プロセス条件などに応じて適当な値が設定される。ステップＳ４３２において、配線端部の頂点の個数Ｃが閾値Ｔｈ１以上である場合、ステップＳ４３７へ進み、フレーム１５がセットされた小領域１３において、評価対象ＣＰ１２の近傍領域の配線を再配線する必要があると判定し、再配線要否判定を終了する。

一方、ステップＳ４３２において、配線端部の頂点の個数Ｃが閾値Ｔｈ１未満である場合、当該フレーム１５がセットされた小領域１３では、リソグラフィー工程において配線パターンの寸法変動を生じさせるような、配線端の局所的な集中が生じていないものとみなされ、ステップＳ４３３に進む。

ステップＳ４３３では、フレーム１５内に存在する配線の充填率αを算出する。配線の充填率αは、フレーム１５内に敷設された配線の面積の和を、フレーム１５の面積（＝小領域１３の面積）で除して算出する。次に、ステップＳ４３４において、ステップＳ４３３で算出された配線の充填率αが、予め設定された閾値Ｔｈ２以上かつ閾値Ｔｈ３以下であるか否かを判定する。なお、閾値Ｔｈ２と閾値Ｔｈ３とは０より大きく１未満の値であり、プロセス条件などに応じて適当な値が設定される。また、閾値Ｔｈ２は閾値Ｔｈ３よりも小さい値が設定される。

ステップＳ４３４において、配線の充填率αが閾値Ｔｈ２未満、もしくは閾値Ｔｈ３よりも大きな値である場合、ステップＳ４３７へ進み、フレーム１５がセットされた小領域１３において、評価対象ＣＰ１２の近傍領域の配線を再配線する必要があると判定し、再配線要否判定を終了する。

一方、ステップＳ４３４において、配線の充填率αが閾値Ｔｈ２以上かつ閾値Ｔｈ３以下の範囲内である場合、当該フレーム１５がセットされた小領域１３では、配線の充填率αが低すぎる、すなわち配線間隔が広く粗にレイアウトされているために配線パターンが太線化されてしまったり、逆に配線の充填率αが高すぎる、すなわち配線を高密度にレイアウトされているために配線パターンが欠損・細線化されてしまったりするという、パターンの寸法変動が発生しないとみなされ、ステップＳ４３５に進む。

ステップＳ４３５では、フレーム１５内に、リソグラフィー工程において配線パターンの寸法変動を発生させるような特定の配線パターンが含まれているか否かを検出する。上述の特定パターンとしては、例えば図７に示すような配線パターンがあげられる。図７は、配線パターンの寸法変動を起こす配線パターンの一例を示すレイアウト図である。

具体的な一例としては、図７（ａ）に示すように、評価対象ＣＰ１２の近傍に他の配線の配線端が存在し、かつ、他の配線の延出する方向と評価対象ＣＰ１２の延出する方向とが直交する位置関係にある配線パターンがあげられる。また、別の具体的な一例としては、図７（ｂ）に示すように、クランク形状を有する評価対象ＣＰ１２の近傍領域に、別の配線がこれと並行して敷設された配線パターンがあげられる。このような特定の配線パターンは、再配線要否可否判定に先立って設定されており、必要に応じて新たな配線パターンを追加して登録することが可能である。

ステップＳ４３５において、フレーム１５内に特定の配線パターンが検出された場合、ステップＳ４３７へ進み、フレーム１５がセットされた小領域１３において、評価対象ＣＰ１２の近傍領域の配線を再配線する必要があると判定し、再配線要否判定を終了する。一方、ステップＳ４３５において、フレーム１５内に特定の配線パターンが検出されなかった場合、当該小領域１３の配線レイアウトは適切であり、再配線は不要であると判定し、再配線要否判定を終了する。

以上のようにして判定された、ステップＳ４３における再配線要否の判定の結果を基に、ステップＳ４４において、再配線が必要であると判定された場合、ステップＳ４５に進み、フレーム１５がセットされている小領域１３について、評価対象ＣＰ１２の近傍領域の再配線を行った後、ステップＳ４６に進む。一方、ステップＳ４４において、再配線が不要であると判定された場合は、ステップＳ４５を省略してステップＳ４６に進む。

このステップＳ４５における再配線の詳細な手順を、図８を用いて説明する。図８は、評価対象ＣＰ１２の近傍領域の再配線の手順を説明するフローチャートである。再配線の主な方法としては、配線の移動、配線の入れ替え、配線の延長、の三つの方法があげられる。また、配線の移動と配線の入れ替えについては、評価対象ＣＰ１２の存在する評価対象レイヤ１１内で行う方法と、他のレイヤとの間で行う方法とがある。

まず、一つ目の方法である配線の移動について、図９を用いて具体的に説明する。図９は、移動による再配線の一例を説明するレイアウト図であり、図９（ａ）は再配線前の配線パターンを、図９（ｂ）は再配線後の配線パターンを説明する図である。ここでは、評価対象レイヤ１１内での配線の移動について説明する。例えば図９（ａ）に示すように、フレーム１５内に、評価対象ＣＰ１２の上側の配線トラックに配線が敷設されていない場合、もう一つ上側の配線トラックに敷設されている配線１６を一つ下の配線トラックに移動させることで、フレーム１５内の配線の充填率αを上昇させることができる（図９（ｂ）配線１６´参照）。なお、図９（ｂ）の配線１７は、図９（ａ）の表示範囲外に敷設されている配線を移動して再配線したものである。

このように、配線の移動とは、評価対象ＣＰ１２から離れた領域に敷設されている配線１６を引き剥がし、評価対象ＣＰ１２の近傍領域であって配線が敷設されていない領域に設置する方法もしくは逆に、評価対象ＣＰ１２の近傍領域に敷設されている配線を引き剥がし、遅延ＣＰから離れた領域であって配線が敷設されていない領域に配線を設置する再配線の方法である。

次に、二つ目の方法である配線の入れ替えについて、図１０を用いて具体的に説明する。図１０は、入れ替えによる再配線の一例を説明するレイアウト図であり、図１０（ａ）は再配線前の配線パターンを、図１０（ｂ）は再配線後の配線パターンを説明する図である。ここでは、評価対象レイヤ１１ないでの配線の入れ替えについて説明する。例えば図１０（ａ）に示すように、フレーム１５内に、評価対象ＣＰ１２の上側の配線トラックに短い配線１８が敷設されており、もう一つ上側の配線トラックに配線１８よりも長い配線１９が敷設されている場合、配線１８と配線１９とを入れ替えることで、フレーム１５内の評価対象ＣＰ１２の上下の隣接トラックに存在していた対向する配線端点の存在を解消することができ、遅延がクリティカルとなっている配線の寸法変動を減少させて、遅延の変動を抑えることができる。（図１０（ｂ）配線１８´，１９´参照）。

最後に、三つ目の方法である配線の延長について、図１１を用いて具体的に説明する。図１１は、延長による再配線の一例を説明するレイアウト図であり、図１１（ａ）は再配線前の配線パターンを、図１１（ｂ）は再配線後の配線パターンを説明する図である。例えば図１１（ａ）に示すように、フレーム１５内に、評価対象ＣＰ１２の下側の配線トラックに短い配線２０が敷設されており、上側の配線トラックには別の配線２１が敷設されている場合、配線２０の右側端部を延長することで、フレーム１５内に存在する配線端部の頂点数Ｃを減らすことができる。（図１１（ｂ）配線２０´参照）。

ステップＳ４５では、これらの方法のうち、配線レイアウトの大幅な変更を伴わずに最も再配線コストが低い方法から順に、再配線の可否を検討していく。具体的には、同一レイヤ内での配線の移動、同一レイヤ内での配線の入れ替え、配線の延長、他レイヤとの間での配線の移動・入れ替え、の順に再配線の可否を検討する。

まず、ステップＳ４５１において、評価対象レイヤ１１内で移動による再配線が可能か否かを判定する。例えば、再配線前の配線レイアウトが図９（ａ）に示すようなレイアウトであり、ステップＳ４３において、配線の充填率αが閾値Ｔｈ２よりも小さいために再配線が必要であると判定された場合、評価対象ＣＰ１２の近傍領域に他の領域から配線を移動させるスペースがあるか否かを判定する。図９（ａ）の場合、評価対象ＣＰ１２の上側の配線トラックに配線が敷設されておらず、空きスペースが存在するため、配線の移動が可能であり、配線１６を移動させることによって配線の充填率α´がＴｈ２≦α´≦Ｔｈ３を満たすので、配線の移動が可能であると判定される。

ステップＳ４５１において、移動による再配線が不可であると判定された場合、ステップＳ４５６に進み、別の方法による再配線可否を判定する。一方、ステップＳ４５１において、移動による再配線が可能であると判定された場合、ステップＳ４５２に進んで再配線を行う（図９（ｂ）参照）。続いて、ステップＳ４５３において、再配線後の評価対象レイヤ１１の全体の評価関数ＣＦを算出する。評価関数ＣＦとは、評価対象ＣＰ１２全体の近傍領域の配線パターンの均一性を算出する関数であり、例えば、評価対象ＣＰ１２を含む全ての小領域１３に関し、各小領域１３について配線パターンの均一度に応じて重み付けされた評価値を算出し、これらの評価値を足し合わせることによって得られる。

ステップＳ４５４において、ステップＳ４５３で算出された評価関数ＣＦが適切な値であり、再配線により評価対象ＣＰ１２の近傍領域の配線パターンが適切な均一性を得られたか否かを判定する。本実施の形態の場合、評価関数ＣＦが閾値Ｔｈ４未満である場合、評価対象ＣＰ１２の近傍領域の配線パターンが、加工による配線パターン寸法変動が許容範囲内に収まる程度の均一性を有すると判定される。なお、閾値Ｔｈ４には、評価関数ＣＦやプロセス条件などに応じて適当な値が設定される。

ステップＳ４５４において、評価関数ＣＦが閾値Ｔｈ４未満であると判定された場合、ステップＳ４５の再配線を終了し、ステップＳ４６に進む。一方、ステップＳ４５４において、評価関数ＣＦが閾値Ｔｈ４以上であると判定された場合、ステップＳ４５２で行われた再配線が不適切であり、適切な均一性が得られなかったとみなされ、ステップＳ４５５に進む。続くステップＳ４５５においては、ステップＳ４５２の再配線を行う前の状態に配線パターンを戻した後、ステップＳ４５６へ進む。

ステップＳ４５６では、評価対象レイヤ１１内で入れ替えによる再配線が可能か否かを判定する。例えば、再配線前の配線レイアウトが図１０（ａ）に示すようなレイアウトであり、ステップＳ４３において、フレーム１５内の評価対象ＣＰ１２の上下の隣接トラックに対向する配線端点の存在があるために再配線が必要であると判定された場合、評価対象ＣＰ１２の近傍領域の短い配線と、他の領域にある長い配線とを入れ替え可能か否かを判定する。図１０（ａ）の場合、評価対象ＣＰ１２の上側の配線トラックに敷設されている短い配線１８と、その上側の配線トラックに敷設されている長い配線１９とが入れ替え可能であり、配線１８と配線１９とを入れ替えることによってフレーム１５内の評価対象ＣＰ１２の上下の隣接トラックに存在していた対向する配線端点の存在を解消することができ、遅延がクリティカルとなっている配線の寸法変動を減少させて、遅延の変動を抑えることができるので、配線の入れ替え動可能であると判定される。

また、例えば、再配線前の配線レイアウトが図６（ａ）に示すようなレイアウトであり、ステップＳ４３において、配線端部の頂点の個数Ｃが閾値Ｔｈ１以上であるために再配線が必要であると判定された場合、評価対象ＣＰ１２の近傍領域の配線トラックに敷設された短い配線（群）と、他の領域の配線トラックにある長い配線とを入れ替え可能か否かを判定する。図６（ａ）の場合、評価対象ＣＰ１２の上側の配線トラックに敷設されている短い配線群２２と、その上側の配線トラックに敷設されている長い配線２３とが入れ替え可能であり、配線群２２と配線２３とを入れ替えることによって配線端部の頂点の個数Ｃ´がＣ´＜Ｔｈ１を満たすので、配線の入れ替えが可能であると判定される。

ステップＳ４５６において、入れ替えによる再配線が不可であると判定された場合、ステップＳ４６１に進み、別の方法による再配線可否を判定する。一方、ステップＳ４５６において、入れ替えによる再配線が可能であると判定された場合、ステップＳ４５７に進んで再配線を行う（図１０（ｂ），図６（ｂ）参照）。続いて、ステップＳ４５８において、再配線後の評価対象レイヤ１１の全体の評価関数ＣＦを算出し、ステップＳ４５９において評価関数ＣＦが閾値Ｔｈ４以上であるか否かを判定する。なお、ステップＳ４５８，ステップＳ４５９の処理は、ステップＳ４５３，ステップＳ４５４と同様の処理である。

ステップＳ４５９において、評価関数ＣＦが閾値Ｔｈ４未満であると判定された場合、ステップＳ４５の再配線を終了し、ステップＳ４６に進む。一方、ステップＳ４５９において、評価関数ＣＦが閾値Ｔｈ４以上であると判定された場合、ステップＳ４５７で行われた再配線が不適切であり、適切な均一性が得られなかったとみなされ、ステップＳ４６０に進む。続くステップＳ４６０においては、ステップＳ４５７の再配線を行う前の状態に配線パターンを戻した後、ステップＳ４６１へ進む。

ステップＳ４６１では、評価対象レイヤ１１内で延長による再配線が可能か否かを判定する。例えば、再配線前の配線レイアウトが図１１（ａ）に示すようなレイアウトであり、ステップＳ４３において、配線端部の頂点の個数Ｃが閾値Ｔｈ１以上であるために再配線が必要であると判定された場合、評価対象ＣＰ１２の近傍領域の短い配線を、フレーム１５の外側の領域まで延長することが可能か否かを判定する。図１１（ａ）の場合、評価対象ＣＰ１２の下側の配線トラックに敷設されている短い配線２０の右側の領域に配線が敷設されておらず、配線２０を延長することが可能であり、配線２０を延長することによって配線端部の頂点の個数Ｃ´がＣ´＜Ｔｈ１を満たすので、配線の延長が可能であると判定される。

ステップＳ４６１において、延長による再配線が不可であると判定された場合、ステップＳ４６６に進み、別の方法による再配線可否を判定する。一方、ステップＳ４６１において、延長による再配線が可能であると判定された場合、ステップＳ４６２に進んで再配線を行う（図１１（ｂ）参照）。続いて、ステップＳ４６３において、再配線後の評価対象レイヤ１１の全体の評価関数ＣＦを算出し、ステップＳ４６４において評価関数ＣＦが閾値Ｔｈ４以上であるか否かを判定する。なお、ステップＳ４６３，ステップＳ４６４の処理は、ステップＳ４５３，ステップＳ４５４と同様の処理である。

ステップＳ４６４において、評価関数ＣＦが閾値Ｔｈ４未満であると判定された場合、ステップＳ４５の再配線を終了し、ステップＳ４６に進む。一方、ステップＳ４６４において、評価関数ＣＦが閾値Ｔｈ４以上であると判定された場合、ステップＳ４６２で行われた再配線が不適切であり、適切な均一性が得られなかったとみなされ、ステップＳ４６５に進む。続くステップＳ４６５においては、ステップＳ４６２の再配線を行う前の状態に配線パターンを戻した後、ステップＳ４６６へ進む。

ステップＳ４６６では、評価対象レイヤ１１と他のレイヤとの間で配線の移動や入れ替えによる再配線が可能か否かを判定する。ステップＳ４６６において、他のレイヤとの間で配線の移動や入れ替えが不可であると判定された場合、再配線不可であると判定し、ステップＳ４５の再配線を終了し、ステップＳ４６に進む。一方、ステップＳ４６６において、他のレイヤとの間で配線の移動や入れ替えによる再配線が可能であると判定された場合、ステップＳ４６７に進んで再配線を行う。続いて、ステップＳ４６８において、再配線後の評価対象レイヤ１１の全体の評価関数ＣＦを算出し、ステップＳ４６９において評価関数ＣＦが閾値Ｔｈ４以上であるか否かを判定する。なお、ステップＳ４６８，ステップＳ４６９の処理は、ステップＳ４５３，ステップＳ４５４と同様の処理である。

ステップＳ４６９において、評価関数ＣＦが閾値Ｔｈ４未満であると判定された場合、ステップＳ４５の再配線を終了し、ステップＳ４６に進む。一方、ステップＳ４６９において、評価関数ＣＦが閾値Ｔｈ４以上であると判定された場合、ステップＳ４６７で行われた再配線が不適切であり、適切な均一性が得られなかったとみなされ、ステップＳ４７０に進む。続くステップＳ４７０においては、ステップＳ４６７の再配線を行う前の状態に配線パターンを戻し、ステップＳ４５の再配線を終了してステップＳ４６に進む。なお、ステップＳ４５３，Ｓ４５８，Ｓ４６３，Ｓ４６８，における評価関数ＣＦの算出と、ステップＳ４５４，Ｓ４５９，Ｓ４６４，Ｓ４６９における評価関数ＣＦと閾値Ｔｈ４との比較による配線パターンの均一性評価の各ステップは、パターン寸法変動判定部５において行われる。

以上の手順によって、フレーム１５がセットされた小領域１３の再配線を終了すると、ステップＳ４６において、ステップＳ４１において抽出された全ての小領域１３に関して配線パターンの評価・再配線の一連の処理が行われたか否かが判定される。評価対象ＣＰ１２を含む全ての小領域１３について上記の一連の処理が終了している場合、ステップＳ４の配線パターンの評価・再配線を終了し、ステップＳ５に進む。一方、配線パターンの評価・再配線が行われていない小領域１３が残っていると判定された場合、ステップＳ４７に進み、一連の処理を未実施である小領域１３にフレーム１５をセットし、ステップＳ４３からステップＳ４５の一連の手順を実行する。

ステップＳ５では、評価対象レイヤ１１に存在する別の遅延ＣＰを評価対象ＣＰ１２として選択する。続くステップＳ６において、評価対象レイヤ１１に存在する全ての遅延ＣＰについて、配線パターンの評価・再配線が行われたか否かが判定される。全ての遅延ＣＰについて配線パターンの評価・再配線を終了している場合、ステップＳ７に進み、別のレイヤを評価対象レイヤ１１として選択する。一方、配線パターンの評価・再配線が未実施のＣＰが残っていると判定された場合、評価対象レイヤ１１に存在する全ての遅延ＣＰに関してステップＳ３，ステップＳ４の処理を実行する。

ステップＳ８では、全てのレイヤについて配線パターンの評価・再配線が行われたか否かが判定される。全てのレイヤについて配線パターンの評価・再配線を終了している場合、再配線部４における配線レイアウトと、パターン寸法変動判定部５におけるパターンの均一性を評価して前記クリティカル配線のパターン寸法変動が許容範囲内か否かを判定する処理を完了し、ＯＰＣ処理を行う。一方、配線パターンの評価・再配線が未実施のレイヤが残っていると判定された場合、全てのレイヤに関してステップＳ２からステップＳ４の処理を実行する。

ＯＰＣ処理は、上述のステップＳ１からステップＳ８の一連の再配線処理が完了した配線レイアウトを元に、光近接効果を抑制するために、マスクレイアウトに対して必要な補正処理を施す処理であり、マスクレイアウト処理工程にて実施される。

本実施の形態においては、ＯＰＣ処理前に、遅延ＣＰ近傍領域に関し、配線レイアウトの均一性を向上させているため、設計段階でのパターン寸法見積値と製造仕上がり後のパターン寸法値との差が少なく、結果的に、設計時のタイミング見積値と実チップのタイミングとの間の誤差を減少させることができる。

再配置された配線レイアウトに対しパターンの均一性を評価して、クリティカル配線のパターン寸法変動が許容範囲内となると、本実施の形態における配線レイアウト処理を完了する。

なお、遅延ＣＰを検出する処理、及び、ステップＳ１からステップＳ８の一連の再配線処理は、プログラムに記載されており、コンピュータを用いて自動的に実行される。

このように、本実施の形態においては、通常の配線レイアウトに対し、配線パターンの均一性を評価して、不均一な領域については、加工による配線パターン寸法変動が許容範囲内に収まる程度の均一性を有するように再配線を行う。再配線によって均一性を向上させた配線パターンを元に加工を行うことができるため、パターン寸法変動を抑制することができる。再配線は、信号伝播遅延のボトルネックとなる配線（＝遅延ＣＰ）の近傍領域についてのみ行うため、多大な時間を要することなく再配線を行うことができる。また、遅延ＣＰの寸法変動を確実に抑制して抵抗や容量の変動を低減させることができるため、信号遅延の変動、即ち、設計段階でのパターン寸法見積値と製造仕上がり後のパターン寸法値との差が少なく、結果的に、設計時のタイミング見積値と実チップのタイミングとの間の誤差を減少させることが可能となり、チップの歩留まりを向上させることができる。更に、本実施例にてレイアウトした設計パターンを使用すれば、ＯＰＣ処理でのデータ処理に要する計算機処理時間を短縮することもできる。

なお、本実施の形態においては、一つの小領域１３には一種類の手法のみを用いて再配線を行ったが、複数の手法を組み合わせて再配線を行ってもよい。例えば、配線の充填率αを大きくするために、遅延ＣＰ近傍の空き領域に他の領域から配線を移動させると共に、遅延ＣＰ近傍に敷設された短い配線と、他の領域に敷設された長い配線とを入れ替えてもよい。また、本実施の形態においては、全ての遅延ＣＰを含む小領域について、一度ずつ配線パターンの評価・再配線を行っているが、評価関数ＣＦが好ましい値に収束するまで配線パターンの評価・再配線を複数回繰り返し行って、より均一な配線パターンを模索するようにしてもよい。

本発明の実施の形態に係わる半導体集積回路の配線レイアウト装置１の構成を説明する概略図。本発明の実施の形態に係わる配線レイアウト方法の手順を説明するフローチャート。小領域１３に分割後の評価対象レイヤ１１の構成を説明する概略図。評価対象ＣＰ１２の近傍領域の再配線要否判定及び再配線の手順を説明するフローチャート。再配線要否判定の手順を説明するフローチャート。評価対象ＣＰ１２近傍の配線パターンの一例を説明するレイアウト図であり、図６（ａ）は再配線前の配線パターンを、図６（ｂ）は再配線後の配線パターンを説明する図。配線パターンの寸法変動を起こす配線パターンの一例を示すレイアウト図。評価対象ＣＰ１２の近傍領域の再配線の手順を説明するフローチャート。移動による再配線の一例を説明するレイアウト図であり、図９（ａ）は再配線前の配線パターンを、図９（ｂ）は再配線後の配線パターンを説明する図。入れ替えによる再配線の一例を説明するレイアウト図であり、図１０（ａ）は再配線前の配線パターンを、図１０（ｂ）は再配線後の配線パターンを説明する図。延長による再配線の一例を説明するレイアウト図であり、図１１（ａ）は再配線前の配線パターンを、図１１（ｂ）は再配線後の配線パターンを説明する図。

符号の説明

１…配線レイアウト装置、２…レイアウト設計部、３…クリティカル配線検出部、４…再配線部、５…パターン寸法変動判定部、

Claims

半導体集積回路の配線レイアウトを設計するレイアウト設計部と、
前記配線レイアウトにおいて信号伝播遅延を解析してタイミングがクリティカルとなる信号パスを構成するクリティカル配線を検出するクリティカル配線検出部と、
前記配線レイアウトに対し、前記クリティカル配線の近傍領域における配線パターンの均一性を向上させるように前記近傍領域における配線を再配置する再配線部と、
前記再配置された配線レイアウトの配線パターンの均一性を評価して前記クリティカル配線のパターン寸法変動が許容範囲内か否かを判定するパターン寸法変動判定部と、
を備え、
前記再配線部は、前記クリティカル配線の前記近傍領域における前記配線の充填率と、前記近傍領域に存在する配線端部の頂点数とに基づき、前記近傍領域における配線パターンの均一性を判定することを特徴とする、半導体集積回路の配線レイアウト装置。
前記再配線部は、前記クリティカル配線の前記近傍領域にレイアウトされている配線を引き剥がしてその他の領域に敷設する、及び／または、前記その他の領域にレイアウトされている配線を引き剥がして前記クリティカル配線の前記近傍領域に敷設する、及び／または、前記クリティカル配線の前記近傍領域にレイアウトされている前記配線と、前記その他の領域にレイアウトされている前記配線を入れ替える、及び／または、前記クリティカル配線の前記近傍領域にレイアウトされている前記配線を延長することにより、前記近傍領域における配線を再配置することを特徴とする、請求項１に記載の半導体集積回路の配線レイアウト装置。
レイアウト設計部、クリティカル配線検出部、再配線部及びパターン寸法変動判定部を具備したコンピュータで半導体集積回路の配線をレイアウトする方法であって、
前記レイアウト設計部により半導体集積回路の配線レイアウトを設計するレイアウト設計工程と、
前記クリティカル配線検出部により前記配線レイアウトにおいて信号伝播遅延を解析してタイミングがクリティカルとなる信号パスを構成するクリティカル配線を検出するクリティカル配線検出工程と、
前記再配線部により、前記配線レイアウトに対し、前記クリティカル配線の近傍領域における配線パターンの均一性を向上させるように前記近傍領域における配線を再配置する再配線工程と、
前記パターン寸法変動判定部により、前記再配置された配線レイアウトの配線パターンの均一性を評価して前記クリティカル配線のパターン寸法変動が許容範囲内か否かを判定するパターン寸法変動判定工程と、
を備え、前記再配線工程は、前記クリティカル配線の前記近傍領域における前記配線の充填率と、前記近傍領域に存在する前記配線端部の頂点数とに基づき、前記近傍領域における配線パターンの均一性を判定し、前記近傍領域における配線パターンが不均一であると判定した場合は、前記配線の移動、及び／又は、入れ替え、及び／又は、延長によって再配線を行うことを特徴とする、半導体集積回路の配線レイアウト方法。
半導体集積回路の配線レイアウト結果から信号伝播遅延を解析してタイミングがクリティカルとなる信号パスを構成するクリティカル配線を検出するクリティカル配線検出手順と、
前記配線レイアウトに対し、前記クリティカル配線の近傍領域における配線パターンの均一性を向上させるように前記近傍領域における配線を再配置する再配線手順と、
を備え、前記再配線手順は、前記クリティカル配線の前記近傍領域における前記配線の充填率と、前記近傍領域に存在する前記配線端部の頂点数とに基づき、前記近傍領域における配線パターンの均一性を判定して前記近傍領域における前記配線パターンの均一性を向上させるように再配線する手順と、前記配線の移動、及び／又は、入れ替え、及び／又は、延長によって再配線を行う配線最適化手順とを含み、
これら一連の手順をコンピュータに実行させることを特徴とする、半導体集積回路の配線レイアウトプログラム。