JP4791819B2 - スタンダードセルおよびそれを用いたセルライブラリ - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の設計に使用されるスタンダードセルおよびそれを用いたセルライブラリに係わり、特に、そのレイアウト設計に関する。

近年の半導体製造技術の進展により、複雑なシステムを１チップに収めた半導体装置の開発が行われている。このような半導体装置の設計においては、スタンダードセルを用いたセルライブラリを使用して自動配置プログラムによりレイアウト設計を行うことが一般的になってきている。しかし、従来のスタンダードセルは、隣接するセル同士のデザインルールまでは考慮されていなかった。つまり、セル内に配置された電源配線上のＶＩＡコンタクト（以下、「ＶＩＡ」という。）がセル間で隣接して並ぶ事を考慮していなかった。そのため、スタンダードセルを配置した際に、同じ水平方向のセル列内では、セル内のＶＩＡ同士が最大２個しか隣接していない場合でも、上下に隣接して配置されるセル列と電源配線を共有した場合に、ＶＩＡが３個以上連続して配置されてしまう場合があった。

一方、半導体製造プロセスの微細化が進み、３個以上のＶＩＡが最少間隔で隣接して配置されると光の干渉により露光工程で問題が発生し、一部のＶＩＡが設計値どおりに形成されなくなるという問題が表面化してきた。このため、レイアウト設計に際し連続して配置されるＶＩＡにはデザインルール上の制約を設ける必要があった。

このような問題を回避するため、スタンダードセルにはＶＩＡのデータを設けず、自動配置プログラムによるセルの全体配置が終了したあとで、改めて、デザインルールを考慮して電源配線上にＶＩＡを別途配置する方法（例えば、「特許文献１」を参照。）も考えられる。しかしながら、このような方法では、シミュレーション結果に基づくセル間の入れ替えや修正を行うたびにＶＩＡの配置をやり直す必要がある上、対象となる回路規模が大きくなると、急激に処理時間が長くなるという問題があった。
特開２０００−２６９３４６号公報

本発明は、電源配線上のＶＩＡコンタクトが連続して３個以上隣接配置されないスタンダードセルおよびそれを用いたセルライブラリを提供する。

本発明の一態様によれば、第１の方向に沿ったセル幅がＶＩＡコンタクトにおけるレイアウトの最小間隔であるグリッドの整数倍である矩形領域を示すセル枠と、前記セル枠の前記第１の方向に沿った辺に中心線が重なるように配置される電源配線と、前記電源配線の前記中心線上に中心が重なるように配置される複数のＶＩＡコンタクトを備え、前記ＶＩＡコンタクトの中心が前記セル枠の最も近い頂点から前記グリッドの少なくとも１．５倍離れており、かつ、前記複数のＶＩＡコンタクトの中心が互いに前記グリッドの少なくとも３倍離れていることを特徴とするスタンダードセルが提供される。

本発明の別の一態様によれば、第１の方向に沿ったセル幅がＶＩＡコンタクトにおけるレイアウトの最小間隔であるグリッドの整数倍である矩形領域を示すセル枠と、前記セル枠の前記第１の方向に沿った辺に中心線が重なるように配置される電源配線と、前記電源配線の前記中心線上に中心が重なるように配置される複数のＶＩＡコンタクトと、前記電源配線上に配置された前記ＶＩＡコンタクトの中心が前記セル枠の最も近い頂点から前記グリッドの少なくとも１．５倍離れており、かつ、前記複数のＶＩＡコンタクトの中心が互いに前記グリッドの少なくとも３倍離れているスタンダードセルと、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿った前記セル枠の高さが同一である複数の前記スタンダードセルを有することを特徴とするセルライブラリが提供される。

本発明によれば、スタンダードセルが自動配置プログラムによってレイアウトされた場合に、電源配線上のＶＩＡコンタクトが連続して３個以上隣接配置されないようにすることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例に係わるスタンダードセルの一例を示すレイアウト図である。ここでは、主に、電源配線１１ａおよび１１ｂ上のＶＩＡコンタクト１２（以下、「ＶＩＡ１２」という。）とその配置にかかわる部分を示した。

本発明の実施例に係わるスタンダードセルは、矩形領域を示すセル枠１３、セル枠の対向する上下辺に沿って配置された電源配線１１ａおよび１１ｂ、および電源配線１１ａおよび１１ｂ上に配置された複数のＶＩＡ１２を備えている。

セル枠は、自動配置プログラムによって複数のスタンダードセルが配置される場合の仮想的な矩形領域を示しており、レイアウトにあたっては、セル枠が互いに交錯しないよう配置される。セル枠の幅Ｗは、ＶＩＡ１２を隣接配置する場合の最小間隔ｄ（以下、「グリッド」ともいう。）の整数倍になっており、また、セル枠の高さＨは、セルライブラリ内で同一の値になっている。

電源配線１１ａおよび１１ｂは、図１に示したように、その中心線がセル枠の上下辺に重なるように配置されている。自動配置プログラムによってスタンダードセルのレイアウト配置が最終的に完了すると、上側の電源配線は電源電圧（以下、「Ｖｄｄ」という。）に接続され、下側の電源配線は接地電位（以下、「ＧＮＤ」という。）に接続される。このように電源配線１１ａおよび１１ｂが配置されているので、スタンダードセルを上下左右に稠密にレイアウト配置したときに、ＶｄｄおよびＧＮＤの配線は、レイアウト領域を水平方向に貫いて交互に形成される。

ＶＩＡ１２は、電源配線１１ａおよび１１ｂと基板とを電気的に接続するためのスルーホールで、ＶｄｄとＮウェル、ＧＮＤとＰウェルを接続するために用いられる。

ＶＩＡ１２は、図１に示したように、その中心が電源配線１１ａおよび１１ｂの中心線に重なるように配置されている。また、ＶＩＡ１２はそれぞれセル枠の頂点から１．５ｄの距離に配置され、さらに同じ電源配線上に配置されたＶＩＡ１２は、互いに３ｄの間隔を開けて配置されている。

図１には、一例として、セル枠の幅Ｗが６ｄであるスタンダードセルを示したが、Ｗが６ｄ以外の場合は、以下のように、ＶＩＡ１２が配置される。
Ｄｃ ＝ ３ｄ
Ｄｌ ≧ １．５ｄ
Ｄｒ ≧ １．５ｄ ……………（１）
ここで、ＤｃはＶＩＡ１２の間隔、ＤｌおよびＤｒはＶＩＡ１２と最も近いセル枠の頂点との間隔を表している。

図２は、本発明の実施例に係わるスタンダードセルを用いたセルライブラリを示すレイアウト図である。ここでは、一例として、セル幅Ｗが３ｄ〜８ｄのスタンダードセルを示した。

本発明の実施例に係わるスタンダードセルを用いたセルライブラリは、セル高さＨが同一でセル幅Ｗが異なる複数のスタンダードセルを備えている。

Ｗが３ｄ〜５ｄのスタンダードセル２１〜２３は、図２に示したように、上下の電源配線１１ａおよび１１ｂ上にそれぞれ１つのＶＩＡ１２を有している。これらのＶＩＡ１２は、（１）式を満たすように、セル枠の左端から１．５ｄの距離を置いて配置されている。

Ｗが６ｄ〜８ｄのスタンダードセル２４〜２６は、図２に示したように、上下の電源配線１１ａおよび１１ｂ上にそれぞれ２つのＶＩＡ１２を有している。これらのＶＩＡ１２は、（１）式を満たすように、１つがセル枠の左端から１．５ｄの位置に配置され、他の１つはさらに３ｄの距離を置いて配置されている。

図２には示していないが、Ｗが９ｄ以上のスタンダードセルは、Ｗが３ｄ増えるごとに上下の電源配線１１ａおよび１１ｂ上にそれぞれ１つずつのＶＩＡ１２が追加され、スタンダードセル２４〜２６と同様に、（１）式を満たすようにＶＩＡ１２が配置されている。また、Ｗが１ｄおよび２ｄのスタンダードセルには、ＶＩＡ１２は配置されていない。

次に、セル列の配置、すなわち、本発明の実施例に係わる複数のスタンダードセルを水平方向に隣接して配置した場合について説明する。
図３は、本発明の実施例に係わるスタンダードセルを用いたセル列内におけるＶＩＡ１２の配置を示すレイアウト図である。ここでは、一例として、セル幅Ｗが３ｄ〜６ｄのスタンダードセル２１〜２４を水平方向に順次隣接配置した場合を示した。

スタンダードセル２１〜２４のＶＩＡ１２はいずれも（１）式を満たすように配置されているので、これらを順次配置したセル列内におけるＶＩＡ１２の間隔は、図３に示したように、全て３ｄ以上となる。すなわち、スタンダードセル２１とスタンダードセル２２の間ではＶＩＡ１２の間隔は３ｄであり、スタンダードセル２２とスタンダードセル２３の間ではＶＩＡ１２の間隔は４ｄであり、スタンダードセル２３とスタンダードセル２４の間ではＶＩＡ１２の間隔は５ｄである。また、スタンダードセル２４における２つのＶＩＡ１２の間隔は（１）式により３ｄとなっている。

ここで、スタンダードセル２１〜２４のうちのいくつかが左右反転に配置されたとしても、ＶＩＡ１２の間隔が３ｄ以上となることは容易に推察できる。また、スタンダードセル２１〜２４を任意の並び順で配置したとしても、同様である。

さらに、Ｗが７ｄ以上のスタンダードセルに対しても、（１）式を満たしている限り、同様である。すなわち、スタンダードセル内に配置されているＶＩＡ１２の間隔は（１）式により３ｄとなっているので、Ｗが（３ｎ＋１）ｄ（以下、ｎはｎ＞１の整数を表す。）であればＷ＝４ｄ、Ｗが（３ｎ＋２）ｄであればＷ＝５ｄ、Ｗが（３ｎ＋３）ｄであればＷ＝６ｄのスタンダードセルとして考えればよい。

次に、セル列を上下に隣接して配置する場合について説明する。
図４は、本発明の実施例に係わるスタンダードセル２１を電源配線を共有するように上下に配置した場合の一例を示すレイアウト図である。ここでは、Ｗが３ｄのスタンダードセル２１を上下左右に稠密に配置した場合の組み合わせを示した。

図４（ａ）は、上下のスタンダードセル２１におけるＶＩＡ１２が重なるように、配置した場合の電源配線１１ａにおけるＶＩＡ１２の配置を示している。ここで、上側に配置するスタンダードセル２１は、電源配線１１ａが下側のスタンダードセル２１と共有できるように上下反転して配置されている。以下、図４〜図９においては、上側のスタンダードセルは同様に反転配置される。

図４（ａ）のようなセル配置では、上下のスタンダードセル２１におけるＶＩＡ１２は全て重なるので、配置後のＶＩＡ１２は互いに３ｄ離れて形成される。

図４（ｂ）は、上下のスタンダードセル２１におけるＶＩＡ１２が１グリッド分ずれるように、つまり、上側のスタンダードセル２１を下側に対して右にｄだけずらして配置した場合の電源配線１１ａにおけるＶＩＡ１２の配置を示している。

この場合、図４（ｂ）に示したように、２つのＶＩＡ１２が連続したグリッドに形成される。しかし、それぞれのスタンダードセル２１におけるＶＩＡ１２はセル枠の端から少なくとも１．５ｄ離れて配置されているので、３つ以上のＶＩＡ１２が連続して配置されることはない。

図４（ｃ）は、上側のスタンダードセル２１を下側に対して左にｄだけずらして配置した場合の電源配線１１ａにおけるＶＩＡ１２の配置を示している。この場合も、図４（ｂ）と同様に、３つ以上のＶＩＡ１２が連続して形成されることはない。

図５は、本発明の実施例に係わるスタンダードセル２１およびスタンダードセル２２を電源配線を共有するように上下に配置した場合の一例を示すレイアウト図である。ここでは、Ｗが３ｄのスタンダードセル２１を上側に配置し、Ｗが４ｄのスタンダードセル２２を下側に配置した場合の組み合わせを示した。この場合、４つのスタンダードセル２１（図５では、［２１−１］〜［２１−４］で示した。）と３つのスタンダードセル２２（図５では、［２２−１］〜［２１−３］で示した。）の組み合わせの繰り返しとなる。

図５（ａ）は［２１−１］〜［２１−３｝と［２２−１］および［２２−２］の組み合わせを示し、図５（ｂ）は［２１−４］、［２１−１］、および［２１−２］と［２２−３］および［２２−１］の組み合わせを示し、図５（ｃ）は［２１−２］〜［２１−４］と［２２−２］および［２２−３］の組み合わせを示している。

図５に示した組み合わせでＶＩＡ１２が連続したグリッドに形成されるのは、最大２つまでであり、３つ以上のＶＩＡ１２が連続して形成されることはない。また、スタンダードセル２２のうちいずれかを左右反転して配置しても、同様であることは容易に推察できる。

図６は、本発明の実施例に係わるスタンダードセル２１およびスタンダードセル２３を電源配線を共有するように上下に配置した場合の一例を示すレイアウト図である。ここでは、Ｗが３ｄのスタンダードセル２１を上側に配置し、Ｗが５ｄのスタンダードセル２３を下側に配置した場合の組み合わせを示した。この場合、５つのスタンダードセル２１（図６では、［２１−１］〜［２１−５］で示した。）と３つのスタンダードセル２３（図５では、［２３−１］〜［２３−３］で示した。）の組み合わせの繰り返しとなる。

図６（ａ）は［２１−１］〜［２１−３｝と［２３−１］および［２３−２］の組み合わせを示し、図５（ｂ）は［２１−３］〜［２１−５］と［２３−２］および［２３−３］の組み合わせを示し、図５（ｃ）は［２１−４］、［２１−５］、および［２１−１］と［２３−３］および［２２−１］の組み合わせを示している。

図６に示した組み合わせでＶＩＡ１２が連続したグリッドに形成されるのは、最大２つまでであり、３つ以上のＶＩＡ１２が連続して形成されることはない。また、スタンダードセル２３のうちいずれかを左右反転して配置しても、同様であることは容易に推察できる。

図７は、本発明の実施例に係わるスタンダードセル２２を電源配線を共有するように上下に配置した場合の一例を示すレイアウト図である。ここでは、Ｗが４ｄのスタンダードセル２２を上下左右に稠密に配置した場合の組み合わせを示した。

図７（ａ）は、上下のスタンダードセル２２におけるＶＩＡ１２が重なるように、配置した場合の電源配線１１ａにおけるＶＩＡ１２の配置を示している。

図４（ａ）のようなセル配置では、上下のスタンダードセル２２におけるＶＩＡ１２は全て重なるので、配置後のＶＩＡ１２は互いに４ｄ離れて形成される。

図７（ｂ）は、下側のスタンダードセル２２を上側に対して左にｄだけずらして配置した場合の電源配線１１ａにおけるＶＩＡ１２の配置を示している。
この場合、図７（ｂ）に示したように、２つのＶＩＡ１２が連続したグリッドに形成される。しかし、それぞれのスタンダードセル２２におけるＶＩＡ１２はセル枠の端から少なくとも１．５ｄ離れて配置されているので、３つ以上のＶＩＡ１２が連続して配置されることはない。

図７（ｃ）は、下側のスタンダードセル２２を上側に対して右にｄだけずらして配置した場合の電源配線１１ａにおけるＶＩＡ１２の配置を示している。この場合も、図７（ｂ）と同様に、３つ以上のＶＩＡ１２が連続して形成されることはない。

また、図７には示していないが、上下のスタンダードセル２２を互いに２ｄだけずらして配置した場合は、ＶＩＡ１２が２ｄの等間隔で形成され、連続したグリッドに形成されないことは容易に推察できる。

図８は、本発明の実施例に係わるスタンダードセル２２およびスタンダードセル２３を電源配線を共有するように上下に配置した場合の一例を示すレイアウト図である。ここでは、Ｗが４ｄのスタンダードセル２２を上側に配置し、Ｗが５ｄのスタンダードセル２３を下側に配置した場合の組み合わせを示した。この場合、５つのスタンダードセル２２（図５では、［２２−１］〜［２２−５］で示した。）と４つのスタンダードセル２３（図５では、［２３−１］〜［２３−４］で示した。）の組み合わせの繰り返しとなる。

図８（ａ）は［２２−１］および［２２−２｝と［２３−１］および［２３−２］の組み合わせを示し、図８（ｂ）は［２２−５］および［２２−１］と［２３−４］および［２３−１］の組み合わせを示し、図８（ｃ）は［２２−３］および［２２−４］と［２３−３］および［２３−４］の組み合わせを示している。

図８に示した組み合わせでＶＩＡ１２が連続したグリッドに形成されるのは、最大２つまでであり、３つ以上のＶＩＡ１２が連続して形成されることはない。また、スタンダードセル２２およびスタンダードセル２３のうちいずれかを左右反転して配置しても、同様であることは容易に推察できる。

図９は、本発明の実施例に係わるスタンダードセル２３を電源配線を共有するように上下に配置した場合の一例を示すレイアウト図である。ここでは、Ｗが５ｄのスタンダードセル２３を上下左右に稠密に配置した場合の組み合わせを示した。

図９（ａ）は、上下のスタンダードセル２３におけるＶＩＡ１２が重なるように、配置した場合の電源配線１１ａにおけるＶＩＡ１２の配置を示している。

図９（ａ）のようなセル配置では、上下のスタンダードセル２３におけるＶＩＡ１２は全て重なるので、配置後のＶＩＡ１２は互いに５ｄ離れて形成される。

図９（ｂ）は、下側のスタンダードセル２３を上側に対して左にｄだけずらして配置した場合の電源配線１１ａにおけるＶＩＡ１２の配置を示している。
この場合、図９（ｂ）に示したように、２つのＶＩＡ１２が連続したグリッドに形成される。しかし、それぞれのスタンダードセル２３におけるＶＩＡ１２はセル枠の端から少なくとも１．５ｄ離れて配置されているので、３つ以上のＶＩＡ１２が連続して配置されることはない。

図９（ｃ）は、下側のスタンダードセル２３を上側に対して右にｄだけずらして配置した場合の電源配線１１ａにおけるＶＩＡ１２の配置を示している。この場合も、図９（ｂ）と同様に、３つ以上のＶＩＡ１２が連続して形成されることはない。

また、図９には示していないが、上下のスタンダードセル２３を互いに２ｄだけずらして配置した場合は、ＶＩＡ１２が２ｄまたは３ｄ間隔をおいて形成され、連続したグリッドに形成されないことは容易に推察できる。

図４〜図９で上述したように、Ｗが３ｄ〜５ｄのスタンダードセル２１〜２３では、どのように組み合わせても、電源配線１１ａ上に形成されるＶＩＡ１２が３つ以上連続したグリッドに形成されることはない。さらに、スタンダードセル内に配置されるＶＩＡ１２が（１）式を満たしている限り、Ｗが６ｄ以上の場合も同様である。

すなわち、Ｗが３ｎｄであれば｛ｎ個のスタンダードセル２１｝と等価であり、Ｗが（３ｎ＋１）ｄであれば｛ｎ個のスタンダードセル２１＋スタンダードセル２２｝と等価であり、Ｗが（３ｎ＋２）であれば｛ｎ個のスタンダードセル２１＋スタンダードセル２３｝と等価であると考えればよい。

上記実施例によれば、自動配置プログラムによってレイアウトされた場合に、電源配線上のＶＩＡコンタクトが連続して３個以上隣接配置されないスタンダードセルおよびそれを用いたセルライブラリを実現することができる。

上述の実施例では、スタンダードセル内に複数のＶＩＡ１２が配置される場合には、電源配線１１ａまたは１１ｂと基板との抵抗値をできるだけ低くすることを考慮して、その間隔Ｄｃは３ｄであるとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、原理的にはＤｃは３ｄ以上であれば良い。例えば、ＶＩＡ１２の数が十分確保でき、電源配線１１ａまたは１１ｂと基板との抵抗値に問題がなければ、Ｄｃを３ｄ以上の値に設定することもできる。

また、図４〜図９では、説明を容易にするためにＶｄｄの電源配線１１ａを共有するようにスタンダードセルを上下に配置するとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、ＧＮＤの電源配線１１ｂを共有するように配置することもでき、例えば、３列以上のセル列を上下方向に配置する場合には、ＶｄｄとＧＮＤを交互に共有するように配置しても良い。

さらに、上述の実施例では、ＶＩＡ１２は電源配線（ＶｄｄまたはＧＮＤ）と基板とを接続するスルーホールであるとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、複数層の電源配線が重なっている場合に、それらの間を接続するためのスルーホールに適用することもできる。

さらに、上述の実施例では、セルライブラリ内のスタンダードセルは、全て同一の高さＨを持つとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、異なるＨを持つ複数のグループをセルライブラリに混在させるように構成することもできる。

本発明の実施例に係わるスタンダードセルの一例を示すレイアウト図。 本発明の実施例に係わるスタンダードセルを用いたセルライブラリを示すレイアウト図。 本発明の実施例に係わるスタンダードセルを用いたセル列内におけるＶＩＡコンタクトの配置を示すレイアウト図。 本発明の実施例に係わるスタンダードセル２１を電源配線を共有するように上下に配置した場合の一例を示すレイアウト図。 本発明の実施例に係わるスタンダードセル２１およびスタンダードセル２２を電源配線を共有するように上下に配置した場合の一例を示すレイアウト図。 本発明の実施例に係わるスタンダードセル２１およびスタンダードセル２３を電源配線を共有するように上下に配置した場合の一例を示すレイアウト図。 本発明の実施例に係わるスタンダードセル２２を電源配線を共有するように上下に配置した場合の一例を示すレイアウト図。 本発明の実施例に係わるスタンダードセル２２およびスタンダードセル２３を電源配線を共有するように上下に配置した場合の一例を示すレイアウト図。 本発明の実施例に係わるスタンダードセル２３を電源配線を共有するように上下に配置した場合の一例を示すレイアウト図。

符号の説明

１１ａ、１１ｂ 電源配線
１２ ＶＩＡコンタクト
１３ セル枠
２１〜２６ スタンダードセル

Claims (4)

1. 第１の方向に沿ったセル幅がＶＩＡコンタクトにおけるレイアウトの最小間隔であるグリッドの整数倍である矩形領域を示すセル枠と、
   前記セル枠の前記第１の方向に沿った辺に中心線が重なるように配置される電源配線と、
   前記電源配線の前記中心線上に中心が重なるように配置される複数のＶＩＡコンタクトを備え、
   前記ＶＩＡコンタクトの中心が前記セル枠の最も近い頂点から前記グリッドの少なくとも１．５倍離れており、かつ、前記複数のＶＩＡコンタクトの中心が互いに前記グリッドの少なくとも３倍離れていることを特徴とするスタンダードセル。
2. 前記複数のＶＩＡコンタクトの中心が、互いに前記グリッドの３ｎ倍（ｎは自然数。）離れていることを特徴とする請求項１に記載のスタンダードセル。
3. 第１の方向に沿ったセル幅がＶＩＡコンタクトにおけるレイアウトの最小間隔であるグリッドの整数倍である矩形領域を示すセル枠と、
   前記セル枠の前記第１の方向に沿った辺に中心線が重なるように配置される電源配線と、
   前記電源配線の前記中心線上に中心が重なるように配置される複数のＶＩＡコンタクトと、
   前記電源配線上に配置された前記ＶＩＡコンタクトの中心が前記セル枠の最も近い頂点から前記グリッドの少なくとも１．５倍離れており、かつ、前記複数のＶＩＡコンタクトの中心が互いに前記グリッドの少なくとも３倍離れているスタンダードセルと、
   前記第１の方向と直交する第２の方向に沿った前記セル枠の高さが同一である複数の前記スタンダードセルを有することを特徴とするセルライブラリ。
4. 前記複数のＶＩＡコンタクトの中心が、互いに前記グリッドの３ｎ倍（ｎは自然数。）離れていることを特徴とする請求項３に記載のセルライブラリ。

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