JP4929437B2 - 集積回路の配線レイアウト方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路の配線レイアウト方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路では、高集積化のため多層配線が行われている。その各配線層について、配線面積率Pの値が大きすぎても小さすぎても層間絶縁膜の平坦度が悪くなって、歩留りや信頼性が低下する。配線の空き領域にはダミー配線が行われるので、配線面積率が許容最小値以上になることは保証される。
【0003】
図6(A)は、インバータ10、ナンドゲート11、Dフリップフロップ12、ノアゲート13及び乗算回路14がレイアウト設計されている場合を示している。従来では、各配線層について、配線のレイアウト設計が終わった後に例えば7×7μmの検査ウインドウQ1を設定し、ウインドウQ1内の配線面積率Pが許容最大値を超えていないかを検査し、次に査ウインドウQ1を図示矢印方向へシフトさせてQ2とし、同様の処理を繰り返し行っていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図6(B)に示すように検査ウインドウQ1の設定位置をずらすと、例えば、図6(B)のウインドウQ2でエラーが検出され、図6(A)のウインドウQ2内ではエラーが検出されないということが生じ、チェック漏れが生ずる。このため、層間絶縁膜の平坦度が悪くなる場合が生じ、結果として半導体デバイスの信頼性が低下する原因となっていた。
【0005】
本発明の目的は、このような問題点に鑑み、検査の仕方に依存せずに配線面積率を許容最大値以下にすることができる、集積回路の配線レイアウト方法を提供することにある。
【0006】
本発明の一態様では、配線層の配線面積率Pが許容最大値Pmax以下になるように配線をレイアウトする集積回路の配線レイアウト方法において、
(a)ライン幅Wを段階分けし、各段階のライン幅Wに対して該許容最大値Pmaxの許容範囲を満たすように各段階のライン間スペース幅Sを予め規定しておき、
(b)ライン幅Wに応じて該規定を満たすように配線をレイアウトする。
【0007】
この構成によれば、検査の仕方に依存せずに配線面積率Pを許容最大値Pmax以下にすることができる。
【0008】
本発明の他の態様では、格子状配線の場合に、配線層の配線面積率Pが許容最大値Pmax以下になるように配線をレイアウトする集積回路の配線レイアウト方法において、
(a)格子のライン幅Wを段階分けし、各段階のライン幅Wに対し配線面積率Pが該許容最大値Pmax以下になるメタル抜き面積Aの第1許容面積A0を予め規定しておき、
(b)格子のライン幅Wに応じて該規定を満たすように配線をレイアウトする。
【0009】
この構成によれば、検査の仕方に依存せずに条件P≦Pmax及びA≧Amin0が満たされる。
【0010】
本発明の他の目的、構成及び効果は以下の説明から明らかになる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
【0012】
最初に、この実施形態の集積回路の配線レイアウト方法の概略を説明する。
【0013】
配線の大部分は、図4(A)に示すようなライン&スペース20と、図4(B)に示すような格子状配線30である。
【0014】
図4(A)のライン&スペース20は、ライン21〜24が一定ピッチで互いに平行に配置されている。ライン&スペース20は、ラインが2本であってもよい。ライン&スペース20の配線面積率Pは、点線で示すように隣り合うライン21と22の中心線の線分を含む矩形枠25の配線面積率Pに等しく、これは枠26のそれに等しい。ライン21の幅をW、ライン21と22の間のスペースの幅をSと表記すると、
P=W/(W+S) (1)
と表される。高集積化のためには配線面積率Pが高いほど好ましいが、平坦度の悪化による歩留りや信頼性の低下を防止するためには、
P≦Pmax (2)
でなければならず、ここにPmaxは許容最大値であり、例えば0.84である。
【0015】
一般に、上層ほど配線幅が広く、また、外部との入出力回路の配線幅のほうがコア部のそれよりも広い。形成可能なライン幅W及びスペース幅Sの最小値はいずれも0.2μmであるとする。また、設計対象の集積回路の全ての配線幅の範囲が例えば0.2μm≦W≦2.0μmであるとする。
【0016】
ライン幅Wの値に応じてスペース幅Sの値を一意的に決めることも可能であるが、処理時間が長くなり過ぎるのを防止するために、ライン幅Wを段階分けし、条件(2)が満たされるように各段階の許容最小値Sminを予め規定しておく。例えば次のようにライン幅Wの段階分けと許容最小値Sminとを定める。
【0017】
0.2μm≦W≦1.0μmのとき、Smin=0.2μm (3)
1.0μm<W≦1.6μmのとき、Smin=0.4μm (4)
1.6μm<W≦2.0μmのとき、Smin=0.5μm (5)
ルール(3)において、0.2μmは、現在の技術で形成可能なライン幅W及びスペース幅Sの最小値である。図5(A)はライン幅Wと許容最小値Sminとの関係を示す線図である。これら(3)〜(5)の場合において、S=Sminのときの配線面積率Pの範囲はそれぞれ、次の通りである。
【0018】
0.50≦P≦0.83
0.71<P≦0.80
0.76<P≦0.80
ルール(3)〜(5)に従えば、任意のライン幅Wの値に対し条件(2)が満たされる。ルール(3)〜(5)は、形成可能なライン幅W及びスペース幅Sの最小値0.2μmを決め、次に段階数3を決め、次に各段階のSminを決め、次に各段階のSminと条件式(2)とからWの最大値を決めることにより得られたものである。段階数を4とし、Sminを0.1μm刻みとしてもよい。この場合、例えば、上記ルール(3)及び(5)と、上記ルール(4)を次の2つに分けたルールとを採用する。
【0019】
1.0μm<W≦1.2μmのとき、Smin=0.3μm (4−1)
1.2μm<W≦1.6μmのとき、Smin=0.4μm (4−2)
段階数が多くなるほどコンピュータ処理時間が長くなるので、コンピュータの処理速度に応じて段階数を定める。処理時間が長くてもかまわないのであれば、段階分けせずに、kを定数とし、Wの値に応じてSminを、
Smin=W/k (6)
と定めてもよい。この場合、S≧Sminと上式(1)とから、
P=W/(W+S)≦W/(W+W/k)=k/(k+1)
が成立する。例えばk=4とすると、P≦0.8となるので、条件(2)が満たされる。
【0020】
次に、図4(B)の格子状配線30に対する制限について考える。
【0021】
格子状配線30は、ライン幅Wの配線が格子状に形成されていると考えることができる。格子状配線30に形成されたメタル抜き部31の隣り合う辺の長さを幅SX及びSYと表記する。格子状配線30の配線面積率Pは、メタル抜き部31の回りの配線の中心線で囲まれた点線で示す矩形枠32の配線面積率Pに等しい。枠32の配線面積率Pは、これを平行移動した枠33のそれに等しく、次式で表される。
【0022】
P=(SX+W+SY)W/{(W+SX)(W+SY)} (7)
メタル抜き部31の面積Aが狭すぎると、層間絶縁膜の平坦度が悪くなり、又は、露光装置やエッチングとの関係で寸法精度が悪くなるので、条件
A≧Amin0 (8)
を満たす必要があり、ここにAmin0はメタル抜き部31の許容最小面積であり、例えば0.24μm2である。メタル抜き部31の面積A及びライン幅Wの値が一定である場合、幅SXとSYの差が大きいほど配線面積率Pの値が大きくなる。そこで、幅SYが設計上の最小値(現在の技術で形成可能な最小値)、例えば0.2μmであり、SX・SY=0.24μm2である場合に、P=0.84となるライン幅Wの値を上式(6)に基づいて求めると、0.6μmとなる。したがって、W≦0.6μmである場合にはA=Amin0=0.24とすることにより、上式(2)が満たされる。
【0023】
メタル抜き部31の面積Aが一定である場合、ライン幅Wの値が大きいほど配線面積率Pの値が大きくなるので、次にW=2.0μmの場合について考える。上述のようにメタル抜き部31の面積及びライン幅Wの値が一定である場合、幅SXとSYの差が大きいほど配線面積率Pの値が大きくなるので、幅SY=0.5μmである場合にP=0.84となる幅SXの値を計算すると、8μmとなる。したがって、0.6μm<W≦2.0μmの範囲でメタル抜き部31の面積Aが4μm2以上であれば、上式(2)が満たされる。
【0024】
以上のことから、格子状配線30については、ライン幅Wを段階分けし、各段階について次のようなルールを規定する。
【0025】
0.6μm<W≦2.0μmのとき、許容最小メタル抜き面積Amin=4μm2(9)
W≦0.6のとき、メタル抜き面積AをAmin0=0.24μm2に固定 (10)
図5(B)はライン幅Wと許容最小メタル抜き面積Aminとの関係を示す線図である。このルールに従えば、任意のW、SX及びSYの値に対し条件(2)及び(8)が満たされる。上記ルール(9)をさらに段階分けすることも可能であるが、上述のように段階数が多くなるとコンピュータ処理時間が長くなるので、コンピュータの処理速度に応じて段階数を定める。
【0026】
なお、配線の空き領域においては、その領域に応じてライン&スペース20、格子状配線30又はその他のパターンのダミー配線が行われ、そのW、S、SX及びSYの値を予め定めた値にすることができるので、条件(2)及び(7)は自動的に満たされる。
【0027】
図6は、設計段階においてチップ20上に配置しようとする複数のマクロセルMC1を示す。
【0028】
チップ20の縁部には複数のパッド21が形成され、各パッド21に対応してI/Oセル21が形成され、マクロセルMC1はI/Oセル21の内側に配置される。マクロセル内の配線設計は、マクロセル毎に行われる。
【0029】
処理の簡単化のために、コンピュータにより自動配線設計を行った後に、上記ルール(3)〜(5)、(9)及び(10)を満たすかどうかをコンピュータで検査し、満たさないエラー部分については、満たすようにスペース幅又はメタル抜き面積を変更する。
【0030】
図1〜3は、コンピュータにより1つのマクロセルに対して行われる自動配線設計の概略フローチャートである。次に、この処理を、図7〜(9)を参照して説明する。
【0031】
(ST1)外部記憶装置から自動配線に必要なデータを読み込む。
【0032】
(ST2)このデータに基づき、従来と同様に自動配線を行う。
【0033】
図7(A)は、自動配線されたある配線層の配線パターンの一部を示す。必要な配線(実配線)L1〜L9がレイアウトされた後、空き領域に、ハッチングが施されたダミー配線D1〜D6がレイアウトされる。
【0034】
(ST3)格子状配線以外の各実配線を、配線幅Wについて上記(3)〜(5)に基づき段階分けし、段階コードを配線データに付加する。図7(B)中のT〜Vは、実配線データに付加された段階コードを示す。段階コードT〜Vの大小関係はT<U<Vであるとする。また、段階コードT〜Vはそれぞれ上記ルール(3)〜(5)に対応しているとする。
【0035】
(ST4)ステップST2でレイアウトされた、検査が完了していない1つの配線を検査対象として選択する。
【0036】
(ST5)検査対象が存在すればステップST6へ進み、そうでなければステップST21へ進む。
【0037】
(ST6)検査対象が格子状配線であれば図3のステップST14へ進み、そうでなければ図2のステップST7へ進む。
【0038】
検査対象が格子状配線でない場合には、図7(B)中に矢印付寸法線で示すように、各実配線の各辺について、スペース幅Sが上記ルール(3)〜(5)を満たすかどうかの検査を以下のステップST7〜S13により行う。
【0039】
(ST7)検査対象の配線の、検査が終わっていない1つの辺を選択する。
【0040】
(ST8)ステップST7で選択すべき辺がなければ、すなわち全ての辺について検査が完了していれば、ステップST4へ戻り、そうでなければステップST9へ進む。
【0041】
(ST9)選択した辺と隣り合う配線の辺との間の距離であるスペース幅Sを求める。例えば、図8(A)の配線L2の辺L21をステップST8で選択した場合、辺L21と配線L6の辺L61との間隔S1、及び、辺L21と配線L7の辺L71との間隔S2を求める。
【0042】
(ST10)スペース幅Sに対応した隣り合う配線の段階コードの大きい方のSminを求める。隣り合う配線は、長手方向が90度異なるものであってもよい。例えば7図(A)のスペース幅S1については、配線L2及びL6の段階コードがそれぞれV及びTであり、V>Tであるので、段階コードVのSmin=0.4μmを求める。同様にスペース幅S2のSmin=0.4μmを求める。
【0043】
(ST11〜ST13)S≧Sminであれば、Mij=1とし、そうでなければMij=2とする。ここにMijは、辺iと辺jの間隔Sの検査結果を示しており、初期値は0であり、1はルールを満たしていることを示し、2はルールを満たしていない(エラーである)ことを示す。次にステップST7へ戻る。
【0044】
図7(A)及び(B)中の太線は、検査済みの辺、すなわちMij>0であることを示す。ステップST4で配線L7を選択した場合、辺L71について検査済みであるので、ステップST7でこの辺は選択されない。図7(B)中の×印はMij=2であることを示す。
【0045】
(ST14)メタル抜き面積Aを求める。
【0046】
(ST15)L≦0.6であればステップST16へ進み、そうでなければステップST17へ進む。
【0047】
(ST16)A=0.24μm2であればステップST18へ進み、そうでなければステップST19へ進む。
【0048】
(ST17)A≧4μm2であればステップST18へ進み、そうでなければステップST19へ進む。
【0049】
(ST18)Mi=1とする。ここにMiは、格子状配線iの検査結果を示しており、初期値は0であり、1はルールを満たしていることを示し、2はルールを満たしていない(エラーである)ことを示す。次にステップST4へ戻る。
【0050】
(ST19)Mi=2とし、ステップST4へ戻る。
【0051】
(ST20、ST21)検査結果にエラーがあれば、ルールを満たすようにその部分の配線のレイアウトを修正する。例えば図7(B)の配線L1とL2のスペース幅が不足している場合、ダミー配線D1を固定してダミー配線D1〜D3のピッチを短くするとともに、配線L1をダミー配線D1側へずらして、図9に示すようにする。なお、ダミー配線の一部を間引くことにより配線スペースを確保してもよい。このようにしても配線スペースが足りない場合には、マクロセルのサイズを、予め定められた許容範囲内で大きくする。
【0052】
(ST22)ステップST21でエラーを解消することができなかった場合には、エラー情報を出力する。設計者は、これに対し手動でレイアウトを変更してエラーを解消する。
【0053】
このような処理により、条件(2)及び(8)が検査の仕方に依存せずに満たされるので、層間絶縁膜の平坦度が向上し、半導体デバイスの信頼性向上に寄与する。
【0054】
図6において、各マクロセルについて上記処理を行った後、マクロセル間の自動配線を上記同様に行う。
【0055】
なお、本発明には外にも種々の変形例が含まれる。
【0056】
例えば、上記実施形態では自動配線後に配線面積率などの検査を行う場合を説明したが、本発明は、上記ルールを満たすように自動配線する構成であってもよい。
【0057】
また、上記実施形態ではマクロセル毎に自動配線を行う場合を説明したが、チップ全体に対し一括して自動配線する構成であってもよい。
【0058】
さらに、ステップST21での自動レイアウト修正を行わずに、ステップST22でエラー情報を出力し、その後、手動でレイアウト修正する構成であってもよい。
【0059】
また、本発明は配線の形成方法によらず、銅やアルミニューム等のダマシン配線のみならず、通常のドライエッチングにより形成される配線に対しても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】CAD装置により配線を自動レイアウト設計する場合の概略フローチャートの一部である。
【図2】図1の続きを示す概略フローチャートである。
【図3】図1の続きを示す概略フローチャートである。
【図4】(A)及び(B)はそれぞれライン&スペース及び格子状配線の配線面積率説明図である。
【図5】(A)はライン&スペースにおけるライン幅Wと許容最小スペース幅Sminとの関係を示す線図であり、(B)は格子状配線におけるライン幅Wと許容最小メタル抜き面積Aminとの関係を示す線図である。
【図6】検査対象回路の単位を説明するためのチップ上マクロセル配置図である。
【図7】(A)は図1のステップST2を説明するための配線レイアウト図、(B)は図2の処理を説明するための配線レイアウト図である。
【図8】(A)及び(B)はいずれも図2の処理を説明するための配線レイアウト図である。
【図9】図1のステップST21を説明するための配線レイアウト図である。
【図10】(A)及び(B)は配線レイアウト設計後に行われる従来の配線面積率検査方法の問題点説明図である。
【符号の説明】
10 インバータ
11 ナンドゲート
12 Dフリップフロップ
13 ノアゲート
14 乗算回路
20 ライン&スペース
25、26、32、33 枠
21〜24 ライン
30 格子状配線
31 メタル抜き部
W ライン幅
S スペース幅
SX、SY 幅
Smin、Amin 許容最小値
Claims (7)
- 格子状配線の場合に、コンピュータが、配線層の配線面積率Pが許容最大値Pmax以下になるように配線をレイアウトする集積回路の配線レイアウト方法において、
(a)該コンピュータに与える設定データとして、格子のライン幅Wを段階分けし、各段階のライン幅Wに対し配線面積率Pが該許容最大値Pmax以下になるメタル抜き面積Aの許容最小面積を予め規定しておき、
(b)該コンピュータが、格子のライン幅Wに応じて該規定を満たすように配線をレイアウトする、
ことを特徴とする集積回路の配線レイアウト方法。 - 上記段階は、第1段階のW1min≦W≦W1maxと第2段階のW≦W1minの2段階を有し、
該第1段階の上記許容最小面積より該第2段階の上記許容最小面積の方が広いことを特徴とする請求項1記載の集積回路の配線レイアウト方法。 - 最小段階の上記許容最小面積を、ライン幅Wとは無関係の許容最小面積に等しくすることを特徴とする請求項1又は2に記載の集積回路の配線レイアウト方法。
- コンピュータが、配線層の配線面積率Pが許容最大値Pmax以下になるように配線をレイアウトする集積回路の配線レイアウト方法において、
(a1)該コンピュータに与える設定データとして、ラインアンドスペースの配線については、ライン幅Wを段階分けし、各段階のライン幅Wに対し該許容最大値Pmaxの許容範囲を満たすように各段階のライン間スペース幅Sを予め規定しておき、
(a2))該コンピュータに与える設定データとして、格子状配線については、格子のライン幅Wを段階分けし、各段階のライン幅Wに対し配線面積率Pが該許容最大値Pmax以下になるメタル抜き面積Aの第1許容面積Aを予め規定しておき、
(b)該コンピュータが、ライン幅Wに応じて該規定を満たすように配線をレイアウトする、
ことを特徴とする集積回路の配線レイアウト方法。 - 上記ライン間スペース幅Sは、W/(W+S)≦Pmaxを満たす値であることを特徴とする請求項4記載の集積回路の配線レイアウト方法。
- 上記段階は、第1段階のW1min≦W≦W1maxと第2段階のW≦W1minの2段階を有し、
該第1段階の上記許容最小面積より該第2段階の上記許容最小面積の方が広いことを特徴とする請求項4記載の集積回路の配線レイアウト方法。 - 最小段階の上記許容最小面積を、ライン幅Wとは無関係の許容最小面積に等しくすることを特徴とする請求項6記載の集積回路の配線レイアウト方法。
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