JPH02105569A - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents
Semiconductor integrated circuit deviceInfo
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- JPH02105569A JPH02105569A JP63258445A JP25844588A JPH02105569A JP H02105569 A JPH02105569 A JP H02105569A JP 63258445 A JP63258445 A JP 63258445A JP 25844588 A JP25844588 A JP 25844588A JP H02105569 A JPH02105569 A JP H02105569A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
- H10D84/90—Masterslice integrated circuits
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- 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装置に関し、特に配線寿命の改
善、すなわち信頼性を高くした集積回路装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to an integrated circuit device with improved wiring life, that is, with increased reliability.
一般に、ゲートアレイ方式集積回路装置(以下単にゲー
トアレイという)は、NAND・フリップフロップ等の
種々の回路単位をコンピュータを用いた自動配線によっ
て結線してその回路機能を実現している。これら各回路
単位は、機能ブロックとして予め配線パターンが用意さ
れ、その入力点及び出力点が定義されてコンピュータの
自動配線処理に適合する様に設計されている。In general, a gate array type integrated circuit device (hereinafter simply referred to as a gate array) realizes its circuit function by connecting various circuit units such as NAND and flip-flops by automatic wiring using a computer. For each of these circuit units, a wiring pattern is prepared in advance as a functional block, and its input and output points are defined and designed to be compatible with automatic wiring processing by a computer.
一方、集積回路装置(以下ICという)の信頼性基準の
ひとつである配線寿命は、一般に次式で与えられる故障
率50%に至る平均時間t50を尺度にしている。On the other hand, the wiring life, which is one of the reliability standards for integrated circuit devices (hereinafter referred to as IC), is generally measured by the average time t50 until the failure rate reaches 50% given by the following equation.
j50=AJ−”eXp (φ/kT)・ (1)(
1)式において、kはボルツマン定数、Tは接合温度、
Jは電流密度、A、φは配線の材質・構造で決まる定数
であり、また定数nは主に回路電流の種類、即ち定常電
流がパルス電流、あるいはDCかACによって決まると
共に、実験によって求められる。また、電流密度Jは、
回路電流工。j50=AJ−”eXp (φ/kT)・(1)(
In equation 1), k is Boltzmann constant, T is junction temperature,
J is the current density, A and φ are constants determined by the material and structure of the wiring, and the constant n is mainly determined by the type of circuit current, that is, steady current, pulsed current, DC or AC, and is determined by experiment. . In addition, the current density J is
Circuit electrician.
配線幅W、配線膜厚tによって次式のように表される。It is expressed by the following equation using the wiring width W and the wiring film thickness t.
J = I / w −t ・・・(2)前述のよ
うに、ゲートアレイにおいても要求信頼度に応じた配線
寿命を確保しなければならないが、次に説明するように
、現状ではかなり厳しいものになっている。J = I / w -t ... (2) As mentioned above, it is necessary to ensure a wiring life corresponding to the required reliability in gate arrays as well, but as explained next, this is currently quite difficult. It has become.
■装置の大規模化に応じて配線ピッチが縮小され、配線
幅Wが小さくなる傾向にある。(2) As devices become larger, the wiring pitch tends to be reduced, and the wiring width W tends to become smaller.
■同様に大規模化の進展に伴い、多層配線技術が必要に
なってきたが、配線膜厚tを厚くすることはガバレッジ
の確保にとってマイナスの要因になっている。■Similarly, multilayer wiring technology has become necessary as the scale increases, but increasing the wiring film thickness t is a negative factor in ensuring coverage.
■回路動作の高速化に伴って回路電流Iは増加する傾向
にある。例えば、CMO3回路における高速化はゲート
長りを短かくすることによる相互インダクタンスgmの
向上によるものであり、gm=dI/dVから明らかな
様に、定電圧(電源電圧一定)のまま高速化することは
回路電流1の増加を意味する。(2) The circuit current I tends to increase as the speed of circuit operation increases. For example, the increase in speed in a CMO3 circuit is due to the improvement in mutual inductance gm by shortening the gate length, and as is clear from gm = dI/dV, the speed can be increased while maintaining a constant voltage (constant power supply voltage). This means that the circuit current 1 increases.
■CMO3回路においては回路の動作周波数fの高いも
のが要求され、動作状態の消費電力Pがこれに比例して
大きくなり、次式で近似される接合温度Tが使用時に高
くなっている。(2) A CMO3 circuit is required to have a high circuit operating frequency f, and the power consumption P in the operating state increases in proportion to this, and the junction temperature T approximated by the following equation increases during use.
T=T、−)−θj、P ・・・(3)この式に
おいて、T、は周囲温度、θハはICのパッケージの熱
抵抗である。T=T,-)-θj,P (3) In this equation, T is the ambient temperature and θc is the thermal resistance of the IC package.
実際のゲートアレイにおいては、特に機能ブロックの出
力において配線寿命の条件が厳しくなっている。この場
合、CMO3回路の出力電流Iは出力負荷CLの関数で
あり、−次近似としては負荷CLと動作周波数fの関数
として■区CLfで表わされる。In actual gate arrays, wiring life conditions are particularly severe for outputs of functional blocks. In this case, the output current I of the CMO3 circuit is a function of the output load CL, and as a −th order approximation, it is expressed as a function of the load CL and the operating frequency f as a square CLf.
また、出力負荷CLは、α、βを定数とした時、出力に
接続されるファンアウトF。と配線長lによって次式の
ように近似して与えられる。Furthermore, the output load CL is the fanout F connected to the output, where α and β are constants. and the wiring length l, it can be approximated as shown in the following equation.
CL−αFo+βff −(4)で近似される(
α、βは定数)。以上からCMO8回路によって構成さ
れたICの配線寿命を確保する必要性のため、回路的に
は十分動作するものであっても、動作周波数f、ファン
アウトF O+配線長lを制限しなければならないこと
もある。It is approximated by CL−αFo+βff−(4) (
α and β are constants). From the above, it is necessary to ensure the wiring life of an IC configured with a CMO8 circuit, so even if the circuit operates satisfactorily, the operating frequency f and fanout F O + wiring length l must be limited. Sometimes.
さて、従来のゲートアレイの結線法の基本は、配線長の
総和(この場合の配線長は実際の配線長に限るものでは
なく1ゲートを単位とする配線長であってもよい)を指
標とし、何回かの配置試行の中でこれを最短にする配置
を選び、その後各ゲートの出力から最短配線になる様に
結線していた。Now, the basics of the conventional gate array wiring method is to use the total wiring length (in this case, the wiring length is not limited to the actual wiring length, but may be the wiring length in units of one gate) as an index. After several layout trials, I selected the one that would make this the shortest possible layout, and then connected the outputs of each gate to the shortest possible wiring.
例えば、第4図は配線パターンの一例を示す平面図で、
出力点Aから他の4つの入力点B〜Eへの最短配線をし
た場合を示している。図において、ブロック1は行列状
に配置された基本ゲート、実線2は第1層配線、点線3
は第2層配線、三角印4はこれら第1層配線1.第2層
配線2の間のスルーホールを示している。For example, FIG. 4 is a plan view showing an example of a wiring pattern.
This shows the case where the shortest wiring is made from output point A to the other four input points B to E. In the figure, block 1 is the basic gate arranged in a matrix, solid line 2 is the first layer wiring, and dotted line 3
The symbol 4 represents the second layer wiring, and the triangle mark 4 represents the first layer wiring 1. A through hole between the second layer wirings 2 is shown.
ここで問題となるのは、回路電流Iは、入出力点A〜F
〜G間を最大として、この区間の配線寿命が入出力点A
〜Eへ到るネットの内で最も少くなることである。特に
、薄く、幅の狭い第1層配線1の点F−G間が配線寿命
のネックとなる。The problem here is that the circuit current I is
~ G is the maximum, and the wiring life in this section is the input/output point A.
It is the smallest among the nets that reach ~E. In particular, the area between points FG and FG of the first layer wiring 1, which is thin and narrow, becomes a bottleneck in the life of the wiring.
従って、実際の設計においては、配線長lについて統計
的な値を仮定し、品種設計に対して動作周波数に応じた
ファンアウト制限を課している。Therefore, in actual design, a statistical value is assumed for the wiring length l, and fan-out restrictions are imposed on the product design according to the operating frequency.
上述した従来の半導体集積回路装置において、その動作
周波数は近年ますます高周波領域に移行し、また、その
配線長は高集積化の一環としての大チップ化に伴って内
部配線領域の拡大で長くなっている。一方、ファンアウ
トの要求値はシステムのワラチップ化、および8ビツト
、16ビツト、32ビツトと進む並列処理の拡大に伴い
、より多く期待されてるが、配線材質の改良による配線
寿命範囲の拡大はそれらに追いついていない
本発明の目的は、このような問題を解決し、配線寿命を
長く向上させると共に、ファンアウト数の制限を緩和し
、回路設計の自由度を拡大させた半導体集積回路装置を
提供することにある。In the above-mentioned conventional semiconductor integrated circuit devices, the operating frequency has increasingly moved into the high frequency range in recent years, and the wiring length has become longer due to the expansion of the internal wiring area as chips become larger as part of higher integration. ing. On the other hand, the required value for fan-out is expected to increase as systems become more chip-based and parallel processing expands from 8 bits to 16 bits to 32 bits. It is an object of the present invention to solve such problems and provide a semiconductor integrated circuit device that extends the life of wiring, alleviates restrictions on the number of fan-outs, and expands the degree of freedom in circuit design. It's about doing.
〔課題を解決するための手段〕
本発明の構成は、各種回路単位を構成する単位回路を組
合わせて種々の機能を実現する方式の半導体集積回路装
置において、前記単位回路の負荷に応じてその単位回路
の出力点を複数個設け、これら複数の出力点に前記回路
負荷を均等となるように分配させたことを特徴とする。[Means for Solving the Problems] The configuration of the present invention provides a semiconductor integrated circuit device that realizes various functions by combining unit circuits constituting various circuit units. The present invention is characterized in that a plurality of output points of a unit circuit are provided, and the circuit load is equally distributed among the plurality of output points.
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図は本発明の一実施例の模式的平面図である。本実
施例は、行列状に配置された基本ゲート1の内に、第1
層配線2を設け、この第1配線2と直交してこの第1配
線1の下層に第2層配線3を設け、これら第1.第2層
配線2.3間がスルーホール4で接続された構成となっ
ている。図では基本ゲート1の入出力点を丸印の点A、
A’ 。FIG. 1 is a schematic plan view of an embodiment of the present invention. In this embodiment, a first
A layer wiring 2 is provided, a second layer wiring 3 is provided below the first wiring 1 and perpendicular to the first wiring 2, and a second layer wiring 3 is provided below the first wiring 1. The second layer wiring 2 and 3 are connected by a through hole 4. In the figure, the input and output points of basic gate 1 are circled point A,
A'.
B〜Eで示し、スルーホール4のに、J〜○を三角印で
示している。本実施例で配線寿命のネックになるのは区
間J〜K、または区間N〜Oであるが、ここを流れる電
流は、動作周波数が同一ならば、第3図の場合に対しフ
ァンアウト成分としてファンアウト2個分減少している
ことがわかる。They are indicated by B to E, and J to O are indicated by triangular marks in the through hole 4. In this example, the bottleneck in the wiring life is the section J to K or the section N to O, but if the operating frequency is the same, the current flowing there will be a fan-out component compared to the case of Fig. 3. It can be seen that the fanout is reduced by two fanouts.
このファンアウト減少分は、例えば第4図の配線法にお
いて動作周波数f配線寿命の点から制限しなければなら
ない事情にあったならばこれを緩和することに大きな効
果をもつ。一方、第4図の配線法において、ファンアウ
ト数が配線寿命の点から制限しなければならない事情に
あったならば同じくこれを緩和する効果をもつ。This fan-out reduction has a great effect in alleviating the situation in which the operating frequency f has to be limited in terms of wiring life, for example in the wiring method shown in FIG. 4. On the other hand, in the wiring method of FIG. 4, if there is a situation where the number of fan-outs must be limited from the viewpoint of wiring life, this also has the effect of alleviating this.
第2図(a)、(b)はファンアウト数の制限緩和の効
果を説明する二つの例の回路図で、共にバッファゲート
5とD型フリップフロップ(DFF)6とからなるシフ
トレジスタ回路を示す。FIGS. 2(a) and 2(b) are two example circuit diagrams illustrating the effect of relaxing the restriction on the number of fan-outs. show.
第2図(a)はファンアウト数制限が4の場合であり、
第2図(b)は6以上の場合である。Figure 2 (a) shows the case where the fan-out number limit is 4,
FIG. 2(b) shows the case of 6 or more.
第2図(a)は第2図(b)よりもバッファゲート3を
1段余分に必要としている。FIG. 2(a) requires one more stage of buffer gates 3 than FIG. 2(b).
この第1図においては、配線長が多少長くなることには
なるが、配置の段階から本発明の結線法を想定して配置
処理することによって、配線長の増加を必要最小限に抑
えることができる。In FIG. 1, the wiring length is somewhat longer, but by assuming the wiring connection method of the present invention from the placement stage, the increase in wiring length can be kept to the necessary minimum. can.
第3図は本発明の第2の実施例の模式的平面図であり、
第1図との相違は、入出力点A′〜P〜Q〜■部分の配
線が付加されていることである。FIG. 3 is a schematic plan view of a second embodiment of the present invention,
The difference from FIG. 1 is that wiring for input/output points A' to P to Q to ■ is added.
この実施例の特徴は、出力点Aから従来の配線法と全く
同じ手法で結線した後、第2の出力点A′から総負荷の
1/2の接続点Hあるいは■に対して並列に付加配線を
行なうことにあり、既存の配置配線プログラムをそのま
ま使用できる利点をもつ。また、この付加配線はファン
アウト数あるいは動作周波数あるいは配線長に応じて付
けたり付けなかったり自由に選択することができる。The feature of this embodiment is that after connecting from the output point A in exactly the same way as the conventional wiring method, the second output point A' is connected in parallel to the connection point H or ■ for 1/2 of the total load. It has the advantage that existing placement and routing programs can be used as is. Further, this additional wiring can be freely selected to be attached or not depending on the number of fan-outs, operating frequency, or wiring length.
なお、ここでは、実施例としてCMOSゲートアレイに
ついて説明したが、本発明はバイポーラCMO9回路、
ECL回路等の回路に適用でき、またゲートアレイ方式
のみならず、スタンダードセル方式、あるいはROM、
RAM等の記憶回路、オペアンプ等のアナログ回路を機
能ブロックとして有する半導体集積回路にも適用できる
。Although a CMOS gate array has been described here as an example, the present invention also applies to a bipolar CMO9 circuit,
It can be applied to circuits such as ECL circuits, and can be applied not only to gate array systems but also to standard cell systems, ROM,
It can also be applied to semiconductor integrated circuits having memory circuits such as RAM and analog circuits such as operational amplifiers as functional blocks.
以上説明したように、本発明は、回路の出力につく負荷
に応じて回路の出力点を複数個設けることによって、実
効的に配線寿命の延長をもたらし、あるいは回路の動作
周波数制限を緩和し、あるいはこのファンアウト数制限
を緩和することによって回路設計の自由度を向上させる
効果がある。As explained above, the present invention effectively extends the life of the wiring by providing a plurality of output points of the circuit according to the load applied to the output of the circuit, or relaxes the operating frequency limit of the circuit. Alternatively, relaxing this fan-out number restriction has the effect of improving the degree of freedom in circuit design.
第1図は本発明の一実施例の配線バタン部の模式的平面
図、第2図(a)、(b)は第1図のファンアウトを説
明するシフトレジスタの回路図、第3図は本発明の第2
の実施例の配線バタン部の模式的平面図、第4図は従来
の配線バタン部の一例の模式的平面図である。
1・・・基本ゲート、2・・・第1層配線、3・・・第
2層配線、4・・・スルーホール、5・・・バッファゲ
ート、6・・・D−FF。FIG. 1 is a schematic plan view of a wiring button part according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2(a) and (b) are circuit diagrams of a shift register illustrating the fan-out of FIG. 1, and FIG. Second aspect of the present invention
FIG. 4 is a schematic plan view of an example of a conventional wiring button part. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Basic gate, 2... 1st layer wiring, 3... 2nd layer wiring, 4... Through hole, 5... Buffer gate, 6... D-FF.
Claims (1)
能を実現する方式の半導体集積回路装置において、前記
単位回路の負荷に応じてその単位回路の出力点を複数個
設け、これら複数の出力点に前記回路負荷を均等となる
ように分配させたことを特徴とする半導体集積回路装置
。In a semiconductor integrated circuit device that realizes various functions by combining unit circuits constituting various circuit units, a plurality of output points of the unit circuit are provided according to the load of the unit circuit, and these multiple output points A semiconductor integrated circuit device characterized in that the circuit load is evenly distributed between the circuit loads.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63258445A JPH02105569A (en) | 1988-10-14 | 1988-10-14 | Semiconductor integrated circuit device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63258445A JPH02105569A (en) | 1988-10-14 | 1988-10-14 | Semiconductor integrated circuit device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02105569A true JPH02105569A (en) | 1990-04-18 |
Family
ID=17320305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63258445A Pending JPH02105569A (en) | 1988-10-14 | 1988-10-14 | Semiconductor integrated circuit device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02105569A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002026129A (en) * | 2000-07-04 | 2002-01-25 | Fujitsu Ltd | LSI chip layout design method, and computer-readable recording medium recording a program for causing a computer to execute the method |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6298641A (en) * | 1985-10-24 | 1987-05-08 | Nec Corp | semiconductor integrated circuit |
-
1988
- 1988-10-14 JP JP63258445A patent/JPH02105569A/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6298641A (en) * | 1985-10-24 | 1987-05-08 | Nec Corp | semiconductor integrated circuit |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002026129A (en) * | 2000-07-04 | 2002-01-25 | Fujitsu Ltd | LSI chip layout design method, and computer-readable recording medium recording a program for causing a computer to execute the method |
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