TWI361362B - Integrated circuit design method applied to a plurality of library cells and integrated circuit design system thereof - Google Patents

Description

1361362 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種積體電路設計方法及其相關系統，尤指一種 透過旋轉超高速單元之金屬層的軌道方向來改良一積體電路設計 的佈局與繞線之積體電路設計方法及其相關系統。

【先前技術】 隨著半導體技術的發展，習知的電子元件（例如電容、電阻等） 已可整合於一晶片上，因此於一半導體製程中便可直接在晶片上 從事金屬連線的設計與製作來產生積體電路（integrated circuit， 1C)。由於積體電路已經廣泛地應用於各種電子產品中，而如何規 劃積體電路内部的平面規劃（fl〇or plan )、電源規劃（p〇wer plan )、 兀件佈局（placement)以及元件之間的繞線（r〇uting)也成為該 領域一重要課題。 目前積體電路的設計方法主要可區分為全客戶設計 (fiill-custom design )、閘陣列（gate array )、與標準單元翻㈣

Cdl)’其中標準單元的設計方式是利角一元件庫（celllibrary)中 已》又计好之元件模組加以拼凑成一大型的電路。通常該元件庫内 建複數個tl件庫單元（libraryeeli)，而目紐常見的元件庫單元 則包含有標準單元一腹卜叫以及超高速單元⑽化钟 speed 6 1361362 cell)。請參考第1圖與第2圖，第1圖為習知標準單元與超高逑 單元之各鲞屬層的示意圖，而第2圖則為第丨圖所示之標準單元 與超高速單元中的電源執（powerrail)之示意圖。如第1圖所示， 標準單元與超高速單元分別包含複數層金屬層，其中標準單元包 含六層金屬層Mil〜M16 (如1A所示），超高速單元則包含六層 金屬層M21〜]Vi26(如1B所示），且標準單元之奇數金屬層Mu、 M13、M15的轨道（metal track)方向係垂直於超高速單元之奇數 金屬層M21、M23、M25的軌道方向，而標準單元之偶數金屬層 M12、M14、M16的轨道方向則垂直於超高速單元之偶數金屬層 M22、M24、M26的轨道方向。於第2圖中，標準單元的電源執 係以第一層金屬層Mil當作電源網路（p〇wermesh)，且高度為 3.2微米（“m)(如2A所示），而超高速單元的電源軌則以第二 層金屬層M22當作電源網路，且高度為4微米（如2B所示）。 然而，若要將習知之標準單元以及超高速單元擺放於同一積體 電路設計内，由於兩者之各金屬層的軌道方向皆不相同，需要額 外的接線以及貫穿孔，才能完成該積體電路設計的電源規劃以及 佈局與繞線。如此一來，需要花費較多的成本。 【發明内容】 本發明的目的之一在於提供—種應用於複數個元件庫單元之 積體電路没a十方法及其相關積體電路設計系統，其可透過旋轉超 7 1361362 .冑速單元之金制的轨道方向，來解決先前技術中之問題。 本發明之實施例揭露了-種翻於複數個树庫單元之積體 .電路，方法，該些元件料元包含第-元件庫單元以及第二元 •件料H元件料元鮮二元件料元各包含複數層金屬 層，且第-元件庫單元之奇數金屬層的軌道方向係垂直於第二元 件庫單元之奇數金屬層的執道方向。該频設計方法包含： >旋轉該第"·元件料元，使得_後之娜二元件庫單元之奇數 金屬層的軌道方向係平行於該第一元件庫單元之奇數金屬層的軌 道方向；以及將該第—元件庫單元與該第二元件庫單元擺放於同 一積體電路料内。第-元件庫單元係為—標準單元，而第二元 =庫單元係為—超高速單元；或者第—元件庫單祕為-超高速 單元，而第二元件庫單元係為一標準單元。 ，本發明之實施觸露了 —種應祕複數個元件庫單元之積體 ►電路系統，該些元件庫單元包含第—元件庫單元以及第二元 牛庫單元’第-元件庫單元與第二元件庫單元各包含複數層金屬 曰且第元件庫單元之奇數金屬層的軌道方向係垂直於第二元 件庫單元之奇數金屬層的軌道方向。該麵電路設計系統包含有 ，轉模組以及—元件擺放模組^旋轉模組侧來旋轉第二元件 庫單，’使得旋轉後之第二元件庫單元之奇數金制的軌道方向 ’、平行於第-元件庫單元之奇數金屬層的轨道方向。元件擺放模 :、用來將第一元件庫單元與第二元件庫單元擺放於同一積體電 8 路設計内。 【實施方式】 請參考第3圖，第3圖為本發明第一元件庫單元、第二元件庫 單元以及旋轉後之第二元件庫單元之各金屬層之一實施例的示意 圖。其中第一元件庫單元包含六層金屬層Mil〜M16 (如3A所 示），第二元件庫單元則包含六層金屬層M21〜M26(如3B所示）， 且第一元件庫單元之奇數金屬層Mil、M13、M15的軌道方向係 垂直於第二元件庫單元之奇數金屬層M21、M23、M25的軌道方 向，而第一元件庫單元之偶數金屬層M12、M14、M16的軌道方 向則垂直於第二元件庫單元之偶數金屬層M22、M24、M26的軌 道方向。因此，為了解決各金屬層的軌道方向不同的問題，必須 旋轉第二元件庫單元，使得旋轉後之第二元件庫單元之奇數金屬 層Μ2Γ、M23’、M25’的執道方向平行於第一元件庫單元之奇數 金屬層Mil、M13、M15的執道方向，且旋轉後之第二元件庫單 元之偶數金屬層M22’、M24’、M26’的轨道方向平行於第一元件 庫單元之偶數金屬層M12、M14、M16的執道方向（如3C所示）。 凊參考第4圖，第4圖為第3圖所示之第一元件庫單元、第二 兀件庫單元以及旋轉後之第二元件庫單元中的電源執之示意圖。 第一元件庫單元的電源軌係以第一層金屬層Mn當作電源網路 (如4A所示），第二元件庫單元的電源執係以第二層金屬層腿 1361362 .==網路（如4B所示），而旋轉後之第二元件庫單元則以第 一曰金屬層M22’當作電_路（如4C所示）。 一於上述。之實施例中，第一元件庫單元係可為一標準單元，而第 • 庫單7°係可為一超高迷單元；或者第-元件庫單元係可為 超同速單疋’而第二元件庫單元係可為一標準單元，但各元件 之種類不侷限於此’亦可為其他種類之元件庫單元。此外，上述 • 之第一凡件庫單元以及第二元件庫單元各包含六層金屬層，但金 屬層之數目亦非本發明之限制條件，熟知此項技藝者應可了解，， 金屬層之層數並不限定。 。月參考第5圖’第5圖為本發明積體電路設計系統5⑽之一實 施例的示意圖。積體電路設計系統5〇〇係耦接於一元件庫51〇，元 件庫510包含—第一元件庫單元512以及一第二元件庫單元別， 且第-元件庫單元512以及一第二元件庫單元514可由第3圖與 第4圖所示之第—元件料元鮮二元件料元來實作。積體電 路設計系統500包含-旋轉模組52〇、一元件擺放模組53〇、一電 源規劃模組540以及一金屬層連接模組55〇。旋轉模組52〇係耦接 於元件庫510，用來旋轉第二元件庫單元514，使得旋轉後之第二 元件庫單元514之奇數金屬層的轨道方向平行於第一元件庫單元 512之奇數金屬層的執道方向，且旋轉後之第二元件庫單元514 之偶數金屬層的執道方向平行於第一元件庫單元512之偶數金屬 層的軌道方向（如3C所示）。元件擺放模組530係耦接於旋轉模 I361362 組520以及元件庫510’用來將第一元件庫單元512與旋轉後之第 —元件庫單元514擺放於同一積體電路設計内，其中第一元件庫 單元512係擺放於該積體電路設計内之一第一區塊，第二元件庫 單元514係擺放於該積體電路設計内之一第二區塊。電源規劃模 組540係根據同一執道方向，進行該第一區塊與該第二區塊之電 源規劃，而金屬層連接模組550則透過貫穿孔，將第二元件庫單 元514中一特定金屬層上的電源轨直接與該第一區塊中之電源規 劃連接在一起。 凊注意，上述之積體電路設計系統5〇〇係可透過一電腦執行一 佈局與繞拉錄縣倾，但本發明妨舰減，熟知此項 技藝者應可了解其中的運作，於此不再贅述。此外，元件庫別 係可设置於碰f路設計纽之外部並於制時才從外部載 二如第5圖所示之位置’或者元件庫sl〇可内建於積體電路設 计系統5GG中，熟知此項技藝者應可了解，這並非本發明之限制 *接下來，舉個例子說明本發明所揭露之積體電路設計方法與系 ’先的相關翻及其運作，並與傳統積體電路設計方法進行比較， =闈述進-步闞述本發明之積體電路設計方法與系統的各項優 黑占。 月參考第6圖與第7圖’第6圖為習知積體電路設計内之一第 1361362 .—區塊與—第二區塊之示意圖，而第7 _為第6圖所示之第一 區塊與第二區塊的細部架構與電源規劃之示意圖。如第6圖所示， 將積體電路設計600劃分成第一區塊⑽與第二區塊㈣，且將上 .述之第—元件庫單元512 (亦即縣單元）擺放於第—區塊⑽， .將第二元件庫單元514 (亦即超高速單元）擺放於第二區塊62〇。 由第6圖可知’第-元件庫單元512與第二元件庫單元514之各 金屬層的軌道方向不同，舉例而言，位於第—區塊⑽之第六層 •金屬層M16的執道方向係為垂直，而位於第二區塊620之第六層 金屬層漏的轨道方向則為水平，如此—來，在進行第__區塊⑽ 與第二區塊620之電源規劃時，必須依據不同的軌道方向分開來 做。 於第7圖中，可以看出第一元件庫單元512的電源執係以第一 層金屬層則當作電源網路，第二元件庫單元的電源細以第二 癱層金觸M22當作電源網路，錄於第—區塊⑽與第二區塊· 之各金屬層的轨道方向不同。假設將第五、第六金屬層作為電源 線/地線的電源規劃之用’第四金屬層則為加強電源線/地線的電源 規劃，而第-、第二、第三金屬層則作為信號層，因此，要連接 第-區塊610與第二區塊62〇的電源網路，必須在第一區塊_ 做額外的處理。舉例而言’第二區塊62G之第二金屬層體必須 先透過貫穿孔（via)連接至第二區塊62〇之第五金屬層應，由 .於第二區塊⑽之第五金屬層M25與第一區塊㈣之第五金屬層 M15的軌道方向不同’需再經過額外的繞線將兩者連接在一起。 12 1361362 ^言之’傳統積體電路設計方法在進行第—區塊_與第二區塊 6 〇之電源規劃時，必須依據不_執道方向 做額外的處理（需要額外的繞線）。 凊參考第8圖與第9圖’第8圖為本發明積體電路設計内之一 f區塊與-第二區塊的示意圖’第9圖則為第8圖所示之第一 •區塊與第二區塊的細部架構與電源規劃之示意圖。如第8.圖所亍， 將積體電路設計800劃分成第一區塊⑽與第二區塊82〇，且將上 述之第-元件庫單元512擺放於第—區塊⑽，將旋轉後之第二元 件庫单元514擺放於第二區塊820。由第8圖可知，第-元件庫單 心2與旋轉後之第二元件庫單元514之各金屬層的軌道方向相 同’舉例而言，位於第-區塊⑽之第六層金屬層廳的轨道方 向係為垂直，而位於第二區塊820之第六層金屬層觀，的轨道方 鲁向亦為垂直，如此-來，可根據同—執道方向，來同時進行第一 區塊810與第二區塊820之電源規劃。 於第9圖中，可以看出第-元件庫單元512的電源執係以第一 層金屬層則當作電源網路，旋轉後之第二元件庫單元514的電 源軌則以第二層金屬層M22，當作電源網路，且位於第一區塊_ 與第二區塊820之各金屬層的執道方向相同。同樣假設將第五、 •第六金屬層作為電源線/地線的電源規劃之用，細金屬層則為加 •強電源線/地線的電源規劃，而第-、第二、第三金屬層則作為作 13

I36130Z #b層因此’赌額外處理即可連接第-區塊81G與第三區塊820 的電源稱。舉例而言’由於第二區塊⑽之第五金屬層體，與 T區塊8i〇之第五金屬層MM相同，可透過貫穿孔娜將第二 ^ 之第—金屬層M22’直接與第一區塊810之第五金屬層 、/連接在起。換言之，本發明所揭露之積體電路設計方法在 進仃第區塊81〇與第二區塊82〇之電源規劃時，可根據同一軌 '、方向來同時進行，且在連接第一區塊⑽與第二區塊的電 源網路時，無需額外的繞線。 月多考第10圖，第10圖為本發明應用於複數個元件庫單元之 立電又。十方法之—操作範例的流程圖，其包含以下的步驟(請 ^意’假若可得到纽姻的結果，則下》彳步職祕定要依據 第10圖所示之順序來執行）： 步驟1002 :開始。 步驟刪：提供各包含複數層金屬層之第—元件庫單元以及第二 元件庫單7C ’且第一凡件庫單元之奇數金屬層的軌道 方向係垂直於第二元件庫單元之奇數金屬層的執道方 向0 步驟湖6 : _第二雜庫單元，使得旋轉後之第二元件庫單元 之奇數金屬層的軌道方向平行於第一元件庫單元之奇 數金屬層的執道方向。 步驟麵：分職[元件料元與_叙第二元件庫單元擺 14 1361362 放於同一積體電路設計内之第一區塊與第二區塊。 步驟1010 :根據同一軌道方向，進行第一區塊與第二區塊之電源 規劃。 步驟1012 :透過貫穿孔，將旋轉後之第二元件庫單元中一特定金 屬層上的電源軌直接與第一區塊中之電源規劃連接在 一起。 • 接下來，請配合第5圖所示之各元件、第10圖所示之各步驟 以及第8圖與第9圖的圖示來說明各元件之間如何運作。於步驟 1002中’ 70件庫51〇提供第一元件庫單元512以及第二元件庫單 元5M且兩者之各金屬層的軌道方向不同。於步驟驅中旋 轉柄組52〇旋轉第二元件庫單元別，使得旋轉後之第二元件庫單 元514之各金屬層的軌道方向相同，接著，元件擺放模組53〇分 別將第-元件庫單元512與旋轉後之第二元件庫單元514擺放於 鲁同-積體電路設計_内之第一區塊81〇與第二區塊82〇 (步驟 麵’如第8圖所示）。電源規劃模組則根據同—轨道方向， 進行第-區塊810與第二區塊之電源規劃（步驟麵），而金 屬層連麵!且550則透過貫穿孔85〇，將旋轉後之第二元件庫單元 514中-特定金屬層（亦即肋，）上的電源軌直接與第一區塊議 中之電源規劃（亦即Ml5)連接在—起（步驟ωΐ2，如第9圖所 示）。 請注意，上述餘之步娜為本發爾舉可行的實施例，並非 15 關本發明職娜件，且麵違背本發明之精神的情況下，這 t方法可另包含其他的中間的步驟，而本領域具通常知識者當可 據以做適當之變化。 以上所述的實施例僅用來說明本發明之技術特徵，並非用來偈 =發明之範脅。由上可知’本發明提供—種應用於複數個元件 庫料之频桃設財法及其綱龍電路料，钱，透過旋 轉第二70件庫單元514,可以讓旋轉後的第二元件庫單元514之各 金屬層的軌道方向平行於第一元件庫單元214之各金屬層的軌道 方向，如此-來，在進行第一區塊⑽與第二區塊之平面規 劃與電源賴時’可根執道方向來同時進行，且在連接第 -區塊810與第二區塊82〇的電源網路時，無需額外的繞線，不 僅可以避絲線空間不足關題，還可以減少人力、時間以及成 本的浪費’於各方面的考量上皆十分經濟實惠。 、上所述縣本發明之實施例，凡依本發明巾請專觀圍所做 之均等變化齡飾，皆_本㈣之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 第1圖為習知標準單元與超高速單元之各金屬層的示意圖。 第2圖為第1 ®所tf之標準單元與超高速單元巾的電源軌之示意 16 1361362 第2圖為本制第—元件庫單元、第二元件庫單元以及旋轉後之 第二元件庫單元之各金屬層之一實施例的示意圖。 第^圖為第3圖所示之第—树庫單元、第二元件庫單元以及旋 轉後之第二元件庫單元巾的電_之示意圖。 第5圖為本發_體電路設計系統之—實施例的示意圖。 第6圖為S知積體電路設計内之—第—區塊與—第二區塊之示意 第7圖為第6圖所示之第—區塊與第二區塊的細部架構與電源規 劃之示意圖。 第8圖為本發明積體電路設計内之—第—區塊與—第二 示 鲁 意圖。 圖為第8 ®所不之第—區塊與第二區塊的細部架構與電源規 之示意圖。 第10圖為本發明應用於複數個元件庫單元之積體電路設計方法之 一操作範例的流程圖。 【主要元件符號說明】 17 1361362

Mil〜M16、M21- -M26、M21’ 〜M26 500 積體電路設計系統 510 元件庫 512 第一元件庫單元 514 第二元件庫單元 520 旋轉模組 530 元件擺放模組 540 電源規劃模組 550 金屬層連接模組 600、800 積體電路設計 610 、 810 第一區塊 620 ' 820 第二區塊 850 貫穿孔 1002〜1012 步驟 金屬層

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Claims (1)

1. 十、申請專利範圍： 1-種應用於複數個元件庫單元（library cell)之積體電路設計方 法，該些元件庫單元包含一第一元件庫單元以及一第二元件庫 單元，該第一元件庫單元與該第二元件庫單元各包含複數層金 屬層，且該第一元件庫單元之奇數金屬層的執道（metaltrack) 方向係垂直於該第二元件庫單元之奇數金屬層的執道方向，該 積體電路設計方法包含有： 方疋轉該第二元件庫單元’使得旋轉後的該第二元件庫單元之奇 數金屬層的轨道方向係平行於該第一元件庫單元之奇數金 屬層的軌道方向；以及 將泫第一元件庫單元與該第二元件庫單元擺放於同一積體電路 設計内。 2. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路設計方法，其中該第一 元件庫單元係擺放於該積體電路設計内之一第一區塊，該第二 元件庫單元係擺放於該積體電路設計内之一第二區塊，以及該 積體電路設計方法另包含： 根據同一執道方向’進行該第一區塊與該第二區塊之電源規劃 (power plan ) 〇 3. 如申請專利範圍第2項所述之積體電路設計方法，其另包含： 透過貫穿孔（via)，將旋轉後之該第二元件庫單元中一特定金屬 層上的電源轨(power rail)直接與該第一區塊中之電源規劃 19 1361362 連接在一起。 4.如申請專利範圍第1項所述之積體電路設計方法，其中該第一 元件庫單元係為一標準單元（n〇rmalcell)，以及該第二元件庫 早元係為一超南速單元high speed cell)。 5·如申請專利範圍第1項所述之積體電路設計方法，其中該第一 7L件庫單元係為一超高速單元，以及該第二元件庫單元係為一 標準單元。 6. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路設計方法，其中該第一 元件庫單元以及該第二元件庫單元各包含六層金屬層。 7. —種應用於複數個元件庫單元之積體電路設計系統，該些元件 庫單元包含一第一元件庫單元以及一第二元件庫單元，該第一 7L件庫單元與該第二元件庫單元各包含複數層金屬層，且該第 一元件庫單元之奇數金屬層的轨道方向係垂直於該第二元件庫 單元之奇數金屬層的轨道方向，該積體電路設計系統包含有： -旋轉模組，用級轉該第二元件料元，使徹轉後之該第 一元件庫單元之奇數金屬層的執道方向係平行於該第一元 件庫單元之奇數金屬層的執道方向；以及 -兀件擺放模組，絲將該帛—元件料元與該帛二元件庫單 元擺放於同一積體電路設計内。 20 !361362 8. 如申請專利範圍第7項所述之積體電路設計系統，其中該元件 擺放模組係將該第一元件庫單元係擺放於該積體電路設計内之 —第一區塊，以及該第二元件庫單元係擺放於該積體電路設計 内之一第二區塊；以及該積體電路設計系統另包含： 一電源規劃模，组，用來根據同一軌道方向，進行該第一區塊與 該第二區塊之電源規劃。 ^ 9. 如申請專利範圍第8項所述之積體電路設計系統，其另包含. 一金屬層連接模組，用來透過貫穿孔，將旋轉後之該第二元件 庫單元中一特定金屬層上的電源轨直接與該第一區塊中之 電源規劃連接在一起。 10. 如申請專利範圍第7項所述之積體電路設計系統，其中該第一 元件庫單元係為一標準單元，以及該第二元件庫單元係為一 高速單元。 ^ 11. 如申請專利範圍第7項所述之積體電路設計系統，其中今第 元件庫單元係為一超高速單元，以及該第二元件庫單元係 標準單元。 12. 如申請專利範圍第7項所述之積體電路設計系統，其中該第 元件庫單元以及該第二元件庫單元各包含六層金屬層。 21