【手続補正書】
【提出日】平成16年11月9日(2004.11.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
ロジック領域に周波数の異なる複数のクロックが与えられる場合の半導体装置の設計方法であって、
(ａ)前記ロジック領域を、特定のクロックで動作するロジックの配設領域ごとに区分して、複数のドメインを設定するステップと、
(ｂ)前記ロジック領域上に、電源バンプをマトリックス状に複数配設し、予め定めた第１の規則に従って、前記電源バンプのそれぞれに前記複数のクロックに対応する複数の電源電圧を一義的に割り付けるステップと、
(ｃ)第１のレイヤに、第１の電源線を平行に複数配設し、予め定めた第２の規則に従って、前記第１の電源線のそれぞれに前記複数の電源電圧を一義的に割り付けるステップと、
(ｄ)前記第１のレイヤとは異なる第２のレイヤに、第２の電源線を、前記第１の電源線とは平面視的に直交するように平行に複数配設し、予め定めた第３の規則に従って、前記第２の電源線のそれぞれに前記複数の電源電圧を一義的に割り付けるステップと、
(ｅ)前記複数の電源電圧を前記複数のドメインのそれぞれで使用される電源電圧に分類し、前記電源バンプ、前記第１および第２の電源線に一義的に割り付けられた前記電源電圧を、前記分類に基づいて前記複数のドメインごとに変更するステップと、を備える、半導体装置の設計方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
前記ステップ(ｃ)は、
前記第１の配列方向の前記電源バンプの配列に平行するように前記第１の電源線を配設するステップを含み、
前記複数の電源電圧のそれぞれの電圧を、前記電源バンプの前記配列の両側に最近傍の２つの前記第１の電源線から各側交互に順に割り付けることを前記第２の規則とする、請求項２記載の半導体装置の設計方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１２】
ロジック領域上に、マトリックス状に複数配設された電源バンプと、
前記ロジック領域上の第１のレイヤに互いに平行して複数配設され、前記電源バンプに電気的に接続される第１の電源線と、
前記第１のレイヤとは異なる第２のレイヤに、前記第１の電源線とは平面視的に直交するように平行に複数配設され、前記第１の電源線に電気的に接続される第２の電源線と、を備え、
前記電源バンプは、前記第１のレイヤよりも下層のレイヤに配置された中継導体層を介して前記第１の電源線に電気的に接続される、半導体装置。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
そして、複数のフリップフロップの中には、同期して動作するフリップフロップも多数存在するので、クロックが立ち上がるタイミングに最も電力を消費する。このとき電源線ＷＬ１、ＷＬ２および電源バンプＢＰには電流が流れるが、この電流が電源電圧値の変動をもたらす。これが電源ノイズである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
図２０に示すように、クロックＣＫ１とＣＫ２とで周波数が異なっており、基本的にはクロックの立ち上がりエッジは同期しない。従って、電源電圧ＶDDの時間的な変動は、クロックＣＫ１およびＣＫ２のパルスの立ち上がり、立ち下がりに応じて発生している。電源電圧ＶDDの変動が電源ノイズＮＺである。なお、電源電圧ＶSSにおいても同様のノイズが発生することは言うまでもない。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、クロックＣＫ１とＣＫ２とで周波数が異なっている場合は、基本的にはクロックの立ち上がりエッジは同期しないと述べたが、周波数が整数倍の関係にあれば、どこかで一致する場合がある。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
このように電源ノイズＮＺが増大すると、クロック信号にも影響が発生する。すなわち、クロックＣＫ１およびＣＫ２は、ドメインＤ１およびＤ２内に設けられたクロックドライバによって増幅されてフリップフロップに与えられるが、クロックドライバは、電源電圧ＶDDおよびＶSSによって駆動するインバータで構成されており、電源電圧ＶDDおよびＶSSが変動すれば、クロックＣＫ１およびＣＫ２のパルスの、立ち上がり、立ち下がりのエッジが時間的に変動し、図２０に破線で示すようなクロックジッタＣＪが発生する。クロックジッタＣＪの大きさは電源ノイズＮＺの大きさに対応し、クロックＣＫ１およびＣＫ２の立ち上がりエッジが同期する場合には、クロックジッタＣＪが増大する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
本発明に係る請求項１記載の半導体装置の設計方法は、ロジック領域に周波数の異なる複数のクロックが与えられる場合の半導体装置の設計方法であって、前記ロジック領域を、特定のクロックで動作するロジックの配設領域ごとに区分して、複数のドメインを設定するステップ(ａ)と、前記ロジック領域上に、電源バンプをマトリックス状に複数配設し、予め定めた第１の規則に従って、前記電源バンプのそれぞれに前記複数のクロックに対応する複数の電源電圧を一義的に割り付けるステップ(ｂ)と、第１のレイヤに、第１の電源線を平行に複数配設し、予め定めた第２の規則に従って、前記第１の電源線のそれぞれに前記複数の電源電圧を一義的に割り付けるステップ(ｃ)と、前記第１のレイヤとは異なる第２のレイヤに、第２の電源線を、前記第１の電源線とは平面視的に直交するように平行に複数配設し、予め定めた第３の規則に従って、前記第２の電源線のそれぞれに前記複数の電源電圧を一義的に割り付けるステップ(ｄ)と、前記複数の電源電圧を前記複数のドメインのそれぞれで使用される電源電圧に分類し、前記電源バンプ、前記第１および第２の電源線に一義的に割り付けられた前記電源電圧を、前記分類に基づいて前記複数のドメインごとに変更するステップ(ｅ)とを備えている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
本発明に係る請求項１２記載の半導体装置は、ロジック領域上に、マトリックス状に複数配設された電源バンプと、前記ロジック領域上の第１のレイヤに互いに平行して複数配設され、前記電源バンプに電気的に接続される第１の電源線と、前記第１のレイヤとは異なる第２のレイヤに、前記第１の電源線とは平面視的に直交するように平行に複数配設され、前記第１の電源線に電気的に接続される第２の電源線とを備え、前記電源バンプは、前記第１のレイヤよりも下層のレイヤに配置された中継導体層を介して第１の電源線に電気的に接続されている。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
なお、図２においては、電源バンプＢＰ１の配列の上側の電源線ＷＬ１には、電源電圧Ｖ１、Ｖ３、Ｖｎ−１など、奇数番の電源電圧が割り付けられ、電源バンプＢＰ１の配列の下側の電源線ＷＬ１には、電源電圧Ｖ２、Ｖ４、Ｖｎなど、偶数番の電源電圧が割り付けられているが、高い周波数のクロックが与えられるドメインに対応する電源ほど電源バンプの近くに割り付けられていれば良く、奇数番と偶数番とで、上下関係が逆であっても良い。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
ブランチＢＲは層間絶縁膜ＺＬ２を貫通するビアコンタクトＶＨ１を介して中継導体層ＲＬ３に電気的に接続され、中継導体層ＲＬ３は、電源電圧Ｖ１が割り付けられる電源線ＷＬ１の下方を通って電源電圧Ｖ３が割り付けられる電源線ＷＬ１の下部まで延在し、ビアコンタクトＶＨ１を介して電源線ＷＬ１に電気的に接続される。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
電源バンプＢＰ１およびＢＰ２に電源電圧を割り付けた後、フロアプランを参照して割り付けの変更を行う。図９においては、割り付けの変更についても併せて示しており、図９に従って説明すると、ドメインＤ１においては、当初、電源電圧Ｖ２が割り付けられていた電源バンプＢＰ１は、電源電圧Ｖ１に割り付けを変更し、電源電圧Ｇ２が割り付けられていた電源バンプＢＰ２は、電源電圧Ｇ１に割り付けを変更する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
電源線ＷＬ１およびＷＬ２に電源電圧を割り付けた後、フロアプランを参照して、電源線ＷＬ１およびＷＬ２の切断と、電源電圧の割り付けの変更を行う。図１０においては、電源線ＷＬ１およびＷＬ２の切断と、割り付けの変更についても併せて示している。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９９】
最上段から５番目の電源電圧Ｖ２が割り付けられていた電源線ＷＬ１は、ドメインＤ１およびＤ３上に跨って配設されているので、ドメインＤ１とドメインＤ３との境界上で切断し、ドメインＤ１上に位置する部分は電源電圧Ｖ１に割り付けを変更し、ドメインＤ３上に位置する部分は当初の割り付けを維持する。同様に、最上段から７番目の電源電圧Ｇ２が割り付けられていた電源線ＷＬ１は、ドメインＤ１とドメインＤ３との境界上で切断し、ドメインＤ１上に位置する部分は電源電圧Ｇ１に割り付けを変更し、ドメインＤ３上に位置する部分は当初の割り付けを維持する。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０３】
また、左端から５番目および６番目の電源電圧Ｖ１およびＧ１が割り付けられていた２本の電源線ＷＬ２は、ドメインＤ１、Ｄ３およびＤ２上に跨って配設されているが、ドメインＤ３では電源電圧Ｖ１も使用するので、ドメインＤ１とドメインＤ３との境界上での切断は不要であり、ドメインＤ３とドメインＤ２との境界上でのみ切断する。そして、ドメインＤ１およびＤ３上に位置する部分は当初の割り付けを維持し、ドメインＤ２上に位置する部分は電源電圧Ｖ２およびＧ２に割り付けを変更する。このような処置を全ての電源線ＷＬ２に対して行う。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０６】
ここで、図１１に、クロックＣＫ１だけを使用するドメインＤ１における電源バンプＢＰ１およびＢＰ２の電源線ＷＬ１との電気的接続の例を示し、図１２にはクロックＣＫ１およびＣＫ２を使用するドメインＤ３における電源バンプＢＰ１およびＢＰ２の電源線ＷＬ１との電気的接続の例を示す。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１３】
これらにより、電源バンプＢＰ１に与えられた電源電圧Ｖ１およびＶ２を、所定の電源線ＷＬ１に、電源バンプＢＰ２に与えられた電源電圧Ｇ１およびＧ２を、所定の電源線ＷＬ１に供給することができる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２２】
この結果、電源バンプに電気的に接続される電源線は、ロジック規模（消費電力）が大きいドメインに電源電圧を供給する電源線ほど、電源バンプに近く配設されるので、電源バンプから電源線までの距離が短く、電源バンプと電源線との間に電流が流れることで生じる電源電圧の降下を最小限に抑えることができる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３２】
ここで、電源電圧Ｖおよび電圧Ｇとしては、電源電圧Ｖ１、Ｖ２および電源電圧Ｇ１、Ｇ２に相当し、より具体的には、例えばＭＯＳトランジスタのドレイン電源電圧ＶDDおよびソース電源電圧ＶSSに対応する。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４６】
なお、ドメインＤ３の最上段、最上段から２番目および５番目の電源線ＷＬ３は、ドメインＤ１の電源線ＷＬ３と電気的に接続されている。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４７】
また、ドメインＤ３の最上段の電源線ＷＬ３と次の段の電源線ＷＬ３との間、および最上段から３番目と４番目の電源線ＷＬ３の間には、図中の上側から順に配設されたウエル領域ＮＷおよびＰＷで構成される活性領域ＡＲ１が配設されている。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５８】
分離セルＴ１３はウエル領域ＮＷの外側（現実には外側上方）に、電源線ＷＬ３１を有しているので、ドメインＤ１の最上段から２番目の活性領域ＡＲ２の隣に配設することで、ドメインＤ１の活性領域ＡＲ２が電気的に分離される。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７９】
以上のステップＳ１１〜Ｓ３１を実行することで、図１４に示すように、複数のクロックを使用するドメインＤ３と、単一のクロックを使用するドメインＤ１との電気的分離が達成されるとともに、ドメインＤ３における活性領域間の電気的分離も達成される。