(57)【要約】【課題】高密度化を維持しつつ、高速化又はカップリングノイズを低減した信号線を実現する。【解決手段】所定の回路機能を有する第１回路及び第２回路を構成する回路内配線と、上記第１回路と第２回路とを接続するブロック間配線を有し、上記ブロック間配線を多層配線のうちの第１配線層により構成された第１配線と、上記第１配線層とは異なる第２配線層で構成された第２配線と、上記第１配線と第２配線とを接続するコンタクトホールとから構成し、隣接する配線間同士で入れ替えを行う交差部を設け、交差部間の配線の組み合わせを異ならせる。【選択図】　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の回路機能を有する第１回路と第２回路と、
上記第１回路及び第２回路を構成する回路内配線と、
上記第１回路と第２回路とを接続するブロック間配線とを備え、
上記回路内部配線とブロック間配線は、多層配線からなり、
上記ブロック間配線は、上記多層配線のうちの第１配線層により構成された第１配線と、上記第１配線層とは異なる第２配線層で構成された第２配線と、上記第１配線と第２配線とを接続するコンタクトホールとからなることを特徴とする半導体集積回路。
【請求項２】
請求項１において、
上記ブロック間配線は、回路１と回路２の間で同じタイミングで伝送される複数の信号に対応した複数からなり、
上記複数のブロック間配線は、互いに配線長がほぼ同じ長さにされ、
上記第１配線層と第２配線層と及びそれらを接続するコンタクトホールとを用い、隣接する配線間同士で入れ替えを行う交差部を複数個設け、かつ交差部間の配線を上記第１配線層で構成して隣接する配線の組み合わせが異なることを特徴とする半導体集積回路。
【請求項３】
請求項２において、
特定の回路機能を有し、その回路ブロック内を貫通する配線エリアが設けられた第３回路を更に備え、
上記ブロック間配線は、上記配線エリアに設けられてなることを特徴とする半導体集積回路。
【請求項４】
請求項１において、
上記ブロック間配線は、回路１と回路２の間で同じタイミングで伝送される複数の信号に対応した複数からなり、
上記複数のブロック間配線は、互いに配線長がほぼ同じ長さにされ、
上記第１配線層により構成されて第１回路から第１方向に延長される第１配線部と、
上記第１配線部の終端から上記第１方向と直交する第２方向に延長されて第２回路に至る第２配線部とを備え、
上記第１配線部と上記第２配線部とでは隣接する配線間同士の入れ替えが行われて隣接する配線の組み合わせが異なることを特徴とする半導体集積回路。
【請求項５】
請求項４において、
上記第１配線部の終端から上記第１方向に延びて第４回路に至る第３配線部を更に備え、
上記第１配線層と第２配線層と及びそれらを接続するコンタクトホールとを用い、隣接する配線間同士で入れ替えを行う交差部を設け、上記第１配線部と第３配線部とでは、隣接する配線の組み合わせが異なることを特徴とする半導体集積回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体集積回路に関し、例えばアドレス信号やデータ信号のように回路ブロック間の接続を行うバス配線を備えた半導体集積回路に利用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のＬＳＩにおいては、高機能化は当然としてカスタム製品、システムＬＳＩ製品を問わず、高速動作でなおかつ低消費電力という矛盾する命題を解決しなければならない。特に、情報携帯端末等（携帯電話、ＰＤＡ）においては、消費電力の低いＬＳＩが優先されてきたが、ＭＰＥＧ４使用による動画の受け渡しなどのように情報量が増加するに従い、動作周波数が高くかつ消費電力の低い製品が求められてきている。図９には、回路ブロック１と２の間のバス配線を従来のレイアウトツールで形成した例が示されている。図９（Ａ）は回路ブロック１と２を直接繋ぐ場合が示され、図９（Ｂ）はバス配線をリバールートで配線した場合が示され、図９（Ｃ）はバス配線をツイストルートにて配線した場合が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記バス配線が長い距離並走した場合、信号線間の寄生容量の容量値が大きくなる。バス配線において、寄生容量が大きいと、同一周波数で動作する隣接信号線からのカップリングによって信号変化速度が遅くなる場合が生じる。例えば、１つの信号線がハイレベルからロウレベルに変化する信号を伝達するとき、それと隣接する他の全ての信号線がロウレベルからハイレベルに変化すると、上記ハイレベルからロウレベルに変化する信号の伝達が極端に遅くなってしまう。したがって、上記信号変化速度に対して動作周波数を高くすると誤動作が生じ、上記信号変化速度に適合させると動作周波数が低くなってしまうという問題が生じる。これを防ぐために、配線間隔を通常の場合とは別に倍ピッチで配線すること等が考えられるが、このようにすると配線エリアが大きくなって高集積化が妨げられる。
【０００４】
この発明の目的は、高密度化を維持しつつ、高速化又はカップリングノイズを低減した信号線を備えた半導体集積回路を提供することにある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。所定の回路機能を有する第１回路及び第２回路を構成する回路内配線と、上記第１回路と第２回路とを接続するブロック間配線と有し、上記ブロック間配線を多層配線のうちの第１配線層により構成された第１配線と、上記第１配線層とは異なる第２配線層で構成された第２配線と、上記第１配線と第２配線とを接続するコンタクトホールとから構成し、隣接する配線間同士で入れ替えを行う交差部を設け、交差部間の配線の組み合わせを異ならせる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１には、この発明に係る半導体集積回路の一実施例のブロック図が示されている。同図には、回路ブロック１と２とを接続する１本の配線と、それと平行に延長される他の配線とが例示的に示されている。上記他の配線は、上記回路ブロック１と２とを接続するものであってもよいし、回路ブロック１と回路ブロック２以外の回路ブロックとを接続するもの、あるいは回路ブロック１以外と回路ブロック２とを接続するもの、更には回路ブロック１と２以外の回路ブロック同士を接続するものであってもよい。
【０００７】
上記回路ブロック１と２とを接続する配線は、長距離を同一方向に延長されるように配置されている。このような配線においては、多層配線のうちの特定の配線層Ｍ１により構成され、コンタクト層を介して他の配線層Ｍ２に乗り換えることにより同一層（Ｍ１）での配線を制限し切り替えノイズに対する耐性を付ける。つまり、上記配線の上下に隣接して上記代表として例示的に示したＭ１層で構成された他の配線等が存在するので、かかる他の配線からのカップリングの影響を軽減することができる。ここで、Ｍ１は、第１層目というように特定された配線層を意味ではなく、多層配線のうちの特定の配線層を表している。したがって、Ｍ２は、それとは異なる配線層を表す。
【０００８】
図２には、この発明に係る半導体集積回路の他の一実施例のブロック図が示されている。回路ブロック１と２を接続する２本を配線が存在する場合には、図面の上部に示されているように２本の配線を同一配線層Ｍ１とＭ２により平行に延長させる場合でも、前記のような他の配線からのカップリングの影響を得る。そこで、この実施例では、図面の下部に示したように、回路ブロック１と２とを接続する配線をツイストさせる。このような配線Ｍ１をツイストさせるために必要となる条件は、ツイストさせる配線間の上下（配線層）いずれかにＭ２に３チャネル分が必要となる。
【０００９】
多層配線の場合には、ある配線層Ｍ１の配線チャネルは第１方向に設定される。これと隣接する他の配線層Ｍ２の配線チャネルは、上記第１方向と直交する第２方向に設定される。それ故、図２の拡大図で示したように、回路ブロック１と２を接続する配線チャネルＭ１が図面の横方向に設定されている場合、それに隣接する配線層の配線チャネルＭ２は、縦方向に設定され、上記配線ツイスト部では配線チャネルに３チャネルが費やされる。逆にいえば、配線層Ｍ２に３チャネルの空きがあるところであれば配線Ｍ１のツイストを行うことができる。
【００１０】
この実施例では、回路ブロック１と２とを接続する２本の配線間の寄生容量そのものは、上記ツイストさせても変わらない。したがって、上記２本の配線間のカップリングの影響は変わらないが、それれら隣接する配線とのカップリングを軽減できる。例えば回路ブロック１の延びる２本の配線のうち、図面の上側から配線ツイスト部にまで至る配線は、かかる配線ツイスト部から回路ブロック２に至る部分が図面の下側に変更される。逆に、回路ブロック１の延びる２本の配線のうち、図面の下側から配線ツイスト部にまで至る配線は、かかる配線ツイスト部から回路ブロック２に至る部分が図面の上側に変更される。したがって、上記２本の配線を挟むように形成される図示しない他の配線との間で、カップリング容量が分散されるためにカップリングの影響を軽減できる。配線ツイスト部を回路ブロック１と２の中間点に設定すると、カップリングの影響を半減できる。
【００１１】
図３には、この発明に係る半導体集積回路の他の一実施例のブロック図が示されている。同図には、配線１ないし３からなる３本を配線が平行に延長される場合の例が示されている。同図の３本の配線は、同図では省略されているが、回路ブロック１と２との間を接続するバス配線とされる。
【００１２】
この実施例では、回路ブロック１と２の間に２箇所の配線ツイスト部が設けられる。左側の配線ツイスト部では、配線１と配線２の入れ替えが行われる。右側の配線ツイスト部では、配線１と配線３の入れ替えが行われる。この構成は、３本の隣接する配線間でのカップリング容量も減らすことができる。つまり、配線１の左側配線ツイストに至る第一部分の、並走容量対象部分は配線２であり、左右の配線ツイスト間の第二部分は、並走容量対象線分が配線２および配線３と配線３に分けられる。
【００１３】
図４には、この発明に係る半導体集積回路の他の一実施例のブロック図が示されている。同図には、配線１ないし４からなる４本を配線が平行に延長される場合の例が示されている。同図の４本の配線は、同図では省略されているが、回路ブロック１と２との間を接続するバス配線とされる。
【００１４】
この実施例では、回路ブロック１と２の間に２箇所の配線ツイスト部が設けられる。左側の配線ツイスト部では、上下に２本ずつつの配線１と配線２及び配線３と配線４の入れ替えが行われる。右側の配線ツイスト部では、中間の２本の配線１と配線４の入れ替えが行われる。この構成は、この構成では、隣接する配線の組み合わせが配線ツイスト部で変更される。例えば、左側では図面の上から順に１−２−３−４の組み合わせであるが、中間部では２−１−４−３の組み合わせに変更され、右側では２−４−１−３に変更される。
【００１５】
例えば、回路ブロック１から延びた配線２がロウレベルからハイレベルに変化し、他の配線１、３、４がハイレベルからロウレベルに変化しても、上記のような隣接配線の組み合わせが配線ツイスト部で変更されるので、カップリングの影響を軽減できる。つまり、配線２に関しては、回路ブロック１から左側の配線ツイスト部までが両側の配線１と３によるカップリングの影響を受けるが、そこから回路ブロック２までは片側の配線１と配線４によるカップリングの影響しか受けない。このように、配線ツイスト部での隣接配線の組み合わせを変更することで、バス配線間でのカップリングによる信号遅延を軽減でき、信号伝達速度の高速化が可能になる。
【００１６】
バス配線は、データバスを例にすると、８ビット、１６ビットあるいは３２ビットのように多数であり、上記４本の例を基本パターンとして、その繰り返しにてこれら８ビット、１６ビットあるいは３２ビットにも対応可能である。アドレスバスはアドレス空間に対応して設けられるものであり、上記同様に対応できるものである。
【００１７】
図５には、この発明に係る半導体集積回路の一実施例の一部レイアウト図が示されている。この実施例では、半導体チップ上に１チップのマイクロコンピュータを構成する中央処理装置（ＣＰＵ）が搭載される。同図には、上記１チップのマイクロコンピュータを構成する複数の回路（機能）ブロックのうち、ＣＰＵコアが代表として例示的に示されている。
【００１８】
この実施例では、ＣＰＵコア上には、コアを上下及び左右に貫通する配線可能な領域が２箇所設定されている。この領域は、特に制限されないが、メタルの４層および５層を使用することにより配線通過が可能な領域となっている。この領域は、例えば、縦方向に５２チャネル横方向に６０チャネルの配線チャネルを有する。チップの構成上、チップの下辺部分（Ｃ点）から上辺（Ａ点）または左辺（Ｂ点）の論理を結ぶ場合、配線をＣＰＵコアの上空を通過させると配線長が短くなり非常に有利となる。
【００１９】
しかし、例えばＡ点とＣ点を接続するときに、バス配線ＢＵＳ１のように最短距離で接続すると、上記のように限られた領域を使用するために、最小の配線ピッチにより配線を通すこととなり、並走配線容量が大きくなってしまう。この結果、配線ディレイが大きくなって配線長を短くできるという利点が生かせない。つまり、これに対して、上記ＣＰＵコアを迂回するようなバス配線ＢＵＳ２においては、配線長は上記迂回させる分だけ長くなるが、配線ピッチを大きくして上記並走配線容量を小さくすることにより上記配線バスＢＳＵ１と同等以上の信号伝達速度を得ることができる。
【００２０】
上記のようにバス配線ＢＵＳ１（ＣＰＵコア上空を通過させた場合）とバス配線ＢＵＳ２（ＣＰＵコアの外周を迂回した場合）では、上記のように配線長で明らかにバス配線ＢＵＳ１の方が有利である。しかし、バス配線ＢＵＳ１は隣接配線の影響でバス配線ＢＵＳ２よりも配線ディレイが大きくなるという現象が生じて配線長の短い利点が生かせない。そこで、前記実施例のように隣接する二つの配線をツイストして並走配線の分断を行い、配線ピッチを最小にしつつ配線ディレイを削減することができる。
【００２１】
図６には、この発明に係るバス配線の一実施例のレイアウト図が示されている。同図の実施例は、図５のＢ点とＣ点を接続するバス配線に向けられている。Ｂ点とＣ点には、多数のバス配線が設けられるが、そのうちの４本が例示的に示されている。Ｂ点から前記のようなツイスト部（クロスポイント）ＣＰ１に延びる配線は、下から順に配線１、２、３、４のように並んで延長される。そして、第１クロスポイントＣＰ１において、配線１と２及び３と４のツイストが行われる。したがって、第１クロスポイントＣＰ１から第２クロスポイントＣＰ２に至る配線は、下から順に配線２、１、４、３の順に並んで延長される。
【００２２】
第２クロスポイントＣＰ２において、内側２本の配線１と４のツイストが行われる。したがって、第２クロスポイントＣＰ２から第３クロスポイントＣＰ３に至る配線は、下から順に配線２、４、１、３の順に並んで延長される。そして、第３クロスポイントＣＰ３において、上下２本ずつの配線２と４及び１と３のツイストが行われる。したがって、第３クロスポイントＣＰ３から下側に曲がるコーナーに至る配線は、下から順に配線４、２、３、１の順に並んで延長される。そして、特に制限されないが、かかるコーナー部からＣ点に至る配線は、そのままの順に延長される。
【００２３】
上記クロスポイント部ＣＰ１ないしＣＰ３を構成するために、例えば横方向に延長されるメタル４層とクロスするメタル５層を使用できるチャンネルが３箇所存在する必要がある。このような３箇所のチャンネルを利用するだけで、上記Ｂ点とＣ点の間で４つの組み合わせを作ることができる。
【００２４】
上記のように限定された配線領域を使用して配線を行う場合、通常使用される並走配線間の配線容量削減を適応すること、つまりは配線ピッチを広げることは難しい。そこで隣接する配線を入れ替えることで、並走配線間の同一配線層上での配線容量を分断する。この構成によって着目する配線の両側の配線が同時に変化した場合でも、配線容量が小さくなっていることによって同時変化を起こすことがなくなる。すなわち、同時変化を起こす配線に対する配線容量を小さく見せることによって、配線の同時切り替え時の誤動作を抑制することができる。また、配線の入れ替えを行うことによって、同時切り替え時における該当配線を分散させることも可能となるため誤動作を起こす確率を更に減少させることが可能となる。
【００２５】
図７には、この発明に係るバス配線の他の一実施例のレイアウト図が示されている。この実施例では、バス配線を第１方向から第２方向に直角に折り曲げるコーナー部を利用して、配線のツイストが行われる。つまり、前記のように横方向に延長される配線１、２、３、４をメタル４層目で形成し、コーナー部で配線１と２、３と４を入れ替えるようにコンタクト部の位置を変更する。つまり、図７の左側のようにコンコクト部を順に並べるのではなく、配線２に対するコンタクト部を配線１に対するコンコクト部よりも左側にシフトさせる。同様に、配線４に対するコンタクト部を配線３に対するコンコクト部よりも左側にシフトさせる。このようなコンタクト部の並べ変えによって、そこからメタル５層で縦方向に延びるバス配線が配線２、１、４、３のように並ぶように変更される。
【００２６】
図８には、この発明に係るバス配線の更に他の一実施例のレイアウト図が示されている。この実施例では、Ｔ型に分岐する場合の応用例が示されている。バス配線を第１方向から第２方向に直角に折り曲げるコーナー部を利用して、前記のような配線のツイストを行いつつ、そこから同じ第１方向に延びた配線の入れ替えも同時に行うようにするものである。このような同じ第１方向に延びる配線の入れ替えのために、例えば前記図７の実施例に対して、縦方向に必要な配線チャネルを２本分必要となる。
【００２７】
以上説明した本願発明においては、バス配線の信号の同時切り替え時に誤動作が発生しないように、隣接配線間の配線容量をコントロール（入れ替え）することで配線の信頼性を確保することができる。つまり、配線間の配線容量をコントロールすることによって、信号の同時切り替え時の誤動作を防ぐとともに、配線容量の増加に伴う配線ディレイの削減に効果がある。実際の製品においては、同時切り替えの影響よりも、配線ディレイの削減に関しての効果が期待できる。
【００２８】
以上本発明者よりなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、隣接配線の組み合わせを変更するパターンは、バス配線が２Ｎ本のような偶数本の場合には隣接するＮ組の２本ずつをツイストさせ、次のツイスト部では両端の２本を除いて隣接するＮ−１組の２本ずつをツイストさせるようにする等種々の変形を採ることができる。この発明は、回路ブロック間を接続するバス配線等の比較的長い配線を有する半導体集積回路に広く利用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。所定の回路機能を有する第１回路及び第２回路を構成する回路内配線と、上記第１回路と第２回路とを接続するブロック間配線と有し、上記ブロック間配線を多層配線のうちの第１配線層により構成された第１配線と、上記第１配線層とは異なる第２配線層で構成された第２配線と、上記第１配線と第２配線とを接続するコンタクトホールとから構成し、隣接する配線間同士で入れ替えを行う交差部を設け、交差部間の配線の組み合わせを異ならせることにより、信号の同時切り替え時の誤動作を防ぐとともに配線容量の増加に伴う配線ディレイの削減を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る半導体集積回路の一実施例を示すブロック図である。
【図２】この発明に係る半導体集積回路の他の一実施例を示すブロック図である。
【図３】この発明に係る半導体集積回路の他の一実施例を示すブロック図である。
【図４】この発明に係る半導体集積回路の他の一実施例を示すブロック図である。
【図５】この発明に係る半導体集積回路の一実施例を示す一部レイアウト図である。
【図６】この発明に係るバス配線の一実施例を示すレイアウト図である。
【図７】この発明に係るバス配線の他の一実施例を示すレイアウト図である。
【図８】この発明に係るバス配線の更に他の一実施例を示すレイアウト図である。
【図９】従来のレイアウトツールで形成される配線例を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
Ｍ１，Ｍ２…配線層、１〜４…配線、ＣＰ１〜ＣＰ３…クロスポイント部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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