DE3716868A1 - Integrierte schaltung mit hohem integrationsgrad - Google Patents

Description

Die Gattung betrifft eine integrierte Schaltung gemäß der Gattung des Hauptanspruchs.

Es sind Halbleiterschaltungen mit hohem Integrations­ grad bekannt, die auch als LSI-Schaltungen bezeichnet werden, die eine Vielzahl von Standardzellen umfassen. Das Standardzellen-Layout der integrierten Schaltung verwendet die Standardzelle als Konstruktionssystem.

Bei den bekannten Schaltungsanordnungen ist in der Zel­ le nur eine interne Verbindung von Elementen ausgeführt, wobei die Verbindungen zwischen den Zellen als außerhalb der Zellen angeordnete Verbindungsleitun­ gen ausgeführt sind. Die Standardzellen enthalten ein logisches Grundelement oder zusammengesetzte Gatter, wie Inverter, NAND-, NOR- oder dergleichen und außerdem verschiedene Flip-Flop-Schaltungen, wie D-FF, JK-FF. Um ein logisches Gesamtsystem zu bilden, sind die genann­ ten Zellen miteinander verbunden, jedoch ist bei den bekannten LSI-Schaltungen die Leitungsverbindung zwi­ schen den Zellen konstant und unabhängig von der Art der zu übertragenden Signale.

Die herkömmlichen Standardzellen der oben beschriebenen Art sind in einer Schaltung mit hohem Integrationsgrad in sehr feiner Struktur ausgebildet, so daß die Lei­ tungsverbindung zwischen den Zellen ebenfalls sehr klein bzw. dünn wird. Im Falle von Taktleitungen oder entsprechenden Leitungsverbindungen, die mit einer ho­ hen Anzahl von Leitungsausgängen (fan-out) in Verbin­ dung stehen und über die gesamte Oberfläche eines Halb­ leiterchips verdrahtet sind, entsteht durch die fein ausgebildeten Leitungsverbindungen, das Problem der Elektronenwanderung und das Auftreten einer entspre­ chenden Widerstandskomponente. Dies bedeutet, daß bei einer Verengung der Leitungsverbindung ein hoher Strom­ fluß zu den Leitungsverbindungen nötig ist, um den La­ dungszufluß und die Endladung vorzunehmen, wo eine gro­ ße Last vorhanden ist. Die Elektronenwanderung nimmt entsprechend zu und die Leitungskapazität nimmt ab, jedoch, sofern die Kapazität der Last groß ist, nimmt die Kapazität im ganzen nicht in dem Umfang ab und der Leitungswiderstand nimmt unerwünschterweise zu. Wird dagegen die Leitungsbreite für eine spezielle Signal­ leitung erhöht, bedeutet dies, daß die Verdrahtung bzw. die Leitungsverbindung insgesamt komplizierter und da­ durch die automatische Verdrahtung verzögert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, obige Nach­ teile zu vermeiden und eine integrierte Schaltung mit hohem Integrationsgrad, bestehend aus Standardzellen, anzugeben, bei der eine Abweichung der Leitungsbreite der üblichen Leitungsverbindungen von den Verbindungen mit hoher Last wie der Taktleitung, leicht realisierbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Hauptan­ spruch angegebenen Merkmale erhalten. Die integrierte Schaltungsanordnung, die eine Vielzahl von Standardzel­ len umfaßt, hat Leitungsverbindungen mit hoher Bela­ stung und mit einer Verteilung über die gesamte Ober­ fläche des Halbleiterchips, wie z. B. die Taktleitungen, welche innerhalb einer Standardzelle ausgeführt sind. Durch diese Maßnahme, daß Leitungen mit hoher Last, wie die Taktleitung, innerhalb der Standardzelle ausgebildet sind, ist es möglich, daß diese Leitungen abweichen können von den üblichen Lei­ tungsverbindungen und auf einfache Weise in der Breite variiert werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Standardzelle einer erfindungsgemäßen in­ tegrierten Schaltungsanordnung,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Standardzellen um­ fassenden integrierten Schaltungsanordnung mit hohem Integrationsgrad gemäß der Erfindung und

Fig. 3 eine herkömmliche Anordnung einer integrierten Schaltungsanordnung.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 und 2 näher beschrieben. In Fig. 1 ist die Versorgungsleitung 1, eine Masseverbindung 3 und eine Standardzelle 4, die geeignet ist ihre latera­ le Form entsprechend einer auftretenden Funktion zu än­ dern wobei die vertikale Form konstant bleibt.

Eine Taktleitung 2 ist zwischen der Versorgungsleitung 1 und der Masseverbindung 3 innerhalb der Standardzelle 4 angeordnet.

Fig. 2 zeigt ein Standardzellensystem mit hohem Inte­ grationsgrad unter Verwendung der Standardzelle 4 von Fig. 1.

Nachfolgend wird die Funktionsweise näher erläutert. In einem derartigen Standardzellensystem mit hohem Inte­ grationsgrad (LSI-Schaltungsanordnung) ist die Taktlei­ tung 2 wie in Fig. 2 dargestellt in der Standardzelle 4 angeordnet, so daß sie durch die Breite des Leitungs­ netzes eines Leitungsbandes 5 begrenzt werden kann un­ abhängig von der Taktleitung 2. Außerdem unterscheidet sich die Taktleitung von einer üblichen Verdrahtung, gerade in dem Fall, wenn ein automatisches Programm für die Verdrahtung verwendet wird. Die Taktleitung kann in einer erforderlichen Breite ausgeführt werden, während die übliche Verdrahtung dünn ausgebildet sein kann, so daß eine Elektronenwanderung und eine Signalstörung aufgrund einer Widerstandskomponente der Leitungsver­ bindung verhindert wird.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die Taktleitung 2 zwi­ schen der Masseverbindung 3 und der Versorgungsleitung 1 angeordnet, um damit einen p-Kanal-Transistor und ei­ nen n-Kanal-Transistor in der Zelle 4 auszusparen. Um die Sperrkapazität insbesondere wie bei einer CMOS- Anordnung zu erhöhen, kann dieser Bereich dadurch ef­ fektiv ausgenutzt werden, daß die Taktleitung 2 durch den wie oben ausgesparten Abschnitt hindurchgeführt wird.

Wie im vorherigen Ausführungsbeispiel, kann die Takt­ leitung auch als einzelne Leitung ausgebildet sein, je­ doch kann sie auch in zwei oder mehr Teilen oder Ab­ schnitten ausgebildet sein. Das Ausführungsbeispiel, welches als CMOS-Element die Standardzelle bilden kann, könnte jedoch auch als ECL- oder MOS-Element ausgebil­ det sein.

Die vorliegende Erfindung ist nicht nur auf die Takt­ leitung anwendbar, sondern auch für andere Leitungsverbindungen, die einer höheren Belastung aus­ gesetzt sind und beispielsweise eine Vielzahl von Lei­ tungsausgängen bedienen, z. B. Signalleitungen für die Initialisierung der gesamten Schaltungsanordnung.

Wie oben mit Bezug auf ein Halbleitersystem mit hohem Integrationsgrad gemäß der Erfindung beschrieben ist, kann die Leitungsverbindung mit hoher Belastung wie ei­ ne Taktleitung innerhalb der Zelle ausgebildet sein und auf einfache Weise bezüglich der Leitungsbreite abwei­ chend von der sonstigen Verdrahtung variiert werden. Folglich kann die Automatisierung der Verdrahtung ge­ fördert werden, wobei nur die Verdrahtung mit hoher Last verbreitet ausgeführt ist, während die sonstige Verdrahtung eine geringere Breite aufweist.

Um die bestehenden Unterschiede gegenüber dem Stand der Technik zu veranschaulichen, ist in Fig. 3 ein Aus­ schnitt aus einer herkömmlichen integrierten Schal­ tungsanordnung mit hohem Integrationsgrad dargestellt. Auch hier sind eine Versorgungsleitung 1, eine Taktlei­ tung 2, eine Masseverbindung 3, Standardzellen 4 und Leitungsbereiche 5 dargestellt. Bei diesem herkömmli­ chen Bauelement ist lediglich eine Element- Anschlußverbindung innerhalb der Zelle 4 ausgeführt, während die Verbindung zwischen den Zellen 4 durch au­ ßerhalb der Zellen verlaufende Verbindungsleitungen 5 ausgeführt sind.

Claims (3)

1. Integrierte Schaltung mit hohem Integrationsgrad, die eine Vielzahl von Zellen verschiedener Gattung mit jeweils identischer vertikaler oder lateraler Struktur umfaßt, wobei die Zellen zu einer Logik oder derglei­ chen untereinander verbunden sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Leitungsverbindungen (2) mit hoher Last, die über die gesamte Fläche der Schal­ tung verteilt sind, innerhalb der verschiedenen Gattun­ gen von Zellen (4) positioniert sind.

2. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine hohe Belas­ tung aufweisenden Leitungsverbindungen die Taktleitung (2) bilden.

3. Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktleitung (2) zwischen der Versorgungsleitung (1) und der Massever­ bindung (3) innerhalb der Zellen (4) verläuft.