集成电路电源布局及其设计方法

摘要

本发明公开了一种集成电路的电源布局、设计集成电路的电源布局的方法以及建构集成电路的电源布局的方法。该电源布局方式利用多个具有一致线宽的金属干组成电源供应网络与电源供应环。特别地，该电源供应环包含多个金属环，该金属环由该金属干中部分较密集聚集的金属干所形成，该电源供应环用以接收电源并且将该电源分配给集成电路的电子元件。

权利要求

1. 一种集成电路的电源布局，包含：

半导体层；

多个电子元件，该电子元件形成于该半导体层上；

N层由底至顶起算的连续的金属层，该金属层彼此绝缘且形成于该半导体层上或之上，N为正整数；

电源分布网络，该电源分布网络包含多个金属轨，并且耦接至该电子元件；

电源供应网络，该电源供应网络包含多个金属干，该金属干形成在第N层金属层至第i层金属层处，该金属干通过多个第一介层窗相互连接并且通过多个第二介层窗与该金属轨连接，i为小于N的正整数；以及电源供应环，该电源供应环包含多个金属环，该金属环由该金属干中部分密集聚集的金属干所形成，该电源供应环用以接收电源并且将该电源经由该电源供应网络传导至该电源分布网络，该电源分布网络再将该电源分配给该电子元件。

2. 如权利要求1所述的集成电路的电源布局，其中该金属轨具有第一线宽而该金属干具有第二线宽，且该第二线宽大于该第一线宽。

3. 如权利要求1所述的集成电路的电源布局，其中该金属轨形成在第一层金属层处。

4. 如权利要求1所述的集成电路的电源布局，其中该电源供应环围绕该电源供应网络。

5. 一种用以设计集成电路的电源布局的方法，该集成电路裸晶包含半导体层以及N层由底至顶起算的连续的金属层，该金属层彼此绝缘且形成于该半导体层上或之上，N为正整数，该方法包含下列步骤：配置多个电子元件于该半导体层上；

在第一层金属层处，配置电源分布网络，该电源分布网络包含多个金属轨，该金属轨耦接至该电子元件；

在第N层金属层至第i层金属层处，配置电源供应网络，该电源供应网络包含多个第一金属干，该第一金属干通过多个第一介层窗相互连接并且通过多个第二介层窗与该金属轨连接，i为小于N的正整数；以及调整该电源供应网络周围的该金属干间的疏密程度，以形成电源供应环，该电源供应环包含多个金属环，该电源供应环用以接收电源并且将该电源经由该电源供应网络传导至该电源分布网络，该电源分布网络再将该电源分配给该电子元件。

6. 如权利要求5所述的方法，其中N大于或等于6。

7. 如权利要求5所述的方法，其中该金属轨具有第一线宽而该金属干具有第二线宽，且该第二线宽大于该第一线宽。

8. 如权利要求5所述的方法，其中i的范围为自(N-3)至(N-1)。

9. 如权利要求8所述的方法，其中该金属环形成于第N层金属层至第i层金属层处。

10. 如权利要求5所述的方法，其中在第j层金属层处的该金属干垂直于在第(j-1)层金属层处的该金属干，j大于等于(i+1)小于等于N的正整数。

11. 如权利要求8所述的方法，其中形成该电源供应环的该金属干的布线密度大于该电源供应网络的该金属干的布线密度。

12. 一种建构集成电路的电源布局的方法，该方法包括下例步骤：配置电源供应网络，该电源供应网络包括多个金属布线；以及调整该电源供应网络周围的该金属布线间的疏密程度，以形成电源供应环，用以接收电源；

其中，该金属布线间的该疏密程度由用户定义后，以计算机自动化的方式执行。

13. 如权利要求12所述的方法，其中该电源供应网络及该电源供应环形成于该集成电路的多个金属层。

14. 如权利要求12所述的方法，其中形成该电源供应环的该金属布线较该电源供应网络的该金属布线为稠密。

15. 如权利要求12所述的方法，其中该计算机自动化的方式为用于该电源供应网络边缘的自动布线，以形成该电源供应环。

说明书

集成电路电源布局及其设计方法

技术领域

[0001] 本发明涉及集成电路(Integrated circuit，IC)的电源布局的设计，并且特别地，本发明涉及用于集成电路内的电源供应网络(Power mesh)与电源供应环(Power ring)的布局设计。

背景技术

[0002] 请参阅图1A，图1A提供传统的集成电路裸晶(IC die)(或芯片)1的简化的截面视图。如图1A所示，该晶体电路裸晶1包含一层半导体层(Semiconductor layer)10、六层由底至顶起算的连续的金属层(Metal layer)(121～126)、分别形成于两相邻金属层之间的数层绝缘层(Insulating layer)14以及一层钝化层(Passivation layer)16。该半导体层10用来形成例如晶体管等电子元件(Electronic device)(未示出)，并且也可能用来对这些电子元件之间电气连接做布线(Routing)。为了达成最小芯片面积以及最快电路速度，通常仅有较短的电气连接形成于该半导体层10上。该金属层(121～126)即是针对其余的电气连接而提供。金属层所采用的层数需视实际接线布线的复杂程度而定。例如，八层金属层甚至更多层金属层即被广泛采用在接线布线复杂程度高的集成电路设计上。

[0003] 关于在该金属层(121～126)上的接线布线，电源分布网络(Powerdistribution network)(未示出)可形成在第一层金属层121处，并且耦接至该电子元件，其中电源分布网络可由多个具有较细线宽的金属轨(Metal rail)所组成。

[0004] 请参阅图1B，图1B绘示形成在该集成电路裸晶1的较顶层金属层处的接线布线以及其所在的金属层。

[0005] 如图1B所示，电源供应网络18形成在第六层金属层126以及第五层金属层125处。该电源供应网络18由多个其线宽比金属轨还宽的金属干(Metaltrunk)(182、184)所组成。除此之外，形成在不同金属层(126、125)处的金属干(182、184)通过形成在绝缘层14处的介层窗(Via)142做相互连接。同样通过介层窗142，该电源供应网络18与该电源分布网络连接。该金属干(182、184)区分为作为连接电源(Power)的电源金属干182以及连接接地(Ground)的接地金属干184。在同一层金属层，电源金属干182与接地金属干184交错排列。形成在第六层126金属层处的金属干(182、184)与形成在第五层金属层125处的金属干(182、184)相互垂直。形成在第六层126处的电源金属干182仅连接至形成在第五层125处的电源金属干182，并且形成在第六层126处的接地金属干184仅连接至形成在第五层125处的接地金属干184。

[0006] 请再参阅图1B，电源供应环17(所绘示乃电源供应环17的一小段)可形成在第六层金属层126处。在实务上，该电源供应环17由两个其线宽比金属干(182、184)还宽的金属环(172、174)所组成。该两个金属环(172、174)区分为连接电源的电源金属环172以及连接接地的接地金属环174。形成在第六层金属层126处的金属环(172、174)将围绕同样形成在第六层金属层126处的金属干(182、184)以形成环状结构(未示出)。该电源供应环17用以接收电源，并且将该电源经由该电源供应网络18传导至该电源分布网络，该电源分布网络用以分配该电源给该电子元件。

[0007] 在设计集成电路时，如上述的电源规划需收集各式规格以配合工艺、成品率及资源占用，等的要求。然而，由于所需配合的细节甚多，因此必须由经验丰富的布局工程师(Layout engineer)来实现的，如此将造成庞大的人力负担。

发明内容

[0008] 因此，本发明的一范畴在于提供一种集成电路裸晶(或芯片)的电源布局及其设计方法，该集成电路裸晶并且整合一电源供应网络与电源供应环，并且特别地，该电源供应网络与该电源供应环之间的阻抗差异可以缩小，且该电源供应网络与该电源供应环的布线的壅塞可以有效舒缓。

[0009] 根据本发明的一较佳具体实施例的集成电路裸晶，其包含一半导体层、多个形成于该半导体层上的电子元件、N层由底至顶起算的连续的金属层、电源分布网络、电源供应网络以及电源供应环。该金属层彼此绝缘，且形成于该半导体层上或之上，N为正整数。该电源分布网络包含多个金属轨，并且耦接至该电子元件。该电源供应网络包含多个金属干，该金属干形成在第N层金属层至第i层金属层处，该金属干通过多个第一介层窗相互连接并且通过多个第二介层窗与该金属轨连接，i为小于N的正整数。该电源供应环包含多个金属环，该金属环由该金属干中部分密集聚集的金属干所形成并与该电源供应网络相互连接。该电源供应环用以接收电源并且将该电源经由该电源供应网络传导至该电源分布网络，该电源分布网络再将该电源分配给该电子元件。

[0010] 于本发明的另一较佳具体实施例中，该金属环并且形成在第(N-1)层金属层至第i层金属层处。该金属环并且通过多个第三介层窗相互连接。

[0011] 关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

[0012] 图1A为传统的集成电路裸晶1的简化的截面视图。

[0013] 图1B为示意地绘示出形成在该集成电路裸晶1的金属层(126、125)处的接线布线。

[0014] 图2A为根据本发明的一较佳具体实施例的集成电路裸晶2的简化的截面视图。

[0015] 图2B为示意地绘示出形成在该集成电路裸晶2的金属层(228、227)处的接线布线。

[0016] 图3为根据本发明的用以设计集成电路裸晶的方法的流程图。

[0017] 图4为根据本发明于调整金属布线的疏密程度后，所产生的电源供应环一角的实际设计图案例。

[0018] 图5为应用本发明并以计算机自动化所形成电源供应环(边缘自动布线)的实际设计图案例。

[0019] 附图标记说明

[0020] 1、2：集成电路裸晶 10、20：半导体层

[0021] 121～126以及221～228：金属层

[0022] 14、24：绝缘层 142：介层窗

[0023] 16、26：钝化层 17、27：电源供应环

[0024] 172、272：电源金属环 174、274：接地金属环

[0025] 18、28：电源供应网络 182、282：电源金属干

[0026] 184、284：接地金属干 242：第一介层窗

[0027] 244：第三介层窗 S30～S36：流程步骤

具体实施方式

[0028] 以下将详述本发明的较佳具体实施例，藉以充分解说本发明的特征、精神、优点以及实施上的简便性。

[0029] 请参阅图2A，图2A提供根据本发明的一较佳具体实施例的集成电路裸晶(或芯片)2的简化的截面视图。如图2A所示，该晶体电路裸晶2包含一层半导体层20、八层由底至顶起算的连续的金属层(221～228)、分别形成于两相邻金属层之间的数层绝缘层24以及一层钝化层26。该半导体层20用来形成例如晶体管等电子元件(未示出)。金属层所采用的层数需视实际接线布线的复杂程度而定。因此，图2A所披露的八层金属层仅是为了说明简便，而非对本发明作为限制。

[0030] 关于在该金属层(221～228)上的接线布线，电源分布网络(未示出)形成在第一层金属层221处，并且耦接至该电子元件。同样地，该电源分布网络由多个具有第一线宽的金属轨所组成，该金属轨即形成在第一层金属层221处，并且耦接至该电子元件。

[0031] 请参阅图2B，图2B示意地绘示出形成在较顶层金属层处的接线布线以及其所在的金属层。

[0032] 如图2B所示，电源供应网络28形成在第N层金属层(图2B所绘示的第八层金属层228)至第i层金属层(图2B仅绘示出第七层金属层227)处。于一具体实施例中，N为大于或等于6的整数，i为范围从(N-3)至(N-1)中的整数。

[0033] 该电源供应网络28由多个具有第二线宽的金属干(282、284)所组成，并且形成在不同金属层(例如图2B中所示第八层金属层228与第七层金属层227)处的金属干(282、284)通过形成在绝缘层24处的第一介层窗242做相互连接。同样通过形成在绝缘层24处的第二介层窗(未示出)，该电源供应网络28与该电源分布网络连接(未示出)。在实务上，若采用八层金属层，金属干的布线会运用到第八层及第七层金属层，针对复杂的接线布线，甚至会运用到第六层及第五层金属层。采用六层金属层，金属干的布线一般会运用到第六层及第五层金属层。

[0034] 于一具体实施例中，该第二线宽比该第一线宽还宽。也就是说，在此实施例中，该金属干(282、284)的线宽得以较该金属轨的线宽还宽。

[0035] 同样示于图2B，该金属干(282、284)区分为作为连接电源的电源金属干282以及连接接地的接地金属干284。在同一层金属层，电源金属干182与接地金属干184交错排列。形成在相邻层金属层(例如，第八层金属层228与第七层金属层227)处的金属干(282、284)相互垂直。形成在相邻层金属层(例如，第八层金属层228与第七层金属层227)处的电源金属干282相互连接，并且形成在相邻层金属层(例如，第八层金属层228与第七层金属层227)处的接地金属干282相互连接。

[0036] 请再参阅图2B，电源供应环27(所绘示乃电源供应环27之一小段)可形成在最顶层金属层228处。该电源供应环27可由多个具有该第二线宽的金属环(272、274)所组成。也就是说，于本发明一具体实施例中，该金属环(272、274)的线宽得以与该金属干(282、
284)的线宽相同。本发明便是利用调整该金属干(282、284)之间的疏密度以形成金属环(272、274)所需的结构。经由定义金属干(282、284)而形成的电源供应环27便可接收电源，并且将该电源经由该电源供应网络28传导至该电源分布网络。该电源分布网络用以分配该电源给该电子元件。

[0037] 根据本发明的接线布线技术，该电源供应网络28与该电源供应环27之间的阻抗差异将因此缩小，进而避免金属布线的烧毁。此外，为了舒缓该电源供应网络28与该电源供应环27的布线的壅塞(Congestion)，于本发明的另一较佳具体实施例中，同样示于图2B，该金属环(272、274)亦可形成于第(N-1)层金属层至第i层金属层处。

[0038] 同样依循本发明的特征、精神及优点，本发明亦披露一种用以设计集成电路裸晶(或芯片)的方法3。基本上，该集成电路裸晶包含半导体层以及N层由底至顶起算的连续的金属层，其中N可为大于或等于6的正整数。该金属层彼此绝缘，并且形成于该半导体层上或之上。以下将详述根据本发明的集成电路裸晶设计方法3的流程步骤。

[0039] 请参阅图3，首先，该设计方法3执行步骤S30，配置多个电子元件于该半导体层上。

[0040] 接着，该设计方法3执行步骤S32，在第一层金属层处，配置电源分布网络。该电源分布网络由多个具有第一线宽的金属轨所组成，并且耦接至该电子元件。

[0041] 接着，该设计方法3执行步骤S34，在第N层金属层至第i层金属层处，配置该电源供应网络，其中假设i为范围从(N-3)至(N-1)中的整数。该电源供应网络可由多个具有第二线宽的金属干所组成，而且可将该第二线宽设定比该第一线宽宽。该金属干通过多个第一介层窗相互连接，并且通过多个第二介层窗与该金属轨连接。

[0042] 最后，该设计方法3执行步骤S36，在第N层金属层处，调整该金属干之间的疏密度以形成电源供应环所需的结构。

[0043] 为了舒缓该电源供应网络与该电源供应环的布线的壅塞，该设计方法3进一步在第(N-1)层金属层至第i层金属层处，配置该金属环。

[0044] 在本发明的具体实施例中，由于可以使用相同线宽的金属布线以产生所需要的电源供应环，因此便得以在用户定义后，由计算机自动化的方式调整金属布线的疏密程度来形成所需要的电源供应环。如此一来，将不再需要为了不同的电路布局，花费额外的人力为电源供应环另外做布线。

[0045] 请参阅图4及图5。图4为本发明于调整金属布线的疏密程度后，所产生的电源供应环一角的实际设计图。而图5为因应不同的电路布局，计算机自动化所形成电源供应环(边缘自动布线)的实际设计图。

[0046] 通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所披露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。因此，本发明所申请的专利范围的范畴应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。