專利名稱：集成電路及其電源布局與電源布局方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般是有關(guān)于一種集成電路，且特別是有關(guān)于一種集成電路的電源布局 (Power Layout)0
背景技術(shù)：
電源網(wǎng)格連線(Power Grid Connections)與去耦合電容 (DecouplingCapacitors)是實(shí)施在集成電路的電源布局中。去耦合電容量(Capacitance) 協(xié)助防止集成電路受到噪聲(Noise)或電壓變異的影響。在已知方法中，是分別實(shí)施電源網(wǎng)格與去耦合電容。因?yàn)榉謩e實(shí)施之故，去耦合電容需要額外的時(shí)間與工作來(lái)加入至電源網(wǎng)格中，且在特定的實(shí)例中，去耦合電容量并未被最大化。此外，因?yàn)樵谙嗤碾娫磪^(qū)域(Domain)中，最大的電路區(qū)塊定義了已知電源網(wǎng)格的邊界(例如矩形)，因此特別是當(dāng)使用多個(gè)電源區(qū)域時(shí)，不規(guī)則形狀的布局(例如非矩形)可能會(huì)有浪費(fèi)的面積。因此，需要電源布局的新式結(jié)構(gòu)與方法來(lái)改善上述的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在提供一種集成電路及其電源布局與電源布局方法，此集成電路及其電源布局具有電源網(wǎng)格單元，并可同時(shí)提供去耦合電容。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例提供一種集成電路。此集成電路具有電源布局，且此電源布局包含至少一電源網(wǎng)格單元。上述電源網(wǎng)格單元包含至少一第一電源層與至少一第二電源層，其中第一電源層是配置以耦合至高電源供應(yīng)電壓，且具有位于至少二不同方向的導(dǎo)線，而第二電源層是配置以耦合至低電源供應(yīng)電壓，且亦具有位于至少二不同方向的導(dǎo)線。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例提供一集成電路的電源布局方法。此電源布局方法包含下列步驟。提供至少一單位電源單元。以至少一單位電源單元填滿電源布局中的目標(biāo)面積，借以實(shí)現(xiàn)至少一電源單元。其中，單位電源單元包含至少一電源網(wǎng)格單元，而電源網(wǎng)格單元包含至少一第一電源層與至少一第二電源層。第一電源層是配置以耦合至高電源供應(yīng)電壓，且第二電源層是配置以耦合至低電源供應(yīng)電壓，此外，第一電源層具有位于至少二不同方向的導(dǎo)線，且第二電源層亦具有位于至少二不同方向的導(dǎo)線。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例提供一種集成電路的電源布局。此電源布局包含至少一電源網(wǎng)格單元、至少一金屬層以及至少一組件層。上述電源網(wǎng)格單元包含至少一第一電源層與至少一第二電源層。其中，第一電源層配置以耦合至高電源供應(yīng)電壓，且第二電源層配置以耦合至低電源供應(yīng)電壓。此外，第一電源層具有位于至少二不同方向的導(dǎo)線，且第二電源層亦具有位于至少二不同方向的導(dǎo)線。而上述金屬層與組件層均位于電源網(wǎng)格單元之下。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，透過(guò)電源布局的新式結(jié)構(gòu)，可提供設(shè)計(jì)的彈性，借此找出制造考慮與電路性能之間的平衡，同時(shí)可提供電源布局的有效的面積使用，故可提高具有此電源布局的新式結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)性。


為了能夠?qū)Ρ景l(fā)明的觀點(diǎn)有最佳的理解，請(qǐng)參照上述的說(shuō)明并配合相應(yīng)的附圖。 相關(guān)附圖內(nèi)容說(shuō)明如下。圖1是繪示根據(jù)特定實(shí)施例的例示性電源布局的示意圖；圖2是繪示根據(jù)特定實(shí)施例的另一例示性電源布局的示意圖；圖3是繪示根據(jù)特定實(shí)施例的又一例示性電源布局的示意圖；圖4是繪示根據(jù)特定實(shí)施例的具有堆疊層的例示性電源網(wǎng)格的示意圖；圖5是繪示根據(jù)一實(shí)施例的例示性電源布局方法的流程圖。主要組件符號(hào)說(shuō)明100:電源電容單元102:電源網(wǎng)格單元102’ 電源網(wǎng)格單元102”電源網(wǎng)格單元104 堆疊金屬層104a 堆疊金屬層
104b堆疊金屬層106 組件層
108 :VDD 層108a=VDD 層
108b:VDD 層110 =VSS 層
IlOa.:VSS 層IlOb =VSS 層
200 電源電容單元202:vss 層
204 介層窗206:VDD 層
208 :VDD 層210:vss 層
212 介層窗302隔離物
304 電源單元306電源單元
308 堆疊層310堆疊層
402 介層窗502步驟
504 步驟506步驟
508 步驟510步驟
具體實(shí)施例方式以下將詳細(xì)地討論各種實(shí)施例的產(chǎn)生與使用。然而，可以理解的是，本發(fā)明中提供了許多可在各種特定狀況下實(shí)施的可應(yīng)用的發(fā)明概念。其中所討論的特定實(shí)施例僅用以介紹產(chǎn)生及使用本發(fā)明的特定方式，而并非用以限定本發(fā)明的范圍。圖1是繪示根據(jù)特定實(shí)施例的例示性電源布局的示意圖。被稱為電源電容單元 (Power Cap Cell) 100的電源布局結(jié)構(gòu)包含電源網(wǎng)格單元(Power GridCell) 102、堆疊金屬層104以及組件層106。在此一范例中，電源電容單元100與電源網(wǎng)格單元102是被繪示成一單位單元(Unit Cell)。單位單元是形成一單元(例如電源電容單元100或電源網(wǎng)格單元102)的實(shí)體布局結(jié)構(gòu)的最小基本單位。然而，一單元(例如電源電容單元100或電源網(wǎng)格單元10 可包含多個(gè)單位單元。在上述一單元包含多個(gè)單位單元的特定實(shí)施例中，特定部分(例如電源網(wǎng)格單元10 中的每個(gè)部分是互相連接，且其它部分(例如堆疊金屬層104)中的每個(gè)部分并未互相連接(如圖3中所描繪)。上述單元可為任何尺寸，且在特定實(shí)施例中，單元的尺寸是受限于如圖3所描繪的布局中的單位邊界。在特定實(shí)施例中，上述的單位單元可根據(jù)應(yīng)用時(shí)的適當(dāng)尺寸[例如 20微米(μπι)Χ20μπι]加以定義。電源網(wǎng)格單元102具有適用于二不同電壓的至少二電流導(dǎo)電層，例如高電源供應(yīng)電壓(VDD)層108以及低電源供應(yīng)電壓(VSS)層110。在VDD層 108與VSS層110之間的電容量提供電源電容單元100的去耦合電容量。在特定實(shí)施例中， 電源網(wǎng)格單元102可在其結(jié)構(gòu)中包含有電容。電源電容單元100包含至少一電源網(wǎng)格單元102，以及位于堆疊金屬層104中及/ 或位于組件層106中的至少一額外電容。位于堆疊金屬層104中的額外電容可為金屬-氧化物-金屬(Metal-Oxide-Metal ；MOM)/ 金屬-絕緣體-金屬(Metal-Insulator-Metal ； MIM)電容。位于組件層106中的額外電容可具有如P型通道金屬氧化物半導(dǎo)體(P-Charmel Metal-Oxide-Semiconductor ；PM0S)晶體管或N型通道(N-Channel)金屬氧化物半導(dǎo)體 (NMOS)晶體管的結(jié)構(gòu)，其中PMOS晶體管或NMOS晶體管伴隨有通道開啟的電容(Channel Turned-OnCapacitors)、可變電容(Varactors)、及/或以任何材料形成的任何電容。電源電容單元100中的電源網(wǎng)格單元102傳導(dǎo)二電源供應(yīng)電壓(例如VDD及VSS) 中的電流。來(lái)自于電源網(wǎng)格單元102與位于電源電容單元100中的額外電容的電容量提供介于二電源供應(yīng)電壓(例如VDD及VSS)間的去耦合電容量。電源網(wǎng)格單元102或電源電容單元100可稱之為電源單元。電源規(guī)劃(PowerPlan)(亦即應(yīng)用于電源傳輸?shù)膶?shí)體布局結(jié)構(gòu))可使用多個(gè)電源單元(例如電源網(wǎng)格單元102及/或電源電容單元100)加以實(shí)施。電源網(wǎng)格單元102及/或電源電容單元100可用來(lái)取代及/或移除虛擬圖案 (Dummy I^atterns)，且可通過(guò)重復(fù)使用已經(jīng)設(shè)計(jì)好的電源網(wǎng)格單元102及/或電源電容單元100而快速地植入。此外，如果需要的話，電源網(wǎng)格單元102及/或電源電容單元100可輕易地以具有不同數(shù)量的層的電源網(wǎng)格單元102及/或電源電容單元100來(lái)加以取代，其中上述不同數(shù)量的層中具有兼容的單元設(shè)計(jì)(取決于設(shè)計(jì)需求，例如去耦合電容量或電流密度等)。如以下描述的圖3所示，電源電容單元100可復(fù)制或重復(fù)以填滿布局的某部分， 借以增加布局的去耦合電容量。圖2是繪示根據(jù)特定實(shí)施例的另一例示性電源布局的示意圖。稱之為電源電容單元200的布局結(jié)構(gòu)包含電源網(wǎng)格單元102’、堆疊金屬層104以及組件層106。在此一范例中，電源網(wǎng)格單元102’具有環(huán)繞較小的方形VDD層206的方形網(wǎng)格VSS層210、透過(guò)介層窗 (Vias) 212接合至VDD層206的H形VDD層208、以及透過(guò)介層窗204接合至方形網(wǎng)格VSS 層210的二較小方形網(wǎng)格VSS層202。盡管僅繪示一對(duì)的層以構(gòu)成電源網(wǎng)格單元102’，任何數(shù)目的層可被用來(lái)構(gòu)成電源網(wǎng)格單元102’，其中可包含多對(duì)堆疊的VDD層與VSS層。來(lái)自于不同的結(jié)構(gòu)(例如VSS層202、介層窗204、VDD層206、VDD層208、VSS層 210及介層窗212)的VDD層與VSS層間的各種電容量提供電源網(wǎng)格單元102’中的去耦合電容量。在特定的實(shí)施例中，電源網(wǎng)格單元102’具有包含在其結(jié)構(gòu)中的電容。堆疊金屬層 104以及組件層106是繪示于圖1中并描述如上。電源電容單元200可復(fù)制或重復(fù)以填滿布局的某部分，借以增加布局的去耦合電容量。如以下描述的圖4所示，當(dāng)復(fù)制或重復(fù)電源電容單元200時(shí)，電源網(wǎng)格單元102，(例如VSS層210及VDD層208)的外側(cè)線可在鄰近的電源電容單元200之間共享。
圖3是繪示根據(jù)特定實(shí)施例的又一例示性電源布局的示意圖。位于分離的電源區(qū)域中的電源單元304及306的不規(guī)則形狀(亦即非矩形)是由隔離物302的彈性設(shè)計(jì)所占據(jù)，其中隔離物302節(jié)省了分離的電源區(qū)域間的面積。電源單元304包含多個(gè)互相連接的電源網(wǎng)格單元102、以及不相連的堆疊層308及310，其中堆疊層308及310包含增加去耦合電容量的堆疊金屬層10 與組件層106。位于不相連的堆疊層308及310上方的電源網(wǎng)格單元102是接合在一起，以應(yīng)用于電源傳輸中。由于堆疊金屬層104b的底下并未具有組件層106，故電源單元306包含應(yīng)用于堆疊金屬層104b中的不同的層深度。包含多個(gè)電源電容單元(例如電源電容單元100及/ 或200)與電源網(wǎng)格單元(例如電源網(wǎng)格單元10 的電源單元(例如電源單元304及/或 306)，依據(jù)層的可利用性以及在布局中每個(gè)位置所需的去耦合電容量，可具有不同的層深度。例如，可使用任何數(shù)量的堆疊金屬層(例如如例示性堆疊金屬層104b中所示的0、1、 2等)。上述提供設(shè)計(jì)的彈性以找出制造考慮與電路性能之間的平衡，并提供有效的面積使用。圖4是繪示根據(jù)特定實(shí)施例的具有堆疊層的例示性電源網(wǎng)格的示意圖。電源網(wǎng)格單元102”包含透過(guò)介層窗402相連的二對(duì)VSS層與VDD層(例如VSS層110a/VDD層108a 與VSS層110b/VDD層108b)。相連的VSS層與VDD層強(qiáng)化了伴隨著大電流密度的使用或受限制的電源布線(Routing)面積的應(yīng)用的電流密度能力。圖5是繪示根據(jù)一實(shí)施例的例示性電源布局方法的流程圖。在步驟502中，提供應(yīng)用于電源單元(例如電源網(wǎng)格單元102、電源電容單元100或電源電容單元200)的至少一單位電源單元。單位電源單元包含至少一電源網(wǎng)格單元102(或電源網(wǎng)格單元102’或電源網(wǎng)格單元102”)。每個(gè)電源網(wǎng)格單元102具有耦合至一高電源供應(yīng)電壓(例如VDD)的至少一第一電源層(例如VDD層108)，以及耦合至一低電源供應(yīng)電壓(例如VSS)的至少一第二電源層(例如VSS層110)。第一電源層(例如VDD層108)及第二電源層(例如VSS 層110)具有位于至少二不同方向(例如互相垂直的方向)的導(dǎo)線。在特定實(shí)施例中，單位電源單元還包含至少一金屬層，其中上述金屬層是位于至少一電源網(wǎng)格單元102之下。在特定實(shí)施例中，單位電源單元還包含至少一組件層，其中上述組件層是位于至少一電源網(wǎng)格單元102之下。在步驟504中，在電源布局中的目標(biāo)(Target)面積是由至少一單位電源單元(或單位電源單元陣列(Arrays))所填滿，借以實(shí)現(xiàn)(Implement)至少一電源單元。在步驟506 中，降低每個(gè)電源單元的電阻值，例如，在特定實(shí)施例中，藉由透過(guò)介層窗連接堆疊電源網(wǎng)格單元的多個(gè)層或增加一給定的層的面積等，來(lái)降低每個(gè)電源單元的電阻值。在步驟508 中，確認(rèn)電源布局以決定其是否滿足所欲的應(yīng)用的IR(亦即電流-電阻值的乘積或壓降 (Voltage Drop))與EM(亦即電遷移(Electromigration))標(biāo)準(zhǔn)。EM與電流密度相關(guān)，其中電流密度是傳導(dǎo)金屬線的一剖面面積上的電流。假如電流密度大于允許發(fā)生在金屬線上的值時(shí)，EM可能對(duì)此傳導(dǎo)金屬造成永久性的破壞。在步驟510中，通過(guò)使用布局中每個(gè)位置上的有效的層深度，來(lái)最大化每個(gè)電源單元的去耦合電容值。熟悉此技藝者將可理解到本發(fā)明可具有許多實(shí)施例變化。雖然本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)詳述如上，可理解的是，在不脫離后述權(quán)利要求所定義的實(shí)施例的范圍和精神內(nèi)，當(dāng)可做各種的更動(dòng)、替代和潤(rùn)飾。此外，本發(fā)明的范圍并非欲限制在本說(shuō)明書所述的工藝、機(jī)器、制造以及物質(zhì)、方式、方法和步驟的組成的特定實(shí)施例中。此技術(shù)領(lǐng)域中具有通常技藝者將可從揭露的實(shí)施例中輕易地理解到前述的工藝、機(jī)器、制造以及物質(zhì)、方式、方法或步驟，不論是現(xiàn)存或后續(xù)將發(fā)展的，只要能夠如在此所述的相對(duì)應(yīng)實(shí)施例一般執(zhí)行實(shí)質(zhì)相同功能或達(dá)到實(shí)質(zhì)相同的結(jié)果，均包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，所附權(quán)利要求范圍意欲將這類的工藝、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、方式、方法或步驟包含于其范圍中。上述方法實(shí)施例描述了例示性步驟，但其并不需要如所示的步驟加以進(jìn)行。在符合本發(fā)明的實(shí)施例的精神及范圍內(nèi)，可適當(dāng)?shù)卦黾印⑷〈?、刪除步驟及/或變更步驟順序。本說(shuō)明書中每個(gè)權(quán)利要求構(gòu)成一個(gè)別的實(shí)施例，此外，結(jié)合不同權(quán)利要求及/或不同實(shí)施例的實(shí)施例是包含在本發(fā)明的范圍中，且對(duì)于檢閱過(guò)本發(fā)明的熟悉此技藝者來(lái)說(shuō)，其將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的范圍將參照以下的權(quán)利要求，以及此些權(quán)利要求請(qǐng)求保護(hù)的等價(jià)物的完整范圍來(lái)加以決定。
權(quán)利要求
1.一種集成電路，具有一電源布局，其特征在于，該電源布局包含 至少一電源網(wǎng)格單元，其中該至少一電源網(wǎng)格單元包含至少一第一電源層，配置以耦合至一高電源供應(yīng)電壓，其中該至少一第一電源層具有位于至少二不同方向的多個(gè)導(dǎo)線；以及至少一第二電源層，配置以耦合至一低電源供應(yīng)電壓，其中該至少一第二電源層具有位于至少二不同方向的多個(gè)導(dǎo)線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其特征在于，該電源布局還包含位于該至少一電源網(wǎng)格單元之下的至少一金屬層；其中該電源布局還包含位于該至少一電源網(wǎng)格單元之下的至少一組件層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其特征在于，該至少一電源網(wǎng)格單元是多個(gè)電源網(wǎng)格單元且互相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其特征在于，該至少一第一電源層是多個(gè)第一電源層且通過(guò)多個(gè)第一介層窗互相連接，而該至少一第二電源層是多個(gè)第二電源層且通過(guò)多個(gè)第二介層窗互相連接。
5.一種集成電路的電源布局方法，適用于一電源布局，其特征在于，該電源布局方法包含提供至少一單位電源單元，其中該單位電源單元包含至少一電源網(wǎng)格單元，該至少一電源網(wǎng)格單元包含至少一第一電源層及至少一第二電源層，該至少一第一電源層是配置以耦合至一高電源供應(yīng)電壓，該至少一第二電源層是配置以耦合至一低電源供應(yīng)電壓，而該至少一第一電源層具有位于至少二不同方向的多個(gè)導(dǎo)線，且該至少一第二電源層具有位于至少二不同方向的多個(gè)導(dǎo)線；以及以至少一單位電源單元填滿在該電源布局中的一目標(biāo)面積，借以實(shí)現(xiàn)至少一電源單兀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集成電路的電源布局方法，其特征在于，還包含通過(guò)使用該電源布局中每個(gè)位置上的有效的層深度，來(lái)最大化該至少一電源單元的去耦合電容值。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集成電路的電源布局方法，其特征在于，還包含決定該電源布局是否滿足該電源布局的壓降需求或該電源布局的電遷移需求。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集成電路的電源布局方法，其特征在于，該單位電源單元還包含位于該至少一電源網(wǎng)格單元之下的至少一金屬層，以及位于該至少一電源網(wǎng)格單元之下的至少一組件層。
9.一種集成電路的電源布局，其特征在于，該電源布局包含 至少一電源網(wǎng)格單元，其中該至少一電源網(wǎng)格單元包含 至少一第一電源層，配置以耦合至一高電源供應(yīng)電壓；以及至少一第二電源層，配置以耦合至一低電源供應(yīng)電壓；其中該至少一第一電源層具有位于至少二不同方向的導(dǎo)線，且該至少一第二電源層具有位于至少二不同方向的導(dǎo)線；至少一金屬層，位于該至少一電源網(wǎng)格單元之下；以及至少一組件層，位于該至少一電源網(wǎng)格單元之下。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的集成電路的電源布局，其特征在于，該至少一金屬層包含至少一金屬-絕緣體-金屬電容，且該至少一組件層包含至少一晶體管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種集成電路及其電源布局與電源布局方法。所述集成電路的電源布局包含至少一電源網(wǎng)格單元。每個(gè)電源網(wǎng)格單元包含配置以耦合至高電源供應(yīng)電壓的至少一第一電源層與配置以耦合至低電源供應(yīng)電壓的至少一第二電源層。第一電源層具有位于至少二不同方向的導(dǎo)線，且第二電源層亦具有位于至少二不同方向的導(dǎo)線。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102237356SQ20101028950
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月6日
發(fā)明者楊忠杰 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司