專利名稱：3d集成電路自動布局中tsv位置的網格優(yōu)化方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及3D集成電路的設計及制造，更具體地，本發(fā)明涉及用于三維集成電路設計中的自動布局的方法，屬于電路設計領域。
背景技術：
集成電路(integrated circuit)是ー種微型電子器件或部件。采用一定的エ藝，把一個電路中所需的晶體管、ニ極管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質基片上，然后封裝在一個管殼內，成為具有所需電路功能的微型結構。在集成電路飛速發(fā)展的今天已經可在單個芯片上集成數億個晶體管。更具體的，根據摩爾定律的描述，先進的エ藝水平已經達到納米級。但是由于2D集成電路結構在平面上的約束，隨著電路朝著更小，更密集且更高效的方向發(fā)展，平面的2D集成電路出現了很多棘手問題，如線路過長會帶來芯片的延遲。然而3D集成電路可以有效的減少線路長度，提高運算速度，降低功耗。3D集成電路是在2D集成電路發(fā)展下產生的一種新興技術。3D集成電路由多個2D電路在垂直方向上堆疊而成，且多層芯片之間可以通過TSV(跨芯片層硅孔)使其單元進行層間的互聯。只要TSV的位置放置的合理，這種基于TSV的3D集成電路技術可以有效的減少線網長度。如圖I為ー個3D集成電路的示意圖，該3D電路由頂層芯片6和底層芯片7堆疊而成。電路中的標準單元8是電路的基本結構。某ー層的3D電路芯片，其性質與普通2D芯片類似。標準單元8通過金屬互聯線9進行互聯。而3D電路中，標準單元在整個3D電路中互聯，標準単元8不光通過金屬互聯線9進行互聯，而且利用TSV(硅通孔)進行不同
層單元的互聯。Through silicon via簡稱TSV,它是穿過芯片的過孔。在3D集成電路中TSV的作用主要是兩個，第一，它將上層與下層2D芯片的標準單元互聯，即TSV為連接跨層線網處于上層和下層標準単元的橋梁；其次，由于TSV的材料大多是銅鋁等熱導率非常高的材料到熱能力優(yōu)于硅等半導體材料，故在電路中放置適量的TSV有助于電路的散熱。實驗表明，線網長度的減少程度跟TSV的數量有夫，TSV數量多則可以幫助線網長度的減少，而TSV的數量少于一定程度反而會增加而外的線網長度。而且，作為散熱功能的TSV在電路中放置的越多，其對電路的散熱幫助越大。3D集成電路制造加工時利用到的加工エ藝決定了它的線條尺寸以及TSV的間距。故在3D電路設計時，需要考慮到単元與単元之間的間距，尤其要考慮TSV的間距。TSV初歩定位的版圖中，需要TSV的間距不違反加工エ藝間距條件，對其版圖進行エ藝加工間距的約束，并對其版圖進行優(yōu)化。 完成優(yōu)化的TSV版圖可以滿足加工エ藝約束，并投產制造
發(fā)明內容
為了解決對3D集成電路中跨芯片層娃孔(Through Silicon Via)位置的過于密集問題，本發(fā)明提出了ー種3D集成電路自動布局中TSV位置的距離優(yōu)化法。在集成電路制造時,制造廠商提供加工エ藝條件或エ藝尺寸。最終的3D集成電路版圖中，芯片線條寬度等于廠商提供的エ藝尺寸，TSV間距的長度應大于芯片線條寬度，SP3D集成電路版圖中TSV間距等于在エ廠進行加工時的エ藝尺寸約束長度。然而當在初步定位設計時，在TSV的坐標初步確定后，TSV的間距會違反エ藝約束。故需要重新整理TSV的位置，使所有TSV的間距滿足エ藝要求。本發(fā)明采用如下技術方案3D集成電路自動布局中TSV位置的網格優(yōu)化方法，在TSV初步定位的版圖中生成坐標系，在坐標系中形成網格，網格有兩系列相互垂直的平行線，其交點為格點，TSV放在網格上，使其距離滿足エ藝加工約束；具體步驟如下
SI，建立TSV版圖坐標系，確定初步定位的每個TSV坐標在3D電路布局后初步定位的TSV版圖中建立直角坐標系A,坐標軸沿版圖的邊緣；坐標系確定后，確定甸個TSV的坐標，利用直角坐標系的坐標點距離公式計算出每兩個TSV之間的相對距離；S2，建立一副網格B，網格B豎直方向的網格線是垂直于坐標系A橫軸的平行線系列C，所述的平行線系列C的間距等于エ藝加工間距；網格B水平方向的網格線是垂直于坐標系A縱軸的平行線系列D，平行線系列D的間距等于エ藝加工間距；平行線系列C和平行線系列D的交點構成網格B的格點,姆個格點在直角坐標系A中有唯一坐標點；上述任意兩相鄰格點的距離等于エ藝加工間距；S3，分別計算每個TSV與所述網格B中每個格點的距離，判斷與每個TSV距離最近的格點，選定改格點作為它的目標格點；若某個TSV距離最近的格點數目大于2，則取其中的任意一格點作為目標格點；S4,分別將每個TSV移動到目標格點上，這樣放在格點上的TSV與其他格點上的TSV不會出現違反エ藝加工間距約束的情況。S5，執(zhí)行完步驟S4后，當同一個格點存在多個TSV的情況時，則對該格點周圍的格點進行編號，將多余的TSV依次放到空閑的個點上，當該格點周圍的格點全部被占用時，就將多余的TSV依次放置到其周圍格點的次外圍個點上，循環(huán)執(zhí)行S5，直至每個格點TSV的個數至多為I。上述流程參見圖4所示。上述的坐標系A的坐標軸的刻度與實際版圖的大小相符，精確到納米級。3D集成電路自動布局中TSV位置的網格優(yōu)化裝置，其包括有輸入單元用于輸入建立TSV版圖坐標系，確定初歩定位的每個TSV坐標在3D電路布局后初步定位的TSV版圖中建立直角坐標系A,坐標軸沿版圖的邊緣；坐標系確定后，確定每個TSV的坐標，利用直角坐標系的坐標點距離公式計算出每兩個TSV之間的相對距離；網格劃分單元用于在所述的TSV版圖坐標系建立一副網格B，網格B豎直方向的網格線是垂直于坐標系A橫軸的平行線系列C，所述的平行線系列C的間距等于エ藝加工間距；網格B水平方向的網格線是垂直于坐標系A縱軸的平行線系列D，平行線系列D的間距等于エ藝加工間距；平行線系列C和平行線系列D的交點構成網格B的格點，每個格點在直角坐標系A中有唯一坐標點；上述任意兩相鄰格點的距離等于エ藝加工間距；目標格點選取單元用于分別計算每個TSV與所述網格B中每個格點的距離，判斷與每個TSV距離最近的格點，選定該格點作為它的目標格點；若某個TSV距離最近的格點數目大于2，則取其中的任意一格點作為目標格點；移動單元用于分別將每個TSV移動到所述的目標格點上；調整單元用于經過移動單元移動后，當同一個格點存在多個TSV的情況時，對該格點周圍的格點進行編號，將多余的TSV依次放到空閑的個點上，當該格點周圍的格點全部被占用時，就將多余的TSV依次放置到其周圍格點的次外圍個點上，直至每個格點TSV的個數至多為I。 上述的結構如圖5所示。本發(fā)明可以獲得如下有益效果3D集成電路版圖中，TSV已經進行了初歩定位，但是兩兩TSV的間距位置不可能都滿足エ藝加工間距的要求。本發(fā)明致カ于利用網格法規(guī)范的3D電路版圖中TSV的位置，最終可以得到滿足エ藝加工要求的TSV版圖，達到疏通擁擠TSV的目的，避免TSV過于密集的情況。圖8為3D電路中TSV初步定位后的版圖圖9為網格法優(yōu)化過的版圖通過兩圖比較，可直觀看出通過網格法優(yōu)化過的版圖，TSV之間間距滿足エ藝加工要求，并且TSV排布有序。


圖I為3D集成電路芯片的剖面示意圖；圖2TSV原版圖；圖3 (a) TSV臨近格點放置選擇示意3 (b) TSV臨近格點放置完成示意4 :本發(fā)明的3D集成電路自動布局中TSV位置的網格優(yōu)化方法的流程圖；圖5 :本發(fā)明的3D集成電路自動布局中TSV位置的網格優(yōu)化裝置的結構示意6擁擠格點TSV移動；圖7優(yōu)化后TSV版圖；圖83D集成電路TSV初步定位版圖；圖93D集成電路TSV網格法優(yōu)化后版圖；圖中1、TSV，2、エ藝約束間距，3、坐標系，4、移動方向，5、網格，6、頂層芯片，7、底層芯片，8、標準單元，9、金屬互聯線，10、襯底，11、格點，12，格線。
具體實施例方式3D集成電路結構示意圖如圖I所示。3D電路是多層2D芯片在豎直方向上堆疊的結構，其任意兩層相鄰的芯片結構關系如圖I頂層芯片6和底層芯片7，芯片中的標準單元8是集成電路信號保存和傳輸的基礎結構，金屬互聯線9連接標準単元完成但層芯片上的互聯。標準單元跨層互聯時使用TSVl互聯，完成信號的跨層傳輸。TSVl的結構是穿過3D集成電路芯片相鄰兩層的過孔。。本發(fā)明致カ于對已經初步確定TSV位置的版圖進行優(yōu)化，使所有TSV的間距滿足エ藝加工間距約束，即任意兩TSV的距離大于或等于エ藝約束的間距。其優(yōu)化的方法是指，建立坐標系3于TSV版圖，確定TSV的坐標，每個TSV的坐標視為一個坐標點，建立ー副網格利用確定的坐標系3，網格的中等距的兩系列互相垂直的平行線的交點的坐標點稱為格點11，即格線12的交點是格點11，這兩系列平行線的間距大小等于エ藝約束的間距大小，每個格點11有各自的坐標。計算每個TSV與格點11的坐標的距離，把TSV的坐標點改成與其距離最近的格點。完成整理優(yōu)化TSV坐標的過程。下面說明本發(fā)明的具體實施步驟。第一歩，建立直角坐標系，確定TSV坐標。如圖2，圖中黑色圓圈為TSV1，建立ー個直角坐標系，其坐標軸沿版圖邊緣生成。坐標系的橫軸沿版圖的水平方向邊緣建立，坐標系的縱軸沿版圖的垂直方向邊緣建立。在坐標系中，計算并確定TSV的坐標，視其為ー坐標點。
第二步，在坐標系中生成網格.確定エ藝約束間距的大小。エ藝約束間距即為3D集成電路在生產時用的加工エ藝，加工エ藝決定3D集成電路的金屬互聯線9寬度以及TSVl的間距。在坐標系中生成一系列垂直于X軸的平行線，平行線的間距等于加工エ藝間距2，生成一系列垂直于Y軸的平行線，平行線的間距等于加工エ藝間距2，兩系列平行線即為格線12。兩系列平行線相交成為網格5，交點為格點11，計算并確定每個格點11在坐標系中的坐標點。每個格點與其上下左右四個格點的距離均為エ藝加工間距。第三步.計算每個TSVl坐標點與格點11坐標點的距離，利用直角坐標系的距離計算公式。第四歩，將每個TSVl移動到與它距離最近的格點11上，即將TSVl的坐標更改為與其坐標點距離最近格點的坐標。此時所有TSV都放置在格點11上,而且ー個格點上的TSVl與其他格點上的TSV的距離大于加工エ藝間距，如圖3(a)所示。第五步，將所有TSV2移動到與其最近的格點11上后，會出現多個TSV2被移動到同一個格點上11的情況，如圖3(b)所示。整理版圖中多個TSV占用同一個格點的情況，其步驟如下I.給某個TSV個數大于I的格點臨近一周的格點11順時針方向編號。2.依次將該格點上多余的TSV移動至已經編號的臨近格點上。3.當移動TSV遇到格點已經存在其他TSV吋，就跳過該格點，將TSV順時針移動至下ー個格點。4.當編過號的較為臨近的一周格點已經全部被占滿時，就將這一周格點的臨近ー周格點編號，將多余的格點按第I步編號，按第2、3步移動。5.重復步驟1-4，直至每個格點上TSV的個數至多為ー個。例如，圖4中(a)情況所示，中心的格點存在4個TSV，其中3個是多余的。該格點右邊的格點存在著ー個TSV。在這種情況下，對多余的TSV進行移動，首先將中心格點周圍的格點一次編號，從上邊的格點開始順時針將其周圍的格點依次從1-8號編號。然后將多余的TSV依次向周圍的格點，第一個多余的TSV移動到I號格點上，第二個多余TSV移動到2號格點上，第三個多余TSV移動到3號格點，但是由于三號格點已經存在TSV，所以將該多余TSV順次移動到下ー個格點，故將該TSV放置到4號格點。這時所有多余TSV已經全部移動到了周圍的格點上，如圖4中(b)。重復上述流程將整個版圖中所有格點多余個TSV安排至每個格點至多有ー個TSV。
當電路中所有的TSV単獨的放置在對應的格點上后，整個優(yōu)化過程結束。得到完整的網格化TSV優(yōu)化版圖。如圖5所示。電路中所有TSV的位置整齊，可滿足加工エ藝條件井能夠投產制造?！?br> 權利要求
1.3D集成電路自動布局中TSV位置的網格優(yōu)化方法，其特征在于在TSV初步定位的版圖中生成坐標系，在坐標系中形成網格，網格有兩系列相互垂直的平行線，其交點為格點，TSV放在網格上，使其距離滿足エ藝加工約束；具體步驟如下 SI，建立TSV版圖坐標系，確定初步定位的每個TSV坐標在3D電路布局后初步定位的TSV版圖中建立直角坐標系A，坐標軸沿版圖的邊緣；坐標系確定后，確定每個TSV的坐標，利用直角坐標系的坐標點距離公式計算出每兩個TSV之間的相對距離； S2，在TSV版圖坐標系中建立一副網格B，網格B豎直方向的網格線是垂直于坐標系A橫軸的平行線系列C，所述的平行線系列C的間距等于エ藝加工間距；網格B水平方向的網格線是垂直于坐標系A縱軸的平行線系列D，平行線系列D的間距等于エ藝加工間距；平行線系列C和平行線系列D的交點構成網格B的格點，每個格點在直角坐標系A中有唯一坐標點；上述任意兩相鄰格點的距離等于エ藝加工間距； S3,分別計算每個TSV與所述網格B中每個格點的距離，判斷與每個TSV距離最近的格點，選定改格點作為它的目標格點；若某個TSV距離最近的格點數目大于2，則取其中的任意一格點作為目標格點； S4，分別將每個TSV移動到目標格點上，這樣放在格點上的TSV與其他格點上的TSV不會出現違反エ藝加工間距約束的情況； S5，當同一個格點存在多個TSV的情況時，則對該格點周圍的格點進行編號，將多余的TSV依次放到空閑的個點上，當該格點周圍的格點全部被占用時，就將多余的TSV依次放置到其周圍格點的次外圍個點上，循環(huán)執(zhí)行S5直至每個格點TSV的個數至多為I。
2.根據權利要求I所述的3D集成電路自動布局中TSV位置的網格優(yōu)化方法，其特征在于所述的坐標系A的坐標軸的刻度與實際版圖的大小相符，精確到納米級。
3.3D集成電路自動布局中TSV位置的網格優(yōu)化裝置，其特征在于其包括有 輸入單元用于輸入建立TSV版圖坐標系，確定初步定位的每個TSV坐標在3D電路布局后初步定位的TSV版圖中建立直角坐標系A,坐標軸沿版圖的邊緣；坐標系確定后，確定每個TSV的坐標，利用直角坐標系的坐標點距離公式計算出每兩個TSV之間的相對距離；網格劃分單元用于在所述的TSV版圖坐標系建立一副網格B，網格B豎直方向的網格線是垂直于坐標系A橫軸的平行線系列C，所述的平行線系列C的間距等于エ藝加工間距；網格B水平方向的網格線是垂直于坐標系A縱軸的平行線系列D，平行線系列D的間距等于エ藝加工間距；平行線系列C和平行線系列D的交點構成網格B的格點，每個格點在直角坐標系A中有唯一坐標點；上述任意兩相鄰格點的距離等于エ藝加工間距； 目標格點選取單元用于分別計算每個TSV與所述網格B中每個格點的距離，判斷與每個TSV距離最近的格點，選定該格點作為它的目標格點；若某個TSV距離最近的格點數目大于2,則取其中的任意一格點作為目標格點； 移動單元用于分別將每個TSV移動到所述的目標格點上； 調整單元用于經過移動單元移動后，當同一個格點存在多個TSV的情況時，對該格點周圍的格點進行編號，將多余的TSV依次放到空閑的個點上，當該格點周圍的格點全部被占用時，就將多余的TSV依次放置到其周圍格點的次外圍個點上，直至每個格點TSV的個數至多為I。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種3D集成電路中TSV的網格位置優(yōu)化法，屬于3D集成電路設計領域。在3D集成電路進行加工生產時，廠商不能加工TSV的間距小于加工工藝的間距約束的版圖。本發(fā)明使用網格法對TSV的間距進行優(yōu)化，從而得到優(yōu)化后的版圖使TSV的間距滿足工藝加工要求，并能夠完成制造。本法明的實現方法首先在TSV初步定為的版圖中建立直角坐標系，隨后給TSV確定坐標，隨后產生一副網格，保證網格中每個格點的距離大于工藝上可以加工的最小距離，將每個TSV移動到離之最近的格點上，最后再整理單個點上多TSV的情況保證最后的版圖每個格點上只有一個TSV，完成優(yōu)化并加工制造集成電路。
文檔編號G06F17/50GK102682163SQ201210125758
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權日2012年4月25日
發(fā)明者侯立剛, 彭曉宏, 汪金輝, 白澍, 耿淑琴 申請人:北京工業(yè)大學