一種3d集成電路的tsv自動(dòng)插入方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種3D集成電路的TSV自動(dòng)插入方法，屬于電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域；首先建立3D集成電路版圖的直角坐標(biāo)系，對(duì)已經(jīng)初步定位的TSV和標(biāo)準(zhǔn)單元進(jìn)行坐標(biāo)和尺寸的提取，并按照縱坐標(biāo)進(jìn)行分類；然后分別對(duì)每一行的標(biāo)準(zhǔn)單元進(jìn)行移動(dòng)并插入TSV；在必要的情況下，需要在移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)單元的同時(shí)移動(dòng)TSV，來保證標(biāo)準(zhǔn)單元移動(dòng)后TSV與同一行標(biāo)準(zhǔn)單元的相對(duì)位置的改變比移動(dòng)之前盡量??；第一種是將3D集成電路每一層芯片鍵合起來以后再制作TSV，這要求每層TSV位置都一樣，當(dāng)TSV位置初步確定后，插入TSV時(shí)不能移動(dòng)TSV。第二種是在每層芯片器件制作前制作TSV，此時(shí)TSV的位置可以移動(dòng)，就可以使用移動(dòng)TSV的TSV插入方法。
【專利說明】—種3D集成電路的TSV自動(dòng)插入方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種3D集成電路的自動(dòng)布局方法，屬于電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種3D集成電路的TSV自動(dòng)插入方法。
【背景技術(shù)】
[0002]集成電路產(chǎn)業(yè)自從摩爾定律提出以來，已經(jīng)遵循這種趨勢(shì)發(fā)展超過半個(gè)世紀(jì)。其主要內(nèi)容是:集成電路芯片上所集成的集體管的數(shù)目，每隔18個(gè)月就翻一倍；微處理器的性能每隔18個(gè)月提高一倍，或價(jià)格下降一半。摩爾定律是簡(jiǎn)單評(píng)估半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)展的經(jīng)驗(yàn)法則，其重要的意義在于長(zhǎng)期而言，集成電路制造工藝是以一直線的方式向前推展，使得集成電路產(chǎn)品能持續(xù)降低成本，提升性能，增加功能。預(yù)計(jì)該定律將持續(xù)到至少2015年或2020年。然而，2010年國際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖的更新增長(zhǎng)已經(jīng)放緩在2013年年底，之后的時(shí)間里晶體管數(shù)量密度預(yù)計(jì)只會(huì)每三年翻一番。而IBM研究員發(fā)現(xiàn)，“摩爾定律”的時(shí)代將會(huì)退出，因?yàn)檠芯亢蛯?shí)驗(yàn)室的成本需求十分高昂，而有財(cái)力投資在創(chuàng)建和維護(hù)芯片工廠的企業(yè)很少。而且制造工藝也越來越接近半導(dǎo)體的物理極限，將會(huì)難以再縮小下去。
[0003]傳統(tǒng)集成電路采用平面工藝，芯片中所有的晶體管全部在同一層，信號(hào)幾乎只沿二維方向傳輸。隨著晶體管數(shù)量的增多，晶體管之間的互連線將會(huì)大大增加。隨著集成電路規(guī)模的增大，互連的功耗也逐漸增大，并超過晶體管的功耗。于是，3D集成電路成為了其解決方法。而且3D集成電路不必通過縮小晶體管尺寸來提高電路性能，所以也延長(zhǎng)了摩爾定律的壽命。3D集成電路將多層芯片堆疊起來，通過硅通孔技術(shù)(TSV)連接起來。因?yàn)樾盘?hào)通過TSV可以豎直傳輸，所以互連的長(zhǎng)度可以大大縮短，從而降低芯片的功耗。此外，3D集成電路還有其它優(yōu)點(diǎn)，比如:如果將一個(gè)規(guī)模很大的集成電路拆分成多個(gè)小芯片，分別進(jìn)行獨(dú)立的測(cè)試，并最終堆疊成一個(gè)3D集成電路，就可以提高產(chǎn)量并降低生產(chǎn)成本。
[0004]為了能夠設(shè)計(jì)3D集成電路，并測(cè)試其與2D集成電路性能的差異，就需要2D集成電路進(jìn)行劃分，然后插入TSV并將各個(gè)部分堆疊起來，最終將原有的2D集成電路轉(zhuǎn)化為3D集成電路。為了能夠插入TSV，就需要對(duì)原有的電路布局進(jìn)行修改，使其擁有足夠的空間放置TSV而不破壞原有的電路元件。所以實(shí)現(xiàn)TSV的自動(dòng)插入就成為了 3D集成電路實(shí)現(xiàn)的首要問題。本發(fā)明提出一種TSV自動(dòng)插入的方法，以簡(jiǎn)單直接的方法解決TSV自動(dòng)插入的問題，而不破壞電路中標(biāo)準(zhǔn)單元的結(jié)構(gòu)，對(duì)已初步確定TSV位置的版圖中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)單元的移動(dòng)，留出足夠的空間并放置TSV，從而實(shí)現(xiàn)TSV自動(dòng)插入而不破壞電路單元的結(jié)構(gòu)的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供了一種3D集成電路的TSV自動(dòng)插入方法，其通過3D集成電路中標(biāo)準(zhǔn)單元的位置和初步定位的TSV的位置，移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)單元或(和)TSV，最終實(shí)現(xiàn)TSV的自動(dòng)插入，而不破壞單兀中電路兀件的結(jié)構(gòu)；該3D集成電路的TSV自動(dòng)插入系統(tǒng)包括輸入單元、標(biāo)準(zhǔn)單元移動(dòng)單元、TSV移動(dòng)單元、TSV插入單元四部分；輸入單元用于建立3D集成電路直角坐標(biāo)系，對(duì)初步定位的標(biāo)準(zhǔn)單元的尺寸及坐標(biāo)和TSV的尺寸及坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，并按縱坐標(biāo)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV進(jìn)行劃分；標(biāo)準(zhǔn)單元移動(dòng)單元用于依次移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)單元,為TSV留出位置；TSV移動(dòng)單元用于在必要的情況下對(duì)TSV進(jìn)行移動(dòng)，使TSV與同一行標(biāo)準(zhǔn)單元的相對(duì)位置較移動(dòng)前變化盡量小，同時(shí)節(jié)約版圖面積；TSV插入單元用于在修改標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV位置后，在標(biāo)準(zhǔn)單元陣列中插入TSV。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方法為一種3D集成電路中插入TSV的自動(dòng)布局方法，首先建立3D集成電路版圖的直角坐標(biāo)系，對(duì)已經(jīng)初步定位的TSV和標(biāo)準(zhǔn)單元進(jìn)行坐標(biāo)和尺寸的提取，并按照縱坐標(biāo)進(jìn)行分類；然后分別對(duì)每一行的標(biāo)準(zhǔn)單元進(jìn)行移動(dòng)并插入TSV ;在必要的情況下，需要在移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)單元的同時(shí)移動(dòng)TSV，來保證標(biāo)準(zhǔn)單元移動(dòng)后TSV與同一行標(biāo)準(zhǔn)單元的相對(duì)位置的改變比移動(dòng)之前盡量小。具體步驟如下:
[0007]S1.利用輸入單元建立3D集成電路版圖直角坐標(biāo)系A(chǔ)，在經(jīng)過初步定位的TSV版圖中建立直角坐標(biāo)系A(chǔ)’，坐標(biāo)系A(chǔ)和A’沿版圖邊緣建立。且兩坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，其中橫軸沿版圖的水平方向建立，縱軸沿版圖的垂直方向建立。將坐標(biāo)系A(chǔ)’及其中的TSV投影到坐標(biāo)系A(chǔ)上，便于后面對(duì)標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV的分類、排序和移動(dòng)。
[0008]S2.通過輸入單元從庫中提取標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV的坐標(biāo)和尺寸信息，以SI中建立的直角坐標(biāo)系A(chǔ)和A’為準(zhǔn)，按照標(biāo)準(zhǔn)單元在縱軸上的坐標(biāo)劃分出不同的行，將標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV按照這些行進(jìn)行分類。對(duì)于每一行，以標(biāo)準(zhǔn)單元的橫坐標(biāo)從左到右進(jìn)行排序，同時(shí)對(duì)TSV按照TSV的橫坐標(biāo)從左到右進(jìn)行排序。
[0009]S3.如果不需要對(duì)TSV進(jìn)行移動(dòng)，只需使用標(biāo)準(zhǔn)單元移動(dòng)單元:首先對(duì)第一行進(jìn)行操作，按照一定的算法，將第一行所有標(biāo)準(zhǔn)單元從左向右依次與最左邊的TSV進(jìn)行位置上的比較，直到找到第一個(gè)與這個(gè)TSV發(fā)生重疊的單元。然后利用標(biāo)準(zhǔn)單元移動(dòng)單元將該單元及其右側(cè)的所有單元進(jìn)行右移，使其與這個(gè)TSV恰好不發(fā)生重疊。之后按照從左向右第二個(gè)TSV的位置對(duì)本行所有的標(biāo)準(zhǔn)單元進(jìn)行上述操作。以此類推，直至根據(jù)本行所有TSV位置而移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)單元的過程都結(jié)束，即在不移動(dòng)TSV的情況下，本行所有TSV與所有標(biāo)準(zhǔn)單元都不發(fā)生重疊。最后將每一行都進(jìn)行上述操作，完成對(duì)一層電路的布局修改。
[0010]S4.如果需要對(duì)TSV進(jìn)行移動(dòng)，則需共同使用標(biāo)準(zhǔn)單元移動(dòng)單元和TSV移動(dòng)單元:跳過S3。首先對(duì)第一行進(jìn)行操作，將第一行所有標(biāo)準(zhǔn)單元從左向右依次與最左邊的TSV進(jìn)行位置上的比較，直到找到第一個(gè)與這個(gè)TSV發(fā)生重疊的單元。利用TSV移動(dòng)單元將這個(gè)TSV右移，使其與該單元不發(fā)生重疊。然后利用標(biāo)準(zhǔn)單元移動(dòng)單元將該TSV右側(cè)的所有標(biāo)準(zhǔn)單元右移，使這些標(biāo)準(zhǔn)單元不與這個(gè)TSV發(fā)生重疊，同時(shí)利用TSV移動(dòng)單元將這個(gè)TSV右側(cè)所有的TSV也右移相同的距離。之后按照從左向右第二個(gè)TSV的位置對(duì)本行所有的標(biāo)準(zhǔn)單元和右側(cè)TSV進(jìn)行上述操作。以此類推，直至根據(jù)本行所有TSV位置而移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV的過程都結(jié)束，即在本行所有TSV與所有標(biāo)準(zhǔn)單元都不發(fā)生重疊的同時(shí)，TSV與標(biāo)準(zhǔn)單元的相對(duì)位置較移動(dòng)前變化較小。最后將每一行都進(jìn)行上述操作，完成對(duì)一層電路的布局修改。
[0011]S5.利用TSV插入單元將移動(dòng)后的標(biāo)準(zhǔn)單元或(和)TSV的坐標(biāo)和尺寸輸出在同一文件中，完成一層的TSV插入。
[0012]S6.將3D集成電路其它的層進(jìn)行上述SI?S5的操作，完成整個(gè)3D集成電路的TSV插入。
[0013]為實(shí)現(xiàn)上述步驟，該3D集成電路中的TSV自動(dòng)插入系統(tǒng)各個(gè)單元的功能如下。[0014]輸入單元的功能如下:建立3D集成電路版圖直角坐標(biāo)系A(chǔ)，在經(jīng)過初步定位的TSV版圖中建立直角坐標(biāo)系A(chǔ)’，坐標(biāo)系A(chǔ)和A’沿版圖邊緣建立，且兩坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，其中橫軸沿版圖的水平方向建立，縱軸沿版圖的垂直方向建立。將坐標(biāo)系A(chǔ)’及其中的TSV投影到坐標(biāo)系A(chǔ)上。然后從庫文件中提取標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV的坐標(biāo)和尺寸，并按照其縱坐標(biāo)劃分出不同的行，將標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV按行分類并從左向右排序。
[0015]標(biāo)準(zhǔn)單元移動(dòng)單元用于依次移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)單元，為TSV插入留出位置。例如對(duì)某一行的操作:在坐標(biāo)系A(chǔ)中確定該行最左側(cè)TSV的位置，然后將與其重疊的標(biāo)準(zhǔn)單元和這個(gè)單元右側(cè)的所有單元右移，在坐標(biāo)系A(chǔ)中留出足夠的空間放置該TSV ；之后找到從左向右的第二個(gè)TSV,做上述相同的操作,直到這一行所有TSV的位置都參與標(biāo)準(zhǔn)單元的移動(dòng)。
[0016]TSV移動(dòng)單元用于在必要的情況下對(duì)一個(gè)或多個(gè)TSV進(jìn)行移動(dòng)，減小TSV與標(biāo)準(zhǔn)單元的相對(duì)位置較移動(dòng)前的變化，達(dá)到節(jié)約版圖面積的目的。例如對(duì)某一行的操作:當(dāng)發(fā)現(xiàn)從左向右第一個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)單元重合的TSV時(shí)，首先利用TSV移動(dòng)單元向右移動(dòng)TSV，避開與該TSV重合的從左向右的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元。然后使用標(biāo)準(zhǔn)單元移動(dòng)單元右移該TSV右側(cè)所有的單元，使這些單元不與這個(gè)TSV發(fā)生重疊，同時(shí)利用TSV移動(dòng)單元將這個(gè)TSV右側(cè)所有的TSV也右移相同的距離。之后按照從左向右第二個(gè)TSV的位置對(duì)本行所有的標(biāo)準(zhǔn)單元和右側(cè)TSV進(jìn)行上述操作。以此類推，直至根據(jù)本行所有TSV位置而移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV的過程都結(jié)束，即在本行所有TSV與所有標(biāo)準(zhǔn)單元都不發(fā)生重疊的同時(shí)，TSV與同一行標(biāo)準(zhǔn)單元的相對(duì)位置較移動(dòng)前變化較小。
[0017]TSV插入單元用于在修改標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV位置后，在標(biāo)準(zhǔn)單元陣列中插入TSV。將修改后的屬于同一層的標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV的坐標(biāo)尺寸提取出來，存入同一個(gè)庫文件中，實(shí)現(xiàn)一層的TSV插入。然后對(duì)每一層做上述操作，完成整個(gè)3D集成電路的TSV插入。
[0018]其中坐標(biāo)系A(chǔ)和A’坐標(biāo)軸的刻度與實(shí)際的版圖的大小相符，并精確到納米級(jí)。
[0019]本發(fā)明可以獲得如下有益效果:本發(fā)明適用于兩種工藝。第一種是將3D集成電路每一層芯片鍵合起來以后再制作TSV(via-lastTSV)，這要求每層TSV的位置都一樣，當(dāng)TSV位置初步確定后，插入TSV時(shí)不能移動(dòng)TSV?？梢允褂貌灰苿?dòng)TSV的TSV插入方法實(shí)現(xiàn)。第二種是在每層芯片的器件制作前制作TSV(via-firstTSV)，此時(shí)TSV的位置可以移動(dòng)，就可以使用移動(dòng)TSV的TSV插入方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為3D集成電路芯片中某兩層的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2對(duì)某一層版圖插入TSV的流程圖；
[0022]圖3為不移動(dòng)TSV的情況下，3D集成電路版圖中某一層中某一行的某個(gè)TSV的插入過程示意圖；
[0023]圖4為移動(dòng)TSV的情況下，3D集成電路版圖中某一層中某一行的某兩個(gè)TSV的插入過程示意圖；
[0024]圖5為未插入TSV的3D集成電路某一層的版圖及其直角坐標(biāo)系；
[0025]圖6為初步定位的TSV版圖及其直角坐標(biāo)系；
[0026]圖7為在不移動(dòng)TSV的情況下，對(duì)圖4的版圖插入TSV的示意圖；
[0027]圖8為在移動(dòng)TSV的情況下，對(duì)圖4的版圖插入TSV的示意圖。[0028]圖9為TSV俯視示意圖的圖例。
[0029]圖10為TSV版圖的直角坐標(biāo)系的圖例
[0030]圖中:1、via-firstTSV,2> via-lastTSV, 3、標(biāo)準(zhǔn)單元,4、金屬互連線,5、金屬層,6、襯底，7、上層芯片，8、下層芯片，9和13、TSV俯視示意圖，10和14、標(biāo)準(zhǔn)單元俯視示意圖，11、標(biāo)準(zhǔn)單元版圖的直角坐標(biāo)系，12、TSV版圖的直角坐標(biāo)系。
【具體實(shí)施方式】
[0031]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0032]如圖1所示為3D集成電路芯片某兩層的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，該3D集成電路芯片包括via-firstTSVl、via_lastTSV2、標(biāo)準(zhǔn)單元3、金屬互連線4、金屬層5、襯底6、上層芯片7和下層芯片8 ;本發(fā)明包括四個(gè)單元，分別為輸入單元、標(biāo)準(zhǔn)單元移動(dòng)單元、TSV移動(dòng)單元、TSV插入單元；本發(fā)明中的3D集成電路時(shí)一種三維芯片結(jié)構(gòu)，3D集成電路的每一層都是二維芯片，并由TSV在豎直方向上連接起來；上層芯片7和下層芯片8代表3D集成電路中兩層的大體結(jié)構(gòu)；芯片中的標(biāo)準(zhǔn)單元3是集成電路實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)處理和傳輸?shù)幕窘M成部分，并通過金屬互連線4實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)單元3之間的信號(hào)傳輸；芯片中的上層芯片7和下層芯片8相連接需要通過via-firstTSVl或via_lastTSV2,這兩種TSV都是穿透芯片的娃通孔，via-firstTSV只穿透芯片的器件層和金屬層的最頂層和最底層,via_lastTSV2穿透全部芯片。
[0033]以下是本發(fā)明的具體實(shí)施步驟。
[0034]輸入單元包括標(biāo)準(zhǔn)單元3和TSV所在的標(biāo)準(zhǔn)單元版圖的直角坐標(biāo)系11，也包括TSV、標(biāo)準(zhǔn)單元的坐標(biāo)及尺寸；其功能用于建立直角坐標(biāo)系，將TSV和標(biāo)準(zhǔn)單元按照縱坐標(biāo)分類、按橫坐標(biāo)沿正方向的順序排序即從左向右的順序。
[0035]SI利用輸入單元建立3D集成電路版圖直角坐標(biāo)系A(chǔ) (如圖5所示)，在經(jīng)過初步定位的TSV版圖中建立直角坐標(biāo)系A(chǔ)’(如圖6所示)，坐標(biāo)系A(chǔ)和A’沿版圖邊緣建立。且兩坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，其中橫軸沿版圖的水平方向建立，縱軸沿版圖的垂直方向建立。將坐標(biāo)系A(chǔ)’及其中的TSV投影到坐標(biāo)系A(chǔ)上，便于后面對(duì)標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV的分類、排序和移動(dòng)。
[0036]S2通過輸入單元從庫中提取標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV的坐標(biāo)和尺寸信息，以SI中建立的直角坐標(biāo)系A(chǔ)和A’為準(zhǔn)，按照標(biāo)準(zhǔn)單元在縱軸上的坐標(biāo)劃分出不同的行，將標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV按照這些行進(jìn)行分類。對(duì)于每一行，以標(biāo)準(zhǔn)單元沿橫坐標(biāo)軸正方向的排序，同時(shí)對(duì)TSV按照TSV的橫坐標(biāo)軸正方向排序。
[0037]如圖3所示為在不移動(dòng)TSV的情況下，在任意一行插入一個(gè)TSV的過程，此時(shí)插入的TSV都是via-lastTSV2。標(biāo)準(zhǔn)單元移動(dòng)單元包括via_firstTSVl、via_lastTSV2、標(biāo)準(zhǔn)單元3和標(biāo)準(zhǔn)單元版圖的直角坐標(biāo)系11，其功能用于移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)單元為TSV留出足夠的空間。
[0038]S3對(duì)3D集成電路的第一層的第一行進(jìn)行操作，首先沿橫坐標(biāo)軸正方向逐個(gè)掃描標(biāo)準(zhǔn)單元，當(dāng)發(fā)現(xiàn)第一個(gè)與TSV重合的標(biāo)準(zhǔn)單元時(shí)(也就是與從左向右第一個(gè)TSV重合時(shí))，將該標(biāo)準(zhǔn)單元及其右側(cè)所有單元同時(shí)右移，使該標(biāo)準(zhǔn)單元左側(cè)邊界與該TSV右側(cè)邊界重合(如圖3的②到③的過程);之后從該標(biāo)準(zhǔn)單元開始繼續(xù)從左向右掃描標(biāo)準(zhǔn)單元，直到找到第一個(gè)與從左向右第二個(gè)TSV重疊的標(biāo)準(zhǔn)單元，將該標(biāo)準(zhǔn)單元及其右側(cè)所有標(biāo)準(zhǔn)單元右移，使該標(biāo)準(zhǔn)單元左側(cè)邊界與該TSV右側(cè)邊界重合；依次類推,直到這一行的所有TSV和標(biāo)準(zhǔn)單元都被處理完，再按照上述操作處理其它行，直到整個(gè)層都被處理完成。圖7就是按照這種方法處理后的一層的版圖的示意圖。
[0039]如圖4所示為在移動(dòng)TSV的情況下，在某一行連續(xù)插入兩個(gè)TSV的過程。TSV移動(dòng)單元包括via-f irstTSVl、標(biāo)準(zhǔn)單元3和直角坐標(biāo)系11，其功能用于在標(biāo)準(zhǔn)單元移動(dòng)過程中移動(dòng)TSV，達(dá)到縮小TSV與同一行標(biāo)準(zhǔn)單元相對(duì)位置變化和節(jié)省面積的目的。
[0040]S4跳過S3，對(duì)3D集成電路的第一層的第一行進(jìn)行操作，首先從左向右逐個(gè)掃描標(biāo)準(zhǔn)單元，當(dāng)發(fā)現(xiàn)第一個(gè)與TSV重合的標(biāo)準(zhǔn)單元時(shí)(也就是與從左向右第一個(gè)TSV重合時(shí))，不移動(dòng)與該TSV發(fā)生重疊的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元，而是利用標(biāo)準(zhǔn)單元移動(dòng)單元將該TSV右移，使該TSV的左側(cè)邊界與該標(biāo)準(zhǔn)單元的右側(cè)邊界重合(如圖4的②到③的過程);之后利用標(biāo)準(zhǔn)單元移動(dòng)單元和TSV移動(dòng)單元，右移該標(biāo)準(zhǔn)單元右側(cè)相鄰的標(biāo)準(zhǔn)單元以及其右側(cè)的所有單元和TSV，使其與該TSV不發(fā)生重疊(如圖4的③到④的過程);然后繼續(xù)向右掃描標(biāo)準(zhǔn)單元，直到發(fā)現(xiàn)下一個(gè)與TSV重合的標(biāo)準(zhǔn)單元，按照上述操作進(jìn)行處理；依次類推，直到這一行的所有TSV和標(biāo)準(zhǔn)單元都被處理完，再按照上述操作處理其它行，直到整個(gè)層都被處理完成。圖8就是按照這種方法處理后的一層的版圖的示意圖。
[0041]TSV插入單元包括via-firstTSVl、via_lastTSV2、標(biāo)準(zhǔn)單元3和直角坐標(biāo)系11,其功能用于實(shí)現(xiàn)在修改標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV位置后，對(duì)TSV的插入。
[0042]S5利用TSV插入單元將修改位置后的標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV的坐標(biāo)和尺寸提取出來，分別輸出到各自層中的同一個(gè)坐標(biāo)文件和尺寸文件中，實(shí)現(xiàn)TSV的插入。
[0043]S6將3D集成電路其它的層進(jìn)行上述SI?S5的操作，完成整個(gè)3D集成電路的TSV插入。
[0044]本發(fā)明方法首先對(duì)3D集成電路的第一層建立標(biāo)準(zhǔn)單元版圖的直角坐標(biāo)系11、TSV版圖的直角坐標(biāo)系12。將TSV版圖的直角坐標(biāo)系12投影到標(biāo)準(zhǔn)單元版圖的直角坐標(biāo)系11上，實(shí)現(xiàn)將初步定位的TSV投影到標(biāo)準(zhǔn)單元3的版圖中；然后兩種情況，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)單元3的位置進(jìn)行修改，如有必要也修改TSV的位置，直到對(duì)于所有TSV都有足夠的空間插入到標(biāo)準(zhǔn)單元3的版圖中；重復(fù)上述操作處理其它層；最后將修改位置后的TSV和標(biāo)準(zhǔn)單元3的坐標(biāo)和尺寸提取出來，輸出到每一層各自的坐標(biāo)和尺寸文件中，實(shí)現(xiàn)TSV的自動(dòng)插入，完成整個(gè)3D集成電路的布局過程。
【權(quán)利要求】
1.一種3D集成電路芯片兩層的剖面結(jié)構(gòu)，其特征在于:該3D集成電路芯片包括via-firstTSV (I )、via_lastTSV (2)、標(biāo)準(zhǔn)單元(3)、金屬互連線(4)、金屬層(5)、襯底(6)、上層芯片(7)和下層芯片(8);本發(fā)明包括四個(gè)單元，分別為輸入單元、標(biāo)準(zhǔn)單元移動(dòng)單元、TSV移動(dòng)單元、TSV插入單元；本發(fā)明中的3D集成電路時(shí)一種三維芯片結(jié)構(gòu)，3D集成電路的每一層都是二維芯片，并由TSV在豎直方向上連接起來；上層芯片(7)和下層芯片(8)代表3D集成電路中兩層的大體結(jié)構(gòu)；芯片中的標(biāo)準(zhǔn)單元(3)是集成電路實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)處理和傳輸?shù)幕窘M成部分，并通過金屬互連線(4)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)單元(3)之間的信號(hào)傳輸；芯片中的上層芯片(7)和下層芯片(8)相連接需要通過via-firstTSV (I)或via-lastTSV (2)，這兩種TSV都是穿透芯片的硅通孔，via-firstTSV只穿透芯片的器件層和金屬層的最頂層和最底層，via-lastTSV (2)穿透全部芯片； 輸入單元包括標(biāo)準(zhǔn)單元(3)和TSV所在的標(biāo)準(zhǔn)單元版圖的直角坐標(biāo)系(11 )，也包括TSV、標(biāo)準(zhǔn)單元的坐標(biāo)及尺寸；其功能用于建立直角坐標(biāo)系，將TSV和標(biāo)準(zhǔn)單元按照縱坐標(biāo)分類、按橫坐標(biāo)沿正方向的順序排序。
2.依權(quán)利要求1所述的一種3D集成電路芯片兩層的剖面結(jié)構(gòu)，一種3D集成電路的TSV自動(dòng)插入方法，其特征在于: SI利用輸入單元建立3D集成電路版圖直角坐標(biāo)系A(chǔ)，在經(jīng)過初步定位的TSV版圖中建立直角坐標(biāo)系A(chǔ)’，坐標(biāo)系A(chǔ)和A’沿版圖邊緣建立；且兩坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，其中橫軸沿版圖的水平方向建立，縱軸沿版圖的垂直方向建立；將坐標(biāo)系A(chǔ)’及其中的TSV投影到坐標(biāo)系A(chǔ)上，便于后面對(duì)標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV的分類、排序和移動(dòng)； S2通過輸入單元從庫中提取標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV的坐標(biāo)和尺寸信息，以SI中建立的直角坐標(biāo)系A(chǔ)和A’為準(zhǔn)，按照標(biāo)準(zhǔn)單元在縱軸上的坐標(biāo)劃分出不同的行，將標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV按照這些行進(jìn)行分類；對(duì)于每一行，以標(biāo)準(zhǔn)單元沿橫坐標(biāo)軸正方向的排序，同時(shí)對(duì)TSV按照TSV的橫坐標(biāo)軸正方向排序；` 在不移動(dòng)TSV的情況下，在任意一行插入一個(gè)TSV的過程，此時(shí)插入的TSV都是via-lastTSV (2);標(biāo)準(zhǔn)單兀移動(dòng)單兀包括 via-firstTSV (l)、via_lastTSV (2)、標(biāo)準(zhǔn)單兀(3)和標(biāo)準(zhǔn)單元版圖的直角坐標(biāo)系(11)，其功能用于移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)單元為TSV留出足夠的空間；S3對(duì)3D集成電路的第一層的第一行進(jìn)行操作，首先沿橫坐標(biāo)軸正方向逐個(gè)掃描標(biāo)準(zhǔn)單元，當(dāng)發(fā)現(xiàn)第一個(gè)與TSV重合的標(biāo)準(zhǔn)單元時(shí)，將該標(biāo)準(zhǔn)單元及其右側(cè)所有單元同時(shí)右移，使該標(biāo)準(zhǔn)單元左側(cè)邊界與該TSV右側(cè)邊界重合；之后從該標(biāo)準(zhǔn)單元開始繼續(xù)從左向右掃描標(biāo)準(zhǔn)單元，直到找到第一個(gè)與從左向右第二個(gè)TSV重疊的標(biāo)準(zhǔn)單元，將該標(biāo)準(zhǔn)單元及其右側(cè)所有標(biāo)準(zhǔn)單元右移，使該標(biāo)準(zhǔn)單元左側(cè)邊界與該TSV右側(cè)邊界重合；依次類推,直到這一行的所有TSV和標(biāo)準(zhǔn)單元都被處理完，再按照上述操作處理其它行，直到整個(gè)層都被處理完成; 在移動(dòng)TSV的情況下，在某一行連續(xù)插入兩個(gè)TSV的過程；TSV移動(dòng)單元包括via-firstTSV (I)、標(biāo)準(zhǔn)單元(3)和直角坐標(biāo)系(11 )，其功能用于在標(biāo)準(zhǔn)單元移動(dòng)過程中移動(dòng)TSV，達(dá)到縮小TSV與同一行標(biāo)準(zhǔn)單元相對(duì)位置變化和節(jié)省面積的目的； S4跳過S3，對(duì)3D集成電路的第一層的第一行進(jìn)行操作，首先從左向右逐個(gè)掃描標(biāo)準(zhǔn)單元，當(dāng)發(fā)現(xiàn)第一個(gè)與TSV重合的標(biāo)準(zhǔn)單元時(shí)即從左向右第一個(gè)TSV重合時(shí)，不移動(dòng)與該TSV發(fā)生重疊的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元，而是利用標(biāo)準(zhǔn)單元移動(dòng)單元將該TSV右移，使該TSV的左側(cè)邊界與該標(biāo)準(zhǔn)單元的右側(cè)邊界重合；之后利用標(biāo)準(zhǔn)單元移動(dòng)單元和TSV移動(dòng)單元，右移該標(biāo)準(zhǔn)單元右側(cè)相鄰的標(biāo)準(zhǔn)單元以及其右側(cè)的所有單元和TSV，使其與該TSV不發(fā)生重疊；然后繼續(xù)向右掃描標(biāo)準(zhǔn)單元，直到發(fā)現(xiàn)下一個(gè)與TSV重合的標(biāo)準(zhǔn)單元，按照上述操作進(jìn)行處理；依次類推，直到這一行的所有TSV和標(biāo)準(zhǔn)單元都被處理完，再按照上述操作處理其它行，直到整個(gè)層都被處理完成； TSV插入單元包括via-firstTSV (I)、via_lastTSV (2)、標(biāo)準(zhǔn)單元(3)和直角坐標(biāo)系(11)，其功能用于實(shí)現(xiàn)在修改標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV位置后，對(duì)TSV的插入； S5利用TSV插入單元將修改位置后的標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV的坐標(biāo)和尺寸提取出來，分別輸出到各自層中的同一個(gè)坐標(biāo)文件和尺寸文件中，實(shí)現(xiàn)TSV的插入； S6將3D集成電路其它的層進(jìn)行上述SI~S5的操作，完成整個(gè)3D集成電路的TSV插A ； 本方法首先對(duì)3D集成電路的第一層建立標(biāo)準(zhǔn)單元版圖的直角坐標(biāo)系(11)、TSV版圖的直角坐標(biāo)系(12);將TSV版圖的直角坐標(biāo)系(12)投影到標(biāo)準(zhǔn)單元版圖的直角坐標(biāo)系(11)上，實(shí)現(xiàn)將初步定位的TSV投影到標(biāo)準(zhǔn)單元(3)的版圖中；然后兩種情況，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)單元(3)的位置進(jìn)行修改，如有必要也修改TSV的位置，直到對(duì)于所有TSV都有足夠的空間插入到標(biāo)準(zhǔn)單元(3)的版圖中；重復(fù)上述操作處理其它層；最后將修改位置后的TSV和標(biāo)準(zhǔn)單元(3)的坐標(biāo)和尺寸提取出來，輸出到每一層各自的坐標(biāo)和尺寸文件中，實(shí)現(xiàn)TSV的自動(dòng)插入，完成整個(gè)3D集成電路的布局過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種3D集成電路的TSV自動(dòng)插入方法，其特征在于:輸入單元的功能如下，建立3D集成電路版圖直角坐標(biāo)系A(chǔ)，在經(jīng)過初步定位的TSV版圖中建立直角坐標(biāo)系A(chǔ)’，坐標(biāo)系A(chǔ)和A’沿版圖邊緣建立，且兩坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，其中橫軸沿版圖的水平方向建立，縱軸沿版圖的垂直方向建立；將坐標(biāo)系A(chǔ)’及其中的TSV投影到坐標(biāo)系A(chǔ)上；然后從庫文件中提取標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV的坐標(biāo)和尺寸，并按照其縱坐標(biāo)劃分出不同的行，將標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV按行分類并從左向右排序。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種3D集成電路的TSV自動(dòng)插入方法，其特征在于:標(biāo)準(zhǔn)單元移動(dòng)單元用于依次移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)單元，為TSV插入留出位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種3D集成電路的TSV自動(dòng)插入方法，其特征在于:TSV移動(dòng)單元用于在必要的情況下對(duì)一個(gè)或多個(gè)TSV進(jìn)行移動(dòng)，減小TSV與標(biāo)準(zhǔn)單元的相對(duì)位置較移動(dòng)前的變化，達(dá)到節(jié)約版圖面積的目的。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種3D集成電路的TSV自動(dòng)插入方法，其特征在于:TSV插入單元用于在修改標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV位置后，在標(biāo)準(zhǔn)單元陣列中插入TSV ;將修改后的屬于同一層的標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV的坐標(biāo)尺寸提取出來，存入同一個(gè)庫文件中，實(shí)現(xiàn)一層的TSV插入；然后對(duì)每一層做上述操作，完成整個(gè)3D集成電路的TSV插入；其中坐標(biāo)系A(chǔ)和A’坐標(biāo)軸的刻度與實(shí)際的版圖的大小相符，并精確到納米級(jí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種3D集成電路的TSV自動(dòng)插入方法，其特征在于:按照標(biāo)準(zhǔn)單元在縱軸上的坐標(biāo)劃分出不同的行，將標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV按照這些行進(jìn)行分類；對(duì)于每一行，以標(biāo)準(zhǔn)單兀沿橫坐標(biāo)軸正方向的排序，同時(shí)對(duì)TSV按照TSV的橫坐標(biāo)軸正方向排序；也就是與從左向右的順序。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的一種3D集成電路的TSV自動(dòng)插入方法，其特征在于:對(duì)某一行的操作，在坐標(biāo)系A(chǔ)中確定該行最左側(cè)TSV的位置，然后將與其重疊的標(biāo)準(zhǔn)單元和這個(gè)單元右側(cè)的所有單元右移，在坐標(biāo)系A(chǔ)中留出足夠的空間放置該TSV ;之后找到從左向右的第二個(gè)TSV，做上述相同的操作，直到這一行所有TSV的位置都參與標(biāo)準(zhǔn)單元的移動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的一種3D集成電路的TSV自動(dòng)插入方法，其特征在于:對(duì)某一行的操作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)從左向右第一個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)單元重合的TSV時(shí)，首先利用TSV移動(dòng)單元向右移動(dòng)TSV，避開與該TSV重合的從左向右的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元；然后使用標(biāo)準(zhǔn)單元移動(dòng)單元右移該TSV右側(cè)所有的單 元，使這些單元不與這個(gè)TSV發(fā)生重疊，同時(shí)利用TSV移動(dòng)單元將這個(gè)TSV右側(cè)所有的TSV也右移相同的距離；之后按照從左向右第二個(gè)TSV的位置對(duì)本行所有的標(biāo)準(zhǔn)單元和右側(cè)TSV進(jìn)行上述操作；以此類推，直至根據(jù)本行所有TSV位置而移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)單元和TSV的過程都結(jié)束，即在本行所有TSV與所有標(biāo)準(zhǔn)單元都不發(fā)生重疊的同時(shí)，TSV與同一行標(biāo)準(zhǔn)單元的相對(duì)位置較移動(dòng)前變化較小。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103870652SQ201410111904
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】侯立剛, 趙未, 汪金輝, 彭曉宏, 耿淑琴 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)