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集成电路功能成品率仿真与优化技术研究

作　者: 马佩军
导　师: 郝跃
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 集成电路 功能成品率 仿真 关键面积 优化设计
分类号: TN405
类　型: 博士论文
年　份: 2000年
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内容摘要


本文对集成电路功能成品率模型、仿真技术以及功能成品率优化设计方法进行了系统研究。主要研究结果如下： 首先，研究了工艺缺陷引起电路故障的机理，在冗余物缺陷和丢失物缺陷的研究基础上，考虑了介质层针孔缺陷对功能成品率的影响，得到了针孔缺陷的故障识别算法（应用于Monte Carlo成品率仿真）和关键面积提取算法。 本文对不同种类的缺陷分别提出了相应的故障识别算法。故障识别算法是功能成品率仿真的核心技术。由于实际集成电路的复杂性，缺陷能否引起电路故障与其出现位置以及版图图形有密切关系。在局部识别导体冗余物缺陷能否引起短路故障时，考虑了实际版图图元的连接关系，消除了冗余物短路同一电连接网络图元的误判断。分别对导体冗余物引起短路、丢失物引起开路、介质层针孔缺陷引起纵向短路等故障情形提出了判别准则，并提出了有效的实现算法。 成功的开发了Monte Carlo功能成品率仿真系统。该系统综合了本文在制造缺陷模型、负二项分布随机数发生、CIF版图解码、缺陷故障识别以及MC成品率仿真策略等方面的研究结果，用超过8000行C++语言编程实现了图形界面交互式功能成品率仿真。能够在多种缺陷模式下同时对IC多个故障敏感层进行MC成品率分析并报告成品率。通过对金属微电子测试阵列和终端接口芯片XT-1的成品率仿真实例，对仿真系统进行了检验。这是迄今为止的第一个集成电路功能成品率仿真与设计系统。 本文在研究了现有关键面积计算模型及其不足之处后，首次提出了适用于一般版图图形结构的关键面积计算模型，在实际算法设计中，通过同一版图层图元连接关系的提取而避免了导体冗余物短路关键面积提取的错误情形，采用版图图元分组排序算法而提高了短路关键面积提取计算效率。针对丢失物和针孔关键面积也提出了相应的实现算法。并利用关键面积的概念，论述了Monte Carlo方法和关键面积方法在芯片故障敏感度分析中的统一性。 本文在功能成品率优化设计方法研究上取得重要结果。论述了基本优化策略，重点研究了基于局部版图布线调整的功能成品率优化方法。版图优化区域以故障敏感度为根据进行分块优选。在分块优选中，采用Monte Carlo方法进行分块版图敏感度分析，避免了关键面积方法在局部应用上的缺点，解决了局部版图优化的分块优选问题。在局部版图优化调整方法上，提出了金属互连线层成品率优化的局部线宽优化算法，并对线宽优化的特性进行了实例分析，说明了线宽优 集成电路功能成品率仿真与优化技术研究化算法的有效性和适用情形。本文还研究了基于线型调整和连线位置调整的局部版图优化技术，通过实际版图结构的关键面积特性对比说明了这两种技术的有效性。此外，还对全局版图调整的功能成品率优化进行了研究与探讨，分析了版图设计规则变化对功能成品率的影响。 研究结果表明，本文提出的功能成品率仿真与优化设计方法对成品率预报和提高是十分有效的。

全文目录


中文摘要  4-6
英文摘要  6-11
第一章 绪论  11-22
  1．1 集成电路可制造性工程  11-13
  1．2 集成电路制造成品率的研究  13-18
  1．3 集成电路可制造性设计研究体系  18-19
  1．4 本文的主要研究内容和安排  19-22
第二章 工艺缺陷模型  22-31
  2．1 缺陷的类型  22-27
    2．1．1 冗余物缺陷  22-25
    2．1．2 丢失物缺陷  25-26
    2．1．3 氧化物针孔缺陷  26-27
    2．1．4 结泄漏缺陷  27
  2．2 缺陷模型的处理假设  27
  2．3 缺陷的粒径分布及轮廓模型  27-30
  2．4 本章小结  30-31
第三章 功能成品率模型  31-39
  3．1 均匀分布点缺陷的功能成品率模型  31-33
  3．2 非均匀分布缺陷的功能成品率模型  33-34
  3．3 负二项式分布成品率模型  34-37
    3．3．1 复合Poisson分布  35
    3．3．2 负二项式分布  35-37
  3．4 本章小结  37-39
第四章 Monte Carlo功能成品率仿真研究  39-62
  4．1 成品率仿真策略  39-40
  4．2 Monte Carlo成品率仿真关键技术研究  40-51
    4．2．1 随机数发生器  40-42
    4．2．2 版图解码  42-45
    4．2．3 故障识别方法研究  45-51
  4．3 Monte Carlo成品率仿真系统设计  51-57
    4．3．1 MC成品率仿真系统的系统结构  52-53
    4．3．2 MC成品率仿真主要流程  53-57
  4．4 成品率仿真检验  57-60
    4．4．1 金属阵列微电子测试图仿真分析  57-58
    4．4．2 XT-1计算机终端接口电路芯片成品率仿真分析  58-60
  4．5 本章小结  60-62
第五章 关键面积方法研究  62-90
  5．1 关键面积方法概述  62-63
  5．2 关键面积基础模型研究  63-70
    5．2．1 开路关键面积基础模型  63-69
    5．2．2 短路关键面积基础模型  69-70
  5．3 关键面积提取应用模型研究  70-78
    5．3．1 改进的开路关键面积模型  71-73
    5．3．2 改进的短路关键面积模型  73-75
    5．3．3 针孔缺陷关键面积模型研究  75-78
  5．4 关键面积提取算法设计  78-85
    5．4．1 丢失物开路缺陷关键面积提取  78-80
    5．4．2 冗余物短路缺陷关键面积提取  80-84
    5．4．3 针孔缺陷关键面积提取  84-85
  5．5 故障敏感度分析研究  85-89
  5．6 本章小结  89-90
第六章 功能成品率优化设计方法研究  90-106
  6．1 成品率优化研究概述  90-91
  6．2 版图调整区域优选  91-97
  6．3 提高成品率的局部版图优化方法研究  97-103
    6．3．1 线宽调整优化  97-100
    6．3．2 线形调整优化  100-102
    6．3．3 线条位置调整  102-103
  6．4 版图设计规则对功能成品率的影响  103-105
  6．5 本章小结  105-106
第七章 结束语  106-109
致谢  109-110
参考文献  110-118
作者在攻读博士学位期间所发表的论文  118-119
附录A： 关键面积计算函数推导  119-121

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路（IC） > 一般性问题 > 制造工艺
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