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ULSI片内互连线寄生参数提取及应用

作　者: 何剑春
导　师: 严晓浪
学　校: 浙江大学
专　业: 电路与系统
关键词: 片内互连线参数提取神经网络模型电源树同步切换噪声
分类号: TN405
类　型: 博士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

半导体工艺水平的飞速提高使当今集成电路的发展进入超深亚微米(VDSM)阶段。随着系统芯片(SOC)的出现，片内互连线问题已经成为目前ULSI设计中最具挑战性的课题之一。互连的传输线效应成为限制系统整体性能的“瓶颈”。对于高速ULSI设计，传统EDA设计中采用的基于集总概念的参数提取算法已经失去准确性，寻求互新型电磁建模和参数提取方法具有至关重要的意义。它是一系列后续工作的基础。本文以片内互连线的关键长线为主要研究对象，侧重寄生参数提取方法的研究，以及基于互连模型分析各种寄生效应。研究方法从精度和速度两方面着手。文中研究内容可分为两部分： ■ 互连线寄生参数提取部分 1) 基于ULSI片内互连电感、电容参数提取问题的内容和特点，引入互连线不同相对几何位置的寄生参数解析计算公式，得到一类快速寄生电感、电容定界方法。 2) 提出一类基于牛顿法BP网络的互连线寄生电感提取方法；根据ULSI片上互连线曼哈顿结构特点，将ANN方法应用于多导体系统环电感分段计算，提出一种快速限制回路寄生电感提取方法。 3) 利用Csplat模拟互连线光刻，分析光刻中OPE对互连线版图的影响，针对版图畸变现象，采用二维BEM对电容参数作精确的实验性建模；定义有效长度概念，提出基于人工神经网络(ANN)实现多级导体系统寄生电容的快速提取方案。 ■ 基于互连线RC、RLC模型的时序分析 1) 针对ULSI设计中常用的晶体管驱动的单条全局互连线，以一阶或二阶模型近似其末端电压，得到时延和过冲分析的简化解析模型；基于两条电容性耦合互连线基本微分方程，推导出低阶近似串扰解析模型，并推广至多条电容性耦合互连线情况。 2) 基于电源树的普通RLC模型与π型RLC模型，利用一类切换事件驱动的节点重组及参数重编机制，将非线性噪声传播过程简化为线性系统，实现PST噪声分析的时域解析方法，以提高模拟效率。

全文目录

第一章引言  9-25
  1．1 研究背景  9-17
    1．1．1 超深亚微米工艺（VDSM）及系统芯片技术（SOC）  9-12
    1．1．2 互连和封装技术  12-16
    1．1．3 片内互连分类及设计考虑  16-17
  1．2 ULSI片上互连寄生参数的影响  17-18
  1．3 本文研究工作  18-25
    1．3．1 研究对象和研究内容  18-20
    1．3．2 参数提取研究方法  20-23
      1．3．2．1 参数提取方法现状  20-22
      1．3．2．2 文中采用的主要参数提取方法  22-23
    1．3．3 本文主要研究内容  23-25
第二章 ULSI连线分析基本理论  25-35
  2．1 Maxwell方程组  25-26
  2．2 互连模型  26-29
    2．2．1 器件和互连的按比例缩小  26-27
    2．2．2 互连模型  27
    2．2．3 互连线模型选择原则  27-29
  2．3 器件模型  29-32
    2．3．1 普通形式  29-30
    2．3．2 查表形式  30-31
      2．3．2．1 一维表  30-31
      2．3．2．2 二维表  31
    2．3．3 等效电容形式  31-32
  2．4 互连分析中存在的几个主要问题  32-35
    2．4．1 稀疏化与稳定性  33-34
    2．4．2 模型降阶问题  34-35
第三章 ULSI互连线寄生电感参数提取  35-54
  3．1 引言  35-37
  3．2 电感提取问题  37-40
    3．2．1 问题的描述  37-38
    3．2．2 部分电感概念  38-39
    3．2．3 研究现状  39-40
  3．3 多导体系统限制回路电感提取解析方法  40-44
    3．3．1 平行导体自感和互感解析计算公式  40-42
    3．3．2 定界方法  42-44
  3．4 基于BP网络的电感提取方法  44-49
    3．4．1 基于牛顿法的BP网络  44-45
    3．4．2 基于BP网络的电感提取  45-47
    3．4．3 仿真算例  47-49
    3．4．4 小结  49
  3．5 多导体系统限制回路电感提取方法  49-54
    3．5．1 信号线与地线布线特点  49-50
    3．5．2 基于HARO规则的RLIE  50-51
    3．5．3 基于ANN的多导体系统RLIE  51-52
    3．5．4 实例  52-53
    3．5．5 小结  53-54
第四章 ULSI互连线寄生电容参数提取  54-67
  4．1 互连线寄生电容提取问题  55-57
    4．1．1 问题的描述  55-56
    4．1．2 静电场的计算  56
    4．1．3 常用方法  56-57
  4．2 互连线解析电容模型  57-60
    4．2．1 单层金属共面导体的寄生电容参数  57-58
    4．2．2 多级金属导体中寄生电容参数  58-60
  4．3 互连线寄生电容参数的上下界推导  60-62
  4．4 OPE对互连线模拟光刻的影响  62-63
  4．5 基于ANN提取互连线寄生电容参数  63-66
    4．5．1 互连线寄生电容提取修正因子法  64-65
    4．5．2 计算实例  65-66
  4．6 本章小结  66-67
第五章 ULSI互连线高频效应分析  67-81
  5．1 互连线耦合效应时域分析  69-72
    5．1．1 电容耦合效应  69-70
    5．1．2 电感耦合效应  70-72
  5．2 单根互连线延时和过冲分析  72-76
    5．2．1 RC线分析  72-74
    5．2．2 RLC线分析  74-76
  5．3 高频互连线串扰分析  76-80
    5．3．1 两条电容性耦合互连线串扰模型  76-78
    5．3．2 多条电容性耦合互连线串扰模型  78-80
  5．4 本章小结  80-81
第六章电源树同步切换噪声估计  81-97
  6．1 ULSI电源／地网络设计特点  81-83
    6．1．1 布图模式  81-82
    6．1．2 ULSI电源／地网络设计特点  82-83
  6．2 基于分布RLC模型估计电源树同步切换噪声  83-92
    6．2．1 PST建模  84-85
    6．2．2 基于事件驱动机制估计PST的SSN  85-86
      6．2．2．1 输入模式生成  85
      6．2．2．2 切换事件的触发  85-86
    6．2．3 PST噪声估计  86-88
      6．2．3．1 节点重组与参数重编号  86-87
      6．2．3．2 部分传递函数计算  87-88
    6．2．4 仿真  88-92
  6．3 基于π型分布RLC模型估计电源树同步切换噪声  92-97
    6．3．1 PST建模  92-93
    6．3．2 基于事件驱动机制估计PST的SSN  93-94
    6．3．3 仿真  94-97
第七章总结与展望  97-99
参考文献  99-104
作者在学期间发表及录用的论文  104-105
致谢  105

ULSI片内互连线寄生参数提取及应用

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