考慮溫度效應的互連建模擬研究.pdf

1、當集成電路進入到深亞微米階段,芯片單位面積的功耗與熱密度不斷增加,使得芯片溫度持續(xù)升高,溫度梯度越來越大。且隨著工藝進步,情況會進一步惡化。互連電阻受溫度影響非均勻分布,新型介質(zhì)材料的熱導率較低,耦合效應隨布線層數(shù)的增加而加強等問題,會導致電路時序紊亂、邏輯混亂。由互連溫度效應引發(fā)的一系列問題已成為集成電路發(fā)展的瓶頸?；ミB建模必須要考慮到溫度效應的影響。本文對考慮溫度效應的RC、RLC互連建模和模擬技術進行了系統(tǒng)研究,主要貢獻如下:

2、r>　　 互連溫升越高,引起的互連溫度效應就越發(fā)明顯。由于通孔具有相對較高的熱導率,可以成為有效的熱傳導途徑,從而極大的影響互連平均溫升。本文針對通孔這一特性引入了虛擬通孔,建立了考慮多虛擬通孔效應的互連平均溫升模型。所提模型將多通孔效應整合到層間介質(zhì)的有效熱導率中并得出更為精確的結(jié)果。此外本文還對多通孔效應進行了擴展應用,得出互連平均溫升最小時的通孔間距與通孔數(shù)量。本文所提模型應用到IC設計中可以提高IC設計的精確度,優(yōu)化電路性能。

3、
　　 互連延時已經(jīng)成為整個電路延時的主要考量,尤其在溫度效應不斷加強的情況下,互連延時進一步惡化,已經(jīng)成為導致電路失效的主要原因。本文在分析互連溫度分布的基礎上,提出了一種考慮非均勻溫度分布效應的RLC互連延時模型,討論了非均勻溫度分布和電感效應對互連延時的具體影響,Hspice仿真結(jié)果表明,本文所提模型更為精確。在本文提出的考慮溫度分布效應的互連延時模型的基礎上,進一步提出了一種RLC互連樹零時鐘偏差構(gòu)建方法,并推導計算了最

4、優(yōu)的零時鐘偏差點。此構(gòu)建方法同時考慮了互連溫度非均勻分布、電感效應及不對稱互連結(jié)構(gòu)對零時鐘偏差點的影響。針對65nm工藝節(jié)點對所提模型進行了仿真驗證,結(jié)果表明,算法最大誤差不超過1％。
　　 緩沖器插入是改善互連延時所采用的最為廣泛的一種方法?；诜蔷鶆驕囟确植夹獙ミB延時的影響,本文提出了一種求解互連非均勻溫度分布情況下的緩沖器最優(yōu)尺寸的模型。給出了非均勻溫度分布情況下的RC互連延時解析表達式,通過引入溫度效應消除因子,得出

5、了插入緩沖器的最優(yōu)尺寸以使互連總延時最優(yōu)。針對90nm和65nm工藝節(jié)點,對所提模型進行了仿真驗證,結(jié)果顯示,本文所提模型由于考慮了互連非均勻溫度分布效應,更加準確有效,且在保證互連延時最優(yōu)的情況下有效地提高了芯片面積的利用率。
　　 隨著特征尺寸的持續(xù)減小,互連串擾對電路性能的影響不斷增強,許多以往可以忽略的問題隨著技術的進步上升為制約電路性能的主要矛盾,本文基于MT串擾模型及互連的溫度效應分析,提出了一種針對芯片溫度變化的分