考虑工艺波动和散射效应的纳米级CMOS互连线特性研究

摘要

随着CMOS集成电路工艺特征尺寸进入纳米级阶段,互连性能已经成为制约集成电路设计的关键因素之一。在纳米级工艺下,工艺波动带有随机性,会直接造成集成电路物理结构的改变,进而影响互连性能,从而显著地影响集成电路功能和性能。另外,集成电路制造技术的不断提高,导致互连线尺寸不断减小,进而产生愈发严重的散射效应,散射效应的存在将大大增大互连金属的电阻率,进而影响互连线诸如延时和带宽等性能。因此,为了正确地分析和设计集成电路,需要考虑工艺波动和散射效应对互连性能的影响。
　　 由于工艺波动和散射效应的严重影响,本文首先基于等效Elmore延时模型,通过多项式混沌理论和伽辽金法,采用逐次线性近似方法,提出一种考虑工艺波动的RCL统计延时模型。然后,本文对散射效应问题进行分析,并具体探讨了散射效应对互连性能的影响。另外,基于在纳米级工艺下,互连性能对集成电路功能和性能的显著作用,本文提出了一种优化互连性能的互连尺寸优化模型。Hspice仿真结果表明本文提出的延时模型和互连尺寸优化模型精度都较高,且算法简单,可以应用于集成电路分析和设计中。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 本文的基本框架及内容

第二章 互连线性能参数

2.1 互连线寄生参数

2.1.1 互连电阻

2.1.2 互连电容

2.1.3 互连电感

2.2 互连树性能参数

2.2.1 Elmore延时模型

2.2.2 等效Elmore延时模型

2.3 插入最优缓冲器的互连线性能参数

2.3.1 延时

2.3.2 功耗

2.3.3 面积

2.3.4 带宽

2.4 本章小结

第三章 工艺波动对互连寄生参数的影响

3.1 互连工艺波动问题

3.2 蒙特卡罗方法

3.2.1 蒙特卡罗方法基本思路

3.2.2 随机变量的正态分布

3.3 考虑工艺波动的互连参数的线性近似模型

3.4 本章小结

第四章 考虑工艺波动的RCL统计延时模型

4.1 多项式混沌理论和伽辽金法

4.1.1 多项式混沌理论

4.1.2 伽辽金法

4.2 考虑工艺波动的矩的线性近似模型

4.3 考虑工艺波动的RCL统计延时模型

4.4 模型验证与讨论

4.5 本章小结

第五章 考虑散射效应的互连特性

5.1 互连散射效应问题

5.2 考虑散射效应的电阻率模型

5.3 考虑散射效应的互连性能模型

5.3.1 延时

5.3.2 带宽

5.4 本章小结

第六章 基于多目标的互连尺寸优化模型

6.1 两种优化方法概述

6.2 不考虑散射效应的互连尺寸优化模型

6.2.1 多目标性能

6.2.2 互连尺寸优化模型

6.2.3 模型验证与讨论

6.3 考虑散射效应的互连尺寸优化模型

6.3.1 多目标性能

6.3.2 互连尺寸优化模型

6.3.3 模型验证与分析

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

致谢

参考文献

研究成果