[发明专利]基于边界元法的矩形冗余填充耦合电容提取方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及超大规模集成电路寄生工艺参数提取领域，特别是涉及一种矩形冗余填充寄生电容提取方法，可用于集成电路设计过程中的寄生参数提取和性能优化。

技术背景

随着IC制造工艺中多层金属化技术的广泛应用和工艺尺寸的不断缩小，化学机械抛光CMP工艺已经成为生产过程中一个必不可少的环节。

在化学机械抛光工艺中，由于上层介质层的厚度对下层金属密度的依赖性，业界一般通过增加冗余填充金属模块保证金属密度的均一化分布，以改善其平坦化效果。但是这些填充物的存在对电路的电容会产生一定的影响。随着半导体工艺尺寸的按比例缩小，在信号完整性、功率以及制造工艺等方面出现的问题愈发值得关注。冗余金属填充式互连线的耦合电容已经越来越大，Sinha在“Impact of modern processtechnologies on the electrical parameters of interconnects Proceedings of the 20thInternational Conference on VLSI Design”一文中指出：冗余金属填充可使关键线网的总电容最多增加到2.6倍。

冗余填充所产生的耦合效应对电路信号所产生的负面影响已不容忽视。因此考虑冗余填充金属对互连的耦合效应已经成为业界的研究热点，精确掌握并计算冗余填充带来的耦合电容的数值是一个重要方向。

互连参数提取问题最早是由IBM公司的Watson研究中心于20世纪70年代提出。到90年代，集成电路制造已经进入深亚微米工艺，关于互连参数提取的相关算法研究和软件开发逐渐活跃起来。数值模拟法是近来研究较热门的方法，这种方法是通过建立精确的互连结构的几何模型，然后求解静电场计算寄生电容，从而得到较高精度的计算结果。为提高计算的效率，人们对静电场的数值计算有了很多研究，诞生了不同的参数提取软件。1991年美国麻省理工学院的J.White教授开发了采用准静电场近似提取电容参数的FastCap。2003年德州农机大学的W.Shi开发出的参数提取软件Phiicap又将FastCap的计算速度提高了60倍。

当前，互连寄生参数提取特别是寄生电容提取的软件日趋成熟。其中比较有代表性的有：Avant！公司基于有限差分法的2D/3D互连分析软件Raphael于有，Ansoft公司基于有限元法的Spicelink，J.White等人基于间接边界元法的FastCap以及Quickcap、Acradia、AutoBEM等等。

上述方法多要求使用者首先建立输入数据矩阵，对每个导体的三维结构有较为彻底的描述，例如FastCap即要求输入导体每个面上每个顶点的三维坐标，对于一个正方体就需要输入24个三维坐标。虽然这样做对复杂结构的导体可以有较好的描述，但是对于填充图形多为矩形，填充数量成百上千甚至更多的冗余金属填充来说，输入数据将非常麻烦。并且对于需要大量金属模块的情况，软件计算过程中的数据矩阵将会非常大，对计算机硬件提出了较高要求，增加了计算时间，延长了计算周期，增加设计成本。

发明内容

本发明的目的在于提出一种专用于计算矩形冗余金属填充寄生电容的提取方法，以提高数据输入和计算效率，实现大量矩形冗余金属填充的快速提取，满足目前集成电路设计所面临的更为苛刻的要求。

实现本发明目的的技术方案，包括如下步骤：

1)视互连线与冗余填充金属为普通导体并建立三维坐标系，将互连线个数n、冗余金属填充个数m、导体几何中心的坐标集合O、导体长度集合L、导体宽度集合W、导体高度集合H这六个关键参数作为完全描述矩形冗余金属填充的参数集合；

2)利用间接边界元法，建立以上述参数集合为输入的电容矩阵：

2a)对每个普通导体进行编号，使其与导体几何中心坐标集合O、导体长度集合L、导体宽度集合W和导体高度集合H相对应；

2b)选取编号为1和2的普通导体，定义其为普通导体1和普通导体2，提取两者几何中心坐标(O₁，O₂)、长度(L₁，L₂)、宽度(W₁，W₂)和高度(H₁，H₂)；