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超深亚微米下百万门级系统级芯片的物理设计方案

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复旦学报（自然科学版） 2006年第1期45卷 26-29页

作者：曾宏曾璇闵昊复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室上海200433

超深亚微米下SoC芯片的物理设计面临很多挑战性的难题,如果仅使用传统芯片设计流程,耗时长且难以达到设计收敛,必须探索新的设计方法学来加速设计进程.以一块0.18μm工艺下200万门的无线数据传输芯片为例,应对超深亚微米下新的设计挑战... 详细信息

超深亚微米下SoC芯片的物理设计面临很多挑战性的难题,如果仅使用传统芯片设计流程,耗时长且难以达到设计收敛,必须探索新的设计方法学来加速设计进程.以一块0.18μm工艺下200万门的无线数据传输芯片为例,应对超深亚微米下新的设计挑战,论述了在布局规划、电压降、信号完整性、可制造性设计等方面的解决方案,提出了设计方法学上的改进,提高了后端设计的效率和质量.

关键词：超深亚微米系统级芯片物理设计设计收敛

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超深亚微米IC后端设计中关键技术研究

超深亚微米IC后端设计中关键技术研究

作者：韦秋初哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

集成电路产业进入了超深亚微米工艺的SoC(System on Chip)时代,设计规模越来越大,工艺的特征尺寸越来越小,集成电路设计方法面临诸多新的挑战。在高速电路中,连线间耦合电容产生的串扰噪声会导致大量的时序违规,甚至逻辑错误;而IRrop会... 详细信息

集成电路产业进入了超深亚微米工艺的SoC(System on Chip)时代,设计规模越来越大,工艺的特征尺寸越来越小,集成电路设计方法面临诸多新的挑战。在高速电路中,连线间耦合电容产生的串扰噪声会导致大量的时序违规,甚至逻辑错误;而IRrop会引起芯片性能的降低,严重时会导致芯片失效;另外,天线效应也严重影响着设计的可靠性。上述三个因素,互连线之间耦合串扰、电源IRrop和天线效应已成为集成电路后端设计工程师在设计阶段必须谨慎考虑的问题。本文首先对相邻连线间的串扰进行了研究,利用RLC模型进行HSPICE仿真,分析影响串扰的因素,得到了减小和修复串扰的理论依据和实践方法。IRrop是由于电源网络中导线电阻产生的电压损耗,在串扰分析之后介绍了直流电压降的概念和影响,由于5%的IRrop会引起7%的延时,为了降低IRrop,本文给出了后端设计中降低IRrop的设计方法;接着从天线产生的原理出发,研究分析跳线法、插入缓冲器以及插入反偏二极管这三种后端设计中消除天线效应的方法。基于上述研究分析,结合实际项目,在逻辑综合、自动布局布线过程中采取相应措施减小串扰引起的设计违规;利用IRrop分析结果,在电源规划阶段设计科学的电源网络,使得设计没有IRrop违例;利用消除天线效应的办法,在布线和版图验证阶段消除天线效应。本文在和舰180纳米CMOS工艺下,在G.722.2语音解码芯片的后端设计中实践了减小和修复串扰、降低IRrop和消除天线效应的方法,完成了G.722.2语音解码芯片的后端设计,保证了芯片功能和时序的正确以及设计的可靠性,得到了投片需要的GDS文件。

关键词：超深亚微米串扰 IRdrop 天线效应后端设计

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超深亚微米下IC光刻过程透射成像研究

超深亚微米下IC光刻过程透射成像研究

作者：付萍浙江大学

学位级别：硕士

光学邻近效应校正（OPC）是下一代集成电路设计和生产的重要工具。其基本思想是有目的、有系统地通过对掩模形状做预失真来补偿由光学系统的衍射和工艺的非线性引起的失真。OPC是非常有用的，一方面使用OPC，能在相同的面积上加工出更... 详细信息

光学邻近效应校正（OPC）是下一代集成电路设计和生产的重要工具。其基本思想是有目的、有系统地通过对掩模形状做预失真来补偿由光学系统的衍射和工艺的非线性引起的失真。OPC是非常有用的，一方面使用OPC，能在相同的面积上加工出更小的特征线宽;另一方面，使用OPC提高了工艺窗口，降低了整个芯片特征尺寸的变化，潜在地提高了集成电路的生产成品率。因此，一种能满足版图OPC处理软件要求的，快速、实用而又足够精确的光刻机光学系统模型就成为一个重要的研究课题。本文从光刻基本过程入手，介绍了光刻机光学系统的基本组成、部分相干光透射成像的基本原理，提出了光学系统的双线性模型，并在此基础上详细分析了仿真软件SPLAT的仿真过程，其中着重分析了光学系统的传输交叉系数TCC的计算，包括不同照明系统下TCC的计算以及TCC计算中像差的处理。但是在OPC等应用中，为了寻找合适的掩模补偿图形，必须迭代计算大量的空间稀疏分布的试探点成像，用SPLAT来处理这种稀疏空间点并不合适。在这里提出了一种基于卷积核的快速稀疏空间光强的光刻仿真计算方法。一个双线性光学系统分解成为一组空间域卷积核，并通过对版图的空间域卷积来计算空间光强。与采用Hopkins公式的SPLAT相比，这种方法能快速地计算空间光强。尤其对于大面积计算显得更为有效。

关键词：超深亚微米光刻掩模光学邻近效应校正部分相干透射成像传输交叉因子像差主波卷积核

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超深亚微米器件单粒子翻转率计算方法研究

超深亚微米器件单粒子翻转率计算方法研究

作者：邵隆西安电子科技大学

学位级别：硕士

半导体器件在空间辐射环境中发生的单粒子翻转效应严重影响航天器的在轨任务。随着我国航天事业的快速发展，越来越多的先进器件用于空间环境，使得单粒子翻转对航天器可靠性影响日益严重。研究适用于先进器件的单粒子翻转率计算方法，... 详细信息

半导体器件在空间辐射环境中发生的单粒子翻转效应严重影响航天器的在轨任务。随着我国航天事业的快速发展，越来越多的先进器件用于空间环境，使得单粒子翻转对航天器可靠性影响日益严重。研究适用于先进器件的单粒子翻转率计算方法，并将其用于在轨预计，对准确选用器件，提高我国航天器的可靠性和寿命有着重要的意义。本文首先介绍了空间辐射环境、单粒子翻转机理和器件翻转截面。其次重点论述了超深亚微米器件的电荷共享和多位翻转效应，提出了基于积分、基于截面数据FOM和基于器件参数FOM的单粒子翻转率计算方法，并利用matlab对三种方法进行编程。然后选取了四个关键技术节点先进CMOS体硅静态存储器相关数据，计算了各自单粒子翻转率，同时计算了130nm器件的多位翻转率。随后以普适性的基于积分的方法为标准，验证并讨论了两种FOM方法在超深亚微米尺度的适用性，此外，对器件单粒子翻转率随特征工艺尺寸的变化趋势和130nm器件的多位翻转率进行了分析。最后，设计了将三种单粒子翻转率计算方法用于在轨预计的应用方案。

关键词：单粒子翻转率超深亚微米静态存储器在轨预计

超深亚微米CMOS GPS接收机前端电路的设计

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超深亚微米CMOS GPS接收机前端电路的设计

作者：丁峰安徽大学

学位级别：硕士

目前，对于MOSFET工作原理的分析和模拟已逐渐开始在经典、准经典模型的基础上考虑各种量子效应、隧道效应，因此如何准确建立深亚微米／纳米MOSFET的器件模型和提供模型参数已成为重要的研究课题。论文的主要工作是建立了可以应用于... 详细信息

目前，对于MOSFET工作原理的分析和模拟已逐渐开始在经典、准经典模型的基础上考虑各种量子效应、隧道效应，因此如何准确建立深亚微米／纳米MOSFET的器件模型和提供模型参数已成为重要的研究课题。论文的主要工作是建立了可以应用于电路设计的超深亚微米器件宏模型。在此基础之上，对GPS接收机前端射频电路进行了功能和结构的研究，并对其内部电路进行了分析与改进。文章首先对GPS系统进行了一个简单概述，介绍了GPS接收机前端射频芯片的发展以及当前研究状况。并建立了可以应用于电路设计的超深亚微米器件宏模型。第三章我们对CMOS低噪声放大器的噪声特性进行了详尽的理论分析。并采用噪声优化理论对低噪放电路进行了设计。论文中采用的电路结构是共源极电感负反馈结构。该结构的输入阻抗主要采用电感、电容谐振输入，使得电路在GPS载波信号的频率点1575.42MHz处发生谐振。第一级MOSFET源极的电感用于输入50Ω匹配。两级MOSFET可分别按照噪声性能和线性特性优化。最终放大器的信号放大增益约为15dB，噪声系数为4.5dB，电源电压3.3伏。增益比指标13.5dB要高，同时噪声系数比指标5.4dB要低0.9dB值。电路功耗小于15mW。第四章我们对射频前端芯片下变频器电路进行了分析。在综合考虑芯片的功耗和电路复杂程度，我们采用了二次变频的电路结构。文章采用以Gilbert乘法单元为核心的双平衡混频器电路，同时在第一级后面接深表面波滤波器来减小镜像干扰。该电路结构的第一级为转换级，实现电压到电流的转换，第二级为切换级，由本振驱动，实现乘法功能，完成频谱搬移。在某种意义上双差分对结构与共源共栅结构具有相似性，也就是说在任何本振半周期中，双差分对结构与共源共栅结构一致。这一相似性使得下变频器的噪声分析可以采用与低噪放类似的分析方法。最终0.18μm CMOS工艺的混频器的噪声系数可以做到10dB左右。第五章是关于频率合成器电路的设计部分。频率合成器本身由鉴相器、分频器、压控振荡器等部分组成。针对下变频器的二次混频功能，采用了用VCO

关键词： GPS 超深亚微米低噪放下变频器频率合成器

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超深亚微米工艺下互连线串扰及其影响研究

超深亚微米工艺下互连线串扰及其影响研究

作者：刘建西安电子科技大学

学位级别：硕士

串扰是信号完整性研究领域中重要的一个方面,本文针对超深亚微米工艺下的互连线RLC串扰噪声进行了研究: 当工作频率高于GHz时,耦合电感噪声已占噪声总量较大比重,因此基于全局近似法的单根RLC互连线宏模型,比RC互连线模型来表征要... 详细信息

串扰是信号完整性研究领域中重要的一个方面,本文针对超深亚微米工艺下的互连线RLC串扰噪声进行了研究: 当工作频率高于GHz时,耦合电感噪声已占噪声总量较大比重,因此基于全局近似法的单根RLC互连线宏模型,比RC互连线模型来表征要更精确,稳定性要更好。对于复杂的RLC模型,庞大的运算过程会耗费非常大的机时,通过运用精度较高的全局近似方法对已有互连线模型进行改进,提出更高精度的单根RLC互连线宏模型。在单根互连模型的基础上,经过推导得出具有结构对称、仿真速度快等特点的多耦合互连线的宏模型以克服基于Krylov子空间等宏模型的非无源性和不稳定性等问题;在一定程度上减小了串扰噪声的计算量,提高了计算精度。

关键词：串扰信号完整性超深亚微米

超深亚微米MOS器件单粒子翻转截面计算方法研究

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超深亚微米MOS器件单粒子翻转截面计算方法研究

作者：刘肇卿西安电子科技大学

学位级别：硕士

超深亚微米器件具有特征尺寸小、体积小、集成度高、功能强等特点。为了满足现代航天器性能不断提高的要求，需采用超深亚微米器件。而这些新型元器件在空间应用过程中，受到空间辐射环境影响一旦发生失效，将会对系统和航天器产生重大... 详细信息

超深亚微米器件具有特征尺寸小、体积小、集成度高、功能强等特点。为了满足现代航天器性能不断提高的要求，需采用超深亚微米器件。而这些新型元器件在空间应用过程中，受到空间辐射环境影响一旦发生失效，将会对系统和航天器产生重大的影响。因此，为了保障太空中航天器安全可靠的飞行，新型元器件在选用时必须考虑其抗单粒子辐射性能，进行器件单粒子效应的在轨预计，预计其在轨单粒子翻转率。为进行超深亚微米器件单粒子翻转率的在轨预计，迫切需要计算超深亚微米器件的单粒子翻转截面。由于深亚微米尺度下计算单粒子翻转截面的方法，如重离子点值截面模型算法、质子Bendel两参数截面模型算法等，都是建立在RPP模型的基础上，无法适用于超深亚微米器件单粒子翻转截面的计算。要进行超深亚微米器件单粒子翻转截面的计算，需建立包括电荷共享效应的器件几何模型与电荷收集模型。本文针对超深亚微米MOS器件单粒子翻转截面的计算方法进行研究，完成的主要工作如下： 1、在研究超深亚微米器件单粒子新效应物理机理及多体积概念的基础上，建立用于翻转截面计算的超深亚微米器件单粒子效应器件模型及考虑电荷共享的电荷收集模型。 2、基于模型，建立了包括电荷共享和多位翻转在内的超深亚微米器件单粒子翻转截面的计算方法。 3、模拟研究粒子入射漏区时相邻敏感单元间的电荷共享及粒子入射漏区周围时相邻敏感单元间的电荷共享，从而判断粒子入射是否导致单粒子翻转及多位翻转。同时，模拟仿真粒子在敏感节点内产生的能量沉积，计算单粒子翻转截面，验证了计算方法的正确性。 4、研究超深亚微米器件单粒子单位翻转截面和多位翻转截面之间的关系。

关键词：超深亚微米单粒子效应多位翻转翻转截面

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超深亚微米芯片互连线电感提取技术及应用

浙江大学学报（工学版） 2002年第6期36卷 638-641页

作者：何剑春陆思安何乐年葛海通严晓浪浙江大学超大规模集成电路设计研究所浙江杭州310027

超深亚微米(VDSM)工艺下,集成电路的高频、高集成度趋势使互连线间电磁耦合作用不容忽略.首先回顾了典型电感提取方法及实际应用中电感阵稀疏化、模型降阶等问题;基于互连线分布RLC模型,对一类电源树的同步切换噪声问题作了分析;并介绍... 详细信息

超深亚微米(VDSM)工艺下,集成电路的高频、高集成度趋势使互连线间电磁耦合作用不容忽略.首先回顾了典型电感提取方法及实际应用中电感阵稀疏化、模型降阶等问题;基于互连线分布RLC模型,对一类电源树的同步切换噪声问题作了分析;并介绍了RL梯状电路、有效电容法等实用电感效应处理措施.一些仿真实例表明,未来高频集成电路中电感效应可严重影响部分关键互连线网性能,将成为信号完整性的重要制约因素.

关键词：超深亚微米电感提取 VLSI互连线信号完整性集成电路制造工艺芯片设计

超深亚微米器件单粒子辐射新效应的物理机理研究

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超深亚微米器件单粒子辐射新效应的物理机理研究

作者：刘菁西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着半导体工艺的发展，器件特征尺寸越来越小，单粒子辐射效应已经成为辐射环境微电子器件可靠性的一个主要的影响因素。器件尺寸缩小不仅使得半导体存储器对于单粒子电离效应更为敏感，而且出现了电荷共享和多位翻转等新可靠性问题。... 详细信息

随着半导体工艺的发展，器件特征尺寸越来越小，单粒子辐射效应已经成为辐射环境微电子器件可靠性的一个主要的影响因素。器件尺寸缩小不仅使得半导体存储器对于单粒子电离效应更为敏感，而且出现了电荷共享和多位翻转等新可靠性问题。单次粒子撞击引发多个存储单元的翻转在超深亚微米技术下变得越来越频繁，成为一个日益严重的问题。由于以前的电荷收集模型主要是基于单个节点上的电荷输运收集过程，故无法对粒子从不同位置入射引起的相邻器件间的电荷收集进行分析。然而，对于超深亚微米器件，电荷共享和多位翻转使得上述的假设不再成立。因此，如果想要正确地预计超深亚微米器件中的单粒子翻转率，就必须对电荷共享和多位翻转等新效应的物理机理进行研究。本文通过理论分析和数值模拟对超深亚微米器件新效应的物理机理进行了深入研究，并在此基础上建立了超深亚微米器件考虑电荷共享的电荷收集模型，并通过与90nm MOS技术的TCAD模拟结果进行对比，验证了模型的正确性。本文主要完成的工作及得到的结论如下： 1)总结了多位翻转随工艺尺寸发展的变化趋势及多位翻转的物理机理。确定了电荷共享是导致超深亚微米器件发生多位翻转的主要原因。 2)建立了超深亚微米器件考虑电荷共享的电荷收集模型。此模型考虑了相邻器件间的电荷共享，并考虑了粒子从器件不同位置入射时，电荷收集的物理机理的不同。 3)设计了计算机模拟方案，从建模结果发现，电荷共享随着器件的节点间距的增大而减小，随着入射粒子与器件表面的夹角的减小而增大。研究结果还发现多位翻转的主要机理是电荷共享，并且多位翻转随着器件间距减小而增加。

关键词：超深亚微米单粒子效应电荷收集电荷共享多位翻转