互連與互連優(yōu)化ppt課件(已修改)
2025-05-16 18:13 本頁(yè)面
【正文】 第 14章 互連 Coping with Internection 集成電路設(shè)計(jì)系列 莊奕琪 主講 本章概要 1. 概述 2. 互連電阻 3. 互連電容 4. 互連電感 5. 互連延時(shí)模型 6. 互連按比例縮小 7. 互連延時(shí)優(yōu)化 8. 串?dāng)_ 9. 布局布線 10. 片上網(wǎng)絡(luò) 本章參考書(shū) ? Jan et al.， Digital Integrated Circuit： A Design Perspective， 2rd Edition， Anantha Chandrakasan， Borivoje Nikolic， 2022. Chapters 3 amp。9。 中譯 本 ：周潤(rùn)德等譯，數(shù)字集成電路 電路、系統(tǒng)與設(shè)計(jì)，電子工業(yè)出版社， 。第 3章和第 9章。 ? John P. Uyemura, Introduction to VLSI Circuits and Systems, John Wiley amp。 Sons, Inc., 2022. Chapters 14. 中譯本：周潤(rùn)德譯，超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)導(dǎo)論，電子工業(yè)出版社， 。第 14章。 概述 現(xiàn)代 IC中的互連 鋁互連（ m工藝 ,四層） 銅互連（ ≤ ，七層） 概述 互連的發(fā)展趨勢(shì) 概述 互連線 t ra ns m it t er s re c eiv er s電路圖 實(shí)際視圖 概述 互連的寄生參數(shù) 串聯(lián)電阻 自身電感 對(duì)地電容 線間電容 寄生電阻 寄生電容 寄生電感 概述 分析簡(jiǎn)化條件 考慮了導(dǎo)線的大部分寄生參數(shù) 只考慮電容的模型 ? 若導(dǎo)線的電阻很大，可以不考慮電感 ? 若導(dǎo)線的電阻較小且較短，可以只考慮電容 ? 若導(dǎo)線的電阻很小且較長(zhǎng)，則需考慮電感 ? 若導(dǎo)線的平均間距很大，可以不考慮線間電容 概述 互連尺寸變化的影響 ???????????????????????????????????互連延遲互連電容串?dāng)_層間電場(chǎng)耦合層間介質(zhì)厚度電遷移短路概率線間串?dāng)_線間距電遷移開(kāi)路概率，互連功耗互連延遲互連電阻線長(zhǎng)線厚線寬HSLTW 概述 互連對(duì)延遲的貢獻(xiàn) wtlAlRl i n e ?? ??線長(zhǎng) 線厚 電阻率 (1/σ) 線寬 ? 縱向參數(shù)由工藝決定： t， ρ(ζ) 橫向參數(shù)由版圖決定： l， w ? Rline越小，允許通過(guò)互連線的電流越大，互連延遲越小 互連電阻 如何計(jì)算互連電阻？ nRwlRRtR SSl i n eS ??? 線電阻薄層電阻?薄層電阻方塊數(shù) 與版圖尺寸無(wú)關(guān) 互連電阻 薄層電阻 互連電阻 常用導(dǎo)體的電阻率與薄層電阻 ← 電阻率（可能用于互連的金屬材料） ?薄層電阻（傳統(tǒng)工藝中可用作互連的材料） 不同粗細(xì) 帶拐角 不同工藝層 互連電阻 電阻計(jì)算實(shí)例 互連電阻 接觸電阻 ? 接觸電阻 ? 互連與硅及多晶之間的接觸（有源接觸孔） ? 不同互連層之間的接觸（通孔） ? 降低接觸電阻的途徑 ? 信號(hào)線盡量保持在同一層上 ? 增大接觸孔，但效果不明顯（因電流集聚效應(yīng)使電流集中在接觸孔的周邊） ? 增多接觸孔 ? CMOS工藝接觸電阻典型值 ? 有源接觸孔 5～ 20Ω ? 通孔 1～ 5 Ω 互連電阻 實(shí)例 :Intel 5 metal layers Ti/Al Cu/Ti/TiN Polysilicon dielectric 互連電阻 趨膚效應(yīng) ? 趨膚效應(yīng) ：在非常高的頻率下，電流主要在導(dǎo)體的表面流動(dòng)，其電流密度隨進(jìn)入導(dǎo)體的深度而呈指數(shù)下降 ? 趨膚深度 ：電流下降到其額定值的 1/e時(shí)所處的深度 ? 臨界頻率 ：趨膚深度達(dá)到導(dǎo)體最大尺寸（ W或 H）的 1/2時(shí)的頻率 ? ffs時(shí)導(dǎo)體單位長(zhǎng)度電阻 導(dǎo)體的電阻率 周?chē)娊橘|(zhì)的介電常數(shù) 信號(hào)的頻率 鋁在 1GHz下的δ = m 互連電阻 鋁導(dǎo)線的趨膚效應(yīng) 襯底為SiO2 互連電容 互連系統(tǒng)中的電容 f r in g i n g p a r a l l e l? 導(dǎo)線對(duì)襯底的電容 ? 底面 ? 邊緣 ? 導(dǎo)線之間的電容 ? 同層 ? 異層 第 2層互連 第 1層互連 互連電容 互連電容的影響因素 ? 互連線的形狀與尺寸 ? 互連線與襯底的距離 ? 互連線周?chē)慕橘|(zhì) ? 互連線與周?chē)鷮?dǎo)線的距離 互連電容 互連與襯底間的電容 VDDVDDVinVoutM 1M 2M 3M 4Cdb 2Cdb 1Cgd 12CwCg 4Cg 3Vout 2FanoutIn te rco nn ec tVoutVinCLS i mp l i f i e dM o d e l 互連與襯底間的電容成為電路負(fù)載電容的一部分 )( HWT WLCoxoxl i n e ??? 若互連線與襯底的電容?絕緣介質(zhì)的介電常數(shù) 互連電容 不考慮邊緣效應(yīng)的電容計(jì)算 電介質(zhì) 襯底 L W H Tox 電場(chǎng)線 電流 氧化層厚度 互連電容 考慮邊緣效應(yīng)的電容計(jì)算 :模型 1 W H / 2H+( a)( b ))1/2l o g (2)2/(??????HTTHWCCCoxoxoxoxf r i n g eppl i n e???單位長(zhǎng)度互連電容ppCfringeCppC底面電容frin g eC邊緣電容?????????????????????????????????，經(jīng)驗(yàn)公式，簡(jiǎn)單模型2 2 oxoxoxoxoxl i n eTwTwTwC??μ m )225(μ m ) , 2 4 . 1 f F40(μ m )225( m ) , 140(0 . 0 20 . 9 al??????????????????llCcllRrRTtwl i n el i n eSox求得：，，條件：實(shí)例 邊緣效應(yīng)影響項(xiàng) 側(cè)面效應(yīng)影響項(xiàng) 互連電容 考慮邊緣效應(yīng)的電容計(jì)算 :模型 2 ditW/ 互連電容 電容隨線寬 /介質(zhì)厚度比的變化 介質(zhì)為 SiO2 tdi為介質(zhì)厚度 平板電容 總電容 導(dǎo)線厚度 /介質(zhì)厚度比 導(dǎo)線寬度 /介質(zhì)厚度比 互連電容 電容與尺寸的關(guān)系 第 1層鋁 第 2層鋁 第 3層鋁 第 4層鋁 第 5層鋁 互連電容 實(shí)例 : (1) 邊緣電容 平面電容 下極板 → 上極板 ? 電容平均值（平面電容 aF/μm2，邊緣電容 aF/μm) 互連電容 實(shí)例 : (2) 最小間距下單位長(zhǎng)度線間電容的平均值（ aF/μm) 位于第 1層鋁上的 10cm長(zhǎng)、 1μm寬的導(dǎo)線： ? 平面電容 3pF
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1