一种集成电路版图电流密度超标区域标定方法及系统技术方案

本申请公开了一种集成电路版图电流密度超标区域标定方法及系统，属于集成电路电磁场分析技术领域，包括：对集成电路版图进行网格剖分，采用电磁场数值计算方法，计算每层版图中网格单元的电流密度；基于每层版图中网格单元的电流密度，标识出电流密度超标的网格单元；基于标识的电流密度超标的网格单元，采用邻居搜索方法标识出连通的网格单元，形成连通的网格单元区域，同时针对每个连通的网格单元区域，设置没有邻居网格单元的网格单元对应的边作为所述连通的网格单元区域的边界。本申请解决了集成电路版图形状复杂时，传统电流密度标定方法不再有效，电流密度超标区域不能精确标定问题，有助于大规模集成电路版图优化和整改。改。改。

【技术实现步骤摘要】
一种集成电路版图电流密度超标区域标定方法及系统


[0001]本申请属于集成电路电磁场分析
，具体涉及一种集成电路版图电流密度超标区域标定方法及系统。

技术介绍

[0002]随着通信技术的发展，超大规模集成电路的研究与发展已逐渐展开。为了提高电子设备的性能，缩小体积，降低成本，当下生产现状是将晶体管与其他元器件以及线路都集成在一小块半导体基片上。为了实现更多的功能，目前超大规模集成电路有几层到上百层结构，每层结构极其复杂，并集成数千万甚至数亿的晶体管，且都具有从厘米级到目前最新的纳米级多尺度结构。如此复杂的结构，也给其电磁场分析带来了难题。
[0003]由于集成电路中有数千万到数亿个晶体管同时工作，其消耗的功率急剧增加，这个增加的功率可通过提高输入电压或输入电流来实现，但由于晶体管密度增加，晶体管的P
‑
N节间距随之减小，从而晶体管的耐压值也随之降低，因此，随着超大规模集成电路的晶体管数量的增加，对集成电路的输入电压逐渐下降，但提供给集成电路的电流却是急剧增加。这个电流可达数十安培到上百安培，这个大电流通常由几百到上千个引脚来供电。由于有数百到上千个引脚分摊上百安培的大电流，因此每个引脚的电流得到了有效的降低，然而，这个上百安培的大电流需要通过各层的集成电路版图从电源输入端传输到工作的芯片，因此集成电路版图电源层上的电流密度是一个需要重点关注的问题。
[0004]针对具有多尺度结构的集成电路版图，需要采用电磁场数值计算方法计算其电流密度分布，然后，根据具体制备工艺对应的版图上允许承载的最大电流密度，根据计算的电流密度分布标定出电流密度超标的区域，最终基于超标区域对集成电路版图设计进行优化和整改，直到设计的版图达到工作要求。
[0005]目前，针对集成电路版图上电流密度超标区域的标定通常为矩形区域标定，这种标定方法针对早期结构简单的版图形状是有效的，能够从标定的区域很快识别出电流密度超标位置，从而对设计的版图进行优化和整改，但随着集成电路版图形状越来越复杂，原来的标定方法不再有效，具体表现在，存在大量的弯曲的带状版图多边形，如果这种多边形上的电流密度超标，按照传统的标定方法，则将包括整个带状版图多边形的超标的矩形区域都包括进来，这个矩形区域内部还包含了大量不超标的版图多边形，因此这个标定基本是无效的，并不能从标定的区域精准获取有用信息。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术中的不足，本申请提出了一种集成电路版图电流密度超标区域标定方法及系统。
[0007]第一方面，本申请提出一种集成电路版图电流密度超标区域标定方法，包括如下步骤：对集成电路版图进行网格剖分，采用电磁场数值计算方法，计算每层版图中网格
单元的电流密度；基于每层版图中网格单元的电流密度，标识出电流密度超标的网格单元；基于标识的电流密度超标的网格单元，采用邻居搜索方法标识出连通的网格单元，形成连通的网格单元区域，同时针对每个连通的网格单元区域，设置没有邻居网格单元的网格单元对应的边作为所述连通的网格单元区域的边界。
[0008]所述对集成电路版图进行网格剖分，采用电磁场数值计算方法，计算每层版图中网格单元的电流密度，包括如下步骤：将多层集成电路直流电场的三维模型简化为多层直流电场二维模型，并对多层直流电场二维模型的各层集成电路版图进行网格剖分；对所述多层直流电场二维模型形成的微分方程对应的泛函在剖分的网格单元上进行离散，取极值并令极值为零得到有限元刚度矩阵方程组，对所述有限元刚度矩阵方程组进行求解，得到集成电路每层平板上的电位分布；根据所述集成电路每层平板上的电位分布，计算场域的电流密度分布，即每层版图中网格单元的电流密度。
[0009]所述将多层集成电路直流电场的三维模型简化为多层直流电场二维模型，具体计算如下：多层集成电路直流电场的三维模型是指所述多层直流电场二维模型中电导率、电位u的分布均为三维空间坐标(x,y,z)的函数，即：，，其满足以下方程（1）及边界条件（2）：
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）
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（2）式（2）中，为第一类边界，n为第二类边界的法向，为电位u在第一类边界上的值，用表示，为外部电路的体电流密度。
[0010]针对所述多层集成电路直流电场的三维模型，建立各层集成电路直流电场二维模型的泛函：（3）
式中，所述h为金属层的厚度，为网格单元e的电导率；为网格单元e的电位；为网格单元e的面，为外部激励产生的表面电流密度，所述I(u)为泛函，表示网格单元e的棱边；所述基于每层版图中网格单元的电流密度，标识出电流密度超标的网格单元；包括步骤如下：基于网格单元，利用场域的电流密度分布公式，计算得到所有层的每个网格单元的电流密度；对所有层的每个网格单元，判断其电流密度是否大于预设的电流密度阈值，如果大于所述阈值，则设置所述网格单元的热点状态为HOT，如果小于等于所述阈值，则设置热点状态为COLD。
[0011]所述采用邻居搜索方法标识出连通的网格单元，形成连通的网格单元区域包括如下步骤：步骤S3.1：设置当前处理的热点区域为i=1，设置当前热点区域集合H为空，当前外围网格单元集合F为空，设置当前处理层序号为layer=1；步骤S3.2：对当前第layer层的所有网格单元，计算各网格单元的邻居网格单元；设置当前处理的网格单元v=1，设置当前电流密度最大值J
max
为0；设置当前标定边界集合B
i
为空；设置当前第layer层的所有网格单元处理状态为FRESH；步骤S3.3：检查第v个网格单元的状态；步骤S3.3.A：如果所述第v个网格单元的处理状态为DONE，或热点状态为COLD，设置v=v+1，转入步骤S3.4；步骤S3.3.B：比较所述第v个网格单元的电流密度J
v
与当前电流密度最大值J
max
，J
v
>J
max
，则更新J
max
，使得J
max
=J
v
；J
v
<=J
max
，则J
max
不变；步骤S3.3.B.1：将所述第v个网格单元加入到当前外围网格单元集合F中去；步骤S3.3.B.2：判断集合F是否为空，如果集合F为空，将当前J
max
作为当前热点区域H
i
的最大电流密度，当前标定边界集合B
i
作为当前热点区域H
i
的标定边界，增加H
i
到集合H，重置当前电流密度最大值J
max
为0，设置i=i+1，设置当前标定边界集合B
i
为空，设置当前热点区域集合H为空，设置v=v+1，转入步骤S3.4；步骤S3.3.B.3：如果集合F不为空，取出集合F中的任一个网格单元p，并把所述网格单元p从集合F本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成电路版图电流密度超标区域标定方法，其特征在于，包括以下步骤：对集成电路版图进行网格剖分，采用电磁场数值计算方法，计算每层版图中网格单元的电流密度；基于每层版图中网格单元的电流密度，标识出电流密度超标的网格单元；基于标识的电流密度超标的网格单元，采用邻居搜索方法标识出连通的网格单元，形成连通的网格单元区域，同时针对每个连通的网格单元区域，设置没有邻居网格单元的网格单元对应的边作为所述连通的网格单元区域的边界。2.根据权利要求1所述的集成电路版图电流密度超标区域标定方法，其特征在于，所述对集成电路版图进行网格剖分，采用电磁场数值计算方法，计算每层版图中网格单元的电流密度，包括如下步骤：将多层集成电路直流电场的三维模型简化为多层直流电场二维模型，并对多层直流电场二维模型的各层集成电路版图进行网格剖分；对所述多层直流电场二维模型形成的微分方程对应的泛函在剖分的网格单元上进行离散，取极值并令极值为零得到有限元刚度矩阵方程组，对所述有限元刚度矩阵方程组进行求解，得到集成电路每层平板上的电位分布；根据所述集成电路每层平板上的电位分布，计算场域的电流密度分布，即每层版图中网格单元的电流密度。3.根据权利要求2所述的集成电路版图电流密度超标区域标定方法，其特征在于，所述将多层集成电路直流电场的三维模型简化为多层直流电场二维模型，具体计算如下：多层集成电路直流电场的三维模型是指所述多层直流电场二维模型中电导率、电位u的分布均为三维空间坐标(x,y,z)的函数，即：，，其满足以下方程（1）及边界条件（2）：
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（1）
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（2）式（2）中，为第一类边界，n为第二类边界的法向，为电位u在第一类边界上的值，用表示， 为外部电路的体电流密度；针对所述多层集成电路直流电场的三维模型，建立各层集成电路直流电场二维模型的泛函：（3）
式中，所述h为金属层的厚度，为网格单元e的电导率；为网格单元e的电位；为网格单元e的面，为外部激励产生的表面电流密度，所述I(u)为泛函，表示网格单元e的棱边。4.根据权利要求1所述的集成电路版图电流密度超标区域标定方法，其特征在于，所述基于每层版图中网格单元的电流密度，标识出电流密度超标的网格单元，包括步骤如下：基于网格单元，利用场域的电流密度分布公式，计算得到所有层的每个网格单元的电流密度；对所有层的每个网格单元，判断其电流密度是否大于预设的电流密度阈值，如果大于所述阈值，则设置所述网格单元的热点状态为HOT，如果小于等于所述阈值，则设置热点状态为COLD。5.根据权利要求1所述的集成电路版图电流密度超标区域标定方法，其特征在于，所述采用邻居搜索方法标识出连通的网格单元，形成连通的网格单元区域，包括如下步骤：记所有热点状态为HOT的网格单元存入的集合为热点区域集合H，记 集合H中，至少有一个邻居网格单元为0或邻居网格单元的热点状态为COLD的网格单元组成的集合为外围网格单元集合F；步骤S3.1：设置当前处理的热点区域为i=1，设置当前热点区域集合H为空，当前外围网格单元集合F为空，设置当前处理层序号为layer=1；步骤S3.2：对当前第layer层的所有网格单元，计算各网格单元的邻居网格单元；设置当前处理的网格单元v=1，设置当前电流密度最大值J
max
为0；设置当前标定边界集合B
i
为空；设置当前第layer层的所有网格单元处理状态为FRESH；步骤S3.3：检查第v个网格单元的状态；步骤S3.3.A：如果所述第v个网格单元的处理状态为DONE，或热点状态为COLD，设置v=v+1，转入步骤S3.4；步骤S3.3.B：比较所述第v个网格单元的电流密度J
v 与当前电流密度最大值J
max
，J
v
>J
max
，则更新J
max
，使得J
max
=J
v
；J
v
<=J
max
，则J
max
不变；步骤S3.3.B.1：将所述第v个网格单元加入到当前外围网格单元集合F中去；步骤S3.3.B.2：判断集合F是否为空，如果集合F为空，将当前J
max
作为当前热点区域H
i
的最大电流密度，当前标定边界集合B
i
作为当前热点区域H
i
的标定边界，增加H
i
到集合H，重置当前电流密度最大值J
max
为0，设置i=i+1，设置当前标定边界集合B
i
为空，设置当前热点区域集合H为空，设置v=v+1，转入步骤S3.4；步骤S3.3.B.3：如果集合F不为空，取出集合F中的任一个网格单元p，并把所述网格单元p从集合F中删除；步骤S3.3.B.4：判断所述网格单元p的处理状态，如果所述网格单元p的处理状态为DONE，转入步骤S3.3.B.2；步骤S3.3.B.5：找到网格单元p的Nbr个邻居网格单元p1,p2,p
k
,...p
Nbr
，，k表示网格单元p的第k个棱边，Nbr为网格单元p的棱边总个数，p
k
表示共用网格单元p的第k条棱边的邻居网格单元，设置所述网格单元p的处理状态为DONE，k=1；步骤S3.3.B.6：判断p
k
是否等于零，当p
k
等于零, 表示没有与所述网格单元p的第k条棱
边共用棱边的网格单元，将所述网格单元p第k条棱边加入到当前标定边界集合B
i
中去，转入步骤S3.3.B.10；步骤S3.3.B.7：判断p
k
处理状态, 如果p
k
的处理状态为DONE，转入步骤S3.3.B.10；步骤S3.3.B.8：判断p
k
的热点状态, 如果p
k
的热点状态为COLD，将所述网格单元p的第k条棱边加入到当前标定边界集合B
i
中去，设定p
k
的处理状态为DONE，转入步骤S3.3.B.10；步骤S3.3.B.9：将p
k
加入到当前外围网格单元集合F中去，比较p
k
的电流密度与当前电流密度最大值J
max
大小，如果p
k
的电流密度不大于当前电流密度最大值J
max
，J
max
不更新，如果p
k
的电流密度大于当前电流密度最大值J
max
，更新J
max
为p
k
的电流密度；步骤S3.3.B.10：设置k=k+1，判断k是否大于Nbr，若k大于Nbr则转入步骤S3.3.B.2，k若不大于Nbr，则转到步骤S3.3.B.6；步骤S3.4：比较v与当前第layer层的网格单元数量的大小，如果v<当前第layer层的网格单元数量，转...

【专利技术属性】
技术研发人员：王芬，
申请(专利权)人：北京智芯仿真科技有限公司，
类型：发明
国别省市：