JP2006100718A - 半導体集積回路装置の動作解析方法、これに用いられる解析装置およびこれを用いた最適化設計方法 - Google Patents

半導体集積回路装置の動作解析方法、これに用いられる解析装置およびこれを用いた最適化設計方法 Download PDF

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Abstract

【課題】微細化に際してもより高精度に電圧変動を考慮し、高精度でかつ動作特性の良好な半導体集積回路を提供する。
【解決手段】半導体集積回路装置の回路情報に基づいて、電源ノイズを解析する方法であって、基板のインピーダンスの影響を考慮して電源ノイズを解析することにより、従来考慮していなかった基板によるインピーダンスを考慮するようにしているため、より解析精度が向上する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、半導体集積回路装置の動作解析方法、これに用いられる解析装置およびこれを用いた最適化設計方法に係り、特に、大規模でかつ高速駆動のLSI(大規模半導体集積回路)に対して高速かつ高精度の動作解析を行う方法に関する。
通常、半導体集積回路の設計に際しては、フリップフロップ間のタイミングがマッチングしているかどうかなど、タイミング解析を行い、最適化をはかることが重要である。そこで、回路動作の解析を行い、遅延値を算出して、遅延値が許容範囲内となるように、最適な設計を行うという方法がとられている。しかしながら、半導体集積回路の高速化、高集積化に伴い、半導体集積回路を構成するトランジスタ、抵抗、容量などの回路素子の数は増大の一途をたどっている。このため、極めて高精度の動作解析が必要になってきている。
そこで、高精度の遅延値算出を行うことが重大な要件となっており、種々の方法が提案されている。
従来、回路動作の解析を行うための論理シミュレーションは、代表遅延条件だけでなく、電源電圧変動、動作温度変動及びプロセス変動を考慮してなされている。
しかしながら、集積度の向上とともにわずかなシミュレーション誤差が各素子の遅延に与える影響は無視できなくなっている。
そこで電源配線およびグラウンド配線における電圧変動を算出し、各素子種別の電圧変動を考慮することにより、信頼性の向上をはかるようにした遅延計算方法が提案されている(特許文献1参照)。
この方法では、設計対象回路の電源配線およびグラウンド配線における電圧変動を考慮した各素子の電源電圧を算出し、この算出された各素子の電源電圧を用いて素子毎の遅延値を算出している。
この方法では、素子毎の電圧変動抵抗値を格納したライブラリから読み出された素子電圧変動抵抗値情報と、素子種別ごとの動作時の平均電源電流値とに基づいて、電圧変動の演算がなされている。したがってここで求められる素子種毎の電圧変動情報は、回路中の素子種別毎の平均電圧情報であり、演算量が多い割に、高精度の解析を行うには不十分である。これに対して本発明者らは高精度の電源ノイズ解析方法による電源・グラウンドの電位変動波形を用いてタイミング解析を行う方法を提案している。
電源・グラウンドの電位変動波形を求めるような高精度の電源ノイズ解析方法としては、一般的に“SPICE(Software Process Improvement and Capability determination)”と呼ばれるようなトランジスタレベルシミュレータを用いて解析する方法があり、図1(a)で示すようにトランジスタ回路網に電源配線抵抗Rvdd・グラウンド配線抵抗Rvssを付加した回路網内の電流・電圧の過渡解析を行うことにより各素子と電源配線およびグラウンド配線との接続点における電位変動波形を計算するものである。
また、解析の際の演算量を減らすためにゲートレベルの電源ノイズ解析方法も提案されており、この方法においては、例えば図25(a)および(b)に示すように、トランジスタTr1,Tr2(図25(a))を、電流源P1,P2(図25(b))として置き換えてシミュレーションする方法が、とられている。
これらの電源ノイズ解析方法においては、各回路素子の電源・グラウンドにつながるインピーダンスとして基板より上のメタル層におけるインピーダンスのみを考慮しており、電源電圧と接地電圧とのノイズ波形は図26(a)および(b)に示すように、互いにほぼ同じ振幅で変動する波形が得られていた。
しかしながら、本発明者らが開発した実測手法により得られた実測の電源・グラウンドの電位変動波形では、図27(a)および(b)に示すように、電源側に対してグラウンド側のノイズは小さいということがわかった。
特開2000−195960号公報(〔0015〕〔0017〕図1)
しかしながら、集積度の向上とともに論理シミュレーションのわずかなずれも、遅延に与える影響は無視できなくなってきており、動作解析上高精度の論理シミュレーションが求められている。特に実測で得られたような、シミュレーションの方が実測よりもノイズが大きく解析されるという状況については、大規模集積回路の設計において遅延量を悲観的に見積もらざるをえず、チップ面積を肥大化させたり、消費電力を増大させたりする結果につながる。このような課題を鑑み、本発明者らはシミュレーション結果と実測値の誤差要因について深く調査考察した結果、シミュレーションで考慮されている電源・グラウンドのインピーダンスよりも実測値の方が小さくなっており、その影響要因が従来はメタル層よりも数桁大きい抵抗密度を持つがゆえに考慮に入れられていなかった基板のインピーダンスによるものであることを突き止めた。基板は、確かに抵抗密度は大きいが、メタル層に対して非常に厚く広いため、特に微細化された集積回路ではメタル層の抵抗が相対的に大きくなってきており電源の電位変動を考える上では無視できないものとなってきている。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、微細化に際してもより高精度に電圧変動を考慮し、高精度でかつ動作特性の良好な半導体集積回路を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、半導体集積回路装置の回路情報に基づいて、電源ノイズを解析する方法であって、基板のインピーダンスの影響を考慮して電源ノイズを解析するようにしたことを特徴とする。
この構成により、従来考慮していなかった基板によるインピーダンスを考慮するようにしているため、より解析精度が向上し、大規模集積回路設計における電源ノイズに対する設計マージンを減らし、大規模集積回路の集積度の向上や消費電力の低減を図ることができる。
また本発明の電源ノイズ解析方法は、前記半導体集積回路装置の回路情報と、前記半導体集積回路装置を構成する半導体基板の基板情報とに基づいて電源ノイズを解析するようにしたものを含む。
ここで、基板とは、メタル層よりも下の構造、すなわちウェルコンタクト、ソースドレイン(拡散層)、ウェル、P型基板(N型基板)、トレンチなど、インピーダンスに影響を与える基板の状態を含むものとする。
したがって電源配線またはグラウンド配線または基板配線またはウェル制御配線などに接続された基板のインピーダンスに基づいて電源ノイズを解析する。
また本発明の電源ノイズ解析方法は、前記基板情報が、前記基板のインピーダンス情報であり、グラウンド配線につながる前記基板のインピーダンスに基づいて電源ノイズを解析するものを含む。
この構成により、一般にP型基板の場合、グラウンド配線は基板内で接続されており、基板インピーダンスの並列接続体となり、従って基板インピーダンスは大幅に低減されることになり、基板インピーダンスを考慮することにより、より高精度の電源ノイズ解析が可能となる。
また本発明の電源ノイズ解析方法は、前記基板情報は、前記基板のインピーダンス情報であり、電源配線につながる前記基板のインピーダンスに基づいて電源ノイズを解析するものを含む。
この構成により、電源配線に接続している基板のインピーダンスを考慮することにより、より高精度の電源ノイズ解析が可能となる。一般的に広く用いられているP型基板の場合は、基板電位をグラウンドに固定されており、電源配線は基板内で全て接続されているわけではないため、基板インピーダンス低下の度合いはグラウンド配線につながる基板の基板インピーダンスに比べて小さい。しかしながら、P型基板の場合は、グラウンド配線につながる前記基板のインピーダンスを考慮して高精度の電源ノイズ解析を実現したのに対し、特に上記と異なり、N型基板を用いた場合には、電源配線が基板内で全て接続する形となるため、電源配線に接続している基板のインピーダンスの影響が大きくなり、これを考慮することにより、より高精度の電源ノイズ解析が可能となる。
また本発明の電源ノイズ解析方法は、前記基板情報から、電源配線またはグラウンド配線または基板配線またはウェル制御配線などの配線につながる領域のコンタクト情報を抽出する抽出工程と、前記抽出工程で抽出されたコンタクト情報に基づき電源ノイズを解析するものを含む。
この構成によれば、電源配線・グラウンド配線・基板配線・ウェル制御配線が基板と接続する箇所となる拡散層領域(コンタクト、ソース領域、ドレイン領域等)を抽出し、電源ノイズを解析するようにしているため、コンタクト領域としての拡散層には基板が接続されていることになり、効率よく基板の電源ノイズの解析を行なうことができる。
また本発明の電源ノイズ解析方法は、前記基板情報から、電源配線につながる領域のコンタクト情報を抽出する抽出工程と、前記抽出工程で抽出されたコンタクト情報に基づき電源ノイズを解析するものを含む。
この構成によれば、電源配線につながる領域のコンタクト情報を抽出し、電源ノイズを解析するようにしているため、コンタクトには基板が接続されていることになり、効率よく基板の電源ノイズの解析を行なうことができる。
また本発明の電源ノイズ解析方法は、前記基板をメッシュに分割してモデル化する工程を含み、前記基板情報は、メッシュ情報であるものを含む。
この構成によれば、3次元でメッシュに分割し、この分割された領域の基板情報として電源ノイズを推定する際の等価回路などにモデル化しこれをメッシュ情報として扱うことにより、データの簡略化をはかりながらも高精度の解析が可能となる。
また本発明の電源ノイズ解析方法は、前記モデル化する工程は、コンタクト位置を基準にメッシュに分割してモデル化する工程を含むものを含む。
この構成によれば、コンタクト位置を基準にメッシュ化することにより、電源が接続されているため、このようなコンタクト位置を基準にすることにより、後に接続するときに接続が容易である。特に、既存のLPEツールを用いて出力したトランジスタレベルの電源・グラウンド配線を含むネットリストに記載されている電源・グラウンド配線の座標情報からコンタクト座標を基準として接続することが容易となる。
また本発明の電源ノイズ解析方法は、前記モデル化する工程が、拡散位置を基準にメッシュに分割してモデル化する工程を含む。
この構成によれば、ソース・ドレイン領域を含む拡散位置を基準にメッシュ化することにより、ソース・ドレイン領域の基板との接合容量による電源ノイズへの影響について、このような拡散位置を基準にすることにより、考察が容易となる。
また本発明の電源ノイズ解析方法は、前記モデル化する工程が、セル位置を基準にメッシュに分割してモデル化する工程を含むものを含む。
この構成によれば、セル位置を基準にメッシュ化することにより、ゲートレベルのLPEツールや電源ノイズ解析ツールと同じセルを単位とした解析が容易となる。
また本発明の電源ノイズ解析方法は、前記モデル化する工程が、均一メッシュに分割してモデル化する工程と、前記モデル化された均一メッシュのうちコンタクト座標に最も近いものを電源LPEネットリストの座標と接合する工程とを含むものを含む。
この構成によれば、前記モデル化された均一メッシュのうちコンタクト座標に最も近いものを電源LPEネットリストの座標と接合するようにしているため、容易にモデル化することができる。
また本発明の電源ノイズ解析方法は、前記モデル化する工程は、均一メッシュに分割してモデル化する工程と、前記モデル化された均一メッシュのうち、前記基板の拡散座標に最も近いものを電源LPEネットリストの座標と接合する工程とを含むものを含む。
この構成によれば、前記モデル化された均一メッシュのうちコンタクト座標に最も近いものを電源LPEネットリストの座標と接合するようにしているため、電源ノイズの解析に必要な等価回路を容易にモデル化することができる。
また本発明の電源ノイズ解析方法は、前記モデル化する工程が、前記基板の深さ方向に区切ってモデル化する工程を含み、前記基板情報は、前記基板の深さ方向に沿って識別された情報であるものを含む。
この構成によれば、深さ方向に深くなるにつれて電流は小さくなり、電圧変動の影響は小さくなるため、深さ方向に沿って識別された情報を用いることにより、データ量が少なく、かつより簡単に高精度の解析が可能となる。
また本発明の電源ノイズ解析方法は、前記モデル化する工程が、セル毎に区切ってモデル化する工程を含み、前記モデル化された情報から、着目するセル中の一点にポイントを配置し、前記ポイントとの距離に応じたインピーダンスを基板情報として考慮するものを含む。
この構成によれば、ポイントとの距離に応じたインピーダンスを基板情報として考慮するようにしているため、より簡単に高精度の解析が可能となる。
また本発明の電源ノイズ解析方法は、前記モデル化する工程は、セル毎に区切ってモデル化する工程を含み、前記モデル化された情報から、セル単位であらかじめ基板コンタクトあるいは拡散を集約し、集約情報を作成するようにしたものを含む。
この構成によれば、セルごとにくぎってモデル化した後、セル単位で集約するようにしているため、データ量の低減を図ることができるとともに、ゲートレベル解析との整合性が良くなる。
また本発明の電源ノイズ解析方法は、前記モデル化する工程は、前記基板情報からグラウンド配線にコンタクトするウェルまたは拡散領域を抽出する工程と、前記抽出されたウェルまたは拡散領域に対応する領域を異なる層に対応する配線情報として置換する工程とを含む。
この構成によれば、電源配線とグラウンド配線を別のレイヤとして扱うことにより、電源配線とグラウンド配線の抵抗密度を個別に与えることが可能となり、今あるEDAツールの環境そのままを使って基板の影響を考慮して電源とグラウンドの抵抗密度を変えた解析が可能となる。
また本発明の電源ノイズ解析方法は、前記基板の影響を考慮して、前記グラウンド配線の抵抗値を変更する工程を含むものを含む。
この構成によれば、グラウンド配線の抵抗値をあらかじめ算出しておき、その値に置換することにより、より容易に高精度の置換が可能となる。
また本発明の電源ノイズ解析方法は、前記基板の影響を考慮して、前記グラウンド配線の抵抗値に所望の係数を乗じるようにしたものを含む。
この構成によれば、グラウンド配線の抵抗値に乗じる定数をあらかじめ算出しておき、その値を乗じることにより、より容易に高精度の置換が可能となる。
また本発明の電源ノイズ解析装置は、回路情報から、配線情報および基板情報を抽出する抽出手段と、前記配線情報および前記基板情報に基づいて電源ノイズを解析する解析手段とを含むことを特徴とする。
また本発明の最適化方法は、半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法を用いた解析結果に基づき、前記半導体集積回路装置のレイアウトを最適化する最適化工程とを含むことを特徴とする。
以上説明したように、本発明によれば、半導体集積回路の電源ノイズ解析において、基板のインピーダンスを考慮するようにしているため、半導体集積回路製造前により高精度の対策を行い、電源ノイズに対する設計マージンを減らしたり、ノイズ耐性を向上させたりすることができる。
以下、本発明に係る電源ノイズ解析方法について図面を参照しつつ詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1乃至3は、本実施の形態における電源ノイズ解析手順の原理図を示す図である。
本発明の実施の形態の半導体集積回路の電源ノイズ解析方法は、従来の解析方法(図25参照)におけるようにトランジスタを電流源Pとして置き換えるのみならず、図1に示すような、トランジスタを含む半導体集積回路を、図2に示すように、基板(P型基板もしくはN型基板、およびウェル、拡散領域等、メタル層よりも下の構造を総称して基板と称する)のインピーダンスを考慮したモデルを用いて解析するようにしたことを特徴とするものである。すなわち、図1に示すように、シリコン基板1内にPチャネルトランジスタPと、NチャネルトランジスタNとを形成したものにおいて、図2に示すように、基板内でN型拡散抵抗Rjn、P型拡散抵抗Rjp、N型拡散領域の接合容量Cjn、P型拡散領域の接合容量Cjp、P型基板抵抗R、Nウェル抵抗R、Nウェル−P型シリコン基板のN−P容量Cnpの、コンタクト抵抗Rcの組み合せとしてモデル化したことを特徴とする。なお、この例ではツインウェル構造を用いているが、トリプルウェル構造である場合にはNウェル内のPウェルが存在するので、前述の電源ノイズ解析モデルに加えてNウェルとPウェルの接合容量を加える。
この半導体集積回路は、シリコン基板1表面に形成されたNウェル2内にゲート電極5およびソース・ドレイン領域4,3を形成しPチャネルトランジスタを形成するとともに、シリコン基板1内にソース・ドレイン領域14、13を形成しNチャネルトランジスタを形成したもので、Nウェル2の中のN型コンタクト6およびPチャネルトランジスタのP型ソース領域4に電源配線VDDが接続されるとともに、NチャネルトランジスタのN型ソース領域および基板のP型コンタクト16にグラウンド配線VSSが接続される。
集積回路中に複数のトランジスタがある場合に回路を電源ノイズ解析用にモデル化する例を図2に示す。この例では説明を簡単化するためインバータINV1、INV2の2つが存在する場合について示している。ここでは図2に示すように、図1におけるPチャネルトランジスタPと、NチャネルトランジスタNから構成されるインバータINV1・INV2をそれぞれ電源VDD・VSS間の電流源P1・P2とし、さらに基板のインピーダンスを追加した形態でモデル化したもので、インピーダンスZn1は図1におけるNチャネルトランジスタNの基板インピーダンスをモデル化したものである。ソースのN型拡散領域14の拡散抵抗Rjp1、ソースのN型拡散領域14の基板との接合容量Cjp1、P型シリコン基板の抵抗RP1、P型コンタクトの抵抗(P型シリコン基板の抵抗を含む)Rcp1でモデル化し、これをコンタクトと拡散領域においてグラウンド配線VSSに並列接続されるインピーダンスとして考慮する。
また、インピーダンスZn1は図1におけるPチャネルトランジスタPの基板インピーダンスを電源ノイズ解析用にモデル化したものである。ソースのP型拡散領域4の拡散抵抗Rjp1、ソースのP型拡散領域4の拡散領域の接合容量Cjn1、Nウェルの抵抗Rn1、N型コンタクトの抵抗(Nウェルの抵抗を含む)Rcn1でモデル化し、これを電源配線Vddに並列接続されるインピーダンスとして考慮する。
インピーダンスZp1とインピーダンスZn1はP型シリコン基板1とNウェル2との間の容量Cnp1で接続されてモデル化される。
またインバータINV1とINV2の接続は、P型シリコン基板の抵抗Rp12、P型コンタクト抵抗(P型シリコン基板の抵抗を含む)Rcp12で接続されてモデル化される。
そして図3にフローチャートを示すように、回路情報301から電源ノイズ解析手段(IR−DROP解析手段)306によってシミュレーションを行いシミュレーション結果307を出力するに際し、基板の状態を考慮した補正を行なうようにしたことを特徴とする。すなわち、回路情報301から、基板(ウェル・拡散領域・P基板)のインピーダンスを考慮して補正する基板補正情報算出手段302によって基板補正情報303を出力し、この基板補正情報303に基づき基板補正手段304によって補正回路情報305を得、この補正回路情報305に基づいて電源ノイズ解析手段(IR−DROP解析手段)306によってシミュレーションを行いシミュレーション結果307を出力する。
図中破線で囲まれた部分が本実施の形態の特徴部分である。ここで回路情報とはレイアウト情報またはネットリスト情報をいうものとする。
また、図2に代えて、図4に示すように、基板内の拡散領域すなわちコンタクト、ソース・ドレイン間を等価RCネットで接続し、基板内を簡略化した等価回路モデルで置き換えるようにしてもよい。ここでPN接合部分は容量となりCnpとして表すことができる。この接続結果が図2に示すようなモデルとなる。この図から明らかなように、電源配線VDDは容量に接続されているものが多く、グラウンド配線VSSに比べてインピーダンスの低下量は少ないものの、インピーダンスの低下はある。一方、グラウンド配線は抵抗が並列に接続されているものが多く、電圧降下が大きいことが多い。
したがってグラウンド配線に対してのみ(N型シリコン基板の場合等では電源配線のみ)、また、グラウンド配線および電源配線の両方に対し、基板によるインピーダンスの低下分を算出し、これらの情報をライブラリに格納しライブラリ情報として用いることもできる。この操作をセルに適用すれば同様にしてセルライブラリを形成することができる。
そして、回路情報に基づいて、上記ライブラリを参照し、ライブラリ内の回路情報に対応した遅延値を取り出し(遅延計算工程)、この値に基づいて電源ノイズ解析を行うことによりタイミングを推定するとともにタイミングエラーを解析して、タイミングレポートを出し、タイミングを最適化するようにレイアウトを変更する。なお、レイアウトの改善方法としては、従来のような遅延時間の最適化だけではなく、ウェルや拡散領域を含む基板の構造・材質・不純物濃度などの調整により基板インピーダンスを低下させることも有効である。
この方法では、基板のインピーダンスを考慮し電圧変動を算出するようにしているため、高精度の解析が可能となる。
また、この構成によれば、ライブラリから電圧変動の演算に用いるインピーダンスをとり出すようにしているため、特性劣化を防ぎ、データ量の低減をはかることができる。
ここで用いられる電圧変動による電源ノイズ解析装置は、その一例を図5に示すように、基板を考慮した演算に関わる各構成要素の各ステップの処理を行うための基板考慮演算部101と、電源ノイズの演算に関わる各構成要素の各ステップの処理を行うための電源ノイズ演算部106と、ユーザインターフェースの演算に関わる各構成要素の各ステップの処理を行うための入出力演算部107と、キーボード等の入力装置103と、メモリ装置やディスク装置等の外部記憶装置104と、ディスプレイ等の出力装置105等を備えたコンピュータシステムとを具備してなるものである。基板考慮演算部101と、演算部106と、入出力演算部107は単独で使用することも、あるいは相互連携しながら使用することも、あるいは本発明記載以外の演算部の内容と組み合わせて使用することも可能である。
電源ノイズ演算部106においては、対象の回路網に関して、演算を行い、電圧変動量を計算する。基板考慮演算部101は、電源ノイズ演算部106で計算された電源ノイズ情報に対して基板情報を考慮するために、対象の回路網あるいは解析された電源ノイズ情報に基板情報を付加するための補正情報を作成する。入出力演算部107は電源ノイズ演算部106で計算する入力情報(回路情報等)あるいは出力情報(電源ノイズ情報等)に前記基板考慮演算部101で計算された補正情報に基づき補正を行う。
そしてこのようにして得られた電圧変動に応じてレイアウトを調整して最適化を行い、設計の最適化を行なう。ここでは、グラウンド配線の基板インピーダンスが電源配線の基板インピーダンスよりも小さいため、グラウンド配線の方が電源配線のインピーダンスよりも小さくなる。そこで電源配線を優先して配線の引き回し距離をグラウンド配線の引き回し距離よりも小さくするように設計変更を行なうことにより、最適化をはかることができる。またウェルや拡散領域を含む基板の構造・材質・不純物濃度などの調整により基板インピーダンスを低下させる。
この方法によれば、電源配線・グラウンド配線・基板配線・ウェル制御配線が基板と接続する箇所となる拡散層領域(コンタクト、ソース領域、ドレイン領域等)を抽出し、電源ノイズを解析するようにしているため、コンタクト領域としての拡散層には基板が接続されていることになり、効率よくより高精度の基板の電源ノイズの解析を行なうことができる。
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2として、基板内をメッシュに分割して、等価回路でモデル化する例について説明する。
前記実施の形態1では、拡散領域を等価RCネットで接続した例について説明したが、本実施の形態では、基板を3次元のメッシュに分割してモデル化した例について説明する。
図6は本実施の形態を示すフローチャートであり、図7は前記実施の形態1で用いた基板1(図1参照)のインピーダンスをメッシュに分割してモデル化したものである。
図5に示すように回路情報としてレイアウト情報501を用い、基板メッシュインピーダンス算出手段502によってメッシュごとにインピーダンスを算出し基板ネットリスト503を形成する。Nウェル2内の破線はそれぞれソース領域4、ドレイン領域3を示し、メッシュに分割してモデル化したモデル情報を得ることができる。
一方、レイアウト情報501から電源・信号線LPE手段508を用いて電源・信号線ネットリスト509を形成する。
そして、基板メッシュインピーダンス算出手段502から得られた基板ネットリスト503(図7参照)と、電源・信号線LPE手段508から得られた電源・信号線ネットリスト509とをネットリスト結合手段504によって結合し、基板・電源・信号線ネットリスト情報505を得る。
このようにして基板情報の付加された基板・電源・信号線ネットリスト情報505に基づいて電源ノイズ手段(IR−DROP解析手段)506によってシミュレーションを行いシミュレーション結果507を出力する。
本実施の形態ではメッシュ間にR,Cが一組づつできており、RCモデルを形成するが、インダクタンスについても考慮してもよく、これによりさらに高精度のモデル化が可能となる。また、メッシュ間のRCを直列にしているが、構造によってはRCを並列にしても良い。また、S行列というインピーダンスの形式を用いても良い。
この方法によれば、データの簡略化を図りつつも高精度の解析が可能となる。
(実施の形態3)
次に本発明の実施の形態3では、コンタクト位置を基準にメッシュに分割してモデル化した電源ノイズ解析方法について説明する。この例では、図8に説明図を示すように、ポイント間でのモデル化に代えて、コンタクト位置を基準にメッシュに分割してモデル化するものである。
ここではNウェル2へのコンタクト6(ポイントP1)とP基板へのコンタクト16(ポイントP2)とを通るようなメッシュに分割してモデル化したものである。
例えば拡散領域の位置を基準とすることにより、拡散領域の位置にはコンタクトが形成されていることが多いため、容易にコンタクト位置を基準とした解析が可能となる。
また、このようにコンタクトを基準とするとあとでつなぎあわせるときにLPEツールなどの既製手段を使用し易い。
なお深さ方向に深くなるほど電流量は少なくなるためインピーダンスは同一であっても電圧変動は少なくなる。このため深さ方向にある係数を乗じるようにすればより高精度の検出が可能となる。
(実施の形態4)
次に本発明の実施の形態4では、トランジスタのソース・ドレインの拡散領域13,14の位置を基準にメッシュに分割してモデル化した例について説明する。
この例では、図9に説明図を示すように、ソース・ドレイン領域の位置を基準にメッシュに分割してモデル化し、RC等価回路で置換したもので、ここではNウェル2内に形成されたPチャネルトランジスタTr側のみを示している。
本実施の形態では、実施の形態3に比べてさらにデータ量が増大するが、より高精度の演算が可能となる。
(実施の形態5)
次に本発明の実施の形態5では、ウェルを基準にメッシュに分割してモデル化した例について説明する。
この例では、図10(a)および(b)に説明図を示すように、ウェルを1つの抵抗と容量に分割してモデル化したものでNウェル2をウェル抵抗R,ウェルと基板との間の接合容量Cで表すとともに、P型シリコン基板1を基板抵抗Rs,基板容量C(Nウェル−基板容量CnP)で示す。通常スタンダードセルにおいては、P型シリコン基板内にPウェルが生成されるが、図中では説明を簡略化するため、Pウェルを含めて単にP型シリコン基板(P−substrate)と表記する。
ここで図10(a)は図10(b)のA−A断面図である。この例でも同様に図1のシリコン基板1内にPチャネルトランジスタPと、NチャネルトランジスタNとを形成したものをモデル化したものである。この例でも実施の形態1と同様にシリコン基板1表面に形成されたNウェル2内にゲート電極5およびソース・ドレイン領域4、3を形成しPチャネルトランジスタPを形成するとともに、このPチャネルトランジスタPのソース領域4にドレイン領域13がコンタクトするようにNチャネルトランジスタNを形成したもので、Nウェル2およびNチャネルトランジスタNのソース領域14に電源配線VDDが接続されるとともに、PチャネルトランジスタPのドレイン領域および基板のP型コンタクト16にグラウンド配線VSSが接続される。また、P型シリコン基板1とNウェル2との間には接合容量CWが形成され、さらにP型シリコン基板1内には多数の基板抵抗が形成されている。
本実施の形態の方法によれば、データ量が少なくてすむため、演算量の低減を図ることが可能となる。
(実施の形態6)
次に本発明の実施の形態6では、セル位置を基準にメッシュに分割してモデル化した例について説明する。
この例では、図11に説明図を示すように、各トランジスタセルをRCとしてとらえるものでVDD側は考慮せずVSS側のみを考慮している。
ここではPチャネルトランジスタP、NチャネルトランジスタN、をそれぞれ抵抗R,Rとしてモデル化している。
グラウンド側のみ特に基板の影響が大きいため、これにより演算量を増大することなくより高精度の演算が可能となる。
なお、この方法を実施の形態5と併用し、ウェルで分割することにより電源VDDとグラウンドVssをモデル化することも可能である。
この例ではセル中の1点にポイントを配置し、これを測定ポイントとし、インピーダンスを付加すれば容易にモデル化が可能であり。座標のマッチングを取りやすいという特徴がある。
(実施の形態7)
次に本発明の実施の形態7では、均一なメッシュに分割し、各メッシュをコンタクト座標にもっとも近い電源LPEネットリストの座標と接合してモデル化した例について説明する。
この例では、図12に説明図を示すように、各メッシュをRCとしてとらえ、これをもっとも近い電源LPEネットリストの座標と接合し、一体として扱うものである。
ここでは図1に示したようにPチャネルトランジスタP、NチャネルトランジスタNの形成されたP型シリコン基板1を、均一なサイズのメッシュに分割し、これをP型シリコン基板1に形成されたPコンタクト16(図1参照)で接合するようにしたことを特徴とする。
これによりモデル化が容易となり、演算量を増大することなくより高精度の演算が可能となる。
(実施の形態8)
次に本発明の実施の形態8では、均一なメッシュに分割し、各メッシュを拡散座標にもっとも近い電源LPEネットリストの座標と接合してモデル化した例について説明する。
この例では、図13に説明図を示すように、各メッシュをソース領域14・ドレイン領域13などの拡散座標位置に、これをもっとも近い電源LPEネットリストの座標と接合し、一体として扱うものである。
これにより、電源ノイズの解析に必要な等価回路を容易にモデル化することができ、演算量を増大することなく、より高精度の演算が可能となる。
(実施の形態9)
次に本発明の実施の形態9では、均一なメッシュで分割するのではなく、深さ方向に深くなるにしたがってメッシュが粗くなるようにモデル化した例について説明する。
この例では、図14に説明図を示すように、各メッシュを深さ方向Dに深くなるにしたがってメッシュを粗く分割してモデル化したものである。
この例においても、各メッシュをソース領域14・ドレイン領域13などの拡散座標位置に、これをもっとも近い電源LPEネットリストの座標と接合し、一体として扱う点では前記実施の形態8と同様である。
基板の深さ方向に深くなるほど電流量は小さくなり、影響は小さくなるため、基板の深さ方向Dに対してメッシュを粗くしても精度の低下を防ぐことができる。
これにより精度の低下をまねくことなくデータ量の低減をはかり、演算量をより低減することができる。
(実施の形態10)
次に本発明の実施の形態10では、均一なメッシュで分割した後、各領域を圧縮し、RCに簡略化してモデル化するようにしたことを特徴とする。
この例では、図15に説明図を示すように、各メッシュに分割してモデル化し(図15(a))、このデータのうち深い位置のメッシュのデータを一部除去し(図15(b))圧縮したものである。
この例では、図1に示したようにPチャネルトランジスタP、NチャネルトランジスタNの形成されたP型シリコン基板1を、メッシュに分割し、図15(a)に示すようにモデル化する。ここでは表面から2層分M1,M2のみを示す。
こののち、図15(b)に示すように、表面層のみを残して下層を除去し、表面層をM0としてモデル化したことを特徴とする。
基板の深さ方向に深くなるほど電流量は小さくなり、影響は小さくなるため、基板の深さ方向に対して、データを除去しても精度の低下を防ぐことができる。
これにより、データ量の低減を図ることができ、精度の低下をまねくことなく演算量をより低減することができる。
(実施の形態11)
次に本発明の実施の形態11では、図16(a)および(b)に示すようにセル単位で基板コンタクトc1,c2および拡散領域D11,D12,D21,D22を集約し、それぞれ各セルひとつづつの基板コンタクトc10,c20および拡散領域D10,D20に集約し、モデル化するようにしたことを特徴とする。
図17はそのフローチャートを示す図である。
基板メッシュインピーダンス作成手段の駆動を開始する(ステップ2101)。
そして同一セル内の拡散を集約して平均位置に合計サイズとして結合して配置する(ステップ2102)。
さらに同一セル内のコンタクトを平均位置、平均XYサイズに結合する(ステップ2103)。
そしてさらに同一セル内のウェルを平均位置、平均XYサイズに結合する(ステップ2104)。
そして基板メッシュインピーダンスを作成する(ステップ2105)。
このようにして集約データとして基板メッシュインピーダンスの作成が完了する(ステップ2105)。
これにより、半導体集積回路の微細化、高集積化に伴い基板コンタクトの密度は極めて高くなり、通常の解析ツールを用いる場合に負荷が大きすぎてメモリ使用量が大きく使用しにくいという問題があることがあるが、このようにあらかじめ集約してセルを準備しておくようにし置き換えることによりメモリの処理時間の短縮をはかることができる。セル置換は極めて高速処理が可能である。
なおこのようなセルの置き換えはレイアウト上で行なうようにしてもよいが、プログラム上で内部情報として作成するようにしてもよい。
また、あらかじめライブラリとして集約セルを形成しておくことにより、精度を低下させることなく処理を簡略化することができる。また、ゲートレベル解析との整合性が向上する。
(実施の形態12)
次に本発明の実施の形態12では、図18(a)および(b)に示すように基板1内に形成されたウェル2を、メタル21に置き換え、絶縁膜3をはさんで基板としてのメタル11とメタル21とが配置されるように、モデル化するようにしたことを特徴とする。
図19はそのフローチャートを示す図である。
基板メッシュインピーダンス作成手段の駆動を開始する(ステップ2301)。
そして同一セル内のウェルおよび基板をレイヤの異なるメタルとし、その間を薄い絶縁膜としてレイヤを変換する(ステップ2302)。
さらに電源・信号配線用LPEで抽出する(ステップ2303)。
そして基板メッシュインピーダンスを作成する(ステップ2304)。
これにより、基板情報をメタル情報に置換しているため、配線の解析ツールを使用することができる。
厚い基板もメタルに置換しているため実際とは異なるが、あらかじめ決められた深さとなる表面層のみを考慮するようにすれば、演算量の増大を招くことなく高度のパターン精度を得ることができる。
なお、あらかじめ表面から30μm望ましくは80μm程度のデータを取り出して準備しておくようにするのがのぞましい。
(実施の形態13)
前記実施の形態では、データの圧縮について説明したが、本実施の形態では基板の影響に基づきグラウンド配線および電源配線の抵抗値を変更するようにしたことを特徴とするものである。
図20は本実施の形態を示す概要説明図である。
図20に示すように回路情報としてレイアウト情報501を用い、基板影響算出手段1502によって使用するプロセスによって決まるコンタクト抵抗を考慮し、集積回路全体の面積に占めるコンタクト(あるいは拡散領域)面積の割合に対して基板が電源またはグラウンドの抵抗に与える影響を算出しておく。
一方、レイアウト情報501から電源・信号線LPE手段508を用いて電源・信号線ネットリスト509を形成する。
そして、基板影響算出手段1502から得られたグラウンド抵抗修正係数1503と、電源・信号線LPE手段508から得られた電源・信号線ネットリスト509とに基づいてグラウンド抵抗修正手段1504によって結合し、修正電源・信号線ネットリスト情報1505を得る。
すなわち、あらかじめ使用するプロセスによって決まるコンタクト抵抗を考慮し、集積回路全体の面積に占めるコンタクト(あるいは拡散領域)面積の割合に対して基板が電源またはグラウンドの抵抗に与える影響をグラウンド抵抗修正係数1503として算出しておくようにし、グラウンド抵抗修正手段1504において、この係数を、電源・信号線LPE手段508から得られた電源・信号線ネットリスト509から得られる実際の電源またはグラウンドの抵抗に乗じ、修正電源・信号線ネットリスト情報1505を得る。
このようにして基板情報の付加された修正電源・信号線ネットリスト情報1505に基づいて電源ノイズ解析手段(IR−DROP解析手段)506によってシミュレーションを行いシミュレーション結果507を出力する。
なお、グラウンドだけではなく電源に対しても同様の手段を用いることが可能である。その場合、拡散領域がNウェル中にある場合には電源、拡散領域がPウェル中にある場合にはグラウンドとして区別することにより、電源に対する基板インピーダンスの影響と、グラウンドに対する基板インピーダンスの影響を正確に扱うことができ、より精度のよい結果を得ることができる。
本実施の形態では使用するプロセスによって決まるコンタクト抵抗を考慮し、集積回路全体の面積に占めるコンタクト(あるいは拡散領域)面積の割合に対して基板が電源またはグラウンドの抵抗に与える影響を算出するため、より高精度のモデル化が可能となる。
なお前記実施の形態ではモデル化により抵抗値を算出したが、図21に示すように、基板コンタクト数2501、基板コンタクト面積2502、基板プロセス情報2503、チップ面積2504とに応じて基板影響計算手段2505によってグラウンド抵抗修正係数2506を算出し、これを抵抗値に乗じるようにしてもよい。
(実施の形態14)
本実施の形態ではグラウンド配線か電源配線かの属性に基づきレイアウトレイヤを変更するようにしたことを特徴とするものである。本実施の形態では基板の影響に基づきグラウンドおよび電源配線の抵抗値を変更する。
図22は本実施の形態を示す概要説明図である。
次に本発明の実施の形態14では、VDD側はウェルで離れている場合が多く少ししかインピーダンスが小さくならないのに対し、グラウンド側は全てつながっており、抵抗が並列接続となるため小さくなる。このため図22(a)に示すように同じレイヤーM1で作成していたグラウンド配線と電源配線とを図22(b)に示すようにグラウンド配線と電源配線とを区別すべくあらかじめレイアウトレイヤを変更しておくようにしたことを特徴とするものである。
電源配線とグラウンド配線とを別のレイヤとして扱うことにより、電源配線とグラウンド配線の抵抗密度を個別に与えることが可能となり、今あるEDAツールの環境そのままを使って基板の影響を考慮して電源とグラウンドの抵抗密度を変えた解析が可能となる。
また図23(a)に示すように、同じレイヤーM1で作成していたグラウンド配線と電源配線とを図23(b)に示すようにグラウンド配線と電源配線とを区別すべくあらかじめレイアウトレイヤを変更して用意しておいたセルに置換するようにしてもよい。
(実施の形態15)
本実施の形態では、基板のインピーダンスを形式上ネットワークにするのではなく、個々のエリアでアースするようにしている。
図24に示すように、配線ネットワークのなかで基板のインピーダンスを考慮するのではなく、個々のエリアでアースするようにしている。
これにより、メモリ使用量の削減をはかることができるとともに、シミュレーション速度の向上を図ることができる。
このように、個々のエリアで接地するようにして電圧解析を行うと、メモリ使用量及び処理時間が増大するが、この構成によれば、処理量を削減し、情報量の圧縮を図ることができ、メモリ使用量の削減を図ることができるとともに動作速度の向上をはかることができる。
なお、最適化に際しては仮想的に変更した後、再度解析を行い、その結果をレポートする。これにより、何度かのプロセスを経て容易に最良のレイアウトを得ることが可能となる。
なお、圧縮法としては前記実施の形態に限定されることなく、例えばAWE(Asymptotic Waveform Evaluation)等の圧縮方法を用いることも可能である。
以上説明したように、本発明によれば、基板インピーダンスを考慮してより高精度の電源ノイズ解析を実現することができるため、種々の半導体集積回路デバイスへの適用が可能となる。
本発明の実施の形態1の半導体集積回路を示す図 本発明の実施の形態1のモデル化された半導体集積回路を示す図 本発明の実施の形態1のシミュレーションモデル作成手順を示す図 本発明の実施の形態1の変形例を示す図 本発明の実施の形態1の解析を実行するための解析装置を示す図 本発明の実施の形態2のシミュレーション動作を示すフローチャート図 本発明の実施の形態2の解析方法で形成したモデルを示す図 本発明の実施の形態3の解析方法で形成したモデルを示す図 本発明の実施の形態4の解析方法で形成したモデルを示す図 本発明の実施の形態5の解析方法で形成したモデルを示す図 本発明の実施の形態6の解析方法で形成したモデルを示す図 本発明の実施の形態7の解析方法で形成したモデルを示す図 本発明の実施の形態8の解析方法で形成したモデルを示す図 本発明の実施の形態9の解析方法で形成したモデルを示す図 本発明の実施の形態10の解析方法で形成したモデルを示す図 本発明の実施の形態11の解析方法で形成したモデルを示す図 本発明の実施の形態11の解析方法を示すフローチャート図 本発明の実施の形態12の解析方法で形成したモデルを示す図 本発明の実施の形態12の解析方法を示すフローチャート図 本発明の実施の形態13の解析方法を示すフローチャート図 本発明の実施の形態13の解析方法を示す図 本発明の実施の形態14の解析方法で形成したモデルを示す図 本発明の実施の形態14の解析方法で形成したモデルを示す図 本発明の実施の形態15の解析方法で形成したモデルを示す図 従来例の解析方法を示す図 従来例の解析方法を示す図 従来例の解析方法を示す図
符号の説明
1 P型シリコン基板
2 Nウェル
3 ドレイン領域
4 ソース領域
5 ゲート電極
6 コンタクト
13 ドレイン領域
14 ソース領域
15 ゲート電極
16 コンタクト

Claims (21)

  1. 半導体集積回路装置の回路情報に基づいて、電源ノイズを解析する方法であって、
    前記半導体集積回路装置を構成する基板のインピーダンスの影響を考慮して電源ノイズを解析するようにしたことを特徴とする半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法。
  2. 請求項1に記載の半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法であって、
    前記半導体集積回路装置の回路情報と、
    前記半導体集積回路装置を構成する基板の基板情報と、
    に基づいて、
    電源ノイズを解析するようにしたことを特徴とする半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法。
  3. 請求項2に記載の半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法であって、
    前記基板情報は、前記基板のインピーダンス情報であり、
    グランド配線につながる前記基板のインピーダンスに基づいて、
    電源ノイズを解析するようにしたことを特徴とする半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法。
  4. 請求項2または3に記載の半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法であって、
    前記基板情報は、前記基板のインピーダンス情報であり、
    電源配線につながる前記基板のインピーダンスに基づいて、
    電源ノイズを解析するようにしたことを特徴とする半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法。
  5. 請求項2に記載の半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法であって、
    前記基板情報から、グランド配線につながる領域の拡散層情報を抽出する抽出工程と、
    前記抽出工程で抽出された拡散層情報に基づき、
    電源ノイズを解析するようにしたことを特徴とする半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法。
  6. 請求項2または5に記載の半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法であって、
    前記基板情報から、電源配線につながる領域の拡散層情報を抽出する抽出工程と、
    前記抽出工程で抽出された拡散層情報に基づき、
    電源ノイズを解析するようにしたことを特徴とする半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法。
  7. 請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法であって、
    前記基板をメッシュに分割してモデル化する工程を含み、
    前記基板情報は、メッシュ情報である電源ノイズ解析方法。
  8. 請求項7に記載の半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法であって、
    前記モデル化する工程は、コンタクト位置を基準にメッシュに分割してモデル化する工程を含む電源ノイズ解析方法。
  9. 請求項7に記載の半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法であって、
    前記モデル化する工程は、拡散位置を基準にメッシュに分割してモデル化する工程を含む電源ノイズ解析方法。
  10. 請求項7に記載の半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法であって、
    前記モデル化する工程は、セル位置を基準にメッシュに分割してモデル化する工程を含む電源ノイズ解析方法。
  11. 請求項7に記載の半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法であって、
    前記モデル化する工程は、均一メッシュに分割してモデル化する工程と、
    前記モデル化された均一メッシュのうちコンタクト座標に最も近い電源LPEネットリストの座標と接合する工程とを含む電源ノイズ解析方法。
  12. 請求項7に記載の半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法であって、
    前記モデル化する工程は、均一メッシュに分割してモデル化する工程と、
    前記モデル化された均一メッシュのうち、前記基板の拡散座標に最も近い電源LPEネットリストの座標と接合する工程とを含む電源ノイズ解析方法。
  13. 請求項7に記載の半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法であって、
    前記モデル化する工程は、前記基板の深さ方向に区切ってモデル化する工程を含み、
    前記基板情報は、前記基板の深さ方向に沿って識別された情報である電源ノイズ解析方法。
  14. 請求項7に記載の半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法であって、
    前記モデル化する工程は、セル毎に区切ってモデル化する工程を含み、
    前記モデル化された情報から、着目するセル中の一点にポイントを配置し、前記ポイントとの距離に応じたインピーダンスを基板情報として考慮することを特徴とする電源ノイズ解析方法。
  15. 請求項7に記載の半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法であって、
    前記モデル化する工程は、セル毎に区切ってモデル化する工程を含み、
    前記モデル化された情報から、セル単位であらかじめ基板コンタクトあるいは拡散を集約し、集約情報を作成するようにしたことを特徴とする電源ノイズ解析方法。
  16. 請求項7に記載の半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法であって、
    前記モデル化する工程は、前記基板情報から電源配線またはグラウンド配線または基板配線またはウェル制御配線にコンタクトするウェルまたは拡散領域を抽出する工程と、
    前記抽出されたウェルまたは拡散領域に対応する領域を異なる層に対応する配線情報として置換する工程とを含むことを特徴とする電源ノイズ解析方法。
  17. 請求項3に記載の半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法であって、
    前記基板の影響を考慮して、前記電源配線またはグラウンド配線または基板配線またはウェル制御配線の抵抗値を変更する工程を含むことを特徴とする電源ノイズ解析方法。
  18. 請求項17に記載の半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法であって、
    前記基板の影響を考慮して、前記電源配線またはグラウンド配線または基板配線またはウェル制御配線の抵抗値に所望の係数を乗じるようにしたことを特徴とする電源ノイズ解析方法。
  19. 請求項1に記載の半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法であって、
    グラウンド配線と電源配線とを異なるセルに置換する工程を含むことを特徴とする電源ノイズ解析方法。
  20. 請求項1乃至19のいずれかに記載の半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法を実現するための電源ノイズ解析装置であって、
    回路情報から、配線情報および基板情報を抽出する抽出手段と、
    前記配線情報および前記基板情報に基づいて
    電源ノイズを解析する解析手段とを含むことを特徴とする半導体集積回路装置の電源ノイズ解析装置。
  21. 請求項1乃至19のいずれかに記載の半導体集積回路装置の電源ノイズ解析方法を用いた解析結果に基づき、
    前記半導体集積回路装置のレイアウトを最適化する最適化工程とを含むことを特徴とする最適化設計方法。
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