导线模型考虑互连线寄生电容幻灯片课件.ppt

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1、导线模型考虑互连线寄生电容寄生参数效应的影响互连中的寄生参数效应降低可靠性：额外的噪声来源影响性能和功耗：传播延时增加&功率分布寄生参数效应类型Capacitive电容Resistive电阻Inductive电感2导线schematicsphysical一个总线网络中的每条导线把一个（或多个）发送器连至一组接收器。每条导线是由一系列不同长度和几何尺寸导线构成所有的导线段都在统一互连层上实现，并通过一层绝缘材料与硅衬底及相互间隔离3导线模型考虑互连线寄生电容、电阻和电感的完整的电路模型附件的电路元件分布于导线整个长度（当导线长度远远大于宽

2、度时）仅考虑电容的模型4如果导线的电阻很大---如截面很小的长铝导线，或外加信号的上升和下降时间很慢，电感的影响可以忽略；当导线很短、截面很大，或所采用的互连材料电阻率很低时可以采用只含电容的模型；相邻导线间的间距很大，或当导线只在一段很短的距离上靠近在一起时，导线间的电容可以被忽略，所有的寄生电容可以被模拟成接地电容互连寄生参数效应的简化5INTERCONNECTCapacitance参数提取工具经验数据64.3.1.Capacitance:平板电容模型W>>tdi电容正比于两个导体之间相互重叠的面积而反比于它们之间的间距减小工艺尺寸

3、的同时使导线电阻最小导线截面W×H尽可能大较小的W值可得到较密集的布线，较少的面积占用W/H(下降)7Permittivity典型绝缘材料的相对介电常数8W-H/2H+(a)(b)FringingCapacitance边缘电容(W/H)<1CppCfringeCppCfringe平板电容器模型不适用！边缘场等效模型wH9边缘场效应互联线电容与W/H的关系当W/H<1.5时------Cfringe起主要作用对于较大的W/H，总电容接近平板电容模型当W/H<1.5时，边缘电容部分实际上变成了主要部分对于较小的线宽，边缘电容可使总电容增加1

4、0倍以上当线宽小于绝缘层厚度时，总电容会趋于大约1pF/cm的常数值W/H10互连线电容每条导线不只与接地的衬底耦合且与处在同一层及相邻层上的临近导线耦合不会使连至一个给定导线的总电容发生变化----各部分电容并不都终止在接地衬底上浮空电容形成噪声源，影响电路性能11导线间电容的影响由于较高互连层中的导线离衬底更远，导线间的电容对于其影响尤为明显；绝缘层和导线的厚度保持不变，其它尺寸按比例改变1.75随着特征尺寸的缩小，导线间电容在总电容中所占比例增加互连电容与设计规则间的关系—它由一个接地电容及一个导线间电容构成12WiringCap

5、acitances(0.25mmCMOS)典型.25um工艺导线的平面电容和边缘电容值。表中各行代表电容的上极板，而各列代表它的下极板（阴影为边缘电容）P103-Table4.213InterwireCapacitance(0.25mmCMOS)工艺层PolyAl1Al2Al3Al4Al5电容4095858585115布置在同一层彼此间有最小间距的平行导线间电容的典型值同时包括平行板和边缘电容两部分使Al5导线间距比最小允许值更大，或作为电源线典型.25umCMOS工艺不同互连层上每单位导线长度的线间电容14Exam4.1Interco

6、nnectlinecapacitance导线电容全局信号分布在整个芯片。导线长度10cm，考虑一条布置在第一层铝上的10cm长，1um宽Al线。计算总电容：平面电容：Cpp=(1x105)um2x30aF/um2=3pF边缘电容：Cfringe=2x105umx40aF/um=8pF总电容：Ctotal=11pF如有第二条导线布置在其侧，彼此间相隔最小允许距离。计算二者耦合电容：Cinter=105umx95aF/um=9.5pF近似等于总的对地电容；如将其放置在Al4层，对地总电容减小至3.45pF，而线间电容保持近似不变，仍为8.5

7、pF。15INTERCONNECTResistance16WireResistanceWLHR=rHWL薄层电阻RoR1R2对于给定工艺，H为常数一个方块导体的电阻与其绝对尺寸无关17常用导体电阻率对于长互连线，铝是其优先考虑的材料多晶直用于局部互连；尽管扩散层的薄层电阻与多晶相当，但它具有较大的电容及相应较大的RC延时.25umCMOS工艺薄层电阻Example4.2Resistanceofline18Polycide（多晶硅化物）GateMOSFETn+n+SiO2PolySiliconSilicidep（Silicides）:WS

8、i2,TiSi2,PtSi2andTaSiConductivity:8-10timesbetterthanPolysilicon布线层间的转接会给导线带来额外的电阻，称为接触电阻。硅化物19Dealingw