關于寄生參數(shù)提取的若干問題

參數(shù)提取是只指經(jīng)過布局布線，再經(jīng)過版圖設計之后，根據(jù)工藝特點與參數(shù)，提取出包含描述各種線上電阻、電容以及寄生電阻電容的網(wǎng)表文件。提取出的網(wǎng)表文件既可以作為LVS檢查中的版圖信息文件，也可以用來進行后仿真。

特征尺寸隨摩爾定律下降，在大規(guī)模集成電路設計中，互連線上的延時/電阻、電容已經(jīng)越來越成為影響系統(tǒng)性能的重要參數(shù)。連線的延時越來越?jīng)Q定了系統(tǒng)的最高頻率；互連線的電阻、功耗越來越影響系統(tǒng)功耗；互連線間的耦合電容還會造成信號完整性問題。

從一維到二維到三維的寄生參數(shù)

作為傳統(tǒng)的提取方式，一維（1-D）提取在CMOS進入深亞微米之前一直是主流的提取方式。如圖1，連線至襯底電容的面電容、連線邊墻至襯底的邊緣電容等。

圖1?一維提取

當CMOS工藝深入深亞微米之后，工藝特征尺寸越來越小，在布局布線時，連線與連線之間的距離變得越來越小，只考慮垂直方向的寄生參數(shù)就不能精確的反映電路的實際性能。二維提取不僅提取垂直方向上的面電容，還會提取水平方向的連線間的寄生電容。

如圖2所示，當連線尺寸不斷減小時，連線與襯底之間的寄生電容會減小，同時連線之間的寄生電容隨著距離減小而呈現(xiàn)倒數(shù)關系的增加。

圖2?二維提取

另外，如圖3，隨著工藝層次的不斷復雜，不同層次間的寄生電容同樣占據(jù)了越來越重要的部分。

圖3?2.5維提取

現(xiàn)在先進工藝中越來越使用三維提取來提高寄生參數(shù)提取的精度?；驹硎鞘褂貌此煞匠桃约袄绽狗匠痰瓤臻g基本方程對根據(jù)版圖建立的三維空間里的版圖連線長度。驅(qū)動能力和負載進行計算機CAD模擬，從而得到最為精確_的模擬數(shù)據(jù)。不過工作量和計算量很大。

圖3?三維提取

靜電場的泊松方程和拉普拉斯方程 　若空間分區(qū)充滿各向同性、線性、均勻的媒質(zhì)，則從靜電場強與電勢梯度的關系E=-墷V和高斯定理微分式，即可導出靜電場的泊松方程：

式中ρ為自由電荷密度，純數(shù)εr為各分區(qū)媒質(zhì)的相對介電常數(shù)，真空介電常數(shù)εo=8.854×10-12法/米。在沒有自由電荷的區(qū)域里，ρ=0，泊松方程就簡化為拉普拉斯方程

StarRC中各個文件的作用

圖4?RC提取的輸入件

三家EDA 寄生參數(shù)抽取工具，分別是StarRC(synopsys)， XRC(Mentor)，QRC(Cadence)，其中QRC現(xiàn)在有個升級版本Quantus，但是由于calibre在DRC 和LVS方面太強，所以一般都會提供calibre LVS + StarRC 或者QRC的flow。

starRC rule 都會提供如下的文件：1、calibre LVS rule；2 、itf file（option）；3、map file ；4、query；5、xxx.nxtgrd；6、xxx.layermap。

第一個lvs 文件是在run RC前需要給StarRC 產(chǎn)生的database，這里一般會產(chǎn)生一個CCI（Calibre Connectivity interface）的database，所以一般也叫CCI flow。QCI 為(Quantus Connectivity Interface)。

第二個itf 文件，是StarRC的工藝描述文件，描述需要抽RC的layer以及介質(zhì)層，主要是各種工藝參數(shù)，這個有可能fab不給你，那后面如果要轉(zhuǎn)model 就需要多一步。這個工藝描述文件在starRC里就是這個itf文件，而在XRC里叫mipt 文件。

第三個map_file是將layout database(ndm/def、lef等)層次與nxtgrd的層次形成映射關系。

后面三個是run StarRC的必要文件，其中nxtgrd 就是用itf 產(chǎn)生的model文件，類似于XRC中的rules.R 和 rules.C。

如果fab沒有nxtgrd就用itf來轉(zhuǎn)一個，具體命令如下：grdgenxo ****.itf。

另外還需要design的def/lef作為輸入件。gds可以添加metal fill信息，抽取更精準。

Captable和QRC?tech?file

RC抽取的過程需要用到工藝文件，一般會有以下幾種：

Cadence? ? ? ? ? ?Synopsys

ict? ? ? <--->? ? itf、? process file

captable <--->? ? tluplus、 rc model for APR tools

qrcTechfile?<---> nxtgrd、 rc model for stand alone RC Ext. tools

captable由ict文件生成，其內(nèi)容主要是電容電阻的查表。通常由半導體廠提供。

因為ict文件是工藝參數(shù)，并不是直接的電阻電容值，如果直接使用，則每一段導線都要根據(jù)工藝參數(shù)去計算電阻電容，計算量太大。所以，為了減少RC抽取過程中的計算量，節(jié)省RC抽取的時間，將ict文件轉(zhuǎn)換成captable。在captable中，由導線的長度和寬度查表即可得到電阻電容值，雖然過程中也要計算一些系數(shù)的影響(比如溫度系數(shù))，但計算量仍然大幅減少了。由此可見，captable的生成過程就是由ict中的工藝參數(shù)按照一些特定的導線尺寸計算出相應電阻電容值的過程。生成時間在1~2天的量級。

captable用以下命令生成：generateCapTbl

該命令既可以在Encounter中執(zhí)行(支持多線程/CPU)；也可以單獨運行(不支持多線程/CPU)。命令用法詳見：Encounter Text Command Reference

captable的精度低于后文所講的qrcTechfile，主要用于布線之前的步驟。何種階段使用何種RC抽取引擎要在精度和運行時間之間進行折中。因為布線之前的步驟均使用預布線(trial route)，所以沒有必要使用qrcTechFile。

captable的詳細介紹請參考：Encounter User Guide --> RC Extraction一章

qrcTechfile也由ict文件生成，用于QRC引擎。通常由半導體廠提供。

其原理與captable相同，但對導線的3D建模更加精確，并且會考慮更多的工藝效應，所以其電阻電容值也更加精確。相應的，qrcTechfile的生成非常耗時，通常在10天的量級。qrcTechfile用以下命令生成：Techgen。這是一個小工具，可以在Encounter的安裝目錄下找到。具體用法請參考：QRC Techgen Reference Manual ，QRC引擎是具有signoff質(zhì)量的RC抽取工具，一般從routing開始就應該使用QRC引擎進行RC抽取，以獲得較高的精度，加速時序收斂。

圖6?qrc的輸入件

本文第三小節(jié)QRC tech file部分來自如下鏈接，原作者博客暫時打不開，所以標注不了作者名字：

https://blog.csdn.net/weixin_42099269/article/details/119854858 ；

https://blog.sina.com.cn/s/blog_6c090c5d0101aq1r.html