JP2002230072A - シミュレーション装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オフグリットの配線について、迅速で正確な
容量計算を行ない、設計条件の変化に容易に対応できる
ようにする。 【解決手段】 ＬＳＩ設計において配線容量計算を行う
際に、グリッド（単位長）に基づく容量の基準値を格納
した容量データベースと、シンボリックレイアウトやデ
ザインルール等の入力データを用いて簡易計算を行な
う。そして、オフグリットの配線に対する容量計算、配
線間の材質の誘電率がデータベースにある材質の誘電率
と違う場合の容量計算、上下の配線の距離がデータベー
スにある距離と違う場合の容量計算に、基本式Ｃ＝ε×
Ｓ／Ｌ（ε；誘電率、Ｓ；導体の対向面積、Ｌ；導体の
対向距離）を動的に用いて、容量データベース内の容量
値を修正することにより計算結果を得るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種半導体回路の
レイアウト設計において容量計算を簡易に行うためのシ
ミュレーション装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＬＳＩ設計においては、ホー
ルドタイムやセットアップタイムの見積もり、あるいは
検証のために配線容量計算が行われる。しかし、大規模
なＬＳＩの場合に高精度な計算（３次元計算）を行なう
と、複雑なアルゴリズムであるため計算時間が長くなり
過ぎる。この問題に対して、例えば特開平１１−３９３
７２号公報に開示されるものでは、シンボリックレイア
ウトパターンがわかっている場合に、注目する配線の前
後左右に配線が存在するかどうかを判断し、配線が存在
する場合にその容量をデータベースから検索し、合計す
るという方法で簡易に容量計算を行なうようにしてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術は、計算機資源を消費しないので非常に高速に行
なえる方法であるが、全てのデータがグリット（単位
長）を基準としたデータベースを用いて計算を行なうも
のであるため、オフグリット（単位長でない）の配線で
ある場合には、配線をずらしてグリットに乗せるという
手法を用いる点で精度が悪くなるという問題がある。ま
た、シンボリックレイアウトを用いるために、最適な設
計を行なう必要性などから、例えば配線の幅やコンタク
トレイヤの厚さを変化させたり、誘電率が変わる場合な
ど、繰り返し条件が変化するような場合に柔軟に対応で
きず、例えばデータベースを作り直すことが必要となる
という問題がある。

【０００４】そこで本発明の目的は、オフグリット（単
位長でない）の配線について、迅速で正確な容量計算を
行なうことができ、設計条件の変化に容易に対応できる
シミュレーション装置及び方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、所定のグリッドに対応する容量の基本値を格
納した容量データベースを参照することにより、入力配
線データの容量計算を行なうシミュレーション装置にお
いて、オフグリッドの入力配線データに対し、基本式Ｃ
＝ε×Ｓ／Ｌ（ただし、Ｃ；容量、ε；誘電率、Ｓ；面
積、Ｌ；距離）の各係数を動的に変化させて容量計算を
行なうことを特徴とする。また本発明は、所定のグリッ
ドに対応する容量の基本値を格納した容量データベース
を参照することにより、入力配線データの容量計算を行
なうシミュレーション方法において、オフグリッドの入
力配線データに対し、基本式Ｃ＝ε×Ｓ／Ｌ（ただし、
Ｃ；容量、ε；誘電率、Ｓ；面積、Ｌ；距離）の各係数
を動的に変化させて容量計算を行なうことを特徴とす
る。

【０００６】本発明のシミュレーション装置では、所定
のグリッドに対応する容量の基本値を格納した容量デー
タベースを参照することにより、入力配線データの容量
計算を行なう。そして、オフグリッドの入力配線データ
については、基本式Ｃ＝ε×Ｓ／Ｌ（ただし、Ｃ；容
量、ε；誘電率、Ｓ；面積、Ｌ；距離）の各係数を動的
に変化させて容量計算を行なう。例えば、配線幅に対応
して前記Ｓを変化させ、レイヤの厚さに対応して前記Ｌ
を変化させ、材料に対応して前記εを変化させることに
より、オフグリッドの容量計算を行なう。したがって、
オフグリッドの配線をずらしてグリッドに乗せるといっ
た作業を経ることなく容量計算を行なうことができるの
で、設計条件の変化に容易に対応でき、簡易な構成で迅
速かつ正確な容量計算を行なうことができる。

【０００７】また、本発明のシミュレーション方法でも
同様に、所定のグリッドに対応する容量の基本値を格納
した容量データベースを参照することにより、入力配線
データの容量計算を行なう。そして、オフグリッドの入
力配線データについては、基本式Ｃ＝ε×Ｓ／Ｌ（ただ
し、Ｃ；容量、ε；誘電率、Ｓ；面積、Ｌ；距離）の各
係数を動的に変化させて容量計算を行なう。例えば、配
線幅に対応して前記Ｓを変化させ、レイヤの厚さに対応
して前記Ｌを変化させ、材料に対応して前記εを変化さ
せることにより、オフグリッドの容量計算を行なう。し
たがって、オフグリッドの配線をずらしてグリッドに乗
せるといった作業を経ることなく容量計算を行なうこと
ができるので、設計条件の変化に容易に対応でき、簡易
な構成で迅速かつ正確な容量計算を行なうことができ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるシミュレーシ
ョン装置及び方法の実施の形態について説明する。な
お、以下に説明する実施の形態は、本発明の好適な具体
例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されている
が、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発明
を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限定さ
れないものとする。本実施の形態は、ＬＳＩ設計におい
て配線容量計算を行う際に、オフグリット（単位長でな
い）の配線に対する容量計算、配線間の材質の誘電率が
データベースにある材質の誘電率と違う場合の容量計
算、上下の配線の距離（すなわちレイヤの厚さ）がデー
タベースにある距離と違う場合の容量計算に、基本的な
計算式Ｃ＝ε×Ｓ／Ｌ（ε；誘電率、Ｓ；導体の対向面
積、Ｌ；導体の対向距離）を動的に用いて、簡易に計算
するためのシミュレーション装置及び方法を提供するも
のである。

【０００９】図１は、本実施の形態による配線容量のシ
ミュレーション装置の構成を模式的に示すブロック図で
ある。このシミュレーション装置は、メインの配線容量
計算処理を行なうメインモジュール１０と、配線容量計
算に必要な容量の基本値を格納した容量データベース２
０と、シンボリックレイアウトパターンを記述した配線
データベース３０と、デザインルールに関するＤＲデー
タベース４０とを有する。

【００１０】配線データベース３０とＤＲデータベース
４０は、本例の容量計算を行なう場合の入力となるデー
タである。本例で用いる配線データベース３０は、各配
線レイヤ番号（レイヤ１、レイヤ２、……）に対して図
２に示すような配線テーブルを設けたものである。この
配線テーブルは、起点座標、終点座標を（Ｘ０１、Ｙ０
１）−（Ｘ０２、Ｙ０２）の形式で記述することによ
り、各配線の位置を示すものである。また、本例で用い
るＤＲデータベース４０は、図１に示すように、本シス
テムで必要となるのは各レイヤ及びコンタクトの厚さ、
及び誘電率の値を含むものである。

【００１１】また、図３は、本例で用いる容量データベ
ース２０の具体例を示しており、図４は、本例で用いる
上下３レイヤの配線の上下左右関係を示している。本例
の容量データベース２０は、所定のグリッド（図４に示
す破線間の距離ｄであり、例えば１μｍ）に対する容量
の基本値を示すデータを格納したものであり、ある単位
長さ（例えば１μｍ）の配線に対して、ある単位距離
（例えば１μｍ）離れた位置に、平行する配線がある場
合、及び直行する配線がある場合の容量値を格納したも
のである。なお、配線間の比誘電率は基本的な材質（例
えばＳｉＯ2 ＝３．９）を利用している。

【００１２】この容量データベース２０では、平行、あ
るいは直行の容量を問い合わせると、その値を答えるよ
うになっている。図３の例では、配線を含む面がグリッ
トで区切られ、注目する配線ＳＰの左右に平行に配線Ｓ
Ｌ、ＳＲが存在し、上下に直行して配線ＳＵ、ＳＤが存
在する状態を示している。本例の容量データベース２０
は、例えば特開平１１−３９３７２号公報に開示されて
いるように、容量データベースに左右、上下それぞれに
対する容量を記述する方法に対して、（１）情報量が少
なくて済む、（２）左右は平行、上下は直行という仮定
をしなくてよいというメリットがある。

【００１３】また、メインモジュール１０は、配線デー
タベース３０及びＤＲデータベース４０のデータを入力
とし、各配線（あるいは注目する配線）を一方の端点か
ら他方の端点までの単位長さ毎に周囲の配線による容量
を加算していくことにより、配線容量を求める。その
際、容量データベース２０に単位容量を問い合わせる。
周囲の配線が容量データベース２０に記述されたものと
違う、すなわちオフグリッドの場合には、基本式Ｃ＝ε
×Ｓ／Ｌを用いて正しい容量を求める。

【００１４】図５は、本例における配線容量の算出手順
を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１で
は、配線図を配線データベース３０から入力し、デザイ
ンルール（レイヤの厚さと比誘電率）をＤＲデータベー
ス４０から入力する。次に、ステップＳ２では、既に注
目している配線に関する計算が全て終わっているかどう
か判断し、終わっている場合には、ここで処理を終了す
る。また、未処理の配線がある場合には、ステップＳ３
で、この配線に注目し、ステップＳ４以下の処理を行な
う。

【００１５】ステップＳ４からＳ１４は、１本の配線に
ついて容量を求める手順である。まず、配線の端点から
端点まで、１グリット毎に注目して処理を進める（ステ
ップＳ４）。次に、ある注目グリッドにおいて、左（あ
るいは右、上、下）に配線があるかどうか調べ（ステッ
プＳ５）、なければ容量はゼロとみなして、別の隣（例
えば左隣が終われば右隣）に対する容量を調べる。そし
て、隣に配線があれば、それが平行か直行かを判断し、
容量データベース２０に容量を問い合わせる（ステップ
６）。容量データベース２０の入っている容量値は、単
位距離長、ある決まった比誘電率、単位配線幅の場合の
基本値であるので、計算式Ｃ＝ε×Ｓ／Ｌに基づいて容
量値Ｃを修正する。

【００１６】まず、距離Ｌが単位距離長Ｌ０と違う場合
には（ステップＳ７）、容量値ＣをＬ０／Ｌ倍する（ス
テップＳ８）。また、比誘電率εが基本の比誘電率ε０
と違う場合（ステップＳ９）、容量値Ｃをε／ε０倍す
る（ステップＳ１０）。さらに、配線幅ｗを考慮する場
合（ステップＳ１１）、容量値Ｃをｗ倍する（ステップ
Ｓ１２）。そして、ステップＳ１３では求めた配線容量
を足し合わせ、ステップＳ１４、Ｓ１５では、左右、上
下を見ながら端点から端点まで全ての計算を行なったか
否かを判断し、計算し終わっていない場合にはステップ
Ｓ５に進み、計算し終わった場合にはステップＳ２に進
む。

【００１７】以上のような手順により、規模の大きなＬ
ＳＩの配線容量を高速かつ正確に求めることが可能とな
る。すなわち、本例のように、Ｃ＝ε×Ｓ／Ｌの計算式
を動的に用いて配線容量を計算する方法では、例えば特
開平１１−３９３７２号公報に開示されているオフグリ
ットの配線をグリット上に移動させて容量データベース
の値を用いる方法に比べて、簡単かつ高精度の計算結果
を得ることが可能となる。

【００１８】図６は、本例の方法と従来の方法による計
算結果を比較するためのサンプル例を示す説明図であ
る。図示のように、高さ０．２μｍ、距離０．３μｍの
配線の容量を求める場合、これを正確な３次元計算で正
しく計算すると、容量は５．６３９６Ｅ−１１（Ｆ／
ｍ）となる。グリット幅が０．２μｍである場合、特開
平１１−３９３７２号公報に開示されている方法では、
距離０．２μｍとして計算するため、計算結果は７．３
４１９２Ｅ−１１（Ｆ／ｍ）となる。これは容量データ
ベースに入っている値でもある。一方、本例の方法で
は、容量データベース２０に入っている値に対し、Ｌ０
（＝０．２）／Ｌ（＝０．３）をかけることにより、計
算結果は４．８９４６Ｅ−１１（Ｆ／ｍ）となる。した
がって、正確な３次元計算値である５．６３９６Ｅ−１
１との差は、特開平１１−３９３７２号公報に開示され
た方法では３０％となるが、本例の方法では、１３％と
小さくなり、より精度の高い値が得られる。

【００１９】なお、以上の例では、各レイヤにおける平
面上の配線（以下、平面配線という）についてのみ計算
する例を示したが、平面配線と同様の方法を用いてコン
タクトによる容量を計算することが可能である。すなわ
ち、コンタクトは、各レイヤ間をつなぐ配線であり、図
７に示すように、ある配線とコンタクトの関係は、上述
した説明における、あるレイヤ内で平面上に直行する配
線に置き換えることができる。したがって、ある配線の
左右、上下の配線を調べるだけではなく、ある距離内に
あるコンタクトも調べるという処理を加えるだけで、注
目する配線とコンタクトとの間の容量も追加することが
できる。これは例えば特開平１１−３９３７２号公報に
開示されているような、容量データベースにコンタクト
の容量を追加するという方法より簡単に実現できる方法
である。

【００２０】次に、本実施の形態おける計算結果の高精
度化について説明する。上述した例では、容量値を修正
するのに基本式Ｃ＝ε×Ｓ／Ｌを用いているが、これは
平行平板のコンデンサの容量であり、周辺に発生する容
量、すなわちフリンジ分の容量を考慮していない。すな
わち、配線直下の容量をＣ１、フリンジ分の容量をＣｆ
ｒとすると、フリンジ分を考慮した容量値はＣ＝Ｃ１＋
Ｃｆｒとなる。つまり、実際には、この容量値Ｃ＝Ｃ１
＋Ｃｆｒが容量データベースに格納された基準値であ
り、上述した例では、Ｃ１だけを修正して計算値を算出
していることになる。

【００２１】ここで、Ｃｆｒは距離Ｌの関数Ｃｆｒ＝ｆ
ｒ（Ｌ）であるので、この関数ｆｒを求め、容量データ
ベースの容量値がＣ１、Ｃｆｒの２つに分けて記憶され
ていれば、距離Ｌが容量データベースの単位長と違って
いる場合に、Ｃ＝ε×Ｓ／Ｌを直接用いず、Ｃ＝Ｃ１×
（Ｌ０／Ｌ）＋ｆｒ（Ｌ）として計算すれば、より高精
度に容量を算出することが可能である。したがって、デ
ータベースの規模やコストと必要とする精度等の条件に
応じて、Ｃｆｒを考慮して計算するシステムとするか、
Ｃ１だけを計算するシステムとするかを決定すればよ
い。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明のシミュレー
ション装置では、所定のグリッドに対応する容量の基本
値を格納した容量データベースを参照して入力配線デー
タの容量計算を行なう場合に、オフグリッドの入力配線
データに対し、基本式Ｃ＝ε×Ｓ／Ｌ（ただし、Ｃ；容
量、ε；誘電率、Ｓ；面積、Ｌ；距離）の各係数を動的
に変化させて容量計算を行なうようにした。したがっ
て、オフグリッドの配線をずらしてグリッドに乗せると
いった作業を経ることなく容量計算を行なうことができ
るので、設計条件の変化に容易に対応でき、簡易な構成
で迅速かつ正確な容量計算を行なうことができる。この
結果、各種半導体装置の設計を効率化でき、製品開発の
迅速化やコストダウン等に寄与できる。

【００２３】また本発明のシミュレーション方法では、
所定のグリッドに対応する容量の基本値を格納した容量
データベースを参照して入力配線データの容量計算を行
なう場合に、オフグリッドの入力配線データに対し、基
本式Ｃ＝ε×Ｓ／Ｌ（ただし、Ｃ；容量、ε；誘電率、
Ｓ；面積、Ｌ；距離）の各係数を動的に変化させて容量
計算を行なうようにした。したがって、オフグリッドの
配線をずらしてグリッドに乗せるといった作業を経るこ
となく容量計算を行なうことができるので、設計条件の
変化に容易に対応でき、簡易な構成で迅速かつ正確な容
量計算を行なうことができる。この結果、各種半導体装
置の設計を効率化でき、製品開発の迅速化やコストダウ
ン等に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による配線容量のシミュレ
ーション装置の構成を模式的に示すブロック図である。

【図２】図１に示すシミュレーション装置に用いる配線
テーブルの一例を示す説明図である。

【図３】図１に示すシミュレーション装置で計算する各
レイヤの配線配置の具体例を示す説明図である。

【図４】図１に示すシミュレーション装置に用いる容量
データベースの一例を示す説明図である。

【図５】本発明の実施の形態による配線容量のシミュレ
ーション方法の手順を示すフローチャートである。

【図６】本実施の形態による方法と従来の方法による計
算結果を比較するためのサンプル例を示す説明図であ
る。

【図７】図１に示すシミュレーション装置で計算する各
レイヤの配線配置の他の具体例を示す説明図である。

【符号の説明】

１０……メインモジュール、２０……容量データベー
ス、３０……配線データベース、４０……ＤＲデータベ
ース。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定のグリッドに対応する容量の基本値
   を格納した容量データベースを参照することにより、入
   力配線データの容量計算を行なうシミュレーション装置
   において、 オフグリッドの入力配線データに対し、基本式Ｃ＝ε×
   Ｓ／Ｌ（ただし、Ｃ；容量、ε；誘電率、Ｓ；面積、
   Ｌ；距離）の各係数を動的に変化させて容量計算を行な
   う、 ことを特徴とするシミュレーション装置。
2. 【請求項２】 前記入力配線データには、各レイヤのシ
   ンボリックレイアウトデータとデザインルールデータと
   を含むことを特徴とする請求項１記載のシミュレーショ
   ン装置。
3. 【請求項３】 前記入力配線データには、各レイヤ間の
   コンタクトデータをを含むことを特徴とする請求項２記
   載のシミュレーション装置。
4. 【請求項４】 配線幅に対応して前記Ｓを変化させるこ
   とを特徴とする請求項１記載のシミュレーション装置。
5. 【請求項５】 レイヤの厚さに対応して前記Ｌを変化さ
   せることを特徴とする請求項１記載のシミュレーション
   装置。
6. 【請求項６】 材料に対応して前記εを変化させること
   を特徴とする請求項１記載のシミュレーション装置。
7. 【請求項７】 予めフリンジ分の容量を前記Ｌの関数と
   して設定しておき、前記関数と前記配線データから求め
   られるＬの値からフリンジ分の容量を算出して容量計算
   結果に加算することを特徴とする請求項１記載のシミュ
   レーション装置。
8. 【請求項８】 所定のグリッドに対応する容量の基本値
   を格納した容量データベースを参照することにより、入
   力配線データの容量計算を行なうシミュレーション方法
   において、 オフグリッドの入力配線データに対し、基本式Ｃ＝ε×
   Ｓ／Ｌ（ただし、Ｃ；容量、ε；誘電率、Ｓ；面積、
   Ｌ；距離）の各係数を動的に変化させて容量計算を行な
   う、 ことを特徴とするシミュレーション方法。
9. 【請求項９】 前記入力配線データには、各レイヤのシ
   ンボリックレイアウトデータとデザインルールデータと
   を含むことを特徴とする請求項８記載のシミュレーショ
   ン方法。
10. 【請求項１０】 前記入力配線データには、各レイヤ間
    のコンタクトデータをを含むことを特徴とする請求項９
    記載のシミュレーション方法。
11. 【請求項１１】 配線幅に対応してＳを変化させること
    を特徴とする請求項８記載のシミュレーション方法。
12. 【請求項１２】 レイヤの厚さに対応してＬを変化させ
    ることを特徴とする請求項８記載のシミュレーション方
    法。
13. 【請求項１３】 材料に対応してεを変化させることを
    特徴とする請求項８記載のシミュレーション方法。
14. 【請求項１４】 予めフリンジ分の容量を前記Ｌの関数
    として設定しておき、前記関数と前記配線データから求
    められるＬの値からフリンジ分の容量を算出して容量計
    算結果に加算することを特徴とする請求項８記載のシミ
    ュレーション方法。