JP2005251058A - 半導体集積回路のシミュレーション方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体集積回路の各配線に対して配線幅を考慮した過電流の自動検出が可能となるシミュレーション方法を提供する。
【解決手段】本発明は、半導体集積回路内の各配線の配線幅を抽出し、あらかじめ準備されている電流密度と配線膜厚から最大許容電流値を算出し各配線に関するデータを抽出する配線データ抽出手段と、各配線の接続情報に対して算出した最大許容電流値の情報を持つ検出素子を挿入し、ネットリストを作成するネットリスト作成手段と、回路動作シミュレーションしながら前記検出素子に流れる電流値が最大許容電流値を満足するかどうかを判定する許容電流値判定手段と、前記許容電流値判定手段で最大許容電流値を超えた配線に対してエラー出力するエラー出力手段とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路における配線の過電流を検証するシミュレーション方法に関する。

近年、半導体集積回路の高集積化及び微細化が著しく進んでおり、半導体素子間の配線に流れる電流密度が増加し、エレクトロマイグレーションによる断線不良・短絡不良が問題になっている。エレクトロマイグレーションとは、配線上に過度の電流が加わり、配線パターンを形成する金属原子が時間経過とともに絶縁物の表面上を移動する現象であり、配線の断線・短絡の原因となる。

従来、回路設計者は、エレクトロマイグレーションの防止のため、設計した回路図データ（ネットリスト）を回路動作シミュレーションし、各素子への電流値を読み取り、許容範囲かどうかを検証していた。

しかしながら、設計した回路図データを用いての回路動作シミュレーションによる電流値の判定は、接続された各素子への電流値しか確認することができず、各配線の電流密度、配線幅、配線膜厚を考慮することができなかった。また、配線層および多層配線の配線間を接続するコンタクト層についても考慮することができなかった。

そこで、特許文献１に開示されているレイアウトパターン検証装置が提案されている。前記レイアウトパターン検証装置では、あらかじめ回路動作シミュレーションを実行することによって得られる各ネットに関する電流値と、レイアウトデータの各ネットに対して幅が最小となる配線図形を抽出し、あらかじめ準備されている最大許容電流値の範囲を満たすかどうかを判定する装置が提案されている。

図１５は前記レイアウトパターン検証装置の処理内容を示すフローチャートである。

Ｓ１５０１は半導体集積回路の回路図データとレイアウトデータ（１５０５）に対応する各素子およびその接続関係が一致するかどうかを検証する手段である。Ｓ１５０２は前記回路図データに基づいて前記半導体集積回路の回路動作シミュレーションを行い、前記各素子の電流値を求める手段である。回路動作シミュレーション装置としては、ＳＰＩＣＥ（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｅｍｐｈａｓｉｓ）というソフトウェアが一般的である。このＳＰＩＣＥは、ＥＷＳ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｗｏｒｋ Ｓｔａｔｉｏｎ）やＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）などのコンピュータで使用されるソフトウェアである。Ｓ１５０３はＳ１５０１で得られた結果から各ネットに対して配線図形の最小幅を求める手段である。Ｓ１５０４はあらかじめ準備されている電流値検証データ（１５０６）を用いてＳ１５０３で求めた最小幅に対応する最大許容電流値を求め、Ｓ１５０２で求めた電流値がＳ１５０３で求めた最大許容電流値の仕様を満足しているかどうかを検証する手段である。前記電流値検証データは各配線幅とそれらに対応する最大許容電流値が１対１で準備されているファイルである。

図５と図６を用いて、前記レイアウトパターン検証装置について説明する。

図５の５０１は半導体集積回路であり、図６の６０１は前記半導体集積回路５０１のレイアウトデータである。前記レイアウトデータ６０１の６０６〜６１４は配線であり、それぞれ配線幅の情報を持っている。配線幅の大小関係はｗ１＜ｗ２＜ｗ３である。Ｓ１５０３で前記半導体集積回路５０１内のＮＥＴ１〜ＮＥＴ５に対応する配線６０６（配線幅ｗ２）、６０７（配線幅ｗ２）、６０９（配線幅ｗ２）、６１０（配線幅ｗ２）、６１３（配線幅ｗ１）、６１４（配線幅ｗ１）が求められる。

Ｓ１５０４で前記配線幅ｗ１、ｗ２に対応する最大許容電流値を電流値検証データから求め、Ｓ１５０２で事前に回路動作シミュレーションしておいたＮＥＴ１〜ＮＥＴ５それぞれの電流値が前記電流値検証データから求められた最大許容電流値を満足するかどうかを検証することが可能となる。
特開平７−７４２６２号公報

しかしながら、特開平７−７４２６２号では半導体集積回路の各ネットに対して幅が最小となる配線図形しか検証対象としていないため、最大許容電流値を超える配線の検証が十分であるとは言えず、また、あらかじめ回路動作シミュレーションを行い、結果を準備する必要があり、一般的に全ネットに関する回路動作シミュレーション結果を保持しておくには大容量の記憶装置が必要になるという課題を持っている。

上記課題に鑑みて、本発明の半導体集積回路のシミュレーション方法は、半導体集積回路内の各配線の配線幅と配線膜厚を考慮した過電流の検証を行うシミュレーション方法であって、半導体集積回路内の各配線の配線幅を抽出し、あらかじめ準備されている電流密度と配線膜厚から最大許容電流値を算出し各配線に関するデータを抽出する配線データ抽出手段と、前記半導体集積回路の各配線の接続情報に対して前記配線データ抽出手段で算出した最大許容電流値の情報を持つ検出素子を挿入し、ネットリストを作成するネットリスト作成手段と、前記ネットリスト作成手段で作成したネットリストを読み込み回路動作シミュレーションしながら前記検出素子に流れる電流値が最大許容電流値を満足するかどうかを時々刻々判定する許容電流値判定手段と、前記許容電流値判定手段で最大許容電流値を超えたネットに対してネット名と前記検出素子に流れた電流値と前記回路動作シミュレーション条件をエラー出力するエラー出力手段とを備え、半導体集積回路のシミュレーションを行う。

上記半導体集積回路のシミュレーション方法において、配線データ抽出手段では半導体集積回路のレイアウトデータからＬＰＥ（Ｌａｙｏｕｔ Ｐａｒａｓｔｉｃｓ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）等のソフトウェアによって抽出したネットリスト（以下、ＬＰＥネットリストと称する）から配線の配線幅を抽出することにより、実際のレイアウトデータに対応した素子構成で寄生の影響を考慮して、配線に流れる過電流の検証を行うシミュレーションが可能となる。

また前記半導体集積回路の回路図データ（ネットリスト）で使用されている素子の端子に配線幅のプロパティ情報を付加することにより、前記回路図データを変更することなくシミュレーション用のネットリスト作成時にのみ前記プロパティ情報を指定した素子の端子と前記素子の端子に接続されている配線間に最大許容電流値の情報を持つ検出素子を挿入し、レイアウトデータがない場合でも、配線に流れる過電流の推定検証を行うシミュレーションが可能となる。

本発明によれば、半導体集積回路の各配線に流れる電流が最大許容電流値の範囲を満足するかどうかを時々刻々検証することができ、さらに、最大許容電流値を超えた配線を容易に把握することができ、回路図データ（ネットリスト）とレイアウトを修正することができる。

以下、本発明の実施形態に係る半導体集積回路のシミュレーション方法について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路のシミュレーション方法を説明する図である。

Ｓ１０１は半導体集積回路の各配線の配線幅を抽出し、あらかじめ準備されている電流密度と配線膜厚から最大許容電流値を算出し、各配線に関するデータを抽出する配線データ抽出手段、Ｓ１０２は前記半導体集積回路の各配線の接続情報に対して前記配線データ抽出手段で算出した最大許容電流値の情報を持つ検出素子を挿入し、ネットリストを作成するネットリスト作成手段、Ｓ１０３は前記ネットリスト作成手段で作成したネットリストを読み込み回路動作シミュレーションを実行しながら前記検出素子に流れる電流値が最大許容電流値を満足するかどうかを時々刻々判定する許容電流値判定手段、Ｓ１０４は前記許容電流値判定手段で最大許容電流値を超えたネットに対してネット名と前記検出素子に流れる電流値と前記回路動作シミュレーション条件をエラー出力するエラー出力手段とを用いて半導体集積回路のシミュレーションを実行する手段である。

（第１の実施形態）
図２は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路のシミュレーション方法を説明する図である。

Ｓ２０１はＬＰＥネットリスト（２０７）から各寄生抵抗素子が持つ配線幅の情報を抽出する手段である。Ｓ２０２はプロセスデータ（２０８）から電流密度、配線膜厚を抽出する手段である。図８は前記プロセスデータの一例を示した図で、プロセス名、電流密度、配線幅から構成される。Ｓ２０３は２０１、２０２で抽出した電流密度、配線幅、配線膜厚から最大許容電流値を算出する手段である。Ｓ２０４はＳ２０３で算出した最大許容電流値の情報を持つ検出素子を挿入し、ネットリストを作成する手段である。Ｓ２０５はＳ２０４で作成した前記ネットリストを読み込み、回路動作シミュレーションを実行しながら前記検出素子に流れる電流値と前記検出素子が持つ最大許容電流値とを比較し、許容範囲かどうかを判定する手段である。Ｓ２０６はＳ２０５で許容範囲外であった場合にエラー出力する手段である。

以下、図５と図６を用いて図２の具体的なフローについて説明する。

図５の５０１は半導体集積回路であり、５０２、５０３、５０４は前記半導体集積回路５０１内で使用されているＮＰＮトランジスタであり、５０５は前記半導体集積回路５０１内で使用されている抵抗素子であり、５０６は前記半導体集積回路５０１内で配線部分を示した図である。

図６の６０１は前記半導体集積回路５０１のレイアウトデータであり、６０２、６０３、６０４は前記半導体集積回路５０１で使用されているＮＰＮトランジスタ５０２、５０３、５０４に対応する素子であり、６０５は前記半導体集積回路５０１で使用されている抵抗５０５に対応する素子であり、６１５、６１６、６１７は前記半導体集積回路内５０１の配線部分５０６の寄生抵抗素子である。

図７はレイアウトデータ６０１から抽出したＬＰＥネットリストの一例を示した図である。前記ＬＰＥネットリストは配線間に存在する寄生抵抗素子の素子名、接続情報１、接続情報２、抵抗値、配線幅から構成される。寄生抵抗素子６１５、６１６は素子のプロパティとして抵抗値Ｒ１、配線幅ｗ２を有し、直列にＮＥＴ２で接続されている。Ｓ２０１で前記ＬＰＥネットリストから各寄生抵抗素子が持つ配線幅の情報を抽出する。前記寄生抵抗素子６１５を例にとれば、配線幅ｗ２の情報が抽出される。Ｓ２０２で前記半導体集積回路５０１内で使用されているプロセスＰｒｏｃｅｓｓ１に対応した電流密度Ｊ１、配線膜厚ｈ１の情報を抽出する。Ｓ２０３はＳ２０１、Ｓ２０２で抽出した電流密度、配線幅、配線膜厚から電流密度を求める。最大許容電流値は、
最大許容電流値＝電流密度×配線幅×配線膜厚
で求めることができる。

前記寄生抵抗素子６１５の電流密度Ｊ１を０．４（ｍＡ／ｕｍ²）、配線幅ｗ２を１（ｕｍ）、配線膜厚ｈ１を０．３（ｕｍ）と仮定すれば、最大許容電流値は０．１２（ｍＡ）と求めることができる。Ｓ２０４で前記ＬＰＥネットリストに算出した最大許容電流値の情報を持つ検出素子を挿入しネットリストを作成する。図７の寄生抵抗素子名、接続情報１、接続情報２から前記検出素子を挿入するテキスト処理の一例を示す。図７の接続情報１、接続情報２の中で重複して指定されているネット（ＮＥＴ８）を前記半導体集積回路５０１内に存在しないネット名に置換する。前記寄生抵抗素子６１５の接続情報１、接続情報２はＮＥＴ７、ＮＥＴ１１（置換前はＮＥＴ８）であり、前記寄生抵抗素子６１６の接続情報１、接続情報２はＮＥＴ１２（置換前はＮＥＴ８）、ＮＥＴ９であり、前記寄生抵抗素子６１７の接続情報１、接続情報２はＮＥＴ１３（置換前はＮＥＴ８）、ＮＥＴ１０となる。次に上記の処理で置換したネット名と置換前のネット名に対して検出素子９０１、９０２、９０３を挿入する。前記検出素子９０１の接続情報１、接続情報２はＮＥＴ１１、ＮＥＴ８であり、前記検出素子９０２の接続情報１、接続情報２はＮＥＴ８、ＮＥＴ１２であり、前記検出素子９０３の接続情報１、接続情報２はＮＥＴ８、ＮＥＴ１３となる。前記検出素子９０１は置換されたネット（ＮＥＴ１１）に接続されている前記寄生抵抗素子６１５の最大許容電流値０．１２（ｍＡ）の情報を持つ。同様に前記検出素子９０２、９０３は前記寄生抵抗素子６１６、６１７で算出された最大許容電流値の情報を持つ。上記のようなテキスト処理で全ての寄生抵抗素子にそれぞれ対応した検出素子を容易に挿入することが可能となる。図９と図１０に前記ＬＰＥネットリストに前記検出素子を挿入した後の回路図とネットリストを示す。Ｓ２０５で前記ネットリストを読み込み、回路動作シミュレーションを実行しながら前記検出素子に流れる電流値が最大許容電流値を満足するかどうかを判定する。Ｓ２０６で最大許容電流値を超えた電流値を検出した場合、前記最大許容電流値を超えたネットに対してネット名と前記検出素子に流れた電流値と前記回路動作シミュレーション条件をエラー出力する。図３を用いてＳ２０５、Ｓ２０６のフローの一例を示す。

Ｓ３０１で回路動作シミュレーション中にネットリスト内に含まれる検出素子全ての情報を抽出する。Ｓ３０２はＳ３０１で抽出した前記検出素子の中から１つを選択し、Ｓ３０２で選択した前記検出素子に流れる電流値をＳＰＩＣＥのような回路動作シミュレーション装置から求め、前記検出素子が持つ最大許容電流値との比較を行い、許容範囲外であれば逐次エラー出力を行う。図４はエラー出力の一例を示した図である。図４でＴｒａｎｓｉｅｎｔ解析を行った場合のエラー内容は過電流が検出された時間ステップ“０．２ｍｓｅｃ”とネット名“ＮＥＴ１”に流れる電流値“０．１７ｍＡ”と最大許容電流値“０．１２ｍＡ”が出力される。電源電圧ＶＣＣをスイープするＤＣ解析を行った場合のエラー内容は過電流が検出された電源電圧ＶＣＣ“３．７Ｖ”とネット名“ＮＥＴ３”に流れる電流値“０．２１ｍＡ”と最大許容電流値“０．１２ｍＡ”が出力される。Ｓ３０５で未調査の前記検出素子があればＳ３０２に戻り、全ての検出素子に流れる電流値と最大許容電流値の比較を終えるまで処理を繰り返す。

回路動作シミュレーション中に時々刻々と検出素子に流れる電流値の判定を行い、過電流を検出した場合の条件、ネット名が明確になるため回路図データ（ネットリスト）とレイアウトデータの修正も容易に行うことができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態と異なり、レイアウトデータから抽出したＬＰＥネットリストが存在しない場合、回路図データ内の素子の端子に配線幅のプロパティ情報を付加し、前記プロパティ情報を人手で設定することにより、配線に流れる過電流の推定検証を行うシミュレーションが可能となる。

図１１は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路のシミュレーション方法を説明する図である。

Ｓ１１０１は回路図データ（１１０７）で指定された素子の端子が持つ配線幅プロパティから配線幅の情報を抽出する手段である。Ｓ１１０２はプロセスデータ（１１０８）から電流密度、配線膜厚を抽出する手段である。Ｓ１１０３はＳ１１０１、Ｓ１１０２で抽出した電流密度、配線幅、配線膜厚から最大許容電流値を算出する手段である。Ｓ１１０４はＳ１１０３で算出した最大許容電流値の情報を持つ検出素子を回路図データの前記素子の端子とそれに接続されている配線に対して挿入し、ネットリストを作成する手段である。Ｓ１１０５はＳ１１０４で作成したネットリストを読み込み、回路動作シミュレーションを実行しながら前記検出素子に流れる電流値と前記検出素子が持つ最大許容電流値とを比較し、許容範囲かどうかを判定する手段である。Ｓ１１０６はＳ１１０５で許容範囲外であった場合にエラー出力する手段である。

以下、図１２を用いて図１１の具体的なフローについて説明する。

半導体集積回路５０１内の１２０１、１２０２はＮＰＮトランジスタ５０２、５０３のエミッタ端子であり、配線幅プロパティ情報ｗ＝ｗ２がそれぞれ設定されており、１２０３はＮＰＮトランジスタ５０４のコレクタ端子であり、配線幅プロパティ情報ｗ＝ｗ３が設定されている。

Ｓ１１０１で前記半導体集積回路５０１内の素子の端子情報を全て抽出し、それぞれに設定されている前記配線幅プロパティ情報から配線幅を抽出する。前記ＮＰＮトランジスタ５０４のコレクタ端子１２０３を例に取れば配線幅ｗ＝ｗ３の情報が抽出される。Ｓ１１０２はプロセスデータに基づいて電流密度、配線膜厚を抽出する電流密度、配線膜厚抽出手段である。前記半導体集積回路５０１内で使用されているプロセスであるＰｒｏｃｅｓｓ１に対応した電流密度Ｊ１、配線膜厚ｈ１を抽出する。Ｓ１１０３は前記配線幅抽出手段で抽出した配線幅と前記電流密度、配線膜厚抽出手段で抽出した電流密度と配線膜厚から最大許容電流値を算出する最大許容電流値算出手段である。配線の最大許容電流値は、
最大許容電流値＝電流密度×配線幅×配線膜厚
で求めることができる。

前記ＮＰＮトランジスタ５０４のコレクタ端子１２０３の電流密度Ｊ１を０．４（ｍＡ／ｕｍ²）、配線幅ｗ３を１．５（ｕｍ）、配線膜厚ｈ１を０．３（ｕｍ）と仮定すれば、最大許容電流値は０．１８（ｍＡ）と求めることができる。Ｓ１１０４で回路図データ（１１０７）で指定された素子の端子とそれに接続されている配線間に算出した最大許容電流値の情報を持つ検出素子を挿入し、ネットリストを作成する。１１０７がネットリストであれば、第１の実施形態のネットリスト作成で用いたテキスト処理と同様の方法から前記検出素子１３０１、１３０２、１３０３を挿入したネットリストを作成することができる。１１０７が回路図データ（Ｃａｄｅｎｃｅ社より市販されている回路図エディタ“Ｃｏｍｐｏｓｅｒ”やＭｅｎｔｏｒ社より市販されている回路図エディタ“Ｄｅｓｉｇｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔ”というソフトウェアなどを用いて作成した回路図）であれば、ネットリスト作成時に回路図エディタ上に配置されている全ての素子の端子情報を読み込み、前記端子が持つ配線幅プロパティと接続されているネット名の座標を抽出し、座標の中点に最大許容電流値の情報を持つ前記検出素子を挿入する簡単なマクロプログラムで対応することができる。前記回路図エディタ上で前記検出素子を挿入し、前記回路図エディタの機能であるネットリスト作成を実行するので挿入後の前記検出素子の接続情報は前記半導体集積回路５０１内に存在しないネット名が自動で割り振られる。図１３、１４は回路図データ（１１０７）に前記検出素子を挿入した後の回路図とネットリストである。

Ｓ１１０５で前記ネットリストを読み込み、回路動作シミュレーションを実行しながら前記検出素子に流れる電流値が最大許容電流値を満足するかどうかを判定する。Ｓ１１０６で最大許容電流値を超えた電流値を検出した場合、前記最大許容電流値を超えたネットに対してネット名と前記検出素子に流れた電流値と前記回路動作シミュレーション条件をエラー出力する。

レイアウトデータがない場合でも、回路図データ内の素子の端子に配線幅のプロパティ情報を付加することにより配線に流れる過電流の推定検証を行うシミュレーションが可能となる。

以上説明したように、本発明は、半導体集積回路の配線に流れる過電流のシミュレーション検証などに有用である。

本発明の一実施の形態である半導体集積回路のシミュレーション方法を説明する図 本発明の一実施の形態である半導体集積回路のシミュレーション方法を説明する図 本発明の一実施の形態である半導体集積回路のシミュレーション方法のシミュレーション手順を説明する図 結果ログ出力の一例を示した図 半導体集積回路の一例を示した回路図 図５のレイアウトデータの一例を示した図 図６のレイアウトデータから抽出したＬＰＥネットリストの一例を示した図 プロセスデータの一例を示した図 図５に検出素子を挿入した一例を示した図 図７に検出素子を挿入したＬＰＥネットリストの一例を示した図 本発明の一実施の形態である半導体集積回路のシミュレーション方法を説明する図 半導体集積回路の一例を示した図 図１２に検出素子を挿入した一例を示した図 図１３のネットリストの一例を示した図 レイアウトパターン検証装置の処理内容を示すフローチャート

符号の説明

Ｓ１０１ 配線データ抽出手段
Ｓ１０２、Ｓ２０４、Ｓ１１０４ ネットリスト作成手段
Ｓ１０３、Ｓ２０５、Ｓ１１０５ 許容電流値判定手段
Ｓ１０４、Ｓ２０６、Ｓ１１０６ エラー出力手段
Ｓ２０１、Ｓ１１０１ 配線幅抽出手段
Ｓ２０２、Ｓ１１０２ 電流密度、配線膜厚抽出手段
Ｓ２０３、Ｓ１１０３ 許容電流値算出手段
２０７ ＬＰＥネットリスト
２０８、１１０８ プロセスデータ
１１０７ 回路図データ
Ｓ１５０１ 接続検証手段
Ｓ１５０２ 回路解析手段
Ｓ１５０３ 配線抽出手段
Ｓ１５０４ 許容電流値検証手段
１５０５ 回路図データ、レイアウトデータ
１５０６ 電流値検証データ

Claims (3)

1. 半導体集積回路のシミュレーション方法であって、前記半導体集積回路内の各配線の配線幅を抽出し、あらかじめ準備されている電流密度と配線膜厚から最大許容電流値を算出し、各配線に関するデータを抽出する配線データ抽出手段と、前記半導体集積回路の各配線の接続情報に対して前記配線データ抽出手段で算出した最大許容電流値の情報を持つ検出素子を挿入し、ネットリストを作成するネットリスト作成手段と、前記ネットリスト作成手段で作成したネットリストを読み込み回路動作シミュレーションしながら前記検出素子に流れる電流値が最大許容電流値を満足するかどうかを判定する許容電流値判定手段と、前記許容電流値判定手段で最大許容電流値を超えたネットに対してエラー出力するエラー出力手段とを有することを特徴とする半導体集積回路のシミュレーション方法。
2. 前記配線データ抽出手段において、前記半導体集積回路のレイアウトデータから抽出した配線の寄生素子を含んだネットリストから前記配線幅を抽出し、最大許容電流値を算出することを特徴とする請求項１記載の半導体集積回路のシミュレーション方法。
3. 前記配線データ抽出手段において、前記半導体集積回路の回路図データの素子の端子プロパティから前記配線幅を抽出し、最大許容電流値を算出することを特徴とする請求項１記載の半導体集積回路のシミュレーション方法。

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