JP2006018554A - 回路検証方法、回路検証システム、集積回路及び集積回路の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 実用的な速度のシミュレーションによりエレクトロマイグレーションの検証をすることができる回路検証方法、回路検証システム、集積回路及び集積回路の製造方法を提供すること。
【解決手段】 検証目的の回路の構成及び前記検証目的の回路に備わる各配線の幅を示す回路データを入力する回路データ入力工程と、前記回路データに基づいて直流動作点解析を行うことにより、前記各配線節点における直流電流値を算出する直流電流値算出工程と、前記直流電流値算出工程で算出される前記各配線節点における直流電流値と、前記回路データが示す前記各配線節点の幅と、に基づいて前記各配線節点における電流密度値を算出する電流密度値算出工程と、前記電流密度算出工程で算出される前記各配線節点における電流密度値と所定許容値とをそれぞれ比較する比較工程と、前記比較工程における比較結果を出力する比較結果出力工程と、を含む。
【選択図】 図８

Description

本発明は回路検証方法、回路検証システム、集積回路及び集積回路の製造方法に関し、特にエレクトロマイグレーションの事前検証に関する。

エレクトロマイグレーション（Electro Migration）は、金属配線に許容電流以上の電流を流すと、配線を構成する金属原子が電子との衝突によって移動し、それにより配線が劣化する現象である。エレクトロマイグレーションは配線寿命に影響が大であるため、回路設計時に事前検証（評価）することが望ましい。

従来、こうしたエレクトロマイグレーションの事前検証は、例えば試作回路に各種のストレス電流を印加して、エレクトロマイグレーションによる抵抗値やリーク電流の増加を測定することにより行ったり、或いは、検証目的の回路の各配線節点（ノード）等における電流値や電流密度値をシミュレーションにより計算し、その値が所定許容値を超えているか否かを判断することにより行ったりしていた（例えば、下記特許文献１参照。）。
特開平７−２１２４６号公報

しかしながら、前者によると、エレクトロマイグレーションの検証のために試作回路を用意しなければならず、コスト増大に繋がるし、後者によると、検証目的の回路の規模が大きい場合、各配線節点等における電流値や電流密度値を算出するための計算量が膨大となり、実用的な速度にて検証することが困難となる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、実用的な速度のシミュレーションによりエレクトロマイグレーションの検証をすることができる回路検証方法、回路検証システム、集積回路の製造方法、及び前記回路検証方法を適用した集積回路を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る回路検証方法は、検証目的の回路の構成及び前記検証目的の回路に備わる各配線の幅を示す回路データを入力する回路データ入力工程と、前記回路データに基づいて直流動作点解析を行うことにより、前記各配線節点における直流電流値を算出する直流電流値算出工程と、前記直流電流値算出工程で算出される前記各配線節点における直流電流値と、前記回路データが示す前記各配線節点の幅と、に基づいて前記各配線節点における電流密度値を算出する電流密度値算出工程と、前記電流密度算出工程で算出される前記各配線節点における電流密度値と所定許容値とをそれぞれ比較する比較工程と、前記比較工程における比較結果を出力する比較結果出力工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る回路検証システムは、検証目的の回路の構成及び前記検証目的の回路に備わる各配線の幅を示す回路データを入力する回路データ入力手段と、前記回路データに基づいて直流動作点解析を行うことにより、前記各配線節点における直流電流値を算出する直流電流値算出手段と、前記直流電流値算出手段により算出される前記各配線節点における直流電流値と、前記回路データが示す前記各配線節点の幅と、に基づいて前記各配線節点における電流密度値を算出する電流密度値算出手段と、前記電流密度算出手段により算出される前記各配線節点における電流密度値と所定許容値とをそれぞれ比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果を出力する比較結果出力手段と、を含むことを特徴とする。

本発明では、回路データに基づいて直流動作点解析を行うことにより、各配線節点における直流電流値を算出している。直流動作点解析では、例えばコンデンサは開放（オープン）され、リアクタンスは短絡（ショート）される。このため、解析対象となる回路構成を簡略化し、エレクトロマイグレーションの検証に必要な各配線節点における直流電流値を高速に算出することができるようになる。こうして算出される直流電流値と、各配線節点の幅とに基づいて電流密度値を算出し、その値と所定許容値との比較結果を出力する。こうすれば、比較結果からエレクトロマイグレーションの発生可能性を把握することができる。また、本発明では、過渡解析時における、ある時間の状態に対しても、直流動作点解析を可能としているため、定常状態時に電流の流れない回路でもエレクトロマイグレーションの検証（ＥＭ検証）が可能となる。

また、本発明の一態様においては、前記直流電流値算出工程は、前記回路データに基づいて、前記検証目的の回路に備わる抵抗の全部又は一部をそれぞれ電圧源に置換してなる修正回路を示す修正回路データを生成し、該修正回路データに基づいて直流動作点解析を行うことにより、前記各配線節点における直流電流値を算出する。こうすれば、直流動作点解析の直接の対象となる回路の構成をさらに簡略化することができ、さらに高速に各配線節点における直流電流値を算出することができる。すなわち、抵抗は電圧・電流に依存する素子であるが、電圧源は依存しないため高速に処理できる。また、配線の抵抗は微少抵抗であり、電圧降下が極めて小さく無視できるため、それらを電圧源に置換すれば極めて妥当性のある解析を行うことができる。

この態様では、前記直流電流値算出工程は、前記修正回路に電圧源のループが含まれる場合に、該電圧源のループを除去してなる再修正回路を示す再修正回路データを生成し、該再修正回路データに基づいて直流動作点解析を行うことにより、前記各配線接点における直流電流値を算出するようにしてもよい。抵抗を電圧源に置換すると電圧源のループが形成されてしまい、直流電流値の算出が不能となってしまう場合がある。この態様によれば、そうした事態を防ぐことができる。

また、本発明の一態様においては、前記比較結果出力工程は、前記比較工程における比較結果を、該比較結果に対応する前記配線節点を識別する情報に対応づけて出力する。こうすれば、出力内容から、配線節点とそこでのエレクトロマイグレーションの情報とを関連づけて把握することができる。また、配線節点と比較結果との関連を他のシステムにおいて利用できるようにしてもよい。

また、本発明の一態様においては、前記比較工程は、前記電流密度算出工程で算出される前記各配線節点における電流密度と、前記検証目的の回路のレイアウトにおける該配線節点の位置に対応する許容値とを比較する。回路のレイアウトにおける配線節点の位置、例えば積層構造を有する回路においては配線節点が配置された層の深さ、発熱源への距離等により、エレクトロマイグレーションが問題となる電流密度値（電流密度許容値）が異なる。この態様によれば、配線節点の位置に対応する許容値と、算出される電流密度とを比較するので、こうした事情を簡易に検証結果に反映させることができる。

また、本発明に係る集積回路は、上記いずれかの回路検証方法により検証された集積回路である。本発明によれば、迅速且つ確実なエレクトロマイグレーション検証を施した集積回路を提供することができる。

また、本発明に係る集積回路の製造方法は、集積回路の設計を行う設計工程と、設計された前記集積回路の検証を行う検証工程と、検証された前記集積回路を製造する製造工程と、を含み、前記検証工程は、前記集積回路の構成及び前記集積回路に備わる各配線の幅を示す回路データを入力する回路データ入力工程と、前記回路データに基づいて直流動作点解析を行うことにより、前記各配線節点における直流電流値を算出する直流電流値算出工程と、前記直流電流値算出工程で算出される前記各配線節点における直流電流値と、前記回路データが示す前記各配線節点の幅と、に基づいて前記各配線節点における電流密度値を算出する電流密度値算出工程と、前記電流密度算出工程で算出される前記各配線節点における電流密度値と所定許容値とをそれぞれ比較する比較工程と、前記比較工程における比較結果を出力する比較結果出力工程と、を含むことを特徴とする。本発明によれば、迅速且つ確実なエレクトロマイグレーション検証を施し、信頼性の高い集積回路を迅速に製造することができる。

以下、本発明の一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る回路検証方法により検証される検証目的回路の一部を示している。具体的には、図１は検証目的回路１０の一部構成を示しており、図２は検証目的回路１０の一部レイアウトを示している。これらの図に示される検証目的回路１０は、設計工程で設計された集積回路である。その後、本発明を適用した回路検証方法を用いた検証工程にて検証目的回路１０が検証され、さらに製造工程にて検証済みの検証目的回路１０が製造される。

本回路検証方法では、検証目的回路１０の構成及び各配線の幅を示す回路データを用いる。回路データにより示される検証目的回路１０の構成としては、図１に示すように、回路要素（素子）１２−１〜１２−５等の内容とその両端に位置するノード１４−１〜１４−５等である。回路要素１２−１〜１２−５等の内容は、具体的には、回路要素の種類（コンデンサ、抵抗、リアクタンス、トランジスタ等）やその回路定数等である。回路データには、さらに検証目的回路１０のレイアウト、特に各配線の幅ＷＡ〜ＷＥ及び各配線が配置されたレイヤーが記述されている。すなわち、検証目的回路１０は積層構造を有しており、各配線が配置されたレイヤーも回路データに記述されている。また、回路データは、回路動作を検証するための回路シミュレータによって利用可能なデータ構造を有しており、例えば公知の寄生容量を検証するためのソフトウェア等を用いて、回路レイアウトを記述したレイアウトデータ（回路レイアウト設計ソフトウェアから出力される。）から容易に得ることができる。

本回路検証方法では、回路データにより示される検証目的回路１０の構成に基づいて、まず各配線をその配置されたレイヤー毎に分類する。また、図３に示すように、回路データに記述されている一部又は全部の抵抗を電圧源に置換する。回路データがテキストデータとして構成されている場合、この処理は抵抗を示すテキストを、電圧源を示すテキストに変換する処理である。抵抗を電圧源に置換する場合、例えば内部抵抗が０Ωであり、起電力が０Ｖの電圧源に置換すればよい。また、抵抗を電圧源に置換するのは、回路全体についてである必要はなく、例えば金属配線上に表れる抵抗のみ（その全部又は一部を）電圧源に置換してもよい。

また、こうして抵抗を電圧源に置換すると、電圧源のループが形成されてしまう場合、すなわち電圧源の正極と負極とが、電圧降下させる他の回路要素を介さずに直接又は間接に接続されることとなる場合がある。本回路検証方法では、こうした場合に、電圧源のループを除去するようにしている。例えば、図４（ａ）に示すように、電圧源が並列接続され、それにより電圧源のループが形成されることとなった場合には、例えば同図（ｂ）に示すように１の電圧源に省略する。また、図５（ａ）に示すように、電圧源が△（デルタ）状の配線上に配置され、それにより電圧源のループが形成されることとなった場合には、例えば同図（ｂ）に示すようにスター結線に変換する。さらに、図６（ａ）に示すように、電圧源が□状の配線上に配置され、それにより電圧源のループが形成されることとなった場合には、例えば同図（ｂ）に示すようにスター結線に変換する。

上記変換をコンピュータプログラムにより行う場合には、例えば各種電圧源のループのパターン（変換前パターン）に対応づけて、それらの変換後パターンを予め記憶しておき、抵抗を電圧源に置換してなる回路（修正回路）を示す回路データから変換前パターンを示す部分を検索し、発見された場合にはその部分を、対応する検索後パターンに変換すればよい。

以上のようにして、検証目的回路１０において抵抗を電圧源に置換し、さらに電圧源のループを除去してなる回路（再修正回路）を示す回路データを生成すると、それを公知の回路シミュレータに入力する。この回路シミュレータは、例えば各種回路動作の解析を行うコンピュータソフトウェアであり、ここでは特に直流動作点解析が可能な回路シミュレータが用いられるものとする。直流動作点解析は、回路データにより示される回路に電源電圧を印加したときに、該回路上の各ノードでの電圧、電流の値を計算して表示するものである。この解析（計算）では、コンデンサは開放（オープン）、コイルは短絡（ショート）として取り扱われ、非常に高速に実行される。

以上のようにして回路シミュレータにより直流動作点解析を行うと、各ノード１４−１〜１４−５等における直流電流値が算出される。本実施形態では、この直流電流値を、回路データが示す各ノード１４−１〜１４−５等における配線幅で除算し、電流密度値を算出する。各ノード１４−１〜１４−５等の前後において配線幅が変化する場合には、それら配線幅の平均値又はいずれか一方の値等、前後の配線幅に基づく値を各ノード１４−１〜１４−５等における配線幅として扱えばよい。

その後、本回路検証方法では、算出される各電流密度値と所定許容値とを比較する。所定許容値は、各ノード１４−１〜１４−５等において共通の値を用いてもよいし、上記のように各ノード１４−１〜１４−５等が配置されている検証目的回路１０における位置（レイヤー等）に応じた値としてもよい。後者によれば、各ノード１４−１〜１４−５等の配置された位置により、配線の厚さ、配線の温度等が異なることを検証結果に容易に反映させることができる。

算出される各電流密度値と所定許容値を比較し、電流密度値の方が大きい場合には、エレクトロマイグレーションの発生可能性があると判断し、その電流密度値に係るノードを識別する情報とともにファイル出力する。ノードを識別する情報は、例えば回路レイアウトにおける当該ノードの座標やノードの識別番号である。出力ファイルは回路レイアウトを設計するための回路レイアウトソフトウェアで利用可能なデータ構造を有することが望ましい。そうすれば、出力ファイルを回路レイアウトソフトウェアに入力することにより、例えば図７に示すようにエレクトロマイグレーションが発生する可能性のあるノードを指示する指示画像２０を回路レイアウトの設計画面において表示させること等が可能となる。こうすれば、エレクトロマイグレーションが発生する可能性のあるノードの配線幅を広くする等の設計変更を容易化することができる。

図８は、本回路検証方法に適した回路検証システムの構成例を示している。同図に示すように、このシステムは、回路データ出力部３０、回路データ補正部３２、直流動作点解析部３４、電流密度比較部３６、許容値記憶部３８及び結果出力部４０を含んで構成されている。これらのシステム構成要素は、コンピュータに所定のソフトウェア（コンピュータプログラム）にインストールし、実行することにより実現される。ソフトウェアはコンピュータ読み取り可能な各種の情報記憶媒体に格納され、コンピュータにより読み出されてもよいし、インターネット等のデータ通信ネットワークを介してコンピュータにより受信されてもよい。また、全システム構成要素を１台のコンピュータにより実現してもよいし、複数のコンピュータにより実現してもよい。

回路データ出力部３０は、検証目的回路１０の構成及び検証目的回路１０に備わる各配線の幅を示す回路データを入力するものであり、例えば公知の回路レイアウト設計ソフトウェアにより実現することができる。

回路データ補正部３２は、回路データ出力部３０から出力される回路データを補正し、上述したようにして修正回路を示す回路データ、さらには再修正回路を示す回路データを生成する。このとき、検証目的回路１０における各配線が配置される位置（レイヤー）を判断する。例えば、回路データに各配線が配置されたレイヤーが記録されていれば、それを読み出すことにより各配線の検証目的回路１０における位置（レイヤー）を判断する。

さらに、直流動作点解析部３４は、回路データ補正部３２により生成される回路データに対して上述した直流動作点解析を施す。そして、各ノード１４−１〜１４−５等における直流電流値を算出する。算出された直流電流値は、ノードを識別する情報、ノードの位置（レイヤー）に対応づけて電流密度比較部３６に供給される。直流動作点解析部３４は、例えば公知の回路シミュレータ（プログラム）により実現することができる。

許容値記憶部３８は、配線位置（ここではレイヤー）に対応づけて電流密度値の許容値を記憶するものであり、例えばハードディスク記憶装置等の各種記憶装置を用いて実現される。電流密度比較部３６では、直流動作点解析部３４から供給される直流電流値、ノードを識別する情報、ノードの位置を受け取ると、ノードの位置に対応する許容値を許容値記憶部３８から読み出し、その値と直流動作点解析部３４から受け取った直流電流値とを比較する。そして、直流電流値解析部３４から受け取った直流電流値の方が大きければ、等直流電流値に係るノードにおいてエレクトロマイグレーションが発生する可能性があると判断し、その値とノードを識別する情報とを対応づけて結果出力部４０に供給する。

結果出力部４０では、電流密度比較部３６における比較結果を出力する。この結果出力部４０は、例えば公知の回路レイアウト設計ソフトウェアにより実現することができ、その場合、回路レイアウトを設計画面に表示する際に、エレクトロマイグレーションが発生する可能性があると判断したノードを指示する指示画像２０を合わせて表示する。

以上の実施形態によれば、検証目的回路１０において一部又は全部の抵抗を電圧源に置換することにより修正回路を得て、さらに電圧源のループを除去することにより再修正回路を得て、該再修正回路を示す回路データを回路シミュレータに入力し、直流動作点解析を行うようにしたので、高速に各ノード１４−１〜１４−５等における電流値を算出することができる。この結果、大規模回路においても実用的速度にてエレクトロマイグレーションの検証を行うことができる。

回路データの内容を説明する図である。 回路データの内容を説明する図である。 回路シミュレーションの前処理を説明する図である。 電源ループ処理の第１の態様を説明する図である。 電源ループ処理の第２の態様を説明する図である。 電源ループ処理の第３の態様を説明する図である。 レイアウト表示画面の一例を示す図である。 回路検証システムの機能ブロック図である。

符号の説明

１０ 検証目的回路、１２ 回路要素、１４ ノード（配線節点）、１６ 金属配線、２０ 指示画像、３０ 回路データ出力部、３２ 回路データ補正部、３４ 直流動作点解析部、３６ 電流密度比較部、３８ 許容値記憶部、４０ 結果出力部。

Claims (8)

1. 検証目的の回路の構成及び前記検証目的の回路に備わる各配線の幅を示す回路データを入力する回路データ入力工程と、
   前記回路データに基づいて直流動作点解析を行うことにより、前記各配線節点における直流電流値を算出する直流電流値算出工程と、
   前記直流電流値算出工程で算出される前記各配線節点における直流電流値と、前記回路データが示す前記各配線節点の幅と、に基づいて前記各配線節点における電流密度値を算出する電流密度値算出工程と、
   前記電流密度算出工程で算出される前記各配線節点における電流密度値と所定許容値とをそれぞれ比較する比較工程と、
   前記比較工程における比較結果を出力する比較結果出力工程と、
   を含むことを特徴とする回路検証方法。
2. 請求項１に記載の回路検証方法において、
   前記直流電流値算出工程は、前記回路データに基づいて、前記検証目的の回路に備わる抵抗の全部又は一部をそれぞれ電圧源に置換してなる修正回路を示す修正回路データを生成し、該修正回路データに基づいて直流動作点解析を行うことにより、前記各配線節点における直流電流値を算出する、
   ことを特徴とする回路検証方法。
3. 請求項２に記載の回路検証方法において、
   前記直流電流値算出工程は、前記修正回路に電圧源のループが含まれる場合に、該電圧源のループを除去してなる再修正回路を示す再修正回路データを生成し、該再修正回路データに基づいて直流動作点解析を行うことにより、前記各配線接点における直流電流値を算出する、
   ことを特徴とする回路検証方法。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の回路検証方法において、
   前記比較結果出力工程は、前記比較工程における比較結果を、該比較結果に対応する前記配線節点を識別する情報に対応づけて出力する、
   ことを特徴とする回路検証方法。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の回路検証方法において、
   前記比較工程は、前記電流密度算出工程で算出される前記各配線節点における電流密度と、前記検証目的の回路のレイアウトにおける該配線節点の位置に対応する許容値とを比較する、
   ことを特徴とする回路検証方法。
6. 検証目的の回路の構成及び前記検証目的の回路に備わる各配線の幅を示す回路データを入力する回路データ入力手段と、
   前記回路データに基づいて直流動作点解析を行うことにより、前記各配線節点における直流電流値を算出する直流電流値算出手段と、
   前記直流電流値算出手段により算出される前記各配線節点における直流電流値と、前記回路データが示す前記各配線節点の幅と、に基づいて前記各配線節点における電流密度値を算出する電流密度値算出手段と、
   前記電流密度算出手段により算出される前記各配線節点における電流密度値と所定許容値とをそれぞれ比較する比較手段と、
   前記比較手段による比較結果を出力する比較結果出力手段と、
   を含むことを特徴とする回路検証システム。
7. 請求項１乃至５のいずれかに記載の回路検証方法により検証された集積回路。
8. 集積回路の設計を行う設計工程と、
   設計された前記集積回路の検証を行う検証工程と、
   検証された前記集積回路を製造する製造工程と、を含み、
   前記検証工程は、
   前記集積回路の構成及び前記集積回路に備わる各配線の幅を示す回路データを入力する回路データ入力工程と、
   前記回路データに基づいて直流動作点解析を行うことにより、前記各配線節点における直流電流値を算出する直流電流値算出工程と、
   前記直流電流値算出工程で算出される前記各配線節点における直流電流値と、前記回路データが示す前記各配線節点の幅と、に基づいて前記各配線節点における電流密度値を算出する電流密度値算出工程と、
   前記電流密度算出工程で算出される前記各配線節点における電流密度値と所定許容値とをそれぞれ比較する比較工程と、
   前記比較工程における比較結果を出力する比較結果出力工程と、を含む
   ことを特徴とする集積回路の製造方法。
   

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