JP3353739B2 - Calculation method and calculation device - Google Patents
Calculation method and calculation deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路の設
計においてゲート間遅延などを計算する方法と装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for calculating a delay between gates in designing a semiconductor integrated circuit.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体集積回路(LSI)の設計におい
ては、ゲート間の遅延時間を精度良く求めることが重要
である。例えば、レイアウト設計では、配置段階で仮想
配線長によるタイミング解析を行うことで配線遅延を最
適化する性能指向レイアウトが行われるが、そのために
はゲート間の遅延時間を高精度に求める必要がある。ま
た、ゲート間の長い配線長における遅延を最小化すべく
配線を幾つかのインバータで複数の部分に分割すること
が行われるが、遅延を最小化するインバータの挿入ピッ
チを決定するためには、ゲート間の配線の遅延時間を精
度良く求める必要がある。2. Description of the Related Art In designing a semiconductor integrated circuit (LSI), it is important to accurately determine a delay time between gates. For example, in the layout design, a performance-oriented layout that optimizes a wiring delay by performing a timing analysis based on a virtual wiring length at an arrangement stage is performed. For that purpose, it is necessary to obtain a delay time between gates with high accuracy. Further, in order to minimize the delay in a long wiring length between gates, the wiring is divided into a plurality of parts by some inverters. In order to determine the insertion pitch of the inverter that minimizes the delay, It is necessary to accurately determine the delay time of the wiring between them.
【0003】ゲート間遅延の計算に用いられる遅延式
に、エルモア(Elmore)の遅延式がある。エルモ
アの遅延式は、入力信号としてステップパルスを仮定
し、微分方程式を解くことにより導出したものである。
例えば、図25のように、ゲートの出力抵抗をRgout、
次段ゲートの入力容量をCgin 、ゲート間の単位長さ当
たりの配線抵抗および配線容量をRint およびCint 、
ゲート間の配線長をLintとすると、ゲート間の遅延Td
は、エルモアの遅延式によれば以下のように計算され
る。As a delay equation used for calculating a gate-to-gate delay, there is an Elmore delay equation. Elmore's delay equation is derived by assuming a step pulse as an input signal and solving a differential equation.
For example, as shown in FIG. 25, the output resistance of the gate is R gout ,
The input capacitance of the next stage gate is C gin , the wiring resistance and the wiring capacitance per unit length between the gates are R int and C int ,
Assuming that the wiring length between gates is L int , the delay T d between gates
Is calculated as follows according to Elmore's delay equation:
【0004】 Td =Rgout (Cint Lint +Cgin ) +Rint Lint (0.5Cint Lint +Cgin ) …(1)T d = R gout (C int L int + C gin ) + R int L int (0.5 C int L int + C gin ) (1)
【0005】また、エルモアの遅延式の改良版として、
バコグル(Bakoglu)氏が下記の遅延式を提案し
ている。As an improved version of Elmore's delay formula,
Bakoglu has proposed the following delay equation:
【0006】 Td =Rgout (0.7 Cint Lint +0.7 Cgin ) +Rint Lint (0.4Cint Lint +0.7 Cgin ) …(2)T d = R gout (0.7 C int L int +0.7 C gin ) + R int L int (0.4 C int L int +0.7 C gin ) (2)
【0007】他方、理論的な方法ではなく実際に製造さ
れた半導体装置からゲート間の遅延データを得る技術が
特開平3−228353号公報に記載されている。この
技術では、論理回路の遅延時間を測定するためのTEG
(Test ElementGroup)としてリング
オシレータを使用し、ウエハ上に形成される個々のゲー
トアレイチップ上に、そのゲートアレイの回路を構成す
るのと同じゲートを使用したリングオシレータを作成
し、このリングオシレータから遅延データを得るように
している。On the other hand, a technique for obtaining delay data between gates from an actually manufactured semiconductor device instead of a theoretical method is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-228353. In this technique, a TEG for measuring a delay time of a logic circuit is used.
Using a ring oscillator as a (Test Element Group), a ring oscillator using the same gate as that constituting the circuit of the gate array is formed on each gate array chip formed on the wafer, and the ring oscillator is Try to get delayed data.
【0008】なお、実際に製造された半導体装置から何
らかの素子特性を抽出する技術は特開平9−12843
3号公報にも記載されている。同公報に記載の技術は、
不純物拡散層の拡散抵抗値を算出することを目的とし、
不純物拡散層の拡散抵抗値を計算するための何通りかの
計算式を準備し、LSIレイアウトパターン中の不純物
拡散層を構成する図形に対して各計算式を適用して拡散
抵抗値を算出し、LSIレイアウトパターンに対応した
ネットリストに前記算出した各拡散抵抗値を適用して回
路シミュレーションを行い、遅延時間を示す特定値を各
拡散抵抗値の適用別に求め、実際に作成したLSIから
実測した特性値と比較することにより、何れの計算式が
最適であるかを決定するものである。A technique for extracting some element characteristics from an actually manufactured semiconductor device is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-12843.
No. 3 also describes this. The technology described in the publication is
The purpose is to calculate the diffusion resistance value of the impurity diffusion layer,
Several calculation formulas for calculating the diffusion resistance value of the impurity diffusion layer are prepared, and each calculation formula is applied to a figure constituting the impurity diffusion layer in the LSI layout pattern to calculate the diffusion resistance value. A circuit simulation was performed by applying the calculated diffusion resistance values to the netlist corresponding to the LSI layout pattern, and a specific value indicating the delay time was determined for each application of the diffusion resistance value, and actually measured from the actually created LSI. By comparing with a characteristic value, it is determined which calculation formula is optimal.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】特開平3−22835
3号公報に記載の技術で得られる遅延値は、ゲートアレ
イの回路を構成するのと同じゲートを使用した場合のゲ
ート間遅延の値を示すだけである。従って、ゲートアレ
イのように同種のゲートが規則的に配列された半導体装
置では有益な技術ではあるが、ゲートのサイズやゲート
間の配線幅,配線長などが異なる各種のゲートが混在す
る一般的な半導体装置には適用できない。その理由は、
ゲートのサイズやゲート間の配線長などが異なる全ての
ゲートの組合せは膨大な数になるため、その各々毎にリ
ングオシレータを作成して測定するのは困難だからであ
る。Problems to be Solved by the Invention
The delay value obtained by the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 3 (2003) only indicates the value of the inter-gate delay when the same gate as that constituting the circuit of the gate array is used. Therefore, although it is a useful technique in a semiconductor device in which the same kind of gates are regularly arranged like a gate array, various kinds of gates having different gate sizes, wiring widths between gates, wiring lengths, and the like are mixed. It cannot be applied to a simple semiconductor device. The reason is,
This is because the number of combinations of all gates having different gate sizes and gate lengths between gates is enormous, and it is difficult to create and measure a ring oscillator for each of them.
【0010】これに対してエルモアやバコグルの遅延式
は、汎用的に使用できる。しかし、純粋に理論的なもの
であるが故に、実際に設計,製造された半導体装置にお
ける遅延とは多少ずれが生じる。その理由は、入力信号
としてステップパルスを仮定しているが、実際の回路に
おいては或る回路の入力信号は別の回路の出力信号にな
っているため、ステップパルスになることはあり得ない
からである。実際の半導体装置について、SPICEに
よるシミュレーションで求めた遅延の値と、エルモアの
遅延式およびバコグルの遅延式から計算される値を比較
した結果を図26に示す。図26において、黒丸でプロ
ットされたデータがSPICEシミュレーション結果で
ある。同図から判るように、エルモアの遅延式による値
は大きめの値が、バコグルの遅延式による値は小さめの
値が計算されており、何れも、SPICEシミュレーシ
ョン結果から大きくずれていることがわかる。エルモア
の遅延式を使うと余裕度が高くなりすぎるので、高集積
化が困難になる。他方、バコグルの遅延式を使うと余裕
度がなくなり、設計ミスを引き起こす要因となる。On the other hand, the delay equation of Elmore or Bacogul can be used for general purposes. However, the delay is slightly different from the delay in the semiconductor device actually designed and manufactured because it is purely theoretical. The reason is that a step pulse is assumed as an input signal, but in an actual circuit, since an input signal of one circuit is an output signal of another circuit, it cannot be a step pulse. It is. FIG. 26 shows a result of comparing a delay value obtained by a simulation by SPICE with values calculated from Elmore's delay equation and Bacogul's delay equation for an actual semiconductor device. In FIG. 26, the data plotted with black circles is the SPICE simulation result. As can be seen from the figure, a larger value is calculated according to the Elmore delay formula, and a smaller value is calculated according to the Bacogul delay formula, and it can be seen that both values are significantly different from the SPICE simulation results. When the Elmore delay equation is used, the margin becomes too high, so that high integration is difficult. On the other hand, the use of the Bacogul's delay formula eliminates the margin and causes design errors.
【0011】従って、実際の遅延と十分な精度で一致す
るような遅延式を得る必要があるが、そのような遅延式
を得る有効な方法は未だ提案されていないのが現状であ
る。なお、特開平9−128433号公報に記載の考え
をゲート間の遅延式の決定に流用することも考えられる
が、精度の高い遅延式を導出するためには数多くの遅延
式を仮定する必要があり、その分、回路シミュレーショ
ンの回数が膨大となり、極めて困難である。Therefore, it is necessary to obtain a delay equation that matches the actual delay with sufficient accuracy. However, at present, no effective method for obtaining such a delay equation has been proposed. Although the idea described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-128433 may be applied to the determination of the delay equation between gates, it is necessary to assume many delay equations in order to derive a highly accurate delay equation. Yes, the number of circuit simulations becomes enormous, which is extremely difficult.
【0012】[0012]
【0013】[0013]
【0014】そこで本発明の目的は、実際の遅延と十分
な精度で一致するような遅延式を使用して配線遅延を最
適化する方法と装置を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to make the actual delay
It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for optimizing a wiring delay by using a delay equation that matches with high precision .
【0015】また本発明の別の目的は、実際の遅延と十
分な精度で一致するような遅延式を使用してゲート間の
配線遅延を精度良く計算する方法と装置を提供すること
にある。It is another object of the present invention to provide a method for real delay and
It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for accurately calculating a wiring delay between gates using a delay expression that matches with a sufficient accuracy .
【0016】[0016]
【0017】[0017]
【0018】[0018]
【0019】[0019]
【0020】[0020]
【0021】[0021]
【0022】[0022]
【0023】[0023]
【0024】[0024]
【0025】[0025]
【0026】[0026]
【0027】[0027]
【0028】[0028]
【0029】[0029]
【課題を解決するための手段】 第1の発明にかかる計算
方法は、配線の遅延量を最小化するために前記配線を複
数のインバータによって分割する際のインバータの挿入
ピッチを計算する方法において、前記配線の遅延量を計
算する遅延式として、遅延量の計算式である右辺に、ゲ
ートの出力抵抗および入力容量に関わる第1の項と、配
線抵抗および配線容量に関わる第2の項とを有し、前記
第1の項の係数として前記配線が形成されるチップに対
する半導体製造プロセスに応じた値βを使用し、前記第
2の項の係数として0.33〜0.42の範囲内の値αを使用し
た遅延式を使用し、最小サイズのインバータの出力抵抗
および入力容量をRout0およびCin0 、前記配線の単位
長あたりの配線抵抗および配線容量をRint およびC
int とするとき、遅延最小条件を与える前記インバータ
の挿入ピッチを、 (βRout0Cin0 /αRint Cint )1/2 として求める。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for calculating an insertion pitch of an inverter when the wiring is divided by a plurality of inverters in order to minimize a wiring delay. As a delay expression for calculating the delay amount of the wiring, a first term relating to the output resistance and the input capacitance of the gate and a second term relating to the wiring resistance and the wiring capacitance are provided on the right side of the calculation expression of the delay amount. A value β according to a semiconductor manufacturing process for a chip on which the wiring is formed is used as a coefficient of the first term, and a value α in a range of 0.33 to 0.42 is used as a coefficient of the second term. The output resistance and the input capacitance of the minimum size inverter are R out0 and C in0 , and the wiring resistance and the wiring capacitance per unit length of the wiring are R int and C in
When int is used, the insertion pitch of the inverter that gives the minimum delay condition is obtained as (βR out0 C in0 / αR int C int ) 1/2 .
【0030】第2の発明にかかる計算装置は、配線の遅
延量を最小化するために前記配線を複数のインバータに
よって分割する際のインバータの挿入ピッチを計算する
装置において、前記配線の遅延量を計算する遅延式とし
て、遅延量の計算式である右辺に、ゲートの出力抵抗お
よび入力容量に関わる第1の項と、配線抵抗および配線
容量に関わる第2の項とを有し、前記第1の項の係数と
して前記配線が形成されるチップに対する半導体製造プ
ロセスに応じた値βを使用し、前記第2の項の係数とし
て0.33〜0.42の範囲内の値αを使用した遅延式を記憶す
る遅延式記憶部と、最小サイズのインバータの出力抵抗
Rout0および入力容量Cin0 、前記配線の単位長あたり
の配線抵抗Rint および配線容量Cint 、前記配線の長
さlint を入力する入力部と、該入力部により入力され
た前記最小サイズのインバータの出力抵抗Rout0および
入力容量Cin0 、前記配線の単位長あたりの配線抵抗R
int および配線容量Cint 、前記配線の長さlint を保
持するレジスタと、該レジスタに保持されたデータを入
力し、前記遅延式記憶部に記憶された遅延式を適用し
て、遅延最小条件を与える前記インバータの挿入ピッチ
を、 (βRout0Cin0 /αRint Cint )1/2 として求める計算部と、該計算部の計算結果を保持する
レジスタと、該レジスタに保持されたデータを出力する
出力部とを含んでいる。According to a second aspect of the present invention, there is provided a calculating apparatus for calculating an insertion pitch of an inverter when the wiring is divided by a plurality of inverters in order to minimize a wiring delay. As the delay expression to be calculated, the right side of the expression for calculating the amount of delay includes a first term relating to the output resistance and the input capacitance of the gate, and a second term relating to the wiring resistance and the wiring capacitance. A delay equation using a value β according to the semiconductor manufacturing process for the chip on which the wiring is formed as the coefficient of the term and using a value α in the range of 0.33 to 0.42 as the coefficient of the second term is stored. delay equation storing section and the output resistance of the minimum size of the inverter R out0 and the input capacitance C in0, the wiring resistance per unit length of the wiring R int and wiring capacitance C int, input unit for inputting a length l int of the wiring , The output resistance R out0 and the input capacitance of the minimum size of the inverter input by the input unit C in0, the wiring resistance R per unit length of the wiring
a register holding the int and the wire capacitance C int , the length l int of the wire, and the data held in the register, and applying the delay formula stored in the delay formula storage unit to obtain a minimum delay condition. , A calculation unit for obtaining the insertion pitch of the inverter as (βR out0 C in0 / αR int C int ) 1/2 , a register holding the calculation result of the calculation unit, and outputting the data held in the register. And an output unit.
【0031】前記βとしては、例えば、0.80〜0.90の範
囲内の値を使用する。As β, for example, a value in the range of 0.80 to 0.90 is used.
【0032】上述した第1および第2の発明にあって
は、実際の遅延と十分な精度で一致する遅延式を使っ
て、長い配線における遅延最小化の条件を計算するた
め、高精度な遅延最適化が実現できる。According to the first and second aspects of the present invention, since a delay minimizing condition for a long wiring is calculated using a delay equation that matches with an actual delay with sufficient accuracy, a highly accurate delay is calculated. Optimization can be realized.
【0033】第3の発明にかかる計算方法は、配線の遅
延量を計算する遅延式として、遅延量の計算式である右
辺に、ゲートの出力抵抗および入力容量に関わる第1の
項と、配線抵抗および配線容量に関わる第2の項とを有
し、前記第1の項の係数として前記配線が形成されるチ
ップに対する半導体製造プロセスに応じた値βを使用
し、前記第2の項の係数として0.33〜0.42の範囲内の値
αを使用した遅延式を使用して、半導体チップ上に形成
する配線の遅延量を計算する。According to a third aspect of the present invention, in a calculation method for calculating a delay amount of a wiring, a first term relating to an output resistance and an input capacitance of a gate, A second term relating to resistance and wiring capacitance, wherein a value β according to a semiconductor manufacturing process for a chip on which the wiring is formed is used as a coefficient of the first term, and a coefficient of the second term is used. Then, the delay amount of the wiring formed on the semiconductor chip is calculated using a delay equation using a value α in the range of 0.33 to 0.42.
【0034】第4の発明にかかる計算装置は、ゲート間
の配線の遅延量を計算する装置において、前記配線の遅
延量を計算する遅延式として、遅延量の計算式である右
辺に、ゲートの出力抵抗および入力容量に関わる第1の
項と、配線抵抗および配線容量に関わる第2の項とを有
し、前記第1の項の係数として前記配線が形成されるチ
ップに対する半導体製造プロセスに応じた値βを使用
し、前記第2の項の係数として0.33〜0.42の範囲内の値
αを使用した遅延式を記憶する遅延式記憶部と、前記ゲ
ートの出力抵抗Rgoutおよび入力容量Cgin 、前記配線
の単位長あたりの配線抵抗Rint および配線容量C
int 、前記配線の長さLint を入力する入力部と、該入
力部により入力された前記インバータの出力抵抗Rgout
および入力容量Cgin 、前記配線の単位長あたりの配線
抵抗Rint および配線容量Cint 、前記配線の長さL
int を保持するレジスタと、該レジスタに保持されたデ
ータを入力し、前記遅延式記憶部に記憶された遅延式を
適用して、前記配線の遅延量を求める計算部と、該計算
部の計算結果を保持するレジスタと、該レジスタに保持
されたデータを出力する出力部とを含んでいる。A calculation device according to a fourth aspect of the present invention is a device for calculating a delay amount of a wiring between gates, wherein a delay expression for calculating the delay amount of the wiring is provided on the right side of the calculation expression of the delay amount. A first term relating to the output resistance and the input capacitance, and a second term relating to the wiring resistance and the wiring capacitance, wherein the coefficient of the first term depends on a semiconductor manufacturing process for a chip on which the wiring is formed. A delay expression storage unit that stores a delay expression using a value α in the range of 0.33 to 0.42 as a coefficient of the second term, an output resistance R gout and an input capacitance C gin of the gate. , A wiring resistance R int and a wiring capacitance C per unit length of the wiring.
int , an input for inputting the length L int of the wiring, and an output resistance R gout of the inverter input by the input.
And the input capacitance C gin , the wiring resistance R int and the wiring capacitance C int per unit length of the wiring, and the length L of the wiring
a register that holds an int , a calculation unit that inputs data held in the register, and applies a delay expression stored in the delay expression storage unit to obtain a delay amount of the wiring; It includes a register for holding a result, and an output unit for outputting data held in the register.
【0035】前記βとしては、例えば、0.80〜0.90の範
囲内の値を使用する。As β, for example, a value in the range of 0.80 to 0.90 is used.
【0036】上述した第3および第4の発明にあって
は、実際の遅延と十分な精度で一致する遅延式を使って
ゲート間の配線の遅延量を計算するため、高精度な遅延
計算が可能となる。In the third and fourth aspects of the present invention, since the delay amount of the wiring between gates is calculated using a delay equation that matches the actual delay with sufficient accuracy, a highly accurate delay calculation is performed. It becomes possible.
【0037】[0037]
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態の例につ
いて詳細に説明するが、それに先立って、本発明の基本
的な考え方について説明しておく。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, an embodiment of the present invention will be described in detail. Prior to that, the basic concept of the present invention will be described.
【0038】今、エルモア及びバコグルの遅延式におけ
る各項の係数をa,b,c,dとした次式のような遅延
式モデルを考える。 Td =Rgout (aCint Lint +bCgin ) +Rint Lint (cCint Lint +dCgin ) …(3)Now, consider a delay equation model such as the following equation in which the coefficients of each term in the Elmore and Bacogul delay equations are a, b, c, and d. T d = R gout (aC int L int + bC gin) + R int L int (cC int L int + dC gin) ... (3)
【0039】ここで、係数a,b,c,dが、a=b=
d=1,c=0.5の場合がエルモアの遅延式であり、a
=b=d=0.7, c=0.4の場合がバコグルの遅延式で
ある。Here, the coefficients a, b, c and d are given by a = b =
The case of d = 1 and c = 0.5 is Elmore's delay equation, and a
= B = d = 0.7, c = 0.4 is the Bacogul delay equation.
【0040】これに対し、長さLint の配線を間に挟ん
で、奇数のnrp段のインバータをループ状に直列接続し
たリングオシレータを形成したとすると、一段あたりの
遅延Td-1 は、上記(3)の遅延式モデルを使用して、
次のように計算される。On the other hand, assuming that a ring oscillator in which odd-numbered n rp inverters are connected in series in a loop with a length L int interposed therebetween is formed, the delay T d-1 per stage is , Using the delay model of (3) above,
It is calculated as follows:
【0041】 Td-1 =(Rout0-inv/hrp)(aCint Lint +bhrpCin0-inv ) +Rint Lint (cCint Lint +dhrpCin0-inv ) …(4)[0041] T d-1 = (R out0 -inv / h rp) (aC int L int + bh rp C in0-inv) + R int L int (cC int L int + dh rp C in0-inv) ... (4)
【0042】ここで、hrpは最小サイズインバータに対
するインバータの拡大率で、インバータを構成するNM
OSトランジスタのゲート幅/ゲート長比(Wg /L
g )とほぼ同義である。最小サイズインバータとは、ゲ
ート幅/ゲート長比が1のNMOSトランジスタと、そ
れと同程度の出力抵抗を持つようにゲート幅/ゲート長
比が設定されたPMOSトランジスタとからなるインバ
ータのことである。Rou t0-invは最小サイズインバータ
の出力抵抗、Cin0-inv は最小サイズインバータの入力
容量である。Here, h rp is the enlargement ratio of the inverter with respect to the minimum size inverter, and NM which constitutes the inverter
OS transistor gate width / gate length ratio (W g / L
g ) is almost synonymous. The minimum size inverter is an inverter including an NMOS transistor having a gate width / gate length ratio of 1 and a PMOS transistor having a gate width / gate length ratio set to have the same output resistance. R ou t0-inv is the output resistance of the minimum size inverter, C in0-inv is the input capacitance of the minimum size inverter.
【0043】このリングオシレータの発振周波数fc を
測定すると、一段当たりの遅延Td- 1 は次のように計算
される。[0043] Measurement of the oscillation frequency f c of the ring oscillator, the delay T d-1 per stage is calculated as follows.
【0044】 Td-1 =1/2fc nrp …(5)Td-1 = 1 / 2fc nrp … (5)
【0045】Rout0-inv,Cin0-inv は半導体製造プロ
セスの種類によってほぼ一定に定まる。そこで、単位長
あたりの配線抵抗や配線容量Rint ,Cint を変えた
り、配線長Lint やインバータ拡大率hrpを変えたりす
るなどして作成した最低4種類のリングオシレータにつ
いて、その発振周波数を測定すれば、(4),(5)式
から最低4種類の互いに独立した次式が得られる。R out0 -inv and C in0 -inv are determined almost constant depending on the type of the semiconductor manufacturing process. Therefore, at least four types of ring oscillators created by changing the wiring resistance per unit length, the wiring capacitance R int , the C int , or changing the wiring length L int or the inverter expansion rate h rp , have the oscillation frequencies of at least four types. Is measured, at least four types of the following equations independent of each other can be obtained from the equations (4) and (5).
【0046】 Ai a+Bi b+Ci c+Di d=Ti (ただし、i=1,2,…,4以上) …(6)[0046] A i a + B i b + C i c + D i d = T i ( although, i = 1,2, ..., 4 or more) ... (6)
【0047】ここで、単位長あたりの配線抵抗Rint
は、配線幅、配線膜厚、配線材料の抵抗率などを変えれ
ば変化させることができる。また、単位長あたりの配線
容量C int は、配線幅、配線膜厚、配線間隔、層間膜
厚、上下の配線の形状(上下の配線が面配線か、線配線
か、当該配線と並行な配線か、直交する配線か、その配
線幅は幾らか、配線ピッチは幾らかなど)、層膜間の比
誘電率などを変えれば、変化させることができる。Here, the wiring resistance R per unit lengthint
Can change wiring width, wiring thickness, resistivity of wiring material, etc.
Can be changed. Wiring per unit length
Capacity C int Is the wiring width, wiring thickness, wiring interval, interlayer film
Thickness, top and bottom wiring shape (top and bottom wiring is surface wiring, line wiring
Wiring, parallel wiring, orthogonal wiring, or the wiring
Line width, wiring pitch, etc.), ratio between layers
It can be changed by changing the dielectric constant or the like.
【0048】したがって、上記の4元1次連立方程式を
解けば、係数a,b,c,dの値が得られ、その値を式
(3)に代入すれば、ゲート間の遅延量を導出する遅延
式が得られる。以上が本発明の前提となる考え方であ
る。Therefore, the values of the coefficients a, b, c, and d can be obtained by solving the above quaternary linear simultaneous equations. By substituting the values into the equation (3), the delay amount between the gates can be derived. The following delay equation is obtained. The above is the premise of the present invention.
【0049】ところで、以上のように4つの係数a,
b,c,dを用いた遅延式モデルを準備すると、最低4
種類のリングオシレータを形成してその各々の発振周波
数を測定する手間が必要となり、余り効率的でない。そ
こで、本発明者は研究を重ね、より少ない個数の係数を
用いた遅延式モデルであっても実際の遅延と十分な精度
で一致することを、以下のように見い出した。By the way, as described above, the four coefficients a,
If a delay model using b, c, and d is prepared, at least 4
It requires time and effort to form various types of ring oscillators and measure their respective oscillation frequencies, which is not very efficient. Therefore, the present inventor has repeatedly studied and found out that even a delay type model using a smaller number of coefficients matches the actual delay with sufficient accuracy as follows.
【0050】まず、4つの係数a,b,c,dを、その
値が遅延に与える影響の度合いによって順序付けると、
以下のようになる。 (aの影響)>(cの影響)>(bの影響)>(dの影響) …(7) つまり、係数aの影響が最も大きく、次に係数c、その
次に係数bの影響が大きく、係数dの影響は最も小さ
い。First, when the four coefficients a, b, c, and d are ordered according to the degree of influence of their values on delay,
It looks like this: (Effect of a)> (Effect of c)> (Effect of b)> (Effect of d) (7) That is, the influence of the coefficient a is the largest, the coefficient c is the next, and the coefficient b is the next. It is large and the influence of the coefficient d is the smallest.
【0051】そこで本発明者は、最も影響の小さい係数
dを係数aと同じ値にする、つまり前記(3)式におい
てd=aとすることで、係数の数をa,b,cの3つに
した遅延式モデルを仮定した。そして、Rint ,Cint
等を変えて作成した最低3種類のリングオシレータにつ
いてその発振周波数を測定し、3元1次連立方程式を解
いて、係数a,b,cの値を求める作業を、多数のサン
プルについて繰り返した。なお、Lint は200μm以
上とした。Therefore, the present inventor sets the coefficient d having the least influence to the same value as the coefficient a, that is, by setting d = a in the above equation (3), the number of coefficients a, b, and c becomes 3 A single delay model was assumed. And R int , C int
The operation of measuring the oscillation frequencies of at least three types of ring oscillators created by changing the above, solving the ternary linear simultaneous equations, and obtaining the values of the coefficients a, b, and c was repeated for many samples. Note that L int was 200 μm or more.
【0052】図14〜図16は、各サンプル毎に求めら
れた変数a,b,cの値の分布を、横軸に変数の値を、
縦軸に度数をとって図示したもので、あわせて、正規分
布と平均値とが示されている。FIGS. 14 to 16 show the distribution of the values of the variables a, b, and c obtained for each sample, and the values of the variables on the horizontal axis.
The frequency is plotted on the vertical axis, and the normal distribution and the average value are shown together.
【0053】次に本発明者は、図14の分布図における
変数aの平均値aavと、図15の分布図における変数b
の平均値bavとが、aav=0.8315 、bav=0.8418で酷
似している点に着目し、さらにb=aとした2係数(a
とc)の遅延式モデルの妥当性を検討した。即ち、前記
(3)式において、a=b=dとした遅延式モデルによ
って、実際の遅延と十分な精度で一致するような遅延式
が導出できるかどうかである。Next, the present inventor has determined that the average value a av of the variable a in the distribution chart of FIG. 14 and the variable b in the distribution chart of FIG.
Note that the average value b av is very similar with a av = 0.8315 and b av = 0.8418, and two coefficients (a
And c) the validity of the delay model. That is, in the above equation (3), it is determined whether or not a delay equation that matches with an actual delay with sufficient accuracy can be derived by the delay equation model where a = b = d.
【0054】先ず、Rint ,Cint 等を変えて作成した
最低2種類のリングオシレータについてその発振周波数
を測定し、2元1次連立方程式を解いて、係数a,cの
値を求める作業を、多数のサンプルについて繰り返し
た。なお、Lint は200μm以上とした。図17およ
び図18は、各サンプル毎に求められた変数a,cの値
の分布を、横軸に変数の値を、縦軸に度数をとって図示
したもので、あわせて、正規分布と平均値とが示されて
いる。図17,図18から判るように、各々の変数a,
cの値の分布は落ち着いており、或る範囲内に収束して
いる。First, the operation of measuring the oscillation frequency of at least two types of ring oscillators created by changing R int , C int, etc., solving the two-dimensional linear simultaneous equation, and obtaining the values of the coefficients a and c is described below. Was repeated for a number of samples. Note that L int was 200 μm or more. 17 and 18 show the distribution of the values of the variables a and c obtained for each sample, the values of the variables on the horizontal axis, and the frequencies on the vertical axis. Average values are shown. As can be seen from FIGS. 17 and 18, each variable a,
The distribution of the value of c is calm and converges within a certain range.
【0055】次に、幾つかのサンプルについて、そのサ
ンプルから導出した変数a,cの値を前記(3)式に代
入して遅延式を生成し、その遅延式で計算される遅延と
実際の遅延との間にどの程度の誤差があるかを調べた。
図19〜図21は、その結果をグラフにした図である。
同図において、それぞれ実線部分が遅延式で求めた遅延
であり、黒丸でプロットされたデータがSPICEシミ
ュレーション結果である。a=0.84、b=0.37の遅延式
による図19ではr=9.999758e-01、a=0.83、b=0.
38の遅延式による図20ではr=9.999636e-01、a=0.
82、b=0.40の遅延式による図21ではr=9.997181e-
01という、非常に優れた相関係数が得られ、実際の遅延
と十分な精度で一致する遅延式を導出できたことが確認
できた。なお、何れも、半導体製造プロセスとして0.1
8um世代を使い、Lint =2mm,4mmで係数a,cを抽
出した。また、インバータを構成するNMOSトランジ
スタのゲート幅/ゲート長比(Wg /Lg )は図19の
場合は5、図20の場合は17、図21の場合は30で
あった。また、本発明の優位性を示すために、エルモア
およびバコグルの遅延式による結果も比較のために図1
9〜図21中に示した。Next, for some samples, the values of the variables a and c derived from the samples are substituted into the above equation (3) to generate a delay equation, and the delay calculated by the delay equation and the actual delay equation are calculated. We examined how much error there was with the delay.
19 to 21 are graphs showing the results.
In the figure, the solid line portions are the delays obtained by the delay equation, and the data plotted with black circles are the SPICE simulation results. In FIG. 19 based on the delay equation of a = 0.84 and b = 0.37, r = 9.999758e-01, a = 0.83, b = 0.
In FIG. 20 based on the delay equation of 38, r = 9.999636e-01, a = 0.
In FIG. 21 with the delay equation of 82, b = 0.40, r = 9.997181e-
A very good correlation coefficient of 01 was obtained, and it was confirmed that a delay equation that coincides with the actual delay with sufficient accuracy could be derived. In any case, 0.1 as a semiconductor manufacturing process.
Using the 8 μm generation, coefficients a and c were extracted with L int = 2 mm and 4 mm. The gate width / gate length ratio (W g / L g ) of the NMOS transistor constituting the inverter was 5 in FIG. 19, 17 in FIG. 20, and 30 in FIG. In addition, in order to show the superiority of the present invention, the results obtained by the Elmore and Bacogul delay formulas are also shown in FIG.
9 to 21.
【0056】以上のように、前記(3)式でa=b=d
として2つの係数a,cを使用した遅延式モデルを使用
しても、実際の遅延と十分な精度で一致する遅延式が導
出できた。かかる点に鑑み、後述する本発明の一実施の
形態では、2つの係数a,cを使用した遅延式モデルを
使ってゲート間遅延の計算に用いられる遅延式を導出す
るようにしている。As described above, in the equation (3), a = b = d
As a result, even if a delay expression model using two coefficients a and c is used, a delay expression that matches the actual delay with sufficient accuracy can be derived. In view of this point, in an embodiment of the present invention to be described later, a delay equation used for calculating an inter-gate delay is derived using a delay equation model using two coefficients a and c.
【0057】次に、より簡便に遅延式を導出する考え方
について説明する。図22は、最低2種類のリングオシ
レータについてその発振周波数を測定し、2元1次連立
方程式を解いて、係数a,cの値を求める作業を、多数
のサンプルについて繰り返した実験結果の一部を示す。
図22において、1行が1つのサンプルの実験結果であ
り、processは半導体製造プロセスの種類、Wg
/Lg はインバータを構成するNMOSトランジスタの
ゲート幅/ゲート長比、fg はゲートファンアウト数、
相関係数は同行の係数a,cの値を用いた遅延式による
遅延のSPICEシミュレーション結果に対する相関係
数をそれぞれ示す。なお、半導体製造プロセスにおける
0.18um改良プロセスは0.18um試作プロセスと同じ0.18um
世代のプロセスであるが、一部改良を施すことによりト
ランジスタの駆動能力を高めたプロセスである。また、
図23,図24は、縦軸に係数の値を、横軸にWg /L
gをそれぞれとって、図22の実験結果中の係数a、係
数cの特性をグラフ化した図である。Next, the concept of deriving the delay equation more simply will be described. FIG. 22 shows part of the experimental results obtained by repeating the work of measuring the oscillation frequencies of at least two types of ring oscillators, solving the binary simultaneous linear equations, and calculating the values of the coefficients a and c for a large number of samples. Is shown.
In FIG. 22, one row shows the experimental result of one sample, and the process is the type of the semiconductor manufacturing process, W g
/ L g is the gate width / gate length ratio of the NMOS transistor constituting the inverter, f g is the number of gate fan-outs,
The correlation coefficient indicates the correlation coefficient with respect to the result of the SPICE simulation of the delay by the delay equation using the values of the coefficients a and c in the same bank. In the semiconductor manufacturing process,
0.18um improvement process is the same as 0.18um prototype process 0.18um
This is a process of the next generation, but a process in which the drive capability of the transistor is improved by making some improvements. Also,
23 and 24, the vertical axis represents the coefficient value, and the horizontal axis represents W g / L.
taking g, respectively, a diagram coefficients a, graph of the characteristic of the coefficient c in the experimental results in FIG. 22.
【0058】この実験結果から判るように、係数cの値
は半導体製造プロセスの種類に余り依存せず、 0.33〜0.42 …(8) の範囲内にほぼ収まっている。このことは、プロセスの
種類が変更されても、係数cの値を上記範囲内の任意の
値(例えば平均値)に固定しても良いことを意味する。
係数cの値を固定すれば、最低1つのリングオシレータ
を形成するだけで、残りの係数aの値を決定でき、より
効率良く遅延式を導出することができる。かかる点に着
目し、後述する本発明の別の実施の形態では、前記式
(3)の遅延式モデルにおいて、a=b=dとし且つ係
数aを固定の値とした遅延式モデルを使ってゲート間遅
延の計算に用いられる遅延式を導出するようにしてい
る。As can be seen from the experimental results, the value of the coefficient c does not depend much on the type of the semiconductor manufacturing process, and is substantially within the range of 0.33 to 0.42 (8). This means that even if the type of process is changed, the value of the coefficient c may be fixed to an arbitrary value (for example, an average value) within the above range.
If the value of the coefficient c is fixed, the value of the remaining coefficient a can be determined by forming at least one ring oscillator, and the delay equation can be derived more efficiently. Focusing on this point, another embodiment of the present invention described later uses a delay expression model in which a = b = d and the coefficient a is a fixed value in the delay expression model of the expression (3). A delay equation used for calculating the gate-to-gate delay is derived.
【0059】また、図22を見ると、係数aの値は、プ
ロセス単位で見ると、以下のような範囲にほぼ収束して
いる。 0.18um世代 試作プロセス 0.83〜0.87 改良プロセス 0.80〜0.85 0.13um世代 試作プロセス 0.86〜0.90 …(9)Referring to FIG. 22, the value of the coefficient a substantially converges in the following range when viewed in process units. 0.18um generation prototype process 0.83 ~ 0.87 Improvement process 0.80 ~ 0.85 0.13um generation prototype process 0.86 ~ 0.90… (9)
【0060】このことは、或るプロセスを前提として係
数aを一旦抽出したら、プロセスが変わらない限り、係
数cのみならず、係数aも固定して良いことを意味す
る。他方、同じ世代でもプロセスが改良されると係数a
の値は小さい方向にずれる傾向が見られる。つまり、
0.18um世代の改良プロセスは試作プロセスに比べて、
平均で約0.25だけ減少している。従って、0.13um世代の
改良プロセスでは、その試作プロセスに比べて係数aの
値がほぼ同じだけ減少し、 0.83〜0.88 の範囲内に収まると考えられる。しかし、実際にどの程
度小さくなるかは正確には予測できないため、プロセス
の変更があった時は係数aの値を変更後のプロセスに応
じて求め直す必要がある。This means that once the coefficient a is extracted on the premise of a certain process, not only the coefficient c but also the coefficient a may be fixed unless the process is changed. On the other hand, if the process is improved even in the same generation, the coefficient a
Tend to shift in the smaller direction. That is,
The improvement process of the 0.18um generation is compared to the prototype process,
On average it has decreased by about 0.25. Therefore, in the improvement process of the 0.13 um generation, the value of the coefficient a is considered to decrease by substantially the same amount as in the prototype process, and to fall within the range of 0.83 to 0.88. However, since it is not possible to accurately predict how small the value actually becomes, when the process is changed, it is necessary to recalculate the value of the coefficient a according to the process after the change.
【0061】以上が本発明の基本的な原理である。The above is the basic principle of the present invention.
【0062】なお、リングオシレータの一段あたりの遅
延を求める式としては前記の式(4)が基本であるが、
以下の(a)〜(c)に示すように種々補正することが
できる。The above equation (4) is fundamental as an equation for calculating the delay per stage of the ring oscillator.
Various corrections can be made as shown in the following (a) to (c).
【0063】(a)まず、インバータの入力容量に寄生
容量を考慮して次のように補正することもできる。 Td-para-1=(Rout0-inv/hrp)(aCintLint +bhrpCin1-inv ) +RintLint(cCintLint +dhrpCin2-inv ) …(10)(A) First, the following correction can be made in consideration of the parasitic capacitance in the input capacitance of the inverter. T d-para-1 = ( R out0-inv / h rp) (aC int L int + bh rp C in1-inv) + R int L int (cC int L int + dh rp C in2-inv) ... (10)
【0064】Cin1-inv およびCin2-inv は、寄生容量
を考慮した場合のインバータの入力容量で、Cin1-inv
はそのうちインバータの出力抵抗に関係する項、C
in2-invは配線抵抗に関係する項である。それぞれは次
のように表される。 Cin1-inv =Cin0-inv +5Cfrg0-inv +Cds0-inv …(11) Cin2-inv =Cin0-inv +3Cfrg0-inv …(12)Cin1-inv And Cin2-inv Is the parasitic capacitance
Is the input capacity of the inverter whenin1-inv
Is a term related to the output resistance of the inverter, C
in2-invIs a term related to wiring resistance. Each is next
It is represented as Cin1-inv = Cin0-inv + 5Cfrg0-inv + Cds0-inv ... (11) Cin2-inv = Cin0-inv + 3Cfrg0-inv … (12)
【0065】ここで、Cfrg0-invは最小サイズインバー
タのゲートフリンジ容量である。フリンジ容量とはゲー
トとソースまたはドレインとのカップリング容量のこと
で、NMOSとPMOSそれぞれのフリンジ容量の合計
を指している。Cds0-inv は最小サイズインバータのド
レイン−基板間容量で、NMOSとPMOSそれぞれの
ドレイン−基板間容量の合計を指している。Here, C frg0-inv is the gate fringe capacitance of the minimum size inverter. The fringe capacitance is a coupling capacitance between the gate and the source or the drain, and indicates the sum of the fringe capacitances of the NMOS and the PMOS. C ds0-inv is the drain-substrate capacitance of the minimum-size inverter, and indicates the sum of the drain-substrate capacitance of each of the NMOS and the PMOS.
【0066】(b)また、ゲートファンアウトを考慮し
て次のように補正することもできる。 Td-fg-1=(Rout0-inv/hrp)fg(aCintLint +bhrpCin0-inv) +RintLint(cCintLint+dhrpCin0-inv ) …(13)(B) The following correction can be made in consideration of the gate fan-out. T d-fg-1 = ( R out0-inv / h rp) f g (aC int L int + bh rp C in0-inv) + R int L int (cC int L int + dh rp C in0-inv) ... (13)
【0067】ここで、fg はゲートファンアウトであ
る。この式(13)は長さLint の配線が一つのインバ
ータ出力にfg 本つながった場合の遅延であるため、リ
ングオシレータもそのように設計する必要がある。ただ
し、メインのリングを形成するインバータ出力に対して
のみfg 個の配線とインバータがつないであればよく、
枝の部分のインバータにはさらなる配線やインバータを
つなげる必要はない。Here, f g is a gate fan-out. Since the equation (13) is a delay when f g lines of the length L int are connected to one inverter output, the ring oscillator also needs to be designed in such a manner. However, it is sufficient if f g wirings and the inverter are connected only to the inverter output forming the main ring.
No additional wiring or inverters need to be connected to the branch inverter.
【0068】(c)式(13)のゲートファンアウトを
考慮した遅延式に、さらに寄生容量を考慮することもで
きる。 Td-fg-para-1 =Rout0-invb(2Cfrg0-inv+Cds0-inv ) +(Rout0-inv/hrp)fg(aCintLint+bhrpCin2-inv ) +Rint Lint(cCintLint +dhrpCin2-inv ) …(14)(C) Parasitic capacitance can be further considered in the delay equation in consideration of the gate fan-out in equation (13). T d-fg-para-1 = R out0-inv b (2C frg0-inv + C ds0-inv) + (R out0-inv / h rp) f g (aC int L int + bh rp C in2-inv) + R int L int (cC int L int + dh rp C in2-inv) ... (14)
【0069】この式(14)の第1項および第2項がイ
ンバータの出力抵抗に係わる項、第3項がインバータの
入力容量に関係する項である。The first and second terms of the equation (14) are related to the output resistance of the inverter, and the third term is related to the input capacitance of the inverter.
【0070】なお、さらに寄生容量に関係する第1項の
係数を別の係数eとした、次式に示すような遅延式も考
えられるが、そこまで厳密に式を立てなくても、実際
上、充分な精度が得られる。 Td-fg-para2-1=Rout0-inve(2Cfrg0-inv+Cds0-inv ) +(Rout0-inv/hrp)fg (aCintLint +ahrpCin2-inv ) +RintLint(cCintLint +ahrpCin2-inv ) …(15)It is to be noted that a delay equation as shown in the following equation, in which the coefficient of the first term related to the parasitic capacitance is set to another coefficient e, is also conceivable. And sufficient accuracy can be obtained. T d-fg-para2-1 = R out0-inv e (2C frg0-inv + C ds0-inv) + (R out0-inv / h rp) f g (aC int L int + ah rp C in2-inv) + R int L int (cC int L int + ah rp C in2-inv) ... (15)
【0071】遅延式としては、式(4),(10),
(13),(14)のいずれを選んでもよいが、大事な
ことは一度遅延式を決めたら、その遅延式を基に測定デ
ータを解析し、係数a,c(cが固定の場合にはaの
み)の値を定めることである。Expressions (4), (10),
Any of (13) and (14) may be selected, but it is important that once the delay equation is determined, the measured data is analyzed based on the delay equation, and the coefficients a and c (when c is fixed, a) is determined.
【0072】次に本発明の実施の形態の例について図面
を参照して詳細に説明する。Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0073】〔第1の実施の形態〕本実施の形態では、
前記(3)式で、a=b=dとした下記の遅延式モデル
を使用する。 Td =Rgout (aCintLint +aCgin ) +RintLint(cCintLint +aCgin ) …(16)[First Embodiment] In the present embodiment,
In the above equation (3), the following delay equation model where a = b = d is used. T d = R gout (aC int L int + aC gin) + R int L int (cC int L int + aC gin) ... (16)
【0074】なお、式(16)を係数a,cについて整
理すると、次のようにも書ける。 Td =a{Rgout (CintLint +Cgin )+RintLintCgin } +cRintCintLint 2 …(16’) ここで、右辺の第1項はゲートの出力抵抗および入力容
量に関わる項であり、第2項は配線抵抗および配線容量
に関わる項である。By rearranging equation (16) for coefficients a and c, the following can be written. T d = a {R gout ( C int L int + C gin) + R int L int C gin} + cR int C int L int 2 ... (16 ') where the first term on the right is the output resistance and the input capacitance of the gate And the second term relates to the wiring resistance and the wiring capacitance.
【0075】また、リングオシレータの一段あたりの遅
延を計算する式として、前記(4)式で、a=b=dと
した下記の式を使用する。 Td-1=(Rout0-inv/hrp)(aCintLint +ahrpCin0-inv) +RintLint(cCintLint +ahrpCin0-inv) …(17)As an equation for calculating the delay per one stage of the ring oscillator, the following equation where a = b = d in the above equation (4) is used. T d-1 = (R out0 -inv / h rp) (aC int L int + ah rp C in0-inv) + R int L int (cC int L int + ah rp C in0-inv) ... (17)
【0076】なお、式(17)を係数a,cについて整
理すると、次のようにも書ける。 Td-1=a{(Rout0-inv/hrp)(Cint Lint +hrpCin0-inv) +RintLinthrpCin0-inv}+cRintCintLint 2 …(17’)By rearranging equation (17) for coefficients a and c, the following can be written. T d-1 = a {( R out0-inv / h rp) (C int L int + h rp C in0-inv) + R int L int h rp C in0-inv} + cR int C int L int 2 ... (17 ' )
【0077】勿論、式(17)の代わりに、式(1
0),(13),(14)でa=b=dとした下記の式
のいずれを使用しても良い。 Td-para-1=(Rout0-inv/hrp)(aCintLint+ahrpCin1-inv ) +RintLint(cCintLint+ahrpCin2-inv) …(18) Td-fg-1=(Rout0-inv/hrp)fg(aCintLint+ahrpCin0-inv) +RintLint(cCintLint+ahrpCin0-inv) …(19) Td-fg-para-1=Rout0-inva(2Cfrg0-inv+Cds0-inv) +(Rout0-inv/hrp)fg (aCintLint+ahrpCin2-inv) +RintLint(cCintLint +ahrpCin2-inv) …(20)Of course, instead of equation (17), equation (1)
Any of the following equations where a = b = d in (0), (13), and (14) may be used. T d-para-1 = ( R out0-inv / h rp) (aC int L int + ah rp C in1-inv) + R int L int (cC int L int + ah rp C in2-inv) ... (18) T d -fg-1 = (R out0- inv / h rp) f g (aC int L int + ah rp C in0-inv) + R int L int (cC int L int + ah rp C in0-inv) ... (19) T d -fg-para-1 = R out0 -inv a (2C frg0-inv + C ds0-inv) + (R out0-inv / h rp) f g (aC int L int + ah rp C in2-inv) + R int L int (cC int L int + ah rp C in2-inv) ... (20)
【0078】なお、式(18),(19),(20)を
係数a,cについて整理すると、次のようにも書ける。 Td-para-1=a{(Rout0-inv/hrp)(CintLint +hrpCin1-inv) +RintLinthrpCin2-inv ) }+cRintCintLint 2 …(18’) Td-fg-1=a{(Rout0-inv/hrp)fg(CintLint+hrpCin0-inv) +RintLinthrpCin0-inv ) }+cRintCintLint 2 …(19’) Td-fg-para-1=a{Rout0-inv(2Cfrg0-inv+Cds0-inv +fgCin2-inv) +(Rout0-inv/hrp)fgCintLint +Rint LinthrpCin2-inv ) } +cRintCintLint 2 …(20’)By rearranging the equations (18), (19), and (20) for the coefficients a and c, the following can be written. T d-para-1 = a {(R out0-inv / h rp) (C int L int + h rp C in1-inv) + R int L int h rp C in2-inv)} + cR int C int L int 2 ... (18 ') T d-fg -1 = a {(R out0-inv / h rp) f g (C int L int + h rp C in0-inv) + R int L int h rp C in0-inv)} + cR int C int L int 2 ... (19 ') T d-fg-para-1 = a {R out0-inv (2C frg0-inv + C ds0-inv + f g C in2-inv) + (R out0-inv / h rp ) f g C int L int + R int L int h rp C in2-inv)} + cR int C int L int 2 ... (20 ')
【0079】式(17)において、Rout0-inv,C
in0-inv は半導体製造プロセスの種類によってほぼ一定
に定まる。そこで、配線幅や配線膜厚、層間膜厚などを
変化させてRint ,Cint を変えたり、Lint やhrpを
変えたりするなどして作成した最低2種類のリングオシ
レータについて、その発振周波数を測定すれば、(1
6),(17)式から最低2種類の互いに独立した次式
が得られる。In the equation (17), R out0-inv , C
in0-inv is almost constant depending on the type of the semiconductor manufacturing process. Therefore, at least two types of ring oscillators created by changing R int , C int , or L int or h rp by changing the wiring width, the wiring film thickness, the interlayer film thickness, etc. If the frequency is measured, (1
From equations (6) and (17), at least two types of the following independent equations are obtained.
【0080】 Ai a+Ci c=Ti (ただし、i=1,2以上) …(21)A i a + C i c = T i (where i = 1, 2 or more) (21)
【0081】この2元1次連立方程式を解けば、係数
a,cの値が得られ、その値を式(16)に代入すれ
ば、ゲート間の遅延量を導出する遅延式が得られる。By solving the binary linear equations, the values of the coefficients a and c can be obtained. By substituting the values into the equation (16), a delay equation for deriving the delay amount between the gates can be obtained.
【0082】図1に本実施の形態で使用するリングオシ
レータのパターンを示す。係数がa,cの2つなので、
少なくとも2つの異なるリングオシレータパターン1,
2をLSIチップの一部に形成すれば良い。第1のリン
グオシレータパターン1は、奇数のnrp1 段のインバー
タ101,102,…,103,104から構成され、
インバータ間配線110,120,…,130,140
の長さ13はLint1、インバータ間配線の単位長あたり
の配線抵抗14および配線容量15はRint1、Cint1で
ある。第2のリングオシレータパターン2は、奇数のn
rp2 段のインバータ201,202,…,203,20
4から構成され、インバータ間配線210,220,
…,230,240の長さ23はLint2、インバータ間
配線の単位長あたりの配線抵抗24および配線容量25
はRint2、Cint2である。FIG. 1 shows a pattern of a ring oscillator used in the present embodiment. Since the coefficients are two, a and c,
At least two different ring oscillator patterns 1,
2 may be formed on a part of the LSI chip. The first ring oscillator pattern 1 is composed of an odd number of n rp1 stages of inverters 101, 102,...
Wiring between inverters 110, 120, ..., 130, 140
The length 13 is L int1 , and the wiring resistance 14 and the wiring capacitance 15 per unit length of the wiring between the inverters are R int1 and C int1 . The second ring oscillator pattern 2 has an odd number of n
rp2 stage inverters 201, 202, ..., 203, 20
4 and wirings 210, 220,
, 230, 240 are L int2 , wiring resistance 24 and wiring capacitance 25 per unit length of wiring between inverters.
Are R int2 and C int2 .
【0083】リングオシレータパターンを異ならせるた
めのパラメータには、インバータ間の配線長Lint 、イ
ンバータの拡大率hrp、インバータの出力抵抗R
out0-inv、インバータの入力容量Cin0-inv 、単位長あ
たりの配線抵抗Rint 、単位長あたりの配線容量C
int 、の6つがある。これらの値を変えたリングオシレ
ータを少なくとも2つ用意し、図1に模式的に図示する
ように、オシロスコープ10で、第1のリングオシレー
タパターン1の周期11であるTc1または発振周波数1
2であるfc1(=1/Tc1)を測定し、同じく第2のリ
ングオシレータパターン2の周期21であるTc2または
発振周波数22であるfc2(=1/Tc2)を測定する。The parameters for making the ring oscillator pattern different include the wiring length L int between the inverters, the enlargement ratio h rp of the inverter, and the output resistance R of the inverter.
out0-inv, input capacitance C in0-inv of the inverter, per unit length wiring resistance R int, per unit length wiring capacitance C
int , there are six. At least two ring oscillators having these values changed are prepared, and as shown schematically in FIG. 1, the oscilloscope 10 uses the oscilloscope 10 to set the period 11 of the first ring oscillator pattern 1 to Tc1 or the oscillation frequency 1
A 2 f c1 a (= 1 / T c1) is measured to measure the f c2 (= 1 / T c2 ) also is a T c2 or oscillating frequency 22 is a second cycle 21 of the ring oscillator pattern 2.
【0084】なお、ここではインバータを用いてリング
オシレータを構成した場合の例について述べたが、それ
と同等の機能を有する回路でもよい。例えばインバータ
のかわりに2入力1出力のNANDを用い、一方の入力
を常に制御端子に接続しておき、その制御端子がオンの
時だけインバータとして機能するようにした回路によっ
てリングオシレータを構成してもよい。この場合、イン
バータと同等の機能を有する回路の出力抵抗や入力容量
に関して若干の変更は生じるが、それらは容易に計算で
きる。Although the example in which the ring oscillator is formed by using the inverter has been described above, a circuit having the same function as the ring oscillator may be used. For example, a ring oscillator is formed by a circuit in which a two-input one-output NAND is used instead of an inverter, and one input is always connected to a control terminal, and only when the control terminal is on, functions as an inverter. Is also good. In this case, a slight change occurs in the output resistance and the input capacitance of the circuit having the same function as the inverter, but they can be easily calculated.
【0085】ただし、2つのリングオシレータパターン
1,2は、式(21)のように整理されたときに、2元
1次連立方程式が一次独立となり得るパターンである必
要がある。2元1次連立方程式が一次独立である条件
は、パターンを変えて式(21)の2元1次連立方程式
が得られたとき、 A1 C2 −A2 C1 ≠0 …(22) となっていれば良い。具体的にはパラメータとして、L
int 、hrp、Rout0-i nv、Cin0-inv 、Rint 、Cint
の6つのパラメータのうち少なくとも1つが2つの値を
持つようにパターンを変えれば良い。However, the two ring oscillator patterns 1 and 2 need to be such patterns that the two-dimensional linear simultaneous equations can be linearly independent when arranged as shown in the equation (21). The condition that the two-dimensional linear simultaneous equations are linearly independent is that when the pattern is changed to obtain the two-dimensional linear simultaneous equations of the equation (21), A 1 C 2 −A 2 C 1 ≠ 0 (22) It should just be. Specifically, as a parameter, L
int, h rp, R out0- i nv, C in0-inv, R int, C int
The pattern may be changed so that at least one of the six parameters has two values.
【0086】リングオシレータの段数についても考慮す
る必要がある。まず奇数段でなければならない。そうで
ない場合は発振せず遅延の測定ができない。また段数が
少な過ぎると発振周波数があまりに高すぎて測定できな
くなる。It is necessary to consider the number of stages of the ring oscillator. First, it must be odd. Otherwise, oscillation does not occur and the delay cannot be measured. On the other hand, if the number of stages is too small, the oscillation frequency becomes too high, and measurement becomes impossible.
【0087】リングオシレータの発振周波数が測定可能
であるために必要な最小の段数は、a,cの係数に関し
て仮にバコグルの遅延式の値を仮定し、Rint 、Cint
については机上計算などから求めた値を用いて、次のよ
うに定めればよい。測定可能な周波数の最大値をf
c-critとすると、下記の式(23)を満たすnrpのうち
最小の奇数を選べば良い。 nrp≧1/(2fc-critTd-1 ) =1/[2fc-crit{(Rout0-inv/hrp)(aCintLint+bhrpCin0-inv ) +RintLint(cCintLint +dhrpCin0-inv ) }] …(23) 但し、a=b=d=0.7 ,c=0.4The minimum number of stages necessary for the oscillation frequency of the ring oscillator to be measurable is assuming that the values of a and c are Bacogul's delay expressions, and that R int , C int
May be determined as follows using a value obtained from a desk calculation or the like. The maximum measurable frequency is f
If c-crit , the smallest odd number should be selected from n rp that satisfies the following equation (23). n rp ≧ 1 / ( 2fc −crit T d−1 ) = 1 / [ 2fc− crit {(R out0−inv / h rp ) (aC int L int + bh rp C in0−inv ) + R int L int ( cC int L int + dh rp C in0-inv)}] ... (23) where, a = b = d = 0.7 , c = 0.4
【0088】さらに測定を確実にするためには、こうし
て計算されたnrpよりも十分大きな値の奇数値として定
めてもよい。なぜならnrpを大きくとるほどリングオシ
レータの発振周波数は小さくなり測定しやすくなるから
である。ただし、nrpを大きくするほどリングオシレー
タのパターンが大きくなり、その分面積を大きく取って
おく必要が生じる。In order to further ensure the measurement, the value may be determined as an odd value sufficiently larger than n rp thus calculated. This is because the larger the value of n rp , the smaller the oscillation frequency of the ring oscillator, and the easier it is to measure. However, as the value of n rp increases, the pattern of the ring oscillator increases, and it is necessary to increase the area accordingly.
【0089】次に、より精度の高い遅延式を得るため
に、単位長あたりの配線抵抗Rint および配線容量C
int を評価するための配線パターンをリングオシレータ
と同じチップ上に形成する、ということも重要である。
なぜなら配線抵抗や配線容量の値は、加工寸法のバラツ
キによる影響を受けやすいからである。配線パターンを
リングオシレータと同じチップ上に形成し、そのパター
ンから配線抵抗Rint および配線容量Cint を抽出する
ことによって、遅延式抽出の精度をより高めることがで
きる。Next, in order to obtain a more accurate delay equation, the wiring resistance R int and the wiring capacitance C per unit length are calculated.
It is also important to form a wiring pattern for evaluating int on the same chip as the ring oscillator.
This is because the values of the wiring resistance and the wiring capacitance are easily affected by variations in processing dimensions. By forming the wiring pattern on the same chip as the ring oscillator and extracting the wiring resistance R int and the wiring capacitance C int from the pattern, it is possible to further enhance the accuracy of the delay expression extraction.
【0090】単位長あたりの配線抵抗Rint および配線
容量Cint を測定するための配線パターンとしては、ま
ず、配線断面形状評価用パターンが考えられる。配線断
面形状評価用パターンによって、実際の配線形状がわか
り、Rint およびCint の値を手計算もしくはシミュレ
ーションによって導くことができる。この配線断面形状
評価用パターンによる方法ではRint およびCint の値
を間接的に求めることになるが、評価パターンの占有面
積は小さく抑えることができる。As a wiring pattern for measuring the wiring resistance R int and the wiring capacitance C int per unit length, first, a wiring cross-sectional shape evaluation pattern can be considered. The actual wiring shape can be known from the wiring cross-sectional shape evaluation pattern, and the values of R int and C int can be derived by manual calculation or simulation. In the method using the wiring cross-sectional shape evaluation pattern, the values of R int and C int are obtained indirectly, but the area occupied by the evaluation pattern can be kept small.
【0091】単位長あたりの配線抵抗Rint および配線
容量Cint を測定するための配線パターンとして、上記
以外に、実際の配線抵抗および配線容量を測定するため
の評価パターンが考えられる。ただし、特に配線容量測
定パターンにおいては、実測できる程度の配線長を稼ぐ
ためにそれ相当の面積を占有してしまうというデメリッ
トもある。As a wiring pattern for measuring the wiring resistance R int and the wiring capacitance C int per unit length, in addition to the above, an evaluation pattern for measuring the actual wiring resistance and the wiring capacitance can be considered. However, there is a demerit that the wiring capacitance measurement pattern occupies a considerable area in order to obtain a wiring length that can be actually measured.
【0092】より精度の高い遅延式を得るために、SP
ICEパラメータを抽出するためのトランジスタ特性測
定パターンを、リングオシレータと同じチップ上に形成
することも重要である。このSPICEパラメータ抽出
用パターンと、配線特性評価パターンの両者をリングオ
シレータと同じチップ上に形成してもよい。図2にその
ような例のLSIチップの平面図を示す。In order to obtain a more accurate delay equation, SP
It is also important to form a transistor characteristic measurement pattern for extracting ICE parameters on the same chip as the ring oscillator. Both the SPICE parameter extraction pattern and the wiring characteristic evaluation pattern may be formed on the same chip as the ring oscillator. FIG. 2 shows a plan view of such an LSI chip.
【0093】図2に示した例のLSIチップでは、実際
の半導体集積回路53をチップ上に形成するプロセス過
程において、同時に、リングオシレータパターン群50
と、配線特性評価パターン51と、SPICEパラメー
タ抽出用パターン52とを形成している。In the LSI chip of the example shown in FIG. 2, during the process of forming the actual semiconductor integrated circuit 53 on the chip, the ring oscillator pattern group 50 is simultaneously formed.
, A wiring characteristic evaluation pattern 51, and a SPICE parameter extraction pattern 52.
【0094】〔第1の実施の形態の実施例〕図3にリン
グオシレータパターンの実施例を示す。これら2つのリ
ングオシレータパターン61,62は、インバータ間の
配線長のみが相違しており、他の構成は同じになってい
る。つまり、リングオシレータパターン61のインバー
タ間の配線長Lintaは1.00E+04[um]、リングオシレ
ータパターン62のインバータ間の配線長Lintbは5.00
E+03[um]である。また、他の具体的な数値として、
例えば図4に示すような値を用いた場合、例えばバコグ
ルの遅延式を使って発振周波数を概算すると、27MH
z〜77MHzであるため、オシロスコープによる測定
可能最大周波数が約200MHzとすると、どのパター
ンも200MHzよりは十分に小さいので測定可能であ
る。従って、2つのリングオシレータパターン61,6
2を同一LSIチップ上に形成し、その発振周波数を測
定すれば、前記式(16),(17)式から最低2種類
の互いに独立した式が得られ、係数a,cを求めること
ができる。[Example of the First Embodiment] FIG. 3 shows an example of the ring oscillator pattern. These two ring oscillator patterns 61 and 62 differ only in the wiring length between the inverters, and have the same other configuration. That is, the wiring length L inta between the inverters of the ring oscillator pattern 61 is 1.00E + 04 [um], and the wiring length L intb between the inverters of the ring oscillator pattern 62 is 5.00.
E + 03 [um]. Also, as other specific numerical values,
For example, when the value shown in FIG. 4 is used, when the oscillation frequency is roughly estimated using, for example, a Bacogul delay equation, 27 MH
Since the maximum frequency measurable by the oscilloscope is about 200 MHz, any pattern can be measured because it is sufficiently smaller than 200 MHz. Therefore, the two ring oscillator patterns 61 and 6
2 is formed on the same LSI chip and its oscillation frequency is measured, at least two types of independent equations are obtained from the above equations (16) and (17), and the coefficients a and c can be obtained. .
【0095】一般的なリングオシレータの発振周波数測
定では、アンプを用いる。これは端子パッドの寄生容量
による影響などを抑えるために使用される。図1、図3
では簡単のためアンプの部分を省略して示したが、図5
に示すように適宜、アンプを挿入して測定すればよい。
本発明ではリングオシレータの発振周波数(または発振
周期)が重要であり、振幅などは測定対象ではない。し
たがって、アンプの設計に特別なことはほとんど要求さ
れない。アンプにおける一段目のインバータ81の拡大
率hamp1がリングオシレータの周波数測定に影響を及ぼ
さない程度に小さく抑えておき、あとは2段目のインバ
ータ82、3段目のインバータ83、4段目のインバー
タ84とそのインバータ拡大率hamp2、hamp3、hamp4
を徐々に大きくし、端子パッド89の寄生容量を無視で
きるほどの駆動能力をインバータが持ったところで終わ
ればよい。アンプにおける各インバータの拡大率として
例えば、リングオシレータ中のインバータの拡大率hrp
を30とすると、hamp1=10、hamp2=30、hamp3
=90、hamp4=270、というようにしておけば、問
題なく測定することができる。An amplifier is used for measuring the oscillation frequency of a general ring oscillator. This is used to suppress the influence of the parasitic capacitance of the terminal pad. 1 and 3
In FIG. 5, the amplifier part is omitted for simplicity.
As shown in (2), an amplifier may be appropriately inserted for measurement.
In the present invention, the oscillation frequency (or oscillation cycle) of the ring oscillator is important, and the amplitude and the like are not measured. Therefore, little special is required for amplifier design. The enlargement ratio h amp1 of the first inverter 81 in the amplifier is kept small so as not to affect the frequency measurement of the ring oscillator, and the second inverter 82, the third inverter 83, and the fourth Inverter 84 and its expansion rate hamp2 , hamp3 , hamp4
May be gradually increased, and the operation may be completed when the inverter has a driving capability that can ignore the parasitic capacitance of the terminal pad 89. As an enlargement ratio of each inverter in the amplifier, for example, an enlargement ratio h rp of the inverter in the ring oscillator
Let hamp1 = 10, hamp2 = 30, hamp3
= 90, hamp4 = 270, measurement can be performed without any problem.
【0096】NMOSトランジスタとPMOSトランジ
スタの出力抵抗はできるだけ近い方が遅延式の抽出の精
度としては好ましいが、もしそれらの値が異なる場合に
おいても、両トランジスタの出力抵抗の平均値を用いれ
ばよい。例えば、 NMOSトランジスタ:Wg/Lg=30,Rout-n=680Ω …(24) PMOSトランジスタ:Wg/Lg=70,Rout-p=720Ω …(25) の二つのトランジスタでインバータが構成されているとしたら、 Rout0-inv={(680+720)/2}×30=21000Ω …(26) として計算を進めればよい。ただしこの場合は、リング
オシレータを構成するインバータのNMOSとPMOS
のゲート幅/ゲート長比(Wg /Lg )の比は全て3:
7としている。It is preferable that the output resistance of the NMOS transistor and the output resistance of the PMOS transistor are as close as possible in terms of the accuracy of extraction of the delay equation. However, if their values are different, the average value of the output resistances of both transistors may be used. For example, NMOS transistor: W g / L g = 30, R out-n = 680 Ω (24) PMOS transistor: W g / L g = 70, R out-p = 720 Ω (25) If Rout0-inv = {(680 + 720) / 2} × 30 = 21000Ω (26), the calculation may proceed. However, in this case, the NMOS and PMOS of the inverter constituting the ring oscillator
Of the gate width / gate length ratio (W g / L g ) are all 3:
7 is assumed.
【0097】図6にリングオシレータパターン群50と
同じチップ上に形成する配線断面形状評価用パターン群
55の一例を示す。パターン群55中の各々の断面構造
観察用配線54の長さ56は、SEM観察用サンプルを
作成するのに十分な長さ、例えば3mm程度あればよい。
断面構造観察用配線54は、リングオシレータパターン
群50で使われる配線の種類と同じだけの種類が形成さ
れ、また各種類ごとに念のために複数本の配線が形成さ
れている。Rint およびCint の値は、実際の配線形状
から、計算もしくはシミュレータによって容易に導くこ
とができる。FIG. 6 shows an example of a wiring cross-sectional shape evaluation pattern group 55 formed on the same chip as the ring oscillator pattern group 50. The length 56 of each of the cross-sectional structure observation wirings 54 in the pattern group 55 may be long enough to produce a SEM observation sample, for example, about 3 mm.
As the cross-sectional structure observation wiring 54, the same types of wiring as those used in the ring oscillator pattern group 50 are formed, and a plurality of wirings are formed for each type just in case. The values of R int and C int can be easily derived from the actual wiring shape by calculation or simulator.
【0098】なお、配線断面形状評価用パターン群55
を設ける代わりに、リングオシレータの発振周波数を測
定した後、そのリングオシレータの配線部分をSEMや
FIBなどで観察してもよい。この方法の方が配線形状
をより正確に把握することができ、遅延式の抽出にとっ
て都合がよい。但し、リングオシレータを一度割ってし
まうと2度と測定できなくなるため、必ず測定後に観察
する必要がある。The wiring cross-sectional shape evaluation pattern group 55
Alternatively, after measuring the oscillation frequency of the ring oscillator, the wiring portion of the ring oscillator may be observed with an SEM, FIB, or the like. This method can more accurately grasp the wiring shape, and is convenient for extracting the delay expression. However, once the ring oscillator is broken, it cannot be measured again, so it is necessary to observe the measurement after measurement.
【0099】図7にリングオシレータパターン群50と
同じチップ上に形成する配線特性評価パターン群の一例
を示す。ここでは、それぞれ両端に端子パッドを持つ配
線抵抗測定用パターン57と配線容量測定用パターン5
8とを形成してある。なお、容量測定には、高周波CV
測定法やQUASI−STATIC CV測定法などの
周知の方法が使用できる。FIG. 7 shows an example of a wiring characteristic evaluation pattern group formed on the same chip as the ring oscillator pattern group 50. Here, a wiring resistance measuring pattern 57 having terminal pads at both ends and a wiring capacitance measuring pattern 5 are shown.
8 are formed. In addition, the high frequency CV
Known methods such as a measurement method and a QUASI-STATIC CV measurement method can be used.
【0100】前記の式(17)などにおいては、R
out0-invおよびCin0-inv といったトランジスタパラメ
ータがあり、これは通常SPICEパラメータなどから
抽出される。したがってリングオシレータパターンと同
じチップ上に、SPICEパラメータを抽出するための
トランジスタ特性測定パターンを同時に形成することも
有効である。In the above formula (17) and the like, R
There are transistor parameters such as out0-inv and Cin0-inv , which are usually extracted from SPICE parameters and the like. Therefore, it is also effective to simultaneously form a transistor characteristic measurement pattern for extracting SPICE parameters on the same chip as the ring oscillator pattern.
【0101】また、他の実施例として、遅延式の精度を
上げるために、配線長領域毎に遅延式を抽出するという
方法も考えられる。図8にその一例を示す。この例で
は、配線長領域を、配線長Lint-2 以下の短配線長領域
90、配線長Lint-2 から配線長Lint-3 までの中間領
域91、配線長Lint-3 以上の長配線長領域92の3つ
の部分に分け、それぞれに対して遅延式を求めた。つま
り、短配線長領域90についてはインバータ間の配線長
をLint-2 以下とした最低2個のリングオシレータパタ
ーンを形成してその発振周波数から係数a,cを抽出
し、中間領域91についてはインバータ間の配線長をL
int-2 〜Lint-3 とした最低2個のリングオシレータパ
ターンを形成してその発振周波数から係数a,cを抽出
し、長配線長領域92についてはインバータ間の配線長
をLint-3 以上とした最低2個のリングオシレータパタ
ーンを形成してその発振周波数から係数a,cを抽出し
た。図8に示す遅延特性97はそのようにして抽出した
係数a,cで決定される遅延式による遅延を示す。な
お、遅延特性97はインバータ拡大率がhrp-aの場合で
ある。このように3つの配線長領域毎に遅延式を抽出す
ると、抽出に必要なリングオシレータパターンの数が最
低8個と増えるが、その分モデルの精度は上がる。な
お、配線長領域の分割数は3に限られないことは勿論の
ことである。As another embodiment, a method of extracting a delay equation for each wiring length region in order to increase the accuracy of the delay equation can be considered. FIG. 8 shows an example. In this example, the wiring length area is a short wiring length area 90 having a wiring length L int-2 or less, an intermediate area 91 from the wiring length L int- 2 to the wiring length L int-3 , and a wiring length L int-3 or more. The long wiring length area 92 was divided into three parts, and a delay equation was calculated for each of the three parts. That is, for the short wiring length region 90, at least two ring oscillator patterns in which the wiring length between the inverters is L int -2 or less are formed, and coefficients a and c are extracted from their oscillation frequencies. Wiring length between inverters is L
int-2 ~L int-3 and the lowest two ring oscillators pattern formed by the coefficient a from the oscillation frequency, to extract c, the length of the wiring length between the inverter for wire length region 92 L int-3 At least two ring oscillator patterns as described above were formed, and coefficients a and c were extracted from their oscillation frequencies. The delay characteristic 97 shown in FIG. 8 indicates a delay based on a delay expression determined by the coefficients a and c extracted in this manner. The delay characteristic 97 is for the case where the inverter enlargement rate is h rp-a . When the delay equation is extracted for each of the three wiring length regions as described above, the number of ring oscillator patterns required for extraction increases to at least eight, but the accuracy of the model increases accordingly. It is needless to say that the number of divisions of the wiring length region is not limited to three.
【0102】また、以上の実施例ではゲートファンアウ
トfg を1としたが、本発明はゲートファンアウトが2
以上の場合にも適用可能である。fg が2以上の場合の
リングオシレータパターンの一例を、図9に示す。同図
において、500はゲートファンアウトfg 、501は
リングオシレータループの本線の配線長Lint 、502
はリングオシレータループの支線の配線長Lint 、50
3は支線の配線につながったインバータをそれぞれ示
す。ゲートファンアウトが2以上の場合、インバータの
出力側につく配線長は同じであるように設計する必要が
ある。In the above embodiment, the gate fan-out f g is set to 1. However, in the present invention, the gate fan-out is set to 2
The above case is also applicable. FIG. 9 shows an example of a ring oscillator pattern when f g is 2 or more. In the figure, reference numeral 500 denotes a gate fan-out f g , 501 denotes a wiring length L int of the main line of the ring oscillator loop, 502
Is the wiring length L int of the branch line of the ring oscillator loop, 50
Numeral 3 indicates inverters connected to the branch wiring. When the gate fan-out is two or more, it is necessary to design so that the wiring length on the output side of the inverter is the same.
【0103】fg が2以上の場合における遅延式の抽出
の仕方として、fg を一定として遅延式を抽出する方法
と、fg が異なっていても共通に使える遅延式を抽出す
る場合との2通り考えられる。前者の場合は各fg 毎に
それぞれ2つのリングオシレータパターンが必要とな
る。後者の場合は、fg も式(21)の2つの方程式を
互いに独立させるためのパラメータの一つとして扱われ
ることになる。従って、fg 、Lint 、hrp、R
out0-inv、Cin0-inv 、Rint 、Cint の7つのパラメ
ータのうち少なくとも1つのパラメータが2つ以上の値
を持つようにして、リングオシレータパターンを作成す
ればよい。When f g is 2 or more, there are two methods of extracting the delay equation: a method of extracting the delay equation while keeping f g constant, and a method of extracting a delay equation that can be used in common even if f g is different. There are two possibilities. In the former case, two ring oscillator patterns are required for each f g . In the latter case, f g is also treated as one of the parameters for making the two equations of equation (21) independent of each other. Therefore, f g , L int , h rp , R
out0-inv, C in0-inv , as least one parameter of the seven parameters R int, C int has two or more values, it can create a ring oscillator pattern.
【0104】〔第2の実施の形態〕本実施の形態では、
前記(16)式で、cをαに固定した下記の遅延式モデ
ルを使用する。 Td =Rgout (aCintLint +aCgin ) +RintLint(αCintLint +aCgin ) …(27) ここで、αは、0.33〜0.42の範囲内の任意の値である。[Second Embodiment] In the present embodiment,
In the above equation (16), the following delay equation model in which c is fixed to α is used. T d = R gout (aC int L int + aC gin) + R int L int (αC int L int + aC gin) ... (27) where, alpha is any value within the range of 0.33 to 0.42.
【0105】なお、式(27)を整理すると、次のよう
にも書ける。 Td =a{Rgout (CintLint+Cgin )+RintLintCgin } +αRintCintLint 2 …(27’)By rearranging equation (27), the following can be written. T d = a {R gout (C int L int + C gin ) + R int L int C gin } + αR int C int L int 2 (27 ′)
【0106】また、リングオシレータの一段あたりの遅
延を計算する式として、前記(17)式で、cを前記式
(27)中のαと同じ値にした下記の式を使用する。 Td-1 =(Rout0-inv/hrp)(aCintLint+ahrpCin0-inv ) +RintLint(αCintLint+ahrpCin0-inv ) …(28)In addition, as an expression for calculating the delay per stage of the ring oscillator, the following expression in which c is the same value as α in the expression (27) in the expression (17) is used. T d-1 = (R out0 -inv / h rp) (aC int L int + ah rp C in0-inv) + R int L int (αC int L int + ah rp C in0-inv) ... (28)
【0107】なお、式(28)を整理すると、次のよう
にも書ける。 Td-1=a{(Rout0-inv/hrp)(CintLint+hrpCin0-inv) +RintLinthrpCin0-inv } +αRintCintLint 2 …(28’)By rearranging equation (28), the following can be written. T d-1 = a {( R out0-inv / h rp) (C int L int + h rp C in0-inv) + R int L int h rp C in0-inv} + αR int C int L int 2 ... (28 ' )
【0108】勿論、式(28)の代わりに、式(1
8),(19),(20)で、cを前記式(27)中の
αと同じ値にした式のいずれを使用しても良い。Of course, instead of equation (28), equation (1)
8), (19), and (20), any of the expressions in which c has the same value as α in the expression (27) may be used.
【0109】式(28)において、Rout0-inv,C
in0-inv は半導体製造プロセスによってほぼ一定に定ま
る。したがって、1個のリングオシレータについて、そ
の発振周波数を測定すれば、式(27),(28)から
次式が得られる。In equation (28), R out0-inv , C
in0-inv is almost constant depending on the semiconductor manufacturing process. Therefore, if the oscillation frequency of one ring oscillator is measured, the following expression is obtained from Expressions (27) and (28).
【0110】 Ai a=Ti (ただし、i=1) …(29)A i a = T i (where i = 1) (29)
【0111】この方程式を解けば、係数aの値が得ら
れ、その値を式(27)に代入すれば、ゲート間の遅延
量を導出する遅延式が得られる。By solving this equation, the value of the coefficient a is obtained. By substituting the value into the equation (27), a delay equation for deriving the amount of delay between gates is obtained.
【0112】本実施の形態は、係数cの値を固定にした
ため、LSIチップ上に形成するリングオシレータの個
数は最低1個で良い。この点が前述した第1の実施の形
態と相違し、それ以外の構成は第1の実施の形態の構成
およびその実施例の構成を適用できる。In this embodiment, since the value of the coefficient c is fixed, the number of ring oscillators formed on the LSI chip may be at least one. This point is different from the above-described first embodiment, and the other configurations can apply the configuration of the first embodiment and the configuration of the example.
【0113】〔本発明の適用例〕以上のように本発明に
よれば、半導体集積回路の設計においてゲート間遅延の
計算に用いられる遅延式として、下記の遅延式が得られ
た。 Td =Rgout (βCintLint +βCgin ) +RintLint(αCintLint +βCgin ) …(30) ここで、αは、0.33〜0.42の範囲内から任意に選択した
或る値である。また、βは、0.80〜0.90の範囲内から任
意に選択した或る値である。[Application Example of the Present Invention] As described above, according to the present invention, the following delay equation is obtained as a delay equation used for calculating a gate-to-gate delay in the design of a semiconductor integrated circuit. T d = R gout (βC int L int + βC gin) + R int L int (αC int L int + βC gin) ... (30) where, alpha is an optionally selected one value from a range of 0.33 to 0.42 is there. Is a certain value arbitrarily selected from the range of 0.80 to 0.90.
【0114】以下では、こうして決定された遅延式の適
用例について説明する。In the following, an application example of the delay equation thus determined will be described.
【0115】〔適用例1〕本適用例は、遅延最小条件に
おけるインバータの挿入ピッチの計算に本発明に係る遅
延式を適用したものである。[Application Example 1] In this application example, the delay expression according to the present invention is applied to the calculation of the inverter insertion pitch under the minimum delay condition.
【0116】長い配線長における遅延を減少することを
目的として挿入されるインバータは、図10に示すよう
なパターンで配線中に直列に挿入される。一方、遅延式
の導出に本発明で使用したリングオシレータパターン
は、図1に示すようなパターンであった。この2つのパ
ターンは、リングオシレータではループ状になっている
こと以外は殆ど同じである。従って、配線の遅延を最小
化するために必要なインバータの挿入ピッチを計算する
際に用いる遅延式に、本発明にかかる遅延式を適用する
と高精度な計算が可能となる。以下に、遅延最小条件に
おけるインバータの挿入ピッチの計算方法を説明する。The inverter inserted for the purpose of reducing the delay in a long wiring length is inserted in series in the wiring in a pattern as shown in FIG. On the other hand, the ring oscillator pattern used in the present invention to derive the delay equation was a pattern as shown in FIG. These two patterns are almost the same except that they are looped in the ring oscillator. Therefore, when the delay expression according to the present invention is applied to the delay expression used for calculating the insertion pitch of the inverter required to minimize the wiring delay, highly accurate calculation can be performed. Hereinafter, a method of calculating the insertion pitch of the inverter under the minimum delay condition will be described.
【0117】最小サイズのインバータの出力抵抗をR
out0、入力容量をCin0 、配線長をl int 、配線の単位
長あたりの抵抗および容量をRint およびCint 、イン
バータの挿入数をnrpとすると、インバータの挿入ピッ
チ(インバータ間の配線長Lin t )はlint /nrpにな
るので、本発明に係る前記式(30)の遅延式を用いれ
ば、配線の遅延は以下のように計算できる。 Td-rpt=nrp[(Rout0/hrp){βCint (lint/nrp)+βhrpCin0 } +Rint (lint/nrp){αCint (lint/nrp)+βhrpCin0 }] …(31)The output resistance of the smallest inverter is represented by R
out0, And input capacitance Cin0 And the wiring length is l int , Wiring unit
The resistance and capacitance per length are Rint And Cint , In
The number of inserted barters is nrpThen, insert the inverter
H (Wiring length between inverters Lin t ) Is lint / NrpNana
Therefore, the delay equation of Equation (30) according to the present invention is used.
For example, the wiring delay can be calculated as follows. Td-rpt= Nrp[(Rout0/ Hrp) {ΒCint (lint/ Nrp) + ΒhrpCin0 } + Rint (lint/ Nrp) {ΑCint (lint/ Nrp) + ΒhrpCin0 }]… (31)
【0118】この式(31)のTd-rpt が最小となるl
int /nrpを求めると、それが遅延最小条件におけるイ
ンバータの挿入ピッチとなり、次式で与えられる。 lint/nrp=(βRout0Cin0/αRintCint)1/2 …(32)[0118] The value of l that minimizes T d-rpt in equation (31)
When int / n rp is obtained, it becomes the insertion pitch of the inverter under the minimum delay condition, and is given by the following equation. l int / n rp = (βR out0 C in0 / αR int C int ) 1/2 (32)
【0119】また、前記式(31)のTd-rpt が最小と
なるhrpを求めると、それが遅延最小条件におけるイン
バータのサイズとなり、次式で与えられる。 hrp=(Rout0Cint/RintCin0)1/2 …(33)When h rp at which T d-rpt in the above equation (31) is minimized is obtained, it becomes the size of the inverter under the minimum delay condition, and is given by the following equation. h rp = (R out0 C int / R int C in0 ) 1/2 (33)
【0120】最適な挿入ピッチが求まれば、配線長から
インバータ挿入数が求まる。なお、最小遅延時間は次式
で与えられる。 Td-rpt =arplint …(34) ここで、arpは遅延係数で、次式で与えられる。 arp=2{β+(αβ)1/2 }(Rout0RintCin0Cint )1/2 …(35)If the optimum insertion pitch is determined, the number of inverters to be inserted can be determined from the wiring length. Note that the minimum delay time is given by the following equation. T d-rpt = a rp lint (34) where a rp is a delay coefficient and is given by the following equation. a rp = 2 {β + (αβ) 1/2 } (R out0 R int C in0 C int ) 1/2 (35)
【0121】図11は上述のような遅延最小条件を求め
る装置(遅延最小条件算出装置)の一実施例のブロック
図である。この遅延最小条件算出装置においては、まず
入力部601が、図示しない設計データファイルなどか
ら、遅延最小条件を求める対象となる配線の配線長l
int 、最小サイズのインバータの出力抵抗Rout0、同イ
ンバータの入力容量Cin0 、配線の単位長あたりの抵抗
Rint および容量Cintを入力し、それぞれレジスタ6
02〜606に格納する。遅延式記憶部607には、前
記式(31)で与えられる遅延式が記憶されており、計
算部609は、各レジスタ602〜606からデータを
入力し、遅延式記憶部607に記憶された遅延式を使用
して、前述したように遅延最小条件を与えるインバータ
のサイズh rpおよびインバータの挿入ピッチlint /n
rp並びに最小遅延値Td-rpt を計算する。この計算され
たインバータのサイズhrp、インバータの挿入ピッチl
int/nrp、最小遅延値Td-rpt はそれぞれレジスタ6
10〜612に格納された後、出力部613により図示
しないファイルに出力され、または表示装置に表示され
る。FIG. 11 shows the above-mentioned condition for obtaining the minimum delay condition.
Block of one embodiment of a device (minimum delay condition calculating device)
FIG. In this delay minimum condition calculating device, first,
Whether the input unit 601 is a design data file (not shown)
The wiring length l of the wiring for which the minimum delay condition is to be obtained.
int , The output resistance R of the smallest inverterout0, Same
Converter input capacity Cin0 , Resistance per unit length of wiring
Rint And capacity CintAnd register 6
02 to 606. The delay-type storage unit 607 stores
The delay equation given by equation (31) is stored, and
The arithmetic unit 609 receives data from each of the registers 602 to 606.
Input and use the delay expression stored in the delay expression storage unit 607
To provide the minimum delay condition as described above.
Size h rpAnd inverter insertion pitch lint / N
rpAnd the minimum delay value Td-rpt Is calculated. This calculated
Inverter size hrp, Inverter insertion pitch l
int/ Nrp, The minimum delay value Td-rpt Is register 6
After being stored in 10 to 612, shown by the output unit 613
Not output to a file or displayed on a display device
You.
【0122】遅延式記憶部607に記憶されている前記
式(31)におけるαの値,βの値を変更する場合、オ
ペレータが変更後のαの値,βの値を遅延式変更部60
8に与えれば、遅延式変更部608は遅延式記憶部60
7に記憶された遅延式中のα,βの値を指定された通り
に変更する。When changing the values of α and β in equation (31) stored in the delay type storage unit 607, the operator sets the changed values of α and β in the delay type change unit 60.
8, the delay type changing unit 608 is
The values of α and β in the delay equation stored in 7 are changed as specified.
【0123】〔適用例2〕本適用例は、性能指向配置配
線(Performance−driven plac
ement and routing)を実施する際に
必要となるネットやパスの配線遅延の計算に本発明に係
る遅延式を適用したものである。[Application Example 2] In this application example, a performance-oriented placement and routing (Performance-driven plac) is described.
The delay expression according to the present invention is applied to the calculation of the wiring delay of a net or a path required when performing element and routing.
【0124】一般にLSIの設計は、図12のフロー図
に示されるように、機能設計、論理設計の後に、レイア
ウト設計が実施され、その後にSPICEによる解析や
AWE(Asymptotic Waveform E
valuation)などによるスタティック・タイミ
ング解析を行い、仕様を満たしていればマスク制作段階
へと進み、満たしていなければレイアウト設計段階に戻
って設計をやり直す。レイアウト設計では、配置処理、
概略配線処理、詳細配線処理が実施される。性能指向配
置配線は、配置、概略配線の工程で、より上位の工程の
結果に基づいたタイミング解析(タイミング・ドリブン
配置、タイミング・ドリブン配線)を行い、発見された
タイミングの厳しいネットやパスに配線遅延の制約を与
えることで、設計の後戻りを極力無くすようにする手法
である。この性能指向配置配線を実現するためには、性
能指向配置配線手法の確立とともに、ネットやパスにお
ける配線遅延をできるだけ正確に見積もる手段が必要で
ある。性能指向配置手法や性能指向配線手法としては従
来より各種の手法が提案されている。他方、配線遅延を
見積もる手段は、エルモアの遅延式が専ら利用されてい
る。本適用例は、性能指向配置配線で必要となるネット
やパスの配線遅延を本発明に係る遅延式により計算しよ
うとするものである。In general, as shown in the flow chart of FIG. 12, in the design of an LSI, a layout design is performed after a functional design and a logical design, and then an analysis by SPICE and an AWE (Asymptomatic Waveform E) are performed.
The static timing analysis is performed by using a method such as “value”. If the specification is satisfied, the process proceeds to the mask production stage. If the specification is not satisfied, the process returns to the layout design stage and the design is performed again. In layout design, placement processing,
Schematic wiring processing and detailed wiring processing are performed. In performance-oriented placement and routing, timing analysis (timing-driven placement and timing-driven routing) is performed based on the results of higher-level processes in the placement and general routing processes, and routing is performed to discovered nets and paths with severe timing. This is a method of minimizing design regression by providing delay constraints. In order to realize this performance-oriented placement and routing, it is necessary to establish a performance-oriented placement and routing method and to provide a means for estimating wiring delays in nets and paths as accurately as possible. Various techniques have been proposed as performance-oriented placement techniques and performance-oriented wiring techniques. On the other hand, as a means for estimating the wiring delay, Elmore's delay formula is exclusively used. In this application example, a wiring delay of a net or a path required for performance-oriented placement and routing is calculated by a delay expression according to the present invention.
【0125】図13は性能指向配置配線で必要となるネ
ットやパスの配線遅延を計算する装置(遅延算出装置)
の一実施例のブロック図である。遅延式記憶部707に
は、前記の式(30)で示される本発明に係る遅延式が
記憶されている。なお、遅延式記憶部707に記憶され
ている前記式(30)におけるαの値,βの値を変更す
る場合、オペレータが変更後のαの値,βの値を遅延式
変更部708に与えれば、遅延式変更部708は遅延式
記憶部707に記憶された遅延式中のα,βの値を指定
された通りに変更する。FIG. 13 shows an apparatus (delay calculating apparatus) for calculating wiring delays of nets and paths required for performance-oriented placement and routing.
It is a block diagram of one Example. The delay expression storage unit 707 stores the delay expression according to the present invention represented by the above expression (30). When changing the values of α and β in Expression (30) stored in the delay-type storage unit 707, the operator gives the changed values of α and β to the delay-type changing unit 708. For example, the delay type changing unit 708 changes the values of α and β in the delay type stored in the delay type storage unit 707 as specified.
【0126】入力部701は、図示しない設計データフ
ァイルなどから、遅延時間の計算対象となる配線(ネッ
ト,パス)の配線長Lint 、その配線に信号を出力する
側のゲートの出力抵抗Rgout、その配線から信号を入力
する側のゲートの入力容量C gin 、配線の単位長あたり
の抵抗Rint および容量Cint を入力し、それぞれレジ
スタ702〜706に格納する。計算部709は、各レ
ジスタ702〜706からデータを入力し、遅延式記憶
部707に記憶された遅延式を使用して当該配線の遅延
Td を計算する。この計算された遅延値Td はレジスタ
710に格納された後、出力部711により図示しない
ファイルに出力され、または表示装置に表示される。An input unit 701 is a design data file (not shown).
From the file, etc., the wiring (net
, Path) wiring length Lint And output a signal to its wiring
Output resistance R of the side gategout, Input the signal from the wiring
Input capacitance C of the gate gin Per unit length of wiring
Resistance Rint And capacity Cint Enter each
Are stored in the storage units 702 to 706. The calculation unit 709 calculates
Input data from registers 702 to 706
Using the delay equation stored in the unit 707, the delay of the wiring
Td Is calculated. This calculated delay value Td Is a register
After being stored in 710, not shown by the output unit 711
Output to file or display on display.
【0127】[0127]
【0128】[0128]
【0129】[0129]
【0130】[0130]
【発明の効果】 以上説明したように、 第1および第2の
発明によれば、実際の遅延と十分な精度で一致する遅延
式を使って、長い配線における遅延最小化の条件を計算
するため、高精度な遅延最適化が実現できる。 As described above , according to the first and second aspects of the present invention, it is possible to calculate the condition for minimizing the delay in a long wiring by using a delay equation that matches the actual delay with sufficient accuracy. And highly accurate delay optimization can be realized.
【0131】また、第3および第4の発明によれば、実
際の遅延と十分な精度で一致する遅延式を使ってゲート
間の配線の遅延量を計算するため、高精度な遅延計算が
可能となる。Further, according to the third and fourth aspects of the present invention, since the delay amount of the wiring between gates is calculated using the delay equation that matches the actual delay with sufficient accuracy, a highly accurate delay calculation is possible. Becomes
【図1】本発明で使用するリングオシレータパターンの
一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a ring oscillator pattern used in the present invention.
【図2】本発明で使用するリングオシレータパターン、
配線特性評価パターン、SPICEパラメータ抽出用パ
ターンが同時に形成されたLSIチップの平面図であ
る。FIG. 2 shows a ring oscillator pattern used in the present invention;
FIG. 4 is a plan view of an LSI chip on which a wiring characteristic evaluation pattern and a SPICE parameter extraction pattern are formed at the same time.
【図3】本発明で使用するリングオシレータパターンの
実施例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a ring oscillator pattern used in the present invention.
【図4】リングオシレータパターンの仕様の一例を示す
図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of specifications of a ring oscillator pattern.
【図5】リングオシレータパターンの発振周波数を測定
するためにLSIチップ上に形成されるアンプの実施例
を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of an amplifier formed on an LSI chip for measuring an oscillation frequency of a ring oscillator pattern.
【図6】リングオシレータパターンと同じLSIチップ
上に作成する配線構造観察用パターンの一実施例を示す
図である。FIG. 6 is a diagram showing one embodiment of a wiring structure observing pattern created on the same LSI chip as the ring oscillator pattern.
【図7】リングオシレータパターンと同じLSIチップ
上に作成する配線特性評価用パターンの一実施例を示す
図である。FIG. 7 is a diagram showing one embodiment of a wiring characteristic evaluation pattern created on the same LSI chip as the ring oscillator pattern.
【図8】本発明の遅延式抽出方法を適用して、配線領域
を分割して遅延式を抽出したときの遅延グラフの一例を
示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a delay graph when a wiring region is divided and a delay expression is extracted by applying the delay expression extraction method of the present invention.
【図9】ゲートファンアウトが2以上の場合におけるリ
ングオシレータパターンの実施例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of a ring oscillator pattern when the gate fan-out is two or more.
【図10】配線長における遅延を減少することを目的と
してインバータが挿入された配線のパターンを示す図で
ある。FIG. 10 is a diagram showing a wiring pattern in which an inverter is inserted for the purpose of reducing the delay in the wiring length.
【図11】遅延最小条件算出装置の一実施例のブロック
図である。FIG. 11 is a block diagram of an embodiment of a minimum delay condition calculating device.
【図12】LSIの設計フローを示す図である。FIG. 12 is a diagram showing an LSI design flow.
【図13】遅延算出装置の一実施例のブロック図であ
る。FIG. 13 is a block diagram of one embodiment of a delay calculation device.
【図14】係数の種類を3つ(a,b,c)にした遅延
式モデルから導出される変数aの値の分布を示す図であ
る。FIG. 14 is a diagram showing a distribution of values of a variable a derived from a delay expression model having three types of coefficients (a, b, c).
【図15】係数の種類を3つ(a,b,c)にした遅延
式モデルから導出される変数bの値の分布を示す図であ
る。FIG. 15 is a diagram showing a distribution of values of a variable b derived from a delay expression model having three types of coefficients (a, b, c).
【図16】係数の種類を3つ(a,b,c)にした遅延
式モデルから導出される変数cの値の分布を示す図であ
る。FIG. 16 is a diagram showing a distribution of values of a variable c derived from a delay expression model having three types of coefficients (a, b, c).
【図17】係数の種類を2つ(a,c)にした遅延式モ
デルから導出される変数aの値の分布を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating a distribution of values of a variable a derived from a delay expression model having two types of coefficients (a, c).
【図18】係数の種類を2つ(a,c)にした遅延式モ
デルから導出される変数cの値の分布を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a distribution of values of a variable c derived from a delay expression model having two types of coefficients (a, c).
【図19】係数の種類を2つ(a,c)にした遅延式モ
デルから導出した変数a=0.84、変数c=0.37の遅延式
で計算される遅延と実際の遅延との間にどの程度の誤差
があるかを示すグラフである。FIG. 19 shows the difference between the actual delay and the delay calculated by the delay equation of variable a = 0.84 and variable c = 0.37 derived from the delay equation model with two types of coefficients (a, c). 7 is a graph showing whether there is an error.
【図20】係数の種類を2つ(a,c)にした遅延式モ
デルから導出した変数a=0.83、変数c=0.38の遅延式
で計算される遅延と実際の遅延との間にどの程度の誤差
があるかを示すグラフである。FIG. 20 shows the difference between the actual delay and the delay calculated by the delay equation of variable a = 0.83 and variable c = 0.38 derived from the delay equation model having two types of coefficients (a, c). 7 is a graph showing whether there is an error.
【図21】係数の種類を2つ(a,c)にした遅延式モ
デルから導出した変数a=0.82、変数c=0.40の遅延式
で計算される遅延と実際の遅延との間にどの程度の誤差
があるかを示すグラフである。FIG. 21 shows the difference between the actual delay and the delay calculated by the delay equation of variable a = 0.82 and variable c = 0.40 derived from the delay equation model with two types of coefficients (a, c). 7 is a graph showing whether there is an error.
【図22】最低2種類のリングオシレータについてその
発振周波数を測定し、2元1次連立方程式を解いて、係
数a,cの値を求める作業を、多数のサンプルについて
繰り返した実験結果の一部を示す図である。FIG. 22 is a part of an experimental result obtained by measuring oscillation frequencies of at least two types of ring oscillators, solving a system of two-dimensional linear equations, and obtaining values of coefficients a and c for a large number of samples; FIG.
【図23】縦軸に係数aの値を、横軸にWg /Lg をと
って、図22の実験結果中の係数aの特性をグラフ化し
た図である。FIG. 23 is a graph showing the characteristics of the coefficient a in the experimental result of FIG. 22, with the value of the coefficient a on the vertical axis and W g / L g on the horizontal axis.
【図24】縦軸に係数cの値を、横軸にWg /Lg をと
って、図22の実験結果中の係数cの特性をグラフ化し
た図である。24 is a graph showing the characteristics of the coefficient c in the experimental results of FIG. 22, where the value of the coefficient c is plotted on the vertical axis and W g / L g is plotted on the horizontal axis.
【図25】遅延式モデルの前提となる回路の一例を示す
図である。FIG. 25 is a diagram illustrating an example of a circuit serving as a premise of the delay model.
【図26】実際の半導体装置について、SPICEによ
るシミュレーションで求めた遅延の値と、エルモアの遅
延式およびバコグルの遅延式から計算される値を比較し
た結果を示す図である。FIG. 26 is a diagram illustrating a result of comparing a delay value obtained by SPICE simulation with a value calculated from an Elmore delay equation and a Bacogul delay equation for an actual semiconductor device.
1…第1のリングオシレータパターン 2…第2のリングオシレータパターン 10…オシロスコープ 11…第1のリングオシレータの周期;Tc1 12…第1のリングオシレータの発振周波数;fc1 13…第1のリングオシレータにおけるインバータ間の
配線長;Lint1 14…第1のリングオシレータにおけるインバータ間配
線の単位あたりの配線抵抗;Rint1 15…第1のリングオシレータにおけるインバータ間配
線の単位あたりの配線容量;Cint1 16…第1のリングオシレータにおけるインバータの最
小サイズインバータに対する拡大率;hrp1 21…第2のリングオシレータの周期;Tc2 22…第2のリングオシレータの発振周波数;fc2 23…第2のリングオシレータにおけるインバータ間の
配線長;Lint2 24…第2のリングオシレータにおけるインバータ間配
線の単位あたりの配線抵抗;Rint2 25…第2のリングオシレータにおけるインバータ間配
線の単位あたりの配線容量;Cint2 26…第2のリングオシレータにおけるインバータの最
小サイズインバータに対する拡大率;hrp2 50…リングオシレータパターン群 51…配線特性評価パターン 52…SPICEパラメータ抽出用パターン 53…半導体集積回路 54…断面構造観察用配線 55…断面構造観察用配線パターン群 56…断面構造観察用配線の長さ 57…配線抵抗測定用パターン 58…配線容量測定用パターン 61…配線長がLintaのパラメータを有した第1のリン
グオシレータパターン 62 配線長がLintbのパラメータを有した第2のリン
グオシレータパターン 71…単位長あたりの配線抵抗;Rint 72…単位長あたりの配線容量;Cint 73…配線長;Linta 74…インバータ拡大率;hrpa 75…配線長;Lintb 80…アンプ 81…1段目のインバータ 82…2段目のインバータ 83…3段目のインバータ 84…4段目のインバータ 89…端子パッド 90…短配線長領域 91…中間領域 92…長配線長領域 97…インバータ拡大率がhrp-aの場合の遅延特性 101…第1のリングオシレータにおける1番目のイン
バータ 102…第1のリングオシレータにおける2番目のイン
バータ 103…第1のリングオシレータにおける最終段から一
つ前のインバータ 104…第1のリングオシレータにおける最終段のイン
バータ 110…第1のリングオシレータにおける1番目のイン
バータの出力につながっている配線 120…第1のリングオシレータにおける2番目のイン
バータの出力につながっている配線 130…第1のリングオシレータにおける最終段から一
つ前のインバータの出力につながっている配線 140…第1のリングオシレータにおける最終段のイン
バータの出力につながっている配線 201…第2のリングオシレータにおける1番目のイン
バータ 202…第2のリングオシレータにおける2番目のイン
バータ 203…第2のリングオシレータにおける最終段から一
つ前のインバータ 204…第2のリングオシレータにおける最終段のイン
バータ 210…第2のリングオシレータにおける1番目のイン
バータの出力につながっている配線 220…第2のリングオシレータにおける2番目のイン
バータの出力につながっている配線 230…第2のリングオシレータにおける最終段から一
つ前のインバータの出力につながっている配線 240…第2のリングオシレータにおける最終段のイン
バータの出力につながっている配線 500…ゲートファンアウト;fg 501…リングオシレータループの本線の配線長 502…リングオシレータループの支線の配線長 503…支線の配線につながったインバータ 601…入力部 602〜606,610〜612…レジスタ 607…遅延式記憶部 608…遅延式変更部 609…計算部 613…出力部 701…入力部 702〜706,710…レジスタ 707…遅延式記憶部 708…遅延式変更部 709…計算部 711…出力部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st ring oscillator pattern 2 ... 2nd ring oscillator pattern 10 ... oscilloscope 11 ... Period of 1st ring oscillator; Tc1 12: oscillation frequency of the first ring oscillator; fc1 13 ... between inverters in the first ring oscillator
Wiring length; Lint1 14: Distribution between inverters in the first ring oscillator
Wire resistance per unit of wire; Rint1 15: Distribution between inverters in the first ring oscillator
Wiring capacity per unit of wire; Cint1 16... Inverter in the first ring oscillator
Enlargement ratio for small size inverter; hrp1 21: period of the second ring oscillator; Tc2 22: oscillation frequency of the second ring oscillator; fc2 23 ... between inverters in the second ring oscillator
Wiring length; Lint2 24—Distribution between Inverters in Second Ring Oscillator
Wire resistance per unit of wire; Rint2 25: Distribution between inverters in the second ring oscillator
Wiring capacity per unit of wire; Cint2 26 ... The inverter in the second ring oscillator
Enlargement ratio for small size inverter; hrp2 Reference Signs List 50 ring oscillator pattern group 51 wiring characteristic evaluation pattern 52 SPICE parameter extraction pattern 53 semiconductor integrated circuit 54 cross-sectional structure observation wiring 55 cross-sectional structure observation wiring pattern group 56 cross-sectional structure observation wiring length 57: Wiring resistance measuring pattern 58: Wiring capacitance measuring pattern 61: Wiring length is LintaFirst phosphorus having parameters of
Oscillator pattern 62 Wiring length is LintbSecond phosphorus having parameters of
Oscillator pattern 71: wiring resistance per unit length; Rint 72: wiring capacitance per unit length; Cint 73 ... wiring length; Linta 74: Inverter expansion rate; hrpa 75 ... wiring length; Lintb 80 ... Amplifier 81 ... Inverter in first stage 82 ... Inverter in second stage 83 ... Inverter in third stage 84 ... Inverter in fourth stage 89 ... Terminal pad 90 ... Short wiring length area 91 ... Intermediate area 92 ... Long wiring length Area 97: Inverter expansion rate is hrp-aDelay characteristic in the case of 101... The first input of the first ring oscillator
Barter 102... Second input of the first ring oscillator
Barter 103: One from the last stage in the first ring oscillator
The previous inverter 104: the last stage input in the first ring oscillator
Barter 110: the first input of the first ring oscillator
Wiring leading to the output of the inverter 120... The second input of the first ring oscillator
Wiring leading to the output of the inverter 130... From the last stage in the first ring oscillator
Wiring 140 connected to the output of the previous inverter 140... The final stage of the first ring oscillator
Wiring connected to the output of the inverter 201... 1st input in the second ring oscillator
Barter 202... The second input of the second ring oscillator
Barter 203: one from the last stage in the second ring oscillator
Inverter 204 before the last stage of the second ring oscillator
Barter 210... The first input of the second ring oscillator
Wiring leading to the output of the inverter 220... The second input of the second ring oscillator
Wiring leading to the output of the inverter 230... From the last stage in the second ring oscillator
Wiring leading to the output of the previous inverter 240... The final stage of the second ring oscillator
Wiring connected to the output of the barter 500: gate fan-out; fg Reference numeral 501: wiring length of the main line of the ring oscillator loop 502: wiring length of the branch line of the ring oscillator loop 503: inverter connected to the wiring of the branch line 601: input units 602 to 606, 610 to 612: register 607: delay type storage unit 608 ... Delay expression change unit 609 ... Calculation unit 613 ... Output unit 701 ... Input unit 702-706,710 ... Register 707 ... Delay expression storage unit 708 ... Delay expression change unit 709 ... Calculation unit 711 ... Output unit
Claims (8)
線を複数のインバータによって分割する際のインバータ
の挿入ピッチを計算する方法において、 前記配線の遅延量を計算する遅延式として、遅延量の計
算式である右辺に、ゲートの出力抵抗および入力容量に
関わる第1の項と、配線抵抗および配線容量に関わる第
2の項とを有し、前記第1の項の係数として前記配線が
形成されるチップに対する半導体製造プロセスに応じた
値βを使用し、前記第2の項の係数として0.33〜0.42の
範囲内の値αを使用した遅延式を使用し、最小サイズの
インバータの出力抵抗および入力容量をRout0およびC
in0 、前記配線の単位長あたりの配線抵抗および配線容
量をRint およびCint とするとき、遅延最小条件を与
える前記インバータの挿入ピッチを、 (βRout0Cin0 /αRint Cint )1/2 として求めることを特徴とする計算方法。1. A method of calculating an inverter insertion pitch when dividing a wiring by a plurality of inverters in order to minimize a wiring delay amount, wherein a delay amount is calculated as a delay expression for calculating the wiring delay amount. Has a first term relating to the output resistance and the input capacitance of the gate, and a second term relating to the wiring resistance and the wiring capacitance. Using the value β according to the semiconductor manufacturing process for the chip to be formed, using the delay equation using the value α in the range of 0.33 to 0.42 as the coefficient of the second term, the output resistance of the inverter of the minimum size And the input capacitance is R out0 and C
in0 , and when the wiring resistance and wiring capacitance per unit length of the wiring are R int and C int , the insertion pitch of the inverter that gives the minimum delay condition is (βR out0 C in0 / αR int C int ) 1/2 A calculation method characterized by being obtained as
使用する請求項1記載の計算方法。2. A calculation method according to claim 1, wherein the use of a value in the range of 0.80 to 0.90 as the beta.
線を複数のインバータによって分割する際のインバータ
の挿入ピッチを計算する装置において、 前記配線の遅延量を計算する遅延式として、遅延量の計
算式である右辺に、ゲートの出力抵抗および入力容量に
関わる第1の項と、配線抵抗および配線容量に関わる第
2の項とを有し、前記第1の項の係数として前記配線が
形成されるチップに対する半導体製造プロセスに応じた
値βを使用し、前記第2の項の係数として0.33〜0.42の
範囲内の値αを使用した遅延式を記憶する遅延式記憶部
と、 最小サイズのインバータの出力抵抗Rout0および入力容
量Cin0 、前記配線の単位長あたりの配線抵抗Rint お
よび配線容量Cint 、前記配線の長さlint を入力する
入力部と、 該入力部により入力された前記最小サイズのインバータ
の出力抵抗Rout0および入力容量Cin0 、前記配線の単
位長あたりの配線抵抗Rint および配線容量Cint 、前
記配線の長さlint を保持するレジスタと、 該レジスタに保持されたデータを入力し、前記遅延式記
憶部に記憶された遅延式を適用して、遅延最小条件を与
える前記インバータの挿入ピッチを、 (βRout0Cin0 /αRint Cint )1/2 として求める計算部と、 該計算部の計算結果を保持するレジスタと、 該レジスタに保持されたデータを出力する出力部とを含
むことを特徴とする計算装置。3. An apparatus for calculating an insertion pitch of an inverter when the wiring is divided by a plurality of inverters in order to minimize a wiring delay amount, wherein the delay amount is calculated as a delay expression for calculating the wiring delay amount. Has a first term relating to the output resistance and the input capacitance of the gate, and a second term relating to the wiring resistance and the wiring capacitance. A delay type storage unit for storing a delay type using a value β according to a semiconductor manufacturing process for a formed chip and using a value α in a range of 0.33 to 0.42 as a coefficient of the second term; And an input unit for inputting the output resistance R out0 and the input capacitance C in0 of the inverter, the wiring resistance R int and the wiring capacitance C int per unit length of the wiring, and the length l int of the wiring. Was A register for holding serial minimum size of the inverter of the output resistor R out0 and the input capacitance C in0, the wiring resistance per unit length of the wiring R int and wiring capacitance C int, the length l int of the wiring, held in the register The input data is input, and the delay formula stored in the delay formula storage unit is applied, and the insertion pitch of the inverter that gives the minimum delay condition is (βR out0 C in0 / αR int C int ) 1/2. A calculation device comprising: a calculation unit to be obtained; a register for holding a calculation result of the calculation unit; and an output unit for outputting data held in the register.
使用する請求項3記載の計算装置。4. The computing device according to claim 3, wherein a value in the range of 0.80 to 0.90 is used as said β.
遅延量の計算式である右辺に、ゲートの出力抵抗および
入力容量に関わる第1の項と、配線抵抗および配線容量
に関わる第2の項とを有し、前記第1の項の係数として
前記配線が形成されるチップに対する半導体製造プロセ
スに応じた値βを使用し、前記第2の項の係数として0.
33〜0.42の範囲内の値αを使用した遅延式を使用して、
半導体チップ上に形成する配線の遅延量を計算する計算
方法。5. A delay expression for calculating a delay amount of a wiring,
The right side of the formula for calculating the amount of delay includes a first term relating to the output resistance and the input capacitance of the gate, and a second term relating to the wiring resistance and the wiring capacitance. The value β according to the semiconductor manufacturing process for the chip on which the wiring is formed is used, and the coefficient of the second term is set to 0.
Using a delay formula with a value α in the range of 33-0.42,
A calculation method for calculating a delay amount of a wiring formed on a semiconductor chip.
使用する請求項5記載の計算方法。6. The calculation method according to claim 5, wherein a value in the range of 0.80 to 0.90 is used as said β.
において、 前記配線の遅延量を計算する遅延式として、遅延量の計
算式である右辺に、ゲートの出力抵抗および入力容量に
関わる第1の項と、配線抵抗および配線容量に関わる第
2の項とを有し、前記第1の項の係数として前記配線が
形成されるチップに対する半導体製造プロセスに応じた
値βを使用し、前記第2の項の係数として0.33〜0.42の
範囲内の値αを使用した遅延式を記憶する遅延式記憶部
と、 前記ゲートの出力抵抗Rgoutおよび入力容量Cgin 、前
記配線の単位長あたりの配線抵抗Rint および配線容量
Cint 、前記配線の長さLint を入力する入力部と、 該入力部により入力された前記インバータの出力抵抗R
goutおよび入力容量Cgin 、前記配線の単位長あたりの
配線抵抗Rint および配線容量Cint 、前記配線の長さ
Lint を保持するレジスタと、 該レジスタに保持されたデータを入力し、前記遅延式記
憶部に記憶された遅延式を適用して、前記配線の遅延量
を求める計算部と、 該計算部の計算結果を保持するレジスタと、 該レジスタに保持されたデータを出力する出力部とを含
むことを特徴とする計算装置。7. An apparatus for calculating a delay amount of a wiring between gates, wherein a delay expression for calculating the delay amount of the wiring includes, on the right-hand side which is a calculation expression of the delay amount, a fourth expression relating to an output resistance and an input capacitance of the gate. 1 and a second term relating to wiring resistance and wiring capacitance, and using a value β according to a semiconductor manufacturing process for a chip on which the wiring is formed as a coefficient of the first term, A delay type storage unit for storing a delay type using a value α in the range of 0.33 to 0.42 as a coefficient of the second term; an output resistance R gout and an input capacitance C gin of the gate; An input unit for inputting a wiring resistance R int and a wiring capacitance C int , and a length L int of the wiring; and an output resistance R of the inverter input by the input unit.
gout and an input capacitance C gin , a wiring resistance R int and a wiring capacitance C int per unit length of the wiring, a register holding the wiring length L int , a register holding the wiring length L int , and inputting the data held in the register, A calculating unit for applying the delay formula stored in the formula storing unit to obtain the amount of delay of the wiring, a register holding a calculation result of the calculating unit, and an output unit outputting data held in the register A computing device comprising:
使用する請求項7記載の計算装置。8. The calculation device according to claim 7, wherein a value in the range of 0.80 to 0.90 is used as said β.
Priority Applications (1)
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JP10801499A JP3353739B2 (en) | 1999-04-15 | 1999-04-15 | Calculation method and calculation device |
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Publications (2)
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JP2000298683A JP2000298683A (en) | 2000-10-24 |
JP3353739B2 true JP3353739B2 (en) | 2002-12-03 |
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