考虑非均匀温度效应的互连特性分析.pdf

西安电子科技大学
硕士学位论文
考虑非均匀温度效应的互连特性分析
姓名:洪潇
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:柴常春
20100101
摘要随着特征尺寸的下降,互连已经成为决定系统性能和功耗的主要因素,度分布模型,并且对模型所对应的互连延时模型进行了推导。由此引出了非均匀温度分布和依赖于温度的延时模型,然后在此基础建立了非均匀温度分布下互连线趋近零时钟偏差的解析模型。最后,在衬底非均匀温度分布的情况下入缓冲器的温度特性,并且对比了均匀温度分布和非均匀温度分布下的缓冲器插关键词:互连延时衬底温度分布非均匀热效应缓冲器插入其中又以互连线的热问题对芯片的设计和可靠性影响最为重要,本文着重研究超大规模集成电路中非均匀温度分布对互连的影响。首先分析了几种不同的衬底温通过缓冲器插入进行互连线延时优化。优化过程同时考虑了互连线温度分布和插入模型。这些非均匀热效应对互连线特性有重要影响,因此在设计思想中必须予以考虑,从而确保工作状态的近似理想化。
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日期帅导师签名。二赫本学位论文属于促声,在一年解密后适用本授权书。本人签名:筮渔邀日期堡垒:垒≥:丝西安电子科技大学学位论文独创性虼葱滦声明关于论文使用授权的说明日期翌￡芝:秉承学校严谨的学风和优良的科学道德,本人声明所呈交的论文是我个人在注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切的法律责任。本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标果;也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。本人签名:生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件,允许查阅和借阅论文:学校可以公布论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证,毕业后C艿穆畚脑诮饷芎笞袷卮斯娑
【縪如今,从电子测量仪器、计算机系统到通信高速发展。电路的集成度每三年增长四倍,特征尺寸每三年缩小√叮贝娲芯片面积伽坍勺根据表给出的数据可以看出飞速发展趋势,朝着更小特征尺寸和更大的芯片面积发展,晶体管数量逐渐增加,频率越来越高且功耗越来越大。如下图,不同特征尺寸下的电源电压与时钟频率关系,可以看出,随着特征尺寸的集成电路作为信息技术的载体,在电子信息技术中占有着举足轻重的地位,是电子信息技术发展的核心和支柱【¨。集成电路问世年以来,其发展速度惊人。目前,全世界每年可生产多亿块、蛴嘀旨傻缏贰晔澜绨氲继主设备,从国防尖端到工业及民用领域,都与密切相关。.傻缏贩⒄垢攀从年前贝尔实验室诞生的第一个晶体管,到世纪年代第一枚集成电路问世,半导体微电子技术成为现代电子技术领域中发展最迅猛、成长最迅速的技术分支。当著名的“摩尔定律”在年由敬词既酥坏母甑恰つΧ提出后,集成电路向晶体管集成数量不断增加,晶体管工艺尺寸不断降低的方向器的容量每三年就增加。事实上,集成电路集成度的增加速度甚至比摩尔预计的还要快。局部时钟频率全局时钟频率最大功耗/芯片表半导体行业发展路线主要数据年份特征尺寸位数/芯片晶体管数/芯片电压加...·.
降低,时钟频率越来越耐。随着集成电路一直遵循摩尔定律迅速发展,当设计进入亚微米阶段后,特征尺寸的缩小,导致了互连线横截面和线间距的减小,电阻、电容、电感引起的寄生效应严重的影响了电路的性能,集成电路中金属线上的延时已大大超过了器件像过去那样,是消耗在数据的运算和生成过程中。因此互连日渐变为集成电路发缩放。如图,反映了集成电路伴随工艺提高,器件尺寸减小,延时大大降低,器件/邮币丫档酱我N恢茫チ邮背晌O低逞邮钡闹饕R蛩亍中的金属互连线本身的延时【。也就是说,大部分时钟周期将被消耗在数据传输过程当中,而不是展的瓶颈,成为被集成电路设计者所需要高度关注的问题。与馨幢壤跣∧艿玫焦逃械男阅苡呕喾矗チ南窒笫恰胺比例考虑非均匀温度效应的互连特性分析图不同特征尺寸下的电源电压及时钟频率图互连延时随工艺发展的变化趋势.
度增加,同时也增加了互连的温度,而热效应又对芯片的效率和可靠性都有着重来说,芯片温度的升高会增加晶体管和互连线的延时,从而降低了电路的性能。另外,关于芯片温度分布和模拟依赖温度的可靠性已经有大量工作,但是考虑温度效应对信号性能和完整性的研究比较少。互连线电阻会随着温度线性增加,而互连线延时会强烈依赖于互连温度分布。温度对电阻的影响