[發明專利]基于混合階有限元的三維集成電路電磁場計算方法及裝置

有效

• 申請號: 202011068618.3
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN111931458B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 唐章宏;鄒軍;黃承清;汲亞飛;王芬
• 申請（專利權）人: 北京智芯仿真科技有限公司
• 主分類號: G06F30/398
• 分類號: G06F30/398
• 代理公司: 深圳市行一知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 44453
• 代理人: 楊賢

本申請實施例公開了基于混合階有限元的三維集成電路電磁場計算方法及裝置。該方法包括根據Delaunay網格剖分算法獲得三維超大規模集成電路多尺度版圖的第一四面體網格；確定網格中網格單元邊長最大值，基于此，對第一四面體網格進行網格細分形成第二四面體網格；基于此，建立一階單元及其有限元剛度矩陣，并根據場路耦合求解三維超大規模集成電路電磁場的初始值；基于第二四面體網格，根據所述電磁場的初始值變化速度超過和不超過預設值的網格單元以及三維集成電路版圖小尺度區域的網格單元，建立混合階單元；根據混合階單元建立有限元剛度矩陣，計算三維超大規模集成電路電磁場。本申請可以提高三維超大規模集成電路電磁場的計算精度，且計算效率高。

技術領域

本發明涉及集成電路版圖有限元分析領域，尤其涉及基于混合階有限元的三維集成電路電磁場計算方法及裝置。

背景技術

集成電路已經在各行各業中發揮著非常重要的作用，是現代信息社會的基石。它是一種微型電子器件或部件，采用一定的工藝，把包含數億個晶體管、電阻、電容和電感等電路元件的電路通過集成電路版圖及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質基片上，然后封裝在一個管殼內，成為具有所需電路功能的高度集成的微型結構。

針對帶有多尺度結構復雜版圖的三維超大規模集成電路，對其進行電源完整性分析、信號完整性分析已經顯得越來越重要。在早期，集成電路結構簡單時，可采用傳輸線模型或等效電路模型分析和模擬集成電路的電源完整性和信號完整性，但隨著集成電路尺寸越來越小，功耗越來越小，而其晶體管數量越來越多，處理速度越來越快，功能越來越強，集成電路的元器件密度越來越大，集成電路元器件、以及連接元器件的引線、電源層等形成的版圖越來越復雜，目前，三維超大規模集成電路具有非常復雜的版圖結構，版圖上的幾何形狀通常具有多尺度復雜結構，尺度范圍為厘米級到納米級。針對如此復雜結構的三維超大規模集成電路，傳統的傳輸線模型或等效電路模型的分析方法由于采用了太多的簡化和等效已經不再適用，因此，針對這種具有多尺度結構、且尺度范圍為厘米級到納米級的三維超大規模集成電路，需要采用更為精確的基于電磁場理論的數值計算方法，例如有限元方法，因為有限元法能采用靈活的非結構網格進行計算，以適應具有多尺度復雜結構的三維超大規模集成電路多尺度版圖。

然而，發明人在實施本發明的過程中發現，近年來，針對帶有結構復雜的集成電路版圖的三維集成電路采用基于場的方法計算，對各層集成電路版圖采用二維非結構網格剖分，在網格剖分的過程中考慮了版圖的復雜結構，因此其計算結果更為準確，但這種方法采用的是二維網格對計算場域進行離散，其假設的前提是集成電路版圖平面尺寸遠遠大于集成電路金屬層和金屬層之間的介質層的厚度，對于目前正在發展的三維集成電路來說，其電源、信號不光在各層的平面結構傳遞，還在垂直方向產生大量的互連，且集成電路電源部分的供電金屬線的寬度越來越窄，集成電路版圖中存在越來越多的尺寸小的多邊形，這些尺寸已經可以和金屬層或介質層厚度相比擬，此時，這個假設已經顯現出越來越大的誤差，因此有必要直接采用三維電磁場數值計算方法如三維有限元法直接對整個三維集成電路進行電磁仿真。而現有技術在利用三維有限元方法解決具有多尺度復雜結構的三維超大規模集成電路電磁場計算問題時，為了提高計算精度采用密集的網格，導致即使采用一階有限元，其未知量都達到了數千萬量級，計算效率低；但如果采用的網格較為稀疏，則計算精度無法達到要求，此時常用的方法是提高有限元計算階數，如將一階單元提高到二階單元，但如果將所有單元都提高到二階單元，同樣也會導致計算的未知量急劇增大，計算效率仍然很低。

發明內容

本申請實施例提供了一種基于混合階有限元的三維集成電路電磁場計算方法及裝置，可以提高三維超大規模集成電路電磁場計算精度，且計算效率高。

第一方面，本申請實施例提供一種基于混合階有限元的三維集成電路電磁場計算方法，所述方法包括：

步驟100，根據Delaunay網格剖分算法獲得三維超大規模集成電路多尺度版圖的第一四面體網格；