SIMUCAD 3D ベース寄生素子抽出ツール - SILVACOSIMUCAD 3D ベースベース寄生素子抽出寄生素子抽出ツール - 2 - 目次三つの製品をラインナップ－それぞれの特徴を紹介

2007年1月25日

SIMUCAD 3Dベース寄生素子抽出ツール

EDS Fair 2007 Seminar

- 2 -SIMUCAD 3Dベースベースベースベース寄生素子抽出寄生素子抽出寄生素子抽出寄生素子抽出ツールツールツールツール

目次目次目次目次

� 三つの製品をラインナップ－それぞれの特徴を紹介

� CLEVER

� 非平坦な配線構造への対応

� 実測値との比較

� STELLAR

� より大規模での計算速度

� 抽出結果について、CLEVERとの比較

� EXACT/HIPEX

� 容量抽出用テクノロジ・ファイルの生成と利用の手順

� 抽出結果について、CLEVERとの比較

� まとめ


Simucad社社社社がががが提供提供提供提供するするするする三三三三つのつのつのつの３３３３DベースベースベースベースLPEツールフローツールフローツールフローツールフロー

� 機能、特長の異なる三つのLPEツール、フローを提供



� 機能、特長の異なる三つのLPEツール、フローを提供



� 完全3DベースLPEツールとしてCLEVER、STELLAR

� 3Dベースの係数テーブルを生成して利用するEXACT / HIPEX

レイアウトデータ

プロセス情報CLEVER

STELLAR

EXACT

HIPEX

3D配線構造データ

寄生RCを含む

ネットリスト


CLEVER / STELLAR

� 容量、抵抗計算のための三次元構造を生成し、そこから寄生RCを含むネットリストを生成



STELLAR

EXACT

HIPEX


寄生RCを含む

ネットリスト


CLEVER / STELLAR

� 容量、抵抗計算のための三次元構造を生成し、そこから寄生RCを含むネットリストを生成



STELLAR

EXACT

HIPEX


寄生RCを含む

ネットリスト


EXACT / HIPEX

� EXACTで寄生容量抽出のための係数テーブルを生成、それを利用してHIPEXで寄生RCを含むネットリストを生成



STELLAR

EXACT

HIPEX


寄生RCを含む

ネットリスト


CLEVER

� 3D電界ソルバをベースとした寄生RC抽出ツール

� 非平坦な配線形状やリソグラフィの影響を反映した容量計算が可能

� 容量計算については実測値と比較を行い、精度を実証

� 他のLPEツールのベンチマークとなり得る抽出精度を実現

マンハッタン形状で再現された配線構造リソグラフィの影響を考慮した配線構造


CLEVER －－－－使用方法使用方法使用方法使用方法

� Deckbuildにインプット・デックを

読み込み、実行� プロセス情報や容量・抵抗計算の

設定を指定

� 入力レイアウトはGDSIIファイル、または専用の.layフォーマット

� デバイス抽出のために、演算機能（論理、選択、リサイズ）を使用可能

� 出力結果は、SPICEネットリスト、

もしくはログ・ファイルで確認


CLEVER －－－－非平坦非平坦非平坦非平坦なななな配線形状配線形状配線形状配線形状にににに対応対応対応対応

� 非マンハッタン形状を発生する堆積、エッチング工程に対応

� 光源波長や装置パラメータを反映させたリソグラフィ像を再現

� 曲面を持つ形状を少ないメッシュで処理できる四面体メッシュを採用



� 非マンハッタン形状を発生する堆積、エッチング工程に対応

� 光源波長や装置パラメータを反映させたリソグラフィ像を再現

� 曲面を持つ形状を少ないメッシュで処理できる四面体メッシュを採用



� マンハッタン形状で再現された配線構造

� CLEVERでの計算時間： 8分21秒

インプットデックの例）

## poly ##Deposit Poly Thickness=0.25 MaxDeposit Resist Thickness=0.3 MaxMask "POLY“

Etch PolyStrip ResistElectrodes "*GATE" Poly

## contact holes ##

Deposit Oxide Thickness=0.5 MaxDeposit Resist Thickness=0.3 MaxMask "CONT" Reverse

Etch OxideStrip ResistElectrodes "*CONT" Silicon



� リソグラフィの効果を考慮して再現された配線構造

� CLEVERでの計算時間：2時間43分

インプットデックの例）

## poly ##Deposit Poly Thickness=0.25 MaxDeposit Resist Thickness=0.1 MaxIllumination wavelength=0.193Mask "POLY" LITHO

criticalintensity=0.5 aperture=0.5 defocus=0

Etch PolyStrip ResistElectrodes "*GATE" Poly

## contact holes ##Deposit Oxide Thickness=0.5 MaxDeposit Resist Thickness=0.3 MaxMask "CONT" Reverse LITHO

criticalintensity=0.5aperture=0.5 defocus=0

Etch OxideStrip ResistElectrodes "*CONT" Silicon



� エッチング形状の違いが及ぼす配線間容量

isotropic=0.1

isotropic=0.2 isotropic=0.4

isotropic=0.0



� エッチング形状の違いが及ぼす配線間容量

0.0

1.0 10-16

2.0 10-16

3.0 10-16

4.0 10-16

5.0 10-16

6.0 10-16

7.0 10-16

8.0 10-16

9.0 10-16

1.0 10-15

-9.00

-8.00

-7.00

-6.00

-5.00

-4.00

-3.00

-2.00

-1.00

0.00

1.00

-0.10 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50

Coupling capaicatance error for sturcture dependance

w=1.0(um)

error(%)

isotropic


CLEVER －－－－実測値実測値実測値実測値とのとのとのとの比較比較比較比較

� Simulation Standardから抜粋

� SEM画像に合う二次元断面が出来るように配線構造を定義

� その配線構造で三次元の配線TEGの構造データを生成

� 異なる配線層の位置関係、および複数の配線間隔で比較




� SEM画像に合う二次元断面が出来るように配線構造を定義

� その配線構造で三次元の配線TEGの構造データを生成

� 異なる配線層の位置関係、および複数の配線間隔で比較




Comparison between simulation ( ) and measurements ( ) for lateral

capacitance.

Two parallel lines of metal 3 of 0.6um width and 100 um length.

https://src.silvaco.com/ResourceCenter/ja/SimulationStandard/showArticle.jsp?year=1998&article=a1&month=nov




Comparison between simulation ( ) and measurements ( ) or

different layer fringe or edge capacitance. Two parallel lines of

0.6um width and 100 um length with one line in metal 3 and the other

of metal 4.





Comparison between simulation ( ) and measurements ( ) for two

stacked lines.

Two parallel lines of metal 3 and metal 4 without any ov erhang.



STELLAR

� 3D電界ソルバをベースとした寄生容量抽出ツール

� より大規模なデザインに対応する高速な電界ソルバを搭載

� 平坦な構造であれば、CLEVERと同等の精度を実現

� レイアウトデータでは、45°配線など非マンハッタン形状も対応


STELLAR －－－－使用方法使用方法使用方法使用方法

� 専用のGUIで設定を入力

� デバイス抽出、ならびにレイヤー間の接続性の定義

� 3D配線構造を生成するためのプロセス情報（平坦プロセスのみ）

� 対象となるレイアウトデータをGDSIIファイルとセル名で指定


STELLAR －－－－使用方法使用方法使用方法使用方法

� DOE（Design Of Experiments）機能が利用可能

� 層厚や比誘電率にTypical、Worst、あるいはその中間値をそれぞれ設定して、プロセスばらつきに対応した結果を取得可能


STELLAR －－－－高速高速高速高速なななな３３３３D容量計算容量計算容量計算容量計算

� CLEVERと較べて4～50倍以上の処理速度を実現� 使用マシン : AMD Opteron 2.4GHz （1 Coreで実行）

� FULL_ADDER (48Tr.) : CLEVER 8分21秒STELLAR 2分13秒

� FAx2 (96Tr.) : CLEVER 19分10秒STELLAR 4分10秒

� FAx4 (192Tr.) : CLEVER 43分32秒STELLAR 7分32秒

� マルチコアを用いた並列処理で、より高速に� FAx4 (192Tr. 4 Core) : STELLAR 3分5秒（1 Core比2.4倍）



CLEVER/STELLAR実行時間

0:00:00

0:07:12

0:14:24

0:21:36

0:28:48

0:36:00

0:43:12

0:50:24

0 50 100 150 200 250

トランジスタ数

実行

時間

CLEVER

STELLAR (1Core)

STELLAR (4Cores)



� CLEVERと較べて4～50倍以上の処理速度を実現

� 使用マシン : AMD Opteron 2.4GHz （CLEVERは1 Coreで実行）

� FAx8 (384Tr.) : CLEVER 2時間32分 (1.4GB)

STELLAR 20分52秒 (0.27GB)

(4 Core) STELLAR 6分25秒 (0.6GB)(1 Core比3.2倍)

� FAx16 (768Tr.) : CLEVER 12時間16分 (4.9GB)

STELLAR 44分55秒 (0.24GB)(4 Core) STELLAR 13分14秒 (0.6GB)

(1 Core比3.4倍)



CLEVER/STELLAR実行時間

0:00:00

2:24:00

4:48:00

7:12:00

9:36:00

12:00:00

14:24:00

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


実行

時間

CLEVER

STELLAR (1Core)

STELLAR (4Cores)



� マルチ・コアマシンの利用による高速化: 2.4～3.4倍

STELLAR Multi-Core 実行時間

0:00:00

0:07:12

0:14:24

0:21:36

0:28:48

0:36:00

0:43:12

0:50:24

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900


実行

時間

STELLAR (1Core)

STELLAR (4Cores)


CLEVERととととSTELLARのののの容量値容量値容量値容量値のののの比較比較比較比較

� FULL_ADDERセルで比較

� すべてのネット間のカップリング容量で比較� 計算時間： CLEVER － 8分21秒 / STELLAR － 2分13秒



� 対象となるレイアウトパターン



� CLEVER / STELLARで作成された3D配線構造



� それぞれのツールで抽出された容量の値を、ネットごとに比較

-3.3%5.07E-164.90E-16VDDA

-16.8%1.18E-159.82E-16substrateA

-5.7%6.75E-176.37E-17net7A

-4.2%5.41E-175.18E-17net5A

30.3%7.95E-191.04E-18net4A

-5.2%1.07E-161.02E-16net3A

16.5%5.59E-186.52E-18net2A

66.4%2.38E-193.96E-19net18A

-9.5%1.01E-179.18E-18net17A

-4.3%2.79E-162.67E-16net16A

0.9%4.47E-164.51E-16net15A

-3.3%9.73E-179.41E-17net14A

13.7%5.11E-175.81E-17net13A

1.7%1.64E-161.67E-16GNDA

-38.0%1.23E-187.63E-19CNA

6.9%3.04E-163.25E-16BA

Difference (%)CLEVER (F)STELLAR (F)net2net1



� 値の大きな容量（10-16F以上）では、10%以内の差

� それよりも値が小さくなると、値がばらつく

� 電界シミュレーションの限界？

0

20

40

60

80

100

120

-100 -9

0-8

0-7

0-6

0-5

0-4

0-3

0-2

0-1

0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

系列1






0

20

40

60

80

100

120

-100 -9

0-8

0-7

0-6

0-5

0-4

0-3

0-2

0-1

0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

系列1

すべての容量が10-6pF

以下



� 10-16F未満のカップリング容量をフィルタリング

-3.3%5.07E-164.90E-16VDDA

-16.8%1.18E-159.82E-16substrateA

-5.7%6.75E-176.37E-17net7A

-4.2%5.41E-175.18E-17net5A

30.3%7.95E-191.04E-18net4A

-5.2%1.07E-161.02E-16net3A

16.5%5.59E-186.52E-18net2A

66.4%2.38E-193.96E-19net18A

-9.5%1.01E-179.18E-18net17A

-4.3%2.79E-162.67E-16net16A

0.9%4.47E-164.51E-16net15A

-3.3%9.73E-179.41E-17net14A

13.7%5.11E-175.81E-17net13A

1.7%1.64E-161.67E-16GNDA

-38.0%1.23E-187.63E-19CNA

6.9%3.04E-163.25E-16BA

Difference (%)CLEVER (F)STELLAR (F)net2net1






0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

-100

%-9

0%-8

0%-7

0%-6

0%-5

0%-4

0%-3

0%-2

0%-1

0% 0

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

系列1






0

5

10

15

20

25

-20%

-18%

-16%

-14%

-12%

-10% -8

%

-6%

-4%

-2% 0% 2% 4% 6% 8% 10%

12%

14%

16%

18%

20%

系列1






0

5

10

15

20

25

-20%

-18%

-16%

-14%

-12%

-10% -8

%

-6%

-4%

-2% 0% 2% 4% 6% 8% 10%

12%

14%

16%

18%

20%

系列1

94%のカップリング容量が

10%以内の差に収まる


EXACT / HIPEX

� EXACTで、容量抽出用HIPEXテクノロジ・ファイルを生成

� プロセス情報、テストパターン、デザインルールを入力して実行

� あらかじめ設定されたレイアウトとパラメータを組み合わせて、複数の３D電界シミュレーションと容量計算を実施

� 設定はGUIベースで。詳細な設定はテキストベースでも可能

� マルチコアを用いた並列処理で、より高速に

� 個々の電界シミュレーション、および容量計算は独立しているので、処理時間はCPUに反比例して短くなる


EXACT / HIPEX

� レイアウトベースの抽出手法で、CLEVERに較べ、非常に高速

� HIPEXの設定や起動は、Expertレイアウト・エディタ、またはGuardian LPEから行う

� ネット名を指定して、選択的に抽出を行うことが可能

� 回路図ネットリストからのバック・アノテーションが可能

� スムーズなポスト・レイアウト・シミュレーションを実現


CLEVERととととEXACT/HIPEXのののの比較比較比較比較

� FULL_ADDERセルで比較

� HIPEXが抽出するすべてのネット間のカップリング容量で比較

� 計算時間： CLEVER － 8分21秒 / HIPEX － 6秒



� EXACTのHIPEX用標準モデルで実行した結果

� HIPEXの結果がCLEVERに較べて半分以下の値になっているところが目立つ

CLEVER vs HIPEX

0

5

10

15

20

25

30

-100% -90% -80% -70% -60% -50% -40% -30% -20% -10% ±0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

CLEVER vs HIPEXerror (%) = (HIPEX-CLEVER)/CLEVER



� EXACTのHIPEX用標準モデルでの不足点

� 異なるレイヤーで平行に走っている配線を考慮していない

� EXACTに配線モデルを追加して対応

� 容量抽出用のテクノロジ・ファイルに対応する記述を追加

cpx Lateral METAL2 METAL1

/factor = ({

{0.1, 3.37214e-05},

{0.2, 3.30071e-05},

{0.3, 3.21955e-05},

{0.4, 3.12985e-05},

{0.5, 3.03674e-05},

{0.6, 2.93978e-05},

{0.7, 2.84129e-05},

{0.8, 2.74141e-05},

{0.9, 2.64088e-05},

{1.0, 2.54439e-05},

{1.1, 2.44895e-05},

{1.2, 2.35714e-05},

{1.3, 2.26698e-05},

{1.4, 2.17998e-05},

{1.5, 2.09738e-05},

{1.6, 2.01739e-05},

{1.7, 1.94016e-05},

{1.8, 1.86627e-05},

{1.9, 1.79557e-05},

{2.0, 1.72791e-05},

{2.1, 1.66246e-05},

{2.2, 1.60085e-05},

{2.3, 1.54089e-05},

{2.4, 1.48302e-05},

{2.5, 1.42845e-05},

{2.6, 1.37648e-05},

{2.7, 1.32664e-05},

{2.8, 1.27856e-05},

{2.9, 1.23172e-05},

{3.0, 1.18816e-05}

})

/max_distance = 20

/max_width = 0

/l_threshold = 0;

CFringe



� 異なるレイヤーで平行に走っている配線を考慮した場合の結果

� 全体的に不足していた容量が改善

� 大きく出すぎてしまう容量も存在

CLEVER vs HIPEX

0

5

10

15

20

25

30

-100% -90% -80% -70% -60% -50% -40% -30% -20% -10% ±0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

系列1error (%) = (HIPEX-CLEVER)/CLEVER



� 平行な配線の上下に存在するレイヤーの影響

� 上下に別のネットが存在する場合、平行な配線間の容量は小さくなる

Clat1 Clat2

Clat1 > Clat2



� 平行な配線の上下に存在するレイヤーの影響を考慮

� CLEVERに対して大き過ぎた容量が改善

� 全体的に-20%付近の差に集中してきた

CLEVER vs. HIPEX

0

5

10

15

20

25

30

-100% -90% -80% -70% -60% -50% -40% -30% -20% -10% ±0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

系列1error (%) = (HIPEX-CLEVER)/CLEVER


Simucad社社社社のののの三三三三つのつのつのつのLPEツールツールツールツールをををを比較比較比較比較するとするとするとすると

� CLEVER －配線構造を忠実に再現した容量抽出を実現

� あらゆるLPEツールのリファレンスとなり得る

� 配線容量の形状依存性の調査に有効

� 配線形状が再現できれば高精度な配線容量が得られる

� 精度を向上するために、設定などで工夫する必要がない

� STELLAR －より高速な3Dベース容量計算を実現

� レイアウトベースの抽出手法よりも精度が要求されるセルやブロックに対して利用

� マクロセルのキャラクタリゼーションにも利用


Simucad社社社社のののの三三三三つのつのつのつのLPEツールツールツールツールをををを比較比較比較比較するとするとするとすると

� HIPEX －非常に高速なレイアウトベースの寄生RC抽出

� 作業の繰り返しが多いレイアウト設計フローに組み込んで利用

� ３D配線構造の影響は、EXACTで取り込むことが可能

� より高い精度を求める場合は、容量抽出用テクノロジ・ファイルで修正が必要

� それぞれの製品を、目的に応じて使い分けることが必要


それぞれのそれぞれのそれぞれのそれぞれの製品製品製品製品をををを、、、、目的目的目的目的にににに応応応応じてじてじてじて使使使使いいいい分分分分けるためにけるためにけるためにけるために

� すべての製品を通常のライセンスで購入すると、かなり高額に

� Simucad社のトークン・ライセンスによって、より低コストに実現

することが可能

� 製品ごとに必要なトークン数を設定

� ソフトウェアを使用しているときだけ、必要な数のトークンを取得

� 使用する時間帯を工夫することで、費用対効果の高い運用が可能


まとめまとめまとめまとめ

� Simucad社は三つの寄生RC抽出ツールを提供

� 精度はCLEVERに較べて、CLEVERが10～20%以内の誤差

� 目的や使い勝手の差に応じて、それぞれのツールを使い分けることが大切

� 複雑な配線形状でリファレンスとなる結果を求めるならCLEVER

� 比較的大きな規模に対して3D容量計算を行うならSTELLAR

� 回路シミュレーションへのつながりを重視するなら、現状ではHIPEX

� ツールの使い分けにはトークン・ライセンスの利用が有効

Documents

SIMUCAD 3D ベース寄生素子抽出ツール - SILVACOSIMUCAD 3D ベースベース寄生素子抽出 寄生素子抽出ツール - 2 - 目次 三つの製品をラインナップ－それぞれの特徴を紹介

SIMUCAD 3D ベース寄生素子抽出ツール - SILVACOSIMUCAD 3D ベースベース寄生素子抽出寄生素子抽出ツール - 2 - 目次三つの製品をラインナップ－それぞれの特徴を紹介