[发明专利]一种基于硅通孔的立体集成电路多物理域协同设计方法

说明书

技术领域

本发明属于立体集成电路技术领域，涉及一种基于硅通孔的立体集成电路多物理域协同设计方法。

背景技术

基于硅通孔(Through-Silicon Via，TSV)的立体集成技术通过硅通孔使信息在堆叠的芯片间纵向传输，可大幅缩短芯片全局互连长度，缓解布线通道阻塞，是促进集成电路跨越式发展的最有效途径之一。虽然立体集成技术具有巨大的优势，但由于在电子系统中引入了垂直方向互连，因此增加了立体集成电路设计复杂度，随着立体集成电路制作工艺逐渐成熟，设计技术已成为制约立体集成电路发展的最大障碍。

目前，基于硅通孔的立体集成电路设计技术面临的问题主要有两点：

一是缺乏完整的三维电路设计软件，导致许多研究机构无法建立完整的设计流程。为解决设计软件缺乏的问题，有少数研究机构针对特定应用环境与制作工艺自行开发三维设计软件。上述这些软件属于自行开发，仅供内部或学术使用，并不公开销售，因此不适用于开发量产产品。由于开发出的设计软件千差万别，具有一定针对性，因此用其建立起来的设计流程也不尽相同，不具备通用性。而且，开发专用的三维电路设计软件需要花费大量资金，会使立体集成电路设计成本急剧提升。

二是基于平面集成电路设计方法学的立体集成电路设计流程无法完成电、力、热多物理域协同设计。虽然立体集成设计技术复杂度较高，但与平面集成电路仍有许多相通的地方，因此目前大多数研究机构仍采用二维电路设计软件，或在二维电路设计软件中扩展一些三维设计功能，并借鉴平面集成电路成熟的设计方法学，建立立体集成电路设计流程。

如北卡罗来纳州大学所发表的立体集成电路设计流程，其具体步骤为：首先进行系统划分、布局，将立体集成系统划分为各个子模块，然后利用二维设计软件设计各个子模块，最后通过专用二维版图软件对各个子模块进行整合。可以看到此流程中各个子模块的设计完全采用平面电路设计方法和流程，只有在开始系统划分和最后整合阶段考虑了立体集成电路三维互连，整体设计流程基本上借鉴了平面集成电路设计思想，大量采用二维设计软件，是一种基于平面集成电路设计方法学的立体集成电路设计流程。此种流程最大的优点是使用二维电路设计软件，可以为立体集成电路设计节省开发成本，采用的平面集成电路设计方法学也较为成熟可靠。但缺点是由于借鉴平面集成电路设计，整体设计流程中并没有引入热、力设计，更没有考虑热、力、电多物理域之间耦合对立体集成电路可靠性的影响，缺失多物理场协同设计，因此经此流程设计出的立体集成电路可能会在热、力可靠性方面不满足设计要求。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种基于硅通孔的立体集成电路多物理域协同设计方法，充分考虑了热、力、电相互耦合对立体集成电路的影响，三者协同设计呈现迭代关系，环环相扣，保证了立体集成电路高可靠性设计。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于硅通孔的立体集成电路多物理域协同设计方法，包括以下操作：

1)对立体集成电路进行系统级划分，将整体电路系统划分为各个子模块，划分出的子模块将会布置在立体叠层结构中的各层芯片上；

2)将划分的各功能模块进行功能性的电连接以实现立体集成电路的功能，得到立体集成电路原理图；在各功能模块连接完成后进行功能仿真；在功能仿真过程中如果发现功能有误，则返回对各功能模块的互联关系进行修正，修正后再进行后续的功能仿真验证步骤，至到所有功能仿真验证通过；

3)以散热性能最优为指导原则，进行立体集成电路叠层布局设计，然后通过热仿真对叠层顺序是否合理进行验证，如果验证不通过，则重新设计叠层顺序进行后续的热仿真，至到在热仿真中散热性能满足预定的要求；

4)待立体集成电路叠层布局设计好后，进行立体集成电路三维电互连设计：

首先，进行硅通孔布局设计，根据立体集成电路原理图设计步骤中各芯片二维互连关系，初步布置各层芯片硅通孔的位置；将各层芯片上硅通孔的名称、物理二维坐标、穿过的芯片层数、与芯片的互连关系等信息建立成三维映射关系数据库；

其次，进行布线设计，将三维映射关系中硅通孔的位置和互连信息，输入现有二维布线软件中，在各层芯片上渐进性RDL引线的设计，实现不同芯片上硅通孔之间电互连；如果在布线阶段，发现某区域RDL引线布线资源不够，则返回硅通孔布局设计阶段，重新调整该区域硅通孔位置，并相应的更新三维映射关系数据库中硅通孔信息，利用更新后的三维映射关系数据库对该区域RDL引线进行重新设计；

最后，进行立体集成电路三维电互连设计设计规则检查和物理验证；