STA之RC Corner

Posted 2022-09-03 lelin

 

 

RC corner，这里的RC指gate跟network的寄生参数，寄生参数抽取工具根据电路的物理信息，抽取出电路的电阻电容值，再以寄生参数文件输入给STA工具，常见的寄生参数文件格式为SPEF。

 

 

 

ICer都知道在集成电路中是多层走线的，专业术语叫metal layer，不同工艺有不同层metal layer，任何两层metal layer间由介电材料隔离，『走线』通过过孔（VIA）连接。Width跟Spacing是衡量绕线的两条最重要的物理设计规则，它们随着工艺的进步逐步减小。 介电材料、绕线材料、线间距、线宽及线的厚度这些物理特性决定了network的RC值。

 

Network电容：

• 耦合电容：Coupling  capacitance=e*T/S

• 表面电容：Surface capcitance=e*W/H

• 边缘电容：Fringe capcitance

决定容值的因素：

• 介电常数：e

• 线宽：W

• 线厚：T

• 线间距：S

• 介电材料的厚度：H

随着工艺进步，W, S, T 逐代递减，表面电容跟随减小，耦合电容随之增加，耦合电容在总电容中占比增加，当线厚 T 一定时为了减少耦合电容要么增加线间距要么减小介电常数。通常为了减小噪声敏感信号线（如clock net）上的耦合电容，在物理实现时会人为增加对应信号的线宽及线间距，俗称NDR。要减小介电常数需要从材料入手，从 .18开始引入low K介电材料。

Network电阻：

R=r/W*T, r为电阻率，除了跟线宽 W 和线厚 T 相关之外，还跟温度相关，随着温度的上升而增大。

 

 

由上面的分析可知，Network的单位电容和单位电阻是不可能同时最大或同时最小的。有了这些铺垫，来看一下不同工艺结点是如何定义RC corner的。

 

90nm 之前，Cell delay占主导，Network电容主要是对地电容，STA只需要两个RC corner即可：

• Cbest(Cmin): 电容最小电阻最大

• Cworst(Cmax):电容最大电阻最小

90nm 之后，netdelay的比重越来越大，而且network的耦合电容不可忽略，所以又增加了两个RC corner:

• RCbest(XTALK corner): 耦合电容最大，（对地电容*电阻）最小

• RCworst(Delay corner): 耦合电容最小，（对地电容*电阻）最大

 

 

至此总共有两个需要setup timing sign-off的RC corner，有四个需要hold timing sign-off的RC corner：

 

• Setup time sign-off 的RC corner是: Cworst / RCworst

• Hold time sign-off 的RC corner是: Cbest / RCbest / Cworst / RCworst

 

C-best:

• It hasminimum capacitance. So also known as Cmin corner.

• InterconnectResistance is larger than the Typical corner.

• Thiscorner results in smallest delay for paths with short nets and can be used formin-path-analysis.

C-worst:

• Refers tocorners which results maximum Capacitance. So also known as Cmax corner.

• Interconnectresistance is smaller than at typical corner.

• Thiscorners results in largest delay for paths with shorts nets and can be used formax-path-analysis.

RC-best:

• Refers tothe corners which minimize interconnect RC product. So also known as RC-mincorner.

• Typicallycorresponds to smaller etch which increases the trace width. This results insmallest resistance but corresponds to larger than typical capacitance.

• Corner hassmallest path delay for paths with long interconnects and can be used formin-path-analysis.

RC-worst:

• Refers tothe corners which maximize interconnect RC product. So also known as RC-maxcorner.

• Typicallycorresponds to larger etch which reduces the trace width. This results inlargest resistance but corresponds to smaller than typical capacitance.

• Corner haslargest path delay for paths with long interconnects and can be used formax-path-analysis.

引入的DPT（Double Patterning Technology）之后，在同一层layer上要做两次mask，两次mask之间的偏差，会导致线间距变化，从而影响耦合电容值，需要将这一因素考虑到RC corner中，所以DPT 的RC corner是：Cworst_CCworst, RCworst_CCworst, Cbest_CCbest, RCbest_CCbest.

 

 

其中： 

• Setup timesign-off 的RC corner是: Cworst_CCworst / RCworst_CCworst

• Hold timesign-off 的RC corner是: Cbest_CCbest / RCbest_CCbest / Cworst_CCworst /RCworst_CCworst

 

 

 除以上这些corner外，还有一个corner叫Typical corner，对应于DPT的是Ctypical_CCworst, Ctypical_CCbest，这些corner不用于timing sign-off。