半导体技术的飞速发展使集成电路中器件密度急剧增加，频率不断提高，互连寄生效应已成为影响VLSI电路性能的主要因素。在GHz以上纳米数字与数-模电路中，为了高精度的时延分析，精细地提取金属连线分布式寄生电容的需求越来越高，这意味着提取所有导体之间较完整的全耦合电容矩阵变得越发重要。 近几年来，基于直接边界元素法全耦合电容矩阵计算的一些初步探索已经开始，例如宏模型和区域分解等，但仅实现于二维或简单分层介质三维结构。对于实际版图中复杂三维结构，至今未见全局计算方法的报道。 基于直接边界元素法，本文在三维全耦合寄生电容提取中做了以下工作： 1.首次提出边界电容矩阵概念，推导了在单介质和多介质区域的边界电容矩阵计算公式，将它作为整个层次式计算的基础。 2.应用二维宏模型的思想，提出并实现了三维层次式快速计算方法HBBEM。算法将三维区域作BEM块划分，用边界电容矩阵描述BEM块中边界元间的互作用特征，推导了边界电容矩阵合并的计算公式，为实现BEM块的层次式组织形式以及层次式计算模式建立了可靠的基础。概括地说，将三维区域作层次块划分后，通过BEM块快速计算与合并算法计算最终的全耦合电容矩阵。 3.在三维寄生电容矩阵全局计算中首次引入复用技术，提高了计算速度。 4.根据电磁场知识总结了等效电容矩阵原理。基于此原理探讨了可适用于全芯片提取的版图切割方法。同时，针对全局方法HBBEM算法特点，提出了一种全芯片区域重叠提取模式，对应用HBBEM算法实现全芯片提取作了初步探讨。 本文所述各项算法均已实现于原型程序HBBEM。对若干测试结构的计算结果表明，HBBEM全耦合电容矩阵提取速度比多个著名三维场求解器快1到2个数量级。一个小规模芯片的测试结果表明，本文提出的方法有望达到目前工业界的需求，为HBBEM的商业应用预示了良好的前景。