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平衡的晶片最佳化方法

上網時間: 2007年08月20日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:可製造性設計  良率  DFM 

在向先進製程技術發展的過程中,半導體公司除需滿足不斷成長的製造要求之外,還必須面對實現晶片一次性設計成功時與日俱增的壓力。晶圓廠希望其設計能符合先進製程節點中,關於可製造性設計(DFM)和良率導向設計(DFY)日益複雜的規則和建議。就設計師而言,他們希望大幅縮小保護帶(guardbanding),同時實現最佳性能。

製造複雜性的提高為過孔設計、處理緊密排列的走線以及控制更嚴重的奈米幾何規格效應帶來了更大的難題。由於這些越來越艱鉅的互連設計挑戰,對於先進的製程節點,半導體公司獲得的良率通常在40%~70%之間,如此一來,僅良率損失一項就高達數百萬美元。對IC設計團隊而言,這些更高的要求使其呼籲一種必須更密切合作的方法。的確,設計和製造可以同時從最新的‘DFx’(DFM、DFY和可靠性設計)最佳化方法中實現互利雙贏。

這種平衡的互連最佳化方法在傳統佈局和佈線流程之後進行,可以在滿足電氣約束規則和製造規則的同時,提高良率、可製造性,並改善設計過程中的時序收斂問題。

目前可獲得的最佳DFx流程,已結合了當前合成、佈局和佈線解決方案中具有DFM意識的特性,以及後佈線(前GDS)互連等最佳化步驟。

建議的方法

•確保已整合了設計意圖(如關鍵連線資訊),以避免在增強DFx之後出現訊號完整性(SI)和時序問題。特別要注意的是:可透過鎖定關鍵連線,並圍繞它們設立起一個保護圈以保護這些關鍵連線。這個保護圈可表示為同一層或整個層堆疊設定的傳統‘禁止入內’間距值。

•在增強DFx期間執行電氣感知/修正分析,以確保不違反時序和訊號完整性原則。這種方法可以在DFx最佳化後實現收斂,並確保在設計流程的早期,保護帶不會過寬。

•合理安排DFx增強順序。合理地安排順序將有助於產生最佳效果,因為每一步都會為下一步打下基礎。例如,從時序/訊號完整性和DRC的乾淨區塊開始,然後應用過孔減少技巧,接著進行佈線擴展(wire spreading)、冗餘過孔插入和閉合強化。

•像對待時序收斂一樣對待DFx收斂。建議在設計週期的早期對每一個電路執行這一原則。如果可能的話,將DFx增加到整個流程中。單元良率問題可以在合成和佈局流程的早期獲得解決。在佈線時,可以使互連更便於進行微影、OPC和DFx。最後,利用基於空間的建模等先進方法,對佈線數據進行進一步的DFx和微影增強。

•採用新一代方法,如不受網格限制、基於空間的工具,來進行最佳的DFx強化。

IC設計流程可平衡效能與良率。要實現晶片最佳化,必須在設計與製造間進行良好溝通。
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IC設計流程可平衡效能與良率。要實現晶片最佳化,必須在設計與製造間進行良好溝通。

不建議的方法

•低估互連最佳化的重要性。除減少保護帶以及提高晶片性能之外,互連最佳化還可以加速量產速度,甚至可將良率提高6%,帶來可量化的收益。良率每提高1%,就可節省幾百萬美元,且更高的量產速度可顯著影響收益。

•在評測改良效果時,眼光狹隘失之片面。例如,如果過孔是可靠性和可製造性問題的根源,則不要只盯著那些double-cut過孔,要逐一檢查所有受保護和不受保護的過孔。受保護的過孔被定義為冗餘過孔或者閉合嚴密的過孔。應將原始設計中所有受保護和不受保護的過孔與經過最佳化的設計中所有受保護和不受保護的過孔進行比較。

•想當然地認為所有晶圓廠,甚至所有製程節點都相同。事實上,每家晶圓廠和每個製程節點都是不同的。例如,金屬短路和開路的可能性隨金屬(如鋁與銅)和製程節點的不同而異。應預留足夠時間評估之前DFx流程對新製程產生的效果。

•僅將晶圓廠建議的規則當作可選的規則。與晶圓廠共同確定一系列最影響良率的因素。應力圖遵守這些規則,只有在無法滿足設計(如時序、功率)或區域目標時才能違反這些規則。加入一個檢查/評分機制以評判在遵守被建議的規則方面你做得怎樣。

•對GDS數據進行所有的DFx增強工作。在這個階段只能實現有限的一些幾何增強工作。可採用可進行拓樸最佳化的工具,在GDS之前進行DFx強化可得到最佳結果。

作者:Wilbur Luo

產品總監

Cadence Design Systems





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