電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)廠商 Mentor Graphics近日發(fā)布一份題為《條狀過(guò)孔成大勢(shì)所趨》的研究報(bào)告。中文版的報(bào)告全文可在 Mentor Graphics 的官方網(wǎng)站閱讀和下載： http://mentorg.com.cn/aboutus/view.php?id=209 。

報(bào)告作者Jean-Marie Brunet 是俄勒岡州 Wilsonville 明導(dǎo)公司(Mentor Graphics) 可制造設(shè)計(jì)和布局布線整合產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)總監(jiān)。

本文作者Jean-Marie Brunet是俄勒岡州 Wilsonville 明導(dǎo)公司(Mentor Graphics) 可制造設(shè)計(jì)和布局布線整合產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)總監(jiān)

對(duì)于28納米及以下節(jié)點(diǎn)，各種新的設(shè)計(jì)要求使工程師不得不調(diào)整傳統(tǒng)的數(shù)字電路板圖設(shè)計(jì)和驗(yàn)證流程。尤其值得一提的是，過(guò)孔的使用受到了很大的影響。新的過(guò)孔類(lèi)型已推出，雙重成像（double patterning）、FinFETS 和其它新的設(shè)計(jì)技巧的加入不僅使過(guò)孔的使用顯著增多，同時(shí)還導(dǎo)致用于定義版圖中過(guò)孔類(lèi)型的選擇和放置方式的設(shè)計(jì)規(guī)則的數(shù)量和復(fù)雜度的增加。先進(jìn)節(jié)點(diǎn)工藝中的布局和布線 (P&R) 問(wèn)題正變得越來(lái)越有挑戰(zhàn)性。

過(guò)孔故障一直是影響良率的重大因素。過(guò)孔冗余（雙過(guò)孔）被引入65納米版圖設(shè)計(jì)中，幫助減少制造過(guò)程的變動(dòng)所引起的過(guò)孔故障。對(duì)于28納米節(jié)點(diǎn)，明導(dǎo)添加了一種矩形過(guò)孔（有時(shí)也稱(chēng)條狀過(guò)孔）。以矩形過(guò)孔而非雙過(guò)孔代替單過(guò)孔可以預(yù)防過(guò)孔故障，同時(shí)減少過(guò)孔總數(shù)。圖1顯示了三個(gè)過(guò)孔類(lèi)型。

 
圖1：過(guò)孔連接類(lèi)型不斷增多

 

減少過(guò)孔數(shù)量很重要，因?yàn)?8納米及以下節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)所需的傳統(tǒng)過(guò)孔數(shù)量顯著增加，究其原因主要有兩點(diǎn)：第一，28納米及以下節(jié)點(diǎn)的金屬層明顯增多，因而需要更多的連接；第二，這些設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)了新的設(shè)計(jì)要求。例如，由于必須分解幾何圖形，雙重成像層可能會(huì)增加所需的過(guò)孔數(shù)量，而電子遷移限制使得電源/接地線需要更多不同類(lèi)型的過(guò)孔。

隨著過(guò)孔數(shù)量的增多，確保在布局布線過(guò)程中正確放置和選擇過(guò)孔所需的規(guī)則的數(shù)量和復(fù)雜性也顯著增加。過(guò)孔插入的復(fù)雜性迅速提高主要有四個(gè)原因：

• 在小的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，連線更具挑戰(zhàn)性，不僅需要新的配置，（這些配置大節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不太常用），而且還要考慮先前大節(jié)點(diǎn)中并不重要的因素。例如，在20納米節(jié)點(diǎn)上，過(guò)孔的選擇需要同時(shí)評(píng)估金屬末端-1和+1。繞線不再是僅僅優(yōu)化過(guò)孔，而是同時(shí)考慮上下方的金屬以及過(guò)孔連接金屬的方向。
• 更多過(guò)孔類(lèi)型增加了繞線可使用的過(guò)孔選擇。需要更多繞線規(guī)則來(lái)定義某種特定過(guò)孔何時(shí)使用以及如何使用。
• 代工廠定義過(guò)孔優(yōu)先次序 -- 每家代工廠擁有選擇特定過(guò)孔類(lèi)型的專(zhuān)有規(guī)則。盡管繞線規(guī)則允在多種過(guò)孔類(lèi)型之間選擇，但是代工廠優(yōu)先規(guī)則會(huì)根據(jù)幾何、環(huán)境特征、過(guò)孔包住以及許多其它變量掌控這些類(lèi)型的順序。此外，這些優(yōu)先次序可能在過(guò)程節(jié)點(diǎn)的發(fā)展中迅速變化，需要不斷更新繞線規(guī)則。
• 雙重成像（double patterning）-- 雙圖案分解要求會(huì)影響過(guò)孔的放置位置和方向，并且必須在布局和布線階段加以考慮。

但為何這些都成為問(wèn)題呢？難道繞線工具沒(méi)有繞線規(guī)則來(lái)告訴該如何以及在哪里放置布局元素嗎？

在數(shù)字領(lǐng)域，詳細(xì)的繞線規(guī)則經(jīng)常都是對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)則的簡(jiǎn)化近似，以便可以被編碼為庫(kù)交換格式 (Library Exchange Format, LEF) 規(guī)格或繞線工具的技術(shù)文件（tech file）。繞線工具通常使用這些簡(jiǎn)化的 DRC 和 DFM 規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)繞線過(guò)程中運(yùn)行時(shí)間與準(zhǔn)確性的較佳平衡。一旦繞線完成，GDSII 版圖就使用簽核質(zhì)量的 DRC/DFM 規(guī)則文件和標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證規(guī)則格式 (SVRF) 的規(guī)則平臺(tái)來(lái)驗(yàn)證。對(duì)于先前的節(jié)點(diǎn)，這就能起到充分的作用，因?yàn)楹灪舜_認(rèn)時(shí)發(fā)現(xiàn)的違規(guī)數(shù)量相對(duì)而言還是較低的。

布線工具會(huì)報(bào)告布局沒(méi)有違反 DRC/DFM 規(guī)則，但簽核分析發(fā)現(xiàn)大量違規(guī)現(xiàn)象。布局和布線后再調(diào)試和糾錯(cuò)不僅耗時(shí)和占用大量資源，而且處理它們要進(jìn)行的改動(dòng)還會(huì)導(dǎo)致新的制造違規(guī)，或?qū)υO(shè)計(jì)的目標(biāo)性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

對(duì)于28納米及以下節(jié)點(diǎn)，指導(dǎo)過(guò)孔選擇和放置的規(guī)則遠(yuǎn)比圖表復(fù)雜（圖2）。不僅僅有更多規(guī)則，而且規(guī)則更加復(fù)雜。正如討論的一樣，視情況而定，可供選擇的過(guò)孔類(lèi)型也很多。各代工廠有自己的優(yōu)先次序，這決定其將選擇哪種過(guò)孔類(lèi)型。此外，過(guò)孔放置還可能受雙重成像等設(shè)計(jì)因素的影響。

圖2: 繞線工具正面臨過(guò)孔規(guī)則增多及其復(fù)雜性提高帶來(lái)的挑戰(zhàn)

 

與過(guò)孔選擇相關(guān)的新工藝的要求不僅非常多，而且執(zhí)行起來(lái)相當(dāng)復(fù)雜。如果您使用的是矩形過(guò)孔，該如何放置過(guò)孔陣列呢？應(yīng)對(duì)雙圖案需求時(shí)，如何準(zhǔn)確確定過(guò)孔是不是被包住呢？LEF/技術(shù)文件不僅需要能夠了解和應(yīng)對(duì)這些情況，還必須能夠了解和適應(yīng)特定工廠對(duì)優(yōu)先事項(xiàng)、選擇順序、過(guò)孔方向和過(guò)孔被包住的要求。

較近的技術(shù)進(jìn)步使得使用這些代工廠驗(yàn)證過(guò)的實(shí)用工具自動(dòng)解決這些復(fù)雜的過(guò)孔擺放問(wèn)題使其符合 DRC/DFM 規(guī)則，而且可以把這些改變自動(dòng)反標(biāo)在原始的布局和布線的 DEF 中變得可行。不遠(yuǎn)的將來(lái)，設(shè)計(jì)師有可能可確保在設(shè)計(jì)流程的布局和布線階段能夠高效、準(zhǔn)確和迅速地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所需的100%過(guò)孔優(yōu)化。