傳統(tǒng)過孔數(shù)顯著增加 條狀過孔成大勢所趨

摘要：對于28納米及以下節(jié)點，選擇和放置多種過孔類型的復(fù)雜要求對LEF/技術(shù)文件的繞線構(gòu)成了挑戰(zhàn)，導(dǎo)致設(shè)計規(guī)則檢查 （DRC） 錯誤增多（需要耗費時間來調(diào)試和改正），最終影響了良率和性能。

　　對于28納米及以下節(jié)點，各種新的設(shè)計要求使我們不得不調(diào)整傳統(tǒng)的數(shù)字電路板圖設(shè)計和驗證流程。尤其值得一提的是，過孔的使用受到了很大的影響。新的過孔類型已推出，雙重成像（double patterning）、FinFETS 和其它新的設(shè)計技巧的加入不僅使過孔的使用顯著增多，同時還導(dǎo)致用于定義版圖中過孔類型的選擇和放置方式的設(shè)計規(guī)則的數(shù)量和復(fù)雜度的增加。先進(jìn)節(jié)點工藝中的布局和布線 （PR） 問題正變得越來越有挑戰(zhàn)性，我們目前的芯片布局和驗證方法開始跟不上需求了。

　　過孔故障一直是影響良率的重大因素。過孔冗余（雙過孔）被引入65納米版圖設(shè)計中，幫助減少制造過程的變動所引起的過孔故障。對于28納米節(jié)點，我們添加了一種矩形過孔（有時也稱條狀過孔）。以矩形過孔而非雙過孔代替單過孔可以預(yù)防過孔故障，同時減少過孔總數(shù)。圖1顯示了三個過孔類型。

　　圖1：過孔連接類型不斷增多

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

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

　　在小的節(jié)點設(shè)計中，連線更具挑戰(zhàn)性，不僅需要新的配置，（這些配置大節(jié)點設(shè)計不太常用），而且還要考慮先前大節(jié)點中并不重要的因素。例如，在 20納米節(jié)點上，過孔的選擇需要同時評估金屬末端-1和+1。繞線不再是僅僅優(yōu)化過孔，而是同時考慮上下方的金屬以及過孔連接金屬的方向。

　　更多過孔類型增加了繞線可使用的過孔選擇。需要更多繞線規(guī)則來定義某種特定過孔何時使用以及如何使用。

　　代工廠定義過孔優(yōu)先次序——每家代工廠擁有選擇特定過孔類型的專有規(guī)則。盡管繞線規(guī)則允在多種過孔類型之間選擇，但是代工廠優(yōu)先規(guī)則會根據(jù)幾何、環(huán)境特征、過孔包住以及許多其它變量掌控這些類型的順序。此外，這些優(yōu)先次序可能在過程節(jié)點的發(fā)展中迅速變化，需要不斷更新繞線規(guī)則。

　　雙重成像（double patterning）——雙圖案分解要求會影響過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題呢？難道繞線工具沒有繞線規(guī)則來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)常都是對設(shè)計規(guī)則的簡化近似，以便可以被編碼為庫交換格式 （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化的 DRC 和 DFM 規(guī)則來實現(xiàn)繞線過程中運行時間與準(zhǔn)確性的最佳平衡。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)驗證規(guī)則格式 （SVRF） 的規(guī)則平臺來驗證。對于先前的節(jié)點，這就能起到充分的作用，因為簽核確認(rèn)時發(fā)現(xiàn)的違規(guī)數(shù)量相對而言還是較低的。

　　隨著新的過程節(jié)點的成熟，簽核引擎使用的 SVRF 語言表述的工廠設(shè)計規(guī)則文件不斷更新，以解決被發(fā)現(xiàn)的制造問題。最終，這些工廠簽核模式和平臺本質(zhì)上是實際制造需求的最精確和完整的表現(xiàn)。LEF/技術(shù)文件中表述的布局和路由工具使用規(guī)則更加簡單，并且經(jīng)常不與制造廠規(guī)則同步。另外，對于28納米及以下節(jié)點，還有一些規(guī)則根本不能用更簡單的 LEF/技術(shù)文件語言來表述。因此，布線工具會報告布局沒有違反 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)試和糾錯不僅耗時和占用大量資源