Mentor Graphics和SMIC共商65nm的DFM設(shè)計(jì)

IC設(shè)計(jì)一直以來(lái)都遵循著相對(duì)固定的流程，芯片設(shè)計(jì)者完成設(shè)計(jì)后，就將方案交給了晶圓廠生產(chǎn)，自己并不會(huì)直接參與芯片的制造過(guò)程。隨著工藝節(jié)點(diǎn)的進(jìn)步，半導(dǎo)體制程和工藝復(fù)雜度增加，以前可以忽略不計(jì)的誤差可能對(duì)電氣特性造成巨大的影響，而芯片的設(shè)計(jì)也可能引發(fā)生產(chǎn)上的問(wèn)題，對(duì)最終的良率造成影響。

如何解決這樣的問(wèn)題？IC設(shè)計(jì)公司、EDA廠商和IC制造商開始聯(lián)合起來(lái)，一起研究可制造性設(shè)計(jì)的方法，在保證良率的情況下實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化、高效的解決方案。尤其在工藝節(jié)點(diǎn)達(dá)到90nm以后，DFM（可制造性設(shè)計(jì)）變得必不可少。

明導(dǎo)（Mentor Graphics）和中芯國(guó)際（SMIC）日前就DFM設(shè)計(jì)召開了一場(chǎng)研討會(huì)，介紹了國(guó)內(nèi)65nm設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，探討了實(shí)施DFM的關(guān)鍵，還有不少工程師分享了DFM設(shè)計(jì)方面的經(jīng)驗(yàn)。

中芯國(guó)際：市場(chǎng)概況和65nm設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

中芯國(guó)際表示，中國(guó)今年整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)率將會(huì)比去年增加14%。從去年第三季度開始，產(chǎn)能的需求開始增強(qiáng)的趨勢(shì)就已經(jīng)出現(xiàn)，今年第一季度還曾經(jīng)出現(xiàn)了產(chǎn)能不足的狀況。接下來(lái)的1-2個(gè)季度里，產(chǎn)能不足的狀況還可能持續(xù)，市場(chǎng)整體還是向好的，未來(lái)的三四年時(shí)間都會(huì)比較樂(lè)觀。而在IC設(shè)計(jì)方面，2009年中國(guó)IC設(shè)計(jì)市場(chǎng)達(dá)到40億美金，是全球的4-5名，而今年預(yù)計(jì)會(huì)超出50億美金。

市場(chǎng)增長(zhǎng)看好的情況下，中芯國(guó)際還發(fā)現(xiàn)本土廠商對(duì)65nm技術(shù)的需求逐漸超過(guò)了臺(tái)灣和美國(guó)，2008年開始，在中芯國(guó)際流片的國(guó)內(nèi)廠商比例就已經(jīng)達(dá)到了46%。其他代工廠如TSMC也曾表示，中國(guó)本土企業(yè)對(duì)65nm技術(shù)的需求很強(qiáng)。

明年是國(guó)家十二五規(guī)劃的第一年，將是產(chǎn)業(yè)非常重要的一年。這一年將決定下一個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)是32nm、22nm還是16nm。此外，對(duì)DFM的重點(diǎn)支持也將納入規(guī)劃。中芯國(guó)際表示未來(lái)的重點(diǎn)會(huì)放在IP和與客戶的合作方面，并且一再?gòu)?qiáng)調(diào)了IP的重要性，相信其他關(guān)注DFM的廠商也在積極調(diào)整策略，配合中國(guó)IC市場(chǎng)即將到來(lái)的下一輪增長(zhǎng)。

DFM設(shè)計(jì)：一項(xiàng)重大的系統(tǒng)工程

半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)的縮小是影響芯片生產(chǎn)良率的重要因素，因?yàn)楣鈱W(xué)臨近效應(yīng)越來(lái)越明顯，光刻的精確度更難控制。新的光刻分辨率提高技術(shù)能在一定程度上解決問(wèn)題，但副作用也較為明顯。

65nm制程面臨著上述問(wèn)題，而且必須在設(shè)計(jì)時(shí)就進(jìn)行考慮，因?yàn)橐坏┝髌蜔o(wú)法修復(fù)。Mentor的Calibre LFD (光刻友好設(shè)計(jì)) 在設(shè)計(jì)初期就可以對(duì)工藝變化進(jìn)行管理，進(jìn)行光刻工藝制程的建模、檢查設(shè)計(jì)版圖尋找不同的失效原因，再對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改。

Calibre LFD平臺(tái)是明導(dǎo)國(guó)際 Calibre DFM平臺(tái)的重要組成部分。除此之外，Calibre平臺(tái)還包括用于CMP仿真的Calibre CMPAnalyzer產(chǎn)品；用于關(guān)鍵區(qū)域分析（CAA）和仿真的Calibre YieldAnalyzer產(chǎn)品；以及用于自動(dòng)DFM布線改進(jìn)的帶有SmartFill的Calibre YieldEnhancer產(chǎn)品，其中包括了高度優(yōu)化平面性填充。

可見DFM設(shè)計(jì)橫跨整個(gè)IC設(shè)計(jì)制造流程，是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程。而在這項(xiàng)工程里面，還有一點(diǎn)不容忽視：工藝工程師和設(shè)計(jì)工程師的協(xié)作。這是一個(gè)很有意思的話題，是技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)人為因素起作用的地方。對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)，他們的首要任務(wù)是理解系統(tǒng)需求，轉(zhuǎn)化為實(shí)際電路，而工藝工程師要保證設(shè)計(jì)的電路能夠順利流片，并且良率和規(guī)格都符合要求。工藝節(jié)點(diǎn)并未達(dá)到納米級(jí)的時(shí)候，偶爾出現(xiàn)的設(shè)計(jì)沖突，其中一方也可以順利解決，因此他們之間的溝通非常有限。隨著工藝節(jié)點(diǎn)的前進(jìn)，時(shí)序、離子注入、沉積厚度和線條越來(lái)越細(xì)等各方面問(wèn)題顯現(xiàn)，現(xiàn)有的流程無(wú)法保證一次流片成功。

因此芯片制造方開始想辦法制定各種規(guī)則和優(yōu)先級(jí)實(shí)現(xiàn)良率提升，并反饋給設(shè)計(jì)方。但是不同IC有不同側(cè)重，這些規(guī)則并不具有通用性，有些規(guī)則適用于邏輯門電路，有些規(guī)則適用于存儲(chǔ)，必須在消除通用障礙的前提下，規(guī)則才能發(fā)揮更大的作用。

隨著大型EDA公司開始關(guān)注到這個(gè)問(wèn)題，他們發(fā)現(xiàn)之前對(duì)設(shè)計(jì)、制造的劃分界限并不合理。行業(yè)開始逐漸意識(shí)到，DFM是一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的問(wèn)題，整個(gè)設(shè)計(jì)構(gòu)件、元件庫(kù)都必須支持DFM，制造一方也必須引入DFM工具如CAA分析，來(lái)研究隨機(jī)缺陷造成的影響。

由制造方提供受保護(hù)的DFM引擎給設(shè)計(jì)方；為元件庫(kù)和IP建立DFM標(biāo)準(zhǔn)，在整個(gè)芯片設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程中引入支持DFM的設(shè)計(jì)構(gòu)件……這些做法都能保證更先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)下的最優(yōu)效果。工藝和設(shè)計(jì)的進(jìn)步不止，DFM模式的變化也就存在無(wú)限可能。