傳統過(guò)孔數顯著(zhù)增加 條狀過(guò)孔成大勢所趨

摘要：對于28納米及以下節點(diǎn)，選擇和放置多種過(guò)孔類(lèi)型的復雜要求對LEF/技術(shù)文件的繞線(xiàn)構成了挑戰，導致設計規則檢查 （DRC） 錯誤增多（需要耗費時(shí)間來(lái)調試和改正），最終影響了良率和性能。

　　對于28納米及以下節點(diǎn)，各種新的設計要求使我們不得不調整傳統的數字電路板圖設計和驗證流程。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 和其它新的設計技巧的加入不僅使過(guò)孔的使用顯著(zhù)增多，同時(shí)還導致用于定義版圖中過(guò)孔類(lèi)型的選擇和放置方式的設計規則的數量和復雜度的增加。先進(jìn)節點(diǎn)工藝中的布局和布線(xiàn) （PR） 問(wèn)題正變得越來(lái)越有挑戰性，我們目前的芯片布局和驗證方法開(kāi)始跟不上需求了。

　　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納米版圖設計中，幫助減少制造過(guò)程的變動(dòng)所引起的過(guò)孔故障。對于28納米節點(diǎn)，我們添加了一種矩形過(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)孔可以預防過(guò)孔故障，同時(shí)減少過(guò)孔總數。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)孔數量很重要，因為28納米及以下節點(diǎn)設計所需的傳統過(guò)孔數量顯著(zhù)增加，究其原因主要有兩點(diǎn)：第一，28納米及以下節點(diǎn)的金屬層明顯增多，因而需要更多的連接；第二，這些設計節點(diǎn)出現了新的設計要求。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)孔數量，而電子遷移限制使得電源/接地線(xiàn)需要更多不同類(lèi)型的過(guò)孔。

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

　　在小的節點(diǎn)設計中，連線(xiàn)更具挑戰性，不僅需要新的配置，（這些配置大節點(diǎn)設計不太常用），而且還要考慮先前大節點(diǎn)中并不重要的因素。例如，在 20納米節點(diǎn)上，過(guò)孔的選擇需要同時(shí)評估金屬末端-1和+1。繞線(xiàn)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(xiàn)可使用的過(guò)孔選擇。需要更多繞線(xiàn)規則來(lái)定義某種特定過(guò)孔何時(shí)使用以及如何使用。

　　代工廠(chǎng)定義過(guò)孔優(yōu)先次序——每家代工廠(chǎng)擁有選擇特定過(guò)孔類(lèi)型的專(zhuān)有規則。盡管繞線(xiàn)規則允在多種過(guò)孔類(lèi)型之間選擇，但是代工廠(chǎng)優(yōu)先規則會(huì )根據幾何、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)程節點(diǎn)的發(fā)展中迅速變化，需要不斷更新繞線(xiàn)規則。

　　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(xiàn)階段加以考慮。

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

　　在數字領(lǐng)域，詳細的繞線(xiàn)規則經(jīng)常都是對設計規則的簡(jiǎn)化近似，以便可以被編碼為庫交換格式 （Library Exchange Format， LEF） 規格或繞線(xiàn)工具的技術(shù)文件（tech file）。繞線(xiàn)工具通常使用這些簡(jiǎn)化的 DRC 和 DFM 規則來(lái)實(shí)現繞線(xiàn)過(guò)程中運行時(shí)間與準確性的最佳平衡。一旦繞線(xiàn)完成，GDSII 版圖就使用簽核質(zhì)量的 DRC/DFM 規則文件和標準驗證規則格式 （SVRF） 的規則平臺來(lái)驗證。對于先前的節點(diǎn)，這就能起到充分的作用，因為簽核確認時(shí)發(fā)現的違規數量相對而言還是較低的。

　　隨著(zhù)新的過(guò)程節點(diǎn)的成熟，簽核引擎使用的 SVRF 語(yǔ)言表述的工廠(chǎng)設計規則文件不斷更新，以解決被發(fā)現的制造問(wèn)題。最終，這些工廠(chǎng)簽核模式和平臺本質(zhì)上是實(shí)際制造需求的最精確和完整的表現。LEF/技術(shù)文件中表述的布局和路由工具使用規則更加簡(jiǎn)單，并且經(jīng)常不與制造廠(chǎng)規則同步。另外，對于28納米及以下節點(diǎn)，還有一些規則根本不能用更簡(jiǎn)單的 LEF/技術(shù)文件語(yǔ)言來(lái)表述。因此，布線(xiàn)工具會(huì )報告布局沒(méi)有違反 DRC/DFM 規則，但簽核分析發(fā)現大量違規現象。布局和布線(xiàn)后再調試和糾錯不僅耗時(shí)和占用大量資源