容量约束和DFM在成熟的节点

我们正在见证一个有趣的现象今天在SoC的半导体行业。人们叫它“强迫瀑布效应”。

我指的是生产半导体的倾向节点比前缘受到长期铸造能力约束。通常这发生的“热流程节点,”,学习曲线的前缘仍在一个陡峭的斜坡。收益率通常在逐季的基础上改进,但它是低于最终将成为稳态输出。这都限制了可用的总数好死一段时间,如果总输出低于客户的需求,铸造厂被迫分割可用是什么在它的各种用户,这个过程被称为“分配”。

我们现在可能在一个“完美风暴”,通常的尖端约束加剧了许多王智立犹豫客户快速移动到尖端的节点。这个警告是担忧的结果晶片成本,双模式和finFET的复杂性,和design-dependent产量问题。此外,新物联网(物联网)应用程序在网络端点推动需求增加硅工艺基础上建立节点。结果优于需求28 nm及以上nodes-hence谈论分配各个流程节点。

对于很多专业客户,什么是长期的容量受限的市场转变角度对design-dependent产量从…

“我应该投入更多的努力和时间去稍微更好的产量和减少成本?”

…一个不同的问题:

“我能做些什么来得到更多的净好死于我的晶片分配以满足销售承诺吗?”

好消息是,对于许多王智立公司有很多“钱在桌子上”几乎每个节点从90海里,还有有效design-for-manufacturing (DFM)实践,可以提高产量。事实是,许多公司不情愿地接受DFM,然后只规定铸造厂的绝对最小作为验收的条件。同样的铸造厂,不愿意客户看到他们很难做生意,只有授权DFM规则他们绝对需要避免带来灾难。其余的潜在优势规则指定为“推荐规则”或完全离开签字名单。这就是隐藏的黄金是为专业客户需要找到一些方法,增加好死。

设计制造的选择
设计制造(DFM)指的是在集成电路的物理设计阶段开发过程中采取的行动,以确保设计可以准确地生产。在较大的节点,许多集成电路制造工艺的缺陷是由于超差流程步骤,即。、宏观层面变异或随机粒子中断光通过一个布局的面具在光刻印刷步骤或被嵌入在一层晶片本身。过程控制反馈回路和更好的洁净室程序有效地控制这两种机制,导致晶片产量减少随机缺陷的影响

然而,当我们从130 nm节点通过65海里,40 nm, 32 nm, 28 nm, 20 nm和16/14nm,行业的预期,我们将过渡到EUV光刻利用光刻过程更短的波长。但由于延迟部署EUV技术,该行业仍是使用光学波长193 nm的步进。我们学会了在高中物理,衍射效应成为重要当光线与物体和狭缝的尺寸接近光的波长。显然我们已经远远超过这个门槛。在130 nm - 65 nm,分辨率增强技术(RET),包括光学邻近校正(OPC),也称为计算光刻技术,能够处理一般的扭曲造成的衍射效应。这包括建模预期的光线扭曲和更改正确的面具他们生成的暴露在晶片是正确的。幸运的是集成电路设计师,遵循tapeout RET的步骤,所以它没有对设计的影响。

不幸的是集成电路设计师,遗憾不能正确的所有问题。因此,IC铸造厂必须添加设计规则和DFM模型设计师用来确定设计变更需要消除或修改功能布局,不能准确地生产。在每一个节点,DFM规则变得更加复杂,影响的范围扩大范围。例如,在20 nm,规则填补形状通常放置在一个布局改善金属的一致性在死亡变得更复杂,并填充多边形数量的增加一个或两个数量级。此外,这些缺陷都是系统和上下文。了解您的具体设计与这些潜在产量限制缺陷是如何优化晶片产量。以下部分有额外的细节具体研究方法。

平热点分析

图1所示。光刻技术(平)分析涉及模拟光扩散的影响和变化的影响,如景深和光照强度,引渡目的形状的晶片。

光刻(平)分析涉及模拟光扩散的影响和变化的影响,如景深和光照强度,在引渡目的形状的晶片(图1)。平分析工具收集数据如何设计将打印在一系列条件,如剂量的变化,重点,面具位置和偏见,不只是在最优设置。这些变化被称为“窗口过程。“工具预测特定区域的布局,即。形状或配置的形状,可能会导致一个缺陷如捏碎或卖空互连线。的影响过程窗口显示为乐队的图形描述生产布局。乐队展示的特性将会呈现在晶片在不同的窗口过程变量的值。设计师可以查看热点和过程变量乐队,使改进布局在需要的地方。

CMP热点分析
CMP热点分析查找区域的设计,有一个高于平均水平的概率出现缺陷由于化学-机械抛光(CMP)。因为不同的材料会表现出不同的侵蚀率在CMP过程,重要的是保持一个密度平衡整个死亡,防止碰撞和碟形,可以导致金属互联短裤和打开。CMP分析措施布局的各个方面,以确保即使是平面化的芯片是建立在多个层。典型的测量包括最大和最小金属(铜)密度,密度梯度定义窗口,密度变化在死,和总窗口内多边形的周长。CMP模型用于分析布局和突出潜在热点之前发生。

重要的是要注意,“填补”程序正常执行的设计过程中添加非功能性形状在任何空(空白)领域的设计,最初旨在改善金属密度的均匀性,在死亡与CMP为了帮助的结果。高级节点的作用已变得更加复杂。

先进的填充
除了改善平面化,填补用于管理多个制造问题,包括电化学沉积(ECD),腐蚀,光刻,压力影响,快速热退火(RTA)。这个新角色金属填写管理制造变异的影响还包括管理添加填充时间的影响。

每个新工艺有许多新设计规则相关的填补。例如,在20纳米填充形状必须均匀分布,还需要更多种类的填充形状(图2)。设计师不仅仅需要添加填充金属层,但也聚,扩散,通过层。在许多情况下,这些层被添加在一起,称为多层填满。

图2。填补已经广泛在65 nm节点(左)和28 nm节点,大大增加填充形状的数量和复杂性,必须补充说。

金属填充的另一个挑战是控制填充过程的周转时间。填充所需的时间一直在增加,由于越来越多的设计尺寸和今天的灌装过程的复杂性。在20 nm,填补分析的类型和程度上继续增加。刚果民主共和国密度检查仍然是标准的,但他们已经超越最小和最大密度。密度分析是通过梯度分析扩展(相邻窗口之间的差异)。此外,设计师还需要实现其他约束,如周边和填补跨越多个层的均匀性。会议刚果民主共和国约束是一个优先级,但设计师还必须确保满足时间限制。Advanced-node ICs需要平衡实现密度约束他的电容添加到设计中。

最后,添加双模式在20 nm添加一个新的维度来填补(图3)。绘制层,双模式提高了印刷适性。填充层,双模式减少了制造可变性平衡发出的光通过掩模设计和调节腐蚀的影响。金属填满,就像所有的形状布局,必须颜色和分解成两个面具。

图3。在20 nm,必须考虑到多模式,不同颜色的填充直线的形状在这个布局。

由于这个日益复杂,设计者可以不再使用一个简单的“哑巴”填充算法,统一填写所有空白与一个多边形形状的设计。因为最新的设计可能需要数十亿填补形状,设计师需要考虑改变他们的填补方法。首先,“走,填补”的方法可以帮助减少运行时间和时机的影响等到设计过程的结束。其次,设计师需要约束的填补方法,可以生活在一个工程变更订单(ECO)的过程。生态发生变化,将影响填充。我们的目标是有一个解决方案,只会让修改,明确要求。设计师需要一个专门的DFM的工具解决所有这些复杂的填充问题。

关键区域分析
关键区域分析(CAA)看起来在一个集成电路物理布局来确定区域可能会容易有缺陷的机率要由于随机粒子。缺陷通常发生在当一个粒子会导致短期或打开一个芯片互连。这是更可能发生在互连导线接近或最小宽度电线。创新艺人经纪公司执行一个分析确定所谓“关键领域”间距和维度的基础上布局形状,和粒子的浓度和粒度分布在洁净室环境。设计师可以执行修改,如利用空白的电线传播远为了最小化这些关键领域。与技术,利用finFET结构,新功能也需要考虑缺陷的高度。

通过增强
在较小的节点,通过形成大量缺陷源于贫穷由于泡沫积累通过压力点,或由于随机粒子通过位置。这些问题会导致打开的连接或连接过度抵抗。此外,通过转换与重叠不足连接线也可以对成品率损失作出了重大贡献。一个简单的解决方案是将两个通过在每个过渡,然而每通过导致其他翻一番yield-related问题和影响设计尺寸。

特殊的DFM工具可以识别通过转换和上下文中提出建议的具体布局,第二需要通过插入,可以添加和不增加利用空白区域。这些工具也可以扩大重叠的金属通过提高连通性和减少潜在的缺陷。

模式匹配
根据关键特征分析,描述一些关键特性不能被描述在一个简单的方式太复杂了。帮助设计师找到这些复杂特性,物理验证和DFM工具现在使用模式匹配技术。,设计师可以复制一个特定功能(部分布局),已被确定为一个问题,并将其变成一个模式库。模式匹配功能可以搜索整个布局在图书馆出现的所有模式。当然,该工具必须足够聪明占不同的方向和位置模式,甚至小尺寸的变化模式,作为指定的设计师。一旦确认了问题的特性,设计师可以采取适当的行动来修改或消除它们。这个话题被更详细地在一个单独的知识中心入口在模式匹配。

DFM得分
DFM实践最终都集中在提高产量和防止缺陷后出现产品已经交付给客户。不幸的是,他们也意味着更多的工作,这意味着更多的工程成本经典工程权衡。设计师需要一种方法来告诉当“够了就是够了。”DFM得分的目的,这是一种方法,它使用一组测量的物理布局来确定设计很好的实现一个可接受的收益率。看起来已知的特定形状和配置在晶片很难呈现,因此有更高的几率造成缺陷IC。这些特性通常是通过仿真确定(如这里所描述的平热点分析),或者虽然物理失效分析测试芯片或有缺陷的零件。一旦结构已确定,与产量损失,DFM得分呈现结果设计师,这样他们可以做出明智决定的风险,当他们把足够的精力DFM的改进。

总结
DFM不是一个单一的技术或工具是在设计过程中解决各种生产问题。DFM实践最终都集中在提高产量和防止缺陷后可能存在的问题产品已经交付给客户。这些方法在历史上往往是foundry-driven因为他们是基于铸造所指定的设计规则,基于他们的经验和测试芯片和生产芯片的数据在每一个节点。然而,设计师需要作出最终决定,当他们做DFM的改进。目标不仅仅是交付所需的功能,但有足够的零件来满足市场需求。研究是一个重要的功能,因为它提供了信息设计师,这样他们就可以有一个积极的角色在交付设计必要的收益。