Déjà Vu CMP建模?

制造设计(DFM)的一个定义是向设计师提供有关制造过程对设计布局影响的知识，这样他们就可以使用这些信息来提高设计的稳健性、可靠性或产量。从本质上讲，DFM是关于设计师掌握设计的整个“生命周期”的所有权，并超越所需的设计规则检查(DRC)，通过设计优化获得竞争优势。其中一个鲜为人知的DFM操作是化学-机械抛光(CMP)建模，它可以在出料前识别潜在的CMP热点。

CMP制造工艺旨在提高设计的平面性。它使用化学物质和机械垫抛光的组合抛光晶圆表面，以减少晶圆上的物理不规则。CMP工艺的结果取决于多种因素，包括设计布局、衬垫类型、浆液成分和进行抛光的机械。由于设计布局对平面性有重大影响，因此布局设计师的目标是在制造团队看到设计之前识别和修复任何CMP热点，从而尽可能减少变化。

例如，CMP建模的驱动因素之一是厚度变化对时序的阻力影响。最常见的CMP问题之一是当扫描仪在芯片上移动时，密度存在显著差异(称为焦点深度或DOF条件)。最小化DOF热点要求设计师改变他们的平面图或改进填充设计的方式。

在世纪之交，DFM解决方案的开发重点是在带出前识别光刻热点(光刻友好设计，或LFD)，得到了许多代工厂的支持，在大多数情况下，现在是最新技术节点的强制性操作。CMP建模似乎紧随其后，成为下一个需要的DFM解决方案。在65nm阶段，台积电提供了支持CMP建模的参考流程，为了满足预期的客户需求，所有三大EDA供应商都投资了CMP建模解决方案。

然而，CMP材料和工艺的进步，结合设计填充过程的改进，有机地减少了CMP热点的数量。因此，在大于28nm的工艺上运行CMP建模的价值受到了质疑，该工艺从未成为设计验证流程的常规或必需组成部分。尽管如此，随着技术的不断萎缩，流程变更给CMP流程带来了越来越大的压力。让我们来看看我们学到的一些经验教训，并探索为什么我们可以看到对CMP建模解决方案的需求重新出现，这种解决方案可以提高高级节点设计的健壮性和可靠性。

首先，CMP建模解决方案没有在早期作为必需的DFM解决方案实现的几个原因。如前所述，基于厚度变化的电阻变化在早期被验证为已知的CMP问题。虽然目前铸造厂的鉴定过程需要提取工具来考虑厚度变化，但问题是如何以有用的格式将这些信息呈现给设计师。开发了一个流程(由领先的提取工具支持)来提供厚度信息，但它有很大的局限性。问题在于设计师如何在定时流中使用厚度值。主要的挑战之一是时间分析流程是基于最佳/最坏情况的，但CMP模型提供了单一的标称值。在这个问题得到解决之前，厚度变化的时间影响是有趣的，但对于试图通过实施设计修改来最小化其影响的设计师来说并没有特别的帮助。

另一个因素是CMP工艺的进步，特别是浆料混合的改进。浆料成分的创新为工艺团队提供了对各种晶圆材料去除率的更大控制，这从本质上减少了厚度变化的量。

填充过程也有类似的创新。在65纳米之前，设计目标是尽可能少地添加填充，但目前的领先技术尽可能多地添加填充，使用各种填充形状和图案来尽可能接近指定的极限。虽然这种填充策略的改变确实增加了填充的寄生影响，但它极大地帮助了许多制造工艺，包括CMP。随着充填工艺要求的日益重要和复杂，新的充填工具和解决方案应运而生。在Mentor Graphics，我们将SmartFill技术作为Calibre YieldEnhancer工具的一部分。SmartFill解决方案将实时设计分析与充填操作相结合，提供了一种根据施工进行修正的充填解决方案，最大限度地提高了高级节点设计中的充填位置。SmartFill解决方案提供的结果质量和对最新技术新DRC需求的内置支持有助于减少CMP变动性，而无需额外的设计修改。

然而，尽管典型的ASIC或SOC设计师可能没有看到明确的证据表明CMP建模应该是设计流程的必要部分，但有几个细分市场正在构建CMP模型并推动CMP仿真的使用。这些公司主要分为两个阵营:1)他们生产的设计对平面度的变化非常敏感，2)他们的工艺团队工作在前沿，需要减少CMP对最新技术节点的影响。

第一组是内存和图像传感器设计者。平面度的变化会对这些设计的产量产生重大影响，因为典型布局配置会导致密度的变化。这些设计团队使用来自Mentor Graphics等公司的CMP建模功能，为CMP流程提供额外的反馈，使他们能够识别关注的领域，并在tapout之前进行调整，以确保他们实现尽可能大的设计平面性。

构建CMP模型的其他用户是那些推动技术曲线的人。他们的目标是了解最新技术可能带来的变化。例如，高k金属栅(HKMG)技术的引入扩大了对CMP工艺的兴趣，超越了传统的浅沟槽隔离(STI)和线后端(BEOL)填充层，包括线前端(FEOL)层的建模。几个原子层的差异就会导致晶体管性能的可测量性变化。使问题进一步复杂化的是，FEOL现在需要额外的制造步骤，包括多开平面化(POP)和替换金属栅极(RMG)。将这些步骤的识别添加到CMP模型中，允许设计人员在设计和验证流程中考虑这些步骤的影响，使他们能够提供更好的设计并提高成品率。

另一个获得工艺团队新关注的工艺领域是对焦点深度的容忍度的缩小及其对光刻工艺的影响。确定CMP对光刻工艺的影响是这两个重要加工步骤之间一个有趣的相互作用点。我们相信，问题不在于这种相互作用是否重要，而在于什么时候重要。Mentor正利用其在为这两个领域构建模型方面的经验来监测情况并预测对新解决方案的需求。

在EDA行业中，在正确的时间提供正确的技术总是有点像赌博游戏。虽然我们在CMP建模方面的早期努力被一组选择的用户成功地实现了，但我们并没有看到我们在世纪之交所期望的广泛采用。然而，新的工艺步骤和新技术(如纳米管)的不断出现给平整度的改进带来了新的压力。这可能是déjà vu的重演，CMP建模将成为设计成功的关键组成部分。

有关14nm DFM解决方案的更多信息，请参阅“14nm DFM解决方案:三星和Mentor Graphics“学习如何通过使用广泛的14nm技术DFM分析工具来提高设计的稳健性和良率。