硅光子学的物理验证:别慌!

硅光子学增强传统的电信号与光传输集成电路(ic)加快数据传输和降低功耗。根据MarketsandMarkets,整个硅光子学市场价值约774.1美元的2018年,月末当在2023年卖出,预计将达到1988美元,在2018年和2023年之间的CAGR为20.8% [1]。云计算是一个市场驱动的数据流量呈指数上升,随着电信、军事、国防、航空航天。需求增加高带宽和高数据传输在数据中心和高性能计算能力,加上需要减少能耗,是推动经济增长的关键因素在硅光子学的市场。

然而,这对光子ICs(图片)日益增长的需求也增加了需要一个坚实的、稳定的物理验证平台图片设计。差距的传统电子IC(共同)设计和制造,以其历史悠久和经过验证的验证过程和工具,和新图片设计,引入新颖的和具有挑战性的验证需求,开辟了电子设计自动化(EDA)的机会公司提供新的和创新的解决方案。以新的方式利用现有的工具,它们创建验证流可以评估的电气和光学行为图片,类似于现有验证流启德集团。

硅光子学设计
图片设计不同于共同设计在一个非常关键的元素—几何结构的基本组件。共同使用一个曼哈顿几何;电路设计一个矩形网格,只允许0°、45°、90°角。相比之下,图片设计包括各种各样的曲线结构,如延时线,环形谐振器、波导、光栅耦合器等。(图1)。

图1所示。常见的图片组件。(来源:IMEC和IHP。所使用的许可)。

此外,图片设计不使用传统设计示意图,这使得经典布局的概念与原理(lv)验证光子学外交概念设计师。然而,他们仍然必须能够确保正确光子电路端口连接到电子电路节点,并使设备和设备参数识别。

图片实物验证挑战
设计师测量几何完整的共同设计与设计规则检查(DRC),这决定了如果设计的物理布局符合生产要求(设计规则)设定的铸造。因为传统共同设计由曼哈顿的形状放在一个矩形网格,不同几何参数的测量是相当简单的,和准确性相当精确。

在图片,将曲线结构放置在一个矩形网格提出了一个挑战现有的IC验证工具和过程(图2)。精确的测量是有问题的边缘和顶点“拍摄”,发生在顶点的弯曲形状必须适应线性映射的精度,导致一个不精确的近似。

图2:物理验证曲线结构的挑战。

为了获得更精确的结果,这种效果在几何参数测量必须得到补偿。这些非传统的形状的提取和验证需要新的参数,如弯曲曲率和曲线路径长度。重建或改造整个图片工具集和验证流来适应这种结构是不现实的,在需要的时间和资源。另外,EDA行业开发了新的图片验证技术,可以实现所需的精确度与适度修改现有的共同工具集。

一个有用的补充图片验证工具集equation-based刚果民主共和国,这可以应用复杂的条件与多维度公差值代替传统的刚果民主共和国刚果民主共和国算术计算。不使用equation-based刚果民主共和国,图片物理验证产生许多错误的错误,主要原因是边缘折断或舍入误差测量(图3)。

图3:使用传统刚果民主共和国在曲线结构创造了许多虚假的错误[2]。

过滤掉这些错误的侵犯,设计师添加基于方程的刚果民主共和国刚果民主共和国传统检查检测弯曲段的设计和应用所需的公差因素消除错误的错误。equation-based过滤和检查的引入使一个全新的硅光子学的刚果民主共和国的能力范围,在多维方程可以计算准确检查几何光学设计的有效性(图4)。

图4:使用equation-based功能曲线结构减少虚假违规[2]。

然而,随着最大边缘长度变小,需要更多的边缘代表一个多边形。因为刚果民主共和国edge-based验证工具,随着边数的增加,工具运行时也会增加。设计师必须使用大量的管理冲突的边缘准确地代表图片组件与可能的运行时的影响。为图片布局更有效地执行适当的刚果民主共和国,许多图片设计师采用了新的编码风格,最大边缘长度的性能起着重要作用的可调性和结果的准确性。

在一些物理验证工具,刚果民主共和国equation-based运行时不得产生重大影响,由于多个运行时优化策略工具。然而,运行时影响应该被认为是刚果民主共和国在开发流程设计工具(此后)硅光子学。

图片电路验证挑战
在建立图片设计流程的另一个挑战是缺乏一种香料源网表。启德集团示意图捕获和仿真(设计、自动布局、lv、寄生提取(PEX) re-simulation,等等)是严重依赖于香料电路模拟,但是没有generically-equivalent PIC模拟方法。TCAD-like工具通常用于精度,但能力/性能有限,由于缺乏通用格式的验证和确认整个流程。

图片作为一个光学互连的波导之间的各种电路元件,但也是大多数图片设备的基石。在启德集团与互连,波导必须被视为设备而不是理想的互连,由于在光子学连接性的概念的区别。波导的参数操作发挥关键作用,因为他们对波导的模式传播的影响。同时,简单的电子等概念短裤和打开不同的光学设计。例如,两个波导可能重叠,形成四个端口的网络,没有导致卖空互连(图5)。

图5:提取图片设备参数lv。

比较经典的电子lv流光子学lv需求可以帮助确定丢失的lv组件是光学连接和验证曲线设计的形状(表1)。光学连接和光子设备功能验证通过参数提取和比较:宽度、曲线路径长度,和弯曲曲率,限制是,我们必须假定一个曲线类型曲线表示(例如,圆弧,贝茜,绝热,等等)。

传统lv提取假定曲率和匹配源。风靡lv,验证曲线设计的一种新方法,始于源和验证曲率(图6)。表2描述了参数的差异提取传统lv和风靡一时之间lv。

图6:风靡一时的lv。

多个选项存在方法用于匹配设备的形状:

• Pcell Re-instantiation, Pcell覆盖到目标位置和xor,会发现差异/错误原因
• 模式匹配,这很容易实现,但至少需要一些曼哈顿边缘匹配。还有一个需要确定允许公差,以及如何基于这些提取参数

比较经典的lv,增强lv,风靡lv在图7显示了优越的风靡lv的报道。

图7:对比各种lv硅光子学的技术。

Litho-friendly设计仿真
历史上,集成电路设计流程,特别是在老节点,假设画的是将硅(面具)。高级节点,以弥补有限大小的镜头(不捕获所有的面具衍射顺序),光刻技术,如光学邻近校正(OPC)必须在生产之前用来修改布局,以确保它会遵照原来的意图。

对于图片,这是至关重要的,设计师正确和精确模型的最终形状电路,由于直接影响电路的性能。多项目晶片(”)运行时,设计师通常需要多个迭代物理设备制造业的理解和提高电路行为(图8)。然而,物理迭代非常耗时的,非常昂贵。

图8:制作波导布拉格带宽小于设计意图带宽(由徐王[3])。

另外,设计师可以利用litho-friendly流程设计工具(此后)提供的铸造。铸造石版家和技术访问组(标签)使用litho-friendly设计(最晚完成日期)工具从这些此后EDA公司开发。使用一个最晚完成日期最晚完成日期工具结合此后允许设计师执行各种过程模拟检查先前只能石版家在半导体厂工作。这些检查可以识别潜在的光刻分辨率问题之前tapeout(图9)。设计团队可以应用必要的设计修改或OPC技术,以确保可制造性和性能。提供一个自动化虚拟光刻,设计师可以从他们的日程安排,同时避免剃个月花钱在硅上,不符合设计意图。

图9:典型的最小的致命剂量的工作流。

结论
硅光子学电路导致了日益增长的市场需要可靠的、自动化的物理地址的验证和生产验证过程流硅光子学的独特物理特性设计。幸运的是,不需要重新设计工具和流程已经在电子集成电路验证。扩大使用的功能像equation-based刚果民主共和国,风靡lv和litho-friendly设计允许设计师容纳硅光子学的新组件和设计概念设计。

引用
[1]MarketsandMarkets,“硅光子学市场产品(收发器、开关、可变光学衰减器、电缆、传感器),应用程序(数据中心、电信、军事和国防、医学和生命科学、遥感),组件,和地理-全球预测2023”2018年2月。
https://www.marketsandmarkets.com/market - reports/silicon光子学- 116. - html

[2]r·曹j·弗格森,f .同性恋y Drissi, a . Arriordaz和奥康纳,“硅光子学设计规则检查:应用可编程建模引擎non-Manhattan几何验证,“2014年22日国际会议上超大规模集成(VLSI-SoC),普拉亚德尔卡门,2014年,页1 - 6。doi: 10.1109 / VLSI-SoC.2014.7004173
http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=7004173&isnumber=70041501

[3]x王et al .,”制造的光刻模拟硅光子与deep-ultraviolet光刻设备,“第九届国际会议上第四组光子学(GFP),圣地亚哥,2012年,页288 - 290。doi: 10.1109 / GROUP4.2012.6324162
http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6324162&isnumber=6324060