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Fab里的DFM是个啥?02——DFM如何运转?
昨天 16:36   浏览:323   作者:小萍子
本文将介绍芯片设计中的 DFM(Design for Manufacturability)。




DFM 在流程里怎么运转




一颗芯片从GDS图纸到实体流片晶圆,中间站着三方:设计方做设计、跑仿真、画版图;掩模制造方接收JDV数据,做掩膜;Fab方接收掩模,做晶圆加工和WAT CP相关测试。三方之间流转的,是数据,也是良率。

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设计、掩模制造、芯片制造的职责和相互关系


左:单向沟通的旧模式;右:DFM 整合后的三方协同


旧模式的麻烦在于,三方只管单向传数据,互相不了解对方的技术。设计不知道工艺的真实能力(尤其是制造过程中),掩模不知道设计为什么这样画,产线出了问题也说不清该谁背。结果就是制造过程中产品性能和良率总会低于理想情况下。


DFM 整合之后,三方之间的墙被打通了。设计者手里有了从设计到制造的全芯片数据,能做出费用和良品率的量化分析,在产品的尺寸、性能和良品率之间做权衡。原先靠经验猜的事情,现在有数据说话。


那 DFM 具体管哪些事?参考下图


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IC中DFM的设计




IC 中 DFM 的设计:问题与解决方案的对应关系

DFM 的管辖范围比很多人以为的宽。


按失效类型,它分成六大块:


参数良率设计(DFYp),管性能、泄露功耗、互连延迟这些参数层面的问题;


系统良率设计(DFYs),管固有变化、混合信号这类随面积放大的问题;


随机良率设计(DFYr),管电阻性缺陷、老化、应力释放这些随机出现的家伙;再加上可靠性设计(DFR)、测试设计(DFD)、诊断设计(DFT)。


每类问题各有对应的解法:参数良率靠先进工艺控制(APC)和分辨率增强技术(RET),系统良率靠临界面积分析和缺陷率试验芯片,随机良率靠良率设计,测试和诊断靠静态测试、嵌入式测试那一套。


表格底下还有一行容易漏看的信息:设计工程师、工艺工程师、设备工程师、掩模制造工程师,四方通力合作,共同完成 DFM 任务。这活儿从始至终都是团队的,版图工程师一个人扛不动,工艺工程师一个人也扛不动。




落到工具上:五类应用




讲了这么多理念,DFM 落到日常工作中,具体是哪些工具?

业界把 DFM 的应用归成以下五类(当然,随着节点的演进可能会有一些新的应用):


Dummy filling(非功能的图形填充)、Pattern Match(图形搜索与热点查找)、CMP model(CMP 模型)、LFD(光刻友好设计)、CAA(临界面积分析)。外围配上 DRC、MRC/ORC 和 PWQ,构成一套完整的检查体系。


DFM 应用分类:DRC 与 MRC/ORC、PWQ 围合出五类核心应用


先把几个缩写交代清楚,后面文章里会反复出现:


MRC是 Mask Rule Check,掩模规则检查;


ORC是 OPC Rule Check,光学邻近修正规则检查;


PWQ是 Process Window Qualification,工艺窗口验证。


五个模块按性质可以分成两拨。Dummy filling 和 Pattern Match 偏 design optimization,动的是版图本身,把图形密度调匀、把热点提前找出来改掉。CMP model 和 PWQ 偏 process optimization,动的是工艺认知,回答的是工艺在真实波动下还稳不稳这个问题。CAA 和 LFD 卡在中间,既看设计也看工艺。




DFM延伸分化




DFM 的延伸分化:DFF / DFA / DFT / DFR


与此同时,DFM 自己也在分化:面向制造的 DFF、面向装配的 DFA、面向测试的 DFT、面向可靠性的 DFR。这些方向在先进制程里已经各自成体系。


结合上文,相信读者已经对DFM 有了一定的理解,总之先记住 DFM 这个总称,以及它背后那个朴素的道理:在设计阶段就把制造的风险处理掉,永远比流片之后再补救便宜。‍

END


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