DFM 在流程里怎么运转
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
IC中DFM的设计
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
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。
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