ECO填充工具帶來不一樣的IC設(shè)計(jì)

集成電路 （IC） 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通常在預(yù)定最后送交制造（tapeout）期限臨近時(shí)承受著巨大的壓力。更糟糕的是，他們往往還面臨著后期工程變更命令 （Engineering Change Order），這些可能導(dǎo)致額外的耗時(shí)工作，例如由于一個(gè)小的變更就需要全部重新對布局進(jìn)行填充。對于45納米及以下的情況，新的制造要求不僅大大提高了金屬填充位置的復(fù)雜性，還顯著增加了設(shè)計(jì)中填充組件的數(shù)量。填充的目的已經(jīng)有所變化，以前是為了確保整個(gè)布局內(nèi)最低的金屬密度，而現(xiàn)在是為了達(dá)到最大的目標(biāo)密度。此外，開發(fā)密度梯度檢查是為了確保相鄰位置內(nèi)的填充密度之間能夠順利過渡。對于20納米及以下的情況，填充要求還必須包括符合多重曝光限制以確保光罩平衡，且設(shè)計(jì)工程師不僅需要在后段制程 （BEOL） 金屬和導(dǎo)孔層（via）上添加多層的填充并且在前段制程 （FEOL） 的各層也需要添加。

所有這些有關(guān)填充的變化要求復(fù)雜的新型填充類型和填充策略的支持，因?yàn)樘畛洳辉僦挥绊懫教剐詥栴}，且已經(jīng)拓展到多個(gè)可制造性問題。填充現(xiàn)在還直接影響著設(shè)計(jì)的性能。如基于單元的填充和 多重曝光 感知填充等技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)并整合到填充引擎中，為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提供了一種可以從自動布局布線（P&R）工具直接調(diào)用的自動填充流程，以確保其能夠便利地開展設(shè)計(jì)流程，并獲得正確的設(shè)計(jì)結(jié)果。然而，為了得到準(zhǔn)確且經(jīng)過優(yōu)化的填充位置，設(shè)計(jì)人員需要一個(gè)特別調(diào)整的環(huán)境以應(yīng)對不斷增加的新的檢查和限制要求。

布線工具是用來創(chuàng)建數(shù)以百萬計(jì)的連接，不符合復(fù)雜的跨層填充要求。新技術(shù)中填充圖形的數(shù)量有可能超過十億個(gè)新對象，這讓 P&R 系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)變得更加復(fù)雜。送交制造 （Tapeout） 過程中較晚出現(xiàn)的 ECO 必須得到高效準(zhǔn)確的處理，否則替換填料和重新確認(rèn)時(shí)序的復(fù)雜性可能對檔案大小、運(yùn)行時(shí)間和時(shí)序收斂產(chǎn)生不利影響，進(jìn)而導(dǎo)致送交制造交付延遲。為了平衡時(shí)序分析 在P&R 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，EDA 行業(yè)已經(jīng)開發(fā)出一種流程，讓所有填充圖形都存放在磁盤的一個(gè)單獨(dú)檔案中，使用提取工具將它們與版圖檔案結(jié)合起來。這種流程在計(jì)算時(shí)序的影響時(shí)并不會減慢后端的流程。

為了解決這些問題，有效的 ECO 填充策略必須是準(zhǔn)確快速的，同時(shí)只能集中處理被 ECO 影響的設(shè)計(jì)部分。藉由刪除并替換該區(qū)域內(nèi)填充，并僅重新驗(yàn)證受影響區(qū)域內(nèi)的時(shí)序，我們可以減少運(yùn)行時(shí)間，管理文件大小，盡量減少時(shí)序的影響（圖1）。藉由嚴(yán)格限制 ECO 填充操作只在實(shí)際光罩制作發(fā)生變化的地點(diǎn)，我們能限制必須對誤差進(jìn)行評估、編輯和重新填充的區(qū)域的大小。這種面積減少方法先是生成排除區(qū)域，然后將可填充數(shù)據(jù)庫剪裁到僅包含設(shè)計(jì) ECO 周圍的區(qū)域。如果設(shè)計(jì)人員可以使用與晶圓代工相同的設(shè)計(jì)規(guī)則檢查 （DRC） 簽核工具，更準(zhǔn)確地減少這些區(qū)域這工作就會變得更加簡單。

圖1、填充 ECO 策略可以調(diào)整在 ECO 變更周邊的填充，不需要為整個(gè)版圖全部重新生成填充，節(jié)省了送交制造最后期限的寶貴時(shí)間

還有一個(gè)問題是數(shù)據(jù)庫的大小。僅刪除 ECO 區(qū)域周圍的填充圖形需要將填充層次結(jié)構(gòu)平面化，這可能導(dǎo)致填充數(shù)據(jù)庫呈現(xiàn)爆炸性膨脹。為解決這個(gè)問題，智慧的 ECO 填充技術(shù)先找到包含與 ECO 設(shè)計(jì)圖形沖突的需要刪除的填料的單元，再將填充層次結(jié)構(gòu)中最低層次上的最少數(shù)量的單元進(jìn)行平層化。然后它僅重新填充發(fā)生 ECO 變更的區(qū)域，而不是重新填充整個(gè)芯片。

藉由嚴(yán)格限制ECO填充操作只在實(shí)際光罩制作發(fā)生變化的地點(diǎn)，我們能限制必須對誤差進(jìn)行評估、編輯和重新填充的區(qū)域的大小。這種面積減少方法先是生成排除區(qū)域，然后將可填充數(shù)據(jù)庫剪裁到僅包含設(shè)計(jì) ECO 周圍的區(qū)域。顯然，這里有一個(gè)平衡點(diǎn)，如果要被重新填充的面積過大，那么這種策略無法保證規(guī)模和精度。一般來說，ECO 填充策略只有在變更影響不足1%的設(shè)計(jì)區(qū)域時(shí)是最有效的。不止如此，實(shí)際上，ECO 填充流程的運(yùn)行時(shí)間可能超過正常填充流程的時(shí)間。然而，在這種情況下，設(shè)計(jì)人員還必須考慮盡量減少時(shí)序的影響和光罩的成本能否抵消運(yùn)行時(shí)間上的劣勢。

多個(gè)小的變化區(qū)域比較適合選擇 ECO 填充策略，例如門（gate）功能的變化，這些變化要求在有限區(qū)域內(nèi)進(jìn)行局部路徑重繞。要變更整個(gè)區(qū)塊更為有效率的方法，只需要從頭重新填充設(shè)計(jì)，在這些情況下，分層做法是個(gè)不錯(cuò)的選擇。

為了充分利用這些新的填充技術(shù)，不只是工具需要提供所需的功能，而晶圓代工廠還要提供使流程變得易于使用的支持文件也是至關(guān)重要的。隨著設(shè)計(jì)人員逐漸掌握 ECO 填充技術(shù)，將來他們能夠在其設(shè)計(jì)過程中使用這些技術(shù)，更好地管理后期設(shè)計(jì)變更，維護(hù)先進(jìn)制程設(shè)計(jì)的送交制造進(jìn)度。