|
超大規模集成電路設計進(jìn)入到深亞微米工藝后，以時(shí)序驅動(dòng)為主的開(kāi)發(fā)方法使用更加普遍，面臨的新挑戰也隨之而來(lái)：為了可制造性而要面臨越來(lái)越多的金屬層密度問(wèn)題和天線(xiàn)效應問(wèn)題，同時(shí)面積減小了，但由于連線(xiàn)延時(shí)效應影響，給布局布線(xiàn)帶來(lái)了困難，以至于不得不根據布線(xiàn)后時(shí)序的結果回過(guò)頭重新調整時(shí)序約束以保證后面布線(xiàn)后滿(mǎn)足時(shí)序要求。這使得整個(gè)后端的時(shí)間進(jìn)度壓力加大，尤其對物理驗證而言，作為后端設計人員將設計交給代工廠(chǎng)家前的最后一道程序，時(shí)間被壓縮的很緊。因此有必要提出一套成熟的物理驗證方法，來(lái)加快物理驗證的速度，為加快芯片研發(fā)速度，盡快進(jìn)入市場(chǎng)贏(yíng)得時(shí)間。 1 物理驗證及工具簡(jiǎn)述 傳統的物理驗證主要包括設計規則檢查(DRC)，天線(xiàn)效應檢查(ANT)，版圖一致性驗證(LVS)和電氣規則檢查(ERC)四部分，本課題使用的工具是Synopsys公司的版圖工具Astro和物理驗證工具Hercules。Hercules擁有進(jìn)行超深亞微米(UDSM)工藝驗證的能力，可進(jìn)行億門(mén)級的微處理器和千萬(wàn)門(mén)級的ASIC的物理驗證。通過(guò)更加高效的驗證來(lái)縮短設計周期，并提供圖形界面來(lái)幫助設計人員快速發(fā)現和改正違例錯誤。它可以和Synopsys公司的milkyway數據進(jìn)行無(wú)縫連接，設計人員使用milkyway數據進(jìn)行布局布線(xiàn)和版圖優(yōu)化。Milkyway是Astro工具的版圖格式，它的設計單元稱(chēng)為cell，含有多種視圖 (View)，其中與物理驗證關(guān)系密切的是CEL View和FILL View，CEL View含有實(shí)現邏輯功能的版圖信息，FILL View含有進(jìn)行可制造性設計(Design for Manufacturing，DFM)時(shí)插入的填充金屬(metal filler)信息。本處的DFM是指對布線(xiàn)結束后的設計為了滿(mǎn)足工藝制造性要求，根據天線(xiàn)效應規則、密度設計規則等進(jìn)行的插入二極管，添加填充金屬，放人fill單元等操作的總稱(chēng)。其中添加metal filler是為了滿(mǎn)足覆蓋密度要求而添加冗余的多晶硅或金屬，結果是生成了對應cell的FILLView。FILL View在修復DRC錯誤及ANT錯誤后要及時(shí)進(jìn)行調整，不然又會(huì )引入新的DRC問(wèn)題。Astro進(jìn)行物理驗證時(shí)支持Hercules explorer和vue兩種圖形化界面工具，本課題使用的是vue界面，來(lái)對hercules發(fā)現的問(wèn)題進(jìn)行定位和修復。在腳本設置文件 (runset)文件中設定OPTIONS {CRE-ATE_VUE_OUTPUT=TRUE}生成.vue文件，在A(yíng)stro中啟動(dòng)Hercules然后借助.vue文件就可以借助錯誤定位進(jìn)行修改了。 在Hercules工具進(jìn)行物理驗證之前，可以使用Astro工具進(jìn)行后端驗證，先行檢查Milkyway文件中存在的DRC和LVS錯誤并更正。Astro支持深亞微米工藝下在工藝文件中進(jìn)行了定義的設計規則檢查，使用命令geAdvDRC或者geNewDRC可以調用這一功能，工具會(huì )生成錯誤單元位置信息，在上面會(huì )標出可能出現問(wèn)題的區域，便于更正。使用命令geNewLVS可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的LVS檢查---連接性檢查，可以發(fā)現版圖中的斷路或開(kāi)路問(wèn)題，同樣也會(huì )生成一個(gè)錯誤單元位置信息方便改正。 2 物理驗證組成 DRC，即設計規則驗證，它要求設計的版圖文件要滿(mǎn)足多邊形最小面積，同層以及不同層間多邊形內部最小間距，外部最小間距，以及為了確�？芍圃煨远M(jìn)行的密度檢查等。在物理驗證階段，為了消除DRC錯誤而進(jìn)行手工改動(dòng)時(shí)常常會(huì )引入新的錯誤。尤其是經(jīng)過(guò)DFM后的設計，填充金屬的引入會(huì )增加最小間距或最小面積等類(lèi)型的錯誤，這些因金屬填充產(chǎn)生的錯誤可在最后集中在FILL View中改完。 ANT是天線(xiàn)效應檢查，這也是和電路制造過(guò)程有關(guān)的問(wèn)題，為了防止太多的電子在鋪金屬層的過(guò)程中集中到導線(xiàn)上擊穿柵極，必須保證同層的導線(xiàn)長(cháng)度不能太長(cháng)。解決天線(xiàn)效應問(wèn)題有兩種方法，一是在產(chǎn)生天線(xiàn)效應的走線(xiàn)上添加反向二極管，這樣可以保護柵極；二是采用向更高層的金屬進(jìn)行跳線(xiàn)連接，這樣在加工過(guò)程中就可以避免過(guò)多電子的積聚。在可制造性工藝之前，由于版圖中沒(méi)有加入填充用的金屬，可以用第一種方法來(lái)加入二極管以消除天線(xiàn)效應，但在DFM之后的物理驗證部分，已經(jīng)很難再找到空閑的空間插人二極管，這時(shí)就應該使用第二種方法來(lái)解決天線(xiàn)效應問(wèn)題。 就流程而言，DRC檢查和ANT檢查有相似之處，如圖1所示。在使用Astro進(jìn)行流文件輸出得到CDSII文件后，根據實(shí)際設計的頂層模塊名稱(chēng)和路徑，對代工廠(chǎng)家提供的基于Hercules的DRC規則設置文件進(jìn)行改動(dòng)，如下例： Header部分下面是檢查時(shí)候一些選項的設置，還有層的定義以及規則的描述。設置好之后就可以運行He rcules進(jìn)行DRC或ANT驗證了。如果使用了正確的runset文件，得到的DRC錯誤一般是圖形間距錯誤、寬金屬間距錯誤，金屬密度錯誤等，而ANT錯誤也會(huì )給出具體發(fā)生問(wèn)題的走線(xiàn)名稱(chēng)，這樣再在A(yíng)stro里調用vue圖形界面進(jìn)行改錯即可。 LVS是版圖原理圖一致性驗證，用于比較兩者晶體管級的連接是否正確，邏輯功能是否一致，其過(guò)程分兩步：第一步，Hercules讀入版圖文件，從包含有器件及其相互間的連通性的版圖數據庫中提取出版圖網(wǎng)表；第二步，Hercules讀入版圖網(wǎng)表和原理圖網(wǎng)表，然后對照這兩個(gè)網(wǎng)表的連接情況以確定它們是否一致。對照時(shí)，Hercules從電路的輸入輸出開(kāi)始搜索，找到一個(gè)匹配節點(diǎn)后就給該匹配節點(diǎn)和器件賦以匹配狀態(tài)值，當遇到不匹配的節點(diǎn)時(shí)，就停止該路徑的搜索，直到所有的路徑都搜索完畢，Her-cules將節點(diǎn)和器件的匹配結果寫(xiě)入輸出文件，給出連接及匹配情況的報告，設計人員可以根據報告來(lái)改正不匹配的元件，LVS驗證流程如圖4所示。 進(jìn)行LVS驗證的設置較為復雜，除了與DRC類(lèi)似的對foundry提供的runset文件進(jìn)行設置外，還要提取verilog網(wǎng)表，進(jìn)行網(wǎng)表轉換(netTran)得到Hercules格式網(wǎng)表和對等文件(Equivalence File)。對等文件可以簡(jiǎn)化比較過(guò)程，比如文件中指定equiv dpram_8xlk=dpram_8xlk{} Hercules在LVS比較的時(shí)候就直接比較用戶(hù)指定的這些單元的版圖和電路圖的匹配性，而不比較其他的模塊。運行Hercules生成結果后，查看結果文件并結合Astro進(jìn)行改正。 3 物理驗證流程 一般而言L(fǎng)VS與電氣規則檢查(ERC)的關(guān)系密切，ERC主要包括比如短路、開(kāi)路、懸浮等，對于一個(gè)ERC檢查通過(guò)的設計，LVS才真正可以檢查出元件的連接問(wèn)題。因此，ERC應該在LVS之前完成，需要注意的是Hercules的ERC檢查可以集成在DRC和LVS檢查中，以利于整體進(jìn)行檢查和改進(jìn)。本課題所采用Smic18LG工藝的物理驗證將ERC檢查分別集成到天線(xiàn)效應檢查和LVS的電氣連接檢查中。但一般而言，DRC，ANT與LNS則沒(méi)有必然的先后順序。根據工程經(jīng)驗，在修復ANT錯誤時(shí)，常常需要更改填充金屬形狀和位置，而這又會(huì )帶入新的DRC問(wèn)題，因此比較理想的做法是先修ANT錯誤，等檢查通過(guò)后再進(jìn)行DRC修復前面引入的設計規則違例，這樣不但可以修復 DRC，而且可以為后面進(jìn)行LNS盡可能的排除干擾，然后進(jìn)行LVS，需要注意的是，LVS不涉及FILL View，即含有填充金屬信息的版圖層，而進(jìn)行LVS時(shí)在提取版圖參數階段，如果含有填充金屬信息會(huì )導致提取的參數文件過(guò)大，一致性比較時(shí)也會(huì )占用較多內存，因此可以使用不含FILL View信息的CDSII版圖文件進(jìn)行LVS初步檢查，經(jīng)比較并修改至檢查通過(guò)時(shí)再使用含填充金屬信息的GDSII文件提取參數并作最后的LVS，這時(shí)的結果會(huì )與前面類(lèi)似，如果檢查通過(guò)則可作最后的DRC檢查，若結果顯示沒(méi)有違例則可進(jìn)行最后的流片。物理驗證流程如圖5所示。 4 結論 本課題使用的服務(wù)器是浪潮服務(wù)器NL380G2，3.6G雙核CPU，Xeon8G內存，進(jìn)行驗證的設計為二百萬(wàn)門(mén)級某型號調制芯片設計，工具為Her-cules2004.12。舊有的流程是按經(jīng)驗采用或先LVS或先DRC，而按照本文提出的流程在實(shí)際的設計中已經(jīng)經(jīng)過(guò)驗證。如果使用含有 FILL View信息的GDSII文件進(jìn)行一遍L(cháng)VS需要進(jìn)行7-8 |
