可编程逻辑电路设计—可制造性设计DFM

在一般工业中，可制造性设计（Design for Manufacturability,DFM）是指一套应用于产品设计阶段的方法，其在设计的早期阶段，就考虑产品制造过程中的困难、要求和约束等，使得最终产品具有良好的可制造性和成品率，能以最低成本、最短时间、最高质量被制造出来。

在集成电路中，DFM主要是针对集成电路制造工艺面临的严峻困难，通过前段和后段的设计手段来部分解决或缓解工艺制造的困难，提高电路制造后的功能成品率（Functional Yield）和参数成品率（Parametric Yield）。

随着集成电路工艺进入纳米尺度，集成电路制造面临日益严重的挑战。例如，采用193nm波长光源的亚波长光刻导致硅片图形严重畸变，化学机械抛光工艺导致互连线在高度方向发生严重偏差，工艺扰动的影响日益严重等。

在亚波长光刻工艺中，即使采用分辨率增强技术（Resolution Enhancement Technology,REF）后，光刻中依然容易在互连线顶端和拐角处出现“圆角”形变（Round-off），在线段中出现部分消失（Partial Disappearance）等畸变现象，如图5-121所示。这些可能产生畸变图形的设计版图（Pattern）称为光刻热点，在设计时应尽量避免此类图形，而在流片前要用光刻热点检查工具进行彻底排查。

金属哑元插入（Dummy Filling）对化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，CMP）工艺后芯片表面形貌影响如图5-122所示。插入金属哑元后，芯片表面平整性明显优于插入哑元前。但引入金属哑元会增加寄生电容，降低电路性能。因此，在芯片哪些位置插入哑元、插入多少哑元、确定哑元形状等是哑元填充工具需要解决的关键问题。上述光刻热点检查和金属哑元插入技术均属于常见的DFM技术。

总体而言，DFM技术是针对传统设计流程的扩充和优化，其通常包括如下技术。

（1）考虑DFM的标准单元设计技术。该技术不仅需考虑标准单元本身的可制造性，而且应考虑相邻单元边界附近光刻的相互影响。在考虑DFM的标准单元综合技术中，除需满足传统设计规则外，还需兼容大量新增的DFM设计规则；甚至为提高成品率，标准单元行间隙（Line-Gap）也需进行优化。为了兼容多重曝光和自对准双重曝光等新的光刻工艺，满足日益紧张的布线通道约束，输入/输出的位置（Pin Access ）也需进行仔细优化。

（2）考虑DFM的布局优化。在20nm以下的工艺中，需在布局阶段考虑双重/三重/多重曝光光刻技术和化学机械抛光工艺的影响。

（3）考虑DFM的布线优化。传统布线算法一般仅考虑布通率、总线长等优化目标，而在考虑DFM的布线优化中，还需考虑与多重曝光、电子束光刻（Electron-Bean Lithography）等新光刻技术的兼容性。

（4）考虑DFM的掩模版优化。例如，多重曝光光刻技术、DSA（Directed Self-assembly）等新光刻工艺中的版图图形分解技术、多重曝光、DSA与电子束光刻的混合光刻版图分解技术、Mask版图中光刻热点检测技术等。

（5）金属哑元插入技术。该技术用于提升化学机械抛光工艺后芯片表面的平整性。

（6）冗余通孔技术（Redundant Via)。该技术用于提升通孔的可靠性。

当集成电路进入纳米尺度后，部分DFM技术已进入芯片代工厂（Foundry）的参考设计流程（Reference Flows）中，是设计者必须考虑的设计环节之一。在可见的未来，DFM技术会随着新的制造工艺和设计技术的出现而不断扩充和发展。集成电路设计者需在具有DFM功能的电子设计自动化（Electronic Design Automation,EDA）工具的协助下，在设计阶段充分考虑工艺制造中的困难，这样才能有效提升流片后芯片的成品率。

审核编辑 ：李倩