先進工藝芯片填充冗余金屬后的時序偏差分析及修復
2022年電子技術應用第6期
王秋實，孟少鵬，吳宏強
安徽芯紀元科技有限公司，安徽 合肥230031
摘要： 在芯片物理設計的完成階段，為了滿足設計規(guī)則中金屬密度要求，需要填充冗余金屬。增加的金屬層會產生額外的寄生電容，導致芯片的時序結果惡化。40 nm以上的工藝節(jié)點中，這些額外增加的寄生電容對于時序的影響在0.12%左右，這個時序偏差甚至比靜態(tài)時序分析與SPICE仿真之間的誤差還小，在芯片設計時通常忽略它。然而在使用FinFET結構的先進工藝節(jié)點中，這個時序偏差必須要進行修復。以一款FinFET結構工藝的工業(yè)級DSP芯片為實例，使用QRC工具對比了芯片填充冗余金屬前后寄生電容的變化；使用Tempus工具分析了芯片時序結果發(fā)生偏差的原因；最后提出了一種基于Innovus平臺的時序偏差修復方法，時序結果通過簽核驗證，有效提高了時序收斂的效率。
中圖分類號： TN47
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212353
中文引用格式： 王秋實，孟少鵬，吳宏強. 先進工藝芯片填充冗余金屬后的時序偏差分析及修復[J].電子技術應用，2022，48(6)：42-44，49.
英文引用格式： Wang Qiushi，Meng Shaopeng，Wu Hongqiang. Analysis and repair of timing deviation caused by filling dummy metal in advanced process chip[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(6)：42-44，49.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212353
中文引用格式： 王秋實，孟少鵬，吳宏強. 先進工藝芯片填充冗余金屬后的時序偏差分析及修復[J].電子技術應用，2022，48(6)：42-44，49.
英文引用格式： Wang Qiushi，Meng Shaopeng，Wu Hongqiang. Analysis and repair of timing deviation caused by filling dummy metal in advanced process chip[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(6)：42-44，49.
Analysis and repair of timing deviation caused by filling dummy metal in advanced process chip
Wang Qiushi，Meng Shaopeng，Wu Hongqiang
Anhui Siliepoch Technology Co.，Ltd.，Hefei 230031，China
Abstract： In the finish stage of the chip physical design, in order to meet the metal density design rules, dummy metal fill needs to be added. The dummy metal fill generates external parasitic capacitances, which will deteriorate chip timing results. In process nodes above 40 nm, timing deviation caused by these external parasitic capacitances is about 0.12%, even smaller than the mismatch between STA and SPICE simulation, we usually ignore it. However, this timing deviation must be repaired in advanced process nodes with FinFET structure. Taking a industrial DSP process chip with FinFET structure as an example, this paper uses QRC to compare the parasitic capacitance changes before and after adding dummy metal fill; uses Tempus to analyze the reasons for the timing deviation of the chip; finally proposes a method for repairing timing deviation based on Innovus, the timing result is verified by signoff. This method effectively improves the efficiency of timing closure.
Key words : advanced process node；physical design；dummy metal fill；parasitic capacitance；timing repair
0 引言
冗余金屬填充是一種可制造性設計(Design For Manufacturing，DFM)手段，目的是為了減小芯片制造過程中化學機械拋光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)帶來的工藝偏差，提高芯片的成品率[1-2]。在金屬互連線平坦化過程中，同時包含了化學作用和機械作用[3]，金屬和介質材料本身的研磨速率不同以及金屬密度的不均勻就會造成金屬層的高低起伏，可能導致互連線短路、斷路等異常結果，從而導致整個芯片失效[4]。由于CMP工藝對圖形密度極為敏感，業(yè)界通過添加冗余金屬圖形使芯片各個位置的金屬密度均勻分布，以改善平坦化效果[5]。
在先進工藝中，版圖的密度梯度對芯片可制造性的影響越來越突出，因此在冗余金屬填充過程中不僅需要考慮密度約束，也需要同時考慮密度梯度以及密度均勻性問題[6]。在工藝進入FinFET時代后，冗余金屬填充還需要滿足雙曝光工藝的特點，即所有的冗余金屬圖形需要均勻地被拆分到兩張不同的掩膜版上[7-8]。
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作者信息：
王秋實，孟少鵬，吳宏強
(安徽芯紀元科技有限公司，安徽 合肥230031)
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