纳米工艺下面向参数成品率增强的版图优化设计方法研究

随着半导体工艺发展到纳米级，如何解决由于工艺波动导致的成品率下降问题已受到研究人员的高度关注。本项目以参数成品率增强技术为切入点，对能够降低亚阈值电流功耗、抵抗工艺波动影响的版图优化设计方法,尤其是考虑线间距和聚焦误差共同作用的多晶硅栅线宽变化模型、能捕捉工艺波动的MOS管沟道长度的准确预测方法、基于沟道长度准确预测的亚阈值电流功耗优化方法、以及减小沟道长度变化以抵抗工艺波动影响的布局布线方法进行深入研究，力争通过在版图设计阶段对工艺波动自动进行捕捉来准确预测工艺波动对电路性能的影响，从而进行面向参数成品率增强的版图优化设计，达到降低功耗、提高参数成品率的目标。项目在能捕捉工艺波动的多晶硅栅线宽变化模型、基于沟道长度预测的亚阈值电流功耗优化方法、以及能抵抗工艺波动影响的布局布线自动微调方法等方面有创新之处，对纳米工艺下提高芯片的参数成品率以及研制低功耗芯片有着重要意义。

纳米工艺下，参数成品率已成为影响芯片成品率的主要因素，如何解决由于工艺波动导致的成品率下降问题已受到研究人员的高度关注。本项目对能考虑聚焦误差影响的MOS管沟道长度预测方法、基于沟道长度预测的亚阈值电流功耗优化方法、以及能抵抗工艺波动影响的布局布线微调方法等方面展开研究。.提出了一种考虑聚焦误差的MOS管沟道长度预测分析方法。版图中位于各标准单元内部的MOS管的多晶硅沟道长度可以直接通过查找查表模型得到，位于标准单元边界处的MOS管的多晶硅沟道长度根据所建的MOS管沟道长度预测模型进行预测分析。实验结果表明，利用提出的MOS管沟道长度预测分析方法得到的MOS管沟道长度与全芯片的光刻仿真得到的MOS管沟道长度相比最大误差仅为10%。 .在考虑不同输入信号组合以及堆栈效应的情况下，利用Matlab工具进行数据拟合建立了一种能考虑聚焦误差影响的亚阈值电流功耗分析模型。该分析模型根据不同单元电路的拓扑结构、不同的输入信号组合和MOS管的沟道长度选择相应的拟合式或者查找单个MOS管的亚阈值电流模型分析计算得到功耗，实验结果表明利用所建的亚阈值电流功耗分析模型计算得到的亚阈值电流功耗误差为10%。.为了更好地抵抗工艺波动的影响，减小位于标准单元边界处的MOS管沟道长度随聚焦误差引起的变化，提出了一种在现有版图基础上在两相邻标准单元间填充最优辅助多晶硅图形的版图优化方式。实验结果表明，该版图优化方法在不影响位于标准单元内的MOS管的多晶硅线宽变化前提下，使位于标准单元边界的MOS管的多晶硅线宽变化减小了1.2倍，这对抵抗由聚焦误差引起的MOS管沟道长度变化有显著的改善作用。.为了优化亚阈值电流功耗，提出了一种MOS沟道长度调制的版图优化方法。针对电路中处于非关键路径上的逻辑门的MOS管，可以通过增加MOS管沟道长度，牺牲部分门延以达到降低亚阈值电流功耗的目的。