40 nm可制造标准单元库的设计与实现

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目前,系统设计都采用自顶向下的设计方法,而标准单元库在该设计方法中起到了重要的作用。当半导体工业进入到纳米时代后,标准单元的物理实现不仅要考虑传统的速度、功耗和面积等性能指标,还要考虑由于硅片表面光刻畸变引起的成品率下降问题。在集成电路设计过程中不得不考虑制造中的问题,在这时候就诞生了一个新的研究领域——可制造性设计技术。标准单元库作为设计与工艺的桥梁,不得不在标准单元库的设计中考虑可制造性。本文提出了一种应用于40nm可制造标准单元库的设计方法,该方法对标准单元库的建库流程和设计方案进行了优化,有利于工艺制造阶段对标准单元的光学邻近效应校正。本文根据晶圆代工厂(Foundry)提供的设计规则、数字IC设计流程,以及单元库单元的性能指标等要求,开发了一套40nm可制造标准单元库。版图设计阶段考虑光学邻近效应校正,将40nm工艺设计规则和可制造性设计(DFM)规则结合起来,共同指导版图的设计,将制造所要考虑的因素整合到设计阶段,及早地解决后期可能出现的问题,有效地避免了引起热点的版图结构;对标准单元库单元进行DFM优化,并且采用光学仿真技术优化单元结构,从而更有利于OPC技术的实施,在很大程度上提高单元库的可制造性。对优化后的单元版图进行了参数提取,建立了完整的单元库模型,包括:符号库、仿真库、综合库、布局布线库等库模型,实现了对IC设计流程的支撑。最后,对40nm可制造标准单元库进行了验证。本文设计实现的40nm可制造标准单元库不仅在功能、时序、面积、功耗方面都能满足要求,而且通过了晶圆代工厂工艺设计部门的可制造性测试,证明此标准单元库可制造性强,在OPC过程中所花费的时间和存储量都有所减少,有利于40nm工艺生产良率的提升。通过将流片测试结果和综合库以及HSPICE仿真结果进行对比分析,提出了数字电路设计时的建议。
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