晶片变异性分析晶片变异性分析

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1、晶片變異性晶片變異性分析晶片變異性分析分析（分析（（（On-ChipVariationAnalysis）））南港IC設計育成中心（NankangICDesignIncubationCenter）E-mail：stc_nk@itri.org.tw1.前言隨著製程的不斷演進，深次微米製程（Deep-SubmicronProcesses）的導線隨之變細，造成導線的延遲比重增加，所以時序的問題已越顯重要，由於製程變異性（On-ChipVariation，OCV）造成的晶片的時序分析不再如此的準確，基於這種考量，如何能夠在晶片設計流程當中就即時的考慮OCV所造成的製程偏差將成為先進製程中的重要議題，

2、本文將詳述OCV現象，以及如何利用時序分析工具考慮製程變異的時序偏差，得到準確的時序分析結果。2.On-ChipVariation簡介一般On-ChipVariation是由於晶片在生產的期間所造成的製程偏差，隨著VLSI製程的進步，將會造成此製造偏差越來越明顯，而將會導致在相同的製造環境下，產生出來的晶片卻存在著不同的誤差，所以在先進製程中（通常指的是90奈米以下的製程），設計者必須要將此誤差一起考慮在設計流程裡，一般我們稱為此誤差為晶片變異量（On-ChipVariation），且隨著製程的演進，此變異量的波動將會越來越顯著，以下將說明幾種製程偏差所造成的影響。晶片在生產過程中，需要經

3、過化學機械圖1ChemicalMechanicalPlanarization拋光（ChemicalMechanicalPlanarization，由於晶片的密度不同，以及研磨的速度CMP），CMP主要是在晶片完成後，將晶片快慢，將會導致金屬與絕緣層厚度上突出的沈積層加以去除，如圖1為有無（Thickness）產生變動，如圖2所示，進平坦化的差異。一步的將會影響到電阻值與電容值的不同，而改善的方法可以利用填充Dummy1Metal的方式使得晶片密度可以均勻一點。圖2ThicknessVariationSource:Ref.5另外，由於光學微影技術（OpticalLithography）所能製

4、作的最小線寬與光波長圖4金屬導線變異性Source:Ref.1成正比，所以如果要得到更小的線寬，則必除了製程上的影響外，晶片的工作溫度須採用波長更短的光源來完成微影技術；當也會對效率造成影響，因為晶片在運作時會光罩（Mask）中線寬尺寸逼近曝光時所用之產生熱，如果散熱做的不好的話，將會造成光波波長時，光線透過光罩後產生的繞射現晶體與導線的效率變差，進而影響到晶片的象將會更嚴重，因此當製程技術進步至奈米運作情形。階段甚至更先進的製程，即線寬極小時，繞在先進製程（Deep-Submicron射現象將隨著線寬變小而愈為嚴重，而繞射Processes）中，導線所造成的Delay將會主光疊加的結果會

5、導致實際呈像與光罩上所設宰著整體晶片的效能，由於導線的寬度與長計的圖像間有很大的不同，如圖3所示，即度將會直接的影響RCExtraction的結果，產生嚴重的失真，而這個失真也會造成時序如果相同的導線在不同的晶片區域皆有不分析上的不同。同的參數的話，則時序分析的準確度將會下降，所以設計者必須要考慮OCV效應，就可以較準確的Modeling內部連接導線的變化。由於上述之製程變異性的影響，假設有ㄧ整串Buffer都放在晶片的同一排Row上，而且每一個Buffer的架構都相同，但圖3LithographyProcessSource:Ref.5是彼此卻有不同的特性（通常指的是隨著製程的演進，晶片面

6、積不斷縮小，Delay），如圖5所示每個Buffer的A，而且晶片上的導線寬度不斷的變細，使得導線這樣的特性將不利於整個分析流程。上的寄生效應不斷的增加，由於製程的變動，會導致此寄生效應相對的變異，如圖4所示，可以發現導線越細，則寄生電阻值將會與理論值差距越大，所以此變化量將日漸顯著，由於此效應的變動將會造成時序的不圖5DelayVariationSource:Ref.7穩定，假設我們不能有效的掌握這個寄生效由於在晶片上會發生OCV的現象，將應的變化量，將會影響到Gate的啟閉時會導致時序分析變的不那麼可靠，如果間，造成電路的功能故障或時序紊亂。OCV的情形嚴重的話，通常在90nm以下2的

7、製程，我們必須要謹慎的考慮此效應帶來為了能夠準確掌握OCV的變化，每一的影響，以下將舉幾個例子來說明OCV可條TimingArc都必須要有最大跟最小的能會帶來的影響：Delay值，而這些不同的Delay必須要根據
SetupProblem不同的製程而有所變動，所以我們可以利用當我們在計算FlipFlops的ArrivalPrimeTime來做OCV分析，而PrimeTimeTime時（A點），如圖6所示，一般只有提供Ad