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技術(shù)優(yōu)勢(shì)
Latch up rule 難點(diǎn):
- 在 IC設(shè)計(jì)規(guī)則中，我們經(jīng)常遇到有關(guān)Latch up rule的描述，這些規(guī)則由于不太容易在DRC Code中實(shí)現(xiàn)，因此，大部分Foundry給設(shè)計(jì)工程師的建議是：通過“目視”的手段來手工檢查這些規(guī)則，這給設(shè)計(jì)留下了一些隱患。
- Latch up Rule最常見的規(guī)則是“隔離”或者“擋住”問題，如下：
- 該規(guī)則要求在IO區(qū)域到內(nèi)部區(qū)域必須有一個(gè)完整的Guard Ring隔離開，上圖中左邊圖形是符合設(shè)計(jì)規(guī)則的，而右邊圖形是不符合設(shè)計(jì)規(guī)則的�？雌饋硭坪鹾芎唵�，但是，由于通用的DRC工具只支持2個(gè)layer的相互關(guān)系檢查，不支持3個(gè)layer的幾何操作，而隔離問題一般都是要求layer A與layer B之間必須有l(wèi)ayer C的隔離，它是一個(gè)典型的3 layer操作，該如何解決呢？除了正對(duì)方向的隔離問題，斜線方向的隔離也是常見的規(guī)則，如下：
- 上圖中，從IO區(qū)域到內(nèi)部區(qū)域不是正對(duì)的方向，而是斜線的方向，規(guī)則要求二者之間也要有Guard Ring隔離。可以看到，豎向的隔離層把虛線斜線區(qū)域全部隔離開了，符合規(guī)則。而橫向的隔離層圖形長度不夠長，沒有完全把IO到內(nèi)部區(qū)域隔離，需要報(bào)錯(cuò)。那么，斜線的隔離檢查又該如何做呢？除了IO區(qū)域與內(nèi)部區(qū)域是否有Guard Ring隔離的問題，同時(shí)隔離的Guard Ring還有順序的問題，如下:
- 左邊圖示從IO區(qū)域到內(nèi)部區(qū)域是先P Guard Ring，后N Guard Ring，其順序是正確的，而右邊圖形順序反了，是不符合規(guī)則的。順序問題該如何檢查呢？不僅是IO區(qū)域到內(nèi)部區(qū)域需要有隔離規(guī)則，內(nèi)部區(qū)域的mos管如果total width比較大，同樣也需要有隔離規(guī)則，如下：
- 左圖是一個(gè)total width超過了一定范圍的NMOS管，它右側(cè)首先保證有一個(gè)Guard Ring把它與pmos管隔開，同時(shí)規(guī)則還要求pmos左邊還要有一個(gè)VDD contact的pickup把其與Guard Ring隔離。右側(cè)圖形，VDD contact的位置不對(duì)，沒有位于pmos管與Nch之間，因此不符合設(shè)計(jì)規(guī)則。總結(jié)這些規(guī)則的共同點(diǎn)，“隔離”或者“擋住”問題是Latch up最基本的檢查，所謂擋住就是指在layerA, LayerB之間檢查是否有l(wèi)ayer C的圖形擋住。
- 需求：提供一個(gè)三layer輸入的基本命令。
- 常用的DRC工具只提供1個(gè)layer或者2個(gè)layer的檢查命令，不提供三layer輸入的檢查命令。 如果利用DRC的多個(gè)命令組合來生成上述命令，由于普通的DRC命令會(huì)將不同圖形的結(jié)果連成一片，會(huì)導(dǎo)致報(bào)錯(cuò)結(jié)果無法區(qū)分具體的區(qū)域，失去了檢查的意義。如下圖所示：
- 上圖中，黃色圖形是IO區(qū)域，紅色圖形是內(nèi)部區(qū)域的mos管，要檢查在黃色圖形與綠色圖形之間在200um范圍內(nèi)是否有一個(gè)綠色的圖形被隔離開。
- 普通的DRC命令方法是：首先把紅色圖形和黃色圖形做一個(gè)間距為200um的檢查，把左右的報(bào)錯(cuò)結(jié)果組合成一個(gè)或多個(gè)多邊形圖形，然后判斷這個(gè)多邊形圖形是否被綠色圖形隔斷了。
- 上述方法的問題是： 當(dāng)綠色圖形只要位于200um的范圍內(nèi)隔離了某幾個(gè)mos管，就會(huì)被判定為把所有的mos管都隔離開了。上圖中的綠色圖形與黃色圖形之間還有幾個(gè)紅色mos管沒有被實(shí)際隔離，但是DRC Code的間距檢查由于把結(jié)果連接成了一個(gè)大片的圖形，它無法判斷方位，只能判斷這個(gè)大片的圖形是否有被綠色圖形切開，因此出現(xiàn)了誤判。
- 有些DRC工具的間距檢查提供了Shield的選項(xiàng)，試圖只把最近的間距圖形報(bào)錯(cuò)，不去把所有符合間距錯(cuò)誤的圖形都報(bào)錯(cuò)出來，試圖避免這個(gè)問題。但是，Shield的選項(xiàng)是專門為了2層圖形的檢查設(shè)計(jì)的，它不是為了3層圖形檢查設(shè)計(jì)的。因此2層圖形檢查的結(jié)果輸出是“邊”，而不是圖形。作為“邊”是無法參與后續(xù)的3層圖形操作的。如果把“邊”再轉(zhuǎn)換為很細(xì)的小圖形去做后續(xù)的運(yùn)算，則又陷入了“邊”形成圖形后連接成一片大的圖形，無法區(qū)分方位和具體位置的問題，從而出現(xiàn)誤判。
- 因此，必須尋找一種方法：它可以把2個(gè)layer之間被隔離的圖形準(zhǔn)確找到。這個(gè)方法實(shí)現(xiàn)困難嗎？為什么大部分Foundry沒有提供這樣的檢查？國內(nèi)只有個(gè)別Foundry給用戶提供了該問題的解決方案，他們的方案為什么采用了helmet的設(shè)計(jì)思路？該思路可以推廣到其它Foundry嗎？如果某些Foundry不提供該方案，IC設(shè)計(jì)公司可以自行寫DRC Code實(shí)現(xiàn)嗎？如何實(shí)現(xiàn)？
- 上面我們提到：為了解決Latch up rule中的隔離或者擋住問題，必須尋找一種方法：它可以把2個(gè)layer之間被隔離的圖形準(zhǔn)確找到。
- 如上圖所示，在左上的Nch Transistor W > 200um的大管子與坐下的Pch小管子之間必須有一個(gè)N+ Guard Ring將二者隔離。
- 前文還曾經(jīng)提到，目前通用的DRC工具暫時(shí)不提供類似的檢查命令，為了解決該問題，我們自定義了一套與Latch up rule檢查相關(guān)的命令，該命令就是helmet系統(tǒng)的主要功能。Helmet系統(tǒng)可以嵌于主流的DRC工具中運(yùn)行，結(jié)果報(bào)錯(cuò)形式也與主流DRC工具兼容。
- 上圖中黃色圖形是total width大于200微米的N型大管子，紅色圖形是p型小管子，要檢查它們之間是否被綠色的N+ Guard Ring阻擋。
- 系統(tǒng)首先定義了一個(gè)關(guān)鍵字：
- a. 隔離命令檢查關(guān)鍵字： FindClosestRegion
- – 格式：FindClosestRegion LayerA LayerB Distance
- 1. LayerA, LayerB: 圖形層
- 2. Distance: 兩層圖形間的最小檢查距離
- b. 功能： 尋找LayerA與LayerB的最近的圖形之間的垂直投影區(qū)域，如果LayerA與LayerB之間有多個(gè)圖形，只尋找最近的圖形。輸出他們之間的區(qū)域。
- 如上圖所示，F(xiàn)indClosestRegion的結(jié)果就是圖中的黑色虛線，它的特點(diǎn)是：任意2個(gè)虛線都沒有交叉，虛線僅僅是layerA與layerB的最近的投影區(qū)域，即使在Distance范圍內(nèi)有多個(gè)圖形，也僅僅找到相鄰圖形區(qū)域即可。
- 一旦得到了FindClosestRegion的結(jié)果，下一步的操作就比較簡單了：為了判斷FindClosesestRegion的區(qū)域是否被擋住，用這個(gè)區(qū)域的結(jié)果減去擋住圖形，如果擋住圖形被割斷成2個(gè)圖形，表明被擋住了，如果仍舊為一個(gè)圖形，就說明沒有被完全擋住。
- 第一步： 找到最近的FindClosestRegion
- WideClosestPGateRegion {
- FindClosestRegion pGate WideNGateExtent < EsdDistance
- }
- 第二步： 用第一步的結(jié)果減去阻擋層
- rule4_first {
- RemainRegion = WideGateClosestNGateRegion NOT nwell_contact_sz
- WideGateClosestNGateRegion Enclose RemainRegion < 2
- }
- 下面是一個(gè)典型的報(bào)錯(cuò)實(shí)例：
- 其中中間的是一個(gè)N型的大管子，上下各有幾個(gè)P型的小管子，要檢查它們是否被nwell contact的ring阻擋。
放大上方的報(bào)錯(cuò)圖形，可以看到：
- 其中紫紅色報(bào)錯(cuò)區(qū)域顯示，上方的pmos沒有被一個(gè)N+ Guard Ring隔離，因此報(bào)錯(cuò)。
另外一個(gè)報(bào)錯(cuò)是：
- 上圖中的灰色高亮報(bào)錯(cuò)原因是：pmos管雖然被N+ Guard Ring隔離，但是由于N+ Guard Ring的nwell圖形沒有與pmos公用一個(gè)nwell，因此不符合要求，也要報(bào)錯(cuò)。 上邊還有2個(gè)pmos，它們沒有報(bào)錯(cuò)，原因是：它們的N+ Guard Ring都與pmos共用了一個(gè)nwell，符合要求。 除了正對(duì)的隔離要求外，Latch up Rule還要求在斜線方向也要有隔離阻擋。
- 如上圖所示，需要判斷綠色與紅色圖形之間是否被藍(lán)色圖形在斜線方向隔離。 為了實(shí)現(xiàn)斜線隔離阻擋檢查命令，Helmet系統(tǒng)通過2條組合命令來實(shí)現(xiàn)：
- 步驟1 ： SeparateRing nwell_contact > 0 記錄阻擋用圖形的坐標(biāo)，供下一條命令使用
- 步驟2： SlantSeparate pGate WideNGateExtent < EsdDistance 檢查在兩個(gè)Layer之間是否有斜線阻擋圖形存在
- 這2個(gè)關(guān)鍵字的核心思想是：每個(gè)斜線圖形是獨(dú)立的“邊”，不要讓斜線圖形生成圖形，否則圖形連接成一片大的區(qū)域后，就無法判斷到底哪個(gè)斜線沒有被阻擋了。
- 上圖是一個(gè)典型的斜線隔離報(bào)錯(cuò)，白色線段是報(bào)錯(cuò)圖形，它顯示N+ Guard Ring沒有完全把pmos包圍起來，留出了一個(gè)小缺口，因此報(bào)錯(cuò)。
下面是另外一個(gè)報(bào)錯(cuò)圖示：
- 它顯示：N+ Guard Ring只有橫向的隔離，沒有加縱向的隔離，導(dǎo)致在斜線方向上沒有完全被隔離，因此報(bào)錯(cuò)。
通過以上分析，可以看到，helmet系統(tǒng)通過添加新的關(guān)鍵字，實(shí)現(xiàn)了主流DRC工具沒有解決的正對(duì)阻擋和斜線阻擋的問題。
再看幾個(gè)典型的報(bào)錯(cuò)圖示:
- 上圖是ESD器件都內(nèi)部器件之間本來需要2個(gè)Guard Ring，結(jié)果只出現(xiàn)了一個(gè)Guard Ring，因此報(bào)錯(cuò)。
- 上圖是：由于Guard Ring中間有好多小缺口，導(dǎo)致在斜線方向的阻擋不滿足要求，報(bào)錯(cuò)。
- 上圖是： 要求從ESD器件到內(nèi)部器件的 Guard Ring 應(yīng)該是先P型Ring，后N型Ring，但是目前的圖形畫反了，因此報(bào)錯(cuò)。 除了上述常見的Latch up Rule以外，我們?cè)贓SD/Latch up檢查中還經(jīng)常遇到以下幾類約束，該如何實(shí)現(xiàn)呢？
- 下面我們?cè)倬唧w談?wù)凞RC中的隔離（阻擋）檢查
- 所謂隔離（阻擋）檢查就是檢查在 layer1和layer2之間必須有l(wèi)ayer3將其隔離（或阻擋）。如下圖所示：
- 中間的圖形是一個(gè)layer，上下的圖形是另外一個(gè)layer，這2個(gè)layer必須被某個(gè)layer隔離或者阻擋才符合DRC規(guī)則。
- 當(dāng)時(shí)，我們建議觀眾用最簡單的實(shí)現(xiàn)方法：
- 第一步： 找到layer1, layer2距離最近的區(qū)域：FindClosestRegion
- region1 {
- FindClosestRegion layer1 layer2 < Dis
- }
- 第二步： 用第一步的結(jié)果減去layer3，看是否被切割成2個(gè)區(qū)域
- check {
- RemainRegion = region1 NOT layer3
- region1 Enclose RemainRegion < 2
- }
- 不過，也有觀眾提出：我沒有helmet工具，因此無法用你提到的關(guān)鍵字：FindCloestRegion，是否可以直接用主流工具的命令呢？
- 回答是：可以通過比較復(fù)雜的Drc Code操作間接地近似實(shí)現(xiàn)。
- 我們首先先了解Drc Code一個(gè)命令： DFM Space。其用法是：
- DFM Space layer1 layer2 < dis COUNT ==4
- 它的含義是：檢查layer1和layer2的距離是否小于dis，其中COUNT == 4的含義是：如果layer1 , layer2圖形在dis距離范圍內(nèi)出現(xiàn)了Shield的特點(diǎn)，則把Shield以外的圖形忽略。
- 上圖中，layer1是A邊，layer2是B邊，藍(lán)色的S是layer1的另外一個(gè)邊，S邊就是Shield圖形，它把間距檢查的某些區(qū)域擋住了，報(bào)錯(cuò)時(shí)，被Shield的區(qū)域不被輸出，從而大大減少了報(bào)錯(cuò)個(gè)數(shù)，并且為后續(xù)的進(jìn)一步操作留下了空間。
- 利用上述概念，我們可以如下實(shí)現(xiàn)layer1, layer2被layer3阻擋的操作：
- 第一步：
- edge1 {
- X = DFM Space [layer1] layer2 < dis COUNT ==4
- Y = DFM Space layer1 [layer2] < dis COUNT ==4
- }
- 第一步的結(jié)果是把layer1, layer2的最近距離圖形找到，與helmet工具的findCloesestRregion類似，唯一的區(qū)別是：該命令輸出的結(jié)果是邊，而不是圖形。由于結(jié)果是邊，就需要做額外的操作把它變成圖形。
- 第二步：
- region1 {
- regionx = EXPAND EDGE X outside by 0.001
- regiony = EXPAND EDGE Y outside by 0.001
- }
- 第二步的結(jié)果是把邊擴(kuò)展為一個(gè)很細(xì)的矩形。準(zhǔn)備檢查在x與y的矩形之間是否有l(wèi)ayer3被隔離開。
- 第三步：
- no_layer2 = BULK not layer2
- no_laeyr1 = BULK not layer1
- region2 {
- region2 = SIZE regionx by dis INSIDE OF LAYER no_layer2 step 0.03
- }
- 第3步的含義是： 把layer1的邊向外擴(kuò)充dis的距離，但是在擴(kuò)充過程中如果遇到layer2的邊阻擋，就停下來不要再擴(kuò)了。step 0.03的值是layer2圖形寬度的一半。這個(gè)size step的操作就是我們?cè)谇懊嫖恼轮卸啻翁岬降摹皩O悟空跳不出如來佛手心”的操作。
- 第四步： 用第三步的結(jié)果減去layer3，看是否被切割成2個(gè)區(qū)域
- check {
- RemainRegion = region2 NOT layer3
- region2 Enclose RemainRegion < 2
- }
- 看起來，通過上述四個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)了helmet工具的FindCloesestRegion的命令，不過，這個(gè)操作隱含著一些問題：如下：
- 上圖中綠色圖形是layer1，黃色圖形是layer2，紅色圖形是layer3。直觀地看，layer1, layer2確實(shí)被layer3隔離開了。
- 但是，在第三步做size操作時(shí)，由于綠色圖形的2條邊對(duì)外做size擴(kuò)充后上下2個(gè)圖形連接成了一個(gè)圖形，導(dǎo)致最后做第四步減去layer3時(shí)，其結(jié)果還是連接場(chǎng)一片的一個(gè)圖形，不是被分割成2個(gè)圖形，從而報(bào)錯(cuò)，出現(xiàn)了偽錯(cuò)。 遇到上述問題，該如何解決呢？
- 一種解決辦法是：畢竟通過上述檢查已經(jīng)能夠查出絕大多數(shù)問題了，剩余的問題由人工來分析，工作量也不是很大。
- 另外一種辦法就是：把上圖中l(wèi)ayer1的豎向的邊分解成很多短邊，每個(gè)短邊中間被一個(gè)0.001的很細(xì)的距離隔斷，即縱向邊的短邊都是沒有相鄰的邊，這樣第三步做size操作時(shí)，就不會(huì)把多個(gè)區(qū)域連在一起了。這種方法實(shí)現(xiàn)起來比較麻煩，有興趣的讀者可以自己分析來寫出具體代碼。
- 總結(jié)：隔離檢查是DRC檢查中經(jīng)常遇到的問題，由于普通的DRC命令不支持該檢查，用戶需要寫復(fù)雜的組合命令來實(shí)現(xiàn)該功能。用戶經(jīng)常的問題是：為什么幾大EDA公司的工具明明知道有該需求，就是不通過一條簡潔的命令來實(shí)現(xiàn)呢？
- 答案是：任何自動(dòng)化的功能都是需要權(quán)衡實(shí)現(xiàn)代價(jià)和帶來的收益的。EDA公司經(jīng)過仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)：實(shí)現(xiàn)該命令的工作量和難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于預(yù)期獲得的收益，因此留給用戶自己通過命令組合來實(shí)現(xiàn)。
- 難道用戶就沒有辦法使用簡單命令實(shí)現(xiàn)上述需求嗎？幸運(yùn)的是，有一個(gè)EDA公司提供了該命令的簡單實(shí)現(xiàn)，這就是天津藍(lán)海微公司提供的helmet工具。更加幸運(yùn)的是，針對(duì)國內(nèi)的Fabless設(shè)計(jì)公司，helmet工具提供了為期3個(gè)月的免費(fèi)使用期，具體日期為：2018年10月1日至2018年12月31日。
DRC中的隔離（阻擋）檢查: