隨著集成電路工藝進(jìn)入納米尺度，復(fù)雜工藝的采用使得工藝偏差日益嚴(yán)重。工藝偏差是指在集成電路制造過(guò)程中，電路幾何和電學(xué)參數(shù)的隨機(jī)波動(dòng)。例如，采用193nm波長(zhǎng)光源的亞波長(zhǎng)光刻造成硅片圖形偏差，化學(xué)機(jī)械拋光導(dǎo)致銅互連線高度嚴(yán)重偏差，摻雜的隨機(jī)波動(dòng)導(dǎo)致器件參數(shù)的偏差等。工藝偏差使得集成電路設(shè)計(jì)性能與制造后的性能具有較大差異并呈現(xiàn)隨機(jī)分布。工藝缺陷如塵埃導(dǎo)致的斷路和短路也會(huì)使電路出現(xiàn)功能失效。

成品率設(shè)計(jì)主要是通過(guò)早期的設(shè)計(jì)手段來(lái)降低工藝缺陷和工藝偏差對(duì)電路性能的影響，提高電路制造后的成品率。相比來(lái)說(shuō)，可制造性設(shè)計(jì)則更偏向于通過(guò)設(shè)計(jì)手段，解決芯片制造中可能存在的化學(xué)機(jī)械拋光平整性、亞波光光刻等制造苦難。

成品率設(shè)計(jì)首先需要建立工藝參數(shù)的隨機(jī)模型以及支持隨機(jī)參數(shù)的器件模型。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)電路仿真可以支持電路的成品率分析和優(yōu)化；通過(guò)建立單元電路的隨機(jī)延時(shí)模型，支持數(shù)字電路的成品率分析和優(yōu)化。

模擬電路對(duì)工藝偏差更為敏感，因此設(shè)計(jì)者很早就已經(jīng)考慮尺度失配對(duì)電路性能的影響；而在成品率設(shè)計(jì)中，還需要進(jìn)一步考慮工藝參數(shù)偏差對(duì)設(shè)計(jì)的影響。模擬電路設(shè)計(jì)者一般通過(guò)增加裕量、中心化設(shè)計(jì)等方法來(lái)提高電路成品率。近年也有直接以成品率為優(yōu)化目標(biāo)的模擬電路自動(dòng)成品率優(yōu)化方法的相關(guān)研究。Cadence公司的Virtuoso設(shè)計(jì)環(huán)境提供了多工藝角優(yōu)化、成品率優(yōu)化等工具。

數(shù)字電路的成品率設(shè)計(jì)分為眾工藝角優(yōu)化方法和統(tǒng)計(jì)優(yōu)化方法兩類。眾工藝角設(shè)計(jì)是傳統(tǒng)數(shù)字電路抗工藝偏差設(shè)計(jì)的延伸，通過(guò)引入更多工藝角，經(jīng)過(guò)優(yōu)化來(lái)保證電路在眾多工藝角下都能滿足性能要求，提升電路的成品率。Synopsys公司的IC Compiler、Cadence公司的Innovus均提供了眾工藝角優(yōu)化功能。基于統(tǒng)計(jì)的優(yōu)化方法目前發(fā)展得尚不成熟。IBM公司最早開發(fā)了統(tǒng)計(jì)時(shí)序分析的工具，并基于該工具來(lái)進(jìn)行電路成品率優(yōu)化。但基于統(tǒng)計(jì)的成品率分析和優(yōu)化方法還沒(méi)有被大規(guī)模使用。Synopsys公司和Cadence公司最近也發(fā)布了統(tǒng)計(jì)時(shí)序分析工具，基于統(tǒng)計(jì)的分析及成品率優(yōu)化方法也許會(huì)成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

成品率增長(zhǎng)技術(shù)（Yield Enhancement）包含的內(nèi)涵越來(lái)越豐富。傳統(tǒng)上是指在不犧牲面積的前提下，通過(guò)冗余通孔插入、互連展寬等技術(shù)來(lái)減少由于塵埃缺陷引起的短路、斷路以及通孔缺陷引起的斷路失效。成品率增長(zhǎng)技術(shù)現(xiàn)在涵蓋了更多的內(nèi)容，如光學(xué)鄰近效應(yīng)校正（Optical Proximity Correction,OPC）、針對(duì)化學(xué)機(jī)械拋光的啞元金屬插入、光刻熱點(diǎn)檢測(cè)及修正等可制造性設(shè)計(jì)方法，以及前面提到的各種成品率優(yōu)化方法等。

為了應(yīng)對(duì)工藝偏差引起的成品率的嚴(yán)重下降，近年來(lái)還提出了一些可調(diào)或自修復(fù)的電路設(shè)計(jì)方法。這些方法在電路設(shè)計(jì)階段引入一些可調(diào)單元來(lái)調(diào)整電路的偏置、驅(qū)動(dòng)能力和負(fù)載等；在電路制造后，根據(jù)電路的實(shí)際偏差，通過(guò)人工測(cè)試或自動(dòng)測(cè)量電路性能，對(duì)可調(diào)單元進(jìn)行手工或自動(dòng)調(diào)整，以提高電路性能和成品率。這種設(shè)計(jì)方法由于可以在制造后調(diào)整，可以降低為應(yīng)對(duì)工藝偏差引入的不必要的面積和功耗開銷。

成品率設(shè)計(jì)是集成電路進(jìn)入納米尺度后必須采用的設(shè)計(jì)方法，只有在設(shè)計(jì)階段考慮工藝偏差的影響，才能有效地提高集成電路的成品率。隨著工藝尺寸的進(jìn)一步縮小，成品率設(shè)計(jì)方法將變得更加重要。

審核編輯：劉清