IC 流片前的Check List | 技术专栏

中国成都 (© Philippe LEJEANVRE/Getty Images)

作者韩雁：浙江大学微纳电子学院教授，工学博士、博导。历任教研室主任、研究所副所长，信电系副主任、杭州国家高新技术产业开发区管委会副主任兼滨江区副区长（挂职）。中国半导体行业协会IC分会理事、中国电源学会理事、浙江省电源学会常务理事、浙江省电子学会理事。从事微电子学科及集成电路设计、功率器件设计方向的教学科研工作，承担过国家863 IC设计重大专项、国家科技重大专项(核高基)、国家自然科学基金面上项目、教育部博士点基金、工信部电子信息产业发展基金项目、浙江省重大科技专项、浙江省自然科学基金、海外合作项目、重大横向课题、企业委托项目在内的60余项科研项目。出版论著八部，译著两部。发表论文145篇（包括国际微电子学领域顶级期刊JSSC），获授权发明专利135项（含美日专利3项）。

摘要：在流片之前，需要对芯片的布局，走线，驱动/负载，IO 以及设计规则进行检查。基于多年的流片经验，对其每一部分需要检查的内容归纳如下。

1. 布局检查 

1) 版图布局前考虑好引出 pin 的方向和位置，尽量让时钟 pin 远离模拟信号 pin；

2) 将不同电位的 n 阱分开，混合信号电路尤其注意这点；

3) 添加 dummy 电阻以提高电阻的匹配度，dummy 电阻的两端要接地； 

4) 对于差分对等匹配要求较高的电路需要注意版图的对称性，利用叉指、dummy 等结构提高版图对称性； 

5) 版图中每个模块中 MOS 管的栅的走向尽量一致，不应有横有竖； 

6) 数字标准单元中有 Tap Cell 的，检查是否需要连接电源或地； 

7) 数字标准单元中有 Tie High、Tie Low Cell 的，检查是否漏接到电源或地； 

8) 在数字、模拟 IO 环上添加相对应的 Pad Filler，在数字core 中添加 Core Filler，然后导出 gds 文件； 

9) 双叉指结构的 ESD 防护器件的 source 放两边，drain 放中间，这样有利于 ESD 电流的均匀导通； 

10) 对于多目标流片，die 的排列上要预留至少 80µm（具体要咨询封装厂）的划片槽间距。尽量在横竖两个方向上划片能一刀到底（即尽量不要交错排布芯片）； 

11) 针对 MPW 流片，设定芯片面积时应将总面积控制在略小于规定尺寸，单个芯片的形状最好是长方形，便于 MPW 版图的拼接。

2. 走线检查 

1) 金属连线不宜过长，如果不得已需要长连线可以在中间添加 buffer 提高驱动能力；

2) 长连线的线宽不宜太窄；

3) 管子的沟道上尽量不要走金属连线；

4) 绘制版图时连线接头处一定要画到重叠，以避免肉眼难辨的开路发生；

5) 数字电路的走线不要经过模拟电路的器件，否则容易引入强干扰，影响模拟电路正常工作。反之模拟电路走线也不要经过数字电路；

6) 数模混合信号电路中模拟电路的外围最好加入 Guard Ring，必要时需要用单独的管脚为隔离环接地或接电源电压；

7) 对高压电路而言，为避免尖端放电,拐角处用 135 度角,不要走90 度角甚至锐角；

8) 芯片内部的电源线、地线和 ESD 上的电源线、地线分开接；数模信号的电源线要分开、地线也要分开；

9) 重要的高频信号线，必须要考虑隔离。一般用同层次的金属地线，在两侧进行地线隔离。高频的时钟线，也要用地线进行隔离，防止其干扰到其它信号。时钟线最好与电源、地线平行走线，尽量减少交叉，防止通过交叉形成的寄生电容耦合到电源、地上。高频线路的性能实现，很大程度上取决于版图的设计。

3. 驱动/负载检查

1) 要对金属线的电流负载能力进行检查；

2) 在面积允许的情况下，via 和 contact 打得越多越好,尤其是 input/output 部分；

3) 检查模拟输出管脚的驱动能力是否足够。可把 pad 的等效电容作为负载，观察驱动能力是否足够；

4) 与 IO 直接相连的输出管要保证 Drain 的 contact 到 Poly 有足够的距离，大于等于 1.5um（不同工艺下这个值会有不同）为宜，或者加上SAB 层，这样有利于电流的均匀性，可以保证足够的ESD 可靠性；

5) 在电流较大（100mA）时，与 IO 直接相连的输入、输出管的PMOS 和NMOS 版图之间的距离至少为 30um，以防止闩锁。

4. IO 检查 

1) 不要将输入弱信号和强信号的模拟 IO 放置在一起，这样弱信号会受到强信号的干扰；

2) 数模混合电路要把数字 IO power ring 和模拟 IO power ring 分 开供电；

3) 检查 IO 上的 IO power ring 是否正确接到电源和地上；

4) 对于直接连接到 I/O 的 CMOS 对管，不论作为输入还是输出，NMOS 和 PMOS 之间的间距（有源区）都要显著增大。比如对于连接 CORE 内工作电压电平的 I/O，该间距要大于 2 um（40 nm 工艺）；对于连接到高于 CORE 内工作电压电平的 I/O，该间距要更大（比如大于 3.2 um）；

5) 从自动布局布线软件（如 Astro 或者 ICC）导出的带 IO 的 GDS 文件，在导入 Virtuso 做 DRC 前，要将版图中的 IO 替换为 Foundry 提供的完整的 IO gds文件导出来的 IO 库单元中的 IO（包括 Pad Filler），防止出现额外的层次，如 HTNWL；

6) 注意芯片封装一般是逆时钟排布，芯片IO 的排列顺序要跟封装管脚一致；

7) 芯片 IO PAD 的布局不要上、下、左、右对称，以便在封装的时候利于机器识别（机器只识别 PAD布图，不识别 CORE里面的信息），以免造成因识别不出而带来的封装错误。

5. 设计规则检查 

1) 电容的长宽不宜相差过大，以保证上下极板的电场均匀分布；

2) 版图中的空位尽量添加接地孔，避免闩锁效应；

3) 对于连接到栅上的面积很大的金属要注意天线效应，必要时进行跳线，最终流片前需要做天线效应检查；

4) 数字电路的功能仿真、布局布线后的仿真、时序仿真都要带 IO 进行并获得通过；

5) 在SMIC流片时，工艺文件不能用PDK中自带的，必须到Technology file 目录下下载最新的；

6) 版图绘制前，要到 Foundry（如 SMIC）网站查看有没有最新的 DRC， LVS 检查文件，如果有，应立即采用新的 DRC，LVS 文件（65nm 后要做 DFM 检查）；

7) 数模整合后，要将导出的 gds 文件再导回 Virtuso，检查各个版图层次防止层次丢失，并做 DRC、LVS 检查；

8) 数字标准单元或者其它第三方 IP 如果出现 DRC 违反，应及时与 IP提供方联系沟通，确保 IP 库功能正确，并能通过最新的 DRC 检查；

9) 每块芯片均要做 LOGO。建议 LOGO 组成：芯片名称_流片日期。如 ADC_080618；

    在完成了以上检查之后，要对设计数据进行备份，避免数据丢失造成损失。下面以 SMIC 0.18um MPW（Multi Project Wafer）工艺 的流片为例，对流片填写表格的注意事项进行说明。

    例：SMIC 0.18 MPW 流片须知 

1) PTO（Pre-tape Out）和 FSR（Foundry Service Request）必须在 smic now 网站给出的流片时间（dead line 1）之前提交，其他文 件可以延后一周时间（dead line 2）提交。PTO 一旦提交后即锁定， 无法自行修改。如需修改，可以联系 CE；

2) Gate-OX Layers: Dual Gate 表示有两种厚度的栅 1.8/3.3V；

3) 数字 IO 中会用到 dif 电阻，需添加到 FSR 表格中；

4) Polymide 是指在芯片的最顶层做 polymide，起辐射保护作用，普通芯片不需要；

5) Seal Ring 位于每块芯片最外面（IO 之外），介于芯片与划片槽之间起保护作用。如果选择让 SMIC 来加 Seal Ring，只能在每个 MPW 芯片的最外面加，不能在 MPW 芯片内的每个 IP 之间加；

6) Wafer Type：外延型 wafer 和非外延型 wafer。外延型主要用于大功率芯片，我们普通芯片选择 Prime Wafer；

7) Back Grinding Thickness 背面研磨厚度，主要依据封装厂对裸片厚度的要求来选择；

8) Smic 在 wafer 上直接完成切割，所以每一刀都会切到底；

9) FSR 提交之后，Sales 会发送 quotation（报价单），需按照 quotation 填好PO（订单），在Dead line 2 之前签字盖章发回给Sales， 注意 PO 中 Order items 一栏，要填写 MPW，并包含面积，所需的 die 数量等信息；

10) LDDI(Layout Design Database Information)表格根据 FSR 生成。

     错误主要分两种 

  （1）.在 LDDI 中有的层次，在 GDS 中没有找到；

  （2）.在 GDS 中有的层次，在 LDDI 中没有找到。

    第（1）种错误：确定版图中是否需要该层，如确实不需要，可以将 layer number 改为 N/A

    第（2）种错误：首先检查 FSR 表格是否有误。确定 FSR 无误后，可以在 LDDI 中添加这些层次。层次名称及编号可以在.tf 或.map 文件中查找。

     以上经验总结，供中国芯从业者参考。

浙大微电子 

ICLAB 实验室 

韩雁 

2019 年 7 月

编辑宣扬帆，审核韩雁。欢迎半导体及相关领域的老师、学长们向技术专栏投稿，具体请联系xueping（微信号：cxpdesign）。