計算光刻與版圖優化

韋亞一博士，中國科學院微電子研究所研究員，中國科學院大學微電子學院教授，博士生導師。
1998年畢業於德國Stuttgart大學/馬普固體研究所，師從諾貝爾物理獎獲得者馮・克利津（Klaus von Klitzing），獲博士學位。
韋亞一博士長期從事半導體光刻設備、材料、軟件和製程研發，取得了多項核心技術，發表了超過90篇的專業文獻。
韋亞一博士在中國科學院微電子研究所創立了計算光刻研發中心，從事20nm以下技術節點的計算光刻技術研究，其研究成果被廣泛應用於國內FinFET和3D NAND的量產工藝中。

粟雅娟博士，中國科學院微電子研究所研究員，碩士生導師。
2005年畢業於清華大學，獲博士學位。
粟雅娟博士主要從事設計工藝協同優化、計算光刻等領域的研究。
發表SCI/EI學術論文30餘篇，申請專利10餘項。
其研究成果被應用於國內設計和製造企業的設計工藝協同優化中。

董立松博士，中國科學院微電子研究所副研究員，碩士生導師。
2014年畢業於北京理工大學，獲博士學位。董立松博士主要從事光刻成像理論、分辨率增強、SMO、OPC等技術的研究工作。
發表SCI/EI學術論文30餘篇，申請專利10餘項。

張利斌博士，中國科學院微電子研究所副研究員，碩士生導師。
2014年畢業於中國科學院大學(中國科學院半導體研究所)，獲工學博士學位。
主要從事光刻工藝和測量的表徵和建模等研究工作。
共發表學術論文40餘篇，申請專利10餘項。

陳睿博士，中國科學院微電子研究所副研究員，碩士生導師。
2015年畢業於美國紐約州立大學布法羅分校，獲博士學位。
陳睿博士主要從事先進技術節點光刻工藝、刻蝕與沈積工藝仿真等領域的研究。
發表SCI/EI學術論文30餘篇，申請專利20餘項。
研究成果被應用於國內外先進製造企業的工藝研發和生產中。

趙利俊博士，2018年畢業於中國科學院微電子研究所獲工學博士學位，同年加入長江存儲。
博士及工作期間主要從事SMO、OPC及數字電路物理設計等工作。
發表學術論文8篇，申請專利5項。

目錄
第1章概述1
1．1集成電路的設計流程和設計工具3
1．1．1集成電路的設計流程3
1．1．2設計工具（EDA tools） 5
1．1．3設計方法介紹7
1．2集成電路製造流程9
1．3可製造性檢查與設計製造協同優化19
1．3．1可製造性檢查（DFM） 20
1．3．2設計與製造技術協同優化（DTCO） 20
本章參考文獻21

第2章集成電路物理設計22
2．1設計導入23
2．1．1工藝設計套件的組成23
2．1．2標准單元24
2．1．3設計導入流程25
2．1．4標准單元類型選取及IP列表26
2．2布圖與電源規劃26
2．2．1芯片面積規劃26
2．2．2電源網絡設計27
2．2．3 SRAM、IP、端口分佈28
2．2 ．4低功耗設計與通用功耗格式導入28
2．3佈局30
2．3．1模塊約束類型30
2．3．2擁塞31
2．3．3圖形密度32
2．3．4庫交換格式優化32
2．3．5鎖存器的位置分佈33
2．3．6有用時鐘偏差的使用33
2．4時鍾樹綜合35
2．4．1 CTS Specification介紹35
2．4．2時鍾樹級數35
2．4．3時鍾樹單元選取及分佈控制36
2．4．4時鍾樹的生成及優化36
2．5佈線36
2 ．5．1非常規的設計規則36
2．5．2屏蔽37
2．5．3天線效應37
2．6簽核39
2．6．1靜態時序分析39
2．6．2功耗44
2． 6．3物理驗證45
本章參考文獻47

第3章光刻模型48
3．1基本的光學成像理論48
3．1．1經典衍射理論48
3．1．2阿貝成像理論53
3．2光刻光學成像理論54
3．2．1光刻系統的光學特徵54
3．2．2光刻成像理論67
3．3光刻膠模型74
3．3．1光刻膠閾值模型74
3．3．2光刻膠物理模型75
3．4光刻光學成像的評價指標77
3．4．1關鍵尺寸及其均勻性77
3．4．2對比度和圖像對數斜率78
3．4．3掩模誤差增強因子79
3．4．4焦深與工藝窗口80
3．4．5工藝變化帶（PV-band） 82
本章參考文獻82

第4章分辨率增強技術84
4．1傳統分辨率增強技術86
4．1．1離軸照明86
4．1．2相移掩模89
4．2多重圖形技術92
4．2．1雙重及多重光刻技術93
4．2．2自對準雙重及多重圖形成像技術99
4．2．3裁剪技術104
4．3光學鄰近效應修正技術107
4．3．1 RB-OPC和MB-OPC 108
4．3．2亞分辨輔助圖形添加109
4．3．3逆向光刻技術110
4．3．4 OPC技術的產業化應用113
4．4光源?掩模聯合優化技術117
4．4．1 SMO技術的發展歷史與基本原理117
4．4．2 SMO技術的產業化應用119
本章參考文獻123

第5章刻蝕效應修正125
5．1刻蝕效應修正流程126
5．2基於規則的刻蝕效應修正128
5．2．1基於規則的刻蝕效應修正的方法128
5．2．2基於規則的刻蝕效應修正的局限性129
5．3基於模型的刻蝕效應修正132
5．3．1刻蝕工藝建模132
5．3．2基於模型的刻蝕效應修正概述134
5．3．3刻蝕模型的局限性135
5．4 EPC修正策略136
5．5非傳統的刻蝕效應修正流程139
5．5．1新的MBRT刻蝕效應修正流程139
5．5．2刻蝕效應修正和光刻解決方案的共優化139
5．6基於機器學習的刻蝕效應修正140
5．6．1基於人工神經網絡的刻蝕偏差預測140
5．6．2刻蝕鄰近效應修正算法141
5．6．3基於機器學習的刻蝕偏差預測模型案例142
本章參考文獻143

第6章可製造性設計145
6．1 DFM的內涵和外延145
6．1．1 DFM的內涵145
6．1．2 DFM的外延148
6．2增強版圖的健壯性149
6．2 ．1關鍵區域圖形分析（CAA） 149
6．2．2增大接觸的可靠性150
6．2．3減少柵極長度和寬度變化對器件性能的影響151
6．2．4版圖健壯性的計分模型152
6．3與光刻工藝關聯的DFM 153
6．3．1使用工藝變化的帶寬（PV-band）來評估版圖的可製造性153
6．3．2使用聚集深度來評估版圖的可製造性155
6．3．3光刻壞點的計分系統（scoring system） 157
6．3．4對光刻工藝友好的設計160
6．3．5版圖與掩模一體化仿真161
6．4與CMP工藝關聯的DFM 162
6．4．1 CMP的工藝缺陷及其仿真162
6．4．2對CMP工藝友好的版圖設計164
6．4．3填充冗餘金屬（dummy fill） 165
6．4．4迴避困難圖形165
6 ．5 DFM的發展及其與設計流程的結合166
6．5．1全工藝流程的DFM 166
6．5．2 DFM工具及其與設計流程的結合168
6．6提高器件可靠性的設計（DFR ） 170
6．6．1與器件性能相關的DFR 170
6．6．2與銅互連相關的DFR 172
6．7基於設計的測量與DFM結果的驗證172
6．7．1基於設計的測量（ DBM） 172
6．7．2 DFM規則有效性的評估174
本章參考文獻174

第7章設計與工藝協同優化177
7．1工藝流程建立過程中的DTCO 178
7．1．1不同技術節點DTCO的演進178
7．1．2器件結構探索181
7．1．3設計規則優化183
7．1．4面向標准單元庫的DTCO 194
7．2設計過程中的DTCO 201
7．2．1考慮設計和工藝相關性的物理設計方法201
7．2．2考慮佈線的DTCO 205
7．2．3流片之前的DTCO 213
7．3基於版圖的良率分析及壞點檢測的DTCO 216
7．3．1影響良率的關鍵圖形的檢測217
7．3．2基於版圖的壞點檢測222
本章參考文獻226
附錄A專業詞語檢索229