Verificación de reglas de diseño

En la automatización del diseño electrónico , una regla de diseño es una restricción geométrica impuesta a los diseñadores de placas de circuito impreso , dispositivos semiconductores y circuitos integrados (CI) para garantizar que sus diseños funcionen correctamente, de forma fiable y que puedan producirse con un rendimiento aceptable. Las reglas de diseño para la producción son desarrolladas por ingenieros de procesos en función de la capacidad de sus procesos para materializar la intención del diseño. La automatización del diseño electrónico se utiliza ampliamente para garantizar que los diseñadores no infrinjan las reglas de diseño; un proceso denominado verificación de reglas de diseño ( DRC ). La DRC es un paso fundamental durante la verificación física del diseño, que también incluye comprobaciones LVS ( diseño versus esquema ), comprobaciones XOR, ERC ( verificación de reglas eléctricas ) y comprobaciones de antenas. La importancia de las reglas de diseño y la DRC es mayor para los CI, que tienen geometrías a micro o nanoescala; para procesos avanzados, algunas fábricas también insisten en el uso de reglas más restrictivas para mejorar el rendimiento.

Las reglas de diseño son una serie de parámetros proporcionados por los fabricantes de semiconductores que permiten al diseñador verificar la corrección de un conjunto de máscaras . Estas reglas son específicas de un proceso de fabricación de semiconductores en particular. Un conjunto de reglas de diseño especifica ciertas restricciones geométricas y de conectividad para garantizar márgenes suficientes que tengan en cuenta la variabilidad propia de los procesos de fabricación de semiconductores, asegurando así que la mayoría de los componentes funcionen correctamente.

Las reglas de diseño más básicas se muestran en el diagrama de la derecha. Las primeras son las reglas de una sola capa. Una regla de ancho especifica el ancho mínimo de cualquier forma en el diseño. Una regla de espaciado especifica la distancia mínima entre dos objetos adyacentes. Estas reglas existen para cada capa del proceso de fabricación de semiconductores, siendo las capas inferiores las que tienen las reglas más pequeñas (normalmente 100  nm en 2007) y las capas metálicas superiores las que tienen reglas más grandes (quizás 400  nm en 2007).

Una regla de dos capas especifica la relación que debe existir entre dos capas. Por ejemplo, una regla de cerramiento podría especificar que un objeto de un tipo, como un contacto o una vía, debe estar cubierto, con un margen adicional, por una capa metálica. Un valor típico en 2007 era de aproximadamente 10  nm.

Existen muchos otros tipos de reglas que no se ilustran aquí. Una regla de área mínima es exactamente lo que su nombre indica. Las reglas de antena son reglas complejas que verifican las proporciones de las áreas de cada capa de una red para detectar configuraciones que puedan generar problemas al grabar capas intermedias. ^{[ 1 ]} Existen muchas otras reglas similares, las cuales se explican en detalle en la documentación proporcionada por el fabricante de semiconductores.

Las reglas de diseño académicas suelen especificarse en términos de un parámetro escalable, λ , de modo que todas las tolerancias geométricas de un diseño pueden definirse como múltiplos enteros de λ . Esto simplifica la migración de diseños de chips existentes a procesos más recientes. Las reglas industriales están más optimizadas y solo se aproximan a una escala uniforme. Los conjuntos de reglas de diseño se han vuelto cada vez más complejos con cada nueva generación de procesos de semiconductores. ^{[ 2 ]}

El objetivo principal de la verificación de reglas de diseño (DRC) es lograr un alto rendimiento y fiabilidad en el diseño. Si se infringen las reglas de diseño, este podría no ser funcional. Para alcanzar este objetivo de mejorar el rendimiento de los chips, la DRC ha evolucionado desde simples mediciones y comprobaciones booleanas hasta reglas más complejas que modifican las características existentes, insertan nuevas y verifican el diseño completo en busca de limitaciones de proceso, como la densidad de capas. Un diseño completo no solo incluye la representación geométrica del diseño, sino también datos que respaldan su fabricación. Si bien las verificaciones de reglas de diseño no garantizan el correcto funcionamiento del diseño, se construyen para verificar que la estructura cumpla con las restricciones de proceso para un tipo de diseño y una tecnología de proceso determinados.

El software DRC suele tomar como entrada un diseño en formato estándar GDSII y una lista de reglas específicas del proceso de fabricación de semiconductores elegido. A partir de estos datos, genera un informe de infracciones de las reglas de diseño que el diseñador puede corregir o no. A menudo se recurre a la flexibilización o la omisión de ciertas reglas de diseño para aumentar el rendimiento y la densidad de componentes a costa de la productividad.

Los productos DRC definen reglas en un lenguaje para describir las operaciones que deben realizarse en DRC. Por ejemplo, Mentor Graphics utiliza el lenguaje Standard Verification Rule Format (SVRF) en sus archivos de reglas DRC y Magma Design Automation utiliza un lenguaje basado en Tcl . ^{[ 3 ]} Un conjunto de reglas para un proceso en particular se denomina conjunto de ejecución, conjunto de reglas o simplemente conjunto.

La verificación de reglas de diseño (DRC) es una tarea computacionalmente muy intensiva. ^{[ 4 ]} Por lo general, las verificaciones DRC se ejecutan en cada subsección del ASIC para minimizar la cantidad de errores detectados en el nivel superior. Si se ejecuta en una sola CPU, los clientes pueden tener que esperar hasta una semana para obtener el resultado de una verificación de reglas de diseño para diseños modernos. La mayoría de las empresas de diseño requieren que la DRC se ejecute en menos de un día para lograr tiempos de ciclo razonables, ya que probablemente se ejecutará varias veces antes de la finalización del diseño. Con la potencia de procesamiento actual, las DRC de chips completos pueden ejecutarse en tiempos mucho más cortos, incluso en tan solo una hora, dependiendo de la complejidad y el tamaño del chip.

Algunas categorías de reglas de diseño (verificadas por DRC) en el diseño de circuitos integrados incluyen:

• espaciado activo a activo
• Espacio entre pozos
• Longitud mínima del canal del transistor
• Ancho mínimo del metal
• Espacio entre metales
• Densidad de relleno de metal (para procesos que utilizan CMP)
• Polidensidad
• Normas de ESD y E/S
• Efecto antena

• Manual de automatización del diseño electrónico para circuitos integrados , por Lavagno, Martin y Scheffer, ISBN 0-8493-3096-3Un estudio del campo, del cual se derivó parte del resumen anterior, con autorización.