DFM：半导体的前景正在变化

        在2003年，Chris Mack发现半导体产业还在像“我们所知的那样”发生变化。但他认为技术上非线性成长和指数式改进的时代就要结束，半导体工业正趋于成熟。

        的确，很多推动摩尔定律发展的传统技术进步，比如成本降低和性能提升，都接近了它们自身的理论极限。芯片尺寸曾经指数式地增长了数十年，现在已经趋近饱和，并会最终止步于目前的6英寸掩膜（9英寸掩膜被认为缺少经济上的可行性）。晶圆直径在过去的30年间从1英寸发展到12英寸，由于同样的原因可能不会再进一步增加。光学光刻技术看起来（再一次）也接近其寿命的终点了，而且在成熟制造厂中半导体成品率已经接近100%（理论的最大值）。特征尺寸曾经是数微米，现在则由几十个纳米来表征，已经接近量子力学的极限。似乎半导体工业正在成熟，那些唾手可得的东西则越来越少，但不幸的是这些逐渐消失的东西正是遵循摩尔定律的基础。

        一个工业趋于成熟的信号就是可制造性设计（DFM）的呼声提高了。汽车电子产业正是这样一个例子。在福特公司，工程师们进行车辆组件间的干扰测试时，采用的就是基于虚拟现实系统技术的全电子化原型工具。在半导体工业中这一发展趋势已经非常明朗。2006年，IBM的Lars Liebman报道了这类软件工具的概念，称作“光刻可制造性评估器”。在半导体工业增加DFM方法的众多需求中，Liebman的论文只是其中的一个。

        随着光刻复杂性的增加，对工艺和电气成品率带来了影响，近期工业界致力于DFM的公司中，大部分都聚焦于对这种影响的管理。2004年，据估计多达60家初创DFM公司在寻求将光刻DFM（LDFM）概念转化成电子设计自动化（EDA）工具的风险投资。这些LDFM工具一般可以分成两大类，一类主要用于避免灾难性成品率事件（工艺窗口“热点”）的DFM工具，一类工具则显得更加雄心勃勃，试图捕获光刻偏差对像定时关闭这样电气成品率的影响。在所有这两种情况下，这些工具的目标都是在产品制造时，降低设计规则间隙引起成品率损失的可能性。

        那些可以预测光刻偏差对定时关闭等重要电学特性影响的工具变得越来越重要。光刻制造工艺在可预测的范围内会有一定的偏差。单纯就光刻工艺来说，这包括标称曝光剂量和聚焦程度的偏差。在65nm逻辑工艺节点之前，一般设计者所绘制的版图就是在晶圆上制造出的电路尺寸，而且传统的设计规则就可以保证最终的晶体管符合最初的技术要求。随着更为激进的照明方法的引入，图形的尺寸甚至比曝光光线的波长小很多，这就更难保证得到晶体管的精确形状。简单来说，你在设计数据中所看到的并不是在晶圆上获得的器件。这种设计与制造的偏离会导致不可预期的电学性能偏差。

        为继续按摩尔定律曲线发展，设计人员需要越来越多地考虑系统制造偏差的影响。然而，摆在工业界面前的一大挑战是在制造到设计的供应链中，如何创立一个软件基础结构来支撑商业和技术信息的传递。为了这一目标，Silicon Integration Initiative（Si2）成立了可制造性设计联盟（DFMC）。DFMC致力于与成员公司合作开发一个开放标准的IT基础结构，提供方法来增强IC供应链中信息的交流，并获得可以集成的设计和制造应用。这可以提供一个基础，来进行更加完整的信息交流以缩短设计和制造周期，获得让全部流程更加有效的集成，选择应用难度更低的应用并将其插入到流程中，更快地引入新设计技术并将其转移到生产中。

        支撑摩尔定律发展的众多传统技术已经接近其自身理论极限。这一事实，再加上制造复杂性不断增加的现状，需要开发出新的软件工具与之匹配。这类工具必须在设计流程中为设计者提供一种方法使成品率（和利润）最大化。包括对DFM依赖程度不断增加的这些趋势，在趋于成熟的工业中都是可以预见的。全面衡量制造信息的新设计方法可以使半导体工业在未来继续发展。

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