成品率下滑已成为当今纳米集成电路设计中面临的最大挑战之一。如何在研发高性能IC 同时保证较高的成品率已成为近年来学术界及工业界关注的热点问题。

一 芯片成品率

　　在电子产品生产中，成品率问题由于与生产成本以及企业利润直接相关，一直以来受到业界的广泛关注。如果产品的成品率过低，将会使生产成本陡然上升，不仅造成企业利润减少，而且还会降低产品的市场竞争力，甚至造成整个产品项目的失败。

　　成品率问题目前已成为影响IC 设计及制造企业投资风险的关键因素之一。因此，许多IC 开发项目甚至不惜适当降低IC 的性能指标来满足成品率的要求，这样至少可以使产品进入市场收回投资。

二 借助EDA 技术提高成品率

　　影响IC 成品率的因素有很多，但主要来自两个方面:第一是工艺线水平、材料特性及环境的影响。在IC 制造过程中如果工艺线不稳定，将会导致制造结果与设计的偏差，使成品率降低。同时，不同材料有着不同的加工工艺，加工难度也不一样，材料特性也是影响成品率的重要因素。而环境因素如温度、湿度等也会对IC 的品质造成影响，从而引起成品率降低。在工艺方面最突出的就是缺陷对成品率的影响。缺陷是由于IC 工艺线不稳定，使理想的IC 结构发生变化，如金属条变形、粉尘颗粒与冗余物的出现等。针对这些问题主要通过改进、调整工艺线、进行工艺过程控制（SPC）来解决。

　　目前，无论在工艺方面还是设计方面就利用EDA 技术提高成品率设计提出了许多有效的方法。这些方法主要的目的是解决以下三个问题：

1.减小设计与制造间的误差。

2.成品率估计。

3.成品率优化。

三 常用成品率设计算法

　　目前成品率分析及优化的方法大致可分为两类，一种是数值方法，根据电路方程的特点对成品率进行估算及优化，具有运算速度快、估计结果精确的特点，但是其灵活性差，难以应用于复杂电路中；另一种是统计方法，主要是Monte Carlo 方法及其改进方法，这种方法简单灵活，可用于复杂电路的成品率分析及优化，但是其准确性依赖于仿真模型的准确性及仿真次数，而且其运算效率也与模型的复杂程度及仿真次数有关。

1.数值方法

　　基于数值算法（国外有的文献也称之为几何算法）的成品率分析及优化技术的研究早在上世纪六七十年代已开展了大量研究，当时主要是针对电路中的成品率问题及容差分析等问题。随着集成电路的出现，这些算法大多数也沿用于集成电路成品率的分析与优化中。数值方法具有运行效率高、计算精确等特点，目前仍在IC 设计中具有重要的地位。

2.统计学方法（统计设计方法）

　　基于统计学的成品率分析及优化算法（在有的文献中称之为统计设计方法）的核心是蒙特卡罗（Monte Carlo ）方法。蒙特卡罗方法又称为计算机随机模拟方法，是一种基于“随机数”的计算方法。这一方法源于美国在第一次世界大战中研制原子弹的“曼哈顿计划”。该计划的主持人之一，数学家冯·诺伊曼用驰名世界的赌城——摩纳哥的Monte Carlo ——来命名这种方法，为它蒙上了一层神秘色彩。其实Monte Carlo 方法的基本思想很早以前就被人们所发现和利用，早在17 世纪，人们就知道用事件发生的“频率”来决定事件的“概率”。19 世纪人们用投针试验的方法来决定圆周率л。上世纪40 年代电子计算机的出现，特别是近年来高速电子计算机的出现，使得用数学方法在计算机上大量、快速地模拟这样的试验成为可能。
　　基于蒙特卡罗方法的成品率算法的基本原理：首先根据电路中参数的特点对参数分布情况进行假设（一般是具有特定参数的正态分布），利用计算机伪随机数算法产生一批服从于假设分布的样本点，将样本点值代入电路仿真模型，进行电路仿真，通过比较仿真结果与预定的成品合格指标，对合格样本点进行统计，那么合格样本点数与总样本点数的比值就是成品率的估计值。

　　虽然蒙特卡罗方法原理比较简单，但是在实际应用中需要解决以下几个关键问题：

2.1.假设分布与实际分布的一致性。

2.2.仿真次数。

2.3.模型精确性问题。

四 发展前景

　　随着IC 研发及制造企业的竞争日趋激烈，成品率问题作为影响企业经济效益的关键因素，已成为IC 设计及制造企业提高产品市场竞争力的重要砝码。目前在许多大型的IC 设计及制造企业配有专门的成品率团队。而且出现了许多以解决成品率问题的集成电路设计服务公司。如PDF Solutions 公司就是一家专为晶圆厂和代工厂提供成品率优化解决方案的供应商，而且目前正有意向EDA 领域拓展，并推出了一种工具pDfx，它可在数字IC 设计过程的物理综合阶段改善设计并提高成品率，预计该软件的年使用费为15 万美元。

　　目前国内在这方面已开展了相当多的研究，如西安电子科技大学在缺陷导致的IC 功能成品率问题方面的研究、浙江大学在利用光学校正技术（OPC）改善IC 成品率的研究等都取得较好的成果。但是由于我们国内EDA 软件产业发展起步较晚，目前国内具有自主知识产权的商用面向高成品率设计的EDA 工具尚不多见。我国集成电路产业正处于高速发展阶段，当前进一步开展面向高成品率设计的EDA 技术研究以及完善EDA 工具软件的研制对提升我国集成电路技术水平及IC 设计制造企业竞争力具有十分重要的意义，而且对我国EDA 软件产业的发展也具有巨大的推动作用。
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