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VarMan Statistical Variation and Yield Analyzer

최신 반도체 공정 기술을 이용하여 설계할 때, 목표 사양과 생산 수율을 달성하기 위해서는 실리콘 웨이퍼나 소자 간의 공정 변수를 신중하게 고려해야 합니다. 메모리 내부의 비트 셀 등 일부 소자는 7 시그마 이상의 분석이 필요하기 때문에, 몬테 카를로 시뮬레이션을 수천 번에서 수백만 또는 수십억 번 실행해야 하기도 합니다.

기존의 몬테 카를로 시뮬레이션은 지나치게 느린 속도로 인해, 설계 일정이 촉박한 이러한 분석에 적합하지 않았습니다. VarMan은 기존의 몬테 카를로 시뮬레이션과 동일한 정확도를 유지하면서 최대 30배의 속도로 분석을 실행할 수 있습니다. 또, 수율을 빠르고 정확하게 예측하는 Hign-sigma 분석 기능을 통해 결함 있는 샘플과 설계의 단점을 빠르게 확인할 수 있습니다.

VarMan은 설계 플로우에 쉽게 도입할 수 있습니다. 일반적인 타사 시뮬레이터 및 트랜지스터 레벨 시뮬레이터를 지원하며, 직관적이고 편리한 인터페이스를 제공합니다. 다수의 파라미터를 처리할 수 있으며, 정확한 통계 코너 모델을 추출하고 지엽적 변수를 분석합니다.

통계 분석

VarMan은 아날로그, 라이브러리 및 메모리 애플리케이션을 대상으로 7가지의 통계 분석을 제시합니다.

Fast Monte Carlo 분석:
  • Monte-Carlo 분석에 대한 VarMan의 혁신적인 접근 방식을 통해서, 기존 Monte-Carlo 분석에 비해 최대 30배 빨리 동일한 분석 결과를 제공합니다.
High-sigma 성능 제한:
  • 요구되는 시그마(수율)을 고려하여, 해당 수율에 대응하는 설계 성능 제한을 도출합니다. 시뮬레이션 비용을 절감하며, 다수의 실패 영역에 대해 견고합니다.
High-sigma 수율 추정:
  • 설계의 성능 한계를 고려하여, 제한된 수의 시뮬레이션만으로 4~6 이상의 시그마까지 수율을 빠르게 검증하여 추정합니다.
  • 파라미터 오류를 일으키는 공정 조건을 찾아 수율을 정확하게 추정하고, 극히 드물게 발생하는 현상도 예측합니다.
High-sigma spread (HSS):
  • “High Sigma Spread” (HSS)는 한 번의 동작으로 셀 수율의 전체 뷰를 생성하고, 시그마를 매우 낮은 수준부터 높은 수준으로 탐색하여, 최상의 전력, 성능, 면적을 갖는 설계를 보장합니다. HSS는 첨단 공정 기술 노드에서 흔히 볼 수 있는 비선형성, 비 가우시안 분포에 대해 견고합니다.
Variability eXplorer analysis:
  • 사용자가 설정한 시뮬레이션 횟수에 따라 설계 성능이 중요한 영역을 표시하고, 3시그마부터 높은 수준의 시그마까지의 한계값을 식별합니다.
  • 합리적인 비용으로 조건 변경에 따라 코너의 주변부와 가장 영향이 큰 파라미터를 제시합니다.
True corner extraction:
  • 주어진 수율을 달성할 가능성이 가장 높은 성능을 제공하는 PVT 파라미터를 조사합니다. 막대한 PVT 코너 조합의 검증 시간에 비해, 이 분석 기법은 설계에 필수적인 코너를 구하기까지의 시뮬레이션 실행을 크게 줄여줍니다.
Local variability analysis:
  • 지엽적인 부분의 변동 민감도를 식별하는데 도움을 주는 분석입니다. VarMan은 지정한 만큼의 시뮬레이션을 통해, 지엽적인 변화에 가장 민감한 트랜지스터를 식별할 수 있습니다.

장점

  • 혁신적인 분석 기술을 통해 시뮬레이션의 속도를 증가시켜서 실행 시간을 단축하고 분석 결과를 완벽하게 제어
  • 최신 FinFET, FDSOI 기술 노드에 대해 검증된 분석 기술
  • 보편적인 SPICE 시뮬레이터 및 설계 환경 지원
  • 편리한 GUI, 분석 결과를 데이터와 파형으로 표현하는 뷰어, 빠르고 간편한 “읽기/분석” 모델 제공
  • 시뮬레이션 매니저로 LSF/SGE/OGE/Slurm 계산 클러스터 이용

적용

  • 아날로그, RF 스탠더드 셀, IO, 메모리

공정 변동 및 수율 분석 자료

VarMan에 의한 스탠더드 셀 통계 특성화

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