التحقق من قواعد التصميم

في مجال أتمتة تصميم الإلكترونيات ، تُعرَّف قاعدة التصميم بأنها قيد هندسي يُفرض على مصممي لوحات الدوائر وأجهزة أشباه الموصلات والدوائر المتكاملة لضمان عمل تصاميمهم بكفاءة وموثوقية، وإمكانية إنتاجها بنسبة إنتاج مقبولة. ويقوم مهندسو العمليات بتطوير قواعد التصميم للإنتاج بناءً على قدرة عملياتهم على تحقيق أهداف التصميم. وتُستخدم أتمتة تصميم الإلكترونيات على نطاق واسع لضمان عدم انتهاك المصممين لقواعد التصميم؛ وهي عملية تُسمى فحص قواعد التصميم ( DRC ). يُعد فحص قواعد التصميم خطوة أساسية خلال عملية التحقق المادي من التصميم، والتي تشمل أيضًا فحوصات LVS ( التخطيط مقابل المخطط )، وفحوصات XOR، وفحوصات ERC ( القواعد الكهربائية )، وفحوصات الهوائيات. وتبرز أهمية قواعد التصميم وفحص قواعد التصميم بشكل كبير في الدوائر المتكاملة، التي تتميز بأبعادها الميكروية أو النانوية؛ أما في العمليات المتقدمة، فتُصر بعض مصانع أشباه الموصلات على استخدام قواعد أكثر تقييدًا لتحسين الإنتاجية.

قواعد التصميم هي مجموعة من المعايير التي توفرها شركات تصنيع أشباه الموصلات ، والتي تُمكّن المصمم من التحقق من صحة مجموعة الأقنعة . وتُعدّ قواعد التصميم خاصة بعملية تصنيع أشباه موصلات مُحددة. وتُحدد مجموعة قواعد التصميم قيودًا هندسية وقيودًا على الاتصال لضمان هوامش كافية لمراعاة التباين في عمليات تصنيع أشباه الموصلات، وذلك لضمان عمل معظم الأجزاء بشكل صحيح.

تُظهر الرسمة البيانية على اليمين أبسط قواعد التصميم. أولها قواعد الطبقة الواحدة. تحدد قاعدة العرض الحد الأدنى لعرض أي شكل في التصميم. وتحدد قاعدة التباعد الحد الأدنى للمسافة بين عنصرين متجاورين. توجد هذه القواعد لكل طبقة من طبقات عملية تصنيع أشباه الموصلات، حيث تكون القواعد في الطبقات السفلية هي الأصغر (عادةً 100  نانومتر اعتبارًا من عام 2007)، بينما تكون القواعد في الطبقات المعدنية العلوية أكبر (ربما 400  نانومتر اعتبارًا من عام 2007).

تحدد قاعدة الطبقتين علاقةً يجب أن تكون قائمة بين طبقتين. على سبيل المثال، قد تنص قاعدة التغليف على أن عنصرًا من نوع معين، مثل نقطة تلامس أو وصلة، يجب أن يُغطى، بهامش إضافي، بطبقة معدنية. وقد تكون القيمة النموذجية لهذا الهامش حوالي 10 نانومتر اعتبارًا من عام 2007  .

توجد أنواع أخرى كثيرة من القواعد لم تُوضَّح هنا. قاعدة الحد الأدنى للمساحة هي كما يوحي اسمها. أما قواعد الهوائي فهي قواعد معقدة تتحقق من نسب مساحات كل طبقة من طبقات الشبكة بحثًا عن تكوينات قد تُسبب مشاكل عند حفر الطبقات الوسيطة. ^{[ 1 ]} توجد العديد من هذه القواعد الأخرى، وهي مُفصَّلة في الوثائق التي تُقدِّمها الشركة المُصنِّعة لأشباه الموصلات.

غالبًا ما تُحدد قواعد التصميم الأكاديمية بدلالة مُعامل قابل للتوسع، λ ، بحيث يمكن تعريف جميع التفاوتات الهندسية في التصميم على أنها مضاعفات صحيحة لـ λ . يُسهّل هذا الأمر نقل تصميمات الرقائق الحالية إلى عمليات أحدث. أما القواعد الصناعية فهي أكثر كفاءة، وتُقارب فقط التوسع الموحد. وقد أصبحت مجموعات قواعد التصميم أكثر تعقيدًا مع كل جيل لاحق من عمليات تصنيع أشباه الموصلات. ^{[ 2 ]}

الهدف الرئيسي من فحص قواعد التصميم (DRC) هو تحقيق إنتاجية عالية وموثوقية فائقة للتصميم. فإذا تم انتهاك قواعد التصميم، فقد لا يكون التصميم فعالاً. ولتحقيق هذا الهدف المتمثل في تحسين إنتاجية الرقائق، تطور فحص قواعد التصميم من مجرد قياسات بسيطة وفحوصات منطقية، إلى قواعد أكثر تعقيدًا تُعدّل الميزات الموجودة، وتُضيف ميزات جديدة، وتفحص التصميم بأكمله بحثًا عن قيود العملية، مثل كثافة الطبقات. لا يقتصر التصميم النهائي على التمثيل الهندسي للتصميم فحسب، بل يشمل أيضًا البيانات التي تدعم تصنيعه. ورغم أن فحوصات قواعد التصميم لا تُؤكد صحة عمل التصميم، إلا أنها مصممة للتحقق من أن البنية تُلبي قيود العملية لنوع تصميم وتقنية تصنيع مُحددة.

عادةً ما يستقبل برنامج التحقق من قواعد التصميم (DRC) مخططًا بتنسيق GDSII القياسي وقائمةً بالقواعد الخاصة بعملية تصنيع أشباه الموصلات المختارة. ومن هذه البيانات، يُصدر البرنامج تقريرًا بمخالفات قواعد التصميم، والتي قد يختار المصمم تصحيحها أو عدم تصحيحها. غالبًا ما يُستخدم "توسيع" أو تجاهل بعض قواعد التصميم بحذر لزيادة الأداء وكثافة المكونات على حساب الإنتاجية.

تُعرّف منتجات التحقق من التصميم (DRC) قواعد بلغةٍ تصف العمليات المطلوبة لتنفيذها. على سبيل المثال، تستخدم Mentor Graphics لغة تنسيق قواعد التحقق القياسي (SVRF) في ملفات قواعد DRC الخاصة بها، بينما تستخدم Magma Design Automation لغةً مبنية على Tcl . ^{[ 3 ]} تُعرف مجموعة القواعد الخاصة بعملية معينة باسم مجموعة التشغيل، أو مجموعة القواعد، أو ببساطة مجموعة القواعد.

يُعدّ فحص قواعد التصميم (DRC) مهمةً تتطلب موارد حاسوبية هائلة. ^{[ 4 ]} عادةً ما تُجرى فحوصات DRC على كل قسم فرعي من الدائرة المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASIC) لتقليل عدد الأخطاء المكتشفة على المستوى الأعلى. في حال إجراء الفحص على وحدة معالجة مركزية واحدة، قد يضطر العملاء إلى الانتظار لمدة تصل إلى أسبوع للحصول على نتيجة فحص قواعد التصميم للتصاميم الحديثة. تشترط معظم شركات التصميم إنجاز فحص DRC في أقل من يوم لتحقيق أوقات دورة معقولة، نظرًا لاحتمالية إجراء فحص DRC عدة مرات قبل اكتمال التصميم. مع قوة المعالجة الحالية، قد تُنجز فحوصات DRC للشريحة الكاملة في أوقات أقصر بكثير، تصل إلى ساعة واحدة فقط، وذلك اعتمادًا على تعقيد الشريحة وحجمها.

تتضمن بعض فئات قواعد التصميم (التي يتم التحقق منها بواسطة DRC) في تصميم الدوائر المتكاملة ما يلي:

• المسافة بين العناصر النشطة
• المسافة بين الآبار
• الحد الأدنى لطول قناة الترانزستور
• الحد الأدنى لعرض المعدن
• المسافة بين المعدن والمعدن
• كثافة تعبئة المعدن (للعمليات التي تستخدم التلميع الكيميائي الميكانيكي)
• كثافة البولي
• قواعد الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي وقواعد الإدخال/الإخراج
• تأثير الهوائي

• دليل أتمتة التصميم الإلكتروني للدوائر المتكاملة ، من تأليف لافاجنو ومارتن وشيفر، رقم ISBN 0-8493-3096-3تم إجراء مسح للمجال، والذي استُمد منه جزء من الملخص أعلاه، بإذن.