cadence 如何添加孔

在集成电路设计流程中，精准地添加通孔是实现电路物理连接的关键步骤。本文将以卡登斯设计系统为例，系统阐述从概念理解到实践操作的全过程，涵盖通孔的基本原理、库准备、多种添加方法、参数化设置、阵列与复制技巧、设计规则检查、高效编辑策略、高级应用场景以及最佳实践指南，旨在为工程师提供一份详尽、专业且具备深度的实用操作手册。

       在现代超大规模集成电路设计领域，物理版图设计是连接电路逻辑与最终芯片实体的桥梁。其中，金属互连线之间的垂直连接，即我们通常所说的“孔”（在卡登斯设计系统环境中，更精确地应称为“通孔”或“接触孔”），扮演着至关重要的角色。它负责连接不同层级的金属线，构成复杂的三维互联网络。能否高效、准确且符合设计规则地添加这些通孔，直接影响到版图设计的质量、性能和可制造性。本文旨在深入探讨在卡登斯设计系统平台中，添加通孔的完整方法论与实践技巧。

       理解通孔的基本概念与层级结构

       在开始操作之前，必须建立清晰的概念认知。通孔并非一个简单的图形，而是一个具有特定工艺属性的设计层次对象。它通常连接相邻的两个金属层，例如金属一层与金属二层之间的连接。在卡登斯设计系统的层显示窗口或技术文件中，每个通孔类型都有其唯一的层次名称和图形表示。理解当前设计所采用的工艺技术文件中对通孔层的定义，是正确操作的前提。工程师需要熟悉通孔层在层选择窗口中的标识，以及其对应的显示颜色与图案。

       前期准备：确认设计库与技术文件

       任何版图操作都始于正确的设计环境。确保你已打开目标单元，并加载了正确的工艺技术文件。技术文件中预定义了所有可用的通孔类型及其物理和电气属性。通过菜单栏的“工具”选项，可以查看或验证当前加载的技术信息。同时，确认你的设计库路径设置无误，这是保证后续调用通孔符号或生成通孔时不会出现错误的基础。

       核心方法一：使用“创建”菜单中的通孔命令

       这是最直接、最常用的添加通孔方式。在版图编辑窗口激活的状态下，从顶部菜单栏依次点击“创建” -> “通孔”。随后会弹出通孔设置对话框。在这个对话框中，你需要进行几个关键选择：首先是“通孔库”，通常指向工艺技术库；其次是“通孔名称”，这里会列出所有可用的通孔类型，如“M1_M2”代表连接金属一层和二层的通孔；最后是“附着到网络”选项，如果提前选择了某段导线，此选项可以自动将通孔与该导线网络关联。

       核心方法二：通过“联系”命令自动生成

       当需要连接两个已经存在的、处于不同层的图形时，“联系”命令极为高效。首先，使用选择工具同时选中需要连接的上层金属图形和下层金属图形。然后，在菜单栏选择“创建” -> “联系”。系统会自动分析所选图形的层次，并在其重叠区域生成一个符合设计规则的正确通孔。这种方法智能且避免了手动放置可能产生的对准误差，是进行批量连接时的首选。

       核心方法三：调用通孔单元与实例化

       在某些设计流程或特定场景下，通孔可能被预先定义为一个独立的单元。此时，可以通过实例化的方式添加。点击“实例”命令，在浏览窗口中找到包含所需通孔的库和单元。将其放置到版图中，就如同放置一个标准单元一样。这种方式适用于一些特殊的、参数化的通孔结构，或者需要将特定通孔组合作为固定模块重复使用的情况。

       参数化设置：精确控制通孔属性

       在通孔设置对话框中，除了基本选择，还有一系列参数可以配置。“行数”和“列数”允许你一次性创建由多个基本通孔单元组成的通孔阵列，这对于需要较大接触面积以降低电阻的连接点非常有用。“过孔覆盖”选项可以控制通孔与相连金属之间的包围程度，确保满足金属对通孔的覆盖设计规则。理解并合理设置这些参数，是实现设计意图和优化性能的关键。

       图形化放置与对齐技巧

       手动放置单个通孔时，熟练运用对齐工具和吸附功能能极大提升精度与效率。确保版图编辑器的网格吸附和对象捕捉功能已开启。当鼠标移动时，通孔图形会自动吸附到已有图形的边缘或拐角点，以及网格点上。结合快捷键，如“F3”键可以在放置前调出参数设置框，“Shift”键可以进行垂直或水平方向约束移动，从而实现快速精准的对齐。

       创建通孔阵列与模式复制

       对于电源网格、时钟树等需要大量重复通孔结构的部分，使用阵列和复制功能事半功倍。在“创建通孔”对话框中设置好行、列数及间距，即可生成规则阵列。此外，也可以先创建一个标准通孔，然后使用“编辑”菜单下的“复制”命令，在选项中选择“阵列”模式，定义复制次数和偏移量，从而快速生成一行或一列通孔链。合理规划阵列参数，使其符合设计规则中对通孔间距的要求。

       设计规则检查与通孔验证

       添加通孔后，必须进行设计规则检查以确保其可制造性。运行在线设计规则检查或全芯片设计规则检查，重点关注与通孔相关的错误，例如：通孔与相连金属的面积不足、通孔间距过小、通孔未完全被金属覆盖、通孔放置在非法区域等。卡登斯设计系统的设计规则检查工具会高亮显示违规位置，工程师需根据报告逐一修正。这是保证版图质量不可或缺的步骤。

       通孔的编辑与修改操作

       对于已放置的通孔，可以进行多种编辑操作。选中通孔后，按“q”键可以调出其属性窗口，修改通孔类型、行列数等参数。如果需要移动通孔，直接拖拽即可，但要注意移动后是否仍满足与相连图形的覆盖关系。删除通孔使用“删除”命令。若要替换通孔类型，有时直接删除旧通孔并添加新通孔比修改属性更可靠。

       处理通孔与导线网络的连接性

       通孔的核心价值在于建立电气连接。确保通孔正确连接到目标网络至关重要。使用“检查”菜单下的“高亮”功能，点击网络可以可视化查看该网络的完整路径，检查通孔是否被包含在内。对于未指定网络的通孔，或连接出现错误的情况，需要重新检查图形重叠区域或使用“联系”命令重新生成。

       高级应用：多切割通孔与冗余通孔策略

       在先进工艺节点，为了进一步提升互联可靠性和降低电迁移风险，常常会使用多切割通孔和冗余通孔策略。多切割通孔是指使用多个小型通孔替代一个大型通孔来连接两层金属。这可以通过创建多行多列的通孔阵列来实现。冗余通孔则是在电流较大的关键路径上，额外添加并行的通孔以分流电流。实施这些策略需要综合考虑设计规则、面积开销和性能收益。

       通孔填充与密度检查考量

       在化学机械抛光工艺中，金属层和通孔层的图形密度需要保持在一定范围内，以确保平面的均匀性。因此，有时需要在空旷区域添加“虚拟通孔”来满足密度要求。这些虚拟通孔不具有电气功能，但必须符合所有物理设计规则。卡登斯设计系统通常提供密度检查工具和自动填充工具，工程师需要了解工艺厂对通孔密度的具体要求，并在设计后期进行相应处理。

       利用脚本实现自动化添加

       面对高度重复性或基于复杂规则的通孔添加任务，手动操作效率低下且易出错。此时，可以利用卡登斯设计平台支持的脚本语言进行自动化。通过编写脚本，可以自动识别需要连接的重叠图形区域，计算最优的通孔数量和排列方式，并批量创建符合设计规则的通孔阵列。这属于高级技巧，能极大提升资深工程师的工作效率。

       常见问题排查与解决思路

       在实践中常会遇到一些问题：“无法创建通孔”提示可能是技术文件未正确加载或所选通孔类型在当前层组合中无效；“通孔与金属未连接”可能是由于图形未精确重叠或存在微小缝隙；“设计规则检查报错”则需要仔细阅读错误信息，调整通孔尺寸、位置或数量。养成遇到问题时查看命令行窗口提示信息的习惯，那里往往包含了错误的根源。

       最佳实践与设计经验总结

       首先，始终保持设计规则驱动的工作思路，在添加通孔时预先考虑规则约束。其次，优先使用“联系”等自动化命令以减少人为错误。再者，对于关键路径和电源网络，主动采用冗余通孔设计。最后，定期进行设计规则检查和连接性检查，将问题消灭在早期阶段。良好的通孔设计习惯是高质量版图设计的基石。

       综上所述，在卡登斯设计系统中添加通孔是一项融合了基础知识、操作技巧和设计经验的核心技能。从理解基本概念到掌握多种添加方法，再到进行规则验证和高级优化，每一步都需要工程师秉持严谨细致的态度。随着工艺节点的不断进步，通孔的设计与管理将面临更多挑战，希望本文阐述的内容能成为各位工程师在版图设计征途上的实用指南，助力设计出更精良、更可靠的集成电路。