Process Design Kit

Ein Process Design Kit (engl., PDK) ist ein Satz von Dokumenten, der in der Halbleiterindustrie verwendet wird, um einen Herstellungsprozess für die Entwurfswerkzeuge zu modellieren, die für den Entwurf einer integrierten Schaltung verwendet werden. Das PDK wird von der Foundry erstellt, die eine bestimmte Technologievariante für ihre Herstellungsprozesse definiert. Es wird dann an die Kunden weitergegeben, damit diese es für den Entwurfsprozess ihrer Schaltungen verwenden können. Die Kunden können das PDK erweitern und es auf ihre anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen anpassen. Entwickler verwenden das PDK zur Schaltplanerstellung, Simulieren, Zeichnen und Verifikation des Entwurfs, bevor sie den Entwurf an den Halbleiterhersteller weitergeben.

Die Daten im PDK sind somit spezifisch für die Prozessvariationen der Foundry. Ihre konkrete Auswahl erfolgt in einem frühen Stadium des Entwurfsprozesses unter Berücksichtigung der Marktanforderungen an den Chip.

Beschreibung

Die verschiedenen Werkzeuge im Entwurfsablauf haben unterschiedliche Eingabeformate für die PDK-Daten. Die PDK-Ingenieure müssen entscheiden, welche Werkzeuge sie in den Entwurfsabläufen unterstützen wollen und die Bibliotheken und Regelsätze erstellen, die diese Abläufe unterstützen.

Ein typisches PDK enthält:

• Eine primitive Gerätebibliothek
  • Symbole
  • Geräte-Parameter
  • PCells, (englisch parametrized cell), parametrisierte grundlegende Halbleiterschaltelemente
• Verifikationsdecks
  • Prüfen von Entwurfsregeln (Design Rule Check)
  • Layout vs. Schaltplan (Layout Versus Schematic)
  • Antennen- und elektrische Regelprüfung (Antenna and Electrical rule check)
  • Physikalische Extraktion
• Technologie-Daten
  • Ebenen, Ebenennamen, Ebenen/Zweckpaare
  • Farben, Füllungen und Anzeigeattribute
  • Prozess-Einschränkungen
  • Elektrische Regeln
• Regel-Dateien
  • Library Exchange Format (LEF)
  • Werkzeugabhängige Regelformate
• Simulationsmodelle von elementaren Bauelementen (SPICE oder SPICE-Derivate)
  • Transistoren (typischerweise SPICE)
  • Kondensatoren
  • Widerstände
  • Induktivitäten
• Handbuch der Entwurfsregeln
  • Eine benutzerfreundliche Darstellung der Prozessanforderungen

Ein PDK kann auch Bibliotheken von Standard-Schaltkreiselementen der Foundry, einem Bibliotheksanbieter oder der eigen internen Entwicklung beinhalten. Typische Formate sind hierbei:

• LEF-Format für abstrahierte Layoutdaten
• Schaltzeichen
• Library-Dateien (.lib)
• GDSII-Layoutdaten

Literatur

• Yu Cao, "Predictive process design kits", ch. 8 in, Predictive Technology Model for Robust Nanoelectronic Design, Springer Science & Business Media, 2011  .
• Lukas Chrostowski, Michael Hochberg, "Process design kit (PDK)", section 10.1 in, Silicon Photonics Design, Cambridge University Press, 2015  .
• Michael Liehr et al., "Silicon photonics integrated circuit process design kit", section 4.8 in, Alan Willner (ed), Optical Fiber Telecommunications, vol. 11, Elsevier, 2019  .
• Ian Robertson, Nutapong Somjit, Mitchai Chongcheawchamnan, "Process design kits for RFIC and MMIC design", section 17.8.1 in, Microwave and Millimetre-Wave Design for Wireless Communications, John Wiley & Sons, 2016  .