電遷移（EM）是一種分子位移，是由于導電電子和離子在一段時間內的動量轉移而引起的。當電流密度較高時會發生這種現象，這會導致金屬離子向電子流方向漂移。EM通常發生在多年之后。

由于電遷移效應，金屬線可能會斷裂并短路。EM會增加導線電阻，這會導致電壓下降，從而導致設備降速。由于短路或開路，它還可能導致電路永久性故障。

隨著可靠性要求越來越高，EMIR問題也是必須的檢查項。目前流程一般都是根據代工廠提供的 EM 規則執行 EM Checks，根據檢查的結果進行EM優化。下面經驗分享幾種優化EM的有效措施，這些方法都經過驗證非常有效。主要用圖示加說明來介紹。

1.增加金屬寬度以降低電流密度

這是最常用的解決EM的方法，增加到滿足電流的寬度或者通過疊層金屬實現電流能力。

2.合理分配大電流金屬走線

下圖是一個power mos 的EM問題示意圖，先看下左圖存在EM問題的連接方式，mos管源漏端使用橫向M1通過VIA1 連到縱向M2~M4的疊層通路上。產生EM問題的地方為圖中紅色閃電圖標位置M1層。

拿源端的VDD來分析，電流從上方M2~M4 到mos上對于VIA1區域電流從上到下豎直直接到源上沒有EM瓶頸，而對于左邊的源區域來說，電流需要通過橫向M1 向左流動，這樣M1就成了電流的瓶頸，所以會在這個區域產生M1上的EM問題。

如何改善？合理分配金屬走線，如右圖所示，原來縱向的M2~M4 足夠強壯，而到了橫向M1上時又非常弱。

我們可以把縱向M2~M4 減少成M3~M4，用M2 改成與原來M1疊層，這樣就能解決橫向電流能力。M1的EM問也就解決了。

3.充分利用短金屬的強電流密度能力

有些場景可能會出現下圖一樣的連接方式類似魚骨型的連接，出現的EM問題是在較短的金屬上，這個時候我們可以借用短金屬的強電流能力來修改EM，如下圖當長度小于1u任意寬度的時候電流能力是長度大于3u寬度大于0.12的3倍能力。可以通過design rule中這些信息來修改EM。如下圖示意，當適當減短連線時，對電流能力的提升是成倍的。

4.分流，避免電流匯集瓶頸

版圖中連線對EM不合理導致在通路上存在電流瓶頸，如下左圖電流從右側到mos 管雖然版圖上做了兩條縱向M2均勻連到源端的橫向M1上，但是電流就近流入右側M2然后到下層M1，電流集中到了右側的M2到M1的通路上，反而左邊這根縱向M2上沒有EM問題。

如何改善？采用分流，盡可能讓電流分配均勻。我們采用類似星型連接讓電流分通路到mos上。這樣電流就不會匯集到同一位置上。這個方式在電源模塊功率器件到Bump連接上比較常見。

5.大推力BUFFER 使用帶來的EM問題

對于一些使用大size的BUF，尤其是使用STD cell中的BUF，常常會遇到EM 問題，大BUF電流更大，而電源地連接強度非常弱。導致BUF的電源地區域EM嚴重。

如何優化？找designer 討論將大size BUF改成多個小size的并聯如下示意圖。版圖上盡可能分散開，讓電源連到到每個buf上都能充分連接上。另外在周圍空的區域盡可能添加電源地的decap。Decap對EM是有非常大的幫助的，decap能夠消除電源上高頻噪聲，同時儲存能量，在buf的抽拉電流時能及時補充（個人理解）。

6.高頻信號的EM 問題

高頻信號需要快速抽拉電流，所以 產生EM的問題也是非常明顯。對這塊的解決辦法首先要增強電源地的走線強度。對高頻信號要盡可能換到高層后金屬走線。高頻信號的BUF也是采用第五條的方式盡可能拆分并聯均勻分布。

同時周圍盡可能添加電源地decap。高反轉的cell 周圍預留足夠空間。

7.大面積功率MOS的接法

對于大面積功率管，它的連接方式還是比較講究的，很多人應該看到過下圖這種寶塔型寬度漸變的連接方式。

這種方式根據電流走向，走線寬度變化根據逐步匯總電流強度同步。比較推薦的一種走線方式。

8.仿真場景與環境確認

遇到過這種情況：EM情況異常，最終排查到是testbench設置仿真時間不合理，仿真時間段也是非常重要的。選取正常工作階段的一到兩周期。仿真溫度是否合理，105°下的EM能力是150°兩倍以上。

所以確保電流信息的來源要是正確的合理的。

設計過程中及時EM檢查方式

為了避免在sign off 階段EMIR的檢查帶來的設計修改風險，上面每種方式都需要對設計較大改動。我們可以使用 Custom compiler 的Indesign EM功能。Indesign EM可以實現在設計過程中時時EM檢查，避免signoff時EM風險帶來的設計迭代。In Design EM的優點是無需版圖完成，只需要連接了對于net，就可對此net進行EM check.

Check的速度是非常快，使用也是非常方便一次性配置，后續只需要選對應net 進行reporting。

首先第一步需要把仿真結果中保存的電流信息反標到對應net節點上。我們知道不同的仿真corner對應的電流也是不同的，這里我看選的多個corner的仿真結果，選擇最差的電流情況進行反標，以避免個別場景下電流不是最worst的情況。

電流標注成功后，隨便選擇一個mos查看對應terminal信息可以看到對應的電流信息已經標注成功了同時Avg Peak Rms對應電流，下圖演示操作效果和debug優化的過程。

關于EM的準確性，從下面setting可以得到EM計算有兩種方式，使用Built-in是快速的方式。使用StarRC PrimeSimEMIR方式高精度方式。

審核編輯：黃飛