模拟集成电路版图设计和绘制
CMOS模拟集成电路版图设计基础教程_V2
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初识工艺流程和版图设计
什么是版图（Layout）
• 版图实质上是将立体的器件与导线投影到每一层光刻掩 模版（mask）上的绘图
光刻掩模版有什么用
• 光刻掩模版上的图形表示通光或遮光的区域，实际上是 用来告诉工艺进行光刻时需要雕琢的图形和区域
版图和工艺制造的关系
• 版图中的每一层代表一种需要制作的元件或者导线；同 一层中绘制的图形的“或”是最终在一层mask上的图形； 不同层图形的“与”得到了器件的关键区域和参数
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N-well CMOS基本工艺流程
2013-10-30
Institute of VLSI Design, Zhejiang University
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N-well CMOS基本工艺流程
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LSW的设置
对图层进行选择、定义和编辑
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Set Valid Layers
由于默认显示的 图层太多，因此 需要对显示的图 层进行一些筛选
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Set Valid Layers
选择需要用到的 图形图层、边界 限定层、标记层 以及一些必需要 用到的dummy层
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模拟集成电路版图基础
模拟集成电路版图基础
Lab3-1 CMOS 无源器件结构与版图 • 知识单元： • 1、电阻 • 2、电容 • 3、电阻和电容画法实例
模拟集成电路版图基础
一、电阻：1、方块电阻
• 方块电阻测量方法： – 用poly 来做一个电阻，先做一个正方形，长，宽相等。通过在其两端加 电压，测量电流的方法，可以得到它的阻值。
• 电阻并联： – 会达到什么结果呢？200ohms。把四个200ohms 的方块组合成一 个更大的方块，可以同样得到200ohms 的电阻值。可以把这个方 块越做越大，但最终测得电阻值将始终为200ohms。
• 对于不同大小的方块来说，阻值是一样的。由此可以用每方块多少电 阻来讨论电阻大小（200ohms/squares）。只考虑方块数，所有相同 材料的方块有相同的电阻值。
模拟集成电路版图基础
3．其他类型电阻
• N+电阻：
– 无需增添任何新的掩模版或层，只是用原先已有的其 他层来替代poly，就可以获得很多种电阻类型。
• P+电阻：
– 一般来说是做在nwell 中，因此必须增加第三个的端点 连接nwell，而且必须连接到最正的电平，一般来说是 vdd。这样可以防止寄生PN 结的影响。
模拟集成电路版图基础
扩散电阻与Poly电阻对比
• 使用工艺中已有的层来做电阻，做一些较小的修 改就可以得到所需要的方块电阻。扩散电阻和 Poly 电阻的一样，也要考虑delta 效应的影响。 扩散电阻是做在衬底上的，因此在边缘变化比较 大，工艺上不那么好控制。而且在做的时候必须 注意第三个端点的连接。
模拟集成电路版图基础
直接nwell电阻
• 直接nwell电阻： – 只不过需要2 个N+作为电阻头。 – 对于较大的阻值的电阻可用nwell 来做。 – Nwell 掺杂低，经过光照，电阻值会降低，呈现不稳定 的现象。 • 处理方法：在nwell 上覆盖金属，并将其电位接到电 源电压上，若无法接到电源电压时，可将其接到电 阻两端较高电位端。 • 在nwell 电阻四周加电源电压，以降低电压系数。当 well 电阻要接到pad，则必须于外围环绕pseudo collector，电位接到地，以防止其对其他的电路造 成latch-up。
模拟集成电路的设计流程
模拟集成电路的设计流程一、需求分析与规格确定1. 应用场景：了解电路将用于何种设备，如手机、电脑、汽车电子等，以及这些设备对电路的特殊要求。
2. 性能指标：根据应用场景，确定电路的关键性能参数，如增益、带宽、功耗、线性度、噪声等。
3. 工作条件：明确电路的工作电压、温度范围、湿度、震动等环境条件。
4. 成本与尺寸：考虑电路的成本目标和封装尺寸，确保设计在商业上是可行的。
5. 制定规格书：将上述分析结果整理成详细的技术规格书，为后续设计工作提供依据。
二、电路架构设计与仿真在规格确定后，设计师开始进行电路架构的设计。
这一阶段，设计师需要运用专业知识，选择合适的电路拓扑，并进行初步的仿真验证。
1. 电路拓扑选择：根据规格书要求，选择合适的电路拓扑，如运算放大器、滤波器、稳压器等。
2. 元器件选型：根据电路拓扑，选取合适的晶体管、电阻、电容等元器件。
3. 原理图绘制：使用电路设计软件，绘制电路的原理图。
4. 参数调整与优化：通过仿真软件，对电路参数进行调整，以优化电路性能。
5. 仿真验证：进行直流分析、交流分析、瞬态分析等仿真，验证电路在不同工作条件下的性能是否符合规格要求。
三、版图布局与设计规则检查1. 版图绘制：根据原理图，绘制电路的版图，包括元器件布局、连线、焊盘等。
2. 设计规则检查（DRC）：确保版图设计符合制造工艺的设计规则，如线宽、线间距、寄生效应等。
3. 版图与原理图一致性检查（LVS）：通过软件工具，比较版图与原理图是否一致，确保没有设计错误。
4. 参数提取：从版图中提取寄生参数，为后续的版图后仿真做准备。
四、版图后仿真与优化版图设计完成后，需要进行版图后仿真，以验证实际制造出的电路性能。
1. 版图后仿真：利用提取的寄生参数，对版图进行后仿真，检查电路性能是否受到影响。
2. 性能优化：根据仿真结果，对版图进行必要的调整，以优化电路性能。
3. 设计迭代：如果仿真结果不理想，可能需要返回前面的步骤，对电路架构或版图进行重新设计。
最新模拟集成电路设计流程课件
Session菜单
Schematic Window Save State Load State Options Reset Quit
回到电路图
2021/1/15
保存当前 所设定的 模拟所用 到的各种
参数
加载已 经保存 的状态
共88页
一些显 示选项 的设置
重置
analog artist。 相当于 重新打 开一个 模拟窗
ac（交流分析）是 分析电路性能随着 运行频率变化而变
化的仿真。
既可以对频率进行 扫描也可以在某个 频率下进行对其它
变量的扫描。
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其它有关的菜单项
Outputs/Setup
当然我们需要输出的有时不仅仅是电流、电压，还有一 些更高级的。比如说：带宽、增益等需要计算的值，这时 我们可以在Outputs/setup中设定其名称和表达式。在运行 模拟之后，这些输出将会很直观的显示出来。
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编辑完成的电路图
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一些快捷键
以下是一些常用的快捷键： i 添加元件，即打开添加元件的窗口； [ 缩小两倍； ] 扩大两倍； w 连线（细线）； f 全图显示； p 查看元件属性； m 整体移动（带连接关系）； shift+m 移动（不带连接关系）。
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生成symbol
进入“Virtuoso Schematic Editing： mylib nand2 schematic”窗口。
Design -> Create Cellview->From Cellview
模拟集成电路版图设计和绘制
电子科技大学实验报告学生姓名:连亚涛/王俊颖学号：2011031010032/0007指导教师：王向展实验地点：微固楼606实验时间：2014.6.一、实验室名称：微电子技术实验室二、实验项目名称：模拟集成电路版图设计和绘制三、实验学时：4四、实验原理参照实验指导书。
五、实验目的本实验是基于微电子技术应用背景和《集成电路原理》课程设置及其特点而设置，为IC设计性实验。
其目的在于：根据实验任务要求，综合运用课程所学知识自主完成相应的模拟集成电路版图设计，掌握基本的IC版图布局布线技巧。
学习并掌握国际流行的EDA仿真软件Cadence的使用方法，并进行版图的的设计。
六、实验内容1、UNIX操作系统常用命令的使用，Cadence EDA仿真环境的调用。
2、根据设计指标要求，自主完成版图设计，并掌握布局布线的基本技巧。
七、实验仪器设备（1）工作站或微机终端一台八、实验步骤1、根据实验指导书熟悉UNIX操作系统常用命令的使用，掌握CadenceEDA 仿真环境的调用。
2、根据设计指标要求，设计出如下图所示的运算放大器电路版图，过程中应注意设计规则。
九、实验数据及结果分析：1、通过本次实验掌握了UNIX操作系统常用命令的使用，Cadence EDA仿真环境的调用。
达到了实验目的。
2、根据设计指标要求，设计出运算放大器模拟集成电路版图。
(备注：小组共同完成)十、实验结论：通过这次实验，学习并掌握国际流行的EDA仿真软件Cadence的使用方法，完成了运算放大器集成电路版图的设计，其难点是版图的布局布线和设计规则的理解。
十一、总结及心得体会：2学会了cadence在linux下的使用，在回去安装Ubuntu的过程中发生了很多错误，有了一定的提高，让我了解到使用免费破解的专业软件的不易。
其次，cadence使用过程中，有很多技巧值得认真学习，如左手键盘右手鼠标操作，以及先画基本的接触孔，再画mos管，再用已有的Mos管拼接出其他宽长比的方法。
模拟集成电路版图设计基础
这就需要我们绘制版图, 生产商拿到版图生成的 cdl文件就明确了！
一、什么是版图？
• 版图是一组相互套合的图形,各层版图相应于不 同的工艺步骤,每一层版图用不同的图案来表示, 版图与所采用的制备工艺紧密相关. • 版图设计：根据逻辑与电路功能和性能要求以及 工艺水平要求来设计光刻用的掩膜版图,是集成 电路设计的最终输出.
为例 NMOS管,做在P衬底上,沟
道为P型,源漏为N型 2> 包括层次： NIMP,N+注入 DIFF,有源区 Poly,栅
NMOS版图
五、版图的组成
1.1MOS管
1> PMOS管 以TSMC,CMOS,N单阱工艺
为例 PMOS管,做在N阱中,沟道
为N型,源漏为P型 2> 包括层次：
NWELL,N阱 PIMP,P+注入 DIFF,有源区 Poly,栅 M1,金属
离子注入 SiO2
集成电路工艺基础
以上每道工序都是需要掩膜 版的,那掩膜版的大小怎么定
呢？如何精确呢？
P-Si N＋ (e)
P-Si
N＋
(f)
SiO2 〔5 淀积SiO2, 将整个结构用SiO2覆盖起来, 刻出与
淀积SiO2
源区和漏区相连的接触孔. 〔6 把铝或其它金属蒸上去, 刻出电极及互连线
铝电极引出 SiO2 (场氧)
九、版图的艺术
1.模拟版图和数字版图的首要目标 2.首先考虑的三个问题 3. 匹配
3.1 匹配中心思想 3.2 匹配问题 3.3 如何匹配
九、版图的艺术
1. 模拟电路和数字电路的首要目标 2. 模拟电路关注的是功能 3. 1> 电路性能、匹配、速度等 4. 2> 没有EDA软件能全自动实现,所以需要手工处理
集成电路板图绘制方法
集成电路课程设计版图设计部分实验文档微电子中心王永生工欲善其事，必先利其器。
——孔子一、简介在集成电路的电路设计完毕后，开始设计IC的版图（layout），以便进行制版，完成工艺流片。
本部分讲授IC的版图设计以及版图EDA工具的使用。
版图设计规则是一套图形的设计规则的组合，是联系集成电路工业制造厂家（foundry）和集成电路设计者的桥梁。
这里仅讲授借助版图设计工具进行版图设计，详细的版图设计技术可参照相关的教材。
参加本课程设计的人员应具备集成电路设计基础、集成电路工艺等相关知识。
二、版图设计（2）Cadence公司的Virtuoso版图设计工具是业内流行的版图设计软件，可以和schematic view在同一个设计环境里进行版图设计。
并且可以完成相应的DRC、LVS等验证工作。
1、工具的使用（见附录做数据准备工作）首先确保执行目录下有display.drf文件。
进入~/training/ic/layout_labs$目录，启动cadence的设计环境平台，在命令行提示符($)下执行，$ icfb &首先建立一个设计库，tools -> library manager，File -> New -> Library,在Name内添上lab2，ok后，选择compile a techfile，找到techfile，然后ok。
这样就建立了一个设计库。
这里注意需要选择编译techfile，是因为我们要依据电路进行版图设计。
然后，在lab2设计库里建立一个layout view，在Library Manager菜单New-> cell view，填入inv，view name选layout，tool 选virtuoso，然后ok，则会出现版图的编辑界面。
在版图编辑界面中，从LSW中选择图层，然后绘制各种图形。
各个编辑命令在菜单里均可找到，常用的命令以按钮的方式显示在编辑窗口的左侧。
集成电路模拟版图设计基础
GND
电路图
版图
第一部分：了解版图
2. 版图的意义： 3. 1）集成电路掩膜版图设计师实现集成电路制造
所必不可少的设计环节，它不仅关系到集成电路 的功能是否正确，而且也会极大程度地影响集成 电路的性能、成本与功耗。 4. 2）它需要设计者具有电路系统原理与工艺制造 方面的基本知识，设计出一套符合设计规则的 “正确”版图也许并不困难，但是设计出最大程 度体现高性能、低功耗、低成本、能实际可靠工 作的芯片版图缺不是一朝一夕能学会的本事。
第四部分：版图设计艺术
6）保证对称性 6.1 轴对称的布局 6.2 四角交叉布局 6.2.1 缓解热梯度效应和工艺梯度效应的影响 6.2.2 连线时也要注意对称性 同一层金属 同样多的瞳孔 同样长的金属线 6.3 器件之间、模块之间，尽量让所有东西布局对称 7）信号线匹配 7.1 差分信号线，彼此靠近，相同长度 7.2 寄生效应相同，延迟时间常数相同，信号上升下降时间相同 8）器件尺寸的选择 8.1 相同的宽度 8.2 尺寸大些 8.2.1 工艺刻蚀偏差所占的比例小些
2.1器件 2.1.2 电阻 选择合适的类型，由电阻阻值、方块电
阻值，确定 W、L；R=L/W*R0
电阻类型
电阻版图
第二部分：版图设计基础
2.1器件 2.1.3 电容
1) 电容值计算C=L*W*C0 2) 电容分类：
poly电容 MIM电容 基于单位面积电容值 MOS电容 源漏接地，基于栅电容， C=W*L*Cox
IC模拟版图设计
第三部分：版图的准备 必要文件 设计规则 DRC文件 LVS文件
第三部分：版图的准备
1. 必要文件 PDK *.tf display.drf DRC LVS cds.lib .cdsenv .cdsinit
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电子科技大学
实验报告
学生姓名:连亚涛/王俊颖学号：2011031010032/0007指导教师：王向展实验地点：微固楼606实验时间：2014.6.
一、实验室名称：微电子技术实验室
二、实验项目名称：模拟集成电路版图设计和绘制
三、实验学时：4
四、实验原理
参照实验指导书。
五、实验目的
本实验是基于微电子技术应用背景和《集成电路原理》课程设置及其特点而设置，为IC设计性实验。
其目的在于：
根据实验任务要求，综合运用课程所学知识自主完成相应的模拟集成电路版图设计，
掌握基本的IC版图布局布线技巧。
学习并掌握国际流行的EDA仿真软件Cadence的使用方法，并进行版图的的设计。
六、实验内容
1、UNIX操作系统常用命令的使用，Cadence EDA仿真环境的调用。
2、根据设计指标要求，自主完成版图设计，并掌握布局布线的基本技巧。
七、实验仪器设备
（1）工作站或微机终端一台
八、实验步骤
1、根据实验指导书熟悉UNIX操作系统常用命令的使用，掌握CadenceEDA 仿真环境的调用。
2、根据设计指标要求，设计出如下图所示的运算放大器电路版图，过程中应注意设计规则。
九、实验数据及结果分析：
1、通过本次实验掌握了UNIX操作系统常用命令的使用，Cadence EDA仿真环境的调用。
达到了实验目的。
2、根据设计指标要求，设计出运算放大器模拟集成电路版图。
(备注：小组共同完成)
十、实验结论：
通过这次实验，学习并掌握国际流行的EDA仿真软件Cadence的使用方法，完成了运算放大器集成电路版图的设计，其难点是版图的布局布线和设计规则的理解。
十一、总结及心得体会：
2学会了cadence在linux下的使用，在回去安装Ubuntu的过程中发生了很多错误，有了一定的提高，让我了解到使用免费破解的专业软件的不易。
其次，cadence使用过程中，有很多技巧值得认真学习，如左手键盘右手鼠标操作，以及先画基本的接触孔，再画mos管，再用已有的Mos管拼接出其他宽长比的方法。
同时，学会了如何提高画图效率的“偷懒”的办法。
当然，还有很多的不足，比如有些地方容易忽略版图的规则没有全局考量，造成重复赶工。
在一些技巧上，如画不规则多边形保护环的方法还是太笨，没有用聪明的方法（多次shift+c）。
在今后工作中，要加强对计算机技巧的掌握和实际原理的深入理解。
比如一开始在画电容的时候，不知道怎么画，最后才想到是用金属和扩散区作为极板，氧化层作为介质形成的极板电容。
十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议：
无
报告评分：
指导教师签字：
3。