集成电路设计基础课件要点
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【精品课件】集成电路设计基础
IE E
注意：
αFIF αRIR
C A
n B
p
n A’
E NPN管
虽然NPN晶体管常被设想为在两个N沟层之间夹着一个 P型区的对称型三层结构。但与MOS器件不同的是：集电 区与发射区这两个电极不能互换。
改进的EM模型
Cbc
B RB Cbe
C
RC
Cjs
I bc BR I be
BF
Ibe- Ibc
RE
L0－版图上几何沟道长度，L0－2 LD＝L为有效沟道长度 ；
γ φ φ VTH－阈值电压：V T H V T 0 2 F V S B 2 F
MOS1模型器件工作特性
（2）饱和区 当VGS>VTH，VDS>VGS－VTH，MOS管工作在饱和区。 电流方程为：
λ ID SK 2 PL 0 W 2L DV G SV T H 21V DS
（3）两个衬底PN结 两个衬底结中的电流可用类似二极管的公式来模拟。
MOS1模型衬底PN结电流公式
G
+
+
CGB
rS
CGS VGS -
S +
CBS
-
VGD
I DS
-
-
-
VBS
V BD
+
+
CGD rD
D
CBD
当VBS<0时
IBS
qISS kT
VBS
当VBS>0时
IBSISSexpqkVB TS1
B
当VBD<0时 当VBD>0时
MOS器件二阶效应
（5）沟道长度调制效应 当VDS增大时，MOS管的漏端沟道被夹断并进入饱和，
集成电路基础知识培训课件(PPT 33页)
集成电路制造流程
1、掩膜版加工 2、晶圆加工
前工序
3、中测（切割、减薄、挑粒）
4、封装或绑定
后工序
5、成测
集成电路制造流程
掩膜版加工
在半导体制造的整个流程中，其中一部分就是从版图到wafer制造中 间的一个过程，即光掩膜或称光罩(mask)制造。这一部分是流程衔接的关 键部分，是流程中造价最高的一部分，也是限制最小线宽的瓶颈之一。
引脚数≥00mil时，俗称宽体。
3、前、后工序:IC制造过程中, 晶圆光刻的工艺(即所谓流 片),被称为前工序,这是IC制造的最要害技术;晶圆流片后, 其切割、封装等工序被称为后工序。
中测（硅片的测试）
中测（Wafer test）是半导体后道封装测试的第一站。 中测有很多个名称，比如针测、晶圆测试、CP（Circuit Probing）、 Wafer Sort、Wafer Probing等等。 中测的目的是将硅片中不良的芯片挑选出来，然后打上红点或者是黑点。
随着IC高度集成化、芯片和封装面积的增大、封装层的薄壳 化以及要求价格的进一步降低，对于模塑料提出了更高且综合性 的要求。
2、集成电路封装形式的简介
集成电路的封装形式有很多，按封装形式可分 三大类，即双列直插型、贴片型和功率型。
在选择器件封装形式应首先考虑其胶体尺寸和 脚间距这两点。胶体尺寸是指器件封装材料部分的 宽度（H），一般用英制mil来标注；脚间距是指器 件引脚间的距离（L），一般用公制mm来标注。
集成电路的英文是：Integrated Circuit 简称为IC
2、集成电路的分类
• 通用集成电路General IC 例如单片机、存储器等，通用都可以理解为一般常用的。
• 专用集成电路Application Specific Integrated Circuit 简称为ASIC ASIC是专门为了某一种或几种特定功能而设计的，它也 是相对于通用集成电路而言的，除通用的一些集成电路外， 都可称为专用集成电路。
集成电路的设计基础71页PPT
集成电路的设计基础
•
46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
•
47、采菊东篱下，悠然见南山。
•
48、啸傲东轩下，聊复得此生。
•
49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
•
50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
71
•
46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
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47、采菊东篱下，悠然见南山。
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48、啸傲东轩下，聊复得此生。
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49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
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50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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集成电路的设计基础共70页PPT资料
《集成电路设计基础》
24
反相器实例
参照上述的硅栅工艺设计规则，下图以 反相器（不针对具体的器件尺寸）为例给出 了对应版图设计中应该考虑的部分设计规则 示意图。
对于版图设计初学者来说，第一次设计 就能全面考虑各种设计规则是不可能的。
为此，需要借助版图设计工具的在线DRC 检查功能来及时发现存在的问题，具体步骤 参见本书第十四章。
20
版图几何设计规则
Metal设计规则示意图
08.05.2020
《集成电路设计基础》
21
版图几何设计规则
Pad相关的设计规则列表
编号 6.1
描述 最小焊盘大小
尺寸 90
目的与作用 封装、邦定需要
6.2
最小焊盘边间距
80
防止信号之间串绕
6.3
最小金属覆盖焊盘
6.0
保证良好接触
6.4
焊盘外到有源区最小距
08.05.2020
《集成电路设计基础》
18
版图几何设计规则
contact设计规则示意图
08.05.2020
《集成电路设计基础》
19
版图几何设计规则
Metal相关的设计规则列表
编号 1
描述
尺寸
金属宽度
2.5
目的与作用 保证铝线的良好电导
2
金属间距
2.0
防止铝条联条
08.05.2020
《集成电路设计基础》
1 引言
版图(Layout)
版图是集成电路从设计走向制
造的桥梁，它包含了集成电路尺 寸、各层拓扑定义等器件相关的 物理信息数据。
集成电路制造厂家根据这些数据 来制造掩膜。
08.05.2020
集成电路设计基础 (2)PPT课件
06.11.2020
《模拟集成电路基础》
12
输入描述语句的规定
名称
第一个字符必须是A到Z的某一个字符，其它位字 符没有限制。
前8个字符有效。 在描述元件时第一个字符必须是规定的元件类型
字母。
节点编号
电路的节点编号一般采用正整数，可以不连续。 也可以用字符串代替节点编号。
接地点必须规定为0节点 。
06.11.2020
《模拟集成电路基础》
7
SPICE
主要针对由元件、半导体器件、电源等组成 的电路作分析。
可以用于电路交流小信号分析。
如频域分析、噪声分析等
还可用来进行瞬态分析、温度特性分析等。
06.11.2020
《模拟集成电路基础》
8
§ 8.2 电路描述语句
SPICE文件是由一系列电路描述行和 控制行组成的。要使计算机正确识 别，电路描述语句必须遵循一定的 语法规定。
06.11.2020
《模拟集成电路基础》
9
SPICE输入描述语句的构成
标题语句
描述文件的第一行。 SPICE将第一行作为标题行打印而不作为电路的
一部分进行分析。 这一行必须设置。
注释语句
《模拟集成电路基础》
13
输入描述语句的规定
元件参数值
元件参数值写在与该元件相连的节点后面，其值 可用整数、浮点数书写，后面可跟比例因子和单 位后缀 。
比例因子后缀有： F＝1E-15；P=1E-12； N=1E-9；U=1E-6；MIL=25.4E-6；M=1E-3； K=1E3；MEG＝1E6；G＝lE9；T=1E12
如果没有比例因子后缀，那么头一个后缀就可能 是单位后缀，SPICE总是忽略单位后缀 。
《集成电路设计方法》课件
消费电子领域
集成电路在消费电子领域中广泛应用于手机、电视、音响等电子产品 中，实现音频、视频信号的处理和传输。
工业控制领域
集成电路在工业控制领域中是各种自动化设备和系统的关键组成部分 ，对工业生产的自动化和智能化起着重要作用。
02
集成电路设计流程
规格制定
确定芯片功能需求
01
通过市场调研和技术分析，明确芯片需要实现的功能和性能要
时序分析
对设计的物理版图进行时序分析，确保各个模块之间 的信号传输满足时序要求。
布图设计
01
02
03
生成掩膜版
根据布线设计的结果，生 成相应的掩膜版，用于制 造芯片的各个层。
布图验证
对生成的掩膜版进行验证 ，确保其符合设计要求， 没有错误或遗漏。
交付生产
将最终的掩膜版交付给制 造厂商，进行芯片的生产 。
使用硬件描述语言（如Verilog或 VHDL）将算法和逻辑电路描述 出来。
通过仿真工具对设计的逻辑电路 进行功能仿真和验证，确保其符 合规格要求。
物理设计
布局规划
根据逻辑电路的结构和性能要求，进行布局规划，确 定各个模块的位置和连接方式。
布线设计
根据布局规划，进行布线设计，确定各个模块之间的 连接路径和宽度。
集成电路的发展趋势
未来集成电路将继续朝着更高集成度、更低功耗、更可靠 性的方向发展，同时将与人工智能、物联网等技术融合， 实现更广泛的应用。
集成电路的应用领域
通信领域
集成电路在通信领域中广泛应用于基站、路由器、交换机等通信设备 中，实现信号的传输和处理。
计算机领域
集成电路在计算机领域中是中央处理器、内存、显卡等核心部件的主 要组成部分，对计算机的性能和可靠性起着至关重要的作用。
集成电路在消费电子领域中广泛应用于手机、电视、音响等电子产品 中，实现音频、视频信号的处理和传输。
工业控制领域
集成电路在工业控制领域中是各种自动化设备和系统的关键组成部分 ，对工业生产的自动化和智能化起着重要作用。
02
集成电路设计流程
规格制定
确定芯片功能需求
01
通过市场调研和技术分析，明确芯片需要实现的功能和性能要
时序分析
对设计的物理版图进行时序分析，确保各个模块之间 的信号传输满足时序要求。
布图设计
01
02
03
生成掩膜版
根据布线设计的结果，生 成相应的掩膜版，用于制 造芯片的各个层。
布图验证
对生成的掩膜版进行验证 ，确保其符合设计要求， 没有错误或遗漏。
交付生产
将最终的掩膜版交付给制 造厂商，进行芯片的生产 。
使用硬件描述语言（如Verilog或 VHDL）将算法和逻辑电路描述 出来。
通过仿真工具对设计的逻辑电路 进行功能仿真和验证，确保其符 合规格要求。
物理设计
布局规划
根据逻辑电路的结构和性能要求，进行布局规划，确 定各个模块的位置和连接方式。
布线设计
根据布局规划，进行布线设计，确定各个模块之间的 连接路径和宽度。
集成电路的发展趋势
未来集成电路将继续朝着更高集成度、更低功耗、更可靠 性的方向发展，同时将与人工智能、物联网等技术融合， 实现更广泛的应用。
集成电路的应用领域
通信领域
集成电路在通信领域中广泛应用于基站、路由器、交换机等通信设备 中，实现信号的传输和处理。
计算机领域
集成电路在计算机领域中是中央处理器、内存、显卡等核心部件的主 要组成部分，对计算机的性能和可靠性起着至关重要的作用。
《集成电路设计》课件
蒙特卡洛模拟法
通过随机抽样和概率统计的方法，模 拟系统或产品的失效过程，评估其可 靠性。
可靠性分析流程
确定分析目标
明确可靠性分析的目 的和要求，确定分析 的对象和范围。
进行需求分析
分析系统或产品的使 用环境和条件，确定 影响可靠性的因素和 条件。
进行失效分析
分析系统或产品中可 能出现的失效模式和 原因，确定失效对系 统性能和功能的影响 。
DRC/LVS验证
DRC/LVS验证概述
DRC/LVS验证是物理验证中的两个重要步骤，用于检查设计的物 理实现是否符合设计规则和电路图的要求。
DRC验证
DRC验证是对设计的物理实现进行规则检查的过程，以确保设计的 几何尺寸、线条宽度、间距等参数符合设计规则的要求。
LVS验证
LVS验证是检查设计的物理实现与电路图一致性的过程，以确保设 计的逻辑功能在物理实现中得到正确实现。
版图设计流程
确定设计规格
明确设计目标、性能指标和制造工艺要求 。
导出掩模版
将最终的版图导出为掩模版，用于集成电 路制造。
电路设计和模拟
进行电路设计和仿真，以验证电路功能和 性能。
物理验证和修改
进行DRC、LVS等物理验证，根据结果进 行版图修改和完善。
版图绘制
将电路设计转换为版图，使用专业软件进 行绘制。
集成电路设计工具
电路仿真工具
用于电路设计和仿真的软件， 如Cadence、Synopsys等。
版图编辑工具
用于绘制版图的软件，如Laker 、Virtuoso等。
物理验证工具
用于验证版图设计的正确性和 可靠性的软件，如DRC、LVS等 。
可靠性分析工具
用于进行可靠性分析和测试的 软件，如EERecalculator、 Calibre等。
通过随机抽样和概率统计的方法，模 拟系统或产品的失效过程，评估其可 靠性。
可靠性分析流程
确定分析目标
明确可靠性分析的目 的和要求，确定分析 的对象和范围。
进行需求分析
分析系统或产品的使 用环境和条件，确定 影响可靠性的因素和 条件。
进行失效分析
分析系统或产品中可 能出现的失效模式和 原因，确定失效对系 统性能和功能的影响 。
DRC/LVS验证
DRC/LVS验证概述
DRC/LVS验证是物理验证中的两个重要步骤，用于检查设计的物 理实现是否符合设计规则和电路图的要求。
DRC验证
DRC验证是对设计的物理实现进行规则检查的过程，以确保设计的 几何尺寸、线条宽度、间距等参数符合设计规则的要求。
LVS验证
LVS验证是检查设计的物理实现与电路图一致性的过程，以确保设 计的逻辑功能在物理实现中得到正确实现。
版图设计流程
确定设计规格
明确设计目标、性能指标和制造工艺要求 。
导出掩模版
将最终的版图导出为掩模版，用于集成电 路制造。
电路设计和模拟
进行电路设计和仿真，以验证电路功能和 性能。
物理验证和修改
进行DRC、LVS等物理验证，根据结果进 行版图修改和完善。
版图绘制
将电路设计转换为版图，使用专业软件进 行绘制。
集成电路设计工具
电路仿真工具
用于电路设计和仿真的软件， 如Cadence、Synopsys等。
版图编辑工具
用于绘制版图的软件，如Laker 、Virtuoso等。
物理验证工具
用于验证版图设计的正确性和 可靠性的软件，如DRC、LVS等 。
可靠性分析工具
用于进行可靠性分析和测试的 软件，如EERecalculator、 Calibre等。
《集成电路设计导论》课件
IC设计的测试和验证
探讨IC设计的测试和验证技术， 以确保设计的正确性和可靠性。
总结与展望
集成电路设计的现状与未来趋势
总结集成电路设计的现状并展望未来的发展趋 势，如人工智能芯片和物联网应用。
集成电路设计中的挑战与机遇
探讨集成电路设计中面临的挑战和机遇，如功 耗优化和设计验证等。
《集成电路设计导论》 PPT课件
这是一套《集成电路设计导论》的PPT课件，针对集成电路的概念、分类和历 史发展等主题进行介绍，通过丰富的内容和精美的图片，让学习更加生动有 趣。
第一章：集成电路概述
集成电路的定义
介绍集成电路的基本概念和定义，以及其在电子领域中的重要作用。
集成电路的分类
分析不同类型的集成电路，包括数字集成电路、模拟集成电路和混合集成电路。
探讨集成电路设计中常用的仿真 技术，如时序仿真、噪声仿真和 功耗仿真等。
CMOS工艺的基本原理和特点，以及其在集成电路设计中的应用。
2
CMOS电路设计基础
讨论CMOS电路设计的基本原则和技巧，包括逻辑门设计和布局。
3
CMOS电路的布局与布线
解释CMOS电路布局与布线的重要性，以及如何进行最佳布局和布线。
第五章：模拟电路设计
模拟电路设计基础
介绍模拟电路设计的基本原理和 技术，包括信号放大、滤波和稳 压等。
模拟电路的建模与仿真
讨论模拟电路的建模方法和仿真 技术，以验证电路设计的准确性 和性能。
模拟电路的测试和调试
探讨模拟电路的测试和调试方法， 以保证电路的可靠性和稳定性。
第六章：数字电路设计
1
数字电路的逻辑设计
第四章：数模转换电路设计
数模转换电路的种类
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三、工艺器件
1、CMOS工艺
2）流程
集成电路设计基础 高职高专 ppt 课件
基本的工艺包括清洗、氧化、光刻、掺杂、 淀积、溅射、外延等。
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三、工艺器件
1、CMOS工艺
2）流程
Flash动画演示工艺流程！
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三、工艺器件
1、CMOS工艺
3）其它工艺
CMOS工艺本身有一个致命的缺陷：闩锁效 应！如何去掉？ SOS-CMOS工艺； SOI-CMOS工艺。
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三、工艺器件
2、无源元件
3）电感
开始很长的一段时间内，人们一直认为电 感不能集成在芯片上。现在芯片的工作频率越 来越大，工作速度越来越高，芯片上金属结构 的电感效应越来越明显。芯片电感的实现成为 可能。 比较常见的实现电感的方式是以集总电感 和传输线元件的形式来实现。
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三、工艺器件
集成电路设计基础 高职高专 ppt 课件
书名：集成电路设计基础 ISBN： 978-7-111-42768-1 作者：董海青 出版社：机械工业出版社 本书配有电子课件
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集成电路设计基础 高职高专 ppt 课件
集成电路设计基础
董海青
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三、工艺器件
集成电路设计基础 高职高专 ppt 课件
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三、工艺器件
2、无源元件
3）电容
集成电路中的电容一般都是平板电容，但 电容一般用在高速集成电路中，普通集成电路 考虑到成本问题，一般不会集成电容在芯片中。 实现电容的方法有以下几种：①利用二极 管和三极管的结电容；②利用插指金属结构； ③利用金属-绝缘体-金属结构；④利用多晶硅/ 金属-绝缘体-多晶硅结构；
CMOS，即互补型MOS，电路中同时包含对 应的NMOS晶体管和PMOS晶体管，而且是成对出 现，其中PMOS作为负载管，NMOS作为驱动管。
1）版图 2）流程 3）其它工艺
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三、工艺器件
1、CMOS工艺
1）版图
集成电路设计基础 高职高MOS晶体管， 那么应该用什么衬底和阱？ 根据阱的导电类型可以分为N阱工艺、P阱 工艺和双阱工艺。
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三、工艺器件
2、无源元件
2）电阻
电阻是最常用的一种元件，不管是模拟集 成电路还是数字集成电路。 导体都有电阻，只不过阻值不同，用电阻 率表达导电性能。 在集成电路中，比较常用的电阻主要有： 导体层片式电阻、高精度电阻、互连线电阻、 有源电阻。
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三、工艺器件
2、无源元件
2）电阻
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三、工艺器件
2、无源元件
无源元件是电路中不可或缺的元件。主要 包括互连线、电阻、电容和电感。
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三、工艺器件
2、无源元件
1）互连线
互连线是各种集成电路的基本元件，互连 线的版图设计是集成电路设计中的基本任务。 专业术语“布局布线”中的布线即互连线的设 计。 一般情况下，互连线是金属薄层形成的条 带状导体，有时也可以是导体层形成的条带状 导体。
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三、工艺器件
集成电路设计基础 高职高专 ppt 课件
本章我们以目前比较常用的CMOS集成电路 工艺为例，简单介绍工艺流程以及对应的元器 件。
1、CMOS工艺 2、无源元件 3、有源器件 4、器件模型 5、MOS器件特性
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三、工艺器件
1、CMOS工艺
集成电路设计基础 高职高专 ppt 课件
3、有源器件
如果电子元器件工作时，其内部有电源存 在，则这种器件叫做有源器件。 比较常用的有源器件包括：二极管、三极 管、MOS管等。
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三、工艺器件
3、有源器件
1）二极管
二极管是集成电路中比较常用的一种器件， 特别是在双极型集成电路中。
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电阻的阻值如何计算？ 方块电阻、薄膜电阻、薄层电阻等。 R=N×R□。 如果方块电阻为1欧姆/方块，做一个10K 的电阻，怎么做？ 采用弯折电阻，否则版图将会很长很长， 相当地长。
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三、工艺器件
2、无源元件
2）电阻
弯折电阻，如图所示。
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三、工艺器件
2、无源元件
2）电阻
弯折电阻，电阻阻值还是按照原来的方式 计算吗？ 这样的电阻在计算其阻值的过程中要充分 考虑拐角处的电阻和两端的电阻，一般情况下 要进行电阻值的修正。对于不同的工艺，其修 正因子一般不同，但工艺厂家一般都会把电阻 的修正计算公式提供给设计者。
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三、工艺器件
1、CMOS工艺
1）版图
集成电路设计基础 高职高专 ppt 课件
此处为N阱CMOS工艺的反相器截面图。
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三、工艺器件
1、CMOS工艺
1）版图
把刚才的 版图拆分可以 得到六层不同 的区域。每一 层要单独设计 制作。 如何制作 每一层？
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集成电路设计基础 高职高专 ppt 课件
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三、工艺器件
集成电路设计基础 高职高专 ppt 课件
MOS型集成电路有可以根据MOS晶体管的不 同而分为NMOS集成电路、PMOS集成电路和CMOS 集成电路。 由于模拟集成电路的必不可少，现在比较 流行的是Bi-CMOS工艺，即在一个芯片上同时 制作双极型器件和MOS型器件。它综合了双极 器件高跨导、强负载驱动能力和CMOS器件高集 成度、低功耗的优点。
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三、工艺器件
2、无源元件
1）互连线
在设计互连线的过程中，要注意以下几点： ①尽量短；②最小宽度；③最大电流量；④多 层互连线；⑤趋肤效应和寄生参数；⑥利用寄 生效应。
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三、工艺器件
2、无源元件
2）电阻
电阻是最常用的一种元件，不管是模拟集 成电路还是数字集成电路。 导体都有电阻，只不过阻值不同，用电阻 率表达导电性能。 在集成电路中，比较常用的电阻主要有： 导体层片式电阻、高精度电阻、互连线电阻、 有源电阻。
工艺，即制造集成电路元器件的过程！ 元器件分很多种，对应的制造工艺也不尽 相同，我们可以根据元器件进行分类。 根据器件可以将工艺分成双极型集成电路 制造工艺、MOS型集成电路工艺和Bi-CMOS集成 电路制造工艺；根据电路功能可以分为模拟集 成电路制造工艺个数字集成电路制造工艺。 目前比较常用的是数字集成电路，但模拟 集成电路也是必不可少的！而MOS集成电路又 由于其自身的一系列有点而广泛使用。