集成电路布图设计16页PPT
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集成电路CAD版图设计PPT课件
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§1.逻辑划分
• 布图规划过程与所用的算法和求解策略有关。一个典 型的布图规划过程一般包括：Bottom up结群并产生结 群树、Top down软模块布局、调整模块形状和确定模 块的引线位置，目标是使芯片面积、总连线长度最小 和优化输出结果。
• 布规划分为物理分级构造、分级布图规划和详细布图 构造三大部分，每个部分又分成若干过程。物理分级 构造是一个Bottom up结群和估计模块面积的过程；分 级布图规划则是个Top down软模块布局、布线区面积 估计和分配、模块形状调整以及布局修正的过程；随 后在详细布图构造中完成整个布局和布线。
（2）在A中取出一个单元a2，使Con(Ai，a2)为最大，即最相关。 如果存在两个以上连接度相同的单元，则选Dis(Ai，a2)最小 的单元，即a2与其它单元有弱的连接关系。
（3）检查
S( E(
Ai Ai
) )
S max 制条件。
如满足条件则
AAi
Ai a2 Aa2
22
• 为了简化布局，将平面划分为方格 的组成方式，这些格子用占位符
P p 1 ,p 2, ,p N 的集合描述，网表对象 M m 1 ,m 2 , ,m r 映射在占位符上。每一
个 mi M 对象与一组信号 S i 相关。
23
距离树
• 为了评估布局的质量，需要能够实施评价的量化指 标。布局决定了布线的连线总长度，距离树是一个 近似的指标,是一种互连线长度的定量方式，它和互 连线的最终长度有密切关系而且容易计算。
• Ai，Aj之间的分离度（即无关连线之和）为：
D (A ii,A s j) B (A i) B (A j) C(A o i,A jn )
12
连接度和分离度的关系
§1.逻辑划分
• 布图规划过程与所用的算法和求解策略有关。一个典 型的布图规划过程一般包括：Bottom up结群并产生结 群树、Top down软模块布局、调整模块形状和确定模 块的引线位置，目标是使芯片面积、总连线长度最小 和优化输出结果。
• 布规划分为物理分级构造、分级布图规划和详细布图 构造三大部分，每个部分又分成若干过程。物理分级 构造是一个Bottom up结群和估计模块面积的过程；分 级布图规划则是个Top down软模块布局、布线区面积 估计和分配、模块形状调整以及布局修正的过程；随 后在详细布图构造中完成整个布局和布线。
（2）在A中取出一个单元a2，使Con(Ai，a2)为最大，即最相关。 如果存在两个以上连接度相同的单元，则选Dis(Ai，a2)最小 的单元，即a2与其它单元有弱的连接关系。
（3）检查
S( E(
Ai Ai
) )
S max 制条件。
如满足条件则
AAi
Ai a2 Aa2
22
• 为了简化布局，将平面划分为方格 的组成方式，这些格子用占位符
P p 1 ,p 2, ,p N 的集合描述，网表对象 M m 1 ,m 2 , ,m r 映射在占位符上。每一
个 mi M 对象与一组信号 S i 相关。
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距离树
• 为了评估布局的质量，需要能够实施评价的量化指 标。布局决定了布线的连线总长度，距离树是一个 近似的指标,是一种互连线长度的定量方式，它和互 连线的最终长度有密切关系而且容易计算。
• Ai，Aj之间的分离度（即无关连线之和）为：
D (A ii,A s j) B (A i) B (A j) C(A o i,A jn )
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连接度和分离度的关系
集成电路布图设计
2023集成电路布图设计•集成电路布图设计概述•集成电路布图设计的制作流程•集成电路布图设计的实际应用•集成电路布图设计的前沿技术与发展趋势目•集成电路布图设计的挑战与解决方案•集成电路布图设计的案例分析录01集成电路布图设计概述集成电路布图设计，也称为集成电路设计，是指通过计算机辅助设计软件，将电路设计在半导体芯片上的一种方法。
定义集成电路布图设计具有高集成度、高可靠性、高性价比、低功耗等特点，是现代电子信息产业的基础。
特点定义与特点1集成电路布图设计的基本要素23根据功能需求，进行电路逻辑设计，确定各个元件之间的连接关系。
电路设计将电路设计转化为实际芯片版图，需要考虑芯片制造工艺和制程参数。
版图设计通过物理验证工具，对版图进行功能和性能验证，确保版图满足设计要求。
物理验证03促进产业发展集成电路布图设计的发展，促进了半导体产业的发展和壮大，推动了电子信息产业的进步。
集成电路布图设计的意义与作用01提高性能通过集成电路布图设计，可以将多个电子元件集成在一块芯片上，提高电路性能和可靠性。
02降低成本通过集成电路布图设计，可以减少电子设备的体积和成本，提高生产效率。
02集成电路布图设计的制作流程明确所设计集成电路的功能、性能和规格等要求，确定设计计划和方案。
明确设计目标选择合适的集成电路设计软件和工具，配置好所需的硬件和软件环境。
准备工具和环境熟悉所设计集成电路的相关规范、标准和工艺要求。
了解设计规范制作前的准备根据设计目标，选择合适的设计方案，包括芯片结构、功能模块、接口和信号等设计。
电路设计与仿真确定设计方案使用电路设计软件绘制集成电路的电路图。
电路图绘制利用电路仿真工具对所设计的电路进行模拟和调试，验证其功能和性能是否符合设计目标。
电路仿真与调试版图绘制使用布图设计软件，将电路图转化为集成电路版图。
选择工艺制程根据设计方案，选择合适的集成电路制造工艺制程。
版图验证与优化通过版图验证工具对版图进行检验、优化和修复错误。
集成电路版图设计 ppt课件
WW
top-metal (18 mOhm/sq)
MMeetatal -l1
WW
ILD WW
WW
A-Si
PSD
PSD
PSD
NSD
NSD
VTP PAPT
NAPT
Nwell
Pwell
WW
WW
MMeetatal-l3 WW
WW WW
Poly
NSD
Trench oxide
P Substrate 6
8.2 版图几何设计规则
导电层作为下电极 绝缘层作为平板电容两电极间的介质 导电层作为上电极 电容计算公式：
Ctotal [ fF ] Carea [ fF / m2 ]* area[ m2 ] C fringe[ fF / m ]* perimeter[ m ]
电阻的可变参数：电阻宽度(width)、电阻值(R)。
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多晶硅电阻
2.0
3.0
2.0
2.0
2.0
Poly
Metal1
Xd
Xd
1.0
1.5
Contact
图8.7 第一层多晶硅电阻俯视图
3.0
Electrode
Metal1
Contact
Xd 1.0
2.0
图8.8 第二层多晶硅电阻俯视图
20
多晶硅电阻（续）
MOS管的可变参数为：栅长(gate_length)、栅宽(gate_width) 和栅指数(gates)。
栅长(gate_length)指栅极下源区和漏区之间的沟道长度，最 小值为2lambda=0.4μm。
栅宽(gate_width)指栅极下有源区(沟道)的宽度，最小栅宽为 3 lambda=0.6μm。
第14章集成电路版图设计PPT课件
• 完成一个反相器的版图设计
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版图设计中的相关主题
1. Antenna Effect 2. Dummy 的设计 3. Guard Ring 保护环的设计 4. Match的设计
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层次表示 含义
Nwell
N阱层
Active
N+或P+有源 区层
Poly 多晶硅层
Contact 接触孔层
Metal Pad
金属层
焊盘钝化 层
标示图
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Hale Waihona Puke N阱设计规则编 描 述尺
目的与作用
号
寸
1.1 N阱最小宽 (1μ0m.) 保证光刻精度和器
• 设计规则是各集成电路制造厂家根据本身的工艺特点和技术水平而制定的。 因此不同的工艺，就有不同的设计规则。
• 掩膜上的图形决定着芯片上器件或连接物理层的尺寸。因此版图上的几何图
形尺寸与芯片上物理层的尺寸直接相关。
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版图几何设计规则
• 版图设计规则：是指为了保证电路的功能和一定的成品率而提出的一 组最小尺寸，如最小线宽、最小可开孔、线条之间的最小间距。
• 1.设计规则检查(DRC) • 2.版图寄生参数提取(LPE) • 3.寄生电阻提取(PRE) • 4.电气规则检查(ERC) • 5.版图与线路图比较程序(LVS)
《集成电路版图设计》(第二章)PPT课件
方式二：选择Attach
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
三、显示文件准备
LSW窗口：
✓ nwell是N 阱，PMOS管做在N阱中； ✓ ndiff是N型扩散区，也叫N型有源区（active），用来做NMOS管； ✓ pdiff是P型扩散区，也叫P型有源区，用来做PMOS管； ✓ nimp是N型扩散区注入层； ✓ pimp是P型扩散区注入层； ✓ poly是多晶层，主要用来做管子的栅极； ✓ cont是接触孔contact； ✓ metal1是一铝层； ✓ via1是一铝层和二铝层之间的连接孔，称为通孔； ✓ metal2是二铝层； ✓ pad是压焊点所在的层； ✓ 其它还包括一些特殊器件上的标识层等等
3、单元的宽长比设 置原则——最常见 宽长比的设置
逻辑图中每一 个管子宽长比 的设置
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
3、单元的宽长 比设置原则— —最常见宽长 比的设置（续）
单元符号的建立和 Label的设置
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
3、单元的宽长比 设置原则——其它 宽长比的设置
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
第一部分、D508项目逻辑图的准备
一、逻辑图输入工具启动
二、一个传输门逻辑图及符 号的输入流程
三、D508项目单元逻辑图的准备 四、D508项目总体逻辑图的准备
第二部分、D508项目版图输入准备
一、设计规则准备 二、工艺文件准备 三、显示文件准备
第三部分、版图设计步骤及操作
三、显示文件准备（续）
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
Display Resource Editor 窗口：
集成电路设计.pptx
双极晶体管和MOS晶体管都可用作有源电阻
MOS管有源电阻器
IDS I
I
VGS V VTP
DI
O
S
+
G+
G
V -
V-
O
I
S
D
VTN V VGS
IDS
(a)
(b)
MOS有源电阻及其I-V曲线
第23页/共66页
晶体管有源寄生电阻
双极晶体管集电区电阻 集成电路中集电区电阻Rc要比分立管的大。Rc的增大 会影响高频特性和开关性能。
第2页/共66页
Tox
N+
P
sio2
金 属
NP金s+io属2
纵向结构
横向结构
MOS 电容电容量
Cox=
Aε0 εsio2
Tox
Tox: 薄氧化层厚度；A: 薄氧化层上 金属电极的面积。
一般在集成电路中Tox 不能做的太薄，所以要想提高电容量，只能增加面积。 N+层为 了减小串联电阻及防止表面出现耗尽层。
集成电路中要制作一个30 pF的MOS电容器， 所用面积相当于25个晶体管的面积。
第3页/共66页
MOS电容 N+
SiO2 P+
AL
N+ N-epi
P-SUB
Al P+
第4页/共66页
❖ PN结电容 在PN结反偏时的势垒电容构成的电容器
❖ PN结电容与 MOS电容的数量级相当。
+
-
N+
P
N
外
P衬
第39页/共66页
第40页/共66页
CMOS反 相器工作 原理
输入端高电平时：
MOS管有源电阻器
IDS I
I
VGS V VTP
DI
O
S
+
G+
G
V -
V-
O
I
S
D
VTN V VGS
IDS
(a)
(b)
MOS有源电阻及其I-V曲线
第23页/共66页
晶体管有源寄生电阻
双极晶体管集电区电阻 集成电路中集电区电阻Rc要比分立管的大。Rc的增大 会影响高频特性和开关性能。
第2页/共66页
Tox
N+
P
sio2
金 属
NP金s+io属2
纵向结构
横向结构
MOS 电容电容量
Cox=
Aε0 εsio2
Tox
Tox: 薄氧化层厚度；A: 薄氧化层上 金属电极的面积。
一般在集成电路中Tox 不能做的太薄，所以要想提高电容量，只能增加面积。 N+层为 了减小串联电阻及防止表面出现耗尽层。
集成电路中要制作一个30 pF的MOS电容器， 所用面积相当于25个晶体管的面积。
第3页/共66页
MOS电容 N+
SiO2 P+
AL
N+ N-epi
P-SUB
Al P+
第4页/共66页
❖ PN结电容 在PN结反偏时的势垒电容构成的电容器
❖ PN结电容与 MOS电容的数量级相当。
+
-
N+
P
N
外
P衬
第39页/共66页
第40页/共66页
CMOS反 相器工作 原理
输入端高电平时：
第28章 集成电路布图设计权 《知识产权法》PPT课件
28.2.3集成电路布图设计权的期限和撤销
• 集成电路布图设计权的期限 • 集成电路布图设计权的撤销 • 布图设计获准登记后，国务院知识产权行政部门
发现该登记不符合规定的，由专利复审委员会予 以撤销，通知布图设计权利人，并予以公告。这 些情形主要包括
– 不属于集成电路或者集成电路布图设计 – 不具备权利主体资格 – 不具有独创性 – 该布图设计自创作完成之日起已满15年 – 该布图设计自其在世界任何地方首次商业利用之日起2
28.3.2集成电路布图设计权的保护
• 国际保护 • 我国集成电路布图设计保护概况 • 侵权行为及救济措施
• 集成电路（Integrated Circuits）英文简称IC ，也有人习 惯将之称为芯片。它是以半导体材料为基片，将至少有一 个是有源元件的两个以上元件和部分或者全部互连线路集 成在基片之中或者基片之上，以执行某种电子功能的中间 产品或者最终产品
• 集成电路作为一种综合性技术成果，它包括布图设计和工 艺技术
• 集成电路布图设计产品，指的是集成电路生产过程中的布 图设计这一中间产品
• 现在的集成电路产品，由于工艺水平的提高，集成度越来 越高，其体积和外形越来越小，基本表现在不断地提高集 成度、节约材料、降低能耗上
28.1.2集成电路布图设计权的概念和特征
• 在知识产权领域，集成电路布图设计权是一种新 类型权利
第28章 集成电路布图设计权
• 28.1集成电路布图设计权概述 • 28.2集成电路布图设计权的取得和撤销 • 28.3集成电路布图设计权的限制和保护
28.1集成电路布图设计权概述
• 28.1.1集成电路布图设计的概念和特征 • 28.1.2集成电路布图设计权的概念和特征
28.1.1集成电路布图设计的概念和特征
集成电路布图设计
电路设计
根据规格书，进行电路设计和仿真，验证电路功 能的正确性和性能的可靠性。
版图绘制
将电路设计转换为集成电路版图，这一过程需要遵 循相关制程规范和工艺要求。
物理验证
对版图进行物理验证，检查版图中是否存在设计 错误或疏漏。
可靠性测试
对集成电路进行可靠性测试，确保其在正常工作条件下 能够稳定运行。
集成电路的制造工艺
发展趋势
随着摩尔定律的延续，数字集成电路布图设 计正朝着更小尺寸、更高集成度的方向发展 。同时，随着人工智能和机器学习技术的应 用，数字集成电路布图设计也正朝着自动化
和智能化的方向发展。
模拟集成电路布图设计
设计流程
模拟集成电路布图设计通常包括电路设计、版图设计和参数提取等步骤。在电路设计阶段，设计师根 据性能需求，使用模拟电路设计软件进行电路设计和优化。版图设计是将电路设计转换为可以在硅片 上制造的物理版图。参数提取则是将电路模型转换为可制造的参数。
保护知识产权
集成电路布图设计是受法 律保护的知识产权，保护 布图设计有助于维护企业 的合法权益。
集成电路布图设计的历史与发展
早期阶段
集成电路布图设计起源于20世纪60年代，早期的布图设计主要依靠手工绘制和简单的自 动化工具。
快速发展阶段
随着计算机技术的进步，集成电路布图设计进入快速发展阶段，出现了专业的EDA（电子设 计自动化）软件。
高级阶段
目前集成电路布图设计已经进入高级阶段，设计复杂度不断提高，需要借助高性能计算机 和专业的EDA软件进行设计。未来发展方向包括人工智能、云计算等技术在集成电路布图 设计中的应用。
02
集成电路布图设计的基本原理
集成电路的基本结构
集成电路是将多个电子元件集成在一块衬底上，实现一定的电路或系统功能。这 些电子元件通常包括晶体管、电阻、电容、电感等，通过金属导线和特殊介质相 互连接。
根据规格书，进行电路设计和仿真，验证电路功 能的正确性和性能的可靠性。
版图绘制
将电路设计转换为集成电路版图，这一过程需要遵 循相关制程规范和工艺要求。
物理验证
对版图进行物理验证，检查版图中是否存在设计 错误或疏漏。
可靠性测试
对集成电路进行可靠性测试，确保其在正常工作条件下 能够稳定运行。
集成电路的制造工艺
发展趋势
随着摩尔定律的延续，数字集成电路布图设 计正朝着更小尺寸、更高集成度的方向发展 。同时，随着人工智能和机器学习技术的应 用，数字集成电路布图设计也正朝着自动化
和智能化的方向发展。
模拟集成电路布图设计
设计流程
模拟集成电路布图设计通常包括电路设计、版图设计和参数提取等步骤。在电路设计阶段，设计师根 据性能需求，使用模拟电路设计软件进行电路设计和优化。版图设计是将电路设计转换为可以在硅片 上制造的物理版图。参数提取则是将电路模型转换为可制造的参数。
保护知识产权
集成电路布图设计是受法 律保护的知识产权，保护 布图设计有助于维护企业 的合法权益。
集成电路布图设计的历史与发展
早期阶段
集成电路布图设计起源于20世纪60年代，早期的布图设计主要依靠手工绘制和简单的自 动化工具。
快速发展阶段
随着计算机技术的进步，集成电路布图设计进入快速发展阶段，出现了专业的EDA（电子设 计自动化）软件。
高级阶段
目前集成电路布图设计已经进入高级阶段，设计复杂度不断提高，需要借助高性能计算机 和专业的EDA软件进行设计。未来发展方向包括人工智能、云计算等技术在集成电路布图 设计中的应用。
02
集成电路布图设计的基本原理
集成电路的基本结构
集成电路是将多个电子元件集成在一块衬底上，实现一定的电路或系统功能。这 些电子元件通常包括晶体管、电阻、电容、电感等，通过金属导线和特殊介质相 互连接。