IC版图设计基础
IC版图设计课程
目录第1章绪论 (1)1.1版图设计基础知识 (1)1.1.1 版图设计方法 (1)1.1.2 版图设计规则 (1)1.2标准单元版图设计 (2)第2章：D触发器介绍 (6)2.1 D触发器简介 (6)2.2维持阻塞式边沿D触发器 (6)2.3真单相时钟（TSPC）动态D触发器 (7)第3章 0.35um工艺基于TSPC原理的D触发器设计 (9)3.1电路原理图设计 (9)3.2 创建 D触发器版图 (10)3.3设计规则的验证及结果 (11)第4章课程设计总结 (13)参考文献 (14)第1章绪论1.1版图设计基础知识集成电路从60年代开始，经历了小规模集成,中规模集成，大规模集成，到目前的超大规模集成。
单个芯片上已经可以制作含几百万个晶体管的一个完整的数字系统或数模混合的电子系统。
在整个设计过程中，版图（layout）设计或者称作物理设计（physical design）是其中重要的一环。
他是把每个原件的电路表示转换成集合表示，同时，元件间连接的线网也被转换成几何连线图形。
对于复杂的版图设计，一般把版图设计分成若干个子步骤进行：划分为了将处理问题的规模缩小，通常把整个电路划分成若干个模块。
版图规划和布局是为了每个模块和整个芯片选择一个好的布图方案。
布线完成模块间的互连，并进一步优化布线结果。
压缩是布线完成后的优化处理过程，他试图进一步减小芯片的面积。
1.1.1 版图设计方法可以从不同角度对版图设计方法进行分类。
如果按设计自动化程度来分，可将版图设计方法分成手工设计和自动设计2大类。
如果按照对布局布线位置的限制和布局模块的限制来分，则可把设计方法分成全定制（fullcustom）和半定制(semicustom)2大类。
而对于全定制设计模式，目前有3种CAD工具服务于他：几何图形的交互图形编辑、符号法和积木块自动布图。
对于两极运算放大器版图设计的例子，采用的是Tanner公司的LEdit软件。
这是一种广泛使用在微机上的交互图形编辑器。
《IC单元版图设计》课件
IC单元版图设计的未来展望
发展趋势展望
IC单元版图设计将更加注重功耗 和性能的平衡，实现更高效、可 靠的集成电路。
未来方向
未来的IC单元版图设计将更加注 重深度学习和人工智能技术的应 用，推动集成电路的创新。
研究热点
当前的研究热点包括低功耗设计、 器件集成和整合等，为IC单元版 图设计带来更多机遇和挑战。
《IC单元版图设计》PPT 课件
IC单元版图设计是集成电路设计中的重要环节，本课程将介绍IC单元版图设计 的基本概念、流程、工具、注意事项以及未来展望。
什么是IC单元版图设计？
IC单元版图设计是集成电路设计中的一项关键技术，旨在实现IC单元的物理布 局和连接，确保电路的正常工作。
IC单元版图设计的应用广泛，涵盖了从处理器到传感器等多个领域，对于电 子设备的性能和稳定性起着至关重要的作用。
IC单元版图设计流程
1
流程概述
IC单元版图设计包括物理设计准备、版图规划、电路布局、连线布局、设计规则 验证等阶段。
2
数字IC单元版图设计
数字IC单元版图设计流程包括逻辑综合、时序优化、布局布线、电器规则检查等 步骤。Байду номын сангаас
3
模拟IC单元版图设计
模拟IC单元版图设计流程包括电路拓扑设计、布局优化、电压栅极等步骤。
本次IC单元版图设计PPT课件的大纲
本次课程涵盖了IC单元版图设计的基本概念、流程、工具、注意事项以及未来展望。 希望通过本课程的学习，能够加深对IC单元版图设计的理解，并为未来的集成电路设计提供参考和启示。 谢谢观看！
Mentor Graphics Calibre 基础操作教程
提供了Mentor Graphics Calibre的基础操作教程，包 括设计规则的设置和验证等。
集成电路工艺基础及版图设计
氧化环境中使硅表面发生氧化, 生成SiO2 薄膜。
滤气 球 O2
流量 控制
二通
温度 控制
硅片 氧化 炉
石英 管 温度 控制
图2 - 1 热氧化示意图
❖
根据氧化环境的不同， 又可把热
氧化分为干氧法和湿氧法两种。 如果氧
化环境是纯氧气， 这种生成SiO2薄膜的 方法就称为干氧法。 干氧法生成SiO2薄 膜的机理是： 氧气与硅表面的硅原子在
（2 -4）
SiH4+2O2→SiO2↓+2H2O
❖ 2.2.2 掺杂工艺
❖
集成电路生产过程中要对半导体
基片的一定区域掺入一定浓度的杂质元
素， 形成不同类型的半导体层， 来制作
各种器件， 这就是掺杂工艺。 由此可见，
掺杂工艺也是一种非常重要的基础工艺。
掺杂工艺主要有两种： 扩散工艺和离子
注入工艺。
间测试之前的所有工序。 前工序结束时，
半导体器件的核心部分——管芯就形成了。
前工序中包括以下三类工艺：
❖
（1） 薄膜制备工艺： 包括氧化、工艺： 包括离子注入和
扩散。
❖
（3） 图形加工技术： 包括制版和
❖
2) 后工序
❖
后工序包括从中间测试开始到器
❖
1. 扩散工艺
❖
物质的微粒总是时刻不停地处于
❖
扩散的机理有两种： 替位扩散和
填隙扩散。 在高温的情况下， 单晶固体
中的晶格原子围绕其平衡位置振动， 偶
然也可能会获得足够的能量离开原来的
位置而形成填隙原子， 原来的位置就形
成空位, 而邻近的杂质原子向空位迁移，
这就是杂质的替位扩散方式。 杂质原子
集成电路版图设计基础第二章：基本IC单元版图设计
电流 10 1 2 3 4 5 80 6 7 8
school of phye
basics of ic layout design
3
基本IC单元版图设计 – 电阻
方块/薄层电阻： - 设计/工艺/规则手册： 薄层电阻（率）ρ - 对于薄层电阻，同一种材料层，不同制造商的数值会有所不同，其中 一个可能的原因是厚度的不同。 - 用“四探针测试”法探测每方欧姆数值（R=V/I）。 - ic中典型的电阻值： poly栅： 2~3欧姆/方 metal层： 20~100m欧姆/方 diffusion： 2~200欧姆/方 - 工艺中的任何材料都可以做电阻。 常用的材料有poly和diffusion。 常用电阻器阻值范围： 10~50 欧姆 100~2k 欧姆 2k~100k 欧姆 - 电阻值计算公式： R = （L/W）* ρ
3
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高阻值电阻的狗骨结构
方块数=5+2个拐角=6方
school of phye basics of ic layout design 13
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基本IC单元版图设计 – 电阻
设计的重要依据: 电流密度 - 对于选择电阻的宽度，电流密度是重要的。 如果需要通过电阻大量的电流，你会使用一个大的、粗的线。 - 电流密度是材料中能够可靠流过的电流量。 工艺手册中有关于某些特定材料电流密度的介绍，工艺中任何能够被 用于传导电流的材料都有一个对应的电流密度，制造商的这些数据是 根据薄层厚度来确定的。 典型的电流密度大约是“每微米宽度0.5mA”。和宽度有关是因为设计 得越宽，能够通过的电流越多。 - 有时，在工艺手册中会告知“熔断电流”大小，就是在一定的时间内 毁 坏电阻所需的电流大小。 Imax = D * W Imax：最大允许可靠流过的电流mA D： 材料的电流密度 mA/um W： 材料的宽度 um
IC版图设计1讲解学习
IC版图设计1
材料与能源学院微电子材料与工程系
Fundamentals of IC Analysis and Design (4)
➢ 设计规则(design rule)
由于器件的物理特性和工艺的限制，芯片上物理层的尺 寸和版图的设计必须遵守特定的规则。
以上两点要求均反映在版图的几何设计规则文件中。
材料与能源学院微电子材料与工程系
Fundamentals of IC Analysis and Design (4)
(3)定义设计人员设计时所用的电参数的范围。 通常，这些电参数中包括晶体管增益、开启电压、
电容和电阻的数值，均反映在版图的电学设计规则文件 中。
这些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。 设计规则是版图设计和工艺之间的接口。
➢ 厂家提供的设计规则
设计者只能根据厂家提供的设计规则进行版图设计。 严格遵守设计规则可以极大地避免由于短路、断路造成
的电路失效和容差以及寄生效应引起的性能劣化。
一般来讲，设计规则反映了性能和成品率之间可能的最 好的折衷。
规则越保守，能工作的电路就越多(即成品率越高)。 规则越富有进取性，则电路性能改进的可能性也越大，
这种改进可能是以牺牲成品率为代价的。
材料与能源学院微电子材料与工程系
Fundamentals of IC Analysis and Design (4)
➢ N阱设计规则示意图
材料与能源学院微电子材料与工程系
Fundamentals of IC Analysis and Design (4)
芯片版图设计
芯片版图设计芯片版图设计是芯片设计的核心环节，它是将芯片电路设计文件转化为实际可以被制造的芯片版图的过程。
芯片版图设计涉及到电路布局、布线规则、功耗和信号完整性等方面，对芯片性能和可靠性有重要影响。
本文将介绍芯片版图设计的主要内容和流程。
芯片版图设计的主要内容包括电路网表、物理布局、电路布局、布线规则和接口电路设计等。
电路网表是芯片设计的基础，它描述了芯片中各个元件之间的互连关系。
物理布局是将电路网表中的元件在芯片上的具体物理位置确定下来，它考虑了元件之间的相对位置和布局约束。
电路布局是在物理布局的基础上对各个元件的电路连接进行布局，它考虑了信号的传输和电路的功耗。
布线规则是指芯片上各个元件之间的电路布线时需要满足的约束条件，它包括布线层次、电源与地的布线和电路阻抗的控制等。
接口电路设计是指芯片与外部系统之间的数据传输和信号处理的设计，它包括输入输出接口、时钟和复位电路的设计。
芯片版图设计的流程一般包括以下几个步骤。
首先是电路网表的生成，可以通过芯片设计软件自动生成，也可以手动编辑。
然后是物理布局的确定，根据芯片的规格和性能目标，确定各个元件的布局和位置。
接着是电路布局的设计，包括电路连接的布局和信号线的长度控制。
布线规则的制定是在芯片布局的基础上进行的，根据芯片的制造工艺和布线层次的限制，确定布线规则的相关参数。
接口电路的设计是芯片版图设计的最后一个环节，通过设计输入输出接口、时钟和复位电路等，确保芯片与外部系统的正常通信和工作。
芯片版图设计需要充分考虑芯片规格和性能要求，同时也要考虑制造工艺和布线层次的限制。
在设计过程中，需要进行电路模拟和仿真，确保电路的正确性和可靠性。
此外，布局和布线的优化也是芯片版图设计的关键，可以通过布线层次的合理划分、电源和地的布局和导引线的优化等手段，提高芯片的性能和可靠性。
综上所述，芯片版图设计是芯片设计中不可或缺的环节，它直接影响芯片的性能和可靠性。
芯片版图设计的内容包括电路网表、物理布局、电路布局、布线规则和接口电路设计等。
IC模拟版图设计
1. 必要文件 2. 设计规则 DRC文件 4. LVS文件
整理ppt
39
第三部分：版图的准备
1. 必要文件
✓ PDK
✓ *.tf ✓ display.drf
✓ DRC ✓ LVS ✓ cds.lib ✓ .cdsenv ✓ .cdsinit
整理ppt
40
版图设计基础——设计规则
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。
第一部分：了解版图
3. 版图的工具：
– Cadence
✓ Virtuoso ✓ Dracula ✓ Assura ✓ Diva
MOS管剖面图
第二部分：版图设计基础
2.1 器件
2.1.1 MOS管
NMOS工艺层立体图
整理ppt
NMOS版图
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第二部分：版图设计基础
2.1 器件
2.1.1 MOS管 1) NMOS管
✓ 以TSMC，CMOS，N单阱工艺 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：
2) 选择用命令界面运 行LVS，定义查看 LVS报告文件及LVS 报错个数。
第三部分：版图的准备
定义金 属层数
关闭ERC 检查
用命令跑 LVS的方式
LVS COMPARE CASE NAMES
SOURCE CASE YES LAYOUT CASE YES
4. LVS文件
第三部分：版图的准备
4.4 layer mapping:
第3章 集成电路版图设计基础
国际微电子中心
第三章 集成电路版图设计基础
集成电路版图就是在一定的工艺条件 下，依据相关的设计规则，按照集成电路 依据相关的设计规则， 功能和性能要求， 功能和性能要求，设计出包含电路中每个 器件的图形结构、尺寸， 器件的图形结构、尺寸，以及器件相互间 的位置、 的位置、连接等物理信息的一套多层次的 几何图形。 几何图形。
2012-5-16
韩 良
8
(5) 几 何 设 计 规 则 图 示
J
2012-5-16
PO
6-S 3-S2
H
N+/P+
A N+
4-E
3-S2
(OD) P+
E I P+
5-W 7-S2 4-S3 5-E
4-E
DC
C
C
N-Well
D2
5-E
4-S1
PO PO
4-S3
PO
D2
7-S2
B
4-W 6-W 6-S
2012-5-16 韩 良 10
集成电路设计原理
国际微电子中心
3.1.4 其它限定 其它限定
•各层金属线单位条宽允许通过最大电流的限制 各层金属线单位条宽允许通过最大电流的限制 •各层金属及多晶最小的芯片覆盖率 各层金属及多晶最小的芯片覆盖率 •dummy（虚拟）图形的约定 （虚拟） •单位面积硅片上允许最大功耗的限制 单位面积硅片上允许最大功耗的限制 •压焊点距芯片内部图形的最小距离的限制 压焊点距芯片内部图形的最小距离的限制 •N阱（P型衬底）与电源（地）的欧姆接触密度 阱 型衬底） 型衬底 与电源（ •对准标志、划片间距、芯片边缘等特定单元要求。 对准标志、划片间距、芯片边缘等特定单元要求。 对准标志
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2016年3月7日IC版图设计基础课后作业
孙一川2013141223053 我在自己的电脑上安装了虚拟机，从实验室把红帽Linux IC拷回来在寝室完成这一个课堂作业。
前面运行Linux创建file等日常步骤就不一一累述。
直接进入正题。
首先看了PDF过后，知道最终目的是完成一个nmos，根据PDF上提供尺寸，先要计算出ndiff的长宽，由于是对称结构，所以长度可以计算一边的在乘二就行，一边的长度是contact的长度加上两个它到niff的距离的是
0.6u+0.9u+0.9u=2.4u，总长度便是4.8u。
宽度是device width告诉了是
3.6u。
先按照这个尺寸画出标尺。
Linux系统必须要做完一部就要按esc来清
除掉之前的功能在去进行接下来的操作，所以要先按esc清除掉标尺操作在按rectangle选中diff-drw依照着之前画好的标尺来画出ndiff。
如图：
接下来我们要花poly，这不分要用到path，path有自动适应标尺的功
能，一句PDF给出的poly的场是0.6u宽是4.8u。
所以先依照着的poly的宽
画出标尺，在按esc后选中poly-drw，按快捷键p，从上往下拉，与之前不同
的是，这次画的是线，双击后会适应你的标尺来生成poly。
如图：
接下来是要在ndiff上画出metal，这一部分可以看做将ndiff和poly这个左右对承德结构从中间分开，它离ndiff每条边的距离都是0.5u，所以他是一个长为1.4u宽为2.6u的矩形。
所以画好标尺过后这一部分很容易就画出来了。
如图：
画金属上的contact与画金属有异曲同工之处，因为contact到金属三条边的距离都是0.4u，contact本身是一个边长为0.6u的正方形。
有了上图所示画好的标尺这一部分就非常好画了。
最后如图所示：
然后按shift+k清除掉所有标尺就是最后的结果，之前忘了说，在前面shift+看这个快捷键消除标尺我已经用过好几次了。
最后完工的图片：。