关于集成电路版图设计中失配问题的分析
集成电路设计3-版图设计
版图设计的重要性
1
版图设计是集成电路制造过程中的关键环节，它 决定了集成电路的性能、功能和可靠性。
2
通过版图设计，可以将电路设计转化为实际制造 的物理结构，从而实现电路设计的目标。
3
版图设计的精度和质量直接影响到集成电路的性 能和制造良率，因此需要高度的专业知识和技能。
在芯片内部加入自测试模块，实现自动测试和 故障诊断。
可测性增强
通过增加测试访问端口和测试控制逻辑，提高芯片的可测性。
05
集成电路版图设计的挑 战与解决方案
设计复杂度挑战
总结词
随着集成电路规模不断增大，设计复杂 度呈指数级增长，对设计效率提出巨大 挑战。
VS
详细描述
随着半导体工艺的不断进步，集成电路设 计的规模越来越大，晶体管数量成倍增加 ，导致设计复杂度急剧上升。这不仅增加 了设计时间和成本，还对设计精度和可靠 性提出了更高的要求。
03
还需要考虑存储器的功耗和散热问题，以确保在各种应用场景下的稳 定运行。
04
高密度存储器版图设计需要具备高容量、高速、低功耗和高可靠性等 特点，以满足大数据、云计算等领域的需求。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
04
还需要考虑散热设计，以确保在高负载情况下CPU的 稳定运行。
案例二：低功耗MCU版图设计
低功耗MCU版图设计需要重点 关注功耗优化，采用低功耗工 艺和电路技术，如CMOS工艺
、低功耗逻辑门等。
还需要考虑低电压供电和电源 管理设计，以确保MCU在各种 应用场景下的稳定运行。
设计过程中需要优化芯片内部 结构和电路布局，降低芯片的
Layout（集成电路版图）注意事项及技巧总结材料
Layout（集成电路版图）注意事项及技巧总结材料Layout主要工作注意事项●画之前的准备工作●与电路设计者的沟通●Layout 的金属线尤其是电源线、地线●保护环●衬底噪声●管子的匹配精度一、l ayout 之前的准备工作1、先估算芯片面积先分别计算各个电路模块的面积，然后再加上模块之间走线以及端口引出等的面积，即得到芯片总的面积。
2、Top-Down 设计流程先根据电路规模对版图进行整体布局，整体布局包括：主要单元的大小形状以及位置安排；电源和地线的布局；输入输出引脚的放置等；统计整个芯片的引脚个数，包括测试点也要确定好，严格确定每个模块的引脚属性，位置。
3、模块的方向应该与信号的流向一致每个模块一定按照确定好的引脚位置引出之间的连线4、保证主信号通道简单流畅，连线尽量短，少拐弯等。
5、不同模块的电源，地线分开，以防干扰，电源线的寄生电阻尽可能较小，避免各模块的电源电压不一致。
6、尽可能把电容电阻和大管子放在侧旁，利于提高电路的抗干扰能力。
二、与电路设计者的沟通搞清楚电路的结构和工作原理明确电路设计中对版图有特殊要求的地方包含内容：（1）确保金属线的宽度和引线孔的数目能够满足要求（各通路在典型情况和最坏情况的大小）尤其是电源线盒地线。
（2）差分对管，有源负载，电流镜，电容阵列等要求匹配良好的子模块。
（3）电路中MOS管，电阻电容对精度的要求。
（4）易受干扰的电压传输线，高频信号传输线。
三、layout 的金属线尤其是电源线，地线1、根据电路在最坏情况下的电流值来确定金属线的宽度以及接触孔的排列方式和数目，以避免电迁移。
电迁移效应：是指当传输电流过大时，电子碰撞金属原子，导致原子移位而使金属断线。
在接触孔周围，电流比较集中，电迁移更容易产生。
2、避免天线效应长金属（面积较大的金属）在刻蚀的时候，会吸引大量的电荷，这时如果该金属与管子栅相连，可能会在栅极形成高压，影响栅养化层质量，降低电路的可靠性和寿命。
第二讲集成电路版图设计规则
- 1.5mA 最大电流密度
/um
-
- 禁止并行金属线90度拐角，用135
度拐角代替
a
c.2
b
c.1 c.2
设计规则 via
定义为两层金属之 间的连接孔
符号 尺寸
含义
12.a .7*.7 过孔最小面积
12.b 0.8 过孔间距
12.d~f - 接触孔、poly-poly电容和栅 上不能打过孔
12.g 0.4 金属1对过孔的最小覆盖
6.d 6.e 6.f 6.g
尺寸 1.2 1.0 0.5 3.2 1.5 0.8 -
含义 poly2做电容时的最小宽度 poly2做电容时的最小间距 Poly2与有源区的最小间距 做关键电容时的间距 电容底板对顶板的最小覆盖 电容Poly2对接触孔最小覆盖 Poly2不能在有源区上 Poly2不能跨过poly1边沿
– 上华0.6um DPDM CMOS工艺拓扑设计规则 – 设计规则的运用
• 版图设计准则(‘Rule’ for performance)
– 匹配 – 抗干扰 – 寄生的优化 – 可靠性
引言
• 芯片加工：从版图到裸片
制
加
版
工
是一种多层平面“印刷”和 叠加过程，但中间是否会 带来误差？
引言
一个版图的例子：
习）
VDD
15k
OUT IN 80/0.8
又试问NMOS晶体管的漏极面积和周长是多 少？
设计规则的运用
• TASK3：设计一个简单开关电容电路 （练习）
f1 IN
30/0.6 X
f2 OUT
60/0.6 2pF 6/0.6 12/0.6
又试问X点的寄生电容如何计算？
第一章 集成电路工艺与版图设计
P+、N+有源区相关的
设计规则列表
编 号 2.1
描 述 P+、N+有 源区宽度 P+、N+有 源区间距
尺 寸 3.5
目的与作用 保证器件尺寸， 减少窄沟道效应
2.2
3.5
减少寄生效应
P+、N+有源区设计
规则示意图
Poly相关的设计规则列表
编 号 3.1 描 述 尺 寸 3.0 目的与作用 保证多晶硅线的必要电导
版图的布局与布线
布局就是将组成集成电路的各部分合理地布置在芯片上。 布线就是按电路图给出的连接关系，在版图上布置元器
布线规则
件之间、各部分之间的连接。
由于这些连线也要有一定的面积，所以在布局时就要留
下必要的布线通道。
布线规则 1. 电源线和地线应尽可能地避免用扩散区和多晶硅走线，
多晶硅最小宽 度
3.2
3.3
多晶硅间距
与有源区最小 外间距
2.0
1.0
防止多晶硅联条
保证沟道区尺寸
3.4
3.5
多晶硅伸出有 源区
与有源区最小 内间距
1.5
3.0
保证栅长及源、漏区的截断
保证电流在整个栅宽范围内 均匀流动
Poly相关设计规则示意图
Contact相关的设计规则列表
编 号 4.1 描 述 尺 寸 目的与作用 保证与布线的良好接触
NWELL层相关的设计规则
编 号 描 述 尺寸(um) 目的与作用
1.1
N阱最小宽度
10.0
保证光刻精度和器件尺寸
1.2
N阱最小间距
10.0
防止不同电位阱间干扰 保证N阱四周的场注N区环的尺 寸 减少闩锁效应
集成电路版图设计
《集成电路版图设计》学院：_____________ 专业班级：_____________ 学号：_____________ 学生姓名：_____________ 指导教师：_____________摘要什么是集成电路？把组成电路的元件、器件以及相互间的连线放在单个芯片上，整个电路就在这个芯片上，把这个芯片放到管壳中进行封装，电路与外部的连接靠引脚完成。
什么是集成电路设计？根据电路功能和性能的要求，在正确选择系统配置、电路形式、器件结构、工艺方案和设计规则的情况下，尽量减小芯片面积，降低设计成本，缩短设计周期，以保证全局优化，设计出满足要求的集成电路。
《集成电路版图设计》基于Cadence软件的集成电路版图设计原理、编辑和验证的方法。
本次实验是基于Cadence版图设计软件平台，采用L50C7工艺库，设计一个运算放大器，并且，为了防止电路中各元件间产生闩锁效应，在实际生产流片中每个元件都应该添加保护环，以防止各元件间电流之间产生各种影响。
并且增加电路的稳定性和可靠性。
电路的验证采用的是Calibre验证工具，对电路版图进行了DRC验证和LVS验证。
关键词：Calibre，运算放大器目录一、电路设计流程 (1)二、版图的制作流程 (2)三、二级运算放大器的原理图 (3)四、器件尺寸的计算 (4)五、二级运算放大器原理图 (5)六、二级运算放大器版图 (9)心得体会 (11)参考文献 (12)一、电路设计流程设计规范行为级描述RTL描述（HDL）功能验证与测试逻辑组合门级网表逻辑验证与测试布局布线画物理版图版图验证生产设计规范是为了确定电路要应用的工艺，和所需要的指标。
这些指标包括：电源电压、功耗、增益、带宽、失真、噪声、输入输出动态范围、电路面积等。
行为级描述是实现系统功能所必须的编辑。
然后实行RTL描述，功能验证和测试，进行对错误的排除，再设计逻辑组合和门级网表，验证这些组合和网表是否正确，所有都正确了后进行布局布线，画出版图，再验证版图的准确性，就可以进行流片生产。
版图重点总结
第一章基本概念(1) ☆☆集成电路：Integrated Circuit ，缩写ICIC是通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容、电感等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能的一种器件。
(2)特征尺寸定义为器件中最小线条宽度(对MOS器件而言，通常指器件栅电极所决定的沟道几何长度)，也可定义为最小线条宽度与线条间距之和的一半。
(3)就设计方法而言，设计集成电路的方法可以分为三种方式：全定制（Full-Custom Design Approach）半定制（Semi-Custom Design Approach）（标准单元、积木块、门阵列、门海）可编程IC （PLD：Programmable Logic Device）（PROM 、GAL 、PLA、PAL、PLD 、FPGA ）（4）☆☆积木块法(BB)与标准单元法（sc）不同之处是：第一，它既不要求每个单元（或称积木块）等高，也不要求等宽。
每个单元可根据最合理的情况单独进行版图设计，因而可获得最佳性能。
设计好的单元存入库中备调用。
第二，它没有统一的布线通道，而是根据需要加以分配。
（5）☆☆门阵列方法与门海方法的比较门阵列方法的设计特点：设计周期短，设计成本低，适合设计适当规模、中等性能、要求设计时间短、数量相对较少的电路。
不足：设计灵活性较低；门利用率低；芯片面积浪费。
门海方法的设计特点：门利用率高，集成密度大，布线灵活，保证布线布通率。
不足：仍有布线通道，增加通道是单元高度的整数倍，布线通道下的晶体管不可用。
（6）集成电路设计：根据电路功能和性能要求，在正确选择系统配置、电路形式、器件结构、工艺方案和设计规则的情况下，尽量减小芯片面积，降低设计成本，缩短设计周期以保证全局优化，设计出满足需求的集成电路。
其最终的输出结果是掩膜版图，通过制版和工艺流片可以得到所需的集成电路。
集成电路中的比特误差率分析与优化
集成电路中的比特误差率分析与优化随着科技的不断进步，集成电路在现代社会中扮演着至关重要的角色。
而在集成电路设计与制造过程中，比特误差率是一个不可忽视的问题。
本文将深入探讨集成电路中的比特误差率分析与优化的相关内容。
一、比特误差率的定义与影响因素比特误差率，简称BER（Bit Error Rate），是指在数字通信中，接收端误判或误检的比特数量与总传输比特数量之比。
它是衡量数字通信系统性能的重要指标，直接影响着数据传输的可靠性。
比特误差率受到多种因素的影响，其中包括信道噪声、时钟偏移、码间干扰、多径效应等。
信道噪声是指在信号传输过程中产生的噪声，会引起接收端对信号的误判。
时钟偏移是指发送端和接收端的时钟频率存在差异，导致接收端无法准确判定信号的边界。
码间干扰是指相邻码元之间的干扰，会导致接收端对信号的误判。
多径效应是指信号在传输过程中经历多个路径，导致接收端接收到多个时延不同的信号，进而引起误判。
二、比特误差率分析方法为了准确评估集成电路中的比特误差率，需要采用合适的分析方法。
常用的比特误差率分析方法包括理论分析、仿真分析和实测分析。
理论分析是通过数学模型分析比特误差率，可以得到较为准确的结果。
但是，理论分析需要对信道模型、噪声模型等进行假设，有一定的局限性。
仿真分析是通过建立数字通信系统的仿真模型，通过模拟信号传输过程来评估比特误差率。
仿真分析可以更加真实地模拟实际情况，但是需要消耗大量的计算资源和时间。
实测分析是通过实际测试集成电路的性能来评估比特误差率。
实测分析可以直接反映集成电路的性能，但是测试过程中可能会受到环境干扰等因素的影响，需要谨慎处理。
三、比特误差率优化方法为了降低集成电路中的比特误差率，可以采取一系列的优化方法。
以下是几种常见的优化方法：1. 信号调制与解调技术优化：选择合适的调制与解调技术，可以提高信号的抗噪声性能，降低比特误差率。
2. 信道编码与解码技术优化：采用合适的信道编码与解码技术，可以增加冗余信息，提高抗干扰能力，从而降低比特误差率。
版图设计与验证知识点
版图设计与验证知识点版图设计是集成电路设计中至关重要的一环，它涉及到电路的物理布局、电气连线以及验证等多个方面。
本文将介绍版图设计与验证的核心知识点，包括版图设计的基本原理、验证技术和常见问题解决方法。
一、版图设计的基本原理1. 版图设计概述版图设计是将逻辑设计所得到的电路结构和电气连线转化为实际可制造的物理布局的过程。
它涉及到器件的放置、连线的规划以及信号和电源的引入等内容。
版图设计的目标是满足电路性能要求，并优化面积、功耗和可靠性等指标。
2. 版图设计流程版图设计流程包括电路结构分解、布局规划、连线布线以及电气规则检查等步骤。
在进行版图设计时，需要考虑电路的特性、器件的模型和引脚定义、工艺限制以及可靠性要求等因素，以确保设计的正确性和可生产性。
3. 器件放置与布局器件的放置和布局是版图设计的关键步骤之一。
在进行器件放置时，需要考虑信号传输的延迟、功耗和电磁兼容等因素。
同时，还需要遵循电路结构分解的原则，将电路划分为功能块，并将其放置在合适的位置，以满足设计要求。
4. 连线布线与电源引入连线布线是版图设计的核心内容之一，它决定了电路信号的传输质量。
在进行连线布线时，需要考虑信号的延迟、功耗和敏感度等因素，并采用适当的布线规则和技术来保证电路的性能。
此外，还需要引入电源并进行电源线的布局，以确保电路的稳定性和可靠性。
二、验证技术与方法1. 版图验证概述版图验证是在版图设计完成后，对设计结果进行检查和验证的过程。
它包括电气规则检查、物理设计规则检查、仿真验证和设计规模评估等步骤。
版图验证的目标是发现和修复设计中的错误，并确保设计的正确性和可制造性。
2. 电气规则检查电气规则检查是对电路连接性、电气参数和器件模型等进行验证的过程。
它可以帮助设计师发现并纠正电气连接错误、功耗过高、电压偏差和敏感度等问题。
通过使用专业的电路仿真工具，可以对电路进行全面的电气特性分析和验证。
3. 物理设计规则检查物理设计规则检查是对版图设计的布局、连线和器件布置等方面进行验证的过程。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
关于集成电路版图设计中失配问题的分
析
摘要：版图设计是集成电路设计工作中的主要内容，对电路的整体性能有着直接的影响。
版图设计是将抽象的逻辑电路转为物理图形的过程，是电路设计阶段中的最后环节。
随着半导体工艺的进一步发展，工艺尺寸越来越小，集成电路版图设计中的匹配问题越来越需要更多的关注。
本文针对版图设计中的失配问题进行深入分析，并提出了相应的版图匹配对策及优化方法，一定程度上减少在版
图设计中出现失配问题的现象。
关键词：集成电路；版图设计；失配问题
在实际的版图设计工作中，多数位置需要器件具有良好的对称性。
而失配问题主要是指不匹配的含义，集成电路的精准度与实用性能普遍由器件匹配的精准程度所决定，如果在运行中出现失配的情况，会导致电路的性能逐渐下降。
现代CMOS工艺愈加复杂，在提升工作速度的同时，要求工作电压越来越低。
虽然缩小器件的整体尺寸可以节约芯片的面积，有效的减少部分能耗的损失，提升本征速度，但是引入的不同模块间存在相互干扰的问题，导致版图设计无法达到预期的目标，严重的限制了系统的正常运行及精准度，因此，在集成电路工艺尺寸不断缩小的情况下，想要使集成电路性能更强，要尽可能消除失配情况。
本文主要分析集成电路版图设计中的相关失配问题。
1.
产生失配问题的原因分析
失配问题是指在集成电路中要进一步保证各个器件具有对称性。
如果在实际操作中出现失配的情况则会导致集成电路的精准度与主要性能不断下降。
集成电路版图设计中出现失配问题的主要原因在于两个方面:第一，没有正确地选择参数与尺寸相符的元件进而出现随机失配问题；第二，由于版图设计的相关技术不
合理所导致，对此进行分析可以发现主要原因有栅氧生长、漏源注入以及蚀刻等
工艺过程中几何收缩与扩大造成的差异。
器件的压力、温度等存在偏差，从而出
现失配问题。
受多晶硅刻蚀率的改变及扩散区的影响，均会造成失配现象的发生[1]。
工艺偏差的问题主要出现在硅片生产的过程中，在光刻过程中如果没有正确
地选择光刻胶与曝光方法，便会导致失配问题的出现。
1.
光刻胶的选择
光刻胶主要分为正光刻胶与负光刻胶，将两者进行比较可以发现正光刻胶的
精准度要高一些，负性胶在显影后图形会有涨缩的情况，但是如果腐蚀液为碱性，则不适合使用正性胶，所以在实际使用过程中必须要明确区分正光刻胶与负光刻
胶的特点，正确地选择光刻胶的正负性，以避免此环节引入的失配因素。
1.
曝光方式的选择
曝光方式主要分为阴影式曝光以及投影式曝光，阴影式曝光有掩膜与基片的
光胶层产生直接接触的接触式曝光，和掩膜与光胶层不发生直接接触的非接触式
曝光。
接触式曝光更加容易操作，且具有成本较低、分辨率高的优点，但由于属
于直接性接触，这种情况下极易堆积灰尘与杂质，对光胶层会造成不利的影响，
导致最终的合格率下降。
非接触式曝光可以有效的避免直接接触，但由于掩膜与
基片间存在一定的距离，会出现光的衍射反应，同样会导致分辨率下降。
投影式
曝光是一种新型的曝光方式，具有接触与非接触式曝光的优点，掩膜与基片不发
生直接接触，通过光学投影成像的原理，以投影的形式将掩膜的图像投射在基片上，进一步实现了图像的快速转移，由于投影式曝光不会出现色差问题，被各个
领域所广泛推广与应用。
其中电子束曝光技术是当前常用的投影式曝光技术，但
是由于光的衍射及抗蚀剂等其他因素的影响，使用过程中必须要合理地进行控制。
1.
加强集成电路版图设计匹配度的具体策略
1.
降低工艺梯度影响
为更好的消除工艺梯度的情况，需要利用中心对称的结构进行解决，一般情况下普遍利用中心对称结构，这种结构连接十分简单，可以避免受到横向梯度的影响，主要适用于面积较小的电路中。
在实际的生产过程中要采用分散性及紧凑性两种方法，分散性是让每一个器件均匀分布，紧凑性则是让整个版图布局设计的更紧凑，最佳布局方法是正方形的布局形式。
版图设计的匹配度同样依赖于科学的走线，对于响应速度要求相同的信号要求每一路走线所引入的寄生电容与电阻近似相等，对每一个有效信号造成的影响不能有过大或过小的差异，否则会对信号传输的速度带来不均衡的影响，造成电路工作过程中的失配问题。
参数匹配的两个电容或电阻间的连线同样会出现寄生因素，对电路设计的逻辑参数造成影响，进而导致失配问题的出现，因此版图设计时要充分考虑工艺条件，在物理层面保证寄生电容电阻在可控范围内，使其不影响电路的正常运行[2]。
1.
保证晶硅刻蚀率一致
在电流镜与差动扩大器同时使用的过程中，可以利用虚拟管装置在功能管的两端，并且使虚拟管与周围管子保持水平一致的状态，两端的模拟电阻长度可以根据情况进行适当的调整。
在有电流镜及差动扩大器的电路中，为保持与其他管路环境一致，且避免长度受到影响以及多晶硅栅发生刻蚀的现象，需要在有匹配要求的器件两端加入模拟管。
管电阻在使用过程中同样可以匹配虚拟管，但要确保摆放位置与原电阻始终相同，在长度方面可以进行适度的调整。
尤其是在模拟电路中，多支路比例电流镜及差动扩大器的设计要保持压力效应、热效应相同，使其在同一个环境中工作。
对于部分模拟电路而言，比如电流镜、多支路比例的电流镜等，在进行版图设计时，要求压力效应、体积效应及热效应对每一根管子的影响相同[3]。
1.
彻底消除寄生效应
彻底消除寄生效应在实际情况下是不可能的，只能是尽量消除，保证寄生不
会对电路性能造成影响。
由于工艺偏差且电流经过的区域均会产生寄生电阻，这
种情况下可以通过增加导线宽以及减少导线长度的方式减少寄生电阻的产生。
在
实际的工作中要避免减小导线宽度，两种不同的材料会产生寄生电容，因此要重
视金属与衬底的电容问题，主要解决的方法即在电路模块与元件上尽量不要走线，如有必要应该选择高层走线。
敏感信号间需要相互保持一定的距离，缩短长度但
不走元件。
在有长距离的走线时需要屏蔽重要信号，对于元件自身寄生效应的消
除可以采用多管并联的方法代替原有的晶体管。
与此同时，要加大力度消除天线
效应。
晶体表面在经过刻蚀后会产生电荷，导体在这种环境下暴露会严重损坏栅
介质的电荷，电荷由于大量聚集而引发天线效应。
面对这种问题一般利用跳线法
及添加天线元件的方式消除天线效应。
跳线法主要是指将现有天线效应的金属层
断开，并通过孔连接到其他层面中，最后回到当前的层面，跳线法在应用中要注
意严格控制布线层的不同变化与通孔的具体数量，以免引入不可控的寄生。
添加
天线元件是指在天线效应的金属层上连接反偏二极管，使其形成电荷的释放电路，让电荷与栅氧层不产生接触，更好的消除天线效应[4]。
结语：
综合分析，在集成电路版图设计的过程中，引发失配问题出现的原因有多种，想要更好的完成版图设计的每一项环节，作为相关的技术人员不仅要掌握专业的
版图设计工艺，更要熟悉版图设计的技巧与规则，对集成电路版图设计中存在的
问题进行深入的剖析与研究，采取针对性的解决对策进一步改善集成电路整体的
运行环境，提高对版图失配问题的重视程度，提升自身的设计水平及分析问题的
能力，最大程度的降低失配问题对版图整体设计的影响，以此来增强版图设计的
匹配度。
由此可见，只有尽可能地消除集成电路中的失配问题，才可以提升电路
性能，从而确保电路系统可以正常的运行。
参考文献：
[1]魏惠芳.集成电路版图设计中的失配问题研究[J].电子元器件与信息技术,2020,4(11):3-4,6.
[2]李畅,刘玲.集成电路版图设计中的失配问题研究[J].中国新通
信,2020,22(4):233.
[3]毕克娜,曲伟.谈集成电路版图设计中的失配问题[J].黑龙江生态工程职业学院学报,2019,32(2):41-42,45.
[4]蒋冰桃.集成电路版图设计中的失配问题研究[J].新一代信息技
术,2020,3(19):17-21.。