集成电路设计基础
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模拟集成电路版图设计基础
三、版图与线路图、工艺的关系
• 1、逻辑图（线路图）------版图-----工艺（流片，形成实物产品） • 2、版图决定于线路图，版图必须和线路图完全一一对应，
根据版图提出的线路图，必须完全实现需求的逻辑功能 • 3、版图受工艺的限制，要么按照特征尺寸画版图，
要么对应具体工艺的特征长度，给出每一种情况的具体数值 • 4、版图的两大任务：
4.相关设置
七、如何绘制版图
5.从原理图将器件导入版图 • 待前面基本设置完成之后便可从原理图将器件导入版图中 • 导入后版图中的器件排布位置和原理图中一致 • 有三种方法可以完成导入
七、如何绘制版图
6.连接器件（常用快捷键）
七、如何绘制版图
6.连接器件（常用快捷键）
七、如何绘制版图
7.实际操作
NMOS晶体管的3倍。 • 两种晶体管的长度看似相同，但却不同，我们很难辨别它们的差异； • 对于N阱来说，N＋区域实际上是与VDD相连接的，而电路图中没有显
示这一连接关系； • 对于衬底来说，P＋区域实际上是与VSS相连接的。而电路图中没有显
示这一连接关系。
七、如何绘制版图
1.需要的软件工具
七、如何绘制版图
光刻胶 Si3 N4
（1）对P型硅片进行氧化， 生成较 薄 的 一 层 Si3N4 ， 然 后进 行 光 刻 ， 刻出有源区后进行场氧化。
紫外线照射
掩膜版 掩膜版图形
P-Si
Si3 N4
P-Si
Si3 N4
P-Si
SiO2
集成电路工艺基础
P-Si (b)
P-Si (c)
P-Si
N＋ (d )
多晶硅 0.5 ～2m
3.1 匹配中心思想 3.2 匹配问题 3.3 如何匹配 3.4 MOS管 3.5 电阻 3.6 电容 3.7 匹配规则
集成电路专业课程
集成电路专业课程一、引言集成电路是现代电子技术的核心，它是由多个电子器件和元件组成的电路，被集成在一个芯片上。
随着科技的发展，集成电路已经广泛应用于各个领域，如通讯、计算机、医疗、汽车等。
因此，集成电路专业课程也变得越来越重要。
二、课程概述1.课程名称集成电路设计与制造2.课程目标本课程旨在培养学生掌握集成电路设计和制造的基本理论知识和实践技能，了解芯片设计流程和制造工艺，并能够独立完成简单芯片设计和制造。
3.教学内容（1）半导体物理基础知识（2）CMOS工艺流程及器件特性（3）数字集成电路设计基础知识（4）模拟集成电路设计基础知识（5）布局与版图设计基础知识（6）芯片测试与可靠性分析基础知识4.教学方法本课程采用理论教学与实践相结合的方式进行。
理论教学主要采用讲授、讨论、案例分析等方式进行，实践教学主要采用实验、设计项目等方式进行。
三、课程详解1.半导体物理基础知识（1）半导体材料的基本特性介绍半导体材料的基本特性，如电子能带结构、载流子浓度、掺杂类型和浓度等。
（2）PN结和二极管介绍PN结和二极管的原理和特性，如正向偏置、反向偏置、击穿电压等。
（3）MOS场效应晶体管介绍MOS场效应晶体管的原理和特性，包括MOSFET的结构、工作原理、阈值电压及其调节方法。
2.CMOS工艺流程及器件特性（1）CMOS工艺流程介绍CMOS工艺流程，包括晶圆制备、光刻技术、薄膜沉积技术、离子注入技术等。
（2）CMOS器件特性介绍CMOS器件的特性，包括漏电流、迁移率等。
同时还要讲解衬底效应及其影响因素，以及减小衬底效应的方法。
3.数字集成电路设计基础知识（1）数字电路基础知识介绍数字电路的基本概念，如布尔代数、逻辑门、时序电路等。
（2）组合逻辑电路设计介绍组合逻辑电路设计，包括Karnaugh图法、Quine-McCluskey算法等。
（3）时序逻辑电路设计介绍时序逻辑电路设计，包括有限状态机的建模方法和状态转移图的绘制方法等。
超大规模集成电路技术基础课件
Part
03
超大规模集成电路制造工艺
制造流程
制造流程概述
超大规模集成电路的制造流程包 括晶圆制备、外延层生长、光刻 、刻蚀、离子注入、化学机械抛
光、检测与封装等步骤。
晶圆制备
晶圆制备是超大规模集成电路制造 的第一步，涉及到单晶硅锭的切割 和研磨，以获得所需厚度的晶圆。
外延层生长
外延层生长是指在单晶衬底上通过 化学气相沉积等方法生长出与衬底 晶体结构相同或相似的单晶层。
解决方案3
加强环保监管和提高环保意识：通过加强环保监管和提 高环保意识，推动超大规模集成电路制造行业的可持续 发展。
Part
04
超大规模集成电路封装与测试
封装技术
芯片封装
将集成电路芯片封装在管 壳内，以保护芯片免受环 境影响和机械损伤。
封装材料
常用的封装材料包括陶瓷 、金属和塑料等，每种材 料都有其独特的优点和适 用范围。
制造设备
超大规模集成电路制造中需要使用到各种复杂的设备和工具，如光刻机、刻蚀机 、离子注入机、化学机械抛光机等。
制造中的挑战与解决方案
挑战1
高精度制造技术的挑战：随着集成电路规模的不断缩小 ，制造精度和工艺控制的要求也越来越高，需要不断改 进制造工艺和研发新的制造技术。
挑战2
制造成本的不断增加：随着技术不断进步，超大规模集 成电路的制造成本也在不断增加，需要寻求更经济、高 效的制造方法和工艺。
封装形式
根据集成电路的类型和应 用需求，有多种封装形式 可供选择，如DIP、SOP 、QFP等。
测试方法与设备
测试方法
包括功能测试、性能测试、可靠 性测试等，以确保集成电路的性
能和质量。
测试设备
集成电路版图设计
02 集成电路版图设计基础
CHAPTER
电路设计基础
01
模拟电路设计
02
运算放大器
03
比较器
04
触发器
电路设计基础
01
数字电路设计
02
组合逻辑电路
时序逻辑电路
03
04
可编程逻辑电 路
版图设计基础
版图编辑软件 ICEDrawer
版图设计基础
01
Laker
02
P甩 Pro
版图设计规则
03
版图设计基础
管的形状和尺寸等。
案例二：低功耗模拟电路版图设计
总结词
通过优化模拟电路的版图设计，实现低功耗的目的， 以满足便携式电子设备和物联网等领域的需求。
详细描述
低功耗模拟电路版图设计需要考虑模拟电路的性能和 功耗等方面，同时还需要考虑噪声和失真等方面的因 素。为了实现低功耗的设计，需要采用优化的版图设 计方法，如使用低阻抗的走线、优化晶体管的形状和 尺寸等。
3
antenna effect simulation
物理验证基础 01
P/R/O/L/C分析
热学参数分析（T）
03
02
电学参数分析（P/R/O）
电磁兼容性分析（EMC）
04
03 集成电路版图设计技术
CHAPTER
逻辑电路版图设计
逻辑电路
逻辑电路是实现逻辑运算和逻辑控制的电路，分为组合逻 辑电路和时序逻辑电路。在版图设计中，需要考虑到电路 的复杂性、功耗、速度等因素。
提高芯片的可测试性。
可制造性版图设计实践
符合制造规范
遵循制造规范和流程，确保版图设计具有良好的可制 造性。
集成电路版图设计基础第五章：匹配
school of phye
basics of ic layout design
19
匹配方法 之三：虚设器件 dummy device
• 当这些电阻被刻蚀的时候,位于中间的器件所处的环境肯定与两边 的不同,位于两边的器件所受的腐蚀会比中间的器件多一些,这一 点点的区别也许会对匹配产生非常不可预知的结果。 • 为了使上述电阻在加工上面也保持一致,最简单的办法就是在两边 分别放臵一个 “虚拟电阻”(“dummy resistor ”),而实际上它 们在电路连线上没有与其它任何器件连接,它们只是提供了一些所 谓的“靠垫”, 以避免在两端过度刻蚀。这就是虚拟器件, 保证所 有器件刻蚀一致。 dummy etch
real resistors
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basics of ic layout design
20
匹配方法 之三：虚设器件 dummy device
• Ending elements have different boundary conditions than the inner elements => use dummy
• 之十三：掩模设计者不会心灵感应。
mask designer are not phychic.
• 之十四：注意临近的器件。
watch the neighbors.
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6
简单匹配 - matching single transistor
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匹配方法 之二：交叉法 interdigitating device
集成电路设计基础—封装与测试
（1）划片槽与焊盘 在一个晶圆上分布着许多块集成电路，在封装时要将各块 集成电路切开。这个切口就叫划片槽。
划片槽示意图
2021/4/5
《集成电路设计基础》
14
集成电路设计中的封装考虑
（2）高速芯片封装 在高频和高速系统设计时，不同封装形式的引脚的寄生参 数必须加以考虑 。
几种封装形式下引脚的寄生电容和电感的典型值
功能测试 只对在集成电路设计之初所要求的运算功能或逻辑功 能是否正确进行测试。
2021/4/5
《集成电路设计基础》
31
数字集成电路测试技术
数字集成电路测试技术中要解决的问题主要有：故障模型的 提取，测试矢量的生成技术，电路的可测试结构设计方法等。
（1）固定故障模型
故障模型就是将物理缺陷的影响模型化为逻辑函数的逻辑 及时延等方面的特征。目前用得最多的故障模型是单固定 型故障，即是任何时候电路中只有一条信号线固定为0 （或1）值，无论电路输入取什么值时该线取值不变。
7
集成电路封装的内容
(3) 保证自硅晶圆的减薄、划片和分片开始，直到芯片粘 接、引线键合和封盖等一系列封装所需工艺的正确实施， 达到一定的 规模化和自动化；
(4) 在原有的材料基础上，提供低介电系数、高导热、高机 械强度等性能优越的新型有机、无机和金属材料；
(5) 提供准确的检验测试数据，为提高集成电路封装的性能 和可靠性提供有力的保证。
4
§ 12.1集成电路封装技术基础
• 集成电路封装对集成电路有着极其重要 的作用，主要有以下四个方面：
2021/4/5
《集成电路设计基础》
5
集成电路封装的作用
(1)对集成电路起机械支撑和机械保护作用。 (2)对集成电路起着传输信号和分配电源的作用。 (3)对集成电路起着热耗散的作用。 (4)对集成电路起着环境保护的作用。
划片槽示意图
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《集成电路设计基础》
14
集成电路设计中的封装考虑
（2）高速芯片封装 在高频和高速系统设计时，不同封装形式的引脚的寄生参 数必须加以考虑 。
几种封装形式下引脚的寄生电容和电感的典型值
功能测试 只对在集成电路设计之初所要求的运算功能或逻辑功 能是否正确进行测试。
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《集成电路设计基础》
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数字集成电路测试技术
数字集成电路测试技术中要解决的问题主要有：故障模型的 提取，测试矢量的生成技术，电路的可测试结构设计方法等。
（1）固定故障模型
故障模型就是将物理缺陷的影响模型化为逻辑函数的逻辑 及时延等方面的特征。目前用得最多的故障模型是单固定 型故障，即是任何时候电路中只有一条信号线固定为0 （或1）值，无论电路输入取什么值时该线取值不变。
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集成电路封装的内容
(3) 保证自硅晶圆的减薄、划片和分片开始，直到芯片粘 接、引线键合和封盖等一系列封装所需工艺的正确实施， 达到一定的 规模化和自动化；
(4) 在原有的材料基础上，提供低介电系数、高导热、高机 械强度等性能优越的新型有机、无机和金属材料；
(5) 提供准确的检验测试数据，为提高集成电路封装的性能 和可靠性提供有力的保证。
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§ 12.1集成电路封装技术基础
• 集成电路封装对集成电路有着极其重要 的作用，主要有以下四个方面：
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集成电路封装的作用
(1)对集成电路起机械支撑和机械保护作用。 (2)对集成电路起着传输信号和分配电源的作用。 (3)对集成电路起着热耗散的作用。 (4)对集成电路起着环境保护的作用。
射频集成电路设计基础参考答案
=
C--C---e-2-q-
2
R2
;
而
Ceq
=
C----C-1---1+--C---C--s---s ≈ C----C-1---1-+-C---C--2---2
故有
Rp
≈
C-----1--C-+---1--C-----2
2
R2
以上推导均假设串并转换过程中电路 Q 值足够大 转换前后的电阻值之间仅为 Q2 的关系
yl2 = YL2 ⋅ Z2 = 2 + j0.565
经过 0.15λ 的传输线得到 B 点处的归一化导纳 yb2 ≈ 0.75 – j0.66
(3) B 点处的总导纳 YB = yb1 ⁄ Z1 + yb2 ⁄ Z2 = (1.85 – j1.62)×10–2 对 Z3 归一化得到 yb = 3.7 – j3.24 对应的归一化阻抗为 zb ≈ 0.15 + j0.135 实际阻抗和反射系数为
射频集成电路设计作业 1 参考答案
1. 在阻抗圆图上某一点 z 与圆图中心点 1+j0 连线的延长线上可以找到一点 y, 使得 y 与 z 到中心 点的距离相等 证明 y 点的阻抗读数即为 z 点阻抗所对应的导纳
令 z 点的反射系数为Γz y 点的反射系数为Γy 有Γy = –Γz 而 z 点和 y 点的阻抗分别为
而电容值保持不变
(2) 由 Q2 = ωC2R2 = ω-----C--1--s--R----s Q = ωCpRp = ω-----C----1e--q---R----s 及 Ceq = C----C-1---1+--C---C--s---s 可得
Q = ω-----C----1e--q---R----s = ω-----C--1--s--R----s C-----1--C--+--1--C-----s = Q21 + C-C----1s
集成电路版图基础-电容
电容具有隔直通交的 特性，即直流电不能 通过电容，交流电可 以。
02
电容在集成电路中的作用
信号传递与处理
信号传递
电容在集成电路中充当信号传递 的媒介，通过电容的充放电过程 ，实现信号的传递和放大。
信号处理
电容还可以用于信号处理，如滤 波、混频、调制解调等，以实现 信号的变换和提取。
电源滤波
电源滤波电容用于平滑电源波动，提 高电源的稳定性。
频率响应表示电容在不同频率下的 表现。
VS
在高频电路中，电容的频率响应特性 对于电路性能至关重要。不同频率下， 电容的阻抗和相位角会有所不同，这 会影响电路的滤波、放大和振荡等性 能。
06
电容的版图设计实例
数字电路中的电容设计
总结词
数字电路中的电容设计主要关注的是减小电容值和减小寄生效应。
详细描述
由于材料的热膨胀和热传导等物理性质，电容器的电容值会随着温度的变化而变化。温度系数越小，表示电容值受温度影响 越小，稳定性越好。
电压系数
电压系数表示电容值随电压变化的程度。
当电容器施加电压时，两极板间的距离会发生变化，从而导致电容值的变化。电压系数越小，表示电 容值受电压影响越小，稳定性越好。
频率响应
优化热设计
在布局电容时，应考虑散热问题， 合理安排电容的位置和方向，以 便更好地散热。
04
电容的制造工艺
薄膜淀积工艺
物理淀积
利用物理过程，如溅射、蒸镀等，将材料淀积在 衬底上形成薄膜。
化学气相淀积
通过化学反应，在衬底上生成固态薄膜。
液相淀积
利用溶液或熔融状态的材料，通过涂覆、旋涂等 方式在衬底上形成薄膜。
在数字电路中，电容主要用于存储电荷和提供滤波功能。为了减小电容值，通 常采用较薄的介质层和增加电极间距的方法。此外，为了减小寄生效应，应尽 量减小电极与连线之间的耦合电容。
集成电路版图设计基础第4章：标准单元技术new
网格式布线系统要求的库设计规则 公用N阱：
典型的CMOS工艺通常都有一个关于N阱间距的规则，这个间距 要求很大，而晶体管的间距要求，要比N阱的间距小得多。 可以设计一个大的单个的N阱来节省空间。 N阱间距限制 晶体管间距限制
n well spacing device spacing
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10
ห้องสมุดไป่ตู้
网格式布线系统要求的库设计规则 对齐输入输出：
输入A和输出Z不能随意放臵。它们必须像所有的连线一样位于同 样的网格上。 保证标准单元的所有输入输出不仅在x网格上，还要在y网格上。 要保证自动布线软件在水平方向和垂直方向都能找到它们。 保证所有的库单元以及库单元内部的器件符合网格规则。
VDD P
A N VSS
Z
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basics of ic layout design
11
网格式布线系统要求的库设计规则 高度固定，宽度可变：
为了保持结构的统一，所有的门都必须服从固定高度设臵。 如果需要有较大驱动能力的晶体管，只要使单元变宽并分割晶体 管使之能放在轨线之内就可以了。 最小单元高度由通过模拟得到的晶体管尺寸以及为库所选择的网 格决定。一般选择的高度要略大于这个最小高度，来作为电源线 和地线的布线沟道。 采用高度固定的库的优点：如将所有的门挨个摆放，电源线、地 线就很容易布线。
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basics of ic layout design
7
物理单元建库与数据文件
集成电路版图基础.pdf
实例：反向器
由一个NMOS，一个PMOS组成， 先画出两个正确尺寸的mos版图， 然后对mos的四端进行连线。
第二部分：版图设计基础
2.1.2 电阻
根据电路选择的电阻类型(ppolyf_s)、电阻的W/L值来画版图，相对应的电 阻类型应当由哪些层的图形组成，这个参照厂家提供的design rule。
1）集成电路掩膜版图设计是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。
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。
第二部分：版图设计基础
4) 打开cell a--工作区和层次显示器
电路转换为选定工艺的版图，版图设计完成后，将版图的数据发 给foundry，foundry收到数据后按照数据制作掩膜版（mask）， mask上的图形就代表了最终在芯片加工上需要保留或者需要刻蚀 掉的位置。
VDD
3u/0.18u
IN
OUT
1u/0.18u
GND
电路图
版图
第一部分：了解版图
3. 版图的意义：
第四部分：版图的艺术（这个作为后期目标，暂作了解）
1. 模拟版图和数字版图的首要目标 2. 匹配 3. 寄生效应 4. 噪声 5. 布局规划 6. ESD 7. 封装
IC模拟版图设计
第一部分：了解版图
1. 芯片是怎么来的 2. 版图的定义 3. 版图的意义 4. 版图的工具 5. 版图的设计流程
1) 启动软件
使用Xmanager登陆linux服务器
由一个NMOS，一个PMOS组成， 先画出两个正确尺寸的mos版图， 然后对mos的四端进行连线。
第二部分：版图设计基础
2.1.2 电阻
根据电路选择的电阻类型(ppolyf_s)、电阻的W/L值来画版图，相对应的电 阻类型应当由哪些层的图形组成，这个参照厂家提供的design rule。
1）集成电路掩膜版图设计是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。
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。
第二部分：版图设计基础
4) 打开cell a--工作区和层次显示器
电路转换为选定工艺的版图，版图设计完成后，将版图的数据发 给foundry，foundry收到数据后按照数据制作掩膜版（mask）， mask上的图形就代表了最终在芯片加工上需要保留或者需要刻蚀 掉的位置。
VDD
3u/0.18u
IN
OUT
1u/0.18u
GND
电路图
版图
第一部分：了解版图
3. 版图的意义：
第四部分：版图的艺术（这个作为后期目标，暂作了解）
1. 模拟版图和数字版图的首要目标 2. 匹配 3. 寄生效应 4. 噪声 5. 布局规划 6. ESD 7. 封装
IC模拟版图设计
第一部分：了解版图
1. 芯片是怎么来的 2. 版图的定义 3. 版图的意义 4. 版图的工具 5. 版图的设计流程
1) 启动软件
使用Xmanager登陆linux服务器
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集成电路设计基础
集成电路设计是指将多个电子组件、电路和功能集成到一个芯片上的过程。
集成电路设计基础涉及到电路理论、电子元器件、逻辑门电路、模拟电路和数字电路等知识。
以下是集成电路设计的一些基本概念和原理：
1. 逻辑门电路：逻辑门电路是集成电路设计中常用的基本模块，用于实现逻辑运算功能，如与门、或门、非门、与非门、或非门等。
逻辑门的输入和输出可以是二进制电平信号，用来处理和控制数字信号。
2. 模拟电路：集成电路设计中的模拟电路用于处理连续信号，如声音、光线等模拟信号。
常见的模拟电路包括放大器、滤波器、比较器等。
3. 数字电路：数字电路用于处理离散的数字信号，如计算机和数字通信系统中常见的逻辑电路。
数字电路设计需要考虑时钟信号、时序问题和逻辑门之间的关系。
4. CMOS技术：CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）技术是集成电路设计中常用的工艺技术，利用N型和P型金属-氧化物-半导体（MOS）晶体管组成的互补结构。
CMOS技术具有低功耗、高噪声抑制和高集
成度等优点。
5. 时钟和时序设计：在集成电路设计中，时钟信号非常重要，用来同步各个模块的操作。
时序设计关注信号的传输
延迟、稳定性和数据的正确性。
6. 物理设计：物理设计是将逻辑设计转化为实际的芯片布
局和电路连接。
物理设计需要考虑电磁兼容性、布线规则
和电路间的电气参数等。
7. 电路仿真和验证：在集成电路设计过程中，电路仿真和
验证是非常重要的环节，用于验证电路的功能和性能。
常
用的电路仿真工具有SPICE和Verilog等。
集成电路设计基础是进一步进行高级集成电路设计和系统
级设计的基础，对于理解和掌握集成电路设计流程和理论
非常重要。