模拟版图设

IC模拟版图设计,第一部分：了解版图 版图的定义 版图的意义 版图的工具 版图的设计流程 第二部分：版图设计基础 认识版图 版图组成两大部件 版图编辑器 电路图编辑器 了解工艺厂商,目录,第三部分：版图的准备 必要文件 设计规则 DRC文件 LVS文件 第四部分：版图的艺术 模拟版图和数字版图的首要目标 首先考虑的三个问题 匹配 寄生效应 噪声 布局规划 ESD 封装,目录,第一部分：了解版图 版图的定义 版图的意义 版图的工具 版图的设计流程,IC模拟版图设计,版图的定义：版图是在掩膜制造产品上实现 电路功能且满足电路功耗、性能等，从版图上减少工艺制造对电路的偏差，提高芯片的精准性。,第一部分：了解版图,电路图,版图,第一部分：了解版图,版图的意义： 1）集成电路掩膜版图设计师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。,第一部分：了解版图,版图的工具： Cadence Virtuoso Dracula Assura Diva Mentor calibre Spring soft laker,版图的设计流程,熟悉所需文件,对电路的了解,版图布局布线,第一部分：了解版图,DRC/LVS,GDSII to FAB,工艺厂商提供：.tf .display Design rule 、DRC LVS 文件、PDK、ESD文件、金属阻值文件,第二部分：版图设计基础 认识版图 版图组成两大部件 2.1 器件 2.2 互连 版图编辑器 电路图编辑器 了解工艺厂商,IC模拟版图设计,第二部分：版图设计基础,Poly,M1,CT,M2,认识版图,版图是电路图的反映，有两大组成部分 2.1器件 2.1.1 MOS管 2.1.2 电阻 2.1.3 电容 2.1.4 三极管（省略） 2.1.5 二极管（省略） 2.1.6 电感（省略） 2.2互连 2.2.1金属（第一层金属，第二层金属） 2.2.2通孔,第二部分：版图设计基础,第二部分：版图设计基础,2.1 器件 2.1.1 MOS管,NMOS,PMOS,MOS管剖面图,2.1 器件 2.1.1 MOS管,第二部分：版图设计基础,NMOS工艺层立体图,NMOS版图,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： NIMP，N+注入 DIFF，有源区 Poly，栅 M1，金属 CONT，过孔 3) MOS管的宽长确定 4) 当有PCELL时;当无 PCELL时,NMOS版图,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 PMOS管，做在N阱中，沟道为N型，源漏为P型 2) 包括层次： NWELL，N阱 PIMP，P+注入 DIFF，有源区 Poly，栅 M1，金属 CONT，过孔 3) MOS管的宽长确定,PMOS版图,反向器,第二部分：版图设计基础,2.1 器件,器件版图,器件剖面图及俯视图,第二部分：版图设计基础,2.1.1 MOS管 1)反向器 2)NMOS，PMOS 3)金属连线 4)关于Butting Contact部分,2.1 器件,2.1器件 2.1.2 电阻 选择合适的类型，由电阻阻值、方块电阻值，确定 W、L；R=L/W*R0,第二部分：版图设计基础,电阻类型,电阻版图,2.1器件 2.1.3 电容 1) 电容值计算C=L*W*C0 2) 电容分类： poly电容 MIM电容 基于单位面积电容值 MOS电容 源漏接地，基于栅电容，C=W*L*Cox,第二部分：版图设计基础,MIM电容版图,MOS电容版图,2.2互连 2.2.1金属（第一层金属，第二层金属） 1) 金属连线 M1，M2，M3，M4 2.2.2 通孔 2)过孔 Via1，Via2，Via3,第二部分：版图设计基础,2.2互连 1) 典型工艺 CMOS N阱 1P4M工艺剖面图,第二部分：版图设计基础,连线与孔之间的连接,建立LIBRARY,第二部分：版图设计基础,3. 版图编辑器 1) virtuoso编辑器,CIW窗口,第二部分：版图设计基础,3. 版图编辑器 2) virtuoso编辑器-Library manager,第二部分：版图设计基础,CIW窗口,3. 版图编辑器 3) virtuoso编辑器- 建立cell,3. 版图编辑器 4) virtuoso编辑器-工作区和层次显示器,第二部分：版图设计基础,LSW,工作区域,3. 版图编辑器 5) virtuoso编辑器 -版图层次显示（LSW）,第二部分：版图设计基础,3. 版图编辑器 6) virtuoso编辑器 -版图编辑菜单,第二部分：版图设计基础,3. 版图编辑器 7) virtuoso编辑器 -显示窗口,第二部分：版图设计基础,3. 版图编辑器 8) virtuoso编辑器 -版图显示,第二部分：版图设计基础,3. 版图编辑器 9) virtuoso编辑器-数据流格式版图输出,第二部分：版图设计基础,4. 电路图编辑器 1) virtuoso编辑器-电路图显示,第二部分：版图设计基础,4. 电路图编辑器 2) virtuoso编辑器 -电路器件及属性,第二部分：版图设计基础,第二部分：版图设计基础,4. 电路图编辑器 3) virtuoso编辑器- 电路添加线名、端口及移动窗口,4. 电路图编辑器 4) virtuoso编辑器- 建立SYMBOL VIEW,第二部分：版图设计基础,电路图,Symbol 图,第二部分：版图设计基础,4. 电路图编辑器 5) virtuoso编辑器-建立SYMBOL 操作,4. 电路图编辑器 6) virtuoso编辑器-CDL输出操作,第二部分：版图设计基础,第二部分：版图设计基础,4. 电路图编辑器 7) virtuoso编辑器-CDL输出,5. 了解工艺厂商 SMIC -中芯国际 CSMC 华润上华 TSMC - 台积电 UMC - 台联电 Winbond - 华邦 先锋 宏力 华虹NEC 比亚迪 新进 厦门集顺 深圳方正 无锡和舰 ,第二部分：版图设计基础,第三部分：版图的准备 必要文件 设计规则 DRC文件 LVS文件,IC模拟版图设计,1. 必要文件 PDK *.tf display.drf DRC LVS cds.lib .cdsenv .cdsinit,第三部分：版图的准备,2. 设计规则 2.1 版图设计规则工艺技术要求 2.2 0.35um，0.25um，0.18um，0.13um，不同的工艺 N阱 DIFF Poly Metal Cont Via 2.3 最小宽度 2.4 最小间距 2.4 最小覆盖等等,版图设计基础设计规则,2. 设计规则 1) PMOS的形成,第三部分：版图的准备,2. 设计规则 2) 调用PCELL,第三部分：版图的准备,第三部分：版图的准备,2. 设计规则 3) Design Rule,2. 设计规则 4) 规则定义,第三部分：版图的准备,2. 设计规则 4) 规则定义 4.1 NW（N WELL）,第三部分：版图的准备,2. 设计规则 4) 规则定义 4.2 PO(Poly),第三部分：版图的准备,2. 设计规则 4) 规则定义 4.3 M1(Metal1),第三部分：版图的准备,2. 设计规则 4) 规则定义 4.4 VIA,第三部分：版图的准备,第三部分：版图的准备,3. DRC文件 3.1 DRC:Design Rule Check，设计规则检查。 3.2 DRC程序了解有关你工艺的所有必需的东西。它将着手仔细检查你所有布置的一切。,5/1000=0.005,DRC文件,第三部分：版图的准备,3. DRC文件 3.3 举例说明 nwell的 DRC文件,NW DRC,第三部分：版图的准备,4. LVS文件 4.1 LVS: layout versus schematic，版图与电路图对照。 4.2 LVS工具不仅能检查器件和布线，而且还能确认器件的值和类型是否正确。,第三部分：版图的准备,4. LVS文件 4.3 Environment setting： 1) 将决定你用几层的金属，选择一些你所需要的验证检查。 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。,关闭ERC检查,定义金属层数,用命令跑LVS的方式,LVS COMPARE CASE NAMES SOURCE CASE YES LAYOUT CASE YES,第三部分：版图的准备,4. LVS文件 4.4 layer mapping: 1) 右图描述了文件的层次定义、层次描述及gds代码； 2) Map文件 是工艺转换之间的一个桥梁。,第三部分：版图的准备,4. LVS文件 4.5 Logic operation: 定义了文件层次的 逻辑运算。,第三部分：版图的准备,4. LVS文件 4.6 DefinedDevices: 右图定义器件端口及器件逻辑运算。,第三部分：版图的准备,4. LVS文件 4.7 Check tolerance: 右图定义检查器件属性的误差率，一般调为1%。,4. LVS文件 4.8 LVS电路与版图对比,第三部分：版图的准备,电路图,版图,4. LVS文件 4.9 LVS网表对比,第三部分：版图的准备,电路网表,版图网表,电路网表与版图网表完全一致的结果显示（ Calibre工具）,版图网表转换为版图,模拟版图和数字版图的首要目标 首先考虑的三个问题 匹配 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 寄生效应 4.1 寄生的产生 4.2 寄生电容 4.3 寄生电阻 4.4 天线效应 4.5 闩锁效应 噪声 布局规划 ESD 封装,IC模拟版图设计,第四部分：版图的艺术,模拟电路和数字电路的首要目标 模拟电路关注的是功能 1) 电路性能、匹配、速度等 2) 没有EDA软件能全自动实现，所以需要手工处理 数字电路关注的是面积 1) 什么都是最小化 2) Astro、appollo等自动布局布线工具,第四部分：版图设计艺术,第四部分：版图设计艺术,2.首先考虑的三个问题,3. 匹配 3.1 中心思想： 1）使所有的东西尽量理想，使要匹配的器件被相同的 因 素以相同的方式影响。 2）把器件围绕一个公共点中心放置为共心布置。甚至把器件在一条直线上对称放置也可以看作是共心技术。 2.1）共心技术对减少在集成电路中存在的热或工艺的线性梯 度影响非常有效。,第四部分：版图设计艺术,3. 匹配 3.2 匹配问题 3.2.1 差分对、电流镜 3.2.2 误差 3.2.3 工艺导致不匹配 1）不统一的扩散 2）不统一的注入 3）CMP后的不完美平面 3.2.4 片上变化导致不匹配 1）温度梯度 2）电压变化,第四部分：版图设计艺术,3. 匹配 3.3 如何匹配 1）需要匹配的器件尽量彼此挨近 芯片不同 的地方工作环境不同，如温度 2）需要匹配的器件方向应相同 工艺刻蚀各向异性 如对MOS器件的影响 3）选择单位器件做匹配 如电阻电容，选一个中间值作为单位电阻（电容），串并得到其它电阻（电容） 单位电阻电容彼此靠近方向相同放置，相对匹配精度较好 4）叉指型结构匹配 5）虚拟器件 使器件的中间部位与边缘部位所处环境相同 刻蚀时不会使器件自身