集成电路工艺和版图设计参考ppt课件.ppt

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1、认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目集成电路工艺和版图设计概述Jian FangIC Design Center,UESTC3/31/20231Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目微电子制造工艺3/31/20232Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目IC常用术语园片：硅片芯片(Chip,Die)：6、8：硅（园）片直

2、径：1 25.4mm6150mm;8200mm;12300mm;亚微米1m的设计规范深亚微米 0反型层 沟道源（Source）S漏（Drain）D栅（Gate）G栅氧化层厚度：50埃1000埃（5nm100nm）VT阈值电压电压控制N N沟沟MOSMOS（NMOSNMOS）P型衬底，受主杂质；栅上加正电压，表面吸引电子，反型，电子通道；漏加正电压，电子从源区经N沟道到达漏区，器件开通。3/31/202321Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目N衬底p+p+漏源栅栅氧化层场氧化层沟道P P沟沟MO

3、SMOS（PMOSPMOS）GDSVTVGSID+-VDS 0 N型衬底，施主杂质，电子导电；栅上加负电压，表面吸引空穴，反型，空穴通道；漏加负电压，空穴从源区经P沟道到达漏区，器件开通。3/31/202322Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目CMOS CMOS：Complementary Symmetry Metal Oxide Semiconductor 互补对称金属氧化物半导体特点：低功耗VSSVDDVoViCMOS倒相器PMOSNMOSI/OI/OVDDVSSCCCMOS传输门3/31

4、/202323Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目N-SiP+P+n+n+P-阱DDVoVGVSSSSVDDCMOS倒相器截面图CMOS倒相器版图3/31/202324Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目pwellactivepolyN+implantP+implantomicontactmetalA NMOS Example3/31/202325Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才

5、能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目pwellPwellActivePolyN+implantP+implantOmicontactMetal3/31/202326Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Ntype SiSiO2光刻胶光刻胶光光MASK Pwell3/31/202327Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Ntype SiSiO2光刻胶光

6、刻胶光刻胶光刻胶MASK Pwell3/31/202328Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Ntype SiSiO2光刻胶光刻胶光刻胶光刻胶SiO23/31/202329Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Ntype SiSiO2SiO2Pwell3/31/202330Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶

7、贫”项目pwellactivePwellActivePolyN+implantP+implantOmicontactMetal3/31/202331Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Ntype SiSiO2PwellSiO2光刻胶光刻胶MASK activeMASK ActiveSi3N43/31/202332Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Ntype SiSiO2PwellSiO2光刻胶光

8、刻胶光刻胶光刻胶MASK activeMASK ActiveSi3N43/31/202333Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Ntype SiSiO2PwellSiO2光刻胶光刻胶光刻胶光刻胶Si3N43/31/202334Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Ntype SiSiO2PwellSiO2场氧场氧场氧场氧场氧场氧PwellPwellSi3N43/31/202335Jian Fang认

9、识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Ntype SiSiO2Pwell场氧场氧场氧场氧场氧场氧PwellPwell3/31/202336Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Ntype SiSiO2PwellSiO2场氧场氧场氧场氧场氧场氧PwellPwellpoly3/31/202337Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”

10、项目activepwellpolyPwellActivePolyN+implantP+implantOmicontactMetal3/31/202338Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Ntype SiSiO2PwellSiO2MASK poly场氧场氧场氧场氧场氧场氧PwellPwellpoly光刻胶光刻胶3/31/202339Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Ntype SiSiO2Pwe

11、llSiO2MASK poly场氧场氧场氧场氧场氧场氧PwellPwell光刻胶光刻胶poly3/31/202340Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Ntype SiSiO2PwellSiO2场氧场氧场氧场氧场氧场氧PwellPwellpoly3/31/202341Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Ntype SiSiO2PwellSiO2场氧场氧场氧场氧场氧场氧PwellPwellpoly3

12、/31/202342Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目activepwellpolyN+implantPwellActivePolyN+implantP+implantOmicontactMetal3/31/202343Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Ntype SiSiO2PwellSiO2MASK N+场氧场氧场氧场氧场氧场氧PwellPwellpoly光刻胶光刻胶3/31/202344

13、Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Ntype SiSiO2PwellSiO2场氧场氧场氧场氧场氧场氧PwellPwell光刻胶光刻胶polyN+implantS/D3/31/202345Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目activepwellpolyP+implantPwellActivePolyN+implantP+implantOmicontactMetal3/31/202346Jian

14、Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Ntype SiSiO2PwellSiO2MASK N+场氧场氧场氧场氧场氧场氧PwellPwellpoly光刻胶光刻胶光光S/D3/31/202347Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Ntype SiSiO2PwellSiO2场氧场氧场氧场氧场氧场氧PwellPwellS/Dpoly光刻胶光刻胶P+implantP+接触3/31/202348Jian Fang认识到了

15、贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Ntype SiSiO2PwellSiO2场氧场氧场氧场氧场氧场氧PwellPwellpolyS/DP+接触3/31/202349Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目activepwellpolyP+implantN+implantomicontactPwellActivePolyN+implantP+implantOmicontactMetal3/31/202350Jian Fang认

16、识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Ntype SiSiO2PwellSiO2MASK Omicontact场氧场氧场氧场氧场氧场氧PwellPwellpolyS/DP+接触3/31/202351Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目activepwellpolyN+implantomicontactmetalPwellActivePolyN+implantP+implantOmicontactMetal3/31/20

17、2352Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Ntype SiSiO2PwellSiO2MASK metal场氧场氧场氧场氧场氧场氧PwellpolyS/DP+接触metalmetalmetal3/31/202353Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目pwellactivepolyN+implantP+implantomicontactmetal3/31/202354Jian Fang认识到了贫困户

18、贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目双极型IC及工艺NPN基极集电极发射极PNP基极集电极发射极CBEIBICIECBEIBICIENPN晶体管晶体管PNP晶体管晶体管3/31/202355Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目VCEiCiBVCE(sat)iR双极型晶体管输出特性放大区饱和区 电流放大能力；电流驱动；3/31/202356Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对

19、扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目基极基极发射极发射极N+N-PN+集电极基极发射极P+NNPEBBCCNCCBBEPPPPNN3/31/202357Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 BiCMOS:双极(Bipolar)与CMOS相容技术。BiCMOS可以将双极器件与CMOS器件制作在同一芯片上，使之具有双极电路的高速度、高驱动能力、高模拟精度，又具有CMOS电路的低功耗、高集成度等特性。BiCMOS工艺较之CMOS工艺和双极工艺都复杂，制作周期长，产品成品率比CMOS低，成本比C

20、MOS高。高性能双极工艺与CMOS的VLSI工艺80的工艺是相同的，在CMOS生产线上，只要改动或增添一部分工序，增添一部分设备，就可以制作BiCMOS芯片。BiCMOS3/31/202358Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目版图设计（layout）及相关技术3/31/202359Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Cell development(Analog/digital)Analog d

21、esignSchematic entry(transistor symbols)Analog simulation(SPICE models)Layout(layer definitions)Design Rule Checking,DRC(design rules)Extraction(extraction rules and parameters)Electrical Rule Checking,ERC(ERC rules)Layout Versus Schematic,LVS(LVS rules)3/31/202360Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后

22、药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目LayoutDrawing geometrical shapes:Defines layout hierarchy Defines layer masksRequires detailed knowledge about CMOS technologyRequires detailed knowledge about design rules(hundreds of rules)Requires detailed knowledge about circuit designSlow and tediousOptimum perf

23、ormance can be obtained3/31/202361Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目图形层的定义图形层的定义N+implantmetalpwellactivePoly定义若干图层定义若干图层,每层对应一张掩膜版每层对应一张掩膜版pwellactivepolyN+implantP+implantomicontactmetal3/31/202362Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项

24、目Lib A Lib B Lib C Cell 1 Cell 2 Cell 3 Tech inst 1 inst 2 Inst 3 版图库的组织版图库的组织 一个库对应一个特定的工艺 针对该工艺的设计规则,和环境设定放在Tech文件中.一个库可以包含若干不同层次的Cell.3/31/202363Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目版图数据交换文件版图数据交换文件 GDSII格式 CIF格式 EDIF格式基本图形基本图形基本操作基本操作3/31/202364Jian Fang认识到了贫困户贫困的根

25、本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目DRC Design Rule Check Checks geometrical shapes:width,length,spacing,overlap,etc.1.单层规则该规则包括各层的最小宽度a及同层间距b 层层名称名称宽宽度度a间间距距b层层名称名称宽宽度度a间间距距bn+保护环510p+注入区105有源区1010多晶硅布线88p+保护环510多晶硅栅68欧姆孔814布线铝条1010p阱11014电源、地线铝条2510n+注入区105p+墙53/31/202365Jian Fang认识到了贫

26、困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目CMOS电电路路规则规则2.层间规则（包括各层间的间距、包围、迭搭的大小）层间规则（包括各层间的间距、包围、迭搭的大小）3/31/202366Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 说明 标号 尺寸（um）有源区包围欧姆孔 a 4 金属（铝）包围欧姆孔 b 3 多晶硅包围欧姆孔 c 4 n+、p+注入区包围有源区 d 5 n+、p+保护环有源区 e 10 n+、p+保护环宽度 f 5 nmo

27、s、pmos多晶硅栅宽度 g 6 多晶硅栅伸出有源区 h 12 多晶硅栅与n+、p+保护环迭搭 i 2 多晶硅栅铝布线 j 1 p阱包围p+保护环 k 2 .3/31/202367Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目DRC文件例子(片断)(drc metal (width 1.00)(drc metal (sep 0.80)(drc metal omicont (enc 0.30)(drc poly omicont (enc 0.40)3/31/202368Jian Fang认识到了贫困户贫困的

28、根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目EXTRACT用图层间的相对关系判定器件及相互连接关系.例如:Poly跨过Active,即同时出现Poly和Active表明有一个MOS器件.Extracts electrical circuit:transistors,connections,capacitance,resistanceINOutVddGnd3/31/202369Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目EXTRACT文件例子(片断)(

29、extractDevice ngate(poly G)(nsd S D)(pwell1 B)nmos4 symbol analogLib)(extractDevice pgate(poly G)(psd S D)(sub B)pmos4 symbol analogLib)pgateWidth=measureParameter(length(pgate coincident poly)0.5)pgateLength=measureParameter(length(pgate inside poly)0.5)saveParameter(pgateWidth W)saveParameter(pgat

30、eLength L)ngateWidth=measureParameter(length(ngate coincident poly)0.5)ngateLength=measureParameter(length(ngate inside poly)0.5)saveParameter(ngateWidth W)saveParameter(ngateLength L)3/31/202370Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目LVS10101010101040EXTLVSLayout versus

31、schematic transistors:parallel or serial Compares electrical circuits:(schematic and extracted layout)3/31/202371Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目ERC Electrical rule check Checks electrical circuit:unconnected inputsshorted outputscorrect power and ground connectio

32、n3/31/202372Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Digital designBehavioral simulation.Simulation/timing verification with estimated back-annotationPlace and route(place and route rules)Design Rule Check,DRC(DRC rules)Loading extraction(rules and parameters)Simulation/ti

33、ming verification with real back-annotationDesign export.3/31/202373Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Place and RouteGenerates final chip from gate level netlistGoals:Minimum chip sizeMaximum chip speed.Placement:Placing all gates to minimize distance between connec

34、ted gatesFloor planning tool using design hierarchySpecialized algorithms(min cut,simulated annealing,etc.)Timing drivenManual interventionVery compute intensiveHierarchy based floor planningSimulated annealingHigh temperature:move gates randomlyLow temperature:Move gates locallyMin cutKeep cutting

35、designinto equal sized piecesFor each cut:Move gates arounduntil minimum connectionacross cut3/31/202374Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Routing:Channel based:Routing only in channels between gates (few metal layers:2)Channel less:Routing over gates (many metal lay

36、ers:3-6)Often split in two steps:Global route:Find a coarse route depending on local routing densityDetailed route:Generate routing layoutChannel basedChannel less3/31/202375Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目Performance of sub-micron CMOS ICs are to a large extent d

37、etermined by place&route.Loading delays bigger than intrinsic gate delaysWire R-C delays becomes important in sub-micronClock distribution over complete chip gets critical at operating frequencies above 100Mhz.Number of wiresWire lengthLocal connectionsGlobal connectionsDelayTechnology1.0u0.5u0.25u0

38、.1u25ps50ps100ps200psGate delayWire load delay3/31/202376Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目3/31/202377Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目3/31/202378Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目3/31/202379Jian F

39、ang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目集成电路设计（物理层）3/31/202380Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目3/31/202381Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目3/31/202382Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展

40、开了“精准扶贫”项目3/31/202383Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目3/31/202384Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目3/31/202385Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目3/31/202386Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目3/31/202387Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目参考文献参考文献:清华大学出版社清华大学出版社 朱正涌朱正涌 清华大学出版社清华大学出版社 杨之廉杨之廉 3/31/202388Jian Fang认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目OVER3/31/202389Jian Fang