功率集成电路版图设计
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。
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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
本科生课-集成电路版图设计-实验报告
西安邮电大学集成电路版图设计实验报告学号：XXX姓名：XX班级：微电子XX日期：20XX目录实验一、反相器电路的版图验证1)反相器电路2)反相器电路前仿真3)反相器电路版图说明4)反相器电路版图DRC验证5)反相器电路版图LVS验证6)反相器电路版图提取寄生参数7)反相器电路版图后仿真8)小结实验二、电阻负载共源放大器版图验证9)电阻负载共源放大器电路10)电阻负载共源放大器电路前仿真11)电阻负载共源放大器电路版图说明12)电阻负载共源放大器电路版图DRC验证13)电阻负载共源放大器电路版图LVS验证14)电阻负载共源放大器电路版图提取寄生参数15)电阻负载共源放大器电路版图后仿真16)小结实验一、反相器电路的版图验证1、反相器电路反相器电路由一个PMOS、NPOS管，输入输出端、地、电源端和SUB 端构成，其中VDD接PMOS管源端和衬底，地接NMOS管的漏端，输入端接两MOS管栅极，输出端接两MOS管漏端，SUB端单独引出，搭建好的反相器电路如图1所示。
图1 反相器原理图2、反相器电路前仿真通过工具栏的Design-Create Cellview-From Cellview将反相器电路转化为symbol，和schemetic保存在相同的cell中。
然后重新创建一个cell，插入之前创建好的反相器symbol，插入电感、电容、信号源、地等搭建一个前仿真电路，此处最好在输入输出网络上打上text，以便显示波形时方便观察，如图2所示。
图2 前仿真电路图反相器的输入端设置为方波信号，设置合适的高低电平、脉冲周期、上升时间、下降时间，将频率设置为参数变量F，选择瞬态分析，设置变量值为100KHZ，仿真时间为20u，然后进行仿真，如果仿真结果很密集而不清晰可以右键框选图形放大，如图3所示。
图3 前仿真结果3、反相器电路版图说明打开之前搭建好的反相器电路，通过Tools-Design Synthesis-Laout XL新建一个同cell目录下的Laout文件，在原理图上选中两个MOS管后在Laout中选择Create-Pick From Schematic从原理图中调入两个器件的版图模型。
集成电路CAD版图设计PPT课件
§1.逻辑划分
• 布图规划过程与所用的算法和求解策略有关。一个典 型的布图规划过程一般包括：Bottom up结群并产生结 群树、Top down软模块布局、调整模块形状和确定模 块的引线位置，目标是使芯片面积、总连线长度最小 和优化输出结果。
• 布规划分为物理分级构造、分级布图规划和详细布图 构造三大部分，每个部分又分成若干过程。物理分级 构造是一个Bottom up结群和估计模块面积的过程；分 级布图规划则是个Top down软模块布局、布线区面积 估计和分配、模块形状调整以及布局修正的过程；随 后在详细布图构造中完成整个布局和布线。
（2）在A中取出一个单元a2，使Con(Ai，a2)为最大，即最相关。 如果存在两个以上连接度相同的单元，则选Dis(Ai，a2)最小 的单元，即a2与其它单元有弱的连接关系。
（3）检查
S( E(
Ai Ai
) )
S max 制条件。
如满足条件则
AAi
Ai a2 Aa2
22
• 为了简化布局，将平面划分为方格 的组成方式，这些格子用占位符
P p 1 ,p 2, ,p N 的集合描述，网表对象 M m 1 ,m 2 , ,m r 映射在占位符上。每一
个 mi M 对象与一组信号 S i 相关。
23
距离树
• 为了评估布局的质量，需要能够实施评价的量化指 标。布局决定了布线的连线总长度，距离树是一个 近似的指标,是一种互连线长度的定量方式，它和互 连线的最终长度有密切关系而且容易计算。
• Ai，Aj之间的分离度（即无关连线之和）为：
D (A ii,A s j) B (A i) B (A j) C(A o i,A jn )
12
连接度和分离度的关系
集成电路版图设计(适合微电子专业)
①了解工艺现状，确定工艺路线
确定选用标准pn结隔离或对通隔离工艺或等平面 隔离工艺。由此确定工艺路线及光刻掩膜版的块数。 由制版和光刻工艺水平确定最小接触孔的尺寸和 光刻套刻精度。光刻工艺的分辨率，即能刻蚀图形的 最小宽度，受到掩膜分辨率、光刻胶分辨率、胶膜厚 度、横向腐蚀等多因素的限制。套刻精度与光刻机的 精度和操作人员的熟练程度关系密切。
功能设计 设 计 逻辑设计 电路设计 功能图 逻辑图 电路图 符号式版图 , 版图
图
版图设计
12
举例：
功能描述 x=a’b+ab’ 的逻辑图
13
CMOS与非门的电路图
14
场SiO2
栅SiO2 栅SiO2
CMOS反相器的掩膜版图
15
版图设计就是按照线路的要求和一定 的工艺参数，设计出元件的图形并进行排 列互连，以设计出一套供IC制造工艺中使 用的光刻掩膜版的图形，称为版图或工艺 复合图。 版图设计是制造IC的基本条件，版图 设计是否合理对成品率、电路性能、可靠 性影响很大，版图设计错了，就一个电路 也做不出来。若设计不合理，则电路性能 和成品率将受到很大影响。版图设计必须 与线路设计、工艺设计、工艺水平适应。 版图设计者必须熟悉工艺条件、器件物理、 电路原理以及测试方法。 16
23
要了解采用的管壳和压焊工艺。封 装形式可分为金属圆筒塑(TO-5型)、扁 平封装型和双列直插型(DIP)等多种，管 芯压点分布必须和管壳外引脚排列相吻 合。当采用热压焊时，压焊点的面积只 需70μm×70μm，超声压焊需 100μm×100μm ~125μm×25μm，金丝 球焊需125μm ×125μm，金丝球焊牢固 程度高，金丝在靠近硅片压点处是垂直 的，可压到芯片纵深处(但必须使用温度 SiO2纯化层)，使用起来很灵活。
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》课程教学大纲
《集成电路版图设计》课程教学大纲课程名称：集成电路版图设计课程代码：英文名称：IC Layout Design课程性质：专业课学分/学时：3/54开课学期：春季适用专业：微电子学、电子科学与技术先修课程：后续课程：开课单位：课程负责人：大纲执笔人：大纲审核人：一、课程性质和教学目标（在人才培养中的地位与性质及主要内容，指明学生需掌握知识与能力及其应达到的水平）课程性质：简单介绍课程，说明本课程在专业培养中的地位和作用，下面给出一个例子供参考。
课程性质：集成电路版图设计是微电子学和电子科学与技术专业必修课程，同时也是专业主干课程。
本课程旨在让学生初步掌握集成电路版图设计的原理、方法并进行实践。
教学目标：说明本课程的主要内容，以及课程教学应达到的目标，下面给出一个例子供参考。
教学目标：本课程讲授集成电路版图设计涉及的流程、设计方法和优化方法，并基于CMOS 工艺讲授集成电路版图设计。
本课程的具体教学目标如下：1、了解集成电路设计流程，掌握版图设计流程；2、掌握集成电路版图设计和优化方法；3、能利用Cadence仿真软件，基于CMOS工艺，完成集成电路的版图设计；4、能利用Cadence仿真软件，基于CMOS工艺，完成集成电路的版图优化；5、正确认识集成电路版图设计的重要意义、发展规律和未来发展趋势。
二、课程目标与毕业要求的对应关系（明确本课程知识与能力重点符合标准哪几条毕业要求指标点）三、课程教学内容及学时分配（含课程教学、自学、作业、讨论等内容和要求，指明重点内容和难点内容）（重点内容：★；难点内容：∆）1、课程介绍和集成电路版图设计导论（3课时）（支撑课程目标1、5）1.1本课程的教学内容、结构和考核等1.2集成电路版图设计的重要性★1.3集成电路设计流程1.4集成电路版图设计的流程★1.5集成电路版图设计的发展规律和未来趋势2、Cadence Virtuoso 应用（3课时）（支撑课程目标3、4）2.1环境配置与启动方式2.2 界面介绍2.3基本操作介绍3、集成电路原理图设计（6课时）（支撑课程目标2、3、4）3.1 原理图设计基本操作介绍3.2 电路器件调用与修改参数3.3 电路连线与端口设计3.4 电路设计模块化4、集成电路前仿真（12课时）（支撑课程目标3、4）4.1仿真环境搭建4.2 直流仿真4.3 瞬态仿真4.4 电路设计与调试★∆5、集成电路版图设计基础（9课时）（支撑课程目标2、3、4）5.1 版图设计基本操作介绍5.2 版图器件调用与参数设置5.3 版图连线与端口设计6、集成电路版图设计规则检查DRC（3课时）（支撑课程目标3、4）6.1 版图DRC环境配置6.2 DRC结果报告阅读与理解6.3 DRC错误修改★7、集成电路版图与原理图对比LVS（12课时）（支撑课程目标3、4）7.1版图LVS环境配置7.2 LVS结果报告阅读与理解7.3 LVS错误修改★8、集成电路版图优化（6课时）（支撑课程目标2、3、4）8.1 版图布板布局优化★8.2 版图连线优化8.3 版图局部优化四、教学方法1、教学方式：讲解与实验相结合；2、教师以多媒体课件讲授为主线，学生复习课件内容，并自学教学参考书相关内容；3、安排27课时设计实践，辅以设计实例的讲解，学生完成上机设计和设计报告。
集成电路版图设计 ppt课件
WW
top-metal (18 mOhm/sq)
MMeetatal -l1
WW
ILD WW
WW
A-Si
PSD
PSD
PSD
NSD
NSD
VTP PAPT
NAPT
Nwell
Pwell
WW
WW
MMeetatal-l3 WW
WW WW
Poly
NSD
Trench oxide
P Substrate 6
8.2 版图几何设计规则
导电层作为下电极 绝缘层作为平板电容两电极间的介质 导电层作为上电极 电容计算公式：
Ctotal [ fF ] Carea [ fF / m2 ]* area[ m2 ] C fringe[ fF / m ]* perimeter[ m ]
电阻的可变参数：电阻宽度(width)、电阻值(R)。
19
多晶硅电阻
2.0
3.0
2.0
2.0
2.0
Poly
Metal1
Xd
Xd
1.0
1.5
Contact
图8.7 第一层多晶硅电阻俯视图
3.0
Electrode
Metal1
Contact
Xd 1.0
2.0
图8.8 第二层多晶硅电阻俯视图
20
多晶硅电阻（续）
MOS管的可变参数为：栅长(gate_length)、栅宽(gate_width) 和栅指数(gates)。
栅长(gate_length)指栅极下源区和漏区之间的沟道长度，最 小值为2lambda=0.4μm。
栅宽(gate_width)指栅极下有源区(沟道)的宽度，最小栅宽为 3 lambda=0.6μm。
集成电路版图设计岗位职责职位要求
集成电路版图设计岗位职责职位要求(实用版)编制人：______审核人：______审批人：______编制单位：______编制时间：__年__月__日序言下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教学心得体会、工作心得体会、学生心得体会、综合心得体会、党员心得体会、培训心得体会、军警心得体会、观后感、作文大全、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by this editor.I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you!And, this store provides various types of practical materials for everyone, such as teaching experience, work experience, student experience, comprehensive experience, party member experience, training experience, military and police experience, observation and feedback, essay collection, other materials, etc. If you want to learn about different data formats and writing methods, please pay attention!集成电路版图设计岗位职责职位要求第1篇集成电路版图设计岗位职责职位要求职责描述：岗位职责：1、熟练掌握模拟集成电路或数字集成电路的设计概念和流程，独立或合作完成线路设计。
第14章集成电路版图设计PPT课件
• 完成一个反相器的版图设计
2020/9/21
25
2020/9/21
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2020/9/21
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2020/9/21
31
2020/9/21
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版图设计中的相关主题
1. Antenna Effect 2. Dummy 的设计 3. Guard Ring 保护环的设计 4. Match的设计
2020/9/21
层次表示 含义
Nwell
N阱层
Active
N+或P+有源 区层
Poly 多晶硅层
Contact 接触孔层
Metal Pad
金属层
焊盘钝化 层
标示图
15
2020/9/21
16
2020/9/21
17
2020/9/21
Hale Waihona Puke N阱设计规则编 描 述尺
目的与作用
号
寸
1.1 N阱最小宽 (1μ0m.) 保证光刻精度和器
• 设计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。
• 掩膜上的图形决定着芯片上器件或连接物理层的尺寸。因此版图上的几何图
形尺寸与芯片上物理层的尺寸直接相关。
2020/9/21
13
版图几何设计规则
• 版图设计规则：是指为了保证电路的功能和一定的成品率而提出的一 组最小尺寸，如最小线宽、最小可开孔、线条之间的最小间距。
• 1.设计规则检查(DRC) • 2.版图寄生参数提取(LPE) • 3.寄生电阻提取(PRE) • 4.电气规则检查(ERC) • 5.版图与线路图比较程序(LVS)
集成电路版图设计
《集成电路版图设计》课内实验学院：信息学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：模拟集成电路版图设计集成电路版图是电路系统与集成电路工艺之间的中间环节，是一个不可少的重要环节。
通过集成电路的版图设计，可以将立体的电路系统变为一个二维的平面图形，再经过工艺加工还原于基于硅材料的立体结构。
因此，版图设计是一个上承的电路系统，下接集成电路芯片制造的中间桥梁，其重要性可见一斑。
但是，集成电路版图设计是一个令设计者感到困惑的一个环节，我们常常感到版图设计似乎没有什么规矩，设计的经验性往往掩盖了设计的科学性，即使是许多多年版设计经验的人有时候也说不清楚为何要这样或者那样设计。
在此，集成电路版图设计是一门技术，它需要设计者具有电路系统原理与工艺制造方面的基础知识。
但它更需要设计者的创造性，空间想象力和耐性，需要设计者长期工作的经验和知识的积累，需要设计者对日异月新的集成电路发展密切关注和探索。
一个优秀的版图设计者对于开发超性能的集成电路是极其关键的。
在版图的设计和学习中，我们一直会面临匹配技术降低寄生参数技术熟悉电路作用（功能，频率）电流密度的计算（大电流和小电流的电流路径以及电流流向）等这些基本，它们也是最重要的问题。
版图的设计，从半导体制造工艺，到最后的后模拟过程都是非常关键的，里面所涉及的规则有1500——2000条，一些基本问题的解决方法和设计的调理化都将在下面提及。
模拟集成电路版图设计流程：阅读研究报告理解电路原理图了解电路的作用熟悉电流路径晶大小知道匹配器件明白电路中寄生，匹配，噪声的产生及解决方案对版图模块进行平面布局对整个版图进行平面布局熟练运用cadence软件进行版图绘制Esd的保护设计进行drc与lvs检查整理整个过程中的信息时刻做记录注意在设计过程中的交流集成电路制造工艺双极工艺：Cmos（p阱）工艺：版图设计经验总结：1 查看捕捉点设置是否正确.08工艺为0.1,06工艺为0.05,05工艺为0.025.2 Cell名称不能以数字开头.否则无法做DRACULA检查.3 布局前考虑好出PIN的方向和位置4 布局前分析电路，完成同一功能的MOS管画在一起5 对两层金属走向预先订好。
《集成电路版图设计》课件
了解各种元器件的工作原理是进行版图设计的基础，如晶 体管的工作原理涉及到载流子的运动和电荷的积累等。
元器件版图设计规则
在进行元器件版图设计时，需要遵循一定的设计规则，如 电阻的阻值计算、电容的容量计算等，以确保设计的准确 性和可靠性。
集成电路工艺
01 02
集成电路工艺流程
集成电路的制造需要经过多个工艺步骤，包括薄膜制备、光刻、刻蚀、 掺杂等，这些工艺步骤的参数和条件对集成电路的性能和可靠性有着重 要影响。
学生需要按照指导要求，完成集成电路版图设计实践任务，并
提交实践报告。
集成电路版图设计实践图设计
案例四
某混合信号集成电 路版图设计
案例一
某数字集成电路版 图设计
案例三
某射频集成电路版 图设计
案例五
某可编程逻辑集成 电路版图设计
集成电路版图设计实践经验总结
实践经验总结的重要性
特点
集成电路版图设计具有高精度、 高复杂度、高一致性的特点，需 要综合考虑电路功能、性能、可 靠性以及制造工艺等多个方面。
集成电路版图设计的重要性
01
02
03
实现电路功能
集成电路版图设计是将电 路设计转化为实际产品的 关键环节，是实现电路功 能的重要保障。
提高性能和可靠性
合理的版图设计可以提高 集成电路的性能和可靠性 ，确保产品在长期使用中 保持稳定。
DRC/LVS检查
进行设计规则检查和版图验证 ，确保版图设计的正确性和可 制造性。
布图输出
将版图数据输出到制造环节， 进行硅片的制作。
02
集成电路版图设计基础知识
半导体材料
半导体材料分类
半导体材料分为元素半导体和化合物半导体两大类，元素半导体包括硅和锗，化合物半导 体包括三五族化合物（如砷化镓、磷化镓等）和二六族化合物（如硫化镉、硒化镉等）。
《集成电路版图设计》(第二章)PPT课件
方式二：选择Attach
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
三、显示文件准备
LSW窗口：
✓ nwell是N 阱，PMOS管做在N阱中； ✓ ndiff是N型扩散区，也叫N型有源区（active），用来做NMOS管； ✓ pdiff是P型扩散区，也叫P型有源区，用来做PMOS管； ✓ nimp是N型扩散区注入层； ✓ pimp是P型扩散区注入层； ✓ poly是多晶层，主要用来做管子的栅极； ✓ cont是接触孔contact； ✓ metal1是一铝层； ✓ via1是一铝层和二铝层之间的连接孔，称为通孔； ✓ metal2是二铝层； ✓ pad是压焊点所在的层； ✓ 其它还包括一些特殊器件上的标识层等等
3、单元的宽长比设 置原则——最常见 宽长比的设置
逻辑图中每一 个管子宽长比 的设置
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
3、单元的宽长 比设置原则— —最常见宽长 比的设置（续）
单元符号的建立和 Label的设置
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
3、单元的宽长比 设置原则——其它 宽长比的设置
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
第一部分、D508项目逻辑图的准备
一、逻辑图输入工具启动
二、一个传输门逻辑图及符 号的输入流程
三、D508项目单元逻辑图的准备 四、D508项目总体逻辑图的准备
第二部分、D508项目版图输入准备
一、设计规则准备 二、工艺文件准备 三、显示文件准备
第三部分、版图设计步骤及操作
三、显示文件准备（续）
基于Cadence系统的 全定制版图设计基础
Display Resource Editor 窗口：
集成电路的版图设计
27
2. 微米设计规则，又称自由格式规则
——80年代中期，为适应VLSI MOS电路制造工 艺，发展了以微米为单位的绝对值表示的版图 规则。针对一些细节进行具体设计，灵活性大， 对电路性能的提高带来很大方便。适用于有经 验的设计师以及力求挖掘工艺潜能的场合。目 前一般的MOS IC研制和生产中，基本上采用这 类规则。其中每个被规定的尺寸之间没有必然 的比例关系。显然，在这种方法所规定的规则 中，对于一个设计级别，就要有一整套数字， 因而显得烦琐。但由于各尺寸可相对独立地选 择，所以可把尺寸定得合理。
7
版图设计图例
Poly Diff Al con
Vdd
P阱
T2 W/L=3/1 Vi Vo T1 W/L=1/1 Vi Vo
Vss
8
MOS集成电路的版图设计规则
基本的设计规则图解
9
10
11
12
13
14
15
p.333
16
17
18
19
20
21
22
MK1
23
24
25
26
3
poly-Si：取决于工艺上几何图形的分辨率。 Al:铝生长在最不平坦的二氧化硅上， 因此， 铝的宽度和间距都要大些，以免短路或断铝。 diff-poly：无关多晶硅与扩散区不能相互重叠， 否则将产生寄生电容或寄生晶体管。
Al Poly
diff
2
3
4
⑫ 接触孔： 孔的大小：22 diff、poly的包孔：1 孔间距：1
设计铝条时，希望铝条尽量短而宽。铝 条本身也要引入串连电阻，因此也需计算铝 条引入的串联电阻对线路的影响。铝条不能 相交，在不可避免的交叉线时，可让一条或 几条铝条通过多发射极管的发射极区间距或 发射区与基区间距，也可从电阻上穿过，但 不应跨过三次氧化层。 必须采用“磷桥” 穿接时，要计算“磷桥”引入的附加电阻对 电路特性的影响。一般不允许“磷桥”加在 地线上。但是在设计IC时应尽可能避免使用 扩散条穿接方式，因为扩散条不仅带来附加 电阻和寄生电容，同时还占据一定面积。 46
集成电路版图设计
集成电路版图设计
集成电路版图设计是指将电子元器件（如晶体管、电阻、电容等）根据电路图的要求进行布局和连线的过程，实现电路功能并将其制作成一张版图以供电路的制造和生产。
集成电路版图设计主要包括以下几个步骤：
1. 电路分析：根据电路的功能及要求，进行电路分析，确定电路的基本结构和模块。
2. 元件选择：根据电路的功能和性能要求，选择合适的元件进行布局。
不同的元件具有不同的特性，如低噪声、快速开关、高频率等，需根据实际要求进行选择。
3. 布局设计：根据电路的结构和模块，将元件进行合理的布局。
布局的目的是使得电路平衡，减少干扰和噪声，并提高电路的稳定性和可靠性。
4. 连线设计：根据电路的功能要求，将各个元件进行连线，形成完整的电路。
连线的设计需要合理安排电路信号的传输路径，避免信号干扰和交叉干扰。
5. 优化设计：对布局和连线进行优化，以提高电路的性能。
例如，优化连线的长度和宽度，减少信号延迟和功耗。
6. 输出版图：将优化后的电路设计转化成计算机可识别的格式，并输出成版图文件。
版图文件可以用于电路的制造和生产。
集成电路版图设计的目的是在满足电路功能要求的前提下，使电路布局和连线达到最佳性能。
对于大规模集成电路（VLSI）设计，还需要考虑功耗、热量和信号完整性等因素，以实现高集成度和高性能的电路设计。
随着技术的不断发展，集成电路版图设计也在不断演进，从传统的手工设计发展到计算机辅助设计（CAD）和自动化设计（EDA），大大提高了设计效率和准确性。
《集成电路版图设计》课件
布局原则
在布局时，应遵循一些基本原则，如模块化、层次化、信号流向清晰等，以提高 布局的可读性和可维护性。
优化方法
可以采用一些优化方法来提高布局的效率和可读性，如使用自动布局算法、手动 调整布局、考虑布线约束等。
布线优化
布线原则
在布线时，应遵循一些基本原则，如 避免交叉、减少绕线、保持线宽一致 等，以提高布线的可靠性和效率。
04
集成电路版图设计技巧与优化
布图策略与技巧
布图策略
根据电路功能和性能要求，选择合适的布图策略，如层次化、模块化、对称性 等，以提高布图的效率和可维护性。
技巧
在布图过程中，可以采用一些技巧来提高布图的效率和可读性，如使用标准单 元、宏单元等模块化设计，以及合理利用布局空间、避免布线拥堵等。
布局优化
用于实现电路中的电阻功能，调节电流和电 压。
电感器
用于实现电路中的电感功能，用于产生磁场 和感应电流。
版图设计规则
几何规则
规定了各种几何元素的使用方法和尺寸 ，以确保版图的准确性和一致性。
器件规则
规定了各种器件的尺寸、形状和排列 方式，以确保器件的性能和可靠性。
连线规则
规定了各种连线元素的宽度、间距和 连接方式，以确保电路的可靠性和稳 定性。
直线
用于连接集成电路中的不同部 分，实现电路的导通。
弧线
用于表示不同层之间的过渡， 以平滑电路。
折线
用于表示复杂电路中的分支或 连接点。
点
用于表示电路中的节点或连接 点。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 器件元素
晶体管
用于实现电路中的逻辑功能，是集成电路中 的基本元件。
电容器
用于实现电路中的电容功能，用于存储电荷 和过滤信号。
集成电路版图设计习题答案第二章集成电路制造工艺
集成电路版图设计习题答案第2章 集成电路制造工艺【习题答案】1．硅片制备主要包括（直拉法）、（磁控直拉法）和（悬浮区熔法）等三种方法。
2．简述外延工艺的用途。
答：外延工艺的应用很多。
外延硅片可以用来制作双极型晶体管，衬底为重掺杂的硅单晶（n +），在衬底上外延十几个微米的低掺杂的外延层（n ），双极型晶体管（NPN ）制作在外延层上，其中b 为基极，e 为发射极，c 为集电极。
在外延硅片上制作双极型晶体管具有高的集电结电压，低的集电极串联电阻，性能优良。
使用外延硅片可以解决增大功率和提高频率对集电区电阻要求上的矛盾。
图 外延硅片上的双极型晶体管集成电路制造中，各元件之间必须进行电学隔离。
利用外延技术的PN 结隔离是早期双极型集成电路常采用的电隔离方法。
利用外延硅片制备CMOS 集成电路芯片可以避免闩锁效应，避免硅表面氧化物的淀积，而且硅片表面更光滑，损伤小，芯片成品率高。
外延工艺已经成为超大规模CMOS 集成电路中的标准工艺。
3．简述二氧化硅薄膜在集成电路中的用途。
答：二氧化硅是集成电路工艺中使用最多的介质薄膜，其在集成电路中的应用也非常广泛。
二氧化硅薄膜的作用包括：器件的组成部分、离子注入掩蔽膜、金属互连层之间的绝缘介质、隔离工艺中的绝缘介质、钝化保护膜。
4．为什么氧化工艺通常采用干氧、湿氧相结合的方式？答：干氧氧化就是将干燥纯净的氧气直接通入到高温反应炉内，氧气与硅表面的原子反应生成二氧化硅。
其特点：二氧化硅结构致密、均匀性和重复性好、针孔密度小、掩蔽能力强、与光刻胶粘附良好不易脱胶；生长速率慢、易龟裂不宜生长厚的二氧化硅。
湿氧氧化就是使氧气先通过加热的高纯去离子水（95℃），氧气中携带一定量的水汽，使氧化气氛既含有氧，又含有水汽。
因此湿氧氧化兼有干氧氧化和en +SiO 2n -Si 外延层 n +Si 衬底水汽氧化的作用，氧化速率和二氧化硅质量介于二者之间。
实际热氧化工艺通常采用干、湿氧交替的方式进行。
集成电路布图设计
2023-11-04CATALOGUE目录•集成电路布图设计概述•集成电路布图设计的基本要素•集成电路布图设计的技巧和方法•集成电路布图设计的工具与平台•集成电路布图设计的挑战与解决方案•集成电路布图设计的应用案例01集成电路布图设计概述集成电路布图设计是指将电子器件及其连接关系以几何图形的方式在集成电路芯片上分布并按照一定规则布局的技术方案。
定义集成电路布图设计具有高度复杂性、精密性和集成性，要求设计者具备深厚的电子设计自动化（EDA）工具使用技能和专业知识。
特点定义与特点物理设计根据逻辑电路设计，进行布局布线、信号完整性分析等物理设计，生成可制造的版图文件。
设计输入明确设计需求，提供功能描述和性能参数等设计输入信息。
逻辑设计将功能描述转化为逻辑电路，进行功能仿真和调试。
版图验证对版图文件进行功能和性能验证，确保设计与制造的一致性。
制造与测试将版图文件交由半导体制造厂进行芯片制造，并进行测试与验证。
合理的布图设计可以优化芯片的性能、速度和功耗等方面的表现。
提高芯片性能降低制造成本推动产业发展通过优化布图设计，可以提高芯片的可制造性和良品率，降低制造成本。
集成电路布图设计是半导体产业的核心技术之一，对于推动产业发展具有重要意义。
03020102集成电路布图设计的基本要素确定芯片的功能和性能参数，进行逻辑门级设计，实现功能描述到逻辑电路的转换。
逻辑设计进行芯片的物理布局和布线设计，包括信号完整性、电源完整性、时序等。
物理设计通过仿真工具对设计的电路进行功能和性能验证，确保设计的正确性。
仿真验证将电路设计转换为版图设计，需要考虑工艺、制程等因素对电路性能的影响。
抽象层次使用版图编辑工具进行版图的绘制和编辑，实现电路到版图的转换。
版图编辑对版图进行质量检查和验证，确保版图的正确性和可制造性。
版图验证检查版图设计是否符合制造工艺的要求，确保版图的可制造性。
设计规则检查（DRC）分析版图布局对电路性能的影响，以及各种寄生效应对电路性能的影响。
功率集成电路版图设计
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温度梯度版图布局
❖ 将所有功耗较大的功率元件放在芯片的一边，而将对热敏感 的器件和电路（例如差分对、带隙基准源和高精度电阻等） 放在芯片的另一边；
❖ 唯一不同的是过温检测器件紧挨着功耗较大的功率元件，以 便更好的检测芯片的结温并采取措施；
❖ 在匹配过程中，应当将匹配的晶体管放在离开热源距离相等 的地方，或者放在平衡热梯度的方向上；
功率集成电路中低压电路防闩锁结构研究
(1) X1可变，X2不变
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变化X1对闩锁触发电压的影响
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功率集成电路中低压电路防闩锁结构研究
原因分析： • 阱内的少子是在一个三维空间运动，其形成闩锁触发的路径主要有两个方向，
纵向和横向； • 少子从纵向流出阱外的路径比横向的路径短，而且纵向的截面积比横向截酉积
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保护环对低压电路闩锁触发的影响
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带多子保护环的低压CMOS结构
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❖ 只在阱内加N+环并接电源。当电极1上的脉冲电压达到200V时，电源
上基本没有电流。阱内的多子环减小了阱内寄生管的基区电阻，从而
提高了触发电压，由于阱的空间比整个衬底小，所以在阱内加多子环
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噪声
噪声的来源： ❖ 金属线干扰 ❖ 衬底噪声 ❖ 器件本身噪声
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金属线干扰抑制
❖ 在设计数字和模拟电路的接口时，应避免从高压线或传 输线注入噪声。对于PIC而言，很多高压线流过的电压 高达上千伏以上，需格外关注；
❖ 在设计信号线的走线时，在信号线两边铺设同层金属的 接地屏蔽线，以做到屏蔽噪声干扰的效果。
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阱内加多子环、衬底加多子。
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保护环对低压电路闩锁触发的影响
少子环保护。从理论上讲阱内加多子环、衬底加少子环的结构， 其电源电流比只在阱内加多子环电源电流峰值下降了20％左右。 这种双环结构抗闩锁较为理想。但是在功率集成电路实际版图 中，尽量可以考虑用阱多子环，而少用衬底少子环保护结构， 是由于少子环接低压电源，所以不可避免的在环上也会有电流， 整个低压电源电流是一个电流的叠加损耗。
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功率集成电路中低压电路防闩锁结构研究
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功率集成电路中低压电路防闩锁结构研究
通过在左侧GND上加脉冲电压 产生村底电流，引起闩锁触发。
对于P注入和N注入距离阱的空间X1和X2进行模拟，看这两个距离对 触发电压的影响程度。
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功率集成电路中低压电路防闩锁结构研究
(1) X1可变，X2不变
变化X1对闩锁触发电压的影响
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功率集成电路中低压电路防闩锁结构研究
原因分析： • 阱内的少子是在一个三维空间运动，其形成闩锁触发的路径主要有两个方向，
纵向和横向； • 少子从纵向流出阱外的路径比横向的路径短，而且纵向的截面积比横向截酉积
大，这样大部分少子就会从阱的底部流出阱外，所以增加横向路径，对整个 触发影响不大。 • 只有增加纵向路径，使纵向少子电流在流出阱外之前就复合，才能够使触发电 压增加。
上基本没有电流。阱内的多子环减小了阱内寄生管的基区电阻，从而
提高了触发电压，由于阱的空间比整个衬底小，所以在阱内加多子环
以提高触发电压的效果会比衬底明显。
只在衬底加P+环。当极1上的脉冲电压在200V时，监测到从电极2
到电极4有大电流通路。原因是衬底的空间相对于阱大得多，改变衬
底寄生电阻的阻值不明显。
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PIC版图例子
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发热器件设计
发热器件的设计还要考虑热对称性和热均匀性，尽量避 免在 芯片的某一点很小范围内，出现温度远远超过电路的极限工 作温度（175--200℃）的热斑。
实践表明，“热斑”是半导体功率器件可靠性的宿敌，因此 必须防止“热斑”的产生，而功率器件每个基本单元所承受 电流的不均匀是“热斑”产生的主要原因。
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温度梯度版图布局
将所有功耗较大的功率元件放在芯片的一边，而将对热敏感 的器件和电路（例如差分对、带隙基准源和高精度电阻等） 放在芯片的另一边；
唯一不同的是过温检测器件紧挨着功耗较大的功率元件，以 便更好的检测芯片的结温并采取措施；
在匹配过程中，应当将匹配的晶体管放在离开热源距离相等 的地方，或者放在平衡热梯度的方向上；
2020/4/2
闩锁触发时电流、电势曲线图
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功率集成电路中低压电路防闩锁结构研究
(2) X2可变，X1不变
变化X2对闩锁触发电压的影响
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功率集成电路中低压电路防闩锁结构研究
X2与触发电压基本呈线性增加趋势，拉大横向寄生三极管基 区宽度，即减小了寄生管的电流增益，从而需要更大的触发电 压。
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噪声抑制例子
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闩锁效应
对于高耐压（大于100V）的功率集成电路，就必须仔细考虑 其中的闩锁效应，并提出合理的抑制闩锁效应措施。
一般闩锁问题，可以通过改进工艺来解决，如采用外延工艺、 SOI工艺等，但是这也会大大增加生产成本。功率集成电路的 工艺一般较复杂和特殊，所以工艺改进实现难度较大，一般主 要从版图布局布线和保护结构上进行考虑。
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噪声
噪声的来源： 金属线干扰 衬底噪声 器件本身噪声
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金属线干扰抑制
在设计数字和模拟电路的接口时，应避免从高压线或传 输线注入噪声。对于PIC而言，很多高压线流过的电压 高达上千伏以上，需格外关注；
在设计信号线的走线时，在信号线两边铺设同层金属的 接地屏蔽线，以做到屏蔽噪声干扰的效果。
第六章 功率集成电路版图设计
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主要内容
PIC版图特点 隔离版图 整体布局
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功率集成电路版图特点
PIC版图最大的区别在于增加功率器件
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功率集成电路版图特点
PIC版图设计时应当综合考虑器件： 终端结构 大电流 寄生参数 温度梯度 噪声 闩锁效应 隔离等
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功率集成电路中低压电路防闩锁结构研究
综合以上各种抗闩锁版图保护措施，得出的低压电路 部分的防闩锁最佳方案是： 在阱中加入多子保护环，同时保证衬底中低压N管与阱
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衬底噪声
数字电路、高压电路引起的开关噪声会通过公共衬底耦合 到敏感的模拟电路，从而影响其性能。衬底耦合噪声已经成为 制约其性能的重要因素。这主要有两种物理过程会引起注入到 衬底的电流： 1. 开关节点会通过结电容或者互连线电容向衬底注入电流，即
电容耦合注入； 2. 当MOS 管的漏端电场大到一定程度后，就会引起撞击电离，
在无保护环情况下，低压CMOS结构抗闩锁方法：阱内P+注入 与阱边界距离满足DRC规则，而衬底中的N+与阱边界距离在 版图允许的范围内尽量大。
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保护环对低压电路闩锁触发的影响
带多子保护环的低压CMOS结构
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只在阱内加N+环并接电源。当电极1上的脉冲电压达到200V时，电源
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温度梯度
在所有接触到的半导体器件和电路中，温漂效应都是或多或 少存在，如温度升高会引起Vbe的变化，破坏电流镜的平衡； VDMOS器件具有负温度系数，温度升高其电流减小。
在实际版图布局过程中，不同器件流过电流密度不同，温度 变化也不同。特别是大电流功率器件在工作状态时的结温是 最不稳定的且易变化，它不仅影响器件自己的特性，而且还 影响周围器件和电路的性能。
生成的电子-空穴对会注入到衬底。
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衬底噪声的机理
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衬底噪声抑制
简单方法就是在敏感模拟电路周围增加一些保护环，比 如N注入保护环和P注入保护环。
实践中发现，采用独立的或组合的N注入保护环和P注入 保护环对隔离效果还是有明显的差别，其中采用独立管 脚的P+隔离环(p-sub)是最为有效的隔离衬底耦合噪声的 方法之一。