版图设计中的设计规则

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版图验证
ERC检查的主要错误有如下几种： (1) 节点开路。 (2) 短路。 (3) 接触孔浮孔。 (4) 特定区域未接触。 (5) 不合理的元器件节点数（或扇出数）
应
2.2
P+、N+有源区间距
3.5
减少寄生效应
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版图几何设计规则
P+、N+有源区设计规则示意图
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版图几何设计规则
Poly相关的设计规则列表
编号
描述
尺寸
目的与作用
3.1
多晶硅最小宽度
3.0
保证多晶硅线的必要电导
3.2
多晶硅间距
2.0
防止多晶硅联条
3.3
与有源区最小外
优点：版图设计独立于工艺和实际尺寸。
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版图几何设计规则
层次
人们把设计过程抽象成若干易 于处理的概念性版图层次，这些层 次代表线路转换成硅芯片时所必需 的掩模图形。
下面以某种N阱的硅栅工艺为例分 别介绍层次的概念。
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版图几何设计规则
• NWELL硅栅的层次标示
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版图几何设计规则
Pad相关的设计规则列表
编号 6.1
描述 最小焊盘大小
尺寸 90
目的与作用 封装、邦定需要
6.2
最小焊盘边间距
80
防止信号之间串绕
6.3
最小金属覆盖焊盘
6.0
保证良好接触
6.4
焊盘外到有源区最小距
25.0
离
提高可靠性需要
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版图几何设计规则
对于版图设计初学者来说，第一次设计 就能全面考虑各种设计规则是不可能的。
为此，需要借助版图设计工具的在线DRC 检查功能来及时发现存在的问题，具体步骤 参见本书第十四章。
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反相器实例
GND
4.4 4.2
3.1 3.4 4.5
4.7 2.1
IN
1.4
1.3
2.2
4.7 5.2
OUT
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版图验证
版图的电学验证（ERC）
除违反设计规则而造成的图形尺寸错误外， 常还会发生电学错误，如电源、地、某些输 入或输出端的连接错误。这就需要用ERC检 验步骤来加以防范。
为了进行ERC的验证，首先应在版图中将 各有关电学节点做出定义。如将电源、接地 点、输入端、输出端分别给出“节点名”。
设计规则
由于器件的物理特性和工艺的限制，芯片上 物理层的尺寸进而版图的设计必须遵守特定 的规则。 这些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。
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1
厂家提供设计规则
设计者只能根据厂家提供的设计 规则进行版图设计。
严格遵守设计规则可以极大地避免由于 短路、断路造成的电路失效和容差以及 寄生效应引起的性能劣化。
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全定制设计方法
所谓全定制设计方法就是利用 人机交互图形系统，由版图设计 人员从每个半导体器件的图形、 尺寸开始设计，直至整个版图的 布局布线。
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半定制设计方法
而在标准单元设计方法中，基本的电 路单元(如非门、与非门、或非门、全加器、 D触发器)的版图是预先设计好的，放在 CAD工具的版图库中。这部分版图不必由 设计者自行设计，所以叫半定制。所以在 半定制设计中常用到标准单元法。
无论建立标准单元库还是布局布线阶段， 都要用到Technology File。可以存在系统 中的隐含文件或任一指定文件中。根据 需要此文件也可重新命名或进行编辑。
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Technology File
Technology File包含定义设计所需的全部 物理信息，包括：
各层颜色、线型、显示或绘图设备； 单层和双层性质； 视图（VIEW）及其性质； 物理设计规则；
优点：版图设计独立于工艺和实际尺寸。
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1. 设计规则或规整格式设计规则
70年代末，Meed和Conway倡导以无量纲的“” 为单位表示所有的几何尺寸限制，把大多数尺寸（覆 盖，出头等等）约定为的倍数。通常取栅长度L的 一半，又称等比例设计规则。由于其规则简单，主要 适合于芯片设计新手使用，或不要求芯片面积最小， 电路特性最佳的应用场合。在这类规则中，把绝大多 数尺寸规定为某一特征尺寸“”的某个倍数。与工 艺线所具有的工艺分辨率有关，线宽偏离理想特征尺 寸的上限以及掩膜版之间的最大套准偏差。
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版图几何设计规则
• 从设计的观点出发，设计规则可以 分为三部分：
（1）决定几何特征和图形的几何规 定。这些规定保证各个图形彼此之
间具有正确的关系。
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版图几何设计规则
（2）确定掩模制备和芯片制造中都 需要的一组基本图形部件的强制性
要求。 （3）定义设计人员设计时所用的电 参数的范围。
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版图几何设计规则
• 有几种方法可以用来描述设计规则。 其中包括：
＊以微米分辨率来规定的微米规则 ＊以特征尺寸为基准的λ规则
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设计规则或规整格式设计规则
70年代末，Meed和Conway倡导以无量纲的“” 为单位表示所有的几何尺寸限制，把大多数尺寸（覆 盖，出头等等）约定为的倍数。通常取栅长度L的 一半，又称等比例设计规则。由于其规则简单，主要 适合于芯片设计新手使用，或不要求芯片面积最小， 电路特性最佳的应用场合。在这类规则中，把绝大多 数尺寸规定为某一特征尺寸“”的某个倍数。与工 艺线所具有的工艺分辨率有关，线宽偏离理想特征尺 寸的上限以及掩膜版之间的最大套准偏差。
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标准单元库
单元库实际包括四种符号： 符号（symbol view） 抽象图（abstract view） 线路图（schematic view） 版图（layout view）
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半定制标准单元示意图
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单元库与工艺数据
每一单元库都应与一定的工艺数据相联 系，这些数据放在所谓“工艺文件 （Technology File)”中。
间距
3.4
多晶硅伸出有源
区
3.5
与有源区最小内
间距
来自百度文库
1.0
保证沟道区尺寸
1.5
保证栅长及源、漏区的截断
3.0
保证电流在整个栅宽范围内均匀
流动
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版图几何设计规则
Poly相关设计规则示意图
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版图几何设计规则
Contact相关的设计规则列表
编号
描述
尺寸
4.1
接触孔大小
所有器件。包括晶体管、接触、引脚；器件 可以通用，也可自定义（详细内容及操作方 法详见相关软件使用说明）。
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版图验证
设计规则的验证（DRC）
设计规则的验证（DRC）由下述命令格式书写 成检查文件：
＜出错条件＞ ＜出错输出＞
在运行过程中，如果所画版图出现符合＜出错条 件＞的情形，则执行＜出错输出＞。则此出错条件是 由设计人员按照设计规则编写的。在DRC执行过程中， 计算机会自动对照查验图形和出错条件。
1.3
4.2 4.4
3.1 4.5 3.4 4.7
2.1 1.1
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VDD
5.1 28
电学设计规则
• 电学设计规则给出的是将具体的 工艺参数及其结果抽象出的电学 参数，是电路与系统设计、模拟 的依据。
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电学设计规则描述
《集成电路设计基础》
30
电学设计规则描述
《集成电路设计基础》
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版图几何设计规则
contact设计规则示意图
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版图几何设计规则
Metal相关的设计规则列表
编号 5.1
描述
尺寸
金属宽度
2.5
目的与作用 保证铝线的良好电导
5.2
金属间距
2.0
防止铝条联条
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版图几何设计规则
Metal设计规则示意图
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版图设计及版图验证
• 版图布局布线 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 元器件之间、各部分之间的连接。
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单元和单元库的建立
在版图设计阶段，无论是全 定制还是半定制版图设计一定 都会用到单元或单元库。
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《集成电路设计基础》
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电学设计规则
与上述的几何设计规则一样，对于不同 的工艺线和工艺流程，数据的多少将有 所不同，对于不同的要求，数据的多少 也会有所差别。
《集成电路设计基础》
32
电学设计规则
• 如果用手工设计集成电路或单元（如标准 单元库设计），几何设计规则是图形编 辑的依据，电学设计规则是分析计算的 依据。
2.0x2.0
4.2
接触孔间距
2.0
4.3
多晶硅覆盖孔
1.0
4.4
有源区覆盖孔
1.5
4.5
有源区孔到栅距离
1.5
4.6
多晶硅孔到有源区距
1.5
离
4.7
金属覆盖孔
1.0
目的与作用 保证与铝布线的良好接触
保证良好接触 防止漏电和短路 防止PN结漏电和短路 防止源、漏区与栅短路 防止源、漏区与栅短路 保证接触，防止断条
（2）禁止在一条铝走线的长信号线 下平行走过另一条用多晶硅或 扩散区走线的长信号线。
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布线规则
（3）压点离开芯片内部图形的距离 不应少于20μm，以避免芯片 键合时，因应力而造成电路损 坏。
（4）布线层选择。
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36
布线规则
《集成电路设计基础》
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版图设计及版图验证
1.3
N阱内N阱覆盖P+
2.0
保证N阱四周的场注N区环的尺寸
1.4
N阱外N阱到N+距离
8.0
减少闩锁效应
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版图几何设计规则
N阱设计规则示意图
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版图几何设计规则
P+、N+有源区相关的设计规则列表
编号 描 述
尺
寸
目的与作用
2.1
P+、N+有源区宽度
3.5
保证器件尺寸，减少窄沟道效
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2
版图几何设计规则
版图几何设计规则可看作是对光刻掩模版 制备要求。 光刻掩模版是用来制造集成电路的。这些 规则在生产阶段中为电路的设计师和工艺 工程师提供了一种必要的信息联系。
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3
设计规则与性能和成品率之间的关系
一般来讲，设计规则反映了性能和成品 率之间可能的最好的折衷。 规则越保守，能工作的电路就越多(即成 品率越高)。 规则越富有进取性，则电路性能改进的 可能性也越大，这种改进可能是以牺牲 成品率为代价的。
方向的边缘内外间距小于0.7μm时出错，其中[T]更 强调了在间距等于0时也出错。“出错输出”在指定 44层上给出单元E105一个错误标志。
（2）WIDTH CON LT 0.6 OUTPUT E53A 44
这一句意味着接触孔宽度0.6μm小于出错，“出错输 出”在指定44层上给出单元E53A一个错误标志。
版图设计一般包括：
基本元器件版图设计 布局和布线 版图分析与检验
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38
版图设计及版图验证
版图的构成
版图由多种基本的几何图形所构成。 常见的几何图形有：
矩形（rectangle） 多边形（polygon） 等宽线(path和wire) 圆（circle） 弧（arc）等。
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Pad设计规则示意图
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25
版图几何设计规则
当给定电路原理图设计其版 图时，必须根据所用的工艺设计 规则，时刻注意版图同一层上以 及不同层间的图形大小及相对位 置关系。
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26
反相器实例
参照上述的硅栅工艺设计规则，下图以 反相器（不针对具体的器件尺寸）为例给出 了对应版图设计中应该考虑的部分设计规则 示意图。
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33
布线规则
版图布局布线
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 图上布置元器件之间、各部分之间的连接。
由于这些连线也要有一定的芯片面积，所 以在布局时就要留下必要的布线通道。
《集成电路设计基础》
34
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，特别 是通过较大电流的那部分电源 线和地线。
层次表示
含义
标示图
NWELL
N阱层
Locos
N+或P+有源区层
Poly
多晶硅层
Contact
接触孔层
Metal
金属层
Pad
焊盘钝化层
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13
版图几何设计规则
NWELL层相关的设计规则
编号
描述
尺寸
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
关于＜出错输出＞语句，可以在其中列出出错单 元的名称(Cell Name)及层次(layName)，并写成：＜ OUTPUT CellName layName＞。
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48
版图验证
例: （1）EXT[T] POLYCON DIFF LT 0.7 OUTPUT E105 44 这一句意味着当多晶硅与扩散区包含时，在沿宽度