版图设计

各种集成电路
14
集成电路发展概况
什么是集成电路？
Integrated Circuit，缩写IC。
通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、
二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，
按照一定的电路互连，“集成”在一块半导
体单晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个
外壳内，执行特定电路或系统功能。
15
集成电路
•集成电路的内部电路
45
电路图的绘制
1）“↑、↓、←、→”可以将设计窗口上、下
、左、右四个方向平移。 2）“+、-”可以进行放大和缩小操作，直接 按“W”键可以将选中的对象进行放大。 3）“Home”键可以将设计窗口缩放到使所有 的对象刚好显示在工作区域中。
46
金属 基极
世界上第一个Ge点接触型PNP晶体管
10
获得2000年Nobel物理奖
11 1958年第一块集成电路：TI公司的Kilby，12个器件，Ge晶片
1959年 美国仙童/飞兆公司（ Fairchilds ）的 R.Noicy 诺依斯开发出用于IC的Si平面工艺技术，从而 推动了IC制造业的大发展。
中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI)
大规模集成电路(Large Scale IC，LSI)
超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI)
特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI) 巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI）
17
按其功能不同，可分为模拟集成电路和数字集 成电路两大类，前者用来产生、放大和处理各 种模拟电信号，后者则用来产生、放大和处理 各种数字电信号。
按其制作工艺不同，可分为半导体集成电路、 薄膜集成电路 和混合集成电路三类。”。
18
（2）按集成电路规模分类
集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目 小规模集成电路(Small Scale IC，SSI)
条宽度 ( 对 MOS 器件而言，通常指器件栅电极
所决定的沟道几何长度 ) ，也可定义为最小线 条宽度与线条间距之和的一半。
21
减小特征尺寸是提高集成度、改进器件性能
的关键。集成电路的特征尺寸向深亚微米发
展，目前的规模化生产是0.18μm、0.15 μm 、 0.13μm、90nm工艺， Intel目前将大部分芯
打开 “Delete Module”对话框，在“Files”下拉列 表中选择模块所在文件，在“Select Module To Delete”列表框中选择要删除的模块，单击 “OK”按钮，完成模块的删除操作。 7）重命名模块：选择“Module→Rename”, 在对话框中输入模块名称，单击“OK”按钮 。
—设计业—
集成电路芯片设计流程
30
软件介绍 Tanner Pro是一套集成电路设计软件， 包括S-Edit,T-Spice,W-Edit,L-Edit与LVS，各 软件的主要功能如下： S-Edit：编辑电路图 T-Spice：电路分析与模拟 W-Edit：显示模拟结果 L-Edit：编辑版图 LVS：电路图与版图结果对比
别较高的模块用到反相器时，可以直接调用 它的符号。 38
39
40
1）新建模块：选择菜单命令
“Module→New”，在“Module Name”文本 框中输入模块名称，单击“OK”按钮，完成 新建模块的操作。 2）引用模块：选择菜单命令 “Module→Instance”，打开“Instance Module”对话框，在Files下拉列表中选择要引 用的模块所在文件，在Select Module To Instance列表框中找到需要用到的模块，单 击“OK”按钮，完成新建模块的操作。引用 的符号出现在编辑画面，按住Alt 键并用鼠标 拖动将符号分开。 41
35
36
S-Edit中的模块和视图
在S-Edit中，每个模块有两种模式视图，一
种是电路模式视图，另一种是符号模式视图 ，两种视图可以相互切换。原理图表示基本 单元或较小的单元（如晶体管）怎样连接成 较高级别的单元（如反相器）；而符号图代 表该模块的符号，供其它等级较高的模块调 用。
37
上图是反相器的原理图和符号图，在其它级
3）复制和翻转符号：在电路图编辑窗口中选
中要复制的模块符号，使之变为红色，选择 “Edit→Duplicate”命令复制符号，选择 “Edit→Flip→Horizontal”命令水平翻转符号。
42
4）复制模块：选择“Module→Open”，打开
“Open Module”对话框，在“Files”下拉列 表中选择要复制的模块，单击“OK”按钮， 回到模块要复制到的文件环境中，选择 “Module→Copy”，打开“Copy Module”对 话框，在“Files”下拉列表中选择要复制的模 块，在“Select Module To Copy”列表框中选 择要复制的模块，单击“OK”按钮，完成模 块的复制操作。
31
Tanner
Pro设计流程：
32
33
L-Edit各种菜单及其功能的简要描述 1）File菜单为读写设计文件和打印提供指令。 2）Edit菜单提供了主要的编辑指令。 3）View菜单为操作或修改工作窗口提供了指 令。 4）Cell菜单为开、关及各种操纵单元提供了 指令。

片生产制成转换到65nm 。
22
下图自左到方给出的是宽度从4μm~70nm按比
例画出的线条。由此，我们对特征尺寸的按比
例缩小有一个直观的印象。
23
3. 晶片直径(Wafer Diameter) 为了提高集成 度，可适当增大芯片面积。然而，芯片面积的 增大导致每个圆片内包含的芯片数减少，从而 使生产效率降低，成本高。采用更大直径的晶 片可解决这一问题。晶圆的尺寸增加，当前的 主流晶圆的尺寸为8吋，正在向12吋晶圆迈进。 下图自左到右给出的是从2吋～12吋按比例画出
26
集成电路的设计特点和方法
1、集成电路的设计特点
采用分层设计和模块化设计方法
集成电路芯片的不可修复性
集成电路设计要借助于语言描述和图形描述
相结合的方法
27
2、集成电路的设计方法 1）SoB是一种纯粹的硬件设计方法，直接使
用已经存在的芯片（包括单片机）。
2）SoC则是一种软件型设计方法，所有东西
都使用VHDL或其他硬件描述语言来书写，最 后由晶圆厂生成芯片。
28
IC制造有以下5个过程
硅晶圆片
晶圆处理制程
晶圆片多探针 测试，坏的芯 片打标记
打字、最后测试
封装
布满芯片的硅晶圆片
29
集成电路的设计流程简介：
设计方案 定义结构
设计创意 + 仿真验证
功能设计、仿真
电路设计、仿真 版图设计、验证 后仿真 流片、芯片测 试 大规模生产
43
5）打开模块：选择“Module→Open”，打开
“Open Module”对话框，在“Files”下拉列 表中选择模块所在文件，在“Select Module To Open”列表框中选择要打开的模块，单击 OK按钮，完成模块的打开操作。
44
6）删除模块：选择“Module→Delete”,
1959年仙童公司制造的IC
年轻时代的诺伊斯
12
学习内容： 半导体二极管和晶体管的照片
半导体二极管
晶体管
Βιβλιοθήκη Baidu13
集成电路（Integrated Circuit，IC）是在半导体器件的基础 上发展起来的，集成电路的发展使电子技术进入了一个新的 里程碑。集成电路从生产到成熟经历了电子管→晶体管→集 成电路→超大规模集成电路的发展。
34
5）Setup菜单提供了一些指令，这些指令控
制着不同的定制选择，如调色板，层设置等 。 6）Tools菜单为主要的实用程序，如设计规 则检验器（Design Rule Checking，DRC） ，布线器（Place and Route）。 7）Windows菜单为浏览窗口。 8）Help菜单为帮助文件。
的圆。
24
通过下图以人的脸面相对照，我们 可以对一个12吋晶圆的大小建立一个直 观的印象。
一个12吋晶圆与人脸大小的对比
25
4. 芯片面积(Chip Area) 随着集成度的提高，每芯 片所包含的晶体管数不断增多，平均芯片面积也随 之增大。芯片面积的增大也带来一系列新的问题。 如大芯片封装技术、成品率以及由于每个大圆片所 含芯片数减少而引起的生产效率降低等。但后一问 题可通过增大晶片直径来解决。 5. 封装(Package) IC的封装最初采用插孔封装THP (through-hole package)形式。为适应电子设备高密 度组装的要求，表面安装封装 (SMP) 技术迅速发展 起来。在电子设备中使用 SMP的优点是能节省空间、 改进性能和降低成本，因SMP不仅体积小而且可安 装在印制电路板的两面，使电路板的费用降低 60％， 并使性能得到改进。
二输入CMOS或非门
B Out
A
VDD
OUT A B
16
集成电路的分类 （1）按器件结构类型分类 1）双极集成电路，主要由双极晶体管构成。 2）金属-氧化物-半导体（Metal-OxidSemiconductor，MOS）集成电路，主要由 MOS晶体管 构成。 3）双极-MOS集成电路，同时包括双极性晶体 管和MOS晶体管的集成电路为Bi-MOS集成电 路，综合了双极性晶体管和MOS晶体管器件两 者的优点，但制作工艺复杂。
4
5
6
在IC设计企业中，专业技术人员的工作分层
次为：IP核设计、IC系统设计、IC线路设计 和IC版图设计。 IC版图设计工作的任务量最大、需要人员最 多。 IC版图设计员是IC设计企业中的高技能 、应用型专门人才，是微电子技术专业学生 最重要的就业岗位。
7
IC版图设计员工作任务
项目1 反相器电路图设计
反相器是所有数字电路设计的核心，为了解
其工作过程和性质，本项目学习设计反相器 电路，并对其进行瞬时仿真分析和直流仿真 分析，为后面的反相器版图设计做好准备， 也为学习比较复杂的门电路（如与非门、或 非门、异或门）的特性打好基础，同样的方 法也适用于其他门电路的学习。
1
集成电路版图设计简明教程
19
描述集成电路工艺技术水平的五个技术指标
1. 集成度（Integration Level）是以一个 IC芯片所包含的元件(晶体管或门/数)来衡量，
（包括有源和无源元件） 。从电子系统的角度
来看，集成度的提高使IC进入系统集成或片上 系统(SoC)的时代。
20
2. 特征尺寸 (Feature Size) / （Critical Dimension ） 特征尺寸定义为器件中最小线
书名：集成电路版图设 计简明教程 书号：978-7-11153245-3 作者：谭莉 出版社：机械工业出版 社

2
1. 反相器电路图样图
输
入
输
2. 反相器的真值表
输入
输出
0
1
出
1
0
3
集成电路产业地位：

集成电路在现代信息社会中扮演着重要 角色，计算机中的CPU、手机中的SIM卡、U 盘的内核，都是集成电路。集成电路产业是 信息产业的核心。
集成电路
MOS晶体管版图
上亿个MOS晶体管版图
8
IC版图版图设计员的工作就是按照线路设计
工程师设计的电路，将构成电路的百万、千 万、甚至上亿个MOS晶体管的版图进行布局 、布图和连线以实现电路功能。设计成果直 接送到芯片加工厂进行芯片制造。
9
发 射 极
0.005cm
塑料楔
集 电 极
锗
的间距
蒸金箔