集成电路-CAD

1、2021/8/141集成电路集成电路CAD2021/8/142什么是集成电路什么是集成电路CAD?lComputer Aided DesignlComputer Aided DraftinglToday we use Computer Aided Drafting tools to draw each layer of our IC2021/8/143本课程的目的本课程的目的l利用利用Cadence软件画集成电路版图软件画集成电路版图(IC layout)学习内容：学习内容：（1）Cadence软件软件 基于基于Unix操作系统操作系统 Sun工作站工作站 （2）IC layout ? 202

2、1/8/144本课程的目的本课程的目的l 手工画版图手工画版图 书书1.22021/8/145IC layout?lIC layout 与晶与晶体管级电路对体管级电路对应应 晶体管级电路：晶体管级电路：双极性三极管，双极性三极管，MOS管构成的管构成的电路电路2021/8/146IC layout?l工艺工艺 CMOS工艺工艺l尺寸，规则等尺寸，规则等l电路参数电路参数 高频器件，低频器件高频器件，低频器件2021/8/147IC layout 在整个在整个IC设计中的地位设计中的地位2021/8/148lCMOS集成电路版图（电子工业出版社）集成电路版图（电子工业出版社）lIC Layout

3、 Basics （清华大学出版社）（清华大学出版社）l超大规模集成电路与系统导论（电子工业超大规模集成电路与系统导论（电子工业出版社）出版社）l微电子概论（高等教育出版社）微电子概论（高等教育出版社）l微电子学概论（北京大学出版社）微电子学概论（北京大学出版社）2021/8/149微电子学概论（北京大学出版社）微电子学概论（北京大学出版社）l微电子、电子科学与技术、计算机科学与技术、微电子、电子科学与技术、计算机科学与技术、通讯、自动控制专业通讯、自动控制专业l第三次技术革命第三次技术革命 最具有新技术革命代表性的是以微电子技术为最具有新技术革命代表性的是以微电子技术为核心的电子信息技术。核心

4、的电子信息技术。 计算机、通讯的基础是微电子计算机、通讯的基础是微电子l微电子技术发展的理论基础微电子技术发展的理论基础是是19世纪末到世纪末到20世纪世纪30年代期间建立起来的现代物理学年代期间建立起来的现代物理学2021/8/1410微电子学的特点微电子学的特点l微电子学是一门综合性很强的边缘学科，其中微电子学是一门综合性很强的边缘学科，其中包括了半导体器件物理、集成电路工艺和集成包括了半导体器件物理、集成电路工艺和集成电路及系统设计、测试等多方面的内容；涉及电路及系统设计、测试等多方面的内容；涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学

5、、电子线路、信号处理、计算机学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试与加工、图论、化学等多个领辅助设计、测试与加工、图论、化学等多个领域。域。2021/8/1411微电子学的特点微电子学的特点l微电子学是研究在固体（主要是半导体）材料微电子学是研究在固体（主要是半导体）材料上构成的微小型化电路、子系统及系统的电子上构成的微小型化电路、子系统及系统的电子学分支学分支l微电子学是以实现电路和系统的集成为目的的，微电子学是以实现电路和系统的集成为目的的，故实用性极强。微电子学中所实现的电路和系故实用性极强。微电子学中所实现的电路和系统又称为集成电路和集成系统，是微小型化的；统又称为集成

6、电路和集成系统，是微小型化的；在微电子学中的空间尺度通常是以微米、纳米在微电子学中的空间尺度通常是以微米、纳米为单位的。为单位的。2021/8/1412IC分类分类l按电路功能来分按电路功能来分 模拟、数字、数模混合模拟、数字、数模混合l按电路结构按电路结构 半导体集成电路半导体集成电路 混合集成电路（薄膜混合集成电路（薄膜IC，厚膜，厚膜IC等）等）l按器件结构分类按器件结构分类 双极型集成电路双极型集成电路 MOS集成电路（集成电路（NMOS，PMOS，CMOS）2021/8/1413IC分类分类l按集成电路规模分类按集成电路规模分类lSSIlMSIlLSIlVLSIlULSIlGSI20

7、21/8/1414l在在Cadence软件中手工绘制集成电路版图软件中手工绘制集成电路版图lSSIlCMOS工艺工艺l半导体集成电路半导体集成电路l模拟、数字、数模混合（主要画数字集成电模拟、数字、数模混合（主要画数字集成电路）。比如路）。比如CMOS门电路门电路2021/8/1415l半导体物理和器件物理基础半导体物理和器件物理基础l大规模集成电路基础大规模集成电路基础l集成电路制造工艺集成电路制造工艺l集成电路设计集成电路设计l集成电路设计集成电路设计EDA系统系统2021/8/1416集成电路制造工艺集成电路制造工艺2021/8/1417集成电路设计集成电路设计l集成电路设计中典型的集成

8、电路设计中典型的Y型图型图l结构域：结构域：晶体管，晶体管，门、触发器门、触发器，ALU、MUX、寄存器，寄存器，处理器、子系统处理器、子系统，CPU、存储器、存储器l行为域行为域：微分方程，：微分方程，布尔方程布尔方程，RTL描述，描述，算法描述算法描述、系统描述、系统描述l物理域：物理域：掩膜单元，掩膜单元，标准单元标准单元，宏单元，宏单元，模模块块，芯片，芯片2021/8/1418集成电路设计集成电路设计l集成电路设计中典型的集成电路设计中典型的Y型图型图l设计域：设计域：电路级，电路级，逻辑级逻辑级，寄存器传输级，寄存器传输级，算法级算法级，系统级，系统级2021/8/1419半定制设

9、计方法半定制设计方法2021/8/1420全定制设计方法全定制设计方法（1）电路设计人员首先进行）电路设计人员首先进行功能设计功能设计，得到设，得到设计思路计思路（2）设计人员根据）设计人员根据功能设计的结果功能设计的结果对逻辑结构对逻辑结构进行设计。设计出电路图。借助原理图输入软进行设计。设计出电路图。借助原理图输入软件将电路图输入计算机，进行仿真，修改电路，件将电路图输入计算机，进行仿真，修改电路，直至获得最优的电路性能（前仿真）直至获得最优的电路性能（前仿真）l当逻辑与电路设计完成后，便可进行当逻辑与电路设计完成后，便可进行版图设计版图设计2021/8/1421全定制设计方法全定制设计方

10、法（3）版图设计是将设计好的）版图设计是将设计好的电路图电路图转化为具体转化为具体的的物理版图物理版图的过程的过程l版图设计版图设计根据根据逻辑与电路功能要求以及逻辑与电路功能要求以及工艺水工艺水平要求平要求设计出供光刻用的设计出供光刻用的掩膜版图掩膜版图。所谓版图。所谓版图是指一组相互套合的图形，各层版图对应于不是指一组相互套合的图形，各层版图对应于不同的工艺步骤，每一层版图用不同的图案来表同的工艺步骤，每一层版图用不同的图案来表示。示。l版图与所采用的制备工艺紧密相关，在版图设版图与所采用的制备工艺紧密相关，在版图设计前，计前，需要确定工艺流程需要确定工艺流程，这样才可能设计出，这样才可能

11、设计出相互套合的掩膜版图相互套合的掩膜版图2021/8/1422l版图生成后，必须用版图生成后，必须用EDA工具进行版图检查和工具进行版图检查和验证，满足要求后方完成版图设计。验证，满足要求后方完成版图设计。l版图检查和验证主要包括对版图进行几何设计版图检查和验证主要包括对版图进行几何设计规则检查规则检查DRC （Design Rule Check）、电学）、电学规则检查规则检查ERC（Electrical Rule Check）、版）、版图与原理图一致性检查图与原理图一致性检查LVS（Layout Versus Schematic）lLVS是指从版图中提取出网表，与逻辑是指从版图中提取出网表

12、，与逻辑/电路设电路设计得到的网表进行比较，检查两者是否一致。计得到的网表进行比较，检查两者是否一致。l然后，进行后仿真（然后，进行后仿真（post simulation）2021/8/1423全定制设计方法全定制设计方法l后仿真后仿真l将版图中的参数提取出来后，再进行模拟仿真，将版图中的参数提取出来后，再进行模拟仿真，与前仿真对比。与前仿真对比。2021/8/1424全定制设计方法全定制设计方法（4）集成电路的加工制造）集成电路的加工制造l将设计好的版图，通过工艺加工，形成集成电将设计好的版图，通过工艺加工，形成集成电路芯片路芯片l工艺加工是在集成电路工艺线上完成的工艺加工是在集成电路工艺线上完成的2021/8/1425全定制设计方法全定制设计方法（5）集成电路的封装）集成电路的封装l集成电路的封装又称集成电路的后道工艺。集成电路的封装又称集成电路的后道工艺。lPLCClDIPlBGA2021/8/1426全定制设计方法全定制设计方法（6）集成电路的测试和分析）集成电路的测试和分析l在集成电路在集成电路制造圆片阶段制造圆片阶