《集成电路（IC）版图设计》课程标准

《集成电路（IC）版图设计》课程标准一、课程概要课程名称中文：集成电路（IC）版图设计英文：ICLayoutDesign课程代码510100133课程学分4课程学时共64学时，理论14学时，实践50学时课程类别通识教育：£基础课程£核心课程£一般课程£拓展专业课程专业教育：£基础课程£核心课程R拓展课程课程性质£必修R选修适用专业电子信息工程技术前导课程集成电路设计技术后续课程专用集成电路（ASIC）设计开设学期第一学期第二学期第三学期第四学期第五学期第六学期√教学方式R面授R实验R实践R网络£研讨£其他___________考核方式£闭卷R开卷£实验£论文£设计£口试£网络£其他___________成绩构成总评分=平时40%+期末60%二、课程定位本课程是电子信息工程技术专业的一门专业拓展课程，是电子信息工程技术专科生专业技能的重要组成部分。主要针对IC版图设计员工作岗位技能和素质需求而开设的。课程介绍了版图设计工具Cadence软件的使用，通过一个实际工程项目SRAM版图设计，引导学生掌握集成电路版图设计完整的工作流程，理解并掌握版图设计的基本方法，是以实际操作为主、辅以演示和理论讲解的课程。本课程完成的主要场所是学校专业实训室或者与专业合作的IC设计企业。三、教学目标（一）知识目标（工具性知识、专业知识）1.了解半导体物理及器件物理知识；2.掌握集成电路工艺原理；3.了解集成电路产业资讯（晶圆代工和集成电路设计相关）；4.掌握Linux（Unix）平台的基础操作知识；5.掌握CMOS集成电路的基本单元电路的线路结构和基本工作原理，熟悉单元电路的动、静态特性；6.了解集成电路设计相关EDA产业知识。（二）能力目标（基本能力、专业能力、创新能力）1.掌握集成电路版图设计工具运用的操作系统平台的基本操作；2.熟练掌握Cadence版图设计工具的使用与问题解决方法；3.掌握版图设计EDA工具的操作与运用；4.熟练掌握版图设计规则，能对版图进行DRC，LVS验证，并对Dracula/Diva的DRC及LVS文件的语法规则有基本了解；5.利用Cadence版图设计工具完成N/PMOS管、倒相器、与非/或非门、传输门、异或门、主从D型触发器的线路编辑与版图设计，掌握电路中各器件尺寸变化对电路性能的影响，并掌握减少版图寄生电容的方法；6.利用Cadence版图设计工具完成SRAM电路子功能模块的线路编辑与版图合成与设计，掌握PCELL方法进行版图设计的特点，并了解版图自动布局布线技术；7.掌握版图设计仿真工具，并能够对仿真结果进行分析以进行版图修改；8.掌握版图ESD保护方法以及PAD布局和连线方法，正确生成可代工的版图网表。（三）素质目标1.进一步加深对集成电路基础知识、基本理论和基本实现方法的认识；2.掌握IC版图设计的流程和基本设计技巧；3.培养学生IC版图设计员的职业素质（协同工作、严谨踏实、耐心细致）。（四）思政目标1.培育学生的科学精神、探索创新精神，注重把辩证唯物主义、历史唯物主义原理贯穿渗透到专业课教学中，引导学生增强人与自然环境和谐共生意识，明确人类共同发展进步的历史担当；2.培育学生求真务实、实践创新、精益求精的工匠精神，培养学生严谨求实、吃苦耐劳、追求卓越等优秀品质，树立心系社会并有时代担当的精神追求；3.培养学生对国家集成电路卡脖子技术的情怀和担当，融入“创新、协调、绿色、开放、共享”的五大发展理念，引导学生树立科学的社会发展观和人生发展观。4.引导学生厚植爱国主义情怀，传承中华优秀传统文化，弘扬以爱国主义为核心的民族精神和以改革创新为核心的时代精神。四、课程设计课程以一个典型的实际工程项目SRAM为载体，对SRAM的组成模块进行分解和重构，建立整个课程的项目体系。课程的主要任务是帮助学生按照实际版图设计工作的要求，以芯片晶圆厂工艺设计文件为依据，根据电路原理图，使用CadenceEDA工具，带领学生从建库操作开始学习、设计单元版图、设计整体芯片的布局并学习操作DRC，LVS的验证，最终完成SRAM的版图设计。课程开发模式是校企共建课程，突出工学结合特点，学校与企业在教学场地、任课教师和实际工作项目等方面达到了深度融合，使本课程的教学内容完全贴近实际工作需要，实现了学习与工作零距离。企业工程技术人员的优势是具有丰富的企业版图设计项目经验，而学校老师的优势则是扎实的技术基础和科学有效的教学方法。因此，企业工程技术人员与学校教师共同承担教学工作，达到了优势互补。研究并实践基于工作过程的教学方法在本课程中显得尤其重要。本课程的教学方法主要集中在以下五种：（1）企业项目实习教学方法；（2）项目团队教学方法；（3）角色扮演教学方法；（4）实际项目案例驱动教学方法；（5）引导纠错教学方法。五、教学内容及要求序号教学单元学时教学内容及要求讲授实践1单元（项目）一：N/PMOS管版图设计231.教学目标：了解Unix/Linux的沿革；掌握Unix的常用命令；掌握Vi工具的用法；了解Unix的网络功能；掌握CMOS工艺流程；掌握工程环境建立的基本要求和步骤；学习使用Unix配置网络服务；学习Cadence工具基本应用方法；熟悉版图设计基本流程和设计规则；运用并掌握画原理图的基本方法和命令；运用并掌握画版图的基本方法和命令；掌握版图DRC方法与设计规则；完成N/PMOS管的版图设计。2.教学内容：Unix的用户和权限；Unix的基础命令；Unix的Shell语法；CIW的概念与应用；Cadence软件需要的技术文件；创建项目的基本工作目录；配置项目的网络环境；使用vi编辑器修改项目的必要文件。3.课程思政：中美贸易战中的芯片。4.教学重点：用Cadence原理图编辑器，调出元件库中的N型和P型MOS管，并进行元件属性修改；用Cadence版图编辑器，按照原理图元件尺寸，进行N型和P型MOS晶体管版图编辑。5.教学方法与手段：项目教学、案例教学、分组教学、引导纠错法教学；职教云信息化平台手段，翻转课堂。2单元（项目）二：CMOS倒相器版图设计241.教学目标：了解并运用画版图的基本命令；熟悉版图设计的流程；掌握配置软件的方法；熟悉集成电路版图设计规则并进行运用。2.教学内容：编译项目的技术文件；设置项目的库、显示文件，完成快捷键设定；利用Cadence工具编辑CMOS倒相器电路的线路图和版图，掌握晶体管尺寸的选取原则与方法；进行版图的DRC；版图与线路图的LVS；读懂电路线路图与版图仿真波形。3.课程思政：中芯国际（SMIC）的艰辛创办历程。4.教学重点：掌握版图DRC方法与设计规则；熟悉版图纠错方法；了解并掌握版图LVS报表各项参数；完成CMOS倒相器版图设计。5.教学方法与手段：项目教学、案例教学、分组教学、引导纠错法教学；职教云信息化平台手段，翻转课堂。3单元（项目）三：二输入的或非门版图设计241.教学目标：掌握实现集成电路与—或—非功能的线路构成方法；掌握串与并或的线路结构准则；了解MOS管串联与并联的尺寸选择方法；了解电路版图实现过程中源、漏共用方法；掌握版图DRC方法与设计规则；了解LVS报表各项参数。2.教学内容：CadenceSchematicEditor进行CMOS或非门的线路编辑；用CadenceLayoutEditor进行CMOS或非版图编辑；进行版图的DRC；版图与原理图的LVS，并对LVS结果进行分析；学习仿真工具使用，对版图仿真结果进行分析。3.课程思政：黄昆、王阳元、韩汝琦等中国老一辈集成电路先驱的艰苦奋斗历程和取得的伟大成就。4.教学重点：用Cadence进行元件属性修改；用Cadence版图编辑器，按照原理图元件尺寸，完成或非门版图设计。5.教学方法与手段：项目教学、案例教学、分组教学、引导纠错法教学；职教云信息化平台手段，翻转课堂。4单元（项目）四：二输入的与非门版图设计241.教学目标：掌握实现集成电路与—或—非功能的线路构成方法；掌握串与并或的线路结构准则；了解MOS管串联与并联的尺寸选择方法；了解电路版图实现过程中源、漏共用方法；掌握版图DRC方法与设计规则；了解LVS报表各项参数。2.教学内容：CadenceSchematicEditor进行CMOS或非门的线路编辑；用CadenceLayoutEditor进行CMOS与非版图编辑；进行版图的DRC；版图与原理图的LVS，并对LVS结果进行分析；学习仿真工具使用，对版图仿真结果进行分析。3.课程思政：集成电路加工技术的王者—光刻机技术及我国在光刻技术领域的突破，深职院开发光刻胶已经用于实际生产。4.教学重点：用Cadence进行元件属性修改；用Cadence版图编辑器，按照原理图元件尺寸，完成与非门版图设计。5.教学方法与手段：项目教学、案例教学、分组教学、引导纠错法教学；职教云信息化平台手段，翻转课堂。5单元（项目）五：二选一多路选择器版图线路提取设计241.教学目标：掌握提图设计的基本要领和方法；掌握集成电路中传输门电路的结构与特点；掌握版图DRC方法与设计规则；熟悉LVS报表各项参数；掌握根据LVS报表对版图进行修改方法；掌握EDA仿真工具。2.教学内容：对二选一多路选择器版图进行分析，并逐一分离出MOS晶体管，并分析MOS的宽长等参数；逐一分析MOS晶体管的连接关系，并验证其合理性；用CadenceSchematicEdit进行二选一多路选择器的线路编辑；版图与原理图的LVS，并对LVS结果进行分析；学习仿真工具使用，对版图仿真结果进行分析。3.课程思政：基于社会合作的FoundryandFabless集成电路产业模式与IDM模式对比分析。4.教学重点：掌握单管传输门与CMOS传输门的应用场合；掌握利用传输门实现二选一多路选择器的方法；了解电路版图编辑过程中多晶硅栅与金属栅的走线方法。5.教学方法与手段：项目教学、案例教学、分组教学、引导纠错法教学；职教云信息化平台手段，翻转课堂。6单元（项目）六：二输入的异或门线路图、版图设计271.教学目标：掌握集成电路中异或门电路的结构与特点；了解常规结构异或门和特殊六管结构异或门的区别；掌握电路版图实现过程中电源线的走线方法；掌握版图DRC方法与设计规则；了解LVS报表各项参数与对应线路图、版图修改方法；熟练运用EDA仿真工具，并对波形进行分析。2.教学内容：用CadenceSchematicEdit进行CMOS六管异或门的线路编辑；用CadenceLayoutEdit进行CMOS六管异或门的版图编辑；进行版图DRC；与原理图的LVS，并对检查结果进行阅读分析，并进行版图修改；进行版图仿真并与原理图仿真结果比较，减少版图寄生电容。3.课程思政：落后就要挨打，龙芯、arm、RSICV架构CPU的对比分析及中国SOC技术领域现状，深职院“丽湖一号”研发过程。4.教学重点：版图寄生电容来源分析，减少寄生电容常规措施；完成CMOS异或门版图设计。5.教学方法与手段：项目教学、案例教学、分组教学、引导纠错法教学；职教云信息化平台手段，翻转课堂。7单元（项目）七：DFF线路图、版图设计2101.教学目标：熟悉集成电路中主从D触发器的结构；掌握D触发器和D锁存器的时序特征；掌握线路图设计与版图设计的模块方法；掌握电路版图实现过程中多层金属布线的布线方法；熟悉LVS报表各项参数与对应线路图、版图修改方法；熟练运用EDA仿真工具，并对波形进行分析。2.教学内容：用CadenceSchematicEdit进行CMOSDFF（主从式D触发器）的线路编辑；用CadenceLayoutEdit进行CMOSDFF（主从式D触发器）的版图编辑；进行版图DRC；与原理图的LVS，并对检查结果进行阅读分析，并进行版图修改；进行版图仿真并与原理图仿真结果比较，减少版图寄生电容。3.课程思政：集成电路设计企业现状、面试指导及中国集成电路人应有的情怀（1）。4.教学重点：版图寄生电容来源分析，减少寄生电容常规措施；完成DFF（主从式D触发器）版图设计。5.教学方法与手段：项目教学、案例教学、分组教学、引导纠错法教学；职教云信息化平台手段，翻转课堂。8单元（项目）八：SRAM（或其他综合项目）电路版图0161.教学目标：熟练掌握在UNIX系统下的线路图/版图编辑过程；了解并运用在UNIX系统下的EDA仿真工具；掌握层次化线路图与版图的编辑方法和版图合成方法；掌握从基本单元到整体的布局布线方法；了解并运用PCELL方法编辑SRAM总图；熟练掌握DraculaDRC以及LVS的操作与方法；完成SRAM芯片总图设计。2.教学内容：用CadenceSchematicEdit进行SRAM电路的线路图编辑；用CadenceLayoutEdit进行SRAM电路各子功能模块的版图编辑与合成；进行版图DRC；版图与原理图的LVS；利用仿真工具进行版图功能模拟仿真，分析影响电路的主要寄生电容；根据版图仿真和LVS结果进行版图修改；完成SRAM芯片PAD的布局与连接，生成可代工的芯片版图网表；版图参数提取方法。3.课程思政：集成电路设计企业现状、面试指导及中国集成电路人应有的情怀（2）。4.教学重点：了解大规模版图验证技术；掌握版图寄生电容的减少方法和PAD布局原则。5.教学方法与手段：项目教学、案例教学、分组教学、引导纠错法教学；职教云信息化平台手段，翻转课堂。学时总计145064六、教学条件（一）教学团队本课程重点教授集成电路设计相关技术和技能，包含较强的半导体物理及工艺的理论知识，也包括较强的实际项目的实践经验，因此教学团队负责人应该具有高级职称，具有较强的微电子理论背景，又能够较好地把握国内外行业、专业发展。团队的专任教师应包括具备博士学历教师不少于1人，具有实际企业工作经历人员不少于1人。团队教师年龄结构应该合理，中青年教师比例不低于50%，团队教师应具有较强信息化教学能力，能够开展课程教学改革和科学研究；有每5年累计不少于6个月的企业实践经历。兼职教师主要从本专业相关的行业企业聘任，具备良好的思想政治素质、职业道德和工匠精神，具有扎实的专业知识和丰富的实际工作经验，具有中级及以上相关专业职称，能承担专业课程教学、实习实训指导和学生职业发展规划指导等教学任务。（二）教学设施Cadence集成电路设计实训室，主要配置Cadence软件、服务器、工作站，引入Cadence的培训及认证体系，形成三位一体的国际领先集成电路人才培