版图设计基础new详解.ppt

junyu@dlut.edu.cn 版图设计的概念 版图(Layout)是集成电路设计者将设计并模拟优化后的电路转化成的一系列几何图形，它包含了集成电路尺寸大小、各层拓扑定义等有关器件的所有物理信息。集成电路制造厂家根据这些信息来制造掩膜。 版图是包含集成电路的器件类型、器件尺寸、器件之间的相对位置及各个器件之间的连接关系等相关物理信息的图形，这些图形由位于不同绘图层上的基本几何图形构成。 版图设计（物理层设计） 版图设计过程 版图设计主要包括模块设计、芯片规划、布局、布线等，是一个组合规划和巧拼图形的工作。在一个规则形伏（一般为长方形）平面区域内不重叠地布局多个模块（亦称部件），在各模块之间按电路连接信息的要求逐行布线。版图设计是从逻辑信息向几何信息的转换。 版图设计过程 （一）模块设计 芯片设计中最小的单位是元件，设计过程从元件，门，基本单元，宏单元，芯片，从小到大进行。基本单元和宏单元可视为模块。模块设计是最基本的环节。 （二）芯片规划 根据已知的模块数量和线网连接表来估算芯片面积，其中模块大约占用一半，另一半用来作为布线通道。 三）布局 布局是指如何把各个模块合理地排布在芯片上，怎样确定每个模块的最佳位置，以使占用芯片面积为最小且布线结果又最好。 版图设计过程 （四）布线 模块位置确定之后，把各个模块的相应端口按一定的规则和电路的要求，用互连线连接起来。布线应达到下列要求： 布线的总长度最短； 分布均匀； 布通率尽可能达到100％。 布线的优劣决定电路的工作速度和芯片面积大小。决定VLSI芯片工作速度的主要因素，实际上往往不是MOS或双极晶体管本身，而是互连线造成的延迟。过长的互连线使电路性能降低。当自动布线难以达到100％的布通率时，可用人机交互方式进行人工干涉。 绘图层 版图设计师所需绘制版图的分层数目已经减小到制版工艺所要求的最小数目，这个最小数目的层称为绘图层。 绘图层数目的最小化，降低了CAD软件的计算需求，减小了人为错误并简化了分层管理，生成光学掩膜的掩膜层或者分层的形状有时会和绘图层不同 掩膜层的层数可能比绘图层多很多。附加的掩膜层是从绘图层中自动生成的。 为了适应制造工艺的变化，掩膜层的尺寸可能会根据绘图层做一定的调整。这个调整会由制版工艺自动生成。所提到的“层”，都是指绘图层 绘图层 N阱层（N Well） 有源区层（Active） 多晶硅栅层（Poly） P选择层（P Select） N选择层（N Select） 接触孔层（Contact） 通孔层（Via） 金属层（Metal） 文字标注层（Text） 焊盘层（Pad） N阱层（N well） “N阱”用来确定N型衬底的区域。 N选择层和P选择层（N select 、P select） MOS晶体管有源区是通过将N型杂质离子或P型杂质离子注入到N选择层或P选择层掩膜定义的衬底的区域中形成，所以N选择层或P选择层用来定义覆盖包含有源区的区域 N选择层（P选择层）和有源区共同形成了扩散区（ndiff 或diff，又称N+或P+） 多晶硅栅层 栅极通常用多晶硅来进行沉积。 多晶硅还可以用来生成电阻 互连，电阻较大，仅用于内部单元，防止走线太长而增加电阻值 金属层 金属层在集成电路芯片中起到互连的作用 金属层数的多少表示了集成电路芯片的复杂程度 在版图设计中，金属层用线条来表示，线条拐角可以是90也可以是45，不同金属通常用M1、M2、M3等来表示，并用不同的颜色的线条来进行区别 用来进行电源线和地线的布线。在布电源线的时候，金属线条的宽度通常要大于设计规则中定义的最小宽度，防止电流过大将金属线条熔断，造成断路现象 接触孔层和通孔层 接触孔包括有源区接触孔（Active Contact）和多晶硅接触孔（poly contact） 有源区接触孔用来连接第一层金属和N+或P+区域，在版图设计中有源区接触孔的形状通常是正方形。 应该尽可能多地打接触孔，这是因为接触孔是由金属形成，存在一定的阻值，假设每个接触孔的阻值是R，多个接触孔相当于多个并联的电阻 多晶硅接触孔：用来连接第一层金属和多晶硅栅，其形状通常也是正方形 文字标注层 用于版图中的文字标注，目的是方便设计者对器件、信号线、电源线、地线等进行标注，便于版图的查看，尤其是在进行验证的时候，便于查找错误的位置。在进行版图制造的时候并不会生成相应的掩膜层 焊盘层 提供芯片内部信号到封装接脚的连接，其尺寸通常定义为绑定导线需要的最小尺寸 集成电路中的电阻分为:无源电阻和有源电阻， 无源电阻通常是采用掺杂半导体或合金材料制作而成 有源电阻则是将晶体管进行适当