清华大学2012年集成电路设计实践课程课件

《集成电路设计实践》指导书一、设计目的与要求1、全面掌握《半导体集成电路》、《集成电路工艺原理》与《集成电路设计技术》等课程的内容,加深对 CMOS 集成电路的设计及其制造工艺的理解,学会利用专业理论知识,实现半定制集成电路设计。

2、学会利用 Tanner 软件完成给定功能的集成电路原理设计与特性模拟,按版图规则完成版图设计, 并确定相应的制造工艺流程; 掌握版图布局规划、单元设计和布线规划的知识。

3、培养学生独立分析和设计的在综合实践能力。

4、培养学生的创新意识、严肃认真的治学态度和求真务实的工作作风。

二、设计任务要求根据给定集成电路的功能要求, 确定设计方法和电路基本单元类型, 完成逻辑电路原理设计,模拟分析电路特性,根据版图规则完成光刻版图设计,确定工艺流程,完成版图参数提取与 LVS 分析。

具体设计任务详见《集成电路设计实践任务书》。

三、基本格式规范要求1、设计报告可采用统一规范的稿纸书写,也可以用 16k 纸按照撰写规范单面打印,并装订成册(顶部装订。

内容包括:1 封面(包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、职称、起止时间等2 报告正文(即设计过程说明书2、封面格式(第一页2、正文格式 *版图信息表格电路单元类型晶体管数目版图尺寸(不含 PAD版图尺寸(含 PAD设计结构 (层次化 or Flatten备注四、考核考核方法与评分标准按以下三个方面要求 (评分标准按 5分制或百分制记, 总分 5分制 : 1、设计报告(30分 ,分值分布参考如下:1 电路设计方案 (5分2 电路特性仿真及分析(5分3 版图布局及单元设计、工艺流程图(15分 ;4 总结、设计汇总(5分。

2、验收答辩、特性模拟结果、版图检查与回答问题(60分。

3、平时考勤和答疑时的提问情况(10分。

附录:一、0.35μm CMOS工艺版图设计规则说明Tanner 软件使用简介 Tanner 软件含 Ledit 版图编辑工具、Sedit 原理图编辑工具和 Tspice 电路特性模拟工具，LVS 版图原理图验证工具和版图参数提取工具都在 Ledit 文件夹中。

集成电路的进展内容简介ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ集成电路的应用领域 集成电路的制造过程 制 从CPU的发展看IC的进展 从行业的发展看IC C的进展 从ISSCC SSCC看IC C的发展方向2010-3-2清华大学微电子学研究所2集成电路的应用领域Communications Computer & Storage gWireless Cellular Basestations Wireless LANNetworking Switches RoutersWireline Optical Metro AccessComputer Servers Mainframe WorkstationsStorage RAID SANOffice AutomationCopiers Printers MFPConsumerIndustrialEntertainment Broadband Audio/Video Video DisplayBroadcast Studio Satellite BroadcastingInstrumentation st u e tat o Medical Test Equipment ManufacturingSecurity/ Energy M E Mgmt. tAuto Navigation EntertainmentMilitary ta y Secure Comm. Radar Guidance & ControlCard Readers Control Systems ATM3中国大陆地区2008 年集成电路设计产 业的有关情况根据商务部统计信息： 2007年集成电路及微电子组件进口金 额高达1277亿美元；是原油进口额的1.6 倍2008年1－10月 集成电路进口：1119亿美元 集成电路进 成品油：278亿美元 原油：1167亿美元 特殊时间：石油价格飞涨ƒ2008年大陆地区集成电路设计全行 业销售总额为345亿元，同比增长 23.5%需求大、本地企业小、不断发展集成电路的制造过程-晶圆Single dieWafer6” (15cm) 17000 mm2 8” (20cm) 31000 mm2 12” (30cm) 70000 mm2From 2010-3-2 清华大学微电子学研究所 5集成电路的制造过程-封装Wire BondingSubstrate Die PadLead Frame2010-3-2清华大学微电子学研究所6集成电路的制造过程-芯片2010-3-2清华大学微电子学研究所7集成电路的制造过程-成本 NRE（NonRecurring Engineering） Cost is Increasing0.35um 40k$ 0.25um 80k$ 0.18um 160K$ 0.13um 250K$ 90nm 900K$2010-3-2 清华大学微电子学研究所 8内容简介ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ集成电路的应用领域 集成电路的制造过程 从CPU的发展看IC的进展 从行业的发展看IC的进展 从ISSCC看IC的发展方向2010-3-2清华大学微电子学研究所9摩尔定律Intel的创始人戈登摩尔(Gordon Moore) •“集成电路所包含的晶体管每18个月就会翻一番” 个月就会翻 番”2010-3-2清华大学微电子学研究所10PDP1(1960)PDP-1(1960)The PDP-1 sold for $120,000.MIT wrote the firstvideo game, Spaceg pWar! for it.A total of 50 wereA total of50werebuilt.INTEL CPUINTEL CPU的发展i4004 1971年11月15日，成立3年的Intel公司推出了世界上第一个微处理器（4004CPU），4位微处理器，10微米的工艺，16针DIP封装，尺寸为3*4mm，共有2300个晶体工艺封装尺寸为3*4共有管，工作频率为108KHz，每秒运算6万次。

第六讲Virtuoso Layout EditorLVS verification李福乐lifule@Outline•版图编辑–Contacts的定义和使用–层操作–Pcell的安装和使用–Multipart paths的定义和应用•版图验证–DRACULA LVSContacts的定义和使用Contacts++=poly1contact metal1p1到m1的连接++=metal1via metal2m1到m2的连接Contacts++=>++=>++=>poly1contact metal1metal1via metal2active contact metal1p2com1m2nsdcopsdcoContactsContacts symContactDevice(; (name viaLayer viaPurpose layer1 purpose1 layer2 purpose2 ; w l (row column xPitch yPitch xBias yBias) encByLayer1 ; encByLayer2 legalRegion)(m1m2 via1 drawing metal1 drawing metal2 drawing0.7 0.7 (1 1 1.5 1.5 center center) 0.4 0.4 _NA_)(nsdco contact drawing metal1 drawing active drawing0.6 0.6 (1 1 1.2 1.2 center center) 0.4 0.4 _NA_)(psdco contact drawing metal1 drawing active drawing0.6 0.6 (1 1 1.2 1.2 center center) 0.4 0.4 _NA_)(p2co contact drawing metal1 drawing poly1 drawing0.6 0.6 (1 1 1.2 1.2 center center) 0.4 0.4 _NA_))最后ok Contacts层操作层操作12345m2m1p112active 层操作1: active GROWBY 0.6 = pimp2: active GROWBY 0.6 = nimp例：注入区最后由active 统一扩展而成，而不用在版图设计中一一编辑12Pcell的安装和使用安装Pcell在CIW（命令注释窗口）输入以下内容：setSkillPath(cons(prependInstallPath(“samples/ ROD/rodPcells”) getSkillPath()))load(“install/spcLoadInstall.il”)spcInstall()注意大小写不要弄错！快捷方法：选中并ctrl+c，然后在CIW中点击中键，就可以把复制的内容粘贴过去，最后回车下一步，ok则终止安装Welcome Window继续前阅读这部分内容第一步：选择要安装的Devices这里只选择了最常用的nmos/pmos，你也可以同时选上其他选项，大家可回去练习第二步：选择目标库一般将Pcell安装在工艺库中，供所有设计库共用第三步：定义所用到的层自动弹出层定义窗口Required: 必须指定Optional: 可不指定安装Pcell第四步：确定设计规则自动弹出规则定义窗口，根据设计规则分别设定各项值，然后按OK，在第四步窗口按next第五步：直接点击next第六步：提示找到安装devices所需的文件，直接点击next第七步：依照默认选项，直接点击next第八步：把上面定义的内容存入工艺文件最后按OK完成安装！版图编辑，按i键使用Pcell增加的Pcells使用Pcell 利用Pcell生成W=5u; L=0.6u M=2 的PMOS管使用Flatten过程：选中要flatten的devices -> Edit -> Hierarchy -> Flatten…：Flatten & adjustMultipart paths的定义和应用Multipart pathsmetal1Master pathpimpactivecontactSub pathsGuardring按F3Multipart pathsMultipart pathsMultipart pathsMultipart pathsMultipart pathsTemplate里增加了pguradringMultipart pathsName: pguardring改为nguardring在pguardring的基础上修改生成nguardringTemplate里增加了nguradringMultipart paths•除了定义guardring以外，multipart paths 还常用于定义以下结构：–Busses–Contact arrays–transistorsMultipart pathsSub parts MasterpathMaster path。

1.教师向学生提供设计规则、版图要求、报告格式要求介绍必要的版图知识设计方法第1～9周格式要求；介绍必要的版图知识、设计方法及工具；有关测试、封装及注意事项；设计题目介绍等。

2．学生选题与分组3.完成可测性电路设计方案及版图设计总体方案（包括关键电路的处理、管脚安排、PAD 要求、测试点、测试方法等）第六周与老师讨论前端设计通过后方可进第六周与老师讨论前端设计，通过后方可进行版图设计!第6～14周：1.版图设计。

（提交版图文件、电路图文件、仿真文件、LVS检测结果文件）–上机实验课8学时（设计工具使用）第2~9周分两批于东主楼微电子所机房–版图设计（第6～14周）2.版图检查与修改（第15周）！！3．验收版图（第16周）！！1版图数据处理（教师）第15周－16周（+暑假）．版图数据处理（教师）2．整理设计文档（学生）第16周（or 暑假）1.版图外送制版和加工（教师）2.准备封装管壳（教师）3.联系封装厂（教师）4.收集整理封装图（教师）2. 熟悉测试环境，做好测试准备（学生）第三、四周样片测试（学生）第五、六周按要求完成总结报告（学生）按要求完成总结报告学生）•课程设计汇报会一、课程简介（续）、课程简介（续）本科电子线路课程基本电路理论集成电路课程设计版图, 设计工具高等模拟电路集成电路设计实践集成电路设计集成路设计实践全流程的设计训练一、课程简介（续）ƒ 参考教材和讲义： (1) Willy M.C. Sansen,ANALOG DESIGN ESSENTIALS (2) Behzad Razavi,Design of Analog CMOS Integrated Circuits UC, LA (3) 李福乐《集成电路课程设计课件》11一、课程简介（续）ƒ 工艺 0.5μm，双层多晶，三层金属， 混合信号CMOS工艺 (无锡华晶上华半导体有限公司)12一、课程简介（续）ƒ 设计环境1．软件：Cadence；Spectre; MATLAB 2．上机地点：东主楼1楼微电子所教学机房或校园网内远程登陆。