最新02集成电路工艺和版图设计(参考)

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〔3〕 BiCMOS工艺：是一种同时兼容双极和CMOS的工 艺，适用于工作速度和驱动能力要求较高的场合，例如模拟类 型的ASIC。
〔4〕 GaAs工艺：通常用于微波和高频频段的器件制作， 目前不如硅工艺那样成熟。
〔5〕 BCD工艺：即Bipolar+CMOS+DMOS〔高压MOS〕， 一般在IC的控制局部中用CMOS。
第2章 集成电路的基本制造 工艺及版图设计
2.1 集成电路的基本制造工艺 2.2 集成电路的封装工艺 2.3 集成电路版图设计
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半个多世纪前的1947年贝尔实验室创造了晶体管；1949年 Schockley创造了双极〔Bipolar〕晶体管；1962年仙童公司首家 推出TTL〔Transistor Transistor Logic〕系列器件；1974年 ECL〔Emitter Coupled Logic〕系列问世。双极系列速度快， 但其缺点是功耗大，难以实现大规模集成。
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2. 深亚微米工艺特点 通常将0.35 μm以下的工艺称为深亚微米〔DSM〕工艺。 目前，国际上0.18 μm工艺已很成熟，0.13 μm工艺也趋成熟。 深亚微米工艺的特点包括： 〔1〕 面积〔Size〕缩小。特征尺寸的减小使得芯片面积 相应减小，集成度随之得到很大提高。例如，采用0.13 μm工 艺生产的ASIC，其芯片尺寸比采用0.18 μm工艺的同类产品 小50％。
除此之外，还有崭露头角的超导〔Superconducting〕工艺 等。
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1. ASIC主要工艺及选择依据 目前适用于ASIC的工艺主要有下述5种： 〔1〕 CMOS工艺：属单极工艺，主要靠少数载流子工作， 其特点是功耗低、集成度高。 〔2〕 TTL/ECL工艺：属双极工艺，多子和少子均参与导 电，其突出的优点是工作速度快，但是工艺相对复杂。

并转（2）继续执行；若不满足 件，则转（4）。
（4）检查A=ɸ
若不满足条件，i=i+1，转（1）产生新的划分集；否则结束划 分过程，输出划分结果。
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简单连接度划分示例
解：设有待划分集合A=｛a，b，c，d｝ Con(a，A-a)=3 Con(b，A-b)=6 Con(c，A-c)=2 Con(d，A-d)=3 （1）∵Con(c，A-c)最小，将其选出，则Ai=｛c｝, A=｛a，b，d｝； （2）虽然d与b与Ai的连接度相同，但Dis(Ai,d)﹤Dis(Ai,b)，选中d； （3）检查，测定满足条件，即S、E均满足条件（面积和边界连线端子的约束）。Ai=｛c，
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§1.逻辑划分
• 布图规划过程与所用的算法和求解策略有关。一个典 型的布图规划过程一般包括：Bottom up结群并产生结 群树、Top down软模块布局、调整模块形状和确定模 块的引线位置，目标是使芯片面积、总连线长度最小 和优化输出结果。
• 布规划分为物理分级构造、分级布图规划和详细布图 构造三大部分，每个部分又分成若干过程。物理分级 构造是一个Bottom up结群和估计模块面积的过程；分 级布图规划则是个Top down软模块布局、布线区面积 估计和分配、模块形状调整以及布局修正的过程；随 后在详细布图构造中完成整个布局和布线。
（2）在A中取出一个单元a2，使Con(Ai，a2)为最大，即最相关。 如果存在两个以上连接度相同的单元，则选Dis(Ai，a2)最小 的单元，即a2与其它单元有弱的连接关系。
（3）检查
S( E(
Ai Ai
) )
S max E max
，是否符合给出的面积和出线端的限 制条件。
如满足条件则
AAi

电流 10 1 2 3 4 5 80 6 7 8
school of phye
basics of ic layout design
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基本IC单元版图设计 – 电阻

方块/薄层电阻： - 设计/工艺/规则手册： 薄层电阻（率）ρ - 对于薄层电阻，同一种材料层，不同制造商的数值会有所不同，其中 一个可能的原因是厚度的不同。 - 用“四探针测试”法探测每方欧姆数值（R=V/I）。 - ic中典型的电阻值： poly栅： 2~3欧姆/方 metal层： 20~100m欧姆/方 diffusion： 2~200欧姆/方 - 工艺中的任何材料都可以做电阻。 常用的材料有poly和diffusion。 常用电阻器阻值范围： 10~50 欧姆 100~2k 欧姆 2k~100k 欧姆 - 电阻值计算公式： R = （L/W）* ρ
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高阻值电阻的狗骨结构
方块数=5+2个拐角=6方
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基本IC单元版图设计 – 电阻

设计的重要依据: 电流密度 - 对于选择电阻的宽度，电流密度是重要的。 如果需要通过电阻大量的电流，你会使用一个大的、粗的线。 - 电流密度是材料中能够可靠流过的电流量。 工艺手册中有关于某些特定材料电流密度的介绍，工艺中任何能够被 用于传导电流的材料都有一个对应的电流密度，制造商的这些数据是 根据薄层厚度来确定的。 典型的电流密度大约是“每微米宽度0.5mA”。和宽度有关是因为设计 得越宽，能够通过的电流越多。 - 有时，在工艺手册中会告知“熔断电流”大小，就是在一定的时间内 毁 坏电阻所需的电流大小。 Imax = D * W Imax：最大允许可靠流过的电流mA D： 材料的电流密度 mA/um W： 材料的宽度 um

由于一个芯片包含上亿个晶体管，为了降低设计复 杂性，通常把整个电路划分成若干个模块，将处理 问题的规模缩小。划分时要考虑的因素包括模块的 大小、模块的数目和模块之间的连线数等。
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二、布图规划和布局
• 布图规划是根据模块包含的器件数估计其面
积，再根据该模块和其它模块的连接关系以及 上一层模块或芯片的形状估计该模块的形状和 相对位置。其优化目标是：电路性能，包括时 延，噪声、串扰等，同时考虑P/G、Clock、Bus、 Interconnect的可布性。布图规划中的模块为软 模块。
VLSI版图是一组有规则的由若干层平 面几何图形元素组成的集合。
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串联
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并联
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第四节 版图设计规则
一、设计规则的内容与作用
• 设计规则是集成电路设计与制造的桥梁。 如何向电路设计及版图设计工程师精确说
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在整个设计过程中，设计者可以通过显示，观察任 意层次版图的局部和全貌；可以通过键盘、数字化 仪或光笔进行设计操作；可以通过画图机得到所要 绘制的版图图形。利用计算机辅助设计，可以降低 设计费用和缩短设计周期。
3、自动化设计
在版图自动设计系统的数据库中，存有单元的电路 图、电路性能参数及版图。在版图设计时，只要将 设计的电路图（Netlist）输入到自动设计系统中， 再输入版图的设计规则和电路的性能要求，自动设 计工具可以进行自动布局设计、自动布线设计并根 据设计要求进行设计优化，最终输出版图。