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版图绘制及 Virtuoso 工具软件使用

版图绘制及 Virtuoso 工具软件使用. 2013 年 11 月 19 日. 电路如何转化成实物（芯片）？. ？. 主要内容. 典型深亚微米工艺流程 Design Rule 的简介 Virtuoso 软件的简介及使用 PDK 简介 版图设计中的相关专题. 1. 典型深亚微米工艺流程. 反相器的制作. 此处以反相器为例简单的介绍下其制造的基本工艺流程。 此处介绍目前比较普通的 N 阱 CMOS 工艺流程，用到的 wafer （晶圆）是 P 型衬底，所以需要用 NWELL 来构建 p 沟器件，而 n 型 MOS 管就构建在 p 衬底上。.

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版图绘制及 Virtuoso 工具软件使用

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  1. 版图绘制及Virtuoso 工具软件使用 2013年11月19日 微电子与光电子研究所

  2. 电路如何转化成实物（芯片）？ ？ 微电子与光电子研究所

  3. 主要内容 • 典型深亚微米工艺流程 • Design Rule的简介 • Virtuoso软件的简介及使用 • PDK简介 • 版图设计中的相关专题 微电子与光电子研究所

  4. 1. 典型深亚微米工艺流程 微电子与光电子研究所

  5. 反相器的制作 • 此处以反相器为例简单的介绍下其制造的基本工艺流程。 • 此处介绍目前比较普通的N阱CMOS工艺流程，用到的wafer（晶圆）是P型衬底，所以需要用NWELL来构建p沟器件，而n型MOS管就构建在p衬底上。 微电子与光电子研究所

  6. 微电子与光电子研究所 第一张mask定义为n-well(or n-tub)mask a)离子注入：制造n-well。 b)扩散：在所有方向上扩散，扩散越深，横向也延伸越多。

  7. 微电子与光电子研究所 • 第二张mask定义为active mask • 有源区用来定义管子的栅以及允许注入的p型或者n型扩散的管子的源漏区。

  8. 微电子与光电子研究所 • 第三张mask为poly mask • 它包含了多晶硅栅及其需要腐蚀成的形状。 • 这里忽略了版图中无法体现的一些mask：比如channel stop、阈值电压调整等

  9. 微电子与光电子研究所 • 第四张mask定义为n＋mask，用来定义需要注入n＋的区域 • 这里的注入为两次注入，首先轻掺杂注入，在栅上生成一层氧化层后再重掺杂注入，形成LDD（轻掺杂漏区）结构。

  10. 微电子与光电子研究所 • 第五张mask是p＋mask • p+用来定义PMOS管或者NMOS体端引出。

  11. 微电子与光电子研究所 • 第六张mask定义接触孔 • 首先腐蚀SiO2到需要接触的层的表面，其次要能够 • 使金属接触到扩散区或者多晶硅区。

  12. 微电子与光电子研究所 • 第七张mask定义金属1（metal1） • 需要选择性刻蚀出电路所需要的连接关系。 • 至此，一个反相器的完整制造过程完成。

  13. 2. Design Rule的简介 微电子与光电子研究所

  14. 为什么需要版图设计规则 微电子与光电子研究所

  15. 为什么需要版图设计规则 • 版图设计规则主要是为了使IC的版图能够提供合理的产量。 • 主要由杂质的横向扩散系数、套刻偏差、材料刻蚀质量等工艺条件决定的。 微电子与光电子研究所

  16. 图解术语 微电子与光电子研究所

  17. 微电子与光电子研究所

  18. 微电子与光电子研究所

  19. 一个简单的例子：PMOS电流源负载差分对 微电子与光电子研究所

  20. 3. Virtuoso软件的简介及使用 微电子与光电子研究所

  21. 微电子与光电子研究所 • 创建一个新的库 • File->New->Library

  22. 指定Cellview编辑模式 微电子与光电子研究所 • 创建Layout Cellview • File->New->Cellview

  23. Layout Editor Window 微电子与光电子研究所

  24. Layer Selection Window(LSW) 微电子与光电子研究所

  25. b 微电子与光电子研究所

  26. Layout Editor 菜单（1） 微电子与光电子研究所

  27. Layout Editor 菜单（2） 微电子与光电子研究所

  28. Display Control Window 微电子与光电子研究所

  29. Virtuoso下的快捷键的使用（1） 微电子与光电子研究所 • Ctrl＋A 全选 • Shift + X，进入子模块 • Shift + B，升到上一级视图 • Ctrl + C 中断某个命令，一般用ESC代替 • Shift + C 裁切（chop） • C 复制，复制某个图形 • Ctrl + D 取消选择。亦可点击空白处实现。 • Ctrl + F显示上层等级 • Shift + F显示所有等级 • F fit，显示你画的所有图形 • K 标尺工具 • Shift + K清除所有标尺 • L 标签工具 M 移动工具 Shift + M 合并工具，Merge N 斜45对角+正交 Shift + O 旋转工具, Rotate O 插入接触孔 Ctrl + P 插入引脚,Pin Shift + P 多边形工具, Polygon P 插入Path（路径） Q 图形对象属性（选中一个图形先） R 矩形工具, 绘制矩形图形 S 拉伸工具, 可以拉伸一个边，也可以选择要拉伸的组一起拉伸 U 撤销, Undo Shift + U重复, Redo, 撤销后反悔

  30. Virtuoso下的快捷键的使用（2） 微电子与光电子研究所 • V 关联attach，将一个子图形（child）关联到一个父图形（parent）后，若移动parent，child也跟着移动；移动child，parent不会移动。 • Ctrl＋W 关闭窗口 • Shift＋W下一个视图 • W 前一个视图 • Y 区域复制Yank，和copy有区别，copy只能复制完整图形对象。 • Shift＋Y 黏贴Paste，配合Yank使用。 • Ctrl＋Z 视图放大两倍（也可点住鼠标右键拖动） • Shift＋Z 视图缩小两倍 ESC键 撤销命令 Tab键 平移视图Pan，按Tab，用鼠标点击视图区中某点，视图就会移至以该点为中心。 Delete键 删除 BackSpace键 撤销上一点。这就不用因为Path一点画错而删除重画，可以撤销上一点。 Enter键 确定一个图形最后一点，也可以双击鼠标左键。 Ctrl＋方向键 移动Cell Shift＋方向键 移动鼠标 方向键 ，移动视图 Z 视图放大

  31. 制作反相器版图演示 微电子与光电子研究所

  32. 4. PDK简介（1） • 前面，PMOS管、NMOS管以及接触孔contact等一系列元器件都是手工绘制的，效率比较低。因此为了提高效率，让设计者有一个流畅的设计环境，降低开发周期，许多工艺制造厂商都提供了相应尺寸工艺下的PDK。PDK全称Process Design Kit，它主要是由Cadence的Schematic和Layout Tool为主体所组成的，它可以看作是一个工作平台，在这个工作平台上可以加载一些模拟软件和验证软件，形成一个完整的设计平台，这样的一个设计模式有助于缩短设计者的开发周期。 微电子与光电子研究所

  33. PDK简介（2） 微电子与光电子研究所

  34. PDK简介（3） • PDK不仅提供了MOS管和接触孔的版图单元，而且还提供了各类电阻、电容、电感以及三极管等常用器件的Layout cell，并可以根据具体要求设置器件的相关属性，参考PDK自带的说明文件，灵活的使用PDK可以为版图的绘制带来很大的帮助。 微电子与光电子研究所

  35. PDK建立 • 要想使用PDK首先要创建Library时建立起和Virtuoso软件之间的链接关系。 • 在建立Library时需要定义techfile，此时应选择“Attach to an existing techfile”，“Technology Library”选项中应选择所采用的PDK，避免以后发生无法预期的错误。 微电子与光电子研究所

  36. PDK 中的常用元器件版图 微电子与光电子研究所 NMOS: PMOS: (poly)&(active)&(nplus)&(psub) (poly)&(active)&(pplus)&(nwell)

  37. PNP： n阱中的p+区作为发射区，n阱本身作为基区，p型衬底作为集电区。 微电子与光电子研究所

  38. C 一般来说PDK中根据三极管发射极的面积提供了多种可供选择的三极管 B E 微电子与光电子研究所

  39. PNP的横截面图： 微电子与光电子研究所

  40. 电阻： 微电子与光电子研究所

  41. PDK中的电阻类型比较多，大致可分为三种：扩散电阻、多晶硅电阻、阱电阻。不同类型的电阻其电阻值的取值范围和阻值精度也是不一样的。 • 扩散电阻 • 扩散电阻是在源漏扩散时形成，有N+扩散和P＋扩散电阻。在CMOS工艺下，N+扩散电阻是做在PSUB上，P＋扩散是在N阱里。这类电阻器的阻值估算为R＝RSL/W（RS为薄层电阻，L,W分别为电阻器的宽度和长 ），其阻值较大，精度一般。 微电子与光电子研究所

  42. 多晶硅电阻 • 多晶硅电阻结构较简单，用POLY做阻值区。多晶硅电阻的方块电阻最小,但精度最高,随工艺,电压和温度的变化较小，适合高精度场合使用。 • 阱电阻 • 阱电阻就是一N阱条（或P阱条），两头进行N+（P+）扩散以形成接触。其薄层电阻值一般在1-10K欧/方，属高阻。其电压系数和温度系数大，受光照辐射影响也大，但匹配性好，通常可用在精度要求不高的地方，如上拉电阻或保护电阻等。 微电子与光电子研究所

  43. 电容： 微电子与光电子研究所 这是一个19um×19um的电容，电容值为600fF。 跟边上的MOS管比较起来，可见电容在layout中占用面积比率比较大。

  44. 选择何种结构的电容主要由两个因素决定：一是电容所占的面积；二是底层极板寄生电容Cp和极板间电容C的比值Cp/C。 微电子与光电子研究所

  45. 二极管 • CMOS N阱工艺中二极管结构一般有两种：一是psub-nwell，必须保持反向偏压，用作可变电容器；另一个是sp-nwell，正偏时存在寄生PNP三极管，会有很大的电流从p+流向衬底。 微电子与光电子研究所

  46. 微电子与光电子研究所 一个常见问题： 当版图打开时，碰到这种情况，说明工作库里缺少相关模块的CELL，在库中加入即可。

  47. 5. 版图设计中的相关专题 • Antenna Effect（天线效应） • Dummy 的设计 • 闩锁效应 • Guard Ring 保护环的设计 • Match的设计 • Layout的千变万化 • 衬底耦合效应 • GDS文件的Export &Import 微电子与光电子研究所

  48. 5.1 Antenna Effect 微电子与光电子研究所

  49. 5.2 Dummy 的设计 • IC版图除了要体现电路的逻辑或功能确保LVS验证 • 正确外，还要增加一些与LVS（电路匹配）无关的 • 图形，以减小中间过程中的偏差，我们通常称这些 • 图形为dummy layer。有些dummy layer是为了防 • 止刻蚀时出现刻蚀不足或刻蚀过度而增加的，比如 • metal density不足就需要增加一些metal dummy • layer以增加metal密度。另外一些则是考虑到光的 • 反射与衍射等其他原因，其关键是要保持器件周围的环境一致。 微电子与光电子研究所

  50. a. MOS dummy（1） 微电子与光电子研究所 在MOS两侧增加dummy poly（冗余栅），避免Length受到影响。 添加dummy管，可以提供更好的环境一致性。

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