图设计中的设计规则PPT课件

1、1厂家提供设计规则设计者只能根据厂家提供的设计规则进行版设计者只能根据厂家提供的设计规则进行版图设计图设计。 严格遵守设计规则可以极大地避免由于短路、断路造成的电路失效和容差以及寄生效应引起的性能劣化。 第1页/共54页2版图几何设计规则 版图几何设计规则可看作是对光刻掩模版制备要求。版图几何设计规则可看作是对光刻掩模版制备要求。 光刻掩模版是用来制造集成电路的。这些规则在生产阶段中为电路的设计师和工艺工程师提供了一种必要的信息联系。 第2页/共54页3设计规则与性能和成品率之间的关系 一般来讲，设计规则反映了性能和成品率之间可能的最好的折衷。 规则越保守，能工作的电路就越多(即成品率越高)。

2、 规则越富有进取性，则电路性能改进的可能性也越大，这种改进可能是以牺牲成品率为代价的。 第3页/共54页4 版图几何设计规则 从设计的观点出发，设计规则可设计规则可以分为三部分：以分为三部分： （1）决定几何特征和图形的几何规 定。这些规定保证各个图形彼此之间具有正确的关系。第4页/共54页5版图几何设计规则（2）确定掩模制备和芯片制造中都 需要的一组基本图形部件的强制性要求。 （3）定义设计人员设计时所用的电 参数的范围。第5页/共54页6版图几何设计规则 有几种方法可以用来描述设计规则。其中包括： 以以微米分辨率微米分辨率来规定的微米规则来规定的微米规则 以以特征尺寸为基准的特征尺寸为基准

3、的规则规则 第6页/共54页7 以 为单位也叫做“规整格式” ：把大多数尺寸（覆盖，出头等等）约定为的倍数与工艺线所具有的工艺分辨率有关，线宽偏离理想特征尺寸的上限以及掩膜版之间的最大套准偏差，一般等于栅长度的一半。 优点：版图设计独立于工艺和实际尺寸 以微米为单位也叫做“自由格式” ：每个尺寸之间没有必然的比例关系， 提高每一尺寸的合理度；简化度不高 。 目前一般双极集成电路的研制和生产，通常采用这类设计规则。在这类规则中，每个被规定的尺寸之间，没有必然的比例关系。这种方法的好处是各尺寸可相对独立地选择，可以把每个尺寸定得更合理，所以电路性能好，芯片尺寸小。缺点是对于一个设计级别，就要有一整

4、套数字，而不能按比例放大、缩小。 第7页/共54页8 设计规则或规整格式设计规则 70年代末，Meed和Conway倡导以无量纲的“”为单位表示所有的几何尺寸限制，把大多数尺寸（覆盖，出头等等）约定为的倍数。通常 取栅长度L的一半，又称等比例设计规则。由于其规则简单，主要适合于芯片设计新手使用，或不要求芯片面积最小，电路特性最佳的应用场合。在这类规则中，把绝大多数尺寸规定为某一特征尺寸“”的某个倍数。与工艺线所具有的工艺分辨率有关，线宽偏离理想特征尺寸的上限以及掩膜版之间的最大套准偏差。 优点：版图设计独立于工艺和实际尺寸。第8页/共54页9 设计规则的表示方法 以 为单位也叫做“规整格式”

5、：把大多数尺寸（覆盖，出头等等）约定为的倍数与工艺线所具有的工艺分辨率有关，线宽偏离理想特征尺寸的上限以及掩膜版之间的最大套准偏差，一般等于栅长度的一半。 优点：版图设计独立于工艺和实际尺寸 以微米为单位也叫做“自由格式” ：每个尺寸之间没有必然的比例关系， 提高每一尺寸的合理度；简化度不高 。 目前一般双极集成电路的研制和生产，通常采用这类设计规则。在这类规则中，每个被规定的尺寸之间，没有必然的比例关系。这种方法的好处是各尺寸可相对独立地选择，可以把每个尺寸定得更合理，所以电路性能好，芯片尺寸小。缺点是对于一个设计级别，就要有一整套数字，而不能按比例放大、缩小。 第9页/共54页10 1.

6、设计规则或规整格式设计规则 70年代末，Meed和Conway倡导以无量纲的“”为单位表示所有的几何尺寸限制，把大多数尺寸（覆盖，出头等等）约定为的倍数。通常 取栅长度L的一半，又称等比例设计规则。由于其规则简单，主要适合于芯片设计新手使用，或不要求芯片面积最小，电路特性最佳的应用场合。在这类规则中，把绝大多数尺寸规定为某一特征尺寸“”的某个倍数。与工艺线所具有的工艺分辨率有关，线宽偏离理想特征尺寸的上限以及掩膜版之间的最大套准偏差。 优点：版图设计独立于工艺和实际尺寸。第10页/共54页11版图几何设计规则层次层次 人们把设计过程抽象成若干人们把设计过程抽象成若干易于处理的概念性版图层次，这

7、易于处理的概念性版图层次，这些层次代表线路转换成硅芯片时些层次代表线路转换成硅芯片时所必需的掩模图形。所必需的掩模图形。 下面以某种N阱的硅栅工艺为例分别介绍层次的概念。第11页/共54页12版图几何设计规则层次表示 含义 标示图 NWELL N阱层 Locos N+或P+有源区层 Poly 多晶硅层 Contact 接触孔层 Metal 金属层 Pad 焊盘钝化层 NWELL硅栅的层次标示 第12页/共54页13版图几何设计规则 NWELL层相关的设计规则 编 号描 述尺 寸目的与作用1.1N阱最小宽度10.0保证光刻精度和器件尺寸1.2N阱最小间距10.0防止不同电位阱间干扰1.3N阱内N

8、阱覆盖P+2.0保证N阱四周的场注N区环的尺寸1.4N阱外N阱到N+距离8.0减少闩锁效应第13页/共54页14 版图几何设计规则 N阱设计规则示意图 第14页/共54页15 版图几何设计规则 P+、N+有源区相关的设计规则列表 编 号描 述尺 寸目的与作用2.1P+、N+有源区宽度3.5保证器件尺寸，减少窄沟道效应2.2P+、N+有源区间距3.5减少寄生效应第15页/共54页16版图几何设计规则 P+、N+有源区设计规则示意图 第16页/共54页17版图几何设计规则 Poly相关的设计规则列表 编 号描 述尺 寸目的与作用3.1多晶硅最小宽度3.0保证多晶硅线的必要电导3.2多晶硅间距2.0

9、防止多晶硅联条3.3与有源区最小外间距1.0保证沟道区尺寸3.4多晶硅伸出有源区1.5保证栅长及源、漏区的截断3.5与有源区最小内间距3.0保证电流在整个栅宽范围内均匀流动第17页/共54页18版图几何设计规则 Poly相关设计规则示意图 第18页/共54页19版图几何设计规则 Contact相关的设计规则列表 编 号描 述尺 寸目的与作用4.1接触孔大小2.0 x2.0保证与铝布线的良好接触4.2接触孔间距2.0保证良好接触4.3多晶硅覆盖孔1.0防止漏电和短路4.4有源区覆盖孔1.5防止PN结漏电和短路4.5有源区孔到栅距离1.5防止源、漏区与栅短路4.6多晶硅孔到有源区距离1.5防止源、

10、漏区与栅短路4.7金属覆盖孔1.0保证接触，防止断条第19页/共54页20版图几何设计规则 contact设计规则示意图 第20页/共54页21 版图几何设计规则 Metal相关的设计规则列表 编 号描 述尺 寸目的与作用5.1金属宽度2.5保证铝线的良好电导5.2金属间距2.0防止铝条联条第21页/共54页22 版图几何设计规则 Metal设计规则示意图 第22页/共54页23 版图几何设计规则 Pad相关的设计规则列表 编 号描 述尺 寸目的与作用6.1最小焊盘大小90封装、邦定需要6.2最小焊盘边间距80防止信号之间串绕6.3最小金属覆盖焊盘6.0保证良好接触6.4焊盘外到有源区最小距离

11、25.0提高可靠性需要第23页/共54页24版图几何设计规则 Pad设计规则示意图 第24页/共54页25 版图几何设计规则 当给定电路原理图设计其版图时，必须根据所用的工艺设计规则，时刻注意版图同一层上以及不同层间的图形大小及相对位置关系。第25页/共54页26 反相器实例 参照上述的硅栅工艺设计规则，下图以反相器反相器（不针对具体的器件尺寸）为例给出了对应版图设计中应该考虑的部分设计规则示意图。 对于版图设计初学者来说，第一次设对于版图设计初学者来说，第一次设计就能全面考虑各种设计规则是不可能的。计就能全面考虑各种设计规则是不可能的。 为此，需要借助版图设计工具的在线DRC检查功能来及时发

12、现存在的问题，具体步骤参见本书第十四章。第26页/共54页27反相器实例 第27页/共54页28电学设计规则 电学设计规则给出的是将具体电学设计规则给出的是将具体的工艺参数及其结果抽象出的电的工艺参数及其结果抽象出的电学参数，是电路与系统设计、模学参数，是电路与系统设计、模拟的依据。拟的依据。第28页/共54页29电学设计规则描述第29页/共54页30电学设计规则描述第30页/共54页31电学设计规则 与上述的几何设计规则一样，对于不同的工艺线和工艺流程，数据的多少将有所不同，对于不同的要求，数据的多少也会有所差别。第31页/共54页32 电学设计规则 如果用手工设计手工设计集成电路或单元（如

13、标准单元库设计），几何设计规则是图形编辑的依据，电学设计规则是分析计算的依据。第32页/共54页33布线规则 版图布局布线 布局布局就是将组成集成电路的各部分合理地布置在芯片上。 布线布线就是按电路图给出的连接关系，在版图上布置元器件之间、各部分之间的连接。 由于这些连线也要有一定的芯片面积，所以在布局时就要留下必要的布线通道。第33页/共54页34布线规则（1）电源线和地线应尽可能地避免 用扩散区和多晶硅走线，特别 是通过较大电流的那部分电源 线和地线。（2）禁止在一条铝走线的长信号线 下平行走过另一条用多晶硅或 扩散区走线的长信号线。 第34页/共54页35布线规则（3）压点离开芯片内部图

14、形的距离 不应少于20m，以避免芯片 键合时，因应力而造成电路损 坏。（4）布线层选择。 第35页/共54页36布线规则第36页/共54页37版图设计及版图验证 版图设计一般包括： 基本元器件版图设计 布局和布线 版图分析与检验第37页/共54页38版图设计及版图验证版图的构成版图的构成 版图由多种基本的几何图形所构成。 常见的几何图形有： 矩形（rectangle） 多边形（polygon） 等宽线(path和wire) 圆（circle） 弧（arc）等。第38页/共54页39版图设计及版图验证 版图布局布线版图布局布线 布局就是将组成集成电路的各部分合理地布置在芯片上。布线就是按电路图给

15、出的连接关系，在版图上布置元器件之间、各部分之间的连接。第39页/共54页40单元和单元库的建立 在版图设计阶段，无论是在版图设计阶段，无论是全定制还是半定制版图设计全定制还是半定制版图设计一定都会用到单元或单元库。一定都会用到单元或单元库。第40页/共54页41全定制设计方法 所谓全定制设计方法全定制设计方法就是利用人机交互图形系统，由版图设计人员从每个半导体器件的图形、尺寸开始设计，直至整个版图的布局布线。第41页/共54页42半定制设计方法 而在标准单元设计方法中，基本的电路单元(如非门、与非门、或非门、全加器、D触发器)的版图是预先设计好的，放在CAD工具的版图库中。这部分版图不必由设

16、计者自行设计，所以叫半定制。所以在半定制设计中常用到标标准单元法准单元法。第42页/共54页43标准单元库 单元库单元库实际包括四种符号四种符号： 符号（符号（symbol viewsymbol view） 抽象图（抽象图（abstract viewabstract view） 线路图（线路图（schematic viewschematic view） 版图（版图（layout view）第43页/共54页44半定制标准单元示意图第44页/共54页45单元库与工艺数据 每一单元库都应与一定的工艺数据相联系，这些数据放在所谓每一单元库都应与一定的工艺数据相联系，这些数据放在所谓“工艺文件工艺文件

17、（Technology File)”Technology File)”中。中。 无论建立标准单元库还是布局布线阶段，都要用到Technology File。可以存在系统中的隐含文件或任一指定文件中。根据需要此文件也可重新命名或进行编辑。第45页/共54页46Technology File Technology File包含定义设计所需的全部物理信息，包括： 各层颜色、线型、显示或绘图设备； 单层和双层性质； 视图（VIEW）及其性质； 物理设计规则； 所有器件。包括晶体管、接触、引脚；器件可以通用，也可自定义（详细内容及操作方法详见相关软件使用说明）。第46页/共54页47版图验证 设计规则的

18、验证（设计规则的验证（DRCDRC） 设计规则的验证（设计规则的验证（DRCDRC）由下述命令格式）由下述命令格式书写成检查文件：书写成检查文件：出错条件出错输出出错条件出错输出 在运行过程中，如果所画版图出现符合出错条件的情形，则执行出错输出。则此出错条件是由设计人员按照设计规则编写的。在DRC执行过程中，计算机会自动对照查验图形和出错条件。 关于出错输出语句，可以在其中列出出错单元的名称(Cell Name)及层次(layName)，并写成：OUTPUT CellName layName。第47页/共54页48版图验证例: （1）EXTT POLYCON DIFF LT 0.7 OUTPU

19、T E105 44 这一句意味着当多晶硅与扩散区包含时，在沿宽度方向的边缘内外间距小于m时出错，其中T更强调了在间距等于0时也出错。“出错输出”在指定44层上给出单元E105一个错误标志。 （2）WIDTH CON LT 0.6 OUTPUT E53A 44这一句意味着接触孔宽度m小于出错，“出错输出”在指定44层上给出单元E53A一个错误标志。 第48页/共54页49版图验证 版图的电学验证（版图的电学验证（ERCERC） 除违反设计规则而造成的图形尺寸错误外，常还会发生电学错误，如电源、地、某些输入或输出端的连接错误。这就需要用ERC检验步骤来加以防范。 为了进行ERC的验证，首先应在版图中将各有关电学节点做出定义。如将电源、接地点、输入端、输出端分