CMOS反相器的电路仿真及其工艺模拟和版图设计

1、CMOS反相器的电路仿真及其工艺模拟和版图设计摘要：CMOS技术自身的巨大发展潜力是IC高速持续发展的基础。集成电路制 造水平发展到深亚微米工艺阶段，CMOS的低功耗、高速度和高集成度得到了充 分的体现。本文主要通过简单的介绍基于Cade nee的CMOS反相器的电路仿真和版图设计及基于SILVACO的CMOS反相器的工艺仿真，体现了集成电路CAD 的一种基本方法和操作过程。关键词：CMOS反相器、Cade nee SILVACO、仿真、工艺、版图 0引言：电子技术的发展使计算机辅助设计（CAD ）技术成为电路设计不可或缺的 有力工具。国内外电子线路 CAD软件的相继推出与版本更新，是 CAD

2、技术的 应用渗透到电子线路与系统设计的各个领域，如电路图和版图的绘制、模拟电路仿真、工艺模拟与仿真、逻辑电路分析、优化设计、印刷电路板的布线等。CAD技术的发展使得电子线路设计的速度、质量、精确度得以保证。顺应集成电路发 展的要求，集成电路CAD，确切地说是整个电子设计自动化必须要有更大的发 展。随着集成电路与计算机的迅速发展，以CAD为基础的EDA技术一渗透到电子系统和专用集成电路设计的各个环节。一个能完成比较复杂的VLSI设计的EDA系统一般包括1020个CAD工具，涉及从高层次数字电路的自动综合、数字系统仿真、模拟电路仿真到各种不同层次的版图设计和校验工具，完成自顶向下的VLSI设计的各

3、个环节和全部过程。为满足日益增大的信息处理能力的需求，主要从实现图形最小尺寸的工艺精 度和提高单位面积晶体管数目的集成度两个方面来努力，还要综合考虑满足电路功能以及工作频率和功耗的性能指标。CMOS技术自身的巨大发展潜力是IC高速持续发展的基础。集成电路制造水平发展到深亚微米工艺阶段，CMOS的低功耗、高速度和高集成度得到了充分的体现。1基于Cadence的CMOS反相器的设计：1.1 Cade nee简介：Cade nee是一个大型的EDA软件，它几乎可以完成电子设计的方方面面， 包括ASIC设计、FPGA设计和PCB板设计。与众所周知的 EDA软件Synopsys 相比，Cade nee的

4、综合工具略为逊色。然而 Cade nee在仿真电路图设计自动布局 布线、版图设计及验证等方面却有着绝对的优势。Cade nee与Sy no psys的结合可 以说是EDA设计领域的黄金搭档。1.2电路仿真：1.2.1绘制原理图及生成symbol：打开Cade nee软件，在打开的窗口中，选择File->New->Library，设置Library Name 为 my_lib （自定义），然后 OK，选择 Compile a new techfile->OK。创建视图单元/原理图（eell view）:在主窗口中Tools->Library Manager，在 Libra

5、ry中单击 myib（刚才建立的新库），在Library Manager 窗口，然后选择 File->New->Cell View，设置 Cell Name 为 inv，View Name 为 Sehematie, Tool 为 Composer-Sehematie 点击 OK，弹出 Sehematie Editing 的空白窗口。在窗口 中绘制原理图如图1，然后生成其symbol如图2。u-dd.©insto nceN<ime图2 CMOS反相器symbol图1 CMOS反相器原理图1.2.2波形仿真：电路图如图3,仿真波形如图4,从波形中可看出，CMOS反相器具

6、有良好的工 作特性。图3仿真电路图图3CMOS1.3Layout版图设计：图4 CMOS仿真波形关闭所有的窗口后，重新进入 Cade nee选中 my_lib 库，file- new- cell view 在出现的对话框中 cell name 为 pmos , 将tool改为virtuoso ,则view name也会相应的改变。根据版图设计规则绘制CMOS版图，得到如图5所示的版图1-PF1U1 IfaiVall1斗1Ifcfajirr*ir.x»p1曲11 巾阪1ifS:叫”町 阪1 ouhL EhciunnUwhIm tdiL 恤m1*)r 4j>nnHE.Lr¥

7、;i4r Op4iora HmtIh IMp图5 CMOS反相器版图图6 CMOS结构图2基于SILVACO的CMOS工艺仿真2.1 SILVACO 简介SILVACO研发的技术计算机辅助设计 TCAD仿真软件处于业界领导地位。 TCAD软件包被遍布全球的半导体厂家用于半导体器件和集成电路的研究和开 发、测试和生产中。SILVACO还是Spice参数提取软件和模拟电路仿真软件 SmartSpice的主要提供商。SILVACO与世界上先进的高科技厂商和大学合作， 为半导体市场提供最新的技术和工艺。SILVACO提供了 TCAD驱动的的CAD环境，这套完整的工具使得物理半 导体工艺可以给所有阶段的

8、IC设计提供强大的动力：工艺仿真和器件仿真； SPICE模型的生成和开发；互连寄生参数的极其精确的描述；基于物理的可靠 性建模以及传统的CAD。所有这些功能整合在统一的框架，为工程师在完整的 设计中任何阶段中所做更改而导致的性能、可靠性等效果，提供直接的反馈。 2.2工艺流程：P阱硅栅CMOS反相器的工艺流程（1）光刻1:阱区光刻，刻出阱区注入孔；（2）阱区注入及推进，形成阱区；（3）去除SiO2，长薄氧，长Si3N4;（4）光刻2:有源区光刻，刻出P管、N管的源、漏和栅区；（5）光刻3： N管场区光刻，刻出N管场区注入孔；N管场区注入，以提高场开启，减少闩锁效应及改善阱的接触；（6）长场氧，

9、漂去SiO2和Si3N4,然后长栅氧；（7）光刻4： P管区光刻；P管区注入，调节PMOS管的开启电压，然后长 多晶；（8）光刻5:多晶硅光刻，形成多晶硅栅及多晶硅电阻；（9）光刻6： P+区光刻，刻去P管区上的胶；P+区注入，形成PMOS管的源、漏区及P+保护环；（10）光刻7： N+区光刻，刻去 N+区上的胶；N+区注入，形成NMOS管的源、漏区及N+保护环；（11）长 PSG；（12）光刻8:引线孔光刻。可在生长磷硅玻璃后先开一次孔，然后在磷硅 玻璃回流及结注入推进后再开第二次孔；（13）光刻9:铝引线光刻；（14）光刻10:压焊块光刻。CMOS的结构图如图6所示。2.3工艺仿真：进入SILVACO软件，逐步进行操作，最后能生成 CMOS反相器的结构，可 以从中提取器件参数，可以仿真得到一些想要研究和验证的曲线。3结语：当前的IC设计必须依靠计算机软件来完成，集成电路 CAD设计IC从设计 到制造、测试的各个环节，因此通过集成电路 CAD的学习，就可以系统地了解 IC设计所需的知识。对工程技术人员来说，集成电路CAD也是最快捷地运用软 件工具实现IC设计的重要途径，IC设计人才的培养必须从集成电路 CAD的学 习开始。本文主要通过简单的介绍基于 Cade nee的CMOS反相器的电路仿真和 版图设计及基于SILVACO的CMOS反相器的工艺仿真，体