TSMC工艺的_版图教程

1、目录前端电路设计与仿真2第一节双反相器的前端设计流程21、画双反相器的visio 原理图22、编写 .sp 文件2第二节后端电路设计4一、开启linux 系统52、然后桌面右键重新打开Terminal8双反相器的后端设计流程9一、 schematic 电路图绘制9二、版图设计32画版图一些技巧：48三、后端验证和提取49第三节后端仿真58其它知识61精选文库前端电路设计与仿真第一节双反相器的前端设计流程1、画双反相器的visio 原理图VDDVDDM0M2infaoutM1M3图 1.1其中双反相器的输入为 in 输出为 out，fa 为内部节点。电源电压 V DD =1.8V，MOS管用的是

2、 TSMC 的 1.8V 典型 MOS 管 (在 Hspice 里面的名称为 pch 和 nch，在Cadence里面的名称为 pmos2v 和 nmos2v)。2、编写 .sp 文件新建 dualinv.txt 文件然后将后缀名改为 dualinv.sp 文件具体实例 .sp 文件内容如下：-2精选文库.lib 'F:Program Filessynopsysrf018.l' TT 是 TSMC 用于仿真的模型文件位置和选择的具体工艺角 * 这里选择 TT 工艺角 *划红线部分的数据请参考 excel 文件尺寸对应 6 参数， MOS 管的 W 不同对应的 6 个尺寸是不同的

3、， 但是这六个尺寸不随着 L 的变化而变化。划紫色线条处的端口名称和顺序一定要一致MOS 场效应晶体管描述语句： (与后端提取 pex 输出的网表格式相同 ) MMX D G S B MNAME <L=val> <W= val > <AD= val > <AS= val > <PD= val > <PS= val > <NRD= val > <NRS= val >2.1、在 wind owXP 开始 -程序这里打开 Hspice 程序2.2、弹出以下画面然后进行仿真存放 .sp文件的地址1、打开 .

4、sp文件2、按下仿3、查看波真按钮形查看波形按钮按下后弹出以下对话框-3精选文库单击此处如果要查看内部节点的波形，双击Top 处如果有多单击这些个子电路节点即可请单击此查看波形处的 Top查看如果要查看测量语句的输出结果请查看.MTO 文件 (用记事本打开 )至此前端仿真教程结束第二节后端电路设计前序 (打开 Cadence软件 )-4精选文库一、开启linux 系统双击桌面虚拟机的图标选择 Power on this virtual machine开启 linux 之后-5精选文库在桌面右键选择Open Terminal输入 xhost local：命令按回车-6精选文库之后输入 su xu

5、e命令 按回车，这样就进入了 xue 用户1、输入命令加载 calibre软件的license ，按回车，等到出现以下画面再关闭Terminal 窗口-7精选文库2、然后桌面右键重新打开Terminal进入学用户，开启Cadence 软件，如下图然后出现 cadence 软件的界面-8精选文库关闭这个 help 窗口，剩下下面这个窗口，这样cadence 软件就开启了 如果在操作过程中关闭了 cadence，只需要执行步骤 2 即可，步骤 1 加载 calibre 的 license 只在 linux 重启或者刚开启的时候运行一次就可以了。 双反相器的后端设计流程一、 schematic 电路

6、图绘制1 、注意 -在 Cadence 中画 schematic 电路图时，每一个节点都需要命名，不然在参数提取之后没有命名的那些节点会被系统自动命名，导致用HSPICE查看内部节点波形时难以迅速找到自己需-9精选文库要的节点。2、打开 Cadence 软件新建库和单元Cell View用命令 icfb& 打开 Cadence软件后弹出以下CIW 窗口选择 Flie-New-Libirary 之后弹出以下窗口这里我们新建一个名为ttest 的库。 (注意：在新建 library 的时候要 attach to anexisting techfile )点击 OK 以后弹出以下窗口-10精

7、选文库在 technology library 这里选择我们的 TSMC 库 tsmc18rf然后点击 OK在 CIW 窗口的 tools 菜单中选择第二个 library manager 之后弹出以下窗口我们可以看到左边 Library 里面有我们之间建立的 ttest 库，用鼠标左键选择 ttest，发现它的 Cell 和 View 都是空的。然后在该窗口的File-New-Cell View 新建一个单元 Cell View-11精选文库弹出以下窗口在窗口的 Cell name 中输入我们需要取的名字，这里取的是dualinv。点击 OK 后自动弹出画schematic的窗口-12精选文

8、库3、画 schematic 电路图点击上面的这个作图版面，在键盘上按快捷键i 会出现添加器件的窗口点击 Browse 后弹出以下窗口-13精选文库这里选中 TSMC 的库 tsmc18rf，在 Cell 中选中 pmos2v， view 中选中 symbol 然后鼠标移到外面的画图板上，就会出现一个 PMOS 管，左键点击就可以放上去了，按 ESC 回到正常的光标状态 。同理，选中 TSMC 库中的 nmos2v，就可以添加 NMOS 管。 (按快捷键 M ，然后再点击一下（选中）器件即可以移动器件 )-14精选文库接下来修改 MOS 管的尺寸，我们看到上述 MOS 管的默认尺寸都是 L=1

9、80n W=2u 我们这里将 PMOS 管修改为 W=720n NMOS 管修改为 W=220n(注意： TSMC 0.18um 库 nmos2v 和 pmos2v 最小的 W 只能设置到 220nm，而不能设置到 180nm)鼠标左键选中一个器件 (如 M0) ，然后按快捷键 Q（ property），出现以下调整 MOS 管属性窗口-15精选文库在 w(M) 的文本框中修改前面的 2u 修改成我们需要的 720n 然后点击 OK 即可同理修改 NMOS 管的 W=220n。之后开始连线 按快捷键 W（wire ）即可然后添加 PIN 脚 (即与外部信号相连的端口，从图 1.1 可以看出这个

10、双反相器电路涉及到的 PIN 脚有 in out vdd gnd) 注意：由于目前的工艺是 P 阱衬底，所以全部 NMOS 管的衬底即 B 端要接 gnd，而 PMOS 管的衬底可以接自己的 S 端或者 vdd ，一般只接 VDD 不接 S 知识补充： MOS 管的衬底 B 端接 S 才能不引起衬偏， 衬偏了会造成阈值电压增大 按快捷键 P 就可以添加 PIN 脚-16精选文库在 pin name中输入名称 Direction 中选中 pin 脚的方向 (其中 in 的 direction 是 inputout 的 direction 是 outputgnd 和 vdd 的 direction

11、 是 inputoutput)然后按回车，光标上就会出现一个pin 的光影，点击鼠标左键即可摆放摆放 pin 脚之后，将 PIN 脚与电路相连，同样用快捷键W 来连线-17精选文库由于图 1.1 中还有一个内部节点 fa，这里我们就需要给内部节点命名。按快捷键L，出现命名窗口在 names这里输入 fa，然后按回车然后鼠标上出现fa 光影，将 fa 移到内部需要命名的线上点击左键即可。-18精选文库然后保存电路通用，也可以用快捷键L 来连接两个单元： 这样就不用连线，却能保证两个单元连接到一起。-19精选文库在画图板左边工具栏里面选中第一个check and save4、将电路图创建成为一个s

12、ymbol ，用于仿真电路选择 DesignCreate Cellview- From Cellview 弹出以下窗口-20精选文库点击 OK 弹出以下窗口这里主要是 Top Pins 和 Botton Pins 这里需要修改，修改成如下图点击 OK 弹出以下电路-21精选文库点击 save按钮保存这样我们就会看到在library manager 里面就多出了一个该电路的symbol-22精选文库5、用 spectre 仿真器仿真电路(这里仿真一下电路主要是验证一下自己电路有没有画错，如果电路逻辑功能正确，那么基本上可以保证自己刚才画的电路是正确的 )新建一个名为 dualtest 的 Cel

13、l View 单元（在 Library Manager 下）-23精选文库点击 OK按快捷键 i 添加我们之前给双反相器电路创建的symbol然后出现下图-24精选文库接下来就要给各个端口加激励信号和电源了按 I 添加器件，在 analoglib 中首先选择直流电压 Vdc，另外还要选择 vpwl 作为线性分段信号源。按 Q 修改 vdc 的属性在 DC voltage 这里将电压值设置为1.8v(注意，只要填入1.8 即可，不要带入单位 )同样修改 vpwl 的属性 (这里我们设置一个3 段线性信号，即 6 个点 )，如下图-25精选文库此外我们还要添加一个gnd 器件作为基准地信号 (在

14、analoglib 中选择 )添加完器件之后如下图(注意：电路的gnd 与标准地 gnd 之间要添加一个0V 的直流电压 )接下来连线以及给输出端添加一个PIN，如下图-26精选文库然后按 check and save保存选择 tools 中的 Analog environment弹出以下窗口-27精选文库选择右边工具框中的第二个，弹出以下窗口-28精选文库这里设置仿真的停止时间(该时间根据自己具体需要填写)，然后点 OK接下来设置需要看波形的那些端口outputs To Be PlottedSelect On Schematic然后在要看波形的线条上单击鼠标左键点一下即可点完之后该线条会变颜

15、色以及闪烁，之前的 Analog environment 窗口的 outputs 中也会出现相应的名称-29精选文库然后点击右边工具栏中得倒数第三个 Netlist and Run 电路正确的话就会有波形点击该图标是分离重叠的波形-30精选文库 其他快捷键 E 看 symol 里面的电路 Ctrl+E 退出看内部电路F 让原理图居中P PIN 管脚快捷键W 连线L 命名连线C 复制Q 器件属性M 移动U 撤销其他相关设置：设置回退次数CIW 窗口 -options-user preference多个器件属性一起修改， 用 shift 选中以后然后选 all selected(原先是 only

16、current)-31精选文库二、版图设计打开 dualinv 的 schematic 电路图，然后 Tools-Design Synthesis-Layout XL之后弹出以下对话框-32精选文库点击 OK 后弹出点击 OK 就会自动弹出画 layout 的版面-33精选文库此时键盘上按 E 键，出现设置窗口这里修改分辨率， 将 X Snap Spacing 和 Y Snap Spacing 修改为 0.005，方便之后的画图。点击 OK在画 layout 版面的菜单中选择Design-Gen From source然后弹出以下窗口-34精选文库点击 OK 即可，版面上就生成与原schema

17、tic电路图相对于尺寸的MOS 管，如下图 注：可以不 gen from source而直接在画版图的版面按快捷键 I 添加 layout 器件，再修改尺寸，这样也可以通过 LVS( 经过测试即使版图中 MOS 的编号和 schematic 中的不同，但是最终输出子电路中 MOS 管编号跟 schematic 是相同的 )选择那四个绿色的方框和紫色的线，按 delete删除，删除后就剩下四个 MOS 管。按 shift+F 将 MOS 管转换为可视的 layout 结构，并用 M 快捷键来移动 MOS 管，此时整个版面上就剩下四个 MOS 管了，（ Ctrl+F 可以还原为 Schematic

18、结构）如下图-35精选文库工具栏左边的放大镜可以放大和缩小，或者使用快捷键 Z( 放大 )，shift+z 缩小(按了 Z 键要选某一个区域才能放大，不是直接放大与缩小)接下来开始画图：1、画 PMOS 管和 NMOS 管相连的栅极 (用 LSW 窗口中得 POLY1来画 )选中 POLY1 drw 然后点版图，然后按R(画方框 )，Q 属性可以看到是 dg-36精选文库（在空白处） 按 S 键，鼠标移到矩形框的边，就能修改矩形框。-37精选文库修改之后让矩形框与 PMOS 管 NMOS 管的栅极对齐。 (一定要对齐，不然 DRC 报错 )放大可以看到他们是否对齐，这样的是对齐的。这样就是没对

19、齐。画好 POLY1 以后如下图-38精选文库2、画金属走线由于该电路简单，只需要一层金属即可，所以只需要LSW 中的 metal1在 LSW 中选中 METAL1 drw ，然后点版图，然后按 P(走线 )，然后按 F3(设置线宽为 0.5) ，Q 属性可以看到是 dg-39精选文库画完后如下图 (注意金属要整个覆盖住MOS 管的 D 端，接触面积大才能保证电流 )-40精选文库3、画 POLY1 和 metal1 之间的连接 不同材料之间相连要打孔。比如 Metal1 和 poly1 相连，就选 M1_POLY1 ，Metal1和 Metal2 相连就选 M2_M1 ，NMOS 的衬底接触

20、和体相连用 M1_SUB ，PMOS管的衬底接触和体相连用 M1_NWELLLSW 中选中 poly1-drw ，按 P，按 F3，设置为 0.5 宽度，画一段 poly然后在这段 poly 上打孔，按字母 O 键，弹出以下窗口在 Contact Type 这里选择 M1_POLY1,Rows 这里输入 2，然后回车(鼠标右键可以旋转器件)将这个通孔放于之前的poly1 上-41精选文库然后 metal1 与这个通孔相连即实现了金属1 层与 poly1 之间的连接接下来输入信号in 这里也要这样画，画好之后的整体图如下-42精选文库4、画衬底接触这里要分别画 PMOS 管的衬底接触和NMOS

21、管的衬底接触。按快捷键字母O，在 Contact Type 这里选择 M1_SUB ，这个是 NMOS 管的衬底接触。按快捷键字母 O，在 Contact Type 这里选择 M1_NWELL ，这个是 PMOS 管的衬底接触。-43精选文库5、给 PMOS 管打阱 因为现在是 P 阱工艺，整个画图的版面就是一个 P 型衬底，而 NMOS 管是做在P型衬底上面的，所以画 NMOS 管的时不需要画阱，而画 PMOS 管时要画 nwell( 即它的衬底 )，nwell 要包围住 PMOS 管和它的衬底接触 。在 LSW 中选中 NWELL-drw ，按 R，画矩形框，如下图-44精选文库6、画管脚

22、 PIN在 LSW 中选中 metal1 pin接着点击空白处，然后按快捷键L 弹出以下窗口-45精选文库在 Label 这里输入名称 (注意这个名称要与 schematic 图中节点的名称要相同 )，Height 这里设置字体的高度， Font 这里设置字体的样式，然后按回车，将 PIN 脚摆放到正确位置7、补全其它连线因为上图并不完整，还有很多连线没有连。 在熟悉版图画法之后这一步是放在前面做的，因为我们熟悉画法后就知道哪里是 VDD 、gnd、输入和输出 -46精选文库画完这个 7 步骤以后点左边工具栏的 SAVE 保存，然后就可以进行后面的 DRC、 LVS 和 PEX 了。补充知识

23、-多层金属连线：(以下讲解两层金属metal1 和 metal2 的布线 )由于金属走线经常会交叉， 所以单层金属是不够的， 这就涉及到多层金属的布线。metal2 drw 是金属层 2-47精选文库metal1 和 metal2 之间用通孔 M2_M1画版图一些技巧：1、所有的 MOS 管最好同方向 (竖方向 )，不要有有横有竖。 最好是 PMOS 管放一起 (比如一起放上面 )，NMOS 管放一起 (一起放下面 )，不一定是按照 schematic 电路图上的 MOS 管顺序来摆放。2、走线不要穿过 MOS 管，要绕过去。3、单排衬底接触最长不要超过100um，比较敏感的管子要多加些接触(

24、两排或多排 )，衬底接触少了电阻会大。 一般情况我们采用单排衬底 (即 rows 或 columns=1) 4、横线用金属 2，竖线用金属 1，金属越宽电阻越小。 我们一般取 0.5u 宽度 。 寄生电容与发生寄生电容的两导体面积成正比，因此线宽就 0.5u 够了 (能承受1mA)，不需要再大。 (TED)5、版图的 PMOS 管和 NMOS 管 源极和漏极是不区分的，上下的poly1 都是栅极。6、衬底接触一般在下面画一排接触即可，对于数模混合电路某个MOS 管是特别敏感的那用衬底全包围。7、走线尽可能短，尽量画的紧凑，减少延时。8、尽量不用 POLY 来走线 ，如果两个栅极之间具体太长， 中间用金属走线。 poly 的长度最多是 3-5um。9、同一层 Metal 之间的距离要大于最小值0.23um，一般是设置成大于0.5um。比如两条 metal1 走线之间的距离要大于0.5um。10、PMOS管的衬底全部接VDD， NMOS管的衬底全部接地各种器件之间的距离：1、PMOS 管和 NMOS 管之间的距离一般控制在1um 以上，太近 DRC 报错2、两个不同电压 nwell 之间的距离要大于1.4u，因此一开始要预留5um3、Nwell 和 NMOS 管之间的距离推荐是大于1u-48精选文库4、Nwell 和衬底接触以及 PMOS 管的距离 0.5u 左右5、衬底接触和