ICLayout_3_1

1、版图是版图是IC设计的最后阶段的产物，芯片中所有器设计的最后阶段的产物，芯片中所有器件及互连线都件及互连线都以二维几何图形形式以二维几何图形形式确切定位在版图中。确切定位在版图中。3.1.1版图中的图素和分层版图中的图素和分层3.1.2版图单元与版图的层次化结构版图单元与版图的层次化结构3.1.3版图上的注释版图上的注释3.1.4版图的工艺版图的工艺3.1.5版图单元库版图单元库3.1.6版图数据交换文件版图数据交换文件主要类型主要类型： 矩形矩形 (box或或retangle)； 多边形多边形 (polygon)； 等宽线等宽线 (path 或或 wire)； 圆圆 (circle 或或 r

2、ound)； 弧弧 (arc)； 多边形多边形 三边以上的三边以上的闭合平面图形闭合平面图形，一般用图形所有顶点，一般用图形所有顶点坐标表示。但要求一笔画成，且不允许有任何笔划坐标表示。但要求一笔画成，且不允许有任何笔划的自交叉。的自交叉。 等宽线等宽线 具有给定宽度的直线或折线。用它的宽度及中心具有给定宽度的直线或折线。用它的宽度及中心线的起点、各拐点和终点的坐标表示。线的起点、各拐点和终点的坐标表示。 弧弧 是一个具有给定宽度的一段弧，通常给出弧的宽是一个具有给定宽度的一段弧，通常给出弧的宽度、中心点坐标、半径、始边角及逆时针方向张角。度、中心点坐标、半径、始边角及逆时针方向张角。 每个图

3、形均需表示在一定的层上每个图形均需表示在一定的层上，整个版，整个版图是由多层的几何图形复合而成的。图是由多层的几何图形复合而成的。 隔离层隔离层 接触和通孔接触和通孔不需要绘制出来，总是隐含于掩膜层之中，但不需要绘制出来，总是隐含于掩膜层之中，但是工艺的一部分。是工艺的一部分。 注入层注入层能够传送信号的层；包括：？能够传送信号的层；包括：？用于将各个导电层相互隔离开来的层；如：？用于将各个导电层相互隔离开来的层；如：？用于确定绝缘层上的切口，且允许上下层通过用于确定绝缘层上的切口，且允许上下层通过孔进行连接。孔进行连接。不明确规定一个新的分层，而是定制或改变已不明确规定一个新的分层，而是定制

4、或改变已经存在的导体层的性质。经存在的导体层的性质。 绘图层绘图层版图设计师所需绘制的最小数目的图形层；版图设计师所需绘制的最小数目的图形层；LayerPolysiliconMetal1Metal2Contact To PolyContact To DiffusionViaWell (p,n)Active Area (n+,p+)ColorRepresentationYellowGreenRedBlueMagentaBlackBlackBlackSelect (p+,n+)Greencontact版图采用层次化结构版图采用层次化结构 ( hierarchy ) 版图数据以版图数据以单元单元(c

5、ell)为单位，为单位，单元可嵌套单元可嵌套引用引用，形成层次化结构。，形成层次化结构。 整个芯片、一个器件、一个逻辑门、一个功能块，整个芯片、一个器件、一个逻辑门、一个功能块，甚至一个通孔，若干图形组合都可作为一个单元。甚至一个通孔，若干图形组合都可作为一个单元。 单元主要由两部分数据构成：单元主要由两部分数据构成：(1) 实体元素实体元素：即分别表示在不同层上的各类几何图形：即分别表示在不同层上的各类几何图形 实体。实体。(2) 单元的引用单元的引用：把已定义的单元整个地放置在本单元：把已定义的单元整个地放置在本单元 中的某个位置上。由单元引用生成的中的某个位置上。由单元引用生成的 图形称

6、为图形称为例元例元instance例元的表示例元的表示只需指出例元的原单元的名称只需指出例元的原单元的名称或路径，以及例元的取向和位置。或路径，以及例元的取向和位置。 文字注释可表示如图形的名称或某种属性文字注释可表示如图形的名称或某种属性等。版图上可添加各种注释图形，及为其它目等。版图上可添加各种注释图形，及为其它目的而画的各种标志图形，它们皆为非掩膜图形。的而画的各种标志图形，它们皆为非掩膜图形。 输入的图形坐标值，或软件向用户显示的输入的图形坐标值，或软件向用户显示的图形坐标值均采用用户单位。图形坐标值均采用用户单位。 内存或版图数据库中，图形数据的坐标用整内存或版图数据库中，图形数据的

7、坐标用整数表示，故内部长度单位通常比用户单位小。数表示，故内部长度单位通常比用户单位小。 数据库单位也可由用户指定，但它是参照已数据库单位也可由用户指定，但它是参照已定义的用户单位进行定义的。定义的用户单位进行定义的。Top Level BlockCell 1Cell 3Cell 2Ins. 1Ins. 2Ins. 1Ins. 3Ins. 3Ins. 2 库工艺中包含库中各单元共同遵守的技术库工艺中包含库中各单元共同遵守的技术规则，如长度单位和图形层的设置等。规则，如长度单位和图形层的设置等。 版图的层次化结构不体现在文件的目录结版图的层次化结构不体现在文件的目录结构上，而是反映在单元内部的引

8、用关系上。构上，而是反映在单元内部的引用关系上。Place and Route、Layout-Editor 语言描述式图形输入、交互式图形编辑语言描述式图形输入、交互式图形编辑 全自动设计、自动布局布线、自动布线全自动设计、自动布局布线、自动布线 人机交互方式人机交互方式 著名的版图编辑器：著名的版图编辑器： Cadence 公司的公司的”Virtuoso”、Mentor 公公司的司的“IC station”、Tanner EDA公司的公司的”L-Edit”等。等。布局和布线工具和仿真器往往也可从版图布局和布线工具和仿真器往往也可从版图编辑窗口启动。编辑窗口启动。 The metal1 lay

9、er is outlined in bold and Appears at the top of the LSW. This tells you metal1 dg is the current entry layer. The layout editor prompts refer to this as the entry layer. Click the metal1 dg layer in the LSW. 层次化的图形操作层次化的图形操作 图形编辑的环境设置图形编辑的环境设置 几何作图、图形的拉伸、图形的切割、图形的几何作图、图形的拉伸、图形的切割、图形的缩放、图形换层、图形的逻辑运算

10、、图形的平移与缩放、图形换层、图形的逻辑运算、图形的平移与取向变换，及图形的删除与复制。取向变换，及图形的删除与复制。借助移动鼠标器来进行的，应力求减少使借助移动鼠标器来进行的，应力求减少使用者的动作次数。用者的动作次数。是指拖动一个点或一条边使图形发生变化。是指拖动一个点或一条边使图形发生变化。一般有两种模式：。一般有两种模式：。块切割块切割：线切割线切割：用一矩形去切割一图用一矩形去切割一图形，去掉矩形内（或外）形，去掉矩形内（或外）的部分。的部分。用一直线段或折线段用一直线段或折线段去切割一图形，使图形分去切割一图形，使图形分为若干部分。为若干部分。是指图形的坐标或几何尺寸全部乘以一定是

11、指图形的坐标或几何尺寸全部乘以一定的因子的因子k，从而使图形放大或缩小。，从而使图形放大或缩小。因子因子k可大于可大于1或小于或小于1。是指由两个或两组图形按一定的逻辑关系是指由两个或两组图形按一定的逻辑关系生成另一个或一组图形。生成另一个或一组图形。基本逻辑运算包括：与、或、非和异或。基本逻辑运算包括：与、或、非和异或。BXY 图形的取向变换图形的取向变换是指图形相对坐标原点的方位变化。是指图形相对坐标原点的方位变化。 图形的复制图形的复制是指产生与指定图形完全相同的另一个图是指产生与指定图形完全相同的另一个图形。形。 层次化的图形操作层次化的图形操作 例元的建立、例元的透视、例元的解体、被

12、例元的建立、例元的透视、例元的解体、被引用例元的现场生成、现场编辑。引用例元的现场生成、现场编辑。 通过指明原单元名（可包括其所在库名），通过指明原单元名（可包括其所在库名），并指定其取向变换及位置而直接产生；并指定其取向变换及位置而直接产生； 把单元中已存在的例元复制并加以平移或取把单元中已存在的例元复制并加以平移或取向变换而得到另一个例元。向变换而得到另一个例元。通常有两种方法：通常有两种方法：可指定解体深度，逐层深入地进行例元解可指定解体深度，逐层深入地进行例元解体。体。 层次化的图形操作层次化的图形操作 例元的建立、例元的透视、例元的解体、被引例元的建立、例元的透视、例元的解体、被引用

13、例元的现场生成、现场编辑。用例元的现场生成、现场编辑。 图形编辑的环境设置图形编辑的环境设置版图工艺、网格、长度分辨率及角度分辨率的版图工艺、网格、长度分辨率及角度分辨率的设置。设置。 网格网格 长度分辨率长度分辨率最重要的是最重要的是长度单位的设置长度单位的设置和和图形层的设图形层的设置置，一般有一个特定格式的，一般有一个特定格式的工艺文件工艺文件。决定版图窗口中决定版图窗口中是否显示网格是否显示网格以及以及X和和Y方方向上向上主、辅网格格点的距离主、辅网格格点的距离。可指定可指定X和和Y方向上的方向上的长度分辨率长度分辨率，当把屏，当把屏幕上的光标位置转换为图形坐标时按此分辨幕上的光标位置

14、转换为图形坐标时按此分辨率进行取整。率进行取整。一般，一般，不同的掩膜层用不同的定义不同的掩膜层用不同的定义，而与掩膜无，而与掩膜无关的图形一般也不与掩膜图形画在同一层上。关的图形一般也不与掩膜图形画在同一层上。注释文字可例外，有的软件系统规定任何层的图注释文字可例外，有的软件系统规定任何层的图形都可用同层的文字进行注释。形都可用同层的文字进行注释。图形层的定义图形层的定义，一般是采用对，一般是采用对每一块掩膜相应地每一块掩膜相应地设定一图形层的方法设定一图形层的方法，即一个图形层与一块掩膜版对，即一个图形层与一块掩膜版对应。应。注释文字注释文字除外，任何层的图形都可用除外，任何层的图形都可用

15、同层同层文字文字注释。注释。层的定义层的定义还包括图形边还包括图形边框、填充的颜色、填充的框、填充的颜色、填充的花案和线型与线条的粗细花案和线型与线条的粗细等。等。层名层名便于用户记忆、使便于用户记忆、使用；用；层号层号用于内部数据记用于内部数据记录。录。generated fromschematicgenerated fromlayout主要类型主要类型： PG带带（Pattern Generation) 通用数据文件通用数据文件 GDS、CIF、EDIF 用一个用一个矩形表示有源区矩形表示有源区，另一个，另一个矩形表示栅区矩形表示栅区； 交迭区域的大小确定了器件的交迭区域的大小确定了器件的

16、尺寸；尺寸； 在晶体管版图中，源区与漏区在晶体管版图中，源区与漏区理论上是可以互换的。理论上是可以互换的。 晶体管的长度晶体管的长度定义为：当晶体管定义为：当晶体管“导通导通”时电时电子所必须移动的距离。就版图而言，是指子所必须移动的距离。就版图而言，是指源区与漏源区与漏区间的距离区间的距离。 在晶体管版图中，多晶硅导线的宽度就是晶体在晶体管版图中，多晶硅导线的宽度就是晶体管的长度管的长度L ，扩散区与多晶区交迭区域的宽度就是，扩散区与多晶区交迭区域的宽度就是晶体管的宽度。晶体管的宽度。 交叠区域的大小确定了器件的尺寸交叠区域的大小确定了器件的尺寸电流的总量取决于晶体管的电流的总量取决于晶体管

17、的尺寸，正比于尺寸，正比于W/L的值。的值。 如果如果有源区是有源区是P+掺杂掺杂，则形成一，则形成一PMOS管；管； 如果如果有源区是有源区是N+掺杂掺杂，则形成一，则形成一NMOS管。管。 晶体管的晶体管的有源区与衬底的类型相反有源区与衬底的类型相反：N阱中是阱中是PMOS管，管，P阱中是阱中是NMOS管。管。 P阱接触是由阱接触是由P+掺杂的扩散区与金属和接触孔所组掺杂的扩散区与金属和接触孔所组成，成，N阱接触则是由阱接触则是由N+扩散区与金属和接触孔所组扩散区与金属和接触孔所组成。成。 源、漏、阱间的连接源、漏、阱间的连接是通过另外的接触层来实现的；是通过另外的接触层来实现的； PMO

18、S管源极接电源，管源极接电源，NMOS管源极接地；管源极接地； P管与管与N管的栅极相连接输入信号，漏极相连接输出管的栅极相连接输入信号，漏极相连接输出信号；信号； 一般而言，一般而言，PMOSPMOS管的衬底接电源，管的衬底接电源，NMOSNMOS管的衬底接管的衬底接地；地；1 m200 m 连线和衬底间、相邻层的连线间以及同层相邻连线间连线和衬底间、相邻层的连线间以及同层相邻连线间都会存在寄生电容；栅和衬底间也存在寄生电容；都会存在寄生电容；栅和衬底间也存在寄生电容； 栅连线寄生电容的大小决定于绝缘层的厚度和穿栅连线寄生电容的大小决定于绝缘层的厚度和穿 过有源区的栅的面积；过有源区的栅的面

19、积； 连线本身还存在一寄生电阻；连线本身还存在一寄生电阻； 栅连线寄生电阻的大小取决于连线的长度与宽度栅连线寄生电阻的大小取决于连线的长度与宽度之比；之比； 寄生电容和寄生电阻的存在会降低器件的工作速度；寄生电容和寄生电阻的存在会降低器件的工作速度； 由于器件的栅长与栅宽不能改变，故，器件的寄生电由于器件的栅长与栅宽不能改变，故，器件的寄生电容值无法减小；容值无法减小； 但可以在不改变栅区大小的情况下减小器件的寄生电但可以在不改变栅区大小的情况下减小器件的寄生电阻；阻； 1 m200 m50 m 但变小后的管子的电阻为原来的四分之一；但变小后的管子的电阻为原来的四分之一； 而并联后的管子的电阻

20、又为单管的四分之一；而并联后的管子的电阻又为单管的四分之一； 故，总的管子电阻为原来的十六分之一；故，总的管子电阻为原来的十六分之一； 器件的栅长与栅宽保持不变；器件的栅长与栅宽保持不变； 通过将大尺寸的器件分裂为通过将大尺寸的器件分裂为n个较小的晶体管，个较小的晶体管，在不改变有效栅宽的情况下，将寄生电阻减小为原在不改变有效栅宽的情况下，将寄生电阻减小为原来的来的 。21n 只要是相同端点，任何两个相邻的晶体管都可以采只要是相同端点，任何两个相邻的晶体管都可以采 用源漏共用。用源漏共用。InGNDOutVDDInGNDOutVDD 源漏区共用源漏区共用 ? 用导体层将相同的端点连接在一起。用

21、导体层将相同的端点连接在一起。 导体层：导体层： 金属、多晶硅、扩散层金属、多晶硅、扩散层pdiff/ndiff3poly32metal 一般一个工艺只有一种类型的多晶硅；一般一个工艺只有一种类型的多晶硅； 可用作可用作栅连接栅连接或或特殊情况下的连线特殊情况下的连线。 一般一个工艺有多种类型的金属层；一般一个工艺有多种类型的金属层； 只可用作只可用作相同端点间的互连线相同端点间的互连线。叉指型叉指型 扩散层连接扩散层连接Note: 连接后的管子的有效栅宽与原管相同，但寄生连接后的管子的有效栅宽与原管相同，但寄生 参数变小了。参数变小了。 包括：接触孔和通孔包括：接触孔和通孔 接触孔接触孔 底层金属孔，实现底层金属与不同导体层间底层金属孔，实现底层金属与不同导体层间的连接。的连接。 通孔通孔 实现不同金属层间的连接。实现不同金属层间的