第5章CMOS集成电路的版图设计ppt课件

1、第5章 CMOS集成电路的幅员设计主要内容 5.1 MOS 场效应管的幅员实现 5.2 幅员设计规那么 5.3 幅员系统的设置 5.4 幅员的建立 5.5 幅员的编辑 5.6 棍棒图 5.7 幅员设计方法概述5.1 MOS 场效应管的幅员实现场效应管的幅员实现 5.1.1 单个单个MOS管的幅员实现管的幅员实现 1. MOS管的构造和规划管的构造和规划 MOS管的四种规划图管的四种规划图 直线形陈列的NMOS管 构造图 立体构造和俯视图 源区、沟道区和漏区合称为MOS管的有源区(Active，而有源区之外的区域定义为场区Fox)。有源区和场区之和就是整个芯片外表。 Fox + Active =

2、 Surface 芯片外表包含有源区和场区两部分 N阱CMOS集成电路运用P型衬底，NMOS管直接制造在P型衬底上，PMOS管做在N阱内。 完好的MOS管版幅员必需包含两个部分：a由源、栅和漏组成的器件；b衬底衔接。(a)PMOS管 (b)NMOS管 完好的MOS管幅员图形 5.1.2 MOS管阵列的幅员实现管阵列的幅员实现 1.MOS管串联管串联 (1) 两个两个MOS管的串联。管的串联。 N1的源、漏区为的源、漏区为X和和Y，N0的源、漏区为的源、漏区为Y和和Z。Y是它们的公共区域，假设把公共区域合并是它们的公共区域，假设把公共区域合并,得到得到图图5.7(d)所示的两个所示的两个MOS管

3、串联衔接的幅员。管串联衔接的幅员。 从电流的方向可以决议，当从电流的方向可以决议，当MOS管串联时，它管串联时，它们的电极按们的电极按S-D-S-D-S-D方式衔接。方式衔接。(a) 电路图 (b) N1幅员 (c) N0幅员 (d) N1和N0串联幅员 (2) 恣意个MOS管串联。例如3个MOS管串联的幅员。 (a)电路图 (b) 幅员 2.MOS管并联管并联(并联是指它们的源和源衔接，漏和漏衔接，各自的栅还是独立的。并联是指它们的源和源衔接，漏和漏衔接，各自的栅还是独立的。) (1)栅极程度放置，节点栅极程度放置，节点X和和Y可用金属连线衔接可用金属连线衔接(图图b)；也可用有源区衔接；也

4、可用有源区衔接(图图c。(a)电路图 (b)用金属衔接节点 (c) 用有源区衔接节点 (2)栅极竖直方向陈列，节点衔接既可用金属导线(图b)，也可用有源区进展衔接(图c。 (a)电路图 (b)用金属衔接节点 (c) 用有源区衔接节点 (3)三个或三个以上MOS管并联。 全部用金属进展源的衔接和漏的衔接(图a,称为叉指形构造; 分别用金属和有源区进展源和漏的并联衔接; 金属衔接和有源区衔接结合运用(图b。(a)源和漏的并联都用金属衔接叉指型 (b)分别用有源区和金属进展并联衔接 3.MOS管的复联管的复联 复联是复联是MOS管先串后并和先并后串的衔接。管先串后并和先并后串的衔接。 (a) 电路图

5、 (b) 幅员 5.2 幅员设计规那么幅员设计规那么 设计规那么是由几何限制条件和电学限制条设计规那么是由几何限制条件和电学限制条件共同确定的幅员设计的几何规定，这些规定件共同确定的幅员设计的几何规定，这些规定是以掩膜版各层几何图形的宽度、间距及重叠是以掩膜版各层几何图形的宽度、间距及重叠量等最小允许值的方式出现的。量等最小允许值的方式出现的。 幅员设计规那么普通都包含以下四种规那幅员设计规那么普通都包含以下四种规那么：么： (1) 最小宽度最小宽度 例如，金属、多晶、有源区或阱都必需坚持例如，金属、多晶、有源区或阱都必需坚持最小宽度。最小宽度。 (2)最小间距 例如，金属、多晶、有源区或阱都

6、必需坚持最小间距。 (3)最小包围 例如，N阱、N+离子注入和P+离子注入包围有源区应该有足够的余量;多晶硅、有源区和金属对接触孔周围要坚持一定的覆盖。(4)最小延伸 例如，多晶栅极须延伸到有源区外一定长度。 5.3 幅员系统的设置幅员系统的设置5.3.1建立幅员库建立幅员库 1. 建立新库步骤建立新库步骤 (1) 从从CIW进入库管理器，选命令进入库管理器，选命令ToolsLibrary Manager。进入库管理器 (2) 在库管理器中选命令FileNewLibrary，出现新库对话框。 选建立新库命令 新库对话框 (3) 在Name 文本区输入新库名(例如mylib)。点击OK按钮，出现

7、新库技术文件对话框，新库mylib的技术文件有三种选项。对新库的技术文件有三个选项 (4) 方法1：选“compile a new techfile，点击OK按钮，出现Load Technology File对话框。在框中ASCII Technology File的文本区输入技术文件名(如csmc.tf)，按OK按钮终了，出现对话框报告加载技术文件胜利，新库已建立。在ASCII Technology File区输入技术文件名 报告技术文件加载胜利 (5) 方法2：选“Attach to an existing techfile,出现Attach Design Library to Techno

8、logy File对话框。在Technology Library文本区下拉菜单中选择技术库，例如csmc15tech,按OK按钮即完成建库。 假设新库名为abcd,建库完成后在CIW中显示： Design Libraryabcdsuccessfully attached to technology Library csms15tech新库abcd已胜利建立。从库管理器建立新库的另一种方法 (6) 建立新文件:在库管理器,选命令FileNewCell view。在Create New File框内输入库名和单元名(inv)后，先将tool选为virtuoso，在View Name的文本区会自动生

9、成Layout，点击Ok按钮，将同时出现幅员编辑窗virtuoso Layout Editing和层选择窗LSW：Layer Select window。建立新文件 同时出现幅员编辑窗和层选择窗(LSW) 5.3.2 层选择窗层选择窗(LSW)的设置的设置1. 对对LSW的阐明的阐明层选择窗 (LSW ) Current drawing or entry layerEdit menuTechnology fileInst buttonPin buttonAV and NV buttonsAS and NS buttonsScroll barLayers1) Edit编辑是个下拉式命令菜单，有六

10、个子菜单2) 层符号分三部分， 左表示层的颜色及图案； 中为层名； 右表示层的用途。层的颜色及图案层名层的用途 3) Inst设置Instance为可选或不可选。 4) Pin设置布线工具。 5)Technology file技术文件名。 6) AV和NV按钮 AV设置各层都可视图a)； 除输入层外，NV设置其他各层不可视(层符号变灰)图b； 击鼠标中键使各层在可视和不可视间转换图c； 层原为可视，点击中键变为不可视，再点击又恢复可视图d)； 鼠标左键点击原不可视的层就变为可视，且成为输入层图e。 (a)(e)(d)(c)(b)7) AS和NS设置各层的选择性(后面引见)。2. 对对LSW的设

11、置的设置(1) 设置层符号。设置层符号。 在在LSW中，选择中，选择EditSet Valid LayersSet Valid Layer对话框。对话框。 Set Valid Layer对话框 点击层符号右边的选择开关，开关变黑，本层被选。 点击Apply按钮，层符号出如今LSW中。 点击LSW的EditSave，Save对话框。 按Ok存盘。(2) 设置层符号的颜色和图案设置层符号的颜色和图案 在在LSW中，选中，选EditDisplay Resource Editor，“Display Resource Editor对话框。对话框。Display Resource Editor对话框 设置

12、层的填充类型Fill sytle、填充颜色Fill color、外框颜色Outline Color、点画Stipple和线型line sytle。 按Apply按钮。 选FileSave，“Save Display Resource File框。 在Files区点击左键，/root/display.drf, 左键点击，使它进入Selection的文本框，点击Ok封锁。 对话框报告root/display.drf文件曾经存在，按Yes键。建立显示文件 按Yes键得到新的显示文件 5.3.3 幅员编辑窗的设置幅员编辑窗的设置幅员编辑窗 1. 图标栏Icon Menu) 图标栏包含的命令 2. 形状

13、栏形状栏Status Banner) 位于幅员编辑窗的第二行。位于幅员编辑窗的第二行。3. 菜单栏菜单栏Menu Banner)位于幅员编辑窗第三行。位于幅员编辑窗第三行。 4. 启动命令和取消命令的方法启动命令和取消命令的方法 (1) 启动命令启动命令 从幅员窗的菜单栏选命令。从幅员窗的菜单栏选命令。 点击幅员窗的图标。点击幅员窗的图标。 用快捷键。用快捷键。 (2) 取消命令取消命令 按按Esc键。键。 点击对话框中的点击对话框中的Cancel。 (3) 命令的对话框命令的对话框 有两种对话框：有两种对话框： 1) 规范框。启动命令时自动出现。规范框。启动命令时自动出现。2) 选项框。 3

14、) 显示对话框的方法： 假设菜单命令后有三点，规范框会自动出现； 运用命令时双击中键或按F3键。Move的选项对话框 5.3.4 运用运用Option菜单进展幅员编辑窗设置菜单进展幅员编辑窗设置 1. 显示命令显示命令 选命令选命令OptionDisplaye，“Display Options对话框对话框 。 (1) Display ControlsDisplay Options 对话框 (2) Grid Controls 4个参数的缺省设置为1、5、0.5和0.5。对于1m或者亚微米的设计规那么，可设置为0.1、0.5、0.01和0.01。 (3) Snap Modes 在下拉菜单中包含了各

15、种选项。Creat的方式 Edit的方式 2. 编辑器选项 选命令Optionlayout EditorE,“layout Editor Options对话框 。可以设置Gravity Controls引力控制、Conic sides圆环边数)等。layout Editor Options 对话框 5.4 幅员的建立幅员的建立5.4.1设置输入层设置输入层(1) 鼠标左键单击鼠标左键单击LSW的层符号即为输入层。的层符号即为输入层。(2) 运用命令运用命令Edit Layout Tapt。光标点击。光标点击目的图形，目的图形所在层就变为输入层。目的图形，目的图形所在层就变为输入层。5.4.2屏

16、幕显示画图区屏幕显示画图区 刚翻开的幅员窗，坐标原点在屏幕中央。刚翻开的幅员窗，坐标原点在屏幕中央。 1选命令windowPanTab，幅员窗和CIW都显示： Point at center of the desired display：希望显示的中点用鼠标左键点击屏幕右上角某一点，该点立刻移到屏幕中心，第一象限成为画图区。 2用键盘上方向键实现坐标轴挪动。5.4.3建立几何图形建立几何图形 1. 矩形矩形Rectangle 1建立矩形命令：建立矩形命令：CreateRectangle。 2选输入层。选输入层。 3画矩形。画矩形。 (a) 点击左键 (b) 挪动鼠标 (c) 点击左键建立矩形

17、(d) 完成的矩形 4按Esc键停顿画矩形命令。2. 多边形polygon 1方法1 建立多边形命令：Createpolygon。 选输入层。 画多边形。 (a) 点击第一点 (b) 继续点击 (c) 双击或按Enter键使多边形封锁 (d) 完成的多边形2方法2 a矩形拼接或重叠构成多边形 b合并后的多边形 (3加圆弧 命令Createpolygon把多边形某一边画成圆弧。 双击鼠标中键或按F3键，出reate Polygon选项框。 在框中点击Create Arc按钮。 在多边形中画圆弧。(a) 点击起点 (b) 点击终点 (c) 挪动光标可看到圆弧 (d) 点击建立圆弧 (3) 等宽线

18、(path) 建立等宽线命令Createpath。 在LSW中点击输入层。 双击鼠标中键或按F3键Create path 对话框。 Create path 对话框 设置线宽度。 画等宽线。(a) 每次点击建立另一段，终占双击 (b) 完成的等宽线 4. 圆锥曲线 1圆circle) 命令：Createconicscircle(a) 点击圆心 (b) 挪动鼠标 (c) 在圆周上点击画圆 (d) 完成的圆 2椭圆Ellipse命令：CreateconicsEllipse(a) 点击边框第一角顶点 (b) 挪动鼠标 (c) 点击边框对角顶点 (d) 完成的椭圆3圆环Donut命令：Createcon

19、icsDonut (a) 点击圆心 (b) 点击内圆周 (c) 点击外圆周 (d) 完成的圆环 5. 复制复制(Copy)命令：命令：Editcopy，或者选取，或者选取Copy图标。图标。 6. 其它命令 (1合并命令EditMergeM 选中图形图形高亮度，执行合并命令。(2)切割命令 EditOtherChopC例题：设计CMOS反相器幅员用1.5m设计规那么画幅员步骤：画P管有源区，如图(a。画多晶硅栅极：用矩形；用等宽线(path) 。 格点设置为每格0.5m。(a) 有源区矩形 (b) 用矩形画多晶栅极 (c) 用等宽线画多晶栅极 画P管有源区和多晶栅极 (3) 画源和漏区的接触孔

20、。 在源区画一个1.5m1.5m接触孔，孔至多晶栅间隔为1.5m，如图(a)。 拷贝其他的接触孔图(b)。 将源区3个接触孔一次全部拷贝到漏区，漏区接触孔至多晶栅间距为1.5m。 (a) 先画一个尺寸和位置都正确的孔 (b) 拷贝生成其它的孔 画接触孔 MOS管宽度(W)和长度(L)的决议：在1.5m设计规那么中，假设知W/L比值，那么W=(W/L)1.5m。画一个接触孔时有源区的宽度3.1m，画二个接触孔时宽度6.1m，；有源区矩形的最小长度L9.1m。 当有源区宽度3.1m为2m时，沟道区宽度不变，增大源区和漏区宽度3.1m能画一个接触孔。小宽长比MOS管的画法 有源区覆盖接触孔0.8m，

21、按Ctrl+z键将图形放大，使格点间距显示为0.1m，容易画0.8m的覆盖。 (4) 在有源区外画P+注入矩形，最小包围为1m。 (5) 画N阱，它对有源区的最小包围为2m。完成的P管如图(a)。 (6) 用拷贝方法画N管：画选择框把P管的P+注入、有源区和接触孔图形都选中，竖直下拉至适宜位置有源区与N阱相距8.5m。 修正： 选N管的W=6.1m，在它的源漏区分别去除一个接触孔： 向上挪动有源区和P+注入层矩形的下边，使有源区覆盖接触孔0.8m； 把P+注入层改为N+注入； 多晶栅极向下延伸至N管有源区外至少0.8m。(a) 画P+注入和N阱 (b) 拷贝生成NMOS管 (c) 对拷贝图形作

22、修正 画CMOS反相器过程 (7) 连线。用Metal1层衔接P管和N管的漏极作为反相器的输出，且用Metal1画电源线，如图(a)。 (8) 画一条Metal1线将P管源区的接触孔和电源线衔接，如图(b)。 (9) 将电源金属线拷贝到N管下方作为地线，再画一根竖直的金属线将N管源区的接触孔和金属地线衔接，如图(c)。 (10) 画衬底接触： 拷贝几个接触孔并旋转90，放到电源金属线下。 画有源区矩形将上述接触孔包围。 在有源区外画N+注入框。 把N阱的上边拉到这个接触区上方，使N阱包围N+有源区(图(d)。 (11) P型衬底和地线的接触： 将N阱接触的N+注入、有源区和接触孔拷贝到地线金属

23、层图形下。 把拷贝的N+注入层改为P+注入层，如图(e)。 (12)加一段多晶和多晶栅极衔接，作为反相器的输入；加一段金属和输出金属线衔接，作为反相器的输出导线，如图(f)。 (13将线名标注到图中，并且把各层图形中由矩形组成的多边形进展合并。 完成后如图(g)。 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) 画CMOS反相器过程续 5.5 幅员的编辑幅员的编辑5.5.1 设置层的可视性设置层的可视性1. 显示一层显示一层 有二种方法有二种方法: 1) 显示层设置为输入层，显示层设置为输入层， 鼠标点击鼠标点击LSW上上NV按钮，选命令按钮，选命令windowRedrawr。 2)

24、按按shift键，鼠标中键点击键，鼠标中键点击LSW中的中的显示层，选命令显示层，选命令windowRedrawr。 2. 添加显示层添加显示层 鼠标左键点击鼠标左键点击LSW中添加的显示层，按快中添加的显示层，按快捷键捷键r。 延续点击延续点击LSW的层，可以不断添加显示层。的层，可以不断添加显示层。 3. 显示一切的层显示一切的层 点击点击LSW的的AV按钮，再按快捷键按钮，再按快捷键r。 4. 减少显示层减少显示层 鼠标中键点击鼠标中键点击LSW中要减少的层符号，再中要减少的层符号，再按快捷键按快捷键r。被减少的显示层不能为输。被减少的显示层不能为输入层。入层。 延续运用可以不断减少显示

25、层。延续运用可以不断减少显示层。5.5.2 丈量间隔或长度丈量间隔或长度 1. 用直尺丈量用直尺丈量 1命令命令windowCreate Rulerk对话框。在丈量起点按鼠标左键，显示对话框。在丈量起点按鼠标左键，显示0。挪动光标至终点按左键，丈量数据在终点上方。挪动光标至终点按左键，丈量数据在终点上方。Create Ruler 对话框 2选命令windowClear All RulerK，消除显示的全部丈量数据。2. 形状栏显示坐标及间隔5.5.3 图形显示图形显示 1. 显示单元幅员的全貌显示单元幅员的全貌 命令命令WindowFit Allf。 2. 前往前面的图形前往前面的图形 命令命

26、令windowUtilitiesPrevious Vieww。 3. 图形的放大和减少图形的放大和减少 1命令命令WindowzoomInz,图形全屏显图形全屏显示。示。 2命令命令WindowzoomIn by 2z，图形，图形放大放大2倍。倍。 3命令命令WindowzoomOut by 2z，图形，图形减少减少1半。半。 4. 用鼠标放大和减少图形用鼠标放大和减少图形 1放大图形：按右键并拖动画矩形框，框内图形放大图形：按右键并拖动画矩形框，框内图形全屏幕显示。全屏幕显示。 2减少图形：按减少图形：按shift键不放，同时按右键并键不放，同时按右键并拖动鼠标画恣意的矩形，图形减少到与矩形

27、同样大小。拖动鼠标画恣意的矩形，图形减少到与矩形同样大小。 5. 运用键盘的光标挪动键运用键盘的光标挪动键 显示图形的不同部分，显示需求编辑的区域。显示图形的不同部分，显示需求编辑的区域。5.5.4 选择目的选择目的 LSW有有NS和和AS两个选择按钮幅员层不可选和可选。两个选择按钮幅员层不可选和可选。选择包括全选full和部分选partial两种方式，显示在幅员窗的形状栏： Full方式 Partial方式 用F4键切换两种选择方式。 1. 图形可选即选LSW中的AS的选择 (1) 用鼠标选择目的 1) 移到光标到目的图形上，图形边框变为动态高亮度。 2) 左键点击目的，图形边框变为高亮度；

28、在全选方式，目的边框全部高亮度。 3) 按快捷键d消除选择，或左键在图形外空白区点击一次，图形去除选择。 4) 选择一个目的后，再选第二个目的，前一个目的就不再选中。 5) 添加选择目的，按住shift键，并用左键点击新目的，可延续选多个目的。 6) 减少选择目的：按住Ctrl键，并用左键点击要减去的目的。 (2) 运用选择框选择目的 1)选择集中的多个目的，用鼠标左键画矩形框包围目的。 2)被选择目的数显示在Fselect：的冒号后。 2. 部分选择(p) select：0选择目的的边、角和整个图形。 3. 运用LSW设置层的可选性 1) 点击LSW的AS按钮，层符号全部可选图a 2) 点击

29、NS，层符号全部不可选(层符号的中间和右边变灰)图b) 3) 点击鼠标右键使各层在可选和不可选间转换：原为可选，点击一次变为不可选，再点击又恢复为可选 (图c：右键点击了一个层符号)。 4)原为不可选，右键点击一次变为可选，再点击又恢复为不可选 (图d：右键点击了二个层符号。(a) (b) (c) (d)5.5.5 改动图形的层次改动图形的层次三种方法：三种方法： 1) 消除原图，在新层重画一样的图。消除原图，在新层重画一样的图。 2) 用拷贝实现图形层次的改动。用拷贝实现图形层次的改动。 3) 用属性改动图形所属的层。用属性改动图形所属的层。 选中图形，图形高亮度；选中图形，图形高亮度； 按按q键：图形是矩形键：图形是矩形Edit Rectangle Properties框；框； 图形是多边形图形是多边形Edit polygon Properties框。框。 要改动层次的图形为矩形 要改动层次的图形为多边形 改动框内layer的层符号，按Ok键。 5.5.6 加标志加标志命令：命令：Create Label.lCreate Label对话框。对话框。Label对话框 各种字形 产生信号非的标志：