集成电路物理设计库

./集成电路物理设计库集成电路物理设计库〔PDK和标准单元库作为芯片制造商、EDA供应商、芯片设计者之间的桥梁。开发工作必备的资源较多：工艺信息、集成电路设计方法和EDA技术。从2006年开始,电子设计平台与共性技术研究室基于中芯国际、宏力、华虹的65nm、90nm、0.13um和0.35um等工艺节点,开发出一系列功能完善、器件类型丰富、设计合理及参数正确的PDK和标准单元库,并建立了相应的设计参考流程。在实现PDK完整功能的基础上,相关研发团队从设计者角度优化参数化单元的CDF参数,并采用结构化的方式开发Pcell和批处理方式验证Pcell,保证了开发流程的高效性和可靠性。同时,对标准单元进行了OPC校正,移向掩膜分析<PSM>,分辨率增强<RET>等DFM优化分析；光学模拟仿真结果证实了优化后的标准单元边缘放置误差<EPE>平均减小了5%,即优化后的标准单元库具有更高的可靠性、准确性和可制造性。经过验证,每套PDK和标准单元库都能灵活准确的支持电路设计。能够根据芯片设计者的需求提供专业PDK设计服务和芯片设计技术支持。在此基础上,建立了一套完善的设计开发流程。电子设计平台与共性技术研究室开发的集成电路物理设计库的工艺设计包〔PDK：ProcessDesignKit应用于数模混合IC设计,其包含的容是和全定制流程紧密结合在一起的。PDK库主要包括以下容：〔1器件模型<DeviceModel>：由Foundry提供的仿真模型文件；〔2Symbols&View：用于原理图设计的符号,参数化的设计单元都通过了SPICE仿真的验证；〔3组件描述格式<CDF:ComponentDescriptionFormat>&Callback：器件的属性描述文件,定义了器件类型、器件名称、器件参数及参数调用关系函数集Callback、器件模型、器件的各种视图格式等；〔4参数化单元<Pcell:ParameterizedCell>：它由Cadence的SKILL语言编写,其对应的版图通过了DRC和LVS验证,方便设计人员进行原理图驱动的版图<SDL:SchematicDrivenLayout>设计流程；〔5技术文件<TechnologyFile>：用于版图设计和验证的工艺文件,包含GDSII的设计数据层和工艺层的映射关系定义、设计数据层的属性定义、在线设计规则、电气规则、显示色彩定义和图形格式定义等；〔6物理验证规则文件<PVRuleFile>：包含版图验证文件集<DRC/LVS/RC>。而集成电路物理设计库的标准单元库应用于大规模数字IC设计,从前端功能仿真到后端版图实现支撑着整个数字IC设计流程。标准单元库研究的主要容包括:〔1网表信息文件：包含标准单元的器件尺寸和节点连接关系。〔2Verilog/VHDL模型：提供verilog/VHDL模型,行为级网表,用于verilog/VHDL网表仿真。〔3Symbols模型：符号库模型文件,供原理图工具,综合工具的电路图显示。〔4GDSII：具有标准单元的layout信息,提供给layout设计工具,如Astro、ICC、Virtuoso,laker等。〔5LEF：定义布局布线的设计规则和晶圆厂的工艺信息,标准单元的物理信息<单元的放置区域,对称性,面积大小供布局时使用>,单元输入输出端口的布线层、几何形状、不可布线区域以及天线效应参数供布线使用；〔6.lib综合库模型：包含工艺信息,标准单元时延、面积、功耗信息,可用于的DC、PT、Astro、ICC等工具；〔7Fastacsn：用于生成测试向量的,综合之后插入DFT扫描链时使用；〔8噪声库：信号完整性分析。知识产权IP核库电子设计平台与共性技术研究室通过多年开展的IP技术,积累经验,与国外主要代工厂和IP供应商建立了良好的合作关系,并已开展IP库建设的研究。该库的建设能够提升IP服务能力,促进专用电路的IP转化,并为IP集成应用提供指导。IP模型提取技术针对时序模型、功耗模型、物理模型、接口逻辑模型、天线模型和仿真模型等。通过对知识产权IP核库的深入研究,该项技术方法产业化,能够在很大程度上解决现在国IP应用面临的很多问题,包括IP价格过高,IP查询不便,质量无保证,接口不标准,使用不便等问题。知识产权IP核库的建立,真正促进IC设计业发展,通过IP设计、IP标准、IP标准等方面的方法学的运用,帮助企业开发、包装、整合IP资源,建立可供交换和复用的IP库,降低中小企业进入行业的门槛。32nm以下设备关键技术研究和创新设备技术探索02专项项目"32nm以下设备关键技术研究和创新设备技术探索"取得重大进展,突破了等离子体浸没注入、激光退火、原子层沉积、薄层对流清洗、中性粒子刻蚀、光子筛无掩模光刻、二氧化碳超临界清洗和常压等离子体去胶八种新原理装备的核心技术。同时,本项目的研究成果已应用于黑硅太阳能电池和超浅结制造,纳米C3N4、TiO2、AL2O3和HfO2薄膜生长,及Smart-Cut制备二维电子材料等多项技术研究。其中,多晶黑硅太阳能电池转换效率达到16.8%,高于同批次普通电池0.5个百分点；原子层沉积设备已开始产业化推广,并开展了多片式PEALD设备开发；高效率固态射频电源核心技术获得突破,500W电源实现小批量试产。此外,该项目中的多项技术已与相关企业进行了技术合作,开展产业化开发和推广。本项目的开展使微电子所占据了国新原理IC装备技术创新的制高点,并在国际上实现了与现有设备厂商在创新技术领域互相竞争的态势,在IC装备领域拥有了自己的一席之地。32nm以下关键设备有机基板实验线依托微电子所系统封装技术研究室〔九室牵头承担的02重大专项"高密度三维系统级封装的关键技术研究"项目,目前国设备最完善、技术水平最高的先进封装实验室在微电子所初步建成〔如图30所示,主要包括：有机基板实验室、微组装实验室、可靠性与失效分析实验室、电学测试实验室、设计与仿真实验室等,其中有机基板试验线已经通过验收开始试运行,现已成功在FR4板上制作出15um/15um线宽线距的光刻图形〔如图所示,在此基础上成功采用半加成工艺制作出线宽线距为10m/20um的铜电路图形〔如图所示。此项技术使微电子所初步具备了加工高密度三维封装基板的能力,以及参与研究开发高端三维封装基板国际竞争的技术基础,标志着微电子所高端封装基板的实验室电路加工能力达到世界先进水平。先进封装实验室设备〔部分线宽线距15um/15um的光刻胶图形线宽线距10um/20um铜电路截面照片NeeMo关爱系列NeeMo是高科技的个人GPS追踪定位装置,灵敏度高,设备采用双模定位,GPS卫星与GSM基站定位配合使用,技术更加完善,保证室室外随时在线。NeeMo语音中心让你和NeeMo设备自如语音互动,并且NeeMo具有摔倒功能,老人出现意外跌倒,Neemo立刻声音报警,提醒周围的人,并且即刻向监护人手机发送警告信息与当前位置信息。NeeM具有全面的进入离开等安全管理操作及随时随地的提醒你家人位置情况的服务NeeMo心电监护系列：NeeMo心电监护系统产品适用于心脏活动不稳定的病人如心肌梗死或心律失常等患者的监护。设备能随时了解心脏活动的状况,心脏活动异常时及时报警,给您随时随地的关爱和呵护。功能讲解图及设备解析图设备网络服务设备网络功能概述牙科实时监控系统Teemo是一个超薄可重复使用的传感器形状适合牙弓,并连接到您现有的PC的USB端口。评估咬合力量很简单,只要有病人咬上传感器,计算机将显示时机和力量数据分析,当咬合不平衡时,会产生牙齿疼痛、修复过的牙齿的断裂、牙周病、牙齿脱落、头痛、颞下颌关节障碍、牙床萎缩和松动、牙齿磨损、敏感度增加。根据Teemo提供的咬合信息来帮助牙医去修复牙齿和治疗牙病,使咬合平衡。Teemo可以查看患者的所有咬合记录,这样对比下来,有助于牙医和患者看到牙齿的修复过程。该项目技术主要包括三部分：1、包括柔性传感器阵列的制作；2、高速数据扫描,传输以及处理的电路的设计；3、相关牙科压力检测处理和软件算法的开发。ＲＦＩＤ传感器及支架设备手柄和支架及组装图可视多传感器姿态检测终端可视多传感器姿态检测终端是集成电路先导工艺研发中心基于ARM11硬件平台,集成了姿态传感器、摄像头、雷达、温度传感器、LCD液晶显示屏等模块于一体,在软件平台上实现了摄像、温度测量、测距,以及姿态信息的综合显示的检测终端。该终端主要功能包括：4.3寸大屏幕信息显示、温度监测、三维运动状态检测、视频采集与处理、超声测距。该终端具有：全触摸屏操作,安全便捷；外观简单实用；多传感器数据融合和可扩展应用的特点。适用于智能交通系统中的物流运输车辆,尤其是危险品运输,冷链物流等特殊物流行业应用,结合不同行业的业务特点实现车辆三维姿态检测〔侧翻检测、温度监测、测距、视频采集等功能,保证行车安全的同时提高物流运输的质量,提高行业工作效率,增强企业竞争力。可视多传感器姿态检测终端集成磁性传感器集成磁性传感器以对运动物体的感知和检测为应用目标,完成非晶丝的高精度磁阻传感器系统功能设计,并结合高精度加速度传感器,陀螺传感器,GPS模块,微处理器组成系统,实现了由微处理器对运动物体的姿态,行进方向,移动位移进行计算,实现精密定位。该传感器具有以下功能：运动物体姿态检测、运动物体前进方向检测、运动物体位移检测、运动物体高度检测和运动物体位置检测的功能。并具有多传感器数据融合、体积小、高精度、低功耗、全方位感知和检测运动物体的状态的特点。本产品通过集成多种传感器实现对运动物体的前进方向、位移、高度、三维姿态、位置的检测,从而确定该运动物体的实时状态,可应用于航空航天、医疗康复、生物工程、军事体育等多个应用领域的多个场景,其各个子成果也有着多种应用领域,具有广阔的市场前景和社会经济效益。集成磁性传感器红外热像仪光学读出非制冷红外热像采用新型光学读出方式,无需复杂的微读出电路,拥有低成本优势,可在社会各领域大规模普及应用。其工作原理图如下：光读出红外热像仪原理图基于MEMS工艺的第三代FPA采用无基底、多回折、间隔镀金等诸多独家专利技术,使该红外热像仪拥有高温度分辨率等性能优势,其温度分辨率已达到热性红外热像仪的典型值〔≈100mK,其理论分辨率可以进一步达到制冷红外热像仪的典型值〔≈10mK；纯机械式的FPA设计完全避免了电学元素,通过简单的工艺复制即可方便的制作出超大阵列的FPA〔≥1024x1024,再结合基于空间滤波技术的并行式光学读出方法,使该红外热像仪拥有实现超大阵列FPA的技术优势。非制冷红外热像仪产业化样机照片及红外图像面向22纳米及以下技术代的CMOS器件集成技术研究在22纳米技术代CMOS器件集成技术研究中,实现了双高K介质/双金属栅器件集成,优化了器件性能；提出并实现了一种体硅三栅FinFET新结构器件,进一步有效降低成本,促进产业化进程；同时开展面向15纳米及以下技术代体硅纳米线环栅N/PMOS器件的研究。共发表论文10篇,其中SCI收录6篇,EI收录3篇。发明专利授权4项,其中美国发明专利授权1项；受理45项,其中美国受理12项。1．双高K介质／双金属栅CMOS器件集成技术研究通过双高k介质/双金属栅CMOS器件集成技术研究,实现了N、PMOS采用不同的高k/金属栅,可分别进行性能优化。为此着重研究了高k、金属栅材料的干、湿法腐蚀特性,研发了满足高k/金属栅集成需要的高选择比的选择性去除工艺；通过开发N、PMOS的HKMG叠层结构的同步刻蚀,简化了工艺,结合清洗工艺模块的研发,实现了双高k、双金属栅的集成；制定了采用先栅工艺实现双高k/双金属栅CMOS器件制备的工艺流程,成功地制备了具有良好电学性能的双高k/双金属栅CMOS器件。先栅工艺双高K介质/双金属栅CMOS器件电学特性,其NMOS器件叠层栅结构为poly-Si/TaN/HfSiON/ILSiOx,PMOS器件的叠层栅结构为poly-Si/TaN/MoAlN/HfSiAlON/ILSiOx。2.体硅三栅FinFET新结构器件的设计、制备与特性提出并实现了一种体硅三栅FinFET新结构器件,其Fin底部由SiO2介质隔离层与衬底隔离开,消除了源漏之间泄漏电流路径；同时源漏区域仍然与衬底相连,相比SOIFinFET,其散热性能好,成本低。<a><b><c><d>〔a隔离氧化后的SEM照片〔b栅电极刻蚀后SEM照片栅长50nm体硅三栅FinFET新结构器件电学特性〔c亚阈值特性〔d输出特性3.面向15纳米及以下技术代体硅纳米线环栅N/PMOS器件纳米线环栅MOSFETs由于极强的沟道静电势控制能力已经成为器件尺寸缩小到15nm节点及以下的极有希望的竞争者。提出了一种体硅纳米线环栅MOS器件新结构,并提出了一套全新的低成本的在体硅上实现纳米线环栅CMOS器件的器件制备工艺流程,在关键工艺研发成功基础上,研制成功了纳米线直径为7nm--5nm的N/PMOS器件〔栅长33nm-50nm,其中纳米线直径为6nm的体硅纳米线环栅NMOS器件〔栅长50nm的饱和驱动电流为2.7×103μA/μm,高的开关态电流比〔5×108；纳米线直径6nm体硅纳米线环栅PMOS〔栅长40nm的饱和驱动电流为3.1×103μA/μm,高的开关态电流比〔1.5×109。N/PMOS器件的短沟道效应得到了极好的抑制,Ss分别达到了64mV/dec和67mV/dec,DIBL因子为6mV/V和14mV/V。性能优于际上同类技术的67mV/dec,DIBL因子为6mV/V和14mV/V。性能优于际上同类技术的先进水平。从不同方向观察硅纳米线形貌：〔a硅纳米线俯视〔左和剖面〔右的SEM照片〔一次氧化层还未去掉〔b悬浮的硅纳米线〔c在氧化剥离后的悬浮硅纳米线,纳米线直径6nm〔栅氧化前Poly-Si栅电极形成后的SEM剖面〔d照片体硅纳米线环栅N/PMOSFETs的电学特性高压驱动芯片取得突破射频集成电路研究室的技术团队在"863"项目的资助下,成功开发出一款多稳态高压驱动电路芯片,并成功实现无源电子纸显示屏〔Passive-EPD的驱动,为国相关显示器技术的产业化解决了驱动集成电路这一瓶颈问题。射频集成电路研究室该项目的863伙伴"汉朗光电"的EPD技术起源于剑桥大学,在EPD材料领域经过了多年的积累,具有大尺寸和真彩支持等优点。本次产品开发是基于超高压CMOS工艺〔90V的多电压Driver设计并一次流片成功,产品在超高压CMOS工艺上使用了正、负对称高压输出设计。相比于同类单侧高压设计,便于简化显示器驱动电源设计,并在EPD领域首次实现超高压COG〔Chip-On-Glass封装驱动。项目团队同时也进行了EPD显示器单侧高压输出和基于恒流源的驱动芯片设计,单侧高压输出的设计同样获得成功验证。基于恒流源的设计可望用于OLED、LED背光等其他应用场合。该驱动芯片低耗电且绿色环保,提高了能源利用率,本次超高压EPD驱动芯片的流片成功为其后续的产业化打下了良好的基础。高压驱动芯片12.宽带无线通信射频芯片与模块研发取得阶段性进展在国家重大专项和科技部国际合作项目支持下,经过3年多努力,射频集成电路研究室UWB超宽带无线通信、60GHz毫米波通信和4G移动通信射频芯片与模块研发均攻克了核心技术,实现了系统验证,研制出的6-9GHz超宽带射频芯片组和搭建出射频模块,完成了首个符合中国标准和频谱规划的超宽带演示系统,成果被推荐列入十一五科技成果汇编；基于60GHz毫米波通信系列芯片和毫米波通信模块,成功实现了高速传输演示；开发出了兼容TD-SCDMA和TD-LTE的4G射频芯片与模块,完成了支持4×4MIMO的IMT-Advanced系统演示。射频芯片研发成果获得了市科委的产业化项目支持,依托市4G联盟,推进新一代移动通信射频芯片的产业化进程。<a>6-9GHz超宽带射频芯片<b>毫米波无线传输演示系统〔a4G终端射频芯片〔b4×4MIMO射频收发模块13.多模卫星导航芯片组与接收机模块中国科学院微电子研究所在卫星导航领域长期投入,已有8年以上的积累,先后得到中科院知识创新重大项目、863重点项目、中国第二代卫星导航系统专项、核高基重大专项以及地方政府重大项目的持续支持,投入研发经费已超过1亿元,形成了较为完整的导航芯片产业链布局,技术优势明显。中国科学院微电子所是中国第二代北斗卫星导航系统专项应用推广与产业化项目的主要承担单位,在多模多通道导航射频