《集成电路版图设计（活页式）》课件 集成电路与版图设计的概念、方法与工具

集成电路及其发展学习目标了解1、集成电路的基本概念；2、摩尔定律；3、从版图、芯片、

圆片到电路的各种形态。掌握1、表征集成电路发展水平的特征线宽和电路规模的概念。集成电路及其发展集成电路及其发展什么是集成电路？IC(integratedcircuit):(相对分立器件组成的电路而言)把组成电路的元件、器件以及相互间的连线放在单个芯片上，整个电路就在这个芯片上，把这个芯片放到管壳中进行封装，电

路不外部的连接靠引脚完成。

1950年，肖克莱发明了结型晶体管;

1958年，以基尔比为首的美国德州公司研究小组制造出了世界上第一块集成电路。

1947年12月美国贝尔实验室的巴丁和布拉顿发明了点接触型

晶体管；集成电路及其发展发明：集成电路及其发展发展趋势：1、丌断缩小特征尺寸——

14nm；2、单片系统集成芯片SOC（SystemOnChip）。摩尔定律

：摩尔定律：

每一代（3年）硅芯片上的

集成密度翻两番；

加工工艺的特征线宽每代以集成度及摩尔定律：集成度:单个芯片上集成的器件数。提高集成电路的途徂：1、晶体管尺寸的缩小；加快电路速度；提高晶体管密度。2、增大芯片的面积；30%的速度缩小。集成电路及其发展3、加大晶囿的直徂。表征集成电路发展水平指标一——

特征线宽：>微米

Micrometer:

>1.0um(1.0um

1.2um

1.5um2um

3um4um

5um…)>亚微米(SM--Sub-Micrometer):0.8um0.6um>深亚微米(DSM--

DeepSub-Micrometer):0.5/0.35/0.25um>超深亚微(VDSM--VeryDeepSub-Micrometer):0.25um0.18um0.13um>纳米：

0.09um

(90nm)0.07um

(70nm)集成电路及其发展集成电路及其发展表征集成电路发展水平

指标二——

集成电路规模

SSI

(SmallScaleIntegration)

<102

MSI(Middle

Scale

~)

LSI

(LargeScale

~)

VLSI

(Very

LargeScale

~)

ULSI

(Ultra

LargeScale

~)

>108

105-107103-104102-103封装好的集成电路（Circuit）

一般在一块印刷电路板PCB（PrintCircuit

Board）会包含一个或多个集成电路

这些集成电路和其它分立元器件在一块印刷电路

板上一起工作，共同完成整体的电路功能；

这些集成电路块往往是在整个电路中起到最主要

、最关键作用集成电路及其发展块

；集成电路制造工艺做出的产品称为圆片;目前.集成电路制造工艺做出的产品称为囿片；.

目前囿片的直徂大小通常有5英寸（125mm)

、

6

英寸（150mm)、

8英寸（200mm)和12英寸

(

300mm)丌等；.每一片囿片上经过光刻、氧化、扩散、刻蚀、薄膜

淀积等诸多制造工序，最终在硅单晶囿片上做出各

类电子器件以及互连线，完成一定的电路功能。集成电路圆

片（Wafer）集成电路及其发展这些单元最终被分别切开幵封装在陶瓷或者塑料材料的封装外壳中，

从而形成前页所示的产品；每一片囿片最终可以生产出很多功

能相同的集成电路块。>

一片囿片上通常包含了结构和功能

的相同的数百甚至数千个面积丌大的重复单元;集成电路芯片（Chip）（Die）集成电路及其发展>>集成电路及其发展显微镜下的集成电路芯片.在囿片上的每一个单元中都包含了许多电阻、电容、二极管、三极管、场效应管等基本电路元件;.这些元器件由于尺寸非常小，通常都在微米甚至纳米级

别之间，所以光凭肉眼是无法看清的，只有在高倍率显

微镜下才能够看到这些电子元器件的庐山真面目;.图中是在显微镜下看到的一块单元芯片的图形集成电路及其发展集成电路封装小结摩尔定律从版图、芯片、

囿片到电路的各种形态表征集成电路发展水平的特征线宽和电路规模的概念。O(∩_

∩)O谢谢集成电路制造流程学习目标了解1、集成电路制造的基本流程及每一步的大致内容学握1、电路、版图和工艺纵向剖面结构之间的对应关系集成电路

制造流程集成电路制造流程←掩膜板制备↵集成电路

制造流程集

成

电

路

芯

片

制

造集成电路设计(电路设计和

版

图

设

计

)集成电路芯片

封装与测试用

户

使

用

反

馈集成电路设计集成电路设计是按照客户要求设计出相应的电路，

使电路具有客户要求的功能，并根据电路设计出版

图，所以集成电路设计一般包括两部分----电路设计和版图设计。其中版图设计也是集成电路设计与普通电子线路设

计的最大不同之处，是它的特点。结果：版图数据，格式GDSⅡ制造流程集成电路CMOS

电路、版圈和工艺关系集成电路

制造流程Passivation

Layer掩膜版制作掩膜版制作是根据设计好的版图数据，将这些版图制成每部

光刻所需要用到的光刻掩膜板

提供给芯片制造使用。结果：掩膜版Lightsource光源Mask掩膜Lens

to

reduce

image缩图透镜Die

beingexposedonwafer即将曝光的晶圆集成电路制造流程芯片制造是将硅圆片按照设计好的掩膜板图形通过氧化、

腐蚀、光刻等工序加工成具

有电路功能的实物芯片的过

程。结果：圆片芯片制造(双极工艺、

CMOS

工

艺

)集成电路制造流程SiQP-Si(b)P-Si(e)P-SiP-SP-Si↓(au↓

↓P-Si(d)

多晶硅P-Si(g)M

n集成电路

制造流程C

M

O

S

工

艺

流

程

])P-SiN+N+N+(i)P+N阱

→

有源区

→

多晶

→

P

plus

→

m→

引线孔

→

金属1

→

通孔

→

金属2

→

钝化C

M

O

S

工

艺

掩

膜

版集成电路

制造流程封装与测试封装与测试是将晶圆厂加工好的芯片经过划片切割(结果：芯片

或管芯)、粘贴互联以及塑料封

装等工序把芯片保护包装好并通

过功能测试(结果：电路),以

供组装成完整的电路或系统使用。集成电路制造流程小节集成电路制造的基本流程及每一步的大致内容电路、版图和工艺纵向剖面结构之间的对应关系O(∩_∩)O

谢谢集成电路设计要求学习目标了解1、集成电路设计的要求和挑战掌握1、集成电路设计需要掌握的知识集成电路设计要求集成电路设计要求1、功能正确，第一次投片后就能达到设计要求；2、电学性能经过优化，各项参数达到预定要求；3、芯片的面积尽可能小

，以降低制造成本；4、设计具有较高可靠性

，在工艺制造允许的容差范围内仍能

正常工作；5、在制造过程中和完成后，能全面和快速地进行测试。集成电路设计要求集成电路设计要求集成电路设计挑战1、设计的准确性；2、设计的时效性；3、设计的可测试性；4、与制造商之间的良好接口。集成电路设计要求集成电路设计挑战行为设计电路设计系统设计功能设计版图设计集成电路设计要求集成

电路

的层设计次化重中之重：

工艺和器件课程知识1.电路原理及分析2.半导体制造工艺

3.半导体器件原理4.相关设计仿真软件集成电路设计要求版图设计岗位描述集成电路设计要求小节集成电路设计的要求和挑战集成电路设计需要掌握的知识O(∩_

∩)O谢谢集成电路设计流程学习目标了解1、集成电路设计的大致流程。掌握1、集成电路设计的两个阶段。集成电路

设计流程集成电路集成电路设计的一般流程

设计流程功能要求

版图设计电路设计

版图仿真电路仿真

后仿及优设

计

前

端设

计

后

端集成电路设计流程电路设计10110

数字仿真：

时序、状态集成电路

设计流程k|8+tck1kB模拟仿真：瞬态、直流、交流等集成电路设计流程集成电路版

图设计将电路“翻译”

成可制造的图形集成电路设计流程集成电路版

图验证目的：验证版图是否正确检查是否满足工艺要求

检查是否正确反映所设计电路设计规则验证

(DRC)

电路版图对比验证

(LVS)集成电路设计流程小

结集成电路设计的大致流程集成电路设计的两个阶段O(∩_∩)O

谢谢集成电路设计分类集成电路设计分类学习目标了解1、集成电路的各种类别。掌握1、几种集成电路设计的方法集成电路的分类（一）按主要工艺器件分

双极型集成电路器件为BJT

，速度高、驱动能力强，但功耗大、集成度相对较低

MOS集成电路器件为MOSFET

，包括PMOS集成电路、

NMOS集成电路和CMOS集成电路

BiMOS集成电路兼有两者优点，但制造工艺复杂，成

本较高

集成电路设计分类（二）

按电路类型分

数字集成电路（

Digital)，又称逡辑电路（

Logical）产品以CMOS型为主，尤其是规模大的电路

模拟集成电路（Analog）原称线性电路（

Linear）产品以双极为主，

CMOS是目前研究方向

数模混合电路（

Mixed）

产品以Bi-MOS居多，CMOS是目前研究方向

集成电路设计分类数字集成电路设计集成电路设计分类模拟集成电路设计集成电路设计分类集成电路设计的分类（三）按设计方法分.

正向设计（Top-Down）：正向设计一般先根据客户的要求由设计者设计出电路并通过集成电路实现，再由实物结果测试反馈给设计者进行优化。.

反向设计（

Bottom-Up)：先对实物芯片进行解剖，提取出相应的版图，在通过软件来验证实现提取的版图，从而

做出相应的优化和改善。

集成电路设计分类集成电路设计分类集成电路设计的分类正向设计集成电路设计分类反向设计集成电路设计分类反向设计

全定制设计

半定制设计（四）按设计自动化程度分集成电路设计分类小结集成电路的各种类别几种集成电路设计的方法O(∩_

∩)O谢谢版图设计概念学习目标了解1、版图和版图设计的概念、版图设计的要求。掌握1、主要的版图设计流程概念。版图设计概念版图设计概念版图与版图设计

版图:就是一组相互套合的图形，各层版图相应于不同的工艺步骤，每一层版图用不同的图案来表示。版图与所采用的制备工艺紧密相关。

版图设计:就是按照线路的要求和一定的工艺参数，设计出元件的图形并进行排列互连，以设计出一套供IC制造工艺中使用的光刻掩膜版的图形，称为版图或工

艺复合图。

版图设计概念

把线路图（SCHEMATIC）或网表（VER

ILOG、NETLIST）转化为版图的过程；

原则：满足工艺设计规则前提下，考虑某些电路性能方

面的要求，以最小的芯片面

积来设计数字版图模拟版图版图设计的重要性>

版图设计是制造IC的基本条件，版图设计是否合理对成品率、电路性能、可靠性影响很大，版图设计错了，就一个电路也做不出来。若设计不合理，则电路性能和成品率将受到很大影响；>版图设计必须与线路设计、工艺设计、工艺水平适应。版图设计者必须熟悉工艺条件、器件物理、电路原理以及测试方法。版图设计概念版图设计概念对版图设计者的要求作为一位版图设计者的要求：

首先要熟悉工艺条件和器件物理，才能确定晶体管的具体尺寸。铝连线的宽度、间距、各次掩膜套刻精度等；

其次要对电路的工作原理有一定的了解，这样才能在版图设计中注意避免某些分布参量和寄生效应对电路产生的影响。版图设计概念

值得一提的是在半导体工艺中可能考虑得更多的是元器件的剖

面结构，也就是纵向结构。

可在版图设计中更多需要考虑的是平面结构，这一点贯穿整个设计过程的始终；

版图设计一定需要同时理解纵向结构和平面结构，以及两者之间的关联。小结版图和版图设计的概念、版图设计的要求主要的版图设计流程概念O(∩_

∩)O谢谢版图设计方法学习月标了解1、版图和版图设计的概念、版图设计的要求。学握1、两种主要的版图设计方法。版图设计方法版图设计版图仿真后仿及优功能要求电路设计电路仿真版图设计方法本节关注点专用集成