国产集成电路EDA技术-基于华大九天EDA工具 课件 项目0-集成电路EDA基础

24集成电路本集成电路EDA基础国产集成电路EDA技术课程项目0：引言引言集成电路EDA基础集成电路产业EDA、材料、设备…集成电路EDA（ElectronicDesignAutomation，电子设计自动化）是指辅助超大规模集成电路设计生产的工业软件，涵盖集成电路设计、制造、封装、测试流程。集成电路EDA的重要性​EDA位于产业链的上游，是集成电路产业的战略基础支柱。集成电路EDA产业以数百亿美元的全球市场规模，撬动了数千亿美元市场规模的集成电路市场，产生的间接效益巨大，是推动集成电路技术发展的关键要素。引言上游半导体IPEDA半导体材料制造设备中游集成电路设计制造封测下游消费电子汽车电子物联网计算机…引言拓展阅读：集成电路EDA产业特点及全球形势全球EDA市场被新思科技（Synopsys）、楷登电子（Cadence）与西门子EDA（Siemens

EDA）三大巨头把持，占据了全球EDA七成以上的市场份额。排名企业名称成立时间市场与客户核心优势1北京华大九天科技股份有限公司（华大九天）2009年国内市占率超50%，客户包括华为、中芯国际等头部企业国内唯一实现模拟电路全流程覆盖的厂商，规模最大、技术最强的国产EDA龙头2上海合见工业软件集团有限公司（合见工软）2019年服务国内外头部芯片设计与制造企业创始团队来自国际EDA巨头，国内唯一完整覆盖数字验证与DFT全流程的厂商3杭州广立微电子股份有限公司（广立微）2003年测试设备国内市占率30%，客户包括三星、华虹集团等唯一同时拥有EDA软件和晶圆级测试设备的厂商，形成设计-制造闭环服务4上海概伦电子股份有限公司（概伦电子）2010年覆盖多数国际知名IC设计与制造公司，Spice仿真器通过三星3/4nm工艺认证聚焦先进工艺建模与仿真，存储器设计全流程EDA工具领先，DTCO技术突出国内头部集成电路EDA企业0.1集成电路EDA的发展历史按照时间线和技术发展程度，集成电路EDA的发展可以分为4个阶段：

1234手工设计阶段（1950年代-1970年代初）

计算机辅助设计阶段（1970年代-1980年代）

EDA集成化阶段（1990年代-2000年代）

先进工艺系统级阶段（2010年代至今）

集成电路的复杂度普遍较低，专用的设计工具尚未出现。这一阶段的局限性促使行业开始探索自动化工具的引入。

计算机技术开始介入设计流程，工程师首次能通过计算机模拟预测电路性能，一些著名公司开始孵化，逐步将CAD技术商业化。DA行业进入高速发展期，工具链从分散的功能模块转向全流程覆盖。三大家逐渐整合完整工具链，并逐步垄断全球市场。工艺进入纳米级，EDA技术面临物理极限与系统复杂度的挑战。随着异构计算与AI芯片的兴起，EDA技术开始向系统级扩展。0.2集成电路EDA的分类集成电路制造类EDA器件设计工艺开发集成电路设计类EDA集成电路制造类EDA器件建模及验证设计输入工艺平台开发阶段集成电路设计阶段集成电路制造阶段单元库建库仿真验证物理实现基于某工艺节点例如180nm晶圆制造芯片封装芯片测试PDKIP和标准单元库（代码或电路）（SPICE仿真）布局布线版图实现对工艺节点对应封装设计与仿真测试程序开发工艺平台开发阶段主要由集成电路制造企业主导完成，在其完成半导体器件和制造工艺的设计后，建立半导体器件的模型并通过PDK（ProcessDesignKit，工艺设计套件）或建立IP和标准单元库等方式提供给芯片设计企业。集成电路设计阶段主要由设计企业主导完成，其基于PDK或IP和标准单元库进行电路设计、仿真验证和物理实现。最后，集成电路制造阶段主要由集成电路制造企业根据物理实现后设计文件完成制造。

0.2集成电路EDA的分类根据功能和应用领域的差异，集成电路EDA工具分为多种类型：

0.2集成电路EDA的分类根据功能和应用领域的差异，集成电路EDA工具分为多种类型：

0.3华大九天EDA工具0.3华大九天EDA工具本课程的实训项目基于华大九天模拟电路设计全流程EDA工具实现。该系统包括原理图编辑工具、版图编辑工具、电路仿真工具、物理验证工具、寄生参数提取工具和可靠性分析工具等，可以为用户提供了从电路到版图、从设计到验证的完整系统。

引言拓展阅读：华大九天与熊猫系统1987年，国家相关部门开始组织全国力量，项目正式启动，开发队伍包括了清华大学、北京大学等国内顶尖高校以及中科院等研究机构，计划开发一套具有自主知识产权的集成电路CAD系统。项目历时五年之久，完成熊猫系统的开发工作，并于1993年获国家科技进步一等奖。华大九天与熊猫系统有着深厚的渊源，其核心技术根基直接继承自“熊猫系统”。2009年，华大九天正式成立。0.4集成电路设计流程代码电路功能仿真工艺库综合前仿真电路实现参数提取后仿真工艺库前仿真电路实现验证参数提取后仿真数字模拟PASS？版图（掩模版）制造、封装、测试芯片成品3个重要的集成电路概念半导体MOS管特征尺寸0.5复习集成电路技术基础元素周期表中的“准金属”半导体0.5复习集成电路技术基础什么是“电子”？哪里有电子？首先，复习一个概念：世间万物，皆由原子构成，而原子又由原子核和电子构成。可以将原子核比做男同志，电子比做女同志，双方可以组成家庭（原子）的稳定关系。带正电的原子核带负电的电子组成原子阳阴0.5复习集成电路技术基础原子的结构是怎样的？所有电子都有用吗？原子的结构就像是男女关系，最完美的状态是一夫一妻，相互陪伴，白头到老。然而，现实中的原子多是“渣男”。氢氢原子（恩爱典范）钠原子（一夫多妻）集成电路中的“电子”，一般是指在最外层能够脱离原子核束缚的“自由电子”。原子核自由电子0.5复习集成电路技术基础什么是“电”？自由电子脱离原子核束缚后，就可以去“旅行”了。一个小问题，自由电子的旅行会顺利吗？现实中物质是原子是紧密排列的自由电子的移动是受限的为了让自由电子能够有规则运动，这个时候就要“电源”出场了。在电源电场的驱动下，自由电子的定向移动，形成“电流”电子的移动，电流的形成成为电气化时代的基石0.5复习集成电路技术基础金：79什么是导体？什么是绝缘体？什么是半导体？铁：26氯：17硅：142-8-18-32-18-12-8-14-22-8-72-8-4导体：内部存在大量受原子核弱束缚的自由电子，外电场下可快速定向移动形成电流的物质。绝缘体：内部价电子被原子核强束缚无自由电子，常规外电场下无法形成定向电子移动的物质。半导体：内部自由电子浓度介于导体与绝缘体之间，价电子受核束缚程度适中，外界条件可调控自由电子数量的物质。0.5复习集成电路技术基础半导体什么情况下可以变成导体？要让半导体变成导体，就是要让其产生“自由电子”。就像一个人要有钱才能去旅行，一个电子也要存够“钱”才能成为自由电子，这个钱叫“带隙能量”。硅原子中的自由电子，存够1.1电子伏特之后就可以随电流去旅行了10000硅原子核1.1电子伏特通过加热、光照等外部刺激，就有可能使得硅原子的最外层电子变成自由电子光敏电阻热敏电阻0.5复习集成电路技术基础一种可以让半导体“暴富”的方法：掺杂！真实世界中，物质是由无数的原子构成的，原子之间以一定的形态排列，构成一个多原子模型。硅：142-8-4简化硅原子核A1243B5C6D7E8形成共价键硅原子之间形成共价键，每个硅原子通过共享4个电子，与周围4个硅原子形成稳定的四面体结构。0.5复习集成电路技术基础N型掺杂：直接给钱，让半导体产生自由电子在纯净、稳定的硅原子结构中，掺入最外层电子更多的元素“磷”，看看会发生什么？简化硅硅硅硅硅硅硅硅硅渣男联盟1（N型半导体）磷磷自由电子原味豆腐花甜豆腐花加入糖因为自由电子带负电（Negative），所以称为“N型掺杂”。0.5复习集成电路技术基础P型掺杂：不直接给钱，产生能吸引自由电子的“坑”在纯净、稳定的硅原子结构中，掺入最外层电子更少的元素“硼”，看看会发生什么？简化硅硅硅硅硅硅硅硅硅渣男联盟2（P型半导体）硼硼空穴原味豆腐花咸豆腐花加入酱汁因为空穴可以视作带正电（Positive），所以称为“P型掺杂”。0.5复习集成电路技术基础空穴究竟是什么？观察下面动画中，空椅子是不是好像在移动？硅硅硅硅硅硅硅硅硅掺入硼原子的半导体硼空穴是半导体物理中一个核心的等效概念，并非真实存在的带电粒子，而是用来描述半导体中价带电子缺位的运动行为，本质是价带中失去电子后留下的“空位”。空穴的导电不是“空位自己动”，而是周围的价带电子不断填补这个空位，空位的位置因此发生反向移动，等效为空穴在定向运动。0.5复习集成电路技术基础闲来没事，将两个带杂质的渣男联盟放在一起会怎样？本征半导体：纯净、无杂质且无晶格缺陷的半导体单晶。N型半导体：掺了五价元素杂质，带有自由电子的半导体。P型半导体：掺了三价元素杂质，带有空穴的半导体。集成电路中的“三体”N型半导体P型半导体++++----拉推++++----耗尽层这玩意叫：PN结0.5复习集成电路技术基础PN结有什么用？利用其单向导通性制造晶体管！++++----++++----拉推PN电池的电场力在PN结两端添加一个电源，正极连P端，负极连N端：只要电源电压达到一定值，PN结就可以导通++++----++++----拉推PN电池的电场力电源方向要是反过来，永远不会导通0.5复习集成电路技术基础终于，到MOS管出场了！0.5复习集成电路技术基础P型半导体金属氧化物(SiO2)Metal（金属）Oxide（氧化物）Semico