第1章集成电路材料.ppt

集成电路设计技术与工具 主 要 内 容 集成电路简介 集成电路材料与器件物理基础 集成电路制造工艺 集成电路版图设计与工具 集成电路元器件及其SPICE模型 集成电路仿真软件SPICE 模拟集成电路晶体管级设计 数字集成电路晶体管级设计 集成电路模块级设计 集成电路系统级设计简介 集成电路封装 集成电路测试 集成电路设计与九天EDA工具应用第1章 集成电路设计导论 1.1 集成电路的发展 1.2 集成电路的分类 1.3 集成电路设计步骤 1.4 集成电路设计方法 1.5 电子设计自动化技术概论 集成电路 Integrated Circuit ，缩写IC 通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二 极管等有源器件和电阻、电容、电感等无源 器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块 半导体晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一 个外壳内，执行特定电路或系统功能的一种 器件。 各种封装好的集成电路 1.1 集成电路的发展 集成电路的历程: 1947-1948年: 世界上第一只晶体三极管面世 1950年: 成功研制出结型晶体管 1952年: 英国皇家雷达研究所第一次提出“集成电路” 的设想 1958年: 在美国德州仪器公司工作的Jacky Killby制造 出世界上第一块集成电路—双极型晶体管集成 电路 1960年: 世界上成功制造出第一块MOS集成电路 1.1 集成电路的发展 1.2 集成电路的分类 器件结构类型 集成度 使用的基片材料 电路的功能 应用领域 按器件结构类型分类 双极集成电路：主要由双极晶体管构成 NPN型双极集成电路 PNP型双极集成电路 金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路：主要由MOS晶体管(单极晶体管)构成 NMOS PMOS CMOS(互补MOS) 双极-MOS(BiMOS)集成电路：同时包括双极和MOS晶体管的集成电路为BiMOS集成电路，综合了双极和MOS器件两者的优点，但制作工艺复杂 全定制方法（Full-Custom Design Approach） 半定制方法（Semi-Custom Design Approach） 一、全定制方法 全定制IC：硅片没有经过加工，其各掩模层都要按特定电路的要求进行专门设计 适用于要求得到最高速度、最低功耗和最省面积的芯片设计 版图设计时采用人工设计，对每个器件进行优化，芯片性能获得最佳，芯片尺寸最小 设计周期长，设计成本高，适用于性能要求极高或批量很大的产品，模拟电路 二、半定制方法 半定制的设计方法分为门阵列（GA：Gate Array）法和门海（GS：Sea of Gates）；标准单元（SC: Standard Cell）法；积木块（BB：Building Block Layout）；可编程逻辑器件（PLD：Programmable Logic Device)设计法。 门阵列法和门海 门阵列是指在一个芯片上把形状和尺寸完全相同的单元排列成阵列，每个单元内部含有若干器件，单元之间留有高度固定的布线通道。 门海设计技术是把由一对不共栅的P管和N管组成的基本单元铺满整个芯片（除I/O区外），基本单元之间无氧化隔离区，布线通道不确定，宏单元连线在无用器件区上进行。 标准单元法和积木块法 1）标准单元法 概念：从标准单元库中调用事先经过精心设计的逻辑单元，并排 列成行，行间留有可调整的布线通道，再按功能要求将各内部单 元以及输入/输出单元连接起来，形成所需的专用电路。 芯片布局：芯片中心是单元区，输入/输出单元和压焊块在芯片四 周，基本单元具有等高不等宽的结构，布线通道区没有宽度的限 制，利于实现优化布线。 SC法设计流程与门阵列法相似，但有若干基本的不同点： (1) 在门阵列法中逻辑图是转换成门阵列所具有的单元或宏单元，而标准单元法则转换成标准单元库中所具有的标准单元。 (2) 门阵列设计时首先要选定某一种门复杂度的基片，因而门阵列的布局和布线是在最大的门数目、最大的压焊块数目、布线通道的间距都确定的前提下进行的。标准单元法则不同，它的单元数、压焊块数取决于具体设计的要求，而且布线通道的间距是可变的，当布线发生困难时，通道间距可以随时加大，因而布局和布线是在一种不太受约束的条件下进行的。 (3) 门阵列设计时只需要定制部分掩膜版，而标准单元设计后需要定制所有的各层掩膜版。 2）积木块法(BB) 又称通用单元设计法。与标准单元不同之处是：第一，它既不要求每个单元（或称积木块）等