MOS集成电路的版图设计.PPT

第五章内容 MOS集成电路的寄生效应 CMOS电路中的锁定效应 MOS集成电路的工艺设计 MOS集成电路的版图设计规则 MOS集成电路的版图设计举例 版图设计过程 布图设计的输入是电路的元件说明和网表，其输出是设计好的版图。通常情况下，整个布图设计可分为划分(Partition)；布图规划(Floor-planning)；布局(Placement)；布线((Routing)和压缩(Compaction)。 一、划分 由于一个芯片包含上千万个晶体管，加之受计算机存储空间和计算能力的限制，通常我们把整个电路划分成若干个模块，将处理问题的规模缩小。划分时要考虑的因素包括模块的大小、模块的数目和模块之间的连线数等。 二、布图规划和布局 布图规划是根据模块包含的器件数估计其面积，再根据该模块和其它模块的连接关系以及上一层模块或芯片的形状估计该模块的形状和相对位置。 布局的任务是要确定模块在芯片上的精确位置，其目标是在保证布通的前提下使芯片面积尽可能小。 三、布线 布线阶段的首要目标是百分之百地完成模块间的互连，其次是在完成布线的前提下进一步优化布线结果，如提高电性能、减小通孔数等。 版图设计规则 设计规则是集成电路设计与制造的桥梁。如何向电路设计及版图设计工程师精确说明工艺线的加工能力，就是设计规则描述的内容。 这些规定是以掩膜版各层几何图形的宽度、间距及重叠量等最小容许值的形式出现的。 设计规则本身并不代表光刻、化学腐蚀、对准容差的极限尺寸，它所代表的是容差的要求。 三种尺寸限制： 各层图形的最小尺寸（最小宽度） 同一层次图形之间的最小间距 不同层次图形之间的对准容差（套刻间距） 设计规则的描述 自由格式：目前一般的MOS IC研制和生产中，基本上采用这类规则。其中每个被规定的尺寸之间没有必然的比例关系。显然，在这种方法所规定的规则中，对于一个设计级别，就要有一整套数字，因而显得烦琐。但由于各尺寸可相对独立地选择，所以可把尺寸定得合理。 规整格式：其基本思想是由Mead提出的。在这类规则中，把绝大多数尺寸规定为某一特征尺寸“?”的某个倍数。 * * * * * * * 四、压缩 压缩是布线完成后的优化处理过程，它试图进一步减小芯片的面积。目前常用的有一维和二维压缩，较为成熟的是一维压缩技术。在压缩过程中必须保证版图几何图形间不违反设计规则。 布图过程往往是一个反复迭代求解过程。必须注意布图中各个步骤算法间目标函数的一致性，前面阶段的算法要尽可能考虑到对后续阶段的影响。 1、宽度及间距 diff：两个扩散区之间的间距不仅取决于工艺上几何图形的分辨率，还取决于所形成的器件的物理参数。如果两个扩散区靠得太近，在工作时可能会连通，产生不希望出现的电流。 Poly-si：取决于工艺上几何图形的分辨率。 Al：铝生长在最不平坦的二氧化硅上，因此，铝的宽度和间距都要大些，以免短路或断铝。 diff-poly：无关多晶硅与扩散区不能相互重叠，否则将产生寄生电容或寄生晶体管。 2、接触孔： 孔的大小：2??2? diff、poly的包孔：1? 孔间距：1? 3、晶体管规则： 多晶硅与扩散区最小间距：? 栅出头：2?，否则会出现S、D短路的现象。 扩散区出头：2?，以保证S或D有一定的面积 4、P阱规则： A1=4?：最小P阱宽度 A2=2?/6?：P阱间距， 当两个P阱同电位时，A2=2? 当两个P阱异电位时，A2=6? A3=3?：P阱边沿与内部薄氧化区（有源区）的间距 A4=5?：P阱边沿与外部薄氧化区（有源区）的间距 A5=8?：P管薄氧化区与N管薄氧化区的间距 P阱CMOS工艺版图设计规则 图形 设计规则及内容 规则（?m） 原因 阱 区 阱的最小宽度 9 保证光刻精度和器件尺寸 阱间的最小距离 20 防止不同电位阱间干扰 有 源 区 最小宽度 6 保证器件尺寸减小窄沟效应 最小间距 6 减小寄生效应 阱内n+有源区与阱最小间距 9 保证光刻精度和场区尺寸 阱内p+有源区与阱最小间距 6 保证形成良好的阱接触 阱外n+有源区与阱最小间距 6 保证阱和衬底间PN结的特性 阱外p+有源区与阱最小间距 9 抑制latch-up 多 晶 硅 最小线宽 3 保证器件特性、和多晶硅电导 最小间距 3 防止多晶硅联条 硅栅在有源区外的最小露头 4 保证形成完整的MOSFET 硅栅与有源区最小内间距 4 保证电流在硅栅内的均匀流动 多晶硅与有源区最小外间距 2 保证沟道区尺寸，防短路 注入 对有源