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集成电路版图设计技巧分析与研究

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摘要:文章以提高集成电路版图设计能力与效率为目的,首先介绍了版图设计的根本原则以及设计方法存在的优缺点,其次阐述了集成电路版图设计流程,并且着重分析了设计技巧,重点在于如何更加高效的完成集成电路版图设计,为后续版图数据tape-out奠定基础。

关键词:集成电路版图;版图设计;设计技巧

信息技术的发展推动了集成电路设计水平的提升,由于芯片面积和工艺尺寸的不断减小,使集成电路版图设计技巧方面面临非常严格的要求。设计人员必须要对电路形式、参数设置以及应用场景等进行充分考虑,才能够满足设计需求。但是版图工程师在进行集成电路版图设计的过程中,经常会面临一些问题,影响芯片的功能与性能。为了保证集成电路版图设计的正确性和准确性,文章重点围绕设计技巧展开论述。

1版图设计根本原则

作为电路的设计人员,必须保证电路设计环节的紧凑型,以更快的效率完成产品设计。版图设计主要涉及到几种不同的设计方式:如果以自动化程度为依据,版图设计分为人工设计、自动布局布线两种;如果以布局模块限制为依据,版图设计有全定制、半定制这两种类型[1]。通常正式开始版图设计前,设计人员必须了解所使用的工艺文件及设计规则,将其作为设计的参考依据。明确设计规则期间,要对掩膜对准以及非线性等因素进行全面考虑。设计规则规定了各种图形所要满足的要求,然而各个企业所使用的工艺及设计规则存在很大差异,因此要解决这一问题,需要应用高级CAD工具,兼容各种工艺,便于设计版图。自然其中也存在一些缺点,比如线性度的应用范围受限等,这些都对集成电路版图设计造成限制。

2集成电路版图设计技巧

2.1整体规划设计

针对集成电路版图设计,其中最为重要的就是整体设计(即top设计),直接关系到所有block所在位置以及布局布线。整体布局设计方法和成型电路图相似度非常高,按照模块面积进行适当的调整,将其进行有效拼凑。这里提到的布局,主要是指将已经完成设计的功能模块与芯片限定面积相结合,按照位置进行合理规划,使各个单元与设计尺寸能够得到规划设计,并且保证模块、单元位置的准确性,同时这也是确保芯片面积最小化的关键点。整体设计中包括焊盘设计,有利于实现电路信号与外围封装的有效连接。所以,整体设计时必须要充分考虑模块设计以及焊盘布局这两个因素[2]。现如今应用比较普遍的集成电路版图设计工具包括以下几种:Cadence、Synopsys、MentorGraphics,其中Cadence性能最佳,重点体现在电路版图设计以及自动布局布线等方面,同时也为集成电路版图设计验证及仿真提供了条件。

2.2分层设计

分层设计是以整体设计为前提进行的模块化设计工作,所以必须要全面掌握整体电路设计,才能够更好的开展模块设计。第一,立足于整体设计,针对集成电路内所有模块以及元器件进行有效设计;第二,设计期间需要将集成电路划分为不同的单元,对于所有单元以及模块接口进行分层设计,为版图的整体设计奠定基础。布线过程中一般会对布线复杂性进行考虑,使用总体布线、详细布线这一模式。其中总体布线时,要将线网放置在适当的区域范围,如此才能够保证布通率;详细布线是以总体布线为前提,作用在于明确连线位置。使用分步布线这一形式可以解决局部拥挤的问题,将布线步骤加以简化,提升布线成功率。

2.3版图验证与优化

集成电路版图验证流程如下:第一,DRC验证。利用设计规则对每层图形逐一进行检查,标记发现的错误,并且对每项错误及位置进行明确的解释,然后根据错误提示逐一修改错误的地方,使版图设计全部满足物理设计规则的要求,DRC是个反复的过程,需要不断的修改检查验证;第二,详细检查版图中的开路与短路等现象,及时解决问题,并且将其控制在最短连接通路内;第三,LVS验证。由电路导出网表,通过对所有版图中器件及连接关系与电路原理图的比对,针对其中存在的不同及时修改,保证版图与电路设计的一致性;第四,通过对版图的分析进行深入修改,重点对连接情况以及最终结果进行检查,确保连接正确的同时,也要保证结果的准确性。之后针对版图与电路图进行深入分析,每次版图进行修改之后都要重新完成DRC,LVS等一系列工作;第五,检查版图面积是否最小最优化,提升运行速度,并且对电路性能进行优化,将电路延时信息、网表等提取出来进行验证。在一般的工艺中还要求对设计的版图进行ERC,antenna,softconnectcheck等的检查,个别特殊的高压工艺中可能还存在针对某一个特殊器件的DRC等检查。在所有的验证工作完成之后就基本完成了版图设计工作。

集成电路版图设计需要持续优化,优化是个无止境和权衡取舍的过程。所以,为了选择最适合的设计方法,必须要反复检查版图设计总体布线以及布局,保证版图设计质量。版图设计所有流程中,后续步骤都是以

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