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版图设计规则、验证 及EDA使用简介 主要内容 什么是版图 版图设计过程 设计规则及工艺参数 版图验证与检查 EDA工具使用介绍 一、什么是版图 根据逻辑与电路功能和性能要求以及工艺水平要求来设计光刻用的掩膜版图，实现IC设计的最终输出。 版图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。 二、版图设计过程 版图设计主要包括模块设计、芯片规划、布局、布线等，是一个组合规划和巧拼图形的工作。在一个规则形伏（一般为长方形）平面区域内不重叠地布局多个模块（亦称部件），在各模块之间按电路连接信息的要求逐行布线。版图设计是从逻辑信息向几何信息的转换。 二、版图设计过程 （一）模块设计 芯片设计中最小的单位是元件，设计过程从元件，门，基本单元，宏单元，芯片，从小到大进行。基本单元和宏单元可视为模块。模块设计是最基本的环节。 二、版图设计过程 （二）芯片规划 根据已知的模块数量和线网连接表来估算芯片面积，其中模块大约占用一半，另一半用来作为布线通道。 二、版图设计过程 （三）布局 布局是指如何把各个模块合理地排布在芯片上，怎样确定每个模块的最佳位置，以使占用芯片面积为最小且布线结果又最好。 二、版图设计过程 （四）布线 模块位置确定之后，把各个模块的相应端口按一定的规则和电路的要求，用互连线连接起来。布线应达到下列要求： 布线的总长度最短； 分布均匀； 布通率尽可能达到100％。 布线的优劣决定电路的工作速度和芯片面积大小。决定VLSI芯片工作速度的主要因素，实际上往往不是MOS或双极晶体管本身，而是互连线造成的延迟。过长的互连线使电路性能降低。当自动布线难以达到100％的布通率时，可用人机交互方式进行人工干涉。 三、设计规则及工艺参数 （一）设计规则 设计规则是指版图设计规则，是针对特定的工艺，具有专门规定的强制性版图设计容查的一些规则的集合，它综合考虑电学性能和可靠性限制，按照工艺过程所要求的一族复杂的限制来制定，目的是描述版图中几何图形之间的关系，使其符合具体的工艺要求。 三、设计规则及工艺参数 ?制定设计规则的目的：使芯片尺寸在尽可能小的前提下，避免线条宽度的偏差和不同层版套准偏差可能带来的问题，尽可能地提高电路制备的成品率。 三、设计规则及工艺参数 版图设计规则的制定 考虑器件在正常工作的条件下，根据实际工艺水平(包括光刻特性、刻蚀能力、对准容差等)和成品率要求，给出的一组同一工艺层及不同工艺层之间几何尺寸的限制，主要包括线宽、间距、覆盖、露头、凹口、面积等规则，分别给出它们的最小值，以防止掩膜图形的断裂、连接和一些不良物理效应的出现。 三、设计规则及工艺参数 最小尺寸表示方法 一种是直接用μm表示最小尺寸； 另一种是由Mead和Conway提出的λ法则方法，对整个版图设置一个参数λ作为所有设计规则中最小的那一个，其他设计规则的数值都是这个参数的整数倍。 三、设计规则及工艺参数 版图设计规则 线宽、间距和覆盖规则是设计规则中最基本的规则。线宽规则要求形成器件和互连线的扩散区、多晶硅区和金属连线的宽度不小于设定的它们各自的最小线宽尺寸。这是为了防止尺寸过小的图形在制造过程中发生断裂而造成电路开路。间距规则要求同层或不同层的图形之间不小于设定的最小间距。这是为了避免由于间距过小的图形在制造过程中发生碰撞而造成短路。 三、设计规则及工艺参数 （二）N阱CMOS工艺 N阱工艺采用轻掺杂P型(100)晶向硅基片,其上做出N阱用于制作P沟管,而在原基片上制作N沟管。下面简要介绍一下工艺过程及相应的各次光刻掩膜版。 光刻1：N阱掩模版 1#版为N阱掩膜。用以限定N阱区面积及位置。在二氧化硅层上刻出N阱注入窗口(刻蚀掉窗口内的二氧化硅)层,随后进行N阱注入(如磷离子)和推进。然后,重新生长薄氧和氮化硅薄层。 光刻1: N 阱掩模版 光刻2：有源区光刻 2#版为薄层氧化硅掩膜。用以确定薄氧区面积和位置。该区域内将完成所有P沟和N沟MOS管的源,漏和栅的制作,故该版又称为有源区版。这一步将分别完成场氧生长和高质量的薄栅氧化层(100A-300A)的生长。 光刻2：有源区光刻 光刻3：硅栅光刻 3#版为多晶光刻掩膜。用于制作多晶硅栅极以及形成电路结构的多晶硅的连线和电阻。这一步是在新生长的栅氧化层上先用CVD法沉淀多晶硅,用该版以干法刻蚀出所需多晶硅图形。 光刻3：硅栅光刻 光刻4：P管源漏区注入光刻 4#版为P+掺杂区图形掩膜。多晶硅栅本身作为漏,源掺杂离子注入的掩膜(离子实际上被多晶硅栅阻挡,不会进入栅下硅表面,称硅栅自对准工艺)。经硼离子注入,扩散推进,