第2章 CMOS工艺与版图

第2章CMOS工艺与版图

2.1 CMOS工艺流程

双阱硅栅CMOS工艺主要流程有以下8个步骤，分别如图2.1－2.8所示。

图2.1 Well

图2.2 Diffusion

图2.3 Poly gate

图2.4 Implant

图2.5 Contact

图2.6 Metal1

图2.7 Via

图2.8 Metal2

2.2 CMOS版图设计流程

CMOS单元（Inverter）版图设计流程有以下9个步骤，与CMOS工艺流程完全对应，分别如图2.9－2.17所示。

图2.9 Well

图2.10 Diffusion

图2.11 Poly gate

图2.12 Implant

图2.13 Contact

图2.14 Metal1

图2.15 Via

图2.16 Metal2

图2.17 CMOS版图示意图

2.3 Inverter版图设计实例

2.3.1 建立版图文件

新建库mylib，在Technology File栏选择Compile a new techFile，或是Attach to an exsiting techfile。这里要新建一个techfile，因此选择前者。弹出Load techfile 的对话框，如图2.18所示。

图2.18 Load Technology File窗口

在ASCII Technology File中填入csmc100.tf即可（csmc：华润上华科技）。接着就可以建立名为inv的cell了。为了完备起见，读者可以先建立Inverter的schematic和symbol view（其中pmos长6u，宽0.6u；nmos长3u，宽0.6u。model 选择hj3p和hj3n）。然后建立其layout view。

版图层次定义

由于所需的版图层次在初始LSW中并不存在，因此设计中必须建立相应工艺库所需的版图层次及其显示属性。以下仅列出绘制Inverter版图时所需的最少版图层次。

如图2.19所示窗口。

图2.19 LPP Editor窗口

2在Technology Library中选择库mylib，先使用delete功能去除不需要的层次。

然后点击Add添加必需的层次，弹出如图2.20所示的窗口：

图2.20 Add LPP窗口图2.21 LSW窗口其中，layer name中填入所需添加的层次名称。Abbv是层次名称缩写。Number是系统给层次的内部编号，系统保留128－256的数字作为其默认层次的编号，而将1－127留给开发者创造新层次。Purpose是所添加层次的功用，如果是绘图层次，一般选择drawing。Priority是层次在LSW中的排序位置。其余的选项一般保持默认值。窗口右边是图层的显示属性。可以直接套用其中某些层次的显示属性。也可以点击Edit Resources编辑显示属性。如图2.22所示。

图2.22 Display Resource Editor 窗口

绘制版图 1 pmos 版图 1.1 有源区

在LSW 中，点击active （dg ），点击rectangle icon ，绘制宽3.6u 、长6u 的矩形。点击misc/ruler 添加标尺以便定标（清除标尺点击misc/clear ruler ）。在绘制时出错，点击需要去除的部分，然后点击delete icon 。 1.2 poly

在LSW 中，点击poly （dg ），画矩形，与有源区的位置关系如图2.23所示。

图2.23 版图设计规则1

1.3 pmos

在刚才图形的基础上添加一个pselect 层，这一层将覆盖整个有源区0.6u 。接着在整个管子外围画上nwell ，它覆盖有源区1.8u 。如图2.24所示。

0.6u

1.5u

3.6u

0.6u

6u

图2.24 版图设计规则2

1.4 衬底连接

pmos 的衬底（nwell ）必须连接到vdd 。首先画一个1.2u ×1.2u 的active 矩形，然后在这个矩形的边上包围一层nselect 层（覆盖active 0.6u ），最后将nwell 的矩形拉长，完成后如图2.25所示。

图2.25 版图设计规则3

2 布线

pmos 管必须连接到输入信号源和电源上，因此必须在原图基础上布金属线。布线完毕后的版图如图2.26所示。 2.1 contact1

首先完成有源区（源区和漏区）的连接。在源区和漏区上用contact （dg ）层分别画三个矩形，尺寸为0.6乘0.6。注意：contact 间距为1.5u 。 2.2 metal1

用metal1（dg ）层画两个矩形，分别覆盖源区和漏区上的contact ，覆盖长度为0.3u 。 2.3 contact2

nwell pselect

1.8u

0.6u

nselect active

pselect

为完成衬底连接，必须在衬底的有源区中间添加一个contact 。这个contact 每边都被active 覆盖0.3u 。 2.4 连线

画电源金属连线，宽度为3u 。将其放置在pmos 版图的最上方。

图2.26 版图设计规则4

3 nmos 版图

绘制nmos 管的步骤同pmos 管基本相同，下面给出nmos 管的图形及一些版图设计参数，如图2.27所示。

图2.27 版图设计规则5

4 Inverter 版图设计 4.1 多晶硅

新建Inverter 版图视图。将上面完成的两个版图拷贝到其中，并以多晶硅为基准将两图对齐。然后将多晶硅延长并相交。 4.2 输入

为了与外部电路连接，需要用到metal2。但poly 和metal2不能直接相连，因此必须得借助metal1完成连接。具体步骤是：

3u

0.6u 3u

0.6u

3.6u

①两mos管之间画一个0.6×0.6的contact。

②在这个contact上覆盖poly，过覆盖0.3u。

③在这个contact的左边画一个0.6×0.6的via，然后在其上覆盖metal2

（dg），过覆盖0.3u。

④用metal1连接via和contact，过覆盖为0.3u。版图如图2.28所示。

metal2

metal1

poly

图2.28 版图设计规则6

4.3 输出

先将两版图右边的metal1连起来（任意延长一个的metal1，与另一个相交）。然后在其上安置via，接着在via上连接metal2。

4.4 标注

在LSW中选择层次text（d3），点击create/label，设置label name为vdd！并将它放置在版图中相应的位置上。按同样的方法创制gnd！、INA、Out的标签。最终版图如图2.29.a所示，与另一套设计规则′（注意与以上设计规则区分）对应的版图如图2.29.b所示。

5 Inverter版图设计规则′

5.1 nmos版图设计规则

①ndiff过覆盖contact 0.9u

②最小contact宽度0.6u

③contact间距0.6u

④contact与栅间距0.6u

⑤poly超出ndiff 0.6u

⑥metal过覆盖contact 0.4u

⑦width为3.6u

⑧length为0.6u

5.2 pmos版图设计规则

①nwell过覆盖pdiff 0.4u

②pdiff过覆盖contact 0.9u

③最小contact宽度0.6u

④contact间距0.6u

⑤contact与栅间距0.6u

⑥poly超出pdiff 0.6u

⑦metal过覆盖contact 0.4u

⑧width为7.2u

⑨length为1.0u

5.3 Inverter版图设计规则

①power与ground宽度1.8u

②ndiff到pdiff间距0.5u

③metal1之间间距0.8u

④metal1宽度0.8u

⑤length为18.0u

2.29.a 2.29.b

图2.29 Inverter版图示意图

2.4 IC设计流程

以下以三个设计流程，简单介绍一般IC设计的规范步骤。1总体设计框架（如图2.30所示）

以框架结构体现总体的设计思路。

2IC设计流程（如图2.31所示）

具体到每个设计环节的一般IC设计流程。

3IC后端设计流程（如图2.32所示）

在版图基础上进行后续设计。

图2.30 总体设计框架

图2.31 IC设计流程

图2.32 后端设计流程

CMOS版图设计

第5章CMOS版图设计

5.1 版图设计基本概念 5.2 设计规则 5.3 基本工艺层版图 5.4 FET版图尺寸的确定 5.5 逻辑门的版图设计 5.6标准单元版图 5.7 设计层次化 2/78

3/78 5.1 版图设计基本概念 ? 什么是版图设计？ ?Layout design ：定义各工艺层图形的形状、尺寸以 及不同工艺层的相对位置。

?版图设计的内容 ?布局：就是将组成集成电路的各部分合理地布置在芯 片上。安排各个晶体管、基本单元、复杂单元在芯片 上的位置。 ?布线：就是按电路图给出的连接关系，在版图上布置 元器件之间、各部分之间的连接。设计走线，实现管 间、门间、单元间的互连。 ?尺寸确定：确定晶体管尺寸（W、L）、互连尺寸（宽 度）以及晶体管与互连之间的相对尺寸等。 4/78

?版图设计的目标 ?满足电路功能、性能指标、质量要求 ?尽可能节省面积，以提高集成度，降低成本 ?尽可能缩短连线，以减少复杂度，缩短延时、改善 可靠性 5/78

EDA工具的作用(EDA: Electronic Design Automation) ?版图编辑 ?规定各个工艺层上图形的形状、尺寸、位置（Layout Editor） ?规则检查 ?版图与电路图一致性检查（LVS，Layout Versus Schematic） ?设计规则检查（DRC，Design Rule Checker） ?电气规则检查（ERC，Electrical Rule Checker） ?布局布线 ?Place and route，自动给出版图布局与布线 6/78

CMOS反相器电路版图设计与仿真

CMOS反相器电路版图设计与仿真 姓名：邓翔 学号：1007010033 导师：马奎 本组成员：邓翔石贵超王大鹏

CMOS反相器电路版图设计与仿真 摘要：本文是基于老师的指导下，对cadence软件的熟悉与使用，进行CMOS反相器的电路设计和电路的仿真以及版图设计与版图验证仿真。 关键字：CMOS反相器；版图设计。 Abstract:This article is based on the teacher's guidance, familiar with cadence software and use, for CMOS inverter circuit design and circuit simulation and landscape and the landscape design of the simulation. Key word:CMOS inverter;Landscape design. 一引言 20世纪70年代后期以来，一个以计算机辅助设计技术为代表的新的技术改革浪潮席卷了全世界，它不仅促进了计算机本身性能的进步和更新换代，而且几乎影响到全部技术领域，冲击着传统的工作模式。以计算机辅助设计这种高技术为代表的先进技术已经、并将进一步给人类带来巨大的影响和利益。计算机辅助设计技术的水平成了衡量一个国家产业技术水平的重要标志。 计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助知识劳动者进行工程和产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一种技术。它是综合了计算机科学与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。计算机辅助设计技术的发展是与计算机软件、硬件技术的发展和完善，与工程设计方法的革新紧密相关的。采用计算机辅助设计已是现代工程设计的迫切需要。 电子技术的发展使计算机辅助设计(CAD)技术成为电路设计不可或缺的有力工具。国内外电子线路CAD软件的相继推出与版本更新，是CAD技术的应用渗透到电子线路与系统设计的各个领域，如电路图和版图的绘制、模拟电路仿

CMOS反相器的版图设计

实验一：CMOS反相器的版图设计 一、实验目的 1、创建CMOS反相器的电路原理图(Schematic)、电气符号(symbol)以及版图(layout); 2、利用’gpdk090’工艺库实例化MOS管； 3、运行设计规则验证(Design Rule Check,DRC)确保版图没有设计规则错误。 二、实验要求 1、打印出完整的CMOS反相器的电路原理图以及版图； 2、打印CMOS反相器的DRC报告。 三、实验工具 Virtuoso 四、实验内容 1、创建CMOS反相器的电路原理图； 2、创建CMOS反相器的电气符号； 3、创建CMOS反相器的版图； 4、对版图进行DRC验证。

1、创建CMOS反相器的电路原理图及电气符号图 首先创建自己的工作目录并将/home/iccad/cds.lib复制到自己的工作目录下（我的工作目录为/home/iccad/iclab），在工作目录内打开终端并打开virtuoso(命令为icfb &). 在打开的icfb –log中选择tools->Library Manager,再创建自己的库，在当前的对话框上选择File->New->Library,创建自己的库并为自己的库命名（我的命名为lab1），点击OK后在弹出的对话框中选择Attach to an exiting techfile并选择gpdk090_v4.6的库，此时Library manager的窗口应如图1所示： 图1 创建好的自己的库以及inv 创建好自己的库之后，就可以开始绘制电路原理图，在Library manager窗口中选中lab1,点击File->New->Cell view,将这个视图命名为inv(CMOS反相器)。需要注意的是Library Name一定是自己的库，View Name是schematic,具体如图2所示： 图2 inv电路原理图的创建窗口 点击OK后弹出schematic editing的对话框，就可以开始绘制反相器的电路原理图(schematic view)。其中nmos(宽为120nm,长为100nm.)与pmos(宽为240nm,长为100nm.)从gpdk090_v4.6这个库中添加，vdd与gnd在analogLib这个库中添加，将各个原件用wire连接起来，连接好的反相器电路原理图如图3所示：

CMOS反相器版图设计

成绩评定表 学生姓名班级学号7 专业课程设计题目CMOS反相器评 语 组长签字： 成绩 日期20 年月日

课程设计任务书 学院信息科学与工程学院专业 学生姓名班级学号 课程设计题目CMOS反相器 实践教学要求与任务: 1.用tanner软件中的S-Edit编辑CMOS反相器。 2.用tanner软件中的TSpice对CMOS反相器电路进行仿真并观察波形。 3.用tanner软件中的L-Edit绘制CMOS反相器版图，并进行DRC验证。 4.用tanner软件中的TSpice对版图电路进行仿真并观察波形。 5.用tanner软件中的layout-Edit对电路网表进行LVS检验观察原理图与版图的匹配程度。 工作计划与进度安排: 第一周 周一：教师布置课设任务，学生收集资料，做方案设计。 周二：熟悉软件操作方法。 周三~四：画电路图 周五：电路仿真。 第二周 周一~二：画版图。 周三：版图仿真。 周四：验证。 周五：写报告书，验收。 指导教师： 201 年月日专业负责人： 201 年月日 学院教学副院长： 201 年月日

目录 目录............................................................................................................................ III 1.绪论 (1) 1.1设计背景 (1) 1.2设计目标 (1) 2.CMOS反相器 (2) 2.1CMOS反相器电路结构 (2) 2.2CMOS反相器电路仿真 (3) 2.3CMOS反相器的版图绘制 (4) 2.4CMOS反相器的版图电路仿真 (4) 2.5LVS检查匹配 (5) 总结 (7) 参考文献 (8) 附录一：原理图网表 (9) 附录二：版图网表 (10)

CMOS反相器电路版图设计与仿真

CMO反相器电路版图设计与仿真 姓名：邓翔 学号：33 导师：马奎 本组成员：邓翔石贵超王大鹏

CMO反相器电路版图设计与仿真 摘要：本文是基于老师的指导下，对cade nee软件的熟悉与使用, 进行CMO反相器的电路设计和电路的仿真以及版图设计与版图验证仿真。 关键字：CMO反相器；版图设计。 Abstract：This article is based on the teacher's guida nee, familiar with cade nee software and use, for CMOS in verter circuit design and circuit simulation and Iandscape and the Iandscape design of the simulatio n. Key word : CMOS inverter;Landscape design. 一引言 20世纪70年代后期以来，一个以计算机辅助设计技术为代表的新的技术改革浪潮席卷了全世界，它不仅促进了计算机本身性能的进步和更新换代，而且几乎影响到全部技术领域，冲击着传统的工作模式。以计算机辅助设计这种高技术为代表的先进技术已经、并将进一步给人类带来巨大的影响和利益。计算机辅助设计技术的水平成了衡量一个国家产业技术水平的重要标志。 计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助知识劳动者进行工程和产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一种技术。它是综合了计算机科学与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。计算机辅助设计技术的发 展是与计算机软件、硬件技术的发展和完善，与工程设计方法的革新紧密相关的。采用计算机辅助设计已是现代工程设计的迫切需要。 电子技术的发展使计算机辅助设计（CAD）技术成为电路设计不可或缺的有力工具。国内外电子线路CAD软件的相继推出与版本更新，是CAD技术的应用渗透到电子

集成电路设计cmos反相器的电路设计及版图设计

题目: cmos反相器的电路设计及版图设计 初始条件： Cadence ORCAD和L-EDIT软件 要求完成的主要任务: 1、课程设计工作量：2周 2、技术要求： （1）学习ORCAD和L-EDIT软件。 （2）设计一个cmos反相器电路。 （3）利用ORCAD和L-EDIT软件对该电路进行系统设计、电路设计和版图设计，并进行相应的设计、模拟和仿真工作。 3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰 写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。 时间安排： 2013.11.22布置课程设计任务、选题；讲解课程设计具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课程设计答疑事项。 2013.11.25-11.27学习ORCAD和L-EDIT软件，查阅相关资料，复习所设计内容的基本理论知识。 2013.11.28-12.5对CMOS反相器电路进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。 2013.12.6 提交课程设计报告，进行答辩。 指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日

目录 摘要 (3) 绪论 (5) 1软件介绍及电路原理 (6) 1.1软件介绍 (6) 1.2电路原理 (6) 2原理图绘制 (8) 3电路仿真 (10) 3.1瞬态仿真 (10) 3.2直流仿真 (11) 4版图设计及验证 (12) 4.1绘制反相器版图的前期设置 (12) 4.2绘制反相器版图 (13) 4.3 DRC验证 (15) 结束语 (17) 参考文献 (18)

摘要 CMOS技术自身的巨大发展潜力是IC高速持续发展的基础。集成电路制造水平发展到深亚微米工艺阶段，CMOS的低功耗、高速度和高集成度得到了充分的体现。本文将简单的介绍基于ORCAD和L-EDIT的CMOS反相器的电路仿真和版图设计，通过CMOS反相器的电路设计及版图设计过程，我们将了解并熟悉集成电路CAD的一种基本方法和操作过程。 关键词：CMOS反相器ORCAD L-EDIT版图设计

实验二 CMOS与非或非门版图设计2010

实验二CMOS与非/或非门设计 一、实验目的 进一步熟悉tanner-pro中的s-edit，t-sipice和w-edit软件，完成与非/或非门的原理图设计与分析。 电路版图实现过程中源、漏共用方法、MOS管串联与并联的尺寸选择方法、L-edit软件的基本设定和集成电路工艺与版图的图层关系。 二、预习要求 1、进一步掌握s-edit编辑环境，设计与非/或非门的原理图 2、进一步掌握t-sipice和w-edit仿真环境，完成与非/或非门的仿真 3、根据性能和指标要求，明确设计要求和规则要求。 4、掌握L-edit编辑环境，设计与非/或非门的版图 5、掌握t-sipice和w-edit仿真环境，完成版图与非/或非门的仿真 6、掌握lvs环境变量 7、写出预习报告 三、与非/或非门版图的设计方法 1、确定工艺规则。 2、绘制与非/或非门版图。 3、加入工作电源进行分析 4、LVS比较 四、实验内容 完成CMOS与非门版图设计，CMOS与非门的原理图如下，要求在L-edit工具中画出一下电路元件，并且给出输入输出端口以及电源和地线。画出上述晶

体管对应的版图，并且要求画出的版图在电学上，物理几何上，以及功能一致性上正确，版图的设计参考样式如下： 五、版图规则/一致性检查 对所设计的版图进行DRC、ERC规则检查 对所设计的版图进行LVS一致性检查 六、后仿真与改进 对于设计的版图是否能够达到优异的性能，需要通过提取版图上的寄生参数，对含有版图寄生参数的电路进行仿真才能知道，很多时候版图上错误的走线，布图方法会导致致命的错误。 对于CMOS与非门版图设计，需要进行以下仿真：给CMOS与非门的输入以不同的阶越信号的输入，观察CMOS与非门的输出信号的变化。 七、实验报告要求 实验报告包括以下内容 项目名称 已知条件和指标要求 原理图设计与分析 版图设计规则 版图设计规程 规则检查、一致性比较 电路的仿真、改进和建议

cmos版图设计

目录 摘要........................................................................................ 第一章引言......................................................................... §1.1CMOS运放工艺技术的发展水平........................ §1.2放大器的发展趋势................................................ 第二章CMOS运算放大器电路图..................................... §2.1 Pspice软件介绍................................................. 2.1.1 Pspice运行环境....................................... 2.1.2 Pspice功能简介....................................... §2.2 CMOS运算放大器电路图的制作.................... §2.3 小结....................................................................... 第三章版图设计................................................................. §3.1 L-EDIT软件介绍.............................................. §3.2 规则选取............................................................. §3.3 版图制作............................................................. 3.3.1 PMOS版图设计...................................... 3.3.2 NMOS版图设计..................................... 3.3.3 CMOS运算放大器版图设计................. 3.3.3.1 最初构想............................................ 3.3.3.2 优化设计............................................ 3.3.3.3 小结.................................................. 第四章仿真........................................................................