发布时间 : 星期日 文章一位全加器版图设计与模拟更新完毕开始阅读08fcd83d25c52cc58bd6bed3
西北工业大学明德学院本科毕业设计论文
第二章 CMOS集成电路板图设计
2.1 版图设计的概念和方法
版图是包含集成电路的器件类型、器件尺寸、器件之间的相对位置及各个器件之间的连接关系等相关物理信息的图形，这些图形由位于不同绘图层上的基本几何图形构成。
图2-1 集成电路板图范例
版图设计是集成电路设计和物理制造的中间环节，其主要目的是将设计好的电路映射到硅片上进行生产。在版图设计的过程中，设计人员除了具备一定的电学知识、基本电路设计和认知能力、EDA工具的使用能力及良好的想象力和一定
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的艺术美感之外，还需要对集成电路的物理结构及生产工艺有所了解。
一、版图设计的方法
版图设计在集成电路设计流程中位于后端，它是集成电路设计的最终目标，版图设计的优劣直接关系到芯片的工作速度和面积，因此版图设计在集成电路设计中起着非常重要的作用。版图设计的流程是由设计方法决定的。版图设计方法可以从不同的角度进行分类，如果按照自动化程度，大致可分为三类：全自动设计、半自动设计和手工设计。 1、全自动版图设计
全自动版图设计方法是指通过计算机辅助设计工具、利用电路的门级网表自动生成版图的设计方法。电路的门级网表可以通过对RTL代码进行综合得到。RTL代码是指用硬件描述语言(VHDL或Verilog)对电路逻辑进行描述的代码。 可以进行全自动版图设计的EDA工具主要有Cadence公司的SE、Synopsys的Apollo 等。
2、半自动设计
版图的半自动设计是指在计算机上利用符号进行版图输入，符号代表不同层版的版图信息，然后通过自动转换程序将符号转换成版图。 3、人工设计
版图的人工设计主要应用在模拟集成电路的版图设计、版图单元库文件的建立和全定制数字集成电路设计中。模拟集成电路因其复杂而无规则的电路形式(相对于数字电路而言)，故在技术上只适宜于采用全定制的人工设计方法；版图的基本单元因其性能和面积的要求而需要采用全定制的人工设计方法；全定制数字集成电路的版图因考虑到其成本与性能而采用全定制设计方法。
人工设计版图是指设计者利用版图设计工具，通过编辑基本图形(如连线、矩形和多边形等)得到晶体管和其他基本元件的版图，然后将这些基本元件互连生成小规模的单元，通过逐层绘图的方式形成最后的整个集成电路版图。在这种设计方法下，计算机只作为绘图与规则验证工具而起辅助作用，对所设计的版图的每一部分，设计者都要进行反复的比较、权衡、调整和修改，要求得到最佳尺寸的元器件、最合理的版图布局和路径最短的互连线等。
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人工设计在获得最佳芯片性能的同时，也因为芯片面积最小而大大降低了每个芯片的生产成本，但其设计周期要比自动和半自动设计方法长。
二、版图中的绘图层
绘图层是指完成集成电路的版图设计所需要的最少分层数目。我们以N阱CMOS工艺为例，通常情况下，绘图层的种类有：N阱层(N Well)、有源区层(Active)、多晶硅栅层(Poly)、P选择层(P Select)、N选择层(N Select)、接触孔层(Contact)、通孔层(Via)、金属层(Metal)、文字标注层(Text)和焊盘层(Pad)。 1、N阱层
“N阱”用来确定N型衬底的区域。PMOS晶体管是制造在N阱上的，这时的N阱必须连接到电源VDD上。图2-2给出了N阱区的横截面图和相对应的掩膜版图。
图2-2 N阱的横截面图和掩膜版图
2、有源区层
有源区是晶体管的源区和漏区建立的基础，源区和漏区是通过多晶硅栅两旁的有源区来确定的。有源区旁的场氧区起隔离的作用。图2-3表示的是有源区的横截面图和掩膜版图。
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图2-3 有源区的横截面图和掩膜版图
3、N选择层和P选择层
MOS晶体管有源区是通过将N型杂质离子或P型杂质离子注入到N选择层或P选择层掩膜定义的衬底的区域中形成的，所以N选择层或P选择层用来定义覆盖包含有源区的区域。N选择层(或P选择层)和有源区共同形成了扩散区(ndiff或pdiff，又称为N+或P+)。
N+区域的形成是通过将砷或磷离子注入到圆片上有源区的开口处得到的。N+区域的横截面图和掩膜版图如图2-4所示。
图2-4 N+区域的横截面图和掩膜版图
4、多晶硅栅层
集成电路中的栅极通常用多晶硅来进行淀积。多晶硅除了可以用来淀积栅极之外，还可以用来生成电阻。另外，多晶硅栅层和金属层一样也可用于互连，但
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