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1、微机电系统课程实验之二用L-edit进行集成电路的版图设计微机电系统课程组 编写电子科技机械电子工程学院2005年6月实验名称：用L-edit进行集成电路的版图设计一、实验目的1. 熟悉L-edit的使用；2. 掌握L-edit进行集成电路版图设计的方法；3. 掌握集成电路元件制作与版图设计之间的关系。二、实验任务根据图中电路设计出一个集成电路，画出版图，采用1um设计规则。参数为：铝条最小间距1um引线孔最小1um引线孔间距1um图1. 需要实现版图设计的电路三、实验说明1. L-edit的使用说明（1）L-edit概述L-edit是一个圆形编辑器，它允许生成和修改集成电路掩模版上的几何图形
2、。鼠标接口允许用户执行一般图形操作。既可使用鼠标访问下拉菜单也可以使用键盘来调用L-edit命令。 文件和单元使用文件、单元、连接器、掩模基元来描述布局设计，一个文件可以有任意多个单元组成，在典型设计中，这些单元可以有层次关系，也可以相互独立，单元可以包括任意数量的掩模基元和连接件，以及两者的组合，掩模单元由矩形、图、直线、多边形和技术层端口组成。 层次完全层次性的单元的连接件。一个连接件是一个单元的“拷贝”，如果编辑连接单元，这种改变将反映到那个单元的所有连接件上。L-edit对层次不作限制。单元可以包含单元的连接件，被包含的单元又可以包含别的连接件，这样就形成了单元层次。在层次结构中可以有
3、任意级。L-edit不能用于分离的层次结构，连接件和基元几何图形都可以存在于层次结构的任意级中的同一单元内。 单元设计L-edit是一个低层次的，全定制掩模编辑器，该编辑器不能执行层的自动转换。 层规划L-edit是一个高层规划工具。用户可以选择要显示的连接件，它显示一个边框，中间显示单元名，也可以显示掩模几何图形。使用内部隐藏时，可以操作用户设计的大型芯片级块，以获得所需要的层规划。用户可使用用于操作基元的几何图形的命令。 文件格式L-edit能输出两种掩模布局交换格式（CIF, GDSII）以及Tanner Research公司的二进制数据库的格式TDB（Tanner Data Base）
4、，L-edit能够读取CIF（Caltech Intermediate Form）和TDB文件。Calma GDS格式，简称GDSII格式，是一种应用最为广泛的格式，它几乎能表示版图的各种图形数据，GDSII是一种二进制数据流（stream）的格式，文件内以一种变长记录作为数据流的单位。由于GDSII文件是二进制的数据流形式，读和写都是由专门程序进行，因而无法直接读懂或对它修改。CIF格式是一种ASCII码的文本格式，人们可以在文本编辑器中读、写CIF文件（2）L-Edit具体使用讲解（下面的所有操作都是建立在WINDOWS下的Versionsion7.12基础之上 L-Edit屏幕区域分三个
5、主要部分：方式杠，菜单杠，工作区。方式杠是屏幕左方的垂直空间，它显示了当前L-Edit操作的信息。显示的信息包括文件和单元名，层的颜色和色彩选择，画绘图工具和鼠标功能。鼠标键功能的区域在状态或选择有变化的情况下会自动更新：以反映鼠标的当前功能。菜单杠是屏幕顶部的水干空间，在菜单杠中可以看到下拉式菜单标题的名：字File, Edit, View, Draw, Cell, Setup，Tools, Windows, Help，每个菜单都为L-Edit功能列出了指令。鼠标允许用户显示一个菜单以及选择一个执行指令。以下是对各种菜单及其功能的简要描述：File菜单为读写设计文件和打印提供指令 Edit菜
6、单提供了主要的编辑指令 View菜单为操作或修改工作窗口提供了指令 Cell菜单为开、关及爷种操纵单元提供了指令Setup菜单提供了一些指令，这些指令控制者不同的定制选择，如调色板，层设置等Tools菜单为主要的实用程序，如设计规则检验器（DRC），布线器（PlaceandRoute）Windows菜单为浏览窗口Help菜单为帮助文件工作区是屏幕上的其他部分，它定义了一个可以建立、观察和编辑目标的窗口。L-Edit窗口可以移动到一个新的布局区里或能增大它的放大率以及包含一个更大的区域。可以根据所需细节的多少的况来使用这些技术来观察整个布局区。 基本对象编辑L-Edit支持对象L-Edit支持九
7、种对象：框、直线、图、多边形、圆形、扇形、圆环形，端口和单元连接元件，所有对象可以用同样的方式来建立和编辑，移动和选择。L-Edit不能对用户绘制的图形进行修改。L-Edit是面向对象的设计工具，而不是位图编辑器。选择技术层单击屏幕左边用于技术层选择的彩色正方形中的左鼠标键。彩色正方形将凹陷以确定当前层，用户生成的所有目标将在这一层中绘出。隐藏和显示层当指向层区中的某一技术层时，击中鼠标右键时，会弹出有关改层及所有层的隐藏、显示等各种选择。特殊层L-Edit包括许多为自身使用的专用层，这些层与L-Edit环境中的多种结构相对应，栅格、起点、拖动框、单元轮廓和错误的出现是可以控制的，就像控制几何
8、图形层那样。 基本设计编辑介绍用于建立和编辑作为整个Ic布局的基本模块的设计单元的基本函数单元的构成单元主要由两大部分组成，单元基元（primitives）是描述单元功能的实际单元内容和目标。单元连接器（instances）将单元与其他单元连接起来。一个连接器包含了两个单元连接时的位置和方向信息。在有效设计中；单元、它们的墓元和连接器结合在起，构成了一个倒置的数状层次结构。单元的使用、打开、及拷贝可以在Cell下拉菜单栏中进行使用单元，打开已存单元，编辑新的单元和拷贝单元等的有关操作。连接元件单元连接件（instances）用于将单元放到布局中特定的位置和方向构造单元布局。这样如果一个单元在设
9、计中多次用到，改变那个单元可以一次完成，这种改变将反映到那个单元的所有连接元件上。显示单元和连接单元在L-Edit中可以用View菜单下的ShowHideinside命令来显示两个连接起来的单元的关系。追加单元（Append）Append命令可用于把一个单元拷贝到另一个存在的单元上，追加命令可以拷贝单元的连接元件和基元，并把它们和目标单元连接起。 颜色及调色板的设置层配置 L-Edit支持无限多的设计层，每层的物体图案都用唯一的一种颜色和点阵图案进行填充，且可以根据需要改变。在Setup菜单的Layer命令还可以用来编辑当前设计文件的层结构，而且还可以修改生成屏幕层的颜色、图案。 调色板配置L
10、-Edit的调色板包含256种不问的颜色，要修改颜色调色板，可从Setup菜单中选择Palette命令。 设计规则检查L-Edit允许使用设计规则检查器（DRC）来检查一个单元中的元素中有那些与几何约束冲突。这些规则的准确性质取决与制造你所设计的芯片的厂商所作的规定。例如一个设计规则可能是对某个层上两个分离物体之间的最小距离的要求，可以据此要求设置参数，然后执行DRC来检查设计是否与规则冲突。设计规则可以用Setup菜单下的DRC命令设置。2集成电路设计的一般步骤（1）集成电路设计概述集成电路设计包括逻辑设计（或功能）设计、电路设计、版图设计和工艺设计。通常有两种设计途径：正向设计、逆向设计。
11、正向设计是指由电路指标、功能出发，进行逻辑设计（子系统设计），再由逻辑图进行电路设计，最后由电路进行版图设计，同时还要进行工艺设计。逆向设计又称解剖分析，其作用在于仿制，可获取先进的集成电路设计和制造的秘密。无论正向还是逆向设计，在由产品提出电路图和逻辑关系后，以后的过程都一样，都是进行版图设计。版图是集成电路设计的最后阶段的产物。版图设计就是按照线路的要求和一定的工艺参数，设计出元件的图形并排列互连，以设计出一套供IC制造工艺中使用的光刻掩模版的图形，称为版图或工艺复合图。在版图设计中要遵守版图设计规则。所谓版图设计规则，是指为了保证电路的功能和一定的成品率而提出的一组最小尺寸，如最小现款、
12、最小可开孔；线条之间的最小间距、最小套刻间距等。只要遵守版图设计规则，所设计出的版图就能保证生产出具有一定合格率的合格产品。另外，设计规则是设计者和电路生产厂家之间的接口，由于各厂家的设备和工艺水平不同，因此各厂家所提供给设计者的设计规则也是不同的。设计者只有根据厂家所提供的设计规则进行版图设计，所设计出的版图才能在该厂家生产出具有一定成品率的合格产品。通常可把版图设计规则分为两种类型。第一类叫做“自由格式”，目前一般双极型集成电路的研制和生产。通常采用这类设计规则，在这类规则中，每个被规定的尺寸之间，没有必然的比例关系。这种方法的好处是各尺寸可相对独立的选择。可以把每个尺寸定得更合理，所以电
13、路性能好，芯片尺寸小。缺点是对于一个设计级别，就要有一整套数字，而不能按比例放大、缩小。第二类叫做“规整格式”。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。这样一来，就可使整个设计规则简化。规整格式的好处是设计规则简化了，对于不同的设计级别，只要代入相应的l值即可，有利于版图的计算机辅助设计。不足之处是，有时增加了工艺难度，有时浪费了部分芯片面积，而且电路性能也不如自由格式。（2）集成电路版图设计的一般规则版图设计总的原则是即要充分理由硅片面积，又要在工艺条件允许的限度内尽可能提高成品率。版图面积（包括压焊点在内）尽可能小接近方形；以减小每个电路实际占有面积。生成实践表面，当芯
14、片面积降低10，则每个大圆片上的管芯成品率可以提高1520。下面讨论版图设计时所应遵循的一般原则。 隔离区的数目尽可能少pn结隔离的隔离框面积约为管芯面积的三分之一，隔离区数目少，有利于减小芯片面积。集电极电位相同的晶体管，可以放在同一隔离区，二极管按晶体管原则处理。全部电阻可以放在同一隔离区，但隔离区不宜太大，否则会造成漏电流大，耐压低。为了走线方便，电阻也可以放在几个隔离区内。 注意防止各种寄生效应隔离槽要接电路最负电位，电阻岛的外延层接最高电位。输入与输出端尽可能远离，以方止，不应有的影响。电阻等发热元件要放在芯片中央，使芯片温度分布均匀 设计铝条时的注意事项设计铝条时，希望铝条尽量短而
15、宽。铝条本身也要引入串连电阻，因此也需计算铝条引入的串联电阻对线路的影响。铝条不能相交，有不可避免的交叉线时，可让一条或几条铝条通过发射极管的发射区间距或发射区与基区间距，也可从电阻上穿过，：但不应跨过三次氧化层。必须采用“磷桥”穿按时，要计算“磷桥”引入的附加电阻对电路特性的影响。一般不允许“磷桥”加在地线上。但在Ic设计时应尽可能避免使用扩散条穿接方式，因为扩散条不仅带来附加电阻和寄生电容，同时还占据一定的面积。 保证元件的对称性 接线孔尽可能开大凡需接地的发射极、电阻等，不能只靠在隔离槽上开的接触孔接地，要尽可能让地线直接通过该处。接地线尽可能地沿隔离槽走线。接电源地引线应尽短而宽。接VCC地电源应尽可能开大些。集电极等扩散磷孔应比其他接触孔大。 铝条适当盖住接触孔，在位置空的地方可多覆盖一些，走线太紧时，也可只覆盖一边。 为了减小版面同时又使走线方便、布局合理，个电阻的形状可以灵活多样，小电阻可用隐埋电阻。各管电极位置可以平放和立放。 确定光刻的基本尺寸。根据工艺水平和光刻精度定出图形即各个扩散孔间距的最小尺寸，其中最关键的是发射极接触孔的尺寸和套刻间距。
