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1、版图设计规则版图概述n定义：版图定义：版图(Layout)(Layout)是集成电路设计者将设计是集成电路设计者将设计并模拟优化后的电路转化成的一系列几何图形，并模拟优化后的电路转化成的一系列几何图形， 包含了集成电路尺寸、各层拓扑定义等器件相包含了集成电路尺寸、各层拓扑定义等器件相关的物理信息数据。关的物理信息数据。 n集成电路制造厂家根据这些数据来制造掩膜。集成电路制造厂家根据这些数据来制造掩膜。 n掩膜上的图形决定着芯片上器件或连接物理层掩膜上的图形决定着芯片上器件或连接物理层的尺寸。因此的尺寸。因此版图上的几何图形尺寸与芯片上版图上的几何图形尺寸与芯片上物理层的尺寸直接相关物理层的尺寸
2、直接相关。 版图概述n设计者只能根据厂家提供的设计规则进行版图设计。严格遵守设计规则可以极大地避免由于短路、断路造成的电路失效和容差以及寄生效应引起的性能劣化。n版图在设计的过程中要进行定期的检查，避免错误的积累而导致难以修改。举例：工艺结构 以TSMC（台积电）的0.35m CMOS工艺为例nTSMC的0.35m沟道尺寸和对应的电源电压、电路布局图中金属布线层及其性能参数TSMC 0.35umCMOS工艺定义的全部工艺层工艺定义的全部工艺层举例：工艺结构nFeature size L=0.18umnVDD 1.8V/2.5VnDeep NWELL to reduce substrate no
3、isenMIM capacitor(1fF/um2)n6 Metal 1 PolynPolycideresistor(7.5 Ohm/sq)nHigh N/P implant resistor(59 Ohm/sq, 133 Ohm/sq)nM1-M5 (78 mOhm/sq) Thick-top-metal (18 mOhm/sq)举例：工艺结构0.18um 工艺结构工艺结构MIM:metalMIM:metal-insulator-metal-insulator-metalHDP:highHDP:high-density plasma-density plasma厚的顶层金属：信号线，减少了寄
4、厚的顶层金属：信号线，减少了寄生电容和电阻干扰生电容和电阻干扰NAPT/PAPT = N/P Channel AntiNAPT/PAPT = N/P Channel AntiPunchthroughPunchthrough (NMOS/PMOS(NMOS/PMOS防止穿通注入）防止穿通注入）VTN/VPN = N/P Channel Threshold VTN/VPN = N/P Channel Threshold Voltage Adjust Voltage Adjust （NMOSNMOS阈值电压调阈值电压调节注入）节注入）设计规则(design rule)n版图几何设计规则可看作是对光刻
5、掩模版制备要求。光刻掩模版是用来制造集成电路的。这些规则在生产阶段中为电路设计师和工艺工程师提供了一种必要的信息联系。 版图的设计有特定的规则，规则是集成 电路制造厂家根据自已的工艺特点而制定的。因此，不同的工艺就有不同的设计规则。设计者只有得到了厂家提供的规则以后，才能开始设计。n两种规则：两种规则： (a) 以以( (lamdalamda) )为单位为单位的设计规则的设计规则相对单位相对单位 (b) (b) 以以m m（micron)micron)为单位为单位的设计规则的设计规则绝对单位绝对单位 如果一种工艺的特征尺寸为如果一种工艺的特征尺寸为S S m,m,则则=S/2 =S/2 m m
6、，选用选用为单位的设计规则主要与为单位的设计规则主要与MOSMOS工艺的成比例工艺的成比例缩小有关。缩小有关。n设计规则主要包括各层的最小宽度、层与层之设计规则主要包括各层的最小宽度、层与层之间的最小间距间的最小间距、最小交叠等、最小交叠等。设计规则(design rule)n1、最小宽度、最小宽度(minWidth)最小宽度指封闭几何图形的最小宽度指封闭几何图形的内边之间的距离内边之间的距离 在利用在利用DRC(设计规则检查设计规则检查)对版图进行几何规则检查时，对于宽度低对版图进行几何规则检查时，对于宽度低于规则中指定的最小宽度的几何图形，计算机将给出错误提示。于规则中指定的最小宽度的几何
7、图形，计算机将给出错误提示。设计规则(design rule)TSMC_0.35m CMOSTSMC_0.35m CMOS工艺中各版图层的线条最小宽度工艺中各版图层的线条最小宽度设计规则(design rule)设计规则(design rule)n2、最小间距、最小间距(minSep) 间距指各几何图形间距指各几何图形外边界之间外边界之间的距离。的距离。TSMC_0.35m CMOS工艺版图各层图形之间的最小间距设计规则n3、最小交叠、最小交叠(minOverlap)交叠有两种形式：交叠有两种形式： a)一几何图形一几何图形内边界内边界到另一图形的到另一图形的内边界内边界长度长度(overla
8、p)， 如图如图 (a) b)一几何图形一几何图形外边界外边界到另一图形的到另一图形的内边界内边界长度长度(extension)，如图如图 (b)TSMC_0.35m CMOS工艺版图各层图形之间最小交叠设计规则举例nMetalMetal相关的设计规则列表相关的设计规则列表 编编编编 号号号号描描描描 述述述述尺尺尺尺 寸寸寸寸目的与作用目的与作用目的与作用目的与作用5a5a5a5a金属宽度金属宽度金属宽度金属宽度2.52.52.52.5保证铝线的良好保证铝线的良好保证铝线的良好保证铝线的良好电导电导电导电导5b5b5b5b金属间距金属间距金属间距金属间距2.02.02.02.0防止铝条联条防
9、止铝条联条防止铝条联条防止铝条联条设计规则举例tf文件(Technology File)和display.drf文件n这两个文件可由厂家提供，也可由设计人员根据design rule自已编写。ntf文件规定了版图的层次、各层次的表示方式、设计规则。ndisplay.drf是一个显示文件，规定显示的颜色。Tf & displayDRC（设计规则检查（设计规则检查 Design Rule Check）层的概念层的概念Original Layer Original Layer 初始层初始层Derived Layer Derived Layer 衍（派）生层衍（派）生层Layer Processing
10、 Layer Processing 层处理层处理Geometry Geometry 几何图形几何图形Layer Processing（层处理命令）（层处理命令）层处理命令的类型Layer Processing（层处理命令）（层处理命令）Logical CommandsLogical Commands（逻辑命令）（逻辑命令）polypolyndiffndiffOriginal layerOriginal layerLayer Processing（层处理命令）（层处理命令）polydiff原始层原始层Logical CommandsLogical Commands（逻辑命令）（逻辑命令）Rela
11、tional Commands Relational Commands （关系命令）（关系命令）Layer Processing（层处理命令）（层处理命令）内切内切外切外切图片有错图片有错颠倒一下颠倒一下Layer Processing（层处理命令）（层处理命令）Relational Commands Relational Commands （关系命令）（关系命令）Sizing CommandsSizing Commands（尺寸命令）（尺寸命令）把整个图形扩展把整个图形扩展扩展边沿扩展边沿线扩展线扩展Layer Processing（层处理命令）（层处理命令）Selection Comman
12、dsSelection Commands（选择命令）（选择命令）图形图形octagon顶点顶点Layer Processing（层处理命令）（层处理命令）gate = geomAnd(poly diff)sd = geomAndNot(diff poly)Layer Processing（层处理命令）（层处理命令）Selection CommandsSelection Commands（选择命令）（选择命令）Layer Processing（层处理命令）（层处理命令）Selection CommandsSelection Commands（选择命令）（选择命令）邻近的邻近的相邻的相邻的电阻电阻
13、Layer Processing（层处理命令）（层处理命令）Selection CommandsSelection Commands（选择命令）（选择命令）Storage CommandsStorage Commands（存储命令（存储命令）新的层新的层间距间距Layer Processing（层处理命令）（层处理命令）DRC (Design Rule Check)当technology file 创建后，用于DRC的规则在drcExtractRules 中定义从从drcExtractRulesdrcExtractRules过过程中取出的程中取出的DRC DRC 规则规则可用于创建可用于创建d
14、ivaDRC.ruldivaDRC.rul 槽口DRC Function DRCDRC Function DRC函数函数DRC (Design Rule Check)的命令的命令DRC (Design Rule Check)的命令的命令DRC规则文件 ngeomOr( )语句的目的是把括号里的层次合并语句的目的是把括号里的层次合并起来，也就是或的关系。起来，也就是或的关系。 n利用这些原始层次的利用这些原始层次的“与或非与或非”关系可以生成关系可以生成设计规则检查所需要的额外层次设计规则检查所需要的额外层次 ndrcExtractRules(nbkgnd = geomBkgnd()nNT =
15、geomOr( NT ) ；N阱，假设技术文件中以”NT”为名。nTO = geomOr( TO ) ；有源区,nGT = geomOr( GT ) ；多晶硅nW1 = geomOr( W1 ) ；接触孔nA1 = geomOr( A1 ) ；铝线DRC规则文件noutlayer=drc(inlayer1 inlayer2 function modifiers )n说明: noutlayer表示输出层 ,如果没有定义outlayer层，出错的信息将直接显示在出错的原来层次上。ninlayer1和inlayer2是代表要处理的版图层次。n function中定义的是实际检查的规则，关键字有sep
16、（不同图形之间的间距）, width, enc（露头）, ovlp(过覆盖), area, notch（挖槽的宽度）等。关系有, =, =, =等。结合起来就是：sep3, width4, 1enc5 等关系式。 DRC规则文件n举例：n drcExtractRules( bkgnd = geomBkgnd() NT = geomOr( NT ) ；N阱，假设技术文件中以”NT”为名。 TO = geomOr( TO ) ；有源区, GT = geomOr( GT ) ；多晶硅 W1 = geomOr( W1 ) ；接触孔 A1 = geomOr( A1 ) ；铝线drc(GT TO (enc
17、2) Poly Overhang out of Active into Field2.0) DRC规则文件ngeomAnd（）把括号内层次“与”之后再赋给前面的新层次。ngeomAndNot（）是把括号内层次“与非”之后再赋给前面的新层次。 DRC规则文件 gate = geomAnd( GT TO ) connect = geomAndNot( GT TO ) drc( connect TO ( sep 2.0) Field Poly to Active spacing 2.0) drc( gate TO (sep 1.5) Active Poly to Active spacing 1.5
18、)举例：举例：DRC规则文件nsaveDerived 语句输出坏的接触孔图形到错误层中。n举例： saveDerived( geomAndNot( W1 geomOr( TO GT ) ) Contact not inside Active or Poly ) saveDerived( geomAndNot( W1 A1 ) Contacts not covered by Metal ) drc( W1 width 4.0 Contact width 4.0 ) drc( W1 sep 2.0 Contact to Contact spacing 2.0 ) drc( TO W1 enc 1.
19、5 Contact inside Active 1.5 )DRC规则文件n练习 Wactive = geomAnd( W1 TO ) Wpoly = geomAnd( W1 GT ) drc( Wpoly TO sep 3.5 ) drc( Wactive GT sep 2.0 ) drc( GT W1 enc 1.5) drc( A1 W1 enc 1.5)定义：定义： drcExtractRules( bkgnd = geomBkgnd() NT = geomOr( NT ) ；。；。 TO = geomOr( TO ) ；有源区；有源区, GT = geomOr( GT ) ；多晶硅；多晶硅 W1 = geomOr( W1 ) ；接触孔；接触孔 A1 = geomOr( A1 ) ；铝线；铝线
