VLSI系统设计2.ppt
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1、VLSI系统设计,第2章 工艺与设计接口 设计开始之前 (2011-2012),(2),本章概要:,设计与工艺接口问题 工艺抽象 电学设计规则 几何设计规则 工艺检查与监控,基本问题,设计与仿真依据,工艺监控和提模手段,(3),2.1 设计与工艺接口问题,基本问题工艺线选择 设计的困惑 设计与工艺接口,.1,电路硬件与版图设计+工艺制造=IC芯片,(4),2.1.1 基本问题工艺线选择,一条成熟的工艺线,各项工艺参数都是一定的,不允许轻易变更,而这些参数往往就成为我们设计的制约因素。 因此,设计之初必须考虑:这条工艺线对我的设计是否合适。,.1,设计之初的重要问题:选择工艺和工艺线,怎么知道是
2、否合适呢?需要了解工艺!,(5),.1,2.1.1 基本问题工艺线选择,首先了解器件的制造,器件结构关键:形成PN结组合与尺度效应,PN NPN,p-JFET NMOS,CMOS,SCR,注意集成器件的电流走向!,(6),2.1.1 基本问题工艺线选择,器件结构关键:形成PN结组合与尺度效应,.1,(7),.1,2.1.1 基本问题工艺线选择,CMOS倒相器的制造,(8),.1,(9),.1,(10),2.1.2 设计的困惑,电参数: 应用萨方程 衬偏效应(系数) 上升、下降时间(负载电容) 迁移率 版图参数: 尺寸 间距 太多的不确定,工艺线能否提供这些参数?,.1,设计参数怎样确定呢?,(
3、11),2.1.3 设计与工艺接口,如果: 工艺线提供电学设计和版图设计的规则,形成设计规则文件。 工艺线提供工艺加工质量的监测方法,形成PCM(Process Control Monitor)。 则:设计问题简单了,设计依据充分了,界限明确了。 这些就构成清晰地接口:设计与工艺接口。这个接口同时也成为了设计与工艺的共同制约,成为设计与工艺双方必须共同遵守的规范。,.1,(12),2.2 工艺抽象,工艺对设计的制约 工艺抽象 对材料参数的抽象 对加工能力的抽象 得到以电学参数和几何参数描述的工艺数据,设计者不再看到诸如掺杂浓度、结深、氧化层厚度等工艺技术范畴的专业术语。,.2,工艺以设计者习惯
4、的方式提供设计规则,工艺参数到设计参数的转变。,(13),2.2.1 工艺对设计的制约,最小加工分辨尺寸与最大芯片尺寸对设计的制约(特征尺寸与最大面积) 电学参数对设计的制约 标准工艺流程对特殊工艺要求的制约,.2,(14),2.2.2 工艺抽象,掺杂浓度以薄层电阻RS描述:,.2,(15),2.2.2 工艺抽象,氧化层(绝缘层)厚度以单位面积电容C0描述:,.2,(16),2.2.2 工艺抽象,重要参数阈值电压描述了衬底掺杂浓度,氧化层厚度,氧化层中含有的电荷性质与数量,以及多晶硅(或金属)与衬底的功函数差。,.2,导电薄膜参数以薄层电阻描述。,阈值电压包括了栅区阈值电压和场区阈值电压。,(
5、17),2.2.2 工艺抽象,.2,版图设计规则是一组几何尺寸,是对加工精度(如最细线条);寄生效应(如寄生晶体管);特性保障(如可控硅效应抑制);加工质量控制(如成品率)等多方面的抽象。,(18),.2,表2.1 部分版图设计规则参数意义及制定依据,(19),.2,(20),2.3 电学设计规则,.3,电学设计规则提供了一组用于电路设计分析的参数,这些参数来源于具体工艺线,具有很强的针对性。 如果设计所采用的电学参数来源不是将来具体制作的工艺线,则仿真分析的结果没有实际意义。 电学设计规则被分为两个主要部分:器件模型参数和寄生提取所需的电学参数。,(21),2.3.1 电学规则的一般描述,.
6、3,表2.2 电学设计规则描述,(22),2.3.1 电学规则的一般描述,.3,表2.2 电学设计规则描述(续),(23),2.3.2 器件模型参数,.3,模型参数示例:,(24),2.3.3 模型参数的离散及仿真方法,.3,任何一个工艺线的工艺都存在一定的误差,因此模型参数也会出现离散,公司给出的模型参数通常是典型值。 参数偏差的描述方法: TT(typical model)模型 SS(Slow NMOS Slow PMOS model)模型 FF(Fast NMOS Fast PMOS model)模型 SF(Slow NMOS Fast PMOS model)模型 FS(Fast NMO
7、S Slow PMOS model)模型,(25),.3,表2.3 五种模型描述示例,(26),2.3.3 模型参数的离散及仿真方法,.3,设计时必须考虑工艺的离散对性能的影响,(27),2.4 几何设计规则,.4,几何设计规则给出的是一组版图设计的最小允许尺寸,设计者不能突破这些最小尺寸的限制,也就是说,在设计版图时对这些位置的版图图形尺寸,只能是大于或等于设计规则的描述,而不能小于这些尺寸。,(28),2.4.1 几何设计规则描述,.4,描述方法:一是以最小单位的倍数表示,几何设计规则中的所有数据都以的倍数表示,如3、5。是最小沟道长度L的一半,是具体的数值。这种描述方法称为设计规则。二是
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