数字集成电路设计流程孟李林

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1、数字集成电路设计流程一、集成电路设计介绍什么是集成电路？(相对分立器件组成的电路而言)把组成电路的元件、器件以及相互间的连线放在单个芯片上，整个电路就在这个芯片上，把这个芯片放到管壳中进行封装，电路与外部的连接靠引脚完成。什么是集成电路设计？根据电路功能和性能的要求，在正确选择系统配置、电路形式、器件结构、工艺方案和设计规则的情况下，尽量减小芯片面积，降低设计成本，缩短设计周期，以保证全局优化，设计出满足要求的集成电路。1.1集成电路的发展历程@1947年12月Bell实验室肖克莱、巴丁、布拉顿发明了第一只点接触金锗晶体管，1950年肖克莱、斯帕克斯、迪尔发明

2、单晶锗NPN结型晶体管。@52年5月英国皇家研究所的达默提出集成电路的设想。@58年德克萨斯仪器公司基尔比为首的小组研制出第一块由12个器件组成的相移振荡和触发器集成电路。这就是世界上最早的集成电路，也就是现代集成电路的雏形或先驱。集成电路的发展除了物理原理外还得益于许多新工艺的发明：50年美国人奥尔和肖克莱发明的离子注入工艺；56年美国人富勒发明的扩散工艺；60年卢尔和克里斯坦森发明的外延生长工艺；60年kang和Atalla研制出第一个硅MOS管；70年斯皮勒和卡斯特兰尼发明的光刻工艺等等，使晶体管从点接触结构向平面结构过渡并给集成电路工艺提供了基本的技术支

3、持。因此，从70年代开始，第一代集成电路才开始发展并迅速成熟。此后40多年来，IC经历了从SSI(SmallScalentegreted)-MSI-LSI-VLSI-ULSI的发展历程。现在的IC工艺已经接近半导体器件的极限工艺。以CMOS数字IC为例，在不同发展阶段的特征参数见表1－1。表1-1集成电路不同发展阶段的特征参数主要特征主要特征SSIMSILSIVLSIULSIGSL元件数/片<102102-103103-105105-107107-109>109特征线宽μm5-103-51-3<10.3-0.5.12-0.18氧化层厚nm>120>100>40>

4、1510-15结深μm1.2-20.5-1.20.2-0.50.1-0.2硅片直径inch22-34-568121.2集成电路的分类可以按器件结构类型、集成电路规模、使用基片材料、电路功能以及应用领域等方法划分。双极型TTLECLNMOS单片ICMOS型PMOSCMOSBiCMOS按结构分类BiMOSBiCMOS混合IC厚膜混合IC薄膜混合IC按规模分类SSI/MSI/LSI/VLSI/ULSI/GSI组合逻辑电路数字电路时序逻辑电路按功能分类模拟电路线性电路非线性电路数模混合电路集成电路的设计过程：设计创意+仿真验证功能要求行为设计（VHDL）Singoff集

5、成电路芯片设计过程框架是行为仿真综合、优化——网表时序仿真布局布线——版图后仿真否是否否是—设计业—设计的基本过程（举例）功能设计逻辑和电路设计设计验证版图设计集成电路设计的最终输出是掩膜版图，通过制版和工艺流片可以得到所需的集成电路。设计与制备之间的接口：版图集成电路设计与制造的主要流程框架设计芯片检测单晶、外延材料掩膜版芯片制造过程封装测试系统需求1.3IC的设计手段一、设计手段的演变过程IC的设计方法和手段经历了几十年的发展演变，从最初的全手工设计发展到现在先进的可以全自动实现的过程。这也是近几十年来科学技术，尤其是电子信息技术发展的结果。从设计手段演变的

6、过程划分，设计手段经历了手工设计、计算机辅助设计（ICCAD）、电子设计自动化EDA、电子系统设计自动化ESDA以及用户现场可编程器阶段。1．原始手工设计：设计过程全部由手工操作，从设计原理图，硬件电路模拟，到每个元器件单元的集成电路版图设计，布局布线直到最后得到一套集成电路掩膜版，全部由人工完成。设计流程为：设计原理图，硬件电路，电路模拟，元器件版图设计，版图布局布线，（分层剥离，刻红膜，初缩精缩，分步重复）制版，流片，成品。2．计算机辅助设计：从70年代初开始，起初仅仅能够用个人计算机辅助输入原理图，接着出现SPICE电路模拟软件，逐渐开始ICCAD的发展，

7、后来越来越多的计算机辅助设计软件，越来越强的计算机辅助设计功能，不但提供了先进的设计方法和手段，更推动ICCAD技术向自动化设计发展。初期的ICCAD功能较少，只能对某些功能进行辅助设计，现在利用计算机辅助设计可以实现的功能大致包括：电路或系统设计，逻辑设计，逻辑、时序、电路模拟，版图设计，版图编辑，反向提取，规则检查等等。3．用计算机辅助工程CAE的电子设计自动化EDA：CEA配备了成套IC设计软件，为IC设计提供了完备、统一、高效的工作平台。使利用EDA设计LSI和VLSI成为可能。ICCAD和EDA以及半导体集成电路技术的发展使IC设计发生两个质的飞跃：（

8、1）版图设计方面：除了传