【学习笔记 1】集成电路发展及其设计制造流程(ICer必备)
一、表征集成电路发展水平指标——集成电路规模
- 小规模集成电路(SSI ,Small Scale Integration): 电路元件 101∼10210^{1}\sim 10^{2}101∼102
- 中规模集成电路( MSI ,Middle Scale Integration): 电路元件 102∼10310^{2}\sim 10^{3}102∼103
- 大规模集成电路( LSI ,Large Scale Integration): 电路元件 103∼10510^{3}\sim 10^{5}103∼105
- 超大规模集成电路(VLSL,Very Large Scale Integration): 电路元件 106∼10710^{6}\sim 10^{7}106∼107
- 特大规模集成电路(ULSI ,Ultra Large Scale Integration): 电路元件 107∼10910^{7}\sim 10^{9}107∼109
- 巨大规模集成电路(GSL,Grand Scale Integration): 电路元件 >109>10^{9}>109
二、集成电路制造流程
1.流程框图
集成电路设计:根据客户需求设计出相应的电路,使电路具有特定功能并满足相关规格条件,最终将设计的电路转化成版图的形式。
集成电路设计包括电路设计和版图设计。
版图最终生成GDS II文件。
掩模版制备:根据设计好的版图数据,制成每步光刻所需要用到的光刻掩模版,用以芯片制造。
最终生成掩模版。
二、集成电路设计的一般流程
前仿真:设计前端中的电路仿真。
数字电路主要是对时序和状态的仿真;
模拟电路则是对一些相关的模拟量仿真,如瞬态、直流、交流的相关模拟量指标仿真。
集成电路版图设计:将电路翻译成可制造的图形。
集成电路版图验证:主要包括设计规则检查(DRC)和电路版图对比验证(LVS)。
三、集成电路的层次化设计
四、集成电路的分类
(一)按主要器件分类
- 双极型集成电路:主要由BJT器件构成。优点:速度高、驱动能力强;缺点:功耗大、集成度低;
- MOS集成电路:主要由MOSFET器件构成,包括PMOS集成电路和NMOS集成电路。特点功耗低,便于集成。
- BiMOS:由以上两种器件混合构成,兼具二者优点,但制造工艺复杂,成本较高。
(二)按电路类型分类
- 数字集成电路(Digital):该电路又称逻辑电路(Logical),主要由CMOS构成,一般规模较大。
- 模拟集成电路(Analog):该电路又称线性电路(Linear),产品以双极性为主,CMOS是目前研究方向。
- 数模混合电路(Mixed):产品以Bi-MOS居多,目前CMOS是主要研究方向。
(三)按设计方法分类
- 正向设计(Top-Down):正向设计一般先根据客户的要求,由设计者设计出电路并实现制造,再对实物进行测试优化,实现设计目标。(系统设计->子模块设计->若干子模块又分为若干下级子模块)
- 反向设计(Bottom-Up):先对实物芯片进行解剖,提取出相应版图,再通过软件对提取的版图进行验证,从而进行相应的优化和改善。
(四)按自动化程度分类
- 全定制版图设计:IC按照规定的功能、性能要求,对电路中器件、结构布局、布线均进行专门的最优化设计,以达到芯片的最大利用率。
特点:人工完成版图布局布线;针对电路参数和寄生参数会进行专门的优化;版图结构紧凑,芯片面积小;常用于模拟版图(规模小)。 - 半定制版图设计:版定制IC由厂家提供统一规格的功能块,如门阵列、标准单元、可编程逻辑器件(PGA,Programmable Gate Array)等,按用户要求利用专门的设计软件进行必要连接。
特点:部分或全部由计算机辅助完成版图布局布线;版图结构相对稀松,芯片面积占用较大;对设计人员的编程能力有一定的要求;常用于大规模数字集成电路;单元采用标准化设计;
四、集成电路设计要求及挑战
1.设计要求
- 功能正确:第一次投片就能达到设计要求;
- 电路优化:经过电路设计优化使得各项参数达到预定指标要求;
- 降低成本:设计的芯片面积应尽可能小,降低制造成本
- 可靠性高:设计应该具有较高可靠性,在工艺制造允许的容差范围内仍能正常工作;
- 测试验证:在制造过程中和完成后,应该全面和快速的进行测试;
2.设计挑战
- 设计的准确性
- 设计的时效性
- 设计的可测试性
- 与制造商之间良好的接口
------------------------------------------------------待续(2022/8/12)--------------------------------------------------
四、集成电路设计相关软件
- 正向设计:Cadence Virtuoso
- 反向设计:Chiplogic
- 仿真工具:Spice、Spentre
- 验证工具:Calibre
------------------------------------------------------待续(2022/8/14)--------------------------------------------------
版图相关,见下一部分
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