集成電路版圖設(shè)計技巧

蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 孫麗莉 史小波

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集成電路版圖設(shè)計技巧

蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 孫麗莉 史小波

【摘要】筆者根據(jù)多年在設(shè)計公司的從業(yè)經(jīng)歷，總結(jié)出了在集成電路版圖設(shè)計工作中提高工作效率和符合團隊合作的一些經(jīng)驗。建立良好的設(shè)計習(xí)慣和工作風(fēng)格可以提高版圖設(shè)計員工作效率，避免一些不必要的修改，還可以很大程度上保證電路設(shè)計性能的實現(xiàn)提高產(chǎn)品良率，縮短出貨周期。

【關(guān)鍵詞】版圖設(shè)計；規(guī)范命名；優(yōu)化跳線；合理走線；操作習(xí)慣

集成電路版圖設(shè)計是把設(shè)計變成現(xiàn)實的橋梁，它是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的重要一環(huán)。建立良好的設(shè)計習(xí)慣和工作風(fēng)格不僅可以讓版圖設(shè)計員工作效率提高，避免一些不必要的修改，而且還可以很大程度上保證電路設(shè)計性能的實現(xiàn)提高產(chǎn)品良率，縮短出貨周期。

一個優(yōu)秀的版圖設(shè)計工程師不僅要具有扎實的專業(yè)基礎(chǔ)知識積累設(shè)計技巧，還要具備良好的設(shè)計習(xí)慣。規(guī)范的工作習(xí)慣不僅可以在團隊合作中無障礙溝通，也能更多地節(jié)省不必要的電路驗證時糾錯修改的時間。鑒于多年在設(shè)計公司從業(yè)經(jīng)驗，總結(jié)出在設(shè)計工作中要在如下幾方面要建立規(guī)范和形成習(xí)慣。

1 規(guī)范Cell命名

一般來說電路中Cell叫什么名字，相應(yīng)的Layout中命名也叫該名字，但需要用大小寫來區(qū)分電路圖和版圖，這似乎沒什么疑問。但有時Layout也需要做一些自己的Cell，這時取名字應(yīng)當有意義，方便看到名字就大概知道可能是什么，而不是隨意起名叫“AAA”、“123”這樣的名字。比如把“DECODE”中的走線做成一個Cell，如果叫“A”就是一個錯誤的范例，因為它容易混淆而與另一個缺乏條理的合作者沖突，但是此時用“DECODE_ROUTE”命名此cell，則是一個合格的名字。

實際上這是一條可以推廣的規(guī)范，Layout Library、GDS等等一切文件、目錄的名字都不要隨意。具有一定意義和識別度比較高的命名習(xí)慣，會讓工作變得順利，團隊合作中也會減少不必要的麻煩。

2 相似單元做成Cell

簡單來說，就是相同的版圖內(nèi)容不要畫兩遍。比如圖中的電路，其中幾塊長得一樣，大概沒有人會把它畫8遍，但是有人會先畫一份，然后把畫好的那份再復(fù)制7遍，這看似是一個很好的辦法。問題關(guān)鍵在于畫好的那一份是否一定沒有任何問題，不需要再有任何修改。要知道一個小改動，你都要把所用時間乘8。所以合理的做法是把相同內(nèi)容做成Cell再調(diào)用，這樣要有任何修改，改一次就可以了。所以要學(xué)會靈活運用“調(diào)用”的功能，可以在設(shè)計中事半功倍。

3 勤做標識

一般工藝里都會有用來打標識的Layer，它不會出Mask，也不參與DRC、LVS檢查，單純?yōu)榱俗鲇浱枺?.6μm Singal Poly Double Metal Mixed Signal Technology中M1TEXT和M2TEXT就是單純用來打標識的層次不會出Mask也不會在DRC或LVS檢查中被識別。所以在Layout設(shè)計過程中除了電路圖中的power線、輸入/輸出信號線等必須打字外，器件的名字、關(guān)鍵節(jié)點的名字，都應(yīng)該要用標識層打字。這樣做一方面可以方便其他人看圖，另一方面如果過了一段時間需要改圖，也方便查找。

4 避免小折角

細碎而不規(guī)則的多邊形除了在審美層面上的惡劣以外，也具有現(xiàn)實意義的壞處。由于過多折角而形成的復(fù)雜多邊形，會大大增加后期物理驗證、寄生提取以及OPC的時間。所以在不影響面積的情況下，盡量避免不必要的小折角。

同樣出于為后期各種圖形處理效率考慮， 把一堆交錯的圖形Merge成一個除了視覺上的清爽，實際并無好處，所以讓它們留在那里就好。

5 統(tǒng)一走線方向

要相信在Layout設(shè)計中無論多么繁冗龐雜的連線都一定能繞出來。為了保證這點，走線需要遵守一定規(guī)范：同層Metal線要保持相同走線方向，相鄰層Metal走線方向相互垂直。具體說來就是如果Metal3用作垂直方向連線，那么Metal2、Metal4就應(yīng)該是水平方向走線，而Metal3不能畫水平方向線且Metal2、Metal4不能畫豎直方向的線。這樣做就能保證Layout中無論多復(fù)雜的布線都能繞通。

反過來，如果不事先計劃布線方向，而是先用完一層Metal的布線資源，再用上一層Metal，或者干脆隨心情而定，你會發(fā)現(xiàn)貪圖局部的方便將引起一系列后續(xù)問題。并且可用的Metal層數(shù)越少，連線規(guī)模越大，這個問題就越明顯。

6 別用Poly走線

Poly的方塊電阻阻值要比Metal大很多，在集成電路電路設(shè)計中通常要關(guān)注信號傳輸?shù)乃俣葐栴}，在評估驅(qū)動能力與速度時一般是以金屬走線來進行評估。如果在版圖設(shè)計中過多的使用poly走線替代Metal，可能會導(dǎo)致最后生產(chǎn)出來的芯片性能不達標，所以除非萬般無奈，Poly都不應(yīng)該是走線的選擇。

圖1 poly的使用

7 避免短跳線

與Metal相比，Via的電阻值較大，允許的電流密度小，所以版圖設(shè)計中的跳線要能少就少。歷史經(jīng)驗告訴我們，像圖2中這樣的短跳線都是可以通過合理走線布局避免掉的。具體怎么才算合理走線？究竟如何繞線才能避掉這樣的跳線？這些需要根據(jù)實際情況進行判斷以及根據(jù)經(jīng)驗的積累?？傊?，原則就是能不跳線就不跳。

圖2 跳線

8 避免重復(fù)走長線

不論是Chip還是模塊一個不留神就會出現(xiàn)重復(fù)走線的情況發(fā)生。重復(fù)走線除了浪費布線通道以外，增加信號線的長度也意味會有更大的寄生電容，對上一級的信號驅(qū)動能力將是一種考驗。圖3就是一種典型的重復(fù)走線的情況，雖然是看起來很直觀的，但如果畫完以后不回頭檢查一下卻也很容易疏漏。

圖3 走線

9 優(yōu)化Contact、Via數(shù)量

16nm以上工藝的非Standard Cell項目里，Double Contact、Via是標準配置，這樣做可以減小電阻并提高連接可靠性，而面積代價很小。

如圖4所示，這里列舉了幾種打Contact和Via的情況。打滿Source和Drain端的Contact個數(shù)，可以減小MOS導(dǎo)通電阻提高速度。寬線連接處的Via連接一定要充足，尤其是寬線往往要傳輸較大電流，Via過少會影響電路可靠性，因此盡可能多打Via以便大電流的通過。

圖4 Contact、Via優(yōu)化

10 注意大尺寸MOS連線

對于Width特別大的MOS，首先不要畫成很長一根，這樣Foundry廠制作效果和器件工作速度都不佳。遇到這種情況時，應(yīng)當考慮打折成多Finger MOS。打折以后還要特別注意Source、Drain的連接。因為Width大的MOS往往工作電流也大，所以連線匯總的地方一定要寬一些。

11 培養(yǎng)高效操作習(xí)慣

優(yōu)秀的版圖工程師在日常工作中會注意積累前面所提到的設(shè)計技巧外，還會注重培養(yǎng)高效的操作習(xí)慣。高效的操作習(xí)慣不僅可以提高繪圖速度還能使工作變得輕松。

培養(yǎng)高效的操作習(xí)慣，首先要了解你的工具。EDA廠商希望他們不斷更新功能的版圖工具能最大程度上幫助工程師提高效率，讓你認為自己的選擇物有所值。工欲善其事必先利其器，花一些時間熟悉所用工具的每個命令、每條選項、每項設(shè)定是非常用價值的。

其次發(fā)掘不常用命令。每個人都會有自己的操作習(xí)慣，因而也會有一些明明知道用了會更有效率但就是不喜歡用的命令，像Yank、Align、Replace這樣學(xué)習(xí)曲線稍長的或者Layer Tap、Size這樣有點生僻的命令，合理使用都可以提高效率。

重要的是熟悉快捷鍵。這就不多解釋了，沒有哪個layout工程師是通過窗口菜單和按鈕來工作的。總之為了更高的效率，有快捷鍵的操作都別用鼠標點。合理的快捷設(shè)置，可以減少手指和手腕的動作。

版圖設(shè)計作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中重要一環(huán)，不同的版圖工程師設(shè)計的圖紙會有差異，它的設(shè)計好壞直接影響到產(chǎn)品的良率和出貨周期。所以要想成為一名優(yōu)秀的版圖設(shè)計師，經(jīng)驗的積累和高效的工作習(xí)慣培養(yǎng)必不可少。

參考文獻

［1］Christopher Saint，Judy Saint.IC Layout Basic﹕A Practical Guide（影印版），北京，清華大學(xué)出版社，2004.

作者簡介：

孫麗莉（1976—），女，遼寧撫順人，碩士，蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系講師。