TSMC工艺的版图教程样本.docx

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TSMC工艺的版图教程样本

前端电路设计与仿真

第一节双反相器前端设计流程

1、画双反相器visio原理图

图1.1

其中双反相器输入为in输出为out，fa为内部节点。

电源电压VDD=1.8V，MOS管用是TSMC1.8V典型MOS管（在Hspice里面名称为pch和nch，在Cadence里面名称为pmos2v和nmos2v）。

2、编写.sp文献

新建dualinv.txt文献然后将后缀名改为dualinv.sp文献

详细实例.sp文献内容如下：

.lib'F:

\ProgramFiles\synopsys\rf018.l'TT是TSMC用于仿真模型文献位置和选取详细工艺角*****这里选取TT工艺角***********

划红线某些数据请参照excel文献《尺寸相应6参数》，MOS管W不同相应6个尺寸是不同，但是这六个尺寸不随着L变化而变化。

划紫色线条处端口名称和顺序一定要一致

MOS场效应晶体管描述语句：

（与后端提取pex输出网表格式相似）

MMXDGSBMNAME

2.1、在windowXP开始--程序这里打开Hspice程序

2.2、弹出如下画面然后进行仿真

查看波形按钮按下后弹出如下对话框

如果要查看内部节点波形，双击Top处

如果要查看测量语句输出成果请查看.MTO文献（用记事本打开）

至此前端仿真教程结束

第二节后端电路设计

前序（打开Cadence软件）

一、启动linux系统

双击桌面虚拟机图标

选取Poweronthisvirtualmachine

启动linux之后

在桌面右键选取OpenTerminal

输入xhostlocal：

命令按回车

之后输入suxue命令按回车，这样就进入了xue顾客

1、输入命令加载calibre软件license，按回车，等到浮现如下画面再关闭Terminal窗口

2、然后桌面右键重新打开Terminal

进入学顾客，启动Cadence软件，如下图

然后浮现cadence软件界面

关闭这个help窗口，剩余下面这个窗口，这样cadence软件就启动了

[如果在操作过程中关闭了cadence，只需要执行环节2即可，环节1加载calibrelicense只在linux重启或者刚启动时候运营一次就可以了。

]

双反相器后端设计流程

一、schematic电路图绘制

1、注意----

在Cadence中画schematic电路图时，每一种节点都需要命名，否则在参数提取之后没有命名那些节点会被系统自动命名，导致用HSPICE查看内部节点波形时难以迅速找到自己需要节点。

2、打开Cadence软件新建库和单元CellView

用命令icfb&打开Cadence软件后弹出如下CIW窗口

选取Flie-New-Libirary之后弹出如下窗口

这里咱们新建一种名为ttest库。

（注意：

在新建library时候要attachtoanexistingtechfile）

点击OK后来弹出如下窗口

在technologylibrary这里选取咱们TSMC库tsmc18rf

然后点击OK

在CIW窗口tools菜单中选取第二个librarymanager之后弹出如下窗口

咱们可以看到左边Library里面有咱们之间建立ttest库，用鼠标左键选取ttest，发现它Cell和View都是空。

然后在该窗口File-New-CellView新建一种单元CellView

弹出如下窗口

在窗口Cellname中输入咱们需要取名字，这里取是dualinv。

点击OK后自动弹出画schematic窗口

3、画schematic电路图

点击上面这个作图版面，在键盘上按快捷键i会浮现添加器件窗口

点击Browse后弹出如下窗口

这里选中TSMC库tsmc18rf，在Cell中选中pmos2v，view中选中symbol

然后鼠标移到外面画图板上，就会浮现一种PMOS管，左键点击就可以放上去了，按ESC回到正常光标状态。

同理，选中TSMC库中nmos2v，就可以添加NMOS管。

（按快捷键M，然后再点击一下（选中）器件即可以移动器件）

接下来修改MOS管尺寸，咱们看到上述MOS管默认尺寸都是L=180nW=2u

咱们这里将PMOS管修改为W=720nNMOS管修改为W=220n

（注意：

TSMC0.18um库nmos2v和pmos2v最小W只能设立到220nm，而不能设立到180nm）

鼠标左键选中一种器件（如M0），然后按快捷键Q（property），浮现如下调节MOS管属性窗口

在w（M）文本框中修改前面2u修改成咱们需要720n然后点击OK即可

同理修改NMOS管W=220n。

之后开始连线按快捷键W（wire）即可

然后添加PIN脚（即与外部信号相连端口，从图1.1可以看出这个双反相器电路涉及到PIN脚有inoutvddgnd）

[注意：

由于当前工艺是P阱衬底，因此所有NMOS管衬底即B端要接gnd，而PMOS管衬底可以接自己S端或者vdd，普通只接VDD不接S]

[知识补充：

MOS管衬底B端接S才干不引起衬偏，衬偏了会导致阈值电压增大]

按快捷键P就可以添加PIN脚

在pinname中输入名称Direction中选中pin脚方向（其中indirection是inputoutdirection是outputgnd和vdddirection是inputoutput）

然后按回车，光标上就会浮现一种pin光影，点击鼠标左键即可摆放

摆放pin脚之后，将PIN脚与电路相连，同样用快捷键W来连线

由于图1.1中尚有一种内部节点fa，这里咱们就需要给内部节点命名。

按快捷键L，浮现命名窗口

在names这里输入fa，然后按回车

然后鼠标上浮现fa光影，将fa移到内部需要命名线上点击左键即可。

然后保存电路

通用，也可以用快捷键L来连接两个单元：

[这样就不用连线，却能保证两个单元连接到一起。

]

在画图板左边工具栏里面选中第一种checkandsave

4、将电路图创立成为一种symbol，用于仿真电路

选取Design—CreateCellview-FromCellview弹出如下窗口

点击OK弹出如下窗口

这里重要是TopPins和BottonPins这里需要修改，修改成如下图

点击OK弹出如下电路

点击save按钮保存

这样咱们就会看到在librarymanager里面就多余了一种该电路symbol

5、用spectre仿真器仿真电路

（这里仿真一下电路重要是验证一下自己电路有无画错，如果电路逻辑功能对的，那么基本上可以保证自己刚才画电路是对的）

新建一种名为dualtestCellView单元（在LibraryManager下）

点击OK

按快捷键i添加咱们之前给双反相器电路创立symbol

然后浮现下图

接下来就要给各个端口加勉励信号和电源了

按I添加器件，在analoglib中一方面选取直流电压Vdc，此外还要选取vpwl作为线性分段信号源。

按Q修改vdc属性

在DCvoltage这里将电压值设立为1.8v（注意，只要填入1.8即可，不要带入单位）

同样修改vpwl属性（这里咱们设立一种3段线性信号，即6个点），如下图

此外咱们还要添加一种gnd器件作为基准地信号（在analoglib中选取）

添加完器件之后如下图

（注意：

电路gnd与原则地gnd之间要添加一种0V直流电压）

接下来连线以及给输出端添加一种PIN，如下图

然后按checkandsave保存

选取tools中Analogenvironment

弹出如下窗口

选取右边工具框中第二个

，弹出如下窗口

这里设立仿真停止时间（该时间依照自己详细需要填写），然后点OK

接下来设立需要看波形那些端口outputs—ToBePlotted—SelectOnSchematic

然后在要看波形线条上单击鼠标左键点一下即可

点完之后该线条会变颜色以及闪烁，之前Analogenvironment窗口outputs中也会浮现相应名称

然后点击右边工具栏中得倒数第三个NetlistandRun

电路对的话就会有波形

点击该图标是分离重叠波形

——————其她快捷键——————————

E看symol里面电路

Ctrl+E退出看内部电路

F让原理图居中

PPIN管脚快捷键

W连线

L命名连线

C复制

Q器件属性

M移动

U撤销

其她有关设立：

设立回退次数CIW窗口--options--userpreference

各种器件属性一起修改，用shift选中后来然后选allselected（原先是onlycurrent）

二、版图设计

打开dualinvschematic电路图，然后Tools--DesignSynthesis--LayoutXL

之后弹出如下对话框

点击OK后弹出

点击OK就会自动弹出画layout版面

此时键盘上按E键，浮现设立窗口

这里修改辨别率，将XSnapSpacing和YSnapSpacing修改为0.005，以便之后画图。

点击OK

在画layout版面菜单中选取Design--GenFromsource

然后弹出如下窗口

点击OK即可，版面上就生成与原schematic电路图相对于尺寸MOS管，如下图

[注：

可以不genfromsource而直接在画版图版面按快捷键I添加layout器件，再修改尺寸，这样也可以通过LVS（通过测试虽然版图中MOS编号和schematic中不同，但是最后输出子电路中MOS管编号跟schematic是相似）]

选取那四个绿色方框和紫色线，按delete删除，删除后就剩余四个MOS管。

按shift+F将MOS管转换为可视layout构造，并用M快捷键来移动MOS管，此时整个版面上就剩余四个MOS管了，（Ctrl+F可以还原为Schematic构造）如下图

工具栏左边放大镜可以放大和缩小，或者使用快捷键Z（放大），shift+z缩小

（按了Z键要选某一种区域才干放大，不是直接放大与缩小）

接下来开始画图：

1、画PMOS管和NMOS管相连栅极（用LSW窗口中得POLY1来画）

选中POLY1drw然后点版图，然后按R（画方框），Q属性可以看到是dg

（在空白处）按S键，鼠标移到矩形框边，就能修改矩形框。

修改之后让矩形框与PMOS管NMOS管栅极对齐。

（一定要对齐，否则DRC报错）

放大可以看到她们与否对齐，

这样是对齐。

这样就是没对齐。

画好POLY1后来如下图

2、画金属走线

由于该电路简朴，只需要一层金属即可，因此只需要LSW中metal1

在LSW中选中METAL1drw，然后点版图，然后按P（走线），然后按F3（设立线宽为0.5），Q属性可以看到是dg

画完后如下图（注意金属要整个覆盖住MOS管D端，接触面积大才干保证电流）

3、画POLY1和metal1之间连接

[不同材料之间相连要打孔。

例如Metal1和poly1相连，就选M1_POLY1，Metal1和Metal2相连就选M2_M1，NMOS衬底接触和体相连用M1_SUB，PMOS管衬底接触和体相连用M1_NWELL]

LSW中选中poly1-drw，按P，按F3，设立为0.5宽度，画一段poly

然后在这段poly上打孔，按字母O键，弹出如下窗口

在ContactType这里选取M1_POLY1,Rows这里输入2，然后回车

（鼠标右键可以旋转器件）

将这个通孔放于之前poly1上

然后metal1与这个通孔相连即实现了金属1层与poly1之间连接

接下来输入信号in这里也要这样画，画好之后整体图如下

4、画衬底接触

这里要分别画PMOS管衬底接触和NMOS管衬底接触。

按快捷键字母O，在ContactType这里选取M1_SUB，这个是NMOS管衬底接触。

按快捷键字母O，在ContactType这里选取M1_NWELL，这个是PMOS管衬底接触。

5、给PMOS管打阱

[由于当前是P阱工艺，整个画图版面就是一种P型衬底，而NMOS管是做在P型衬底上面，因此画NMOS管时不需要画阱，而画PMOS管时要画nwell（即它衬底），nwell要包围住PMOS管和它衬底接触。

]

在LSW中选中NWELL-drw，按R，画矩形框，如下图

6、画管脚PIN

在LSW中选中metal1pin

接着点击空白处，然后按快捷键L弹出如下窗口

在Label这里输入名称（注意这个名称要与schematic图中节点名称要相似），Height这里设立字体高度，Font这里设立字体样式，然后按回车，将PIN脚摆放到对的位置

7、补全其他连线

由于上图并不完整，尚有诸多连线没有连。

[在熟悉版图画法之后这一步是放在前面做，由于咱们熟悉画法后就懂得哪里是VDD、gnd、输入和输出]

画完这个7环节后来点左边工具栏SAVE保存，然后就可以进行背面DRC、LVS和PEX了。

补充知识--多层金属连线：

（如下解说两层金属metal1和metal2布线）

由于金属走线经常会交叉，因此单层金属是不够，这就涉及到多层金属布线。

metal2drw是金属层2

metal1和metal2之间用通孔M2_M1

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画版图某些技巧：

1、所有MOS管最佳同方向（竖方向），不要有有横有竖。

最佳是PMOS管放一起（例如一起放上面），NMOS管放一起（一起放下面），不一定是按照schematic电路图上MOS管顺序来摆放。

2、走线不要穿过MOS管，要绕过去。

3、单排衬底接触最长不要超过100um，比较敏感管子要多加些接触（两排或多排），衬底接触少了电阻会大。

普通状况咱们采用单排衬底（即rows或columns=1）

4、横线用金属2，竖线用金属1，金属越宽电阻越小。

咱们普通取0.5u宽度。

[寄生电容与发生寄生电容两导体面积成正比，因而线宽就0.5u够了（能承受1mA），不需要再大。

（TED）]

5、版图PMOS管和NMOS管源极和漏极是不区别，上下poly1都是栅极。

6、衬底接触普通在下面画一排接触即可，对于数模混合电路某个MOS管是特别敏感那用衬底全包围。

7、走线尽量短，尽量画紧凑，减少延时。

8、尽量不用POLY来走线，如果两个栅极之间详细太长，中间用金属走线。

poly长度最多是3-5um。

9、同一层Metal之间距离要不不大于最小值0.23um，普通是设立成不不大于0.5um。

例如两条metal1走线之间距离要不不大于0.5um。

10、PMOS管衬底所有接VDD，NMOS管衬底所有接地

各种器件之间距离：

1、PMOS管和NMOS管之间距离普通控制在1um以上，太近DRC报错

2、两个不同电压nwell之间距离要不不大于1.4u，因而一开始要预留5um

3、Nwell和NMOS管之间距离推荐是不不大于1u

4、Nwell和衬底接触以及PMOS管距离0.5u左右

5、衬底接触和mos管距离普通设立为0.5u

电容和电阻器件不选取analoglib里面cap和res（这两个是抱负电容电阻），电容普通选取tsmc里面mimcap，电阻则要看电阻率等详细规定。

（TED&黄）

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快捷键

K尺寸距离（shift+k撤销尺寸）

S修整

M移动选上后右键可旋转

Z放大（ctrl+z放大两倍，shift+z缩小两倍）

Shift选取各种器件

Shift+F显示NMOS和PMOS器件版图

O打孔（pmos管衬底属性选取M1_NWELLnmos管选取M1_SUB金属和poly打孔属性选取M1_POLY1）

三、后端验证和提取

后端仿真一方面要DRC，然后LVS，然后PEX提取寄生参数。

最后用Hspice仿真器仿真提取参数后网表。

这里重要用到是calibre工具

1、DRC

（上面工具栏中calibre—选取RunDRC）弹出下面窗口

RunsetFile是RUNDRC时需要填入某些设立，以便于下次RUN，可直接取消掉

DRC重要设立rules位置和DCRRun途径[别的都默认]

Rules这里选取TSMC库文献中calibre文献下calibre.drc

（这里DRCRunDirectory是自己创立一种文献夹，suxue~cd/home/xue~mkdirdrc）[这里dcr改为verify/dcr]

然后点击RunDRC弹出如下窗口

（运营完毕之后弹出窗口）

点开看，如果是areacoverage那就是覆盖率问题，这种错误不用理睬。

[例如上图中得这8个错误是没关系]

2、RunLVS

同样RunsetFile点取消

设立rules和inputnetlist

【新】[lvs改为verify/lvs]

Inputs—Netlist这里选取Exportfromschematicviewer

点击runLVS后弹出如下窗口

如果是绿色笑脸则表达LVS通过，表达版图和schematic原理图是匹配，阐明咱们版图没有画错。

如果是红色脸蛋，表达有错误，那要点开看详细错误阐明，再排除错误。

3、RunPEX

同样RunsetFile点取消

Rules设立

[新]/home/gengliang/ic/verify/pex

Inputs--netlist设立Exportfromschematicview选上

Outputs—extractiontype选取R+C（即提取寄生电阻和电容），format这里选取hspice（用于Hspice仿真器仿真）

（如果后仿是用spectre仿真器仿真，那么format这里选取CALIBREVIEW）

[NEW]

Outputs—reports这里选上generatePEXreport和ViewreportafterPEXfinishes

[NEW]

然后runPEX

之后在/home/xue/pex文献夹下面生成三个咱们需要用到文献

list（里面是电路网表）

list.pex（里面是各个节点寄生参数）

list.DUALINV.pxi（里面是某些调用子电路命令）

[注：

在XP系统下用写字板打开可查看这三个文献内容]

MOS场效应晶体管描述语句：

（pex输出网表格式）

MMXDGSBMNAME

第三节后端仿真

1、用Hspice仿真器进行后仿真

将上述三个文献复制到XP系统下面，然后新建一种dualinv.sp文献（即新建文本文档，后缀改成.sp），这样同一目录下就有四个文献，如下

将list文献中电路复制到dualinv.sp文献中（即蓝色框内这某些）

[注意：

list文献里面那两行include"list.pex"和include"list.DUALINV.pxi"千万不要忘掉复制过来。

]

第一行一定要加一种“*”符号。

然后在dualinv.sp中加勉励信号以及某些测试语句即可以仿真，如下

（这是dualinv.sp文献）

[注意：

Hspice不区别字母大小写]

接下来用Hspice仿真器仿真这个dualinv.sp文献，然后看输出波形，看功耗延时参数，这些就已经是后端仿真参数了。

[Attention]

1.1初始值要依照实际条件修改。

1.2

如下图：

.subcktlcff后边是lcff端口，并不一定与前仿时自己编写端口顺序一致，因此需要重新依照下文测试代码顺序做相应变化，否则会出错。

牢记！

！

！

2、不同工艺角（corners）仿真

CMOS电路在生产在存在工艺偏差，普通在四个工艺角（SS、FF、FS、SF）下对电路进行仿真。

详细操作如下：

在.sp文献加载模型这里改成相应corner即可

3、蒙特卡罗法（Monte-Carlo）分析PVT对触发器影响

普通VT组合分为如下三种：

-40C2.0V；25C1.8V；125C1.6V（即电压偏差值在正负10%）

蒙特卡罗法（Monte-Carlo）分析PVT就是取不同电压和温度组合，然后进行Monte-Carlo分析，MC分析就是随机选用器件参数。

【要进行Monte-Carlo分析一方面工艺厂商提供仿真模型（rf018.l文献）要支持Monte-Carlo分析，即里面要有MC模型。

】详细操作如下：

温度、输入电压要变化，然后加上Monte-Coral分析。

注意红色横线某些

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到此为止，整个后端仿真流程演示完毕，固然这里面尚有诸多是不够细致，重要是画版图这一块。

画版图是一种经验积累过程，我上面演示只是一种很简朴例子，这还需要人们在学习中不断积累经验。

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其他知识

（用spectre仿真器需要看如下环节，用Hspice仿真器不需要看）

——————————用spectre仿真器仿真——————

（如果format这里选取是CALIBREVIEW）运营后弹出

直接点OK

如下是第一次运营配备

前面是pch和nch配备

点automappins然后点OK

电容和电阻分别选取analoglib中cap和res

用spectre后仿真

[一定要注意，schematic和layoutpin脚都要大写]

一方面在CIW这里新建一种config

选取spectre

更改Librarylist为自己libviewlist这里加calibre

然后inv这里右键选取calibre

之后变成下图

然后点红感叹号更新

点OK浮现下图

然后右上角open

如果是在library这里打开con