TSMC工艺的版图教程模板.doc

目录
前端电路设计和仿真 2
第一节双反相器前端设计步骤 2
1、画双反相器visio原理图 2
2、编写.sp文件 2
第二节后端电路设计 4
一、开启linux系统 4
2、然后桌面右键重新打开Terminal 6
双反相器后端设计步骤 7
一、schematic电路图绘制 7
二、版图设计 20
画版图部分技巧： 29
三、后端验证和提取 30
第三节后端仿真 36
其它知识 39

前端电路设计和仿真
第一节双反相器前端设计步骤
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经典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文件
新建dualinv.txt文件然后将后缀名改为dualinv.sp文件
具体实例.sp文件内容以下：

.lib 'F:\Program Files\synopsys\rf018.l' TT 是TSMC用于仿真模型文件位置和选择具体工艺角*****这里选择TT工艺角***********
划红线部分数据请参考excel文件《尺寸对应6参数》，MOS管W不一样对应6个尺寸是不一样， 不过这六个尺寸不伴随L改变而改变。
划紫色线条处端口名称和次序一定要一致
MOS场效应晶体管描述语句：(和后端提取pex输出网表格式相同)
MMX D G S B MNAME <L=val> <W= val > <AD= val > <AS= val > <PD= val > <PS= val > <NRD= val > <NRS= val >

2.1、在windowXP开始--程序这里打开Hspice程序

2.2、弹出以下画面然后进行仿真

查看波形按钮按下后弹出以下对话框

假如要查看内部节点波形，双击Top处

假如要查看测量语句输出结果请查看 .MTO文件(用记事本打开)

至以前端仿真教程结束
第二节后端电路设计
前序(打开Cadence软件)
一、开启linux系统
双击桌面虚拟机图标
选择Power on this virtual machine
开启linux以后
在桌面右键选择 Open Terminal
输入 xhost local：命令 按回车
以后输入 su xue命令 按回车，这么就进入了xue用户
1、输入命令加载calibre软件license，按回车，等到出现以下画面再关闭Terminal窗口

2、然后桌面右键重新打开Terminal
进入学用户，开启Cadence软件，以下图

然后出现cadence软件界面

关闭这个help窗口，剩下下面这个窗口，这么cadence软件就开启了

[假如在操作过程中关闭了cadence，只需要实施步骤2即可，步骤1加载calibrelicense只在linux重启或刚开启时候运行一次就能够了。]

双反相器后端设计步骤
一、schematic电路图绘制
1、注意----
在Cadence中画schematic电路图时，每一个节点全部需要命名，不然在参数提取以后没有命名那些节点会被系统自动命名，造成用HSPICE查看内部节点波形时难以快速找到自己需要节点。
2、打开Cadence软件新建库和单元Cell View
用命令icfb&打开Cadence软件后弹出以下CIW窗口

选择Flie-New-Libirary以后弹出以下窗口

这里我们新建一个名为ttest库。(注意：在新建library时候要attach to an existing techfile)
点击OK以后弹出以下窗口

在technology library这里选择我们TSMC库tsmc18rf
然后点击OK

在CIW窗口tools菜单中选择第二个library manager以后弹出以下窗口

我们能够看到左边Library里面有我们之间建立ttest库，用鼠标左键选择ttest，发觉它Cell和View全部是空。
然后在该窗口File-New-Cell View新建一个单元Cell View

弹出以下窗口
在窗口Cell name中输入我们需要取名字，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会出现添加器件窗口

点击Browse后弹出以下窗口

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，就会出现一个PMOS管，左键点击就能够放上去了，按ESC回到正常光标状态。

同理，选中TSMC库中nmos2v，就能够添加NMOS管。(按快捷键M，然后再点击一下（选中）器件即能够移动器件)

接下来修改MOS管尺寸，我们看到上述MOS管默认尺寸全部是L=180n W=2u
我们这里将PMOS管修改为W=720n NMOS管修改为W=220n
(注意：TSMC 0.18um库nmos2v和pmos2v最小W只能设置到220nm，而不能设置到180nm)

鼠标左键选中一个器件(如M0)，然后按快捷键Q（property），出现以下调整MOS管属性窗口

在w(M)文本框中修改前面2u 修改成我们需要720n 然后点击OK即可
同理修改NMOS管W=220n。以后开始连线 按快捷键W（wire）即可

然后添加PIN脚(即和外部信号相连端口，从图1.1能够看出这个双反相器电路包含到PIN脚有in out vdd gnd)
[注意：因为现在工艺是P阱衬底，所以全部NMOS管衬底即B端要接gnd，而PMOS管衬底能够接自己S端或vdd，通常只接VDD不接S]
[知识补充：MOS管衬底B端接S才能不引发衬偏，衬偏了会造成阈值电压增大]

按快捷键P就能够添加PIN脚

在pin name中输入名称 Direction中选中pin脚方向(其中indirection是input outdirection是output gnd和vdddirection是inputoutput)

然后按回车，光标上就会出现一个pin光影，点击鼠标左键即可摆放

摆放pin脚以后，将PIN脚和电路相连，一样用快捷键W来连线

因为图1.1中还有一个内部节点fa，这里我们就需要给内部节点命名。按快捷键L，出现命名窗口
在names这里输入fa，然后按回车
然后鼠标上出现fa光影，将fa移到内部需要命名线上点击左键即可。

然后保留电路
通用，也能够用快捷键L 来连接两个单元：
[这么就不用连线，却能确保两个单元连接到一起。]

在画图板左边工具栏里面选中第一个check and save

4、将电路图创建成为一个symbol，用于仿真电路

选择Design—Create Cellview- From Cellview 弹出以下窗口

点击OK弹出以下窗口

这里关键是Top Pins和Botton Pins这里需要修改，修改成以下图
点击OK 弹出以下电路

点击save按钮保留
这么我们就会看到在library manager里面就多出了一个该电路symbol

5、用spectre仿真器仿真电路
(这里仿真一下电路关键是验证一下自己电路有没有画错，假如电路逻辑功效正确，那么基础上能够确保自己刚才画电路是正确)
新建一个名为dualtestCell View单元（在Library Manager下）

点击OK
按快捷键i添加我们之前给双反相器电路创建symbol

然后出现下图

接下来就要给各个端口加激励信号和电源了
按I添加器件，在analoglib中首先选择直流电压Vdc，另外还要选择vpwl作为线性分段信号源。
按Q修改vdc属性
在DC voltage这里将电压值设置为1.8v(注意，只要填入1.8即可，不要带入单位)
一样修改vpwl属性(这里我们设置一个3段线性信号，即6个点)，以下图

另外我们还要添加一个gnd器件作为基准地信号(在analoglib中选择)

添加完器件以后以下图

(注意：电路gnd和标准地gnd之间要添加一个0V直流电压)

接下来连线和给输出端添加一个PIN，以下图
然后按check and save保留
选择tools中Analog environment

弹出以下窗口

选择右边工具框中第二个，弹出以下窗口

这里设置仿真停止时间(该时间依据自己具体需要填写)，然后点OK
接下来设置需要看波形那些端口 outputs—To Be Plotted—Select On Schematic

然后在要看波形线条上单击鼠标左键点一下即可

点完以后该线条会变颜色和闪烁，之前Analog environment窗口outputs中也会出现对应名称

然后点击右边工具栏中得倒数第三个Netlist and Run
电路正确话就会有波形
点击该图标是分离重合波形

——————其它快捷键——————————
E 看symol里面电路
Ctrl+E 退出看内部电路

F 让原理图居中
P PIN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

其它相关设置：
设置回退次数 CIW窗口--options--user preference

多个器件属性一起修改，用shift选中以后然后选all selected(原先是only current)

二、版图设计
打开dualinvschematic电路图，然后Tools--Design Synthesis--Layout XL
以后弹出以下对话框
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，出现设置窗口
这里修改分辨率，将X Snap Spacing 和Y Snap Spacing 修改为0.005，方便以后画图。点击OK

在画layout版面菜单中选择 Design--Gen From source
然后弹出以下窗口
点击OK即可，版面上就生成和原schematic电路图相对于尺寸MOS管，以下图
[注：能够不gen from source而直接在画版图版面按快捷键I添加layout器件，再修改尺寸，这么也能够经过LVS(经过测试即使版图中MOS编号和schematic中不一样，不过最终输出子电路中MOS管编号跟schematic是相同)]
选择那四个绿色方框和紫色线，按delete删除，删除后就剩下四个MOS管。
按shift+F 将MOS管转换为可视layout结构，并用M快捷键来移动MOS管，此时整个版面上就剩下四个MOS管了，（Ctrl+F能够还原为Schematic结构）以下图

工具栏左边放大镜能够放大和缩小，或使用快捷键Z(放大)，shift+z缩小
(按了Z键要选某一个区域才能放大，不是直接放大和缩小)

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POLY1 drw 然后点版图，然后按R(画方框)，Q属性能够看到是dg

（在空白处）按S键，鼠标移到矩形框边，就能修改矩形框。
修改以后让矩形框和PMOS管 NMOS管栅极对齐。(一定要对齐，不然DRC报错)
放大能够看到她们是否对齐，
这么是对齐。这么就是没对齐。
画好POLY1以后以下图

2、画金属走线
因为该电路简单，只需要一层金属即可，所以只需要LSW中metal1
在LSW中选中METAL1 drw，然后点版图，然后按P(走线)，然后按F3(设置线宽为0.5) ，Q属性能够看到是dg

画完后以下图(注意金属要整个覆盖住MOS管D端，接触面积大才能确保电流)

3、画POLY1和metal1之间连接
[不一样材料之间相连要打孔。比如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，设置为0.5宽度，画一段poly
然后在这段poly上打孔，按字母O键，弹出以下窗口

在Contact Type这里选择 M1_POLY1,Rows这里输入2，然后回车
(鼠标右键能够旋转器件)
将这个通孔放于之前poly1上

然后metal1和这个通孔相连即实现了金属1层和poly1之间连接

接下来输入信号in这里也要这么画，画好以后整体图以下

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Contact Type这里选择 M1_SUB，这个是NMOS管衬底接触。

按快捷键字母O，在Contact Type这里选择M1_NWELL，这个是PMOS管衬底接触。

5、给PMOS管打阱
[因为现在是P阱工艺，整个画图版面就是一个P型衬底，而NMOS管是做在P型衬底上面，所以画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，以下图

6、画管脚PIN
在LSW中选中metal1 pin

接着点击空白处，然后按快捷键L 弹出以下窗口
在Label这里输入名称(注意这个名称要和schematic图中节点名称要相同)，Height这里设置字体高度，Font这里设置字体样式，然后按回车，将PIN脚摆放到正确位置

7、补全其它连线
因为上图并不完整，还有很多连线没有连。[在熟悉版图画法以后这一步是放在前面做，因为我们熟悉画法后就知道哪里是VDD、gnd、输入和输出]

画完这个7步骤以后点左边工具栏SAVE保留，然后就能够进行后面DRC、LVS和PEX了。

补充知识--多层金属连线：
(以下讲解两层金属metal1和metal2布线)
因为金属走线常常会交叉，所以单层金属是不够，这就包含到多层金属布线。
metal2 drw是金属层2
metal1和metal2之间用通孔M2_M1

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画版图部分技巧：
1、全部MOS管最好同方向(竖方向)，不要有有横有竖。最好是PMOS管放一起(比如一起放上面)，NMOS管放一起(一起放下面)，不一定是根据schematic电路图上MOS管次序来摆放。
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出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。通常情况我们采取单排衬底(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。我们通常取0.5u宽度。
[寄生电容和发生寄生电容两导体面积成正比，所以线宽就0.5u够了(能承受1mA)，不需要再大。(TED)]
5、版图PMOS管和NMOS管 源极和漏极是不区分，上下poly1全部是栅极。
6、衬底接触通常在下面画一排接触即可，对于数模混合电路某个MOS管是尤其敏感那用衬底全包围。
7、走线尽可能短，尽可能画紧凑，降低延时。
8、尽可能不用POLY来走线，假如两个栅极之间具体太长，中间用金属走线。poly长度最多是3-5um。
9、同一层Metal之间距离要大于最小值0.23um，通常是设置成大于0.5um。比如两条metal1走线之间距离要大于0.5um。
10、PMOS管衬底全部接VDD，NMOS管衬底全部接地

多种器件之间距离：
1、PMOS管和NMOS管之间距离通常控制在1um以上，太近DRC报错
2、两个不一样电压nwell之间距离要大于1.4u，所以一开始要预留5um
3、Nwell和NMOS管之间距离推荐是大于1u
4、Nwell和衬底接触和PMOS管距离0.5u左右
5、衬底接触和mos管距离通常设置为0.5u
电容和电阻器件不选择analoglib里面cap和res(这两个是理想电容电阻)，电容通常选择tsmc里面mimcap，电阻则要看电阻率等具体要求。(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 选择多个器件
Shift+F 显示NMOS和PMOS器件版图
O 打孔(pmos管衬底属性选择M1_NWELL nmos管选择M1_SUB 金属和poly打孔属性选择M1_POLY1)

三、后端验证和提取
后端仿真首先要DRC，然后LVS，然后PEX提取寄生参数。最终用Hspice仿真器仿真提取参数后网表。
这里关键用到是calibre工具

1、 DRC
(上面工具栏中calibre—选择Run DRC)弹出下面窗口

Runset File是RUN DRC时需要填入部分设置，方便于下次RUN，可直接取消掉
DRC关键设置rules位置和DCR Run路径 [其它全部默认]

Rules这里选择TSMC库文件中calibre文件下calibre.drc
(这里DRC Run Directory 是自己创建一个文件夹，su xue~cd /home/xue ~ mkdir drc)[这里dcr改为verify/dcr]

然后点击Run DRC 弹出以下窗口
(运行完成以后弹出窗口)
点开看，假如是area coverage 那就是覆盖率问题，这种错误不用理会。[比如上图中得这8个错误是没关系]

2、Run LVS
一样Runset File点取消
设置rules和inputnetlist

【新】[lvs改为verify/lvs]

Inputs—Netlist 这里选择Export from schematic viewer

点击run LVS后弹出以下窗口

假如是绿色笑脸则表示LVS经过，表示版图和schematic原理图是匹配，说明我们版图没有画错。假如是红色脸蛋，表示有错误，那关键点开看具体错误说明，再排除错误。

3、Run PEX
一样Runset File点取消
Rules设置

[新]/home/gengliang/ic/verify/pex

Inputs--netlist设置Export from schematic view选上

Outputs—extraction type选择R+C(即提取寄生电阻和电容)，format这里选择hspice(用于Hspice仿真器仿真)
(假如后仿是用spectre仿真器仿真，那么format这里选择CALIBREVIEW )

[NEW]

Outputs—reports这里 选上generate PEX report和View report after PEX finishes

[NEW]

然后run PEX
以后在/home/xue/pex文件夹下面生成三个我们需要用到文件
list (里面是电路网表)
list.pex (里面是各个节点寄生参数)
list.DUALINV.pxi (里面是部分调用子电路命令)
[注：在XP系统下用写字板打开可查看这三个文件内容]

MOS场效应晶体管描述语句：(pex输出网表格式)
MMX D G S B MNAME <L=val> <W= val > <AD= val > <AS= val > <PD= val > <PS= val > <NRD= val > <NRS= val >

第三节后端仿真
1、用Hspice仿真器进行后仿真
将上述三个文件复制到XP系统下面，然后新建一个dualinv.sp文件(即新建文本文档，后缀改成.sp)，这么同一目录下就有四个文件，以下

将list文件中电路复制到dualinv.sp文件中(即蓝色框内这部分)

[注意：list文件里面那两行include "list.pex" 和 include "list.DUALINV.pxi "千万不要忘记复制过来。 ]
第一行一定要加一个“*”符号。

然后在dualinv.sp中加激励信号和部分测试语句即能够仿真，以下
(这是dualinv.sp文件)
[注意：Hspice不区分字母大小写]
接下来用Hspice仿真器仿真这个dualinv.sp文件，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初始值要依据实际条件修改。

1.2
以下图：.subckt lcff 后边是lcff端口，并不一定和前仿时自己编写端口次序一致，所以需要重新依据下文测试代码次序做对应改变，不然会犯错。切记！！！

2、不一样工艺角(corners)仿真
CMOS电路在生产在存在工艺偏差，通常在四个工艺角(SS、FF、FS、SF)下对电路进行仿真。具体操作以下：

在.sp文件加载模型这里改成对应corner即可

3、蒙特卡罗法(Monte-Carlo)分析PVT对触发器影响
通常VT组合分为以下三种：
-40C 2.0V；25C 1.8V；125C 1.6V (即电压偏差值在正负10%)
蒙特卡罗法(Monte-Carlo)分析PVT就是取不一样电压和温度组合，然后进行Monte-Carlo分析，MC分析就是随机选择器件参数。【要进行Monte-Carlo分析首先工艺厂商提供仿真模型(rf018.l文件)要支持Monte-Carlo分析，即里面要有MC模型。】具体操作以下：

温度、输入电压要改变，然后加上Monte-Coral分析。注意红色横线部分
************************************************************
到此为止，整个后端仿真步骤演示完成，当然这里面还有很多是不够细致，关键是画版图这一块。画版图是一个经验积累过程，我上面演示只是一个很简单例子，这还需要大家在学习中不停积累经验。
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其它知识
(用spectre仿真器需要看以下步骤，用Hspice仿真器不需要看)
——————————用spectre仿真器仿真——————
(假如format这里选择是CALIBREVIEW)运行后弹出

直接点OK
以下是第一次运行配置
前面是pch和nch配置

点 auto map pins 然后点OK

电容和电阻分别选择analoglib中cap和res

用spectre后仿真
[一定要注意，schematic和layoutpin脚全部要大写]
首先在CIW这里新建一个config

选择spectre

更改Library list为自己lib view list这里加calibre

然后inv这里右键 选择calibre

以后变成下图

然后点红感叹号更新

点OK出现下图

然后右上角open

假如是在library这里打开config时候 出现下图 两个全部选yes

spectre 假如要保留设置就要在session—save state里面

这么设置