MEMS 实验 使用L-Edit画PMOS布局图.doc

XXXXXXXX大学（MEMS）实验报告
实验名称 使用 L-Edit 画PMOS 布局图
实验时间 年 月 日
专 业 姓 名 学 号
预 习 操 作 座 位 号
教师签名 总 评

一、实验目的：
1、熟悉版图设计工具L-Edit的使用方法，并且能正确的使用这些工具；
2、掌握版图设计的设计规则；
3、能运用L-Edit 实现器件的布局图，以PMOS与NMOS设计为例；
二、基本原理：
1、CMOS器件的制作工艺
2、PMOS器件和NMOS器件的版图
实验原理截图：
（1）PMO版图设计原理图：

（2）CMOS版图设计原理图：

3、设计版图时的注意事项：
（1）L-Edit编辑环境是预设在P型基板上，故在P型基板上制作PMOS的第一步是需要做出N Well区，即需设定N阱区；然而对于NMOS则不需要N Well群区。此外在设计版图时，需要将图绘制在原点之上，否则不利用版图截面的观察。
（2）改变图形大小的方法：“alt+鼠标拖动边框”；移动图形的方法“alt+鼠标拖动图形”；
（3）绘制各图层之前需先通过Tools---DRC Setup查看对应的设计规则，从而选择确定图层的大小；绘制完一个图层都需DRC 进行设计规则检查；
（4）各图层绘制无先后顺序的规定；
（5）绘图时可适当使用“尺子”功能,以确保版图设计的对称性；清除图中的“尺寸”使用“View---Objects---Rules”或者选中后删除。
（6）对版图设计时，要注意时刻遵循设计规则，否则会出错误。
（7）对版图进行截面观察时，应注意选择好文件的路径，并且要设置好适当的界线位置。

三、实验内容及步骤：
（1）打开 L-Edit 程序。
（2）另存新文件：选择 File---Save As命令，打开“另存为”对话框，在“保存在”下拉列表框中选择存储目录，在“文件名”文本框中输入新文件名称，例如：exp3。
（3）取代设定：选择File---Replace Setup命令，单击出现的对话框的From file 下拉列表右侧的 Browser按钮，择…:\LEdit83\Samples\SPR\example1\lights.tdb文件，再单击 OK 按钮，就可将 lights.tdb 文件的设定选择性应用在目前编辑的文件，包括格点设定、图层设定等。
（4）编辑组件：L-Edit编辑方式是以组件(Cell)为单位而不是以文件(File)为单位的，每一个文件可有多个Cell，而每一个Cell可表示一种电路布局图或说明，每次打开新文件时自动打开一个Cell并将之命名为Cell0，其中，编辑画面中的十字为坐标原点。
（5）设计环境设定：选择Setup命令，打开Design对话框。在Technology选项卡中设定1个Lambda为1000个Internal Unit,也设定1个Lambda等于1个Micron；选择Grid选项卡，其中包括使用格点显示设定、鼠标停格设定与坐标单位设定，在Grid display选项组中设定 1个显示的格点(Displayed grid)等于 1个坐标单位(Locator unit),在Suppress grid less than文本框中设定当格点距离小于8个像素(pixels)时不显示；在Cursor type选项中设定鼠标光标显示为Smooth 类型，在Mouse snap grid文本框中设定鼠标锁定的格点为0.5个坐标单位(Locator Unit)，在One Locator Unit文本框中设定1个坐标单位为1000个内部单位(Internal Units)。设定结果为1个格点距离等于1个坐标单位也等于1个Micron。
（6）选取图层：在画面左边有一个Layers面板，其中有一个下拉列表，可选取要绘制的图层，例如，Poly，则 Layers 面板会选取代表 Poly 图层的红色。在 L-Edit 中的 Poly 图层代表制作集成电路中多晶硅(Poly Silicon)所需要的光罩图样。绘制 PMOS 布局图会用到的图层包括N Well 图层、Active图层、N Select图层、P Select图层、Poly图层、Metal1图层、Metal 2图层、Active Contact图层、Via图层。
（7）绘制N Well图层：L-Edit编辑环境是预设在P型基板上，故不需要定义出 P型基板范围。在P型基板上制作PMOS的第一步流程要先做出N Well区，即需要设计光罩以限定N Well的区域。绘制N Well布局图必须先了解是使用哪种流程的设计规则，本设计使用MOSIS/ORBIT 2.0U的设计规则。观看N Well绘制要遵守的设计规则可选择Tools---DRC Setup命令，打开Setup Design Rules对话框(或单击按钮)，再从其中的Rules list列表框选择1.1Well Minimum Width选项，可知N Well的最小宽度有10个Lambda的要求。选取Layers面板下拉列表中的 N Well选项，再从Drawing工具栏中选择工具，在Cell0编辑窗口画出占据横向24 格纵向15格的方形N Well。
（9）绘制Active图层：设计了N Well的布局区域之后，接着设计主动区(Active)图层图样，Active图层在流程上的意义是定义PMOS或NMOS的范围，Active以外的地方是厚氧化层区(或称为场氧化层)，故需要设计光罩以限定Active的区域，但要注意PMOS的Active图层要绘制在N Well图层之内。同样，绘制Active图层必须先了解是使用何种流程的设计规则，通过Tools---DRC Setup命令，打开Setup Design Rules对话框(或单击按钮)，再从Ruleslist列表框中选择2.1 Active Minimum Width选项，可知Active的最小宽度有3个Lambda的要求。选取Layers面板中下拉列表中的Active选项，再从Drawing工具栏中选择工具，在Cell0编辑窗口中画出占据横向10格纵向5格的方Active于N Well图层中。
（10）截面观察。
（11）设计规则检查：由于绘制的图样是要制作集成电路的光罩图样，必须配合设计规则绘制图层，才能确保流程时的效率。选择 Tools---DRC 命令，打开 Design Rule Check 对话框，选中 Write errors to file 复选框将错误项目纪录至 Cell0.drc文件或自行取文件名，若单击“确定”按钮，则进行设计规则检查。进行设计规则检查的结果发现有一个错误，单击“确定”按钮后，可选择 Tools---Clear Error Layer 命令清除错误符号，或单击按钮清除。 利用 L-Edit 中的 File---Open 命令打开错误纪录文件 Cell0.drc，打开 Cell0.drc 的内容如下图所示，有一个错误，系统显示是违背了设计规则 4.6，并标出发生错误的坐标范围。先回到 Exl0.tdb 文件观看本范例设计规则的 4.6 规则是什么，选择 Tools---DRC Setup命令， 打开 Setup Design Rules对话框(或单击按钮)， 从其中的 Rules list 列表框中选择 4.6 Not Existing 选项，可以观看该条设计规则设定。4.6 规则是说Active 图层必须要与 P Select 图层或N Select 重叠，而不能单独存在，否则设计规则检查会有错误。
（12） 绘制 P Select图层：设计了 Active 的布局区域之后，并需加上 P Select或 N Select图层与 Active 图层重叠。在 PMOS 中需要布置的是 P型杂质，P Select 图层在流程上的意义是定义要布置 P 型杂质的范围，故需要设计光罩以限定 P 型杂质的区域。但要注意 P elect 区域要包住 Active图层，否则设计规则检查会有错误。同样，绘制 P Select 图层必须先了解是使用哪种流程的设计规则。要观看 P Select 图层绘制要遵守的设计规则可选择Tools---DRC Setup 命令，打开 Setup Design Rules对话框(或单击按钮)，再从 Rules list列表框中选择 4.2b/2.5 Active to P-Select Edge Active Minimum Width选项。
从 4.2b 规则内容可知，若 Active 完全在 P Select 内，则 Active 的边界要与 P Select的界至少要有两个 Lambda 的距离，这是环绕(Surround)规则。选取 Layers 面板中下拉列表中的 P Select 选项，使工具被选取，再从 Drawing 工具栏中选择工具，于 Cell0 编辑窗口中画出占据横向 18 格，纵向 9 格的方形于 N Well 图层中。 另外，要注意的是 Active 与 P Select交集处被定义为 pdiff层，pdiff与 N Well 也一个环绕规则需要注意，设计规则 2.3a Source/Drain Active to Well Edge，此 规则说明规定在 N Well范围内，pdiff的边界与 N Well 的边界至少要距离 5 个 Lambda，这是一个环绕(Surround)规则，pdiff层的定义可以用选择 Setup—Layer 命令来观看。
（13） 绘制 Poly图层：接下来绘制 Poly图层，Poly图层在流程上的意义是定义生长多晶硅(Poly Silicon)，需要设计光罩以限定多晶硅区域。同样，绘制 Poly 图层必须先了解是使用哪种流程的设计规则。 要观看 Poly图层绘制要遵守的设计规则可选择 Tools—DRC命令，打开 Design Rule Check 对话框， 单击其中的 Setup按钮打开 Setup Design Rules对话框(或单击按钮)，再从其中的 Rules list 列表框中选择 3.1 Poly Minimum Width 选项，从 3.1 规则内容可知，Poly 的最小宽度有两个 Lambda 的要求。 选取 Layers 面板中下拉列表中的 Poly 选项，使工具被选取，再从 Drawing 工具栏中选择工具，在 Cell0 编辑窗口画出占据横向 2 格，纵向 7 格的方形于 N Well 图层中。
（14） 设计规则检查：由于绘制的图样是要制作集成电路的光罩图样，必须配合设计规则绘制图层，才能确保流程时的效率。选择 Tools—DRC 命令，打开 Design Rule Check对话框，选中 Write errors to file 复选框将错误项目纪录到 Cell0.drc文件或自行取文件名，若单击“确定”按钮，则进行设计规则检查。进行设计规则检查的结果发现有两个错误，单击“确定”按钮后，可选择 Tools—Clear Error Layer 命令清除错误符号，或利用按钮清除。
（15） 检查错误：利用 L-Edit 中的 File—Open 命令打开错误纪录文件 Cell0.drc。打开Cell0.drc 的内容，其中有两个错误，系统显示都是违背了设计规则 3.3，并标出发生错误的坐标范围。 回到 Exl0.tdb 文件观看本范例设计规则的 3.3 规则是什么，选择 Tools—DRC Setup命令，打开 Setup Design Rules 对话框(或单击按钮)，再从 Rules list 列表框中选择
3.3GateExtension out of Active 选项，可以观看该条设计规则的设定。从 3.3 延伸(Extension)规则可看出，Poly 图层必须延伸出 Active 区域有最小两个 Lambda 的限制，而本范例在第一个图所绘制的 Poly 延伸出 Active 区域只有 1 个格点，也就是延伸只有 1 个 Lambda，故违反了设计规则。故将所绘制的 Poly 图层延伸出 Active 区域为两个格点即可。
（16） 修改对象：将所绘制的 Poly 图层改为延伸出 Active 区域为两个格点的方式，可以利用 Alt 键加鼠标拖曳的方式来修改对象大小，也可选择 Edit—Edit Object(s)，打开 Edit object(s)对话框，可在其中的 Show box coordinates using 下拉列表框中选择 Comers 选项进行修改。修改后再进行设计规则检查即无错误。
（17） 截面观察：它是模拟在基板上根据布局图制作出的结果。
（18） 绘制 Active Contact 图层：PMOS 的源极区与漏极区各要接上电极，才能在其上加入偏压，各组件之间的信号传递，也需要靠金属线连接。在金属层制作之前，组件会被沉积上一层绝缘层(氧化层)，为了让金属能接触至扩散区(源极与漏极)，必须在此绝缘层上蚀刻出一个接触孔，此接触孔是为了能使金属层能与扩散区接触。要观看 Active Contact 图层绘制所要遵守的设计规则，可选择 Tools—DRC Setup 命令，打开 Setup Design Rules 对话框(或单击按钮)，再从其中的 Rules list 列表框中选择 6.1A Active Contact Exact Size 选项。 从 6.1A 规则的内容可知，Active Contact 图层有一个标准宽度的限制，其宽度限定为两个 Lambda 的大小，这是标准宽度(Exact Width)规则。选择 Layers 面板中下拉列表中的Active Contact 选项，使按钮被选择，再从 Drawing 工具栏中选择工具，在 Cell0 编辑窗口的 Active 图层中画出占据横向两格、纵向两格的方形，左右两个扩散区各画一个 Active Contact。 要注意 Active Contact 图层与 Active图层之间还有一个环绕规则要遵守。从 6.2A环绕(Surround)规则可看出，Active Contact 图层边界与 field active 图层边界必须至少有 1.5 个Lambda 的限制，其中 field active 图层是 Poly区以外的主动区部分。Active Contact 与 field active 之间的环绕距离分别为 1.5 个 Lambda(上下)与两个 Lambda(左右)，将 active 修改为横向 14 格、纵向 5 格。
（19） 截面观察。
（20） 绘制Metal1图层： 查看Metal1图层绘制要遵守的设计规则， 选择Tools—DRC Setup命令，单击打开 Setup Design Rules 对话框(或单击按钮)，从其中的 Rules list 列表框中选择 7.1Metal1 Minimum Width 选项，从中可以看到 Metal1有最小宽度的限制，其宽度限定最小为 3 个Lambda，这是最小宽度 (Minimum Width)规则。选取 Layers 面板下拉菜单中的 Metal1选项，使工具被选取，再从 Drawing 工具栏中选择工具，在 Cell0 编辑窗口的Active Contact 周围画出占据横向 3格、 纵向 3 格的方形， 左右两个扩散区各画一个 Metal1区块。
（21） 设计规则检查：由于绘制的图样是要制作集成电路的光罩图样，必须配合设计规则绘制图层，才能确保流程时的效率。进行设计规则检查的结果发现有 24 个错误。回到 Exl0.tdb 文件观看本范例设计规则的 7.4 规则是什么，选择 Tools—DRC Setup 命令，打开 Setup Design Rules 对话框(或单击按钮)，再从其中的 Rules list 列表框中选择、7.4Metall Overlap of Active Contact选项来观看该条设计规则的设定。从 7.4 环绕(Surround)规则可看出， Active Contact 图层边界与Metal1 图层边界必须至少有1 个Lambda 的限制，而之前的 Active Contact 图层与 Metal1 层边界只有 0.5 个格点，故不符合此设计规则而发生错误。修改方式为将 Metal1 放大成宽 4 个格点高 4 个格点即可。
（23）重新命名： 将 Cell0 的名称重新命名， 可选择 Cell—Rename 命令， 打开 Rename Cell Cell0 对话框，将 cell 名称改成 pmos。
（24）新增 NMOS 组件：选择Cell—New命令，打开Create New Cell对话框，在其中的New cell name文本框中输入“nmos”，单击OK按钮。
（25）编辑NMOS组件：依照 PMOS 组件的编辑流程，建立出Active图层、N Select图层、Poly图层、Active Contact图层与Metal1图层。其中，Active宽为14个格点， 高为5个格点： Poly宽为2个格点，高为9个格点：N Select宽为18个格点，高为9个格点；两个Active Contact 宽皆为2个格点，高皆为2个格点：两个Metal1宽皆为4个格点，高皆为4个格点。
（26） 设计导览：选择view按钮，打开Design Navigator窗口，可以看到Exl0文件有nmos与 pmos 两个 cell。
四、实验截图及结果：
1、POMS：⑴PMOS截图:

（2）截面图：

2、NMOS：
（1）NMOS截图：

（2）NMOS截面图：

五、实验总结与体会：
1、通过实验熟悉版图设计工具L-Edit 的使用，并且能正确的使用这些工具。例如尺子的使用，确保了设计的图像具有对称性。
2、经过实验对设计规则有了更深刻的认识，并能记住一些设计规则，在设计时减少了许多的错误。
3、通过实验明白在设计各个层时，没有固定的顺序，这样在设计时就有更多的灵活性。