微電子概論標準單元技術第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日第四章標準單元技術standardcelltechniques開發(fā)標準單元庫的原因標準網格定向型工藝層技術

網格式布線系統(tǒng)要求的庫設計規(guī)則標準輸入輸出單元

2第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日全定制：按規(guī)定的功能、性能要求，對電路的結構布局、布線均進行專門的最優(yōu)化設計，以達到芯片的最佳利用。半定制：由廠家提供一定規(guī)格的功能塊，如門陣列、標準單元、可編程邏輯器件等，按用戶要求利用專門設計的軟件進行必要的連接，稱為半定制電路。開發(fā)標準單元庫的原因：對于全定制設計來說，獨立模塊的規(guī)模過于龐大和復雜，因此就存在著加快電路和版圖設計過程的需要。缺乏具有手工實現復雜全定制模塊設計能力的專業(yè)人員，而自動化工具緩解了這個問題。典型加工工藝的進步，包括布線金屬層從1層金屬增加到2層金屬或3層金屬。對最佳結果的實現，這進一步增加了全定制版圖設計過程的復雜性。甚至在全定制設計流程中，當構建模塊以預定義的標準來實現時，規(guī)模在20個單元以上的布局布線會更加容易。而單元接口的標準化在庫中就可以實現了。開發(fā)標準單元庫的原因3第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日一個典型的標準單元庫有幾百個單元，而高級的庫則有1000個以上的單元。有些單元庫會針對低功耗、高速和高空隙率而進行專門設計、開發(fā)。

空隙率：可全部用于布線的面積與整個單元面積的比率。經典的布線器是基于網格的。網格布線器遵循的約束條件：導線只能有幾種固定的寬度；導線只能放在預先確定了坐標的網格上。標準網格-網格式布線器grid-basedrouter4第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日“l(fā)ayerrules”和“physicalrules”都在庫文件“techfile”中。一般“techfile”中包含以下內容：

CONTROLS：“maskGrid0.01”LAYERDEFINITIONLAYERRULESPHYSICALRULESDEVICES標準網格-網格式布線器grid-basedrouter5第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日techfile-LAYERRULES

標準網格-網格式布線器grid-basedrouter“POLY2”isconnectedto“MET1”with“CNT”;“MET1”isconnectedto“MET2”with“VIA1”;……

CNT碳納米管表現出良好的導電性，電導率通?？蛇_銅的1萬倍6第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日techfile-PHYSICALRULES

標準網格-網格式布線器grid-basedrouterpleaserememberthesedefinitions:width、space、area、overlap、extension、enclosure(外邊界與內邊界間的最小距離)7第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日techfile-PHYSICALRULES最小寬度minWidth:封閉幾何圖形的內邊之間的距離。

標準網格-網格式布線器grid-basedrouter

在利用DRC（設計規(guī)則檢查）對版圖進行幾何規(guī)則檢查時，對于寬度低于規(guī)則中指定的最小寬度的幾何圖形，工具將會給出錯誤的提示。8第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日techfile-PHYSICALRULES最小間距minSpacing：各幾何圖形外邊界之間的距離。

標準網格-網格式布線器grid-basedrouter9第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日techfile-PHYSICALRULES最小交疊minOverlap:

交疊有兩種形式：

a.一幾何圖形內邊界到另一圖形的內邊界長度（overlap）

b.一幾何圖形外邊界到另一圖形的內邊界長度（extension）

標準網格-網格式布線器grid-basedrouter10第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日techfile-PHYSICALRULES

標準網格-網格式布線器grid-basedrouterpleasekeeptheserulesinyourmindanddon’tviolatethemwhenyoulayout.11第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日techfile-PHYSICALRULES

標準網格-網格式布線器grid-basedrouterThewidthof“NWELL”mustbegreaterthanorequaltothe“minWidth=1.2microns”;andthespaceoftwo“NWELLs”mustbegreaterthanorequaltotheminSpacing=0.6microns”.NWELLNWELL≧minSpacing≧minWidth12第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日coarsegridexample:

標準網格-網格式布線器grid-basedrouterMinimumwireis1micron,minimumspacingis1micron,therefore,ourtwowiresuse3microns,andwehaveestablishedcenter-to-centergridspacingof2micronsforthisprocess.2microns1microns1microns1microns最小金屬線越寬，或金屬線間必須相隔得越遠，網格也就越大

13第十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日標準網格-網格式布線器grid-basedrouterdeterminingourminimumwirewidthsandminimumspacingbetweenwiresdictatehowcoarseorfineourgridwillbe.最小金屬線越寬，或金屬線間必須相隔得越遠，網格也就越大;

“designrulesdeterminegridsize.”thegrid-basedroutercanonlyplacewiresalongourgridlines,fromintersectiontointersection.14第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日標準網格-規(guī)則式布線器rule-basedrouter不同工藝層上的金屬線寬及其間距都有不同的最小寬度，如果我們要使所有的網格都采用同樣的尺寸，那么我們只能統(tǒng)一地采用芯片上尺寸要求最大的那個工藝層上的尺寸?！皉ule-basedrouter:usestherealdesignrulesforeachlayer,insteadofusingafixedgrid.”大多數人采用grid-basedrouter，因為它簡單；如果采用rule-basedrouter，緊湊，節(jié)省版圖空間。15第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日標準網格-規(guī)則式布線器rule-basedrouter對每一層采用不同的網格尺寸，但這會使我們很難把所有的接觸孔和通孔都對齊并落在每一層垂直和水平網格線的交點上。16第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日thedifferencebetween“via”and“contact”:contact：一般是說把poly或者p+n+擴散區(qū)連接到最低層金屬，connecttheterminaltometalvia:connectthemetalsofdifferentlayers

generallyspeaking,thedefaultpreferredroutingdirection:metal1-horizontalmetal2-verticalmetal3-horizontalmetal4-vertical定向型工藝層技術routingsimplybenefitreducecross-talk17第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日“小的轉向不必改換金屬層”

（注：此處的“小”指只有一兩個網格的轉向）原因：

1.如果用metal2來安排這些小而短的轉向，就再也不能在他們之間提供另外的布線機會了；

2.可能會造成很高的電阻；

3.via不易刻蝕。定向型工藝層技術unnecessary,othermetal2scantroutehere18第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日對齊輸入輸出：輸入A和輸出Z不能隨意放置。它們必須像所有的連線一樣位于同樣的網格上。保證標準單元的所有輸入輸出不僅在x網格上，還要在y網格上。要保證自動布線軟件在水平方向和垂直方向都能找到它們。保證所有的庫單元以及庫單元內部的器件符合網格規(guī)則。網格式布線系統(tǒng)要求的庫設計規(guī)則AZPNVDDVSS19第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日高度固定，寬度可變：為了保持結構的統(tǒng)一，所有的門都必須服從固定高度設置。如果需要有較大驅動能力的晶體管，只要使單元變寬并分割晶體管使之能放在軌線之內就可以了。最小單元高度由通過模擬得到的晶體管尺寸以及為庫所選擇的網格決定。一般選擇的高度要略大于這個最小高度，來作為電源線和地線的布線溝道。采用高度固定的庫的優(yōu)點：如將所有的門挨個擺放，電源線、地線就很容易布線。數字庫:高度固定，寬度可變。(fixedheight,variablewidth.)

大多數庫都是這樣的。對于數字版圖，特別是標準單元版圖，是唯一可行的方式。在模擬版圖設計中也非常有用，甚至是全定制的AIC。網格式布線系統(tǒng)要求的庫設計規(guī)則20第二十頁，共二十九頁，2022年，8月28日公用N阱：典型的CMOS工藝通常都有一個關于N阱間距的規(guī)則，這個間距要求很大，而晶體管的間距要求，要比N阱的間距小得多?？梢栽O計一個大的單個的N阱來節(jié)省空間。

N阱間距限制晶體管間距限制網格式布線系統(tǒng)要求的庫設計規(guī)則nwellspacingdevicespacing21第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日網格式布線系統(tǒng)要求的庫設計規(guī)則現在限制設計的規(guī)則就是晶體管與晶體管的間距，這要比N阱的間距小得多.22第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日如果軌線延伸到單元邊緣，那么把這些單元對接，就形成了一條很長的電源軌線帶。網格式布線系統(tǒng)要求的庫設計規(guī)則powerground23第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日半網格單元尺寸：half-gridcellsizing所有單元內部的導線都處于網格上，而相互對接單元的邊緣落在兩條網格線的中間，即處于半個網格的位置上。由于單元可以在各個方向對接，所以一個單元的每一邊（上、下、左、右）都應當落在半個網格的位置上。buttingedges對接邊沿

網格式布線系統(tǒng)要求的庫設計規(guī)則powerrailbuttingedgeson-gridwiregridpoint24第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日半尺寸設計規(guī)則：half-designrule為了使兩個對接單元間的晶體管也有最小間距，每一個晶體管就應當距離單元邊沿至少有一半的最小間距。網格決定了庫單元的設計。每一樣東西都必須放在網格上，所有的單元都必須服從半網格的規(guī)則。網格式布線系統(tǒng)要求的庫設計規(guī)則powerrailbuttingedgesgridpoin