时间：2023-10-13 16:13:54
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇集成电路设计工艺流程，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：版图设计；集成电路；教学与实践
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）06-0153-02
目前，集成电路设计公司在招聘新版图设计员工时，都希望找到已经具备一定工作经验的，并且熟悉本行业规范的设计师。但是，IC设计这个行业圈并不大，招聘人才难觅，不得不从其他同行业挖人才或通过猎头公司。企业不得不付出很高的薪资，设计师才会考虑跳槽，于是一些企业将招聘新员工目标转向了应届毕业生或在校生，以提供较低薪酬聘用员工或实习方式来培养适合本公司的版图师。一些具备版图设计知识的即将毕业学生就进入了IC设计行业。但是，企业通常在招聘时或是毕业生进入企业一段时间后发现，即使是懂点版图知识的新员工，电路和工艺的知识差强人意，再就是行业术语与设计软件使用不够熟练、甚至不懂。这就要求我们在版图教学时渗入电路与工艺等知识，使学生明确其中紧密关联关系，树立电路、工艺以及设计软件为版图设计服务的理念。
一、企业对IC版图设计的要求分析
集成电路设计公司在招聘版图设计员工时，除了对员工的个人素质和英语的应用能力等要求之外，大部分是考查专业应用的能力。一般都会对新员工做以下要求：熟悉半导体器件物理、CMOS或BiCMOS、BCD集成电路制造工艺；熟悉集成电路（数字、模拟）设计，了解电路原理，设计关键点；熟悉Foundry厂提供的工艺参数、设计规则；掌握主流版图设计和版图验证相关EDA工具；完成手工版图设计和工艺验证[1，2]。另外，公司希望合格的版图设计人员除了懂得IC设计、版图设计方面的专业知识，还要熟悉Foundry厂的工作流程、制程原理等相关知识[3]。正因为其需要掌握的知识面广，而国内学校开设这方面专业比较晚，IC版图设计工程师的人才缺口更为巨大，所以拥有一定工作经验的设计工程师，就成为各设计公司和猎头公司争相角逐的人才[4，5]。
二、针对企业要求的版图设计教学规划
1.数字版图设计。数字集成电路版图设计是由自动布局布线工具结合版图验证工具实现的。自动布局布线工具加载准备好的由verilog程序经过DC综合后的网表文件与Foundry提供的数字逻辑标准单元版图库文件和I/O的库文件，它包括物理库、时序库、时序约束文件。在数字版图设计时，一是熟练使用自动布局布线工具如Encounter、Astro等，鉴于很少有学校开设这门课程，可以推荐学生自学或是参加专业培训。二是数字逻辑标准单元版图库的设计，可以由Foundry厂提供，也可由公司自定制标准单元版图库，因此对于初学者而言设计好标准单元版图使其符合行业规范至关重要。
2.模拟版图设计。在模拟集成电路设计中，无论是CMOS还是双极型电路，主要目标并不是芯片的尺寸，而是优化电路的性能，匹配精度、速度和各种功能方面的问题。作为版图设计者，更关心的是电路的性能，了解电压和电流以及它们之间的相互关系，应当知道为什么差分对需要匹配，应当知道有关信号流、降低寄生参数、电流密度、器件方位、布线等需要考虑的问题。模拟版图是在注重电路性能的基础上去优化尺寸的，面积在某种程度上说仍然是一个问题，但不再是压倒一切的问题。在模拟电路版图设计中，性能比尺寸更重要。另外，模拟集成电路版图设计师作为前端电路设计师的助手，经常需要与前端工程师交流，看是否需要版图匹配、布线是否合理、导线是否有大电流流过等，这就要求版图设计师不仅懂工艺而且能看懂模拟电路。
3.逆向版图设计。集成电路逆向设计其实就是芯片反向设计。它是通过对芯片内部电路的提取与分析、整理，实现对芯片技术原理、设计思路、工艺制造、结构机制等方面的深入洞悉。因此，对工艺了解的要求更高。反向设计流程包括电路提取、电路整理、分析仿真验证、电路调整、版图提取整理、版图绘制验证及后仿真等。设计公司对反向版图设计的要求较高，版图设计工作还涵盖了电路提取与整理，这就要求版图设计师不仅要深入了解工艺流程；而且还要熟悉模拟电路和数字标准单元电路工作原理。
三、教学实现
1.数字版图。数字集成电路版图在教学时，一是掌握自动布局布线工具的使用，还需要对UNIX或LINUX系统熟悉，尤其是一些常用的基本指令；二是数字逻辑单元版图的设计，目前数字集成电路设计大都采用CMOS工艺，因此，必须深入学习CMOS工艺流程。在教学时，可以做个形象的PPT，空间立体感要强，使学生更容易理解CMOS工艺的层次、空间感。逻辑单元版图具体教学方法应当采用上机操作并配备投影仪，教师一边讲解电路和绘制版图，一边讲解软件的操作、设计规则、画版图步骤、注意事项，学生跟着一步一步紧随教师演示学习如何画版图，同时教师可适当调整教学速度，适时停下来检查学生的学习情况，若有错加以纠正。这样，教师一个单元版图讲解完毕，学生亦完成一个单元版图。亦步亦趋、步步跟随，学生的注意力更容易集中，掌握速度更快。课堂讲解完成后，安排学生实验以巩固所学。逻辑单元版图教学内容安排应当采用目前常用的单元，并具有代表性、扩展性，使学生可以举一反三，扩展到整个单元库。具体单元内容安排如反相器、与非门/或非门、选择器、异或门/同或门、D触发器与SRAM等。在教授时一定要注意符合行业规范，比如单元的高度、宽度的确定要符合自动布局布线的要求；单元版图一定要最小化，如异或门与触发器等常使用传输门实现，绘制版图时注意晶体管源漏区的合并；大尺寸晶体管的串并联安排合理等。
2.模拟版图。模拟集成电路版图设计更注重电路的性能实现，经常需要与前端电路设计工程师交流。因此，版图教学时教师须要求学生掌握模拟集成电路的基本原理，学生能识CMOS模拟电路，与前端电路工程师交流无障碍。同时也要求学生掌握工艺对模拟版图的影响，熟练运用模拟版图的晶体管匹配、保护环、Dummy晶体管等关键技术。在教学方法上，依然采用数字集成电路版图的教学过程，实现教与学的同步。在内容安排上，一是以运算放大器为例，深入讲解差分对管、电流镜、电容的匹配机理，版图匹配时结构采用一维还是二维，具体是如何布局的，以及保护环与dummy管版图绘制技术。二是以带隙基准电压源为例，深入讲解N阱CMOS工艺下双极晶体管PNP与电阻匹配的版图绘制技术。在教学时需注意晶体管与电阻并联拆分的合理性、电阻与电容的类型与计算方法以及布线的规范性。
3.逆向版图设计。逆向集成电路版图设计需要学生掌握数字标准单元的命名规范、所有标准单元电路结构、常用模拟电路的结构以及芯片的工艺，要求学生熟悉模拟和数字集成单元电路。这样才可以在逆向提取电路与版图时，做到准确无误。教学方法同样还是采用数字集成电路版图教学流程，达到学以致用。教学内容当以一个既含数字电路又含模拟电路的芯片为例。为了提取数字单元电路，需讲解foundry提供的标准单元库里的单元电路与命名规范。在提取单元电路教学时，说明数字电路需要归并同类图形，例如与非门、或非门、触发器等，同样的图形不要分析多次。强调学生注意电路的共性、版图布局与布线的规律性，做到熟能生巧。模拟电路的提取与版图绘制教学要求学生掌握模拟集成电路常用电路结构与工作原理，因为逆向设计软件提出的元器件符号应该按照易于理解的电路整理，使其他人员也能看出你提取电路的功能，做到准确通用规范性。
集成电路版图设计教学应面向企业，按照企业对设计工程师的要求来安排教学，做到教学与实践的紧密结合。从教学开始就向学生灌输IC行业知识，定位准确，学生明确自己应该掌握哪些相关知识。本文从集成电路数字版图、模拟版图和逆向设计版图这三个方面就如何开展教学可以满足企业对版图工程师的要求展开探讨，安排教学有针对性。在教学方法与内容上做了分析探讨，力求让学生在毕业后可以顺利进入IC行业做出努力。
参考文献：
[1]王静霞，余菲，赵杰.面向职业岗位构建高职微电子技术专业人才培养模式[J].职业技术教育，2010，31（14）：5-8.
[2]刘俐，赵杰.针对职业岗位需求？摇探索集成电路设计技术课程教学新模式[J].中国职业技术教育，2012，（2）：5-8.
[3]鞠家欣，鲍嘉明，杨兵.探索微电子专业实践教学新方法-以“集成电路版图设计”课程为例[J].实验技术与管理，2012，29（3）：280-282.
[4]李淑萍，史小波，金曦.微电子技术专业服务地方经济培养高技能人才的探索[J].职业技术教育，2010，13（11）：13-16.
一种有效的实验用波带片的制作方法，详细说明了波带片的设计与制作过程以及各步骤的注意事项，并由实验给出了测试结果。
【关键词】
波带片；设计制作
1引言
随着制造业的发展对加工精度提出了越来越高的要求，传统机床加工精度已经远远不能满足飞速发展的的要求，使得微纳加工的应用领域得到了很大拓展。首先是应用于军事领域，然后被广泛地推广至各个领域。其中电子束光刻技术是推动微米电子学和微纳米加工发展的关键技术，尤其在纳米制造领域中起着不可替代的作用，包括利用电子束直写技术制作波带片。
在惯性约束聚变（ICF）中微米、亚微米级空间分辨的X光成像技术是很重要的等离子体诊断技术之一。目前用于ICF实验中高分辨靶源辐射成像的方法主要有：针孔成像、掠入射显微成像、编码成像、波带片成像等。前三种成像技术完全基于几何光学理论和严格限制高级衍射。所以他们的分辨率都不能达到深亚微米的水平，文献报道目前只有微波片成像技术可以达到5um的空间分辨率，以满足人们的对分辨率的要求。
2微波带片的制作原理
微波带片是一种特殊的光学透镜，它是通过衍射特性对光束进行聚焦的，不是利用器件对光的折射特性进行工作。波带片成像技术能够获得深亚微米、纳米级的实验水平。微聚焦波带片成像和其他方法相比，具有空间分辨率高、聚光效率高、应用范围广等特点。这种成像技术的分辨率完全依赖于微波带片最外环的宽度，通常系统所能获得的极限分辨率是微波带片最外环宽度的1.22倍。如果波带片的最外环宽度是25cm，就可以达到30cm的高空间分辨率。
波带片制作方法主要有机械刻划、激光全息光刻、电子束直写等。机械刻划条件极为苛刻，不仅时间长而且精度不高，很难刻划出亚微米的线条。激光全息光刻虽然能够制作出深亚微米水平的微波带片，但是它的控制精度和分辨率不能与电子束直写相比较。但是，电子束制作可以制作出纳米级的高分辨率图形，却不能够制作高宽比的图形。对于微波带片的制作，采用阴阳图形互换技术，即电子束直写和同步辐射X射线光刻技术混合的光刻方法，充分利用上述两种光刻技术的优点避免他们各自的缺点，先使用电子束直写方法制作低低宽比的阳图形（大面积为透光图形）微波带片，然后用同步辐射X射线光刻技术复制高高宽比的阴图形（大面积为不透光图形）微波带片。
同步辐射X射线之所以被用于光刻，是因为X射线能在很厚的材料上定义出分辨率非常高的图形。由于X射线波长极短，为0.01～10nm数量级，因此分辨率相当高，同步辐射X射线光刻是一种非常好的可用于100nm以下分辨率的光刻技术，且能在这个波段范围内穿透绝大多数材料。同步辐射X射线光刻能得到非常大的光刻线条高宽比，这对满足后步光刻图形的转移及加工的要求非常重要。
3为波带片数据处理
目前常规集成电路设计工具软件中的图形编辑器较难处理圆弧和任意函数曲线等复杂图形，并且图形生成器所产生的任意一个多边形的顶点数不得超过200个点，这样对于制作高分辨率的波带片就形成了一个障碍。实际应用中对于波带片质量的要求极高，如果仅仅制作由200个点构成的圆环，那么最终得到的图形就是一个还有很多棱角的图形，失去了圆环的性质和功能不能满足高分辨率成像的要求。由于制作高分辨率的波带片，特征线条尺寸很小，数据量会很大，如果采用手工通过一个个扇形环面拼接的话，工作量会非常巨大，不好实现而且容易出错，准确度也很难控制。所以我们可以利用如下方法处理圆环。首先将要绘制的每一个圆环分成n份，然后再将每一份分成90份这样就用182个点表示一个多边形，根据实验要求的精度和条件，选取不同的n值，理论上n值越大越逼近圆环，误差就越小；然而如果n值过大，多边形的拼接处就会越多，临近效应就越显著，反而带来不好的影响，并且会使数据量剧增，给处理带来很大的麻烦。
在实验中通过宏文件将每一个圆环分成40份，每一份都用182个顶点来表示，最终很好地消除了棱角和“鼓包”的现象，得到很好的实验结果。“鼓包”是由于电子束系统双曝光造成的。电子束处理两个相邻的图形时，对于交接处电子束要进行两次曝光，从而造成这些地方曝光剂量过大，形成鼓包。
4制作流程
图1电子束制作微波带片掩模流程图
具体的制作工艺流程如图1所示。利用低压化学气相沉积方法，在900℃下将SiH2Cl2/NH3的混合气体通入管道中，在硅片两面同时淀积所需要的2um厚的氮化硅薄膜。将正性抗蚀剂旋涂在硅片的正反两面，使用常规的光刻技术，进行曝光，再使用反应离子刻蚀机，利用SF6气体在片子的背面刻出所需要的SiNx窗口，利用化学湿法腐蚀法将背面的体硅去掉，留下自支撑的氮化硅薄膜。利用电子束蒸发设备在片子的正面分别形成8nm厚的铬层和15nm厚的金层。在硅片的正面旋涂正性抗蚀剂，利用电子束曝光机进行直写，再经过电镀、去胶、打底金、漂铬等工艺就得到所要制作微波带片的掩模。然后，利用得到的掩模进行同步辐射X射线光刻复制。
5实验结果
成功地实现了阴阳图形互换技术。首先，利用电子束直写成功制成了阳图形微波带片，然后用同步辐射X射线光刻技术复制成功阴图形（大面积为不透光图形）微波带片。
