兰州交通大学毕业设计（论文） 要的版图信息。
6）设计验证（Design Verification）
在版图设计完成以后，非常重要的一步工作是版图验证。主要包括：设计规则检查（DRC）、版图的电路提取（NE）、电学规检查（ERC）和寄生参数提取（PE）
4.1 版图设计规则
用特定工艺制造电路的物理掩膜版图都必须遵循一系列几何图形排列的规则，这些规则称为版图设计规则。设计规则是以晶圆厂实际制造过程为基准，经过实际验证过的一整套参数，是进行版图设计必须遵守的规则，版图设计是否符合设计规则是流片是否成功的一个关键。
设计规则包括几何规则、电学规则以及走线规则。设计规则可分类为：
1）拓扑设计规则（绝对值）：最小宽度、最小间距、最短露头、离周边最短距离）； 2）λ设计规则（相对值）：最小宽度w=mλ、最小间距s=nλ、最短露头t=lλ、离周边最短距离d=hλ（λ由IC制造厂提供，与具体的工艺类型有关，m、n、l、h为比例因子，与图形类形有关）；
3）宽度规则（width rule）：
宽度指封闭几何图形的内边之间的距离。在利用DRC(设计规则检查)对版图进行几何规则检查时，对于宽度低于规则中指定的最小宽度的几何图形，计算机将给出错误提示。
图4.1最小宽度、最大宽度
4）间距规则（Separation rule）： 间距指各几何图形外边界之间的距离。
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图4.2（a）同一工艺层的间距(spacing) 图4.2（b）不同工艺层的间距(separation)
5）交叠规则（Overlap rule） 交叠有两种形式：
<1>一个几何图形内边界到另一个图形的内边界长度（intersect） <2>一个几何图形外边界到另一个图形的内边界长度（enclosure）
图4.3（a） Intersect 图4.3（a） enclosure
制定设计规则的主要目的是为了在制造时能用最小的硅片面积达到较高的成品率和电路可靠性。
（1）本论文设计使用的设计规则
设计规则随工艺的不同而改变。因为L-Edit的编辑环境预设在P型基板上，所以本次版图设计采用N阱工艺。设计规则采用MOSIS规则。MOSIS版图设计规则属于?准则，是由美国MOSIS集团制定的。此规则中λ值定为λ=2um。设计规则具体内容如下：
图4.4 MOSIS版图设计规则
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4.2 CMOS的版图绘制
（1）CMOS电路中晶体管尺寸的估算
1）反向器尺寸的确定
由于NMOS管和PMOS管中载流子的迁移率不同（即uN=2uP）当NMOS管和PMOS管的尺寸相等时，下降时间比上升时间短。而上升时间会与下降时间近似相等并使平均传递时间变短、电路速度变快时，则PMOS沟道的宽度是NMOS的二倍左右，但是电路布局面积、动态功耗会因此增加。图4.5为晶体管最小尺寸的设计规则，下面就以最小尺寸的反相器为例，以?模型来进行简单分析。假n管的迁移率为p管的4倍，因
图4.5 晶体管最小尺寸的设计规则
此要使得上升时间与下降时间相等，那么p管的沟道宽度要是n管的4倍。在理想状况下考虑，n沟道与p沟道的电容参数是一样且长度也相同，因此负载电容大小与各栅极宽度成正比，其中包含了栅极电容与扩散电容。另外，电阻性欲迁移率和长宽有关，所以4倍宽的p管与单倍宽的n管有相同的电阻值R，而最小宽度的p管其电阻值为n管的4倍（4R）。
最小尺寸的反相器的负载为两个最小尺寸的MOS，负载电容为2C，所以两个最小尺寸反相器串联所需的延迟时间为
ts?4R?2C?R?2C?10RC （4.1） 经过晶体管尺寸大小调整之后，p沟道的宽度为n沟道的4倍而长度不变，因此其负载包括一个最小尺寸的MOS和一个4倍最小尺寸的MOS，所以负载电容为5C，经过调整之后的串接反相器所需的延迟时间为
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兰州交通大学毕业设计（论文） ta?R?5C?R?5C?10RC （4.2）
由此可知道要保证逻辑电平从低到高和从高到低的两种变化速度相同，则上拉管的宽度必须是下拉管宽度的3到4倍。而对于异或门，在晶体管串联的地方需要使用更宽的晶体管。或非门的上拉管网络由两个P型晶体管串联而成。因此P型晶体管必须是N型晶体管的3到4倍宽，这两种管子的有效电阻才可能相等。再根据设计规则，这个单位晶体管的尺寸为：
W?4? L?2? 2）其它晶体管尺寸的确定
确定了单位晶体管以后，其它的晶体管的尺寸都可以将单位晶体管按比例放大而得到。下面就来确定异或门中其它的晶体管尺寸。
由于与非门电路中的各级门都不存在驱动大负载的情况，所以不需要考虑驱动大负载的情况下前一级门电路尺寸对次一级门时延的影响。因此对于第一级中的两个反相器，其尺寸可以完全与最后一级反相器的尺寸相同，也就是下拉管的尺寸等于单位晶体管的尺寸，而上拉管的尺寸为W?8?，L?2?。
对于各级异或门，由于上拉管网络晶体管的宽度是下拉管网络晶体管的两倍，下拉管网络晶体管与单位晶体管相同，因此最终确定异或门的上拉管网络的PMOS宽度为
W?8? ，下拉管网络的NMOS宽度为W?4?，长度则均为L?2?。 （2）反相器版图的绘制
反相器是最简单的CMOS电路，它的版图也相对简单。由图3.2（a）可以看出反相器是由PMOS、NMOS输入和输出组成。而PMOS和NMOS的步骤基本相同，以PMOS为例，其版图各层的顺序是：①N阱；②P Select；③有源区；④多晶硅；⑤有源区接触孔。NMOS没有N阱，步骤②中的P Select换为N Select，其它均相同。
以下为PMOS版图绘制的步骤： 1）绘制N阱，如图4.2 (a)； 2）绘制P Select，如图4.2(b)； 3）绘制有源区，如图4.2(c)； 3）绘制栅极多晶硅，如图4.2(d)； 4）绘制有源区接触孔，如图4.2(e)。
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兰州交通大学毕业设计（论文） （a） （b）
（c） （d） （e）
图4.2 PMOS的版图设计步骤
这样，PMOS的版图就完成了，如图4.1 (e)所示。NMOS版图的基本设计步骤与PMOS基本相同，在这里就不重复。
PMOS和NMOS的版图完成后，将两个MOS管的栅极用多晶硅导线相连接；之后再加上电源线Vdd与Gnd，使用金属1层。本论文电源线Vdd与Gnd是上下分布在版图两侧的。
另外，由于PMOS基板和NMOS基板也需要连接电源，所以还分别需要在PMOS的N阱和NMOS的P型基板上绘制欧姆节点，以PMOS为例，其步骤为先在N阱上绘制N Select层，再绘制一个有源区，然后绘制有源区接触孔来连接Vdd和P型基板。NMOS的节点绘制的步骤与PMOS的节点绘制步骤基本相同，只是直接在P型基板上绘制P Select。图4.3 （a）、（b）分别为NMOS上P型基板的欧姆节点和PMOS上P型基板的欧姆节点。
（a） (b)
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