作者序

集成电路（IC）版图设计是一个非常新的领域，虽然掩模设计已经有30多年的历史，但直到最近才成为一种职业。人们希望从事这个职业，包括大学毕业生和一些希望转行的人们，他们需要了解一些非常复杂的原理。同样地，一些富有经验的版图工程师也发现当代IC工艺的复杂性要求他们进一步了解这些基础知识。

包含版图工程师需要了解的所有信息的资料现在找起来已经是十分困难，在关于其他方面工作的一些讨论中略微地介绍了一些关于版图工程师应该了解的基础知识，但涵盖了相关的方方面面的材料尚未发现。

在本书中探讨了相关的内容。我们希望为新的版图设计师们提供他们应了解的所有理论和设计基础知识，使他们成为设计能手，为他们的职业生涯提供参考。我们也希望给那些富有经验的版图设计从业者一个知识的扩展，增加对当今器件与技术的了解。

这本书从基本半导体理论开始介绍，进而阐述了在现代半导体技术中基本器件的发展。在较深的程度上为读者提供了有价值的设计方程以及设计IC版图的方法与技术，这些知识将使从事该职业的人们终生受益。

本书的内容以幽默、图示和循序渐进的方式表述这可能是第一本可以躺在床上看的技术书。，在书中关键之处插入了轶事和佐证加以调侃，但丝毫不会影响本书作为高技术资料的水平。

本书内容完整，可读性强，欢迎大家阅读此书：《集成电路版图基础——实用指南》。

Christopher Saint

Judy Saint译者序集成电路版图基础——实用指南

译者序

集成电路版图是电路系统与集成电路工艺之间的中间环节，是一个必不可少的重要环节。通过集成电路版图设计，可以将立体的电路系统变为一个二维的平面图形，再经过工艺加工还原为基于硅材料的立体结构。因此，版图设计是一个上承电路系统，下接集成电路芯片制造的中间桥梁，其重要性可见一斑。

随着微电子技术的突飞猛进，新技术、新工艺、新材料不断涌现，设计方法、设计手段、设计理念不断更新，版图设计已从单纯的图形设计发展为需要综合考虑各方面因素的、复杂的设计问题。一个优秀的版图设计工程师不仅需要了解版图设计的技术、技巧，还应该对相关的电路系统问题、工艺问题以及一些重要的物理效应有深刻的理解。

但是，集成电路版图设计也确实是令设计者们感到困惑的一个环节，我们常常感到版图设计似乎没有什么“规矩”，设计的经验性往往掩盖了设计的科学性。即使是有多年版图设计经验的人有时也“说不清”为什么要这样或那样设计。在多年的科研与教学实践中，我们感到版图设计方面的问题是最令学生感到无所适从的问题之一。

长期以来，关于集成电路版图设计的知识大部分是作为集成电路原理或VLSI设计书籍中的一些章节，专门介绍版图设计知识的文献资料非常缺少。此次清华大学出版社引进并组织翻译有关版图设计的书籍，为集成电路版图设计者提供了非常好的学习与参考资料。虽然工作非常繁忙，我们仍接下了翻译任务，希望本书能够成为微电子行业的从业者学习与了解版图设计基础的实用资料。

本书从基本半导体理论的介绍开始，循序渐进地介绍了基本集成电路单元的版图设计。本书的一个突出特点是：在介绍版图设计的同时说明了为什么要这样设计，使读者知其然，并知其所以然。从本书的内容组织也可以看到，版图设计不是一个孤立的设计环节，它与一系列的技术相关联。本书内容的重点是版图设计的基础知识，对于新入行的从业者，这是一个良好的开端；对于有经验的设计者，本书则可作为对设计经验的回味和思考。

本书由东南大学李伟华和孙伟锋翻译。其中，孙伟锋负责第1、5、6、7章和第8章的翻译，李伟华负责第2、3、4章以及术语和其他内容的翻译，最后，由李伟华对全书的内容进行校对与整理。在本书的翻译过程中得到了东南大学MEMS教育部重点实验室和国家ASIC系统工程技术研究中心的老师和同事们的支持与帮助，在此一并表示感谢。

由于水平有限，在对原著的理解方面可能存在不足，希望读者给予批评指正。

译者

2006年1月于东南大学

鸣谢

下述人士为《集成电路版图基础》和《集成电路掩模设计》两书做出了许多贡献，谨在此深表感谢。

专业支持：

Jim Comfort，Hassan Zamat，IBM经理部

有关降低噪声方面的讨论：

Jerry Twomey

格式助理（Format assistance）：

Tamara Dever，Jack Pryor

McGrawHill出版社的学识和眼光：

Steve Chapman

经验和培训：

多年来与Chris共同工作的设计团队中的所有成员，是他们帮助作者学到了所有这些技术。

精神支持：

Michelle Saint，Jack Pryor，Jack Kennedy，Linda Kennedy，Pryor一家。致电路设计者的一封信集成电路掩模设计——基础版图技术

致电路设计者的一封信

作为一个电路设计者，你对电路所作的每一个选择和决定都会直接影响最终的硅片产品。电路设计远远超过电路模拟器。设计的物理属性将决定电路工作的成败与否。掩模设计问题现在比以往任何时候都更加成为整个电路设计过程的一部分。你的设计只有在变成了硅芯片上的电路时才能算完成。

把设计转移到硅片上是你的职责。了解你的设计对版图方案的选择会产生什么影响是你的职责。与掩模设计人员沟通对电路的要求也是你的职责。要做到所有这些，你对掩模设计工作的了解即便不比你的掩模设计师更好一些，至少也不应当比他们逊色。

怎样才能胜任这部分困难的工作呢？

首先，你需要对电路无论在电气方面还是在物理方面都有一个全面的了解。了解你的电路应当怎样才能达到电气要求，将使你能正确地选择采用什么样的器件尺寸和版图技术。每当你把一个器件或互连线放到你的电路图中时，你都应当想一想“这在实际中看上去会是什么样的？”你的设计工作应当与掩模设计息息相关，应当时刻想到你的电路将如何具体实现。

第二，你需要对你电路的制造过程非常熟悉——即对在工艺中如何制造每一个部件及如何使用它们了如指掌。如果了解你的工艺，你就能根据设计文件所要求的电路特性做出恰当的选择而不是胡猜乱想。熟悉你的手册，检查你的公式，不厌其烦地去翻看它们。

此外，最为重要的是要保证你的掩模设计者确实已得到了有效完成他们工作所需要的全部信息。许多电路设计者经常会走入的一个误区是，他们常常认为画电路图（schematic capture）的工具只是他们模拟软件的前端。事实上，我们应当把电路图的数据库看作是芯片设计文件的主要来源。下面这些设计电路图的实践经验对任何设计项目都会有帮助，并能减少重复性的工作。

■  标注上电流值和路径

■  在你的电路设计图上加注版图说明

■  在电路设计图上标上电路名称

■  记录电路图作有效修改的历史（特别是日期和时间）

■  保证你打印出的电路图容易读懂

这些做法不仅使你的电路图对掩模设计者来说更为好用，而且也有利于那些希望再次采用你有创造性和突破性思想的后继电路设计者使用。

一个小小的忠告：小心明智地选择你的掩模设计技术。因为你很容易毫无必要地使你的掩模设计者负担过重。例如，如果你的电路要求两个电阻之间的匹配在5％的范围内就可以了，那何必要求采用复杂的版图技术使这一匹配达到1％以内呢？你达到这一提高的匹配程度对你的电路并没有任何好处，却会加重掩模设计阶段的负担。电路设计者盲目要求掩模设计者把书上介绍的每一种版图技术（比如这本书所介绍的）都用在他们的部件上将可能增加他们公司的开支，因为设计的周期加长了。

要了解有哪些东西需要与你的掩模设计者交流，了解你的掩模设计者能怎样帮助你。掩模设计者是宝贵的智力资源，他们在自己的职业生涯中可能已经广泛接触过许多不同的电路设计和版图技术。利用这一资源，协同工作。交流、倾听、建议、讲解、注释、计算和学习。我刚才提到交流了吗？交流特别重要。

好的版图意味着成功的电路。如果你遵循这些简单的观念和思想，你必将出类拔萃。利用本书来构筑你的技能，学习掩模设计的语言。今天这个充满竞争的市场需要这样。