一个IC DESIGNER的进阶之路（3）

《IC设计制造流程培训.pdf》

《[EDA工程的理论与实践：SOC系统芯片设计].曾繁泰.高清版.pdf》前言部分

读书笔记

1、基本概念

1）微电子技术：是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术，特点是体积小、重量轻、可靠性高、工作速度快，微电子技术对信息时代具有巨大的影响。

包括：芯片制造技术、计算机辅助设计与辅助测试技术、掩膜制造技术、材料加工技术、可靠性技术、封装技术和辐射加固技

2）集成电路（integrated circuit）：是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。集成电路发明者为杰克·基尔比（基于锗（Ge）的集成电路）和罗伯特·诺伊思（基于硅（Si）的集成电路）。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。

3）晶圆：是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能之IC产品。晶圆的原始材料是硅，而地壳表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅矿石经由电弧炉提炼，盐酸氯化，并经蒸馏后，制成了高纯度的多晶硅，其纯度高达99.999999999%。

4）前、后道工序：半导体设备分为前道和后道，前道主要是光刻、刻蚀机、清洗机、离子注入、化学机械平坦等。后道主要有打线、Bonder、FCB、BGA植球、检查、测试等。又分为湿制程和干制程。湿制程主要是由液体参与的流程，如清洗、电镀等。干制程则与之相反，顾名思义是没有液体的流程。其实半导体制程大部分是干制程。

5）光刻：光刻是平面型晶体管和集成电路生产中的一个主要工艺。是对半导体晶片表面的掩蔽物(如二氧化硅)进行开孔，以便进行杂质的定域扩散的一种加工技术。

6）特征尺寸：在集成电路领域，特征尺寸是指半导体器件中的最小尺寸。在CMOS工艺中，特征尺寸典型代表为“栅”的宽度，也即MOS器件的沟道长度。一般来说，特征尺寸越小，芯片的集成度越高，性能越好，功耗越低。人们在谈及CPU的更新换代时，经常会说到类似的话：这款CPU采用了28 nm工艺，跟上一代采用40 nm工艺的同系列芯片相比，性能提升了多少、功耗下降了多少。这里说到的40 nm、28 nm就是集成电路的特征尺寸。

7）摩尔定律：Moore's Law 集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔18个月就翻一番。

2、我国集成电路行业现状

1）集成电路设计、芯片制造与封装测试三个行业竞相发展

——以IC设计业为先导，IC制造业为主体

2）在规模快速扩大的同时，技术水平迅速提高

3）自主开发和产业化取得相应进展

3、    IC设计

1）IC设计是将系统、逻辑与性能的设计要求转化为具体地物理版图的过程，也是一个把产品从抽象的过程一步步具体化、直至最终物理实现的过程

2）前端设计和后端设计

https://blog.youkuaiyun.com/limanjihe/article/details/52674745

3）Top－Down和Bottom－Up 

4）设计输入

5）仿真

• 通过数学模型，建立尽量贴近真实物理器件的数学模型和应用条件
– 建库 （专业的公司Artison ,Feraday ）
– 环境建模 （Stimulus ， Test bench）
• 占设计工作的比重逐渐加大
• 观察仿真波形Vs.自动测试
• 行为级、 RTL级、逻辑级、物理级

6）综合

• EDA工具通过读取库文件、约束文件、以及设计输入文件（如高级硬件描述语言写成的文本文件）以及指令文件，并自动生成符合要求的电路图或者电路网络表的过程。
• 代替了许多本来要人去做的工作。
• 培养了一批不懂电路的IC设计工程师
– IC设计不是软件设计
– EDA工具只是辅助手段

– 老问题，机器究竟能不能代替人？

7）单元库

• 基本的晶体管和无源器件
• 常用的小规模电路结构，如基本逻辑门以及触发器等
• 包含经过加工后通过仪器测试到的真实物理参数（作为仿真的依据）
• 简化后端设计，就像在搭积木。
• 提高设计的可靠行，把精力用在更高层次的考虑，如架构和功能。
• 工厂提供，专业公司提供
• 关键文件

– 做设计没有库如同用没有准星的枪射击

8）Tape－Out

• 何谓Tape-out?
– Tape-out: 就是将设计完成的GDS数据送交
Foundry进行后续数据处理和掩膜版制作.
• 计算机非常可靠，为何经过设计流程后送
去加工回来的芯片不工作？
– 数学模型与实际情况不一致
– 工厂加工存在偏差

– 人为的疏漏和错误，> 90％！

4、System On Chip，SOC

在同一片芯片上集成控制部件（微处理器、存储器）和执行部件（I/O接口、微型开关、微机械），能够自成体系、独立工作的芯片成为系统芯片。

集成处理器、存储器和接口逻辑的数字系统芯片设计方法成为集成系统设计。