集成電路版圖分析與設計（工程認證版）微電子 課程教學大綱

【集成電路版圖分析與設計】【ICLAYOUTANALYSIS&DESIGN】一、基本信息課程代碼：【2080367】課程學分：【3】面向專業(yè)：【微電子科學與工程】課程性質：【院級必修課】開課院系：機電學院電子工程系使用教材：教材【陸學斌.集成電路版圖設計（第2版）.北京大學出版社，2018.11.ISBN：978-7-301-21235-6】參考書目【居水榮，劉錫鋒.集成電路版圖設計項目化教程（第2版）.電子工業(yè)出版社，2020.03.ISBN：978-7-121-37857-7】、【陳鋮穎等.CMOS模擬電路版圖設計：基礎、方法與驗證.機械工業(yè)出版社，2021.11.ISBN：978-7-111-69096-2】、【[加]DanClein著，鄧紅輝等譯.CMOS集成電路版圖——概念、方法與工具.電子工業(yè)出版社，2006,3.ISBN：978-7-121-02303-3】、【（美）AlanHastings著，張為譯.模擬電路版圖的藝術（第二版）.北京:電子工業(yè)出版社.2011.9.ISBN：978-7-121-14393-9】課程網(wǎng)站網(wǎng)址：/course-ans/courseportal/235978107.html先修課程：【電路分析基礎2080022（3）】、【半導體器件物理2080009（4）】、【模擬電子電路2080211（4）】、【數(shù)字邏輯電路2080166（4）】、【集成電路工藝原理2080273（3）】、【集成電路設計基礎2080217（3）】等二、課程簡介及課程目標集成電路飛速發(fā)展，徹底改變了人類文明；集成電路產業(yè)是信息技術產業(yè)的核心。集成電路版圖分析與設計是電子科學與技術、微電子科學與工程專業(yè)中極重要課程，本課程以電子技術、電路分析、工藝原理以及集成電路設計為基礎，介紹了集成電路版圖分析與設計的基本原理和方法，為提升國家微電子產業(yè)整體發(fā)展和培養(yǎng)版圖分析和設計的人才打下堅實基礎。本課程的主要任務是通過系統(tǒng)的學習，使學生獲得電路元器件的版圖設計的基礎知識和典型數(shù)字電路版圖單元、模擬電路版圖設計基本技術，基于Foundry工藝，綜合電子技術電路、集成電路工藝、集成電路設計基礎以及集成電路版圖設計所學知識，初步了解版圖芯片結構，能進行基本版圖單元繪制，初步分析解決滿足一定電子、工藝要求的版圖設計實際問題，掌握版圖設計和驗證流程，是從事集成電路版圖設計工程師必須具備的基礎知識與基本能力。本課程所講授的版圖設計流程、數(shù)字電路標準單元法版圖設計、模擬器件版圖設計、模擬電路的版圖匹配和基本噪聲防護、DRC/LVS/LPE物理驗證和電學驗證等方面密切相關，是綜合運用集成電路分析與設計、半導體工藝等專業(yè)課程的專業(yè)必修課。本課程目標如下：1.具備基于BiCMOS工藝下器件版圖、剖面圖模型技術分析器件性能的能力。（支撐畢業(yè)要求指標點1.3）2.具有數(shù)字集成電路StdCell版圖設計目標和方法基礎。（支撐畢業(yè)要求指標點2.1）3.具有模擬版圖分析、設計和可靠性方法基礎理論知識。（支撐畢業(yè)要求指標點3.2）4.具備運用版圖設計及驗證工具對所設計的版圖進行物理驗證和電學驗證的能力。（支撐畢業(yè)要求指標點5.2）5.具備自主學習、查閱資料獲取專業(yè)最新知識的能力。（支撐畢業(yè)要求指標點5.3）素質目標如下：1.具有當代大學生應有的責任感和使命擔當；2.有良好的團隊協(xié)作精神和版圖工程師角色感；3.有終身學習、不斷進取的創(chuàng)新精神。三、選課建議本課程面向微電子科學與工程專業(yè)的四年級本科生授課。要有相關的電路分析、物理器件，模擬/數(shù)字電子電路、工藝原理以及集成電路設計相關基礎知識。四、課程目標對畢業(yè)要求指標點的支撐畢業(yè)要求畢業(yè)要求指標點課程目標1.工程知識：能夠將數(shù)學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識用于解決微電子科學與工程領域的復雜工程問題。1.3能將相關知識和數(shù)學模型用于半導體器件設計、電路設計和分析、版圖設計和仿真、系統(tǒng)應用等方面工程問題的推演、分析。12.問題分析：能夠應用數(shù)學、自然科學和工程科學的基本原理，并通過文獻研究分析各關鍵環(huán)節(jié)，加以建模和表達以獲得有效結論。2.1能運用數(shù)學、自然科學、工程科學原理，識別和判斷電路、設計、工藝等問題的關鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)。23.設計/開發(fā)解決方案：針對微電子科學與工程領域的復雜工程問題，能夠設計解決方案和滿足特定需求的集成電路設計、封裝、測試、驗證和應用系統(tǒng)、能夠在設計中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，并考慮社會、環(huán)境、健康、安全、法律、文化等因素。3.2能夠遵照方案，設計滿足特定需求的單元、組件/模塊、系統(tǒng)并仿真、開發(fā)和實現(xiàn)。35.使用現(xiàn)代工具：針對微電子科學與工程領域的復雜工程問題，能夠開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術工具，包括對復雜工程問題的預測與模擬，并能夠理解其局限性。5.2能夠選擇與使用恰當?shù)碾娮与娐吩O計及仿真、測試工藝仿真、版圖設計和系統(tǒng)應用的設計及仿真等現(xiàn)代工具對工程問題進行分析、設計及功能實現(xiàn)。45.3掌握微電子科學與工程領域重要文獻資料的來源和獲取方法。5五、課程目標/課程預期學習成果（預期學習成果要可測量/能夠證明）序號畢業(yè)要求指標點課程目標教與學方式評價方式11.3知識和數(shù)學模型用于半導體器件設計、電路設計和分析、版圖設計和仿真、系統(tǒng)應用等方面工程問題的推演、分析；1.具備基于BiCMOS工藝下器件版圖、剖面圖模型技術分析器件性能的能力1.講授法（授課）2.討論法（主題討論）1.作業(yè)、章節(jié)在線測驗評價2.期末考試評價22.1能運用數(shù)學、自然科學、工程科學原理，識別和判斷電路、設計、工藝等問題的關鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)；2.具有數(shù)字集成電路StdCell版圖設計目標和方法基礎1.講授法（授課）2.創(chuàng)新思維下項目式教學法（StdCell設計）3.微課視頻直觀演示法（MOS、BJT、電容、電阻等器件版圖設計）4.自主學習（閱讀指定工藝、版圖設計參考文獻資料）1.課堂任務完成情況評價2.作業(yè)、章節(jié)在線測驗評價3.期末考試評價33.2能夠遵照方案，設計滿足特定需求的單元、組件/模塊、系統(tǒng)并仿真、開發(fā)和實現(xiàn)；3.具有模擬版圖分析、設計和可靠性方法基礎理論知識1.講授法（授課）2.創(chuàng)新思維下項目式教學法（SRAM版圖設計）3.微課視頻直觀演示法（器件匹配、添加DUMMY、源漏合并、叉指布線、電源/地線布線以及可靠性版圖分析與設計）4.自主學習（閱讀指定工藝、版圖設計參考文獻資料）1.課堂任務完成情況評價2.作業(yè)、章節(jié)在線測驗評價3.期末考試評價45.2能夠選擇與使用恰當?shù)碾娮与娐吩O計及仿真、測試工藝仿真、版圖設計和系統(tǒng)應用的設計及仿真等現(xiàn)代工具對工程問題進行分析、設計及功能實現(xiàn)；4.具備運用版圖設計及驗證工具對所設計的版圖進行物理驗證和電學驗證的能力1.理實一體化多媒體教學法2.微課視頻演示法（INV設計前仿真、版圖設計及物理驗證和電學驗證）3.實驗教學法（16學時實驗）4.創(chuàng)新思維下項目式教學法（OPAMP版圖設計）5.任務驅動教學法（課堂限時任務或練習）1.課堂任務完成情況評價2.作業(yè)、章節(jié)測驗評價3.實驗評價4.協(xié)同項目驗收及評價5.期末考試評價55.3掌握微電子科學與工程領域重要文獻資料的來源和獲取方法。5.具備自主學習、查閱資料獲取專業(yè)最新知識的能力1.任務驅動教學法2.自主學習（檢索集成電路設計及驗證文獻資料）3.思政元素（觀看視頻）4.討論法1.撰寫論文2.思政表現(xiàn)六、課程內容此處分單元列出教學的知識點和能力要求。知識點用布魯姆認知能力的6種層次：(“知道”、“理解”、“運用”、“分析”、“綜合”、“評價”)來表達對學生學習要求上的差異。能力要求必須選用合適的行為動詞來表達。用文字說明教學的難點所在，并標明每個單元的理論課時數(shù)和實踐課時數(shù)。單元知識點能力要求支持的課程目標教學難點1.集成電路版圖設計概述（2課時理論）1.知道集成電路分類、器件類型和結構；L12.運用集成電路版圖正向/逆向設計流程、版圖驗證流程、工具庫的管理、預制門陣列芯片的概念；L33.知道集成電路制造工藝與版圖設計關系。L21.深入理解各種類型器件結構和特點；2.能夠熟練畫出器件俯視圖和剖面模型圖，分析器件的工藝規(guī)則和電學特性；3.從工程角度掌握集成電路版圖正向、逆向設計流程；4.能夠查閱相關文獻資料。目標1、5集成電路制造工藝與版圖設計的關系和模型圖。2.Linux操作系統(tǒng)和Virtuoso版圖工具使用（4課時理論、4課時實踐）1.熟練運用Linux的文件和目錄命令對文件和目錄進行操作；L3

2.掌握并運用文本編輯器vi；L33.掌握Virtuoso軟件的配置與使用；L3

4.熟練運用快捷鍵進行設置；L3

5.熟練設置版圖設計精度等參數(shù)；L3

6.熟練繪制Path、Rectangle等。L31.熟練掌握Linux架構與操作；2.熟練掌握Virtuoso軟件版圖設計環(huán)境配置與使用；3.熟練掌握版圖繪圖、編輯和陣列處理等快捷鍵操作。目標4版圖設計中快捷鍵運用3.半導體器件特性及版圖設計（4課時理論（其中2課時線上教學）、4課時實踐）1.知道DesignRule內容；L1

2.知道MOS管的版圖及剖面圖結構；L1

3.能夠分析反相器的結構及版圖設計及繪制；L3

4.能夠設計并繪制各種電阻、電容、二極管及三極管版圖；L4

5.能夠綜合繪制晶體管串聯(lián)、并聯(lián)及混聯(lián)版圖設計；L4

7.知道棍棒圖；L1

8.能夠分析多指版圖設計。L41.掌握MOS器件、電阻、電容、二極管和三極管的立體結構；2.能夠繪制MOS器件、電阻、電容、二極管和三極管平面版圖；3.熟練掌握串聯(lián)、并聯(lián)晶體管的版圖實現(xiàn)；4.掌握“叉指”版圖設計。目標1、4器件三維結構與二維平面版圖的透視關系4.StdCell數(shù)字電路版圖設計（4課時理論）1.知道StdCell基本概念、數(shù)字版圖StdCell與模擬版圖StdCell結構。L1

2.能夠分析基本邏輯門電路結構、版圖設計及繪制。L4

3.能夠分析設計StdCell單元陣列及其布線。L44.學會分析復雜邏輯電路版圖設計案例；L4

5.能夠運用版圖模塊化設計，分析版圖總體布局；L31.掌握StdCell概念；2.能夠繪制數(shù)字版圖StdCell。目標2、4數(shù)字版圖StdCell設計及布線設計5.版圖驗證（2課時線上理論、4課時實踐）1.知道版圖驗證項目和流程，版圖驗證軟件工具操作；L12.知道DRC的概念，能運用DesignRule修改k及版圖；L1、L3

3.知道LVS的概念；運用所學知識修改LVS版圖錯誤；L1、L31.知道版圖驗證項目，掌握版圖驗證工具的使用；2.能夠運用版圖驗證工具，修改版圖錯誤；3.能進行復雜邏輯電路版圖設計及驗證。目標4要能夠讀解版圖驗證結果，并糾正DRC/LVS驗證錯誤6.模擬電路版圖設計（6課時理論（其中2課時線上教學）、4課時實踐）1.能夠分析OPAMP電路原理及版圖設計；L4

2.知道交差對稱共質心；L1

3.能夠運用Dummy設置，設計版圖匹配；L3、L44.知道屏蔽線的作用；L1

5.知道對稱的概念，能夠評價對稱版圖；L6

6.能分析不同器件特性與版圖布局的關系、關鍵線的連接及電源和地線的連接；L3

7.能夠運用SRAM結構，設計SRAM版圖；L3、L41.能夠分析OPAMP工作原理及版圖設計要點；2.能夠設計交叉對稱共質心版圖，能夠正確設計Dummy版圖；3.能夠設計關鍵信號線的布線；4.能夠設計SRAM版圖陣列。目標3、4布圖規(guī)劃/布局和布線設計7.ICLayout的可靠性分析（4課時理論（2課時線上教學））1.知道Latchup的原理；L12.知道大功率器件的版圖布局；知道電流密度的計算；L13.知道ESD概念，理解ESD器件的放電通路；L1、L24.能夠運用襯底/阱電位綜合設計保護環(huán)；L45.能夠運用電阻、電容的計算，進行綜合版圖設計；L1、L5

6.能夠分析RC寄生，綜合處理版圖寄生效應；L3、L41.掌握Latchup發(fā)生的機理；2.能夠解決版圖的Latchup效應。目標3、4版圖解決Latchup效應、電源線/地線布局設計、匹配設計8.Chip的概念及布局設計（2課時線上理論）1.知道PAD、Sealring、劃片槽、Density的概念；L12.評價一個完整的Chip結構。L61.能夠解釋版圖芯片的總體結構；2.能夠掌握芯片結構，繪制版圖芯片總體布局和布線。目標1、5完整Chip的組成結構和Sealring的版圖結構七、課內實驗名稱及基本要求列出課程實驗的名稱、學時數(shù)、實驗類型（演示型、驗證型、設計型、綜合型）及每個實驗的內容簡述。序號實驗名稱主要內容實驗時數(shù)實驗類型備注1實驗1Virtuoso版圖設計環(huán)境操作基礎1.用命令查看Linux系統(tǒng)目錄結構；2.用文件操作命令對文件進行操作；3.使用vi編輯器對文本進行編輯；4.對Virtuoso軟件進行版圖設計環(huán)境配置。4驗證型2實驗2基本元器件版圖設計繪制設計繪制MOS器件、電阻、電容、二極管和三極管版圖及匹配設計4設計型3實驗3版圖DRC/LVS驗證對實驗二的基本元器