70年斯皮勒和卡斯特兰尼发明的光刻工艺等等， 使晶体管从点接触结构向平面结构过渡并给集成电 路工艺提供了基本的技术支持。因此，从70年代开 始，第一代集成电路才开始发展并迅速成熟。
此 后 4 0 多 年 来 ， IC 经 历 了 从 SSI(Small Scale
ntegreted)-MSI-LSI-VLSI-ULSI的发展历程。现在
ESDA的目的是为设计人员提供进行系统级设计的 分析手段，进而完成系统级自动化设计，最终实现 SOC芯片系统。但ESDA仍处于发展和完善阶段，尚需 解决建立系统级仿真库和实现不同仿真工具的协同模 拟。
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1.1 集成电路的发展历程
@ 1947年12月Bell实验室肖克莱、巴丁、布拉 顿发明了第一只点接触金锗晶体管，1950年肖克 莱、斯帕克斯、迪尔发明单晶锗NPN结型晶体管。
@ 52年5月英国皇家研究所的达默提出集成电路 的设想。
@ 58年德克萨斯仪器公司基尔比为首的小组研制 出第一块由12个器件组成的相移振荡和触发器集 成电路。
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1．原始手工设计：
设计过程全部由手工操作，从设计原理图， 硬件电路模拟，到每个元器件单元的集成电路版 图设计，布局布线直到最后得到一套集成电路掩 膜版，全部由人工完成。
设计流程为：
设计原理图，硬件电路，电路模拟，元器件版图 设计，版图布局布线，（分层剥离，刻红膜，初 缩精缩，分步重复）制版，流片，成品。
数字集成电路 设计流程
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一、集成电路设计介绍
什么是集成电路？(相对分立器件组成的电路而言)
把组成电路的元件、器件以及相互间的连线放在单 个芯片上，整个电路就在这个芯片上，把这个芯片 放到管壳中进行封装，电路与外部的连接靠引脚完 成。
什么是集成电路设计？ 根据电路功能和性能的要 求，在正确选择系统配置、电路形式、器件结构、 工艺方案和设计规则的情况下，尽量减小芯片面积， 降低设计成本，缩短设计周期，以保证全局优化， 设计出满足要求的集成电路。
特征线宽 μm 氧化层厚 nm 结深 μm 硅片直径 inch
5-10 3-5 1-3 < 1 0.3-0.5 .12-0.18
>120 >100 >40 >15 10-15
1.2-2 0.5-1.2 0.2-0.5 0.1-0.2
2 2-3 4-5 6
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1.2 集成电路的分类
可以按器件结构类型、集成电路规模、使用 基片材料、电路功能以及应用领域等方法划分。
的 IC 工 艺 已 经 接 近 半 导 体 器 件 的 极 限 工 艺 。 以
CMOS数字IC为例，在不同发展阶段的特征参数见
表1－1。
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表1-1 集成电路不同发展阶段的特征参数主要特征 主要特征 SSI MSI LSI VLSI ULSI GSL 元件数/片 <102 102-103 103-105 105-107 107-109 > 109
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集成电路的设计过程：
设计创意 +
仿真验证
功能要求 行为设计（VHDL）
行为仿真 是
综合、优化——网表
时序仿真 是
布局布线——版图
—设计业—
后仿真 是
Sing off 集成电路芯片优设选课计件过程框架
否 否
否
8
设计的基本过程 （举例）
功能设计 逻辑和电路设计 设计验证 版图设计
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3．用计算机辅助工程CAE的电子设计自动化EDA：
CEA配备了成套IC设计软件，为IC设计提供了完 备、统一、高效的工作平台。使利用EDA设计LSI和 VLSI成为可能。ICCAD和EDA以及半导体集成电路技 术的发展使IC设计发生两个质的飞跃：
（1）版图设计方面：除了传统的人机交互式方法 对全定制版图进行编辑、绘图外，定制，半定制设 计思想的确立使自动半自动布局成为可能。
集成电路设计的最终输出是掩膜版图，通过制版 和工艺流片可以得到所需的集成电路。 设计与制备之间的接口：版图
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集成电路设计与制造的主要流程框架
系 统 需 求 设计
掩膜版
芯片制造 过程
芯片检测
封装 测试
单晶、外 延材料
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1.3 IC的设计手段
一、设计手段的演变过程
IC的设计方法和手段经历了几十年的发展演 变，从最初的全手工设计发展到现在先进的可以 全自动实现的过程。这也是近几十年来科学技术， 尤其是电子信息技术发展的结果。从设计手段演 变的过程划分，设计手段经历了手工设计、计算 机辅助设计（ICCAD）、电子设计自动化EDA、电 子系统设计自动化ESDA以及用户现场可编程器阶 段。
（2）逻辑设计方面：逻辑综合软件的开发，使系 统设计者只要用硬件描述语言（如VHDL语言）给出 系统行为级的功能描述，就可以由计算机逻辑综合 软件处理，得到逻辑电路图或网表，优化了逻辑设 计结果。
EDA设计流程：系统设计，功能模拟，逻辑综合，
时序模拟，版图综合，后模拟。
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4．电子系统设计自动化ESDA
这就是世界上最早的集成电路，也就是现代集成 电路的雏形或先驱。
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集成电路的发展除了物理原理外还得益于许多新 工艺的发明：
50年美国人奥尔和肖克莱发明的离子注入工艺；
56年美国人富勒发明的扩散工艺；
60年卢尔和克里斯坦森发明的外延生长工艺；
60年kang和Atalla研制出第一个硅MOS管；
双极型
TTL
L
NMOS
单片IC
MOS型
PMOS
CMOS BiCMOS
按结构分类
混合IC
BiMOS BiCMOS 厚膜混合IC
薄膜混合IC
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按规模分类 SSI/MSI/LSI/VLSI/ULSI/GSI
组合逻辑电路 数字电路 时序逻辑电路
按功能分类 模拟电路 线性电路 非线性电路
数模混合电路
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2．计算机辅助设计：
从70年代初开始，起初仅仅能够用个人计算 机辅助输入原理图，接着出现SPICE电路模拟软 件，逐渐开始ICCAD的发展，后来越来越多的计 算机辅助设计软件，越来越强的计算机辅助设计 功能，不但提供了先进的设计方法和手段，更推 动ICCAD技术向自动化设计发展。初期的ICCAD功 能较少，只能对某些功能进行辅助设计，现在利 用计算机辅助设计可以实现的功能大致包括：电 路或系统设计，逻辑设计，逻辑、时序、电路模 拟，版图设计，版图编辑，反向提取，规则检查 等等。