디지털집적회로설계 실습 2주차 보고서

문서 내 토픽

1. NMOS 레이아웃 설계

Magic layout 도구를 사용하여 NMOS 트랜지스터를 설계한다. n-diffusion(초록색)을 21x8 크기로 생성하고, ndc(하늘색) 8x8을 양 끝에 배치한다. 빨간색 poly silicon을 중앙에 배치하여 위아래로 4칸이 나오도록 구성한다. DRC(Design Rule Check)를 통해 설계 규칙 준수 여부를 확인한다.
2. PMOS 레이아웃 설계

PMOS 트랜지스터는 p-diffusion(주황색)을 21x8 크기로 배치하고, pdc(파란색) 8x8을 양쪽 끝에 배치한다. Poly를 중앙에 배치하여 4칸 만큼 나오게 구성한다. n-well을 PMOS보다 크게 만들어 배치하는데, 이는 기판과의 관련성 때문이다.
3. 금속 연결층 및 접촉

Metal1은 반도체 장치의 첫 번째 금속 연결층이고, Metal2는 두 번째 금속 연결층이다. NWC와 PWC는 각각 NWELL과 PWELL을 Metal과 연결하는 접촉으로 최소 8x8 크기로 제작된다. Polycontact는 폴리실리콘 층에 만들어진 접촉을 의미하며, Via는 다른 금속 층 간의 전기적 연결을 가능하게 한다.
4. Inverter 레이아웃 완성

NMOS와 PMOS의 poly를 연결하고 VDD와 GND를 구성한다. 입력단은 gate poly에서 polycontact를 연결하고 metal1을 통해 완성한다. 출력단은 pdc와 ndc에서 metal1을 연결하고 metal2로 연결하여 구성한다. Label 명령어를 통해 라벨링 작업을 수행한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. NMOS 레이아웃 설계

NMOS 레이아웃 설계는 반도체 공정에서 매우 중요한 기초 단계입니다. 채널 길이와 폭의 비율을 정확히 설정하여 원하는 전류 특성을 구현해야 합니다. 게이트 산화막의 품질과 도핑 농도 관리가 성능에 직접적인 영향을 미치므로 공정 파라미터를 신중하게 결정해야 합니다. 또한 레이아웃 설계 시 전자 이동도를 고려하여 최적의 기하학적 구조를 만드는 것이 필수적입니다. 현대적인 설계 도구를 활용하면 설계 시간을 단축하면서도 높은 정확도를 유지할 수 있습니다.
2. PMOS 레이아웃 설계

PMOS 레이아웃 설계는 NMOS와 달리 정공의 이동도가 낮다는 특성을 고려해야 합니다. 따라서 같은 전류를 얻기 위해 더 큰 폭의 채널이 필요하며, 이는 칩 면적 증가로 이어집니다. 기판 바이어스 효과를 최소화하기 위해 적절한 웰 구조 설계가 중요합니다. NMOS와의 상호작용을 고려한 균형잡힌 설계가 회로 성능을 결정하므로, 두 소자의 특성을 동시에 최적화하는 접근이 필요합니다.
3. 금속 연결층 및 접촉

금속 연결층과 접촉부는 칩의 신뢰성과 성능에 결정적인 역할을 합니다. 접촉 저항을 최소화하기 위해 적절한 접촉 면적과 배치를 설계해야 하며, 금속층의 두께와 폭도 신중하게 결정해야 합니다. 다층 금속 구조에서 비아를 통한 연결 시 신뢰성 문제가 발생할 수 있으므로 설계 규칙을 엄격히 준수해야 합니다. 전자 이동 현상으로 인한 신뢰성 저하를 방지하기 위해 전류 밀도 제한을 고려한 설계가 필수적입니다.
4. Inverter 레이아웃 완성

Inverter 레이아웃은 NMOS와 PMOS의 조화로운 설계가 가장 중요합니다. 두 소자의 크기 비율을 적절히 조정하여 대칭적인 상승 및 하강 시간을 구현해야 합니다. 전력 공급선과 접지선의 배치를 최적화하여 노이즈를 최소화하고 신뢰성을 향상시켜야 합니다. 완성된 레이아웃은 설계 규칙 검증과 전기적 특성 검증을 거쳐야 하며, 이를 통해 고성능의 기본 논리 게이트를 구현할 수 있습니다.

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