ОПКЕБ_2015_Novaya_metodichka

В левом нижнем углу БМК располагаются технологические тесты и зона идентификации БИС, в левом верхнем углу - первый комплект фигур совмещения и тест на качество травления алюминия, в правом нижнем - второй комплект фигур совмещения, в правом верхнем углу БМК располагается схема высокочастотного делителя. Размер периферийной контактной площадки составляет 108 на 108 мкм.

Ячейка поля БМК имеет 2 n-канальных и 2 p-канальных транзистора. Поле ячеек имеет канальную организацию, включает в себя 18 столбцов, в каждом из которых находится 88 ячеек. Разводка схемы осуществляется в слое поликремния и алюминия. Зашивочным слоем является только слой алюминия, т.е. слой поликремния и контактные окна поликремний/алюминий являются базовыми слоями. Таким образом, зашивка БМК осуществляется одним фотошаблоном с минимумом технологических операций (экспонирование и травление алюминия,

нанесение защитного покрытия).

Конструкция поля ячеек младших БМК ряда

Поле ячеек БМК представляет собой совокупность столбцов ячеек. Соседние ячейки в столбце разделены поликремниевым проходом. Соседние столбцы разделены каналами для трассировки, которые представляют из себя совокупность горизонтальных поликремниевых отрезков со вскрытыми контактными окнами. В

канале может быть проведено до 10 вертикальных трасс разводки в слое алюминия, либо одна горизонтальная трасса между соседними отрезками поликремния (см. рис.7). Со всех четырех сторон поля ячеек имеются периферийные каналы для трассировки аналогичной конструкции. Сверху и снизу к полю ячеек организован подвод земли и питания.

Конструкция поля ячеек старших БМК ряда

Конструкция поля ячеек старших БМК отличается от конструкции поля ячеек младших БМК разводкой шин земли и питания и пропускной способностью периферийных каналов разводки. Старшие БМК ряда имеют по два независимых внешних контакта подвода земли и питания. Контакты земли располагаются слева

21

и справа поля БМК, контакты питания - сверху и снизу. Поле БМК как бы разделено на две части силовыми шинами земли, отходящими от соответствующих

Рис.7. Фрагмент поля БМК серий 5503 и 5507

внешних контактов. Это хорошо видно на общем виде разводки силовых шин земли и питания старших БМК на рисунке c примером БМК 5503ХМ5 и 5507БЦ5У. Длина поликремниевых отрезков в периферийных каналах увеличена вдвое, тем самым, пропускная их способность доведена до 18 трасс разводки вдоль периферийного канала.

22

Базовая ячейка БМК

Базовая ячейка является основой для реализации в поле БМК всех типов библиотечных элементов, кроме элементов типа «вход/выход», которые формируются в периферийной области кристалла [1]. Базовая ячейка состоит из 2-

х n-канальных транзисторов, расположенных вдоль шины Земля, и 2-х p-

канальных транзисторов, расположенных вдоль шины Питание (топология показана на рис. 8, а размеры транзисторов в табл.2). Транзисторы расположены попарно напротив друг друга и имеют общие затворы. Шины Земля и Питание

формируются в слое металла и проходят параллельно друг другу сквозь весь столбец базовых ячеек. При этом все n-МОП транзисторы базовой ячейки находятся в одном p-кармане. Необходимое смещение подложек транзисторов достигается:

для n-транзисторов с помощью контакта между шиной Земля и p-

карманом;

для p-транзисторов с помощью контакта между шиной Питание и n-

подложкой БМК.

Электрические связи между транзисторами базовых ячеек отсутствуют, а

транзисторы внутри ячеек связаны следующим образом (рис. 9) :

все n- и p-МОП транзисторы образуют комплиментарные пары с электрически связанными затворами;

все транзисторы одного типа последовательно связаны друг с другом областями стоков и истоков.

Для реализации конкретного библиотечного элемента (БЭ) из библиотеки БМК транзисторы базовых ячеек коммутируются друг с другом и с шинами Земля

и Питание при помощи так называемых «зашивок», формируемых в слое металла

(Al). Основные правила формирования «зашивок» библиотечных элементов заключаются в следующем:

23

Рис.8. Топология базовой ячейки БМК серий 5503 и 5507

Рис.9. Схема электрическая принципиальная базовой ячейки БМК.

24

Таблица 2. Размеры транзисторов базовой ячейки БМК

«зашивки» формируются в пределах так называемой области коммутации транзисторов в БЭ. При этом наивысший приоритет имеют варианты реализации соединений в области между шинами Земля и Питание с

использованием внутренних контактов базовой ячейки.

внешние контакты базовой ячейки к сток - истоковым областям МОП транзисторов используются только для подключения этих областей к соответствующим шинам Земля и Питание. При этом если связь с этими шинами,

реализованная с помощью внутреннего контакта, уже имеется, то она обычно дублируется с помощью внешнего контакта.

Для привязки «зашивок» библиотечных элементов к конкретным базовым ячейкам кристалла в топологию как базовой ячейки, так и «зашивок», введены служебные слои, в которых имеются специальные реперные фигуры, задающие точку привязки и ориентацию «зашивок».

В топологических подсистемах САПР «Ковчег» топологии библиотечных элементов представлены в виде трафаретов, на которых показаны соединения контактов базовых ячеек для реализации библиотечного элемента. В

топологическом редакторе дополнительно отображается имя элемента и имена контактов элемента, соответствующие электрической схеме библиотечного лемента.

25

Рис. 10. Фрагмент топологии поля БМК

Рис. 11 Электрическая схема и трафарет элемента NAN2

26

Периферийная ячейка БМК

Периферийная ячейка является основой для реализации в периферийной области кристалла библиотечных элементов типа «вход/выход». Обобщенная электрическая схема и топология периферийной ячейки приведены соответственно на рис.12 и рис.13. Пунктирными линиями на электрической схеме представлены возможные соединения элементов.

Рис. 12. Электрическая схема периферийной ячейки

В состав периферийной ячейки входят:

мощные транзисторы VT5 и VT6 для поддержки функции «выход»,

формируются путем параллельного включения группы p-МОП и n-МОП транзисторов, что обеспечивает возможность изменения мощности транзистора;

транзисторы VT1 – VT4, образующие инверторы на входе мощных транзисторов;

транзисторы VT7 – VT12, обеспечивающие доопределение выходного контакта периферийной ячейки до высокого или низкого уровня;

диодно-резисторная сборка VD, R, обеспечивающая электростатическую защиту при работе с магистралью (функция «вход»), причем резистор R составляет единое целое с диодом, поскольку образуется за счет

27

обратносмещенного p-n перехода между подложкой и этим резистором, имеющим

U-образную форму;

транзисторы VT13 – VT16, образующие входные инверторы для реализации функция «вход».

Рис. 13. Топология периферийной ячейки

Специализация периферийной ячейки проводится аналогично базовой ячейке

с помощью «зашивок», формируемых в переменном слое металла.

28

Строение каналов трассировки

Каналы трассировки предназначены для формирования электрических соединений между библиотечными элементами при специализации БМК и располагаются в поле БМК между столбцами базовых ячеек, а также между базовыми и периферийными ячейками.

Конструкция каналов БМК позволяет реализовать двухуровневую разводку межсоединений в БИС. Первый слой образуют отрезки шин поликремния, которые расположены параллельно друг другу поперек канала. Второй слой образуют межсоединения, которые формируются при специализации БМК путем селективного удаления металла, нанесенного поверх шин поликремния на всю поверхность металла. Связь первого и второго слоев осуществляется через контактные переходы алюминий - поликремний. Оба слоя формируются при изготовлении базовой структуры БМК. Специализация БИС осуществляется за счет второго слоя - слоя металлизации. Отличие конструкций внешних и внутренних каналов состоит в различной длине отрезков шин поликремния.

Пропускная способность каналов для трассировки БМК (число соединительных шин, которое можно провести в любом сечении канала для трассировки) определяет возможность реализации БИС. Увеличение пропускной способности канала приводит к росту коэффициента использования ячеек и эффективности применения САПР, т.к. уменьшается объем ручной трассировки неразведенных с помощью САПР соединений. Однако при этом увеличивается площадь БМК.

Специализация БМК заключается в формировании электрических связей между библиотечными элементами и связей внутри базовых ячеек. Первые формируются в области канальной трассировки, а вторые – в области коммутации транзисторов БЭ (рис. 10). Зашивка БМК осуществляется одним фотошаблоном с минимумом технологических операций (экспонирование и травление алюминия,

нанесение защитного покрытия).

29

3. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

3.1. Лабораторная работа № 1

Проектирование топологии биполярного транзистора и

размещение компонентов ИС

Цель работы

Ознакомиться с топологическим редактором PGRED, который является базовой программой системы проектирования БИС ―ПАРОМ‖. Освоить основные приѐмы ввода топологии ИС.

Подготовка к работе

При домашней подготовке к работе изучить следующие материалы и написать конспект:

1.Инструкцию по работе с топологическим редактором PGRED. Приложение

1.―Система автоматизированного проектирования ИС ―ПАРОМ‖.

2.Конструирование и выбор структуры интегральных транзисторов и диодов из [4], стр. 39 – 44.

3.Срисовать в тетрадь конспекта лекций рис.1.37а), 1.37б), 1.37и), 1.37к), 1.37л), 1.38в) из [4], стр. 42 – 44.

4.Конструктивно-технологические ограничения при разработке топологии ИС из [4], стр. 45 – 48.

5.Срисовать в тетрадь конспекта лекций рис.1.41 и таблицу ―Минимально допустимые размеры‖ из [4], стр. 46 – 48.

6.Правила проектирования топологии ИС из [4], 48 – 54.

Порядок выполнения работы

1.Получить у преподавателя вариант топологии ИС и подобрать из банка данных из [4], стр. 42 – 44 подходящие топологии транзисторов и диодов.

2.В отдельных файлах при помощи топологического редактора PGRED ввести топологии биполярных транзисторов, диодов и резисторов. Резисторы проектируются в соответствии с порядком, описанным в [5] на стр. 36 – 39 или в Приложении 1. ―Система автоматизированного проектирования ИС ―ПАРОМ‖.

30