КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

ПРОЕКТИРУЕМОГО УСТРОЙСТВА

7.1. ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время существует несколько стандартных технологий производства кристалла с линиями рисунка от 0,25 до 3,0 мкм. Но в связи с тем, что в нашей стране технологии 0,25 и 0,35 мкм еще не отработаны, то приходится разрабатывать устройства с учетом имеющихся технологий, т.е. приходится прибегать к схемотехническим изощрениям для получения конкурентоспособной интегральной схемы. В результате была выбрана технология изготовления кристалла с минимальной шириной рисунка 1,2 мкм, как наиболее отработанная и наиболее экономически выгодная. При появлении в нашей стране более современных технологий на одном кристалле при тех же размерах можно будет разместить коммутатор на большее количество каналов.

7.1.1. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

КРИСТАЛЛА

Рассмотрим основные характеристики проектируемой БИС, в основном, определяемые технологией производства:

• Напряжение питания - 5 В;

• Ток потребления - не более 1 мА;

• Диапазон рабочих температур - от -20 до +60 ⁰С;

• Технология производства - стандартная, 1,2 мкм;

• Предполагаемый тип корпуса - 2123.40-1, стандартный, с количеством выводов – 40.

7.1.2. НАЗНАЧЕНИЕ ВЫДОВ МИКРОСХЕМЫ

Предварительно принятое назначение выводов микросхемы

Выводы	Назначение
1 - 8 9 - 16 17,18 - 22 - 26 - 30 31 32 33 34 35	Групповые входы Групповые выходы Питание и «земля» Шина обмена информацией между кристаллами по горизонтали Шина обмена информацией между кристаллами по вертикали Адресные выводы кристалла Ввод команды Вывод результатов Выбор кристалла Ввод тактовой частоты Ввод синхроимпульсов

Таблица 7.1

1. ЭЛЕМЕНТЫ ТОПОЛОГИИ

1. КОНСТРУКТИВНО - ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ

В данном разделе приведены основные конструкторско-технологические ограничения на проектирование микросхемы, определяемые заводом изготовителем в соответствии с применяемой технологией.

Конструкторско-технологические ограничения предназначены для проектирования топологии цифровых КМДП БИС по технологии, предусматривающей использование «карманов» п-типа проводимости, изоляцию элементов посредством заглубленных в объем монокристаллического кремния, легированного фосфором, самосовмещенных транзисторных структур и двухуровневой разводки, сформированной на основе сплавов алюминия.

Перечень и последовательность слоев фотолитографии, существенных при проектировании БИС, приведены в таблице 7.2.

Минимальная ширина топологического рисунка - 1,2 мкм. Остальные минимально-допустимые размеры элементов топологии, существенные для проектирования блоков БИС, приведены в таблице 7.3.

Транзисторные структуры, выполненные по данной технологии характеризуются следующими физико-технологическими параметрами:

• Эффективная длинна канала транзистора - 1,0 мкм;

• Удельная емкость затвора - 800 пф/мм;

• Подвижность электронов в канале - 400 см/В с;

• Подвижность дырок в канале - 200 см/В с;

• Пороговое напряжение

п-канальных транзисторов - 0,5 … 1,5 В;

р-канальных транзисторов - 0,8 … 2,0 В.

Перечень слоев фотолитографии

Номер слоя

Наименование слоя

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Карман п-типа Диффузионные области р-охраны Активные области транзисторов (тонкий окисел) Затворы из поликристаллического кремния, легированного фосфором Диффузионные области истока-стока р-канальных транзисторов Диффузионные области истока-стока п-канальных транзисторов Первые контактные окна в диэлектрическом слое Алюминиевая металлизация первого уровня Вторые контактные окна в диэлектрическом слое Алюминиевая металлизация второго уровня

Таблица 7.2

Минимально-допустимые размеры элементов топологии

№ пп	Наименование элемента топологии	Размер, мкм
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19	Перекрытие области тонкого окисла областью кармана п-типа Перекрытие области охраны р-типа областью тонкого окисла Расстояние между границей области кармана и границей области охраны р-типа Ширина области локального окисла внутри области кармана п-типа Расстояние от границы тонкого окисла до контактной площадки из поликристаллического кремния Расстояние между двумя соседними областями из поликристаллического кремния Ширина затворов из поликристаллического кремния Размер стороны контактной площадки из поликристаллического кремния Ширина шин из поликристаллического кремния вне области канала Расстояние между областью охраны р-типа и областями исток-сток п-канальных транзисторов Расстояние между областями исток-сток р-канальных транзисторов и карманом п-типа Размер стороны контактного окна Расстояние от края контактного окна до края контактной площадки Ширина шин алюминия первого уровня металлизации Ширина шин алюминия второго уровня металлизации Расстояние между двумя шинами алюминия в одном уровне металлизации Расстояние от линии рельефа до края контактного окна Расстояние от края контактного окна к диффузионной области истока-стока до поликристаллического затвора Перекрытие локального окисла поликремневым затвором п- и р-канальных транзисторов.	0,5 1,0 4,0 2,0 0,5 1,2 1,2 4,0 2,0 2,0 1,2 1,0 1,2 3,0 4,0 1,2 0,5 1,0 1,2

Таблица 7.3.

7.2.2 ПРИМЕР ТОПОЛОГИИ ВЫПОЛНЕНОЙ С УЧЕТОМ НОРМ КОНСТРУКТИВНО - ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОГРАНИЧЕНИЙ

Проектирование топологии кристалла определяется с одной стороны конструктивно-технологическими ограничениями, описанными в предыдущем разделе, а с другой стороны - требованиями минимизации площади, занимаемой схемой. Кроме того, выбранная архитектура кристалла позволяет использовать предварительно разработанные библиотечные элементы. К числу таких элементов относятся инвертор, двух-, трех- и четырехпроводные логические элементы, триггеры различного назначения, регистровые ячейки. Однако, требования миниатюризации, особенно для блоков ОЗУ, привели к необходимости разработки оригинальных устройств. На рисунках 7.1 и 7.2 показана разработанная топология запоминающей ячейки и фрагмент ОЗУ из четырех ячеек.

- Al

- Si

Р⁺

Активная

область

N⁺⁺

N⁺⁺

Р⁺

Активная

область

Р⁺

N⁺

N⁺

Активная

область

Рис. 7.1. Топология запоминающей ячейки ОЗУ.

«Земля»

Вход

Адрес

Питание

Выход

Рис. 7.2. Фрагмент топологии ОЗУ из 4^х стандартных ячеек.