20)Общие рекомендации по проектированию биполярных микросхем
Отдельные изолированные области в процессе эксплуатации ИМС должны быть разделены слоем полупроводникового материала противоположного типа электропроводности и областями объемного заряда обратно смещенных p-n-переходов. Изоляция будет надежной только тогда, когда изолирующие р-п-переходы не пробиваются и области их объемных зарядов не перекрываются. Это условие обеспечивается путем соответствующего выбора ширины вскрытого окна под изолирующую диффузию, которая в свою очередь зависит от параметров исходного полупроводникового материала и напряжения смещения р- n-перехода между изолированной областью и подложкой.
Для учета влияния диффузии примесных атомов под край маскирующего оксида, а также растравливания оксида и ошибок, вносимых в процессе проведения фотолитографии, при составлении топологической схемы все элементы биполярной ИМС, кроме контактных площадок, необходимо размещать на расстоянии от края вскрытого окна под изолирующую диффузию, примерно равном удвоенной толщине эпитаксиального слоя.
Исходная подложка р-типа должна подсоединяться к точке схемы с наиболее отрицательным потенциалом, а исходная подложка n-типа — к точке с наиболее положительным. Это позволяет удовлетворить условиям взаимной изоляции элементов и уменьшения паразитных емкостей между изолированными областями.
Транзисторы с параллельно включенными переходами коллектор — база могут размещаться внутри одной изолированной области. Если транзисторы работают в режиме эмитерного повторителя, то их можно располагать в изолированной области вместе с резисторами.
Резисторы, формируемые на основе базовых диффузионных слоев транзисторной n-р-n -структуры, обычно располагают внутри одной изолированной области, которая подключается к наиболее положительному потенциалу схемы, т. е. к источнику смещения перехода коллектор — база.
Геометрическая конфигурация резисторов может быть произвольной, однако во всех случаях отношение длины резистора к его ширине должно быть согласовано с удельным сопротивлением материала исходного диффузионного слоя и обеспечено получение заданного номинала. Ширина резистора ограничивается разрешающей способностью фотолитографии.
Высокоомные резисторы рекомендуется выполнять в виде параллельных полосок с перемычками между ними. Номинал резистора в этом случае будет выдержан более точно, чем для резистора изогнутой формы. Любой диффузионный резистор может пересекаться проводящей дорожкой, так как проведение металлизированного проводника по слою оксида кремния, покрывающему резистор, не оказывает существенного вредного влияния. Резисторы, у которых необходимо точно выдерживать отношение номиналов, должны иметь одинаковую ширину и конфигурацию и располагаться в непосредственной близости друг от друга. Если ИМС содержит резисторы с большой рассеиваемой мощностью, то их следует располагать в периферийных областях кристалла.
Если транзисторы ИМС работают при различных потенциалах коллекторных областей, то их располагают в отдельных изолированных областях. Для улучшения электрической развязки между коллекторными изолированными областями контакт к подложке рекомендуется выполнять в непосредственной близости от транзистора, характеризующегося наибольшей рассеиваемой мощностью. Для обеспечения согласованности характеристик транзисторов их необходимо располагать в соседних изолированных областях, причем геометрическая конфигурация коллекторной, базовой и эмиттерной областей должна быть идентичной.
Для каждого диода, формируемого на основе перехода коллектор — база, должна быть предусмотрена отдельная изолированная область, в противном случае может произойти смыкание областей объемного заряда соседних диодов, так как их расширение в высокоомную коллекторную область является значительным. Если диоды формируются на основе перехода эмиттер — база, то их можно размещать внутри одной изолированной области, поскольку расширение областей объемного заряда р-п-переходов, формируемых в этом случае в достаточно низкоомных материалах, невелико.
Форма и области локализации конденсаторов в значительной степени являются произвольными. Если конденсатор изготовляется на основе обратно смещенного р-n-перехода, то при расчете номинального значения емкости необходимо учитывать допустимые пределы расширения областей объемного заряда и напряжения пробоя. В зависимости от этого выбирают тот или иной p-n-переход, который можно использовать в качестве конденсатора.
Уменьшение паразитной емкости между контактными площадками и подложкой может быть достигнуто путем создания изолированной области под каждой из контактных площадок. При этом емкость между контактной площадкой и подложкой оказывается включенной последовательно с емкостью изолирующего p-n-перехода и, следовательно, результирующая паразитная емкость будет существенно уменьшена.
Соединения, используемые для ввода питания и заземления, необходимо выполнять в виде коротких широких полосок, чтобы обеспечить уменьшение паразитных сопротивлений и тем самым искажение характеристик схемы.
Коммутация элементов ИМС должна иметь как можно меньшее количество пересечений. При разработке топологической схемы следует также стремиться к получению минимально возможной длины межэлементных соединений.