Содержание

Глава 1. Проектирование топологии заказных кмоп бис 1

Глава 2. Минимальные размеры и минимальные зазоры. 6

2.1 Промежуточная форма представления данных (CIF2.0) для описания топологии БИС 7

2.2 Спецификация топологического слоя. 8

2.3 Топология инвертора по КМОП-технологии. 11

Глава 3. Основные элементы конструкции топологии заказных кмоп бис с одним слоем металлизации 13

Глава 1. Проектирование топологии заказных кмоп бис

В мире интерес к заказным БИС достаточно велик, и год от года он продолжает неуклонно расти. Наблюдается активное смещение "центра тяжести" в сторону изделий системного уровня интеграции, когда в кристалл интегрируется стандартное фиксированное ядро массового применения (микроконтроллер, драйвер, периферийные контроллеры, массивы памяти и так далее).

Специфика разработки заказной БИС требует конструирования кристалла полностью "с пустого места" - без предварительной подготовки базовых технологических слоев, специально сконструированных элементов и функциональных макроблоков, возникает необходимость проектировать единые маски для всех технологических слоев. Разработка физических библиотечных элементов - топологий цифровых схем - и ручное уплотнение библиотеки ячеек имеют важное значение, так как позволяют повысить кремниевую эффективность (уменьшить площадь кристалла). При этом заказчик является владельцем как конечного продукта, так и заложенной в него идеи и, следовательно, несет всю тяжесть и ответственность принятия решения. Именно поэтому высокие требования предъявляют к качеству подготовки инженеров - разработчиков заказных БИС. Фирма-производитель готовых микросхем выступает как исполнитель идеи проекта, которую приносит заказчик.

С повышением степени интеграции общая тенденция проектирования цифровых БИС будет заключаться в стирании существующих различий между этапами чисто "логического" и "схемотехнического" проектирования - будут использоваться новые методы разработки на основе более высокой степени абстракции, с использованием современных САПР, и новые методы структурной организации БИС, таких как "система на кристалле".

Так, для специалистов по БИС понятие однокристальной системы - SoC (System on chip) - означает использование для интеграции в проект внутренних, внешних продуктов заказчика, то есть размещение на одном кристалле фиксированного сложного микропроцессорного ядра, включая оперативную память для хранения программ и данных, а также достаточного обьема программируемой логики для специализации кристалла пользователем под конкретную задачу.

Стандартные изделия класса SoC обеспечивают комбинацию гибкости проектирования и скорости выхода конечной продукции на рынок без привлечения значительных инвестиций на начальном этапе. Обязательным условием реализации этих тенденций будет являться непрерывное усложнение объектов схемотехники, а также совмещение аналоговых и цифровых функций. Использование более эффективных схемотехнических решений по сравнению с традиционными позволяет в большинстве случаев обеспечить достижение более высоких технических параметров БИС быстрее и с меньшими затратами, чем этого можно ожидать при совершенствовании технологии изготовления БИС.

Существует важная задача проектирования БИС - разработка топологий интегральных схем. Крупные компании используют продукцию Cadence и Mentor для разработки топологии, однако ориентировочная цена рабочего места здесь составляет сотни тысяч долларов. Большинство мелких фирм использует программы СТАЛКЕР и GLE, которые были разработаны еще под DOS и за последние несколько лет не обновлялись. Параллельно группой российских и украинских программистов компании ОТ-ТО Software Group была разработана система верификации топологий ОТ-ТО и редактор топологий ОТ-ТО 2000, призванные заменить старые программы. Этот пакет занял пустующую нишу "средних" САПР для проектирования БИС и очень удачно вписался в существующую рыночную ситуацию.

Наибольшую популярность у российских разработчиков БИС для разработки топологических библиотек завоевал топологический редактор LTanner из САПР Tanner EDA. Для воплощения схемотехнического решения в кремний требуется фактически редактор топологии, средства размещения и трассировки блоков, контроль геометрических (DRC) и электрических (ERC) проектных норм, сравнение топологической реализации схемы с исходным описанием (LVS), - такие возможности дает САПР Tanner EDA.

Далее кристаллы наполняются конечной физической топологией, информация записывается в формате GDSII и передается на завод-изготовитель. Завод изготавливает набор физических шаблонов и воплощает изделие в кремнии на своем оборудовании. Ответственность за функциональные характеристики БИС полностью лежит на разработчике БИС, в то время как завод гарантирует качество технологического процесса.

Топология БИС - множество геометрических фигур, расположенных в различных топологических слоях. Топологические слои объединяют фигуры, которые будут перенесены на один фотошаблон. Некоторое множество фигур в одном или в нескольких топологических слоях объединяются в топологическую группу. Топологическая группа кроме геометрических фигур может содержать в себе ссылки на другие группы, формируя иерархическое описание топологии БИС.

Топологический редактор позволяет либо непосредственно строить топологию, либо формировать ее из стандартных ячеек, содержащихся в библиотеке. Используя базу данных, редактор позволяет редактировать топологию ячеек в соответствии с конкретными требованиями. После разработки топологии отдельных фрагментов с помощью соответствующей программы в диалоговом режиме осуществляется их размещение и трассировка межсоединений.

После ввода описания топологии осуществляется ее верификация. Программа контроля проектных норм работает непосредственно с топологией. Контроль осуществляется автоматически по значениям конструкторско-технологических требований (DRC-контроль) для используемой КМОП-технологии. Любые нарушения ограничений помечаются непосредственно на изображении топологии, выводимом на экран дисплея.

После завершения DRC-контроля программа восстановления электрической схемы (LVS) преобразует описание топологии в описание электрической схемы в виде таблицы цепей (например, текстовое описание в Spice-формате). Эта таблица передается в блок верификации логических и электрических схем, где проводится перекрестная проверка описанной схемы на логическом и топологическом уровнях, а также повторное моделирование и верификация временных параметров. Таблица передается в программу контроля электрических проектных норм (ERC-контроль). Эта программа дополнительно использует еще и значения параметров транзисторов, полученные при восстановлении электрической схемы из топологии. В результате ее работы идентифицируются все нераспознанные или неправильно соединенные элементы, а также все нарушения электрических проектных норм.

Маршрут проектирования завершается преобразованием формата проектного файла в промежуточную форму, используемую для передачи проекта на кремниевые фабрики, например, CIF-формат. Топологическая группа может включать фигуры (примитивы) следующих типов: ортогональный прямоугольник, многоугольник (со сторонами под углами, кратными 45 град.), шина (со сторонами под углами, кратными 45 град.), экспозиция (наклонный прямоугольник с произвольным (кратным 0,1 град.) углом наклона сторон), текст, линия. Примитивы первых четырех типов имеют замкнутый контур и формируют рисунок на фотошаблоне.

Примитивы типа текст и линия рисунка на фотошаблоне не формируют, они предназначены для создания поясняющих надписей и рисунков в топологии. Привязки групп могут быть двух типов - ячейки и итерации. Ячейка описывает единичную ссылку на группу. Итерация обеспечивает множественное обращение к ссылаемой группе в виде матрицы с заданным шагом и количеством повторений по осям координат. Топологическая группа имеет уникальное имя, каждый топологический слой имеет номер. Топологический чертеж является связующим звеном между проектировщиком и изготовителем БИС.

Проектирование топологии - процесс преобразования электрической или логической схемы в описание послойной реализации схемных компонентов (транзисторов, диодов, резисторов) и связей между ними в многослойной интегральной структуре. Известен типовой технологический процесс и заданы конструкторско-технологические ограничения. Верификация топологии включает в себя контроль проектных норм, экстракцию (восстановление) электрической схемы из описания топологии, сравнение с исходной схемой и средства анализа найденных нарушений.

Главная цель разработки топологии КМОП БИС заключается в эффективном использовании площади кристалла. Однако необходимо учитывать, что характеристики КПОП БИС, в частности, динамические, сильно зависят от паразитных емкостей и сопротивлений, определяемых топологией. Поэтому необходимо принимать компромиссные решения, которые учитывали бы оптимальное использование площади и получение хороших характеристик ИС. В КМОП БИС обычно используются прямоугольные конфигурации транзисторов, отличающиеся лишь различными отношениями ширины к длине канала, в зависимости от требуемого значения крутизны характеристик транзистора.