Расчёт и проектирование топологии элементов КМДП СБИС. Практикум

УДК 621.3.049.771.16.001.13

Шубин В.В. Расчѐт и проектирование топологии элементов КМДП СБИС: Практикум/ СибГУТИ. – Новосибирск, 2016 – 46с.

В практикуме приведено описание лабораторных работ по расчѐту и проектированию топологии элементов интегральных микросхем – резисторов, конденсаторов, полевых транзисторов и библиотечных элементов комплексных логических вентилей в графическом редакторе PGRED системы PAROM в рамках курсов «Основы проектирования ЭКБ».

Для студентов дневной формы обучения по направлениям: 280302, 110303, 110304

Кафедра технической электроники Ил. – 5, табл. – 4, лит. – 17 наимен.

Рецензент: д.т.н., профессор Рогулина Л.Г.

Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ в качестве практикума

©Шубин В.В., 2016

©Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, 2016

Введение

Практикум предназначен для обучения студентов старших курсов технических университетов практическим навыкам по расчѐту и проектированию топологии элементов интегральных микросхем. Базовая программа – графический редактор PGRED входит в состав системы PAROM и является одним из ключевых инструментов проектировщика ИМС. Практикум содержит описание порядка выполнения работ студентами по проектированию топологии основных компонентов планарных ИМС – резисторов, конденсаторов, полевых транзисторов с изолированным затвором и библиотечных элементов комплексных логических вентилей изготавливаемых по 3 мкм КМДП технологии заказным (ручным) методом (Full-Custom). В состав практикума в качестве приложений входят: инструкция пользователя (ПРИЛОЖЕНИЕ 1), учебный фрагмент правил проектирования (ПРИЛОЖЕНИЕ 2) и типовая структура технологического процесса (ПРИЛОЖЕНИЕ 3). Практикум может быть использован для обучения студентов других специальностей, связанных с изучением и подготовкой специалистов в области проектирования микро- и наноэлектроники, МЭМС и других многомерных структур на основе двухмерных послойных инструментов фотолитографии – фотошаблонов.

- 4 -

Лабораторная работа №1

Изучение программы системы проектирования PAROM

1. Цель работы

Изучить возможности CАПР PAROM и получить навыки работы в его топологическом редакторе PGRED.

2.Подготовка к работе

2.1.Самостоятельно изучить следующие материалы курса

2.1.1.Базовый маршрут проектирования ИМС.

2.1.2.Проектирование топологии ИМС. Его определение, назначение и место в маршруте проектирования ИМС.

2.1.3.Методы и средства проектирования ИМС.

2.1.4.Технологические операции изготовления ИМС.

2.1.5.Инструкция пользователя графического редактора системы PAROM (ПРИЛОЖЕНИЕ 1).

2.2.Контрольные вопросы

2.2.1.Маршруты и стили проектирования топологии ИС. [4, стр.68; 7,

стр.92].

2.2.2.Методы и средства автоматизированного проектирования топологических чертежей СБИС [8, стр.77].

2.2.3.Возможности САПР PAROM [ПРИЛОЖЕНИЕ 1].

2.2.4.Достоинства и недостатки САПР PAROM [ПРИЛОЖЕНИЕ 1].

2.2.5.Инструменты создания и редактирования топологических чертежей САПР PAROM [ПРИЛОЖЕНИЕ 1].

2.2.6.Базовый маршрут изготовления КМОП ИМС [2, стр.107].

2.2.7.Фотолитография. Принципы формирования рисунка в маршруте изготовления ИМС [13, стр.187].

2.2.8.Способы изоляция компонентов ИМС и их достоинства и недостат-

ки [2, стр.205; 13, стр.218].

2.2.9.Операции внедрения примесей. Ионная имплантация и диффузия

[13, стр.176; 15, стр.227].

2.2.10.Принципы формирования металлизации в ИМС [13, стр.200; 16,

стр.62].

3.Исходные данные для работы

3.1.Инструкция пользователя системы PAROM (ПРИЛОЖЕНИЕ 1).

3.2.Правила проектирования (ПРИЛОЖЕНИЕ 2).

3.3.Типовая структура маршрута изготовления БИС (ПРИЛОЖЕНИЕ 3).

-5 -

5.2. Совмещѐнный топологический чертѐж сборочного файла (п.4.6), выведенный в графическом формате, доступном для трансляции в MS WORD.

5.3.Выводы по проделанной работе. Выводы представляют собой заключение о возможностях изученного графического редактора PGRED, его достоинствах и недостатках.

5.4.Отчет о проделанной работе предоставляется в печатном виде в формате MS WORD с рисунками топологических чертежей в виде копий экрана, по образцу, утвержденному преподавателем.

Лабораторная работа №2

Проектирование резисторов в интегральном исполнении

1.Цель работы

Научиться рассчитывать и создавать топологический образ интегральных резисторов в их различных конструктивно-технологических вариантах.

2. Подготовка к работе

2.1. Изучить следующие материалы курса

2.2.1. Конструктивно-технологические варианты изготовления интегральных резисторов.

2.2.2. Особенности проектирования интегральных резисторов. 2.2.3. Теоретические аспекты расчѐта интегральных резисторов.

2.2.4.Современные методы компиляции интегральных резисторов.

2.2.5.Использование утилиты редактора PGRED системы PAROM для построения интегральных резисторов.

2.2. Контрольные вопросы

2.2.1. Конструкции и параметры диффузионных интегральных резисторов

[2, стр.52; 13, стр. 258].

2.2.2. Конструктивные особенности изготовления прецизионных интегральных резисторов [5, стр.185].

2.2.3. Нарисовать эскизы 5 вариантов топологического исполнения тела резистора [3, стр.87].

2.2.4.Формулы расчета резисторов произвольной формы с учѐтом изменения направления резистивного тела [3, стр.31]

2.2.5.Коэффициент формы. Порядок расчета параметров интегрального резистора с учетом коэффициента формы [3, стр.26].

2.2.6.Разброс параметров интегральных резисторов и конструктивные способы борьбы с ними [5, стр.254; 9, стр.105].

2.2.7.Особенности применения, достоинства и недостатки утилиты редактора PGRED системы PAROM для построения интегральных резисторов [стр. ПРИЛОЖЕНИЕ 1].

-7 -

Примечания:

а) A - Дискретный элементарный резистор; B - несколько резисторов, соединѐнных указанным образом; C - два резистора с точным соотношением номиналов в соответствии с заданием;

б) R2 вычисляется из R в соответствии с вариантом задания по значению столбца соотношение «R/R2»;

с) топологический фрагмент резисторов должен занимать минимальную площадь прямоугольной формы с максимально приближенным соотношением сторон прямоугольника - 1:1.

Лабораторная работа №3

Проектирование конденсаторов в интегральном исполнении

1. Цель работы

Научиться рассчитывать и создавать топологический образ интегральных конденсаторов и их различных конструктивно-технологических вариантов.

2. Подготовка к работе

2.1. Изучить следующие материалы курса

2.1.1.Понятие об электрической ѐмкости. Ёмкость проводника.

2.1.2.Конденсатор.

2.1.3.Емкость плоскопараллельного конденсатора.

2.1.4.Технологические принципы изготовления интегральных конденсато-

ров.

2.1.5. Конструктивно-топологические варианты исполнения интегральных конденсаторов.

2.2. Контрольные вопросы

2.2.1.Теоретические аспекты расчѐтов ѐмкости и конденсаторов [3, стр.40,

стр.161; 5, стр.254].

2.2.2.Типы конструкций конденсаторов произвольной конфигурации [3,

стр.36], [9, стр.105].

2.2.3.Материалы конденсаторов. Материалы обкладок. Диэлектрические слои. DiP конденсатор, PiP конденсатор, MiM конденсатор [3, стр.68; 5,

стр.254].

2.2.4.Составной конденсатор [5, стр.254].

2.2.5.Матричный конденсатор [5, стр.267].

2.2.6.Нелинейность интегральных конденсаторов [10, стр.135, 5, стр.271].

2.2.7.Проблемы получения точных соотношений номиналов конденсаторов и пути их решения [5, стр.254].

2.2.8.DUMMY конденсаторы и их применение [5, стр.266].

2.2.9.Паразитные ѐмкости в компонентах ИМС [5, стр.235].

-10 -