178

водниковые элементы «подныривания» для реализации пересечений ортогональных проводников. Для упрощения реализации коммутационной сети входы и выходы логических элементов или функциональных узлов, формируемых из элементов ячеек, располагаются по периферии ячеек, обращенной к каналу связи. Это упрощает автоматизированное проектирование БИС, однако коэффициент использования площади кристалла снижается.

С целью повышения плотности компоновки БИС на биполярных транзисторах матрица БМК может быть выполнена в виде сплошного массива ячеек, в состав которых входят элементы и перемычки. Горизонтальные трассы проходят в областях расположения групп пассивных элементов(резисторов), находящихся под защитной оксидной пленкой, вертикальные трассы – во втором (верхнем) слое над элементами ячеек. Дополнительные вертикальные трассы образуются за счет неиспользованных ячеек. В качестве перемычек используются короткие отрезки высоколегированных моно- и поликремниевых шин с контактными областями, а также полупроводниковые области активных элементов.

Набор параметров и характеристик БМК должен быть достаточно полным для потребителя. К типовым параметрам и характеристикам БМК относятся: технология изготовления; число ячеек на кристалле; структура (набор элементов) ячейки; наименование, типовые электрические параметры, схемы и фрагменты типовых функциональных элементов, формируемых на основе элементов ячеек; параметры элементов ввода-вывода; число периферийных контактных площадок; требования к источнику питания; указания по расположению и использованию контактных площадок для цепей питания и заземления; число заказных фотошаблонов и конструктивно-технологические ограничения, накладываемые при проектировании и выполнении заключительных технологических операций.

9.2 Базовые матричные кристаллы на основе биполярных транзисторов

В БИС на биполярных транзисторах используются сверхбыстродействующие логические элементы в виде одноили

женные внутри баз транзисторов. Металлические контакты к базовым областям перекрывают этиn-области и одновременно выполняют роль анодов диодов Шоттки. Для улучшения характеристик диодов Шоттки междуn-областью и металлическим

контактом формируется слой силицида платины tРSi . Общая

5 2

коллекторная область транзисторов VT2 и VT3 с двумя выводами может выполнять роль полупроводниковой перемычки. Такую же функцию выполняет резисторR6, если в качестве рези-

+

стивного слоя используется высоколегированная областьn - типа. В рассматриваемой конструкции R4 = R5 = R, R1 = R2 = R3 = =R/2.

На основе элементов ячейки могут быть сформированы цифровые логические элементы РТЛ, ТТЛ, ТТЛШ (рис. 9.3), ЭСЛ, операционные усилители.

В буферных ячейках для цифровых матричных БИСис пользуется набор элементов, необходимый для формирования входных логических элементов с повышенными коэффициентом разветвления по входу и помехоустойчивостью и выходных логических элементов с повышенной нагрузочной способностью и

181

Рис. 9.4 - RS-триггер на И2Л-элементах: а - логическая схема; б - принципиальная схема; в - топология

ми, поэтому на одном кристалле можут быть сформированы две матрицы, одна из которых используется для изготовления цифровых узлов и блоков (матрица с И2Л-структурами), а другая - для изготовления аналоговых узлов и буферных элементов, хорошо совмещаемых с БИС, построенными по ТТЛ-, n- МОПили КМОП-технологии. Использование И2Л-структур позволяет достигнуть высокой плотности компоновки элементов в цифровых устройствах. Пример схемно-конструктивного исполнения функциональных узлов приведен на рис. 9.4. Из топологий видно, что внутриузловые электрические связи осуществляются внутри поля ячейки. Окна в оксидной пленке формируются с помощью первого заказного фотошаблона. Это позволяет проводить линии связи над незадействованнымиколлекторами И2Л-структур. Контакты к базам формируются в промежутках между коллекторами. На рис. 9.4 контакты к коллекторам и базам обозначены жирными точками.

2

Для согласования ИЛ-элементов с ТТЛ-элементами используются буферы, электрические схемы которых приведены на рис. 9.5. Быстродействие буферов повышается благодарядиодам Шоттки. Пример топологии ячейки, на основе элементов которой можно сформировать как входной, так и выходной буферы, приведен на рис. 9.6. Для формирования сложного буфера с тремя состояниями необходимо использовать элементы соседних ячеек. Контактная площадка формируется на толстом слое оксида над изолированной n-областью для повышения надежности БИС.