2.20.4 Проектирование топологии ис на бпт

Важным звеном в общем процессе проектирования полупро­водниковой ИМС на биполярных транзисторах является проектирование ее топологии (топологического чертежа форм, размеров и размещения элементов и соединений на кристалле). В процессе проектирования топологической модели и ее оптимизации учитываются следующие основ­ные факторы:

• элементы кристалла ИМС должны размещаться с высокой плотностью на поверхности или в объеме подложки с последующим учётом повышения паразитного взаимодействия между элемен­тами, теплообмена между элементами и увеличения уровня собственных шумов;

• элементов кристалла ИМС изготавливаются в едином технологическом цикле, что исключает предварительную отбраковку и удаление дефектных элементов и повышает требования к точности проектирования.

Исходными данными к проектированию топологии кристаллов являются принципиальная электрическая схема, технологические и конструктивные требова­ния и ограничения.

Процесс проектирования топологии подразделяется на ряд этапов:

• подготовка исходных данных;

• выбор топологических фрагментов и проектирование не типовых активных и пассивных элементов;

• топологическое преобразование электрической принципиальной схемы и проектирование коммутационной схемы;

• проектирование эскизов предварительных вариантов топологии;

• выбор ва­рианта топологии, коррекция вариантов;

• оформление документов проекта.

Исходные данные можно раз­делить на группы: электрические, конструктивные и техноло­гические (для базового технологического процесса). К электриче­ским данным относятся:

• принципиальная электрическая схема;

• требования к электрическим параметрам (напряжение питания и его разброс, параметры входных и выходных сигналов, рабочий диапазон температур и др.);

• перечень активных и пассивных эле­ментов и требования к ним (номинал, допуск, рассеиваемая мощ­ность, максимальный рабочий ток и др.);

• допустимые значения и допустимые места расположения паразитных емкостей и сопротив­лений.

К конструктивным и технологическим данным относятся:

• порядок расположения па кристалле контактных площа­док (вынесенных на края кристалла, если такое ограничение накладывается);

• тип корпуса;

• минимальные геометрические размеры элементов и разброс номиналов элементов;

• параметры технологических режимов (поверхностные концентрации, глубины залегания р-n-переходов, толщины диэлектрических пленок) и их разброс.

В выборе форм и геометрических размеров активных и пассивных элементов руководствуются электрическими, конструк­тивными и технологическими параметрами данными. При наличии библиотеки элементов выбираются фрагменты топологий приборов, их композиций, если элемен­ты имеют параметры, соответствующие электрическим требова­ниям и ограничениям технологического процесса.

Исходными к проектированию варианта топологии кристалла являются принципиальная электрическая схема, с заданным расположением контактных площадок, и геометрические размеры элементов (композиций). В процессе проектирования принимаются решения по необходи­мому числу изолированных областей, минимизации числа и длины пересечений коммутационных шин элементов. При определении необходимого числа изолированных областей предусматривается подвод обратных смещений к р-n-переходам, изолирующим резисторы и конденсаторы, коллекторы транзисторов. Транзисторы, имеющие различные по­тенциалы коллекторов, должны быть изолированы. Резисторы могут быть размещены в одной или нескольких изолированных областях. На р-область изолирующего перехода дол­жен быть подан минимальный, а на n-область — максимальный потенциал. Для улучшения развяз­ки между коллекторными изолированными областями транзисто­ров контакт к р-области подложки целесообразно располагать рядом с наиболее мощными транзисторами.

В некоторых типах ИС, в частности в микросхемах памяти, имеется большое число повторяющихся групп элементов (запоми­нающие ячейки). Рекомендуется проектировать отдельные группы, а затем, объединять их в один эскиз. Внешние контактные площадки, вынесенные на края кристалла из-за их большого размера (75х75 мкм²), целесообразно размещать над отдельными изолированными областями для уменьшения результирующей па­разитной емкости (последовательное соединение емкостей диэлек­трика и изолирующего p-n-перехода) и исключения угрозы короткого замыкания контактных площадок на подложку при дефекте в окисле.

Эскиз топологии согласуется на соответствие порядку расположения внешних контактных площадок, использования n⁺-пе-ремычек и изменения геометрии транзисторов для прокладки соединений (удаление контакта к коллектору от коллектор­ного р-n-перехода и др.).

Предварительный вариант топологии является по существу топологическим чертежом и оформляется в соответствии с эс­кизом в масштабе, допускающем представление смежных линий на расстоянии не менее 3–5 мм (для фактических зазоров ∆ масштаб увеличения принимается равным 3–5/∆ с учётом размерности значений числителя и знаменателя).

Топологический чертёж исполняется в прямоугольной системе координат с применением координатной сетки. Отклонение от параллельности до­пустимо для шин металлизации лишь тогда, когда существенно упрощается форма топологических фрагментов чертежа. Коор­динаты точек, расположенных в вершинах углов ломаных ли­ний, принимаются кратными шагу координатной сетки. Ширина окон в масках под разделительную диффузию принимается не менее толщины разделяемых эпитаксиальных слоёв.

В процессе проектирования анализируются варианты топологии, отличающиеся формами элементов и компоновкой отдельных топологических композиций. По необходимости осущест­вляется корректировка геометрических размеров элементов для со­хранения значений их электрических параметров.

На периферийных областях кристалла выделяются зоны размещения фигур визуального контроля совмеще­ния слоёв, тестовых элементов,

Окончательный вариант топологии оформляется после анализа не использованных резервов повышения качества топологии. Если после уплотнения компоновки элемен­тов выявлена незанятая площадь, то принимается решение об уменьшении площади кристалла, либо внесения изменений, повышающих запас на технологическую реализуемость конструкции кристалла:

• уве­личить расстояния между контактными площадками;

• ширину межэлементных соединений и расстояние между ними;

• спрямить шины металлизации, границы изолирующих областей.

В заключение проектирования топологии выполняются контрольно-проверочные расчеты топологии ИС, включающие выявление топологических ошибок (правильность коммутации элементов, оценку теплового режима, паразитных элементов и связей).

Исходя из окончатель­ного варианта топологии, выполняют послойные чертежи для из­готовления фотошаблонов.

Спроектированная топология должна удовлетворять предъявляемым электрическим, конструктивным и технологичес­ким требованиям и ограничениям:

• обеспечивать возможность экс­периментальной проверки электрических параметров элементов или отдельных субблоков схемы;

• обеспечивать возможность сокращения чис­ла технологических операций и стоимости изготовления (применение однослойной металлизация, сокращения циклов изоляции и др.).

При положительной оценке принятых решений исполняется конструкторская техническая документации на кристалл ИС.