Компонентное проектирование

 

Литература основная

1. Казенов Г.Г. Основы проектирования интегральных схем и систем. – М.: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2009.

Литература дополнительная

 

 

1. Компонентное проектирование

 

На данном этапе решаются следующие основные задачи:

• рассчитывается физическая структура ИС (диффузионный профиль, электрофизические параметры в различных диффузионных слоях) для заданной последовательности технологических операций с заданными параметрами и проводится оптимизация параметров технологического процесса для получения заданной физической структуры;

• рассчитываются характеристики и параметры резистив­ных и транзисторных планарно-эпитаксиальных струк­тур с учетом двумерного распределения плотности носителей заряда;

• проводится оптимизация физической структуры и топо­логии биполярного или МОП-транзистора при наложении ограничений на его параметры (рис. 1.12 и 1.13);

Рис. 1.12. Интегральный биполярный транзистор (БТ)

 

Рис. 1.13. л-канальный МОП-транзистор обогащенного типа. Контакты: И — исток; С — сток; 3 — затвор; П — подложка

[1] рассчитываются характеристики, параметры метал­лизированных внутрисхемных соединений (с учетом их распределенного или сосредоточенного характера) и их взаимное влияние.

Физическая структура ИС определяется требованиями к основному транзистору, оказывающему наиболее сильное влияние на параметры схемы.

Изменяя только геометрию компонентов, можно полу­чать их различные характеристики.

Выбор оптимальной геометрии компонентов ИС (осо­бенно транзисторов) становится в настоящее время одной из важнейших задач. Практически для каждой ИС следу­ет брать геометрию компонентов, наиболее целе­сообразную в данном конкретном случае (рис. 1.14). На­пример, если в схеме используются транзисторы, вклю­ченные параллельно, то предпочтительно использовать общий коллектор внутри одной изолированной области; если схема должна обеспечивать высокую скорость пере­ключения, то используют компоненты малых геометриче­ских размеров; если схемы должны работать при больших токах, то используют компоненты с увеличенными геометрическими размерами.

Рис. 1.14. Примеры топологий биполярного транзистора

Проектирование ИС ведется на освоенном технологиче­ском процессе, либо для разрабатываемой серии ИС создает­ся новый технологический процесс. В зависимости от этого определяется и характер задач, решаемых на рассматривае­мом этапе проектирования. В том случае, когда проектиро­вание ведется на освоенном технологическом процессе, необ­ходимо получить электрические параметры активных ком­понентов различной геометрической конфигурации, причем желательны те параметры, которые описывают модели ком­понентов, используемые на этапе схемотехнического проек­тирования.

На первых этапах развития микроэлектроники логи­ческие ИС в смысле схемотехники представляли аналоги уже известных схем, выполненных на дискретных компонентах. Структурно-топологически они представляли собой сформи­рованные в одном кристалле полупроводника активные и пассивные компоненты, расположенные в отдельных изоли­рованных областях и объединенные в функциональную схему металлизацией. При таком способе изготовления схемотехни­ческие и структурно-топологические решения были слабо взаимосвязаны. Сейчас получили большое распространение функционально-интегрированные элементы, в которых одни и те же области полупроводниковой физической структуры выполняют различные функции.

Завершается этап определением численных значений пара­метров компонентов различной геометрической конфигурации для имеющихся или предполагаемых технологических про­цессов изготовления ИС. В случае необходимости определяет­ся комплекс требований ко вновь разрабатываемому техноло­гическому процессу изготовления ИС.

2) ЭСЛ — эмиттерно-связанная логика;

3) ТТЛШ — транзисторно-транзисторная логика с дио­дом Шоттки;

4) И²Л — транзисторные логические схемы интеграль­ной инжекционной логики.

Тип логики в значительной мере определяет и принци­пиальные электрические схемы функциональных устройств и блоков. После выбора принципиальных электрических схем необходимо определить параметры компонентов таким образом, чтобы наилучшим образом удовлетворялись требо­вания ТЗ к параметрам ИС. Эта задача является исключите­льно трудоемкой. Одним из немногих доступных для проек­тировщиков ИС методов, позволяющим в какой-то мере оп­тимально выбрать некоторые параметры компонентов, является метод граничных испытаний.