Podręcznik

Zanim zaczniesz czytać, przypomnij sobie jak powstają układy scalone CMOS (część I, punkt 4.2)!

Projektowanie w stylu full custom polega na „narysowaniu” przez projektanta całej topografii układu. Używany jest do tego specjalizowany edytor graficzny zwany edytorem topografii. Taki edytor jest niezbędnym składnikiem każdego komputerowego systemu projektowania układów scalonych. Przykład fragmentu topografii układu zaprojektowanej w stylu full custom pokazuje rysunek 4-4.

Rysunek 4 4. Mały blok funkcjonalny (generator dwóch przesuniętych w czasie sygnałów zegarowych) zaprojektowany w stylu full custom

Zasadniczo rysowane są wszystkie maski fotolitograficzne, które posłużą do produkcji układu, ale możliwe są tu różne uproszczenia. Omówimy je na najprostszym przykładzie: projektu tranzystora MOS. Rysunek 4-5 pokazuje symbol tranzystora nMOS, przekrój przez jego strukturę oraz maski fotolitograficzne określające tę strukturę. Widoczny jest też obraz topografii tego tranzystora w programie „Microwind”, który posłuży do ćwiczeń w projektowaniu – o czym dalej. „Microwind” jest to program, w którym zintegrowane są trzy funkcje: edytor topografii, ekstraktor schematu i symulator układów elektronicznych.

 

Rysunek 4 5. Widok topografii tranzystora nMOS w programie "Microwind" (a), kontury masek fotolitograficznych (b), przekrój przez strukturę tranzystora (c) oraz symbol w schematach elektrycznych (d)

Na rysunku 4-5 widoczne są następujące maski: 

• Maska obszaru aktywnego (zwana czasami z przyczyn historycznych maską dyfuzji) - kolor jasnozielony. Ta maska określa szerokość kanału tranzystora.
• Maska polikrzemu - kolor czerwony. Ta maska określa długość kanału tranzystora.
• Maska implantacji typu n - kolor ciemnozielony.
• Maska kontaktów - kolor czarny (trzy obszary).
• Maska metalu 1 - kolor jasnobłękitny (trzy obszary).

W przypadku tranzystora p-kanałowego wygląd topografii i zestaw masek jest podobny – rysunek 4-6.
Na rysunku 4-6 widoczne są następujące maski: 

• Maska wyspy typu n - kolor ciemnoniebieski (część krawędzi tej maski jest zasłonięta przez krawędź maski metalu 1).
• Maska obszaru aktywnego (zwana czasami z przyczyn historycznych maską dyfuzji) - kolor jasnozielony. Ta maska określa szerokość kanału tranzystora.
• Maska polikrzemu - kolor czerwony. Ta maska określa długość kanału tranzystora.
• Maska implantacji typu p - kolor ciemnożółty.
• Maska kontaktów - kolor czarny (trzy obszary).
• Maska metalu 1 - kolor jasnobłękitny (trzy obszary).

Dla wszystkich masek producenci określają geometryczne reguły projektowania. Dotyczą one minimalnych szerokości i odstępów obszarów na tej samej masce, minimalnych odstępów obszarów na różnych maskach, minimalnych zakładek, gdy obszary powinny się częściowo lub całkowicie nakładać itp. Dla najbardziej zaawansowanych technologii pełny zestaw reguł może zawierać nawet kilkaset reguł.

 

Rysunek 4 6. Widok topografii tranzystora pMOS w programie "Microwind" (a), kontury masek fotolitograficznych (b), przekrój przez strukturę tranzystora (c) oraz symbol w schematach elektrycznych (d)

Rysowanie topografii układu z zachowaniem tych wszystkich reguł jest bardzo pracochłonne i uciążliwe. Dlatego powstały uproszczone sposoby reprezentacji topografii. Ale zanim je poznamy, najpierw zapoznamy się z przykładowym zestawem reguł projektowania.