5 Рекомендации по разработке эскиза топологии

Для обеспечения разработки эскиза топологии рекомендуется с самого начала вычертить принципиальную электрическую схему так, чтобы ее выводы были расположены в необходимой последовательности (см. рис. 5.1, б).

Рисунок 5.1– Принципиальная электрическая схема цифровой ИМС на токовых ключах (а) и преобразованная электрическая схема для составления эскиза топологии (б)

Каждая линия, пересекающая резистор на принципиальной электрической схеме, будет соответствовать металлизированной дорожке, пересекающей диффузионный резистор по окислу на топологической схеме.

На этапе эскизного проектирования топологии необходимо предусмотреть решение следующих задач: расположить как можно большее число резисторов в одной изолированной области; подать наибольший потенциал на изолированную область, где размещены резисторы; подать наиболее отрицательный потенциал на подложку вблизи мощного транзистора выходного каскада; рассредоточить элементы, на которых рассеиваются большие мощности; расположить элементы с наименьшими размерами и с наименьшими запасами на совмещение в центре эскиза топологии; сократить число изолированных областей и уменьшить периметр каждой изолированной области.

На основе эскиза разрабатывают предварительный вариант топологии, который вычерчивают на миллиметровой бумаге в выбранном масштабе, (выбирают масштабы, кратные 100). Топологию проектируют в прямоугольной системе координат. Каждый элемент топологии представляет собой замкнутую фигуру со сторонами, состоящими из отрезков прямых линий, параллельных осям координат.

При вычерчивании чертежа топологии на миллиметровой бумаге принимают минимальный шаг координатной сетки, равный 0,5 мм. Можно выбрать другой шаг, но он должен быть кратным минимальному. Действительный (на кристалле) размер шага координатной сетки зависит от выбранного масштаба топологии.

В процессе вычерчивания топологии для получения оптимальной компоновки возможно изменение геометрии пассивных элементов, например пропорциональное увеличение длины и ширины резисторов или их многократный изгиб, позволяющие провести над резистором полоски металлической разводки или получить более плотную упаковку элементов. При изменении формы пассивных элементов в процессе их размещения проводят корректировочные расчеты.

При проектировании слоя металлизации размеры контактных площадок и проводников следует брать минимально допустимыми, а расстояния между ними – максимально возможными.

После выбора расположения элементов и контактных площадок, создания рисунка разводки необходимо разместить на топологии фигуры совмещения, реперные знаки, ключ. Фигуры совмещения могут иметь любую форму (чаще всего квадрат или крест), причем надо учесть, что на каждом фотошаблоне, кроме первого и последнего, имеются две фигуры, расположенные рядом друг с другом. Меньшая фигура предназначена для совмещения с предыдущей технологической операцией, а большая – с последующей. На первом фотошаблоне расположена только большая фигура, а на последнем – только меньшая.

При разработке топологии важно получить минимальную площадь кристалла ИМС. Это позволяет увеличить производительность, снизить материалоемкость и повысить выход годных ИМС, поскольку на одной полупроводниковой пластине можно разместить большее число кристаллов и уменьшить вероятность попадания дефектов, приходящихся на кристалл. При размерах стороны кристалла до 1 мм ее величину выбирают кратной 0,05 мм, а при размерах стороны кристалла 1–2 мм — кратной 0,1 мм.

Для любой принципиальной электрической схемы можно получить много приемлемых предварительных вариантов топологии, удовлетворяющих электрическим, технологическим и конструктивным требованиям. Любой предварительный вариант подлежит дальнейшей доработке.

Если после уплотненного размещения всех элементов на кристалле выбранного размера осталась незанятая площадь, рекомендуется перейти на меньший размер кристалла. Если этот переход невозможен, то незанятую площадь кристалла можно использовать для внесения в топологию изменений, направленных на снижение требований к технологии изготовления полупроводниковой ИМС. Например, можно увеличить размеры контактных площадок и расстояния между контактными площадками, ширину проводников и расстояние между ними, по возможности выпрямить элементы разводки, резисторы, границы изолированных областей.

Проверка правильности разработки топологии ИМС. Последний из составленных и удовлетворяющий всем требованиям вариант топологии подвергают проверке в такой последовательности. Проверяют соответствие технологическим ограничениям: минимальных расстояний между элементами, принадлежащими одному и разным слоям ИМС; минимальных размеров элементов, принятых в данной технологии, и других технологических ограничений; наличие фигур совмещения для всех слоев ИМС; размеров контактных площадок для присоединения гибких выводов; расчетных размеров элементов их размерам на чертеже топологии; мощности рассеяния резисторов, максимально допустимой удельной мощности рассеяния, а также обеспечение возможности контроля характеристик элементов ИМС.

Разработка документации на комплект фотошаблонов для производства ИМС.

Исходя из окончательного и проверочного варианта топологии ИМС, выполняют чертежи слоев схемы, необходимые для создания комплекта фотошаблонов. Для ИМС со скрытым слоем и изоляцией элементов p-n-переходами, изготовляемой по планарно-эпитаксиальной технологии, необходим комплект из семи фотошаблонов для проведения следующих фотолитографических операций:

1 – вскрытия окон в окисле под локальную диффузию донорной примеси при создании скрытых слоев перед операцией эпитаксии;

2 – вскрытия окон в окисле под разделительную диффузию акцепторной примеси при создании изолирующих областей;

3 – вскрытия окон в окисле под локальную диффузию акцепторной примеси при создании базовой области транзисторов и резисторов;

4 – вскрытия окон в окисле под локальную диффузию донорной примеси при создании эмиттерных областей транзисторов, резисторов, диффузионных перемычек и приконтактных областей в коллекторах транзисторов;

5 – вскрытия окон в окисле под контакты разводки к элементам ИМС;

6 – фотолитографии по пленке алюминия для создания рисунка разводки и контактных площадок;

7 – фотолитографии по пленке защитного диэлектрика для вскрытия окон к контактным площадкам ИМС.

Рекомендуемый список литературных источников для выполнения курсового проекта

1. Коледов Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1989.–400 с.

2. Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров: Учебник для вузов. 2-изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1987.

3. Матсон Э.А. Конструкции и технология микросхем: Учебн. пособие. - Мн.: Выш. шк., 1985.

4. Бер А.Ю., Минскер Ф.Е. Сборка полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.–М.: Высш. шк., 1986.–279 с.

5. Достанко А.П. Технология интегральных схем. - Мн.: Высш. шк., 1982.–206 с.

6. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств: Справочник. – М.: Радио и связь, 1991.–528 с.

7. Парфенов О.Д. Технология микросхем: Учебн. пособие для вузов. – Высш. шк., 1986.

8. Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование: Учебное пособие для вузов/ Л.А. Коледов и др.; Под ред. Л.А. Коледова. – М.: Высш. шк., 1984.

9. Матсон Э.А., Крыжановский Д.В. Справочное пособие по конструированию микросхем. – Мн.: Выш. шк., 1982.

10. Микроэлектроника: Учебн. пособие для втузов. В 9 кн./Под ред. Л.А. Коледова. Кн. 5: Качество и надежность интегральных микросхем/ И.Я. Козырь. – М.: Высш. шк., 1987.

11. Болванович Э.И. Полупроводниковые пленки и миниатюрные измерительные преобразователи.– Мн.: Наука и техника, 1981.–214 с.

12. Березин А.С. Мочалкина О.Р. Технология и конструирование ИМС: Учебн. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1983.–232 с..

13. Пономарев М.Ф. Конструкции и расчет микросхем, и микроэлементы ЭВА: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1982.

14. Методические указания к курсовому проектированию по курсу «Проектирование и производство интегральных микросхем»/Р.А. Бейлина и др. - Новополоцк.: ПГУ, 1996.

15. Лабораторный практикум по курсу «Проектирование и производство интегральных микросхем» / А.В. Будник, В.Е. Галузо. – М.: БГУИР, 1998.

16. Технология полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники. В 10 кн. Кн. 5. Термические процессы / С.Н. Никифорова-Денисова, Е.Н. Любушкин.– М.: Высш. шк., 1989.–96 с.

17. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры:Учебник для вузов / К.И. Билибин, А.И. Власов, Л.З. Журавлева и др. Под общ. ред. В.А. Шахнова. — М; Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. — 528 с.: ил. — (Сер. Информатика в техническом университете.)

18. Курносов А.И. Материалы для полупроводниковых приборов и интегральных схем. – М.: Высш. школа, 1975.–342с.: ил.

19. Романова М. П. Проектирование и технология микросхем: учебное пособие / М. П. Романова. – Ульяновск : УлГТУ, 2005. – 83 с.

20. Романова М. П. Сборка и монтаж интегральных микросхем : учебное пособие / М. П. Романова. – Ульяновск : УлГТУ, 2008. – 95 с.

21. Шелохвостов В.П. Проектирование интегральных микросхем : учеб. пособие / В.П. Шелохвостов, В.Н. Чернышов. – 2-е изд., стер. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2008. – 208 с.

22. Коледов Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок: Учебное пособие. 3-е изд., стер.–СПб.: Издательство «Лань», 2009.–400 с.: ил.– (Учебники для вузов. Специальная литература).

23. Романова, М. П. Проектирование гибридно-пленочных интегральных микросхем: учебное пособие / М. П. Романова. – Ульяновск: УлГТУ, 2006. – 73 c.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Матсон Э.А. и др. Конструкции и расчет микросхем и микроэлементов ЭВА: [Учеб. пособие для радиотехн. спец. вузов]. – Мн.: Выш. школа, 1979. – 192 с.: ил.

2. Москатов Е.А. Справочник по полупроводниковым приборам. - М.: Журнал "Радио", 2005. - 208с., ил.

3 Методические указания к курсовому проектированию по курсу «Проектирование и производство интегральных микросхем»/Р.А. Бейлина и др. - Новополоцк.: ПГУ, 1996.

4 Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование: Учебное пособие для вузов/ Л.А. Коледов и др.; Под ред. Л.А. Коледова. – М.: Высш. шк., 1984.

5 Романова М. П. Сборка и монтаж интегральных микросхем : учебное пособие / М. П. Романова. – Ульяновск : УлГТУ, 2008. – 95 с.

6 Шелохвостов В.П. Проектирование интегральных микросхем : учеб. пособие / В.П. Шелохвостов, В.Н. Чернышов. – 2-е изд., стер. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2008. – 208 с.

Приложение А

ГРАФИК

выполнения курсового проекта "Разработка конструкции и технологии изготовления микросхемы" по дисциплине "Проектирование и системы автоматизированного проектирования интегральных микросхем", специальность 39 02 01, «Микроэлектроника и микросхемотехника», специальность 36 04 02,

	Название разделов курсового проекта	Проценты выполнения
	Расчетно-пояснительная записка	45%
	Введение	1
1.1	Анализ исходных данных и формирование расширенного технического задания на проектирование	3
1.2	Выбор и обоснование применяемых конструктивных и технологических материалов	5
1.3	Конструкторские расчеты	20
1.4	Разработка топологии кристалла (платы)	5
1.5	Разработка технологии изготовления кристалла (платы)	5
1.6	Сборка микросхемы	5
	Список использованных литературных источников. Заключение	1
	Графическая часть	55%
2.1	Кристалл. Топологический чертеж общего вида. Комплект фотошаблонов	40
2.2	Схема электрическая принципиальная микросхемы. Перечень элементов	7
2.3	Сборочный чертеж микросхемы. Спецификация.	8
3	Защита курсового проекта

Проверка хода курсового проектирования

1 аттестация (4 учебных недели) должно быть выполнено 34% (введение, пп. 1.1-1.3)

2 аттестация (8 учебных недель) должно быть выполнено 79% (пп. 1.4, 2.1)

3 аттестация (12 учебных недель) должно быть выполнено 100% (пп. 1.5, 1.6, заключение, 2.2, 2.3). Полное оформление курсового проекта.

Защита курсового проекта – 13 неделя.

Приложение Б

Пример оформления задания на курсовое проектирование

Учреждение образования «Полоцкий государственный университет»

Факультет радиотехнический

«УТВЕРЖДАЮ»

Заведующий кафедрой _________________

«___» ________________201_ г.

ЗАДАНИЕ

По курсовому проектированию

Студенту__________________________________________________________

1. Тема проекта Разработка конструкции и технологии изготовления ____________________________________________________________________

2. Срок сдачи студентом законченного проекта____________________________

3. Исходные данные к проекту__________________________________________

Схема электрическая принципиальная	Элемент схемы Э3	Численное значение параметра

Температурный диапазон работы микросхемы, С___ток коллектора биполярных транзисторов, мА___, наработка на отказ, ч, не менее 10000, коэффициент заполнения площади кристалла (платы), не менее 0,45

4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень вопросов, которые подлежат разработке) .

Введение. 1. Анализ исходных данных и формирование расширенного технического задания на проектирование. 2. Выбор и обоснование конструктивных и технологических материалов. 3. Конструкторские расчеты. 4. Разработка топологии кристалла (платы). 5. Разработка технологии изготовления микросхемы. 6. Сборка микросхемы. Заключение. Список использованных литературных источников

5. Перечень графического материала (с указанием обязательных чертежей и графиков) .

1. Схема электрическая принципиальная. Перечень элементов. 2. Топологический чертеж общего вида полупроводникового кристалла или платы ГИС. Комплект фотошаблонов. 3. Сборочный чертеж. Спецификация.

6. Консультант по проекту______________________________________________

7. Дата выдачи задания________________________________________________

8. Календарный график работы над проектом на весь период проектирования___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

РУКОВОДИТЕЛЬ_____________________________________________________

Задание принял к исполнению__________________________________________

(дата и подпись студента)

Приложение В