Разработка БИС на БМК серии 5503 5507

Конструкция серий БМК 5503 и 5507

Серии БМК 5503 и 5507 изготавливаются по КМОП-технологии (1.5 мкм), отличаются друг от друга напряжением питания. Каждая серии состоит из 4 типов БМК, имеющих различное число внешних выводов и размер поля БМК Их Условно серии можно подразделить на младшие БМК (5503ХМ1, ...5503ХМ5; 5507БЦ1У,...5507БЦ5У) и старшие БМК (5503БЦ7У и 5507БЦ7У).

Конструкция младших БМК отличается от конструкции старших разводкой силовых шин ЗЕМЛЯ, ПИТАНИЕ и пропускной способностью периферийных трассировочных каналов. Младшие БМК имеют по одному контакту ЗЕМЛЯ и ПИТАНИЕ сверху и снизу соответственно. Общий вид младших БМК представлены на рисунке ниже.

Старшие БМК имеют два контакта ЗЕМЛЯ справа и слева и два контакта ПИТАНИЕ сверху и снизу. Общий вид разводки шин земли и питания, а также расположение внешних контактов старших БМК представлены на рисунке ниже.

Ширина обводных шин земли и питания составляет 60 мкм, верхняя и нижняя шина в поле - 38 мкм. Ширина разводки шин земли и питания в ячейках поля БМК составляет 8 мкм.

В левом нижнем углу БМК располагаются технологические тесты и зона идентификации БИС, в левом верхнем углу - первый комплект фигур совмещения и тест на качество травления алюминия. Поле ячеек имеет канальную организацию. Разводка схемы осуществляется в слое поликремния и алюминия. Зашивочным слоем является только слой алюминия, т.е. слой поликремния и контактные окна поликремний/алюминий являются базовыми слоями. Таким образом, зашивка БМК осуществляется одним фотошаблоном с минимумом технологических операций (экспонирование и травление алюминия, нанесение защитного покрытия).

Конструкция поля ячеек младших БМК ряда

Поле ячеек БМК представляет собой совокупность столбцов ячеек. Соседние ячейки в столбце разделены поликремниевым проходом. Соседние столбцы разделены каналами для трассировки, которые представляют из себя совокупность горизонтальных поликремниевых отрезков со вскрытыми контактными окнами. В канале может быть проведено до 10 вертикальных трасс разводки в слое алюминия, либо одна горизонтальная трасса между соседними отрезками поликремния (смотри рисунок ниже). Со всех четырех сторон поля ячеек имеются периферийные каналы для трассировки аналогичной конструкции. Сверху и снизу к полю ячеек организован подвод земли и питания.

Конструкция поля ячеек старших БМК ряда

Конструкция поля ячеек старших БМК отличается от конструкции поля ячеек младших БМК разводкой шин земли и питания и пропускной способностью периферийных каналов разводки. Старшие БМК ряда имеют по два независимых внешних контакта подвода земли и питания. Контакты земли располагаются слева и справа поля БМК, контакты питания - сверху и снизу. Поле БМК как бы разделено на две части силовыми шинами земли, отходящими от соответствующих внешних контактов. Это хорошо видно на общем виде разводки силовых шин земли и питания старших БМК на рисунке c примером БМК 5503БЦ7У. Длина поликремниевых отрезков в периферийных каналах увеличена вдвое, тем самым, пропускная их способность доведена до 18 трасс разводки вдоль периферийного канала.

Ячейка поля БМК

Ячейка поля БМК представляет собой 4-х транзисторную ячейку комплиментарных транзисторов. Топология и схема электрическая принципиальная ячейки поля БМК приведенаы ниже.

Размеры транзисторов (мкм)
VT1, VT2		VT3, VT4
W	L	W	L
38	2	30	2

Универсальная периферийная ячейка БМК

Универсальная периферийная ячейка БМК предназначена для ввода в БИС и вывода из БИС информационных цифровых и аналоговых сигналов. Она содержит контактную площадку размером 108 на 108 мкм, два диода для организации электростатической защиты, набор транзисторов для реализации функций ввода и вывода информации.

Схема электростатической защиты периферийной ячейки является двухступенчатой: первая ступень - диоды сток-подложки мощных выходных транзисторов, вторая - реализована в виде диоднорезистивной сборки. Схема защиты входит в состав всех интерфейсных элементов. Периферийная ячейка связана с полем БМК с помощью 6 поликремневых каналов. Электрическая схема периферийной ячейки приведена ниже.

Строение каналов трассировки

Конструкция каналов БМК серий 5503 и 5507 позволяет реализовать двухуровневую разводку межсоединений в БИС - слоем поликремния и слоем металла. Оба слоя формируются при изготовлении базовой структуры БМК. Специализация БИС осуществляется за счет второго слоя - слоя металла.

Среди каналов трассировки БМК условно можно выделить:

• внутренние, расположенные в ядре между столбцами базовых ячеек;
• внешние, расположенные на периферии ядра, между базовыми и магистральными ячейками.

Пропускная способность каналов трассировки (соединительных шин, которое можно провести в любом сечении канала для трассировки) БМК определяет возможность реализации БИС. Увеличение пропускной способности канала приводит к росту коэффициента использования ячеек и эффективности применения САПР, т. е. уменьшается объем ручной трассировки неразведенных с помощью САПР соединений. Однако, при этом увеличивается площадь БМК.

 Конструкция БМК серий 5503 и 5507 такова, что в каналах трассировки расположены поликремниевые фиксированные соединения. Внутренние и внешние каналы имеют конструкцию, обеспечивающую двухслойную трассировку межсоединений. Первый слой образуют отрезки шин поликремния, которые расположены параллельно друг другу поперек канала. Второй слой образуют межсоединения, которые формируются при специализации БМК путем селективного удаления металла, нанесенного поверх шин поликремния на всю поверхность кристалла. Связь межсоединений первого и второго слоев осуществляется через контактные переходы алюминий - поликремний.

Отличие конструкций внешних и внутренних каналов состоит в различной длине отрезков шин поликремния.