книги / Микроэлектроника. Базовые матричные кристаллы и программируемые логические матрицы

Для изготовления матричных БИС среднего быстро­ действия используются БМК, в которых ячейки матрицы состоят из И2Л или И3Л-структур. Большой практический интерес представляют такие БМК для изготовления анало­ го-цифровых матричных БИС. Технология изготовления кристаллов с И2Л-структурами хорошо совмещается с технологией изготовления кристаллов с обычными би­ полярными транзисторами (рис. 2.14), поэтому на одном кристалле может быть сформировано две матрицы, одна из которых используется для изготовления цифровых узлов и блоков (матрица с И2Л-структурами), а другая — для изготовления аналоговых узлов и буферных элементов,

В БМК на основе И2Л-структур широко применяется ячейка, топология которой изображена на рис. 2.15. В ячей­ ку входят трехили четырехколлекторные И2Л-структуры, каждая из которых представляет собой логический элемент НЕ с разветвлениями по выходу. Максимальное число коллекторов И2Л-структуры определяется минимально

[1,51. Число И2Л-структур в ячейке определяется набором элементов самого сложного функционального узла библио­ теки (тактируемого D -триггера). Инжекторы обеспечивают питание двух зеркально расположенных И2Л-структур.

Примеры схемно-конструктивного исполнения функцио­ нальных узлов приведены на рис. 2.16, 2.17. Из топологий узлов видно, что внутриузловые электрические связи осуществляются внутри поля ячейки. Окна в оксидной пленке формируются с помощью первого заказного фото­ шаблона. Это позволяет проводить линии связи над незадействованными коллекторами И2Л-структур. Контакты к базам формируются в промежутках между коллекторами. На рис. 2.16, 2-17 контакты к коллекторам и базам обозна­ чены жирными точками.

Цифровые устройства на основе И2Л-элементов реализу­ ются из схем Монтажное И и многовыходных инверторов. На рис. 2.17,6 схемы Монтажное И обозначены штриховыми

в)

Рис. 2.17. Тактируемый /^-триггер:

а — логическая схема; б — принципиальная схема; в — топология

димо использовать элементы соседних ячеек. Контактная площадка формируется на толстом слое оксида над изоли­ рованной я-областью для повышения производственной надежности БИС. Рядом с контактной площадкой располо­ жена /7-область защитного диода, который используется во входном буфере.

Пример организации БМК с И2Л-структурами представ­ лен на рис. 2.20. В центре кристалла из материала /7-типа расположена изолированная я-область, в которой формиру­ ется матрица ячеек из ИаЛ-структур. В конструкциях, изготовляемых по эпитаксиально-планарной технологии, участки между соседними И2Л-структурами заполнены мате­ риалом я+-типа [1,5]. Это позволяет устранить паразитные

от подложки /г-области, на которую подается положитель­ ное напряжение источника питания + t / Hn. Эта область используется в качестве шины питания буферных элементов.

Рис. 2.20. Организа­ ция БМК с И2Л-струк- турами:

питания +Uun; 7 — изо­

лированная р-л-переходом область п-типа (карман)

§2.4. Базовые матричные кристаллы на основе полевых транзисторов

сизолированным затвором

Внастоящее время в микроэлектронной аппаратуре разрабатываются и применяются базовые матричные крис­ таллы, содержащие до 10 000 логических элементов, на основе я-канальных МОП-транзисторов и комплементар­ ных МОП-структур (КМОП), .сформированных на подлож­ ках из кремния или структурах КНС (кремний на сапфире). Базовые матричные кристаллы на основе я-МОП-транзи- сторов имеют высокую плотность компоновки элементов.

сравнению с другими логическими элементами мощность, имеют время задержки 2 — 10 нс и высокую помехоустой­ чивость. На основе КМОП-структур можно реализовать как цифровые, так и аналоговые схемы. Замена подложки

зисторов с металлическими и поликремниевыми затвора­ ми. Использование транзисторов с самосовмещенными поли­ кремниевыми затворами существенно улучшает характери­ стики БМК и БИС на их основе. Лучшие электрические характеристики (быстродействие, потребляемая мощность) имеют логические элементы, в качестве нагрузки которых используются я-канальные МОП-транзисторы с техноло­ гически встроенными (ионно-легированными) самосовмещен­ ными каналами.

На рис. 2.21 приведен пример топологии и схема соеди­ нения элементов ячейки БМК с я-канальными МОПтранзисторами, где кружочками обозначены заранее сформированные контактные окна к соответствующим об­ ластям полупроводниковой структуры. Удлиненные поликремниевые затворы и внутренняя я+-область с двумя контактами используются в качестве перемычек. Алю­ миниевые шины питания формируются одновременно с сигнальными цепями. Трассы прокладывают с заранее установленным шагом. Кристалл-полуфабрикат покрыт алюминиевой пленкой. Для выполнения электрических связей необходим один заказной фотошаблон.

g

g

g

6

5 П

ГП.П