PODSTAWY MIKROELEKTRONIKI (LABORATORIUM)

Transkrypt

1 Politechnika Warszawska Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych Instrukcja do przedmiotu PODSTAWY MIKROELEKTRONIKI (LABORATORIUM) Ćwiczenia 1, 2, 3 Części 2 i 3: Projektowanie i weryfikacja topografii układu scalonego w stylu full-custom prof. nzw. dr hab. inż. Witold Pleskacz mgr inż. Stanisław Jeszka mgr inż. Jacek Grądzki Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki WARSZAWA, październik 2012 r.

2 Spis treści 1. INFORMACJE WSTĘPNE PODSTAWOWE INFORMACJE O PROGRAMIE UNCLE POSŁUGIWANIE SIĘ PROGRAMEM UNCLE REGUŁY PROJEKTOWANIA I INFORMACJE POMOCNICZE DO PROJEKTOWANIA TOPOGRAFII UKŁADÓW SCALONYCH CMOS W TECHNOLOGII ECPD10 (bramka 1,0 µm) Warstwy pierwotne, warstwy złożone, warstwy pomocnicze i maski Warstwy pierwotne Wyspa typu N Dyfuzja Polikrzem Kontakt Metal Metal Szkliwo ochronne Warstwy złożone Dyfuzja typu P Dyfuzja typu N Kanał typu P Kanał typu N Dyfuzja typu P plus Dyfuzja typu N plus Kontakt do dyfuzji typu P Kontakt do dyfuzji typu N Kontakt do polikrzemu Kontakt do dyfuzji P plus Kontakt do dyfuzji N plus Kontakt metal 1 - metal Pole montażowe Uwagi o korzystaniu z warstw pierwotnych i złożonych Dozwolone i zabronione kombinacje warstw Uwagi o nakładaniu i usuwaniu warstw Traktowanie obszaru pustego Warstwy pomocnicze i specjalne Warstwy pomocnicze Warstwa specjalna podłoże Struktury wstępnie zdefiniowane Tranzystory Kontakt do dyfuzji Kontakt do polikrzemu oraz kontakt metal 1 - metal Reguły projektowania TWORZENIE TOPOGRAFII PRZYKŁAD ZASADY KONSTRUKCJI ELEMENTARNYCH BRAMEK STATYCZNYCH CMOS

3 7. PODSTAWOWE INFORMACJE O PROGRAMIE EXCESS POSŁUGIWANIE SIĘ PROGRAMEM EXCESS PRZEBIEG ĆWICZENIA ZASADY ZALICZENIA LABORATORIÓW 1,2, Wymagania ogólne (za p instrukcji do ćwiczenia 1) Informacje dotyczące sprawozdania elektronicznego...34 Data aktualizacji: Copyright 2011 by Witold Pleskacz 3

4 1. INFORMACJE WSTĘPNE Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z techniką interaktywnego projektowania topografii układu scalonego przy użyciu specjalizowanego edytora graficznego. Polega ono na zaprojektowaniu topografii układu scalonego CMOS metodą full custom tak, aby projekt spełniał geometryczne reguły projektowania, i sprawdzeniu poprawności projektu. Posłuży do tego program UNCLE. Sprawdzenie zgodności z regułami projektowania i wskazanie ewentualnych błędów umożliwia sam program UNCLE. Do skontrolowania, czy zaprojektowany układ jest poprawny elektrycznie, tj. czy jest zgodny z zadanym schematem elektrycznym, posłuży odrębny program o nazwie EXCESS. Program ten wykonuje tzw. ekstrakcję schematu elektrycznego, czyli na podstawie analizy projektu topografii układu wykonanego w danej technologii odtwarza jego schemat elektryczny. Porównanie schematu odczytanego przez program EXCESS ze schematem zadanym umożliwi kontrolę poprawności elektrycznej projektu. 2. PODSTAWOWE INFORMACJE O PROGRAMIE UNCLE Program UNCLE jest edytorem graficznym, tj. programem służącym do tworzenia i obróbki obrazów na ekranie komputera. Program UNCLE służy do tworzenia i przekształcania specyficznej klasy obrazów, jakimi są rysunki topografii układów scalonych. W związku z tym umożliwia on operowanie figurami geometrycznymi reprezentującymi obszary, którym przypisany jest określony sens technologiczny (np. dyfuzja, polikrzem, metal). Program umożliwia także operowanie obiektami geometrycznymi o charakterze bardziej abstrakcyjnym, mającymi określony sens konstrukcyjny (np. kontakt, tranzystor). Takie obiekty są na ogół złożone z kilku obszarów należących do różnych masek, np. w technologii CMOS tranzystor PMOS jest obiektem złożonym z prostokąta reprezentującego obszar dyfuzji typu P, który skrzyżowany jest z prostokątem reprezentującym obszar polikrzemu, a tranzystor NMOS jest obiektem złożonym z prostokąta reprezentującego obszar dyfuzji typu N, który skrzyżowany jest z prostokątem reprezentującym obszar polikrzemu. Obiekty takie są na ekranie komputera reprezentowane w postaci zwanej półsymboliczną polega to na tym, że niektóre szczegóły kształtów i wzajemnego rozmieszczenia masek są przedstawione w uproszczeniu. Gdy program UNCLE tworzy opis masek gotowego projektu, obiekty przedstawione w postaci półsymbolicznej zastępowane są przez odpowiednie obszary na maskach z zachowaniem wszystkich wymaganych szczegółów. Rys. 1 ilustruje przykład obiektów w postaci półsymbolicznej i tworzących te obiekty masek. Możliwość operowania obiektami w postaci półsymbolicznej znacznie upraszcza projektowanie, upraszczając obraz projektu na ekranie i zwalniając projektanta od konieczności pamiętania o wielu szczegółowych regułach projektowania. Program UNCLE ma wbudowane procedury kontroli geometrycznych reguł projektowania takich, jak minimalne szerokości obszarów, odstępy między obszarami itp. Kontrola może odbywać się na bieżąco, w trakcie rysowania projektu, co umożliwia natychmiastowe usuwanie popełnionych błędów. Możliwa jest też kontrola całości projektu w dowolnej chwili lub po jego zakończeniu. 4

5 maska wyspy typu N maska implantacji P maska kontaktów maska metalizacji maska obszarów aktywnych maska implantacji N maska polikrzemu Rys. 1. a) Fragment projektu w postaci półsymbolicznej. b) Wygląd masek fragmentu projektu. Wszystkie wymiary i wszystkie reguły projektowania są wyrażone w uniwersalnych jednostkach λ. Wielkość λ wyrażona w zwykłych jednostkach długości (mikrometrach) może być różna, zależnie od możliwości linii produkcyjnej, dla której przygotowywany jest projekt. Projekty, w których wymiary wyrażone są w jednostkach λ, mogą więc być realizowane na różnych liniach produkcyjnych. Program UNCLE umożliwia określenie wartości λ w mikrometrach, co pozwala na wyprowadzenie opisu masek, w którym wszystkie wymiary określone są w mikrometrach. Jednak w wewnętrznej strukturze danych wymiary nadal określone są przy użyciu λ. Program UNCLE umożliwia projektowanie hierarchiczne, co polega na tym, że mały fragment projektu może być zapamiętany jako zamknięta całość (zwana komórką), a następnie wykorzystywany do tworzenia większych bloków. Blok zawierający mniejsze komórki jako części składowe sam może być zapamiętany jako komórka liczba poziomów hierarchii jest dowolna. W ten sposób wykorzystując powtarzalność fragmentów układu scalonego można wykonać duży projekt przy znacznej redukcji pracochłonności, a także wykorzystania pamięci komputera. Należy jednak pamiętać o tym, że program UNCLE nie sprawdza reguł projektowania w projekcie hierarchicznym. Program UNCLE wyprowadza opisy masek wykonanego projektu w jednym z języków opisu masek produkcyjnych w języku CIF, który (po języku GDSII) jest rodzajem nieoficjalnego standardu opisu masek układów scalonych stosowanym na całym świecie. Program UNCLE umożliwia projektowanie układów wykonanych dowolną technologią. Obszary charakteryzujące daną technologię, reguły projektowania, obiekty reprezentowane w postaci półsymbolicznej oraz reguły tworzenia opisów masek dla nich tworzą tzw. definicję technologii. Informacje te są zapisane w specjalnym zbiorze sterującym. Użytkownik programu decyduje o tym, w jakiej technologii ma być projektowany układ, przez wczytanie odpowiedniego zbioru sterującego. Wykonywany w laboratorium projekt wykorzystuje technologię zapisaną w pliku o nazwie ECPD10_0.25. Jest to technologia CMOS z wyspą typu n, minimalna długość kanału tranzystora w tej technologii wynosi 1 µm. 5

6 3. POSŁUGIWANIE SIĘ PROGRAMEM UNCLE Program UNCLE może pracować w jednym z dwóch trybów: edycji technologii i edycji topografii. Edycja technologii umożliwia określenie wszystkich informacji definiujących technologię i utworzenie odpowiedniego zbioru sterującego. Ten tryb pracy programu nie będzie tu omawiany. Tworzenie projektu układu scalonego odbywa się w trybie edycji topografii. W trybie edycji topografii program umożliwia: Dodawanie do rysunku projektu nowych obszarów lub obiektów. Usuwanie z rysunku projektu obszarów lub obiektów w całości lub w części. Dokonywanie obrotów i odbić zwierciadlanych fragmentów projektu. Wycinanie, kopiowanie, przenoszenie wybranych fragmentów projektu w inne miejsce lub do innego projektu. Zmiany skali i przesuwanie projektu w oknie. Chowanie i ponowne ujawnianie poszczególnych warstw (dyfuzji, polikrzemu, implantacji, metalu itp) bez usuwania ich z projektu. Zapis na dysk fragmentów projektu jako komórek. Wstawianie do tworzonego projektu uprzednio zapisanych komórek oraz operacje na komórkach (przesunięcia, obroty, odbicia zwierciadlane, powielanie). Podgląd zawartości komórek. Kontrolę reguł projektowania na bieżąco i/lub w dowolnie wybranym momencie. Utworzenie i wyprowadzenie do zbioru dyskowego opisu masek projektu w standardzie CIF. Pełny opis obsługi programu jest bardzo obszerny. Poniżej podane są tylko podstawowe informacje, szczegóły pokaże prowadzący zajęcia. Można również skorzystać z istrukcji obsługi programu wywołując polecenie z menu apple > Help Po uruchomieniu programu na ekranie pojawia się puste okno stanowiące obszar, w którym tworzony będzie projekt. W oknie można wykonywać typowe operacje: zmniejszanie, zwiększanie, przesuwanie na ekranie, przesuwanie zawartości wewnątrz okna. Wzdłuż lewego boku okna znajduje się paleta zbiór pól zawierających symbole graficzne różnych operacji. Paleta stanowi rodzaj menu, umożliwiający wybór operacji do wykonania przez wskazanie myszką odpowiedniego pola i przyciśnięcie przycisku myszki. Wszystkie operacje graficzne wymagają zdefiniowania obszaru, którego dotyczą. Obszar ten (zwany selektorem) jest określany przy użyciu myszki i widoczny jest na ekranie w postaci prostokąta ograniczonego przerywaną, migającą linią. Wymiary selektora są zawsze całkowitymi wielokrotnościami λ. W związku z tym wewnątrz okna, w którym tworzy się projekt, sterowany myszką kursor przesuwa się skokami o minimalnej wielkości równej λ. Dla ułatwienia projektowania w oknie może być pokazana jako tło siatka o odstępach równych λ, widoczna w postaci punktów znajdujących się w węzłach siatki. Selektor może być zredukowany do pojedynczego punktu. W takim przypadku punkt ten miga, co pozwala jednoznacznie określić jego położenie. Program umożliwia tworzenie projektu układu wyłącznie z obszarów o kształtach wieloboków o bokach równoległych do osi X i Y układu współrzędnych. Obszary takie składa się z prostokątów. Dwa przylegające do siebie prostokąty reprezentujące obszar tego samego rodzaju sklejają sią automatycznie, tworząc jeden spójny obszar. Chcąc umieścić w projekcie prostokąt reprezentujący określony warstwę, np. dyfuzji, polikrzem itp., należy nadać selektorowi przy użyciu myszki odpowiednie położenie i kształt, a następnie wypełnić wnętrze selektora odpowiednią warstwą wskazując odpowiednie pole na palecie (rys. 2). 6

7 Rys. 2. Operacja dodawania nowego obszaru: (a) stan przed operacją; (b) wynik po operacji. Przerywaną linią zaznaczono prostokąt selektora. W ten sam sposób można dokonać wycięcia fragmentu już istniejącego obszaru (rys. 3). Przy dokonywaniu tych operacji położenie i kształt selektora względem już istniejących obszarów jest zupełnie dowolne. W przypadku, gdy żądanej operacji nie można wykonać (np. wyciąć fragmentu obszaru dyfuzji w chwili, gdy wewnątrz selektora nie ma takiego obszaru), program nie wykonuje nic sygnalizując błąd użytkownika sygnałem dźwiękowym. Rys. 3. Operacja wycinania fragmentu obszaru dyfuzji (obszar kropkowany): (a) stan przed operacją; (b) wynik operacji wycięcie nastąpiło w obszarze dyfuzji, obszar polikrzemu (kreskowany) pozostał bez zmian. Przerywaną linią zaznaczono prostokąt selektora. Dużym udogodnieniem jest operacja przedłużania obszaru. Umieszczenie selektora w taki sposób, że przylega on do fragmentu już istniejącego projektu, a następnie wybranie z palety operacji przedłużania (może być ona wykonana w każdym z czterech kierunków: w lewo, w prawo, w górę i w dół) powoduje wypełnienie selektora w taki sam sposób, w jaki wypełniony jest obszar, do którego selektor przylega (rys. 4). 7

8 Rys. 4. Operacja przedłużania: (a) stan przed operacją; (b) wynik operacji. Przerywaną linią zaznaczono prostokąt selektora. Oprócz operacji na pojedynczych warstwach możliwe jest wykonywanie operacji takich, jak wycinanie, kopiowanie i wstawianie w inne miejsce całych fragmentów projektu. Wybór fragmentu odbywa się przy użyciu selektora, a wybór operacji przy użyciu menu Edit, w którym znajdują sią typowe pozycje Cut, Copy, Paste i Clear. W trakcie projektowanie wskazane jest, aby co pewien czas zapisywać projekt na dysku. Program UNCLE w trakcie działania tworzy historię powstawania projektu, w związku z czym odwołanie ostatniej operacji jest możliwe na dowolną liczbę kroków wstecz. Czynność ta powoduje jednak zajmowanie przydzielonej programowi pamięci. Z tego powodu zaleca się po wykonaniu kilkunastu kolejnych kroków operacji Compact Data z menu File. Operacja ta powoduje zwolnienie zajmowanej przez historię projektu pamięci. Kolejnym krokiem powinno być wykonanie operacji Save. Rys. 5. Okna edytora topografii. Rys. 5 przedstawia okno edytora. Lewa górna część okna zawiera tzw. paletę, której szczegółowy opis znajduje się poniżej. W lewej części dolnego boku okna znajduje się szereg pól umożliwiających wykonywanie dodatkowych operacji takich, jak np. powiększanie i zmniejszanie skali rysunku. 8

9 Znaczenie poszczególnych pól: lokalizacja położenia selektora zmiana skali obrazu w oknie określona za pomocą selektora powiększanie i zmniejszanie obrazu w oknie edytora podgląd wybranych warstw automatyczne wypełnianie obszaru selektora wybraną warstwą podstawowy tryb pracy selektora przywiązanie do siatki lewego dolnego rogu selektora przywiązanie do siatki prawego dolnego rogu selektora przywiązanie do siatki lewego górnego rogu selektora przywiązanie do siatki prawego górnego rogu selektora Wciśnięcie klawisza Command ( cmd ) powoduje zmianę znaczenia niektórych pól na przeciwne (np. powiększenie zmniejszenie). Bardzo cenny jest zestaw operacji dostępnych z klawiatury, które umożliwaiają przemieszczanie selektora i zmianę jego rozmiarów. Operacje te są dostępne przy pomocy klawiszy Command ( ), Option, Shift, Control i klawiszy kursora (PLGD). PLGD przesuwanie selektora o 1 λ Option + PLGD przesuwanie selektora o 4 λ Control + PLGD przesuwanie selektora o 10 λ Shift + PLGD wydłużanie selektora o 1 λ Shift Option + PLGD wydłużanie selektora o 4 λ Shift Control + PLGD wydłużanie selektora o 10 λ Command + Shift + PLGD skracanie selektora o 1 λ Command + Shift Option + PLGD skracanie selektora o 4 λ Command + Shift Control + PLGD skracanie selektora o 10 λ Ważnym elementem edytora jest zestaw palet, które umożliwają szybki dostęp do poszczególnych operacji dostępnych także z rozwijanych menu. Podstawową paletą służącą do rysowania topografi układu scalonego jest paleta przedstawiona na rys. 6. Poszczególne palety zmienia się, najeżdżając kursorem na symbol palety i naciskając przycisk myszki. 9

10 Rys 6. Paleta warstw: po lewej wygląd (tryb pracy w kolorze), po prawej objaśnienia. Rys. 7. Paleta operacji na projekcie hierarchicznym. symbol palety przyrządów tranzystor N-kanałowy tranzystor P-kanałowy kontakt metal 1-dyfuzja kontakt metal 1 - polikrzem via metal 1 - metal 2 Rys. 8. Paleta przyrządów i powtarzalnych elementów projektu. 10

11 O paletę przedstawioną na rys. 7 oparte jest tworzenie projektów hierarchicznych przy użyciu zdefiniowanych wcześniej komórek. Zestaw dostępnych operacji umożliwia rozmieszczenie poszczególnych komórek, ich obroty i odbicia. Rozmieszczone odpowiednio bloki łączy się z sobą, wykorzystując paletę z rys. 6. Paleta z rys. 8. zawiera zdefiniowane w pliku technologicznym gotowe przyrządy i powtarzalne fragmenty projektów, które spełniają reguły projektowania. Umożliwia to zaoszczędzenie czasu projektanta, który nie musi rysować poszczególnych warstw i pamiętać reguł związanych z tymi fragmentami projektu. Menu DRC (skrót od ang. Design Rule Checking) umożliwia włączanie kontroli reguł projektowania. Wybór pozycji Continuous checking powoduje, że po popełnieniu błędu menu DRC zaczyna migać. Inne pozycje w menu pozwalają zapoznać się z miejscem i rodzajem popełnionego błędu. Szczegóły pokaże prowadzący zajęcia. Operacje drukowania, zapisu na dysk itp. wykonuje sie w sposób typowy. Przy zapisie projektu na dysk możliwy jest oprócz wyboru nazwy zbioru także wybór formatu (języka) zapisu. Należy pamiętać, że tylko zbiory zapisane w formacie UNCLE mogą być ponownie wczytane przez ten program, pozostałe formaty służą do przenoszenia opisu projektu do innych programów lub do urządzeń wykonujących maski. Aby przenieść projekt do programu ekstraktora schematu elektrycznego, należy go zapisać w formacie CIF wybierając pozycję SaveAs z menu File. 4. REGUŁY PROJEKTOWANIA I INFORMACJE POMOCNICZE DO PROJEKTOWANIA TOPOGRAFII UKŁADÓW SCALONYCH CMOS W TECHNOLOGII ECPD10 (bramka 1,0 µm) 4.1. Warstwy pierwotne, warstwy złożone, warstwy pomocnicze i maski Projektując topografię układu przy użyciu programu UNCLE projektant posługuje się warstwami abstrakcyjnymi, które nie są identyczne z maskami produkcyjnymi. Reguły projektowania dla warstw abstrakcyjnych są znacznie prostsze, niż dla masek produkcyjnych. Reguły projektowania dla warstw abstrakcyjnych oraz relacje między tymi warstwami, a maskami są tak zdefiniowane, że jeżli projekt spełnia reguły projektowania dla warstw abstrakcyjnych, to automatycznie gwarantowane jest spełnienie reguł projektowania dla masek produkcyjnych. Posługując się niniejszymi materiałami należy pamiętać, że wszystkie informacje w nich zawarte odnoszą się, jeżli nie zaznaczono inaczej, do warstw abstrakcyjnych, którymi operuje program UNCLE. Wszystkie warstwy abstrakcyjne można umownie podzielić na trzy grupy: warstw pierwotnych, warstw złożonych oraz warstw pomocniczych i specjalnych. Warstwy pierwotne są dostępne w programie UNCLE z palety widocznej w lewej górnej części okna, w którym projektowana jest topografia, a także z menu. Warstwy złożone tworzone są na ogół przez nakładanie dwóch lub więcej warstw pierwotnych. Są one jednak także dostępne bezpośrednio z menu. Utworzenie niektórych warstw złożonych przez nakładanie warstw pierwotnych nie jest jednak przewidziane. W takich przypadkach jedyną możliwością użycia takiej warstwy złożonej w projekcie jest skorzystanie z menu. Warstwy pomocnicze i specjalne są dostępne jedynie z menu. Nie można ich tworzyć z warstw pierwotnych. 11

12 4.2. Warstwy pierwotne W technologii ECPD10 występuje 7 warstw pierwotnych (w nawiasach ich nazwy angielskie): wyspa typu N (N well) dyfuzja (diffusion) polikrzem (polysilicon) kontakt (contact) metal 1 (metal 1) metal 2 (metal 2) szkliwo ochronne (overglass). Wszystkie warstwy pierwotne dostępne są bezpośrednio z palety warstw (rys. 6). Obszar, w którym nie występuje żadna warstwa pierwotna ani złożona (obszar pusty, ang. empty), jest traktowany jako obszar podłoża układu 1. W technologii ECPD10 podłoże układu jest obszarem o przewodnictwie typu p. Niektóre z warstw pierwotnych (wyspa typu N, polikrzem, metal 1, metal 2, szkliwo ochronne) mają znaczenie samoistne i mogą występować w dowolnym miejscu układu scalonego, gdzie w zależności od obecności lub braku innych warstw mogą reprezentować same siebie lub tworzyć warstwy złożone. Pozostałe warstwy pierwotne nie mają samoistnego sensu i służą jedynie do tworzenia warstw złożonych. Przykadowo obszar wypełniony warstwą dyfuzja 2 umieszczony wewnątrz obszaru warstwy wyspa typu N tworzy automatycznie obszar wypełniony warstwą złożoną dyfuzja typu P. Ta sama warstwa pierwotna dyfuzja umieszczona na obszarze podłoża (które ma przewodnictwo typu p) tworzy automatycznie warstwę złożoną dyfuzja typu N. Zasady tworzenia warstw złożonych są omówione szczegółowo dalej. Każda warstwa ma na ekranie komputera odmienny wygląd. Na ekranie kolorowym różne warstwy są reprezentowane przez różne kolory, przy czym dodatkowo mogą być rozróżniane przez kolorowe desenie. Poniżej omówiono warstwy pierwotne, ich sens, zastosowanie oraz właściwości elektryczne reprezentowanych przez nie obszarów Wyspa typu N Warstwa pierwotna, umieszczona w obszarze pustym oznacza wyspę typu N. W przypadku nałożenia tej warstwy na obszar pusty, w którym wcześniej umieszczono dyfuzję, typ tej dyfuzji automatycznie ulegnie zmianie na przeciwny. Dotyczy to także tranzystorów MOS. Tranzystor MOS na obszarze pustym (tj. podłoża) jest tranzystorem n-kanałowym. Nałożenie nań warstwy wyspa typu N powoduje zmianę na tranzystor p-kanałowy. 1 Do wyróżnienia z całego obszaru pustego fragmentu, na którym znajduje się projektowany układ (lub jego komórka) służy warstwa specjalna "podłoże" (ang. substrate). Jej zastosowanie opisane jest dalej. 2 Termin dyfuzja ma znaczenie umowne, chodzi tu o obszar, do którego wprowadzono domieszkę w procesie produkcji układów. W procesie ECPD10 wszystkie operacje domieszkowania są wykonywane przu zastosowaniu implantacji jonów. Termin dyfuzja lub obszar dyfuzji jest jednak wciąż jeszcze tradycyjnie stosowany w odniesieniu do obszarów domieszkowanych w układach MOS. 12

13 W technologii ECPD10 wyspa typu n jest obszarem słabo domieszkowanym, rezystancja warstwowa wynosi typowo 1,25 kω na kwadrat. Każda wyspa musi mieć co najmniej jeden kontakt do węzła układu określającego jej potencjał. W układach cyfrowych CMOS wyspy typu n są z reguły polaryzowane napięciem zasilania. Do wysp, których jeden lub oba wymiary są duże, kontaktów musi być więcej niż jeden. W technologii ECPD10 wymagane jest, aby kontakty były rozmieszczone nie rzadziej, niż co 100 µm. UWAGA: program UNCLE nie sprawdza, czy do wyspy wykonano jakiekolwiek kontakty ani czy ich odległości nie przekraczają 100 µm Dyfuzja Warstwa pierwotna, służy tylko do tworzenia warstw złożonych. Na obszarze pustym tworzy warstwę dyfuzja typu N, na obszarze wyspy tworzy warstwę dyfuzja typu P Polikrzem Warstwa pierwotna, ma znaczenie samoistne jako obszar przewodzący polikrzemowy. Nałożona na warstwę złożoną dyfuzja typu P tworzy warstwę złożoną kanał typu P oznaczającą obszar kanału tranzystora MOS typu p, nałożona na warstwę złożoną dyfuzja typu N tworzy warstwę złożoną kanał typu N oznaczającą obszar kanału tranzystora MOS typu n. Polikrzem w technologii ECPD10 ma przewodnictwo typu n i rezystancję warstwową o typowej wartości 33 Ω na kwadrat. Oprócz tworzenia tranzystorów warstwa ta może służyć do prowadzenia krótkich połączeń w układzie, np. połączeń między bramkami kilku sąsiadujących tranzystorów. Planując przebieg połączeń należy pamiętać, że każde przecięcie warstwy polikrzem z warstwą dyfuzja typu P tworzy tranzystor p-kanałowy, a przecięcie warstwy polikrzem z warstwą dyfuzja typu N tworzy tranzystor n-kanałowy Kontakt Warstwa pierwotna, oznacza okno kontaktowe służące do tworzenia kontaktu między warstwami. W technologii ECPD10 dozwolone są następujące kontakty: metal 1 może tworzyć kontakty z polikrzemem, obszarami dyfuzji oraz metalem 2; metal 2 może tworzyć kontakty tylko z metalem Metal 1 Warstwa pierwotna, ma znaczenie samoistne jako pierwsza warstwa metalizacji. Służy do prowadzenia połączeń. W technologii ECPD10 ma rezystancję warstwową około 0,06 Ω na kwadrat Metal 2 Warstwa pierwotna, ma znaczenie samoistne jako druga warstwa metalizacji. Służy do prowadzenia połączeń. W technologii ECPD10 ma rezystancję warstwową około 0,03 Ω na kwadrat (ma grubość większą niż metal 1). Ze względu na mniejszą rezystancję i większą grubość warstwa ta jest w pierwszej 13

14 kolejności przeznaczona do rozprowadzania bardzo długich połączeń masy i zasilania oraz wszelkich innych długich połączeń. Planując połączenia trzeba pamiętać, że metal 2 może kontaktować się tylko z metalem 1, nie ma kontaktów między metalem 2 a dyfuzjami lub polikrzemem Szkliwo ochronne Warstwa pierwotna o znaczeniu samoistnym. Szkliwo ochronne pokrywa z definicji cały układ, toteż w projekcie topografii obszary tej warstwy oznaczają okna w szkliwie ochronnym, tj. obszary gdzie szkliwo zostało usunięte. Okna takie normalnie występują tylko nad polami montażowymi, tj. kwadratowymi obszarami metalu 2 służącymi do dołączenia zewnętrznych wyprowadzeń. Dla technologii ECPD10 istnieje biblioteka standardowych komórek wejścia-wyjścia zawierających pola montażowe, toteż zazwyczaj nie ma potrzeby konstruowania własnych pól montażowych, a tym samym używania warstwy szkliwo ochronne w projekcie. W razie potrzeby zastosowania pola montażowego innego niż biblioteczne należy użyć warstwy złożonej pole montażowe (patrz p ), która gwarantuje zachowanie wszystkich reguł projektowania związanych z polami montażowymi. Bezpośrednie wykorzystanie warstwy pierwotnej szkliwo ochronne jest w praktyce ograniczone do bardzo rzadkich przypadków, gdy należy wykonać okno w szkliwie ochronnym w miejscu innym niż nad typowym polem montażowym Warstwy złożone W technologii ECPD10 występuje 13 warstw złożonych (w nawiasach ich nazwy angielskie): dyfuzja typu P (P diffusion) dyfuzja typu N (N diffusion) kanał typu P (P channel) kanał typu N (N channel) dyfuzja typu P plus (P plus) dyfuzja typu N plus (N plus) kontakt do dyfuzji typu P (P contact) kontakt do dyfuzji typu N (N contact) kontakt do polikrzemu (poly cont.) kontakt do dyfuzji P plus (P plus cont.) kontakt do dyfuzji N plus (N plus cont.) kontakt metal 1-metal 2 (Via) pole montażowe (pad) Warstwy złożone dostępne są z menu ARTWORK lub z palety warstw, lecz nie bezpośrednio. Naciśnięcie przez dłuższą chwilę ołówka lub gumki (w celu rysowania lub usuwania warstwy) w palecie warstw spowoduje rozwinięcie menu z warstwami złożonymi. Poniżej omówiono sposób tworzenia, sens i zastosowanie warstw złożonych oraz właściwości elektryczne reprezentowanych przez nie obszarów. 14

15 Dyfuzja typu P Warstwa ta powstaje przez nałożenie warstw pierwotnych wyspa typu N i dyfuzja. Obszary dyfuzji typu P na wyspach służą do tworzenia tranzystorów p-kanałowych, mogą też być użyte do krótkich połączeń elektrycznych, np. między sąsiadującymi ze sobą obszarami źródeł i drenów należących do różnych tranzystorów. Typowa wartość rezystancji warstwowej obszarów dyfuzji typu P wynosi w technologii ECPD10 70 Ω na kwadrat. Wykorzystując dyfuzję typu P do wykonania połączeń trzeba pamiętać, że każde skrzyżowanie z polikrzemem przecina ścieżkę dyfuzji i powoduje powstanie tranzystora Dyfuzja typu N Warstwa ta powstaje z warstwy pierwotnej dyfuzja na obszarze pustym (tj. podłoża). Obszary dyfuzji typu N służą do tworzenia tranzystorów n-kanałowych, mogą też być użyte do krótkich połączeń elektrycznych, np. między sąsiadującymi ze sobą obszarami źródeł i drenów należących do różnych tranzystorów. Typowa wartość rezystancji warstwowej obszarów dyfuzji typu N wynosi w technologii ECPD10 55 Ω na kwadrat. Wykorzystując dyfuzję typu N do wykonania połączeń trzeba pamiętać, że każde skrzyżowanie z polikrzemem przecina ścieżkę dyfuzji i powoduje powstanie tranzystora Kanał typu P Warstwa ta powstaje przez nałożenie warstw dyfuzja typu P i polikrzem. Fizycznie jest to obszar kanału tranzystora p-kanałowego, tj. obszar pomiędzy źródłem i drenem tego tranzystora Kanał typu N Warstwa ta powstaje przez nałożenie warstw dyfuzja typu N i polikrzem. Fizycznie jest to obszar kanału tranzystora n-kanałowego, tj. obszar pomiędzy źródłem i drenem tego tranzystora Dyfuzja typu P plus Warstwa ta oznacza dyfuzję typu P wykonaną do obszaru tego samego typu, tj. do podłoża. Nie można jej złożyć z warstw pierwotnych. Obszar warstwy dyfuzja P plus można otrzymać wyłącznie przez wybór odpowiedniej pozycji w menu. W układzie scalonym warstwa dyfuzja P plus służy do wykonania kontaktów do podłoża i musi znajdować się pod każdym kontaktem tego rodzaju. Nie można jej użyć w żadnym innym celu. W technologii ECPD10, podobnie jak w innych typowych technologiach CMOS, zalecane jest wykonywanie możliwie jak największej liczby kontaktów pomiędzy podłożem, a masą układu. Wymagane jest, aby kontakty takie rozmieszczone były nie rzadziej niż w odstępach co 300 µm, a tam gdzie jest to możliwe co 100 µm. 15

16 Dyfuzja typu N plus Warstwa ta oznacza dyfuzję typu N wykonaną do obszaru tego samego typu, tj. do wyspy typu N. Nie można jej złożyć z warstw pierwotnych. Obszar warstwy dyfuzja N plus można otrzymać wyłącznie przez wybór odpowiedniej pozycji w menu. W układzie scalonym warstwa dyfuzja N plus służy do wykonania kontaktów do wyspy i musi znajdować się pod każdym kontaktem tego rodzaju. Nie można jej użyć w żadnym innym celu. W technologii ECPD10, podobnie jak w innych typowych technologiach CMOS, zalecane jest wykonywanie możliwie jak największej liczby kontaktów do wysp. W normalnie skonstruowanych układach cyfrowych wyspy typu N łączy się z zasilaniem układu. Wymagane jest, aby kontakty do wysp rozmieszczone były nie rzadziej niż w odstępach co 100 µm Kontakt do dyfuzji typu P Warstwa ta oznacza okno kontaktowe otwarte w warstwie dielektrycznej znajdującej się między obszarem dyfuzji typu P, a metalem 1. Kontakt do dyfuzji typu P otrzymuje się przez nałożenie warstw dyfuzja typu P i kontakt (wyłącznie w tej kolejności). W obszarze wypełnionym warstwą kontakt do dyfuzji typu P pojawia się też automatycznie warstwa metal 1. Reguły projektowania technologii ECPD10 wymagają, aby okno kontaktowe było kwadratem o wymiarach 1 µm x 1 µm. Inne kształty i wymiary nie są dozwolone. Kontakt do dyfuzji typu P o takich wymiarach ma typowo rezystancję 80 Ω Kontakt do dyfuzji typu N Warstwa ta oznacza okno kontaktowe otwarte w warstwie dielektrycznej znajdującej się między obszarem dyfuzji typu N, a metalem 1. Kontakt do dyfuzji typu N otrzymuje się przez nałożenie warstw dyfuzja typu N i kontakt (wyłącznie w tej kolejności). W obszarze wypełnionym warstwą kontakt do dyfuzji typu N pojawia się też automatycznie warstwa metal 1. Reguły projektowania technologii ECPD10 wymagają, aby okno kontaktowe było kwadratem o wymiarach 1 µm x 1 µm. Inne kształty i wymiary nie są dozwolone. Kontakt do dyfuzji typu N o takich wymiarach ma typowo rezystancję 40 Ω Kontakt do polikrzemu Warstwa ta oznacza okno kontaktowe otwarte w warstwie dielektrycznej znajdującej się między obszarem polikrzemu, a metalem 1. Kontakt do polikrzemu otrzymuje się przez nałożenie warstw polikrzem i kontakt (wyłącznie w tej kolejności). W obszarze wypełnionym warstwą kontakt do polikrzemu pojawia się też automatycznie warstwa metal 1. Reguły projektowania technologii ECPD10 wymagają, aby okno kontaktowe było kwadratem o wymiarach 1 µm x 1 µm. Inne kształty i wymiary nie są dozwolone. Kontakt do polikrzemu o takich wymiarach ma typowo rezystancję 25 Ω. 16

17 Kontakt do dyfuzji P plus Warstwa ta oznacza okno kontaktowe otwarte w warstwie dielektrycznej znajdującej się między obszarem dyfuzji typu P plus, a metalem 1. Kontakt do dyfuzji P plus otrzymuje się przez nałożenie warstw dyfuzja typu P plus i kontakt (wyłącznie w tej kolejności). W obszarze wypełnionym warstwą kontakt do dyfuzji P plus pojawia się też automatycznie warstwa metal 1. Reguły projektowania technologii ECPD10 wymagają, aby okno kontaktowe było kwadratem o wymiarach 1 µm x 1 µm. Inne kształty i wymiary nie są dozwolone. Kontakt do dyfuzji P plus służy do wykonania kontaktów do podłoża układu (patrz p ). Rezystancja takiego kontaktu jest nieistotna Kontakt do dyfuzji N plus Warstwa ta oznacza okno kontaktowe otwarte w warstwie dielektrycznej znajdującej się między obszarem dyfuzji typu N plus, a metalem 1. Kontakt do dyfuzji N plus otrzymuje się przez nałożenie warstw dyfuzja typu N plus i kontakt (wyłącznie w tej kolejności). W obszarze wypełnionym warstwą kontakt do dyfuzji N plus pojawia się też automatycznie warstwa metal 1. Reguły projektowania technologii ECPD10 wymagają, aby okno kontaktowe było kwadratem o wymiarach 1 µm x 1 µm. Inne kształty i wymiary nie są dozwolone. Kontakt do dyfuzji N plus służy do wykonania kontaktów do wysp (patrz p ). Rezystancja takiego kontaktu jest nieistotna Kontakt metal 1 - metal 2 Warstwa ta oznacza okno kontaktowe otwarte w warstwie dielektrycznej znajdującej się między metalem 1, a metalem 2. Warstwę tę otrzymuje się przez nałożenie warstw metal 2 i kontakt (wyłącznie w tej kolejności). W obszarze wypelnionym warstwą kontakt metal 1 - metal 2 pojawia się automatycznie warstwa metal 1. Reguły projektowania technologii ECPD10 wymagają, aby okno kontaktowe było kwadratem o wymiarach 1 µm x 1 µm (z wyjątkiem pola montażowego patrz p oraz opis reguł projektowania). Inne kształty i wymiary nie są dozwolone. Kontakt metal 1 - metal 2 o takich wymiarach ma typowo rezystancję 3 Ω Pole montażowe Warstwa ta ułatwia projektowanie poprawnych pól montażowych. Struktura prawidłowego pola montażowego składa się z obszarów metalu 1 i metalu 2, pomiędzy którymi znajduje się okno kontaktowe, i nad którymi znajduje się okno w szkliwie ochronnym. Normalne reguły projektowania zdefiniowane dla metalu 1, metalu 2 i kontaktów metal 1 - metal 2 nie obowiązują dla pól montażowych. Dzięki wprowadzeniu warstwy pole montażowe możliwe jest zdefiniowanie odrębnych reguł projektowania wyłącznie dla pól montażowych. Przy generacji masek produkcyjnych obszar wypełniony warstwą pole montażowe spełniającą właściwe dla niej reguły projektowania powoduje automatyczne wygenerowanie 3 W przypadku ścieżek masy i zasilania taka rezystancja może powodować znaczące spadki napięcia. Zmniejszenie tej rezystancji można osiągnąć wyłącznie przez wykonanie większej liczby równoległych kontaktów. 17

18 prawidłowych obszarów na maskach metalu 1, okna kontaktowego metal 1 - metal 2, metalu 2 oraz szkliwa ochronnego. Zazwyczaj jawne używanie w projektach warstwy pole montażowe jest zbędne, ponieważ istnieje biblioteka standardowych komórek wejścia - wyjścia zawierających prawidłowe pola montażowe. Warstwy pole montażowe nie można uzyskać przez nakładanie innych warstw, jest ona dostępna tylko z menu Uwagi o korzystaniu z warstw pierwotnych i złożonych Dozwolone i zabronione kombinacje warstw Opisane wyżej sposoby tworzenia warstw złożonych nie wyczerpują oczywiście wszystkich możliwości nakładania na siebie różnych warstw. Tworząc projekt można starać się nakładać na siebie dowolne warstwy pierwotne i złożone, toteż liczba wszystkich możliwych kombinacji jest bardzo duża. Część z tych kombinacji jest jednak technologicznie niemożliwa do realizacji, bezsensowna lub zabroniona przez reguły projektowania (np. nie wolno wykonywać kontaktów nad obszarami kanałów tranzystorów). Istnieją też kombinacje, przy których wynik nakładania warstwy nie zmienia struktury obszaru, na który warstwa jest nakładana (np. nałożenie warstwy polikrzem na warstwę kanał typu N, która fizycznie oznacza obszar kanału tranzystora pod polikrzemową bramką). Przy każdej kombinacji warstwa nakładana warstwa istniejąca program UNCLE reaguje na jeden z czterech możliwych sposobów: (a) Kombinacja warstw jest niedozwolona. Program reaguje sygnałem dźwiękowym i komunikatem o błędzie. W obszarze, w którym wykryta została niedozwolona kombinacja warstw, warstwa istniejąca pozostawiana jest bez zmiany, a warstwa nakładana jest ignorowana. (b) Kombinacja warstw jest dozwolona i powoduje powstanie nowej warstwy. Program wykonuje żądaną operację. (c) Kombinacja warstw jest dozwolona, ale z sensu fizycznego warstw wynika, że warstwa nakładana już występuje w warstwie istniejącej. Program wykonuje żądaną operację, lecz nie powoduje to żadnej zmiany w obszarze nakładania się warstw. Przykład: warstwa kanał typu P powstaje przez nałożenie warstw dyfuzja typu P i polikrzem, toteż nałożenie warstwy polikrzem na już istniejącą warstwę kanał typu P daje w rezultacie tę samą warstwę kanał typu P. (d) Kombinacja warstw jest dozwolona, ale z sensu fizycznego warstw wynika, że warstwa już istniejąca występuje w warstwie nakładanej. Program wykonuje żądaną operację, a jej wynikiem jest zastąpienie warstwy istniejącej przez warstwę nakładaną. Przykład: warstwa kanał typu P powstaje przez nałożenie warstw dyfuzja typu P i polikrzem, toteż nałożenie warstwy kanał typu P na już istniejącą warstwę polikrzem daje w rezultacie warstwę kanał typu P. W zdecydowanej większości przypadków znajomość struktury układu CMOS wystarcza, by umieć określić, do której z czterech wymienionych wyżej klas (a)-(d) należy dana kombinacja warstw. Jak wspomniano wyżej, niektóre kombinacje, choć teoretycznie możliwe i sensowne, są zabronione przez reguły projektownia. Kombinacje takie są wymienione w opisie tych reguł. 18

19 Uwagi o nakładaniu i usuwaniu warstw Wynik nakładania nowej warstwy na warstwę już istniejącą nie zależy od tego, czy warstwa już istniejąca została wcześniej utworzona przez nałożenie innych warstw, czy też przez bezpośredni wybór z menu. Wynik nakładania warstw jest więc zwykle intuicyjnie oczywisty, a znajomość historii tworzenia warstw w danym obszarze zbędna. Przy usuwaniu warstw wynik jest także z reguły intuicyjnie oczywisty. Przykładowo, usunięcie warstwy polikrzem z obszaru wypełnionego warstwą kanał typu P daje w rezultacie obszar wypełniony warstwą dyfuzja typu P. Jeżeli po wykonaniu w jakimś obszarze szeregu operacji nakładania i usuwania warstw projektant nie ma pewności co do końcowego rezultatu lub rezultat ten wydaje się niezgodny z oczekiwanym, zaleca się usunięcie wszystkich warstw istniejących w tym obszarze przez wykonanie operacji Cut lub Clear, a następnie utworzenie wymaganej warstwy w możliwie najprostszy sposób Traktowanie obszaru pustego Jak wspomniano wcześniej, obszar pusty jest traktowany jako podłoże układu. Jest to obszar o przewodnictwie typu p. Technologia ECPD10 jest zdefiniowana dla programu UNCLE w taki sposób, że każdą warstwę pierwotną i złożoną można nałożyć na obszar pusty. Interpretacja wyników nakładania niektórych warstw na obszar pusty nie jest jednak na pierwszy rzut oka oczywista, toteż wyniki te zostaną poniżej omówione. 1. Następujące warstwy: wyspa typu N, polikrzem, metal 1, metal 2, dyfuzja typu N, kanał typu N, dyfuzja typu P plus, kontakt do dyfuzji typu N, kontakt do dyfuzji P plus, kontakt do polikrzemu, kontakt metal 1 - metal 2 i pole montażowe nad obszarem pustym reprezentują same siebie. Warstwa szkliwo ochronne nad obszarem pustym reprezentuje okno w warstwie szkliwa ochronnego. 2. Warstwa dyfuzja tworzy na obszarze pustym warstwę złożoną dyfuzja typu N. 3. Warstwa kontakt tworzy na obszarze pustym warstwę złożoną kontakt do dyfuzji P plus. 4. Następujące warstwy: dyfuzja typu P, kanał typu P, dyfuzja typu N plus, kontakt do dyfuzji typu P i kontakt do dyfuzji N plus zawierają obszary, które z fizycznego punktu widzenia muszą znajdować się na wyspie. Są to obszary dyfuzji typu P, tranzystorów p-kanałowych oraz dyfuzji N plus służącej do wykonywania kontaktów do wysp. Aby zapewnić sensowny technicznie wynik umieszczenia któregokolwiek z wymienionych wyżej obszarów na obszarze pustym, program UNCLE przy generacji masek produkcyjnych automatycznie dodaje na masce wysp obszary o kształtach odpowiednio dobranych do kształtów obszarów wypełnionych wymienionymi wyżej warstwami. Wyspy te jednak powstają dopiero w trakcie generacji masek i nie są widoczne na ekranie w trakcie projektowania! Może to prowadzić w pewnych przypadkach do powstawania niewidocznych i niemożliwych do wykrycia w trakcie projektowania naruszeń reguł projektowania. Dlatego zdecydowanie odradza się mało doświadczonym projektantom umieszczanie warstw wymienionych w tym punkcie na obszarze pustym. Każdy z tych obszarów należy umieszczać tylko i wyłącznie na obszarze zaprojektowanej wcześniej wyspy przestrzegając, by zachowane były reguły projektowania odnoszące się do położenia wymienionych obszarów względem wyspy. 19

20 4.5. Warstwy pomocnicze i specjalne Warstwy pomocnicze Dla technologii ECPD10 zdefiniowano dwie warstwy pomocnicze o nazwach: Not_metal1 i Not_metal2. Przeznaczeniem tych warstw jest graficzne zaznaczenie obszarów, nad którymi nie mogą być prowadzone ścieżki metalizacji. Ma to zastosowanie zwłaszcza przy korzystaniu z gotowych bibliotek komórek i pomaga uniknąć błędów polegających na poprowadzeniu nad obszarem komórki ścieżki metalizacji w niedozwolony sposób. W obrębie jednej komórki warstwy metal 1 i Not_metal1 oraz metal 2 i Not_metal2 wykluczają się wzajemnie. Obie warstwy pomocnicze mogą wystąpić w projekcie w dowolnych miejscach, a ich obecność lub brak nie ma żadnego bezpośredniego wpływu na kształt masek produkcyjnych Warstwa specjalna podłoże Dla technologii ECPD10 zdefiniowano warstwę specjalną podłoże (ang. substrate). Przeznaczeniem tej warstwy jest wyróżnienie z całego obszaru pustego prostokątnego fragmentu, na którym znajduje się projektowany układ. Każdy projekt wykonany dla technologii ECPD10 musi zawierać dokładnie jeden prostokąt wypełniony warstwą podłoże, którego obrys określa granice układu (lub jego komórki). Obecność warstwy podłoże jest niezbędna dla prawidłowej budowy masek produkcyjnych. W związku z tym warstwa ta traktowana jest przez program UNCLE inaczej niż pozostałe warswy. Reguły tworzenia tej warstwy są następujące: (a) Program UNCLE po każdej operacji polegającej na dodaniu lub usunięciu jakiegokolwiek obszaru na jakiejkolwiek warstwie określa aktualny obrys zaprojektowanej topografii i wypełnia ten obrys warstwą podłoże. Obrys ten jest to najmniejszy prostokąt, w który można wpisać projekt. (b) Projektant może w każdej chwili powiększyć obszar wypełniony warstwą podłoże w taki sam sposób, w jaki rysuje się kształty należące do każdej innej warstwy. Jeżeli powstały w ten sposób obszar wypełniony warstwą podłoże nie jest prostokątny, program UNCLE samoczynnie dopełnia ten obszar do prostokąta. (c) Projektant może w każdej chwili zmniejszyć obszar wypełniony warstwą podłoże w taki sam sposób, w jaki usuwa się kształty należące do każdej innej warstwy. Jeżeli w wyniku takiej operacji powstaje obszar mniejszy, niż aktualny obrys zaprojektowanej topografii, program UNCLE uzupełnia samoczynnie ten obszar do pełnego obrysu. Obszar wypełniony warstwą podłoże nie jest widoczny na ekranie komputera, widoczny jest jedynie prostokąt będący obrysem tego obszaru Struktury wstępnie zdefiniowane Dla uproszczenia projektowania i zmniejszenia liczby błędów definicja technologii ECPD10 dla programu UNCLE zawiera 5 wstępnie zdefiniowanych struktur: tranzystor n-kanałowy, tranzystor p- kanałowy, kontakt do dyfuzji, kontakt do polikrzemu i kontakt metal 1 - metal 2. Struktury te wprowadza się do projektu przy wykorzystaniu specjalnej palety programu UNCLE. Zaleca się zwłaszcza używanie struktur kontaktów, co pozwala uniknąć częstych błędów polegających na projektowaniu kontaktów o 20

21 kształtach większych niż wymagane i/lub niekwadratowych Tranzystory Struktura tranzystora składa się z obszaru kanału i przylegających doń obszarów dyfuzyjnych odpowiedniego typu tworzących źródło i dren oraz obszarów polikrzemu stanowiących przedłużenie bramki. W przypadku tranzystora p-kanałowego dodawany jest automatycznie wymagany przez reguły projektowania obszar wyspy typu N wokół tranzystora. Przy wykorzystywaniu tych elementów należy pamiętać, że długość kanału jest w nich stała i równa minimalnej dozwolonej (1,0 µm), zaś szerokość kanału określona jest przez odpowiedni wymiar selektora (patrz instrukcja użytkownika programu UNCLE). Obszary dyfuzji i polikrzemu przylegające do kanału mają zawsze minimalne wymiary dopuszczone przez reguły projektowania Kontakt do dyfuzji Struktura ta składa się z okna kontaktowego o wymiarach wymaganych przez reguły projektowania (1 µm x 1 µm) oraz otaczającego okno obszaru metalu 1 o minimalnej wielkości wymaganej przez reguły projektowania (0,75 µm poza obszar okna). Wymiary te są sztywne i nie można ich zmienić. Obszar selektora obejmuje całą strukturę (okno kontaktowe wraz z otaczającym je obszarem metalu). Wymiary tej struktury wynoszą 2,5 x 2,5 µm. UWAGA: struktura nie jest kompletna, ponieważ nie zawiera żadnego obszaru dyfuzji. Strukturę tę należy więc umieszczać wyłącznie na odpowiednich obszarach dyfuzji Kontakt do polikrzemu oraz kontakt metal 1 - metal 2 Struktury te składają się z okna kontaktowego o wymiarach wymaganych przez reguły projektowania (1 µm x 1 µm), otaczającego okno obszaru metalu 1 o minimalnej wielkości wymaganej przez reguły projektowania (0,75 µm poza obszar okna) oraz, odpowiednio, polikrzemu lub metalu 2 o minimalnej wielkości wymaganej przez reguły projektowania (0,75 µm poza obszar okna). Wymiary te są sztywne i nie można ich zmienić. Obszar selektora obejmuje całą strukturę (okno kontaktowe wraz z otaczającym je obszarem metalu 1 oraz polikrzemu lub metalu 2). Wymiary tej struktury wynoszą 2,5 x 2,5 µm Reguły projektowania Wszystkie reguły odnoszą się do warstw abstrakcyjnych używanych w programie UNCLE. Reguły odnoszące się do masek są odmienne i nie są tu omawiane. Wszystkie reguły wyrażone są w jednostkach umownych λ (lambda). Dla reguł projektowania ECPD10 lambda = 0.25 µm. Wszystkie reguły dotyczące minimalnej odległości między obszarami tego samego rodzaju stosują się także do wcięć w obszarze. Wymiar wcięcia nie może być mniejszy od minimalnej dopuszczalnej odległości między obszarami. Zestawienie reguł projektowania dla technologii ECPD10 przedstawia tab

22 Tab. 1. Zestawienie reguł projektowania dla technologii EDPD10_0.25 ( λ = 0.25 µm ) min. szer. 20 Wyspa 16 (32) Zakładka dyfuzji, polikrzemu oraz metalu wokół otworu kontaktowego >= 3 λ N 4 Dyfuzja 12 (24) 8 Zakładka dyfuzji nad obszarem kanału N lub P >= 6 λ N 4 Dyfuzja P Zakładka polikrzemu nad obszarem kanału N lub P >= 4 λ 4 Dyfuzja N Zakładka metalu1 oraz metalu 2 wokół otworu Via >= 3 λ 4 Dyfuzja P Zakładka Poli wokół Via on Poli >= 6 λ 5 / 4 Kanał P 6 Nie podano reguł dotyczących szkliwa ochronnego i pól montażowych 5 / 4 Kanał 6 N 4x4 Kontakt Dyf. P x4 Kontakt Dyf. N x4 Kontakt Poli Poli x4 Kontakt Dyf. P x4 Kontakt Dyf. N Metal 1 6 4x4 Via x4 Via on Poli 6 Metal 2 Granica kom. Warstwa Wyspa N Dyfuzja N Dyfuzja P Dyfuzja N+ Dyfuzja P+ Kanał P Kanał N Kontakt Dyf. P Kontakt Dyf. N Kontakt Poli Poli Kontakt Dyf. P+ Kontakt Dyf. N+ Metal 1 Via Via on Poli 6 Metal 2

23 5. TWORZENIE TOPOGRAFII PRZYKŁAD Na początku umieszczamy na rysunku topografii warstwę wyspy typu n (nwell). Na obszarze wyspy zostaną umieszczone tranzystory PMOS. Tranzystory NMOS będą umieszczane poza wyspą w obszarze podłoża. Najistotniejsze reguły projektowania odnoszące się do obszaru wyspy, to: Minimalna szerokość obszaru wyspy wynosi 20 λ. Zazwyczaj wyspa będzie miała większe wymiary niż minimalne. Zadecydują o tym reguły dotyczące warstw, które umieścimy na wyspie. Minimalny odstęp pomiędzy dwoma sąsiadującymi wyspami wynosi 16 λ. Reguła ta odnosi się zarówno do dwóch osobnych wysp, jak i do pojedynczej wyspy, która posiada wcięcie. W tym przypadku pomimo, ze fragmenty wyspy leżące po przeciwległych stronach wcięcia należą do jednej wyspy, to odległości ich brzegów muszą spełniać regułę odstępu. Uwaga ta dotyczy reguł minimalnego odstępu dla wszystkich warstw. Przekrój przedstawia stan struktury powstałej w wyniku przeprowadzenia procesu technologicznego dla zaprojektowanego układu warstw. Pod powierzchnią tlenku w obszarze podłoża o typie przewodnictwa p znajduje się wyspa typu n. Półprzewodnik jest pokryty warstwą tlenku. Warto dodać, że tlenek ten składa się z dwóch części (oddzielonych na rysunku kreską). Spodnia część powstaje w wyniku utleniania krzemowego podłoża tuż po operacji domieszkowaniu wyspy, zaś górna jest wynikiem osadzania tlenku pod warstwę metalizacji na późniejszym etapie procesu produkcyjnego. Na rysunku topografii umieszczamy obszary w których znajdą się tranzystory. Dodanie warstwy dyfuzji (diffusion) na obszarze podłoża tworzy warstwę złożoną n-dyfuzja (n-diffusion) ten obszar jest przeznaczony dla obszarów tranzystora NMOS. Warstwa dyfuzji umieszczona na obszarze wyspy tworzy warstwę złożoną p-dyfuzja tutaj powstanie tranzystor PMOS. W stosunku do obszarów dyfuzji należy zwracać uwagę na następujące reguły: Minimalna szerokość obszaru dyfuzji wynosi 4λ. Minimalna szerokość kanału tranzystora NMOS/PMOS wynosi 5λ. Minimalny odstęp pomiędzy obszarami dyfuzji tego samego typu wynosi 8λ. Minimalny odstęp dyfuzji typu N od wyspy typu N wynosi 12λ. Jest to minimalna odległość od wyspy w jakiej możemy umieścić dyfuzję typu N z przeznaczeniem np. pod tranzystor NMOS. Minimalna zakładka wyspy wokół dyfuzji typu P wynosi 12λ. Oznacza to, że obszar dyfuzji typu P umieszczony na wyspie musi być z każdej strony otoczony "marginesem" wyspy o szerokości co najmniej 12λ. Na przekroju pokazano otrzymaną strukturę układu. Warstwa dyfuzji decyduje o położeniu obszarów, w których znajduje się cienki tlenek bramkowy. W pozostałych obszarach zostanie wytworzony gruby tlenek 23

24 (tzw. polowy). Ponadto w obszarach, gdzie znajduje się cienki tlenek zostało wykonane domieszkowanie: domieszką typu n na obszarze warstwy dyfuzja-n i domieszką typu p na obszarze warstwy dyfuzja-p. Cała struktura jest pokryta tlenkiem o dość równomiernej grubości. W połączeniu z różną grubością tlenku bramkowego i polowego daje to efekt pofałdowania powierzchni. Kolejny etap projektowania polega na umieszczeniu warstwy polikrzemu (poly) tam, gdzie mają powstać bramki tranzystorów. Przecięcie warstwy polikrzemu z obszarem dyfuzji n lub p określa położenie i wymiary kanału tranzystora odpowiednio NMOS i PMOS. Należy zwrócić uwagę, że w sytuacji przedstawionej na rysunku topografii szerokość warstwy polikrzemu definiuje długość kanału tranzystora, a szerokość warstwy dyfuzji szerokość kanału. Warstwa polikrzemu dzięki dość niskiej rezystywności może być wykorzystywana do prowadzenia niezbyt długich połączeń zwłaszcza pomiędzy bramkami tranzystorów w obszarze jednej komórki układu. Narysowany obszar polikrzemu jest wejściem (A) do projektowanego inwertera. W odniesieniu do warstwy polikrzemu należy pamiętać o następujących regułach projektowania: Minimalna szerokość warstwy polikrzemu wynosi 4λ. Jest to jednocześnie najmniejsza możliwa do uzyskania długość kanału. Minimalny odstęp pomiędzy warstwami polikrzemu wynosi 6λ. Minimalna zakładka polikrzemu w stosunku do kanału tranzystora wynosi 4λ. Oznacza to, że polikrzem przecinający się z dyfuzją (i tworzący w ten sposób kanał tranzystora) musi ciągnąć się na długości co najmniej 4λ. od krawędzi dyfuzji (i jednocześnie kanału). Minimalny odstęp polikrzemu od krawędzi dyfuzji wynosi 2λ. Dotyczy to sytuacji, gdy połączenie polikrzemowe przebiega w pobliżu obszaru dyfuzji, ale nie chcemy tworzyć kanału tranzystora. Na przekroju przez strukturę uwidoczniono warstwę polikrzemu osadzoną w miejscach, w których zgodnie z projektem topografii mają powstać bramki tranzystorów. Pod polikrzemem, tam gdzie znajdują się obszary dyfuzji-n i dyfuzji-p powstają kanały tranzystorów, co powoduje przerwanie ciągłości obszarów dyfuzji. Powstałe w ten sposób pary domieszkowanych obszarów n+ i p+ tworzą obszary drenów i źródeł tranzystorów. Operacja domieszkowania obszarów dyfuzji jest wykonywana po osadzeniu polikrzemu, co powoduje, że obszar półprzewodnika pokryty polikrzemem jest osłonięty przed domieszkowaniem. W ten sposób uzyskuje się efekt samocentrowania: polikrzemowa bramka stanowi maskę dla obszaru kanału. W kolejnym etapie dodajemy warstwę metalu 1 i kontaktów w celu wykonania połączeń z obszarami drenów i źródeł tranzystorów. Pasek metalu umieszczony w górnej części rysunku topografii jest przeznaczony do podłączenia napięcia zasilającego VDD. Poprzez wykonanie kontaktu w miejscu, gdzie występują warstwy metalu1 i dyfuzji pasek metalu1 został dołączony do obszaru źródła tranzystora PMOS. Podobnie pasek metalu1 na dole przeznaczony do doprowadzenia masy GND układu dołączono do obszaru źródła tranzystora NMOS. Należy podkreślić, że połączenie pomiędzy warstwami dyfuzji i metalu, które występują w tym samym obszarze uzyskuje się tylko w przypadku umieszczenia tam kontaktu. Obszary drenów tranzystorów PMOS i NMOS 24