Способ преобразования информации при проектировании и трассировке базовых матричных кристаллов и базовый материчный кристалл (его варианты)

 

Использование: изобретение относится к микроэлектронике и предназначено для использования при проектировании и трассировке базовых матричных кристаллов (БМК) для аналоговых и аналого-цифровых полупроводниковых интегральных микросхем (ИМС). Сущность: нерегулярная сетка, по которой максимально плотно друг к другу расположены контакты к элементам БМК исходной нерегулярной матрицы, преобразуется в прямоугольную сетку линий, по которой осуществляется трассировка внутрисхемных соединений в соответствии с реализуемой схемой, а затем координаты линий трассировки с прямоугольной сетки трансформируются на исходную нерегулярную матрицу. Представлены варианты спроектированных этим способом аналоговых БМК. 3 с. и 2 з. п. ф-лы. 14 ил.

Изобретение относится к микроэлектронике и предназначено для использования при проектировании и трассировке базовых матричных кристаллов (БМК) с одноуровневой системой соединительной металлизации, а также аналоговых и аналого-цифровых полупроводниковых интегральных микросхем (ИМС) на их основе при повышенных требованиях к размерам, к проценту выхода годных микросхем и их себестоимости, в частности, для радиотехнической, телевизионной и измерительной электронной аппаратуры.

Известны способы преобразования информации при проектировании и трассировке базовых матричных кристаллов с одноуровневой системой соединительной металлизации, состоящие в том, что по полю базового матричного кристалла размещают базовые ячейки с зонами для трассировки линий внутрисхемных соединений внутри и между ними, в этих зонах размещают резисторы и диффузионные перемычки с контактами к ним, причем эти контакты и контакты к активным областям элементов ячеек матрицы размещают в узлах равномерной сетки, при этом трассировку линий соединительной металлизации осуществляют по линиям этой сетки.

Известны БМК, преобразование информации при проектировании и трассировке которых осуществляется этим способом (см. статьи: В. Bray, P. Irisson "A new gridded bipolar linear semicustom array family with CAD support"//J. of Semicustom ICs; 1986, v. 3, N 4, p. p. 13-20; H. L. Van Eeden : An Uncommited Linear Array Designed for Implementation on a Cate Array Workstation"//J. of Semicustom ICs; 1986, v. 4, N 1, p. p. 18-24).

Недостатками этого способа и БМК, спроектированных на его основе, является малая плотность компоновки элементов БМК и, как следствие, большие площади кристалла, большая себестоимость и низкий процент выхода годных ИМС; низкие функциональные возможности БМК вследствие однотипности используемых компонентов: большая длина шин межсоединений; неоптимальные электрические параметры транзисторов и других элементов, размеры активных областей у которых определяются не столько возможностями технологического процесса, сколько шагом сетки.

Из известных способов и соответствующих БМК наиболее близким по технической сущности и принятым в качестве прототипа является БМК, спроектированный способом преобразования информации по прямоугольной сетке и описанный в статье Н. L. Van Eeden "An Uncommited Linear Array Designed for Implementation on a Gate Array Workstation"//J. of Semicustom ICs; 1986, v. 4, N 1, p. p. 18-24.

БМК-прототип состоит из подложки, на которой сформированы элементы БМК, причем по его периферии равномерно размещены изолированные обратно смещенным p-n-переходом области квадратной формы, предназначенные для размещения металлизированных контактных площадок для выводов с кристалла, между которыми размещены элементы БМК увеличенных геометрических размеров, при этом БМК содержит повторяющиеся симметрично расположенные ячейки, состоящие из совокупности элементов БМК (резисторов, конденсаторов, p-n-p и n-p-n-транзисторов), и пассивные зоны для прокладки металлизированных трасс межсоединений, расположенные между ячейками и периферией кристалла с контактными площадками. Размеры БМК-прототипа 3,2х3,2 мм²; его элементы сгруппированы в ячейки, содержащие 206 диффузионных резисторов с общей резистивностью 340 кОм, 4 конденсатора, 116 n-p-n и 48 p-n-p всего трех типов, включая 4 n-p-n-транзистора повышенной мощности, причем общее число элементов БМК без диффузионных перемычек ("подныров") составляет 374. Плотность компоновки БМК-прототипа составляет 37 элементов на квадратный миллиметр площади. Контакты к активным областям всех элементов БМК расположены в узлах равномерной прямоугольной сетки, по которой производится трассировка внутрисхемных соединений.

Недостатками прототипа являются малое общее число компонентов БМК при значительной площади кристалла, низкая плотность компоновки элементов, низкий процент выхода годных ИМС и соответственно высокая себестоимость; большая длина шин межсоединений; неоптимальные параметры транзисторов и других элементов; ограниченные функциональные возможности БМК вследствие малого количества типов имеющихся в них транзисторов и других элементов. Это мешает применению БМК в радиотехнической и телевизионной аппаратуре, где необходимы элементы с различными площадями, активные элементы с низкими шумами и широким диапазоном рабочих токов, большое число резисторов разных типономиналов с большой общей резистивностью и конденсаторы. Перечисленные недостатки при одноуровневой системе металлизации являются платой за удобство трассировки шин межсоединений БМК способом преобразования информации по равномерной прямоугольной сетке, при котором оказывается невозможным расположение контактов разнотипных элементов в узлах сетки без существенного ухудшения их электрических параметров.

Целью изобретения является снижение себестоимости, увеличение процента выхода годных ИМС, увеличение плотности компоновки элементов БМК и оптимизации элементов по требуемым параметрам при одновременном упрощении бесконфликтной трассировки и возможности применения автоматизированных методов, а также расширение функциональных возможностей БМК и сферы применения предлагаемого способа.

Цель достигается тем, что сначала создают исходную нерегулярную матрицу путем сближения элементов и узлов всех допустимых трасс металлизации на минимально допустимое технологическое расстояние, или проводят несколько отрезков линий трасс металлизации с нарушением норм на зазоры между ними, затем путем увеличения размеров нерегулярной матрицы за счет спрямления всех допустимых линий трассировки и установления между ними одинакового расстояния формируют регулярную матрицу с трансформированным по отношению к исходной изображением элементов (такая матрица называется "планшетом"), при этом узлы регулярной и нерегулярной матриц соответствуют друг другу, проводят на регулярной матрице соединение узлов в соответствии с реализуемой электрической схемой, а затем трансформируют координаты линий трассировки с регулярной матрицы на нерегулярную матрицу; при этом в базовый матричный кристалл с одноуровневой трассировкой линий внутрисхемных соединений для аналоговых ИМС по первому варианту дополнительно вводят ячейки второго, третьего и четвертого типов, первые три типа ячеек располагают симметрично относительно центральных горизонтальной и вертикальной осей кристалла последовательно вдоль горизонтальной оси, ячейки четвертого типа располагают вокруг ячеек второго типа, отделяя ячейки друг от друга, причем за контактными площадками вдоль края кристалла равномерно размещают вытянутые контакты к подложке и эпитаксиальные пинч-резисторы n-типа, причем ячейка первого типа выполняется из пяти пар согласованных n-p-n-транзисторов первого типа и одной пары согласованных p-n-p-транзисторов первого типа, расположенных вдоль вертикальной оси кристалла, ячейка второго типа выполняется из трех пар согласованных n-p-n-транзисторов первого типа и двух пар согласованных p-n-p-транзисторов первого типа, расположенных от периферии к центру кристалла вдоль вертикальной оси последовательно две пары n-p-n-, пара p-n-p, пара n-p-n и пара p-n-p-транзисторов, ячейка третьего типа выполняется из трех p-n-p-транзисторов первого типа, двух диодов, двух диффузионных перемычек и четырех n-p-n-транзисторов первого типа, расположенных соответственно в два ряда вдоль вертикальной оси ячейки, ячейка четвертого типа выполняется из диффузионных резисторов p-типа различных номиналов, объединенных в один резистивный карман n-типа с контактами к карману по краям ячейки и двух n-p-n-транзисторов первого типа, область коллектора которых конструктивно объединена с резистивным карманом, при этом между контактными площадками кристалла через каждую площадку, считая от угловой площадки вдоль короткой стороны кристалла, располагаются последовательно p-n-p-транзисторы повышенной мощности второго типа, МОП-конденсаторы, а вдоль длинной стороны кристалла располагаются последовательно по одному через площадку n-p-n-транзисторы повышенной мощности второго типа и область n-типа с различными диффузионными резисторами p-типа и контактами к этой области: в базовый матричный кристалл с одноуровневой трассировкой линий внутрисхемных соединений для аналоговых и аналого-цифровых ИМС по второму варианту дополнительно вводят ячейки второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого и восьмого типов, а в одной его части располагают первую прямоугольную область, содержащую четыре идентичные ячейки первого типа, взаимное расположение которых симметрично относительно горизонтальной и вертикальной осей первой прямоугольной области, причем ячейки первого типа вдоль горизонтальной оси попарно разделяют двумя симметричными относительно вертикальной оси первой прямоугольной области ячейками второго типа, а под двумя нижними и над двумя верхними ячейками первого типа размещают четыре попарно симметричные относительно горизонтальной и вертикальной осей первой прямоугольной области ячейки третьего типа, причем по левую и правую внешние стороны области, занимаемой ячейками первого типа, располагают четыре попарно симметричные относительно горизонтальной и вертикальной осей первой прямоугольной области ячейки четвертого типа, а каждую пару верхних и нижних ячеек первого типа окружают ячейками пятого типа, в другой части внутренней области кристалла располагают вторую прямоугольную область, содержащую четыре идентичные ячейки шестого типа, вхаимное расположение которых симметрично относительно горизонтальной и вертикальной осей второй прямоугольной области, причем верхнюю и нижнюю пары ячеек шестого типа разделяют ячейкой седьмого типа, вытянутой вдоль горизонтальной оси, а над верхней и под нижней парами ячеек шестого типа располагают вдоль горизонтальной оси по одной ячейке седьмого и по две ячейки восьмого типа, симметричных относительно горизонтальной и вертикальной осей второй прямоугольной области, причем первая и вторая прямоугольные области отделяются от периферийной области кристалла с контактными площадками пассивной зоной p-типа для проведения трасс соединительной металлизации, в которой регулярно располагаются дитффузионные перемычки, а вдоль края кристалла за контактными площадками равномерно размещаются вытянутые контакты к подложке и пинч-резисторы n-типа, причем ячейка первого типа составляется из двух идентичных, симметрично расположенных относительно горизонтальной оси ячейки субфрагментов, содержащих каждый П-образную область, занятую цепочкой из шести n-p-n-транзисторов первого типа, во внутренней части углубления которой размещается дифференциальная пара p-n-p-транзисторов первого типа, причем параллельно горизонтальной оси между субфрагментами ячейки располагается резистивный карман n-типа с четярьмя диффузионными резисторами равного номинала p-типа и контактом к нему в центре, а также две пары диффузионных перемычек по краям кармана, ячейка второго типа составляется из расположенных вдоль горизонтальной оси трех дифференциальных пар n-p-n-транзисторов первого типа, двух конденсаторов на p-n-переходе и одного диффузионного резистора p-типа большого номинала в форме меандра, ячейка третьего типа составляется из пары n-p-n-транзисторов первого типа, трех p-n-p-транзисторов первого типа и диффузионной перемычки, расположенных в ряд вдоль горизонтальной оси, ячейка четвертого типа составляется из двух пар p-n-p-транзисторов первого типа и диффузионного резистора p-типа большого номинала в форме меандра, расположенных вдоль вертикальной оси ячейки, ячейка пятого типа составляется из двух конденсаторов на p-n-переходе, набора диффузионных резисторов p-типа различных номиналов, объединенных в два резистивных кармана n-типа с контактами к карманам, и четырех диффузионных перемычек, ячейка шестого типа составляется из двух диффузионных перемычек, резистивного кармана в виде П-образной изолированной области n-типа с резисторами p-типа различных типономиналов и контактами к нему, в которой в районе изгибов симметрично относительно горизонтальной оси располагаются два n-p-n-транзистора второго типа, коллекторы которых конструктивно объединены с изолированной областью, а внутри выемки изолированной области с резисторами размещаются две пары n-p-n-транзисторов повышенной мощности третьего типа, а над и под этими парами транзисторов непосредственно вблизи торцов изолированного кармана с резисторами симметрично относительно горизонтальной оси ячейки помещаются по одному p-n-p-транзистору первого типа, причем с другой стороны резистивного кармана располагается дифференциальная пара таких же транзисторов, ячейка седьмого типа составляется из расположенных симметрично в ряд вдоль горизонтальной оси двух пар n-p-n-транзисторов первого типа и трех пар n-p-n-транзисторов второго типа, ячейка восьмого типа составляется из расположенных в ряд вдоль горизонтальной оси резистивного кармана n-типа с диффузионными резисторами p-типа двух типономиналов, пары согласованных p-n-p-транзисторов первого типа и одной диффузионной перемычки, при этом между контактными площадками кристалла через каждую площадку, считая от угловой площадки вдоль одной короткой стороны кристалла, располагаются последовательно пары согласованных p-n-p-транзисторов повышенной мощности второго типа, а вдоль другой короткой стороны кристалла располагаются пары согласованных n-p-n-транзисторов повышенной мощности третьего типа, при этом вдоль длинных сторон кристалла между контактными площадками через каждую площадку размещаются n-p-n-транзисторы большой мощности четвертого типа, пары p-n-p-транзисторов повышенной мощности второго типа и пары, состоящие из n-p-n-транзистора третьего типа и p-n-p-транзистора второго типа.

На фиг. 1 представлен фрагмент аналогового БМК для проектирования ИМС телевизионной и измерительной электронной аппаратуры с обозначенной совокупностью разрешенных для прохода шин соединительной металлизации линий, представляющих собой нерегулярную сетку из пересекающихся непрямых линий; на фиг. 2 представлен преобразованный фрагмент аналогового БМК фиг. 1; на фиг. 3 представлен фрагмент пограничной области стыковки двух типов ячеек (сечение А-А) аналогового БМК для проектирования ИМС радиотехнической электронной аппаратуры с обозначенной совокупностью разрешенных для прохода шин соединительной металлизации линий, включая отрезки линий с нарушением норм на зазоры между ними (в частности, налагающиеся друг на друга); на фиг. 4 представлен преобразованный фрагмент БМК фиг. 3 с помеченными особым образом отрезками параллельных линий равномерной сетки (жирные линии); на фиг. 5 для сравнения представлен преобразованный фрагмент БМК фиг. 3, каким бы он выглядел в том случае, если бы был спроектирован так, что контакты к его элементам располагались бы в узлах прямоугольной, но нерегулярной сетки; на фиг. 6 представлен общий вид БМК по первому варианту для проектирования ИМС телевизионной и измерительной электронной аппаратуры; на фиг. 7 представлены ячейки БМК фиг. 6; на фиг. 8, 9, 10 представлены конструкции n-p-n и p-n-p-транзисторов БМК фиг. 6 с указанными возможными вариантами прохождения шин соединительной металлизации (показаны штризовкой); на фиг. 11 представлен общий вид БМК по второму варианту для проектирования ИМС радиотехнической электронной аппаратуры; на фиг. 12 представлены ячейки БМК фиг. 11; на фиг. 13 и 14 представлены конструкции n-p-n и p-n-p-транзисторов, а также конденсатора БМК фиг. 11 с указанными возможными вариантами прохождения шин соединительной металлизации (показаны штриховкой).

Фрагмент ячейки аналогового БМК для проектирования ИМС телевизионной и измерительной электронной аппаратуры (фиг. 1) содержит n-p-n-транзисторы первого типа 1, p-n-p-транзисторы первого типа 2, резисторы на основе базовой диффузии различных номиналов 3, резисторы на основе разделительной диффузии 4, расположенные по нерегулярной сетке пересекающихся непрямых линий 5. На фиг. 2 в условном масштабе представлен преобразованный фрагмент БМК фиг. 1 (далее преобразованное изображение нерегулярной матрицы в регулярную будет называться "планшетом"), показано соответствующее условное изображение 6 по планшету n-p-n-транзисторов первого типа 1, условное изображение 7 по планшету p-n-p-транзистора первого типа 2, условные изображения диффузионных резисторов на базовом слое 8 и резисторов на слое разделения 9, нанесенные на равномерную прямоугольную сетку планшета 10. Фрагмент пограничной области стыковки двух типов ячеек (сечение А-А) аналогового БМК для проектирования ИМС радиотехнической электронной аппаратуры (фиг. 3) содержит n-p-n-транзисторы первого 11, второго 12, третьего 13 типов: p-n-p-транзистор первого типа 14, различные диффузионные резисторы 15 и диффузионные перемычки ("подныры") 16. Все эти элементы расположены по нерегулярной сетке пересекающихся непрямых линий 5, включающей в себя условные отрезки линий 17 с нарушением норм на зазоры между ними (в частности, налагающиеся друг на друга). На фиг. 4 в условном масштабе представлен планшет фрагмента фиг. 3; показаны соответствующие условные изображения по планшету n-p-n-транзисторов первого 11, второго 12 и третьего 13 типов - 18, 19, 20; условное изображение 21 p-n-p-транзистора первого типа 14; условные изображения диффузионных резисторов 22 и перемычек 23. Все эти условные изображения нанесены на равномерную прямоугольную сетку планшета 10, включающую в себя помеченные особым образом отрезки параллельных линий 24 (жирные линии). На фиг. 5 в том же масштабе, что и на фиг. 3, по нерегулярной, но прямоугольной сетке 25 расположены деформированные элементы БМК 26 - 29, составляющие тот же фрагмент, что и на фиг. 3, но увеличенной площадки. Для удобства сравнения площадей недеформированного (фиг. 3) и деформированного (фиг. 5) фрагментов на том же листе, что и фиг. 5, повторено изображение фиг. 3. БМК для проектирования ИМС телевизионной и измерительной электронной аппаратуры (фиг. 6) содержит ячейки (фиг. 7) первого 30, второго 31, третьего 32 и четвертого 33 типов; контрольные площадки 34 (фиг. 6), p-n-p-транзисторы повышенной мощности второго типа 35, эпитаксиальные пинч-транзисторы n-типа 36, МОП-конденсаторы 37, служебные метки 38, контакты к подложке 39, n-p-n-транзисторы повышенной мощности второго типа 40, диоды 41 (фиг. 7), диффузионные перемычки 42 и контакты к резистивным карманам 43. На фиг. 8, 9, 10 представлены n-p-n и p-n-p-транзисторы, входящие в состав БМК фиг. 6, содержащие изолированные области n-типа 44; базовые области p-типа 45; эмиттерные области n⁺-типа 46; контакты к эмиттеру и базе 47, 48; области коллекторного контакта n⁺-типа 49; контакты к коллектору 50; шины металлизации 51; концентрические области коллекторов p⁺-типа 52; области базы n-типа 53; области эмиттера p-типа 54; n⁺-области контактов к базе n-типа 55. БМК для проектирования ИМС радиотехнической электронной аппаратуры (фиг. 11) содержит ячейки (фиг. 12) первого 56, второго 57, третьего 58, четвертого 59, пятого 60, шестого 61, седьмого 62 и восьмого 63 типов; n-p-n-транзисторы повышенной мощности (фиг. 11) четвертого типа 64; p-n-p-транзисторы повышенной мощности второго типа 65, тестовые транзисторы 66. На фиг. 13, 14 представлены n-p-n, p-n-p-транзисторы и конденсатор 67 на p-n-переходе, входящие в состав БМК фиг. 11, содержащие, кроме поименованных областей с различным типом проводимости, еще область верхнего разделения p⁺-типа 52, являющуюся верхней обкладкой конденсатора 67, и контакты к этой области 68. Из перечисленного выше набора ячеек, транзисторов, резисторов, конденсаторов можно спроектировать другие БМК (к примеру большей или меньшей площади), которые в отдельных случаях могут оказаться полезными. Подобные БМК формируют семейство нерегулярных матриц описанного типа.

Преобразование информации при проектировании и трассировке базовых матричных кристаллов для аналоговых и аналого-цифровых полупроводниковых интегральных схем с одноуровневой системой соединительной металлизации осуществляется следующим образом. Образующаяся в результате плотной компоновки большого числа разнотипных элементов БМК, например БМК для проектирования ИМС телевизионной и измерительной электронной аппаратуры (фиг. 6-10), нерегулярная сетка непрямых линий 5 (фиг. 1), проходящих по возможным трассам проведения шин соединительной металлизации стандартной ширины, в узлах которой располагаются контактные окна к активным областям элементов БМК 47, 48, 50 (областям эмиттера 46, 54; базы 45, 53, 55. коллектора 44, 49, 52; тела резистора 3, 4, 36 и т. п. ), преобразуется в регулярную прямоугольную сетку планшета 10 (фиг. 2), по которой в дальнейшем и происходит трассировка межсоединений. При этом контактные области элементов БМК 47, 48, 50 в его исходном виде (фиг. 1) располагаются друг к другу настолько близко, насколько допускают технилогические нормы на минимальные зазоры между этими областями в данном технологическом процессе, либо исходя из условий получения оптимальных электрических характеристик каждого отдельного элемента 1, 2, 3, 4, 14, 35, 36, 37, 40, 41, 42, либо для удобства прохода через элементы сквозных шин металлизации 51. В любом случае при расположении элементов критерием является их многообразие и минимальные размеры, увеличивающие плотность компоновки БМК и его функциональные возможности, а не удобство трассировки. Далее формируется планшет БМК. Изображение элементов БМК на планшете 6, 7, 8, 9 допускается в искаженном виде, сохраняющем лишь взаимное расположение элементов БМК и разрешенных линий для проведения шин соединительной металлизации. Трассировка межсхемных соединений осуществляется на планшете БМК по равномерной прямоугольной сетке 10. Далее, поскольку между координатами трасс на планшете 10 и исходной нерегулярной матрице 5 существует соответствие, любым из известных методов (вручную или автоматически) трассы с планшета 10 переносятся на исходную нерегулярную матрицу 5. Таким образом, несмотря на высокую плотность компоновки элементов БМК, за счет использования планшета достигается простота трассировки межсоединений. Опишем один из возможных приемов преобразования координат шин соединительной металлизации с планшета в координаты линий исходного БМК. Разрешенные для прохода шин металлизации горизонтальные и вертикальные ломаные линии на исходном БМК 5 нумеруются по порядку слева направо и снизу вверх. Затем информация отдельно о вертикальных и отдельно о горизонтальных линиях 5 фиксируется (например в виде таблицы), при этом описание линий содержит номер линии и координаты ее характерных точек, например координаты начала линии, ее конца и точек излома. Так, выделенный на фиг. 1 отрезок линии, проведенный вдоль линии с номером l, параллельной оси Х, от линии с номером m до линии с номером n, параллельных оси Y, будет записан в виде: l, m, n[(x_m, y_l), (x_h, y₁), (x_n-1, y_k), (x_n, y_k)] , где l - номер горизонтальной линии неравномерной сетки; m, n - номер вертикальных линий неравномерной сетки; (x_m, y_l), (X_h, y_l), (x_n-1, y_k), (x_n, y_k) - координаты характерных точек этой линии на исходном БМК. Таким образом, формируется массив данных (описание исходного БМК) в координатах разрешенных линий для прохода шин металлизации. Учитывая повторяемость фрагментов БМК, возможно формирование описания БМК не целиком, а пофрагментно. Соответствующим линиям равномерной сетки 10 на планшете БМК фиг. 2 присваиваются те же самые номера, что и линиям 5 фиг. 1, обеспечивая тем самым их взаимно однозначное соответствие. Описание упомянутого выделенного отрезка на планшете в этом случае будет представлено в виде: l, m, n, [(m, l), (n, l)] , где l, m, n - номера соответствующих линий сетки планшета. При преобразовании информации о координатах характерных точек этого отрезка (на равномерной сетке они совпадают с его начальными и конечными узлами) в исходный вид БМК оператор по номерам узлов планшета (m, l); (n, l) нанесет на исходный БМК соответствующие этим узлам реальные координаты характерных точек отрезка на исходном БМК (x_m, y_l), (x_h, y_l), (x_n-l, y_k, (x_n, y_k). Таким образом, отрезок шины металлизации с планшета может быть однозначно в реальном масштабе трансформирован в отрезок исходного БМК. Описанный процесс может быть автоматизирован.

В тех случаях, когда БМК, например БМК для проектирования ИС радиотехнической электронной аппаратуры фиг. 11-14, содержит несколько типов различных ячеек (фрагментов), на границе их стыковки может возникнуть ситуация, когда в одном сечении (А-А) (фиг. 3) в разных ячейках 61, 62 окажется неодинаковое количество линий, разрешенных для проведения шин соединительной металлизации 5. В этом случае для сохранения непрерывности и равномерности планшета 10 (фиг. 4) на отдельных участках исходного БМК (фиг. 3) предусматривается проведение нескольких отрезков линий 17 (в частности, двух, фиг. 3) под шины межсоендинений с нарушением норм на зазоры между ними (в частности, налагающиеся друг на друга, фиг. 3). Каждый из этих отрезков преобразуется в соответствующий ему на планшете 10 (фиг. 4) отрезок параллельных линий равномерной сетки 24 (в частности, двух, фиг. 4) помеченных на планшете 10 особым образом (в частности, выделенных жирными линиями, фиг. 4). При этом при трассировке на планшете разрешается проведение трассы межсоединений только по одному из помеченных параллельных отрезков 24 сетки 10 фиг. 4, который при преобразовании в исходный вид фиг. 3 перейдет в соответствующий ему отрезок 17 одной единственной линии, при проведении вдоль которой стандартной шины металлизации нормы на зазоры с соседними шинами не нарушатся, поскольку другие отрезки линий 17 на исходном БМК 5 фиг. 3 в этом случае под проведение шин межсоединений оказываются неиспользованными. Это правило дополняет правило преобразования координат шин металлизации с планшета в координаты исходного БМК и существенно расширяет область применения предлагаемого способа, в частности для аналоговых и аналого-цифровых БМК, в которых используется широкая номенклатура разнотипных ячеек (фрагментов) и элементов. В остальном правила компоновки элементов БМК (фиг. 11-14) 11, 12, 13, 14, 15, 16, 36, 64, 65, 67, а также расположение контактных окон к активным областям элементов БМК (47, 48, 50) (областям эмиттера 46, 54, базы 45, 53, 55, коллектора 44, 49, 52, тела резистора 15, 16, 36 и т. п. ) остаются прежними, как для БМК фиг. 6-10. Также допускается искаженное изображение элементов БМК на планшете 18, 19, 20, 21, 22, 23 (фиг. 4), при котором сохраняется лишь взаимное расположение элементов БМК и разрешенных линий для проведения шин соединительной металлизации.

В качестве иллюстрации получаемого при использовании предлагаемого способа выигрыша по плотности компоновки элементов БМК и расширения его функциональных возможностей на фиг. 5 представлен фрагмент БМК (фиг. 11-14), тот же, что изображен на фиг. 3, но с деформированными элементами 26, 27, 28, 29, какими бы они должны были быть, если БМК проектировать по прямоугольной сетке. Элементы деформированы таким образом, чтобы их контактные окна располагались в узлах хотя и неравномерной, но прямоугольной сетки прямых линий 25. Для сравнения рядом повторен рисунок исходного фрагмента фиг. 3. Выигрыш по площади, занимаемой элементами БМК в исходном случае (фиг. 3), даже при неравномерной сетке 25 составляет по сравнению с деформированным фрагментом фиг. 5 до 25% . Если же допустить дальнейшую деформацию рассматриваемого фрагмента с тем, чтобы сетка стала равномерной, как это сделано у БМК-прототипа (при этом в качестве шага сетки необходимо брать наибольший шаг неравномерной сетки 25), выигрыш по площади увеличился бы до 50-80% . Таким образом, в случае расположения контактных окон элементов БМК по узлам равномерной прямоугольной сетки увеличиваются линейные размеры этих элементов, занимаемая ими площадь кристалла, растут их паразитные емкости и т. п. , т. е. ухудшаются без необходимости электрические характеристики элементов БМК. В численном выражении для БМК фиг. 6-10 и фиг. 11-14 этот выигрыш выглядит следующим образом. БМК фиг. 6-10 для проектирования ИС телевизионной и измерительной электронной аппаратуры имеет площадь 2,3х3,0 мм², содержит 24 контактных площадки, 4 типа ячеек, 272 диффузионных резистора с общей резистивностью 514 кОм, 4 конденсатора, 100 n-p-n и 40 p-n-p-транзисторов 5 типов, включая 8 n-p-n-транзисторов повышенной мощности, причем общее число элементов БМК (без "подныров") составляет 440. Плотность компоновки БМК составляет 65 элементов на квадратный миллиметр площади. Таким образом, БМК фиг. 6-10 превосходит БМК-прототип по числу типов ячеек и транзисторов на 3 типа, содержит на 66 элементов больше, имеет на 33% меньшую площадь, а по плотности компоновки превосходит прототип почти в два раза. БМК фиг. 11-14 для проектирования ИС радиотехнической электронной аппаратуры имеет площадь 2,3 х 3,0 мм², содержит 24 контактные площадки, 8 типов ячеек, 410 диффузионных резисторов с общей резистивностью 1,8 МОм, 8 конденсаторов, 138 n-p-n и 84 p-n-p-транзистора 6 типов, включая 24 n-p-n и 16 p-n-p-транзисторов повышенной мощности и 4 мощных n-p-n-транзистора, причем общее число элементов БМК (без "подныров") составляет 664. Плотность компоновки БМК составляет 96 элементов на один квадратный миллиметр площади. Таким образом, БМК фиг. 11-14 превосходит БМК-прототип по числу типов его ячеек и транзисторов на 10 типов, содержит на 290 элементов больше, имеет на 33% меньшую площадь кристалла, а по плотности компоновки превосходит прототип почти в 3 раза.

Использование нового способа и новых БМК выгодно отличает их от прототипа, поскольку позволяет увеличить процент выхода годных ИМС, снизить их себестоимость, увеличить в 2-3 раза плотность компоновки элементов БМК, оптимизировать их по требуемым параметрам и одновременно обеспечить бесконфликтную трассировку межсоединений, примененить автоматизированные методы трассировки и расширить функциональные возможности БМК.

Формула изобретения

1. Способ преобразования информации при проектировании и трассировке базовых матричных кристаллов для аналоговых и аналого-цифровых интегральных микросхем (ИМС) с одноуровневой трассировкой линий внутрисхемных соединений, включающий размещение базовых ячеек по полю базового матричного кристалла с зонами для трассировки линий внутрисхемных соединений внутри и между ними, создание регулярной сетки матрицы, размещение в зонах для трассировки внутрисхемных соединений, резисторов и диффузионных перемычек с контактами к ним и расположение контактов к активным областям элементов ячеек базового матричного кристалла в узлах сетки с возможностью проведения между ними по сетке линий целого числа трасс соединительной металлизации заданной ширины при фиксированной ширине зазора между ними, отличающийся тем, что до создания регулярной матрицы создают нерегулярную матрицу путем сближения элементов и узлов всех допустимых трасс металлизации на минимально допустимое технологическое расстояние или проводят несколько отрезков линий трасс металлизации с нарушением норм на зазоры между ними, а регулярную матрицу формируют путем увеличения размеров нерегулярной матрицы путем спрямления всех допустимых линий трассировки и установления между ними одинакового расстояния, при этом узлы регулярной и нерегулярной матриц соответствуют друг другу, проводят на регулярной матрице соединение узлов в соответствии с реализуемой электрической схемой, а затем трансформируют координаты линий трассировки с регулярной матрицы на нерегулярную матрицу.

2. Базовый матричный кристалл с одноуровневой трассировкой линий внутрисхемных соединений для аналоговых ИМС, содержащий подложку, области n-типа для размещения металлизированных контактных площадок для выводов с кристалла, расположенные равномерно по периферии кристалла и изолированные друг от друга обратно-смещенным p - n-переходом, элементы увеличенных геометрических размеров, расположенные между контактными площадками, повторяющиеся ячейки одного типа, расположенные симметрично относительно горизонтальной и вертикальной осей кристалла, резисторы, конденсаторы, n - p - n и p - n - p-транзисторы, выполненные с несколькими контактами для коммутации, и пассивные зоны p-типа для прокладки металлизированных трасс межсоединений, расположенные между ячейками и периферией кристалла, отличающийся тем, что во внутренней по отношению к контактным площадкам области кристалла дополнительно введены ячейки второго, третьего и четвертого типов, первые три типа ячеек расположены симметрично относительно центральных горизонтальной и вертикальной осей кристалла последовательно вдоль горизонтальной оси, ячейки четвертого типа расположены вокруг ячеек второго типа, отделяя ячейки одна от другой, причем за контактными площадками вдоль края кристалла равномерно размещены вытянутые контакты к подложке и эпитаксиальные пинч-резисторы n-типа.

3. Кристалл по п. 2, отличающийся тем, что ячейка первого типа выполнена из пяти пар согласованных n - p - n-транзисторов первого типа и одной пары согласованных p - n - p-транзисторов первого типа, расположенных вдоль вертикальной оси кристалла, причем пара p - n - p-транзисторов располагается ближе к центру кристалла, ячейка второго типа выполнена из трех пар согласованных n - p - n-транзисторов первого типа и двух пар согласованных p - n - p-транзисторов первого типа, расположенных от периферии к центру кристалла вдоль вертикальной оси последовательно две пары n - p - n; пара p - n - p-, пара n - p - n- и пара p - n - p-транзисторов, ячейка третьего типа выполнена из трех p - n - p-транзисторов первого типа, двух диодов, двух диффузионных перемычек и четырех n - p - n-транзисторов первого типа, расположенных соответственно в два ряда вдоль вертикальной оси ячейки, ячейка четвертого типа выполнена из диффузионных резисторов p-типа различных номиналов, объединенных в один резистивный карман n-типа с контактами к карману по краям ячейки и двух n - p - n-транзисторов первого типа, область коллектора которых конструктивно объединена с резистивным карманом, при этом между контактными площадками кристалла через каждую площадку, считая от угловой площадки вдоль короткой стороны кристалла, расположены последовательно p - n - p-транзисторы повышенной мощности второго типа, МОН-конденсаторы, а вдоль длинной стороны кристалла расположены последовательно по одному через площадку n - p - n-транзисторы повышенной мощности второго типа и область n-типа с различными диффузионными резисторами p-типа и контактами к этой области.

4. Базовый матричный кристалл с одноуровневой трассировкой линий внутрисхемных соединений для аналоговых и аналого-цифровых ИМС, содержащий подложку, области n-типа для размещения металлизированных контактных площадок для выводов с кристалла, расположенные равномерно по периферии кристалла и изолированные друг от друга обратно-смещенным p - n-переходом, элементы БМК увеличенных геометрических размеров, расположенные между контактными площадками, повторяющиеся ячейки одного типа, расположенные симметрично относительно горизонтальной и вертикальной осей кристалла, резисторы, конденсаторы n - p - n- и p - n - p-транзисторы, выполненные с несколькими контактами для коммутации, и пассивные зоны p-типа для прокладки металлизированных трасс межсоединений, расположенные между ячейками и периферией кристалла, отличающийся тем, что во внутренней по отношению к контактным площадкам области кристалла дополнительно введены ячейки второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого и восьмого типов, а в одной ее части расположена первая прямоугольная область, содержащая четыре идентичные ячейки первого типа, взаимное расположение которых симметрично относительно горизонтальной и вертикальной осей первой прямоугольной области, причем ячейки первого типа вдоль горизонтальной оси попарно разделены двумя симметричными относительно вертикальной оси первой прямоугольной области ячейками второго типа, а под двумя нижними и над двумя верхними ячейками первого типа размещены четыре попарно симметричные относительно горизонтальной и вертикальной осей первой прямоугольной области ячейки третьего типа, причем по левую и правую внешние стороны области, занимаемой ячейками первого типа, расположены четыре попарно симметричные относительно горизонтальной и вертикальной осей первой прямоугольной области ячейки четвертого типа, а каждая пара верхних и нижних ячеек первого типа окружена ячейками пятого типа, в другой части внутренней области кристалла расположена вторая прямоугольная область, содержащая четыре идентичных ячейки шестого типа, взаимное расположение которых симметрично относительно горизонтальной и вертикальной осей второй прямоугольной области, причем верхняя и нижняя пары ячеек шестого типа разделены ячейкой седьмого типа, вытянутой вдоль горизонтальной оси, а над верхней и под нижней парами ячеек шестого типа расположены вдоль горизонтальной оси по одной ячейке седьмого и по две ячейки восьмого типа, симметричных относительно горизонтальной и вертикальной осей второй прямоугольной области, причем первая и вторая прямоугольные области отделены от периферийной области кристалла с контактными площадками пассивной зоной p-типа для проведения трасс соединительной металлизации, в которой регулярно расположены диффузионные перемычки, а вдоль края кристалла за контактными площадками равномерно размещены вытянутые контакты к подложке и пинч-резисторы n-типа.

5. Кристалл по п. 4, отличающийся тем, что ячейка первого типа состоит из двух идентичных, симметрично расположенных относительно горизонтальной оси ячейки субфрагментов, содержащих каждый П-образную область, занятую цепочкой из шести n - p - n-транзисторов первого типа, во внутренней части углубления которой размещена дифференциальная пара p - n - p-транзисторов первого типа, причем параллельно горизонтальной оси между субфрагментами ячейки расположен резистивный карман n-типа с четырьмя диффузионными резисторами равного номинала p-типа и контактом к нему в центре, а также две пары диффузионных перемычек по краям кармана, ячейка второго типа содержит расположенные вдоль горизонтальной оси три дифференциальные пары n - p - n-транзисторов первого типа, два конденсатора на p - n-переходе и один диффузионный резистор p-типа большого номинала в форме меандра, ячейка третьего типа содержит пару n - p - n-транзисторов первого типа, три p - n - p-транзистора первого типа и диффузионную перемычку, расположенные в ряд вдоль горизонтальной оси, ячейка четвертого типа состоит из двух пар p - n - p-транзисторов первого типа и диффузионного резистора p-типа большого номинала в форме меандра, расположенных вдоль вертикальной оси ячейки, ячейка пятого типа содержит два конденсатора на p - n-переходе, набор диффузионных резисторов p-типа различных номиналов, объединенных в два резистивных кармана n-типа с контактами к карманам и четыре диффузионные перемычки, ячейка шестого типа содержит две диффузионные перемычки, резистивный карман в виде П-образной изолированной области n-типа с резисторами p-типа различных типономиналов и контактами к нему, в которой в районе изгибов симметрично относительно горизонтальной оси расположены два n - p - n-транзистора второго типа, коллекторы которых конструктивно объединены с изолированной областью, а внутри выемки изолированной области с резисторами размещены две пары n - p - n-транзисторов повышенной мощности третьего типа, а над и под этими парами транзисторов непосредственно вблизи торцов изолированного кармана с резисторами симметрично относительно горизонтальной оси ячейки помещено по одному p - n - p-транзистору первого типа, причем с другой стороны резистивного кармана расположена дифференциальная пара таких же транзисторов, ячейка седьмого типа содержит расположенные симметрично в ряд вдоль горизонтальной оси две пары n - p - n-транзисторов первого типа и три пары n - p - n-транзисторов второго типа, ячейка восьмого типа содержит расположенные в ряд вдоль горизонтальной оси резистивный карман n-типа с диффузионными резисторами p-типа двух типономиналов, пару согласованных p - n - p-транзисторов первого типа и одну диффузионную перемычку, при этом между контактными площадками кристалла через каждую площадку, считая от угловой площадки вдоль одной короткой стороны кристалла, расположены последовательно пары согласованных p - n - p-транзисторов повышенной мощности второго типа, а вдоль другой короткой стороны кристалла расположены пары согласованных n - p - n-транзисторов повышенной мощности третьего типа, при этом вдоль длинных сторон кристалла между контактными площадками через каждую площадку размещены n - p - n-транзисторы большой мощности четвертого типа, пары p - n - p-транзисторов повышенной мощности второго типа и пары, состоящие из n - p - n-транзистора третьего типа и p - n - p-транзистора второго типа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14