Полупроводниковая интегральная схема

 

(19) RU (11) (51) 5 H01 L27 94

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарнътм знакам (21) 4947390/25 (22) 24.0691 {46) 30.1093 Ьол. Йа 39-40

{71) Минсний научно-исследовательский приборостроительный институ (72) Дворников ОЗ„Любый ЕМ„Симоненко И.Г. (73) Минский научно-исследовательский приборостроительный институт (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ ИНТЕГРАЛЬНАЯ

СХЕМА

{57} Применение: 8 минроэлектронине, а именно в . конструкции аналоговых базовых матричных кристаллов. Сущность: полулроводниковая ИС содержит базовые ячейки, расположенные зеркальносимметрично одна относительно другой, транзисторы в базовых ячейках роазмещены параллельными рядами, при этом одноэмиттерные транзисторы расположены в средних рядах, а многоэмиттерные — в крайних Количество многоэмиперных транзисторов в одном ряду в два раза меньше количества одноэмиттерных транзисторов. Низкоомные резисторы выполнены на основе высоколегированной области полупроводника и расположены по периферии базовой ячейки параллельно ее сторонам в наибольшей близости к базовым транзисторам, а высокоомные резисторы выполнены на низкопегированной области. 2 зпф-лы, 1 иа

2002342

Изобретение относится к полупроводниковым интегральным схемам в частности к конструкции аналоговых базовых матричных криссталов (БМК).

Универсальные конструкции аналоговы", БМК могут быть выполнены путем разработки универсальных ячеек БМК на основе программируемой элементной базы, а также конструкций, обеспечивающих разнообразие тассировки шин межсоединений между элементами, Известна полупорводниковая ИС, содержащая базовые ячейки, каждая иэ которых включает двухбазовые транзисторы и окружающие их с двух сторон резисторы.

Наличие двух базовых контактов упрощает разводку межсоединений. Но при создании аналоговых ИС данная полупроводниковая ИС имеет ограниченные возможности: невысокий уровень ярусности схем, невозможность точного выбора номинала резистора.

Наиболее близкой к изобртению явлется пролуповодниковая ИС, содержащая базовые ячейки, каждая их которых включает в себя центральнорасположенные биополярные транзисторы и окружающие их низкоомные и высокоомные резисторы.

Такая схема наиболее совершенна из всех известных конструкций аналоговых

БМК, так как содержит высокоомные 3-4 кОм и низкоомные 100 См резисторы, причем последние образуют магазин резисторов. позволяющий довольно точно набрать нужную величину сопротивления в источни= ках опорного напряжения, каскадах сдвига уровня, резистивных делителях и прочих аналоговых блоках; имеет транзисторы различного типа проводимости и различной конструкции (эмиттерные и многоэмиттерные): маломощный и и-р-и. мощный п-р-п, горизонтальный р-п-р, вертикальный р-и-р; включает шесть параллельных рядов транзисторов, что позволяет разводить многоярусные схемы. т.е. схемы, содержащие большое количество последовательно включенных переходов коллектор-эмиттер.

Большое количество параллельных рядов транзисторов имеет преимущества для многоярусных схем, а для более простых схем (дифференциальных каскадов с резистивной и активной нагрузкой, с каскадным включением) избыточность рядов транзисторов приводит либо к усложнению разведки схем, либо к увеличению числа незадействованных транзисторов и к уменьшению универсальности базовой ячейки и снижению функциональных воз- ° можностей самого БМК, Цель изобретения — повышение степени интеграции и упрощение трассировки межсоединений.

Поставленная цель достигается тем, что в полупроводниковой интегральной схеме, содержащей базовые ячейки, каждая из которых включает центральнорасположенные биополярные транзисторы и окружающие их низкоомные и высокоомные резисторы в соответствии с изобретением базовые ячейки расположены зеркально-симметрично одна относительно другой, а транзисторы в базовых ячейках размещены параллельно рядами, одноэмиттерные транзисторы расположены в средних рядах, многоэмиттерные — a крайних, при этом количество многоэмиттерных транзисторов в одном ряду в два раза меньше количества одноэмиттерных транзисторов. Низкоомные резисторы выполнены на основе высоколегированной области полупроводника, расположены по периферии базовой ячейки параллельно ее сторонам в наибольшей близости к биполярным транзисторам, а высокоомные резисторы выполнены на низколегированной области.

Ниэкоомные резисторы выполнены на основе высоколегированной области и+-типа проводимости, расположенной в р-кармане, к которому сформировано не менее двух омических контактов.

Высокоомные резисторы, выполненные на области р-типа проводимости, и р-карманы ниэкоомных резисторов расположены в п

ОДНОЙ иэолированнОЙ Области и типа про водимости.

На чертеже показана часть БМК из двух базовых ячеек l и ll, расположенных зеркально-симметрично относительно оси сим40 метрии ОХ: во всем БМК возможна и также симметрия относительно оси ОУ, Каждая базовая ячейка состоит из центрально расположенных транзисторов 1, сгруппированных в параллельные ряды а, b, 45 с ... и окружающих их высокоомных 2 и низкоомных 3 резисторов. Ниэкоомные резисторы 3 выполнены на основе высоколегированной области и+-эмиттера и расположены в р-карманах 4 по периферии

50 базовой ячейки параллельно ее сторонам и наиболее близко к транзисторам. Высокоомные резисторы 2 выполнены на р-типа области и расположены за ниэкоомными резисторами. К каждому из р-карманов низко55 омных резисторов сформовано не менее двух омических контактов 5, р-карманы ниэкоомных резисторов и высокоомные р-типа резисторы расположены в одной изолированной области 6 и-типа проводимости с омическим контактом 7. По периферии базо2002342 вой ячейки в ряду а расположены 5-зми гтерные транзисторы, которых в 2 раза меньше. чем числа транзисторов в ряду b, Базовая ячейка может иметь различные конструкции активных и пассивных элемен- 5 тов, но зеркально-симметричное расположение базовых ячеек по пластине приводит к наиболее близкому размещению в месте стыковки базовой ячейки активных и пассивных элементов одной конструкции, Та- 10 ким образом, при разводке многоярусных схем, если недостаточно элементов одной ячейке можно использовать близкие по параметрам аналогичные конструкции соседней ячейки и, следовательно, увеличивается 15 допустимая ярусность схем, Низкоомные резисторы выполнены на основе высоколегираванной области, и поэтому имеют достаточну.о протяженность для того, чтобы ерез них было возможно 20 провести несколько межсоединений к высокоомным резисторам, расположенным за низкоомными, С другой стороны, наиболее близкое располо>кение низкоомных резисторов к транзисторам позволяет использо- 25 вать первые в качестве "нырков" ме>ксоединений и упростить трассировку межсаединений. Ориентация низкаомных резистора» параллельно сторонам ячейки позволяет, кроме указанного, мини :.лзира- 30

BBTb про гяжен ность лежсаединений, Расположение низкосмного fl-ðåçèñòo-

pa в р-„àð:.ìàíå,,:к ;катарому сформировано

HR менее двух оми-,еских контактов, позволяет упростить электрическую изоляцию и — 35 низкаомного резистора, тa=" как допускается соединение с самым низким потенциалом схемы (группы резисторов) любого наиболее удобно расположенного омического контакта к р-карману; испальзо- 40 вать в качестве высокоомного резистора часть р-кармана, частично ужатого областью низкоомного резистора.

Расположение высокоомных резистоаов на р-области и р-карманов низкоомных 45 резисторов в одной изолированной области и-типа проводимости упрощает их электрическую изоляцию, так как допускает трассировку только одной шины самого высокого потенциала к базовой ячейке и ее соедине- 50 ние в одном {любом) месте с контактом к изолированной области п-типа.

Наличие в базовой ячейке многоэмиттерных транзисторов позволяет осуществлять программирование электрических 55 параметров: обратного тока насыщения эмиттерного перехода, объемных сопротивлений и др. параметров. что особенно важно в аналоговых ИС. Но в большинстве случаев

"лногоэмиттерные транзисторы используются B источниках тока, питающих основной элемент аналоговых ИС-ДК. Именно этот факт нашел свое отраже ие в конструкции базовой ячейки в которой транзисторы, расположенные наиболее близко к резисторам и шинам питания, являются многоэмиттерными, а последующие ряды транзисторов имеют число транзисторов в два раза больше. Программирование электрических параметров на одном многоэмиттернам транзисторе путем подключения различного числа эмиттерав избавляют от необходимости испольэовать для этих целей несколько параллельно соединенных одномерных транзисторов, а значит упрощает трассировку ме>ксоединений и увеличивает функциональные возможности самого БМК, что позволяет реализовать на БМК ИС с большим количеством активных и пассивных элеглентов и таким образом повышает степень интеграции.

Пример . Ha полупроводниковой подложке КДБ110 р-типа проводимости толщиной 380 мкм, диаметром 76 мм, удельным сопротивлением 10 Ом см и ориентацией (100) был выращен эпитаксиальный слой итипа проводимости толщиной 5,0 мкм и. удельным сопротивлением Ом "см, путем легирования сурьмой сфармован скрытый

+ слой и -типа паоводимости толщиной 5,0 мкм и поверхностным сопротивлением 25

Ом/ . В эпитакскальном слое разделительной диффузией с Я, = 400 Ом/ сформированы изолирующие области р-типа проводимости, смыкающиеся с подложкой и образующие изолированную область и-типа проводи ласти. В ней сформированы базовая область р-тига проводимости и область подлегиравания р-типа проводимости толщиной 1,2 и 0,6 мкм и поверхностным сопротивлением 700 и 200 Ом/ соответственно и сформирована эмиттерная область и -типа проводимости глубиной 0,7 мкм и поверхностным сопротивлением 28 Ом/, На основе указанных областей были сформированы и-р-и и р-п-р-транзисторы.

БГЛК имел размер 4,5 х 4,3 мм и состоял иэ аналоговой и цифровой частей, Аналоговая часть вкл очала 12 базовых ячеек, расположенных симметрично относительно осей 0Х и OV, Каждая ячейка состояла из трех параллельных рядов транзисторов, причем в крайнем ряду расположено три многоэмиттерных транзистора. Количество одноэмиттерных транзисторов в одном ряду — шесть. Со всех сторон ячейка окружена карманом с программируемыми резисторами с номиналам от 0,4 да 12 кОм, выполненными на базовом

2002342 х

Составитель О. Дворников

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор О. Густи

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Редактор T. Рыбалова

Заказ 3176