Разработка топологии ИМС — творческий процесс, и его результаты существенно зависят от индивидуальных способностей разработчика, его навыков и знаний. Сущность работы по созданию топологии ИМС сводится к нахождению такого оптимального варианта взаимного расположения элементов схемы, при котором обеспечиваются высокие показатели эффективности производства и качества ИМС: низкий уровень бракованных изделий, низкая стоимость, материалоемкость, высокая надежность, соответствие получаемых электрических параметров заданным. Приводимые здесь правила проектирования являются обобщением опыта проектирования ИМС на биполярных транзисторах.
К разработке топологии приступают после того, как количество, типы и геометрическая форма элементов ИМС определены.
Количество и размеры изолированных областей оказывают существенное влияние на характеристики ИМС, поэтому:
1) суммарная площадь изолирующих p-n-переходов должна быть минимальной, так как их емкость является паразитной. Минимальные размеры изолированной области определяются геометрическими размерами находящихся в ней элементов и зазорами, которые необходимо выдерживать между краем изолированной области и элементами и между самими элементами, размещенными в одной изолированной области;
2) к изолирующим p-n-переходам всегда должно быть приложено напряжение обратного смещения, что практически осуществляется подсоединением подложкиp-типа, или области разделительной диффузии p-типа, к точке схемы с наиболее отрицательным потенциалом. При этом суммарное обратное напряжение, приложенное к изолирующему p-n-переходу, не должно превышать напряжения пробоя;
3) диффузионные резисторы, формируемые на основе базового - слоя, можно располагать в одной изолированной области, которая подключается к точке схемы с наибольшим положительным потенциалом. Обычно такой точкой является контактная площадка ИМС, на которую подается напряжение смещения от коллекторного источника питания (рис. 17, а, б);
Рис. 17. Принципиальная электрическая схема цифровой ИМС на токовых ключах (а) и преобразованная электрическая схема для составления эскиза-топологии (б).
4) резисторы на основе эмиттерного и коллекторного слоев следует располагать в отдельных изолированных областях;
5) транзисторы типа n-p-n, коллекторы которых подсоединены непосредственно к источнику питания, целесообразно размещать в одной изолированной области вместе с резисторами;
6) транзисторы типа n-p-n, которые включены по схеме с общим коллектором, можно располагать в одной изолированной области;
7) все другие транзисторы, кроме упомянутых в п. 5 и 6, необходимо располагать в отдельных изолированных областях, т. е. все коллекторные области, имеющие различные потенциалы, должны быть изолированы;
8) для уменьшения паразитной емкости между контактными площадками и подложкой, а также для защиты от короткого замыкания в случае нарушения целостности пленки окисла под ними при приварке проволочных выводов под каждой контактной площадкой создают изолированную область, за исключением контактных площадок с наиболее отрицательным потенциалом;
9) количество изолированных областей для диодов может сильно изменяться в зависимости от типа диодов и способов их включения. Если в качестве диодов используются переходы база — коллектор, то для каждого диода требуется отдельная изолированная область, так как каждый катод (коллекторная область n - типа) должен иметь отдельный вывод (рис. 18, а).
Рис. 18. Принципиальные электрические схемы и конструкции трех диодов с общими анодами: а—на основе перехода Б—К (1 — базовые области p-типа; 2 — коллекторные области n-типа; 3 — подложка, 4 - коллекторные контакты); б — на основе перехода БК—Э (1—подложка, 2— коллекторная область n-типа; 3 - базовая область p-типа; 4 - эмиттерные области n -типа; 5 — перемычка коллектор — база).
Если в качестве диодов используются переходы эмиттер — база, то все диоды можно поместить в одной изолированной области. При этом все катоды диодов (эмиттерные области) сформированы отдельно в общем аноде (базовой области, рис. 18, б). Аноды диодов с помощью соединительной металлизации закорачивают на изолированную (коллекторную) область;
10) для диффузионных конденсаторов требуются отдельные изолированные области. Исключение составляют случаи, когда один из выводов конденсатора является общим с другой изолированной областью;
11) для диффузионных перемычек всегда требуются отдельные изолированные области.
