ANEXO 1.- TECNOLOGÍA SCMOS
En este anexo se recoge información básica sobre la tecnología asociada al diseño de layouts usada en estas prácticas.
A1.1.- Introducción
La tecnología SCMOS es una tecnología virtual CMOS. Mediante ésta podemos diseñar un circuito CMOS genérico con independencia de que tecnología CMOS concreta lo va a implementar. Los diseños hechos en SCMOS, por tanto, no dependen de si la tecnología final con la que va a ser fabricado es de 1µm, 2µm u otro tamaño mínimo. Así mismo, los diseños SCMOS son portables tanto a tecnologías de pozo N como de pozo P. El método empleado para lograr esta gran compatibilidad se basa en dos puntos:
• En primer lugar, en SCMOS no se diseña en base a ninguna unidad métrica. Todos los diseños se basan en una unidad arbitraria l (lambda). De este modo, para diseñar un circuito final con dimensiones mínimas más grandes o más pequeñas basta ajustar de manera adecuada la conversión de l a µm.
• En segundo lugar, en los diseños SCMOS no es preciso dibujar los pozos, MAGIC los genera automáticamente cuando es preciso. Caso de interesar una forma concreta para los pozos, pueden dibujarse ambos. MAGIC automáticamente eliminará uno de ellos en la etapa de conversión final a una tecnología concreta (pozo N o pozo P).
El diseño completo de un circuito integrado consiste en el dibujo de las máscaras que serán empleadas en el proceso de fabricación del circuito. En el caso de MAGIC, no se dibujan las máscaras finales, sino un conjunto de máscaras virtuales más sencillas de las que es fácil obtener al final las máscaras reales de fabricación.
La tecnología SCMOS completa permite realizar diseños CMOS analógico-digitales con tres capas de metal y dos de polisilicio. Ello implica el uso de 24 máscaras distintas. En estas prácticas, por motivos de simplicidad, únicamente se diseñará con un subconjunto reducido de 15 máscaras que permitirán un diseño CMOS con dos capas de metal y una de polisilicio.
Las máscaras se dividen en dos grupos: Primarias y Secundarias. Las primarias son aquellas que deben suministrarse necesariamente para realizar un diseño. Las secundarias son máscaras especiales obtenidas debido a la superposición de dos o más máscaras primarias.
A1.2.- Máscaras primarias
A1.2.1.- Metal 2
Esta máscara define la segunda y, en nuestro caso, la más alta capa de metalización. Los nombres admisibles para esta máscara son: metal2, m2 o purple. En la pantalla se muestran en color púrpura. Los motivos realizados en metal 2 no pueden tener grosores inferiores a 3l, y la distancia entre motivos distintos habrá de ser superior a 4l.
A1.2.2.- Metal 1
Esta máscara define la primera capa de metalización. Los nombres admisibles para esta máscara son: metal1, m1 o blue. En la pantalla se muestran en color azul. Los motivos realizados en metal 1 no pueden tener grosores inferiores a 3l, y la distancia entre motivos distintos habrá de ser superior a 3l.
A1.2.3.- Polisilicio
Esta máscara se emplea para interconexión y para la realización de las puertas de los transistores MOS. Los nombres admisibles son polysilicon, red, poly o p. En la pantalla se muestra en color rojo. El grosor y distancia mínima de los motivos realizados en polisilicio está limitado a 2l.
A1.2.4.- Difusión N
Esta máscara identifica las zonas difundidas N+ sobre substrato o pozo P. Los nombres admisibles son ndiff, ndiffusion o green. En la pantalla se muestra en color verde. El grosor y distancia mínima de los motivos realizados en ésta está limitado a 3l.
A1.2.5.- Difusión P
Similar a la máscara anterior. Identifica las zonas difundidas P+ sobre substrato o pozo N. Los nombres admisibles son pdiff, pdiffusion o brown. En la pantalla se muestra en color marrón claro. El grosor y distancia mínima de los motivos realizados en ésta está limitado, igual que para difusiones N, a 3l.
A1.2.6.- N óhmica
Esta máscara da lugar a una difusión N+ sobre substrato o pozo N. Su nombre viene de que permite realizar un contacto óhmico (no rectificador). Se utiliza básicamente para grarantizar una buena polarización de pozo o substrato. Los nombres admisibles para ésta son nsubstratendiff, nndiff, nohmic, nnd o nsd. El color en pantalla es verde claro con huecos. El grosor mínimo y la distancia mínima entre motivos de 3l.
A1.2.7.- P óhmica
Esta es la recíproca de la anterior. Realiza una difusión P+ sobre
pozo o substrato P. Los nombres admisibles para ésta son psubstratepdiff,
ppdiff, pohmic, ppd o psd. El color en pantalla es marrón claro con huecos. El
grosor mínimo y la distancia mínima entre motivos de 3l.
A1.2.8.- Contactos a metal 2 (Vía)
Los contactos desde
metal 2 solo se pueden hacer a metal 1. La máscara debe cubrir
toda la región en la que se desea establecer contacto. Los
nombres admisibles para esta máscara son m2contact, m2cut, m2c,
vía o v. En la pantalla se muestra como una superposición de las
máscaras de metal1 y metal2 con un patrón de puntos sobre
toda el área de contacto. Los contactos de metal 2 han de poseer
una anchura mínima de 4l. Concretamente se recomienda que tenga, en cada dimensión,
un tamaño 5k-1 l siendo k un número natural, si bien no
es obligatorio. Así mismo, no deberá haber ningún borde de una capa de
polisilicio o difusión a menos de 1l del contacto.
A1.2.9.- Contactos a polisilicio
Los contactos a polisilicio han de ser desde metal1. Los nombres admisibles para esta máscara son polycontact, pcontact, polycut o pc. En la pantalla se muestra como una superposición de las máscaras de metal1 y poly con un aspa sobre todo el área de contacto. Los contactos de poly han de poseer una anchura mínima de 4l y han de separarse de otros motivos de poly al menos 3l. La separación con las difusiones deberá ser de al menos 1l. Se recomienda emplear dimensiones múltiplo de 4l.
A1.2.10 Contactos a difusión
Los contactos a difusión, igual que los de poly, sólo pueden ser con metal 1. Así pues tendremos cuatro tipos distintos de contacto, uno para cada tipo de difusión. Los nombres posibles son:
A1.3.- Máscaras secundarias
Se genera al cruzarse la máscara de poly con la de difusión N. Con ello se formará un transistor NMOS cuya región de puerta quedará marcada con esta máscara. En la pantalla se muestra como una superposición de las dos máscaras con líneas verdes oblicuas. Los nombres válidos para esta máscara son nfet o ntransistor.
A1.3.2.- PMOS
Similar a la anterior, pero para el caso de difusiones P, señalando la zona de puerta de un transistor PMOS. En la pantalla se muestra como una superposición de las dos máscaras implicadas con líneas marrones oblicuas. Los nombres válidos para esta máscara son pfet o ptransistor. Es posible dibujar estas máscaras directamente, pero no es recomendable.
En los dos casos anteriores el polisilicio debe exceder del límite de la puerta al menos 2l, la difusión, así mismo, debe tener al menos 3l de anchura más allá de la puerta.
A1.4.- Reglas adicionales
Los transistores MOS P y N deben estar bastante separados unos de otros para que sea posible formar un pozo distinto para cada grupo. En concreto, las difusiones de los transistores PMOS no pueden hallarse a menos de 10l de las de los transistores NMOS.
En el caso de las difusiones óhmicas la regla es menos restrictiva, basta que se hallen a más de 8l del transistor más próximo que posea el mismo tipo de difusión. Así mismo, la separación mínima entre dos difusiones óhmicas de tipo distinto habrá de ser de 6l.
A1.4.2.- Difusiones óhmicas
MAGIC genera automáticamente un pozo P alrededor de cada grupo de transistores NMOS y un pozo N alrededor de cada grupo de transistores PMOS. Para evitar que las uniones pozo-drenador y pozo-surtidor queden polarizadas en directa, los pozos P deben conectarse a la tensión más negativa del circuito, mientras que los pozos N deben conectarse a la más positiva. La manera de garantizar esta polarización es mediante el uso de difusiones óhmicas P sobre los pozos P, y N sobre los pozos N, conectadas a la tensión más negativa y más positiva respectivamente. Las difusiones óhmicas deben hallarse al menos a 3l de la difusión contraria más próxima, excepto en el caso de que ambas se hallen al mismo potencial.
