В статье описывается конструкторско-технологическая платформа проектирования для технологии КНИ 90 нм, ее состав, включая комплект библиотек цифровых элементов и библиотеки интерфейсных элементов ввода-вывода; описан тестовый кристалл (ТК), изготовленный в рамках исследовательской работы; проанализированы результаты испытаний ТК и элементной базы.

УДК 621.3.049.77
DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.365.368

sitemap
Наш сайт использует cookies. Продолжая просмотр, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с нашей Политикой Конфиденциальности
Согласен
Поиск:

Вход
Архив журнала
Журналы
Медиаданные
Редакционная политика
Реклама
Авторам
Контакты
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
© 2001-2025
РИЦ Техносфера
Все права защищены
Тел. +7 (495) 234-0110
Оферта

Яндекс.Метрика
R&W
 
ISSN 1993-8578
ISSN 2687-0282 (online)
Книги по нанотехнологиям
 
Вход:

Ваш e-mail:
Пароль:
 
Регистрация
Забыли пароль?
Книги по нанотехнологиям
Суминов И.В.,Белкин П.Н., Эпельфельд А.В., Людин В.Б., Крит Б.Л., Борисов A.M.
Под ред. Ханнинка Р.
Другие серии книг:
Мир материалов и технологий
Библиотека Института стратегий развития
Мир квантовых технологий
Мир математики
Мир физики и техники
Мир биологии и медицины
Мир химии
Мир наук о Земле
Мир электроники
Мир программирования
Мир связи
Мир строительства
Мир цифровой обработки
Мир экономики
Мир дизайна
Мир увлечений
Мир робототехники и мехатроники
Для кофейников
Мир радиоэлектроники
Библиотечка «КВАНТ»
Умный дом
Мировые бренды
Вне серий
Библиотека климатехника
Мир транспорта
Мир фотоники
Мир станкостроения
Мир метрологии
Мир энергетики
Книги, изданные при поддержке РФФИ
Выпуск #9/2018
Ильин Сергей Алексеевич, Кочанов Сергей Константинович, Ласточкин Олег Викторович, Надин Алексей Семенович, Новиков Антон Алексеевич, Шипицин Дмитрий Святославович
Конструкторско-технологическая платформа проектирования СБИС на базе отечественной технологии КНИ 90 нм
Просмотры: 1979
В статье описывается конструкторско-технологическая платформа проектирования для технологии КНИ 90 нм, ее состав, включая комплект библиотек цифровых элементов и библиотеки интерфейсных элементов ввода-вывода; описан тестовый кристалл (ТК), изготовленный в рамках исследовательской работы; проанализированы результаты испытаний ТК и элементной базы.

УДК 621.3.049.77
DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.365.368
Переход с традиционной КМОП технологии на технологию КНИ позволяет улучшить характеристики транзисторов на 20–30 %, что, соответственно, улучшает характеристики разрабатываемых в ее базисе проектов [1]. Технология КНИ субмикронного уровня открывает широкие перспективы по миграции готовых проектов на новую технологию для улучшения их характеристик и позволяет разрабатывать новые проекты с целью получения требуемых характеристик, которые не могли быть получены на технологиях предыдущего поколения [2].
К основным преимуществам технологии КНИ можно отнести:
• отсутствие тиристорного эффекта;
• упрощенный процесс изоляции компонентов и высокая плотность интеграции благодаря отсутствию изолирующих карманов;
• высокую радиационную стойкость;
• повышенную надежность при высоких температурах;
• короткоканальный эффект подавляется уменьшением толщины кремниевого слоя;
• наклон подпороговой характеристики практически идеальный.
Основные недостатки технологии КНИ:
• высокая стоимость производства;

• для уменьшения подпорогового тока требуется контакт к карману, что приводит к увеличению площади в сравнении с КМОП технологией;
• транзисторы имеют повышенный подпороговый ток, вследствие эффекта плавающей подложки.
Разработана конструкторско-технологическая платформа проектирования цифровых, цифро-аналоговых и аналоговых СБИС и СнК для отечественной КНИ технологии с минимальными проектными нормами 90 нм. Платформа обеспечивает высокую гибкость при проектировании СБИС и СнК за счет широкого набора входящих в ее состав компонентов.
Платформа (рис. 1) содержит:
• комплект средств проектирования аналоговых и цифро-аналоговых СБИС и СнК (PDK);
• комплект средств проектирования цифровых СБИС и СнК (DDK);
• компиляторы блоков памяти ОЗУ и ПЗУ различной конфигурации;
• Spectre модели;
• полный маршрут проектирования для аналоговых, цифро-аналоговых и цифровых СБИС и СнК;
• средства для обеспечения поддержки и корректной работы с САПР от ведущих EDA компаний (Cadence Design Systems, Mentor Graphics и т. д.) на всем маршруте проектирования СБИС и СнК.
Конструкторско-технологическая платформа проектирования разработана под технологическую линию отечественного полупроводникового производства ПАО «Микрон» с проектными нормами 90 нм, которая обеспечивает следующие основные характеристики:
• минимальные проектные нормы 90 нм;
• напряжение питания ядра 1,20 В (±10 %), периферии — 3,30 В (±10 %);
• 7 уровней Cu металлизации.
В состав комплекта средств проектирования аналоговых и цифро-аналоговых СБИС и СнК входят: технологическая библиотека, содержащая базовые элементы (конденсаторы, диоды, транзисторы и сопротивления); специализированные командные файлы верификации топологии на соответствие конструктивно-топологическим нормам (DRC); файлы проверки соответствия топологии и схемотехники проекта (LVS); технологические файлы для экстракции паразитных приборов; SPICE модели; LEF — файл; набор специализированных программ автоматизации процесса проектирования; правила проектирования топологии (DRM); конструкторско-технологические ограничения (DRC).
Конструкторско-технологическая платформа для КНИ 90 нм содержит комплект проектирования цифровых СБИС и СнК, включающий библиотеки цифровых элементов и интерфейсных элементов ввода-вывода. Библиотеки элементов разработаны в виде специализированных баз данных, которые позволяют использовать их в маршруте проектирования цифровых и цифро-аналоговых СБИС с применением современных САПР и содержат полный комплект необходимых представлений: описание ячеек в форматах Cadence OA / CDL / GDSII / LEF / LPE / Liberty / CeltIC, модели элементов в формате Verilog, а также техническую документацию [3].
Платформа обеспечивает поддержку современных версий САПР:
• Custom IC Design: IC 6.1.7;
• Design for Manufacturing: EXT 17.1, INCISIVE 15.2;
• Physical Verification Systems: PVS 15.2, Calibre 14;
• Digital IC Design: Genus 17.1, Innovus 16.2;
• Characterization: Liberate 16.
Состав библиотеки аналоговых элементов:
• МОП-транзисторы A/H1/H2-типа, для напряжения питания 1,2 В/3,3 В;
• МОП-транзисторы A/H1/H2-типа, для схем ввода-вывода;
• диоды DN/DP типа для напряжения питания 1,2 В/3,3 В;
• конденсаторы различного типа;
• резисторы различного типа;
• специализированные элементы для финализации проекта.
Состав библиотеки стандартных цифровых элементов:
• триггеры по фронту (d-type/scan d-type);
• триггеры по уровню;
• комбинационные элементы различного типа. Пример топологии логического элемента inv_2 на транзисторах h2 типа представлен на рис. 2;
• буферы тактового сигнала (gate-clock cell);
• элементы для построения clock-tree (clkinv, clkbuf);
• тристабильные элементы;
• специальные элементы: fillers, tiehi, tielo, bushold.
Состав библиотеки элементов ввода-вывода:
• PADIN:
• PADOUT:
• PADINOUT;
• ANALOGPAD;
• ячейки питания/земли ядра и периферии;
• специальные элементы: CORNER, fillers.
Для конструкторско-технологической платформы разработаны маршруты:
• верификации и тестирования топологии проекта на финальном этапе общего маршрута проектирования;
• входного контроля и подготовки проекта СБИС к массовому производству, изготовлению фотошаблонов и производству кристаллов непосредственно на технологической линии;
• автоматизированной генерации технологических представлений библиотек для САПР от ведущих мировых компаний;
• автоматизированной характеризации библиотек цифровых ячеек и ячеек ввода-вывода для проектирования в расширенных диапазонах температур, напряжений питания и различных вариантов условий функционирования изделий для гражданского и специального применений [4];
• автоматизированной верификации и тестирования технологических представлений библиотек средствами САПР и специализированного ПО, обеспечивающего совместимость версий САПР и проверку библиотеки в маршруте проектирования [5].
Разработка конструкторско-технологической платформы проектирования СБИС на базе отечественной полупроводниковой технологии КНИ 90 нм предоставит возможность:
• разрабатывать СФ-блоки, СБИС и СнК с большей степенью интеграции без увеличения площади кристалла;
• повысить быстродействие и понизить энергопотребление в проектах;
• применять отечественную элементную базу для проектирования сложных управляющих и вычислительных систем, в том числе двойного, специального, военного и аэрокосмического назначения;
• повысить устойчивость разработанных СБИС к воздействию специальных факторов за счет специальных конструктивно-топологических решений.
Для проведения сравнительного анализа и оценки основных параметров разработанной библиотеки стандартных цифровых элементов был выполнен структурный синтез блоков из тестовых наборов множеств ISCAS 85/89 в ее базисе. Результаты синтеза представлены, соответственно, в табл. 1 и 2.
Для анализа конструктивно-технологических и схемотехнических решений, проверки работоспособности функциональных узлов и блоков, определения параметров элементной базы, а также элементов STD и IO библиотек были разработаны, изготовлены и испытаны специализированные тестовые кристаллы, содержащие тестовые блоки памяти, блоки кольцевых генераторов, тестовые логические блоки и буферы ввода-вывода.
В табл. 3 представлены предварительные результаты испытаний на ТЗЧ тестовых кристаллов с блоками памяти, разработанными на различных типах ячеек памяти (bitcell).
На рис. 2 представлены графики распределения частот кольцевых генераторов, реализованных на разных логических элементах. Характеристики кольцевых генераторов получены на наборе микросхем с изготовленными тестовыми кристаллами.
Результаты, полученные после проведенных испытаний тестовых кристаллов, подтверждают работоспособность элементов STD/IO библиотек, более сложных логических блоков, а также bitcell, которые будут использоваться для разработки компиляторов памяти типа RAM/ROM.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вонг Б. П., Миттал А., Цао Ю., Старр Г. / под ред. Н. А. Шелепина, «Нано-КМОП-схемы и проектирование на физическом уровне». — Москва: Техносфера, 2014.
2. Красников Г. Я., Шелепин Н. А. «Состояние и перспективы развития технологий и элементной базы СБИС с энергонезависимой памятью», Международная научно-техническая конференция научной школы для молодежи. — М.: Зеленоград, 2010 г.
3. Ильин С. А. «Выбор базовых схемотехнических решений для проектирования библиотек цифровых ячеек», «Электроника. Известия высших учебных зведений», том 20, № 1, 2015 г. — С. 44–49.
4. Ильин С. А., Кочанов С. К., Ласточкин О. В., Новиков А. А. «Методика разработки заказных буферов ввода-вывода на основе библиотек специализированных цифровых элементов», в сборнике тезисов докладов «Микроэлектроника-2016» 2-й научной конференции «Интегральные схемы и микроэлектронные модули». — Москва: ТЕХНОСФЕРА, 2016. — С. 317–321.
5. Ильин С. А., Кочанов С. К., Ласточкин О. В., Новиков А. А. «Методика проектирования и верификации библиотек стандартных цифровых элементов и элементов ввода-вывода», в сборнике тезисов докладов «Микроэлектроника-2016» 2-й научной конференции «Интегральные схемы и микроэлектронные модули». — Москва: ТЕХНОСФЕРА, 2016. — С. 312–316.
 
 Отзывы читателей
Разработка: студия Green Art