1.2.2 Teilweise vorgefertigte integrierte Schaltungen



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1.2.2 Teilweise vorgefertigte integrierte Schaltungen

 

Bei diesen möglichst weit vorgefertigten Schaltungen (Semi-Custom Design) fehlen meist die Verdrahtungsebenen mit den Isolationsschichten, so sind nur mehr etwa vier Maskierungsschritte für eine Zweilagenmetallisierung notwendig, um die Schaltung fertigzuzustellen. Kritische Prozeßschritte, die in der Fertigung vor allem die aktiven Zonen betreffen, können so auch vorgefertigt bezogen werden. Es ergibt sich somit eine kostengünstige Konstruktionsvariante, bei der die Verdrahtung in einem weiten Bereich optimiert werden kann, da keine vordefinierten Verdrahtungskanäle eingehalten werden müssen, wie man sie bei FPLA Bausteinen findet.

Eine populäre Art, um allgemeine Logikfunktionen zu implementieren, ist die Sea-Of-Gates (SOG) Gate-Array-Struktur. An der Universität Delftgif wurden Sea-Of-Gates-Bausteine entwickelt, die es ermöglichen, im Rahmen von Seminararbeiten integrierte Schaltungen zu fertigen. Dabei kommt das von Patrick Groeneveld und Paul Strovers entwickelte CAD-Paket Ocean zum Einsatz. Dieses für Sea-Of-Gates-Bausteine speziell entwickelte Paket deckt die Bereiche Layout-Generierung, den Zugriff auf Standardbibliotheken und die Schaltungsimulation ab.

Die Universität Delft bietet drei Grundsysteme an: Eine völlig symmetrische wabenförmige Struktur Octagon mit je acht Transistoren pro Zelle in CMOS-Technologie und einer Dreilagenmetallisierung, die Standardanordnung Fishbone in CMOS-Technologie (siehe auch Abbildung 1.5) mit Zweilagenmetallisierung und eine ältere Struktur mit zeilenorientierter Einlagenmetallisierung in CMOS-Technologie.

Die Anordnung in Abbildung 1.5 kann man sich in vertikaler Richtung gespiegelt fortgesetzt denken. Einem Leiterbahnstreifen folgt also ein Leiterbahnstreifen. Jeder Fishbone Streifen besteht aus 1087 Transistoren mit insgesamt 88 n-Kanal-MOS-Transistorstreifen und 88 p-Kanal-MOS-Transistorstreifen. Insgesamt können 144 Kontakte nach außen geführt werden, wobei 128 als Ein- oder Ausgang schaltbar sind, und die restlichen 16 als Versorgungskontakte fungieren.

Bemerkenswert ist, daß nur vertikal ein Feldoxid für die Isolierung zwischen den Transistoren sorgt. Eine horizontale Isolation erreicht man dadurch, daß man einen Transistor freiläßt und dessen Gate mit der nächstliegenden Versorgungsbahn verbindet. Pro n-Kanal-MOS-Transistorhälfte gibt es vier Kontaktierungsmöglichkeiten und pro p-Kanal-MOS-Transistorhälfte fünf. Mit dieser Asymmetrie in der Transistorbreite versucht man die Nachteile der Löcherbeweglichkeit gegenüber der Elektronenbeweglichkeit etwas zu kompensieren.

Die Verdrahtung der Transistoren zu einem NAND-Gatter (siehe Abbildung 1.6) kann nun nicht mehr so platzsparend wie bei der kundenspezifischen Schaltung in Abbildung 1.4 arrangiert werden. Zwei Transistoren sind als Isolation für den nächsten Funktionsblock zu opfern. Zur Vereinfachung wird in Ocean die Isolation immer rechts an die Schaltung angereiht.

Das gezeigte NAND-Gatter und auch komplexere Funktionsblöcke werden dem Anwender in Form einer Bibliothek zur Verfügung gestellt. Durch diese Funktionalität, welche für die Erstellung von komplexeren Schaltungen notwendig ist, reduziert sich der Arbeitsaufwand im wesentlichen auf die Erstellung eines fehlerfreien Schaltplans.

  
Abbildung 1.5: Sea-Of-Gates Struktur

  
Abbildung 1.6: Sea-Of-Gates NAND-Gatter Struktur



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Martin Stiftinger
Fri Nov 25 16:50:24 MET 1994