摘要：本文逆向解析SN7400芯片。介紹了芯片分層拍照的方法，芯片的工藝，版圖單元的結構分析。從芯片版圖中提取電路圖，采用電路模擬軟件進行了仿真研究，證明電路邏輯關系正確性。說明了逆向解析研究對于集成電路設計的重要性。

　　1.引言

　　隨著我國微電子產業(yè)的蓬勃發(fā)展，集成電路自主設計需求迅速增加。集成電路設計分為正向設計和逆向設計。正向設計是根據(jù)芯片的功能要求設計電路，仿真驗證后進行版圖設計，再進行設計規(guī)則檢驗、電路和版圖比較檢驗，進行后仿真檢驗。逆向設計是首先對已有的芯片采用化學方法進行分層拍照和提取縱向參數(shù)。從版圖照片上提取電路，仿真驗證后，根據(jù)現(xiàn)有的工藝條件，借鑒解析版圖進行版圖設計，終達到指標要求。集成電路版圖設計是科學性和藝術性的結合，需要長期的實踐才能設計出產品，為了節(jié)約成本和學習先進經驗，經常需要研究性能優(yōu)良芯片的版圖結構，相互借鑒，提高產品質量。

　　本文對SN7400芯片進行了逆向解析，通過研究掌握了該芯片的設計思想和單元器件結構，對于雙極型集成電路設計是十分有益的。

　　2.芯片分層拍照

　　本文解析的SN7400芯片是雙列直插式塑料封裝，共14個管腳，包含四個二輸入與非門。根據(jù)芯片編號規(guī)則判斷為雙極工藝制造。

　　首先將芯片放到濃硝酸中加熱去掉封裝，用去離子水沖洗、吹干后在顯微鏡下拍照鋁層照片。再將芯片放到鹽酸溶液中漂洗去掉鋁層，用去離子水沖洗、吹干后放到氫氟酸溶液中去掉二氧化硅層，經去離子水沖洗、吹干后用染色劑染色，雜質濃度高部分顏色變深，沖洗、吹干后在顯微鏡下對去鋁層（有源層）芯片拍照。

　　采用圖形編輯軟件分別對兩層照片進行拼接，獲得版圖照片。

　　3.單元結構

　　有鋁層和去鋁層照片表明芯片四個二輸入與非門結構相同，只要分析一個與非門即可。該芯片一個二輸入與非門無鋁版圖照片如圖1所示。其中1A和1B為輸入端，1Y為輸出端。

　　該芯片是P襯底和N外延層，與非門主要由NPN晶體管、電阻和二極管構成。NPN晶體管結構如圖2所示。

　　圖2 （ a ）和（ b ）分別為縱向N P N晶體管版圖和剖面圖。縱向NPN晶體管由于性能比PNP晶體管好，因此是雙極工藝的主要使用晶體管。隔離區(qū)為P+注入，采用結隔離技術，隔離區(qū)接低電平，保證隔離區(qū)反偏。圖2（c）為二發(fā)射極NPN晶體管版圖，作為與非門的輸入端，這種設計既減少了面積又提高了輸入晶體管匹配度。圖2（d）為隔離島合并器件版圖，是由一個NPN晶體管、一個二極管和一個基區(qū)電阻構成，該設計減少了版圖面積和寄生參數(shù)。

　　圖3為電阻和二極管版圖。圖3（a）為基區(qū)電阻的版圖，集成電路電阻的阻值是通過方塊電阻計算的，基區(qū)方塊電阻典型值為100~200Ω/,電阻越長阻值越大，電阻越寬阻值越小。圖3（b）為二極管版圖，外延層隔離島為N區(qū)，隔離區(qū)為P區(qū)。

　　4.電路圖和仿真

　　根據(jù)S N 7 4 0 0芯片的鋁層和去鋁層版圖照片提取了一個二輸入與非門電路如圖4（a）所示。采用Pspice軟件對電路圖進行瞬態(tài)仿真，其中電源電壓為5V,輸入信號高電平為3.5V,低電平為0.2V,仿真結果如圖4（b）所示。結果表明該電路實現(xiàn)了與非門的邏輯功能，電路提取正確。

　　5.結論

　　本文采用化學方法對SN7400芯片進行了分層拍照，提取了電路圖，仿真驗證正確。

　　從芯片的版圖分析，該芯片采用NPN晶體管、PN結二極管和基區(qū)電阻等器件單元，四個與非門版圖一致且對稱布局。該芯片采用典型的雙極工藝，為了節(jié)省面積采用共用隔離區(qū)方法，為提高匹配度采用多發(fā)射極晶體管。電路為典型的TTL與非門電路。該芯片的版圖布局體現(xiàn)了設計的合理性和科學性。（作者：王健，陳旭峰，徐洪偉）