Микроструктурные исследования сплавов системы CuInSe2–CuSbSe2

Структуры кремний-на-изоляторе (КНИ) являются перспективным материалом для разработки новых микроэлектронных изделий с улучшенными характеристиками. В настоящее время на рынке уже имеется более десятка фирм, поставляющих КНИ структуры различного диаметра по цене от 55 до 900 долларов. Наибольшее распространение для производства КМОП БИС получили КНИ структуры SIMOX (имплантация кислорода в крем

ний), Smart Cut и Dele Cut (имплантация водорода и термокомпрессионное сплавление пластин), а также структуры КНС, получаемые эпитаксией кремния на сапфировых подложках. В Беларуси исследования по КНИ технологии ведутся по двум направлениям: разработка собственной технологии изготовления КНИ структур, удовлетворяющих требованиям современной микроэлектроники, и разработка элементной базы КНИ КМОП БИС. Одним из главных вопросов, который необходимо решить НПО “Интеграл”, является вопрос о том, какую технологию взять за основу для разработки собственной технологии производства КНИ структур [1].

В результате работы представлены результаты сравнительных исследований КМОП БИС СОЗУ 8К, изготовленных в различных КНИ структурах и в структурах КНС, с целью оценки их пригодности для изготовления современных БИС в условиях производства НПО “Интеграл".

Для проведения исследований использовались КНИ структуры, изготовленные по технологиям SIMOX, Smart-Cut, Dele-Cut и КНС. КНИ структуры были подобраны с одинаковой толщиной пленки кремния 0.23-0.29 мкм и толщиной изолирующего окисла 0.28-0.4 мкм и проведены по цеху серийного производства НПО “Интеграл" в составе одной партии пластин.

Для исследований была разработана специализированная тестовая матрица, содержащая набор тестовых элементов для контроля электрических параметров элементной базы КМОП БИС, контроля и оптимизации технологии их изготовления. В состав тестовой матрицы были включены две КМОП БИС статического оперативного запоминающего устройства емкостью 8К c организацией 1024х8 бит на базе 6-ти и 10-ти транзисторных ячеек памяти. Эти БИС были разработаны с проектными нормами 1,2 мкм под существующий на НПО “Интеграл" серийный КМОП процесс с одним уровнем поликристаллического кремния и двумя уровнями металлизации.

На всех образцах структур КНИ и КНС получены МОП транзисторы с широким набором размеров длин каналов и ширин транзисторов. Важно отметить, что такие параметры единичных МОП транзисторов как пороговое напряжение, напряжение пробоя исток-сток, ток стока практически не зависели от типа использованных КНИ структур, а определялись уровнями легирования карманов и приповерхностной области пленки кремния под затвором. В то же время, начальные участки и наклон допороговых характеристик сильно зависели от типа использованных КНИ структур. Лучшие результаты показали КНИ структуры Smart Cut, SIMOX и КНС. На КНИ структурах Dele Cut были получены МОП транзисторы с удовлетворительными характеристиками, но со значительным разбросом параметров по поверхности пластин.

С целью исследования уровня стойкости и характера изменения параметров проводились сравнительные радиационные испытания КМОП БИС СОЗУ 8К, изготовленных в КНИ и КНС структурах. В образцах, изготовленных в КНИ структурах, имелась возможность реализации двух вариантов подключения подложки - к шине с нулевым потенциалом и к шине, соединенной с источником питания. Радиационные испытания включали оценку стойкости БИС к импульсному воздействию и полной дозе с использованием лазерного и рентгеновского имитаторов. Максимальный эквивалентный уровень импульсного воздействия составил 2,5∙1012 условн. ед/с, эквивалентная мощность дозы рентгеновского излучения - 174 условн. ед/с. В процессе испытаний контролировалось наличие тиристорного эффекта и катастрофичеcких отказов, контроль функционирования (отсутствие сбоев и отказов), сохранность записанной информации (совпадение считанной и записанной информации), величины токов потребления. При функциональном контроле применялись алгоритмические тесты типа “запись-считывание": “поле 0”, “поле 1", “шахматы”, “инверсные шахматы”, “псевдослучайный код ”.

Прежде всего, отметим, что различий в радиационной стойкости образцов КМОП СОЗУ 8К, изготовленных в Smart Cut и SIMOX КНИ структурах, не установлено. Катастрофических отказов и тиристорного эффекта во всех исследованных образцах не обнаружено до уровня импульсного воздействия 2,5·1012 условн. ед/с. Уровень сохранности информации (УСИ) для образцов БИС СОЗУ на 10-ти транзисторных ячейках памяти на КНИ структурах составил 3,9·1011 условн. ед/с, что более чем в три раза больше УСИ для образцов на КНС структурах (1,2·1011 условн. ед/с). При увеличении уровня воздействия более УСИ количество ошибок в СОЗУ на 6-ти транзисторных ячейках резко увеличивалось от нуля до нескольких сотен ошибок, в отличие от СОЗУ на 10-ти транзисторных ячейках памяти, для которых количество ошибок возрастало от нуля до нескольких десятков ошибок. Механизм возникновения сбоев информации в СОЗУ на 6-ти транзисторных ячейках памяти предположительно связан со сбоями самих ячеек памяти, а в СОЗУ на 10-ти транзисторных ячейках памяти - с взаимовлиянием ячеек памяти. УСИ КНИ БИС на 6-ти транзисторных ячейках памяти составлял 1,2·1011 условн. ед/с. Уровень сохранности информации и характер изменения импульсной реакции тока потребления образцов на КНИ структурах не зависят от способа подключения подложки к нулевому потенциалу или к потенциалу источника питания.

Импульсная реакция тока потребления зависит от варианта выполнения КМОП СОЗУ. При уровнях воздействия до 1∙1011 условн. ед/с характер изменения импульсной реакции тока потребления КНС СОЗУ совпадает с характером изменения импульсной реакции тока потребления КНИ СОЗУ на 6-ти транзисторных ячейках памяти при подключении подложки к нулевому потенциалу. При уровнях воздействия от 1,2∙1011 до 7∙1011 условн. ед/с характеры изменения импульсной реакции тока потребления в КНС и КНИ СОЗУ на 6-ти транзисторных ячейках памяти совпадают и не зависят от способа подключения подложки. При уровнях воздействия от 7∙1011 условн. ед/с до максимально достигнутого 2,5∙1012 условн. ед/с характер изменения импульсной реакции тока потребления не зависит от способа подключения подложки, а средние значение амплитуд откликов импульсной реакции тока потребления КНС СОЗУ и КНИ СОЗУ на 10-ти транзисторных ячейках памяти составляли, соответственно, 865 мА и 850 мА, а для КНИ СОЗУ на 6-ти транзисторных ячейках памяти - 910 мА.

В результате исследований по влиянию полной дозы облучения установлено, что уровень отказа по функционированию (по способности записи и считывания информационного кода) составил 2∙104 условн. ед. для КНИ СОЗУ при подключении подложки к потенциалу питания для 6-ти и 10-ти транзисторных и 6∙104 условн. ед. для КНС и КНИ при подключении к нулевому потенциалу. Ток потребления КМОП БИС СОЗУ 8К в режиме хранения до уровня функционального отказа зависит от варианта реализации исследованных образцов БИС (КНИ или КНС структуры), от способа подключения подложек и от варианта реализации ячеек памяти.

 Скачать реферат