Телефон: +7 (383)-202-16-86

Статья опубликована в рамках: Научного журнала «Студенческий» № 13(99)

Рубрика журнала: Технические науки

Секция: Нанотехнологии

Скачать книгу(-и): скачать журнал часть 1, скачать журнал часть 2, скачать журнал часть 3

Библиографическое описание:
Бируков Е.А., Кукшинский Н.И. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ СТАБИЛЬНОСТИ РАБОТЫ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ В ПРЕДЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ С НАНЕСЕНИЕМ ПОДСЛОЯ НИТРИДА КРЕМНИЯ // Студенческий: электрон. научн. журн. 2020. № 13(99). URL: https://sibac.info/journal/student/99/174221 (дата обращения: 05.06.2020).

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ СТАБИЛЬНОСТИ РАБОТЫ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ В ПРЕДЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ С НАНЕСЕНИЕМ ПОДСЛОЯ НИТРИДА КРЕМНИЯ

Бируков Евгений Александрович

магистрант, Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники,

Республика Беларусь, г. Минск

Кукшинский Никита Игоревич

магистрант, Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники,

Республика Беларусь, г. Минск

Сущность метода заключается в том, что в интегральной микросхеме, содержащей nМОП или pМОП-транзисторы, включённые по схеме дифференциального каскада с электрически связанными истоками, а на входы дифференциального каскада подан предельный режим: на один вход – низкое напряжение, на второй вход – высокое напряжение, межуровневый слой борофосфоросиликатного стекла над активной структурой транзисторов, контакты к активной структуре и металлизацию; под слоем борофосфоросиликатного стекла формируют подслой нитрида кремния толщиной 45 ± 5 нм аммонолизом дихлорсилана при пониженном давлении.

Наличие данного подслоя препятствует миграции ионов из слоя борофосфоросиликатного стекла в подзатворный диэлектрик и полупроводник. Следовательно, при подаче больших напряжений на затворы транзисторов дифференциального каскада не происходит изменения их порогов. Напряжение смещения компараторов, операционных усилителей и параметры интегральной микросхемы, зависящие от напряжения смещения, не изменяются. Отказов интегральных микросхем при испытаниях и при эксплуатации в аппаратуре не наблюдается. Использование толщины подслоя нитрида кремния менее 40 нм нецелесообразно, поскольку при этом уменьшается его защитная функция. При толщине нитрида кремния 40 – 50 нм защитная функция нитрида кремния стабилизируется: не наблюдается изменения порогов МОП транзисторов и, следовательно, напряжения смещения компараторов и операционных усилителей и параметров микросхемы, зависящих от него. При толщине более 50 нм не наблюдается никаких дополнительных улучшений, но возникают механические напряжения, которые могут приводить к дефектообразованию в кремнии. Толщина подслоя нитрида кремния 40 – 50 нм является оптимальной. Делать большей толщину подслоя нецелесообразно.

На рисунке 1 приведена структура элементов интегральной микросхемы, содержащей вертикальные nМОП и pМОП-транзисторы.

 

Рисунок 1. Структура элементов интегральной микросхемы, содержащей вертикальные nМОП и pМОП-транзисторы [1]

 

Интегральная микросхема содержит nМОП (1) или pМОП (2) транзисторы, включённые по схеме дифференциального каскада с электрически связанными истоками. На входы дифференциального каскада подан предельный режим: на один вход (3) – низкое напряжение, на второй вход (4) – высокое напряжение, слой борофосфоросиликатного стекла (5) сформирован над активной структурой транзисторов (6). В слое борофосфоросиликатного стекла вскрываются контакты к активной структуре (7) и изготавливается металлизация (8). Под слоем борофосфоросиликатного стекла формируют подслой нитрида кремния (9) толщиной 45 ± 5 нм.

Таким образом, интегральная микросхема с подслоем нитрида кремния по сравнению с обычной микросхемой работает более стабильно в предельном режиме, когда на один из входов дифференциального каскада подано низкое напряжение, на второй вход – высокое напряжение.

Было изготовлено несколько партий пластин и приборов интегральной микросхемы драйвера светодиодов TKL201. В данной микросхеме используются компараторы, на входы которых подаётся предельный режим на один вход – низкое напряжение, на второй вход – высокое напряжение. Результаты изготовления, тестирования и испытаний микросхем на безотказность 1000 часов приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты изготовления интегральной микросхемы драйвера светодиодов TKL201

Толщина подслоя нитрида кремния, нм

Значение порога pМОП-транзистора до проведения термовыдержки, В

Значение порога pМОП-транзистора после проведения термовыдержки, В

Величина термополевой стабильности, мВ При норме для микросхемы TKL201 не более |30| мВ

Значение параметра «Опорное напряжение, Ul ref» до проведения испытаний на безотказность, мВ.

При норме 270…330 мВ

Значение параметра «Опорное напряжение, Ul ref» после проведения испытаний на безотказность 1000ч, мВ. При норме 270…330 мВ

Экономическая целесообразность

1

35

-1,41

-1,47

|-60|

299

220

целесообразно

2

40

-1,4

-1,4

0

298

295

целесообразно

3

45

-1,4

-1,4

0

298

297

целесообразно

4

50

-1,4

-1,4

0

299

298

целесообразно

5

55

-1,4

-1,4

0

299

298

не целесообразно

Прототип

-

-1,45

-1,7

|-250|

297

120

-

 

Из таблицы 1 видно, что:

а) величина термополевой стабильности pМОП-транзисторов интегральной микросхемы-прототипа составляла |250| мВ и микросхема отказала при испытаниях на безотказность 1000 ч, так как значение параметра «Опорное напряжение, Ul ref» составило 120 мВ при норме 270…330 мВ;

б) величина термополевой стабильности pМОП-транзисторов интегральной микросхемы становится соответствующей норме менее |30| мВ при толщине подслоя нитрида кремния 40 нм;

в) микросхемы не отказывают на испытаниях при толщине подслоя нитрида кремния более 40 нм;

г) делать толщину подслоя нитрида более 50 нм нецелесообразно, поскольку уже не наблюдается ухода значений параметров микросхемы и порога pМОП-транзистора.

Таким образом, предлагаемая интегральная микросхема по сравнению с микросхемой-прототипом не отказывает при проведении испытаний и работает более стабильно в предельном режиме, когда на один из входов дифференциального каскада подано низкое напряжение, на второй вход – высокое напряжение.

Техническим результатом является обеспечение стабильной работы интегральной микросхемы в предельном режиме, когда на один из входов дифференциального каскада подано низкое напряжение, на второй вход – высокое напряжение.

 

Список литературы:

  1. Патент США №4267517, МПК H03F 3/45, H03F 3/30, H03F 3/16, 12.05.1981. – FIG. 3

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом