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

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

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