автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.14, диссертация на тему:Исследование влияния конструктивно-технологических параметров на надежность системы резистивных перемычек

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

На правах рукописи

БУРАМБАЕВА НУРСАУЛЕ АМАНЖОЛОВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМЫ РЕЗИСТИВНЫХ ПЕРЕМЫЧЕК

Специальность 05.11.14 - Технология приборостроения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

С-Петербург 2005

Работа выполнена на кафедре Технологии приборостроения Санкт-Петербургского университета информационных технологий,

механики и оптики

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Медунецкий В.М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Симаков А.Л., кандидат технических наук Вагин В. И.

Ведущая организация: ОАО «Техприбор» (Санкт-Петербург)

Защита состоится « 29 » марта 2005 г. в 1530 - часов на заседании диссертационного совета Д 212.227.04 при Санкт-Петербургском университете информационных технологий, механики и оптики

Адрес: 197101, Санкт-Петербург, Саблинская ул., д. 14

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета Автореферат разослан « 26 » февраля 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Общая характеристика работы Актуальность темы. В соответствии с современными требованиями по созданию и эксплуатации малогабаритных приборов и устройств форсировалось развитие перспективного направления науки и техники - микроэлектромеханические системы (МЭМС), и, соответственно, технологии, основанной на методах и средствах микромеханики, микросистемной техники. МЭМС представляют собой набор механических элементов, датчиков и электронных схем, собранных на единой кремниевой подложке, способных снимать определенные данные, выполнять некие функциональные движения и операции.

Основным факторами, способствующими развитию МЭМС в России, являются имеющийся научный и технологический потенциал, заимствуемый из микро - и оптоэлектроники, существующие базовое оборудование, производственные мощности и инфраструктуры микроэлектронного производства, которые могут быть использованы для создания на них объектов микросистемной техники, управляемых микрокомандами, формируемыми автономными элементами фиксации информации. В связи с этим вопросы повышения надежности элементов однократной фиксации и хранения информации приобретают особую актуальность.

В перечень конкурсных проектов Федеральной целевой программы «Национальная технологическая база» на 2002-2006 гг. входит проект по разработке приборно-технологического базиса производства интеллектуальных автономно управляемых систем и терабитных микромеханических запоминающих устройств, к которым относится система плавких резистивных перемычек из нихрома. Анализ научных работ российских ученых Распопова В.Я., Мальцева П.П., Лучинина В.В., Лурье М.С., Пятышева Е.Н. и др. по этому вопросу показывает, что новую эпоху в создании МЭМС открывает использование большого числа механоэлектронных компонентов при существующем уровне технологии (2-10 мкм).

Исходя из этого задача создания и использования высоконадежных, технологичных элементов однократной фиксации и хранения информации на основе плавких резистивных перемычек и их системы, отличающихся высокой степенью надежности, быстродействия и радиационной стойкости, весьма актуальна.

Область исследования. Технология производства и эксплуатации системы плавких нихромовых резистивных элементов фиксации и хранения информации с заданными конструктивными и технологическими характеристиками.

Объект исследования. Система плавких резистивных перемычек, режимы технологического программирования, ускоренных испытаний и эксплуатации.

Предмет исследования. Конструктивно-технологические методы повышения надежности резистивных элементов и систем, используемых для фиксации и хранения информации.

Цель работы и основные задачи исследования.

Целью диссертационной работы является разработка конструктивно- технологических методов повышения надежности элемента хранения микрокоманд и микропрограмм, представляющего собой систему плавких перемычек, однократно технологически программируемых для фиксации и хранения ин-

формации, интегрированных на единой подложке с механическими элементами МЭМС.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1) анализ характеристик системы плавких перемычек и методов повышения их надежности ранее разработанными методами;

2) анализ технологического процесса изготовления тонких резистивных перемычек и основных технологических факторов, влияющих на их надежность;

3) исследования конструктивных особенностей тонких резистивных перемычек и влияния их на надежностные характеристики приборов и устройств МЭМС;

4) разработка термодинамической и термомеханической моделей многослойной структуры с плавкими элементами;

5) разработка и обоснование моделей разрушения нихромовых резистив-ных элементов;

6) разработка и обоснование алгоритма технологического программирования системы плавких перемычек.

Методы исследования. В работе определены методы экспериментальных исследований, методы статистического анализа и теории надежности, позволяющие определить надежностные характеристики элементов с определенной степенью достоверности. При исследовании температурных полей и термомеханических напряжений в многослойной структуре использованы методы теории термодинамики и термопругости.

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в том, что разработанные конструктивно - технологические методы повышения надежности системы плавких элементов, касающиеся конфигурации перемычек на основе исследованных и предлагаемых надежных механизмов фиксировании информации, достигнутых видоизменением алгоритма технологического разрушения, позволяют повысить уровень безотказности функционирования системы плавких перемычек в составе элементов микросистемной техники.

Практическая значимость. Разработана и рекомендована конфигурация плавких резистивных перемычек и технология изготовления коммутирующих шин. Проведенные исследования позволили разработать алгоритм технологического программирования системы плавких перемычек.

Разработана модернизированная конфигурация контактного устройства прибора-программатора, позволяющая оптимизировать процесс технологического программирования.

Разработаны рекомендации по оптимизации режимов программирования системы перемычек на приборе-программаторе, используемых в отраслевых лабораториях Института нефти, газа и отраслевых технологий Западно-Казахстанского аграрно-технического университета, ОАО «НУРСАТ».

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- конструктивная модель системы плавких перемычек;

- экспериментальные и теоретические методы исследований плавких перемычек до и после технологического программирования;

- термодинамическая и термомеханическая модель многослойной структуры с плавкой резистивной перемычки, позволяющая определить механизмы разрушения микроэлемента;

- методика и алгоритм формирования режимов технологического программирования и проведения ускоренных испытаний;

- механизмы фиксации и хранения информации.

Достоверность и обоснованность результатов работы определяется фундаментальностью основополагающих математических методов, положенных в основу исследований, а также успешной практической апробацией решений, полученных на основе теоретических разработок.

Реализация полученных результатов. Результаты представленной работы нашли практическую реализацию в отраслевой лаборатории Института нефти, газа отраслевых технологий Западно-Казахстанского аграрно-технического университета, в отделе АО «НУРСАТ» Западно-Казахстанского региона.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на отраслевых научно-технических конференциях ЛНПО «Красная Заря», г. Ленинград 1981, 1983, 1984 гг; на III Совещании по физике отказов, г. Пенза, 1983 г.; Республиканской научно-практической конференции «Наука и образование в стратегии регионального развития», г. Павлодар, 1999 г.; Международной конференции «Социальные и экономические аспекты развития региона: потенциал, проблемы и перспективы», г. Павлодар, 2001 г.; Международной конференции «Развитие народного хозяйства в Западном Казахстане: потенциал, проблемы и перспективы, г. Уральск, 2003 г.; Международной научной конференции «Первые Ержановские чтения», г. Павлодар, 2004 г., Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении», Н.Новгород-Арзамас, 2005 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 152 страницах машинописного текста и библиографического списка, включающего 112 источника.

Основные выводы и результаты работы

1. Выявлено, что ширина участка локального тепловыделения перемычки имеет разброс от конструктивно задаваемой величины на ±20%, что обусловлено погрешностями, вводимыми при напылении нихрома через фоторезистив-ную маску.

2. Проведенный расчет температурных полей, с учетом разброса ширины участка локального тепловыделения перемычки и теплоотвода в окружающий слой двуокиси кремния позволил выявить три основных механизма разрушения перемычки: оплавление резистивной пленки, термохимическое взаимодействие нихрома и двуокиси кремния, микровзрыв перемычки.

3. Показано, что перемычки, разрушенные оплавлением и термохимическим взаимодействием, способны восстановиться, и только после микровзрыва резистивная пленка не восстанавливается.

4. Показано, что для локализации тепла в зауженной области перемычки и исключения теплоотвода в коммутирующие алюминиевые шины необходимо

уменьшить теплоотдачу в эту область, и с этой целью на этапе формирования шин в осаждаемый алюминий вводятся атомы кремния.

5. Показано, что при технологическом программировании и ускоренных испытаниях неэффективно проведение термовыдержки, и с учетом изменений в методике ускоренных испытаний разработан алгоритм технологического программирования системы плавких элементов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность задачи, заключающаяся в совершенствовании конструктивно- технологических методов повышения надежности плавких резистивных элементов однократной фиксации информации, микрокоманд и микропрограмм, которые могут быть использованы для формирования по заданному алгоритму управляющих воздействий на микродвигатели.

В первой главе анализируется технологический процесс изготовления системы плавких перемычек на существующей элементной базе и производственном оборудовании.

Плавкие резистивные элементы-перемычки изготавливаются по хорошо отработанной технологии осаждения резистивного материала на поверхность кремниевой подложки. Конструктивно перемычка представляет собой элемент толщиной 0, 3 мкм из сплава никель-хром (80%# — 20% Сг) заданной конфигурации и размеров, рис.1. В процесссе занесения информации - технологического программирования в системе перемычек, представляющей собой массив нихромовых микроэлементов, выборочно разрушаются отдельные перемычки в зауженной части (в области «шейки»), что соответствует фиксации управляющей информации (комбинация логических «0»и«1»).

В главе проведены анализ и обоснование выбора материала для перемычек и способов фиксации информации. Использование высокотехнологичного нихрома в качестве материала для перемычек и способов программирования позволяет иметь простой и при достижении высокой надежности встроенный программный модуль в корпусе микродвигателя. Элемент хранения микрокоманд -перемычка является частью многослойного, микронеоднородного тела, в котором поведение одного слоя или его части существенно отличается от поведения любой части или слоя при изменениях условий, происходящих в окружающей среде. Поэтому в настоящей главе рассматриваются параметрические особенности элементов каждого слоя, закладываемые в технологическом процессе изготовления.

Формирование структуры управляющей состоянием перемычки (транзистора) производится в толще кремниевой подложки послойным осаждением

вещества через фоторезистивные маски. Защитное окисление подложки, осаждение фоторезиста, диффузия осаждаемого слоя приводит к параметрическим изменениям структуры, возникновению дефектов кристаллической решетки, что может являться источником отказов. В работе они названы отказами первого рода.

Поверхность кремниевой с сформированным управляющим элементом покрывается защитным слоем из двуокиси кремния методом сухого или влажного окисления. При отклонениях температурно-временных факторов, атмосферного давления, скорости газового потока возможен пробой диэлектрика из-за возникновения микро- и макропор, возникновения кремнийсодержащих элементов. Такова отказов второго рода.

В главе сформулирован комплекс требований к фотошаблонам для достижения приемлемой точности воспроизведения рисунка перемычки. К ним относятся: оптическая плотность маскируемого материала не менее 2, толщина маскируемого материла не менее 100 нм, отражательная способность не выше 15%, неплоскостность от нескольких до десятков микрометров, микродефектность порядка 0,1-1 мкм, краевая четкость 0,1 мкм.

Плавкая резистивная перемычка изготавливается хорошо отработанным в технологии приборостроения методом катодного осаждения. Осаждение является высокотемпературным процессом, что может привести к изменению состава вещества перемычки по сравнению с исходным составом материала в испарителе, возможному загрязнению напыляемого потока веществом испарителя, неравномерности толщины пленки, изменению конфигурации перемычки. Все перечисленное может привести к основному отказу, отказу третьего рода.

С учетом всех приведенных составляющих надежность характеризуется с помощью единого числового показателя надежности всей многослойной структуры, объединяемой единством применяемой технологии. При выборе метода анализа надежности ставились основные задачи:

- дать количественную оценку степени малости выборки по результатам испытаний;

- установить связь традиционных показателей надежности с полученными экспериментально и характеристиками числа испытаний за приведенное полное время испытаний и средней наработки на отказ.

Выбранная методика расчета показателей надежности обусловливает допустимость использования результатов испытаний для определения надежности и максимально возможную достоверность при прогнозе показателей надежности.

Вторая глава посвящена систематизации видов отказов системы перемычек, теоретическим и экспериментальным исследованиям механизмов разрушения и отказов плавких резистивных перемычек при технологическом программировании.

Для анализа и исследования механизмов разрушения перемычек и выявлению причин возникновения отказов в диссертационной работе разработана методика проведения эксперимента.

Отказавшие кремниевые кристаллы с перемычками препарировались для наблюдения и фотографирования зоны разрушения с помощью электронного микроскопа МБС-7, рис.2.

Последовательность операций технологического программирования состояла из входного контроля для отбраковки дефектных элементов; технологического программирования при пяти значениях длительности, количества и амплитуды программирующих импульсов; термовыдержки 1 (ТВ1: í = 120 ± 3 °С, Г = 20 ± 0,5 час) и термовыдержки 2 (ТВ2: (=125 + 3 °С, г= 120 ± 2 час); электротермотренировки (ЭТТ: í = 70 ± 3 °С, т= 168 ± 0,5 час) и контроля сохранности внесенной информации. Критерием для статистического анализа процесса технологического программирования являлся коэффициент программируемости Рис.2

- количество разрушенных перемычек, - количество программируемых перемычек.

Отказы, выявляемые на разных стадиях программирования, можно разделить на две группы: непрограммируемость, самопроизвольное программирование; восстановление разрушенных перемычек, случайное программирование ЗЭ..

В ходе проводимых экспериментов определен характер зависимости К =/(N^7), который показывает, что коэффициент программируемости уменьшается с ростом количества программирующих импульсов и увеличивается с ростом температуры Т.

Электрическое сопротивление К„ плавкой перемычки, что влияет в наибольшей степени на ее программируемость, зависит как от отношения длины и ширины так и от однородности осаждаемой пленки и адгезии плен-

ки к относительно массивной подложке. Определяющим фактором при расчете является конфигурация перемычки, исследованная на препарированных образцах кристаллов при большой статистической выборке - 1200 кристаллов. Конструктивно в кристалле предусмотрена ширина перемычки Экспериментально обнаруживаемый разброс конфигурации что приводит к разбросу эффективного сечения перемычки, и, соответственно, ее сопротивления. Механизмами разрушения перемычек при а„« 1,2-5-2,2 мкм являются случайное программирование, а при а„>4 мкм - непрограммируемость.

Для теоретического обоснования приведенных механизмов разрушения в работе проведен расчет температурных полей (ТП) и термомеханических напряжений, возникающих при технологическом программировании. С учетом принятых допущений об однородности толщины пленки, прямоугольной форме составляющих элементов перемычки, соответствии теплофизических свойств тонкой пленки и объемного образца и соотношения геометрических размеров (рис.3), температура в центре каждого элемента должна быть обратно пропорциональна их массам и соотносится /;.'^.'7з=33:10:1. Отсюда следует, что при программировании перемычки в «шейке» выделяется значительное количество теплоты и создается градиент температуры. С учетом экспериментально полученных значений разброса конфигурации перемычки использована тепловая модель, которая описывает ТП в стационарном режиме:

В результате последовательных преобразований получено выражение для расчета максимального значения температуры в центре перемычки

При нагреве программирующими импульсами возникает градиентное ТП и из-за различия коэффициентов теплового расширения ШСг И 5*20; возникают напряжения сжатия, деформирующие перемычку. В работе экспериментально подтверждены полученные результаты.

В результате проведенных экспериментальных и теоретических исследований в диссертационной работе предложены три возможных механизмов разрушения перемычек и связанные с ними механизмы отказов: термохимическое взаимодействие с образованием силицидов и окислов

и др. с возможным восстановлением перемычек; оплавление токовых каналов при программировании перемычек с образованием пальцеобразных отростков и возможным замыканием «пальцев» при пробое диэлектрика; микровзрыв с удалением массы вещества перемычки из зоны разрушения.

Третья глава_посвящена теплофизическим исследованиям конструкций объектов с системой перемычек и условиям теплообмена с окружающей средой; расчету температурных полей пластин с размещенными кремниевыми кристаллами и теплоотводящими элементами; исследованию режима динамического питания системы перемычек в режиме эксплуатации.

Для исследований температурных полей кремниевый кристалл, интегрированный в подложке с механическим объектом МЭМС, представлен тепловой моделью с произвольно расположенными источниками тепла, где изотермические поверхности отдельных кристаллов имеют прямоугольную форму. С учетом теплообмена с поверхностей и через торцы системы с окружающей средой

где при граничных условиях третьего рода:

выбран метод расчета температурных полей пластины с локальными источниками тепла:

с граничными условиями третьего рода

Теплофизический расчет по выбранной методике проведен на двух типах кремниевых кристаллов с системой перемычек (на используемых кристаллах микросхем памяти серии 556) получены следующие результаты. Номинальное значение потребляемого тока 1пот равно ~130 мА, при максимальном значении для группы 556РТ5 —150 мА, для М556РТ5 —140 мА, причем с увеличением температуры окружающей среды уменьшается. Продолжительность

выхода микросхемы в стационарный режим составляет 40-45 мин. Перегрев пластины в разноудаленных от источника тепла участках составляет примерно 10-20 °С. Теоретические значения температурных полей каждой конкретной конструкции устройства с уточненными значениями коэффициентов теплообмена их лучистыми и конвективными составляющими , а также величинами тепловых сопротивлений (корпус кремниевого кристалла - пластина - воздух) согласуются с экспериментальными данными в пределах 10% погрешности.

Для определения участков оптимального размещения кристаллов на пластине без перегрева проведены расчеты температурных полей при различных температурах окружающей среды и при заданных трассировкой расстояниях между центрами корпусов кристаллов Лхо~21,5 ММ И Луц—^0 ММ, рис.3.

Максимальная температура корпуса при изменении температуры окружающей среды от 20 до 65 °С составила °С.

Причем взаимодействием изотермических поверхностей температурных полей по оси ОУпри заданном Дх<) можно пренебречь. В то же время, при за данном значении можно рассчитать изотермические поверхности

температурных полей. Исходя из этого, определены:

- максимальная температура среды /с в режиме эксплуатации кристаллов равна для корпусов типа 556РТ5 ~56 °С, для М556РТ5 - ~67 °С;

- при Ayo'í 32,5 мм для корпусов типа 556РТ5 и Луой 25 мм и взаимным влиянием температурных полей можно пренебречь.

Ос

120____

2

1 1 1

1 1

1 1 » 1

1 1 1 1

1

10 20 30 40 50 60 Т.мин

1-м» ВИС 556РТ при 1,-20"С, Э-дл. БИС М556РТ5 при 1,-2(СС;

2-длл БИС 556РТ при Ц-65"С. 4-дл» БИС М556РТ при 1,г65°С

Рис.3

Условия эксплуатации систем с плавкими резистивными перемычками зачастую требуют использования радиаторов. С целью подбор типа и размеров радиатора проведен расчет температурного поля объекта с радиатором, представляющим собой пластины шириной а = 14 мм для типа 556РТ5, и а = 12 мм - для М556РТ5. Проведенными теплофизическими расчетами установлено, что более эффективными являются радиаторы из фольгированного стеклотекстолита.

Одним из способов снижения потребляемой мощности, а значит и уменьшения температуры нагрева объектов с системой перемычкой является эксплуатация устройств в режиме динамического питания. Режим динамического питания заключается в том, что на период обращения к перемычкам специальные схемы управления формируют импульс питания в паузах между обращениями. Это позволяет снизить потребляемую мощность в 3-4 раза, но при этом происходит значительное снижение быстродействия.

В режиме динамического питания период обращения к перемычкам состоит из длительности выборки Тгыв ~ длительности восстановления

= Ъад10+ ^ длительности обработки информации ^ процессором:

Тобр^выб"1" Ъст =Т,адО) Тм„/0+/+/,

где длительности задержки включения и выключения динамиче-

ского питания, т^л -длительность выборки адреса зависит от типа устройства и - длительность обработки информации процессором - величины постоянные.

Таким образом, существенное влияние на быстродействие микросхемы оказывают эти значение можно регулировать изменяя напряжения пита-

ния микросхемы

Из вышеизложенного в главе следует, что максимальный установившийся перегрев конструкций кристаллов с перемычками относительно окружающей среды составляет 50°С в условиях нормального функционирования. Проведенными расчетами установлены граничные значения температуры окружающей среды, определяющей необходимость использования теплоотводящих элементов, и исследована зависимость эффективности радиаторов от соотношения площадей радиатора и корпуса микросхемы. Способом понижения потребляемой мощности и понижения температуры корпусов объектов с перемычками является функционирование системы перемычек в режиме динамического питания.

В четвертой главе экспериментально и теоретически подтверждено, что с наибольшей относительной вероятностью (х = 0,9140) на кремниевом кристалле отказывают нихромовые резистивные перемычки.

Кремниевые кристаллы исследовались в режимах электротермотрениров-ки, при эксплуатации после термовыдержки, после электротермотренировки и выходного контроля в составе работающей аппаратуры.

Зная интенсивность отказов Д„ при ускоренных испытаниях (повышенной температуре ¿ила =125 °С и потребляемой мощности РПоттах = 0,825 Вт), можно определить температуру соответствия при интересующих температуре t = 60 °С и мощности Ртт = 0,700 Вт по формуле

По кривым зависимости интенсивности отказов от температуры соответствия определим фактическое значение интенсивности отказов объектов с системой перемычек: - множитель интенсивности отказов для резистивных перемычек.

Интенсивность отказов основных узлов кремниевого кристалла:

где - число отказавших узлов /-го типа на интервале времени ;

п, (х) - число отказавших узлов на интервале TyN — число узлов i- го типа.

Относительная вероятность отказа любого узла х, определяется:

где а, - весовой коэффициент i -го узла, К - число узлов i -го типа, N - номенклатура основных узлов.

''■(О

Весовой коэффициент - интенсивность отказов i -го

узла - интенсивность отказов слабонагруженного узла

При прогнозировании вероятности отказов плавких перемычек, рассматриваемых как компоненты кремниевого кристалла с учетом того, что они изготавливаются в различное время и одновременно, то условиями реализации предельных случаев являются

- отказы идентичных компонентов типа} независимы, а коэффициент корреляции стремиться к нулю;

- - отказы элементов типа г зависимы, а коэффициент корреляции стремиться к единице.

Поскольку в кремниевом кристалле есть как коррелированные, так и некоррелированные участки, то интенсивность отказов определяется по формуле:

т I

Д<р = ¿^Л + ¿С^/, Где Л, - интенсивность отказов г -го элемента, т - номенк-

/=11 /"т+1 ^ . ~ ,

латура элементов, Л/- интенсивность отказов}-й компоненты элементов, I- номенклатура компонентов. С учетом относительной вероятности отказов системы перемычек х1 =0,914 установлено, что интенсивность их отказов увеличивается прямо пропорционально степени интеграции накопителя перемычек. Рекомендуемым методом повышения надежности перемычек с ростом степени интеграции является использование дополнительного накопителя контрольных разрядов и блока коррекции ошибок и устранения двойных. При использовании предложенного метода интенсивность отказов определяется информационным объемом накопителя декодера и не зависит от информационного объема

Рис.4

основного накопителя, что позволило определить граничное значение информационного объема накопителя равное 64 Кбит, рис.4.

Учитывая тенденции использования резистивных перемычек в объектах МЭМС, и на основе проведенных исследований механизмов программирования и теплофизических особенностей плавких перемычек в работе определены методы и пути дальнейшего повышения надежности. К ним относятся: измене-

ние конфигурации перемьиек, совершенствование технологического процесса записи информации, уменьшения потребляемой мощности.

В главе обоснована и предложена новая конфигурация перемычки, в зауженной части которой предусмотрено отверстие овальной формы, имеющая размеры: длина - а =22 мкм, ширина - в =13 мкм, ширина перемычки 16,2 мкм, длина разрушаемой зоны ~ 3 мкм. Такая конструкция выполняется фотолитографией с применением шаблона, в которой центральная часть защищена хромом для негативного фоторезиста.

С целью повышения эффективного значения программирующего напряжения на перемычке и обеспечения стабильного распределения напряжения между подводящими шинами и плавкой перемычкой в работе рекомендовано при создании алюминиевых коммутирующих шин вводить газовую среду 8 в количестве 2,5-3 ат.% с последующим травлением этих участков. Это позволит повысить однородность и стабильность электрического сопротивления шин.

В работе рекомендуется использовать импульсное питание плавких перемычек в режиме покоя, что позволит удалить из конструкции устройств удалить дискретные элементы и увеличить быстродействие схемы. Исключение из процесса программирования операции двойной термовыдержки позволит оптимизировать технологический процесс программирования.

В результате проведенных в главе исследований разработаны рекомендации по изменению конструкции перемычек, оптимизации режимов программирования, уменьшения теплоотвода, что направлено на повышение надежности программных модулей с системой перемычек, способных управлять на микрокомандном уровне работой микродвигателей, в частности - микророботов.

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

1. Выполнены экспериментально-статистические исследования отказов большой выборки устройств на кремниевых кристаллах, содержащих плавкие резистивные перемычки, в результате которых выявлены и дифференцированы виды отказов устройств на стадиях технологического программирования и испытаний, имитирующих условия их эксплуатации.

2. Установлено, что: а) при технологическом программировании перемычек возможны отказы типа непрограммируемость и самопроизвольное программирование невыбранной перемычки; б) на стадии испытаний - восстановление исходного состояния и случайное программирование при опросе системы перемьиек; в) количественные соотношения между отказами различного типа зависят от режимов программирования и конфигураций плавки х перемычек (состояния технологии на данном предприятии); г) характерным видом отказов устройств с плавкими перемычками, приводящих к катастрофическим последствиям, является отказ типа «восстановление» перемычки.

3. Разработана методика анализа отказавших кремниевых кристаллов с плавкими перемычками, включающая: макроскопические и микроструктурные исследования поверхности кристалла, электрические и тепловые исследования в условиях функционирования устройства. Совокупность этих исследований

позволяет идентифицировать характер зоны разрушения нихромовой пленки с внешними возмущающими факторами.

4. Выполненные теоретические у экспериментальные исследования механизмов разрушения позволили установить, что разрушение нихромовой перемычки может происходить путем микровзрыва и предложена физическая модель механизма занесения информации в плавкий элемент посредством микровзрыва, обеспечивающего высокую надежность фиксации и хранения внесенной информации.

5. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования механизма программирования плавких резистивных перемычек путем термохимического взаимодействия компонентов в условиях термомеханических напряжений. Показано, что этот механизм технологического программирования перемычек может привести к отказу типа "восстановление", что связано с переходом образовавшегося соединения из высокоомного состояния в низ-коомное. Отказ типа "восстановление" может наблюдаться при технологическом программировании плавких перемычек путем оплавления, если в зоне разрушения пленки сохраняются элементы оплавленного металла.

6. Проведены теплофизические исследования двух конструкций устройств с плавкими перемычками, определено, что максимальный перегрев корпусов устройств составляет ~ 53 °С при нормальной температуре окружающей среды.

7. Проведена оценка надежности устройств с плавкими перемычками, прошедшими различные этапы процесса программирования и выработаны рекомендации повышения их надежности. Показано, что "слабейшим" звеном микросхемы является плавкая резистивная перемычка, имеющая интенсивность отказов равную

8. По результатам выполненных исследований сформулированы конкретные рекомендации, обеспечивающие повышение надежности кремниевых кристаллов с плавкими перемычками:

• предложена конструкция плавкой резистивной перемычки, как бы содержащая два разделенных и конструктивно сомкнутых зауженных участка области локального тепловыделения, что вызывает распределение программирующего тока и последовательное разрушение их путем микровзрыва.

• предложена структура устройства фиксации и хранения информации, в состав которой введен формирователь импульсного питания, обеспечивающий снижение перегрева температура корпуса микросхемы до 12°С относительно температуры окружающей среды;

• разработан технологический процесс программирования и установлены взаимосвязи между отдельными его операциями, что позволило повысить надежность запрограммированных перемычек, увеличить коэффициент программирования на ~ 13%.

9. Выполненные исследования и сформулированные рекомендации открывают направления работ по дальнейшему совершенствованию конструкций объектов микроэлектромеханических систем, использующих в качестве элемента фиксации информации и хранения микрокоманд движителей и микророботов. Разработанные однократно программируемые системы из плавких пере-

мычек являются высокотехнологичными элементами при относительно небольшой информационной емкости и высокой степени надежности, быстродействия и радиационной стойкости.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях:

1. Дюсенова (Бурамбаева) НА. К вопросу о тепловыделении в плавких перемычках ГШЗУ // Труды XVII отраслевой научно- технической конференции -ЛНПО «Красная Заря». Ленинград. 1981 г.

2. Дюсенова (Бурамбаева) НА. О термическом воздействии программирующих импульсов на плавкую перемычку в процессе программирования // Труды XVIII отраслевой научно- технической конференции.- ЛНПО «Красная Заря» Ленинград. 1983 г.

3. Беккер ЯМ., Дюсенова (Бурамбаева) Н.А. Микрогеометрия электрических перемычек ППЗУ // Труды школы-семинара по проектированию и производству микроэлектронных устройств.-г. Фрунзе. 1983 г.

4. Беккер Я,М. Дюсенова (Бурамбаева) Н.А. О механизмах программирования ППЗУ // Труды-школы-семинара по проектированию и производству микроэлектронных устройств.- г.Фрунзе. 1983 г.

5. Дюсенова (Бурамбаева) НА. Изменение теплофизических свойств вы-сокоомных резисторов. // Материалы III Совещания по физике отказов.-г. Суздаль. 1984 г.

6. Дюсенова (Бурамбаева) Н.А, Чебаненко В.Н. Влияние технологии изготовления ППЗУ на их надежность // Труды ХУШотраслевой научно- технической конференции ЛНПО «Красная Заря».- Ленинград. 1984 г.

7. Бурамбаева Н.А. Модель разрушения нихромовых перемычек ЗЭ при программировании ППЗУ // Материалы Республиканской научно-практической конференции «Наука и образование в стратегии регионального развития», г. Павлодар. 1999 г.

8. Бурамбаева Н.А., Горин А.Ф. Влияние электрофизических параметров на безотказность работы БИС программируемых логических матриц // Материалы Международной конференции «Развитие народного хозяйства в Западном Казахстане: потенциал, проблемы и перспективы - г.Уральск. 2003 г.

9. Бурамбаева Н.А., Медунецкий В.М. Анализ и методы оценки надежности микросхем памяти // «Материалы Международной научной конференции «Первые Ержановские чтения» - г. Павлодар. 2004 г.

10. Бурамбаева Н.А., Медунецкий В.М. Анализ влияния технологии изготовления БИС ППЗУ на надежность их функционирования // Сборник статей по материалам Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении».- Н.Новгород-Арзамас, НГТУ-АФ НГТУ. 2005 г.

11. Беккер Я.М. Дюсенова (Бурамбаева) Н.А., Петухов Г.А. Способ записи информации в элемент памяти на основе плавкой перемычки. Авторское свидетельство СССР №1189263. -1985 г.

12. Беккер Я.М., Дюсенова (Бурамбаева) Н.А., Миронцев В.И. Контактное устройство. Авторское свидетельство СССР №1181431. -1985 г.

13. Беккер Я.М., Дюсенова (Бурамбаева) Н.А., Слудняков Ю.П. Устройство для контроля микросхем памяти. - Авторское свидетельство СССР №1180985.-1985 г.

14. Дюсенова (Бурамбаева) НА., Миронцев В.И. Изменение сопротивления плавкой перемычки ППЗУ в процессе программирования // Тезисы докладов Всесоюзной НТК по проблемам хранения информации.-г. Пенза. 1983 г.

15. Дюсенова (Бурамбаева) НА., Заколдаев А.А. Анализ особенностей применения полупроводниковых программируемых ПЗУ. Депонированная рукопись ДР 2145 пр-Д83.- ЦНИИТЭИ приборостроения. -1982 г. №12

16. Дюсенова (Бурамбаева) НА., Семеновых В.И Исследование процесса электротермотренировки ППЗУ // Тезисы докладов школы-семинара по проектированию и производству микроэлектронных устройств.- Москва. 1984 г.

17. Бурамбаева Н.А. О методах контроля ПИЗУ, ПЛМ // Тезисы докладов Международной конференции «Социальные и экономические аспекты развития региона: потенциал, проблемы и перспективы».- г. Павлодар. 2001 г.

18. Бурамбаева Н.А., Ермаков А.С. Системное тестирование ПЛМ, ППЗУ // Тезисы докладов Международной конференции «Социальные и экономические аспекты развития региона: потенциал, проблемы и перспективы».- г. Павлодар. 2001 г.

Изготовлено в Центре издательских систем СПб ГУИТМО.

Тел. (812)2388538. Лицензия ПЛД №69-182 от 29.11.96. Заказ № 2Л . Подписано в печать 25702.05. Тираж 100 экз.

ßf, 09 - OS. H

1S78

¿Г"? 7355

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПЕРСПЕКТИВЫ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

РЕЗИСТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ РАЗВИТИЯ МЭМС.

1Л .Конструкция и технологии изготовления плавких резистивных перемычек.

1.2.Исследование влияния защитной окисной пленки на надежность объектов МЭМС.

1.3. Исследование влияния фотошаблонов и фотолитографии на надежность системы перемычек.:.

1.4 Исследование технологии изготовления тонкопленочных резисторов.

1.5 Оценка надежности системы плавких перемычек.

Выводы.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОТКАЗОВ КРЕМНИЕВОЙ СТРУКТУРЫ С ПЕРЕМЫЧКАМИ.

2.1. Методика экспериментальных исследований механизмов программирования объектов с перемычками.

2.2. Статистический анализ отказов устройств с перемычками.

2.3. Исследование конфигурации перемычек.

2.4. Расчет температурного поля и термомеханических напряжений в нихромовых перемычках.

Выводы.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ НА

НАДЕЖНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТРОЙСТВ МЭМС.

3.1 Обзор методов теплофизических расчетов пластин с размещенными источниками тепла.

3.2.Исследование теплофизических особенностей конструкций объектов.

3.3.Расчет температурных полей конструкций объектов с плавкими перемычками.

3.4. Исследование кремниевых кристаллов с перемычками в режиме динамического питания.

Выводы.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ ПЕРЕМЫЧЕК.

4.1. Применение метода весовых компонентов для оценки надежности кремниевых кристаллов.

4.2. Прогнозирование вероятности безотказной работы кремниевых кристаллов по результатам кратковременных испытаний.

4.3. Методы обеспечения надежности кремниевых кристаллов с плавкими перемычками.

Выводы.

Общие тенденции современного комплексного развития техники и технологии - миниатюризация и интеллектуализация достаточно четко проявляются в микроэлектромеханических системах (МЭМС). В основе этого процесса - реализация тенденций в основных компонентах этой системы -сенсорных, информационно-управляющих и исполнительных (силовых) и их сближение на базе развития общих трехмерных (ЗО) микросистемных технологий. Эти тенденции порождены потребностями основных отраслей машино - и приборостроения, открывая возможности создания наукоемких приборов и устройств нового поколения, в том числе и на существующих элементной базе и технологиях [1,2].

По мнению ученых [3,4,5,6], в настоящее время в России и в мировом научном сообществе имеются все необходимые предпосылки для достижения быстрого успеха в области разработки и производства МЭМС различного функционального назначения. Технологическая поддержка основывается на базовых технологических процессах, традиционно применяемых в микроэлектронике и приборостроении, а развитие этого научно-технического направления позволит решить проблему загрузки простаивающих в настоящее время предприятий электронной промышленности, большинство которых имеет достаточный набор технологического оборудования отечественного производства, вполне пригодного для создания МЭМС [6,7]. В своих работах такие исследователи, как Распопов В.Я., Мальцев П.П., Козлов В.В., Лучинин В.В., Лурье М.С., и др. отмечают, что при этом «не требуется вести пионерские работы» [8,9,10]» а необходимо оптимально использовать имеющийся задел в различных областях науки и техники, включая и микроэлектронные технологии.

Возможность изготовления электромеханических и микроэлектронных компонентов на одной подложке в приборных устройствах открывает перспективу создания систем с более высокой функциональностью. Микронные размеры элементов МЭМС обусловливают использование для их изготовления модифицированных базовых технологических операций, традиционно применяемых в микроэлектронике.

С учетом вышесказанного, особенностью технологий МЭМС является необходимость формирования на единой подложке информационно-управляющих и исполнительных (силовых) механизмов МЭМС. Достоинствами такого технологического процесса являются [11,12]:

- обеспечение высокой точности изготовления;

- параллельное (групповое) изготовление большего количества одинаковых устройств, обеспечивающее низкую стоимость единичного изделия;

- однотипное и одновременное изготовление механических и электронных элементов и устройств со сложной комплексной структурой.

На основе анализа проводимых работ в этом направлении можно обобщить стимулы и факторы, способствующие развитию МЭМС в России и выделить важнейшие [13]:

- наличие научной и технологической культуры, сформировавшейся в период становления и развития микро- и оптоэлектроники;

- наличие базового оборудования, производственных мощностей и организационной инфраструктуры микроэлектронного производства, пригодных для реализации на них объектов микросистемной техники;

- тенденции к активизации рынка в области миниатюрных недорогих диагностических систем обеспечения жизнедеятельности человека на основе концепции экономической целесообразности массовой профилактики заболеваний;

- формирование рынка оборудования для технологий на микроуровне (аналогичных микроэлектронным) за счет широкого развития биотехнологии и ужесточения требований к работе с радиоактивными, токсичными, взрывоопасными веществами, что определяет переход на использование сверхмалых количеств веществ в ограниченных объемах.

Технология производства приборов как микроэлектромеханических систем базируется на принципах и методах изготовления чипов в толще кремниевой подложки, но затем часть кремния вытравливается, чтобы освободить движущиеся части. Благодаря встроенной электронной части МЭМС может самостоятельно управлять своей работой на основании данных от сенсорных систем.

В настоящее время плавкие резистивные перемычки и их системы используются для фиксирования и хранения информации (символы, константы, знаки, микрокоманды и микропрограмм) в так называемой постоянной памяти. Основными достоинствами системы перемычек являются высокое быстродействие, технологичность, высокая радиационная стойкость, и при достижении требуемой надежности она является перспективным элементом в качестве информационно-управляющего приборного компонента МЭМС. Проблема повышения надежности возникает вследствие того, что плавкая перемычка в процессе эксплуатации способна отказать, т.е. может произойти неверное считывание зафиксированной информации. Информация в системе перемычек зафиксирована в виде комбинаций логических «О» и «1» и технологическое программирование означает выборочное разрушение перемычки по заданному алгоритму.

Анализ технологического процесса изготовления многослойной кремниевой подложки с системой плавких резистивных перемычек из нихрома показывает, что эта технология с некоторыми изменениями может быть использована в производстве МЭМС. Нихром, имеющий состав 80% М и 20% Сг, является традиционным хорошо отработанным резистивным материалом, использованным и онробированным наряду с перемычками из силицида платины, поликристаллического кремния, титана вольфрама. Па основе практического опыта [13,14,15] изготовители остановили свой выбор на нихроме в качестве элемента фиксации и хранения информации. Элементы фиксации и хранения информации — система плавких перемычек осаждаются на поверхность кремниевого кристалла с защитным слоем из двуокиси кремния, имеют коммутирующие выводы (шины) из алюминия. Вся многослойная структура покрыта диэлектрическим окисным слоем.

Изготовление составляющих многослойной структуры производится при высоких температурах осаждением из газовой среды, а это значит, что они сопровождаются термодинамическими и термохимическими изменениями в структуре. Так, на стадии изготовления элементов управления процессом фиксации и считывания информации в системе перемычек в толще кремния возникают дефекты кристаллической решетки, дефекты наращиваемых слоев, что является в незначительной степени причиной возникновения отказов, обычно выявляемых на входном контроле или в процессе ускоренных испытаний. На стадии окисления кремния и создания диэлектрического защитного слоя основной задачей является формирование однородного слоя одинаковой толщины по всей поверхности кремниевого кристалла, без пор, которые могут явиться причиной возникновения отказов из-за пробоя диэлектрика.

В работе подробно рассмотрен процесс формирования перемычек определенной конструкции, создаваемой с помощью фотошаблонов с последовательным наращиванием и удалением фоторезиста. Надежность всей системы перемычек, несомненно, закладывается на стадии их изготовления. Это может быть связано « с несоответствием вещественного состава напыляемого нихромового сплава из испарителя и самой перемычки, загрязнением напыляемого потока веществом испарителя, неравномерностью толщины перемычки, неплоскостностью фотошаблона, что влияет на конфигурацию перемычки. С учетом перечисленных составляющих выбран метод оценки надежности, объединяемый единством технологии, позволяющий обеспечить допустимую достоверность при прогнозе надежности системы.

Полный цикл технологического программирования системы перемычек включает входной контроль, фиксацию информации по заданному алгоритму, ускоренные испытания (термовьтдержки, электротермотренировка) и выходной контроль. Отказы, выявляемые на этапе технологического программирования, не влияют на надежностные характеристики устройств с системой перемычек в процессе их эксплуатации. Однако, на основе анализа процесса технологического программирования можно прогнозировать надежность фиксации информации, которая зависит от количества электрических импульсов для фиксации информации (от 1 до 16 импульсов).

Экспериментальные исследования конфигурации перемычек на препарированных образцах кремниевых кристаллов позволили выявить разброс ширины перемычек в области локального тепловыделения. Результаты измерений и статистической обработки скоррелированы относительно результатов технологического программирования, т.е. чем больше ширина зауженного участка перемычки, тем большим количеством импульсов она программируется. Это теоретически обосновывается зависимостью электрического сопротивления области локального тепловыделения от ширины плавких перемычек.

Особенности конструкции с принятыми допущениями учитываются при расчете температурных полей. Градиентное поле температур по длине перемычки, возникающее при технологическом программировании и способствующее теплоотводу, в некоторой степени является следствием постепенного разогрева «шейки» перемычки из-за увеличения ширины. И, как результат, в зависимости от геометрических размеров возможны следующие механизмы разрушения: оплавление и механический разрыв перемычки, термохимическое взаимодействие нихрома и двуокиси кремния с образованием непроводящих соединений, наконец - мгновенный микровзрыв с выносом массы вещества из области разогрева.

Для всестороннего анализа факторов, влияющих на надежность функционирования системы перемычек, целесообразно исследовать конструкции кремниевых кристаллов, расположенных на одной подложке с механическим объектом, представленных как произвольно расположенные источники тепла. С учетом взаимного влияния разноудаленных источников тепла определены перегрев корпусов системы перемычек, потребляемые токи и выход системы в стационарный режим. Традиционным способом охлаждения корпусов кремниевых кристаллов является использование радиаторов из алюминия или фольгированного стеклотекстолита.

Потребляемая мощность системы перемычек связана, прежде всего, с переключением режимов считывания для всего набора перемычек на подложке. Предложенный в настоящей работе режим динамического питания при эксплуатации ставит целью снижение потребляемой мощности уменьшение температуры нагрева объекта. При динамическом питании импульс, формируемый и действующий в паузах между обращениями к информационному полю системы перемычек, выводит всю эту . систему в стационарный режим за более короткое время, уменьшая тем самым потребляемую мощность. г

Исследование надежностных характеристик кристаллов с системой перемычек проведено с использованием метода весовых коэффициентов каждой составляющей кристалла относительно слабонагруженного узла -формирователя адресов перемычек. В результате проведенных исследований установлено, что интенсивность отказов увеличивается пропорционально росту степени интеграции кристалла. В работе предложено использовать блок контрольных разрядов и блока коррекции ошибок .

Проведенный комплекс исследований позволил сформулировать рекомендации по повышению надежности системы перемычек: путем изменения конфигурации перемычек, повышением эффективного значения программирующего напряжения, применением импульсного питания, оптимизацией алгоритма программирования.

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

1. Выполнены экспериментально-статистические исследования отказов большой выборки 300 шт.) устройств на кремниевых кристаллах, содержащих плавкие резистивные перемычки, в результате которых выявлены и дифференцированы виды отказов устройств на стадиях программирования и испытаний, имитирующих условия их эксплуатации. Установлено, что: а) при технологическом программировании перемычек возможны отказы типа непрограммируемость и самопроизвольное программирование невыбранной перемычки; б) на стадии испытаний - восстановление исходного состояния и случайное программирование при опросе системы перемычек. Количественные соотношения между отказами различного типа зависят от режимов программирования и микрогеометрии плавких перемычек (состояния технологии на данном предприятии). Характерным видом отказов устройств, элемент фиксации информации которой выполнен из нихромовой перемычки, приводящим к катастрофическим последствиям является отказ типа «восстановление» перемычки.

2. Разработана методика анализа системы отказов кремниевых кристаллов с плавкими перемычками. Проведены микроскопические и микроструктурные исследования поверхности кристалла, электрические и тепловые исследования в условиях функционирования микроустройства. Совокупность этих исследований позволяет идентифицировать характер зоны разрушения нихромового микроэлемента с внешними возмущающими факторами.

3. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования механизмов разрушения позволили установить, что разрушение нихромовой перемычки может происходить путем микровзрыва. Предложена физическая модель механизма занесения информации в плавкий элемент посредством микровзрыва, обеспечивающий высокую надежность программирования и хранения внесенной информации.

4. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования механизма технологического программирования системы плавких резистивных перемычек путем термохимического взаимодействия компонентов М, Сг, 5/ и Ог в условиях термомеханических напряжений. Показано, что этот механизм программирования перемычек может привести к отказу типа "восстановление", что связано с переходом образовавшегося соединения из высокоомного состояния в низкоомное.

5. Отказ типа "восстановление" может наблюдаться при технологическом программировании системы плавких перемычек путем оплавления, если в зоне разрушения пленки сохраняются компоненты оплавленного металла. При воздействии на такой элемент напряжением считывания возникают сильные электрические поля (-3-104 В/см), которые вызывают миграцию частиц с образованием электропроводящих мостиков.

6. Проведены теплофизические исследования двух конструкций кремниевых кристаллов с плавкими перемычками. Определено, что максимальный перегрев корпусов кристаллов составляет ~ 53°С при нормальной температуре окружающей среды. Изучена зависимость параметров теплоотводящих элементов кристаллов от температуры окружающей среды и показано, что при температуре окружающей среда tc ~ 56°С необходимо применение радиаторов микроустройств. В качестве критерия оценки теплофизических свойств корпуса микроустройства введено понятие коэффициента перепада температур и установлены его значения для двух типов, которые являются типовыми для всех подобных микроустройст: »',=0,56и 1'2=0,67. Разработан пакет прикладных программ, обеспечивающий моделирование и расчет температурных полей конструкций микроустройств на этапе проектирования.

7. Проведена оценка надежности микроустройств с плавкими перемычками, прошедших различные этапы процесса технологического программирования и выработаны рекомендации повышения их надежности. Показано, что "слабейшим" звеном такого микроустройства является плавкая резистивная перемычка, имеющая значение интенсивности отказов кцРц = 0,13-10"8 ч"1.

8. По результатам выполненных исследований сформулированы конкретные рекомендации, обеспечившее повышение надежности кремниевых кристаллов с плавкими перемычками: предложена конструкция плавкой резистивной перемычки, содержащая две части, что вызывает распределение программирующего тока и последовательное разрушение их путем микровзрыва; предложена структура устройства фиксации информации, в состав которой введен формирователь импульсного питания, обеспечивающий снижение перегрева температура микрокорпуса до 12°С относительно температуры окружающей среды; разработан технологический процесс программирования и установлены взаимосвязи между отдельными его операциями, что позволило повысить надежность запрограммированной системы перемычек, увеличить коэффициент программирования на ~ 13%.

9. Выполненные исследования и сформулированные рекомендации открывают направление работ по дальнейшему совершенствованию конструкций объектов микроэлектромеханических систем, использующих в качестве элемента фиксации и хранения информации, формирования микрокоманд для движителей, в частности, для микророботов. Предложенные системы из плавких перемычек являются высокотехнологичными и при относительно небольшом информационном объеме являются высоконадежными, обладающими высоко радиационной стойкостью с возможностью однократного технологического программирования.

140

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Пятышев Е.Н., Лурье М.С. Микротехнологии и Микроэлектромеханические системы - Новое научно-техническое направление. Научно-технический сборник СПбГТУ, 1999, №3.

2. Бочаров Л.Ю., Мальцев П.П. Состояния и перспективы развития микроэлектромеханических систем за рубежом // Микросистемная техника.1999. №1.-С.41-46.

3. Мальцев П.П. Перспективы разработки микросистемной техники в России // Микросистемная техника. 2002. №4 - С.20-21.

4. Richter Т., Ehrfeld W., Wolf A, Gruber Н.Р., Worz О. Fabrication of Microreactor Components by Electro Discharge Machining. // Prog. Of 1st Int. Conference on Microreaction Technology. Feb. 23-25 2997/ Frankfurt Germany -Springer Verlag 1997.

5. Иващенко Е.И., Цветков Ю.б. Метод размерного стоп-травления кремния в проиводстве изделий микромеханки // Микросистемная техника. —2000. №1.- С. 16-20.

6. Коновалов С.Ф., Лаптева Т.Н., Медведева И.И. и др. Опыт разработки навигационных приборов на базе монокристалла кремния // Микросистемная техника. 2000. №4. - С. 19-25.

7. Дятлов В.Л., Косцов Э.Г. Высокоэнергоемкие микродвигатели на основе сегнетоэлектрических пленок // Микросистемная техника. 1999. №1. - С.22-31.

8. X.F.Zha, H.Du. Manufactiring process and material selection in concurrent collaborative of MEMS design // J.Micromech. Microeng. 13 (September 2003) -P.509-522.

9. Распопов В.Я. Микромеханические системы. — Тула: ТулГУ. 2002. — 250 с.

10. Ю.Климов Д.М., Васильев А.А., Лучинин В.В., Мальцев П.П. Перспективы развития микропроцессорной техники в XXI веке // Микросистемная техника. 1999. № 1. - С. 3-6.

11. Freidrich С., Vasile M. Development of the Micromilling Process for HighAspect Ratio Microstructures. J. MEMS (5)1. - 1996- p.33-36.

12. Ковалев JT.К, Панфилов Ю.В. Методы нанесения тонких пленок в вакууме / Справочник. Инженерный журнал, 1977. № 3. С. 20-28.

13. H.Wied О., Terman М. Planare Microminiaturing Nickel Chromium Resistors // Sprague Electric. - 1974. № 8. - P. 213-216.

14. Kenney G. В., Jones W. K., Ogilve R. E. Fusing Mechanism of Nichrome Link Read Only Memories // 14 th. Annu. Proc. Reliab. Phys. Las Vegas. - 1976. №4.-P. 3025 -3041.

15. Пятышев E.H., Лурье M.C., Попова И.В., Казакин А.Н. Специальные технологии микромеханических устройств // Прикладная физика 2001. №3. -С.133-137.

16. Погалов А.И., Тимошенков В.П., Тимошенков С.П., Чаплыгин Ю.А. Разработка микрогироскопов на основе многослойных структур кремния и стекла // Микросистемная техника. 1999.№1.- С.36-41.

17. Францевич И. Н., Войтович Р. Ф., Лавренко В. А. Высокотемпературное окисление металлов и сплавов. — Киев: Гостехиздат, 1963.-423 с.

18. Критенко М.И., Малюдин С.А., Телец В.А. Состояние и концептуальные задачи развития специальной микроэлектроники // Сб. трудов Научной сессии МИФИ-99. Т. 6. М.: МИФИ. 1999.

19. Телец В.А. Многокристальные модули новое конструктивно-технологическое направление развития микроэлектронных преобразователей физических величин и компонентов датчиков // Петербургский журнал электроники. 2000. № 3.

20. Телец В.А., Никифоров АЛО. Микроэлектронные преобразователи физических величин и компоненты датчиков перспективная элементная база микросистемной техники // Микросистемная техника. 2001. № 1. С. 6-12.

21. Шелепнн H.A. Кремниевые микросенсоры и микросистемы: от бытовой техники до авиационных систем // Микросистемная техника. 2000. № 1.

22. Лазарев В. Б., Красюк В. Г., Шаплыгин И. С. Электропроводность окисных систем и пленочных структур. М. : Наука, 1979. - 349 с.

23. Беккер Я. М. Физические явления в микроприборах интегральных схем ЗУ. Л. : ЛИТМО. - MB и ССО СССР. - 1979. - С. 88 - 91.27.3акс 3. И. Параметры теплового режима полупроводниковых микросхем. М.: Радио и связь. - 1983. - 128 с.

24. Дюсенова (Бурамбаева) Н. А., Чебаненко В. Н. Влияние технологии изготовления БИС ППЗУ на их надежность. Тез. докл. XVIII отрасл. научно -техн. конф. Л НПО «Красная заря». Л., 1983. С. 16-18.

25. Кубашевский О.Г., Гопкинс В. Окисление металлов и сплавов. — М.: Металлургия , 1965. 320 с.

26. Майселл JL, Глэнг А. Технология тонких пленок. Справочник. М.: Мир. 1977, 2 т.

27. Пленочная микроэлектроника. Сб. статей. / Под общей ред. Л.Холлэнда.- М.: Мир. 1988.- 237 с.

28. Колешко В.М., Ковалевский Н.П. Поликристаллические пленки полупроводников в микроэлектронике. — Минск: Знание, 1987. 157 с.

29. Банников B.C., Безрядин С.II., Вернер В.Д. и др. Локальный метод анализа неоднородности рельефа поверхности на атомарном уровне // Электронная техника. Серия 3 «Микроэлектроника». Вып. 2. 1989.-С.63-65.

30. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. Физические и технологические основы, надежность: Учеб. пособие для приборостроит. спец. вузов. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш. шк„ 1986

31. Орлов A.M., Костишко Б.М., Скворцов A.A. Физические основы технологии полупровдниковых приборов и интегральных микросхем — СПб: Питер. 2001.-370 с.

32. Дубровский П.В. Обеспечение надежности технологических процессов. — СПб: Питер. 2000.- 124 с.

33. Райншке К. Модели надежности и чувствительности систем. М.: Мир. 1979.-268 с.

34. Байхельт Ф., Франкен П. Надежность и техническое обслуживание. Математический подход. — М.: Радио связь. 1988. 216 с.

35. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. -М.: Наука. 1965.-316 с.

36. РайкинА.Л. Элементы теории надежности технических систем. М.: Сов. радио. !978. - 187 с.

37. Козлов Б.Л., Ушаков С.Р. Справочник по расчету надежности. М.: Сов. радио. 1978. - 213 с.

38. Антонова Г. С., Кондратенко П. А., Симонова И. С. Особенности изготовления интегральных микросхем частного применения // Вопросы радиоэлектроники. Серия ТПО. Вып. 4. - 1979. С. 16 - 19.

39. Барлоу Р., Прошан Ф. Математическая теория надежности.- М.: Сов. радио. 1969.-238 с.

40. Дюсенова (Бурамбаева H.A.) H.A., Семеновых В.И. . Исследование процесса электротермотренировки БИС ППЗУ. Тез. докл. шк-сем. по проектированию и производству микроэлектронных устройств.- М.: МИЭТ. 1984.-3 с.

41. Можеева Н. К., Фасов С. А. Методы технологических отбраковочных испытаний БИС ППЗУ // Электронная промышленность. 1984, вып. 6 (134) -С. 48-52.

42. Ханлон Е. Термоэлектотренировка электронных компонентов // Электроника. 1980. № 7. Вып. 20. - С. 56 - 58.

43. Novar Т. Reliability physics for microelectronics // Prog. Reliab. Boston, Marz, 1998. P. 193-200.

44. Наумченко А. С., Коробов А. И. О физическом прогнозировании надежности элементов пленочных микросхем //Электронная техника. Сер. МЭ. -Вып. 1 (22). 1979.-С. 16-20.

45. Partriedge J., Margues A., Progress Report on Nichrom link PROM s Reliabiliti Studies // 14 th/ Annu. Reliab Prog. Las Vegas. - 1976. - № 4. - P.2635 - 1645.

46. Гоудстейн Дж., Янович X. Практическое применение растрового электронного микроскопа. М.: Мир. 1978. —526 с.

47. Беккер Я.М., Дюсенова (Бурамбаева) H.A. О механизмах программирования БИС ППЗУ: Тр. шк.-сем. по проектирования и производству микроэлектронных устройств. г. Фрунзе. 1983. - С.21-24.

48. Дюсенова (Бурамбаева) Н. А. О термическом воздействии программирующих импульсов на плавкую перемычку в процессе программирования. — Тез. докл. XVIII отраслевой научно — технической конференции ЛНПО «Красная Заря». Л.'Ленинград. 1983. - С. 12-14.

49. Широков Ю.Ф. Оптимальные алгоритмы программирования микросхем постоянных запоминающих устройств с плавкими перемычками: Тез. докл. междунар. научно-техн. семинара. — Острава. ЧССР. 1979.- С. 13-18.

50. Щетинин Ю.И., Штейнгард З.А. Некоторые механизмы программирования элементов ППЗУ на основе тонких пленок // Микроэлектроника и полупроводниковые приборы. 1981. Вып.6. С. 121-126.

51. Дюсенова (Бурамбаева) Н.А. Заколдаев А.А. Измерение сопротивления плавкой перемычки в процессе программирования // Сб. материалов «Пути создания интегральных цифровых сетей связи» -JL: ЛДНТП. 1983 — С.215-216.

52. Дюсенова (Бурамбаева) Н.А., Заколдаев А.А. Анализ особенностей применения полупроводниковых БИС ПЗУ // Рукопись деп. В ЦНИИТЭИ приборостроения. 1983. № 2145-Б. 17 с.

53. Коледов JI. А. Технология и конструкция микросхем, микропроцессоров и микросборок. М.: Радио и связь. 1989. - 195 с.

54. Бурамбаева Н.А.Проведение электронного спектрально-химического анализа для исследования микросхем БИС ППЗУ: Тез. докл. Международной научно-практической конференции «Казахстан в 3-м тысячелетии».- г. Павлодар. 2001.-С 17-19.

55. Беккер Я.M., Дюсенова (Бурамбаева) H.A. Микрогеометрия электрических перемычек БИС ППЗУ // Труды шк.-сем. по производству электронно-вычислительной аппаратуры. г. Фрунзе. 1985.- С.36-38.

56. Дюсенова (Бурамбаева) H.A.K вопросу о тепловыделении в плавких перемычках ППЗУ. // Труды XYII отраслевой науч-тех. конф. Л.: ЛНПО «Красная Заря». 1981. - С.27-29.

57. Булгаков С.С., Павлов П.В., Пашков В.И. Остаточные напряжения и дефекты в планарных транзисторных структурах // Электронная техника. Серия 7. Технология, организация производства и оборудования. М. 1974.-С.22-27.

58. Новикова С. И. Тепловое расширение твердых тел. — М.: Наука, 1974. — 318с.

59. Ярышев II. А. Теоретические основы измерения нестационарных температур. Л.: Энергия, 1967. 324 с.

60. Боли Б., Уйнер Д. Теория температурных напряжений. М.: Мир, 1964. -389 е.

61. Дюсенова (Бурамбаева) H.A. Изменение теплофизических свойств высокооомных резисторов: Тезисы III Совещания по физике отказов. — г. Суздаль. 1984. -С.35-38.

62. Бурамбаева H.A. Модель разрушения нихромовых перемычек ЗЭ при программировании БИС ППЗУ // Материалы Республиканской научно-практической конференции «Наука и образование в стратегии регионального развития».- г. Павлодар. 1999. -С.52-54.

63. Цугачев А. Т., Волков Ю. А., Чуракова Н. П. Теплофизические свойства тонких пленок металлов и сплавов. Инженерно — физический журнал, 1983, Т. 38. - 14, - С. 606 - 614.

64. Harris W. Electromigration failure in Nier thin films stripes // J/ Applied Phys, 1974. № 4 p. 469 - 478.

65. Рейтель P., Блэкборн Дж. Гидродинамическое объяснение аномального сопротивления взрывающихся проволочек/ Под ред. А. А. Рухадзе.

66. Лебедев C.B. Взрыв металла под действием электрического тока // Журнал экспериментальной и теоретической физики 1987. Т.32.Вып.2.-С. 199-204.

67. Клингель С. Взрывающиеся проволочки // Пер. с англ. под ред. А.А.Рухадзе. М.: Иностранная литература. 1983. - 167 с.

68. Эпштейн Г.Н., Кайбышев O.A. Высокоскоростная деформация и структура металлов. М.: Металлургия. 1971. — 236 с.

69. Хауффе К. Реакции в твердых телах и на их поверхности. // Пер.с нем. 4.1,2- М.: Иностранная литература, 1962. -213 с.

70. Францевич И. Н., Воитович Р. Ф., Лавренко В. А. Высокотемпературное окисление металлов и сплавов. Киев: Гостехиздат, 1963.-423 с.

71. Ландау Л. Л., Лифшин Е. М. Электродинамика сплошных сред. — M : Гостехиздат, 1957. -368 с.

72. Кристиан Дж. Теория превращения в металлах и сплавах. // М.: Мир. 1978.-216 с.

73. Коробейников В.П., Мельникова Н.С., Рязанов Е.В. Теория точечного взрыва. М. Физматгиз.1961. -332 с.80.3акс 3. И. Параметры теплового режима полупроводниковых микросхем. М. : Радио и связь. - 1983. - 128 с.

74. Ярышев Н. А. Теоретические основы измерения нестационарных температур. Л.: Энергия, 1967. — 324 с.

75. Пехович А.И., Жидких В.М. Расчеты теплового режима твердых тел. — Л.: Энергия. 1976.-342 с.

76. Захаров А. Л., Асвадурова Е.И. Расчет тепловых параметров полупроводниковых приборов. -М.: Радио и связь. 1983. 184 с.

77. Сокол В.А., Широков Ю.Ф. Анализ процесса нагрева тонкопленочных резисторов в полупроводниковых устройствах // Электронная техника. Серия «Полупроводниковые приборы». Вып.5 (126). 1982.- С.3-8.

78. Эйрис P. Проектирование СБИС. Метод кремниевой компиляции: Пер. с англ. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. - 456 с.

79. Камья Ф.И. Импульсная теория теплопроводности М.: Энергия. 1972.-267 с.

80. Теверовский А. А., Епифанов Г. И., Константинов А. А. Надежность полупроводниковых приборов, герметизированных в пластмассу. Обзоры по электронной технике. Серия 2, Вып. 10 (661), 1979.-34 с.

81. Методы технологических отбраковочных испытаний БИС ППЗУ/ Можеева Н. К., Фасов С. А. — Электронная промышленность, 1984, вып. 6 (134), с. 48-54.

82. Ханлон Е. Термоэлектотренировка электронных компонентов // Электроника. 1980. - Вып. 20. - № 7. - С. 56 - 58.

83. Голинкевич Т.А. Прикладная теория надежности. М.: Высшая школа, 1989.-289 с.

84. Глазунов Л.П., Грабовецкий В.П. Надежность автоматических систем управления. Л.: Энергоатомиздат, 1984.-316 с.

85. Надежность автоматизированных систем управления / Под ред. А.Я Хетагурова. М.: Высшая школа, 1988.- 129 с.

86. Базовский. И. Надежность. М.: Мир, 1965. 374с.

87. Теория надежности и массовое обслуживание. Под ред. Б.В. Гнеденко. М.: Наука, 1969. 304с.

88. Сборник задач по теории надежности. Под ред. A.M. Половко и И.М. Маликова. М.: Советское радио, 1972. 408с.

89. Янис A.A., Плуталов В.Н. Основы метрологии, точности и надежности в приборостроении. М.: Машиностроение. 1991. — 302 с.104. . Автоматизация проектирования БИС. В 5 кн.: практическое пособие/ Под ред. Г. Г. Казенкова.-М.: Высшая школа, 1990.

90. Острейковский В.А. Теория надежности.- М.: Высшая школа. 2003.463 с.

91. Бурамбаева H.A., Медунецкий В.М. Анализ и методы оценки микросхем памяти. // Материалы международной научно-практической конференции «Первые Ержановские чтения». Т.З. 2004.- С.231-235.

92. Бурамбаева H.A., Медунецкий В.М. Оценка надежности микросхем полупроводниковых запоминающих устройств. // Арзамас. 2005.

93. А. с. СССР №1181331. Контактное устройство. Я. М. Беккер, Н. А. Дюсенова (Бурамбаева) , В. И. Миронцев, Ю. В. Савельев. Опубл. В Б. И. 1986, №4.

94. А. с. СССР №1189263. Способ записи информации в элемент памяти на основе плавкой перемычки. Я. М. Беккер, Н. А. Дюсенова (Бурамбаева),

95. Г. А. Петухов. Опубл. в Б. И. 1986, № 4.

96. А. с. СССР №1180985. Устройство для контроля микросхем памяти.

97. Я. М. Беккер, Н. А. Дюсенова (Бурамбаева), В. И. Миронцев, Ю. П. Слудняков. Опубл. в Б. И. 1985, № 5.