автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Система конструктивных элементов и их взаимодействие в цифровых микросхемах на арсениде галлия

На правах рукописи

р ¡" 5 ОД Адамов Юрий Федорович 1 ^ /4СП 1^5

УДК 621.382.

СИСТЕМА КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В ЦИФРОВЫХ МИКРОСХЕМАХ НА АРСЕНИДЕ ГАЛЛИЯ

05.27.01. - Твердотельная электроника, микроэлектроника и наноэлектроника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1996 г.

Работа выполнена в АООТ "НИИМЭ и завод "Микрон" и в Институте Радиотехники и Электроники РАН

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

СТАРОСЕЛЬСКИЙ В.И доктор технических наук, профессо{ МАЛЬЦЕВ ГШ доктор технических наук, профессор ПАНАСЕНКО П.В

Ведущее предприятие: ГОС.НИИ "ПУЛЬСАР'

Защита состоится "слО у 1996 г. в "/ /" часов на заседаю»

Диссертационного Совета Д142.05.01. в Гос. НИИ Физических Проблем им Ф.В. Лукина по адресу: 103460, Москва, Зеленоград, Северная зона.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИРЭ РАН Автореферат разослан " 1996 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета

кандидат физико-математических наук

С.Н.Мазуренко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Цифровые микросхемы на арсениде галлия обладают высокими быстродействием и энергетической эффективностью. Они реализуются на полевых транзисторах с затвором Шотки. Сочетание быстродействия с высокой радиационной стойкостью делает их наиболее предпочтительными для авиационной и космической электроники, а также средств цифровой связи. К 1990 г. микросхемы на арсениде галлия догнали кремниевые по степени интеграции и опередили их по освоению элементов с минимальными размерами.

Вопреки ожиданиям, быстрое развитие технологии не сопровождалось столь же быстрым внедрением новых изделий в аппаратуру. Схемы, предназначенные для высоконадежной аппаратуры, не могли реально в ней использоваться из-за своих низких эксплуатационных показателей: надежности, помехоустойчивости, стойкости к перегрузкам и др. Основное применение микросхемы нашли в контрольно-измерительной технике и стационарной аппаратуре связи.

Определим основные факторы, которые привели к ухудшению эксплуатационных характеристик арсенид-галлиевых ИМС по сравнению с кремниевыми аналогами:

Во-первых, это несовершенство технологии на начальном этапе освоения производства. В данной работе технологические вопросы не рассматриваются.

Во-вторых, быстродействие ИМС достигнуто не только за счет высокой подвижности электронов, но и путем использования минимальных размеров элементов и сильнолегированных активных полупроводниковых слоев. Уменьшение размеров и низкие пробивные напряжения структур в значительной степени ответственны за снижение показателей надежности и стойкости к перегрузкам.

В-третьих, с появлением арсенид-галлиевых ИМС был достигнут предел, за которым повышение быстродействия аппаратуры обеспечивается не быстродействием кристаллов, а совершенствованием конструкции ИМС и условиями их работы в составе устройства. Первые микросхемы на арсениде галлия обладали низкой помехоустойчивостью, а потребители не были готовы к применению столь скоростных изделий.

И последнее, в сознании разработчиков ИМС преобладал подход к проектированию, направленный на достижение рекордного быстродействия. Отсутствовала методология проектирования, ориентированная на оптимальное сочетание функциональных и эксплуатационных показателей.

Оптимальное сочетание параметров ИМС и создание конструктив технологических запасов требуют выполнения двух основных условий:

- возможность достижения компромисса между функциональными эксплуатационными показателями ИМС;

- наличие методов расчета или прогноза влияния состава, размеров размещения элементов на конечные потребительские характеристи изделия. *

Цель работы: комплексное развитие теории и . мето; формообразования и расчета взаимодействия элементов в обеспечен маршрута оптимального проектирования цифровых микросхем на арсени галлия.

Для достижения этой цели в работе решены следующие заяачи:

- разработана методика предварительных расчетов основн' конструктивных и производственных показателей ИМС;

- разработаны методы расчета краевых и размерных эффектов элементах ИМС с микронными размерами;

- предложены новые конструктивные элементы, позволяющие увелич! съем кристаллов с пластины и усовершенствовать систему контроля;

- разработаны новые эффективные элементы защиты ИМС электростатического разряда и методика расчета системы защиты;

- разработана методика моделирования помехоустойчивости ИМС учетом реактивных параметров корпуса и монтажа;

- обоснована процедура совместной оптимизации электрической схемы конструкции ИМС для достижения наилучших парамет] быстродействия, помехоустойчивости и стойкости к электростатическо разряду;

- методы проектирования элементов ИМС проверены при практическ реализации изделий электронной техники.

Научная новизна полученных результатов. 1. Предложены новые конструктивные элементы и функциональные уз ИМС с лучшими техническими характеристиками:

- элемент памяти для ППЗУ;

- тестовый элемент для электрооптического контроля;

- экраны для снижения паразитного управления ПТШ.

- источники тока на нормально-закрытых ПТШ;

- входные трансляторы и выходные формирователи, повышаюи устойчивость ИМС к импульсным помехам;

- элементы защиты ИМС от электростатического разряда с меньн входной и выходной емкостью.

2. Разработана комплексная методика повышения помехоустойчивости микросхем, включающая этапы:

- обоснование требований к сигналам и конструкциям изделия;

- новые схемы входных трансляторов и выходных формирователей;

- моделирование сигналов с учетом реактивных элементов конструкции;

- новая система контроля ИМС;

- рекомендации по применению.

3. Процедура разработки элементов защиты ИМС от электростатического разряда, включающая:

- новые электрические схемы элементов защиты;

- методику расчета разрядных токов;

- критерий отказа ИМС;

- алгоритм совместной оптимизации электрической схемы и конструкции

изделия.

4. Экспериментально и теоретически исследованы размерные эффекты в элементах микросхем. -Предложены новые методики расчетов электрических параметров полевых транзисторов, полупроводниковых резисторов, металлизированных проводников.

Новизна предложенных конструктивных элементов и электрических схем подтверждается авторскими свидетельствами на изобретения. Приоритет научных положений подтверждается их обсуждением на конференциях и семинарах, а также ссылками других авторов на опубликованные результаты.

Практическая значимость результатов работы.

1. Требования к параметрам сигналов, средствам контроля и конструкции корпусов включены в Руководящий материал по применению сверхскоростных микросхем на арсениде галлия и широко используются как разработчиками, так и потребителями ИМС.

2. В распространенных программах для проектирования ИМС "TEMP" и "КВАЗИ" использованы методика расчета параметров корпусов и усовершенствованная модель полевого транзистора.

3. Методы обеспечения помехоустойчивости и стойкости к электростатическому разряду включены в учебные программы ВУЗов МГИЭТ(ТУ) и МИРЭА.

4. Новые конструктивные элементы, электрические схемы периферийных узлов и методы их расчета обеспечили оптимизацию конструкций и параметров ИМС серии К6500 (14 типов), а также разработку новых перспективных изделий на арсениде галлия.

Достоверность результатов.

Достоверность полученных теоретических результатов и разработанных моделей элементов обусловлена их согласием с известными положениями физики полупроводников и физики полупроводниковых приборов, а также подтверждается экспериментальными исследованиями. Достоверность разработанных методов и методик проектирования конструктивных элементов ИМС подтверждается результатами экспериментов над образцами изделий и тестовыми структурами. Достоверность новых конструктивных решений подтверждена при проведении экспертизы заявок на изобретения. Возможность применения методических рекомендаций подтверждена их успешным использованием разработчиками и потребителями изделий электронной техники.

Внедрение результатов работы.

Результаты диссертации использованы в НИР и ОКР, выполнявшихся по важнейшей тематике и комплексным целевым программам МЭП СССР и Академии Наук РФ, направленным на создание и совершенствование отечественных микросхем на арсениде галлия. Разработанные методы конструктивного проектирования внедре-ны при разработке новых ИМС серии К6500, а также в НИР по созданию БИС ОЗУ и микропроцессорных БИС в АООТ НИИМЭ и "Микрон". Результаты работ использованы в ИРЭ РАН при разработке ИМС по теме "Навигатор-СВЧ", в АОЗТ "Светлана-микроэлектроника" в НИР "Пакет" и "Призыв", в АОЗТ "Планета-Аргал" при модернизации серийных изделий.

Методы конструктивного проектирования внедрены в учебные программы ВУЗов МГИЭТ (ТУ) и МИРЭА (ТУ).

Модели элементов и методики расчета внедрены в системы автоматизированного проектирования "КВАЗИ" и "ТЕМП".

Подтвержденный Актами о внедрении экономический эффект составляет 50 млн. рублей в ценах 1993 года.

На защиту выносятся:

1. Методика моделирования полевого транзистора, учитывающая зависимости порогового напряжения от размеров прибора и краевой емкости затвора от режима работы ПТШ.

2. Механизм и методика моделирования явления синхронных сбоев в цифровых ИМС.

3. Механизм, критерий отказов и методика расчета критических режимов при электростатическом разряде через выводы ИМС.

4. Комплекс требований к параметрам сигналов, конструкции корпусов и к системе контроля ИМС.

5. Новые конструктивные элементы и электрические схемы блоков, расширяющие функциональные возможности и улучшающие технические и эксплуатационные характеристики микросхем.

6. Внедрение новых методов расчета элементов цифровых ИМС в маршрут проектирования изделий электронной техники на ряде предприятий электронной промышленности России.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях и совещаниях:

1. Координационное совещание по проблемам памяти, Москва, МИЭТ, октябрь 1986 г.

2. Отраслевая научно-техническая конференция "Проблемы развития полупроводниковых ИМС на основе арсенида галлия", Москва, декабрь 1988 г.

3. Всесоюзный симпозиум "Проблемы радиоизмерительной техники", г. Горький, октябрь 1989 г.

4. Научно-техническая конференция "Быстродействующие элементы и устройства волоконно-оптических и лазерных информационных систем", Севастополь, сентябрь, 1990 г.

5. Координационное совещание по элементной базе измерительной техники, София, ЦИИТ, октябрь 1990 г.

6. Европейская конференция по проблемам измерительной Роттердам, 1990 г.

7. Всесоюзная научно-техническая школа "Устройства и хранения информации", Алушта, октябрь 1991 г.

8. Российская конференция с участием зарубежных "Микроэлектроника-94", Звенигород, ноябрь 1994 г.

9. Российская конференция с участием зарубежных "Микроэлектроника-95", Звенигород, декабрь 1995 г.

Публикации.

Результаты диссертации опубликованы в 36 печатных работах, среди которых аналитические обзоры, учебное пособие, 5 авторских свидетельств и 3 патента на изобретения, статьи в научных журналах и сборниках организаций, в которых ВАК рекомендовано опубликовать работы, включенные в докторские диссертации. Результаты работы включены в 10 научно-технических отчетов по хоздоговорным и госбюджетным темам.

техники, системы ученых ученых

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, его использованной литературы из 108 наименований. Общий объем раб составляет 220 страниц, в том числе 89 страниц иллюстраций и 20 табл;

Первая глава содержит обзор современного состояния и проб совершенствования методов проектирования конструктивных элеме! ИМС на арсениде галлия. Вторая глава посвящена разработке метод предварительных расчетов основных конструктивных показателей ИМ» третьей главе приведены результаты исследований транзисто резисторов и проводников с микронными размерами, предложены метод расчета их параметров. В четвертой главе описаны новые конструктива элементы ИМС. Пятая глава посвящена проблеме обеспече помехоустойчивости сверхскоростных ИМС. В шестой главе прове анализ стойкости ИМС к электростатическому разряду. В седьмой гл приведены результаты практического использования разработаш методов проектирования.

Диссертация выполнена в НИИ молекулярной электрон! (г. Зеленоград) и в ИРЭ РАН.

В первой главе проведен анализ проблем практической реализа цифровых микросхем на арсениде галлия на основе публикаций в науч технической литературе. Главной задачей технической и рыноч политики предприятий-производителей микросхем на арсениде гaлJ должно быть завоевание рынка высоконадежной и быстродействую! аппаратуры для авиационной и космической техники, а также аппарату цифровой связи. Для этого требуются:

— эффективная организация производства с широкой номенклатур изделий;

— новые конструкции корпусов и монтажных плат для быстродействунж аппаратуры;

— современные системы автоматизированного проектирования микросх* оснащенные развитой библиотекой моделей элементов;

— новые методы проектирования, ориентированные на достижение высок эксплуатационных показателей (помехоустойчивости, надежное стойкости к электростатическому разряду).

Вторая глава посвящена разработке методики предварительн) расчетов площади кристаллов и себестоимости ИМС.

Целью предварительных расчетов является обоснованный выб физической структуры ИМС и прогноз размеров кристалла и съе.

кристаллов с пластины в заданных условиях производства. Обоснованный выбор возможен при наличии унифицированных структур и проектных норм. В главе 2 приведены унифицированные физические структуры и проектные нормы, использованные при разработке ИМС серии К6500, К6501 и ряда новых изделий.

Структуры отличаются организацией системы электрических межсоединений (ЭМС). Сечение и параметры полупроводниковых приборов в этих структурах одинаковы. Базовый технологический маршрут формирования полупроводниковых приборов ИМС характеризуется следующими особенностями:

- в качестве заготовок используются сплошные эпитаксиальные или ионнолегированные слои на полуизолирующей подложке;

- изоляция полупроводниковых приборов осуществляется селективной имплантацией ионов бора в изолирующие области;

- омические контакты из сплава золото-германий формируются одновременно ко всем полупроводниковым приборам;

- корректировка канала прецизионным травлением и формирование затвора Шотки проводятся с использованием одной литографической

- структура диодов соответствует структуре ПТШ с объединением стока и истока;

- структура резисторов соответствует ПТШ без затвора;

- для формирования полупроводниковых приборов необходимо три литографических процесса;

- в случае необходимости реализовать транзисторы с разными пороговыми напряжениями добавляется еще один цикл, включающий литографию, прецизионное травление и напыление металла для

Для создания многоуровневой системы ЭМС в технологическом маршруте добавляется от одного до четырех циклов литографии. Теоретические оценки, сделанные для микросхем достаточно высокой сложности, площадь которых определяется системой электрических соединений, дают простую формулу для площади одного транзистора.

где к - шаг размещения проводников; Г - коэффициент объединения элементов схемы одним проводником; Р - эффективное число уровней разводки, N - число элементов на кристалле ИМС.

маски;

затвора.

(1)

Сравнение предельных теоретических оценок с реальп возможностями проектирования ИМС на арсениде галлия проведено д путями:

- анализ топологии одного и того же блока, реализованного на разных вариантов структуры ИМС;

- сравнение площадей ИМС разной степени интеграции.

Сделаем ряд допущений, справедливость которых в дальнейшем б показана экспериментальными результатами.

а. Площадь на кристалле для одного транзистора определя формулой:

Эмпирические параметры В и. а не зависят от числа элементов - N уровней разводки - Р.

б. Поскольку площадь кристалла ИМС занята связями не полносты число уровней разводки - Р - может быть дробным.

Так как неизвестные величины В и Р входят в формулу (2) отношение, то параметр Р мы можем определить с точностью постоянного множителя. Будем считать величину Р=2 для структуры из Таблицы 1, которая имеет два независимых уровня разводки. Чт определить параметр Р для других вариантов структуры сравним плои, логического вентиля, состоящего из девяти транзисторов. В Таблиц приведены результаты сравнения и соответствующие значения парам Р для всех исследованных вариантов. Параметр Р определе: использованием формулы (2).

Таблж

Параметр структуры и единицы измерения Значение параметра для вариантов

1 2 3 4

Необходимое число литографических циклов 5 6 7 8

Число физических уровней металлизированных соединений 2 2 2 3

Площадь вентиля, мкм^ 18946 12415 6734 3680

*= /4 », мкм 45,8 37,8 27,3 20,2

Эффективное число уровней разводки 1,19 1,47 2,0 2,7

Для проверки формулы (2) на статистике реальных проектов была определена средняя площадь транзистора в микросхемах с числом элементов от 600 до 1000.

Оказалось, что для одинаковых структур отношение площадей для размещения одного транзистора в тестовом фрагменте и в реальных схемах является постоянной величиной.

Для расчета полного размера кристалла кроме размера матрицы логических элементов требуется определить еще и размеры периферийной зоны. В периферийной зоне размещены разделительные дорожки, контактные площадки, шины питания и мощные выходные транзисторы. Так как с ростом степени интеграции ИМС необходимо расширять шины питания, увеличивать число выходных транзисторов и контактных площадок, то размеры периферийной зоны при этом также увеличиваются. Причем, размер периферийной зоны, как правило, не связан с числом уровней разводки, так как пересечений в зоне мало и они не влияют на площадь. Оценка среднего размера периферийной зоны проведена на выборке реальных проектов с числом элементов на кристалле от 100 до 2400.

Установлено, что величина ДЪ - ширина периферийной зоны - является степенной функцией числа элементов.

АЬ = 0,2-Ш (мм) (3)

Из формул (2) и (3) следует, что площадь кристалла равна:

В «/ 1/ ■?кр„ст. = р- N/2- +0,2-ЛГЛ

^крист.

(мм2) (4)

' (мм^)

в I2

• мр+о,2 •Таг'

где

Для определения коэффициентов в формуле (4) использованы значения площади кристаллов ИМС с числом элементов' от 500 до 21000. Коэффициенты в формуле равны В = 0,166; Р = 0,19 .

Если для каждого типа физической структуры ИМС аппроксимировать

степенной функцией зависимость площади кристалла от числа элементов,

то получим следующие формулы:

Структура 1: 8крист=0,074ШОЛ85

Структура 2: Зкрист=0,0618ЫО,765

Структура 3: 51фИСТ s0.0494NO.742

Структура 4: 3КрИСТ =0,04бб№'705 (5)

В Таблице 2 приведены результаты сравнения реальной и расчетной площади кристалла ИМС Как и следовало ожидать, с ростом степени

I 2

интеграции уменьшается разница между реальной и расчетной величи площади кристалла.

__Таблиц.

Ко. Типономииал Вари- Число Реаль- Расчет Откло- Расчет Отг

ГШ. ИМС ант элемен- ная по нение, по неш

струк- тов пло- фор- % фор- V /

туры щадь кристалла, мм2 муле (4), мм^ муле (5), мм^

1 К6500ИЕ2 3 500 4,84 4,94 +2 4,97 +2

2 К6500ИЕ4 2 600 7,25 8,25 +13 8,25 +1

3 К6500ИЕЗ 2 1100 12,25 13,04 +6,5 13,11 +8

4 КН6500ИР2 3 1300 9,1 9,4 +3,2 10,0 +9

5 Магистральный интерфейс (МИФ) 2 1050 12,95 12,59 -2,7 12,65 -2,

6 БМК А-300 3 3200 19,8 19,34 -2,3 19,7 -0,

7 БМК А-10К 4 21700 51,8 54,8 +5,8 53,11 +2,

Среднеквадратичное отклонение для формулы (4) составляет 6,23%, а д. формул (5) - 7,13%.

Другим важным показателем, требующим предварительного расчета ; этапе подготовки технического задания на разработку ИМС, являет прогнозируемый съем годных кристаллов с пластины. Для схем 1 арсениде галлия себестоимость пластины с годными кристаллами ела1 зависит от сложности технологического маршрута, так как цена исходнс легированной структуры больше стоимости ее обработки. Себестоимос-годного кристалла обратно пропорциональна среднему числу годнь кристаллов на квадратном сантиметре пластины.

При расчете выхода годных ИМС не очень большой степек интеграции обычно используется распределение Пуассона. Обозначих Уд - коэффициент площади пластины с годными кристаллами (без пар; метрического брака и без краевой зоны), X - среднее число поражающи дефектов на кристалле. Обозначим п-число формирующих литографичес ких циклов, к - коэффициент потерь пластин в цикле, /,д - средня плотность поражающих дефектов в одном цикле.

У=кп • У5 • ехрКо ' п • Бкр)

(6)

В число формирующих циклов не входит пассивация кристаллов, так как потери на этом цикле малы и ими можно пренебречь. Параметры к и лд характеризуют технический уровень производственного участка и не зависят от типа ИМС. Служба качества предприятия определяет эти параметры для каждого участка. Уд определяется диаметром пластин и однородностью исходных легированных структур.

Выполним пример оценочного расчета показателя технологичности. Лабораторный участок в НИИ характеризуется параметрами к=0,82;

см"2; Уд=0,5. Современный модуль "ОЗОН" на заводе имеет параметры к=0,9; Хо=0,224 см-2; Уд=0,5.

Расчеты по формулам (4) и (6) показывают, что для простых схем (не более 500 элементов) показатель технологичности слабо зависит от выбора варианта структуры. Для лабораторных и мелкосерийных разработок не очень сложных изделий простые структуры (1 и 2) будут предпочтительнее, так как требуют меньших затрат на подготовку производства. С ростом степени интеграции преимущества сложных структур (3 и 4) возрастают. При сложности ИМС - 5000 элементов показатель технологичности структуры N0.4 в 5 раз превышает этот показатель структуры N0.1 для участка НИИ и в 3 раза - для завода.

Новые перспективные проекты должны предусматривать создание технологических маршрутов формирования четырех-пяти уровней электрических межсоединений. Для сложных ИМС многоуровневые системы металлизации обеспечивают не только лучшие технические характеристики, но и лучшие производственные показатели. В третьей главе описаны результаты исследований элементов ИМС с микронными размерами. В области микронных размеров проявляются различные краевые эффекты, приводящие к изменениям характеристик приборов. Изменения характеристик необходимо учитывать как при моделировании электрических схем, так и при разработке топологии элементов. Проведены исследования следующих элементов:

- полупроводниковые резисторы;

- металлизированные проводники;

- полевые транзисторы с затвором Шотки.

Тестовые кристаллы с исследованными элементами изготовлены в едином процессе с микросхемами серии Кб5 00 и размещены на тех же пластинах Состав тестов, их размеры и параметры будут приведены одновременно с результатами измерений. Полупроводниковые резисторы

Для исследования полупроводниковых резисторов отобраны две партии пластин с эпитаксиальными структурами и две партии - с ионно-

легированными. Изоляция компонентов ИМС выполнена имплантаци ионов бора в изолирующие области. Режим имплантации - типовой д, ИМС серии К6500 (энергия ионов 120 кэВ, доза 0,2 мкК). Размеры резисторов указаны в Таблице 3.

__ Таблица

N0. Расстояние Ширина по Длина Ширина

пп. между маске омического омического

омическими изоляции контакта контакта

контактами

1 40 1,8 6 9

2 40 3,1 6 9

3 40 6,1 6 9

4 40 0Д 6 9

5 20,5 20,6 6 20,5

6 40,8 20,6 6 20,5

7 61,4 20,6 6 20,5

8 18 8,6 6 9

9 18 8,6 6 9

10 12 25,6 6 20,5

11 12 25,6 6 20,5

12 10 зд 6 3

13 30 10,0 6 10

Величина сопротивления прямоугольного полупроводниково] резистора рассчитывается по формуле:

(7)

где - сопротивление омического контакта [Ом • мкм]; 11$ - слоевс сопротивление полупроводникового легированного слоя [Ом/квадрат Ь - длина тела резистора, равная расстоянию между омическим контактами [мкм]; ^/эфф - эффективная ширина резистора [мкм]; А - поправка на ширину, равная разнице между топологической эффективной шириной.

Величина поправки на эффективную ширину определена на групг. резисторов одной длины, но разной ширины 111-1*4. В соответствии формулой (7), зависимость

должна быть прямой линие] Нелинейный характер этой зависимости при ширине резисторов мене 3 мкм всегда проявляется в измерениях. Измерения размеров н фотошаблонах и на фоторезистовой маске показали, что нет разницы

величине коррекции на перенос изображения для широких и узких резисторов. Величина коррекции во всех случаях равна 0,4 мкм. Из этого следует, что область изоляции, образованная структурными дефектами в арсениде галлия, имеет не резкую границу, а образует протяженную переходную область с переменным удельным сопротивлением. Линейная зависимость проводимости от ширины нарушается в узких резисторах при смыкании переходных областей. Ширина переходной области немного менее 1,5 мкм, следовательно, точные резисторы в ИМС не должны быть уже 3 мкм.

На каждой пластине вне краевой зоны размещается около 30 тестовых модулей. При расчете поправки на эффективную ширину использованы измерения трех резисторов в каждом модуле с шириной 3,1; 6,1; 9,1 мкм. Резистор шириной 1,8 мкм в расчетах не использовался. Средняя арифметическая величина поправки - 0,4 мкм. Для разных ионно-легированных пластин получены средние значения величины Д, отличающиеся от 0,4 мкм не более, чем на 0,05 мкм. Исследованные эпитаксиальные структуры имели слоевое сопротивление вдвое больше, чем ионно-легированные. Величина поправки на эффективную ширину в этих эпитаксиальных структурах равна 0,8 ± 0,10 мкм.

Измерения слоевого - и контактного - Н/^ сопротивлений проведены на группе резисторов 1*5-117 шириной 20,6 мкм и длиной 20,5; 40,8; 61,4 мкм. Размеры резисторов достаточно велики, чтобы можно было пренебречь отклонением размеров от их номинальных значений.

Омический контакт характеризуется сопротивлением - и длиной растекания тока - Ьф На длине под контактом величина тока в полупроводнике уменьшается в е раз. При длине контакта в направлении протекания тока более З-Ь^ его сопротивление практически уже не зависит от размеров.

В литературе даны формулы для расчета сопротивления контакта и описана методика измерения величин и Ь(.

Согласно формуле (7), сопротивление резистора линейно зависит от его длины - Ъ. Линия зависимости Г1=/(Ь) отсекает на оси ординат величину З-Е/с/СЭД'-Д), а наклон прямой равен Длину растекания тока -

определяют путем измерения остаточного сопротивления - Кост. Остаточное сопротивление пропорционально величине остаточного напряжения, измеряемого на той стороне контакта, через которую не протекает ток. Величина 11ост равна:

Я0ст=и0сгД(}=Ък/сШ/Ц) (8)

Величина Ь{ легко вычисляется, если известны измеряемые величины Р^ и К ост-

Данные измерений показывают, что длина растекания тока п омическим контактом слабо зависит от слоевого сопротивления концентрации легированного слоя, так как сам омический контакт силы легирует полупроводник и уменьшает сопротивление нижележащего сл арсенида галлия. Для достижения минимального сопротивления контак-достаточно иметь размер омического контакта в направлении тока не мен 4 мкм.

На измеренных эпитаксиальных структурах среднее сопротивлеш планарных омических контактов равно Rjc=;42G Ом-мкм, на ионн легированных - R/c=336 Ом-мкм. Отклонения от средних значений дх эпитаксиальных структур ДК;С=46 Ом-мкм (10,5%), для ионно-легированнь: структур AR/C=71 Ом-мкм (21%). Разброс контактного сопротивления мож! интерпретировать как технологический разброс эффективной длин резисторов а(Ьэфф)=АЯуВ.з. В этом случае эпитаксиальные структур характеризуются величиной ДЬэфф^О,^ мкм, а ионно-легированные -о(Ьэфф)=0,4 мкм.

Эпитаксиальные структуры имеют на всей пластине явно выраженны градиент слоевого сопротивления. На исследованных пластинах величин градиента слоевого сопротивления составила 1,1-1,3 % на мм. Ионнс легированные структуры выраженного градиента на всей пластине н имеют, однако, на них проявляются макроскопические неоднородное слоевого сопротивления с размерами больше размера тестового кристалл; Величина локального градиента - 0,6-0,9 % на мм.

Интегральная схемотехника не очень критична к конкретны величинам сопротивлений резисторов, но требует достаточно точного и соотношения. В работе проведена количественная оценк воспроизводимости отношений резисторов произвольной формы в предела: кристалла и отношений одинаковых и расположенных рядом резисторов.

Для оценки разброса сопротивлений резисторов произвольной форм! проведены следующие измерения и расчеты:

- В каждом тестовом модуле измерены сопротивления резисторов Rj-R1 и Rio- Из измерений резисторов R1-R7 определены параметры структуры

RS> R/c. Д- Выполнен расчет сопротивления Rio- Определена погрешность расчета по отношению к реальной величин! RlO - 01.

- Определена разница между величинами Rio в соседних тестовые модулях. Отношение этой разницы к средней величине Rjo считаег. погрешностью - G2-

I 7

Получены следующие средние величины погрешностей: эпитаксиальные структуры - ©1=1,7%, ©2=6,5%; ионно-легированные структуры - ©2=1,6%, ©2=6,0%.

Расстояние между группой резисторов 1^5-117 и Г^ю - около 2 мм, среднее расстояние между соседними тестовыми модулями 7,4 мм. Величины погрешностей резисторов пропорциональны расстоянию между ними и величине градиента слоевого сопротивления. ©1=0,85% на мм, 02=0,8% на мм.

Для оценки точности отношений одинаковых по форме и расположенных рядом резисторов использованы тесты 5 и 6 с резисторами и И13. Наибольшее расстояние между резисторами в тестах 5 и 6 равно 0,08 мм, а ожидаемая разница сопротивлений, обусловленная градиентом Н3, не должна превышать 0,05%. Никакой существенной разницы в измерениях эпитаксиальных и ионно-легированных структур обнаружить не удалось. В обоих случаях определяющим является технологический разброс эффективной ширины резисторов При топологической ширине резисторов равной 3,1 мкм, средняя

погрешность отношения составляет 0,6%, при ширине резисторов И^з - 10 мкм погрешность отношения 0,22%. Вклад градиента слоевого сопротивления - порядка ст(К3)=0,05%. Для теста 5 величина ст(\У)=0,015 мкм, для теста 6 - ст^)=0,016 мкм. Емкости проводников в ИМС

В первом приближении все варианты расположения проводников в ИМС можно свести к двум случаям:

- области находятся в одной плоскости;

- проводящие плоскости пересекаются в разных плоскостях. Двумерный расчет полной емкости структур проведен с использованием ЭВМ. Для структуры с пересекающимися областями краевой емкостью считаем разницу между полной емкостью и емкостью плоского конденсатора. Для проводников в одной плоскости вся емкость является краевой.

В большинстве случаев можно пренебречь влиянием ширины проводника - на краевую емкость. Зависимости краевой емкости от с! и Н могут быть аппроксимированы простыми функциями. Для пересекающихся областей:

3,3-Ю-0-(ё! +е2) пФ

«Г-5-

О)

Для проводящих областей в одной плоскости:

Скр. = 1,8б'&*£г)-%0+ (Ю)

Для структуры с пересечением полную емкость можно рассчитать формуле:

г - (№*■&№)

С. ПОЛИ. ¿1 (11)

где: 3,3-Ж£-

Оценку точности формул (10, 11) мы сделаем при сравнении расчетш и экспериментальных значений емкости тестовых структур, парамет{ которых приведены в Таблице 4_Таблица

N0. пп. Уровни металлизации Тип структуры Размеры элементов

1 Металл I на арсениде галлия Две встречно-штыревых структуры Зазор между проводниками 4 мкм, длина каждого из двух проводников 0,26 см

2 Металл I на арсениде галлия, металл II на диэлектрике (ЭЮ2) Меандр в металле I и перпендикулярно меандр в металле II 360 пересечений размером 10 х 10 мкм каждое

3 Металл I на арсениде галлия, металл II на диэлектрике Плоский прямоугольный конденсатор с диэлектрическим зазором из ЭЮ2 Прямоугольник 1000 мкм х 130 мкм

Предварительно определим поправку - - на эффективную ширин проводников на пересечениях. Считаем е<3=е1=е2> тогда ЛУ/ = 0,75 мкм. Для расчета краевой емкости проводников принимаем £1=6^—3,8; Б2=е5=12,9.

Эксперименты показали, что разброс измеренных значений емкости и превышает 10%, а расчетные значения близки к средним величинам, рис. 1 Краевая емкость затвора полевого транзистора.

Проблема моделирования емкостей в полевых транзисторах н арсениде галлия исследована во многих работах. В описанных методика

т.

6..

к 0.

Т

0,80 0,84 0,88 0,92 0,96 С,пФ

А..

Б. 0

С расц.

т

0,98 1,00 № 1,02 С, пФ

Рис. 1. Гистограммы распределения емкостей тестовых структур из табл. 4. А - структура N0. 1, проводники первого металла в одной плоскости. Б - структура N0. 2, пересечения проводников первого и второго уровней металлизации.

2

можно выделить два подхода к учету краевой емкости затвора ПТ1 физический и формальный.

При физическом подходе использована модель, в которой краев! емкость затвора определяется областью пространственного заряда цилиндрическим сечением и рассеянной емкостью металлическо проводника затвора (Ср).

В этой модели краевая емкость не зависит от концентрации примеси канале и приложенного напряжения, хотя эксперименты показывак обратное.

При формальном подходе никакая физическая модель } используется, а зависимости емкостей от напряжений в транзистор получают путем измерений конкретных тестовых структур и подборо коэффициентов в аппроксимирующих формулах. Модель обеспечивае хорошую точность расчетов, но не может быть использована для новы неизмеренных структур ПТШ.

В настоящей работе использован физический подход к расчету краево емкости затвора. В модели область пространственного заряда (ОПЗ) н поверхности полупроводника в зазоре между металлическими электродам модулирует сопротивление полупроводниковых областей. Поверхностны потенциал изменяется линейно в зазоре между затвором и омическим контактами, а перезарядка ОПЗ происходит за счет токов утечки п поверхности полупроводника.

Для расчета краевой емкости затвора мы использовал предположение, что распределение ОПЗ в активном режиме транзистор соответствует модельной структуре с пересекающимися областями, а режиме отсечки - структуре с областями в одной плоскости.

Из формулы (11) следует, что учет краевой емкости затвора активном режиме сводится к увеличению эффективной длины затвора н величину ЛЬ:

В режиме отсечки торцевая составляющая емкости затвора исчезает но исчезает также и экранирующее действие проводящего канала. Силовы линии электрического поля затвора проходят через подложку 1 замыкаются на проводящих областях истока и стока, а краевая емкост: при этом резко возрастает. Дальнейшее понижение потенциала затвор: приводит к расширению ОПЗ в проводящих областях истока и стока, ка1 со стороны подложки, так на поверхности полупроводника. Причем расширение ОПЗ со стороны подложки непосредственно связано I действием краевой емкости, а ОПЗ на поверхности управляется токам! поверхностной утечки. Перераспределение зарядов в ОПЗ на поверхности полупроводника не дает вклада в величину высокочастотной емкост! затвора, так как величина тока заряда-разряда этой емкости ограничен;

током утечки. Расширение ОПЗ в областях истока-стока ограничено расстоянием между затвором и омическими контактами. При полном обеднении межэлектродных промежутков краевая емкость затвора достигает своего минимального значения. Величина минимальной емкости затвора определяется только расстоянием между металлическими электродами и вычисляется по формуле (10).

Для проверки адекватности модели были проведены измерения емкостей тестовых транзисторных структур. На рис. 2 показаны зависимости емкости затвора от его длины для тестовых кристаллов. Как видно из графиков, емкость затвора в активном режиме пропорциональна его длине, а линии, соответствующие разным напряжениям на затворе, пересекаются в одной точке на оси абсцисс. Смещение этой точки пересечения от нулевого значения эквивалентно увеличению эффективной длины затвора за счет вклада краевой емкости. Величина смещения как для ионно-легированной структуры, так и для эпитаксиальной, равна 0,38 мкм.

Если принять величину ДЬ=0,38 мкм, то формулу для емкости затвора ПТШ можно записать в виде:

г - £з-Ео-(1+0,38мт)

При напряжении смещения близком к напряжению отсечки, полная емкость структур слабо зависит от длины затвора, а краевая емкость резко возрастает в 2-3 раза и приближается к полной.

Вид вольт-фарадной характеристики зависит от длины затвора ПТШ. Для приборов с большой длиной затвора емкость резко уменьшается, а при коротком затворе никаких резких изменений не наблюдается. При дальнейшем понижении потенциала затвора емкости всех транзисторов стремятся к минимальной и постоянной величине. Для измеренных транзисторов эта величина равна 9 пФ/см. Расчет краевой емкости по формуле (10) дает величину 8,8 пФ/см. Влияние ширины канала на характеристики ПТШ.

В полевых транзисторах с шириной канала в несколько микрометров появляется эффект латерального управления током стока от участков затвора, лежащих на области изоляции. Эффект приводит к повышению порогового напряжения ПТШ.

Для расчета боковой емкости использована модельная структура с пересекающимися областями, соответствующая сечению полевого транзистора поперек канала. Сделано предположение, что размер структуры в направлении протекания тока (Ь) много больше других размеров СЛГ и с5), а распределение силовых линий электрического поля

Рис. 2. Зависимости емкости затвора от его длины. А - Ионно-легированная структура (ТК-1). Б - Эпитаксиальная структура (ТК-2).

Линии соответствуют следующим напряжениям на затворе: 1 - 0,2 В; 2 3 - минус 0,2 В; 4 - минус 0,4 В; 5 - минус 0,6 В; 6 - минус 0,8 В.

двумерное в плоскости сечения. При отношении ширины канала к ширине ОПЗ более трех ("^Ус1>3) величина боковой емкости не зависит от ширины канала. Для практически важных случаев (3<1/с1<10) зависимость боковой емкости аппроксимируется линейной функцией.

С^^СоЖ-Ю^пЬМ {щ

В дальнейшем, для учета влияния боковой емкости затвора на характеристики ПТШ, будем пользоваться формулой (13).

Считаем, что боковая емкость управляет зарядом подвижных носителей в канале так же, как и активная торцевая емкость затвора. Учет влияния боковой емкости на ВАХ ПТШ проведем в рамках модели Шокли. Если ввести новые эффективные значения:

Кф&яЗ ; ж' ;

то полное совпадение с формулой Шокли для ВАХ полевого транзистора достигается при подстановке эффективных значений £7*р, а*, 17*.

2 ^Л-Мъ-уу*. | (и™* ^ " (^ - (14)

Сделаем количественные оценки для измеряемых параметров: порогового напряжения и эффективной ширины канала.

о*)

Очевидно, что эти оценки справедливы для случая длинного канала (Ь/а>> 1). В реальных приборах влияние боковой емкости должно быть слабее, однако, общий вид зависимостей должен сохраниться.

Исследования проведены на тестовом кристалле, содержащем полевые транзисторы с разной длиной и шириной канала, а также достаточно длинные резисторы разной ширины. На отобранных образцах измерены реальные величины длины и ширины канала ПТШ. Длина канала - Ь -измерена оптическим методом под микроскопом, а реальная ширина - V/ -по проводимости длинного резистора с аналогичной топологической шириной.

При измерении токов и пороговых напряжений ПТШ установлено, что их зависимость от ширины канала значительно слабее, чем предсказывают формулы (15). Зависимость порогового напряжения от ширины канала имеет вид:

Параметр X меньше теоретической оценки Х()=1,5 мкм. Параметр возрастает с увеличением длины канала Ь. Теоретическая оценка сдел для длинного канала и при увеличении длины канала X дол; стремиться к Х(}-

Для параметра X предложена аппроксимация, зависящая только отношения (а/Ь):

Толщина канала - а - пропорциональна Цр1/2 в рамках выбраш технологии, а коэффициент Кх определен на основе экспериментальи данных. Измерения пороговых напряжений в тестовом кристалле позво« ли определить коэффициент Кх=6,6 мкм-В~1/2 для структур ПТШ с ион] легированным каналом и самосовмещенным заглубленным затвором.

На рис.3, проведено сравнение измеренных и расчетных значен порогового напряжения для транзисторных структур с разной длиной шириной канала. Отклонения измеренных величин от их расчета значений объясняются неоднородностью структур и не превыша разницы между значениями измеренными для двух идентичн

транзисторов в одном тестовом кристалле (а = 20 мВ).

Величина изменения тока стока, связанная с увеличением эффект! ной ширины, слишком мала (3-6 %), чтобы достоверно установи справедливость формул (15).

В четвертой главе описаны конструкции и характеристики нов] элементов ИМС на арсениде галлия. Контакты между проводниками.

В сложных микросхемах уменьшение шага проводников даже на од микрон приводит к значительному сокращению площади кристалл Несколько новых конструкций межуровневых контактов первоначаль были реализованы и исследованы в составе тестовых кристаллов, впоследствии использованы в реальных проектах БИС.

Минимальный размер окна в диэлектрике определяется разрешающ способностью 'литографического процесса и величиной технологически коррекции. Величина коррекции примерно равна полутора толщиш диэлектрика, а разрешающая способность зависит от формы ок! Разрешающая способность фотолитографии для квадратных элементов 2x2 мкм, вытянутых -1x5 мкм. При величине технологичесю коррекции 1 мкм соответствующий минимальный размер окна в диэлектр: ке составит 3x3 мкм и 2 х 6 мкм. Вытянутый контакт позволяет

х-

Хо

Хо

(¿7)

Ut, В

О-

-од. -од

-од.

"0,7. -0,8. -0,5. -1,0.

-Ш

О d

5"

7 8 9 ÍOKaikm

Рис. 3. Зависимости порогового напряжения от ширины канала ПТШ для

структур со следующими параметрами:

1. Uto = -Q2 65 В, L = 2,1 мкм; 2. Uto = - 0,31 В, L = 1,1 мкм;

3. Uto = - 1,00 В, L = 1,1 мкм; 4. Uto = - 1,27 В, L = 2,1 мкм;

Крестиками отмечены экспериментальные значения.

уменьшить шаг размещения проводников третьего уровня разводки 8 до 7 мкм.

Проводники первого уровня лежат на арсениде галлия, который н травится в процессе вскрытия окон в диэлектрике и практически являете изолятором. Для соединения первого и второго уровней разводк эффективно применение непланарных контактов, в которых окно шир проводника первого уровня.

В первом уровне размещены проводники металлизации затворов омических контактов, которые непосредственно между собой н контактируют. Их соединение возможно только проводником второг уровня. Наименьшая площадь соединения получена при использовани "торцевого" контакта. В "торцевом" контакте проводники первого уровн размещены с минимальным зазором, исключающим их перекрытие, объединены одним окном в диэлектрике и одной пощадкой металла второг уровня.

Еще одну проблему составляют соединения проводников первого : третьего уровней. В обычной конструкции для этого требуются два окна диэлектрике и две переходные площадки, разнесенные в плоскост! Размещение квадратных окон одно над другим не допускается из-з; увеличения глубины рельефа. При крестообразном расположены: вытянутых окон их границы совпадают только в точках пересеченш Глубина рельефа на границах окон соответствует толщине только одног слоя изолирующего диэлектрика. Площадь соединения при крестообразно! расположении окон значительно сокращается. Конденсаторы.

В микросхемах на арсениде галлия обычно применяются тр! конструкции конденсаторов.

A. Конденсаторы со структурой металл - диэлектрик - металл на основа системы многоуровневых электрических соединений.

Б. Конденсаторы со встречно-штыревой топологией на основ« металлизации первого уровня разводки.

B. Обратно смещенные диоды Шотки

Конструкции А и Б имеют низкую удельную емкость (30 - 60 пФ/мм2).

В конструкции типа В диоды Шотки обычно реализованы на структур« нормально открытых ПТШ. Их емкость быстро уменьшается с обеднение?, канала и приближается к минимальной величине 0,8 - 0,9 пФ/см уже пр> смещении менее 1 В. Удельная емкость конденсаторов на обратне смещенных диодах 80 - 100 пФ/см2.

Была исследована структура диодных конденсаторов, образованны} контактом металла второго уровня разводки с полупроводником в окнах £ изолирующем диэлектрике. Исходный легированный слой имеет

напряжение обеднения емкости не менее 4 В. Диоды обеспечивают создание конденсаторов с удельной емкостью 200 - 400 пФ/см^ при напряжении смещения не более 4 В.

Формирование диодов Шотки в окнах требует выполнения двух основных условий. Перед напылением металла второго уровня следует провести такую же обработку пластин, как и перед напылением металла затвора, а толщина нижнего барьерного металла (титана или ванадия) должна быть не меньше, чем на затворах ПТШ.

Одновременно с диодами можно формировать и полевые транзисторы с большим напряжением отсечки. Транзисторы и конденсаторы исследованы в составе тестовых кристаллов. Токи утечки обратно смещенных диодов соответствуют концентрации легирующей примеси в полупроводнике и незначительно превосходят токи утечки затворов ПТШ. Экраны, снижающие управление по подложке.

Проводящий канал ПТШ ограничен областями пространственного заряда затвора и подложки. Если потенциал затвора задан электрической схемой, то потенциал подложки под каналом ПТШ определяется соотношением токов утечки изоляции и обедненного слоя. Неуправляемое расширение ОПЗ на границе с подложкой обусловливает паразитное взаимодействие между близко расположенными приборами в ИМС. Полевые транзисторы с более высоким потенциалом на истоке имеют меньший ток стока и повышенное пороговое напряжение.

Экспериментально наблюдаются три основных типа зависимостей тока ПТШ от напряжения паразитного управления: пороговая зависимость, непороговая зависимость и смешанная.

Для борьбы с пороговым управлением применяется специальное размещение транзисторов на кристалле, при котором смещение приборов от шин питания пропорционально приложенному напряжению. Непороговое управление можно значительно уменьшить и даже полностью компенсировать, окружив ПТШ проводящей полупроводниковой областью и подключив ее к самому высокому потенциалу в схеме. Экранирующие области занимают значительную площадь, поэтому, с целью экономии места на кристалле экранирующий контур может объединять большие группы транзисторов.

Элемент памяти для программируемых ПЗУ.

В различных сериях быстродействующих ИМС на арсениде галлия обычно отсутствуют микросхемы, программируемые потребителем, что ограничивает области их применения.

Предлагается новый элемент для однократного программирования на основе диода Шотки со структурой арсенид галлия - титан - золото. Слой

титана толщиной ОД мкм образует барьерных! контакт с полупроводник и одновременно препятствует диффузии золота в арсенид галлия.

Описанная структура контактов Шотки является типовой д цифровых микросхем.

При обычном нагревании выше 400°С или под воздействи электрического тока высокой плотности золото диффундирует сквозь ел титана и вступает в химические реакции с арсенидом галлия, при эт образуется омический контакт с полупроводником. Диод с минимальны размерами анода (длина - 1,2 мкм, ширина - 2 мкм) преобразуется омический контакт при протекании прямого тока 3-4 мА. Для достижен такого тока к диоду прикладывается напряжение примерно 4 В. Остаточи сопротивление запрограммированного диода не более 500 Ом.

Элемент постоянной памяти содержит последовательно вклгоченн; диод и полевой транзистор. В элементе используются униполярш свойства ПТШ. В режиме программирования на шину питания подает низкий потенциал, на разрядную шину высокий, а через диод протека прямой ток. В режиме считывания на шине питания высокий потенциал, на разрядной шине низкий. Незапрограммированные диоды не пропуст ток открытого транзистора в разрядную шину, а запрограммированш пропустят ток как омические контакты. Элементы защиты кристалла от сколов.

Для разделения пластин на кристаллы обычно используется дисков; резка. Для пластин, ориентированных в плоскости (100), края линии ре имеют множество сколов. Такие сколы достигают и элементов схемы ] кристалле ИМС. Для микросхем с размером кристалла более 4 мм бра вызванный сколами, достигает десятков процентов. Увеличение шири? разделительной дорожки до 140 - 200 мкм значительно увеличива' площадь кристалла, но не решает полностью проблемы сколов.

Анализ брака при разделении пластин на кристаллы показал, что ] светлых модулях практически никогда не бывает сколов. Поверхнос светлого модуля покрыта металлическими слоями, начиная с омическо контакта. Вожженный омический контакт ослабляет поверхностнь напряжения в пластине и препятствует образованию сколов.

Элементы защиты кристалла от сколов - это области омическо контакта, размещенные по периметру кристалла в разделительнс дорожке. Введение элементов защиты от сколов в конструкцию кристалл« показало значительное увеличение выхода годных ИМС на операции рез? и разделения пластин.

Тестовый элемент для электрооптического контроля ИМС-

Арсенид галлия является материалом, в котором наблюдается электрооптический эффект Поккельса. Эффект проявляется в изменении плоскости поляризации луча, прошедшего пластину из электрооптического материала, под воздействием приложенного к пластине напряжения. На основе этого эффекта уже созданы электрооптические тестеры.

Поляризованный лазерный луч через нижнюю поверхность пластины фокусируется на отражающей поверхности, расположенной на рабочей стороне пластины. Отражающей поверхностью может быть шина металлизации ИМС. Измерения включают анализ поляризации отраженного излучения, претерпевающей изменения относительно исходной вследствие электрооптического эффекта в пластине. Соответствующая электрооптическая модуляция излучения пропорциональна разности электрических потенциалов на тыльной и лицевой поверхностях пластины в момент прихода импульса излучения.

Потенциал тыльной стороны пластины с большой точностью можно считать постоянным. Известным способом с помощью оптического анализатора изменения поляризации переводятся в амплитудные изменения сигнала на фотоприемнике. Меняя задержку между входными сигналами ИМС и зондирующими лазерными импульсами, восстанавливают и регистрируют форму электрического импульса в данной контрольной точке, после чего переходят к следующей.

Электрооптический тестер позволяет проводить внутрисхемные бесконтактные измерения динамических параметров ИМС на пластинах. Иными методами такие измерения не могут быть проведены.

Попытки провести электрооптические измерения микросхем серии К6500 показали, что металлические проводники на поверхности арсенида галлия плохо отражают зондирующий лазерный луч. Вследствие химических реакций между металлом и полупроводником меняется морфология и коэффициент отражения границы раздела.

Для повышения коэффициента отражения рабочей поверхности ИМС были разработаны две конструкции специальных тестовых элементов для электрооптического контроля. Элемент контроля включает проводящую полупроводниковую область, электрически соединенную с исследуемым узлом схемы, изолирующий диэлектрик, слой металла второго уровня, расположенный над полупроводниковой областью, и выполняющий роль оптического зеркала.

Дополнительных технологических операций создание тестовых элементов не требует.

С учетом характерных размеров сфокусированного лазерного л у (3-5 мкм) и омического контакта (3-4 мкм) общая площадь элемента : превышает 10 х 10 мкм.

Источники тока на нормально закрытых ПТШ.

Цифровые микросхемы высокой сложности почти исклгочителы построены на логических элементах с непосредственными связями (НСШ Особую сложность при конструировании элементов НСПЛ представляи нагрузочные источники тока. Эти источники тока должны быть согласован по параметрам с переключательными нормально закрытыми ПТШ и име' номинальную величину ОД - 0,5 мА. Во всех известных разработкг использованы логические элементы, построенные на приборах двух типе Кроме НЗ ПТШ, в источниках тока применяются высокоомные пленочнь резисторы или нормально открытые ПТШ.

В настоящей работе предложены и исследованы новые нагрузочнь элементы для НСПЛ, построенные только на нормально закрытых ПТШ. качестве дополнительных источников тока использованы НЗ ПТШ неподключенным затвором, рис. 4.

Потенциал неподключенного затвора определяется соотношение напряжений затвор-исток и затвор-сток, причем, токи утечки затвор-истс и затвор-сток равны. Как в прямом, так и в обратном включени зависимость тока затвора от напряжения является экспоненциально! масштабные токи приблизительно равны, а коэффициенты неидеальност ВАХ отличаются в 4 - 5 раз. Легко показать, что в области малых токе утечки напряжение сток-исток превышает напряжение неподключенно1 затвора примерно в 5 раз.

Экспериментальные исследования подтверждают это соотношени Нагрузочные источники тока (рис. 4.) требуют несколько большег напряжения питания логических элементов. При наличии запасов п питанию вентили работают не хуже других элементов НСПЛ. диссертации приведены результаты измерений передаточны характеристик в диапазоне температур и напряжений питания. Процес изготовления микросхем значительно упрощается.

В пятой главе рассмотрены вопросы обеспечения помехоустойчивост быстродействующих микросхем.

В период разработки первой группы ИМС серии К6500 выбо логических элементов проводился на основе результатов моделирования литературных данных. Все элементы строились на базе схемотехник буферизированной полевой логики. Эти элементы обладают высоки! быстродействием и просты по своей конструкции, а результат! моделирования подтверждали их преимущество перед другими типам; логических вентилей. Однако, исследования сигналов реальных микросхем

Рис. 4. Электрическая схема источника тока на нормально закрытых полезыл транзисторах.

-Оса

Рис. 5. Трактовая схема для моделирования передачи сигнала между ИМС. 1. Выходной формирователь ИМС 1; 2. Входной транслятор ИМС 2. Сн - несогласованная емкость монтажа на плате.

- согласующий резистор 50 Ом. 2В - электрические эквивалентные схемы выводов ИМС.

Рис. 6. Трактовая схема для моделирования работы ИМС в диапазоне частот. Нэкв " резисторы, моделирующие ток блоков, не включенных в трактоз\ схему; Сп - емкость системы электропитания ИМС на кристалле.

и устройств на их основе показали наличие искажений формы сигналов \ нарушений работоспособности ИМС при их совместной работе I устройствах.

Первое отличие формы выходных импульсов от расчетной проявилось в появлении изломов на фронтах. При работе ИМС на высокой частоте излом на срезе импульса накладывается на фронт следующего, в результате чего происходит повышение напряжения низкого уровня за пределы отбраковочных норм. Следующее явление связано с разной величиной задержки импульса для фронта и среза, что приводит к изменению длительности импульса. Включение в логическую цепь нескольких микросхем, одинаково уменьшающих длительность импульса, приводит к его исчезновению.

Исследования ИМС в широком диапазоне входных частот выявили наличие сбоев в их работе на определенных частотах, которые иногда были значительно ниже предельных. Опасными оказались частоты, при которых задержка сигнала в ИМС становится кратной полупериоду входного сигнала. Нарушение функционирования имеет резонансный характер и проявляется в виде провала на частотной характеристике помехоустойчивости. Методика моделирования передачи сигналов и помехоустойчивости ИМС

Для анализа явлений, связанных с передачей сигналов в элементах корпуса, предложена электрическая модель вывода, учитывающая распределенный характер его индуктивности и емкости.

Анализ передачи сигналов между микросхемами выполнен с использованием трактовой схемы, приведенной на рис.5. Расчеты показали неизбежность появления изломов на фронтах и уменьшения длительности импульсов при использовании выходных формирователей на основе буферизированной логики. Причина появления изломов состоит в возбуждении электрических колебаний в резонансном контуре, образованном элементами конструкции корпуса.

Эффект изменения длительности импульса связан с несимметричной передаточной характеристикой буферизированного вентиля. Во внутренних вентилях этот эффект компенсируется каждым последующим каскадом за счет логической инверсии сигнала. Изменение длительности импульса выходным формирователем гораздо больше, чем внутренним вентилем, так как выходной транзистор работает в ключевом режиме, а не в режиме повторителя сигнала.

Для моделирования работы ИМС в диапазоне частот использована схема, рис. 6. Результаты моделирования подтвердили наличие в ИМС режимов со сбоями в работе. Переключения мощных выходных формирователей вызывают резкие изменения токов в цепях питания и возбуждают

импульсы напряжения на индуктивностях выводов корпуса. Так как помехи возникают внутри корпуса ИМС, то они не могут быть ликвидированы экранированием линий связи или стабилизацией напряжений питания. Наиболее подверженными резонансным помехам оказались схемы с несколькими синхронными выходами, например, регистры, многоразрядные ОЗУ, синхронные счетчики.

Подготовка к моделированию трактовых схем (рис. 5 и 6) требует определения реактивных параметров используемых корпусов. В работе предложена методика расчета индуктивностей и емкостей выводов. Аналитические формулы обеспечивают точность расчетов не хуже 10%. Методика реализована в виде программы для персональных компьютеров (программа "TEMP").

Обеспечение помехоустойчивости ИМС на этапе разработки.

Процесс разработки является наиболее ответственным в системе обеспечения помехоустойчивости, так как его результат определяет все потенциальные возможности изделия, которые впоследствии предстоит реализовывать на этапах его изготовления, контроля и применения. В процессе разработки можно выделить сбои внутренние этапы:

- обоснование требований к электрическим параметрам;

- выбор элементной базы ИМС;

- проектирование электрической схемы и конструкции, включая моделирование работы изделия в реальном конструктивном исполнении;

- аттестация изделия и выявление опасных режимов работы.

Результаты анализа работоспособности ИМС серии К6500 позволили сформулировать дополнительные требования к форме выходных сигналов, позволяющие избежать поглощения импульсов и снизить уровень помех. Требования к форме выходных сигналов приведены в таблице 5.

_Таблица 5

Ыо. Наименование параметра, единицы Допустимые

пп. измерения значения

не менее не более

1. Статическое выходное напряжение

высокого уровня, В 1Д 1,4 '

2. Статическое выходное напряжение минус минус

низкого уровня, В 0,15 0,05

3. Длительность фронта (среза), не

- для выходов на 1000 МГц 0,15 0,25

- для выходов на 500 МГц и менее 0,25 0,4

4. Разница задержки сигнала для фронта и среза, не - для выходов на 1000 МГц - для выходов на 500 МГц и менее - 0,1 0,15

5. Выходное сопротивление в состоянии низкого уровня, Ом - 100

Входные трансляторы, выполняющие согласование сигналов в линиях связи с сигналами внутренних логических элементов, подвержены воздействию как внешних, так и внутренних помех. Трансляторы являются узлами, наиболее чувствительными к помехам. Самая важная характеристика транслятора - это стабильность точки переключения. Необходимыми являются также требования высокого входного сопротивления и достаточного коэффициента усиления. Быстродействие транслятора должно быть достаточным для регистрации самых коротких информационных импульсов, которые могут появиться на данном входе. Однако, не следует во всех случаях стремиться к предельному быстродействию, так как это только повышает чувствительность к помехам, действующим в линиях передачи сигналов.

Предложена электрическая схема входного транслятора, выполняющая согласование внешних уровней ИМС серии К6500 с уровнями внутренних элементов на' основе БПЛ (рис. 7). Стабильность точки переключения транслятора определяется стабильностью опорных напряжений, которые формируются опорным источником. Помехи в цепях питания влияют на опорные напряжения, поэтому, эффективным средством подавления помех является подключение опорного источника к отдельным выводам питания, не связанным с общим питанием схемы, или аналогичное подключение цепей опорных напряжений к дополнительным выводам корпуса с целью стабилизации опорных напряжений с помощью внешних элементов.

35 Ца,

Рис. 7. Электрические схемы входного транслятора для управления элементами БПЛ (А) и источника опорных напряжений (Б).

иеС1 Ие

ии1

Рис. 8. Электрическая схема выходного формирователя с низким выходным сопротивлением.

При проектировании выходных формирователей сложной комплексно задачей является выполнение требований к логическим сигнала? Дополнительное условие успешного проектирования состоит в стремлени уменьшить импульсные помехи, создаваемые формирователями. Для этог следует нормировать быстродействие формирователей в соответствии частотами выходных сигналов и использовать при их построена схемотехнику с постоянным током потребления. Формирователь (рис. 8 может управляться внутренними элементами как истоко-связанной, так I буферизированной логики. При управлении от элементов БПЛ инверсньп вход подключается к дополнительному опорному источнику. Цепи ( постоянным током подключены к общему питанию схемы, а мощны$ выходной транзистор к отдельной цепи питания. Двухпроводная гальваническая связь между управляющим каскадом и мощным выходныл транзистором достигается путем включения шунтирующих резисторон между разделенными цепями питания. Сопротивления резисторо! 0,4 - 0,6 кОм.

Смещение выходного напряжения низкого уровня в отрицательную область обеспечивается введением дополнительной внутренней нагрузки Ш, а низкое выходное сопротивление - транзистором Т12.

Оптимизация конструкции ИМС начинается с распределения выводов корпуса. Не следует располагать рядом входы и выходы из-за опасности перекрестных помех. Рекомендуется наиболее высокочастотные входы отделять от других сигнальных цепей выводами питания. Отношение числа выходов к числу выводов в цепи питания выходных каскадов в общем случае не должно превышать трех, а для высокочастотных выходов - двух. Выводы питания следует располагать равномерно по периметру кристалла. Желательно предусмотреть отдельные выводы для подключения элементов стабилизации опорных потенциалов. Таким образом, для сверхскоростных ИМС обычно требуются корпуса с числом выводов, превышающим число сигнальных цепей схемы, более чем вдвое.

После выбора корпуса и распределения выводов схемы необходимо рассчитать реактивные параметры сигнальных и питающих цепей.

Далее моделируются трактовые схемы для передачи сигнала между микросхемами (рис. 5) и расчета помех внутри корпуса ИМС (рис. 6). Процедура анализа работоспособности ИМС в конструктиве включает моделирование реакции на одиночный импульс и на последовательность импульсов заданной частоты. В ходе анализа проводится оценка частот резонансных помех и исследуется работа схемы на этих частотах. В случае выявления сбоев электрическая схема или конструкция изделия подлежат доработке.

Отбраковка неустойчивых к помехам микросхем на этапе контроля.

Современные измерительные системы, реализованные на серийных комплектующих изделиях, не могут обеспечить требований к контролю функционирования новых ИМС в условиях, приближенных к условиям применения. В этой ситуации используются нестандартные стенды контроля на основе универсальных измерительных приборов. Тем не менее, в рамках стандартизованной системы не удается гарантировать помехоустойчивость ИМС. В диссертационной работе описана новая методика и технические средства контроля устойчивости ИМС к собственным импульсным помехам.

В первую очередь, необходимо сформулировать требования к условиям применения ИМС, которые должны соблюдаться и при проектировании средств контроля. Опыт работы с микросхемами серии 6500 и устройствами на их основе позволил установить, что специфические требования к условиям контроля и монтажа ИМС касаются проектирования линий передачи сигналов и системы электропитания.

Требования изложены в справочном руководящем материале по применению ИМС серий 6500, К6500.

Функционирование на высоких частотах входных сигналов является важнейшей характеристикой ИМС. Если на входы подаются сигналы низкой частоты, то параметры фронтов должны соответствовать сигналам высокой частоты. При большой длительности фронтов комбинационные схемы возбуждаются в зоне переключения, а триггерные могут переключиться несколько раз и установиться в состояние, которое нельзя прогнозировать.

В отсутствии высокочастотных автоматизированных измерительных систем проверка функционирования на высокой частоте проводится на нестандартном стенде и по сокращенному алгоритму. Проверка работы на высокой частоте является новым дополнительным видом контроля, так как она не исключает проведения полного функционального контроля на низкой частоте. Этот вид контроля называется динамическим контролем функционирования (ДКФ). Методика проведения ДКФ предусматривает несколько режимов. Во-первых, это режим работы на максимальной входной частоте, во-вторых, режим работы от импульсов минимальной длительности на низкой частоте, и в-третьих, работа на частоте резонансных помех. В этих режимах контролируются наихудшие условия функционирования ИМС при воздействии импульсных помех. Частоты резонансных помех устанавливаются для каждого изделия на этапе аттестации проекта.

Стенды для проведения ДКФ реализуются по методу сравнения с аттестованным эталоном или по методу регистрации временной диаграммы

осциллографом. При регистрации временной диаграммы осциллограф! возможно одновременное измерение и некоторых динамическ: параметров, таких, как фронты и амплитуда выходных импульа Совмещение операций ДКФ и контроля некоторых выходных динамическ параметров позволяет не проводить контроль динамических параметр как отдельный вид.

Маршрут контроля сверхскоростных микросхем разработан с учете реальных возможностей современного контрольно-измерительно оборудования.Удалось объединить технические средства, использован] которых позволило сократить число измерительных стендов до двух. Сте! статического и функционального контроля объединяет быстродействующу АИС типа "Лада И-20", микрокамеру и блок температурных режимо устройство сопряжения сигналов и контактирования. Стенд ДКФ сокращенного динамического контроля включает высокочастотнь генератор кодовых комбинаций с четырьмя программируемыми каналам "Геккон", стробоскопический осциллограф С9-11, блок источников питан;: и высокочастотное согласующее и контактирующее устройство. Обеспечение помехоустойчивости микросхем при конструирована аппаратуры.

Опыт работы с микросхемами серии К6500 показал, чт конструктивные решения, использованные для реализации цифровы устройств на ЭСЛ-микросхемах с частотами сигналов до 300 МГ1 оказались непригодны для устройств с использованием ИМС на арсенид галлия с рабочими частотами до 1000 МГц.

Можно выделить две основные проблемы, возникающие пр проектировании блоков с использованием ИМС серий К6500 и КН6500. Эт проблемы создания линий связи для передачи импульсных сигналов частотой до 1000 МГц и разработки системы электропитания.

Рекомендации по проектированию линий связи:

1. Для сохранения характеристик высокочастотных цифровых сигнало при их передаче между микросхемами необходимо использоват микрополосковые и коаксиальные линии связи с волновьц сопротивлением 50 Ом. Нагрузочный регистр 50 Ом долже: подключаться на приемном конце линии связи.

2. При подключении входа микросхемы к линии связи длина свободной отрезка линии не должна превышать 4-6 мм, что позволяет избежав возбуждения ИМС из-за отражений.

3. Неиспользуемые входы и незадействованные выводы ИМС рекомендуется подключать к общей шине. Неиспользуемые выходь подключать к общей шине через нагрузку от 200 до 500 Ом.

4. Объединение нескольких выходов на одной линии связи в общем случае не допускается.

5. Если на вход ИМС требуется подавать низкочастотный или постоянный сигнал от внешнего источника, то допускается применение несогласованной линии связи.

6. Коэффициент объединения ИМС по входам определяется частотой сигналов в линии связи - Б, величиной сосредоточенной несогласованной емкости входов ИМС - Сп и волновым сопротивлением линии связи - 2о.

Для максимальной частоты 1000 МГц число входов, подключенных к данной линии, не должно превышать 4.

Проектирование системы электропитания проводится с учетом следующих рекомендаций:

1. Цепи питания исс1 и иССВЬ[Х, имеющие одинаковые потенциалы, выполняются раздельно. В цепи питания выходных каскадов (иссвых) при работе схемы возникают большие индуктивные помехи, а разделение цепей питания препятствует влиянию этих помех на работу ИМС.

2. Если микросхема имеет несколько выводов для подключения к одной цепи питания, то необходимо подключить все выводы, не оставляя свободных.

3. Для подавления помех в шинах питания необходимо включить в непосредственной близости от корпуса ИМС малоиндуктивные блокировочные конденсаторы (например, типа К10-17) между каждым выводом питания и общей шиной.

4. Для снижения перекрестных помех и уменьшения индуктивности цепи питания, шина "общий" должна занимать все свободное место платы. В конструкции с многослойной разводкой для шины питания "общий" рекомендуется выделить отдельный слой.

5. При подключении плат к источникам электропитания необходимо обеспечить минимальную индуктивность соединительных проводников.

6. Для защиты схем от перегрузок в моменты включения и выключения источников питания рекомендуется между шинами питания и общей шиной поставить блокировочные стабилитроны с номинальным напряжением 7 - 8 В.

Шестая глава посвящена разработке элементов защиты ИМС от электростатического разряда. Наиболее опасными для ИМС являются разряды между выводом питания и выводом входа или выхода. Без применения элементов защиты устойчивость ИМС на арсениде галлия к электростатическому разряду (ЭСР) составляет всего 30-60 В.

Устойчивость ИМС к электростатическому разряду характеризуете; величиной допустимого потенциала электростатического разряда (ДПЭСР', Величина ДПЭСР определяется в результате проведения испытаний.

Объективность оценки устойчивости ИМС к ЭСР достигаете; использованием универсальной методики. Методика определяв' электрические параметры разрядной цепи в соответствии с "модельк человеческого тела". Разряд конденсатора емкостью 100 пФ осуществляется через последовательную цепь, включающую ограничительный резистор 1,5 кОм и два произвольных вывода испытуемой ИМС.

Методика разработки средств защиты от электростатического разряде включает следующие этапы:

а) Введение во входные и выходные цепи ИМС дополнительных элементов обеспечивающих протекание разрядного тока в цепи питания, минуя активные компоненты.

б) Расчет емкости и сопротивлений, вносимых во входные и выходные цепи ИМС элементами защиты.

в) Моделирование работы ИМС на высокой частоте с учетом влияния реактивных параметров корпуса и элементов защиты по методике, описанной в главе 5.

г) Проведение испытаний ИМС на устойчивость к электростатическому разряду в соответствии с требованиями ОСТ 11073.13-83, определение величины ДПЭСР.

Устойчивость ИМС к электростатическому разряду возрастает с уменьшением сопротивления элементов защиты при протекании разрядного тока. Уменьшение сопротивления приводит к увеличению размеров и емкости элементов защиты. Эта емкость не должна ограничивать быстродействие или нагрузочную способность ИМС. В составе элементов защиты можно использовать физические структуры, которые присутствуют в цифровых или аналоговых блоках на том же кристалле.

Проблема разработки элементов защиты состоит в необходимости выбрать наилучшую схему и конструкцию при ограниченной емкости элемента. Для этого требуется методика моделирования процесса электростатического разряда через выводы ИМС. Критерий отказа элементов ИМС при электростатическом разряде.

Анализ микросхем, отказавших в результате воздействия разряда, показал только два вида изменений параметров структуры: а) короткое замыкание областей затвора и омического контакта в транзисторах и диодах; б) деградация области изоляции и замыкание соседних проводящих областей (например, резистора и проводника). Причем, в схемах без элементов защиты отказы всегда происходят во входных или выходных транзисторах, а в схемах с эффективными элементами защиты замыкания

наблюдаются либо в самих элементах защиты, либо между проводниками, расположенными до элементов защиты. $

При измерении ВАХ приборов установлены следующие основные закономерности:

- Как в диодном, так и в транзисторном включении происходит пробой затворного диода. Пробивные напряжения одинаковы.

- На обратной ветви ВАХ диода есть только один излом, соответствующий напряжению пробоя.

На прямой ветви имеются два излома, разделяющих экспоненциальный участок ВАХ, участки насыщения и пробоя. Напряжения пробоя при прямом и обратном включении обычно равны.

- Напряжения пробоя для одинаковых тестовых элементов в пределах одной пластины или даже одного кристалла имеют значительный разброс. У эпитаксиальных структур напряжение пробоя статистически значительно выше, чем у ионнолегированных.

- В режиме пробоя обратной ветви ВАХ наблюдается световая эмиссия в одной, а реже в нескольких точках, в промежутке между затвором (анодом) и омическим контактом. С увеличением тока пробоя происходит деградация ВАХ - короткое замыкание, свечение пропадает, а на месте свечения образуется темная точка.

- Ток деградации обратной ветви ВАХ не зависит от размеров прибора и типа легированной структуры, а определяется только напряжением пробоя. Установлено, что критерием отказа прибора может служить максимальное значение выделяемой мощности, которое составляет 25 - 30 мВт.

- Ток деградации прямой ветви ВАХ пропорционален ширине прибора и по величине в несколько раз превосходит ток деградации обратной ветви.

Связь тока деградации с выделяемой мощностью указывает на тепловой характер происходящих в структуре процессов.

Оценка времени разогрева кристалла арсенида галлия при импульсном выделении тепловой мощности была выполнена расчетным путем с использованием программы "ТОК".

Расчеты показали, что постоянная времени разогрева кристалла арсенида галлия много меньше постоянной времени разрядной цепи и составляет примерно 25 не. Размер источника тепла в модели 2x2 мкм значительно больше размера области световой эмиссии 1-1,5 мкм, наблюдаемой в режиме пробоя затворного диода. Поэтому, время разогрева полупроводника в реальной структуре должно быть меньше 25 не. Следовательно, максимальная температура полупроводника при разряде

определяется только максимальной тепловой мощностью и не зависит < других характеристик разрядной цепи.

Методика моделирования режима электростатического разряда.

Моделирование режима электростатического разряда выполнено системе РБРГСЕ. Составные модели диода и полевого транзистора дт больших токов и напряжений приведены на рис.9.

Поскольку испытания ведутся только до первого отказа во всей выбор* испытуемых ИМС, то нас должен интересовать случай наименьше стойкости к ЭСР. Напряжения пробоя всех дополнительных диодов моделях рис.9, устанавливаются в соответствии с минимальным экспериментальными значениями. Ток насыщения на прямой ВАХ диод Шотки примерно вдвое больше максимального тока ПТШ с такой ж структурой и размерами, поэтому, ширина транзистора Т2 на рис.9, вдвс больше Т1. Параметры моделей ПТШ в элементах защиты соответствую параметрам приборов с аналогичной физической структурой в основно схеме.

Опасные для ИМС процессы определяются максимальными величинам токов через элементы, причем эти максимальные токи достигаются течение 1-2 не от начала разряда. Расчет максимальных токов с хороше точностью может быть выполнен в статическом режиме для начальног момента времени разряда. Все разрядное напряжение считав) приложенным к схеме.

На рис.10, представлена трактовая схема для расчета максимальны: разрядных токов.

Процедура моделирования включает статический расчет токо дополнительных диодов в зависимости от разрядного напряжения - иэс^ Ток пробоя затворного диода протекает только через дополнительны диоды моделей рис.9. Расчет проводится для положительных ] отрицательных значений иэср. Результатом является минимальная (п> абсолютному значению) величина иЭСр, при которой ток пробоя любого и: дополнительных диодов достигает критической величины. Назовем эт; величину критическим напряжением разряда - иКр_ Допустимы! потенциал электростатического разряда - это значение из таблиць ОСТ 11 073.013-83. Расчетной величиной ДПЭСР считаем наименьше« значение в таблице стандарта, которое превышает иКр не менее чем ] полтора раза.

Расчетная величина ДПЭСР, как правило, совпадает с величиной полученной в результате испытаний ИМС. Элементы зашиты ИМС от электростатического разряда.

В цифровых микросхемах на арсениде галлия обычно применяют просто* двухдиодный элемент защиты как на входах, так и на выходах, рис.11 А

9 4

23М

А2)2

Я.

2

93

гОЬ

4

о-

65

Б.

Рис. 9. Составные модели диода (А) и полевого транзистора (Б) для режима больших напряжений. Диоды в схеме моделируют режим пробоя затворного диода.

1 - анод, 2 - катод, 3 - сток, 4 - затвор, 5 - исток.

Рис. £0. Трактовая схема для расчета максимальных токов в режиме электростатического разряда.

1 - источник разрядного напряжения, 2 - элемент защиты от ЭСР, 3 - входной или выходной каскад ИМС.

= 1,5 кОм - сопротивление разрядного источника напряжения; Иэкв - эквивалентное сопротивление блоков ИМС, не включенных в трактовую схему; Кл - ключ для заземления одной из шин питания Ех или Е2-

Моделирование разрядных токов показало, что в этом случае величин! иКр ограничена пробоем диодов в самих элементах защиты, а величин; разрядного тока не может быть больше максимального тока транзистора Т. в модели на рис.9. Емкость элемента защиты равна суммарной емкосп двух диодов.

В настоящей работе предложены новые элементы защиты, рис.11Б-11Т Элемент на рис. 11 Б. включает четыре диода и обладает вдвое Волынил пробивным напряжением по сравнению с двухдиодным, и большиь максимальным током при заданной входной емкости. При все> достоинствах этого элемента расчетная величина иКр_ может возраст! лишь незначительно, так как пробой наступает во входных или выходныл блоках ИМС.

На рис.11В. показан элемент защиты для входных каскадов ИМС дополненный схемой ограничения разрядного тока, состоящей из диода Б5 и резистора Ш. Резистор Ш номиналом 8-10 кОм ограничивает ток пробоя элементов входных каскадов и обеспечивает передачу низкочастотных составляющих входного сигнала. Диод Б5 служит проходной емкостью для высокочастотных составляющих сигнала. Этот элемент защиты повышает иКр примерно вдвое по сравнению с двухдиодным.

Защита выходных цепей ИМС осложняется отсутствием возможности ограничить выходной ток, так как в нормальном рабочем режиме выходной ток ИМС составляет 30-40 мА. Цепь питания мощных транзисторов отделена от питания внутренних логических элементов, а в элементе защиты должно быть не менее трех цепей - по одной на шину питания. На рис.11 Г. приведена схема защиты выходного каскада ИМС. Функцию ограничения разрядного тока в цепи затвора мощного транзистора выполняют резистор Ш и диод Б4. Диоды Б2 и БЗ объединяют разделенные шины положительного питания в режиме разрядных токов. Диод переключает в цепи питания импульс втекающего разрядного тока, а транзистор Т1 - импульс вытекающего. В нормальном рабочем режиме транзистор Т1 закрыт и не влияет на выходной ток. В схеме на рис.11Г. часть элементов вынесена из выходной цепи в цепи питания и управления, что снижает выходную емкость.

Совместный анализ быстродействия и устойчивости ИМС к электростатическому разряду.

Максимальное быстродействие ИМС зависит от быстродействия входных и выходных каскадов, реактивных параметров корпуса и емкости элементов защиты. Максимально допустимая емкость элементов защиты определяет размеры диодов и транзисторов, соответствующее этим размерам критическое разрядное напряжение и допустимый потенциал электростатического разряда.

- 2 1Ф1

2

Л \Ф2

1

о-

:з>1

¿9)4

Л.

Б

В.

Г

Рис. £{. Электрические схемы элементов защиты ИМС от электростатического разряда. А и Б - универсальные элементы, В - входной элемент, Г - выходной элемент защиты.

1. Входной (выходной) вывод ИМС. 2. Входной (выходной) каскад. 3. Положительная шина питания. 4. Отрицательная шина питания. 5. Шина питания выходных транзисторов. Тв -выходной мощный транзистор.

Для того, чтобы прояснить связь быстродействия и стойкости к ЭС рассмотрим процедуру оптимизации.

Используя трактовую схему с рис.10, и методику расчета разряднь токов, рассчитаем величину критического разрядного напряжения (11^ для разных элементов защиты. С увеличением ширины приборов элементах защиты величина Х1Кр_ возрастает. Проектные нормы однозначз связывают суммарную ширину диодов и транзисторов с площадь элементов защиты и их электрической емкостью. Поэтому, мы може определить иКр. как функцию площади и емкости для входных выходных цепей. Элементы защиты (рис.11В., 11Г.) обеспечивают болыиу величину критического разрядного напряжения при заданной емкости. Пр заданной площади наилучшие показатели стойкости к ЭСР имес простейший двухдиодный элемент (рис.11 А.).

Расчет зависимости максимальной рабочей частоты от емкости элементе защиты выполним для трактовых схем, показанных на рис.5 и 6. Значени максимальной рабочей частоты определяется условием снижения уровне сигнала на выходе трактовой схемы до предельно допустимых значений.

При заданной конструкции и определенном типе элемента защит] емкость можно исключить, как промежуточный параметр, а максимальну] рабочую частоту функционально связать с критическим разрядны; напряжением. Полученные зависимости позволяют оптимально выбрат тип и размеры элемента защиты как при ограничении площади, так и пр заданном быстродействии ИМС.

В седьмой главе приведены результаты использования принципо формообразования и взаимодействия элементов при разработке цифровьг микросхем на арсениде галлия.

Первые отечественные цифровые микросхемы на арсениде галли были разработаны и освоены в производстве в московском НИ! молекулярной электроники (НИИМЭ). К 1985 году были созданы услови. для освоения производства ИМС на элементной базе нормально-открыты. ПТШ с длиной затвора 1 мкм.

В период с 1985 по 1991 год освоены в производстве 14 типономинало: сверхскоростных ИМС серии К6500. В 1987 г. началась разработка 1 выпуск полузаказных микросхем серии К6501 на основе базовоп матричного кристалла средней степени интеграции А-300. Всего был« выпущено 11 типономиналов.

С 1987 года в НИИМЭ велась разработка элементной базы микросхеь следующего поколения. В 1990 году разработана микросхем; быстродействующего счетчика для работы на частотах до 4 ГГц.

Для микросхем высокой степени интеграции разработана элементная база на полевых транзисторах нормально открытого и нормально закрытой

типов. Технология БИС основана на применении проекционной фотолитографии с минимальным размером 1 мкм. К 1995 году были разработаны следующие БИС: ОЗУ емкостью 4 Кбит; ОЗУ - 16 Кбит; базовые матричные кристаллы с числом вентилей 3, 5 и 10 тысяч; микропроцессорный комплект из 5 БИС сложностью от 1 до 5 тысяч вентилей.

К началу серийного выпуска цифровых ИМС на арсениде галлия большинство технологических и схемотехнических проблем уже были решены. Однако, многие проблемы их практической конструктивной реализации даже еще не были сформулированы. Эти проблемы были решены лишь путем преодоления неудач в разработках реальных изделий. Микросхема формирователя высокочастотных импульсов К6500КТ1.

Микросхемы формирователей высокочастотных импульсов являются необходимым элементом испытательных систем и систем передачи цифровой информации. Зарубежные разработки продемонстрировали возможность технологии микросхем на арсениде галлия в несколько раз повысить рабочую частоту формирователей и улучшить параметры сигналов по сравнению с кремниевыми аналогами.

Микросхемы высокочастотных формирователей построены по общей структурной схеме и отличаются по конструктивному исполнению и по наличию на кристалле сервисных блоков управления уровнями. Важнейшими параметрами формирователей являются:

- скорость изменения выходного напряжения;

- максимальная частота передачи сигналов;

- диапазон регулировки амплитуды выходного сигнала;

- диапазон регулировки смещения сигнала;

- амплитуда выбросов при переключении;

- величина гистерезиса передаточной характеристики.

Новая микросхема формирователя выполнена в 16-выводном металлокерамическом корпусе типа Н04-16-2В. Напряжения питания (4,0 В и минус 2,4 В), а также уровни сигналов управления соответствуют требованиям к ИМС серии К6500.

Микросхема характеризуется следующими основными параметрами:

- скорость изменения выходного напряжения при работе на нагрузку 25 Ом - 10-12 В/нс;

- диапазон регулировки амплитуды выходного сигнала при работе на нагрузку 25 Ом - 1 В;

- диапазон регулировки смещения выходного сигнала - не менее 2,5 В;

- амплитуда выбросов при переключении - не более 5% от амплитуды выходного сигнала;

- величина гистерезиса передаточной характеристики - не более 5 мВ;

- максимальная частота передачи сигнала - не менее 1500 МГц;

- задержка распространения сигнала - не более 0,45 не;

- переключаемый ток - не менее 60 мА;

- мощность, потребляемая от источников питания - не более 0,6 Вт.

Основные отличия разработанной ИМС в применении схемотехники высокой энергетической эффективностью и нагрузочной способностью, большем числе каскадов усиления мощности, а также в использован! управляющих конденсаторов новой конструкции, полупроводниковь резисторов в качестве нагрузочных элементов. Каждый из каскад! усиления мощности охвачен цепью отрицательной обратной связи I постоянному току для стабилизации режима работы. Использован! полевых транзисторов с пороговым напряжением минус 0,6 В и цеп£ стабилизации режимов позволило снизить напряжение питания до нор цифровых ИМС серии К6500. Снижение напряжения питания важно I только для уменьшения потребляемой мощности, но и для снижена эффекта паразитного управления по подложке. Низкоомные нагрузочнь резисторы, используемые в схеме формирователя, практически I подвержены действию эффекта паразитного управления и не имек гистерезиса вольт-амперных характеристик. Относительно небольше напряжение питания, применение в нагрузках низкоомных полупрс водниковых резисторов и специальные топологические приемы дл увеличения расстояния между переключающими транзисторами позволил уменьшить величину гистерезиса передаточной характеристик формирователя до уровня менее 5 мВ.

Микросхема сдвоенного стробируемого компаратора напряжения К6500СА Стробируемый компаратор напряжения является необходимы входным элементом автоматизированных систем функционального динамического контроля цифровых устройств. Компаратор выполняе логическую функцию синхронного триггера Б-типа с парафазным входо данных.

Микросхема К6500СА1 характеризуется следующими основным параметрами:

- частота стробирования - до 1000 МГц;

- диапазон изменения синфазного сигнала данных - от минус 0,5 В д плюс 2,0 В;

- чувствительность к дифференциальному сигналу при частот стробирования 1000 МГц - не хуже 50 мВ;

- гистерезис передаточной характеристики по дифференциальному вход - менее 5 мВ;

- напряжение смещения нуля для дифференциального входа - не боле 10 мВ;

- входные токи для дифференциальных входов - не более 1 мкА;

- чувствительность к смещению фронтов входного и стробирующего сигналов - не хуже 60 пс.

На кристалле ИМС размещены две идентичных схемы, причем, они не связаны между собой даже цепями питания, что значительно снижает перекрестные помехи. Главной отличительной особенностью электрической схемы компаратора является использование входного прецизионного усилителя. Именно наличие усилителя обеспечивает высокую чувствительность и широкий динамический диапазон для входных сигналов.

Входные транзисторы усилителя идентичны по конструкции и размещены в специальных экранирующих карманах на максимально возможном удалении от других элементов схемы.

Нагрузочными элементами служат близко расположенные полупроводниковые резисторы шириной 10 мкм. Коэффициент усиления входного каскада - около 5.

Микросхема двоичного счетчика с входной частотой до 4 ГГц.

В рамках НИР "Инстинкт ГС" разработана микросхема трехразрядного двоичного счетчика, полностью совместимая по параметрам с ИМС серии К6500. Технология изготовления счетчика в основном совпадает с технологией для серии К6500. Отличие состоит в применении электроннолучевой литографии для формирования затвора ПТШ длиной 0,5 мкм.

При разработке электрической схемы использована схемотехника на переключателях тока (ИСЛ). Элементы ИСЛ с парафазным управлением устойчивы к импульсным помехам и сами создают лишь небольшие помехи. Около 20% площади кристалла занято блокировочными конденсаторами, снижающими помехи в шинах питания.

Счетчик конструктивно реализован в корпусе "Дракон-24" (4205.24-1), имеющем наилучшие экранирующие свойства. Волновое сопротивление выводов корпуса близко к 50 Ом, расчетный входной импеданс кристалла на максимальной частоте также 50 Ом, чем достигается согласование входного тракта. Выводы корпуса, соседствующие с входом синхросигнала, заземлены. Заземлены основание и крышка корпуса. Из 24 выводов корпуса 8 подключены к общей шине, 2 - к положительному источнику питания, 2 - к отрицательному, 3 - к источнику питания выходных каскадов, 3 вывода использованы для внешней стабилизации опорных напряжений, а оставшиеся 6 выводов служат входами и выходами схемы.

До настоящего времени данный счетчик является самой высокочастотной отечественной корпусной микросхемой. Элемент памяти для ОЗУ емкостью 4 Кбит и 16 Кбит

К моменту, когда начались разработки микросхем высокой степени интеграции с числом элементов свыше 10000, многие проблемы

конструктивной реализации быстродействующих ИМС были уже pemei Главной проблемой при проектировании БИС стали обоснованн проектные нормы, обеспечивающие максимальную плотность размещен элементов на кристалле. Расчет электрических схем с транзистора микронной ширины требует учета эффекта модуляции порогов! напряжения. Рассмотрим процесс разработки элемента памяти для ОЗУ.

В качестве элементной базы БИС на арсениде галлия используют логические элементы с непосредственными связями (НСПЛ), построенн на полевых транзисторах нормально открытого и нормально закрыт< типов. При изготовлении кристаллов БИС используется проекционн фотолитография с минимальным размером элементов 1 мкм и точност: совмещения двух любых слоев не хуже 0,4 мкм.

Первой проблемой в элементе памяти является конструкц нагрузочных источников тока.

Для ОЗУ 16 Кбит допустимая потребляемая мощность 1,6 - 1,8 Вт, из н: мощность накопителя не более 0,8 Вт. Соответствующий ток накопителя более 333 мА, а ток элемента памяти не более 20 мкА. Следовательно, т одного нагрузочного транзистора должен быть 8-10 мкА. Если нагрузо ный транзистор рассчитывать так, чтобы краевые эффекты в нем проявлялись, то его площадь составит 200 - 250 мкм^, а площадь элемен памяти будет более 1000 мкм^, что недопустимо для ОЗУ такой емкости.

Выполним расчет нагрузочного транзистора с учетом краево эффекта. Во-первых выберем минимально допустимую ширину каиад Пороговое напряжение транзисторов с шириной канала 2 мкм и бол соответствуют аппроксимирующей формуле с хорошей точностью. Поэтом выберем минимальную топологическую ширину транзистора - 2,5 мк Поправка на эффективную электрическую ширину прибора равна 0,4 мга а эффективная ширина нагрузочного транзистора - 2,1 мкм. Рассчитае величину начального тока для длины канала 4 мкм и порогово напряжения -0,6 В.

U*t"0,334 В - пороговое напряжение узкого транзистора и эффективнЕ ширина W*=W+0,5-X. W*=2,l+0,5-0,51=2,36 мкм.

Начальный ток полевого транзистора с ионно-легированнс структурой. Iso ~ 7,24 мкА.

Номинальное значение тока нагрузочного транзистора 7,25 мкА. Пр отклонении порогового напряжения широких нормально открытых ПТШ j. минус 0,7 В, ток нагрузочных транзисторов элементов памяти возрастет ; 11,4 мкА, а при отклонении до минус 0,5 В, ток уменьшится до 4 мю Максимальная мощность накопителя при этом составит 889 мВт, минимальный ток нагрузки 4 мкА обеспечивает надежное сохранена информации в элементе памяти.

Второй серьезной конструктивной проблемой разработки элемента памяти является обоснованный выбор топологических проектных норм. Площадь элемента определяется плотностью размещения проводников второго и третьего уровней металлизации, которая зависит от конструкции переходных контактов между уровнями.

В схеме памяти использованы новые конструкции контактов, описанные в главе 4.

Для соединения всех проводников в одном элементе памяти потребовалось 14 переходных окон в диэлектрике. За счет использования части переходных контактов несколькими ячейками, в площади элемента памяти необходимо разместить 8 контактов. За счет уменьшения размеров нагрузочных транзисторов и переходных контактов удалось уменьшить площадь элемента памяти в два раза по сравнению с первоначальным вариантом, до 698 мкм2.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана методика повышения помехоустойчивости цифровых микросхем, включающая такие новые элементы:

а) Сформулированы требования к параметрам сигналов, конструкциям корпусов и к средствам контроля, которые являются обязательными для высокочастотных цифровых микросхем на любой элементной базе, включая и изделия на кремнии.

б) Обнаружено явление синхронных сбоев в цифровых микросхемах. Явление проявляется при совпадении фронтов входных и выходных импульсов на частотах много ниже максимально допустимых и обусловлено помехами в цепях питания. Предложена методика выявления микросхем неустойчивых к импульсным помехам. Методика включена в систему контроля микросхем на арсениде галлия.

в) Разработаны электрические схемы входных трансляторов и выходных

формирователей, которые значительно улучшают эксплуатационные параметры микросхем при заданном быстродействии.

г) Разработан алгоритм совместной оптимизации электрической схемы и

конструкции ИМС для достижения наилучших показателей быстродействия, помехоустойчивости и стойкости к электростатическому разряду.

2. Предложена и обоснована процедура разработки элементов защит ИМС от электростатического разряда, включающая следующ! положения:

а) Установлен критерий отказов микросхем при электростатическс разряде. Отказы происходят при достижении мощности в зоне пробе 25 - 30 мВт. То, что отказы зависят от мощности, а не от энергр-разряда, обусловлено малой постоянной времени разогре! полупроводника в зоне пробоя, которая в несколько раз меньц постоянной времени самого разряда. Расчет максимальной мощнося может быть выполнен в статическом режиме с небольшими затратам рабочего и вычислительного времени.

б) Стойкость ИМС к электростатическому разряду ограничиваете максимально допустимой электрической емкостью элементов защит! Разработаны новые электрические схемы элементов защиты с малс емкостью.

в) Максимальная стойкость ИМС к электростатическому разря; достигается путем совместной оптимизации быстродействия стойкости.

3. Предложены новые конструктивные элементы микросхем:

а) Элемент программируемой постоянной памяти;

б) Тестовый элемент для электрооптического контроля ИМС;

в) Экран для снижения паразитного бокового управления ИМС;

г) Источник тока, построенный на нормально-закрытых полевых транзисторах.

4. Экспериментально и теоретически исследованы размерные эффекты элементах микросхем. Предложены методы учета размерных эффекте при расчетах параметров приборов:

а) Установлено, что на границе области межэлементной изоляцу. образуется переходной слой шириной около 1,5 мкм с переменнс концентрацией носителей заряда. В транзисторах и резисторе шириной менее 3 мкм нарушается линейная зависимость у проводимости от ширины. Эффективная ширина полупроводниковь приборов меньше их топологической ширины на величину поправк зависящей от концентрации носителей в легированном слое. Д.г исследованных эпитаксиальных структур величина поправки составш 0,8 мкм, а для ионно-легированных - 0,4 мкм.

б) Установлено, что средняя погрешность отношений сопротивлений для

близко расположенных и одинаковых по форме резисторов определяется флуктуацией их эффективной ширины со средним значением 15 нм. Ранее считалось не менее 50 нм. Для резисторов, разнесенных на расстояние не менее 100 мкм, погрешность отношений определяется градиентом слоевого сопротивления. Для исследованных образцов величина градиента составила 1,1 -1,3 % на мм для эпитаксиальных структур ИМС и 0,6 - 0,8 % на мм для ионно-легированных. Данный результат позволяет повысить точность опорных источников напряжения или тока в ИМС за счет уменьшения размеров резисторов.

в) Установлено, что разброс емкостей проводников в одинаковых структурах на кристаллах ИМС составляет около 10%- Предложены простые аппроксимирующие формулы для расчета емкостей проводников с погрешностью не более разброса экспериментальных значений.

г) Предложена модель полевого транзистора на арсениде галлия, учитывающая зависимость краевой емкости затвора от напряжения. Учет краевой емкости осуществляется введением эффективной длины затвора, которая на 0,38 мкм больше топологической. Результаты расчетов подтверждены экспериментальными данными.

д) Получены формулы, описывающие зависимость порогового напряжения полевых транзисторов от ширины канала и длины затвора. Точность формул 10 - 15 мВ соответствует разбросу пороговых напряжений идентичных транзисторов. Эффект управления от участков затвора, лежащих на области изоляции, проявляется при ширине канала 10 мкм и менее. Показана необходимость учета размерных эффектов в микросхемах высокой степени интеграции.

5. Разработанные модели, алгоритмы и методики расчета элементов ИМС используются на ряде предприятий электронной промышленности при проектировании цифровых микросхем на арсениде галлия. Новые элементы внедрены в конструкции всех микросхем серии К6500, выпускаемых АООТ "НИИМЭ и завод "Микрон" (14 типономиналов).

Основные публикации по теме диссертации

По результатам исследований автором опубликован! 27 научных статей, получено 10 авторских свидетельств 1 1 патент на изобретения. Основные результаты диссертаци: Адамова Ю.Ф. опубликованы в следующих работах:

1. Адамов Ю.Ф., Голубев А.П. Ток затвора полевого транзистора управляемого барьером Шотки.// Сборник научных трудо МИЭТ, 1978 г., вып. 40, стр. 109-116.

2. Адамов Ю.Ф. Аналитический расчет ВАХ полевоп транзистора с ионно-легированным каналом.// Сборник научны: трудов МИЭТ "Полупроводниковые интегральные схемь памяти", 1980 г., стр. 82-86.

3. Адамов Ю.Ф., Голубев А.П. Определение сопротивления истока и стока полевых транзисторов.// Электронная техника серия 2, Полупроводниковые приборы, 1981 г., вып. 3, стр. 58-59.

4. Адамов Ю.Ф., Розинов В.Л. Полузаказные логические БИС 1 тенденции их развития.// Зарубежная электронная техника 1985 г., N0. 4, стр. 3-63.

5. Адамов Ю.Ф. Обеспечение качества микроэлектронны> устройств на этапе проектирования.// Радиоэлектроника (Обзор по материалам иностранной печати), 1983 г., N0. 2, стр. 11-22.

6. Адамов Ю.Ф., Кравченко Л.Н., Сапельников А.Н., Хлыбов А.И Скорретные цифровые микросхемы на арсениде галлия серю-К6500.// Электронная промышленность, 1990 г., N0. 8, стр. 69-72.

7. Адамов Ю.Ф., Кравченко Л.И., Сапельников А.Н., Хлыбов А.И.. Цыганов В.Г. Новые микросхемы на арсениде галлия серии К6500 для контрольно-измерительной аппаратуры.// Электронная промышленность, 1991 г., N0. 5, стр. 47-49.

8. Адамов Ю.Ф., Кравченко Л.Н., Сапельников А.Н., Хлыбов А.И. К6500, КН6500 - сверхскоростные цифровые микросхемы на арсениде галлия. Особенности применения.// Электронная промышленность, 1991 г., N0. 1, стр. 70-72.

9. Адамов Ю.Ф., Кравченко Л.Н., Хлыбов А.И. Резонансные помехи в цепях питания сверхбыстродействующих ИС.// Электронная техника, серия 3. Микроэлектроника, 1992 г., вып. 3, стр. 6-11.

10. Адамов Ю.Ф., Кравченко Л.Н., Хлыбов А.И. Повышение помехоустойчивости ИС на арсениде галлия серии К6500.// Электронная промышленность, 1992 г., N0. 5, стр. 40-43.

11. Адамов Ю.Ф., Кравченко Л.Н., Хлыбов А.И. Резонансные помехи в цепях питания сверхбыстродействующих цифровых микросхем и методы их подавления.// Микроэлектроника, 1992 г., том 21, вып. 5, стр. 3-10.

12. Адамов Ю.Ф., Кравченко Л.Н., Хлыбов А.И. Микросхема формирователя высокочастотных импульсов с улучшенными характеристиками на арсениде галлия для испытательных систем и волоконно-оптических линий связи.// Микроэлектроника, 1992 г., том 21, вып. 6, стр. 53-57.

13. Адамов Ю.Ф., Кравченко Л.Н., Сапельников А.Н. Сверхбыстродействующие интегральные микросхемы на арсениде галлия серий К6500, К6501.// Электронная промышленность, 1994 г., N0. 1, стр. 20-27.

14. Адамов Ю.Ф., Кравченко Л.Н., Хлыбов А.И. Разработка входных трансляторов и выходных формирователей для высокочастотных цифровых микросхем на арсениде галлия серий К6500, К6501.// Электронная техника, сер. 10, Микроэлектронные устройства, 1991 г., N0. 1, стр. 27-31.

15. Адамов Ю.Ф., Кравченко Л.Н., Пархоменко В. Моделирование динамических параметров БИС ОЗУ на арсени, галлия.// Специальная электроника, сер. 3, Микроэлектроник 1988 г., вып. 1(23), стр. 3-7.

16. Адамов Ю.Ф. Аналитический расчет краевых емкостей до затвора ПТШ и металлизации ИМС на арсениде галлия.; Радиотехника и электроника, 1996 г., том 41, вып. 7, стр. 25.

17. Адамов Ю.Ф. Влияние ширины канала на характеристш арсенид-галлиевых полевых транзисторов с затвором Шотки./ Радиотехника и электроника, 1996 г., том 41, вып. 3, стр. 374-37<

18. Адамов Д.Ю., Адамов Ю.Ф., Братов В.А. Моделирован! элементов защиты от электростатического разряда./ Российская конференция с участием зарубежных учень: "Микроэлектроника-94", Звенигород 1994 г., Тезисы докладо РЗ-57, стр. 613-614.

19. Адамов Ю.Ф., Голубев А.П., Дубов Ю.Н., Дорошенко Б.С Самсонов Н.С. Интегральные формирователи импульсно] тока.// Электронная техника, серия 3, Микроэлектроник; 1982 г., вып. 3, стр. 32-40.

20. Адамов Ю.Ф., Мошкин В.И., Фетисова С.Н. Интегральны транзисторы с металлическим коллектором.// Сборник научны трудов МИЭТ, 1977 г., вып. 34, стр. 47-56.

21. Адамов Ю.Ф., Кравченко Л.Н., Сапельников А.Н., Хлыбов А.1 Сверхскоростные интегральные микросхемы серии К6500./ Всесоюзный симпозиум "Проблемы радиоизмерительно техники", Горький, 1989 г., Тезисы докладов, стр. 85.

22. Адамов Ю.Ф., Голубев А.П. Цифровые интегральные схем! на кремниевых полевых транзисторах с затвором Шотки./ Зарубежная электронная техника, 1978 г., No.ll, стр. 27-50.

23. Адамов Ю.Ф., Голубев А.П., Кравченко JI.H. Кремниевый полевой транзистор с управляющим барьером Шотки.// Сборник научных трудов МИЭТ, 1976, вып. 27, стр. 3-8.

24. Адамов Ю.Ф., Голубев А.П. Особенности изготовления совмещенной структуры с полевым транзистором, управляемым барьером Шотки.// Сборник научных трудов МИЭТ, 1977 г., вып. 34, стр. 47-55.

25. Адамов Ю.Ф., Голубев А.П. Исследование характеристик инверторов на кремниевых полевых транзисторах с затвором Шотки.// Сборник научных трудов МИЭТ, 1978 г., вып. 40, стр. 103-108.

26. Адамов Ю.Ф., Шишина Л.Ю. Динамический однотранзисторный элемент памяти с МОП-структурой.// Сборник научных трудов МИЭТ, 1976, вып. 27, стр. 64-70.

27. Адамов Ю.Ф., Родионов Ю.П., Шишина Л.Ю. Особенности проектирования квазистатического ЗУ с произвольной выборкой.// Микроэлектроника и полупроводниковые приборы, Советское радио, 1976 г., вып. 1, стр. 77-90.

28. Адамов Ю.Ф., Баринов В.В. Введение в конструирование СБИС.// Учебное пособие, МИЭТ, 1996 г.

29. Адамов Ю.Ф., Самсонов Н.С., Дубов Ю.Н., Дорошенко Б.С., Коренев Н.Л., Голубев А.П. Формирователь импульсов (его варианты)// Авторское свидетельство № 974562 от 22.12.80 г.

30. Адамов Ю.Ф., Сол яков А.Н. Полевой транзистор на арсениде галлия.// Авторское свидетельство № 263236 от 05.06.87 г.

31. Адамов Ю.Ф., Кравченко Л.Н., Соляков А.Н., Хлыбов А.И., Щетинин Ю.И. Логический элемент на полевых транзисторах.// Патент РФ № 1530058 от 17.02.94 г.

32. Адамов Ю.Ф., Кравченко Л.Н., Соляков А.Н., Хлыбов А.И., Щетинин Ю.И. Логический элемент на нормально открытых полевых транзисторах.// Патент РФ № 1530059 от 17.02.94 г.

33. Адамов Ю.Ф., Кравченко Л.Н., Пархоменко В.Н., Хворостин А.Е. Преобразователь логических уровней.// Авторское свидетельство № 1593537 от 13.07.89 г.

34. Адамов Ю.Ф., Кравченко Л.Н., Пархоменко В.Н., Хворостин АЛ Преобразователь логических уровней.// Авторское свидетельств № 1593538 от 13.07.89 г.

35. Адамов Ю.Ф., Кравченко Л.Н., Пархоменко В.Н., Хворостин А.] Буферный каскад для полупроводниковых устройств на полевы транзисторах с барьерным переходом.// Авторское свидетельств № 1604049 от 13.04.89 г.

36. Адамов Ю.Ф., Ангелова Л.А. Тестовая структура для электрооптичес кого контроля электрических напряжений на металлизации ИС.// Патеи РФ № 1807427 от 10.10.92 г.