автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Структурно-функциональные методы разработки быстродействующих цифровых БИС для специализированной микроэлектронной аппаратуры в условиях серийного производства

На правах рукописи

Для служебного пользования

Экз. № УДК 621.314.632

Приходько Павел Сергеевич

СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ ЦИФРОВЫХ БИС ДЛЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ МИКРОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ В УСЛОВИЯХ СЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.27.01 - твердотельная электроника, микроэлектроника и наноэлектроника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1998

Работа выполнена в Акционерном обществе «НИИ Молекулярной электроники и завод «Микрон»

Официальные оппоненты: член-кор. РАН, доктор физико-

математических наук, проф. Аристов В.В. доктор технических наук, проф. Петросянц К.О. доктор технических наук, проф. Сухарев Е.М.

Ведущая организация: Государственный научно-исследовательский

институт «Пульсар».

Защита состоится « 7 » июля 1998 г. на заседании диссертационного совета Д 105.06.01 НИИ «Научный центр» по адресу: Москва 103460, НИИ «Научный центр» в 1022 в Малом зале.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИ «Научный центр».

Автореферат разослан « 4 » июня_1998 г>

Ученый секретарь

диссертационного совета академик МАИ, докг. техн. наук, с.н.с.

Попов А. А. тел.: 531-25-46 531-13-03

Общая характеристика работы

1. Актуальность темы.

Постоянное увеличение функциональной сложности специализированной микроэлектронной аппаратуры порождает широкий класс актуальных проблем, обусловленных задачами повышения надежности, снижения массы и габаритов, энергопотребления и стоимости. Особое значение в специализированной микроэлектронной аппаратуре имеют характеристики температурной стабильности, радиационной стойкости, надежности и помехоустойчивости. Соответственно повышаются требования к основной части элементной базы микроэлектронной аппаратуры - быстродействующим цифровым интегральным микросхемам в отношении их электрических характеристик, номенклатуры, объемов выпуска и стоимости, которые растут значительно быстрее, чем возможности их удовлетворения на современном этапе развитая микроэлектронной технологии. Причем возникающие при этом противоречия приходится разрешать в рамках специфической системы понятий «сложность - надежность - масса - энергопотребление - стоимость».

Чтобы правильно оценить затраты и риски конкретных проектов, обусловленные уровнем требований, предъявляемых к конечным изделиям, предприятию необходимо иметь адекватную информационную модель разработки изделия и его технологической реализации. Поэтому для успешной разработки и производства быстродействующих БИС нужна эффективная система проектирования и внедрения изделий в серийное производство, гибко настраиваемая и эффективно управляемая в рамках совокупности технологий, которыми предприятие владеет в данный период времени.

Очевидно, что при построении современной системы разработки цифровых быстродействующих БИС нужна четкая формализация на различных уровнях абстрагирования семейства понятий и определений эффективности как собственно БИС, так и системы разработки и изготовления. В настоящей диссертации различные аспекты проблемы эффективности рассматриваются

в рамках существующего уровня систем создания цифровых БИС для условий серийного производства. Особое внимание уделяется анализу и систематизации накопленного научно-технического опыта практического решения задач проектирования в областях:

• выработки технических требований к изделию;

• подготовки, организации и планирования разработки БИС;

• управления процессом разработки БИС;

• формирования и организации интегрированной инфраструктуры разработки и внедрения БИС;

• повышения эксплуатационных критериев надежности и стойкости быстродействующих цифровых БИС к внешним воздействующим факторам.

При этом автор получает возможность в полной мере использовать результаты своей многолетней деятельности в качестве разработчика функционально-законченных серий специализированных БИС и организатора работы соответствующих коллективов разработчиков микроэлектронной элементной базы, результаты творческого сотрудничества и выполнения совместных работ со специалистами в области САПР БИС, АСУТП, разработчиками технологий и систем контроля, чтобы с позиций структурно-функционального анализа последовательно рассмотреть и исследовать всю совокупность методов разработки быстродействующих цифровых БИС и их внедрения в серийное производство.

Основные концепции совершенствования систем разработки БИС в части развития проектирования интегральной технологии, а также автоматизированных систем управления показателями качества и надежности на этапах проектирования и производства изделий были сформулированы в известной работе Ю.Н. Дьякова*.

'Дьяков Ю.Н. Электронизация И Электронная техника. Сер. 3. Микроэлектроника. -1987. -Вып. 2 (122). -С. 3 - 13.

Современна» практика развития этих вопросов показывает, что система разработки быстродействующих специализированных БИС, определяемая как совокупность административных, организационных, научных, производственных, информационных, технологических и других подсистем, в свою очередь может рассматриваться как объект, эксплуатация которого обеспечивает получение проектов соответствующих конкретных специализированных микросхем. Причем повышенные требования к устойчивости их работы по отношению к внешним воздействующим факторам (ВВФ) существенным образом ужесточают задачи как глубины анализа и понимания процессов функционирования микросхем, так и качества соответствующих проектных решений.

Таким образом, тема настоящей диссертации, посвященная созданию системы структурно-функциональных методов разработки цифровых быстродействующих специализированных микросхем и реализации на их основе цикла проектирования, изготовления и внедрения функционально законченных серий цифровых БИС для специализированной микроэлектронной аппаратуры, является актуальной.

Диссертационная работа выполнена на основе НИР и ОКР в рамках отраслевых КЦП «Память-2», «Память-3», «Программа-95», межотраслевой «Программы разработки радиациоиносгойких изделий микроэлектроники на основе технологии «Кремний на изоляторе» («Аргамак») и «Российской Государственной программы развития электронной техники».

2. Цель работы и задачи исследований.

Проблемой рассматриваемой работы является создание быстродействующих цифровых БИС для специализированной микроэлектронной аппаратуры при существенном сокращении временных и материальных затрат на стадиях проектирования и внедрения в условиях серийного производства.

Целью диссертации является решение названной проблемы посредством создания системы структурно-функциональных методов разработки быстродействующих цифровых БИС, внедрение которых обеспечивает высокие функционально-параметрические запасы и надежность элементной базы специализированной микроэлектронной аппаратуры и тем самым способствует ускорению научно-технического прогресса в отечественной микроэлектронике.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач в области системного моделирования, структурно-схемотехнического и конструктивно-технологического проектирования, организации разработки и серийного производства БИС.

Основными задачами работы являются:

1. Системная организация и развитие информационной интеграции методов разработки быстродействующих цифровых БИС.

2. Создание интегрированной системы информационной поддержки принятия проектных решений и построения развернутой структурно-функциональной модели процесса разработки специализированных БИС.

3. Развитие последовательной иерархической системы комплекса структурно-функциональных методов разработки и внедрения БИС для специализированной микроэлекгронной аппаратуры.

4. Исследование, разработка и практическая реализация новых технологических методов создания структур кремний на изоляторе (КНИ) на основе имплантационной технологии для быстродействующих цифровых СБИС и УБИС нового поколения с экстремальными эксплуатационными характеристиками.

5. Комплексное обеспечение надежности и контроля качества в системе структурно-функциональных методов разработки быстродействующих цифровых специализированных БИС.

Основным инструментом исследования в диссертационной работе является структурно-функциональный подход, обеспечивающий методологическое единство построения системы информационной интеграции разработки и внедрения быстродействующих цифровых БИС. При этом для решения проблемы представления системных моделей в рамках понятий международных стандартов управления качеством ISO 9000 используется метод иерархического описания сложных систем IDEF0, являющийся фактически стандартом современных системных исследований. Используя понятие жизненного цикла изделий электронной техники, в настоящей работе рассмотрены и систематизированы известные методы разработки и внедрения сложных изделий ряда авторитетных отечественных ученых: Валиева К.А., Дьякова Ю.Н., Норенкова И.П., Баталова Б.В., Ильина В.М. и др., а также зарубежных специалистов: Деминга У., Мурога С., Ватанебэ М. Кроме того, в диссертационной работе проводится ретроспективный анализ опыта научно-технического поиска, разработок и внедрения микросхем в НИИМЭ и заводе «Микрон», играющего роль основной фактологической базы построения общей модели системы разработки и внедрения БИС.

3. Новые научные результаты.

1. Разработана методология системной интеграции процессов и методов проектирования и изготовления цифровых СБИС, основанная на концепции функциональной взаимосвязи элементов жизненного цикла изделия в соответствии с серией международных стандартов ISO 9000, включая методику оценки технико-экономической эффективности вариантов стратегий разработки специализированных изделий в рыночных условиях и математические модели информационных представлений основных этапов жизненного цикла проектируемых изделий.

2. Построена развернутая структурно-функциональная модель процесса проектирования специализированных СБИС и интегрального информационного обеспечения, связывающего основные этапы разработки и внедрения микросхем для СМА. Модель расширяет возможности производителя СБИС в управлении этапами жизненного цикла микросхем и позволяет адекватно оценивать затраты и риски конкретных проектов.

3. Создана иерархическая система структурно-функциональных методов проектирования специализированных электрически программируемых СБИС с матричной структурой, включающая разработку и формирование моделей влияния ВВФ на всех уровнях описания функционирования данного класса ИС, выделение и обоснование доминирующих критериев работоспособности, выявление критических межуровневых связей в ансамбле моделей функционирования БИС, и комплекс конструктивно-технологических, структурно-схемотехнических и аппаратно-алгоритмических методов повышения запасов работоспособности специализированных микросхем.

4. Построена концепция многовариантной оптимизации функционально-параметрических запасов БИС в пространстве условий эксплуатации и внешних воздействующих факторов на основе квадратичной аппроксимации критериальных функций работоспособности.

5. Разработан автоматизированный расчетно-экспериментальный метод прогнозирования параметров элементной базы специализированных БИС ГОТУ, основанный на предложенной феноменологической токозависимой модели биполярного планарного транзистора и базовой совокупности экспериментально определяемых опорных параметров.

6. Показано, что наиболее эффективным методом повышения стойкости быстродействующих биполярных СБИС ПЛУ к внешним воздействующим факторам на элементном уровне является увеличение плотностей токов

в транзисторах до значений, при которых начинается спад коэффициента усиления обратно пропорционально квадрату тока эмиттера.

7. Разработан метод достехиометрического ионного синтеза скрытых диэлектрических слоев тройной химической фазы в кремний на основе многостадийной имплантации ионов азота и кислорода в кремний (8М(Ж-метод). Проведена оптимизация технологии формирования приборных КНИ-структур на основе кремний - оксинитрид кремния методом многостадийной ионной имплантации с последующими отжигами. Исследованы характеристики разработанной элементной базы КМОП СБИС на созданных КНИ-сгруктурах.

8. Предложен комплекс законченных структурно-функциональных решений, обеспечивающих повышение степени интеграции, надежности и коэффициента программируемости широкой номенклатуры специализированных БИС ПЗУ, ППЗУ, ЭПЛМ, ЭПМЛ и БМК при снижении мощности потребления и увеличении быстродействия.

4. Практическая значимость новых научных результатов.

1. Предложенные в диссертационной работе структурно-функциональные методы разработки быстродействующих цифровых БИС положены в основу «сквозной» системы проектирования и освоения специализированных изделий в условиях серийного производства, включая подсистему автоматизированной разработки элементов (АРЭ), организованную иа базе созданной интегральной информационной технологии.

2. Развитая автором система методов проектирования позволила разработать и внедрить в промышленное производство ряд функционально-законченных серий (Р1656, 1656, М556, Н556, 556, 1622, 1556) специализированных электрически программируемых БИС с матричной организацией и БМК с техническими параметрами на уровне лучших мировых достижений

в части обеспечения достаточных функционально-параметрических запасов работоспособности с учетом влияния внешних воздействующих факторов.

3. Использование предложенных методов повышения эксплуатационных характеристик позволило в 3 - 4 раза снизить рассеиваемую мощность, достичь значения гарантированного коэффициента программируемое™ БИС ПЛУ не менее 0,7 и обеспечить функционирование разработанных изделий в широком температурном диапазоне от -60 до +125 °С при 15 %-ных конструктивно-технологических запасах.

4. Разработаны основы технологии и реализован замкнутый технологический маршрут изготовления СБИС на структурах кремний на изоляторе, основанный на использовании многократной имплантации в кремний ионов азота и кислорода. Доказана высокая эффективность предложенного в работе метода многостадийного ионного синтеза для создания высококачественных КНИ-структур. Результаты электрических измерений транзисторов и микросхем на КНИ-струкгурах подтвердили преимущества КНИ элементной базы и перспективность КНИ-технологии для построения СБИС с предельными характеристиками.

5. Достоверность новых научных результатов.

Достоверность новых научных результатов подтверждается:

1. Получением проектных данных БИС методами моделирования на рабочих станциях с использованием систем моделирования электронных схем типа САОЕНСЕ™, Р-Брке и отечественных систем САПР с открытой архитектурой, а также применением персональных вычислительных средств АРМ разработчика при подготовке базы исходных данных для многопараметрического моделирования изделий.

2. Соответствием рассчитанных теоретических результатов на основе предложенных моделей данным натурных экспериментов с точностью до 15-20%.

3. Большим объемом статистически значимых результатов, полученных с использованием АИС типа «Вахта», «Элекон-СФ», измерительной системы на базе программируемого тестера Т-4503 и электронного сканирующего микроскопа типа «^егеоэсап». Для получения экспериментальных данных измерялись тестовые кристаллы и промышленные образцы разработанных БИС ПЛУ и БМК.

4. Совпадением полученных научных результатов с общепризнанными положениями о влиянии ВВФ на физические свойства полупроводников, применением основ теории транзисторов и транзисторных схем, использованием методов математической статистики при планировании экспериментов и обработке результатов исследований.

5. Практическими результатами разработки БИС ПЛУ серий 556, М556, 1656, 1622, 1556 и их выпуском в серийном производстве на заводе «Микрон» и на предприятиях отрасли.

Ее также подтверждает и соответствующая научно-техническая экспертиза многочисленных заявок на изобретения. Достоверность представлений автора о природе циклического ионного синтеза подтверждается результатами экспериментальных исследований и измерениями тестовых КНИ-структур.

6. Внедрение результатов работы.

Результаты диссертационной работы использованы в НИР и ОКР, направленных на разработку и изготовление серий электрически программируемых специализированных цифровых СБИС с матричной структурой и БМК. Суммарный экономический эффект от использования разработанных

автором методов в серийном производстве «АООТ НИИМЭ и завод «Микрон» и применения изготовленных БИС в аппаратуре у потребителя составляет более 1200 тыс. руб. (в ценах 1998 г.).

7. На защиту выносятся следующие основные научные положения:

1. Методологической основой организации информационных технологий проектирования специализированных БИС в условиях серийного производства является формализация предметной области задач проектирования на базе методов многокритериальной оптимизации ресурсов запасов работоспособности, нормированных по условиям предпочтений заказчика и производителя.

2. Базовыми элементами системной методологии проектирования специализированных цифровых СБИС на принципах структурно-функционального подхода являются:

• декомпозиция проекта на функциональные объекты структурного, схемотехнического и элементного уровней системного описания;

• выделение доминирующих критериев работоспособности объектов, определяющих межуровневые связи в системе иерархического моделирования;

• определение ограничений на параметры моделей поведения объектов в специализированной микроэлектронной аппаратуре соответственно критериям работоспособности на выделенных уровнях иерархии СБИС;

• многопараметрическая оптимизация структурных решений для реали-. зации критериальных ограничений на параметры объектов системного описания проектируемых СБИС.

3. Комплекс конструктивно-технологических, структурно-схемотехнических и аппаратно-алгоритмических методов повышения функционально-параметрических запасов работоспособности и надежности быстродействующих цифровых БИС, основанный на:

• функциональной интеграции элементов матрицы (а.с. № 1318090), оптимизации токовых режимов работы транзисторов, объектно-направленной модернизации технологии (а.с. № 1506481) и структурно-параметрической оптимизации конструктивно-технологического базиса (патент №2072590);

• применении оригинальных схемотехнических решений основных узлов БИС, включая нелинейное шунтирование токозадающих резисторов активными элементами, коммутацию выходного сопротивления адресных формирователей (а.с. № 593250), программирование режимов работы источников тока и напряжения, дублирование фазорасщепительного транзистора инвертора (а.с. № 1734122), вариацию порога чувствительности выходного усилителя (а.с. № 593250), защиту невыбранных перемычек (а.с. № 586493) и контроль утечек накопителя (а.с. № 1305775);

• использовании на структурном уровне БИС программирования фазы выходного сигнала (а.с. № 780033), корректирующих кодов (а.с. № 1332385), внутрикристального и системно-аппаратного импульсного питания (а.с. № 1435044), резервирования (а.с. № 242858), избыточных элементов для функционального контроля (а.с. № 903984), позволивших обеспечить высокий уровень эксплуатационных параметров СБИС в требуемом объеме пространства изменений условий эксплуатации и внешних воздействующих факторов.

4. Многостадийный ионный синтез оксинитридных изолирующих скрытых слоев тройной химической фазы в кремнии (Six, Ny, Oz) является наиболее эффективным методом практической реализации технологии формирования структур кремний на изоляторе для создания нового поколения быстродействующих цифровых микросхем.

5. Результаты экспериментального исследования параметров элементной базы СБИС на КНИ-структурах, включая интегральные характеристики разработанного базового матричного кристалла со структурой кремний

на изоляторе, подтверждают перспективность широкого применения КНИ-технологии для производства субмикронных СБИС и УБИС для следующего поколения специализированной микроэлектронной аппаратуры.

8. Апробация результатов работы.

Основные результаты работы докладывались на III, IV и V Координационных совещаниях по проблеме «Исследование, разработка и применение интегральных полупроводниковых схем памяти» (г. Москва, 1978 г., 1984 г. и 1988 г.); на научно-технических семинарах НТО РЭС им. A.C. Попова «Пути повышения стабильности и надежности микроэлементов и микросхем» и «Приборы с отрицательным сопротивлением» (г. Рязань, 1981 г.; г. Москва, 1985 г.); на научно-технической Отраслевой конференции (г. Воронеж, 1984 г.); на семинаре «Обеспечение радиационной стойкости радиоэлектронной аппаратуры» (г. Севастополь, 1985 г.); на Всесоюзной научной конференции «Достояние и перспективы развития микроэлектронной техники» (г. Минск, 1985 г.); на совещании-семинаре под руководством академика К.А. Валиева Секции элементной базы Совета по автоматизации научных исследований при президиуме АН СССР (г. Москва, 1987 г.); на VII Международной конференции по микроэлектронике «MICROELECTRONICS'90» (г. Минск, 1990 т.); на IV школе-семинаре «Опыт разработки, производства и применение БИС БМК и ПЛИС» (г. Гурзуф, 1991 г.); на научно-практической конференции «Конверсия в электронике и микроэлектронике» (г. Гурзуф, 1993 г.); на Российской конференции с участием зарубежных ученых «MICROELECTRONICS'94» (г. Звенигород, 1994 г.); на международных научно-технических симпозиумах «б"1 and 7th Annual European Lam Technical Symposium» (Германия, г. Мюнхен, 1993 - 1995 гг.); на Международной практической конференции высшей школы «Методы проектирования СБИС» (Landelijke, PICO - dag) (Голландия, г. Эндховен, 1994 г.); на Международ-

ной конференции «SOI International Conference» (США, г. Тасон, 1995 г.); на I, II и III Всероссийских семинарах-совещаниях по технологии «Кремний на изоляторе» (КНИ) (г. Зеленоград, 1996, 1997, 1998 гг.); на IX научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» (Датчик-97) (г. Гурзуф, 1997 г.); на третьей Международной научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика» (г. Москва, 1997 г.); на 26 Международном салоне «Наука, технология и изобретения» (Швейцария, г. Женева, 1998 г.).

Отдельные результаты работы представлялись на конкурсы НТО РЭС им. А.С. Попова, на ВДНХ СССР, на международные выставки (Китай, г. Пекин, 1994 г.; Венгрия, г. Будапешт, 1997 г.). Изделия были отмечены дипломами НТО РЭС им. Попова (1985, 1988 гг.); медалями ВДНХ СССР, Бронзовой медалью Международного салона изобретений (Испания, г. Барселона, 1998 г.).

9. Публикация результатов работы.

Основные результаты работы изложены в 26 статьях, 12 тезисах докладов на международных, всесоюзных и республиканских конференциях, в 17 авторских свидетельствах и патентах на изобретения, 3 стандартах предприятия и 14 научно-технических отчетах по НИР и ОКР, в которых автор являлся научным руководителем или главным конструктором разработки.

10. Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы. Общий объем работы составляет 343 страницы, в том числе основной текст 297 страниц, 130 рисунков и 14 таблиц к основному тексту.

Основное содержание диссертации

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертации, сформулированы проблемы, цели и задачи работы, представлены ее состав и объем, приведено краткое описание содержания глав.

Первая глава диссертации посвящена положениям системной организации методов разработки цифровых БИС для специализированной микроэлектронной аппаратуры. В качестве базовых принципов системной организации использовано представление о жизненном цикле изделия и основах управления качеством в рамках международного стандарта ИСО 9000 еще на этапе разработки планов проектирования как технологических, так и схемотехнических решений. При этом особое место занимает проблема полноты и целостности представлений информационных математических моделей элементов и процессов на стадии проектирования, решение которой невозможно без новых информационных технологий.

Последовательное применение функционально-структурного подхода к представлению полного жизненного цикла цифровых БИС дает возможность построить иерархическую систему функциональных моделей их проектирования и изготовления, отражающих созданные на предприятии базовые технологии. Согласование технического задания на разработку будущей цифровой БИС предполагает учет возможных вариантов эксплуатации изделия и вариантов его проектирования, изготовления и контроля, в зависимости от которых можно выделить основные стратегии (рис. 1) заключения компромисса между заказчиком и исполнителем:

• ориентацию на максимально возможное улучшение функционально-параметрических запасов БИС в пространстве внешних воздействующих факторов и условий эксплуатации при ограниченных материальных и временных затратах и, следовательно, использование базовой технологии пред-

приятия по проектированию и изготовлению цифровых БИС с небольшими модификациями при максимальном использовании оригинальных инженерных решений;

• возможный инновационный прорыв в области улучшения потребительских свойств изделия, но с существенными затратами средств и времени при высокой степени риска, связанными с освоением новых технологий в проектировании и изготовлении.

Кардинальное изменение базовой технологии и схемотехники БИС А N

Вариант 3

Модификация базовой технологии БИС

С, Сг Вариант 1

Базовая технология и схемотехника БИС N

С, Сг Вариант 9

Модификация базовой технологии и схемотехники ЛГ БИС

С, Сг Вариант 2_

Модификация базовой

схемотехники БИС N

С, Сг Вариант Г

Рис. 1. Варианты различных стратегий разработки цифровых БИС специального применения

Методическое обеспечение, описываемое в работе, ориентировано на получение информационных ситуационных моделей, использование которых дает главному конструктору цифровых БИС средства поддержки принятия решений при формировании технического задания.

Одним из существенных вопросов, рассматриваемых в диссертации, является проблема системного развития информационной интеграции методов проектирования, изготовления и контроля цифровых БИС при учете специфики их использования в конкретных условиях эксплуатации. Традиционно эта задача формализуется как задача оптимального проектирования. Ее успешное решение во многом обеспечивается наличием новых идей и правильным пониманием тенденций развития микроэлектроники. Автор выделяет как наиболее перспективные следующие направления в данной сфере:

• разработка системы автоматизированного расчета элементов БИС (АРЭ), которая дополняет существующую систему схемотехнического проектирования АРС;

• разработка и создание системы структурно-функциональных методов проектирования;

• создание новой информационной технологии интегрированного проектирования на основе объединения систем АРС и АРЭ;

• развитие новых технологий изготовления БИС, обеспечивающих качественный скачок потребительских свойств цифровых БИС, в том числе и для специальных областей применения (КНИ-технология).

В соответствующих параграфах главы изложен анализ проблемной ситуации проектирования цифровых БИС, устойчивых к специальным внешним воздействиям, поставлены основные задачи и определены принципы их решения, особо отмечается комплексный характер проблем и роль гармоничного развития средств и методов как непосредственно проектирования, так и

создания общей информационной и технологической инфраструктуры разработки и изготовления цифровых БИС.

Во второй главе рассматривается структурно-функциональная интеграция информационных технологий в системе методов разработки специализированных цифровых БИС. При этом в первую очередь была проведена формализация общей информационной структуры процесса разработки цифровых БИС, определена концепция создания библиотеки элементов семейства цифровых БИС и ее системного представления на топологическом, схемотехническом и логическом уровнях описания БИС, а также связанные с ними физико-топологические и физико-технологические модели элементов и процессов. Полное обеспечение разработки БИС моделями всех этапов жизненного цикла изделия, связанных с производителем, получило название интегрированной («сквозной») САПР БИС.

В качестве методологии организации системы методов рационального проектирования специализированных СБИС был выбран формализм многокритериальной задачи оптимального распределения запасов работоспособности, когда полная совокупность требований к функциональным параметрам микросхемы формулируется в виде минимаксного критерия:

max{fflin{e(CPO - CR)\C(X)- CR > 0}|X e П},

где Q(C(X) - CR) e R" - вектор-функция, нормирующая запасы работоспособности (С(Х) - CR) критериальных функций С(Я) б Л™ в области il параметров А" е R* в зависимости от выбранной системы предпочтений.

Зависимость значений критериальных функций от управляемых параметров редко удается получить в явном аналитическом виде С(Х). В рассматриваемом случае используется многовариантный анализ (МВА) функционирования библиотечных элементов, когда в области допустимых значений

параметров ;'-го библиотечного элемента генерируется многомерная сетка ОД), в каждом узле которой Xsj= е Д,у е /,}, и проводится рас-

чет критериальных функций Q = {C(XJJtJ) \j е J,}. Затем строится многомерная аналитическая аппроксимации критериальных функций С^,(Х,) в области Ц с заданной точностью, после чего решение задачи оптимизации не вызывает принципиальных трудностей.

Однако, как показала практика, построение многомерной аппроксимации критериальных функций в пространствах размерности более 6 - 8 переменных практически невозможно. В диссертации предложен метод, позволяющий рассмотреть задачу оптимального распределения ресурсов работоспособности с учетом внешних воздействующих факторов и обеспечить возможность решения практических задач проектирования. Он сводится к декомпозиции многомерной сетки МВА на группы «сильно связанных» параметров (рис. 2). Рассматриваемые группы параметров определяют соответствующие «сечения» полной области Q, в которых качественная

■НИИ ¡иди

л

/ / /

Рис. 2. Пример декомпозиции трехмерной сетки внешних воздействий

аппроксимация критериальных функций достигается относительно небольшими вычислительными затратами. Такого рода декомпозицию, как правило, удается осуществить для функций, имеющих физический смысл (задержки, мощность, логические уровни и т.п.).

Как следует из общих соображений, вектор переменных X разбивается на три подмножества: Х„ - параметры внешних воздействий, - управляемые технологические параметры, воздействующие на все элементы, и Хц - конст-рукторско-топологические параметры /-го библиотечного элемента. Для каждого /-го библиотечного элемента необходимо решать задачу параметрической оптимизации

тах{тт{0{С(Ху>Х„ Хь) - СИ)\С(ХУ, Х„ Хк4) -СЯ> 0}\Хк4 е П*,}

при условии X, е О,, Х„ е <Х, где й = О, х П, х и £5* = иПу. Решением данной задачи можно считать неявное параметрическое определение взаимозависимости Р(Х„ Хь С^) = 0, где - вектор значений частных критериев работоспособности на множестве Парето. Таким образом, для библиотеки параметров на основе указанных зависимостей можно сформулировать интегрирующую задачу распределения ресурсов работоспособности вида

тах{тш{<е(См)> ),..., 0^СЦ\...> \Р(Х, X,, С*,,) = О, кеК)

где б(С^) - функция иерархической композиции частных критериев работоспособности элемента библиотеки, решение которой обеспечивает оптимальное распределение ресурсов работоспособности по элементам библиотеки. В этой формулировке опущены многие специфические особенности рассматриваемой задачи для конкретных изделий, однако методически четкий путь решения поставленной проблемы очевиден.

Базируясь на традиционных технологиях, добиться достаточно высокой адекватности конкретных постановок задач и реального моделируемого объекта - цифровой БИС - весьма сложно. Особенно хорошо это видно на границе оптимизации конструктивно-схемотехнических параметров и оптимизации технологии изготовления специализированных БИС. Снятие указанных трудностей обеспечивает технология сквозного проектирования цифровых БИС, детально излагаемая во второй части главы 2. Общий вид функциональной структуры системы сквозного проектирования показан на рис. 3, где приведены основные компоненты системной интеграции технологии сквозного проектирования цифровых БИС. Здесь исторически сложившаяся подсистема структурно-схемотехнического проектирования АРС информационно поддерживается новым комплексом конструктивно-технологического проектирования элементной базы АРЭ. При этом разобщенные ранее средства автоматизации разработки технологии изготовления цифровых БИС сводятся в единую интегрированную среду данных, что обеспечивает мониторинг основных связей процессов проектирования, изготовления и контроля цифровых БИС.

Главными подсистемами комплекса АРЭ являются:

РИТО - разработка и исследования технологических операций;

РИТМ - разработка и исследования технологических маршрутов;

РИКПЭ - разработка и исследования конструкции и параметров элементов.

Каждая из указанных подсистем позволяет подключать к среде сквозной САПР БИС самостоятельные программы моделирования, что обеспечивает открытость архитектуры системы. Особое место при информационной интеграции занимают системы САЭД (сбор и анализ экспериментальных данных) и АЛВКТД (автоматизация проектирования и ведения конструкторской и

Рис. 3. Принципы системной интеграции автоматизированного проектирования БИС технологической документации). Указанные системы позволяют успешно интегрировать, накапливать и предоставлять в нужное время и нужном месте исходные данные для решения конкретных задач проектирования. Для этого необходимо согласовать понятия предметных областей различных

научно-технических направлений, разработать средства взаимодействия различных библиотек данных (рис. 4) и разрешить проблемы взаимодействия

Программы моделирования физической структуры элементов

Программы экстракции параметров инвариантной топологии

Результаты. моделирования полей ] физической структуры/

/ Библиотека заданий ' I на моделирование элементов

раметры структуры^ инвариантные I

ТОПОЛОГИИ у

/^Рсзуль тат!4^\ / моделирования \ (параметров и попей I элементов

Программы моделирования параметре» и полей элементов

Рис. 4. Информационная технология взаимодействия библиотек данных АРЭ

с локальными системами управления технологическими процессами и системами контроля рабочих параметров микросхем.

Третья глава диссертации посвящена построению многоуровневой системы структурно-функциональных методов проектирования быстродействующих цифровых БИС. Выполнив предварительную классификацию рассматриваемых БИС по принципу функционирования и областям применения, автор прежде всего осуществляет композицию используемых структурно-функциональных методов в общую иерархическую структуру проектирования (рис. 5).

Модели объектов Уровни Сгрумурно-

системного иерархического функциональные

описания БИС моделирования методы

Рис. 5. Иерархическая система методов проектирования быстродействующих цифровых БИС

Используемый способ систематизации уровней иерархического моделирования позволяет системно охватить практически все этапы и методы про-

ектирования быстродействующих цифровых БИС. Следует особо отметить, что структурные элементы соответствующего уровня иерархии функционально описываются надлежащими поведенческими моделями. Каждая поведенческая модель объекта высшего уровня структурного описания БИС информационно поддерживается параметризованными моделями Ьрк)

структурных элементов нижестоящего уровня. В свою очередь каждая вышестоящая модель позволяет определить совокупность критериев работоспособности Ки К], К/с в пространстве условий эксплуатации и воздействующих факторов для элементов нижестоящих уровней. Следуя сформулированной выше концепции структурно-функционального подхода, решение задач повышения функциональных и параметрических запасов работоспособности программируемых БИС с матричной структурой для устройств специального назначения необходимо начинать с рассмотрения и анализа элементной базы, задач функциональной интеграции ее конструкции (рис. 6, 7) и оптимизации электрических режимов работы.

$ЭМ > МКМ2

1051 -

351 250 110

Рис. б. Уменьшение размера элементов матрицы в зависимости сгг типа конструктивно-технологических решений: 1 - диодная (№Сг); 2 - транзисторная (№Сг); 3 - транзисторная (ТОУ); 4 - диодная (р-п переход)

Рис. 7. Топология и структура интегрированного элемента матрицы на основе пробоя р-п перехода

Разнообразие функциональной структуры, схемотехники и технологии разрабатываемых БИС обусловливает существенные различия их поведения под действием радиационных и температурных факторов. Для прогнозирования влияния ВВФ на параметры элементной базы разработан расчетно-экспериментапьный метод анализа, основанный на предложенной в работе физико-феноменологической модели транзистора с системой топологически инвариантных параметров, определяемых на множестве опорных экспериментальных данных (рис. 8). В свою очередь опорные данные определяются на основе измерения совокупности характеристик тестовых элементов в соответствующих рабочих режимах.

Кроме того, в третьей главе систематизированы конкретные конструктивно-технологические, структурно-схемотехнические и аппаратно-алгорит-мические оригинальные методы автора (табл. 1), полученные им в процессе разработки и внедрения в производство функционально законченных

Рис. 8. Расчетно-эксперименталъный метод анализа параметров элементов в системе проектирования БИС. Условные обозначения: Р„, Р"„ - экспериментальные и теоретические параметры физико-феноменологической модели транзистора; К,, К*, - заданные в ТЗ и расчетные критерии работоспособности БИС

серий специализированных быстродействующих цифровых программируемых БИС с матричной структурой (ПЗУ, ППЗУ, ЭПЛМ и ЭПМЛ).

Среди них можно отметить в качестве примера разработанный способ повышения устойчивости к ВВФ биполярных БИС за счет оптимизации токового режима работы элементов. Автором показано, что максимальная радиационная стойкость в этом случае достигается, когда ток биполярных транзисторов принимает значения, отвечающие началу спада коэффициента усиления тока транзистора обратно пропорционально квадрату плотности тока эмиттерного перехода:

/э1 (В ~ 1//э) <Уэоит </э2 (В ~ 1//э).

Таблица 1

Структурно-функциональные методы разработки программируемых СБИС для специализированной микроэлектронной аппаратуры

Цель разработки Конструктивно-технологические Структурно-схемотехнические Аппаратно-алгоригмические

Повышение надежности и стойкости к ВВФ 1. Оптимизация токовых режимов активных элементов. 2. Объектно-направленная модернизация технологии. A.c. № 1506481. Заявка PCT/RU95/00217 1. Дублирование фазорасщепительно-го транзистора инвертора. A.c. М 1734122. 1. Защита невыбранных перемычек в режиме программирования. A.c. Ks 586498 1. Коррекция одиночных ошибок на основе кода Рида-Малера. A.c. Кз 1332385. 2. Введение избыточных элементов для функционального контроля. A.c. № 903984

Повышение коэффициента программируе-мости Управление модуляцией объемного сопротивления активных областей элементов 1. Программирование режимов работы источников тока и напряжения. 2. Контроль утечек матрицы накопителя. A.c. № 1305775 Вариация порога чувствительности выходного усилителя. A.c. М1372358

Повышение степени интеграции Функциональная интеграция развязывающих и программируемых элементов матрицы Нелинейное шунтирование токоза-дагащих резисторов активными элементами Резервирование неисправных элементов матрицы

Повышение быстродействия 1. Фиксация степени насыщения транзисторов. 2. Функционально-параметрическая оптимизация конструктивно-технологического базиса. Патент М 2072590 1. Разделение трактов программирования и считывания. A.c. Ks 1437914. 2. Коммутация выходного сопротивления адресного формирователя. A.c. Кз 593250 Программируемая инверсия фазы выходного сигнала. A.c. № 780033

Снижение мощности потребления 1. Планарно-вертикальная интеграция элементов матрицы. A.c. М 1318097. 2. Конструктивно-схемотехническая стабилизация режимов работы элементов 1. Динамическая коммутация мощности выбранных элементов дешифраторов и мультиплексоров. 2. Внутрикристальное импульсное питание. A.c. Кз 1435044 Системно-аппаратное импульсное питание

В четвертой главе диссертации изложены результаты работ автора, посвященных развитию конструктивно-технологических методов разработки быстродействующих цифровых СБИС и УБИС для специализированной микроэлектронной аппаратуры. Здесь, как и во всей диссертации, рассмотрению конкретных конструктивно-технологических проблем предшествует функционально-стоимостной анализ перспективности использования предложенных методов для создания быстродействующих СБИС и УБИС. Затем следуют результаты цикла работ по повышению эффективности ионного синтеза встроенных диэлектрических слоев (КНИ-технология) за счет использования многостадийной имплантации ионов двух различных химически активных примесей (кислорода и азота).

Для детального анализа процессов, происходящих при синтезе тройной диэлектрической фазы 812Н20 = 'А х (БК^ + и выявления факторов,

отвечающих за эффективность ионного синтеза, построена математическая модель формирования сплошного слоя смешанной диэлектрической фазы за счет сегрегации имплантированных атомов на преципитатах чистых и смешанных фаз, возникших на предыдущих стадиях имплантации - отжига. Начальное состояние в модели представляет собой смесь затравочных преципитатов и растворенных в кремнии атомов реагентов двух сортов, неоднородно распределенных по глубине кристалла на расстояниях порядка среднего проективного пробега соответствующих ионов (рис. 9). Рост преципитатов описывается уравнениями химической кинетики, а изменения распределений внедренных примесей - диффузионными. С использованием ряда упрощений сформирована численная модель для проведения компьютерных экспериментов, результаты которых оказались в хорошем соответствии с экспериментальными результатами Оже-спектроскопии.

Ш р> ъ Ш М(Р,мр2)у1

Рис. 9. Схема конкурентного роста тройной фазы М(Р{)!\(Рг)у\ на частичках бинарной фазыМ(Р{)г иМ{Рг\. Условные обозначения: - атом /-й примеси (/' = 1,2); М- атом

кремния

Анализ компьютерных экспериментов позволил сформировать качественную картину образования скрытых достехиометрических оксинитридных слоев, согласно которой на начальной стадии отжига атомы растворенных кислорода и азота сегрегируются на преципитатах БЮг и причем рост БЮг происходит в так называемом реакционном режиме. В последующей стадии начинается совместная сегрегация N и О, а режим роста становится диффузионным. В результате изменения режима роста с концентрационного на диффузионный увеличивается эффективность сегрегации примеси и, следовательно, роста диэлектрической фазы, а также уменьшаются потери реагентов за счет диффузии примеси к границам кристалла. Построенная модель ионного синтеза дает возможность осознанного управления технологическим процессом формирования имплантационных КНИ-структур, т.е. обеспечения требуемых значений глубины и толщины диэлектрического слоя, уровня дефектности и других структурных параметров.

Далее в главе приведены результаты экспериментальных исследований возможностей оптимизации технологии получения скрытых оксинитридных

слоев на базе модернизированной установки ионной имплантации фирмы ВаЬеге 8с1-218. Исследованы различные сочетания доз и энергий имплантации, длительности, последовательности и температур постам плантационных отжигов и т.п. В результате обработки полученных данных определены технологические режимы формирования приборных КНИ-струкгур и сформулированы технические требования к промышленное варианту имплантера.

Вторая часть четвертой главы посвящена изучению и, главное, моделированию особенностей характеристик МОП-транзисторов на КНИ-структурах, включая и вопросы чувствительности этих приборов к действию ионизирующих излучений. Подробно анализируются специфические свойства КНИ-МОП-транзисторов, такие как кшк-эффект и эффект биполярного транзистора. На основе программы двумерного численного моделирования исследованы электрические реакции КНИ-транзистора на импульсные излучения. Продемонстрирована существенная нелинейность временных и амплитудных реакций прибора, обусловленная «включением» паразитного биполярного транзистора исток - подзатворная область - сток транзистора.

Главу завершает описание результатов конкретных технологических (рис. 10 - 12) и схемотехнических разработок, выполненных на основе КНИ-технологии и убедительно демонстрирующих перспективность этого направления микроэлектроники для создания специализированных цифровых СБИС и УБИС с повышенным быстродействием и стойкостью к ВВФ.

В пятой, заключительной главе диссертации рассматриваются вопросы комплексного обеспечения надежности и контроля качества в системе структурно-функциональных методов разработки быстродействующих цифровых БИС. В ее первом параграфе формулируются принципы комплексного и системного решения проблем повышения надежности микросхем, включающие: • выявление основных «элементов ненадежности» изделия (металлизация, сварные соединения и т.п.);

-tJOaûP

•JJl* ÎJIUJ atCD

Рис. 10. КПП-структура, изготовленная с помощью скошенной маски

Рис 11. Kl II I-cipy ктура с óoKoiioii inoiHiiiieii «LOCOS»

ï .Д. » «S* \

УД

i »

Рис. 12. Конструкция тестового МОП-тратнстора для СВИС па KI II 1-ефукгурах: а - топология: б - технологическим paspo

• анализ механизмов деградации характеристик «элементов ненадежности» в зависимости от условий эксплуатации и режимов работы микросхем;

• последующий синтез модели отказов с учетом конструктивно-технологических и схемотехнических особенностей микросхемы.

Сформулированные принципы определили основные направления работ по повышению надежности:

• исследование физики надежности различных классов микросхем;

• разработка и внедрение новых методов контроля качества ИС;

• разработка и внедрение методов ускоренных испытаний микросхем.

По материалам проведенных работ по исследованию надежности основных конструктивных элементов микросхем был разработан РМ «Микросхемы интегральные. Методы ускоренных термотоковых испытаний на этапе разработки и серийного производства».

Во втором параграфе главы описан разработанный метод машинного расчета электрических и тепловых режимов работы быстродействующих микросхем с учетом динамики нелокального джоулева разогрева кристалла. Разработанная численная модель на основе обобщенной системы уравнений Кирхгофа и нестационарного уравнения теплопроводности с локальными источниками обеспечивает расчет нестационарного поля температур в кристалле с учетом специфической «тепловой» обратной связи между активными элементами и выявление областей со сверхнормативным разогревом, обусловливающих катастрофические отказы и общее снижение работоспособности и надежности БИС.

В третьем и четвертом параграфах главы приведены результаты выполнения комплекса работ по автоматизации операций контроля и тестирования на основе использования современной вычислительной техники и разработки соответствующего программного обеспечения. Эти результаты представлены

в форме сравнительно подробного описания разработанного комплекса аппаратно-программных средств кошроля параметров и проведения имитационных испытаний специализированных БИС.

Главу завершает изложение сущности конструктивно-функционального метода синтеза тестов для контроля БИС на примере программируемых логических матриц. Предложенный автором метод существенно уменьшает объем генерируемой контрольной последовательности сигналов, вследствие чего сокращаются затраты на проведение функционально-параметрического контроля быстродействующих цифровых БИС.

Заключение

Основным научным результатом работы является теоретическая разработка, обобщение и решение важной проблемы микроэлектроники - создание иерархической системы методов разработки быстродействующих цифровых БИС, внедрение которых в серийное производство обеспечивает высокие функционально-параметрические запасы и надежность элементной базы специализированной микроэлектронной аппаратуры.

В диссертационной работе впервые исследованы и решены следующие научно-технические проблемы.

1. Разработана методология системной интеграции процессов и методов проектирования и изготовления цифровых БИС, основанная на концепции функциональной взаимосвязи элементов жизненного цикла изделия в соответствии с серией международных стандартов ISO 9000, включая методику оценки технико-экономической эффективности вариантов стратегий разработки специализированных изделий в рыночных условиях и математические модели информационных представлений основных этапов жизненного цикла проектируемых изделий.

2. Создана иерархическая система структурно-функциональных методов проектирования специализированных быстродействующих цифровых БИС с матричной структурой, включающая разработку и формирование моделей влияния ВВФ на всех уровнях описания функционирования данного класса ИС, выделение и обоснование доминирующих критериев работоспособности, выявление критических межуровневых связей в системе моделей функционирования БИС и комплекс конструктивно-технологических, структурно-схемотехнических и аппаратно-алгоритмических методов повышения запасов работоспособности специализированных микросхем.

3. Построена концепция многовариантной оптимизации функционально-параметрических запасов БИС в пространстве условий эксплуатации и внешних воздействующих факторов на основе квадратичной аппроксимации критериальных функций работоспособности.

4. Разработан автоматизированный расчетно-экспериментальный метод прогнозирования параметров элементной базы специализированных БИС, базирующийся на предложенной феноменологической токозависимой модели биполярного планарного транзистора и базовой совокупности экспериментально определяемых опорных параметров его электрофизической структуры.

5. Предложен метод достехиометрического ионного синтеза скрытых диэлектрических слоев тройной химической фазы в кремнии на основе многостадийной имплантации ионов азота и кислорода (ЗГМСЖ-метод). Проведена оптимизация технологии формирования приборных КНИ-структур на основе кремний - оксинитрид кремния методом многостадийной ионной имплантации с последующими отжигами. Исследованы характеристики разработанной элементной базы КМОП СБИС на созданных КНИ-структурах.

6. Создан комплекс законченных структурно-функциональных решений, обеспечивающих повышение степени интеграции, надежности и коэффициента программируемое!« широкой номенклатуры специализированных БИС

ПЗУ, ППЗУ, ЭПЛМ, ЭПМЛ и БМК при снижении мощности потребления и увеличении быстродействия.

Основные практические результаты диссертации:

1. Предложенные в работе структурно-функциональные методы разработки быстродействующих цифровых БИС положены в основу «сквозной» системы проектирования и освоения специализированных изделий в условиях реального производства, включая подсистему автоматизированной разработки элементов (АРЭ), организованной на базе созданной интегральной информационной технологии.

2. Созданная система методов проектирования (см. табл. 1) позволила разработать и внедрить в промышленное производство ряд функционально законченных серий (Р1656, 1656, М556, Н556, 556, 1622, 1556) специализированных электрически программируемых БИС с матричной организацией и БМК с техническими параметрами на уровне лучших мировых достижений в части обеспечения достаточных функционально-параметрических запасов работоспособности с учетом влияния внешних воздействующих факторов (табл. 2). Использование предложенных методов повышения эксплуатационных характеристик дало возможность в 3 - 4 раза снизить рассеиваемую мощность, достичь значения гарантированного коэффициента программируемое™ БИС ПЛУ не менее 0,7 и обеспечить функционирование разработанных изделий в широком диапазоне температур (от -60 до +125 °С) и питающих напряжений (5 В ±10 %) при 15%-ных конструктивно-технологических запасах.

3. Разработанные основы технологии позволили реализовать замкнутый технологический маршрут изготовления СБИС на структурах кремний на изоляторе, основанный на использовании многократной имплантации в кремний ионов азота и кислорода. Доказана высокая эффективность предложенного в работе метода многостадийного ионного синтеза для создания

Таблица 2

Номенклатура разработанных быстродействующих программируемых БИС с матричной структурой

Класс микросхем Типономинал Информационная емкость (организация), бит Ток потребления, мА Время задержки сигнала, не Группа стойкости кВВФ

Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) (M) 1656РЕ4 64К (8192x8) 160 Ы 55 ЗУ

(M) 1656РЕ6 256К (32768x8) 200 tu 90 ЗУ

1656 PEI 16К (2048^8) 185 tu 60 ЗУ

1656 РЕ2 16К(2048х8) генер. АЦС 185 OílOO 2У

Программируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ) (H) 556РТ5 4К (512*8) 190 Iaa 50 2У

556РТ6 16К (2048x8) 185 Iaa 60 2У

556РГ7 16К (2048x8) 185 Iaa 60 2У

556РТ8 4К (512*8) 8 разр. per. 205 in 45 2У

556РТ10 256К (32768x8) 200 tu 80 2У

556РТ16 64К (8192x8) 160 íaa 75 2У

1622РТ5 4К(512*8) 190 in 70 ЗУ

Электрически программируемые матрицы логики (ЭПМЛ) М1556ХЛ8 16 арг. х 64 терма 6 двунапр. шин 8 выходов 180 tPD 45 ЗУ

М1556ХП8 16 арг. х 64 терма 8 выходов 180 tpD 25 ЗУ

М1556ХП6 16 арг. х 64 терма 2 двунапр. шины. 8 выходов 180 tPD 35 ЗУ

М1556ХП4 16 арг. х 64 терма 4 двунапр. шины 8 выходов 180 tpd 35 ЗУ

Электрически программируемы логические матрицы (ЭПЛМ) (H) 556РТ1 16 арг. х 48 конъюнк. х 8 выходов 180 tpd 50 ЗУ

(H) 556PT2 16 арг. х 48 конъюнк. х 8 выходов 180 IPD 50 ЗУ

556PT3 16 арг. х 48 конъюнк. х 6 разр. per. 8 регистр, выходов 185 tpD 60 ЗУ

Формирователь напряжения (ФН) И556АП1 2 адреса 1 строб 4 выхода 190 tpHL 80 /ил 80 ЗУ

высококачественных КНИ-структур. Результаты электрических измерений транзисторов и микросхем на КНИ-структурах подтвердили преимущества этой элементной базы и перспективность КНИ-технологии для построения СБИС с предельными характеристиками.

4. Внедрение системы комплексного обеспечения надежности и контроля качества дало возможность значительно повысить уровень надежности продукции, в частности:

• интенсивность отказов микросхем снижена более чем на 4 порядка;

• интенсивность отказов элементов конструкции ИС уменьшена не менее чем на 7 порядков величины, что и обеспечило увеличение надежности микросхем при одновременном повышении их функциональной сложности и степени интеграции;

• показатели долговечности микросхем, гарантированные ТУ, увеличены не менее чем в 20 раз (минимальная наработка ИС повышена с 5-10 тыс. часов до 100 - 150 тыс. часов), что обеспечено за счет увеличения конструктивно-технологических запасов микросхем.

Комплексное решение теоретических и прикладных задач по разработке моделей функционального поведения на элементном, схемотехническом и структурном уровнях СБИС, разработка и выбор по минимаксным критериям конструктивно-технологических запасов структурно-функциональных решений БИС ПЛУ и БМК наряду с организацией серийного выпуска биполярных микросхем ПЗУ, ППЗУ, ЭПЛМ и ЭПМЛ с эквивалентной емкостью от 4 до 256К, со стойкостью к воздействию ВВФ по группам 2У и ЗУ по ГОСТ В 20.39.404-81 позволили создать завершенные наборы элементной базы для комплектации специализированной микроэлектронной аппаратуры. К настоящему времени суммарный объем выпуска разработанных БИС составил более 30 млн шт.

Экономический эффект от использования разработанных автором методов в серийном производстве и применения изготовленных БИС в аппарату-

ре у потребителя, подтвержденный соответствующими документами, составляет более 1200 тыс. руб. (в ценах 1998 г.).

Основные результаты диссертации изложены в следующих публикациях

1. Баринов В.В., Орликовский A.A., Приходъко П.С и др. Оперативное запоминающее устройство на тиристорных элементах // Электронная техника. Сер. 3. Микроэлектроника. - 1975. - Вып. 3 (57). - С. 14 - 20.

2. Воробьева В.В, Неклюдов В.А., Приходъко П.С, Щетинин Ю.И. Полупроводниковые постоянные запоминающие устройства // Проектирование и применение полупроводниковых ЗУ: Сб. науч. тр. МИЭТ по проблемам микроэлектроники. Вып. 33. - М., 1977. - С. 42 - 53.

3. A.c. № 586498 СССР, МКИ G 11 С 17/00. Постоянные запоминающие устройства / Контарев В.Я., Кремлев В.Я., Приходъко П.С, Щербинина О.Р., Щетинин Ю.И. - Опубл. 1977.

4. Неклюдов В.А., Приходъко П.С, Щетинин Ю.И. Схемотехнические особенности электрически программируемых ПЗУ транзисторно-транзисторной логики // Проектирование и применение полупроводниковых ЗУ: Сб. науч. тр. МИЭТ по проблемам микроэлектроники. Вып. 33. - М., 1977. - С. 54 - 59.

5. A.c. № 593250 СССР, МКИ G 11 С 17/00. Адресный формирователь для интегрального постоянного запоминающего устройства / Воробьева В.В., Кремлев В.Я., Приходъко П.С, Щетинин Ю.И. - Опубл. 1978.

6. Воробьева В.В., Неклюдов В.А., Приходъко П.С, Щетинин Ю.И. Особенности схемотехнических решений ППЗУ типа 155РЗ: Сб. науч. тр. МИЭТ по проблемам микроэлектроники. Вып. 40. - М., 1978. - С. 13 - 27.

7. ЗаксД.И., Мадера А.Г., Приходъко П.С, Щетинин Ю.И. Метод машинного расчета динамического режима полупроводниковых микросхем с учетом тепловой обратной связи // Полупроводниковые интегральные схемы памяти: Сб. науч. тр. МИЭТ. - М., 1980. - С. 103 - 110.

8. А.с. № 780033 СССР, МКИ G 11 С 17/00. Усилитель считывания для программируемого постоянного запоминающего устройства / Митина В.А., Неклюдов В.А., ПриходькоП.С, Щетинин Ю.И. - Опубл. 1980.

9. А.с. № 757059 СССР, МКИ Н 01 L 29/76. Лавинно-инжекционный запоминающий элемент / Бурзин СБ, Марасанов В.А., Приходько П.С, Щетинин Ю.И. - Опубл. 1980.

10. Мальченко СИ., Приходько П.С Особенности контроля РПЗУ большой информационной емкости: Тез. докл. IV Всес. науч.-техн. сем. «Пути повышения стабильности и надежности микроэлементов и микросхем». - Ч. П. - М, 1981. - С. 23.

11. А.с. № 903984 СССР, MKMG И С 17/00. Репрограммируемое постоянное запоминающее устройство / Андреев В.П., Мальченко СИ., Иванов А.М., Приходько П.С - Опубл. 1981.

12. Разработка конструкции и технологии изготовления ПЗУ емкостью 16К, удовлетворяющих требования группы ЗУ ГОСТ В 20.39.404-81 и стойкости с СЖРИ до 10 кал/см2. Отчет по НИР «Иттрий-16К». Инв. № 3238, НИИМЭ. Научный руководитель работы Приходько П.С. - М., 1983. - 48 с.

13. Андреев В.П., Мальченко СИ., Приходько П.С, Щетинин Ю.И. Репрограммируемое ПЗУ иа основе стеклообразных полупроводников с электронным обрамлением на биполярных схемах: Тез. докл. науч.-тех. конф. «Пути создания интегральных цифровых сетей связи». - М.: ЦООНТИ «ЭКОС», 1983. - С. 23 - 26.

14. Разработка семи типов заказных ПЗУ емкостью 16К для микро-ЭВМ «Электроника - 81Б». Отчет по ОКР «Импульс-Э-81Б». Гос. per. № Ф33225, НИИМЭ. Главный конструктор разработки Приходько П.С. - М., 1983. - 85 с.

15. Клочков А.Я., Кобцева Ю.Н., Приходько П.С и др. Влияние потока нейтронов на характеристики пассивных и активных структур интегральных схем // Электронная техника. Сер. 3. - Микроэлектроника, 1984, - Вып. 2 (201). - С. 78 - 79.

16. Разработка конструкции и технологии изготовления ППЗУ ТТЛШ емкостью 4К, удовлетворяющих ЗУ группы ГОСТ В 20.39.404-81. Отчет по ОКР «Итгрий-РТ5». Гос. per. № 3004271, НИИМЭ. Главный конструктор разработки Приходько П.С. - М., 1984. - 117 с.

17. Приходъко П.С Схемотехника тиристорных импульсных вентилей в БИС ППЗУ и ЭПЛМ: Сб. мат. сем. «Приборы с отрицательным сопротивлением» науч.-тех. школы «Усилительные устройства». НТО РЭС им. A.C. Попова. - М.,

1985. - С. 17.

18. Кобцева Ю.Н., Приходъко П.С Влияние внешних факторов на характеристики активных и пассивны элементов: Мат. сем. «Научно-технический прогресс в проектировании радиоаппаратуры». - Севастополь, 1985. - С. 3.

19. Приходъко П.С, Щетинин Ю.И. Новые схемотехнические решения БИС ППЗУ и ЭПЛМ серии 556: Сб. мат. Всес. науч. конф. по микроэлектронике. - Ч. III. -Минск, 1985. - С. 95.

20. Разработка быстродействующего ПЗУ типа ТТЛ емкостью 64К (8Кх8) с выходом на три состояния для микро-ЭВМ. Отчет по О KP «Индекс-64КД». Гос. per. № 26274, НИИМЭ. Главный конструктор разработки Приходъко П.С. - М.,

1986. - 62 с.

21. A.c. № 242858 СССР, МКИ G 11 С 17/00. Вентиль разрешения выборки интегрального запоминающего устройства / Мурашов В.П., Приходъко П.С, Щетинин Ю.И. - Опубл. 1986.

22. Приходъко П.С, Щетинин Ю.И. Снижение удельной мощности БИС ППЗУ с помощью тиристорных структур // Радиотехника. - 1986. - № 10. - С. 23 - 26.

23. Разработка формирователя импульсного питания для микросхем 556РТ6, РТ7. Отчет по НИР «Импульс-Ф». Гос. per. № Д26517, НИИМЭ. Научный руководитель работы Приходъко П.С. - М., 1986. - 51 с.

24. Разработка БИС регистрового ППЗУ ТТЛШ-типа емкостью 1Кх8. Отчет по ОКР «Импульс 14». Уч. № 145-87, НИИМЭ. Главный конструктор разработки Приходъко П.С. - М., 1987. - 92 с.

25. Львович A.A., Приходъко П.С, Щетинин Ю.И. Биполярное ППЗУ 556PTI6 емкостью 64К // Электронная промышленность. - 1987. - № 9. - С. 85 - 86.

26. A.c. № 1305775 СССР, МКИ G 11 С 17/00. Постоянное запоминающее устройство / Львович AilA., Лъвович AjlA., Приходъко П.С, Щетинин Ю.И. - Опубл.

1987.

27. A.c. № 1318097 СССР, МКИ G 11 С 11/40. Элемент памяти для постоянного запоминающего устройства / Беккер Я.М., Беккер М.Я., Петухов Г.А., При-ходько П.С., Щетинин Ю.И. - Опубл. 1987.

28. Исследование и разработка конструкции и технологии изготовления масочного ПЗУ емкостью 256К и системы автоматизированного проектирования заказных РФШ. Отчет по НИР «Индекс-ПЗУ 256». Гос. per. № Ф30493, НИИМЭ. Научный руководитель работы Приходько П.С. - М., 1987. - 52 с.

29. Приходько П.С. Методы определения функционально-параметри-ческих запасов биполярных БИС ППЗУ на этапе разработки проекта // Вопросы радиоэлектроники. Сер. 3. Электронная вычислительная техника. - 1987. - Вып. 13. -

* С. 111-114.

30. Разработка БИС ППЗУ ТТЛШ емкостью 128К. Отчет по ОКР «Импульс-128КД». Гос. per. № Ф30115, НИИМЭ. Главный конструктор разработки Приходько П.С.-М., 1987.-58 с.

31. A.c. Jfa 1332385 СССР, МКИ G И С 29/00. Устройство для контроля постоянной памяти / Конопелъко В.А., Приходько П.С, Щетинин Ю.И. - Опубл.

1987.

32. Аствацатурьян Е.Р., Панасюк В.Н., Приходько П.С и др. Автоматизированный метод анализа и прогнозирования параметров элементной базы биполярных БИС ПЗУ на основе опорных экспериментальных данных II Специальная электроника. Сер. 3. Микроэлектроника. - 1988. - Вып. 1 (52). - С. 28 - 32.

33. A.c. № 1372358 СССР, МКИ G 11 С 11/40. Программируемое постоянное запоминающее устройство / Львович A.A., Фастов CA., Приходько П.С, Щетинин Ю.И. - Опубл. 1988.

34. Разработка масочной БИС ПЗУ емкостью 8Кх8, удовлетворяющей требованиям гр. 2У ГОСТ В20.39.404-81. Отчет по ОКР «Индекс-64КС». Гос. per. № Ф27661, НИИМЭ. Главный конструктор разработки Приходько П.С. - М., 1988. - 51 с.

35. A.c. № 1435044 СССР, МКИ G 11 С 17/00. Постоянное запоминающее устройство / Беккер Я.М., Заколдаев А.А, Приходько П.С, Щетинин Ю.И. - Опубл.

1988.

36. Приходько П.С, Щетинин Ю.И. Структурно-схемотехнические решения БИС ППЗУ емкостью 16К для устройств специального назначения // Специальная электроника. Сер. 3. Микроэлектроника. - 1988. - Вып. 1 (52). - С. 17 - 20.

37. A.c. № 1437914 СССР, МКИ G 11 С 8/00. Дешифратор / Марков А.П., При-ходько П.С, Щетинин Ю.И. - Опубл. 1988.

38. Разработка ППЗУ емкостью 64К в корпусе типа «4». Отчет по ОКР «Им-пульс-64-4С». Гос. per. № Ф35431, НИИМЭ. Главный конструктор разработки Приходько П.С. - М., 1989. - 54 с.

39. A.c. № 1506481 СССР, МКИ G 11 С 11/40. Способ изготовления элемента памяти для ППЗУ / Беккер Я.М., Заколдаев A.A., Приходько П.С, Щетинин Ю.И. - Опубл. 1989.

40. Алисейко В.С, Львович A.A., Приходько П.С, Щетинин Ю.И. Электрически программируемый логический контроллер последовательности 556РТ21А // Электронная промышленность. - 1989. - № 4. - С. 54.

41. Львович A.A., Романеи, А.Н., Приходько П.С, Щетинин Ю.И. Биполярное ППЗУ КР556РТ7А емкостью 16К // Электронная промышленность. - 1989. -№5.-С. 34.

42. Барбашов В.М., Аствацатурьян KP., Приходько П.С., Щетинин Ю.И. Многоуровневая система реализации методов повышения стойкости БИС ПЗУ к внешним воздействующим факторам // Специальная электроника. Сер. 10. Микро-элекгронные устройства. - 1989. - Вып. 1 (25). - С. 5 - 8.

43. Львович A.A., Приходько П.С, Селиванова Г.Д., Щетинин Ю.И. Быстродействующее биполярное ППЗУ КР556РТ13А емкостью 4К // Электронная промышленность. - 1989, - № 5. - С. 40.

44. Приходько П.С, Кульчицкий А.Н. и др. Система разработки и постановки на производство: Стандарт предприятия СТП И6-15.89. НИИМЭ и завод «Микрон». - М., 1989.

45. Красилышков Н.В., Приходько П.С, Чурков В.М., Щетинин Ю.И. Микросхемы программируемой матричной логики серии КР1556 // Микропроцессорные средства и системы. - 1989. - № 2. - С. 31 - 33.

46. Prikhodko P.S. Making methods for 1M bipolar PROM: VII International conference on microelectronics «MICROELECTRONICS'90». - Minsk, USSR. - 1990. -P. 124 - 126.

47. A.c. № 315415, СССР. Логический элемент / Сидоров А С, Приходько П. С, Щетинин ИМ., Щетинин Ю.И. - Опубл. 1990.

48. Разработка масочного ПЗУ емкостью 256К с приемкой «5». Отчет по ОКР «Индекс ПЗУ-256КС». Уч. № 21-91, НИИМЭ. Главный конструктор разработки Приходько П.С. - М., 1991. - 74 с.

49. Приходько П.С, Кульчицкий А.Н., Федоренко Ю.Си др. Порядок оценки качества и надежности изделий: Стандарт предприятия СТП И6-20.17-91. НИИМЭ и завод «Микрон». - М., 1991.

50. Разработка СБИС ППЗУ емкостью 256К. Отчет по ОКР «Импульс ППЗУ-256КС». Уч. N2 22-91, НИИМЭ. Главный конструктор разработки Приходько П.С. -М., 1991. - 58 с.

51. Аписейко В.С, Овчинников В.М., Приходько П.С Проектирование программируемых логических интегральных схем типа ТТЛШ: Тез. докл. IV школы-семинара «Опыт разработки производства и применения БИС БМК и ПЛИС», НИИМЭ. - М, 1991. - С. 15 - 17.

52. Разработка быстродействующей электрически программируемой БИС ПЛУ комбинаторной логики на 20 аргументов, 14 входов и 8 выходов. Отчет по НИР «Изумруд PAL-20». Уч. № 57-89, НИИМЭ. Научный руководитель работы Приходько П.С. - М., 1989. - 44 с.

53. Приходько П.С, Соломатин К Ф., Федоренко Ю.Си др. Система управления качеством продукции. Порядок проведения статистического анализа электрических параметров интегральных микросхем: Стандарт предприятия СТП И6-20.12-89. НИИМЭ и завод «Микрон». - М., 1991.

54. Arhangelskiy A.Y., Astvatsaturyan E.R., Barbashov V.M., Levshin N.G., Prikhodko P.S. High performance multilevel hierarchical system for LSI simulation and design: VII International conference on microelectronics «MICROELECTRONICS'90». - Minsk, USSR, 1990. - P. 166.

55. Глебов A.C., Казуров К И., Приходько П.С и др. Инжекционные свойства контактов кристаллический кремний - a-Si:H // Электронная техника. Сер. 3. Микроэлектроника. - 1991. - Вып. 6 (145). - С. 42 - 46.

56. Глухое A.B., Львович A.A., Приходько П.С, Романец А.Н. Новый тип программируемых элементов и семейства ППЗУ на их основе // Электронная промышленность. - 1991. - Вып. 7. - С. 56 - 57.

57. A.c. № 1734122 СССР, МКИ G 11 С 7/00. Адресный формирователь /Али-сейко В.С, Львович A.A., Приходько П.С - Опубл. 1992.

58. Приходько П. С Этапы развития конверсия науки и производства в условиях рыночной экономики // Электронная промышленность. -1994. - № 1. - С. 80 - 83.

59. Алисейко В.С, Львович А.А, Приходько П.С Последние достижения в области разработки СБИС ППЗУ // Электронная промышленностью. - 1994. - № 1. -С. 16-18.

60. Приходько П.С. Микроэлектроника «Искра надежды» // Деловой мир. -

1994. - № 2 (835). - С. 4.

61. Murashev K/V., Prikhodko P.S., Vavilov V.A. A New Element Base for ULSI Circuits: Тез. докл. Рос. конф. «MICROELECTRONICS'94» с участием зарубежных ученых. - Звенигород, 1994. - С. 83 - 84.

62. Drakin К.А., Mordkovich V.M., Prikhodko P.S. et aL Prestoichiometric loa Synthesis of Silicon Oxynitride Buried Layers: Тез. докл. Рос. конф. «MICROELECTRONICS'94» с участием зарубежных ученых - Звенигород, 1994. -С. 305 - 306.

63. Вавилов В.А., Мартынов В.И., Приходько П.С и др. Обеспечение надежности микросхем И Электронная промышленность. - 1994. - № 1. - С. 32 - 37.

64. Положительное решение по заявке PCT/RU95/00217. Полевой транзистор типа металл-диэлектрик-полупроводник / Красников Г.Я., Михайлов RA, Морд-кович В.Н., Приходько П.С Приоритет 29.09.1995 г.

65. Korolev М.А, Mordkovich V.N., Prikhodko P.S. SOI sensors with high sensitivity and high working temperature: SOI International Conference. Tucson, USA,

1995. - P. 67 - 68.

66. Barabanenkov M.J., Mordkovich V.N., Prikhodko P.S. SOI structures basec on Six Oy Nz ion sinthesis: SOI International Conference. Tucson, USA, 1995. - P. 28 - 29.

67. Пат. № 2072590 РФ, МКИ H 01 L 27/20. Магнитоуправляемая логическая ячейка / Бараночников М.Л., Красников Г.Я., Михайлов В.А., Мордкович В.Н., Приходько П. С - Опубл. 1997.

68. Егоров Ю.Б., Приходько П.С Методология проектирования специализированных. БИС на базе «сквозной» САПР: Тез. докл. Ill Межд. науч.-техн. конф. «Микроэлектроника и информатика)). - М., Зеленоград, 1997. - С. 29 - 30.

69. Комплекс работ по созданию стойких к ВВФ БИС на структурах кремний на изоляторе. Отчет по ОКР «Абрис-П». Гос. per. № 34828, НИИМЭ. Главный конструктор разработки Приходько П.С. - М., 1998. - 221 с.

70. Красников ГЛ., Приходько П.С Оценка перспективности применения КНИ-струюур в микроэлектронике на основе функционально-стоимостного анализа // Экономика и коммерция (Электронная техника. Сер. 9). - 1998. - Вып. 2. - С. 11 - 18.

71. Барабаненков М.Ю., Мордкович В.Н., Приходько П.С Модель циклического ионного синтеза скрытых слоев оксинитрида кремния в кремнии // Электронная техника. - Сер. 3. Микроэлектроника. -1998. - Вып. 2. - С. 22 - 28.

Уч.-изд. Л. 2,0. Тираж 60 экз. Заказ 94. Отпечатано в типографии МИЭТ. 103498, Москва, МИЭТ.