На всех образцах структур КНИ и КНС получены МОП транзисторы с широким набором размеров длин каналов и ширин транзисторов. Важно отметить, что такие параметры единичных МОП транзисторов как пороговое напряжение, напряжение пробоя исток-сток, ток стока практически не зависели от типа использованных КНИ структур, а определялись уровнями легирования карманов и приповерхностной области пленки кремния под затвором. В то же время, начальные участки и наклон допороговых характеристик сильно зависели от типа использованных КНИ структур. Лучшие результаты показали КНИ структуры Smart Cut, SIMOX и КНС. На КНИ структурах Dele Cut были получены МОП транзисторы с удовлетворительными характеристиками, но со значительным разбросом параметров по поверхности пластин.
С целью исследования уровня стойкости и характера изменения параметров проводились сравнительные радиационные испытания КМОП БИС СОЗУ 8К, изготовленных в КНИ и КНС структурах. В образцах, изготовленных в КНИ структурах, имелась возможность реализации двух вариантов подключения подложки - к шине с нулевым потенциалом и к шине, соединенной с источником питания. Радиационные испытания включали оценку стойкости БИС к импульсному воздействию и полной дозе с использованием лазерного и рентгеновского имитаторов. Максимальный эквивалентный уровень импульсного воздействия составил 2,5∙1012 условн. ед/с, эквивалентная мощность дозы рентгеновского излучения - 174 условн. ед/с. В процессе испытаний контролировалось наличие тиристорного эффекта и катастрофичеcких отказов, контроль функционирования (отсутствие сбоев и отказов), сохранность записанной информации (совпадение считанной и записанной информации), величины токов потребления. При функциональном контроле применялись алгоритмические тесты типа “запись-считывание": “поле 0”, “поле 1", “шахматы”, “инверсные шахматы”, “псевдослучайный код ”.
Прежде всего, отметим, что различий в радиационной стойкости образцов КМОП СОЗУ 8К, изготовленных в Smart Cut и SIMOX КНИ структурах, не установлено. Катастрофических отказов и тиристорного эффекта во всех исследованных образцах не обнаружено до уровня импульсного воздействия 2,5·1012 условн. ед/с. Уровень сохранности информации (УСИ) для образцов БИС СОЗУ на 10-ти транзисторных ячейках памяти на КНИ структурах составил 3,9·1011 условн. ед/с, что более чем в три раза больше УСИ для образцов на КНС структурах (1,2·1011 условн. ед/с). При увеличении уровня воздействия более УСИ количество ошибок в СОЗУ на 6-ти транзисторных ячейках резко увеличивалось от нуля до нескольких сотен ошибок, в отличие от СОЗУ на 10-ти транзисторных ячейках памяти, для которых количество ошибок возрастало от нуля до нескольких десятков ошибок. Механизм возникновения сбоев информации в СОЗУ на 6-ти транзисторных ячейках памяти предположительно связан со сбоями самих ячеек памяти, а в СОЗУ на 10-ти транзисторных ячейках памяти - с взаимовлиянием ячеек памяти. УСИ КНИ БИС на 6-ти транзисторных ячейках памяти составлял 1,2·1011 условн. ед/с. Уровень сохранности информации и характер изменения импульсной реакции тока потребления образцов на КНИ структурах не зависят от способа подключения подложки к нулевому потенциалу или к потенциалу источника питания.
Импульсная реакция тока потребления зависит от варианта выполнения КМОП СОЗУ. При уровнях воздействия до 1∙1011 условн. ед/с характер изменения импульсной реакции тока потребления КНС СОЗУ совпадает с характером изменения импульсной реакции тока потребления КНИ СОЗУ на 6-ти транзисторных ячейках памяти при подключении подложки к нулевому потенциалу. При уровнях воздействия от 1,2∙1011 до 7∙1011 условн. ед/с характеры изменения импульсной реакции тока потребления в КНС и КНИ СОЗУ на 6-ти транзисторных ячейках памяти совпадают и не зависят от способа подключения подложки. При уровнях воздействия от 7∙1011 условн. ед/с до максимально достигнутого 2,5∙1012 условн. ед/с характер изменения импульсной реакции тока потребления не зависит от способа подключения подложки, а средние значение амплитуд откликов импульсной реакции тока потребления КНС СОЗУ и КНИ СОЗУ на 10-ти транзисторных ячейках памяти составляли, соответственно, 865 мА и 850 мА, а для КНИ СОЗУ на 6-ти транзисторных ячейках памяти - 910 мА.
В результате исследований по влиянию полной дозы облучения установлено, что уровень отказа по функционированию (по способности записи и считывания информационного кода) составил 2∙104 условн. ед. для КНИ СОЗУ при подключении подложки к потенциалу питания для 6-ти и 10-ти транзисторных и 6∙104 условн. ед. для КНС и КНИ при подключении к нулевому потенциалу. Ток потребления КМОП БИС СОЗУ 8К в режиме хранения до уровня функционального отказа зависит от варианта реализации исследованных образцов БИС (КНИ или КНС структуры), от способа подключения подложек и от варианта реализации ячеек памяти.
Относительно причины повышенной стойкости к импульсному воздействию БИС на КНИ структурах по сравнению с КНС структурами мы полагаем, что это связано в основном с одним фактором, который принципиально отличает КНИ и КНС структуры - возможностью подключения подложки КНИ структур к нулевому потенциалу. Этот фактор оказывает существенное влияние на процессы накопления заряда в захороненном окисле КНИ структур.
Представленные в данной работе результаты свидетельствуют о том, что в настоящее время только КНИ структуры Smart Cut и SIMOX пригодны для производства современных КМОП БИС благодаря высокому структурному совершенству пленки кремния. Изготовленные в КНИ структурах Smart Cut и SIMOX образцы КМОП БИС СОЗУ 8К продемонстрировали более высокую радиационную стойкость по сравнению с образцами, изготовленными на КНС структурах. Получить данные о радиационной стойкости Dele Cut КНИ структур не удалось, поскольку не были получены годные образцы БИС.
Разработанные на НПО “Интеграл" конструкции КМОП БИС СОЗУ 8К и технология их изготовления в КНИ структурах позволяет получать годные образцы БИС. Очевидно, что для повышения стойкости к полной дозе облучения, выбранная комбинация технологических режимов формирования как самих КНИ структур, так и МОП транзисторов в КНИ структурах, не является достаточной и требует дальнейшей оптимизации. В заключение отметим, что представляется принципиально важной активизация и проведение дальнейших исследований по разработке отечественных технологий изготовления КНИ структур, поскольку массовое производство микроэлектронных изделий возможно только на основе постановки серийного производства КНИ структур по собственной отечественной технологии. При проведении этих работ НПО “Интеграл “ будет ориентироваться на Smart Cut технологию формирования КНИ структур, основанную на имплантации водорода и термокомпрессионного сплавления. Эта технология в отличие от технологии SIMOX, обеспечивает не только требуемый низкий уровень дефектности пленок кремния КНИ структур, но и более широкие возможности в управлении параметрами захороненного слоя двуокиси кремния. Это преимущество носит принципиальный характер, поскольку свойства захороненного окисла во время облучения во многом определяют стойкость КМОП БИС к радиационному воздействию. По нашему убеждению именно в этой возможности заложены резервы для повышения радиационной стойкости КМОП БИС в КНИ структурах.
Некогерентным вращением перемагничиваются также и пленки кобальт-вольфрам (25 вес.% W, табл), обладающие текстурой [001] ГПУ кобальта, столбчатой микроструктурой кристаллитов и перпендикулярной магнитной анизотропией (ПМА). Экспериментальная зависимость Нс (j) по крайней мере до углов 30-40о совпадает с расчетной, если принять S=1.30, однако при больших углах перемагничивания значительное расхождение экспериментальной и расчетной кривых указывает на существенный вклад иного механизма перемагничивания, а именно процессов смещения доменных границ [9].
Таблица
Условия получения, состав, отношение интенсивностей рентгеновских пиков I002/I100 и магнитные характеристики пленок Со-W (h=1 мкм)
| Параметр | Со-15 вес.%W | Со-25 вес.%W | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 * | 6 | |
| Т°С | 18 | 26 | 33 | 40 | 26 | 18 |
| I002/I100 | 25 | 10 | 15 | >50 ** | 11 | 28 |
| dMmax | 0,85 | 0,56 | 0,58 | 0,75 | 0,42 | 0,15 |
| S | 2,10 | 2,25 | _ | 2,15 | 2,49 | 1,3 |
* - горизонтальное осаждение; ** - II00/I002
Рассмотренные выше примеры показывают, что в пленках Со (АОП) и, в меньшей мере, в пленках Со-W (25 вес% W) c ПМА, осажденных при комнатной температуре (текстура [001]), процессы перемагничивания хорошо описываются моделью изолированных одноосных кристаллитов. Однако при снижении энергии магнитной одноосной анизотропии или росте намагниченности насыщения сильнее проявляется влияние магнитостатического взаимодействия. Такой случай реализуется в пленках Co-W с 15 вес% W, где несмотря на столбчатый тип структуры и текстуру [001], магнитный момент лежит в плоскости пленки. Это означает, что энергия размагничивающего поля превосходит магнитокристаллическую энергию, и поэтому представление о пленках, как об ансамбле невзаимодействующих частиц оказывается некорректным. Анализ экспериментальных результатов свидетельствует о наличии магнитостатического взаимодействия, поскольку в большинстве исследованных пленок dМ<0 (Табл).
Знак и величина dМ (Н) во многом определяются процессами перемагничивания реальных материалов (прежде всего преобладающим механизмом перемагничивания и величиной межкристаллитного взаимодействия), при этом сопоставление их изменения с изменением других магнитных характеристик (свойств) позволяет более детально исследовать процессы перемагничивания и тесно связанный с ними магнитный гистерезис. Так, анализ изменения |dМ|max и коэффициента прямоугольности петли гистерезиса образцов 1-4 (Табл) позволяет сделать вывод, что рост магнитостатического взаимодействия кристаллитов приводит к увеличению доли обратимых процессов при перемагничивании пленок Сo-W [7].