Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология приборостроения

Диссертационная работа:

Бурамбаева Нурсауле Аманжоловна. Исследование влияния конструктивно-технологических параметров на надежность системы резистивных перемычек : Дис. ... канд. техн. наук : 05.11.14 : СПб., 2005 161 c. РГБ ОД, 61:05-5/2182

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. ПЕРСПЕКТИВЫ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
РЕЗИСТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ РАЗВИТИЯ МЭМС 10

1.1.Конструкция и технологии изготовления плавких резистивных

ПереМЫЧеК .- : '...'<:...... ....... 10

1.2.Исследование влияния защитной окисной пленки на надежность

объектов МЭМС 17

1.3. Исследование влияния фотошаблонов и фотолитографии на надежность
системы перемычек 24

  1. Исследование технологии изготовления тонкопленочных резисторов 28

  2. Оценка надежности системы плавких перемычек 35

Выводы 40

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ ОТКАЗОВ КРЕМНИЕВОЙ СТРУКТУРЫ С
ПЕРЕМЫЧКАМИ 42

2.1. Методика экспериментальных исследований механизмов
программирования объектов с перемычками 43

  1. Статистический анализ отказов устройств с перемычками 47

  2. Исследование конфигурации перемычек 53

2.4. Расчет температурного поля и термомеханических напряжений в

нихромовых перемычках 59

Выводы 83

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ НА

НАДЕЖНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТРОЙСТВ МЭМС 86

3.1 Обзор методов теплофизических расчетов пластин с размещенными

источниками тепла : 86

3.2.Исследование теплофизических особенностей конструкций объектов... 91
3.3.Расчет температурных полей конструкций объектов с плавкими
перемычками 99

3.4. Исследование кремниевых кристаллов с перемычками в режиме

динамического питания 111

В ы вод ы 116

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ
НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ ПЕРЕМЫЧЕК 117

4.1. Применение метода весовых компонентов для оценки надежности
кремниевых кристаллов 117

  1. Прогнозирование вероятности безотказной работы кремниевых кристаллов по результатам кратковременных испытаний ..'....; 122

  2. Методы обеспечения надежности кремниевых кристаллов с плавкими

перемычками 129

Выводы 138

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 139

ЛИТЕРАТУРА 153

Введение к работе:

Общие тенденции современного комплексного развития техники и

технологии - миниатюризация и интеллектуализация достаточно четко

проявляются в микроэлектромеханических системах (МЭМС). В основе этого

процесса - реализация тенденций в основных компонентах этой системы -

сенсорных, информационно-управляющих и исполнительных (силовых) и их

сближение на базе развития общих трехмерных (3D) микросистемных технологий. Эти тенденции порождены потребностями основных отраслей машино - и приборостроения, открывая возможности создания наукоемких приборов и устройств нового поколения, в том числе и на существующих элементной базе и технологиях [1,2].

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

Возможность изготовления электромеханических и микроэлектронных компонентов на одной подложке в приборных устройствах открывает перспективу создания систем с более высокой функциональностью. Микронные размеры элементов МЭМС обусловливают использование для их изготовления

5 модифицированных базовых технологических операций, традиционно

применяемых в микроэлектронике.

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

- обеспечение высокой точности изготовления;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Анализ технологического процесса изготовления многослойной кремниевой подложки с системой плавких резистивных перемычек из нихрома показывает, что эта технология с некоторыми изменениями может быть использована в производстве МЭМС. Нихром, имеющий состав 80% Ni и 20% Сг, является традиционным хорошо отработанным резистивным материалом, использованным и апробированным наряду с перемычками из силицида платины, поликристаллического кремния, титана вольфрама. На основе практического опыта [13,14,15] изготовители остановили свой выбор на нихроме в качестве элемента фиксации и хранения информации. Элементы фиксации и хранения информации - система плавких перемычек осаждаются на

7 поверхность кремниевого кристалла с защитным слоем из двуокиси кремния,

имеют * коммутирующие выводы (шины) из алюминия.- Вся многослойная

структура покрыта диэлектрическим окисным слоем.

Изготовление составляющих многослойной структуры производится при

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

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

Полный цикл Технологического программирования системы перемычек включает входной контроль, фиксацию информации по заданному алгоритму,

8 ускоренные испытания (термовыдержки, электротермотренировка) и выходной

контроль. Отказы, выявляемые на этапе технологического программирования,

не влияют на надежностные характеристики устройств с системой перемычек в

процессе их эксплуатации. Однако, на основе анализа процесса

технолбгического йрограммирования можно прогнозировать надежность

фиксации информации, которая зависит от количества электрических

технологически программирующих импульсов (от 1 до 16 импульсов).

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

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

образованием непроводящих соединений, наконец - мгновенный микровзрыв с выносом массы вещества из области разогрева.

Для всестороннего анализа факторов, влияющих на надежность функционирования системы перемычек, целесообразно исследовать конструкции кремниевых кристаллов, расположенных на одной подложке с

1-і

механическим объектом, представленных как произвольно расположенные

источники тепла. С учетом взаимного влияния разноудаленных источников тепла определены перегрев корпусов системы перемычек, потребляемые токи и выход системы в стационарный режим. Традиционным способом охлаждения корпусов кремниевых кристаллов является использование радиаторов из алюминия или фольгированного стеклотекстолита.

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

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

Проведенный комплекс исследований позволил сформулировать

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

Подобные работы
Овчинников Андрей Александрович
Исследование влияния конструкций и технологии изготовления на стойкость оптических кабелей для систем передачи информации к воздействию механических нагрузок
Шестухин В.И.
Исследование влияния параметров топливной аппаратуры на работу дизеля в условиях неустановившейся нагрузки тракторов и автомобилей
Мохамед Емад Джасем
Исследование влияния параметров турбо- и гидрогенераторов на показатели статической и динамической устойчивости параллельной работы
Гордееня Евгений Аркадьевич
Исследование влияния параметров импульса напряжения на эффективность генерации озона в стримерном коронном разряде
Кхалил Муханнад Мустафа
Исследование влияния параметров процесса культивирования на закономерности роста и размножения хлебопекарных дрожжей в аппаратах разной конструкции и разработка высокоэффективных технологий накопления биомассы
Кармазин Виталий Юрьевич
Исследование влияния параметров катодно-сеточных узлов однолучевых и многолучевых клистродов на их выходные характеристики
Арфауи Амор Бен Салах
Исследование влияния параметров режима резания и режущего инструмента с учетом интенсивности напряженно-деформированного состояния в зоне стружкообразования на устойчивость процесса резания
Патрушева Ирина Геннадьевна
Исследование влияния технологических параметров полунепрерывного литья слитков алюминиевых сплавов на зональную ликвацию химических элементов
Хицан Валерий Дмитриевич
Исследование влияния основных параметров электромеханических силовых головок плоскокулачкового типа на технологические возможности и производительность агрегатных станков
Панасенко Евгений Викторович
Исследование влияния основных параметров работы тепловозных дизелей на дымность отработавших газов с целью снижения её уровня

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net