6.1.6. Общие сведения о топологии микросхем памяти

По функциональному назначению микросхемы памяти подразделяют на оперативные (ОЗУ) и постоянные (ПЗУ).

Информационная емкость микросхемы Е определяет общее количество бит информации, которое может храниться в микросхеме.

Основной составной частью микросхемы ОЗУ (рис. 6.7) является массив элементов памяти, объединенных в матрицу накопителя. Один элемент памяти (ЭП) хранит один бит (лог. "0" или дог. "1") информации.

Например, если матрица содержит 1024 элемента памяти, то информационная емкость Е микросхемы равна Е = 1024 бит = 1 Кбит.

Микросхема содержит различные контакты, которые служат для подачи информационных, адресных, выходных, управляющих сигналов и т.п. Для входа и вывода информации служит контакт "вход-выход" микросхемы. Для управления режимом микросхемы используются контакты "Режим микросхемы" и "Запись-считывание" (вход ЗП/СЧ).

Рис. 6.6. Микросхема памяти ОЗУ как функциональный узел

Например, у микросхем типа К573РФ5 (РПЗУ УФ) стирание производят облучением кристалла микросхемы ультрафиолетовым светом (длина волны менее 400 нм) через кварцевое окно в крышке корпуса. Микросхема либо облучается в составе модуля ЗУ (источники питания отключены), либо снимается с печатной платы и подвергается облучению в камере источником УФ в течение 30 мин, после чего ее можно перепрограммировать (репрограммировать).

Следует отметить ряд особенностей работы данных РПЗУ. Во-первых, вследствие постепенного "рассасывания" заряда, хранящегося на границе раздела двух диэлектрических слоев и "стекающего" через изолирующий окисел, время хранения информации ограничено (для микросхемы типа К573РФ5 – до 10⁵ часов). Во-вторых, число циклов перезаписи также ограничено (25 100), так как при каждом цикле репрограммирования изолирующий окисел подвергается воздействиям высоких электрических полей, потоков, высокоэнергетичных электронов и т. п., разрушающих его структуру.

Каждая элементарная ячейка памяти накопителя, ответственная за 1 бит информации, представляет собой МОП-транзистор, который расположен в прямоугольной матрице размерами.

Рассмотрим принципы построения микросхемы с многоразрядной словарной организацией, например, на основе схемы К573РФ5.

Микросхема К573РФ5 с информационной емкостью Е  2K = 2Кбайт = 2·8·1024 бит = 16384 бит имеет матрицу из 16384 транзисторов, сформированных в квадратную структуру N_X·N_Y = 128х128 штук. Технологически, накопитель (матрица) разбит на восемь секций по 128х16 элементов памяти в каждой (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Матрица памяти микросхемы

В каждом элементе памяти (транзисторе) может присутствовать (логическая лог. "1") или отсутствовать (лог. "0") информация.

6.1.7. Описание установки и процедуры испытаний

Объекты исследования

В работе исследуются: микросхемы:

– ситалловые подложки (полуфабрикаты промышленного производства) с нанесенными алюминиевыми резисторами в форме меандра;

 гибридные микросхемы на ситалловой подложке с навесными диодами или биполярными микротранзисторами;

 кремниевые подложки (полуфабрикаты промышленного производства) с подготовленной микросхемой типа операционного усилителя на биполярных транзисторах;

 микросхемы отечественного и зарубежного производства, представляющие собой РПЗУУФ (матрицу памяти) информационной емкостью E = 2 К, E = 4 К и другие, допускающие стирание ультрафиолетовым светом.

Оптические микроскопы

Исследование проводится с помощью микроскопов установок типа МИР и МИМ, схематично изображенных на рис. 6.8.

На установке МИР (рис. 6.8, а) имеются штатные окуляр и объектив, не требующие подсветки. Перемещение окуляра (объектива) над образцами производится с помощью вращения рукоятки, связанной с нониусной шкалой.

а) б)

Рис. 6.8. Условное изображение микроскопов МИР (а) и МИМ (б)

Микроскоп МИМ сформирован на штатной установке (рис. 6.8, б); питание МИМ производится последовательным включением тумблера ″Сеть″ и ″Лампа″. Вертикальное движение окуляра над образцом осуществляется с помощью ручки подъема и фиксатора. Горизонтальное перемещение окуляра над образцом производится соответствующими рукоятками.

Схемы на ситалловой подложке

Тонкопленочный резистор микросхемы БГИС (большая гибридная интегральная схема) изготавливается в виде полоски или в форме меандра (проводник зигзагообразной формы), представленной на рис. 6.9.

В результате напыления алюминия на ситалловую подложку, последовательного применения фоторезистов, наложения стеклянной маски, облучения и т.п. (см. выше) получаются резистивные проводники, электрически связанные с ″широкими″ контактными площадками (алюминий). К данным контактным площадкам впоследствии припаиваются (привариваются лазером) тончайшие золотые выводные контакты схемы.

Рис. 6.9. Расположение элементов на ситалле

Величина сопротивления R алюминиевого тонкопленочного резистора рассчитывается по формуле

R = _l_ср/b, (6.2)

где _ – удельное поверхностное электрическое сопротивление (размерность: Ом/ – "Ом на квадрат"), l_ср – длина проводника (отрезка меандра); b – ширина проводника.

В процессе испытаний в том случае, когда схема сформирована и к контактным площадкам подведены гибкие контактные (золотые) проводники, с помощью мультиметра можно измерить значение R проводника и с учетом его реальной формы по формуле (6.2) рассчитать величину _ при известных l_ср и b.

Оценка геометрических размеров элементов с помощью микроскопов

При оценке размеров элементов ГИС с помощью микроскопа МИР используется его нониусная шкала.

Оценка геометрических размеров элементов с помощью МИМ производится следующим образом.

При анализе топологии твердотельных микросхем и оценке размеров различных транзисторов, резисторов и т. п. необходимо использовать какую-либо измерительную шкалу. Поэтому при оценке размеров элементов твердотельных микросхем используются специальные элементы (нить, микролинейка), вмонтированные в окуляр микроскопа МИМ (рис. 6.10).

В работе с микроскопом МИМ применяются сменные окуляры (5х) и (10х). В корпус окуляров вмонтированы нить и микролинейка так, что при наблюдении глазом в видимом поле окуляра видны (рис. 6.10) тонкая нить и микролинейка с делениями.

Рис. 6.10. Видимое поле окуляра

Диаметр _н нити и деление _л микролинейки предварительно градуируются следующим образом. Под объектив микроскопа устанавливается стандартная дифракционная решетка, между рисками (тонкие черные полоски) которой фиксированное расстояние – постоянная решетки d = 10 мкм.

Наблюдая за рисками дифракционный решетки с помощью нити и микролинейки, встроенных в окуляр, можно оценить размеры поля, видимого в окуляре (рис. 6.1). Например, можно сказать, что при данном окуляре толщина нити примерно равна _н ≈ 2 мкм, а одно деление микролинейки _л ≈ 10 мкм. Значения _н и _л при дальнейших испытаниях используются для примерной оценки размеров элементов микросхем, наблюдаемых с помощью микроскопа.