Способ изготовления запоминающего элемента

(е и АИВ а 11 С И 00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СОЩУР до делаю иэовщткний и ом%аий ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН (21) 3464927/18-24 ИГПа, основном формовании ИДМ-струк- (22)50782 . туры путем подачи постоянного напря- (46) 07,0284.Бюл В 5 . . жения на выводы корпуса, герметиэа- (72) Д,Р.Витнер, В.л.Галанский . ,"; сии корпуса с размещенной в нем и Г,ф.Васильев ИДИ-структурой, о т л и ч а ю щ и и- (71) Томский институт автоматизиро- . с я тем, что, с целью повышения наваннык систем управления и радио-.дежности запоминающего элемента пуэлектрениии тем уменьшения разброса сопротивле- (53) 681327 б(088) : ния ИДИ-структуры при переключениях (56) 1 Патент СОВ В 3271591,.ее, после основного формования прокл. 397-885, опублик, 1963. водится дополнительное формование2. 8.0 еахъаХеу, А.ЗФопеЬаш, : Иди-структуры путем заполнения кор- ЬИощап, Верй, Ргодг, РЬун,33,. пуса газовой .смесью, состоящей иэ 1129, 1970(прототип): 990-99,5% инертного газа и 0,5-1% (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАПОИИ- . кислорода при давлении 10 ффПа и НЙОЩЕГО ЭЛЕМЕНТА, заключающийся в ; подачи иа корпус напряжения, равно- размещении Иди-.структуры в корпусего напряжению в режиме основного 9Ф создании вакуума в корпусе порядка.: . формования.Изобретение относится к вычислительной технике,а именно к техноло" гии изготовлений запоминающих элементов (ЗЭ) для создания памяти электронных вычислительных машин.Известен способ изготовления запоминающего элемента, основан на по" лучении ЬЩМ-структур с диэлектриком из халькогенидного стеКла (1).Недостатком таких структур является низкая надежность из-за само.произвольного перехода МДМ-структу" ры в высокопроводящее состояние.Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления запоминающего элемента на основе системыметалл-окисная пленка-металл, прошед 51015 шей электрическую формовку и помещенной в вакуум. Этот способ состоит из операций нанесения пленки базового металла (А 1, Та, ВЬ) толщиной 20 более 100 нм, слоя окисла (810, А 3.0, ТаО, НЬОу) толщиной0-1000 нм и слоя металла (Ад, Ац, Сц, А 1) толщиной 10-20 нм, помещения напыленной системы в вакуумно плотный корпус, откачки его до давления 10 -10 Па, выдержки МДМ-струк" туры под напряжением определенной величины в течение заданного време.ни (так называемая Формовка) и, наконец, герметизации корпуса. После выполнения этих операций получается работоспособный запоминающий элемент. Подавая переключающие импульсы на металлические электроды МДМ-структуры через вакуумно плотные выводы ,35 корпуса ЗЭ, можно переключать прибор в два различных состояния памяти: состояние с высоким сопротивлением (ВС) или состояние с высокой проводимостью (ВП) . Отношение ропро тивлений в этих состояниях К"во10 -10 . Любое из этих состояний .сохраняется длительное (годы) времяпри снятии напряжения. Амплитуда.переключающих импульсов не превышает 4510-12 В. Таким образом, описанный ЗЭ удобен для устройств постоянной и "репрограммируемой памятью. Следуетособо отметить, что собственно МДМ-, структура не является запоминающимЮ элементом. Эффект памяти реализуется,. лишь при помещении МДМ-структуры в ,герметичный корпус, степень разряже" .3ния в котором не хуже 10 фПа и проведении в вакууме операции Формовки. 55 Для последующей работы ЗЭ также не" обходим вакуум. Нарушение герметичности корпуса немедленно превращает ЗЭ в обычный тонкопленочный кон-, денсатор. Это обусловлено тем, что 60 . Физика эффекта памяти связана с накоплением заряда на поверхностных состояниях в формованных каналах в диэлектрике. А для этого необходимо, чтобы спектр поверхностных состоя/ ний не искажался адсорбированными молекулами газа из окружающей атмос-, Феры, т.е, Функционирование ЗЭ воз-. можно только при наличии вакуумированного объема (2).Основными недостатками вакуумного ЗЭ является невысокое значение 06 и большой разброс значений Ки К Эр достигающий 100. Это приводит к сбоям при считывании записанной информации, т.е, надежность элемента невысока.,Кроме того, ЗЭ функционирует в вакууме, что приводит к усложнению технологии его изготовления, так как требуется проведение ряда операций (прогревы, обезгаживания), необходимых для поддержания в корпусе высокого вакуума в течение срока службы ЗЭ.Цель изобретения - повышение надежности ЗЭ путем уменьшения разброса сопротивления МДМ-структуры при переключениях ее.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления запоминающего элемента, заключающемуся в размещении МДМ-структуры в корпусе, создания вакуума в корпусе порядка 10 ПА, основном формовании МДМ-структуры путем подачи постоянного напряжения на выводы корпуса, герметизации корпуса с размещенной В нем МДМ-структурой, после основного формования проводится дополнительное Формование МДМ-структуры путем заполнения корпуса газовой сме- . сью состоящей из 99,0-99,5% инертного газа и 0,5-1 кислорода при давлении 10 -10 ПА и подачи на корЭ 4пус напряжения, равного напряжению в режиме основного Формования.Процесс изготовления ЗЭ состоит из следующих операций.На диэлектрическую подложку методом термического испарения в вакууме наносится пленка алюминия толщиной 200 нм, затем также методом термического испарения напыляется защитный слой из моноокиси кремния толщиной 1 мкм. Назначение этого слоя -ограничение размеров рабочей области и предотвращение краевых пробоев тонкопленочной МДМ-структуры. Далее наносится слой рабочего диэлектрикаиз нитрида. кремния толщиной 30 нм.Метод нанесения - реактивное катодное распыление. Затем следует наниление верхнего алюминиевого электрода толщиной 50 нм. Подложку с напыленной МДМ-структурой помещают в стеклянный баллон с двумя электрическими выводами, Валлон через стеклянный штенгель соединяют с откачным вакуумным постом и производят откачку его до остаточного давления 10 Па. Через электрические выводыметаллические электроды МДМ-структу" оы подключают к источнику постоянно1072094го напряжения.,устанавливают величи. увеличивается не только к Вр, но й1 ну напряжения 12 В (минус(-)- на 8 п т.е, к не увеличивается.верхний электрод, плюс (+) - на ниж- Стабилизирующее действие атмосний) и выдерживают образец под на- феры инертного газа связано с темФпряжением в течение 15 мин. По окон- что с одной стороны инертные газычании выдержки (Формовки) в баллон 5 не относятся к активным адсорбатам,напускают газовую емесь, состоящую и потому, если их парциальное давиз 99 аргона и 1 кислорода до дав- ление не очень велико, ие искажаютления 10 Па. Идм-структура при этом энергетический спектр поверхностных3остается под напряжением. Затем пи- состояний, т.е не нарушают эффекта.тание образца отключают и запаивают 10 памяти. С другой стороны, присутст, баллон, отсекая его от вакуумного вие инертного газа в корпусе ЗЭпоста,. при давлении, сравнимом с атмосферным, предотвращает гаэовыделенкеТакой способ изготовления ЗЭ поз- со стенок корпуса и элементов монтаволил уменьшить ток через образец 15 жа, которое всегда имеет место в ванив состоянии ВС в 5-,10 раз по сравне- кууме. Значит газовый состав мос-.ю с током в вакууме, в то время Феры в корпусе должен быть болеекак ток в состоянии ВП остается неиз- фстабильным а это в свою очередмено мередь,етЕсиным. В результате М возраста- определяет и стабильность паю Фсли напускать кислород и не по ров ЗЭ. Давление инертного газа так- амедавать напряжение на МДМ-систему или же имеет принципиальное значену еиьшить его амплитуду ниже 10 В, т.к. при Р, с 2 ф 10 Па эффект,стабиие,описанное увеличение и, не наблюда- лизации параметров не наблюдаетсяется. Вторым существенным фактом яв- из"за того, что при столь низкомляется стабилизация параметров ЗЭ 25 давлении атмосфера в корпусе не оспри работе его в атмосфере инертно- тается стабильной. Если же Р Ъ 10"Па,го газа по сравнению с вакуумом. то наблюдается уменьшение е, т.вНапример при парциальном давлении начинают сказываться акцепторныер она 10 Па разброс значенийзс и . сВОйСтва адсОрбированного газа, вмя ка вМеа не пРевышает 10-15%, в то вре- котором кроме того возможно иалйак в вакууме он достигает 100%. микропримесей активных адсорбатов30чиф,Объяснение этих результатов ба- типа кислорода.зируется на Физической картине эффекта памяти в Формованных МДМ-струк- Таким образом, если корпус ЗЭтурах. как,отмечено выше, состояние , заполнить смесью инеруного газа сВс образуется за счет отрицательно- З 5 кислородом с таким расчетом, чтобыго заряда, подавляющего проводи- дополучить укаэанные парциальиыв давмость, запасенного на поверхностных пения, т,е. надо взять 99,0-99,5 Всостояниях на границах микрочастицинертйого газа и 0,5-1,0 кислородаФормованных каналов. поскольку ка- и напустить смесь до давленияНалы сообщаются с атмосферой через 40 10 -10 а, то мю должны получить одмикроотверстия в верхнем электроде, новременно и стабилизацию параметто проникающий газ может адсорбиро- ров и увеличение М, т.е. иными словаться на поверхностях микрочастиц. вами, надежность ЗЭ повышается.ИЗвестно, что кислород является ти- Предлагаемый способ обеспечивапичным акцепторным адсорбатом, об ет получение более надежных в раболадающим повышенной адсорбционной те ЗЭ, а это является определяющимспособностью на отрицательно заря- фактором при создании матриц ЗЭ для,женные поверхности. Значит напуск запоминающих устройств с болыаимкислорода должен быть наиболее эф- объемом памяти. Такие матрицы сосФективеи тогда когда образец нахо тоят из сотен или тысяч элементовд я в состоянии ВС, а поскольку и сбой даже одного ЗЭ в такой ситуаитс50Уэто акцепторный адсорбат, то он по- ции совершенно недопустим. Поэтомунижает проводимость. Существенное очевидно, что надежность ЗЭ являетзначение имеет парциальное давление ся в данной ситуации найглавнейшимкислорода. Так, если Ррц10 ф Па, параметром. Предлагаемый способ прото увеличение м практически не за ще, а значит и дешевле базового, такметно, если же Рр ) 10 Па, то влия- как в предлагаемом меньше операцийние адсорбции настолько сильно, что чем в базовом.йВНИИПИ Заказ 133/43 Тираж 575 Подписное Филиал НПП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4