Прогнозирование дозовых эффектов в цифровых КМОП микросхемах на структурах "кремний-на-сапфире" при импульсном ионизирующем воздействии

Давыдов, Георгий Георгиевич

Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Прогнозирование дозовых эффектов в цифровых КМОП микросхемах на структурах "кремний-на-сапфире" при импульсном ионизирующем воздействии

кандидата технических наук: Давыдов, Георгий Георгиевич
город: Москва
год: 2009
специальность ВАК РФ: 05.13.05

Диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению на тему «Прогнозирование дозовых эффектов в цифровых КМОП микросхемах на структурах "кремний-на-сапфире" при импульсном ионизирующем воздействии»

Автореферат диссертации по теме "Прогнозирование дозовых эффектов в цифровых КМОП микросхемах на структурах "кремний-на-сапфире" при импульсном ионизирующем воздействии"

На правах рукописи

Экз. № ¡0

ДАВЫДОВ ГЕОРГИЙ ГЕОРГИЕВИЧ

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДОЗОВЫХ ЭФФЕКТОВ

В ЦИФРОВЫХ КМОП МИКРОСХЕМАХ НА СТРУКТУРАХ «КРЕМНИЙ-НА-САПФИРЕ» ПРИ ИМПУЛЬСНОМ ИОНИЗИРУЮЩЕМ ВОЗДЕЙСТВИИ

05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Автор:

2 3 ГДР 2СиЗ

Москва - 2009 г.

003465756

Работа выполнена в Московском инженерно-физическом институте (государственном университете).

Научный руководитель Доктор технических наук, профессор Никифоров Александр Юрьевич

Официальные оппоненты: Доктор технических наук Гонтарь Вадим Васильевич

Кандидат технических наук Вавилов Владимир Алексеевич Ведущая организация: ФГУ «22 ЦНИИИ Минобороны России»

Защита состоится 20 апреля 2009 г. в 15 час. 00 мин. На заседании диссертационного совета Д212.130.02

в Московском инженерно-физическом институте (государственном университете) по адресу: 115409 Москва, Каширское шоссе, 31, тел. 324-84-98, 323-91-76

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ

Автореферат разослан марта 2009 г.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

П.К. Скоробогатов

Общая характеристика работы

Диссертация направлена на решение научно-технической задачи развития расчетно-экспериментальных методов и технических средств прогнозирования дозовых отказов Комплементарных Метал-Окисел-Полупроводник (КМОП) больших интегральных схем (БИС) на структурах «кремний на сапфире» (КНС) при импульсном ионизирующем воздействии (ИИВ) с характеристиками, недостижимыми в лабораторных условиях. Прогнозирование дозовых отказов КМОП КНС БИС при импульсном воздействии имеет существенное значение при создании радиационно-стойких элементов и устройств систем управления и вычислительной техники военного, космического и другого специального назначения, повышения их функциональных и эксплуатационных характеристик, а также эффективности применения.

Актуальность темы диссертации обусловлена необходимостью разработки и развития эффективных методов расчетно-эксперименталыюго прогнозирования уровня деловой стойкости КМОП КНС БИС в условиях запрета натурных облучательных опытов и ограниченных возможностей испытательных моделирующих установок (МУ).

Заданные требования к электронной компонентной базе систем управления и вычислительной техники специального назначения (военной, ракетно-космической техники, систем связи, аппаратуры физического эксперимента) по стойкости к ИИВ до 10|2...10'3 ед/с являются практически недостижимыми для БИС на объемных кремниевых структурах. Одним из методов обеспечения высокого уровня радиационной стойкости является реализация таких БИС на структурах с диэлектрической изоляцией элементов, обеспечивающих существенное снижение ионизационных токов и подавление паразитных связей между соседними элементами БИС при ИИВ. Исторически первой и до настоящего времени практически единственной промышленно-освоенной отечественной технологией с диэлектрической изоляцией элементов является КНС технология. КМОП КНС БИС реально обеспечивают предельные уровни «выживания» и сбоеустойчивости при ИИВ по эффектам мощности дозы. Однако наличие «нижней» дополнительной (по сравнению с объемными КМОП-структурами) границы подзатворной кремниевой области и диэлектрической подложки в активных МОП-транзисторах (МОПТ) определяет повышенную чувствительность КМОП КНС микросхем к дозовым эффектам как при стационарных, так и при импульсных радиационных воздействиях. При этом в соответствии со сложившейся инженерной практикой дозовые испытания микросхем проводятся лишь при стационарных (Со-60 или рентген) или периодических (ускоритель электронов) испытательных воздействиях, а их результаты распространяются и на мощные импульсные воздействия.

На решение задачи прогнозирования уровня дозовой стойкости КМОП КНС БИС при импульсных воздействиях на основе создания и развития методов и средств расчетно-экспериментального моделирования дозовых эффектов в цифровых КМОП КНС БИС и направлена диссертация.

Важность и актуальность темы диссертации отражена в «Основах политики Российской Федерации в области развития электронной компонентной базы на период до 2010 года и дальнейшую перспективу», утвержденных Президентом Российской Федерации 12.04.02, в соответствии с которыми создание радиационно-стойкой ЭКБ при ее разработке, производстве и применении в стратегически значимых системах отнесено к одной из приоритетных задач.

Состояние исследований по проблеме

Вопросам создания и развития номенклатуры микросхем на КНС структурах посвящены многочисленные научные исследования и разработки, выполненные к.ф-м.н. Поляковым И.В., д.т.н. Адониным A.C. (ОАО «НПП «Сапфир»), к.т.н. Машевичем П.Р., Романовым A.A. (ОАО «Ангстрем»), к.т.н. Герасимовым Ю.М., к.т.н. Григорьевым Н.Г. (МИФИ), д.т.н. Антимировым В.М., Малковым В.И. (ФГУП «НПО Автоматики») и др. Физические модели, методики и первые результаты имитационных испытаний КМОП КНС БИС были развиты в работах д.т.н. Никифорова А.Ю., д.т.н. Скоробогатова П.К., к.т.н. Согояна A.B. (МИФИ), электрические модели - в трудах д.т.н. Петросянца К.А., к.т.н. Харитонова И. А. (МИЭМ) и др. Методические и технические средства тестирования БИС в процессе радиационного эксперимента предложены д.т.н. Чумаковым А.И., к.т.н. Барбашовым В.М. и др. Вопросам прогнозирования эффектов мощности дозы и обеспечения сбоеустойчивости КМОП КНС БИС запоминающих устройств при ИИВ с предельными уровнями посвящена диссертация к.т.н. Киргизовой A.B.

Однако до сих пор остаются недостаточно проработанными важные вопросы моделирования и прогнозирования радиационного поведения КМОП КНС БИС при импульсных дозовых воздействиях. Практически во всех работах эффекты дозы и мощности дозы ИИВ рассматривались независимо и без учета их взаимного влияния. В практике радиационных испытаний в соответствии с ГОСТ РВ 20 57.415 принято проводить раздельную оценку стойкости микросхем по двум указанным группам эффектов. Поэтому специфика импульсного характера набора дозы в КМОП КНС БИС при ИИВ практически не исследована. Соответственно, не обоснован рациональный выбор источников воздействий для дозовых испытаний КМОП КНС БИС, не проанализирована корректность использования для этого рентгеновских имитаторов. На момент начала работы средства радиационного эксперимента не обеспечивали полноценного управления и контроля функционирования КМОП КНС БИС в активных динамических режимах работы в реальном времени во время и после ИИВ.

Известная методика снижения засоренности производственных партий КМОП БИС нестойкими микросхемами на основе радиационно-термической обработки в пассивном режиме оказалась неэффективной в отношении КМОП КНС технологии.

Таким образом, диссертация направлена на разрешение научного противоречия, которое заключается одновременно в необходимости и невозможности обеспечить достовер-

ное прогнозирование дозовых эффектов в цифровых КМОП КНС микросхемах при ИИВ, оставаясь в рамках имеющихся методов и средств теоретического и экспериментального моделирования без их научно-технического развития.

Целью диссертации является развитие научных методов и разработка методических и технических средств прогнозирования дозовых эффектов в цифровых КМОП КНС БИС при импульсном ионизирующем воздействии с учетом характеристик ИИВ, а также режимов и условий работы микросхем в аппаратуре.

Указанная цель достигается решением в работе следующих задач:

- выявления, теоретического анализа, моделирования и экспериментальных исследований основных закономерностей радиационного поведения и доминирующих радиационных эффектов в КМОП КНС БИС и их элементах при стационарных и импульсных дозовых воздействиях;

- развития модели и основанного на ней расчетно-эксперименталыюго моделирования дозовых эффектов в КМОП КНС БИС при импульсном характере набора дозы, обеспечивающей достоверность прогноза уровня стойкости при минимизации объема радиационных испытаний и затрат на их проведение;

- научно-обоснованного выбора источников дозовых воздействий и обоснованием возможности и границ применения рентгеновских имитаторов для испытаний КНС БИС;

- разработки новых и совершенствования существующих методических и технических средств испытаний КМОП КНС БИС на стойкость к дозовому воздействию, обеспечивающих гибкое управление, выявление и диагностирование параметров дозовой стойкости в реальном времени в процессе и после воздействия;

- получения и систематизации оригинальных экспериментальных данных, устанавливающих общность радиационного поведения КМОП КНС БИС в широких диапазонах режимов работы и условий эксплуатации - электрического режима работы, уровней дозовых воздействий (до группы 6Ус ГОСТ РВ 20.39.414.2) и сроков эксплуатации;

- разработки и внедрения методики неразрушающего контроля и прогнозирования дозовой стойкости КМОП КНС микросхем с учетом импульсного характера воздействия и адаптированной для различных вариантов конструктивного исполнения микросхем;

- исследования влияния схемно-технологической реализации на дозовую стойкость КМОП КНС БИС, разработки научно-обоснованных рекомендаций по повышению радиационной стойкости, анализа дозовой стойкости КМОП БИС при переходе с КНС на более перспективную КНИ технологию.

Научная новизна работы: 1. Предложена оригинальная численная модель дозового отклика КНС МОП-транзисторов и цифровых КМОП КНС БИС на их основе при импульсном характере набора дозы. Модель описывает релаксацию радиационно-индуцированного заряда (РИЗ) в приграничной области кремния с сапфировой подложкой после ИИВ; при этом учитывает-

ся распределение зарядовых состояний вблизи границы, электрический режим работы активного элемента, а также амплитудно-временные параметры воздействия.

2. Предложена методика прогнозирования уровня дозовой стойкости КМОП КНС БИС при импульсном воздействии с предельными уровнями, недостижимыми в лабораторных условиях, по результатам экспериментов с использованием доступных стационарных и импульсных источников ИИ. Полученные в ходе лабораторных испытаний данные экстраполируются в область требуемых параметров воздействия по результатам минимального (до 5% от общего объема испытаний) объема импульсных испытаний с приемлемой интенсивностью, проведенных для малой выборки КНС БИС.

3. Предложено использовать метод радиационно-стимулированного отжига для восстановления первоначального значения статического тока потребления КМОП КНС БИС. Научно обоснован методический подход к неразрушающему контролю дозовой стойкости КМОП КНС БИС по критическому параметру - току потребления в статическом режиме. Выбраны, научно-обоснованы и экспериментально подтверждены режимы облучения и отжига, обеспечивающие высокую достоверность прогноза и его неразрушающий характер. Оформлена заявка на изобретение, приоритет №2007146805 от 17.12.07.

Практическая значимость работы:

1. Предложена оригинальная методика, позволяющая прогнозировать отказ образца КМОП КНС БИС при заданном уровне дозового воздействия большой интенсивности по результатам контрольного лабораторного облучения этого образца ИИВ средней интенсивности и последующего отжига.

2. Разработана оригинальная методика неразрушающего контроля и прогнозирования дозовой стойкости КМОП КНС БИС по критическому параметру - току потребления в статическом режиме. Разработаны и развиты методические и технические средства неразрушающего контроля производственных партий КМОП КНС БИС по стойкости к дозовым воздействиям с учетом импульсного характера набора дозы и различных видов конструктивной реализации микросхем (на полиимидных носителях, на пластинах и в металлоке-рамических корпусах).

3. Получены оригинальные результаты экспериментальных исследований радиационного поведения для практически всех типов отечественных цифровых КМОП КНС БИС, созданных в последнее десятилетие на различных предприятиях (ОАО «Ангстрем», ОАО «НПП Сапфир», ФГУП «ФНПЦ НИИИС»). Результаты позволили верифицировать разработанные модельные представления и методические подходы, обосновать взаимную сходимость и адекватность различных видов испытаний и предложить рациональный состав дозовых испытаний, обеспечивающий сочетание высокой достоверности и технико-экономической эффективности.

4. Разработаны рекомендации по увеличению дозовой стойкости КМОП КНС БИС на основе рационального выбора их конструкции, топологии, а также параметров техпроцес-

са: ооптималыюе соотношение стойкости и стабильности функционирования может быть достигнуто при толщине приборного слоя КНС структуры 0,3...0,4 мкм; введение дополнительных проводящих слоев приводит к снижению тока потребления КНС БИС; повышение уровня стойкости КНС БИС обеспечивается при установленных оптимальных значениях энергии имплантации бора и дозы имплантации.

5. Впервые установлено снижение максимальной величины радиационно-индуцированных токовых утечек в КМОП КНС БИС при эксплуатации или хранении микросхем в течение длительного времени. Впервые показано повышение уровня дозовой стойкости КМОП КНС БИС в процессе длительной эксплуатации или хранении.

Впервые получены результаты исследований радиационного поведения СВЧ КНС БИС иностранного производства с ультратонким (0,1 мкм) приборным слоем иТ81®. Установлена близость основных закономерностей поведения иностранных и отечественных КНС БИС. Полученные результаты определяют потенциальную возможность использования предложенных методик для прогнозирования дозовой стойкости КНС БИС, изготовленных по технологии Ш^®.

Впервые получены оригинальные результаты сравнительных исследований дозовых эффектов в КМОП БИС, выполненных по технологиям КНС и «кремний на изоляторе» (КНИ), показывающие близость основных закономерностей их радиационного поведения. Полученные результаты определяют потенциальную возможность использования предложенных методик для прогнозирования дозовой стойкости КНИ БИС и СБИС.

Результаты, выносимые на защиту

1. Модель релаксации РИЗ после дозового воздействия, учитывающая импульсный характер набора дозы, профиль распределения РИЗ вблизи границы приборного слоя и сапфировой подложки и электрический режим КНС структуры, и позволяющая прогнозировать ток потребления КНС БИС в произвольный момент времени после ИИВ.

2. Методика прогнозирования отказа образца КМОП КНС БИС при заданном уровне дозового воздействия большой интенсивности по результатам контрольного лабораторного облучения этого образца ИИВ средней интенсивности и последующего отжига.

3. Обобщенная методика 100%-го неразрушающего контроля КМОП КНС БИС по стойкости к дозовым воздействиям, позволяющая проводить разбраковку партий КМОП КНС БИС по дозовой стойкости, минимизировать засоренность производственной партии потенциально нестойкими образцами и исключить их применение в ответственной аппаратуре.

4. Аппаратно-программный комплекс для радиационных испытаний КНС БИС, обеспечивающий гибкое управление, а также полноценный функциональный и параметрический контроль работоспособности БИС в реальном времени, в активных динамических режимах работы в процессе и после ионизирующего воздействия. Предложены меры, по-

вышающие помехозащищенность сигнальных линий при проведении эксперимента на моделирующей установке.

5. Оригинальные результаты экспериментальных исследований радиационного поведения цифровых КМОП КНС БИС и тестовых структур с различными топологическими размерами, параметрами техпроцесса, в различных режимах и сроках эксплуатации, подтверждающие обоснованность предложенных методических и технических средств прогнозирования дозовой деградации параметров КНС БИС при импульсном ионизирующем воздействии.

Апробация работы

Результаты диссертации внедрены в ОАО «НПП Сапфир», ОАО «Ангстрем» и ФГУП «ФНПЦ НИИИС» при разработке и радиационных испытаниях большинства отечественных КМОП КНС БИС серий 1825, 1620, 5511. Результаты диссертации вошли в отчетные материалы по многочисленным НИР и ОКР («Врач», «Микроскоп», «Стек», «Мурена», «Корвет», «Сапфир», «Мелисса», «Микология» и др.), выполняемых по заказам Минобороны РФ, Минпромторга, Роскосмоса, Госкорпорации «Росатом» и предприятий оборонного комплекса. Полученные в диссертации результаты реализованы в Нормативных документах Минобороны России (ОСТ В 11.073.013 часть 10), а также в более чем 25 программах-методиках и протоколах испытаний КМОП КНС БИС, согласованных с ФГУ «22 ЦНИИИ Минобороны России» в рамках Государственной Программы Вооружений.

Основные результаты диссертации докладывались на российских научных конференциях "Радиационная стойкость электронных систем" (Лыткарино, 2004-2008 гг.); научных сессиях МИФИ (Москва, 2005-2008 гг.); на научных конференциях "Электроника, микро-и наноэлектроника" (г.Кострома 2003 г., г.Н.Новгород 2004 г., г.Вологда 2005 г., г.Гатчина 2006 г.); на IV, V, VI и VII научно-практических семинарах «Проблемы создания специализированных радиационно-стойких СБИС на основе гетероструктур» (г.Н.Новгород, 2004, 2005, 2006, 2007 гг.).

Публикации: Основные результаты диссертации опубликованы в 15 работах (в период с 2004 по 2008 гг.), в том числе 2 - в реферируемых журналах и 1 - без соавторов.

Объем и структура диссертации. Диссертация содержит 152 страниц, в том числе 102 рисунка, 14 таблиц, список литературы из 119 наименований и состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы.

Содержание диссертации

Первая глава посвящена анализу проблемной ситуации в области развития БИС на КНС структурах для радиационно-стойких систем; в ней описываются особенности применения КНС БИС в аппаратуре, радиационные эффекты в КНС БИС и существующие методы их моделирования, выявлены тенденции развития технологии с диэлектрической изоляцией элементов, обоснована постановка задач исследований.

Вторая глава содержит анализ доминирующих механизмов дозовой деградации параметров КМОП КНС БИС, модель релаксации РИЗ после ИИВ, методику прогнозирования дозового отклика при ИИВ большой интенсивности по результатам лабораторного облучения с меньшей интенсивностью, а также методику прогнозирования параметров БИС при поглощении большого уровня дозы по результатам облучения малой тестовой дозой.

Третья глава содержит описание общей методики исследований стойкости КМОП КНС БИС, обоснование адекватности применения имитаторов в качестве источников ионизирующего воздействия, а также описание аппаратно-программного комплекса радиационного эксперимента, адаптированного для различных источников импульсного и стационарного дозовых воздействий.

В четвертой главе описывается и обосновывается методика неразрушающего контроля дозовой стойкости производственных партий КМОП КНС БИС, проводится статистическая оценка ее эффективности, описывается адаптация методики для различного конструктивного исполнения БИС, определяются границы применимости.

Пятая глава посвящена исследованиям дозовой стойкости номенклатуры КНС БИС, разработке рекомендаций по оптимизации параметров технологического процесса изготовления КНС БИС (изменение толщины приборного слоя, уровня и дозы легирования областей стоков-истоков, введение шунтирующих слоев) для обеспечения дозовой стойкости; представлены результаты сравнительных исследований КНС и КНИ БИС, изготовленных по эквивалентным шаблонам; рассмотрены эффекты деградации дозовой стойкости при длительной наработке и хранении КНС БИС.

Анализ проблемной ситуации в области развития БИС на КНС структурах для радиациоино-стойких систем

В результате анализа литературных источников и результатов исследований отечественных КМОП КНС БИС установлено, что при средних уровнях поглощенной дозы доминирующим эффектом является накопление радиационно-индуцированного заряда в области вблизи границы приборного слоя и сапфира подложки, обуславливающее рост токовых утечек n-канальных МОПТ, дающих основной вклад в величину тока потребления БИС в статическом режиме Ice• Параметрические отказы по другим критериям, а также нарушение функционирования наблюдаются при больших (на 2...3 порядка) уровнях воздействия.

Высокий уровень дефектности приграничной области обусловлен особенностями современных отечественных техпроцессов производства КНС структур и микросхем на их основе. Данное обстоятельство, а также случайный характер распределения дефектов по пластине обуславливают значительный разброс радиационно-индуцированных утечек КНС БИС даже с одной пластины (рис. 1). Показано, что известный метод радиационно-термической обработки (РТО) не обеспечивают значимого снижения разброса утечек.

а 10 100 1000 а ТЫС. ед. д -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 01дЦтЛ)

Рис. 1. Типичные дозовые зависимости 1Сс (а) и нормированная плотность распределения максимального значения 1СС (б) группы КНС БИС

Проведенный анализ литературы показал отсутствие к началу диссертационной работы единого подхода к оценке дозовой деградации критериальных параметров КМОП КНС БИС при импульсном воздействии, а также адекватных моделей и методик оценки дозово-го отклика КНС БИС при ИИВ.

Обобщенный анализ проблемной ситуации показал невозможность решения поставленных задач с помощью существующих на момент начала работы средств радиационного эксперимента и радиационного моделирования КНС БИС без их развития, и подтвердил необходимость и актуальность темы и цели диссертации.

Расчетпо-эксперименталыюе моделирование дозовых ионизационных эффектов в КНС БИС с учетом импульсного характера набора дозы

Дозовая зависимость статического тока потребления КНС БИС имеет возрастающий насыщающийся характер, который может быть обусловлен заполнением всех ловушек дырок на границе 81/А120з (1), ограничением притока новых дырок к границе полем захваченного положительного заряда (2) или достижением динамического равновесия между захватом дырок на ловушки и их рекомбинацией с радиационно-генерируемыми электронами в сапфире (3). Проведенные исследования показали, что насыщение тока потребления не связано с исчерпанием свободных ловушек дырок по механизму 1, а определяется процессами 2 и 3, существенно зависящими от величины внешнего поля.

Установлено, что зависимость тока утечки КНС МОПТ от потенциала сапфировой подложки существенно нелинейна и имеет «подпороговый» и «надпороговый» участки. При этом встраивающийся заряд создает собственное поле, направленное противоположно внешнему и влияющее на дальнейшие темпы его встраивания. Показана зависимость темпов встраивания РИЗ от электрического режима работы активного МОПТ. Ток утечки линейно зависит от приложенного смещения и принимает первоначальное значение при нулевом смещении (рис. 2).

Амплитуда отклика КНС структуры при ИИВ линейно зависит от приложенной разности потенциалов, что указывает на омический характер проводимости сапфира и согласуется с выводами о малых (порядка 1 не) временах жизни носителей. Характер релаксации РИЗ обусловлен медленными процессами перезаряда дефектов на границе 81/А120з.

Релаксация РИЗ независимо от интенсивности и уровня воздействия (при условии 'еозд « 'ил,) имеет в области больших времен характер, близкий к логарифмическому. В области малых времен (до ~с) зависимость имеет более сложный характер (рис. За). Это обстоятельство затрудняет прямую экстраполяцию результатов, полученных при воздействии малой и средней интенсивности, в область малых времен.

Экстраполяция временных зависимостей релаксации тока потребления в области больших времен (рис. 36) показывает сходимость кинетик при / ~ 109 с. Такое поведение тока потребления как характеристики встроенного заряда аналогично наблюдаемому в традиционной структуре 81/8Ю2.

Рис. 3. Временные зависимости импульсного тока (релаксация РИЗ) при воздействии импульсов ускорителя электронов «Электроника-003» и рентгеновского имитатора РЕИМ-2 (а) и логарифмическая экстраполяция зависимостей в область больших времен (б).

Численная модель релаксации РИЗ Из полученных результатов экспериментов следует, что моделирование процессов

формирования РИЗ при облучении необходимо проводить с учетом влияния поля захваченного положительного заряда.

Процессы переноса носителей в сапфировой подложке и релаксации заряда, захваченного на ловушки границы раздела кремний-сапфир, предполагаются влияющими только на величину тока потребления КНС БИС. Характерные времена переноса в сапфире

Рис. 2. Зависимости токовой утечки при изменяющемся смещении

можно считать существенно меньшими, чем возможное время потери работоспособности (ВПР), обусловленное релаксацией заряда на приграничных ловушках. Радиационно-индуцированный ток в сапфире в первом приближении прямо пропорционален напряженности внешнего поля и мощности дозы. Распределение ловушек дырок, эффективно влияющих на формирование канала проводимости, имеет близкий к экспоненциальному характер:ЛГ(х) к Ы,е'х1Ь /Ь, где ЛГ, - приведенная поверхностная плотность ловушек, Ъ- параметр распределения, имеющий размерность расстояния.

В этом случае уравнение баланса РИЗ после ИИВ выглядит как

ЭР,

~ °р Рр^ - {<*р Рро + <*п Ко + У + °р Рро N0 / £0 )р,.

' р* р О** V р* рО ' " и^ лО ' Г / /Г1 • (1)

С учетом допущений решение уравнения (1) для случая импульсного воздействия ИИ с интенсивностью Р и длительностью импульса 1Г при временах />>/г можно представить N.

в виде

Р,

1 +

-(1 -е-°Цу,

ЬЕ„

■РХ'гР

(2)

В = + ст^о + сг,^ Ай/ Е\/ Р,

н-

В области больших времен решение (2) приобретает вид р, к АГ{.

Зависимость (2) позволяет в первом приближении описать релаксацию тока потребления исследованных КНС БИС (рис. 4). Вместе с тем, из полученных результатов видно, что по мере повышения тестовой мощности дозы ошибка прогноза, построенного на основании выражения (2), уменьшается

тв ю-« кг1 ю-' ю-2 иг' 10° ю1 ш! ю3 1,с Рис. 4. Релаксация тока потребления КНС БИС при различных мощностях набора дозы.

Прогнозирование радиационного поведения КНС БИС при импульсном характере набора дозы

Полученные результаты могут служить основой подхода к прогнозированию импульсной реакции КНС БИС по результатам испытаний, в частности, прогнозирования постимпульсных значений параметра-критерия годности (ПКГ) БИС для требуемого момента времени (о, соответствующего предельному значению ВПР. Прогнозная оценка может быть получена, по крайней мере, двумя способами.

1. По результатам облучения до требуемой дозы при максимально достижимом уровне мощности дозы определяются параметры выражений (2) и значение ПКГ БИС для момента времени t0.

2. Прогноз строится в два этапа. На первом этапе проводится облучение БИС до требуемого уровня дозы Dm с максимально достижимой интенсивностью />/, обеспечивающей накопление требуемой дозы. После этого в течение некоторого времени ta проводится отжиг БИС в электрическом режиме, соответствующем облучению. При этом необходимо добиваться выполнения условия >(l0' ...103)z)m /Pt. (3)

Далее проводится радиационный отжиг для восстановления параметров БИС. На втором этапе проводится облучение с максимально достижимой интенсивностью Р2 длительностью i2 <(l0"1...10"2)i0.

После прекращения облучения проводится отжиг БИС в течение времени ta (3).

Прогноз величины ПКГ X для момента времени 10 и требуемого уровня воздействия

X(t D Р)

Dm определяется как X(ta,D„) = X(tll,P2t2,I'2)-' ■ где X(t0,D„)- значение ПКГ

X(la,Pll2<Pl)

БИС в момент времени t0 при уровне дозы Dm, X(t0,P2t2,P2), X(ta,P2t2,P2)- значения ПКГ, измеренные на втором этапе процедуры в моменты времени t0 и ta соответственно, X(ta,Dm,Px) - значение ПКГ, измеренное на первом этапе процедуры в момент времени ta.

Параметры облучения (интенсивности и длительности лабораторного воздействия на этапах 1 и 2) определяются, в первую очередь, техническими возможностями моделирующих установок и имитаторов.

Развитие методических и технических средств экспериментальных исследований дозовых эффектов в КМОП КНС БИС при ИИВ

Рентгеновское излучение (РИ) постоянной средней интенсивности обладает пониженной энергией квантов по сравнению с ИИ МУ, что обуславливает значимое поглощение энергии РИ в подложке КНС структуры. Для сапфировой подложки экспериментальная и рассчитанная в среде GIANT оценка поглощения РИ в КНС структуре показала ослабление интенсивности в ~ 5 раз. Поглощение доли РИ в толще подложки обуславливает различие темпов дозовой деградации утечек КНС структуры при воздействии РИ и высокоэнерге-тичного гамма-излучения. В ходе работы была обоснована корректность использования рентгеновских имитаторов при условии калибровки РИ «по эффекту», что предполагает проведение испытаний малой выборки КНС БИС на МУ и получение коэффициента пересчета интенсивности. Для обеспечения эквивалентного состояния РИЗ в приграничной области, рекомендуется проводить облучение КНС БИС со стороны подложки.

В ходе работы проведено развитие испытательного комплекса, адаптированного для сопряжения с различными типами МУ и РИ. Обеспечена помехоустойчивость информаци-

онных линий (применение двойного экранирования кабелей, гальваническая развязка с установкой, расчет согласования кабельных линий, экранирование электромагнитных наводок). Электрический режим работы КНС БИС непосредственно во время воздействия задается от автономного источника питания. Введены цепи развязки по питанию БИС, защита от обратного электрического смещения.

Модернизированная схема измерения и задания режима позволила определять импульсную реакцию выходных уровней КНС БИС непосредственно в процессе ИИВ и дозо-вую реакцию тока потребления сразу после окончания воздействия.

Методика неразрушающего контроля дозовой стойкости КМОП КНС БИС

Полученные результаты сформировали научную базу для разработки методики 100%-го неразрушающего контроля КМОП КНС БИС. Основой методики является эффект ра-диационно-стимулированного отжига, т.е. восстановления статического тока потребления КНС БИС к первоначальному значению при облучении БИС с заземленными выводами. Алгоритм проведения радиационной отбраковки (РО) предполагает облучение определительной группы КНС БИС до уровня дозы, соответствующего максимуму дозовой зависимости тока потребления, или до максимальной дозы йтах. Далее определяется коэффициент сужения поля допуска (КСПД) по формуле (4).

(4),

где Лх(од,„);И Iсс.{1\)1 - токи потребления КНС БИС при воздействии максимального и меньшего тестового уровня дозы. Величина тестовой дозы должна соответствовать линейному участку дозовой зависимости критериального параметра при данной интенсивности воздействия. Для исследованных БИС оптимальная величина тестовой дозы составила (3,0 ... 4,0)-104 ед.

Показано, что распределение КСПД близко к нормальному независимо от вида распределения ПКГ. В этом случае оценка «наихудшего случая» КСПД производится с учетом заданного уровня доверительной вероятности у=1-а и вероятности сохранения работоспособности согласно (5):

КМШах*К + а-в(п,а,К), (5)

К = ±±К,, а= р-^-кУ, 0(»,а,^) = ^<„_и_„/2+

где п - объем определительной группы, /„_/, - квантиль распределения Стьюдента с п-1

степенями свободы уровня а/2, х1-\,ап ~ квантиль ^-распределения, отвечающая уровню

значимости 1-а/2, 2К - квантиль стандартного нормального распределения, отвечающая уровню сохранения работоспособности Л.

Остальные образцы партии КНС БИС облучаются тестовой дозой, разбраковка ведется в соответствии с алгоритмом, приведенным на рис. 5.

Сравнительные данные РО (облучения тестовой дозой с последующим радиационным отжигом) и верификационного облучения показали высокую степень корреляции радиационного поведения БИС до и после радиационного отжига (РО не изменила радиационного поведения и показателей стойкости БИС), а так-

Облучение выборки ИС ДО ДОЗЫ Рта»

Расчет К и К«™»«

| Облучение образца до дозы Ро

<^О0'Ктттах Ь0-К>1г£^ даХ да [

Образец потенциально стойкий - восстановление параметров Образец потенциально нестойкий Дальнейшая РО

Рис. 5. Порядок отбраковки по обобщенной методике (1ту~ норма на 1СС БИС)

же отсутствие значимого влияния процедуры РО на эксплуатационные характеристики микросхем (эффективное восстановление критериальных параметров после облучения и отжига) (рис. 6).

0=70 тыс. ед.

после РО

0 1 2 3 4 5

^ максииальньш ток РО. НА

Рис. 6. Диаграмма 1Ссо (а) и регрессионная зависимость /сетах (б) на этапах РО и верификации КНС БИС ВА1

Предложенная методика применима как к бескорпусным КНС БИС, так и к БИС, выполненным в металлокерамических и пластиковых корпусах. При проведении РО кор-пусированных КНС БИС рекомендуется в качестве источника ИИ применять мощные рентгеновские источники (РИ) или ускорители электронов в режиме генерации гамма-излучения. Кроме того, для адекватности дозиметрии РО рекомендуется проводить облучение со стороны керамического основания корпуса.

Суммарная доза воздействия для исследованных групп КНС БИС не должна превышать 200 тыс. ед. Свыше данного уровня наблюдаются необратимые изменения величины 1ССо вследствие образования радиационно-индуцированных поверхностных состояний.

Практическая реализация методики РО состоит в разработке и внедрении в ФГУП ФНПЦ НИИИС технологической операции и реализующих ее экспериментальных комплексов, адаптированных для РО КНС БИС различных конструктивных исполнений (в ме-таллокерамических корпусах, на полиимидных носителях и кристаллов на пластинах). К настоящему времени разбраковке были подвергнуты более 1000 образцов микросхем. Не было выявлено ни одного отказа микросхем, признанных годными при операции РО, или укомплектованных ими приборов в ходе их испытаний в РФЯЦ ВНИИЭФ.

Исследование и прогнозирование стойкости микросхем на КНД структурах к дозовым воздействиям

Исследование влияния параметров техпроцесса на дозовую стойкость КМОП КНС БИС Анализ результатов многочисленных исследований и испытаний КМОП КНС БИС показал, что микросхемы, имеющие более высокий начальный ток потребления, характеризуются меньшими темпами роста и меньшей величиной достигнутого значения тока (рис. 7). Такие различия связаны с нестабильностью процесса имплантации бора при легировании области р-кармана.

О 2 4 6 8 10 12 14

Начальное значение 1сС/ мкА

1 2 3 4 5

Номер модификации технологического процесса

Рис. 7. Диаграмма начальных и достигнутых в процессе облучения значений Icc КНС БИС

Рис. 8. Диапазоны достигнутых при облучении значений 1СС КНС БИС с различными дозами легирования р-карманов

Разброс и значение токов потребления КНС БИС зависят от изменения дозы имплантации бора. Максимум тока потребления при дозовом воздействии наблюдается в области доз легирования в диапазоне десятых долей мкКл-см2 (рис. 8). При этих дозах также наблюдается максимальный разброс значений тока потребления. При больших дозах возрастает сопротивление паразитного канала, а при меньших - уменьшается концентрация центров образования заряда в сапфире. При этом начальный ток потребления с ростом дозы легирования уменьшается. Выявленная особенность позволила обеспечить снижение токовых утечек и уменьшить величину разброса тока потребления КНС БИС по пластине.

Введение дополнительных проводящих слоев в области стока-истока МОПТ КНС БИС позволило уменьшить утечки в исследованных группах КНС БИС до 5... 10 раз.

Изменение толщины приборного слоя сильно влияет на долю утечек в формировании тока потребления КНС БИС: увеличение толщины приборного слоя ведет, с одной стороны, к уменьшению утечек, а с другой стороны, к ухудшению показателей стойкости при ИИВ. Показано, что оптимальное сочетание высокого уровня импульсной стойкости при минимальных утечках достигается при толщине приборного слоя около 0,4мкм.

Впервые проведены сравнительные исследования радиационного поведения отечественных КНС БИС и СВЧ КНС БИС иностранного производства с ультратонким приборным слоем UTSi® . Наиболее чувствительным параметром дозовой деградации UTSi® ИС, как и в отечественных КНС микросхемах, является ток потребления. Полученные результаты определяют потенциальную возможность использования предложенных методик для прогнозирования дозовой стойкости КНС БИС, изготовленных по технологии UTSi®.

Впервые проведено «прямое» сравнение радиационного поведения КНС и КНИ БИС, изготовленных по эквивалентным шаблонам. Результаты исследований указывают на близость основных закономерностей радиационного поведения. Выявлен эффект восстановления начального значения тока потребления КНИ БИС при отрицательном смещении около 1В на общей подложке. Полученные результаты определяют потенциальную возможность использования методики РО для прогнозирования дозовой стойкости КНИ БИС и СБИС.

Долговременные исследования дозовой стойкости КМОП КНС БИС С целью выявления механизмов

деградации радиационной стойкости КНС БИС в процессе эксплуатации или хранения был проведен эксперимент по ускоренному старению. Несколько групп микросхем, принадлежащих к одной технологической партии, были подвергнуты облучению тестовой дозой с хранением при Т=+125°С в течение различного времени. Выявлено монотонное снижение Iccmax с течение времени выдержки. Общий тренд зависимости сохранялся (рис. 9) на протяжении 180 суток выдержки при повышенной температуре. При этом снижение тока в процессе эксплуатации КНС БИС слабо зависело от изменения температуры в пределах рабочего режима микросхем. Энергия активации процесса, ответственного за снижение тока потребления, составляет менее 0,3 эВ.

Следует заметить, что при длительной эксплуатации или хранении уровень дозовой стойкости КНС БИС по критерию статического тока потребления увеличивается.

СС Max' "/0 Группа 4 •

у/ • Группа 3

; Группа 2 /1

Группа 1 после РО

и 6 сут при НУ

Группа 1 у'

1 10 Т, су т 100

Рис. 9. Относительное уменьшение 1сстах при выдержке групп КНС БИС при Т=+125°С.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные результаты диссертации заключаются в следующем:

1. Установлено, что доминирующим механизмом дозовых отказов цифровых КМОП КНС БИС при уровнях доз до 200 тыс. ед. является накопление радиационно-индуцированного заряда на границе раздела 81 / А1203, образование связанных с этим токов утечки п-канальных МОП-транзисторов и сверхнормативное возрастание тока потребления КМОП КНС БИС в целом. Экспериментально установлено, что характерное время переноса зарядов в сапфире подложки составляет единицы наносекунд, что позволяет исключить данные механизмы из рассмотрения при моделировании дозового отклика КНС БИС при ИИВ. Установлен нелогарифмический характер релаксации радиационно-индуцированного заряда при временах порядка ~ 1с после импульсного воздействия; в области больших времен темпы релаксации принимают логарифмический характер.

2. Предложена модель релаксации радиационно-индуцированного заряда в КНС структуре после дозового воздействия, учитывающая импульсный характер набора дозы, профиль распределения РИЗ вблизи границы приборного слоя и сапфировой подложки и электрический режим КНС структуры, и позволяющая прогнозировать уровень тока потребления КНС БИС в произвольный момент времени после ИИВ.

3. Разработана методика прогнозирования радиационного отклика КНС БИС на воздействие заданной интенсивности по результатам имитационных испытаний и минимального объема испытаний на моделирующих установках. Данные, полученные при имитирующем воздействии или воздействии средней интенсивности, экстраполируются в область требуемых уровней воздействия. Импульсное воздействие с максимальной интенсивностью служит для определения параметров экстраполяции. Точность прогноза зависит от интенсивности воздействия на этапе определения параметров экстраполяции и увеличивается при увеличении интенсивности тестового воздействия.

4. На основе эффекта радиационно-стимулированного отжига разработана методика и развиты технические средства сплошного неразрушающего контроля стойкости производственных партий КМОП КНС БИС по критерию тока потребления. Научно обоснованы и экспериментально подтверждены режимы облучения и отжига, обеспечивающие высокую достоверность прогноза и его неразрушающий характер. Разработана оригинальная методика, позволяющая прогнозировать отказ образца КМОП КНС БИС при заданном уровне дозового воздействия большой интенсивности по результатам контрольного лабораторного облучения этого образца малой дозой стационарного ИИ средней интенсивности.

5. Проанализированы и развиты методы повышения стойкости КМОП КНС БИС на основе рационального выбора толщины приборного слоя КНС структуры, введения дополнительных проводящих слоев в областях стока-истока, а также параметров имплантации бора на этапе легирования.

Основной практический результат диссертации заключается в разработке и развитии

методических и технических средств неразрушающего контроля дозовой стойкости производственных партий КМОП КНС БИС различного конструктивного исполнения БИС (на полиимидных носителях, на пластинах и в металлокерамических корпусах). РО введена в качестве технологической операции процесса производства КМОП КНС БИС в ФГУП «ФНПЦ НИИИС» и отработана на более чем десяти производственных партиях из более 1 ООО образцов БИС различной степени интеграции и функционального назначения, в том числе комплектующих аппаратуру ракетного комплекса «Искандер».

Частные практические результаты работы и их реализация:

1. Проведена адаптация оборудования радиационного эксперимента для сопряжения с различными источниками дозового воздействия, обеспечивающая снижение уровня помех и мониторинг критериального параметра непосредственно в процессе и после ИИВ.

2. Проведен комплекс экспериментальных исследований, направленных на повышение уровня стойкости производственных партий КМОП КНС БИС. Впервые для отечественных КНС БИС обоснован выбор толщины приборного слоя 0,4мкм, обеспечивающий наилучшее соотношение стойкости и стабильности функционирования.

3. Экспериментально установлено снижение величины статического тока потребления КНС БИС при введении дополнительных проводящих слоев силицида титана в области стоков и истоков МОП транзисторов. Отмечено снижение тока потребления модифицированных КНС БИС на порядок.

Экспериментально установлены зависимости темпов дозовой деградации тока потребления КНС БИС при изменении дозы и энергии ионов бора на этапе легирования.

4. Проведена экспериментальная оценка изменения величины тока потребления КНС БИС в течение длительного времени эксплуатации или хранения. Показано снижение максимальной величины радиационно-индуцированных токовых утечек в КМОП КНС БИС при эксплуатации или хранении микросхем в течение длительного времени.

5. Проведены исследования дозовой деградации критериальных параметров стойкости UTSi® КНС ИС производства ф. Peregrine. Одним из основных механизмов параметрического отказа микросхемы являлось повышение тока потребления. Впервые получены оригинальные результаты сравнительных исследований дозовых эффектов в КНС и КНИ БИС, показывающие близость основных закономерностей их радиационного поведения и определяющие потенциальную возможность использования предложенных методик для прогнозирования дозовой стойкости КНИ БИС и СБИС.

Таким образом, в ходе работы над диссертацией достигнута ее основная цель, а именно, разработаны и развиты научно обоснованные методические и технические средства прогнозирования дозовых эффектов в цифровых КМОП КНС БИС при ИИВ с учетом реальных характеристик воздействия, режимов и условий работы микросхем в аппаратуре.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Методика оперативного неразрушающего контроля дозовой стойкости КМОП БИС на КНС-структурах / Давыдов Г.Г., Согоян A.B., Никифоров А.Ю. и др. // Микроэлектроника. -2008. -Т.37. -№1. - С. 67-77.

2. Моделирование ионизационной реакции элементов КМОП КНС микросхем при импульсном ионизирующем воздействии / Киргизова A.B., Никифоров А.Ю, Давыдов Г.Г. и др. // Микроэлектроника. -2008. -Т.37. -№1. - С. 1-17.

3. Давыдов Г.Г. Усовершенствованная методика разбраковки партий КМОП КНС ИС // Электроника, микро- и наноэлектроника. Сб. научн. трудов. -М.: МИФИ, 2005. - С. 216-218.

4. Способ разбраковки КМОП микросхем, изготовленных на КНД структурах, по стойкости к радиационному воздействию//Яшанин И.Б., Никифоров А.Ю., Давыдов Г.Г. и др. // Заявка на изобретение, приоритет №2007146805 от 17.12.2007 г.

5. Применение радиационно-стимулированного отжига для контроля стойкости партий КНС КМОП БИС на этапе производства / Давыдов Г.Г., Согоян A.B., Никифоров А.Ю. и др. // Электроника, микро- и наноэлектроника. Сб. научн. трудов. - М.: МИФИ, 2003. - С. 215-218.

6. Методика неразрушающего контроля КМОП КНС ИС в процессе производства. Исследование влияния радиационного отжига на характеристики КНС ИС / Давыдов Г.Г., Согоян A.B., Никифоров А.Ю. и др. // Радиационная стойкость электронных систем. - 2004. - Вып. 7. -С. 187-188.

7. Методика неразрушающего контроля КМОП КНС ИС в процессе производства. Оценка коэффициента сужения поля допуска / Давыдов Г.Г., Согоян A.B., Никифоров А.Ю. и др. // Радиационная стойкость электронных систем. - 2004. - Вып. 7. - С. 189-190.

8. Согоян A.B., Давыдов Г.Г. Тестовая структура для исследования радиационного поведения КНС МОПТ // Радиационная стойкость электронных систем. - 2004. - Вып. 7. - С. 7980.

9. Исследование радиационно-индуцированной проводимости в системе А1/А1203/А1 / Согоян A.B., Давыдов Г.Г., Киргизова A.B., Поляков И.В. // Радиационная стойкость электронных систем. - 2005. - Вып. 8.-С. 51-52.

10. Согоян A.B., Давыдов Г.Г. Особенности пострадиационных релаксационных процессов в КНС ИС // Радиационная стойкость электронных систем. - 2005. - Вып. 8. - С. 49-50.

11. Давыдов Г.Г., Согоян A.B., Яшанин И.Б. Учёт импульсного характера набора дозы при проведении испытаний КМОП КНС ЦИС // Электроника, микро- и наноэлектроника. Сб. научн. трудов.-М.: МИФИ, 2006.-С. 192-196.

12. Давыдов Г.Г., Ятманов А.П. Радиационные исследования ИС с шунтирующими слоями TiSi2 // Радиационная стойкость электронных систем. - 2005. - Вып. 8. - С. 77-78.

13. Влияние режима имплантации бора на дозовую деградацию тока потребления КМОП КНС БИС / Давыдов Г.Г., Яшанин И.Б., Скобелев A.B., Маслов В.В. И Радиационная стойкость электронных систем. - 2008. - Вып. 11. - С.51-52.

14. Применение методики неразрушающего контроля дозовой стойкости КМОП КНС БИС / Г.Г. Давыдов, A.B. Согоян, А.Г. Петров и др. // Проблемы разработки перспективных микро-и наноэлектронных систем. Сб. научн. трудов. - М.: ИППМ РАН, 2008. - С. 280-286.

15. Исследование влияния потенциала подложки и толщины подзатворного окисла на уровень стойкости КМОП КНИ БИС к дозовым воздействиям / Давыдов Г.Г., Петров А.Г., Киргизова A.B. и др. // Радиационная стойкость электронных систем. - 2007. - Вып. 10. - С. 71-72.

16. Давыдов Г.Г., Пыжьянова В.Е. Изменение радиационной чувствительности КМОП КНС микросхем в условиях хранений при повышенной температуре // Электроника, микро- и наноэлектроника. Сб. научн. трудов. - М.: МИФИ, 2008. - С. 191-194.

Подписано в печать 17.03.2009 г. Печать лазерная цифровая Тираж 100 экз.

Типография Aegis-Print 115230, Москва, Варшавское шоссе, д. 42 Тел.: (495) 785-00-38 www.autoref.webstolica.ru

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Давыдов, Георгий Георгиевич

Глава 1 Анализ проблемной ситуации в области развития ^

БИС на КНС структурах для радиационно-стойких систем

1.1. Области применения БИС на КНС структурах

1.2. Особенности радиационного поведения КМОП КНС БИС

Влияние условий и режимов эксплуатации на радиационное поведение

КНС БИС

1.4. Методы обеспечения и оценки дозовой стойкости КНС БИС при ИИВ

1.5. Постановка задач диссертации

Глава 2 Расчетно-экспериментальное моделирование ^ дозовых ионизационных эффектов в КНС БИС при ИИВ

2 | Основные механизмы дозовой деградации параметров радиационного поведения активных элементов КНС БИС

2.2. Особенности накопления и релаксации РИЗ

2.3. Численная модель релаксации РИЗ ^ Методика прогнозирования дозовой деградации параметров КНС БИС ^ при импульсном воздействии

2.5. Выводы

Развитие методических и технических средств

Глава 3. экспериментальных исследований КНС БИС на стойкость к дозовым воздействиям ^ Выбор источников ИИВ для экспериментального моделирования ^ эффектов дозы за импульс

3 2 Анализ применимости имитирующего воздействия к исследованиям деградации параметров КНС БИС ^ ^ Общая методика и автоматизированный комплекс для экспериментальных ^ исследований дозовой деградации КМОП КНС БИС при ИИВ

3.4 Исследования радиационного поведения КНС БИС на МУ и имитаторах

3.5. Выводы

Глава4 Методика неразрушающего контроля g. дозовой стойкости КМОП КНС БИС j Исследование разброса ^ радиационо-чувствительных параметров КНС БИС

4.2. Общая методика неразрушающего контроля стойкости КМОП КНС БИС

4.3. Исследование и статистический анализ эффективности методики РО ^ Оценка границ применимости методики РО для неразрушающего ^ контроля стойкости партий КНС ИС.

4.5. Выводы по главе

Глава 5 Прогнозирование и исследование стойкости КМОП КНС БИС ^ к дозовым воздействиям ^ Влияние термополевого режима функционирования ^ ^ ^ на дозовую стойкость КНС БИС Исследования влияния конструктивно-технологических особенностей ^ ^ на дозовую стойкость КНС БИС Прогнозирование стойкости КНС БИС в процессе длительной эксплуа- ^g тации или хранения Исследования дозовой стойкости экспериментальных образцов КМОП КНИ БИС

5.5. Выводы по главе

Введение 2009 год, диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению, Давыдов, Георгий Георгиевич

Диссертация направлена на решение научно-технической задачи развития рас-четно-экспериментальных методов н технических средств прогнозирования дозовых отказов Комплементарных Метал-Окисел-Полупроводник (КМОП) больших интегральных схем (БИС) на структурах «кремний на сапфире» (КНС) при импульсном ионизирующем воздействии (ИИВ) с характеристиками, недостижимыми в лабораторных условиях. Прогнозирование дозовых отказов КМОП КНС БИС при импульсном воздействии имеет существенное значение при создании радиационно-сгойких элементов и устройств систем управления и вычислительной техники военного, космического и другого специального назначения, повышения их функциональных и эксплуатационных характеристик, а также эффективности применения.

Актуальность темы диссертации

Технические и эксплуатационные характеристики перспективных систем управления и вычислительной техники во многом обусловлены техническим уровнем входящих в их состав модулей и микросхем обработки цифровой информации.

Современные тактико-технические требования, предъявляемые к аппаратуре [1,2] и, соответственно, электронной компонентной базе (ЭКБ) систем управления (СУ) и вычислительной техники (ВТ) специального назначения [3] (военной, ракетно-космической техники, систем связи, аппаратуры физического эксперимента), определяют условия их эксплуатации при радиационных воздействиях. Наибольшим поражающим действиям по отношению к изделиям микроэлектроники (по энергетическому критерию) обладает ИИВ [4,5].

Заданные требования к ЭКБ по «выживанию» при предельных уровнях ИИВ в

12 13 II диапазоне 10 . 10 ед/с и сбоеустойчивоети не менее 10" ед/с, а в ряде случаев до 1 ^

1.5) 10 ** ед/с, являются практически недостижимыми для БИС на объемных (моно-и эпи-) кремниевых структурах, что обуславливает необходимость реализации таких БИС на структурах с диэлектрической изоляцией элементов (КСДИ), которые обеспечивают существенное снижение ионизационных токов и подавление паразитных связей между соседними элементами БИС при ИИВ [5]. Исторически первой и к настоящему времени наиболее широко использующейся отечественной КСДИ технологией является КНС технология [5-7].

Микросхемы на КНС-структурах реально обеспечивают указанные выше предельные уровни «выживания» и сбоеустойчивости при ИИВ по эффектам мощности дозы [6,7]. Однако особенности конструкции, в частности, наличие «нижней» дополнительной (по сравнению с традиционными КМОП-структурами) границы подза-творной кремниевой области и диэлектрической подложки в активных Метал-Окисел-Полупроводник транзисторах (МОПТ) определяет повышенную чувствительность КМОП/КНС-микросхем к дозовым эффектам как при импульсных, так и при стационарных радиационных воздействиях.

Необходимость создания КМОП КНС БИС с заданным уровнем стойкости к дозовым воздействиям, повышения их рабочих и эксплуатационных характеристик, а также эффективности применения определяет важность и актуальность научных задач исследования и моделирования закономерностей радиационного поведения КМОП КНС БИС и их элементов при дозовом воздействии, разработки эффективных методов расчетно-экспериментального прогнозирования сбоеустойчивости БИС в условиях запрета натурных облучательных опытов и ограниченных возможностей испытательных моделирующих установок (МУ). На решение указанных задач на основе создания и развития методов и средств расчетно-экспериментального моделирования цифровых КМОП КНС БИС при импульсных дозовых воздействиях и направлена диссертация.

Важность и актуальность темы диссертации отражена в «Основах политики Российской Федерации в области развития электронной компонентной базы на период 2010 года и дальнейшую перспективу», утвержденных Президентом Российской Федерации 12.04.02, в соответствии с которыми создание радиационпо-стойкой ЭКБ при ее разработке, производстве и применении в стратегически значимых системах отнесено к одной из приоритетных задач.

Состояние исследований по проблеме.

Вопросам создания и развития номенклатуры микросхем на КНС структурах посвящены многочисленные научные исследования и разработки, выполненные к.ф-м.н. Поляковым И.В. [127,128], д.т.н. Адониным A.C. [126] (ОАО «НПП «Сапфир»), Калининым A.B., к.т.н. Машевичем П.Р. [3], Романовым A.A. (ОАО «Ангстрем»), к.т.н. Герасимовым Ю.М., к.т.н. Григорьевым Н.Г. (МИФИ), д.т.н. Антимировым В.М. [1-3,21,22], Малковым В.И. (ФГУП «НПО Автоматики») и др. В трудах д.т.н.

Петросянца К.О. [129] и к.т.н. Харитонова И.А. (МИЭМ) [28] были разработаны методы электрического моделирования и предложены SPICE-модели активных элементов КНС БИС. Физические модели, методики и первые результаты имитационных испытаний КМОП КНС БИС были развиты в работах д.т.н. Никифорова А.Ю. [5,121,127,128], Скоробогатова П.К. [4] (МИФИ) и др. Эффективные методические и технические средства управления и тестирования КНС БИС в процессе радиационного эксперимента предложены д.т.н. Чумаковым А.И. [122], Яненко A.B. [123]. к.т.н. Калашниковым O.A. [124], к.т.н. Артамоновым A.C. [125] (МИФИ). Вопросам прогнозирования эффектов мощности дозы и обеспечения сбоеустойчивости КМОП КНС БИС запоминающих устройств при ИИВ с предельными уровнями посвящена диссертация к.т.н. Киргизовой A.B. [62].

Однако до сих пор остаются недостаточно проработанными важные вопросы моделирования и прогнозирования радиационного поведения КМОП КНС БИС при импульсных дозовых воздействиях. Практически во всех работах эффекты дозовые и мощности дозы ИИВ рассматривались независимо и без учета их взаимного влияния. В практике радиационных испытаний в соответствии с ГОСТ РВ 20 57.415 принято проводить раздельную оценку стойкости микросхем по двум указанным группам эффектов, в частности с независимым использованием лазерных и рентгеновских имитаторов. Поэтому специфика импульсного характера набора дозы в КМОП КНС БИС при ИИВ практически не исследована. Соответственно, не обоснован рациональный выбор источников лабораторных воздействий для дозовых испытаний КМОП КНС БИС, не проанализирована возможность использования для этого рентгеновских имитаторов.

На момент начала работы аппаратно-программные средства радиационного эксперимента не обеспечивали возможности полноценного автоматизированного управления, контроля и диагностирования работоспособности БИС в активных динамических режимах работы в реальном времени непосредственно в процессе и после дозового воздействия.

Задача обеспечения и повышения уровня дозовой стойкости отечественных КМОП КНС БИС в условиях присущих этому базису разброса и нестабильности эксплуатационных, в том числе, радиационных характеристик требует отработки технологического процесса производства и введения системы 100%-ого неразрушающего контроля стойкости готовых изделий по критическим параметрам. Следует отметить, что имеющиеся методики снижения засоренности производственных партий КМОП БИС потенциально нестойкими образцами, основанные на радиационно-термической отбраковке [46,47], оказались неэффективными для КМОП КНС БИС.

Таким образом, диссертация направлена на разрешение научного противоречия, которое заключается одновременно в необходимости и невозможности обеспечить достоверное прогнозирование дозовых эффектов в цифровых КМОП КНС микросхемах при ИИВ с предельными уровнями, оставаясь в рамках имеющихся методов и средств теоретического и экспериментального моделирования без их научно-технического развития.

Указанная цель достигается решением в работе следующих задач:

- развития модели и основанного на ней расчетно-экспериментального моделирования дозовых эффектов в КМОП КНС БИС при импульсном характере набора дозы, обеспечивающей достоверность прогноза уровня стойкости при минимизации объема радиационных испытаний и затрат на их проведение;

- разработки новых и совершенствования существующих методических и технических средств испытаний КМОП КНС БИС на стойкость к дозовому воздействию, обеспечивающих гибкое управление, выявление и диагностирование параметров до-зовой стойкости в реальном времени в процессе и после воздействия;

- получения и систематизации оригинальных экспериментальных данных, устанавливающих общность радиационного поведения КМОП КНС БИС в широких диапазонах режимов работы и условий эксплуатации — электрического режима работы, уровней дозовых воздействий и сроков эксплуатации;

- разработки и внедрения методики неразрушающего контроля и прогнозирования дозовой стойкости КМОП КНС микросхем в процессе их производства, с учетом импульсного характера воздействия и адаптированной для различных вариантов конструктивного исполнения микросхем;

- исследования влияния схемно-технологической реализации на дозовую стойкость КМОП КНС БИС, разработки научно-обоснованных рекомендаций по повышению радиационной стойкости, анализа дозовой стойкости КМОП БИС при переходе производства с КНС на технологию «кремний-на-изоляторе» (КНИ).

Научная новизна работы:

В результате расчетно-экспериментального моделирования выявлены, описаны и систематизированы основные закономерности и доминирующие механизмы радиационного поведения КМОП КНС БИС и их базовых элементов при импульсных дозовых воздействиях:

1. Предложена численная модель дозового отклика КНС МОПТ и цифровых КМОП КНС БИС на их основе при импульсном характере набора дозы. Модель описывает релаксацию радиационио-индуцированного заряда (РИЗ) в приграничной области кремния с сапфировой подложкой после ИИВ; при этом учитывается распределение зарядовых состояний вблизи границы, электрический режим работы активного элемента, а также амплитудно-временные параметры воздействия.

2. Предложена методика прогнозирования уровня стойкости КМОП КНС БИС при импульсном наборе дозы при импульсном воздействии, в том числе с предельными уровнями, по результатам лабораторных испытаний с применением стационарных и импульсных источников ИИ. Полученные в ходе лабораторных испытаний данные экстраполируются в область требуемых параметров воздействия по результатам минимального (до 5% от общего объема испытаний) объема импульсных испытаний с приемлемой интенсивностью, проведенных для малой выборки КНС БИС.

3. Предложено использовать метод радиационно-стимулированного отжига для восстановления первоначального значения статического тока потребления КМОП КНС БИС. Научно обоснован методический подход неразрушающего контроля дозовой стойкости КМОП КНС БИС по критическому параметру - току потребления в статическом режиме. Выбраны, научно-обоснованы и экспериментально подтверждены режимы*облучения и отжига, обеспечивающие высокую достоверность прогноза и его неразрушающий характер.

Практическая значимость работы:

2. Предложена оригинальная методика неразрушающего контроля и прогнозирования дозовой стойкости КМОП КНС БИС по критическому параметру - току потребления в статическом режиме. Разработаны и развиты методические и технические средства неразрушающего контроля производственных партий КМОП КНС БИС по стойкости к дозовым воздействиям с учетом импульсного характера набора дозы и различных видов конструктивной реализации микросхем (на полиимидных носителях, на пластинах и в металлокерамических корпусах).

4. Разработаны рекомендации по увеличению дозовой стойкости КМОП КНС БИС на основе рационального выбора их конструкции, топологии, а также параметров техпроцесса. Оптимальное соотношение стойкости и стабильности функционирования может быть достигнуто при толщине приборного слоя КНС структуры 0,3.0,4 мкм. Введение дополнительных проводящих слоев приводит к снижению тока потребления КНС БИС. Повышение уровня стойкости КНС БИС обеспечивается при выборе энергии имплантации бора 70 кэВ и дозе имплантации до 0,3 и свыше 0,6 мкКл/см .

5. Впервые установлено снижение максимальной величины радиационно-иидуцированных токовых утечек в КМОГ1 КНС БИС при эксплуатации или хранении микросхем в течение длительного времени. Впервые показано повышение уровня до-зовой стойкости КМОП КНС БИС в процессе длительной эксплуатации или хранении.

Впервые получены оригинальные результаты сравнительных исследований до-зовых эффектов в КМОП БИС, выполненных по КНС и КНИ технологиям, показывающие близость основных закономерностей их радиационного поведения. Полученные результаты определяют потенциальную возможность использования предложенных методик для прогнозирования дозовой стойкости КНИ БИС и СБИС.

Результаты, выносимые иа защиту:

3. Обобщенная методика 100%-го неразрушающего контроля КМОП КНС БИС по стойкости к дозовым воздействиям, позволяющая проводить разбраковку производственных партий КМОП КНС БИС по дозовой стойкости, минимизировать засоренность производственной партии заведомо нестойкими образцами и исключить их применение в ответственной аппаратуре.

Апробация работы.

Результаты диссертации внедрены в ОАО «НЛП Сапфир», ОАО «Ангстрем», ФГУП «ФНПЦ НИИИС», ОАО «ЭНПО СПЭЛС» при разработке и радиационных испытаниях большинства отечественных КМОП КНС БИС серий 1825, 1620. Результаты диссертации вошли в отчетные материалы по многочисленным НИР и ОКР («Врач», «Микроскоп», «Мурена», «Корвет», «Сапфир», «Мелисса», «Микология» и др.), выполняемых по заказам Минобороны РФ, Росатома, Роспрома, Роскосмоса и предприятий оборонного комплекса. Полученные в диссертации результаты реализованы в Нормативных документах Минобороны России (ОСТ В 11.073.013 часть 10), а также в более чем 25 программах-методиках и протоколах испытаний КМОП КНС БИС, согласованных с ФГУ «22 ЦНИИИ Минобороны России» в рамках Государственной Программы Вооружений.

Основные результаты диссертации докладывались на российских научных конференциях "Радиационная стойкость электронных систем" (Лыткарино, 2004-2008 гг.); научных сессиях МИФИ (Москва, 2005-2008 гг.); на научных конференциях "Электроника, микро- и наноэлектроника" (г.Кострома 2003 г., г.Н.Новгород 2004 г., г.Вологда 2005 г., г.Гатчина 2006 г.); на IV, V, VI и VII научно-практических семинарах «Проблемы создания специализированных радиационно-стойких СБИС на основе гетероструктур» (г.Н.Новгород, 2004, 2005, 2006, 2007 гг.).

Публикации: Основные результаты диссертации опубликованы в 15 работах (в период с 2004 по 2008 гг.), в том числе 1 без соавторов.

Объем и структура диссертации. Диссертация содержит 153 страницы, в том числе 100 рисунков, 18 таблиц, список литературы из 130 наименований и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и списка сокращений.

Заключение диссертация на тему "Прогнозирование дозовых эффектов в цифровых КМОП микросхемах на структурах "кремний-на-сапфире" при импульсном ионизирующем воздействии"

5.5. Выводы

1. Представлены результаты экспериментальных исследований номенклатуры КНС БИС различного функционального назначения, показана нестабильность уровней стойкости и относительной величины разбросов тока потребления.

2. Установлено, что наиболее критичным режимом для БИС цифровой логики является статический режим при обеспечении на максимальном количестве выводов БИС уровня логической «1». Для КНС БИС ЗУ критичным режимом является хранение кода шахматы. Вместе с тем величина разброса тока потребления зачастую превышает различие тока при хранении различных кодов.

3. На основе проведенных исследований разработаны рекомендации по повышению дозовой стойкости КМОП КНС БИС. Оптимальное сочетание импульсной и дозовой стойкости достигается при толщине приборного слоя 0,4 мкм. Радиационно-индуцированные токи утечки снижаются в 2. 10 раз при введении дополнительных шунтирующих слоев в области стока-истока КНС МОПТ. Уменьшение разброса тока потребления КНС БИС происходит при дозе имплантации бора менее 0,3 мкКл/см и свыше 0,6 мкКл/см" при энергии имплантации 80кэВ.

4. Проведенные исследования дозовой стойкости КНС ИС на UTSi структурах показали, что наиболее чувствительным параметром дозовой стойкости является ток потребления в динамическом режиме.

5. Впервые показано качественное сходство радиационного поведения КНС и КНИ БИС, изготовленных по единым фотошаблонам. Показана сильная зависимость дозового поведения от потенциала общей подложки кристалла КНИ БИС.

Заключение

Основным результатом диссертации являлось решение актуальной научно-технической задачи моделирования дозовых эффектов в цифровых КМОП-микросхемах на структурах «кремний на сапфире» при импульсных ионизирующих воздействиях, имеющей существенное значение для создания новых и совершенствования существующих радиационно-стойких элементов и устройств систем управления и вычислительной техники военного, космического и другого специального назначения, повышения их функциональных и эксплуатационных характеристик, а также эффективности применения.

Проведенный обобщенный анализ проблемной ситуации позволил (а) констатировать отсутствие к началу диссертационной работы единого подхода к моделированию и оценке дозовых эффектов в КМОП КНС БИС при импульсном воздействии и (б) выявить научное противоречие, которое заключается одновременно в необходимости и невозможности обеспечить достоверное прогнозирование дозовых эффектов в цифровых КМОП КНС микросхемах при ИИВ большой интенсивности, оставаясь в рамках имеющихся методов и средств теоретического и экспериментального моделирования без их научно-технического развития.

Поэтому целью диссертации являлась разработка и развитие научно обоснованных методических и технических средств прогнозирования дозовых эффектов в цифровых КМОП КНС БИС при импульсных ионизирующих воздействиях с учетом реальных характеристик ИИВ, а также режимов и условий работы микросхем в аппаратуре.

Основные научные результаты диссертации заключаются в следующем:

1. Установлено, что доминирующим механизмом дозовых отказов цифровых

КМОП КНС БИС при уровнях доз до 200 тыс. ед. является накопление радиационноиндуцированного заряда на границе раздела 81 / А^Оз, образование связанных с этим токов утечки п-канальных МОП-транзисторов и сверхнормативное возрастание тока потребления КМОП КНС БИС в целом. Экспериментально установлено, что характерное время переноса в сапфире подложки составляет единицы наносекунд, что позволяет исключить данные механизмы из рассмотрения при моделировании дозового отклика КНС БИС при ИИВ. Установлен нелогарифмический характер релаксации радиационно-индуцированного заряда при временах порядка ~ 1с после импульсного воздействия; в области больших времен темпы релаксации принимают

137 логарифмический характер.

Основной практический результат диссертации заключается в разработке и развитии методических и технических средств неразрушающего контроля дозовой стойкости производственных партий КМОП КНС БИС различного конструктивного исполнения БИС (на полиимидных носителях, на пластинах и в металлокерамических корпусах). Методика РО является обязательным этапом технологического процесса производства КМОП КНС БИС в ФГУП «ФИПЦ НИИИС». В настоящее время оформляется патент на способ разбраковки КМОП микросхем на КНД структурах по стойкости к радиационному воздействию.

Частные практические результаты работы и их реализация:

4. Экспериментально установлены зависимости темпов дозовой деградации тока потребления КНС БИС при изменении дозы и энергии ионов бора на этапе легирования. Наилучшие результаты были получены при энергии имплантации бора Л

70 кэВ и дозе имплантации до 0,3 и свыше 0,6 мкКл/см .

5. Проведена экспериментальная оценка изменения величины тока потребления КНС БИС в течение длительного времени эксплуатации или хранения. Показано снижение максимальной величины радиационно-индуцированных токовых утечек в КМОП КНС БИС при эксплуатации или хранении микросхем в течение длительного времени.

6. Проведены исследования дозовой деградации критериальных параметров стойкости СВЧ КНС ИС производства ф. Peregrine. Одним из основных механизмов параметрического отказа микросхемы являлось повышение тока потребления. Впервые получены оригинальные результаты сравнительных исследований дозовых эффектов в КНС и КНИ БИС, показывающие близость основных закономерностей их радиационного поведения и определяющие потенциальную возможность использования предложенных методик для прогнозирования дозовой стойкости КНИ БИС и СБИС.

Полученные в диссертации результаты реализованы в Нормативных документах Минобороны России (ОСТ В 11.073.013 часть 10), а также в более чем 25 программах-методиках и протоколах испытаний КМОП КНС БИС, согласованных с ФГУ «22 ЦНИИИ Минобороны России», созданных в рамках Государственной Программы Вооружений.

Результаты диссертации внедрены в ОАО «НПП «Сапфир», ОАО «Ангстрем» и ФГУП ФНПЦ «НИИИС», в том числе в ходе разработки и радиационных испытаний большинства отечественных КМОП КНС БИС серий 1825, 1620, 5511, а также аппаратуры систем управления на их основе.

Методика радиационной отбраковки является обязательным этапом технологического процесса производства КМОП КНС БИС в ФГУП «ФНПЦ НИИИС» и отработана на более чем десяти производственных партиях из более 1000 образцов БИС различной степени интеграции и функционального назначения, в том числе комплектующих аппаратуру ракетного комплекса «Искандер».

Библиография Давыдов, Георгий Георгиевич, диссертация по теме Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

1. Антимиров В.М. Создание самоорганизующихся управляющих вычислительных комплексов для работы в экстремальных условиях в реальном времени: Диссертация на соискание ученой степени д-ра техн. наук. -Екатеринбург: ФГУП «НПО Автоматики», 2006. — 255с

2. Антимиров В.М. Тенденции развития элементной базы и архитектуры перспективных ЦВС // Ракетно-космическая техника. сер. XI, 1987 - Вып. 4 - С. 3037.

3. Ачкасов В.Н., Антимиров В.М. Машевич П.Р. Особенности реализации современных вычислительных комплексов для бортовых систем управления // Космонавтика н ракетостроение.- 2005. №18. - С.45-51.

4. Агаханян Т.М., Аствацатурьян Е.Р., Скоробогатов П.К. Радиационные эффекты в интегральных схемах. -М.: Энергоатомиздат, 1989.-256 с.

5. Никифоров А.Ю., Телец В.А., Чумаков А.И. Радиационные эффекты в КМОП ИС. М.: Радио и связь, 1994. - 164 с.

6. Баранов IO.JI. Состояние и перспективы использования КНС-технологии / Зарубежная электронная техника. 1989. - №11 (342). — С.19-33.

7. Holmes-Siedle A., Adams L. Handbook of Radiation Effects / Oxford University Press. 1993 C. 128-149

8. Hans J. Scheel. The development of crystal growth technology/ SCHEEL CONSULTING. CH-8808 Pfaeffikon SZ, Switzerland. 2003. p. 1-14

9. Hartmut S. Leipner, Reinhard Krause-Rehberg. Structure of imperfect solids. Crystal growth and defects.

10. J. P. Collinge, Silicon-on-Insulator Technology: Materials to VLSI.// Kluwer Academic Publishers. New York. - 1991.

11. S.S. Lau, S. Matteson, J.W. Mayer, P. Revesz, J. Gyulai, J. Roth, T.W. Sigmond, and T. Cass, Appl. Phys. Lett, Vol.34, p.76, 1979.

12. J. Amano and K. Carey, Appl. Phys. Lett., Vol.39, July 1980.

13. P.K. Vasudev and D.C. Mayer, in "Comparison of thin-film transistor and SOI technologies", Ed. by H.W. Lam and M.J. Thompson, Mat. Res. Soc. Symp. Proc., Vol.33, p.35, 1984.

14. P.K. Vasudev, IEEE circuits and devices magasine, p. 17-19, July 98.

15. M.E. Roulet, P. Schwob, I. Golecki, and M.A. Nicolet, Electronics Letters, Vol.15, p.527, 1979.16. http://www.peregrine-semi.com/

16. Garcia G.A., Reedy R., Burgener M.L. High-Quality CMOS In Thin (100 nm) Silicon On Sapphire // IEEE Electron Device Letters. 1988. - Vol. 9. - P. 32.

17. Burgener M.L., Reedy R.E. (Peregrine Semiconductor Corp.) Minimum Charge FET Fabricated on an Ultrathin Silicon on Sapphire Wafer, US Patent No. 5, 416, 043, filed 1993 , 1995.

18. Low Cost UTSi Technology For RF Wireless Applications / M. Megahed at. al. // Proc. MTT-S Intern. Microwave Symp. -1998. P. 65.

19. Монография под ред. Сметанова А.Ю. Микроэлектроника бортовых вычислительных комплексов. Стратегия успеха. — М.: Логос, 2006. 192 с.

20. Антимиров В.М. Развитие архитектуры высоконадежных управляющих вычислительных систем // Проектирование и изготовление МЭА. Сер. 10. Микроэлектронные устройства: сб. науч. тр. / ЦНИИ Электроника. М., 1988 . -Вып. 2 (271). - С.7.

21. Антимиров В.М. Особенности построения магистрально-модульных вычислительных систем // Ракетно-космическая техника. 1990 - Вып. 1.- С. 5-11.

22. Отчет № 231-092/22.03.05 о патентно-технических исследованиях по НИР «Исследование и разработка БИС спецОЗУ на КНИ структурах» Шифр: «Защита», 2005

23. Boleky I.J. The Performance of Complementary MOS Transistors on Insulating Substrates.- RSA Review. 1970. - Vol. 31. - P. 372-395.

24. Farrington D. CMOS/SOS. Hewlett-Packard J. - 1977. - Vol. 28. - No. 8. - P.5-8.

25. Калинин A.B., Кожевников O.M., Старенький В.П., Чесноков В.П. Комплементарные МОП структуры на сапфире. — Электронная промышленность. -1976.-Вып. 4.-С. 39-42.

26. Харитонов И. А. Разработка и исследование схемотехнических моделей элементов радиационно-стойких МДП БИС: Диссертация на соискание ученой степени к-та техн. наук. М., 1998. - 155 с.

27. Современное состояние КНД-технологии, Москва, 9(340) 1989г.: Зарубежная электронная техника, 1989г. 100 с.

28. Уоллер JL КМОП схемы на сапфировых подложках, разрабатываемые фирмой Rockwell. Электроника. - 1979. - Т. 52. - № 12 (564) - С. 10-11.

29. S. Brown et al. AlInAs-GalnAs HEMT's utilizing low-temperature AlInAs buffers grown by MBE. IEEE Trans. On Electron Devices. - vol. 10. - №5. - 1989. - pp. 565568.

30. Buchaman. SOS devices radiation effects // IEEE transactions on Electron Devices. -vol.25. №8. - 1978. - pp.960-970.

31. Mark H. Somerville, Alexander Ernst, and Jesús A. del Alamo. Physical model for the Kink-effect in AlAs/InGaAs HEMT's. IEEE TRANS. On Electron Dev. vol. 47. -№. 5.-2000.-pp. 922-930.

32. Браунстейн P. Рост быстродествия КМОП схем на сапфировых подложках — Электроника. 1978. - Т. 51. - № 22 (548) - С. 106-108.

33. MOSFET SOI / Johannes Grad, . // Illinois Institute Of Technology May 02, 2002. Prepared for Prof. Saraniti ECE 575.

34. Першенков B.C., Попов В.Д., Шальнов A.B. Поверхностные радиационные эффекты в ИМС. -М.:Энергоатомиздат, 1998. 245 с.

35. Leakage current phenomena in irradiated SOS devices / Srour J.B., Othmer S., Chen S.C. // IEEE transactions on Nuclear Science, 1977. V.24. - №6. - p.p.2119-2127.

36. Narai E., Megreivy D. Radiation Induced Leakage Currents in n-Channel Silicon-on-Sapphire MOST's . IEEE Trans. - 1977. - Vol. ED-24. -No. 11. - P. 1277-1284.

37. Peel J. et. al. Investigation of Radiation Effects and Hardening Procedures for CMOS/SIS. IEEE Trans. - 1975. - Vol. NS-22. - No. 12. - P. 2185-2189.

38. Neamen D., Buchana B. Silicon-Sapphire Interface Charge Trapping-Effects of Sapphire Type and Epi Growth Conditions. IEEE Trans. - 1976. - Vol. NS-23. - No. 12.-P. 1590-1593.

39. Peel J., Barry M., Green L. Effects of Defects and Impurities in Starting Material on Radiation Hardness of CMOS/SOS Devices. IEEE Trans. - 1976. - Vol. NS-23. - P. 1594-1598.

40. Волков С.А., Демьяненко M.A., Кольцов Б.Б., Луценко Г.Н., Овсюк В.Н. Избыточные токи утечки планарных р-п-переходов в слоях кремния на сапфире. — Препринт 10-86. Новосибирск. - 1986. - 51с.

41. Ionizing radiation effects in MOST devices and circuits. Ed. by T. P. Ma/Awiley-interscience publication. New York, 1989.-514p.

42. Srour J.R. et.al, Leakage current phenomena in irradiated SOS devices // IEEE Trans. Nucl. Science, vol. NS-24, №6, 1977, p.2119.

43. Linda F. Halle, Thomas C. Zietlow, Charles E. Barnes. JFET/SOS devices Part II: Gamma-radiation induced effects. - IEEE Trans. On electron devices. - vol.35. - No.3 -1988.-pp. 359-364.

44. Согоян А.В., "Прогнозирование стойкости КМОП ИС к совместному воздействию стационарного ионизирующего излучения и температуры", диссертация на соиск. уч. ст. к.т.н., М., МИФИ, 1997.

45. Nobuo Sasaki / Charge Pumping in SOS-MOS Transistors // IEEE Transaction on Electron Devices, vol.ED-28, No.l, 1981, pp.48-52.

46. Eugene R. Worley. On the Characteristic of the Deep-Depletion SOS Transistor / IEEE Transaction on Electron Devices, vol.ED-24, No.12, 1977, pp.1342-1345.

47. SOS Device Radiation Effects and Hardening // Bobby L.Buchanan, Donald A.Neamen, Walter M.Shedd // IEEE Transaction on Electron Devices, vol.ED-25, No.8, 1978, pp.959970.

48. A Charge-Conserving SOS MOSFET Model Including Radiation Effects for Circuit Simulation // R.Howes, W/Redman-White, K.G.Nichols, S.Bird, V.Robinson, P.J.Mole // RADECS 91, pp. 150-154.

49. Скоробогатов П.К. Расчетно-экспериментальное моделирование воздействия импульсных гамма и рентгеновских излучений на кремниевые 111111 и ИС: Диссертация на соискание ученой степени д-ра техн. наук. Москва, 1999. - 401 с.

50. RA.Kjar, Kinoshita Transient Photocurrents in SOS structures, IEEE Trans.Nucl.Sci., NS-20N6, 1973, pp.315-318.

51. J.W.Harrity, IEEE Trans .Nucl.Sci., NS-17 No.6, 1970, pp.206.

52. Б.П.Адуев, Э.Д.Алукер, . В.Н.Швайко, «Радиационно-индуцированная проводимость кристаллов а-А120з», ФТТ, т.39,№11, 1997, стр.1995-1996.

53. Study of CMOS/SOS Technology Photocurrents / J.-D. Saussine., C. Verbeck, E. Feuilloley, A. Michez, G. Bordure // IEEE Transactions on Nuclear Science, vol.39, No.3. Part 1-2, 1992, pp 362-366

54. D.H.Phillips. Silicon-on-Sapphire Device Photoconduction Predictions / IEEE Trans.Nucl.Sci., NS-21 No.6, 1974, pp.217-220

55. Харитонов И. А. Разработка и исследование схемотехнических моделей элементов радиационно-стойких МДП БИС: Диссертация на соискание ученой степени к-та техн. наук. М., 1998. - 155 с.

56. А.В. Киргизова. Прогнозирование эффектов функциональных сбоев в микросхемах запоминающих устройств на структурах «кремний-на-сапфире» при импульсных ионизирующих воздействиях. Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н., М., МИФИ, 2007.

57. High Performance Silicon on Sapphire Technology. Ed. by Jason C. S. Woo / Final Report 1997-1998 for MICRO Project 97-208, University of California, Los Angeles, 1998.-4 p.

58. Яненко A.B. Средства Функционального контроля для радиационных испытаний БИС ОЗУ// Научная сессия МИФИ-99. Сб. научн. трудов. Т. 6 -М.:МИФИ, 1999. С.146-147.

59. Особенности контроля функционирования БИС в ходе радиационных испытаний / Калашников O.A., Никифоров А.Ю., Демидов A.A., Яненко A.B. // В сб.: Радиационная стойкость электронных систем «Стойкость-98». - М., 1998. Вып. 1.С. 111-112.

60. Диянков B.C., Ковалев В.П., Кормилицын А.И. и др. Обзор экспериментальных установок ВНИИТФ для радиационных исследований // ФММ. Т.81. Вып.2. С.119-123. 1996.

61. Физика и техника импульсных источников ионизирующих излучений для исследования быстропротекающих процессов // Сб. научных трудов под ред. Макеева Н.Г. Саров. 1996.

62. Б.С.Ишханов, Л.С.Новиков, Г.Г.Соловьев, А.В.Спасский, В.И.Шведунов. Испытательно-ускорительная база НИИЯФ МГУ // Радиационная стойкость электронных систем "Стойкость-2001": тез. докл. СПЭЛС, 2001. с. 229-230.

63. Артамонов A.C., Демидов A.A., Калашников O.A., Никифоров А.Ю. и др. Методы радиационных исследований А1Щ/ЦАП // XVII междунар. симпоз. по ядерной электронике, Варна, 15-21 сент. 1997 г.: Дубна: ОИЯИ, 1998. - С. 75 -80.

64. Линейные ускорители электронов сантиметрового диапазона длин волн // Сб. научных трудов под ред. Щедрина И.С. М:. Москва. 1991.

65. Имитационное экспериментальное моделирование для оценки и прогнозирования радиационной стойкости ИЭТ. / Е.Р. Аствацатурьян, А.Ю. Никифоров, А.И. Чумаков и др. // Вестник РАДТЕХ. -1991. N 2. -С. 44 - 47.

66. Система имитационной оценки и прогнозирования показателей радиационной стойкости интегральных схем / М.И. Критенко, А.Ю. Никифоров, В.А. Телец и др. Радиационные процессы в электронике. М., 1994. — С. 145 - 146.

67. Агаханян Т.М., Аствацатурьян Е.Р., Скоробогатов П.К. Радиационные эффекты в интегральных микросхемах. -М.: Энергоатомиздат, 1989, -256 с.

68. Choice of Epitaxial Silicon Thickness for 1.5-pm CMOS SOS Circuits. / I. R. Evans // IEEE Trans, on El. Dev., vol.36, No. 1, 1989, pp 138-139.

69. P.S. Winokur, H.E. Boesch, Jr., J.M. McGanity, F.B. McLean, "Field-and Time-Dependent Radiation Effects in the Si02/Si Interface of Hardened MOS Capacitors," JEEE Trans. OnNS, 21 13 1977.

70. Latent Interface-Trap Buildup and Its Implications for Hardness Assurance, IEEE Trans. On NS, vol. 39, No. 6, 1992.

71. J. R. Schwank, P.S. Winokur, P.J. Mcwhorter, F.W. Sexton, P.V. Dressendorfer, D.C. Turpin. Physical Mechanisms Contributing To Device Rebound. // IEEE Trans. On NS, NS-31, 1434, 1984.

72. D.L. Griscom, "Diffusion of Radiolytic Molecular Hydrogen as a Mechanism for the Postirradiation Buildup of Interface States in S02/Si Structures," J. Appl. Phys. 58, 2524 (1985).

73. W. T. Anderson, A. Christou, F. A. Buot, J. Archer, G. Bechtel, H. Cooke, Y. C. Pao, M. Simons, E. W. Chase, "Reliability of Discrete MODFETs: Life Testing, Radiation Effects and ESD," PROC. IRPS, 54-59, 1988.

74. N.D. Stojadinovic. Failure physics of integrated circuits / Microelectr. Reliab. Vol. 23, No. 4, 1983, pp. 609-707.

75. N. Kristianpoller, A. Rehavi, A. Shmilevich, D. Weiss and R. Chen, "Radiation Effects in Pure and Doped A1203 Crystals", Nucl. Inst. Meth. Phys. Res. В141, 343-345 (1998).

76. Согоян A.B., Давыдов Г.Г. Тестовая структура для исследования радиационного поведения КНС МОПТ // Радиационная стойкость электронных систем. 2004. - Вып. 7. - С. 79-80.

77. Татаринцев A.B. Воздействие ионизирующих излучений и импульсных магнитных полей на поверхностные свойства полупроводников. Автореферат дисс. на соиск. научн. ст. д. т.н. М.: Воронежский государственный университет. -2006

78. Согоян A.B., Давыдов Г.Г., Киргизова A.B., Поляков И.В. Исследование радиационно-индуцированной проводимости в системе А1/А1203/А1 // Радиационная стойкость электронных систем. 2005. - Вып. 8. - С.51-52.

79. ОСТ В 11 073.013-2003 (ч.Ю) «Микросхемы интегральные. Методы испытаний на специальную стойкость и импульсную электрическую прочность», 2003 г., 22 ЦНИИИ МО, 27 с.

80. РД В 319.03.22-97. Мкросехмы интегральные и полупроводниковые приборы. Методы контроля радиационной стойкости на этапах разработки, производства и поставки. Общая методика имитационных испытаний. М:.22 ЦНИИИ МО. 1997. 33с.

81. Dosier C.M., Brown D.B. The use of low-energy X-rays for device testing. A comparison with Co-60 radiation //IEEE Trans. On Nucl. Sc. 1983. - vol.30. - No. 6 -p.4382.

82. Артамонов A.C., Чумаков А.И. Рентгеновский имитатор «РЕИМ-2». // Радиационная стойкость электронных систем "Стойкость-2002". 2002 - вып.5. -с. 231-232.

83. Артамонов A.C., Чумаков А.И. Современные модели рентгеновских имитаторов // Радиационная стойкость электронных систем "Стойкость-2005". -2005-вып.8.-с. 215-216.

84. Согоян A.B. Применение пакета GEANT4 для расчета поглощенных доз гамма-рентгеновского и электронного излучений // Радиационная стойкость электронных систем "Стойкость-2006". 2006 - вып.9. - с. 103-104.

85. I.N.Shvetsov-Shilovsky, "MOSFET Prediction in Space Environments", Proc. 20th International Conference on Microelectronics (MIEL'95), vol.1, Nis,Serbia, 12-14 September, 1995, p.183-188.

86. Артамонов A.C., Еремин H.B. Измерение энергетического спектра излучения рентгеновского имитатора "РЕИС-ИМ" // Радиационная стойкость электронных систем. 1998.-Вып. 1.-С. 107-109.

87. Артамонов A.C. Измерение пространственной неравномерности поляизлучения рентгеновского имитатора "РЕИС-ИМ" // Радиационная стойкость электронных систем. 1998.-Вып. 1.-С. 105-106.

88. Артамонов A.C. Измерение энергетического спектра излучения рентгеновского имитатора "РЕИС-ИМ" // Радиационная стойкость электронных систем. 1998. -Вып.1. - С. 107-108.

89. Б.В. Гнеденко. Курс теории вероятностей. М:. Наука. - 1998. - 448с.

90. Обзор результатов экспериментальных исследований радиационной стойкости КНС микросхем производства НИИИС / О.А.Калашников, А.Ю.Никифоров, С.Л.Малюгин, Г.Г.Давыдов и др. // Радиационная стойкость электронных систем. -2003.-Вып. 6.-С. 53-56.

91. Сравнительные результаты экспериментальных исследований радиационной стойкости КНС микросхем различных изготовителей / О.А.Калашников,

92. А.Ю.Никифоров, Г.Г.Давыдов' и др. // Радиационная стойкость электронных систем. 2003. - Вып. 6. - С. 57-58.

93. Согоян A.B., Давыдов Г.Г., Яшанин И.Б. Методика отбраковки КНС КМОП ИС по стойкости к дозовым воздействиям. // Электроника, микро- и наноэлектроника. Сборник научных трудов/ Под ред. В.Я. Стенина. М.:МИФИ. - 2004, с.286-289.

94. Давыдов Г.Г. Усовершенствованная методика разбраковки партий КМОП КНС ИС // Электроника, микро- и наноэлектроника. Сб. научн. трудов. М.: МИФИ, 2005.-С. 216-218.

95. Гаскаров Д.В., Шаповалов В.И. Малая выборка. М.: «Статистика». 1978. -248с.

96. Богданов Ю.И., Руднев A.B. Основы прикладной статистики, уч. пособие. М.: МГИЭТ. -2001. 113с.

97. Jaim Nulman. Single anneal step process for forming titanium silicide on semiconductor wafer. US Patent 5043300, 1990.

98. D.B. Scott, R.A. Chapman R.A. Haken et al. Titanium disilicide contact resistivity and its impact on l-|am CMOS circuit performance. // IEEE Trans. On ED, ED-34, No. 3, 1987, pp.562-574.

99. Yuan Taur, J. Yan Chen Sun, L.K. Wang et al. Source-drain contact resistance in CMOS with self-aligned TiSi2. // IEEE Trans. On ED, ED-34, No. 3, 1987, pp. 575-580.

100. Радиационные исследования KHC ИС с шунтирующими слоями TiSi2 / Давыдов Г.Г., Ятманов А.П. // Радиационная стойкость электронных систем. -Вып. 8, Сб. научн. трудов. М.: -2005, с. 77-78.

101. Давыдов Г.Г., Пыжьянова В.Е. Изменение дозовой чувствительности КМОП КНС микросхем по критерию тока потребления в условиях хранения при повышенной температуре. // Электроника, микро- и наноэлектроника. Сб. научн. трудов. М.: МИФИ, 2008. - С. 191-194.

102. Киргизова A.B. Влияние информационного кода на сбоеустойчивость КМОП КНС ОЗУ // Электроника, микро- и наноэлектроника. Сб. научн. трудов. Т. 1. М.: МИФИ, 2004. - С. 321-325.

103. Исследование влияния информационного кода и напряжения питания на сбоеустойчивость КМОП КНС БИС ОЗУ / A.B. Киргизова, А.В.Янеико, А.Д. Кузьмин, А.Я. Дубовик и др. // Радиационная стойкость электронных систем. -2004.-Вып. 7.-С. 45-46.

104. Чумаков А.И. Методы и средства моделирования доминирующих радиационных эффектов в интегральных схемах при воздействии высокоэнергетичных ядерных частиц: Диссертация на соискание ученой степени д-ра техн. наук. М., 1998. -270 с.

105. Яненко А.В. Средства Функционального контроля для радиационных испытаний БИС ОЗУ// Научная сессия МИФИ-99. Сб. научн. трудов. Т. 6 -М.:МИФИ, 1999. С.146-147.

106. Особенности контроля функционирования БИС в ходе радиационных испытаний / Калашников О.А., Никифоров А.Ю., Демидов А.А., Яненко А.В. // В сб.: Радиационная стойкость электронных систем «Стойкость-98». — М., 1998. Вып. 1.С. 111-112.

107. Система комплексного имитационного моделирования полупроводниковых приборов и интегральных схем СКИМ / А.С.Артамонов, В.Ф.Герасимов, А.Ю.Никифоров и др. // Электронная промышленность. -1996. - № 2. - С. 16-19.

108. Особенности технологии КНС третьего поколения и оценка радиационной стойкости БИС / А.С.Адонин, А.В.Беспалов, А.Ю.Никифоров и др. // В сб.: Радиационная стойкость электронных систем «Стойкость-98». М., 1998. Вып. 1. С. 21-22.

109. Nikiforov A.Y., Poljakov I.V. Test CMOS/SOS RAM for Transient Radiation Upset Comparative Research and Failure Analysis // IEEE Trans, on Nuclear Science. 1995. -Vol.NS-42. - No. 6. - pp. 2138-2142.

110. Nikiforov A.Y., Poljakov I.V. CMOS/SOS RAM Transient Radiation Upset and "Inversion" Effect Investigation // IEEE Transaction on Nuclear Science. 1996. -Vol.NS-43. - No. 6. - pp. 2659-2664.

111. K.O. Петросянц, И.А. Харитонов. Модели МДП и биполярных транзисторов для схемотехнических расчетов БИС с учетом радиационного воздействия // Микроэлектроника. 1994. -Т.23. -Вып.1. - С.21-34.

112. Radiation effects in piezoelectric sensors / Boychenko D.V., Nikiforov A.Y., Skorobogatov P.K., Sogoyan A.V. // RADECS. 2007.

Похожие работы

Информатика, вычислительная техника и управление
05.13.00