Способ отбора стойких к воздействию полной поглощенной дозы ионизирующего излучения транзисторных структур технологии кмоп/кнд



Способ отбора стойких к воздействию полной поглощенной дозы ионизирующего излучения транзисторных структур технологии кмоп/кнд
Способ отбора стойких к воздействию полной поглощенной дозы ионизирующего излучения транзисторных структур технологии кмоп/кнд
Способ отбора стойких к воздействию полной поглощенной дозы ионизирующего излучения транзисторных структур технологии кмоп/кнд
Способ отбора стойких к воздействию полной поглощенной дозы ионизирующего излучения транзисторных структур технологии кмоп/кнд
Способ отбора стойких к воздействию полной поглощенной дозы ионизирующего излучения транзисторных структур технологии кмоп/кнд
Способ отбора стойких к воздействию полной поглощенной дозы ионизирующего излучения транзисторных структур технологии кмоп/кнд
Способ отбора стойких к воздействию полной поглощенной дозы ионизирующего излучения транзисторных структур технологии кмоп/кнд

 


Владельцы патента RU 2466417:

Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники. Сущность изобретения: в способе отбора стойких к воздействию полной поглощенной дозы ионизирующего излучения транзисторных структур технологии КМОП/КНД для каждого технологического решения формируют на чипе наряду с основной схемой БИС дополнительную пару n- и р-канальных транзисторных структур, изготовленных по той же технологии, для ограниченной выборки образцов БИС снимают дискретно с шагом ~100 крад(Si) в диапазоне TID от нуля до уровня требований по стойкости БИС к воздействию максимальной TID плюс 20% зависимости ID=f(VGS), получают по ним данные по изменению сдвига порогового напряжения ΔVTH от величины TID с мощностью дозы не менее ~1000 рад(Si)·c-1 с учетом технологического разброса и возможных границ изменения зависимости VTH(TID), производят аппроксимацию нижних и верхних допустимых границ зависимостей VTH(TID) транзисторов обоего типа проводимости, определяют для каждого фиксированного значения TID разброс измеренных значений , определяют значения ΔVTH(↑↓) в отсутствие облучения, для минимума на графике зависимости для n-канального транзистора и для практически достигнутого максимального уровня облучения, определяют для тех же условий ΔVTH(↑↓) для всех возможных комбинаций различий «VTH(TID)-Up» и «VTH(TID)-Down» транзисторов n-МОП и р-МОП, ΔVTH(↑↓) при трех фиксированных значениях величины TID БИС, ранжируют БИС на четыре градации наблюдаемых величин ΔVTH(↑↓): «высшую» («1») - максимальное изменение; «значимую» («2») - сильное изменение; «среднюю» «3» - умеренные изменения; «малую» («4») - слабые изменения, которые по средней величине соотносятся как «1»%:«2»%:«3»%:«4»%, где за 100% принята «малая» градация, производят измерения ΔVTH(↑↓) у необлученных промышленных образцов БИС и по результатам ранжирования облученных образцов судят о возможностях использования в условиях облучения таких, у которых градация изменения величины ΔVTH(↑↓) соответствует категориям «4» и «3». Техническим результатом способа является возможность отбора стойких к эффектам TID промышленных БИС без проведения облучательного эксперимента по измерению радиационного дрейфа порогового напряжения ΔVTH(D). 5 табл., 7 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к оценке уровня стойкости больших интегральных схем (БИС) на основе структур «металл-диэлектрик-полупроводник» (МДП) к воздействию дозовых эффектов от импульсного ионизирующего излучения при реализации варьирующихся технологических процессов.

В современной электронике широкое распространение получили комплементарные, т.е. взаимодополняющие, структуры «металл-оксид-полупроводник» (КМОП), сформированные в тонком приборном слое кремния на сапфировой подложке (КМОП/КНС) или в гетероэпитаксиальных структурах со скрытым слоем изолятора из диоксида кремния (КМОП/КНИ). Такие структуры имеют общее название «кремний-на-диэлектрике» (КНД).

При проведении импульсных радиационных исследований интегральных схем, изготовленных по технологии КНД, актуальной задачей является контроль уровня стойкости к дозовым эффектам (эффектам полной интегральной дозы - Total Integrated Dose, TID), вызванным генерацией радиационно-индуцированных зарядов Qot, в подзатворный диэлектрик и на уровни дефектов структуры на границе раздела «полупроводник - диэлектрик» - Qit. Это особенно важно для слоев p-типа проводимости («p-карманов»), в которых формируются n-канальные полевые транзисторы структуры МОП/КНД (далее КНД).

Статистический разброс радиационного изменения основных электрофизических характеристик (ЭФХ) транзисторных структур технологии КМОП, как основных элементов БИС, связан непосредственно как со статистической природой взаимодействия фотонного излучения с материалами электронной техники (фотоэффект, эффект комптоновского рассеяния, генерации электронно-дырочных пар), так и с неравномерностью ЭФХ исходных гетероструктур КНД по площади их поверхности, технологическими особенностями производства, что в целом определяет различия в уровне стойкости отдельных образцов чипов БИС, изготовленных с использованием конкретных технологических особенностей.

Для отбора стойких к воздействию TID образцов БИС технологии КМОП/КНД используют сочетание экспериментальных исследований и физических представлений о механизме взаимодействия фотонного излучения с материалами электронной техники. Так, в /1-3/ после облучения рентгеновскими или гамма-квантами образцов БИС контролируют подвижность µ основных носителей заряда в качестве критерия оценки стойкости к эффектам TID. Однако при использовании в качестве источника ионизирующего излучения (ИИ) рентгеновских источников с низкой энергией (до 100 кэВ) и с низкой мощностью экспозиционной дозы (до 103Р·с-1) практически не образуется дефектов структуры, которые влияют на генерацию зарядов Qit и перенос носителей заряда в полупроводниковом материале. Такой «допороговый» механизм связан только с перезарядкой исходного примесно-дефектного состава (ПДС) гетероструктуры и, следовательно, не может быть сведен только к подвижности µ носителей заряда в полупроводнике.

Известен также способ отбора стойких БИС к воздействию эффектов TID, который выбран в качестве прототипа /4/. Для реализации учета неэквивалентности низкоэнергетического воздействия рентгеновского излучения и эталонного спектра используют результаты обработки экспериментальных данных на моделирующей ИИ установке с мощностью дозы рентгеновского излучения РX-Ray=1800 рад(Si)·с-1 и эталонном нуклидном источнике гамма-квантов Со60 со средней энергией квантов .

Процедура отбора включает следующие стадии: 1) вначале тестовую структуру КНД, разработанную и изготовленную с использованием 3-х технологических режимов «А», «В» и «С», поочередно облучают ИИ каждого источника для снятия зависимостей тока стока IDD транзисторов КНД тестовой структуры, расположенной на чипе БИС, для лабораторного (X-Ray) и эталонного (Со60) источников от величины TID≡D , при этом мощность дозы источника Со60 РγX-Rау=Const, Рγ≥103 paд(Si)·c-l /5, 6/; 2) снимают зависимость тока утечки межтранзисторных структур IL для условий облучения на эталонном источнике Со60 от поглощенной дозы TID рентгеновских и гамма-квантов , при этом Pγ=106 рад(SiO2)·с-1, то же производят для условий облучения на источнике X-Ray; 3) строят корреляционную зависимость тока стока при условиях нормального функционирования электрической схемы БИС (напряжение «сток-исток» VDD=5 В) для условий облучения на источнике Со60γ=106 paд(SiO2)·c-l) от тока утечки, снятой для условий облучения на источнике X-Ray (Pγ=1800 рад(SiO2)·с-1) ; 4) затем строится зависимость тока стока IDD от TID в диапазоне 10-2…10 Мрад (SiO2) для трех модификаций технологического маршрута «А», «В» и «С», например, на моделирующей установке (ускоритель протонов с энергией 230 МэВ) критерий отбора составляет IDD=3 мА; РX-Ray=106 paд(SiO2)·c-l); 5) контролируют изменение сдвига порогового напряжения VTH, зависимость IDD от TID источника X-Ray и Со60 и корреляционную зависимость тока IDD с ; ; при TID=Const, ; , при TID=Const; 6) выбирают критерии отказов по IDD до и VTH для выбранного уровня по TID для источника X-Ray для разных технологий , a критерий отказа задают по требуемому значению IDD.

Недостатком такого способа является необходимость выполнения значительного объема облучательных экспериментов со всей партией БИС для выполнения поставленной цели - реализации способа отбора стойких к воздействию полной интегральной дозы ИИ транзисторных структур технологии КМОП/КНД.

Альтернативой такому способу является предлагаемый способ, основанный на измерении радиационного сдвига («дрейфа») порогового напряжения ΔVTH(D) транзисторных структур МОП с n- и p-каналами, встроенными в чип с контролируемыми БИС технологии КМОП/КНД.

Техническим результатом заявляемого способа является процедура отбора стойких к эффектам TID БИС технологии КМОП/КНД по результатам предварительного облучения ограниченной выборки БИС со встроенными тестовыми структурами на основе пары транзисторов КМОП/КНД на моделирующем источнике рентгеновского излучения и эталонном нуклидном источнике Со60 и возможностью дальнейшего отбора стойких к эффектам TID промышленных БИС без проведения облучательного эксперимента по измерению радиационного дрейфа порогового напряжения ΔVTH(D).

Технический результат достигается тем, что в способе отбора стойких к воздействию полной поглощенной дозы ионизирующего излучения БИС на основе транзисторных структур технологии КМОП/КНД путем статистической обработки экспериментальных данных по изменению сдвига порогового напряжения ΔVTH на выходной характеристике «ток стока - от напряжения между затвором и истоком» ID=f(VGS) n- и p-канальных транзисторов пары КМОП в зависимости от полной интегральной дозы ионизирующего излучения (TID), для чего для каждого технологического решения формируют на чипе наряду с основной схемой БИС дополнительную пару n- и p-канальных транзисторных структур, изготовленных по той же технологии, для ограниченной выборки образцов БИС снимают дискретно с шагом ~100 крад(Si) в диапазоне TID от нуля до уровня требований по стойкости БИС к воздействию максимальной TID плюс 20% зависимости ID=f(VGS) для n- и p-канальных транзисторных структур, получают по ним данные по изменению сдвига порогового напряжения ΔVTH от величины TID с мощностью дозы не менее ~1000 рад(Si)·с-1 с учетом технологического разброса и возможных границ изменения зависимости VTH(TID), производят аппроксимацию нижних и верхних допустимых границ зависимостей VTH(TID) транзисторов обоего типа проводимости, определяют для каждого фиксированного значения TID разброс измеренных значений , определяют значения ΔVTH(↑↓) в отсутствие облучения, для минимума на графике зависимости для n-канального транзистора и для практически достигнутого максимального уровня облучения, определяют для тех же условий ΔVTH(↑↓) для верхнего значения «VTH(TID)-Up» транзистора n-МОП и нижнего значения «VTH(TID)-Down» транзистора p-МОП, ΔVTH(↑↓) для верхнего значения «VTH(TID)-Up» транзистора n-МОП и верхнего значения «VTH(TID)-Vp» транзистора p-МОП, ΔVTH(↑↓) для нижнего значения «VTH(TID)-Down» транзистора n-МОП и нижнего значения «VTH(TID)-Down» транзистора p-МОП, ΔVTH(↑↓) для нижнего значения «VTH(TID)-Down» транзистора n-МОП и верхнего значения «VTH(TID)-Up» транзистора p-МОП, ранжируют облученную выборку образцов по полученным максимальным значениям величин радиационного дрейфа зависимостей вида ΔVTH(↑↓)=f(TID) для транзисторов n-МОП и p-МОП для ряда предельных случаев при трех фиксированных значениях величины TID БИС на четыре градации наблюдаемых величин ΔVTH(↑↓): «высшую» («1») - максимальное изменение; «значимую» («2») - сильное изменение; «среднюю» «3» - умеренные изменения; «малую» («4») - слабые изменения, которые по средней величине соотносятся как «1»%:«2»%:«3»%:«4»%, где за 100% принята «малая» градация, производят измерения ΔVTH(↑↓) у необлученных промышленных образцов БИС и по результатам ранжирования облученных образцов судят о возможностях использования в условиях облучения таких БИС, у которых градация изменения величины ΔVTH(↑↓) соответствует категориям «4» и «3».

На Фиг.1 показана типичная зависимость тока стока IDD транзистора структуры МОП от величины полной интегральной дозы TID(SiO2), поглощенной в подзатворном диэлектрике SiO2.

На Фиг.2 показан радиационный сдвиг интерфейсной компоненты ΔVit и объемной компоненты ΔVot порогового напряжения на выходных вольтамперных характеристиках IDD=f(VGS) транзисторов структуры p-МОП и n-МОП.

На Фиг.3 показан радиационный сдвиг порогового напряжения ΔVTH и его объемной ΔVot и интерфейсной ΔVit составляющих в относительных единицах от величины полной интегральной дозы в относительных единицах.

На Фиг.4 показаны зоны доминирующего влияния на сдвиг порогового напряжения ΔVTH объемных и интерфейсных радиационно-индуцированных зарядов в структуре n-МОП и зона их суперпозиции в структуре p-МОП.

На Фиг.5 показана экспериментальная зависимость от полной интегральной дозы (по оси Х в отн. ед.) ионизирующего излучения пороговых напряжений VTH тестовых транзисторов МОП (по оси Y в B): а) n-канальных; б) p-канальных.

На Фиг.6 показана аппроксимация нижних (а) и верхних (б) допустимых границ зависимостей VTH от полной интегральной дозы (TID) гамма-излучения пороговых напряжений тестового транзистора n-МОП.

На Фиг.7 показаны возможные сочетания радиационного сдвига порогового напряжения ΔVTH(↑↓) между верхними значениями и нижними значениями n- и p-канального транзисторов МОП.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

При облучении транзисторов МОП радиационный сдвиг порогового напряжения на выходной ВАХ IDD=f(VGS) на Фиг.2 вызван двумя конкурирующими процессами - радиационно-индуцированным сдвигом ΔVit, соответствующим накоплению заряда Qit интерфейсе «Si/SiO2», и радиационно-индуцированным сдвигом ΔVot, соответствующим захвату заряда Qot в объеме подзатворного диэлектрика, как это показано на Фиг.3. В транзисторе структуры n-МОП процесс первого рода является доминирующим при больших уровнях облучения, а величина ΔVit имеет положительное значение, и поэтому результирующий сдвиг ΔVTH после некоторого максимума начинает опять уменьшаться (Фиг.4). В транзисторе структуры p-МОП величина ΔVit имеет отрицательное значение и вместе со сходным изменением ΔVot вызывает устойчивое увеличение с ростом TID отрицательного значения ΔVTH /7/ (Фиг.4). Результирующий эффект представлен на Фиг.5 /8/. Подзатворный узел представляют в виде конденсатора МОП, для которого справедливо равенство (1) /6/

где С - емкость узла; ε - относительная диэлектрическая постоянная материала подзатворного диэлектрика; ε0 - абсолютная диэлектрическая константа вакуума; S - площадь затвора; tOX - толщина оксида диэлектрика. Емкость С и заряд Q в конденсаторе связаны простым соотношением

где V - приложенное напряжение.

Так как радиационно-индуцированный заряд с ростом TID возрастает, а приложенное внешнее напряжение в связи с этим уменьшается из-за компенсации электрическим полем этого заряда, то из (2) следует, что эквивалентная емкость узла должна также возрастать, что вызывает ухудшение частотных свойств. В соответствии с (1) при сохранении всех топологических параметров это можно приписать только эквивалентному росту толщины подзатворного оксида tOX, или SPICE-параметру «ТОХ».

Для современных БИС технологии КМОП/КНИ справедливо соотношение, устанавливающее связь между сдвигом порогового напряжения ΔVTH и компонентой ΔVot/7/:

Радиационно-стимулированное приращение заряда в объеме подзатворного диэлектрика в соотношении (3) можно представить следующим образом:

где D - поглощенная доза ИИ [рад(SiO2)]; kg - постоянная генерации носителей заряда [рад(SiO2)-1]; fit - доля (фракция) числа носителей заряда, не рекомбинировавших в интерфейсе «Si/SiO2»; fot - доля (фракция) числа носителей заряда, не рекомбинировавших в объеме диэлектрика.

В способе отбора стойких к воздействию полной поглощенной дозы ионизирующего излучения транзисторных структур технологии КМОП/КНД на чипе с основной БИС указанной технологии формируют в едином технологическом цикле тестовую транзисторную структуру КМОП/КНД, в состав которой входит как n-канальный, так и p-канальный транзисторы МОП. Статистически обрабатывают экспериментальные данные по изменению сдвига порогового напряжения ΔVTH на выходной характеристике «ток стока - от напряжения между затвором и истоком» ID=f(VGS) n- и p-канальных транзисторов пары КМОП для каждого технологического решения в зависимости от полной интегральной дозы ионизирующего излучения (TID).

Дискретно снимают с шагом ~100 крад(Si) зависимости ID=f(VGS) для n- и p-канальных транзисторных структур в диапазоне TID от нуля до уровня требований по стойкости БИС к воздействию максимальной TID плюс 20% для учета дозиметрической погрешности, получают по ним данные по изменению сдвига порогового напряжения ΔVTH от величины TID с мощностью дозы не менее 1000 рад(Si)·с-1 с учетом технологического разброса и возможных границ изменения зависимости VTH(TID), производят аппроксимацию нижних и верхних допустимых границ зависимостей VTH(TID) транзисторов обоего типа проводимости, определяют для каждого фиксированного значения TID разброс измеренных значений , определяют значения ΔVTH(↑↓) в отсутствие облучения, для минимума на графике зависимости , для n-канального транзистора и для практически достигнутого максимального уровня облучения. Определяют для тех же условий ΔVTH(↑↓) для верхнего значения «VTH(TID)-Up» транзистора n-МОП и нижнего значения «VTH(TID)-Down» транзистора p-МОП, ΔVTH(↑↓) для верхнего значения «VTH(TID)-Up» транзистора n-МОП и верхнего значения «VTH(TID)-Up» транзистора p-МОП, ΔVTH(↑↓) для нижнего значения «VTH(TID)-Down» транзистора n-МОП и нижнего значения «VTH(TID)-Down» транзистора p-МОП, ΔVTH(↑↓) для нижнего значения «VTH(TID)-Down» транзистора n-МОП и верхнего значения «VTH(TID)-Up» транзистора p-МОП, в соответствии со схемой Фиг.7. Затем ранжируют облученную выборку образцов БИС по полученным максимальным значениям величин радиационного сдвига зависимостей вида ΔVTH(↑↓)=f(TID) для транзисторов n-МОП и p-МОП для ряда предельных случаев при трех фиксированных значениях величины TID (1 - без облучения; 2 - для минимума для структуры n-МОП; 3 - для TID=1000 у.e.) на четыре градации наблюдаемых величин ΔVTH(↑↓): «высшую» («1») - максимальное изменение; «значимую» («2») - сильное изменение; «среднюю» «3» - умеренные изменения; «малую» («4») - слабые изменения, которые по средней величине соотносятся как «1»%:«2»%:«3»%:«4»%, где за 100% принята «малая» градация, производят измерения ΔVTH(↑↓) у необлученных промышленных образцов БИС и по результатам ранжирования облученных образцов судят о возможностях использования в условиях облучения таких БИС, у которых градация изменения величины ΔVTH(↑↓) соответствует категориям «4» и «3».

В заявленном способе, во-первых, используют радиационно-критический параметр ΔVTH, который достаточно полно отражает физические процессы в структуре МОП при воздействии эффектов TID, во-вторых, сокращается объем проводимых предварительных измерений для получения критерия отбора ΔVTH(↑↓), в-третьих, для данной технологии изготовления структур МОП это позволяет в дальнейшем делать заключение о стойкости БИС к эффектам TID без проведения радиационного эксперимента на основании данных о величинах ΔVTH(↑↓), полученных путем измерений без облучения.

Пример реализации предлагаемого способа

Измерения ВАХ n- и p-канальных транзисторов МОП/КНД выполнены на пластинах Д-01-09, Д-01-11, Д-012 аналогично Фиг.2. По результатам измерений пороговых напряжений VTH тестовых транзисторов n-МОП и p-МОП установлено, что пороговые напряжения существенно меняются в процессе набора дозы. При облучении образцов до уровня по дозе 1200 отн. ед. значения VTH транзисторов n-МОП изменялись в среднем от 1,3 В до 0,9 В (на 30-40%), а транзисторов p-МОП -от 1.3 В до 2,1 В (на 60-70%).

Для проведения сравнений в величинах радиационного сдвига пороговых напряжений ΔVTH на выходных ВАХ выполнялась аппроксимация верхних (Фиг.6-б) и нижних (Фиг.6-а) допустимых границ зависимостей от полной интегральной дозы (TID) гамма-излучения пороговых напряжений тестовых транзисторов (VTH) транзистора n-МОП.

Для транзистора n-МОП получены следующие соотношения:

VTH=2,0389·10-12D4-6,0860·10-9D3+6,4506·10-6D2-2,7599·10-3D+1,1683 (5)

для нижней допустимой границы, полученной из измерений с коэффициентом линейной регрессии R2=0,9904;

VTH=2,0·10-12D4-7,0·10-9D3+8,0·10-6D2-3,5·10-3D+1,3958 (6)

для верхней допустимой границы, полученной из измерений с коэффициентом линейной регрессии R2=0,9918. Из данных Фиг.6-а) следует наличие минимума на графиках зависимости VTH(D) для транзистора n-МОП. Для верхней границы (Фиг.6-а)) этот минимум соответствует = 428 отн. ед., для нижней границы (Фиг.6-б)) - отн.ед. Тогда данные по разбросу измеренных значений

для фиксированных значений доз представлены в табл.1.

Таблица 1
Разброс измеренных значений порогового напряжения транзисторов структуры n-МОП от величины TID
Обозначения Величина TID, отн. ед.
0 1000
Параметр ΔVTH(↑↓), В
+0,230 +0,103 -0,0084

Из полученных данных табл.1 следует, что

- значения ΔVTH(↑↓) в отсутствие облучения достигают величины 0,23 В;

- значения ΔVTH(↑↓) для минимума на графике зависимости составляют до 45% от исходного значения;

- значения ΔVTH(↑↓) для практически достигнутого максимального уровня облучения D=1200 отн. ед. практически равны нулю.

Последнее обстоятельство свидетельствует в пользу того, что при очень больших уровнях радиационной нагрузки технологические отличия в испытуемых образцах становятся малозначимыми, поскольку число дефектов структуры, обуславливающих изменения ВАХ транзисторов, превышает их исходное значение в гетероструктуре и является определяющим.

Для транзистора p-МОП аппроксимирующей зависимостью VTH(D) для верхней и нижней экспериментальных зависимостей является соотношение:

где - текущее значение величины VTH при фиксированном значении D;

- максимальное по абсолютной величине измеренное значение порогового напряжения на графике зависимости VTH(D), В;

α - константа радиационной деградации VTH, рад(Si)-1;

D - поглощенная доза ИИ, paд(Si).

Результаты аппроксимации зависимостей VTH(D) для верхней кривой Фиг.6-б) (Up) и нижней кривой той же зависимости (Down) приведены в табл.2.

Таблица 2
Результаты аппроксимации зависимостей VTH(D) для верхней кривой рис.6-б) (Up) и нижней кривой той же зависимости (Down) транзистора p-МОП
Значение α в рав.(8) Значение
Параметр
0,8295 -1,5429
0,881 -1,938
Значения для D=1000 отн. ед.

В табл.3 приведен разброс измеренных значений порогового напряжения транзисторов структуры p-МОП от величины TID. Здесь видно, что для величины D=1000 отн. ед. ΔVTH(↑↓) сохраняется на уровне 64% от исходного значения.

Таблица 3
Разброс измеренных значений порогового напряжения транзисторов структуры p-МОП от величины TID
Величина TID, отн. ед.
Обозначения
0 1000
Параметр ΔVTH(↑↓), В -0,440 -0,391 -0,280

В табл.4 приведены максимальные значения величин радиационного дрейфа зависимостей вида VTH(D) для транзисторов n-МОП и p-МОП для трех фиксированных значений величины TID: D1=0; D2=428 отн. ед.; D3=1000 отн. ед. для следующих предельных случаев:

1) ΔVTH(↑↓) для графика «VTH(D)-Up» транзистора n-МОП и «VTH(D)-Down» транзистора p-МОП;

2) ΔVTH(↑↓) для графика «VTH(D)-Up» транзистора n-МОП и «VTH(D)-Up» транзистора p-МОП;

3) ΔVTH(↑↓) для графика «VTH(D)-Down» транзистора n-МОП и «VTH(D)-Down» транзистора p-МОП;

4) ΔVTH(↑↓) для графика «VTH(D)-Down» транзистора n-МОП и «VTH(D)-Up» транзистора p-МОП.

В последнем столбце табл.4 приведены суммарные значения возможных изменений пороговых напряжений . В табл.4 введены четыре градации наблюдаемых величин ΔVTH(↑↓): «высшая» («1») - максимальное изменение; «значимая» («2») - сильное изменение; «средняя» - («3») умеренные изменения; «малая» («4») - слабые изменения. По средней величине они соотносятся как 127%:118%:109%:100%, где за 100% принята «малая» градация. Таким образом, максимальное изменение, связанное с технологическим разбросом с учетом радиационной реакции структур МОП обоего типа проводимости, составляет 27%.

Таблица 4
Максимальные значения величин радиационного дрейфа зависимостей вида VTH(D) для транзисторов n-МОП и p-МОП для ряда предельных случаев для трех фиксированных значений величины TID
D, отн. ед.
Категория
0 +1,3958(Up) -1,54(Down) 2,94 «1» +0,670
+1,3958(Up) -1,1(Up) 2,50 «3»
+1,1683(Down) -1,54(Down) 2,71 «2»
+1,1683(Down) -1,1(Up) 2,27 «4»
428 +0,88(Up) -1,938(Down) 2,818 «1» +0,494
+0,88(Up) -1,543(Up) 2,42 «3»
+0,78(Down) -1,938(Down) 2,718 «2»
+0,78(Down) -1,543(Up) 2,323 «3»
1000 +0,8958(Up) -2,1(Down) 2,912 «1» +0,272
+0,8958(Up) -1,82(Up) 2,632 «3»
+0,8119(Down) -2,1(Down) 2,996 «1»
+0,8119(Down) -1,82(Up) 2,716 «2»

Из анализа данных табл.4 следует, что градации «1» и «3» в отсутствие облучения сохраняется при уровне облучения D=1000 отн. ед., «2» трансформируется в «1», а «4» - в «2». На этом принципе может быть основан принцип разбраковки необлученных структур, который совпадает с представлениями о консервативном поведении левого крыла распределения радиационно-критических параметров (РКП) от уровня радиационной нагрузки. Для приведенного примера из облученной выборки удаляются образцы с радиационным сдвигом величины ΔVTH(↑↓) в интервале 18-27%.

Так как радиационный сдвиг порогового напряжения относится к деградационным процессам, то более «слабые» образцы, т.е. имеющие исходно повышенный уровень дефектов структуры, слабее реагируют на воздействие ИИ и, следовательно, меньше подвержены радиационному воздействию.

Из анализа данных табл.4 следует, что радиационный дрейф верхней границы при D=0 до величины при D=1000 отн. ед. составил ≈42%, а радиационный дрейф нижней границы при D=0 до величины , составил ≈23%. Эти величины для n- и p-МОП транзисторов приведены в табл.5.

Таблица 5
Радиационный дрейф порогового напряжения при D=1000 отн. ед.
D, отн. ед. Радиационный дрейф ΔVTH, %
1000 42 23 49 43

Из анализа полученных результатов следует, что на основании предварительно полученных экспериментальных данных по радиационному сдвигу порогового напряжения ΔVTH n- и p-МОП транзисторов можно реализовать процедуру отбора стойких к эффектам полной поглощенной дозы БИС технологии КМОП/КНД без проведения дополнительных радиационных экспериментов.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет достаточно просто и точно отобрать в условиях промышленного производства стойкие к воздействию эффектов ТЮБИС технологии КМОП/КНД.

Литература

1. Петросянц К.О., Харитонов И.А., Орехов Е.В., Самбурский Л.М., Ятманов А.П. Приборно-технологическое моделирование элементной базы КМОП КНИ БИС с учетом факторов радиационного воздействия // М.: ИППМ, 2008, Сб. научных трудов 3-ей Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы разработки перспективных микроэлектронных систем - 2008». - С.266-271.

2. Benedetto J.M., Boesch H.E. MOSFET and MOS capacitor responses to ionizing radiation // IEEE Transacnions on Nucltar Science, 1984. - V. NS-31. - №6. - pp.1461-1466.

3. Петросянц К.О., Харитонов И.А., Орехов Е.В. Моделирование воздействия одиночных заряженных частиц на субмикронные КНИ КМОП ячейки ПЗУ // ЭМН 2007, Сб. научных трудов, под ред. В.Я.Стенина. - М.: МИФИ, 2007. - С.38-41.

4. Spratt J.P., Nickel V.V., McCollin J.L. Proposed Test Strategy For Radiation Hardened Custom LSI/VLSI // IEEE Transactions on Nuclear Science, 1981. - V.NS-28. - No.6. - pp.427-428.

5. Millard D.C. et all. Time Dependence Dose Enhancement Effects on Integrated Circuits Transients Response Mechanisms // IEEE Transactions on Nuclear cience, 1985. - V. NS-32/ - No.6/ - pp.4376-4381/.

6. Pozire C.M., Brown D.B., Sandelin J.W. Dose and Dose Rate Dependence of 8080A Microprocessor // IEEE Nransactions on Nuclear Science, 1980. - V. NS-27. - No.4. - pp.1299-1304.

7. CERN Training / Aptil 11/2000 / Radiation Effects on Electronics Components and Circuits, part 1 of 2 / Martin DENTON.

8. Справочник радиолюбителя. Под общей ред. А.А.Куликовского. / М., Л.: ГЭИ, 1955. - 256 с.

Способ отбора стойких к воздействию полной поглощенной дозы ионизирующего излучения больших интегральных схем (БИС) на основе транзисторных структур технологии КМОП/КНД путем статистической обработки экспериментальных данных по изменению сдвига порогового напряжения ΔVTH на выходной характеристике «ток стока - от напряжения между затвором и истоком» ID=f(VGS) n- и p-канальных транзисторов пары КМОП в зависимости от полной интегральной дозы ионизирующего излучения (TID), для чего для каждого технологического решения формируют на чипе наряду с основной схемой БИС дополнительную пару n- и p-канальных транзисторных структур, изготовленных по той же технологии, отличающийся тем, что для ограниченной выборки образцов БИС снимают дискретно с шагом ~100 крад(Si) в диапазоне TID от нуля до уровня требований по стойкости БИС к воздействию максимальной TID плюс 20% зависимости ID=f(VGS) для n- и р-канальных транзисторных структур, получают по ним данные по изменению сдвига порогового напряжения ΔVTH от величины TID с мощностью дозы не менее ~1000 рад(Si)·c-1 с учетом технологического разброса и возможных границ изменения зависимости VTH(TID), производят аппроксимацию нижних и верхних допустимых границ зависимостей VTH(TID) транзисторов обоего типа проводимости, определяют для каждого фиксированного значения TID разброс измеренных значений , определяют значения ΔVTH(↑↓) в отсутствие облучения, для минимума на графике зависимости для n-канального транзистора и для практически достигнутого максимального уровня облучения, определяют для тех же условий ΔVTH(↑↓) для верхнего значения VТН(TID)-Up транзистора n-МОП и нижнего значения VTH(TID)-Down транзистора р-МОП, ΔVTH(↑↓) для верхнего значения VTH(TID)-Up транзистора n-МОП и верхнего значения VTH(TID)-Up транзистора р-МОП, ΔVTH(↑↓) для нижнего значения VTH(TID)-Down транзистора n-МОП и нижнего значения VTH(TID)-Down транзистора р-МОП, ΔVTH(↑↓) для нижнего значения VTH(TID)-Down транзистора n-МОП и верхнего значения VTH(TID)-Up транзистора р-МОП, ранжируют облученную выборку образцов по полученным максимальным значениям величин радиационного дрейфа зависимостей вида ΔVTH(↑↓)=f(TID) для транзисторов n-МОП и р-МОП для ряда предельных случаев при трех фиксированных значениях величины TID БИС на четыре градации наблюдаемых величин ΔVTH(↑↓): «высшую» («1») - максимальное изменение; «значимую» («2») - сильное изменение; «среднюю» («3») - умеренные изменения; «малую» («4») - слабые изменения, которые по средней величине соотносятся как «1»%:«2»%:«3»%:«4»%, где за 100% принята «малая» градация, производят измерения ΔVTH(↑↓) у необлученных промышленных образцов БИС и по результатам ранжирования облученных образцов судят о возможностях использования в условиях облучения таких БИС, у которых градация изменения величины ΔVTH(↑↓) соответствует категориям «4» и «3».



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к обеспечению надежности транзисторов. .

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения качества и надежности полупроводниковых изделий (диодов, транзисторов и интегральных схем), и может быть использовано для сравнительной оценки надежности партий полупроводниковых приборов как на этапе производства, так и на входном контроле на предприятиях-изготовителях радиоэлектронной аппаратуры.

Изобретение относится к исследованию оптических свойств и метрологии полупроводников и фотоэлектрических структур, а именно к измерению квантового выхода внутреннего фотоэффекта в полупроводниках.

Изобретение относится к исследованию оптических свойств и метрологии полупроводников и фотоэлектрических структур, а именно к измерению квантового выхода внутреннего фотоэффекта в полупроводниках.

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано для контроля надежности металлизации, а именно металлической разводки, при производстве интегральных микросхем.

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к устройствам контроля и диагностики полупроводниковых изделий (ППИ), таких как диоды, транзисторы и интегральные схемы.

Изобретение относится к технике измерения электрических параметров полупроводниковых приборов и может быть использовано для контроля их качества. .

Изобретение относится к области измерительной техники, к измерению электрофизических параметров (ЭФП) полупроводниковых транзисторных структур и может быть использовано для оценки качества технологического процесса при производстве твердотельных микросхем и приборов на основе МДП.

Изобретение относится к контролю качества полупроводниковых приборов. .

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения качества и надежности интегральных схем (ИС), и может быть использовано для сравнительной оценки надежности партий ИС как на этапе производства, так и на входном контроле на предприятиях-изготовителях радиоэлектронной аппаратуры

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения качества и надежности полупроводниковых изделий (диодов, транзисторов и интегральных схем), и может быть использовано для разбраковки по критерию потенциальной надежности как в процессе производства, так и на входном контроле на предприятиях-изготовителях радиоэлектронной аппаратуры

Изобретение относится к технологии изготовления и способам тестирования матричных или линейных МОП мультиплексоров

Изобретение относится к радиационной испытательной технике и предназначено для использования в системах испытаний на радиационную стойкость радиоэлектронной аппаратуры

Изобретение относится к контрольно-испытательному оборудованию изделий электронной техники

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения надежности полупроводниковых изделий (ППИ) (транзисторов и интегральных схем), и может быть использовано для обеспечения повышенной надежности партий изделий как на этапе производства, так и на входном контроле на предприятиях-изготовителях радиоэлектронной аппаратуры

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения качества и надежности полупроводниковых изделий (ПИИ), и может быть использовано для сравнительной оценки надежности партий НИИ как на этапе производства, так и на входном контроле на предприятиях - изготовителях радиоэлектронной аппаратуры

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения надежности транзисторов, и может быть использовано для разделения транзисторов по надежности в процессе производства, а также на входном контроле на предприятиях-изготовителях радиоэлектронной аппаратуры

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения качества и надежности интегральных схем (ИС), и может быть использовано для сравнительной оценки надежности партий ИС как на этапе производства, так и на входном контроле на предприятиях-изготовителях радиоэлектронной аппаратуры

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: устройство содержит измерительную интегральную схему с элементами с перестраиваемыми параметрами, вход которой соединен с генератором шума отрезка линии передачи, выход которого соединен с входом измеряемого четырехполюсника, измеритель коэффициента шума. Измерительная интегральная схема дополнительно содержит второй отрезок линии передачи на выходе, две емкости, резистор, индуктивность, две контактные площадки для подачи питания к измеряемому четырехполюснику. Элементы с перестраиваемыми параметрами выполнены в виде полевых транзисторов с барьером Шотки. На затвор полевого транзистора подают управляющее напряжение от соответствующего источника. Величина сопротивления резистора на порядок больше величины волнового сопротивления отрезка линии передачи на входе, величины индуктивности и емкости определяются из математических формул. Технический результат: расширение рабочей полосы частот, повышение точности измерений, упрощение устройства. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх