Исследование одиночных сбоев и отказов от

УДК 621.38(06) Электроника
А.Л. ВАСИЛЬЕВ, А.В. ЯНЕНКО
Московский инженерно–физический институт (государственный университет)
1.
ИССЛЕДОВАНИЕ ОДИНОЧНЫХ СБОЕВ И ОТКАЗОВ
ОТ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧНЫХ ПРОТОНОВ
В МИКРОСХЕМАХ ПАМЯТИ ТИПА NAND–FLASH
Предложен алгоритм тестирования микросхем памяти типа NAND-FLASH с
учетом их внутренней структуры и потенциально возможных эффектов при
воздействии высокоэнергетических ядерных частиц. Доработан и апробирован
аппаратно-программный комплекс для исследований сбоев в NAND-FLASH при
воздействии высокоэнергетичных протонов.
Параметры больших интегральных микросхем (БИС) флэш-памяти
типа NAND-FLASH, к которым относятся компактность, высокая емкость
хранения данных и помехоустойчивое кодирование, делает их
привлекательными для реализации энергонезависимой памяти больших
объемов в системах управления и сбора данных, в том числе и для
космического применения. Для адекватного прогнозирования параметров
чувствительности
БИС
NAND-FLASH
к
воздействию
высокоэнергетических частиц космического пространства (КП) требуется
построение исследовательской аппаратуры
с учетом особенностей
архитектуры БИС NAND-FLASH и специфики механизмов сбоев и
отказов, которые могут вызывать высокоэнергетические частицы КП в
БИС FLASH-памяти.
Как показали ранее проведенные исследования [1], при воздействии
тяжелых заряженных частиц в БИС FLASH памяти возможны как
обратимые сбои, так и необратимые отказы. К сбоям относится искажение
информации при считывании (при этом информация в ячейке памяти не
изменяется) или в в ячейках памяти при записи. Эти отказы обусловлены
сбоями в периферийных по отношению к накопителю структурах.
Необратимые отказы в ячейках связаны с проколом подзатворного
диэлектрика, что приводит не только к потере информации но и к
невозможности правильного функционирования ячейки. Условия для
возникновения прокола диэлектрика возникают в режимах записи и
стирания, когда к затвору прикладывается повышенное напряжение.
Типовая упрощенная структурная схема NAND FLASH памяти
показана на рис 1. Основной особенностью такой структуры с точки
зрения чувствительности к одиночным заряженным частицам является
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 1
190
УДК 621.38(06) Электроника
наличие большой регистровой структуры для промежуточного хранения
данных, которая нужна для обеспечения быстрого страничного обмена
информации. Эта структура, а так же ряд других регистровых структур,
обеспечивающих автоматику работы флэш-памяти в различных режимах,
являются потенциально чувствительными к одиночным сбоям от ОЯЧ.
Рис. 1. Типовая структура памяти с архитектурой NAND
Для эффективного обнаружения одиночных сбоев и отказов в NANDFLASH в последовательности тестирования должны присутствовать
циклы записи или программирования, а также необходимо учитывать, что
при программировании и считывании данные некоторое время находятся
в буфере хранения данных. Предлагаемый алгоритм тестирования NANDFLASH памяти включает в себя циклы считывания, стирания-считывания,
записи-считывания, при этом при обнаружении ошибок производится
многократное повторное считывание данных с целью селекции источника
ошибки – накопитель или буфер хранения данных.
Предлагаемый алгоритм был реализован в составе разработанного
раннее блока функционального контроля БИС NAND FLASH [2] и
апробирован при испытаниях БИС на ускорителе протонов (1 ГэВ, ИТЭФ,
г. Москва).
Список литературы
H. R. Schwartz, D. K. Nichols, A. H. Johnston, “Single-Event Upset in Flash Memories”// IEEE Trans. Nucl. Sci. – vol. NS-44. - №6. – 1997. pp. 2315-2324.
2.
Васильев А.Л. Универсальное устройство для контроля микросхем флэш
памяти при радиационных испытаниях.// научная сессия МИФИ - 2005 – сб.
научн. трудов – 2005. т.15. – с.99 - 100.
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 1
191
1.
УДК 621.38(06) Электроника
Д.В. БОЙЧЕНКО1, А.А. БОРИСОВ1, Л.Н. КЕССАРИНСКИЙ1, С.В.
ШВЕДОВ2
1Московский
инженерно-физический институт (государственный университет),
2УП «Белмикросистемы»
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТОВ МОЩНОСТИ ДОЗЫ
В ИС АНАЛОГОВОГО КЛЮЧА С МАЛЫМ ВХОДНЫМ
ТОКОМ

Исследовано радиационное поведение ИС аналогового ключа при
воздействии импульсного ионизирующего излучения (ИИИ). Увеличение
толщины эпитаксиальной пленки N-типа и сильнолегированного N+ скрытого
слоя ИС позволило повысить стойкость к тиристорному эффекту.
В работе проведены исследования ИС счетверенного аналогового
ключа,
изготовленной
по
КМОП
технологии
с
изоляцией
диэлектрическими карманами, на стойкость к воздействию ИИИ при
температурах +25С; +85С.
При исследовании эффектов мощности дозы контролировались
следующие параметры ИС: ток потребления при низком уровне
управляющего напряжения, ток потребления при высоком уровне
управляющего напряжения.
В результате экспериментальных исследований установлено, что
доминирующим радиационным эффектом при воздействии ИИИ является
тиристорный эффект, что не характерно для КМОП ИС с изоляцией
диэлектрическими карманами (рис. 1). Уровень ИИИ возникновения ТЭ не
зависит от температуры облучения в диапазоне температур от +25С до +85С.


T
100мА/дел., 5мс/дел
Рис. 1. Отклик тока потребления при низком уровне
управляющего напряжения ИС аналогового ключа (ТЭ)
В результате анализа экспериментальных данных и топологии ИС
установлено, что причиной возникновения тиристорного эффекта
является используемая в технологическом маршруте исходная
низкоомная подложка без эпитаксиальной пленки.
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 1
192
УДК 621.38(06) Электроника
Для повышения уровня возникновения ТЭ в топологию ИС была
добавлена эпитаксиальная пленка N-типа, а также сильнолегированный
N+ скрытый слой.
В результате исследований скорректированных ИС аналогового ключа
установлено, что уровень возникновения тиристорного эффекта в ИС
аналогового ключа увеличился на два порядка независимо от
температуры облучения.
Наличие сильнолегированного скрытого слоя, под P-карманами, дало
возможность ослабить паразитный тиристорный эффект при воздействии
ИИИ без изменения топологического рисунка слоев структуры, но не
позволило исключить его.
Исследования
скорректированных
микросхем
подтвердили
первоначальный вывод
о причинах возникновения тиристорного
эффекта.
Результаты проведенных исследований показывают, что причиной
отпирания паразитных структур, приводящее к возникновению
тиристорного эффекта, является исходная низкоомная подложка без
эпитаксиальной пленки ИС аналогового ключа.
Т.о. наличие ТЭ в ИС аналоговых ключей зависит не только от
технологии изготовления, но и от используемой схемотехники.
Список литературы
1.
Никифоров А.Ю., Телец В.А, Чумаков А.И. Радиационные эффекты в КМОП ИС.
 М.: Радио и связь, 1994. – с. 164.
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 1
193