С.В. КЛИМОВ, А.И. ЧУМАКОВ

УДК 621.38(06) Электроника
С.В. КЛИМОВ, А.И. ЧУМАКОВ1
Секция прикладных проблем при президиуме РАН, Москва,
ЭНПО Специализированные электронные системы, Москва
1
ОСОБЕННОСТИ МИКРОДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ В СБИС
Представлены результаты анализа основных радиационных эффектов в элементах интегральных схем, обусловленных взаимодействием отдельных высокоэнергетичных ядерных частиц. Показано, что даже в стационарных полей ядерных
частиц микродозиметрические эффекты имеют нестационарный характер.
При уменьшении размеров элементов высокоинтегрированных изделий микроэлектроники начинают проявляться флуктуационные процессы
взаимодействия ИИ с веществом. При этом необходимо пересматривать
совокупность моделей и строить их с учетом доминирующих микродозиметрических эффектов, к которым относятся объемная ионизация, объемные структурные повреждения и поверхностные радиационные эффекты.
Флуктуации энерговыделения в микрообъемах отдельных элементов
определяются двумя основными причинами. Во-первых, из-за пуассоновского характера взаимодействия ИИ с веществом, в отдельных элементах
происходит различное количество актов взаимодействия. Вторая причина
обусловлена случайным характером энерговыделения при одном акте
взаимодействия.
Несмотря на возможный стационарный характер воздействия ядерных
частиц, каждое отдельное взаимодействие носит кратковременный характер с пикосекундной длительностью. В нестационарном случае ионизационная реакция имеет кратковременный характер и, в зависимости от доминирующего эффекта, может длиться от единиц наносекунд до нескольких секунд.
В настоящее время наиболее изучены микродозиметрические эффекты
от ядерных частиц, вызывающих сбои и отказы ИС за счет объемной
ионизации, классификация которых приведена ниже:
одиночный сбой (SEU) - инверсия логического состояния ячейки памяти или триггера;
многократные сбои (MBU) - инверсия логического состояния нескольких соседних ячеек памяти или триггеров;
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
192
УДК 621.38(06) Электроника
функциональное прерывание (SEFI) - инверсия логического состояния ячейки памяти или триггера управления, приводящая к нарушению
хода выполнения программы;
кратковременный одиночный сбой (SED) - кратковременное изменение информации в ячейке памяти;
«иголка» (SET) - кратковременный импульс на выходе элемента ИС;
шунтирование (SESH) - образование сквозного проводящего канала в
многослойных структурах;
защелкивание (SEL) - включение паразитной четырехслойной p-n-p-n
структуры, приводящее к резкому увеличению тока в цепи питания;
вторичный пробой (SEB) - вторичный пробой p-n перехода, приводящий к его разрушению;
«снэпбэк» (SES) - включение паразитного n-p-n транзистора в режим
лавинного умножения;
«прокол» диэлектрика (SEGR) - пробой подзатворного диэлектрика
вдоль трека ядерной частицы.
Структурные повреждения проявляются в основном в ПЗС ИС и матрицах на основе активных пикселей. Ввод отдельной разупорядоченной
области в активную область прибора приводит к возрастанию локальных
токов утечек и отказу отдельных пикселей (спайки). В настоящее время
следует ожидать появление отказов и в других ИС за счет ввода разупорядоченных областей в активные области приборов в ИС с топологическими
нормами проектирования 0.2…0.3 мкм.
Одним из механизмов отказов в ИС являются локальная, индуцированная одной частицей, ионизация и последующий захват заряда в окислах МОП транзисторов, который может приводить к недопустимому возрастанию токов утечек и функциональному или параметрическому отказу
ячейки памяти. Такие отказы необратимы и их называют жесткими (hard),
микродозовыми (microdose) или «залипающими» битами (stuck bits).
Следует отметить, что в высокоинтегрированных изделиях микроэлектроники все большую роль играют процессы переноса заряда в периферийных (пассивных) областях приборов, вследствие чего нарушается пропорциональность между уменьшением размеров элементов и увеличением
чувствительности ИС к микродозиметрическим эффектам.
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
193