一種器件的重離子單粒子多位翻轉(zhuǎn)效應(yīng)的定量分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種一種器件的重離子單粒子多位翻轉(zhuǎn)效應(yīng)的定量分析方法，屬于 空間單粒子效應(yīng)地面模擬試驗技術(shù)及加固技術(shù)研究領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著衛(wèi)星電子系統(tǒng)對大規(guī)模集成電路性能要求的不斷提高，采用超深亞微米、納 米級集成電路已成為不可避免的發(fā)展趨勢。器件特征工藝尺寸的減小帶來的首要問題是臨 界電荷的降低，臨界電荷是器件發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)所需的最小電荷量，隨工藝尺寸約成平方 反比關(guān)系，如90nm工藝器件，在最壞情況下器件的臨界電荷已經(jīng)小于2fC。這意味著高能粒 子進入器件后，觸發(fā)器件狀態(tài)翻轉(zhuǎn)需要的電離能量沉積減小了，即單粒子翻轉(zhuǎn)的敏感性增 加。此外，特征尺寸的減小對電荷的收集過程也產(chǎn)生了深遠影響，單個重離子入射引起的多 個單粒子翻轉(zhuǎn)敏感結(jié)點之間的電荷共享以及阱電勢的崩塌引起相鄰存儲單元寄生雙級晶 體管導(dǎo)通而產(chǎn)生的雙級放大效應(yīng)使單粒子多位翻轉(zhuǎn)問題變得日益嚴(yán)重。ITRS國際半導(dǎo)體技 術(shù)發(fā)展藍圖預(yù)測至2016年，25nm工藝下集成電路的單粒子軟錯誤率將全部來自于多位翻 轉(zhuǎn)。物理上相鄰存儲單元翻轉(zhuǎn)所引起的多位翻轉(zhuǎn)，由于引起器件單粒子軟錯誤的急劇增加， 會導(dǎo)致一些經(jīng)典的版圖加固方法如DICE雙互鎖存儲單元在多結(jié)點電荷收集機制面前失去 應(yīng)有的加固效果，并使得傳統(tǒng)的單粒子效應(yīng)模擬試驗方法、理論模型在納米工藝下受到挑 戰(zhàn)。
[0003] 單粒子多位翻轉(zhuǎn)（MCU)是指單個粒子入射引起物理上多個相鄰存儲單元發(fā)生單 粒子翻轉(zhuǎn)的一種拓?fù)溴e誤。深入研究器件單粒子多位翻轉(zhuǎn)，需要準(zhǔn)確獲取器件單粒子多位 翻轉(zhuǎn)的多樣性和拓?fù)鋱D形，統(tǒng)計不同尺寸單粒子多位翻轉(zhuǎn)的事件數(shù)并進行定量表征，這對 于衡量器件單粒子多位翻轉(zhuǎn)敏感性，指導(dǎo)器件抗單粒子加固設(shè)計，驗證加固設(shè)計的有效性 具有十分重要的意義。目前單粒子多位翻轉(zhuǎn)研究普遍存在多位翻轉(zhuǎn)難以判別統(tǒng)計、拓?fù)鋱D 形難以獲取、影響程度難以定量的問題。國內(nèi)開展器件單粒子多位翻轉(zhuǎn)研究還處于起步階 段，未深入開展單粒子多位翻轉(zhuǎn)試驗方法的研究工作，申請?zhí)?01010624396. 9名稱為一種 脈沖激光單粒子翻轉(zhuǎn)截面的實驗方法的專利，給出了一種利用脈沖激光獲取單粒子翻轉(zhuǎn)截 面的方法，申請?zhí)?00710177960. 5名稱為獲取單粒子現(xiàn)象截面與重離子線性能量轉(zhuǎn)移關(guān) 系的方法的專利，給出了一種獲取單粒子翻轉(zhuǎn)截面、閉鎖截面、柵穿截面和燒毀截面與重離 子LET值關(guān)系的方法，兩個專利中均未涉及單粒子多位翻轉(zhuǎn)試驗數(shù)據(jù)獲取和處理方法的描 述。國際上報道的單粒子多位翻轉(zhuǎn)研究工作多集中在對試驗結(jié)果的分析和討論，很少涉及 單粒子多位翻轉(zhuǎn)試驗方法的描述。通常開展器件單粒子效應(yīng)試驗時，測試系統(tǒng)測量獲取的 是基于邏輯地址的單粒子翻轉(zhuǎn)試驗數(shù)據(jù)，因此不能客觀反映發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)的存儲單元是 否在物理上真實相鄰，是否可以判定為真正的單粒子多位翻轉(zhuǎn)。另一方面即使獲取了器件 的物理位圖，建立了單粒子翻轉(zhuǎn)邏輯地址到物理地址的映射，但效應(yīng)試驗中卻不控制離子 注量率的選擇，選擇常規(guī)的單粒子效應(yīng)試驗方法中規(guī)定的注量率范圍l〇2-l〇5/cm2.s之間的 任一注量率，容易引入由不同粒子入射在相鄰物理位置造成的"偽"多位翻轉(zhuǎn)，造成單粒子 多位翻轉(zhuǎn)統(tǒng)計誤差過大。同時對單粒子多位翻轉(zhuǎn)的表征缺乏清晰的認(rèn)識，導(dǎo)致多位翻轉(zhuǎn)的 定義和計算不能準(zhǔn)確有效地反映器件對單粒子多位翻轉(zhuǎn)的敏感性。因此建立一種完整的單 粒子多位翻轉(zhuǎn)試驗數(shù)據(jù)獲取和處理方法成為開展器件單粒子翻轉(zhuǎn)模擬試驗技術(shù)研究、評 價器件抗單粒子翻轉(zhuǎn)能力、提高器件抗單粒子翻轉(zhuǎn)加固性能急需解決的關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種在地面實驗室條件下對被測器件進行單粒子多位翻轉(zhuǎn) 試效應(yīng)的定量分析方法，使今后地面單粒子效應(yīng)多位翻轉(zhuǎn)的研究工作更加方便、實用。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：
[0006] -種器件的重離子單粒子多位翻轉(zhuǎn)效應(yīng)的定量分析方法，其特殊之處在于，包括 以下步驟：
[0007] 1】數(shù)據(jù)獲取
[0008] 1.1】束流參數(shù)設(shè)定
[0009] 選擇重離子種類，根據(jù)重離子LET值選擇合適的注量率進行輻照；
[0010] 1.2】測試
[0011] 記錄器件發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)的存儲單元邏輯地址及數(shù)據(jù)，達到預(yù)計的單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù) 或最大離子注量時停止輻照；
[0012] 2】數(shù)據(jù)處理
[0013] 2. 1】建立器件邏輯地址到物理地址的映射關(guān)系，形成物理位圖；
[0014]2. 2】依據(jù)物理位圖，統(tǒng)計每個回讀周期以及全部回讀周期的單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)和單粒 子事件數(shù)，單粒子事件數(shù)包括單位翻轉(zhuǎn)事件數(shù)和多位翻轉(zhuǎn)事件數(shù)，并記錄每種多位翻轉(zhuǎn)事 件所對應(yīng)的多位翻轉(zhuǎn)拓?fù)鋱D形；
[0015]2. 3】基于步驟2. 2】的數(shù)據(jù)統(tǒng)計信息，結(jié)合重離子注量，對單粒子多位翻轉(zhuǎn)進行表 征，實現(xiàn)對器件單粒子多位翻轉(zhuǎn)效應(yīng)的定量分析。
[0016] 如需要，在步驟1.2】與步驟2.1】之間還包括：
[0017]1. 3】調(diào)整重離子入射角度、器件填充圖形或工作電壓后再進行1. 2】測試
[0018] 的步驟。
[0019] 如需要，在步驟1. 3】與步驟2. 1】之間還包括：
[0020] 1. 4】選擇新的重離子種類，改變重離子LET值，根據(jù)重離子LET值選擇合適的注量 率進行輻照后再進行1. 2】測試的步驟。
[0021] 如需要，在步驟1. 4】與步驟2. 1】之間還包括：
[0022] 1. 5】調(diào)整重離子入射角度、器件填充圖形或工作電壓后再進行1. 2】測試的步驟。
[0023] 在步驟1. 1】束流參數(shù)設(shè)定時，對單粒子效應(yīng)敏感的器件，輻照時離子注量率應(yīng)盡 量低，從而將"偽"MCU(兩個或多個離子入射在相鄰位置引起的MCU)的發(fā)生概率控制到很 低。但過低注量率將導(dǎo)致單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)累積過慢、輻照時間過長、加速器束流不穩(wěn)定、注量 統(tǒng)計誤差增大等問題，因此實際效應(yīng)試驗中離子注量率選定原則是保證一個回讀周期內(nèi)發(fā) 生單粒子翻轉(zhuǎn)的數(shù)目相比于器件存儲容量盡量少，具體為：
[0024] 對于集成度小于1Mbit的存儲器件，保證輻照中每個回讀周期測試的翻轉(zhuǎn)數(shù)小于 芯片總?cè)萘康末?01%;對于集成度大于1Mbit的存儲器件，保證輻照中每個回讀周期測試 的翻轉(zhuǎn)數(shù)不大于100個，這樣發(fā)生一次"偽"多位翻轉(zhuǎn)的最劣概率小于1X10 3。
[0025] -個回讀周期內(nèi)累計Esa個翻轉(zhuǎn)時發(fā)生一次"偽"多位翻轉(zhuǎn)的概率A可表示為：
[0026]
[0027] 其中，Esa是輻照過程中一個回讀周期記錄的單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)，N表示存儲器件集成 度即存儲容量，AdjCell表示在1個存儲單元翻轉(zhuǎn)周圍可能被記作MCU的存儲單元數(shù)目，通 常物理上完全相鄰的存儲單元發(fā)生翻轉(zhuǎn)才被記做多位翻轉(zhuǎn)，因此計算時AdjCell取8。
[0028] 從數(shù)據(jù)統(tǒng)計置信度考慮，步驟1. 2】中所述的預(yù)計的單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)累積到超過 100個但翻轉(zhuǎn)數(shù)目不應(yīng)超過器件存儲容量的1 %，最大離子注量不超過lE7cm2。
[0029] 上述步驟2. 1】器件邏輯地址到物理地址的映射關(guān)系的建立基于設(shè)計廠商提供的 器件信息或采取反向設(shè)計的方法或采用重離子微束、激光微束定位識別的方法。
[0030] 上述步驟2. 2】中單粒子事件數(shù)的統(tǒng)計方法為"一個離子引起的所有單粒子翻轉(zhuǎn)都 看作一個事件，無論是單位翻轉(zhuǎn)還是多位翻轉(zhuǎn)，事件僅記作一次"。
[0031] 上述步驟2. 3】中對單粒子多位翻轉(zhuǎn)進行表征并定量，表征參數(shù)包括U型即單粒子 翻轉(zhuǎn)截面、E型即單粒子事件截面、單粒子多位翻轉(zhuǎn)事件截面、單粒子單位翻轉(zhuǎn)事件截面、多 位翻轉(zhuǎn)均值Mean、多位翻轉(zhuǎn)概率、具有i位翻轉(zhuǎn)的單粒子事件的概率，具體表征方法如下：
[0032] U型即單粒子翻轉(zhuǎn)截面〇。SEU，表示成：
[0036] 其中Eventi-bit是具有i位翻轉(zhuǎn)的單粒子事件數(shù)，①是入射離子的總注量；
[0037] 單粒子多位翻轉(zhuǎn)事件截面〇 _，表示為：
[0043] 多位翻轉(zhuǎn)概率，表示為：
[0044]
(1-7)
[0045] 式中分母為所有單粒子事件的總和，分子為具有2位翻轉(zhuǎn)以及更多位翻轉(zhuǎn)的多位 翻轉(zhuǎn)事件的總和；
[0046] 具有i位翻轉(zhuǎn)的單粒子事件Event; !^的概率則表示為
[0047] (1-8) 〇
[0048] 步驟2. 3】之后，還包括繪制單粒子表征參數(shù)中的一種或多種與重離子LET值、離 子入射角度、填充圖形、工作電壓中的一種或幾種之間的關(guān)系曲線。
[0049] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點是：
[0050] 1、本發(fā)明的重離子單粒子多位翻轉(zhuǎn)效應(yīng)的定量分析方法通過對注量率的控制來 降低""偽"多為翻轉(zhuǎn)的發(fā)生幾率，通過建立器件邏輯地址到物理地址的映射關(guān)系以能客觀 反映發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)的存儲單元是否在物理上真實相鄰，從而可以判定是否為真正的單粒 子多位翻轉(zhuǎn)來消除"偽"多位翻轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對被測器件抗單粒子翻轉(zhuǎn)能力的評價檢測。
[0051] 2、本發(fā)明能夠為建立科學(xué)合理的小尺寸器件重離子單粒子效應(yīng)模擬試驗方法提 供依據(jù)。
[0052]3、本發(fā)明能夠為器件抗單粒子翻轉(zhuǎn)加固設(shè)計提供技術(shù)手段和信息，并驗證評價加 固技術(shù)的有效性。
[0053] 4、本發(fā)明同樣適用于質(zhì)子和中子單粒子多位翻轉(zhuǎn)的試驗數(shù)據(jù)獲取和處理。
【附圖說明】
[0054] 圖1是本發(fā)明器件的重離子單粒子多位翻轉(zhuǎn)效應(yīng)的定量分析方法；
[0055] 圖2是本發(fā)明實施例中器件的譯碼圖；
[0056] 圖3是C1離子輻照時某一回讀周期單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)物理位圖顯示；
[0057] 圖4是C1離子全部回讀周期單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)物理位圖顯示；
[0058] 圖5是單粒子單位翻轉(zhuǎn)和多位翻轉(zhuǎn)事件概率、多位翻轉(zhuǎn)均值與LET值的關(guān)系曲線。 圖6表示了C1離子輻照時全部回讀周期內(nèi)具有不同拓?fù)鋱D形的單粒子多位翻轉(zhuǎn)的事 件