Регистрация / Вход
Прислать материал

14.574.21.0115

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.574.21.0115
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-производственный комплекс "Технологический центр" МИЭТ"
Название доклада
Разработка методик для оценки надёжности и радиационной стойкости базовых элементов сложнофункциональной элементной базы аппаратуры космического назначения
Докладчик
Сивченко Александр
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Реализация проекта направлена на решение проблемы надёжности и радиационной стойкости электронной компонентной
базы, используемой в аппаратуре космического назначения.
Целью реализуемого проекта является:
- разработка научно-технических решений и методик оценки надёжности и радиационной стойкости для расчёта времени
наработки до отказа сложнофункциональной элементной базы космических аппаратов, выполненной на различных
конструктивно технологических базисах;
- разработка, изготовление и экспериментальные исследования тестовых структур, ориентированных на отдельные
доминирующие механизмы физического отказа и обеспечивающих проведение ускоренного контроля надежности и
радиационной стойкости сложнофункциональной элементной базы.
Актуальность и новизна исследования
Реализация проекта позволит обеспечить автоматизированными методами контроля надёжности и радиационной стойкости
элементной базы предприятия специализирующихся в области создания и эксплуатации электронной аппаратуры,
используемой в аппаратуре космического назначения
Описание исследования

Проведен аналитический обзор научно-информационных источников в области контроля надёжности и

радиационной стойкости элементной базы, выполнены патентные исследования и оформлен отчет об их проведении. В

результате установлено, что технический уровень и тенденции развития объекта исследования соответствуют мировому

уровню, и интерес к разработкам в данной области стабильно растет на протяжении последних пяти лет.

Были исследованы основные механизмы физического отказа в КМОП ИС. Установлено, что основными доминирующими

механизмами физического отказа в данных схемах является пробой подзатворного диэлектрика, инжекция горячих носителей,

температурная нестабильность параметров и отказы металлических шин. В части контроля радиационной стойкости основное

внимание необходимо уделить оценки работоспособности данного типа схем при имитации воздействия ТЗЧ и имитации

дозового воздействия.

Для проведения исследования основных механизмов отказов и контроля радиационной стойкости разработан эскиз топологии

тестового кристалла.

Разработана методика измерения дефектности и времени наработки до отказа подзатворного диэлектрика МОП транзисторов

на основе вольт-кулоновских характеристик пробоя. Данная методика позволяет на основе ускоренных измерений и

статистической обработки полученных результатов рассчитывать дефектность диэлектрика и оценивать его время наработки

до отказа.

Разработана методика измерения времени наработки до отказа линий металлизации сложнофункциональной элементной базы.

Данная методика позволяет на основе ускоренных измерений и статистической обработки полученных результатов

рассчитывать время наработки до отказа линий металлизации. Отличительной особенностью методике является то, что в

основе ускоренных измерений лежит изотермический алгоритм измерения, который исключает увеличение рассеиваемой

мощности в структуре, вследствие электромиграционного разрушения, и тем самым повышается точность расчётов

результатов измерения.

Разработаны программа и методики экспериментальных исследований тестовых структур в составе экспериментального

образца тестового кристалла для оценки их радиационной стойкости по дозовым эффектам при воздействии ионизирующих

излучений космического пространства.

Разработана методика облучения тестовых кристаллов для проведения экспериментальных исследований на воздействие

ионизирующих излучений (по дозовым эффектам). Данная методика позволяет проводить облучения тестовых кристаллов в

широком диапазоне значений.

Для проведения исследования основных механизмов отказов и контроля радиационной стойкости изготовлены тестовые

кристаллы.

Разработана методика измерения параметров МОП структуры методом CV – метрии. Данная методика обеспечивает измерение

следующих основных параметров МОП структур: тип подложки, толщину подзатворного диэлектрика, концентрация примеси

в подложки, плотность поверхностных состояний.

Разработана методика определения температурной нестабильности в pМОП транзисторах при отрицательном смещение

напряжения.

Разработаны программа и методики экспериментальных исследований тестовых структур в составе экспериментального

образца тестового кристалла для оценки их радиационной стойкости по одиночным эффектам при воздействии тяжёлых

заряженных частиц космического пространства. Данная методика позволяет осуществлять контроль деградации наиболее

чувствительных параметров тестовых структур к радиационному воздействию.

Разработана методика облучения тестовых кристаллов для проведения экспериментальных исследований на воздействие

тяжёлых заряженных частиц (по одиночным отказам).

Проведены экспериментальные исследования экспериментальных образцов тестового кристалла на стойкость тестовых

структур к радиационному воздействию космического пространства по дозовым эффектам.

Разработаны методика измерения времени наработки до отказа, связанного с горячими носителями в nМОП транзисторах и

методика измерения времени наработки до отказа, связанного с горячими носителями в pМОП транзисторах .

Для проведения экспериментальных исследований тестового

кристалла для оценки надёжности и радиационной стойкости разработано программное обеспечение. Данное программное

обеспечение совместимое с операционной системой Windows XP и написано на графических языках программирования Lab

View и VEE Pro .

Проведены экспериментальные исследования экспериментальных образцов тестового кристалла на надежность тестовых

структур, а так же на стойкость тестовых структур к радиационному воздействию ТЗЧ по одиночным отказам.

Результаты исследования

В качестве объекта для проведения экспериментальных исследований экспериментальных образцов тестового кристалла на надежность тестовых структур выступал тестовый кристалл. Тестовый кристалл содержит набор базовых элементов сложнофункциональной элементной базы: МОП–транзисторы, МОП–структуры, шины металлической разводки. Тестовые структуры в составе тестовых кристаллов разработаны и изготовлены по КМОП технологии с минимальными проектными нормами 65 нм.

Экспериментальные исследования экспериментальных образцов тестового кристалла проводились по  разработанным методикам измерения отдельных характеристик тестовых структур:

методика измерения времени наработки до отказа, связанного с горячими носителями в nМОП транзисторах;

методика измерения времени наработки до отказа связанного с горячими носителями в pМОП транзисторах;

методика измерения параметров МОП структур методом CV – метрии;

методика измерения дефектности и времени наработки до отказа подзатворного диэлектрика МОП транзисторов на основе вольт-кулоновских характеристик пробоя;

методика определения температурной нестабильности в pМОП транзисторах при отрицательном смещении напряжения;

методика измерения времени наработки до отказа линий металлизации сложнофункциональной элементной базы;

В соответствие со всеми разработанными методиками, разработано специализированное программное обеспечение, позволяющие проводить измерение параметров тестовых структур в автоматическом режиме. Программное обеспечение создано для IBM совместимых ПК, с использованием среды разработки Agilent Vee Pro для операционной системы Windows ХP.

В результате измерений установлено, что во время деградации nМОП транзисторов при воздействие горячих носителей, происходит увеличение значения порогового напряжения, уменьшение крутизны транзистора, а так же уменьшение значения тока насыщения и тока в линейной области. При измерении деградации pМОП транзисторов при воздействие горячих носителей, происходит уменьшение значения порогового напряжения, уменьшение крутизны транзистора, а так же увеличение значения тока насыщения и уменьшение тока в линейной области. Данные измерения показывают, что параметры nMOП транзисторов более чувствительны к деградации под действием горячих носителей чем параметры pМОП транзисторов.

Измерения МОП транзисторов на основе вольт кулоновских характеристик пробоя показали, что среди тестовых структур расположенных в n кармане набольшим пробивным напряжением обладают структуры с равным соотношением периметров по границам и структура с преобладанием границ по области диффузии, однако накопленный заряд пробоя для структур с равными границами имеет наибольшее значение.

Установлено, что в результате деградации pМОП транзисторов при отрицательном смещении напряжения, происходит увеличение значения порогового напряжения, уменьшение крутизны транзистора, а так же уменьшение значения тока насыщения и тока в линейной области. Наибольшей скоростью деградации обладает пороговое напряжение, а наименьшей токи насыщения и токи в линейной области.

Экспериментальные исследования показали, что шины второго металла имеют большее время наработки до отказа по сравнению с шинами первого металла.

В результате расчетно-экспериментальных оценок установлено минимальное эквивалентное значение пороговых ЛПЭ для возникновения ТЭ в микросхеме при нормальной температуре: область №2: Lz = (3 ± 1) МэВ×см2/мг;

 

Практическая значимость исследования
Результаты работы могут использоваться для контроля качеств технологических процессов на предприятиях
специализирующихся на производстве элементной базы. Разработанные методики и тестовый кристалл для проведения
измерений позволяет одновременно оценить надёжность и радиационную стойкость современной элементной базы. Кроме
того, результаты работы могут быть применимы и внедрены на предприятиях специализирующихся на оказание услуг по
контролю надёжности и оценки радиационной стойкости элементной базы