СПОСОБ ОТБОРА СТОЙКИХ К ВОЗДЕЙСТВИЮ ПОЛНОЙ ПОГЛОЩЕННОЙ ДОЗЫ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРУКТУР ТЕХНОЛОГИИ КМОП/КНД Российский патент 2012 года по МПК G01R31/26 

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 Q_ot, в подзатворный диэлектрик и на уровни дефектов структуры на границе раздела «полупроводник - диэлектрик» - Q_it. 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 Q_it 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 Р_X-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 I_DD 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 Р_γ=Р_X-Rау=Const, Р_γ≥10³ paд(Si)·c^-l /5, 6/; 2) снимают зависимость тока утечки межтранзисторных структур I_L для условий облучения на эталонном источнике Со⁶⁰ от поглощенной дозы TID рентгеновских и гамма-квантов , при этом P_γ=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» V_DD=5 В) для условий облучения на источнике Со⁶⁰ (Р_γ=10⁶ paд(SiO₂)·c^-l) от тока утечки, снятой для условий облучения на источнике X-Ray (P_γ=1800 рад(SiO₂)·с^-1) ; 4) затем строится зависимость тока стока I_DD 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 I_DD=3 мА; Р_X-Ray=10⁶ paд(SiO₂)·c^-l); 5) контролируют изменение сдвига порогового напряжения V_TH, зависимость I_DD от TID источника X-Ray и Со⁶⁰ и корреляционную зависимость тока I_DD с ; ; при TID=Const, ; , при TID=Const; 6) выбирают критерии отказов по I_DD до и V_TH для выбранного уровня по TID для источника X-Ray для разных технологий , a критерий отказа задают по требуемому значению I_DD.

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 ΔV_TH(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 ΔV_TH(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 ΔV_TH на выходной характеристике «ток стока - от напряжения между затвором и истоком» I_D=f(V_GS) 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 I_D=f(V_GS) для n- и p-канальных транзисторных структур, получают по ним данные по изменению сдвига порогового напряжения ΔV_TH от величины TID с мощностью дозы не менее ~1000 рад(Si)·с^-1 с учетом технологического разброса и возможных границ изменения зависимости V_TH(TID), производят аппроксимацию нижних и верхних допустимых границ зависимостей V_TH(TID) транзисторов обоего типа проводимости, определяют для каждого фиксированного значения TID разброс измеренных значений , определяют значения ΔV_TH(↑↓) в отсутствие облучения, для минимума на графике зависимости для n-канального транзистора и для практически достигнутого максимального уровня облучения, определяют для тех же условий ΔV_TH(↑↓) для верхнего значения «V_TH(TID)-Up» транзистора n-МОП и нижнего значения «V_TH(TID)-Down» транзистора p-МОП, ΔV_TH(↑↓) для верхнего значения «V_TH(TID)-Up» транзистора n-МОП и верхнего значения «V_TH(TID)-Vp» транзистора p-МОП, ΔV_TH(↑↓) для нижнего значения «V_TH(TID)-Down» транзистора n-МОП и нижнего значения «V_TH(TID)-Down» транзистора p-МОП, ΔV_TH(↑↓) для нижнего значения «V_TH(TID)-Down» транзистора n-МОП и верхнего значения «V_TH(TID)-Up» транзистора p-МОП, ранжируют облученную выборку образцов по полученным максимальным значениям величин радиационного дрейфа зависимостей вида ΔV_TH(↑↓)=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 ΔV_TH(↑↓): «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 ΔV_TH(↑↓) 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 ΔV_TH(↑↓) соответствует категориям «4» и «3».

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

На Фиг.2 показан радиационный сдвиг интерфейсной компоненты ΔV_it и объемной компоненты ΔV_ot порогового напряжения на выходных вольтамперных характеристиках I_DD=f(V_GS) транзисторов структуры p-МОП и n-МОП.

На Фиг.3 показан радиационный сдвиг порогового напряжения ΔV_TH и его объемной ΔV_ot и интерфейсной ΔV_it составляющих в относительных единицах от величины полной интегральной дозы в относительных единицах.

На Фиг.4 показаны зоны доминирующего влияния на сдвиг порогового напряжения ΔV_TH 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 V_TH 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 V_TH от полной интегральной дозы (TID) гамма-излучения пороговых напряжений тестового транзистора n-МОП.

На Фиг.7 показаны возможные сочетания радиационного сдвига порогового напряжения ΔV_TH(↑↓) 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 I_DD=f(V_GS) на Фиг.2 вызван двумя конкурирующими процессами - радиационно-индуцированным сдвигом ΔV_it, соответствующим накоплению заряда Q_it интерфейсе «Si/SiO₂», и радиационно-индуцированным сдвигом ΔV_ot, соответствующим захвату заряда Q_ot 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 ΔV_it имеет положительное значение, и поэтому результирующий сдвиг ΔV_TH после некоторого максимума начинает опять уменьшаться (Фиг.4). В транзисторе структуры p-МОП величина ΔV_it имеет отрицательное значение и вместе со сходным изменением ΔV_ot вызывает устойчивое увеличение с ростом TID отрицательного значения ΔV_TH /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; t_OX - 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 t_OX, или SPICE-параметру «ТОХ».

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

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

где D - поглощенная доза ИИ [рад(SiO₂)]; k_g - постоянная генерации носителей заряда [рад(SiO₂)^-1]; f_it - доля (фракция) числа носителей заряда, не рекомбинировавших в интерфейсе «Si/SiO₂»; f_ot - 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 ΔV_TH на выходной характеристике «ток стока - от напряжения между затвором и истоком» I_D=f(V_GS) 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 I_D=f(V_GS) 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 ΔV_TH от величины TID с мощностью дозы не менее 1000 рад(Si)·с^-1 с учетом технологического разброса и возможных границ изменения зависимости V_TH(TID), производят аппроксимацию нижних и верхних допустимых границ зависимостей V_TH(TID) транзисторов обоего типа проводимости, определяют для каждого фиксированного значения TID разброс измеренных значений , определяют значения ΔV_TH(↑↓) в отсутствие облучения, для минимума на графике зависимости , для n-канального транзистора и для практически достигнутого максимального уровня облучения. Определяют для тех же условий ΔV_TH(↑↓) для верхнего значения «V_TH(TID)-Up» транзистора n-МОП и нижнего значения «V_TH(TID)-Down» транзистора p-МОП, ΔV_TH(↑↓) для верхнего значения «V_TH(TID)-Up» транзистора n-МОП и верхнего значения «V_TH(TID)-Up» транзистора p-МОП, ΔV_TH(↑↓) для нижнего значения «V_TH(TID)-Down» транзистора n-МОП и нижнего значения «V_TH(TID)-Down» транзистора p-МОП, ΔV_TH(↑↓) для нижнего значения «V_TH(TID)-Down» транзистора n-МОП и верхнего значения «V_TH(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 ΔV_TH(↑↓)=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 ΔV_TH(↑↓): «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 ΔV_TH(↑↓) 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 ΔV_TH(↑↓) соответствует категориям «4» и «3».

В заявленном способе, во-первых, используют радиационно-критический параметр ΔV_TH, который достаточно полно отражает физические процессы в структуре МОП при воздействии эффектов TID, во-вторых, сокращается объем проводимых предварительных измерений для получения критерия отбора ΔV_TH(↑↓), 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 ΔV_TH(↑↓), 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 V_TH 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 V_TH 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 ΔV_TH 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 (V_TH) транзистора n-МОП.

Для транзистора n-МОП получены следующие соотношения:

V_TH=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;

V_TH=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 V_TH(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 ΔV_TH(↑↓), В       +0,230 +0,103 -0,0084      

Из полученных данных табл.1 следует, что

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

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

- значения ΔV_TH(↑↓) 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 V_TH(D) для верхней и нижней экспериментальных зависимостей является соотношение:

где - текущее значение величины V_TH при фиксированном значении D;

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

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

D - поглощенная доза ИИ, paд(Si).

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

Таблица 2 Результаты аппроксимации зависимостей V_TH(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. ΔV_TH(↑↓) 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 ΔV_TH(↑↓), В -0,440 -0,391 -0,280        

В табл.4 приведены максимальные значения величин радиационного дрейфа зависимостей вида V_TH(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) ΔV_TH(↑↓) для графика «V_TH(D)-Up» транзистора n-МОП и «V_TH(D)-Down» транзистора p-МОП;

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

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

4) ΔV_TH(↑↓) для графика «V_TH(D)-Down» транзистора n-МОП и «V_TH(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 ΔV_TH(↑↓): «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 V_TH(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 ΔV_TH(↑↓) 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 ΔV_TH, % 1000 42 23 49 43

Из анализа полученных результатов следует, что на основании предварительно полученных экспериментальных данных по радиационному сдвигу порогового напряжения ΔV_TH 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.

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 I_D=f(V_GS), получают по ним данные по изменению сдвига порогового напряжения ΔV_TH от величины TID с мощностью дозы не менее ~1000 рад(Si)·c^-1 с учетом технологического разброса и возможных границ изменения зависимости V_TH(TID), производят аппроксимацию нижних и верхних допустимых границ зависимостей V_TH(TID) транзисторов обоего типа проводимости, определяют для каждого фиксированного значения TID разброс измеренных значений , определяют значения ΔV_TH(↑↓) в отсутствие облучения, для минимума на графике зависимости для n-канального транзистора и для практически достигнутого максимального уровня облучения, определяют для тех же условий ΔV_TH(↑↓) для всех возможных комбинаций различий «V_TH(TID)-Up» и «V_TH(TID)-Down» транзисторов n-МОП и р-МОП, ΔV_TH(↑↓) при трех фиксированных значениях величины TID БИС, ранжируют БИС на четыре градации наблюдаемых величин ΔV_TH(↑↓): «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 ΔV_TH(↑↓) у необлученных промышленных образцов БИС и по результатам ранжирования облученных образцов судят о возможностях использования в условиях облучения таких, у которых градация изменения величины ΔV_TH(↑↓) 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 ΔV_TH(D). 5 табл., 7 ил.

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 ΔV_TH на выходной характеристике «ток стока - от напряжения между затвором и истоком» I_D=f(V_GS) 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 I_D=f(V_GS) для n- и р-канальных транзисторных структур, получают по ним данные по изменению сдвига порогового напряжения ΔV_TH от величины TID с мощностью дозы не менее ~1000 рад(Si)·c^-1 с учетом технологического разброса и возможных границ изменения зависимости V_TH(TID), производят аппроксимацию нижних и верхних допустимых границ зависимостей V_TH(TID) транзисторов обоего типа проводимости, определяют для каждого фиксированного значения TID разброс измеренных значений , определяют значения ΔV_TH(↑↓) в отсутствие облучения, для минимума на графике зависимости для n-канального транзистора и для практически достигнутого максимального уровня облучения, определяют для тех же условий ΔV_TH(↑↓) для верхнего значения V_ТН(TID)-Up транзистора n-МОП и нижнего значения V_TH(TID)-Down транзистора р-МОП, ΔV_TH(↑↓) для верхнего значения V_TH(TID)-Up транзистора n-МОП и верхнего значения V_TH(TID)-Up транзистора р-МОП, ΔV_TH(↑↓) для нижнего значения V_TH(TID)-Down транзистора n-МОП и нижнего значения V_TH(TID)-Down транзистора р-МОП, ΔV_TH(↑↓) для нижнего значения V_TH(TID)-Down транзистора n-МОП и верхнего значения V_TH(TID)-Up транзистора р-МОП, ранжируют облученную выборку образцов по полученным максимальным значениям величин радиационного дрейфа зависимостей вида ΔV_TH(↑↓)=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 ΔV_TH(↑↓): «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 ΔV_TH(↑↓) 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 ΔV_TH(↑↓) соответствует категориям «4» и «3».