Разработка конструктивно-топологических методов повышения радиационной стойкости плотноупакованных наноразмерных СБИС по критерию тиристорного защелкивания при воздействии тяжелых заряженных частиц тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Панышев Кирилл Андреевич

• Панышев Кирилл Андреевич
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Панышев Кирилл Андреевич

Введение

Глава 1 Особенности влияния радиационного излучения на элементы КМОП СБИС

1.1 Классификация одиночных радиационных эффектов

1.2 Процесс генерации носителей заряда и механизм их транспорта

1.3 Процесс ионизации при воздействии заряженной частицы

1.4 Тиристорный эффект, вызванный одиночным событием

1.5 Классические решения, направленные на повышение стойкости к защелке

1.6 Выводы

Глава 2 Разработка методики моделирования воздействия ТЗЧ на плотноупакованную матрицу ячеек памяти КМОП СБИС по критерию ТЭ с помощью средств приборно-технологического моделирования

2.1 Описание средств приборно-технологического моделирования

2.2 Проверка работоспособности модели без учета радиационного воздействия

2.3 Расчет заряда, накопленного областью стока транзисторов

2.4 Влияние сгенерированной сетки на величину собранного заряда

2.5 Выводы

Глава 3 Исследование чувствительной области тестовой структуры для оптимизации конструкции элементов КМОП СБИС с целью повышения стойкости к ТЭ при воздействии ТЗЧ

3.1 Влияние температуры и угла падения ТЗЧ на восприимчивость к ТЭ

3.2 Зависимость порогового значения ЛПЭ от места и угла падения ТЗЧ

3.3 Определение чувствительной области структуры

3.4 Выводы

Глава 4 Исследование влияния конструктивно-технологических параметров элементов КМОП СБИС на стойкость к радиационно-индуцированной защелке, вызванной воздействием ТЗЧ, на примере технологии 90 нм

4.1 Формирование структуры для определения критических параметров ячейки памяти, влияющих на ТЭ

4.2 Влияние расстояния между Р-МОП и К-МОП транзисторами на коэффициент усиления паразитного КРК транзистора

4.3 Уменьшение коэффициента усиления паразитного РКР транзистора путем изменения профиля К-кармана

4.4 Оценка влияния соседних элементов матрицы

4.5 Выводы

Глава 5 Оценка влияния глубокого изолирующего К-кармана на восприимчивость КМОП структуры к тиристорному эффекту

5.1 Актуальность использования глубокого К-кармана с целью подавления ТЭ

5.2 Приборно-технологическое моделирование структуры с глубоким К-карманом

5.3 Эффект модуляции потенциала изолированного Р-кармана при падении в него ТЗЧ

5.4 Выводы

Глава 6 Разработка конструкции матрицы ячеек памяти, выполненной по объемной КМОП технологии с проектной нормой 90 нм и ее оптимизация в условиях минимизации площади

6.1 Стандартный вариант топологии ячейки памяти

6.2 Экспериментальные исследования матрицы ячеек памяти минимальной площади

6.2.1 Результаты испытаний на воздействие ТЗЧ тестовых образцов СОЗУ 16М, выполненных в МИФИ с использованием циклотрона «У-400М»

6.2.2 Результаты испытаний на воздействие ТЗЧ тестовых образцов СОЗУ 16М, выполненных в МИФИ с использованием узкосфокусированного луча лазера

6.2.3 Результаты испытаний на воздействие ТЗЧ, выполненных в НИИКП

6.2.4 Выводы

6.3 Исследование возникновения ТЭ в периферийных схемах

6.3.1 Моделирование приборов периферийных схем с разным расположением контактов к карману и подложке

6.3.2 Выводы

6.4 Оптимизация конструкции матрицы ячеек памяти, обеспечивающей требуемый уровень стойкости к ТЭ, путем вариации шага размещения контактов к карманам и подложке

6.4.1 Ячейка памяти, содержащая контакты к карманам и подложке

6.4.2 Экспериментальные исследования матриц ячеек памяти при вариации шага размещения контактов к карману и подложке

6.4.3 Результаты моделирования матрицы ячеек с разным шагом размещения контактов и сравнительный анализ с экспериментальными данными

6.4.4 Выводы

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список используемых источников

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 - АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка конструктивно-топологических методов повышения радиационной стойкости плотноупакованных наноразмерных СБИС по критерию тиристорного защелкивания при воздействии тяжелых заряженных частиц»

Актуальность темы исследования.

Одной из наиболее важных задач, стоящих перед разработчиками электронной компонентной базы, является разработка и серийное производство наноразмерных СБИС, применяемых в космической аппаратуре (КА) и обладающих низкой чувствительностью к эффектам ионизирующего излучения [1-4].

Интегральные микросхемы (ИМС), использующиеся в КА, должны удовлетворять нескольким специфическим требованиям: повышенная радиационная стойкость, низкое энергопотребление, малая площадь кристалла, широкий диапазон рабочих температур. Устойчивость работы ИМС к одиночным радиационным эффектам (ОРЭ) при воздействии тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ) космического пространства является одним из важнейших критериев, определяющих радиационную стойкость изделий полупроводниковой электроники [5]. При высокой плотности упаковки элементов глубокосубмикронных СБИС для возникновения сбоя или необратимого отказа в работе прибора может быть достаточно попадания всего одной частицы в чувствительный объем структуры. Одиночные события (ОС) сопровождаются протеканием ионизационных токов, индуцированных в результате накопления заряда, сгенерированного при падении ТЗЧ [6]. Эти токи могут способствовать переключению логического состояния ячейки памяти, появлению на выходе элемента импульсов тока с большой амплитудой («иголки»), а также появлению тиристорного эффекта, который может привести к катастрофическому отказу прибора из-за протекания очень больших токов в цепи питания [7].

Существует несколько типовых видов ОРЭ, наиболее часто возникающих в КМОП СБИС при воздействии ТЗЧ:

SEU (Single Event Upset) - обратимый эффект, представляющий собой т.н. «мягкий» сбой, выражающийся в нежелательных переключениях состояний ячейки памяти [8];

SET (Single Event Transient) - возникновение импульса тока большой амплитуды и малой длительности на выходе элемента ИМС при попадании ТЗЧ в структуру прибора [9, 10];

SEL (Single Event Latchup) - образование эффекта паразитного тиристорного защелкивания в КМОП структуре [11-14].

SEU и SET являются обратимыми одиночными событиями, и для восстановления рабочего режима ИМС при их возникновении отключения питания не требуется. SEL

представляет собой ОРЭ, который может привести к необратимым катастрофическим отказам ИМС. В связи с этим предотвращение возникновения эффектов SEL в условиях перехода к субмикронным технологиям является одной из основных задач при проектировании радиационно-стойких СБИС [15].

SEL является пороговым регенеративным эффектом, связанным с активацией паразитных четырехслойных PNPN структур, характерных для КМОП ИМС, выполненных на объемном кремнии. Существуют схемотехнические, технологические и конструктивно -топологические методы повышения стойкости ИС к воздействию тяжелых заряженных частиц. Схемотехнические методы предполагают внедрение элементов, ограничивающих ток прибора, а также применение схем, реализующих функцию кратковременного отключения питания [16-18]. Такие решения, как применение низколегированного эпитаксиального слоя на низкоомной подложке, помогают повысить стойкость структуры к тиристорному эффекту (ТЭ), однако, при этом меняется технологический процесс изготовления транзисторов, что, в свою очередь, может привести к необходимости калибровки моделей [19-21]. Последняя группа рассматриваемых методов, на которой в работе будет сделан основной акцент, позволяет снизить чувствительность КМОП СБИС к ТЭ без корректировки техпроцесса, например, с помощью увеличения расстояния между транзисторами разного типа [22].

Применение КНИ структур позволяет практически целиком подавить тиристорный эффект в связи с полной изоляцией МОПТ, исключение составляют БиКМОП приборы, которые могут быть восприимчивы к паразитной «защелке» [23]. В приборах на объемном кремнии, в свою очередь, всегда присутствуют характерные области структуры, чувствительные к ТЭ. В данной работе рассматривается радиационная стойкость схем, выполненных на объемном кремнии, в которых проблема включения паразитных PNPN структур является наиболее актуальной.

Описанию механизма радиационно-индуцированной защелки и методов борьбы с данным явлением посвящено большое количество трудов, среди которых стоит отметить фундаментальные работы за авторством Voldman S.H., Чумакова А. И., Таперо К.И., Dodds N.A. и многих других [1], [4], [17]. Из результатов анализа следует, что классические подходы, применяющиеся при разработке устойчивых к радиации КМОП СБИС по критерию ТЭ, выполненных по технологии объемного кремния, имеют серьезный недостаток - существенный рост площади кристалла [24]. В диссертационной работе

ставится задача разработки методики, позволяющей снизить чувствительность плотноупакованных наноразмерных КМОП СБИС к ТЭ, добившись увеличения пороговых значений линейной передачи энергии (ЛПЭ) ТЗЧ, при которых возникает ТЭ.

Существенный вклад в развитие методов численного моделирования и в разработку моделей, описывающих воздействие ТЗЧ внесли Петросянц К.А., Зольников В.К., Стенин В.Я. и другие [25-27]. В работах Artola L. и Schwank J.R. особое внимание уделено исследованию стойкости к ТЭ при разных углах падения ТЗЧ [28-29]. В работах Muth W. и Wilson A. рассматриваются конструктивно-технологические методы подавления ТЭ, вызванного ТЗЧ [30-31]. Несмотря на наличие большого количества работ по данной тематике, рад практических и научно-технических задач остались нерешенными.

Объектом исследования в диссертационной работе является матрица ячеек памяти КМОП СОЗУ, выполненных по технологии 90 нм на объемном кремнии. Выбор объекта исследования данного типа обусловлен тем, что в современных глубоко-субмикронных и наноразмерных КМОП СБИС такие структуры являются наиболее плотноупакованными, и, как следствие, более восприимчивыми к эффектам тиристорного защелкивания, вызванным воздействием тяжелых заряженных частиц.

Целью диссертационной работы является разработка конструктивно -топологических методов повышения пороговых значений линейной передачи энергии тяжелых заряженных частиц, вызывающих возникновение тиристорного эффекта в плотноупакованных наноразмерных СБИС, при минимизации площади кристалла и с учетом различных условий воздействия ТЗЧ.

Для достижения поставленной цели решались следующие научно-технические задачи:

1. Исследование ТЭ, вызванного воздействием ТЗЧ на элементы КМОП СБИС, анализ достоинств и недостатков существующих технологических и конструктивно-топологических методов повышения радиационной стойкости по критерию тиристорного защелкивания.

2. Определение наиболее уязвимых к ТЭ областей структуры ячейки памяти КМОП СБИС, оценка порогового значения линейной передачи энергии ТЗЧ.

3. Выработка конструктивно-топологических решений, позволяющих повысить стойкость к ТЭ матрицы ячеек памяти КМОП СОЗУ, выполненных по объемной технологии с проектной нормой 90 нм.

4. Оптимизация конструкции КМОП СБИС на объемном кремнии с проектной нормой 90 нм по критерию подавления ТЭ в условиях минимизации площади кристалла. Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе, заключается в следующем:

1. Установлено, что при горизонтальном пролете ТЗЧ через структуру ячейки памяти КМОП СБИС с проектной нормой 90 нм вдоль ширины кармана пороговое значение ЛПЭ уменьшается с 70 МэВ-см2/мг до 5 МэВ-см2/мг при падении частицы вблизи границы между N и P-карманами.

2. Продемонстрировано, что чувствительная область ячейки памяти КМОП СБИС, асимметрична относительно границы между N и P-карманами: большая часть восприимчивой к ТЭ области сосредоточена в ^кармане. Данный эффект связан с различием в подвижности носителей, а также с процессами диффузии сгенерированных дырок в P-подложку.

3. Показано, что структура с глубоким изолирующим ^карманом более уязвима к ТЭ при падении ТЗЧ в область изолированного P-кармана: эффект связан с увеличением концентрации дырок в изолированном P-кармане и ростом его потенциала в сравнении со структурой без глубокого ^кармана. Установлено, что пороговые значения ЛПЭ при падении частицы в P-карман уменьшаются в 3 раза при внедрении глубокого изолирующего ^кармана.

Практическая значимость работы определяется следующими результатами:

1. Разработанные конструктивно-топологические решения по повышению радиационной стойкости матрицы ячеек памяти КМОП СБИС на объемном кремнии с проектной нормой 90 нм к ТЭ, вызванному воздействием ТЗЧ, позволили увеличить значения пороговых ЛПЭ образования защелки с 3 до 70 МэВсм2/мг с ростом площади кристалла на 14.5% относительно базовой конструкции при вертикальном падении ТЗЧ.

2. Разработана методика моделирования воздействия ТЗЧ на плотноупакованные КМОП СБИС по критерию ТЭ. Использование методики на примере объемной КМОП технологии с проектной нормой 90 нм позволило установить, что существующие классические решения (внедрение глубокого изолирующего N кармана и увеличение расстояния между P-МОПТ и ^МОПТ в составе ячейки памяти), используемые при разработке радиационно-стойкой элементной базы, не

могут быть применены в условиях плотной упаковки элементов из-за эффекта модуляции потенциала Р-кармана и значительного роста площади кристалла, соответственно.

3. Предложена конфигурация матрицы ячеек памяти КМОП СОЗУ 16 Мбит, содержащая контакты к карманам в каждой ячейке памяти; с помощью приборно-технологического моделирования показано, что использование такой конструкции позволяет обеспечить пороговые значения ЛПЭ 70 МэВсм2/мг при увеличении угла падения ТЗЧ до 90° относительно нормали.

4. Результаты диссертационной работы, заключающиеся в зависимости пороговой величины ЛПЭ по критерию ТЭ при воздействии ТЗЧ на матрицу ячеек памяти КМОП СОЗУ 16 Мбит от шага размещения контактов к карманам, а также в исследовании стойкости к ТЭ конфигурации матрицы с контактами к карманам в каждой ячейке, были использованы в следующих опытно-конструкторских работах, что подтверждается соответствующими актами об использовании результатов диссертационной работы:

- ОКР ООО «НИИМЭ-МД» по теме «Разработка ряда радиационно-стойких СОЗУ информационной емкостью 16 Мбит»;

- ОКР АО «НИИМЭ» по теме «Разработка и освоение серийного производства на отечественном предприятии базового матричного кристалла емкостью 10 млн вентилей по технологии с минимальными топологическими нормами 90 нм»;

- ОКР АО «Микрон» по темам «Разработка ряда радиационно-стойких СОЗУ» и «Разработка базовой платформы проектирования радиационно-стойких СБИС на основе создания библиотек, СФ-блоков и компиляторов ОЗУ и ПЗУ с использованием отечественной технологии КМОП 90 нм для космических и специальных применений».

5. Научные и практические результаты диссертационной работы внедрены в среду приборно-технологического моделирования и используются в процессе разработки широкой номенклатуры СБИС, стойких к воздействию тяжелых заряженных частиц, что подтверждается соответствующим актом внедрения результатов.

На защиту выносятся:

1. Методика моделирования воздействия ТЗЧ на плотноупакованные КМОП СБИС по критерию тиристорного эффекта, позволяющая повысить значения пороговых ЛПЭ до 70 МэВсм2/мг при минимизации площади структуры.

2. Конфигурация матрицы ячеек памяти КМОП СОЗУ 16 Мбит, позволяющая полностью подавить тиристорный эффект при увеличении угла падения ТЗЧ до 90° относительно нормали.

3. Полученные с помощью приборно-технологического моделирования зависимости размеров чувствительной области от угла падения ТЗЧ; установлено, что площадь чувствительной области возрастает в 3.3 раза при увеличении угла падения от 0° до 60° относительно нормали.

4. Результат исследования восприимчивости к ТЭ структуры с глубоким изолирующим N-карманом. Установлено, что изоляция P-кармана приводит к снижению пороговых значений ЛПЭ ТЗЧ в 3 раза по критерию тиристорного защелкивания.

Апробация результатов. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

- 21-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2014», Зеленоград, 2014;

- 22-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2015», Зеленоград, 2015;

- 23-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2016», Зеленоград, 2016;

- IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus), St. Petersburg Electrotechnical University "LETI", Moscow and St. Petersburg, 2021.

Основные публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ в российских и зарубежных изданиях, 2 из которых опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации. К основным публикациям можно отнести следующие:

- Панышев К.А., Парменов Ю.А. Чувствительность к тиристорному эффекту КМОП-структуры с глубоким изолирующим N-карманом // Известия ВУЗов. Электроника. -М.: МИЭТ, 2017. - Т. 22, №3. - С. 238-246.

- Панышев К.А. Влияние расположения контактов к карманам в инверторе на возникновение тиристорного эффекта, вызванного воздействием тяжелых заряженных частиц // Электронная техника. Серия 3. Микроэлектроника. - 2017. - №«2 (166). - С. 11-18.

- Panyshev K.A., Lagaev D.A. Mitigation of Single Event Latchup in High-density SRAMs // 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). - 2021. - P. 2014-2019., DOI: 10.1109/ElConRus51938.2021.9396651.

- Smirnova V.P., Krupkina T.Y., Chaplygin Y.A., Meschanov V.D., Klyuchnikov A.S., Panyshev K.A. Analysis of the Endurance of CMOS IC Elements to Failures after Charged Particle Strike // 2022 Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). - 2022. - P. 447 - 450, doi: 10.1109/ElConRus54750.2022.9755791.

Глава 1 Особенности влияния радиационного излучения на элементы КМОП СБИС 1.1 Классификация одиночных радиационных эффектов

Исследование эффектов одиночных событий началось в конце 1970-х годов в связи с обнаружением мягких сбоев в космической аппаратуре. Среди наиболее часто встречающихся одиночных радиационных эффектов, вызванных падением заряженной частицы в структуру КМОП ИМС, обычно выделяют следующие [4]:

1. SEU (Single Event Upset) - обратимый одиночный сбой, проявляющийся в виде переключения состояния ячейки памяти из «1» в «0» или из «0» в «1» [8, 32];

2. SET (Single Event Transient) - ионизационная реакция, проявляющаяся в кратковременных импульсов на выходе цепи [9, 33];

3. SEFI (Single Event Functional Interrupt) - обратимый функциональный отказ, как правило наблюдающийся в сложных СБИС [34-35];

4. SEB (Single Event Burnout) - необратимый эффект выгорания, характерный для силовых МДП-транзисторов [36-37];

5. SEGR (Single Event Gate Rupture) - эффект пробоя подзатворного диэлектрика в мощных МДПТ [38-40];

6. SEHE (Single Event Hard Error) - необратимый процесс, связанный с нарушением функционирования отдельных участков памяти КМОП СБИС, как правило связанный с выходом из строя конкретных элементов СБИС при попадании в них ТЗЧ [41-46];

7. SEL (Single Event Latchup) - одиночный радиационный эффект, проявляющийся в защелкивании паразитной тиристорной PNPN структуры, которое может привести к катастрофическому выгоранию [47-48].

Все перечисленные эффекты связаны с передачей энергии заряженной частицы кремниевой структуре. Процесс преобразования указанной энергии в сгенерированные в теле прибора электронно-дырочные пары сопровождается затратой части энергии на тепло, образование фононов и фотонов. Индуцированные электронно-дырочные пары вызывают сбор заряда на контактах полупроводникового прибора, что приводит к протеканию токов в выходной цепи.

С масштабированием технологического процесса величина энергии, необходимой для переключения логических состояний ИМС заметно снизилась. Еще в 1962 году Wallmark было предсказано, что уменьшение геометрических размеров транзистора

приведет к сбоям от ядерных частиц космического пространства примерно за 15 лет до того, как были обнаружены подобные эффекты.

На рисунке 1 заряженные частицы космического происхождения проникают в полупроводниковый транзистор через слой защиты и корпус ИС. Индуцированный падением отдельной ядерной частицы (ОЯЧ) заряд может быть собран стоковыми областями прибора и привести к падению напряжения на выходе элемента СБИС и нежелательному переключению ячейки памяти [25], [49].

В ысо иоа нер г ит и ч ее кие

частицы Защита КА

Рисунок 1 - Процесс возникновения одиночного сбоя в ячейке памяти при падении ОЯЧ

Для того, чтобы рассчитать частоту сбоев, вызванных воздействием ОЯЧ, необходимо знать флюенс частиц в окружающей среде и чувствительный объем, при попадании в который частица может привести к ошибке в функционировании прибора. При оценке стойкости ИМС к ТЭ необходимо рассчитать следующие величины: сечение насыщения сбоев (см2/бит или см2/прибор) и пороговое значение линейной потери энергии ЛПЭ (МэВ-см2/мг).

Данные параметры экстрагируются по результатам экспериментальных испытаний при облучении структуры широким лазерным пучком. При таком облучении влиянию подвергается вся интегральная схема, в отличие от сфокусированного пучка, который моделирует локальное воздействие ОЯЧ [50-52].

Если для проведения экспериментальных испытаний не хватает ресурсов, пороговое ЛПЭ в первом приближении можно оценить, зная величину критического заряда, необходимого для переключения состояния ячейки. Частоту мягких сбоев можно вычислить согласно уравнению Петерсена для геостационарной орбиты по формуле:

1

V = К х5 х

(LETthy Ш

где K является константой и равна 5-10-10 для кремния, S - площадь структуры в квадратных микрометрах, а LETth - пороговое ЛПЭ в пКл/мкм, которое представляет собой отношение накопленного заряда к длине трека частицы, с которой происходит процесс сбора. Частота мягких сбоев выражается в количестве сбоев на день.

Величина линейной передачи энергии при прохождении иона через полупроводниковый прибор зависит от материала структуры следующим образом:

_1dE

р dx' (2)

где LET — ЛПЭ частиц, МэВ-см2/мг; dE/dx — ионизационные потери энергии частицы, МэВ/см, р — плотность мишени, мг/см3.

Число электронно-дырочных пар Neh, генерирующихся в кремниевой структуре при падении в нее частицы с ЛПЭ = 1 МэВ-см2/мг, определяется по следующей формуле [4]:

LET

Neh= — ^P (3)

где s - энергия, необходимая для возникновения одной электронно-дырочной пары и равна для кремния 2.33 г/см3.

При этом величина заряда, сгенерированного на длине трека, равном 1 мкм, при воздействии ТЗЧ с ЛПЭ 1 МэВ-см2/м, составляет [4]:

фКл

Q=Neh^q = 10.4 £—). (4)

мкм v '

1.2 Процесс генерации носителей заряда и механизм их транспорта

В качестве частицы, вызывающей появление одиночного события в элементе КМОП ИС, может выступать тяжелый ион, протон или нейтрон. Если частица обладает достаточным количеством кинетической энергии, то при передаче этой энергии в чувствительный объем полупроводникового прибора в структуре может возникнуть ОС. В таблице 1 показана процесс преобразования энергии при воздействии ОЯЧ.

Таблица 1 - Процесс преобразования энергии частицы в импульс тока на выходе элемента ИМС

Стадии перехода энергии ОЯЧ Область воздействия относительно трека иона, мкм Время воздействия, с Единицы измерения оценки воздействия

Падающий тяжелый ион 0.01 - 0.1 10-13-10-11 МэВ

Атомы решетки, фононы, фотоны 0.01 - 1.0 10-13-10-10 эВ

Сгенерированные электронно-дырочные пары 0.1 - 10 10-12-10-6 см-3 [плотность носителей]

Заряд, собранный областями прибора > 100 (через линии металлизации) 10-12-10-6 Кл

Модуляция потенциалов, импульсы токов на выходе элементов Любой элемент КМОП ИМС 10-12-10-3 В, А

На рисунке 2 приведена схема процесса, поэтапно описанного в таблице 1. Энергия ОЯЧ, падающей в полупроводниковый прибор, передается атомной решетке материала структуры и приводит к возникновению электронно-дырочных пар. Затем сгенерированный заряд может быть собран стоковыми областями прибора, и на выходе элементов ИМС наблюдаются импульсы токов и скачки потенциалов. Нежелательное изменение выходных потенциалов может привести, например, к одиночному мягкому сбою, т.е. к переключению состояния ячейки памяти (SEU).

Рисунок 2 - Процесс генерации носителей и переноса заряда

Основные выводы.

1. Энергия ОЯЧ величиной порядка нескольких МэВ (или больше) индуцирует генерацию электронно-дырочных пар. Затем накопленный стоковыми областями прибора заряд в свою очередь индуцирует появление импульсов токов на выходе элементов ИМС.

2. Нужно различать следующие понятия: энергия падающей частицы, линейные потери энергии, энергия, необходимая для переключения состояния ячейки памяти.

3. Диапазон временных процессов может находится в пределах нескольких порядков - от фемтосекунд до микросекунд и выше. Поскольку ИС функционируют при различных частотах, важно понимать, насколько быстро индуцированные импульсы токов могут распространяться по элементам КМОП СБИС.

4. Весь процесс трансформации энергии от заряженной частицы в импульсы тока на выходе элементов ИС описывается переводом ЛПЭ ТЗЧ в накопленный заряд (источник тока). Поэтому моделирование сбора индуцированного заряда является важной задаче при оценке радиационной стойкости приборов КМОП СБИС.

1.3 Процесс ионизации при воздействии заряженной частицы

Взаимодействие тяжелого иона с материалом полупроводникового прибора и процесс генерации электронно-дырочных пар описываются следующими механизмами.

1. Электронное торможение, проявляющееся в кулоновских соударениях между ионом и электронами решетки. Передача большого количества энергии электронам решетки индуцирует генерацию фотонов и высокоэнергетических электронов, которые растекаются от трека частицы. Меньшая энергия, переданная кристаллической решетке, вызывает возбуждение электронов и их переход на более высокие энергетические зоны, где данная энергия расходуется на излучение фотонов и фононов (тепла). Самый распространенный эффект рассеяния фотонов и электронов называется комптоновским эффектом, при котором часть энергии фотона передается отражающемуся электрону, что приводит к увеличению длины волны фотона. В центре трека частицы преобладают возбужденные электроны, в то время как высокоэнергетические электроны распространяют энергию на расстоянии от трека. Процесс передачи энергии между фотонами, электронами и фононами идет в направлении все уменьшающихся значений энергии.

2. Ядерное торможение, проявляющееся в упругих соударениях иона с атомами решетки. Данный эффект вызывает смещение атомов из узлов кристаллической решетки,

что нарушает ее периодичность и может привести к образованию дефектов. Кинетическая энергия смещенного атома передается другим атомам и электронам, что приводит к их ионизации. Спустя некоторое время вся энергия, переданная кристаллической решетке, будет рассеяна и, тем самым, достигнуто тепловое равновесие, при котором большая часть электронов займет состояния с наименьшей возможной энергией в кристалле.

При передаче электрону энергии, равной ширине запрещенной зоны полупроводника, он может перейти из валентной зоны в зону проводимости, при этом возникнут два подвижных носителя заряда - электрон зоны проводимости и дырка в валентной зоне. Возбуждение электронов может быть вызвано, например, процессом ударной ионизации.

В процессе развития ОРЭ количество энергии, переданное полупроводниковому прибору, взаимодействует не только с электронами валентной зоны, поэтому большое число свободных состояний присутствует даже на уровнях, превышающих дно зоны проводимости. Фотоны с большой энергией могут возбуждать переход электронов на уровни, находящиеся выше зоны проводимости на несколько эВ, при этом формируется высокоэнергетическая электронно-дырочная пара. Часть таких пар подвергается рекомбинации в течение нескольких пикосекунд после падения ОЯЧ. На рисунке 3 проиллюстрирован процесс генерации электронно--дырочных пар.

Процесс ударной ионизации

Потери на ширину запрещенной гоны

f

Электронно-дырсчные пары в равновесии

Рисунок 3 - Процесс генерации электронно-дырочных пар

_I_

Образование "горячн\'* носителей

Потерн, связанные с рекомбинацией нар

1.4 Тиристорный эффект, вызванный одиночным событием

Индуцированный падением ТЗЧ заряд электронно-дырочных пар, сгенерированный в чувствительном объеме структуры, может быть собран стоковыми областями прибора и привести к нежелательным, и даже к катастрофическим результатам в виде выгорания, сопровождающегося протеканием очень больших токов в цепи ИС до момента, пока не будет отключено питание.

Чувствительной к ТЭ структурой, характерной для субмикронной КМОП технологии на объемном кремнии является стандартный инвертор, состоящий из Р-МОП и К-МОП транзисторов. Поперечное сечение такой структуры приведено на рисунке 4.

п-МОП р-МОП

р-подложка

Рисунок 4 - Поперечное сечение стандартного КМОП инвертора с контактами к карманам

В таком инверторе присутствует паразитный РКР биполярный транзистор (БТ), формируемый областью истока Р-типа, К-карманом, в котором находится эта область, и подложкой Р-типа. Если К-МОПТ размещен в непосредственной близости к Р-МОПТ, формируется паразитный КРК БТ, образованный областью истока К-типа, Р-подложкой и К-карманом, в котором находится Р-МОПТ. Близость К-МОП транзистора к К-карману

' и Г I 1 1 и и

обеспечивает взаимодействие паразитных БТ и формирование четырехслойной тиристорной структуры. На рисунке 5 представлена упрощенная модель, содержащая лишь одну высоколегированную область (истока) К- и Р-канального транзистора вместе с контактами к карманам, а не К-МОПТ и Р-МОПТ целиком. Несмотря на простоту, данная модель содержит все элементы, необходимые для исследования и качественного анализа ТЭ в структуре КМОП СБИС. На рисунке 6 приведена эквивалентная схема паразитной тиристорной структуры.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Панышев Кирилл Андреевич, 2023 год

Список используемых источников

1. Чумаков А.И. Действие космической радиации на ИС. - М.: Радио и связь, 2004. - 320 с.

2. Красников Г.Я., Зайцев Н.А. Физико-технологические основы обеспечения качества СБИС // Москва. - 1999. - Ч. 2. - 216 с.

3. Красников Г.Я., Шелепин Н.А. Состояние и перспективы развития технологий и элементной базы СБИС с энергонезависимой памятью // В кн.: Проектирование систем на кристалле: тенденции развития и проблемы // Тезисы докладов. - 2010. - с. 55.

4. Таперо К.И., Улимов В.Н., Членов А.М. Радиационные эффекты в кремниевых интегральных схемах космического применения. - М.: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2014. - 304 с.

5. Никифоров А.Ю., Телец В.А., Чумаков А.И. Радиационные эффекты в КМОП ИС - М.: Радио и связь, 1994. - 164 c.

6. Massengill L. W. SEU Modeling and prediction techniques // IEEE NSREC Short Course. -1993.

7. Baumann R.C. Soft errors in advance semiconductor devices - Part I: The three radiation sources // IEEE Transactions on Device and Materials Reliability. - Mar. 2001. - V. 1. - No. 1.

8. Dodd P.E. Physics-Based Simulation of Single-Event Effects // IEEE Transactions on Device and Materials Reliability. - 2005. - V. 5. - No. 3. - P. 343-357.

9. Glorieux M., et al. Detailed SET measurement and characterization of a 65 nm bulk technology // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2017. - V. 64. - No. 1. - P. 457-463.

10. Casey M.C., et al. Single-event effects on ultra-low power CMOS circuits // Proc. IEEE Int. Rel. Phys. Symp. - Apr. 2009. - P. 194-198.

11. Чумаков А.И., Печенкин А.А, Егоров А. Н., Мавритцкий О.Б., Баранов С. В., Васильев А. Л., Яненко А. В. Методика оценки параметров чувствительности ИС к тиристорному эффекту при воздействии отдельных ядерных частиц // Микроэлектроника. - 2008. - Т. 37, №1. - с. 45-51.

12. Johnson A.H., Hughlock B.W. Latchup in CMOS from single particles // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1990. - P. 1886 - 1893.

13. Bruguier G., Palau J.-M. Single particle-induced latchup // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 1996. - P. 526 - 527.

14. Morris. W. Latchup in CMOS. // Proceedings of the International Reliability Physics Symposium (IRPS). 2003. P. 76-84.

15. Соколов А. Обеспечение радиационной стойкости МОП-транзисторов: влияние одиночных эффектов // Современная электроника. - 2015. - No. 6. - c. 54-58.

16. Layton P.J., et al. Single event latchup protection of integrated circuits // Proceedings of the Radiation and Its Effects on Components and Systems (RADECS). 1997. - P. 327-331.

17. Voldman S. Latchup // John Wiley & Sons, Ltd. - 2007. - 474 P.

18. Becker H.N., Miyahira T.F., Johnston A.H. Latent damage in CMOS devices from single-event latchup /// IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2002. - V. 49(6). - P. 3009-3015.

19. Label K.A., et. al. Single event effect characteristics of CMOS devices employing various Epi-layer thicknesses // IEEE Trans. Nucl. Sci. - Feb. 1996. - No. 1. - P. 258-262.

20. Estreich D.B., Ochoa A., Dutton R. W. An analysis of latch-up prevention in CMOS IC's using an epitaxial-buried layer process // Proc. Int. Electron Devices Meeting. - 1978. - V.24. - P. 230234.

21. Chapius T. Latch-up on CMOS/EPI devices // IEEE Transactions on Nuclear Science. - Dec. 1990. - V. 37. - No. 6. - P. 1839-1842.

22. Guagliardo S. Single event latchup cross section calculation from TCAD simulations - effects of the doping profiles and anode to cathode spacing // IEEE RADECS 2019. - Sep. 2019.

23. Voldman S. H., Watson A. The influence of deep trench and substrate resistance on the latchup robustness in a BiCMOS silicon germanium technology // Proc. Of the International Reliability Physics Symposium . - 2004. - P. 135-142.

24. Aguiar Y.Q., et al. Radiation hardening efficiency of gate sizing and transistor stacking based on standard cells // Microelectronics Reliability, Elsevier. - 2019. - P. 100-101.

25. Зольников В.К., Потапов И.П., Таперо К.И. Моделирование сбора заряда при воздействии тяжелых заряженных частиц в КМОП элементах микросхем // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем (МЭС). - 2010. - No. 1. - с. 275-278.

26. Петросянц К.О., Харитонов И.А., Орехов Е.В., и др. Исследование стойкости к воздействию отдельных ядерных частиц ячеек КНИ КМОП ОЗУ методами смешанного 3D TCAD-SPICE моделирования // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем (МЭС). - 2012. - №1. - С. 413-418.

27. Стенин В. Я., Степанов П.В. Моделирование сбоеустойчивости 65 нм шеститранзисторных КМОП ячеек памяти к локальному воздействию импульса тока //

Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем (МЭС). - 2012. -№1. - С. 423-426.

28. Schwank J.R., et. al. Effects of Angle of Incidence on Proton and Neutron-Induced SingleEvent Latchup // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2006. - V. 53(6). - P. 3122-3131.

29. Artola L., et. al. Analysis of Angular Dependence of Single-Event Latchup Sensitivity for Heavy-Ion Irradiations of 0.18-pm CMOS Technology // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2015.- V.62(6). - P. 2539-2546.

30. Muth W. Matrix method for latch-up free demonstration in a triple-well bulk-silicon technology // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1992. - V. 39. - No. 3. - P. 396-400.

31. Wilson A., et. al. Radiation and reliability characterization of a multiplexer family using a 0.35 um triple-well CMOS technology // Radiation Effects Data Workshop. - Jul. 2011. - P. 1-7.

32. Huhtinen M., et al. Computational method to estimate single event upset rates in an accelerator environment // Nucl. Instrum. Meth. - 2000. - V. 450 (1). - P. 155-172.

33. Hass K. J., Ambles J.W. Single event transients in deep submicron CMOS // In Proc. 42nd Midwest Symp. On Circuits and Systems. - 1999. - P. 122-125.

34. Koga R., et. al. Single event functional interrupt (SEFI) sensitivity in microcircuits // in RADECS97. - 1997. - P. 311.

35. Guertin S.M., Patterson J.D. and Nguyen D.N. Dynamic SDRAM SEFI detection and recovery test results // In Proc. IEEE Rad. Effects Data Workshop. - 2004. - P. 62-67.

36. Hohl J.H., Galloway K.F. Analytical model for single event burnout of power MOSFETs // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 1987. - V. 34 (6). - P. 1275 - 1280.

37. Scheick L., Miyahira T. Single event burnout as the failure mode for a low voltage MOSFET driver // In Proc. 9th Eur. Conf. Radiat. Effects Compon. Syst. - 2007. - P. 1-6.

38. Allenspach M. Single-event gate rupture in power MOSFETs: Prediction of breakdown biases and evaluation of oxide thickness dependence // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 1995. -V. 42. - P. 1922-1927.

39. Muthuseenu K., et. al. Analysis of SEGR in silicon planar gate super-junction power MOSFETs // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2021. - V. 68. - No.5. - P. 611-616.

40. Sexton F.W. Destructive Single-Event Effects in Semiconductor Devices and ICs // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2003. - V.50 (3). - P. 603-621.

41. Colinge J.P. Hardening Integrated Circuits against Radiation Effects // RADECS-97 Short Course. - 1997.

42. Dufour C., et. al. Heavy-Ion Induced Single Hard Errors on Sub-micronic Memories // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 1992. - V. 39. - P. 1693.

43. Swift G. M., et. al. A New Class of Single Event Hard Errors // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 1994. - V. 41. - P. 2043.

44. Duzellier S., et. al. Protons & Heavy Ions Induced Stuck Bits on Large Capacity RAMs // RADECS-93 Proceedings. - 1994. - P. 468.

45. Haran A., et. al. Single event hard errors in SRAM under heavy ion irradiation // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2014. - V. 61(5).- P. 2702-2710.

46. Boruzdina A.B., et. al. Microdose effects in SRAM cells under heavy ion irradiation // 17 th European Conference on Radiation and its Effects on Components and Systems (Radecs). - 2017. - P. 482-484.

47. Dodds N.A. Single event latchup: hardening strategies, triggering mechanisms, and testing considerations // Ph. D., Graduate School of Vanderbilt University, Nashville, TN. - 2012. - 130 P.

48. Troutman R.R. Latchup in CMOS Technology: The Problem and its Cure. Boston, MA: Kulwer Publications, 1985.

49. Коршунов Ф. П., Богатырев Ю.В., Вавилов В.А. Воздействие радиации на интегральные микросхемы. - Минск: Наука и техника, 1986. - 254 с.

50. Аствацатурьян Е.Р., Чумаков А.И. и др. Техника экспериментальных исследований одиночных сбоев в цифровых интегральных микросхемах // ПТЭ. - 1993. - No. 1. - с. 123127.

51. Buchner S., et. al. Charge collection from focused picosecond laser pulsed // IEEE Trans. -1988. - V. NS-35. - No. 6. - P. 1517-1522.

52. Buchner S., et. al. Pulsed laser-induced SEU in integrated circuits: a practical method for hardness assurance testing // IEEE Trans. - 1990. - V. NS-37. - No. 6. - P. 1825-1831.

53. Усеинов Р.Г. Нелинейная модель тиристорного эффекта в КМОП ИС при воздействии импульсного гамма-излучения или отдельной тяжелой заряженной частицы // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. - 2005. - № 1-2. - С. 92-97.

54. Johnston A.H., Swift G.M., Edmonds L.D. Latchup in integrated circuits from energetic protons // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1997. - V. 44.- No.6. - P. 2367-2377.

55. Puchner H., et. al. Elimination of single event latchup in 90 nm SRAM technologies // Proc. IEEE Int. Reliab. Phys. Symp. - 2006. - P.721-722.

56. Moreau Y., et. al. The latchup risk of CMOS-technology in space // IEEE Transactions on Nuclear Science. - Dec. 1993. - V. 40. - No. 6. - P. 1831-1837.

57. Schwabe U., et. al. Reduced n+/p+ - spacing with high latchup hardness in self-aligned double well CMOS technology // Proc. Int. Electron Devices Meeting. - 1984. - V. 30. - P. 410-413.

58. Lewis A., et. al. Latchup Performance of Retrograde and Conventional N-Well CMOS Technologies // IEEE Transactions on Electron Devices. - 1987. - V. 34(10). - P. 2156-2164.

59. De La Rochette H., et. al. The effect of layout modification on latchup triggering in CMOS by experimental and simulation approaches // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 1994. - V. 41(6). - P. 2222-2228.

60. Uemura T., et. al. Exploring well-configurations for minimizing single event latchup // IEEE Trans. on Nucl. Sci. - 2014. - V. 61. - No. 6. - P. 3282-3289.

61. Guagliardo S., et. al. Effect of the Temperature on Single Event Latchup Sensitivity // 15th Design & Technology of Integrated Systems in Nanoscale Era (DTIS). - 2020. - P. 1-5.

62. Chen C.-C., Ker M.-D. Study and Verification on the Latch-up Path Between I/O PMOS and N-Type Decoupling Capacitors in 0.18-pm CMOS Technology // IEEE Transactions on Device and Materials Reliability. - 2019. - V. 19(2). - P. 445-451.

63. Morris W., Rubin L., Wristers D. Buried Layer/Connecting Layer high energy implantation for improved CMOS latch-up // Proc. of the XI Intl. Conf. on Ion Implantation Technology. - 1996. -P. 796-799.

64. Kim J.-K. Latchup characterization of high energy ion implanted new CMOS twin wells that comprised BILLI (buried implanted layer for lateral isolation) and BL/CL (buried layer/connecting layer) structures // IEEE International Reliability Physics Symposium Proceedings. - 1997. - 35th Annual. - P. 346-352.

65. Troutman R. R., Zappe H. P. Layout and bias considerations for preventing transiently triggered latchup in CMOS // IEEE Trans. Electron Devices. - 1984. - V. ED-31. - No. 3. - P. 315-321.

66. Dawes W.R., Derbenwick G.F. Prevention of CMOS Latch-Up by Gold Doping // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1976. - V. 23. - No. 6. - P. 2027-2030.

67. Bhattacharya S., et. al. Parametric study of latchup immunity of deep trench-isolated bulk nonepitaxial CMOS // IEEE Trans. Electron Devices. - 1992. - V. 39. - No. 4. - P. 921-931.

68. Hargrove M.J., Voldman S., et. al. Latchup in CMOS technology // IEEE International Reliability Physics Symposium Proceedings. - 1998. - 36th Annual. - P. 269-278.

69. Rung R.D., Momose H., Nagakubo Y. Deep trench isolated CMOS devices // International Electron Devices Meeting. - 1982. - P. 237-240.

70. Rung R.D. Trench isolation prospects for application in CMOS VLSI // International Electron Devices Meeting. - 1984. - P. 574-577.

71. Dodd P.E., et al. Single-event upset and snapback in silicon-on-insulator devices and integrated circuits // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2000. - V. 47.- No.6. - P. 2165-2174.

72. Schwank J.R., Ferlet-Cavrois V., Shaneyfelt M.R., Paillet P., Dodd P.E. Radiation effects in SOI technologies // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2003. - V. 50. - No. 3. - P. 522-538.

73. Wang L., Liu H., Chen L., Zhou Y., Zhang H., Gao J., et.al. Experimental study of single event upset and single event latch-up in SOI SRAM // 13th IEEE International Conference on Solid-State and Integrated Circuit Technology (ICSICT). - 2016. - P. 1506-1508.

74. Gasiot G., et. al. Multiple Cell Upsets as the Key Contribution to the Total SER of 65 nm CMOS SRAMs and Its Dependence on Well Engineering // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2007. - V. 54. - № 6. - P. 2468-2473.

75. Kontos D., et. al. Investigation of External Latchup Robustness of Dual and Triple Well Designs in 65 nm Bulk CMOS Technology // IRPS Proc. - 2006. - P. 145-150.

76. Fernandez-Martinez P., et. al. Simulation methods for ionizing radiation single event effects evaluation // Spanish conference on electron devices. - 2009. - P. 144-147.

77. Wang Q., et. al. TCAD simulation of single-event-transient effects in L-shaped channel tunneling field-effect transistors // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2018. - V. 65(8). - P. 2250-2259.

78. Palomo F. R., et. al. SEU threshold model and its experimental verification // RADECS 2011 Proceedings. - 2011.

79. Yue S., et. al. Modeling and simulation of single-event effect in CMOS circuit // Journal of Semiconductors. - 2015. - V. 36(11). - p. 111002.

80. Javanainen A., et. al. Linear energy transfer of heavy ions in silicon // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2007. - V. 54(4). - P. 1158-1162.

81. Edmonds L.D. A Time-dependent charge-collection efficiency for diffusion // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2001. - V. 48(5). - P. 1609-1622.

82. Schwank J.R., et. al. Effects of particle energy on proton-induced single-event latchup // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2005. - V. 52(6). - P. 2622-2629.

83. Binder D., Shoga M. Theory of Single Event Latchup in Complementary Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 1986. - V. 33 (6). - P. 1714-1717.

84. Мрозовская Е.В., и др. Исследование влияния температуры на сечение защелки при воздействии ТЗЧ // Радиационная стойкость электронных систем «Стойкость - 2021»: тезисы докладов 24-й Всероссийской научно-технической конференции: научно-технический сборник, Лыткарино. - 2021. - С. 87-88.

85. Панышев К.А., Ключников А.С. Эффект радиационно-индуцированной защелки в 90 нм КМОП-технологии в зависимости от угла и места падения тяжелой заряженной частицы // Электронная техника. Серия 3: Микроэлектроника. - 2016. - № 3(163). - С. 4-9.

86. McNulty P. J., et. al. Charge collection at large angles of incidence // IEEE Trans. on Nucl. Sci. - 1992. - V. 39 (6). - P. 1622-1629.

87. Dodd P. E., Shaneyfelt M. R., Sexton F. W. Charge collection and SEU from angled ion strikes // IEEE Trans. on Nucl. Sci. - 1997. - V. 44(6). - P. 2256-2265.

88. IEEE Recommended Practice For Latchup Test Methods For CMOS and BiCMOS Integrated-Circuit Process Characterization // IEEE Electron Device Society, IEEE Std. - P. 1181-1191.

89. Dinkins C. A. Qualitative characterization of single-event transient and latchup trends in 180 nm CMOS technology // MS Thesis, Graduate school of Vanderbilt university, Nashville, TN. -2011. - 102 P.

90. Lacoe R. C., et. al. Neutron and proton irradiation for latchup suppression in a radiation-tolerant commercial submicron CMOS process // RADECS 1999. - 2000. - P. 340-345.

91. Spratt J. P. A single event latchup suppression technique for COTS CMOS ICs // IEEE Trans. on Nucl. Sci. - 2003. - V. 50. - P. 2219-2224.

92. Dodds N.A., et. al. Effectiveness of SEL hardening strategies and the latchup domino effect // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2012. - V. 59(6). - P. 2642-2650.

93. Guagliardo S., et. al. Single-Event Latchup sensitivity: Temperature effects and the role of the collected charge // Microelectronics Reliability. - 2021. - V. 119. - P. 1-9.

94. Voldman S., et. al. Latchup in merged triple well structure // Proceedings of the International Reliability Physics Symposium. - Aug. 2005. - P. 129-136.

95. Панышев К.А., Парменов Ю.А. Чувствительность к тиристорному эффекту КМОП-структуры с глубоким изолирующим N-карманом // Известия ВУЗов. Электроника. - М.: МИЭТ, 2017. - Т. 22, №3. - С. 238-246.

96. Hall J.E., et. al. An improved circuit model for CMOS latchup // IEEE Electron Device Letters. - 1985. - V. 6 (7). - P. 320-322.

97. Chumakov A.I., et. al. Single event latchup threshold estimation based on laser dose rate test results // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 1997. - V. 44(6). - P. 2034-2039.

98. Mavritskii O., et. al. The Laser-only Single-event Effects Test Method for Spacecraft Electronics Based on Ultrashort-pulsed-laser Local Irradiation // KnE Energy. - 2018. - V.3(3). -P. 317-326.

99. Егоров А.Н., и др. Возможности использования сфокусированного лазерного излучения пикосекундной длительности для определения чувствительности элементов ИС к воздействию отдельных ядерных частиц // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика радиационных воздействий на РЭА. - 1995. - Вып. 3-4. - С. 50-55.

100. Buchner S., et. al. Laboratory tests for Single-Event Effects // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 1996. - V. NS-43 (2). - P. 678-686.

101. Jones R., et. al. Comparison between SRAM SEE cross-section from ion beam testing with those obtained using a new picosecond pulsed laser facility // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2000. - V. NS-47 (4). - P. 539-544.

102. Moss S.C., et. al. Correlation of picosecond laser-induced latchup and energetic particle-induced latchup in CMOS test structures // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 1995. - V. 42(6). - P. 1948-1956.

103. Melinger J.S., et. al. Critical evaluation of the pulsed laser method for single event effects testing and fundamental studies // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 1994. - V. 41(6).- P. 2574-2584.

104. Панышев К.А. Влияние расположения контактов к карманам в инверторе на возникновение тиристорного эффекта, вызванного воздействием тяжелых заряженных частиц // Электронная техника. Серия 3. Микроэлектроника. - 2017. - №2 (166). - С. 11-18.

105. Huh Y., et. al. Chip level layout and bias considerations for preventing neighboring I/O cell interaction-induced latch-up and inter-power supply latch-up in advanced CMOS technologies // Electrical Overstress/Electrostatic Discharge Symposium. - 2005. - P. 1-8.

106. Salcedo-Suner J., et. al. A new I/O signal latchup phenomenon in voltage tolerant ESD protection circuits // IEEE International Reliability Physics Symposium Proceedings. - 2003. - 41st Annual. - P. 85-91.

107. Panyshev K.A., Lagaev D.A. Mitigation of Single Event Latchup in High-density SRAMs // Proceedings of the 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). - 2021. - P. 2014-2019. - DOI: 10.1109/ElConRus51938.2021.9396651.

108. РД 134-0175-2009. Аппаратура радиоэлектронная бортовая космических аппаратов. Методы испытаний цифровых сверхбольших интегральных микросхем на воздействие одиночных высокоэнергетических протонов и тяжелых заряженных частиц космического пространства на ускорителях заряженных частиц. - 2009. - 30 С.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 - АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ

РАБОТЫ

Акционерное общество « Науч но-исследовательски й и нститут молекулярной электроники»

(АО «НИИМЭ»)

Россия, 124460, Москва, Зеленоград,, ул. Академика Валиева, д.6, стр.1 тел.: [phone] факс [phone], e-mail: n¡¡me@nüme.ru, web: www.nnme.ru

®гГбО * о7-

Л WBfJft ti

-^/^Заместитель ген

\%^Главный ко

I § §[ исследовательский I с- * I институт молекулярной

>

VOCKB^

/Л-

УТВЕРЖДАЮ

ого директора -ор АО «НИИМЭ» ТС. Кравцов ЪекаЯрЯ 2022 г.

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

результатов диссертационной работы

Панышева Кирилла Андреевича

«Разработка конструктивно-топологических методов повышения радиационной стойкости наноразмерных плотноупакованных СБИС по критерию тиристорного защелкивания при воздействии тяжелых заряженных

частиц»

Комиссия в составе: председатель:

начальник отдела приборно-технологического моделирования, к.т.н. Ключников A.C.,

члены комиссии:

начальник лаборатории физических основ надежности и радиационной стойкости ЭКБ, к.т.н. Селецкий A.B.,

начальник лаборатории приборно-технологического моделирования, Селецкий В.К.

составила настоящий акт о том, что научные и практические результаты диссертационной работы Панышева Кирилла Андреевича «Разработка конструктивно-топологических методов повышения радиационной стойкости наноразмерных плотноупакованных СБИС по критерию тиристорного защелкивания при воздействии тяжелых заряженных частиц», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 2.2.2., а именно:

методика моделирования воздействия ТЗЧ на плотноупакованные наноразмерные КМОП СБИС по критерию тиристорного эффекта;

конструктивно-технологические решения, позволившие увеличить значения пороговой ЛПЭ ТЗЧ матрицы ячеек памяти КМОП СОЗУ 16 Мбит до 70 МэВ-см2/мг при незначительном росте площади кристалла;

вычислительная модель, используемая при оценке влияния глубокого изолирующего ГЧ-кармана на стойкость к ТЭ;

Акционерное общество

«Научно-исследовательский институт молекулярной электроники»

(АО «НИИМЭ»)

Россия, 124460, Москва, Зеленоград,, ул. Академика Валиева, д.6, стр.1 тел.: [phone] факс [phone], e-mail: nüme@n¡¡me.ru, web: www.niime.ru

конфигурация матрицы ячеек памяти, позволяющая подавить ТЭ при увеличении угла падения ТЗЧ до 90° относительно нормали;

способ определения чувствительной к ТЭ при воздействии ТЗЧ области ячейки памяти КМОП СБИС, учитывающий угол падения, направление пролета, температуру и величину ЛПЭ ТЗЧ

внедрены в среду приборно-технологического моделирования и используются в процессе разработки широкой номенклатуры СБИС, стойких к воздействию тяжелых заряженных частиц.

Внедрение предложенной методики позволило: 1) повысить стойкость КМОП СОЗУ 16 Мбит к ТЭ более чем на порядок по критерию пороговой ЛПЭ ТЗЧ при росте площади кристалла не более чем на 8.5 %; 2) в 2-5 раз сократить время на численное моделирование структур, подвергающихся воздействию тяжелых заряженных частиц.

Председатель комиссии:

начальник отдела приборно-технологического моделирования, к.т.н.

Члены комиссии:

начальник лаборатории физических основ надежности и радиационной стойкости ЭКБ, к.т.н.

начальник лаборатории приборно-технологического моделирования

Ключников А.С.

Селецкий А.В.

Селецкий В.К.

mikrorjg

AO «Микрон»

Россия, 124460, г. Москва, г. Зеленоград, ул. Академика Валиева, д.6, стр.1 тел.: [phone] факс: [phone] E-mail: [e-mail]

УТВЕРЖДАЮ !ный конструктор АО «Микрон» 1 Е.В. Шмаков

2>еКох>р9 2022 г.

АКТ

об использовании результатов диссертационной работы Панышева Кирилла Андреевича

«Разработка конструктивно-топологических методов повышения радиационной стойкости наноразмерных плотноупакованных СБИС по критерию тиристорного защелкивания при воздействии тяжелых заряженных

частиц»

Диссертация посвящена разработке методики моделирования воздействия тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ) и конструктивно-топологическим методам повышения стойкости наноразмерных СБИС по критерию тиристорного эффекта. Полученные автором практические результаты, заключающиеся в разработанных конструктивно-топологических решениях, позволивших повысить более чем на порядок значения пороговых ЛПЭ образования тиристорной защелки в матрице ячеек памяти КМОП СОЗУ 16 Мбит независимо от угла падения ТЗЧ, были использованы в опытно-конструкторских работах АО «Микрон» по темам:

1) «Разработка ряда радиационно-стойких СОЗУ», шифр «Засечка~И1», государственный контракт № 15411.162017.11.005 от 30.11.2015 г.

2) «Разработка базовой платформы проектирования радиационно-стойких СБИС на основе создания библиотек, СФ-блоков и компиляторов ОЗУ и ПЗУ с использованием отечественной технологии КМОП 90 нм для космических и специальных применений» шифр «Схема-26», государственный контракт №

15411.169999.11.004 от 18.08.2015г.

Главный технолог

В.Ф. Морозов

дРРД^ Акционерное общество

«Научно-исследовательский институт молекулярной электроники»

(АО «НИИМЭ»)

Россия, 124460, Москва, Зеленоград,, ул. Академика Валиева, д.6, стр.1 тел.: [phone] факс [phone], e-mail: [e-mail], web: www.niii

АКТ

об использовании результатов диссертационной работы

Панышева Кирилла Андреевича

«Разработка конструктивно-топологических методов повышения радиационной стойкости наноразмерных плотноупакованных СБИС по критерию тиристорного защелкивания при воздействии тяжелых

заряженных частиц»

Диссертация посвящена разработке методики моделирования воздействия тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ) и конструктивно-топологическим методам повышения стойкости наноразмерных СБИС по критерию тиристорного эффекта. Полученные автором практические результаты по обеспечению высокого уровня стойкости к тиристорному эффекту матрицы ячеек памяти минимальной площади, выполненной на объемной технологии с проектными нормами 90 нм, были использованы в опытно-конструкторской работе АО «НИИМЭ» по теме:

«Разработка и освоение серийного производства на отечественном предприятии базового матричного кристалла емкостью 10 млн вентилей по технологии с минимальными топологическими нормами 90 нм», шифр «Логика-И5-РК», государственный контракт № 16411.4432017.11.153 от 02.12.2016 г.

УТВЕРЖДАЮ

Заместитель генерального директора -Главный конструктор АО «НИИМЭ»

УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор

АКТ

об использовании результатов диссертационной работы Панышева Кирилла Андреевича

«Разработка конструктивно-топологических методов повышения радиационной стойкости наноразмерных плотноупакованных СБИС по критерию тиристорного защелкивания при воздействии тяжелых

заряженных частиц»

Диссертация посвящена разработке методики моделирования воздействия тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ) и конструктивно-топологическим методам повышения стойкости наноразмерных СБИС по критерию тиристорного эффекта. Полученные автором практические результаты по оптимизации конструкции плотноупакованной матрицы ячеек памяти КМОП СОЗУ с целью повышения стойкости к тиристорному эффекту при воздействии ТЗЧ были использованы в опытно-конструкторской работе ООО «НИИМЭ-МД» по теме:

«Разработка ряда радиационно-стойких СОЗУ информационной емкостью 16 Мбит», шифр «Засечка-И1_СМД», контракт № 3/15-СМД от ЗОЛ 1.2015 г.

Вышеназванная тема является составной частью ОКР: «Разработка ряда радиационно-стойких СОЗУ», шифр «Засечка-И1», государственный контракт № 15411.162017.11.005 от 30.11.2015 г.

Исполнительный директор ООО «НИИМЭ-МД»

В.Д. Мещанов