[发明专利]一种用X射线进行单粒子软错误的试验方法

说明书

技术领域

本发明属于空间辐射效应及加固技术领域。更具体地说，本发明涉及一种用X射线进行单粒子软错误的试验方法。

背景技术

静态随机存储器(SRAM)由于其读写速度快、功耗低、高集成度等优点而被广泛使用。作为飞船、卫星中必不可少的存储器之一，在数据存储方面发挥着巨大的作用。

对于需要执行航天任务的卫星而言，在外层空间环境中，存在着大量的银河宇宙射线、太阳耀斑以及地磁俘获带的粒子，会对卫星上电子设备的可靠性产生不可忽视的影响，严重影响卫星的使用寿命。在众多辐射效应中，单粒子翻转效应作为主要的辐射效应而备受关注。单粒子翻转(Single Event Upset)是指粒子穿过芯片时，沿其路径会损失能量，产生大量的空穴电子对，这些电荷通过漂移和扩散被收集，产生瞬态脉冲，使器件的逻辑状态发生翻转。

随着集成电路向高集成度、低特征尺寸不断发展，器件的栅长、节点深度、氧化层厚度都相应的减小。图1所示为不同特征尺寸下器件发生翻转所需要的临界电荷。判断器件是否发生单粒子翻转，取决于临界电荷(Q_crit)的大小。临界电荷的定义为，灵敏电极收集到的，可以导致器件逻辑状态翻转的最小电荷。可以看出，器件特征尺寸越小，临界电荷的数值也就越小，发生单粒子翻转也就越容易。

通常用于模拟单粒子效应试验的模拟源一般为重离子加速器、脉冲激光、超铀核素(²⁵²Cf)等。通过上述的模拟源，国内外对于SRAM器件开展了大量的单粒子效应研究。X射线作为辐照源的一种，由于其本身的特殊性，多用于对SRAM器件开展总剂量效应的研究，对于单粒子效应的研究鲜有报道。X射线与物质的相互作用可以有多种方式，在低能时，光子主要与核外电子发生反应，反应类型包括光电效应、康普顿散射、电子对效应等。在进行单粒子效应的研究中，主要考虑的是能量在30keV-100keV下发生的光电效应对器件造成的电离损伤。器件中存在的多层金属布线层，特别金属布线层中含有的高原子序数材料(如W)与器件的敏感区(主要成分为SiO₂)构成了原子序数差异很大的界面，出现剂量增强效应，产生大量的次级电子，这些次级电子会在器件内部造成额外的能量沉积，这些次级电子能量沉积比光电子本身造成的能量沉积要大的多，额外的能量沉积在器件敏感区域中，会极大的增加器件发生单粒子翻转的概率。

对于纳米级器件，特别是当SRAM器件的特征尺寸达到40nm、28nm以后，器件的单粒子敏感度增加，光电效应产生的次级电子所引起的单粒子翻转将会越来越显著。通过试验获得X射线的单粒子翻转截面为器件耐单粒子翻转能力的评估提供重要的技术。

发明内容

本发明的一个目的是解决上述至少一个问题或缺陷，并提供后面将说明的至少一个优点。

本发明还有一个目的是提供一种用X射线进行单粒子软错误的试验方法，其能够在不同偏置电压条件下，获得对应的单粒子翻转截面，证实了纳米级器件在X射线辐照过程中，产生的次级电子，可以导致器件发生翻转。相比于以前的研究，对纳米级器件的单粒子效应的研究，增加了一种地面模拟源。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用X射线进行单粒子软错误的试验方法，包括如下步骤：

对SRAM试验器件加载低于正常电压的偏置电压；

对SRAM试验器件进行X射线辐射，记录试验数据；以及

根据试验数据计算偏置电压下对应的单粒子翻转截面。

优选的是，其中，包括如下步骤：

步骤一、对SRAM试验器件进行试验前处理；

步骤二、布置X射线光机；

步骤三、对SRAM试验器件加载不同的低于正常电压的偏置电压；

步骤四、对SRAM试验器件进行X射线辐射，记录试验数据，并根据试验数据计算不同偏置电压下对应的单粒子翻转截面。

优选的是，其中，所述步骤一中，具体包括：对SRAM试验器件进行开盖处理，使芯片裸露，开盖完成后，对芯片进行加电测试，确保芯片进行正常的数据读写，并对测试合格的SRAM试验器件进行分组编号。

优选的是，其中，所述步骤二中，具体包括：通过夹具，将辐照板固定在xyz精密移动平台上，使用激光准直器保证X射线光机的靶室中心和SRAM试验器件的裸露部分在同一水平线上。