Конструктивно-технологические методы повышения радиационной стойкости биполярных и КМОП интегральных схем

• Автор: Москалев, Вячеслав Юрьевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Введение.
Глава 1. РАДИАЦИОННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ И КОНСТРУКТИВНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ БИПОЛЯРНЫХ И КМОП СХЕМ

1.1 Основные радиационные эффекты в элементах интегральных схем.

1.1.1 Классификация радиационных эффектов

1.1.2 Действие облучения на кремниевые биполярные транзисторы

1.1.3 Действие облучения на кремниевые униполярные транзисторы.

1.2 Особенности технологии изготовления КМОП БИС с повышенной радиационной стойкостью.

1.2.1 Технологические методы повышения радиационной стойкости КМОП БИС.

1.2.2 Повышение устойчивости КМОПсхем к импульсам ионизирующего излучения большой мощности
1.2.3 Влияние технологии формирования подзатворного диэлектрика на радиационную стойкость ИС.

1.2.4 Методика контроля радиационной стойкости МОП структуры.

1.3. Методы повышения радиационной стойкости биполярных ИС
1.3.1 Конструктивнотехнологические методы повышения радиационной стойкости ТТЛШ ИС.
1.3.2 Увеличение радиационной стойкости ТТЛШ БИС с помощью метода радиационнотермической отбраковки
Глава 2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СХЕМОТЕХНИЧЕСКИХ И ТОПОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ИС ТИПА ЕЕ2Т С ПОВЫШЕННОЙ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТЬЮ.
2.1 Специфика проектирования ИС типа ЕЕ2Т с повышенной радиационной стойкостью
2.2 Проектирование радиационностойких усилительных и дифференциальных каскадов
2.2.1 Усилительные каскады
2.2.2 Дифференциальные каскады
2.2.3 Влияние гамма излучения на шумовые характеристики дифференциального каскада
2.3 Проектирование радиационностойких интегральных операционных усилителей
2.3.1 Влияние гаммаизлучения на параметры интегральных операционных усилителей.
2.3.2 Критериальные параметры для оценки стойкости интегральных операционных усилителей
2.3.3 Схемотехнические методы повышения радиационной стойкости ИОУ.
2.4 Выбор полупроводниковой структуры и состава необходимых элементов ИС типа ЕЕ2Т.
Глава 3. АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДО И ПОСЛЕ
ИСПЫТАНИЙ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ А ИС ТИПА ЕЕ2Т.
3.1 Режимы и специфика работы ИС типа ЕЕ2Т.
3.1.1 Схема включения и блоксхема микросхемы
3.1.2 Импульсный источник питания 3,3 В.
3.1.3 Импульсный источник питания 5 В.
3.1.4 ШИМконтроллеры источников питания 3,ЗВ и 5В.
3.2 Характеристика разработанной ИС типа ЕЕ2Т
3.3 Испытания на стойкость ИС типа ЕЕ2Т к воздействию ионизирующего излучения.
3.3.1 Результаты испытаний ИС типа ЕЕ2Т на стойкость к воздействию максимальной мощности экспозиционной дозы гаммаизлучения
3.3.2 Результаты испытаний ИС типа ЕЕ2Т на стойкость к воздействию экспозиционной дозы гаммаизлучения
3.4 Оценка гаммапроцентного ресурса ИС типа ЕЕ2Т.
3.5 Оценка гамма процентного срока сохраняемости ИС типа ЕЕ2Т.
Глава 4. СПОСОБЫ ОТБРАКОВКИ ПОТЕНЦИАЛЬНО НЕНАДЕЖНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ.
4.1 Способ неразрушающего контроля качества на примере ИС типа К1ЛН2.
4.2 Способ отбраковки потенциально ненадежных схем с помощью динамических токов потребления на примере ИС типа КРЛН
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Внедрить предложенные методы увеличения радиационной стойкости применительно к ИС типа ЕЕ2Т, провести испытания в том числе и на радиационную стойкость, проанализировать изменения основных параметров ИС после воздействия радиации с целью оценки эффективности применяемых методов повышения радиационной стойкости. Рассчитать гаммапроцеитный ресурс и срок сохраняемости ИС типа ЕЕ2Т после воздействия радиации. Разработать методы отбраковки потенциально ненадежных ИС. ИС. Разработанная ИС типа ЕЕ2Т выполнена на основе коммерческого процесса по БиКМОП технологии. Разработано два способа отбраковки потенциально ненадежных интегральных схем методом измерения и анализа форм динамических токов потребления. Разработан радиационностойкий операционный усилитель как один из важнейших функциональных блоков контроллера источника питания с обоснованием выбора схемотехнических решений для цифровых и аналоговых блоков ИС. С применением комплекса мер для повышения радиационной стойкости как биполярных, так и КМОП ИС, с применением известных конструктивнотехнологических методов и с использованием новых, в том числе проектирование схемотехники функциональных блоков ИС с учетом ухода пороговых напряжения транзисторов под действием гаммаизлучения, секционирования и др. ИС типа ЕЕ2Т. Проведены испытания ИС типа ЕЕ2Т в том числе и на воздействие радиации и проанализированы изменения основных электрических параметров. Показано, что схемы обладают стойкостью к максимальной мощности дозы гаммаизлучения радс и к накопленной дозе гаммаизлучения 3,3 7 рад, что свидетельствует о пригодности применяемых комплексных мер по улучшению радиационной стойкости БиКМОП ИС. Рассчитанные значения наработки до отказа Т. ИС типа ЕЕ2Т при ТС и ТС удовлетворяют требованиям, приведенным в ТУ. Рассчитанное значение гамма процентного срока сохраняемости ИС типа ЕЕ2Т при ТС равно ч. ТУ. Разработаны два способа отбраковки потенциально ненадежных схем на основе измерения и анализа форм динамических токов потребления на примерах ИС типа К1ЛН2 и КРЛН1 патенты РФ 8 и 8. Радиационные эффекты в КМОП ИС. Методы, основанные на использовании высоколегированных охранных рколец и тонкой эпитаксиальной пленки птипа на высоколегированной подложке птипа, обеспечивают отсутствие токов утечек и защелкивания схемы при воздействии гаммаизлучения. Применение кольцевой конструкции прп транзистора и метода радиационнотермической отбраковки позволяет получать ИС со стойкостью к потоку нейтронов порядка Ю см2. Схемотехнические методы увеличения радиационной стойкости функциональных блоков ИС типа ЕЕ2Т, такие как радиационная стабилизация напряжения на выходе дифференциального каскада с применением приемов секционирования транзисторов и резистивных нагрузок. Результаты испытаний на стойкость к воздействию гамма излучения ИС типа ЕЕ2Т, анализ, сравнение и изменение основных параметров до и после воздействия с целью подтверждения эффективности применяемых комплексных мер. Расчет гамма процентного ресурса и гамма процентного срока сохраняемости ИС типа ЕЕ2Т после воздействия радиации. Два способа отбраковки потенциально ненадежных ИС на основе измерения и анализа форм динамических токов потребления позволяют выявлять потенциально ненадежные схемы методом неразрушающего контроля. ВГТУ Воронеж, . Основные результаты диссертационного исследования изложены в научных работах, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и двух патентах РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежит 9 поиск и разработка конструкции биполярных прптранзисторов, обеспечивающих высокую стабильность характеристик ИС при воздействии радиационного излучения, 2, разработка схемотехнических решений для отдельных блоков ИС типа ЕЕ2Т, 1, , , поиск и разработка принципов новых диагностических методов оценки технологического процесса изготовления МОП ИС, , разработка двух методов отбраковки потенциально ненадежных ИС. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 5 страницах машинописного текста, включая рисунков и таблиц. Список литературы содержит наименования.