[发明专利]集成电路测试装置及应用方法

说明书

本发明涉及集成电路的测试装置及其应用方法。其涉及允许确定电子器件对质子的初级电离的灵敏度的装置。本发明的目的在于解决与控制质子的能量有关的一部分问题。

在现有技术中，已知在空间、大气和地面处的自然辐射环境中，存在一定数量的质子。这些质子是能够与构成电子器件的物质相互作用的粒子。质子与构成电子器件的物质的这种相互作用可能引起故障，如果该故障是由单个粒子的通过而产生的，则将其称作“单事件(événements siguliers)”。

质子与构成电子器件的物质的这种相互作用根据两种机制来进行，其危险性取决于粒子的能量级别。

第一种机制建立核相互作用，如图1a中所示。在核相互作用期间，质子有一定的可能性与靶原子核相互作用，从而导致发射次级粒子。虽然核与质子之间相互作用的这种可能性相对而言并不大，但是由发射次级粒子导致的电离可能引起单事件。

图1b中示出的第二种机制建立库伦相互作用。在这种情况下，质子是能够通过库伦相互作用引起靶原子电离的带电粒子。虽然该机制在质子每次通过构成器件的物质时都发生，但是，如图2中所示，对于硅而言，每单位长度所产生的电荷数量(电子阻止本领)相对而言较少，且仅在能量接近0.055MeV(兆电子伏)时才能达到其最大值。电子阻止本领达到最大的位置被本领域技术人员称作“布拉格峰(Pic de Bragg)”。质子与物质的相互作用的布拉格峰的能量值按照靶半导体的材料的不同而不同。尽管本发明说明书的下文将使用表征质子与硅的相互作用的该能量值和电子阻止本领值，但是，在能够通过已知的可用软件——SRIM(www.srim.org)获得如图2示出的曲线类型的范围内，本发明可应用于所有其它的半导体材料。

因此，图2是示出硅中的质子的电子阻止本领的曲线图。该曲线图表现由硅中的质子的库伦相互作用引起的每单位长度的能量损失。由此可见，曲线最大值位于相当于与0.538MeV/cm²/mg对应的电子阻止本领0.055MeV附近。该曲线图还示出：当质子的能量增大时，质子的电子阻止本领的值迅速地减小。

即便对于近期出现新的技术(即分辨率大于130纳米的蚀刻)，核相互作用也是导致故障的质子与硅的相互作用的唯一机制。但是，通过模拟进行但仍为试验性质的最新研究证明质子的直接电离机制能够在更为集成的器件中引起单事件，如基于IBM 65纳米SOI(绝缘衬底上的硅)的SRAM(静态随机存取存储器)的存储器技术获得的试验结果所表明的那样。绝缘衬底上的硅(SOI)技术是指在半导体的制造中用硅-绝缘材料层代替传统的硅衬底，以提高其性能。

针对这些器件的故障率估算出的影响是不可忽视的，对质子环境很重要的航空领域的电子器件而言尤为如此，大气领域也一样。该问题的另一方面涉及构造的屏蔽的效果。事实上，质子在与器件相互作用前已失去一部分能量。对于器件而言的质子谱可能与标称谱大不相同。根据在到达电子器件的灵敏区之前所穿过的材料的类型和厚度，通过直接电离产生故障的质子可能来自很不一样的初始能量级别。

图3是按照质子能量来说对于质子在铝中的行程的影响的示意图。对于在铝中行进10毫米和在硅中行进1毫米的质子而言，如果该质子的初始能量为50MeV，则会在灵敏区引起可能很危险的直接电离类型的相互作用。如果质子的能量较小，则其将被阻止在材料中。如果其能量大于50MeV，其直接电离将较弱。或者，如果仅穿过2毫米的铝的质子的能量约为24MeV，其会被视为更加危险。

为了能够量化对于给定的质子环境所达到的故障的数量，设置用于表征先进技术对质子的直接电离的灵敏度的装置尤为重要。然而，表征电子器件对质子直接电离的灵敏度的难度很大，其原因在于针对该现象启用的能量范围从试验上难以实现。

事实上，为了使质子直接电离的现象明显，必须能够足够精细地控制能量，以便当质子达到器件的灵敏区时质子的能量接近0.055MeV(0.055MeV是针对硅而言的，针对其它半导体材料的话该值将不同)。所谓器件的灵敏区，指的是其中积累的电荷被有效地收集并会对器件故障的引发有贡献的区域。

由于在器件和质子源之间的金属化层、壳体、空气层导致质子能量的改变，因此使质子直接电离现象的研究更为困难。

图4是示出根据质子能量的质子在铝层中的行程的曲线图。对1MeV的入射质子而言，8微米的铝层引起质子能量减少0.8MeV。因此，在将器件灵敏区中的入射质子束分开的各个层并非都已知的情况下，即这些层的组成和厚度并非都已知的情况下，难以对质子的能量进行调节以使电离最大化。