ИСТИНА

Проанализированы расчетные методы прогнозирования вероятности радиационных сбоев в логических элементах БИС, основанные на концепции линейной потери энергии (ЛПЭ) частицы КЛ в чувствительном объеме логического элемента. Дан краткий анализ моделей прогнозирования радиационной обстановки в околоземном пространстве и, в частности, на низковысотной орбите КА (LEO). Достаточно подробно рассматриваются вклады трех источников космической радиации: радиационных поясов Земли (РПЗ), высокоэнергичных частиц солнечного излучения (СКЛ: протоны, электроны и полностью ионизованные ядра), и галактических космических лучей (ГКЛ). Кратко анализируются применяемые в настоящее время модели для описания этих компонент КЛ. Представлены результаты расчетов интегральных и дифференциальных потоков частиц РПЗ, СКЛ и ГКЛ, включая потоки электронов, протонов и ионов. Проанализированы вариации интенсивностей компонент КЛ для различных параметров (наклонений) орбиты. Представлены результаты анализа влияния толщины защитного покрытия на проходящий поток КЛ. Установлено, что эффект ослабления потока уменьшается с ростом энергии и полностью исчезает при 80 МэВ. Более того, проходящий поток возрастает в диапазоне 10-20 МэВ, несмотря на экспоненциальное падение первоначального потока с энергией. Таким образом, экранировка в 100 mils или 2.542 мм Al не может ослаблять падающий поток протоновϕ и ионов с энергией 80 МэВ. Энергетические и массовые спектры ионов трансформированы в спектры линейных потерь энергии (ЛПЭ), что позволяет упростить задачу прогнозирования радиационных сбоев в условиях многокомпонентного радиационного окружения. Проанализированы спектры ЛПЭ для различных наклонений орбиты и для различной толщины защитного экрана. Установлено, что спектры ЛПЭ для наклонений 600 и 800 практически совпадают, в то время как ЛПЭ спектры для LEO с наклонением 400 имеют существенно более низкие максимальные ЛПЭ. Показано, что увеличение толщины Al экрана от 2.542 мм до 10 мм практически не меняет ЛПЭ спектр, а, следовательно, не изменяется и вероятность сбоев! Показано также, что различие в спектрах ЛПЭ по траектории LEO с перигеем 300 км, апогеем 600 км и наклонением 600 с применением защитного экрана алюминия толщиной 3.7 мм на полюсах и на экваторе достигает 5-ти порядков. КА пересекающий области полюсов подвергается жесткому радиационному воздействию. Анализ показывает, что в настоящее время достаточно ярко выражена тенденция, когда при росте плотности транзисторов в ИС все больший объем чипа занимают изолированные токопроводящие металлизированные слои, в которых кроме Al используется медь и вольфрам. Скалывание космическими протонами с энергией ~1 ГэВ ядер W, Au, Pb приводит к образования большого числа изотопов элементов от O до Ta. В прошедшее десятилетие опубликованы экспериментальные данные, полученные в инверсной кинематике по сечениям подобных ядерных реакций и средним скоростям остаточных ядер-фрагментов. В отчете проводится анализ этих литературных данных, предложена экстраполяция для средних скоростей осколков реакции p + W и оценка ионизационных эффектов некоторых фрагментов реакции W(p,X)Af в чувствительных областях транзисторов МС, изготовленной по современной многоярусной 3DIC-технологии со скрепами из вольфрамовых стержней. На примере конкретной структуры ИС с металлизацией в 11 Al- и 9 W-слоях показано, что осколки деления в реакции скалывания от 20Ca до 50Sn могут индуцировать в чувствительных слоях транзистора толщиной 40 нм от 55000 до 85000 электронно-дырочных пар. В продолжение и развитие наших предыдущих работ, где исследовались ЯР протонов умеренно высоких энергий на атомах Si, Al и W, в отчете были представлены результаты исследований ЯР на атомах Cu, который составляет значительную часть материала контактных дорожек современных и перспективных СБИС, особенно в 3D топологии. Таким образом, помимо процессов упругого и неупругого столкновения протонов с ядрами мишени был рассмотрен вклад ядерных реакций, в результате которых возникает массовый спектр ядер отдачи - продуктов ядерных реакций, простирающийся от атомной массы тяжелых ядер мишени до гелия и водорода. Показано, что каждый фрагмент ядерной реакции имеет свой собственный спектр кинетических энергий и свое угловое распределение.