微电子产品可靠性.ppt

* 一、双极型晶体管的核加固主要从设计和工艺两方面进行 式中,K′为晶体管中子损伤常数,τB 为基区渡越时间。 显然Δ(1/HFE)正比于τB；而τB∝WB2,所以,减小WB对提高晶体管抗中子辐照能力有重要作用。 1、减小产生辐射效应的体积 （1）经研究,电流增益hEF衰减与快中子通量φn间的关系为： * (2).小的基区宽度WB，小的几何图形（如小的e和c面积）、浅结（小的扩散电容）、突变型e区杂质分布（用离子注入或用AS扩散替代P扩散）对减小电离辐射体积、降低辐射灵敏度有利； 双极型晶体管的辐射损伤阈值 * (3).晶体管工作点IC选择在hFE随IC变化的峰值附近，大电流下比小电流下工作更耐辐射； 2.降低少数载流子寿命以减弱中子辐照对寿命的影响； 3.改善表面态，实施表面钝化； 4.在保证击穿电压的前提下，降低集电区电阻率以降低饱和压降VCES ；。 5.采用真空封装和加保护层； 6.辐射筛选； * 二、双极型集成电路的核加固 除采用上述分立器件的种种加固措施外，还必须采用： 1 介质隔离取代PN结隔离； 2 用金属薄膜电阻取代扩散电阻； 3 充分利用集成技术，改进电路设计： 采用各种类型的补偿、分流和限流电路， 来减小光电流和中子损伤的影响。 * （2）基极—发射极阻 抗补偿电路 （1）集电极阻抗补偿 电路 * （3）达林顿复合电路既能补偿中子辐照引起的增益 下降，又能利用T3的bc结分流T1和T2的光电流； 达林顿复合补偿电路 * （3）场效应晶体管保护 输入保护网络采用MOS晶体管本身 利用源-漏穿通电压保护。 40-50V高阈值电压的P沟MOS器件，当静电压达到或超过此值时，保护的MOS器件导通； 栅-源短路的MOS器件保护方法， 利用漏极表面的击穿特性箝位静 电势和泄放电能； * 上述三种保护方式中，以扩散电阻效果最好；因此，实际应用中往往是二极管或MOS晶体管与扩散电阻的结合； 为对正、负极性的静电势均有防护作用，有时也采用“背-背”的二极管或“背-背”扩散电阻。 * 二、双极型器件的静电防护 （1）分立器件一般不加保护网络，仅在设计时在满足电性能指标要求的前提下增大设计图形的尺寸。 （2）双极型电路设计原则与分立器件相同，在芯片内部也可加一些防电压浪涌的保护二极管。 VESD与发射区面积的关系 VESD与发射区周长的关系 * 三、其他的防静电措施 1.对各种可能产生静电的物体和人提供放电通路; 2.去除可能产生静电的材料; 3.器件存贮时要保持一定的温度和湿度：T:5-30摄氏度，相对湿度：40-60%; 4.MOS器件最好用金属铝箔将外引线短路，包装用金属盒或半导体塑料盒; 5.从整机使用环境分析，消除可能引起ESD损伤的静电源; 6.优化电路设计，合理选择器件类型; 7.合理选用器件工作状态; 8.在不影响电路性能前提下 ，可外接电阻或RC网络以提高VESD。 * 四. 可靠性设计和工艺控制建议 1.输入保护电路尽可能靠近压点，这样可避免ESD产生电弧，有利于提高电路抗ESD损伤能力； 2.输入保护电路中的金属布线宽度应足够大,间距不能太窄； 3.保护电路中的电阻应避免90?拐弯，以减小拐弯处的局部电场强度； 4.保护电路中NMOS管和PMOS管作二极管使用时，应适当增大结面积； 5.工艺上，在氧化层和金属化层的生长过程中，需特别注意对应力的控制和处理，以减少芯片中残余的应力； 6.保证栅氧化层的生长质量，尽量降低钠离子沾污，以保证栅氧化层的完整性，提高其击穿电压，达到抗静电效果； * 3.4 辐射效应对材料和器件的影响 辐射主要来源有两类： 一类是核爆炸产生的快中子流，γ射线（光子）、β射线（高速电子）等； 另一类是由宇宙空间辐射来的高能带电粒子—宇宙射线。 * 3.4.1 辐射效应 定义：材料或器件在受到核