集成电路中重离子致单粒子翻转软错误率的检测方法

1.本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种集成电路中重离子致单粒子翻转软错误率的检测方法。


背景技术：

2.宇宙空间中存在大量高能重离子，集成电路中的逻辑存储单元受到高能重离子轰击后，其保持的逻辑状态有可能发生翻转，此效应称为单粒子翻转效应(single-event upset，seu)。应用于航空、航天等恶劣辐射环境的集成电路很容易受到空间中高能重离子的辐照导致的单粒子翻转效应的影响，进而发生错误甚至失效，造成不可估量的损失。因此，准确评估集成电路对单粒子翻转效应的敏感程度尤为重要。
3.针对于集成电路对重离子致单粒子翻转效应的敏感程度的检测评估，现有技术中通常是采用基于rpp模型的方法计算单粒子翻转软错误率，详细过程通常为：首先，通过不同let(linear energy transfer,线性能量传输值)的多种重离子辐照集成电路，测得不同let下集成电路的单粒子翻转截面，然后采用weibull(威布尔)函数拟合出不同let下的单粒子翻转截面曲线，最后将weibull函数的拟合参数、集成电路的敏感区深度和逻辑存储位数、指定空间轨道的let通量分布作为输入，基于rpp(rectangular parallelepiped，正平行六面体)模型计算出该集成电路在该空间轨道下的重离子致单粒子翻转软错误率。上述传统基于rpp模型计算单粒子翻转软错误率的方式中，rpp模型需要基于如下假设：假定器件内部的敏感区由无数个正平行六面体组成，高能粒子在敏感区中沉积能量产生的电荷超过临界值，则引起单粒子翻转效应，反之不会引起单粒子翻转效应。也就是说，某高能粒子经过敏感区的路径长度大于能引起单粒子效应的最短路径长度，则会发生单粒子翻转效应，那么根据重离子在指定空间轨道的let通量分布计算离子路径长度的分布积分，即该通量分布下的重离子经过敏感区的路径长度大于引起单粒子效应最短路径长度的概率，即得到该空间轨道下的重离子致单粒子翻转软错误率。
4.上述基于rpp模型计算单粒子翻转软错误率方式中，rpp模型需要将敏感区形状假设为正平行六面体，但是实际敏感区具有复杂的几何形状而非是简单的正平行六面体，且集成电路的敏感区深度难以测量，因此上述基于rpp模型的方式所计算出的单粒子翻转软错误率误差较大。同时随着集成电路工艺快速发展，晶体管特征尺寸迅速降低，即每单元面积内晶体管的数量增加，相邻的敏感区也逐渐接近，高能粒子沉积能量产生的电荷会由多个敏感区收集(即电荷共享效应)，会使得rpp模型对单粒子翻转事件的判据的误差增大，从而所检测到的单粒子翻转软错误率会进一步降低。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现操作简单、易于实现且检测误差小、精度高的集成电路中重离子致单粒子翻转软错误率的检测方法。
6.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
7.一种集成电路中重离子致单粒子翻转软错误率的检测方法，步骤包括：
8.s1.以被测集成电路中心为球心，在单位球面表面均匀排列多个球面点；
9.s2.依次使用复合重离子束沿各个球面点向球心方向辐照被测集成电路，并测试预设的辐照时长内被测集成电路发生单粒子翻转事件的次数，所述复合重离子束包含具有多种能量的多种元素，所述复合重离子束在各let的离子通量值大于被测集成电路所在空间轨道上各let的离子通量；
10.s3.根据检测得到的各所述被测集成电路发生单粒子翻转事件的次数以及所述辐照时长，计算被测集成电路在指定空间轨道下的重离子致单粒子翻转软错误率。
11.进一步的，所述复合重离子束各let的离子通量分布形状与指定空间轨道上各let的离子通量分布形状的近似程度在预设范围内。
12.进一步的，所述步骤s1中，各球面点采用基于斐波那契网络的球面点排列方法排列。
13.进一步的，所述各球面点采用基于斐波那契网络的球面点排列方法排列时，各球面点的坐标按照下式计算得到：
[0014][0015][0016][0017][0018]
其中，xi、yi、zi分别为第i个球面点的x、y、z坐标值，i为从1至n的自然数，n为球面点的数量。
[0019]
进一步的，所述复合重离子束在各let的离子通量值为指定空间轨道上各let的离子通量的s倍，且s为大于105的实数。
[0020]
进一步的，所述步骤s3中，按照下式计算所述指定空间轨道下被测集成电路的重离子致单粒子翻转软错误率：
[0021][0022]
其中，m为所述重离子致单粒子翻转软错误率，s为复合重离子束在各let的离子通量值与指定空间轨道上各let的离子通量的倍数，n为球面点的数量，e(i)为第i个球面点测试得到的所述被测集成电路发生单粒子翻转事件的次数，t(i)为第i个球面点的辐照时长。
[0023]
进一步的，所述步骤s2的步骤包括：
[0024]
s201.置变量i＝1；
[0025]
s202.使用所述复合重离子束沿第i个球面点向球心方向辐照被测集成电路且辐
照时长为t(i)，测试被测集成电路发生单粒子翻转事件的次数e(i)；
[0026]
s203.如果i等于n则转s3，n为球面点的数量，否则置i＝i 1，返回步骤s201。
[0027]
进一步的，所述步骤s2前还包括判断被测集成电路的对称性，如果判断到被测集成电路结构为具有对称性的对称结构，则所述步骤s2中仅执行对称结构中一个对称方向的球面点的辐照及测试，所述步骤s3中使用一个对称方向的球面点所测试得到的结果同时作为另一个对称方向的球面点的测试结果，以计算所述被测集成电路在指定空间轨道下的重离子致单粒子翻转软错误率。
[0028]
进一步的，所述步骤s2中仅进行被测集成电路正面入射的球面点向球心方向的单粒子翻转效应测试。
[0029]
一种集成电路中重离子致单粒子翻转软错误率的检测装置，包括：
[0030]
球面点配置模块，用于以被测集成电路中心为球心，在单位球面表面均匀排列多个球面点；
[0031]
辐照测试模块，用于依次使用复合重离子束沿各个球面点向球心方向辐照被测集成电路，并测试预设的辐照时长内被测集成电路发生单粒子翻转事件的次数，所述复合重离子束包含多种能量和多种元素，所述复合重离子束在各let的离子通量值大于指定空间轨道上各let的离子通量；
[0032]
计算模块，用于根据检测得到的各所述被测集成电路发生单粒子翻转事件的次数以及所述辐照时长，计算被测集成电路在指定空间轨道下的重离子致单粒子翻转软错误率。
[0033]
与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0034]
1、本发明通过以被测集成电路中心为球心在单位球面表面均匀排列多个球面点，再依次使用复合重离子束沿各个球面点对被测集成电路进行辐照测试，综合各球面点所测试得到的被测集成电路发生单粒子翻转事件的次数以及辐照时长，即可计算出被测集成电路在指定空间轨道下的重离子致单粒子翻转软错误率，能够有效消除rpp模型引入的误差，使得获得的单粒子翻转软错误率的精度大幅提高，既不需要敏感区形状的正平行六面体假设，也不需要高能粒子经过敏感区的路径长度大于能引起单粒子效应的最短路径长度作为发生单粒子翻转效应的判据，即能够实现集成电路中重离子致单粒子翻转软错误率的精准检测。
[0035]
2、本发明进一步对于对称的集成电路，将计算所需的一个或多个球面点对应的测试结果直接采用其对称方向的球面点对应的测试结果，使得部分球面点可以无需进行试验测试，可以大大节省辐照时间，提高检测效率。
[0036]
3、本发明进一步通过仅进行被测集成电路正面入射的球面点向球心方向的单粒子翻转效应测试，可以进一步提高测试效率，同时减少测试成本。
附图说明
[0037]
图1是本实施例集成电路中重离子致单粒子翻转软错误率的检测方法的实现流程示意图。
[0038]
图2是本发明在具体实施例中排列形成50个球面点的效果示意图。
[0039]
图3是本发明在具体实施例中得到的geo轨道上各let的离子通量分布示意图。
[0040]
图4是本发明在具体应用实施例中实现集成电路中重离子致单粒子翻转软错误率检测的详细流程示意图。
具体实施方式
[0041]
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
[0042]
如图1所示，本实施例集成电路中重离子致单粒子翻转软错误率的检测方法的步骤包括：
[0043]
s1.以被测集成电路中心为球心，在单位球面表面均匀排列多个球面点；
[0044]
s2.依次使用复合重离子束沿各个球面点向球心方向辐照被测集成电路，并测试预设的辐照时长内被测集成电路发生单粒子翻转事件的次数，复合重离子束包含具有多种能量的多种元素，复合重离子束在各let的离子通量值大于指定空间轨道上各let的离子通量；
[0045]
s3.根据检测得到的各被测集成电路发生单粒子翻转事件的次数以及辐照时长，计算被测集成电路在指定空间轨道下的重离子致单粒子翻转软错误率。
[0046]
本实施例通过以被测集成电路中心为球心在单位球面表面均匀排列多个球面点，再依次使用复合重离子束沿各个球面点向球心方向辐照被测集成电路，测试一定时长内被测集成电路发生单粒子翻转事件的次数，综合各球面点所测试得到的被测集成电路发生单粒子翻转事件的次数以及辐照时长，即可计算出被测集成电路在当前空间轨道下的重离子致单粒子翻转软错误率，能够有效消除rpp模型引入的误差，使得获得的单粒子翻转软错误率的精度大幅提高，既不需要敏感区形状的正平行六面体假设，也不需要高能粒子经过敏感区的路径长度大于能引起单粒子效应的最短路径长度作为发生单粒子翻转效应的判据，即能够实现集成电路中重离子致单粒子翻转软错误率的精准检测。
[0047]
本实施例中，复合重离子束各let的离子通量分布形状与指定空间轨道上各let的离子通量分布形状的近似程度在预设范围内，即复合重离子束各let的离子通量分布形状与被测集成电路所在空间轨道上各let的离子通量分布形状近似，具体近似程度可依据实际需求配置。
[0048]
本实施例步骤s1中，各球面点采用基于斐波那契网络的球面点排列方法排列。在单位球面均匀排列的各个球面点的坐标(xi,yi,z i)的计算公式具体为：
[0049][0050][0051][0052][0053]
其中，xi、yi、zi分别为第i个球面点的x、y、z坐标值，i为从1至n的自然数，n为球面点的数量。
[0054]
在具体应用实施例中采用上述方法布置形成50个球面点的效果如图2所示，球面点的数量以及布置方式当然也可以根据实际需求采用其他方式。
[0055]
本实施例步骤s2中所使用的复合重离子束在各let的离子通量值为指定空间轨道上各let的离子通量的s倍，且s为大于105的实数，即复合重离子束在各let的离子通量值与指定空间轨道上各let的离子通量的倍数大于105，可以进一步确保较高的检测效率。在具体实施例中得到的geo轨道上各let的离子通量分布图如图3所示。
[0056]
在具体应用实施例中，上述步骤s2的详细步骤包括：
[0057]
s201.置变量i＝1；
[0058]
s202.使用复合重离子束沿第i个球面点向球心方向辐照被测集成电路且辐照时长为t(i)，测试被测集成电路发生单粒子翻转事件的次数e(i)；
[0059]
s203.如果i等于n则转s3，n为球面点的数量，否则置i＝i 1，返回步骤s201。
[0060]
本实施例步骤s2前还包括判断被测集成电路的对称性，如果判断到被测集成电路结构为具有对称性的对称结构，则控制步骤s2中仅执行对称结构中一个对称方向的球面点的辐照及测试，步骤s3中使用一个对称方向的球面点所测试得到的结果作为另一个对称方向的球面点的测试结果，以计算被测集成电路在当前空间轨道下的重离子致单粒子翻转软错误率。如果判断到集成电路结构具有对称性，则将一个或多个球面点对应的e(i)值直接采用对称方向的球面点所对应的e(i)值。考虑到如果集成电路结构具有对称性，那么重离子沿不同球面点向球心方向辐照产生的单粒子翻转效应也具有对称性，本实施例对于对称的集成电路，可以将计算所需的一个或多个球面点对应的e(i)值(被测集成电路发生单粒子翻转事件的次数)直接采用其对称方向的球面点对应的e(i)值，使得部分球面点可以无需进行试验测试，可以大大节省辐照时间，提高检测效率。
[0061]
本实施例步骤s4中，具体按照下式计算空间轨道下被测集成电路的重离子致单粒子翻转软错误率m：
[0062][0063]
其中，m为重离子致单粒子翻转软错误率，s为复合重离子束在各let的离子通量值与指定空间轨道上各let的离子通量的倍数，n为球面点的数量，e(i)为第i个球面点测试得到的所述被测集成电路发生单粒子翻转事件的次数，t(i)为第i个球面点的辐照时长。
[0064]
进一步的，本实施例中配置仅进行被测集成电路正面入射的球面点向球心方向的单粒子翻转效应测试。考虑到从正面入射的重离子导致的被测集成电路的单粒子翻转效应，与从背面相同或近似角度入射的重离子导致的被测集成电路的单粒子翻转效应是相同的，本实施例通过仅进行被测集成电路正面入射的球面点向球心方向的单粒子翻转效应测试，可以进一步提高测试效率，同时减少测试成本。
[0065]
如图4所示，本发明在具体应用实施例中实现集成电路中重离子致单粒子翻转软错误率检测的详细步骤包括：
[0066]
步骤1：以被测集成电路中心为球心，在单位球面表面均匀排列第1至第n共n个球面点；
[0067]
步骤2.置变量i＝1；
[0068]
步骤3.采用具有多种能量的多种元素组成的复合重离子束沿第i个球面点向球心
方向辐照被测集成电路一段时间t(i)，测试被测集成电路发生单粒子翻转事件的次数e(i)；复合重离子束在各let的离子通量值是指定空间轨道上各let的离子通量的s倍，s为大于1的实数；
[0069]
步骤4.如果i等于n则转s5，否则置i＝i 1，转s3；
[0070]
步骤5.根据检测得到的被测集成电路发生单粒子翻转事件的次数e(i)以及时间t(i)，计算该空间轨道下被测集成电路的重离子致单粒子翻转软错误率m。
[0071]
本实施例还提供集成电路中重离子致单粒子翻转软错误率的检测装置，包括：
[0072]
球面点配置模块，用于以被测集成电路中心为球心，在单位球面表面均匀排列多个球面点；
[0073]
辐照测试模块，用于依次使用复合重离子束沿各个球面点向球心方向辐照被测集成电路，并测试预设的辐照时长内被测集成电路发生单粒子翻转事件的次数，所述复合重离子束包含具有多种能量的多种元素，复合重离子束在各let的离子通量值大于指定空间轨道上各let的离子通量；
[0074]
计算模块，用于根据检测得到的各所述被测集成电路发生单粒子翻转事件的次数以及所述辐照时长，计算指定空间轨道下被测集成电路的重离子致单粒子翻转软错误率。
[0075]
上述集成电路中重离子致单粒子翻转软错误率的检测装置与上述集成电路中重离子致单粒子翻转软错误率的检测方法为一一对应，在此不再一一赘述。
[0076]
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。