芯片单粒子效应探测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种芯片单粒子效应探测方法及装置，其中方法包括：将待测芯片放入测试机台，触发待测芯片产生单粒子效应；利用使能信号随机关断待测芯片的扫描寄存器，形成随机观测矩阵；向待测芯片输入测试向量，获得待测芯片的输出测试向量，根据输出测试向量获得错误总数向量；对错误总数向量进行压缩感知信号重构，确定待测芯片内部敏感区域。本发明专利技术可以高效、便捷地对芯片单粒子效应进行探测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路
，尤其涉及芯片单粒子效应探测方法及装置。
技术介绍
集成电路可靠性研究的重要性随着半导体行业的快速进步而凸显。新型的小封装、高速度、低功耗的高性能芯片对粒子辐射的敏感程度大大增强，能产生诸多半导体电离辐射效应，也称单粒子效应。图1为现有技术中入射高能粒子造成半导体单粒子效应的示意图，如图1所示，单粒子效应会导致电子设备偏离正常功能和性能，导致芯片可靠性降低，甚至失效。除了太空射线能导致芯片单粒子效应，现代集成电路芯片制造过程中也引入了大量辐射损伤的加工工艺步骤，如离子注入、干法刻蚀、电子束或X射线光刻、等离子增强化学气相沉积、离子铣、势垒层及金属层建设等。在芯片封装工艺中电离辐射的来源是α粒子，如倒装焊球中的铅基同位素，铀、钍等放射性杂质。这些辐射来源都将严重威胁对芯片单粒子效应可靠性。随着空间技术和核技术的发展，单粒子效应被进一步分类研究，如单粒子闩锁(Single event latch-up，SEL)，单粒子翻转(Single event upset，SEU)，单粒子功能中断(Single event functional interrupt，SEFI)和单粒子烧毁(Single event burnout，SEB)等。根据单粒子效应对电子元器件造成的影响能否恢复，单粒子效应可以分为不可恢复错误和可恢复错误。“不可恢复错误”，或称“硬错误”，指一旦发生会对器件或系统造成致命的永久性损伤的错误，如SEB；“可恢复错误”，或称“软错误”，指通过重新启动器件或重新写入数据等方法可以恢复正常的错误，如SEU、SET、SED等。其中，单粒子闩锁SEL和单粒子翻转SEU是发生频率较高的两种单粒子效应。单粒子效应对于深亚微米集成电路，尤其是用于轨道飞船或其他航空电子设备的芯片可靠性具有严重威胁。据美国NGDC(National Geophysical Data Center)的数据统计，自1971年至1986年，国外发射的39颗同步卫星在飞行期间发生的故障共有1589次，空间辐射导致的故障有1129次，占故障总数的71％，而在辐射造成的故障中，单粒子效应造成的故障有621次，占辐射造成总故障的55％。我国发射的航天器也有类似情况出现。中国空间技术研究院统计了1984年到2000年东方红二号系列六颗通信卫星的故障，其中空间环境效应引起的故障占故障总数的40％。2007年至2010年我国航天器单粒子效应故障的统计表明，单粒子效应在空间环境辐射效应中占据主导地位，对航天器的危害日益严重。利用高能离子束进行辐照研究需要昂贵的专用设备，通常包括粒子加速器、终端束流机台、示波器等。目前只有少数高校和研究机构才能开展这样的实验。科学家发现可以利用脉冲激光模拟空间宇宙射线重离子在微电子器件和集成电路中产生的单粒子效应。1994年，J.S.Melinger等对激光单粒子效应的试验和基本机理进行研究，对激光和电子器件材料相互作用过程进行了较详细分析，认为虽然激光产生的电子-空穴对等离子体结构和重离子产生的电子-空穴对等离子体径迹结构存在较大差异，但其在单粒子效应测试方面仍可作为实验室重要评估手段。并且在工程设计应用中，激光单粒子效应测试手段比重粒子加速器更实用。脉冲激光辐照下引起单粒子效应，尤其是软错误的过程，称之为“故障注入”。然而即使利用脉冲激光来测试单粒子效应可靠性也面临低效、繁琐的问题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种芯片单粒子效应探测方法，用以高效、便捷地对芯片单粒子效应进行探测，该方法包括：将待测芯片放入测试机台，触发待测芯片产生单粒子效应；利用使能信号随机关断待测芯片的扫描寄存器，形成随机观测矩阵；向待测芯片输入测试向量，获得待测芯片的输出测试向量，根据输出测试向量获得错误总数向量；对错误总数向量进行压缩感知信号重构，确定待测芯片内部敏感区域。一个实施例中，所述触发待测芯片产生单粒子效应，包括：利用激光对待测芯片进行故障注入。一个实施例中，所述利用激光对待测芯片进行故障注入，包括：在测试的每次辐照过程中，按照激光光束聚集大小建立扫描单元。一个实施例中，所述利用激光对待测芯片进行故障注入，包括：利用激光对待测芯片的算术逻辑单元和译码器区域进行辐照。一个实施例中，所述利用使能信号随机关断待测芯片的扫描寄存器，形成随机观测矩阵，包括：通过串并联译码器形成随机观测矩阵开关阵列，向待测芯片的扫描寄存器的使能端口输出使能信号；通过显微镜的二维载物台对待测芯片进行二维移动，将每一次被随机观测矩阵开关阵列使能的扫描寄存器与被触发产生单粒子效应的待测芯片逻辑单元相匹配。一个实施例中，所述随机观测矩阵如下： Φ = a 11 a 12 ... a 1 N a 21 a 22 ... a 2 N · · · · · · · · 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种芯片单粒子效应探测方法，其特征在于，包括：将待测芯片放入测试机台，触发待测芯片产生单粒子效应；利用使能信号随机关断待测芯片的扫描寄存器，形成随机观测矩阵；向待测芯片输入测试向量，获得待测芯片的输出测试向量，根据输出测试向量获得错误总数向量；对错误总数向量进行压缩感知信号重构，确定待测芯片内部敏感区域。

【技术特征摘要】
1.一种芯片单粒子效应探测方法，其特征在于，包括：将待测芯片放入测试机台，触发待测芯片产生单粒子效应；利用使能信号随机关断待测芯片的扫描寄存器，形成随机观测矩阵；向待测芯片输入测试向量，获得待测芯片的输出测试向量，根据输出测试向量获得错误总数向量；对错误总数向量进行压缩感知信号重构，确定待测芯片内部敏感区域。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述触发待测芯片产生单粒子效应，包括：利用激光对待测芯片进行故障注入。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用激光对待测芯片进行故障注入，包括：在测试的每次辐照过程中，按照激光光束聚集大小建立扫描单元。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用激光对待测芯片进行故障注入，包括：利用激光对待测芯片的算术逻辑单元和译码器区域进行辐照。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用使能信号随机关断待测芯片的扫描寄存器，形成随机观测矩阵，包括：通过串并联译码器形成随机观测矩阵开关阵列，向待测芯片的扫描寄存器的使能端口输出使能信号；通过显微镜的二维载物台对待测芯片进行二维移动，将每一次被随机观测矩阵开关阵列使能的扫描寄存器与被触发产生单粒子效应的待测芯片逻辑单元相匹配。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述随机观测矩阵如下： Φ = a 11 a 12 ... a 1 N a 21 a 22 ... a 2 N · · · · · · · · · · · · a M 1 a M 2 ... a M N ]]>其中，Φ为所述随机观测矩阵，其中的元素aji＝0表示在第j次辐照时关断第i个被辐照的逻辑单元对应的扫描寄存器，j∈1,2,...,M，i∈1,2,...,N。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述向待测芯片输入测试向量，获得待测芯片的输出测试向量，根据输出测试向量获得错误总数向量，包括对信号X执行一次压缩观测，得到： a 11 x 11 + a 12 x 12 + ... + a 1 N x 1 N = y 1 a 21 x 21 + a 22 x 22 + ... + a 2 N x 2 N = y 2 · · · a M 1 x M 1 + a M 2 x M 2 + ... + a M N x M N = y M ; ]]>其中，yj(j∈1,2,...,M)表示每次辐照后的故障总数目；X为待测芯片的内部SEE敏感区域，X为的数组，xji＝0表示该逻辑单元Gi在第j次辐照下具有SEE可靠性，xji＝1表示该逻辑单元Gi在第j次辐照...

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧云，邵翠萍，刘玢玢，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44