ВЛИЯНИЕ ТОЛЩИНЫ МЕТАЛЛИЗАЦИИ НА СТОЙКОСТЬ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

July 29, 2012 by admin Комментировать »

В.             В. Старостенко, Е. В. Григорьев, Е. П. Таран, А. А. Рукавишников Таврический национальный университет ул.Ялтинская, 4, Симферополь 95007, Украина Тел: (0652)230360; e-mail: taran(S)tnu. crimea. ua

Аннотация приведена методика численного расчета стойкости ИМС в зависимости от толщины металлизации при воздействии импульсных электромагнитных полей. Получены данные по влиянию толщины неоднородной металлизации на пороговые значения напряженности электрического поля падающей электромагнитной волны.

I.  Введение

Результатом воздействия импульсных электромагнитных полей (ИЭМП) на интегральные микросхемы (ИМС) могут быть: а) сбои в работе радиоэлектронной аппаратуры без изменения физикохимических характеристик микроструктурных элементов (МСЭ); б) локальные изменения физикохимических свойств МСЭ («локальные деградации») со сбоями в работе радиоэлектронной аппаратуры;

в)   катастрофический отказ ИМС за счет выхода из строя функционально значимых МСЭ [1, 2].

В настоящее время в радиоэлектронной аппаратуре используются СБИС, которые имеют многоуровневую металлизацию. С учетом развития современных технологий толщина металлизации микросхем уменьшается на порядок (до 0,18-0,13 мкм) [3]. Это приводит к необходимости исследовать стойкость ИМС при воздействии ИЭМП для микросхем с толщиной металлизации десятые доли мкм.

Целью работы является выявление влияние толщины проводящих МСЭ на стойкость микросхем с использованием численной математической модели воздействия электромагнитных полей на ИМС.

II.Математическая модель развития деградационных процессов в проводящих микроструктурных элементах ИМС субмикронных размеров при воздействии электромагнитных полей

Современные ИМС содержат на кристалле сотни тысяч и более различных МСЭ. При этом проводящие участки занимают около 70 % площади кристалла [2].

Модель воздействия ЭМП на ИМС с проводящими МСЭ субмикронных размеров аналогична модели с толщиной металлизации в единицы мкм [4]. При решении дифракционной задачи и определении токов, наводимых на проводящих МСЭ, учитываются не только параметры эквивалентной разрядной цепи, включающей МСЭ, расположенные на кристалле, но и геометрические и электрофизические параметры контактных площадок, подводящих проводников и выводов ИМС.

Методика расчета стойкости ИМС в зависимости от толщины металлизации включает в себя: 1. расчет ЭМП вблизи ИМС с учетом геометрических и электрофизических параметров кристалла, корпуса и выводов [5]; 2. определение эквивалентной разрядной цепи с учетом ориентации ИМС относительно падающей электромагнитной волны и расчет

токов, наводимых на проводящих МСЭ; 3. решение динамической электротепловой задачи с учетом геометрических и электрофизических параметров проводящих МСЭ, геометрии модели кристалла ИМС и граничных условий [4]; 4. определение времени начала деградационных процессов и отказа ИМС.

III.              Зависимость стойкости ИМС от толщины металлизации при воздействии ЭМП

На основании предложенной методики и разработанной математической модели воздействия ЭМП на ИМС был проведен комплекс численных экспериментов по исследованию влияния толщины металлизации на стойкость ИМС. В качестве объекта исследований при проведении численных экспериментов использовалась модель кристалла ИМС, ориентированная относительно поля таким образом, что плоскость кристалла была параллельна вектору напряженности электрического поля падающей электромагнитной волны. Получены зависимости пороговых значений напряженности электрического поля падающей электромагнитной волны от длительности импульса для различной толщины однородной металлизации (рис.1).

Рис. 1. Зависимость пороговой напряженности ЭМП от длительности импульса для различной толщины однородной металлизации ИМС: 1 А=1,2мкм;

2А=1,1 мкм; 3 А=1 мкм; 4 А=0,9 мкм; 5 А=0,8 мкм

Fig. 1. Dependence of threshold tension of an electromagnetic field upon pulse duration for different depth of homogeneous bonding integrated circuits: 1 A=1,2 mkm; 2 A=1,1 mkm;

3   A=1 mkm; 4 A=0,9 mkm; 5-A=0,8 mkm

Толщина металлизации оказывает достаточно сильное влияние на пороговые значения напряженности ЭМП. В частности, уменьшение толщины на

0,       4 мкм приводит к снижению пороговых значений напряженности ЭМП на 30-32 % в зависимости от длительности импульса.

Получена зависимость пороговой напряженности поля от толщины металлизации при воздействии ЭМП одинаковой длительности импульса (рис.2).

Полученная зависимость достаточно точно описывается прямой линией. Для длительности импульса 1 мке динамика тепловых процессов в проводящих МСЭ носит квазиадиабатический характер температурное поле металлизации определяется тепловыми источниками и электрофизическими параметрами металлизации. Уменьшение толщины однородной металлизации приводит к пропорциональному увеличению плотности тока. Наклон кривой определяет уменьшение пороговой напряженности поля в среднем она составляет 6,5 кВ/м при уменьшении толщины металлизации на 0,1 мкм.

Рис. 2. Зависимость пороговой напряженности ЭМП от толщины металлизации

Fig. 2. Dependence of threshold intensity upon a metal film thickness

IV.  Заключение

Численный анализ влияние толщины металлизации на стойкость ИМС при воздействии ЭМП показывает, что наблюдается значительное снижение пороговых значений напряженности поля с уменьшением толщины металлизации. Особенно значимую роль это играет для ИМС с достаточно неоднородной структурой металлизации.

V.  Список литературы

[1]    С. П. Блудов, Н. П. Гадецкий, К. А. Кравцов. Генерация мощного импульсного СВЧ излучения и его воздействие на электронные приборы // Физика плазмы. 1994.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты