Dispositivo de prueba de circuito integrado y procedimiento de puesta en práctica.

Dispositivo (1) de prueba de circuito integrado (2) que comprende,

- una pletina (3) que recibe al circuito integrado y que comprende componentes (4, 5) que permiten su alimentacióneléctrica y la medición de su funcionamiento durante la prueba,

- un dispositivo de irradiación (6) para someter el circuito (2) a un bombardeo de protones (7),caracterizado porque comprende una máscara (8) de espesor variable interpuesta entre una región de acceso (9)del bombardeo sobre el circuito integrado (2) y una zona implantada (10) del circuito integrado (2).

Dispositivo de prueba de circuito integrado y procedimiento de puesta en práctica La presente invención concierne a un dispositivo de prueba de un circuito integrado y a su procedimiento de puestaen práctica. Ésta se refiere a un dispositivo que permite definir la sensibilidad de un componente electrónico a la ionización primaria de los protones. La invención tiene por objetivo liberarse de una parte de los problemas ligados al control de la energía de los protones.

En el estado de la técnica, se sabe que en los entornos radioactivos naturales espaciales, atmosféricos, y a nivel del suelo, existe una cierta cantidad de protones. Los protones son partículas que pueden interactuar con el material constitutivo de los componentes electrónicos. Esta interacción de los protones con el material constitutivo de los componentes electrónicos puede provocar fallos, denominados acontecimientos singulares si éstos son producidos por el paso de una partícula única.

La interacción de los protones con el material constitutivo de los componentes electrónicos se hace según dos mecanismos, cuya peligrosidad es función del nivel de energía de la partícula.

En la técnica anterior se conoce la publicación específica DUZELLIER S ET AL: « Heavy Ton / Proton Test Results on High Integrated Memories » RADIATION EFFECTS DATA WORKSHOP, 1993, IEEE SNOWBIRD, UT, USA, 21 de julio de 1993, NEW TORK, NY, USA, IEEE, 1º de enero de 1993, páginas 36-42, XP010122967 ISBN: 978-07803-1906-6.

En la técnica anterior se conoce igualmente la publicación científica SAKAE TAKEJI ET AL: « Conformal irradiation by proton beam scanning and multilayer energy filter » REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, AIP, MELVILLE, NY, US, vol. 74, nº 3, 1º de marzo de 2003, páginas 1292-1295, XP012040542, ISSN: 0034-6748.

Un primer mecanismo constituye una interacción nuclear, ilustrado en la figura 1a. Durante una interacción nuclear, un protón presenta una cierta probabilidad de interactuar con un núcleo de un átomo objetivo, provocando así una emisión de partículas secundarias. La probabilidad de interacción entre el núcleo y el protón es relativamente pequeña, sin embargo la ionización debida a la emisión de las partículas secundarias puede provocar acontecimientos singulares.

Un segundo mecanismo ilustrado en la figura 1b constituye una interacción culombiana. En este caso, el protón es una partícula cargada que puede provocar por interacción culombiana la ionización de los átomos objetivos. Este mecanismo se produce para cada paso de un protón por el interior del material constitutivo de los componentes electrónicos, sin embargo, la cantidad de cargas generadas por unidad de longitud (poder de parada electrónica) es relativamente pequeña y solamente llega a su máximo para una energía próxima a 0, 055 MeV, para el silicio, como muestra la figura 2. Esta posición para la cual el poder de parada electrónica es máximo es denominada por el especialista en la materia pico de Bragg. El valor en energía del pico de Bragg de la interacción de un protón con el material varía según el material semiconductor objetivo. En lo que sigue de la descripción se utilizarán valores en energía y en poder de parada electrónica característicos de la interacción de un protón con el silicio, pero la invención es aplicable a todos los otros materiales semiconductores, en la medida en que pueda obtenerse el tipo de curva tal como la representada en la figura 2 por un software conocido y disponible: SRIM (wwww.srim.org) .

Así pues, la figura 2 es una curva que representa el poder de parada electrónica de un protón en silicio. Esta curva traduce la pérdida de energía por unidad de longitud por interacción culombiana de un protón en el silicio. A tal efecto, se observará que el máximo de la curva se sitúa alrededor de 0, 055 MeV para un poder de parada electrónica correspondiente a 0, 538 MeV/cm2/mg. Esta curva muestra igualmente que el valor del poder de parada electrónica del protón disminuye rápidamente cuando al energía del protón aumenta.

Hasta tecnologías relativamente recientes, dicho de otro modo, gravadas con una resolución superior a 130 nm, el único mecanismo de interacción de un protón con el silicio que provoca un fallo, es la interacción nuclear. Sin embargo, estudios recientes, conducidos en simulación pero igualmente experimentales, han demostrado que el mecanismo de ionización directa de los protones podía provocar acontecimientos singulares en los componentes más integrados como muestran los resultados experimentales que se han obtenido sobre una tecnología de memoria SRAM de IBM de 65 nm SOI (Silicon On Insulator) . La tecnología del silicio sobre aislante (SOI) hace referencia a la utilización de capas de silicio-aislante en lugar de los clásicos substratos de silicio en la fabricación de los semiconductores, a fin de mejorar sus prestaciones.

El impacto estimado de la tasa de fallos de estos componentes es importante, en particular para los componentes electrónicos del ámbito espacial donde el entorno de protones es importante, pero igualmente a nivel atmosférico. Otro aspecto de esta problemática concierne al efecto del blindaje de las estructuras. En efecto, los protones pierden una parte de su energía antes de interactuar con el componente. El espectro del protón visto por el componente puede ser muy diferente del espectro nominal. Según el espesor y el tipo de los materiales atravesados antes de llegar a la zona sensible del componente electrónico, los protones que crean fallos por ionización directa pueden provenir de gamas de energía iniciales muy diferentes.

La figura 3 es una representación esquemática de la influencia del recorrido de un protón en el aluminio en función de su energía. Para un protón que recorre 10 mm de aluminio y 1 mm de silicio, esto induce interacciones de tipo ionización directa, potencialmente peligrosas, en una zona sensible, si el protón tiene una energía inicial de 50 MeV. Si el protón tiene una energía inferior, éste quedará detenido en el interior del material. Si su energía es superior a 50 MeV, su ionización directa será pequeña. Dicho de otro modo, un protón que solamente atraviesa 2 mm de aluminio será considerado como peligroso si su energía es de aproximadamente 24 MeV.

Para poder cuantificar el número de fallos esperados para un entorno de protón dado, es importante disponer de un medio para caracterizar la sensibilidad de las tecnologías avanzadas frente a la ionización directa de los protones. Sin embargo, la caracterización de la sensibilidad de los componentes electrónicos frente a la ionización directa de los protones es difícil porque la gama de energías puesta en juego para este fenómeno es difícil de poner en práctica experimentalmente.

En efecto, para poner en evidencia el problema de ionización directa de los protones, hay que poder controlar de modo suficientemente fino la energía para que el protón tenga una energía próxima a 0, 055 MeV (para silicio, el valor sería diferente para otro material semiconductor) cuando éste llegue a la zona de sensibilidad del componente. Por zona de sensibilidad del componente se entiende una zona en la cual cargas depositadas son recogidas eficazmente y contribuirán a la activación de un fallo del componente.

Este fenómeno de ionización directa de los protones es tanto más difícil de estudiar cuanto que las capas de metalización, la carcasa y las capas de aire entre el componente y la fuente de los protones, provoquen una modificación de la energía del protón.

La figura 4 representa una curva del recorrido de un protón en el interior de una capa de aluminio en función de su energía. Para un protón incidente de 1 MeV, una capa de aluminio de 8 !m provoca una disminución de energía del protón de 0, 8 MeV. Así, sin conocimiento completo de las diferentes capas, dicho de otro modo, de su composición y su espesor, que separan un haz de protones incidentes de la zona de sensibilidad del componente, es difícil ajustar la energía del protón para maximizar la ionización.

La invención resuelve entonces este problema proponiendo un dispositivo de prueba de circuito integrado que permite evaluar la sensibilidad de un componente frente a la ionización primaria de los protones, liberándose de los problemas ligados a la elección de la energía incidente.

En la invención, para resolver este problema, para estar seguro de que una cantidad significativa de protones con una energía de 0, 055 MeV (posición en energía del pico de Bragg para el silicio) llega a la zona sensible del componente, se interpone entre este último y un dispositivo de bombardeo una máscara cuyo espesor no es uniforme.... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (1) de prueba de circuito integrado (2) que comprende,

- una pletina (3) que recibe al circuito integrado y que comprende componentes (4, 5) que permiten su alimentación eléctrica y la medición de su funcionamiento durante la prueba,

- un dispositivo de irradiación (6) para someter el circuito (2) a un bombardeo de protones (7) ,

caracterizado porque comprende una máscara (8) de espesor variable interpuesta entre una región de acceso (9) del bombardeo sobre el circuito integrado (2) y una zona implantada (10) del circuito integrado (2) .

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque

- la máscara es una máscara de forma biselada con un bisel según una o dos dimensiones.

3. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque la máscara biselada comprende localmente al menos un espesor y o una naturaleza para los cuales la energía residual de un protón a nivel de la zona de sensibilidad (11) , tras haber atravesado este espesor local, es próxima a la posición en energía del pico de Bragg para la interacción del protón con el material semiconductor del circuito integrado.

4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque la máscara biselada comprende en un lugar un espesor para el cual la energía residual de un protón a nivel de la zona de sensibilidad (11) es superior a la posición en energía del pico de Bragg para la interacción del protón con el material semiconductor del circuito integrado y en otro lugar un espesor para el cual la energía de un protón incidente es totalmente absorbida.

5. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la máscara está formada a partir de una pieza que hay que añadir al circuito integrado, o en un cuerpo del substrato (12) del propio circuito integrado.

6. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque,

- el circuito integrado es colocado sobre la pletina por una cara delantera correspondiente a la zona implantada (10) , y con una cara trasera correspondiente al substrato, opuesta a la zona implantada, enfrente del bombardeo.

7. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el dispositivo de irradiación comprende un acelerador de protones.

8. Procedimiento de prueba de un circuito integrado que comprende las operaciones siguientes:

- se coloca el circuito integrado (2) que hay que probar sobre una pletina (3) de prueba de manera que le alimente eléctricamente y que le haga funcionar,

- se somete el circuito integrado que hay que probar a un bombardeo de protones (7) durante la prueba,

- se interpone una máscara (8) de espesor variable entre una región de acceso (9) del bombardeo sobre el circuito integrado y una zona implantada (10) del circuito integrado,

- se mide el funcionamiento del circuito integrado durante la prueba.

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8 en el cual

- se levanta una cartografía de zona de sensibilidad (11) del circuito integrado que hay que probar con la ayuda de una instalación de inyección de faltas localizadas,

- produciendo esta cartografía una correspondencia entre direcciones lógicas en el circuito integrado y direcciones geográficas en este circuito integrado,

- se identifican, por la medición del funcionamiento del circuito integrado durante la prueba de bombardeo, las direcciones lógicas que son objeto de un fallo de funcionamiento correspondiente a este bombardeo,

- se deduce con la ayuda de la cartografía el emplazamiento geográfico del fallo de funcionamiento correspondiente a este bombardeo,

- se mide el espesor de la máscara en el emplazamiento geográfico del fallo de funcionamiento correspondiente a este bombardeo,

- se deduce de esto el espesor que ha dado lugar al fallo de funcionamiento, por tanto la caracterización de la sensibilidad a la ionización directa de los protones.

protón en Al

Energía