張戰(zhàn)剛 葉兵 姬慶剛 郭金龍 習(xí)凱 雷志鋒 ?黃云? 彭超 何玉娟 劉杰 杜廣華

1) (工業(yè)和信息化部電子第五研究所,電子元器件可靠性物理及其應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州 510610)

2) (中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所,材料研究中心,蘭州 730000)

3) (中國(guó)科學(xué)院微電子研究所,北京 100029)

本文使用镅-241作為a粒子放射源,開展65和90 nm靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器軟錯(cuò)誤機(jī)理研究,結(jié)合反向分析、TRIM和CREME-MC蒙特卡羅仿真揭示a粒子在器件中的能量輸運(yùn)過程、沉積能量譜和截面特性.結(jié)果表明,65 nm器件的軟錯(cuò)誤敏感性遠(yuǎn)高于90 nm器件,未發(fā)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)極性.根據(jù)西藏羊八井地區(qū)4300 m海拔的實(shí)時(shí)測(cè)量軟錯(cuò)誤率、熱中子敏感性和a粒子軟錯(cuò)誤率,演算得到65 nm靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器在北京海平面應(yīng)用的總體軟錯(cuò)誤率為429 FIT/Mb,其中a粒子的貢獻(xiàn)占比為70.63%.基于反向分析結(jié)果構(gòu)建器件三維仿真模型,研究a粒子入射角度對(duì)單粒子翻轉(zhuǎn)特性的影響,發(fā)現(xiàn)隨著入射角度從0°增大至60°,靈敏區(qū)中粒子數(shù)峰值處對(duì)應(yīng)的沉積能量值減小了40%,原因?yàn)樗プ僡粒子的能量較低,入射角度增大導(dǎo)致a粒子穿過空氣層和多層金屬布線的厚度增大1/cos(q)倍,引起粒子能量減小,有效LET值隨之減小.隨著入射角度從0°增大至60°,單粒子翻轉(zhuǎn)截面增大了79%,原因?yàn)?5 nm器件靈敏區(qū)中明顯的單粒子翻轉(zhuǎn)邊緣效應(yīng).

1 引 言

半導(dǎo)體器件的各種制造和封裝材料中存在痕量的鈾(U)、釷(Th)等雜質(zhì),這些雜質(zhì)具有天然放射性,其釋放的a粒子具有較強(qiáng)的電離能力,在穿過電子器件時(shí)可產(chǎn)生大量的電子-空穴對(duì),電子-空穴對(duì)被器件收集進(jìn)而導(dǎo)致軟錯(cuò)誤的出現(xiàn)[1].軟錯(cuò)誤雖然可以被糾正,但當(dāng)其發(fā)生在關(guān)鍵位置(如中央處理器指令緩存)且沒有被及時(shí)修正時(shí),可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果.

隨著集成電路 (integrated circuit,IC)工藝的持續(xù)發(fā)展,受集成度增大、供電電壓降低、節(jié)點(diǎn)電容減小等因素的影響,電離粒子在先進(jìn)工藝器件中引起的軟錯(cuò)誤成為應(yīng)用可靠性的關(guān)鍵威脅[2?4].在大氣環(huán)境中,軟錯(cuò)誤主要來源于a粒子、高能中子和熱中子[5?7].其中,a粒子引起的軟錯(cuò)誤率 (soft error rate,SER)占比與器件工藝、封裝材料等級(jí)、使用環(huán)境等因素密切相關(guān)[8],是總體SER的重要組成部分.隨著集成電路的工藝尺寸進(jìn)入納米尺度,國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究多聚焦在集成電路的a粒子SER測(cè)量、與中子SER的貢獻(xiàn)比例等研究[9?11],a粒子在其中引起軟錯(cuò)誤的機(jī)理尚不完全清晰,如靈敏區(qū)中的沉積能量譜特性、多角度入射下的敏感性變化及機(jī)理等,亟需開展深入研究,為加速試驗(yàn)方法和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)奠定基礎(chǔ).

本文從放射源選取、試驗(yàn)技術(shù)、仿真計(jì)算等方面開展納米級(jí)靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)的a粒子軟錯(cuò)誤研究.在試驗(yàn)技術(shù)方面,基于放射源參數(shù)、封裝材料a粒子發(fā)射率等級(jí)、單粒子翻轉(zhuǎn)(single event upset,SEU) 截面等信息,獲得器件在真實(shí)應(yīng)用環(huán)境下的SER.在機(jī)理研究方面,結(jié)合使用輻照試驗(yàn)、反向分析和蒙卡仿真,研究a粒子能量輸運(yùn)特性、沉積能量譜、角度依賴性等微觀特性,基于模型建立對(duì)結(jié)果進(jìn)行解釋.

2 試驗(yàn)條件

2.1 輻射源

選用镅–241(Am-241)源作為本試驗(yàn)使用的a粒子放射源,其衰變產(chǎn)物如(1)式,大多數(shù)a粒子的能量在 5.4—5.5 MeV之間,其中 84.5%的a粒子能量為5.486 MeV,13%的a粒子能量為5.443 MeV,1.6% 的 a 粒子能量為 5.388 MeV.

使用的放射源參數(shù)如表1所列,其放射率為5.73×105粒子/(2π·min),即 1.69×103粒子/(cm2·s),a粒子從放射源表面2π各向同性向外發(fā)射.根據(jù)JESD89 A標(biāo)準(zhǔn)[5],用于軟錯(cuò)誤測(cè)試的a粒子源的厚度應(yīng)不小于0.04 mm,以保證其產(chǎn)生的a粒子能譜為分布式能譜,更接近器件真實(shí)情況.該Am-241源厚度為1 mm,產(chǎn)生的a粒子能譜與芯片真實(shí)環(huán)境下的a粒子能譜較為接近,但粒子通量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于真實(shí)環(huán)境,適合用于開展a粒子軟錯(cuò)誤率加速測(cè)試.

表1 使用的放射源參數(shù)Table 1.Parameters of the radioactive source being used.

2.2 被測(cè)器件及單粒子效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)

被測(cè)器件參數(shù)如表2所列,選用CYPRESS公司的三款商用SRAM開展試驗(yàn).試驗(yàn)前,對(duì)器件進(jìn)行化學(xué)開封處理.

表2 被測(cè)器件參數(shù)Table 2.Parameters of the devices under test.

圖1為測(cè)試裝置示意圖,測(cè)試在大氣中進(jìn)行,氣壓為 (81 ± 1) kPa.Am-241 源放置在開封后的芯片表面,放射源與硅片同軸.試驗(yàn)過程中,由于CY7 C1019 D 使用插座進(jìn)行固定和電連接,所以放射源與其芯片之間的間距約為5 mm,其余兩種器件的間距均為1 mm.使用單粒子效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)監(jiān)測(cè)輻照過程中SRAM芯片發(fā)生的軟錯(cuò)誤信息,包括數(shù)量、地址、錯(cuò)誤數(shù)據(jù)等.試驗(yàn)過程中,需注意放射源輻射防護(hù)安全.

圖1 測(cè)試裝置示意圖Fig.1.Schematic diagram of the test setup.

3 試驗(yàn)及仿真結(jié)果

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

首先,根據(jù)具體的試驗(yàn)空間布局,對(duì)到達(dá)硅片表面的a粒子注量率進(jìn)行建模和蒙特卡羅計(jì)算.放射源和被測(cè)器件硅片尺寸見表1和表2,a粒子從放射源表面發(fā)射,2π方向各向同性.放射源與硅片 同 軸 ,間 距 分 別 為 1 mm (65 nm SRAM)和5 mm (90 nm SRAM).對(duì)到達(dá)硅片表面的 a 粒子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,結(jié)果如圖2和圖3所示.由圖可見,a粒子在兩類器件表面均勻分布.統(tǒng)計(jì)計(jì)算后得到,相比于放射源表面發(fā)射注量率,到達(dá)65 nm SRAM和90 nm SRAM器件表面的a粒子注量率分別下降了21%和56%.根據(jù)該下降比例和a粒子放射源發(fā)射率,即可計(jì)算得到硅片表面的實(shí)際粒子注量率.

圖2 蒙卡仿真得到的 65 nm SRAM 硅片表面 a 粒子分布圖Fig.2.a particle distribution on the silicon surface of the 65 nm SRAM.

圖3 蒙卡仿真得到的 90 nm SRAM 硅片表面 a 粒子分布圖Fig.3.a particle distribution on the silicon surface of the 90 nm SRAM.

需要說明的是,放射源與被測(cè)器件之間空氣層的存在會(huì)導(dǎo)致a粒子能量產(chǎn)生一定的衰減.例如,對(duì)于 65 nm 器件,5.486 MeV 的 a 粒子穿過 1 mm厚的空氣層后能量為 5.40 MeV,減小了 1.6%;對(duì)于 90 nm 器件,5.486 MeV 的 a 粒子穿過 5 mm厚的空氣層后能量為5.04 MeV,減小了8.1%.

基于之前的a粒子注量率建模計(jì)算,進(jìn)一步得到三種型號(hào)器件的SEU截面測(cè)試結(jié)果如表3所列.SRAM器件的初始寫入圖形均為棋盤格.單粒子翻轉(zhuǎn)截面s計(jì)算公式為:

其中,NSEU為 SEU 數(shù)量,Nb為測(cè)試容量 (Mb),F為粒子注量率 (cm–2·s–1),t為測(cè)試時(shí)長(zhǎng) (s).為了獲得良好的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),每種測(cè)試條件下的錯(cuò)誤數(shù)均累積超過了 100 個(gè).由表3 可見: 1)相比于 65 nm SRAM,90 nm SRAM 的 a 粒子 SEU 截面減小約兩個(gè)數(shù)量級(jí);2)兩款65 nm器件均為同一公司的DDR-II系列SRAM,其SEU截面差別小于6%.

為了研究初始寫入圖形對(duì)SEU截面的影響,試驗(yàn)過程中針對(duì)兩款65 nm器件使用了棋盤格、全0和全1三種寫入圖形,測(cè)得的SEU截面如圖4所示.由圖可見,棋盤格圖形、全0和全1圖形對(duì)應(yīng)的SEU截面差別小于 ± 7%,且兩款器件的SEU截面變化趨勢(shì)無明顯規(guī)律.

本文中使用的三款器件均為引線鍵合、塑料封裝,其放射性a粒子主要來自于模塑料.假定a粒子發(fā)射率為Ra(單位為/(cm2·h)),通常分為三個(gè)等級(jí),如表4所示.基于上述數(shù)據(jù)可進(jìn)一步計(jì)算得到器件真實(shí)環(huán)境下a粒子導(dǎo)致的軟錯(cuò)誤率(單位為FIT/Mb):

圖4 初始寫入圖形對(duì) SEU 截面的影響Fig.4.Impact of initial data pattern on SEU cross section.

表3 SEU 截面測(cè)試結(jié)果Table 3.Test results of SEU cross section.

表4 a 粒子發(fā)射率等級(jí)及對(duì)應(yīng)的軟錯(cuò)誤率Table 4.The a particle emissivity level and corresponding soft error rate.

表5 65 nm SRAM在4300 m海拔試驗(yàn)地點(diǎn)及北京海平面使用時(shí)的軟錯(cuò)誤率及a粒子、高能中子和熱中子貢獻(xiàn)占比Table 5.Soft error rates of the 65 nm SRAM at the experimental site with an altitude of 4300 m and sea level of Beijing city being used.The contribution rates of a particle,high energy neutron and thermal neutron are analyzed,respectively.

其中s為單粒子翻轉(zhuǎn)截面(單位為cm2/bit).由表4可知,當(dāng)65 nm SRAM的封裝材料使用提純后的超低 a 粒子 (ultra low alpha,ULA)發(fā)射率等級(jí)時(shí),其軟錯(cuò)誤率為 303 FIT/Mb,即 1 Mb 容量的器件在 109個(gè)工作小時(shí) (約 11.4萬年)內(nèi)發(fā)生303個(gè)錯(cuò)誤.需要說明的是,表4中SER的計(jì)算使用的SEU截面為上文中的兩款器件、三種初始寫入圖形的平均截面.當(dāng)90 nm SRAM的封裝材料使用提純后的ULA發(fā)射率等級(jí)時(shí),其軟錯(cuò)誤率為2.97 FIT/Mb.

表5 給出了 65 nm SRAM 在 4300 m 海拔試驗(yàn)地點(diǎn)及北京海平面使用時(shí)的軟錯(cuò)誤率計(jì)算結(jié)果及a粒子、高能中子和熱中子貢獻(xiàn)占比分析.根據(jù)我們之前的研究報(bào)道[12],該類器件在4300 m海拔的西藏羊八井地區(qū)長(zhǎng)期測(cè)量得到的實(shí)時(shí)軟錯(cuò)誤率為 2356 FIT/Mb,其中包含了 a粒子、高能中子(E>10 MeV)和熱中子 (E<0.4 eV)的共同貢獻(xiàn).a粒子引起的軟錯(cuò)誤率與所處地點(diǎn)沒有關(guān)系,固定為303 FIT/Mb.進(jìn)一步開展的中子輻照試驗(yàn)和二次離子質(zhì)譜 (secondary ion mass spectroscopy,SIMS)測(cè)量和分析,均表明該類器件對(duì)熱中子不敏感,所以熱中子對(duì)實(shí)時(shí)軟錯(cuò)誤率沒有貢獻(xiàn).經(jīng)過軟件計(jì)算得到,羊八井地區(qū)的高能中子通量(118.9 n/(cm2·h))比 北 京 海 平 面 (7.3 n/(cm2·h))高16.3倍,由此可計(jì)算得到該65 nm SRAM在北京海平面使用時(shí)高能中子引起的軟錯(cuò)誤率為126 FIT/Mb.最終得到,該 65 nm SRAM 在北京海平面使用時(shí)的軟錯(cuò)誤率為429 FIT/Mb,其中a粒子的貢獻(xiàn)占比為70.63%.

3.2 仿真分析

為了更深入地理解試驗(yàn)結(jié)果,對(duì)內(nèi)在機(jī)理進(jìn)行分析,本文基于 TRIM[13,14]和 CREME-MC[15?18]兩種仿真工具,結(jié)合器件的反向分析結(jié)果,對(duì)上述試驗(yàn)過程進(jìn)行了仿真,得到了a粒子在器件中的傳播軌跡、靈敏區(qū)沉積能量、單粒子翻轉(zhuǎn)截面等微觀信息.

3.2.1 反向分析

圖5給出了65 nm工藝SRAM的橫切面和存儲(chǔ)區(qū)圖像,該SRAM共使用六層金屬布線,M5為Al材料,其他 (M4—M0)為 Cu 材料.在 M0 和靈敏硅層之間發(fā)現(xiàn)W塞的存在.根據(jù)圖5(b),該器件存儲(chǔ)單元為六管結(jié)構(gòu),大小約為 1 μm × 0.5 μm;將“關(guān)”態(tài)NMOS的漏區(qū)作為單粒子翻轉(zhuǎn)靈敏區(qū),其大小為 0.2 μm × 0.19 μm;考慮電離電荷的漂移、擴(kuò)散、漏斗長(zhǎng)度等收集過程,將靈敏區(qū)的厚度設(shè)置為阱深,即 0.45 μm.表6 給出了 65 nm SRAM的存儲(chǔ)單元尺寸和靈敏區(qū)參數(shù).

圖5 65 nm SRAM 的反向分析結(jié)果 (a)橫切面;(b)存儲(chǔ)區(qū)圖像Fig.5.Reverse analysis results of the 65 nm SRAM: (a) Cross section;(b) memory area image.

表6 65 nm SRAM 的存儲(chǔ)單元尺寸和靈敏區(qū)參數(shù)Table 6.Memory cell size and SV parameters of the 65 nm SRAM device.

3.2.2 TRIM 仿真

基 于 SRIM-2008.04(stopping and range of ions in matter-version 2008.04)軟件中的 TRIM(Monte Carlo transport of ions in matter) 蒙特卡羅仿真工具開展a粒子在器件中的輸運(yùn)仿真.如圖6所示,106個(gè)a粒子從零點(diǎn)處垂直入射,初始能量為 5.486 MeV,經(jīng)過 1 mm 的空氣層后依次穿過65 nm SRAM器件的表層金屬布線、靈敏層和襯底.計(jì)算類型為“ion distribution and quick calculation of damage”,考慮了 a 粒子在器件輸運(yùn)過程中的直接電離和庫(kù)侖散射過程.TRIM工具可詳細(xì)追蹤粒子在器件中的軌跡,記錄粒子能量、動(dòng)量、位置、出射角等信息.

圖6(a)中,器件靈敏區(qū)位于靈敏層中心(虛線處).由圖可見: 1)a粒子可以穿透空氣層和器件表層金屬布線,在器件靈敏區(qū)中沉積能量,但沒有粒子能穿透器件襯底;2)由于庫(kù)侖散射相互作用,a粒子在器件的傳播過程中呈現(xiàn)出較大的位置分布,產(chǎn)生背散射粒子的概率為 2.5 × 10–5;3) 99.75%的能量損失通過a粒子直接電離過程完成,其余過程(如反沖核、空位、聲子等)占比很小.

3.2.3 CREME-MC 仿真

根據(jù)反向分析結(jié)果,建立三維器件仿真模型如圖7 所示,模型大小為 10 μm (x) × 10 μm (y),器件靈敏區(qū)位于多層金屬布線層下方中心處.在每次CREME-MC仿真過程中,108個(gè)a粒子隨機(jī)入射,初始能量為 5.486 MeV,經(jīng)過 1 mm 空氣層(未在圖7中繪出)后達(dá)到器件表面.由于器件實(shí)際環(huán)境和試驗(yàn)環(huán)境中a粒子入射至器件表面時(shí)具有方向性,因此仿真試驗(yàn)使用 0°,30°和 60°三種入射角度條件,探討角度對(duì)單粒子翻轉(zhuǎn)特性的影響.需要說明的是,對(duì)于傾角入射的a粒子,其到達(dá)器件表面前穿過的空氣層厚度增大1/cos(q)倍(q為入射角度),a粒子的能量隨之減小.計(jì)算過程中詳細(xì)考慮a粒子的二次電子和核反應(yīng)過程,記錄靈敏區(qū)中的沉積能量分布和截面信息.使用的物理過程包括 decay,EmStandardScreened,hElasticWEL_CHIPS_HP,particles,G4 GammaLeptoNuclear-Phys,hInelastic FTFP_CEM_HP,stopping,IonInelasticLAQGSM等.

圖6 TRIM仿真結(jié)果 (a) a粒子在器件中的傳播軌跡;(b)器件橫斷面視角下的a粒子軌跡(粒子初始入射位置為中心零點(diǎn)處)Fig.6.TRIM simulation results: (a) The propagation trajectory of alpha particles in the device;(b) the alpha particle trajectory from the cross-sectional view of the device (the initial incident position of the particle is at the zero center).

圖7 65 nm 工藝器件三維仿真模型Fig.7.3 D simulation model of the 65 nm device.

圖8 不同入射角度下器件靈敏區(qū)中的沉積能量譜Fig.8.Deposited energy spectra in sensitive regions of devices at different incident angles.

圖9 a粒子在硅材料中的LET值與能量的關(guān)系Fig.9.Relationship between LET value and energy of aparticle in silicon material.

圖8給出了不同入射角度下器件靈敏區(qū)中的沉積能量譜.由圖可見,隨著入射角度的增大,沉積能量譜表現(xiàn)出典型特征: 粒子數(shù)峰值處對(duì)應(yīng)的沉積能量值呈減小趨勢(shì),從垂直入射時(shí)的81.3 keV減小至60°傾角入射時(shí)的49 keV,原因?yàn)殡S著入射角度的增大,a粒子穿過空氣層和多層金屬布線的厚度增大1/cos(q)倍,導(dǎo)致粒子能量減小,有效LET值隨之減小.圖9為a粒子在硅材料中的LET值與能量的關(guān)系.計(jì)算得到,垂直入射、30°和60°傾角入射條件下a粒子最終在靈敏區(qū)處的LET 值分別為 0.78,0.49 和 0.23 MeV·cm2·mg-1.

圖10為不同入射角度下單粒子翻轉(zhuǎn)截面與臨界能量的關(guān)系,由前文可知該器件的單粒子翻轉(zhuǎn)臨界能量為 22.5 keV(約 1 fC),可得圖11.垂直入射條件下,器件的單粒子翻轉(zhuǎn)截面為 3.9 × 10–10cm2/bit,即0.039 μm2/bit,與器件靈敏區(qū)的表面積基本一致.該SEU截面略大于上一節(jié)放射源試驗(yàn)獲得的SEU截面值(65 nm SRAM的SEU截面平均值為 2.89 × 10–10cm2/bit),差別源于放射源試驗(yàn)中粒子能量及入射方向與仿真不同.隨著入射角度從0°增大至60°,器件的單粒子翻轉(zhuǎn)截面增大了79%,該現(xiàn)象與圖8中“粒子數(shù)峰值處對(duì)應(yīng)的沉積能量值呈減小趨勢(shì)”的規(guī)律相反.經(jīng)分析得知原因?yàn)?雖然隨著入射角度增大,粒子數(shù)峰值處對(duì)應(yīng)的沉積能量值有所減小,但該能量值高于器件的臨界能量,對(duì)單粒子翻轉(zhuǎn)截面影響較小;另一方面,不同于以往大尺寸器件的“薄片”形靈敏區(qū),該器件的靈敏區(qū)三維尺寸為 0.2 μm(L) × 0.19 μm(W) ×0.45 μm(D),導(dǎo)致明顯的單粒子翻轉(zhuǎn)“邊緣效應(yīng)”(見圖12).

圖10 不同入射角度下單粒子翻轉(zhuǎn)截面與臨界能量的關(guān)系Fig.10.Relationship between single event upset cross section and critical energy at different incident angles.

圖11 不同入射角度下的單粒子翻轉(zhuǎn)截面Fig.11.Single event upset cross section at different incident angles.

圖12 邊緣效應(yīng)示意圖 (未按實(shí)際比例繪圖)[20,21]Fig.12.Schematic diagram of edge effect (not scaled)[20,21].

如圖12所示,垂直入射條件下,器件的單粒子翻轉(zhuǎn)截面為

其中W為靈敏區(qū)的寬度,L為靈敏區(qū)的長(zhǎng)度.傾角入射條件下,若離子LET值足夠大,路徑長(zhǎng)度變短并不影響入射離子在靈敏區(qū)中沉積足夠的能量產(chǎn)生單粒子翻轉(zhuǎn),即沉積能量仍大于臨界能量.則單粒子翻轉(zhuǎn)截面為

其中D為靈敏區(qū)的厚度,q為入射粒子方向與器件法線之間的夾角.因此,邊緣效應(yīng)導(dǎo)致的單粒子翻轉(zhuǎn)截面最大偏差為

計(jì)算可得該最大偏差為390%.對(duì)于本文的情況,由圖8可知60°傾角入射條件下粒子數(shù)峰值處對(duì)應(yīng)的沉積能量值為 49 keV,比 65 nm SRAM 的臨界能量(22.5 keV)高超過兩倍.當(dāng)入射粒子沿圖12模型中靈敏區(qū)的邊緣入射時(shí),粒子在靈敏區(qū)中的路徑長(zhǎng)度將減小,導(dǎo)致沉積能量降低,若該能量小于臨界能量,將不能引起單粒子翻轉(zhuǎn).所以,邊緣效應(yīng)導(dǎo)致傾角入射條件下單粒子翻轉(zhuǎn)截面的增大,但(6)式中的最大偏差為極限情況,故本文中單粒子翻轉(zhuǎn)截面的增量小于該值.

4 結(jié) 論

本文基于Am-241放射源,搭建SRAM單粒子效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng),結(jié)合a粒子輻照試驗(yàn)、反向分析和蒙特卡羅仿真開展a粒子在65和90 nm工藝SRAM器件中的軟錯(cuò)誤機(jī)理研究.研究結(jié)果表明,65 nm SRAM在Am-241放射源加速試驗(yàn)條件下的a 粒子單粒子翻轉(zhuǎn)截面約為 2.89 × 10–10cm2/bit,遠(yuǎn)高于 90 nm SRAM,且未表現(xiàn)出明顯的翻轉(zhuǎn)極性.結(jié)合其塑封料的ULA級(jí)a粒子發(fā)射率,計(jì)算得到該器件的a粒子軟錯(cuò)誤率為303 FIT/Mb,對(duì)總體軟錯(cuò)誤率的貢獻(xiàn)占比為70.63%(北京海平面).

基于反向分析結(jié)果構(gòu)建器件三維仿真模型,65 nm SRAM器件使用六層金屬布線,靈敏區(qū)大小為 0.2 μm(x) × 0.19 μm(y) × 0.45 μm(z),臨界電荷約為 1 fC.蒙特卡羅仿真表明,65 nm SRAM器件的靈敏區(qū)沉積能量譜和單粒子翻轉(zhuǎn)截面表現(xiàn)出明顯的入射角度依賴性.隨著入射角度從0°增大至60°,靈敏區(qū)中粒子數(shù)峰值處對(duì)應(yīng)的沉積能量值減小了40%,原因?yàn)樗プ僡粒子的能量較低,入射角度增大導(dǎo)致a粒子穿過空氣層和多層金屬布線的厚度增大1/cos(q)倍,引起粒子能量減小,有效LET值隨之減小.隨著入射角度從0°增大至60°,單粒子翻轉(zhuǎn)截面增大了 79%,原因?yàn)?65 nm器件靈敏區(qū)中明顯的單粒子翻轉(zhuǎn)邊緣效應(yīng).