哈尔滨理工大学 硕士学位论文

CMOS集成电路抗辐射加固工艺技术研究 姓名:刘庆川 申请学位级别:硕士 专业:仪器仪表工程

指导教师:于晓洋;苏秀娣 20070101 哈尔滨理工大学工程硕士学位论文

CMOS集成电路抗辐射加固工艺技术研究 摘要

随着现代科学技术的发展,具有高速信号处理能力和强的抗辐射能力的 计算机及控制部件已成为通信卫星、气象卫星、航天飞行器、现代武器等系 统的核心部分。因此,发展具有高速度、强抗辐照能力的集成电路技术是电 子信息产业和国防装备系统的关键。

当前,在集成电路芯片制造中,体硅CMOS半导体工艺技术仍占据主 导地位,因此,对CMOS集成电路进行加固研究就显得十分必要.由于抗 辐照加固技术属于军用技术范畴。它具有高度的保密性,因此抗辐照加固工 艺必须依靠自己的力量,从基础工艺出发进行研究。

用在空间中的电路会受到各种射线的影响,要产生电离辐照效应和单粒 子效应等。本文第一部分主要讲述了CMOS电路的电离辐射效应主要介绍 了界面态的产生,并详细分析了辐射感生陷阱电荷的产生过程。并根据上述 原理指导下确定了工艺、设计两方面的抗辐照加固方法,分别介绍了栅氧化 层加固,源漏制备技术加固,钝化层加固,场区加固,以及栅氧后高温的影 响。

第二部分主要讲述了CMOS集成电路的单粒子效应。主要介绍了单粒 子效应的模型,包括电荷聚集模型、粒子分流模型和电荷横向迁移模型;并 介绍了不同的高能粒子的单粒子损伤机理;着重描述了CMOS集成电路的 单粒子效应.并且根据上述的损伤机理,从设计和工艺方面提出了抗单粒子 效应的方法。

最后根据上面得出的可行的方法研制了抗辐射加固电路CPU,并取得 了较好的抗电离辐射和抗单粒子效应的效果。

关键词 CMOS集成电路:电离辐射效应;单粒子效应 堕垒堡矍三查兰二堡璺圭兰堡鲨圣

Research of CMOS Integrated Circuit Radiation Hardened Process Abstract

With the development of modem science technology,the computers and control parts with the ability of handle high—speed signal and strong radiation resistant have become the COre of communication satellite,weather satellite, aircraft and modem weapon ctc.So that,the key of electronics information industry and national defense is to develop high?speed strong radiation resistant integrated circuit technology.

At present,in the manufacturing of IC slice,body-silicon CMOS process technology still occupy predominate position.so it is necessary to harden research CMOS IC.Because the Radiation Resistant and Hardened Technology (RRHTbelong to the military technology,it is a secret.So we must study RRHT by ourselves based on basic techniques.

The circuits used for space technology,will be affected by various rays,c柚 generate ionizing radiation effect and single-event effect.It is mainly tells

ionizing radiation effect and radiation resistant technology on CMOS circuit in the first part,include boundary surface state and induced trap charge of radiation;

separately introduce gate oxidation layer hardness,source/drain hardness, passivation layer hardness,field areas hardness and the influence of hi讪 temperature after gate oxidation.

The second part mainly tells single event effect.The single event effect model is first tells include charge collect model,particle diffluence model and charge’S transverse transfer model.Then damage effect is tells that cawed by high energy particles.Then it is describes

that the single event effect of CMOS IC.Then it is tells that the way of how to protect CMOS circuit using methods of design and process.

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哈尔滨理丁人学T程硕I‘学位论文

The last it is also introduce development of radiation hardened IC 80C86 CPU.The anti-ionizing?radiation-effect and anti—single?event-effect achieve good result.

Keywords CMOS IC;Ionizing radiation effect;Single event effect -儿l-

哈尔滨理工大学工程硕|:学位论文 第1章绪论

1.1课题背景及研究的目的和意义

随着现代科学技术的发展,具有高速信号处理能力和强抗辐射能力的计算 机及控制部件已成为通信卫星、气象卫星、航天飞行器、现代武器等系统的核 心部分。在轨道上运行的人造卫星和宇宙飞船,会受到空间辐射的影响。1993年8月21日,美国有五颗卫星同时失效,原因是使用的同一批定时器芯片, 因宇宙射线辐照而失