ICS 31. 080. 01 GB CCS L40 中华人民共和国国家标准 GB/T 4937.38—202*/IEC 60749-38:2008 半导体器件机械和气候试验方法 第38部分：带存储的半导体器件的软错误 试验方法 Semiconductor devices - Mechanical and climatic test methods - Part 38: Soft error test method for semiconductor devices with memory (IEC 60749-38: 2008, IDT) (报批稿） XXXX - XX - XX 发布 XXXX-XX-XX实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会 GB/T4937.38—202*/IEC 60749-38:2008 半导体器件机械和气候试验方法 第38部分：带存诸的半导体器件的软错误试验方法 1范围 本文件确立了带存储的半导体器件工作在高能粒子环境下（如阿尔法辐射）的软错误敏感性的试验 方法。本文件包含了两种试验方法，分别为利用阿尔法粒子辐射源的加速试验和自然辐射环境下（如阿 尔法粒子或中子）导致错误的（非加速）实时系统试验。 为了全面表征带存储半导体器件的软错误特性，还需要依照其他试验方法开展宽能谱高能中子和热 中子试验。本试验方法适用于所有带存储的半导体器件。 2规范性引用文件 本文件没有规范性引用文件。 3术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3. 1 单粒子翻转 single-event upset; SEU 单个载能粒子轰击产生的瞬态信号引起的软错误。 3. 2 软错误soft error 来自于锁存器或存储单元的可以被纠正的错误输出信号。该错误信号可通过执行一次或多次器件的 功能而恢复。 注：通常，该术语表示由辐射或电磁脉冲导致的错误，而不包括与制造工艺中引入的物理缺陷相关的错误。 3. 3 单粒子硬错误 single-event hard error；SHE 单个辐射粒子导致的工作状态不可逆的变化，通常与一个或多个器件单元的永久性损伤有关（如栅 氧击穿）。 3. 4 静态软错误 static soft error 不能被重复读取纠正，但能在不断电的情况下通过重新写入数据纠正的软错误， 3.5 1 GB/T4937.38—202*/1EC60749-38:2008 瞬态软错误transient soft error 在不重新写入和不断电的情况下，通过重复读取可纠止的软错误。 3. 6 断电恢复软错误soft error，power cycle；PcsE 不能通过重复读写，但能通过断电重启的方式来恢复的软错误。 3.7 单粒子功能中断 single-event functional interrupt；SEFl 一种导致器件复位、锁死或其他可探测功能错误的软错误。其不同于单粒子问锁需要通过断电重启 恢复，也不同于单粒子烧毁会导致器件的永久损伤。 3. 8 多位翻转multiple-bit upset；MBU 同一个字节中有两位或两位以上的数据翻转。 3. 9 单粒子门锁single-event latch-up；SEL 单个载能粒子入射到器件的敏感区导致的异常大电流状态，最终导致器件功能异常。 注1：单粒子门锁可能导致器件的永久损伤。如果器件未发生永久损伤，需要将器件断电重启才能恢复正常工作。 注2：互补金属氧化物半导体（CMOS）器件中单粒子门锁的一个例子是粒子入射导致的寄生p-n-p-n结构开启，引发 电源到地的短路， 3.10 粒子辐射通量flux（of particle radiation） 个平面上单位面积单位时间内的粒子数量。 注：通量通常表示为每平方厘米每秒的粒子数即N/(cm²s)，或每平方厘米每小时的粒子数即N/(cm²-h)。 3. 11 阿尔法源活度 alpha source activity 阿尔法源单位时间内的阿尔法粒子衰变数。 注：常用的国际单位为贝克勒尔（Bq），转化为居里（Curie，Ci）单位需乘以3.7x10i°。 3. 12 软错误率soft error rate；SER 软错误发生的速率。 3. 13 失效率 failures in time；FIT 2 GB/T4937.38—202*/1EC60749-38:2008 10器件小时内发生的错误数。 3.14 多单元翻转multiple-cell upset；MCU 次单粒子效应导致集成电路中多个存储位同时发生软错误。 注：这些存储位通常但不一定是相邻的。 4试验装置 4.1测试设备 测试设备应能够测试集成电路的功能，同时能记录存储数据在载能粒子辐照（如阿尔法粒子辐照） 下发生变化的时间。另外，测试设备（如存储器测试仪等）需具备统计单位时间内软错误数的功能。 4.2阿尔法辐射源 4.2.1说明 各种产品和封装材料中的的痕量铀（U）和针（Th）杂质会释放阿尔法粒子（α粒子）。α粒子具有 较强的电离特性，当它入射到有源器件时能在硅材料中产生大量的电子-空穴对。铀和针杂质释放的α粒 子可以通过不同类型的α源来模拟。释放的α粒子能谱与铀和针杂质相似的α源可用于模拟塑封引线键合 器件的辐射环境。释放的α粒子能谱与针-210（21°Po）相似的α源可用于模拟带焊点的倒装芯片的辐射环 境。α源需要提供与器件实际辐射环境相似的α粒子能谱。 4.2.2推荐的辐射源 238U或232Th是模拟封装用树脂化合物导致软错误率的首选辐射源。镭-241（2"Am）和21°Po可以作为备 选源。 4.2.3结果差异 由于能谱的差异，试验结果会因使用源的不同而存在差异。市场上现有的α粒子源通常仅根据单位 微居里（μCi）表示的活度来分类（而不是依据国际单位Bq表示，见3.11），且没有标明α源粒子的发 射率。 由于源本身对α粒子的吸收效应，α粒子发射率不能简单地根据源的活度来确定。例如，1μCi的活 性对应于3.7×104decays/s，但是来自于源的α粒子发射率会少于3.7×104α/s。因此，建议在软错误率试验 中测量实际使用的α源的发射率。 验结果的不同。 注：如果试验中使用了241Am或210Po源，需要在报告中书面记录。同时要说明如果使用了其他的辐射源，试验结果 会因为能谱的不同而存在差异。 4.2.4高辐射强度的影响 如果辐射源强度很高，需要考虑多个粒子同时入射的影响。 4.2.5测量精度 3 GB/T4937.38—202*/1EC60749-38:2008 如果α辐射源的发射面积远小于测试芯片面积，大气层和芯片保护层对α辐射的吸收以及入射角度 效应会导致测试结果的错误。因此，为了保证试验的精度，α辐射源的发射面积不能明显小于测试芯片 面积，最好能更大。图1中的曲线适用于直径为10mm的器件。图中尺寸d应该随器件直径成比例缩小或 放大（更多的信息见参考文献）。 1.0 0.9 大面源 器0.8 件 0.7 处 的 0.6 归 0.5 化 0.4 中等面源 通 0.3 点源 量 0.2 fd 0.1 0.0 12 3456 7 8910 源与器件间距（mm） 图1辐射源与被测器件的间距对入射到被测器件的α粒子通量的影响 4.3试验样品 任何带存储的集成电路都可以用本方法开展试验。需要重点考虑可能影响软错误率的器件参数，如 动态随机存取存储器（DRAM）存储单元的电容等。 5试验程序 5.1α辐射加速软错误率试验 5.1.1表面处理 辐照前需要对样品的表面做适当处理。对于α粒子加速试验，需要使样品表面暴露在辐照下，同时 不影响其电学特性。当试验的目的是评估芯片涂层的影响时，不能去除芯片涂层。 注：举例说明，封装上层的模塑树脂材料可以通过物理或化学手段去除。除特别说明外，均需要去除芯片涂层，因 为241Am源释放的α粒子（峰值能量大约为5MeV）会被涂层吸收。封装材料或自然放射下会存在更高能量的α辐射 5.1.2电源电压 电源电压设置为推荐工作状态的最小值。适用时，可以测试软错误率随电源电压的变化关系。对于 门锁试验，电压分别设置为推荐工作条件的最小值和最大值。 5.1.3环境温度 环境温度设置为室温。对于问锁试验，设置为推荐工作温度的最大值。 5.1.4内核工作周期 内核周期时间取决于被测器件，需要设置为制造商的推荐值。需要的话，可以测试软错误随内核工 作周期的变化关系。 4 GB/T4937.38—202*/1EC60749-38:2008 5.1.5数据图形 取决于被测器件。需要在报告中记录数据图形，如“棋盘格”、全“1”、全“0”等。 5.1.6芯片与辐射源的间距 需要在报告中记录实际值。 注：芯片与辐射源的间距宜为1mm或更小。除非在真空中测试，否则芯片与辐射源间太大的间距会导致α粒子通量 的衰减。试验时避免芯片或键合线与辐射源直接接触， 5.1.7试验样品数量 考虑到试验的结果差异，需要选用多个样品开展试验。 5.2实时软错误试验 5.2.1总则 在本试验方法中，被测器件固定在一个系统设备的存储测试板上。该系统设备与芯片测试仪器有相 似的功能。不使用外加的α源提供错误率加速，在与实际使用环境相似的条件下获取软错误率。只考虑 自然存在的辐射，包括α粒子、中子和其他载能粒子。 5.2.2电源电压 除另有规定外，电源电压设置为标称电压，保证测试软错误率与实际使用条件下一致。 5.2.3环境温度 环境温度设置为从室温到推荐工作条件下的最大温度。报告中需要记录环境温度。 5.2.4工作频率 工作频率取决于具体的被测器件。但推荐使用实际工作内核