В. В. Старостенко, Е. В. Григор’єв, Е. П. Таран, А. А. Рукавишников Таврійський національний університет вул.Ялтинська, 4, Сімферополь 95007, Україна Тел: (0652) 230360; e-mail: taran (S ) tnu. crimea. ua

Анотація приведена методика чисельного розрахунку стійкості ІМС в залежності від товщини металізації при впливі імпульсних електромагнітних полів. Отримано дані щодо впливу товщини неоднорідної металізації на порогові значення напруженості електричного поля падаючої електромагнітної хвилі.

I. Вступ

Результатом впливу імпульсних електромагнітних полів (ІЕМП) на інтегральні мікросхеми (ІМС) можуть бути: а) збої в роботі радіоелектронної апаратури без зміни фізико-хімічних характеристик мікроструктурних елементів (МСЕ), б) локальні зміни фізико-хімічних властивостей МСЕ («локальні деградації») зі збоями в роботі радіоелектронної апаратури;

в) катастрофічний відмову ІМС за рахунок виходу з ладу функціонально значущих МСЕ [1, 2].

В даний час в радіоелектронній апаратурі використовуються НВІС, які мають багаторівневу металізацію. З урахуванням розвитку сучасних технологій товщина металізації мікросхем зменшується на порядок (До 0,18-0,13 мкм) [3]. Це призводить до необхідності дослідити стійкість ІМС при впливі ІЕМП для мікросхем з товщиною металізації десяті частки мкм.

Метою роботи є виявлення вплив товщини проводять МСЕ на стійкість мікросхем з використанням чисельної математичної моделі впливу електромагнітних полів на ІМС.

II.Математіческая модель розвитку деградаційних процесів в провідних мікроструктурних елементах ІМС субмікронних розмірів при впливі електромагнітних полів

Сучасні ІМС містять на кристалі сотні тисяч і більше різних МСЕ. При цьому провідні ділянки займають близько 70% площі кристала [2].

Модель впливу ЕМП на ІМС з провідними МСЕ субмікронних розмірів аналогічна моделі з товщиною металізації в одиниці мкм [4]. При вирішенні дифракційної задачі і визначенні струмів, що наводяться на провідних МСЕ, враховуються не тільки параметри еквівалентної розрядної ланцюга, що включає МСЕ, розташовані на кристалі, але і геометричні та електрофізичні параметри контактних площадок, підвідних провідників і висновків ІМС.

Методика розрахунку стійкості ІМС в залежності від товщини металізації включає в себе: 1. розрахунок ЕМП поблизу ІМС з урахуванням геометричних та електрофізичних параметрів кристала, корпуса і висновків [5]; 2. визначення еквівалентної розрядної ланцюга з урахуванням орієнтації ІМС щодо падаючої електромагнітної хвилі і розрахунок

струмів, що наводяться на провідних МСЕ; 3. рішення динамічної електротеплової завдання з урахуванням геометричних та електрофізичних параметрів проводять МСЕ, геометрії моделі кристала ІМС і граничних умов [4]; 4. визначення часу початку деградаційних процесів і відмови ІМС.

III. Залежність стійкості ІМС від товщини металізації при впливі ЕМП

На підставі запропонованої методики і розробленої математичної моделі впливу ЕМП на ІМС було проведено комплекс чисельних експериментів з дослідження впливу товщини металізації на стійкість ІМС. В якості об’єкта досліджень при проведенні чисельних експериментів використовувалася модель кристала ІМС, орієнтована щодо поля таким чином, що площина кристала була паралельна вектору напруженості електричного поля падаючої електромагнітної хвилі. Отримано залежності порогових значень напруженості електричного поля падаючої електромагнітної хвилі від тривалості імпульсу для різної товщини однорідної металізації (рис.1).

Рис. 1. Залежність порогової напруженості ЕМП від тривалості імпульсу для різної товщини однорідної металізації ІМС: 1 А = 1,2 мкм;

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

Товщина металізації надає досить сильний вплив на порогові значення напруженості ЕМП. Зокрема, зменшення товщини на

0, 4 мкм призводить до зниження порогових значень напруженості ЕМП на 30-32% в залежності від тривалості імпульсу.

Отримано залежність порогової напруженості поля від товщини металізації при впливі ЕМП однаковою тривалості імпульсу (рис.2).

Отримана залежність досить точно описується прямою лінією. Для тривалості імпульсу 1 МКЕ динаміка теплових процесів в провідних МСЕ носить квазіадіабатіческій характер температурне поле металізації визначається тепловими джерелами і електрофізичними параметрами металізації. Зменшення товщини однорідної металізації призводить до пропорційного збільшення щільності струму. Нахил кривої визначає зменшення порогової напруженості поля в середньому вона становить 6,5 кВ / м при зменшенні товщини металізації на 0,1 мкм.

Рис. 2. Залежність порогової напруженості ЕМП від товщини металізації

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

IV. Висновок

Чисельний аналіз вплив товщини металізації на стійкість ІМС при впливі ЕМП показує, що спостерігається значне зниження порогових значень напруженості поля зі зменшенням товщини металізації. Особливо значущу роль це відіграє для ІМС з досить неоднорідною структурою металізації.

V. Список літератури

[1] С. П. Блудов, Н. П. Гадецкий, К. А. Кравцов. Генерація потужного імпульсного СВЧ випромінювання та його вплив на електронні прилади / / Фізика плазми. 1994.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.