CN110691979B - 软错误检查方法、软错误检查装置以及软错误检查系统 - Google Patents

软错误检查方法、软错误检查装置以及软错误检查系统 Download PDF

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Abstract

在半导体器件中的软错误检查方法中，通过具有如下特征的软错误检查方法来解决上述课题，具有：对上述半导体器件照射激光或者电子束并进行扫描的工序；以及对上述半导体器件的被照射上述激光或者上述电子束的每个区域测定位反转的时间并存储的工序。

Description

软错误检查方法、软错误检查装置以及软错误检查系统
技术领域
本发明涉及软错误检查方法、软错误检查装置以及软错误检查系统。
背景技术
众所周知，在LSI(Large Scale Integration：大规模集成电路)等半导体器件中，会产生由放射线引起的误动作，所谓的软错误。这样的软错误不光是在基础设施服务器、超级计算机等关键任务的设备中成为课题，在宇宙用、医疗用等需要防辐射的装置、FA(Factory Automation：工厂自动化)设备、通信基站设备等24小时不停止的装置中成为课题。
一般而言，由于软错误不留缺陷所以很难检查。具体而言，作为软错误的检查方法，有高空运行测试、使用加速器的测试等。使用加速器的测试可进一步分为对LSI芯片的整个面照射中性子、离子的方法、以及局部照射可聚光的电子、激光的方法。这些方法中激光评估法由于无需抽真空所以能够以小规模的设备来实现，另外能够分别独立地对特定的存储器区域进行评估因此优选。
专利文献1:日本特表2011－504581号公报
非专利文献1:J.R.Schwank,and et al.,IEEE Trans.Nucl.Sci.,57(2010)1827.
然而，在激光评估法中，仅知道通过照射激光而反转的存储器的反转位置，对于与软错误相关的耐久性(耐久年数)无法知道。
因此，需要一种局部评估半导体器件所受到的放射线的影响，特别是耐久性，并能够掌握与半导体器件的软错误有关的耐久时间等的软错误检查方法。
发明内容
根据本实施方式的一个观点，在半导体器件中的软错误检查方法中，其特征在于，具有：对上述半导体器件照射激光或者电子束来进行扫描的工序；以及对上述半导体器件的被照射上述激光或者上述电子束的每个区域测定并存储位反转的时间的工序。
根据公开的软错误检查方法，能够掌握与半导体器件的软错误有关的耐久时间等。
附图说明
图1是第一实施方式中的软错误检查装置的结构图。
图2是第一实施方式中的软错误检查方法的流程图。
图3是第一实施方式中的软错误检查方法的说明图(1)。
图4是第一实施方式中的软错误检查方法的说明图(2)。
图5是第一实施方式中的软错误检查方法的说明图(3)。
图6是第一实施方式中的软错误检查方法的说明图(4)。
图7是第二实施方式中的软错误检查方法的流程图。
图8是在第二实施方式中获得的半导体器件的说明图。
图9是第二实施方式中的软错误检查方法的说明图。
具体实施方式
以下，对用于实施的方式进行说明。此外，对于相同的部件等，标注相同的附图标记并省略说明。
〔第一实施方式〕
首先，对软错误以及软错误检查方法的概要进行说明。若高能量束入射至LSI芯片内部则能量会损失并且持续，并沿着其轨道生成电子-空穴对。这些电荷移动至电极并流入存储节点内，若成为阈值以上的电荷，则在此之前记录的位内信息反转(0→1、或者1→0)。该现象被成为单事件翻转(SEU：Single Event Upset)，是LSI芯片内存储器的最大的误动作重要因素。
如后述那样，在本实施方式中，为了对SEU进行加速评估而使用能量束，但在电子束等的带电粒子和激光中SEU的产生机制不同。在为电子束等的带电粒子的情况下，通过对LSI芯片照射电子束等的带电粒子，利用电离作用生成电子-空穴对。与此相对，在为激光的情况下，若对LSI芯片照射激光，则通过称为双光子吸收的同时吸收2个光子的激发过程，生成电子-空穴对。具体而言，若基于光子的能量超过Si的带隙能量亦即1.12eV，则通过间接跃迁生成电子-空穴对。像这样，在电子束等的带电粒子和激光中电子-空穴对的产生机制不同，但之后的引起SEU的过程相同。
由以电子为代表的带电粒子的放射线引起的软错误能够通过赋予线性能量(LET：Linear Energy Transfer：用对每单位长度给予的能量的量来表示放射线的质量的指标)来进行定量评估。与此相对，由基于激光的双光子吸收引起软错误的能量阈值P.E使用LET，通过下述的式1所示的式子来表示。
[式1]
(P.E)2＝0.95×LET
由于基于带电粒子放射线的照射和基于双光子吸收的激光照射具有式1所示的式子的关系，所以为了方便，在以下的说明中，作为LET来进行说明。
作为电子束等的带电粒子、激光的照射条件的参数可举出各种参数，例如，能量、功率、放射量率、剂量、频率、脉冲宽度、占空比等。若使这些照射条件的参数变化，则其结果对材料给予的LET发生变化。对于照射条件而言，不是只有所给予的能量的总量会成为问题，例如，若实际进行位反转测定则经常产生由再次反转现象引起的恢复现象，但这样的恢复现象较大程度取决于脉冲宽度、占空比等。因此，在各种照射条件下记录存储器的位信息在耐久性评估上很重要。此外，作为照射条件，例如，激光的能量密度为0.02J/cm 2、中心波长为1560nm、功率为340mW、频率为80MHz等。
在为激光照射的情况下，使用激光光学系统对作为样本的半导体器件亦即LSI芯片照射聚光到几微米的激光。另外，在为电子束照射的情况下也可以使用扫描式电子显微镜(SEM)。不管是哪种情况，都是对LSI芯片的某个坐标位置以特定的照射条件照射激光或者电子束等的带电粒子，并记录照射期间的LSI的存储器的位信息随时间的变化。若考虑到再次反转等而进行充分的时间的照射，则移动能量束或者作为样本的半导体器件亦即LSI芯片的位置并反复相同的处理。
可以预先使用作为标准样本的存储器在各照射条件下计算相对于大气放射线的激光照射或者电子束照射的加速系数。加速系数能够通过对错误发生频率进行比较来计算值。通过能量束照射获得的耐久性(耐久时间)图能够通过位反转所需的照射时间与加速系数的积来计算。若将该耐久时间图转换为每单位时间的量则成为错误发生频率图。
若获得了这些图，则接下来，也可以调整存储器的运用方法，使得不会作为半导体器件发生故障。作为运用方法而言假定各种情况，例如，也可以判断所评估的LSI芯片是否满足错误发生频率的规格。此时，可以通过对不满足规格的错误发生频率区域上色等来使其可视化。另外，也可以数出存在于LSI芯片内的不满足规格的区域的个数，并作为该LSI芯片的耐久性等级。
另外，可以根据使用环境等使存储器的分配最佳化。若放射线入射至材料，则以入射位置为中心产生电荷，所以认为接近入射位置的存储器容易反转。因此，在整体上进行平均的情况下，在也可以对组合进行调整以使在耐久性较低的位置(地址)彼此不进行分配。另外，也可以进行仅对较高的耐久性的地址进行组合，而不使用较低的耐久性的地址的调整。
(软错误检查装置以及软错误检查系统)
接下来，对第一实施方式中的软错误检查装置进行说明。图1表示本实施方式中的软错误检查装置以及软错误检查系统。本实施方式中的软错误检查装置具有扫描工作台20、照射源30、扫描控制部21、照射控制部31、测定器40、控制部50等。控制部50具有信息处理部51、存储部52、显示部53、输入部54等。
作为检查对象的样本亦即半导体器件10是LSI芯片等，这样的半导体器件10设置在扫描工作台20上，能够通过扫描工作台20二维地、即，沿X轴方向以及Y轴方向移动。扫描工作台20由扫描控制部21来控制。
照射源30射出对半导体器件10照射的激光，并由照射控制部31来控制。在本实施方式中，对从照射源30射出激光的情况进行说明，但也可以射出电子束等的带电粒子。在半导体器件10为由硅形成的半导体器件的情况下，由于在硅中产生双光子吸收的波长区域为1100nm～2100nm，所以例如，从照射源30射出的激光的波长约为1500nm。
测定器40是试验器等，与半导体器件10的端子连接，能够测定存储于半导体器件10内的信息的变化。
控制部50进行本实施方式中的软错误检查装置整体的控制以及与软错误检查方法有关的信息处理动作。在信息处理部51连接有存储信息的存储部52、用于显示所需的信息的显示部53、用于向信息处理部51输入信息的输入部54等。在本实施方式中，通过控制部50中的控制，成为能够执行以下说明的软错误检查方法的软错误检查系统。
(软错误检查方法)
接下来，基于图2对本实施方式中的软错误检查方法进行说明。作为本实施方式中的软错误检查方法的检查的对象的半导体器件10为SRAM(Static Random Access Memory：静态随机存取存储器)、闪存、FPGA(field-programmable gate array：现场可编程门阵列)、ASIC(application specific integrated circuit：专用集成电路)等。
首先，在步骤102(S102)中，设定所照射的激光的照射条件。具体而言，预先考虑LET、能量、放射量率、线量、脉冲宽度、频率、占空比等参数，选择1个或者多个照射条件，并将所选择的照射条件内的一个条件设定为照射条件。在这里，所谓的能量是激光的能量。放射量率也被称为通量，是单位时间每单位面积的光子的数量。线量也被称为剂量，是每单位面积的光子的数量。脉冲宽度、频率、占空比意味着所照射的激光脉冲的脉冲宽度、脉冲的频率、脉冲的占空比。
接下来，在步骤104(S104)中，在所设定的照射条件下，对作为样本的半导体器件10照射激光规定的时间。具体而言，如图3所示，在所设定的条件下，对半导体器件10的规定的位置照射激光规定的时间。
接下来，在步骤106(S106)中，对被照射激光的位置的位信息的时间序列数据进行测定，并存储至存储部52等。具体而言，如图3所示，在照射激光的状态下，通过试验器等测定器40，对照射激光的位置的位信息的时间序列数据，即，位信息的时间的变化进行测定，并存储至存储部52等。图4是表示由测定器40检测出的被照射激光的位置的位信息的时间序列数据。图4(a)是表示在从开始激光的照射经过了时间t 1后的时刻，位信息反转为0→1的情况。图4(b)是表示在从开始激光的照射经过了时间t 2后的时刻，位信息反转为0→1的情况。图4(c)是表示在从开始激光的照射经过了时间t 3后的时刻，位信息反转为0→1，进一步，在经过了时间t 4后的时刻，位信息再次反转为1→0的情况。
接下来，在步骤108(S108)中，判断利用激光进行的扫描是否结束。具体而言，在本实施方式中的软错误检查方法中，由于对半导体器件10的规定的区域进行扫描并进行检查，所以在半导体器件10中，判断利用激光进行的扫描是否结束，即，规定的区域的检查是否结束。在利用激光进行的扫描结束了的情况下，移至步骤110，在利用激光进行的扫描未结束的情况下，移动激光的照射位置，移至步骤104，并反复步骤104以及步骤106。
接下来，在步骤110(S110)中，判断是否有下一个照射条件。具体而言，在步骤102中，设定有1个或者多个照射条件，在所设定的照射条件下，判断是否有尚未进行的测定条件。在有下一个照射条件的情况下，移至步骤102，设定下一个照射条件，并反复步骤104以及步骤106。在接下来没有照射条件的情况下，移至步骤112。
接下来，在步骤112(S112)中，基于所获得的结果创建各个照射条件下的半导体器件10的位信息的时间变化图。具体而言，如图5所示，按照各个照射条件创建x、y、t的三维的位信息的时间变化图。
接下来，在步骤114(S114)中，创建耐久时间图。具体而言，如图5所示，对在各个位位置上进行反转所需的时间乘以规定的加速系数，来计算各个位位置上的耐久时间，并通过进行二维化，来获得如图6所示的耐久时间图。
接下来，在步骤116(S116)中，基于在步骤114中获得的耐久时间图，来判断成为检查对象的半导体器件10是否满足规定的基准。例如，判断耐久时间为5年以上的区域是否为90％以上。在满足规定的基准的情况下，移至步骤118，在不满足规定的基准的情况下，发出警报，该半导体器件10作为不合格品来处理并结束。
接下来，在步骤118(S118)中，基于耐久时间图，来进行所检查出的半导体器件10的排名。具体而言，进行如在耐久时间为5年以上的区域为97％以上的情况下为A级、在小于97％且为94％以上的情况下为B级、在小于94％且为90％以上的情况下为C级那样的排名并结束。
综上所述，本实施方式中的软错误检查方法结束。
根据本实施方式中的软错误检查方法，能够掌握与半导体器件的每个区域的软错误有关的耐久时间，并能够基于所获得的耐久时间，来进行半导体器件的优劣的判断等。
〔第二实施方式〕
接下来，基于图7对第二实施方式中的软错误检查方法进行说明。本实施方式中的软错误检查方法使用第一实施方式中的软错误检查装置来进行。
首先，在步骤202(S202)中，设定所照射的激光的照射条件。具体而言，预先考虑LET、能量、放射量率、线量、脉冲宽度、频率、占空比等，选择1个或者多个照射条件，并将选择出的照射条件中的一个条件设定为照射条件。
接下来，在步骤204(S204)中，在所设定的照射条件下，对作为样本的半导体器件10照射激光规定的时间。
接下来，在步骤206(S206)中，测定被照射激光的位置的位信息的时间序列数据，并存储至存储部52等。
接下来，在步骤208(S208)中，判断基于激光的扫描是否结束。在基于激光的扫描结束的情况下，移至步骤210，并在基于激光的扫描未结束的情况下，移动激光的照射位置，移至步骤204，并反复步骤204以及步骤206。
接下来，在步骤210(S210)中，判断是否有下一个照射条件。在有下一个照射条件的情况下，移至步骤202，设定为下一个照射条件，并反复步骤204以及步骤206。在接下来没有照射条件的情况下，移至步骤212。
接下来，在步骤212(S212)中，基于所获得的结果创建各个照射条件下的半导体器件10的位信息的时间变化图。
接下来，在步骤214(S214)中，进行使用半导体器件10的环境的放射线测定。
接下来，在步骤216(S216)中，对在步骤214中获得的使用半导体器件10的环境的放射线量和LET进行比较，并计算加速系数。例如，在激光照射时间的1秒相当于使用半导体器件的环境的放射线1年(3.2×107秒)的量的情况下，加速系数为3.2×107。
接下来，在步骤218(S218)中，使用在步骤216中获得的加速系数来创建耐久时间图。具体而言，对在各个位位置上进行反转所需的时间乘以在步骤216中获得的加速系数，来计算各个位位置上的耐久时间，并通过进行二维化，来获得耐久时间图。
接下来，在步骤220(S220)中，基于在步骤218中获得的耐久时间图，来判断作为成为检查的对象的样本的半导体器件10是否满足规定的基准。在满足规定的基准的情况下，移至步骤222，在不满足规定的基准的情况下，该半导体器件10为不合格品并结束。
接下来，在步骤222(S222)中，将与所获得的耐久性有关的信息存储至半导体器件。具体而言，也可以如图8所示使与耐久时间图有关的信息存储至半导体器件10的存储器区域11的部分区域11a。在基于像这样存储的信息，使用半导体器件10时，能够使半导体器件10中的存储器的分配最佳化。另外，在半导体器件10中，也可以使耐久时间较短的低耐性区域的位置信息、或者耐久时间较长的高耐性区域的位置信息存储至半导体器件10的存储器区域11的部分区域11a。在半导体器件10为SRAM型的FPGA等的情况下，这样的低耐性区域以及高耐性区域等的位置信息也可以存储于FPGA以外，即，作为外部存储介质的闪存、EEPROM等半导体器件。
在半导体器件10中，使用的区域可以基于在上述获得的位的反转时间来设定。另外，也可以与所使用的经过时间、使用目的对应地来设定使用的区域。具体而言，如图9所示，在进行重要的处理的情况下，也可以优先使用耐久时间较长的高耐性区域的位，而对于低耐性区域不连续地分配。另外，在半导体器件已经在使用中，且经过了很长期间的情况下，也可以解除所分配的组合，而成为耐久时间延长的组合。进一步，也可以避开耐久时间较短的区域来使用。这样的分配可以由使用安装有半导体器件10的装置的人来进行，另外，也可以在安装有半导体器件10的装置中，设置进行这样的分配的功能。
综上所述，本实施方式中的软错误检查方法结束。根据本实施方式中的软错误检查方法，能够考虑到软错误再运用半导体器件，并能够进行可靠性较高的信息处理。
此外，上述以外的内容与第一实施方式相同。
以上，对实施方式进行了详细描述，但不限定于特定的实施方式，能够在权利要求书所记载的范围内，进行各种变形以及变更。
附图标记说明
10…半导体器件；20…扫描工作台；30…照射源；21…扫描控制部；31…照射控制部；40…测定器；51…信息处理部；52…存储部；53…显示部；54…输入部。

Claims (9)

1.一种软错误检查方法，是半导体器件中的软错误检查方法，其特征在于，具有：
对上述半导体器件照射激光或者电子束来进行扫描的工序；
对上述半导体器件的被照射上述激光或者上述电子束的每个区域测定并存储位反转的时间的工序，
具有通过对所存储的位反转的时间乘以规定的加速系数来计算耐久时间的工序，
上述规定的加速系数是根据使用上述半导体器件的环境的放射线量与对上述半导体器件照射的上述激光或者上述电子束的关系来获得的参数。
2.根据权利要求1所述的软错误检查方法，其特征在于，
基于上述测定出的位反转的时间的信息，来设定在上述半导体器件中使用的区域。
3.根据权利要求2所述的软错误检查方法，其特征在于
上述使用的区域与经过时间或使用目的对应地设定。
4.根据权利要求2所述的软错误检查方法，其特征在于，
使与上述使用的区域、或者位反转的时间有关的信息存储于上述半导体器件或者与上述半导体器件不同的半导体器件。
5.根据权利要求3所述的软错误检查方法，其特征在于，
使与上述使用的区域、或者位反转的时间有关的信息存储于上述半导体器件或者与上述半导体器件不同的半导体器件。
6.根据权利要求1所述的软错误检查方法，其特征在于，
基于上述测定出的位反转的时间的信息，来判断上述半导体器件的优劣。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的软错误检查方法，其特征在于，
上述激光或者上述电子束是以二维状对上述半导体器件进行扫描来照射的，对各个上述被照射的区域中的上述位反转的时间的信息进行测定并存储。
8.一种软错误检查装置，其特征在于，具有：
工作台，供设置半导体器件；
照射源，射出对上述半导体器件照射的激光或者电子束；
测定器，与上述半导体器件连接，对被照射有上述激光或者上述电子束的区域的位反转进行测定；以及
控制部，对由上述测定器测定出的上述半导体器件的被照射上述激光或者上述电子束的每个区域的位反转的时间进行存储，并通过对所存储的位反转的时间乘以规定的加速系数来计算耐久时间，
上述规定的加速系数是根据使用上述半导体器件的环境的放射线量与对上述半导体器件照射的上述激光或者上述电子束的关系来获得的参数。
9.一种软错误检查系统，其特征在于，
包含权利要求8所述的软错误检查装置，通过上述控制部进行控制。
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