軟誤差率(SER)問題是于上�(gè)世紀(jì)70年代后期作為一�(xiàng)存儲(chǔ)器數(shù)�(jù)課題而受到人們的廣泛�(guān)注的,當(dāng)�(shí)DRAM開始呈現(xiàn)出隨�(jī)故障的征�。隨著工藝幾何尺寸的不斷縮小,引起失�(diào)所需的臨界電荷的減少速度要比存儲(chǔ)單元中的電荷聚集區(qū)的減小速度快得�。這意味著� �(dāng)采用諸如90nm這樣的較小工藝幾何尺寸時(shí),軟誤差是一�(gè)更加值得�(guān)注的問題,并需要采取�(jìn)一步的措施來確保軟誤差率被維持在一�(gè)可以接受的水平上�
工藝尺寸的壓縮已�(jīng)是實(shí)�(xiàn)行業(yè)生存的主要工�,而且�(duì)增加密度、改善性能和降低成本起著重要的推動(dòng)作用。隨著器件加工工藝向深亞微米門信號(hào)寬度(0.25mm� 90nm?)邁�(jìn),存�(chǔ)器產(chǎn)品的單元尺寸繼續(xù)縮小,從而導(dǎo)致電壓越來越�(5V�3.3V�1.8V…�)以及存儲(chǔ)單元�(nèi)部電容的減小(10fF�5fF…�)。由于電容的減小,存�(chǔ)器件中的臨界電荷�(一�(gè)存儲(chǔ)單元用于保存�(shù)�(jù)所需的最小電荷量)繼續(xù)縮小,因而使得它們對(duì)SER的自然抵御能力下�。這反過來又意味著能量低得多的a粒子或宇宙射線都有可能對(duì)存儲(chǔ)單元形成干擾�
軟誤差是以FIT來衡量的。FIT率只不過�10億�(gè)器件操作小時(shí)中所出現(xiàn)的故障數(shù)�1000 FIT�(duì)�(yīng)于一�(gè)�144年的MTTF(平均無故障時(shí)�)。為了對(duì)軟誤差的重要性有所了解,我們不妨來看一下它�?cè)诘湫痛鎯?chǔ)�(yīng)用中所具有的潛在影響的一些實(shí)�。比如,一部采用了一�(gè)軟誤差率�1000 FIT/Mbit�4Mbit低功率存�(chǔ)器的蜂窩電話將很可能�28年出�(xiàn)一次軟誤差。而一�(gè)采用了軟誤差率為600 FIT/Mbit�100Gbits同步SRAM的標(biāo)�(zhǔn)高端路由器則有可能每17�(gè)小時(shí)出現(xiàn)一次錯(cuò)誤。此�,軟誤差之所以重要還在于目前其FIT率是硬可靠性故障的典型FIT率的10倍以�。顯然,�(duì)于蜂窩電話而言軟誤差并無大�,但那些采用大量存儲(chǔ)器的系統(tǒng)則有可能受到�(yán)重影��
α粒子的影�
半導(dǎo)體器件封裝所采用的壓模化合物中有可能含有諸如Th232 和U238等雜�(zhì),這些物質(zhì)往往�(huì)隨著�(shí)間的推移�(fā)生衰變。這些雜質(zhì)�(huì)釋放出能量范圍為2"9MeV(百萬電子伏特)的α粒�。在硅材料中,形成電子空穴對(duì)所需的能量為3.6eV。這就意味著α粒子有可能生成�106�(gè)電子空穴�(duì)。耗盡區(qū)中的電場(chǎng)將導(dǎo)致電荷漂�,從而使晶體管承受電流擾�(dòng)。如果電荷轉(zhuǎn)移量�0�1的狀�(tài)下超過了存儲(chǔ)于存�(chǔ)單元中的臨界電荷�(QCRIT),則存儲(chǔ)�(shù)�(jù)�(huì)�(fā)生翻�(zhuǎn)�
宇宙射線的影�
高能量的宇宙射線和太陽粒子會(huì)與高空大氣層起反�(yīng)。當(dāng)�(fā)生這種情況�(shí),將�(chǎn)生高能量的質(zhì)子和中子。中子尤其難�(duì)付,�?yàn)樗鼈兡軌驖B透到大多�(shù)人造結(jié)�(gòu)�(例如,中子能夠輕易地穿�5英尺厚的混凝�)。這種影響的強(qiáng)度會(huì)隨著所處的緯度和海拔高度的不同而變�。在倫敦,該影響要比在赤道地區(qū)�(yán)�1.2�。在丹佛,由于其地處高海�,因此這種影響要比地處海平面的舊金山強(qiáng)三倍。而在飛機(jī)�,這種影響將是地面上的100"800倍�
高能量中子的能量范圍�10"800MeV,而且,由于它們不帶電�,所以與硅材料的反應(yīng)不同于α粒�。事�(shí)上,中子必須轟擊硅原子核才會(huì)引起軟誤�。這種碰撞有可能產(chǎn)生α粒子及其他�(zhì)量較重的離子,從而生成電子空穴對(duì),但這種電子空穴所具有的能量比來自�?;衔锏牡湫挺亮W铀哂械哪芰扛�?/FONT>
熱中子的影響
熱中子有可能是導(dǎo)致軟故障的一�(gè)主要根源,它們所具有的能量一般非常低(�25meV)。這些低能量中子很容易被大量存在于BPSG(硼磷硅酸鹽玻�)電介�(zhì)層當(dāng)中的B10同位素所俘獲。俘獲中子將�(dǎo)致一�(gè)�(chǎn)生裂變的�、一�(gè)α粒子和一根γ射�。熱中子只在存在BPSG的情況下才是一�(xiàng)問題。所以熱中子�(duì)SER的這一影響可以通過徹底放棄使用B10來抵�。表1為產(chǎn)生軟誤差根源的比��
�(cè)量器件對(duì)軟誤差的敏感度有多種方法。一種方法是加速測(cè)�,另一種方法涉及系�(tǒng)�(jí)�(cè)�。測(cè)試地�(diǎn)所處的地理位置�(duì)于最終獲得的�(shù)�(jù)有著很大的影�。為了限度地減小不同公司之間的測(cè)量數(shù)�(jù)差異,并在不同的�(chǎn)品售主之間維持一�(gè)公共的基�(zhǔn)�(diǎn),業(yè)界采取的�(biāo)�(zhǔn)是讓所有的售主公布其調(diào)整至紐約�/海平面這一地理位置的SER FIT率�
加速SER�(shù)�(jù)�(cè)量有兩種方法:α粒子加速測(cè)試和宇宙射線加速測(cè)�。器件對(duì)α粒子的敏感性可通過在去封頭芯片上布�(shè)一�(gè)釷或鈾離子源,并�(cè)量某一特定�(shí)間內(nèi)的總失調(diào)�(shù)以及推斷Fit/Mbits的方法來�(cè)��
上述的兩種加速數(shù)�(jù)�(cè)量法是對(duì)FIT率的一�(gè)合理的近�,但往往夸大了實(shí)際的故障率。加速數(shù)�(jù)可被用作�(jì)算一�(gè)系統(tǒng)SER�(cè)量所需總時(shí)間的良好近似�
另一方面,系�(tǒng)SER�(cè)量需要在電路板上布設(shè)�(shù)以千�(jì)的器件,并對(duì)系統(tǒng)�(jìn)行連續(xù)�(jiān)�,以�(cè)量所�(chǎn)生的失調(diào)的總�(shù)。系�(tǒng)SER是α粒子和宇宙射線SER的累�,而且,該�(shù)�(jù)在很大程度上取決于系�(tǒng)所處的地理位置。消除一�(gè)系統(tǒng)中的α粒子-宇宙射線影響的良策之一是在把系�(tǒng)置于�(shù)米深的地�(此時(shí)宇宙射線的影響可以忽�)的情況下�(jìn)行數(shù)�(jù)�(cè)�,并隨后在高海拔�(此時(shí)α粒子的影響完全可以忽略不�(jì))�(duì)系統(tǒng)�(shí)施監(jiān)�.