本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的脈沖激光單粒子效應(yīng)實驗方法，尤其涉及一種無需紅外成像系統(tǒng)的脈沖激光單粒子效應(yīng)背輻照定位方法。

背景技術(shù)：

大氣層外的空間存在著相當(dāng)強的自然輻射環(huán)境，主要來自宇宙射線，太陽粒子，圍繞地球的范·艾倫輻射帶以及X射線和電磁輻射等，因此飛行器中的電子元器件必須要考慮總劑量效應(yīng)(TID)、單粒子效應(yīng)(SEE)等空間輻射效應(yīng)的影響。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展，航天器用電子器件的集成度不斷提高，器件的特征尺寸越來越小，工作電壓越來越低，相應(yīng)臨界電荷越來越小，單粒子效應(yīng)的影響變得越來越顯著。

為評估航天器用電子器件的抗單粒子能力，延長航天器使用壽命，需要對電子器件開展地面單粒子效應(yīng)模擬實驗。地面實驗的主要模擬源為重離子加速器，實驗中利用加速器提供的寬束源輻照集成電路，但這樣測量到的是被輻照的所有電路的綜合相應(yīng)，因此難以定位發(fā)生單粒子效應(yīng)的敏感部位及相應(yīng)閾值。采用束流直徑和特征工藝尺寸相當(dāng)?shù)奈⒚字仉x子束是有效的解決手段之一，但加速器實驗較高的成本以及有限的機時極大地限制了微束試驗的開展。

脈沖激光單粒子效應(yīng)微束實驗是重離子實驗的一種重要補充手段。脈沖激光具有對器件無損傷、空間時間精度高、無輻射、能量連續(xù)可調(diào)等多種優(yōu)點，可以用來確定待測芯片發(fā)生單粒子效應(yīng)的敏感區(qū)和相對閾值，也可以針對芯片中某一單獨模塊進行抗單粒子能力考核，此外，脈沖激光還可以用來研究單粒子導(dǎo)致的錯誤在邏輯電路中的傳輸規(guī)律，從而為制備高可靠、抗強輻射的集成電路提供重要的“逐點”信息。

隨著電子器件集成度的不斷提高，其正面的金屬布線層越來越多，脈沖激光從正面入射時會受到金屬層阻擋而無法到達器件敏感區(qū)，需要通過背輻照的方法解決這一問題。背輻照的一般方法是通過激光燒蝕或機械研磨等手段去除待測芯片的背部封裝和金屬層，使芯片的硅襯底裸露，激光透過襯底到達芯片敏感區(qū)，從而引發(fā)單粒子效應(yīng)。實驗室常用的波長為1064nm的脈沖激光在硅材料中的穿透深度可達600-700μm，可保證背輻照實驗的技術(shù)可行性。

脈沖激光背輻照實驗中，由于無法從正面觀察芯片版圖，因此不能直接確定在芯片正面劃定的待測區(qū)域?qū)?yīng)的背輻照實驗中激光的入射坐標(biāo)，難以針對某一已知功能模塊進行單獨分析。為了從背部確定待測區(qū)域的位置，一般需借助于紅外成像系統(tǒng)，但這要對現(xiàn)有脈沖激光裝置的光路系統(tǒng)進行改造，而掌握相關(guān)技術(shù)的國家采取了技術(shù)封鎖和設(shè)備禁運等手段，使系統(tǒng)改造變得十分困難。

專利申請?zhí)朇N201310675790.9，名稱為“一種存儲器電路的激光模擬單粒子效應(yīng)背輻照試驗方法”將未封裝的待測芯片管芯直接焊接在測試電路板上，使激光從管芯背部入射。此方法雖然能從背面確定單粒子效應(yīng)敏感節(jié)點，但無法完成管芯背面和正面位置坐標(biāo)的相互轉(zhuǎn)換，不能形成背面敏感節(jié)點到正面版圖的映射。此外，對商用器件而言，將管芯取出并焊接在電路板上的難度較大。因此，此方法不能完全滿足脈沖激光背輻照定位的需求，且更適用于自主設(shè)計的未封裝芯片的背輻照實驗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有的條件限制，給出一種脈沖激光背輻照定位方法，在沒有紅外成像系統(tǒng)的情況下，實現(xiàn)背輻照過程中正面待測區(qū)域的背部定位，形成背部敏感節(jié)點到正面版圖的映射，同時修正了由電路板焊接和固定造成的角度偏差。

本發(fā)明方法通過測量管芯和待測區(qū)域頂點坐標(biāo)，利用繪圖軟件做出管芯正面平面圖，經(jīng)過對平面圖兩次旋轉(zhuǎn)操作、一次鏡像操作和一次平移操作得到背面輻照時待測區(qū)域的坐標(biāo)值。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種脈沖激光單粒子效應(yīng)背輻照定位方法，包括以下步驟：

一、預(yù)處理

1.1)去除待測芯片的正面和背面封裝，使管芯正面和背面完全裸露，并對管芯背面的硅襯底進行機械拋光，使管芯邊界清晰可見；

1.2)鏤空輻照電路板焊接待測芯片的區(qū)域，只留下焊盤，鏤空區(qū)域以待測芯片的形狀和大小為基準(zhǔn)，使脈沖激光可以從電路板背面照射到芯片管芯，將待測芯片焊接到輻照電路板上，并將所述輻照電路板固定在脈沖激光裝置的三維移動平臺上；

二、利用繪圖軟件繪制管芯平面圖

2.1)確定管芯的四個頂點A、B、C、D的坐標(biāo)和待測區(qū)域頂點E、F、G、H的坐標(biāo)，并用繪圖軟件畫出管芯正面平面圖，同時計算管芯與坐標(biāo)軸的夾角θ₁，然后根據(jù)θ₁將平面圖旋轉(zhuǎn)至與坐標(biāo)軸正交的位置；

2.2)對步驟2.1)得到的平面圖鏡像操作得到與管芯正面平面圖對應(yīng)的背部平面圖；

三、確定管芯背部實際坐標(biāo)

將輻照電路板翻轉(zhuǎn)180°，使管芯背部朝上，重新確定管芯的頂點A、C或B、D坐標(biāo)，，并計算管芯與坐標(biāo)軸的夾角θ₂；

四、得到待測區(qū)域的實際坐標(biāo)

旋轉(zhuǎn)步驟2.2)得到的管芯背部平面圖，使得管芯背部平面圖與坐標(biāo)軸的夾角為θ₂，并將平面圖以管芯的某一頂點為基點平移至步驟三中得到的該點實際坐標(biāo)處；此時繪圖軟件中E、F、G、H的坐標(biāo)即為三維平臺上待測區(qū)域四個頂點的實際坐標(biāo)。

優(yōu)選的，通過三維移動平臺的控制軟件確定管芯的四個頂點A、B、C、D的坐標(biāo)和待測區(qū)域頂點E、F、G、H的坐標(biāo)。

優(yōu)選的，上述繪圖軟件為AutoCAD。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明可以在沒有紅外成像系統(tǒng)的情況下，從芯片背面對從正面指定的待測區(qū)域定位并進行輻照實驗；

(2)本發(fā)明節(jié)省了脈沖激光裝置背輻照光路系統(tǒng)的購置和改造費用，降低了實驗成本；

(3)本發(fā)明不需要取出待測芯片的管芯，只需對芯片進行正面和背面開封處理，減小了芯片預(yù)處理和焊接難度，可直接利用COTS器件開展脈沖激光單粒子效應(yīng)實驗；

(4)本發(fā)明利用AutoCAD軟件進行旋轉(zhuǎn)和鏡像等坐標(biāo)轉(zhuǎn)換操作，最終直接給出待測區(qū)域的位置坐標(biāo)，提高了實驗效率；

(5)本發(fā)明修正了由電路板焊接和固定造成的角度偏差，提高了背部定位的精確性。

附圖說明

圖1為芯片平面圖變換過程示意圖，其中：a為管芯正面平面圖；b為旋轉(zhuǎn)θ₁后的管芯正面平面圖；c為水平鏡像得到的管芯背部平面圖；d為旋轉(zhuǎn)θ₂后的管芯背部平面圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。

圖1給出了對管芯和待測區(qū)域平面圖的變換操作步驟：

(1)利用三維移動平臺控制軟件得到管芯正面四個頂點A、B、C、D和待測區(qū)域四個頂點E、F、G、H的坐標(biāo)值，根據(jù)坐標(biāo)值，利用AutoCAD做出管芯正面平面圖，如圖1中a所示。

(2)根據(jù)(1)中得到的A、C的實際坐標(biāo)，計算AC與Y軸的夾角θ₁，并根據(jù)θ₁將平面圖旋轉(zhuǎn)至與坐標(biāo)軸正交的位置，如圖1中b所示。AC與Y軸的夾角θ₁的計算公式為：

其中X_A、X_C和Y_A、Y_C分別為(1)中A、C兩點的橫、縱坐標(biāo)。

(3)通過水平鏡像操作得到與正面平面圖相對應(yīng)的背面平面圖，如圖1中c所示。

(4)將輻照電路板水平翻轉(zhuǎn)180°后固定在三維移動平臺上，使管芯背部向上，記錄此時A、C兩點的坐標(biāo)。

(5)根據(jù)(4)中得到的A、C的實際坐標(biāo)，計算AC與Y軸夾角θ₂。根據(jù)θ₂將平面圖由與坐標(biāo)軸正交的位置旋轉(zhuǎn)至與芯片實際偏移角度相同的位置，如圖1中d所示。θ₂的計算公式為：

其中X_A、X_C和Y_A、Y_C分別為(4)中A、C兩點的橫、縱坐標(biāo)。

(6)以A或C點為基點，將平面圖平移至步驟(4)中得到的A或C的坐標(biāo)處。此時AutoCAD中E、F、G、H的坐標(biāo)即為三維平臺上待測區(qū)域的實際坐標(biāo)，將上述坐標(biāo)輸入三維移動平臺控制軟件中，即可從芯片背部對待測區(qū)域開展脈沖激光單粒子效應(yīng)實驗。

本發(fā)明未公開技術(shù)屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。