НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ОПЫТ РАЗРАБОТКИ РАДИАЦИОННО-СТОЙКИХ БИБЛИОТЕК И СБИС С ПРИМЕНЕНИЕМ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ САПР НИИСИ РАН 1

2 ОСНОВНЫЕ ЦЕЛЕВЫЕ УСТАНОВКИ 1. Ориентация на базовые технологические процессы: единый маршрут изготовления и одинаковые режимы технологических операций (комплект технологических документов на базовый процесс) единые методы, средства и критерии контроля технологического процесса (универсальный параметрический монитор) единые правила проектирования (конструктивно-технологические ограничения и электрические параметры базовых элементов) подконтрольный (стабильный) технологический процесс 2. Ориентация на производство радиационно-стойких КНИ СБИС 3. Разработка гармонизированных по стойкости к внешним воздействиям и электрическим параметрам наборов СБИС на основе проверенных технологических, схемных и топологических решений (библиотек стандартных элементов)

НЕКОТОРЫЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Базовый технологический процесс КМОП КНИ 0,5 мкм (правила проектирования, стойкая библиотека элементов) Микросхема Уровень стойкости 7И 6 7И ВЕ1Т (однокристальная вычислительная система на основе RISC процессора) более 5Усболее 4х4Ус 5890ВГ1Т (интерфейсный контроллер) 5890ВМ1Е (сбоеустойчивый микропроцессор) более 5Ус более 4х4Ус 1851ВЕ51У (унифицированный микроконтр.)более 5Ус 1874ВЕ05Т (16 разрядный микроконтроллер)более 5Ус 1620РУ10У (СОЗУ 512Кбит)более 5Усболее 2х4Ус 1620РЕ4У (масочное ПЗУ 2 Мбит 64К×32)более 5Усболее 4х4Ус БИС Спец.ОЗУ 64К6Ус БИС радиотракта БАСН в составе УПЧ с АРУ, АЦП, СЧ, ДЧ 6Ус 3 НИИСИ РАН

НЕКОТОРЫЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Базовый технологический процесс КМОП КНИ 0,35 мкм (правила проектирования, стойкая библиотека элементов) Микросхема Уровень стойкости 7И 6 7И РУ1Т (микросхема СОЗУ емкостью 1Мбит) 9009РУ1Т (МКМ СОЗУ емкостью 1Мбит) более 5Ус более 4х4Ус 1900ВМ2Т (сбоеустойчивый микропроцессор) 1898ВГ1Т (интерфейсный контроллер) 1620РЕ5У-999 (масочное ПЗУ 4 Мбит) 1658РУ1Т (спецстойкое СОЗУ 128 Кбит) 1339ВП1Т (контроллер навигационных каналов) более 5Ус 6Ус более 4х4Ус 6Ус 1620РЕ4У (масочное ПЗУ 2 Мбит 64К×32)более 5Усболее 4х4Ус 4 НИИСИ РАН

ПОДХОДЫ К РЕШЕНИЮ ПРОБЛЕМЫ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ СБИС Изготовление микросхем в технологическом процессе с гарантированным уровнем радиационной стойкости – процессе, обеспечивающем получение характеристик физической структуры кристаллов микросхем, минимально чувствительных к воздействию радиационных факторов Применение в проекте микросхемы конструктивных решений, обеспечивающих требуемый уровень радиационной стойкости – схемотехнических и топологических решений, обеспечивающих минимальную чувствительность функциональных и эксплуатационных характеристик микросхем к деградации параметров физической структуры кристалла под влиянием радиационных воздействий. ЭФФЕКТИВНОЕ И СБАЛАНСИРОВАННОЕ РЕШЕНИЕ ОБЕИХ ЗАДАЧ НЕВОЗМОЖНО БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НИИСИ РАН 5

ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СХЕМОТЕХНИЧЕСКИХ САПР ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ РАДИАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ 1.Невозможность приобретения специализированных иностранных САПР, учитывающих радиационные эффекты. 2. Трудности добавления специальных самостоятельно разработанных блоков без поддержки разработчика САПР 3. Высокая вероятность получения некорректных результатов по причине отсутствия информации о внутренних связях НИИСИ РАН 6

Применение TCAD фирмы Synopsis и отечественной схемотехнической САПР (ООО «Интегральные решения») в условиях собственных подконтрольных технологических процессов позволило: 1.Моделировать и оптимизировать конструктивно-технологические решения элементов нижнего уровня. 2. Моделировать поведение элементов библиотек и СФ блоков в диапазоне дозовых воздействий на основе разработанных и экспериментально верифицированных в НИИСИ моделей элементов (транзисторов, диодов, резисторов), формируемых в конкретных базовых процессах. 3.Моделировать поведение элементов библиотек и СФ блоков при импульсном воздействии ионизирующего излучения 4.Моделировать поведение схем при воздействии тяжелых заряженных частиц 5.Моделировать поведение схем при комплексном воздействии различных видов специальных факторов НИИСИ РАН 7

Пример комплексного использования TCAD и САПР при моделировании сбоев под действием ТЗЧ 1.С помощью программы SRIM по энергии исходного иона определяем функцию потерь энергии и характерный размер первичного трека 2.С помощью ТСAD рассчитывается электрический отклик конкретного транзистора как 4-х электродной структуры для всех его возможных его электрических состояний, что дает возможность учета взаимовлияния транзисторов в схеме 3.Полученные данные передаются в САПР для расчета реакции схемы 4.Исходя из длительности реакции транзистора на ТЗЧ определяется временной шаг моделирования 5. Проводится моделирование работы схемы или элемента библиотеки НИИСИ РАН 8

9 Схема синхронного усилителя считывания

Результаты моделирования влияния ТЗЧ на работу усилителя считывания 10

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Проведено опробование сквозного моделирования технологии, схемно-топологических решений КМОП КНИ микросхем и их стойкости к различным специальным факторам с использованием отечественной САПР. Методика практически используется при разработке библиотеки стандартных элементов и СФ блоков с экстремальной стойкостью для их радиационной характеризации и гармонизации стойкости элементов библиотеки к ТЗЧ (КНИ 0,25 мкм). Методика также может быть применена для аттестации «чужих» библиотек, используемых при разработке радиационно-стойких микросхем. Спасибо за внимание Волков Святослав Игоревич НИИСИ РАН 11