大家好，我是海瑞航天的武鹏，欢迎大家来到海瑞课堂和我们一起学习MIL-PRF-38535这门课程。RHA的全称为Radiation Hardness Assured，一般翻译为辐射强度保证或辐射加固保证，我们这里统一翻译为辐射加固保证。 

       这是MIl-PRF-38535中重点要求的一项内容，对应的检测方法可以参考MIL-STD-883中的1019的相关内容。RHA流程包括两个基本步骤，特性评定（characterization）和辐射批次验收测试（RLAT，Radiation Lot Acceptance Testing）。一般来说，RHA流程使用不同的电离辐射总剂量率，例如双极性产品一般关注低剂量率LDR（10 mrad/sec或更低）；CMOS产品关注高剂量率HDR（50-300 rad/sec），而BiCMOS需要兼顾这两个方面。 

       包含在多个晶圆上通过偏置和非偏置条件评估晶圆，来检测批次变差和内部晶圆变差。在该特性评定完成并通过之后，接着以目标资质审核剂量执行RLAT。通过从批次中三个随机的晶圆中选择188个器件，对晶圆批次变差进行评估。然后针对基准性能对这些器件进行预先筛选。接着在高剂量率和低剂量率之间，将其接触6种不同的总剂量效应（TID）级别。范围从偏置条件和非偏置条件下的3Krad到150krad。通过特性评定流程可以深入了解器件，如最坏情况、偏置和剂量率的条件。然后使用通过特性评定确定的最坏情况，偏置和剂量率条件在指定的理想级别执行辐射批次验收测试（RLAT）或“逐晶验收”。并且将针对总剂量效应（TID）故障对这批晶圆进行筛选。    

       RHA的检验对以下6个方面，需要着重关注： 

       1、设计方法：一般分为模型验证和设计规则验证。前者就是根据选型的辐射加固保证控制线（RHACL）工艺制造产品，通过模型与实际最坏情况的电路进行比对来说明设计的可行性；后者是通过设计规则检查（DRC）、电器规则检查（ERC）、可靠性检查协调验证产品，这里面既有几何、物理特性、也有短路、开路和连接性方面的电器规则检查，还包含了电迁移、锁定、ESD、熔丝/反熔丝等可靠性验证。 

       2、晶圆制备：会通过统计过程控制（SPC）、可靠性表征结构（TCV）、标准评价电路（SEC）和工艺检测图形（PMs），这4个工具对产品进行控制。接下来我们结合RHA，再简单地说一下这4个工具的作用。 

• SPC对保持工艺的辐射加固控制线特别关键，工艺中一旦产生微小的变化会明显的影响到器件的辐射性能。因此对承制方的要求会特别具体。体系要求中罗列了24个关键过程，这些过程的SPC是必不可少的，具体详见下表1：

表1 SPC关键过程

• TCV（可靠性表征结构）程序和认证：应制定TCV程序来支持RHA活动、参数的提取、模型的建立和验证、SPC和失效模型分析；通过TCV来最终确定工艺的RHACL；并通过2倍的RHACL或使其失效的辐射剂量（取其先出现者），确定失效模式和失效机理，包括功能失效和电参数失效。在有辐射加固需要时，应该在TCV程序中加入特殊结构，以标志辐射加固可以达到RHACL的技术能力。通过在最坏情况下的偏置、退火和温度条件，对适用的TCV测试结构进行试验，来确定辐射响应限度。

•  标准评价电路（SEC）：对于SEC来说应该应用所有的相关辐射加固保证设计规则，并可以通过RHACL条件下的特定性能水平需求。对于有辐射加固工艺要求的产品，SEC应该在进行过认证和监测的生产线生产，且特定工艺应满足RHACL的要求。当设计规则、材料、基本工艺或工艺的基本功能不同时，可以采用不同的SEC。 

• 工艺监测图形（PMs）：应该细致设计和配置PMs，以确保准确表征工艺的辐射性能和能力。PMs还应包括晶圆验收和质量一致性检验（QCI）。MIL-PRF-38535中给出了5个最小测试结构：

o    1.MOS RHA参数：栅极氧化层厚度（辐射关键参数），以及以下参数与总剂量的函数关系（阈值电压、线性跨导、漏电流、传输延迟时间和场漏）

o    2.双极型参数：包括方块电阻、肖特基二极管参数，双极晶体管参数，隔离漏电流等4个方面中与辐射相关的参数。

o    3.砷化镓参数：包括方块电阻、隔离、场效应晶体管（ FET）等与辐射相关的参数。

o    4.辐射加固保证：（例如：剂量率锁定、剂量率翻转、单粒子效应、总剂量、由中子或质子辐射产生的位移损伤等）

o    5.其他RHA考虑：对于线性电路为监视和表征辐射响应机理应考虑增加的测试结构。

       3、晶圆验收：应建立并证实基于工艺监测图形（PMs）的电气测量和辐射试验之上的晶圆验收程序。PMs主要来确定晶圆和晶圆批的一致性和抗锁定能力，但可能需要进一步试验加以验证， 这里给出几个抗辐射测试结构的范例，供大家参考。

o    锁定：PM应采用最坏情况下的锁定结构来确定最高温度下的锁定维持电压，维持电压应大于最大额定电压。

o    SEE：PM应采用可以表征SEE特性的测试结构，如存储单元的交叉耦合电阻来保证关键参数符合最坏情况下的接收判据。

o    剂量率：PM采用的结构应保证“路轨间距垮塌”（rail span collapse）不引起翻转或烧毁，或者两种效应同时发生；金属氧化层电阻率、接触电阻、通孔电阻、外沿电阻率、衬底电阻率和少数载流子寿命等参数也应满足规定要求。

注：“路轨间距垮塌”是在瞬间辐射光电流作用下，电源上存在的电压降可能会导致逻辑翻转错误、放大器饱和，或引起闭锁效应。

o    总剂量：PMs应采用诸如电容、晶体管等结构，确保关键参数符合最坏情况下的辐照参数限值（PIPL The post-irradiation parameter limits）。

       4、现场审核：除了对以上内容进行确认外，现场还应对辐射试验程序和RHA数据处理的正确性进行确认。 

       5、RHA外壳封装： 用于RHA器件的外壳，应表征出对封装产品的加固效果。表征的参数应包括电源布线和接地的网络阻抗、引线键合和芯片粘结产生的阻抗，封装部件组成部分的其他无源部分的阻抗。对于芯片相同而封装形式不同的器件，其外壳应采用试验或结构相似性分析进行验证。  

       6、验证：验证的内容应该包括可追溯性、设计要求、辐射响应特性，离线的技术一致性检验（TCI）。其中TCI在MIL-PRF-38535标准中推荐使用其自身的要求进行测试，也可以使用MIL-STD-883中的TM 5005标准替代J-I标准进行测试。

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