Characterization of microdose damage caused by single heavy ion observed in trench type power MOSFETs

トレンチ構造パワーMOSFETに見られる重イオン起因のマイクロドーズ劣化の特性評価

池田 直美*; 久保山 智司*; 丸 明史*; 平尾 敏雄; 阿部 浩之; 田村 高志*

Ikeda, Naomi*; Kuboyama, Satoshi*; Maru, Akifumi*; Hirao, Toshio; Abe, Hiroshi; Tamura, Takashi*

トレンチ構造パワーMOSFETは従来構造品よりも高性能であるが、1粒子の重イオンの入射によりマイクロドーズ効果に起因する大きな劣化がみられる。本研究では、重イオン照射実験を行ってマイクロドーズ効果を測定し、劣化を特徴付ける実験的パラメータを抽出した。マイクロドーズ効果は、溝型ゲートの壁面付近に壁面に沿って垂直にイオンが入射した際に影響が最大となることが判明した。複数の重イオンの垂直入射を行った試験データから、イオンの軌跡に沿って発生するマイクロドーズの影響範囲(等価的な幅及び長さ)及び等価ドーズ量を抽出することに成功した。その結果、イオンのLETが大きくなるとマイクロドーズ効果が影響を及ぼす等価長さがゲート酸化膜厚に近づき、1イオン粒子で大きな劣化が引き起こされることが判明した。また、これらのパラメータはシリコンの物性パラメータを用いてシミュレーションしたドーズプロファイルの結果とほぼ一致することがわかった。

The trench structure showed an anomalously large degradation by heavy ion irradiation. For the trench structure, ions irradiated normal to the chip surface traverse the gate oxide along the entire length of the channel. Therefore, there is a possibility that the trapped holes resulting from the ion traverse introduce the anomalously large leakage current path. This phenomenon is apparently attributable to the microdose effect. In the previous report, the microdose effect was identified on both trench and planner type of power MOSFETs by real-time measurement of the threshold voltage shift during the heavy ion irradiation with very long range. In this study, detailed characterization of the microdose effects was carried out with several in species. As a result, several damage parameters introduced in the gate oxide by a single ion, such as physical damage size and trapped hole density in the damage region were estimated.