Optimization for SEU/SET immunity on 0.15 m fully depleted CMOS/SOI digital logic devices

槇原 亜紀子*; 浅井 弘彰*; 土屋 義久*; 天野 幸男*; 緑川 正彦*; 新藤 浩之*; 久保山 智司*; 小野田 忍; 平尾 敏雄; 中嶋 康人*; et al.

Proceedings of 7th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-7), p.95 - 98, 2006/10

RHBD(Radiation Hardness by Design)技術を用いてSEU(Single Event Upset)/SET(Single Event Transient)対策ロジックセルを、沖電気の完全空乏型0.15m CMOS/SOI民生プロセスを用いて設計し、製造したサンプルデバイスの放射線評価を実施した。SETフリーインバータと呼ばれるSET対策付きインバータ構造を有するロジックセルは、非常に優れたSET耐性を示すが、面積・動作スピード・消費電力のペナルティも大きいため、本研究では、最低限の耐性を維持しつつペナルティを低減するための設計の最適化をMixedモードのTCAD(Technology Computer Aided Design)シミュレータを用いて行った。その結果、LET(Linear Energy Transfar)が64MeV/(mg/cm)までは、本研究により最適化されたロジックセルが宇宙用として有用であることを示した。

Heavy-ion induced current in MOS structure

高橋 芳浩*; 芝田 利彦*; 村瀬 祐児*; 大西 一功*; 平尾 敏雄; 神谷 富裕

Proceedings of the 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.111 - 114, 2004/10

MOSデバイスに重イオンが入射した時に誘起する電流について探求した。酸化膜厚50200nmのMOSキャパシタに18MeV酸素イオンまたは150MeVアルゴンイオンを照射し、発生する過渡電流をTIBICシステムにて測定した。MOSキャパシタで誘起する過渡電流について計算機シミュレーションを行った。その結果、MOSキャパシタに重イオンが入射した時に生じる過渡電流は、イオントラック領域から移動した電荷によってゲート直下の表面電位が変化し、これに伴い発生する変位電流が要因であることが判明した。

Radiation-induced trapped charge in metal-nitride-oxide-semiconductor structure

高橋 芳浩*; 大西 一功*; 藤巻 武*; 吉川 正人

IEEE Transactions on Nuclear Science, 46(6), p.1578 - 1585, 1999/12

https://doi.org/10.1109/23.819124

金属/窒化膜/酸化膜/半導体(MNOS)構造が有する高い耐放射線性の原因を明らかにするため、照射前後での積層絶縁層中の捕獲電荷量分布を、絶縁層を斜めにエッチングする手法を用いて調べた。その結果、照射前では、窒化膜/酸化膜界面と酸化膜/Si基板界面に多量の電荷が分布していることがわかった。このMNOS構造に極性の異なる電圧を印加しながらCo線を照射した。正電圧を印加して照射した試料では、窒化膜/酸化膜界面に電子が蓄積されるが、負電圧を印加して照射した試料では、窒化膜/酸化膜界面に正孔が蓄積されることがわかった。一方、酸化膜/半導体界面の電荷量の変化はMOS構造の結果と一致した。これらのことから、MNOS構造とMOS構造の照射効果の相違は、おもに窒化物/酸化膜界面の電荷量とその極性によって説明できることがわかった。

炭化けい素半導体MOS構造の線照射効果とそのメカニズム

吉川 正人; 大島 武; 伊藤 久義; 梨山 勇; 高橋 芳宏*; 大西 一功*; 奥村 元*; 吉田 貞史*

電子情報通信学会論文誌,C-II, 81(1), p.140 - 150, 1998/01

https://ci.nii.ac.jp/naid/110003314895

宇宙環境で使用される半導体素子には、高温での素子動作ばかりでなく強い耐放射線性が要求される。今回我々は、広いバンドギャップを持つ6H-SiCを用いて作製したMOS構造素子の線照射効果を調べた。また酸化膜中の電荷分布の照射による変化も併せて調べ、線照射効果のメカニズムを追求した。その結果、酸化膜中に存在する正及び負の電荷が、線照射により増大するが、その量は酸化膜を作製する6H-SiCの面方位に強く依存することが分かった。線照射した6H-SiC MOS構造のC-V特性の横方向シフトは、酸化膜中の正と負の電荷の発生量と発生位置に依存するため、Si MOS構造のような照射による一定の規則性は存在しないことがわかった。

Generation mechanisms of trapped charges in oxide layers of 6H-SiC MOS structures irradiated with -rays

吉川 正人; 斉藤 一成*; 大島 武; 伊藤 久義; 梨山 勇; 高橋 芳裕*; 大西 一功*; 奥村 元*; 吉田 貞史*

Mater. Sci. Forum, 264-268, p.1017 - 1020, 1998/00

+10V及び-10Vの電圧を印加しながら照射した傾斜酸化膜を用いて6H-SiC MOS構造を形成し、照射による酸化膜中の固定電荷の深さ方向分布の変化を調べた。未照射の酸化膜中には、SiO/6H-SiC界面に負の、その界面から40nm離れた所には正の固定電荷が存在することがわかっているが、+10Vの電圧を印加しながら照射すると、正の固定電荷は界面にしだいに近づき、界面の負の固定電荷と重なって電気的に中性になることがわかった。一方、-10Vの電圧を加えながら照射すると、界面の負の固定電荷は増加し、正電荷は消滅した。酸化膜中の固定電荷分布は照射中に印加される電圧の極性に大きく依存することがわかった。

Depth profiling of oxide-trapped charges in 6H-SiC MOS structures by slant etching method

斎藤 一成; 吉川 正人; 大島 武; 伊藤 久義; 梨山 勇; 高橋 芳浩*; 大西 一功*

JAERI-Conf 97-003, p.243 - 248, 1997/03

傾斜エッチング法を用いて、Co-線照射前後の6H-SiC MOS構造の酸化膜中の電荷分布評価を行った。その結果、照射前の酸化膜中には、6H-SiC/SiO界面付近には、負電荷が存在しており、界面から40nm離れたところには正電荷が存在していることがわかった。また負電荷の一部は、時定数の大きな界面準位が、固定電荷として振る舞っているためであることもわかった。Co-線照射すると、照射中に印加している電圧の極性によりVmgの変化は異なり、これは、印加電圧の極性によって6H-SiC/SiO界面付近に捕獲される電荷が異なるためであることがわかり、ゲートに+10Vの電圧を印加すると界面には正電荷の蓄積が起こり、-10Vの電圧を印加すると界面には負電荷が蓄積されることがわかった。傾斜エッチング法は6H-SiC MOS構造の酸化膜中電荷分布評価に有効であることが確認された。

シリコン窒化膜の線照射による電子-正孔対発生量評価およびMNOS構造の電荷捕獲現象の解析

大西 一功*; 高橋 芳浩*; 小松 茂*; 吉川 正人

JAERI-Research 95-090, 40 Pages, 1996/01

JAERI-Research-95-090.pdf:1.41MB

シリコン窒化膜中で放射線照射により発生する電子-正孔対の発生数を評価する目的で照射中の絶縁膜電流測定システムの構築を行い、その測定結果を検討した。大気中での線照射下での電流を測定した結果、観測電流の大部分は被測定素子近傍の大気の電離に起因することがわかり、照射雰囲気を減圧下にする必要のあることがわかった。真空中においてX線照射による誘起電流を測定した結果、シリコン窒化膜中での電荷発生量の評価が可能となり、その値はシリコン酸化膜中での発生量のほぼ20%であることがわかった。この結果を用いてシリコン酸化膜・窒化膜を絶縁膜としたMIS構造(MNOS構造)の絶縁膜中の電荷発生、捕獲に対するモデルを提案し、線照射によるミッドギャップ電圧の変化について評価し、照射中の電荷捕獲機構について検討を行った。

NHアニールしたMOS構造における酸化膜中電荷分布の線照射による変化; ゲート電圧依存性

今木 俊作*; 高橋 芳浩*; 吉川 正人; 大西 一功*

平成7年度日本大学理工学部学術講演会論文集, 0, p.151 - 152, 1995/00

これまでに、MOS構造の酸化膜厚に対するミッドギャップ電圧より酸化膜中電荷分布を評価する方法を提案して、NH中で高温アニールを施した酸化膜を有するMOS構造の酸化膜中電荷分布、およびその線照射による変化を評価してきた。今回、照射による電機的特性変化のメカニズム解明を目的に、照射中のゲート電圧の違いによる電荷分布の変化について検討した。その結果、シリコン界面から10~30nm離れた酸化膜中ではNHアニールにより捕獲電荷が発生し、照射により正電圧印加時には正電荷が、負電圧印加時には負電荷がそれぞれ増加することがわかった。これらの結果より、NHアニールにより正孔、電子トラップが酸化膜中で生成され、照射により膜中で発生した電子および正孔がこれらのトラップに捕獲されること、また印加電圧依存性は発生電荷のドリフト方向の違いにより説明できることがわかった。

A Slanted etching method to analyze the trapped charge distribution in the insulators of MIS structures

大西 一功*; 高橋 芳浩*; 今木 俊作*; 岡田 耕平*; 吉川 正人

Proc. of 21st Int. Symp. for Testing and Failure Analysis (ISTFA 95), 0, p.269 - 274, 1995/00

傾斜エッチング法はMOS構造の酸化膜をフッ酸で斜めにエッチングし、同一基板上に膜厚の異なるMOSチロパミタを多数作製し、それらのC-V特性の膜厚依存性からMOS構造酸化膜中の固定電荷の深さ方向分布の評価を行う手法である。今回我々はMOS構造酸化膜にアンモニアアニールをほどこした時の、酸化膜中の固定電荷の深さ方向の分布の変化を傾斜エッチング法を用いて調べた。その結果、アンモニアアニール時間が60分未満の時は、アンモニアアニールの作用により正の固定電荷が酸化膜/半導体界面に蓄積するが、180分以上のアニールでは、負の固定電荷の発生によって、見かけ上固定電荷が消失することがわかった。

線照射3C-SiC MOS構造の固定電荷蓄積量に及ぼす熱アニール効果

根本 規生*; 吉川 正人; 梨山 勇; 吉田 貞史*; 大西 一功*

平成5年度 (第37回)日本大学理工学部学術講演会講演論文集; 材料・物性, p.149 - 150, 1993/00

立方晶シリコンカーバイド(3C-SiC)単結晶を用いてMOS構造を作製し、その線照射によって蓄積する固定電荷(N)の熱アニール挙動を室温から400Cの温度範囲で等時アニール法で調べた。その結果、400CでもNが完全にはアニールされないことがわかった。化学反応速度式を用いてNのアニール挙動を解析すると、1次反応により消滅する活性化エネルギー0.32eVの成分と400Cでは消滅しない成分に分けられた。等時アニールされるNの活性化エネルギーは絶縁膜中をホッピング伝導するイオン、あるいは膜中の水素や水の拡散のそれに近い値であり、アニールのメカニズムとして水素関連の化合物の拡散が示唆された。残りのアニールされないNは3C-Sic/SiO界面の残留カーボンに関連した欠陥かもしれない。