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論文

Total dose effects on heavy-ion induced gate current in MOS structure

高橋 芳浩*; 府金 賢*; 今川 良*; 大脇 章弘*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 大島 武

JAEA-Review 2008-055, JAEA Takasaki Annual Report 2007, P. 7, 2008/11

MOS(Metal Oxide Semiconductor)構造の重イオン照射誘起ゲート電流の$$gamma$$線照射による変化について評価を行った。試料はp形及びn形バルクSi基板上の、酸化膜厚100nm,Alゲート電極直径100$$mu$$mのMOSキャパシタとした。$$gamma$$線照射は吸収線量率6.3kGy(SiO$$_{2}$$)/hで1時間行った。照射前後のイオン照射誘起ゲート過渡電流の測定は、酸素イオン(15MeV)を用いたTIBIC(Transient Ion Beam Induced Current)評価システムにより行った。また、$$gamma$$線照射前後において容量-電圧特性及びリーク電流特性の測定を行った。その結果、$$gamma$$線照射後、同一電圧印加時のゲート過渡電流ピーク値は、p-MOSにおいて増加し、n-MOSでは減少した。さらに容量-電圧特性で生じた変化を正電荷捕獲密度を反映したミッドギャップ電圧のシフト量で評価し、そのシフト量分、ゲート印加電圧値をシフトさせた結果、照射前後でのピーク値はよく一致することが判明し、ピークのシフトが正の固定電荷発生によることが明らかとなった。

口頭

TIBICを用いた酸化膜中に誘起した過渡電流の解明に関する研究

平尾 敏雄; 小野田 忍; 府金 賢; 高橋 芳浩*; 大島 武

no journal, , 

近年、半導体デバイスの微細化が進み、その駆動電荷が小さくなっていることからノイズマージンがますます低下している。重荷電粒子(イオン)が半導体デバイスを通過した場合、一時的な誤動作(ソフトエラー)や永久的な損傷(ハードエラー)といったシングルイベント現象が発生する。シングルイベント現象の発生機構解明とモデル構築を目指した研究の一環として、酸化膜を有する半導体デバイスに対するイオン誘起過渡電流の評価を行った。実験では、3MVタンデム加速器により加速した15, 18MeVのエネルギーの酸素及び炭素イオンマイクロビームを電極面積100, 200, 300$$mu$$径、酸化膜厚50, 100, 200nmのシリコン(Si)MOS(Metal Oxide Semiconductor)キャパシタに照射し、発生した過渡電流をTIBIC(Transient Ion Beam Induced Current)システムを用いて計測した。その結果、イオン照射によって発生したイオン誘起過渡電流波形は、入射イオンのエネルギーが高くなるにつれピークが高くなること、さらに酸化膜厚が薄いものほどピークが高くなり収集電荷量も増加することが明らかになった。また、得られた結果をTCAD(Technology Computer Aided Design)を用いてシミュレーションした結果、発生した過渡電流は変位電流によるものであると結論できた。

口頭

酸化膜を介したイオン照射誘起電荷の収集機構解明に向けた研究

府金 賢; 高橋 芳浩*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 中嶋 康人*; 大西 一功*

no journal, , 

半導体デバイスに高速荷電粒子が入射する際に半導体内で誘起されるキャリアが原因となりシングルイベント現象が発生する。酸化膜を介した重イオン照射誘起電流の発生機構は未だ不明な点が多く、その解明が重要である。本研究では、シリコン(Si)MOSFETに対して重イオン照射試験を実施し、酸化膜を介した電流発生機構の検討を行った。試料はAlゲートp-, n-シリコン(Si)MOSFETを用い、TIARAの重イオンマイクロビームラインにてエネルギー15MeVの酸素イオン照射を実施した。照射誘起電流測定の結果より、MOSFETにおける照射誘起電流は正・負の異なるピークを持つこと、さらに収集電荷量が照射後数十nsでほぼ0に収束することが観測され、酸化膜を介した照射誘起電流は、変位電流が支配的であることを確認した。またp-, n-MOSFETにおいて電流ピーク幅の差異が確認された。これは、照射に伴いゲート直下に蓄積するキャリアがp-, n-MOSFETではそれぞれ正孔,電子であり、これらキャリアの移動度の違いに起因するためと考えられる。

口頭

MOSFETにおける重イオン照射誘起ゲート電流

府金 賢; 高橋 芳浩*; 中嶋 康人*; 長澤 賢治*; 今川 良*; 野本 敬介*; 大西 一功*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 大島 武

no journal, , 

半導体デバイスに荷電粒子が入射したときに、半導体中に誘起されるキャリアによって誤動作等のシングルイベント現象が発生する。本研究では、酸化膜を介したイオン誘起電流の発生機構を理解するために、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)へ重イオン照射を行った。試料にはAlゲートシリコン(Si)のp-, n-チャンネルMOSFET(酸化膜厚:40nm,ゲート幅: 300$$mu$$m,ゲート長: 100$$mu$$m)を用い、TIARAにて15MeV酸素マイクロイオンビームを照射した。p-, n-MOSFETのゲートにそれぞれ-10V, +10Vを印加しソース及びドレイン電極は接地状態でTIBIC(Transient Ion Beam Induced Current)測定を行い発生する過渡電流を評価した。その結果、発生したゲート電流は正・負の異なるピークを持ち、収集電荷量が数十nsでほぼ0に収束することが明らかとなり、このことから酸化膜を介した照射誘起電流が変位電流であると帰結できた。また、p-, n-MOSFETでの電流ピークの半値幅で2nsの相違はゲート直下に蓄積したキャリアがp-,n-MOSFETではそれぞれ正孔,電子であり、これらキャリアの移動度の違いで解釈できることも判明した。

口頭

重イオンが$$gamma$$線照射前後のMOSキャパシタに誘起する過渡電流

小野田 忍; 府金 賢; 平尾 敏雄; 大島 武; 高橋 芳浩*; 今川 良*; 大西 一功*

no journal, , 

本研究では、$$gamma$$線によるトータルドーズ効果によって電気特性が劣化したMOS(Metal Oxide Semiconductor)キャパシタに対して、1個の重イオンを照射し、その際に発生するシングルイベント過渡電流を調べた。試料は、p型バルクシリコン上に作製したAlゲートMOSキャパシタ(酸化膜厚:100nm,電極直径:100$$mu$$m)である。試料に対して、吸収線量が6.6kGy(SiO$$_2$$)になるまで$$gamma$$線を照射した。$$gamma$$線照射前後のV$$_{FB}$$(フラットバンド電圧)の変動に着目すると、そのシフト量はおよそ-16.3Vであることがわかった。$$gamma$$線照射前の試料において発生する過渡電流は、印加電圧が高くなるに従い大きくなることがわかった。一方、電圧を印加しない$$gamma$$線照射後の試料で発生する過渡電流は、電圧を印加しない$$gamma$$線照射前の試料で発生する過渡電流と比較して4倍も大きくなる一方、15Vを印加した$$gamma$$線照射前の試料で発生する過渡電流と同等の大きさになることが明らかになった。このことから、酸化膜中の固定正電荷が空乏層の電界強度を強め、その結果、重イオンが誘起する過渡電流が大きくなったと考えられる。

口頭

MOSデバイスにおける重イオン照射誘起過渡電流とトータルドーズとの関係

今川 良*; 府金 賢*; 高橋 芳浩*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 大島 武

no journal, , 

半導体デバイスに荷電粒子が入射したときに、誘起されるキャリアによって誤動作や破壊等のシングルイベント現象が発生する。本研究では、酸化膜を有する半導体デバイスに$$gamma$$線照射を行うことで発生する固定正電荷がシングルイベント過渡電流に及ぼす影響について調べた。$$gamma$$照射は吸収線量率6.3kGy(S$$_{i}$$O$$_{2}$$)/hで1時間行い、$$gamma$$線照射前後、酸素イオン(15MeV)を用いたイオンビーム誘起過渡電流TIBIC(Transient Ion Beam Induced Current)を測定した。その結果、得られた過渡電流シグナルのピーク値が$$gamma$$線照射により変化すること,同一ピーク電流を得るためのゲートへの印加電圧の差異が、容量-電圧特性より見積ったミッドギャップ電圧のシフト量とほぼ等しいことが判明した。これより、過渡電流の変化は$$gamma$$線照射により生じた酸化膜中の固定正電荷密度の変化に起因すると結論できた。

口頭

SOI構造デバイスにおけるイオン照射誘起電荷の輸送現象の解明

大西 一功*; 高橋 芳浩*; 中嶋 康人*; 長澤 賢治*; 府金 賢; 今川 良*; 野本 敬介*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 大島 武

no journal, , 

放射線環境下で半導体デバイスを使用する場合、高速荷電粒子の入射により誘起される電流に起因した、シングルイベント現象が問題となる。埋込み酸化膜を有するSOI(Silicon on Insulator)デバイスは、高い耐放射線性が期待されるが、予想を上回る電荷収集が観測されるとの報告もあり、酸化膜を有するデバイス構造におけるイオン誘起電流の発生メカニズム解明が必要となっている。本研究ではシリコン(Si)MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)へ重イオン照射を行い、ゲート酸化膜を介して流れるイオン誘起過渡電流を評価した。試料はAlゲートSi p-MOSFET及びn-MOSFETを用い、TIARAの重イオンマイクロビームシステムを使用して酸素イオン(15MeV)の照射を行った。その結果、照射後1$$sim$$2ns程度に酸化膜に印加した電界方向の鋭い電流ピークが、その後、反対方向の小さな電流がそれぞれ観測されること、また、収集電荷量は照射後数10nsで0に収束することがわかり、酸化膜を介した重イオン照射誘起電流は、変位電流によるものが支配的であることが確認できた。

口頭

MOS構造素子のシングルイベント効果の解明

高橋 芳浩*; 府金 賢*; 今川 良*; 大脇 章弘*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 大島 武

no journal, , 

半導体デバイスに高速荷電粒子が入射する際に半導体内で誘起されるキャリアが原因となりシングルイベント現象が発生する。酸化膜を介した重イオン照射誘起電流の発生機構は未だ不明な点が多く、その解明が重要である。本研究では、シリコン(Si)金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタMOSFETに対して重イオン照射試験を実施し、酸化膜を介した電流発生機構の検討を行った。試料はAlゲートp-, n-SiMOSFETを用い、エネルギー15MeVの酸素イオンマイクロビームを照射した。照射誘起電流測定の結果より、MOSFETにおける照射誘起電流は正・負の異なるピークを持つこと、さらに収集電荷量が照射後数十nsでほぼ0に収束されることが確認され、酸化膜を介した照射誘起電流は、変位電流が支配的であることを確認した。さらに、重イオン照射誘起ゲート電流のトータルドーズ効果についても評価を行った。その結果、過渡電流ピーク値が$$gamma$$線照射により変化すること、また、同一ピーク電流を得るためのゲート電圧のシフト量は、ミッドギャップ電圧のシフト量とほぼ等しいことが確認された。これより、$$gamma$$線照射による照射誘起電流の変化は、酸化膜中の固定正電荷密度の変化に起因するものであると帰結された。

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