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論文

Relationship between soft error rate in SOI-SRAM and amount of generated charge by high energy ion probes

迫間 昌俊*; 阿保 智*; 増田 直之*; 若家 富士男*; 小野田 忍; 牧野 高紘; 平尾 敏雄*; 大島 武; 岩松 俊明*; 尾田 秀一*; et al.

Proceedings of 10th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-10) (Internet), p.115 - 118, 2012/12

Soft Error Rates (SERs) in Partially Depleted (PD) Silicon-On-Insulator (SOI) Static Random Access Memories (SRAMs) with a technology node of 90 nm have been investigated by hydrogen (H), helium (He), lithium (Li), beryllium (Be), carbon (C) and oxygen (O) ions, accelerated up to a few tens of MeV using a tandem accelerator. The SERs increased with increasing the amount of the generated charge in the SOI body by a floating body effect, even if the amount of the generated charge was less than the critical charge. The SERs with the generated charge in the SOI body more than the critical charge were almost constant. These results suggest that the floating body effect induces soft errors by enhancing the source-drain current and increasing the body potential.

論文

Effect of a body-tie structure fabricated by partial trench isolation on the suppression of floating body effect induced soft errors in SOI SRAM investigated using nuclear probes

阿保 智*; 増田 直之*; 若家 富士男*; 小野田 忍; 牧野 高紘; 平尾 敏雄; 大島 武; 岩松 俊明*; 尾田 秀一*; 高井 幹夫*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 269(20), p.2360 - 2363, 2011/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:20.31(Instruments & Instrumentation)

埋め込み酸化膜を有するSOIデバイスは、高い耐放射線性が期待されているが、SOIデバイス特有の基板浮遊効果の影響で、従来のバルクによるSEU発生と異なるソフトエラーが発生するという報告がある。現在はその対策としてボディー電位構造を採用し基板浮遊効果を抑制している。本研究では、この構造を有したSOI SRAMにヘリウム,酸素イオンマイクロビームを照射して、ボディー電位固定構造がソフトエラー耐性に与える影響を検証した。ヘリウムイオン照射ではボディー電位固定構造のため金属パットに近い位置でのソフトエラー発生は少なくなった。これは動作領域での過剰キャリアの生成量がしきい値電荷以下であり、基板浮遊効果を抑制したと考えられる。一方、酸素イオンでは、動作領域での過剰キャリア生成量がしきい値電荷よりも大きいため、ボディー電位固定構造に関係なくソフトエラーの発生が観測された。

論文

Evaluation of soft errors using nuclear probes in SOI SRAM with body-tie structure fabricated by partial trench isolation

阿保 智*; 増田 直之*; 若家 富士男*; 小野田 忍; 牧野 高紘; 平尾 敏雄; 大島 武; 岩松 俊明*; 尾田 秀一*; 高井 幹夫*

Proceedings of 9th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-9), p.72 - 75, 2010/10

Partial Trench Isolation(PTI)技術を用いて作製したボディ電位固定構造の基板浮遊効果抑制力の影響を検証するため、SOI SRAMのソフトエラー発生率評価をHe及びOイオンで行った。また、同様の構造をTCAD上に再現し、SRAMではなく単体トランジスタにイオンが入射したときにドレイン電極に捕集される電荷量の計算も行った。Heイオンを用いた実験では、5.0及び6.0MeVのエネルギー領域で、ボディ電極から電極パッドまでの距離が遠くなるにつれてソフトエラー発生率が高くなった。解析の結果これは、基板浮遊効果抑制力がボディ電極と電極パッドの距離により変化することで解釈された。また、実験結果とTCADシミュレーション結果から、本実験で用いたSOI SRAMの実際のしきい値電荷は1.1-1.2fCであることがわかった。一方、酸素イオンを用いた実験では、13.5, 15.0, 18.0MeVの照射で、距離に関係なくソフトエラー発生率が一定となった。これは、ドレインで捕集される電荷量が距離にかかわらず、しきい値電荷よりも多くなるためである。以上より、PTIを用いて作製したボディ電位固定構造は、電極パッドからボディ電極までの距離により基板浮遊効果の抑制力に差があることを明らかにした。

論文

Evaluation of soft error rates using nuclear probes in bulk and SOI SRAMs with a technology node of 90 nm

阿保 智*; 増田 直之*; 若家 冨士男*; 小野田 忍; 平尾 敏雄; 大島 武; 岩松 俊明*; 高井 幹夫*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 268(11-12), p.2074 - 2077, 2010/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:29.33(Instruments & Instrumentation)

バルクシリコンもしくはSOI(Silicon on Insulator)基板上に作製された技術ノード90nmのSRAM(Static Random Access Memory)素子のソフトエラー耐性評価を、0.8-6.0MeVのヘリウムイオンプローブ及び9.0-18.0MeVの酸素イオンプローブを用いて行った。ヘリウムを用いたバルクSRAMとSOI SRAMのソフトエラー発生率と照射エネルギーの比較では、バルクSRAMでは、2.5MeV以上のエネルギーのヘリウム照射でソフトエラー発生率が飽和することに対して、SOI SRAMではSOIボディで発生する電荷量が最大となる2.5MeVでソフトエラー発生率が最大となり、それより高いエネルギーでは減少することを明らかにした。SOI SRAMへのヘリウム照射では、SOIボディで発生する電荷量は臨界電荷以下であるため、ソフトエラーはSOI素子特有の基板浮遊効果で引き起こされていると考えられる。酸素を用いたSOI SRAMのソフトエラー発生率と照射エネルギーの関係では、ヘリウムと異なり、SOIボディで発生する電荷量が臨界電荷より多くなるため、ソフトエラー率は高いエネルギーのイオン照射であっても減少せず飽和することを明らかにした。

論文

Irradiation energy dependence of ion probes on soft error rate in SOI-SRAM

阿保 智*; 杢野 由明*; 木野村 淳*; 小野田 忍; 平尾 敏雄; 大島 武; 岩松 俊明*; 高井 幹夫*

Proceedings of the 8th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-8), p.183 - 186, 2008/12

テクノロジーノード180nmと90nmの2世代のSRAM(Static Random Access Memory)での放射線耐性評価を、300-1000keVのプロトン及び0.8-6.0MeVのヘリウムイオンを用いて行った。評価試料として、バルク基板上のSRAMと放射線耐性が高いとされるSOI(Silicon on Insulator)基板上のSRAMの2種類を用いた。プロトンを用いた180nmノードSRAMの放射線耐性評価では、バルクSRAMは照射エネルギーに関係なく総照射量によりハードエラーが発生することに対して、SOI-SRAMは全くハードエラーが発生しなかった。また、SOI-SRAMでのソフトエラー発生率は、SOIボディでの過剰キャリア生成量が最大となる450keVのプロトン照射時に最大となりさらに高いエネルギーでプロトンを照射した場合には、ソフトエラー発生率が減少することを明らかにした。ヘリウムを用いた90nmノードSOI-SRAMの放射線耐性評価でも、180nmノードSOI-SRAMと同様にSOIボディでの過剰キャリア生成量に依存してソフトエラー発生率が変化することを明らかにした。

口頭

高エネルギーイオンを核プローブとして用いたBulk/SOI-SRAMのソフトエラー発生評価

阿保 智*; 増田 直之*; 若家 富士男*; 小野田 忍; 牧野 高紘; 平尾 敏雄; 岩松 俊明*; 尾田 秀一*; 高井 幹夫*

no journal, , 

宇宙放射線などに起因する高エネルギー粒子入射によって半導体素子で発生する誤動作(ソフトエラー)は、近年の半導体素子の微細化により大きな問題となっている。放射線耐性の高い半導体素子としてSOI(silicon-on-insulator)半導体素子が挙げられる。しかし、SOIデバイス特有の基板浮遊効果によりソフトエラーが発生するため、その発生メカニズム解明及び抑制構造の開発が重要である。本研究では、バルク及びSOI SRAMの放射線耐性評価を酸素イオン(9$$sim$$18MeV)を用いて行った。評価に用いたSRAMは、通常のバルクSi基板と90nmノードSOI-SRAM(SOI層が75nm,BOX層が145nm)でしきい値電荷は1.8fCである。酸素イオン入射でのソフトエラー発生率が13MeV以上で飽和することが見いだされた。酸素イオン入射によりSOIボディで発生する電荷をSRIMコードを用いて計算した結果、13MeV以上の酸素イオンはSOIボディにしきい値電荷以上の電荷を発生させることがわかった。したがって13MeV未満の酸素イオン入射で発生するソフトエラーは、基板浮遊効果の電流増幅により引き起こされ、13MeV以上の酸素イオン入射では、酸素イオン自身による電荷生成と基板浮遊効果の相乗作用によるソフトエラーの発生と結論できた。

口頭

マイクロビームを用いた90nmノードSOI-SRAMにおけるSEU発生挙動の観測

平尾 敏雄; 阿保 智*; 小野田 忍; 増田 直之*; 牧野 高紘; 大島 武; 高井 幹夫*

no journal, , 

高度化LSIの中心となるSRAMやDRAM等のメモリ素子に放射線が入射した場合、記憶状態の反転(Single Event Upset:SEU)による誤動作が発生する。このような問題を解決する半導体デバイスとしてSOI(Silicon on Insulator)構造が注目されている。本研究では、基板浮遊効果抑制構造を持つSOI-SRAMに9$$sim$$18MeVの酸素イオンを入射し、ソフトエラー耐性評価を行った。ソフトエラー発生率は10.5MeVから13MeVまでの範囲ではエネルギー増加に伴い徐々に増加し、その後飽和する傾向を示すことが判明した。モンテカルロシュミュレーションを用いてSOIボディで発生する過剰キャリアの電荷量を計算した結果、13MeV以上の酸素イオン入射では各素子で記憶保存に用いられる容量であるクリチィカルチャージを越える量であった。すなわち、酸素イオン入射に伴うソフトエラー率は、SOIボディで生じる電荷量が、クリチィカルチャージを超えるまでは徐々にソフトエラー発生率が増加し、クリチィカルチャージを超えるとソフトエラー発生率が飽和すると結論できた。

口頭

酸素イオンプローブを用いた90nmノードSOISRAMのソフトエラー耐性評価

阿保 智*; 増田 直之*; 若家 富士男*; 高井 幹夫*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 牧野 高紘; 大島 武; 岩松 俊明*; 尾田 秀一*

no journal, , 

絶縁膜上薄膜単結晶シリコン(SOI: Silicon-on-Insulator)基板に作製した半導体デバイスは、従来のバルク基板上に作製した半導体デバイスと比較し、ソフトエラー耐性が高いが、SOIデバイス特有の基板浮遊効果のため、バルクデバイスと異なる過程でのソフトエラーが発生する。本研究では、基板浮遊効果抑制のためのボディ電位固定構造を有したSOI SRAM(static random access memory)のソフトエラー耐性評価を9-18MeVの酸素イオンプローブを用いて行った。SOI-SRAMのソフトエラー発生率は、10.5MeV以上の酸素イオン照射で徐々に大きくなり、13MeV以上では飽和した。また、SOIボディで発生する電荷量の計算を行ったところ13MeV以上の酸素イオン照射では、クリティカルチャージ以上の電荷が発生することがわかった。これらのことより、13MeV未満の酸素イオン照射で発生するソフトエラーは基板浮遊効果による電流増幅により引き起こされており、13MeV以上の酸素イオン照射では、酸素イオン自身による電荷生成と基板浮遊効果の相乗作用によりソフトエラーが発生していると考えられる。

口頭

重イオンマイクロビームを用いたSOIデバイスにおけるシングルイベント評価

平尾 敏雄; 小野田 忍; 牧野 高紘; 高橋 芳浩*; 竹安 秀徳*; 岡崎 勇志*; 阿保 智*; 増田 直之*; 高井 幹夫*; 大島 武

no journal, , 

高度化LSIの中心となるSRAMやDRAM等のメモリ素子に放射線が入射した場合、記憶状態の反転(Single Event Upset: SEU)による誤動作が発生する。このような問題を解決するものとしてSOI(Silicon on Insulator)デバイスが注目されている。本研究では、SOIデバイスの放射線影響を評価するため、基本構造素子としてSOI-pn接合ダイオード、さらに実デバイスとして90nmノードSOI-SRAMを用いて、炭素及び酸素の重イオンマイクロビーム照射による収集電荷挙動及びソフトエラー発生挙動について評価を行った。基本素子における重イオン照射誘起電流を解析した結果、イオン入射により発生する変位電流量は半導体表面の空乏層幅により制御可能であることなどを明らかにした。さらに実デバイスにおいては、SOIボディでの電荷発生量がクリティカルチャージより少ない場合には、各MOSFET側面のボディ電極と引き抜きパッドの距離によりソフトエラー発生率が異なること、また電荷発生量がクリティカルチャージより多い場合には、距離に関係なく発生率が一定となることを明らかとした。

口頭

高エネルギーイオンプローブを用いたSOI-SRAMソフトエラー発生率のBOX下生成電荷依存性

迫間 昌俊*; 阿保 智*; 若家 富士男*; 牧野 高紘; 小野田 忍; 大島 武; 岩松 俊明*; 尾田 秀一*; 高井 幹夫*

no journal, , 

これまで、中エネルギーイオンプローブを用いてSOI(Silicon on Insulator)層での生成電荷量とソフトエラー発生の関係を明らかにしてきた。SOIデバイスでは動作領域がBOX(Buried Oxide)層で分離されているためにBOX層下での生成電荷はソフトエラーに影響がないと考えられてきたが、SOIデバイスへの高エネルギー粒子入射時にはBOX下で生成される電荷により動作領域の異常電流が増加するとの報告もある。そこでBOX下での生成電荷とソフトエラーとの関係を明らかにするため、SOI-SRAM(Static Random Access Memory)のBOX下まで到達し大量の電荷を生成する高エネルギー粒子を照射しソフトエラーを評価行った。実験ではサイクロトロン加速器で加速したAr150 MeV, N56 MeV, Kr322 MeVを用いた。するとN, Ar, Kr照射によるソフトエラー発生率が基板に微少電荷しか生成しないこれまでの中エネルギーイオンプローブを用いた結果と比較すると増加したため、基板での生成電荷やPTI(Partial Trench Isolation)やBOXなどの酸化膜での正孔捕獲が原因でソフトエラーが発生したと考えられる。

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