【招待講演】基板バイアスを印加した薄膜BOX-SOI SRAMにおける重イオンソフトエラー：線状複数反転により100 倍になった感受性

摘要

第10 回シリコンテクノロジー分科会論文賞という名誉ある賞を賜り，誠にありがとうございます．受賞したソフトエラー（SE）に関する論文について，以前発表した内容とその後の進展を合わせてご紹介します．SE は50 年以上の長い歴史を持つため解決済みと誤解されることがありますが，実際には常に最前線の話題で，新しいデバイス（含むBeyond CMOS）が出る度に考えなければいけませh．一方のSOI 技術も長い歴史を持ち，消費電力削減だけでなくSE 対策にも有利な技術として教科書に載っています．こちらも最前線にあり続け，近年は埋め込み酸化膜（BOX）を10 nm程度に薄膜化したものが開発され，更にその下にウェル構造を埋め込み，柔軟な基板バイアス（V_B）制御を実現しています．私共はそのようなSOI デバイスに，銀河宇宙放射線を模擬した重イオン放射線を照射してSE を調べました．Fig. 1 は，量研（高崎）のサイクロトロンを使って322-MeV Kr をSRAMに垂直照射した時の結果です．データが反転してSE を起こしたセル（黒四角）はV_B = 0 Vでは少数が点状に分布しましたが，VB = 2 Vでは数が100 倍近く増え線状に分布しました．「絶縁膜による素子分離ゆえSOI では線状反転が起きない」と言う通説に反した驚く結果でした．統計的手法や日本で初めての二光子吸収レーザーSE 試験装置を使って原理を探究し，放射線が埋め込みウェルに電位変動をもたらし，それがBOX 容量を介してトランジスタを誤動作させたと結論しました．「BOXがその下に発生した放射線由来の雑音を遮断するからSOI はSE に強い」という説明を更新する時期が来たようです．興味深いのは，この新しいSE が地上放射線を模擬した実験では認められていない点です．そこで原理を数式で記述し，放射線の強さをパラメータに組み込hだ所，地上放射線では起きる可能性が著しく低いことを見出しました．謝辞本研究を大幅に進展させてくれた東大博士課程（当時）の井辻君とチョン君に感謝します．