先端半導体デバイスの高・低温照射による導入欠陥の研究

2004 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16760051
• 研究機関: 熊本電波工業高等専門学校
• 研究代表者: 葉山 清輝 独立行政法人国立高等専門学校機構熊本電波工業高等専門学校, 情報通信工学科, 助教授 (00238148)
• キーワード: 陽子線 / 電子線 / 照射損傷 / 高温照射 / 低温照射 / FD-SOI / high-k / MOSFET

研究概要

宇宙空間を利用した通信技術は高度情報通信技術において重要な基盤技術の一つである.本研究では,放射線環境である宇宙空間での先端デバイスの利用を想定した照射損傷と損傷メカニズムの解明を行う.本年度は特に,Si系半導体デバイス(FD-SOIデバイス,微細MOS(90nm)デバイス)の室温及び高温での照射損傷について調べた.
FD-SOI n-MOSFETにおいて,チャネルの特性は裏面ゲートバイアス電圧に依存することが知られている.同デバイスに陽子線の室温照射及び電子線の室温と高温照射を行い,照射による特性変化を調べた.その結果,表面ゲートと裏面ゲートの双方に損傷が見られ,特に裏面ゲートに導入されたオキサイドトラップがトランジスタ特性に大きな影響を及ぼしていることが分かった.電子線の高温照射の結果から,高温照射において特性劣化は少なくなり,照射時の損傷が雰囲気温度により回復していることが分かった.
HfSiON膜をhigh-kゲート絶縁材料として用いた微細MOSFETの室温および高温における電子線照射損傷についても調べた.従来のMOSFETに比較して微細MOSFETは照射後の特性変化が極めて小さく,照射耐性があることが分かった.これは,微細化に伴う不純物の高濃度化によって照射導入欠陥によるキャリア濃度変化が小さかったことが理由だと思われる.
低温照射に関しては,本年度経費により設計・製作した照射冶具を用いて照射実験中である.

研究成果

• [雑誌論文] Impact of 7.5-MeV proton irradiation on front-back gate coupling effect in ultra thin gate oxide FD-SOI n-MOSFETs (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Hayama et al.
  • 雑誌名: IEEE Trans.on Nuclear Science 51 ページ: 3795-3800
• [雑誌論文] Degradation of electrical performance and floating body effect in ultra thin gate oxide FD-SOI n-MOSFETs by 7.5-MeV proton irradiation (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Hayama et al.
  • 雑誌名: Microelectronics Reliability 44 ページ: 1721-1726
• [雑誌論文] Degradation of the Electrical Performance and Floating Body Effects in Ultra Thin Gate Oxide FD-SOI n-MOSFETs by 2-MeV Electron Irradiation (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Hayama et al.
  • 雑誌名: Proc.of Radiation Effects on Components and Systems, RADECS 2004 workshop, September 22-24, Madrid, Spain ページ: 43-48
• [雑誌論文] Radiation source dependence on floating-body effect in thin gate oxide fully-depleted SOI n-MOSFETs (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Hayama et al.
  • 雑誌名: Proc.of the 6^<th> Int.workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application, Tsukuba, Japan ページ: 249-252
• [雑誌論文] Degradation of Electrical Performance in FD-SOI n-MOSFETs by 7.5-MeV Protons and 2-MeV Electrons (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Hayama, H.Ohyama
  • 雑誌名: Proceeding of 2004 Japan-Korea Joint Workshop on Advanced Semiconductor Processes and Equipments, Unzen, Japan ページ: 166-169
• [雑誌論文] Body potential analysis of ultra thin gate oxide FD-SOI MOSFETs in accumulation mode operation (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Hayama et al.
  • 雑誌名: Proc.of the 5^<th> International Conference Materials for Microelectronics and Nanoengineering, Southampton, UK ページ: 120-123