JP2001215255A - Estimating method and estimating device for software error resistance of semiconductor device - Google Patents
Estimating method and estimating device for software error resistance of semiconductor deviceInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は宇宙線中性子に起因
する半導体デバイスのソフトエラー耐性の評価方法およ
びその評価装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for evaluating soft error resistance of semiconductor devices caused by cosmic ray neutrons.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体デバイスのソフトエラー(SE, 記
憶内容が予期しない原因により反転すること)の品質評
価上の発生率SQCの単位はFIT(Failure in Time; 109
時間に1回エラーが発生した時1FITとする。)を用
い、通常、量産品としての許容限界は1000FIT程度とさ
れる。放射線を原因としたエラーはSEU(Single Event
Upset、 入射粒子1個に対応するソフトエラー)と呼ば
れる。ソフトエラー率(SER)はメモリーのビット当
たり、またはチップ当たりに単位時間に発生するエラー
回数であって、これによりSEU断面積σSEU,b/c (添
え字b、cはそれぞれビット、チップに対応)次式によ
り定義される。2. Description of the Related Art The occurrence rate SQC of a semiconductor device soft error (SE, inversion of stored contents due to an unexpected cause) in quality evaluation is FIT (Failure in Time; 10 9).
When an error occurs once a time, it is 1 FIT. ), And the permissible limit for mass production is usually about 1000 FIT. Errors caused by radiation are SEU (Single Event
Upset, a soft error corresponding to one incident particle). The soft error rate (SER) is the number of errors that occur per unit time per bit or chip of the memory, and the SEU cross-sectional area σ SEU, b / c (subscripts b and c represent bits and chips respectively) Correspondence) It is defined by the following equation.
【0003】[0003]
【数1】 (Equation 1)
【0004】SERの単位をビットまたはチップ当たり
回/sで定義すると、チップのメモリ容量をNm(ビット)
として、When the unit of SER is defined as bits or times / s per chip, the memory capacity of the chip is N m (bits).
As
【0005】[0005]
【数2】 (Equation 2)
【0006】のようにSEU断面積はSqcに対応付け
られる。As described above, the SEU sectional area is associated with Sqc .
【0007】半導体メモリ-の高集積化による低消費電
力化、高速化、軽量化は付加価値を生み出すためにも必
須であり、絶え間無い高集積化・微細化の流れは今後と
も必然的な状況にあると考えられる。1980年代に、
パッケージ材料に含まれるUや、232Thなど天然に存
在するα線によるソフトエラーが微細化に向けた制約の
一つとして顕在化した。α線(4He原子の2個の軌道電
子を持たない裸の原子核)はメモリ素子中のSi原子など
をイオン化して電子ー正孔対(キャリア)が発生する。
このキャリアが、デバイス中を拡散し、メモリにおいて
は電極に蓄積した電荷量を変化させて、メモリの内容を
変化させたり、場合によっては、ラッチアップ現象に至
ることが判明した。[0007] Low power consumption, high speed, and light weight due to the high integration of semiconductor memories are indispensable for creating added value, and the continuous flow of high integration and miniaturization is inevitable in the future. It is thought that there is. In the 1980s,
U and in the package material, soft errors due to α rays naturally occurring, such as 232 Th was manifested as a constraint for the miniaturization. α-rays (bare nuclei without two orbital electrons of 4 He atoms) ionize Si atoms and the like in the memory element to generate electron-hole pairs (carriers).
It has been found that these carriers diffuse in the device, change the amount of electric charge stored in the electrodes in the memory, change the contents of the memory, and in some cases, lead to a latch-up phenomenon.
【0008】これに対して、現在は下記の方策によっ
て、α線によるソフトエラーはほぼ解決している。On the other hand, at present, soft errors due to α rays are almost completely solved by the following measures.
【0009】(a) パッケージ材料の高純度化 (b) スタック構造の採用などによるメモリ容量の増
加/確保 (c)エラーをソフト的に修復するECC(Error Correct
ion Code)の設置 半導体メモリを用いたテ゛ハ゛イスの一層の高集積化/微細化
とメモリの容量の低減に伴い、宇宙ロケットや人工衛星
では既に問題となっている宇宙線中性子によるソフトエ
ラーが地表においても問題となると見られ始めている
(例えば、 C.A.Gossettほか、 IEEE Trans. Nuclear S
cience、 Vol. 40、 No. 6、 p.1845(1993) 、E. Norma
nd,、IEEE Trans. Nuclear Science、 Vol. 43、 No.
6、 p.2742(1996)、K. Johanssonほか、 IEEE Trans. N
uclear Science、Vol. 45、 No. 3、p.1628(1998)、 T.
J. O'Gorman, IEEE Trans.Electron Devices、 Vol.4
1、No.4、 p.553(1994) など)。ところで、中性子の発
生原因は以下のように説明されている。即ち、銀河系中
心からおよそ10億年の時間をかけて超高エネルギーの
H、He、C、Oなどの軽イオン粒子が地球の大気圏に飛来
している。このイオン線は大気圏の窒素、酸素と核反応
を起こし、高エネルギーの中間子(π+、π0、π-、
μ)や中性子を発生し、これがさらに連鎖的に大気と核
反応を起こす結果、単一のイオンから地表において半径数
百mにおよぶ中性子シャワーを形成する。イオン線は図
1に概念的に示すように、銀河系や太陽の形成する磁場
で軌道が曲げられるため、その強弱は11年周期の太陽活
動の影響を受ける。 太陽そのものからの宇宙線は平均
的には強度が小さいが、太陽活動の強弱により太陽磁場
の影響を受けて、地上に到達する宇宙線強度は太陽の活
動のピーク(Solar Maximum)時に弱く、太陽活動の不
活発なとき(Solar minimum)に強くなる。イオンの軌
道は地球の磁場によっても曲げられるため、地球に向か
うフラックスは地球の磁極(磁力線が地表に垂直なため
イオン軌道は磁力線に沿って地表に向かいやすい)で最大
となり、 磁気緯度(geomagnetic rigidity)に依存す
る。 さらに、大気そのものに中性子の遮蔽能力がある
ため、中性子のフラックスは地表10〜20kmの高度を最大
として高度依存性がある。地表での中性子の微分エネルキ゛ー
スヘ゜クトルdφn/dE (図中の単位は宇宙線中性子に対するも
ので、個/cm2/MeV/s、 WNR(ロスアラモス国立研究所に
ある高エネルギー・高フラックス中性子照射設備)に対
しては個/cm2/MeV/str/陽子1パルスである)は実測によ
って求められており、図2に示すように1GeVを超える
領域までの高いエネルキ゛ーを有する。ここで、宇宙線中性子
による地上での半導体デバイスのソフトエラーについて
考える。(A) Purification of package material (b) Increase / secure of memory capacity by adopting stack structure etc. (c) Error Correction (ECC)
Installation of ion codes) With the further integration and miniaturization of devices using semiconductor memory and the reduction of memory capacity, soft errors due to cosmic-ray neutrons, which have already become a problem for space rockets and satellites, are on the ground. Have also begun to be seen as problematic (eg, CAGossett et al., IEEE Trans. Nuclear S
cience, Vol. 40, No. 6, p. 1845 (1993), E. Norma
nd, IEEE Trans. Nuclear Science, Vol. 43, No.
6, p.2742 (1996), K. Johansson et al., IEEE Trans. N
uclear Science, Vol. 45, No. 3, p. 1628 (1998), T.
J. O'Gorman, IEEE Trans.Electron Devices, Vol.4
1, No.4, p.553 (1994)). By the way, the cause of neutron generation is explained as follows. In other words, it takes about one billion years from the center of the galaxy
Light ion particles, such as H, He, C, and O, are flying into the Earth's atmosphere. The ion beam is atmosphere of nitrogen, cause oxygen and nuclear reaction, high energy mesons (π +, π 0, π -,
μ) and neutrons, which in turn cause a nuclear reaction with the atmosphere in a chain, resulting in the formation of a neutron shower over a radius of several hundred meters from the surface of a single ion. As shown conceptually in Fig. 1, the orbit of an ion beam is bent by the magnetic field formed by the galaxy and the sun, and its intensity is affected by the solar activity with an 11-year cycle. The cosmic rays from the sun itself are low on average, but the intensity of cosmic rays reaching the ground is weak at the peak of solar activity (Solar Maximum) due to the effect of the solar magnetic field due to the intensity of solar activity. Becomes stronger when activity is inactive (Solar minimum). Since the orbit of ions is also bent by the earth's magnetic field, the flux toward the earth is maximized at the magnetic poles of the earth (the ion orbit tends to go to the surface of the earth along the lines of magnetic force because the lines of magnetic force are perpendicular to the surface of the earth), and the magnetic latitude (geomagnetic rigidity ) Depends. In addition, the neutron flux is altitude-dependent, with a maximum of 10-20 km above the surface of the earth, due to the neutron shielding capacity of the atmosphere itself. Neutron differential energy vector dφ n / dE at the surface of the earth (units in the figure are for cosmic ray neutrons, particles / cm 2 / MeV / s, WNR (high energy / high flux neutron irradiation equipment at Los Alamos National Laboratory) ) Is one pulse / cm 2 / MeV / str / proton) is obtained by actual measurement, and has a high energy up to a region exceeding 1 GeV as shown in FIG. Here, a soft error of a semiconductor device on the ground due to cosmic ray neutrons will be considered.
【0010】中性子は低エネルギーではデバイスの構成
材料であるSi等とは反応しない。しかしながら、 宇宙
線中性子がソフトエラーの原因となるのは、非常に高い
エネルギーを持った中性子がSiの原子核と反応して複数
の2次イオンに分裂(核破砕反応と称する)し、その2
次イオンがテ゛ハ゛イス内に電子-ホールキャリアを発生させ
るためとされる。従って、ソフトエラーの発生機構は旧
来のα線によるソフトエラーと同様であるが、遮蔽の困
難な高エネルギー中性子に起因するため対策が困難であ
ることと、多数の粒子が同時に発生するため、複数のビ
ットで同時にソフトエラーが起こる(マルチビットエラ
ー、2個同時をdouble、3個同時をtriple、4個をquad
ruple bit errorと称する)のが異なる。マルチビット
エラーは、旧来と異なり、ECCで修復できないため、
その比率が高くなると新たな問題が生じる可能性もあ
る。Neutrons do not react with Si or the like which is a constituent material of a device at low energy. However, cosmic ray neutrons cause soft errors because neutrons with very high energy react with the nuclei of Si and split into multiple secondary ions (referred to as spallation reactions).
It is assumed that the secondary ions generate electron-hole carriers in the device. Therefore, the mechanism of soft error generation is the same as that of the conventional α-ray soft error.However, it is difficult to take countermeasures due to high-energy neutrons, which are difficult to shield. Soft errors occur at the same time (multi-bit error, 2 simultaneous doubles, 3 simultaneous triples, 4 quads
ruple bit error). Since multi-bit errors cannot be repaired by ECC unlike the past,
Higher ratios can create new problems.
【0011】パッケージ材料中のα放射体の不純物を原
因としたソフトエラーは、中性子に比べると以下の点で
ソフトエラーに対する耐性の評価が簡単である。[0011] Soft errors caused by impurities of the α-emitter in the package material are easier to evaluate for resistance to soft errors than neutrons in the following points.
【0012】(1) 発生位置およびエネルギーが明確
であるため、デバイス内の影響の及ぶ空間的範囲が明
確。(1) Since the generation position and the energy are clear, the spatial range of influence in the device is clear.
【0013】(2) 粒子がα粒子のみであるので、市
販のα線源をデバイス表面に接しておくだけで、ソフト
エラー耐性の評価が可能。(2) Since the particles are only α particles, soft error resistance can be evaluated only by contacting a commercially available α-ray source with the device surface.
【0014】(3) パッケージだけの問題であるの
で、地域依存性が無く出荷前の特定の試験所での試験結
果は、基本的には世界中で通用する。(3) Since it is a problem of only the package, the test results at a specific laboratory before shipment are not dependent on regions and are basically accepted worldwide.
【0015】逆に、上記を宇宙線中性子について言い換
えてみると、 (1) 核反応はデバイス内のあらゆる位置で発生し、
エネルギーも幅広いスペクトルを持つ。Conversely, to rephrase the above for cosmic-ray neutrons: (1) Nuclear reactions occur at any location in the device,
Energy also has a broad spectrum.
【0016】(2) デバイスを構成する元素より軽い
全ての種類の核種が入射中性子のエネルギーに応じて発
生するため、実験での完全な模擬は大掛かりな中性子発
生源等が必要になる。(2) Since all kinds of nuclides that are lighter than the elements constituting the device are generated according to the energy of the incident neutrons, a complete simulation in an experiment requires a large-scale neutron source.
【0017】(3) 宇宙線中性子の強度は地球上の緯
度、経度、高度、および太陽活動の強弱によって左右さ
れると言うことになる。上記した背景において、宇宙線
中性子に起因する半導体デバイスソフトエラーの従来の
実験的評価法には中性子を直接用いる場合と、中性子と
同じ核子である陽子を用いる場合があり、以下それぞれ
の従来技術について述べる。 (1)陽子を用いる方法 陽子と中性子は核破砕反応に関し、等価である、という
仮定に立って、中性子の代わりに陽子が広く用いられて
おり、 入射陽子の運動エネルギーに応じてソフトエラ
ーの部分断面積(特定の入射粒子の運動エネルギーに対
するSEU断面積σ(E))が異なることが明らかにさ
れている。(J.F. Ziegler、IBM J. Res. Develop.、 V
ol. 40、No. 1、p.51(1996)、G.A.Sai-Halasz、 IEEE I
EDM Tech, Digest、p.344(1983) など) 。 (2)中性子を直接用いる方法 対象が宇宙線中性子であるので、最も正確な方法は、宇
宙線中性子を直接用いるのが最適であるが、フラックス
が低いため十分な統計量を得るために通常1000個程度の
チッフ゜を並べた上で、数ヶ月オーダーの試験期間が必要で
ある(T.J. O'Gorman、IBM J. Res. Develop., Vol. 4
0、 No. 10、 p.41(1996))。 高地で実施すれば、フラ
ックスは10倍〜20倍得られるが、温度管理や電源の確保
等が必要である。(3) The intensity of cosmic-ray neutrons is determined by the latitude, longitude, altitude on the earth, and the intensity of solar activity. In the background described above, conventional experimental evaluation methods for semiconductor device soft errors caused by cosmic-ray neutrons include a case where neutrons are used directly and a case where protons which are the same nucleons as neutrons are used. State. (1) Method using protons Based on the assumption that protons and neutrons are equivalent in spallation reactions, protons are widely used instead of neutrons, and the soft error part depends on the kinetic energy of the incident protons. It has been shown that the cross-sectional area (SEU cross-sectional area σ (E) for the kinetic energy of a particular incident particle) is different. (JF Ziegler, IBM J. Res. Develop., V
ol. 40, No. 1, p. 51 (1996), GASAi-Halasz, IEEE I
EDM Tech, Digest, p.344 (1983)). (2) Method of using neutrons directly Since the target is cosmic ray neutrons, the most accurate method is to use cosmic ray neutrons directly. However, since the flux is low, it is usually 1000 to obtain sufficient statistics. A test period of several months is required after arranging about a few chips (TJ O'Gorman, IBM J. Res. Develop., Vol. 4
0, No. 10, p. 41 (1996)). If it is carried out at high altitude, the flux can be obtained 10 to 20 times, but it is necessary to manage the temperature and secure the power supply.
【0018】原子炉の中性子はエネルギーが高々数MeV
で、10MeVを超える中性子のフラックスは低く実験が難
しい割に効率が悪く、実験炉も含めて事実上利用は不可
能である。Reactor neutrons have an energy of at most several MeV
However, the flux of neutrons exceeding 10 MeV is low and the experiment is difficult, but the efficiency is low, and it is practically impossible to use it including the experimental reactor.
【0019】加速器を用いて中性子を発生させ、模擬実
験をすることが可能である。 D-T反応を利用すれば比
較的小型の装置で中性子ヒ゛ームが得られるがエネルギーは
14MeVのみで高エネルギー中性子の影響評価はできな
い。高エネルギーの中性子を得るためには、陽子のリン
グサイクロトロンを用いるのが一般的で、LANL(ロスア
ラモス国立研究所)のWNR(Weapons Neutron Research
facility)では800MeVに加速した陽子をWブロックの標
的に照射して、図2に示したように宇宙線中性子に近い
スペクトルを持つ中性子ビームを得ており、この実験か
ら全SEU断面積σSEUを求めるという手法が用いられ
る(A. Eto他、IEDM、 p.367(1998)、Y.Tosaka他,、I
EEE Transactions on Electron Device、 Vol. 45、 N
o. 7、 p.1453(1998) 、CA,Gossett他、IEEE Trans. Nu
clear Science、 Vol.40、 No.6、p1845(1993)など
)。実環境でのソフトエラー率を求めるには全SEU断面
積と宇宙線中性子の全フラックスの積から求める。 最
近の手法として、陽子ビームを厚さ1〜10mm程度の7Li
の薄板に入射し、7Li(p,n)7Be反応を用いて単一に近い
エネルギーの中性子ビームを用いるケースが増えてきて
おり、中性子に対しても部分SEU断面積にエネルギー
依存性があることが報告されている(K. Johansson他、
IEEE Trans.Nuclear Science, Vol. 45、 No.3、 p16
28(1998)、 P.Hazucha他、IEEE Trans. Nuclear Scienc
e、 Vol.45、 No.6、p. 2921(1998))。It is possible to generate a neutron using an accelerator and perform a simulation experiment. By using the DT reaction, a neutron beam can be obtained with a relatively small device, but the energy is
It is not possible to evaluate the effects of high energy neutrons only at 14 MeV. In order to obtain high-energy neutrons, it is common to use a proton ring cyclotron, and the LANL (Los Alamos National Laboratory) WNR (Weapons Neutron Research)
At the facility, a proton accelerated to 800 MeV is irradiated on the target of the W block to obtain a neutron beam having a spectrum close to cosmic-ray neutrons as shown in Fig. 2. From this experiment, the total SEU cross section σ SEU was obtained. (A. Eto et al., IEDM, p.367 (1998), Y. Tosaka et al., I.
EEE Transactions on Electron Device, Vol. 45, N
o. 7, p. 1453 (1998), CA, Gossett et al., IEEE Trans. Nu.
clear Science, Vol. 40, No. 6, p1845 (1993)). The soft error rate in the real environment is calculated from the product of the total SEU cross section and the total flux of cosmic ray neutrons. As a recent method, a proton beam is applied to a 7 Li
Increasing the number of incident neutron beams using near-single energies using the 7 Li (p, n) 7 Be reaction has increased, and even for neutrons, the energy dependence of the partial SEU cross section has increased. (K. Johansson et al.,
IEEE Trans.Nuclear Science, Vol. 45, No. 3, p16
28 (1998), P. Hazucha et al., IEEE Trans. Nuclear Scienc
e, Vol. 45, No. 6, p. 2921 (1998)).
【0020】一方、宇宙線中性子に起因する半導体デバ
イスソフトエラーの従来の理論的評価法については、下
記の報告がされている。On the other hand, the following report has been made on a conventional theoretical evaluation method of a semiconductor device soft error caused by cosmic ray neutrons.
【0021】宇宙線中性子がデバイスのSi原子に入射
してからの現象のシミュレーションは、反応を前平衡過
程と蒸発過程に分けて、それぞれモンテカルロ法によ
り、発生した粒子のエネルギースペクトルを求め、デバ
イスシミュレータなどによりソフトエラーの評価を行
う。前平衡過程の扱いには、 後述するように、Si原
子核に入射した中性子が原子核内の核子と順に2体間散
乱を繰り返し、エネルギーの高いものは核外に放出され
るとするIntra-Nuclear Cascade法による場合(H.H.K.
Tang他、Phys. Rev. C、 Vol. 42、 No.4、p.1598(199
0)、 K. Chen他、 P.M. O'Neill他、IEEE Trans. Nucle
ar Science、 Vol.45、 No.6、 p.2467(1998)な
ど)、 多体問題として量子分子動力学的手法によって
解く場合(Y. Tosaka他、 IEEE Trans. Nuclear Scie
nce、 Vol.45、 No.7、p.1453(1998)など)の2通り
がとられる。蒸発過程はWeisskopf-Ewingの蒸発モデル
によって計算される。The simulation of the phenomenon after the cosmic ray neutrons are incident on the Si atoms of the device is performed by dividing the reaction into a pre-equilibrium process and an evaporation process, and obtaining the energy spectrum of the generated particles by the Monte Carlo method. Evaluate soft errors by using a method such as this. As described below, the pre-equilibrium process is based on the assumption that neutrons incident on a Si nucleus repeatedly scatter between the nucleus and the nucleus in the nucleus, and that those with high energy are emitted out of the nucleus. By law (HHK
Tang et al., Phys. Rev. C, Vol. 42, No. 4, p. 1598 (199
0), K. Chen et al., PM O'Neill et al., IEEE Trans. Nucle
ar Science, Vol.45, No.6, p.2467 (1998), etc., when solved by a quantum molecular dynamics method as a many-body problem (Y. Tosaka et al., IEEE Trans. Nuclear Scie
nce, Vol.45, No.7, p.1453 (1998)). The evaporation process is calculated by the Weisskopf-Ewing evaporation model.
【0022】[0022]
【発明が解決しようとする課題】半導体デバイスを製品
として出荷するためには、その品質に関する精度の良い
評価が必要であり、評価基準がFIT単位のソフトエラ
ー率であるため、実環境でのこの数値を精度良く求める
必要がある。 設計段階での、デバイスのソフトエラー
率の予測法、試作品に対して短期間で精度の良い試験法
が必要であるが、確立された手法は現存しない。 ま
た、宇宙線中性子に起因するソフトエラーでは、マルチ
ビットエラーが従来に無いモードのエラーであり、重要
であるが、理論解析で評価する手法は現存しない。In order to ship a semiconductor device as a product, it is necessary to accurately evaluate the quality of the semiconductor device. Since the evaluation criterion is a soft error rate on a FIT basis, the quality of the semiconductor device in an actual environment is high. It is necessary to obtain numerical values with high accuracy. At the design stage, a method for estimating the soft error rate of a device and an accurate test method for a prototype in a short period of time are required, but there is no established method. In the case of soft errors caused by cosmic-ray neutrons, multi-bit errors are errors in modes that have not existed in the past, and are important, but there is no method for evaluating them by theoretical analysis.
【0023】SEU断面積にエネルギー依存性が無けれ
ば、特定の入射エネルギーについてσSEUを解析、また
は実験により求め、それとデバイスに入射する総フラッ
クスから(数1)及び(数2)から計算すれば良い。If the SEU cross section has no energy dependence, σ SEU is determined by analysis or experiment for a specific incident energy, and it is calculated from (Equation 1) and (Equation 2) from the total flux incident on the device. good.
【0024】しかしながら、実際には実験で明らかにな
ったように、エネルギー依存性があるため、厳密には、
宇宙線中性子の評価対象とする運動エネルギーKの最小
値をKmin、最大値をKmax、Kに対応する部分SEU断面積を
σ(K)として、However, in practice, as has been clarified by experiments, because of energy dependence, strictly speaking,
The minimum value of the kinetic energy K to be evaluated for cosmic ray neutrons is K min , the maximum value is K max , and the partial SEU cross section corresponding to K is σ (K),
【0025】[0025]
【数3】 (Equation 3)
【0026】により、宇宙線中性子のスペクトルと部分
SEU断面積の重ね合わせ積分で評価する必要がある。
一方、(数3)の積分に必要な細かい数値を個別のデバ
イスについてまたは測定・解析するのは事実上不可能で
あり、 実際、特定のデバイスについて実使用環境での
ソフトエラー率についての評価値は報告例が無い。Therefore, it is necessary to evaluate by superposition integration of the cosmic ray neutron spectrum and the partial SEU cross section.
On the other hand, it is practically impossible to measure or analyze the detailed numerical values necessary for the integration of (Equation 3) for an individual device, and in fact, the evaluation value of the specific device for the soft error rate in the actual use environment Has no reports.
【0027】唯一、実際の宇宙線を用いたフィールド試
験によれば、上記の問題は無く、直接FIT単位での数
値が得られるが、1回の評価に半年ほども要する、効率
の悪い方法である。 基礎データとしては極めて重要で
はあるが、試験方法としては、多品種少量生産で、加速
度的に高集積化が進む最近の半導体デバイスには通用し
ない手法である。一方、 加速器を用いた手法は短期間
でデータが取れるが、陽子を用いた手法は、同じエネル
ギーの中性子に対して3倍のSEU断面積を与えるとい
う報告(K. Johansson他、 IEEE Trans. Nuclear Scien
ce, Vol. 45、 No.3、 p.1628(1998))があり、確立し
た手法とは言えず、大きな誤差を与える可能性がある。
そして、単一のエネルギーを用いた中性子の照射実験は
手法としては有力であるが、エネルギーを変える度に、
中性子のスペクトルを測定するという時間の掛かる作業
をする必要があり、エネルギーを細かくパラメータとし
てサーベイすることには難点がある。According to the field test using actual cosmic rays, there is no such problem, and a numerical value in the unit of FIT can be obtained directly. However, it is an inefficient method that requires about six months for one evaluation. is there. Although it is extremely important as basic data, the test method is a technique that is not applicable to recent semiconductor devices that are being manufactured in a large variety of small-quantity products and are being increasingly integrated at an accelerating rate. On the other hand, accelerator-based methods can collect data in a short period of time, but proton-based methods give three times the SEU cross section for neutrons of the same energy (K. Johansson et al., IEEE Trans. Nuclear Scien
ce, Vol. 45, No. 3, p. 1628 (1998)), which is not a well-established method and may give a large error.
And neutron irradiation experiments using a single energy is a powerful technique, but every time the energy is changed,
It takes time-consuming work to measure the spectrum of neutrons, and there is a difficulty in surveying energy as a detailed parameter.
【0028】短期間で半導体デバイスの実環境でのソフ
トエラー率をFIT単位で得られる可能性のある装置は
WNRであり、前述したように近年利用例が増加してい
る。ところが、後述する発明者らの理論解析により、WN
Rを用いた中性子照射実験は宇宙線中性子に対するソフ
トエラーの推測値として実際より50%過大評価となる
可能性があることが明らかになった。従って、少なくと
も現状では、半導体デバイスメーカが、自社のデバイス
を、必要なスピード、量で計測できるような設備は国内
外共に存在しないことになる。An apparatus that can obtain a soft error rate in a real environment of a semiconductor device in a short period of time in units of FIT is WNR, and as described above, its use is increasing in recent years. However, according to the inventors' theoretical analysis described below, WN
Neutron irradiation experiments using R revealed that the estimated soft error for cosmic-ray neutrons could be overestimated by 50%. Therefore, at least at present, there are no facilities in Japan and overseas that allow semiconductor device manufacturers to measure their own devices at the required speed and quantity.
【0029】本発明の目的は,宇宙線中性子に起因する
半導体デバイスの実環境でのマルチビットエラーの弁別
も含めてソフトエラー率について、半導体デバイスの設
計・試作段階で、精度の良い評価値を得、それに基づい
て量産前に新規デバイスの宇宙線に起因するソフトエラ
ーを削減するプロセス提供の一助とすることにある。An object of the present invention is to provide an accurate evaluation value of a soft error rate including a discrimination of a multi-bit error in a real environment of a semiconductor device caused by cosmic ray neutrons in a semiconductor device design / prototype stage. And to provide a process for reducing soft errors due to cosmic rays in a new device before mass production.
【0030】[0030]
【課題を解決するための手段】本発明では、宇宙線中性
子のスペクトル分布を予め定められたエネルギー値を代
表値として有するエネルギーバンドに分割し、上記エネ
ルギーに対応する半導体デバイスのソフトエラー部分断
面積を求め、この部分断面積を上記したエネルギーバン
ド毎の総フラックスで重み付けを行なって、ソフトエラ
ー部分断面積の総和を求め、その結果に基づいて実使用
環境における半導体デバイスのソフトエラー率を推測す
る。According to the present invention, the spectral distribution of cosmic-ray neutrons is divided into energy bands having a predetermined energy value as a representative value, and the soft error partial cross-sectional area of the semiconductor device corresponding to the energy is divided. The partial cross-sectional area is weighted by the total flux for each energy band described above to obtain the sum of the soft error partial cross-sectional areas, and the soft error rate of the semiconductor device in the actual use environment is estimated based on the result. .
【0031】このソフトエラー率は、上記したエネルギ
ーの代表値を計算上の入射中性子のエネルギーとして設
定し、前記半導体デバイスの内部に進入した入射中性子
の核反応によって発生する2次粒子及び残留核の飛行軌
跡に沿って電子ー正孔対の発生量及び位置を計算し、該
計算結果に基づいて、予め定められた前記半導体デバイ
スの領域に含まれる前記電子ー正孔対の発生量から算出
することが出来る。The soft error rate is obtained by setting the representative value of the above energy as the energy of incident neutrons in calculation, and calculating the secondary particles and residual nuclei generated by the nuclear reaction of the incident neutrons entering the inside of the semiconductor device. The amount and position of electron-hole pairs are calculated along the flight trajectory, and based on the calculation result, the amount is calculated from the amount of electron-hole pairs included in a predetermined region of the semiconductor device. I can do it.
【0032】そして、この飛行軌跡を、入射中性子によ
る核反応の発生位置及び該核反応によって生じた2次粒
子及び残留核の散乱方向及びその運動エネルギー、運動
量、または速度の少なくとも一つを用いて計算するよう
にする。Then, this flight trajectory is determined by using at least one of the generation position of nuclear reaction by incident neutrons, the scattering direction of secondary particles and residual nuclei generated by the nuclear reaction, and the kinetic energy, momentum, or velocity thereof. Let's calculate.
【0033】また、本発明では、宇宙線中性子スペクト
ル分布を予め定められたエネルギー値を代表値として有
するエネルギーバンドに分割し、分割した個々のエネル
ギーバンド内に含まれるフラックスの総和に対応させ
て、上記のエネルギーの代表値を有する中性子を半導体
デバイスに照射させ、その時の半導体デバイスの宇宙線
に対応させたソフトエラー率を実験的に求め、その耐性
を評価する。Further, according to the present invention, the cosmic ray neutron spectrum distribution is divided into energy bands having predetermined energy values as representative values, and corresponding to the total sum of the fluxes contained in each of the divided energy bands, The semiconductor device is irradiated with neutrons having the above representative values of energy, and a soft error rate corresponding to the cosmic rays of the semiconductor device at that time is experimentally obtained to evaluate its resistance.
【0034】そして、異なるエネルギーを有する中性子
ビームを各々個別の半導体デバイスに同時に照射するこ
とによって、半導体デバイスに発生するソフトエラー部
分断面積を実測し、その結果から半導体デバイスの宇宙
線ソフトエラーに対する耐性を評価する。また、本発明
では、半導体デバイスの予め決められた領域に含まれる
電子ー正孔対の発生量が予め設定した閾値を越えたと
き、半導体デバイスにソフトエラーが発生したと判定す
るようにした。By simultaneously irradiating neutron beams having different energies to the individual semiconductor devices, a partial cross-sectional area of a soft error generated in the semiconductor device is actually measured. To evaluate. Further, in the present invention, it is determined that a soft error has occurred in a semiconductor device when the amount of electron-hole pairs included in a predetermined region of the semiconductor device exceeds a predetermined threshold.
【0035】更に、上記のエネルギーバンドに対応する
代表エネルギーを、宇宙線中性子スペクトルのエネルギ
ーバンド内の、エネルギー微分フラックスで重み付けし
た平均値とし、このエネルギーバンド毎の総フラックス
が全て等しくなるように設定する。Further, the representative energy corresponding to the above energy band is set to an average value weighted by the energy differential flux in the energy band of the cosmic ray neutron spectrum, and the total flux for each energy band is set to be equal. I do.
【0036】本発明では、イオンビーム発生器と、標的
と、半導体デバイスを配置したソフトエラー計測アセン
ブリと、前記半導体デバイスのソフトエラー率を計算す
るための解析装置を備えている。そして、この解析装置
は、宇宙線中性子のスペクトル分布を分割し、かつ分割
されたエネルギーバンド内の代表エネルギー値を、半導
体デバイスへの照射中性子エネルギーとして設定し、ま
た、半導体デバイスに中性子の照射がなされた後に、半
導体デバイスの記録内容を読み出して、予め記録された
内容と比較し、その結果を用いて半導体デバイスにソフ
トエラーが発生したか否を判定するように、制御手段が
制御されるようにした。According to the present invention, there is provided an ion beam generator, a target, a soft error measurement assembly in which a semiconductor device is arranged, and an analyzer for calculating a soft error rate of the semiconductor device. Then, this analyzer divides the spectral distribution of cosmic ray neutrons, sets a representative energy value in the divided energy band as neutron energy for irradiation to the semiconductor device, and irradiates the semiconductor device with neutrons. After that, the control means is controlled so as to read out the recorded content of the semiconductor device, compare it with the previously recorded content, and use the result to determine whether or not a soft error has occurred in the semiconductor device. I made it.
【0037】そして、上記の標的を格納したチャンバー
には、標的とイオンビーム発生器から放出されたイオン
ビームとの核反応によって発生する中性子ビームが放射
される少なくとも2つ以上の出口を備えており、夫々の
出口の中性子ビームラインの軸上に計測アセンブリを配
置し、かつ、中性子ビームが同時に照射されるようにし
た。The chamber containing the target has at least two outlets through which a neutron beam generated by a nuclear reaction between the target and the ion beam emitted from the ion beam generator is emitted. The measurement assembly was arranged on the axis of the neutron beam line at each outlet, and the neutron beam was irradiated simultaneously.
【0038】[0038]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0039】本実施例では、(数3)の重ねあわせ積分
の実行は解析、実験とも不可能であるので、宇宙線中性
子のスペクトルを離散化した上で、実環境での宇宙線中
性子に起因するソフトエラー率を評価する手法を提案す
る。その基本的な考え方は理論解析及び実験ともに同様
であって、基本的な評価解析フローを図3に示す。以
下、その評価手順を説明する。In this embodiment, the execution of the superposition integral of (Expression 3) is impossible for both analysis and experiment. Therefore, after the spectrum of the cosmic ray neutrons is discretized, We propose a method to evaluate the soft error rate. The basic concept is the same for both theoretical analysis and experiment, and a basic evaluation analysis flow is shown in FIG. Hereinafter, the evaluation procedure will be described.
【0040】(1)先ず、宇宙線中性子スペクトル分布
をいくつかのエネルギーバンドに分割し、バンド毎の代
表エネルギーKi *を例えば次式により定める。(1) First, the cosmic ray neutron spectrum distribution is divided into several energy bands, and a representative energy K i * for each band is determined by, for example, the following equation.
【0041】[0041]
【数4】 (Equation 4)
【0042】バンドの幅が十分せまければ、単純平均で
も良い。If the band width is sufficiently small, a simple average may be used.
【0043】また、対応するエネルギーバンドの上限及
び下限は任意に定めても良いが、ここでは、宇宙線中性
子の総フラックスAlthough the upper and lower limits of the corresponding energy band may be arbitrarily determined, here, the total flux of cosmic ray neutrons
【0044】[0044]
【数5】 (Equation 5)
【0045】に対して、各バンド内のフラックスがそれ
ぞれ等しくなるように、下記の式にしたがってOn the other hand, according to the following equation, the flux in each band is equal to each other.
【0046】[0046]
【数6】 (Equation 6)
【0047】となるようにKmin(i=1)から順次
Kiを定めていく。From K min (i = 1) in order so that
It will determine the K i.
【0048】(2) 上記の代表エネルギーKi *を持っ
た中性子ビームを対象とする半導体デバイスに照射す
る。(2) Irradiate a neutron beam having the above representative energy K i * to a target semiconductor device.
【0049】(3) このようにして、代表エネルギーK
i *の中性子が総数Nn個デバイスに入射した時、平均n
(Ki *)個のソフトエラーを起こしたとすると、デバイス
のSEU部分断面積σi(Ki *)は、次式で求められる。(3) Thus, the representative energy K
When i * neutrons are incident on a total of N n devices, the average is n
Assuming that (K i * ) soft errors have occurred, the SEU partial cross-sectional area σ i (K i * ) of the device is obtained by the following equation.
【0050】[0050]
【数7】 (Equation 7)
【0051】(4)これを用いて、このデバイスの宇宙
線中性子に対するソフトエラー率予測値SERは、下記
のように算出することが可能になる。(4) Using this, the predicted soft error rate SER for cosmic ray neutrons of this device can be calculated as follows.
【0052】[0052]
【数8】 (Equation 8)
【0053】また、全SEU断面積σcosmicは次のように
なり、本パラメータで各種のデバイス相互の宇宙線中性
子に起因するソフトエラー耐性の比較が可能になる。The total SEU cross-sectional area σ cosmic is as follows, and this parameter makes it possible to compare the soft error resistance of various devices due to cosmic ray neutrons.
【0054】[0054]
【数9】 (Equation 9)
【0055】次に、半導体デバイスの概念設計に基づい
て宇宙線中性子に起因するソフトエラー率の予測を可能
とする方法を説明する。Next, a method for predicting a soft error rate caused by cosmic ray neutrons based on a conceptual design of a semiconductor device will be described.
【0056】図4は、その解析の全体フローを表わす。FIG. 4 shows the overall flow of the analysis.
【0057】先ず、半導体デバイスのメモリ部分を簡易
的に図5に例示するように、幅2Wx、奥行き2Wy,高さT
wのバルクのSiフ゛ロックを設定する。ブロックの寸法はメ
モリセルのビット間の間隔、成膜層の厚さなどに対応す
る。ブロックの中に、メモリビットに対応して半径rs、
底面からの中心の高さdsの球形の鋭敏領域を想定す
る。鋭敏領域はビットまたはキャパシタに対応し、rs、
はその大きさ、dsはウエル、空乏層、基板などの厚さ
と関連づけられる。そして、半導体デバイスの中に設け
られた領域を粒子が通過し、内部で発生した電荷がQc
を越えた場合にソフトエラーが発生する、という扱いに
する。First, as schematically illustrated in FIG. 5, the memory portion of the semiconductor device has a width of 2W x , a depth of 2W y , and a height of T.
Set bulk Si block of w . The size of the block corresponds to the interval between bits of the memory cell, the thickness of the film formation layer, and the like. Inside the block, the radius r s corresponding to the memory bits,
Assume a spherical sensitive area with a height d s at the center from the bottom. The sensitive area corresponds to the bit or capacitor, r s ,
Is related to its size, and ds is related to the thickness of wells, depletion layers, substrates, etc. Then, the particles pass through a region provided in the semiconductor device, and the charge generated inside is Q c
If a value exceeds the limit, a soft error will occur.
【0058】上記の領域の数はマルチビットエラーの評
価が可能なように、4個設定した。入射中性子が核破砕
反応を起こす位置はブロック内でランダムに決定する。The number of the above regions is set to four so that multi-bit errors can be evaluated. The position at which the incident neutrons cause the spallation reaction is determined randomly within the block.
【0059】次に、宇宙線中性子や加速器による陽子・
中性子の照射実験を幅広く評価するため、入射核子の幅
広いエネルギースペクトルを想定し、スペクトルで重み
をつけたモンテカルロ計算を行う。 具体的には、図6
に例示するように、計算する入射中性子の数をNTotalと
し、その最小エネルギーをKmin、最大エネルギーをKmax
とした時、KminからKmaxの間にNb個の細かいエネルギー
バンドを設定し、i番目のバンドのエネルギーを最小K
i-1、最大Kiとする。バンド内の代表エネルギーKi *を例
えば単純平均として、次式で表わす。Next, cosmic ray neutrons and protons
In order to evaluate neutron irradiation experiments widely, Monte Carlo calculations are performed with a weighted spectrum, assuming a wide energy spectrum of incident nucleons. Specifically, FIG.
As shown in the example, the number of incident neutrons to be calculated is N Total , the minimum energy is K min , and the maximum energy is K max
, Set N b fine energy bands between K min and K max , and set the energy of the ith band to the minimum K
i-1, the maximum K i. The representative energy K i * in the band is represented by the following equation, for example, as a simple average.
【0060】[0060]
【数10】 (Equation 10)
【0061】そして、より正確に表現するには、宇宙中
性子線の微分フラックスで重みをつけた平均を用いる
と、To express more accurately, using an average weighted by the differential flux of the cosmic neutron beam,
【0062】[0062]
【数11】 [Equation 11]
【0063】と表わされる。## EQU5 ##
【0064】次式で表わす総フラックスThe total flux represented by the following equation
【0065】[0065]
【数12】 (Equation 12)
【0066】に対して、On the other hand,
【0067】[0067]
【数13】 (Equation 13)
【0068】となるように、Kmin(i=1)から順次Kiを定
めていく。[0068] As will be, will determine the sequence K i from K min (i = 1).
【0069】ここで、このバンドのそれぞれについて、
平均エネルギ-Ki *の中性子入射をNTot al/Nb回行なう場
合について考える。Here, for each of the bands,
Consider the case of the average energy -K i * of the neutron incident N Tot al / N b times.
【0070】バンドの上限及び下限は任意に決めて良い
が、その場合、バンド毎の中性子の入射回数はバンド毎
のフラックスの和に比例させて決定する。The upper and lower limits of the bands may be arbitrarily determined. In this case, the number of neutron incidences for each band is determined in proportion to the sum of the flux for each band.
【0071】次に、データベースからの数値の取り込み
について、説明する。Next, a description will be given of the import of numerical values from the database.
【0072】入射粒子のエネルギや標的の材料が決まっ
た後に、ソフトエラーシミュレーションに必要なデータ
をデータベースから取り込む。 データの種類として
は、標的材料および標的材料から発生しうる核子、原子
核すべてについての、原子番号、質量数、静止エネルギ
ー、スピン、核反応断面積などがある。After the energy of the incident particles and the target material are determined, data necessary for the soft error simulation is fetched from the database. The types of data include an atomic number, a mass number, a static energy, a spin, and a nuclear reaction cross section of the target material and all nuclei and nuclei that can be generated from the target material.
【0073】次に、上記したデータを用いて、中性子入
射から核子の放出と励起残留核の生成までを解析する。Next, from the above-mentioned data, analysis from neutron incidence to nucleon emission and generation of excited residual nuclei will be analyzed.
【0074】中性子が入射したデバイス中のSi原子核か
ら、先ず前平衡過程により核子が放出される。核破砕反
応の前平衡過程(複合核形成前の入射後10-22〜10-18s
の現象)は、図7に概念を示すように、入射核子が核内
核子を次々と励起し、高エネルギーを持った核子の一部
が核外に放出される過程で、実際は多体問題であるが、
計算上はこれを標的原子核内の核子の2体間弾性散乱の
カスケード(Intra-Nuclear Cascade)と考えて、モン
テカルロ法により、標的原子核内の核子の運動を順番に
解析し、核外に放出される核子の運動エネルギー、方
向、核子が放出された後に残った原子核(残留核)の励
起エネルギー、運動エネルギー、方向を計算する。残留
核の励起エネルギーはIntra-Nuclear Cascadeで散乱さ
れた核子の内、標的核外に放出されなかった核子の運動
エネルギーの総和として求める。The nucleus is first released from the Si nucleus in the device into which the neutron is incident by a pre-equilibrium process. Pre-equilibrium process of spallation reaction (10 -22 to 10 -18 s after injection before complex nucleation)
Phenomenon) is a process in which the incident nucleon sequentially excites the nuclear nucleus and a part of the nucleus having high energy is emitted outside the nucleus, as shown in FIG. There is
Calculations consider this as a cascade of two-body elastic scattering of nucleons in the target nucleus (Intra-Nuclear Cascade), and analyze the motion of the nucleons in the target nucleus in order by Monte Carlo method, Calculate the kinetic energy, direction, and excitation energy, kinetic energy, and direction of the remaining nuclei (residual nuclei) after the nucleon is released. The excitation energy of the remaining nuclei is calculated as the sum of the kinetic energies of the nucleons that are not emitted out of the target nucleus among the nucleons scattered by the Intra-Nuclear Cascade.
【0075】この励起エネルギーを持った残留核は Wei
sskopf-Ewingの蒸発理論に従って順次、軽粒子(n,H,H
e)を放出する。放出される粒子の種類、エネルギー、
方向は反応断面積データに基づいて、モンテカルロ法に
より計算する。The residual nucleus having this excitation energy is Wei
According to the evaporation theory of sskopf-Ewing, light particles (n, H, H
e) release. The type of particles emitted, energy,
The direction is calculated by the Monte Carlo method based on the reaction cross section data.
【0076】次に、放出された粒子が半導体デバイス内
を飛行するときの飛跡を解析する。Next, the trace of the emitted particles when flying in the semiconductor device will be analyzed.
【0077】核破砕反応の結果、Siを含む、Siより軽い
全ての原子核が生成しうる。これらの原子核はそれぞれ
固有のスペクトル、角度分布を持って仮想Si基板の中を
飛散し、飛跡に沿って、主として電子雲とのクーロン相
互作用によりエネルギーを失う。このエネルギーの損失
量dK/dxは粒子の運動エネルギーの関数として、Bethe-
Blochの式で計算できる。従って、dK/dxの値を飛跡に
沿って計算すれば、次式によって、初期エネルギーKq0
の粒子の飛程Rq、 その結果として、各粒子の停止位置
が計算できる。As a result of the spallation reaction, all nuclei lighter than Si, including Si, can be generated. Each of these nuclei scatters in the virtual Si substrate with its own spectrum and angular distribution, and loses energy along the track mainly due to Coulomb interaction with the electron cloud. This energy loss dK / dx is a function of the kinetic energy of the particle,
It can be calculated by Bloch's formula. Therefore, if the value of dK / dx is calculated along the track, the initial energy Kq0
Fei as R q of the particles, as a result, the stop position of each particle can be calculated.
【0078】[0078]
【数14】 [Equation 14]
【0079】ここで、半導体デバイス内に予め設けた領
域内で、キャリアの発生量を計算計算する。Here, the amount of generated carriers is calculated in a region provided in advance in the semiconductor device.
【0080】このキャリアは、電子-正孔対を形成する
のに必要なエネルギーqp(Siの場合3.6eV)を用いて、
(dK/dx)/qpが飛跡に沿って発生する電子―正孔対密度
になる。領域内で粒子が停止した場合は、その領域内に
粒子の初期運動エネルギー全てがキャリア発生に使われ
ると考えて計算する。それ以外の場合は粒子の飛跡に沿
ってキャリア発生密度を求め、鋭敏領域内で発生する電
荷総量を計算し、それがQcより多い場合、ソフトエラ
ー発生と判定する。1回の中性子入射に対して複数の領
域でソフトエラーが起きた場合、マルチビットエラーが
発生したものとみなす。This carrier is formed by using the energy q p (3.6 eV in the case of Si) necessary for forming an electron-hole pair.
(DK / dx) / q p is the electron-hole pair density generated along the track. When the particle stops in the region, the calculation is performed on the assumption that all of the initial kinetic energy of the particle in the region is used for carrier generation. Seeking carrier generation density along the track of the particle Otherwise, calculate the total charge amount generated in sensitive areas, it determines it if more than Q c, a soft error occurs. If a soft error occurs in a plurality of areas for one neutron injection, it is considered that a multi-bit error has occurred.
【0081】図8、にエネルギー105MeVの中性子を
1000個入射させたときの、Wx=Wy=ds=2μm, Tw=5μ
m、Qc=10fCのデバイスに対し、領域の半径を変えたとき
のソフトエラー回数の計算例を例示する。本解析モデル
が各種のデバイスパラメータを変えた上で、マルチビッ
トエラー率の詳細評価が可能なことを示している。In FIG. 8, when 1000 neutrons with an energy of 105 MeV are incident, W x = W y = d s = 2 μm and T w = 5 μ
m, for the device of Q c = 10 fC, illustrates a calculation example of the soft error count when changing the radius of the area. It is shown that the analysis model enables detailed evaluation of the multi-bit error rate after changing various device parameters.
【0082】半導体デバイスで発生するソフトエラー率
の計算は、次のように求めることが出来る。The calculation of the soft error rate generated in the semiconductor device can be obtained as follows.
【0083】代表エネルギーKi *、フラックスに対応す
る中性子ビームラインに設置されたデバイスが時間Tの
間に1チッフ゜あたり、平均n(Ki *)個のソフトエラーを起
こしたとすると、デバイスのSEU部分断面積σi(Ki *)
は次式で計算できる。Assuming that the device installed on the neutron beam line corresponding to the representative energy K i * and the flux has caused an average of n (K i * ) soft errors per chip during the time T, the SEU of the device Partial cross section σ i (K i * )
Can be calculated by the following equation.
【0084】[0084]
【数15】 (Equation 15)
【0085】これを用いて、このデバイスの宇宙線中性
子に対するソフトエラー率予測値SERは、下記のように
なる。Using this, the predicted soft error rate SER for cosmic ray neutrons of this device is as follows.
【0086】[0086]
【数16】 (Equation 16)
【0087】また、全SEU断面積σcosmicは次式で求め
られ、本パラメータで各種のデバイス相互の宇宙線中性
子に起因するソフトエラー耐性の比較が可能になる。The total SEU cross-sectional area σ cosmic is obtained by the following equation, and this parameter makes it possible to compare the soft error resistance of various devices due to cosmic ray neutrons.
【0088】[0088]
【数17】 [Equation 17]
【0089】(数15)における照射時間Tirradは実環
境における照射時間であり、計算上、デバイスの体積V
devices(cm3)に入射、散乱・反応させた粒子数N
total(個)から計算する。標的材料の原子数密度Ntar
(個/cm3)は、ρtar、Mtarをそれぞれ標的材料の密度
(g/cm3)、質量数、NAをアボガドロ数として、次のよう
になる。The irradiation time T irrad in ( Equation 15) is the irradiation time in the actual environment, and is calculated from the volume V of the device.
Number of particles N incident on devices (cm 3 ), scattered and reacted
Calculated from total (number). Atomic number density N tar of target material
(Pcs / cm 3 ) means ρ tar and M tar respectively the density of the target material
(g / cm 3), the mass number, the N A as Avogadro number, as follows.
【0090】[0090]
【数18】 (Equation 18)
【0091】実際に想定する入射粒子の微分フラックス
に対しては、下記の式で表わされる。The differential flux of incident particles that is actually assumed is represented by the following equation.
【0092】[0092]
【数19】 [Equation 19]
【0093】これから、実際の照射時間Tirrad(s)が次
式により求まる。From this, the actual irradiation time T irrad (s) is obtained by the following equation.
【0094】[0094]
【数20】 (Equation 20)
【0095】次に、半導体デバイスに対する宇宙線中性
子ソフトエラーの実験的評価方法について述べる。前述
の理論モデルを用いて、半導体デバイス内に間隔2μm、
半径0.5μm、底からの中心の高さ2μmの領域を設けた場
合を考える。Next, an experimental evaluation method of cosmic ray neutron soft errors for semiconductor devices will be described. Using the theoretical model described above, 2μm spacing in the semiconductor device,
Consider a case where a region having a radius of 0.5 μm and a height of 2 μm at the center from the bottom is provided.
【0096】Kn=1〜1000MeVの中性子スペクトルを
100のエネルギーバンドに分割し、それぞれのバンド
に100個の中性子を入射させた場合に対するソフトエ
ラー率の計算値を、宇宙線中性子のスペクトルとWNRの
スペクトルについて実施した。The neutron spectrum of K n = 1 to 1000 MeV is divided into 100 energy bands, and the calculated value of the soft error rate when 100 neutrons are incident on each band is defined as the cosmic ray neutron spectrum and WNR. Was performed on the spectrum.
【0097】その結果を図9に示すように、WNRの中性
子スペクトルは宇宙線中性子に対して、50%程度過大
評価になることがわかった。As shown in FIG. 9, the neutron spectrum of the WNR was found to be overestimated by about 50% with respect to neutrons of cosmic rays.
【0098】WNRと自然界での宇宙線中性子のスペクト
ルは確かに似てはいるが、発明者らの計算で、両者のソ
フトエラーの実験結果が有為に異なることが、初めて明
瞭に示された。この相違は、1MeV以上の中性子の平均
エネルギーが宇宙線では46MeV、WNRでは77MeVと、W
NRが倍近く高いことが直接の原因と考えられる。WNRの
ようにブロードなスペクトルを持つ照射による評価法に
問題があることが、発明者らの解析により初めて明らか
になった。そこで、実験的評価の手法として、基本的考
え方にのっとり、単一エネルギーの中性子ビームを用い
た試験法を考案した。即ち、中性子エネルギーKi *とス
ペクトルのバンドの上限及び下限の値を前述の(数4)
の関係が成り立つように設定し、中性子の照射試験を行
うようにした。照射試験の場合はバンド毎の中性子の入
射数は任意に定めて良い。このようにして、代表エネル
ギーKi、フラックスΦ(Ki)に対応する中性子ビームラ
イン5に設置されたデバイスが時間Tの間に1チッフ゜あた
り、平均n(Ki)個のソフトエラーを起こしたとする
と、デバイスのSEU断面積σi(Ki)は次式で表わすこ
とが出来る。The spectra of cosmic-ray neutrons in WNR and in nature are certainly similar, but our calculations clearly show for the first time that the experimental results of the soft errors of both are significantly different. . The difference is that the average energy of neutrons above 1 MeV is 46 MeV for cosmic rays and 77 MeV for WNR,
The direct reason is that the NR is nearly twice as high. The inventors' analysis has revealed for the first time that there is a problem with the evaluation method using irradiation having a broad spectrum such as WNR. Therefore, as a method of experimental evaluation, a test method using a single-energy neutron beam was devised based on the basic concept. That is, the neutron energy K i * and the upper and lower limits of the spectrum band are calculated by the above (Equation 4).
Was set so as to satisfy the relationship, and a neutron irradiation test was performed. In the case of an irradiation test, the number of neutrons incident on each band may be arbitrarily determined. In this way, the device installed on the neutron beam line 5 corresponding to the representative energy K i and the flux Φ (K i ) causes an average of n (K i ) soft errors per chip per time T. Then, the SEU cross section σ i (K i ) of the device can be expressed by the following equation.
【0099】[0099]
【数21】 (Equation 21)
【0100】上式中、Tirradは解析と異なり、実験での
照射時間を用いて良い。これから、このデバイスの宇宙
線中性子に対するソフトエラー率予測値SER及び全SEU断
面積σcosmicは次のようになる。In the above formula, T irrad differs from the analysis, and the irradiation time in the experiment may be used. From this, the predicted soft error rate SER and the total SEU cross section σ cosmic of this device for cosmic ray neutrons are as follows.
【0101】[0101]
【数22】 (Equation 22)
【0102】[0102]
【数23】 (Equation 23)
【0103】こうすることによって、本パラメータを用
いて各種のデバイス相互の宇宙線中性子に起因するソフ
トエラー耐性の比較が可能になる。以上で述べたよう
に、解析および実験によって、任意のデバイスの実使用
環境での宇宙線中性子に起因するソフトエラー率の評価
法の基本概念を説明した。半導体デバイスの宇宙線中性
子に対する耐性はデバイスの量産前に規格を満足するよ
うにする必要があり、本実施例はそうしたデバイスの品
質を向上・確保する場合の例を、図10を用いて説明す
る。新規デバイスの概念設計におけるデバイスの特性や
構造に関わるパラメータDi(i=1,2,)から、あらかじめ実
験または詳細デバイスシミュレーションにより求めた相
関式を用いて、ソフトエラーシミュレータのモデルパラ
メータFj(j=1,2,)を求め、これに基づいたシミュレー
ションにより、実環境でのソフトエラー率を計算する。By doing so, it becomes possible to compare the soft error resistance caused by cosmic ray neutrons among various devices using this parameter. As described above, the basic concept of the method for evaluating the soft error rate caused by cosmic-ray neutrons in the actual use environment of an arbitrary device has been described through analysis and experiments. It is necessary to ensure that the resistance of a semiconductor device to cosmic ray neutrons meets a standard before mass production of the device. In this embodiment, an example in which the quality of such a device is improved and secured will be described with reference to FIG. . From the parameters Di (i = 1,2,) related to the characteristics and structure of the device in the conceptual design of a new device, the model parameters F j ( j = 1,2,), and the soft error rate in the real environment is calculated by simulation based on this.
【0104】[0104]
【数24】 (Equation 24)
【0105】ソフトエラー率の計算値が規格を満たさな
い場合は規格を満足するようにモデルパラメータを微調
整する。When the calculated value of the soft error rate does not satisfy the standard, the model parameters are finely adjusted so as to satisfy the standard.
【0106】モデルパラメータから、(数24)と次式
で表わす逆の相関式を用いて、デバイスパラメータを求
め、必要に応じて詳細なデバイスシミュレーションもし
て、デバイスの動作の確認をした上で、デバイスを試作
し、高エネルギー陽子または中性子の照射実験により実
環境でのソフトエラー率を求める。From the model parameters, device parameters are obtained by using the inverse correlation equation expressed by the following equation (Formula 24) and by performing a detailed device simulation as necessary to confirm the operation of the device. The prototype of the device is fabricated, and the soft error rate in the real environment is obtained by irradiation experiments with high energy protons or neutrons.
【0107】[0107]
【数25】 (Equation 25)
【0108】類似したデバイスであって、一度実環境の
評価値が得られていれば、それを標準デバイスとして、
特定のエネルギーのみでの相対評価を行い、最適化を進
める方が時間短縮の効果もある。[0108] For similar devices, once the evaluation value of the real environment is obtained, it is used as a standard device.
Performing the relative evaluation using only specific energy and proceeding with the optimization has the effect of reducing the time.
【0109】照射試験結果が予測と有意に異なる場合
は、モデルパラメータを再調整して解析による評価に戻
る。If the irradiation test result is significantly different from the prediction, the model parameters are readjusted and the process returns to the evaluation by analysis.
【0110】このようにして、本実施例で示した評価法
を用いることによって、半導体デバイスの量産に着手す
る前に、その半導体デバイスの宇宙線中性子に起因する
ソフトエラー発生を予測することが可能となり、デバイ
ス開発のリスクを低減させることができる。As described above, by using the evaluation method shown in the present embodiment, it is possible to predict the occurrence of soft errors due to cosmic ray neutrons of a semiconductor device before starting mass production of the semiconductor device. Thus, the risk of device development can be reduced.
【0111】図11は、別の実施例を説明するための評
価装置の装置構成を概念的に示したものである。FIG. 11 conceptually shows the structure of an evaluation device for explaining another embodiment.
【0112】半導体デバイスを配置したソフトエラー計
測アセンブリ18と、前記半導体デバイスのソフトエラ
ー率を計算するための解析装置20を備えており、計測
アセンブリ18は中性子ビームライン14の軸上に配置
されている。また、解析装置20は、宇宙線中性子のス
ペクトル分布を分割し、かつ分割されたエネルギーバン
ド内の代表エネルギー値を、中性子ビームライン14の
軸上に配置された前記半導体デバイスへの照射中性子エ
ネルギーとして設定する手段と、この中性子の照射がな
された後に、半導体デバイスの記録内容を読み出して、
予め記録された内容と比較する手段と、この比較結果が
予め定められた値を超えると半導体デバイスにソフトエ
ラーが発生したと判定するように制御する制御手段から
なっている。The apparatus includes a soft error measuring assembly 18 in which a semiconductor device is arranged, and an analyzer 20 for calculating a soft error rate of the semiconductor device. The measuring assembly 18 is arranged on the axis of the neutron beam line 14. I have. Further, the analysis device 20 divides the spectral distribution of cosmic ray neutrons, and sets a representative energy value in the divided energy band as irradiation neutron energy to the semiconductor device disposed on the axis of the neutron beam line 14. Means for setting, and after the irradiation of the neutrons, read the recorded content of the semiconductor device,
It comprises a means for comparing with the pre-recorded contents, and a control means for performing control so as to determine that a soft error has occurred in the semiconductor device when the comparison result exceeds a predetermined value.
【0113】イオンビーム発生器10によって加速され
た陽子やα粒子はイオンビームライン11を通って抽出
される。そして、このイオンビームが標的チャンバ12
内に配置した標的13に入射されることにより、中性子
が発生する。この時、中性子ビームライン14の角度が
イオンビーム入射方向と同じ場合には発生する中性子の
エネルギーが最大値を示し、イオンビーム11と為す角
度が大きいほど、発生する中性子のエネルギーは小さく
なる。The protons and α particles accelerated by the ion beam generator 10 are extracted through the ion beam line 11. Then, this ion beam is applied to the target chamber 12.
The neutrons are generated by being incident on the target 13 disposed inside. At this time, when the angle of the neutron beam line 14 is the same as the direction of incidence of the ion beam, the energy of the generated neutron shows the maximum value, and the larger the angle made with the ion beam 11, the smaller the energy of the generated neutron.
【0114】図11では、中性子ビームライン14の軸
上に代表エネルギーKi *(i=1,5) を示したが、 K1 *、
K2 *の順にエネルギーが大きくなる。上記の角度が一
定ならば代表エネルギーの低減率も一定であり、またフ
ラックスの比率も一定であるので、標的を中心に、放射
状に中性子ビームライン14を設け、例えば、イオンビ
ーム正面のビームラインのみで中性子スペクトルを測定
しておけば、他のビームラインについては一度測定して
おくだけで、その後は正面のラインの実測値に係数を掛
ければ良い。エネルギースペクトルは例えばボナー球ア
センブリ等の簡易測定装置15、飛行時間測定ライン1
6などの精度の良い方法を併用して測定する。In FIG. 11, the representative energy K i * (i = 1,5) is shown on the axis of the neutron beam line 14, but K 1 * ,
The energy increases in the order of K 2 * . If the angle is constant, the reduction rate of the representative energy is constant, and the flux ratio is also constant, so that the neutron beam line 14 is provided radially around the target, for example, only the beam line in front of the ion beam. If the neutron spectrum is measured in the above, the other beam lines need only be measured once, and thereafter, the measured value of the front line may be multiplied by a coefficient. The energy spectrum is measured by a simple measuring device 15, such as a Bonner ball assembly, and a time-of-flight measuring line 1.
The measurement is performed using a highly accurate method such as No. 6.
【0115】尚、照射室17は一続きの部屋であっても
良いが、散乱中性子線の影響を排除するために、計測ア
センブリ18同志は十分な遮蔽31を施す必要がある。
また、温度や湿度の影響でデバイスの動作が変化するた
め、照射室17の雰囲気は温度や湿度調整装置21によ
って所定の値に制御する必要がある。また、発生した中
性子はイオンビームを停止しても、半減期約10分で照射
室17内を散乱しているため、中性子のレベルモニタ2
2などで照射室17内の放射線強度をモニタし、あるレ
ベル以下に下がるまでは照射室17内のドア23がロッ
クされる等のインターロックがあることが望ましい。ま
た、電源電圧の変動は大きな誤差要因となるので、大容
量の安定化電源24が非常用電源25を用いたバックア
ップ電源とともに使用することが望ましい。The irradiation room 17 may be a continuous room. However, in order to eliminate the influence of scattered neutrons, the measurement assemblies 18 need to provide sufficient shielding 31.
In addition, since the operation of the device changes under the influence of temperature and humidity, the atmosphere in the irradiation chamber 17 needs to be controlled to a predetermined value by the temperature and humidity adjusting device 21. In addition, even if the ion beam is stopped, the generated neutrons are scattered in the irradiation chamber 17 with a half-life of about 10 minutes.
It is preferable that the radiation intensity in the irradiation chamber 17 is monitored by 2 or the like, and there is an interlock such that the door 23 in the irradiation chamber 17 is locked until the radiation intensity drops below a certain level. Since fluctuations in the power supply voltage cause a large error, it is desirable that the large-capacity stabilized power supply 24 be used together with a backup power supply using the emergency power supply 25.
【0116】図13は本発明の別な実施例を標的チャン
バ12について示したもので、標的チャンバ12から放
射状に伸びる中性子ビームライン14の内、イオンビー
ムライン11の正面にはビームダンプ26を設け、最大
エネルギーの中性子ビームライン27は正面から少しず
らすように配置したものである。 最大エネルギーの中
性子ビームラインをイオンビームラインの正面にする場
合、いずれにしてもビームダンプ26は必要であるが、
ビームダンプ26自身が発生する中性子がノイズとなる
ため、避けることが望ましい。FIG. 13 shows another embodiment of the present invention with respect to the target chamber 12. Of the neutron beam lines 14 extending radially from the target chamber 12, a beam dump 26 is provided in front of the ion beam line 11. The neutron beam line 27 having the maximum energy is arranged so as to be slightly shifted from the front. When the neutron beam line with the maximum energy is set in front of the ion beam line, the beam dump 26 is required in any case.
Since neutrons generated by the beam dump 26 themselves become noise, it is desirable to avoid them.
【0117】図12は、標的13を配置したチャンバ1
2の概略図を例示したものである。シャンバ12には、
イオンビームと標的13との核反応によって発生する中
性子を外部に取り出すための出口が少なくとも2つ以上
設けられており、この出口の延長線上であって、中性子
ビームの軸上に、評価すべき半導体デバイスを格納した
計測アセンブリ18が配置されている。この図におい
て、標的13は入射イオンビームに対して傾けてある
が、入射イオンビームに対して直交方向へ放射される中
性子の不要な散乱を避けるためである。FIG. 12 shows a chamber 1 in which a target 13 is placed.
FIG. 2 illustrates a schematic diagram of FIG. In shamba 12,
At least two outlets are provided for taking out neutrons generated by a nuclear reaction between the ion beam and the target 13, and a semiconductor to be evaluated is provided on an extension of this outlet and on the axis of the neutron beam. A measurement assembly 18 containing the device is arranged. In this figure, the target 13 is tilted with respect to the incident ion beam, in order to avoid unnecessary scattering of neutrons emitted in a direction perpendicular to the incident ion beam.
【0118】このようにして、代表エネルギーKi、フ
ラックスΦ(Ki)に対応する中性子ビームライン14に
設置された半導体デバイスが、時間Tの間に1チッフ゜あた
り、平均n(Ki)個のソフトエラーを起こしたとする
と、そのデバイスのSEU断面積σi(Ki)は次式で表わ
される。As described above, during the time T, the number of semiconductor devices installed on the neutron beam line 14 corresponding to the representative energy K i and the flux Φ (K i ) is n (K i ) on average per chip , The SEU cross section σ i (K i ) of the device is expressed by the following equation.
【0119】[0119]
【数26】 (Equation 26)
【0120】そして、この結果を用いて、このデバイス
の宇宙線中性子に対するソフトエラー率予測値SER及び
全SEU断面積σcosmicを次のように求めることが出来
る。Using the result, the predicted soft error rate SER and the total SEU cross section σ cosmic of the device for cosmic ray neutrons can be obtained as follows.
【0121】[0121]
【数27】 [Equation 27]
【0122】[0122]
【数28】 [Equation 28]
【0123】これによって、各種のデバイスにおける宇
宙線中性子に起因するソフトエラー耐性の評価を、従来
の方法に比較して飛躍的に効率良く行なうことが可能に
なる。As a result, the evaluation of the soft error resistance due to cosmic ray neutrons in various devices can be performed dramatically more efficiently than in the conventional method.
【0124】[0124]
【発明の効果】本発明によれば、半導体デバイスの宇宙
線中性子によるソフトエラー耐性に関して、実環境に対
応させたソフトエラー率の予測が短期間で行なうことが
可能である。According to the present invention, regarding the soft error resistance of a semiconductor device due to cosmic ray neutrons, it is possible to predict the soft error rate corresponding to the real environment in a short time.
【図1】実施例における宇宙線中性子の発生原因とその
影響因子を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the cause of cosmic-ray neutron generation and its influencing factors in an example.
【図2】東京における宇宙線中性子及びWNRにおける
中性子の微分フラックスを表わす説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing differential fluxes of cosmic ray neutrons in Tokyo and neutrons in WNR.
【図3】本実施例における宇宙線中性子に起因したソフ
トエラー率の評価解析フローを説明するための図であ
る。FIG. 3 is a diagram for explaining an evaluation analysis flow of a soft error rate caused by cosmic ray neutrons in the present embodiment.
【図4】本実施例における計算によってソフトエラー率
を算出するための解析フローを説明するための図であ
る。FIG. 4 is a diagram for explaining an analysis flow for calculating a soft error rate by calculation in the embodiment.
【図5】本実施例における理論解析に用いたデバイスモ
デルを説明するための概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a device model used for theoretical analysis in the present embodiment.
【図6】本実施例における宇宙線中性子の微分フラック
スを分割する方法を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a method of dividing a differential flux of cosmic ray neutrons in the present embodiment.
【図7】本実施例における核破砕反応の核内散乱カスケ
ードを概念的に説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for conceptually explaining an intranuclear scattering cascade of a spallation reaction in the present embodiment.
【図8】本実施例におけるソフトエラー回数に関する理
論解析結果と半導体デバイス内に設けた領域との関係を
表わす説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a relationship between a theoretical analysis result on the number of soft errors in the present embodiment and a region provided in a semiconductor device.
【図9】本実施例における宇宙線中性子及びWNRの中
性子スペクトルに関して、同数の中性子を入射した場合
のソフトエラー発生頻度の比較を表わす図である。FIG. 9 is a diagram showing a comparison of the frequency of occurrence of soft errors when the same number of neutrons are incident on neutron spectra of cosmic ray neutrons and WNR in the present embodiment.
【図10】本実施例の応用例を説明するための図であ
る。FIG. 10 is a diagram for describing an application example of the present embodiment.
【図11】別の実施例を表わす概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing another embodiment.
【図12】別の実施例における照射中性子ビームの配置
例を表わす図である。FIG. 12 is a diagram illustrating an example of arrangement of irradiation neutron beams in another embodiment.
10…イオンビーム発生器、11…イオンビームライ
ン、12…標的チャンバ、13…標的、14…中性子ビ
ームライン、15…中性子スペクトル簡易評価装置、1
6…中性子スペクトル精密評価装置、 17…中性子照
射室、18…ソフトエラー計測アセンブリ、19…解析
室、20…解析装置、21…温度・湿度調整装置、22
…中性子レベルモニタ、23…照射室ドア、24…安定
化電源、25…非常用電源、26…ビームダンパ、27
…中性子ビームラインDESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Ion beam generator, 11 ... Ion beam line, 12 ... Target chamber, 13 ... Target, 14 ... Neutron beam line, 15 ... Simple neutron spectrum evaluation device, 1
6 neutron spectrum precision evaluation device, 17 neutron irradiation room, 18 soft error measurement assembly, 19 analysis room, 20 analysis device, 21 temperature / humidity adjustment device, 22
... neutron level monitor, 23 ... irradiation room door, 24 ... stabilized power supply, 25 ... emergency power supply, 26 ... beam damper, 27
… Neutron beam line
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江藤 晃 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者 菊池 廣 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 Fターム(参考) 2G003 AA07 AA08 AG06 AH01 AH02 AH05 2G032 AA07 AB17 AC03 AC08 AE08 AE12 AE14 AG10 AH04 AK01 9A001 BB05 KK15 KK31 KK54 LL08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Akira Eto 5--20-1, Josuihoncho, Kodaira-shi, Tokyo Within the Semiconductor Group of Hitachi, Ltd. (72) Inventor Hiroshi Kikuchi Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture 292 F-term in Hitachi, Ltd. Production Research Laboratory (reference) 2G003 AA07 AA08 AG06 AH01 AH02 AH05 2G032 AA07 AB17 AC03 AC08 AE08 AE12 AE14 AG10 AH04 AK01 9A001 BB05 KK15 KK31 KK54 LL08
Claims (15)
られたエネルギー値を代表値として有するエネルギーバ
ンドに分割する手順と、該エネルギーに対応する前記半
導体デバイスのソフトエラー部分断面積を求める手順
と、該部分断面積を前記エネルギーバンド毎の総フラッ
クスで重み付けを行なって、前記ソフトエラー部分断面
積の総和を求める手順を備え、該ソフトエラー部分断面
積の総和を用いて実使用環境における前記半導体デバイ
スのソフトエラー率を推測することを特徴とする半導体
デバイスの宇宙線ソフトエラー耐性評価方法。A step of dividing a spectral distribution of cosmic ray neutrons into an energy band having a predetermined energy value as a representative value; a step of obtaining a soft error partial cross-sectional area of the semiconductor device corresponding to the energy; Weighting the partial cross-sectional area with the total flux for each energy band to obtain a sum of the soft error partial cross-sectional areas, and using the sum of the soft error partial cross-sectional areas to obtain the semiconductor device in an actual use environment. A method for evaluating cosmic ray soft error resistance of a semiconductor device, comprising estimating a soft error rate of a semiconductor device.
代表値を計算上の入射中性子のエネルギーとして設定
し、前記半導体デバイスの内部に進入した入射中性子の
核反応によって発生する2次粒子及び残留核の飛行軌跡
に沿って電子ー正孔対の発生量及び位置を計算し、該計
算結果に基づいて、予め定められた前記半導体デバイス
の領域に含まれる前記電子ー正孔対の発生量からソフト
エラー率を算出することを特徴とする請求項1記載の半
導体デバイスの宇宙線ソフトエラー耐性評価方法。2. The secondary particle and residual nucleus generated by a nuclear reaction of the incident neutron entering the inside of the semiconductor device, wherein the soft error rate sets a representative value of the energy as the energy of the incident neutron in calculation. The amount and position of electron-hole pairs are calculated along the flight trajectory, and based on the calculation result, the amount of electron-hole pairs included in a predetermined region of the semiconductor device is calculated from the amount of electron-hole pairs. 2. The method for evaluating cosmic ray soft error resistance of a semiconductor device according to claim 1, wherein the error rate is calculated.
記入射中性子による核反応の発生位置及び該核反応によ
って生じた2次粒子及び残留核の散乱方向及び該2次粒
子及び残留核の有する運動エネルギー、運動量、または
速度の少なくとも一つを用いて計算することを特徴とす
る請求項2記載の半導体デバイスの宇宙線ソフトエラー
耐性評価方法。3. The flight trajectory of the secondary particles and the residual nuclei, the position of the nuclear reaction caused by the incident neutrons, the scattering direction of the secondary particles and the residual nuclei generated by the nuclear reaction, and the secondary particles and the residual nuclei. 3. The method for evaluating cosmic ray soft error resistance of a semiconductor device according to claim 2, wherein the calculation is performed using at least one of kinetic energy, momentum, and velocity of the semiconductor device.
れたエネルギー値を代表値として有するエネルギーバン
ドに分割し、該分割した個々のエネルギーバンド内に含
まれるフラックスの総和に対応させて、前記エネルギー
の代表値を有する中性子を前記半導体デバイスに照射さ
せることを特徴とする請求項1記載の半導体デバイスの
宇宙線ソフトエラー耐性評価方法。4. A cosmic ray neutron spectrum distribution is divided into energy bands each having a predetermined energy value as a representative value, and the energy of the energy is divided according to the total flux contained in each of the divided energy bands. The method for evaluating cosmic ray soft error resistance of a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is irradiated with a neutron having a representative value.
電子ー正孔対の発生量が、予め設定した閾値を越えたと
き、前記半導体デバイスにソフトエラーが発生したと判
定することを特徴とする請求項2記載の半導体デバイス
の宇宙線ソフトエラー耐性評価方法。5. The semiconductor device according to claim 1, wherein when a generation amount of said electron-hole pairs included in a region of said semiconductor device exceeds a predetermined threshold value, it is determined that a soft error has occurred in said semiconductor device. A method for evaluating cosmic ray soft error resistance of a semiconductor device according to claim 2.
設けられ、該領域の少なくとも一つ以上の領域内で発生
する前記電子ー正孔対の発生量が、予め設定した閾値を
越えたとき、前記半導体デバイスにソフトエラーが発生
したと判定することを特徴とする請求項2記載の半導体
デバイスの宇宙線ソフトエラー耐性評価方法。6. A method according to claim 1, wherein a plurality of regions are provided in advance in said semiconductor device, and a generation amount of said electron-hole pairs generated in at least one of said regions exceeds a predetermined threshold value. 3. The method according to claim 2, wherein it is determined that a soft error has occurred in the semiconductor device.
各々個別の前記半導体デバイスに同時に照射することに
よって、該半導体デバイスに発生する前記ソフトエラー
部分断面積を実測することを特徴とする請求項4記載の
半導体デバイスの宇宙線ソフトエラー耐性評価方法。7. The soft error partial cross-sectional area generated in the semiconductor device by irradiating neutron beams having different energies to the individual semiconductor devices at the same time. Cosmic ray soft error tolerance evaluation method for semiconductor devices.
オンを吸収し、かつ、中性子を発生させる薄板を標的に
用いることによって、前記中性子ビームを形成させるこ
とを特徴とする請求項7記載の半導体デバイスの宇宙線
ソフトエラー耐性評価方法。8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the neutron beam is formed by absorbing a high energy ion emitted from the accelerator and using a thin plate for generating neutrons as a target. Cosmic ray soft error tolerance evaluation method.
合、7Liを標的に用いることを特徴とする請求項8記載
の半導体デバイスの宇宙線ソフトエラー耐性評価方法。9. The method for evaluating cosmic ray soft error resistance of a semiconductor device according to claim 8, wherein when said high energy ions are protons, 7 Li is used as a target.
合、 Be を標的に用いることを特徴とする請求項8記載
の半導体デバイスの宇宙線ソフトエラー耐性評価方法。10. When the high energy ion is 4 He, The method for evaluating cosmic ray soft error resistance of a semiconductor device according to claim 8, wherein the method is used as a target.
ネルギーを、宇宙線中性子スペクトルの該エネルギーバ
ンド内の、エネルギー微分フラックスで重み付けした平
均値とすることを特徴とする請求項1記載の半導体デバ
イスの宇宙線ソフトエラー耐性評価方法。11. The universe of a semiconductor device according to claim 1, wherein the representative energy corresponding to the energy band is an average value in the energy band of the cosmic ray neutron spectrum weighted by an energy differential flux. Line soft error tolerance evaluation method.
が全て等しくなるように設定することを特徴とする請求
項1記載の半導体デバイスの宇宙線ソフトエラー耐性評
価方法。12. The method for evaluating cosmic ray soft error resistance of a semiconductor device according to claim 1, wherein the total flux for each energy band is set to be equal.
デバイスを配置したソフトエラー計測アセンブリと、前
記半導体デバイスのソフトエラー率を計算するための解
析装置を備え、該解析装置は、宇宙線中性子のスペクト
ル分布を分割し、かつ分割されたエネルギーバンド内の
代表エネルギー値を、前記半導体デバイスへの照射中性
子エネルギーとして設定する手段と、該半導体デバイス
の記録内容を記録及び読み出しを行なう手段と、比較手
段と、制御手段とを有し、前記比較手段が前記中性子の
照射がなされた後に、前記半導体デバイスの記録内容を
読み出して、予め記録された内容と比較し、該比較結果
が予め定められた値を超えると前記半導体デバイスにソ
フトエラーが発生したと判定するように、制御手段が制
御されることを特徴とする半導体デバイスのソフトエラ
ー耐性評価装置。13. An ion beam generator, a target, a soft error measurement assembly having a semiconductor device disposed thereon, and an analyzer for calculating a soft error rate of the semiconductor device, the analyzer comprising a cosmic ray neutron. Means for setting the representative energy value in the divided energy band as the neutron energy for irradiation to the semiconductor device, and means for recording and reading the recorded contents of the semiconductor device. Means, having control means, after the irradiation of the neutrons is performed by the comparing means, read out the recorded content of the semiconductor device, compare with the pre-recorded content, the comparison result is predetermined The control means is controlled to determine that a soft error has occurred in the semiconductor device when the value exceeds the value. Soft error tolerance evaluation apparatus of a semiconductor device to.
的と前記イオンビーム発生器から放出されたイオンビー
ムとの核反応によって発生する中性子ビームが放射され
る少なくとも2つ以上の出口を備えてなることを特徴と
する請求項13記載の半導体デバイスのソフトエラー耐
性評価装置。14. A chamber storing said target, comprising at least two outlets through which a neutron beam generated by a nuclear reaction between said target and an ion beam emitted from said ion beam generator is emitted. 14. The apparatus for evaluating soft error resistance of a semiconductor device according to claim 13, wherein:
なるエネルギーを有する中性子ビームラインの軸上に各
々配置され、かつ、該中性子ビームが同時に照射される
ように前記制御手段が制御されることを特徴とする請求
項13に記載の半導体デバイスのソフトエラー耐性評価
装置。15. The soft error measurement assemblies are respectively arranged on axes of neutron beam lines having different energies, and the control means is controlled such that the neutron beams are irradiated simultaneously. The apparatus for evaluating soft error resistance of a semiconductor device according to claim 13.
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