(57)【要約】【課題】任意の半導体デバイスに関して効率の良い宇宙線中性子起因のソフトエラー耐性評価が可能となる手段を提供する。【解決手段】本発明はシミュレータを中核として、実際の半導体デバイスの実験データをフィールド試験、加速器試験から抽出することによってシミュレーションの精度を向上させ、実際の半導体デバイスの実験データを忠実に再現できるよう収束させる。これにより、任意の半導体デバイス、設計段階にある任意の半導体デバイスに関し任意の地点における宇宙線中性子起因のソフトエラー耐性を評価することができるため、半導体デバイスの宇宙線中性子ソフトエラー耐性を事前に評価・予測を可能にする。【選択図】　図１
2004125633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスの実使用環境に設置し動作させることによってソフトエラー率を求める第一の工程と、異なるエネルギーを有する中性子ビームを各々前記半導体デバイスに照射することによって各々の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の断面積を求める第二の工程と、前記半導体デバイスの構造並びに動作情報と前記実使用環境における宇宙線中性子のスペクトルから前記半導体デバイスのソフトエラー率を計算する工程と前記異なるエネルギーを有する中性子ビームのスペクトルとから前記半導体デバイスのソフトエラーの断面積を計算する工程からなる第三の工程と、前記第一の工程により求められた前記半導体デバイスのソフトエラー率と前記第三の工程により計算された前記半導体デバイスのソフトエラー率とを比較する第四の工程と、前記第二の工程により求められた前記半導体デバイスのソフトエラーの断面積と前記第三の工程により計算された前記半導体デバイスのソフトエラーの断面積とを比較する第五の工程と、前記第四の工程と前記第五の工程により第三の工程における計算方法及び結果の精度を確認する第六の工程と、前記第六の工程により精度を確認された第三の工程における計算方法により任意の半導体デバイスの構造並びに動作情報と任意の使用環境における宇宙線中性子のスペクトルから前記任意の半導体デバイスの前記任意の使用環境における宇宙線中性子起因のソフトエラー率を計算する第七の工程からなることを特徴とする半導体デバイスの宇宙線中性子起因のソフトエラー耐性評価方法。
【請求項２】
異なるエネルギーを有する中性子ビームを各々半導体デバイスに照射することによって各々の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の断面積を求める第一の工程と、前記第一の工程で求められた前記半導体デバイスのソフトエラーの断面積を前記半導体デバイス一つに対して中性子エネルギーの関数曲線で近似する第二の工程と、前記第二の工程で求められた前記半導体デバイスのソフトエラーの断面積を近似した中性子エネルギーの関数曲線と任意の使用環境における宇宙線中性子のスペクトルから前記半導体デバイスの任意の使用環境における宇宙線中性子起因のソフトエラー率を求める第三の工程からなることを特徴とする半導体デバイスの宇宙線中性子起因のソフトエラー耐性評価方法。
【請求項３】
請求項２に記載の第二の工程において、第一の半導体デバイスのソフトエラーの断面積のデータ数が関数曲線を決定するに満たないと判断される場合に、関数曲線が既知のデバイスの関数曲線を、第一の半導体デバイスのソフトエラーの断面積のデータを通るように平行移動することにより第一の半導体デバイスのソフトエラーの断面積の関数曲線とみなす工程と、任意の使用環境における宇宙線中性子のスペクトルから第一の半導体デバイスの任意の使用環境における宇宙線中性子起因のソフトエラー率を求める工程からなることを特徴とする半導体デバイスの宇宙線中性子起因のソフトエラー耐性評価方法。
【請求項４】
半導体デバイスの実使用環境に設置し動作させることによってソフトエラー率を求める工程に付随して、同時に中性子線量計で前記半導体デバイスに照射される宇宙線中性子の線量と緯度・経度並びに高度を計測し、基準となる地点で計測された宇宙線中性子のスペクトルと中性子線量計で計測された線量との対応をとりかつ前記基準となる地点で計測された線量と緯度・経度並びに高度と前記半導体デバイスの実使用環境で計測された線量の比較をすることにより前記半導体デバイスの実使用環境における宇宙線中性子のスペクトルを求めることを特徴とする半導体デバイスの宇宙線中性子起因のソフトエラー耐性評価方法。
【請求項５】
請求項１に記載の第一の工程が、更に中性子線量計で前記半導体デバイスに照射される宇宙線中性子の線量と緯度・経度並びに高度を計測し、基準となる地点で計測された宇宙線中性子のスペクトルと中性子線量計で計測された線量との対応をとりかつ前記基準となる地点で計測された線量と緯度・経度並びに高度と前記半導体デバイスの実使用環境で計測された線量の比較をすることにより前記半導体デバイスの実使用環境における宇宙線中性子のスペクトルを求めることを含んでなることを特徴とする半導体デバイスの宇宙線中性子起因のソフトエラー耐性評価方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の半導体デバイスの宇宙線中性子起因のソフトエラー耐性評価方法において、シングルビットエラーとマルチビットエラーに関するデータを得ることを特徴とする半導体デバイスの宇宙線中性子起因のソフトエラー耐性評価方法。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかに記載の半導体デバイスの宇宙線中性子起因のソフトエラー耐性評価方法を使用して、半導体デバイスの設計を行うことを特徴とする半導体デバイスの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの宇宙線中性子起因のソフトエラー耐性評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの微細化・高集積化は著しく進展しており、それに伴いメモリセルの面積や動作電圧も縮小傾向にある。そのため、メモリの情報を保持するための物理定数の絶対値も減少し、外乱因子に対する影響を受けやすくなっている。宇宙線中性子はその外乱因子の一つである。例えば非特許文献１または２にアルファ線や宇宙線中性子等が原因で生じるソフトエラーに対する耐性の問題解決の必要性が述べられている。
【０００３】
そして、太陽フレア発生時など一時的に宇宙線強度が高くなる時、高集積化された高性能を有する半導体デバイスほど、従来経験のない同時多発型のソフトエラーを起こす可能性やその影響が懸念されている。
【０００４】
半導体デバイスの宇宙線中性子ソフトエラーに対する耐性評価は主としてデバイスを実際の使用環境に置き、動作させることによって求める方法や、白色中性子スペクトルあるいは準単色中性子スペクトルを有する中性子ビームを半導体デバイスに照射して、そのソフトエラーの断面積を求める方法が例えば非特許文献３に述べられている。
【０００５】
実験的評価方法には前述のようにサイクロトロンを利用した中性子を直接用いる方法と中性子と同じ核子である陽子を用いる方法がある。陽子と中性子は核破砕反応において等価であるという前提のもと、エネルギーの単色性を制御し易いなどの実験技術的な側面からも中性子の代わりに陽子を用いる方法が用いられている。
【０００６】
一方、理論的評価方法に関して、宇宙線中性子がデバイスのＳｉ原子核に入射してからの現象のシミュレーションを、反応の前平衡過程と蒸発過程とに分けて、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を評価する方法が非特許文献４〜５に詳しく述べられている。この中で、前平衡過程の取り扱いにより、Ｓｉ原子核に入射した中性子が原子核内の核子と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法による場合と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とがあり、また、蒸発過程はＷｅｉｓｓｋｏｐｆ−Ｅｗｉｎｇの蒸発モデルによって計算されている。
【０００７】
また、非特許文献６及び特許文献１には、複数の単色エネルギーで半導体デバイスの各エネルギーに対するソフトエラーの断面積を求め、それをエネルギーの関数で近似し、それを半導体デバイスの標準的な近似曲線の形状を定めたとき、その形状が殆ど半導体デバイスの種類に依存しないということが報告されている。
【０００８】
【非特許文献１】
Ｊ．Ｆ．Ｚｉｅｇｌｅｒ，　ＩＢＭ　Ｊ．　Ｒｅｓ．　Ｄｅｖｅｌｏｐ．，　Ｖｏｌ．４０，　Ｎｏ．１，　ｐｐ１９−３９
【非特許文献２】
Ｓ．　Ｈｕａｎｇ，　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．　Ｏｎ　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，　Ｖｏｌ．４７，　Ｎｏ．６，　ｐｐ．２６４０−２６４７
【非特許文献３】
Ｋ．　Ｊｏｈａｎｓｓｏｎ　ｅｔ　ａｌ．，　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，　Ｖｏｌ．４５，　Ｎｏ．６，　ｐｐ２５１９−２５２６（１９９８）
【非特許文献４】
Ｈ．　Ｈ．　Ｋ．　Ｔａｎｇ　ｅｔ　ａｌ．，　Ｐｈｙｓ．　Ｒｅｖ．　Ｃ，　Ｖｏｌ．４２、Ｎｏ．４，　ｐｐ１５９８−１６２２　（１９９０）
【非特許文献５】
Ｙ．　Ｔｏｓａｋａ　ｅｔ　ａｌ．，　ＩＥＥＥ．　Ｔｒａｎｓ．　ｏｎ　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，　Ｖｏｌ．４５，　Ｎｏ．７，　ｐｐ１４５３−１４６０　（１９９８）
【非特許文献６】
伊部他、応用物理、Ｖｏｌ．７０、Ｎｏ．１１、ｐｐ１３０８−１３１２（２００１）
【特許文献１】
特開２００１−２１５２５５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ソフトエラーはメモリセルに記憶された情報が反転する現象であり、例えばメモリセルの蓄積ノードに書き込まれた情報“１”情報がアルファ線や中性子線等が半導体デバイス内に入射し、その結果として半導体デバイス内に発生した電荷がｐｎ接合に本質的に付随するビルトイン・ポテンシャルの影響により蓄積ノードに収集され、“０”情報に書き換えられるという問題である。
【００１０】
ソフトエラーは上記のように半導体デバイスの情報を書き換えるという一時的な非破壊現象であるが、半導体デバイスの微細化・高集積化に伴いデバイスの破壊を伴うハードエラーの増加も懸念されつつある。
【００１１】
設計した半導体デバイスがどの程度の宇宙線中性子ソフトエラー耐性を持っているかは従来、フィールド試験によって評価してきた。フィールド試験はデバイスの実力を示すソフトエラー率［ＦＩＴ］（定義：１０９時間に１回エラーが発生したときを１ＦＩＴ）を直接測定する方法であり、例えば１０００ＦＩＴという数値は、１０００個のデバイスを１年間動かした場合、ソフトエラー回数が１０回というという水準である。
【００１２】
フィールド試験はデバイスの実力を直接評価し、信頼性の高いデータを取得できる点は良い。しかし、最近では製品開発期間が短くなっているのに対し、フィールド試験はデータ試験時間に年のオーダーを要する点、また多数のデバイスを用いない限り統計的評価が困難な点が欠点である。また、そのため評価可能なデバイス種も限定され、また、製品レベルでの実験的評価はそれ相当の工数を経た後のことであり、時間的に非効率である。
【００１３】
実験的評価方法には前述の通りであるが、非特許文献３に記載されているように、加速器を用いたソフトエラー耐性試験において、入射陽子のエネルギーに対するソフトエラーの断面積は中性子の場合と値が異なるという報告がある。
【００１４】
中性子ソフトエラーの場合、デバイス内での核破砕反応の結果、複数の粒子が同時に放出されたり、発生電荷量の多い残留原子核が相対的に長い距離を通過することにより、エラー修正コード（ＥＣＣ：Ｅｒｒｏｒ　Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　Ｃｏｄｅ）により修復のできないマルチビットエラーが発生することも問題視されている。また、マルチビットエラーについては今後の半導体デバイスの微細化・高集積化に伴い深刻化することは明らかであるが、評価方法については定まっていない。
【００１５】
こうした問題に対処するには、実験的評価とともにメカニズムの理解、重要パラメータの抽出・対策提案のために理論的評価も不可欠である。
【００１６】
また、最近では半導体ユーザー側から購買条件として半導体デバイスのソフトエラー率を提示するよう半導体メーカー側に求めることが殆どである。上記のようなフィールド試験法や加速器試験法のみを利用していたのでは、世界の産業構造を総体的に見た場合、技術の発展上時間的に非効率である。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
先に述べたように入射陽子のエネルギーに対するソフトエラーの断面積は中性子の場合と値が異なるため、中性子ソフトエラー耐性評価においては中性子を用いることが前提となる。しかしながら、短時間に多量の中性子を半導体デバイスに照射する加速器試験法を採用しても、利用可能な加速器設備の数が限られているため、あらゆる半導体デバイスをこの加速器試験法によって評価できるとは限らない。
【００１８】
そこで、非特許文献６に記載されているように、半導体デバイスのソフトエラーの断面積の近似曲線の形状が殆ど半導体デバイスの種類に依存しないという結果を利用し、更にそれを拡張させて、加速器試験によりデータが１点しか取れない第二の半導体デバイスであっても、先の標準的な近似曲線を平行移動させて当該の１点を通るようにする。
【００１９】
この曲線を第二の半導体デバイスに関するソフトエラー断面積のエネルギー関数とみなすことができる。こうすることによって、加速器試験により求められたソフトエラー断面積のエネルギー関数と宇宙線中性子スペクトルを掛け合わせ、エネルギーに関して積分することによりその半導体デバイスのソフトエラー率を求めることができ、１年のオーダーの時間を費やしてフィールド試験を実施するよりははるかに効率的である。
【００２０】
また、マルチビットエラーについては今後の半導体デバイスの微細化・高集積化に伴い深刻化することは明らかであるが、評価方法については定まっていない。これはエラービットの物理アドレスとエラーの発生した時刻を観測・記録すればマルチビットエラーに関する情報も得られる。
【００２１】
シミュレーションによればマルチビットエラーの問題も含め、上記問題は解決され、しかも製品設計段階から宇宙線中性子ソフトエラー耐性評価が可能となる。しかし、そのシミュレーションは実際の半導体デバイスの実験データを忠実に再現できるものでなければならない。
【００２２】
そこで、半導体デバイスの宇宙線中性子ソフトエラー耐性を評価するために、任意のエネルギースペクトルを持つ中性子ビームに対し、デバイス内の原子核との核反応、その結果発生する２次イオンがデバイス内を飛散する間に蓄積ノードに収集されるキャリアの振る舞いを詳細に解析するモンテカルロシミュレータＣＯＲＩＭＳを開発した。
【００２３】
本発明はこのシミュレータＣＯＲＩＭＳを中核として、実際の半導体デバイスの実験データをフィールド試験、加速器試験から抽出することによってシミュレーションの精度を向上させ、実際の半導体デバイスの実験データを忠実に再現できるよう収束させるようにした。
【００２４】
それにより、任意の半導体デバイスに関してフィールド試験をせずに、また更には半導体デバイスを設計する段階においてさえ、精度の良い宇宙線中性子起因のソフトエラー耐性評価が可能となり、半導体デバイス製品が出来あがるのを待つことなく時間的に効率の良い宇宙線中性子起因のソフトエラー耐性評価が可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
図１に中性子ソフトエラーに対する耐性を評価するためのシステムの概要を示す。ここでは、（１）シミュレータＣＯＲＩＭＳによるシミュレーションを中核とし、（２）フィールド試験による半導体デバイスのソフトエラー率の実測、（３）加速器試験により異なるエネルギーを有する中性子ビームを各々半導体デバイスに照射することによって各々のエネルギーに対応する半導体デバイスのソフトエラーの断面積を求めること、（４）ある地点における宇宙線中性子スペクトルの実測、（５）地上の任意の地点における緯度・経度・高度の測定、（６）（３）〜（５）に基づく半導体デバイスのソフトエラー率（以下ＳＥＲと記す）の計算、という６つの要素技術から構成されるシステムであり、そのいずれ一つが欠如しても成立しないものである。
【００２６】
このシステムをＳＥＣＩＳ（Ｓｅｌｆ−Ｃｏｎｓｉｓｔｅｄ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ−ｎｅｕｔｒｏｎ−ｉｎｄｕｃｅｄ　ｓｏｆｔ−ｅｒｒｏｒ）と名づける。ＳＥＣＩＳの最終目標はシミュレータＣＯＲＩＭＳ単独で任意の地域、任意の半導体デバイスについて、半導体デバイスの設計段階においてさえもＳＥＲを評価することができるというものである。
【００２７】
本発明の中核となるＣＯＲＩＭＳの基本的な原理は、特許文献１に記載されているので、ここではその説明を割愛する。以下、順に各構成要素技術について説明する。
【００２８】
先ず、第一にフィールド試験について説明する。図２にはフィールド試験のワークフローを留意事項とともに示した。また、図３にはフィールド試験を実施する際のデータシートの一例を示した。
【００２９】
データシートには試験デバイスの電圧やデータパターンなどの動作パラメータや試験場所の情報、試験時間、また、宇宙線中性子量に密接に係わる太陽活動、地磁気異常などの情報を記載する。試験デバイスは最新デバイスなど、典型的なものを選定する。フィールド試験は原理的には地球上の任意の地点で実施可能である。しかし設置場所における電源確保、温湿度管理などの制約を受け、実際には、事業所内で実施することが殆どである。宇宙線中性子起因のソフトエラーであることを明確にするため、高度依存性データを取得し、また半導体ユーザからフィールド試験場所を指定されることもある。発明者らは高度８６ｍ、７５５ｍ及び１９８８ｍで０．１８ｍｍプロセスのＳＲＡＭの高度依存性データを所得した。これについては後述する。
【００３０】
フィールド試験の際に重要なことはデバイスの設置状況の把握である。デバイスは建築物内に設置されるが、建築物の屋根の厚み、材質等は重要な情報である。中性子の減衰が生じるためである。これにはエネルギー依存性があり、例えばコンクリート１ｍ厚の屋根があればそれが遮蔽となり、１０ＭｅＶ程度の中性子であれば屋根を通過することによりおよそ１桁、１００ＭｅＶ以上の中性子であればおよそ半分に減衰する。（中村尚司著、放射線物理と加速器安全の工学［第二版］、地人書館（２００１）参照）
フラックスの高い高地や高地磁気緯度でフィールド試験を実施しても、このような減衰効果を考慮せず、鉄筋コンクリート建築物の地下で実験しては、エラーの絶対数が少なく、統計処理に堪え得るだけのデータは得られない。フィールド試験の際、デバイス設置場所の状況把握、特にデバイスに直接降り注ぐ中性子に関する情報は極めて重要である。
【００３１】
そこで、フィールド試験において３Ｈｅ比例計数管を組み込んだ中性子線量当量計（レムカウンタ）により中性子線量の直接測定を実施する。今回用いたのは、富士電機製中性子レムカウンタＮＳＮ２１００１である。これは通常の市販品に比べて３Ｈｅの圧力を高くしている、すなわち常温で単位体積あたりの３Ｈｅ分子数を多くしているため中性子に対する感度が高くなっている。
【００３２】
これを用いて線量を直接測定することにより、デバイスに直接降り注ぐ中性子を評価できる。但し、レムカウンタで測定できるのはエネルギーが１５ＭｅＶ以下の中性子であるため、実際にソフトエラーに関与する１〜１０００ＭｅＶのエネルギー範囲にある中性子のフラックスと対応づけるにはある基準地点での中性子スペクトルや線量の経時変化との比較が必要である。
【００３３】
また、宇宙線中性子のフラックスは地球上の地磁気緯度・経度および高度により変動する。地磁気緯度・経度は地理的緯度・経度と密接な関係があり、ＩＧＲＦ（国際標準地球磁場）モデルにより変換できる。従って、地理的緯度・経度を測定すればフィールド試験地の地磁気緯度・経度を求めることが出来る。携帯ＧＰＳを用いればフィールド試験地での測定が容易である。
【００３４】
今回はＧａｒｍｉｎ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製ｅＴｒｅｘ＠Ｌｅｇｅｎｄ　Ｐｅｒｓｏｎａｌ　ｎａｖｉｇａｔｏｒＴＭを用いた。携帯ＧＰＳを用いる際の注意事項としては、ＧＰＳに利用する人工衛星が見込める角度に建物などの遮蔽物がある場合には衛星からの情報が取れず測定ができないこと、また利用する衛星の数（画面に表示される）が多いほど測定精度が向上することである。測定時は出来る限り建物から離れて利用する衛星数を増やすことが肝要である。
【００３５】
これを用いて実測した地理的緯度・経度および高度に基づく地磁気緯度・経度及びＧｅｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｉｇｉｄｉｔｙ（地磁気遮蔽強度）の計算結果を図４にまとめた。以上により、Ｚｉｅｇｌｅｒの計算による宇宙線中性子スペクトル（非特許文献１）に対し地磁気緯度・経度、高度による変化や建物による遮蔽効果の補正を加えることができる。
【００３６】
あるデバイスをある地域に設置してフィールド試験を実施すればその場所でのＳＥＲは以上のようにして算出できる。しかし、それと異なるデバイスを別の地域設置してフィールド試験を実施してＳＥＲを求めても、両者のソフトエラー耐性の比較は単純にはできないことに注意を要する。最終的には上に述べたようないくつかの補正を実行し、デバイスが直接曝された中性子量、すなわちフルエンスを求め、中性子フルエンスに対するエラー数に換算して比較しなければならない。
【００３７】
次に加速器試験について説明する。加速器試験のワークフローを図５に示した。
また、試験の条件や結果を記録するために図６に示したデータシートを作成した。
試験デバイスはフィールド試験と同様の基準で選定する。照射する中性子のエネルギーは、ＳＥＵ曲線が低エネルギー側で急速に立ち上がり高エネルギー側でほぼ飽和する傾向を持つことを考慮し、原則として可能な限り広範なエネルギー領域でのデータを取得できるように決定する。
【００３８】
今回発明者らは３つの加速器施設を使用した。施設Ａの実験では１〜１５ＭｅＶ、施設Ｂでは３０〜７０ＭｅＶ、施設Ｃでは９０〜１８０ＭｅＶの中性子エネルギーで中性子照射試験を実施した。いずれも１次荷電粒子を加速器で所定のエネルギーまで加速し、ターゲットと反応させ、二次粒子として中性子を発生させるものである。それぞれの加速器施設について以下に述べる。
【００３９】
加速器毎に生成する中性子のエネルギーと反応を図７にまとめた。施設Ａではダイナミトロン加速器で陽子（ｐ＋）、重陽子（ｄ＋）を加速し、三重水素（Ｔ）、重水素（Ｄ）と核反応をおこさせ、中性子（ｎ）を発生させる。これらの原子核反応により発生する中性子は図８のスペクトルが示すように単色である。
【００４０】
施設Ａの照射室には特にコリメータなど遮蔽となるものがない為、テストボードに搭載された制御マイコンやその制御に用いるコンピュータにも中性子が直接照射され、制御系にもソフトエラーが生じることになる。このため、テストボードの制御系に対してポリエチレンと鉄のブロックで中性子遮蔽を施した。
【００４１】
施設Ａの中性子スペクトルは単色スペクトルであり、２３５Ｕ　と中性子の核分裂反応を利用したＦｉｓｓｏｎ　Ｃｈａｍｂｅｒ（ＦＣ）により中性子の絶対数とＨ２比例計数管の計数値との対応をとり、Ｈ２比例計数管を中性子フルエンスのモニタとして用いている。
【００４２】
また施設Ｂではサイクロトロン（ＡＶＦサイクロトロン）で所定のエネルギーまで加速された陽子をＬｉターゲット（厚さ：３〜１５ｍｍ、エネルギーに応じて変える）に衝突させ、７Ｌｉ（ｐ，ｎ）７Ｂｅ反応により中性子を発生させている。
【００４３】
中性子スペクトルを図９に示した。Ｅｎはピーク部分の中性子エネルギーである。スペクトルは高エネルギー側のピーク部分とそれより低エネルギー側のテイル部分からなる。ピーク部分は７Ｌｉ（ｐ，ｎ）７Ｂｅ反応のうち、７Ｂｅが基底状態および第一励起状態（０．４３ＭｅＶ）の反応に関わる中性子であり、テイル部分は７Ｂｅが第二励起状態以上の反応および７Ｌｉ（ｐ，ｎ３Ｈｅ）４Ｈｅなどの崩壊反応に関わる中性子である。
【００４４】
施設Ａの単色スペクトルとは異なり「準単色」と称される。テイル部分の中性子もソフトエラーに関与しているためＳＥＵ断面積を算出する際、その扱いに注意を要する。
【００４５】
施設Ｂの照射室にはコリメータが設置されており、これをテストボードに搭載された制御マイコンやその制御に用いるコンピュータに対する遮蔽として用いることができる。ターゲット室と照射室が同室であり、ターゲットとテストボード照射位置との距離は３．５ｍ程度であり、散乱された中性子がバックグラウンドを高める要因となる。
【００４６】
飛行時間分解法（ＴＯＦ法）で中性子スペクトルを測定し、照射中は陽子のビームダンプへの入射量（電荷量）と有機液体シンチレーションカウンターＮＥ２１３によりフラックスをモニタしている。
【００４７】
また、施設Ｃにおける中性子の発生方法は施設Ｂと同じくサイクロトロンで加速した陽子をＬｉのターゲットに衝突させ、７Ｌｉ（ｐ，ｎ）７Ｂｅ反応を利用する方法である。施設Ｃはターゲット室と照射室が別室となっている。施設Ｃではサイクロトロンで加速した陽子をＦａｒａｄａｙ　Ｃｕｐで直接観測し、Ｌｉ（ｐ，ｎ）反応の断面積から中性子の発生量を計算することにより中性子フラックスをモニタする方法と、２３８Ｕと中性子の核分裂反応を利用したＴｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ　Ｃｏｕｎｔｅｒ（ＴＦＢＣ）により中性子フラックスをモニタする方法とを併用している。
【００４８】
フィールドにおけるデバイスのソフトエラー率ＳＥＲ［ＦＩＴ］は、加速器試験により求められる各デバイスの離散的な各中性子エネルギーＥｎ［ＭｅＶ］におけるＳＥＵ断面積をエネルギーの連続関数で近似し、それをフィールドの宇宙線中性子のエネルギー微分フラックスと重畳積分することによって得られる。
【００４９】
【数１】
2004125633.tif 000003
【００５０】
但し、Ｅｎ：入射中性子エネルギー［ＭｅＶ］、Ｅｔｈ：デバイスのしきい値エネルギー［ＭｅＶ］、ｓＳＥＵ（Ｅｎ）：ＳＥＵ断面積［ｃｍ２］、ФＶ（Ｅｎ）：宇宙線中性子のフラックス［／ｃｍ２／ｓ］である。デバイスのしきい値エネルギーは通常のＳＲＡＭであれば４ＭｅＶ程度であると考えられる。
【００５１】
以下（１）〜（３）の手続きを実行し、数式１を用いることによりソフトエラー率ＳＥＲ［ＦＩＴ］を計算できる。
（１）ＳＥＵ断面積の計算
以上述べた加速器試験により各デバイスの各入射中性子エネルギーＥｎ［ＭｅＶ］におけるＳＥＵ断面積が求められる。ＳＥＵ断面積σＳＥＵ（Ｅｎ）［ｃｍ２］は次の式で求められる。
【００５２】
【数２】
2004125633.tif 000004
【００５３】
但し、ｒ：デバイスのエラー率［／ｓ］、ｎ：エラーイベント数、φ（Ｅｎ）：中性子フラックス［／ｃｍ２／ｓ］、Φ（Ｅｎ）：中性子フルエンス［／ｃｍ２］、である。
【００５４】
施設Ａでいた中性子のように単色スペクトルを呈する場合には、単純に数式２に各値を代入することにより、そのエネルギーでのＳＥＵ断面積を直ちに求めることが出来る。しかし、施設Ｂ並びにＣで用いた中性子は準単色であり、ピーク部の中性子と同じにテイル部の中性子もソフトエラーに関与している。従って、該当するピーク中性子エネルギーのみの寄与分を評価するためには、テイル部分の中性子の寄与分を補正しなければならない。
【００５５】
施設Ｂおいては照射前にＴＯＦスペクトルをその都度取得し、ピーク部分の割合を求めている。また、施設Ｃにおいては体系的にスペクトルの解析が行われ、陽子加速エネルギー毎に中性子スペクトル全体に占めるピーク部分の中性子の割合を計算している。いずれの加速器施設においても、その割合を計測した全フラックス、フルエンスに乗じて数式２のフラックス、フルエンスとしている。
【００５６】
また、ピーク部の中性子のソフトエラーに対する寄与率はデバイス毎に異なりソフトエラーシミュレータＣＯＲＩＭＳにより得ることが出来る。図１０は３種類の半導体デバイスについて各加速器施設で発生させた中性子のピーク寄与率を示したものである。
【００５７】
観測したデバイスのエラー率、エラーイベント数にこの寄与率を乗じて数式２のエラー率、エラーイベント数とする。以上の補正を施すことにより、単色スペクトルを用いた場合と同様にピーク部分の中性子によるソフトエラー率を求めることができる。すなわち、補正係数を考慮することにより、単色スペクトルの場合と同様、
【００５８】
【数３】
2004125633.tif 000005
【００５９】
としてＳＥＵ断面積を計算できる。本補正方法は非特許文献３に記載された方法よりも単純である。また、各単一エネルギーで独立に補正係数を求めることができるため、単一エネルギーの加速器試験による半導体デバイスの評価も可能である。
【００６０】
（２）ＳＥＵ関数の決定
（１）の手続きにより各中性子エネルギーに対して離散的にＳＥＵ断面積を求めることが出来る。例えば非特許文献６に見られるように、収集した文献値によると最小加工寸法やメモリ容量によらず、いずれのメモリデバイスに対しても入射核子エネルギーとＳＥＵ断面積の傾向に違いはなく、絶対値に差は有るが近似曲線の形はほぼ決まる。この近似曲線をＳＥＵ関数と呼ぶ。加速器を用いたＳＥＵ断面積のデータ点数が不足している場合は、曲線の形がデバイス毎にあまり異ならないことを利用し、他のデバイスのＳＥＵ曲線をｙ軸方向に平行移動することにより、その曲線をデバイスのＳＥＵ関数とみなすことも出来る。
【００６１】
（３）宇宙線中性子スペクトル
数式１により加速器試験により各中性子エネルギーでのＳＥＵ断面積、従ってＳＥＵ関数が決定した後であれば、地球上の任意の地点における宇宙線中性子のフラックスを代入することによりその地点におけるデバイスのソフトエラー率ＳＥＲ［ＦＩＴ］を求めることができる。Ｚｉｅｇｌｅｒによる宇宙線中性子スペクトル（非特許文献１）や、ある地点での実測の宇宙線中性子スペクトルに対して地磁気緯度・経度、高度による変化や建物による遮蔽効果の補正を加えることにより、デバイスの使用環境でのソフトエラー率を計算できる。
【００６２】
３種のＳＲＡＭの加速器試験結果から先に述べた方法に従ってＳＥＵ断面積を計算し、図１１にまとめた。上記３つのデバイスのデータについても入射中性子エネルギーの低いところでＳＥＵ断面積が急激に立ち上がり、高エネルギー領域で飽和するという傾向になっている。データを多項式で近似し、各デバイスのＳＥＵ関数とした。
【００６３】
実測データだけを抽出し、図１２に関数曲線を示した。数式１に従い、ここで得られたＳＥＵ関数と宇宙線中性子スペクトルとを掛け合わせてエネルギーで積分することにより、各デバイスのソフトエラー率を予測できる。先に述べたようにある一つ０．１８μｍプロセスのＳＡＲＭについては高度８６ｍ、７５５ｍ及び１９８８ｍの３箇所でフィールド試験を実施しており、これを予測値と比較することができる。
【００６４】
またシミュレータＣＯＲＩＭＳの結果を相対値として図１３に示した。本手法によりこのＳＲＡＭのソフトエラー率予測値は実測値に対して３０％以内の誤差で決定できていることが確認できた。
【００６５】
【発明の効果】
本発明により任意の半導体デバイス、設計段階にある任意の半導体デバイスに関し任意の地点における宇宙線中性子起因のソフトエラー耐性を評価することができるため、半導体デバイスの宇宙線中性子ソフトエラーの評価・予測からソフトエラー耐性向上技術の確立まで効率的に実行できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概要を示す図である。
【図２】フィールド試験のワークフローを示す図である。
【図３】フィールド試験の際に記入するデータシートを示す図である。
【図４】地球上の各地点の地磁気緯度・経度、高度及びＧｅｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｉｇｉｄｉｔｙ（地磁気遮蔽強度）の対応を示す表である。
【図５】加速器試験のワークフローを示す図である。
【図６】加速器試験の際に記入するデータシートを示す図である。
【図７】本実施例で用いた加速器施設の種類と中性子エネルギー、フラックス、中性子を発生させるための核反応の対応を示す図である。
【図８】本実施例で用いた加速器施設Ａおいて発生させた中性子のスペクトルを示す図である。
【図９】本実施例で用いた加速器施設Ｂ及びＣおいて発生させた中性子のスペクトルを示す図である。
【図１０】本実施例で用いた加速器施設と発生させた中性子のピーク部分に対するソフトエラー発生寄与率を示す図である。
【図１１】本実施例で用いた中性子のピークエネルギーと半導体デバイスのＳＥＵ断面積との関係を示す図である。
【図１２】本実施例で用いた中性子のピークエネルギーと半導体デバイスのＳＥＵ断面積との関係に対する近似曲線を示す図である。
【図１３】本実施例で用いた半導体デバイスのソフトエラー率の高度依存性と本発明の手法を用いた計算値との対応を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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