(57)【要約】【課題】従来、計算負荷が大きいまたは計算時間が長くかかっていた。【解決手段】ロジックセルを構成する第１のトランジスタの拡散層近傍に荷電粒子が入射した場合に、前記拡散層に接続された前記ロジックセルの第１の端子に生じる電圧パルス幅を算出する方法であって、前記第１の端子における電圧を固定した条件の下で荷電粒子が入射した場合に観測される前記第１の端子への電荷収集電流波形と、前記ロジックセルの前記第１の端子に接続される第２のトランジスタの電流駆動能力指標と、から前記第１の端子に生じる前記電圧パルス幅を算出することを特徴とするパルス幅計算方法。【選択図】図１
2012083890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロジックセルを構成する第１のトランジスタの拡散層近傍に荷電粒子が入射した場合に、前記拡散層に接続された前記ロジックセルの第１の端子に生じる電圧パルス幅を算出する方法であって、
前記第１の端子における電圧を固定した条件の下で荷電粒子が入射した場合に観測される前記第１の端子への電荷収集電流波形と、前記ロジックセルの前記第１の端子に接続される第２のトランジスタの電流駆動能力指標と、から前記第１の端子に生じる前記電圧パルス幅を算出することを特徴とする
パルス幅計算方法。
【請求項２】
前記電流駆動能力指標として、前記第２のトランジスタのオン電流を用いることを特徴とする
請求項１に記載のパルス幅計算方法。
【請求項３】
前記ロジックセルが、電源電圧供給端子と接地端子との間で直列接続された前記第１及び第２のトランジスタで構成されるインバータセルであり、前記第１の端子が前記インバータセルの出力ノードであって、
前記オン電流値と、前記電荷収集波形の電流値とが等しくなる時刻を始点として、前記オン電流値と前記電荷収集波形の電流値の差を時間積分した量が、前記インバータセルの出力ノードに接続される負荷容量の容量値に前記電源電圧の値を乗じた量の半分になるまでの時間を用いて、前記電圧パルス幅を算出することを特徴とする
請求項２に記載のパルス幅計算方法。
【請求項４】
前記電荷収集電流波形を算出する場合、
前記荷電粒子が単位長さあたりに発生させる電荷量や前記荷電粒子の飛跡と前記拡散層との位置関係の条件を変えて計算された、所定数の前記第１の端子への第１の電荷収集電流波形群を参照し、その前記第１の端子の電圧については、前記拡散層の導電型に応じて、それぞれ一つの電圧値を用いて計算された電荷収集電流波形によって、前記電荷収集電流波形群が構成されていることを特徴とする
請求項１に記載のパルス幅計算方法。
【請求項５】
前記電荷収集電流波形群の計算において、
前記荷電粒子の飛跡と前記拡散層との相対的な位置関係の変更を、前記拡散層内の所定の点と前記荷電粒子の飛跡との距離、および、前記荷電粒子の飛跡の方向を表す角度を変えることで実現し、それによって得られた電荷収集電流波形群を用いることを特徴とする
請求項４に記載のパルス幅計算方法。
【請求項６】
前記電荷収集電流波形群の計算で用いる、前記荷電粒子の飛跡の方向を表す角度として、前記飛跡の水平面に対する仰角を用いることを特徴とする
請求項５に記載のパルス幅計算方法。
【請求項７】
前記荷電粒子の飛跡の方向を表す角度として、前記荷電粒子の飛跡の、水平面に対する仰角が0度と90度の場合のみを用いることを特徴とする
請求項６に記載のパルス幅計算方法。
【請求項８】
データ処理装置上に読み込まれた計算プログラムにより、ロジックセルを構成する第１のトランジスタの拡散層近傍に荷電粒子が入射した場合に、前記拡散層に接続された前記ロジックセルの第１の端子に生じる電圧パルス幅を算出する計算装置であって、
前記第１の端子における電圧を固定した条件の下で荷電粒子が入射した場合に観測される前記第１の端子への電荷収集電流波形と、前記ロジックセルの前記第１の端子に接続される第２のトランジスタの電流駆動能力指標と、から前記電圧パルス幅を算出することを特徴とする
パルス幅計算装置。
【請求項９】
データ処理装置上に読み込まれ、ロジックセルを構成する第１のトランジスタの拡散層近傍に荷電粒子が入射した場合に、前記拡散層に接続された前記ロジックセルの第１の端子に生じる電圧パルス幅を算出する計算プログラムであって、
前記第１の端子における電圧を固定した条件の下で荷電粒子が入射した場合に観測される前記端子への電荷収集電流波形と、前記ロジックセルの前記第１の端子に接続される第２のトランジスタの電流駆動能力指標と、から前記電圧パルス幅を算出することを特徴とする
パルス幅計算プログラム
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エラー信号パルス幅の計算方法及び計算装置及び計算プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ソフトエラーは、例えばＤＲＡＭメモリセル等に荷電粒子が衝突した際に、メモリセルに蓄えられた電荷量の値を乱してしまいメモリエラーを引き起こす現象である。これまで、半導体回路におけるソフトエラーとして主に注目されていたのは、上述したＤＲＡＭやＳＲＡＭなどのメモリ回路やフリップフロップなどのラッチ回路等、ある状態を保持している回路に、荷電粒子の飛跡に沿って生成された電荷が直接流入することでその保持状態を変えてしまうことによるエラーである。
【０００３】
しかし、近年ではロジック回路中で、荷電粒子の衝突により発生する電荷の流入によって生じたエラー信号が回路中を伝播するＳＥＴ（シングル・イベント・トランジェント）現象が関与するエラーも危惧されている。ロジック回路中でエラー状態となったとしても、そのノードの電位は時間が経過すると元に戻る。しかしながら、ＳＥＴ現象によって伝播した信号がラッチ回路に到達し、そこがエラー状態にある間にクロック信号が入ると誤った信号が書き込まれ、エラーとして確定することになる。
【０００４】
上記のようにエラーとして確定するかどうかはクロック信号とのタイミングにも左右される。このため、ＬＳＩが高性能化してクロック周波数が高くなるとエラーとなる確率が 大きくなる。また、ロジック回路ではメモリ回路で使われるＥＣＣ(エラー・コレクティング・コード)機能のような簡便なエラー修正が難しい。こうしたことから、ロジック回路におけるソフトエラーの問題は深刻さを増している。
【０００５】
一般にロジック回路のソフトエラー耐性を上げようとすると、ソフトエラー耐性用の回路を実現するために必要な面積が増える。このため、全てのロジック回路部分でソフトエラー耐性を上げる仕組みを導入することはチップ面積の増大を招くため現実的でない。
【０００６】
ここで、回路中でどの部分がソフトエラーに弱いかを検知できれば、その部分にのみエラー耐性を上げる仕組みを入れることで、全体のソフトエラー耐性を効率的に上げることができる。そのためには、ソフトエラー率の評価技術が必要となるが、実測による評価は手間と時間がかかり容易ではない。そこで、電荷の流入やＳＥＴ現象を的確に反映したモデルを内蔵した、エラー率を正確に予測できるソフトエラー率の計算方法や計算装置が重要となる。
【０００７】
メモリ回路におけるソフトエラー率の計算においては、拡散層に収集される電荷量がエラー判定のための重要な指標で、それを正確に見積もることが課題であった。これに対して、ロジック回路のソフトエラー率を左右するのは、クロック信号の周波数とエラー信号の電圧パルス幅である。つまり、クロック周波数が高いほど、また、エラー信号パルス幅が大きいほどエラー率は高くなる。このため、ＳＥＴ現象によるエラー発生率の計算予測においては、発生するエラー信号のパルス幅を精度良く見積もることが重要となる。また、荷電粒子の入射条件によってパルス幅は増減するが、パルス幅の発生頻度分布を推定することで、エラー率の効果的な低減策を考案することが可能になる。
【０００８】
エラー信号の電圧パルス幅の計算は、荷電粒子の入射によって生じる電荷収集電流波形を元に行われる。このときの電流波形としては、ロジックセルの動作状態での電荷収集電流を用いるのが一般的である。すなわち、電荷収集拡散層につながれた端子の電圧が電荷収集によって変動することを考慮して導出された波形を用いる。
【０００９】
電流波形算出の一般的な手法としては、double exponentialと呼ばれる関数形に合わせ込む方法があるが、実際の電流波形との差異が生じやすく、電圧パルス幅の推定精度が高くない。非特許文献１には、予め、単体トランジスタ構造において、端子電圧が固定された条件で、デバイスシミュレータで計算した電流波形をデータベース化しておき、それを元に電流波形を算出する手法が示されている。
【００１０】
電流波形が得られたなら、その波形を用いて、適切な電流源を設定した上で回路シミュレーションを実行し、電圧パルス幅を求めるのが一般的である。また、特許文献１に示されているような、回路シミュレータを用いないパルス幅の推定方法を用いることもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−５９３１５号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】M.Hane et al., 2008 International Conference on Simulation of Semiconductor Processes and Devices, pp.365-368
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
電圧パルス幅を精度良く推定するためには、ロジックセルの動作状態での電荷収集電流波形を正確に見積もる必要がある。非特許文献１の手法では、そのために、荷電粒子の入射位置や、荷電粒子がその飛跡に沿って単位長さあたりに発生させる平均電荷量（ここではＬＥＴと表記し、以下で同様とする）の他に、電荷が収集される拡散層に接続した端子電位に関しても細かく条件振りをして、デバイスシミュレータを用いて端子電圧が固定された条件での電流波形を計算してデータベース化しておく。そのため、データベースの構築においては、典型的な場合で１２時間以上かかる電流波形計算を数百もの条件で実行する必要があり、計算負荷が高い。
【００１４】
また、電圧パルス幅の推定のために回路シミュレータを用いる場合には、回路シミュレータによる解析時間も問題となる。何故なら、電圧パルス幅を算出する主たる目的は、様々な荷電粒子入射条件に関して電圧パルス幅を求め、モンテカルロ法のような統計的な手法によって、出現するパルス幅の分布情報を得ることであり、そのために数十万回〜数百万回もの試行を要するためである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一態様は、ロジックセルを構成する第１のトランジスタの拡散層近傍に荷電粒子が入射した場合に、前記拡散層に接続された前記ロジックセルの第１の端子に生じる電圧パルス幅を算出する方法であって、前記第１の端子における電圧を固定した条件の下で荷電粒子が入射した場合に観測される前記第１の端子への電荷収集電流波形と、前記ロジックセルの前記第１の端子に接続される第２のトランジスタの電流駆動能力指標と、から前記第１の端子に生じる前記電圧パルス幅を算出することを特徴とするパルス幅計算方法である。
【００１６】
本発明の他の態様は、データ処理装置上に読み込まれた計算プログラムにより、ロジックセルを構成する第１のトランジスタの拡散層近傍に荷電粒子が入射した場合に、前記拡散層に接続された前記ロジックセルの第１の端子に生じる電圧パルス幅を算出する計算装置であって、前記第１の端子における電圧を固定した条件の下で荷電粒子が入射した場合に観測される前記第１の端子への電荷収集電流波形と、前記ロジックセルの前記第１の端子に接続される第２のトランジスタの電流駆動能力指標と、から前記電圧パルス幅を算出することを特徴とするパルス幅計算装置である。
【００１７】
本発明の他の態様は、データ処理装置上に読み込まれ、ロジックセルを構成する第１のトランジスタの拡散層近傍に荷電粒子が入射した場合に、前記拡散層に接続された前記ロジックセルの第１の端子に生じる電圧パルス幅を算出する計算プログラムであって、前記第１の端子における電圧を固定した条件の下で荷電粒子が入射した場合に観測される前記端子への電荷収集電流波形と、前記ロジックセルの前記第１の端子に接続される第２のトランジスタの電流駆動能力指標と、から前記電圧パルス幅を算出することを特徴とするパルス幅計算プログラムである。
【００１８】
本発明では、第１の端子の電圧を少数の固定した条件（例えば、電源電圧もしくは接地電圧）での電荷収集波形のみで構成した波形データベースを用いて電圧パルス幅を計算可能であり、その算出も簡単に行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、ソフトエラーに対する電流波形データベース構築の計算負荷の軽減を可能にし、回路シミュレータを用いることなしに高速にパルス幅を計算できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態１にかかるエラー信号パルス幅の計算装置のブロック構成である。
【図２】実施の形態１にかかるエラー信号パルス幅の計算装置の動作フローチャートである。
【図３】実施の形態１にかかるパルス幅の算出モデルを説明するためのインバータセルの回路図である。
【図４】荷電粒子が拡散層中央に垂直入射した場合の電荷収集電流波形の模式図である。
【図５】荷電粒子が拡散層中央に垂直入射した場合のインバータセルの出力電圧波形の模式図である。
【図６】実施の形態１にかかる電荷収集電流波形からのパルス幅の算出を説明する図面である。
【図７】実施の形態１の動作を説明するフローチャートである。
【図８】拡散層と荷電粒子の飛跡との位置関係を説明する図である。
【図９】ＴＣＡＤ（Technology CAD）計算で求めたパルス幅と本実施の形態１で求めたパルス幅の関係を示す図である。
【図１０】実施の形態２の動作を説明するフローチャートである。
【図１１】感応領域の幅情報の導出を説明する図である。
【図１２】感応領域の深さ情報の導出を説明する図である。
【図１３】実施の形態３にかかるエラー信号パルス幅の計算装置のブロック構成である。
【図１４】その他の実施の形態にかかるエラー信号パルス幅の計算装置の例である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
発明の実施の形態１
【００２２】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態１について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態１は、本発明をエラー信号パルス幅の計算装置に適用したものである。
【００２３】
図１に本実施の形態にかかるエラー信号パルス幅の計算装置１００のブロック構成を示す。図１に示すように、エラー信号パルス幅の計算装置１００は、データ処理装置１０１と、記憶装置１０２とを有する。
【００２４】
記憶装置１０２は、電荷収集を考慮すべき拡散層データ３０１、半導体基板内で発生する荷電粒子情報データ３０２、端子電位を固定した条件で計算された電荷収集電流波形データ群３０３、荷電粒子入射条件での電荷収集電流波形３０４、電流波形を元に電圧パルス幅を算出するためのモデルパラメタ３０５を格納する。
【００２５】
データ処理装置１０１は、パルス幅計算を実行するために各手段を適切に呼び出す制御部２０１と、荷電粒子の入射条件の設定手段２０２と、電荷収集電流波形の計算手段２０３と、電流波形を元に電圧パルス幅を計算する手段２０４とを有する。
【００２６】
荷電粒子の入射条件の設定手段２０２は、拡散層データ３０１と荷電粒子情報データ３０２から、拡散層と荷電粒子の飛跡との相対位置関係や、荷電粒子のＬＥＴなどを決める。
【００２７】
電荷収集電流波形計算手段２０３は、与えられた荷電粒子入射条件での、端子電位固定条件における収集電流波形を算出する。
【００２８】
パルス幅計算手段２０４は、与えられた電流波形から電圧パルス幅を算出する。
【００２９】
次に、本実施の形態１にかかるエラー信号パルス幅の計算装置１００の動作について説明する。図２に、エラー信号パルス幅の計算装置１００の動作フローチャートを示す。
【００３０】
図２に示すように、まず、荷電粒子の入射条件の設定手段２０２を用いて、電荷収集を考慮すべき拡散層と発生した荷電粒子の飛跡との位置関係や、荷電粒子のＬＥＴを求める（Ｓ１１）。
【００３１】
次に、得られた入射条件で、端子電位が固定された条件における電荷収集電流波形を計算手段２０３によって算出する（Ｓ１２）。このとき、計算手段２０３は、予め計算された、特定の入射位置およびＬＥＴの条件で端子電位固定の条件で得られた電流波形データベース（データ群）３０３を参照して、補間等の操作により所望の条件での波形を求める。
【００３２】
次に、ステップＳ１２で求めた電流波形を用いて、モデルに従って電圧パルス幅を算出する（Ｓ１３）。
【００３３】
ここで、パルス幅の計算モデルについて、図１、図２、図３、図４、図５、図６を参照して詳しく説明する。但し、説明の単純化のため、図３に示すインバータセルＩＶ１を例にして説明する。図３に示すように、インバータセルＩＶ１は、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１と、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１と、入力端子ＩＮと、出力端子ＯＵＴとを有する。キャパシタＣ１は、出力端子ＯＵＴに付く負荷容量である。
【００３４】
ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１とＮＭＯＳトランジスタＭＮ１とは、電源電圧ＶＤＤを供給する電源端子ＶＤＤと、接地端子ＧＮＤとの間に直列接続される。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１とＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のそれぞれのゲートは、入力端子ＩＮが接続される。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１とＮＭＯＳトランジスタＭＮ１の中間ノードは、出力端子ＯＵＴに接続される。また、キャパシタＣ１は、上記中間ノードと接地端子ＧＮＤとの間に接続される。
【００３５】
入力端子ＩＮに印加される入力電位がロウレベルの場合、つまり出力端子ＯＵＴに印加される出力電位Ｖｏｕｔがハイレベル（ほぼ電源電圧ＶＤＤ）であって、電荷収集を考慮すべき拡散層が、出力端子ＯＵＴにつながっているＮＭＯＳトランジスタＭＮ１の拡散層である場合を前提に説明する。
【００３６】
図４に、この拡散層内に荷電粒子が入射した場合の図２のステップＳ１２で算出される電流波形を示す。図４中の電流波形２は、拡散層内に荷電粒子がほぼ垂直に入射した場合の電流波形である。また、この電流波形２は、出力電位Ｖｏｕｔが固定の条件における電荷収集電流波形である。なお、図４の電流波形１は、出力電位Ｖｏｕｔが電荷収集によって変動する場合の電荷収集電流波形の一例である。
【００３７】
図３のインバータセルＩＶ１の動作状態として、拡散層内に荷電粒子が入射した場合、図５に示すような出力電位Ｖｏｕｔが出力される。図５に示すように、出力電位Ｖｏｕｔは、ＶＤＤから一時的に低下した電位パルスとなる。これは、インバータセルＩＶ１の入力電位Ｖｉｎがロウレベルの場合、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１がオン状態であり、荷電粒子が入射したことによる電荷収集が収まってくると、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１から出力端子ＯＵＴへの供給電荷により電位が再びＶＤＤに回復するためである。以上のような電位パルスが生じるが、ここでは電位変動がＶＤＤ／２以上、つまり出力電位Ｖｏｕｔの電位がＶＤＤ／２以下となっている時間幅を電圧パルス幅と定義する。
【００３８】
図５に示すように、出力電位Ｖｏｕｔ、即ち電荷収集拡散層の電位が低下すると、電荷収集が抑制されるため、インバータセルＩＶ１の動作状態での電荷収集電流波形は図４の電流波形１のようになり、電流波形２よりも電流のパルスは小さくなる。そして、拡散層への電荷収集電流とＰＭＯＳトランジスタＭＰ１からの電荷供給電流とがつり合う電流値でほぼ一定の状態をしばらく保った後、減衰してゆく。例えば、回路シミュレータを用いて電圧パルス幅を算出するためには、電流波形１のような、インバータセルＩＶ１の動作状態での電荷収集電流波形を精度良く求める必要がある。そのためには、図１の電流波形計算手段２０３が参照する電流波形データベース３０３には、固定する端子電位（出力電圧Ｖｏｕｔ）を細かく変えた波形データが 含まれている必要がある。
【００３９】
一方、ここで説明するパルス幅計算モデルは、図４の電流波形２を用いる。この波形を求めるためには、電流波形データベース３０３は、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１に対しては、電荷収集拡散層に接続された端子電位（出力電圧Ｖｏｕｔ）が電源電圧ＶＤＤの条件での電流波形、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１に対しては、電荷収集拡散層に接続された端子電位（出力電圧Ｖｏｕｔ）が接地電圧ＧＮＤの条件での電流波形があれば十分である。
【００４０】
さて、パルス幅計算モデルにおいては、図４に示されているように、出力電位が変動する場合の電流波形１と、電位固定条件での電流波形２とで、裾の部分での波形はほぼ同じであると仮定する。また、電流波形１では、しばらくほぼ一定の電荷収集電流となるが、その間は、出力電位Ｖｏｕｔは図５に示すように、ほぼ接地電位近くで一定値となる。電荷収集電流は、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１からの供給電流とつり合っているので、一定の電荷収集電流は、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１の単位チャネル幅あたりのオン電流Ｉｏｎにチャネル幅Ｗを乗じた電流値Ｉｍｐ１で近似できる。
【００４１】
ここで、図６に電流波形２と上記Ｉｍｐ１との関係を説明するグラフを示す。電位Ｖｏｕｔの回復は、電荷収集電流がこのＩｍｐ１の電流値を下回り始める時刻（図６の時刻ｔ０）から始まるものとして、電流波形２を用いて求める。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１からの供給電流がその後しばらくはほぼ一定値を保つものと仮定すれば、この電流値と電荷収集電流との差分が電位回復に使われると考えられる。すると、図６に示したＳ１の面積がＣ・ＶＤＤ／２に等しくなる時刻ｔ１に電位がＶＤＤ／２まで回復すると考えることができる。なお、上記ＣはインバータセルＩＶ１の出力端子ＯＵＴに付く負荷容量Ｃ１の容量値である。
【００４２】
荷電粒子入射から電位がＶＤＤ／２まで低下するまでの時間は、拡散層を通過するような入射条件では電位が急峻に下がるので無視することができるが、拡散層から離れた位置を通過する条件では考慮した方が良い。そのためには、例えば、先の供給電流値を越える電荷収集電流が電位低下に寄与するものとして、図６のＳ２で示した面積がＣ・ＶＤＤ／２に等しくなる時刻ｔ２に電位がＶＤＤ／２まで低下するものと見積もる。このようにして、（ｔ１−ｔ２）をパルス幅の推定値として算出することができる。なお、Ｓ２がＣ・ＶＤＤ／２に届かない場合には、電位変動がＶＤＤ／２を越えないものと考えて、パルス幅は０とする。
【００４３】
以上のような、端子電位固定条件での電荷収集電流波形を元にしてパルス幅を算出する手段を用いることにより、図1の電荷収集電流波形データベース３０３として、細かく電圧を変えた条件での波形を用意する必要がなくなり、電流波形データ群の計算負荷が軽減される。また、簡便なモデルを利用するため、回路シミュレータを用いるよりも十分高速にパルス幅を計算可能である。このモデルによる計算を実行するために、図1のパルス幅計算手段２０４は、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１のオン電流やチャネル幅、電源電圧や負荷容量などの情報を、モデルパラメータ３０５を参照して得る。
【００４４】
なお、ここではインバータセルＩＶ１に荷電粒子が入射した場合のパルス幅計算方法について示したが、回路構成が似ているＮＯＲやＮＡＮＤセルに対しても同様のモデル化が可能である。ＯＲ、ＡＮＤ、ＸＯＲセル、及び、更に複雑なセルではインバータ等が多段に接続された構成となる。このため、電荷収集拡散層につながったノードでのパルス幅と出力ノードでのパルス幅に多少違いが生まれる可能性がある。そうした違いを考慮する場合の方法としては、例えば、パルスの立ち上がりと立ち下がりでの遅延の差をもとに補正したり、予め、回路シミュレータを用いてパルス幅の変化をパルスの幅や振幅を変えて見積もっておき、それに基づいて補正したりすることが考えられる。
【００４５】
次に、具体的な実施例について説明する。図７のフローチャートに、本発明の実施の形態１として説明したパルス幅の計算方法を核として構成された、パルス幅の出現頻度分布の計算手順を示す。このフローチャートにおいて、電圧パルス幅を算出するステップＳ４４に、発明の実施の形態１の方法が適用され、その前後の処理によって、モンテカルロ法によるパルス幅分布の算出が実現される。
【００４６】
まず、図７に示すように、電荷収集を考慮すべき拡散層を選ぶ（Ｓ４１）。例えば、インバータセルＩＶ１においては、出力端子ＯＵＴに接続された、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１の拡散層とＰＭＯＳトランジスタＭＰ１の拡散層が候補となる。
【００４７】
次に、モンテカルロ試行数Ｎを設定し、後述するステップＳ４３〜Ｓ４６間で前記試行数Ｎ回のループを開始する（Ｓ４２）。そして、このモンテカルロ法の試行が終了したら（Ｓ４６ＹＥＳ）、例えば、パルス幅区間ごとのパルス発生頻度としてパルス幅の発生頻度分布情報を生成する（Ｓ４７）。
【００４８】
ステップＳ４３〜Ｓ４６間でのモンテカルロ法の試行では、発生する荷電粒子の情報を生成する（Ｓ４３）。例えば、荷電粒子の発生原因として宇宙から地上に降り注ぐ中性子と半導体基板原子との衝突を考える場合、その衝突によって発生する荷電粒子の種類やエネルギー、飛散方向などが図1の荷電粒子情報データ３０２として保存される。
【００４９】
次に、図２に示した処理フローに従って電圧パルス幅を算出する（Ｓ４４）。ここで、図２のステップＳ１１では、荷電粒子情報データ３０２を用いて、パルス幅算出の元になる電荷収集電流波形を求めるために必要な、荷電粒子のＬＥＴ（単位長さあたりに発生させる電荷量）や電荷収集拡散層との相対位置を決定する。この電荷収集波形データベース３０３は特定のＬＥＴや相対位置での波形を持っており、補間操作などにより、荷電粒子の入射条件に対応する電流波形３０４が算出される。
【００５０】
拡散層との相対位置については、例えば、図８に示すように、荷電粒子の飛跡を、拡散層内のある点から測った距離Ｄと角度θでパラメータ化しておき、ＬＥＴ、Ｄ、θを変えた条件で計算した電流波形ベース３０３を用意しておく、といった方法が考えられる。図８で示した角度θは、荷電粒子の飛跡の、水平面に対する仰角に一致する。この仰角は、荷電粒子の飛跡と鉛直線とのなす角度を直角から差し引いた角度となるので、飛跡と鉛直線とのなす角度でパラメータ化してあっても構わない。なお、図８の図面中の符号３は半導体基板、符号４は酸化膜、符号５は拡散層、符号６は荷電粒子の軌跡を示している。
【００５１】
ステップＳ１３では、既に述べたようなモデルに従ってパルス幅を算出するが、モデルが前提としている仮定が十分に満たされない場合もある。これに対しては適切な補正を行って精度を向上させることができる。
【００５２】
例えば、モデルでは、図４に示しているように、出力電位が変動する条件での電荷収集電流波形１と、固定条件での電流波形２との波形の裾はほぼ同じと仮定している。しかし、出力電位Ｖｏｕｔが変動する条件では、電位変動のために電荷収集が抑制されており、電位固定条件では収集されてしまう電荷の一部が拡散層近傍に残って、遅れて収集される効果があるため、電流波形の裾が多少延びる。そこで、電位固定条件の電荷収集電流波形を元にパルス幅を推定する際に、電流波形を時間軸方向に適切な定数で引き延ばすと精度が向上する。
【００５３】
また、電位変動がＶＤＤ／２に達するまでの時間遅れを考慮するために、モデルでは図６に示したＳ２の面積がＣ・ＶＤＤ／２に達する時刻ｔ２を用いているが、電位変動の初期は、荷電粒子が入射していない方のトランジスタからの供給電流が小さいため、これをＩｏｎ・Ｗで見積もるのは少し過大評価になる。そこで、時刻ｔ２の算出時においては、ある定数αを掛けたα・Ｉｏｎ・ＷとしてＳ２を見積もる、という補正も考えられる。
【００５４】
また、Ｓ２がＣ・ＶＤＤに達しない場合は、電位変動がＶＤＤに届かないと考えられるが、モデルでは電位変動がＶＤＤ程度であることが前提であるので、なんらかの補正を行った方が良い。電位変動がＶＤＤ／２＋ΔＶ（ΔＶ＜ＶＤＤ／２）であるとし、電位変動のピーク近くで電位が二次関数的に変化すると仮定すると、パルス幅、すなわち電位変動がＶＤＤ／２を越えている時間幅はΔＶの平方根に比例する。そこで、例えば、Ｓ２がＣ・ＶＤＤに達しない場合に、元のモデルで得られたパルス幅に対して、（Ｓ２／Ｃ−ＶＤＤ／２）／（ＶＤＤ／２）の平方根を乗じる、といった補正が考えられる。
【００５５】
負荷容量Ｃについては、次段のゲート容量や配線などの寄生容量が主成分となるが、 次段に何もなくても、出力電位が変わる場合に見える容量成分、例えば接合容量などがあり、パルス幅計算モデルに当てはめる時にはこれらも負荷容量に含めた方が、精度が良い場合がある。
【００５６】
図９は、９０ｎｍノードのインバータセルにおいて、荷電粒子が基板表面に対して垂直に、拡散層近傍を通過した場合のパルス幅をＴＣＡＤ（Technology CAD）計算と、本実施の形態１で示したモデルを用いた計算とで比較したものである。黒丸は拡散層の中央を通過した場合、×印は拡散層の端から少し離れた位置（５０ｎｍと１５０ｎｍ）に入射した場合で、前者については、ＬＥＴを２０〜１６０ｆＣ／μｍ、負荷容量を１．２〜３０ｆＦの間で振り、後者については、ＬＥＴを３５〜１６０ｆＣ／μｍの間で振り、負荷容量を１．２ｆＦとしている。両者とも、電位回復の電荷を供給する側のトランジスタのチャネル幅として標準幅および その５倍にした場合を含んでいる。またＮＭＯＳトランジスタ拡散層への入射の場合とＰＭＯＳトランジスタ拡散層への入射の場合の両方の結果が含まれている。
【００５７】
このように、幅広い条件に対して本実施の形態１で示したモデルによって推定されたパルス幅はＴＣＡＤ計算による値とよく一致する。なお、ここに示したモデルによるパルス幅の算出においては、電流波形の裾の延びの補正のために、波形を時間軸方向にＮＭＯＳトランジスタ入射条件では約１．２倍、ＰＭＯＳトランジスタ入射条件では約１．４倍している。時刻ｔ２の算出時における供給電流の補正はしておらず、Ｓ２がＣ・ＶＤＤに届かない場合には前述のとおりの補正を行っている。
【００５８】
発明の実施の形態２
【００５９】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態２について、図面を参照しながら詳細に説明する。実施の形態１では、パルス幅の出現頻度分布を、多数の荷電粒子発生イベントに対して適用するモンテカルロ法で求める手順を示したが、本実施の形態２を利用することで、より効率的に計算することが可能になる。
【００６０】
この実施の形態２では、パルス幅の閾値Ｔｔｈ以上のパルスの発生率を算出する手段を提供する。閾値をずらしながらこの手法を適用することでパルス幅分布が算出できる。図１０に、その処理手順を示したフローチャートを示す。
【００６１】
まず、パルス幅の閾値Ｔｔｈを設定し（Ｓ２１）、それ以上のパルス幅の発生率を近似的に求めるために、ＬＥＴをＭ個の区間に分割する（Ｓ２２）。宇宙から地上に到達する中性子線と基板原子との衝突で生じる荷電粒子のＬＥＴは最大で１６０ｆＣ／μｍ程度である。また、小さいＬＥＴの荷電粒子では、ＶＤＤ／２以上の電位変動のパルスが生じないか、生じてもごく短いためにラッチ回路に到達したとしてもラッチしきれずにエラーとならない。そうしたことを考慮して、宇宙線中性子起因の荷電粒子に対しては、例えば、２０〜１６０ｆＣ／μｍの間を区間分割する。
【００６２】
このＭ個の区間に分割したそれぞれに対して、後述するステップＳ２４〜Ｓ３０をループさせる。そして、各区間のＬＥＴを持つ荷電粒子毎にＴｔｈを越えるパルスの発生率を計算して変数ｓに足しこみ（Ｓ２８）、Ｍ個の区間全て終了した場合（Ｓ３０ＹＥＳ）、パルス発生率としてｓを出力する（Ｓ３１）。なお、上記変数ｓの初期値は０とする（Ｓ２３）。
【００６３】
各区間では、区間内のＬＥＴの代表値を、例えば区間の中央値に決める（Ｓ２４）。そして、そのＬＥＴ値の荷電粒子の入射によって幅がＴｔｈ以上のパルスが発生するような感応領域を求める（Ｓ２５）。
【００６４】
例えば、図８に示すように、パラメータＤとθを変えた条件での電荷収集電流波形群が用意してあるとする。θ=90度、すなわち荷電粒子が垂直に入射する条件について、距離Ｄを変えてパルス幅計算モデルを用いてパルス幅を求めると、図１１に示すような、単調減少する特性が得られる。この特性から、幅がＴｔｈ以上のパルスが発生する限界の距離を得ることができる。この位置が拡散層の端からどのくらいの距離かを調べて、拡散層の四方にその距離を加えて得られる長方形で、感応領域の横幅方向の大きさを見積もることができる。
【００６５】
感応領域の深さに対しても、θ=0度、すなわち荷電粒子が水平に入射する条件を用いて見積もることができる。但し、図８のように、通常、活性領域はＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）で囲われているため、水平入射条件でパラメータＤとパルス幅との関係を求めると、図１２に示すように、ＳＴＩの底よりもやや深い位置でピークを持つような特性になる。これは、ＳＴＩ深さより浅い位置での入射では、収集可能な電荷が半導体領域にしか発生しないために発生電荷量が小さくなるためである。そこで、この場合はパルス幅がＴｔｈを越えている区間の幅Ｐで感応領域深さを見積もる。
【００６６】
こうして感応領域の横幅と深さが見積もることができれば、感応領域を矩形領域として推定できたことになる。さらに、中間的なθの場合に同様の見積りを行って、より詳細な形状として推定することもできる。しかし、矩形領域として推定する場合には、予め計算しておく電荷収集電流波形群として、荷電粒子の垂直入射条件と水平入射条件だけで済むという利点がある。
【００６７】
感応領域が求まったら、その領域内に荷電粒子が入射する頻度ｆを求める（Ｓ２６）。例えば、中性子と基板原子との衝突で荷電粒子がどの方向にも等確率で飛び出すと仮定すれば、荷電粒子の発生位置から感応領域を見た時の立体角に比例した確率で入射することになる。荷電粒子の発生位置は一様に分布するものと考えて、感応領域の立体角を様々な位置で計算し、その平均値に入射頻度が比例するものとして、簡便に入射頻度を見積もることができる。荷電粒子が飛び出す方向が等確率と近似できない場合は、立体角の計算時に適切な重みを掛けることで見積もりを行うことができる。
【００６８】
各区間内のＬＥＴを持つ荷電粒子の発生割合ｒを求め（Ｓ２７）、このｒと上記ｆを掛ければ、この区間の粒子による、Ｔｔｈ以上のパルスの発生頻度（パルス発生率）が得られる。なお、この割合ｒは、厳密には、感応領域を通過する荷電粒子の中での割合であるが、 発生した荷電粒子中での割合で見積もることもできる。飛程がごく短い荷電粒子はほとんど感応領域に入らないので、ある程度の飛程を有する荷電粒子中での割合で見積もるのが良い。
【００６９】
以上、ここで説明した計算法を用いてパルス幅分布を導出できる。実施の形態１で説明したモンテカルロ法のように、膨大な試行数が必要でないため、高速に計算することが可能である。
【００７０】
また、発生したパルスの中で、ある程度以上短いパルスはラッチ回路においてラッチしきれないためにエラーとならないが、モンテカルロ法では、そうしたイベントも含めた計算となるため、効率的でない。しかし、実施の形態２では、パルス幅の閾値を与えるので、そうした短いパルスの発生頻度計算を避けることができる。
【００７１】
発明の実施の形態３
【００７２】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態３について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１３に本実施の形態３にかかるエラー信号パルス幅の計算装置３００のブロック構成を示す。図１３に示すように、エラー信号パルス幅の計算装置３００は、記録媒体ないしは記憶装置９と、記憶装置８と、データ処理装置７とを有する。
【００７３】
記憶装置８は、実施の形態１における記憶装置１０２と同様の機能を有する。電荷収集を考慮すべき拡散層データ３０１、半導体基板内で発生する荷電粒子情報データ３０２、端子電位を固定した条件で計算された電荷収集電流波形データ群３０３、荷電粒子入射条件での電荷収集電流波形３０４、電流波形を元に電圧パルス幅を算出するためのモデルパラメタ３０５を格納する。
【００７４】
記録媒体ないしは記憶装置９には、パルス幅計算用プログラム１０が格納されている。パルス幅計算用プログラム１０は、データ処理装置７に読み込まれ、データ処理装置７の動作を制御する。データ処理装置７はパルス幅計算用プログラム１０の制御により以下の処理、すなわち実施の形態１におけるデータ処理装置１０１による処理と同一の処理を実行する。
【００７５】
電荷収集拡散層データ３０１から電荷収集を考慮すべき拡散層を選び、荷電粒子情報データ３０２から発生する荷電粒子の飛跡とＬＥＴとを決める。電荷収集を考慮すべき拡散層と発生した荷電粒子の飛跡との位置関係を求め、得られた荷電粒子の入射条件における、電荷を収集する拡散層の端子電位が固定された条件での電荷収集電流波形３０４を算出する。このとき、予め計算された、特定の入射位置およびＬＥＴの条件で 端子電位固定の条件で得られた電流波形データベース（データ群）３０３を参照して、補間等の操作により所望の条件での波形を求める。そして、電荷収集電流波形３０４を用いて、モデルパラメタ３０５を参照しながら、パルス幅の計算モデルに従って電圧パルス幅を算出する。
【００７６】
このように、実施の形態１を、パルス幅計算用プログラム１０によるデータ処理装置７の処理動作で実現することが可能である。
【００７７】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものでなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述したエラー信号パルス幅の計算装置３００は、図１４に示すようなＰＣ等の汎用的なコンピュータ４００で実現してもよい。図１４に示すようにコンピュータ４００は、ＣＰＵ４０１と、主メモリ４０２と、ＨＤＤ４０３と、ＲＯＭ４０４と、入出力装置４０５と、バス４０６とを有する。また、入出力装置４０５は、ネットワークを介してデータベース４０７に接続される。なお、ＲＯＭ４０４は、コンピュータ４００に固定されたＲＯＭチップでなく、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体でもかまわない。
【００７８】
上述した実施の形態３の記録媒体ないしは記憶装置９がＨＤＤ４０３もしくはＲＯＭ４０４に該当し、データ処理装置７がＣＰＵ４０１に該当する。記憶装置８が、ＨＤＤ４０３もしくはデータベース４０７に該当する。
【００７９】
ＨＤＤ４０３もしくはＲＯＭ４０４に格納されているパルス幅計算用プログラム１０が主メモリ４０２に展開され、ＣＰＵ４０１がそのプログラムに従ってエラー信号パルス幅の計算処理を行う。このプログラムの手順は実施の形態３と同様であるため、説明は省略する。このように、実施の形態１〜３を汎用のコンピュータを利用することで実現可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１００、３００  エラー信号パルス幅の計算装置
１０１  データ処理装置
１０２  記憶装置
２０１  パルス幅計算制御部
２０２  荷電粒子の入射条件の設定手段
２０３  電荷収集電流波形の計算手段
２０４  電流波形を元に電圧パルス幅を計算する手段
３０１  電荷収集を考慮すべき拡散層データ
３０２  半導体基板内で発生する荷電粒子情報データ
３０３  端子電位を固定した条件で計算された電荷収集電流波形データ群
３０４  荷電粒子入射条件での電荷収集電流波形
３０５  電流波形を元に電圧パルス幅を算出するためのモデルパラメタ
ＭＰ１  ＰＭＯＳトランジスタ
ＭＮ１  ＮＭＯＳトランジスタ
Ｃ１  キャパシタ
３  半導体基板
４  酸化膜
５  拡散層
６  荷電粒子の軌跡
７  データ処理装置
８  記憶装置
９  記憶媒体ないし記憶装置
１０  パルス幅計算用プログラム
【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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【図１４】
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