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1. (WO2018225136) PROCÉDÉ D'INSPECTION D'ERREUR LOGICIELLE, DISPOSITIF D'INSPECTION D'ERREUR LOGICIELLE ET SYSTÈME D'INSPECTION D'ERREUR LOGICIELLE
Document

明 細 書

発明の名称 ソフトエラー検査方法、ソフトエラー検査装置及びソフトエラー検査システム

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

非特許文献

0005  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0006   0007  

課題を解決するための手段

0008  

発明の効果

0009  

図面の簡単な説明

0010  

発明を実施するための形態

0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053  

符号の説明

0054  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

明 細 書

発明の名称 : ソフトエラー検査方法、ソフトエラー検査装置及びソフトエラー検査システム

技術分野

[0001]
 本発明は、ソフトエラー検査方法、ソフトエラー検査装置及びソフトエラー検査システムに関するものである。

背景技術

[0002]
 LSI(Large Scale Integration)等の半導体デバイスでは、放射線による誤動作、いわゆるソフトエラーが生じることが知られている。このようなソフトエラーは、インフラ系サーバやスパコンなどのミッションクリティカルな機器だけでなく、宇宙用や医療用等の耐放射線が求められる装置、FA(Factory Automation)機器や通信基地局機材等の24時間止められない装置においては、課題となっている。
[0003]
 一般に、ソフトエラーは欠陥が残らないため検査が困難である。具体的には、ソフトエラーの検査方法としては、高地でのランニング試験や加速器を使った試験等がある。加速器を使った試験は、更に、中性子やイオンをLSIチップの全面に照射する方法と、集光可能な電子やレーザを局所的に照射する方法とに分けられる。これらの方法のうち、レーザ評価法は、真空にする必要がないため小規模な機材で実現可能であり、また特定のメモリ領域を個別に評価できる点で優れている。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特表2011-504581号公報

非特許文献

[0005]
非特許文献1 : J.R.Schwank, and et al., IEEE Trans. Nucl. Sci., 57(2010)1827.

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0006]
 しかしながら、レーザ評価法では、レーザ光を照射することにより反転するメモリの反転位置が分かるだけで、ソフトエラーに関する耐久性(耐久年数)までは知ることはできない。
[0007]
 よって、半導体デバイスが受ける放射線の影響、特に耐久性を局所的に評価し、半導体デバイスのソフトエラーに関する耐久時間等を知ることのできるソフトエラー検査方法が求められている。

課題を解決するための手段

[0008]
 本実施の形態の一観点によれば、半導体デバイスにおけるソフトエラー検査方法において、前記半導体デバイスにレーザ光または電子線を照射し走査する工程と、前記半導体デバイスの前記レーザ光または前記電子線が照射されている領域ごとにビット反転の時間を測定し記憶する工程と、を有することを特徴とする。

発明の効果

[0009]
 開示のソフトエラー検査方法によれば、半導体デバイスのソフトエラーに関する耐久時間等を知ることができる。

図面の簡単な説明

[0010]
[図1] 第1の実施の形態におけるソフトエラー検査装置の構造図
[図2] 第1の実施の形態におけるソフトエラー検査方法のフローチャート
[図3] 第1の実施の形態におけるソフトエラー検査方法の説明図(1)
[図4] 第1の実施の形態におけるソフトエラー検査方法の説明図(2)
[図5] 第1の実施の形態におけるソフトエラー検査方法の説明図(3)
[図6] 第1の実施の形態におけるソフトエラー検査方法の説明図(4)
[図7] 第2の実施の形態におけるソフトエラー検査方法のフローチャート
[図8] 第2の実施の形態において得られた半導体デバイスの説明図
[図9] 第2の実施の形態におけるソフトエラー検査方法の説明図

発明を実施するための形態

[0011]
 実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
[0012]
 〔第1の実施の形態〕
 最初に、ソフトエラー及びソフトエラー検査方法の概要について説明する。高エネルギービームがLSIチップ内部に入射するとエネルギーが失われつつも進み続け、その飛跡に沿って電子・正孔対が生成される。これらの電荷が電極に移動してストレージノード内に流入し、閾値以上の電荷になると、それまで記録されていたビット内情報が反転する(0→1、または、1→0)。この現象はシングルイベントアップセット(SEU:Single Event Upset)と呼ばれ、LSIチップ内メモリの最大の誤動作要因である。
[0013]
 後述するように、本実施の形態においては、SEUを加速評価するためエネルギービームを用いているが、電子線等の荷電粒子と、レーザとではSEUの発生メカニズムが異なる。電子線等の荷電粒子の場合では、LSIチップに電子線等の荷電粒子を照射することにより、電離作用により電子・正孔対が生成される。これに対し、レーザの場合では、LSIチップにレーザ光を照射すると、二光子吸収といって2個の光子を同時に吸収する励起過程により、電子・正孔対が生成される。具体的には、光子によるエネルギーがSiのバンドギャップエネルギーである1.12eVを上回れば、間接遷移により電子・正孔対が生成される。このように、電子線等の荷電粒子とレーザでは電子・正孔対の発生メカニズムは異なるが、その後のSEUを誘起する過程は同じである。
[0014]
 電子をはじめとする荷電粒子の放射線によるソフトエラーは、線エネルギー付与(LET:Linear Energy Transfer:単位長さあたりに与えられるエネルギー量で放射線の線質を表す指標)で定量評価することができる。これに対し、レーザによる二光子吸収でソフトエラーが起こるエネルギー閾値P.Eは、LETを用いて、下記の数1に示す式により表される。
[0015]
[数1]


 荷電粒子放射線による照射と二光子吸収によるレーザ照射とは、数1に示される式の関係を有しているため、便宜上、以下の説明では、LETとして説明を行う。
[0016]
 電子線等の荷電粒子やレーザの照射条件のパラメータとしては様々なものが挙げられ、例えば、エネルギー、パワー、線量率、ドーズ、周波数、パルス幅、デューティ比等である。これらの照射条件のパラメータを変化させると、結果的に材料に与えるLETが変化する。照射条件は、与えたエネルギーの総量だけが問題となるのではなく、例えば、実際にビット反転測定を行うと再反転現象による回復現象が、しばしば発生するが、このような回復現象はパルス幅やデューティ比などに大きく依存する。そのため、様々な照射条件でメモリのビット情報を記録することが、耐久性評価の上で重要となる。尚、照射条件としては、例えば、レーザのエネルギ密度が0.02J/cm 、中心波長が1560nm、パワーが340mW、周波数が80MHz等である。
[0017]
 レーザ照射の場合、レーザ光学系を用いて数マイクロメートルまで集光されたレーザを試料となる半導体デバイスであるLSIチップに照射する。また、電子線照射の場合では走査型電子顕微鏡(SEM)を用いてもよい。いずれの場合も、LSIチップのある座標位置に、特定の照射条件でレーザまたは電子線等の荷電粒子を照射し、照射している間のLSIのメモリのビット情報の時間的変化を記録する。再反転なども考慮して十分な時間照射したら、エネルギービームまたは試料となる半導体デバイスであるLSIチップの位置を動かし同様な処理を繰り返す。
[0018]
 大気放射線に対するレーザ照射または電子線照射の加速係数は、予め標準試料となるメモリを用いて各照射条件で算出しておいてもよい。加速係数はエラー発生頻度を照合することで値が算出できる。エネルギービーム照射による耐久性(耐久時間)マップは、ビット反転までに要した照射時間と、加速係数との積により算出することができる。この耐久時間マップを単位時間当たりの量に変換するとエラー発生頻度マップとなる。
[0019]
 これらのマップが得られたならば、次に、半導体デバイスとして不具合が生じないようにメモリの運用方法を調整してもよい。運用方法は様々なケースが想定されるが、例えば、評価されているLSIチップが、エラー発生頻度の仕様を満たすか否かを判断してもよい。このとき、仕様を満たしていないエラー発生頻度領域を色付けするなどして可視化してもよい。また、LSIチップ内に存在する仕様を満たしていない領域の個数を数えて、そのLSIチップの耐久性グレードとしてもよい。
[0020]
 また、使用環境等に応じてメモリの割当てを最適化してもよい。放射線が材料に入射すると、入射位置を中心に電荷が発生するので、入射位置に近いメモリが反転しやすくなると考えられる。このため、全体的に平均化する場合は、耐久性の低い位置(番地)同士では、割当てられないように組合せを調整してもよい。また、低い耐久性の番地を用いることなく、高い耐久性の番地のみを組合せる調整してもよい。
[0021]
 (ソフトエラー検査装置及びソフトエラー検査システム)
 次に、第1の実施の形態におけるソフトエラー検査装置について説明する。図1は、本実施の形態におけるソフトエラー検査装置及びソフトエラー検査システムを示す。本実施の形態におけるソフトエラー検査装置は、走査ステージ20、照射源30、走査制御部21、照射制御部31、測定器40、制御部50等を有している。制御部50は、情報処理部51、記憶部52、表示部53、入力部54等を有している。
[0022]
 検査対象となる試料である半導体デバイス10は、LSIチップ等であり、このような半導体デバイス10は走査ステージ20の上に設置され、走査ステージ20により2次元、即ち、X軸方向及びY軸方向に動かすことができる。走査ステージ20は、走査制御部21により制御される。
[0023]
 照射源30は、半導体デバイス10に照射されるレーザ光を出射するものであり、照射制御部31により制御される。本実施の形態においては、照射源30からレーザ光が出射される場合について説明するが、電子線等の荷電粒子が出射されるものであってもよい。半導体デバイス10がシリコンにより形成された半導体デバイスである場合には、シリコンにおいて二光子吸収が生じる波長領域が1100nm~2100nmであるため、例えば、照射源30より出射されるレーザの波長は、約1500nmである。
[0024]
 測定器40は、テスタ等であり、半導体デバイス10の端子に接続されており、半導体デバイス10内に記憶されている情報の変化を測定することができる。
[0025]
 制御部50は、本実施の形態におけるソフトエラー検査装置全体の制御及びソフトエラー検査方法に関する情報処理動作を行う。情報処理部51には、情報を記憶する記憶部52、必要な情報を表示するための表示部53、情報処理部51に情報を入力するための入力部54等が接続されている。本実施の形態においては、制御部50における制御により、以下に説明するソフトエラー検査方法を実行することができるソフトエラー検査システムとなっている。
[0026]
 (ソフトエラー検査方法)
 次に、本実施の形態におけるソフトエラー検査方法について、図2に基づき説明する。本実施の形態におけるソフトエラー検査方法の検査の対象となる半導体デバイス10は、SRAM(Static Random Access Memory)、フラッシュメモリ、FPGA(field-programmable gate array)、ASIC(application specific integrated circuit)等である。
[0027]
 最初に、ステップ102(S102)において、照射されるレーザの照射条件を設定する。具体的には、予め、LET、エネルギー、線量率、線量、パルス幅、周波数、デューティ比等のパラメータを考慮して、1または複数の照射条件を選択し、選択された照射条件の内の1つを照射条件として設定する。ここで、エネルギーとは、レーザのエネルギーである。線量率は、フラックスとも呼ばれ、単位時間、単位面積当たりの光子の数である。線量は、ドーズとも呼ばれ、単位面積当たりの光子の数である。パルス幅、周波数、デューティ比は、照射されるレーザパルスのパルス幅、パルスの周波数、パルスのデューティ比を意味している。
[0028]
 次に、ステップ104(S104)において、設定された照射条件で、試料となる半導体デバイス10に、所定の時間、レーザ光を照射する。具体的には、設定されている条件で、図3に示されるように、半導体デバイス10の所定の位置にレーザ光を所定の時間照射する。
[0029]
 次に、ステップ106(S106)において、レーザ光が照射されている位置のビット情報の時系列データを測定し、記憶部52等に記憶する。具体的には、図3に示されるように、レーザ光が照射されている状態で、テスタ等の測定器40により、レーザ光が照射されている位置のビット情報の時系列データ、即ち、ビット情報の時間的変化を測定し、記憶部52等に記憶する。図4は、測定器40により検出されたレーザ光が照射されている位置のビット情報の時系列データを示す。図4(a)は、レーザ光の照射開始より、時間t が経過した時点で、ビット情報が0→1に反転している様子を示す。図4(b)は、レーザ光の照射開始より、時間t が経過した時点で、ビット情報が0→1に反転している様子を示す。図4(c)は、レーザ光の照射開始より、時間t が経過した時点で、ビット情報が0→1に反転し、更に、時間t が経過した時点で、ビット情報が1→0に再反転している様子を示す。
[0030]
 次に、ステップ108(S108)において、レーザ光による走査が終了したか否かが判断される。具体的には、本実施の形態におけるソフトエラー検査方法では、半導体デバイス10の所定の領域を走査して検査を行うため、半導体デバイス10において、レーザ光による走査が終了したか否か?、即ち、所定の領域の検査が終了したか否か?が判断される。レーザ光による走査が終了した場合には、ステップ110に移行し、レーザ光による走査が終了していない場合には、レーザ光の照射位置を移動して、ステップ104に移行し、ステップ104及びステップ106を繰り返す。
[0031]
 次に、ステップ110(S110)において、次の照射条件があるか否かが判断される。具体的には、ステップ102において、1または複数の照射条件が設定されているが、設定されている照射条件で、まだ行っていない測定条件があるか否かが判断される。次の照射条件がある場合には、ステップ102に移行し、次の照射条件を設定して、ステップ104及びステップ106を繰り返す。次に照射条件がない場合には、ステップ112に移行する。
[0032]
 次に、ステップ112(S112)において、得られた結果に基づき各々の照射条件における半導体デバイス10のビット情報の時間変化マップを作成する。具体的には、図5に示されるように、x、y、tの3次元のビット情報の時間変化マップを、各々の照射条件ごとに作成する。
[0033]
 次に、ステップ114(S114)において、耐久時間マップを作成する。具体的には、図5に示されるように、各々のビット位置において反転までに要した時間に、所定の加速係数を乗じ、各々のビット位置における耐久時間を算出し、2次元化することにより、図6に示すような耐久時間マップを得る。
[0034]
 次に、ステップ116(S116)において、ステップ114において得られた耐久時間マップに基づき、検査対象となる半導体デバイス10が、所定の基準を満たすか否かが判断される。例えば、耐久時間が5年以上の領域が90%以上であるか否かが判断される。所定の基準を満たす場合には、ステップ118に移行し、所定の基準を満たさない場合には、アラートが発せられ、その半導体デバイス10は不良品として扱われ終了する。
[0035]
 次に、ステップ118(S118)において、耐久時間マップに基づき、検査された半導体デバイス10のランク分けを行う。具体的には、耐久時間が5年以上の領域が、97%以上である場合にはAランク、97%未満94%以上である場合にはBランク、94%未満90%以上である場合にはCランクのようなランク分けを行い終了する。
[0036]
 以上により、本実施の形態におけるソフトエラー検査方法は終了する。
[0037]
 本実施の形態におけるソフトエラー検査方法によれば、半導体デバイスの各々の領域ごとのソフトエラーに関する耐久時間を知ることができ、得られた耐久時間に基づき、半導体デバイスの良否の判断等を行うことができる。
[0038]
 〔第2の実施の形態〕
 次に、第2の実施の形態におけるソフトエラー検査方法について、図7に基づき説明する。本実施の形態におけるソフトエラー検査方法は、第1の実施の形態におけるソフトエラー検査装置を用いて行われる。
[0039]
 最初に、ステップ202(S202)において、照射されるレーザの照射条件を設定する。具体的には、予め、LET、エネルギー、線量率、線量、パルス幅、周波数、デューティ比等を考慮して、1または複数の照射条件を選択し、選択された照射条件のうちの1つを照射条件として設定する。
[0040]
 次に、ステップ204(S204)において、設定された照射条件で、試料となる半導体デバイス10に、所定の時間、レーザ光を照射する。
[0041]
 次に、ステップ206(S206)において、レーザ光が照射されている位置のビット情報の時系列データを測定し、記憶部52等に記憶する。
[0042]
 次に、ステップ208(S208)において、レーザ光による走査が終了したか否かが判断される。レーザ光による走査が終了した場合には、ステップ210に移行し、レーザ光による走査が終了していない場合には、レーザ光の照射位置を移動して、ステップ204に移行し、ステップ204及びステップ206を繰り返す。
[0043]
 次に、ステップ210(S210)において、次の照射条件があるか否かが判断される。次の照射条件がある場合には、ステップ202に移行し、次の照射条件に設定して、ステップ204及びステップ206を繰り返す。次に照射条件がない場合には、ステップ212に移行する。
[0044]
 次に、ステップ212(S212)において、得られた結果に基づき各々の照射条件における半導体デバイス10のビット情報の時間変化マップを作成する。
[0045]
 次に、ステップ214(S214)において、半導体デバイス10が使用される環境の放射線測定を行う。
[0046]
 次に、ステップ216(S216)において、ステップ214で得られた半導体デバイス10が使用される環境の放射線量とLETとを比較し、加速係数を算出する。例えば、レーザ照射時間の1秒間が、半導体デバイスが使用される環境の放射線1年(3.2×10 秒)分に相当する場合、加速係数は3.2×10 となる。
[0047]
 次に、ステップ218(S218)において、ステップ216で得られた加速係数を用いて耐久時間マップを作成する。具体的には、各々のビット位置において反転までに要した時間に、ステップ216において得られた加速係数を乗じ、各々のビット位置における耐久時間を算出し、2次元化することにより、耐久時間マップを得る。
[0048]
 次に、ステップ220(S220)において、ステップ218で得られた耐久時間マップに基づき、検査の対象となる試料である半導体デバイス10が、所定の基準を満たすか否かが判断される。所定の基準を満たす場合には、ステップ222に移行し、所定の基準を満たさない場合には、その半導体デバイス10は不良品となり終了する。
[0049]
 次に、ステップ222(S222)において、得られた耐久性に関する情報を半導体デバイスに記憶する。具体的には、図8に示すように耐久時間マップに関する情報を半導体デバイス10のメモリ領域11の一部の領域11aに記憶させてもよい。このように記憶された情報に基づき、半導体デバイス10を使用する際に、半導体デバイス10におけるメモリの割り当てを最適化することができる。また、半導体デバイス10において、耐久時間の短い低耐性領域の位置情報、または、耐久時間の長い高耐性領域の位置情報を半導体デバイス10のメモリ領域11の一部の領域11aに記憶させておいてもよい。このような低耐性領域及び高耐性領域等の位置情報は、半導体デバイス10がSRAM型のFPGA等の場合には、FPGAの外、即ち、外部記憶媒体であるフラッシュメモリやEEPROM等の半導体デバイスに記憶させてもよい。
[0050]
 半導体デバイス10において、使用する領域は、上記において得られたビットの反転時間に基づき設定してもよい。また、使用している経過時間や使用目的に対応して使用する領域を設定してもよい。具体的には、図9に示されるように、重要な処理を行う場合には、耐久時間の長い高耐性領域のビットを優先的に使用し、低耐性領域については連続的には割り当てないようにしてもよい。また、既に、半導体デバイスを使用中で、長期間経過している場合には、割り当てられた組み合わせを解除して、耐久時間が長くなるような組み合わせとなるようにしてもよい。更には、耐久時間の短い領域を避けて使用してもよい。このような割り当ては、半導体デバイス10が搭載されている装置を使用している人が行ってもよく、また、半導体デバイス10が搭載されている装置に、このような割り当てを行う機能が組み込まれているものであってもよい。
[0051]
 以上により、本実施の形態におけるソフトエラー検査方法は終了する。本実施の形態におけるソフトエラー検査方法によれば、半導体デバイスをソフトエラーを考慮して運用することができ、信頼性の高い情報処理を行うことができる。
[0052]
 尚、上記以外の内容については、第1の実施の形態と同様である。
[0053]
 以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

符号の説明

[0054]
10    半導体デバイス
20    走査ステージ
30    照射源
21    走査制御部
31    照射制御部
40    測定器
51    情報処理部
52    記憶部
53    表示部
54    入力部

請求の範囲

[請求項1]
 半導体デバイスにおけるソフトエラー検査方法において、
 前記半導体デバイスにレーザ光または電子線を照射し走査する工程と、
 前記半導体デバイスの前記レーザ光または前記電子線が照射されている領域ごとにビット反転の時間を測定し記憶する工程と、
 を有することを特徴とするソフトエラー検査方法。
[請求項2]
 記憶されているビット反転の時間に所定の加速係数を乗ずることにより耐久時間を算出する工程を有することを特徴とする請求項1に記載のソフトエラー検査方法。
[請求項3]
 前記所定の加速係数は、前記半導体デバイスが使用される環境の放射線量と、前記半導体デバイスに照射される前記レーザ光または前記電子線との関係より得られたものであることを特徴とする請求項2に記載のソフトエラー検査方法。
[請求項4]
 前記測定されたビット反転の時間の情報に基づき、前記半導体デバイスにおいて使用する領域を設定することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のソフトエラー検査方法。
[請求項5]
 前記使用する領域は、経過時間や使用目的に対応して設定することを特徴とする請求項4に記載のソフトエラー検査方法。
[請求項6]
 前記使用する領域、または、ビット反転の時間に関する情報は、前記半導体デバイスまたは前記半導体デバイスとは異なる半導体デバイスに記憶させることを特徴とする請求項4または5に記載のソフトエラー検査方法。
[請求項7]
 前記測定されたビット反転の時間の情報に基づき、前記半導体デバイスの良否を判断することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のソフトエラー検査方法。
[請求項8]
 前記レーザ光または前記電子線は、前記半導体デバイスに2次元状に走査して照射するものであって、各々の前記照射された領域における前記ビット反転の時間の情報を測定し記憶することを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のソフトエラー検査方法。
[請求項9]
 半導体デバイスが設置されるステージと、
 前記半導体デバイスに照射されるレーザ光または電子線を出射する照射源と、
 前記半導体デバイスに接続され、前記レーザ光または前記電子線が照射されている領域のビット反転を測定する測定器と、
 前記測定器により測定された前記半導体デバイスの前記レーザ光または前記電子線が照射されている領域ごとのビット反転の時間を記憶する制御部と、
 を有することを特徴とするソフトエラー検査装置。
[請求項10]
 前記制御部は、記憶されているビット反転の時間に所定の加速係数を乗ずることにより耐久時間を算出することを特徴とする請求項9に記載のソフトエラー検査装置。
[請求項11]
 請求項9または10に記載のソフトエラー検査装置を含み、前記制御部により制御がなされることを特徴とするソフトエラー検査システム。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]