光学干渉非接触温度計測法によるデバイス自己発熱過程のイメージング技術に関する研究

本研究は光学干渉非接触温度計測法（Optical Interference Contactless Thermometry : OICT）の原理を拡張し、半導体デバイス内部における熱拡散過程を三次元・マイクロ秒時間分解で可視化するOICTイメージング技術を構築するとともに、半導体デバイスの自己発熱が引き起こす特性劣化や、熱暴走に至る過程の熱的挙動を明らかにし、高信頼性デバイスのプロセス・設計・駆動法の指針提示に資する新たな計測技術の確立を目的とする。2022年度はOICTによるデバイスの自己発熱過程を観測するための測定システムの構築をおこなった。デバイスにパルス電圧印加して発生した自己発熱を背面から測定するシステムを独自に設計・製作した。OICTを適用するために、赤外光と可視光の２種類の光学系を構築し、シリコンおよびシリコンカーバイドのどちらのデバイスにも対応できるシステムを構築した。実際にシリコンMOSFETを作製し、OICTによる自己発熱過程の観測を試みた。チャネル長500um、チャネル幅300umのn型MOSFETにゲート電圧5Vを印加しつつ、40V～120V、１秒のパルス電圧をドレインに印加した。80Vではチャネル全体での比較的対称な形状をした干渉縞が観測された。一方、120Vではドレイン端側に偏った干渉縞形状となり、ソース側に向かって三角形をした予想外の形状が観測された。以上のことから、OICTシステムの構築という当初目的は達成された。

本研究は光学干渉非接触温度計測法（Optical Interference Contactless Thermometry : OICT）の原理を拡張し、半導体デバイス内部における熱拡散過程を三次元・マイクロ秒時間分解で可視化するOICTイメージング技術を構築するとともに、半導体デバイスの自己発熱が引き起こす特性劣化や、熱暴走に至る過程の熱的挙動を明らかにし、高信頼性デバイスのプロセス・設計・駆動法の指針提示に資する新たな計測技術の確立を目的とする。2022年度はOICTによるデバイスの自己発熱過程を観測するための測定システムの構築をおこなった。デバイスにパルス電圧印加して発生した自己発熱を背面から測定するシステムを独自に設計・製作した。OICTを適用するために、赤外光と可視光の２種類の光学系を構築し、シリコンおよびシリコンカーバイドのどちらのデバイスにも対応できるシステムを構築した。実際にシリコンMOSFETを作製し、OICTによる自己発熱過程の観測を試みた。チャネル長500um、チャネル幅300umのn型MOSFETにゲート電圧5Vを印加しつつ、40V～120V、１秒のパルス電圧をドレインに印加した。80Vではチャネル全体での比較的対称な形状をした干渉縞が観測された。一方、120Vではドレイン端側に偏った干渉縞形状となり、ソース側に向かって三角形をした予想外の形状が観測された。以上のことから、OICTシステムの構築という当初目的は達成された。