ホットキャリアによるマイコンの不良：ハイレベルマイコン講座【ホットキャリア編】（3/4 ページ）

すでにマイコンを使い込まれている上級者向けの技術解説の連載「ハイレベルマイコン講座」。今回は、マイコン内のMOSFET（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ：Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：以下MOS）で生じる不良の1つ「ホットキャリア注入（Hot Carrier Injection：以下HCI）」について、その発生原因やマイコンに与える影響などを解説する。

[STマイクロエレクトロニクス，EDN Japan]

マイコン内でHCIが発生する場所

　マイコン内部のロジック回路などでは、LDD構造のMOSが使われているため、HCIによる不良は発生しない（図6）

図6：マイコンの内部構造
STM32F429リファレンスマニュアルから抜粋［クリックで拡大］

　そのため、HCIの不良が発生する回路は、LDD構造を使えない回路になる。マイコンメーカーによって製造工程やMOS構造が異なるため、一概にはいえないが、例えばアナログ回路や汎用IOのドライバーMOSなどが挙げられる。

　アナログ回路でLDDを使うと、チャネル領域にイオン濃度の異なる領域が存在するため、アナログ特性を調整するのが難しい。よって、一般的にアナログ回路ではSDが使われる。

　また、汎用IOのドライバーMOSは、LED（Light Emitting Diode）などをドライブする必要があるため、SDを使用する。LDDは、チャネル領域に流れる電流を制限することによってHCIの発生を防いでいるため、ドライブ能力が落ちて電流不足になる可能性がある。LDDで電流を制限する分、MOSを大きくすれば良いのだが、その場合コストアップにつながってしまう。

　さらに補足すると、HCIが発生するのは主にNMOSで、PMOSでは発生しない。厳密にいえば、理論的にはPMOSでも発生するが、実際には発生しない。プロセス開発時にHCIの耐性を試験する際は強制的に発生させるが、それ以外で発生することは、まずない。

　ここで誤解を招かないように再度、以下のことを指摘しておく。

• HCIによる不良は、正常なマイコンを仕様内で使用すれば発生しない。
• HCI不良への対策は、マイコンのプロセス開発時と製品開発時に施されており、製品として出荷されるマイコンでは発生しない。
• 万が一発生した場合は、「何かしらの問題発生、または仕様外の条件で使用した場合」と考えられる。