JP2003110114A - Device simulation method for semiconductor element and semiconductor element using the same - Google Patents

Device simulation method for semiconductor element and semiconductor element using the same

Info

Publication number
JP2003110114A
JP2003110114A JP2001305758A JP2001305758A JP2003110114A JP 2003110114 A JP2003110114 A JP 2003110114A JP 2001305758 A JP2001305758 A JP 2001305758A JP 2001305758 A JP2001305758 A JP 2001305758A JP 2003110114 A JP2003110114 A JP 2003110114A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mesh
semiconductor
width
semiconductor device
simulation method
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001305758A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mutsumi Kimura
睦 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2001305758A priority Critical patent/JP2003110114A/en
Publication of JP2003110114A publication Critical patent/JP2003110114A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor element having an optimized device structure which includes at lease one interface between a semiconductor and an insulator or a grain boundary made between semiconductor crystal grains. SOLUTION: In setting a simulation mesh for determining a device parameter for designing a device, the interface or the grain boundary (13) is expressed by an extremely small region (14), a defect level is set in the extremely small region, potential distribution is calculated by setting the mesh width adjacent to the extremely small region at 10% or below of the mesh width of the extremely small region, and the device parameter is determined based on the calculated potential distribution.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子に関
し、特に、活性層に多結晶半導体を用いた薄膜トランジ
スタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a thin film transistor using a polycrystalline semiconductor in an active layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】多結晶薄膜トランジスタは、活性層に多
結晶半導体を用いた半導体素子であって、液晶ディスプ
レイやエレクトロルミネッセンスディスプレイに代表さ
れる軽量・薄型の表示装置やスキャナ等の装置を実現す
るためのデバイスとして広く用いられている。
2. Description of the Related Art A polycrystalline thin film transistor is a semiconductor element using a polycrystalline semiconductor in an active layer, and is used to realize a light and thin display device represented by a liquid crystal display or an electroluminescence display, and a device such as a scanner. Widely used as a device.

【0003】一般に、半導体素子の製造に先立ち、半導
体デバイスの構造や使用する材料の物性値等をパラメー
タとしてデバイス特性を予測したり、デバイスとしての
動作を解析したりするデバイスシミュレーションが行な
われ、その結果に基づいて最終的なデバイス構造や製造
条件等が決定される。
In general, prior to the manufacture of semiconductor elements, device simulation is performed in which the device characteristics are predicted using the structure of the semiconductor device and the physical properties of the materials used as parameters, and the operation of the device is analyzed. The final device structure, manufacturing conditions, etc. are determined based on the result.

【0004】従って、多結晶薄膜トランジスタに対して
も開発段階でのデバイス特性予測が高精度で可能となれ
ばデバイス構造最適化のための有用なツールと成り得る
と期待されるものの、これまでは多結晶薄膜トランジス
タに対する有効なデバイスシミュレーション方法が提案
されておらず、その結果、所望のデバイス特性を有する
トランジスタの構造や製造条件の決定が困難であるとい
う問題があった。
Therefore, even if it is possible to predict the device characteristics in the development stage with high accuracy even for a polycrystalline thin film transistor, it is expected that it can be a useful tool for optimizing the device structure. An effective device simulation method for a crystalline thin film transistor has not been proposed, and as a result, there is a problem that it is difficult to determine the structure and manufacturing conditions of a transistor having desired device characteristics.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の発明者が、従
来のデバイスシミュレーション方法を多結晶薄膜トラン
ジスタに適用する場合の問題点について詳細な検討を行
った結果、多結晶薄膜トランジスタのデバイス構造等の
決定には、半導体と絶縁膜との界面及び/又は活性層中
に高密度で存在している欠陥準位を考慮して結晶中での
キャリア輸送現象を正しく取り扱った上でデバイス構造
等を決定することが極めて重要であるということが判明
した。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The inventor of the present invention has made a detailed study on the problems in applying the conventional device simulation method to a polycrystalline thin film transistor, and as a result, determined the device structure of the polycrystalline thin film transistor. In order to determine the device structure, etc., the carrier transport phenomenon in the crystal is correctly handled in consideration of the defect level existing at a high density in the interface between the semiconductor and the insulating film and / or in the active layer. Has proved to be extremely important.

【0006】そこで、本発明の目的は、上記欠陥準位に
よるキャリア捕獲現象を正確に取り扱うデバイスシミュ
レーションに基づいてデバイスパラメータを決定して設
計された多結晶薄膜トランジスタを提供することであ
る。
Therefore, an object of the present invention is to provide a polycrystalline thin film transistor designed by determining device parameters based on a device simulation that accurately handles the carrier trapping phenomenon due to the above defect level.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の半導体素子のデバイスシミュレーション方法
は、半導体と絶縁体との界面又は多結晶半導体中の粒界
を少なくとも1つ含む半導体素子のデバイスシミュレー
ション方法であって、半導体素子のモデルを2次元又は
3次元構造のメッシュに分割して上記界面又は上記粒界
を上記メッシュの微小領域で表現し、上記微小領域内に
欠陥準位を設定し、各メッシュで電位方程式やキャリア
連続方程式等の物理方程式を解くようにした、ものにお
いて、上記微小領域のメッシュの幅よりも上記微小領域
に隣接するメッシュの幅の方が狭く設定される、ことを
特徴とする。
In order to achieve the above object, a method for simulating a device of a semiconductor device according to the present invention is directed to a semiconductor device including at least one grain boundary in an interface between a semiconductor and an insulator or in a polycrystalline semiconductor. A device simulation method, in which a model of a semiconductor device is divided into a mesh having a two-dimensional or three-dimensional structure, the interface or the grain boundary is represented by a minute area of the mesh, and a defect level is set in the minute area. Then, the physical equations such as the potential equation and the carrier continuity equation are solved in each mesh, in which the width of the mesh adjacent to the minute region is set narrower than the width of the mesh of the minute region, It is characterized by

【0008】かかる方法によれば、半導体素子のデバイ
スシミュレーション方法の高精度化が実現可能となる。
According to such a method, it is possible to realize a highly accurate device simulation method for a semiconductor device.

【0009】好ましくは、上記微小領域のメッシュの幅
に対して上記微小領域に隣接するメッシュの幅が10%
以下に設定される。それにより、より確実に半導体素子
のデバイスシミュレーション方法の高精度化が実現でき
る。
Preferably, the width of the mesh adjacent to the minute area is 10% of the width of the mesh of the minute area.
It is set below. As a result, the accuracy of the device simulation method of the semiconductor element can be more reliably realized.

【0010】好ましくは、上記微小領域から離れるにつ
れて上記微小領域に隣接するメッシュからメッシュ幅が
連続的に変化するように設定される。それにより、半導
体素子のデバイスシミュレーション方法の高収束性化が
実現可能となる。
Preferably, the mesh width is continuously changed from the mesh adjacent to the minute area as the distance from the minute area increases. As a result, high convergence of the device simulation method for semiconductor devices can be realized.

【0011】好ましくは、上記微小領域から離れるにつ
れて上記微小領域に隣接するメッシュからメッシュ幅が
連続的に変化しかつ互いに隣接するメッシュ同士の幅の
比が0.5から2の範囲内となるように設定される。そ
れにより、より確実に、半導体素子のデバイスシミュレ
ーション方法の高収束性化が実現できる。
[0011] Preferably, the mesh width continuously changes from the mesh adjacent to the minute area as the distance from the minute area increases, and the width ratio of the meshes adjacent to each other is within the range of 0.5 to 2. Is set to. As a result, the convergence of the device simulation method of the semiconductor element can be more reliably realized.

【0012】好ましくは、各メッシュの電位方程式やキ
ャリア連続方程式等の物理方程式を解くために有限要素
法を用いる。それにより、有限要素法を用いる半導体素
子のデバイスシミュレーション方法の高精度化・高収束
性化が実現可能となる。
Preferably, the finite element method is used to solve the physical equations such as the potential equation of each mesh and the carrier continuity equation. As a result, it is possible to realize a highly accurate and highly convergent device simulation method for semiconductor devices using the finite element method.

【0013】好ましくは、各メッシュの電位方程式やキ
ャリア連続方程式等の物理方程式を解くために差分法を
用いる。それにより、差分法を用いる半導体素子のデバ
イスシミュレーション方法の高精度化・高収束性化が実
現可能となる。
Preferably, the difference method is used to solve the physical equations such as the potential equation of each mesh and the carrier continuity equation. As a result, it is possible to realize a highly accurate and highly convergent device simulation method for semiconductor devices using the difference method.

【0014】また、本発明の半導体素子は、半導体と絶
縁体との界面又は半導体結晶粒間の粒界を少なくともひ
とつ含む半導体素子であって、デバイスパラメータ決定
のためのシミュレーション用メッシュの設定において、
上記界面及び/又は上記粒界を微小領域で表現し、上記
微小領域内に欠陥準位を設定し、上記微小領域に隣接す
るメッシュ幅を上記微小領域のメッシュ幅の10%以下
に設定してポテンシャル分布を算出し、上記算出された
ポテンシャル分布を基にデバイスパラメータを決定して
設計される。
Further, the semiconductor element of the present invention is a semiconductor element including at least one of an interface between a semiconductor and an insulator or a grain boundary between semiconductor crystal grains, and in setting a simulation mesh for determining device parameters,
The interface and / or the grain boundary is expressed by a minute area, a defect level is set in the minute area, and the mesh width adjacent to the minute area is set to 10% or less of the mesh width of the minute area. The potential distribution is calculated, and device parameters are determined based on the calculated potential distribution to design.

【0015】好ましくは、上記メッシュは互いに隣接す
るメッシュ幅の比が0.5以上2.0以下となるように
設定される。
Preferably, the meshes are set such that the ratio of mesh widths adjacent to each other is 0.5 or more and 2.0 or less.

【0016】かかる取り扱いにより、欠陥準位によるキ
ャリア捕獲現象を正確に取り扱うデバイスシミュレーシ
ョンに基づいてデバイスパラメータを決定して設計され
た半導体素子の提供が可能となる。
By such handling, it becomes possible to provide a semiconductor element designed by deciding device parameters based on a device simulation that accurately handles the carrier trapping phenomenon due to the defect level.

【0017】また、好ましくは、本発明の半導体素子は
活性層に多結晶シリコンを用いた多結晶薄膜トランジス
タであり、より好ましくは活性層の多結晶化をレーザー
結晶化のプロセスにより行って作製された多結晶薄膜ト
ランジスタである。
Further, preferably, the semiconductor device of the present invention is a polycrystalline thin film transistor using polycrystalline silicon for an active layer, and more preferably, the active layer is polycrystallized by a laser crystallization process. It is a polycrystalline thin film transistor.

【0018】かかる構成とすることにより、結晶粒界で
のキャリア捕獲現象がデバイス設計上特に重要であるレ
ーザ結晶化多結晶薄膜トランジスタにおいて、最適化さ
れたデバイス構造を有する素子の提供が可能となる。
With such a structure, it is possible to provide an element having an optimized device structure in a laser crystallized polycrystalline thin film transistor in which the carrier trapping phenomenon at the crystal grain boundary is particularly important in device design.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の半導体素子の内容について詳述する。 (欠陥準位の取り扱い)図4は、活性層に多結晶半導体
を用いて構成した多結晶薄膜トランジスタの構造断面図
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The contents of a semiconductor device of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. (Handling of Defect Levels) FIG. 4 is a structural cross-sectional view of a polycrystalline thin film transistor having an active layer made of a polycrystalline semiconductor.

【0020】多結晶薄膜トランジスタは、基板1上にC
VD法等により成長させた多結晶膜に、ゲート領域、ソ
ース領域5、及びドレイン領域6を形成し、該多結晶膜
上には熱酸化法等で成長させたゲート絶縁膜3が形成さ
れている。そして、該ゲート絶縁膜上にはゲート電極4
が形成され、ゲート電極4下の多結晶膜をゲート領域と
して動作させる。
The polycrystalline thin film transistor has C on the substrate 1.
A gate region, a source region 5 and a drain region 6 are formed on a polycrystalline film grown by the VD method or the like, and a gate insulating film 3 grown by a thermal oxidation method or the like is formed on the polycrystalline film. There is. The gate electrode 4 is formed on the gate insulating film.
Is formed, and the polycrystalline film under the gate electrode 4 is operated as a gate region.

【0021】図4において、基板1からゲート絶縁膜3
に向けて多結晶半導体膜中を斜めに貫通する直線は、相
互に結晶方位の異なる半導体結晶によって形成される結
晶粒界12である。単結晶薄膜トランジスタと比較した
場合の多結晶薄膜トランジスタの特徴の一つは、トラン
ジスタを形成する半導体膜が多結晶で構成されているた
めに半導体膜中には相互に結晶方位が異なる結晶粒が存
在し、その結果各結晶粒間には結晶粒界12が存在する
ということである。
In FIG. 4, from the substrate 1 to the gate insulating film 3
A straight line that obliquely penetrates through the polycrystalline semiconductor film toward is a crystal grain boundary 12 formed by semiconductor crystals having different crystal orientations. One of the characteristics of the polycrystalline thin film transistor when compared with the single crystal thin film transistor is that since the semiconductor film forming the transistor is made of polycrystal, crystal grains having different crystal orientations exist in the semiconductor film. As a result, the crystal grain boundaries 12 exist between the crystal grains.

【0022】一般に、結晶粒界はキャリアの欠陥準位密
度が高く、トラップされたキャリアの電荷で、ポテンシ
ャルバリアが発生する(例えば、M.Kimura e
tal.、J.Appl.Phys.89(2001)
596)。すなわち、結晶粒界はキャリアの捕獲中心と
して作用し、結晶粒界近傍にはキャリアトラップが高密
度で存在することが知られており、一旦キャリアがトラ
ップに捕獲されると捕獲されたキャリアのもつ電荷分だ
け局所的に電荷が蓄積された状態となって、いわゆるポ
テンシャルバリアが形成される。そして、キャリアの捕
獲によって結晶粒界近傍にポテンシャルバリアが形成さ
れると、このポテンシャルバリアよりも低い熱励起エネ
ルギを持った自由キャリアは結晶粒界を通過することが
できない。
In general, the grain boundary has a high density of carrier defect levels, and a potential barrier is generated by the charges of the trapped carriers (for example, M. Kimura e).
tal. J. Appl. Phys. 89 (2001)
596). That is, it is known that the crystal grain boundaries act as trap centers for carriers, and that carrier traps exist at high density in the vicinity of the crystal grain boundaries. The so-called potential barrier is formed by locally accumulating electric charges by the amount of electric charges. When a potential barrier is formed in the vicinity of the crystal grain boundary due to the capture of carriers, free carriers having lower thermal excitation energy than the potential barrier cannot pass through the crystal grain boundary.

【0023】また、薄膜トランジスタは、結晶半導体素
子と比較した場合に、半導体と絶縁膜との界面に欠陥準
位が高密度で存在するという他の特徴を有する。
Further, the thin film transistor has another feature that defect levels are present at a high density at an interface between a semiconductor and an insulating film, as compared with a crystalline semiconductor element.

【0024】この半導体と絶縁膜との界面に存在する欠
陥準位は、自由キャリアをトラップして荷電することに
より、本来であればゲート電極から出発して半導体内に
入って自由キャリアを生成するように作用する電気力線
を、半導体と絶縁膜との界面で終端させる。このため、
半導体内の自由キャリアが相対的に減少する結果となる
(例えば、M.Kimura et al.、 Jp
n.J.Appl.Phys.40(2001)11
2)。
The defect level existing at the interface between the semiconductor and the insulating film traps free carriers and charges them, so that the carriers normally start from the gate electrode and enter the semiconductor to generate free carriers. The electric lines of force acting in this way are terminated at the interface between the semiconductor and the insulating film. For this reason,
This results in a relative decrease in free carriers in the semiconductor (see, for example, M. Kimura et al., Jp.
n. J. Appl. Phys. 40 (2001) 11
2).

【0025】従って、多結晶薄膜トランジスタの設計を
行なう際のデバイスシミュレーションにおいては、結晶
粒界や半導体と絶縁膜の界面に存在する欠陥準位を充分
に考慮することによりはじめて高精度のシミュレーショ
ンを行なうことができる。
Therefore, in device simulation when designing a polycrystalline thin film transistor, high-precision simulation should be performed only by sufficiently considering the defect levels existing at the crystal grain boundaries and the interface between the semiconductor and the insulating film. You can

【0026】一般に、デバイスシミュレーションを実行
するためには、取り扱われる物理系を多数のメッシュで
分割し、各メッシュ毎に定まる境界条件が満足されるよ
うに演算を実行する。従って、上記メッシュをどのよう
に設定するかにより、シミュレーション結果の精度が定
まる。換言すれば、半導体中の結晶粒界や界面及びその
近傍領域でいかなるメッシュを設定するかによってデバ
イスシミュレーション方法としての有効性が定まる。
Generally, in order to execute a device simulation, a physical system to be handled is divided into a large number of meshes, and an operation is executed so that a boundary condition defined for each mesh is satisfied. Therefore, the accuracy of the simulation result is determined by how the mesh is set. In other words, the effectiveness as a device simulation method is determined by what kind of mesh is set in the crystal grain boundary in the semiconductor, the interface, and the region in the vicinity thereof.

【0027】図1は、従来法及び本発明の半導体素子の
設計で採用するデバイスシミュレーション用メッシュの
分割方法を示す図である。ここでは、半導体11と絶縁
体12との間にある界面13を想定しその近傍のメッシ
ュの分割方法を示しているが、多結晶を構成する結晶粒
の間にある粒界に対しても同様の取り扱いが可能であ
る。また、本図においては、界面13を微小領域14と
して表現し、微小領域14内に欠陥準位を設定してい
る。
FIG. 1 is a diagram showing a method of dividing a mesh for device simulation used in the conventional method and in the design of a semiconductor device of the present invention. Here, a method of dividing a mesh in the vicinity of the interface 13 between the semiconductor 11 and the insulator 12 is assumed, but the same applies to a grain boundary between crystal grains forming a polycrystal. Can be handled. Further, in this figure, the interface 13 is represented as a minute region 14, and a defect level is set in the minute region 14.

【0028】図1(b)は、本発明の半導体素子を設計
するにあたって採用したメッシュ分割方法である。この
メッシュ分割方法では、微小領域14のメッシュ幅より
も、微小領域14に隣接するメッシュ15の幅の方が狭
くなるようにメッシュの設定を行なう。具体的には、微
小領域14のメッシュ幅に対して、微小領域14に隣接
するメッシュ15の幅が10%以下となるように設定さ
れる。
FIG. 1B shows a mesh division method adopted for designing the semiconductor device of the present invention. In this mesh division method, the mesh is set so that the width of the mesh 15 adjacent to the micro area 14 is narrower than the width of the mesh of the micro area 14. Specifically, the width of the mesh 15 adjacent to the micro area 14 is set to 10% or less of the mesh width of the micro area 14.

【0029】このように設定されたメッシュにおいて、
微小領域14に隣接する要素16に対して有限要素法や
差分法を適用して物理量の演算を実行する場合を考え
る。
In the mesh thus set,
Consider a case where the finite element method or the difference method is applied to the element 16 adjacent to the minute region 14 to execute the calculation of the physical quantity.

【0030】微小領域14に隣接する要素16の微小領
域14に面する節点17は微小領域14に属する節点で
あるため、節点17では欠陥準位の密度は高く設定され
ており算出される電荷密度の値が大きく影響を受ける
が、微小領域14に隣接するメッシュ15の幅は他領域
のメッシュ幅に比較して狭く設定されているため、微小
領域14のかかる特異性が全領域にわたって実行された
シミュレーション結果に及ぼす影響は大きくない。近似
的には微小領域14の幅が増加し全欠陥準位数も増加し
たかのようなシミュレーション結果となってしまうが、
その増加の程度は10%以下に抑えることが可能であ
る。これにより、シミュレーション結果の高精度化が担
保される。
Since the node 17 of the element 16 adjacent to the micro region 14 facing the micro region 14 belongs to the micro region 14, the density of defect levels is set high at the node 17 and the calculated charge density is obtained. However, since the width of the mesh 15 adjacent to the micro area 14 is set narrower than the mesh width of other areas, the peculiarity of the micro area 14 is executed over the entire area. The effect on the simulation results is not large. Approximately, the simulation result will be as if the width of the minute region 14 was increased and the number of all defect levels was also increased.
The degree of increase can be suppressed to 10% or less. This ensures the accuracy of the simulation result.

【0031】これに対して、図1(a)に示す従来のメ
ッシュ分割方法では、微小領域14のメッシュ幅と微小
領域14に隣接するメッシュ15の幅とが同程度に設定
される。
On the other hand, in the conventional mesh division method shown in FIG. 1A, the mesh width of the minute area 14 and the width of the mesh 15 adjacent to the minute area 14 are set to be approximately the same.

【0032】このように分割されたメッシュを用いて微
小領域14に隣接する要素16に有限要素法や差分法を
適用すると、微小領域14に隣接する要素16の微小領
域に面する節点17は微小領域14に属する節点である
ため、節点17では欠陥準位の密度は高く算出されて電
荷密度の値が大きく影響を受ける。しかし、要素16の
節点17以外の部分は微小領域14には属しておらず実
際にはこの電荷密度の影響を殆ど受けないはずである。
この差異が、シミュレーション結果の低精度化の原因と
なる。近似的には、微小領域16の幅が増加し、全欠陥
準位数も増加したかのようなシミュレーション結果とな
ってしまう。このような場合に、微小領域に属する要素
に対するときと、微小領域に隣接する要素16に対する
ときとで、微小領域に面する接点17の電荷密度などの
数値を切り替えるとこが考えられるが、同一点での値が
異なる2つの値を持つこととなり、物理的にはあり得な
い状態を作り出すことになる。また、このようなこと
は、有限要素法や差分法では、許されない。そこで、上
述した図1(b)に示すメッシュ分割法が有効な手段と
なる。
When the finite element method or the difference method is applied to the element 16 adjacent to the minute region 14 using the mesh thus divided, the nodes 17 facing the minute region of the element 16 adjacent to the minute region 14 are minute. Since the node belongs to the region 14, the density of the defect level is calculated to be high at the node 17, and the value of the charge density is greatly affected. However, the portion other than the node 17 of the element 16 does not belong to the minute region 14 and should actually be hardly affected by this charge density.
This difference causes reduction in accuracy of the simulation result. Approximately, the simulation result is as if the width of the minute region 16 increased and the number of all defect levels also increased. In such a case, it is conceivable to switch the numerical value such as the charge density of the contact point 17 facing the small area between the element belonging to the small area and the element 16 adjacent to the small area. The value at will have two different values, creating a physically impossible state. Moreover, such a thing is not allowed by the finite element method or the difference method. Therefore, the mesh division method shown in FIG. 1B described above is an effective means.

【0033】また、本実施例では、微小領域14に隣接
するメッシュ15は微小領域14から離れるのにつれて
メッシュ幅が連続的に変化しており、これによりシミュ
レーション結果の高収束性を担保している。具体的に
は、微小領域14に隣接するメッシュ15の幅は、互い
に隣接するメッシュ幅の比が0.5〜2.0となるよう
に設定される。
Further, in the present embodiment, the mesh width of the mesh 15 adjacent to the minute area 14 continuously changes as the distance from the minute area 14 increases, thereby ensuring high convergence of the simulation result. . Specifically, the width of the mesh 15 adjacent to the minute area 14 is set so that the ratio of the mesh widths adjacent to each other is 0.5 to 2.0.

【0034】なお、本実施例では、各メッシュにおいて
電位方程式やキャリア連続方程式等の物理方程式を解く
演算法として有限要素法や差分法を用いた場合について
説明したが、これらの演算法に限定する必要はなくその
他の解法による場合であってもよい。
In this embodiment, the finite element method and the difference method are used as the calculation method for solving the physical equations such as the potential equation and the carrier continuity equation in each mesh. However, the calculation method is limited to these. It is not necessary and may be the case by other solution methods.

【0035】図1(a)及び図1(b)のように設定さ
れたメッシュを利用して、実際にどのような演算に基づ
いてデバイスシミュレーションが実行されるかについて
より具体的に説明する。
More specifically, the calculation based on which the device simulation is actually executed by using the mesh set as shown in FIGS. 1A and 1B will be described.

【0036】先ず、電位方程式としてはポアソン方程式 Δψ=−ρ/ε (ψは電位、ρは電荷体積密度、εは
誘電率) を採用し、キャリア輸送方程式として電子及び正孔のキ
ャリア連続方程式 ∇・{(−n・μn・E)−(D・∇n)}−G=0 ∇・{(−n・μ・E)−(D・∇n)}−G=0 (n又はnは各々電子又は正孔のキャリア密度、μ
n又はμは各々電子又は正孔の移動度、Eは電界強
度、D又はDは各々電子又は正孔の拡散係数、Gは
キャリア生成・消滅割合)を採用する。
First, the Poisson's equation Δψ = −ρ / ε (ψ is the potential, ρ is the charge volume density, ε is the dielectric constant) is adopted as the potential equation, and the carrier continuity equation ∇ of electron and hole is defined as the carrier transport equation. · {(-n n · μ n · E) - (D n · ∇n n)} - G = 0 ∇ · {(-n p · μ p · E) - (D p · ∇n p)} - G = 0 (n n or n p is the electron or hole carrier density, μ
n or μ p is the electron or hole mobility, E is the electric field strength, D n or D p is the electron or hole diffusion coefficient, and G is the carrier generation / annihilation ratio.

【0037】また、立式方法として有限要素法や差分法
を採用し方程式の解法として各種の行列解法を用いるこ
とで、これらの方程式を繰り返し解いて収束させ最終的
に、電位、キャリア密度、キャリア流密度などを算出
し、ひいては容量電圧特性やトランジスタ特性などのシ
ュミレーションを実行する。
Further, by adopting the finite element method or the difference method as the formulating method and using various matrix solving methods as the solving method of the equations, these equations are repeatedly solved and converged, and finally the potential, the carrier density, the carrier Flow densities and the like are calculated, and then simulations such as capacitance-voltage characteristics and transistor characteristics are executed.

【0038】ポアソン方程式を基礎とするシミュレーシ
ョン方法において界面や結晶粒界を面領域として取り扱
おうとすると、上記ポアソン方程式の右辺に含まれるρ
が結晶粒界においてρ=∞となってしまい、ψを解析的
に求めることができない。このため、上記電子又は正孔
のキャリア連続方程式によりψから算出されるべきEも
計算することができなくなる。
In the simulation method based on the Poisson equation, when an interface or a grain boundary is treated as a surface region, ρ included in the right side of the Poisson equation is used.
Becomes ρ = ∞ at the grain boundary, and ψ cannot be analytically obtained. Therefore, it becomes impossible to calculate E that should be calculated from ψ by the electron or hole carrier continuity equation.

【0039】これに対して、結晶粒界を微小領域として
取り扱う本発明のデバイスシミュレーション方法によれ
ば、求めるべき物理量に相当する解が発散してしまうと
いう問題が解消され、高精度のデバイスシミュレーショ
ンが可能となる。
On the other hand, according to the device simulation method of the present invention in which the crystal grain boundary is treated as a minute region, the problem that the solution corresponding to the physical quantity to be obtained diverges is solved, and a highly accurate device simulation can be performed. It will be possible.

【0040】以下に、MOS構造を想定して、微小領域
14に隣接するメッシュ15の幅を変化させてシミュレ
ーションを実行した場合の結果を示す。
The following is a result obtained by assuming the MOS structure and executing the simulation while changing the width of the mesh 15 adjacent to the minute region 14.

【0041】図2は、MOS構造のトランジスタを想定
し、半導体11と絶縁体12の界面13に微小領域14
を設定し、微小領域14に隣接するメッシュ15の幅を
変化させてシミュレーションを実行した場合のポテンシ
ャル分布を示す図である。
FIG. 2 assumes a MOS-structured transistor, and a small region 14 is formed at the interface 13 between the semiconductor 11 and the insulator 12.
FIG. 6 is a diagram showing a potential distribution when the simulation is executed by setting the above, changing the width of the mesh 15 adjacent to the minute region 14.

【0042】図2の横軸は、MOS構造トランジスタの
ゲート電極位置を0nmとし、これからの相対的距離を
深さ方向に表示するものであり、位置0nmから100
nmまでは絶縁体12、位置100nmから150nm
までは半導体11、位置150nmから右側は基板の絶
縁体に対応する。
The horizontal axis of FIG. 2 represents the position of the gate electrode of the MOS structure transistor as 0 nm, and the relative distance from this is displayed in the depth direction.
insulator 12 up to nm, position 100 nm to 150 nm
Up to semiconductor 11, position 150 nm to the right corresponds to the insulator of the substrate.

【0043】ゲート電極に印加する電圧を変化させるこ
とにより、半導体11中のポテンシャル分布が変化す
る。また、微小領域の幅は1nmであり、微小領域14
に隣接するメッシュ15の幅は、10%、20%、50
%と変化させて比較している。
By changing the voltage applied to the gate electrode, the potential distribution in the semiconductor 11 changes. The width of the minute region is 1 nm, and
The width of the mesh 15 adjacent to is 10%, 20%, 50
% And compared for comparison.

【0044】図2から明らかなように、微小領域14に
隣接するメッシュ15の幅が10%、20%、50%で
はポテンシャル分布に若干の差異が生じている。これら
の結果を実際のMOS構造を有するトランジスタのポテ
ンシャル分布測定結果と比較すると、微小領域14に隣
接するメッシュ15の幅が10%の場合のシミュレーシ
ョン結果と良い一致を示すことが確認された。従って、
微小領域14に隣接するメッシュ15が大きくなるほど
実際のデバイス中に生じるポテンシャル分布に比較して
誤差が生じていることがわかる。この誤差は、結晶中の
キャリア密度分布や半導体の電気伝導度の誤差の要因と
なる。
As is apparent from FIG. 2, when the width of the mesh 15 adjacent to the minute region 14 is 10%, 20% and 50%, there is a slight difference in the potential distribution. Comparing these results with the potential distribution measurement result of the transistor having the actual MOS structure, it was confirmed that the result shows a good agreement with the simulation result when the width of the mesh 15 adjacent to the minute region 14 is 10%. Therefore,
It can be seen that the larger the mesh 15 adjacent to the minute region 14, the more error occurs compared to the potential distribution actually generated in the device. This error causes an error in the carrier density distribution in the crystal and the electric conductivity of the semiconductor.

【0045】なお、本実施例では、MOS構造のトラン
ジスタを想定したが、他の半導体素子であっても良く、
例えば摂氏600度以下の低温プロセスで形成された薄
膜トランジスタやレーザー照射により結晶化された薄膜
トランジスタに対しても、本発明のデバイスシミュレー
ション方法は有効である。
In this embodiment, the MOS transistor is assumed, but other semiconductor elements may be used.
For example, the device simulation method of the present invention is also effective for a thin film transistor formed by a low temperature process of 600 degrees Celsius or less and a thin film transistor crystallized by laser irradiation.

【0046】なお、本実施例では、自由キャリアとして
電子を、キャリアトラップとしてアクセプタ様トラップ
を想定してシミュレーションを行っているが、自由キャ
リアとして正孔を、キャリアトラップとしてドナー様ト
ラップを想定しても、同様な解析をなし得ることは言う
までもない。 (本発明の半導体素子の設計手順)次に、上述したデバ
イスシミュレーション方法により、設計すべき半導体素
子のデバイスパラメータを最適化する手順を以下に説明
する。
In the present embodiment, the simulation is performed assuming electrons as free carriers and acceptor-like traps as carrier traps. However, holes are assumed as free carriers and donor-like traps as carrier traps. Needless to say, a similar analysis can be performed. (Design Procedure of Semiconductor Element of the Present Invention) Next, the procedure for optimizing the device parameters of the semiconductor element to be designed by the above-described device simulation method will be described below.

【0047】図5は、本発明の半導体素子のデバイス特
性をシミュレーションするためのデバイスシミュレータ
を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a device simulator for simulating the device characteristics of the semiconductor device of the present invention.

【0048】デバイスシミュレータ31は、制御手段3
2と、入力手段33と、演算手段34と、出力手段35
の各手段により構成され、制御手段32はデバイスシミ
ュレータ31全体の制御を行なう手段である。
The device simulator 31 includes the control means 3
2, input means 33, calculation means 34, output means 35
The control means 32 is a means for controlling the entire device simulator 31.

【0049】また、入力手段33は、印加すべきゲート
電圧等のシミュレーション条件を入力するためのシミュ
レーション条件入力手段36と、半導体素子の構造・形
状や活性層として動作する多結晶のグレインサイズ等の
結晶性のパラメータを入力するデバイス構造入力手段3
7から構成され、演算手段34は、上述した理論に基づ
いてデバイス中を流れるキャリア流の密度等を算出する
ためのキャリア流密度演算手段38と、その結果及び入
力手段33により入力された種種の条件に基づいて所望
するデバイス特性を算出するためのデバイス特性演算手
段39により構成されている。
The input means 33 includes a simulation condition input means 36 for inputting a simulation condition such as a gate voltage to be applied, a structure / shape of a semiconductor element, a grain size of a polycrystal operating as an active layer, and the like. Device structure input means 3 for inputting crystallinity parameters
7, the calculation means 34 includes a carrier flow density calculation means 38 for calculating the density and the like of the carrier flow flowing in the device based on the above-mentioned theory, and the result and the kind of the variety inputted by the input means 33. It is composed of a device characteristic calculation means 39 for calculating a desired device characteristic based on the condition.

【0050】図6は、デバイスシミュレータ31により
デバイスシミュレーションを実行する際の処理手順を示
している。
FIG. 6 shows a processing procedure when the device simulator 31 executes a device simulation.

【0051】先ず、半導体素子のゲート電圧条件等のシ
ミュレーションデータが、入力手段33のシミュレーシ
ョン条件入力手段36により入力される(S46)。
First, the simulation data such as the gate voltage condition of the semiconductor element is input by the simulation condition input means 36 of the input means 33 (S46).

【0052】また、半導体素子の構造及び形状等のデバ
イス構造に関するデータは、デバイス構造入力手段37
から入力される(S47)。ここで、デバイス構造デー
タ(デバイスパラメータ)とは、例えば、ゲート酸化膜
厚、ソース・ドレイン間隔、活性層の結晶性、コンタク
ト孔形状、配線形状、ドーパント濃度等であり、設計し
ようとするデバイスに応じて自由に設定し得る。なお、
上記デバイス構造データは、デバイスシュミレータ31
の利用者により直接入力されるものであっても良く、デ
バイスシミュレータ31とは別に設けられたプロセスシ
ミュレータによって算出されたデータを入力されたもの
であっても良い。
Data relating to the device structure such as the structure and shape of the semiconductor element is also input to the device structure input means 37.
Is input from (S47). Here, the device structure data (device parameter) is, for example, the gate oxide film thickness, the source / drain spacing, the crystallinity of the active layer, the contact hole shape, the wiring shape, the dopant concentration, etc. It can be freely set accordingly. In addition,
The device structure data is the device simulator 31.
May be directly input by the user, or may be data input by a process simulator provided separately from the device simulator 31.

【0053】キャリア流密度演算手段38は、デバイス
構造入力手段37から上記デバイス構造データを受け取
り、上述した関係式に基づいてキャリア流密度等を算出
する。
The carrier flow density calculation means 38 receives the device structure data from the device structure input means 37 and calculates the carrier flow density and the like based on the above-mentioned relational expression.

【0054】そして、デバイス特性演算手段39は、上
記シミュレーションデータ及び算出されたキャリア流密
度等の値を受け取ってC−V特性等のデバイス特性を算
出し(S49)、その結果が出力手段35により出力さ
れる。
Then, the device characteristic calculation means 39 receives the simulation data and the calculated values of the carrier flow density and the like and calculates the device characteristics such as the CV characteristic (S49), and the result is outputted by the output means 35. Is output.

【0055】デバイスシミュレータ31の利用者は、上
記出力されたデバイス特性と設計特性とを比較しながら
図6に示した手順を繰り返すことにより、ゲート酸化膜
厚、ソース・ドレイン間隔、活性層の結晶性、コンタク
ト孔形状、配線形状、ドーパント濃度等のデバイスパラ
メータを最適化して所望の特性が得られるデバイス構造
を決定する。 (結晶粒界を考慮した多結晶薄膜トランジスタ)次に、
本発明のデバイスシミュレーション方法を適用する薄膜
トランジスタの製造工程について図面を参照して説明す
る。
The user of the device simulator 31 repeats the procedure shown in FIG. 6 while comparing the output device characteristics with the design characteristics, to thereby obtain the gate oxide film thickness, the source / drain spacing, and the crystal of the active layer. The device structure that obtains the desired characteristics is determined by optimizing the device parameters such as conductivity, contact hole shape, wiring shape, and dopant concentration. (Polycrystalline thin film transistor in consideration of grain boundaries) Next,
A manufacturing process of a thin film transistor to which the device simulation method of the present invention is applied will be described with reference to the drawings.

【0056】図3は、本発明の多結晶薄膜トランジスタ
の製造工程を示す図である。なお、本実施例では、ガラ
ス等の絶縁基板上に、トランジスタを作製する半導体層
としてシリコン薄膜を成膜する場合を例に説明する。ま
た、本実施例の多結晶シリコン薄膜トランジスタは、摂
氏600度以下の低温プロセスで形成され、結晶粒界の
キャリア輸送メカニズムがトランジスタ特性に対して特
に支配的であるレーザー結晶化多結晶シリコン薄膜トラ
ンジスタである。
FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of the polycrystalline thin film transistor of the present invention. In this embodiment, a case where a silicon thin film is formed as a semiconductor layer for forming a transistor on an insulating substrate such as glass will be described as an example. In addition, the polycrystalline silicon thin film transistor of this embodiment is a laser crystallized polycrystalline silicon thin film transistor which is formed by a low temperature process of 600 ° C. or less and the carrier transport mechanism of crystal grain boundaries is particularly dominant to the transistor characteristics. .

【0057】先ず、絶縁基板1上に、シリコン原子供給
源としてシラン系の反応性ガスを使用することとし、例
えばジシラン(Si)ガスを用いた減圧CVD
(LPCVD)法や、例えばモノシラン(SiH)ガ
スを用いたプラズマエンハンスメントCVD(PECV
D)法により、アモルファス状のシリコン膜2を成膜す
る。ここで、シリコン膜2は、その膜厚が上述したデバ
イスシミュレーションにより最適なものとして予め算出
された膜厚となるように成膜される。
First, on the insulating substrate 1, a silane-based reactive gas is used as a silicon atom supply source, for example, low pressure CVD using disilane (Si 2 H 6 ) gas.
(LPCVD) method or plasma enhancement CVD (PECV) using, for example, monosilane (SiH 4 ) gas
The amorphous silicon film 2 is formed by the method D). Here, the silicon film 2 is formed so that the film thickness thereof is a film thickness calculated in advance as an optimum film thickness by the device simulation described above.

【0058】これに続き、成膜されたアモルファスシリ
コン膜2に、アモルファス状態のシリコン原子が結晶化
するために必要なエネルギを外部から供給せしめて再結
晶化させ多結晶シリコン膜2が形成される(図3
(a))。ここで、多結晶のグレインサイズや結晶方位
等の結晶性は、上述のデバイスシミュレーションによ
り、要求されるキャリア移動度等の諸特性が得られるよ
うに予め設定されている。また、再結晶化手法は、かか
る結晶性を実現するために最適な手法及び条件が選択さ
れることとなるが、例えば図3(a)のようにエキシマ
レーザ等を用いて光照射するレーザ結晶化法や熱処理炉
中で熱処理を施して固相成長させたりする手法が選択さ
れる。
Subsequently, the formed amorphous silicon film 2 is re-crystallized by supplying the energy necessary for crystallization of amorphous silicon atoms from the outside to form a polycrystalline silicon film 2. (Fig. 3
(A)). Here, the crystallinity such as the grain size and crystal orientation of the polycrystal is set in advance so that various characteristics such as the required carrier mobility can be obtained by the above device simulation. Further, in the recrystallization method, an optimum method and conditions are selected in order to realize such crystallinity. For example, as shown in FIG. 3A, a laser crystal for light irradiation using an excimer laser or the like is used. A chemical treatment method or a method of performing solid phase growth by performing heat treatment in a heat treatment furnace is selected.

【0059】このようにして形成された多結晶シリコン
膜2は、フォトリソグラフィー技術を用いて所望のパタ
ーニングが施され、更に、後にゲート酸化膜として利用
されることとなる誘電体膜3が形成される。この誘電体
膜は、例えば熱CVD法により形成されたシリコン酸化
膜(SiO)であり、基板全面に堆積される(図3
(b))。
The polycrystalline silicon film 2 thus formed is subjected to desired patterning by using a photolithography technique, and further a dielectric film 3 which will be used as a gate oxide film later is formed. It This dielectric film is, for example, a silicon oxide film (SiO x ) formed by a thermal CVD method, and is deposited on the entire surface of the substrate (FIG. 3).
(B)).

【0060】次に、活性層への不純物ドーピングを行う
が、精度の良いドーピングレベル制御が容易かつ正確に
行えるイオン注入法を採用している。ドーピングされる
べき元素の種類は、薄膜トランジスタの設計により定ま
るが、本実施例の場合には、n型の薄膜トランジスタの
場合について示している。まず、閾値調整のためにシリ
コン結晶中でアクセプタとして作用するIII族不純物の
ボロン(B)が注入される(図3(b))。また、イオ
ン注入されるべきドーピング量は、予めシミュレーショ
ンにより算出された値に設定される。
Next, impurity doping is performed on the active layer, but an ion implantation method is employed which enables easy and accurate doping level control with high precision. The type of element to be doped is determined by the design of the thin film transistor, but in the case of this embodiment, the case of an n-type thin film transistor is shown. First, boron (B), which is a group III impurity that acts as an acceptor in the silicon crystal for adjusting the threshold value, is implanted (FIG. 3B). The doping amount to be ion-implanted is set to a value calculated in advance by simulation.

【0061】上記活性層中へのドーピング工程に続い
て、ゲート電極4を形成するための薄膜形成を行う。ゲ
ート電極材料として選択された金属やポリシリコン等の
薄膜をCVD法やスパッタリング法により基板全面に堆
積させた後、フォトリソグラフィーにより所望のゲート
電極形状となるようにパターニングが施される(図3
(c))。
Following the doping step into the active layer, a thin film for forming the gate electrode 4 is formed. After depositing a thin film of metal or polysilicon selected as a gate electrode material on the entire surface of the substrate by a CVD method or a sputtering method, patterning is performed by photolithography so as to obtain a desired gate electrode shape (FIG. 3).
(C)).

【0062】更に、ソース領域5及びドレイン領域6の
導電型をn型とするために、例えばリン(P)がイオ
ン注入される(図3(c))。この工程において、既に
パターニングされたゲート電極4がマスクとして利用さ
れ自己整合的にリン(P)が注入されることとなる。す
なわち、ゲート電極直下の多結晶シリコン膜領域へのリ
ン注入はなく、図3(b)の工程でボロンのイオン注入
がされた状態が維持される。
Further, in order to make the conductivity type of the source region 5 and the drain region 6 n + type, for example, phosphorus (P) is ion-implanted (FIG. 3C). In this step, the already patterned gate electrode 4 is used as a mask to implant phosphorus (P) in a self-aligned manner. That is, there is no phosphorus implantation into the polycrystalline silicon film region immediately below the gate electrode, and the state in which boron ions are implanted in the step of FIG. 3B is maintained.

【0063】活性層領域へのボロン注入、及びソース領
域5及びドレイン領域6へのリン注入がなされた後、こ
れらのイオン注入により乱された結晶格子状態を回復さ
せると共にボロンとリンをドーパントとして電気的に活
性化するための処理が施される。
After the implantation of boron into the active layer region and the implantation of phosphorus into the source region 5 and the drain region 6, the crystal lattice state disturbed by these ion implantations is restored, and boron and phosphorus are used as dopants to generate an electrical charge. Processing for activating the image is performed.

【0064】上記ドーパントの活性化法としては種種の
方法が知られているが、例えば基板を長時間高温に保持
する熱活性化法を選択すれば、簡単な装置でドーパント
活性化が実行できるから低コストで薄膜トランジスタの
製造が行えるという利点がある。また、ドーパント活性
化は上記の熱活性化法に限定されるものではなく、例え
ばレーザ活性化法によることとしても良い。なお、ドー
パント活性化をレーザ活性化法により行う場合には、図
3(a)に示したアモルファスシリコン薄膜の結晶化工
程で使用するレーザと同一のレーザ光源を用いることと
しても良く、これとは別の異なる波長のレーザ光源を設
けて用いることとしても良い。
Various methods are known as the method for activating the above-mentioned dopants. For example, if a thermal activation method for holding the substrate at a high temperature for a long time is selected, the dopant activation can be executed with a simple apparatus. There is an advantage that a thin film transistor can be manufactured at low cost. Further, the dopant activation is not limited to the above thermal activation method, and may be, for example, a laser activation method. When the dopant activation is performed by the laser activation method, the same laser light source as the laser used in the crystallization process of the amorphous silicon thin film shown in FIG. 3A may be used. A laser light source having another different wavelength may be provided and used.

【0065】上記ドーパント活性化に続いて、基板上に
形成された個々のトランジスタを互いに電気的に絶縁す
るための層間絶縁膜7を形成し(図3(d))、更に、
ソース領域5及びドレイン領域6の上に形成された誘電
体膜3及び層間絶縁膜7をフォトリソグラフィ技術によ
り除去してコンタクトホールを開穴した後、ソース電極
8及びドレイン電極9用の薄膜を堆積した後、ソース電
極8及びドレイン電極9としてパターニングする。この
ようにして、多結晶薄膜トランジスタが完成する(図3
(d))。
Subsequent to the above dopant activation, an interlayer insulating film 7 for electrically insulating the individual transistors formed on the substrate from each other is formed (FIG. 3D), and further,
The dielectric film 3 and the interlayer insulating film 7 formed on the source region 5 and the drain region 6 are removed by photolithography to open contact holes, and then thin films for the source electrode 8 and the drain electrode 9 are deposited. After that, the source electrode 8 and the drain electrode 9 are patterned. In this way, a polycrystalline thin film transistor is completed (FIG.
(D)).

【0066】上記実施例では、活性層へのドーピング手
法としてドーパントの質量分析を伴うイオン注入法を選
択した例を示しているが、ドーピング手法はこれに限定
されるものではない。すなわち、ドーパントの質量分析
を伴うことなくドーピングを行う他のドーピング方法で
あっても良い。特に、質量分析を伴わないイオンドープ
法を採用する場合には、イオンドーピングによる活性
層、ゲート絶縁膜、基板絶縁膜、あるいはそれらの界面
に存在する転位等の構造的欠陥や固定電荷等の電気的欠
陥を低減させることが可能となる利点がある。一方、質
量分析を伴うイオン注入法を採用する場合には、余分な
イオン衝撃によって、活性層、ゲート絶縁膜、基板絶縁
膜、あるいはそれらの界面に誘起される転位等の構造的
欠陥や固定電荷等の電気的欠陥を抑制させることが可能
となる。従って、所望する薄膜トランジスタの特性を得
るために最適な手法を適宜選択すれば良い。
In the above-mentioned embodiment, an example in which the ion implantation method with mass spectrometry of the dopant is selected as the doping method for the active layer is shown, but the doping method is not limited to this. That is, another doping method may be used in which doping is performed without mass spectrometry of the dopant. In particular, when adopting the ion doping method without mass spectrometry, structural defects such as dislocations existing at the active layer, the gate insulating film, the substrate insulating film, or their interfaces due to the ion doping, and electrical charges such as fixed electric charges. There is an advantage that it is possible to reduce the physical defects. On the other hand, when the ion implantation method accompanied by mass spectrometry is adopted, structural defects such as dislocations or fixed charges induced in the active layer, the gate insulating film, the substrate insulating film, or their interfaces due to excessive ion bombardment are used. It is possible to suppress electrical defects such as. Therefore, an optimum method may be appropriately selected to obtain desired characteristics of the thin film transistor.

【0067】更に、活性層へのドーピングはアモルファ
スシリコン層の多結晶化工程後に行う必要はなく、アモ
ルファスシリコンの成膜と同時に行うこととしてもよ
い。例えばイオンドープ法によりドーピングを行う場合
には、トランジスタの母材となるシリコン元素を含むガ
スとドーパント元素を含むガスを同時に使用してアモル
ファスシリコン膜を成膜することにより、ドーパントと
なる不純物を含有したアモルファスシリコン膜が得られ
る。
Furthermore, the doping of the active layer does not have to be performed after the step of polycrystallizing the amorphous silicon layer, and may be performed simultaneously with the film formation of the amorphous silicon. For example, in the case of performing doping by an ion doping method, an amorphous silicon film is formed by using a gas containing a silicon element, which is a base material of a transistor, and a gas containing a dopant element at the same time, so as to contain impurities serving as a dopant. An amorphous silicon film is obtained.

【0068】なお、活性層領域、ソース領域、及びドレ
イン領域への不純物ドーピング工程は、それらの層への
ドーピングが実現される限りどのような製造工程順で設
定されても良いことは言うまでもない。
Needless to say, the impurity doping process for the active layer region, the source region, and the drain region may be set in any manufacturing process order as long as the doping of these layers is realized.

【0069】なお、本実施例では、活性層に多結晶シリ
コンを用いた多結晶シリコン薄膜トランジスタに対して
本発明のデバイスシミュレーション方法を適用したが、
活性層にGaAs等の他の多結晶を用いた多結晶半導体
素子に対しても適用可能である。
In this embodiment, the device simulation method of the present invention is applied to the polycrystalline silicon thin film transistor using polycrystalline silicon for the active layer.
It can also be applied to a polycrystalline semiconductor device using other polycrystal such as GaAs in the active layer.

【0070】[0070]

【発明の効果】上述したように、本発明の半導体素子の
デバイスシミュレーション方法においては、半導体素子
のモデルを2次元又は3次元構造のメッシュに分割して
半導体と絶縁体との界面又は半導体結晶の粒界をメッシ
ュの微小領域で表現し、微小領域のメッシュの幅よりも
微小領域に隣接するメッシュの幅の方が狭くなるように
設定するようにしている。それにより、微小領域におけ
る電荷密度が全体領域のシミュレーションに与える影響
を減少して、デバイスシミュレーションの高精度化が実
現可能となる。
As described above, in the device simulation method for a semiconductor device of the present invention, the model of the semiconductor device is divided into meshes having a two-dimensional or three-dimensional structure, and the interface between the semiconductor and the insulator or the semiconductor crystal is divided. The grain boundary is expressed by a minute area of the mesh, and the width of the mesh adjacent to the minute area is set to be narrower than the width of the mesh of the minute area. As a result, the influence of the charge density in the minute region on the simulation of the entire region is reduced, and the device simulation can be made highly accurate.

【0071】また、本発明は、半導体と絶縁体との界面
又は半導体結晶粒間の粒界を少なくともひとつ含む半導
体素子のデバイスパラメータ決定のためのシミュレーシ
ョン用メッシュの設定において、上記界面又は上記粒界
を微小領域で表現し、上記微小領域内に欠陥準位を設定
し、上記微小領域に隣接するメッシュ幅を上記微小領域
のメッシュ幅の10%以下に設定してポテンシャル分布
を算出し、上記算出されたポテンシャル分布を基にデバ
イスパラメータを決定してデバイス設計を行なうことと
した。
Further, according to the present invention, in setting a mesh for simulation for determining a device parameter of an interface between a semiconductor and an insulator or at least one grain boundary between semiconductor crystal grains, the interface or the grain boundary is set. Is expressed by a micro area, a defect level is set in the micro area, the mesh width adjacent to the micro area is set to 10% or less of the mesh width of the micro area to calculate the potential distribution, and We decided to design the device by determining the device parameters based on the potential distribution.

【0072】かかる取り扱いにより、欠陥準位によるキ
ャリア捕獲現象を正確に取り扱うデバイスシミュレーシ
ョンに基づいてデバイスパラメータを決定して設計され
た半導体素子の提供が可能となり、特に、結晶粒界での
キャリア捕獲現象がデバイス設計上特に重要であるレー
ザ結晶化多結晶薄膜トランジスタにおいて、最適化され
たデバイス構造を有する素子の提供が可能となる。
By such handling, it becomes possible to provide a semiconductor element designed by determining device parameters based on a device simulation that accurately handles the carrier trapping phenomenon due to the defect level, and in particular, the carrier trapping phenomenon at a grain boundary. It is possible to provide an element having an optimized device structure in a laser crystallization polycrystalline thin film transistor, which is particularly important in device design.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1(a)は、従来法のデバイスシミュレーシ
ョンで採用されるメッシュ分割方法を示す図である。図
1(b)は、本発明のデバイスシミュレーションで採用
されるメッシュ分割方法を示す図である。
FIG. 1A is a diagram showing a mesh division method adopted in a conventional device simulation. FIG. 1B is a diagram showing a mesh division method adopted in the device simulation of the present invention.

【図2】図2は、MOS構造を有するトランジスタを想
定してポテンシャル分布をシミュレーションした結果で
ある。
FIG. 2 is a result of simulating a potential distribution assuming a transistor having a MOS structure.

【図3】図3は、多結晶薄膜トランジスタの製造工程を
説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a manufacturing process of a polycrystalline thin film transistor.

【図4】図4は、多結晶薄膜トランジスタの構造断面図
である。
FIG. 4 is a structural cross-sectional view of a polycrystalline thin film transistor.

【図5】図5は、本発明の半導体素子を製造するための
デバイスシミュレータのブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram of a device simulator for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図6】図6は、本発明の半導体素子を製造するための
デバイスシミュレータの動作を説明するフローチャート
である。
FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation of the device simulator for manufacturing the semiconductor device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 半導体 12 絶縁体 13 界面 14 微小領域 15 微小領域に隣接するメッシュ 16 微小領域に隣接する要素 17 微小領域に面する節点 11 Semiconductor 12 insulator 13 Interface 14 Micro area 15 mesh adjacent to micro area 16 Elements adjacent to a micro area 17 Nodes facing the micro area

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5B046 AA08 JA07 5F110 AA25 BB01 CC02 DD02 EE02 EE09 EE44 EE45 FF02 FF23 FF29 GG02 GG04 GG13 GG32 GG44 GG45 GG47 GG51 GG52 HJ01 HJ12 HJ13 HJ23 PP01 PP03 QQ11    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 5B046 AA08 JA07                 5F110 AA25 BB01 CC02 DD02 EE02                       EE09 EE44 EE45 FF02 FF23                       FF29 GG02 GG04 GG13 GG32                       GG44 GG45 GG47 GG51 GG52                       HJ01 HJ12 HJ13 HJ23 PP01                       PP03 QQ11

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体と絶縁体との界面又は多結晶半導体
中の粒界を少なくとも1つ含む半導体素子のデバイスシ
ミュレーション方法であって、 半導体素子のモデルを2次元又は3次元構造のメッシュ
に分割して前記界面又は前記粒界を前記メッシュの微小
領域で表現し、 前記微小領域内に欠陥準位を設定し、 各メッシュで電位方程式やキャリア連続方程式等の物理
方程式を解くようにした、ものにおいて、 前記微小領域のメッシュの幅よりも前記微小領域に隣接
するメッシュの幅の方が狭く設定される、ことを特徴と
する半導体素子のデバイスシミュレーション方法。
1. A device simulation method for a semiconductor device including an interface between a semiconductor and an insulator or at least one grain boundary in a polycrystalline semiconductor, wherein a model of the semiconductor device is divided into meshes having a two-dimensional or three-dimensional structure. Then, the interface or the grain boundary is expressed by a minute area of the mesh, a defect level is set in the minute area, and a physical equation such as a potential equation or a carrier continuity equation is solved in each mesh, 2. The device simulation method for a semiconductor device according to, wherein the width of the mesh adjacent to the micro area is set narrower than the width of the mesh of the micro area.
【請求項2】請求項1記載の半導体素子のデバイスシミ
ュレーション方法において、 前記微小領域のメッシュの幅に対して前記微小領域に隣
接するメッシュの幅が10%以下に設定されることを特
徴とする半導体素子のデバイスシミュレーション方法。
2. The device simulation method for a semiconductor device according to claim 1, wherein the width of the mesh adjacent to the minute region is set to 10% or less of the width of the mesh of the minute region. Method for device simulation of semiconductor device.
【請求項3】請求項1又は請求項2記載の半導体素子の
デバイスシミュレーション方法において、 前記微小領域から離れるにつれて前記微小領域に隣接す
るメッシュからメッシュ幅が連続的に変化するように設
定される、 ことを特徴とする半導体素子のデバイスシミュレーショ
ン方法。
3. The device simulation method for a semiconductor device according to claim 1, wherein the mesh width is continuously changed from a mesh adjacent to the minute region as the distance from the minute region increases. A device simulation method for a semiconductor device, comprising:
【請求項4】請求項3記載の半導体素子のデバイスシミ
ュレーション方法において、 前記微小領域から離れるにつれて前記微小領域に隣接す
るメッシュからメッシュ幅が連続的に変化しかつ互いに
隣接するメッシュ同士の幅の比が0.5から2の範囲内
となるように設定される、 ことを特徴とする半導体素子のデバイスシミュレーショ
ン方法。
4. The device simulation method for a semiconductor device according to claim 3, wherein the mesh width continuously changes from the mesh adjacent to the minute region as the distance from the minute region increases, and the width ratio of the adjacent meshes is increased. Is set so as to fall within a range of 0.5 to 2. A device simulation method for a semiconductor device, comprising:
【請求項5】請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体
素子のデバイスシミュレーション方法において、 各メッシュの電位方程式やキャリア連続方程式等の物理
方程式を解くために有限要素法を用いる、 ことを特徴とする半導体素子のデバイスシミュレーショ
ン方法。
5. The device simulation method for a semiconductor device according to claim 1, wherein a finite element method is used to solve a physical equation such as a potential equation and a carrier continuity equation of each mesh. Semiconductor device device simulation method.
【請求項6】請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体
素子のデバイスシミュレーション方法において、 各メッシュの電位方程式やキャリア連続方程式等の物理
方程式を解くために差分法を用いる、 ことを特徴とする半導体素子のデバイスシミュレーショ
ン方法。
6. The device simulation method for a semiconductor device according to claim 1, wherein a difference method is used to solve a physical equation such as a potential equation and a carrier continuity equation of each mesh. Method for simulating device of semiconductor device.
【請求項7】半導体と絶縁体との界面又は多結晶半導体
中の粒界を少なくとも1つ含む半導体素子であって、 デバイスパラメータ決定のためのシミュレーション用メ
ッシュの設定において、 前記界面及び/又は前記粒界を微小領域で表現し、 前記微小領域内に欠陥準位を設定し、 前記微小領域に隣接するメッシュ幅を前記微小領域のメ
ッシュ幅の10%以下に設定してポテンシャル分布を算
出し、 前記算出されたポテンシャル分布を基にデバイスパラメ
ータを決定して設計された、半導体素子。
7. A semiconductor element including an interface between a semiconductor and an insulator or at least one grain boundary in a polycrystalline semiconductor, wherein in the setting of a simulation mesh for determining device parameters, the interface and / or the A grain boundary is expressed by a minute region, a defect level is set in the minute region, and a mesh width adjacent to the minute region is set to 10% or less of the mesh width of the minute region to calculate a potential distribution, A semiconductor device designed by determining device parameters based on the calculated potential distribution.
【請求項8】前記メッシュは互いに隣接するメッシュ同
士の幅の比が0.5以上2.0以下となるように設定さ
れる、 ことを特徴とする請求項7に記載の半導体素子。
8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the meshes are set such that a width ratio between adjacent meshes is 0.5 or more and 2.0 or less.
【請求項9】前記半導体素子は活性層に多結晶シリコン
を用いた多結晶薄膜トランジスタである、 ことを特徴とする請求項7又は8に記載の半導体素子。
9. The semiconductor element according to claim 7, wherein the semiconductor element is a polycrystalline thin film transistor using polycrystalline silicon for an active layer.
【請求項10】前記半導体素子は活性層の多結晶化をレ
ーザー結晶化のプロセスにより行って作製された多結晶
薄膜トランジスタである、 ことを特徴とする請求項7乃至9のいずれかに記載の半
導体素子。
10. The semiconductor according to claim 7, wherein the semiconductor element is a polycrystal thin film transistor manufactured by performing polycrystallization of an active layer by a laser crystallization process. element.
JP2001305758A 2001-10-01 2001-10-01 Device simulation method for semiconductor element and semiconductor element using the same Pending JP2003110114A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001305758A JP2003110114A (en) 2001-10-01 2001-10-01 Device simulation method for semiconductor element and semiconductor element using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001305758A JP2003110114A (en) 2001-10-01 2001-10-01 Device simulation method for semiconductor element and semiconductor element using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003110114A true JP2003110114A (en) 2003-04-11

Family

ID=19125499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001305758A Pending JP2003110114A (en) 2001-10-01 2001-10-01 Device simulation method for semiconductor element and semiconductor element using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003110114A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007149004A1 (en) * 2006-06-13 2007-12-27 Freescale Semiconductor, Inc. Methods and apparatus for simulating distributed effects
JP2008028328A (en) * 2006-07-25 2008-02-07 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd Simulation device, simulation method and manufacturing method for semiconductor device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007149004A1 (en) * 2006-06-13 2007-12-27 Freescale Semiconductor, Inc. Methods and apparatus for simulating distributed effects
US7530039B2 (en) 2006-06-13 2009-05-05 Freescale Semiconductor, Inc. Methods and apparatus for simulating distributed effects
JP2008028328A (en) * 2006-07-25 2008-02-07 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd Simulation device, simulation method and manufacturing method for semiconductor device
CN102176216B (en) * 2006-07-25 2012-11-21 株式会社液晶先端技术开发中心 Simulation device, simulation method and manufacturing method for semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20180258549A1 (en) Low-temperature selective epitaxial growth of silicon for device integration
US6066872A (en) Semiconductor device and its fabricating method
US6162711A (en) In-situ boron doped polysilicon with dual layer and dual grain structure for use in integrated circuits manufacturing
CN102468164B (en) Transistor and manufacture method thereof
US20170365528A1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the semiconductor device
WO2018000478A1 (en) Method of manufacturing thin film transistor and method of manufacturing array panel
KR20030069779A (en) Thin film transistor and method for manufacturing thereof
CN104576753B (en) A kind of low-temperature polysilicon film transistor and its manufacturing method
Ishihara et al. Single-grain Si TFTs with ECR-PECVD gate SiO/sub 2
JP2007103919A (en) Simulation apparatus, simulation method, simulation program, memory medium, and semiconductor device
JP4281047B2 (en) Semiconductor device simulation method, semiconductor element manufacturing method
JP2003110114A (en) Device simulation method for semiconductor element and semiconductor element using the same
CN105914237A (en) Thin-film transistor, manufacturing method thereof, array substrate and display device
CN103943486B (en) The forming method of polycrystalline silicon membrane pattern
JPH1168109A (en) Production of polycrystalline thin film and production of thin-film transistor
CN1747135A (en) Improvement of grid polysilicon layer resistance
JP2003110113A (en) Device simulation method for semiconductor element and semiconductor element
JP4281103B2 (en) Device simulation method for polycrystalline semiconductor device, method for designing polycrystalline semiconductor device, and method for manufacturing polycrystalline semiconductor device
JP2003110112A (en) Device simulation method and semiconductor element
JPH05190481A (en) Manufacture of doping region in substrate
US9224604B2 (en) Device and method for forming sharp extension region with controllable junction depth and lateral overlap
CN101728436A (en) Element of thin film transistor and manufacturing method thereof
TW200931540A (en) Method of forming MOS device and structure thereof
JP2005209978A (en) Method for manufacturing thin-film semiconductor device
JP2003069032A (en) Thin-film transistor and manufacturing method thereof