JPH0276234A - Measurement of trap level density of polycrystal grain boundary - Google Patents

Measurement of trap level density of polycrystal grain boundary

Info

Publication number
JPH0276234A
JPH0276234A JP22649288A JP22649288A JPH0276234A JP H0276234 A JPH0276234 A JP H0276234A JP 22649288 A JP22649288 A JP 22649288A JP 22649288 A JP22649288 A JP 22649288A JP H0276234 A JPH0276234 A JP H0276234A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
grain boundary
transistor
trap level
region
polycrystalline
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.)
Granted
Application number
JP22649288A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2504134B2 (en
Inventor
Hiroshi Hayama
浩 葉山
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.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC 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 NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP22649288A priority Critical patent/JP2504134B2/en
Publication of JPH0276234A publication Critical patent/JPH0276234A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2504134B2 publication Critical patent/JP2504134B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make it possible to measure the trap level density of a polycrystal grain boundary by a method wherein an electrostatic capacity per unit area of an insulation film, temperature, and the inclination of gate voltage characteristics to the drain current in a subthreshold area are determined and a calculation is made on the basis of a specific equation regarding these physical quantities. CONSTITUTION:In an insulation gate field effect type transistor with a polycrystal semiconductor having a permittivity of epsilons(F/cm) as a substrate material, an electrostatic capacity Ci(F/cm<2>) per unit area of an insulation film, temperature T(K), and the inclination S(V/column) of gate voltage characteristics to the drain current of a subthreshold area are specifically determined. A calculation is made using equation I on the basis of physical quantities Ci, T and S and the trap level density (piece/V/cm<2>) of a grain boundary area is measured. This makes it possible to measure the trap level density of a polycrystal grain boundary area.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は絶縁ゲート電界効果型トランジスタにおける多
結晶粒界のトラップ準位濃度の測定方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for measuring the trap level concentration of polycrystalline grain boundaries in an insulated gate field effect transistor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

多結晶半導体、特にポリシリコンを用いた薄膜MOSト
ランジスタは、ガラス等の非単結晶基板上に作成でき、
大面積化が可能である。このためこの薄膜MO3)ラン
ジスタは、薄型デイスプレィ装置の画素スイッチ回路や
駆動回路等に利用できるものとして注目されている。
Thin film MOS transistors using polycrystalline semiconductors, especially polysilicon, can be fabricated on non-single crystal substrates such as glass.
It is possible to increase the area. For this reason, this thin film MO3) transistor is attracting attention as a device that can be used in pixel switch circuits, drive circuits, etc. of thin display devices.

しかしポリシリコンの多結晶粒界には多数のトラップ準
位が存在しポリシリコンの電気伝導に大きな影響を及ぼ
す。
However, a large number of trap levels exist in the polycrystalline grain boundaries of polysilicon, which greatly affects electrical conduction in polysilicon.

このようなポリシリコンの電気伝導を説明するものとし
て、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックスにバ
カラニ等やレビンソン等(G、Baccarani  
et  al、+  Journal  of  Ap
plied  Physics、  49(11)、 
November 1978. pp5565−70’
PJ、Levinsonet al、、  Journ
al of Applied Physics、  5
3 (2) 。
Baccarani et al. and Levinson et al. (G, Baccarani et al.
et al, + Journal of Ap
plied Physics, 49(11),
November 1978. pp5565-70'
P.J., Levinson et al., Journal
al of Applied Physics, 5
3 (2).

February 1982. pp1193−120
2)が報告しているサーモアイオニツク・エミッション
・モデル(Thermionic Emission 
Model  1 )がある。この理論によると、ポリ
シリコンの多結晶粒界にトラップ準位がモデル関数的に
存在すると仮定している。この結果、多結晶粒界がキャ
リアに対してポテンシャルの高いエネルギー壁として取
り扱われ、このエネルギー壁を熱的に乗り越えることが
できるキャリアのみが多結晶粒界を通過できるとしてい
る。
February 1982. pp1193-120
2) Thermionic Emission Model reported by
Model 1). According to this theory, it is assumed that trap levels exist in the polycrystalline grain boundaries of polysilicon in the form of a model function. As a result, polycrystalline grain boundaries are treated as energy walls with a high potential for carriers, and only carriers that can thermally overcome this energy wall can pass through polycrystalline grain boundaries.

このモデルによって多結晶中における実効的なキャリア
の移動度を求めている。またトランジスタモデルとして
は、バルクシリコンMOSトランジスタのs、−s、o
□界面に多数のトラップ準位が存在するというモデルが
用いられてきた。すなわち、ポリシリコンをバルクシリ
コンと同様に基板中で均一な性質を持った材料として取
り扱ってきた。
This model is used to determine the effective carrier mobility in polycrystals. In addition, as transistor models, bulk silicon MOS transistors s, -s, o
□A model in which there are many trap levels at the interface has been used. That is, polysilicon has been treated as a material with uniform properties within the substrate, similar to bulk silicon.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上述したサーモアイオニツク・エミッション・モデルで
は以下のような欠点がある。
The thermoionic emission model described above has the following drawbacks:

(イ)モデルの本質上、ポリシリコンの多数キャリアの
動きしか取り扱えない。従ってこのモデルを通常の反転
型MO3)ランジスタに適用するのは適当でない。
(a) Due to the nature of the model, it can only handle the movement of majority carriers in polysilicon. Therefore, it is not appropriate to apply this model to a normal inverted MO3 transistor.

(ロ)マテリアル・リサーチ・ソサイアティでフライ等
が発表しているポリシリコン薄膜トランジスタの反転電
子移動度のチャンネル長依存性と温度特性を説明するこ
とができない。
(b) It is not possible to explain the channel length dependence and temperature characteristics of the inversion electron mobility of polysilicon thin film transistors, as announced by Fry et al. at the Materials Research Society.

(ハ)多結晶粒界にあっては、トラップ準位がS。(c) At polycrystalline grain boundaries, the trap level is S.

−8,0□界面にのみ存在すると考えるよりも、多結晶
粒界中に体積的に存在すると考える方が合理的である。
Rather than thinking that it exists only at the -8,0□ interface, it is more reasonable to think that it exists volumetrically in the polycrystalline grain boundary.

本発明の目的は、上記課題を解決し、高性能な絶縁ゲー
ト電界効果型トランジスタの開発と製造を可能にする多
結晶粒界のトラップ準位濃度の測定方法を提供すること
にある。
An object of the present invention is to provide a method for measuring the concentration of trap levels at polycrystalline grain boundaries, which solves the above problems and enables the development and manufacture of high-performance insulated gate field effect transistors.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の多結晶粒界のトラップ準位濃度の測定方法は、 誘電率がεs(F/am)の多結晶半導体を基板材料と
する絶縁ゲート電界効果型トランジスタにおいて、 絶縁膜の単位面積当りの静電容1IC1(F/Cm 2
 )と、温度T (K)と、サブスレッショルド領域の
ドレイン電流に対するゲート電圧特性の傾きS (V/
桁)とを求め、 前記物理量Ci、T、Sに基づいて (但し、qは電子の電荷! (C) 、kはボルツマン
定数(J/K) 、l nloは10の自然対数値であ
る。)を計算することにより、多結晶粒界領域のトラッ
プ準位濃度K(個/V/cm3)を測定することを特徴
とする。
The method for measuring the trap level concentration of polycrystalline grain boundaries of the present invention is as follows: In an insulated gate field effect transistor whose substrate material is a polycrystalline semiconductor with a dielectric constant of εs (F/am), Capacitance 1IC1 (F/Cm2
), temperature T (K), and slope S (V/
digit), and based on the physical quantities Ci, T, and S (where q is the charge of the electron! (C), k is Boltzmann's constant (J/K), and lnlo is the natural logarithm of 10. ), the trap level concentration K (number/V/cm3) of the polycrystalline grain boundary region is measured.

〔作用〕[Effect]

第1図は本発明に用いられるポリシリコン薄膜トランジ
スタのモデルを説明した断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a model of a polysilicon thin film transistor used in the present invention.

このポリシリコン薄膜トランジスタは、基板1上に薄膜
トランジスタ2を形成した構成となっている。薄膜トラ
ンジスタ2は、−組のソース・ドレイン領域3と、ソー
ス・ドレイン領域3間に設けられた多結晶領域6と、ゲ
ート酸化膜5を介して多結晶領域6上に設けられたゲー
ト電極4とよりなっている。また多結晶領域6は、図示
のように、単結晶領域7と粒界領域8とに分けられる。
This polysilicon thin film transistor has a structure in which a thin film transistor 2 is formed on a substrate 1. The thin film transistor 2 includes a pair of source/drain regions 3, a polycrystalline region 6 provided between the source/drain regions 3, and a gate electrode 4 provided on the polycrystalline region 6 via a gate oxide film 5. It's getting better. Further, the polycrystalline region 6 is divided into a single crystal region 7 and a grain boundary region 8 as shown in the figure.

すなわちこのモデルは、単結晶領域7と粒界領域8との
2種類のトランジスタからなるハイブリッドトランジス
タである。
That is, this model is a hybrid transistor consisting of two types of transistors: a single crystal region 7 and a grain boundary region 8.

単結晶領域7では、従来のバルクMOSトランジスタモ
デルを適用することができる。この従来モデルについて
は、ジーの文献(S、M、Sze、“Physical
 of Sem1conductor Devices
 5ECOND EDITION”。
In the single crystal region 7, a conventional bulk MOS transistor model can be applied. Regarding this conventional model, see the literature by Sze (S, M, Sze, “Physical
of Sem1conductor Devices
5E COND EDITION”.

JOHN WILEY & SON’s、 1981)
に詳細に説明されている。
JOHN WILEY &SON's, 1981)
is explained in detail.

粒界領域8では、上記従来モデルを適用することはでき
ない。この領域では、トラップ準位が領域全体に体積的
に存在するからである。従って、従来モデルが適用可能
な単結晶領域7のトランジスタモデルと以下に述べる新
モデルが適用される粒界領域8のトランジスタモデルと
を組み合わせたハイブリッドモデルとして図のポリシリ
コン薄膜トランジスタを考察する。
In the grain boundary region 8, the above conventional model cannot be applied. This is because in this region, trap levels exist volumetrically throughout the region. Therefore, the polysilicon thin film transistor shown in the figure will be considered as a hybrid model that combines the transistor model of the single crystal region 7 to which the conventional model is applicable and the transistor model of the grain boundary region 8 to which the new model described below is applicable.

先ず粒界領域8のトランジスタモデルについて考察する
First, a transistor model of the grain boundary region 8 will be considered.

粒界領域8においては、バルクトラップ準位数がイント
リンシックフェルミ準位E、からのポテンシャルの差ψ
に比例した値をもつと仮定して空乏層近似のポアソン式
をたてる。すなわち、トラップ準位が禁制釜中に一様の
濃度K(個/ V / cm2 )で分布していると仮
定してポアソン式をたてると、 ε鴬          ε霊 である。但し、XはSt/Stow界面に垂直な方向の
座標であり、NAはアクセプタ濃度である。
In the grain boundary region 8, the number of bulk trap levels is the intrinsic Fermi level E, and the potential difference ψ
Assuming that the value is proportional to , a Poisson equation for the depletion layer approximation is established. That is, if the Poisson equation is established assuming that the trap levels are distributed at a uniform concentration K (numbers/V/cm2) in the forbidden pot, then ε ε ε spirit. However, X is the coordinate in the direction perpendicular to the St/Stow interface, and NA is the acceptor concentration.

■式の解は、境界条件rx=0でψ=0かつdψ/dX
=OJを満足しなければならないから、・・p (−R
[Σ・・))−一シ ・ ・ ・■ である。
■The solution to the equation is the boundary condition rx=0, ψ=0 and dψ/dX
= OJ must be satisfied, so...p (-R
[Σ・・))−ichishi・・・■.

ここでしきい値電圧v7を求める。Here, the threshold voltage v7 is determined.

N、のイントリンシックキャリア濃度下でビルト°イン
電圧ψ3を、 とおくと、ゲート電極4に印加するゲート電圧■Gがし
きい値電圧vTのとき0式のψはψ=2ψ。
When the built-in voltage ψ3 is set under the intrinsic carrier concentration of N, when the gate voltage ■G applied to the gate electrode 4 is the threshold voltage vT, the ψ of equation 0 is ψ=2ψ.

であるから、このときの空乏層幅をWとすると、=2ψ
重 である。
Therefore, if the depletion layer width at this time is W, then =2ψ
It's heavy.

故に、 従って、このときの空乏層内の電荷量(イオン化したア
クセプタとトラップされた電子の量) Ql・・・■ である。
Therefore, the amount of charge in the depletion layer at this time (the amount of ionized acceptors and trapped electrons) is Ql...■.

上記0式を用いてしきい値電圧V?を求めると、しきい
値電圧Vアが表面ポテンシャル2ψ膣とゲート酸化膜5
に印加されている電圧Qm/Ci(但し、C,はゲート
酸化膜5の単位面積当りの静電容量である。)の和であ
ることからしきい値電圧■7は、 ・・・■ である、この0式から、トラップ準位濃度Kがアクセブ
タ濃度NAよりも大きくなるとしきい値電圧■アが急激
に増加することが認識できる。
Threshold voltage V? using the above formula 0? The threshold voltage Va is the surface potential 2ψ and the gate oxide film 5.
Since it is the sum of the voltage Qm/Ci (where C is the capacitance per unit area of the gate oxide film 5) applied to the gate oxide film 5, the threshold voltage ■7 is...■ From this equation 0, it can be recognized that when the trap level concentration K becomes larger than the acceptor concentration NA, the threshold voltage 2a increases rapidly.

以上の如く導出した0式と0式により、粒界領域8のト
ランジスタモデルにおけるポテンシャルψとしきい値電
圧■7の内容が明確になった。
The contents of the potential ψ and the threshold voltage ■7 in the transistor model of the grain boundary region 8 have been clarified by the equations 0 and 0 derived as above.

さらに、粒界領域8のトランジスタが示すサブスレッシ
ョルド特性を解析する。
Furthermore, the subthreshold characteristics exhibited by the transistor in the grain boundary region 8 will be analyzed.

ポアソン式の一般式は、 ・・・■ である。但し、N、はドナー濃度、p、およびn。The general formula of Poisson's equation is ...■ It is. However, N is the donor concentration, p, and n.

はp型半導体中のホール濃度および電子濃度、p、。お
よびnpoはp型半導体中の熱平衡時におけるホール濃
度および電子濃度、βはq/kTである。
are the hole concentration and electron concentration, p, in the p-type semiconductor. and npo are the hole concentration and electron concentration at thermal equilibrium in the p-type semiconductor, and β is q/kT.

国               P また、粒界領域8のシリコンの表面電界をElとし、こ
のシリコン中の電荷をQ、とすると、Q3=−εs E
 t           ・・・■である。
Country P Also, if the surface electric field of the silicon in the grain boundary region 8 is El, and the charge in this silicon is Q, then Q3=-εs E
t...■.

従って、粒界領域8のシリコンの表面ポテンシャルψ、
とフラットバンド電圧VFIとゲート酸化膜5に印加さ
れている電圧Q、/C工の和がゲート電極4のゲート電
圧■6であるから、上記0式と0式とを用いるとこのゲ
ート電圧■6は次式になる。
Therefore, the surface potential ψ of silicon in the grain boundary region 8,
Since the sum of the flat band voltage VFI and the voltage Q and /C applied to the gate oxide film 5 is the gate voltage ■6 of the gate electrode 4, using the above equations 0 and 0, this gate voltage 6 becomes the following formula.

ここで、βψ、〉4程度(すなわち、ψm >100m
V程度)、nI、。/ p p。(1として近似すると
上記[相]式は、 vr、−ψs+VFl となる。
Here, βψ, about 4 (i.e., ψm >100m
V), nI,. / p p. (If approximated as 1, the above [phase] equation becomes vr, -ψs+VFl.

例 ところでサブスレッショルド特性は、電子の拡散過程に
よって支配される。従って電子の拡散係数をD7とする
と、サブスレッショルド領域におけるドレイン電流■。
For example, subthreshold characteristics are dominated by the electron diffusion process. Therefore, if the electron diffusion coefficient is D7, the drain current in the subthreshold region is .

は、 である。但し、Lはチャンネル長、2はチャンネル幅、
yはチャンネル方向の座標、n (y)は電子濃度、A
は実効的チャンネル面積である。ここで表面電界をEI
、電子の移動度をμ7とすると、qE富 ・     
 q が成立する。従って上記0式は、 ×□ z      1 ・ ・ ・0 となる。
is . However, L is the channel length, 2 is the channel width,
y is the coordinate in the channel direction, n (y) is the electron concentration, A
is the effective channel area. Here, the surface electric field is EI
, if the electron mobility is μ7, then qE wealth ・
q holds true. Therefore, the above equation 0 becomes ×□ z 1 . . . 0.

一方、サブスレッショルド領域におけるドレイン電流に
対するゲート電圧特性の傾きS (V/桁)は、 dψ、       dVG で定義される。ここでβψ、>4.npo/pn。(1
゜Vrt=0の条件下で、上記■式、■式、0式を用い
て0式を計算すると、0式は次式になる。
On the other hand, the slope S (V/digit) of the gate voltage characteristic with respect to the drain current in the subthreshold region is defined by dψ, dVG. Here βψ, >4. npo/pn. (1
Under the condition of °Vrt=0, when formula 0 is calculated using the above formulas ■, formula ■, and formula 0, formula 0 becomes the following formula.

前記[相]式においてK / N a ” K / p
p。)1゜ψm > 100 m Vの場合を考えると
、0式は、・・・[株] に近似される。従ってこの[相]式からKを逆算すると
、 qg、     1nIO を得る。
In the above [phase] formula, K / Na ” K / p
p. ) Considering the case of 1゜ψm > 100 mV, the formula 0 is approximated as... [shares]. Therefore, if we back-calculate K from this [phase] formula, we get qg, 1nIO.

以上の如く求めた■弐〜O式により粒界領域8のトラン
ジスタモデルが内容的に明らかになった。
The transistor model of the grain boundary region 8 has been clarified in terms of the equations (2) to (O) obtained as described above.

次に、サブスレッショルド領域にあっては、粒界領域8
のトランジスタの特性だけでなく、単結晶領域7のトラ
ンジスタを含めたハイブリッドトランジスタの特性を上
記0式で表すことができることについて説明する。
Next, in the subthreshold region, the grain boundary region 8
It will be explained that not only the characteristics of the transistor but also the characteristics of the hybrid transistor including the transistor in the single crystal region 7 can be expressed by the above equation 0.

第2図は前記ハイブリッドトランジスタの特性を説明す
るための回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram for explaining the characteristics of the hybrid transistor.

ハイブリッドトランジスタは、図示のように、単結晶領
域7に対応するトランジスタ7aと粒界領域8に対応す
るトランジスタ8aを直列に接続し、これらにドレイン
電圧VDとゲート電圧■。
As shown in the figure, in the hybrid transistor, a transistor 7a corresponding to a single crystal region 7 and a transistor 8a corresponding to a grain boundary region 8 are connected in series, and a drain voltage VD and a gate voltage ■ are applied to these transistors.

を印加したものとして考えることができる。It can be thought of as applying .

トランジスタ8aに流れる電流と印加される電圧をi 
、、 VD、、  トランジスタ7aに流れる電流と印
加される電圧をi !、 V。2とすると、上記0式よ
り、 を得る。但し、a、  bは定数でかつ、a>0゜b>
O,b>3である。exp (−βVo)=0と仮定す
ると上記[相]式から、 を得る。この0式を考察すると、トランジスタに印加し
た電圧の大部分がトランジスタ8aに印加されることが
わかる。また、第2図中のトランジスタ7aとトランジ
スタ8aとの位置を換えても[相]式の結果である[相
]式の値は変化しない。このことは、複数の単結晶領域
7を寄せ集めた厚さをり1、複数の粒界領域8を寄せ集
めた厚さをり。
The current flowing through the transistor 8a and the voltage applied are i
,, VD,, the current flowing through the transistor 7a and the voltage applied to it are i! , V. 2, we obtain from the above equation 0. However, a and b are constants, and a>0゜b>
O,b>3. Assuming that exp (-βVo)=0, we obtain from the above [phase] equation. Considering this equation 0, it can be seen that most of the voltage applied to the transistor is applied to the transistor 8a. Further, even if the positions of transistor 7a and transistor 8a in FIG. 2 are changed, the value of the [phase] equation, which is the result of the [phase] equation, does not change. This means that the thickness of a plurality of single crystal regions 7 is equal to the thickness 1, and the thickness of a plurality of grain boundary regions 8 is equal to 1.

とすると、第1図に示したハイブリッドトランジスタを
、チャンネル長し、のトランジスタ7aとチャンネル長
Lllのトランジスタ8aでなる第2図の回路で表現で
きることを意味する。すなわち、第1図のハイブリッド
トランジスタのサブスレッショルド特性は、第2図の回
路におけるサブスレッショルド特性と同値である。
This means that the hybrid transistor shown in FIG. 1 can be expressed by the circuit shown in FIG. 2, which includes a transistor 7a with a channel length of Lll and a transistor 8a with a channel length Lll. That is, the subthreshold characteristics of the hybrid transistor shown in FIG. 1 are the same as the subthreshold characteristics of the circuit shown in FIG.

なお、単結晶領域7のトランジスタ7aを従来モデルに
よって求めたしきい値電圧VT?とチャンネル長し、と
を有するトランジスタとし、粒界領域8のトランジスタ
8aを上記0式で求めたvy。
Note that the threshold voltage VT? of the transistor 7a in the single crystal region 7 is determined by the conventional model. The transistor 8a in the grain boundary region 8 is calculated using the above equation 0, assuming that the transistor has a channel length of

とチャンネル長り、とを有するトランジスタとすること
により、強反転時のリニア特性領域における特性を第2
図に示す回路で表現することができる。
By making the transistor have channel length and channel length, the characteristics in the linear characteristic region during strong inversion are
It can be expressed by the circuit shown in the figure.

以上のように、上記0式によってサブスレッシタルトN
域におけるハイブリッドトランジスタの特性を表すこと
ができる。
As mentioned above, by the above equation 0, the subthreshold N
The characteristics of the hybrid transistor in the range can be expressed.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described.

誘電率εs  (F/cm)の多結晶半導体を基板材料
とする絶縁ゲート電界効果型トランジスタにおいて、絶
縁膜の単位面積当りの静電容量C2(F/cm”)と、
温度T (K)と、サブスレッショルド領域のドレイン
電流に対するゲート電圧特性の傾きS (V/桁)とを
具体的に求め、前記物理量ci、’r、  Sに基づい
て上記0式の(但し、qは電子の電荷量(C) 、kは
ボルツマン定数(J/K) 、1nioは10の自然対
数値である。)を計算し粒界領域のトラップ準位濃度(
個/V/cm’)を測定する。
In an insulated gate field effect transistor whose substrate material is a polycrystalline semiconductor with a dielectric constant εs (F/cm), the capacitance per unit area of the insulating film C2 (F/cm"),
The temperature T (K) and the slope S (V/digit) of the gate voltage characteristic with respect to the drain current in the subthreshold region are specifically determined, and based on the physical quantities ci, 'r, and S, the above equation 0 (however, q is the electron charge (C), k is the Boltzmann constant (J/K), and 1nio is the natural logarithm of 10.), and the trap level concentration in the grain boundary region (
/V/cm').

本例においては、上式に代入する物理量として、オーチ
ズコンデ等がアイイーイーイー・トランザクション・オ
ン・エレクトロン・ディバイセズ(A、0rtiz−C
onde and J、G、Fossum、 IEEE
 Transaction on Electron 
Devices+  vol、HD−33+  No:
10゜0ctober、 1986. pp1563−
71)等で報告した測定データを用いた。すなわち、ゲ
ート酸化膜厚500人のPMO3)ランジスタとゲート
酸化膜厚400人のNMOS)ランジスタを測定して得
たサブスレッショルド領域のドレイン電流に対するゲー
ト電圧特性の傾きSの値である1 (77桁)と0.4
(V/桁)とを各々上記の式に代入した。
In this example, as the physical quantity substituted into the above equation, Otiz Conde et al.
onde and J,G,Fossum, IEEE
Transaction on Electron
Devices+ vol, HD-33+ No:
10°0ctober, 1986. pp1563-
The measurement data reported in 71) et al. were used. In other words, it is the value of the slope S of the gate voltage characteristic with respect to the drain current in the subthreshold region obtained by measuring a PMO3) transistor with a gate oxide film thickness of 500 people and an NMOS transistor with a gate oxide film thickness of 400 people.1 (77 digits) ) and 0.4
(V/digit) were respectively substituted into the above equations.

計算の結果、S=1  (V/桁)のとき、K =7.
21XIO”(個/V/am” ) 、S=0.4  
(V/桁)のときに=1.48X10” (個/V/c
m’)となった。
As a result of calculation, when S=1 (V/digit), K=7.
21XIO” (pcs/V/am”), S=0.4
(V/digit) = 1.48X10” (pcs/V/c
m').

このことから、前記PMO3)ランジスタのポリシリコ
ン粒界領域には、?、21X10” (個/V/cm’
)の濃度のトラップ準位があり、NMOSトランジスタ
のポリシリコン粒界領域には1.48X101’ (個
/V/cm3)の濃度のトラップ準位があることが判明
した。
From this, in the polysilicon grain boundary region of the PMO3) transistor, ? , 21X10"(pcs/V/cm'
), and it was found that the polysilicon grain boundary region of the NMOS transistor had a trap level with a concentration of 1.48×101' (units/V/cm3).

fLオ、本実施例では基板材料としてポリシリコンを用
いたがこれに限る趣旨ではない。ゲート容量が既知の反
転型多結晶半導体薄膜MOSトランジスタにも本発明の
測定方法を適用できることは明らかである。
Although polysilicon is used as the substrate material in this embodiment, the present invention is not limited to this. It is clear that the measuring method of the present invention can also be applied to an inverted polycrystalline semiconductor thin film MOS transistor whose gate capacitance is known.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、 を求めることにより多結晶粒界領域のトラップ準位濃度
を測定する多結晶粒界のトラップ準位濃度の測定方法と
したため、以下の効果がある。
As explained above, the present invention provides a method for measuring the trap level concentration of a polycrystalline grain boundary in which the trap level concentration of a polycrystalline grain boundary region is measured by determining the following, and therefore has the following effects.

(イ)多結晶半導体材料やトランジスタ製造工程等が及
ぼすトランジスタ特性への影響を容易に認識評価するこ
とができる。
(a) The influence of polycrystalline semiconductor materials, transistor manufacturing processes, etc. on transistor characteristics can be easily recognized and evaluated.

(ロ)前記認識評価ができるため、高性能の絶縁ゲート
電界効果型トランジスタの開発と製造が実現される。
(b) Since the recognition and evaluation described above can be performed, the development and manufacture of high-performance insulated gate field effect transistors can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に用いられるポリシリコン薄膜トランジ
スタのモデルを説明した断面図、第2図は第1図のポリ
シリコン薄膜トランジスタの特性を説明するための回路
図である。 4・・・・・ゲート電極 5・・・・・ゲート酸化膜 6・・・・・多結晶領域 7・・・・・単結晶領域 8・・・・・粒界領域 代理人 弁理士  岩 佐  義 幸
FIG. 1 is a sectional view illustrating a model of a polysilicon thin film transistor used in the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram illustrating the characteristics of the polysilicon thin film transistor shown in FIG. 4...Gate electrode 5...Gate oxide film 6...Polycrystalline region 7...Single crystal region 8...Grain boundary region Agent Patent attorney Iwa Sa Yoshiyuki

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)誘電率がε_s(F/cm)の多結晶半導体を基
板材料とする絶縁ゲート電界効果型トランジスタにおい
て、 絶縁膜の単位面積当りの静電容量C_i(F/cm^2
)と、温度T(K)と、サブスレッショルド領域のドレ
イン電流に対するゲート電圧特性の傾きS(V/桁)と
を求め、 前記物理量C_i、T、Sに基づいて ▲数式、化学式、表等があります▼ (但し、qは電子の電荷量(C)、kはボルツマン定数
(J/K)、ln10は10の自然対数値である、)を
計算することにより、多結晶粒界領域のトラップ準位濃
度K(個/V/cm^3)を測定することを特徴とする
多結晶粒界のトラップ準位濃度の測定方法。
(1) In an insulated gate field effect transistor whose substrate material is a polycrystalline semiconductor with a dielectric constant of ε_s (F/cm), the capacitance per unit area of the insulating film C_i (F/cm^2
), the temperature T (K), and the slope S (V/digit) of the gate voltage characteristic with respect to the drain current in the subthreshold region, and based on the physical quantities C_i, T, and S, ▲ mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc. ▼ (However, q is the electron charge (C), k is Boltzmann's constant (J/K), and ln10 is the natural logarithm of 10.) By calculating the trap standard of the polycrystalline grain boundary region, A method for measuring trap level concentration at polycrystalline grain boundaries, the method comprising measuring trap level concentration K (number/V/cm^3).
JP22649288A 1988-09-12 1988-09-12 Method for measuring trap level concentration at polycrystalline grain boundaries Expired - Lifetime JP2504134B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22649288A JP2504134B2 (en) 1988-09-12 1988-09-12 Method for measuring trap level concentration at polycrystalline grain boundaries

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22649288A JP2504134B2 (en) 1988-09-12 1988-09-12 Method for measuring trap level concentration at polycrystalline grain boundaries

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0276234A true JPH0276234A (en) 1990-03-15
JP2504134B2 JP2504134B2 (en) 1996-06-05

Family

ID=16845953

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP22649288A Expired - Lifetime JP2504134B2 (en) 1988-09-12 1988-09-12 Method for measuring trap level concentration at polycrystalline grain boundaries

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2504134B2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6075263A (en) * 1997-04-09 2000-06-13 Nec Corporation Method of evaluating the surface state and the interface trap of a semiconductor
JP2006519964A (en) * 2003-03-08 2006-08-31 シャフラー、コマンディット、ゲゼルシャフト Overrunning clutch
US7389864B2 (en) 2003-01-09 2008-06-24 Jtekt Corporation One-way clutch spring
JP2009147296A (en) * 2007-12-17 2009-07-02 Korea Electronics Telecommun Source-drain current modeling method and device of thin film transistor
CN102053114A (en) * 2010-11-02 2011-05-11 北京大学 Method for testing density of grid dielectric layer trap of non-substrate semiconductor device

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6075263A (en) * 1997-04-09 2000-06-13 Nec Corporation Method of evaluating the surface state and the interface trap of a semiconductor
US7389864B2 (en) 2003-01-09 2008-06-24 Jtekt Corporation One-way clutch spring
JP2006519964A (en) * 2003-03-08 2006-08-31 シャフラー、コマンディット、ゲゼルシャフト Overrunning clutch
JP4739181B2 (en) * 2003-03-08 2011-08-03 シャフラー、コマンディット、ゲゼルシャフト Overrunning clutch
JP2009147296A (en) * 2007-12-17 2009-07-02 Korea Electronics Telecommun Source-drain current modeling method and device of thin film transistor
CN102053114A (en) * 2010-11-02 2011-05-11 北京大学 Method for testing density of grid dielectric layer trap of non-substrate semiconductor device
US8866507B2 (en) 2010-11-02 2014-10-21 Peking University Method for testing trap density of gate dielectric layer in semiconductor device having no substrate contact

Also Published As

Publication number Publication date
JP2504134B2 (en) 1996-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Keyes The effect of randomness in the distribution of impurity atoms on FET thresholds
Waxman et al. Electron Mobility Studies in Surface Space‐Charge Layers in Vapor‐Deposited CdS Films
Şahin et al. The effect of series resistance on capacitance–voltage characteristics of Schottky barrier diodes
Hu et al. Silicon nitride films by reactive sputtering
US3502950A (en) Gate structure for insulated gate field effect transistor
KR940022827A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
Kim et al. Low voltage driven, stable solution-processed zinc-tin-oxide TFT with HfOy and AlOx stack gate dielectric
Neudeck et al. An amorphous silicon thin film transistor: Theory and experiment
Kulkarni et al. Estimation and verification of the electrical properties of indium tin oxide based on the energy band diagram
JPH0276234A (en) Measurement of trap level density of polycrystal grain boundary
Kamgar Subthreshold behavior of silicon MOSFETs at 4.2 K
US3428875A (en) Variable threshold insulated gate field effect device
Arnold Surface charges and surface potential in silicon surface inversion layers
Burroughes et al. Field-enhanced conductivity in polyacetylene-construction of a field-effect transistor
Okuyama et al. Hall mobility of evaporated tellurium films
EP0073603B1 (en) Polycrystalline thin-film transistor,integrated circuit including such transistors and a display device including such a circuit
Buxo et al. A model for the large‐amplitude hysteresis in MIS structures on InSb
Rodder et al. Comparison of different techniques for passivation of small-grain polycrystalline-Si MOSFET's
Pichon et al. Conduction behaviour of low-temperature (≤ 600° C) polysilicon TFTs with an in situ drain doping level
JPS5833872A (en) Manufacture of thin film field effect transistor
Swystun et al. Instability in vacuum deposited silicon oxide
Makovskaya et al. Charge Properties of the MOS Transistor Structure with the Channel Made from a Two-Dimensional Crystal
Gould et al. DC conductivity in RF magnetron sputtered gold–silicon nitride–gold sandwich structures
van Calster et al. State of the Art in Thin Film Transistor: A Review of the Used Insulator–Semiconductor Combinations
Magerlein Tunneling current density j (V) for Pb–In–Au alloy junctions and tunnel barrier modeling