JPH03189548A - Method for evaluating characteristic of semiconductor device - Google Patents

Method for evaluating characteristic of semiconductor device

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JPH03189548A
JPH03189548A JP32843689A JP32843689A JPH03189548A JP H03189548 A JPH03189548 A JP H03189548A JP 32843689 A JP32843689 A JP 32843689A JP 32843689 A JP32843689 A JP 32843689A JP H03189548 A JPH03189548 A JP H03189548A
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holes
total
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Abstract

PURPOSE:To simulate element characteristics with high accuracy by finding the mobility of carriers when only impurities of a 1st or 2nd conduction type are admitted individually and finding the carrier mobility in an area where impurities of both the 1st and 2nd conduction types are present by using said found mobility. CONSTITUTION:The 1st mobility values of electrons and positive holes when only impurities of the 1st conduction type are injected into a semiconductor is found according to the concn. of the injected impurities. Further, the 2nd mobility values of electrons and positive holes when only impurities of the 2nd conduction type are injected into the semiconductor is found according to the concn. of the injected impurities. The 1st and 2nd found mobility values of electrons are used to find the total mobility of electrons in a semiconductor area where the impurities of the 1st and 2nd conduction type are present together. The 1st and 2nd found mobility values of the positive holes are used to find the total mobility of the positive holes in a semiconductor area where the impurities of the 1st and 2nd conduction types are present. Then the characteristics of the semiconductor device are evaluated by using the found total mobility values of the electrons and positive holes.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、半導体におけるキャリア移動度の不純物濃
度及び不純物の導電型に対する依存性を高精度に評価し
て、素子特性を高精度にシミュレーションすることを可
能にする半導体装置の特性評価方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Objective of the Invention] (Industrial Application Field) This invention evaluates with high precision the dependence of carrier mobility on impurity concentration and impurity conductivity type in semiconductors to determine device characteristics. This invention relates to a method for evaluating characteristics of semiconductor devices that enables highly accurate simulation.

(従来の技術) 1(導体素子においては、半導体に含まれる不純物の濃
度が極めて高い高濃度領域、例えばシリコンでは10 
”c m−’程度以上の領域を輸送されるキャリアの振
る舞いが、素子特性に大きな影響を11.える。このた
め、素子の設計を正確に行なうためには、不純物が高濃
度に導入された領域で、キャリアが受ける不純物の高濃
度効果を高精度に評価しなければならない。
(Prior art) 1. In a conductor element, a high concentration region where the concentration of impurities contained in a semiconductor is extremely high, for example, in silicon, 10
The behavior of carriers transported in a region larger than 11. cm has a large effect on device characteristics. Therefore, in order to accurately design devices, impurities must be introduced at high concentrations. The effect of high concentration of impurities on carriers must be evaluated with high precision in this region.

この不純物の高濃度効果には、キャリア活性化率の低下
、バンドギャップの挟まり、キャリア移動度の低下等の
様々なものがある。これらのうち、特に、キャリア移動
度の低下は、半導体に導入される不純物の濃度が高まる
につれて、多数キャリア及び少数キャリアともにその移
動度が低下する現象であり、素子特性に大きな影響を与
える。このため、半導体装置を開発、設計するにあたっ
て、このキャリア移動度の低下を高精度に把握するため
には、このキャリア移動度の低下を高精度に評価する必
要がある。
This high concentration effect of impurities includes various effects such as a decrease in carrier activation rate, narrowing of the band gap, and a decrease in carrier mobility. Among these, the decrease in carrier mobility is a phenomenon in which the mobility of both majority carriers and minority carriers decreases as the concentration of impurities introduced into a semiconductor increases, and this has a large effect on device characteristics. Therefore, in order to accurately understand this decrease in carrier mobility when developing and designing a semiconductor device, it is necessary to evaluate this decrease in carrier mobility with high accuracy.

半導体への不純物導入によるキャリア移動度の低下は、
半導体にN型及びP型の不純物が混在している場合であ
っても、従来の評価方法では、N型、P型の不純物を区
別することなく総不純物濃度pJ (= N O+N 
A )の関数として評価されていた。ここで、No、N
Aはそれぞれドナー、アクセプターの不純物濃度である
The decrease in carrier mobility due to the introduction of impurities into semiconductors is
Even when N-type and P-type impurities coexist in a semiconductor, conventional evaluation methods do not distinguish between N-type and P-type impurities and calculate the total impurity concentration pJ (= N O + N
It was evaluated as a function of A). Here, No, N
A is the impurity concentration of the donor and acceptor, respectively.

例えば、キャリア移動度を評価する関数としては、文献
■rMawettl at al、、 I[21E T
ran。
For example, as a function for evaluating carrier mobility, the literature ■ rMawettl at al, I[21E T
Ran.

[Elcctron Devices、 vol、 I
ED−30,PP、 764−769゜1983 Jに
記載されているものがある。第6図に示す実線は、この
関数を不純物濃度に対する多数キャリアとしての正孔の
移動度を示したものである。
[Elcctron Devices, vol, I
Some are described in ED-30, PP, 764-769°1983 J. The solid line shown in FIG. 6 shows this function as the mobility of holes as majority carriers with respect to impurity concentration.

従来における素子特性の評価手順としては、第7図に示
すように、N型及びP型の不純物濃度NT)% NAを
人力した後(ステップ100)、総不純物濃度NをN−
N、 +NAとしてJ1算しくステップ200)、総不
純物濃度Nの関数として、上記した文献■の関数を用い
て電子及び正孔の移動度μn(N)、μ、(N)を求め
(ステップ300)、求めた移動度を用いてポアソンの
方程式、電子及びII−孔の電流連続方程式を数値計算
により解き、素子・特性の評価を行なっていた(ステッ
プ400)。
As shown in FIG. 7, the conventional evaluation procedure for device characteristics is that after manually determining the N-type and P-type impurity concentrations NT)%NA (step 100), the total impurity concentration N is reduced to N-
As a function of the total impurity concentration N, the mobilities μn (N), μ, (N) of electrons and holes are determined using the function of the above-mentioned document (■) (step 300). ), Poisson's equation, electron and II-hole current continuity equations were solved by numerical calculation using the obtained mobility, and the device and characteristics were evaluated (step 400).

ずなイっち、従来にあっては、正孔の移動度にあっても
、電子の移動度にあっても、導入された不純物の導電型
を考慮することなく、導入された不純物の総濃度に対す
る多数キャリアとしての移動度として求めていた。した
がって、例えばN型の半導体における正孔の移動度を求
める場合に、正孔は少数キャリアとなるにもかかわらず
、第6図の実線に示す多数キャリアの関数を用いていた
In the past, the total amount of introduced impurities was calculated without considering the conductivity type of the introduced impurities, whether it was in terms of hole mobility or electron mobility. It was determined as the mobility of majority carriers relative to concentration. Therefore, when determining the mobility of holes in an N-type semiconductor, for example, the majority carrier function shown by the solid line in FIG. 6 has been used, even though holes are minority carriers.

しかしながら、最近、少数キャリアの移動度は、多数キ
ャリアの移動とは異なることが、第6図の点線に示すよ
うに、例えば文献■rs、t’;。
However, recently, it has been found that the mobility of minority carriers is different from that of majority carriers, as shown by the dotted line in FIG. 6, for example, in the literature ■rs, t';

5vlrbunet et al、、 IEEE Tr
an、 Electron DeviceLetter
s、 vol、 EDL−7,PP、 168−171
.1986 J及び、文献■「S、1シ、5w1rhu
n et al、、lIEDM TechDIg、、P
P24〜27.1988 Jによって報告されている。
5vlrbunet et al., IEEE Tr.
an, Electron Device Letter
s, vol, EDL-7, PP, 168-171
.. 1986 J and literature ■ “S, 1shi, 5w1rhu
n et al,, IEDM TechDIg,,P
P24-27.1988 J.

したがって、第6図に示されているように、多数キャリ
アの移動度と少数キャリアの移動度が大幅に異なるにも
かかわらず、従来におけるキャリア移動度の算出方法に
あっては、不純物の総濃度Nの関数とする多数キャリア
の移動度として求めていたので、算出されるキャリア移
動度に大きな誤差が生じていた。
Therefore, as shown in Figure 6, although the mobility of majority carriers and the mobility of minority carriers are significantly different, the conventional method of calculating carrier mobility Since the mobility of majority carriers was determined as a function of N, a large error occurred in the calculated carrier mobility.

(発明が解決しようとする課題) 以上説明したように、従来のキャリア移動度の評価方法
にあっては、キャリア移動度の不純物濃度依存性を、不
純物の導電型によらず総不純物濃度Nの関数として求め
ていた。このため、半導体の高濃度領域におけるキャリ
ア移動度を高精度に評価することができなかった。
(Problems to be Solved by the Invention) As explained above, in the conventional evaluation method of carrier mobility, the dependence of carrier mobility on impurity concentration is determined based on the total impurity concentration N, regardless of the conductivity type of impurities. I was looking for it as a function. For this reason, it has not been possible to evaluate carrier mobility in a high concentration region of a semiconductor with high accuracy.

これにより、キャリア移動度を用いたシミュレーション
によって得られる電流−電圧特性等の電気的特性を正確
にシミュレートすることができす、高精度な素子の設計
を困難にしていた。
This has made it difficult to design a highly accurate device that can accurately simulate electrical characteristics such as current-voltage characteristics obtained by simulation using carrier mobility.

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであり
、その「1的とするところは、半導体におけるキャリア
移動度の不純物濃度依存性を高精度に評価することによ
って、不純物高濃度領域でのキャリア移動度を正確に求
め、素子特性を高精度にシミュレーションすることを可
能にした半導体装置の特性評価方法を提供することにあ
る。
Therefore, this invention has been made in view of the above, and its "first objective is to accurately evaluate the dependence of carrier mobility on impurity concentration in semiconductors, thereby improving It is an object of the present invention to provide a method for evaluating the characteristics of a semiconductor device, which enables accurate determination of carrier mobility and highly accurate simulation of device characteristics.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、この発明は、半導体に第1
導電型の不純物のみが導入された場合の電子及び正孔の
第1移動度を、導入された不純物の濃度に応じて求め、
半導体に第2導電型の不純物のみが導入された場合の電
子及び正孔の第2移動度を、導入された不純物の濃度に
応じて求め、求めた電子の第1及び第2移動度を用いて
第1及び第2導電型の不純物が混在する半導体領域にお
ける電子のトータル移動度を求め、求めた正孔の第1及
び第2移動度を用いて第1及び第2導電型の不純物が混
在する半導体領域における正孔のトータル移動度を求め
、求めた電子及び正孔のトータル移動度から半導体装置
の特性を評価することを要旨とする。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention provides a first method for semiconductors.
The first mobility of electrons and holes when only conductive type impurities are introduced is determined according to the concentration of the introduced impurities,
The second mobility of electrons and holes when only impurities of the second conductivity type are introduced into the semiconductor is determined according to the concentration of the introduced impurity, and the determined first and second mobilities of electrons are used. The total mobility of electrons in the semiconductor region where impurities of the first and second conductivity types coexist is determined using the method, and the total mobility of electrons in the semiconductor region where impurities of the first and second conductivity types coexist is determined using the determined first and second mobilities of holes. The purpose of this paper is to determine the total mobility of holes in a semiconductor region and evaluate the characteristics of a semiconductor device from the determined total mobility of electrons and holes.

(作用) この発明は、第1導電型あるいは第2導電型の不純物の
みがそれぞれ個別に導入された場合のキャリアの移動度
を、不純物濃度に応じてそれぞれ独立に求め、それぞれ
独立に求めたキャリアの移動度を用いて、第1及び第2
導電型の不純物がともに含まれる領域におけるキャリア
移動度を求め、このキャリア移動度を用いて特性評価を
行なうようにしている。
(Function) This invention calculates carrier mobility when only impurities of the first conductivity type or the second conductivity type are individually introduced, depending on the impurity concentration, and using the mobility of the first and second
The carrier mobility in a region containing both conductive type impurities is determined, and the characteristics are evaluated using this carrier mobility.

(実施例) 以下、図面を用いてこの発明の詳細な説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be explained in detail using the drawings.

第1図はこの発明の一実施例に係わる?1′導体装置の
特性評価方法を実行するデバイスシミュレータの要部構
成を示すブロック図である。
FIG. 1 relates to one embodiment of this invention? FIG. 1 is a block diagram showing the main part configuration of a device simulator that executes a method for evaluating characteristics of a 1' conductor device.

同図に示す実施例のシミュレータでは、半導体にN型の
不純物のみが導入された場合のキャリアの移動度と、P
型の不純物のみが導入された場合のキャリアの移動度と
をそれぞれ独立に求め、求めた両移動度から両導電型の
不純物をともに含む領域におけるキャリアの移動度(以
下「トータル移動度」と呼ぶ)を求めるようにしたもの
である。
In the simulator of the example shown in the figure, carrier mobility when only N-type impurities are introduced into the semiconductor, and P
The carrier mobility when only the type impurity is introduced is determined independently, and from the obtained mobility, the carrier mobility in the region containing both conductivity type impurities (hereinafter referred to as "total mobility") is determined. ).

第1図において、この実施例のデバイスシミュレータは
、人力部1、ドナー移動度決定部2、アクセプター移動
度決定部3、トータル移動度決定部4、数値計算実行部
5を備えて構成されている。
In FIG. 1, the device simulator of this embodiment includes a human power section 1, a donor mobility determination section 2, an acceptor mobility determination section 3, a total mobility determination section 4, and a numerical calculation execution section 5. .

入力部1は、半導体に導入される不純物の濃度を入力デ
ータとしてシミュレータに与えるものであり、N型の不
純物の濃度NDとP型の不純物の濃度NAをそれぞれ独
立に入力する。N型の不純物としてはAs、P、Sb等
、puの不純物としてはB等を各々設定することができ
る。人力部1は、与えられたそれぞれの不純物濃度ND
1NAのうち、N型の不純物濃度NOをドナー移動度決
定部2に与え、P型の不純物濃度NAをアクセプター移
動度決定部3に与える。
The input unit 1 provides the simulator with the concentration of impurities introduced into the semiconductor as input data, and inputs the concentration ND of N-type impurities and the concentration NA of P-type impurities, respectively. As the N-type impurity, As, P, Sb, etc. can be set, and as the PU impurity, B etc. can be set. The human power department 1 calculates each given impurity concentration ND.
1NA, the N-type impurity concentration NO is given to the donor mobility determining section 2, and the P-type impurity concentration NA is given to the acceptor mobility determining section 3.

ドナー移動度決定部2は、半導体にN型の不純物のみが
導入された場合におけるN型の不純物による散乱で与え
られる電子の移動度μ71.及び正孔の移動度μ、を、
入力部1から!jえられるN型の不純物濃度NDの関数
として求める。
The donor mobility determination unit 2 calculates the electron mobility μ71. given by scattering by N-type impurities when only N-type impurities are introduced into the semiconductor. and the hole mobility μ,
From input section 1! It is determined as a function of the N-type impurity concentration ND.

具体的には、ドナー移動度決定部2では、電子の移動度
を求める場合には、まず、N型不純物の濃度に対する多
数キャリアの移動度μn□を求める。
Specifically, when determining the electron mobility, the donor mobility determination unit 2 first determines the majority carrier mobility μn□ with respect to the concentration of the N-type impurity.

この多数キャリアとしての電子の移動度μn、は、第6
図に示したと同様に不純物濃度に対する電子移動度の実
験結果を式によって表わし、前述した文献■に記載され
ている経験式を用いて算出される。このようにして算出
された多数キャリアとしての電子の移動度μnJは、例
えばフォノン散乱等の不純物以外の散乱で与えられる移
動度をμn。とすると、次式によって表わされる。
The mobility μn of electrons as majority carriers is the sixth
As shown in the figure, the experimental results of electron mobility with respect to impurity concentration are expressed by a formula, and calculated using the empirical formula described in the above-mentioned document ①. The mobility μnJ of electrons as majority carriers calculated in this way is the mobility given by scattering other than impurities such as phonon scattering. Then, it is expressed by the following equation.

上式において、移動度μ、。は不純物を含まない場合の
多数キャリアとしての電子の移動度μn、と考えられる
ので、μ1.を算出した経験式から算出される。これら
により、N型不純物のみによる散乱で与えられる電子の
移動度μnI)が算出される。
In the above equation, the mobility μ,. is considered to be the mobility of electrons as majority carriers μn when no impurities are included, so μ1. It is calculated from the empirical formula that calculated . From these, the electron mobility μnI) given by scattering only by N-type impurities is calculated.

一方、ドナー移動度決定部2において、1E孔の移動度
を求める場合には、まず、N型不純物の濃度に対する少
数キャリアの移動度/l+++を求める。
On the other hand, when determining the mobility of the 1E hole in the donor mobility determination unit 2, first, the minority carrier mobility/l+++ with respect to the concentration of N-type impurity is determined.

この少数キャリアとしての正孔の移動度μ、1は、第6
図に点線で示す実験結果を式によって表わし、前述した
文献■に記載されている経験式を用いて算出される。こ
のようにして算出された少数キャリアとしての正孔の移
動度μ、1は、不純物以外の散乱でljえられる移動度
μ、。とすると、次式によって表わされる。
The mobility μ, 1 of holes as minority carriers is the sixth
The experimental results shown by the dotted line in the figure are expressed by a formula, and calculated using the empirical formula described in the above-mentioned document (■). The mobility μ, 1 of holes as minority carriers calculated in this way is the mobility μ, which can be obtained by lj scattering other than impurities. Then, it is expressed by the following equation.

μp11′″μ、D 十μp o      −−(2
1上式において、移動度μ、0は不純物を含まない場合
の少数キャリアの移動度μ、1と定義され、μ、1を算
出した経験式がら算出される。これらにより、N型不純
物のみによる散乱で与えられるiE孔の移動度μ、Dが
算出される。
μp11′″μ, D 10μp o --(2
1 In the above equation, the mobility μ, 0 is defined as the minority carrier mobility μ, 1 when no impurities are included, and is calculated from the empirical formula used to calculate μ, 1. From these, the iE hole mobility μ, D given by scattering only by the N-type impurity is calculated.

このように、N型の不純物濃度NDの関数として算出さ
れた電子の移動度μnD及び正孔の移動度μ、Dは、ト
ータル移動度算出部4に与えられる。
In this way, the electron mobility μnD and the hole mobility μ, D calculated as a function of the N-type impurity concentration ND are provided to the total mobility calculation unit 4.

アクセプター移動度決定部3は、半導体にP型の不純物
のみが導入された場合におけるP型の不純物による散乱
で与えられる電子の移動度μ7A及び正孔の移動度μ、
を、入力部1がら与えられるP型の不純物濃度NAの関
数として求める。
The acceptor mobility determining unit 3 determines the electron mobility μ7A and hole mobility μ given by scattering by P-type impurities when only P-type impurities are introduced into the semiconductor.
is determined as a function of the P-type impurity concentration NA given from the input section 1.

具体的には、アクセプター移動度決定部3ては、電子の
移動度を求める場合には、まず、P型不純物の濃度に対
する少数キャリアの移動度μn1を求める。この少数キ
ャリアとしての電子の移動度μnIは、文献■に記載さ
れている経験式を用いて算出される。このようにして算
出された少数キャリアとしての電子の移動度μn1は、
不純物以外の散乱で与えられる移動度をμn。とすると
、次式によって表わされる。
Specifically, when determining the electron mobility, the acceptor mobility determination unit 3 first determines the minority carrier mobility μn1 with respect to the concentration of the P-type impurity. The mobility μnI of electrons as minority carriers is calculated using the empirical formula described in Document (2). The mobility μn1 of electrons as minority carriers calculated in this way is
The mobility given by scattering other than impurities is μn. Then, it is expressed by the following equation.

μ 。1 − μ 。^  十 μn。       
     ・・・・・・(3)上式において、移動度μ
n。は不純物を含まない場合の少数のキャリアとしての
電子の移動度μn1と定義され、μn1を算出した経験
式から算出される。これらにより、P型不純物のみによ
る散乱で与えられる電子の移動度μn^が算出される。
μ. 1 − μ. ^ Ten μn.
......(3) In the above equation, the mobility μ
n. is defined as the mobility μn1 of electrons as minority carriers when no impurities are included, and is calculated from the empirical formula used to calculate μn1. From these, the electron mobility μn^ given by scattering only by P-type impurities is calculated.

一方、アクセプター移動度決定部3において、iIE孔
の移動度を求める場合には、まず、P型不純物の濃度に
対する多数キャリアの移動度μ、を求める。この多数キ
ャリアとしての正孔の移動度μmは、第6図に実線で示
す実験結果を式によって表わし、前述した文献■に記載
されている経験式を用いて算出される。このようにして
算出された多数キャリアとしての正孔の移動度μpJは
、不純物以外の散乱で与えられる移動度μ、。とすると
、次式によって表わされる。
On the other hand, when determining the mobility of the iIE hole in the acceptor mobility determination unit 3, first, the mobility μ of majority carriers with respect to the concentration of P-type impurities is determined. The mobility μm of holes as majority carriers is calculated by expressing the experimental results shown by the solid line in FIG. The mobility μpJ of holes as majority carriers calculated in this way is the mobility μ given by scattering other than impurities. Then, it is expressed by the following equation.

上式において、移動度μ、。は不純物を含まない場合の
多数キャリアの移動度μ2.と定義され、μn、を算出
した経験式から算出される。これらにより、P型不純物
のみによる散乱で与えられる正孔の移動度μ、が算出さ
れる。
In the above equation, the mobility μ,. is the mobility of majority carriers μ2 when no impurities are included. It is defined as , and is calculated from the empirical formula used to calculate μn. From these, the hole mobility μ given by scattering only by P-type impurities is calculated.

このように、P型の不純物濃度NAの関数として算出さ
れた電子の移動度μ7A及び正孔の移動度μ、は、トー
タル移動度算出部4に与えられる。
In this way, the electron mobility μ7A and the hole mobility μ calculated as a function of the P-type impurity concentration NA are provided to the total mobility calculation unit 4.

トータル移動度算出部4は、ドナー移動度決定部2から
与えられる電子の移動度μ7Dとアクセプター移動度決
定部3から与えられる電子の移動度μ0^を用いて、電
子のトータル移動度μnを算出する。具体的な算出方法
としては、次式にしたがって行なわれる。
The total mobility calculation unit 4 calculates the total electron mobility μn using the electron mobility μ7D given from the donor mobility determination unit 2 and the electron mobility μ0^ given from the acceptor mobility determination unit 3. do. A specific calculation method is performed according to the following formula.

また、トータル移動度算出部4は、ドナー移動度決定部
2から与えられる正孔の移動度μ、Dとアクセプター移
動度決定部3から与えられる正孔のμ9J  −μ、八
 十μPO・・・・・・(4)移動度μ2^を用いて、
t[孔のトータル移動度μnを算出する。具体的な算出
方法としては、次式にしたがって行なわれる。
In addition, the total mobility calculation unit 4 calculates the hole mobility μ, D given from the donor mobility determination unit 2, and the hole mobility μ9J − μ, 80 μPO, given from the acceptor mobility determination unit 3. ...(4) Using the mobility μ2^,
t[Calculate the total mobility μn of the hole. A specific calculation method is performed according to the following formula.

このように、N型及びP型の不純物をともに含む領域に
おけるN型不純物及びP型不純物による散乱が独立であ
るとしてそれぞれ求めた電子のトータル移動度μ、及び
正孔のトータル移動度μnは、数値計算実行部5にIテ
えられる。
In this way, the total mobility μ of electrons and the total mobility μn of holes, respectively calculated assuming that the scattering by N-type impurities and P-type impurities in a region containing both N-type and P-type impurities are independent, are as follows: The information is input to the numerical calculation execution unit 5.

数値計算実行部5は、トータル移動度p出部4から与え
られる電子及び正孔のトータル移動度を用いて、ポアソ
ンの方程式と電子の電流連続方程式及び正孔の電流連続
方程式を連立して数値旧算により解き、素子特性を解析
する。
Using the total mobility of electrons and holes given from the total mobility p output unit 4, the numerical calculation execution unit 5 simultaneously calculates Poisson's equation, the electron current continuity equation, and the hole current continuity equation, and calculates the numerical value. Solve using old calculations and analyze element characteristics.

このようなデバイスシミュレータにおいて、例えば第2
図に示すような、N゛型のコレクタ領域6上に比較的薄
く積層されたP゛型のベース領域7及び、このベース領
域7中にN型の不純物を高濃度に導入して形成されたN
°型のエミッタ領域8からなり、第2図の■−■線に沿
った断面の不純物濃度が第3図に示すような分布状態の
NPN型のバイポーラトランジスタにおける電流−電圧
特性をシミュレーションすると、シミュレーション結果
は第4図に示すような結果が得られた。
In such a device simulator, for example, the second
As shown in the figure, a P' type base region 7 is laminated relatively thinly on an N' type collector region 6, and a P' type base region 7 is formed by introducing N type impurities into this base region 7 at a high concentration. N
When simulating the current-voltage characteristics of an NPN bipolar transistor consisting of a °-shaped emitter region 8 and having an impurity concentration distribution in the cross section along the line ■-■ in FIG. 2 as shown in FIG. The results shown in FIG. 4 were obtained.

第4図はベース・エミッタ間電圧vn8に対するベース
電流IB及びコレクタ電流■。の特性を示したものであ
り、第4図において、実線で示す本発明と点線で示す従
来例とのシミユレーション値を比較すると、ベース電流
11’lにあっては2倍以上の差異が見られる。
FIG. 4 shows base current IB and collector current ■ with respect to base-emitter voltage vn8. In Fig. 4, when the simulation values of the present invention shown by the solid line and the conventional example shown by the dotted line are compared, there is a difference of more than twice for the base current 11'l. Can be seen.

第5図は本発明によって求めたキャリア移動度及び、N
型及びP型の不純物がそれぞれ+11−独に導入された
場合のそれぞれのバンドギャップの挟まり量から求めた
両不純物が混在する領域のバンドギャップの変化量を用
いた電流−電圧特性のシミユレーション値と実7N−1
値を示す図である。
FIG. 5 shows the carrier mobility and N
Simulation of current-voltage characteristics using the amount of change in band gap in a region where both type and P type impurities are mixed, determined from the amount of sandwiching of each band gap when +11-type and P-type impurities are introduced respectively. Value and reality 7N-1
It is a figure showing a value.

第5図から明らかなように、ベース電流及びコレクタ電
流のシミユレーション値は、ともに実i’1?1値に極
めて近い値が得られている。これは、バンドギャップの
変化量が高精度に評価されているとともに、第4図に示
した本発明により求めたキャリア移動度が従来の手法を
用いて求め場合に比べて高精度に評価されていることに
よるものである。
As is clear from FIG. 5, the simulated values of the base current and collector current are both extremely close to the actual i'1?1 value. This means that the amount of change in the bandgap is evaluated with high precision, and the carrier mobility determined by the present invention shown in Figure 4 is evaluated with high precision compared to when determined using the conventional method. This is due to the presence of

なお、この発明は、上記実施例に限ることはなく、例え
ば電子及び正孔のトータル移動度μnμ、を、前述した
(1)式及び(2)式から得られる及び、前述した(3
)式及び(4)式から得られるで示す関係式によって算
出するようにしても良い。
Note that the present invention is not limited to the above embodiments, and for example, the total mobility of electrons and holes, μnμ, can be calculated using the equations (1) and (2) described above, and the equation (3) described above.
) and (4) may be calculated using the relational expression shown in .

[発明の効果] 以上説明したように、この発明によれば、第1導電型あ
るいは第2導電型の不純物のみがそれぞれ個別に導入さ
れた場合のキャリアの移動度を不純物濃度に応じてそれ
ぞれ独立に求め、それぞれ独立に求めたキャリアの移動
度を用いて、第1及び第2導電型の不純物がともに含ま
れる領域におけるキャリア移動度を求めるようにしたの
で、両導電型の不純物が高濃度に混在する領域でのキャ
リア移動度を高精度に求めることが可能となり、素子特
性を高精度にシミュレーションすることができるように
なる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the carrier mobility when only first conductivity type or second conductivity type impurities are individually introduced can be independently adjusted according to the impurity concentration. Since the carrier mobility in the region containing both the first and second conductivity type impurities is calculated using the carrier mobility determined independently, it is possible to calculate the carrier mobility in the region where both the first and second conductivity type impurities are included. It becomes possible to determine carrier mobility in a mixed region with high precision, and it becomes possible to simulate device characteristics with high precision.

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

第1図はこの発明の一実施例に係わる特性評価方法によ
りシミュレーションを行なうデバイスシミュレータの構
成を示すブロック図、 第2図はシミュレーションモデルとなるバイボラトラン
ジスタの一構造を示す断面図、第3図は第2図に示すト
ランジスタの不純物濃度分布を示す図、 第4図及び第5図は電流−電圧特性のシミュレション結
果を示す図、 第6図は正孔の多数キャリア及び少数キャリアとしての
移動度の不純物濃度依存性を示す図、第7図は従来にお
ける素子特性の解析手順を示す図である。 1・・・入力部、 2・・・ドナー移動度決定部、 3・・・アクセプター移動度決定部、 4・・・トータル移動度算出部、 5・・・数値計算実行部。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a device simulator that performs simulation using a characteristic evaluation method according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a Vibora transistor that is a simulation model, and FIG. is a diagram showing the impurity concentration distribution of the transistor shown in Figure 2, Figures 4 and 5 are diagrams showing the simulation results of current-voltage characteristics, and Figure 6 is a diagram showing the movement of holes as majority carriers and minority carriers. FIG. 7 is a diagram showing a conventional analysis procedure for element characteristics. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Input unit, 2... Donor mobility determination unit, 3... Acceptor mobility determination unit, 4... Total mobility calculation unit, 5... Numerical calculation execution unit.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体に第1導電型の不純物のみが導入された場
合の電子及び正孔の第1移動度を、導入された不純物の
濃度に応じて求め、 半導体に第2導電型の不純物のみが導入された場合の電
子及び正孔の第2移動度を、導入された不純物の濃度に
応じて求め、 求めた電子の第1及び第2移動度を用いて第1及び第2
導電型の不純物が混在する半導体領域における電子のト
ータル移動度を求め、 求めた正孔の第1及び第2移動度を用いて第1及び第2
導電型の不純物が混在する半導体領域における正孔のト
ータル移動度を求め、 求めた電子及び正孔のトータル移動度から半導体装置の
特性を評価することを特徴とする半導体装置の特性評価
方法。
(1) The first mobility of electrons and holes when only impurities of the first conductivity type are introduced into the semiconductor is determined according to the concentration of the introduced impurities, and when only impurities of the second conductivity type are introduced into the semiconductor. The second mobilities of electrons and holes when introduced are determined according to the concentration of the introduced impurity, and the first and second mobilities of electrons are determined using the determined first and second mobilities of electrons.
Determine the total mobility of electrons in a semiconductor region where conductivity type impurities are mixed, and use the determined first and second mobilities of holes to determine the first and second mobilities.
1. A method for evaluating characteristics of a semiconductor device, comprising determining the total mobility of holes in a semiconductor region in which conductive type impurities are mixed, and evaluating characteristics of the semiconductor device from the determined total mobility of electrons and holes.
(2)第1導電型の不純物の散乱で与えられる電子移動
度をμ_n_1とし、 第2導電型の不純物の散乱で与えられる電子の移動度を
μ_n_2とし、 不純物以外による散乱で与えられる電子の移動度をμ_
n_0とし、 μ_n^−^1=μ_n_1^−^1+μ_n_2^−
^1+μ_n_0^−^1で示す関係式から前記電子の
トータル移動度μ_nを求め、 第1導電型の不純物の散乱で与えられる正孔の移動度を
μ_p_1とし、 第2導電型の不純物の散乱で与えられる正孔の移動度を
μ_p_2とし、 不純物以外による散乱で与えられる正孔の移動度をμ_
p_0とし、 μ_p^−^1=μ_p_1^−^1+μ_p_2^−
^1+μ_p_0^−^1で示す関係式から前記正孔の
トータル移動度μ_pを求めることを特徴とする請求項
1記載の半導体装置の特性評価方法。
(2) The electron mobility given by the scattering of impurities of the first conductivity type is μ_n_1, the electron mobility given by the scattering of the second conductivity type impurities is μ_n_2, and the electron mobility given by scattering by substances other than impurities is degree μ_
Let n_0, μ_n^-^1=μ_n_1^-^1+μ_n_2^-
The total electron mobility μ_n is determined from the relational expression ^1+μ_n_0^-^1, the hole mobility given by scattering of impurities of the first conductivity type is μ_p_1, and the mobility of holes given by scattering of impurities of the second conductivity type is calculated as μ_p_1. Let the mobility of holes given be μ_p_2, and the mobility of holes given by scattering other than impurities be μ_
Let p_0, μ_p^-^1=μ_p_1^-^1+μ_p_2^-
2. The method for evaluating characteristics of a semiconductor device according to claim 1, wherein the total mobility μ_p of the holes is determined from a relational expression expressed as ^1+μ_p_0^-^1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102890229A (en) * 2012-10-12 2013-01-23 南京邮电大学 Admittance spectrum principle-theory method for researching performance of organic semiconductor
CN106501284A (en) * 2016-10-19 2017-03-15 哈尔滨工业大学 The test method of the different fluence rate neutron irradiations of simulation

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CN106501284B (en) * 2016-10-19 2019-11-15 哈尔滨工业大学 Simulate the test method of different fluence rate neutron irradiations

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