专利名称：仿真设备和仿真方法以及半导体器件制造方法
技术领域：
本发明涉及用于设计半导体器件的特性和电路的仿真设备和仿真方法以及利用该仿真方法的半导体器件制造方法。更具体而言，本发明涉及用于形成在含有缺陷态的衬底中的晶体管的仿真技术以及利用该仿真技术的半导体器件制造技术。晶体管的例子有 薄膜晶体管(TFT)，其中在绝缘衬底上的多晶硅薄膜中形成彼此分开的源极区和漏极区，并且在源极区和漏极区之间的沟道区上的栅极绝缘膜上形成栅电极；以及这样的晶体管，其中在形成于绝缘衬底上的多晶硅岛区(绝缘体上硅[S0I])中形成彼此分开的源极区和漏极区，并且在源极区和漏极区之间的沟道区上的栅极绝缘膜上形成栅电极。
背景技术：
在半导体器件电路设计中，通常利用电路分析仿真器预测电路特性。由 University of California,Berkeley (UCB)开发的Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis(SPICE)最常用作在电路仿真中使用的软件工具。在该仿真器中使用的器件模型通常被称为紧凑模型，对该模型进行简化以便在相对短的时间内获得计算结果。在这种环境中，对于金属氧化物半导体(M0Q晶体管而言，其通过利用栅极电压改变半导体层表面电势来控制该半导体层的表面电荷密度，从而改变源极区和漏极区之间的阻抗，一般的方法是在弱反型区(亚阈值-弱反型区)和强反型区中使用不同的电压-电流表达式，在所述弱反型区中栅极电压相对较低且漏极电流开始流动，在所述强反型区中栅极电压足够高且漏极电流大。从该技术方法导出的代表性晶体管是被称为伯克利短沟道IGFET模型(BSIM) 的系列(例如，BSIM 4. 3. 0M0SFET Model, User' s Manual, Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of California, Berkeley, Calif. [2003])。对于作为扩散电流和漂移电流之和的漏极电流，这些模型在弱反型区(其中扩散电流分量占主要部分)中仅使用扩散电流，在强反型区(其中漂移电流占主要部分)中仅使用漂移电流。S卩，如下式所示，在弱反型区中进行扩散电流近似
权利要求
1. 一种半导体器件制造方法，其特征在于包括 确定要制造的半导体器件的性能； 进行用于实现所述性能的设计； 设计个体元件；通过利用器件模型方程进行电路设计仿真；以及基于所述电路设计仿真获得的预测结果改变电路的各种参数，由此制造所述半导体器件以便获得所述性能，其中所述要制造的半导体器件包括晶体管，在所述晶体管中，源极区和漏极区彼此分开地形成在绝缘衬底上的多晶硅层中，并且栅电极经由栅极绝缘膜形成在所述源极区和所述漏极区之间的沟道区上，其中通过利用所述器件模型方程进行所述电路设计仿真包括 在存储单元中存储描述用于控制控制器的指令的程序；从输入单元输入所述晶体管的所述器件模型方程并将所输入的器件模型方程存储在所述存储单元中；从所述输入单元输入所述晶体管的器件参数的初始值并将所输入的所述器件参数的所述初始值存储在所述存储单元中；从所述输入单元输入所述晶体管的希望的电压-电流特性并将所输入的希望的电压-电流特性存储在所述存储单元中；从所述输入单元输入器件参数、电路图和电路驱动条件，并在所述存储单元中存储所输入的器件参数、电路图和电路驱动条件；由算术单元基于存储在所述存储单元中的所述器件参数的所述初始值进行算术运算， 由此计算在所述晶体管的所述多晶硅层的面对所述栅电极的表面上的与所述栅电极端邻近的源极区端处的第一电势、在所述多晶硅层的面对所述绝缘衬底的表面上的所述源极区端处的第二电势ΦΜ、在所述晶体管的所述多晶硅层的面对所述栅电极的表面上的与所述栅电极端邻近的漏极区端处的第三电势Φ”以及在所述多晶硅层的面对所述绝缘衬底的表面上的所述漏极区端处的第四电势由所述算术单元通过将所计算的第一电势、第二电势ΦΜ、第三电势φ…以及第四电势代入到存储在所述存储单元中的所述器件模型方程中来进行算术运算，由此计算漏极电流Ids;对所述晶体管的所希望的电压-电流特性与基于通过所述算术运算获得的所述漏极电流的电压-电流特性进行比较；通过控制器控制所述输入单元、所述存储单元、以及所述算术单元，并由所述算术单元通过改变所述器件参数直到所述电压-电流特性之间的比较结果变得不超过容许误差为止来进行算术运算，由此获得模型参数；以及根据存储在所述存储单元中的所述程序，在所述控制器的控制下，由所述算术单元基于所述模型参数、所述电路图和所述电路驱动条件进行算术运算，由此对电路特性进行仿真，其中所述器件模型方程被表示为Γ W IDD1HIDD = Cox(βν； + \、SL —fe 一φ250)-1 k (0) + qt (LMl 一么。)-k (0) - qt(Ζ)}其中所述源极区端处的电荷量Cli(O)通过下式获得q, (0) 二严广[exp(- βφ30) — exp(- Mo) + β、<^ — )+ [左》){eXp“。)—eXp(^、Y Nsub J并且所述漏极区端处的电荷量Cii(L)通过下式获得 qi (L) = hs"b [exp(- ) _ exp(- Μ, ) + β‘ - Φ ι)IY Nsub J其中W为所述晶体管的沟道宽度，L为所述晶体管的沟道长度，μ为载流子迁移率，IDD 为总的表面电荷量，β为热电压的倒数，Cra为栅极氧化物膜电容，Vg’为通过从栅源电压中减去平带电压所获得的电压，q为基本电荷，ε si为硅的介电常数，Nsub为衬底杂质浓度，Ntstl 为在所述源极区端处俘获的载流子的密度，Ntlltl为在所述漏极区端处俘获的载流子的密度， Y为衬底偏置效应系数，以及通过将其中形成所述晶体管的所述多晶硅层中的缺陷态包括在内来形成模型，其中所述缺陷态的受主态的分布Nta(E)被表示为Nta(E) = gcl exp {(E-Ec) /Ej并且所述缺陷态的施主态的分布Ntd (E)被表示为Ntd (E) = gc2 exp {(Ev-E) /E2I其中 Ntso = / Nta(E) · f(E) dE 或 Ntso = / Ntd(E) · f(E) dE其中^为受主型缺陷浓度分布峰值，E为能量，Ec为导带能量，E1为受主型缺陷浓度分布斜率，gc2为施主型缺陷浓度分布峰值，Ev为价带能量，E2为施主型缺陷浓度分布斜率， 且f(E)为费密分布函数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于通过从所述输入单元输入原型晶体管的测得的电压-电流特性并在所述存储单元中存储所输入的测得的电压-电流特性来获得所希望的电压-电流特性。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于通过所述控制器基于从所述输入单元输入的所述器件参数的所述初始值从预先存储在所述存储单元中的多个电压-电流特性中选择所希望的电压-电流特性。
全文摘要
公开了一种仿真设备，其包括输入单元(11)、存储单元(12)、算术单元(16)、控制器(15)、以及输出单元(17)。输入单元输入面对栅极的薄多晶硅膜表面上的对应于TFT的栅极端的源极端出的第一电势(φS0)、其上形成栅极的薄多晶硅膜的背表面上的源极端处的第二电势(φb0)、面对栅极的薄多晶硅膜表面上的对应于TFT的栅极端的漏极端处的第三电势(φSL)、以及薄多晶硅膜的背表面上的漏极端处的第四电势(φbL)。通过基于第一到第四电势进行算术运算计算漏极电流(Ids)，并且通过将缺陷态包括在内而形成模型。
文档编号G06F17/50GK102176216SQ20111009270
公开日2011年9月7日 申请日期2007年7月24日 优先权日2006年7月25日
发明者清水喜辉, 辻博史 申请人:株式会社液晶先端技术开发中心