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JP2003110111A - Semiconductor device simulation method and semiconductor element - Google Patents

Semiconductor device simulation method and semiconductor element

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Publication number
JP2003110111A
JP2003110111A JP2001305748A JP2001305748A JP2003110111A JP 2003110111 A JP2003110111 A JP 2003110111A JP 2001305748 A JP2001305748 A JP 2001305748A JP 2001305748 A JP2001305748 A JP 2001305748A JP 2003110111 A JP2003110111 A JP 2003110111A
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JP
Japan
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crystal grain
polycrystalline
grain boundary
active layer
carrier
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Application number
JP2001305748A
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Japanese (ja)
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Mutsumi Kimura
睦 木村
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 活性層に多結晶半導体を用いた半導体素子に
おいて、最適化された構造の多結晶半導体素子を得る。 【解決手段】 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多結晶シリコ
ン薄膜トランジスタにおいて、活性層中の結晶粒界を通
過するキャリア流密度を、結晶粒界における自由キャリ
アの散乱効果を考慮して算出し、これを基にデバイス特
性を支配するパラメータを決定する。好ましくは、サー
モアイオニックエミッション(Thermionic
Emission)効果を考慮する。
(57) Abstract: In a semiconductor device using a polycrystalline semiconductor for an active layer, a polycrystalline semiconductor device having an optimized structure is obtained. SOLUTION: In a polycrystalline silicon thin film transistor in which a carrier transport mechanism of a crystal grain boundary is particularly dominant for transistor characteristics, a carrier flow density passing through a crystal grain boundary in an active layer is reduced by a free carrier at a crystal boundary. The calculation is performed in consideration of the scattering effect, and the parameters governing the device characteristics are determined based on the calculation. Preferably, the Thermic Ionic Emission (Thermiconic)
Emission) effect is considered.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子、特に、活
性層に多結晶半導体を用いた多結晶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 polycrystalline thin film transistor using a polycrystalline semiconductor in its 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、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。
Generally, prior to the manufacture of a semiconductor element, a device simulation is performed in which the device characteristics are predicted using the structure of the device and the physical properties of materials used as parameters, and the device operation is analyzed. The final device structure and manufacturing conditions are determined.

【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
多結晶薄膜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. No effective device simulation method has been proposed for a crystalline thin film transistor, and as a result, there has been a problem that it is difficult to determine the structure and manufacturing conditions of a polycrystalline thin film 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、多結晶半導体の活性層中に高密度で存在する
結晶粒界でのキャリア散乱現象を考慮して結晶中でのキ
ャリア輸送現象を正確に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 should be handled accurately in consideration of the carrier scattering phenomenon at the grain boundary that exists at high density in the active layer of polycrystalline semiconductor. It turned out to be extremely important.

【0006】そこで、本発明の目的は、活性層中の結晶
粒界におけるキャリアの散乱効果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活性層中を流れるキャ
リア流密度を算出し、この値を基に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 calculate the carrier flow density flowing in the active layer based on a device simulation that accurately handles the carrier scattering effect at the crystal grain boundaries in the active layer, and to calculate the device based on this value. It is to provide a polycrystalline thin film transistor designed by determining parameters.

【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
本発明の多結晶半導体素子のデバイスシミュレーション
方法は、活性層に多結晶半導体を用いた、多結晶半導体
素子のデバイスシミュレーション方法において、結晶粒
界におけるキャリアの散乱効果を考慮することを特徴と
する。
In order to achieve the above object, a device simulation method for a polycrystalline semiconductor device according to the present invention is a device simulation method for a polycrystalline semiconductor device using a polycrystalline semiconductor in an active layer. It is characterized in that the scattering effect of carriers in the field is taken into consideration.

【0008】かかる構成とすることにより、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
ンジスタにおいて、最適化されたデバイス構造を有する
半導体素子を得るためのシミュレーションが可能とな
る。
With such a structure, in order to obtain a semiconductor element having an optimized device structure in a laser crystallized polycrystalline silicon thin film transistor in which a carrier transport mechanism of a crystal grain boundary is particularly dominant for transistor characteristics. Can be simulated.

【0009】好ましくは、上記結晶粒界におけるサーモ
アイオニックエミッション(Thermoionic Emission)効
果を考慮することを特徴とする。
Preferably, the thermoionic emission effect at the crystal grain boundary is taken into consideration.

【0010】好ましくは、上記結晶粒界を通過するキャ
リア電流密度Jが、以下の式で表されることを特徴と
する。
Preferably, the carrier current density J t passing through the crystal grain boundary is represented by the following equation.

【0011】J=(1−c/2)v(n-n)/4 (1−c/2)v/4=A/(qN) J:キャリア流密度 c:キャリア流が結晶粒界にトラップされる割合 v:電子平均熱速度 n:結晶粒界の片側のキャリア密度 n:結晶粒界の他側のキャリア密度 A:実効Richardson定数 T:絶対温度 q:素電荷 N:実効状態密度 好ましくは、上記多結晶半導体素子が、活性層に多結晶
シリコンを用いた薄膜トランジスタである、多結晶シリ
コン薄膜トランジスタであることを特徴とする。
J t = (1-c / 2) v (n 1 -n 2 ) / 4 (1-c / 2) v / 4 = A * T 2 / (qN e ) J t : Carrier flow density c : Ratio of carrier flow trapped in grain boundaries v: Average electron thermal velocity n 1 : Carrier density on one side of grain boundary n 2 : Carrier density on other side of grain boundary A * : Effective Richardson constant T: Absolute Temperature q: Elementary charge N e : Effective state density Preferably, the polycrystalline semiconductor element is a polycrystalline silicon thin film transistor, which is a thin film transistor using polycrystalline silicon for an active layer.

【0012】好ましくは、上記多結晶半導体素子が、活
性層に多結晶シリコンを用い、レーザー結晶化のプロセ
スにより多結晶シリコンの結晶化が行われる、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ことを特
徴とする。
Preferably, the polycrystalline semiconductor element is a laser-crystallized polycrystalline silicon thin film transistor in which polycrystalline silicon is used for an active layer and polycrystalline silicon is crystallized by a laser crystallization process. And

【0013】また、本発明の半導体素子は、活性層に多
結晶半導体を用いた半導体素子において結晶粒界での自
由キャリアの散乱効果を考慮してキャリア流密度
(Jt)を次式により算出し、これを基にデバイス特性
を支配するパラメータを決定して設計される。
In the semiconductor device of the present invention, the carrier flow density (J t ) is calculated by the following equation in consideration of the scattering effect of free carriers at the crystal grain boundaries in a semiconductor device using a polycrystalline semiconductor in the active layer. Then, based on this, the parameters that govern the device characteristics are determined and designed.

【0014】Jt=(1−c/2)・v・(n1−n2
/4 c:キャリア流が結晶粒界にトラップされる割合 v:電子平均熱速度 n1:結晶粒界の片側のキャリア密度 n2:結晶粒界の他側のキャリア密度 好ましくは、上記半導体素子は活性層に多結晶シリコン
を用いた多結晶シリコン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シリコン薄膜トラン
ジスタであるかかる構成とすることにより、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
ンジスタにおいて、最適化されたデバイス構造を有する
半導体素子が得られる。
[0014] J t = (1-c / 2) · v · (n 1 -n 2)
/ 4 c: ratio of carrier flow trapped in crystal grain boundary v: average electron thermal velocity n 1 : carrier density on one side of crystal grain boundary n 2 : carrier density on other side of crystal grain boundary Preferably, the above semiconductor device Is a polycrystalline silicon thin film transistor using polycrystalline silicon in the active layer, and more preferably, a polycrystalline silicon thin film transistor manufactured by performing polycrystallization of the active layer by a laser crystallization process. As a result, a semiconductor element having an optimized device structure can be obtained in a laser-crystallized polycrystalline silicon thin film transistor in which the carrier transport mechanism of grain boundaries is particularly dominant for transistor characteristics.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体素子につい
て図面を参照しながら詳述する。 (結晶粒界でのキャリア流密度)図4は、活性層に多結
晶シリコンを用いて構成した多結晶シリコン薄膜トラン
ジスタの構造を示す図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A semiconductor device of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. (Carrier Flow Density at Crystal Grain Boundary) FIG. 4 is a diagram showing a structure of a polycrystalline silicon thin film transistor configured by using polycrystalline silicon for the active layer.

【0016】図4に示す多結晶シリコン薄膜トランジス
タは、先ず、基板16上に多結晶シリコン膜がCVD法
で形成され、該多結晶シリコン膜上には熱酸化法により
成長されたシリコン酸化膜によりゲート絶縁膜17が形
成されている。そして、該ゲート酸化膜上にはゲート電
極18が形成され、ゲート電極18下の多結晶シリコン
膜をゲート領域として動作させる。更に、ゲート領域を
左右から挟む多結晶シリコン膜領域は、各々、ソース領
域14及びドレイン領域15として作用することで多結
晶薄膜トランジスタとして動作する。図4において、基
板16からゲート絶縁膜17に向けて多結晶シリコン膜
中を斜めに貫通する直線は、多結晶シリコン膜を構成す
る相互に結晶方位の異なるシリコン結晶によって形成さ
れた結晶粒界13である。
In the polycrystalline silicon thin film transistor shown in FIG. 4, first, a polycrystalline silicon film is formed on a substrate 16 by a CVD method, and a gate is formed on the polycrystalline silicon film by a silicon oxide film grown by a thermal oxidation method. The insulating film 17 is formed. Then, the gate electrode 18 is formed on the gate oxide film, and the polycrystalline silicon film under the gate electrode 18 is operated as a gate region. Further, the polycrystalline silicon film regions that sandwich the gate region from the left and right act as a source region 14 and a drain region 15 to operate as a polycrystalline thin film transistor. In FIG. 4, a straight line that obliquely penetrates through the polycrystalline silicon film from the substrate 16 toward the gate insulating film 17 is a crystal grain boundary 13 formed by silicon crystals having different crystal orientations that form the polycrystalline silicon film. Is.

【0017】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は、トランジスタの活性
層を形成する半導体膜が多結晶で構成されているために
活性層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13が存在するという
ことである。
The characteristic of the polycrystalline thin film transistor as compared with the single crystal thin film transistor is that since the semiconductor film forming the active layer of the transistor is composed of polycrystal, crystal grains having different crystal orientations in the active layer. Exists,
As a result, there is a crystal grain boundary 13 between each crystal grain.

【0018】一般に、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いる。一旦キャリアが該ト
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りいわゆる
「ポテンシャルバリア」が形成される(例えば、M.K
imura et al.:J.Appl.Phys.
89(2001)596)。そして、キャリアの捕獲に
よって結晶粒界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, it is known that the crystal grain boundaries act as trap centers for carriers, and carrier traps are present at a high density near the crystal grain boundaries. Once the carriers are trapped by the trap, so-called "potential barrier" is formed in which the electric charge is locally accumulated by the amount of the electric charge of the trapped carrier (for example, M.K.
imura et al. : J. Appl. Phys.
89 (2001) 596). Then, when a potential barrier is formed at the crystal grain boundary by capturing carriers,
Free carriers having lower thermal excitation energy than this potential barrier cannot pass through the grain boundaries.

【0019】一方、このポテンシャルバリアよりも高い
熱励起エネルギを持った自由キャリアの全てが自由に結
晶粒界を通過できるわけではなく、かかる自由キャリア
もいわゆる「Thermionic Emissio
n」による散乱を受けることが知られている(例えば、
S.M.Sze:Physics of Semico
nductor Devices、2nd Editi
on(John Wiley&Sons、New Yo
rk、1981))。
On the other hand, not all free carriers having a thermal excitation energy higher than this potential barrier can freely pass through the crystal grain boundary, and such free carriers are also called "Thermionic Emissio".
It is known to undergo scattering by "n" (eg,
S. M. Sze: Physics of Semico
ndector Devices, 2nd Editi
on (John Wiley & Sons, New Yo
rk, 1981)).

【0020】このように、本質的に結晶粒界を高密度で
含む多結晶半導体中の結晶粒界近傍での自由キャリアの
輸送現象は、単に自由キャリアがもつ熱エネルギの統計
的分布に基づいて解析することでは不充分であり、結晶
粒界に存在するキャリアトラップとポテンシャルバリ
ア、及びThermionic Emissionによ
るキャリア散乱現象を充分に考慮する必要がある。
As described above, the transport phenomenon of free carriers in the vicinity of crystal grain boundaries in a polycrystalline semiconductor that essentially contains crystal grain boundaries at a high density is based solely on the statistical distribution of thermal energy of the free carriers. It is not sufficient to analyze, and it is necessary to fully consider the carrier traps and potential barriers existing at the grain boundaries, and the carrier scattering phenomenon due to thermionic emission.

【0021】従って本発明の半導体素子の設計において
は、従来のデバイス設計段階において無視されていた結
晶粒界におけるキャリアの散乱効果を考慮してキャリア
輸送現象を取り扱うこととしている。より具体的には、
結晶粒界におけるThermionic Emissi
on効果を考慮した取り扱いがなされている。
Therefore, in the design of the semiconductor device of the present invention, the carrier transport phenomenon is dealt with in consideration of the carrier scattering effect at the crystal grain boundaries, which was ignored in the conventional device design stage. More specifically,
Thermionic Emissi at grain boundaries
It is handled in consideration of the on effect.

【0022】この取り扱いを数式で表現すると、結晶粒
界を通過するキャリア流密度(J)は、 J=(1−c/2)・v・(n−n)/4 により与えられる。ここで、cはキャリア流が結晶粒界
にトラップされる割合、vは電子の平均熱速度、n
びnは結晶粒界の片側及び他側のキャリア密度であ
る。
Expressing this handling by a mathematical expression, the carrier flow density (J t ) passing through the crystal grain boundary is given by J t = (1-c / 2) v (n 1 -n 2 ) / 4 To be Here, c is the rate at which the carrier flow is trapped in the crystal grain boundaries, v is the average thermal velocity of electrons, and n 1 and n 2 are the carrier densities on one side and the other side of the crystal grain boundaries.

【0023】また、上記関係式を、実効Richard
son定数A、及び実効状態密度Nを用いて、 (1−c/2)・v/4=A・T/(q・N) の関係式に基づいて、 J=(n−n)・A・T/(q・N) と表現してもよい。ここで、Tは絶対温度、qは素電荷
である。
In addition, the above relational expression is converted into the effective Richard.
Using the son constant A * and the effective density of states N e , J t = (based on the relational expression of (1-c / 2) · v / 4 = A * · T 2 / (q · N e ). n 1 -n 2) · a * · T 2 / (q · n e) and may be expressed. Here, T is absolute temperature and q is elementary charge.

【0024】これらの式は基本的には半導体材料のバン
ド構造理論に基づくものであるが、最終的な結果は、キ
ャリア流密度(J)が結晶粒界の両側のキャリア密度
の差(n−n)に比例するという極めて簡単なもの
になっている。
These equations are basically based on the band structure theory of semiconductor materials, but the final result is that the carrier flow density (J t ) is the difference (n) between the carrier densities on both sides of the grain boundary. It is extremely simple and proportional to 1− n 2 ).

【0025】ここで、実効Richardson定数A
は結晶粒界の質に依存する定数で、結晶方位が揃って
いるときや隣接結晶粒が正常に接続しているときなどは
大きく、その場合のキャリア流密度Jは大きな値をと
る。一方、結晶方位が揃っていないときや結晶粒界に酸
化膜が存在しているときなどは、実効Richards
on定数Aは小さく、キャリア流密度Jは小さな値
となる。なお、注意深く作製された良質の多結晶シリコ
ンの実効Richardson定数Aは、110A/
cm/Kであることが知られている。
Here, the effective Richardson constant A
* Is a constant that depends on the quality of the crystal grain boundary, and is large when the crystal orientations are aligned or when adjacent crystal grains are normally connected, and the carrier flow density J t in that case has a large value. On the other hand, when the crystal orientations are not uniform or when an oxide film exists at the crystal grain boundaries, the effective Richards
The on constant A * is small and the carrier flow density J t is a small value. Note that the effective Richardson constant A * of carefully produced high-quality polycrystalline silicon is 110 A /
It is known to be cm 2 / K 2 .

【0026】図1及び図2は、上記理論的考察に基づい
たThermionic Emission効果を考慮
した場合と該効果を考慮しない場合での、結晶粒界近傍
のポテンシャル分布(図1)及び結晶粒界近傍の自由キ
ャリア密度分布(図2)を比較した結果である。いずれ
の場合も、位置0nmに結晶粒界が存在するものとし結
晶粒界からの相対距離を横軸にとってプロットしてい
る。
1 and 2 show the potential distribution (FIG. 1) and the vicinity of the grain boundaries in the vicinity of the grain boundaries, with and without the consideration of the Thermionic Emission effect based on the above theoretical consideration. It is a result of comparing the free carrier density distributions (Fig. 2) of. In any case, it is assumed that the crystal grain boundary exists at the position of 0 nm, and the relative distance from the crystal grain boundary is plotted on the horizontal axis.

【0027】図1によれば、Thermionic E
mission効果を考慮してシミュレーションを行っ
た場合には結晶粒界からの相対的位置がマイナス側から
プラス側にむけてポテンシャル値が減少する傾向を示し
ており、特に結晶粒界位置近傍で急激なポテンシャルド
ロップが起きている。
According to FIG. 1, Thermionic E
When the simulation is performed in consideration of the mission effect, the relative position from the crystal grain boundary tends to decrease from the negative side to the positive side, and the potential value tends to decrease, especially in the vicinity of the crystal grain boundary position. There is a potential drop.

【0028】これに対して、Thermionic E
mission効果を考慮しない場合には、結晶粒界か
らの相対的位置がマイナス側からプラス側にポテンシャ
ル値が減少する傾向を示すものの、結晶粒界位置におい
てポテンシャル値の極大値が現れる。このことは、結晶
粒界位置にポテンシャルバリアが存在することを意味し
ている。
On the other hand, thermionic E
When the mission effect is not considered, the relative value from the crystal grain boundary tends to decrease in potential value from the negative side to the positive side, but the maximum value of the potential value appears at the crystal grain boundary position. This means that a potential barrier exists at the grain boundary position.

【0029】すなわち、キャリアの輸送現象においてT
hermionic Emission効果を考慮する
と、Thermionic Emission効果に起
因して生じる結晶粒界での抵抗がキャリア輸送に対して
支配的になるため結晶粒界にポテンシャルドロップが生
じてポテンシャルバリアが消滅するのに対して、The
rmionic Emission効果を考慮しない場
合には、結晶粒界に形成されたポテンシャルバリアに起
因する結晶粒界での抵抗がキャリア輸送に対して支配的
となるという定性的な差として現れる。
That is, in the carrier transport phenomenon, T
In consideration of the hermionic emission effect, the resistance at the crystal grain boundary caused by the thermionic emission effect becomes dominant for carrier transport, so that a potential drop occurs at the crystal grain boundary and the potential barrier disappears. , The
When the rmionic emission effect is not taken into consideration, it appears as a qualitative difference that the resistance at the crystal grain boundary due to the potential barrier formed at the crystal grain boundary becomes dominant for carrier transport.

【0030】この定性的な差異は、本質的に結晶粒界を
高密度で含む多結晶半導体素子の設計において極めて重
要な意味をもつ。
This qualitative difference has a very important meaning in the design of a polycrystalline semiconductor device which essentially contains a high density of crystal grain boundaries.

【0031】また、上記ポテンシャル分布の差異を反映
して、Thermionic Emission効果を
考慮した場合と考慮しない場合とでは、自由キャリア密
度分布のシミュレーション結果にも大きな違いを生じ
る。その結果を示したのが図2である。
Further, reflecting the difference in the potential distribution, there is a large difference in the simulation result of the free carrier density distribution between the case where the Thermionic Emission effect is taken into consideration and the case where it is not taken into consideration. The result is shown in FIG.

【0032】Thermionic Emission
効果を考慮すると、結晶粒界を通過するキャリア流密度
を発生させるために、結晶粒界の両側で自由キャリア密
度分布が非対称になるとともに結晶粒界において急激な
自由キャリア密度の落ち込みが観察される。一方、Th
ermionic Emission効果を考慮しない
場合には、自由キャリア密度は結晶粒界を挟んで対称な
分布を示すと供に、結晶粒界において緩やかな落ち込み
を示す。また、かかる定性的な差異に加え結晶粒界近傍
におけるキャリア流密度の値そのものにも大きな差異が
認められる。
Thermionic Emission
Considering the effect, the free carrier density distribution becomes asymmetric on both sides of the crystal grain boundary in order to generate the carrier flow density passing through the crystal grain boundary, and a sharp drop in the free carrier density is observed at the crystal grain boundary. . On the other hand, Th
When the ermionic emission effect is not taken into consideration, the free carrier density shows a symmetrical distribution across the grain boundaries, and at the same time shows a gradual drop in the grain boundaries. In addition to such a qualitative difference, a large difference is observed in the carrier flow density value itself near the crystal grain boundary.

【0033】このように、Thermionic Em
ission効果を考慮した場合と考慮しない場合とで
は、ポテンシャル分布及び自由キャリア密度分布のシミ
ュレーション結果に大きな違いを生じるのであり、Th
ermionic Emission効果を考慮するこ
とによりはじめて、結晶粒界を高密度で含む半導体素子
中のキャリア輸送メカニズムを正しく表現することがで
き、高精度の多結晶半導体素子のデバイスシミュレーシ
ョンが可能となるのである。 (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 this way, the Thermionic Em
There is a big difference between the simulation result of the potential distribution and the simulation result of the free carrier density distribution when the effect is considered and when it is not considered.
The carrier transport mechanism in a semiconductor device including a high density of crystal grain boundaries can be correctly expressed only by considering the ermonic emission effect, and a highly accurate device simulation of a polycrystalline semiconductor device becomes possible. (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.

【0034】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.

【0035】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.

【0036】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
いて活性層中を流れるキャリア流の密度を算出するため
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3
9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 polycrystalline crystal which operates 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 of the carrier flow flowing in the active layer based on the above-mentioned theory, and the result and the kind of species input by the input means 33. Device characteristic calculation means 3 for calculating desired device characteristics based on the conditions
It is composed of 9.

【0037】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.

【0038】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).

【0039】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ものである。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 concerning 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 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., and can be freely set according to the device to be designed. It can be set. The device structure data may be directly input by a user of the device simulator 31, or may be data input by a process simulator provided separately from the device simulator 31. Is also good.

【0040】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 based on the above relational expression.

【0041】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 calculating means 39 receives the simulation data and the calculated carrier flow density value and calculates device characteristics such as CV characteristics (S49), and the result is output by the output means 35. To be done.

【0042】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
を決定するのである。(結晶粒界を考慮した多結晶薄膜
トランジスタ)次に、上述のデバイスシミュレーション
により決定されたデバイス構造を有する本発明の薄膜ト
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, and thereby the gate oxide film thickness, the source / drain distance, and the crystal of the active layer. The device structure such that the desired characteristics can be obtained by optimizing the device parameters such as characteristics, contact hole shape, wiring shape, and dopant concentration. (Polycrystalline Thin Film Transistor Considering Crystal Grain Boundary) Next, a manufacturing process of a thin film transistor of the present invention having a device structure determined by the above device simulation will be described with reference to the drawings.

【0043】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、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. The polycrystalline silicon thin film transistor of this example is a laser crystallized polycrystalline silicon thin film transistor in which the carrier transport mechanism of crystal grain boundaries is particularly dominant for transistor characteristics.

【0044】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, a silane-based reactive gas is used as a silicon atom supply source on the insulating substrate 1, 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.

【0045】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 recrystallized by supplying 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.

【0046】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 to be used later as a gate oxide film 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)).

【0047】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おり、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 adopted 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 the present embodiment, the case of an n-type thin film transistor is shown, and the group III impurity boron (B) that acts as an acceptor in the silicon crystal is shown. ) Is injected (FIG. 3 (b)). The doping amount to be ion-implanted is set to a value calculated in advance by simulation.

【0048】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 process 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)).

【0049】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.

【0050】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.

【0051】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. However, 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.

【0052】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 activation of the dopant, 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)).

【0053】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.

【0054】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。
Further, 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.

【0055】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。活性層領域はド
ーピングしなくとも良い。
It is needless to say that 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 those layers is realized. The active layer region need not be doped.

【0056】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.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
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多結晶シリコン薄膜トランジ
スタにおいて、最適化されたデバイス構造を有する半導
体素子を得ることが可能となる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to obtain a semiconductor element having an optimized device structure in a polycrystalline silicon thin film transistor in which the carrier transport mechanism of crystal grain boundaries is particularly dominant for transistor characteristics.

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

【図1】図1は、多結晶シリコン薄膜トランジスタの構
造を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a structure of a polycrystalline silicon thin film transistor.

【図2】図2は、Thermionic Emissi
on効果を考慮した場合と該効果を考慮しない場合の結
晶粒界付近のポテンシャル分布を比較した図である。
FIG. 2 is a Thermionic Emissi.
It is the figure which compared the potential distribution in the vicinity of a grain boundary in the case of considering the on effect and in the case of not considering the effect.

【図3】図3は、Thermionic Emissi
on効果を考慮した場合と該効果を考慮しない場合の結
晶粒界付近の自由キャリア密度分布を比較した図であ
る。
FIG. 3 is a Thermionic Emissi.
FIG. 3 is a diagram comparing free carrier density distributions near a crystal grain boundary in the case where the on effect is considered and in the case where the effect is not considered.

【図4】図4は、多結晶シリコン薄膜トランジスタの製
造工程を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a manufacturing process of a polycrystalline silicon 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]

13 結晶粒界 14 ソース領域 15 ドレイン領域 16 基板 17 ゲート絶縁膜 18 ゲート電極 13 grain boundaries 14 Source area 15 drain region 16 substrates 17 Gate insulating film 18 Gate electrode

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】活性層に多結晶半導体を用いた、多結晶半
導体素子のデバイスシミュレーション方法において、 結晶粒界におけるキャリアの散乱効果を考慮することを
特徴とする、多結晶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 polycrystalline semiconductor device, which uses a polycrystalline semiconductor for an active layer, wherein a scattering effect of carriers at a grain boundary is taken into consideration. .
【請求項2】請求項1記載のデバイスシミュレーション
方法において、 前記結晶粒界におけるサーモアイオニックエミッション
を考慮することを特徴とする、多結晶半導体素子のデバ
イスシミュレーション方法。
2. The device simulation method according to claim 1, wherein the thermo-ionic emission in the crystal grain boundary is taken into consideration.
【請求項3】請求項2記載のデバイスシミュレーション
方法において、 前記結晶粒界を通過するキャリア流密度が、以下の式で
表されることを特徴とする、多結晶半導体素子のデバイ
スシミュレーション方法。 J=(1−c/2)v(n-n)/4 (1−c/2)v/4=A/(qN) J:キャリア流密度 c:キャリア流が結晶粒界にトラップされる割合 v:電子平均熱速度 n:結晶粒界の片側のキャリア密度 n:結晶粒界の他側のキャリア密度 A:実効Richardson定数 T:絶対温度 q:素電荷 N:実効状態密度
3. The device simulation method according to claim 2, wherein the carrier flow density passing through the crystal grain boundary is represented by the following formula. J t = (1-c / 2) v (n 1 -n 2) / 4 (1-c / 2) v / 4 = A * T 2 / (qN e) J t: carrier flow density c: carrier flow Are trapped in the crystal grain boundaries v: Average electron thermal velocity n 1 : Carrier density on one side of the crystal grain boundary n 2 : Carrier density on the other side of the crystal grain boundary A * : Effective Richardson constant T: Absolute temperature q: Elementary charge N e : Effective density of states
【請求項4】請求項1乃至乃至3のいずれかに記載のデ
バイスシミュレーション方法において、 前記多結晶半導体素子が、活性層に多結晶シリコンを用
いた薄膜トランジスタである、多結晶シリコン薄膜トラ
ンジスタであることを特徴とする、多結晶半導体素子の
デバイスシミュレーション方法。
4. The device simulation method according to claim 1, wherein the polycrystal semiconductor element is a polycrystal silicon thin film transistor which is a thin film transistor using polycrystal silicon for an active layer. A device simulation method for a polycrystalline semiconductor device, which is characterized.
【請求項5】請求項1乃至4のいずれかに記載の記載の
デバイスシミュレーション方法において、 前記多結晶半導体素子が、活性層に多結晶シリコンを用
い、レーザー結晶化のプロセスにより多結晶シリコンの
結晶化が行われる、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ことを特徴とする、多結晶半導体素
子のデバイスシミュレーション方法。
5. The device simulation method according to claim 1, wherein the polycrystalline semiconductor element uses polycrystalline silicon for an active layer, and a polycrystalline silicon crystal is formed by a laser crystallization process. A method for simulating a polycrystalline semiconductor element, which is a laser-crystallized polycrystalline silicon thin film transistor, which is characterized by:
【請求項6】活性層に多結晶半導体を用いた半導体素子
であって、 前記活性層中の結晶粒界を通過するキャリア流密度(J
t)を Jt=(1−c/2)・v・(n1−n2)/4 c:キャリア流が結晶粒界にトラップされる割合 v:電子平均熱速度 n1:結晶粒界の片側のキャリア密度 n2:結晶粒界の他側のキャリア密度 で算出し、 前記算出されたキャリア流密度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。
6. A semiconductor device using a polycrystalline semiconductor in an active layer, comprising a carrier flow density (J) passing through a crystal grain boundary in the active layer.
The t) J t = (1- c / 2) · v · (n 1 -n 2) / 4 c: ratio carrier flow are trapped in the crystal grain boundaries v: electron mean thermal velocity n 1: crystal grain boundary Carrier density n 2 on one side of: a semiconductor element designed by calculating the carrier density on the other side of the crystal grain boundary, and determining device parameters based on the calculated carrier flow density.
【請求項7】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6に記載の半導体素子。
7. The semiconductor element according to claim 6, wherein the semiconductor element is a polycrystalline thin film transistor using polycrystalline silicon for an active layer.
【請求項8】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6又は
7に記載の半導体素子。
8. The semiconductor device according to claim 6, wherein the semiconductor device is a polycrystalline thin film transistor manufactured by performing polycrystallization of an active layer by a laser crystallization process.
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