[发明专利]栅极根部缺陷与MOSFET器件性能相关性的仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及器件模拟技术，特别涉及半导体制程中栅极根部缺陷与MOSFET器件性能相关性的仿真方法。

背景技术

金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)是一种电压控制器件，它通过输入电压控制输出电流的变化，目前广泛应用于各种电子线路中。以N沟道增强型的MOSFET为代表结构，MOSFET的工作原理如下所述。

图1为N沟道增强型的MOSFET结构示意图；如图1所示，MOSFET的中间部分是由金属-氧化物-半导体组成的MOS电容结构，氧化物在金属和半导体之间起绝缘作用；绝缘层40上的金属电极称为栅极20G，MOS电容两侧的电极分别是源极10S和漏极30D；在栅极20G上施加电压，可以改变绝缘层40中的电场强度，进而控制半导体表面电场，改变导电沟道50的导电能力。

MOSFET共源极10工作时，栅极20输入电压控制漏源输出电流；作为放大元件工作时，栅源偏置电压的变化将引起输出回路中漏源电流变化响应；作为开关元件工作时，栅源电压小于阈值电压时器件截止；由此可见，栅极20性能好坏对MOSFET器件的影响至关重要。实际的半导体制程中，通常采用多晶硅代替金属作为栅极20材料。

图2为栅极根部缺陷剖面示意图；申请号为“200310109108.6”的专利申请描述的方法中提到，实际生产过程中，由于曝光、显影或刻蚀等过程控制不当易造成栅极20图形不完整，产生的根部缺陷60如图2所示，且此根部缺陷60在后续生产过程中无法消除；此栅极根部缺陷效应易引起MOSFET器件性能的降低，如漏极饱和电流减小、阈值电压减小、结间电容增大等；如何确定根部缺陷60对MOSFET器件性能的影响程度成为本领域技术人员面临的重要问题。采用传统的实验方法不但会耗费大量的人力、物力，而且需要较长的研发周期，不利于生产的正常进行，因此，急需一种可提供MOSFET栅极根部缺陷效应的制程控制窗口，并可有效地指导工艺方案的设计及生产运行的模拟方法。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种仿真方法，用以提供MOSFET栅极根部缺陷效应的制程控制窗口，并有效地指导工艺方案的设计及生产运行。

为达到上述目的，本发明提供的一种栅极根部缺陷与MOSFET器件性能相关性的仿真方法，包括：

a.设定仿真参数，对对应于目标工艺控制参数的半导体制造工艺进行仿真；

b.进行器件物理特性模拟，得到对应于所述目标工艺控制参数的器件特征参数响应值系列；

c.根据仿真得到的目标工艺控制参数及响应值系列数据，得出目标工艺控制参数与器件特征参数间的函数关系。

所述模拟参数的设定以产品要求及实际工艺参数为依据；所述目标工艺控制参数为栅极根部缺陷的长度及高度；所述器件特征参数为MOSFET器件的各性能参数，包括漏极饱和电流I_Dsat、阈值电压等；所述函数的自变量为目标工艺控制参数；所述函数的因变量为所述MOSFET器件的特征参数；所述函数的阶数由器件特征参数与工艺控制参数间的相关性决定；所述函数的系数由对给定数据点进行最佳匹配计算而得到；所述函数阶数为1，器件特征参数与工艺控制参数间满足线性关系。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.通过仿真得出MOSFET栅极根部缺陷效应对器件特征参数的影响规律，可以提供制程控制窗口，进而有效地指导工艺方案的设计及生产运行；

2.采用仿真方法取代传统的实验方法进行工艺设计，新产品的研发设计不再经过实际生产过程，缩短了设计周期，加快了其新产品面市时间；同时降低了研发成本。

附图说明

图1为N沟道增强型的MOSFET结构示意图；

图2为栅极根部缺陷剖面示意图；

图3为本发明方法的模拟流程图；

图4为说明本发明实施例一中N沟道MOSFET的栅极根部缺陷与漏极饱和电流间的函数关系图；

图5为说明本发明实施例二中P沟道MOSFET的栅极根部缺陷与漏极饱和电流间的函数关系图。

其中：

10：源极；                20：栅极；

30：漏极；                40：绝缘层；

50：导电沟道；            60：根部缺陷；

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。