(57)【要約】既知の物理的なデバイス特性と測定される高周波小信号特性とを比較的に正確に表すことができる、ＨＥＭＴに関する半物理的なデバイス・モデル。本発明の半物理的なデバイス・モデルは、解析的な式を用いて、ＨＥＭＴ内部構造に関する基礎的な電荷及び電界構造をモデル化する。これらの解析式は、デバイス物理的特性に基づいているが、経験的な形式である。このように、このモデルは、正確な、測定されてモデル化されるＤＣ及び小信号特性を保つ間、高い忠実度で物理的な依存性を維持することができる。本発明のモデルは、ＦＥＴの標準小信号等価回路モデルに関するモデル素子を提供する。これらのモデル素子は、半物理的なＨＥＭＴモデルによってデバイス内でモデル化されるような固有の電荷及び電界の小信号励起解析から得る。このように、ＲＦ性能は、任意のバイアス・ポイントで予測することができる。
2004501510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスをモデル化する方法において、該方法は、
ａ）小信号モデルを定義する複数の電気回路素子を含む前記半導体に関する小信号電気等価回路をモデル化するステップと、
ｂ）前記半導体デバイスの１以上の所定の特性に関する小信号励起解析から、前記電気回路素子を得るステップと、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記ステップ（ｂ）は、前記半導体デバイス内の固有電荷に関する小信号励起解析から、前記電気回路素子を得る、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、前記ステップ（ｂ）はさらに、前記デバイス内の電界に関する小信号励起解析から、前記電気回路素子を得るステップを含んでいる、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記ステップ（ｂ）はさらに、前記デバイス内の電界に関する小信号励起解析から、前記電気回路素子を得るステップを含んでいる、方法。
【請求項５】
請求項２に記載の方法において、前記ステップ（ｂ）は、
ｄ）１以上の伝導バンド・オフセットと電気的な誘電率との間の関係と前記半導体内の材料に関する材料組成とを決定するステップを含む、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、前記ステップ（ｄ）は、解析的に決定するステップを含んでいる、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、前記ステップ（ｄ）は、シミュレートされたデータにフィットさせることによって決定する、方法。
【請求項８】
請求項５に記載の方法において、該方法はさらに、
ｅ）前記半導体内の任意のバルク材料についての電子輸送特性を決定するステップを含む方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、該方法はさらに、
ｆ）非空乏線形チャネルの移動度を決定するステップを含む方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、前記ステップ（ｂ）は、材料特性によって決定する、方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の方法において、前記ステップ（ｆ）は、物理的なシミュレーションによって決定するステップを含んでいる、方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の方法において、該方法はさらに、
ｇ）ショトッキー障壁の高さの式を決定するステップを含む方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、該方法はさらに、
ｈ）以下の特性：
ゲート端子電圧によって制御されるようなアクティブ・チャネル内のシート電荷用の基礎電荷制御物理的特性；
アクティブ・チャネル幅内のシート電荷の平均重心位置；
ゲート、ドレイン及びソースの端子電圧の関数としての境界を分割する電荷の位置；
線形なチャネル移動度と表面空乏領域とのバイアス依存性；
チャネルの電界を飽和させる速度のバイアス依存性；
飽和電子速度；
ゲート下における、線形なチャネル領域内の電気伝導度；
ソース及びドレイン・アクセス領域内の電気伝導度；
を１以上モデル化するために、経験的な項で半物理的な式を作るステップを含む方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、該方法はさらに、
ｉ）測定値に関してモデル電流電圧（Ｉ−Ｖ）特性をフィットさせるように、半物理的な式の経験的な項を調整するステップを含む方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、該方法はさらに、
ｊ）測定される容量電圧（Ｃ−Ｖ）及び電流電圧特性の同時フィットを達成するために、前記経験的な項を反復的に再調整するステップを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスをモデル化する方法に関連し、特に、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）のような半導体デバイスをモデル化し、予測されるデバイスの高周波性能を高めるために、物理デバイス特性と小信号特性とを比較的に正確に決定する方法に関連する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＥＭＴ技術は、高周波数（マイクロ波〜ミリ波）で、無比の高性能特性を提供する。このため、ＨＥＭＴは、様々なＲＦアプリケーションで使用されている。そのようなデバイスの性能を正確に予測するために、構成要素の物理的な構造からの高周波小信号特性への影響を正確にモデルすることが必要である。従って、どのプロセスの変化が、ＲＦ製品の歩留まりを向上させるために受け入れられる一方、どのプロセスの変化が、その歩留まりを低下させるために受け入れられないのかを決定するために、デバイスへのどのような物理的な変化が、デバイス性能に影響を与えるのかを知ることが必要である。
【０００３】
このようなデバイスへの物理的な変化は、様々な、制御されていないプロセスの出来事、製造装置の変化、又は故意のプロセス増強の結果として起こることが知られている。現在、ＨＥＭＴデバイスの小信号特性をモデル化する２つの方法（等価回路モデリング、物理的なデバイス・シミュレーション）が、知られている。
【０００４】
等価回路モデリングは、線形な、電気的な素子のネットワークを利用して、デバイスの小信号性能をモデル化する。ＨＥＭＴデバイスの場合、典型的な等価回路の構成を、図１に示す。この等価回路モデルは、１２０ＧＨｚまでのＨＥＭＴの、測定されるＳパラメータ（小信号特性）を正確にモデル化する、と知られている。
【０００５】
不運なことに、等価回路の構成とそのデバイスの物理的な構造との間の相関は、低い。典型的なＨＥＭＴ構造内における位置及び機能に対する各々の等価回路素子の粗い相関は、図２の中に示されている。そのため、小信号モデルは、測定されるＳパラメータをモデル化する際に十分に機能するが、通常、既知の物理量及び特性から大きく離れるモデル素子を含んでいる、と知られている。物理的なデバイスに関するこれらの誤った現れは、基礎半導体デバイス原理に従わないことを明らかにすることで知られている。例えば、基礎デバイス法則は、予測可能な手法において、周囲としての、小信号モデルのパラメータ「スケール」の変更を要求する。しかしながら、従来の手法によって作成される多くのモデルは、スケーリングを適用したときに、徐々に不正確になる。上述したように、小信号特性は、物理的なデバイス・シミュレータから直接的にシミュレートすることもできる。このような物理的なデバイス・シミュレータは、材料特性についての包括的なデータと基礎デバイス物理的特性とを利用し、ＨＥＭＴデバイスに関する実際の物理的な位置及び構造をシミュレートする。このようなシミュレータは、有限な素子とモンテカルロ法とに基づいていることが知られている。このような分析ツールは、一般に、図３、図４及び図５に示されるように、デバイス物理構造のフォームの中の入力を受け入れるように設計されている。特に、これらの図は、特定のデバイス構造の物理的なシミュレーションに用いられる、典型的な断面と「エピ（ｅｐｉ）」スタック（積み重ね）とを示す。特に、図３は、具体例としてのＨＥＭＴデバイスの断面に関する粗いスケール図を示している。図４は、デバイス構造に関する断面の情報が、既知の物理的なデバイスのシミュレータ・ツール（例えば、アジレント社のＡＰＤＳ１．０）に、どのように入力されるのかを示している。図５は、エピ・スタックの情報が、その物理的なデバイスのシミュレータに、どのように入力されるのかを示している。図６は、エピ・スタックが、全体のデバイス構造に中の、どこに物理的に位置するのかを示している。
【０００６】
これらのツールは、物理的な構造を使用して性能をシミュレートするため、シミュレートされる小信号の性能とそのデバイスの物理的な特性との間の対応は、比較的に強い。しかしながら、実際に測定される小信号特性を正確にモデル化するデバイス・シミュレータの能力は、比較的に不正確である。このような結果の一例を、以下の表１に示す。表１は、測定したＳパラメータ・データをモデル化する等価回路を使用して引用した等価回路モデルの素子と、例えば、ＡＰＤＳ１．０を使用する、物理的なデバイスのシミュレータとの比較を表す。
【０００７】
【表１】
2004501510.tif 000003
【０００８】
そのため、ＨＥＭＴデバイスに関する既知の物理的な特性とその測定される小信号特性とを関係付ける、比較的に正確な方法が必要である。特に、測定されるモデルの正確性と物理的な特性と周囲スケーリングとバイアス依存性との矛盾がない小信号モデルを作成するための正確な方法が、必要とされている。
【０００９】
【発明の概要】
概して、本発明は、既知の物理的なデバイスの特性と測定される小信号特性とを正確に表すことができる、半物理的なデバイス・モデルに関連する。本発明の半物理的デバイス・モデルは、解析的な式を使用し、基本的な電荷とＨＥＭＴ内部構造の場の構造とをモデル化する。これらの式は、デバイス物理的特性に基づいているが、経験的な式である。このように、このモデルは、正確な、測定されてモデル化された小信号特性を保っている間、高い忠実度で物理的な依存性を維持することができる。本発明のモデルは、ＦＥＴの標準小信号等価回路モデル用に、モデル素子を提供する。このモデル素子は、半物理的なＨＥＭＴモデルによるデバイス内でモデル化されるような、本質的な電荷と電界との小信号励起解析から得られる。
【００１０】
なお、本発明のこれらの利点及びその他の利点は、以下の発明の実施の形態及び図面を参照することによって、容易に理解される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、物理的に基づいているデバイス・モデルを通じて、ＲＦ性能をシミュレートすることができる、半物理的なデバイス・モデルに関連する。この半物理的デバイス・モデルは、ＨＥＭＴの機能の物理的特性をモデル化する経験式に基づく解析的なモデルである。故に、専門用語の「半物理的な」である。このモデルは、実際のプロセス・パラメータ（例えば、ゲート長のレセス（凹部）、エッチの深さ、レセス・アンダーカットの範囲、不動態化する亜硝酸塩の厚さ等）を組み込む。経験式を用いることによって、半物理的なモデルは、デバイス性能に対するプロセス変動の効果を説明する間、測定されてモデル化される正確性を比較的に良く維持することができる。
【００１２】
本発明の半物理的なモデルは、図１に示すように、標準小信号等価回路モデル又はＦＥＴのために、モデル素子を提供する。しかしながら、従来の手法と異なるように、このモデル素子は、デバイス内の固有の電荷及び電界の小信号励起解析から得られる。そのため、シミュレートされる小信号モデル素子は、物理的なＦＥＴに関して、比較的に正確な、物理的な等価回路の描写を表す。
【００１３】
固有の電荷と電気伝導度と電界とを半物理的にモデル化するための概括的な方法論は、以下の通りである。第１に、伝導バンド・オフセットと電気的な誘電率との間の関係とエピ・スタック内の様々な材料に対する材料組成とを決定する。これらの関係は、解析的に、即ち、物理的なシミュレータからのシミュレートされたデータをフィッティングすることによって、得ることができる。次に、エピ・スタック内の適用できるバルク材料の任意の基礎電子輸送特性を、決定する。一旦、電子輸送特性を決定すると、空乏されていない、線形なチャネル移動度を、材料特性又は物理的なシミュレーションの何れか一方を通して、決定する。次に、ショトッキー障壁の高さの値又は式を、決定する。一旦、ショトッキー障壁の高さの値を決定すると、半物理的な式は、以下の特性をモデル化して構築される。
【００１４】
ゲート端子電圧によって制御される際の、アクティブ・チャネル内のシート電荷用の基礎電荷制御物理的特性、
アクティブ・チャネル幅内におけるシート電荷の平均重心位置、
ゲート、ドレイン及びソースの端子電圧の関数としての、境界を分割する電荷の位置、
線形なチャネル移動度と表面の空乏された領域とのバイアス依存性、
チャネル内の電界を飽和させる速度のバイアス依存性、
飽和した電子の速度、
ゲート下における、線形な、チャネル領域内の電気伝導度、
ソース及びドレインのアクセス領域内の電気伝導度。
【００１５】
一旦、半物理的な式を決定すると、半物理的なモデリング式の経験的な項は、モデルＩ−Ｖ（電流電圧）特性を、測定された値にフィットさせるように調整される。次に、この経験項は、測定されるＣ−Ｖ（容量−電圧）及びＩ−Ｖ特性の同時フィットを達成するために、相互作用的に再調整される。最後に、経験的なモデリング項は、今後の使用のために固定される。
【００１６】
上述したような物理現象のすべてをカバーする半物理的な式の包括的なセットを構築することによって、ＨＥＭＴデバイス内の物理的な機能メカニズムは、比較的に正確に決定することができる。図７は、ここで述べた半物理的なモデリングを使用して、比較的に正確な、測定されてモデル化されたＨＥＭＴの１組のＩ−Ｖ特性を示す。特に、図７は、ドレイン・ソース間の電流Ｉｄｓを、様々なゲート・バイアス（例えば、０．４Ｖ〜−１．０Ｖ）に対して、ドレイン・ソース間の電圧Ｖｄｓの関数として示している。図７で示すように、実線は、半物理的なモデルを表すために使用され、「×」は、測定値を表すように使用されている。図７に示すように、測定値とモデル化されたパラメータとの間に、密接な関係がある。
【００１７】
本発明に従って、物理的なデバイスの機能を半物理的にモデル化する一例を、以下に示す。この一例は、図８及び図９に示されるような具体例としてのデバイスを利用する。表２は、そのモデルにおける断面寸法パラメータの具体例としての値を表す。図１０は、表２に示されるパラメータと相互に関係のある、拡大されたＴゲート特性に関連する。
【００１８】
【表２】
2004501510.tif 000004
【００１９】
上述したように、ＨＥＭＴデバイス内の固有の電荷及び電界の半物理的なモデリングは、伝導バンド・オフセットと電気的な誘電率とエピ・スタック内の様々な材料に関する材料組成との間の関係を決定することによって開始する。バンド・オフセットと電気的な誘電率との関係に関連する材料組成は、様々な文献（例えば、マイケル・シュラー（Ｍｉｃｈａｅｌ Ｓｈｕｒ）著、「半導体デバイスの物理（Ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ）」、プレンティスホール社（Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ：ニュージャージー州、エングルウッド）、１９９０年）から得ることもできる。基礎的な電子輸送特性、例えば、バルクＧａＡｓのキャップ層内の電子キャリアの線形な移動度は、上述の「半導体デバイスの物理」から得られるように、１３５０ｃｍ／Ｖｓに決定することもできる。空乏されてないチャネル内の電子キャリアの線形な移動度は、５５００ｃｍ／Ｖｓであると考えられる。この値は、ＧａＡｓキャップ層内のある程度の差を除いて、具体例のスタックと等しく成長したエピ・スタックを持つホール効果試料で測定してもよい。そのショトッキー障壁の高さは、１．０５１ボルトであると考えられ、それは、ＡｌＧａＡｓ材料上の白金金属の典型的なものである。
【００２０】
以下の数式１は、試料内における電荷制御と重心位置とをモデル化する、半物理的な解析式を表す。
【００２１】
【数１】
2004501510.tif 000005
【００２２】
ここに用いられているように、Ｎｓは、アクティブ・チャネル内のモデル・シート・キャリアの濃度を表している。Ｎｓ’は、理想的な電荷の制御法則を表し、また、チャネル対ゲート電圧内のエネルギ状態に関する実際の状態占有率の密度を半物理的に表すものとしてモデル化される。電荷を制御するために用いられるゲート・チャネル間の電圧Ｖｇｔは、当該分野で良く知られているように、ショトッキー障壁の高さと伝導バンド・オフセットとエピ・スタック内のドーピングとの関数である。以下の数式２は、ＨＥＭＴデバイス内の局部的な電荷障壁の位置をモデル化するために用いられる半物理的な式である。これらの式は、どのようにして、異なる端子間の影響下で、モデル電荷を分割するのかを支配する。
【００２３】
【数２】
2004501510.tif 000006
【００２４】
以下の数式３は、空乏領域における線形なチャネル移動度のバイアス依存性をモデル化するために用いられる半物理的な式である。
【００２５】
【数３】
2004501510.tif 000007
【００２６】
以下の数式４は、飽和電界及び飽和速度のバイアス依存性をモデル化するために用いられる半物理的な式である。
【００２７】
【数４】
2004501510.tif 000008
【００２８】
図１１は、どのようにして、ソース及びドレイン・アクセス領域内の電気伝導度が、一例としてモデル化されるのかを図式的に示す。
以下の数式５は、ソース・アクセス領域の伝導度に関する半物理的な式を記述する。
【００２９】
【数５】
2004501510.tif 000009
【００３０】
以下の数式６は、ドレイン・アクセス領域の伝導度に関する半物理的な式を記述する。
【００３１】
【数６】
2004501510.tif 000010
【００３２】
（小信号等価回路の半物理的な決定）
図１に示すような、良く知られている小信号等価回路用の値を得るために、小信号励起解析は、半物理的にモデル化された物理的な式に適用されなければならない。このような解析を適用する手法は、以下の通りである。
【００３３】
１）ゲート端子電圧励起
所望のバイアス条件付近の小＋／−電圧の変化（ｄｅｌｔａ）を、ゲート・ソース端子に印加する。
【００３４】
等価回路素子Ｇｍ＝ｄｅｌｔａ（Ｉｄｓ）／ｄｅｌｔａ（Ｖｇｓ’）。ここで、ｄｅｌｔａ（Ｖｇｓ’）は、ほとんど、印加された電圧変化量であるが、ゲート・ソース・アクセス領域（図１１中のＲｓＣｏｎｔ、ＲｓｕｎｄｅｐＣａｐ、ＲｓｉｎｄｅｐＲｅｃ、ＲｅｓｄｅｐＲｅｃ、ＲｓＢｏｕｎｄａｒｙ）で降下する電圧を引いている。
【００３５】
等価回路素子Ｃｇｓ及びＣｇｄは、ｄｅｌｔａ（Ｎｓｎ）／ｄｅｌｔａ（Ｖｇｓ’）×Ｌｇｎの形式をとる。ここで、ｄｅｌｔａ（Ｎｓｎ）は、適切な電荷制御式であり、Ｌｇｎは、境界を分割するゲート・ソース又はゲート・ドレイン電荷の長さである。
【００３６】
等価回路素子Ｒｉ＝Ｌｇｓ／（Ｃｇｓｃｈａｎｎｅｌ×ｖｓ）。ここで、Ｃｇｓチャネル（ｃｈａｎｅｎｅｌ）は、そのチャネルだけに帰するゲート・ソース容量の一部であり、ｖｓは、飽和電子速度である。
【００３７】
２）ドレイン端子電圧励起
１）のように、同じバイアス条件付近の小＋／−電圧の変化を印加するが、その変化は、ドレイン・ソース端子に印加する。
【００３８】
等価回路素子Ｒｄｓ＝１／｛ｄｅｌｔａ（Ｉｄｓ）／ｄｅｌｔａ（Ｖｄｓ’）｝。ここで、Ｖｄｓ’は、ほとんど、印加された電圧変化量であるが、ゲート・ソース及びゲート・ドレイン・アクセス領域の双方で降下する電圧を引いている。
【００３９】
等価回路素子Ｃｄｓは、適切なフリンジング容量の半物理的なモデルの話になるために得られ、又はｄｅｌｔａ（Ｎｓｄ）／ｄｅｌｔａ（Ｖｄｓ’）×ｓａｔの形式で得ることができる。ここで、Ｎｓｄは、適切なソース及びドレイン電荷障壁間の電荷蓄積のための電荷制御式であり、Ｘｓａｔは、飽和している場合、その飽和領域の長さである。
【００４０】
３）オン−メサ寄生素子
等価回路素子Ｒｓ及びＲｄは、ソース及びドレイン・アクセス領域の適切な電気伝導度モデルによって表される。
【００４１】
ＲＦ性能は、任意のバイアス・ポイントで予測することができる。
表３は、表２中に示される試料からの等価モデル抽出及びその試料の半物理的モデリングから得られた高周波等価回路モデル用の値の比較を表す。
【００４２】
【表３】
2004501510.tif 000011
【００４３】
半物理的なモデリング手法の結果は、この場合、物理的なデバイス・シミュレータよりも正確な、小信号等価回路の値を作り出す。さらに、寄生の組み込みにおける差があると、即ち、２つのアプローチがあるとすれば、表３内の結果は、等価回路値の比較よりも、より近い結果を作り出す。
【００４４】
表４は、モデル派生物内に使用される寄生素子の値のリストを表す。抽出される等価回路モデルと半物理的に得られたものとの重要な差は、試験された構造用のランチ（ｌａｕｎｃｈ）容量の影響をモデル化するためのＣｐｇ及びＣｐｄの使用である。この差は、最適な物理的な重要な解法から僅かに離れる、抽出されたモデルの結果を導く。
【００４５】
【表４】
2004501510.tif 000012
【００４６】
図１２、図１３及び図１４に示すように、半物理的に得た等価回路モデルを使用してシミュレートされ、モデル化された結果は、測定される高周波Ｓパラメータ・データを、とても正確に模写（再現）する。
【００４７】
以下の数式７は、小信号等価回路でモデル化されたＧｍの小信号励起派生物を表す。図１５は、測定データと比較された、小信号ＧＭの、半物理的にシミュレートされたバイアス式を示す。
【００４８】
【数７】
2004501510.tif 000013
【００４９】
以下の数式８は、Ｒｄｓの小信号励起派生物を表す。図１６は、小信号Ｒｄｓの、半物理的にシミュレートされたバイアス依存性を示す。
【００５０】
【数８】
2004501510.tif 000014
【００５１】
以下の数式９は、Ｃｇｓ及びＣｇｄの小信号派生物のために用いることもできる。図１７は、小信号Ｃｇｓ及びＣｇｄの、半物理的にシミュレートされたバイアス依存性を示す。
【００５２】
【数９】
2004501510.tif 000015
【００５３】
以下の数式１０は、Ｒｉの小信号派生物に含まれる。あとに次ぐ、図１８は、小信号Ｒｉの、半物理的にシミュレートされたバイアス依存性を示す。
【００５４】
【数１０】
2004501510.tif 000016
【００５５】
以下の図１９は、オン−メサ寄生アクセス抵抗Ｒｓ及びＲｄの、半物理的にシミュレートされたバイアス依存性を示す。
【００５６】
（半物理的なモデルとバイアスに依存する小信号ソース及びドレイン抵抗ＲＳ及びＲＤの一例）
以下の一例は、どのようにして、半物理的な小信号デバイス・モデルが、バイアスに依存する小信号性能に関して、正確な投影を提供することができるのかを証明する。この例において、前の例で使用されたような、同じ半物理的なデバイス・モデルを使用した。なぜならば、ＭＭＩＣ回路例が、同じＨＥＭＴデバイス技術を使用して作製されていたからである。
【００５７】
この例において、２段階バランスＫバンドＭＭＩＣのＬＮＡアンプに関するバイアスに依存する小信号利得及びノイズ性能は、半物理的なモデルによって作製された小信号等価回路及びノイズ等価回路を用いたマイクロ波回路シミュレーションを通して、模写される。測定された結果及びシミュレートされた結果は、以下の表５に示される。これらの結果から分かるように、半物理的なデバイス・モデルは、バイアスの変化が非常に広範囲であるにも拘わらず、測定されるバイアス依存性能を正確にシミュレートすることができた。
【００５８】
【表５】
2004501510.tif 000017
【００５９】
表５内にリストされた、測定された利得対モデル化された利得のプロットは、図２０に示される。
以下の一例は、どのようにして、半物理的な小信号デバイス・モデルが、物理的に依存する小信号性能に関して、正確な投影を提供することができるのかを証明する。この例において、前の例で使用されたような、同じ半物理的なデバイス・モデルを使用した。
【００６０】
この例において、物理的なプロセスの変動は、既知の平均、相互相関及び標準偏差に関連する統計的な変動によって、半物理的なデバイス・モデルに入力された。この試みの目的は、測定されるＤＣ及び小信号デバイス変動を模写することであった。模写の正確度は、半物理的なモデルが物理的に正確な程度を示す。
【００６１】
以下の表６は、シミュレートされ、知られている、使用されたプロセス変動のリストを示す。
【００６２】
【表６】
2004501510.tif 000018
【００６３】
マイクロ・エレクトロニクス・コンポーネントの作製過程において、試料デバイスは、統計的なプロセス制御監視（ＰＣＭ）データを得るために、プロセス中に試験される。図２１Ａ及びＢは、ＰＣＭ試験中に測定されたデバイスＩ−Ｖから抽出され、記録されたデータの種類を図式的に示す。
【００６４】
半物理的なデバイス・モデルは、Ｉ−Ｖをシミュレートすることができるので、物理的なプロセス変動に起因するＩ−Ｖ変動をシミュレートすることができた。これらのＩ−Ｖは、ＰＣＭ試験中に記録される同じのパラメーラを抽出するために、同じ方法で、解析される。図２２、図２３及び図２４は、シミュレートされる結果が、どれだけ正確に、測定されるプロセス変動に一致するのかを示す。図１９は、半物理的にシミュレートされたＶｇｐｋ及びＧｍｐｋが、どの程度、実際の製造測定値に一致するのかを示す。また、図２０は、シミュレートされたＩｄｐｋ及びＧｍｐｋが、どの程度、一致するのかを示す。さらに、図２１Ａ及び２１Ｂは、シミュレートされたＩｍａｘ及びＶｐｏが、どれだけ良く、一致するのかを示す。
【００６５】
また、小信号Ｓパラメータ測定値は、プロセス制御監視中のプロセスにおいても得られる。これらの測定値は、測定されるＳパラメータと一致する単純な等価回路モデルを抽出するために、使用される。半物理的なデバイス・モデルは、これらの等価回路モデルをシミュレートすることができるので、物理的なプロセス変動に起因するモデル・パラメータの変動をシミュレートすることができた。
【００６６】
図２５及び図２６は、シミュレートされる結果が、測定され又は抽出される、小信号パラメータに関するプロセス変動に、どれだけ正確に一致するのかを示す。図２５は、半物理的にシミュレートされたＲｄｓ及びＧｍが、実際に抽出されたモデル・プロセスの変動に、どれだけ良く一致するのかを示す。
【００６７】
半物理的なモデルの正確な物理的な性質をサポートする、直接的で且つ説得力のある証拠は、実際に物理的に変動するものに対して、シミュレートされ、測定された性能の依存性を比較することによって示される。図２７に示されるように、半物理的なモデルは、Ｉｍａｘのゲート長への依存性を、非常に正確に模写することができる。加えて、半物理的なモデルは、高周波小信号等価回路に関する物理的な依存性も模写することができる。これは、図２８に示され、図２８は、Ｒｄｓのレセス・アンダーカット幅に対する依存性を模写することができる。
【００６８】
明らかに、本発明に関する多くの改造及び変形が、上述の教授に照らして可能である。従って、本発明は、特に上述したものよりは、むしろ、特許請求の範囲内において、実施されることが、理解できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ＨＥＭＴデバイス用の、具体例としての小信号等価回路モデルの概略図である。
【図２】
図１の小信号モデルにおける各々の等価回路素子に対する物理的な起源の粗い置き換えを図示する、具体例としてのＨＥＭＴの断面図である。
【図３】
図１の小信号等価回路モデルの様々な回路素子に対応する、ＨＥＭＴ内の領域を図示するＨＥＭＴの断面図である。
【図４】
従来の物理的なデバイス・シミュレーション・ツールによる、物理的なＨＥＭＴデバイス構造の記述的な入力例である。
【図５】
既知の物理的なデバイスシ・ミュレーション・ツールに対する、物理的なＨＥＭＴデバイス構造に関するエピ・スタックの記述的な入力例である。
【図６】
デバイス構造の断面図内にエピ・スタックの位置を図示する例である。
【図７】
本発明の半物理的なモデリング手法を用いて、比較的に正確に、測定されてモデル化されたＩ−Ｖ特性の一例である。
【図８】
具体的としてのＨＥＭＴに関するエピ・スタックを示す正面図である。
【図９】
図８の具体例としてのエピ・スタックに関するＨＥＭＴの断面図である。
【図１０】
図８の具体例としてのエピ・スタックに関するＴゲートの幾何図形的配列に関連する断面パラメータの拡大図である。
【図１１】
半物理的な例に用いられる電気伝導度モデル図である。
【図１２】
測定されたＳパラーメータと本発明の手法によってシミュレートされ、モデル化されたＳパラメータＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３との対比を示すスミス・チャートである。
【図１３】
図１２と同様に、Ｓ２１パラメータに関する測定値とモデル値との対比を示す図である。
【図１４】
図１２と同様であるが、Ｓ１２パラメータに関する図である。
【図１５】
半物理的にモデル化された小信号Ｇｍと測定された小信号Ｇｍとの対比を示す図である。
【図１６】
半物理的にシミュレートされた、小信号出力伝導度Ｒｄｓのバイアス依存性を示す図である。
【図１７】
半物理的にシミュレートされた、小信号ゲート・ソース及びゲート・ドレイン容量Ｃｇｓ及びＣｇｄのバイアス依存性を示す図である。
【図１８】
半物理的にシミュレートされた、小信号ゲート・ソース充電抵抗Ｒｉのバイアス依存性を示す図である。
【図１９】
半物理的にシミュレートされた、小信号ソース及びドレイン抵抗Ｒｓ及びＲｄのバイアス依存性を示す図である。
【図２０】
ＫバンドＭＭＩＣアンプに関し、２３．５Ｇｈｚにおける、測定されたバイアスに依存する利得とモデル化された利得との対比を示す図である。
【図２１】
図２１Ａ及び図２１Ｂは、プロセス制御監視試験中の測定されたデバイスＩ−Ｖから抽出されたパラメータを示す図である。
【図２２】
測定されたプロセス変動と半物理的にシミュレートされたプロセス変動Ｇｍｐｋ及びＶｇｓｐｋとの対比を示す図である。
【図２３】
測定されたプロセス変動と半物理的にシミュレートされたプロセス変動Ｉｄｐｋ及びＧｍｐｋとの対比を示す図である。
【図２４】
測定されたプロセス変動と半物理的にシミュレートされたプロセス変動Ｉｍａｘ及びＶｐｏとの対比を示す図である。
【図２５】
測定又は抽出されたプロセス変動と半物理的にシミュレートされた、小信号等価モデルＲｄｓ及びＧｍに関するプロセス変動との対比を示す図である。
【図２６】
測定又は抽出されたプロセス変動と半物理的にシミュレートされた、小信号等価モデルＣｇｓ及びＧｍに関するプロセス変動との対比を示す図である。
【図２７】
測定された物理的な依存性と半物理的にシミュレートされた、物理的なゲート長の関数としてのＩｍａｘに関する物理的な依存性との対比を示す図である。
【図２８】
測定又は抽出されたモデルと半物理的にシミュレートされた、物理的なレセス・アンダーカット幅の関数としてのＲｄｓに関する物理的な依存性との対比を示す図である。
【図１】
2004501510.tif 000019
【図２】
2004501510.tif 000020
【図３】
2004501510.tif 000021
【図４】
2004501510.tif 000022
【図５】
2004501510.tif 000023
【図６】
2004501510.tif 000024
【図７】
2004501510.tif 000025
【図８】
2004501510.tif 000026
【図９】
2004501510.tif 000027
【図１０】
2004501510.tif 000028
【図１１】
2004501510.tif 000029
【図１２】
2004501510.tif 000030
【図１３】
2004501510.tif 000031
【図１４】
2004501510.tif 000032
【図１５】
2004501510.tif 000033
【図１８】
2004501510.tif 000034
【図２０】
2004501510.tif 000035
【図２２】
2004501510.tif 000036
【図２３】
2004501510.tif 000037
【図２４】
2004501510.tif 000038
【図２５】
2004501510.tif 000039
【図２６】
2004501510.tif 000040
【図２７】
2004501510.tif 000041
【図２８】
2004501510.tif 000042
【国際公開パンフレット】
2004501510.tif 000043
2004501510.tif 000044
2004501510.tif 000045
2004501510.tif 000046
2004501510.tif 000047
2004501510.tif 000048
2004501510.tif 000049
2004501510.tif 000050
2004501510.tif 000051
2004501510.tif 000052
2004501510.tif 000053
2004501510.tif 000054
2004501510.tif 000055
2004501510.tif 000056
2004501510.tif 000057
2004501510.tif 000058
2004501510.tif 000059
2004501510.tif 000060
2004501510.tif 000061
2004501510.tif 000062
2004501510.tif 000063
2004501510.tif 000064
2004501510.tif 000065
2004501510.tif 000066
2004501510.tif 000067
2004501510.tif 000068
2004501510.tif 000069
2004501510.tif 000070
2004501510.tif 000071
2004501510.tif 000072
2004501510.tif 000073
2004501510.tif 000074
2004501510.tif 000075
2004501510.tif 000076
2004501510.tif 000077
2004501510.tif 000078
2004501510.tif 000079
2004501510.tif 000080
2004501510.tif 000081
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004501510.tif 000082
2004501510.tif 000083
【国際調査報告】
2004501510.tif 000084