金属门休会剖面的影响在晶体管电阻和电容

在逻辑等设备finFETs(场效应晶体管),金属栅寄生电容可以产生负面影响电气性能。减少寄生电容的方法之一是优化金属门休会维度。然而,有限制减少电容如果你简单地删除更多的金属材料,因为这可以修改电容出人意料地通过改变金属门休会概要文件。不同的金属门休会概要文件,使用锋利的头或天线配置,可能有助于平衡电阻和电容值和改善电气性能。现在我们将审查结果的使用SEMulator3D虚拟(试验设计)来预测电阻和电容在不同门临界尺寸(CDs),金属门凹槽深度和金属门休会概要文件。

方法

在这项研究中,一个5 nm finFET过程甲板是聚集在SEMulator3D超过44 nm距(参见图1)。门CD被设定为20 nm和海沟CD被设定为24海里。提供适当的阻力值在不同的几何图形,具体材料属性的大小调整建立了锡、多弧离子镀和W金属衬垫。氮化囊(自对准接触)帽CMP(化学机械抛光)一步是保持在一个常数在波兰的深度30 nm一旦触及特定的氧化。我们不同门CD和W蚀刻步骤作为能源部的一部分在我们的金属门休会剖面研究。改变门的CD,尺寸偏差在X方向上由每边1 nm增量修改。门从6到30 nm cd不同2 nm增量。W的腐蚀(W ETB)步骤,增量范围从25 - 60 nm 5 nm增量。

测量电阻,电阻港口建立了过程模型。我们使用一个割平面法建立港口在epi场效应电晶体和PFET epi(见图1、中、右)。然后,我们测量了电阻的金属门之间的空间。除了这些阻力的计算,我们计算阻力有无大小调整。大小调整允许用户定义电阻率的几何模型。对于这个项目,用于多弧离子镀锡的大小调整财产。

图1:finFET装置的三维模型,减少飞机(中间和极右)用于电阻测量。

结果

我们第一次观察到的电阻变化对CD,门口有或没有大小调整。结果如图2所示。

图2:金属栅极电阻的函数门CD。

图3:场效应电晶体切割视图显示门CD的长度(从左到右值26海里,20 nm和10海里)。

接下来,我们测量了电阻的金属门凹槽深度5 nm增量。结果表明,电阻不随W蚀刻深度低于45纳米,由于氮化囊帽的使用CMP /波兰的一步。

图4:金属栅极电阻作为金属门休会深度的函数(W腐蚀深度)。

图5:W蚀刻深度(从左到右)60 nm, 50 nm 35 nm。图像被氮化后囊帽CMP的一步。

一旦我们回顾了不同门cd和W腐蚀深度,然后专注于改变W腐蚀概要文件。两种可能的配置文件(除了名义)包括天线和锋利的头部轮廓形状。天线的形状模拟水在量筒的形象。在这个形状配置中,W是蚀刻深中心的大门比锡和钛铝合金在边缘。这可能导致更高的电阻比名义一致的腐蚀深度剖面。锋利的概要文件可以被认为是一个球点铅笔的W保存概要文件的中间而锡和多弧离子镀的边缘是更深层次上蚀刻而成的。此配置可能会导致较低的总阻力。我们使用模式依赖回蚀刻步骤模型这两个配置文件。金属材料如锡、多弧离子镀和W被用来创建一个全球面具的一步。全球面具使用黑暗与光明的极性天线和锋利的头部形状,分别。 Once the two new profiles (for the antenna and sharp head profiles) were created, the gate CDs and W ETB were varied, and the resistances were calculated by the same method described earlier (figure 6).

图6(左到右):不同的概要文件使用模式依赖的天线和夏普的头的形状。)天线形状的几率流。(b)天线门CD 26海里的概要文件。(c)大幅头门CD的28 nm。(d)大幅头部轮廓腐蚀。

在如下所示的图(图7),蓝线显示阻力结果原门CD概要文件(我们的原始记录(形状)的过程,而橙色的线天线配置和显示结果的灰色线代表了锋利的概要文件。从图7中我们看出,3种不同的电阻测量资料几乎是相同的在门CD的变化。然而,电阻测量绘制对W回蚀刻深度变化时,W蚀刻深度大于50 nm。所示的阻力值,从最高到最低,天线、平面和锋利的概要文件。

图7:金属栅极电阻与门CD(左)和金属栅极电阻与W腐蚀深度(右)与三个配置文件:平(蓝色)、天线(橙色)和夏普(灰色)。

在本研究的最后一步,完成我们的电容测量,我们首先建立网内设备。为此,创建了PFET和金属门网(见图8)。然后,我们提取网队的电阻和电容值。电阻和电容的测量对门口CD和W蚀刻深度图9和图10所示。

图8:PFET削减显示PFET接触金属和金属门网电容的计算。

图9:金属栅极电阻对闸门CD与电容的三个不同的金属门概要:平(蓝色)、天线(橙色)和夏普(灰色)。

图10:金属栅极电阻对W回蚀刻深度和电容的三个不同的金属门概要:平坦的(蓝色),天线(橙色)和夏普(灰色)。

我们的结果表明,几乎没有差异3 R和C值不同的概要文件时阻力对门口的cd。然而,当我们看电阻和电容对W腐蚀深度,我们看到,锋利的头休会剖面也有类似的其他资料,但较低的电阻电容。

结论

在这项研究中,我们使用SEMulator3D的电分析,模式的依赖和Expeditor模块计算和更好地理解金属门休会剖面对电阻和电容的影响。我们能够证明,优化金属门CD概要文件可以提高抵抗finFET的设计和性能。