在评估先进半导体器件中金属线宽的收缩时,体积电阻率并不是推导电阻的唯一材料特性。在较小的线尺寸下,局部电阻率受晶界效应和表面散射的影响。因此,整个线路的电阻率是变化的,电阻提取需要考虑这些次级现象,以提高电阻精度。
不同几何形状下的金属电阻率与特征尺寸([1],[2])有关,其典型关系如图1(a)所示。因此,电阻率建模的一种方法是根据经验数据将电阻率设为线宽的函数。理想结构的电阻率估计结果如图1b所示;粗导线的中心电阻率接近体积值,细导线的电阻率贯穿较高。
图1所示。(a)电阻率与线宽关系。(b)显示不同尺寸导线内电阻率的截面图。整体电阻率在粗导线的中心附近达到,而在细导线中电阻率更高。
作为电阻建模的演示,使用SEMulator3D的内置功能建模一个DRAM埋字线并提取其电阻®.字线的底部有一个特殊的凸起,它跨越了一系列鞍鳍晶体管(图2),在“鞍”之间有楔形的底部区域。由于形状不规则,基于几何的电阻率对狭窄的字线电阻率值有显著影响(图3)。沿字线横截面的电阻率在中心显示近体积电阻率,在边缘和底部显示较高的电阻率(图3c)。
图2。跨鞍翅式晶体管的埋字线切面。
图3.(a)隔离的掩埋字符串。(b)当电压施加在线时,横截面。(c)沿圆形线横截面的局部电阻显示中心近散装电阻率,以及边缘和底部的更高电阻率。
为了探讨过程变化对DRAM字线电阻的影响,然后使用Semulator3D中的Monte Carlo仿真方法完成具有200个虚拟制造循环的研究。进行该实验以确定影响电阻的重要过程参数。基于线性回归分析,在形成有源区域时识别出电阻的显着参数,识别为硅蚀刻选择性,心轴蚀刻横向比,高k电介质厚度和硅蚀刻(图4)。使用该灵敏度分析的结果,可以启动过程更改以优化设备电阻。在我们的示例中,WordLine次址深度和蚀刻选择性(到有源区域硅)对字线电阻具有最大的影响(图5),并且可以调整它们直到实现目标纹理的电阻。
图4。字线阻力的线性回归模型。
图5. Wordline模块的灵敏度分析使过程调整能够达到电阻目标。
理解电阻率和器件几何形状之间的关系是重要的,当计算不同金属结构的小线宽电阻。这种理解在提取具有挑战性的几何图形的阻力时是至关重要的,比如那些在DRAM单词行中发现的阻力。利用精确的电阻提取技术和虚拟变分研究,可以优化工艺参数,以满足DRAM器件和其他先进技术的电阻目标。