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가설 설정
- 전류의 흐름이 일정한 기본구조와 달리 확장된 구조는 RSD 영역에서 전류가 확산한다. 기생저항은 RSD와 extension 영역의 저항의 직렬합으로 나타낼 수 있고 extension에서의 전류 흐름과 저항이 동일하다는 가정의 통해, 두 가지 경우 전체 기생 저항의 차이는 RSD 영역의 저항 차이라 할 수 있다. 기본 구조에서 RSD 영역의 저항을 R1, 확장된 구조에서 RSD 영역의 저항을 R2, 두 가지 구조의 차이인 R1-R2를 spreading 저항(Rsp)으로 정의하면 확장된 구조의 전체 기생저항은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
제안 방법
- 본 논문에서는 FinFET의 소스/드레인 기생저항을t 수학적으로 모델링하고 3D numerical solver인 Raphael을 이용하여 검증했다. 3차원 구조인 FinFET의 기생저항을 모델링하기 위해 RSD 폭에 따라 기본 구조와 확장된 구조로 나누어 분석하였다. 제안하는 모델은 전류의 흐름을 고려하여 구간을 나누기 위해 가이드라인을 사용하여 적분을 통해 구현했고, 선행연구에서 사용한 TLM근사 방법을 사용한 모델과 비교하여 더 정확한 예측을 할 수 있음을 보였다.
- 13. Comparison between proposed, BSIM-CMG, Dixit, Daniel model, and the 3-D numerical simulation in wide RSD structure.
- FinFET의 기생저항을 모델링하기 위해 contact의 위치는 그림 3과 같이 source와 drain의 위쪽으로 하고 numerical solver인 raphael을 사용하여 simulation을 진행했다. 실제 공정 시 contact 위치에 따라 fin의 옆면에 형성되는 silicide의 영향은 모델링을 진행한 silicide가 fin의 위쪽에서 깊이 방향으로 형성되는 기본 구조의 기생 저항의 병렬합으로 확장시킬 수 있다.
- 따라서 선행연구의 모델은 HF와 HS의 변화를 정확히 반영하지 못한다. Silicide의 비저항이 HDD영역의 비저항의 절반일 경우, HF와 HS의 변화에 대해 제안한 모델과 기존 선행연구를 비교했다.
- fin의 크기와 silicide의 깊이 변화에 대한 기생저항을 분석하기 위해 RSD의 폭, 길이가 변할 경우 contact의 크기를 같이 변화시켜 contact의 크기에 대한 변화는 고려하지 않았다. 또한, 채널 저항을 제외한 얇은 fin에 의해 생기는 기생저항을 추출해내기 위해 채널의 길이인 LG의 값을 변화시키면서 저항을 각각 구한 뒤 LG의 값을 0으로 수렴시키는 저항 추출방법을 사용했다[14].
- 본 논문에서는 FinFET의 소스/드레인 기생저항을t 수학적으로 모델링하고 3D numerical solver인 Raphael을 이용하여 검증했다. 3차원 구조인 FinFET의 기생저항을 모델링하기 위해 RSD 폭에 따라 기본 구조와 확장된 구조로 나누어 분석하였다.
- 본 논문에서는 사각형 RSD(Raised Source/Drain) 구조의 폭이 얇은 경우와 두꺼운 경우로 나누어 FinFET의 기생저항의 모델링을 진행하였다. 공정 시 RSD 구조는 각 면의 성장속도가 다름에 따라 수직방향의 최종 단면이 마름모에 가까운 모양으로 형성된다.
- 소스/드레인 기생저항에 관련된 선행연구인 BSIM-CMG, Dixit, Daniel model과 제안한 모델의 비교를 진행했다. BSIM-CMG은 Berkeley에서 개발한 다 중게이트 트랜지스터의 compact model로서 기생저항뿐만 아니라 소자의 전기적인 특성을 포함하고 있다.
데이터처리
- BSIM-CMG은 Berkeley에서 개발한 다 중게이트 트랜지스터의 compact model로서 기생저항뿐만 아니라 소자의 전기적인 특성을 포함하고 있다. 본 연구에서 제안한 모델과 비교하기 위해 source와 drain 사이의 기생저항 모델만의 비교를 진행했다. Dixit 모델과 Daniel 모델은 double-gate FinFET의 기생저항에 관한 모델이다.
이론/모형
- Dixit 모델과 Daniel 모델은 double-gate FinFET의 기생저항에 관한 모델이다. 선행연구에서 기생저항을 식으로 구현하기 위해 TLM근사를 사용했다. TLM근사는 2차원 구조인 BJT와 MOSFET에서 기생저항을 모델링하기 위해 사용하는 방법으로 FinFET에 적용하기 위해 fin의 높이인 HF와 silicide의 두께인 HS가 충분히 진행방향에 대해 작은 값을 가진다는 가정을 사용한다.
성능/효과
- ρc = ρs인 경우와 마찬가지로 제안한 모델은 20 nm, 40 nm, 80 nm LR값에 대해 HF, HS, LF, TF의 변화를 잘 반영함을 알 수 있다.
- ρc = ρs인 경우와 마찬가지로 제안한 모델은 20 nm, 40 nm, 80 nm LR값에 대해 HF, HS, TF, TR의 변화를 잘 반영함을 볼 수 있다.
- 제안한 모델은 TLM을 사용하지 않고 구간별로 나누어 적분을 통해 분석적인 식을 구현하여 수식의 복잡도는 증가하지만 정확한 저항 예측이 가능하다. 기생저항 모델은 3D numerical solver인 Raphael[12]을 통해 검증하였고, 선행연구의 모델과 비교하여 silicide 구조의 변화에 대해 개선된 정확도를 보여준다.
- 확장된 경우 역시 선행연구의 TLM근사의 한계는 존재한다. 본 연구에서 제안한, fin높이가 충분히 높다는 근사를 사용하지 않은 모델이 FinFET구조 변화에 대해 정확한 값을 예측할 수 있다.
- 3차원 구조인 FinFET의 기생저항을 모델링하기 위해 RSD 폭에 따라 기본 구조와 확장된 구조로 나누어 분석하였다. 제안하는 모델은 전류의 흐름을 고려하여 구간을 나누기 위해 가이드라인을 사용하여 적분을 통해 구현했고, 선행연구에서 사용한 TLM근사 방법을 사용한 모델과 비교하여 더 정확한 예측을 할 수 있음을 보였다. 제안한 FinFET의 기생저항 모델을 compact model인 BSIM-CMG에 구현함으로써 소자 구조 변화에 따른 정확한 회로 성능을 예측할 수 있다.
- 제안하는 모델은 전류의 흐름을 고려하여 구간을 나누기 위해 가이드라인을 사용하여 적분을 통해 구현했고, 선행연구에서 사용한 TLM근사 방법을 사용한 모델과 비교하여 더 정확한 예측을 할 수 있음을 보였다. 제안한 FinFET의 기생저항 모델을 compact model인 BSIM-CMG에 구현함으로써 소자 구조 변화에 따른 정확한 회로 성능을 예측할 수 있다.
- 사각형 구조의 RSD의 경우와 비교하여 높이와 폭에 대한 경향성은 동일하므로 간단한 보정상수를 통해 적용할 수 있다. 제안한 모델은 TLM을 사용하지 않고 구간별로 나누어 적분을 통해 분석적인 식을 구현하여 수식의 복잡도는 증가하지만 정확한 저항 예측이 가능하다. 기생저항 모델은 3D numerical solver인 Raphael[12]을 통해 검증하였고, 선행연구의 모델과 비교하여 silicide 구조의 변화에 대해 개선된 정확도를 보여준다.
- 기생저항은 LR의 길이가 증가할수록 LR의 변화에 둔감하게 반응하고 contact 안쪽에 전류가 모여 dominant 해지는 현상을 보여준다. 제안한 모델이 fin의 높이 HF, silicide의 깊이 HS, extension의 길이 LF, fin의 두께 TF의 변화에 대한 기생저항의 변화를 정확하게 예측하는 결과를 볼 수 있다.
- HDD와 silicide영역의 비저항이 동일할 경우 Raphael simulation을 통해 모델을 검증한 결과는 그림 10과 같다. 제안한 모델이 fin의 높이(HF), silicide의 깊이(HS), fin의 두께(TF), RSD의 두께(TR)의 변화에 대한 기생 저항의 변화를 정확하게 예측함을 알 수 있다. 확장된 구조는 기본구조에 비해 contact의 면적이 증가하여 전체적인 기생저항의 값이 감소한다.
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