Modelo analítico de resistência parasitária para FINFETS de porta dupla

Abstract

Com o intuito de acompanhar a demanda cada vez maior de tecnologias de circuitos integrados que permitam a redução das dimensões dos transistores além dos limites físicos dos transistores de porta única, surgiram como alternativa os dispositivos de múltiplas portas. O FinFET é um exemplo desses dispositivos que tem sido muito estudado por apresentar maior imunidade aos efeitos de canal curto. Porém, a alta resistência parasitária imposta pelas regiões de fonte e dreno nesses dispositivos tem se tornado uma limitação para a sua aplicação nas próximas gerações de circuitos integrados. Este trabalho apresenta um estudo da resistência parasitária em dispositivos FinFET de porta dupla e propõe dois modelos analíticos para estimar o valor desta resistência. O desenvolvimento de modelos analíticos fechados para a resistência parasitária é uma iniciativa importante para conhecer o seu comportamento e facilitar a predição do comportamento de novas tecnologias. Os modelos propostos neste trabalho foram desenvolvidos com base na distribuição do potencial elétrico e do comportamento da corrente observados através de simulações numéricas tridimensionais. O primeiro modelo considera uma geometria de contato retangular e o segundo propõe uma nova expressão para a resistência de contato utilizando o modelo de linhas de transmissão com impedância variável, proximada por uma exponencial, visando reproduzir melhor as geometrias de contato observadas em dispositivos experimentais. Foi feita a análise de sensibilidade dos modelos apresentados em relação às dimensões das regiões de fonte e dreno e à geometria de contato de fonte e dreno e, para as características analisadas, os modelos mostraram-se especialmente sensíveis à variação da largura da aleta e do comprimento de contato. Quando comparado aos dados de resistência parasitária extraídos de simulações tridimensionais, o modelo proposto para geometria de contato retangular apresentou erro percentual máximo de 6,4%, enquanto o erro percentual máximo do modelo anterior da literatura foi 26,8%. O modelo proposto para geometria de contato exponencial apresentou erro percentual máximo de 4,9% quando comparado às simulações com contato exponencial e 8,7% quando comparado às simulações com contato trapezoidal. Quando comparado com dados experimentais de resistência parasitária obtidos da literatura, os modelos propostos apresentaram erro percentual médio de 9,2% para o contato exponencial e 16,6% para o contato retangular. Para o mesmo dispositivo, o modelo da literatura apresentou erro percentual médio de 19,8%. Considera-se, portanto, que este trabalho contribuiu para o aprimoramento dos modelos de resistência parasitária em FinFETs.

The multiple gate devices emerged aiming to answer for the demand of integrated circuit technologies that could allow the reduction of transistors dimensions beyond the physical limits of single gate transistors. FinFETs are an example of these devices that have been widely studied because they suffer less influence from short channel effects. However, the high parasitic resistance imposed by source and drain regions in these devices has been considered a limitation to their application in the next generation of integrated circuits. This work presents a study of double gate FinFETs parasitic resistance and proposes two models to estimate the value of such resistance. The development of analytical closed models for parasitic resistance is an important tool to know its behavior and further the technology prediction. The proposed models were developed based on the observation of electrical potential and current behavior from tridimensional limulations. The first model considers a rectangular shape in contacts and the second proposes a new expression for contact resistance using a variable impedance transmission line model, approximated by exponential, to better reproduce the contact shapes observed in experimental devices. A sensibility analysis of the presented models as a function of source and drain dimensions and source and drain contact shapes was carried out and, for the analyzed characteristics, the models showed to be more responsive to the fin width and silicide length variations. When compared with parasitic resistance data extracted from tridimensional simulations, the proposed model with rectangular-shaped contact presented maximum percentage error of 6.4%, while the maximum percentage error for literature model was 26.8%. The proposed model with exponential-shaped contact presented maximum percentage error of 4.9% when compared with exponential-shaped contact simulations and 8.7% when compared with trapezoidalshaped contact simulations. When compared with experimental parasitic resistance data obtained from literature, the proposed models presented average percentage error of 9.2% for the exponential-shaped contact model and 16.6% for the rectangular-shaped contact model. For the same device, the literature model presented average percentage error of 19.8%. Consequently, this work contributes to a better and more accurate modeling of parasitic resistance for FinFETs.