通过马鞍形晶体管工艺优化来提高DRAM器件性能

随着DRAM技术节点的缩小，由于栅极控制能力较弱，访问晶体管问题得到了突出。随后引入了带有埋藏通道阵列晶体管（BCAT）的马鞍状鳍片结构，以增加通道长度，防止短通道效应，并提高数据保持时间[1]。然而，在20纳米以上的技术节点上，确保足够的器件性能（如保持时间和驱动控制能力）变得更具挑战性。因此，DRAM制造商一直在寻找使用BCATs改进设备性能的方法，而不需要修改其现有的DRAM设备原理图。为了改善DRAM鞍状鳍片的性能，可以使用虚拟工艺建模来研究鳍片结构的影响并开发出最佳的鳍片结构。

图1(a)显示了一个传统DRAM的单个单元，它由2个字线（WLs），一个位线（BL）和2个存储节点接触点（SNC）组成。马鞍型鳍在字线刻蚀步骤（在字线金属沉积之前）期间产生，并位于单元字线的下方（图1(b)，黄色虚线圆圈内）。在字线方向上进行垂直切割（图1(b)），可以详细观察到马鞍状鳍结构。在器件模拟过程中，通过在SNC过程之后虚拟地裁剪一个晶体管，并在栅极、源极和漏极处添加端口，可以测量马鞍状鳍的性能（图1©）。

在模拟过程中，我们还可以查看影响鳍状结构和器件性能的重要工艺参数。在我们的研究中，只有鳍状结构本身（包括鳍高度和鳍曲率）在假设马鞍式鳍设计方案中，活动区域（AA）和WL CD应该保持不变的情况下进行优化。

根据图2所示，鳍高度受到硅/氧化物刻蚀比的影响最大。鳍曲率受到在WL刻蚀步骤中的硅鳍溅射刻蚀比和溅射刻蚀角度的影响。在进行均匀的蒙特卡洛模拟下设定这些输入参数的范围，然后进行器件性能的线性回归分析。SEMulator3D分析模块可用于定位每个测量目标的重要输入参数，并使用这些重要输入参数为每个选定的目标构建回归模型。

经过回归分析，我们可以使用敏感性分析来确定具有统计学意义的工艺参数。一旦确定了对性能有显著影响的这些工艺参数，通过观察工艺参数与计量目标之间的模拟关系，就可以轻松地在预先选择的工艺窗口内优化各种参数设置。典型结果的一个例子可以在图3(a)中看到。例如，在我们的鳍高度设计实验中，随着鳍高度的增加，阈值电压(Vth)减小，但开关比(on/off ratio)也减小，因为漏电流(Ioff)增加。这意味着应该通过考虑Vth和开关比(漏电流)之间的权衡来优化鳍高度。图3(b)显示了等高线图，这对于同时观察两个工艺参数与任意选择的计量目标之间的关系非常有用。通过在SEMulator3D中使用敏感性分析和线性回归功能，我们可以确定最佳的工艺参数范围。例如，如果我们想要Vth <0.49V，SS <62mV/dec，Ion/Ioff >3*109，那么最佳的工艺条件是氧化物刻蚀比在1.0-1.2之间，溅射比>2，最大角度>50。

这些类型的研究可以用来确定产生最佳设备性能的最佳鳍高度和鳍曲率。这些研究的结果可以用于开发当前或下一代DRAM产品的高性能马鞍形鳍轮廓。