Analysis of Dispersion of Electrical Parameters of FinFETs

Arkadiusz Malinowski

Abstract

FinFET scaling faces significant technological challenges with line width roughness (LWR) being the most critical. For this reason it is necessary to analyze LWR origin and its influence on FinFET electrical parameters. Development of new techniques and processes for LWR reduction is required. This dissertation is devoted to these issues. The dissertation consists of 7 chapters. In chapter 1 introduction, background, and motivation for this work have been presented. The challenges related to FinFET fabrication and scaling have been outlined with emphasis on LWR/LER. Next, the thesis to be proved in this dissertation was formulated. Finally the goals and structure of this work have been described. Chapter 2 is devoted to the analysis of the dispersion of FinFET electrical parameters. Two FinFET structures have been considered with gate length of 22 nm and 7 nm. Variation of such parameters as source/drain extension doping, gate oxide thickness, fin height and width as well as gate length have been considered. It has been proved that LWR/LER will be a roadblock that can ultimately stop further development of ICs and the thesis of this work has been confirmed. In chapter 3 the mechanism of LWR formation during ArF 193 nm immersion photolithography (dominant process in high volume manufacturing) has been discussed. Next, the relationship between photoexposure and patterning has been illustrated. The Author carried out a practical experiment of silicon etch with pattern size of 65 nm using Cl 2 (industry standard). Similarly to the best results published in the literature, the estimated LWR after this process is not sufficient to ensure FinFET scalability according to ITRS. This requires development of new process or optimization of the existing ones. A brief introduction to plasma processing has been given in chapter 4. The disadvantages of the currently used photoresist (PR) removal techniques have been demonstrated through another practical experiment carried out by the Author. Next, a new process of PR removal has been proposed by the Author and its advantages have been outlined. Chapter 5 begins with a discussion of plasma etch challenges for FinFETs. The Author proposed a novel technique for sticking coefficient (SC) estimation, which is necessary for accurate modeling and thus optimization of plasma etching. The dissertation ends with chapter 6 containing summary and conclusions and chapter 7 containing a short discussion about future works related to FinFET manufacturing (FEOL) improvement/development.
Rodzaj dyplomuPraca doktorska
Autor Arkadiusz Malinowski (WEiTI / IMiO)
Arkadiusz Malinowski
- Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
Tytuł w języku polskimAnalysis of Dispersion of Electrical Parameters of FinFETs
Języken angielski
Jednostka dyplomującaWydział Elektroniki i Technik Informacyjnych (WEiTI)
Dyscyplina naukielektronika / dziedzina nauk technicznych / obszar nauk technicznych
Data obrony17-05-2016
Data zakończenia 24-05-2016
Promotor Andrzej Jakubowski (WEiTI / IMiO)
Andrzej Jakubowski
- Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
Recenzenci wewnętrzni Romuald Beck (WEiTI / IMiO)
Romuald Beck
- Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
Recenzenci zewnętrzni Marek Tłaczała
Marek Tłaczała
-
Wyróżnienietak
Paginacja 177
Słowa kluczowe w języku polskimxxx
Słowa kluczowe w języku angielskimxxx
Streszczenie w języku polskimSkalowanie tranzystorów FinFET wymagania pokonania szeregu wyzwań technologicznych, z których najbardziej krytyczna jest redukcja chropowatości linii (LWR). Z tego powodu konieczna jest analiza źródeł powstawania LWR a także jego wpływ na parametry elektryczne tranzystora FinFET. Konieczny jest także rozwój nowych technik i procesów technologicznych mających na celu redukcję LWR. Tym zagadnieniom poświęcona jest niniejsza rozprawa doktorska. Rozprawa składa się z siedmiu rozdziałów. W rozdziale 1 zaprezentowano wstęp oraz motywację do przedstawionych w dalszej części badań. Zamieszczono opis wyzwań technologicznych związanych z wytwarzaniem i skalowaniem tranzystora FinFET ze szczególnym uwzględnieniem LWR/LER oraz postawiono tezę rozprawy. Na końcu rozdziału opisano cele oraz strukturę pracy. Rozdział 2 poświęcono analizie rozrzutów parametrów elektrycznych tranzystora FinFET na przykładzie struktur o długości bramki 22 nm i 7 nm. Rozpatrzono wpływ takich parametrów konstrukcyjnych tranzystora jak: poziom koncentracji domieszek w obszarze źródła/drenu, grubość tlenku bramkowego, wysokość i szerokość płetwy oraz długość bramki. Wykazano, że LWR/LER będzie stanowił przeszkodę, która ostatecznie może uniemożliwić dalszy rozwój układów scalonych i tym samym udowodniono tezę rozprawy. W rozdziale 3 opisano mechanizm formowania się LWR podczas fotolitografii zanurzeniowej ArF 193 nm (dominująca technika fotolitografii w produkcji masowej). Następnie pokazano związek pomiędzy ekspozycją a następującym po tym procesie trawieniem. W tym celu Autor zrealizował eksperyment trawienia wzorca o wymiarze krytycznym 65 nm w podłożu krzemowym za pomocą plazmy Cl 2 . Oszacowana wartość LWR po tym procesie, podobnie jak najlepsze rezultaty podane w literaturze, nie wystarczają do zapewnienia skalowalności tranzystorów FinFET zgodnie z przewidywaniami ITRS. Niezbędne jest, zatem opracowanie nowych procesów technologicznych lub optymalizacji już istniejących. Krótki opis przebiegu procesu trawienia plazmowego zamieszczono na początku rozdziału 4. Eksperyment przeprowadzony przez Autora posłużył do wskazania wad obecnie stosowanej techniki usuwania fotorezystu. Następnie Autor zaproponował nowy proces usuwania fotorezystu i wskazał jego zalety. Na początku rozdziału 5 przedyskutowano wyzwania związane z procesem trawienia plazmowego podczas wytwarzania tranzystora FinFET. Autor przedstawił oryginalną technikę szacowania współczynnika lepkości, którego wartość jest niezbędna do modelowania trawienia plazmowego, a tym samym do jego optymalizacji. Rozprawę doktorską zamykają rozdział 6 zawierający podsumowanie i wnioski oraz rozdział 7, w którym została zmieszczona krótka dyskusja na temat przyszłych prac związanych z rozwojem procesu produkcyjnego tranzystora FinFET.
Plik pracy
Malinowski_doktorat.pdf 7.55 MB
Recenzje
Malinowski_recenzja_Tlaczala.pdf 187.73 KB
Malinowski_recenzja_Beck.pdf 3.71 MB

Pobierz odnośnik do tego rekordu

Powrót