Jae Woo Lee, Doyoung Jang, Mireille Mouis, Gyu Tae Kim, Thomas Chiarella, Thomas Hoffmann, Gerard Ghibaudo, "Mobility analysis of surface roughness scattering in FinFET devices". Solid-State Electronics 2011, 62 (1), 195. >> Published 2011-05-13
Abstract
This paper presents a mobility analysis of the surface roughness scattering along the different interfaces of FinFET devices. Using temperature dependent analysis of effective mobility, quantitative information about the influence of the roughness could be obtained directly on the device. The sidewall and top surface drain current components were estimated from the total drain currents of different fin width conditions. Using a conventional mobility model, it was possible to fit the gate voltage and temperature dependence of sidewall and top surface mobilities. This procedure allowed the contribution of the surface roughness scattering to be quantified with nondestructive characterization. Significant differences were observed for sidewalls and top surface. In the specific case under study, surface roughness scattering on sidewalls was about three times stronger than on top surface for n-channel FinFETs, whereas it remained similar for p-channel ones.
Link : http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038110111001547
http://www.sciencedirect.com/science?_ob=MiamiImageURL&_cid=271497&_user=250248&_pii=S0038110111001547&_check=y&_origin=&_coverDate=31-Aug-2011&view=c&wchp=dGLbVlt-zSkzk&md5=85be05a21168fcc2fc13958a7d99981b/1-s2.0-S0038110111001547-main.pdf
e-mail : ghibaudo@minatec.inpg.fr
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Mobility Analysis of Surface Roughness Scattering in FinFET devices
Solid-State Electronics - Elsevier - (2011.April Accepted)
Jae Woo Lee, Doyoung Jang, Mireille Mouis, Gyu Tae Kim, Thomas Chiarella, Thomas Hoffmann and Gerard Ghibaudo
2009년에 프랑스에서 공동학위를 시작한 뒤로 처음 제가 받은 소자는 FinFET 이었습니다.
벨기에의 IMEC으로부터 Ghibaudo 박사님한테 의뢰가 들어온 소자를 저와 도영이형에게 주시면서
저온실험과 Pulse 실험그리고 노이즈 실험을 제안하셨었는데
장비상의 문제로 인하여 Pulse 실험은 약 1년간 키슬리와 싸움만 하고 진행되지 못했습니다.
또 다른 주제인 저온실험또한 때마침 장비상의 문제가 있었지만 엔지니어인 Xavier와 함께 장비를 수리해가며
수주간 측정을 강행한 결과로 이 논문을 낼 수 있었습니다.
측정 시간보다 데이터 분석이 더 오랜 시간이 걸렸고 이때가 측정 데이터 분석에 대해서 많은 재미를 느끼고 열정을 갖게된
때가 아닌가 싶습니다.
Mathcad 라는 툴의 도움으로 인하여 대량의 데이터를 단시간에 쉽게 분석 및 처리하는 방법을 배우게 된 때이기도 합니다.
실험과 측정에도 시간이 많이 걸렸지만 논문이 나가는데 까지는 더욱 많은 시간이 걸렸습니다.
논문 자체는 2010년 6월경 마무리가 되었습니다만 받아들여지지 않고 구천을 떠돌면서 저에게는 초조함과 불안함이 계속되는
조금 힘든 시간이 왔는데, 그때 주변의 많은 분들의 응원으로 용기를 얻어 결국 이렇게 논문이 나가게 되었습니다.
힘내라고 응원해 주신 많은 분들께 정말 감사드립니다.
개인적으로는 여지껏 논문중 가장 많은 정성과 노력을 들였기에 매우 자랑스러운 논문이라 느껴집니다.
CMOS 공정은 현재 수십nm 수준으로 그 크기를 줄여 많은 한계를 체감하고 있습니다. 이를 극복하기 위한 여러가지 방편중
FinFET은 기존의 Planner한 FET소자구조를 3D로 바꾸어 작은 크기의 소자에서도 많은 전류를 구동하게하고 Gate 효과를 강화시켜
이전까지의 많은 단점들을 극복하게 해 주었습니다. 하지만 FinFET 공정에 있어서 수직방향으로의 식각이 필수적인데, 이 수직방향으로의 식각이 채널 표면의 Roughness를 증가시켜 소자의 특성을 저하시키게 되는 단점이 있습니다. 이러한 Roughness를 감소시키기 위하여
여러가지 공정방식이 시도가 되고 있으며 현재까지도 활발한 연구가 진행되고 있는 중입니다.
Roughness를 측정하기 위해서는 TEM 이나 3D AFM 같은 측정 장비를 사옹해야하는데 어떤 방식이 되던간에 측정을 위해서는 소자를 파괴하여야만 합니다. 또한 Roughness 자체가 Random한 특성을 가지고 있기 때문에 특정 부위를 파괴한다 할지라도 소자 전체적인 평균을 알아내고 그것을 정량화 하기란 매우 어려운 일임에 틀림이 없습니다.
이 논문에서는 저온실험과 모빌리티 특성분석을 이용하여 캐리어의 주된 스캐터링 매커니즘을 분석하고
이 특성들을 각각 분리해 내어 Surface Roughness Limited Scattering을 추출한 뒤 이를 이용하여 Roughness의 소자 특성에 대한 영향을
알아보았습니다. 또한 소자 전체의 Roughness를 수치화하여 한 공정에 대한 기준이 될 수 있게 하는 표준을 제시하여
앞으로의 다양한 연구에 도움이 되고자 하였습니다. 무엇보다 이 방법의 특징은 앞서 말한 파괴 방식이 아닌 비파괴 방식으로 Roughness를 측정할 수 있다는 점에 있습니다. 이를통하여 측정 이후에도 소자를 활용할 수 있기 때문에 앞서 나온 방식들에 비하여 보다 안전하게
소자를 측정할 수 있습니다.
결론적으로 논문이 늦게 나오게 된 이유는 숙성이 덜 되었기 때문이라 생각됩니다.
이 논문 덕분에 '시간'에 내성이 생겨서 앞으로는 시간이 오래 걸리는 연구라 할지라도 초조해짐에 있어서 더욱 의연하게 대처할 수 있을거라 믿습니다.
"끓을 만큼 끓어야 밥이 되지, 생쌀이 재촉한다고 밥이 되나."
-윤오영 방망이깎던 노인 中
라는 문구를 생각나게하는 논문입니다. |
