先進(jìn)制程晶圓制造工藝挑戰(zhàn)之一GAA器件模型

3納米工藝節(jié)點(diǎn)中的GAA晶體管帶來了顯著的技術(shù)挑戰(zhàn)。提取電氣特性需要新的方法和工具，以應(yīng)對(duì)其復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)和對(duì)工藝變異的敏感性。同時(shí)，新的物理失效模式也需要在設(shè)計(jì)和制造過程中加以重視，以確保晶體管的可靠性和性能。3納米晶圓制造工藝中的“Gate all-around (GAA) transistors”所帶來的新提取要求和物理失效模式是一個(gè)復(fù)雜的問題。

1.?理解什么是“Gate all-around (GAA) transistors”。

傳統(tǒng)的晶體管（FinFET）：在10納米及以上的工藝節(jié)點(diǎn)中，F(xiàn)inFET是一種常見的晶體管結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，柵極（Gate）圍繞著鰭狀結(jié)構(gòu)的三個(gè)側(cè)面進(jìn)行控制，類似于一個(gè)“U”字形包圍。

Gate all-around (GAA)晶體管：在更小的節(jié)點(diǎn)（如3納米）中，GAA晶體管進(jìn)一步優(yōu)化了FinFET的設(shè)計(jì)。柵極完全包圍著導(dǎo)電通道，從四個(gè)方向控制電流。這種設(shè)計(jì)可以更好地控制漏電流，并提高晶體管的性能和效率。

2. 挑戰(zhàn)一：GAA晶體管的結(jié)構(gòu)變化帶來了新的提取要求。

復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)：由于柵極完全包圍通道，GAA晶體管具有比FinFET更復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。這種復(fù)雜性使得提取電氣特性（如電容、電阻等）的難度大大增加。

精確建模：在設(shè)計(jì)和模擬過程中，需要精確建模GAA晶體管的電氣行為。這要求更復(fù)雜的計(jì)算方法和工具，以確保模型能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際的晶體管性能。

工藝變異影響：GAA晶體管對(duì)制造過程中微小的工藝變異（如材料厚度、形狀不均勻等）更加敏感。這些變異會(huì)影響晶體管的電氣特性，因此在提取過程中需要特別關(guān)注這些細(xì)節(jié)。

3. 挑戰(zhàn)二：GAA晶體管的新結(jié)構(gòu)也引入了新的物理失效模式。

應(yīng)力集中：由于GAA晶體管的柵極完全包圍通道，在制造過程中可能會(huì)在某些區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)力集中。這些應(yīng)力集中點(diǎn)可能導(dǎo)致材料疲勞或斷裂，影響晶體管的可靠性。

熱管理問題：GAA晶體管的密度更高，熱量更集中，這對(duì)晶圓的散熱能力提出了更高的要求。如果熱量無法有效散出，可能導(dǎo)致晶體管過熱失效。

界面缺陷：柵極和通道之間的界面更加復(fù)雜，這可能引入更多的界面缺陷。這些缺陷會(huì)影響電流的流動(dòng)，導(dǎo)致晶體管性能下降，甚至失效。

圖：(a) 平面FET，(b) FinFET，?(C)具有三個(gè)垂直堆疊硅通道的體型GAA NS FET，以及(d) 體型GAA NS FET的源漏區(qū)切面圖

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