Zusammenfassung - 3D-Atomare Messtechnik der Spannungsrelaxation und Rauheit in Gate-All-Around (GAA)-Transistoren mittels Elektronenptychographie

3D-Atomare Messtechnik der Spannungsrelaxation und Rauheit in Gate-All-Around (GAA)-Transistoren mittels Elektronenptychographie

2025-07-09 20:22:06

{"Shake Karapetyan","Steven E. Zeltmann","Glen Wilk","Ta-Kun Chen","Vincent D. -H. Hou","David A. Muller"}

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Diese Forschungsstudie konzentriert sich auf die Entwicklung und Anwendung der mehrschichtigen Elektronenptychographie (MEP) zur 3D-Imaging von verformten Oberflächen und Oberflächenrauigkeiten in Gate-All-Around (GAA)-Transistoren. Diese Transistoren sind entscheidend für die nächste Generation von Halbleitergeräten, da sie darauf ausgelegt sind, die Transistordichte und die elektronische Leistung zu erhöhen. Allerdings stellt die komplexe 3D-Struktur der GAA-Transistoren erhebliche Herausforderungen für ihre strukturelle und materialbezogene Charakterisierung dar. Die Studie stellt die MEP, eine vierdimensionale Rastertransmissions elektronenmikroskopische (4D-STEM)-Technik vor, die sub-Ångström laterale und Nanometer-Skalen Tieftiefenauflösung bietet. Dies ermöglicht die 3D-Imaging verborgener Merkmale in Geräten, was für das Verständnis und die Modellierung des Verhaltens der Geräte von entscheidender Bedeutung ist. Das Forschungsteam setzte MEP auf Prototypen von GAA-Transistoren an und identifizierte und quantifizierte Verzerrungen und Defekte an der Oberfläche des um den Kanal gewickelten 3D-Gate-Oxids. Sie fanden heraus, dass das Silizium im 5-nm-dicken Kanal allmählich von den Oberflächen abrutscht, sodass nur 60% der Atome in einer massiven Struktur verbleiben. Durch die Quantifizierung der Oberflächenrauigkeit, die für solche kleinen 3D-Strukturen zuvor unmöglich war, fanden sie heraus, dass die Ober- und Unterflächen unterschiedliche atomare Rauigkeitenprofile aufweisen, was ihre unterschiedlichen Verarbeitungsbedingungen widerspiegelt. Die Forschung liefert direkte experimentelle Werte dieser leistungslimitierenden Parameter, die für die Modellierung und die frühe Fertigungsoptimierung erforderlich sind. Sie zeigt auch die Fähigkeit von MEP, Schichtfehler, Dichtungen, Oberflächenrauigkeiten und Spannungsrelaxation im kristallinen Si-Kanal visuell darzustellen, wobei schädliche verborgene strukturelle Merkmale gut vor dem elektrischen Testen erfasst werden. Die Studie zeigt, dass MEP ein leistungsfähiges Werkzeug zur Bewertung der Oberflächenqualität sowohl klassischer als auch quantenmagnetischer Geräte ist, da es eine präzise, räumlich auflösende Quantifizierung der Oberflächenrauigkeit und der Spannung bietet. Dies ist entscheidend für das Verständnis und die Vorhersage der Geräteleistung und des Ertrags, was eine frühere Stufe der Überprüfung und Optimierung ermöglicht. Insgesamt zeigt die Studie die Effektivität der MEP bei der Charakterisierung der komplexen 3D-Strukturen von GAA-Transistoren und bietet wertvolle Einblicke in den Einfluss von Oberflächenrauigkeit und Spannung auf die Geräteleistung. Diese Forschung öffnet die Tür für eine prädictive Gestaltung, frühzeitige Fehlererkennung und ein tieferes Verständnis der Beziehung zwischen Prozess, Struktur und Leistung auf atomarer Ebene.