Parameter Screening and Comparative Optimization

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이 프로젝트의 핵심은 절대적인 공정 최적점을 주장하는 것이 아니라, 서로 다른 gate length에서도 Dual-Metal Gate의 상대적 효과를 검증할 수 있도록 안정적인 비교 조건을 찾는 과정이었습니다.

따라서 여기서 사용하는 optimization은 다음 의미입니다.

공정 변수를 screening하고, Ion/Ioff와 DIBL을 중심으로 여러 지표를 함께 비교해 Single-Metal Gate와 Dual-Metal Gate를 동일 조건에서 평가할 representative condition을 선택하는 과정

1. 비교 변수와 선정 기준

Screening variables

• NWell
• LDD_Dose
• LDD_E
• SD_Dose
• SD_E

GateS/GateD work function은 Single과 Dual 비교를 위해 각각 다음과 같이 사용했습니다.

Single-Metal Gate: Wf_S = 4.2 eV, Wf_D = 4.2 eV
Dual-Metal Gate  : Wf_S = 4.2 eV, Wf_D = 4.8 eV

Decision metrics

1. Ion/Ioff가 높을 것
2. DIBL이 낮을 것
3. Ion이 급격히 감소하지 않을 것
4. SS가 과도하게 악화되지 않을 것
5. 공정 simulation에서 구조가 안정적으로 형성될 것

단일 지표의 최고점만 선택하지 않고, Ion/Ioff–DIBL scatter와 SS·Ion·Ioff를 함께 비교했습니다.

2. Lg = 0.25 μm

역할

• DMG 구조의 첫 구현
• Single–Dual 기본 방향성 확인
• 공정변수 screening 절차 수립

Baseline

Parameter screening

선정 과정에서는 NWell, LDD dose/energy, SD dose/energy에 따른 분포를 확인하고 전체 데이터 비교에서 representative point를 선택했습니다.

Selected condition

Interpretation

• DMG에서 Ion은 소폭 감소
• DIBL과 Ioff 감소 방향 확인
• Ion/Ioff 크게 증가
• SS는 비슷한 수준을 유지

이 단계에서 parameter screening 방식과 비교 프레임을 확립했습니다.

3. Lg = 0.10 μm

역할

• gate length 감소 후 효과 재현성 확인
• 첫 단계와 같은 screening 논리 적용

Baseline

Parameter screening

Selected condition

Interpretation

• 0.25 μm와 마찬가지로 Ion은 일부 감소
• Ioff와 Ion/Ioff의 강한 개선 방향 반복
• DIBL 감소 방향 확인
• SS trade-off 존재

이 단계는 DMG 효과가 하나의 geometry에서만 나타난 현상이 아닌지 확인하는 재검증 역할을 했습니다.

4. Lg = 0.028 μm

역할

• 미세 구조에서의 적용성 확인
• 공정 simulation 중 구조가 붕괴하지 않는 baseline 탐색
• scaling 과정에서 발생하는 신뢰성 문제 확인

Scaling-stage baseline

* 초기 Vtgm extraction에 민감한 값입니다.

Parameter screening

0.028 μm 단계에서는 지표뿐 아니라 구조가 SProcess에서 안정적으로 형성되는지도 선정 조건에 포함했습니다.

Scaling-stage selected condition

Interpretation

• 미세 구조에서도 DMG의 Ioff 및 Ion/Ioff 개선 방향 유지
• Ion은 일부 감소
• SS trade-off 존재
• DIBL은 extraction method에 민감
• structure stability를 포함한 조건 선정 필요

5. 세 단계의 의미

반복된 결과 방향

• Ion: 소폭 감소
• Ioff: 큰 폭 감소
• Ion/Ioff: 큰 폭 증가
• DIBL: 감소 방향이지만 extraction sensitivity 존재
• SS: 조건별 trade-off

6. 왜 이 과정을 절대 최적화라고 부르지 않는가

선정 조건은 제한된 parameter range, mesh, physics model, Workbench 환경 안에서 얻은 representative point입니다.

다음 항목을 모두 탐색한 global optimum이 아닙니다.

• 모든 implant profile과 anneal condition
• quantum correction
• interface trap과 process variation
• contact resistance
• 실제 lithography와 metal transition
• GAA·CFET 3D geometry

따라서 본 포트폴리오는 다음 표현을 사용합니다.

• parameter screening
• comparative optimization
• selected condition
• balanced reference
• feasibility study

다음 표현은 사용하지 않습니다.

• production-ready optimum
• globally optimized device
• final manufacturable process

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• 데이터 단계와 DIBL 신뢰성
• 결과 CSV
• TCAD source