Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo, 2016.

As Moore's law continues to 20nm and below, traditional CMOS device faces severe short channel effects. Industry is switching from traditional CMOS to FinFET in order to keep Moore's law alive. Due to the three-dimensional structure of FinFET, many challenges need to be solved. After that, FinFET will finally be able to replace traditional CMOS in the semiconductor industry. This thesis discusses the manufacturing challenges of FinFET. In addressing these challenges, characterization of the FinFET standard cells has been done. The characterization is based on saturation current, leakage current, implantation angle and the average edge placement error at metal one layer. Three design variables, including the metal pitch, the fin pitch and the fin width are optimized to achieve better design quality. Standard cell library which contains combinatorial cells as well as sequential cells are characterized and optimized. Two optimization scenarios are included in the final results. One is performance driven, optimizing the saturation current and the leakage current, while the other is manufacturability driven, optimizing the implantation angle and the average EPE. The optimization results show the tradeoff between performance and manufacturability. / text

L’électronique embarquée dans l’aéronautique, couramment appelé avionique, est chargée d’effectuer des tâches critiques et doit présenter une fiabilité élevée. La technologie Complementary Metal Oxyde Semiconductor (CMOS) est couramment utilisée pour réaliser des composants critiques, comme des mémoires. Les composants CMOS sont susceptibles à deux types d’erreurs : les dégradations liées au vieillissement et les évènements singuliers causés par les particules cosmiques. Or, les conditions d’utilisation de l’avionique renforcent la fréquence d’occurrence de ces deux types d’erreurs. Le vieillissement consiste, pour les composants CMOS, en la dégradation de ses interfaces métal/oxyde et oxyde/semi-conducteur au cours de sa durée de vie. Les composants avioniques subissent un vieillissement accéléré de par leur condition d’utilisation intensive. Le rayonnement cosmique est composé de particules énergétiques d’origine extrasolaire. Certaines de ces particules sont susceptibles d’interagir un composant électronique et d’y déposer de l’énergie, cela peut causer une erreur appelée évènement singulier. L’avionique est particulièrement concernée par cette problématique car ces évènements peuvent être critiques et qu’elle rencontre un flux élevé de particules.Auparavant, la sensibilité aux radiations était considérée comme indépendante du vieillissement. Seulement, les évolutions des technologies CMOS nous amènent à remettre en cause cette hypothèse. Afin d’étudier ce nouveau phénomène, une méthode de modélisation a été développée. Celle-ci couple la modélisation des évènements singuliers à une modélisation électrique circuit du vieillissement. Elle permet d’effectuer des simulations sur un circuit mémoire spécifique dans des environnements radiatifs variés. De ces simulations ressortent l’influence de certains paramètres électriques, qui permettent de proposer une simulation opérationnelle appliquée à l’avionique. / CMOS technologies used in avionics are prone to both aging and soft error caused by cosmic rays. The ongoing technology scaling has improved the radiation sensitivity of memory cells while the contribution of degradations mechanisms remained unchanged. Considering this trend, the hypothesis that radiation sensitivity does not change over the lifetime of a component must be challenged. In order to do so, a modelling methodology is proposed. It is based on an existing radiation modelling device and includes an electrical aging modelling. This modelling is used to characterize the aging impact on radiation sensitivity of several memory cells under different radiative environment. The impact of diverse electrical parameters is noted and an operative avionics study is finally proposed.

Este trabalho apresenta um estudo que inclui a comparação experimental entre transistores de porta tripla (FinFETs) fabricados sobre lâminas de Silício-Sobre Isolante (SOI) e os fabricados diretamente sobre a lâmina de silício (de corpo). A caracterização elétrica dos FinFETs foi realizada para canais tipo n e p, a fim de realizar uma avaliação no desempenho tanto de parâmetros para aplicações digitais (tensão de limiar, transcondutância e inclinação de sublimiar), quanto analógicas (ganho intrínseco de tensão, tensão Early, condutância de saída e razão gm/IDS), em temperatura ambiente (25 °C). Além disso, a faixa de comprimento de canal analisado foi de 130 nm a 10 ?m, altura da aleta de 65 nm e a largura da aleta de 20 nm a 250 nm. Ainda, é apresentado um estudo em temperatura, na faixa de 25 °C a 150 °C, focando-se na comparação entre os dispositivos FinFETs SOI e de corpo. Em temperatura ambiente, a variação da tensão de limiar em função do comprimento de canal do transistor é observada primeiro nos dispositivos FinFETs de corpo comparada aos FinFETs SOI. Desta forma, mostra-se que os FinFETs SOI são mais imunes ao efeito de canal curto do que aos FinFETs de corpo. No entanto, um ponto a ser otimizado na tecnologia FinFET SOI é a condução pela segunda interface, uma vez que, esta afeta a inclinação de sublimiar a qual atingiu valores maiores de três vezes (tipo n) e 2 vezes (tipo p) que os FinFETs de corpo, considerando-se aletas largas (130 nm) e comprimentos de canal abaixo de 130 nm. Este efeito degrada diversos parâmetros, tornando assim os FinFETs de corpo mais favoráveis, principalmente, em aplicações analógicas, resultando em níveis de ganho intrínseco de tensão de 10 % a 20% maiores que os FinFETs SOI, para canais tipo n e p, respectivamente. Para a faixa de temperatura de 25 °C a 150 °C, o FinFET de corpo apresentou uma variação da tensão de limiar na ordem de quatro vezes a do FinFET SOI. Por outro lado, o parâmetro de redução da barreira de potencial induzida pela tensão aplicada ao dreno (DIBL) é dependente da tempertura, quando a condução pela segunda interface é observada no FinFET SOI. Por fim, na faixa de temperatura estudada os parâmetros para aplicações analógicas não apresentaram variações significativas, quando comparado aos da temperatura ambiente. Além disso, este trabalho apresenta um comparação do desempenho elétrico de FinFETs de germânio (canal tipo p), os quais apresentam diferentes processos de substrato (integração de germânio sobre silício), por meio do estudo de ruído em baixa frequência (LFN) e parâmetros para aplicações digitais. Notou-se que os diferentes substratos interferem no desempenho dos dispositivos, principalmente na região de sublimiar, na qual necessita de uma otimização de processo de crescimento epitaxial do substrato, a fim de reduzir o nível de corrente elétrica de fuga entre dreno e substrato. Como consequência da alta densidade de defeitos no substrato virtual de germânio, a corrente elétrica de dreno atingiu uma ordem de grandeza maior do que os demais processos. Por meio da análise de ruído em baixa frequência, constatou-se que há defeitos no interior do canal dos transistores, os quais são termicamente ativados e afetam a região de sublimiar. Além do mais, os dispositivos com tensionamento compressivo, de ambos os processos STI first e STI definida depois (STI last), apresentaram uma mobilidade efetiva de portador três vezes maior comparado ao processo STI last sem tensionamento do canal, a uma temperatura de operação de 77 K. / This work presents an experimental comparison between triple gate FinFETs fabricated on Silicon-On-Insulator (SOI) and on silicon wafers. It is presented the electrical characterization of SOI FinFET and bulk FinFET of both p and n types, in order to compare theirs digital (Current-Voltage curves, threshold voltage, transconductance and subthreshold swing) and analog (intrisic voltage gain, Early voltage, ouput conductance gm/IDS ratio) performances at room temperature (25 °C). Moreover, a temperature evaluation is shown, where its range is from 25 °C to 150 °C. In addition, the studied channel length range is from 130 nm to 10 ?m, fin height of 65 nm and the fin width range varying from 20 nm to 250 nm. At room temperature, the SOI FinFET devices show to be more immune to the SCEs than the bulk FinFET ones. However, it is necessary to optimize the SOI structure, since it suffers from the parasitic back interface conduction, which degraded almost all studied parameters, for instance, the subthreshold swing of SOI FinFETs were higher three times (for n-type) and two times (for p-type) compared with the bulk ones. As a result the bulk FinFET is more suitable in analog applications, which presented intrisic voltage gain 10 % and 20% higher than SOI FinFETs, for n- and p-type, respectively. At different temperature the bulk FinFET is more vulnerable to threshold voltage variation than the SOI FinFET. On the other hand, the DIBL is the parameter that tends to be worst as the temperature increases, for the SOI FinFETs. Finally, the basic analog parameters at different temperature operation presented no significant variations, comparing to the ones at room temperature operation. Apart from that, this work also provides a first comparison of the impact of the different Ge-on-Si integration schemes on the Ge pFinFET performances, using Low-Frequency-Noise (LFN) and digital parameters as evaluation tools. It is demonstrated that different substrate growths play a role in the off-state current, where an effort is required in order to optimize (reduce) the drain current level, since has been found that the Ge/Si substrate (from STI last process and relaxed channel) presents a higher defect density into the substrate, resulting in an offcurrent level of one order of magnitude higher than the other processes under evaluation. From the low-frequency-noise results, ones show that there are defects into the channel rather than the gate oxide, which are thermally activated and dominate the subthreshold region. In addition, the strained Ge FinFETs, from both STI first and last processes, which reached values of effective mobility three times higher than the relaxed ones at temperature of 77 K.

Este trabalho apresenta um estudo que inclui a comparação experimental entre transistores de porta tripla (FinFETs) fabricados sobre lâminas de Silício-Sobre Isolante (SOI) e os fabricados diretamente sobre a lâmina de silício (de corpo). A caracterização elétrica dos FinFETs foi realizada para canais tipo n e p, a fim de realizar uma avaliação no desempenho tanto de parâmetros para aplicações digitais (tensão de limiar, transcondutância e inclinação de sublimiar), quanto analógicas (ganho intrínseco de tensão, tensão Early, condutância de saída e razão gm/IDS), em temperatura ambiente (25 °C). Além disso, a faixa de comprimento de canal analisado foi de 130 nm a 10 ?m, altura da aleta de 65 nm e a largura da aleta de 20 nm a 250 nm. Ainda, é apresentado um estudo em temperatura, na faixa de 25 °C a 150 °C, focando-se na comparação entre os dispositivos FinFETs SOI e de corpo. Em temperatura ambiente, a variação da tensão de limiar em função do comprimento de canal do transistor é observada primeiro nos dispositivos FinFETs de corpo comparada aos FinFETs SOI. Desta forma, mostra-se que os FinFETs SOI são mais imunes ao efeito de canal curto do que aos FinFETs de corpo. No entanto, um ponto a ser otimizado na tecnologia FinFET SOI é a condução pela segunda interface, uma vez que, esta afeta a inclinação de sublimiar a qual atingiu valores maiores de três vezes (tipo n) e 2 vezes (tipo p) que os FinFETs de corpo, considerando-se aletas largas (130 nm) e comprimentos de canal abaixo de 130 nm. Este efeito degrada diversos parâmetros, tornando assim os FinFETs de corpo mais favoráveis, principalmente, em aplicações analógicas, resultando em níveis de ganho intrínseco de tensão de 10 % a 20% maiores que os FinFETs SOI, para canais tipo n e p, respectivamente. Para a faixa de temperatura de 25 °C a 150 °C, o FinFET de corpo apresentou uma variação da tensão de limiar na ordem de quatro vezes a do FinFET SOI. Por outro lado, o parâmetro de redução da barreira de potencial induzida pela tensão aplicada ao dreno (DIBL) é dependente da tempertura, quando a condução pela segunda interface é observada no FinFET SOI. Por fim, na faixa de temperatura estudada os parâmetros para aplicações analógicas não apresentaram variações significativas, quando comparado aos da temperatura ambiente. Além disso, este trabalho apresenta um comparação do desempenho elétrico de FinFETs de germânio (canal tipo p), os quais apresentam diferentes processos de substrato (integração de germânio sobre silício), por meio do estudo de ruído em baixa frequência (LFN) e parâmetros para aplicações digitais. Notou-se que os diferentes substratos interferem no desempenho dos dispositivos, principalmente na região de sublimiar, na qual necessita de uma otimização de processo de crescimento epitaxial do substrato, a fim de reduzir o nível de corrente elétrica de fuga entre dreno e substrato. Como consequência da alta densidade de defeitos no substrato virtual de germânio, a corrente elétrica de dreno atingiu uma ordem de grandeza maior do que os demais processos. Por meio da análise de ruído em baixa frequência, constatou-se que há defeitos no interior do canal dos transistores, os quais são termicamente ativados e afetam a região de sublimiar. Além do mais, os dispositivos com tensionamento compressivo, de ambos os processos STI first e STI definida depois (STI last), apresentaram uma mobilidade efetiva de portador três vezes maior comparado ao processo STI last sem tensionamento do canal, a uma temperatura de operação de 77 K. / This work presents an experimental comparison between triple gate FinFETs fabricated on Silicon-On-Insulator (SOI) and on silicon wafers. It is presented the electrical characterization of SOI FinFET and bulk FinFET of both p and n types, in order to compare theirs digital (Current-Voltage curves, threshold voltage, transconductance and subthreshold swing) and analog (intrisic voltage gain, Early voltage, ouput conductance gm/IDS ratio) performances at room temperature (25 °C). Moreover, a temperature evaluation is shown, where its range is from 25 °C to 150 °C. In addition, the studied channel length range is from 130 nm to 10 ?m, fin height of 65 nm and the fin width range varying from 20 nm to 250 nm. At room temperature, the SOI FinFET devices show to be more immune to the SCEs than the bulk FinFET ones. However, it is necessary to optimize the SOI structure, since it suffers from the parasitic back interface conduction, which degraded almost all studied parameters, for instance, the subthreshold swing of SOI FinFETs were higher three times (for n-type) and two times (for p-type) compared with the bulk ones. As a result the bulk FinFET is more suitable in analog applications, which presented intrisic voltage gain 10 % and 20% higher than SOI FinFETs, for n- and p-type, respectively. At different temperature the bulk FinFET is more vulnerable to threshold voltage variation than the SOI FinFET. On the other hand, the DIBL is the parameter that tends to be worst as the temperature increases, for the SOI FinFETs. Finally, the basic analog parameters at different temperature operation presented no significant variations, comparing to the ones at room temperature operation. Apart from that, this work also provides a first comparison of the impact of the different Ge-on-Si integration schemes on the Ge pFinFET performances, using Low-Frequency-Noise (LFN) and digital parameters as evaluation tools. It is demonstrated that different substrate growths play a role in the off-state current, where an effort is required in order to optimize (reduce) the drain current level, since has been found that the Ge/Si substrate (from STI last process and relaxed channel) presents a higher defect density into the substrate, resulting in an offcurrent level of one order of magnitude higher than the other processes under evaluation. From the low-frequency-noise results, ones show that there are defects into the channel rather than the gate oxide, which are thermally activated and dominate the subthreshold region. In addition, the strained Ge FinFETs, from both STI first and last processes, which reached values of effective mobility three times higher than the relaxed ones at temperature of 77 K.

For many decades silicon based CMOS technology has made continual increase in drive current to achieve higher speed and lower power by scaling the gate length and the gate insulator thickness. The scaling becomes increasingly challenging because the devices are approaching physical quantum limits. Three-dimensional electronic devices, such as double gate, tri-gate and nanowire field-effect-transistors (FETs) provide an alternative solution because the ultra-thin fin or nanowire provides better electrostatic control of the device channel. Also high-[kappa] oxides lower the gate leakage current significantly, due to larger thickness for the same equivalent oxide thickness (EOT) compared with SiO₂ beyond the 22 nm node. Moreover, metal gate that avoids the poly-depletion effect in poly-Si gate has become mainstream semiconductor technology. The enabler technologies for high-[kappa] / metal gate 3D transistors include fabrication of high quality, vertical nanowire arrays, conformal metal and dielectric deposition and vertical patterning. One of the main focuses of this dissertation is developing a fabrication process flow to realize high performance MOSFETs with high-[kappa] oxide and metal gate on vertical silicon nanowire arrays. A variety of approaches to fabricating highly ordered silicon nanowire arrays have been achieved. Deep silicon etching process was developed and optimized for nanowire FETs. Process integration and patterning mythologies for high-[kappa] / metal gate were investigated and accomplished. 3-D electronic devices including nanowire capacitors, nanowire FETs and double gate MOSFETs for power applications were fabricated and characterized. The second part of this dissertation is about flexible electronics. Mechanically flexible integrated circuits (ICs) have gained increasing attention in recent years with emerging markets in portable electronics. Although a number of thin-film-transistor (TFT) IC solutions have been reported, challenges still remain for fabrication of inexpensive, high performance flexible devices. We report a simple and straightforward solution: mechanically exfoliating a thin Si film containing ICs. Transistors and circuits can be pre-fabricated on bulk silicon wafer with conventional CMOS process flow without additional temperature or process limitations. The short channel MOSFETs exhibit similar electrical performance before and after exfoliation. This exfoliation process also provides a fast and economical approach to produce thinned silicon wafers, which is a key enabler for three-dimensional (3D) silicon integration based on Through Silicon Vias (TSVs). / text

Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro Universitário da FEI, São Bernardo do Campo, 2015

Circuitos integrados VLSI (Very Large Scale Integration) usando nanotecnologia demandam novos materiais, estruturas, metodologias de projeto e ferramentas de CAD para lidar com os problemas decorrentes do processo de fabricação, tais como variabilidade. Alguns tipos de concepção são mais ou menos robustos às variações de processo ou ambientais, quer sistemáticas ou aleatórias. Esta pesquisa avalia os tipos de projeto de circuitos integrados e os aspectos que podem ajudar a melhorar a capacidade de fabricação e desempenho nas futuras gerações de dispositivos. Neste contexto, é fundamental avaliar como será o comportamento da tecnologia FinFET em tecnologias além de 20nm. A tecnologia FinFET é candidata a substituir a tecnologia CMOS planar no processo de fabricação. Obter informações preditivas sobre o comportamento desta tecnologia no projeto de células é importante tanto para projetistas como para desenvolvedores de ferramentas de EDA. Esta tese explora tipos de projeto de células básicas com tecnologia FinFET. São objetivos principais a caracterização do desempenho temporal e potência, tanto dinâmica como estática, assim como a identificação dos principais parâmetros geométricos em tecnologias FinFET cuja variabilidade afete as características elétricas e a avaliação da robustez destas células aos efeitos de variabilidade de processo. A primeira contribuição deste trabalho é a exploração de tipos de projeto possíveis com a tecnologia FinFET, tais como o projeto com FinFET de 4 terminais nos estilos Short-Gate, Independent-Gate e Low-Power. Estas células foram caracterizadas e modeladas de forma a serem inseridas em um fluxo de síntese regular e comparadas com células em tecnologia bulk CMOS. A segunda contribuição deste trabalho é a identificação das principais fontes de variabilidade e a tendência de comportamento em tecnologias FinFET sub-20nm. Até o momento da elaboração deste documento, a pesquisa de estado-da-arte aponta que este foi o primeiro trabalho a investigar em nível elétrico o impacto da variabilidade em parâmetros geométricos e elétricos na potência dinâmica e estática de dispositivos FinFET sub-20nm. Finalmente, a terceira contribuição deste trabalho é quantificar a influência das flutuações da função trabalho do metal de gate em FinFETs nas tecnologias sub-20nm, traçando um panorama preditivo dos efeitos da variabilidade em tecnologias sub-20nm. / Integrated circuits VLSI (Very Large Scale Integration) using nanotechnology require new materials, structures, design methodologies and CAD tools to address the problems caused by the manufacturing process, such as variability. Some design types are more or less robust to process variations or environmental either systematic or random. This research evaluates the types and aspects of integrated circuit designs that can help to improve manufacturing capacity and performance in future generations. In this context, it is essential to assess what will be the behavior of FinFET technology technologies beyond 20nm. The FinFET technology is a candidate to replace the planar CMOS technology in the manufacturing process. To obtain predictive information about the behavior of this technology in cell design is important for both designers and developers of EDA tools. This work explores basic types of cell design with FinFET technology. Main objectives are to characterize timing and power, both dynamic and static, as well as the identification of the main geometrical parameters in FinFET technologies whose variability affects the electrical characteristics and evaluate the robustness of these cells to process variability effects. The first contribution of this work is the exploration of possible project types with FinFET technology, such as FinFET design with 4 terminals in styles Short-Gate, Independent-Gate and Low-Power. These cells were characterized and modeled in order to be inserted into one regular synthesis flow and compared with cells in bulk CMOS technology. The second contribution of this work is to identify the main sources of variability and the pattern of behavior in FinFET technology sub-20nm. By the time of this writing, the state of the art research shows that this is the first study to investigate in electrical level the variability impact of electrical and geometrical parameters in the dynamic and static power of FinFET devices sub-20nm. The third contribution of this work is to quantify the influence of metal gate workfunction fluctuations of FinFETs in sub-20nm technologies, tracing a predictive picture of the effects of variability in sub-20nm technologies.

Circuitos integrados VLSI (Very Large Scale Integration) usando nanotecnologia demandam novos materiais, estruturas, metodologias de projeto e ferramentas de CAD para lidar com os problemas decorrentes do processo de fabricação, tais como variabilidade. Alguns tipos de concepção são mais ou menos robustos às variações de processo ou ambientais, quer sistemáticas ou aleatórias. Esta pesquisa avalia os tipos de projeto de circuitos integrados e os aspectos que podem ajudar a melhorar a capacidade de fabricação e desempenho nas futuras gerações de dispositivos. Neste contexto, é fundamental avaliar como será o comportamento da tecnologia FinFET em tecnologias além de 20nm. A tecnologia FinFET é candidata a substituir a tecnologia CMOS planar no processo de fabricação. Obter informações preditivas sobre o comportamento desta tecnologia no projeto de células é importante tanto para projetistas como para desenvolvedores de ferramentas de EDA. Esta tese explora tipos de projeto de células básicas com tecnologia FinFET. São objetivos principais a caracterização do desempenho temporal e potência, tanto dinâmica como estática, assim como a identificação dos principais parâmetros geométricos em tecnologias FinFET cuja variabilidade afete as características elétricas e a avaliação da robustez destas células aos efeitos de variabilidade de processo. A primeira contribuição deste trabalho é a exploração de tipos de projeto possíveis com a tecnologia FinFET, tais como o projeto com FinFET de 4 terminais nos estilos Short-Gate, Independent-Gate e Low-Power. Estas células foram caracterizadas e modeladas de forma a serem inseridas em um fluxo de síntese regular e comparadas com células em tecnologia bulk CMOS. A segunda contribuição deste trabalho é a identificação das principais fontes de variabilidade e a tendência de comportamento em tecnologias FinFET sub-20nm. Até o momento da elaboração deste documento, a pesquisa de estado-da-arte aponta que este foi o primeiro trabalho a investigar em nível elétrico o impacto da variabilidade em parâmetros geométricos e elétricos na potência dinâmica e estática de dispositivos FinFET sub-20nm. Finalmente, a terceira contribuição deste trabalho é quantificar a influência das flutuações da função trabalho do metal de gate em FinFETs nas tecnologias sub-20nm, traçando um panorama preditivo dos efeitos da variabilidade em tecnologias sub-20nm. / Integrated circuits VLSI (Very Large Scale Integration) using nanotechnology require new materials, structures, design methodologies and CAD tools to address the problems caused by the manufacturing process, such as variability. Some design types are more or less robust to process variations or environmental either systematic or random. This research evaluates the types and aspects of integrated circuit designs that can help to improve manufacturing capacity and performance in future generations. In this context, it is essential to assess what will be the behavior of FinFET technology technologies beyond 20nm. The FinFET technology is a candidate to replace the planar CMOS technology in the manufacturing process. To obtain predictive information about the behavior of this technology in cell design is important for both designers and developers of EDA tools. This work explores basic types of cell design with FinFET technology. Main objectives are to characterize timing and power, both dynamic and static, as well as the identification of the main geometrical parameters in FinFET technologies whose variability affects the electrical characteristics and evaluate the robustness of these cells to process variability effects. The first contribution of this work is the exploration of possible project types with FinFET technology, such as FinFET design with 4 terminals in styles Short-Gate, Independent-Gate and Low-Power. These cells were characterized and modeled in order to be inserted into one regular synthesis flow and compared with cells in bulk CMOS technology. The second contribution of this work is to identify the main sources of variability and the pattern of behavior in FinFET technology sub-20nm. By the time of this writing, the state of the art research shows that this is the first study to investigate in electrical level the variability impact of electrical and geometrical parameters in the dynamic and static power of FinFET devices sub-20nm. The third contribution of this work is to quantify the influence of metal gate workfunction fluctuations of FinFETs in sub-20nm technologies, tracing a predictive picture of the effects of variability in sub-20nm technologies.

Circuitos integrados VLSI (Very Large Scale Integration) usando nanotecnologia demandam novos materiais, estruturas, metodologias de projeto e ferramentas de CAD para lidar com os problemas decorrentes do processo de fabricação, tais como variabilidade. Alguns tipos de concepção são mais ou menos robustos às variações de processo ou ambientais, quer sistemáticas ou aleatórias. Esta pesquisa avalia os tipos de projeto de circuitos integrados e os aspectos que podem ajudar a melhorar a capacidade de fabricação e desempenho nas futuras gerações de dispositivos. Neste contexto, é fundamental avaliar como será o comportamento da tecnologia FinFET em tecnologias além de 20nm. A tecnologia FinFET é candidata a substituir a tecnologia CMOS planar no processo de fabricação. Obter informações preditivas sobre o comportamento desta tecnologia no projeto de células é importante tanto para projetistas como para desenvolvedores de ferramentas de EDA. Esta tese explora tipos de projeto de células básicas com tecnologia FinFET. São objetivos principais a caracterização do desempenho temporal e potência, tanto dinâmica como estática, assim como a identificação dos principais parâmetros geométricos em tecnologias FinFET cuja variabilidade afete as características elétricas e a avaliação da robustez destas células aos efeitos de variabilidade de processo. A primeira contribuição deste trabalho é a exploração de tipos de projeto possíveis com a tecnologia FinFET, tais como o projeto com FinFET de 4 terminais nos estilos Short-Gate, Independent-Gate e Low-Power. Estas células foram caracterizadas e modeladas de forma a serem inseridas em um fluxo de síntese regular e comparadas com células em tecnologia bulk CMOS. A segunda contribuição deste trabalho é a identificação das principais fontes de variabilidade e a tendência de comportamento em tecnologias FinFET sub-20nm. Até o momento da elaboração deste documento, a pesquisa de estado-da-arte aponta que este foi o primeiro trabalho a investigar em nível elétrico o impacto da variabilidade em parâmetros geométricos e elétricos na potência dinâmica e estática de dispositivos FinFET sub-20nm. Finalmente, a terceira contribuição deste trabalho é quantificar a influência das flutuações da função trabalho do metal de gate em FinFETs nas tecnologias sub-20nm, traçando um panorama preditivo dos efeitos da variabilidade em tecnologias sub-20nm. / Integrated circuits VLSI (Very Large Scale Integration) using nanotechnology require new materials, structures, design methodologies and CAD tools to address the problems caused by the manufacturing process, such as variability. Some design types are more or less robust to process variations or environmental either systematic or random. This research evaluates the types and aspects of integrated circuit designs that can help to improve manufacturing capacity and performance in future generations. In this context, it is essential to assess what will be the behavior of FinFET technology technologies beyond 20nm. The FinFET technology is a candidate to replace the planar CMOS technology in the manufacturing process. To obtain predictive information about the behavior of this technology in cell design is important for both designers and developers of EDA tools. This work explores basic types of cell design with FinFET technology. Main objectives are to characterize timing and power, both dynamic and static, as well as the identification of the main geometrical parameters in FinFET technologies whose variability affects the electrical characteristics and evaluate the robustness of these cells to process variability effects. The first contribution of this work is the exploration of possible project types with FinFET technology, such as FinFET design with 4 terminals in styles Short-Gate, Independent-Gate and Low-Power. These cells were characterized and modeled in order to be inserted into one regular synthesis flow and compared with cells in bulk CMOS technology. The second contribution of this work is to identify the main sources of variability and the pattern of behavior in FinFET technology sub-20nm. By the time of this writing, the state of the art research shows that this is the first study to investigate in electrical level the variability impact of electrical and geometrical parameters in the dynamic and static power of FinFET devices sub-20nm. The third contribution of this work is to quantify the influence of metal gate workfunction fluctuations of FinFETs in sub-20nm technologies, tracing a predictive picture of the effects of variability in sub-20nm technologies.