4.1 不同鰭數目之元件基本電性實驗
4.1.1 實驗設計
此部分著重在不同鰭數目下對於p-FinFET 元件基本電性之影響，本節研究 所使用之 FinFET 元件其通道長度(Gate length, L)皆固定為 16 nm，鰭高度(Fin height, H)皆固定為 42 nm，鰭數(Fin number)有 1 根，2 根，20 根結構，藉由 Agilent B1500A 來觀察研究，並取得 ID-VG曲線、ID-VD曲線，以及萃取出之臨界電壓 (Vth) 、 次 臨 界 擺 幅 (S.S.) 等 參 數 ， 分 別 探 討 在 固 定 功 函 數 大 小 下 ， 對 於 Fin1,Fin2,Fin20 下有何影響，圖 4-1 為單鰭與多鰭結構圖。
4.1.2 基本電性分析
圖4-2 和圖 4-3 為功函數低之 p-FinFET 在不同鰭數下 Fresh 的 ID-VG曲線、
ID-VD曲線，圖4-4 和圖 4-5 為功函數高之 p-FinFET 在不同鰭數下 Fresh 的 ID -VG曲線、ID-VD曲線。由於單鰭轉變成多鰭結構時，會成生多個鰭通道並排陳列，
如同圖4-1 所示，並由同一個閘極控制數個通道，類似於加寬了數倍的等效通道 寬度，因此可從圖4-3 和圖 4-5 發現鰭數 20 根的元件相較於鰭數 1 根的元件，
有大幅提升的飽和電流ID，為了深入探討不同鰭數結構對元件本身特性之影響，
我們將取得的所有數據進行歸一化(Normalized)處理，也就是除以它本身的鰭數 目，以便觀察平均每個鰭通道內的電性行為是否會受到鰭數結構的影響。圖4-6 和圖 4-7 為歸一化後功函數低之 p-FinFET 在不同鰭數下 Fresh 的 ID-VG曲線、
ID-VD曲線，從圖中我們可以發現不論ID-VG、ID-VD皆變成同一水平了，再來我 們深入去探討可以發現，當鰭數增加時ID-VG曲線往右偏移證實了臨界電壓的減 少，至於在次臨界擺幅方面則是未觀察出與鰭數有明確關聯，皆有著優異的開關 特性。再來看ID-VD曲線可以看出單鰭元件相較於多鰭元件其飽和電流有較小的 趨勢。接著看圖 4-8 和圖 4-9 為歸一化後功函數高之 p-FinFET 在不同鰭數下 Fresh 的 ID-VG曲線、ID-VD曲線。相較之前的功函數低的，可以發現圖4-8 中鰭
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數的增加整體趨勢往右偏移更加明顯，更證實了臨界電壓隨著鰭數增加所受到 的影響。然而次臨界擺幅仍然有著優異的開關特性。看到圖4-9 的 ID-VD曲線，
可以發現多鰭結構的飽和電流上升更明顯。接著我們對 Fin2&20 的飽和電流在 做探討，發現到原本認為隨著鰭數增加整體電流會隨著上升但是卻沒有，我們認 為當鰭數增加時鰭與鰭之間相互的耦合電場(圖 4-10)去影響到通道內部本身電 場下降，反轉電荷的密度降低，整體電流下降。
將上述情形做統整探討，我們認為隨著鰭數增加時ID-VG整體趨勢往右偏移 證明了臨界電壓的減小，以及當鰭數從單鰭結構變成多鰭結構時因為FinFET 結 構上CESL 層覆蓋面積越大，進而對通道產生越大的擠壓應力，產生較大的飽和 電流，但是也因為鰭數的增加，在鰭與鰭之間的耦合效應變大造成內部電場減弱，
反而降低了飽和電流，因此在Fin2&20 的飽和電流相差不大。
4.2 不同鰭數目之元件可靠度研究
4.2.1 實驗設計
熱載子注入(HCI)之實驗流程如圖 3-17 所示，我們將探討不同鰭數目下 p-FinFET 在其他元件規格參數相同之下，經過 5000 秒的熱載子注入實驗後元件退 化情形。
本節所有受測元件的通道長度固定為16nm，鰭寬度與鰭高度分別固定為 10 nm 與 42 nm。在進行 HCI 可靠度測試時，將元件的基極端跟源極端同時接地 (VB=VS=0)，而閘極端和汲極端分別給定偏壓(VG=Vth-1.1 V)，(VD=-1.5 V)壓力測 試時間共5000 秒，中途取數個固定的時間點進行元件之電性量測，再從測量出 的ID-VG及ID-VD曲線萃取出相關電性參數，比較不同鰭數目下的元件臨界電壓 變化量、次臨界擺幅變化量、飽和電流變化量，並統整做出探討。
4.2.2 可靠度研究結果分析
圖4-11 及圖 4-12 為在功函數低和高時不同鰭數目經過 5000 秒 HCI 測試的 ID-VG曲線，我們可以觀察出不管鰭數目的改變，整體 ID-VG皆往左邊偏移，證 實了臨界電壓的變化以及次臨界擺幅的退化。再來我們從ID-VG曲線萃取出臨界 電壓來做變化圖(圖 4-13、圖 4-14)，從圖 4-13 可以看到 Fin1 的元件臨界電壓變 化了100 mV，至於 Fin2&20 的元件足足變化了將近 250 mV。圖 4-14 由於從相
對臨界電壓看不出鰭數對於變化量的影響，我們計算出變化百分比[(5000 秒-Fresh)/Fresh*100]，發現了 Fin20 的變化量最大有 106%。圖 4-15 和 4-16 是次臨 界擺幅的相對變化圖，從圖4-15 我們觀察出 Fin1 的 S.S.變化了 24 mV/dec，Fin2 則是 27 mV/dec，Fin20 則有 32 mV/dec，可以觀察出單鰭到多鰭有著明顯的變 化。再來看到圖4-16 一樣我們觀察出 Fin1 的 S.S.變化了 22 mV/dec，Fin2 則是 34 mV/dec，Fin20 則有 45 mV/dec，由於圖 4-16 的功函數較圖 4-15 大，呼應了 第三章的內容功函數越大的退化會越明顯，再受到鰭數的影響Fin20 的 S.S.變化 來到了45 mV/dec。接著我們看到圖 4-17 及圖 4-18 為在功函數低和高時不同鰭 數目經過5000 秒 HCI 測試的 ID-VD曲線，從圖中我們可以看出在經過 5000 秒 施壓後飽和電流皆有明顯的下降退化，我們將聚焦在汲極電壓=-1.2 V 下的電流 變化量(圖 4-19 和圖 4-20)，可以發現整體電流退化量不論是單鰭還是多鰭退化 皆相差不大。
我們將上述情形做統整探討，我們認為在經過了5000 秒的 HCI 可靠度測試 之後，發現了因為多鰭的結構導致CESL 層覆蓋面積增加，造成通道的擠壓應力 增加使載子傳輸速度提升，使得載子能量增強在 HCI 效應下對於元件衝擊產生 缺陷提高，因此鰭數越多時有較大的次臨界擺幅退化，臨界電壓也有較大的變化。
但在飽和電流的退化來說，鰭數造成的影響較不明顯。
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