4.1 快速熱退火後之元件基本電性
4.1.1 實驗設計
此部分探討 N-type NCFET 經過快速熱退火後的基本電性影響，本節使用之 NCFET 元件其鰭寬度(fin Width,W)為 400nm，通道長度(Gate lengh,L)為 40nm，鰭高 度(Fin height,H)為 20nm，之後將元件透過 30 秒 700ºC 快速熱退火將 HZO 薄膜轉變 為結晶狀態。
因為在第三節實驗中發現鰭寬度越寬之元件受熱載子影響較小，因此選擇本論 文中鰭寬度最寬400nm 之元件，主要探討在快速熱退火前後的影響。
此次使用的元件分為後續再做一次 RTA 處理以及未經後續處理的兩種，後續
RTA 的參數為，通過 95%的 N2及5%的 H2於400ºC 持續 5 分鐘，此步驟旨在利用 H2
修補界面層的缺陷。圖4-1 為 NCFET 元件 Gate 端未經過快速熱退火結構示意圖，圖 4-2 為經過快速熱退火後之 NCFET 元件 Gate 端結構示意圖，我們可以發現，快速熱 退火後，元件表面的缺陷被H2填補了，因此表面的缺陷減少。
4.1.2 基本電性分析
圖 4-3 為 ID-VG曲線，可以發現在經過快速熱退火(RTA)後，其整體趨勢向右偏 移，而次臨界擺幅(SS)和遲滯(Hysteresis)明顯降低，顯現出元件開關特性變好，接著 看到圖4-4 的 ID-VD曲線，我們看到了元件經過RTA 後，飽和電流(IDsat)微幅上升了，
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再來看到4-5 的 GM-VG曲線，整體 ID-VG曲線往右偏移而 GM值也些微變高，總結上 述觀察發現，當元件經過RTA 後，SS 值變得更低，我們發現 RTA 會給予元件能量導 致鐵電層晶格震動，影響鐵電材料，使得負電容特性更明顯，而元件因為介面層缺 陷受到氫氣填補而缺少，導致其他基本電性也得到改善。
4.2 快速熱退火後之可靠度研究
4.2.1 實驗設計
熱載子注入(HCI)之實驗流程如圖 3-14 所示，我們將探討元件經過 RTA 後，再對 其做HCI 施壓，與未經過 RTA 之元件做比較，觀察元件 RTA 前後，HCI 對其的影響。
本節所有測量元件的鰭寬度、通道長度、鰭高度分別固定在 400nm、40nm、
20nm。進行 HCI 施壓測試時，我們將元件的基極端(Body)、源極端(Sourse)同時接地 (VB=VS=0)，而汲極端(Drain)和閘極端(Gate)給定偏壓(VG=VD=2.3V)，壓力測試時間 共進行 5000 秒，中途取數個固定時間點進行元件之電性量測，再測量出其 ID-VG、 ID-VD曲線並從中萃取出相關電性參數，比較元件經過RTA 前後的臨界電壓(Vth)、轉 導(GM)、次臨界擺幅(SS)等電性參數，來探討 N 型 NCFET 在經過 RTA 後對元件的可 靠度影響。
4.2.2 可靠度研究結果分析
圖4-6、圖 4-7、圖 4-8 分別為鰭寬度 400nm 下是否經過快速熱退火(RTA)且經過 5000 秒 HCI Stress 之 ID-VG曲線、ID-VG曲線以及GM-VG曲線，然後我們將RTA 前後 之Fresh 狀態元件以及經過 5000 秒 HCI Stress 元件放在一起做比較，如圖 4-9、4-10、
4-11，我們發現 RTA 後之元件的次臨界擺幅(SS)衰退量大於未經過快速熱退火(RTA) 之元件，而且飽和電流明顯降級以及轉導(GM)值也明顯較 RTA 前之元件減少。
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而我們從圖 4-9 的 ID-VG曲線萃取出各時間點的 SS 值並做出 ΔSS 變化圖，如圖 4-12 所示，可以發現到 ΔSS 值都隨著施壓時間越趨退化，而經過 RTA 之元件的退化 量高於未經RTA 之元件，我們發現元件經過 RTA 後，表面的缺陷被氫氣所填補，導 致電性改善，而對其做熱載子注入(HCI)施壓後，原本填補缺陷的 Si-H 鍵結被打斷，
如圖 4-13 所示，而氫離子(H+)因此逸散到元件中，形成類似移動電荷的機制，如圖 4-14 所示，並破壞元件，再加上原本經過 HCI 的電子電動對破壞後，使得經過 RTA 後之元件電性退化得更顯著。
再來我們看到圖 4-15 為遲滯(Hysteresis)變化量圖，兩者施壓後的遲滯皆有增加 且趨勢一致，最後我們看到圖 4-16 為 SS 對遲滯的分布圖，經過 RTA 後的元件因為 缺陷被填補會使得開關特性變好，因此經過RTA 後之元件 SS 值集中在較低的位置，
而未經 RTA 之元件集中在 SS 值較高的位置，且因為電性得到改善，因此 RTA 元件 的SS 分布較為集中。
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