1.1 研究背景與動機
半導體材料的獨特性質，人類已經發展出各式各樣巧妙的元件，進而改變我 們的世界。從1998 年以來，電子產業是世界上規模最大的工業，而半導體元件 正是此工業的基礎。談到半導體的開端，1947 年，雙極性接面型電晶體(Bipolar Junction Transistor, BJT)誕生，它的出現對半導體產業帶來空前的衝擊，William Shockley、John Bardeen 和 Walter Brattain 三位科學家也因發現電晶體效應獲頒 諾貝爾物理學獎，這也宣告了早期體積龐大的真空管時代結束，進入電晶體的世 代，進而開始有了積體電路(Integrated Circuit, IC)的概念。1960 年，金氧半場效 電 晶 體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET) 發 明 ， MOSFET 成為積體電路中不可或缺的元件，也是影響過去數十年最重要的電晶 體結構。
不斷的微縮，從次微米至深次微米(Deep Submicron)，到現今尺寸小於 0.1 μm 的奈米元件，許多製程上的困難接踵而至，摩爾定律也受到物理極限的挑戰。
1965 年由 Gordon Moore 提出了摩爾定律(Moore’s law)，預測單一矽晶片的電晶 體數量密度，每隔十八個月將會增加一倍，使得晶圓上可以容納更多的電晶體，
數量的提升代表了晶片的製造成本降低，更可以有效的提升操作速度及降低消 耗功率，因此半導體工業研究都以摩爾定律為重要藍圖。為了更高的元件密度，
還是需要繼續縮減等效通道長度，而源極與汲極之間的電場將會改變而影響電 荷分佈，這些短通道元件表現出許多長通道元件無法預測的現象，這些現象被稱 為「短通道效應(Short Channel Effect)」[12]，許多負面效應因此產生，例如：汲 極引起位能障下降(Drain-Induced Barrier Lowering, DIBL)、崩潰(Breakdown)、貫 穿現象(Punch-Through)、閘極漏電流(Leakage)等，這些影響元件特性的現象，限 制了微縮工程的發展。
各種抑制上述負面效應的製程方法不斷的被提出，如源/汲工程與基板工程，
期望以改變摻雜濃度的方式來克服短通道效應；Intel 也在 45 nm 的製程中引入 高介電系數的介電層，以增加的物理氧化層厚度來抑制閘極漏電流等等，但即便
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FinFET 之所以可以取代發展已久的平面 MOSFET，主要是因為兩者相較之 下，立體結構的FinFET 具備以下優點:
1. 抑制短通道效應(Short Channel Effect, SCE) 2. 減緩熱載子效應(Hot Carrier Effect, HCE) 3. 降低元件漏電流(Leakage Current)
4. 改善次臨界擺幅(Subthreshold Swing, S.S.) 5. 較高的轉移電導(Transconductance, GM) 6. 較低的功率消耗(Power Consumption)
製程技術不斷的推陳出新，且當元件結構由平面改為立體，也可能出現以往 MOSFET 不曾出現過的電性行為，本篇論文將對三閘極鰭式場效電晶體(Tri-Gate FinFET 的不同功函數及不同鰭數目進行電性分析及可靠度研究。
溝槽中的填充物體積發生變化，並向周圍擠壓，元件通道區域將因此受到一個擠 壓的應力[17]，而實驗證明當平行通道的方向有擠壓應力存在時將使 n 型電流降 低、p 型電流提高，故當 SA 規格越小時，代表著淺溝槽與通道間的距離較短，
擠壓應力會越大， n 型元件電流越小，p 型元件電流越大。
Intel 在 22 nm 製程節點時，於自家第三代 core 處理器架構率先導入立體結 構的三閘極電晶體(Tri-Gate
Transistor
)，突破了傳統平面電晶體的框架，其中又 以閘極包覆著高架通道與「魚鰭」形狀相似的鰭式場效電晶體為此種結構的代表，相較於傳統平面MOSFET 閘極只能由單一方向控制通道，此種立體結構之電晶 體則可由三個方向控制通道，因此可以有較佳的閘極控制能力。Intel 表示：「多 出來的控制閘極允許我們在“開啟”狀態時盡可能增加電流量，和在“關閉”狀態時 讓電流量趨近於零並且可以讓電晶體狀態之間的轉換速度變得更快。」換言之，
即 FinFET 能使元件有更強的性能並更加省電，許多在傳統平面 MOSFET 上有 的缺點，在立體的鰭式場效電晶體上也已獲得改善，並且已成為各大半導體廠的 主力產品。
從這些相關文獻中的討論可知，SA 規格對於元件的特性有著舉足輕重的影 響，但自FinFET 被發明以來也不過數年時間，針對各種不同結構、不同尺寸等 等的研究仍不夠完整，預期仍有許多未知的議題待發掘，故本篇論文針對FinFET 元件的SA 規格以及兩種可靠度方法進行討論。
1.3 論文架構
本論文意在探討不同的功函數及鰭數目對三閘極鰭式場效電晶體電性之影 響，為了更詳盡的深入分析，我們使用熱載子注入實驗來對p 型 FinFET 元件進 行長時間可靠度測試。
本論文主要內容一共分為五個章節:
第一章:緒論
簡單敘述研究背景與動機，以及基本FinFET 元件文獻探討 第二章: 基礎理論與實驗方法
對三閘極鰭式場效電晶體之結構及製程做概論，再介紹量測所採用的各項軟硬 體設備、實驗方法以及各項電性量測的基礎理論。
第三章: 不同功函數對元件特性及可靠度之影響
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1.不同功函數之 p-Tri-Gate FinFET 元件基本電性分析 2.不同功函數之 p-Tri-Gate FinFET 元件可靠度研究 第四章: 不同鰭數目對元件特性及可靠度之影響 1.不同鰭數目之 p-Tri-Gate FinFET 元件基本電性分析 2.不同鰭數目之 p-Tri-Gate FinFET 元件可靠度研究 第五章: 結論與未來展望
總結上述章節之實驗結果，統整出不同功函數及不同鰭數目對於此新型三閘極 鰭式場效電晶體影響之理論，並提出未來展望。