在半導體業的微縮過程中，要不斷調整電晶體尺寸，可能還必須採用 數種新的材料和製程來實現先進製程規格的電晶體的製造。雖然密度在不 斷提高，但每個新的製程技術節點（technology node）所希望的性能改進 卻變得日益難以實現，尤其困難的是既要支援必要的製造控制要求，又要 實現足夠高的驅動電流與低漏電性能。因此近來有許多種不同的解決方案 被提出來，但主要的發展趨勢有幾個方面。 其一，在實現微縮調整目標的 過程中，對製程創新、加工次序和過程控制的要求非常嚴格；其二，IC 製 造商與設備供應商之間的夥伴關係非常重要，兩者儘早地參與設計是按照 預期達成技術規格的唯一途徑；其三，掌握各個製程環節、各個製程環節 之間的相互作用、元件設計和元件製程技術有助於減少延誤開發進度的潛 在因素[1][2]。
隨著元件特徵尺寸（Critical Dimension, CD）的縮小，電晶體的漏電流 會不斷增加，因此也造成現今奈米製程技術瓶頸從以前的製程後端線（Back End Of Line, BEOL）轉移到製程前端線（Frond End Of Line, FEOL）。現 今整個技術發展的重點與瓶頸是在提高密度和改善電晶體的性能，所以製 程前端線面臨的挑戰性還是相當嚴峻的[3]。在高介電常數閘極介電層材料
（high K dielectric）、金屬閘極（metal gate），等先進的製程技術尚未成
熟及高製造成本的障礙下[4]，氮氧化矽（silicon oxynitride）介電層成為業 界相對低成本與熱穩定度（thermal stability）高的介電層材料[5]。於是如 何改善氮氧化矽介電層在元件上的表現與減少量產上的障礙，為90 奈米與 65 奈米半導體製程節點重要的課題[6]。過去有多種技術包括以電槳輔助化 學氣相沈積系統（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD）成 長的氮化氧化層[7]，遠端電漿氮化（Remote Plasma Nitridation, RPN）[8]，
氮化物/氧化層堆疊[9]等皆已經被廣泛地研究，然而這些技術在引進氮於 閘極介電層中卻已被發現將造成元件可靠度顯著地變差[10][11]。
去耦合電漿氮化（Decoupled Plasma Nitridation, DPN）製程從 90 奈米 以來逐漸取代上述製程而成為先進製程上的重要技術[12]。原因為採用 DPN 技術的單一晶圓集束型設備（clustered tool）在可接受的漏電和可靠 性條件下可以達到1.2nm 以下的等效氧化層厚度（Effective Oxide Thickness, EOT），並保持較高的遷移率（mobility）[13]。而集束式的處理則可以改 善EOT 尺寸的調整、晶圓與晶圓和晶圓內一致性以及電晶體性能[14][15]。
在本論文中將討論目前DPN 技術的集束型設備在量產上遭遇無法即 時偵測氮濃度的困擾，進而利用電漿的輝光放射光譜（Optical Emission Spectroscopy, OES）來解決此一問題；進而延伸實驗結果來達到幫助元件 參數最佳化的目的。
1.1 研究動機與目的
以DPN 技術來製造的電漿氮化閘極介電層（plasma nitrided gate dielectric）為單一晶圓的集束型設備，關鍵製程參數為二氧化矽層中的氮 濃度，但是在量產上如何對氮濃度即時的量化上遭遇到幾個困難：
1. 當最後製程結果出問題時，不易區分由哪一個製程反應艙（process chamber）所造成。
2. DPN 製程在反應過程中，如果因為電漿狀態異常而造成製程結果 的改變時，並無法即時（real time）偵測。
3. 再氧化（re-oxidation）為傳統的低成本量化電漿氮化製程之手法，
但因為需要在晶圓上反覆鍍膜與量測，故有耗時及較高成本之缺 點。
4. X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)雖然可以精準量測氮濃 度，但因為對元件具有破壞性，且價格高昂不適合應用於量產上。
為改善前述電漿氮化閘極製程在量產上的困擾，本論文主要想達到以 下幾個目的：
1. 找到一個可以間接與氮濃度有關的指標且滿足以下需求
(1) 有合理的關聯性
(2) 具有高的再現性
(3) 需要是現地（in-situ）的偵測而非異地（ex-situ）
2. 進而利用此一實驗結論衍伸其應用在對電性參數的最佳化
1.2 論文架構
本論文架構共分成五章：
第一章、 緒論：包含研究動機與目的、論文架構及問題概述。
第二章、理論與文獻：包含電漿、輝光放電光放射光譜、光電效應、光