圖目錄 第一章

圖目錄 第一章

圖1-1 採用矽覆蓋絕緣層(SOI)基片結合閘極堆疊結構(gate stack) 和導電性側壁子(conductive spacer)後，可有效抑制邊緣電場 效應。

圖1-2 介電常數和能隙之間的相互關係。

圖1-3 材料的能帶錯位圖。

圖1-4 金屬氧化物與矽之間的熱穩定關係圖。

圖1-5 原子層化學氣相沉積系統沉積二氧化鉿的示意圖。

第二章

圖2-1 二氧化鉿電容結構製作流程圖。

圖2-2 二氧化鉿金屬閘極場效電晶體製作流程圖。

第三章

圖3-1 SC1 前處理二氧化鉿試片的 X-TEM 圖。(a)As，(b) 經過 PDA 600℃退火處理。

圖3-2 RTO 前處理二氧化鉿試片的 X-TEM 圖。(a)As，(b) 經過 PDA 600℃退火處理。

圖3-3 利用 EDS 分析薄膜的組成成分。(a)TaPt 閘極，(b)二氧化鉿 介電層，(c)矽基板。

圖3-4 SC1 前處理二氧化鉿試片的 PV-TEM 圖。(a)As，(b) 經過 PDA 600℃退火處理。

圖3-5 RTO 前處理二氧化鉿試片的 PV-TEM 圖。(a)As，(b) 經過 PDA 600℃退火處理。

圖3-6 SC1 前處理二氧化鉿試片的 PV-TEM 繞射圖形。(a)As，(b) 經過 PDA 600℃退火處理。

圖3-7 RTO 前處理二氧化鉿試片的 PV-TEM 繞射圖形。(a)As，(b) 經過 PDA 600℃退火處理。

第四章

圖4-1 SC1 前處理的二氧化鉿電容在不同量測頻率下的 C-V 特 性。(a)As，(b)經過 PDA 600℃退火處理，(c)經過 PDA 800℃

X

退火處理。

圖4-2 RTO 前處理的二氧化鉿電容在不同量測頻率下的 C-V 特 性。(a)As，(b)經過 PDA 600℃退火處理，(c)經過 PDA 800℃

退火處理。

圖4-3 利用 Hi-Lo CV 方法所計算出的界面缺陷密度。

圖4-4 四元件小訊號等效電路模型。(a)假設正確的四元件電路模 型，(b)並聯電路模型。

圖4-5 SC1 前處理的二氧化鉿電容經過四元件等效模型修正後的 C-V 特性。(a)As，(b)經過 PDA 600℃退火處理，(c)經過 PDA 800℃退火處理。

圖4-6 RTO 前處理的二氧化鉿電容經過四元件等效模型修正後的 C-V 特性。(a)As，(b)經過 PDA 600℃退火處理，(c)經過 PDA 800℃退火處理。

圖4-7 由聚積電容所計算出的電容等效厚度統計分佈圖。(a)SC1 前處理，(b)RTO 前處理。

圖4-8 SC1 前處理的二氧化鉿電容正掃和反掃的 C-V 特性。(a)As，

(b)經過 PDA 600℃退火處理，(c)經過 PDA 800℃退火處理。

圖4-9 RTO 前處理的二氧化鉿電容正掃和反掃的 C-V 特性。

(a)As，(b)經過 PDA 600℃退火處理，(c)經過 PDA 800℃退 火處理

。

圖4-10 由正掃和反掃的 C-V 曲線所計算出的遲滯大小統計分佈 圖。(a)SC1 前處理，(b)RTO 前處理。

圖4-11 SC1 前處理未退火的二氧化鉿電容 C-V 曲線圖。(a)不同的 正起始電壓，(b)不同的負起始電壓。

圖4-12 RTO 前處理未退火的二氧化鉿電容 C-V 曲線圖。(a)不同的 正起始電壓，(b)不同的負起始電壓。

圖4-13 遲滯大小與不同退火溫度的關係。

圖4-14 I-V 曲線圖。(a)SC1 前處理，(b)RTO 前處理。

圖4-15 閘極漏電流統計分佈圖。(a)SC1 前處理，(b)RTO 前處理。

圖4-16 不同退火溫度下，電容等效厚度與閘極漏電流的關係。

圖4-17 本論文量測結果和文獻中發表的二氧化鉿薄膜漏電流和電 容等效厚度的比較圖。

圖4-18 (a)F-P 漏電機制比對，(b)ln(Jg/Vg)對 1000/T 作圖。

圖4-19 (a)低電場時，Ohmic 漏電機制比對，(b) 高電場時，F-N 漏

XI

電機制比對。

圖4-20 Frenkle-Poole 漏電機制的能帶示意圖。

圖4-21 Ohmic 漏電機制的能帶示意圖。

圖4-22 Fowler-Nordheim 漏電機制的能帶示意圖。

第五章

圖5-1 二氧化鉿場效電晶體的電容特性曲線。(a)SC1 前處理，

(b)RTO 前處理。

圖5-2 SC1 前處理經過 800℃退火的二氧化鉿場效電晶體，源極和 汲極與矽基板等電位時的 C-V 曲線。

圖5-3 SC1 前處理二氧化鉿場效電晶體IDS-VDS特性。(a)As，(b)經 過PDA 600℃退火處理，(c)經過PDA 800℃退火處理。

圖5-4 RTO前處理二氧化鉿場效電晶體IDS-VDS特性。(a)As，(b)經 過PDA 600℃退火處理，(c)經過PDA 800℃退火處理。

圖5-5 SC1 前處理二氧化鉿場效電晶體IDS-VGS特性。(a)As，(b)經 過PDA 600℃退火處理，(c)經過PDA 800℃退火處理。

圖5-6 RTO前處理二氧化鉿場效電晶體IDS-VGS特性。(a)As，(b)經 過PDA 600℃退火處理，(c)經過PDA 800℃退火處理。

圖5-7 SC1 前處理二氧化鉿場效電晶體IGS-VGS特性。(a)As，(b)經 過PDA 600℃退火處理，(c)經過PDA 800℃退火處理。

圖5-8 RTO前處理二氧化鉿場效電晶體IGS-VGS特性。(a)As，(b)經 過PDA 600℃退火處理，(c)經過PDA 800℃退火處理。

圖5-9 Charge pumping 電流對基準電壓關係圖。(a)SC1 前處理，

(b)RTO 前處理。

圖5-10 利用 charge pumping 方法得到的界面缺陷密度。

圖5-11 遷移率對閘極電壓關係圖。(a)SC1 前處理，(b)RTO 前處理。

圖5-12 臨界電壓變化量與偏壓時間的關係圖。(a)SC1 前處理，

(b)RTO 前處理。

圖5-13 正偏壓 1000 秒後電導和次臨界斜率的變化量百分比。

第六章

圖6-1 二氧化鉿電容的崩潰電場統計分佈圖。(a)As，(b)經過 PDA 600℃退火處理，(c)經過 PDA 800℃退火處理。

圖6-2 二氧化鉿電容 TDDB 測試韋柏圖(Weibull plot)。(a)As，(b)

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經過 PDA 600℃退火處理，(c)經過 PDA 800℃退火處理。

圖6-3 二氧化鉿電容 TDDB 測試時閘極漏電流隨偏壓時間的變 化。(a)As，(b)經過 PDA 600℃退火處理，(c)經過 PDA 800℃

退火處理。

圖6-4 二氧化鉿未退火電容不同偏壓時間下的 CV 曲線。(a)SC1 前 處理，(b)RTO 前處理。

圖6-5 二氧化鉿未退火電容在不同偏壓時間下的平帶電壓變化。

圖6-6 十年工作期限的操作電壓投射圖。

圖6-7 利用場效電晶體結合載子分離方法量測電子和電洞電流。

圖6-8 n型通道金氧半場效電晶體在負偏壓下的能帶圖，圖中源極 電流(source current)J_s代表的是穿隧過二氧化鉿和二氧化矽 的電子電流，而井電流(well current)J_w代表的是穿隧過二氧 化矽和二氧化鉿的電洞電流。

圖6-9 二氧化鉿金屬閘極場效電晶體利用載子分離方法分離電子 和電洞電流。

圖6-10 二氧化鉿金屬閘極場效電晶體在定電壓偏壓下，其電子和電 洞電流對偏壓時間的關係圖。

圖6-11 崩潰機制的能帶示意圖。

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