Abstract
本文分為自組裝單分子(SAM)特性與應用、材料應力與機械性質對矽半導體元件電性影響及黏彈性高分子材料在奈米壓痕的潛變行為之研究。首先建立在Laplace-Kelvin理論模型基礎，利用針尖形狀的等效曲率公式來成功描述在相對濕度環境對不同矽烷SAM表面自由能，其原子力顯微鏡(AFM)探針與試片間的附著力。實驗製作 21至54 mJ/m2的表面自由能梯度，結果說明矽烷SAM的黏附力對應到相對溼度曲線的上升速率及大小皆與表面自由能有強烈關係，這些效應皆可在本模型充分證明。而矽基材表面所形成Octyldimethylchlorosilane (ODS) SAM，此ODS氧化程度會隨著UV/O3曝光時間越長，產生較多氧化性群體，如OH、C = O和羧基(COOH)等，可改變表面特性，並測試與蛋白質及DNA等生物分子的結合成效，AFM影像分析結果顯示出有高密度接合的成果。 第二部分是發展讓接觸洞蝕刻停止層應力(CESL)傳遞效率的增強技術，在n型金氧半場效電晶體元件(MOS)施加具有張應力CESL，結果發現高楊氏係數的間隙壁比低楊氏係數的間隙壁，能夠有效改善元件的汲極電流(或元件效能)，透過應力模擬也得到相同結果。另外發展兩種來控制奈米元件短通道效應的技術，首先利用決定短通道效應的源/汲極延伸區域上方的間隙壁，改變其材料內應力來產生源/汲極延伸區域的誘發應力，藉此誘發應力來影響源/汲極延伸區域摻雜離子的擴散係數，實驗結果發現n型及p型MOS臨界電壓值(threshold voltage) 皆會產生改變。第二種方式為形成L型的壓應力間隙壁以研究高速雷射退火的雜質活化，從應力模擬結果發現在源汲極擴展接面區域，此新結構相較於傳統氮化矽及氧化層雙層間隙壁結構，會使該區域的壓應力環境改變為張應力。實驗結果發現，L型間隙壁結構比雙層間隙壁結構具有較低接面漏電流。 最後傳統潛變試驗有三個階段潛變曲線觀察。而本文探討黏彈性高分子材料在奈米壓痕技術對不同加載速率測試實驗的初級階段及第二階段潛變，利用5種高分子材料潛變實驗的位移-時間曲線成功以Burgers模型說明第一階段潛變的實驗結果，若加入塑性變形量於Burgers模型後，也成功描述了第二階段的潛變行為。