氮氧化硅栅极氧化介电层的表征----纳米集成电路制造工艺 张汝京等 编著

跟超薄SiO₂一样，当SiON氧化介电层越来越薄时，氮氧化硅膜厚、组成成分、界面态等对器件电学性能的影响越来越重要，同时这些薄膜特性的表征也越来越困难，往往需要几种技术结合起来使用。比如说传统的偏振光椭圆率测量仪除了要求量测的光斑大小越来越小，并具有减少外部环境玷污效应（airborne material contamination effect）的功能外，同时还需具备短波长的紫外光或远紫外光波段，以提高对复氧化硅中化学组分的敏感度。而对透射电镜来说，高分辨率（＜0.2nm）的透射电镜对于观察SiO_{2/Si或 SiON/Si 的界面形貌、界面缺陷是不可或缺的。}

而对于氮氧化硅介电层来说，光电子能谱（XPS）是一种比较有效的测量膜厚和组成成分的工具，它跟 TEM 和C-V量测都有比较好的线性关系（见图4.4），XPS 不但可用于SiO₂或SiON栅极氧化介电层的厚度量测，具有角度分辨率的XPS还可以用于 SiON中氨的浓度随深度的分布测试。另一种比较有效测量复氧化硅中氮的浓度分布的工具为二次离子质谱（SIMS），它可以区分不同工艺条件下制得的氮氧化硅介电层厚度、氮的浓度及分布的细微差别（见图4.5）。对于 SiON介电层来说，除了上述特性外，薄膜界面态、缺陷及电荷情况对介电层的电学性能的影响也至关重要。这些通常可用非接触式的CV测量仪来实现的。非接触式C-V测量设备不但可以测得超薄 SiON介电层的界面电荷，缺陷密度，还可以表征介电层的漏电流特性。以上这些测量基本上是在光片上进行的，对于一个栅极氧化介电层来说，最直接也是最重要的是当它真正用于CMOS 器件时，器件的电学性能、可靠性等，这些则需要用常规的C-V、I-V、GOI、NBTI、HCI 等测量来表征。