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如何使用 IT2800 源表測(cè)量半導(dǎo)體材料表面電阻率

  電子器件的許多重要參數(shù)與電阻率及其分布的均勻性有密切的關(guān)系，例如二極管的反向飽和電流，晶 體管的飽和壓降和放大倍數(shù) β 等，都直接與硅單晶的電阻率有關(guān)。因此器件的電阻率測(cè)試已經(jīng)成為芯片加 工中的重要工序，對(duì)其均勻性的控制和準(zhǔn)確的測(cè)量直接關(guān)系將來(lái)能否制造出性能更優(yōu)功率器件。 

  不同于使用萬(wàn)用表測(cè)量常規(guī)導(dǎo)體電阻，半導(dǎo)體硅單晶電阻率以及微電子領(lǐng)域的其他金屬薄膜電阻率的 測(cè)量屬于微區(qū)薄層電阻測(cè)試，需要利用微小信號(hào)供電以及高精密的量測(cè)設(shè)備，包括測(cè)試接線方式上，也需 要利用四線制的接法來(lái)提升測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，行業(yè)內(nèi)稱為四探針測(cè)試法。

  什么是四探針測(cè)試法？

  四探針技術(shù)可測(cè)試對(duì)象主要有：晶圓片和薄層電阻，例如硅襯底片、研磨片、外延片，離子注入片、 退火硅片、金屬膜和涂層等。利用探針?lè)治隹蓹z測(cè)整個(gè)芯片表面薄層電阻均勻性，進(jìn)而判斷離子注入片和 注入工藝中存在的問(wèn)題。

  四探針?lè)ò礈y(cè)量形狀可分為直線四探針?lè)ê头叫嗡奶结樂(lè)ā?/span>

  1）直線四探針?lè)?/strong>

  直線四探針測(cè)試法的原理是用針距為 1mm 的四根探針同時(shí)壓在樣品的平整表面上，利用恒流源給外面的兩個(gè)探針通以微小電流，然后在中間兩個(gè)探針上用高精密數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量電壓，最后根據(jù)理論公式計(jì)算出樣品的電阻率，電阻率計(jì)算公式: ，S 代表探針間距。

  直線四探針?lè)軠y(cè)出超過(guò)其探針間距三倍以上大小區(qū)域的不均勻性。

  測(cè)試設(shè)備：不同探針間距探針臺(tái)+IT2806 高精密源表+上位機(jī)軟件 PV2800

  IT2806 高精密源表（簡(jiǎn)稱 SMU）：集六種設(shè)備功能于一體（恒流源、恒壓源、脈沖發(fā)生器、6.5 位 DVM、 電池模擬器，電子負(fù)載）。在電阻率的測(cè)試中，可將 IT2806 高精密源表切換至恒流源模式，在輸出電流同時(shí)量測(cè)中間兩探針之間的微小壓降，并搭配免費(fèi)的 PV2800 上位機(jī)軟件，自動(dòng)得出電阻率的測(cè)量結(jié)果。

  利用 IT2800 系列高精密源表測(cè)量電阻率的優(yōu)勢(shì)：

  測(cè)試便捷：ITECH IT2800 系列高精密源/測(cè)量單元標(biāo)配免費(fèi)的上位機(jī) PV2800 軟件，并可選配不同直 線探針間距的探針臺(tái)，利用軟件內(nèi)置的公式，即可直接得出電阻率的測(cè)試結(jié)果。

  測(cè)試精度高：高達(dá) 100nV/10fA 分辨率，電流量測(cè)精度最高可達(dá) 0.1%+50pA，電壓量測(cè)精度最高可 達(dá) 0.015%+300uV；提供正向/反向電流連續(xù)變化測(cè)試，提高測(cè)試精度。

  2）方形四探針?lè)ǎㄈ绶兜卤しǎ?/strong>

  范德堡法適用于扁平，厚度均勻，任意形狀且不含有任何隔離孔的樣品材料測(cè)試。相比較直線型四探 針?lè)?，?duì)樣品形狀沒(méi)有要求。測(cè)試中，四個(gè)探針接觸點(diǎn)必須位于樣品的邊緣位置，測(cè)試接線方式也是在其 中兩個(gè)探針點(diǎn)提供恒定電流，另外兩個(gè)點(diǎn)量測(cè)電壓。圍繞樣品進(jìn)行 8 次測(cè)量，對(duì)這些讀數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)組合來(lái) 決定樣品的平均電阻率。詳細(xì)測(cè)試方法可參見(jiàn) ASTM 標(biāo)準(zhǔn) F76。

  總結(jié)：利用 IT2800 系列高精密源/測(cè)量單元可以精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體薄層電阻的電阻率測(cè)試，為半導(dǎo)體制 造工藝的改進(jìn)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。IT2800 SMU 因其高精度測(cè)量和豐富的探針臺(tái)治具優(yōu)勢(shì)，為行業(yè)提供專(zhuān)業(yè)的 測(cè)試解決方案。