將樣品粘在磨頭的斜面上,選取合

1、GB/T ××××××××GB/T 6617200×代替GB/T 66171995中華人民共和國國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì) 發(fā)布××××-××-××實(shí)施××××-××-××發(fā)布硅片電阻率測定 擴(kuò)展電阻探針法Test method for measuring resistivity of Silicon wafer usin

2、g spreading resistance probe （送審稿）中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)ICS 29.045H 805 前 言本標(biāo)準(zhǔn)代替GB/T 66171995硅片電阻率測定 擴(kuò)展電阻探針法。本標(biāo)準(zhǔn)與原物標(biāo)準(zhǔn)相比，主要有如下變化：引用標(biāo)準(zhǔn)中刪去硅外延層和擴(kuò)散層厚度測定磨角染色法；引用標(biāo)準(zhǔn)中增加用擴(kuò)展電阻探針測量硅片電阻率的方法；方法原理中刪去單探針和三探針的原理圖；增加了4 干擾因素；測量儀器和環(huán)境增加了自動(dòng)測量儀器的范圍和精度；對原測量程序進(jìn)行全面修改；刪去測量結(jié)果計(jì)算。本標(biāo)準(zhǔn)由中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)提出；本標(biāo)準(zhǔn)由全國半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)材料分技術(shù)委員會(huì)歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：南

3、京國盛電子有限公司、寧波立立電子股份有限公司。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人： 馬林寶、駱紅、劉培東、譚衛(wèi)東、呂立平等 。 3硅片電阻率測定 擴(kuò)展電阻探針法1 范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了硅片電阻率的擴(kuò)展電阻探針測量方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于測量晶體晶向與導(dǎo)電類型已知的硅片的電阻率和測量襯底同型或反型的硅片外延層的電阻率，測量范圍:1010.cm。 2 規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。GB/T

4、1550非本征半導(dǎo)體材料導(dǎo)電類型測試方法GB/T 1552 硅、鍺單晶電阻率測定 直排四探針法GB/T 1555半導(dǎo)體單晶晶向測定方法GB/T 14847重?fù)诫s襯底上輕摻雜硅外延層厚度的紅外反射測量方法SEMI MF525-0705 用擴(kuò)展電阻探針測量硅片電阻率的方法 3 方法原理3.1 電學(xué)測量原理擴(kuò)展電阻法是一種實(shí)驗(yàn)比較法。該方法是先測量重復(fù)形成的點(diǎn)接觸的擴(kuò)展電阻，再用校準(zhǔn)曲樣線來確定被測試樣在探針接觸點(diǎn)附近的電阻率。擴(kuò)展電阻R 是導(dǎo)電金屬探針與硅片上一個(gè)參考點(diǎn)之間的電勢降與流過探針的電流之比。對于電阻率均勻一致的半導(dǎo)體材料來說，探針與半導(dǎo)體材料接觸半徑為 a 的擴(kuò)展電阻用式(1)來表示：

5、 （1）式中：- 電阻率，單位為歐姆厘米（cm）；a - 接觸半徑，單位為厘米（cm）；Rs- 擴(kuò)展電阻，單位為歐姆（）。等式成立需符合如下三個(gè)假定條件：a) 兩個(gè)探針之間的距離必須大于10倍a；b) 樣品電阻率需均勻一致；c) 不能形成表面保護(hù)膜或接觸勢壘可采用恒壓法，恒流法和對數(shù)比較器法， 其電路圖分別見圖1、圖2、圖3，具體計(jì)算公式分別見公式（2）、公式（3）和公式（4）。樣品電壓源電流測試儀圖 1 恒壓法電路原理圖 （2）式中：V-外加電壓，單位為毫伏（mV）；I-測得的電流，單位為毫安（mA）。圖 2 恒流法電路原理圖 （3）式中：V-測得電壓，單位為毫伏（mV）；I-外加的電流，單

6、位為毫安（mA）。 圖 3 對數(shù)比較法電路原理圖 （4）式中：R0-精密電阻阻值，。-對數(shù)比較器輸出。4 干擾因素4.1 如果硅片表面被氟離子沾污或表面有損傷，會(huì)造成測試的結(jié)果誤差。4.2 如果測試環(huán)境的溫度、光照強(qiáng)度的不同會(huì)影響測試結(jié)果。4.3 如果測試環(huán)境有射頻干擾，會(huì)影響測試結(jié)果。5 測量儀器與環(huán)境5.1 本標(biāo)準(zhǔn)選用自動(dòng)測量儀器。5.1.1 電流范圍及精度：10nA10mA ±0.15.1.2 電壓范圍及精度：20mV ±0.15.1.3 測試精度：±5% 5.2 機(jī)械裝置5.2.1 探針架：采用雙探針結(jié)構(gòu)。探針架用作支承探針，使其以重復(fù)的速度和預(yù)定的壓力將

7、探針尖下降至試樣表面，并可調(diào)節(jié)探針的接觸點(diǎn)位置。5.2.2 探針尖采用堅(jiān)硬耐磨的良好導(dǎo)電材料如鋨、碳化鎢或鎢釕合金等制成。針尖曲率半徑不大于25 µm，夾角3060º。針距為40-100µm。5.2.3 樣品臺：絕緣真空吸盤或其他能將硅片固定的裝置，能在互相垂直的兩個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)5500µm步距的位移。5.2.4 絕緣性，探針之間及任一探針與機(jī)座之間的直流絕緣電阻大于1G。 5.3 測量環(huán)境5.3.1 測量環(huán)境溫度為23±3,相對溫度不大于65%。5.3.2 在漫射光或黑暗條件下進(jìn)行測量。5.3.3 必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行電磁屏蔽。5.3.4 探針架置于消

8、震臺上。5.3.5 為保證小信號測量條件，應(yīng)使探針電勢不大于20mV。5.3.6 應(yīng)避免試樣表面上存在OH和F離子。如果試樣在制備或清洗中使用了含水溶劑或材料，測量前可將試樣在140±20條件下空氣中熱處理1015min。6 樣品制備 6.1 用于測量晶片徑向電阻率均勻性的樣品制備應(yīng)具有良好的鏡狀表面，制備方法包括：化學(xué)機(jī)械拋光/含水機(jī)械拋光/無水機(jī)械拋光，外延后表面可直接用于測量。6.2 用于測量電阻率縱向分布的樣品制備6.2.1 除特殊需要外，盡量在被測樣片中間區(qū)域割取被測樣品6.2.2 根據(jù)樣品測試深度及精度要求選取合適磨頭6.2.3 將樣品粘在磨頭的斜面上,選取合適的研磨膏涂

9、抹在樣品表面進(jìn)行研磨6.2.4 研磨后樣品須擦拭干凈 7 測量步驟7.1 儀器準(zhǔn)備7.1.1 調(diào)節(jié)探針間距到期望值，記錄探針間距。7.1.2 選擇探針負(fù)荷為0.11N,每一探針應(yīng)使用相同負(fù)荷。7.1.3 根據(jù)探針負(fù)荷，確定探針下降到試樣上的速度。當(dāng)負(fù)荷等于0.4N時(shí)，比較合適的探針下降速度為1mm/s。7.1.4 將探針在用5µm粒度研磨膏研磨過的硅片表面步進(jìn)壓觸500次以上，或用800012000號的砂布或砂紙非常輕地修整探針尖，使針尖老化。7.1.5 將針尖進(jìn)行清潔處理，測量1·cm均勻P型硅單晶樣品擴(kuò)展電阻。如果多次測量的擴(kuò)展電阻值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在±10%以

10、內(nèi)，并且平均值是在正常的擴(kuò)展電阻值范圍內(nèi)，可認(rèn)為針尖是良好的，否則該探針應(yīng)重新老化或使用新探針尖。 7.1.6 在至少放大400倍的顯微鏡下檢查探針壓痕的重復(fù)性。如果一給定探針得到解決的壓痕不全部相似，應(yīng)重修針或使用新探針尖。7.1.7 使兩探針分別以單探針結(jié)構(gòu)在1cm的P型單晶樣品上測量擴(kuò)展電阻，確保兩根針?biāo)鶞y的擴(kuò)展電阻值是相等的（偏差在10內(nèi)）。如果兩根針?biāo)鶞y擴(kuò)展電阻值不相同，重新檢查或調(diào)整探針的負(fù)荷、下降速度以確保兩針狀態(tài)相同。如果兩根探針的負(fù)荷和下降速度相同，但不能得到相同的擴(kuò)展電阻值，重新修針或更換探針。7.2 校準(zhǔn)7.2.1 在本方法電阻率測量范圍內(nèi)選擇與被測試樣相同晶向和導(dǎo)電類型

11、的各種電阻率的校準(zhǔn)樣品，每一數(shù)量級至少3塊。7.2.2 如果校準(zhǔn)樣品的電阻率以前沒有測量過，按GB/T1552測量每塊校準(zhǔn)樣品的電阻率，記錄測量結(jié)果。7.2.3 采用與被測樣品相同的材料與工藝，制備校準(zhǔn)樣品。如果是用四探針測量電阻率后第一次制備樣品，應(yīng)至少除去25µm厚的樣品表面。將校準(zhǔn)樣品清洗干凈。7.2.4 對每一校準(zhǔn)樣品，在四探針測量過的區(qū)域至少做20次擴(kuò)展電阻測量，測量的長度大約等于四探針的兩外探針之間的距離。7.2.5 計(jì)算每個(gè)準(zhǔn)樣品測得的擴(kuò)展電阻的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于平均值的10%時(shí)方可選作為校準(zhǔn)樣品。7.2.6 利用每個(gè)合格的樣品測得擴(kuò)展電阻的平均值和對應(yīng)的

12、電阻率平均值擬合得到Rs雙對數(shù)坐標(biāo)校準(zhǔn)曲線。7.3 測量 7.3.1 按GB/T1550確定樣品的導(dǎo)電類型，按GB/T1555確定樣品的晶向；如樣品為外延片，按GB/T14847確定樣品外延層的厚度。7.3.2 按條款6 樣品制備 制備好樣品。7.3.3 將粘有制備好樣品的斜角磨塊固定安放在測試臺上,調(diào)節(jié)樣品到顯微鏡觀察位置,使探針的初始下降位置與制備好樣品的斜面斜棱重合。7.3.4 樣品的角度測定。7.3.4.1 斜角磨塊角度小于或等于1°09的樣品必須要進(jìn)行小角度測量。7.3.4.2 斜角磨塊角度大于或等于2°54的樣品，斜角磨塊的角度值定為斜角值。7.3.5 根據(jù)樣品的厚度以及期望測試結(jié)果的精度選取合適步進(jìn)，將樣品調(diào)節(jié)到測試位置。7.3.6 在電腦中輸入樣品的測試編號、結(jié)構(gòu)、晶向、角度(或斜角值)、步進(jìn)、測試點(diǎn)數(shù)，進(jìn)行測試,測試過程中應(yīng)保證測試臺不受任何碰撞。7.3.7 測試完成后及時(shí)將樣品取下測試臺。7.3.8 根據(jù)樣