(高清版)GBT 6616-2023 半導(dǎo)體晶片電阻率及半導(dǎo)體薄膜薄層電阻的測試 非接觸渦流法

半導(dǎo)體晶片電阻率及半導(dǎo)體薄膜薄層電阻的測試非接觸渦流法2023-08-06發(fā)布國家市場監(jiān)督管理總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件代替GB/T6616—2009《半導(dǎo)體硅片電阻率及硅薄膜薄層電阻測試方法非接觸渦流法》,與GB/T6616—2009相比，除結(jié)構(gòu)調(diào)整和編輯性改動(dòng)外，主要技術(shù)變化如下：a)更改了范圍(見第1章，2009年版的第1章);b)更改了干擾因素(見第5章，2009版的第5章);c)更改了試驗(yàn)條件(見第6章，2009年版的6.1);d)更改了標(biāo)準(zhǔn)片和參考片的要求(見8.1、8.2、8.3,2009年版的4.2);f)更改了試驗(yàn)步驟(見第9章，2009年版的第6章);g)更改了精密度(見第10章，2009年版的第7章);h)增加了硅單晶電阻率溫度系數(shù)(見附錄A)。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由全國半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC203)和全國半導(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)(SAC/TC203/SC2)共同提出并歸口。本文件起草單位：中國電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所、有色金屬技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院有限責(zé)任公司、浙江金瑞泓科技股份有限公司、浙江海納半導(dǎo)體股份有限公司、廣東天域半導(dǎo)體股份有限公司、北京通美晶體技術(shù)股份有限公司、山東有研半導(dǎo)體材料有限公司、天津中環(huán)領(lǐng)先材料技術(shù)有限公司、北京天科合達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司、中電晶華(天津)半導(dǎo)體材料有限公司、浙江旭盛電子有限公司、浙江中晶科技股份有限公司、昆山海菲曼科技集團(tuán)有限公司。本文件主要起草人：何烜坤、劉立娜、李素青、張穎、馬春喜、張海英、潘金平、丁雄杰、任殿勝、本文件于1995年首次發(fā)布，2009年第一次修訂，本次為第二次修訂。1GB/T6616—2023半導(dǎo)體晶片電阻率及半導(dǎo)體薄膜薄層電阻的測試非接觸渦流法本文件描述了非接觸渦流法測試半導(dǎo)體晶片電阻率及半導(dǎo)體薄膜薄層電阻的方法。本文件適用于測試直徑或邊長不小于25.0mm、厚度為0.1mm～1.0mm的硅、導(dǎo)電型砷化鎵、導(dǎo)電型碳化硅單晶片的電阻率，以及襯底上制備的電阻不小于薄膜電阻1000倍的薄膜薄層的電阻。單晶片電阻率的測試范圍為0.001Ω·cm～200Ω·cm,薄膜薄層電阻的測試范圍為2.0×103Ω/□~3.0×103Ω/□。本方法也可以擴(kuò)展到其他半導(dǎo)體材料中，但不適用于晶片徑向電阻率變化的判定。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T14264半導(dǎo)體材料術(shù)語GB/T25915.1—2021潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境第1部分：按粒子濃度劃分空氣潔凈度等級(jí)3術(shù)語和定義GB/T14264界定的術(shù)語和定義適用于本文件。4原理將晶片平插入一對共軸渦流探頭(渦流傳感器)之間的固定間隙內(nèi)，與振蕩回路相連接的兩個(gè)渦流探頭之間的交變磁場在晶片上感應(yīng)產(chǎn)生渦流，激勵(lì)電流的變化是晶片電導(dǎo)的函數(shù)。通過測試激勵(lì)電流的變化即可測得晶片的電導(dǎo)率。晶片的薄層電阻(R、)按公式(1)進(jìn)行計(jì)算。………(1)式中：R、——晶片的薄層電阻，單位為歐姆每方塊(Ω/□);p——晶片的電阻率，單位為歐姆厘米(Ω·cm);t——晶片中心的厚度(測薄膜時(shí)厚度取0.0508cm作為有效厚度),單位為厘米(cm);G——晶片的薄層電導(dǎo)，單位為西門子(S);δ晶片的電導(dǎo)率，單位為西門子每厘米(S/cm)。5干擾因素5.1晶片表面被沾污或表面有損傷，會(huì)引入測試結(jié)果誤差。25.2測試環(huán)境的溫度、相對濕度和光照強(qiáng)度的不同會(huì)影響測試結(jié)果。5.3測試儀器附近有高頻電源，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)加載電流引起電阻率測試誤差。5.4測試時(shí)晶片應(yīng)放置在有效區(qū)域內(nèi)(即被整個(gè)探頭覆蓋)。5.5測試時(shí)間過長，渦流會(huì)在晶片上造成升溫，測試時(shí)間宜小于1s。5.6測試碳化硅和砷化鎵單晶時(shí)，如果用硅片作為標(biāo)準(zhǔn)片或參考片時(shí)應(yīng)進(jìn)行溫度修正，因?yàn)椴煌牧系臏囟刃拚禂?shù)不同，可能會(huì)引入測試結(jié)果誤差。5.7測試過程中，標(biāo)準(zhǔn)片或參考片與測試片之間的溫度差大于2℃時(shí)會(huì)引入測試結(jié)果誤差。5.8測試過程中，電阻率標(biāo)準(zhǔn)片或參考片與待測晶片的厚度偏差大于25%,可能會(huì)引入測試結(jié)果誤差。5.9測試過程中，由于測試值為有效區(qū)域電阻，對于晶片電阻率均勻性測試存在一定誤差。6試驗(yàn)條件6.1測試環(huán)境溫度為23℃±2℃,相對濕度不大于60%。6.2測試環(huán)境應(yīng)有電磁屏蔽，電源應(yīng)有濾波。6.3測試環(huán)境的潔凈度應(yīng)滿足GB/T25915.1—2021中ISO7級(jí)的要求。7儀器設(shè)備7.1電學(xué)測試裝置7.1.1渦流傳感器組件由可供半導(dǎo)體晶片插入的具有固定間隙的一對共軸渦流探頭、放置晶片的支架(需保證晶片與探頭軸線垂直)、晶片對中裝置及激勵(lì)探頭的高頻振蕩器等組成。選擇一個(gè)能穿透5倍晶片厚度或薄膜厚度的高頻振蕩器，該傳感器可提供與晶片電導(dǎo)成正比的輸出信號(hào)。渦流傳感器組件示意圖見圖1。標(biāo)引序號(hào)說明：1——上探頭；2——晶片；3——支架；4——下探頭；5——振蕩器；6——對中裝置。圖1渦流傳感器組件示意圖3當(dāng)被測樣片為晶片時(shí)，通過晶片的厚度再轉(zhuǎn)換為電阻率。信號(hào)處理器應(yīng)能顯示薄層電阻或電阻率。當(dāng)樣片未插入時(shí)，應(yīng)具有晶片電導(dǎo)清零的功能，且可以用已知標(biāo)準(zhǔn)片去校準(zhǔn)儀器。7.2測厚儀與溫度計(jì)7.2.1非接觸式碳化硅片厚度測量儀或其他測厚裝置。8樣品8.1標(biāo)準(zhǔn)片或參考片用于校準(zhǔn)儀器之間的線性檢查。電阻率標(biāo)準(zhǔn)片或參考片與待測晶片的厚度偏差應(yīng)小于25%,標(biāo)準(zhǔn)片或參考片的標(biāo)稱值及其推薦量程見表1。注：標(biāo)準(zhǔn)片或參考片是指有證標(biāo)準(zhǔn)晶片或可溯源的校準(zhǔn)參考片。表1標(biāo)準(zhǔn)片或參考片的標(biāo)稱值及其推薦量程測試范圍標(biāo)準(zhǔn)片或參考片的電阻率或參考片的電阻8.2使用5點(diǎn)法進(jìn)行儀器線性檢查時(shí)，至少使用5片電阻率標(biāo)準(zhǔn)片或參考片，在儀器給出的量程范圍內(nèi)可達(dá)到兩個(gè)數(shù)量級(jí)，需將測試值修正到23℃。5點(diǎn)法測試的范圍寬，但不能自動(dòng)進(jìn)行電阻率溫度系數(shù)修正。8.3使用2點(diǎn)法進(jìn)行儀器線性檢查時(shí)，使用2片電阻率標(biāo)準(zhǔn)片或參考片，其電阻率差值通常是待測晶片范圍中值點(diǎn)的±25%,且要求覆蓋待測電阻率范圍。2點(diǎn)法的測試值都可以自動(dòng)地修正其電阻率溫度系數(shù)。8.4晶片為硅、砷化鎵、碳化硅單晶材料或在其襯底上通過擴(kuò)散工藝、外延工藝或離子注入工藝制備的薄膜。8.5晶片導(dǎo)電類型為p型或n型，樣品表面應(yīng)無裂紋、孔隙或其他結(jié)構(gòu)不連續(xù)的層。8.6晶片邊長或直徑不小于25mm,厚度為0.1mm～1.0mm。制造薄膜的襯底，通過中心點(diǎn)測試的有效薄層電阻至少為薄膜電阻的1000倍。49試驗(yàn)步驟9.1方法I五點(diǎn)法9.1.1.1測試環(huán)境溫度(T)精確到士0.1℃。9.1.1.2使用標(biāo)準(zhǔn)片或參考片，或者兩者同時(shí)使用。9.1.1.3按公式(2)將標(biāo)準(zhǔn)片或參考片在23℃時(shí)的標(biāo)定值p2換算成環(huán)境溫度(T)時(shí)的電阻率值pr。式中：pr——環(huán)境溫度(T)時(shí)的電阻率，單位為歐姆厘米(Ω·cm);pza——23℃時(shí)的電阻率標(biāo)定值，單位為歐姆厘米(Ω·cm);Cr——硅單晶電阻率溫度系數(shù)，單位為每攝氏度(℃-1),具體溫度系數(shù)見附錄A;T——環(huán)境溫度，單位為攝氏度(℃)。9.1.1.4將標(biāo)準(zhǔn)片或參考片正面向上放在支架上，插入上下兩探頭之間。其中心偏離探頭軸線不大于1.0mm。比較pr值與實(shí)際測試值，對儀器進(jìn)行校正。9.1.2儀器線性檢查9.1.2.1根據(jù)晶片電阻率的范圍選擇一組(5片)電阻率參考片。每塊參考片輸入厚度后，由支架插入上下探頭之間，其中心偏離探頭軸線不大于1mm,依次測試每塊參考片在環(huán)境溫度(T)時(shí)的電阻率值。9.1.2.2根據(jù)公式(2)將每塊參考片在環(huán)境溫度(T)時(shí)測得的電阻率pr值換算成23℃的電阻率9.1.2.3選取5個(gè)參考片的數(shù)據(jù)點(diǎn)，作為電阻率測試值與標(biāo)定值的關(guān)系圖，并在圖上標(biāo)出5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的具體位置。9.1.2.4分別按公式(3)和公式(4)計(jì)算出各參考片的電阻率允許偏差范圍的最大值和最小值。Pmin=pi+5%p;—ln……………(4)式中：pmx——參考片電阻率最大值，單位為歐姆厘米(Ω·cm)p;——參考片標(biāo)準(zhǔn)值，單位為歐姆厘米(Ω·cm);l?！獌x器最小分辨率；pn——參考片電阻率最小值，單位為歐姆厘米(Ω·cm)。9.1.2.5如果5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)全部位于兩條直線之間，那么儀器在全量程范圍內(nèi)達(dá)到線性要求，可進(jìn)行測試，線性檢查圖見圖2。9.1.2.6如果只有3個(gè)或4個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)位于兩條直線之間，則在由這些相鄰的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)所限定的量程范圍內(nèi)，儀器可進(jìn)行測試。9.1.2.7如果5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)位于兩條直線之間的數(shù)據(jù)不足3點(diǎn)，應(yīng)對儀器重新調(diào)整和校正，并重復(fù)9.1.2.1~5電阻率已知值/(2·cm)圖2線性檢查圖測試按以下步驟進(jìn)行：a)用溫度計(jì)測量室內(nèi)溫度；b)讓樣品在該溫度下保持足夠的時(shí)間，以使溫度平衡；c)輸入晶片的厚度值，如果測試薄膜的薄層電阻，可輸入薄膜和襯底的總厚度；d)將晶片正面向上放在支架上，置于上下探頭之間，晶片中心離探頭軸線偏差不大于1mm;e)如電阻率測試環(huán)境溫度為23℃,直接記錄電阻率顯示值p?;如電阻率測試環(huán)境溫度不是23℃,則根據(jù)當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度(T)時(shí)的測試值pr,將顯示值換算成23℃時(shí)的電阻率值p?并記錄。待測晶片的電阻率值p2,可由公式(2)計(jì)算得出。9.2方法Ⅱ兩點(diǎn)法9.2.1.2選擇兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)片或參考片，其電阻率涵蓋待測晶片的電阻率范圍。9.2.1.3將標(biāo)準(zhǔn)片或參考片正面向上放在支架上，置于上下兩探頭之間。硅片中心偏離探頭軸線不大于1.0mm。9.2.1.4測試當(dāng)前環(huán)境下兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)片或參考片的電阻率，并記錄。9.2.1.5連接環(huán)境溫度(T)時(shí)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)片或參考片的電阻率值pr和23℃時(shí)的標(biāo)定值p2s,兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)片或參考片電阻率值pr和23℃標(biāo)定值pz?示意圖見圖3。9.2.2.1測試時(shí)，將晶片的測試值’定位在圖4的縱坐標(biāo)上，將測試的水平線與圖3中的標(biāo)定線相交，6將標(biāo)定交點(diǎn)上方的垂線延伸到實(shí)際的橫坐標(biāo)上(見圖4),記錄橫坐標(biāo)交點(diǎn)處的數(shù)值，作為樣品的實(shí)際值p^。(見附錄校準(zhǔn)電阻率大于0.1Ω·cm的晶片時(shí)，硅片電阻率的溫度系數(shù)隨著電阻率的增大而逐漸變化對于電阻率范圍內(nèi)包含電阻率非單調(diào)溫度系數(shù)的硅單晶標(biāo)準(zhǔn)片，將測試值定位在縱坐標(biāo)之前，先用附錄A中的系數(shù)將校正后的實(shí)測值修正為23℃。圖3兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)片或參考片電阻率值pr和23℃標(biāo)定值pz?示意圖圖4晶片電阻率值p'和實(shí)際值示意圖10精密度對不同晶片進(jìn)行測試，每個(gè)晶片重復(fù)測10次，測試結(jié)果的重復(fù)性和再現(xiàn)性用相對標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，具a)電阻率范圍為0.001Ω·cm～0.999Ω·cm的100mm碳化硅片，同一實(shí)驗(yàn)室測試的重復(fù)性不大于1%,不同實(shí)驗(yàn)室測試的再現(xiàn)性不大于7%;b)電阻率范圍為0.001Ω·cm～0.999Ω·cm的150mm碳化硅片，同一實(shí)驗(yàn)室測試的重復(fù)性不大于2%,不同實(shí)驗(yàn)室測試的再現(xiàn)性不大于5%;c)電阻率范圍為0.001Ω·cm～0.999Ω·cm的100mm砷化鎵片，同一實(shí)驗(yàn)室測試的重復(fù)性不大于2%,不同實(shí)驗(yàn)室測試的再現(xiàn)性不大于3%;d)電阻率范圍為0.001Ω·cm～0.999Ω·cm的150mm砷化鎵片，同一實(shí)驗(yàn)室測試的重復(fù)性不大于3%,不同實(shí)驗(yàn)室測試的再現(xiàn)