GB-T 6616-2023 半導(dǎo)體晶片電阻率及半導(dǎo)體薄膜薄層電阻的測(cè)試 非接觸渦流法

代替GB/T6616—2009半導(dǎo)體晶片電阻率及半導(dǎo)體薄膜薄層電阻的測(cè)試非接觸渦流法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局發(fā)布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)IGB/T6616—2023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(cè)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(jiàn)第1章，2009年版的第1章);b)更改了干擾因素(見(jiàn)第5章，2009版的第5章);c)更改了試驗(yàn)條件(見(jiàn)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(jiàn)8.1、8.2、8.3,2009年版的4.2);f)更改了試驗(yàn)步驟(見(jiàn)第9章，2009年版的第6章);g)更改了精密度(見(jiàn)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(jiàn)附錄A)。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專(zhuān)利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專(zhuān)利的責(zé)任。本文件由全國(guó)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(guó)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(guó)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(cè)試非接觸渦流法本文件描述了非接觸渦流法測(cè)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(cè)試直徑或邊長(zhǎng)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(cè)試范圍為0.001Ω·cm～200Ω·cm,薄膜薄層電阻的測(cè)試范圍為2.0×103Q/□~3.0×103a/□。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(guò)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(duì)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(yǔ)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(yǔ)和定義GB/T14264界定的術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。將晶片平插入一對(duì)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(chǎng)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(guò)測(cè)試激勵(lì)電流的變化即可測(cè)得晶片的電導(dǎo)率。晶片的薄層電阻(Rg)按公式(1)進(jìn)行計(jì)算?！璕,——晶片的薄層電阻，單位為歐姆每方塊(Q/口);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(cè)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(mén)子(S);δ——晶片的電導(dǎo)率，單位為西門(mén)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(cè)試結(jié)果誤差。2GB/T6616—20235.2測(cè)試環(huán)境的溫度、相對(duì)濕度和光照強(qiáng)度的不同會(huì)影響測(cè)試結(jié)果。5.3測(cè)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(cè)試誤差。5.4測(cè)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(cè)試時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，渦流會(huì)在晶片上造成升溫，測(cè)試時(shí)間宜小于1s。5.6測(cè)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(cè)試結(jié)果誤差。5.7測(cè)試過(guò)程中，標(biāo)準(zhǔn)片或參考片與測(cè)試片之間的溫度差大于2℃時(shí)會(huì)引入測(cè)試結(jié)果誤差。5.8測(cè)試過(guò)程中，電阻率標(biāo)準(zhǔn)片或參考片與待測(cè)晶片的厚度偏差大于25%,可能會(huì)引入測(cè)試結(jié)果誤差。5.9測(cè)試過(guò)程中，由于測(cè)試值為有效區(qū)域電阻，對(duì)于晶片電阻率均勻性測(cè)試存在一定誤差。6試驗(yàn)條件6.1測(cè)試環(huán)境溫度為23℃±2℃,相對(duì)濕度不大于60%。6.2測(cè)試環(huán)境應(yīng)有電磁屏蔽，電源應(yīng)有濾波。6.3測(cè)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(cè)試裝置由可供半導(dǎo)體晶片插入的具有固定間隙的一對(duì)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(duì)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(jiàn)圖1。圖1渦流傳感器組件示意圖3GB/T6616—2023當(dāng)被測(cè)樣片為晶片時(shí)，通過(guò)晶片的厚度再轉(zhuǎn)換為電阻率。信號(hào)處7.2.2溫度計(jì)，最小分辨力為0.1℃。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(cè)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(chēng)值及其推薦量程見(jiàn)表1。測(cè)試范圍標(biāo)準(zhǔn)片或參考片的電阻率相當(dāng)于508μm厚的薄膜薄層標(biāo)準(zhǔn)片或參考片的電阻Ω/口0.0100.0300.1000.3000.9000.1～200.060.0200.0600.090.02800.08.2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(cè)試值修正到23℃。5點(diǎn)法測(cè)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(cè)晶片范圍中值點(diǎn)的±25%,且要求覆蓋待測(cè)電阻率范圍。2點(diǎn)法的測(cè)試值都可以自動(dòng)地修正其電阻率溫薄膜。8.5晶片導(dǎo)電類(lèi)型為p型或n型，樣品表面應(yīng)無(wú)裂紋、孔隙或其他結(jié)構(gòu)不連續(xù)的層。8.6晶片邊長(zhǎng)或直徑不小于25mm,厚度為0.1mm～1.0mm。制造薄膜的襯底，通過(guò)中心點(diǎn)測(cè)試的有效薄層電阻至少為薄膜電阻的1000倍。4GB/T6616—20239試驗(yàn)步驟9.1方法I五點(diǎn)法9.1.1.1測(cè)試環(huán)境溫度(T)精確到±0.1℃。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p23換算成環(huán)境溫度(T)時(shí)的電阻率值pr。Pr=p2[1+Cr(T-23)]……(2)式中：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(jiàn)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(cè)試值，對(duì)儀器進(jìn)行校正。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(cè)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(cè)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(cè)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。式中：pi——參考片標(biāo)準(zhǔn)值，單位為歐姆厘米(Q·cm);ln——儀器最小分辨率；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(cè)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(duì)儀器重新調(diào)整和校正，并重復(fù)9.1.2.1~5GB/T6616—2023電阻率已知值/(Q*cm)測(cè)試按以下步驟進(jìn)行：a)用溫度計(jì)測(cè)量室內(nèi)溫度；e)如電阻率測(cè)試環(huán)境溫度為23℃,直接記錄電阻率顯示值p23;如電阻率測(cè)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(cè)試值pr,將顯示值換算成23℃時(shí)的電阻率值p23并待測(cè)晶片的電阻率值p23,可由公式(2)計(jì)算得出。9.2方法Ⅱ兩點(diǎn)法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。9.2.1.5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p23,兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)片或參考片電阻率值pr和23℃標(biāo)定值p23示意圖見(jiàn)圖3。9.2.2.1測(cè)試時(shí)，將晶片的測(cè)試值p'定位在圖4的縱坐標(biāo)上，將測(cè)試的水平線與圖3中的標(biāo)定線相交，6GB/T6616—2023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(jiàn)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pT。9.2.2.3對(duì)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(cè)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(cè)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p?s示意圖體如下：不大于1%,不同實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的再現(xiàn)性不大于7%;不大于2%,不同實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的再現(xiàn)性不大于5%;不大于2%,不同實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的再現(xiàn)性不大于3%;不大于3%,不同實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的再現(xiàn)性不大于4%。7GB/T6616—2023b)電阻率標(biāo)準(zhǔn)片及參考片代號(hào)；d)測(cè)試電流；e)厚度；f)晶片電阻率pr;g)溫度修正后的電阻率p23;h)本文件編號(hào)及方法名稱(chēng)；i)測(cè)試者；j)測(cè)試日期。8GB/T6616—2023(資料性)21℃~25℃時(shí)硅單晶電阻率溫度系數(shù)21℃~25℃時(shí)硅單晶電阻率與電阻率溫度系數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表A.1。表A.121℃~25℃時(shí)硅單晶電阻率溫度系數(shù)電阻率電阻率溫度系數(shù)Cr電阻率電阻率溫度系數(shù)Crn型p型p型0.00060.002000.001600.400.006560.006130.00080.002000.001600.500.006780.006390.00100.002000.001580.600.006960.006590.00120.001840.001510.800.007200.006870.00140.001690.001490.007360.007070.00160.001610.001480.007470.007220.00200.001580.001480.007550.007340.00250.001590.001450.007610.007440.00300.001560.001370.007680.007590.00350.001460.001270.007740.007730.00400.001310.001160.007780.007830.00500.000960.000940.007820.007910.00600.000600.000744.00.007850.007970.00800.000060.000460.007910.008050.010—0.000220.000310.007970.008110.012—0.000310.000250.008060.008190.014—0.000260.000250.008130.008250.016—0.000130.000290.008180.008290.0200.000250.000450.008220.008320.0250.000830.000730.008240.008350.0300.001390.001020.008260.008400.0350.001900.001310.008270.008450.0400.002350.001580.008280.008490.0500.003090.002080.008290.008530.0600.0036