GB T 6617-1995 硅片电阻率测定 扩展电阻探针法.pdf

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1、中华人民共和国国家标准硅片电阻率测定扩展电阻探针法Test melhod for rneasuring resistivity of silicon waters using spreading resistance probe 1 主题内容与适用范围本标准规定了硅片电阻率的扩展电阻探针测单方法。Gn!T 6617 -1995 f吃替61-，17R只+标准适用于测量晶体取向与导电类型己知的硅片的电阻率和测量与衬底问组或Jj()的砖外延层的电阻率。测量范围，10-o10 o. cm。2 引用标准GB 1550 砖单晶导电类型测定方法GB/T 1552 硅、错单晶电阻率直排四探针测量方法GB 15

2、55 硅单晶晶向光图测最方法G 1556 硅单晶晶向X光衍射测量方法GB/丁14847重掺杂衬底上轻掺杂佳外延层厚度的红外反射测量方法YS/T 15 硅外延屋和扩散层厚度测定磨角染色法3 方法提要扩展电阻法是种实验比较法。该方法是先11量重复形成的点接触的扩展电阻，再用校准陆线来确定被测试样在探针接触点附近的电阻率。扩展电阻孔是导电金属探针匀砖片七个参考JJi之间的电势阵与it过探针的电流之比。4 测量装置4. 1 机械装置4.1.1 探针架可采用单探钊、两探针和三探针结构。探针架用作支jI:t军针，使其以重复的法度和顶定的压力将探针尖下降至试样表面，并可调节探针的接触点位置u4. .2 探针

3、尖采用坚硬耐磨的良仔导电材料如饿、碳化鸽或鸽钉含金等制成。针尖H1卒平径不大f25ffi，夹角为300600。针距为151000 Iffio 4. 1. 3 样品台:绝缘真空吸盘或其他能将砖片固定的装挝，能在互相垂庄的内个hI;J J:实现5500 Iffi步距的位移。4. ,. 4 绝缘性，探针之间及任A探针与有L座之间的直流绝缘剧组大于1(;00 4.2 电学测量装佳呵采用恒压法、悦流法和对数比较器法，其电路阁hl罔1、图2利用L国家技术监督局1995-04-18批准19951201实施GB/T 6617-1995 332 S R 而mLF 也电流剧试但大副积背由电钝(a)申探针枝胃图1亘

4、压法电路R, 试样电/1;测试仪II 电视据大囱积背面电极(a)单探针装胃试样R. 也J主嗣试仪电itii事H, (b)两探针装置电If_测试仪咆流源H, R. 民，试样(C)三探针装置图2恒流法电路图电l七i原凯澜川仪l仁此付(bl iMJ探吉11占ivj1!压温厚试样电压晦GB/T 6617-1995 大面积背而i电极(a)申探针装!.试样(b)两探针装置后t!ll.比较黯对数比较揣图3对数比较器电路4. 2. 1 直流电压源，恒ffi法用。具有120mV的可调恒定电压输出。当负载在1D.10 MD.范围内变化时，电ffi输出变化在士。.1%以内。4.2.2 直流电压源，比较器法用。恒定输

5、出120mVo4.2.3 可调直流电流源，恒流法用。电流范围10nA10 mA，精度在士止1%以内。4. 2. 4 直流电/f测试仪，恒流法用。线性范围1100mV，精度在士0.1%以内，输入阻轨:不小于500 MD.o 4.2.5 直流电流测试仪，恒压法用。1nA10 mA，精确度在士0.1%以内。4.2.6 对数比较糕，比较帮法用。输出电压与两个电流之比的对数成正比，当带有精密电阻儿时，能测量1D.10 MD.电阻，偏离线性不超过土1%。4.2.7 精密电阻，比较器法用。10kD.精密度优于士0.1%。4.3 观测显微镜放大倍数不小于400倍。4.4 温度计温度范围。10C.分度值。.1

6、c。4.5 消震台用于支承探针架。5 jIJ量程序5. 1 测量环境5. 1. 1 测量环城温度为23士2C.相对湿度不大于65%0 5. 1. 2 在漫射光或黑暗条件下注行测量。5. 1. 3 必要时应进行电磁屏蔽，5. 1.4 探针架置于消震台上。5. 1. 5 为保证小讯号测量条件，应使探针电势不大于20mV o 5. 1. 6 应避免试样表面上存在OH和F离子。如果试样在制备或清洗中使用了含水榕剂或材料，测量前可将试样在110土20C条件下于空气中热处理10-.15min Q 5.2 仪器准备5. 2. 1 如果使用多探钊装进，调节操针间距到期望值，记录探针间距。33: GB/T 66

7、17-1995 5.2.2选择探钊负荷为O.1 1 N.在多探针装营中，每探针应使用相I同负荷。5. 2. 3 根据探针负荷，确定探告11降到试样的速度。当负荷等于0.4N时.比较合适的探针下降速度为1mm!s 5.2.4 将探主i在用5m粒度研磨?气研磨过的硅片表商步进压触500次以t.或用8O()() 12 000号的砂布或砂纸非常轻地修整探专|尖，使针尖;t:化。5.2.5 将针尖进行清洁处理。按5.4.3歪5.1. 7步骤测量1n. cm均匀F型硅唯晶样品扩展电问。如果多次测量的扩展电阻值的相对标准偏差在士10%以内，并日半均值是在正常的扩展电阻也范用内.n 认为针尖是良好的，否则该探

8、针尖应喧新者化或使用新探针尖。任P型i单晶样品背面f;if具有大面积欧姆接触。5.2.6 如果使用两探针装匠，使两个计分别以.(jl.探针结构在1n . cm的F型市品样占lJAmlj茧扩展屯阻，以泣实内根针测得的扩展电阻是相等的(偏离在10%以内)。如果用相等的探引负荷和F降速度不能得到中日等的Fl值，则需再次老化或使用新探针尖。5. 2. 7 在至少放大400倍的显微镜F检查探针压痕的重复性。如果-给定探针得到的fii痕不全部相似，应重新老化或使用新探针尖。5.2.8连接合洁的电路(见图1、图2和罔3)。5.3 校准5. 3. 1 在本方法电阻率测量范围内选择与被测试样相同品向和导电类型的

9、各种电阻率的校准样品.每数量级至少3块。5. 3. 2 如果以前没有测量过校准样品的电阻率，指GB/T1552测量每块校准样品的电阻卒，记录测量结果。5. 3. 3 采用与被测试佯相同的材料与王艺.制备校准样品。如果是用四探针测量电阻半后第A次制备样品，应至少除去25m厚的样品表面。将校准样品清洗干净。5. 3. 4 对每A校准样品，在四探针测量过的反域至少做20次扩展电阻测量，测量的长度大约等于四探钊的两外探针之间的距离。5.3.5 计算每个校准样品测得的扩展电植的平均值和标准偏差。当标准:偏差小于平均值的10只时方可选作为校准样品。5.3.6 利用每个合格的校准样品的电|咀率值和对应的扩展

10、电阻平均值拟合得到JR.p校准曲线，绘制在双对数坐标纸上。5.4 测量5. 4. 1 按GB1550确定试样的导电类型，按GB1555或GB1556测定试样晶向$若试样为外延片.按GIl/T 14847或YS!T15测定试样的外延层厚度，记注测定结果。5.4.2 选用合适的材料与工艺制备试样去面，清除表面损伤和沾污，以便获得稳定的电学和I)IJf主麦丽。将试样清洗干净。外延片则不需制备表面。5.4.3 用真?吸盘或其他j刊法将试祥同定在祥品台上。调节试样或探针位景，使探针能降到试样上的预定测量位眨。5. 4. 4 降F探钊，使探针与试样接触。调节电压或电流到预定值的士0.1%以内(除了用比较器

11、/2;)0记录所加的电斥、电流或电阻R值。5. 4. 5 等待j且当的稳定时间，测量和记录I.mA(恒压法);电势羞V.mV(恒流法);或对数比较器输出.log(i，/i2)(对数比较器法)。5.4.6 挺起探针。移动试样或探针至F一测量!i霄，最小步进距离应保证探辛|在试样表面产生的!:t.痕1;发生甫叠，记录步距。5.4.7 反复5.4. 4- 5. 4. 6 )J二骤，直主完成IlJ定的测垦数。33i CB/T 6617-1995 6 jj!lJ量结果计算6. 1 计算每次测量的扩展电阻儿，0。6. 1. 1旦Jtilt且s于) 1 ( 式中V一-外加电势差，mV，I一一测得的电流.mA

12、o6. 1. 2 恬流法Rs=于( 2 ) 式中，V测得的电势羞，mV;I一一外加的电流，mA。6. 1. 3 比较器法R82且。log(i，/i，). ( 3 ) 式中Ro精密电阻阻值，向log(i1li2) 对数比较器输出。6.2 计算扩展电阻平均值瓦，0。6. 3 根据扩展电阻平均值，在R.p校准曲线上查得对应的电阻率值。6.4 如果测量的是外延层，计算探针有效电接触半径a，cm。a=旦丘4R精. ( 1 ) 式中:ll一浏电势差时所包含的载流探针数。对单探针和兰探针，n=1;对两探钊，n=2: p 试样的电阻率，!l cm; R, 测得的扩展电阻，00如果外延层厚度大于20倍a时，得到

13、的电阻率值可不必进行修正。7 精密度本方法多实验室测量精密度优于士80%仪3S)。8 试验报告8. 1 试验报告应包括以下内容:a. 试样编号;b. 试样的导电类型、晶体取向，若是外延片，还应有外延层厚度及其测量方法，c 试样表面的1tJlJ备条件，d. 环境温度;e. 探针间距、步距和探针负荷;f. 测量区域的平均电阻率值，如有必要，还院给出电阻率分布:自本标准编号;h. 测量者sI 测量日期。 ,j , ) 法。GB/T 6617-1995 附加说明:本标准由中国有色金属工业总公司提出。本标准由上海有色金属研究所负责起草。本标准主要起草人施海青、张建宇、夏锦禄。牛二标准等效采用美国材料与试验协会标准ASTMF525-8S硅片电阻率测定扩展电阻探针.186