书 书 书犐犆犛 ２９ ． ０４５ 犎 ８０ 中华人民共和国国家标准 犌犅 ／ 犜 ６６１７ — ２００９ 代替 ＧＢ ／ Ｔ６６１７ — １９９５ 硅片电阻率测定 　 扩展电阻探针法 犜犲狊狋犿犲狋犺狅犱犳狅狉犿犲犪狊狌狉犻狀犵狉犲狊犻狊狋犻狏犻狋狔狅犳狊犻犾犻犮狅狀狑犪犳犲狉狌狊犻狀犵狊狆狉犲犪犱犻狀犵 狉犲狊犻狊狋犪狀犮犲狆狉狅犫犲 ２００９  １０  ３０ 发布 ２０１０  ０６  ０１ 实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会 发布书 书 书前 　　 言 　　 本标准代替 ＧＢ ／ Ｔ６６１７ — １９９５ 《 硅片电阻率测定 　 扩展电阻探针法 》。 本标准与 ＧＢ ／ Ｔ６６１７ — １９９５ 相比 ， 主要有如下变化 ： ——— 引用标准中删去硅外延层和扩散层厚度测定磨角染色法 ； ——— 方法原理中删去单探针和三探针的原理图并增加了扩展电阻原理公式 （ １ ） 及其三个假定条件 ； ——— 增加了干扰因素 ； ——— 测量仪器和环境增加了自动测量仪器的范围和精度 ； ——— 对原测量程序进行全面修改 ； ——— 删去测量结果计算 。 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会提出 。 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分技术委员会归口 。 本标准起草单位 ： 南京国盛电子有限公司 、 宁波立立电子股份有限公司 。 本标准主要起草人 ： 马林宝 、 骆红 、 刘培东 、 谭卫东 、 吕立平等 。 本标准代替标准的历次版本发布情况为 ： ——— ＧＢ６６１７ — １９８６ 、 ＧＢ ／ Ｔ６６１７ — １９９５ 。 Ⅰ 犌犅 ／ 犜 ６６１７ — ２００９ 硅片电阻率测定 　 扩展电阻探针法 １ 　 范围 本标准规定了硅片电阻率的扩展电阻探针测量方法 。 本标准适用于测量晶体晶向与导电类型已知的硅片的电阻率和测量衬底同型或反型的硅片外延层 的电阻率 ， 测量范围 ： １０ －３ Ω · ｃｍ ～ １０ ２ Ω · ｃｍ 。 ２ 　 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款 。 凡是注日期的引用文件 ， 其随后所有 的修改单 （ 不包括勘误的内容 ） 或修订版均不适用于本标准 ， 然而 ， 鼓励根据本标准达成协议的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本 。 凡是不注日期的引用文件 ， 其最新版本适用于本标准 。 ＧＢ ／ Ｔ１５５０ 　 非本征半导体材料导电类型测试方法 ＧＢ ／ Ｔ１５５２ 　 硅 、 锗单晶电阻率测定 　 直排四探针法 ＧＢ ／ Ｔ１５５５ 　 半导体单晶晶向测定方法 ＧＢ ／ Ｔ１４８４７ 　 重掺杂衬底上轻掺杂硅外延层厚度的红外反射测量方法 ３ 　 方法原理 扩展电阻法是一种实验比较法 。 该方法是先测量重复形成的点接触的扩展电阻 ， 再用校准曲线来 确定被测试样在探针接触点附近的电阻率 。 扩展电阻 犚 是导电金属探针与硅片上一个参考点之间的 电势降与流过探针的电流之比 。 对于电阻率均匀一致的半导体材料来说 ， 探针与半导体材料接触半径为 犪 的扩展电阻用式 （ １ ） 来 表示 ： 犚 ｓ ＝ ρ ２ 犪 …………………………（ １ ） 　　 式中 ： ρ ——— 电阻率 ， 单位为欧姆厘米 （ Ω · ｃｍ ）； 犪 ——— 接触半径 ， 单位为厘米 （ ｃｍ ）； 犚 ｓ ——— 扩展电阻 ， 单位为欧姆 （ Ω ）。 等式成立需符合如下三个假定条件 ： ａ ） 　 两个探针之间的距离必须大于 １０ 倍 犪 ； ｂ ） 　 样品电阻率需均匀一致 ； ｃ ） 　 不能形成表面保护膜或接触势垒 。 可采用恒压法 ， 恒流法和对数比较器法 ， 其电路图分别见图 １ 、 图 ２ 、 图 ３ ， 具体计算公式分别见式 （ ２ ）、 式 （ ３ ） 和式 （ ４ ）。 １ 犌犅 ／ 犜 ６６１７ — ２００９ 图 １ 　 恒压法电路原理图 犚 ｓ ＝ 犞 犐 …………………………（ ２ ） 　　 式中 ： 犞 ——— 外加电压 ， 单位为毫伏 （ ｍＶ ）； 犐 ——— 测得的电流 ， 单位为毫安 （ ｍＡ ）。 图 ２ 　 恒流法电路原理图 犚 ｓ ＝ 犞 犐 …………………………（ ３ ） 　　 式中 ： 犞 ——— 测得电压 ， 单位为毫伏 （ ｍＶ ）； 犐 ——— 外加的电流 ， 单位为毫安 （ ｍＡ ）。 图 ３ 　 对数比较法电路原理图 ２ 犌犅 ／ 犜 ６６１７ — ２００９ 犚 ｓ ＝ 犚 ０ ｌｏｇ 犻 １ 犻 （） ２ …………………………（ ４ ） 　　 式中 ： 犚 ０ ——— 精密电阻阻值 ， 单位为欧姆 （ Ω ）； ｌｏｇ 犻 １ 犻 （） ２ ——— 对数比较器输出 。 ４ 　 干扰因素 ４ ． １ 　 如果硅片表面被氟离子沾污或表面有损伤 ， 会造成测试的结果误差 ； ４ ． ２ 　 如果测试环境的温度 、 光照强度的不同会影响测试结果 ； ４ ． ３ 　 如果测试环境有射频干扰 ， 会影响测试结果 。 ５ 　 测量仪器与环境 ５ ． １ 　 本标准选用自动测量仪器 。 ５ ． １ ． １ 　 电流范围及精度 ： １０ｎＡ ～ １０ｍＡ ， ±０．１％ 。 ５ ． １ ． ２ 　 电压范围及精度 ： ≤ ２０ｍＶ ， ±０．１％ 。 ５ ． １ ． ３ 　 测试精度 ： ±５％ 。 ５ ． ２ 　 机械装置 ５ ． ２ ． １ 　 探针架 ： 采用双探针结构 。 探针架用作支承探针 ， 使其以重复的速度和预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 。 ５ ． ２ ． ２ 　 探针尖采用坚硬耐磨的良好导电材料如锇 、 碳化钨或钨  钌合金等制成 。 针尖曲率半径不大于 ２５ μ ｍ ， 夹角 ３０° ～ ６０° 。 针距为 ４０ μ ｍ ～ １００ μ ｍ 。 ５ ． ２ ． ３ 　 样品台 ： 绝缘真空吸盘或其他能将硅片固定的装置 ， 能在互相垂直的两个方向上实现 ５ μ ｍ ～ ５００ μ ｍ 步距的位移 。 ５ ． ２ ． ４ 　 绝缘性 ， 探针之间及任一探针与机座之间的直流绝缘电阻大于 （ １×１０ ９ ） Ω 。 ５ ． ３ 　 测量环境 ５ ． ３ ． １ 　 测量环境温度为 ２３℃±３℃ ， 相对温度不大于 ６５％ 。 ５ ． ３ ． ２ 　 在漫射光或黑暗条件下进行测量 。 ５ ． ３ ． ３ 　 必要时应进行电磁屏蔽 。 ５ ． ３ ． ４ 　 探针架置于消震台上 。 ５ ． ３ ． ５ 　 为保证小信号测量条件 ， 应使探针电势不大于 ２０ｍＶ 。 ５ ． ３ ． 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溶剂或材料 ， 测 量前可将试样在 １４０℃±２０℃ 条件下空气中热处理 １０ｍｉｎ ～ １５ｍｉｎ 。 ６ 　 样品制备 ６ ． １ 　 用于测量晶片径向电阻率均匀性的样品制备 样品应具有良好的镜状表面 ， 制备方法包括 ： 化学机械抛光 ／ 含水机械抛光 ／ 无水机械抛光 ， 外延后 表面可直接用于测量 。 ６ ． ２ 　 用于测量电阻率纵向分布的样品制备 ６ ． ２ ． １ 　 除特殊需要外 ， 尽量在被测样片中间区域割取被测样品 ； ６ ． ２ ． ２ 　 根据样品测试深度及精度要求选取合适磨头 ； ６ ． ２ ． ３ 　 将样品粘在磨头的斜面上 ， 选取合适的研磨膏涂抹在样品表面进行研磨 ； ６ ． ２ ． ４ 　 研磨后样品须处理干净 。 ３ 犌犅 ／ 犜 ６６１７ — ２００９ ７ 　 测量步骤 ７ ． １ 　 仪器准备 ７ ． １ ． １ 　 调节探针间距到期望值 ， 记录探针间距 。 ７ ． １ ． ２ 　 选择探针负荷为 ０．１Ｎ ～ １Ｎ ， 每一探针应使用相同负荷 。 ７ ． １ ． ３ 　 根据探针负荷 ， 确定探针下降到试样上的速度 。 当负荷等于 ０．４Ｎ 时 ， 比较合适的探针下降速 度为 １ｍｍ ／ ｓ 。 ７ ． １ ． ４ 　 将探针在用 ５ μ ｍ 粒度研磨膏研磨过的硅片表面步进压触 ５００ 次以上 ， 或用 ８０００ 号 ～ １２０００ 号 的砂布或砂纸轻修整探针尖 ， 使针尖老化 。 ７ ． １ ． ５ 　 将针尖进行清洁处理 ， 测量 １ Ω · ｃｍ 均匀 ｐ 型硅单晶样品扩展电阻 。 如果多次测量的扩展电 阻值的相对标准偏差在 ±１０％ 以内 ， 并且平均值是在正常的扩展电阻值范围内 ， 可认为针尖是良好的 ， 否则该探针应重新老化或使用新探针尖 。 ７ ． １ ． ６ 　 在至少放大 ４００ 倍的显微镜下检查探针压痕的重复性 。 如果一给定探针得到解决的压痕不全 部相似 ， 应重修针或使用新探针尖 。 ７ ． １ ． ７ 　 使两探针分别以单探针结构在 １ Ω · ｃｍ 的 ｐ 型单晶样品上测量扩展电阻 ， 确保两根针所测的 扩展电阻值是相等的 （ 偏差在 １０％ 内 ）。 如果两根针所测扩展电阻值不相同 ， 重新检查或调整探针的负 荷 、 下降速度以确保两针状态相同 。 如果两根探针的负荷和下降速度相同 ， 但不能得到相同的扩展电阻 值 ， 重新修针或更换探针 。 ７ ． ２ 　 校准 ７ ． ２ ． １ 　 在本标准电阻率测量范围内选择与被测试样相同晶向和导电类型的各种电阻率的校准样品 ， 每 一数量级至少 ３ 块 。 ７ ． ２ ． ２ 　 如果校准样品的电阻率以前没有测量过 ， 按 ＧＢ ／ Ｔ１５５２ 测量每块校准样品的电阻率 ， 记录测量 结