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如何使用 IT2800 源表測量半導(dǎo)體材料表面電阻率

  電子器件的許多重要參數(shù)與電阻率及其分布的均勻性有密切的關(guān)系，例如二極管的反向飽和電流，晶 體管的飽和壓降和放大倍數(shù) β 等，都直接與硅單晶的電阻率有關(guān)。因此器件的電阻率測試已經(jīng)成為芯片加 工中的重要工序，對其均勻性的控制和準(zhǔn)確的測量直接關(guān)系將來能否制造出性能更優(yōu)功率器件。 

  不同于使用萬用表測量常規(guī)導(dǎo)體電阻，半導(dǎo)體硅單晶電阻率以及微電子領(lǐng)域的其他金屬薄膜電阻率的 測量屬于微區(qū)薄層電阻測試，需要利用微小信號供電以及高精密的量測設(shè)備，包括測試接線方式上，也需 要利用四線制的接法來提升測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，行業(yè)內(nèi)稱為四探針測試法。

  什么是四探針測試法？

  四探針技術(shù)可測試對象主要有：晶圓片和薄層電阻，例如硅襯底片、研磨片、外延片，離子注入片、 退火硅片、金屬膜和涂層等。利用探針分析可檢測整個芯片表面薄層電阻均勻性，進而判斷離子注入片和 注入工藝中存在的問題。

  四探針法按測量形狀可分為直線四探針法和方形四探針法。

  1）直線四探針法

  直線四探針測試法的原理是用針距為 1mm 的四根探針同時壓在樣品的平整表面上，利用恒流源給外面的兩個探針通以微小電流，然后在中間兩個探針上用高精密數(shù)字萬用表測量電壓，最后根據(jù)理論公式計算出樣品的電阻率，電阻率計算公式: ，S 代表探針間距。

  直線四探針法能測出超過其探針間距三倍以上大小區(qū)域的不均勻性。

  測試設(shè)備：不同探針間距探針臺+IT2806 高精密源表+上位機軟件 PV2800

  IT2806 高精密源表（簡稱 SMU）：集六種設(shè)備功能于一體（恒流源、恒壓源、脈沖發(fā)生器、6.5 位 DVM、 電池模擬器，電子負載）。在電阻率的測試中，可將 IT2806 高精密源表切換至恒流源模式，在輸出電流同時量測中間兩探針之間的微小壓降，并搭配免費的 PV2800 上位機軟件，自動得出電阻率的測量結(jié)果。

  利用 IT2800 系列高精密源表測量電阻率的優(yōu)勢：

  測試便捷：ITECH IT2800 系列高精密源/測量單元標(biāo)配免費的上位機 PV2800 軟件，并可選配不同直 線探針間距的探針臺，利用軟件內(nèi)置的公式，即可直接得出電阻率的測試結(jié)果。

  測試精度高：高達 100nV/10fA 分辨率，電流量測精度最高可達 0.1%+50pA，電壓量測精度最高可 達 0.015%+300uV；提供正向/反向電流連續(xù)變化測試，提高測試精度。

  2）方形四探針法（如范德堡法）

  范德堡法適用于扁平，厚度均勻，任意形狀且不含有任何隔離孔的樣品材料測試。相比較直線型四探 針法，對樣品形狀沒有要求。測試中，四個探針接觸點必須位于樣品的邊緣位置，測試接線方式也是在其 中兩個探針點提供恒定電流，另外兩個點量測電壓。圍繞樣品進行 8 次測量，對這些讀數(shù)進行數(shù)學(xué)組合來 決定樣品的平均電阻率。詳細測試方法可參見 ASTM 標(biāo)準(zhǔn) F76。

  總結(jié)：利用 IT2800 系列高精密源/測量單元可以精準(zhǔn)實現(xiàn)半導(dǎo)體薄層電阻的電阻率測試，為半導(dǎo)體制 造工藝的改進提供數(shù)據(jù)依據(jù)。IT2800 SMU 因其高精度測量和豐富的探針臺治具優(yōu)勢，為行業(yè)提供專業(yè)的 測試解決方案。