书 书 书犐犆犛 ２９ ． ０４５ 犎 ８０ 中华人民共和国国家标准 犌犅 ／ 犜 １４１４１ — ２００９ 代替 ＧＢ ／ Ｔ１４１４１ — １９９３ 硅外延层 、 扩散层和离子注入层 薄层电阻的测定 　 直排四探针法 犜犲狊狋犿犲狋犺狅犱犳狅狉狊犺犲犲狋狉犲狊犻狊狋犪狀犮犲狅犳狊犻犾犻犮狅狀犲狆犻狋犪狓犻犪犾 ， 犱犻犳犳狌狊犲犱犪狀犱犻狅狀犻犿狆犾犪狀狋犲犱犾犪狔犲狉狊狌狊犻狀犵犪犮狅犾犾犻狀犲犪狉犳狅狌狉狆狉狅犫犲犪狉狉犪狔 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 ／ Ｔ１４１４１ — １９９３ 《 硅外延层 、 扩散层和离子注入层薄层电阻的测定 　 直排四探 针法 》。 本标准与 ＧＢ ／ Ｔ１４１４１ — １９９３ 相比 ， 主要有如下改动 ： ——— 修改了被测薄层电阻的最小直径 （ 由 １０．０ｍｍ 改为 １５．９ｍｍ ）、 薄层电阻阻值的测量范围及 精度 ； ——— 增加了规范性引用文件 ； ——— 增加了引入与试样几何形状有关的修正因子计算薄层电阻 ； ——— 增加了干扰因素 ； ——— 删除了三氯乙烯试剂 ； ——— 修改了薄层电阻范围 ， 增加了 “ 直流输入阻抗不小于 １０ ９ Ω ”； ——— 删除了三氯乙烯漂洗 ； ——— 修改仲裁测量探针间距 ， 由 １ｍｍ 改为 １．５９ｍｍ ； ——— 增加了修正因子和温度修正系数表格 。 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会 （ ＳＡＣ ／ ＴＣ２０３ ） 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 ： 宁波立立电子股份有限公司 、 南京国盛电子有限公司 、 信息产业部专用材料质量 监督检验中心 。 本标准主要起草人 ： 李慎重 、 许峰 、 刘培东 、 谌攀 、 马林宝 、 何秀坤 。 本标准所代替标准的历次版本发布情况为 ： ——— ＧＢ ／ Ｔ１４１４１ — １９９３ 。 Ⅰ 犌犅 ／ 犜 １４１４１ — ２００９ 硅外延层 、 扩散层和离子注入层 薄层电阻的测定 　 直排四探针法 １ 　 范围 本标准规定了用直排四探针测量硅外延层 、 扩散层和离子注入层薄层电阻的方法 。 本标准适用于测量直径大于 １５．９ｍｍ 的由外延 、 扩散 、 离子注入到硅片表面上或表面下形成的薄 层的平均薄层电阻 。 硅片基体导电类型与被测薄层相反 。 适用于测量厚度不小于 ０．２ μ ｍ 的薄层 ， 方 块电阻的测量范围为 １０ Ω～ ５０００ Ω 。 该方法也可适用于更高或更低阻值方块电阻的测量 ， 但其测量精 确度尚未评估 。 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 ／ Ｔ１５５２ 　 硅 、 锗单晶电阻率测定 　 直排四探针法 ＧＢ ／ Ｔ１１０７３ 　 硅片径向电阻率变化的测量方法 ３ 　 方法提要 使用直排四探针测量装置 、 使直流电流通过试样上两外探针 ， 测量两内探针之间的电位差 ， 引入与 试样几何形状有关的修正因子 ， 计算出薄层电阻 。 ４ 　 干扰因素 ４ ． １ 　 探针材料和形状及其和硅片表面接触是否满足点电流源注入条件会影响测试精度 。 ４ ． ２ 　 电压表输入阻抗会引入测试误差 。 ４ ． ３ 　 硅片几何形状 、 表面沾污等会影响测试结果 。 ４ ． ４ 　 光照 、 高频 、 震动 、 强电磁场及温湿度等测试环境会影响测试结果 。 ５ 　 试剂 ５ ． １ 　 氢氟酸 ， 优级纯 。 ５ ． ２ 　 纯水 ， ２５℃ 时电阻率大于 ２Ｍ Ω · ｃｍ 。 ５ ． ３ 　 甲醇 ， ９９．５％ 。 ５ ． ４ 　 干燥氮气 。 ６ 　 测量仪器 ６ ． １ 　 探针系统 ６ ． １ ． １ 　 探针为具有 ４５° ～ １５０° 角的圆锥形碳化钨探针 ， 针尖半径分别为 ３５ μ ｍ ～ １００ μ ｍ 、 １００ μ ｍ ～ ２５０ μ ｍ 的半球形或半径为 ５０ μ ｍ ～ １２５ μ ｍ 的平的圆截面 。 ６ ． １ ． ２ 　 探针与试样压力分为小于 ０．３Ｎ 及 ０．３Ｎ ～ ０．８Ｎ 两种 。 １ 犌犅 ／ 犜 １４１４１ — ２００９ ６ ． １ ． ３ 　 探针 （ 带有弹簧及外引线 ） 之间或探针系统其他部分之间的绝缘电阻至少为 １０ ９ Ω 。 ６ ． １ ． ４ 　 探针排列和间距 ： 四探针应以等距离直线排列 。 探针间距及针尖状况应符合 ＧＢ ／ Ｔ１５５２ 中的 规定 。 ６ ． ２ 　 样品台和探针架 ６ ． ２ ． １ 　 样品台和探针架应符合 ＧＢ ／ Ｔ１５５２ 中的规定 。 ６ ． ２ ． ２ 　 样品台上应具有旋转 ３６０° 的装置 。 其误差不大于 ±５° 。 ６ ． ３ 　 测量装置 测量装置的典型电路见图 １ 。 图 １ 　 典型的电路示意图 ６ ． ３ ． １ 　 恒流源 ： 按表 １ 的推荐值提供试样所需的电流 ， 精度为 ±０．５％ 。 表 １ 　 测量薄层电阻所要求的电流值 薄层电阻 ／ Ω 测试电流 ２．０ ～ ２５ １０ｍＡ ２０ ～ ２５０ １ｍＡ ２００ ～ ２５００ １００ μ Ａ ２０００ ～ ２５０００ １０ μ Ａ ＞ ２００００ １ μ Ａ ６ ． ３ ． ２ 　 电流换向开关 ６ ． ３ ． ３ 　 标准电阻 ： 按表 ２ 的薄层电阻范围选取所需的标准电阻 。 精度 ０．０５ 级 。 表 ２ 　 不同薄层电阻范围所用标准电阻 薄层电阻 ／ Ω 标准电阻 ／ Ω ２．０ ～ ２５ １０ ２０ ～ ２５０ １００ ２００ ～ ２５００ １０００ ２０００ ～ ２５０００ １００００ ＞ ２００００ １０００００ ６ ． ３ ． ４ 　 双刀双掷电位选择开关 。 ６ ． ３ ． ５ 　 电位差计和电流计或数字电压表 ， 量程为 １ｍＶ ～ １００ｍＶ ， 分辨率为 ０．１％ ， 直流输入阻抗不小 ２ 犌犅 ／ 犜 １４１４１ — ２００９ 于 １０ ９ Ω 。 ６ ． ３ ． ６ 　 电子测量装置适用性应符合 ＧＢ ／ Ｔ１５５２ 的规定 。 ６ ． ４ 　 欧姆表 ， 能指示阻值高达 １０ ９ Ω 的漏电阻 。 ６ ． ５ 　 温度针 ０℃ ～ ４０℃ ， 最小刻度为 ０．１℃ 。 ６ ． ６ 　 化学实验室器具 ， 如 ： 塑料烧杯 、 量杯和适用于酸和溶剂的涂塑镊子等 。 ７ 　 试样制备 如试样表面洁净 ， 符合测试条件可直接测试 ， 否则 ， 按下列步骤清洗试样后测试 ： ７ ． １ 　 试样在甲醇中漂洗 １ｍｉｎ 。 如必要 ， 在甲醇中多次漂洗 ， 直到被干燥的试样无污迹为止 。 ７ ． ２ 　 将试样干燥 。 ７ ． ３ 　 放入氢氟酸中清洗 １ｍｉｎ 。 ７ ． ４ 　 用纯水洗净 。 ７ ． ５ 　 用甲醇漂洗干净 。 ７ ． ６ 　 用氮气吹干 。 ８ 　 测量条件和步骤 ８ ． １ 　 整个测试过程应在无光照 ， 无高频和无振动下进行 。 ８ ． ２ 　 用干净涂塑镊子或吸笔将试样置于样品台上 ， 试样放置的时间应足够长 ， 达到热平衡时 ， 试样温度 为 ２３℃±１℃ 。 ８ ． ３ 　 对于薄层厚度小于 ３ μ ｍ 的试样 ， 选用针尖半径为 １００ μ ｍ ～ ２５０ μ ｍ 的半球形探针或针尖半径为 ５０ μ ｍ ～ １２５ μ ｍ 平头探针 ， 针尖与试样间压力为 ０．３Ｎ ～ ０．８Ｎ ； 对于薄层厚度不小于 ３ μ ｍ 的试样 ， 选 用针尖半径为 ３５ μ ｍ ～ １００ μ ｍ 半球形探针 ， 针尖与试样间压力不大于 ０．３Ｎ 。 ８ ． ４ 　 将探针下降到试样表面测试 ， 使四探针针尖端阵列的中心落在试样中心 １．００ｍｍ 范围内 。 ８ ． ５ 　 接通电流 ， 令其任一方向为正向 ， 调节电流大小见表 １ 所给出的某一合适值 ， 测量并记录所得数 据 。 所有测试数据至少应取三位有效数字 。 ８ ． ６ 　 改变电流方向 ， 测量 、 记录数据 。 ８ ． ７ 　 关断电流 ， 抬起探针装置 。 ８ ． ８ 　 对仲裁测量 ， 探针间距为 １．５９ｍｍ ， 将样品分别旋转 ３０°±５° ， 重复 ８．４ ～ ８．７ 的测量步骤 ， 测 ５ 组 数据 。 ９ 　 测量结果计算 ９ ． １ 　 对于每一测量位置 ， 计算正 、 反向电流时试样的电阻值 ， 见式 （ １ ）、 式 （ ２ ）。 犚 ｆ ＝ 犞 ｆ 犚 ｓ ／ 犞 ｓｆ ＝ 犞 ｆ ／ 犐 ｆ …………………………（ １ ） 犚 ｒ ＝ 犞 ｒ 犚 ｓ ／ 犞 ｓｒ ＝ 犞 ｒ ／ 犐 ｒ …………………………（ ２ ） 　　 式中 ： 犚 ｆ ——— 通过正向电流时试样电阻 ， 单位为欧姆 （ Ω ）； 犚 ｓ ——— 通过反向电流时试样电阻 ， 单位为欧姆 （ Ω ）； 犐 ｆ ——— 通过试样的正向电流 ， 单位为毫安 （ ｍＡ ）； 犐 ｒ ——— 通过试样的反向电流 ， 单位为毫安 （ ｍＡ ）； 犞 ｆ ——— 通过正向电流时试样两端的电位差 ， 单位为毫伏 （ ｍＶ ）； 犞 ｒ —