GB/T 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

犐犆犛２９．０４５

犎８０

中华人民共和国国家标准

／—

犌犅犜１４１４１２００９

代替／—１９９３

ＧＢＴ１４１４１

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

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，

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２００９１０３０发布２０１００６０１实施

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局

发布

中国国家标准化管理委员会

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犌犅犜１４１４１２００９

前言

本标准代替／—《硅外延层、扩散层和离子注入层薄层电阻的测定直排四探

ＧＢＴ１４１４１１９９３

针法》。

本标准与／—相比，主要有如下改动：

ＧＢＴ１４１４１１９９３

———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１０９Ω”；

———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。

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Ⅰ

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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０．２ｍ的薄层，方

μ

块电阻的测量范围为１０Ω～５０００Ω。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。

ＧＢＴ１５５２／硅、锗单晶电阻率测定直排四探针法

ＧＢＴ１１０７３／硅片径向电阻率变化的测量方法

３方法提要国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

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。

纯水，时电阻率大于·。

５．２２５℃２Ｍｃｍ

Ω

甲醇，。

５．３９９．５％

５．４干燥氮气。

６测量仪器

６．１探针系统

探针为具有角的圆锥形碳化钨探针，针尖半径分别为、

６．１．１４５°１５０°３５ｍ１００ｍ１００ｍ

～μ～μμ～

２５０ｍ的半球形或半径为５０ｍ１２５ｍ的平的圆截面。

μμ～μ

探针与试样压力分为小于及两种。

６．１．２０．３Ｎ０．３Ｎ０．８Ｎ

～

１

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９

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１０Ω。

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／中的

６．１．４ＧＢＴ１５５２

规定。

６．２样品台和探针架

样品台和探针架应符合／中的规定。

６．２．１ＧＢＴ１５５２

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

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６．３．１恒流源：按表的推荐值提供试样所需的电流，精度为１±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

２．０～２５１０ｍＡ

２０～２５０１ｍＡ

２００２５００１００Ａ

～μ

２０００２５０００１０Ａ

～μ

＞２００００１μＡ

６．３．２电流换向开关

６．３．３标准电阻：按表的薄层电阻范围选取所需的标准电阻。精度２０．０５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

２．０～２５１０

２０～２５０１００

２００～２５００１０００

２０００～２５０００１００００

＞２００００１０００００

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１ｍＶ１００ｍＶ，分辨率为０．１％，直流输入阻抗不小

～

２

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９

于１０Ω。

电子测量装置适用性应符合／的规定。

６．３．６ＧＢＴ１５５２

６．４欧姆表，能指示阻值高达１０９的漏电阻。

Ω

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３ｍ的试样，选用针尖半径为１００ｍ２５０ｍ的半球形探针或针尖半径为

～

μμμ

平头探针，针尖与试样间压力为国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页；对于薄层厚度不小于的试样，选

５０ｍ１２５ｍ０．３Ｎ０．８Ｎ３ｍ

μ～μ～μ

用针尖半径为３５ｍ１００ｍ半球形探针，针尖与试样间压力不大于０．３Ｎ。

μ～μ

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，调节电流大小见表所给出的某一合适值，测量并记录所得数１

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。

对仲裁测量，探针间距为，将样品分别旋转，重复的测量步骤，测组

８．８１．５９ｍｍ３０°±５°８．４８．７５

～

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（）、式（）。１２

犚犞犚犞犞犐／／…………（）１

＝＝

ｆｆｓｓｆｆｆ

犚犞犚犞犞犐／／…………（）２

＝＝

ｒｒｓｓｒｒｒ

式中：

犚———通过正向电流时试样电阻，单位为欧姆（）；

ｆΩ

犚———通过反向电流时试样电阻，单位为欧姆（）；

ｓΩ

犐———通过试样的正向电流，单位为毫安（ｍＡ）；

ｆ

犐———通过试样的反向电流，单位为毫安（ｍＡ）；

ｒ

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———通过反向电流时试样两端的电位差，单位为毫伏（ｍＶ）；

３

／—

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犞ｓｆ———通过正向电流时标准电阻两端的电位差，单位为毫伏（ｍＶ）；

犞ｓｒ———通过反向电流时标准电阻两端的电位差，单位为毫伏（ｍＶ）；

犚———标准电阻阻值，单位为欧姆（）。

ｓΩ

当直接测量电流时，采用式（）、式（）最右边的形式。对于仲裁测量，与之差的绝对值必须

１２犚犚

ｆｒ

小于较大值的５％。

９．２计算每一测量位置的平均电阻犚，见式（）。３

ｍ

１

犚（犚犚）