【国家标准(GB)】 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

中华人民共和国国家标准
硅外延层、扩散层和离子注人层薄层电阻的测定直排四探针法
Test method for sheet resistance of siliconepitaxial,diffused and ion-implanted layersusing a collinear four-probe array1主题内容与适用范围
GB/T 14141-- 93
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10.0mm用外延、扩散、离子注入到硅圆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。对于厚度为0.2～3μm的薄层，测量范围为250~50000；对于厚度不小于3μm的薄层，薄层电阻的测量下限可达10α。2引用标准
GB6615硅片电阻率的直排四探针测试方法GB11073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，计算出薄层电阻。
4试剂
4.1氢氟酸(o1.15g/mL）。
4.2水，电阻率大于2MQ·cm（25℃)。4.3三氯乙烯，95%。
4.4甲醇，99.5%。
4.5干燥氮气。
5测量仪器
5.1探针系统
5.1.1探针为具有45°150°角的圆锥形碳化钨探针。针尖半径分别为35～100μm、100～250m的半球形或半径为50～125um的平的圆截面。5.1.2探针与试样压力分为小于0.3N及0.3～0.8N两种。5.1.3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阳至少为10°Q5.1.4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G36615中5.1条的规定。
国家技术监督局1993-02-06批准1993-10-01实施
5.2样品台和探针架
GB/T14141—93
5.2.1样品台和探针架应符合GB6615中3.4条的规定。5.2.2样品台上应具有旋转360°的装置。其误差不人于土5°。5.3测量装置
测量装置的典型电路见下图。
标准电阻
恒流源
电流换向开关
擦针系统
典型的电路示意图
电位选择开关
5.3.1恒流源：按表1的推荐值提供试样所需的电流。精度为士0.5%。表1测量薄层电阻所要求的电流值薄层电阻，2
2.0~～25
>25~～250
≥250~~2500
>2 500~25 000
>25000
5.3.2电流换向开关。
电位计检流计
威电子电压表
测试电流
100μA
10 μA
5.3.3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，0
>25～250
≥250~2500
>2 500～25 000
>25 000
5.3.4双刀双掷电位选择开关。
标准电阻，0
100000
5.3.5电位差计和电流计或数字电压表，量程为1~~100mV，分辨率为0.1%。5.3.6电了测量装置适用性应符合GB6615中5.2条的规定。5.4欧姆表，能指示阻值高达10°0的漏电阻。530
GB/T 14141-93
5.5温度计0～40℃，最小刻度为0.1℃。5.6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。6试样制备
按下列步骤清洗试样：
6.1试样在三氯乙烯中漂洗约1min。6.2用甲醇漂洗干净。
6.3用氮气吹干。
6.4放入氢氟酸中清洗约1min。
6.5用水洗净。
6.6用甲醇漂洗干净。
6.7用氮气吹干。
如果试样在制作后3h内进行测量，且--直置于净化层流通风柜内，则省去6.1～6.7条操作。6.8
测量步骤
7.1整个测试过程应在无光照，无高频和无振动下进行。7.2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 ℃。
7.3对于薄层厚度小于3um的试样，选用针尖半径为100～250um的半球形探针或针尖半径为50~125um乎头探针，针尖与试样间压力为0.3~0.8N；对于薄层厚度不小于3um的试样，选用针尖半径为35~100μm半球形探针，针尖与试样间压力不大于0.3N。7.4将探针下降到试样表面，使四探针针尖端阵列的中心落在试样中心1mm范围内。7.5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。7.6改变电流方向，测量、记录数据。7.7关断电流，抬起探针装置。
7.8对仲裁测量，探针间距为1mm，将样品台分别旋转30°±5°，重复7.4~7.7条的测量步骤，测5组数据。
8测量结果计算
8.1对于每一测量位置，计算正、反向电流时试样的电阻值：R,= VR,/Vs = V-/l
R. = V,R./V. - V./I.
式中：R—通过正向电流时试样电阻，a；R,-—通过反向电流时试样电阻，2；I一一通过试样的正向电流，mA；I.—通过试样的反向电流，mA；V—-通过正向电流时试样两端的电位差，mV：V,—一通过反向电流时试样两端的电位差，mV；Vs——通过正向电流时标准电阻两端的电位差，mV；V，—-一通过反向电流时标准电阻两端的电位差，mV；（1）
（2）
R—-标准电阻阻值,α。
当直接测量电流时，采用式(1)、式(2)最右边的形式。对于仲裁测量，R，与R,之差的绝对值必须小531
于较大值的5%。
8.2计算每一测量位置的平均电阻 RGB/T 14141—93
(R,+R,)
8.3计算试样平均直径万与平均探针间距3之比，由GB11073表2中查出修正因子F2。8.4计算几何修正因子F：
F-F,×Fp
式中：F.——探针修正因子；
F，—限定直径试样修正因子。
8.5计算每测量位置在所测温度时的薄层电阻；R.(T) = Rm: × F
式中，Rmi-
某位置第i次测量的平均电阻，=1,2,3，4，5。B.6计算总平均薄层电阻：
8.7计算标准偏差：
9精密度
C[R,(T) -R(T))
+（5)
（6）
·（7)
本方法对于薄层厚度不小于3μm的试样，多实验室测量精密度为士12%（R2S）；对于薄层厚度小于3μm的试样，多实验室测量精密度为土10%(R2S)。10试验报告
试验报告应包括以下内容：
试样编号，
试样种类；
测量电流；
探针压力：
测试温度；
试样薄层电阻；
本标准编号：此内容来自标准下载网
测量单位、测量者和测量日期。10.2对仲裁测量，报告还应包括对探针状况、电测装置的精度、所测原始数据及处理结果。附加说明：
本标准市中国有色金属工业总公司提出。本标准由峨眉半导体材料研究所负责起草。本标准主要起草人张新、郑绪明。本标准等效采用ASTMF374—84《硅外延层、扩散层和离子注入层薄层电阻直排四探针测试方法》标准。
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