L 32 SJ 中华人民共和国电子行业标准 SJ/T 10481 94 硅外延层电阻率的面接触三探针 测试方法 Test method for resistivity of silicon epitaxial layers by area contacts three-probe techniques 1994-04-11发布 1994-10-01实施 中华人民共和国电子工业部．发布 中华人民共和国电子行业标准 硅外延层电阻率的面接触三探针测试方法 SJ/T10481-94 Test method for resistivity f silicon epitaxial layers by area contacts three-probe techniques 主题内容与适范围 本标准规定了测定硅外延层电阻率的面接触三探针方法（以下简称面接触法）。 引用标准 SJ1550 硅外延片检测方法 GB1550硅单晶导电类型测定方法 GB1552硅单晶电阻率的直流四探针测量方法 3术语 3.1雪崩击穿电压avalanchebreakdownvoltage 外延层的反向伏-安特性曲线中达到的最大电压，如图1所示。 20 (mA) 10 100 200 300 400 0 VBa (V) 图1反向伏-安特性曲线 3.2耗尽宽度deplationwidth 在金属.半导体接触附近的半导体区域内的宽度。在此宽度内，载流子几乎耗尽。对于面 接触阶跃型模型，耗尽宽度与雪崩击穿电压和杂质浓度有关： t mina = 3.61 × 107( VBao / N)1/2 (1) 中华人民共和国电子工业部1994-04-11批准 1994-10-01实施 SJ/T10481-94 式中：tmina 一耗尽宽度，um； VBao—雪崩击穿电压,V; N一外延层杂质浓度，原子数/cm。 3.3变化系数variation coefficient 0271/2 (2) 表示电阻率相对波动的大小。 式中：一—变化系数，%； 一平均电阻率值，ncm； n -测量次数。 4方法提要 金属与半导体接触的反向雪崩击穿电压VB与半导体电阻率β具有单值函数关系。假 设外延层和单晶服从相同的雪崩击穿电压-电阻率关系，则可以借助一套已知电阻率的单晶样 块，作出VBe～β的校准曲线B，当测得外延层的面接触雪崩击穿电压VBa后，即可通过此 校准曲线B,定出该外延层的电阻率p。 5测试装置 5.1外延片电阻率测试装置 测试装置原理图如图2所示。 8 图2 测试装置原理图 1,3探针： 6：显示装； 2:汞球探针； 7：样品外延层； 4：恒流源； 8：样品衬底。 5:取样电阻； 5.1.1恒流源：提供交流、直流或脉冲的电源，最大电压不低于300V(峰值）。 5.1.2显示装置：测量雪崩击穿电压用，采用示波器、数字电压表或峰值电压表，电压测景准 确度在整个电压量程内要求为土5%。显示仪器的输入阻抗不小于10MQ。 5.1.3取样电阻：阻值在10～1000Q之间，准确度要求在±1%之内。 5.1.4探针 2 SJ/T10481-94 5.1.4.1图2中1、3探针材料应选择硬度大、电阻率低的材料，如钨、钱、高速工具钢以及磷青 铜合金等。它和硅单晶或外延层形成欧姆接触。 5.1.4.2图2中的2汞球探针由银针及其顶端的汞球构成，为面接触探针。它和硅单晶或硅 外延层形成整流接触。 5.1.4.31、3两支探针为S形，富有弹性，其针尖直径为0.4mm。针头部应经高度抛光，在 400倍显微镜下看不到缺陷、尘埃和污点（目镜不超过12.5倍）。 5.1.4.4银针2的直径为1.0±0.1mm。银针头部同探针1,3处理要求相同。 5.1.4.5探针1，3压力选定在0.5~1.0N之间。 5.1.4.6在面接触雪崩击穿条件下，要求探针1，3到银针距离大于突变结的耗尽层宽度的 10倍。银针2的中心点和探针1，3的距离要相等。 5.1.4.7面接触探针头的形成：探针1,3和银针2要保证在同一直线上，且探针13伸出 探针座的长度一定要相等。银针2伸出探针座的长度比探针1,3短1.5mm左右，在银针项上 吸上0.5土0.1mm的清洁汞球，便形成了面接触探针头。 5.2加工清洗设备和校准设备 5.2.1半导体工业通用的切割和研磨半导体晶体的设备和半导体片清洗、腐蚀、化学抛光的 设备。 5.2.2带洗涤池或其他安全配置的化学通风橱处理挥发性试剂和酸。烧杯和容器由不怕化 学制品侵蚀的聚乙烯或碳氢聚合物材料制成。 5.2.3电阻率测定符合GB1552共线四探针阵列测量硅片电阻率的设备。 5.2.4导电类型测定符合GB1550的测量设备。 5.2.5厚度测量符合SJ1550的装置。 6试剂和材料 6.1试剂纯度一一全部使用化学纯。 6.2水纯度——25℃下蒸镭水或去离子水，其电阻率应大于2Macm。 6.3对于下面的化学制品应具有如下的要求： 浓氢氟酸（HF) 40%; 三氟乙烯(C,HCLs）99%; 乙醇 (CHOH) 99.5%。 6.4金 氮气露点为-60℃。 7测试环境 7.1温度：23±2℃。 7.2相对混度：≤65%。 7.3检验装置应有工频滤波和电磁屏蔽，周围应无有害的腐蚀气氛，避免震动。 8硅单晶标准样块的制备及处理方法 8.1硅单晶标准样块的规格及尺寸要求 8.1.1每套标准样块由20块组成，它们的电阻率能均匀覆盖0.06～600cm范围内，并按GB SJ/T1048194 1550测定标准样块的导电类型。 8.1.2要求标准样块的电阻率不均勾度小于5%。 8.1.3标准样块的儿何尺寸为±40mm×5mm。 8.2标准样块电阻率的测量及计算 8.2.1按.GB1552测量标准样块的电阻率。测量温度为23±2℃，要求在样块的不同位置上 测五点。这五点位置为：在样块中心处及在两条互相垂直的直径上距边缘6mm处的对称点 上。由此得出的电阻率用pi（ncm)ps(ncm）表示。若任意两点的电阻率的差大于电阻率 最大值的10%，则该样块就不宜采用。 8.2.2每块标准样块的平均电阻率p按下式计算： ·(3) 8.2.3每块标准样块的电阻率不均勾度按下式计算： 2(emax 二 Pmin) (4) （Pmax+Pmin） 式中：PmxvPmin——分别代表所测五点电阻率的最大值和最小值。 8.3标准样块的处理 8.3.1采用与衬底相同的磨抛工艺，制备成无损伤的镜面。 8.3.2清洁处理方法如下：有机试剂（三氟乙烯）去油→在含氢氟酸高于40%的溶液中漫泡 15min-→热去离子水冲洗→干燥，备测。 9面接触法校准曲线B及其判别曲线F的绘制 9.1使用三探针测试装置，采用上述面接触探针头，在标准样块的五个位置上，测出面接触雪 崩击穿电压VBa，这五个点可选择在标准样块的中心半径小于标准样块平均半径一半的圆 周上。并且以这五个雪崩击穿电压测量值的平均值，作为该标准样块的雪崩击穿电压值 VBao 0 (5) 结合每块标准样块的四探针平均电阻率（见公式(3)),在双对数纸上作出VBao～p关系 曲线，即图3中的B线。 SJ/T10481-94 102 101 100 B 10-1 10-2 100 101 102 f103 Vea (V) 图 3 VBao～p关系曲线 9.2由上述标准样块测得的平均电阻率p，从欧文曲线查得杂质浓度N（原子数/cm²）。又从 公式(1)求得这套标准样块的面接触法的耗尽层宽度。在双对数纸上作出p（α cm)～tmina (um)关系曲线，即判别曲线F，如图4所示。只有当被测外延片电阻率和外延层厚度的关系 在曲线F的右侧，本方法适用。即使用本方法时，在特定的电阻率下，外延层的厚度不能低于 特定的数值，可从得到的电阻率和实际的外延层关系得到判断。 102 101 (s 100 rin(10-m) 102 103 100 101 图4 p(acm）~tmina（μm）关系曲线 10外延层电阻率的测量步骤 10.1将刚经外延淀积的外延片放置在保护气氛中，在1h内进行测量，否则需要清洗。清洗 方法如下：有机试剂（三氯乙烯）去油→自然于燥→氢氟酸中放置1min→去离子水冲洗→乙醇 中漂洗→自然干燥。 10.2接通电源，使探针2的击穿点处于反相偏置之下。 SJ/T10481-94 10.3在测量之前应按SJ1550用层错法测得陪片的外延层厚度T（um），以确定是否产生穿 通。 10.4* 将样品放置在样品台上，按9.1要求选择测量点。 10.5* 将探针放下，压在待测样品的测量点上。 10.6逐渐加大探针压力，满足5.1.4.5的要求，且使汞球和外延层形成面接触。 10.7 以小于2mA/s的速度加大电流，测量并记录下面接触雪崩击穿电压VB（V)。 10.8# 把探针抬起并将探针压在下一个位置上（按照9.1取位）。 10.9重复四次10.4~10.8的步骤。 11计算结果 11.1由面接触法所测得的每个雪崩击穿电压VBa8，查图3中B线，求得该外延层五个电阻 率数据，按式(3)计算外延层平均电阻率po 11.2按公式(4)计算电阻率的不均匀度E。 11.3按式(2)计算变化系数。 11.4若变化系数小于10%，则结果成立。 11.5若变化系数大于10%，则需要重测。将汞球探针2定位在尽量靠近上次测量的位置上 重测，但要避免面接触痕迹重叠。若电阻率变化很大，或者三探针仪工作不正常，就会得到很 大的变化系数。无论哪一种情况都必须检验一下测量的有效性。 11.6如果重新测出的变化系数与原值相差两个百分点或更小，则可认为探针仪无问题，而是 试