11-四点探针法

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1、电阻率1简介半导体的电阻率对于从原材料到器件的每一步都非常重要对于硅晶体生长：•硅晶体生长过程中，分凝，生长条件的变化，都会导致它在半导体棒材中的不均匀分布。•外延硅的外延层的电阻率非常均匀。对于器件：•影响器件的串联电阻、电容、阈值电压等•扩散和离子注入等工艺都将影响硅片的局部电阻率。•电阻率依赖于自由电子浓度n和空穴浓度p，电子和空穴的迁移率μn和μp，如下式1qn()pnp？寻找变换的测量技术•测量电阻率的方法很多，如两探针法、四探针法、电容---电压法、扩展电阻法等•四探针法是

2、一种广泛采用的标准方法，在半导体工艺中最为常用，其主要优点在于设备简单，操作方便，精确度高，对样品的几何尺寸无严格要求。•四探针法除了用来测量半导体材料的电阻率以外，在半导体器件生产中广泛使用四探针法来测量扩散层薄层电阻，以判断扩散层质量是否符合设计要求。•因此，薄层电阻是工艺中最常需要检测的工艺参数之一。四点探针测试技术1、概述四探针法用于测量半导体材料（厚材和薄片）电阻率以及硅片上的扩散层、离子注入层的方块电阻，也可以测量玻璃或其他绝缘材料上所形成的导电膜方块电阻。四探针测试技术已经成为半导体生产

3、工艺中应用最为广泛的工艺监控手段之一。与四探针法相比，传统的二探针法更方便些，因为它只需要操作两个探针，但是处理二探针法得到的数据却很复杂。6二探针测试方法如上图，电阻两端有两个探针接触，每个接触点既测量电阻两端的电流值，也测量了电阻两端的电压值。我们希望确定所测量的电阻器的电阻值。总电阻值：R=V/I=2R+2R+R；TWCDUT其中R是导线电阻，R是接触电阻，R是所要测量的WCDUT电阻器的电阻，显然用这种方法不能确定R的值。矫正的DUT办法就是使用四点接触法，即四探针法。7四探针测试方法如上图，

4、电流的路径与前幅图相同，但是测量电压使用的是另外两个接触点。尽管电压计测量的电压也包含了导线电压和接触电压，但由于电压计的内阻（>1012Ω）很大，通过电压计的电流非常小，因此，导线电压与接触电压可以忽略不计，测量的电压值基本上等于电阻器两端的电压值。这样消除掉了寄生压降，使得测量变得精确了。之后，四探针法变得十分普及。8四探针测试仪最常见四探针测试仪为RTS和SDY系列。测试探针RTS-8型四探针测试仪（左）、SDY-5型四探针测试仪（右）被测样品主要组成：四探针头、可调的直流恒流源、电位差计和检流

5、计四探针头：要求导电性能好，质硬耐磨。针尖的曲率半径30-500μm，四根探针要固定且等距排列在一条直线上，其间距通常为1mm，探针与被测样品间的压力一般为20牛顿。恒流源的输出电流要稳定且可调，能提供从微安级到几十毫安的电流。电位差计是采用补偿法测微小电压的仪器，其优点是当调节平衡后，测量线路和被测线路间都无电流流过。四探针传统应用图3.四探针技术的传统应用四探针测试原理四根等距探针竖直的排成一排，同时施加适当的压力使其与被测样品表面形成欧姆连接，用恒流源给两个外探针通以小电流I，精准电压表测量内侧

6、两探针间电压V，根据相应理论公式计算出样品的薄膜电阻率1.工作原理简单2.测试精度高3.操作方便四探针测试原理图四探针测试方法分类四探针测试技术方法分为直线四探针法和方形四探针法。方形四探针法具有测量较小微区的优点，可以测试样品的不均匀性，微区及微样品薄层电阻的测量多采用此方法。四探针法按发明人又分为Perloff法、Rymaszewski法、范德堡法、改进的范德堡法等。值得提出的是每种方法都对被测样品的厚度和大小有一定的要求，当不满足条件时，必须考虑边缘效应和厚度效应的修正问题。下面重点介绍直线四探

7、针法。132、直线四探针法测量原理在直线四探针技术中，四根探针通常是等距排成一条直线，给探针施加一定压力，使之垂直地压在一块相对于探针间距可视为半无穷大的样品上。外侧的两个探针之间施加电流，中间的两个探针之间放置高精度电压表，就可以测出被测样品的电阻率。测量电路如下图所示：探针2处的电势V=Iρ（1/S-1/2S）/2π2探针3处的电势V=Iρ（1/2S-1/S）/2π3探针2和3之间的电势差V=V-V=Iρ/2πS2323被测样品的电阻率ρ=2πSV/I=CV/I2323其中，C为四探针的探针系数，

8、它的大小取决于四根探针的排列方法和针距。若取电流值I=C时，则ρ=V，可由数字电23压表直接读出。14半导体材料的电阻率：在半无穷大样品上的点电流源，若样品的电阻率ρ均匀，引入点电流源的探针其电流强度为I，则所产生的电力线具有球面的对称性，即等位面为一系列以点电流为中心的半球面，如图所示。在以r为半径的半球面上，电流密度j的分布是均匀的。若E为r处的电场强度，则：IEj22r由电场强度和电位梯度以及球面对称关系，则dVEdr（1）IdV