雙位組合四探針法與常規四探針法的對比研究

王倩

(中國電子科技集團公司第四十六研究所，天津300220)

薄層電阻是指一塊正方形薄層沿其對邊平面方向的電阻。我們通過外延生長、雜質擴散工藝或離子注入摻雜工藝在單晶襯底上形成一層異型薄層(如在N型襯底上形成P型層或在P型襯底上形成N型層)，或通過真空蒸發工藝、濺射工藝在絕緣材料上覆蓋一層金屬薄膜。這些結構的薄層電阻值在半導體器件和集成電路生產中都是需要受到精確控制的重要工藝參數。半導體薄層電阻的大小取決于薄層中摻入雜質的情況。當雜質分布形式確定后，通過測量薄層電阻就能推算出表面雜質濃度。

在半導體工藝中，廣泛使用四探針法測量薄層電阻。四個針尖排在一直線上，測量時電流由外側兩根探針流經薄層（因薄層與襯底的摻雜型號相異，電流基本上不通過襯底），并用兩根內側探針測量電壓。用四探針法測試半導體電阻率時，當被測樣品厚度值不能滿足理論上提出相應的要求時，必須對測試值加以“厚度修正”。設W為被測樣品真實厚度，一般以cm為單位。在進入測量過程后，探針間距S(探針間距平均值)就起著重要作用(如圖2所示)。被測樣品的厚與薄，是與S相比較而言，S成為度量厚度的單位，厚度在此是個相對概念。所以我們在這里令a代表以S為單位的相對厚度：即a=W/S，(a為無量綱值)。所以，當要進行“厚度修正”時，厚度修正函數將表現為a的復雜函數。同理，在樣品邊界附近測量時，探針距邊界的距離也應以S為基值來衡量，是否要進行邊界修正，與S值也有密切關系。……