薄層電阻測量技術(shù)原理簡介

薄層電阻是指一塊正方形薄層沿其對邊平面方向的電阻,單位為Ω/□（圖1）。若正方形薄層的邊長為l，厚度為xj，截面積為A,平均電阻率為，薄層電阻Rs為由上式可知，薄層電阻只與薄層材料的平均電阻率及其厚度有關(guān)，與方塊的邊長無關(guān)?！〗?jīng)常通過外延生長、雜質(zhì)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(fā)工藝、濺射工藝在絕緣材料上覆蓋一層金屬薄膜。這些結(jié)構(gòu)的薄層電阻值在半導(dǎo)體器件和集成電路生產(chǎn)中都是需要受到精確控制的重要工藝參數(shù)。半導(dǎo)體薄層電阻的大小取決于薄層中摻入雜質(zhì)的情況。當(dāng)雜質(zhì)分布形式確定后，通過測量薄層電阻就能推算出表面雜質(zhì)濃度。　在半導(dǎo)體工藝中，廣泛使用四探針法測量薄層電阻（圖2）。四個針尖排在一直線上，測量時電流由外側(cè)兩根探針流經(jīng)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(nèi)側(cè)探針測量電壓。探針的間距相等,均為s。當(dāng)薄層厚度xjs時，可算出式中U為電壓值（伏）；I為電流值（安;）C為修正系數(shù)，當(dāng)樣品的尺寸遠(yuǎn)大于s時，C=4.532。

在硅平面工藝中，往往通過一些專門設(shè)計的測試圖形來檢測薄層電阻。這些圖形形成在芯片邊緣，或者專門的測試片上（與其他參數(shù)的測試圖形一起），它們和集成電路芯片同時經(jīng)歷各項工藝步驟。通過這樣一些測試圖形測得的薄層電阻，更加準(zhǔn)確地反映器件和電路中的實際情況。若在大圓硅片上作成布滿測試圖形的陣列，還可得到整個圓片上薄層電阻值分布的均勻性。　圖3為矩形條的薄層電阻測試圖形。有陰影線的方塊處為金屬化的歐姆接觸。電流I由外側(cè)的兩處接觸通過條狀薄層,中間的兩處接觸用于測量電壓U。矩形條的寬度W以及產(chǎn)生電壓降U的一段長度L均可測量。根據(jù)薄層電阻的定義，可得條狀測試結(jié)構(gòu)與單塊集成電路中的電阻器的情況相似。

正方形范德堡測試結(jié)構(gòu)中（圖4），正中是需要測量的正方形薄層。測量時，從任一邊的兩個歐姆接觸點通入電流I,從對邊的兩個歐姆接觸點測量電壓U。由于圖形的高度對稱,若在此局部范圍內(nèi)薄層電阻的平面分布均勻，則薄層電阻值Rs為通過對換電壓和電流測試點，并用測得的數(shù)據(jù)求出平均值就能消除因圖形不對稱所引起的誤差。