CN102012461A

CN102012461A - 一种高阻硅的电阻率测试方法

Info

Publication number: CN102012461A
Application number: CN2010105205620A
Authority: CN
Inventors: 黎亚文; 杨旭
Original assignee: EMEI SEMICONDUCTOR MATERIAL INSTITUTE
Current assignee: EMEI SEMICONDUCTOR MATERIAL INSTITUTE
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2011-04-13

Abstract

本发明公开了一种高阻硅的电阻率测试方法，属于电阻率测试领域。该电阻率测试方法引进了高精密电阻率测试系统，在测试过程中的待测硅晶体表面处理工序增加了酒精擦除的步骤，并且通过多次实验选定了最为适当的测试环境，使得在保证高精密电阻率测试系统的性能得到很好发挥的同时，测试得出的电阻率值也相对比较稳定。通过本发明，能够精确并且稳定地测试电阻率>10000Ω·cm的高阻硅晶体。

Description

一种高阻硅的电阻率测试方法

技术领域

本发明涉及一种电阻率测试方法，尤其是一种高阻硅的电阻率测试方法。

背景技术

硅电阻率是硅单晶的重要参数之一，它反映了补偿后的杂质浓度与半导体中的载流子浓度的关系；并与半导体器件有密切的关系，同时又根据器件的种类，制作工艺与技术要求对制造器件的硅单晶电阻率提出了一定的要求。可见电阻率测试的精确度将直接影响到元器件的性能。

目前测试硅材料电阻率的分布情况采用四探针法和二探针法。该电阻率测试系统主要由：高灵敏度的数字电压表和高稳定高精度的恒流源、测试台、探头(特别地，为直排四探针法)等组成。直排四探针法用针距约为1mm的四探针同时压在样品的平整表面上，利用恒流源给外面的两根探针(探针1和4)通以电流，然后在中间两根探针上用电位计或其他高输入阻抗的电压表测量电压降，再根据公式计算出电阻率：

ρ=C·V₂₃/I

其中C为四探针的探针系数，C的大小取决于四探针的排列方式和针距，探针的排列方式、间距确定以后，探针系数C就是一个常数，与样品和其他测试条件无关。V₂₃是探针2和探针3之间的电压，I是通过探针1和探针4流过样品的电流。在硅电阻率的测试中，通常通过调节恒流源的电流值，使得该电流值等于探针系数C，此时ρ= V₂₃。换句话说，硅电阻率值等于由数字电压表测出的探针2和探针3之间的电压值。

然而，在采用上述系统来测试硅电阻率，只能使得电阻率值的测量在1～10000Ω·cm的范围稳定有效。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够精确并且稳定地测量电阻率大于10000Ω·cm的硅晶体的测试方法。

本发明采用的技术方案如下：该高阻硅的电阻率测试方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1) 将数控恒流源与直排四探针中的探针1和探针4相连接，测试设备与直排四探针中的探针2和探针3相连接；

(2) 将数控恒流源开机预热30分钟；

(3) 处理待测硅晶体的表面：喷砂去除待测硅晶体表面的玷污和表面氧化层，再用酒精将待测硅晶体擦净；

(4) 在无光照的环境中，将室温调节至21～25℃，相对湿度调节至≤65%，并且将经处理的待测硅晶体放置于测试台上；

(5) 调整直排四探针的高度使其与待测硅晶体相压合，此时数控恒流源通过探针1和探针4输出测试电流，其中测试电流的数值与直排四探针的探针系数相等；

(6) 向测试设备中输入待测硅晶体的类型、厚度、室温以及相对湿度，测试设备开始测试；

(7) 待测试完成后，测试设备将所有测试点的数据以电子表格的形式输出。另外，室温和相对湿度的最佳范围是：室温在21～25℃之间并且相对湿度≤65%。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本测试方法引进了高精密电阻率测试系统，该电阻率测试仪包含精密数控恒流源、测试设备和直排四探针等，其中由数控恒流源代替了先前普通的恒流源，由测试设备代替了先前的数字电压表，当探针与待测硅晶体压合时，数控恒流源根据压力砝码自动输出相应的测试电流，而不需要手动调节，测试完成后，测试设备可以将所有测试点的数据以电子表格的形式自动输出，而不用手动记录，适用于大批量生产中；

2.本测试方法还在待测硅晶体的表面处理过程中，增加了酒精擦除的工序，使得直排四探针与待测硅晶体能够更好地耦合；

3.本测试方法在高精密电阻率测试系统的工作范围中，通过多次实验选定了相应的测试环境参数(无光照条件下室温在21～25℃之间，相对湿度调节至≤65%)，以使在该电阻率测试系统中各装置的性能得到很好发挥的同时，由其测试出的电阻率值的稳定性也相对较高；

4.随着待测硅晶体电阻率增加，与四探针法相比，本测试方法测量得出的电阻率值更精确，数据更为稳定并且重复性更好，适用于电阻率>10000Ω·cm的高阻硅测量。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是直排四探针法中的各装置的连接关系示意图；

图2是本测试方法中各装置的连接关系示意图；

图3是本测试方法的流程图；

图4是四探针法与本测试方法中测试数据的对比表格。

图中标记：1为探针1，2为探针2，3为探针3，以及4为探针4。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

目前测试硅电阻率的分布情况通常采用四探针法和二探针法。测试过程中所涉及的装置主要包含高灵敏度的数字电压表和恒流源、测试台、探针等。如图1所示，直排四探针法中，探针1和探针4与恒流源相连接，探针2和探针3与数字电压表相连接，其中四个探针并排设置，其间距分别为S1、S2和S3。四探针法的测试原理是：利用恒流源给外面的两根探针(探针1和4)通以电流，然后在中间两根探针上用电位计或其他高输入阻抗的电压表测量电压降，再根据公式计算出电阻率：

ρ=C·V₂₃/I

其中C为四探针的探针系数，其取决于四探针的排列方式和针距，在四探针并排设置的情况下C是一个常数，与样品和其他测试条件无关。V₂₃是探针2和探针3之间的电压，I是通过探针1和探针4流过待测硅晶体的电流。在四探针法测试过程中，通常通过调节恒流源的电流值，使得该电流值等于探针系数C(I=C)，此时ρ= V₂₃，即数字电压表的值为待测硅晶体的电阻率值。特别地，该探针规格是四个探针之间的针距(S1、S2和S3)均为1 mm时，C=2πs=0.628 cm，调节恒流源I为0.628 mA，数字电压表的读数为待测硅晶体的电阻率。

在现有的硅电阻率测试方法中，需要针对不同规格的探针手动调整恒流源的电流值，手动记录数字电流表的读数。因此，此种测试方法不适用于批量生产。另外，现有测试方法中硅电阻率的测量范围也受到了限制，只能测量1～10000Ω·cm范围内的硅电阻，超出此范围测出的硅电阻率值数据不是很稳定，精确度也不是很高。

为了解决上述问题，本测试方法采用了高精密电阻率测试系统，该测试系统由数控恒流源，直排四探针，测试设备等组成。如图2所示，数控恒流源与探针1和探针4相连接，测试设备与探针2和探针3相连接，其中该数控恒流源能够根据探针压力砝码和待测硅晶体的参数(型号、厚度、测试环境温度和相对湿度等)来自动确定需要输出的电流值I(其中此电流值与探针系数C相等)，该测试设备能够测量出探针2与探针3之间的电压，并待测试完成后能将所有测量点的数据以表格的形式输出。特别地，该测试设备是安装有测试软件的计算机，该测试软件具有测量探针2与探针3之间电压的功能，并且在测试结束后能够将所有测试点的数据用同一Excel表格输出。

如图3所示，本发明中该电阻率测试方法包含以下步骤：

第一步，将该高精密高阻电阻率测试系统所包含的各装置按照图2所示连接：直排四探针的探针1和探针4与数控恒流源相连接，探针2和探针3与测试设备相连接，特别地，测试设备是安装有具有测试和输出功能的软件的计算机；

第二步，将数控恒流源开机预热30分钟；

第三步，处理待测硅晶体的表面：喷砂去除待测硅晶体表面的玷污和表面氧化层，再用酒精把待测硅晶体擦净，在此步骤中增加了酒精处理过程，使得四探针与待测硅晶体的耦合更好；

第四步，在无光照的环境中，将室温调节至诸如(但不限于)21℃，相对湿度调节至诸如(但不限于)65%，并且将经处理的待测硅晶体放置于测试台上，在此步骤中通过实验证明将室内环境调节到此种状态，各装置能够更好地发挥其性能，并且测试得出的硅电阻率的稳定性也更高，其中室温可以是21～25℃之间的任何一个值，相对湿度调节至≤65%即可，相对湿度过高可能会影响待测硅晶体的导电性；

第五步，调整直排四探针的高度使其与待测硅晶体相压合，数控恒流源根据直排四探针与待测硅晶体之间的压力砝码，在确定直排四探针与待测硅晶体耦合后自动输出数值与探针系数C相等的测试电流，而该测试电流的单位根据待测硅晶体的电阻率大小自动调节，诸如输出0.628 mA的测试电流；

第六步，向测试设备输入待测硅晶体的型号(P型或者N型)、厚度、温度、相对湿度输入测试设备中，测试设备根据输入的样品参数做出对应的分析处理，从而得出各测试点的测试值，其中待测硅晶体的型号可以通过硅晶体型号测量仪测量，而待测硅晶体的厚度可以通过螺旋测量仪测量；

第七步，待测试完成后，测试设备将待测硅晶体的所有测试点的数据以电子表格的形式输出，诸如以Excel表格的形式输出，其中该测试设备还可以与打印机相连接，将所有数据打印出来。

图4是四探针法与本测试方法中测试数据的对比表格，从图中可以看出，随着电阻率的增大，本测试方法得出的电阻率值更加精确，数据更为稳定，重复性更好，由此解决了现有技术中测量电阻率>10000Ω·cm的硅晶体时存在的数据不稳定的情况。

综上所述，在本发明除了引进了高精密电阻率测试系统，在测试过程中，在表面处理阶段增加了酒精处理的步骤，使得探针与待测硅晶体的耦合性更好，并且通过实验进一步限定了测试的环境参数，使得该高精密电阻率测试系统的性能得到较好发挥的同时，不影响硅晶体的测量，从而测量得出的硅电阻率值的稳定性更高。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.一种高阻硅的电阻率测试方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)将数控恒流源与直排四探针中的探针1和探针4相连接，测试设备与所述直排四探针中的探针2和探针3相连接；

(2)将所述数控恒流源开机预热30分钟；

(3)处理待测硅晶体的表面：喷砂去除所述待测硅晶体表面的玷污和表面氧化层，再用酒精将所述待测硅晶体擦净；

(4)在无光照的环境中，调节室温和相对湿度，并且将经处理的所述待测硅晶体放置于测试台上；

(5)调整所述直排四探针的高度使其与所述待测硅晶体相压合，此时所述数控恒流源通过所述探针1和所述探针4向所述待测硅晶体输出测试电流，其中所述测试电流的数值与所述直排四探针的探针系数相等；

(6)向所述测试设备中输入所述待测硅晶体的类型、厚度、室温以及相对湿度，经所述测试设备分析后开始测试；

(7)待测试完成后，所述测试设备将所有测试点的数据以电子表格的形式输出。

2.如权利要求1所述的高阻硅的电阻率测试方法，其特征在于，步骤(6)中所述室温在21～25℃之间，所述相对湿度≤65%。