CN110187184A - 一种电阻率测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体材料技术领域，提供了一种电阻率测量仪，包括：底座、安装在底座上的测量仪主机、试样托盘、压力传动机构，压力传动机构通过支架与底座连接，压力传动机构上安装有测量探头，测量探头分别与压力传动机构、测量仪主机通信连接，测量探头所测量到的数据通过测量仪主机的屏幕显示；其中，测量仪主机包括DC/AC变换器，电压测量计，恒流源和微电脑控制系统，测量探头包括第一金属探针、第二金属探针、第三金属探针和第四金属探针，第一金属探针、第四金属探针和恒流源连接，第二金属探针、第三金属探针与电压测量计连接。本发明所提供的电阻率测量仪结构简单、稳定可靠性好、操作方便、精确度高、对试样的几何尺寸要求较低。

Description

一种电阻率测量仪

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，特别涉及一种用于硅外延片的电阻率测量仪。

背景技术

随着国内电子信息产业的飞速发展，微电子工业已成为国民经济的支柱产业，在我国的国防、经济和科技现代化方面起着非常重要的作用。随着半导体工业的发展，对电子元器件的需求量越来越大，对电子元器件材料及其制备工艺的研究也越来越重要。

在一些电子元器件例如二极管、三极管、VDMOS等其它器件的制作过程中，需要在重掺杂的单晶硅衬底上外延生长一层外延层，而这一外延层的电阻率是这些元器件的一个很重要的参数指标，通过对它的测量可以得到外延层的掺杂浓度等重要信息，它将直接影响到生产出来的器件的性能。

目前，不论在国外或国内，超大规模集成电路正向越来越高集成的方向发展，这样，对半导体材料及工艺提出了更高的要求，它要求半导体材料参数在一个片子上具有很好的均匀性，所以为了适应集成电路技术快速发展的需求，对半导体材料提出了更高的检测要求：不仅要简便、快捷、准确，而且必须符合每个工艺流程的需要。这就更加需要测量可靠性好，精确度高的测量仪器。

发明内容

为了解决上述问题或至少部分地解决上述技术问题，在本申请的一个实施方式中，提供了一种精确度高、稳定可靠性好、操作方便、成本较低的电阻率测量仪，包括：底座、安装在底座上的测量仪主机、试样托盘、压力传动机构，所述压力传动机构通过支架与所述底座连接，所述压力传动机构上安装有测量探头，所述测量探头分别与所述压力传动机构、所述测量仪主机通信连接，所述测量探头所测量到的数据通过所述测量仪主机的屏幕显示；

其中，所述测量仪主机包括DC/AC变换器，电压测量计，恒流源和微电脑控制系统，所述测量探头包括第一金属探针、第二金属探针、第三金属探针和第四金属探针，所述第一金属探针、所述第四金属探针和所述恒流源连接，所述第二金属探针、所述第三金属探针与所述电压测量计连接。

可选地，试样托盘与底座可拆卸连接。

可选地，压力传动机构通过测量仪主机控制测量探头相对于支架上升或者下降。

可选地，测量探头与试样托盘垂直设置，且第一金属探针、第二金属探针、第三金属探针和第四金属探针阵列设置。

在本申请的一个实施方式中，还提供了一种电阻率测量仪的使用方法，包括：

将电阻率测量仪主机接通电源，测量仪主机控制压力传动机构调节测量探头自动复位，并上升到规定位置；测量仪主机屏幕电流指示灯停在1mA位置上，电压量程指示灯停在2V位置，测量模式指示灯停在电阻率测量模式；

将试样托盘固定在底座上；

将所要检测的试样放置在试样托盘上；

按下测量仪主机上的启动按键，测量仪主机控制压力传动机构调节测量探头下降，测量探头包括第一金属探针、第二金属探针、第三金属探针、第四金属探针，第一金属探针、第二金属探针、第三金属探针、第四金属探针分别与试样表面接触；

测量仪主机屏幕上显示测量结果，按下测量仪主机上的复位按键，测量仪主机控制压力传动机构使得测量探头复位。

本发明可以实现对试样(例如半导体外延片)的电阻率采用四探针测量法进行测量，电阻率的测量范围达到了10-4～106Ω.cm，并且两个金属探针用来测量电流，另外两个金属探针用来测量电压，大幅减小了每个金属探针的电阻、金属探针间分布的电阻、金属探针与半导体材料间的接触电阻的测试误差，使得测量取数更快、测量精度更高、测量范围更宽。

本发明采用了微电脑控制系统控制测量中所需要的恒流电流值、电压降的测量，并通过微电脑系统的运算得到测量电阻和电阻率，无需人工进行任何辅助计算。

本发明结构简单，稳定可靠性好，易操作，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅用于示意本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图中未提及的技术特征、连接关系乃至方法步骤。

图1为本发明电阻率测量仪的结构示意图；

图2为本发明电阻率测量仪的俯视示意图。

附图标记说明：

101-底座；102-试样托盘；103-试样；104-测量探头；1-第一金属探针；2-第二金属探针；3-第三金属探针；4-第四金属探针；105-支架；106-压力传动机构；107-测量仪主机；108-电压测量计；109-恒流源。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本申请提供了一种电阻率测量仪及其使用方法。

参见图1所示，电阻率测量仪包括：底座101、安装在底座101上的测量仪主机107、试样托盘102、压力传动机构106，所述压力传动机构106通过支架105与所述底座101连接，所述压力传动机构106上安装有测量探头104，所述测量探头104分别与所述压力传动机构106、所述测量仪主机107通信连接，所述测量探头104所测量到的数据通过所述测量仪主机107的屏幕显示。

其中，所述测量仪主机107包括DC/AC变换器，电压测量计108，恒流源109和微电脑控制系统，所述测量探头104包括第一金属探针1、第二金属探针2、第三金属探针3和第四金属探针4，所述第一金属探针1、所述第四金属探针4和所述恒流源109连接，所述第二金属探针2、所述第三金属探针3与所述电压测量计108连接。

本申请电阻率检测装置是通过测量仪主机107控制恒流源109输出电流，通过第一金属探针1、第四金属探针4在试样103表层形成电位差，再通过第二金属探针2、第三金属探针3所连接的电压测量计108将检测到的电压降传至测量仪主机107中的DC/AC变换器，最终通过测量仪主机107的微电脑控制系统将测量数据计算后显示在屏幕上。

在本实施方式中，试样托盘102与底座101可拆卸连接。测试前可以将试样托盘102通过卡扣安装在底座101上。

在实际使用时，压力传动机构106通过测量仪主机107控制测量探头104相对于支架105上升或者下降。

测量探头104与试样托盘102垂直设置，在实际使用时，第一金属探针1、所述第二金属探针2、所述第三金属探针3和所述第四金属探针4在测量时呈一条直线并以一定的压力垂直地压在被测试样103表面所需测量的位置。其中，测量探头104可以采用碳化钨制成，直径可以为0.4-0.6mm，优选直径为0.5mm。

另外，第一金属探针1、第二金属探针2、第三金属探针3和第四金属探针4阵列设置，相邻金属探针之间的间距可以为1mm。

在本申请的一个实施方式中，还提供了一种电阻率测量仪的使用方法，包括：

将电阻率测量仪主机107接通电源，测量仪主机107控制压力传动机构106调节测量探头104自动复位，并上升到规定位置；测量仪主机107屏幕电流指示灯停在1mA位置上，电压量程指示灯停在2V位置，测量模式指示灯停在电阻率测量模式；

将试样托盘102固定在底座101上；

将所要检测的试样103放置在试样托盘102上；

按下测量仪主机107上的启动按键，测量仪主机107控制压力传动机构106调节测量探头104下降，测量探头104包括第一金属探针1、第二金属探针2、第三金属探针3、第四金属探针4，第一金属探针1、第二金属探针2、第三金属探针3、第四金属探针4分别与试样103表面接触；

测量仪主机107屏幕上显示测量结果，按下测量仪主机107上的复位按键，测量仪主机107控制压力传动机构106使得测量探头104复位。

如果测量结果显示“F”，则为超量程，可以减小测量仪主机107恒流源的设置值，如果电压量程置于最高，恒流电源置于最小，仍显示超量程则可能是被测试样电阻太大，已超出了本仪器的量测范围；当测量结果为0，则可以增大恒流电流或减小电压量程，调整电流或电压量程，直至测量结果可以显示三位以上的读数为最好的量程组合。

在选择量程时必须注意的是，如已知被测试样的电阻率大于10Ω时，建议不要使用10mA以上的恒流源，原因是10mA以上的恒流源使用较低的工作电压，而试样表面的接触电阻又较大，会使恒流源工作不正常。

根据附图2对本发明硅外延片电阻率测量仪原理进行简单说明：

测量仪主机107控制恒流源109产生一个高稳定性的恒流电流I(mA)输送到第一金属探针1、第四金属探针4上，则在试样硅外延片上产生一个电位差V，这个电位差V由第二金属探针2、第三金属探针3连接的高灵敏度电压测量计108测量得到，然后通过测量仪仪器主机的DC/AC变换器后进行数据计算硅外延片的电阻率ρ，其中ρ＝C V/I，式中C为探针修正系数。本发明电阻率测量仪的探针系数C≈6.28±0.05cm。

本发明可以实现对半导体外延片的电阻率采用四探针测量法进行测量，电阻率的测量范围达到了10-4～106Ω.cm，并且两个金属探针用来测量电流，另外两个金属探针用来测量电压，大幅减小了每个金属探针的电阻、金属探针间分布的电阻、金属探针与半导体材料间的接触电阻的测试误差，使得测量取数更快、测量精度更高、测量范围更宽。

本发明采用了微电脑控制系统控制测量中所需要的恒流电流值、电压降的测量，并通过微电脑系统的运算得到测量电阻和电阻率，无需人工进行任何辅助计算。

应当理解，在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本申请实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述某些部件，但这些部件不应仅仅被限于定于这些术语中。这些术语仅用来将各部件彼此区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一某某部件也可以被称为第二某某部件，类似地，第二某某部件也可以被称为第一某某部件。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于监测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果监测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当监测(陈述的条件或事件)时”或“响应于监测(陈述的条件或事件)”。

在本申请的实施方式中，“大体上等于”、“大体上垂直于”、“大体上对称”等等的意思是，所指的两个特征之间在宏观上的尺寸或相对位置关系十分接近于所述及的关系。然而本领域技术人员清楚，由于误差、公差等客观因素的存在而使得物体的位置关系在小尺度乃至微观角度难以被正好约束。因此即使二者之间的尺寸、位置关系稍微存在点误差，也并不会对本申请的技术效果的实现产生较大影响。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

在上述的各实施方式中，尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是本领域的普通技术人员应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、单元、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、单元、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本申请的范围。

最后应说明的是，本领域的普通技术人员可以理解，为了使读者更好地理解本申请，本申请的实施方式提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。

Claims (5)

1.一种电阻率测量仪，其特征在于，包括：底座、安装在底座上的测量仪主机、试样托盘、压力传动机构，所述压力传动机构通过支架与所述底座连接，所述压力传动机构上安装有测量探头，所述测量探头分别与所述压力传动机构、所述测量仪主机通信连接，所述测量探头所测量到的数据通过所述测量仪主机的屏幕显示；

其中，所述测量仪主机包括DC/AC变换器，电压测量计，恒流源和微电脑控制系统，所述测量探头包括第一金属探针、第二金属探针、第三金属探针和第四金属探针，所述第一金属探针、所述第四金属探针和所述恒流源连接，所述第二金属探针、所述第三金属探针与所述电压测量计连接。

2.根据权利要求1所述的电阻率测量仪，其特征在于：所述试样托盘与所述底座可拆卸连接。

3.根据权利要求1所述的电阻率测量仪，其特征在于：所述压力传动机构通过所述测量仪主机控制所述测量探头相对于所述支架上升或者下降。

4.根据权利要求1所述的电阻率测量仪，其特征在于：所述测量探头与所述试样托盘垂直设置，且第一金属探针、所述第二金属探针、所述第三金属探针和所述第四金属探针阵列设置。

5.一种电阻率测量仪的使用方法，其特征在于，包括：

将电阻率测量仪主机接通电源，测量仪主机控制压力传动机构调节测量探头自动复位，并上升到规定位置；测量仪主机屏幕电流指示灯停在1mA位置上，电压量程指示灯停在2V位置，测量模式指示灯停在电阻率测量模式；

将试样托盘固定在底座上；

将所要检测的试样放置在试样托盘上；

按下测量仪主机上的启动按键，测量仪主机控制压力传动机构调节测量探头下降，测量探头包括第一金属探针、第二金属探针、第三金属探针、第四金属探针，所述第一金属探针、所述第二金属探针、所述第三金属探针、所述第四金属探针分别与试样表面接触；

测量仪主机屏幕上显示测量结果，按下测量仪主机上的复位按键，测量仪主机控制压力传动机构使得测量探头复位。