CN110426558A - 导电薄膜方块电阻多探针测量方法及测量头 - Google Patents

Abstract

一种导电薄膜方块电阻多探针测量方法及测量头，涉及薄膜检测技术领域，所解决的是提升边缘测量能力的技术问题。该方法在目标样品上设定5个测量点，其中的4个点按传统四探针法排列成一个直线段P₁₄，P5设置在直线段P₁₄的中垂线上，并位于直线段P₁₄的内侧；然后在P1、P4处导入测量电流I的情况下，测量P2、P5之间的电势差U_25A及P2、P3之间的电势差U₂₃；在P1、P3处导入测量电流的情况下，测量P2、P5之间的电势差U_25B；再将U|_25A/U|_25B作为r的值推导出r‑Cf函数曲线；再根据r‑Cf函数曲线求得校正因子Cf的值，并根据校正因子Cf的值计算目标样品的方块电阻。本发明提供的方法及测量头，用于导电薄膜的测量。

Description

导电薄膜方块电阻多探针测量方法及测量头

技术领域

本发明涉及薄膜检测技术，特别是涉及一种导电薄膜方块电阻多探针测量方法及测量头的技术。

背景技术

四探针测量方法被广泛应用于各个领域中方块电阻Rs的测量，尤其是在半导体集成电路芯片生产制造中，四探针测量是各类导电薄膜相关制备工艺检测的必备手段。

如图3所示，四探针测量方法的原理是：在样品S2的表面设定从左至右等间距直线排列的4个探针的测量点，将该4个测量点分别定义为P1、P2、P3、P4，利用2根探针在P1、P4处导入测量电流I时，就会在样品表面形成特定的电势分布，此时再用另2根探针测量P2、P3之间的电势差U₂₃，理论上当探针远离样品边缘并导电特性均匀的时候，探针测得的电势差仅仅与样品的导电特性(方块电阻)、测量点位置有关，当四根探针的测量点共线、等间距且远离样品边缘时，可以从理论上推导出一个方块电阻Rs的简单计算公式：

由于实际使用中，4个探针的测量点无法做到理想等距分布，因此运用上式计算时就会产生偏差，为了避免这一偏差，出现了一种双测试法对测量点位置加以修正，该方法的过程是：先用上述方法得到P2、P3之间的电势差U₂₃，之后再将同样的测量电流I导入P1、P3，并测量P2、P4之间的电势差U₂₄，将U₂₃/U₂₄的值定义为r，最后可以通过公式：计算出方块电阻Rs的值，其中的校正因子Cf是比值r的函数，r-Cf函数曲线的公式可通过理论推导得到，该方法推导出的r-Cf函数曲线如图4所示。

双测试法虽然克服了计算偏差的问题，但是由于一些理论上的限制，其测量区域无法向样品边缘做进一步拓展，其原因如下：

设4个探针的测量点落在直线段P₁₄上，并且直线段P₁₄的两端端点为P1、P4，直线段P₁₄的中点与样品S2边缘的距离为D；

当D值大于某个临界值的时候(针间距为1毫米的情况下，这个临界值约为1.1毫米)，校正因子Cf是比值r的单调增函数，当D等于该临界值时，r-Cf函数曲线会出现拐点，当D小于该临界值时，校正因子Cf变成比值r的单调减函数。

这样，就使得测得的r值有两个对应的Cf值，当D值在临界值附近时，就无法确定D值是大于临界值，还是小于临界值，从而无法确定哪个Cf值与D值是相对应的，因此只能在可测区域内(即：D值明显大于临界值的区域)进行。

除此之外，直线段P₁₄与样品边缘之间的夹角θ的变化会导致r-Cf函数曲线的拐点区域发生移动，而该夹角θ很难精确的测定，该夹角θ带来的测量误差会进一步放大边缘效应对可测区域的限制。

综上所述，由于四探针测量方法存在着一些理论上的局限，阻碍了其边缘测量能力的进一步提升。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种边缘测量能力好的导电薄膜方块电阻多探针测量方法及测量头。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种导电薄膜方块电阻多探针测量方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)在目标样品上设定5个测量点，并将该5个测量点分别定义为P1、P2、P3、P4、P5；

其中的P1、P2、P3、P4从左至右等间距排列，并且该4个测量点连成一个直线段P₁₄，并且直线段P₁₄的两端端点分别为P1、P4；

其中的P5位于直线段P₁₄的中垂线上，并且P5位于直线段P₁₄的内侧；

2)设定测量电流I的值，并采用2种测量方式实施测量；

测量方式1：在P1、P4处导入测量电流I，并测量P2、P5之间的电势差U_25A，及P2、P3之间的电势差U₂₃；

测量方式2：在P1、P3处导入测量电流I，并测量P2、P5之间的电势差U_25B；

3)令r＝U_25A/U_25B，并推导出r-Cf函数曲线；

4)通过r-Cf函数曲线求得校正因子Cf的值，并根据校正因子Cf的值计算目标样品的方块电阻Rs，计算公式为：

本发明还提供了用于实现上述导电薄膜方块电阻多探针测量方法的测量头，该测量头包括探头座，其特征在于：所述探头座上设有5个探针，该5个探针分别为第一探针、第二探针、第三探针、第四探针、第五探针；

所述第一探针、第二探针、第三探针、第四探针依序等间距直线排列；

所述第一探针、第四探针、第五探针布设成等腰三角形的形状，并且第五探针位于在等腰三角形的顶角部，第一探针、第四探针分别位于等腰三角形的两底角部。

本发明提供的导电薄膜方块电阻多探针测量方法及测量头，在传统四探针法中引入第五个测量点，通过加入新的测量参数来得到更多的物理信息，使得边缘可测区域得到拓展，具有边缘测量能力好的特点。

附图说明

图1是本发明实施例的导电薄膜方块电阻多探针测量方法的原理图；

图2是本发明实施例的导电薄膜方块电阻多探针测量方法的r-Cf函数曲线的曲线图；

图3是传统四探针测量法的原理图；

图4是传统双测试法的r-Cf函数曲线图的曲线图；

图5是本发明实施例的导电薄膜方块电阻多探针测量方法在直线段P₁₄与样品边缘之间的夹角θ分别为9.5度、10度、10.5度时所得出的r-Cf函数曲线的曲线图；

图6是传统双测试法在直线段P₁₄与样品边缘之间的夹角θ分别为9.5度、10度、10.5度时所得出的r-Cf函数曲线的曲线图；

图7是本发明实施例的用于实现导电薄膜方块电阻多探针测量方法的测量头的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围，本发明中的顿号均表示和的关系，本发明中的英文字母区分大小写。

如图1所示，本发明实施例所提供的一种导电薄膜方块电阻多探针测量方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)在目标样品S1上设定5个测量点，并将该5个测量点分别定义为P1、P2、P3、P4、P5；

其中的P1、P2、P3、P4从左至右等间距排列，并且该4个测量点连成一个直线段P₁₄，并且直线段P₁₄的两端端点分别为P1、P4，直线段P₁₄的中点与目标样品S1的边缘之间的间距为D；

其中的P5位于直线段P₁₄的中垂线上，并且P5位于直线段P₁₄的内侧(朝向目标样品中心的一侧为内侧，朝向目标样品边缘的一侧为外侧)；

2)设定测量电流I的值，并采用2种测量方式实施测量；

测量方式1：在P1、P4处导入测量电流I，并测量P2、P5之间的电势差U_25A，及P2、P3之间的电势差U₂₃；

测量方式2：在P1、P3处导入测量电流I，并测量P2、P5之间的电势差U_25B；

3)令r＝U_25A/U_25B，并推导出r-Cf函数曲线,推导出的r-Cf函数曲线如图2所示；

推导r-Cf函数曲线的方法为现有技术，该推导方法在1954年出版的期刊Proceedings of the IRE的第42期的420页发表的文章Resistivity Measurements onGermanium for Transistors中已有记载，本例不再赘述；

4)通过r-Cf函数曲线求得校正因子Cf的值，并根据校正因子Cf的值计算目标样品的方块电阻Rs，计算公式为：

在P1、P2、P3、P4这四个点的点间距为1毫米，直线段P₁₄与样品边缘之间的夹角θ为10度的测试条件下，本发明实施例的方法及传统双测试法所推导出的r-Cf函数曲线的曲线图如图2、图4所示；

其中，图2是本发明实施例的方法所推导出的r-Cf函数曲线的曲线图，该图中的r＝U_25A/U_25B；图4是传统双测试法所推导出的r-Cf函数曲线的曲线图，该图中的r＝U₂₃/U₂₄，U₂₄可以在步骤2)的测量方式2中，通过测量P2、P4之间的电势差得到；

通过图2、图4可以看出，传统双测试法所推导出的r-Cf函数曲线在1毫米附近出现拐点，而本发明实施例的方法所推导出的r-Cf函数曲线是一条单调曲线，并不存在理论拐点，样品上的所有区域都可以测量。

在P1、P2、P3、P4这四个点的点间距为1毫米的情况下，当直线段P₁₄与样品边缘之间的夹角θ分别为9.5度、10度、10.5度时，本发明实施例的方法及传统双测试法所推导出的r-Cf函数曲线的曲线图如图5、图6所示；

其中，图5是本发明实施例的方法在直线段P₁₄与样品边缘之间的夹角θ分别为9.5度、10度、10.5度时所得出的r-Cf函数曲线的曲线图，该图中的r＝U_25A/U_25B；图6是传统双测试法在直线段P₁₄与样品边缘之间的夹角θ分别为9.5度、10度、10.5度时所得出的r-Cf函数曲线的曲线图，该图中的r＝U₂₃/U₂₄；

通过图5、图6可以看出，传统双测试法在距离样品边缘1毫米距离的时候，夹角θ产生0.5度的偏斜就能导致r-Cf函数曲线的拐点区域发生较大移动，会造成明显的测量误差；而本发明实施例的方法在三种倾斜角下的曲线在距离样品边缘0.5毫米之外重合，意味着采用本发明实施例的方法在距离样品边缘0.5毫米之外的区域内测量，夹角θ的偏斜可以被忽略，因此本发明实施例的方法相比传统双测试法具有更强的测量能力。

如图7所示，本发明实施例所提供的用于实现上述导电薄膜方块电阻多探针测量方法的测量头，该测量头包括探头座A1，其特征在于：所述探头座A1上设有5个探针，该5个探针分别为第一探针J1、第二探针J2、第三探针J3、第四探针J4、第五探针J5；

所述第一探针J1、第二探针J2、第三探针J3、第四探针J4依序等间距直线排列；

所述第一探针J1、第四探针J4、第五探针J5布设成等腰三角形的形状，并且第五探针J5位于在等腰三角形的顶角部，第一探针J1、第四探针J4分别位于等腰三角形的两底角部。

Claims (2)

1.一种导电薄膜方块电阻多探针测量方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)在目标样品上设定5个测量点，并将该5个测量点分别定义为P1、P2、P3、P4、P5；

其中的P1、P2、P3、P4从左至右等间距排列，并且该4个测量点连成一个直线段P₁₄，并且直线段P₁₄的两端端点分别为P1、P4；

其中的P5位于直线段P₁₄的中垂线上，并且P5位于直线段P₁₄的内侧；

2)设定测量电流I的值，并采用2种测量方式实施测量；

测量方式1：在P1、P4处导入测量电流I，并测量P2、P5之间的电势差U_25A，及P2、P3之间的电势差U₂₃；

测量方式2：在P1、P3处导入测量电流I，并测量P2、P5之间的电势差U_25B；

3)令r＝U_25A/U_25B，并推导出r-Cf函数曲线；

4)通过r-Cf函数曲线求得校正因子Cf的值，并根据校正因子Cf的值计算目标样品的方块电阻Rs，计算公式为：

2.一种用于实现权利要求1所述的导电薄膜方块电阻多探针测量方法的测量头，该测量头包括探头座，其特征在于：所述探头座上设有5个探针，该5个探针分别为第一探针、第二探针、第三探针、第四探针、第五探针；

所述第一探针、第二探针、第三探针、第四探针依序等间距直线排列；

所述第一探针、第四探针、第五探针布设成等腰三角形的形状，并且第五探针位于在等腰三角形的顶角部，第一探针、第四探针分别位于等腰三角形的两底角部。