JPS62168043A - ４点プロ−ブを用いた半導体ウエハ測定方法及び回路 - Google Patents
４点プロ−ブを用いた半導体ウエハ測定方法及び回路Info
- Publication number
- JPS62168043A JPS62168043A JP62003103A JP310387A JPS62168043A JP S62168043 A JPS62168043 A JP S62168043A JP 62003103 A JP62003103 A JP 62003103A JP 310387 A JP310387 A JP 310387A JP S62168043 A JPS62168043 A JP S62168043A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- component
- probes
- probe
- wafer
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims description 82
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 19
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 14
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 13
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 13
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/041—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/14—Measuring resistance by measuring current or voltage obtained from a reference source
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
- G01R31/282—Testing of electronic circuits specially adapted for particular applications not provided for elsewhere
- G01R31/2831—Testing of materials or semi-finished products, e.g. semiconductor wafers or substrates
Landscapes
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の分野］
本発明は、抵抗率測定方法及び回路に関し、特に、ＩＩ
Ｉ−Ｖ属化合物半導体を含む半導体の抵抗率を測定する
方法及び回路に関する。
Ｉ−Ｖ属化合物半導体を含む半導体の抵抗率を測定する
方法及び回路に関する。
［従来技術とその問題点］
単体半導体の表面層の抵抗率を正確に測定する技術及び
装置は、種々提案されている。しかし、ＩＩＩ−Ｖ属化
合物半導体の表面層の抵抗率の測定には困難な問題が存
在する。従来のＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体の表面層の抵
抗率の測定方法及び装置では、単体素子半導体の表面層
の測定の場合と同様な精度を得ることは出来なかった。
装置は、種々提案されている。しかし、ＩＩＩ−Ｖ属化
合物半導体の表面層の抵抗率の測定には困難な問題が存
在する。従来のＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体の表面層の抵
抗率の測定方法及び装置では、単体素子半導体の表面層
の測定の場合と同様な精度を得ることは出来なかった。
ＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体の面積抵抗率（ＳＨＥＥＴ
ＲＥＳＩＳＴｍＴＹ ）或いは単に抵抗率を高速で且つ
非破壊的に測定するため、マイクロ波伝搬損、導電性薄
、嗅でのエディカレント（渦電流）損の利用が提案され
ている。しかし、この種の装置は、非接触及び非破壊と
いう利点を有するものの、問題が幾つか存在する。例え
ば、被試験基板は絶縁或いは絶縁に近い状態でなければ
ならず、更に、測定には大きな表面面積を必要とし、更
に又、相対的な値しか測定できないという欠点がある。
ＲＥＳＩＳＴｍＴＹ ）或いは単に抵抗率を高速で且つ
非破壊的に測定するため、マイクロ波伝搬損、導電性薄
、嗅でのエディカレント（渦電流）損の利用が提案され
ている。しかし、この種の装置は、非接触及び非破壊と
いう利点を有するものの、問題が幾つか存在する。例え
ば、被試験基板は絶縁或いは絶縁に近い状態でなければ
ならず、更に、測定には大きな表面面積を必要とし、更
に又、相対的な値しか測定できないという欠点がある。
したがって、絶対値測定を行うには、被試験基板毎に校
正が必要であり、測定範囲はかなり狭く、更に、面積抵
抗率が約１０３オーム／ｓｑ、或いはこの値以上の場合
には、測定精度は低い（２０％以下）という問題もある
。
正が必要であり、測定範囲はかなり狭く、更に、面積抵
抗率が約１０３オーム／ｓｑ、或いはこの値以上の場合
には、測定精度は低い（２０％以下）という問題もある
。
現在利用可能な４点プローブの殆どは、両面型の基板上
に設けた薄膜を除けば、Ｓｉ、Ｇｅ、或いは１０６オー
ム／ＳＱ、迄の金属フィルムの絶対面積抵抗率を高精度
で測定できる。しかし、現在市販されている４点プロー
ブを用いた装置の何れも、１０１８／Ｃｍ３以下のドー
セイジ（［１Ｏ３ＡＧＥ ）では、ＩＩＩ−Ｖ ｇ化合
物半導体に利用できない。この理由は、金属製の点プロ
ーブと非縮退のＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体との間の接触
抵抗が極めて高いため、４点プローブの任意の２個の電
圧プローブ間に接続した電圧計では、半導体上のプロー
ブ点電圧を０．０１％以下の誤差で測定できないからで
ある。
に設けた薄膜を除けば、Ｓｉ、Ｇｅ、或いは１０６オー
ム／ＳＱ、迄の金属フィルムの絶対面積抵抗率を高精度
で測定できる。しかし、現在市販されている４点プロー
ブを用いた装置の何れも、１０１８／Ｃｍ３以下のドー
セイジ（［１Ｏ３ＡＧＥ ）では、ＩＩＩ−Ｖ ｇ化合
物半導体に利用できない。この理由は、金属製の点プロ
ーブと非縮退のＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体との間の接触
抵抗が極めて高いため、４点プローブの任意の２個の電
圧プローブ間に接続した電圧計では、半導体上のプロー
ブ点電圧を０．０１％以下の誤差で測定できないからで
ある。
この０．０１％以下の誤差という精度は、ＩＩＩ−Ｖ属
化合物半導体上のプローブ点での小電圧差を求めるのに
必要な精度である。
化合物半導体上のプローブ点での小電圧差を求めるのに
必要な精度である。
４点プローブにより１％以下の精度の測定を行うために
は、半導体接点に対する電圧プローブ（４点プローブの
内のプローブ）の接点抵抗が、電圧プローブの入力抵抗
の約１０−５倍以下でなければならない。この理由は、
２個の電圧プローブ間の電圧差が、基準電位（アース電
位）に対する夫々のプローブ電位の約１０−〇倍程度で
あるからである。したがって、電圧プローブの入力抵抗
が１０１４Ωとすれは、電圧プローブの接触抵抗は１０
９Ω以下でなければならない。
は、半導体接点に対する電圧プローブ（４点プローブの
内のプローブ）の接点抵抗が、電圧プローブの入力抵抗
の約１０−５倍以下でなければならない。この理由は、
２個の電圧プローブ間の電圧差が、基準電位（アース電
位）に対する夫々のプローブ電位の約１０−〇倍程度で
あるからである。したがって、電圧プローブの入力抵抗
が１０１４Ωとすれは、電圧プローブの接触抵抗は１０
９Ω以下でなければならない。
２Ω−ＣＩＩＩＦ） Ｎ型Ｓ１に対するタングステンの
接触抵抗は、ゼロバイアスで約５Ｘ １０４Ω／Ｃｍ２
である。このことは、１０００μ２の面積（通常の金属
プローブを半導体に接触させた場合の面積）に対してう
×１０９Ωであることを意味する。シリコンの抵抗率が
１００倍増加すれば、シリコンの金属に対する接触抵抗
は略１オーダ増加する。
接触抵抗は、ゼロバイアスで約５Ｘ １０４Ω／Ｃｍ２
である。このことは、１０００μ２の面積（通常の金属
プローブを半導体に接触させた場合の面積）に対してう
×１０９Ωであることを意味する。シリコンの抵抗率が
１００倍増加すれば、シリコンの金属に対する接触抵抗
は略１オーダ増加する。
したがって、約２Ｘ１０’Ω−ＣＦの抵抗率を有する真
正シリコンでは、金属に対する接触抵抗は約５Ｘ１０”
Ωとなる。
正シリコンでは、金属に対する接触抵抗は約５Ｘ１０”
Ωとなる。
プローブチップ近傍の半導体表面では、プローブ圧及び
電界密度（ＦＩＥＬＤ Ｃ０ＮＣＥＮＴＲＡＴＩＯＮ）
は２オ一ダ程度までその大きさが減少するかもしれない
が、異物が接触面に存在して接触抵抗を増加させる場合
もある。何れにしても、電圧プローブでの入力抵抗が１
０１４Ωである６点プローブ・メータは、真正単結晶シ
リコンの抵抗率測定には殆ど使用できない。金属とＩＩ
Ｉ−Ｖ属化合物半導体（例えばＧ ａ Ａ ｓ ）との
接触抵抗率は、金属とＳｉとの接触抵抗率よりも２オー
ダ以上大きい。したがつて、プローブを改良したとして
も、約数Ω−ＣＩの抵抗率のＧ ａ Ａ ｓの正確な抵
抗率測定には問題がある。尚、０．５■の１項方向バイ
アスを印加することにより、接触抵抗を７オ一ダ程度ま
で減少させることが可能である。しかし、残念ながら、
この場合、電圧プローブの入力抵抗を、接触抵抗よりも
１或いは２オーダ高い値まで減少させなければならない
ので、接触部には高いバイアス電圧がかかるという不都
合がある。
電界密度（ＦＩＥＬＤ Ｃ０ＮＣＥＮＴＲＡＴＩＯＮ）
は２オ一ダ程度までその大きさが減少するかもしれない
が、異物が接触面に存在して接触抵抗を増加させる場合
もある。何れにしても、電圧プローブでの入力抵抗が１
０１４Ωである６点プローブ・メータは、真正単結晶シ
リコンの抵抗率測定には殆ど使用できない。金属とＩＩ
Ｉ−Ｖ属化合物半導体（例えばＧ ａ Ａ ｓ ）との
接触抵抗率は、金属とＳｉとの接触抵抗率よりも２オー
ダ以上大きい。したがつて、プローブを改良したとして
も、約数Ω−ＣＩの抵抗率のＧ ａ Ａ ｓの正確な抵
抗率測定には問題がある。尚、０．５■の１項方向バイ
アスを印加することにより、接触抵抗を７オ一ダ程度ま
で減少させることが可能である。しかし、残念ながら、
この場合、電圧プローブの入力抵抗を、接触抵抗よりも
１或いは２オーダ高い値まで減少させなければならない
ので、接触部には高いバイアス電圧がかかるという不都
合がある。
マイクロ波装置、高速ＩＣ（集積回路）、光電装置等の
如（ＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体を用いた装置に関する技
術及び応用は、依然として急速な進歩を遂げている。し
たがって、工程制御及び材料評価における抵抗率及び面
積抵抗率に関する高速且つ正確な測定は、益々重要とな
ることは明らかである。
如（ＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体を用いた装置に関する技
術及び応用は、依然として急速な進歩を遂げている。し
たがって、工程制御及び材料評価における抵抗率及び面
積抵抗率に関する高速且つ正確な測定は、益々重要とな
ることは明らかである。
［目的］
本発明は、４点プローブを使用して正確な抵抗率測定を
可能にし、上述の従来例の問題を克服する測定方法及び
回路を提供することである。
可能にし、上述の従来例の問題を克服する測定方法及び
回路を提供することである。
［要旨コ
本発明では、ウェハ表面に接触する４点プローブを使用
する。直流バイアス電圧を第１及び第２プローブの一方
に印加し、他方のプローブに、直流及び低周波交流の合
成電流を加える。
する。直流バイアス電圧を第１及び第２プローブの一方
に印加し、他方のプローブに、直流及び低周波交流の合
成電流を加える。
上記の合成電流では、直流成分の大きさは交流成分のピ
ーク・ピーク値の半分以上である。第３及び第４プロー
ブには、夫々に、合成交流の交流成分を検出する手段が
接続している。第３及び第４プローブにおいて検出され
た交流電圧成分は比較され、ウェハの抵抗率に比例した
差信号が求められる。
ーク・ピーク値の半分以上である。第３及び第４プロー
ブには、夫々に、合成交流の交流成分を検出する手段が
接続している。第３及び第４プローブにおいて検出され
た交流電圧成分は比較され、ウェハの抵抗率に比例した
差信号が求められる。
抵抗率測定の精度は、上記交流電流成分を得た電源と同
一の電源からの交流信号と差信号とを、位相ロック増幅
器に印加することにより、更に改良される。
一の電源からの交流信号と差信号とを、位相ロック増幅
器に印加することにより、更に改良される。
［実施例］
以下、添付の図面を参照して本発明の詳細な説明する。
本発明は、半導体（特にＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体）ウ
ェハの面積抵抗率を正確に測定する回路或いは装置、及
び、方法に関する０図示の回路（或いは装置）は、従来
形状の４点プローブ１２を有し、このプローブ１２は、
半導体ウェハ１０の表面に接触する。交流−直流（交流
−直流）合成電流源１４が、プローブ１と基準電位源（
アース）闇に接続されている。一方、可変直流電圧源１
６が、基準電位源とプローブ４との間に接続され、ウェ
ハ１０をアース電位以上の電位に選択的にバイアスする
電位測定プローブ２及び３は、夫々、直流阻止の交流増
幅器１８及び２０（共に利得１て・同一構成）の入力端
に接続している。尚、図面では、増幅器１８及び２０を
、夫々、ＡＭＰＪ及びＡＭＰＩＩと表示しである。増幅
器１８及び２０の出力端は、差動増幅器４２の入力端に
接続し、この差動増を昌器４２の出力端は、位相ロック
増幅器４４の第１入力端に接続している０位相ロック増
幅器４４の第２入力端は、発振器４６の出力信号を受け
る。この出力信号の周波数は、発振器４６か電流源１４
に出力する信号の周波数と同一である。つまり、プロー
ブ１を介してウェハ１０に加えられる電流の交流成分の
周波数は、位相ロック増幅器４４に加えられる信号の周
波数と同一であり、したがって、差動増幅器４２の出力
信号に含まれる雑音成分を除去する効果を有する。
ェハの面積抵抗率を正確に測定する回路或いは装置、及
び、方法に関する０図示の回路（或いは装置）は、従来
形状の４点プローブ１２を有し、このプローブ１２は、
半導体ウェハ１０の表面に接触する。交流−直流（交流
−直流）合成電流源１４が、プローブ１と基準電位源（
アース）闇に接続されている。一方、可変直流電圧源１
６が、基準電位源とプローブ４との間に接続され、ウェ
ハ１０をアース電位以上の電位に選択的にバイアスする
電位測定プローブ２及び３は、夫々、直流阻止の交流増
幅器１８及び２０（共に利得１て・同一構成）の入力端
に接続している。尚、図面では、増幅器１８及び２０を
、夫々、ＡＭＰＪ及びＡＭＰＩＩと表示しである。増幅
器１８及び２０の出力端は、差動増幅器４２の入力端に
接続し、この差動増を昌器４２の出力端は、位相ロック
増幅器４４の第１入力端に接続している０位相ロック増
幅器４４の第２入力端は、発振器４６の出力信号を受け
る。この出力信号の周波数は、発振器４６か電流源１４
に出力する信号の周波数と同一である。つまり、プロー
ブ１を介してウェハ１０に加えられる電流の交流成分の
周波数は、位相ロック増幅器４４に加えられる信号の周
波数と同一であり、したがって、差動増幅器４２の出力
信号に含まれる雑音成分を除去する効果を有する。
位相ロック増幅器４４の出力信号は、測定及び表示のた
めに、直流電圧メータ（ＤＣボルトメータ）に加えられ
る。ウェハ１０の面積抵抗率は、位相ロック増幅器４４
の出力電圧に比例するので、直流電圧メータに目盛りを
付ければ測定された抵抗率を直読出来る。更に、図示の
如く、制御部うＯ及びプローブ２を追加してもよい。制
御部うＯは、その出力を、電流源１４、位相ロック増幅
器４４、直流電圧メータ４８及びリレー５２のコイルに
供給する。
めに、直流電圧メータ（ＤＣボルトメータ）に加えられ
る。ウェハ１０の面積抵抗率は、位相ロック増幅器４４
の出力電圧に比例するので、直流電圧メータに目盛りを
付ければ測定された抵抗率を直読出来る。更に、図示の
如く、制御部うＯ及びプローブ２を追加してもよい。制
御部うＯは、その出力を、電流源１４、位相ロック増幅
器４４、直流電圧メータ４８及びリレー５２のコイルに
供給する。
第１の直流阻止交流増幅器１８（利得１）は、高入力イ
ンピーダンス・高利得演算増幅器３０（Ａｌ）、分路入
力抵抗器２２（Ｒ１）、コンデンサ２４（ｃ１）、直列
抵抗２８（Ｒう）を有する。尚、上記分路入力抵抗器２
２は、演算増幅器３０の出力端とプローブ２との間に接
続され、−方、上記コンデンサ２４の一端はプローブ２
に接続し、更に、上記直列抵抗２８は、コンデンサ２４
の他端と演算増幅器３０の非反転入力端との間に接続し
ている。更に又、演算増幅器３０の反転入力端及び出力
端は直結している（つまり利得が１）。第２の直流阻止
交流増幅器２０（利得１）の回路構成は、増幅器１８の
構成と同様であり、図示の如く、抵抗器３２（Ｒ２）、
コンデンサ３４（ｃ２）、抵抗器３８（Ｒ６）、及び演
算増幅器４０から成る。
ンピーダンス・高利得演算増幅器３０（Ａｌ）、分路入
力抵抗器２２（Ｒ１）、コンデンサ２４（ｃ１）、直列
抵抗２８（Ｒう）を有する。尚、上記分路入力抵抗器２
２は、演算増幅器３０の出力端とプローブ２との間に接
続され、−方、上記コンデンサ２４の一端はプローブ２
に接続し、更に、上記直列抵抗２８は、コンデンサ２４
の他端と演算増幅器３０の非反転入力端との間に接続し
ている。更に又、演算増幅器３０の反転入力端及び出力
端は直結している（つまり利得が１）。第２の直流阻止
交流増幅器２０（利得１）の回路構成は、増幅器１８の
構成と同様であり、図示の如く、抵抗器３２（Ｒ２）、
コンデンサ３４（ｃ２）、抵抗器３８（Ｒ６）、及び演
算増幅器４０から成る。
次に動作について説明する。直流電圧源１６を調節し、
プローブ２及び３に関してウェハ１０を充分に順方向バ
イアスするので、ウェハを流れる直流電流は、ウェハと
プローブ２．３との間の接触抵抗を下げることになる。
プローブ２及び３に関してウェハ１０を充分に順方向バ
イアスするので、ウェハを流れる直流電流は、ウェハと
プローブ２．３との間の接触抵抗を下げることになる。
更に、合成電流源１４を調節し、出力電流中の直流電流
成分を、同じく出力電流中の交流電流成分のピーク・ピ
ーク値の半分以上になるようにする。尚、合成電流源１
４の出力電流の交流成分は、発振器４６により制御され
る。実験によれば、約１０Ｈ２の周波数で正確な測定結
果が得られたが、ｌＯＨ２から数百Ｒ２或いはｌＯＨ２
から千Ｈｚ迄の周波数であっても同様に良好な結果が得
られると思われる。交流−直流合成電流はプローブ１に
供給される０合成電流の交流成分は、ウェハを介してプ
ローブ２乃至４に流れ、プローブ４からの交流成分は直
流電圧源１６を介して基準電圧源（アース）に向かう。
成分を、同じく出力電流中の交流電流成分のピーク・ピ
ーク値の半分以上になるようにする。尚、合成電流源１
４の出力電流の交流成分は、発振器４６により制御され
る。実験によれば、約１０Ｈ２の周波数で正確な測定結
果が得られたが、ｌＯＨ２から数百Ｒ２或いはｌＯＨ２
から千Ｈｚ迄の周波数であっても同様に良好な結果が得
られると思われる。交流−直流合成電流はプローブ１に
供給される０合成電流の交流成分は、ウェハを介してプ
ローブ２乃至４に流れ、プローブ４からの交流成分は直
流電圧源１６を介して基準電圧源（アース）に向かう。
一方、直流成分も同様にプローブ２及び３に流入する。
プローブ２及び３１ヨ、ウェハ１０上の２点の交流電圧
を測定するためのものである。プローブ２は、増幅器１
８の入力回路の交流及び直流信号路に接続し、一方、プ
ローブ２は、増幅器２０の入力回路の交流及び直流路に
接続している。尚、プローブ２と増幅器１８、及び、プ
ローブ３と増幅器２０は、共に、同様に動作するので、
プローブ２と増幅器１８について詳細に説明する。
を測定するためのものである。プローブ２は、増幅器１
８の入力回路の交流及び直流信号路に接続し、一方、プ
ローブ２は、増幅器２０の入力回路の交流及び直流路に
接続している。尚、プローブ２と増幅器１８、及び、プ
ローブ３と増幅器２０は、共に、同様に動作するので、
プローブ２と増幅器１８について詳細に説明する。
プローブ２に接続する直流信号路は、抵抗器２２を介し
て演算増幅器３０の出力端に至る。尚、この出力端は、
アース電位或いはこのアース電位近傍に調整されている
。したがって、直流電圧源１６から印加された電圧は、
プローブ２の接点及び約１０６Ωの抵抗値を有する抵抗
器２２（Ｒ１）における電圧降下として現れる。プロー
ブ２と抵抗器２２の接続点に於ける電圧Ｖｗは、強制的
にプローブ２の接点抵抗を１０６Ω以下とする。つまり
、プローブ２の接点抵抗が１０６Ω以上になろうとする
と、常に、電圧Ｖｗが接点の両端を順方向バイアスして
接点抵抗を大巾に下げるがらである。更に、抵抗器２２
の両端電位はＶｗなので、交流電流は抵抗器２２中を流
れない。
て演算増幅器３０の出力端に至る。尚、この出力端は、
アース電位或いはこのアース電位近傍に調整されている
。したがって、直流電圧源１６から印加された電圧は、
プローブ２の接点及び約１０６Ωの抵抗値を有する抵抗
器２２（Ｒ１）における電圧降下として現れる。プロー
ブ２と抵抗器２２の接続点に於ける電圧Ｖｗは、強制的
にプローブ２の接点抵抗を１０６Ω以下とする。つまり
、プローブ２の接点抵抗が１０６Ω以上になろうとする
と、常に、電圧Ｖｗが接点の両端を順方向バイアスして
接点抵抗を大巾に下げるがらである。更に、抵抗器２２
の両端電位はＶｗなので、交流電流は抵抗器２２中を流
れない。
演算増幅器３０の利得は１であるが、この増幅器３０の
入力インビータンスがＲＩＸＩＯ”よりも大きく（Ｒ１
は抵抗器２２の抵抗値）、且つ、演算増幅器４０のオー
プンループ利得が１００以上で・あれば、プローブ２の
直流入力インピーダンスは抵抗２２の抵抗値に等しく、
更に、グローブ２の交流入力インピーダンスは抵抗器２
２の抵抗値の約１０６倍である。これは、主に、演算増
幅器３０の出力端から抵抗器２２への帰還によるもので
あり、演算増幅器３０の交流入力インピーダンスは１０
１２Ωとなる。したがって、フ知−ブの接触抵抗が１０
７Ω以下であれば、４点プローブによる測定を、１％以
上の精度で行うことができる。つまり、ＩＩＩ−Ｖ ｇ
化合物半導体に対する４点プローブの高接触抵抗に起因
する間圧を解決できる。
入力インビータンスがＲＩＸＩＯ”よりも大きく（Ｒ１
は抵抗器２２の抵抗値）、且つ、演算増幅器４０のオー
プンループ利得が１００以上で・あれば、プローブ２の
直流入力インピーダンスは抵抗２２の抵抗値に等しく、
更に、グローブ２の交流入力インピーダンスは抵抗器２
２の抵抗値の約１０６倍である。これは、主に、演算増
幅器３０の出力端から抵抗器２２への帰還によるもので
あり、演算増幅器３０の交流入力インピーダンスは１０
１２Ωとなる。したがって、フ知−ブの接触抵抗が１０
７Ω以下であれば、４点プローブによる測定を、１％以
上の精度で行うことができる。つまり、ＩＩＩ−Ｖ ｇ
化合物半導体に対する４点プローブの高接触抵抗に起因
する間圧を解決できる。
演算増幅器３０及び４０の出力信号は、差動増幅器４２
の入力端に加えられる。差動増を昌器４２は、プローブ
２及び３での交流電圧成分の差に比例した交流信号を出
力する。演算増幅器４２の出力交流信号（差信号）及び
発振器４６からの交流電流信号は、位相ロック増幅器４
４に加えられるが、これ等の交流信号は、共に同一電源
から得た信号なので、差信号に含まれるノイズを除去（
ｉ咬少）することができる。この差信号は直流電圧メー
タ４８に供給され、メータ４８は電位差を表示する（或
いは、単位当りの抵抗値（Ω）を直接表示する）。
の入力端に加えられる。差動増を昌器４２は、プローブ
２及び３での交流電圧成分の差に比例した交流信号を出
力する。演算増幅器４２の出力交流信号（差信号）及び
発振器４６からの交流電流信号は、位相ロック増幅器４
４に加えられるが、これ等の交流信号は、共に同一電源
から得た信号なので、差信号に含まれるノイズを除去（
ｉ咬少）することができる。この差信号は直流電圧メー
タ４８に供給され、メータ４８は電位差を表示する（或
いは、単位当りの抵抗値（Ω）を直接表示する）。
制御部５０は、種々の抵抗率測定に応じ、或いは、種々
の被測定物に応じて、自動的に測定範囲を調整するのに
使用される。更に、制御部５０は、交流−直流合成電流
源１４からの交流信号成分の出力を制御し、更に、交流
信号成分が出力されたい場合には、リレー５２を介して
演算増幅器３０及び４０の入力端を接地する。交流信号
成分を再び出力する際には、徐々に交流成分を増加させ
て所望値とする。
の被測定物に応じて、自動的に測定範囲を調整するのに
使用される。更に、制御部５０は、交流−直流合成電流
源１４からの交流信号成分の出力を制御し、更に、交流
信号成分が出力されたい場合には、リレー５２を介して
演算増幅器３０及び４０の入力端を接地する。交流信号
成分を再び出力する際には、徐々に交流成分を増加させ
て所望値とする。
本発明は、プローブ２及び３での接触抵抗を低くし且つ
入力抵抗を高くするだけでなく、位相ロック増幅器４４
を用いて弱い信号を検知することができる。したがって
、本発明によれば、大電流を必要とすることなく、低抵
抗率の半導体を測定することも可能である。大電流を使
用しないので、プローブチップの損傷、ウェハへの加熱
等を防止することができる。
入力抵抗を高くするだけでなく、位相ロック増幅器４４
を用いて弱い信号を検知することができる。したがって
、本発明によれば、大電流を必要とすることなく、低抵
抗率の半導体を測定することも可能である。大電流を使
用しないので、プローブチップの損傷、ウェハへの加熱
等を防止することができる。
添付の図面は本発明に係る測定回路の回路図である。
図中、１２は４点プローブ、１４は交流−直流合成電流
源、１６は可変直流電圧源、１８及び２０は夫々交流増
幅器、３０及び４０は夫々演算増幅器、４２は差動増幅
器、４６は発振器である。
源、１６は可変直流電圧源、１８及び２０は夫々交流増
幅器、３０及び４０は夫々演算増幅器、４２は差動増幅
器、４６は発振器である。
Claims (15)
- （１）半導体或いはIII−Ｖ属化合物半導体のウェハの
抵抗率を、ウェハ表面に接触させた４点プローブを用い
て測定する方法であつて、該方法は、（ａ）前記４点プ
ローブの第１及び第２プローブの一方に直流バイアス電
圧を加え、 （ｂ）前記４点プローブの前記第１及び第２プローブの
他方に、直流成分及び低周波交流成分から成る合成電流
を加え、前記直流成分は前記交流成分のピーク・ピーク
値の半分よりも大きく、（ｃ）前記直流成分及び低周波
交流成分から成る合成電圧の交流成分を、前記４点プロ
ーブの第３及び第４プローブの夫々で検出し、 （ｄ）前記ステップ（ｃ）で検出した交流電圧成分を比
較し、ウェハの抵抗率に比例した差信号を求める ことを特徴とする測定方法。 - （２）前記ステップ（ｄ）で求めた差信号、及び、前記
ステップ（ｂ）の交流成分を出力する電源と同一の電源
からの交流信号を、位相ロック増幅器に加え、上記ステ
ップ（ｄ）の前記差信号の雑音成分を減少させ、雑音の
減少した差信号を得るステップ（ｅ）を更に有する特許
請求の範囲第１項に記載の方法。 - （３）測定されたウェハの抵抗率を表示するステップ（
ｆ）を更に有する特許請求の範囲第１項に記載の方法。 - （４）測定されたウェハの抵抗率を表示するステップ（
ｇ）を更に有する特許請求の範囲第２項に記載の方法。 - （５）前記直流バイアス電圧、及び、前記合成電流の前
記直流成分を、前記第３及び第４プローブに加え、該第
３及び第４プローブを、ウェハに対して順方向にバイア
スする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 - （６）前記ステップ（ｃ）は、 （ｈ）前記第３及び第４プローブで得た直流電圧を、夫
々、阻止コンデンサ及び高インピーダンスの分路抵抗性
負荷で阻止し、 （ｉ）前記第３及び第４プローブで得た交流電圧を、夫
々、前記阻止コンデンサを通し、 （ｊ）前記阻止コンデンサを介して得た交流電圧を、夫
々、高入力インピーダンスで且つ高利得増幅器により増
幅し、該高利得増幅器の出力電圧を前記高インピーダン
スの分路抵抗性負荷に加えるる ステップを有する特許請求の範囲第１項に記載の方法。 - （７）前記ステップ（ｃ）は、 測定しない場合には、前記直流阻止コンデンサを接地し
、前記ステップ（ｊ）の増幅器の出力信号電位をアース
電位とするステップを更に有する特許請求の範囲第６項
に記載の方法。 - （８）半導体或いはIII−Ｖ属化合物半導体のウェハの
抵抗率を測定する測定回路であつて、該測定回路は、 夫々間隔を置いて設けた第１、第２、第３及び第４プロ
ーブを持つ４点Ｂプローブ手段を有し、前記第１、第２
、第３及び第４プローブの夫々は、前記ウェハと電気的
に接触し、 前記測定回路は更に、 前記第１及び第２プローブの内の一方に接続され、前記
ウェハを選択的にバイアスする直流電圧バイアス手段と
、 前記第１及び第２プローブの内の他方に接続され、直流
成分及び低周波交流成分からなる合成電流を発生する合
成電流発生手段とを有し、 前記合成電流発生手段は、ウェハの抵抗率の測定を容易
にするためのものであり、前記直流成分は前記交流成分
のピーク・ピーク値の半分よりも大きく、 前記測定回路は更に、 前記直流成分及び低周波交流成分から成る合成電圧の交
流成分を、前記第３及び第４プローブの夫々で検出する
検出手段と、 前記検出手段により検出した交流電圧成分を比較し、ウ
ェハの抵抗率に比例した差信号を求める比較手段と を有することを特徴とする測定回路。 - （９）前記合成電流発生手段は、前記交流成分である低
周波信号を発生する発振器を有し、 前記測定回路は、更に、前記差信号及び前記発振器から
の低周波信号が加えられる位相ロック増幅器を有する 特許請求の範囲第９項に記載の測定回路。 - （１０）前記差信号を受け、測定されたウェハの抵抗率
を表示する表示手段を更に有する特許請求の範囲第８項
に記載の測定回路。 - （１１）前記差信号を受け、測定されたウェハの抵抗率
を表示する表示手段を更に有する特許請求の範囲第９項
に記載の測定回路。 - （１２）前記第３及び第４プローブで得た直流電圧を、
夫々、阻止コンデンサ及び高インピーダンスの分路抵抗
性負荷で阻止する阻止手段と 前記阻止コンデンサを介して得た前記第３及び第４プロ
ーブからの交流電圧を、夫々、高入力インピーダンスで
且つ高利得の増幅器により増幅する増幅手段とを有し、
該増幅手段の前記高入力インピーダンスは前記分路抵抗
性負荷のインピーダンスよりも大きい 特許請求の範囲第８項に記載の測定回路。 - （１３）前記検出手段は、夫々、前記第３及び第４プロ
ーブに接続された２個の直流阻止／交流増幅の増幅器を
有し、該２個の直流阻止／交流増幅の増幅器は、夫々、 高入力インピーダンス及び高利得の演算増幅器と、 前記第３プローブ又は第４プローブと前記演算増幅器の
出力端との間に接続された第１の高インピーダンスの抵
抗器と、 前記第３プローブ又は第４プローブに一端を接続したコ
ンデンサと、 前記演算増幅器の非反転入力端と前記コンデンサの他端
との間に接続した第２の抵抗器と を有する特許請求の範囲第８項に記載の測定回路。 - （１４）前記検出手段は、更に、測定しない場合には、
前記コンデンサの他端を接地するスイッチ手段を有する
特許請求の範囲第１３項に記載の測定回路。 - （１５）前記演算増幅器の利得は１である特許請求の範
囲第１３項に記載の測定回路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/817,460 US4706015A (en) | 1986-01-09 | 1986-01-09 | Method and circuit for reducing contact resistance of the potential probes of a four-point-probe in contact with a III-V compound semiconductor wafer |
| US817460 | 1986-01-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62168043A true JPS62168043A (ja) | 1987-07-24 |
Family
ID=25223136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62003103A Pending JPS62168043A (ja) | 1986-01-09 | 1987-01-09 | ４点プロ−ブを用いた半導体ウエハ測定方法及び回路 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4706015A (ja) |
| JP (1) | JPS62168043A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005311009A (ja) * | 2004-04-21 | 2005-11-04 | Kokusai Electric Alhpa Co Ltd | 半導体ウェーハ抵抗率測定装置 |
| JP2007324099A (ja) * | 2006-06-05 | 2007-12-13 | Hitachi High-Technologies Corp | 試料微動システム、及び荷電粒子線装置 |
| CN103048555A (zh) * | 2011-10-13 | 2013-04-17 | 无锡华润上华科技有限公司 | 薄层电阻等值线图的测试装置 |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4989154A (en) * | 1987-07-13 | 1991-01-29 | Mitsubishi Petrochemical Company Ltd. | Method of measuring resistivity, and apparatus therefor |
| US4896108A (en) * | 1988-07-25 | 1990-01-23 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Test circuit for measuring specific contact resistivity of self-aligned contacts in integrated circuits |
| DE3828552C2 (de) * | 1988-08-23 | 1994-10-13 | Karl Deutsch Pruef Und Mesgera | Verfahren und Vorrichtung zur Rißtiefenmessung |
| EP0382868B1 (de) * | 1989-02-16 | 1993-01-27 | MANIA GmbH & Co. | Schaltung zum Messen von Widerständen von Prüflingen |
| US5025220A (en) * | 1989-09-21 | 1991-06-18 | Ford Motor Company | Continuous measurement of the absolute conductivity of a liquid |
| US5260668A (en) * | 1992-06-11 | 1993-11-09 | Prometrix Corporation | Semiconductor surface resistivity probe with semiconductor temperature control |
| FR2694410B1 (fr) * | 1992-07-30 | 1994-10-28 | Sgs Thomson Microelectronics | Procédé de test de la résistance par carré de couches diffusées. |
| US5495178A (en) * | 1992-11-10 | 1996-02-27 | Cheng; David | Method and apparatus for measuring film thickness |
| US5691648A (en) * | 1992-11-10 | 1997-11-25 | Cheng; David | Method and apparatus for measuring sheet resistance and thickness of thin films and substrates |
| JP3119335B2 (ja) * | 1994-03-08 | 2000-12-18 | 横河電機株式会社 | Ｉｃ試験装置 |
| US5491424A (en) * | 1994-08-12 | 1996-02-13 | At&T Corp. | System for measuring contamination resistance |
| US6066952A (en) | 1997-09-25 | 2000-05-23 | International Business Machnies Corporation | Method for polysilicon crystalline line width measurement post etch in undoped-poly process |
| US6208154B1 (en) | 1998-08-10 | 2001-03-27 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method of determining the doping concentration across a surface of a semiconductor material |
| US6320403B1 (en) | 1998-08-10 | 2001-11-20 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method of determining the doping concentration and defect profile across a surface of a processed semiconductor material |
| US6147507A (en) * | 1998-08-10 | 2000-11-14 | Advanced Micro Devices, Inc. | System and method of mapping leakage current and a defect profile of a semiconductor dielectric layer |
| US20070080697A1 (en) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | Sony Corporation | Semiconductor device tester pin contact resistance measurement |
| US9075107B2 (en) * | 2006-04-24 | 2015-07-07 | Capres | Method for sheet resistance and leakage current density measurements on shallow semiconductor implants |
| US7516385B2 (en) * | 2006-04-28 | 2009-04-07 | Sony Corporation | Test semiconductor device in full frequency with half frequency tester |
| US7659126B1 (en) | 2007-01-22 | 2010-02-09 | Kla-Tencor Technologies Corporation | Electrical test method and apparatus |
| CN104251935B (zh) * | 2013-06-26 | 2018-03-06 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 测量晶圆电阻率的装置及方法 |
| CN108776153B (zh) * | 2018-08-07 | 2023-11-21 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 测量材料相变性能的串联微带线测试系统 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3048776A (en) * | 1959-06-08 | 1962-08-07 | Bell Telephone Labor Inc | Resistivity measuring circuit |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1147189A (en) * | 1965-05-26 | 1969-04-02 | Wayne Kerr Lab Ltd | Improvements in or relating to electrical measuring apparatus and to standard resistances for use therewith |
-
1986
- 1986-01-09 US US06/817,460 patent/US4706015A/en not_active Expired - Fee Related
-
1987
- 1987-01-09 JP JP62003103A patent/JPS62168043A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3048776A (en) * | 1959-06-08 | 1962-08-07 | Bell Telephone Labor Inc | Resistivity measuring circuit |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005311009A (ja) * | 2004-04-21 | 2005-11-04 | Kokusai Electric Alhpa Co Ltd | 半導体ウェーハ抵抗率測定装置 |
| JP2007324099A (ja) * | 2006-06-05 | 2007-12-13 | Hitachi High-Technologies Corp | 試料微動システム、及び荷電粒子線装置 |
| CN103048555A (zh) * | 2011-10-13 | 2013-04-17 | 无锡华润上华科技有限公司 | 薄层电阻等值线图的测试装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4706015A (en) | 1987-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS62168043A (ja) | ４点プロ−ブを用いた半導体ウエハ測定方法及び回路 | |
| US5914611A (en) | Method and apparatus for measuring sheet resistance and thickness of thin films and substrates | |
| Delahaye et al. | Revised technical guidelines for reliable dc measurements of the quantized Hall resistance | |
| US7923987B2 (en) | Magnetic sensor integrated circuit with test conductor | |
| Billangeon et al. | Emission and absorption asymmetry in the quantum noise of a Josephson junction | |
| US10073151B2 (en) | Fast hall effect measurement system | |
| WO2007145156A1 (ja) | 基板検査装置 | |
| US20030006753A1 (en) | High linearity, low offset interface for hall effect devices | |
| US3287637A (en) | High frequency current means including capacitive probe members for determining the electrical resistance of a semiconductor layer | |
| US7034519B2 (en) | High frequency measurement for current-in-plane-tunneling | |
| Pogliano et al. | Coaxial shunts as AC–DC transfer standards of current | |
| Oldham et al. | Low-voltage standards in the 10 Hz to 1 MHz range | |
| US11693028B2 (en) | Probe for testing an electrical property of a test sample | |
| JPS5871423A (ja) | 温度測定用回路装置 | |
| US3541436A (en) | Resistance indicator using an operational amplifier | |
| Inglis et al. | Direct determination of capacitance standards using a quadrature bridge and a pair of quantized Hall resistors | |
| Cabiati et al. | Measurements of the ac longitudinal resistance of a GaAs-AlGaAs quantum Hall device | |
| TW201621333A (zh) | 用於裝置的測試器、操作開關電路的方法、以及測試裝置的方法 | |
| Liu et al. | Dual measurement of current and temperature using a single tunneling magnetoresistive sensor | |
| CN114689925B (zh) | 一种隔离式瞬态短路电流的测试系统及方法 | |
| Vountesmeri et al. | Error source determination of a magnetoresistive active power sensor at industrial frequencies | |
| Tessler et al. | Hall voltage measurements using ac lock‐in detection | |
| Fryer et al. | A linear twin wire probe for measuring water waves | |
| Guo | Instrumentation techniques for high-temperature superconductor measurement | |
| Verheyden et al. | An Application of the Potentiometer Method for Measurements of Small Electrical Resistances |