RU173990U1

RU173990U1 - DEVICE WITH FOUR PROBE HEAD

Info

Publication number: RU173990U1
Application number: RU2017116631U
Authority: RU
Inventors: Игорь Михайлович Аболдуев; Юлий Абрамович Концевой; Ирина Григорьевна Петрова
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар"
Priority date: 2017-05-12
Filing date: 2017-05-12
Publication date: 2017-09-25

Abstract

Полезная модель относится к четырехзондовому методу измерения слоевого поверхностного сопротивления высокоомных пленок, нанесенных на поверхность мягкого материала, например - на поверхность полиимидных пленок.Сущность заявленного решения заключается в том, что устройство с четырехзондовой головкой состоит из основания и четырех зондов, из которых два предназначены для пропускания тока и два - для измерения на них падения напряжения и отличается тем, что зонды выполнены в виде металлических шариков, причем шарики находятся в каналах из изолятора, часть поверхности шариков выступает из каналов, а при прижиме к поверхности контролируемого образца шарики имеют возможность перемещения по каналу из изолятора таким образом, что расстояние между шариками не изменяется.Технический результат, наблюдаемый при реализации заявленного устройства, заключается в создании устройства с четырехзондовой головкой, позволяющие измерять слоевое сопротивление высокоомных пленок, нанесенных на мягкую поверхность. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.The invention relates to a four-probe method for measuring the surface resistivity of high-resistance films deposited on the surface of a soft material, for example, on the surface of polyimide films. The essence of the claimed solution lies in the fact that the device with a four-probe head consists of a base and four probes, two of which are designed for current transmission and two for measuring voltage drop on them and differs in that the probes are made in the form of metal balls, and the balls are in the channels from the insulator, part of the surface of the balls protrudes from the channels, and when pressed to the surface of the controlled sample, the balls can move along the channel from the insulator so that the distance between the balls does not change. The technical result observed when implementing the claimed device is to create a device with a four-probe the head, allowing to measure the layer resistance of high-resistance films deposited on a soft surface. 3 s.p. f-ly, 1 ill.

Description

Удельное сопротивление полупроводниковых пластин, а также поверхностное сопротивление диффузионных, ионно-имплантируемых и металлизационных слоев обычно определяют четырехзондовым методом при помощи устройств с четырехзондовой головкой [1-3]. Конструкции устройства с четырехзондовыми головками обычно состоят из пластины твердого изоляционного материала, как правило - рубина или сапфира, в котором созданы четыре отверстия, куда вставлены зонды из твердого сплава типа карбида вольфрама, касающиеся измеряемого образца при опускании головки на образец. Зонды четырехзондовой головки могут располагаться, как на прямой линии, так и не на прямой линии, например - по углам квадрата [1]. Погрешность измерений зависит от колебаний межзондового расстояния, так как, с одной стороны, зонды должны свободно перемещаться через отверстия в твердом материале, а с другой стороны при этом могут возникать изменения межзондового расстояния. В связи с этим конструкции с прецизионными четырехзондовыми головками являются сложными и дорогостоящими устройствами.The resistivity of semiconductor wafers, as well as the surface resistance of diffusion, ion-implantable and metallization layers are usually determined by the four-probe method using devices with a four-probe head [1-3]. Designs of a device with four-probe heads usually consist of a plate of solid insulating material, usually a ruby or sapphire, in which four holes are created where carbide probes such as tungsten carbide are inserted, touching the measured sample when lowering the head onto the sample. The probes of the four-probe head can be located both on a straight line and not on a straight line, for example, at the corners of a square [1]. The measurement error depends on fluctuations in the inter-probe distance, since, on the one hand, the probes must move freely through the holes in the solid material, and on the other hand, changes in the inter-probe distance may occur. In this regard, designs with precision four-probe heads are complex and expensive devices.

Однако описанные в литературе устройства с четырехзондовыми головками не пригодны для измерения высокоомных пленок, нанесенных на поверхность мягких материалов, например - на поверхность полиимидных пленок. Острые зонды «протыкают» высокоомную пленку и контактируют с ней по периферии пленки, окружающей поверхность зонда. При этом сопротивление контакта зонда и пленки возрастает настолько, что не удается пропустить ток между токовыми зондами четырехзондовой головки.However, devices with four-probe heads described in the literature are not suitable for measuring high-resistance films deposited on the surface of soft materials, for example, on the surface of polyimide films. Sharp probes “pierce” the high-resistance film and come into contact with it along the periphery of the film surrounding the surface of the probe. In this case, the contact resistance of the probe and the film increases so much that it is not possible to pass current between the current probes of the four-probe head.

Целью предлагаемой полезной модели является создание устройства с четырехзондовой головкой, позволяющей измерять слоевое сопротивление высокоомных пленок, нанесенных на мягкую поверхность подложки, например - на поверхность полиимидного слоя.The purpose of the proposed utility model is to create a device with a four-probe head, which allows measuring the layer resistance of high-resistance films deposited on a soft surface of a substrate, for example, on the surface of a polyimide layer.

Технический результат, получаемый при реализации предложенной полезной модели, заключается в том, что предлагается конструкция, в которой все четыре «зонда» выполнены в виде металлических шариков, соединенных с выводами четырехзондовой головки, на два вывода из которых подается ток и между двумя остальными измеряется напряжение при контакте головки с пленкой, на которой определяется слоевое сопротивление.The technical result obtained by the implementation of the proposed utility model is that a design is proposed in which all four "probes" are made in the form of metal balls connected to the terminals of the four-probe head, current is supplied to two of the terminals and voltage is measured between the other two upon contact of the head with the film on which the layer resistance is determined.

Идея конструкции полезной модели устройства с четырехзондовой головкой иллюстрируется фиг. 1.The design idea of a four-probe head utility model is illustrated in FIG. one.

На фиг. 1:1 - основание из изолирующего материала, 2 - пластина из фторопласта с отверстиями, 3 - шарики, вставляемые в отверстия пластины 2, 4 - металлические пластины-выводы, контактирующие с шариками 3 и предназначенные для соединения с элементами электрической схемы, служащей для подачи тока через два шарика и для измерения напряжения на двух других шариках (электрическая схема на чертеже не показана), 5 - упругий элемент из изолирующего материала (резины), предназначенного для прижима шариков к контролируемому образцу, 6 - металлическая пластина предназначенная для прижима упругого элемента 5 к металлическим пластинам-выводам 4, 7 - четыре винта, предназначенные для соединения и закрепления элементов 2, 5 и 6 с основанием 1,8 - измеряемый образец (в состав устройства не входит). Ниже показана часть устройства с четырехзондовой головкой. Здесь показано, как шарик 3 расположен в элементе 2 без возможности выпадания из элемента 2. При прижиме шарика к контролируемому образцу шарик перемещается вверх по каналу элемента 2, при этом расстояние между шариками не изменяется.In FIG. 1: 1 - base made of insulating material, 2 - fluoroplastic plate with holes, 3 - balls inserted into the holes of the plate 2, 4 - metal output plates in contact with the balls 3 and designed to be connected to the elements of the electrical circuit serving to supply current through two balls and for measuring the voltage on two other balls (an electrical diagram is not shown in the drawing), 5 - an elastic element made of insulating material (rubber), designed to hold the balls to the controlled sample, 6 - metal plate before Assigning to press the elastic member 5 to the metal plates 4 O 7 - four screws for connecting and fastening elements 2, 5 and 6 with a base 1.8 - measured sample (not included in the device). The part of the device with a four probe head is shown below. Here, it is shown how ball 3 is located in element 2 without the possibility of falling out of element 2. When the ball is pressed against a controlled sample, the ball moves up the channel of element 2, while the distance between the balls does not change.

Дополнительно зонды с шариками могут быть расположены по сторонам прямоугольника так, чтобы короткая сторона прямоугольника была больше, чем диаметр шариков.Additionally, the probes with balls can be located on the sides of the rectangle so that the short side of the rectangle is larger than the diameter of the balls.

Кроме того, зонды с шариками могут быть расположены в линию, причем расстояние между шариками должно превышать диаметр шариков.In addition, the probes with balls can be arranged in a line, and the distance between the balls must exceed the diameter of the balls.

Проведенные измерения показали, что предложенное устройство позволяет проводить измерения поверхностного сопротивления пленок с поверхностным сопротивлением порядка 100 кОм/квадрат, нанесенных на полиимидную пленку.The measurements showed that the proposed device allows measurements of the surface resistance of films with a surface resistance of the order of 100 kOhm / square deposited on the polyimide film.

Литература:Literature:

1. Батавин В.В., Концевой Ю.А., Федорович Ю.В. Измерение параметров полупроводниковых материалов и структур. М.: Радио и связь. 1985. - 264 с.1. Batavin VV, Kontseva Yu.A., Fedorovich Yu.V. Measurement of parameters of semiconductor materials and structures. M .: Radio and communication. 1985 .-- 264 p.

2. Стандарт ASTM F 84 «Стандартный метод измерения удельного сопротивления кремниевых пластин с использованием четырехзондового устройства с линейным расположением зондов».2. Standard ASTM F 84 "Standard method for measuring the resistivity of silicon wafers using a four-probe device with a linear arrangement of probes."

3. Стандарт ASTM F 374 «Стандартный метод измерения удельного сопротивления кремниевых эпитаксиальных, диффузионных и ионно-имплантированных слоев четырехзондовым методом».3. Standard ASTM F 374 "Standard method for measuring the resistivity of silicon epitaxial, diffusion and ion-implanted layers by the four-probe method."

Claims

1. A device with a four-probe head, consisting of a base and four probes, two of which are designed to transmit current and two are used to measure voltage drop across them, characterized in that the probes are made in the form of metal balls, the balls being in the channels of the insulator, part of the surface of the balls protrudes from the channels, and when pressed to the surface of the controlled sample, the balls have the ability to move along the channel from the insulator so that the distance between the balls does not change.

2. A device with a four-probe head according to claim 1, characterized in that the probes in the form of balls are located at the corners of a rectangle, the short side of which exceeds the diameter of the balls.

3. A device with a four-probe head according to claim 1, characterized in that the probes in the form of balls are located at the corners of a square whose side length exceeds the diameter of the balls.

4. A device with a four-probe head according to claim 1, characterized in that the four balls are on the same line, and the distance between the balls exceeds the diameter of the balls.