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四探针方块电阻(又叫薄膜电阻)测试仪是半导体制造中常用的检测仪器之一,用以测量半导体材料的电阻率和薄膜的方块电阻,同时达到测量半导体薄层材料的掺杂浓度和薄膜厚度、控制器件和集成电路性能的目的。 目前半导体集成电路迅猛发展,带动相关测试技术发展。随着集成度的提高,器件尺寸的不断缩小,晶圆尺寸的增大,要求测试系统的测量精度、稳定性、分析和数据处理的能力不断提高。半导体电阻率测量应用广泛,在进口测量设备非常昂贵下,国产四探针方块电阻、电阻率测试系统市场很好,开发先进的四探针方块电阻测试系统很有意义。 本文对四探针技术测量半导体薄层电阻及半导体材料电阻率的重要性进行了分析,论述了常用的几种四探针测量技术的基本原理,并对比了各自的特点和适用对象。讨论了影响四探针测试仪测量稳定性的共性因素。介绍了新研制的数字式直线四探针薄层电阻测试系统的总体设计思路和方案,阐述了其工作原理,硬件组成、各部分要求。重点对该测试系统的测量误差及可靠性进行分析研究,分析了测试误差形成的原因及改进方案。同时对该四探针测试系统在使用过程中出现的一些非理想因素进行了深入探讨,分析引起测量误差的外界测量环境因素和测试仪器本身存在的固有因素,找出影响四探针测试仪测量精度和测量稳定性的原因。分析测量结果以及相对误差,讨论了产生误差的原因以及在测量过程中影响测量精度的因素,深入研究该测试仪在实际使用过程中出现的测量稳定性问题,探寻现实可行的改进措施。