[发明专利]集成电路外延层扩展电阻测试仪

说明书

本发明公开了一种集成电路外延层扩展电阻测试仪，属于半导体领域，包括底座，所述底座上设置有气浮减震台，所述气浮减震台上设置有产品调节台和探针调节台，所述产品调节台上设置有样品测量台，所述探针调节台上设置有探针，所述产品调节台包括第一水平滑台和第二水平滑台上，所述第一水平滑台使得所述样品测量台沿着x方向移动，所述第二水平滑台使得所述样品测量台沿着y方向移动，所述探针调节台包括垂直滑台，所述垂直滑台使得所述两个探针沿着z方向移动；所述探针连接有测量电路，所述测量电路包括电压源和电流表。本发明成本低，测量准确度高，测试数据一致性好。

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别是指一种集成电路外延层扩展电阻测试仪。

背景技术

外延工艺是集成电路芯片制造过程中的极为重要的工艺之一，外延是指在一定条件下，在一片表面经过细致加工的单晶衬底上，生长符合要求的新单晶层的过程。一般外延层的厚度为2μm～20μm，外延层的质量直接影响到器件的性能成品率和可靠性。

评价外延层质量的参数主要有：电阻率及均匀性、表面缺陷、厚度及厚度均匀性等，其中电阻率及其均匀性对集成电路性能的影响尤为明显，是外延片的重要特征参数之一，也是判断外延材料掺杂浓度的一个主要参数，直接影响到器件的隔离特性、击穿电压、反向漏电流和三极管的β值等。因此集成电路研制和生产单位对外延层的电阻率测量尤其重视。

目前测量外延层电阻率的常用方法包括四探针法、三探针法、C-V法(微分电容-电压法)和扩展电阻法四种测量方法。

三探针法是一种传统的测量方法，其通过测量外延层表面与探针形成的肖特基结的击穿电压来测量电阻率，因此探针压力、探针针尖状态、外延层厚度、电阻率纵向分布及表面状态等对测量结果影响很大。一旦表面漏电流大或者外延层厚度小于耗尽层宽度时，将无法获得测量结果，即使测出了击穿电压值，也是外延层穿通电压值，不能得到外延层的电阻率值，因此测量结果可信度差。

四探针法由于测量精度高，样品制备容易，被广泛用来测量有P-N结结构的外延片。其测量误差除受探针压力、针尖曲率半径、仪器恒流源等因素外，还包括1)外延层厚度测量误差的影响。由于外延层电阻率由公式ρ＝R_□×t计算，(式中，ρ是外延层电阻率值，R_□为外延层方块电阻值，t是外延层厚度)，因此其测量误差是R_□测量误差和t测量误差之合成，t值的测量误差一般在10％左右。2)外延层电阻率纵向分布的影响。由于四探针测量外延层电阻率值是外延层的平均值，因此相同的方块电阻值可以得到不同的结果。

电容-电压(C-V)法除受探针面积、水银与硅表面浸润程度等因素影响外，还有以下因素：1)系统杂散电容的影响。目前一些较先进的仪器和系统的杂散电容已降到1.2pF左右，此电容随外加偏压的增加对结果影响越来越大。一个电阻率纵向分布平坦的外延层，由于受杂散电容的影响而出现曲线倾斜，导致结果发生偏离。2)取值点的影响，由于电容--电压法测量获得的是一条纵向电阻率分布曲线，因此不同的取值部位其电阻率值是不一样的。尤其在纵向电阻率梯度大时，结果差别更为明显。3)表面状态的影响。硅外延片的表面沾污和微缺陷可能引起肖特基结耗尽层载流子浓度的变化，从而影响外延层纵向电阻率分布曲线的变化，导致测量结果发生偏差。

扩展电阻测量法由于排除了探针曲率半径等对测试结果的影响，因此仪器误差可控制在5％以内，并能在测量电阻率纵向分布的同时获得外延层的厚度值，因此要精准测量硅片外延层的电阻率、载流子浓度，最好的方法是扩展电阻法，其在集成电路材料测试和工艺监控与测试中得到广泛应用。

扩展电阻定义：金属探针与半导体上某一参考点之间的电压降同流过探针的电流之比值称为扩展电阻。

扩展电阻法是利用特殊的点接触探针，沿着样品的表面，以微小的步进，测出半导体材料或器件表面的每一点的扩展电阻值，由此得到电阻、电阻率和载流子浓度(掺杂杂质浓度)及其分布的一种测试技术。