基于伪测量值法的薄层硅片电阻率检测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及基于伪测量值法的薄层硅片电阻率检测方法及系统，该方法的步骤是：1)确定标准硅片的基本参数，包括直径、P/N型、厚度、晶向，测试样片和标准硅片的直径、P/N型、厚度和晶向参数相同；2)根据标准硅片的基本参数建立数学模型；3)根据数学模型选择激励方式和电极数量，设定硅片内各微区节点坐标；4)应用伪测量值法测量电阻率。该方法可以解决现有技术无法满足的要求，能够实时快速地检测出薄层硅片的电阻率，得到硅片电阻率的整体分布图，从而甄别工业生产中出现的残次品。

Method and system for detecting resistivity of thin silicon wafer based on pseudo measurement method

The present invention relates to a thin layer resistivity detection method and system based on the method of pseudo measurements, the method comprises the following steps: 1) to determine the basic parameters of the standard chip, including P/N type, diameter, thickness, crystal orientation, testing samples and standard wafer diameter, P/N thickness, and to the same parameters; 2) the establishment of Mathematics according to the basic parameters of standard silicon wafer; 3) according to the mathematical model to choose the incentive mode and the number of electrodes, each set of silicon micro node coordinates; 4) application of pseudo measurement method for resistivity measurement. This method can solve the existing technology can not meet the requirement of real-time, can rapidly detect resistivity thin layer of silicon wafers, overall distribution of resistivity of silicon wafers, defective products and screening in industrial production.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及薄层硅片电阻率的无接触测量技术，具体涉及一种基于伪测量值法的薄层硅片电阻率检测方法及系统，该方法能对硅片整片电阻率均匀性进行检测，能够得出硅片电阻率的分布图，应用于单晶硅工业生产领域。
技术介绍
电阻率是硅片的一个重要参数，其大小直接反映了硅片的导电能力。硅片按晶体结构分为单晶硅和多晶硅，不同结构的硅片其电阻率相差极大。其中单晶硅纯硅的电阻率为2.5*105Ω·cm，而每一百万个硅原子中有一个被其他原子替代，则电阻率降低0.2Ω·cm。在生产硅片的过程中，可以通过控制杂质原子的浓度来改变纯硅的导电性。对于硅片这类半导体电阻率的测试，常规的方法主要分为接触式测量和无接触式测量。接触式测量技术有两探针法、直线四探针法、三探针法、扩展电阻法等，详细内容见文献《半导体测试技术原理及应用》(刘新福杜占平李为民.半导体测试技术原理与应用[J].2007.)目前最常用的是直线四探针法。直线四探针法的工作原理将四根探针等距呈直线式排列放置在硅片某一区域上，在两侧的探针上注入电流I，然后用高精度的电压表测量中间两个探针间的电压V，利用欧姆定律可得该区域内平均电阻率。直线四探针法的优点在于原理简单，计算方便，便于应用。但是随着科技的发展，直线四探针法逐渐难以满足工业制造的需求。受限于工作原理，直线四探针法必须用四根探针接触硅片表面，会使硅片受到污损；测量范围也受限于探针的间距，测量区域较大，难以检查硅片电阻率是否均匀，只能测量硅片整片平均的电阻率。由于测量时需要逐点测量，因此会消耗大量的时间。无接触式测量主要有交流测试法、电容耦合法、电感耦合法、涡流法、离子共振红外线法以及微波扫描显微镜探头测试法。详细内容见文献《半导体材料测试与分析》(杨德仁.半导体材料测试与分析[M].科学出版社,2010.)目前常用的是涡流法。其工作原理是在硅片上方悬置一个带有线圈的探头，当线圈注入电流后会形成涡流产生磁场，硅片电阻率不同时，穿过硅片的磁场也会不同，通过检测硅片下方的磁通量便可得到硅片的电阻率。然而线圈形成涡流时会产生热量，使硅片的电阻率受到影响，因此所测得数据并不准确。现有的薄层硅片电阻率测量技术无论是直线四探针法还是涡流法，都存在一定的不足，在工业生产中让无法做到大量产品的测量。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种基于伪测量值法的薄层硅片电阻率检测方法及系统，该方法可以解决现有技术无法满足的要求，能够实时快速地检测出薄层硅片的电阻率，得到硅片电阻率的整体分布图，从而甄别工业生产中出现的残次品。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：一种基于伪测量值法的薄层硅片电阻率检测方法，该方法的步骤是：1)确定标准硅片的基本参数，包括直径、P/N型、厚度、晶向，测试样片和标准硅片的直径、P/N型、厚度和晶向参数相同；2)根据标准硅片的基本参数建立数学模型；3)根据数学模型选择激励方式和电极数量，设定硅片内各微区节点坐标；4)应用伪测量值法测量电阻率：a.在标准硅片，即电阻率已知且分布均匀的硅片，边缘位置等距放置电极，并选择两个电极施加激励，测得标准硅片各节点位置及边缘电极位置的电位；b.将步骤a)测得的边缘电极位置的电位进行数值计算，应用回归分析的方法拟合出标准硅片边界电位分布函数方程；c.根据步骤b)得到的标准硅片边界电位分布函数方程及步骤a)中得到的标准硅片内各节点位置的电位，依据等位对应关系计算各节点在边界处的电位映射位置；d.在测试样片，即电阻率未知且分布不均匀的硅片，边缘位置等距放置电极，电极个数与标准硅片上电极个数一致，并施加相同激励，测得测试样片边缘电极位置的电位；e.将步骤d)测得的边缘电极位置的电位进行数值计算，应用回归分析的方法拟合出测试样片边界电位分布函数方程；f.将步骤c)得到的各节点在边界处的电位映射位置带入步骤e)得到的测试样片边界电位分布函数方程计算出测试样片各节点位置的电位；g.将步骤f)得到的测试样片各节点位置的电位与步骤a)中的标准硅片各节点位置的电位进行比较，根据标准硅片各节点与测试样片各节点的电位变化值计算得出各节点位置的阻抗变化值；h.根据各节点位置的阻抗变化值重构测试样片电阻率分布图，并检测测试样片电阻率均匀性，至此完成应用伪测量值法测量电阻率的目的。一种基于伪测量值法的薄层硅片电阻率检测系统，该系统使用上述的检测方法，包括激励源模块、多路模拟开关模块、信号放大模块、信号处理模块和计算机；激励源模块、多路模拟开关模块、信号放大模块、信号处理模块和计算机依次连接，其中信号处理模块的一个输出端还与多路模拟开关模块的一个输入端连接，多路模拟开关模块同时接在样片的两端；所述激励源模块选用恒流源作为激励源，激励源模块与多路模拟开关模块连接，为硅片电极提供激励信号，具体电路构成是：电源E的正极通过开关连接电阻R1的一端和负载的一端，电源E的负极与电阻R2的一端、二极管D1的负极连接；电阻R2的另一端串联两个滑动变阻器(R3和R4)，滑动变阻器R4的一端连接三极管的发射极连接，二极管D1的正极与二极管D2的负极连接；电阻R1的另一端与二极管D2的正极、三极管Q的基极连接；三极管Q的集电极连接负载的另一端；所述信号放大模块采用平衡式差分放大电路，信号放大模块的输入端与多路模拟开关模块的输出端连接，信号放大模块的输出端与信号处理模块连接；具体电路构成是：包括固定电阻R5～R12和运算放大器，所述运算放大器的正极与固定电阻R5的一端、固定电阻R11的一端连接，固定电阻R5的另一端、固定电阻R11的另一端和固定电阻R7的一端均接地；固定电阻R9和固定电阻R8同时并联在固定电阻R7和固定电阻R11之间的导线上；所述运算放大器的负极与固定电阻R12的一端、固定电阻R10的一端连接，固定电阻R10的另一端与固定电阻R6的一端连接；固定电阻R12的另一端与运算放大器的输出端连接，输出电压为U0，固定电阻R6的另一端和固定电阻R7的另一端与多路模拟开关模块的输出端连接，输入电压为Ui。与现有技术相对比，本专利技术的有益效果是：四探针法及涡流法分别是目前应用最为广泛的接触式测量法和无接触式测量法。本专利技术与这两种方法相比具有如下特点：1)四探针法通过四个探针与硅片接触，施加激励后，利用一定算法得出探针区域内的电阻率。为保证探针与硅片为欧姆接触，探针需以一定的压力放置在硅片上，这样会对硅片造成一定的损伤。本专利技术是以电极放置在硅片的边缘位置，在不接触硅片内部的情况下测量出硅片整片的电阻率分布图，可以有效的避免硅片由于测量造成的表面损伤等缺陷。2)涡流法是通过探头处的线圈在通电后产生的磁场对硅片的电阻率进行测量。由于探头位置离硅片距离较近，线圈在通电后产生的热量会对硅片表面温度产生较大影响，从而影响硅片的实际电阻率。本专利技术则是在边缘位置施加激励，可能会对边缘电极处的硅片电阻率产生一定的影响(但可通过减弱激励信号来降低影响)，但是对于硅片内部不会产生影响，相对于涡流法具有更高的测量精度。3)四探针法分为直线四探针法和方形四探针法。在测量时，探针需要放置到硅片上。测量的区域大小由探针头直径及探针间距决定。这就使目前的测试仪在制作水平上大大的限制了测量微区的大小。本专利技术以节点为基本计算单位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于伪测量值法的薄层硅片电阻率检测方法，该方法的步骤是：1)确定标准硅片的基本参数，包括直径、P/N型、厚度、晶向，测试样片和标准硅片的直径、P/N型、厚度和晶向参数相同；2)根据标准硅片的基本参数建立数学模型；3)根据数学模型选择激励方式和电极数量，设定硅片内各微区节点坐标；4)应用伪测量值法测量电阻率：a.在标准硅片边缘位置等距放置电极，并选择两个电极施加激励，测得标准硅片各节点位置及边缘电极位置的电位；b.将步骤a)测得的边缘电极位置的电位进行数值计算，应用回归分析的方法拟合出标准硅片边界电位分布函数方程；c.根据步骤b)得到的标准硅片边界电位分布函数方程及步骤a)中得到的标准硅片内各节点位置的电位，依据等位对应关系计算各节点在边界处的电位映射位置；d.在测试样片边缘位置等距放置电极，电极个数与标准硅片上电极个数一致，并施加相同激励，测得测试样片边缘电极位置的电位；e.将步骤d)测得的边缘电极位置的电位进行数值计算，应用回归分析的方法拟合出测试样片边界电位分布函数方程；f.将步骤c)得到的各节点在边界处的电位映射位置带入步骤e)得到的测试样片边界电位分布函数方程计算出测试样片各节点位置的电位；g.将步骤f)得到的测试样片各节点位置的电位与步骤a)中的标准硅片各节点位置的电位进行比较，根据标准硅片各节点与测试样片各节点的电位变化值计算得出各节点位置的阻抗变化值；h.根据各节点位置的阻抗变化值重构测试样片电阻率分布图，并检测测试样片电阻率均匀性，至此完成应用伪测量值法测量电阻率的目的。...

【技术特征摘要】
1.一种基于伪测量值法的薄层硅片电阻率检测方法，该方法的步骤是：1)确定标准硅片的基本参数，包括直径、P/N型、厚度、晶向，测试样片和标准硅片的直径、P/N型、厚度和晶向参数相同；2)根据标准硅片的基本参数建立数学模型；3)根据数学模型选择激励方式和电极数量，设定硅片内各微区节点坐标；4)应用伪测量值法测量电阻率：a.在标准硅片边缘位置等距放置电极，并选择两个电极施加激励，测得标准硅片各节点位置及边缘电极位置的电位；b.将步骤a)测得的边缘电极位置的电位进行数值计算，应用回归分析的方法拟合出标准硅片边界电位分布函数方程；c.根据步骤b)得到的标准硅片边界电位分布函数方程及步骤a)中得到的标准硅片内各节点位置的电位，依据等位对应关系计算各节点在边界处的电位映射位置；d.在测试样片边缘位置等距放置电极，电极个数与标准硅片上电极个数一致，并施加相同激励，测得测试样片边缘电极位置的电位；e.将步骤d)测得的边缘电极位置的电位进行数值计算，应用回归分析的方法拟合出测试样片边界电位分布函数方程；f.将步骤c)得到的各节点在边界处的电位映射位置带入步骤e)得到的测试样片边界电位分布函数方程计算出测试样片各节点位置的电位；g.将步骤f)得到的测试样片各节点位置的电位与步骤a)中的标准硅片各节点位置的电位进行比较，根据标准硅片各节点与测试样片各节点的电位变化值计算得出各节点位置的阻抗变化值；h.根据各节点位置的阻抗变化值重构测试样片电阻率分布图，并检测测试样片电阻率均匀性，至此完成应用伪测量值法测量电阻率的目的。2.根据权利要求1所述的基于伪测量值法的薄层硅片电阻率检测方法，其特征在于所述步骤2)中的数学模型为二维圆形场域，场域单元属性由硅片实际参数决定。3.根据权利要求1所述的基于伪测量值法的薄层硅片电阻率检测方法，其特征在于所述施加的激励为恒流源激励。4.根据权利要求1所述的基于伪测...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新福，吴鹏飞，张剑军，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12