摘要：對四探針技術測試薄層電阻的原理進行了綜述，重點分析了常規直線四探針法、改進范德堡法和斜置式方形Rymaszewski 法的測試原理，并應用斜置式Rymaszewski 法研制成新型的四探針測試儀，利用該儀器對樣品進行了微區（300μm×300μm）薄層電阻測量，做出了樣品的電阻率等值線圖，為提高晶錠的質量提供了重要參考。

    關鍵詞：四探針技術；薄層電阻；測試技術

    1 引言

    許多器件的重要參數和薄層電阻有關，在半導體工藝飛速發展的今天，微區的薄層電阻均勻性和電特性受到了人們的廣泛關注。隨著集成電路研究的快速發展，新品種不斷開發出來，并對開發周期、產品性能（包括IC的規模、速度、功能復雜性、管腳數等）的要求也越來越高。因此不僅需要完善的設計模擬工具和穩定的工藝制備能力，還需要可靠的測試手段，對器件性能做出準確無誤的判斷，這在研制初期尤其重要。四探針法在半導體測量技術中已得到了廣泛的應用，尤其近年來隨著微電子技術的加速發展，四探針測試技術已經成為半導體生產工藝中應用最為廣泛的工藝監控手段之一[1]。本文在分析四探針技術幾種典型測試原理的基礎上，重點討論了改進Rymaszewski法[2]的應用，研制出一種新型測試儀器，并對實際樣品進行了測試。

    2 四探針測試技術綜述

    四探針測試技術方法分為直線四探針法和方形四探針法。方形四探針法又分為豎直四探針法和斜置四探針法。方形四探針法具有測量較小微區的優點，可以測試樣品的不均勻性，微區及微樣品薄層電阻的測量多采用此方法。四探針法按發明人又分為Perloff法[3]、Rymaszewski法、范德堡法[4]、改進的范德堡法[5]等。值得提出的是每種方法都對被測樣品的厚度和大小有一定的要求，當不滿足條件時，必須考慮邊緣效應和厚度效應的修正問題[6-8]

    雙電測量法[9]采用讓電流先后通過不同的探針對，測量相應的另外兩針間的電壓，進行組合，按相關公式求出電阻值；該方法在四根探針排列成一條直線 的條件下，測量結果與探針間距無關。雙電測量法與常規直線四探針法主要區別在于后者是單次測量，而前者對同一被測對象采用兩次測量，而且每種組合模式測量時流過電流的探針和測量電壓的探針是不一樣的。雙電測量法主要包括Perloff法（如圖1）和Rymaszewski法（如圖2）。Rymaszewski法適用于無窮大薄層樣品，此時不受探針距離和游移的影響，測量得到的薄層電阻為
              
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     式中I為測試電流；V1，V2分別為兩次測得的電壓值；f（V2/V1）為范德堡函數。

     文獻[7]指出只要樣品的厚度小于3mm，其他幾何尺寸無論是多少，無論測量樣品什么位置，都用同一個公式計算測量結果。除厚度修正因子外，不存在其他任何修正因子的問題，也不受探針機械性能的影響，所以測量結果的準確度比常規測量法要高一些，尤其是邊緣位置的測量，雙電測方法的優越性就顯得更加突出。然而，文獻[10]用有限元的方法證明了Rymaszewski法當樣品或測試區域為有限尺寸的矩形時需要做邊緣效應修正，只有當四探針在樣品寬度的中央區，且矩形的長度能容納下四根探針時不需邊緣效應修正。

    由矩形四探針測量法衍生出改進的Rymaszewski直線四探針法即方形Rymaszewski四探針法，這是薄層電阻測量的又一方法，也是本文介紹的新型測試儀研制的重要依據。
                  
    
    改進的范德堡法利用四根斜置的剛性探針，不要求等距、共線，只要求依靠顯微鏡觀察，保證針尖在樣品的方形四個角區邊界附近一定界限內，用改進的范德堡公式，由四次電壓、電流輪換測量得到薄層電阻，可以用于微區薄層電阻的測定。不需要測量針尖與樣品之間相對距離，不需要作邊緣效應修正，不需要保證重復測量時探針位置的一致性，探針的游移不影響測量結果，不需要制備從微區伸出的測試臂和金屬化電極，簡便、快捷、可行[11-13]。這種方法可在微區薄層電阻測試圖形上確定出探針放置的合理測試位置，用有限元方法給予了證明，探針在陰影區的游移不影響測量結果[11