La prueba de resistencia de película delgada es un eslabón clave en la caracterización de materiales y el control de procesos de semiconductores, y su precisión afecta directamente la evaluación de las propiedades eléctricas de los materiales. Los resultados de las pruebas se ven afectados por una variedad de factores, que deben analizarse sistemáticamente en términos de características de la muestra, condiciones de prueba, parámetros del instrumento, especificaciones de operación y factores ambientales.

I. efectos de las características propias de las muestras

1. uniformidad de la película

- fluctuación del espesor: las diferencias locales del espesor pueden causar una distribución espacial desigual de los valores de Resistencia (por ejemplo, los bordes de las películas de pulverización son propensos a gradientes de espesor).

- gradientes de composición: las diferencias en la producción de pulverización del objetivo o los cambios en la tasa de deposición pueden causar gradientes de concentración de componentes (como la distribución radial de la relación in / SN en las películas ito).

- tamaño del grano: el efecto de dispersión del límite del grano de las películas policristalinas puede afectar significativamente la movilidad del portador (por ejemplo, la resistencia aumenta un 30% cuando el tamaño del grano de las películas azo es superior a 50 nm).

2. Estado de la superficie y características de la interfaz

- capa de óxido: las películas metálicas expuestas al aire pueden formar una capa de óxido aislante (por ejemplo, la superficie de la película de al al, al ₃ aumenta la resistencia cuadrada 5 - 10 veces).

- rugosidad: por cada aumento de 1 nm en el valor de ra, la resistencia de contacto de la sonda puede aumentar entre un 10% y un 15% (las pruebas de AFM muestran una tasa de pérdida del área de contacto de la superficie áspera del 12%).

Efecto de adsorción: las capas contaminantes orgánicas (como la grasa de las huellas dactilares) pueden reducir la resistencia de la superficie en 2 órdenes de magnitud.

3. Estado de estrés

El esfuerzo de tracción provoca una distorsión de la red cristalina y un aumento de la dispersión de transportistas (por ejemplo, la resistencia aumenta un 8% cuando el esfuerzo de la película si es superior a 1gpa).

Las grietas inducidas por el estrés de compresión pueden formar canales de fuga de electricidad (por ejemplo, la corriente de fuga se triplica bajo el estrés de compresión de la película tan).

II. efectos de las condiciones de ensayo

1. efecto de temperatura

- coeficiente de temperatura de Resistencia (tcr): película metálica tcr alrededor de + 0,3% / k, película semiconductora hasta - 2% / K.

- calor de julios: a una corriente de prueba de 10 ma, la temperatura de la película de 100 Omega puede aumentar hasta 5K / min, lo que resulta en una deriva dinámica de la resistencia.

- riesgo de Transición de fase: ciertas películas de óxido (como vo¿ 2) experimentan transformaciones de metal - aislador cerca de la temperatura de curie.

2. humedad y atmósfera

- las películas absorbentes de humedad (como los polímeros dopados con nacl) presentan una caída del 40% en la resistencia cuando la RH es superior al 60%.

- la atmósfera reductora (h¿ H / ar) cambia el Estado superficial de las películas de metales preciosos, como la ua.

- ambientes corrosivos (como el cloro) provocan un aumento del 15% por hora en la resistencia cuadrada de las películas de plata.

3. carga mecánica

- presión de la sonda: bajo el módulo de Young de la silicio, el cambio de presión de 0,1n provoca una fluctuación de la resistencia de contacto de ± 3%.

- daño por arañazos: puede producirse una deformación plástica cuando la velocidad de movimiento lateral de la sonda es superior a 1 μm / S.

- tensión de agarre: efecto piezoresivo cuando la fuerza de agarre de la película de PC es superior a 0,5 MPa (△ R / R alcanza el 1,2%).

III. efectos de los parámetros del instrumento

1. incentivos eléctricos

- modo actual: la fuente de corriente constante es mejor que la fuente de presión constante, con un error no lineal inferior al 0,5% en el rango de 10na - 10ma.

- respuesta de frecuencia: en las pruebas de ca, se introduce una resistencia capacitiva en bandas superiores a 1 kHz (por ejemplo, la influencia de la constante dieléctrica de la película si ₃ N ₄ es superior al 10%).

- efecto de polarización: cuando el sesgo de corriente continua es superior a 1v, las películas ferroeléctricas (como pzt) producirán polarización direccional.

2. configuración geométrica

- método de cuatro sondas: el error de distancia de la sonda ± 1 μm causa un error de resistencia cuadrada de ± 0,5% (basado en la fórmula de corrección de vanderberg).

- contacto lineal: el radio de curvatura de la sonda debe ser inferior a 10 micras para garantizar el contacto ohmico (la resistencia al contacto en la prueba de Grafeno debe representar menos del 10%).

- efecto de borde: el tamaño de la muestra < 5 veces el espaciamiento de la sonda debe corregirse con un electrodo anular (tasa de compensación de error superior al 92%).

3. adquisición de datos

- tasa de muestreo: la medición instantánea requiere más de 1ms / s para capturar las características del interruptor (como el proceso de apertura del Transistor mos).

Nivel de ruido: el ruido de nivel 1 μv ocultará la señal de película de alta resistencia (p > 10 ⁶ Omega · cm).

Tiempo de integración: la tecnología de amplificación de bloqueo de fase puede aumentar la relación señal - ruido en 3 órdenes de magnitud.

IV. la sombra de las normas de funcionamiento

1. preparación de muestras

Proceso de limpieza: la limpieza de residuos orgánicos por RCA aumenta la resistencia de contacto en 15 - 20 ohm.

- tratamiento de recocido: el recocido rápido (rta) provoca una fluctuación de la concentración de defectos de ± 8% (cambio de 0,1 ° de la media altura y ancho de xrd).

- alineación litográfica: cuando la desviación de la máscara es superior a 2 micras, el error del factor de corrección geométrica de la muestra de banda Hall alcanza el 5%.

2. proceso de prueba

- fase de prepresión: la prepresión de 50 GF elimina la capa de óxido superficial (las pruebas AES muestran una disminución del 40% en el contenido de oxígeno).

- Ruta de escaneo: las películas isotrópicas en el plano deben someterse a pruebas vectoriales a lo largo de la dirección cristalina / de crecimiento.

- medición múltiple: la dispersión de la prueba repetida en la misma posición debe ser inferior a 3 sigma (el valor de CVS requerido típico debe ser inferior al 2%).

V. factores de interferencia ambiental

1. interferencia electromagnética

Interferencia de frecuencia de potencia de 50 hz: la amplitud del ruido de baja frecuencia puede alcanzar los 10 μv sin blindaje.

Descarga estática: la electricidad estática humana puede romper el medio de puerta delgada (como la capa de óxido de puerta del dispositivo Gan hemt) cuando la electricidad estática humana es superior a 3 kv.

Corriente del Circuito de tierra: la mala puesta a tierra de varios equipos producirá una corriente de interferencia de nivel de micro - Seguridad.

2. vibraciones mecánicas

- la aceleración de la vibración de 0,1g provoca un ruido de desplazamiento de la sonda superior a 10 nm (detectado por interferómetro láser).

Interferencia acústica: > un ambiente de ruido de 80 dB desviará el posicionamiento a nivel submicron de ± 50 nm.

VI. corrección y procesamiento de datos

1. corrección geométrica

- las muestras no circulares deberán aplicar un factor de corrección elíptica (rango de compensación de errores del 0,1 - 1,5%).

- la prueba de la estructura escalonada deberá deducir la contribución del sustrato (por ejemplo, la estructura apilada sio¿ 2 / Poly - si).

2. corrección de la resistencia de contacto

En la prueba tlm, el error de pendiente de ajuste lineal debe ser inferior al 0,5% (r m2 > 0999).

El método de cuatro sondas requiere verificar la región lineal I - V (los datos no son válidos cuando la no lineal es superior al 5%).

3. compensación por deriva de temperatura

El termómetro de resistencia al platino (pt100) necesita lograr una resolución de 0,01k.

La conexión Kelvin en tiempo real elimina la resistencia del cable (el valor típico de 2 Omega cae a 0,1 omega).