半导体测试薄层厚度测量
半导体膜层质量评价标准
半导体膜层质量评价标准
半导体膜层质量评价标准主要包括以下几个方面：
表面粗糙度：表面粗糙度是表征半导体薄膜质量的重要参数之一，通常使用原子力显微镜（AFM）来测量。
较小的表面粗糙度意味着薄膜表面更平整，光学性能更好。
表面粗糙度的大小与薄膜生长过程中的控制条件密切相关，如生长温度、压力等。
晶体结构：晶体结构是表征半导体薄膜质量的重要参数之一，通常使用X射线衍射（XRD）来分析。
半导体薄膜的晶体结构对其电学、光学性能有重要影响，因此晶体结构的研究对于半导体薄膜生长工艺的优化具有重要意义。
成分变化：在正常生产过程中，生长的薄膜成分比例会和理论模型有所区别。
若成分变化过大会导致薄膜质量变差，通常采用均方根成分比例来表征成分变化。
电阻率：经过薄膜工艺环节后，薄膜的表面电阻值可以用来衡量缓冲层的薄膜质量与导电能力，是缓冲层重要的质量指标之一，通常使用四探针电阻测量仪测量薄膜的表面方块电阻来表征电阻率。
光学性能：光学性能是评价半导体膜层质量的重要指标之一，包括反射率、透过率、光谱特性等。
这些性能与膜层的材料、厚度、结构等因素有关，可以通过实验测量和理论计算来评估。
稳定性：半导体膜层的稳定性包括化学稳定性、热稳定性、环境稳定性等。
这些稳定性对于膜层的长期使用和可靠性具有重要影响，需要在评价膜层质量时进行考虑。
四探针法测量半导体电阻率及薄层电阻
在半无穷大样品上的点电流源， 若样品的电阻率ρ均匀， 引入点电流源的探针其电流
强度为 I，则所产生的电力线具有球面的对称性， 即等位面为一系列以点电流为中心的半
球面，如图 2-1 所示。在以ｒ为半径的半球面上，电流密度ｊ的分布是均匀的：
j= I 2πr 2
（2-1）
若 E 为ｒ处的电场强度， 则
E = jρ = Iρ 2πr2
2
r12
1 r13
3
r34
4
r24
ss s
12
3
4
图 2-2 任意位置的四探针
图 2-3 直线型四探针
ρ = V23 2πS I
（2-9）
2-9 式就是常见的直流四探针 (等间距) 测量电阻率的公式， 也是本实验要用的测量公式之 一。需要指出的是： 这一公式是在半无限大样品的基础上导出的，实用中必需满足样品厚度 及边缘与探针之间的最近距离大于四倍探针间距， 这样才能使该式具有足够的精确度。
包围。同样需要注意的是当片状样品不满足极薄样品的条件时，仍需按式(2.10)计算电阻
率P。其修正系数Bo列在表 2.3 中。
2. 扩散层的薄层电阻
半导体工艺中普遍采用四探针法测量扩散层的薄层电阻，由于反向 pn 结的隔离作
用，扩散层下的衬底可视为绝缘层，对于扩散层厚度(即结深 Xj)远小于探针间距 S，而横
向尺寸无限大的样品，则薄层电阻率为：
s d
d 2d
ρ = 2π s × V
B0
I
s d
B0
s d
0.1
1.0009
0.6
B0
s d
1.1512
1.2
B0 1.7329
0.2
四探针法测量薄层电阻方法对比
245略研究[J].中国水运(下月),2019,19(09):10-12,15.[3]彭宾,郭佩佩,黄家怿,等.无舵船舶航向自动控制系统研究[J].现代农业装备,2016(03):45-49，58.[4] Donghoon Kang,Vishwanath Nagarajan,Yoshiaki Gonno,etc. Installing single-propeller twin-rudder systemwith less asymmetric maneuvering motions[J].Ocean Enginee ring,2011,38(10):1184-1196.[5]李殿璞,王宗义,池海红.螺旋桨特性四象限Chebyshev 拟合式的建立与深潜艇直航全工况运动仿真的实现[J].系统仿真学报,2002(07):935-938，951.1 引言薄层电阻是指半导体膜或薄金属膜单位面积上的电阻，是用来标称厚度均匀的薄膜电阻的量度。
薄层电阻的电阻值作为一种重要工艺参数，在半导体器件和IC 生产中，其精确度显得尤为重要。
四探针法作为一种常用的测量半导体薄层电阻的方法，其测量理论成熟，测试精度较高。
四探针的原理最初被THOMSON 于1861年提出。
Valdes 在1954年最早将四探针法用作半导体电阻率的测试。
1979年由宿昌厚提出宿氏双电法测薄层电阻率。
1999年Petersen 通过提出一种制备微观四探针的方法，引领四探针技术进入微观领域。
2 薄层电阻测量原理以测试结构为划分依据，可将四探针技术测量薄层电阻方法划分为直线四探针、方形四探针、改进的四探针和范德堡法。
而直线四探针法根据四根探针的不同组合方式，又分为常规四探针法和双电法。
2.1 常规直线四探针常规直线四探针是目前测量薄层电阻最常用的方法之一，其原理简单、测量精度较高。
将四根间距相等的探针置于同一直线上，使探针与样品形成欧姆接触。
使用恒流源将电流施加于探针1、4间，将探针2、3间的电压差利用高输入阻抗的精确电压表测出。
半导体thk膜厚量测原理
半导体thk膜厚量测原理在半导体工业中，膜厚的测量是非常重要的一个工艺步骤。
因为许多半导体材料的性质与电学性能都与膜厚相关，所以掌握膜厚的真实值，对于提高半导体器件的品质和可靠性具有关键作用。
本文将介绍半导体thk膜厚量测的原理和方法。
1. 膜厚测量的重要性如今，半导体器件制造的趋势是将器件尺寸不断缩小，以便实现更高的IC密度和更有效的能源利用。
这就需要使用光刻等处理技术来制造器件结构。
但是，这些器件结构通常涉及到多层膜厚，而膜厚的误差将直接导致器件的电性能、光学性能和尺寸精度等的偏差。
因此，膜厚的精确控制和测量对于半导体制造技术的进步和实现有非常重要的作用。
另外，在半导体工业中，膜厚也是优化器件性能的关键因素之一。
例如，在设计和生产太阳能电池和LED器件时，膜厚是非常重要的参数。
在太阳能电池中，光敏材料的光捕获效率与膜厚密切相关；在LED器件中，发光强度和色温也与膜厚有关。
因此，测量器件中的膜厚并对其进行控制是生产高品质半导体器件的必要步骤。
2. 膜厚测量方法在半导体工业中常用的膜厚测量技术有多种，如质谱微秤、X射线衍射仪、椭偏仪、紫外可见分光光度计等。
这些技术各有其优缺点，选择适合的测量方法将取决于被测量的材料性质和膜厚范围。
在这些测量中，最通用和最简单的方法是使用椭偏仪。
椭偏仪使用偏振光源照射样品，利用样品对光的旋光现象来测量膜厚。
这种方法适用于介电质、半导体和金属等不透明材料的膜厚测量，在膜厚10nm-10μm范围内测量精度可达微米级别。
3. 椭偏测量原理椭偏仪利用Kerr效应或Faraday效应的原理来测量样品的旋光现象。
当线偏振光照射样品时，如果样品中存在旋光膜，则光的偏振方向将发生旋转。
椭偏仪可以监测和测量出这种光的偏振状态的变化。
因此，测量膜厚的关键是测量偏转的光线的角度。
为此，当样品被照射时，椭偏仪会将光束分成两束。
一束被二极管分光器分解为s偏振和p偏振光，另一束被留在同一路径中。
半导体测试设备有哪些
半导体测试设备有哪些
半导体测试设备
1、椭偏仪
测量透明、半透明薄膜厚度的主流方法，它采用偏振光源发射激光，当光在样本中发生反射时，会产生椭圆的偏振。
椭偏仪通过测量反射得到的椭圆偏振，并结合已知的输入值精确计算出薄膜的厚度，是一种非破坏性、非接触的光学薄膜厚度测试技术。
在晶圆加工中的注入、刻蚀和平坦化等一些需要实时测试的加工步骤内，椭偏仪可以直接被集成到工艺设备上，以此确定工艺中膜厚的加工终点。
2、四探针
测量不透明薄膜厚度。
由于不透明薄膜无法利用光学原理进行测量，因此会利用四探针仪器测量方块电阻，根据膜厚与方块电阻之间的关系间接测量膜厚。
方块电阻可以理解为硅片上正方形薄膜两端之间的电阻，它与薄。
半导体材料_实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 熟悉半导体材料的性质，掌握半导体材料的制备方法。
2. 学习使用四探针法测量半导体材料的电阻率和薄层电阻。
3. 掌握半导体材料霍尔系数和电导率的测量方法。
4. 了解太阳能电池的工作原理，并进行性能测试。
二、实验原理1. 半导体材料：半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的电导率，其电导率受温度、掺杂浓度等因素影响。
本实验所用的半导体材料为硅（Si）。
2. 四探针法：四探针法是一种测量半导体材料电阻率和薄层电阻的常用方法。
通过测量电流在半导体材料中流过时，电压的变化，可以得到材料的电阻率和薄层电阻。
3. 霍尔效应：霍尔效应是一种测量半导体材料霍尔系数和电导率的方法。
当半导体材料中存在磁场时，载流子在运动过程中会受到洛伦兹力的作用，导致载流子在垂直于电流和磁场的方向上产生横向电场，从而产生霍尔电压。
4. 太阳能电池：太阳能电池是一种将光能转化为电能的装置。
本实验所用的太阳能电池为硅太阳能电池，其工作原理是光生电子-空穴对在PN结处分离，产生电流。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：四探针测试仪、霍尔效应测试仪、太阳能电池测试仪、数字多用表、温度计等。
2. 实验材料：硅（Si）半导体材料、太阳能电池等。
四、实验步骤1. 四探针法测量半导体材料电阻率和薄层电阻（1）将硅半导体材料切割成合适尺寸的样品。
（2）将样品放置在四探针测试仪上，按照仪器操作步骤进行测量。
（3）记录实验数据，计算电阻率和薄层电阻。
2. 霍尔效应测量半导体材料霍尔系数和电导率（1）将硅半导体材料切割成合适尺寸的样品。
（2）将样品放置在霍尔效应测试仪上，按照仪器操作步骤进行测量。
（3）记录实验数据，计算霍尔系数和电导率。
3. 太阳能电池性能测试（1）将硅太阳能电池放置在太阳能电池测试仪上。
（2）按照仪器操作步骤进行测试，记录实验数据。
（3）计算太阳能电池的短路电流、开路电压、填充因子等参数。
五、实验结果与分析1. 四探针法测量半导体材料电阻率和薄层电阻根据实验数据，计算得到硅半导体材料的电阻率和薄层电阻分别为：ρ =0.3Ω·m，Rt = 0.1Ω。
四探针法测量电阻率和薄层电阻
V D W F F W ， 选 取 测 试 电 流 I ， 使 I S S
D W I F F S S
然后在仪器上调节 W1 和 W2， 使测试电流显示值为 “□ W ABCD ，
ABCD” 。当选取不同的电流量程时，测试电流显示值与实际电流值的关系如表 3。 按以上方法调节电流后，按 K6 键选择“ R / ” ，按 K5 键选择“ ” ，这时仪器所 显示的数值即为样品电阻率的测试结果（ cm ） 。
值得注意的是它与正方形边长的大小无关，所以取名为方块电阻。 实际上无限薄层是不存在的，但只要薄层的厚度 d <<S / 2 时，可视为无限薄层。 如，在半导体器件制造中，其扩散层的厚度只有数微米（ m ）或更小，一般薄膜材料 的厚度也在几微米以下，多为纳米（ nm ）量级，而探针间距S一般为1mm 左右，所以 无限薄层的条件是能够满足的。 如果薄层的表面不能视为无穷大，就要对（15）式进行修正。此时薄层方块电阻 的公式变为
V D W F F I S S
W
（17）
其中，D 为样品直径，单位：cm； S 为探针间距，单位：cm； W 为样品厚度，单位：cm； F（D/S）为样品直径修正系数，由附表Ⅰ查出； F（W/S）为样品厚度修正系数，由附表Ⅱ查出； I 为 1、4 探针流过的电流值，单位：mA； V 为 2、3 探针间的电压值，单位：mV. （2）薄层方块电阻 R ( / ) ：
（5）
（6）
V23 V2 V3
所以，样品的电阻率为：
I 1 1 1 1 ( ) 2 r12 r24 r13 r34
（7）
2 V23 1 1 1 1 ( ) 1 I r12 r24 r13 r34
实验一 四探针法测试半导体的电阻率
实验一 四探针法测试半导体的电阻率实验项目性质： 普通实验 所涉及课程：半导体物理 计划学时：2学时 一、 实验目的1．掌握方块电阻的概念和意义； 2．掌握四探针法测量方块电阻的原理； 3．学会操作四探针测试仪。
二、 实验原理 1．方块电阻对任意一块均匀的薄层半导体，厚W ，宽h ，长L 。
如果电流沿着垂直于宽和厚的方向，则电阻为hW LR ⋅=ρ，当h L =时，表面成方块，它的电阻称为方块电阻，记为WR 1ρ=口，单位为Ω□ （1）式中的方块电阻口R 与电阻层厚度h 和电阻率ρ有关，但与方块大小无关，这样得到hLR R 口= （2） 对于一扩散层，结深为j x ，宽h ，长L ，则jx h LR ⋅=ρ。
定义L ＝h 时，为扩散层的方块电阻，1jjR x x ρσ==□ (3) 这里的ρ、σ均为平均电阻率和平均电导率。
若原衬底的杂质浓度为()B N x ，扩散层杂质浓度分布为()N x ，则有效杂质浓度分布为()()()eff B N x N x N x =-。
在j x x =处，()eff N x 0=。
又假定杂质全部电离，则载流子浓度也是()eff N x 。
则扩散层的电导率分布为1()()()eff x N x q x σμρ==，对结深的方向进行积分求平均，可得到 011()()jjx x eff jjx dx N x q dx x x σσμ==⎰⎰。
（4）若μ为常数，由（3）式，有01()jx eff R q N x dxμ=⎰□。
其中0()jx eff N x dx ⎰表示扩散层的有效杂质总量。
当衬底的原有杂质浓度很低时，有()()eff N x N x ≈，则()()jjx x eff N x dx N x dx Q ==⎰⎰（单位面积的扩散杂志总量）因此有1R q Qμ≈□。
2．四探针法测扩散层的方块电阻将四根排成一条直线的探针以一定的压力垂直地压在被测样品表面上，在1、4探针间通过电流I （mA ），2、3探针间就产生一定的电压V(mV)。
四探针法测量半导体电阻率及薄层电阻复习过程
四探针法测量半导体电阻率及薄层电阻复习过程四探针法是一种用于测量材料电阻率的实验方法，它通过同时测量电流和电压，从而得到电阻率的数值。
本文将介绍四探针法的原理和测量过程，并对半导体电阻率和薄层电阻进行复习。
四探针法的原理是基于欧姆定律和电流测量的基本原理。
欧姆定律表明，在恒定电流下，电流通过导体时产生的电压与电阻成正比。
而如何测量电流和电压则需要使用四个探针，其中两个用于注入电流，另外两个用于测量电压，以避免额外的电阻影响。
在实验中，需要使用一台电流源和一台电压源。
电流源用于产生恒定电流，而电压源用于提供精确的电压测量。
可以使用导线将电压源与四个探针连接。
通过调整电流源和电压源的值，可以得到一系列的电流和电压数据。
根据欧姆定律，计算电阻率。
在测量半导体电阻率时，需要将半导体样品放置在测试台上。
四个探针均均匀接触到半导体上，以确保准确测量。
为了减小探针自身的电阻对测量结果的影响，探针之间的距离应尽可能小。
而测量薄层电阻时，需要特别注意薄层与探针之间的接触，以保证良好的接触。
此外，还需要考虑薄层的微小尺寸，以避免尺寸效应对测量结果的影响。
通常，需要使用更小尺寸的探针和更高分辨率的测量仪器来进行测量。
在实验过程中，先调节电流源的电流值，然后通过电压源逐渐调整电压值，用于测量电流和电压。
重复此过程，直至得到一系列的数据点。
根据这些数据，可以使用四探针法计算电阻率。
在测量结束后，需要进行数据处理和分析。
通常采用线性回归法拟合电流和电压之间的关系，以确定电阻率的数值。
同时，还需要计算不确定度和误差，并对结果进行讨论和解释。
综上所述，四探针法是一种常用的测量电阻率的方法。
通过恒定电流和电压测量，可以得到材料的电阻率。
在测量半导体电阻率和薄层电阻时，需要注意探针与样品的接触和采用更高分辨率的仪器。
通过数据处理和分析，可以得到准确的电阻率数值，并对结果进行解释和讨论。
《半导体物理》实验指导书(2022年版)
《半导体物理》实验指导书（2022年版）半导体物理实验指导书信息工程学院电子科学与技术教研室2022目录实验一：霍尔效应1实验二：四探针法测量半导体电阻率及薄层电阻6实验三：椭偏法测薄膜厚度和折射率9附录A:《RTS-8型双电测四探针测试仪用户手册》11附录B:《WJZ/WJZ-Ⅱ型多功能激光椭圆偏振仪使用手册》30I实验一霍尔效应一、实验目的1.了解霍尔器材对材料要求的知识；2.学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量试样的VH~IS曲线；3.学会确定试样的导电类型，载流子浓度以及电导率。
二、仪器设备QS-H型霍尔效应实验组合仪三、实验原理1.导体材料霍尔系数的确定由霍尔电压VH与磁感应强度B的关系，VHB和d，可计算出霍尔系数RHISB知，只要测出VH以及知道IS、dRHVHd（1）ISB2.导体材料导电类型的确定若实验中能测出IS、B的方向，就可判断VH的正负，决定霍尔系数的正负，从而判断出半导体的导电类型。
当RH0时，样品属N型（载流子为电子），反之则为P型（载流子为空穴）。
3.导体材料载流子浓度的确定由霍尔系数RH如果知道VH、IS、B，就可确定该材料的载流子浓度。
根据电导率与载流子浓度n以及迁移率之间的关系ne知，通过实验测出值即可求出1VHd，可得neISBIBnS（2）VHdeRH（3）4.霍尔组件对材料的要求根据上述可知，要得到大的霍尔电压，关键是要选择霍尔系数大（即迁移率高、电阻率亦较高）的材料。
因RH，就金属导体而言，和均很低，而不良导体虽高，但极小，因而上述两种材料的霍尔系数都很小，不能用来制造霍尔组件。
半导体高，适中，是制造霍尔元件较理想的材料，由于电子的迁移率比空穴的迁移率大，所以霍尔元件都采用N型材料，其次霍尔电压的大小与材料的厚度成反比，因此薄膜型的霍尔组件的输出电压较片状要高得多。
5.实验中的副效应及其消除方法在产生霍尔效应的同时，还存在一些与温度、电极与半导体接触处的接触电阻有关的效应，这些效应也会在霍尔元件的上下侧面产生电位差。
四探针法测量半导体电阻率及薄层电阻
四探针法测量半导体电阻率及薄层电阻【实验目的】1、掌握四探针测量半导体材料电阻率和薄层电阻的测量原理及方法；2、针对不同几何形状的样品，掌握其修正方法；3、测试给定的三块不同规格样品数据，使用EXCEL软件对样品的数据进行计算和处理，如电阻率、方块电阻、标准差、不均匀度，画出电阻率波动图【实验原理】1. 半导体材料的电阻率在半无穷大样品上的点电流源，若样品的电阻率ρ均匀，引入点电流源的探针其电流强度为I，则所产生的电力线具有球面的对称性，即等位面为一系列以点电流为中心的半球面，如图1所示。
在以ｒ为半径的半球面上，电流密度ｊ的分布是均匀的：(1)图1 半无穷大样品点电流源的半球等位面若E为ｒ处的电场强度，则（2）由电场强度和电位梯度以及球面对称关系，则（3）(4)取ｒ为无穷远处的电位为零，则(5)(6)上式就是半无穷大均匀样品上离开点电流源距离为ｒ的点的电位与探针流过的电流和样品电阻率的关系式，它代表了一个点电流源对距离ｒ处点的电势的贡献。
对于图2所示的情形，四根探针位于样品中央，电流从探针1流入，从探针4流出，则可将1和4探针认为是点电流源，由(6)式可知，2和3探针的电位为1、3探针的电位差为：(7)由此可得出样品的电阻率为：(8)(8)式就是利用直流四探针法测量电阻率的普遍公式。
我们只需测出流过1 4 探针的电流I 以及2 3 探针间的电位差V 2 3，代入四根探针的间距，就可以求出该样品的电阻率ρ。
实际测量中，最常用的是直线型四探针， 即四根探针的针尖位于同一直线上，并且间距相等，如图3所示。
设 r 12 = r 23 = r 34 = S ，则有：(9)图2 任意位置的四探针 图3 直线型四探针（9）式就是常见的直流四探针 (等间距) 测量电阻率的公式， 也是本实验要用的测量公式之一。
需要指出的是： 这一公式是在半无限大样品的基础上导出的，实用中必需满足样品厚度及边缘与探针之间的最近距离大于四倍探针间距， 这样才能使该式具有足够的精确度。
四探针法测扩散薄层的方块电阻
《半导体物理学》四探针法扩散薄层方块电阻的测量实验报告通信工程学院微电子121班小组成员姓名：学号：付天飞2012102027刘静帆2012102025杨壮2012102028陈治州20121020242014年10月22日四探针法扩散薄层方块电阻的测量一 前言在结型半导体器件的生产中，大多使用扩散法来制备p —n 结。
扩散层中杂质分布的状况及p —n 结的深度对器件的特性有明显的影响。
用四探针法测量扩散层的方块电阻，可以求得扩散层单位面积的杂质总量，如果结合结深的测量，还可以估算出表面杂质浓度，因此，在晶体管及集成电路的生产中，几乎每次扩散以后都要测量方块电阻，以检验该次扩散是否达到预期的要求。
二 测量原理1．方块电阻的定义如图4-3所示方形薄片，长、宽、厚分别用L 、W 、d 表示，当电流如图示方向流过时，若L=W ，这个薄层的电阻称为方块电阻，一般用R 表示，单位为Ω/□图4.-3 方块电阻的定义（1）杂质均匀分布的样品若该半导体薄层中杂质均匀分布，则薄层电阻Rs 为：w d L A L Rs ⋅⋅=⋅=ρρ w L R w L d · =⋅=ρ当L=W ，即薄片为正方形时，Rs =R ，R =ρ/d 为方块电阻，L/W为方块数，简称方数，它与正方形边长大小无关。
（2）杂质非均匀分布的样品实际扩散层中杂质分布不均匀，杂质分布与扩散方式有关，主要有以下两种扩散方式：① 恒定表面源扩散：在整个扩散过程中，与半导体表面接触的杂质浓度不变，对应预淀积情况。
杂质服从余误差分布，余误差函数的值可查函数表得到。
② 限定表面源扩散：整个扩散过程中，杂质源仅限于预扩散淀积在半导体表面上的无限薄层内的杂质总量Q ，没有其它外来的杂质进行补充，对应于主扩散情况。
其杂质服从高斯分布，实际的工艺过程比这两种理想分布要复杂一些。
这两种杂质分布示于图4-4。
图4-4(a) 恒定表面源扩散的杂质分布 图4-4(b) 限定表面源扩散的杂质分布对于杂质分布不均匀的样品，电导率σ为x 的函数，即 )()(x N q x μσ=⎰⎰==dxx N q dxx R j jx ox )(1)(10μσ⎰dx x N j x o )(为扩散层中单位面积的杂质总量。
微束分析 透射电子显微术 集成电路芯片中功能薄膜层厚度的测定方法-最新国标
目 次1范围 (1)2规范性引用文件 (1)3术语和定义 (1)4符号和缩略语 (2)5方法原理 (3)6仪器设备 (3)7试样 (3)8试验步骤 (4)9测量结果的不确定度 (5)10实验报告 (7)微束分析透射电子显微术集成电路芯片中功能薄膜层厚度的测定方法1范围本文件规定了用透射电子显微镜/扫描透射电子显微镜（TEM/STEM）检测采用集成电路工艺制备的半导体芯片中功能薄膜层厚度的测定方法。
本文件适用于所有半导体芯片。
代表性微纳器件为各类Si基芯片、化合物半导体基器件、宽禁带半导体（GaN、SiC等）基的功率和射频芯片、Micro-Led等。
2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判定GB/T18907微束分析透射电子显微术透射电镜选区电子衍射分析方法GB/T19619纳米材料术语GB/T34002微束分析透射电子显微术用周期结构标准物质校准图像放大倍率的方法GB/T40300微束分析分析电子显微学术语JY/T0581透射电子显微镜分析方法通则3术语和定义3.GB/T19619、GB/T40300所界定的术语及下列术语适用于本文件。
1像散astigmatism由于电磁透镜磁场的非旋转对称性，使透镜在相互垂直方向上的聚焦能力有差异，造成图像模糊。
3.2薄晶体试样thin crystal specimen能够放置在透射电子显微镜试样台上、并对入射电子束透明的晶体试样。
13.3优中心位置eucentric position试样在TEM中的一个特定高度位置，位于该位置的试样在倾转时，其图像的横向移动最小。
3.4电子衍射electron diffraction电子束在晶体中散射，只在满足布拉格定律方向上有相互加强的衍射束出射效应。
半导体测试 薄层厚度测量
非极化光/自然光
偏振光的应用 1、汽车车灯 2、观看立体电影
3、生物的生理机能 蜜蜂 4、LCD液晶屏
在光线通过镀膜的通路中，光束平面的角度已经发生了旋 转。而光束所在平面旋转的角度大小取决于膜厚和晶圆表面的 折射系数。
（4.4） （4.5） 利用相位补偿方法可以测出
图4.13、图4.14
样品台
角度编 码FT-LCD: SiOx,SiNx,a-Si:H, N+a-Si, Al2O3 SiO2 Si3N4
全波长椭偏仪
波长范围：350~850 nm
二、外延层厚度、扩散层和离子注入层 深度的测量
（一）磨角染色法
（二）红外光反射法
• 对于Si外延层/掺杂层的厚度测量，红外线（2.5～50μm) 不 仅能透过外延层，而且能在杂质浓度突变的外延层 -衬底界面上发 生反射。这一反射与空气-外延层界面反射的红外线之间存在着光程差
具有绝缘、抗腐蚀性强、易于制备等特点， 常在半导体器件制造中用作掺杂阻挡层、表面 绝缘层、表面钝化层、绝缘介质等，是硅器件 制造中最为广泛应用的一种膜层。
一些晶体管的平面制作工艺。
双极晶体管
MOS晶体管
二、薄膜厚度测量的主要方法
（一）比色法
白光
薄膜上下表面的两束 反射光产生干涉
图4.1
图4.2
输光纤、样品测试台及测量分析软件。
（三）椭偏仪测量法
1、方法简介
它应用极化光测量高吸收衬底上的介电薄膜，如硅衬 底上的二氧化硅层；能同时准确确定出薄层材料的折射率 和厚度，测量精度比干涉法高一个数量级以上，是目前已 有的厚度测量方法中最精确的方法之一。
2、非极化光与极化光
光是一种电磁波，电磁波是横波，振动方向和光波前进 方向垂直。通常，光源发出的光波，其光波矢量的振动在垂 直于光的传播方向上作无规则取向，即光矢量具有轴对称性、 均匀分布、各方向振动的振幅相同，这种光就称为非极化光 或者自然光。
半导体常规电学参数测试
❖ 3）测试电流
❖ 在测量过程中，通过样品的电流从两方面影响电阻率： ❖ a）少子注入并被电场扫到2,3探针附近，使电阻率减小； ❖ b）电流过大，使样品温度提高，样品的晶格散射作用加强，
导致电阻率会提高。
❖ 因此，要求电流尽量小，以保证在弱电场下进行测试。 ❖ a）对硅单晶材料，一般选取电场E小于1V/cm. ❖ b）若针距为1mm，则2,3探针的电位差不超过100mv.
半导体材料，电阻率反映了补偿后的杂质浓度。一般而言， 电阻率是杂质浓度差的函数。 ❖ 以P型半导体为例：
1
(NA ND)pq
式中----NA 为受主杂质浓度，ND 为施主杂质浓度 μp为空穴迁移率，q为电子电荷
第一章半导体常规电学参数测试
❖ 二、电阻率的测试方法
❖ 按照测量仪器分类：
两探针法
❖ 1、接触法：
❖ 3、用冷热探笔测量时，保证热探笔不能太高（40-60℃）， 并不断交换冷热探笔的位置（欧姆接触，探笔触头60°， In 或Pb） 。
❖ 4、三探针法：探针接触压力小，探针接触半径不大于 50μm，。
❖ 5、避免电磁场的干扰。
第一章半导体常规电学参数测试
1.2 半导体硅单晶电阻率的测量
❖ 一、半导体材料的电阻率与载流子浓度 ❖ 电阻率是荷电载体流经材料时受到阻碍的一种量度。对于
影响，试样测量表面一般要求经过粗砂研磨或喷砂处理。 ❖ b)要求试样表面具有较高的平整度，且样品厚度以及任一探
针距样品边缘的距离必须大于4倍针距，以满足近似无穷大 的测试条件。 ❖ c)各测试点厚度与中心厚度的偏差不应大于±1%。
第一章半导体常规电学参数测试
❖ 2）测试探针
❖ a）选择合适的材料作探针，目前一般使用钨丝、碳化钨等 材料。
半导体光学膜厚仪原理
半导体光学膜厚仪原理半导体光学膜厚仪是一种主要用于半导体器件薄膜厚度测量的仪器。
其原理主要是通过测量半导体材料在光学薄膜上反射和透射的光的干涉现象，从而计算出薄膜的厚度。
以下是详细的原理分步骤阐述：Step 1：光路设计半导体光学膜厚仪主要由光源、半透半反镜、物镜、角分光器、探测器等组成。
其中，光源是将光束照射在待测半导体薄膜上的产生光的元器件，探测器是对透射和反射光进行精确测量的元器件。
正是由于这个配置使得光线 diffraction in elements in the machine从而得到精确的厚度数据。
Step 2：光学干涉现象当光线投射到半导体薄膜上时，部分光线被反射，部分光线被穿透，进入半导体内部。
反射和透射光线会形成一系列干涉条纹，这是由于相干光线干涉的结果。
通过这些干涉条纹的变化可以推断出半导体薄膜的厚度。
Step 3：调整光路仪器需要对光路进行微调，以使反射和透射光线的光程差控制在一个确定的范围内。
同时，因为半导体薄膜有不同的折射率，所以仪器还需要针对不同的半导体材料进行光程差的调整。
只有当光程差被控制在可以测量的范围内，才能得到准确的测量结果。
Step 4：数据分析通过采集反射和透射光线的强度数据，并通过傅里叶变换等数学方法，得出干涉条纹的形状、宽度、波长等信息。
这些数据可以用于计算薄膜的折射率和相应的厚度。
数据分析的过程需要依赖计算机的繁琐运算，在分析过程中需要非常谨慎以确保测量结果的精确性。
总的来说，半导体光学膜厚仪原理是基于光学干涉现象以及光路的精确设计和微调。
该仪器的测量结果对于研究半导体材料的厚度变化非常重要，因此在实际应用中得到了广泛的应用。
半导体镀锡厚度
半导体镀锡厚度
（实用版）
目录
一、半导体镀锡的概述
二、半导体镀锡的厚度标准
三、半导体镀锡的厚度测量方法
四、半导体镀锡的厚度对半导体性能的影响
五、半导体镀锡的发展趋势
正文
一、半导体镀锡的概述
半导体镀锡是一种在半导体材料表面涂覆锡层的工艺，目的是为了保护半导体材料，提高其导电性能和抗氧化能力。
在半导体制造过程中，镀锡工艺是非常重要的一环，它对半导体器件的性能和可靠性有着至关重要的影响。
二、半导体镀锡的厚度标准
半导体镀锡的厚度标准通常由以下几个因素决定：首先，镀锡层的厚度需要足够薄，以保证半导体材料的导电性能不受影响；其次，镀锡层的厚度需要足够厚，以保证锡层具有良好的抗氧化能力和耐腐蚀性能。
根据这些因素，半导体镀锡的厚度标准通常在 2 微米到 25 微米之间。
三、半导体镀锡的厚度测量方法
半导体镀锡的厚度测量方法通常有以下几种：电化学测量法、X 射线荧光测量法、光声成像测量法等。
这些方法各有优缺点，需要根据实际情况选择合适的测量方法。
四、半导体镀锡的厚度对半导体性能的影响
半导体镀锡的厚度对半导体性能的影响是非常显著的。
如果镀锡层过薄，会导致半导体材料的导电性能下降；如果镀锡层过厚，会导致半导体材料的导电性能降低，同时还会影响半导体材料的散热性能。
五、半导体镀锡的发展趋势
随着半导体技术的不断发展，半导体镀锡的技术也在不断提高。
半导体镀锡厚度
半导体镀锡厚度一、介绍半导体镀锡厚度是指在半导体器件制造过程中，对器件表面进行镀锡处理的厚度。
镀锡是一种常见的表面处理方法，可以提高半导体器件的导电性和耐腐蚀性。
不同的半导体器件对镀锡厚度的要求不同，因此在制造过程中需要控制镀锡厚度的精度。
二、半导体器件的镀锡厚度要求半导体器件的镀锡厚度要求通常由以下几个因素决定：2.1 电性能要求半导体器件的导电性能是其核心指标之一。
镀锡可以提高器件的导电性能，但过厚的镀锡层可能会导致电阻增加，影响器件的电性能。
因此，对于不同类型的半导体器件，其镀锡厚度要求有所不同。
2.2 封装要求半导体器件通常需要进行封装，以保护器件免受环境的影响。
封装过程中，镀锡层可以提供良好的焊接性能，使得器件与封装材料之间能够牢固连接。
因此，封装要求也是决定镀锡厚度的因素之一。
2.3 耐腐蚀性要求半导体器件在工作环境中可能会受到腐蚀的影响，因此需要具备一定的耐腐蚀性。
镀锡层可以防止器件表面被腐蚀，延长器件的使用寿命。
不同的工作环境对镀锡层的厚度要求也不同。
三、半导体器件镀锡厚度的测量方法为了确保半导体器件的镀锡厚度符合要求，需要对镀锡层进行测量。
常用的镀锡厚度测量方法包括：3.1 金相显微镜金相显微镜是一种常用的金属镀层厚度测量方法。
通过对镀锡层进行切片和抛光处理，然后使用金相显微镜观察切面，可以测量镀锡层的厚度。
3.2 X射线衍射X射线衍射是一种非破坏性的镀锡厚度测量方法。
通过照射X射线，利用X射线与镀锡层相互作用的原理，可以测量镀锡层的厚度。
3.3 原子力显微镜原子力显微镜可以实现纳米级的表面形貌测量。
通过扫描器和探针的相互作用，可以获取镀锡层的表面形貌信息，从而间接测量镀锡层的厚度。
四、控制半导体器件镀锡厚度的方法为了控制半导体器件的镀锡厚度，可以采取以下几种方法：4.1 工艺参数控制镀锡过程中的工艺参数，如镀液浓度、温度、电流密度等，会影响镀锡层的厚度。
通过合理调整这些工艺参数，可以控制镀锡层的厚度。
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薄层厚度测量
一、引言
多数半导体器件和集成电路的主体结构，由各种形 状和尺寸的薄层构成。这些薄层主要有:
? 二氧化硅 SiO2 ? 氮化硅SiNx ? 掺杂扩散层 /离子注入层 ? Si外延层 ? 金属膜(Al、Cu等）/多晶硅膜
这些薄层很薄，一般在μm 范围内。
二氧化硅SiO2 、氮化硅SiNx的用途
图4.3 白光入射下的干涉条纹
2、单色光测量
干涉显微镜
黑白相间条纹
第1个明条纹对应的厚度：t1=λ0/2n (n是薄膜折射率） 第2个明条纹对应的厚度：t2=2λ0/2n ……
第N个明条纹对应的厚度：tN=Nλ0/2n （薄膜总厚度）
2、膜厚仪
基于干涉原理，可自动实现膜厚测试。
膜厚测量仪主要包括：宽带光源、高性能线阵 CCD光谱仪、传
光学显微镜 或台阶仪
金属
金属
二氧化硅层
衬底
台阶仪/探针轮廓仪 可测X-Y-Z三维方向的轮廓
轮廓仪的结构示意图
台阶仪/轮廓仪是通过仪器的触针与被测表面的滑移进行测量的，是 接触测量。其主要优点是可以直接测量某些难以测量到的零件表面，如 孔、槽等的表面粗糙度，又能直接按某种评定标准读数或是描绘出表面 轮廓曲线的形状，且测量速度快、结果可靠、操作方便。但是被测表面 容易被触针划伤，为此应在保证可靠接触的前提下尽量减少测量压力。
（后页待续）
7、普通干涉法与椭偏法在测量方法上，有哪些相同点？有哪些 不同点？为什么椭偏法的测量精度更高？ 8、如何利用扩展电阻分布法测量外延层厚度？画出示意图说明。 9、利用扩展电阻分布法可以获得 pn结哪些性能参数？这些参数 分别有什么参考意义？
输光纤、样品测试台及测量分析软件。
（三）椭偏仪测量法
1、方法简介
它应用极化光测量高吸收衬底上的介电薄膜，如硅衬 底上的二氧化硅层；能同时准确确定出薄层材料的折射率 和厚度，测量精度比干涉法高一个数量级以上，是目前已 有的厚度测量方法中最精确的方法之一。
2、非极化光与极化光
光是一种电磁波，电磁波是横波，振动方向和光波前进 方向垂直。通常，光源发出的光波，其光波矢量的振动在垂 直于光的传播方向上作无规则取向，即光矢量具有轴对称性、 均匀分布、各方向振动的振幅相同，这种光就称为非极化光 或者自然光。
电动轮廓仪按传感器的工作原理分为电感式、感应式以及压电式多 种。仪器由传感器、驱动箱、电器箱等三个基本部件组成。
传感器的触针由金刚石制成，针尖圆弧半径为2微米，在触针的后端 镶有导块，形成一条相对于工件表面宏观起伏的测量的基准，使触针的 位移仅相对于传感器壳体上下运动，所以导块能起到消除宏观几何形状 误差和减小纹波度对表面粗糙度测量结果的影响。传感器以铰链形式和 驱动箱连接，能自由下落，从而保证导块始终与被测表面接触。
非极化光/自然光
? 偏振光的应用
1、汽车车灯
2、观看立体电影 3、生物的生理机能
蜜蜂
4、LCD液晶屏
在光线通过镀膜的通路中，光束平面的角度已经发生了旋 转。而光束所在平面旋转的角度大小取决于膜厚和晶圆表面的 折射系数。
利用相位补偿方法可以测出
（4.4） （4.5）
图4.13、图4.14
? 1/4波片：将线偏振光变换成椭圆偏振光 ? 起偏器的作用：在一定的起偏角下，椭圆偏振光经过样 品后能够变成线偏振光。 ? 检偏器的作用：将样品出射的线偏振光进行消光，从反 方向上对消线偏振光的能量，使得最终出射光为零。
1、对应二氧化硅、外延层/扩散层、导电薄膜等不同种类的薄层， 分 别有哪些厚度测量方法？试画表归纳。 2、在上述这些方法中，哪些是接触式测量，哪些是非接触测量？ 3、在上述这些方法中，哪些是无损测量，哪些是破坏性测量？ 4、膜厚仪是利用什么原理测量薄膜厚度的？它可以测试的薄膜有哪些 种类？ 5、现利用干涉条纹法测量二氧化硅薄层厚度，采用λ=0.53μm的绿光 作为光源，测得有干涉亮条纹4条，已知二氧化硅折射率为1.53，则二 氧化硅层厚度多少？写出测量公式，并计算出结果。 6、根据图4.12，简述椭偏仪测量薄膜厚度的方法与过程。
传感器的触针尖端表面与被测表面接触，当传感器以匀速水平移动时 ，被测表面的峰谷使探针产生上下位移，使敏感元件的电感发生变化， 从而引起交流载波波形发生变化。此变化经由电器箱中放大、滤波、检 波、积分运算等部分处理以后，可以直接由仪器电器箱的读数表上指示 出来，也可以传递到计算机上进行处理。
本章作业
θ'
图4.7 红外光通过薄层时的反射和折射 连续改变红外光的波长可测出周期变 化的反射光的干涉强度。
（三）扩展电阻分布测量法
过渡区 外延层
外延层厚度
衬底
三、导电薄膜厚度测量
1、磨角干涉法
2、阶梯腐蚀＋台阶测量
Al可以首先采用特 定的腐蚀剂（如光刻胶） 将金属薄膜的一个区域 腐蚀掉，得到台阶。那 么利用光学显微镜的深 度测量（景深）或台阶 仪就可以测得金属薄膜 的厚度。
具有绝缘、抗腐蚀性强、易于制备等特点， 常在半导体器件制造中用作 掺杂阻挡层、表面 绝缘层、表面钝化层、绝缘介质 等，是硅器件 制造中最为广泛应用的一种膜层。
?一些晶体管的 平面制作工艺 。
双极晶体管
MOS晶体管
二、薄膜厚度测量的主要方法
（一）比色法
白光
薄膜上下表面的两束 反射光产生干涉
图4.1
二、外延层厚度、扩散层和离子注入层 深度的测量
（一）磨角染色法
（二）红外光反射法
? 对于Si外延层/掺杂层的厚度测量，红外线（ 2.5～50μm ) 不 仅能透过外延层，而且能在杂质浓度突变的外延层 -衬底界面上发 生反射 。这一反射与空气-外延层界面反射的红外线之间存在着光程差
和相位变化，因而形成干涉。
4、椭偏仪的测量过程与方法
探测器 透镜 检偏器 样品
? 波片 起偏器 激光器
角度编 码器探
样品台 旋转底座
角度编 码器探
全波长椭偏仪
波长范围：350~850 nm
应用
太阳能电池: 减反膜工艺 TFT-LCD: SiOx,SiNx,a-Si:H, N+a-Si, Al2O3 SiO2 Si3N4
图4.2 颜色与厚度的对应关系
760nm
380nm
红橙黄绿 蓝 靛 紫Байду номын сангаас
? 当镀膜变得越来越厚时，晶 圆的颜色就会按照一个特定顺 序变化，并且不断重复。我们 把每一个颜色的重复称为一个 顺序(0rder)。
（二）干涉条纹法
1、在白光下观察
彩色条纹
? 测量方法： 根据彩色条纹的颜 色变化规律，查表 求得薄膜厚度