Xfilm埃利測量專注于電阻/方阻及薄膜電阻檢測領(lǐng)域的創(chuàng)新研發(fā)與技術(shù)突破，致力于為全球集成電路和光伏產(chǎn)業(yè)提供高精度、高效率的量檢測解決方案。公司以核心技術(shù)為驅(qū)動(dòng)，深耕半導(dǎo)體量測裝備及光伏電池電阻檢測系統(tǒng)的研發(fā)。

在半導(dǎo)體以及光伏器件制造中，接觸電阻的精確測量是優(yōu)化器件性能的關(guān)鍵。本文結(jié)合專業(yè)文獻(xiàn)深入解析接觸電阻的測量原理及TLM技術(shù)，并通過實(shí)例演示如何計(jì)算關(guān)鍵參數(shù)。

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測量接觸電阻重要性

傳統(tǒng)的四探針法和范德堡法通過四電極（兩電流、兩電壓）測量方塊電阻（RS），可有效規(guī)避接觸電阻的影響。然而，晶體管等實(shí)際器件中，金屬-半導(dǎo)體接觸是必不可少的組成部分，接觸電阻（RC）會(huì)直接影響器件性能。因此，分離并量化接觸電阻至關(guān)重要。

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總電阻的構(gòu)成與簡化模型

上圖所示的一個(gè)條形電阻結(jié)構(gòu)。兩個(gè)觸點(diǎn)位于桿的兩端，每個(gè)觸點(diǎn)的接觸面積均為AC，總電阻包含三部分：

金屬電阻（Rm）：通常極小（金屬電導(dǎo)率高），可忽略。

接觸電阻（RC）：集中在金屬/半導(dǎo)體界面。

半導(dǎo)體電阻（Rsemi）：與電阻長度L成正比，即

簡化后：

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提取接觸電阻的實(shí)驗(yàn)步驟

設(shè)計(jì)不同長度的電阻器：保持寬度W不變，僅改變長度L。

測量總電阻RT：對每個(gè)長度進(jìn)行測試。

繪制RT-L曲線：擬合直線，其斜率對應(yīng)RS/W，截距為2RC。

關(guān)鍵推導(dǎo)：

斜率 → 方塊電阻RS=斜率×W

截距 → 單側(cè)接觸電阻RC=截距/2

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接觸電阻率與傳輸長度

接觸電阻與接觸面積相關(guān)，為標(biāo)準(zhǔn)化比較，引入接觸電阻率（ρC）：

ρC=RCAC 其中AC為接觸面積。

實(shí)際接觸中，在接觸面的邊緣，流入（或流出）的電流相當(dāng)大。遠(yuǎn)離該邊緣，電流逐漸減小，直至在遠(yuǎn)離接觸面的邊緣處電流為零。這種現(xiàn)象被稱為“電流擁擠效應(yīng)”。

對當(dāng)前接觸擁擠情況的分析表明，其以指數(shù)形式下降，具有特征長度LT，該長度被稱為傳輸長度。這可以被視為接觸的有效長度。

傳輸長度是指電子（或空穴）在半導(dǎo)體中從接觸點(diǎn)下方移動(dòng)到接觸點(diǎn)的平均距離。因此，接觸的有效面積可以視為LTW。

總電阻公式更新為：

RT與電阻長度的曲線圖也能給出傳輸長度，通過向橫軸外推，其中的截距= -2LT。因此，我們已知所有所需信息來求出接觸電阻率。

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TLM測試實(shí)例解析

典型的TLM測試結(jié)構(gòu)如上圖所示。有一個(gè)單一的矩形區(qū)域（圖中為藍(lán)色），其摻雜程度（即方塊電阻）與器件的接觸區(qū)相同。在摻雜區(qū)域上形成了一系列間距不同的接觸點(diǎn)（圖中為深灰色）。

各觸點(diǎn)對之間的電阻測量值可用于構(gòu)建TLM圖。通過該圖可以確定RS、RC、LT和pC等參數(shù)。

案例1：CMOS工藝（TLM）

參數(shù)：W=100μm，W=100μm，L=10～160?μm

測量值：R1=7.59?Ω，R2=8.26?Ω，?…，R5=18.87?Ω

計(jì)算過程：

擬合直線方程：R=6.829?Ω+(0.0756?Ω/μm)L

方塊電阻：RS=0.0756×100=7.56?Ω

接觸電阻：RC=6.829/2=3.415?Ω

傳輸長度：LT=45.2μm

接觸電阻率：

ρC=3.415×45.2×100=1.54×10?4Ω.cm2

案例2：PMOS源漏擴(kuò)散（TLM）

測量值：R1=76.7?Ω，R2=118.6?Ω，…，R5=648.9?Ω

結(jié)果：RS=371?Ω，?ρC=1.37×10?4?Ω.cm2

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TLM測試結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

均勻摻雜區(qū)域：確保測試區(qū)域與實(shí)際器件摻雜一致。

多間距接觸陣列：通過不同間距的接觸對測量，提高數(shù)據(jù)可靠性。

避免電流擁擠：優(yōu)化接觸設(shè)計(jì)（如增加傳輸長度）以減小誤差。

接觸電阻的精確測量是半導(dǎo)體工藝優(yōu)化的基石。TLM技術(shù)通過簡單直觀的線性擬合，不僅能提取接觸電阻和薄層電阻，還能深入分析接觸電阻率與傳輸長度。掌握這一方法，可有效指導(dǎo)器件設(shè)計(jì)與工藝改進(jìn)。

原文出處：《Contact resistance and TLM measurements》