CN105785304B - 用于校准在片高值电阻测量***的标准件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于校准在片高值电阻测量***的标准件，涉及计量技术领域。本发明的标准件包括衬底，在衬底上注入硼离子，在注入硼离子的衬底上设有若干对金属电极，每一对金属电极构成一个独立单元，在同一个衬底上的所有的金属电极的高度和长度相同，不同独立单元中的金属电极两个电极之间的间距均相等，金属电极的宽度是自同一衬底的行和列的一端开始呈递增或递减排列；衬底的外形尺寸及金属电极的外形尺寸和个数根据需要校准的目标阻值而定。本发明提出的标准件具有良好的重复性和长期稳定性，可以满足高值电阻测量***计量校准的需要，确保量值准确一致。

Description

用于校准在片高值电阻测量***的标准件
技术领域
本发明涉及计量技术领域，具体是一种用于校准在片高值电阻测量***的标准件。
背景技术
在片高值电阻测量***能够进行在片高值电阻测量，常用于半导体、微电子机械***(MEMS)等行业中，对晶圆片、裸芯片等进行测试，考察被测特定结构的高值电阻是否满足设计要求。
在片高值电阻测量***的典型结构如图3所示，由高值电阻测量仪器、探针台以及线缆构成。其中，探针台具有用于承载被测的托盘和用以实现在片测量的探针***；高值电阻测量仪器具有高值电阻测量功能；线缆将高值电阻测量仪器与探针台连接起来。
高值电阻测量常用于判断产品特定结构之间的绝缘特性是否满足产品设计要求，高值电阻测量的准确度对产品测试有重要意义。
以MEMS电容加速度计产品的晶圆片测试为例。晶圆片测试是MEMS传感器产品整个工艺流程中必不可少的重要环节。该项位于前道与后道工艺之间，在芯片制造工艺全部完成后、封装之前，对晶圆片上的MEMS芯片的参数逐一测试和筛查，是监测工艺质量和成品率最重要和最直接的检验环节。通过MEMS晶圆片测试，一方面可以剔除不满足指标要求的芯片，避免其进入下一个工作环节。MEMS器件的封装及测试成本约占总成本的70％，若将未经筛选的芯片直接投入后道工艺会导致成本的极大浪费；另一方面测试数据对工艺的控制起到关键性的指导作用，可以为MEMS产品的设计以及制造工艺的改进提供重要的参考数据，从而有效提高生产效率，缩短研制周期，节约宝贵的时间、人力和研究资源。典型的电容加速度计结构如图4、图5所示，为梳齿结构。固定叉指与活动叉指可将外界非电量的变化转换成电容量的变化，用于加速度等物理量的测量。其a、c两点间以及b、c两点间应互相绝缘，若绝缘性能不满足要求，可能造成产品过热，严重时会发生短路致使产品烧毁。因此，在片高值电阻测量***的准确性对产品质量有着非常重要的意义。
鉴于在片高值电阻测量***的准确度对产品质量的重要意义，需要对该类***进行计量校准，实现在片高值电阻量值的溯源，确保量值准确、一致。
现有技术情况如下：
已有公开的技术手段和产品均无法实现对在片高值电阻测量***的计量校准，目前常见的做法是将***分拆计量或使用标准样品进行验证，但是这两种手段均无法实现参数溯源，达到量值准确、一致的目的，下面分别具体阐述。
一、分拆计量，是将在片高值电阻测量***的各个组成部分拆解下来分别进行计量。根据计量领域的共识，整体计量优于拆解计量，这是由于整体计量更加贴近***的工作状态，同时由于在片高值电阻测量***属于精密设备，结构复杂，反复拆解容易影响***性能。另一方面，目前也没有已公开的技术手段能够单独对探针台进行计量校准。
二、使用标准样品进行验证，是选取稳定性较好的产品作为标准样品，定期使用在片高值电阻测量***测量标准样品，以验证***的稳定性。此外，还可以利用标准样品在多台在片高值电阻测量***之间进行对比，验证测量结果一致性。但是，由于产品的高值电阻来源往往是绝缘电阻，其设计目标没有考虑阻值的稳定性和重复性，导致标准样品的阻值的测量重复性往往较差，并且容易受环境条件影响，长期稳定性也无法达到计量校准领域要求的水平。
综上，现有的公开技术无法解决在片高值电阻测量***的校准问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于校准在片高值电阻测量***的标准件及其制备方法，该标准件具有良好的重复性和长期稳定性，可以满足高值电阻测量***计量校准的需要，实现在片高值电阻测量***的溯源，确保量值准确一致。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种用于校准在片高值电阻测量***的标准件，包括衬底，在衬底上注入硼离子，在注入硼离子的衬底上设有若干对呈阵列排布的金属电极，每一对金属电极构成一个独立单元，在同一个衬底上的所有的金属电极的高度和长度相同，一对金属电极的两个电极之间设有间距，不同独立单元中的金属电极两个电极之间的间距均相等，各对金属电极的宽度均不相同，金属电极的宽度是自同一衬底的行和列的一端开始呈递增或递减排列；其中，衬底的外形尺寸及金属电极的外形尺寸和个数根据需要校准的目标阻值而定。
进一步的技术方案，衬底采用GaAs材料制作。
进一步的技术方案，金属电极采用Au制作。
进一步的技术方案，在每对金属电极外侧对称设有接引区。
进一步的技术方案，接引区的高度及材质与金属电极相同。
进一步的技术方案，当目标阻值为1GΩ时，所有金属电极的高度为200μm保持不变，每对金属电极的两电极之间的间距4μm保持不变，金属电极宽度在10μm～400μm间递变。
一种用于校准在片高值电阻测量***的标准件的制备方法，包括以下步骤：
A、采用GaAs材料制作衬底；
B、在衬底上注入硼离子；
C、在注入硼离子的衬底上生成呈阵列排布的金属电极；
D、用定标***对各单元模块中的电阻值进行定标，得到可溯源的标准电阻值；
E、重复测量各单元模块的阻值，选择与需要校准的目标值最为接近的阻值作为标准件。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明利用半导体工艺，制作在片形式的高值电阻标准件，阻值可以根据需要测量的目标阻值进行设计，具有良好的重复性和长期稳定性，可以满足高值电阻测量***计量校准的需要，实现在片高值电阻的溯源，确保量值准确、一致。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构示意图；
图2是本发明一对金属电极的结构示意图；
图3是典型的在片高值电阻测量***的结构原理图；
图4是典型的电容加速度计的结构图；
图5是图4加速时的结构图；
图中：1、衬底；2、金属电极；3、接引区；4、固定齿；5、支撑梁；6、质量块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提出的用于校准在片高值电阻测量***的标准件，能够提供标准高值电阻，该阻值能够溯源到高值电阻国家基准，用于在片高值电阻测量***的计量校准，实现在片高值电阻的溯源，确保片高值电阻测量***的测量结果准确、一致。
作为本发明的一个实施例，下面给出一种目标阻值1GΩ的在片高值电阻标准件方案，如图1、图2所示。
衬底1采用GaAs材料制作，并且通过在GaAs衬底1上注入硼离子，破坏GaAs原有晶格，从而显著增强材料的绝缘性，降低泄漏电流，作为高绝缘衬底1。然后在制备好的高绝缘衬底1上，采用Au制作金属电极2，其中，每对金属电极构成一个独立单元，避免不同对金属电极之间的影响；金属电极2高度为200μm保持不变，金属电极2间为距4μm保持不变，金属电极2宽度在10μm～400μm间变化。其中在金属电极2的外侧对称设有接引区3，接引区3的材质与金属电极相同，与金属电极2一体形成，接引区3的作用为需要校准的***的探针提供***的区域，即测量时，探针是***与接引区3的，因此，为使探针有接引***的区域，当金属电极宽度很小时，接引区的宽度大于金属电极的宽度，当金属电极的宽度较大时，接引区与金属电极的宽度相同，整体是接引区的宽度自单元模块的行或列的一端呈递增或递减的趋势，其变化的趋势与金属电极变化的趋势相同。
其中，如图2所示，本文中，宽度指的是金属电极横向的长度，图中标注为d；金属电极之间的间距为图中的e；金属电极的长度为图中的g。
其中，在片高值电阻测量***是指由探针台、测量仪表及连接线缆等构成的，能够实施在片形式的高值电阻参数测量的测量***。在片的被测电阻体积小，其电极尺寸在微米量级，常规的接口形式(如BNC、Tri-axial)和测量夹具均不适用，在片测量借助探针台来完成。探针台具有微探针，其针尖尺寸在微米至亚微米量级，采用下压接触的方式与在片形式的被测电阻的电极相连接从而实施测量。
标准件制作完成后使用定标***对各个独立单元中的一对金属电极之间的电阻值进行定标，得到可溯源的标准电阻值，然后选择其中阻值与1GΩ最为接近的作为标准件使用。
在本实施例中，选择阻值与1GΩ接近的电阻进行定标，定标值为1.001GΩ，6次测量的标准差为0.001998GΩ，重复性良好，能够满足在片高值校准的需要。
本发明包括以下步骤：
A、采用GaAs材料制作衬底1；
B、在衬底1上注入硼离子；
C、在注入硼离子的衬底1上生成呈阵列排布的金属电极2；
D、用定标***对各单元模块中的电阻值进行定标，得到可溯源的标准电阻值；
E、重复测量各单元模块的阻值，选择与需要校准的目标值最为接近的阻值作为标准件。
发明的要点如下：
1)采用高电阻率的半导体材料制作衬底；
2)采用离子注入技术，破坏衬底材料的晶格，进一步提高衬底的电阻率；
3)采用溅射技术，在衬底上生长不同尺寸的金属电极，通过控制电极的尺寸和相对位置得到不同阻值。
该标准件能够提供具有溯源性的标准电阻值，阻值可以根据客户需要进行设计，例如可以是10MΩ、100MΩ、2GΩ等，针对不同客户要求的目标阻值不同，其中的金属电极高度、宽度、及间距均需要调整。
该标准件采用高绝缘衬底，使得阻值具有良好的重复性和长期稳定性。

Claims (6)

1.一种用于校准在片高值电阻测量***的标准件，其特征在于，包括衬底(1)，在衬底(1)上注入硼离子，在注入硼离子的衬底(1)上设有若干对呈阵列排布的金属电极(2)，每一对金属电极(2)构成一个独立单元，在同一个衬底(1)上的所有的金属电极(2)的高度和长度相同，一对金属电极的两个电极之间设有间距，不同独立单元中的金属电极(2)两个电极之间的间距均相等，各对金属电极的宽度均不相同，金属电极(2)的宽度是自同一衬底(1)的行和列的一端开始呈递增或递减排列；其中，衬底(1)的外形尺寸及金属电极(2)的外形尺寸和个数根据需要校准的目标阻值而定。
2.根据权利要求1所述的用于校准在片高值电阻测量***的标准件，其特征在于，衬底(1)采用GaAs材料制作。
3.根据权利要求1所述的用于校准在片高值电阻测量***的标准件，其特征在于，金属电极(2)采用Au制作。
4.根据权利要求1所述的用于校准在片高值电阻测量***的标准件，其特征在于，在每对金属电极(2)外侧对称设有接引区(3)。
5.根据权利要求1所述的用于校准在片高值电阻测量***的标准件，其特征在于，接引区(3)的高度及材质与金属电极(2)相同。
6.根据权利要求1所述的用于校准在片高值电阻测量***的标准件，其特征在于，当目标阻值为1GΩ时，金属电极(2)的高度为200μm保持不变，每对金属电极(2)的两电极之间的间距4μm保持不变，金属电极(2)宽度在10μm～400μm间递变。
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