晶圆材料电阻特性测试系统校准规范片上标准电阻法编制说明.docx

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1、晶圆材料电阻特性测试系统校准规范（片上标准电阻法）编制说明国防科技工业微电子一级计量站2023年2月晶圆材料电阻特性测试系统校准规范（片上标准电阻法）编制说明一、任务来源及计划要求任务来源于鄂市监办量（2022）60号“省市场监管局办公室关于印发2022年度地方计量规范制修订计划的通知”。根据该计划，晶圆材料电阻特性测试系统校准规范（片上标准电阻法）应于2023年10月完成报批稿的编制工作。二、编制过程（一）编制原则晶圆材料电阻特性测试系统校准规范（片上标准电阻法）适用于晶圆材料电阻特性测试系统的校准，该规范以片上标准电阻为计量标准器，通过复现电阻参数的量值对给定的晶圆材料电阻特性测试系统进行

2、校准，其校准结果反映被校准系统在实测工况下的综合测量状态，实现在线校准。校准时，片上标准电阻具有可与被测系统快连快拆、体积小、易携带、成本低等优点。此外，片上标准电阻可将现有的各类标准仪器设备进行国产化替代，并掌握相关核心技术，摆脱对国外技术的依赖。片上标准电阻作为传递标准是整个微电子量值溯源和传递体系中的重要一环，对解决中低端晶圆材料电阻特性测试系统的校准、保障科研生产质量起着重要的作用。为了保证片上标准电阻对晶圆材料电阻特性测试系统进行量值传递时结果的准确性，校准过程中就必须要遵守相应的计量技术规范。本规范按照JJFlO71国家计量校准规范编写规则的规定编写。本规范的编制充分考虑了行业内现

3、有晶圆材料电阻特性测试系统的使用与分布状况，以保证规范满足现有晶圆材料电阻特性测试系统的溯源要求。本单位通过认真分析晶圆材料电阻特性测试系统的结构组成、原理以及技术指标，提出了基于片上标准电阻的校准方法。（二）起草工作分工起草工作具体分工如下表所示：起草人单位起草人职称承担的起草工作中国船舶集团有限公司第七。九研究所周厚平高级工程师校准规范编写；试验报告编写；测量不确定度评定报告编写；编制说明编写胡勇高级工程师校准方法研究，测量不确定度评定报告编写李轩冕高级工程师试验报告编写张明虎研究员校准方法研究（三）征求意见情况2023年4月，标准起草小组将晶圆材料电阻特性测试系统校准规范（片上标准电阻法

4、）（征求意见稿）函询中国船舶集团有限公司第七一七研究所计量检测中心、湖北航天技术研究院计量测试技术研究所、中国船舶集团有限公司第七二二研究所计量检测中心、中国船舶集团有限公司第七一。研究所（国防弱磁一级站）、湖北江城实验室、武汉精测电子、武汉嘉仪通科技有限公司、湖北省质标所、湖北省计量测试技术研究院、中国船舶集团有限公司第七一九研究所质量安全环保部、武汉航空仪表有限责任公司质量管理部、华中科技大学机械学院、华中科技大学集成电路学院、武汉大学工业科学研究院、中国地质大学自动化学院、襄阳航泰动力机器厂、中国兵器工业集团江山重工研究院有限公司计量检测中心等17家相关单位。截止2023年5月，已收到全

5、部17家单位的反馈意见，其中湖北航天技术研究院计量测试技术研究所、中国船舶集团有限公司第七二二研究所计量检测中心、中国船舶集团有限公司第七一O研究所（国防弱磁一级站）、湖北江城实验室、武汉精测电子、武汉嘉仪通科技有限公司、湖北省质标所、武汉航空仪表有限责任公司质量管理部、华中科技大学机械学院、华中科技大学集成电路学院、武汉大学工业科学研究院、襄阳航泰动力机器厂、中国兵器工业集团江山重工研究院有限公司计量检测中心等13家单位无异议,其余4家单位共提出13条意见,共采纳11条意见，重大意见不采纳的已与意见提供单位沟通取得一致意见。标准起草小组根据意见对校准规范进行了修改和完善，并经过内部评审，形成

6、了该征求意见汇总处理表。（四）编制阶段工作情况整个校准规范的编制过程是：2022年11月至12月，组建标准起草小组，形成了校准规范的草案；2023年1月至2月，依据规范草案，以典型的晶圆材料电阻特性测试系统为试验对象进行了测量不确定度评定和试验验证工作，并修改完善规范草案，形成了征求意见稿；2023年4月至5月，对外广泛征求了意见，同时通过公共网站向社会公示技术规范验证数据，并收集社会公众意见建议，公示时间不少于1个月，标准起草小组对反馈意见进行处理，形成了送审稿；2023年9月，公示结束后，将相关技术规范（送审稿）及编制说明、试验报告、不确定度评定报告送本行业专家预评价，专家出具了技术规范科

7、学性、可行性的评价意见；2023年10月，向省市场监督局报送省地方计量规范报批表、报批稿以及编制说明、试验报告、不确定度评定报告、向社会公示技术规范验证数据情况、专家审查表（预评价）等相关材料。三、计量技术规范主要技术内容说明本规范的主要技术内容说明如下：1、范围本规范适用于适用于片上标准电阻法校准晶圆材料电阻特性测试系统。2、引用文件本规范引用的文件说明。3、术语本规范的术语和定义说明。4、概述对片上标准电阻的用途、原理和结构进行了简要描述。5、计量特性规定了被校准系统的计量特性。此处计量特性依据且符合现有片上标准电阻的测量能力。6、校准条件规定了环境条件及校准用设备。此处校准用设备的技术指

8、标依据且符合现有片上标准电阻的测量能力。7、校准项目和校准方法校准项目为片上标准电阻阻值的测量。8、校准结果表达规定了证书应该包括的信息。9、复校时间间隔对复校时间间隔进行了建议。10、附录对校准结果测量不确定度评定、校准原始记录格式等内容进行了阐述。四、验证试验情况本规范编制过程中，对片上标准电阻的量值进行了验证试验，并形成了测量不确定度评定报告及试验报告。经验证本规范的计量特性要求、校准条件、校准方法科学合理，试验结果符合预期。五、与国内外相关计量技术规范的对比分析目前现有的计量技术规范无法完成晶圆材料电阻特性测试系统的量值溯源：针对高端集成电路测试系统的计量技术规范有JJG（军工）34-

9、2014SOC集成电路测试系统检定规程，是针对高端测试系统编制专用计量技术规范。该规范应用于对SOC集成电路测试系统中数字通道模块以及直流模块的校准测试。虽然该规范校准内容全面，但其通常采用各类专用的标准仪器设备对测试系统各个参数进行校准，并不适用于采用片上标准电阻对晶圆材料电阻特性测试系统的校准。针对中低端晶圆材料电阻特性测试系统的计量技术规范有JJG1015-2006通用晶圆材料电阻特性测试系统检定规程，是针对中低端测试系统编制专用计量技术规范。该类规范应用于对通用晶圆材料电阻特性测试系统中主要单元和性能参数进行检定，通常采用各类外接仪器设备对测试系统各个参数进行校准，并不适用于采用片上标

10、准电阻对晶圆材料电阻特性测试系统的校准。六、项目说明6.1 使用片上标准电阻完成晶圆材料电阻特性测试系统校准的特点校准晶圆材料电阻特性测试系统时，选用不确定度等级优于晶圆材料电阻特性测试系统的片上标准电阻，由于片上标准电阻提供的标准值是准确、可靠的，当晶圆材料电阻特性测试系统测量得到的值与标准值不一致，而且偏离到其不确定度区间之外时，就可以认定该测试系统存在问题，并采取措施加以修正。这种校准方法与对晶圆材料电阻特性测试系统进行校准的传统方法不一样，它具有如下特点：第一，校准结果可以反映测试系统的使用性能：由于片上标准电阻的使用条件与实际测量时的使用条件、程序是相同的，所以它能反映出测试系统真正

11、的使用性能；而不像传统校准方法需要另制定一套与实际使用条件不完全一致的全国统一的专用计量校准规范或检定规程。实践证明：由于后者的使用条件、程序与实际使用不尽一致，所以有些经过计量的测试系统在实际使用中往往会存在一些其他的问题。第二，校准方法更具实用性：由于在校准时，把片上标准电阻当作一般”被测量物”看待，无需使用外接仪表并完成复杂的校准操作，所以这种方法简便、容易，更具实用性。第三，适用于现场校准：晶圆材料电阻特性测试系统体积庞大，通常只能在所在的测试实验室完成校准。传统校准方法通过建立校准装置，完成对晶圆材料电阻特性测试系统的校准，这些校准装置结构复杂、不易搬运，或易损坏、易失准。片上标准电

12、阻体积小、便于运输，可避免运输过程中准确度的降低，更适用于现场校准的需求。可见，片上标准电阻在晶圆材料电阻特性测试系统的校准中有着不可替代的重要作用，相对传统方法都具有多方面的优势。6.2 温湿度范围选定原则本规范对环境温度的规定为:20C28C,对相对湿度的规定为:45%80%,该规定主要参考集成电路测试时的环境温湿度规定，本规范模拟集成电路晶圆测试的场景进行校准，测量数字集成电路使用的主要规范包括：GB/T17574-1998半导体器件集成电路第2部分：数字集成电路、GJB548B-2005微电子器件试验方法和程序,GBT17574对温度的规定为推荐值25C,没有规定湿度要求,GJB548

13、B对于电测试环境温度要求为20C28C,没有规定湿度要求。本规范综合上述规范要求，结合实际测试经验，选定环境温度20C28C,相对湿度45%80%的范围要求。6.3 校准参数选定原则本规范选取了晶圆材料电阻特性测试系统最常见的参数：晶圆表面及体电阻（R）。本规范选定参数的主要依据是实际工艺过程中的测量参数，具有普遍性。七、实施计量技术规范的措施及建议晶圆材料电阻特性测试系统型号数量众多，然而结构组成、原理以及技术指标具有相似性，本校准规范提出了基于片上标准电阻法的晶圆材料电阻特性测试系统的通用校准方法。建议各晶圆材料电阻特性测试系统的生产单位、使用单位及相关计量技术机构按照本规范开展基于片上标准电阻法的晶圆材料电阻特性测试系统校准工作。八、参考资料JJF1071-2010国家计量校准规范编写规则JJF1001-2011通用计量术语及定义JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示GB/T17574-1998半导体器件集成电路第2部分：数字集成电路