接触电阻与TLM技术深度解密：从理论到实操，快速掌握精准测量核心

Xfilm埃利测量专注于电阻/方阻及薄膜电阻检测领域的创新研发与技术突破，致力于为全球集成电路和光伏产业提供高精度、高效率的量检测解决方案。公司以核心技术为驱动，深耕半导体量测装备及光伏电池电阻检测系统的研发。

在半导体以及光伏器件制造中，接触电阻的精确测量是优化器件性能的关键。本文结合专业文献深入解析接触电阻的测量原理及TLM技术，并通过实例演示如何计算关键参数。

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测量接触电阻重要性

传统的四探针法和范德堡法通过四电极（两电流、两电压）测量方块电阻（RS），可有效规避接触电阻的影响。然而，晶体管等实际器件中，金属-半导体接触是必不可少的组成部分，接触电阻（RC）会直接影响器件性能。因此，分离并量化接触电阻至关重要。

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总电阻的构成与简化模型

上图所示的一个条形电阻结构。两个触点位于杆的两端，每个触点的接触面积均为AC，总电阻包含三部分：

金属电阻（Rm）：通常极小（金属电导率高），可忽略。

接触电阻（RC）：集中在金属/半导体界面。

半导体电阻（Rsemi）：与电阻长度L成正比，即

简化后：

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提取接触电阻的实验步骤

设计不同长度的电阻器：保持宽度W不变，仅改变长度L。

测量总电阻RT：对每个长度进行测试。

绘制RT-L曲线：拟合直线，其斜率对应RS/W，截距为2RC。

关键推导：

斜率 → 方块电阻RS=斜率×W

截距 → 单侧接触电阻RC=截距/2

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接触电阻率与传输长度

接触电阻与接触面积相关，为标准化比较，引入接触电阻率（ρC）：

ρC=RCAC 其中AC为接触面积。

实际接触中，在接触面的边缘，流入（或流出）的电流相当大。远离该边缘，电流逐渐减小，直至在远离接触面的边缘处电流为零。这种现象被称为“电流拥挤效应”。

对当前接触拥挤情况的分析表明，其以指数形式下降，具有特征长度LT，该长度被称为传输长度。这可以被视为接触的有效长度。

传输长度是指电子（或空穴）在半导体中从接触点下方移动到接触点的平均距离。因此，接触的有效面积可以视为LTW。

总电阻公式更新为：

RT与电阻长度的曲线图也能给出传输长度，通过向横轴外推，其中的截距= -2LT。因此，我们已知所有所需信息来求出接触电阻率。

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TLM测试实例解析

典型的TLM测试结构如上图所示。有一个单一的矩形区域（图中为蓝色），其掺杂程度（即方块电阻）与器件的接触区相同。在掺杂区域上形成了一系列间距不同的接触点（图中为深灰色）。

各触点对之间的电阻测量值可用于构建TLM图。通过该图可以确定RS、RC、LT和pC等参数。

案例1：CMOS工艺（TLM）

参数：W=100μm，W=100μm，L=10∼160 μm

测量值：R1=7.59 Ω，R2=8.26 Ω， …，R5=18.87 Ω

计算过程：

拟合直线方程：R=6.829 Ω+(0.0756 Ω/μm)L

方块电阻：RS=0.0756×100=7.56 Ω

接触电阻：RC=6.829/2=3.415 Ω

传输长度：LT=45.2μm

接触电阻率：

ρC=3.415×45.2×100=1.54×10−4Ω.cm2

案例2：PMOS源漏扩散（TLM）

测量值：R1=76.7 Ω，R2=118.6 Ω，…，R5=648.9 Ω

结果：RS=371 Ω， ρC=1.37×10−4 Ω.cm2

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TLM测试结构设计要点

均匀掺杂区域：确保测试区域与实际器件掺杂一致。

多间距接触阵列：通过不同间距的接触对测量，提高数据可靠性。

避免电流拥挤：优化接触设计（如增加传输长度）以减小误差。

接触电阻的精确测量是半导体工艺优化的基石。TLM技术通过简单直观的线性拟合，不仅能提取接触电阻和薄层电阻，还能深入分析接触电阻率与传输长度。掌握这一方法，可有效指导器件设计与工艺改进。

原文出处：《Contact resistance and TLM measurements》