四點探針法是將等間距排列的4支探針接觸試片,從外側2支通入電流、以內側2支量測電壓,藉此求出電阻率或片電阻的量測手法。這是半導體晶圓電性製程監控中使用最廣泛的方法。
使用4支探針的理由,是為了把接觸電阻排除在量測值之外。若以2支探針通電流,同時用同樣的探針量測電壓,探針與試片之間的接觸電阻會直接疊加到量測值上。在半導體中,接觸電阻與試片本身的電阻相當甚至更大並不罕見,這樣量出來的值毫無意義。若採用電壓量測端幾乎不通電流的4端點結構,接觸電阻造成的壓降就不會出現在量測迴路中,只會讀到試片內部的電位差。
計算方式依試片形狀而異。較厚的塊材試片為 ρ = 2πs(V/I)·G(s 為探針間距,G 為修正係數),厚度遠小於探針間距的薄膜則為片電阻 R_s = (π/ln2)(V/I) ≒ 4.532(V/I)。4.532這個係數是以「無限大薄膜」為前提的數值,實際上需要依晶圓尺寸、厚度,以及量測點是否靠近邊緣進行修正。
在半導體製造中,它被用作同時反映離子佈植與活化退火結果的指標。佈植的摻雜物中有多少被電性活化難以個別量測,但會集中反映在片電阻這1個量上。由於探針需壓在晶圓上而留下量測痕跡,無法用於產品晶圓,因此標準做法是每批流一片監控晶圓來量測。
其侷限也很明確。四點探針法只能得到電阻率(或片電阻)這1個量,對應的是載子濃度與遷移率的乘積。無法分辨載子是電子還是電洞,也無法分別得知濃度與遷移率各是多少。要知道這些,就需要霍爾效應量測。