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测试欧姆接触区方块电阻?#22982;?#27861;.pdf

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测试 欧姆 接触 方块 电阻 方法
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摘要
申请专利号:

CN201611241030.7

申请日:

2016.12.28

公开号:

CN106684011A

公开日:

2017.05.17

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):H01L 21/66申请日:20161228|||公开
IPC分类号: H01L21/66; G01R31/26(2014.01)I 主分类号: H01L21/66
申请人: 西安电子科?#21363;?#23398;
发明人: 郑雪峰; 李小炜; 侯晓慧; 王颖哲; 王奥琛; 王冲; 马晓华; 郝跃
地址: 710071 陕西省西安市雁塔区太白?#19979;?号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 陕西电子工业专利中心 61205 代理人: 王品华;朱红星
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法律状态
申请(专利)号:

CN201611241030.7

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.06.09|||2017.05.17

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种欧姆接触区方块电阻的测试方法。其实现方案是:制备两组电极宽度为W的欧姆接触方块电阻的测试图形,每种测试图形包括三个欧姆电极,两组测试图形的第一电极和第三电极的尺寸、第一电极与第二电极的距离及第二电极与第三电极的距离均相同,第二组测试图形的第二电极长度是第一组测试图形第二电极长度的α倍;分别测试两组测试图形中第一电极与第三电极之间的电阻值;对测试图形二所测的电阻值与测试图形一所测的电阻值作差,将结果乘以W/((α??1)L12)项,得到每组测试图形中欧姆接触区?#22982;?#22359;电阻。本发明测试图形简单易制作,测试方法简便,结果准确可靠,可用于高电子迁移率异?#24335;?#26230;体管制作。

权利要求书

1.一种测试欧姆接触区方块电阻?#22982;?#27861;,包括如下步骤:
(1)制备欧姆接触测试图形:
在半导体体材料上先淀积金属电极,再采用高温退火?#22982;?#27861;制备出两组宽度均为W的
欧姆接触方块电阻测试图形,每种测试图形包括三个欧姆电极;
第一组测试图形中的三个欧姆电极长度分别为L11、L12、L13,欧姆电极之间距离分别为
L1a,L1b;第二组测试图形中的三个欧姆电极长度分别为L21、L22、L23,欧姆电极之间的距离分
别为L2a,L2b,其中L21=L11,L22?#28293;罫12,L23=L13,L2a=L1a,L2b=L1b,α>0,且α≠1;
(2)方块电阻的测量:
(2a)在第一组测试图形的第一电极与第三电极之间施加偏置电压,并在回?#20998;?#20018;联电
流表,读取电流表的值,利用I-V关?#23548;?#31639;得到第一电极与第三电极之间的电阻值RL1:
RL1=V1/I1;
其中RL1为第一组测试图形中第一电极与第三电极之间的电阻值,V1为第一组测试图形
中第一电极与第三电极上所加的电压,I1为第一组测试图形中由第一电极、第二电极、第三
电极及有源区所构成的回?#20998;?#30340;电流值;
(2b)在第二组测试图形的第一电极与第三电极之间施加偏置电压,并在回?#20998;?#20018;联电
流表,读取电流表的值,利用I-V关?#23548;?#31639;得到第一电极与第三电极之间的电阻值RL2:
RL2=V2/I2;
其中RL2为第二组测试图形中第一电极与第三电极之间的电阻值,V2为第二组测试图形
中第一电极与第三电极上所加的电压,I2为第二组测试图形中由第一电极、第二电极、第三
电极及有源区所构成的回?#20998;?#30340;电流值;
(2c)根据(2a)和(2b)中所测得的两个电阻值RL1和RL2,构建每组测试图形欧姆接触区的
方块电阻计算公式:Rshc=((RL2-RL1)W)/((α-1)L12)。
2.根据权利要求1所述?#22982;?#27861;,其中步骤(2c)中构建每组测试图形欧姆接触区?#22982;?#22359;
电阻计算公式,按如下步骤进行:
(2c1)将第一组测试图形中第一电极和第三电极之间的电阻值表示为:
RL1=RA1+RA12+RA2+RA23+RA3,
其中,RA1为第一组测试图形中第一电极的电阻值,RA12为第一组测试图形中第一电极与
第二电极之间有源区的电阻值,RA2为第一组测试图形中第二电极下方的电阻值,RA23为第一
组测试图形中第二电极与第三电极之间有源区的电阻值,RA3为第一组测试图形中第三电极
的电阻值,
(2c2)将第二组测试图形中第一电极和第三电极之间的电阻值表示为:
RL2=RB1+RB12+RB2+RB23+RB3,
其中,RB1为第二组测试图形中第一电极的电阻值,RB12为第二组测试图形中第一电极与
第二电极之间有源区电阻值,RB2为第二组测试图形中第二电极下方的电阻值,RB23为第二组
测试图形中第二电极与第三电极之间有源区的电阻,RB3为第二组测试图形中第三电极的电
阻值;
(2c3)根据两组测试图形在同一片体材料上采用相同的制备工艺和两种测试图形第一
电极与第三电极尺寸相同,及两组测试图形的第一电极与第二电极之间的距离相同、第二
电极与第三电极之间的距离相同,得出两种测试图形中各部分电阻值的如下关系:
RA1=RB1,RA12=RB12,RA23=RB23,RA3=RB3,
(2c4)定义计算第一组测试图形第二电极下方的电阻式RA2和第二组测试图形第二电极
下方的电阻式RB2:
RA2=(RshcL12)/W,
RB2=(RshcαL12)/W,
其中,Rshc是测试图形中欧姆接触区?#22982;?#22359;电阻,W为每组测试图形中的电极宽度,α为
已知常数,α>0且α≠1,L12为第一组测试图形中第二电极的长度;
(2c5)将RA2代入步骤(2c1)中的电阻表达式,得到第一组测试图形中第一电极与第三电
极之间的电阻值表达式RL1:
RL1=RA1+RA12+(RshcL12)/W+RA23+RA3,
(2c6)将RB2代入步骤(2c2)中的电阻表达式,得到第二组测试图形中第一电极与第三电
极之间的电阻值表达式RL2:
RL2=RB1+RB12+(RshcαL12)/W+RB23+RB3,
(2c7)用步骤(2c6)和步骤(2c5)表达式的作差,得到方程:RL2-RL1=(Rshc(α-1)L12)/W,
(2c8)由步骤(2c7)?#22982;?#31243;,导出计算每组测试图形中的欧姆接触区方块电阻:
Rshc=((RL2-RL1)W)/((α-1)L12)。

说明书

测试欧姆接触区方块电阻?#22982;?#27861;

技术领域

本发明属于微电子领域,特别涉及到的欧姆接触区方块电阻的测试方法,可用于
高电子迁移率异?#24335;?#26230;体管的制备。

背景技术

相比以Si为代表的第一代半导体材料以及以GaAs为代表的第二代半导体材料,
GaN材料具有禁带宽度大、击穿电场高、?#36879;?#28201;、抗腐蚀的优势,成为第三代半导体材料的典
型代表。特别是与AlGaN等材料形成的异?#24335;?#26500;晶体管,在异?#24335;?#30028;面处存在高浓度、高电
子迁移率的二维电子气,因而具有工作电流大、工作速度快的优点,在高频、高功率领域具
有巨大的优势和广泛的应用前景。近年来,相关器件已经成为国?#20351;?#20869;的研究热点,部分已
经实现商业化应用。

欧姆电极通常做为半导体器件的输入输出端,是器件的重要组成部分。欧姆电极
的好坏直接影响半导体器件的频率响应、能量耗散、结温、输出电流、效?#30465;?#22686;益等特性,因
而成为关注的重点。以氮化镓晶体管为例,通常在欧姆区域淀积Ti/Al/Ni/Au等多层金属,
然后采用高温热退火?#22982;?#27861;形成欧姆接触。退火的温度和时间会?#29616;?#24433;响欧姆接触的好
坏。欧姆接触电阻率是评判欧姆接触好坏的重要指标。因此,选择合?#23454;姆?#27861;对欧姆接触电
阻?#24335;?#34892;准确的表征对于器件的研制及评估至关重要。

目前,测量欧姆接触方块电阻最普遍?#22982;?#27861;是传输线模型法TLM。这种方法是通过
设计一组不同间距的有源区,提取不同间距相邻欧姆电极之间的电阻,进而确定欧姆接触
?#22982;?#22359;电阻。在提取欧姆接触方块电阻的过程中,为了简化计算,往往近似地认为欧姆接触
区?#22982;?#22359;电阻Rshc与有源区?#22982;?#22359;电阻Rsh相?#21462;?#20107;实上,有源区?#22982;?#22359;电阻主要来源于异质
结处的二维电子气,而欧姆接触区方块电阻则是在有源区的基础上实施了金属淀积、高温
退火等复杂的工艺,因此二者?#22982;?#22359;电阻并不相?#21462;?#26174;然,这种近?#39057;姆?#27861;会使得欧姆接触
方块电阻的准确?#23454;停?#24433;响高电子迁移率异?#24335;?#26230;体管的性能。

随着半导体功率器件的进一步发展,欧姆接触区方块电阻的准确表征对工艺的开
发、器件性能的提高及可靠性的评估影响越来越大。因此,准确地表征欧姆接触区方块电阻
变得越来越重要。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足,提出一种测试欧姆接触区方块电阻
?#22982;?#27861;,以提高测量的准确?#21097;?#36827;而提高电子迁移率异?#24335;?#26230;体管的性能。

为实现上述目的,本发明的技术方案包括如下步骤:

(1)制备欧姆接触测试图形:

在半导体体材料上先淀积金属电极,再采用高温退火?#22982;?#27861;制备出两组宽度均为
W的欧姆接触方块电阻测试图形,每种测试图形包括三个欧姆电极;

第一组测试图形中的三个欧姆电极长度分别为L11、L12、L13,欧姆电极之间距离分
别为L1a,L1b;第二组测试图形中的三个欧姆电极长度分别为L21、L22、L23,欧姆电极之间的距
离分别为L2a,L2b,其中L21=L11,L22?#28293;罫12,L23=L13,L2a=L1a,L2b=L1b,α>0,且α≠1;

(2)方块电阻的测量:

(2a)在第一组测试图形的第一电极与第三电极之间施加偏置电压,并在回?#20998;?#20018;
联电流表,读取电流表的值,利用I-V关?#23548;?#31639;得到第一电极与第三电极之间的电阻值RL1:

RL1=V1/I1;

其中RL1为第一组测试图形中第一电极与第三电极之间的电阻值,V1为第一组测试
图形中第一电极与第三电极上所加的电压,I1为第一组测试图形中由第一电极、第二电极、
第三电极及有源区所构成的回?#20998;?#30340;电流值;

(2b)在第二组测试图形的第一电极与第三电极之间施加偏置电压,并在回?#20998;?#20018;
联电流表,读取电流表的值,利用I-V关?#23548;?#31639;得到第一电极与第三电极之间的电阻值RL2:

RL2=V2/I2;

其中RL2为第二组测试图形中第一电极与第三电极之间的电阻值,V2为第二组测试
图形中第一电极与第三电极上所加的电压,I2为第二组测试图形中由第一电极、第二电极、
第三电极及有源区所构成的回?#20998;?#30340;电流值;

(2c)根据(2a)和(2b)中所测得的两个电阻值RL1和RL2,构建每组测试图形欧姆接
触区?#22982;?#22359;电阻计算公式:Rshc=((RL2-RL1)W)/((α-1)L12)。

本发明与现有技术相比具有如下优点:

1)测试图形制作方法简便

本发明仅需要制备两组不同的欧姆接触方块电阻的测试图形,测试图形简单,测
试方法快速方便。

2)方块电阻测试方法简单

本发明仅需对两组不同的测试图形进行电学测量,利用所测得的电阻值通过简单
的数学计算,即可获得欧姆接触区?#22982;?#22359;电阻值。

3)可对欧姆接触区方块电阻实现准确测量

传统传输线模型在测量欧姆接触区方块电阻时,认为欧姆接触区方块电阻Rshc与
有源区方块电阻Rsh近似相等,即通过Rsh获得Rshc的值,因此测量值出现了很大的误差。本发
明通过解方程?#22982;?#27861;消去含Rsh的项,因而求解Rshc的过程中不涉及Rsh,可直接求解出Rshc的
值,提高了测量的精度,可靠性高,对准确评估氮化镓器件的性能及可靠性有很大作用。

附图说明

图1为本发明的实现流程图;

图2是现有的测试图形剖面结构示意图;

图3是本发明构建的第一组测试图形的顶视结构示意图;

图4是本发明构建的第二组测试图形的顶视结构示意图;

图5是本发明中测试电阻值的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。实施例
用于说明本发明,但不用来限制本发明?#22982;?#22260;。

参照图1,本发明的实现步骤如下:

步骤1,制备欧姆接触区方块电阻测试图形。

参照图2,本步骤根据现有的测试图形的剖面结构制备欧姆接触区方块电阻的测
试图形,其步骤如下:

1a)设置测试图形的结构:其自下而上?#26469;?#20026;衬底层,氮化镓缓冲层和铝镓氮势垒
层;

1b)在铝镓氮势垒层体材料上先淀积金属电极;

1c)采用高温退火?#22982;?#27861;在同一片氮化镓异质外延结构体材料上采用相同的工艺
分别制备出两组电极宽度为W的欧姆接触测试图形,其中:

第一组测试图形如图3所示,它的三个欧姆电极长度分别为L11、L12、L13;欧姆电极
之间的距离分别为L1a、L1b;

第二组测试图形如图4所示,它的三个欧姆电极长度分别为L21、L22、L23;欧姆电极
之间的距离分别为L2a、L2b。

其中L22?#28293;罫12,α>0且α≠1,L21=L11,L23=L13,L2a=L1a,L2b=L1b。

步骤2,测试两种图形的第一电极与第三电极之间的电阻值。

参照图5的电阻测试原理图,本步骤对两种测试图形的第一电极与第三电极之间
的电阻值测试步骤如下:

2a)在第一组测试图形的第一电极与第三电极之间施加偏置电压,并在回?#20998;?#20018;
联电流表,读取电流表的值,利用I-V关?#23548;?#31639;得到第一电极与第三电极之间的电阻值RL1:

RL1=V1/I1;

其中RL1为第一组测试图形第一电极与第三电极之间的电阻值,V1为第一组测试图
形中第一电极与第三电极上所加的电压,I1为第一组测试图形中由第一电极、第二电极、第
三电极及有源区所构成的回?#20998;?#30340;电流值。

2b)在第二组测试图形的第一电极与第三电极之间施加偏置电压,并在回?#20998;?#20018;
联电流表,读取电流表的值,利用I-V关?#23548;?#31639;得到第一电极与第三电极之间的电阻值RL2:

RL2=V2/I2;

其中RL2为第二组测试图形第一电极与第三电极之间的电阻值,V2为第二组测试图
形中第一电极与第三电极上所加的电压,I2为第二组测试图形中由第一电极、第二电极、第
三电极及有源区所构成的回?#20998;?#30340;电流值。

步骤3,计算每种测试图形欧姆接触区方块电阻值。

3a)根据图3,将第一组测试图形中第一电极和第三电极之间的电阻值表示为:

RL1=RA1+RA12+RA2+RA23+RA3,

其中,RA1为第一组测试图形中第一电极的电阻值,RA12为第一组测试图形中第一电
极与第二电极之间有源区的电阻值,RA2为第一组测试图形中第二电极下方的电阻值,RA23为
第一组测试图形中第二电极与第三电极之间有源区的电阻值,RA3为第一组测试图形中第三
电极的电阻值;

3b)根据图4,将第二组测试图形中第一电极和第三电极之间的电阻值表示为:

RL2=RB1+RB12+RB2+RB23+RB3,

其中,RB1为第二组测试图形中第一电极的电阻值,RB12为第二组测试图形中第一电
极与第二电极之间有源区的电阻值,RB2为第二组测试图形中第二电极下方的电阻值,RB23为
第二组测试图形中第二电极与第三电极之间有源区的电阻值,RB3为第二组测试图形中第三
电极的电阻值;

3c)计算两种测试图形中各部分电阻值:

3c1)确定两种测试图形对应的电阻

由于两组测试图形在同一片体材料上采用相同的制备工艺,且第一种测试图形中
的第一电极与第二种测试图形中的第一电极尺寸相同,第一种测试图形中的第三电极与第
二种测试图形中的第三电极尺寸相同,第一种测试图形中的第一电极与第二电极之间的距
离等于第二种测试图形中的第一电极与第二电极之间的距离,第一种测试图形中的第二电
极与第三电极之间的距离等于第二种测试图形中的第二电极与第三电极之间的距离,因此
两种测试图形对应的电阻值有如下关系:

RA1=RB1,RA3=RB3,

RA12=RB12,RA23=RB23,

3c2)定义计算第一组测试图形中第二电极下方的电阻式RA2和第二组测试图形中
的第二电极下方的电阻式RB2:

RA2=(RshcL12)/W,

RB2=(RshcαL12)/W,

其中,Rshc是测试图形中欧姆接触区?#22982;?#22359;电阻,W为每组测试图形中的电极宽度,
α为已知常数,α>0且α≠1,L12为第一组测试图形中第二电极的长度;

3d)将步骤3c2)中的RA2代入步骤3a)中的电阻表达式,得到第一组测试图形中第一
电极与第三电极之间的电阻值表达式RL1:

RL1=RA1+RA12+(RshcL12)/W+RA23+RA3,

3e)将步骤3c2)中的RB2代入步骤3b)中的电阻表达式,得到第二组测试图形中第一
电极与第三电极之间的电阻值表达式RL2:

RL2=RB1+RB12+(RshcαL12)/W+RB23+RB3,

3f)用步骤3e)和步骤3d)表达式的作差,得到方程:RL2-RL1=(Rshc(α-1)L12)/W,

3g)由步骤3f)?#22982;?#31243;,导出计算每组测试图形中的欧姆接触区方块电阻的公式
为:

Rshc=((RL2-RL1)W)/((α-1)L12),

3h)将步骤2a)中的RL1的测量值和步骤2b)中的RL2的测量值代入步骤3g)中的计算
公式中得到Rshc的值为:

Rshc=((V2/I2-V1/I1)W)/((α-1)L12)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,显然对于本领域
的专业人员来说,在了解本发明的内容和原理后,在本发明的精神和原则之内可进行修改、
等同替换和改进等,例如,本发明所采用的测试图形基于GaN材料也可以采用GaAs等不同的
半导体材?#29616;?#20316;本发明中的欧姆接触方块电阻测试图形。所作的修改、等同替换和改进均
应包含在本发明的保护范围之内。

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