HEMT器件欧姆接触区方块电阻的测试方法技术

本发明专利技术公开了一种HEMT器件欧姆接触区方块电阻的测试方法，其实现方案是：制备三组电极宽度为W的测试图形，每种测试图形包括三个欧姆电极，三组测试图形的第一电极尺寸相同且第三电极尺寸相同、第一电极与第三电极的总距离固定，第二组测试图形和第三组测试图形的第二电极长度分别是第一组测试图形第二电极长度的α倍和β倍，且α≠β≠1；测试三组测试图形中第一电极与第三电极之间的电阻值；用第二组测试图形与第一组测试图形所测的电阻值作差，并将差值方程式代入第三组测试图所测的电阻方程式中，得到每组测试图形中欧姆接触区的方块电阻。本发明专利技术测试图形简单易制作，测试简便，且结果准确，可用于高电子迁移率异质结晶体管工艺检测与性能评估。

Test method for square resistance of ohmic contacts in HEMT devices

The invention discloses a method for testing HEMT device ohmic contact sheet resistance, the solution is: to prepare three sets of electrode width W test pattern, each test pattern includes three ohmic electrode, the first electrode size of three groups of the total distance test pattern with the same size, the same third electrode of the first electrode with the third fixed electrode, the second electrode length of second group and third group test pattern test pattern are the first group of second times the alpha test pattern and the length of the electrode and the alpha beta beta times, = = 1; resistance between the first electrode and the third electrode test three group test pattern; resistance measurement with second groups the test pattern with the first set of test pattern value difference, and the difference of resistance equation equations into third groups of test chart test, the sheet resistance of ohmic contact area in each test pattern obtained. The test pattern of the invention is simple, easy to fabricate, simple to test and accurate in results, and can be used for the process detection and performance evaluation of a high electron mobility heterogeneous crystal tube.

【技术实现步骤摘要】
HEMT器件欧姆接触区方块电阻的测试方法
本专利技术属于测试
，特别涉及一种HEMT器件的欧姆接触区方块电阻的测试方法，可用于对半导体器件的工艺检测与性能评估。
技术介绍
GaN材料相比以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，具有禁带宽度大、击穿电场高、耐高温、抗腐蚀等优势，因此成为第三代半导体材料的典型代表。特别是与AlGaN等材料形成的异质结构高电子迁移率晶体管HEMT，在异质结界面处存在高浓度、高电子迁移率的二维电子气，因而具有工作电流大、工作速度快等优点，在高频、大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际的热点，部分已经实现商业化应用。方块电阻是表征HEMT器件欧姆电极好坏的一个重要参数。目前的方块电阻表征方法中，更多的是针对器件有源区的方块电阻进行测量，而对欧姆接触区的方块电阻则无法准确测量。以最普遍的传输线模型TLM法为例，其通过设计一组器件结构，进行较复杂的数学推导及实验测试获得有源区方块电阻的数值，并把有源区的方块电阻值近似作为欧姆区的方块电阻值。由于有源区的方块电阻主要来源于异质结处的二维电子气，而欧姆接触区则是在有源区上实施了金属淀积、高温退火等复杂的工艺，因此二者的方块电阻并不相等，甚至相差很大。显然，这种近似的方法会使得欧姆接触方块电阻的表征准确率低，影响高电子迁移率异质结晶体管的性能评估。随着近年来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器件关键工艺的准确检测及性能的评估影响越来越大。因此，如何高精度地测量HEMT器件欧姆区的方块电阻成为了一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种测试HEMT器件欧姆接触区方块电阻的方法，以提高测量的准确率，进而进行工艺检测并提高电子迁移率异质结晶体管的性能。为实现上述目的，本专利技术的技术方案包括如下：(1)制备欧姆接触测试图形：在半导体材料上先淀积金属电极，再采用高温退火、台面隔离的方法制备出三组宽度相同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；设第一组测试图形中的第一欧姆电极长度L11、第二组测试图形中的第一欧姆电极长度L21、第三组测试图形中的第一欧姆电极长度L31三者相等，即L11＝L21＝L31；设第二组测试图形中的第二欧姆电极长度L22是第一组测试图形中的第二欧姆电极长度L12的α倍，即L22＝αL12；设第三组测试图形中第二电极长度是第一组测试图形中第二电极长度的β倍，即L32＝βL12，其中α＞0，β＞0，且α≠β≠1；设第一组测试图形中第一欧姆电极与第二欧姆电极间距为L1a，第二组测试图形中第一欧姆电极与第二欧姆电极间距为L2a，第三组测试图形中第一欧姆电极与第二欧姆电极间距为L3a；设第一组测试图形中第二欧姆电极与第三欧姆电极间距为L1b，第二组测试图形中第二欧姆电极与第三欧姆电极间距为L2b，第三组测试图形中第二欧姆电极与第三欧姆电极间距为L3b；设第一组测试图形中的第三欧姆电极长度L13、第二组测试图形中的第三欧姆电极长度L23、第三组测试图形中的第三欧姆电极长度L33三者相等，即L13＝L23＝L33；设三组测试图形中第一电极与第三电极之间的总距离为L，即L1a+L1b+L12＝L，L2a+L2b+L22＝L，L3a+L3b+L32＝L，三组测试图形中每个电极的宽度均设计成W，其中L的值根据所测样片上电极图形长度测量得出，W的值根据所测样片上电极图形宽度测量得出；(2)利用欧姆接触测试图形测量方块电阻：(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V1，并在回路中串联电流表，读取电流表的值I1，利用I-V关系计算得到第一电极与第三电极之间的电阻值：RL1＝V1/I1；(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V2，并在回路中串联电流表，读取电流表的值I2，利用I-V关系计算得到第一电极与第三电极之间的电阻值：RL2＝V2/I2；(2c)在第三组测试图形的第一电极与第三电极之间施加偏置电压V3，并在回路中串联电流表，读取电流表的值I3，利用I-V关系计算得到第一电极与第三电极之间的电阻值：RL3＝V3/I3；(2d)根据(2a)—(2c)所测得的三个电阻值RL1，RL2和RL3，构建测试图形欧姆接触区的方块电阻计算公式：(2e)将步骤(2a)中的RL1的测量值，步骤(2b)中的RL2的测量值和步骤(2c)中的RL3的测量值，以及已知参数W、L、α、β、L12均代入步骤(2d)中的Rshc的计算公式中，得到Rshc的值。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：1)测试图形制作方法简便传统传输线模型在制作欧姆接触测试图形时，必须通过台面刻蚀制作多个欧姆接触电极，工艺复杂，本专利技术仅需要制备三组测试图形，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传输线模型求解欧姆接触区方块电阻必须要进行线性拟合，本专利技术仅需对三组不同的测试图形进行电学测量，利用所得的电阻值通过简单的数学计算，即可获得欧姆接触区的方块电阻。3)方块电阻测试值误差小在有源区方块电阻较小时，使用传统的探针法结合万用表测量时，由于万用表本身的性能等因素，用万用表就会存在读数不稳和测不准的情况。另外，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，即通过有源区方块电阻Rsh获得欧姆接触区方块电阻Rshc的值，因此测量值出现了很大的误差。本专利技术通过解方程的方法消去含有源区方块电阻Rsh的项，因而求解Rshc的过程中不涉及有源区方块电阻Rsh，可直接求解出欧姆接触区方块电阻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。使用本专利技术的测试方法，只需要通过测试的电阻值通过数学计算可直接获得有源区方块电阻的值得大小。附图说明图1为本专利技术的实现流程图；图2是现有的测试图形剖面结构示意图；图3是本专利技术中构建的第一组测试图形的顶视结构示意图；图4是本专利技术中构建的第二组测试图形的顶视结构示意图；图5是本专利技术中构建的第三组测试图形的顶视结构示意图；图6是本专利技术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，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。参照图1，本专利技术的实现步骤如下：步骤1，制备欧姆接触区方块电阻测试图形。如图2所示，现有测试图形的剖面结构自下而上依次为衬底层，氮化镓缓冲层和铝镓氮势垒层，且氮化镓缓冲层和铝镓氮势垒层组成了异质结结构，三个金属电极淀积在铝镓氮势垒层上。本步骤根据图2所示的现有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，其实现步骤如下：1a)利用异质结外延生长法在衬底上自下而上依次生长氮化镓缓冲层和铝镓氮势垒层；1b)在铝镓氮势垒层上先淀积金属电极，再进行高温退火及台面刻蚀等工艺，以在氮化镓异质外延结构上形成三组电极宽度为W的欧姆接触测试图形，其中：第一组测试图形如图3所示，它包括三个欧姆电极，每个欧姆电极的长度不同，其根据金属电极淀积工艺中欧姆电极常用长度范围及测试要求由测试者合理设定。本实例设但不限于第一组测试图形中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种HEMT器件欧姆接触区方块电阻的测试方法，包括如下步骤：(1)制备欧姆接触测试图形：在半导体材料上先淀积金属电极，再采用高温退火、台面隔离的方法制备出三组宽度相同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；设第一组测试图形中的第一欧姆电极长度L

【技术特征摘要】
1.一种HEMT器件欧姆接触区方块电阻的测试方法，包括如下步骤：(1)制备欧姆接触测试图形：在半导体材料上先淀积金属电极，再采用高温退火、台面隔离的方法制备出三组宽度相同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；设第一组测试图形中的第一欧姆电极长度L11、第二组测试图形中的第一欧姆电极长度L21、第三组测试图形中的第一欧姆电极长度L31三者相等，即L11＝L21＝L31；设第二组测试图形中的第二欧姆电极长度L22是第一组测试图形中的第二欧姆电极长度L12的α倍，即L22＝αL12；设第三组测试图形中第二电极长度是第一组测试图形中第二电极长度的β倍，即L32＝βL12，其中α＞0，β＞0，且α≠β≠1；设第一组测试图形中第一欧姆电极与第二欧姆电极间距为L1a，第二组测试图形中第一欧姆电极与第二欧姆电极间距为L2a，第三组测试图形中第一欧姆电极与第二欧姆电极间距为L3a；设第一组测试图形中第二欧姆电极与第三欧姆电极间距为L1b，第二组测试图形中第二欧姆电极与第三欧姆电极间距为L2b，第三组测试图形中第二欧姆电极与第三欧姆电极间距为L3b；设第一组测试图形中的第三欧姆电极长度L13、第二组测试图形中的第三欧姆电极长度L23、第三组测试图形中的第三欧姆电极长度L33三者相等，即L13＝L23＝L33；设三组测试图形中第一电极与第三电极之间的总距离为L，即L1a+L1b+L12＝L，L2a+L2b+L22＝L，L3a+L3b+L32＝L，三组测试图形中每个电极的宽度均设计成W，其中L的值根据所测样片上电极图形长度测量得出，W的值根据所测样片上电极图形宽度测量得出；(2)利用欧姆接触测试图形测量方块电阻：(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V1，并在回路中串联电流表，读取电流表的值I1，利用欧姆定律计算得到第一电极与第三电极之间的电阻值：RL1＝V1/I1；(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V2，并在回路中串联电流表，读取电流表的值I2，利用欧姆定律计算得到第一电极与第三电极之间的电阻值：RL2＝V2/I2；(2c)在第三组测试图形的第一电极与第三电极之间施加偏置电压V3，并在回路中串联电流表，读取电流表的值I3，利用欧姆定律计算得到第一电极与第三电极之间的电阻值：RL3＝V3/I3；(2d)根据(2a)—(2c)所测得的三个电阻值RL1，RL2和RL3，构建测试图形欧姆接触区的方块电阻计算公式：(2e)将步骤(2a)中的RL1的测量值，步骤(2b)中的RL2的测量值和步骤(2c)中的RL3的测量值，以及已知参数W、L、α、β、L12均代入步骤(2d)中的Rshc的计算公式中，得到测试图形中欧姆接触区方块电阻Rshc的值。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(2d)中构建测试图形欧姆接触区的方块电阻计算公式，按如下步骤进行：(2d1)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；(2d2)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值，RB3为第二组测试图形中第三电极的电阻值；(2d3)将第三组测试图形中第一电极和第三电极之间的电阻值表示为：RL3＝RC1+RC12+RC2+RC23+RC3，其中，RC1为第三组测试图形中第一电极的电阻值，RC12为第三组测试图形中第一电极与第...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑雪峰，董帅帅，王颖哲，李小炜，王冲，马晓华，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61