欧姆接触区方块电阻的修正方法技术

本发明专利技术公开了一种欧姆接触区方块电阻的测试修正方法，主要解决现有技术关于欧姆接触区方块电阻Rshc计算不准确，以及计算过程复杂的问题。其实现方案是：制作两组结构类似的圆形欧姆接触测试图形，每组包含一个圆形欧姆电极、两个同心圆环形欧姆电极；然后分别测试两组圆形测试图形的总电阻；再利用该修正公式，对有源区方块电阻Rsh的值进行修正，进而准确计算出欧姆接触区的方块电阻Rshc的值。本发明专利技术具有测试图形简单易制作、计算简单、结果精确的优点，可用于半导体器件工艺检测与性能评估。

Correction method of square resistance in ohmic contact region

The invention discloses a test and correction method for the square resistance of ohmic contact area, which mainly solves the problem that the calculation of the square resistance Rshc in the ohmic contact area is inaccurate and the calculation process is complicated. The proposal is: similar to the two group structure of the circular ohmic contact test pattern, each containing a circular ohmic electrode and two concentric ohmic electrode; then test the total resistance two round test pattern; then the formula of the active region, square resistance Rsh values are corrected, and to accurately calculate the square resistance of Rshc ohmic contact area value. The invention has the advantages of simple testing pattern, easy fabrication, simple calculation and accurate result, and can be used for the process detection and performance evaluation of semiconductor devices.

【技术实现步骤摘要】
欧姆接触区方块电阻的修正方法
本专利技术属于测试
，特别涉及到一种欧姆接触区方块电阻的修正方法，可用于异质结晶体管的制备、性能评估及可靠性分析。
技术介绍
以III-V族材料为代表的宽禁带半导体材料有很多优点，近年来的发展相当迅速。用该类型材料制备的半导体器件具有高电子迁移率、宽带隙、高热传导率、耐高压、耐高温、抗辐照等卓越的优势，可广泛应用在高温大功率、光电子和高频微波及毫米波等领域，具有广阔的市场。因此近年来，该类型的相关器件已经成为国际国内的研究热点。在基于III-V族异质结材料制备半导体器件的工艺过程中，欧姆电极的制备是很关键的一步。要制备高性能的该类型异质结半导体器件，能否在金属与势垒层材料界面处形成良好的欧姆接触就显得尤为重要。欧姆电极的制备工艺、制备欧姆电极采用的的金属种类、退火温度的高低等均对欧姆接触电阻有影响。如果欧姆接触电阻过大，会增加源漏功率耗散，器件的输出功率和效率都会受到影响。欧姆接触电阻是评判欧姆接触好坏的重要指标，而欧姆接触区方块电阻的准确测试又是计算欧姆接触电阻的关键。因此，选择合适的方法对欧姆接触区方块电阻进行准确的表征对器件的研制及评估具有非常重要的作用。目前，测量欧姆接触电阻最普遍的方法是矩形传输线模型TLM法和传统的圆形传输线模型CTLM法。矩形传输线模型TLM法，主要是通过设计一组具有不等间距的多个矩形电极测试图形，并进行实验测试及数学计算获得有源区方块电阻的数值。在此过程中，通常把有源区的方块电阻值Rsh近似作为欧姆区的方块电阻值Rshc。该方法存在几个问题：首先，由于欧姆接触区是在有源区上实施了金属淀积、高温退火等复杂的工艺，因此有源区和欧姆接触区的方块电阻并不相等，甚至相差很大，不能做近似处理；其次，矩形传输线模型存在着边缘电流效应，因此采用该模型对欧姆区方块电阻值的精确度有一定影响。传统的圆形传输线模型CTLM法，主要是通过设计一组具有多个圆形电极的测试图形，并进行较复杂的数学推导及实验测试获得欧姆区方块电阻的近似值。该方法存在几个问题：首先传统的CTLM法在测量时忽略了金属层的薄层电阻，这对实验结果会产生一定的影响；其次，进行末端电阻求解时由于要计算各部分电阻之差，而这几部分电阻值相差很小，作差后误差较大；再者，直接计算欧姆区方块电阻的公式较为复杂，运算量较大，且涉及到非特殊角度的三角函数计算，因此测试及计算分析的总用时较长。随着半导体器件的进一步发展，原有的欧姆接触区方块电阻测量方法越来越难以适应高性能半导体器件研制的要求。因此，对原有的欧姆接触方块电阻测量结果进行修正变得越来越重要。
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，提出一种欧姆接触区方块电阻的修正方法，以简化对欧姆接触区方块电阻的计算复杂度，提高传统传输线模型法对欧姆接触区方块电阻Rshc的计算准确度，进而实现对III-V族异质结半导体器件的工艺监控及可靠性评估。本专利技术的技术思路是：通过改进的圆形传输线模型CTLM推导出简单的欧姆接触区方块电阻Rshc的修正项公式，基于矩形传输线模型TLM提取的有源区方块电阻Rsh对欧姆接触区方块电阻Rshc进行修正，其实现方案包括如下：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或进行离子注入，再通过高温退火和台面隔离制备出两组结构类似的圆形欧姆接触测试图形，第一组测试图形包括一个中心接触的圆形欧姆电极A1和两个同心的圆环形的欧姆电极，即第一圆环形的欧姆电极A2和第二圆环形的欧姆电极A3；第二组测试图形包括一个中心接触的圆形欧姆电极B1和两个同心的圆环形的欧姆电极，即第一圆环形的欧姆电极B2和第二圆环形的欧姆电极B3；设第一组测试图形的圆形欧姆电极A1与第二组测试图形中的圆形欧姆电极B1的半径相等，均为r1；设第一组欧姆接触测试图形中的第一圆环形欧姆电极A2的内、外半径分别为r2和r3，设第二组欧姆接触测试图形中的第一圆环形欧姆电极B2的内、外半径分别为r′2和r′3；设第一组测试图形中的第二圆环形欧姆电极A3与第二组测试图形中的第二圆环形欧姆电极B3的内、外半径相等，均为r4和r5；其中，r1、r2、r3、r4、r5的值根据实际所测样片上第一组欧姆接触测试图形中各部分半径测量得出；r′2、r′3的值根据实际所测样片上第二组欧姆接触测试图形中对应部分半径测量得出，且各部分半径的大小关系满足：r1＜r2＜r3＜r4＜r5、r1＜r′2＜r′3＜r4＜r5，且r2≠r′2或r3≠r′3；2)基于矩形传输线模型对欧姆接触区方块电阻值进行修正：2a)在第一组欧姆接触测试图形的圆形欧姆电极A1与第二圆环形欧姆电极A3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组欧姆接触测试图形的圆形欧姆电极A1与第二圆环形欧姆电极A3之间的总电阻值RL1；2b)在第二组欧姆接触测试图形的圆形欧姆电极B1与第二圆环形欧姆电极B3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组欧姆接触测试图形的圆形欧姆电极B1与第二圆环形欧姆电极B3之间的总电阻值RL2；2c)根据步骤2a)总电阻RL1和2b)步骤中的总电阻RL2，构建欧姆接触区方块电阻修正公式：其中，等号左边的Rshc是待求的欧姆接触区方块电阻，等号右边的第一项Rsh是有源区电阻，其值可利用传统的矩形传输线模型TLM法提取，定义等号右边的第二项为修正项Δ，即：其中，r1＜r′2＜r′3＜r4；利用上式准确算出欧姆接触区方块电阻Rshc。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：1)本专利技术解决了现有矩形传输线模型TLM以及传统圆形传输线模型CTLM技术中将有源区的方块电阻Rsh近似代替欧姆接触区方块电阻Rshc时而产生的误差问题，推导出了欧姆接触区方块电阻Rshc的修正项公式，实现了Rshc精确计算；2)本专利技术测试时，仅需通过半导体参数测试设备分别对两组测试图形进行电学测量，通过构造出的简单的欧姆接触区方块电阻Rshc的修正公式，对欧姆接触区方块电阻Rshc进行补偿修正，简化了传统圆形欧姆传输线模型CTLM法繁杂的数学计算，且消除了矩形传输线模型的边缘效应造成的影响，实现了快速、准确表征欧姆接触区方块电阻的目的；3)本专利技术所用的两组测试图形以常规器件工艺为基础制造，工艺技术简单而稳定，测试方法快速且方便，测试出的欧姆接触区方块电阻有利于对氮化镓微波功率器件进行工艺优化、性能评估和可靠性分析。附图说明图1为本专利技术的实现流程图；图2为本专利技术中典型的测试图形剖面结构示意图；图3为本专利技术中第一组圆形测试图形的顶视结构示意图；图4为本专利技术中第二组圆形测试图形的顶视结构示意图；图5为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。以下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，制作欧姆接触区方块电阻测试图形。参照图2，本步骤的具体实现如下：1a)利用异质结外延生长法在衬底上自下而上依次生长衬底层、成核层、本征缓冲层、插入层、势垒层；其中常用的衬底为蓝宝石、硅、碳化硅、金刚石等材料，成核层和插入层常用氮化铝材料，常用缓冲层为氮化镓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种欧姆接触区方块电阻的修正方法，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或进行离子注入，再通过高温退火和台面隔离制备出两组结构类似的圆形欧姆接触测试图形，第一组测试图形包括一个中心接触的圆形欧姆电极A1和两个同心的圆环形的欧姆电极，即第一圆环形的欧姆电极A2和第二圆环形的欧姆电极A3；第二组测试图形包括一个中心接触的圆形欧姆电极B1和两个同心的圆环形的欧姆电极，即第一圆环形的欧姆电极B2和第二圆环形的欧姆电极B3；设第一组测试图形的圆形欧姆电极A1与第二组测试图形中的圆形欧姆电极B1的半径相等，均为r1；设第一组欧姆接触测试图形中的第一圆环形欧姆电极A2的内、外半径分别为r2和r3，设第二组欧姆接触测试图形中的第一圆环形欧姆电极B2的内、外半径分别为r′2和r′3；设第一组测试图形中的第二圆环形欧姆电极A3与第二组测试图形中的第二圆环形欧姆电极B3的内、外半径相等，均为r4和r5；其中，r1、r2、r3、r4、r5的值根据实际所测样片上第一组欧姆接触测试图形中各部分半径测量得出；r′2、r′3的值根据实际所测样片上第二组欧姆接触测试图形中对应部分半径测量得出，且各部分半径的大小关系满足：r1＜r2＜r3＜r4＜r5、r1＜r′2＜r′3＜r4＜r5；2)基于矩形传输线模型对欧姆接触区方块电阻值进行修正：2a)在第一组欧姆接触测试图形的圆形欧姆电极A1与第二圆环形欧姆电极A3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组欧姆接触测试图形的圆形欧姆电极A1与第二圆环形欧姆电极A3之间的总电阻值RL1；2b)在第二组欧姆接触测试图形的圆形欧姆电极B1与第二圆环形欧姆电极B3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组欧姆接触测试图形的圆形欧姆电极B1与第二圆环形欧姆电极B3之间的总电阻值RL2；2c)根据步骤2a)总电阻RL1和2b)步骤中的总电阻RL2，构建欧姆接触区方块电阻修正公式：...

【技术特征摘要】
1.一种欧姆接触区方块电阻的修正方法，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或进行离子注入，再通过高温退火和台面隔离制备出两组结构类似的圆形欧姆接触测试图形，第一组测试图形包括一个中心接触的圆形欧姆电极A1和两个同心的圆环形的欧姆电极，即第一圆环形的欧姆电极A2和第二圆环形的欧姆电极A3；第二组测试图形包括一个中心接触的圆形欧姆电极B1和两个同心的圆环形的欧姆电极，即第一圆环形的欧姆电极B2和第二圆环形的欧姆电极B3；设第一组测试图形的圆形欧姆电极A1与第二组测试图形中的圆形欧姆电极B1的半径相等，均为r1；设第一组欧姆接触测试图形中的第一圆环形欧姆电极A2的内、外半径分别为r2和r3，设第二组欧姆接触测试图形中的第一圆环形欧姆电极B2的内、外半径分别为r′2和r′3；设第一组测试图形中的第二圆环形欧姆电极A3与第二组测试图形中的第二圆环形欧姆电极B3的内、外半径相等，均为r4和r5；其中，r1、r2、r3、r4、r5的值根据实际所测样片上第一组欧姆接触测试图形中各部分半径测量得出；r′2、r′3的值根据实际所测样片上第二组欧姆接触测试图形中对应部分半径测量得出，且各部分半径的大小关系满足：r1＜r2＜r3＜r4＜r5、r1＜r′2＜r′3＜r4＜r5；2)基于矩形传输线模型对欧姆接触区方块电阻值进行修正：2a)在第一组欧姆接触测试图形的圆形欧姆电极A1与第二圆环形欧姆电极A3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组欧姆接触测试图形的圆形欧姆电极A1与第二圆环形欧姆电极A3之间的总电阻值RL1；2b)在第二组欧姆接触测试图形的圆形欧姆电极B1与第二圆环形欧姆电极B3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组欧姆接触测试图形的圆形欧姆电极B1与第二圆环形欧姆电极B3之间的总电阻值RL2；2c)根据步骤2a)总电阻RL1和2b)步骤中的总电阻RL2，构建欧姆接触区方块电阻修正公式：其中，等号左边的Rshc是待求的欧姆接触区方块电阻，等号右边的第一项Rsh是有源区电阻，其值可利用传统的矩形传输线模型TLM法提取，定义等号右边的第二项为修正项Δ，即：其中，r1＜r′2＜r′3＜r4；利用上式准确算出欧姆接触区方块电阻Rshc。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤2c)中构建欧姆接触区方块电阻修正项公式，按如下步骤进行：2c1)将第一组圆形测试图形中圆形欧姆电极A1与第二圆环形欧姆电极A3之间的总电阻值RL1表示为：RL1＝RA1+RA12+RA2+RA23+RA3，其中，RA1为第一组欧姆接触测试图形中圆形欧姆电...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑雪峰，董帅帅，王士辉，吉鹏，白丹丹，文浩宇，王奥琛，王冲，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