本發(fā)明屬于測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種HEMT器件的歐姆接觸區(qū)方塊電阻的測(cè)試方法，可用于對(duì)半導(dǎo)體器件的工藝檢測(cè)與性能評(píng)估。

背景技術(shù)：

GaN材料相比以Si為代表的第一代半導(dǎo)體材料以及以GaAs為代表的第二代半導(dǎo)體材料，具有禁帶寬度大、擊穿電場(chǎng)高、耐高溫、抗腐蝕等優(yōu)勢(shì)，因此成為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表。特別是與AlGaN等材料形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)高電子遷移率晶體管HEMT，在異質(zhì)結(jié)界面處存在高濃度、高電子遷移率的二維電子氣，因而具有工作電流大、工作速度快等優(yōu)點(diǎn)，在高頻、大功率領(lǐng)域具有巨大的優(yōu)勢(shì)和廣泛的應(yīng)用前景。近年來(lái)，相關(guān)器件已經(jīng)成為國(guó)際的熱點(diǎn)，部分已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。

方塊電阻是表征HEMT器件歐姆電極好壞的一個(gè)重要參數(shù)。目前的方塊電阻表征方法中，更多的是針對(duì)器件有源區(qū)的方塊電阻進(jìn)行測(cè)量，而對(duì)歐姆接觸區(qū)的方塊電阻則無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量。以最普遍的傳輸線模型TLM法為例，其通過(guò)設(shè)計(jì)一組器件結(jié)構(gòu)，進(jìn)行較復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)及實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲得有源區(qū)方塊電阻的數(shù)值，并把有源區(qū)的方塊電阻值近似作為歐姆區(qū)的方塊電阻值。由于有源區(qū)的方塊電阻主要來(lái)源于異質(zhì)結(jié)處的二維電子氣，而歐姆接觸區(qū)則是在有源區(qū)上實(shí)施了金屬淀積、高溫退火等復(fù)雜的工藝，因此二者的方塊電阻并不相等，甚至相差很大。顯然，這種近似的方法會(huì)使得歐姆接觸方塊電阻的表征準(zhǔn)確率低，影響高電子遷移率異質(zhì)結(jié)晶體管的性能評(píng)估。

隨著近年來(lái)半導(dǎo)體功率器件的進(jìn)一步發(fā)展，歐姆接觸區(qū)方塊電阻的準(zhǔn)確表征對(duì)器件關(guān)鍵工藝的準(zhǔn)確檢測(cè)及性能的評(píng)估影響越來(lái)越大。因此，如何高精度地測(cè)量HEMT器件歐姆區(qū)的方塊電阻成為了一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種測(cè)試HEMT器件歐姆接觸區(qū)方塊電阻的方法，以提高測(cè)量的準(zhǔn)確率，進(jìn)而進(jìn)行工藝檢測(cè)并提高電子遷移率異質(zhì)結(jié)晶體管的性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下：

(1)制備歐姆接觸測(cè)試圖形：

在半導(dǎo)體材料上先淀積金屬電極，再采用高溫退火、臺(tái)面隔離的方法制備出三組寬度相同的歐姆接觸方塊電阻測(cè)試圖形，每種測(cè)試圖形包括三個(gè)歐姆電極；

設(shè)第一組測(cè)試圖形中的第一歐姆電極長(zhǎng)度L₁₁、第二組測(cè)試圖形中的第一歐姆電極長(zhǎng)度L₂₁、第三組測(cè)試圖形中的第一歐姆電極長(zhǎng)度L₃₁三者相等，即L₁₁＝L₂₁＝L₃₁；

設(shè)第二組測(cè)試圖形中的第二歐姆電極長(zhǎng)度L₂₂是第一組測(cè)試圖形中的第二歐姆電極長(zhǎng)度L₁₂的α倍，即L₂₂＝αL₁₂；設(shè)第三組測(cè)試圖形中第二電極長(zhǎng)度是第一組測(cè)試圖形中第二電極長(zhǎng)度的β倍，即L₃₂＝βL₁₂，其中α＞0，β＞0，且α≠β≠1；

設(shè)第一組測(cè)試圖形中第一歐姆電極與第二歐姆電極間距為L(zhǎng)_1a，第二組測(cè)試圖形中第一歐姆電極與第二歐姆電極間距為L(zhǎng)_2a，第三組測(cè)試圖形中第一歐姆電極與第二歐姆電極間距為L(zhǎng)_3a；

設(shè)第一組測(cè)試圖形中第二歐姆電極與第三歐姆電極間距為L(zhǎng)_1b，第二組測(cè)試圖形中第二歐姆電極與第三歐姆電極間距為L(zhǎng)_2b，第三組測(cè)試圖形中第二歐姆電極與第三歐姆電極間距為L(zhǎng)_3b；

設(shè)第一組測(cè)試圖形中的第三歐姆電極長(zhǎng)度L₁₃、第二組測(cè)試圖形中的第三歐姆電極長(zhǎng)度L₂₃、第三組測(cè)試圖形中的第三歐姆電極長(zhǎng)度L₃₃三者相等，即L₁₃＝L₂₃＝L₃₃；

設(shè)三組測(cè)試圖形中第一電極與第三電極之間的總距離為L(zhǎng)，即L_1a+L_1b+L₁₂＝L，L_2a+L_2b+L₂₂＝L，L_3a+L_3b+L₃₂＝L，三組測(cè)試圖形中每個(gè)電極的寬度均設(shè)計(jì)成W，其中L的值根據(jù)所測(cè)樣片上電極圖形長(zhǎng)度測(cè)量得出，W的值根據(jù)所測(cè)樣片上電極圖形寬度測(cè)量得出；

(2)利用歐姆接觸測(cè)試圖形測(cè)量方塊電阻：

(2a)在第一組測(cè)試圖形的第一電極與第三電極之間施加偏置電壓V₁，并在回路中串聯(lián)電流表，讀取電流表的值I₁，利用I-V關(guān)系計(jì)算得到第一電極與第三電極之間的電阻值：

R_L1＝V₁/I₁；

(2b)在第二組測(cè)試圖形的第一電極與第三電極之間施加偏置電壓V₂，并在回路中串聯(lián)電流表，讀取電流表的值I₂，利用I-V關(guān)系計(jì)算得到第一電極與第三電極之間的電阻值：

R_L2＝V₂/I₂；

(2c)在第三組測(cè)試圖形的第一電極與第三電極之間施加偏置電壓V₃，并在回路中串聯(lián)電流表，讀取電流表的值I₃，利用I-V關(guān)系計(jì)算得到第一電極與第三電極之間的電阻值：

R_L3＝V₃/I₃；

(2d)根據(jù)(2a)—(2c)所測(cè)得的三個(gè)電阻值R_L1，R_L2和R_L3，構(gòu)建測(cè)試圖形歐姆接觸區(qū)的方塊電阻計(jì)算公式：

(2e)將步驟(2a)中的R_L1的測(cè)量值，步驟(2b)中的R_L2的測(cè)量值和步驟(2c)中的R_L3的測(cè)量值，以及已知參數(shù)W、L、α、β、L₁₂均代入步驟(2d)中的R_shc的計(jì)算公式中，得到R_shc的值。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)測(cè)試圖形制作方法簡(jiǎn)便

傳統(tǒng)傳輸線模型在制作歐姆接觸測(cè)試圖形時(shí)，必須通過(guò)臺(tái)面刻蝕制作多個(gè)歐姆接觸電極，工藝復(fù)雜，本發(fā)明僅需要制備三組測(cè)試圖形，測(cè)試圖形簡(jiǎn)單，測(cè)試方法快速方便。

2)方塊電阻測(cè)試方法簡(jiǎn)單

傳輸線模型求解歐姆接觸區(qū)方塊電阻必須要進(jìn)行線性擬合，本發(fā)明僅需對(duì)三組不同的測(cè)試圖形進(jìn)行電學(xué)測(cè)量，利用所得的電阻值通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算，即可獲得歐姆接觸區(qū)的方塊電阻。

3)方塊電阻測(cè)試值誤差小

在有源區(qū)方塊電阻較小時(shí)，使用傳統(tǒng)的探針?lè)ńY(jié)合萬(wàn)用表測(cè)量時(shí)，由于萬(wàn)用表本身的性能等因素，用萬(wàn)用表就會(huì)存在讀數(shù)不穩(wěn)和測(cè)不準(zhǔn)的情況。另外，傳統(tǒng)傳輸線模型在測(cè)量歐姆接觸區(qū)方塊電阻時(shí)，認(rèn)為歐姆接觸區(qū)方塊電阻R_shc與有源區(qū)方塊電阻R_sh近似相等，即通過(guò)有源區(qū)方塊電阻R_sh獲得歐姆接觸區(qū)方塊電阻R_shc的值，因此測(cè)量值出現(xiàn)了很大的誤差。本發(fā)明通過(guò)解方程的方法消去含有源區(qū)方塊電阻R_sh的項(xiàng)，因而求解R_shc的過(guò)程中不涉及有源區(qū)方塊電阻R_sh，可直接求解出歐姆接觸區(qū)方塊電阻R_shc的值，提高了測(cè)量的精度，可靠性高，對(duì)準(zhǔn)確評(píng)估氮化鎵器件的性能及可靠性有很大作用。使用本發(fā)明的測(cè)試方法，只需要通過(guò)測(cè)試的電阻值通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算可直接獲得有源區(qū)方塊電阻的值得大小。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖；

圖2是現(xiàn)有的測(cè)試圖形剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中構(gòu)建的第一組測(cè)試圖形的頂視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明中構(gòu)建的第二組測(cè)試圖形的頂視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明中構(gòu)建的第三組測(cè)試圖形的頂視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明中測(cè)試電阻值的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

參照?qǐng)D1，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟1，制備歐姆接觸區(qū)方塊電阻測(cè)試圖形。

如圖2所示，現(xiàn)有測(cè)試圖形的剖面結(jié)構(gòu)自下而上依次為襯底層，氮化鎵緩沖層和鋁鎵氮?jiǎng)輭緦?，且氮化鎵緩沖層和鋁鎵氮?jiǎng)輭緦咏M成了異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，三個(gè)金屬電極淀積在鋁鎵氮?jiǎng)輭緦由稀?/p>

本步驟根據(jù)圖2所示的現(xiàn)有測(cè)試圖形的剖面結(jié)構(gòu)制備歐姆接觸區(qū)方塊電阻的測(cè)試圖形，其實(shí)現(xiàn)步驟如下：

1a)利用異質(zhì)結(jié)外延生長(zhǎng)法在襯底上自下而上依次生長(zhǎng)氮化鎵緩沖層和鋁鎵氮?jiǎng)輭緦樱?/p>

1b)在鋁鎵氮?jiǎng)輭緦由舷鹊矸e金屬電極，再進(jìn)行高溫退火及臺(tái)面刻蝕等工藝，以在氮化鎵異質(zhì)外延結(jié)構(gòu)上形成三組電極寬度為W的歐姆接觸測(cè)試圖形，其中：

第一組測(cè)試圖形如圖3所示，它包括三個(gè)歐姆電極，每個(gè)歐姆電極的長(zhǎng)度不同，其根據(jù)金屬電極淀積工藝中歐姆電極常用長(zhǎng)度范圍及測(cè)試要求由測(cè)試者合理設(shè)定。本實(shí)例設(shè)但不限于第一組測(cè)試圖形中的第一歐姆電極長(zhǎng)度為L(zhǎng)₁₁＝110μm，第二歐姆電極長(zhǎng)度為L(zhǎng)₁₂＝100μm，第三歐姆電極長(zhǎng)度為L(zhǎng)₁₃＝120μm，且第一歐姆電極與第二歐姆電極之間的距離L_1a＝5μm，第二歐姆電極與第三歐姆電極之間的距離L_1b＝8μm；

第二組測(cè)試圖形如圖4所示，它包括三個(gè)歐姆電極，每個(gè)歐姆電極的長(zhǎng)度根據(jù)第一組測(cè)試圖形的歐姆電極長(zhǎng)度確定。本實(shí)例設(shè)但不限于取第二組測(cè)試圖形的第一歐姆電極長(zhǎng)度為L(zhǎng)₂₁＝110μm，其第二歐姆電極長(zhǎng)度L₂₂是第一組測(cè)試圖形第一歐姆電極長(zhǎng)度L₁₂的α倍，即L₂₂＝αL₁₂，第三歐姆電極長(zhǎng)度為L(zhǎng)₂₃＝120μm；第二組測(cè)試圖形中的第一歐姆電極與第二歐姆電極之間的距離為L(zhǎng)_2a＝3μm，第二歐姆電極與第三歐姆電極之間的距離為L(zhǎng)_2b＝5μm，其中α＞0，且α≠1；本實(shí)例于取α＝1.05；

第三組測(cè)試圖形如圖5所示，它包括三個(gè)歐姆電極，每個(gè)歐姆電極的長(zhǎng)度根據(jù)第一組測(cè)試圖形的歐姆電極長(zhǎng)度確定，本實(shí)例設(shè)但不限于取第三組測(cè)試圖形的第一歐姆電極長(zhǎng)度為L(zhǎng)₃₁＝110μm，其第二歐姆電極長(zhǎng)度L₃₂是第一組測(cè)試圖形第二歐姆電極長(zhǎng)度L₁₂的β倍，即L₃₂＝βL₁₂，第三歐姆電極長(zhǎng)度L₃₃＝120μm，第三組測(cè)試圖形中的第一歐姆電極與第二歐姆電極之間的距離為L(zhǎng)_3a＝1μm，其第二歐姆電極與第三歐姆電極之間的距離為L(zhǎng)_3b＝3μm，其中β＞0且β≠α≠1，本實(shí)例取β＝1.09。

1c)設(shè)三組測(cè)試圖形中第一電極與第三電極之間的總距離均為L(zhǎng)，得到關(guān)系式：L_1a+L_1b+L₁₂＝L，L_2a+L_2b+L₂₂＝L，L_3a+L_3b+L₃₂＝L。

步驟2，測(cè)試三種圖形中的第一電極與第三電極之間的電阻值。

參照?qǐng)D6所示的電阻測(cè)試原理圖，本步驟對(duì)三種測(cè)試圖形的第一電極與第三電極之間的電阻值測(cè)試步驟如下：

2a)在第一組測(cè)試圖形的第一電極與第三電極之間施加偏置電壓V₁，并在回路中串聯(lián)電流表，讀取電流表的值I₁，利用歐姆定律計(jì)算得到第一組測(cè)試圖形中的第一電極與第三電極之間的電阻值：R_L1＝V₁/I₁；

2b)在第二組測(cè)試圖形的第一電極與第三電極之間施加偏置電壓V₂，并在回路中串聯(lián)電流表，讀取電流表的值I₂，利用歐姆定律計(jì)算得到第二組測(cè)試圖形中的第一電極與第三電極之間的電阻值：R_L2＝V₂/I₂；

2c)在第三組測(cè)試圖形的第一電極與第三電極之間施加偏置電壓V₃，并在回路中串聯(lián)電流表，讀取電流表的值I₃，利用歐姆定律計(jì)算得到第三組測(cè)試圖形中的第一電極與第三電極之間的電阻值：R_L3＝V₃/I₃；

步驟3，計(jì)算測(cè)試圖形歐姆接觸區(qū)方塊電阻值。

3a)根據(jù)圖3，將第一組測(cè)試圖形中第一電極和第三電極之間的電阻值表示為：

R_L1＝R_A1+R_A12+R_A2+R_A23+R_A3，

其中，R_A1為第一組測(cè)試圖形中第一電極的電阻值，R_A12為第一組測(cè)試圖形中第一電極與第二電極之間有源區(qū)的電阻值，R_A2為第一組測(cè)試圖形中第二電極下方的電阻值，R_A23為第一組測(cè)試圖形中第二電極與第三電極之間有源區(qū)的電阻值，R_A3為第一組測(cè)試圖形中第三電極的電阻值；

3b)根據(jù)圖4所示的第二組測(cè)試圖形的頂視結(jié)構(gòu)，將第二組測(cè)試圖形中第一電極和第三電極之間的電阻值表示為：

R_L2＝R_B1+R_B12+R_B2+R_B23+R_B3，

其中，R_B1為第二組測(cè)試圖形中第一電極的電阻值，R_B12為第二組測(cè)試圖形中第一電極與第二電極之間有源區(qū)的電阻值，R_B2為第三組測(cè)試圖形中第二電極下方的電阻值，R_B23為第二組測(cè)試圖形中第二電極與第三電極之間有源區(qū)的電阻值，R_B3為第二組測(cè)試圖形中第三電極的電阻值；

3c)根據(jù)圖5第三組測(cè)試圖形的頂視結(jié)構(gòu)，將第三組測(cè)試圖形中第一電極和第三電極之間的電阻值表示為：

R_L3＝R_C1+R_C12+R_C2+R_C23+R_C3，

其中，R_C1為第三組測(cè)試圖形中第一電極的電阻值，R_C12為第三組測(cè)試圖形中第一電極與第二電極之間有源區(qū)的電阻值，R_C2為第二組測(cè)試圖形中第二電極下方的電阻值，R_C23為第三組測(cè)試圖形中第二電極與第三電極之間有源區(qū)的電阻值，R_C3為第三組測(cè)試圖形中第三電極的電阻值；

3d)計(jì)算三種測(cè)試圖形中各部分的電阻值：

3d1)根據(jù)三組測(cè)試圖形中的第一電極尺寸相同、三組測(cè)試圖形中的第三電極尺寸相同、三組測(cè)試圖形中的第一電極與第三電極之間的電阻值之和相等的關(guān)系，得到三種測(cè)試圖形各部分對(duì)應(yīng)的電阻值關(guān)系：

R_A1＝R_B1＝R_C1，

R_A3＝R_B3＝R_C3，

R_A1+R_A3＝R_B1+R_B3＝R_C1+R_C3＝R_O，

其中，R_O是三組測(cè)試圖形中的第一電極與第三電極之間的電阻值之和；

3d2)定義第一組測(cè)試圖形中第二電極下方的電阻R_A2、第二組測(cè)試圖形中的第二電極下方的電阻R_B2，和第三組測(cè)試圖形中第二電極下方的電阻R_C2的計(jì)算公式分別如下：

R_A2＝(R_shcL₁₂)/W，

R_B2＝(R_shcαL₁₂)/W，

R_C2＝(R_shcβL₁₂)/W，

其中，R_shc是測(cè)試圖形中待求的歐姆接觸區(qū)的方塊電阻，W為每組測(cè)試圖形中的電極寬度，L₁₂為第一組測(cè)試圖形中第二電極的長(zhǎng)度，α，β，W，L₁₂為已知常數(shù)，α＞0，β＞0且α≠β≠1；

3d3)定義三組測(cè)試圖形中第一電極與第二電極下之間的有源區(qū)電阻R_A12，R_B12和R_C12的計(jì)算公式分別如下：

R_A12＝(R_shL_1a)/W，

R_B12＝(R_shL_2a)/W，

R_C12＝(R_shL_3a)/W，

其中R_sh是測(cè)試圖形中待求的有源區(qū)方塊電阻；

3d4)定義三組測(cè)試圖形中第二電極與第三電極下之間的有源區(qū)電阻R_A23，R_B23和R_C23的計(jì)算公式分別如下：

R_A23＝(R_shL_1b)/W，

R_B23＝(R_shL_2b)/W，

R_C23＝(R_shL_2b)/W；

3e)將步驟3d2)中的R_A2、步驟3d3)中的R_A12和步驟3d4)中的R_A23代入步驟3a)中的電阻表達(dá)式，得到第一組測(cè)試圖形中第一電極與第三電極之間的總電阻R_L1表達(dá)式：

R_L1＝R_A1+(R_shL_1a)/W+(R_shcL₁₂)/W+(R_shL_1b)/W+R_A3，

3f)將步驟3d2)中的R_B2、步驟3d3)中的R_B12和步驟3d4)R_B23代入步驟3b)中的電阻表達(dá)式，得到第一組測(cè)試圖形中第一電極與第三電極之間的總電阻R_L2的表達(dá)式：

R_L2＝R_B1+(R_shL_2a)/W+(R_shcαL₁₂)/W+(R_shL_2b)/W+R_B3，

3g)將步驟3d2)中的R_C2、步驟3d3)中的R_C12和步驟3d4)R_C23代入步驟3c)中的電阻表達(dá)式，得到第一組測(cè)試圖形中第一電極與第三電極之間的總電阻R_L3的表達(dá)式：

R_L3＝R_C1+(R_shL_2a)/W+(R_shcβL₁₂)/W+(R_shL_2b)/W+R_C3，

3h)聯(lián)立步驟3f)和步驟3e)中的表達(dá)式，計(jì)算R_L2-αR_L1的差值表達(dá)式：

R_L2-αR_L1＝(α-1)(R_O-R_sh L₁₂/W)，

對(duì)該差值表達(dá)式做變形整理后得到第一組、第二組、第三組測(cè)試圖形中第一電極

與第三電極的電阻值之和R_O的表達(dá)式：

3i)用步驟3f)和步驟3e)的表達(dá)式作差，得到R_L2-R_L的差值表達(dá)式：

R_L2-R_L1＝(R_shc-R_sh)(α-1)L₁₂/W，

對(duì)該差值表達(dá)式變形并整理得到歐姆接觸區(qū)方塊電阻R_shc和有源區(qū)方塊電阻R_sh的關(guān)系：

3j)將步驟3h)中的R_O的表達(dá)式、步驟3i)中R_shc與R_sh的關(guān)系表達(dá)式代入步驟3g)的表達(dá)式中，得到有源區(qū)方塊電阻R_sh表達(dá)式為：

3k)將步驟3j)中的R_sh表達(dá)式帶回步驟3i)中的R_shc與R_sh的關(guān)系表達(dá)式中，得到歐姆接觸區(qū)方塊電阻R_shc的表達(dá)式為：

3l)將步驟2a)中的R_L1的測(cè)量值，步驟2b)中的R_L2的測(cè)量值和步驟2c)中的R_L3測(cè)量值，以及已知參數(shù)W、L、α、β、L₁₂均代入步驟3k)中R_shc的計(jì)算公式中，得到R_shc的值。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，顯然對(duì)于本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人員來(lái)說(shuō)，在了解本發(fā)明的內(nèi)容和原理后，在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)可進(jìn)行修改、等同替換和改進(jìn)等，例如，本發(fā)明所采用的測(cè)試圖形基于GaN材料也可以采用GaAs等不同的半導(dǎo)體材料來(lái)制備本方面中的測(cè)試圖形。所作的修改、等同替換和改進(jìn)均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。