CN101083218A - 一种测量半导体器件欧姆接触退化失效的芯片及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种测量半导体器件欧姆接触退化失效的芯片及测量方法，属于半导体器件失效评估领域，它由在衬底上与前者结成一体的由半导体材料构成的平台，固接在平台表面的一排电极，在平台表面平行于电极固接有一排与电极一一对应的辅助电极构成，相邻电极之间的距离互不相等，测量方法包括在电极和辅助电极间加考核电流一段时间，断开考核电流，测量相邻电极之间的总电阻及间距，用传输线法作图并计算欧姆接触的电阻率。使用本发明的芯片和测量方法，能避免考核电流对半导体材料的损伤，准确评估欧姆接触退化程度的方法。

Description

一种测量半导体器件欧姆接触退化失效的芯片及测量方法

技术领域

本发明属于半导体技术，特别是半导体器件失效评估领域。

背景技术

半导体技术中的欧姆接触是指半导体器件上，金属引线和半导体接触的区域。任何半导体器件都需要有良好的欧姆接触特性，即要求半导体与金属要有非常好的线性接触，附加电阻要小，长期使用稳定性好。欧姆接触经大电流和长期使用后，会产生退化，即电阻变大，线性改变和稳定性变差。

为了使生产出的芯片具有良好的欧姆接触性能，需要确定合适的生产工艺参数，这就需要考核不同工艺下生产的芯片的欧姆接触电阻。欧姆接触电阻的专门测量通常采用传输线法TLM(Transmision Line Method)。见附图1，传输线法使用的芯片，由在衬底0上与前者结成一体的由半导体材料构成的平台1，使用光刻工艺固接在前者表面、排成一排、长度为W的电极2构成，其相邻电极2的间距从左至右逐渐递增。在两端的电极2上加测试电流，之后分别测量各相邻电极2间的电阻R_T与间距l，以测量得到的R_T值为纵坐标、相邻电极的间距l为横坐标做图，见附图2，从所得直线5的斜率

和截距2R_C，根据公式 $R_T={2R}_C+\frac{R_{\mathrm{SH}}l}{W}$ 和ρ_C＝R_SHL_T ²即可求出欧姆接触电阻率ρ_C。在上述公式中，R_T是两相邻欧姆接触之间的总电阻，R_C是两相邻欧姆接触电极的接触电阻，W是接触金属的长度，R_SH是半导体的薄层电阻，l是相邻欧姆接触的间距，ρ_C为欧姆接触的电阻率，L_T为特征长度，是图2所示坐标图中直线与横坐标的交点的横坐标值。

若使用传输线法直接考核大电流工作对欧姆接触的影响，在芯片两端直接施加考核电流(即大电流)时，在欧姆接触电阻退化的同时，也会对两接触焊盘之间的半导体材料造成损失，这样在大电流下测量出的欧姆接触退化中，也包含了半导体材料的退化，而使测出的欧姆接触电阻不能真正反映欧姆接触的退化。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种专门测量欧姆接触退化的芯片和测量方法，能够防止考核电流伤及半导体材料，高效、准确地评估欧姆接触退化程度。

本发明提出的用于测量欧姆接触退化和考核的芯片，在平台1表面平行于电极2固接有一排与电极2一一对应的辅助电极3。

平台1形状为梳形，梳齿在电极2正下方，辅助电极3位于梳齿表面。

平台1高度为0.5～1.0微米。若衬底0是绝缘材料，则平台1的高度为平台1顶部到衬底0表面的距离。

为了便于在测量的时候外接引线，在电极2和辅助电极3上还可固接较大面积的接触电极5。

测量方法包含以下步骤：

a)在上述芯片的电极2与辅助电极3之间施加考核电流一段时间，考核电流的大小和施加时间根据要造成的欧姆退化的程度调整；

b)断开考核电流，分别测量相邻电极2间总电阻R_T，相邻电极2的间距l；

c)以相邻电极2间总电阻R_T为纵坐标，相邻电极2间距l为横坐标作图，得到斜率为 、截距为2R_C的直线5，其中R_SH是半导体的薄层电阻、R_C是两相邻欧姆接触电极的接触电阻；

d)按公式 $R_T={2R}_C+\frac{R_{\mathrm{SH}}l}{W}$ 和ρ_C＝R_SHL_T ²计算得到欧姆接触的电阻率ρ_C，其中特征长度L_T为c)所得图形中直线5与横坐标交点的横坐标值。

使用本发明的测量芯片和测量方法，由于考核电流不直接通过电极2之间的半导体材料，因此可以克服传输线法中测试电流伤及半导体材料的问题，大大提高半导体芯片欧姆接触电阻率的测量精度，准确测出欧姆接触退化程度。同时，由于可以在所有的电极2和辅助电极3之间同时施加考核电流，测量效率很高。

附图说明

图1是传输线法所使用的芯片示意图；

图2是测量欧姆接触电阻所绘制的测量图；

图3是本发明所使用的芯片示意图；

图4是本发明所使用的另一种芯片示意图；

具体实施方式

见图3，实现本发明目的所使用的测量半导体器件欧姆接触退化失效的芯片包括由半导体材料构成的平台1，将半导体材料刻蚀后形成的衬底0，使用光刻方法制备的与平台1表面固接，宽50微米，长度W为100微米的一排金属电极2，相邻电极2之间的距离从左至右逐渐增加(具体值请见表1)，平台1为梳形，梳齿在电极2正下方，在梳齿表面、正对电极2且与电极2相距20微米处，使用光刻方法制备有辅助电极3，辅助电极3数量与电极2相同且一一对应。对于一般的半导体材料，平台1高度为0.5～1.0。本实施例中构成平台1的半导体材料是GaN，平台1高度为0.5微米，工艺参数：欧姆接触金属为Ti/Al/Si/Au(厚度为20纳米/100纳米/50纳米/200纳米)，合金温度为800摄氏度，时间：60秒)。

见图4，为了便于测量时外接引线，在电极2和辅助电极3上外接面积较大的接触电极4，构成另一个本发明所用芯片的实例。

为了取得对比效果，首先给出一个传输线法测量欧姆接触电阻的例子。在附图1所示的传输线法使用的芯片上，电极2的长度W为100微米，相邻电极2的间距从左至右逐渐递增，各间距值见表1。

表1相邻电极2的间距

间距l(微米)

4

8

12

16

传输线法使用的测量方法包括以下步骤：

首先在已知的环境温度T0下，利用传输线法，测量样品的接触电阻率ρ_C0。电极宽度为50微米，长为100微米，测量样品的环境温度T0＝300开。在施加测试电流后，测量相邻电极2之间的总电阻R_T，得到表2的一组测量值；

表2传输线法测得的相邻电极2之间的总电阻R_T

RT(欧姆)

9.27

16.15

23.03

29.91

见图2，以相邻电极2间总电阻R_T为纵坐标，相邻电极2间距l为横坐标作图，得到斜率为

、截距为2R_C的直线5，其中R_SH是半导体的薄层电阻、R_C是两相邻欧姆接触电极的接触电阻，从图2可测出R_C为1.20欧姆，

为1.72欧姆·微米^-1；

按公式 $R_T={2R}_C+\frac{R_{\mathrm{SH}}l}{W}$ 和ρ_C＝R_SHL_T ²计算得到欧姆接触的电阻率ρ_C，其中特征长度L_T为附图2中直线5与横坐标交点的横坐标值，从图2测出L_T为1.40×10^-6米，因此，欧姆接触的电阻率ρ_C为1.67×10^-6欧姆·厘米²。

使用本发明实例的芯片进行测量时，测量样品的环境温度T0＝300开，在每一对电极2和辅助电极3之间施加300毫安的考核电流10小时。电流密度为：300毫安/50微米×100微米＝600安/平方厘米。。然后，测量相邻电极2之间的总电阻R_T，相邻电极2的间距l，得到一组施加考核电流后的R_T测量值，见表3；

表3本发明测得的相邻电极2之间的总电阻R_T测量值

RT(欧姆)

97.58

142.58

187.58

232.58

见图2，以相邻电极2间总电阻R_T为纵坐标，相邻电极2间距l为横坐标作图，得到斜率为

、截距为2R_C的直线5，其中R_SH是半导体的薄层电阻、R_C是两相邻欧姆接触电极的接触电阻，从图2可测出R_C为26.29欧姆，

为11.25欧姆·微米^-1；

按公式 $R_T={2R}_C+\frac{R_{\mathrm{SH}}l}{W}$ 和ρ_C＝R_SHL_T ²计算得到欧姆接触的电阻率ρ_C，其中特征长度L_T为c)所得图形中直线5与横坐标交点的横坐标值，从图2测出L_T为4.67×10^-6米，因此，欧姆接触的电阻率ρ_C为1.23×10^-4欧姆·厘米²。

由以上的测量结果可看出，采用本发明所述的方法，由于考核电流加在电极2与辅助电极3之间，不会因考核电流对相邻电极2之间的半导体材料造成损失，在后续测量欧姆接触的电阻率时，所测得的相邻电极2间总电阻R_T相对传输线法要高，证明半导体材料的损失极小，R_T的改变，完全是由于欧姆接触变化起的，对欧姆失效的评估更为准确有效。同时，由于在所有的电极2和辅助电极3之间同时施加考核电流，一次通电即可完成对所有相邻电极2欧姆接触退化的测量。

Claims (6)

1.一种测量半导体器件欧姆接触退化失效的芯片，包含在衬底(0)上与前者结成一体的由半导体材料构成的平台(1)，固接在平台(1)表面长度为W的一排电极(2)，相邻电极(2)之间的距离互不相等，其特征在于：在平台(1)表面平行于电极(2)固接有一排与电极(2)一一对应的辅助电极(3)。

2.一种测量半导体器件欧姆接触退化失效的方法，包含下述步骤：

a)在权利要求1所述芯片的电极(2)与辅助电极(3)之间加考核电流一段时间；

b)断开考核电流，分别测量相邻电极(2)间总电阻R_T，相邻电极(2)间距l，电极(2)长度W；

c)以相邻电极(2)间总电阻R_T为纵坐标，相邻电极(2)间距l为横坐标作图，得到斜率为

截距为2R_C的直线(5)，其中R_SH是半导体的薄层电阻、R_C是两相邻欧姆接触电极的接触电阻；

d)按公式 $R_T=2R_C+\frac{R_{\mathrm{SH}}l}{W}$ 和ρ_C＝R_SHL_T ²计算得到欧姆接触的电阻率ρ_C，其中特征长度L_T为c)所得图形中直线(5)与横坐标交点的横坐标值。

3.根据权利要求1所述的测量半导体器件欧姆接触退化失效的芯片，其特征在于：所说的平台(1)形状为梳形，梳齿在电极(2)正下方，辅助电极(3)位于梳齿表面。

4.根据权利要求1或2所述的测量半导体器件欧姆接触退化失效的芯片，其特征在于：平台(1)高度为0.5～1.0微米。

5.根据权利要求1或2所述的测量半导体器件欧姆接触退化失效的芯片，其特征在于：较大面积的接触电极(4)与电极(2)及辅助电极(3)相固接。

6.根据权利要求1或2所述的测量半导体器件欧姆接触退化失效的芯片，其特征在于：衬底(0)是绝缘材料。

Images