CN109545699B - 一种测量SiC衬底背面欧姆接触的比接触电阻率的方法 - Google Patents
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Abstract
一种测量SiC衬底背面欧姆接触的比接触电阻率的方法，包括：提供具有不同面积的多个SiC衬底，所述SiC衬底的正反两面分别具有接触金属层；分别测量每个SiC衬底在正反两面之间的I‑V特性，得到每个SiC衬底的I‑V测试曲线；根据所述I‑V测试曲线拟合求出每个SiC衬底的总电阻R(S)，所述总电阻R(S)与所述SiC衬底的面积S相关；以及根据所述多个SiC衬底的总电阻R(S)和面积S推导计算所述接触金属层与所述SiC衬底之间的比接触电阻率ρc。本发明可以减少工艺步骤，降低工艺成本。
Description
技术领域
本发明涉及金属与半导体接触电阻率的测试方法，具体涉及一种测量SiC衬底背面欧姆接触的比接触电阻率的方法。
背景技术
在半导体器件制备过程中，金属与半导体材料间的欧姆接触特性是一个重要参数指标，它直接决定了器件的效率、增益和开关速度等性能。通常用比接触电阻率ρc的大小来判别金属与半导体材料之间的接触特性。常用的测量方法包括传输线模型法(TLM)、圆形传输线模型法(CTLM)。这两种方法主要测量薄层半导体材料和金属的接触电阻率。对于体材料则主要采用四探针法进行测量。
SiC材料是第三代半导体材料中的典型代表。因其固有的材料特性，使得SiC器件在高压、高温、大电流的应用场景下有其不可替代的优越性，受到越来越多的重视。在SiC器件中无论是肖特基二极管(SBD)器件还是金属场效应晶体管(MOS)器件，大多采用垂直结构，即器件的背面将作为一个电极提供电流通路的作用。因此SiC器件背电极的接触电阻率是一个重要的特性参数。与SiC器件正面的欧姆接触特性不同，在测量SiC背面欧姆接触电阻率时，前面提到的几种方法都有一定问题。作为背面的欧姆接触，金属层是与整个SiC衬底形成接触，因此适合薄层半导体材料测试的TLM和CTLM方法都不适用。而四探针法虽然可以测量体材料的接触电阻率，但是该方法不能判别金属层和SiC衬底是否形成的是欧姆接触。
针对常用测试手段中的不足，本发明提出了一种测量SiC衬底背面欧姆接触的比接触电阻率的方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有技术中测量SiC衬底欧姆接触电阻率方法的不足之处，本发明提出了一种可以评估半导体材料和金属之间是否形成欧姆接触，以及测量该欧姆接触电阻率的方法。
(二)技术方案
为了解决上述问题本发明采用如下的技术方案：
一种测量SiC衬底背面欧姆接触的比接触电阻率的方法，包括：
提供具有不同面积的多个SiC衬底，所述SiC衬底的正反两面分别具有接触金属层；
分别测量每个SiC衬底在正反两面之间的I-V特性，得到每个SiC衬底的I-V测试曲线；
根据所述I-V测试曲线拟合求出每个SiC衬底的总电阻R(S)，所述总电阻R(S)与所述SiC衬底的面积S相关；
根据所述多个SiC衬底的总电阻R(S)和面积S计算所述接触金属层与所述SiC衬底之间的比接触电阻率ρc。
在一些实施例中，计算比接触电阻率ρc的步骤包括：根据所述多个SiC衬底的总电阻R(S)和面积的倒数1/S绘制曲线，然后进行线性拟合得到曲线的斜率a，根据斜率a计算比接触电阻率ρc。
在一些实施例中，所述斜率a表示为a＝2ρc+ρhT，其中ρh为所述SiC衬底的体电阻率，T为所述SiC衬底的厚度。
在一些实施例中，进行线性拟合还得到曲线的R轴截距b，b为测试装置探针与所述接触金属层之间的接触电阻。
在一些实施例中，所述接触金属层上均形成有金属电极层。
在一些实施例中，所述金属电极的材质为金或铝。
在一些实施例中，所述方法还包括判断所述接触金属层与所述SiC衬底之间是否形成欧姆接触的步骤。
在一些实施例中，判断所述接触金属层与所述SiC衬底之间是否形成欧姆接触的步骤包括：测量所述SiC衬底的I-V特性，当I-V测试曲线为一条直线时，判断SiC衬底与接触金属层之间形成欧姆接触；当I-V测试曲线为一条曲线时，则判断SiC衬底与接触金属层之间没有形成欧姆接触。
在一些实施例中，当所述SiC衬底与所述接触金属层之间没有形成欧姆接触时，调节所述SiC衬底的快速热退火工艺条件，直到所述SiC衬底的I-V测试曲线为一条直线。
在一些实施例中，所述SiC衬底的快速热退火工艺的温度为950-1050℃，退火时间为2-5min。
(三)有益的效果
结合上述关于本发明技术方案的说明，可以看出采用本发明的测试方法，可以带来如下有益的改进：
本发明所采用的测试方法对测试图形不需要特殊的设计需求，也不需要注入或刻蚀隔离等额外的工艺要求，因此减少了工艺步骤，降低了工艺成本；
本发明所采用的测试方法，通过测量不同面积的测试样片做图拟合曲线在电阻轴上的截距，还可以求解出测试系统与被测试件的接触电阻。
附图说明
图1为本发明实施例中的SiC衬底示意图；
图2为本发明实施例中切割成小片的待测试SiC样品示意图；
图3为本发明实施例中的测试原理电路图；
图4为本发明实施例中的一组样品的I-V测试图；
图5为本发明实施例中的电阻对面积倒数的关系图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，在N型SiC衬底12的正、反两面分别生长欧姆接触金属层，其中包括SiC衬底正面的欧姆接触金属层11和SiC衬底背面的欧姆接触金属层13。对于N型SiC衬底，欧姆接触金属层11、13的材料通常为金属Ni，厚度200-500nm。经高温快速热退火工艺(温度950-1050℃，时间2-5min)使SiC衬底12和欧姆接触金属层11、13的接触界面成为良好的欧姆接触。在欧姆接触金属层11和13表面再生长一层金属电极以便测试时可以更好的和探针形成接触，减小测试误差。该金属电极的材质可以是Au、Al等，金属电极的厚度300-500nm。
将上述SiC衬底12分割成不同面积S的小片，如图2所示。小片的上、下表面可以为矩形或正方形，小片的上表面面积S＝a×b，其中a和b为小片上、下表面的边长，并近似认为上、下表面面积相同，并认为所有小片具有统一的厚度T。
为了确保SiC衬底12和欧姆接触金属层11、13的接触界面形成良好的欧姆接触，在本发明的另一个实施例中，首先在SiC衬底片的正、反两面分别生长接触金属层。之后，将该衬底片分割划片为不同面积的若干小片备用。然后，将其中一小片进行快速热退火(RTA)工艺处理。测量该小片衬底正、反面之间的I-V特性，当测试曲线为一条曲线时，说明SiC衬底与金属之间没有形成良好的欧姆接触。此时，另取一小片并调整RTA工艺条件进行退火处理，直到衬底正、反面之间的I-V特性曲线为一条直线为止。此时SiC衬底与金属层之间已形成欧姆接触。最后，利用调整后的RTA工艺条件对其它小片进行退火处理。
在测试时，对不同面积的小片测量正反面之间的I-V特性，得到一个和面积有关的总电阻值R(S)，R(S)由如图3所示的几部分电阻串联形成：测试系统探针与金属电极间的接触电阻R针、金属电极和欧姆接触金属层的电阻R金、欧姆接触金属层分别与SiC衬底正、反两面形成的欧姆接触电阻Rc正、Rc反以及SiC衬底的体电阻Rh，即R总＝R针+R金+Rc正+Rc反+Rh，其中，可近似认为欧姆接触金属层与SiC衬底正反两面的接触电阻相同，均为Rc＝Pc/S，ρc为SiC衬底与欧姆接触金属层间的比接触电阻率。所以有R(S)＝R针+R金+2Rc+Rh。另外，体电阻Rh可表示为Rh＝ρhT/S，ρh为SiC衬底的体电阻率，T为SiC衬底厚度，S为SiC衬底小片的面积。不同面积下接触电阻R针的阻值可认为没有变化，电阻R金作为大面积的薄层导电金属其阻值可以忽略不计，因此R(S)可近似表示为R(S)＝R针+2Rc+Rh＝R针+2ρc/S+ρhT/S＝(2ρc+ρhT)/S+R针。这样，测试不同面积小片的总电阻R(S)并对相应面积的倒数1/S做图，拟合出曲线的斜率a和R轴截距b，其中a＝2ρc+ρhT，b＝R针。其中ρh可以从衬底厂商处得到，T为已知参量，则ρc可以经计算得出。
图4给出了一组五个不同面积的N型SiC样品的I-V测试结果，该组样品厚度为360μm，面积分别为0.0009、0.0018、0.0027、0.0036、0.0054cm2。分别求解出各样品的总电阻，然后对面积倒数作图并进行线性拟合如图5所示。其中截距0.9323为探针的接触电阻，斜率为0.0008，通过计算ρc约为4e-5Ωcm2。
最后，需要说明的是，本发明的方法并不限于测量SiC衬底的比接触电阻率，其它各种半导体材料(例如Si衬底等)均可采用本发明所述方法。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种测量SiC衬底背面欧姆接触的比接触电阻率的方法，其特征在于，包括：
提供具有不同面积的多个SiC衬底，所述SiC衬底的正反两面分别具有接触金属层；
分别测量每个SiC衬底在正反两面之间的I-V特性，得到每个SiC衬底的I-V测试曲线；
根据所述I-V测试曲线拟合求出每个SiC衬底的总电阻R(S)，所述总电阻R(S)与所述SiC衬底的面积S相关；以及
根据所述多个SiC衬底的总电阻R(S)和面积的倒数1/S绘制曲线，然后进行线性拟合得到曲线的斜率a，根据斜率a计算比接触电阻率ρc；其中，所述斜率a表示为a＝2ρc+ρhT，其中ρh为所述SiC衬底的体电阻率，T为所述SiC衬底的厚度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，进行线性拟合时还得到曲线的R轴截距b，b为测试装置探针与所述接触金属层之间的接触电阻。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接触金属层上均形成有金属电极层。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述金属电极的材质为金或铝。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括判断所述接触金属层与所述SiC衬底之间是否形成欧姆接触的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，判断所述接触金属层与所述SiC衬底之间是否形成欧姆接触的步骤包括：测量所述SiC衬底的I-V特性，当I-V测试曲线为一条直线时，判断SiC衬底与接触金属层之间形成欧姆接触；当I-V测试曲线为一条曲线时，则判断SiC衬底与接触金属层之间没有形成欧姆接触。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，当所述SiC衬底与所述接触金属层之间没有形成欧姆接触时，调节所述SiC衬底的快速热退火工艺条件，直到所述SiC衬底的I-V测试曲线为一条直线。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述SiC衬底的快速热退火工艺的温度为950-1050℃，退火时间为2-5min。
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