JP2000068340A - テストパターン - Google Patents

テストパターン

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JP2000068340A
JP2000068340A JP10237063A JP23706398A JP2000068340A JP 2000068340 A JP2000068340 A JP 2000068340A JP 10237063 A JP10237063 A JP 10237063A JP 23706398 A JP23706398 A JP 23706398A JP 2000068340 A JP2000068340 A JP 2000068340A
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JP
Japan
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test pattern
layer
semiconductor layer
epitaxial crystal
epitaxial
Prior art date
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Pending
Application number
JP10237063A
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English (en)
Inventor
Yoshihei Kawatsu
善平 川津
Takeshi Nakayama
毅 中山
Dietheard Marcus
マルクス・ディートハード
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 断面形状が一様なテストパターンを提供す
る。 【解決手段】 半導体基板に積層されたエピタキシャル
結晶の結晶構造において等価かつ互いに直交する2つの
軸方向X,Yに、エピタキシャル結晶を選択的に成長さ
せて、断面形状が実質的に等しい2つのライン形状のエ
ピタキシャル結晶層1a、1bを設け、テストパターン
1を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板に形成
された半導体エピタキシャル層の電気的特性をファン・
デル・パウ法(Van der Pauw)によって測定する際に利
用されるテストパターンに関する。
【0002】
【従来の技術】ファン・デル・パウ法とは、ホール効果
測定の一種であり、エピタキシャル層のような半導体薄
膜又は薄片状の半導体の抵抗値及びホール係数を測定す
るのに適した方法である。詳細には、試料に4つの電極
を設け、所定の電極から電圧を印加して電流値を測定す
る等の所定の測定を行い、その測定値から試料の電気的
特性を算出するものである。
【0003】通常、任意形状の試料の電気的特性のホー
ル効果測定には、ファン・デル・パウ法が用いられる。
しかし、任意の形状の試料に電極を設け、上述したよう
な測定を行うと、試料の形状の非対称性に起因する誤差
が発生する場合がある。
【0004】このような問題点に対処するため、図6
(a)のように測定するエピタキシャル結晶層を正方形
に形成し、その端部に4つの電極を設けたテストパター
ンが利用されていた。さらに、図6(b)〜(e)で示
すように、対称性を有する形状のテストパターンも利用
されていた。
【0005】半導体基板に形成された半導体エピタキシ
ャル結晶層の電気的評価を行うには、エピタキシャル結
晶層の一部を上述したようなテストパターンに形成し、
TEG(Test Element Group)として利用する。
【0006】従来、前述したようなテストパターンは、
半導体基板上に形成されたエピタキシャル結晶層をダイ
ヤモンドカッター又はサンドブラスト等で物理的に切削
・研磨して形成していた。このように形成したテストパ
ターンは、表面等が傷つけられたダメージ領域を有す
る。このようなダメージ領域が、電気的特性の測定の誤
差の原因となっていた。この問題に対処するために、エ
ピタキシャル結晶層を選択成長させて、テストパターン
を形成することが提案されていた。具体的には、エピタ
キシャル結晶層を十字型に選択成長させ、テストパター
ンに利用することが提案されていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エピタ
キシャル結晶層で十字型のテストパターンを形成するに
は、以下に説明するような問題点があった。
【0008】以下、本明細書においては、ミラー・ブラ
ヴァー指数を、以下のように示す。
【0009】
【表1】
【0010】十字型のテストパターンを形成するため
に、直交する任意の二つの方向、例えば<1−100>
方向及び<11−20>方向にエピタキシャル結晶層を
選択成長させた場合について説明する。
【0011】最初に、<1−100>方向に延びる横エ
ピタキシャル結晶層9aについて説明する。サファイア
基板4で形成されたGaNエピタキシャル結晶層3に<
1−100>方向に延びる開口部を有する誘電体マスク
2を形成し、該開口部でのみGaNエピタキシャル結晶
層3を選択成長させてなる横エピタキシャル結晶層9a
を、図7(a)、(b)に示す。図示するように、横エ
ピタキシャル結晶層9aは、GaNエピタキシャル結晶
層3の面(0001)6、面(1−101)7及び面
(1−101)7に等価な面を成長させたものである。
【0012】次に、縦方向<11−20>に延びる縦エ
ピタキシャル結晶層9bについて述べる。図8(a)、
(b)は、横エピタキシャル結晶層9aと同じ条件で成
長させれらた、縦方向に延びる2つの縦エピタキシャル
結晶層9bを示す。
【0013】図7(b)、図8(b)とから、横エピタ
キシャル結晶層9aと縦エピタキシャル結晶層9bとの
断面形状が違うことが判る。このことは、任意の直交す
る二つの方向にエピタキシャル結晶層を同じ断面形状で
選択成長させることが不可能であることを示す。
【0014】ファン・デル・パウ法が用いられるテスト
パターンの断面形状は一様であることが要求される為、
直交する任意の二つの方向にエピタキシャル結晶層を選
択成長させて十字型のテストパターンを形成することは
不可能であった。
【0015】本発明は、従来技術の有するこのような問
題点に鑑みてなされたものであり、断面形状が一様なテ
ストパターンを提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明はエピタキシャル結晶層を成長させる方向に
着眼する。即ち、エピタキシャル結晶層は、その結晶構
造において等価な方向には同じ速度で成長するので、等
価な方向に成長させられた結晶層は同一の断面形状を有
することに着眼する。
【0017】具体的には、本発明のテストパターンは、
半導体基板上に形成されたエピタキシャル結晶からなる
半導体層の電気的特性をファン・デル・パウ法で測定す
る際に利用される、上記半導体層に設けられたテストパ
ターンにおいて、上記エピタキシャル結晶の結晶構造に
おいて等価かつ互いに直交する2つの軸方向に上記エピ
タキシャル結晶を選択的に成長させてなる、断面形状が
実質的に等しい2つのライン形状のエピタキシャル結晶
層を含んでいることを特徴とする。
【0018】また、本発明のテストパターンは、上記2
つのライン形状のエピタキシャル結晶層の一方を、上記
結晶構造の面(0001)において、軸方向<1−10
0>に対して12〜18度傾斜した方向に延びるものと
してもよい。
【0019】さらに、本発明のテストパターンは、上記
エピタシャル結晶層を、GaN結晶としてもよい。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
かかる実施の形態について説明する。
【0021】実施の形態1.図1に示すように、本発明
の実施の形態1にかかるテストパターン1は、互いに中
央で直交するライン形状の縦半導体層1aと横半導体層
1bとを含んでいる。両半導体層1a、1bは、サファ
イア基板に積層された高抵抗GaNエピタキシャル層上
にエピタキシャル選択成長させたものであり、高抵抗G
aNエピタキシャル層の面(0001)から<0001
>方向に突出している。詳細には、縦半導体層1aは、
<1−100>方向から反時計方向に15°回転した方
向(以下、本明細書ではY方向とする)に延び、横半導
体層1bはX方向と平行に延びる。図1で示すように、
縦半導体層1a及び横半導体層1bの幅は等しく、図4
(a)、(b)で示すように、縦半導体層1a及び横半
導体層1bの長さは等しい。尚、高抵抗GaN層3上の
縦半導体層1aと横半導体層1bとが形成された以外の
部分は、誘電体層マスク2で覆われている。
【0022】図2で示すように、縦半導体層1aが延び
るY方向、即ち<1−100>方向から反時計方向に1
5°回転した方向即ちY方向と、横半導体層1bが延び
る方向即ちX方向は、結晶構造上等価であるから、Ga
Nエピタキシャル層3のX方向に対する成長速度と、Y
方向に対する成長速度とは等しい。尚、Y方向は、<1
1−20>方向から時計方向に15°回転した方向と一
致する。
【0023】従って、図3(a)及び図3(b)に示す
ように、縦半導体層1a及び横半導体層1bは、サファ
イア基板4に積層された高抵抗GaNエピタキシャル層
3の(0001)面6、(1−101)面7、及び(1
−101)面と等価な面を選択成長させたものである。
上述したように、GaNエピタキシャル層3のX方向に
対する成長速度と、Y方向に対する成長速度とは等しい
ので、図示するように、縦半導体層1aの断面と横半導
体層1bの断面とは同じ形状になる。
【0024】上述したようにテストパターン1は同一の
断面形状を有するので、こういったテストパターンを利
用することで、半導体層の電気的測定を正確に行うこと
ができる。
【0025】次に、テストパターン1の製造方法につい
て説明する。最初に、原料ガスであるトリメチルガリウ
ム及びアンモニアを、MOCVD装置で約550℃で熱
分解させ、(0001)面サファイア基板上にGaNバ
ッファー層を形成する。次に同じ原料ガスを、MOCV
D装置で1100℃で熱分解させ、GaNバッファー層
上に膜厚約2μmの高抵抗GaN層をエピタキシャル成
長させる。続いて、高抵抗GaN層上にスパッタ法で膜
厚が約200nmの誘電体層を形成する。誘電体の材料
としては、SiO2又はSiNを用いる。
【0026】さらに、フォトリソグラフィー技術によっ
て、誘電体層に縦開口部5aと横開口部5bを形成し
て、誘電体マスク2を形成する工程を図5に示す。図5
(a)に示すように、縦開口部5aは、<1−100>
方向から反時計方向に約15°回転した方向即ちY方向
に延び、横開口部5bは縦開口部5aに直交する。縦開
口部5aと横開口部5bとは、同じ長さ、同じ幅で形成
される。図5(b)で示すように、開口部5aが形成さ
れることで、Y軸と平行で所定の幅を有する高抵抗Ga
N層3が露出される。さらに、図5(c)で示すよう
に、開口部5bが形成されることで、X軸と平行で所定
の長さを有する高抵抗GaN層3が露出される。
【0027】続いて、誘電体マスクを備えたサファイア
基板を再度MOCVD装置に投入して、GaNを所定の
条件で成長させる。具体的には、GaNエピタキシャル
層の(0001)面、(1−101)面、及び(1−1
01)面と等価な面を成長させる。GaN層は開口部で
のみエピタキシャル成長し、誘電体マスク2上には成長
しないので、上記図1で示したようなテストパターン1
が完成する。
【0028】上記実施の形態1においては、テストパタ
ーン1は、縦半導体層1aと横半導体層1bとが形成さ
れた以外の部分は、誘電体マスク2で覆われているが、
本発明はこれに制限されるものではなく、誘電体マスク
2を除去して利用することもできる。
【0029】また、上記実施の形態においては、縦半導
体層1aを<1−100>方向から反時計回りの向きに
約15°回転した方向に延びるものとしたが、本発明は
これに制限されるものではなく、エピタキシャル結晶の
結晶構造において等価かつ互いに直交する2つの軸方向
に、エピタキシャル結晶を選択的に成長させた長さ及び
断面形状が実質的に等しい2つのライン状の半導体層か
らテストパターンを形成してもよい。
【0030】具体的には、縦半導体層1aを<1−10
0>方向から反時計回りの向き又は時計回りに約12°
〜18°回転した方向に延びるものとし、横半導体層1
bを該縦半導体層1aに直交する方向に形成してもよ
い。
【0031】さらに、上記実施の形態1においては、縦
半導体層1a及び横縦半導体層1bとをGaNエピタキ
シャル層を選択成長させることで形成したが、本発明は
これに制限されるものではなく、AlGaNエピタキシ
ャル層、InGaN等のAlGaInN系のエピタキシ
ャル層を選択成長させて形成してもよい。
【0032】
【発明の効果】本発明のテストパターンは、半導体基板
上のエピタキシャル結晶層を、該エピタキシャル結晶の
結晶構造において等価かつ互いに直交する2つの軸方向
に選択的に成長させて、断面形状が一様な十字型のテス
トパターンを形成したものである。このテストパターン
を利用することで、上記エピタキシャル結晶層の電気的
測定を正確に行うことができる。
【0033】本発明のテストパターンは、エピタキシャ
ル結晶を成長させる方向の一つを軸方向<1−100>
から約12°〜18°回転した方向とすることで、テス
トパターンの断面形状が一様になり、エピタキシャル結
晶層の電気的測定を正確に行うことができる。
【0034】本発明のテストパターンは、エピタキシャ
ル結晶をGaN層とすることで、エピタキシャル結晶層
の電気的測定をより正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態にかかるテストパターン
を示すものである。
【図2】 六方晶の結晶方位を示す図である。
【図3】 テストパターンの断面図を示すもので、
(a)は図1の線IIIa-IIIaに沿った断面を示すもので
あり、(b)は図1の線IIIb-IIIbに沿った断面を示
す。
【図4】 テストパターンの断面図を示すもので、
(a)は図1の線IVa-IVaに沿った断面を示すものであ
り、(b)は図1の線IVb-IVbに沿った断面を示す。
【図5】 本発明の実施の形態にかかるテストパターン
の製造方法のマスク製造工程を示すもので、(a)は上
面図を、(b)は図5の線Vb-Vbに沿った断面図を、
(c)は図5の線Vc-Vcに沿った断面図を示す。
【図6】 従来例にかかるテストパターンを示すもの
で、(a)は第1の従来例にかかるテストパターンを、
(b)は第2の従来例にかかるテストパターンを、
(c)は第3の従来例にかかるテストパターンを、
(d)は第4の従来例にかかるテストパターンを、
(e)は第5の従来例にかかるテストパターンを示す。
【図7】 従来例にかかるテストパターンを示すもの
で、(a)はテストパターンの上面図を、(b)は、図
7の線VIIb-VIIbに沿った断面図を示す。
【図8】 従来例にかかるテストパターンを示すもの
で、(a)はテストパターンの上面図を、(b)は、図
8の線VIIIb-VIIIbに沿った断面図を示す。
【符号の説明】
1 テストパターン、 1a 縦半導体層、 1b 横
半導体層、 2 誘電体マスク、 3 高抵抗GaN
層、 4 サファイア基板、 5a 縦開口部、5b
横開口部。
フロントページの続き (72)発明者 マルクス・ディートハード 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 4M106 AA01 AA10 AB15 AB17 AB20 BA20 CA28 CB12

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成されたエピタキシャ
    ル結晶からなる半導体層の電気的特性をファン・デル・
    パウ法で測定する際に利用される、上記半導体層に設け
    られたテストパターンにおいて、 上記エピタキシャル結晶の結晶構造において等価かつ互
    いに直交する2つの軸方向に上記エピタキシャル結晶を
    選択的に成長させてなる、断面形状が実質的に等しい2
    つのライン形状のエピタキシャル結晶層を含んでいるこ
    とを特徴とするテストパターン。
  2. 【請求項2】 上記2つのライン形状のエピタキシャル
    結晶層の一方が、上記結晶構造の(0001)面におい
    て、軸方向<1−100>に対して12〜18度傾斜し
    た方向に延びるものであることを特徴とする請求項1記
    載のテストパターン。
  3. 【請求項3】 上記エピタシャル結晶層が、GaN結晶
    からなることを特徴とする請求項1又は2記載のテスト
    パターン。
JP10237063A 1998-08-24 1998-08-24 テストパターン Pending JP2000068340A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007088234A (ja) * 2005-09-22 2007-04-05 Seiko Epson Corp 半導体装置の製造方法、半導体装置、電気光学装置および電子機器
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