JPH0423444A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置および集積回路、より詳細Ｃ従来の
技術〕 半導体装置および集積回路においては、金属と半導体間
のオーミック接点が該装置を外界と接続する手段となる
。オーミック接点は非注入性であり、線形Ｉ−Ｖ特性を
示すが、実用面でのオーミツク接点の最も重要な特性は
、接触抵抗を装置の抵抗に関して微小なものにしなけれ
ばならない点にある。そのため、金属と半導体間のオー
ミックることで有効に確認することができる。平面面積
Ａを有し、電流が接触および該接触の下の半導体を垂直
方向に流れるように構成されているオーミック接点の接
触抵抗は（０）Ｒ６＝Ｏｃ／Ａと表される。従って接触
抵抗を測定することによって。

接触の品質および実際の輸送機構を反映する比接触抵抗
を決定することができる。比接触抵抗を決定することは
金属・半導体間のオーミック系の分析、ひいとはその品
質改善を実現する上で非常に重要である。平面構造を要
求される半導体装置および集積回路に関してその必要性
が特に認められている。この場合、水平オーミック接触
、すなわち電流が接点を垂直に流れると共に接点に近い
半導体内を水平に流れる接触の製造が便利である。

装置の動作に関する限り、ソリッ１−・ステート・エレ
ン１−ロニクス、第１５巻、第１４５頁から第１−５８
頁（１９７２年）　　（Ｈ，Ｈ，Ｂｅｒｇｅｒ、　５ｏ
ｌｊｄＳｔａｔｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｊ、ｃｓ、　ｖｏ
ｌ、１５．　ｐｐ、］、４５−１５８　（１９７２））
によって縦形接触と横形接触は明確に区別されていた。

平面形装置へのオーミック接触の比接触抵抗の測定は、
特定の試験構造の助けを借りて行なっているのが実状で
ある。この試験構造は、装置および集積回路の層に付加
して同時に製造される。

この試験構造が工程検査の働きをし、その測定値が工程
規格として使用される。多くの試験構造が考えられるが
、何れも同じ原理によるものである。

これについて明らかにするため、例えば第１図に示した
所謂伝送線路法について見てみよう。この構造は、半導
体層（１１）と金属層（１２）によって形成される２つ
のオーミック接点を含んで成る平面形半導体抵抗器であ
る。半導体層はその純抵抗ρＳによって特徴づけられ、
金属・半導体間抵抗はその比接触抵抗によって特徴づけ
られる。

ダイジェス１−・オン・テクニカル・ペーパー・ア＝４
− イ・ニス・ニス・シー・シー　１．９６９　年、第１６
９頁（Ｂｅｒｇｅｒ　Ｄｉｇｅｓｔ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎ
ｊｃａｌ　ＰａｐｅｒｓＩＳＳＣＣ１９６９ｐ、１６９
）並びにソリッド・ステート・エレクトロニクス、第１
２巻、第８７９頁（１９６９年）　　（Ｍｕｒｍａｎｎ
　ａｎｄ　ｌｌｊｄｍａｎｎ、　５ｏｌｉｄＳｔａｔｅ
　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、　ｖｏｌ、’１２．　ｐ、
８７９　（１９６９））によって開発された所謂「伝送
線路モデル」では２つのオーミック接点間で測定される
抵抗を（１）Ｒ（Ｌ）＝ｐｓ　　　　＋２ＲＣと説明し
ている。この時りとＷはそれぞれ金属パッド（１２）間
の半導体層の長さと幅である。さらに各金属・半導体間
接触と接触抵抗を、ＲＣ＝−ｊρＣρ５（２）としてい
る。この式の有効性については前出の文献に記載されて
いる他、ソリッド・ステート・エレクトロニクス、第２
５巻、第９１頁（１，９８２年）　（Ｍａｒｌｏｕ　ａ
ｎｄ　Ｄａｓ、　Ｓｏ］ｉｄ　５ｔａｔｅ　Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｊｃｓ。

ｖｏ］、２５．　ｐ、９１　（１９８２））でさらに詳
しく説明されでいる。その構造の単純さから、結果的に
有効ＴＬ　Ｍパターンが生まれた。普通、第１図のよう
に抵抗器の数が少ない場合は長さＬを変えて製造される
ため、測定抵抗はＬに対してプロットされる。

方程式（１）によると、このプロットの勾配によって半
導体層の純抵抗ρ５が決定される。次に原点２Ｒｃの縦
座標と方程式（２）を用いて金属・半導体間の比接触抵
抗ρ３が決定される。

ところが最近の装置には、能動領域への接触が能動半導
体層上への積層されて該能動層と同じ導電形の半導体層
と前記半導体層と接触する金属層とから成る二層構造に
よって行われることが多い。

半導体能動層と金属接点との間に半導体層が介装されて
いるのは、半導体能動層に対して直接に低抵抗オーミッ
ク接触を達成できないだけでなく、半導体能動層の表面
が処理工程に対して感受性になると考えられるためであ
る。そのためこの半導体層はキャップ層と呼ばれること
が多い。キャップ層は半導体能動層と導電形は同じであ
っても、能動層と異なる半導体で構成される場合が多い
。

例えば、アイ・イー・イー・トランザクションズ・オン
・エレク１〜ロン・デバイシーズ、第ＥＤ−３４巻、第
２３９３頁（１９８７年）　）　　（Ｎａｋａｊｊｍａ
　　ｅｔ　　ａｌ、　　　ＩＥＥＥ　　Ｔｒａｎｓａｃ
ｔｊｏｎｓ　　ｏｎ　　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　　Ｄｅｖｊ
ｃｅｓ、　ｖｏｌ、ＥＤ−３４，ｐ、２３９３　（１，
９８７））やアイ・イー・イー・イー・トランザクショ
ンズ・オン・エレクトロン・デバイシーズ、第ＥＤ−３
５巻、第２頁（１，９８８年）　　（Ｎａｇａｔａ　ｅ
ｔ　ａｌ、　ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　　ｏ
ｎ　　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　　Ｄｅｖｊ、ｃｅｓ、　　ｖ
ｏｌ、ＩＥＤ−３５゜ρ２　（１９８８））に記載のへ
テロ構造バイポーラ１〜ランジスタのエミッタなどがそ
うである。この他、低寄生抵抗の実現のためにアイソタ
イプへテロ接合を用いた装置として周知のものに、高電
子移動度１ヘランジスタ（ＭＯＤＦＥＴまたはＴＥＧＦ
ＥＴまたは２ＤＥＧ−ＦＥＴ）がある。このような装置
の場合もダイオ−１へ検出器、フォトトランジスタ、光
起電太陽電池、発光ダイオード、注入型レーザのような
多くのへテロ接合装置と同じくアイソタイプへテロ接合
が全体的な接触抵抗、ひいては装置の寄生特性に寄与し
ている。従って抵抗器の構造は第２図および第３図に示
すように接触抵抗を評価するように構成される。所謂キ
ャップ層（２２，３２）が同導電形の半導体能動層の上
に形成され、キャップ層に対する金属オーミック接点（
２３，３３）が構成される。このような構造においては
、半導体能動層と半導体キャップ層がその純抵抗ρ５お
よびρ５′によって特性決定される一方、金属・半導体
キャップ層間および半導体キャップ層・半導体能動層間
が比接触抵抗ρＣ９ρ。′によってそれぞれ特性評価さ
れる。長さしの接点間の半導体領域の抵抗（第２図と第
３図）も接触領域、すなわち第２図の構造に関しては接
点の下にある領域全体、第３図の構造に関しては接点の
下にある領域全体と長さＬ′の金属隣接領域の抵抗と同
様に、長さしの異なる抵抗器を少数個設けることによっ
て測定することができる。従って上述の接触抵抗は先に
説明した伝送線路法によって評価することができる。第
２図および第３図の構造に用いる伝送線モデルはやや複
雑であるが、アイ・イー・イー・イー・トランザクショ
ンズ・オン・エレクトロン・デバイシーズ、第３５巻、
第１３３頁（１９８８年）　　（Ｌｏｏｋ、　ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓａｃｔｊｏｎｓ　ｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　
Ｄｅｖｊｃｅｓ、　ｖｏｌ、３５゜ｐ、１３３　（＋９
８８））並びにリソソト・ステー１〜・エレクｌ−ロニ
クス、第２８巻、第６５９頁（１９８５年）　　　（Ｌ
ｅｅ　　ａｎｄ　　Ｃｒｏｔｉｅｌｌ、　　５ｏｌｊｄ
　　５ｔａｔｅ　　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｊｃｓ、　ｖｏｌ
、、２８．　ｐ６５９　（１９８５））によって分析式
が開発されている。場合によっては半導体能動層に引続
いて、処理前に半導体キャップ層を形成することもある
が、処理工程の１つによって半導体キャップ層を形成す
ることもできる。また、半導体キャップ層は場合により
能動層と同じ導電形を有するだけでなく能動層と共に形
成されることもある。

このような代替法の一例が、ダイジェスト・オン・テク
ニカル・ペーパー・オン・ザ・ファースト・コンファレ
ンス・オン・ソリッド・ステート・デバイシーズ・アン
ド・マテリアルズ、第６９頁、１９８３年（１！ｊｇａ
ｓｈｉｋａｔａ　ｅｔ　ａｌ、　Ｄｉｇｅｓｔ　ｏｆＴ
ｅｃｈｎｉｃａｌ　ｐａｐｅｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　１ｓ
ｔ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎＳｏｌｉｄ　５ｔａｔ
ｅ　Ｄｅｖｊｃｅｓ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｊａｌｓ　１
９８３．　ｐ、６９）に紹介されているようなｎ＋ソー
ス／トレイン領域を選択的に成長させた所謂ＧａＡｓ　
　ＭＥＳＦＥＴである。この場合、半導体能動層（３１
）がＭＥＳ、ＦＥＴの能動チャネル、キャップ！（３２
）がＭＯＣＶＤ選択成長によるｎ”Ｇ　ａ　Ａ　ｓ、金
属Ｎ（３３）がｎ”Ｇ　ａ　Ａ　ｓに対する従来形合金
Ａ　ｕ　Ｇ　ｅ　／　Ｎ　ｉオーミック接点である。例
えば成長層と能動層の両方が同じ半導体であっても、Ｇ
ａＡｓ処理面の上で成長が行われているため、アイソタ
イプホモ接合の比接触抵抗ρ。′が無視できない程度に
なると考えられる。従って第２図または第３図の構造を
有するテス１へ抵抗器についても、キャブ層と能動層間
のアイソタイプへテロ接合の場合と同じ方法で分析され
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

テストパターンが有効であるためには、装置に関する情
報を提供する必要がある。例えば簡単なＦＥＴにおいて
はソースとドレインのオーミック接触を横形にするとそ
の抵抗は装置のソース／ドレイン寄生抵抗に直接寄与し
ている。従って第１図の構造を有する’ｒ　Ｌ　Ｍパタ
ーン、すなわち層１１がＦＥＴの能動層であり層１２が
ＦＥＴのオーミック接点であるパターンは直接装置と関
連する。従って装置とテストパターンの幅が同じである
限り、測定接触抵抗値が装置自身の接触抵抗となる。こ
の場合は比接触抵抗を決定する必要はないが、例えばρ
Ｃを何らかの処理手段により向上させたい場合など、方
程式（２）を用いることもできる。反対に、第１図のよ
うな平面形テスト構造を用いて装置の動作において、縦
形接触となるオーミック接点の特性決定を行なう場合、
ＴＬＭパターンを方程式（１）、（２）と共に用いてρ
Ｃを決定して、方程式（０）から装置の接触抵抗を算出
できるようにしなければならない。この点について明ら
かにするために、縦形バイポーラトランジスタのエミッ
タに対するオーミック接触について見てみると、装置の
動作中はエミッタ電流が接点の下を垂直に流れるためエ
ミッタ接触が縦形になり、従ってこの時の接触抵抗は方
程式（０）で表される。第１図に示したような層（１１
）のエミツタ層と層（１２）のオーミック接触を用いて
、方程式（０）に用いる比接触抵抗を方程式（１）およ
び（２）から決定しなければならない。ＴＬＭモデルと
その最も簡単な形（方程式（２））の基になっている仮
定に関して十分注意を払う必要があるとは言え、テスト
パターンからしか期待できないことの多い相対的な数字
を得る上では少なくとも有効である。上述の仮定とは、
（ｉ）平面形のオーミック接点；原則的には、現在でも
多くの化学化合物半導体装置に好んで使用されている合
金化オーミック接触の場合については、これによって前
出の形式が除外される、（ｉｔ）半導体層（１１）が無
限に薄いこと。この後者の仮定が特に関係するのは、不
純物濃度は同じでも厚さの異なる半導体層に対する比接
触抵抗の算出値を比較する場合である。但し、構成のし
っかりした工程の制御に用いるテストパターンに関して
は、これが不利な条件となることはない。

先行技術において述べたように、能動層にキャップ層を
積層し、キャップ層にオーミック接点を積層する方法は
、多くの装置の接触をとるのに好んで使用される方法で
ある。この場合についても、金属・ギャップ半導体層間
接触およびキャップ半導体層・能動半導体層間接法の性
質、すなわち縦形であるか横形であるかは第２図および
第３図に示したようなテスト構造と装置の間で異なるも
のとなる。例えば、ペテロ接合バイポーラトランジスタ
の、ｎ”Ｇ　ａ　Ａ　ｓキャップ層を積層され、その上
に金属オーミック接点が形成されているｎ形ＡｆｌＧａ
Ａｓエミッタ層について考察すると、装置の動作中はエ
ミッタ電流がエミッタ全体を垂直に流れる。すなわち金
属・キャップ層間の界面、キャップ層、キャップ層・エ
ミッタ能動層間の界面、エミッタ能動層の順に流れる。

ところが第３図のようなテスト構造では、例え電流が金
属（３３）・キャップ層（３２）間の界面、キャップ層
（３２）、キャップ層（３２）・能動層（３１）間の界
面を通って垂直方向に流れると考えることができたとし
ても、電流は能動層自体の１１を水平に流れる。そのた
め簡単な金属・能動層系の場合と同様に、テスト構造に
よりキャップ層能動層間の界面の比接触抵抗（ρｃ′）
を決定できるようにする必要がある。比接触抵抗の測定
には、エミツタ面Ａの時πＥ＝　（ρＣ＋ρｃ’）／Ａ
で表されるエミッタの直列寄生抵抗を確認する必要があ
る。この簡単な形では、垂直伝導に関する能動層とキャ
ップ層の抵抗が無視されていることに注意されたい。ρ
０の決定は、第１図に示すような層（１１）のキャップ
層と層（１２）の金属層とを備えるテストパターンを用
いても、上述の制限内で行なうことができるが、ρＣ′
の決定の方がはるかに重要である。第２図および第３図
に示した先行技術の構造の何れも、方程式（１）に公式
化したようなＴＬＭパターン法を使用してρＣ′の決定
を別個に行えないことは容易に理解される。確かに、テ
スト構造（第２図、第３図）用のＴＬＭモデルはρ。、
ρ　／、ρＳ、ρ５′および金属接点寸法の関数として
のＲｃについて明確に公式化するために開発されたもの
であるが、純抵抗および比純抵抗が何らかの特定条件、
例えばρＳ）ρ　ｒ　、ρＣ）ρＣ′のような条件を証
明するものでなければ、これらの関係式は複雑になりす
ぎる。また、キャップ層に対する合金化オーミッり接触
という現在も一般的な場合については、デルの拡大に伴
って伝送線路法が無効になることも注意する必要がある
。積層された２層（キャップ層と能動層）の上部半導体
層（またはキャップ層）に対する非平面的な接触の場合
、例え可能であっても公式化がさらに複雑になる原因と
なる。そのため第２図と第３図に示した構造を用いてキ
ャップ層・能動層間の界面の特性評価を別個に行なう事
は絶望的になる。

従って１本発明の第１の目的は、所謂キャップ層と能動
半導体層との間のアイソタイプへテロ接合またはホモ接
合における比接触抵抗（ρ　ｌ）を別個に決定できるよ
うにするテスト構造を提供することである。このような
構造のモデリングによってρＣ′の決定が容易になるこ
とが重要である。また該テスト構造が平面形であり、処
理工程を追加することなく装置と同時に形成できること
も、現在の集積回路技術に使用するために要求される条
件である。

先行技術において説明したようにＴＬＭパターンの抵抗
器を測定してＴ　Ｌ　Ｍ法を実施する上での別の問題点
は、方程式（１）を検討した時に強調される。容易に理
解できるように、ＴＬＭパターンの抵抗器の測定抵抗値
と抵抗器接点間の能動層の長さとを対比してプロットし
たＲ　（Ｌ）の原点における縦座標から接触抵抗Ｒｃを
決定すると、Ｒｅは外部プローブ接触抵抗のような測定
値の不確定性、特に抵抗器の実際寸法（Ｌ）に対する感
受性が非常に高くなる。これに対して、線形回帰法を用
いると、原点での縦座標に比べて感受性の低い勾配が得
られる。

従って本発明の別の目的は、キャップ層・能動層間界面
の比接触抵抗（ρ　／）の決定に関連して、標準ＴＬＭ
法のような線形回帰の勾配からρＣを決定し得るテスト
パターン、ひいては測定値の不確定性または実際のテス
トパターン寸法に対する感受性の低いテストパターンを
提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は新規の半導体装置と、前記装置の少なくとも２
種類を含んで成り、キャップ層と能動半導体層間のアイ
ソタイプへテロ接合またはホモ接合における比接触抵抗
（ρ　＋）を別個に測定できるようにするテストパター
ンを提供する。この半導体装置を第４図と第５図に示す
。該装置は、同じ導電形の２つの半導体層４１，４．２
（第４図）、または５１．５２　（第５図）を積層して
含んで成り、能動層（４１または５１）とキャップ層（
４２または５２）のそれぞれの純抵抗ρ８およびρＳ′
によって特性決定される。装置の中央領域（４４または
５４）は、長さＬの上記２層構造から成り、最も重要な
点としてアイソタイプへテロ界面またはホモ界面の比接
触抵抗ρ。によって特性決定される。装置のその他の領
域（４５〜４６または５５〜５６）が装置中央領域の外
部接点となる。中央領域の両側にある所謂アクセス領域
（４５または５５）は、能動層（４１または５１）の純
抵抗ρ５およびその長さＱ、Ｑ２によって特性決定され
る。アクセス領域に隣接する接触領域（４６または５６
）は、金属層（４３または５３）を用いて金属・半導体
オーミック接点が形成される領域と定義できる。オーミ
ック接点はキャップ層（第４図）と能動層（第５図）の
何れに対して構成しても良い。どちらの場合も接触領域
の特性はその抵抗、すなわち接触抵抗Ｒｃによって決定
される。第４図および第５図に示した２つの構造の少な
くとも何れか一方が、工程を追加することなく装置およ
びＩＣと同時に製造できることが容易に理解できるが、
これについては後に例を挙げて説明することにする。本
発明の基本的な面については、装置構造が金属・半導体
間接点と半導体・半導体間接点を分離するために先行技
術に見られた問題点が無くなることを認知すれば容易に
理解することができる。半導体・半導体間界面の比接触
抵抗を含むパラメータと装置抵抗がどのように関係する
かについては、後に公式化して示すことにする。但し、
ここでも既にこの抵抗を、ρＳ（Ｑ□十〇□） （３）Ｒ（Ｌ）＝２ＲＣ＋　　　　　　　＋Ｒ’　（Ｌ
）と表すことができる。式中のＷは装置の幅、Ｒ′（Ｌ
）は長さＬの中央領域（４４または５４）の抵抗である
。後に示すように、Ｒ’　　（Ｌ）はどちらかと言うと
先行技術のＴＬＭパターンに近い方法で、半導体・半導
体間接触の接触抵抗Ｒｃ　’および中央領域の等価純抵
抗Ｒ５’　に対して明確かつ簡単な形で （４）Ｒ’　（Ｌ）＝２Ｒｃ’　十Ｒｓ’と表される。

本発明はＲｃ’　とＲ３′、ひいてはρＣ′の測定を行
なえるテストパターンを提供する。第６図に示すように
、テストパターンは第４図または第５図の構造の装置を
少なくとも２つ含んで成る。第６図の平面図では、テス
トパターンの面積を縮小するために１つの接触領域（６
６）が２つの連続装置に属しており、アクセス領域（６
５）についても簡明さを期してそれぞれの装置間で一定
としている（Ｑ、＝Ｑ２）。従って装置間で変動する幾
何学的パラメータは中央領域の長さＬのみである。

このテストパターンの測定抵抗値を方程式（３）。

（４）によって確認することができる。測定値Ｒ（Ｌ）
からＲ’　　（Ｌ）を求める簡単な方法の１つが、第６
図のように中央領域の無い装置（Ｌ＝Ｏ）を別のテスト
パターンからも決定できることに注意されたい。例えば
金属・半導体間接点の特性決定に用いるテストパターン
がそれである。

以上の手続きからＲ’　　（Ｌ）のプロットの原点にお
ける縦座標および勾配として２Ｒｃ’　とＲｓ′が求め
られる。先行技術に関する説明で強調したように、この
手続きを改良することも本発明の目的の１つである。第
７図に示した好適な装置構造では、接触領域（７６）が
省略されており、第４図または第５図に従って形成する
ことができる。

従ってこの装置は長さＬ／Ｎの、所謂中央領域Ｎ個と所
謂アクセス領域（Ｎ＋１）個から成り、アクセス領域は
最初の最後の長さＱ□と０２の領域を除いて全て同じ長
さＱとすることができる。この装置の抵抗は、 と表すことができる。

この時、 および である。Ｒｃ　’の測定、ひいてはＣＣ’の測定を改善
するために使用するテストパターンを示したのが第８図
である。このパターンはＮの異なる上記構造の装置を少
なくとも２つ含んで成る。このパターンを効果的に使用
する好適な方法は、第９図に示すような副パターンを付
加する方法である。

副パターンは全てＬ＝Ｏ１すなわち中央領域のない同数
Ｎの装置を含んで成り、５番めの装置の能動領域（Ｐ５
）の長さが前出の主パターン（第８図）の１番目の装置
のアクセス領域（８５）の全長に等しい。この副パター
ンは金属・半導体接触自身をチエツクするのに使用でき
るが余分な面積をとらないことに注意されたい。主パタ
ーンの１番目の装置の抵抗から副パターンの抵抗を引く
ことによって、ＮＲ’　　（Ｌ／Ｎ）をＮと対比して検
り 討することができる。こうして２Ｒｃ’　とＲｓ’がそ
れぞれ勾配および原点における縦座標として決定するこ
とができる。Ｒｃ　’の決定方法の改良によってρＣ′
の計算精度が高くなる。

〔作用〕

本発明の装置（第４図）の所謂中央領域にキルヒホフの
法則を用いることにより、キャップ層（４２）を流れる
電流または能動層（４１）を通る電流によって満足され
る微分方程式をたてる。

この微分方程式は伝送線路方式のそれと類似しているた
め、 伝送線路モデルと呼ばれる。

電流と電 圧降下を求めることにより、 長さＬの中央領域の 抵抗を次のように表すことができる。

ｃｈ　βＬ × ｈ１３Ｌ ρＳ＋ρＳ すなわち、 ｓｈ　　βＬ とした時の方程式 」１記式中、 ２３’′− は伝送線路モデルの減衰係数である。例えば第１図の構
造を有する通常のＴＬＭパターンの場合、半導体・半導
体間界面の接触抵抗Ｒｃ　’はパターンの長さ（Ｌ）の
長さが十分大きいことを条件として、すなわち（１２）
ｓｈβＬ−ｃｈβＬ＞１を条件としてパターン長（Ｌ）
に依存しない。よパターンと以上に説明した手続きを用
いることにより、Ｒｃ　’　とＲｓ　’　が測定抵抗器
（Ｒ（Ｌ）によって与えられ、ρ。′が下記のように導
き出される。先行技術のテストパターン（第１図、第２
図）のような別個のテストパターンをρＣの特性決定に
使用することによって、ρＳ′の決定が可能になる。Ｒ
ｓ’　と方程式（１０）によるρＳが与えられ、最後に
ρＣ′がＲｃ　’　と方程式（１３）から導き出される
。容易に理解されるように、本発明の開示するところの
第６図に示す平面図と第４図または第５図に示す装置構
造を有するテストパターンは、先行技術の構造のように
多くの不確定性を生じることなく、アイソタイプへテロ
接合またはホモ接合における比接触抵抗（ρ０′）の測
定を行なうことができる。金属・半導体間接触領域と明
確に分離された前記中央領域の半導体へテロ構造の特性
決定から測定を行なうためである。

本発明のさらに別の目的は、線形回帰の勾配からρＣ′
を決定できるようなテストパターンを提供することであ
る。この目的は、第８図のテストパターンに従って構成
した第７図に示す本発明の装置構造を用いて達成するこ
とができる。理解し易くするために、第９図の副パター
ンを用いてＮＲ’　　（Ｌ／Ｎ）、すなわち長さＬ／Ｈ
の中央領域をＮ個有する装置の抵抗を直接決定すると仮
定してみよう。但し、その他任意の手段を用いて測とが
できることも理解されよう。従ってＮＲ’（Ｌ／　Ｎ　
’）はＮに対してプロットすることができる。

（１，４）　Ｎ　Ｒ’　　（Ｌ　／　Ｎ）＝　２　Ｒｃ
’　　Ｎ　＋　Ｒｓ’また２Ｒｃ’　は線形回帰の勾配
として決定される。

すると本発明の第１装置およびパターン（第４〜６図）
に関する限り、方程式（１３）を用いてρＣ′が求めら
れる。

後に例を挙げて説明するように、これらの手続きは金属
・半導体間の接触抵抗および比接触抵抗の決定に用いる
通常のＴＬＭパターンと同程度に簡単である。従って本
発明によるアイソタイプ半導体・半導体間接触抵抗およ
び比接触抵抗の特性決定用テストパターンおよびデス１
一方法は有効かつ実際的な手段を提供するものであると
言える。

特に、アイソタイプ半導体・半導体間接合を含む多くの
装置およびＩＣのウェーア自動試験に関してそのことが
言える。

〔実施例〕

以下本発明を実施例により説明する。

実施例１゜ ＧａＡｓＦＥＴのソース・トレイン領域形成用のイオン
注入ｎ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓと選択的に成長したｎ＋Ｇａ
Ａｓとの間の界面におけるアイソタイプホモ接合の特性
決定について最初に説明する。

第１０図はこのようなＦＥＴを概略的に示した図であり
、このＦＥＴは下記の方法で製造したものである。半絶
縁性基板１００のＳｉ○２キャップ層にＳｉ＋イオンを
注入しくエネルギーニア５ｋｅＶ、注入量：　５　、３
　Ｘ　１０１２ｃｍ””、）　、焼鈍により活性化（温
度＝８００℃、時間＝１５分）してデイプリージョン形
ＭＥＳＦＥＴを形成した。

５ｉｎ２キャップ層を除去した後、ＷＳｉｘをスパッタ
堆積し、パターン化してゲート接点１０７を形成した。

次に５ｉｎ２を堆積し、反応性イオンエツチングにより
異方性エツチングして側壁スペーサ１０８を構成した。

続いて注入Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層１０１　ノ上ニＭＯＣＶＤ
　（大気圧、温度：　７００℃）によりｎ”ＧａＡｓ１
０２の選択成長（厚さ：３００ｎｍ、不純物濃度：　２
　Ｘ　１０１８ｃｍ−’）を行なった。ｎ”ＧａＡｓ層
に対する従来のＡ　ｕ　Ｇ　ｅ　／Ｎｉオーミック接点
１０３の堆積、リフトオフ。

合金化（温度：　４．　ＯＯ℃９時間２ｍｍ）を行なっ
てＦＥＴ製造工程を終了した。付加的な段階として、層
間誘電体分離、およびＩＣ内の装置間をつなぐ第２金属
配線層のパターニングを行なっても良い。

第１１図に示すように、第４図で定義した本発明装置を
適当なマスク形成法によりＦＥＴと同時に構成した。よ
り厳密に言うと、第１１図の構造を有する４つの装置を
本発明のＴＬＭパターン（第６図）に従って、成長ｎ”
Ｇ　ａ　Ａ　ｓ中央領域の長さを変えながら、すなわち
それぞれＬ＝０．４゜８．１６μｍとして形成した。ア
クセス領域の長さＱ１＝Ｌ：２μｍとし、パターンの輻
をＷ＝１００μｍとした。

ＴＬＭパターンの測定を行なって、Ｒ（Ｌ）−Ｒ（０）
をＬに対して、すなわち中央領域の抵抗を中央領域の長
さに対してプロットすることにより分析した。第１２図
に最小自乗回帰分析によりできるだけ適合させた直線と
共に実験点を示す。

このプロットの勾配（Ｒｓ　’　／　Ｗ）と原点におけ
る縦座標（２ＲＣ’）から、Ｒｃ’＝２４Ω／口および
Ｒ６’＝０．４．６Ω・ｍｍが与えられる。この実験に
関しては、注入層の純抵抗（ρ３）と成長層の純抵抗（
ρ８′）の何れも個々の工程の検査として別個のＴＬＭ
パターンから、ρｓ”５００Ω／口およびρｓ””２５
Ω／口と決定した。但し、これらの特性値の何れが一方
のみをＲ５′　と共に用いて他方の特性値を決定するこ
ともできる。

何れにせよ、方程式（１３）からイオン注入Ｇ　ａ　Ａ
　ｓ層と成長ｎ”Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層との界面における比
接触抵抗ρＣ′が与えられて、ρ。’　＝４．９ＸＩＯ
−’Ω・０ｍ２となる。以上から容易に分かるように、
本発明の装置構造とテストパターンは、アイソタイプ半
導体・半導体接合、この実施例１については成長層と注
入層との界面をホモ接合の特性決定に有効な手段を提供
するものである。本発明の原理、すなわち金属・半導体
（合金化ＡｕＧｅ／Ｎ１−ｎ”ＧａＡｓ）間の接触を半
導体・半導体（ｎ”ＧａＡｓ−注入Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　）
間の接触と分離するという原理により、合金化接点の性
質や金属・半導体間比接触抵抗および半導体・半導体間
比接触抵抗の相対的大きさに関して基本的仮説をたてる
必要なしに容易に決定することが可能になる。方程式（
１３）を用いることにより、方程式（１２）が有効であ
ると仮定される。この仮定は容易に確認することができ
、Ｌ＝４μｍの場合でも、「長接点」近似式によるＲ　
ｃ　’の誤差は４％未満である。従ってどのＴＬＭパタ
ーンについても中央領域の長さを適正にすることによっ
て特性決定が簡単になると言える。

本発明の装置構造および特定決定方法は、工程および装
置の最適化に特に適する。例えば注入Ｇ　ａ　Ａ　ｓと
成長ＧａＡｓの界面の比接触抵抗はソース・ドレン直列
抵抗に寄与しているため、ＦＥＴの相互コンダクタンス
のような装置特性をできるだけ固有性能に近付けて獲得
するためには、その比接触抵抗を低減しなければならな
い。本発明の装置構造および特性決定方法は、いろいろ
な処理項目に関して注入層・成長層間界面の品質を直接
決定することを可能にする。工程を適宜に選択した後は
、本発明のテストパターンを工程規格として容易に使用
でき、ｎ＋ＧａＡｓソース・ドレイン領域の成長のオン
ウェーハチエツクを行うことができる。

実施例２゜ ｐ　−ｐ　ＨＢ　Ｔのエミッタにおいて連続成長させた
ｐ　−Ａ　Ｑ、、３Ｇ　ａｏ、□Ａ　ｓ　ｆｆＪとｐ　
−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層との間の界面におけるアイソタイプ
へテロ接合の特性決定について説明する。事実上、エミ
ッタ（ｐ−Ａ　Ｑ。、３０　ａｏ、７Ａ　ｓ　）−エミ
ッタキーＹツブ（ｐ−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　）間界面のへテ
ロ接合の比接触抵抗がエミッタの直列抵抗に直接寄与し
ている。金属・キャップ層間の比接触抵抗と同様、アイ
ソタイプへテロ接合の比接触抵抗も約１０−１′Ω・０
１１１２未満として、エミッタ・ベース接合の抵抗に関
して無視できる程度とする必要がある。ｐ　−Ａ　Ｑ　
Ｇ　ａＡ　ｓ　−ｐ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ量比接触抵抗の
決定を用いて、第７図の装置構造および本発明の方法を
使用する第８図のテストパターンの有効性を説明する。

ここではｐｎｐ化合物半導体ＨＢＴの特定のｐ−Ａｆｌ
ＧａＡｓ−ｐ−ＧａＡｓエミッタ構造を参照して説明し
ているが、同じ方法をあらゆるｐｎｐおよびｎｐｎへテ
ロバイポーラトランジスタの寄生特性の決定に適用し得
ることが理解されよう。

ＭＢＥにより層成長を行なって、Ｉ　Ｘ　１０”Ｂｅ／
ｃｍ３にドープされたＡ　Ｑｌｌ、３Ｇ　ａｏ、ｔＡ　
ｓの層７１とＩ　Ｘ　１０”　Ｂ　ｅ　／ｃｍ３にドー
プされたＧ　ａ　Ａ　ｓの層７２を形成した。ＲＩＥ　
ＣＣＣＱ２Ｆ　２　＋　Ｈｅ　）によってＧａＡｓを選
択的にエツチングして領域７４．８４を形成した。最後
にリフトオフとＡ　ｕ　−Ｚ　ｎの合金化（４００℃）
によって標準オーミック接点を構成し、領域８６，７６
゜９６を形成した。第８図と第９図両方のパターンを測
定した。本発明に開示したように、第９図のパターンの
第１装置の抵抗を第８図のパターンの第１装置の抵抗か
ら減算し、方程式（７）により一」〔） ＮＲ’（Ｌ／Ｎ）”２ＮＲｃ’＋Ｒｓ　　　　を得た。

先の抵抗をＮに対してプロットすると、原点における縦
座標と勾配がそれぞれ５９Ωと１８．５Ωになる。設計
寸法（Ｌ＝Ｗ＝１０μｍ）と第９図のパターンにより直
接与えられるＡＭＧａＡｓ層の純抵抗（ρｓ”Ｐ４Ｏ１
０口）を用いると、方程式（１０）および（１３）から
Ｇ　ａ　Ａ　ｓキャップ層の純抵抗が、また原点におけ
る縦座標および勾配から比接触抵抗が、それぞれρ８　
＝６３Ω／口、および、ｏｃ’＝１．ｌＸ１０−’Ω−
，ｄと求めちれる。

【図面の簡単な説明】

第１．２．３図は従来素子の断面図、第４，５゜７．１
０．１１図は本発明になる素子の断面図、第６．８．９
図は本発明になる素子の平面図、第１２図は中央領域に
おける抵抗の長さ依存性を示す図である。 符号の説明 １１．３１，４１．５１，１０１・・・半導体能動層、
２２．３２，４２，５２，１０２・・・キャップ層、１
３．２３，３３，４３，５３，１０３・・・オーミック
電極、４５，５５，８５・・・アクセス領域、４６．５
６・・・接触領域、 −あ− 斗 Ｎ くト 赳− 偽

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体装置であって、その中央領域に同じ導電形の
   ２つの半導体層が積層形成されており、前記２つの積層
   半導体層の下側の層が前記中央領域の両側に２つのアク
   セス領域を有し、かつ前記アクセス領域に隣接して２つ
   の接触領域を備えており、該接触領域において金属パッ
   ドが前記２つの積層半導体層の上層または下層に対して
   オーミック接触を成していることを特徴とする半導体装
   置。 ２、請求項１に記載の半導体装置を少なくとも２つ含ん
   で成り、各装置の前記中央領域の寸法がそれぞれ異なる
   ことを特徴とする半導体テストパターン。 ３、前記接触領域を２つ含んで成り、該２つの接触領域
   の間に（Ｎ＋１）個のアクセス領域とＮ個の中央領域が
   交互に形成されていることを特徴とする請求項１に記載
   の半導体装置。 ４、請求項３に記載の半導体装置を少なくとも２つ含ん
   で成り、前記中央領域の数Ｎが各装置間でそれぞれ異な
   ることを同時にＮ個の中央領域の全長（Ｌ）を望ましく
   は一定にすることを特徴とする半導体試験パターン。 ５、前記２つの半導体層の界面の特性を決定する方法で
   あって、請求項２または４に記載のパターンの各装置の
   測定抵抗から比接触抵抗を決定することを特徴とする方
   法。