JPH10303211A - 半導体装置及びキャリア濃度の測定方法 - Google Patents
半導体装置及びキャリア濃度の測定方法Info
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- JPH10303211A JPH10303211A JP10627197A JP10627197A JPH10303211A JP H10303211 A JPH10303211 A JP H10303211A JP 10627197 A JP10627197 A JP 10627197A JP 10627197 A JP10627197 A JP 10627197A JP H10303211 A JPH10303211 A JP H10303211A
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- semiconductor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体装置に関し、特に、素子を構成する結
晶層中のキャリア濃度を直接測定しうる構造を有する半
導体装置及びキャリア濃度の測定方法を提供する。 【解決手段】 複数の半導体層を含む半導体素子と、少
なくとも一の半導体層上に形成され、ファンデァポー法
により半導体層中のキャリア濃度を測定するための測定
用電極とにより半導体装置を構成する。半導体装置を製
造した後に特定の半導体層のキャリア濃度を直接測定で
きるので、プロセス工程を経ることによってキャリア濃
度がどのように変化するかを容易に把握することができ
る。また、プロセス工程で低下が見込まれるキャリア濃
度を考慮して結晶成長時のキャリア濃度を設定し、所望
のデバイス特性を有する半導体装置を製造することがで
きる。
晶層中のキャリア濃度を直接測定しうる構造を有する半
導体装置及びキャリア濃度の測定方法を提供する。 【解決手段】 複数の半導体層を含む半導体素子と、少
なくとも一の半導体層上に形成され、ファンデァポー法
により半導体層中のキャリア濃度を測定するための測定
用電極とにより半導体装置を構成する。半導体装置を製
造した後に特定の半導体層のキャリア濃度を直接測定で
きるので、プロセス工程を経ることによってキャリア濃
度がどのように変化するかを容易に把握することができ
る。また、プロセス工程で低下が見込まれるキャリア濃
度を考慮して結晶成長時のキャリア濃度を設定し、所望
のデバイス特性を有する半導体装置を製造することがで
きる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に、素子を構成する結晶層中のキャリア濃度を直
接測定しうる構造を有する半導体装置及びキャリア濃度
の測定方法に関する。
し、特に、素子を構成する結晶層中のキャリア濃度を直
接測定しうる構造を有する半導体装置及びキャリア濃度
の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、高性能な光通信システムや移動体
通信システムが必要となっている。このため、これらシ
ステムを高性能化するために半導体装置の高性能化をも
不可欠となっている。高速素子として知られるヘテロ接
合バイポーラトランジスタ（Hetero-junction Bipolar
Transistor：以下、ＨＢＴと呼ぶ）は、その高性能化が
期待されているものの一つである。
通信システムが必要となっている。このため、これらシ
ステムを高性能化するために半導体装置の高性能化をも
不可欠となっている。高速素子として知られるヘテロ接
合バイポーラトランジスタ（Hetero-junction Bipolar
Transistor：以下、ＨＢＴと呼ぶ）は、その高性能化が
期待されているものの一つである。
【０００３】ＨＢＴは、コレクタ層と、ベース層と、エ
ミッタ層とが基板上に順次積層されてなり、これら各層
からそれぞれ電極が引き出された構造を有する。ＨＢＴ
の製造工程では、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分
子線エピタキシー）法やＭＯＣＶＤ(Metal Organic Che
mical Vapor Deposition：有機金属化学気相成長)法等
を用い、コレクタ層、ベース層、エミッタ層のキャリア
濃度を制御しながら各層構造を成長し、その後、各層の
メサ形成工程、電極形成工程、イオン注入による素子間
分離工程などのプロセス工程を経て素子が形成されてい
る。
ミッタ層とが基板上に順次積層されてなり、これら各層
からそれぞれ電極が引き出された構造を有する。ＨＢＴ
の製造工程では、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分
子線エピタキシー）法やＭＯＣＶＤ(Metal Organic Che
mical Vapor Deposition：有機金属化学気相成長)法等
を用い、コレクタ層、ベース層、エミッタ層のキャリア
濃度を制御しながら各層構造を成長し、その後、各層の
メサ形成工程、電極形成工程、イオン注入による素子間
分離工程などのプロセス工程を経て素子が形成されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
装置の製造プロセスでは、プロセス起因のダメージが半
導体素子の特性に影響を与えることがある。例えば、ド
ライエッチング工程やイオン注入工程などにおいて結晶
中に結晶欠陥が導入されると、キャリア濃度の低下をも
たらすことがある。この場合、ダメージを受けた層のキ
ャリア濃度が結晶成長時に制御したキャリア濃度とは異
なることとなり、設計通りの素子ができないという問題
が発生する。
装置の製造プロセスでは、プロセス起因のダメージが半
導体素子の特性に影響を与えることがある。例えば、ド
ライエッチング工程やイオン注入工程などにおいて結晶
中に結晶欠陥が導入されると、キャリア濃度の低下をも
たらすことがある。この場合、ダメージを受けた層のキ
ャリア濃度が結晶成長時に制御したキャリア濃度とは異
なることとなり、設計通りの素子ができないという問題
が発生する。
【０００５】ＨＢＴでは、ベース層のキャリア濃度が低
下すると、Ｉ−Ｖ特性における立ち上がり電圧Ｖbeの低
下を引き起こすこととなる。一般に、コレクタ電流ＩC
は、 ＩC＝（ＡＶeｎi 2／Ｐb）×ｅｘｐ（ｑＶbe／ｋＴ） ＝（ＡＶeＮVＮC／Ｐb）×ｅｘｐ（ｑＶbeＥg／ｋＴ） と表される。ここで、Ａはベース−エミッタ接合面積、
Ｖeはベースに注入される電子の速度、ｎiは真性キャリ
ア濃度、Ｐbはベース濃度、Ｖbeは立ち上がり電圧、ＮV
はｐｎ接合位置での伝導帯の有効状態密度、ＮCはｐｎ
接合位置での価電子帯の有効状態密度、Ｅgはｐｎ接合
位置でのバンドギャップ、ｋはボルツマン定数、Ｔは温
度、ｑは電子の電荷である。
下すると、Ｉ−Ｖ特性における立ち上がり電圧Ｖbeの低
下を引き起こすこととなる。一般に、コレクタ電流ＩC
は、 ＩC＝（ＡＶeｎi 2／Ｐb）×ｅｘｐ（ｑＶbe／ｋＴ） ＝（ＡＶeＮVＮC／Ｐb）×ｅｘｐ（ｑＶbeＥg／ｋＴ） と表される。ここで、Ａはベース−エミッタ接合面積、
Ｖeはベースに注入される電子の速度、ｎiは真性キャリ
ア濃度、Ｐbはベース濃度、Ｖbeは立ち上がり電圧、ＮV
はｐｎ接合位置での伝導帯の有効状態密度、ＮCはｐｎ
接合位置での価電子帯の有効状態密度、Ｅgはｐｎ接合
位置でのバンドギャップ、ｋはボルツマン定数、Ｔは温
度、ｑは電子の電荷である。
【０００６】上式より、立ち上がり電圧Ｖbeは、 Ｖbe＝（Ｅg／ｑ）＋（ｋＴ／ｑ）ｌｏｇ（ＰbＩC／Ａ
ＶeＮVＮC） と表される。ここで、簡略化のためＩC、Ａ、Ｖe、
ＮV、ＮCを一定とし、ΔＰb、ΔＥgだけ変化したときに
Ｖbeがどれだけ変化するかを求めると、 ΔＶbe＝（ΔＥg／ｑ）＋（ｋＴ／ｑ）ｌｏｇ（１＋Δ
Ｐb／Ｐb） となる。
ＶeＮVＮC） と表される。ここで、簡略化のためＩC、Ａ、Ｖe、
ＮV、ＮCを一定とし、ΔＰb、ΔＥgだけ変化したときに
Ｖbeがどれだけ変化するかを求めると、 ΔＶbe＝（ΔＥg／ｑ）＋（ｋＴ／ｑ）ｌｏｇ（１＋Δ
Ｐb／Ｐb） となる。
【０００７】このように、立ち上がり電圧の変化量ΔＶ
beはベース濃度の変化量ΔＰbを含む関数によって表さ
れるので、ベース濃度Ｐbが変化することによって立ち
上がり電圧Ｖbeは変化することになる。これにより、所
望の特性を有するＨＢＴが得られないことがある。ま
た、ベース層のキャリア濃度低下は、高周波特性、特に
ｆmax低下の原因となり、歩留りを著しく低下する原因
ともなる。
beはベース濃度の変化量ΔＰbを含む関数によって表さ
れるので、ベース濃度Ｐbが変化することによって立ち
上がり電圧Ｖbeは変化することになる。これにより、所
望の特性を有するＨＢＴが得られないことがある。ま
た、ベース層のキャリア濃度低下は、高周波特性、特に
ｆmax低下の原因となり、歩留りを著しく低下する原因
ともなる。
【０００８】従来は、デバイスパラメータを様々に変化
した素子を複数試作し、これらの特性をシミュレーショ
ンによる設計値と合わせてフィードバックする方法が採
られていたが、この方法は工数がかかるため効率がよく
なかった。このため、一連のプロセス工程を経た素子の
ベース層中キャリア濃度を直接評価し、プロセス工程を
経ることによってどのようにキャリア濃度に変化が生じ
るかを把握しうる半導体装置及びキャリア濃度の測定方
法が望まれていた。
した素子を複数試作し、これらの特性をシミュレーショ
ンによる設計値と合わせてフィードバックする方法が採
られていたが、この方法は工数がかかるため効率がよく
なかった。このため、一連のプロセス工程を経た素子の
ベース層中キャリア濃度を直接評価し、プロセス工程を
経ることによってどのようにキャリア濃度に変化が生じ
るかを把握しうる半導体装置及びキャリア濃度の測定方
法が望まれていた。
【０００９】本発明の目的は、素子を構成する結晶層中
のキャリア濃度を直接測定しうる構造を有する半導体装
置及びキャリア濃度の測定方法を提供することにある。
のキャリア濃度を直接測定しうる構造を有する半導体装
置及びキャリア濃度の測定方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的は、複数の半導
体層を含む半導体素子と、少なくとも一の前記半導体層
上に形成され、ファンデァポー法により前記半導体層中
のキャリア濃度を測定するための測定用電極とを有する
ことを特徴とする半導体装置によって達成される。この
ようにして半導体装置を構成することにより、半導体装
置を製造した後に特定の層のキャリア濃度を測定できる
ので、プロセス工程を経ることによってキャリア濃度が
どのように変化するかを容易に把握することができる。
これにより、プロセス工程で低下が見込まれるキャリア
濃度を考慮して結晶成長時のキャリア濃度を設定し、所
望のデバイス特性を有する半導体装置を製造することが
できる。
体層を含む半導体素子と、少なくとも一の前記半導体層
上に形成され、ファンデァポー法により前記半導体層中
のキャリア濃度を測定するための測定用電極とを有する
ことを特徴とする半導体装置によって達成される。この
ようにして半導体装置を構成することにより、半導体装
置を製造した後に特定の層のキャリア濃度を測定できる
ので、プロセス工程を経ることによってキャリア濃度が
どのように変化するかを容易に把握することができる。
これにより、プロセス工程で低下が見込まれるキャリア
濃度を考慮して結晶成長時のキャリア濃度を設定し、所
望のデバイス特性を有する半導体装置を製造することが
できる。
【００１１】また、上記の半導体装置において、前記測
定用電極は、前記半導体層から配線を引き出すための電
極を兼ねることが望ましい。このように半導体装置を構
成すれば、半導体装置の製造工程を複雑にすることな
く、プロセス工程後におけるキャリア濃度を測定しうる
半導体装置を製造することができる。また、上記の半導
体装置において、前記半導体素子は、ヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタであることが望ましい。
定用電極は、前記半導体層から配線を引き出すための電
極を兼ねることが望ましい。このように半導体装置を構
成すれば、半導体装置の製造工程を複雑にすることな
く、プロセス工程後におけるキャリア濃度を測定しうる
半導体装置を製造することができる。また、上記の半導
体装置において、前記半導体素子は、ヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタであることが望ましい。
【００１２】また、上記の半導体装置において、前記測
定用電極が形成された前記半導体層はベース層であるこ
とが望ましい。ベース層のキャリア濃度はヘテロ接合バ
イポーラトランジスタの特性に多大な影響を与えるの
で、ベース層のキャリア濃度を管理することによって半
導体装置の歩留りを向上することができる。また、上記
の半導体装置において、少なくとも４つの前記測定用電
極を有し、複数の前記測定用電極は、互いに対称性をも
って配置されていることが望ましい。
定用電極が形成された前記半導体層はベース層であるこ
とが望ましい。ベース層のキャリア濃度はヘテロ接合バ
イポーラトランジスタの特性に多大な影響を与えるの
で、ベース層のキャリア濃度を管理することによって半
導体装置の歩留りを向上することができる。また、上記
の半導体装置において、少なくとも４つの前記測定用電
極を有し、複数の前記測定用電極は、互いに対称性をも
って配置されていることが望ましい。
【００１３】また、上記の半導体装置において、前記半
導体層は、対称性を有する形状にパターニングされてい
ることが望ましい。このように電極の配置や半導体層の
形状に対称性をもたせることにより、キャリア濃度の測
定精度を向上することができる。また、上記目的は、複
数の半導体層を有する半導体装置について、一の前記半
導体層のキャリア濃度を、ファンデァポー法を用いたホ
ール測定により測定することを特徴とするキャリア濃度
の測定方法によっても達成される。このようにしてキャ
リア濃度を測定することにより、半導体装置を製造した
後の特定の層のキャリア濃度を測定できるので、プロセ
ス工程を経ることによってキャリア濃度がどのように変
化するかを容易に把握することができる。これにより、
プロセス工程で低下が見込まれるキャリア濃度を考慮し
て結晶成長時のキャリア濃度を設定し、所望のデバイス
特性を有する半導体装置を製造することができる。
導体層は、対称性を有する形状にパターニングされてい
ることが望ましい。このように電極の配置や半導体層の
形状に対称性をもたせることにより、キャリア濃度の測
定精度を向上することができる。また、上記目的は、複
数の半導体層を有する半導体装置について、一の前記半
導体層のキャリア濃度を、ファンデァポー法を用いたホ
ール測定により測定することを特徴とするキャリア濃度
の測定方法によっても達成される。このようにしてキャ
リア濃度を測定することにより、半導体装置を製造した
後の特定の層のキャリア濃度を測定できるので、プロセ
ス工程を経ることによってキャリア濃度がどのように変
化するかを容易に把握することができる。これにより、
プロセス工程で低下が見込まれるキャリア濃度を考慮し
て結晶成長時のキャリア濃度を設定し、所望のデバイス
特性を有する半導体装置を製造することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態による半導体
装置及びその製造方法を図１乃至図４を用いて説明す
る。図１は本実施形態による半導体装置の構造を示す概
略図、図２は本実施形態によるキャリア濃度の測定方法
に用いた測定装置の一例を示す図、図３はファンデァポ
ー法における補正項の値を示すグラフ、図４は立ち上が
り電圧とキャリア濃度との関係を測定した結果を示すグ
ラフである。
装置及びその製造方法を図１乃至図４を用いて説明す
る。図１は本実施形態による半導体装置の構造を示す概
略図、図２は本実施形態によるキャリア濃度の測定方法
に用いた測定装置の一例を示す図、図３はファンデァポ
ー法における補正項の値を示すグラフ、図４は立ち上が
り電圧とキャリア濃度との関係を測定した結果を示すグ
ラフである。
【００１５】始めに、本実施形態による半導体装置の構
造について図１を用いて説明する。半絶縁性ＧａＡｓ基
板１０上には、ｉ−ＧａＡｓ層１２（膜厚約４００ｎ
ｍ）と、ｎ−ＧａＡｓよりなるサブコレクタ層１４（膜
厚約３００ｎｍ、ドナー濃度約１×１０18ｃｍ-3）と、
ｎ−ＧａＡｓよりなるコレクタ層１６（膜厚約５００ｎ
ｍ、ドナー濃度約１×１０16ｃｍ-3）と、ｐ−ＧａＡｓ
よりなるベース層１８（膜厚約１００ｎｍ、アクセプタ
濃度約３×１０19ｃｍ-3）と、ｎ−ＩｎＧａＰよりなる
エミッタ層２０（膜厚約２００ｎｍ、ドナー濃度約５×
１０17ｃｍ-3）と、ｎ−ＧａＡｓ層２２（膜厚約５０ｎ
ｍ、ドナー濃度約１×１０18ｃｍ-3）と、Ｉｎ組成を徐
々に増加してエピタキシャル成長したｎ−ＩｎＧａＡｓ
層２４（膜厚約５０ｎｍ、ドナー濃度約３×１０19ｃｍ
-3）とが順次積層されている（図１（ｃ））。ｎ−Ｇａ
Ａｓ層２２及びｎ−ＩｎＧａＡｓ層２４は、エミッタ層
２０とエミッタ電極３２との間の直列抵抗を減らすため
のエミッタキャップ層２６である。
造について図１を用いて説明する。半絶縁性ＧａＡｓ基
板１０上には、ｉ−ＧａＡｓ層１２（膜厚約４００ｎ
ｍ）と、ｎ−ＧａＡｓよりなるサブコレクタ層１４（膜
厚約３００ｎｍ、ドナー濃度約１×１０18ｃｍ-3）と、
ｎ−ＧａＡｓよりなるコレクタ層１６（膜厚約５００ｎ
ｍ、ドナー濃度約１×１０16ｃｍ-3）と、ｐ−ＧａＡｓ
よりなるベース層１８（膜厚約１００ｎｍ、アクセプタ
濃度約３×１０19ｃｍ-3）と、ｎ−ＩｎＧａＰよりなる
エミッタ層２０（膜厚約２００ｎｍ、ドナー濃度約５×
１０17ｃｍ-3）と、ｎ−ＧａＡｓ層２２（膜厚約５０ｎ
ｍ、ドナー濃度約１×１０18ｃｍ-3）と、Ｉｎ組成を徐
々に増加してエピタキシャル成長したｎ−ＩｎＧａＡｓ
層２４（膜厚約５０ｎｍ、ドナー濃度約３×１０19ｃｍ
-3）とが順次積層されている（図１（ｃ））。ｎ−Ｇａ
Ａｓ層２２及びｎ−ＩｎＧａＡｓ層２４は、エミッタ層
２０とエミッタ電極３２との間の直列抵抗を減らすため
のエミッタキャップ層２６である。
【００１６】ベース層１８及びコレクタ層１６は、同一
のメサ形状にパターニングされており、露出したサブコ
レクタ層１４上にはコレクタ電極２８が形成されている
（図１（ｃ））。ここで、ベース−コレクタのメサ形状
は、ファンデァポー（Van der Pauw）法によるホール測
定が可能な形状とする（図１（ｂ））。コレクタ電極２
８としては、例えばＡｕＧｅ／Ａｕよりなる積層膜を用
いる。
のメサ形状にパターニングされており、露出したサブコ
レクタ層１４上にはコレクタ電極２８が形成されている
（図１（ｃ））。ここで、ベース−コレクタのメサ形状
は、ファンデァポー（Van der Pauw）法によるホール測
定が可能な形状とする（図１（ｂ））。コレクタ電極２
８としては、例えばＡｕＧｅ／Ａｕよりなる積層膜を用
いる。
【００１７】エミッタ層２０及びエミッタキャップ層２
６は、同一のメサ形状にパターニングされており、露出
したベース層１８上には、ベース電極３０が形成されて
いる（図１（ｃ））。ベース電極３０は、実際にデバイ
スを使用するときの電極として機能するほか、ホール測
定を行うための電極としても機能する。図１に示す半導
体装置では、ファンデァポー法に適した電極配置とし
て、ベース層の四隅から引き出された領域上にそれぞれ
ベース電極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄを形成して
いる（図１（ｂ））。ベース電極３０としては、例えば
Ｐｄ（４０ｎｍ）／Ｚｎ（２０ｎｍ）／Ｐｔ（４０ｎ
ｍ）／Ａｕ（１００ｎｍ）よりなる積層膜を用いる。
６は、同一のメサ形状にパターニングされており、露出
したベース層１８上には、ベース電極３０が形成されて
いる（図１（ｃ））。ベース電極３０は、実際にデバイ
スを使用するときの電極として機能するほか、ホール測
定を行うための電極としても機能する。図１に示す半導
体装置では、ファンデァポー法に適した電極配置とし
て、ベース層の四隅から引き出された領域上にそれぞれ
ベース電極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄを形成して
いる（図１（ｂ））。ベース電極３０としては、例えば
Ｐｄ（４０ｎｍ）／Ｚｎ（２０ｎｍ）／Ｐｔ（４０ｎ
ｍ）／Ａｕ（１００ｎｍ）よりなる積層膜を用いる。
【００１８】エミッタキャップ層２６上には、エミッタ
電極３２が形成されている（図１（ｂ）、（ｃ））。エ
ミッタ電極３２としては、例えばＷＳｉを用いる。こう
して、ベース−エミッタ接合にＧａＡｓ−ＩｎＧａＰヘ
テロ接合を有するＨＢＴが構成されている。このよう
に、本実施形態による半導体装置は、ファンデァポー法
によりキャリア濃度を測定するための構造を有すること
に特徴がある。
電極３２が形成されている（図１（ｂ）、（ｃ））。エ
ミッタ電極３２としては、例えばＷＳｉを用いる。こう
して、ベース−エミッタ接合にＧａＡｓ−ＩｎＧａＰヘ
テロ接合を有するＨＢＴが構成されている。このよう
に、本実施形態による半導体装置は、ファンデァポー法
によりキャリア濃度を測定するための構造を有すること
に特徴がある。
【００１９】ベース層１８の形状をファンデァポー法に
よる測定パターンとすることにより、半導体装置を製造
した後にベース層のキャリア濃度を直接測定することが
できる。これにより、結晶成長段階に制御したキャリア
濃度がプロセスを経ることによってどのように変化する
かを容易に知ることができる。また、プロセス工程で低
下が見込まれるキャリア濃度を結晶成長工程にフィード
バックして制御することにより、プロセス工程を経た素
子においても設計通りのキャリア濃度が実現できる。
よる測定パターンとすることにより、半導体装置を製造
した後にベース層のキャリア濃度を直接測定することが
できる。これにより、結晶成長段階に制御したキャリア
濃度がプロセスを経ることによってどのように変化する
かを容易に知ることができる。また、プロセス工程で低
下が見込まれるキャリア濃度を結晶成長工程にフィード
バックして制御することにより、プロセス工程を経た素
子においても設計通りのキャリア濃度が実現できる。
【００２０】また、ベース電極３０がキャリア濃度の測
定に用いるための電極を兼ねるので、従来の半導体装置
の製造プロセスを変更する必要はなく、単にベース層及
びベース電極を加工するパターンを変更するだけで半導
体装置を製造することができる。次に、本実施形態によ
る半導体装置におけるキャリア濃度測定方法について説
明する。
定に用いるための電極を兼ねるので、従来の半導体装置
の製造プロセスを変更する必要はなく、単にベース層及
びベース電極を加工するパターンを変更するだけで半導
体装置を製造することができる。次に、本実施形態によ
る半導体装置におけるキャリア濃度測定方法について説
明する。
【００２１】ファンデァポー法によるキャリア濃度の測
定法では、被測定層に形成された少なくとも４つのオー
ミック電極が必要である。図１に示す半導体装置では、
被測定層がベース層１８であるので、ベース電極３０
Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄが測定用の電極に相当す
る。ベース電極３０Ａ〜３０Ｄが図１（ｂ）に示すよう
に配置されていたとすると、ベース電極３０Ａ−３０Ｂ
間に電流Ｉを流したときには電極３０Ｃ−３０Ｄ間に電
位差ＶCDが生ずる。このとき、 ＲAB,CD＝ＶCD／Ｉ なる変数を定義する。同様に、ベース電極３０Ａ−３０
Ｄ間に電流Ｉを流したときに電極３０Ｃ−３０Ｂ間に生
じる電位差をＶCDとして、 ＲAD,CB＝ＶBC／Ｉ なる変数を定義する。すると、ベース層１８のシート抵
抗ρSは、 ρS＝（π／ln2）×（（ＲAB,CD＋ＲAD,CB）／2×ｆ
（ｘ） と表すことができる。ここで、ｘは、 ｘ＝min（（ＲAB,CD／ＲAD,CB），（ＲAD,CB／
ＲAB,CD）） で表され、ｆ（ｘ）は、０＜ｘ＜１で定義される関数
で、 ln2／ｆ＝ln（2cosh（（1−ｘ）／（1＋ｘ））（ln2／
ｆ）） と表される超越方程式の解である。
定法では、被測定層に形成された少なくとも４つのオー
ミック電極が必要である。図１に示す半導体装置では、
被測定層がベース層１８であるので、ベース電極３０
Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄが測定用の電極に相当す
る。ベース電極３０Ａ〜３０Ｄが図１（ｂ）に示すよう
に配置されていたとすると、ベース電極３０Ａ−３０Ｂ
間に電流Ｉを流したときには電極３０Ｃ−３０Ｄ間に電
位差ＶCDが生ずる。このとき、 ＲAB,CD＝ＶCD／Ｉ なる変数を定義する。同様に、ベース電極３０Ａ−３０
Ｄ間に電流Ｉを流したときに電極３０Ｃ−３０Ｂ間に生
じる電位差をＶCDとして、 ＲAD,CB＝ＶBC／Ｉ なる変数を定義する。すると、ベース層１８のシート抵
抗ρSは、 ρS＝（π／ln2）×（（ＲAB,CD＋ＲAD,CB）／2×ｆ
（ｘ） と表すことができる。ここで、ｘは、 ｘ＝min（（ＲAB,CD／ＲAD,CB），（ＲAD,CB／
ＲAB,CD）） で表され、ｆ（ｘ）は、０＜ｘ＜１で定義される関数
で、 ln2／ｆ＝ln（2cosh（（1−ｘ）／（1＋ｘ））（ln2／
ｆ）） と表される超越方程式の解である。
【００２２】また、ホール係数ＲSは、 ＲS＝ΔＲAC,BD／Ｇ で表される。ここで、ΔＲAC,BDは、ベース電極３０Ａ
−３０Ｃ間に電流Ｉを流したときの、磁場Ｇを印加した
ことによるＲAC,BD（＝ＶBD／Ｉ）の変化量である。
−３０Ｃ間に電流Ｉを流したときの、磁場Ｇを印加した
ことによるＲAC,BD（＝ＶBD／Ｉ）の変化量である。
【００２３】磁場は、ベース層１８に対して垂直となる
ように印加する。測定にあたっては、〜３［ｋＧ］程度
の磁場を印加することが望ましい。ＲAB,CD、ＲAD,CB及
びＲAC,BDの値は、例えば図２に示す測定回路を構成
し、スイッチボックス４０により定電流源４２及び電圧
計４４を適宜ベース電極３０Ａ〜３０Ｄに接続すること
によって容易に測定することができる。
ように印加する。測定にあたっては、〜３［ｋＧ］程度
の磁場を印加することが望ましい。ＲAB,CD、ＲAD,CB及
びＲAC,BDの値は、例えば図２に示す測定回路を構成
し、スイッチボックス４０により定電流源４２及び電圧
計４４を適宜ベース電極３０Ａ〜３０Ｄに接続すること
によって容易に測定することができる。
【００２４】このようにして、ベース層１８のシート抵
抗ρSとホール係数ＲSとが求まれば、ベース層１８中の
平均キャリア濃度ＮS及びキャリアのホール移動度μ
Hは、電子の電荷をｑとして、 ＮS＝１／ＲSｑ、 μH＝ＲS／ρS と求めることができる。
抗ρSとホール係数ＲSとが求まれば、ベース層１８中の
平均キャリア濃度ＮS及びキャリアのホール移動度μ
Hは、電子の電荷をｑとして、 ＮS＝１／ＲSｑ、 μH＝ＲS／ρS と求めることができる。
【００２５】したがって、ベース層１８の厚さをｔとす
ると、ベース層中のキャリア濃度Ｎは、 Ｎ＝１／ＲSｑｔ となる。ファンデァポー法による測定は、測定試料の形
状に影響を受けずにキャリア濃度等の測定が可能であ
る。しかし、ｆ（ｘ）は、図３に示すような（ＲAB,CD
／ＲAD,CB）の関数で表され、ベース層の形状が対称で
ありＲAB,CDとＲAD,CBの値がほぼ等しい場合にはｆ
（ｘ）は約１となる。したがって、キャリア濃度の算出
を容易にし、且つ測定精度を向上するためには、ベース
層１８の形状及びベース電極３０Ａ〜３０Ｄの配置に対
称性をもたせることが望ましい。図１（ｂ）に示す本実
施形態による半導体装置では、略正方形のベース層１８
の四隅にベース電極３０を配置する領域を設けることに
よって対称性をもたせている。
ると、ベース層中のキャリア濃度Ｎは、 Ｎ＝１／ＲSｑｔ となる。ファンデァポー法による測定は、測定試料の形
状に影響を受けずにキャリア濃度等の測定が可能であ
る。しかし、ｆ（ｘ）は、図３に示すような（ＲAB,CD
／ＲAD,CB）の関数で表され、ベース層の形状が対称で
ありＲAB,CDとＲAD,CBの値がほぼ等しい場合にはｆ
（ｘ）は約１となる。したがって、キャリア濃度の算出
を容易にし、且つ測定精度を向上するためには、ベース
層１８の形状及びベース電極３０Ａ〜３０Ｄの配置に対
称性をもたせることが望ましい。図１（ｂ）に示す本実
施形態による半導体装置では、略正方形のベース層１８
の四隅にベース電極３０を配置する領域を設けることに
よって対称性をもたせている。
【００２６】図４は、図１に示す半導体装置を用い、立
ち上がり電圧の変化量ΔＶbeとベース層におけるホール
濃度との関係を測定した結果を示すグラフである。この
測定において立ち上がり電圧Ｖbeは、コレクタ−エミッ
タ間に３Ｖの電圧を印加し、エミッタ電流が１００μＡ
流れたときのベース−エミッタ間電圧と定義した。図示
するように、立ち上がり電圧の変化量ΔＶbeの変化に対
するベース層のキャリア濃度の変化が精度よく測定され
ている。すなわち、本実施形態によるキャリア濃度の測
定方法によってベース層中のキャリア濃度を精度よく測
定できることが判る。
ち上がり電圧の変化量ΔＶbeとベース層におけるホール
濃度との関係を測定した結果を示すグラフである。この
測定において立ち上がり電圧Ｖbeは、コレクタ−エミッ
タ間に３Ｖの電圧を印加し、エミッタ電流が１００μＡ
流れたときのベース−エミッタ間電圧と定義した。図示
するように、立ち上がり電圧の変化量ΔＶbeの変化に対
するベース層のキャリア濃度の変化が精度よく測定され
ている。すなわち、本実施形態によるキャリア濃度の測
定方法によってベース層中のキャリア濃度を精度よく測
定できることが判る。
【００２７】したがって、本実施形態によるキャリア濃
度の測定方法を用いれば、結晶成長段階で制御されたベ
ース層中のキャリア濃度とプロセス工程後のベース層の
キャリア濃度の差を正確に評価できるので、プロセス工
程で低下が見込まれるキャリア濃度を考慮して結晶成長
時のキャリア濃度を設定し、所望のデバイス特性を有す
る半導体装置を製造することができる。
度の測定方法を用いれば、結晶成長段階で制御されたベ
ース層中のキャリア濃度とプロセス工程後のベース層の
キャリア濃度の差を正確に評価できるので、プロセス工
程で低下が見込まれるキャリア濃度を考慮して結晶成長
時のキャリア濃度を設定し、所望のデバイス特性を有す
る半導体装置を製造することができる。
【００２８】また、本実施形態によるキャリア濃度の測
定方法は、ベース層中のキャリア濃度に関し、ウェーハ
間及びウェーハ面内のばらつき評価を行う際にも有効で
ある。また、ホール測定によるキャリア濃度の測定にお
いては、前述のようにキャリアのホール移動度μHを別
途求めることができる。したがって、ベース層のキャリ
ア濃度とホール移動度との関係からベース層の結晶性等
を評価することもできる。
定方法は、ベース層中のキャリア濃度に関し、ウェーハ
間及びウェーハ面内のばらつき評価を行う際にも有効で
ある。また、ホール測定によるキャリア濃度の測定にお
いては、前述のようにキャリアのホール移動度μHを別
途求めることができる。したがって、ベース層のキャリ
ア濃度とホール移動度との関係からベース層の結晶性等
を評価することもできる。
【００２９】このように、本実施形態によれば、ファン
デァポー法によりキャリア濃度を測定しうるベース層を
有するＨＢＴを構成するので、ＨＢＴを作成した後にベ
ース層のキャリア濃度を直接測定することができる。こ
れにより、結晶成長段階に制御したキャリア濃度がプロ
セスを経ることによってどのように変化するかを容易に
知ることができる。
デァポー法によりキャリア濃度を測定しうるベース層を
有するＨＢＴを構成するので、ＨＢＴを作成した後にベ
ース層のキャリア濃度を直接測定することができる。こ
れにより、結晶成長段階に制御したキャリア濃度がプロ
セスを経ることによってどのように変化するかを容易に
知ることができる。
【００３０】また、プロセス工程で低下が見込まれるキ
ャリア濃度を結晶成長工程にフィードバックして制御す
ることにより、プロセス工程を経た素子においても設計
通りのキャリア濃度が実現できる。また、ベース電極が
キャリア濃度の測定に用いるための電極を兼ねるので、
従来の半導体装置の製造プロセスを変更する必要はな
く、単に加工するパターンを変更するだけで半導体装置
を製造することができる。
ャリア濃度を結晶成長工程にフィードバックして制御す
ることにより、プロセス工程を経た素子においても設計
通りのキャリア濃度が実現できる。また、ベース電極が
キャリア濃度の測定に用いるための電極を兼ねるので、
従来の半導体装置の製造プロセスを変更する必要はな
く、単に加工するパターンを変更するだけで半導体装置
を製造することができる。
【００３１】本発明は上記実施形態に限らず種々の変形
が可能である。例えば、図１に示す半導体装置では、略
正方形のベース層の四隅からそれぞれベース電極を形成
する領域を引き出しているが、必ずしも図１に示すよう
な形状である必要はない。ベース層の形状及びベース電
極の配置は測定精度等に影響する。したがって、ベース
層の形状及びベース電極の配置は、要求される測定精度
等に応じて適宜選択することが望ましい。なお、精度の
高い測定を行うためには、ベース層の形状に対称性をも
たせることが有効である。
が可能である。例えば、図１に示す半導体装置では、略
正方形のベース層の四隅からそれぞれベース電極を形成
する領域を引き出しているが、必ずしも図１に示すよう
な形状である必要はない。ベース層の形状及びベース電
極の配置は測定精度等に影響する。したがって、ベース
層の形状及びベース電極の配置は、要求される測定精度
等に応じて適宜選択することが望ましい。なお、精度の
高い測定を行うためには、ベース層の形状に対称性をも
たせることが有効である。
【００３２】また、上記実施形態では、ＨＢＴにおける
ベース層のキャリア濃度を測定する場合の構造について
説明したが、他のデバイス構造に適用することもでき
る。特に、Ｃ−Ｖ測定によってキャリア濃度が正確に測
定できないような高濃度の結晶層におけるキャリア濃度
の測定を希望する場合には、ファンデァポー法による測
定パターンを含む半導体装置を構成することは有効であ
る。
ベース層のキャリア濃度を測定する場合の構造について
説明したが、他のデバイス構造に適用することもでき
る。特に、Ｃ−Ｖ測定によってキャリア濃度が正確に測
定できないような高濃度の結晶層におけるキャリア濃度
の測定を希望する場合には、ファンデァポー法による測
定パターンを含む半導体装置を構成することは有効であ
る。
【００３３】また、上記実施形態では、ｎｐｎトランジ
スタに適用した例を示したが、ｐｎｐトランジスタにお
いても同様に適用することができる。また、ＨＢＴに限
らず、同種の半導体の接合によって形成したバイポーラ
トランジスタにおいても本発明を適用することができ
る。
スタに適用した例を示したが、ｐｎｐトランジスタにお
いても同様に適用することができる。また、ＨＢＴに限
らず、同種の半導体の接合によって形成したバイポーラ
トランジスタにおいても本発明を適用することができ
る。
【００３４】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、複数の半
導体層を含む半導体素子と、少なくとも一の半導体層上
に形成され、ファンデァポー法により半導体層中のキャ
リア濃度を測定するための測定用電極とにより半導体装
置を構成するので、半導体装置を製造した後に特定の層
のキャリア濃度を測定することができる。これにより、
プロセス工程を経ることによってキャリア濃度がどのよ
うに変化するかを容易に把握することができる。また、
プロセス工程で低下が見込まれるキャリア濃度を考慮し
て結晶成長時のキャリア濃度を設定することにより、所
望のデバイス特性を有する半導体装置を製造することが
できる。
導体層を含む半導体素子と、少なくとも一の半導体層上
に形成され、ファンデァポー法により半導体層中のキャ
リア濃度を測定するための測定用電極とにより半導体装
置を構成するので、半導体装置を製造した後に特定の層
のキャリア濃度を測定することができる。これにより、
プロセス工程を経ることによってキャリア濃度がどのよ
うに変化するかを容易に把握することができる。また、
プロセス工程で低下が見込まれるキャリア濃度を考慮し
て結晶成長時のキャリア濃度を設定することにより、所
望のデバイス特性を有する半導体装置を製造することが
できる。
【００３５】また、測定用電極を、半導体層から配線を
引き出すための電極を兼ねれば、半導体装置の製造工程
を複雑にすることなく、プロセス工程後におけるキャリ
ア濃度を測定しうる半導体装置を製造することができ
る。また、上記の半導体装置には、半導体素子としてヘ
テロ接合バイポーラトランジスタを適用することができ
る。
引き出すための電極を兼ねれば、半導体装置の製造工程
を複雑にすることなく、プロセス工程後におけるキャリ
ア濃度を測定しうる半導体装置を製造することができ
る。また、上記の半導体装置には、半導体素子としてヘ
テロ接合バイポーラトランジスタを適用することができ
る。
【００３６】また、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
のベース層に測定用電極を設けることが有効である。ベ
ース層のキャリア濃度はヘテロ接合バイポーラトランジ
スタの特性に多大な影響を与えるので、ベース層のキャ
リア濃度を管理することによって半導体装置の歩留りを
向上することができる。また、少なくとも４つの測定用
電極を設け、複数の測定用電極を互いに対称性をもって
配置することが有効である。また、半導体層を対称性を
有する形状にパターニングすることが有効である。この
ように電極の配置や半導体層の形状に対称性をもたせる
ことにより、キャリア濃度の測定精度を向上することが
できる。
のベース層に測定用電極を設けることが有効である。ベ
ース層のキャリア濃度はヘテロ接合バイポーラトランジ
スタの特性に多大な影響を与えるので、ベース層のキャ
リア濃度を管理することによって半導体装置の歩留りを
向上することができる。また、少なくとも４つの測定用
電極を設け、複数の測定用電極を互いに対称性をもって
配置することが有効である。また、半導体層を対称性を
有する形状にパターニングすることが有効である。この
ように電極の配置や半導体層の形状に対称性をもたせる
ことにより、キャリア濃度の測定精度を向上することが
できる。
【００３７】また、複数の半導体層を有する半導体装置
について、一の半導体層のキャリア濃度を、ファンデァ
ポー法を用いたホール測定により測定すれば、半導体装
置を製造した後の特定の層のキャリア濃度を直接測定で
きるので、プロセス工程を経ることによってキャリア濃
度がどのように変化するかを容易に把握することができ
る。これにより、プロセス工程で低下が見込まれるキャ
リア濃度を考慮して結晶成長時のキャリア濃度を設定
し、所望のデバイス特性を有する半導体装置を製造する
ことができる。
について、一の半導体層のキャリア濃度を、ファンデァ
ポー法を用いたホール測定により測定すれば、半導体装
置を製造した後の特定の層のキャリア濃度を直接測定で
きるので、プロセス工程を経ることによってキャリア濃
度がどのように変化するかを容易に把握することができ
る。これにより、プロセス工程で低下が見込まれるキャ
リア濃度を考慮して結晶成長時のキャリア濃度を設定
し、所望のデバイス特性を有する半導体装置を製造する
ことができる。
【図１】本発明の一実施形態による半導体装置の構造を
示す概略図である。
示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態によるキャリア濃度の測定
方法に用いた測定装置の一例を示す図である。
方法に用いた測定装置の一例を示す図である。
【図３】ファンデァポー法における補正項を示すグラフ
である。
である。
【図４】本発明の一実施形態による半導体装置において
立ち上がり電圧とキャリア濃度との関係を測定した結果
を示すグラフである。
立ち上がり電圧とキャリア濃度との関係を測定した結果
を示すグラフである。
１０…ＧａＡｓ基板 １２…ｉ−ＧａＡｓ層 １４…サブコレクタ層 １６…コレクタ層 １８…ベース層 ２０…エミッタ層 ２２…ｎ−ＧａＡｓ層 ２４…ｎ−ＩｎＧａＡｓ層 ２６…エミッタキャップ層 ２８…コレクタ電極 ３０…ベース電極 ３２…エミッタ電極 ４０…スイッチボックス ４２…低電流源 ４４…電圧計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩井 大介 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 今西 健治 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】 複数の半導体層を含む半導体素子と、 少なくとも一の前記半導体層上に形成され、ファンデァ
ポー法により前記半導体層中のキャリア濃度を測定する
ための測定用電極とを有することを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体装置において、 前記測定用電極は、前記半導体層から配線を引き出すた
めの電極を兼ねることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の半導体装置におい
て、 前記半導体素子は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項４】 請求項３記載の半導体装置において、 前記測定用電極が形成された前記半導体層はベース層で
あることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
半導体装置において、 少なくとも４つの前記測定用電極を有し、 複数の前記測定用電極は、互いに対称性をもって配置さ
れていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
半導体装置において、 前記半導体層は、対称性を有する形状にパターニングさ
れていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項７】 複数の半導体層を有する半導体装置につ
いて、一の前記半導体層のキャリア濃度を、ファンデァ
ポー法を用いたホール測定により測定することを特徴と
するキャリア濃度の測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10627197A JPH10303211A (ja) | 1997-04-23 | 1997-04-23 | 半導体装置及びキャリア濃度の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10627197A JPH10303211A (ja) | 1997-04-23 | 1997-04-23 | 半導体装置及びキャリア濃度の測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10303211A true JPH10303211A (ja) | 1998-11-13 |
Family
ID=14429429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10627197A Withdrawn JPH10303211A (ja) | 1997-04-23 | 1997-04-23 | 半導体装置及びキャリア濃度の測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10303211A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6144040A (en) * | 1999-01-22 | 2000-11-07 | Lucent Technologies Inc. | Van der pauw structure to measure the resistivity of a doped area under diffusion areas and gate structures |
| KR100653576B1 (ko) | 2006-06-01 | 2006-12-05 | 한국표준과학연구원 | 밴더파우법을 이용한 금속 도전율 측정 전극 및 온도조절장치 |
| CN117894792A (zh) * | 2024-03-15 | 2024-04-16 | 芯联越州集成电路制造（绍兴）有限公司 | Wat测试结构 |
-
1997
- 1997-04-23 JP JP10627197A patent/JPH10303211A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6144040A (en) * | 1999-01-22 | 2000-11-07 | Lucent Technologies Inc. | Van der pauw structure to measure the resistivity of a doped area under diffusion areas and gate structures |
| KR100653576B1 (ko) | 2006-06-01 | 2006-12-05 | 한국표준과학연구원 | 밴더파우법을 이용한 금속 도전율 측정 전극 및 온도조절장치 |
| CN117894792A (zh) * | 2024-03-15 | 2024-04-16 | 芯联越州集成电路制造（绍兴）有限公司 | Wat测试结构 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040706 |