RU2725105C1 - Способ измерения переходного контактного сопротивления омического контакта - Google Patents

Способ измерения переходного контактного сопротивления омического контакта Download PDF

Info

Publication number
RU2725105C1
RU2725105C1 RU2019144512A RU2019144512A RU2725105C1 RU 2725105 C1 RU2725105 C1 RU 2725105C1 RU 2019144512 A RU2019144512 A RU 2019144512A RU 2019144512 A RU2019144512 A RU 2019144512A RU 2725105 C1 RU2725105 C1 RU 2725105C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
resistance
contact
measurement
semiconductor
metallization
Prior art date
Application number
RU2019144512A
Other languages
English (en)
Inventor
Михаил Николаевич Кондаков
Алексей Владимирович Черных
Сергей Иванович Диденко
Николай Иванович Полушин
Сергей Владимирович Черных
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority to RU2019144512A priority Critical patent/RU2725105C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2725105C1 publication Critical patent/RU2725105C1/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/08Measuring resistance by measuring both voltage and current

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области технологии изготовления изделий микроэлектроники, в частности к контролю контактных сопротивлений омических контактов к полупроводниковым слоям на технологических этапах производства. Сущность: способ измерения переходного контактного сопротивления, заключающийся в измерении сопротивления току, протекающему под контактом, расположенным между двумя крайними, через которые подается ток и с которых снимается напряжение, отличающийся тем, что используется набор полосковых омических контактов и измеряется их сопротивление в зависимости от длины полосков, при этом измерение слоевого сопротивления металлизации и измерение слоевого сопротивления полупроводника вне контакта производится отдельными методами. Технический результат заключается в измерении ρс учетом слоевого сопротивления полупроводника под омическим контактом R, упрощенной технологии изготовления тестовых структур, не требующей допыления толстой металлизации на короткие электроды, а также создании контактных площадок для измерения потенциала на них. 3 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике. Область применения -технология изделий микроэлектроники, в частности контроль контактных сопротивлений омических контактов к полупроводниковым слоям на технологических этапах производства.
Общеизвестен метод длинной линии (TLM - Transmission Line Method) [Shockley], который основан на измерении зависимости общего сопротивления RT двух одинаковых омических контактов от расстояния между ними
Figure 00000001
, получаемая зависимость строится в координатах
Figure 00000002
и из ее пересечения с осью ординат извлекается значение контактного сопротивления Rc, а из экстраполяции к оси абсцисс может быть найдено значение характеристической длины втекания тока под омический контакт LT, тогда значение переходного контактного сопротивления ρс определяется как:
Figure 00000003
К недостаткам метода относится необходимость знания слоевого сопротивления под контактом Rsk, значение которого может отличаться от слоевого сопротивления полупроводниковой пленки Rsh, по причине вплавления металлизации в полупроводник или диффузии из контактной металлизации в полупроводник во время отжига и др. Вычисление корректного значения LT также требует знания Rsk. Таким образом, принимая Rsk=Rsh, измерения ρс может быть произведено с большой погрешностью.
Известен метод ((separate current and voltage measurement)) для определения R& [Reeves & Harrison_1982]. Тестовый элемент состоит из 3х площадок омических контактов. Для измерения остаточного сопротивления ток I0 пропускается через электроды 1 и 2, а остаточное напряжение VE снимается с электродов 2 и 3. RE и ρс определяются по следующим формулам:
Figure 00000004
Figure 00000005
где w и d - ширина и длина контактной площадки, соответственно.
Известен метод «extra resistance measurement» (ERM) [Reeves & Harrison_1982], заключающийся в измерении сопротивлений R12, R23 и R13, где индексами 1 и 3 обозначены две крайние площадки, а индексом 2 площадка, находящаяся посередине, для тестового элемента, содержащего три прямоугольные контактные площадки так, что одна находится между двумя другими. Re рассчитывается по следующим формулам:
Figure 00000006
Figure 00000007
Figure 00000008
Figure 00000009
где Rc0 - контактное сопротивление двух крайних контактов,
Figure 00000010
и
Figure 00000011
- расстояние между контактными площадками, Rc - контактное сопротивление среднего контакта. ρс рассчитывается по формуле (3).
Недостатком методов, основанных на определении RE, является необходимость изготовления тестов, состоящих из трех площадок, причем средняя площадка должна быть по длине сравнима с LT, что сильно усложняет изготовление тестов для контактов с низким сопротивлением (10-6 Ω⋅мм2 > ρc), так как требуется допыление толстой металлизации для уменьшения ее слоевого сопротивления с целью получения эквипотенциального среднего металлического электрода.
Наиболее близким к заявленному изобретению является метод [Floyd_1994], лишенный вышеописанных недостатков, в котором предложено использовать сстандартную структуру TLM к которой добавлены две дополнительные крайние площадки, а к площадкам TLM добавлены дополнительные выводы вне области мезы. Через две крайние площадки пропускается ток, напряжение снимается с внутренних площадок, также как в методе TLM. Принцип состоит в том, что при определенной длине ток протекает не только через полупроводник, но и частично через металлизацию. Данный способ позволяет измерять Rsk без определения RE, а также учитывать слоевое сопротивление металлизации. Недостатком метода является то, что TLM электроды не являются эквипотенциальными, что затрудняет измерение напряжения с них.
Техническим результатом настоящего изобретения является измерение ρc с учетом слоевого сопротивления полупроводника под омическим контактом Rsk, а также упрощенная технология изготовления тестовых структур, не требующая допыления толстой металлизации на короткие электроды, а также создания контактных площадок для измерения потенциала на них.
Сущность изобретения заключается в измерении сопротивления Rx протеканию электрического тока через набор нескольких омических контактов, расположенных между двумя крайними, на которые подается разность потенциалов. Сопротивление Rx в зависимости от длины единичного среднего контакта d определяется по следующей формуле:
Figure 00000012
где RT(d) - общее сопротивление между двумя крайними контактными площадками с длинами d0>>LT,
Figure 00000013
и
Figure 00000014
- расстояния между соответствующими контактными площадками.
Изобретение поясняется приведенными ниже чертежами:
На фиг. 1 показана принципиальная конструкция тестового элемента, где к активной области сформированы контактные площадки между которыми сформирован набор контактных площадок омических контактов.
На фиг. 2 представлена электрическая схема, описывающая метод.
На фиг. 3 представлен пример экспериментальной зависимости сопротивления тестовой структуры Rx от длины контактвых площадок d и ее аппроксимации теоретическим выражением.
Способ измерения состоит в следующем. На крайние площадки подается электрический ток и с них же происходит измерение напряжения, сопротивление Rx находится как отношение измеренного напряжения к пропускаемому току.
Принцип основан на том, что существуют два пути протекания тока через область контактных площадок, расположенных посередине, - через полупроводник и через слоевое сопротивление металла. В случае, когда d>>LT ток будет втекать в омический контакт, протекать через металлизацию и снова втекать в полупроводник с противоположной стороны площадки и значение Rx(d) будет стремиться к:
Figure 00000015
где Rsm - слоевое сопротивление металлизации омического контакта, которое измеряется на отдельной тестовой структуре в виде полоска. Для другого крайнего случая, когда d<<LT, большая часть тока будет протекать через полупроводник:
Figure 00000016
Из зависимости Rx(d) вычисляется значение Rsk. Для этого численно решается система дифференциальных уравнений Кирхгофа (11) и (12), описывающих эквивалентную схему, представленную на фиг. 2:
Figure 00000017
Figure 00000018
При этом задаются следующие граничные условия:
Figure 00000019
Figure 00000020
Падение напряжения в контакте прямоугольной формы описывается уравнением:
Figure 00000021
Следовательно, зависимость Rx(d) представляется как:
Figure 00000022
Значения Rsk и LT находятся из аппроксимации экспериментальной зависимости Rx от d выражением (16). ρс рассчитывается по формуле (1). Для увеличения точности аппроксимации определение Rsh производится стандартным TLM методом, Rsm [Ω/квадрат] измеряется с помощью полоскового теста шириной а и длиной N⋅a, где а - число квадратов.
Реализация способа может быть осуществлена с использованием стандартного метода Кельвина. Далее представлен один из примеров реализации предлагаемого изобретения:
а) Измеряемый образец - омический контакт к эпитаксиальной гетероструктуре Al0,3Ga0,7N(26 HM)/GaN, выращенной МОС-гидридной эпитаксией на подложке сапфира. Контакт изготавливается посредством напыления системы металлизации Ti/Al/Mo/Au (15/60/55/50 нм) и последующего отжига 850°С в течение 30 с. Перед напылением контактной металлизации поверхность полупроводника обрабатывается в водном растворе HCl в соотношении 1:1 в течение 1 мин.
б) Тестовая структура формируется посредством изоляции реактивным ионно-лучевым травлением в атмосфере C3F8. Формирование рисунка металлизации омического контакта и контактных площадок Ti/Au (40/1000 нм) производится с помощью «lift-off» процесса.
в) Тестовая структура включает тесты, содержащие две крайние контактные площадки длиной 100 мкм с допыленной толстой металлизацией, между которыми находятся контактные площадки (полоски) длиной от 1.5 до 200 мкм (от 3 до 6 площадок в зависимости от длины). Для измерения слоевого сопротивления полупроводника Rsh используются TLM-структура, состоящая из восьми квадратных контактных площадок размером 100×100 мкм, расположенных друг от друга на расстояниях 5, 10, 15, 20, 25, 30 и 35 мкм. Определение слоевого сопротивления металлизации проводится с помощью полоскового теста шириной а и длиной N⋅a, где а - число квадратов.
г) Измерения сопротивления Rx проводятся методом Кельвина с использованием измерителя Agilent В1500 и зондовой станции;
д) Обработка результатов измерений проводится в среде Maple, в которой решется система дифференциальных уравнений (11) и (12), затем используя выражения (15) и (16) проводится аппроксимация зависимости Rx(d) и из аппроксимации вычисляется значение Rsk. Пример аппроксимированной зависимости Rx от d представлен на фиг. 3. Из апроксимации с учетом Rsh = 327 Ω/квадрат и Rsm = 2.4 Ω/квадрат находятся значения Rsk = 300 Ω/квадрат, LT = 2.25 мкм, Rc = 0.65 Ом⋅мм и ρс = 1.52⋅10-5 Ом⋅см2.
Метод позволяет:
Измерять контактное сопротивления с учетом изменения слоевого сопротивления полупроводника под контактом.
Отказаться от измерений потенциала на коротких площадках, находящихся между крайними контактными площадками, что позволяет не производить допыление толстой металлизации на них.
Измерять контакты с LT менее 1 мкм и контактным сопротивлением ниже 10-6 Ом⋅см2, для этого необходимо уменьшать длину полосков до значений менее 1 мкм (например с использованием электронной литографии).

Claims (3)

  1. Способ измерения переходного контактного сопротивления, заключающийся в измерении сопротивления току, протекающему под контактом, расположенным между двумя крайними, через которые подается ток и с которых снимается напряжение, отличающийся тем, что используется набор полосковых омических контактов и измеряют их сопротивление в зависимости от длины полосков, при этом измерение слоевого сопротивления металлизации и измерение слоевого сопротивления полупроводника вне контакта производится отдельными методами, а слоевое сопротивление под контактом определяется исходя из аппроксимации, полученной экспериментальной кривой сопротивления полосковых контактов от их длины зависимостью, находимой из решения системы уравнений Кирхгофа
  2. Figure 00000023
  3. где ρс - переходное контактное сопротивление; Rsk - слоевое сопротивление под контактом; Rsm - слоевое сопротивление металлизации омического контакта; I1 и I2 - токи, протекающие через металлизацию омического контакта и полупроводник под ним, соответственно; х - координата.
RU2019144512A 2019-12-27 2019-12-27 Способ измерения переходного контактного сопротивления омического контакта RU2725105C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144512A RU2725105C1 (ru) 2019-12-27 2019-12-27 Способ измерения переходного контактного сопротивления омического контакта

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144512A RU2725105C1 (ru) 2019-12-27 2019-12-27 Способ измерения переходного контактного сопротивления омического контакта

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2725105C1 true RU2725105C1 (ru) 2020-06-29

Family

ID=71509817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019144512A RU2725105C1 (ru) 2019-12-27 2019-12-27 Способ измерения переходного контактного сопротивления омического контакта

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2725105C1 (ru)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU397860A1 (ru) * 1970-11-27 1973-09-17 Фотоэлектрический способ измерения микронеоднородности удельного сопротивления
JPS5852840A (ja) * 1981-09-24 1983-03-29 Toshiba Corp オ−ミツク接触抵抗の測定方法
JPS60103636A (ja) * 1983-11-10 1985-06-07 Fujitsu Ltd 化合物半導体基板の抵抗率測定方法
SU1164613A1 (ru) * 1982-02-17 1985-06-30 Львовский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола Устройство дл измерени сопротивлений омических контактов интегральных схем
SU1599800A1 (ru) * 1987-06-14 1990-10-15 Научно-Исследовательский Институт Прикладных Физических Проблем Им.А.Н.Севченко Белорусского Государственного Университета Им.В.И.Ленина Способ измерени удельного сопротивлени в полупроводниках
RU2152045C1 (ru) * 1999-03-10 2000-06-27 Градобоев Александр Васильевич Способ определения контактного сопротивления диода ганна (варианты)
JP2006278421A (ja) * 2005-03-28 2006-10-12 Oki Electric Ind Co Ltd 電気抵抗測定用構造体およびコンタクト抵抗評価方法
RU186972U1 (ru) * 2018-04-09 2019-02-12 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" Устройство для контроля удельного сопротивления омических контактов к полупроводниковым слоям
US20190237369A1 (en) * 2017-06-07 2019-08-01 Xidian University Method for characterizing ohmic contact electrode performance of semiconductor device

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU397860A1 (ru) * 1970-11-27 1973-09-17 Фотоэлектрический способ измерения микронеоднородности удельного сопротивления
JPS5852840A (ja) * 1981-09-24 1983-03-29 Toshiba Corp オ−ミツク接触抵抗の測定方法
SU1164613A1 (ru) * 1982-02-17 1985-06-30 Львовский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола Устройство дл измерени сопротивлений омических контактов интегральных схем
JPS60103636A (ja) * 1983-11-10 1985-06-07 Fujitsu Ltd 化合物半導体基板の抵抗率測定方法
SU1599800A1 (ru) * 1987-06-14 1990-10-15 Научно-Исследовательский Институт Прикладных Физических Проблем Им.А.Н.Севченко Белорусского Государственного Университета Им.В.И.Ленина Способ измерени удельного сопротивлени в полупроводниках
RU2152045C1 (ru) * 1999-03-10 2000-06-27 Градобоев Александр Васильевич Способ определения контактного сопротивления диода ганна (варианты)
JP2006278421A (ja) * 2005-03-28 2006-10-12 Oki Electric Ind Co Ltd 電気抵抗測定用構造体およびコンタクト抵抗評価方法
US20190237369A1 (en) * 2017-06-07 2019-08-01 Xidian University Method for characterizing ohmic contact electrode performance of semiconductor device
RU186972U1 (ru) * 2018-04-09 2019-02-12 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" Устройство для контроля удельного сопротивления омических контактов к полупроводниковым слоям

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10755990B2 (en) Method for characterizing ohmic contact electrode performance of semiconductor device
CN109444551B (zh) 半导体方块电阻的测试方法及测试电路
CN105891693A (zh) 一种通过电流拟合检测GaN基HEMT退化的方法
CN107037284A (zh) 测量以半导体为衬底的石墨烯微区迁移率的方法
Vandamme et al. 1/f noise in homogeneous and inhomogeneous media
CN111474456B (zh) 一种霍尔效应电压确定方法及霍尔测试系统
RU2725105C1 (ru) Способ измерения переходного контактного сопротивления омического контакта
CN102074550B (zh) 一种测量半导体器件欧姆接触退化芯片及方法
CN109545699B (zh) 一种测量SiC衬底背面欧姆接触的比接触电阻率的方法
Pan et al. Analytical and finite-element modeling of a two-contact circular test structure for specific contact resistivity
CN106684011B (zh) 测试欧姆接触区方块电阻的方法
US20080100311A1 (en) Electrical Measurement Of The Thickness Of A Semiconductor Layer
JP4586646B2 (ja) コンタクト抵抗評価方法及びコンタクト抵抗評価用構造体
JP6451881B1 (ja) シリコン層の評価方法およびシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法
US20230152164A1 (en) High-sensitivity silicon carbide integratable temperature sensor
RU186972U1 (ru) Устройство для контроля удельного сопротивления омических контактов к полупроводниковым слоям
CN106783661B (zh) 基于垂直测试图形的欧姆接触区方块电阻测试方法
Sheremet Metrological aspects of measuring resistance of ohmic contacts
CN106684010B (zh) 基于垂直测试图形的有源区方块电阻测试方法
CN108197359B (zh) 一种欧姆接触电极有效宽度的计算和判定方法
CN111211112B (zh) 一种集成式GaN器件实时测温系统及其制备方法
CN201859879U (zh) 一种测量半导体器件欧姆接触退化芯片
RU171464U1 (ru) Тестовая структура для измерения удельного сопротивления омических контактов
CN113740608B (zh) 一种ctlm比接触电阻测量装置及比接触电阻测量设备
US11703537B2 (en) Method and apparatus for analysis of interface state of MIS-HEMT device

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20210920