TW200400582A - Voltage tolerance measuring method of semiconductor epi-wafer and semiconductor epi-wafer - Google Patents

Description

200400582 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 係關於一種半導體蟲晶晶圓之耐壓測定方法及半 導體磊晶晶圓。 【先前技術】 上近年，期望使用於移動體通信的基地台與衛星通信等之 " ET (%效電晶體）的更進一步之高輸出化。於實現該 同輸出化之方法之一，有使外加至FET之動作電壓昇高之方 法，該動作電壓為2端子耐壓限制，而有測定該2端子耐壓 之必要。又’所謂2端子耐壓，係例如以「於閘極-汲極間 外加逆方向電壓時，每1 閘極寬度1 mA的電流流到2端 子間又電壓」定義之電壓值。而且，先前於作為基板的晶 圓’將適當的層層積，製作具備蕭特基電極（閘極）及歐姆電 極（源極、汲極）之實際裝置，於蕭特基電極-歐姆電極間外 加電壓。 但是’於前述之先前的半導體磊晶晶圓的耐壓測定方法 ’存在如下之課題。亦即，製作實際裝置於晶圓上之後， 因為進行耐壓測定，該晶圓判斷為不合格時，會產生時間 及成本的極大損失。又，即使藉由製作容易的大裝置（較實 際裝置大的尺寸的測定用裝置）進行耐壓測定，也需要用作 閘極用的蕭特基電極的圖案形成及用作源極/汲極用的歐 姆電極的圖案形成的至少2次的圖案形成，有所謂於該製作 過程中花費極大的時間及勞力之問題。 【發明内容】 81969.doc 200400582 本發月係為了解決前述的課題而形成，其目的在於提供 種"、J走各易的半導體暴晶晶圓的耐恩測定方法及耐壓佳 半導體磊晶晶圓。 關於本發明之半導體mm的耐壓測定方法，其特徵 在万、开/成&半導體暴晶晶圓上之複數的蕭特基電極之中， 外加電壓於至少-對的電極，測定電極間耐壓。 於該半㈣^㈣的耐壓敎方法巾，電極間的耐壓 不而要默姆私極而只以蕭特基電極測定。因此，因為省 略形成歐姆電極之步驟，可將半導體蟲晶晶圓容易供作耐 u疋4 n可容易地進行半導體m圓的耐壓 測足。又’因為由晶圓製作實際裝置之前測定電極間耐壓 可將不η格的晶圓轉送至實際裝置製作步驟之前排除在 外二因此’比較起於實際裝置製作後，敎電極間耐壓之 先前測定方法，可謀求時間及成本的損失的減低。 又，形成各蕭特基電極之際，半導體蟲晶晶圓的表面為 平一係為理心。此時^蕭特基電極的形成之際，因為不要 姓刻晶圓表面之步驟，可短縮於電極的形成所要之時間。 又各蕭特基電極形成於同一面上係為理想。此時，藉 由微影步驟，可容易地形成蕭特基電極。 又，蕭特基電極的材料，包含具備An、Pt、Pd、W、Ti A1及Ni〈群的-個係為理想。如此，藉由選擇適合蕭特 基電極之材料，可進行更確實的耐壓測定。 〆又:於電壓外加前’以包含鹽酸、磷酸、氨、硫酸、過 氧化氫水的至少-種之洗淨液，將半導體蟲晶晶圓的表面 81969.doc 200400582 淨係為理w此時，因為可除去形成於半導體蟲晶晶圓 表面之氧化膜等的異物’可抑制漏電流，可測定更正確的 電極間耐壓。 又’半導體系晶晶®的構造為由高電子移動率電晶體用 ^晶晶圓構造，除去接觸層之構造係為理想。此時，可實 貝的作Μ作為男際裝置的高電子移動率電晶體的耐壓測定 同等的測定。 又，半導體蟲晶晶圓的材料，為以AlxGayini_x-yN(〇h ^ O^y^l ^ x+y^l)> AlxGaylnl-x-yAs (O^x^l ^ 〇^y 2、x+y$ 1)及AlxGayInl_x_yp (〇^xg 卜 i、x+y$ u 的任一個表示之化合物係為理想。 又，於半導體磊晶晶圓上，作為蕭特基電極，形成各個 對應於實際裝置的閘極、源極及汲極之第i電極、第2電極 及第3電極係為理想。此時，假定第丨電極、第2電極及第^ 電極為㈣裝置的閘極、源極及沒極，例如，可使源極_沒 極間的距離與閘極長度等至期望的狀態作耐壓測定。因此 ，可得近似於要求之實際裝置的電極間耐壓之耐壓值。 又，第2電極及第3電極的互相相對之側的角部為曲面狀 係為理想。此時，因為可抑制發生於鄰接之第2電極及第3 電極之間之電弧放電，可進行更確實的耐壓測定。 又，第1電極的寬度為〇·8 以上5 μιη以下，第i電極與 第2電極的距離及第丨電極與第3電極的距離為〇.8 以上 20 μιη以下係為理想。如此，電極的尺寸大時，藉由貼緊曝 光，可容易地製作蕭特基電極。 81969.doc 200400582 又’電壓外加前’於第礴極及第3電極之間外加定電流 係為理想。此時，藉由所謂通電應力謀求第1極及第3電 極之間的耐壓特性的安定化。 關於本發明之半_晶晶圓，其特徵係閘極沒極間距 離為U，用作於閘極與沒極之間要求耐壓…之㈣的基板 ’以第1電極與第3電極的距離為[2時’以前述耐恩測定方 法測定之第1電極與第3電極之間的耐壓¥2滿足下記式 V2> V1XL2/L1 ···⑴ 於孩半導體暴晶晶圓’因為第1€極與第3電極之間的耐 =V2滿足⑴式，由該晶圓製作之實際裝置（fet)的耐壓易 變為要求之耐壓幻以上。因此，可得耐壓佳之晶圓。 【實施方式】 以下參照添附圖面詳細地說明關於本發明之半導體系 晶晶圓的耐壓測定方法的適當的實施方式。圖i係為顯:供 作耐壓測定之半導體磊晶晶圓之平面圖。 如於圖1所顯示，於半導體磊晶晶圓（以下，單稱為晶圓）ι〇 上，形成3個蕭特基電極12。該晶圓1〇係最上層（蓋層）為n 土 GaN初晶層，得到適當的半導體製造步驟，製作為實際 裝置之琢放黾R曰骨豆（FET)。該晶圓1〇表面為略平坦面，於該 同面上形成蕭特基電極12。又，蕭特基電極12藉由後述 之方法形成於晶圓1 〇上。 3個蕭特基電極12成為對應於為實際裝置之fet的閘極、 源極及;及極之形狀。亦即，蕭特基電極（第丨電極）14具備對應 万；閘極<形狀，蕭特基電極（第2電極）16及蕭特基電極（第3 81969.doc 200400582 電極）18分別具備對應於源極及汲極之形狀。 對應於閘極之蕭特基電極14，以離間之2個的方形電極 14a及連接該方形電極14a、14a間之直線狀電極構成。 直線狀電極14b的寬度（對應於FET的閘極長度；圖中的左右 方向的長度）為1 μιη，又，直線狀電極14b的長度（對應於FET 的閘極寬度；圖中的上下方向的長度）*100μηι。分別對應 於源極及汲極之蕭特基電極16及蕭特基電極18夾住蕭特基 電極14的直線狀電極14b而相對，並具有長邊沿著蕭特基電 極14的延長方向之略長方形狀。亦即，蕭特基電極16及蕭 特基電極18，對於蕭特基電極14的直線狀電極14b呈略對稱 的形狀。 而且’該等蕭特基電極16及蕭特基電極18的角部之中， 電極16、18彼此互相地相對之側的角部成為圓滑的曲面狀 ，該側面為與圓柱表面的曲面約略同樣。藉由使蕭特基電 極16及蕭特基電極18的角邵成如此形狀，比較起角部為直 角時，可抑制發生於電極16、18間之電弧放電的發生。又 ’蕭特基電極12因為對應於實際裝置之源極及汲極而形成 ’測定之耐壓成為近於實際裝置的電極間耐|之值。 又’ 3個的蕭特基電極12以Au構成。再者，蕭特基電極12 除了 Au之外，可選擇以Pt、Pd、W、Ti、A卜奶的任一個 作為材料，又，為包含Au、Pt、Pd、W、Ti、Al、Ni的任 一個之合金亦佳。如此，藉由選擇適合於蕭特基電極12之 材料，可更確實地進行後述之耐壓測定。該蕭特基電極12 適合形成多層構造，此時各層材料由前述材料選擇。又， 81969.doc -10- 200400582 該等的蕭特基電極12於晶圓10上藉由舉離加工以形成。以 下，一面參照圖2，一面說明關於於晶圓10上，形成蕭特基 電極12之方法。 首先，於晶圓10上的全面，塗上為感光性樹酯之負型的 光阻20 (參照圖2(a))。然後，於塗上之光阻20上重疊以路等 圖案形成成上述蕭特基電極12形狀（圖中的梨皮面部分）之 石英遮罩22,並且將晶圓1〇及石英遮罩22緊貼（參照圖2(b)) ，由石英遮罩22的上方以水銀燈（未圖示）照射紫外線。如此 ’藉由採用將晶圓10及石英遮罩22緊貼而曝光的所謂緊貼 曝光法’可簡單地使晶圓1 〇曝光。藉此，曝光之部分的電 阻20變為不溶性。 其後’除去石英遮罩22，並藉由顯影，轉印石英遮罩22 的圖案的反圖案至晶圓10上（參照圖2(c))。於形成如此形成 反圖案的光阻20之晶圓1〇，藉由EB蒸鍍層積八11層24 (參照 圖2((d))。然後，最後藉由除去光阻2〇及層積於光阻上之

Au層24 (所謂舉離），形成期望形狀的蕭特基電極12 (參照 圖 2(e))。 ·、 經由如同以上的蕭特基電極12製作步驟（微影步驟），於晶 圓10的表㈣成蕭特基電極12。亦即，製㈣特基電極12 之際’不進行晶圓10表面的蝕刻。如此，因為不要需要極 大時間之触刻步驟，可謀求蕭特基電極12製作時間的縮短 化。 其次，說明關於測定如同以上形成之蕭特基電極12的耐 恩之方法。又，於本實施方式所謂「耐壓」，係為於外加使 81969.doc -11 - 200400582 直流電流由蕭特基電極18流到蕭特基電極14之電壓時，蕭 特基電極14的每1 mm長度，於蕭特基電極抖及蕭特基電極 18之間1 mA的電流流動時的電壓。亦即，於實際裝置（fet) ’顯示「每閘極寬度i mm，i mA的電流於閘極沒極間流 動時的電壓」。因此，例如蕭特基電極14的長度（實際裝置 的閘極寬度）為100 μιη時，於蕭特基電極丨4 (對應於實際裝 置的閘極）及蕭特基電極18 (對應於實際裝置的汲極）之間 ，10-4Α流動時的電壓為「耐壓」。 如於圖3所顯示，形成將蕭特基電極18接地，並於蕭特基 電極14外加負電壓之類的直流電路26。然後，於耐壓測定 之前，只外加10 μΑ的定電流10秒。一般知道流過電流後， 耐壓提昇，如此於電路26流過定電流，藉由由蕭特基電極 18給與通電應力至蕭特基電極14，耐壓特性安定。其後， 於電路2 6流過直流電流，進行耐壓測定。 此時，由蕭特基電極18流往晶圓1〇之電流，因為係接觸 電阻小的蕭特基順方向，電流平順地流過。亦即，對應於 貝際裝置的汲極之蕭特基電極1 8，與歐姆電極同樣地起作 用。因此’並非於晶圓1 0上形成歐姆電極而進行蕭特基電 極14的耐壓測定。因此，比除了蕭特基電極之外，還要於 晶圓10上形成歐姆電極之先前的耐壓測定方法，可容易地 製作具有電極12之晶圓1〇。 繼之，於電路26，於圖4顯示由0V逐漸地將電壓增加時的 圖。該圖的橫軸為外加電壓的值，縱軸為於蕭特基電極14 與蕭特基電極1 8之間流動之電流的值。如同由該圖明白， 81969.doc -12- 200400582 電流值W肖地升至電壓2V左右。其後，電流因為係蕭特基 反方向而應飽和，但未可確認電流值的明確飽和。如此一 來，精確度請測定耐壓係為困難。因此’發日月者們深度 研究的結果發現’未可確認電流值的明確飽和係因漏電流 ’若以鹽酸除去成為漏電流的原因之電極12間的晶圓表面 的氧化膜即可。 隨之’以Μ酸進行電極12間的晶圓表面的氧化膜除去後 ’再度測定。於圖5顯示該測定結果的圖。橫轴及縱轴與圖 4的圖同I如同由該圖而明白’可確認電流值的明確飽和 ’崩潰電壓為約32V。而且’因為蕭特基電極14的長度為ι〇〇 μΓΠ，讀取於蕭特基電極14與蕭特基電極18之間，1〇_4八的 電流流動時的電壓值(耐壓）’即知為約38ν。如此，耐壓的 測定完了。 、以上，如詳細地說明，藉由提供形成有電極12之晶圓10 於耐壓測定試驗，電極14、18間的耐壓不需要歐姆電極而 、蕭特基廷極測足。因此，因為省略形成歐姆電極之步 驟，電極12可只以！次的微影步驟形成。藉此，因為可容易 地供^晶圓1()於耐壓測定試驗，可容易地進行晶圓1〇的耐 壓測疋。〖’因為可於由晶圓1G製作實際裝置前測定電極 =耐壓，可將不合格的晶圓10轉送至實際裝置製作步驟之 則排除在外。IU此，比較起於實際裝置製作後，測定電極 間耐壓《先前的測定方法，可謀求損失的減低。 於此’說明關於藉由較期望的FET的尺寸大的尺寸的電極 測定耐壓之方法。 一般知道耐壓與實際裝置的閘極-汲極間距離成略反比 81969.doc -13· 200400582 例。因此，期望的FET的閘極·沒極間距離及耐壓為^及… 時，供作耐壓測定之晶圓10的蕭特基電極14與蕭特基電極 18之間的距離L2(參照圖3)及耐壓V2,可以下述的關係式（1) 表示。 V2/L2 V1/L1 ·”（1) 因此，要期望之FET的耐壓至少滿足¥1，蕭特基電極14 與蕭特基電極18之間的耐壓V2若是滿足下述式（2)即可。 V2^ V1XL2/L1 …⑺ 然後，藉由耐壓V2滿足（2)式，FET的耐壓容易成為要求 耐壓VI以上。隨之，即使為藉由為簡便之緊貼曝光法，形 成大的尺寸的電極12時，亦可求出實際裝置的耐壓V1，故 可容易地進行耐壓測定。又，作為以緊貼曝光法容易完成 的尺寸，關於第1電極的寬度為0·8 μιη以上5 μηι以下，關於 第1電極與第2電極的距離及第丨電極與第3電極的距離為 0.8 μηι以上20 μηι以下。 本發明並非限定於前述實施方式，可種種變形。例如， 除去晶圓表面的氧化膜之洗淨液，不限於鹽酸，若可除去 氧化膜，磷酸、氨、硫酸、過氧化氫水亦可，為該等複數 的液體的混合液亦可。又，晶圓的材料，不限定於， 可以 AlxGaylnl-x-yN (0 $ X g ig y $ J、x+y $ ”、 AlxGaylnl-x-yAs (〇 $ x $ !、〇 $ y $ !、x+y $ i}及 AlxGaylnl-x-yl^ed、、χ+yg)的任一個表示 的例如InP、AlGaN等亦可。 再者，蕭特基電極16及蕭特基電極18對於蕭特基電極“ 為略同樣的位置關係，因為導致同樣的耐壓測定結果，即 81969.doc -14- 200400582 使只於晶圓10上形成蕭特基電極16或是蕭特基電極18的任 一方亦可。又，外加之電壓即使為交流電壓亦可。 再者，晶圓10也可以是例如由GaAs系的高電子移動度電 晶體用系晶晶圓構造除去接觸層（例如η型GaAs層）之構造 。此時，製作高電子移動度電晶體的實際裝置之前，可實 質地作與該高電子移動度電晶體的耐壓測定同等的測定。 藉由本發明，可提供一種測定容易的半導體磊晶晶圓之 耐壓測定方法及耐壓佳之半導體磊晶晶圓。 【圖式簡單說明】 圖1係為顯示關於本發明的實施方式之晶圓之平面圖。 圖2(a)-(e)係為顯示製作示於圖1之晶圓之步驟之圖。 圖3係為於圖1之III-III線剖面圖。 圖4係為顯示於電路之電壓與電流的關係之圖。 圖5係為顯示於氧化膜除去後的電路之電壓與電流的關 係之圖。 【圖式代表符號說明】 10 半導體磊晶晶圓 12, 14, 16, 18 蕭特基電極 14a 方形狀電極 14b 直線狀電極 20 電阻 22 石英遮罩 24 Au層 26 直流電路 L2 第1電極與第3電極的距離 81969.doc -15-

Claims (1)

1. 200400582 拾、申請專利範園： 1· -種半導體系晶晶圓之耐壓測定方法，其特徵在於形成 於半導體磊晶晶圓上之複數蕭特基電極之中，外加電壓 於至少一對電極，測定電極間耐壓。 2.根據申請專利範圍第丨項之半導體磊晶晶圓之耐壓測定 方法，其中形成前述各蕭特基電極之際，前述半導體磊 晶晶圓的表面為平坦。 3·根據申請專利範圍第2項之半導體磊晶晶圓之耐壓測定 方法，其中前述各蕭特基電極形成於同一面上。 4. 根據申請專利範園第⑴項中任一項之半導體羞晶晶 圓之耐Μ定方法，其巾前述蕭特基電極的材料包含具 備Au、Pt、Pd、W、Ti、八丨及沁之群的一個。 ° ” 5. 根據申請專利範圍第…項中任一項之半導體暴晶晶 圓之耐壓測定方法，其中於前述電壓外加前，以包含鹽 酸、磷酸、氨、硫酸、過氧化氫水的至少一種之洗淨液 將前述半導體磊晶晶圓的表面洗淨。 6. 根據申請專利範圍第工至5項中任一項之半導體蟲晶晶 圓之耐壓測定方法，其中前述半導體暴晶晶圓之構造係 由高電子移動率電晶體用蟲晶晶圓構造除去接觸層之 構造。 7. 根據申請專利範圍第！至6項中任一項之半導體暴晶晶 圓之耐壓測定方法，其中前述半導體爲晶晶圓的材料， 為以 AlxGaylnl-x-yN (〇 各 x $ i、〇 $ y ^ i、x+y $ u、 AlxGayInl-x-yAs (0 “ 客 1、0 S y $ i、x+y g υ 及 81969.doc 200400582 AlxGaylnl-x-yp (〇$xg i、 示之化合物。 〇 $ y $ 1、x+y $ 1)的任一個表 8.根據中請專利範圍第⑴項中任—項之半導體羞晶晶 圓二耐?敎方法’其中於前述半導體暴晶晶圓上，作 為月ί述蕭特基電極’形成各個對應於實際裝置的閑極、 源極及汲極之第1電極、第2電極及第3電極。 .根據申叫專利聋巳圍第8項之半導體蟲晶晶圓之耐壓測定 方法，其中前述第2電極及前述第3電極的互相相對之側 的角邵為曲面狀。 10·中睛專利範圍第8或9項之半導體蟲晶晶圓之耐 疋方法’其中蝻述第1電極的寬度為0.8 μηι以上5 μ 、下‘述第1 ι極與前述第2電極的距離及前述第i 極與前述第3電極的距離為〇·8_以上2〇_以下。 H·根據中請專利第⑴㈣中任一項之半導體H Q〈耐壓敎方法，其中前述電料加前，於前述第 電極及前述第3電極之間外加定電流。 12· 一種半導體1晶日日日圓，其特徵為閘極i極間距離為L1 用作於閘極與沒極之間要求耐壓νι^Ετ的基板， 、\ 乂岫述第1私極與前述第3電極的距離為L2時，以 申明專利|(L圍第8項之耐壓測^方法測^之冑述第工電 ”、七述第3電極之間的耐壓V2滿足下述式⑴：

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