專利名稱：一種測(cè)量半導(dǎo)體器件歐姆接觸退化失效的芯片及測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)，特別是半導(dǎo)體器件失效評(píng)估領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體技術(shù)中的歐姆接觸是指半導(dǎo)體器件上，金屬引線和半導(dǎo)體接觸的區(qū)域。任何半導(dǎo)體器件都需要有良好的歐姆接觸特性，即要求半導(dǎo)體與金屬要有非常好的線性接觸，附加電阻要小，長(zhǎng)期使用穩(wěn)定性好。歐姆接觸經(jīng)大電流和長(zhǎng)期使用后，會(huì)產(chǎn)生退化，即電阻變大，線性改變和穩(wěn)定性變差。
為了使生產(chǎn)出的芯片具有良好的歐姆接觸性能，需要確定合適的生產(chǎn)工藝參數(shù)，這就需要考核不同工藝下生產(chǎn)的芯片的歐姆接觸電阻。歐姆接觸電阻的專門測(cè)量通常采用傳輸線法TLM(Transmision Line Method)。見附圖1，傳輸線法使用的芯片，由在襯底0上與前者結(jié)成一體的由半導(dǎo)體材料構(gòu)成的平臺(tái)1，使用光刻工藝固接在前者表面、排成一排、長(zhǎng)度為W的電極2構(gòu)成，其相鄰電極2的間距從左至右逐漸遞增。在兩端的電極2上加測(cè)試電流，之后分別測(cè)量各相鄰電極2間的電阻RT與間距l(xiāng)，以測(cè)量得到的RT值為縱坐標(biāo)、相鄰電極的間距l(xiāng)為橫坐標(biāo)做圖，見附圖2，從所得直線5的斜率 和截距2RC，根據(jù)公式RT=2RC+RSHlW]]>和ρC＝RSHLT2即可求出歐姆接觸電阻率ρC。在上述公式中，RT是兩相鄰歐姆接觸之間的總電阻，RC是兩相鄰歐姆接觸電極的接觸電阻，W是接觸金屬的長(zhǎng)度，RSH是半導(dǎo)體的薄層電阻，l是相鄰歐姆接觸的間距，ρC為歐姆接觸的電阻率，LT為特征長(zhǎng)度，是圖2所示坐標(biāo)圖中直線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)值。
若使用傳輸線法直接考核大電流工作對(duì)歐姆接觸的影響，在芯片兩端直接施加考核電流(即大電流)時(shí)，在歐姆接觸電阻退化的同時(shí)，也會(huì)對(duì)兩接觸焊盤之間的半導(dǎo)體材料造成損失，這樣在大電流下測(cè)量出的歐姆接觸退化中，也包含了半導(dǎo)體材料的退化，而使測(cè)出的歐姆接觸電阻不能真正反映歐姆接觸的退化。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種專門測(cè)量歐姆接觸退化的芯片和測(cè)量方法，能夠防止考核電流傷及半導(dǎo)體材料，高效、準(zhǔn)確地評(píng)估歐姆接觸退化程度。
本發(fā)明提出的用于測(cè)量歐姆接觸退化和考核的芯片，在平臺(tái)1表面平行于電極2固接有一排與電極2一一對(duì)應(yīng)的輔助電極3。
平臺(tái)1形狀為梳形，梳齒在電極2正下方，輔助電極3位于梳齒表面。
平臺(tái)1高度為0.5～1.0微米。若襯底0是絕緣材料，則平臺(tái)1的高度為平臺(tái)1頂部到襯底0表面的距離。
為了便于在測(cè)量的時(shí)候外接引線，在電極2和輔助電極3上還可固接較大面積的接觸電極5。
測(cè)量方法包含以下步驟a)在上述芯片的電極2與輔助電極3之間施加考核電流一段時(shí)間，考核電流的大小和施加時(shí)間根據(jù)要造成的歐姆退化的程度調(diào)整；b)斷開考核電流，分別測(cè)量相鄰電極2間總電阻RT，相鄰電極2的間距l(xiāng)；
c)以相鄰電極2間總電阻RT為縱坐標(biāo)，相鄰電極2間距l(xiāng)為橫坐標(biāo)作圖，得到斜率為 、截距為2RC的直線5，其中RSH是半導(dǎo)體的薄層電阻、RC是兩相鄰歐姆接觸電極的接觸電阻；d)按公式RT=2RC+RSHlW]]>和ρC＝RSHLT2計(jì)算得到歐姆接觸的電阻率ρC，其中特征長(zhǎng)度LT為c)所得圖形中直線5與橫坐標(biāo)交點(diǎn)的橫坐標(biāo)值。
使用本發(fā)明的測(cè)量芯片和測(cè)量方法，由于考核電流不直接通過(guò)電極2之間的半導(dǎo)體材料，因此可以克服傳輸線法中測(cè)試電流傷及半導(dǎo)體材料的問(wèn)題，大大提高半導(dǎo)體芯片歐姆接觸電阻率的測(cè)量精度，準(zhǔn)確測(cè)出歐姆接觸退化程度。同時(shí)，由于可以在所有的電極2和輔助電極3之間同時(shí)施加考核電流，測(cè)量效率很高。


圖1是傳輸線法所使用的芯片示意圖；圖2是測(cè)量歐姆接觸電阻所繪制的測(cè)量圖；圖3是本發(fā)明所使用的芯片示意圖；圖4是本發(fā)明所使用的另一種芯片示意圖；具體實(shí)施方式
見圖3，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的所使用的測(cè)量半導(dǎo)體器件歐姆接觸退化失效的芯片包括由半導(dǎo)體材料構(gòu)成的平臺(tái)1，將半導(dǎo)體材料刻蝕后形成的襯底0，使用光刻方法制備的與平臺(tái)1表面固接，寬50微米，長(zhǎng)度W為100微米的一排金屬電極2，相鄰電極2之間的距離從左至右逐漸增加(具體值請(qǐng)見表1)，平臺(tái)1為梳形，梳齒在電極2正下方，在梳齒表面、正對(duì)電極2且與電極2相距20微米處，使用光刻方法制備有輔助電極3，輔助電極3數(shù)量與電極2相同且一一對(duì)應(yīng)。對(duì)于一般的半導(dǎo)體材料，平臺(tái)1高度為0.5～1.0。本實(shí)施例中構(gòu)成平臺(tái)1的半導(dǎo)體材料是GaN，平臺(tái)1高度為0.5微米，工藝參數(shù)歐姆接觸金屬為Ti/Al/Si/Au(厚度為20納米/100納米/50納米/200納米)，合金溫度為800攝氏度，時(shí)間60秒)。
見圖4，為了便于測(cè)量時(shí)外接引線，在電極2和輔助電極3上外接面積較大的接觸電極4，構(gòu)成另一個(gè)本發(fā)明所用芯片的實(shí)例。
為了取得對(duì)比效果，首先給出一個(gè)傳輸線法測(cè)量歐姆接觸電阻的例子。在附圖1所示的傳輸線法使用的芯片上，電極2的長(zhǎng)度W為100微米，相鄰電極2的間距從左至右逐漸遞增，各間距值見表1。
表1相鄰電極2的間距

傳輸線法使用的測(cè)量方法包括以下步驟首先在已知的環(huán)境溫度T0下，利用傳輸線法，測(cè)量樣品的接觸電阻率ρC0。電極寬度為50微米，長(zhǎng)為100微米，測(cè)量樣品的環(huán)境溫度T0＝300開。在施加測(cè)試電流后，測(cè)量相鄰電極2之間的總電阻RT，得到表2的一組測(cè)量值；表2傳輸線法測(cè)得的相鄰電極2之間的總電阻RT

見圖2，以相鄰電極2間總電阻RT為縱坐標(biāo)，相鄰電極2間距l(xiāng)為橫坐標(biāo)作圖，得到斜率為

、截距為2RC的直線5，其中RSH是半導(dǎo)體的薄層電阻、RC是兩相鄰歐姆接觸電極的接觸電阻，從圖2可測(cè)出RC為1.20歐姆，

為1.72歐姆·微米-1；按公式RT=2RC+RSHlW]]>和ρC＝RSHLT2計(jì)算得到歐姆接觸的電阻率ρC，其中特征長(zhǎng)度LT為附圖2中直線5與橫坐標(biāo)交點(diǎn)的橫坐標(biāo)值，從圖2測(cè)出LT為1.40×10-6米，因此，歐姆接觸的電阻率ρC為1.67×10-6歐姆·厘米2。
使用本發(fā)明實(shí)例的芯片進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)量樣品的環(huán)境溫度T0＝300開，在每一對(duì)電極2和輔助電極3之間施加300毫安的考核電流10小時(shí)。電流密度為300毫安/50微米×100微米＝600安/平方厘米。。然后，測(cè)量相鄰電極2之間的總電阻RT，相鄰電極2的間距l(xiāng)，得到一組施加考核電流后的RT測(cè)量值，見表3；表3本發(fā)明測(cè)得的相鄰電極2之間的總電阻RT測(cè)量值

見圖2，以相鄰電極2間總電阻RT為縱坐標(biāo)，相鄰電極2間距l(xiāng)為橫坐標(biāo)作圖，得到斜率為

、截距為2RC的直線5，其中RSH是半導(dǎo)體的薄層電阻、RC是兩相鄰歐姆接觸電極的接觸電阻，從圖2可測(cè)出RC為26.29歐姆，

為11.25歐姆·微米-1；
按公式RT=2RC+RSHlW]]>和ρC＝RSHLT2計(jì)算得到歐姆接觸的電阻率ρC，其中特征長(zhǎng)度LT為c)所得圖形中直線5與橫坐標(biāo)交點(diǎn)的橫坐標(biāo)值，從圖2測(cè)出LT為4.67×10-6米，因此，歐姆接觸的電阻率ρC為1.23×10-4歐姆·厘米2。
由以上的測(cè)量結(jié)果可看出，采用本發(fā)明所述的方法，由于考核電流加在電極2與輔助電極3之間，不會(huì)因考核電流對(duì)相鄰電極2之間的半導(dǎo)體材料造成損失，在后續(xù)測(cè)量歐姆接觸的電阻率時(shí)，所測(cè)得的相鄰電極2間總電阻RT相對(duì)傳輸線法要高，證明半導(dǎo)體材料的損失極小，RT的改變，完全是由于歐姆接觸變化起的，對(duì)歐姆失效的評(píng)估更為準(zhǔn)確有效。同時(shí)，由于在所有的電極2和輔助電極3之間同時(shí)施加考核電流，一次通電即可完成對(duì)所有相鄰電極2歐姆接觸退化的測(cè)量。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量半導(dǎo)體器件歐姆接觸退化失效的芯片，包含在襯底(0)上與前者結(jié)成一體的由半導(dǎo)體材料構(gòu)成的平臺(tái)(1)，固接在平臺(tái)(1)表面長(zhǎng)度為W的一排電極(2)，相鄰電極(2)之間的距離互不相等，其特征在于在平臺(tái)(1)表面平行于電極(2)固接有一排與電極(2)一一對(duì)應(yīng)的輔助電極(3)。
2.一種測(cè)量半導(dǎo)體器件歐姆接觸退化失效的方法，包含下述步驟a)在權(quán)利要求1所述芯片的電極(2)與輔助電極(3)之間加考核電流一段時(shí)間；b)斷開考核電流，分別測(cè)量相鄰電極(2)間總電阻RT，相鄰電極(2)間距l(xiāng)，電極(2)長(zhǎng)度W；c)以相鄰電極(2)間總電阻RT為縱坐標(biāo)，相鄰電極(2)間距l(xiāng)為橫坐標(biāo)作圖，得到斜率為 截距為2RC的直線(5)，其中RSH是半導(dǎo)體的薄層電阻、RC是兩相鄰歐姆接觸電極的接觸電阻；d)按公式RT=2RC+RSHlW]]>和ρC＝RSHLT2計(jì)算得到歐姆接觸的電阻率ρC，其中特征長(zhǎng)度LT為c)所得圖形中直線(5)與橫坐標(biāo)交點(diǎn)的橫坐標(biāo)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量半導(dǎo)體器件歐姆接觸退化失效的芯片，其特征在于所說(shuō)的平臺(tái)(1)形狀為梳形，梳齒在電極(2)正下方，輔助電極(3)位于梳齒表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量半導(dǎo)體器件歐姆接觸退化失效的芯片，其特征在于平臺(tái)(1)高度為0.5～1.0微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量半導(dǎo)體器件歐姆接觸退化失效的芯片，其特征在于較大面積的接觸電極(4)與電極(2)及輔助電極(3)相固接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量半導(dǎo)體器件歐姆接觸退化失效的芯片，其特征在于襯底(0)是絕緣材料。
全文摘要
一種測(cè)量半導(dǎo)體器件歐姆接觸退化失效的芯片及測(cè)量方法，屬于半導(dǎo)體器件失效評(píng)估領(lǐng)域，它由在襯底上與前者結(jié)成一體的由半導(dǎo)體材料構(gòu)成的平臺(tái)，固接在平臺(tái)表面的一排電極，在平臺(tái)表面平行于電極固接有一排與電極一一對(duì)應(yīng)的輔助電極構(gòu)成，相鄰電極之間的距離互不相等，測(cè)量方法包括在電極和輔助電極間加考核電流一段時(shí)間，斷開考核電流，測(cè)量相鄰電極之間的總電阻及間距，用傳輸線法作圖并計(jì)算歐姆接觸的電阻率。使用本發(fā)明的芯片和測(cè)量方法，能避免考核電流對(duì)半導(dǎo)體材料的損傷，準(zhǔn)確評(píng)估歐姆接觸退化程度的方法。
文檔編號(hào)G01R27/00GK101083218SQ200610012078
公開日2007年12月5日 申請(qǐng)日期2006年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月1日
發(fā)明者馮士維, 張躍宗, 孫靜瑩, 張弓長(zhǎng), 王承棟 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)