本发明公开了一种欧姆接触区方块电阻的测试方法。其实现方案是：制备两组电极宽度为W的欧姆接触方块电阻的测试图形，每种测试图形包括三个欧姆电极，两组测试图形的第一电极和第三电极的尺寸、第一电极与第二电极的距离及第二电极与第三电极的距离均相同，第二组测试图形的第二电极长度是第一组测试图形第二电极长度的α倍；分别测试两组测试图形中第一电极与第三电极之间的电阻值；对测试图形二所测的电阻值与测试图形一所测的电阻值作差，将结果乘以W/((α‑1)L12)项，得到每组测试图形中欧姆接触区的方块电阻。本发明测试图形简单易制作，测试方法简便，结果准确可靠，可用于高电子迁移率异质结晶体管制作。
1.一种测试欧姆接触区方块电阻的方法，包括如下步骤：
在半导体体材料上先淀积金属电极，再采用高温退火的方法制备出两组宽度均为W的欧姆接触方块电阻测试图形，每种测试图形包括三个欧姆电极；
第一组测试图形中的三个欧姆电极长度分别为L11、L12、L13，欧姆电极之间距离分别为L1a，L1b；第二组测试图形中的三个欧姆电极长度分别为L21、L22、L23，欧姆电极之间的距离分别为L2a，L2b，其中L21＝L11，L22＝αL12，L23＝L13，L2a＝L1a，L2b＝L1b，α＞0，且α≠1；
(2a)在第一组测试图形的第一电极与第三电极之间施加偏置电压，并在回路中串联电流表，读取电流表的值，利用I-V关系计算得到第一电极与第三电极之间的电阻值RL1：RL1＝V1/I1；
其中RL1为第一组测试图形中第一电极与第三电极之间的电阻值，V1为第一组测试图形中第一电极与第三电极上所加的电压，I1为第一组测试图形中由第一电极、第二电极、第三电极及有源区所构成的回路中的电流值；
(2b)在第二组测试图形的第一电极与第三电极之间施加偏置电压，并在回路中串联电流表，读取电流表的值，利用I-V关系计算得到第一电极与第三电极之间的电阻值RL2：RL2＝V2/I2；
其中RL2为第二组测试图形中第一电极与第三电极之间的电阻值，V2为第二组测试图形中第一电极与第三电极上所加的电压，I2为第二组测试图形中由第一电极、第二电极、第三电极及有源区所构成的回路中的电流值；
(2c)根据(2a)和(2b)中所测得的两个电阻值RL1和RL2，构建每组测试图形欧姆接触区的方块电阻计算公式：Rshc＝((RL2-RL1)W)/((α-1)L12)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(2c)中构建每组测试图形欧姆接触区的方块电阻计算公式，按如下步骤进行：(2c1)将第一组测试图形中第一电极和第三电极之间的电阻值表示为：RL1＝RA1+RA12+RA2+RA23+RA3，
其中，RA1为第一组测试图形中第一电极的电阻值，RA12为第一组测试图形中第一电极与第二电极之间有源区的电阻值，RA2为第一组测试图形中第二电极的电阻值，RA23为第一组测试图形中第二电极与第三电极之间有源区的电阻值，RA3为第一组测试图形中第三电极的电阻值，(2c2)将第二组测试图形中第一电极和第三电极之间的电阻值表示为：RL2＝RB1+RB12+RB2+RB23+RB3，
其中，RB1为第二组测试图形中第一电极的电阻值，RB12为第二组测试图形中第一电极与第二电极之间有源区电阻值，RB2为第二组测试图形中第二电极的电阻值，RB23为第二组测试图形中第二电极与第三电极之间有源区的电阻，RB3为第二组测试图形中第三电极的电阻值；
(2c3)根据两组测试图形在同一片体材料上采用相同的制备工艺和两种测试图形第一电极与第三电极尺寸相同，及两组测试图形的第一电极与第二电极之间的距离相同、第二电极与第三电极之间的距离相同，得出两种测试图形中各部分电阻值的如下关系：RA1＝RB1，RA12＝RB12，RA23＝RB23，RA3＝RB3，(2c4)定义计算第一组测试图形第二电极下方的电阻式RA2和第二组测试图形第二电极下方的电阻式RB2：RA2＝(RshcL12)/W，
其中，Rshc是测试图形中欧姆接触区的方块电阻，W为每组测试图形中的电极宽度，α为已知常数，α＞0且α≠1，L12为第一组测试图形中第二电极的长度；
(2c5)将RA2代入步骤(2c1)中的电阻表达式，得到第一组测试图形中第一电极与第三电极之间的电阻值表达式RL1：RL1＝RA1+RA12+(RshcL12)/W+RA23+RA3，(2c6)将RB2代入步骤(2c2)中的电阻表达式，得到第二组测试图形中第一电极与第三电极之间的电阻值表达式RL2：RL2＝RB1+RB12+(RshcαL12)/W+RB23+RB3，(2c7)用步骤(2c6)和步骤(2c5)表达式的作差，得到方程：RL2-RL1＝(Rshc(α-1)L12)/W，(2c8)由步骤(2c7)的方程，导出计算每组测试图形中的欧姆接触区方块电阻：Rshc＝((RL2-RL1)W)/((α-1)L12)。
测试欧姆接触区方块电阻的方法
技术领域
[0001] 本发明属于微电子领域，特别涉及到的欧姆接触区方块电阻的测试方法，可用于高电子迁移率异质结晶体管的制备。
背景技术
[0002] 相比以Si为代表的第一代半导体材料以及以GaAs为代表的第二代半导体材料，GaN材料具有禁带宽度大、击穿电场高、耐高温、抗腐蚀的优势，成为第三代半导体材料的典型代表。特别是与AlGaN等材料形成的异质结构晶体管，在异质结界面处存在高浓度、高电子迁移率的二维电子气，因而具有工作电流大、工作速度快的优点，在高频、高功率领域具有巨大的优势和广泛的应用前景。近年来，相关器件已经成为国际国内的研究热点，部分已经实现商业化应用。
[0003] 欧姆电极通常做为半导体器件的输入输出端，是器件的重要组成部分。欧姆电极的好坏直接影响半导体器件的频率响应、能量耗散、结温、输出电流、效率、增益等特性，因而成为关注的重点。以氮化镓晶体管为例，通常在欧姆区域淀积Ti/Al/Ni/Au等多层金属，然后采用高温热退火的方法形成欧姆接触。退火的温度和时间会严重影响欧姆接触的好坏。欧姆接触电阻率是评判欧姆接触好坏的重要指标。因此，选择合适的方法对欧姆接触电阻率进行准确的表征对于器件的研制及评估至关重要。
[0004] 目前，测量欧姆接触方块电阻最普遍的方法是传输线模型法TLM。这种方法是通过设计一组不同间距的有源区，提取不同间距相邻欧姆电极之间的电阻，进而确定欧姆接触的方块电阻。在提取欧姆接触方块电阻的过程中，为了简化计算，往往近似地认为欧姆接触区的方块电阻Rshc与有源区的方块电阻Rsh相等。事实上，有源区的方块电阻主要来源于异质结处的二维电子气，而欧姆接触区方块电阻则是在有源区的基础上实施了金属淀积、高温退火等复杂的工艺，因此二者的方块电阻并不相等。显然，这种近似的方法会使得欧姆接触方块电阻的准确率低，影响高电子迁移率异质结晶体管的性能。
[0005] 随着半导体功率器件的进一步发展，欧姆接触区方块电阻的准确表征对工艺的开发、器件性能的提高及可靠性的评估影响越来越大。因此，准确地表征欧姆接触区方块电阻变得越来越重要。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种测试欧姆接触区方块电阻的方法，以提高测量的准确率，进而提高电子迁移率异质结晶体管的性能。
[0007] 为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：
[0008] (1)制备欧姆接触测试图形：
[0009] 在半导体体材料上先淀积金属电极，再采用高温退火的方法制备出两组宽度均为W的欧姆接触方块电阻测试图形，每种测试图形包括三个欧姆电极；
[0010] 第一组测试图形中的三个欧姆电极长度分别为L11、L12、L13，欧姆电极之间距离分别为L1a，L1b；第二组测试图形中的三个欧姆电极长度分别为L21、L22、L23，欧姆电极之间的距离分别为L2a，L2b，其中L21＝L11，L22＝αL12，L23＝L13，L2a＝L1a，L2b＝L1b，α＞0，且α≠1；
[0011] (2)方块电阻的测量：
[0012] (2a)在第一组测试图形的第一电极与第三电极之间施加偏置电压，并在回路中串联电流表，读取电流表的值，利用I-V关系计算得到第一电极与第三电极之间的电阻值RL1：
[0013] RL1＝V1/I1；
[0014] 其中RL1为第一组测试图形中第一电极与第三电极之间的电阻值，V1为第一组测试图形中第一电极与第三电极上所加的电压，I1为第一组测试图形中由第一电极、第二电极、第三电极及有源区所构成的回路中的电流值；
[0015] (2b)在第二组测试图形的第一电极与第三电极之间施加偏置电压，并在回路中串联电流表，读取电流表的值，利用I-V关系计算得到第一电极与第三电极之间的电阻值RL2：
[0016] RL2＝V2/I2；
[0017] 其中RL2为第二组测试图形中第一电极与第三电极之间的电阻值，V2为第二组测试图形中第一电极与第三电极上所加的电压，I2为第二组测试图形中由第一电极、第二电极、第三电极及有源区所构成的回路中的电流值；
[0018] (2c)根据(2a)和(2b)中所测得的两个电阻值RL1和RL2，构建每组测试图形欧姆接触区的方块电阻计算公式：Rshc＝((RL2-RL1)W)/((α-1)L12)。
[0019] 本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0020] 1)测试图形制作方法简便
[0021] 本发明仅需要制备两组不同的欧姆接触方块电阻的测试图形，测试图形简单，测试方法快速方便。
[0022] 2)方块电阻测试方法简单
[0023] 本发明仅需对两组不同的测试图形进行电学测量，利用所测得的电阻值通过简单的数学计算，即可获得欧姆接触区的方块电阻值。
[0024] 3)可对欧姆接触区方块电阻实现准确测量
[0025] 传统传输线模型在测量欧姆接触区方块电阻时，认为欧姆接触区方块电阻Rshc与有源区方块电阻Rsh近似相等，即通过Rsh获得Rshc的值，因此测量值出现了很大的误差。本发明通过解方程的方法消去含Rsh的项，因而求解Rshc的过程中不涉及Rsh，可直接求解出Rshc的值，提高了测量的精度，可靠性高，对准确评估氮化镓器件的性能及可靠性有很大作用。
附图说明
[0026] 图1为本发明的实现流程图；
[0027] 图2是现有的测试图形剖面结构示意图；
[0028] 图3是本发明构建的第一组测试图形的顶视结构示意图；
[0029] 图4是本发明构建的第二组测试图形的顶视结构示意图；
[0030] 图5是本发明中测试电阻值的电路原理图。
具体实施方式
[0031] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0032] 参照图1，本发明的实现步骤如下：
[0033] 步骤1，制备欧姆接触区方块电阻测试图形。
[0034] 参照图2，本步骤根据现有的测试图形的剖面结构制备欧姆接触区方块电阻的测试图形，其步骤如下：
[0035] 1a)设置测试图形的结构：其自下而上依次为衬底层，氮化镓缓冲层和铝镓氮势垒层；
[0036] 1b)在铝镓氮势垒层体材料上先淀积金属电极；
[0037] 1c)采用高温退火的方法在同一片氮化镓异质外延结构体材料上采用相同的工艺分别制备出两组电极宽度为W的欧姆接触测试图形，其中：
[0038] 第一组测试图形如图3所示，它的三个欧姆电极长度分别为L11、L12、L13；欧姆电极之间的距离分别为L1a、L1b；
[0039] 第二组测试图形如图4所示，它的三个欧姆电极长度分别为L21、L22、L23；欧姆电极之间的距离分别为L2a、L2b。
[0040] 其中L22＝αL12，α＞0且α≠1，L21＝L11，L23＝L13，L2a＝L1a，L2b＝L1b。
[0041] 步骤2，测试两种图形的第一电极与第三电极之间的电阻值。
[0042] 参照图5的电阻测试原理图，本步骤对两种测试图形的第一电极与第三电极之间的电阻值测试步骤如下：
[0043] 2a)在第一组测试图形的第一电极与第三电极之间施加偏置电压，并在回路中串联电流表，读取电流表的值，利用I-V关系计算得到第一电极与第三电极之间的电阻值RL1：
[0044] RL1＝V1/I1；
[0045] 其中RL1为第一组测试图形第一电极与第三电极之间的电阻值，V1为第一组测试图形中第一电极与第三电极上所加的电压，I1为第一组测试图形中由第一电极、第二电极、第三电极及有源区所构成的回路中的电流值。
[0046] 2b)在第二组测试图形的第一电极与第三电极之间施加偏置电压，并在回路中串联电流表，读取电流表的值，利用I-V关系计算得到第一电极与第三电极之间的电阻值RL2：
[0047] RL2＝V2/I2；
[0048] 其中RL2为第二组测试图形第一电极与第三电极之间的电阻值，V2为第二组测试图形中第一电极与第三电极上所加的电压，I2为第二组测试图形中由第一电极、第二电极、第三电极及有源区所构成的回路中的电流值。
[0049] 步骤3，计算每种测试图形欧姆接触区方块电阻值。
[0050] 3a)根据图3，将第一组测试图形中第一电极和第三电极之间的电阻值表示为：
[0051] RL1＝RA1+RA12+RA2+RA23+RA3，
[0052] 其中，RA1为第一组测试图形中第一电极的电阻值，RA12为第一组测试图形中第一电极与第二电极之间有源区的电阻值，RA2为第一组测试图形中第二电极下方的电阻值，RA23为第一组测试图形中第二电极与第三电极之间有源区的电阻值，RA3为第一组测试图形中第三电极的电阻值；
[0053] 3b)根据图4，将第二组测试图形中第一电极和第三电极之间的电阻值表示为：
[0054] RL2＝RB1+RB12+RB2+RB23+RB3，
[0055] 其中，RB1为第二组测试图形中第一电极的电阻值，RB12为第二组测试图形中第一电极与第二电极之间有源区的电阻值，RB2为第二组测试图形中第二电极下方的电阻值，RB23为第二组测试图形中第二电极与第三电极之间有源区的电阻值，RB3为第二组测试图形中第三电极的电阻值；
[0056] 3c)计算两种测试图形中各部分电阻值：
[0057] 3c1)确定两种测试图形对应的电阻
[0058] 由于两组测试图形在同一片体材料上采用相同的制备工艺，且第一种测试图形中的第一电极与第二种测试图形中的第一电极尺寸相同，第一种测试图形中的第三电极与第二种测试图形中的第三电极尺寸相同，第一种测试图形中的第一电极与第二电极之间的距离等于第二种测试图形中的第一电极与第二电极之间的距离，第一种测试图形中的第二电极与第三电极之间的距离等于第二种测试图形中的第二电极与第三电极之间的距离，因此两种测试图形对应的电阻值有如下关系：
[0059] RA1＝RB1，RA3＝RB3，
[0060] RA12＝RB12，RA23＝RB23，
[0061] 3c2)定义计算第一组测试图形中第二电极下方的电阻式RA2和第二组测试图形中的第二电极下方的电阻式RB2：
[0062] RA2＝(RshcL12)/W，
[0063] RB2＝(RshcαL12)/W，
[0064] 其中，Rshc是测试图形中欧姆接触区的方块电阻，W为每组测试图形中的电极宽度，α为已知常数，α＞0且α≠1，L12为第一组测试图形中第二电极的长度；
[0065] 3d)将步骤3c2)中的RA2代入步骤3a)中的电阻表达式，得到第一组测试图形中第一电极与第三电极之间的电阻值表达式RL1：
[0066] RL1＝RA1+RA12+(RshcL12)/W+RA23+RA3，
[0067] 3e)将步骤3c2)中的RB2代入步骤3b)中的电阻表达式，得到第二组测试图形中第一电极与第三电极之间的电阻值表达式RL2：
[0068] RL2＝RB1+RB12+(RshcαL12)/W+RB23+RB3，
[0069] 3f)用步骤3e)和步骤3d)表达式的作差，得到方程：RL2-RL1＝(Rshc(α-1)L12)/W，[0070] 3g)由步骤3f)的方程，导出计算每组测试图形中的欧姆接触区方块电阻的公式为：
[0071] Rshc＝((RL2-RL1)W)/((α-1)L12),
[0072] 3h)将步骤2a)中的RL1的测量值和步骤2b)中的RL2的测量值代入步骤3g)中的计算公式中得到Rshc的值为：
[0073] Rshc＝((V2/I2-V1/I1)W)/((α-1)L12)。
[0074] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，显然对于本领域的专业人员来说，在了解本发明的内容和原理后，在本发明的精神和原则之内可进行修改、等同替换和改进等，例如，本发明所采用的测试图形基于GaN材料也可以采用GaAs等不同的半导体材料制作本发明中的欧姆接触方块电阻测试图形。所作的修改、等同替换和改进均应包含在本发明的保护范围之内。
