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1、(10)申请公布号 CN 102346232 A (43)申请公布日 2012.02.08 CN 102346232 A *CN102346232A* (21)申请号 201010241994.8 (22)申请日 2010.07.30 G01R 31/26(2006.01) G01N 27/22(2006.01) (71)申请人 中国科学院微电子研究所 地址 100029 北京市朝阳区北土城西路 3 号 (72)发明人 赵妙 王鑫华 刘新宇 郑英奎 欧阳思华 魏珂 李艳奎 (74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人 周国城 (54) 发明名称 一种通过肖特基测试图。
2、形检测GaN基HEMT可 靠性的方法 (57) 摘要 本发明公开了一种通过肖特基测试图形检测 GaN 基 HEMT 可靠性的方法, 该方法通过制作不同 直径的肖特基阵列图形, 对其进行变频和变电压 的电容电压曲线的测量, 通过缺陷同电容电压曲 线的变化关系, 分别确定器件的缺陷密度和时间 常数, 实现对 GaN 基 HEMT 可靠性的检测。本发明 采用的是一种简易可操作的方法实现了对器件缺 陷密度的检测, 利于对器件进行相应的可靠性分 析。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 CN 1023462。
3、52 A1/1 页 2 1. 一种通过肖特基测试图形检测 GaN 基 HEMT 可靠性的方法, 其特征在于, 该方法通过 制作不同直径的肖特基阵列图形, 对其进行变频和变电压的电容电压曲线的测量, 通过缺 陷同电容电压曲线的变化关系, 分别确定器件的缺陷密度和时间常数, 实现对 GaN 基 HEMT 可靠性的检测。 2.根据权利要求1所述的通过肖特基测试图形检测GaN基HEMT可靠性的方法, 其特征 在于, 该方法具体包括以下步骤 : 步骤 1、 在外延材料上制作具有不同直径的肖特基二极管的阵列 ; 步骤 2、 对某一直径下的肖特基二极管测试图形进行测量, 分别得到不同频率和不同电 压对应下的。
4、电容电压值 ; 步骤 3、 由不同频率下的电容电压曲线的频散情况, 确定其对应的电压值 ; 步骤 4、 根据不同频率下的电容电压曲线, 确定对应频散较大处的电压值, 对该电压下 的电容电压曲线进行拟和分析 ; 步骤 5、 由缺陷密度同电容电压曲线的变化关系, 确定器件的缺陷密度和时间常数, 实 现对 GaN 基 HEMT 可靠性的检测。 3.根据权利要求1所述的通过肖特基测试图形检测GaN基HEMT可靠性的方法, 其特征 在于, 所述步骤 1 包括 : 制作不同直径的肖特基阵列测试图形, 对外延材料进行表面的处理, 蒸栅金属 Ni/Au, 完成肖特基二极管阵列的制作 ; 其中所述肖特基二极管的。
5、直径的大小分别为 : 50m、 75m、 150m、 200m、 250m 和 350m。 4.根据权利要求1所述的通过肖特基测试图形检测GaN基HEMT可靠性的方法, 其特征 在于, 所述步骤 2 是测量某一直径下肖特基二极管的电容电压曲线, 测量不同频率和不同 电压下的电容电压曲线。 5.根据权利要求1所述的通过肖特基测试图形检测GaN基HEMT可靠性的方法, 其特征 在于, 步骤 4 中所述电压值为栅压 -10V。 权 利 要 求 书 CN 102346232 A CN 102346252 A1/4 页 3 一种通过肖特基测试图形检测 GaN 基 HEMT 可靠性的方法 技术领域 000。
6、1 本发明涉及GaN基HEMT可靠性分析技术领域, 尤其涉及一种通过肖特基测试图形 检测GaN基HEMT可靠性的方法, 通过测量一系列肖特基图形在不同频率下的电容电压(CV) 特性, 结合测得的电容同缺陷密度之间的关系, 确定器件缺陷密度的大小。 背景技术 0002 GaN 基 HEMT 器件中高浓度的二维电子气是通过 AlGaN/GaN 界面之间的极化效应 形成的, 异质界面不可避免的存在高的缺陷密度, 在研制GaN HEMT时, 器件金-半接触的界 面同样存在较高的缺陷密度。器件的漏电过大直接影响着器件性能的提高, 降低了器件的 可靠性。 确定器件缺陷密度的分布和缺陷密度的大小, 对引起器。
7、件漏电的原因进行分析, 利 于对器件失效模式的确定, 提高器件的可靠性。例如 : 器件内的沟道材料的缺陷过大或者 金 - 半接触的界面缺陷过大, 都会引起器件的漏电过大, 从而降低了器件的功率特性。器件 缺陷密度过大将直接导致器件性能的降低。通过分析器件的电容电压 (CV) 曲线获得器件 中缺陷密度的分布, 该信息反馈到器件的制作过程中, 降低器件的漏电, 改善器件的性能, 提高其可靠性。 0003 制作不同半径圆形的肖特基测试图形, 测量肖特基测试图形的 CV 特性, 结合已有 的电容模型以及缺陷引起电容变化的相关性, 通过一系列的拟和分析获得器件内的缺陷密 度。在进行拟和分析时利于对其进行。
8、可靠性分析。创新性的提出一种采用肖特基测试图形 的 CV 特性测量分析, 来确定器件内缺陷的方法。该方法无论对于改进器件的工艺过程还是 对器件可靠性的分析都具有重要的指导意义。 发明内容 0004 ( 一 ) 要解决的技术问题 0005 有鉴于此, 本发明的主要目的在于提供一种通过肖特基测试图形检测 GaN 基 HEMT 可靠性的方法, 通过制作圆形肖特基测试图形, 对肖特基测试图形进行不同频率下的 CV 测 量, 结合电容模型以及电容变化同缺陷之间的相关性, 通过一系列的拟和分析, 获得器件内 的缺陷密度的大小。 0006 ( 二 ) 技术方案 0007 为达到上述目的, 本发明提供了一种通。
9、过肖特基测试图形检测GaN基HEMT可靠性 的方法, 该方法通过制作不同直径的肖特基阵列图形, 对其进行变频和变电压的电容电压 曲线的测量, 通过缺陷同电容电压曲线的变化关系, 分别确定器件的缺陷密度和时间常数, 实现对 GaN 基 HEMT 可靠性的检测。 0008 上述方案中, 该方法具体包括以下步骤 : 0009 步骤 1、 在外延材料上制作具有不同直径的肖特基二极管的阵列 ; 0010 步骤 2、 对某一直径下的肖特基二极管测试图形进行测量, 分别得到不同频率和不 同电压对应下的电容电压值 ; 说 明 书 CN 102346232 A CN 102346252 A2/4 页 4 001。
10、1 步骤 3、 由不同频率下的电容电压曲线的频散情况, 确定其对应的电压值 ; 0012 步骤 4、 根据不同频率下的电容电压曲线, 确定对应频散较大处的电压值, 对该电 压下的电容电压曲线进行拟和分析 ; 0013 步骤 5、 由缺陷密度同电容电压曲线的变化关系, 确定器件的缺陷密度和时间常 数, 实现对 GaN 基 HEMT 可靠性的检测。 0014 上述方案中, 所述步骤 1 包括 : 制作不同直径的肖特基阵列测试图形, 对外延材料 进行表面的处理, 蒸栅金属 Ni/Au, 完成肖特基二极管阵列的制作 ; 其中所述肖特基二极管 的直径的大小分别为 : 50m、 75m、 150m、 20。
11、0m、 250m 和 350m。 0015 上述方案中, 所述步骤 2 是测量某一直径下肖特基二极管的电容电压曲线, 测量 不同频率和不同电压下的电容电压曲线。 0016 上述方案中, 步骤 4 中所述电压值为栅压 -10V。 0017 ( 三 ) 有益效果 0018 本发明提供的这种通过肖特基测试图形检测GaN基HEMT可靠性的方法, 通过制作 不同直径的肖特基阵列图形, 对其进行变频和变电压的电容电压曲线的测量, 通过缺陷同 电容电压曲线的变化关系, 分别确定器件的缺陷密度和时间常数, 实现对 GaN 基 HEMT 可靠 性的检测。本发明采用的是一种简易可操作的方法实现了对器件缺陷密度的检。
12、测, 利于对 器件进行相应的可靠性分析。 附图说明 0019 图 1 是制作完成的肖特基二极管的阵列图形 ; 0020 图 2 是参数提取流程图 ; 0021 图 3 是一定直径下的肖特基测试图形的变频 CV 曲线 ; 0022 图 4 是 Gp/W 与 W 的关系曲线 ; 0023 图 5 是缺陷密度的大小。 具体实施方式 0024 为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚明白, 以下结合具体实施例, 并参照 附图, 对本发明进一步详细说明。 0025 本发明提供的这种通过肖特基测试图形检测GaN基HEMT可靠性的方法, 通过制作 不同直径的肖特基阵列图形, 对其进行变频和变电压的电容电压。
13、曲线的测量, 通过缺陷同 电容电压曲线的变化关系, 分别确定器件的缺陷密度和时间常数, 实现对 GaN 基 HEMT 可靠 性的检测。该方法首先制作了一组不同半径的肖特基图形, 通过测量肖特基图形的 CV 特 性, 获得不同频率下的 CV 曲线, 通过拟和分析, 推得器件内缺陷密度的大小, 从而确定器件 的失效模式。 0026 本发明提供的这种通过肖特基测试图形检测GaN基HEMT可靠性的方法, 具体包括 以下步骤 : 0027 步骤 1 : 器件的肖特基测试图形的样品制作 ; 0028 首先在外延材料上制作直径各异的肖特基二极管阵列, 按照常规的 GaN 器件的 工艺过程, 对器件进行圆形栅。
14、电极的制作。圆形的直径从小到大依次为 : 50m, 75m, 说 明 书 CN 102346232 A CN 102346252 A3/4 页 5 150m, 200m, 250m, 350m, 共 6 个图形。其中, 源极和栅极之间的间距为 40m。 0029 步骤 2 : 对一定半径下圆形栅电极进行 CV 曲线的测量 ; 0030 采用 LCR 表, 对圆形栅电极分别测量其 C-V 特性, 探针的一端在圆形的栅极, 另一 个探针在图形周围的金属上进行测量。获得不同电压以及不同频率下的电容 - 电压曲线。 0031 步骤 3 : 由测量得到不同电压和不同频率下的 C-V 曲线测量结果, 通过。
15、已有的电 容模型, 结合电容与缺陷密度大小之间的相关性, 进行数值拟和, 获得器件内缺陷密度的大 小, 步骤如下 : 0032 (1) 分别测量一定直径的肖特基二极管在不同频率下的 CV 曲线。 0033 例如 : 分别测量器件在频率为 10k, 100k, 1M 下的 CV 曲线。 0034 (2)由测量得到的数据, 通过Origin拟和, 获得器件在不同频率下的CV曲线, 确定 CV 曲线的频散处对应的电压值, 该值一般位于接近阈值处, 从而确定对应的电压值。 0035 (3) 分别测量不同电压下的 CV 曲线。电压从阈值附近到 0V。 0036 (4) 在 (2) 中确定的电压值下, 测。
16、量该电压值下对应的电容 - 频率曲线。 0037 步骤 4 : 通过变频的 CV 曲线, 获得器件在相应位置下的缺陷密度大小 ; 0038 (1) 利用获得 Gp/ ; Cb 为势垒电容, 一般为栅压为 0V 时对应的电容值。 0039 (2) 作 Gp/ 关于 的曲线 ; 0040 (3) 若为单能级缺陷, 则 Gp/ 最大值处 1, Dit 2Gp/q ; 0041 (4) 若为连续能级缺陷, 则 Gp/ 最大值处 2, Dit 2.5Gp/q。 0042 本发明通过测量一定直径下的圆形的肖特基结构, 可以避免测量器件的栅 - 源电 容时受边缘电容的影响, 由圆形的肖特基结构测量得到器件的。
17、栅 - 源间的电容随电压和频 率的变化关系, 通过 CV 的测量结果, 结合电容模型对器件进行相应的测量分析, 确定器件 在相应位置的缺陷密度。由此, 可以将该方法用于对器件可靠性的分析中。对于器件, 如果 器件的缺陷密度过大, 将导致器件的可靠性降低, 通过测量器件圆形肖特基图形的 CV 曲线 确定器件的缺陷密度, 实现对器件可靠性的评估。 因此, 由测量一定直径的肖特基二极管在 恒定反向偏压下反向漏电流的大小, 可以分析器件泄漏电流的漏电机制, 把相关信息反馈 给工艺, 提高器件的可靠性。 0043 本发明由测量得到的定电压下的电流同直径的相关性进行分析, 具体步骤如下 : 0044 (1。
18、) 制作不同直径的肖特基二极管, 直径大小分别为 : 50m, 75m, 150m, 200m, 250m, 350m, 如图 1 所示。 0045 (2) 分别测量一定直径下的肖特基二极管的 C-V 曲线 ; 0046 (3) 得到变压和变频条件下的 CV 曲线。 0047 (4) 通过不同电压下 CV 曲线的频散关系, 确定测量缺陷密度的电压值的大小, 如 图 3 所示。 0048 (5) 对某一电压下的 CV 曲线进行 Origin 拟和, 得到不同频率下的 CV 曲线, 如图 4 所示。 0049 (6) 由缺陷密度同 CV 曲线的变化关系, 分别确定器件的单能级和连续能级的缺陷 密度。
19、以及其时间常数。如图 5 所示。 说 明 书 CN 102346232 A CN 102346252 A4/4 页 6 0050 以上所述的具体实施例, 对本发明的目的、 技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明, 所应理解的是, 以上所述仅为本发明的具体实施例而已, 并不用于限制本发明, 凡 在本发明的精神和原则之内, 所做的任何修改、 等同替换、 改进等, 均应包含在本发明的保 护范围之内。 说 明 书 CN 102346232 A CN 102346252 A1/2 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102346232 A CN 102346252 A2/2 页 8 图 3 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 102346232 A 。