(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体上に形成されたショットキー接合の解析方法において、
該ショットキー接合に逆バイアスを印加したときに該ショットキー接合を流れる電流、及び該逆バイアス印加時のショットキー接合の容量を、種々の電圧値の逆バイアスに対して測定して、該ショットキー接合について電流−電圧特性及び容量−電圧特性を求める工程と、
該容量−電圧特性を規定する容量電圧関数を電圧について積分し、該積分値である空乏層の蓄積電荷と電圧との間の相関を示す空乏層電荷−電圧特性を算出する工程と、
該電流−電圧特性及び空乏層電荷−電圧特性に基づいて、該ショットキー接合における障壁高さが、該ショットキー接合界面に印加される電界に依存する度合いを示すショットキー障壁高さの電界依存度を求める工程と
を含むショットキー接合の解析方法。
【請求項２】
半導体上に形成されたショットキー接合の解析方法において、
該ショットキー接合に逆バイアスを印加したときに該ショットキー接合を流れる電流、及び該逆バイアス印加時のショットキー接合の容量を、種々の電圧値の逆バイアスに対して測定して、該ショットキー接合について電流−電圧特性及び容量−電圧特性を求める工程と、
該電流−電圧特性を規定する電流電圧関数を電圧について微分し、該微分値であるショットキー接合のコンダクタンスと電圧との間の相関を示すコンダクタンス−電圧特性を算出する工程と、
該容量−電圧特性及び該コンダクタンス−電圧特性に基づいて、該ショットキー接合における障壁高さが、該ショットキー接合界面に印加される電界に依存する度合いを示すショットキー障壁高さの電界依存性を求める工程と
を含むショットキー接合の解析方法。
【請求項３】
半導体上に形成されたショットキー接合の解析方法において、
該ショットキー接合に逆バイアスを印加したときの該ショットキー接合のコンダクタンス、及び該逆バイアス印加時のショットキー接合の容量を、種々の電圧値の逆バイアスに対して測定して、該ショットキー接合についてコンダクタンス−電圧特性及び容量−電圧特性を求める工程と、
該コンダクタンス−電圧特性及び容量−電圧特性に基づいて、該ショットキー接合における障壁高さが、該ショットキー接合界面に印加される電界に依存する度合いを示すショットキー障壁高さの電界依存性を求める工程と
を含むショットキー接合の解析方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のショットキー接合の解析方法を用いる半導体の評価方法であって、
半導体上にショットキー接合を形成する工程と、
該半導体上に形成したショットキー接合について、請求項１〜３のいずれか１つに記載のショットキー接合の解析方法により前記ショットキー障壁高さの電界依存性を求める工程と
を含み、該ショットキー障壁高さの電界依存性に基づいて、該半導体を構成する半導体結晶の評価を行う半導体の評価方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のショットキー接合の解析方法を用いる絶縁膜の評価方法であって、
該半導体上に絶縁膜を形成し、該絶縁膜上にショットキー電極を形成する工程と、
該半導体の該ショットキー電極と対向する部分に形成されるショットキー接合について、請求項１〜３のいずれか１つに記載のショットキー接合の解析方法によりショットキー障壁の電界依存性を求める工程と
を含み、該ショットキー接合の電界依存性に基づいて、該半導体上の絶縁膜の誘電率及び厚さについての評価を行う絶縁膜の評価方法。
【請求項６】
ショットキー接合解析装置において、
半導体上に形成されたショットキー接合に逆バイアスを印加した場合の、該ショットキー接合に印加される電圧と該ショットキー接合を流れる電流との対応関係を規定する電流電圧関数を電流−電圧特性として求める第１の関数導出手段と、
該ショットキー接合に印加される電圧と該ショットキー接合の容量との対応関係を規定する容量電圧関数を容量−電圧特性として求める第２の関数導出手段と、
該容量電圧関数を電圧について積分する積分演算、及び該電流電圧関数を電圧について微分する微分演算の少なくとも一方の演算を行う演算手段と、
該積分された容量電圧関数により規定される、空乏層の蓄積電荷と電圧との対応関係としての電荷−電圧特性と、電流−電圧特性とに基づいて、あるいは、該微分された電流電圧関数により規定される、ショットキー接合のコンダクタンスと電圧との対応関係としてのコンダクタンス−電圧特性と、該容量−電圧特性とに基づいて、該ショットキー接合における障壁高さが、該ショットキー接合界面に印加される電界に依存する度合いを示すショットキー障壁高さの電界依存性を導出する依存性抽出用演算装置と
を含むことを特徴とするショットキー接合解析装置。
【請求項７】
ショットキー接合解析装置において、
半導体上に形成されたショットキー接合に逆バイアスを印加した場合の、該ショットキー接合に印加される電圧と該ショットキー接合のコンダクタンスとの対応関係を規定するコンダクタンス電圧関数をコンダクタンス−電圧特性として求める第１の関数導出手段と、
該ショットキー接合に印加される電圧と該ショットキー接合の容量との対応関係を規定する容量電圧関数を容量−電圧特性として求める第２の関数導出手段と、
該コンダクタンス−電圧特性と該容量−電圧特性とに基づいて、該ショットキー接合における接合高さが、該ショットキー接合界面に印加される電界に依存する度合いを示すショットキー障壁高さの電界依存性を導出する依存性抽出用演算装置と
を含むことを特徴とするショットキー接合解析装置。
【請求項８】
半導体上に形成されたショットキー接合の解析方法において、
該ショットキー接合に逆バイアスを印加したときの該ショットキー接合に流れる電流を種々の電圧値の逆バイアスに対して測定して、該ショットキー接合について電流−電圧特性を求める工程と、
該電流−電圧特性を規定する電流電圧関数を電圧について微分し、該微分値である該ショットキー接合のコンダクタンスと電圧との間の相関を示すコンダクタンス−電圧特性、及び既知のショットキー障壁高さの電界依存特性に基づいて、該ショットキー接合について容量−電圧特性を求める工程と
を含むショットキー接合の解析方法。
【請求項９】
半導体上に形成されたショットキー接合の解析方法において、
該ショットキー接合に逆バイアスを印加したときの該ショットキー接合の容量を種々の電圧値の逆バイアスに対して測定した値を用いて、該ショットキー接合について容量−電圧特性を求める工程と、
該容量−電圧特性を規定する容量電圧関数を電圧について積分し、該積分値である空乏層の蓄積電荷と電圧との間の相関を示す空乏層電荷−電圧特性、及び既知のショットキー障壁高さの電界依存特性に基づいて、該ショットキー接合について電流−電圧特性を求める工程と
を含むショットキー接合の解析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ショットキー接合の解析方法、半導体ウェーハの評価方法、絶縁膜の評価方法、およびショットキー接合解析装置に関し、特に、ショットキー接合における障壁高さが、ショットキー接合界面に印加される電界に依存する程度を示すショットキー障壁高さの電界依存性を求める方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハを構成する半導体結晶の評価、およびショットキー接合を有する半導体素子の特性評価においては、半導体領域とショットキー電極との界面に形成されるショットキー接合の障壁高さの測定は、非常に重要なものであり、従来から、特開昭６０−２０７３４５号公報（文献１）にも開示されているように、ショットキー接合の電流−電圧特性または容量−電圧特性などの測定によってショットキー障壁を評価する方法が広く用いられている。
【０００３】
一般的にショットキー接合の電流電圧特性は、Physics of Semiconductor Devices, 1981, John Wiley & Sons（文献２）に開示されているように、以下の（１）式，（２）式により与えられる。
【０００４】
【数１】
0003685429.tif 000002
【０００５】
【数２】
0003685429.tif 000003
【０００６】
ここで、Ｊはショットキー接合を流れる電流、Ｊｓは飽和電流密度、Φｂはショットキー障壁高さ、ｑはキャリア電荷、Ｖはショットキー接合に印加される電圧、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度（°Ｋ）、Ａは実効リチャードソン定数である。
【０００７】
（１）式によれば、ショットキー接合に順バイアス電圧を印加すると、ショットキー接合を流れる電流Ｊは指数的に増加し、一方、該ショットキー接合に逆バイアス電圧を印加すると、ショットキー接合を流れる電流Ｊは−Ｊｓで飽和する。
【０００８】
ところで、多くの文献に開示されているように、逆バイアス電圧の増加により、ショットキー接合における逆方向電流（以下、リーク電流と呼ぶ。）の顕著な増加、言い換えると、実効障壁の低下が観測されている。これは、（２）式におけるショットキー障壁高さΦｂが逆バイアスＶにより変化していることになる。
【０００９】
このような実効的な障壁の低下現象は、障壁を通過するトンネリング電流、及びショットキー電極と半導体との間に介在する絶縁膜により説明することができる。
【００１０】
まず、トンネリング電流に起因する実効障壁の低下について説明する。ショットキー接合を流れるリーク電流としては、ショットキー障壁を越える熱放出電流と、該障壁を通過するトンネリング電流とが存在する。ここで、Solid State Electronics,１９７６年６月，第１９巻第６号、５３７〜５４３頁（文献３）に開示されているように、ショットキー接合界面に印加される電界が大きいほど、ショットキー障壁の厚さが薄くなり、トンネリング電流が増加し、実効障壁が低下する。
【００１１】
続いて、絶縁膜に起因する実効障壁の低下について説明する。J.Appl.Phys., １９９３年２月，第７３巻第３号、１２８４〜１２８７頁（文献４）に開示されているように、ショットキー電極と半導体領域との間に介在する絶縁膜が薄い場合は、絶縁膜自身の障壁が無視でき、ショットキー障壁が絶縁膜上のショットキー電極に印加される逆バイアスに依存する。つまり、ショットキー電極に印加される逆バイアスが大きいほど、ショットキー接合界面に発生する電界が大きくなり、ショットキー障壁が低くなる。
【００１２】
また、J.Vac.Sci.Technol.,１９７４年１１月，第１１巻第６号、９７２〜９８４頁（文献５）および上記文献３に開示されているように、上記説明したトンネリング電流及び絶縁膜の膜厚に支配されるショットキー障壁高さの電界依存性（つまりショットキー障壁高さがショットキー接合界面の電界強度に依存する依存性）は、トンネリング電流と絶縁膜とについて同様に下記（３）式により表すことができる。
【００１３】
【数３】
0003685429.tif 000004
【００１４】
ここで、Ｅはショットキー接合界面での電界強度、Φb0は、Ｅ＝０の時のショットキー障壁高さ、αは比例係数であり、トンネリング電流が大きいほど、また、ショットキー接合界面における絶縁膜（ショットキー電極と半導体領域との間に介在する絶縁膜）が厚いほど、上記比例定数αは大きくなる。
【００１５】
従って、ショットキー接合の評価、特にショットキー接合におけるリーク電流の解析においては、ショットキー障壁の電界依存性、言い換えるとこの依存性を決定する上記比例定数αの測定が必要となる。
【００１６】
ところが、上記（３）式における界面電界強度Ｅの直接測定は困難であるため、従来は、界面電界強度の電圧依存性を表す解析式（下記の（４）式）を用いて、界面電界強度を計算し、上記比例定数αを抽出していた。なお、上記（３）式における障壁高さΦb0（Ｅ＝０）は、ショットキー接合についての容量−電圧特性から簡単に求めることができ、また、上記（３）式における障壁高さΦbは、ショットキー接合についての電流−電圧特性や電流−温度特性から比較的簡単に求めることができる。
【００１７】
つまり、文献２に開示されているように、ショットキーコンタクト層（半導体領域）の厚さが空乏層の厚さより厚い場合には、ショットキー接合界面での電界強度は、下記の（４）式で表すことができる。
【００１８】
【数４】
0003685429.tif 000005
【００１９】
ここで、Ｖbiは内蔵電位で、Ｎｄはショットキーコンタクト層の不純物濃度、εは半導体領域の誘電率である。
【００２０】
この（４）式を用いることにより、Appl.Phys.Lett.,１９９３年４月，第６２巻第１６号、１９６４〜１９６６頁（文献６）に開示されているように、ショットキー接合に印加される電圧からショットキー接合界面での電界強度を計算し、この電界強度を、上記障壁高さΦb，Φb0とともに上記（３）式に適用して障壁の電界依存性（つまり比例定数α）を抽出することができる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のショットキー障壁の電界依存性を求める方法では、ショットキー接合に印加するバイアス電圧からショットキー接合界面の電界強度を算出するために、上記（４）式、つまり界面電界強度の電圧依存性を表す解析式を用いており、このため、該（４）式における内蔵電位Ｖbiやコンタクト層の不純物濃度Ｎｄなどのパラメータの値が必要となり、これらのパラメータの測定誤差によって、算出結果の信頼性が低下する恐れがある。
【００２２】
しかも、ショットキーコンタクト層の厚さが空乏層の厚さより薄い場合には、上記（４）式が成り立たなくなるので、これらの構造に成り立つ解析式を見つける必要がある。
【００２３】
また、高電子移動度トランジスタなどを構成する、エピタキシャル層を複数積層してなる多層エピ構造を有する半導体ウェーハでは、空乏層中の電子の分布が複雑になり、界面電界強度の電圧依存性を表す精確な解析式の導出が困難であり、このような素子構造におけるショットキー障壁の電界依存性を抽出することはできなかった。
【００２４】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、内蔵電位Ｖbiやコンタクト層の不純物濃度Ｎｄなどのパラメータの値の抽出を必要とすることなく、複雑な半導体層構造を持つ半導体ウェーハにおいてもショットキー接合の解析が可能なショットキー接合の解析方法及びショットキー接合解析装置を得ることを目的とする。
【００２５】
また、本発明は、上記ショットキー接合の解析方法を用いた半導体ウェーハの評価方法及び絶縁膜の評価方法を提供することを目的としている。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
この発明（請求項１）に係るショットキー接合の解析方法は、半導体上に形成されたショットキー接合の解析方法において、該ショットキー接合に逆バイアスを印加したときに該ショットキー接合を流れる電流、及び該逆バイアス印加時のショットキー接合の容量を、種々の電圧値の逆バイアスに対して測定して、該ショットキー接合について電流−電圧特性及び容量−電圧特性を求める工程と、該容量−電圧特性を規定する容量電圧関数を電圧について積分し、該積分値である空乏層の蓄積電荷と電圧との間の相関を示す空乏層電荷−電圧特性を算出する工程と、該電流−電圧特性及び空乏層電荷−電圧特性に基づいて、該ショットキー接合における障壁高さが、該ショットキー接合界面に印加される電界に依存する度合いを示すショットキー障壁高さの電界依存度を求める工程とを含んでいる。そのことにより上記目的が達成される。
【００２７】
この発明（請求項２）に係るショットキー接合の解析方法は、半導体上に形成されたショットキー接合の解析方法において、該ショットキー接合に逆バイアスを印加したときに該ショットキー接合を流れる電流、及び該逆バイアス印加時のショットキー接合の容量を、種々の電圧値の逆バイアスに対して測定して、該ショットキー接合について電流−電圧特性及び容量−電圧特性を求める工程と、該電流−電圧特性を規定する電流電圧関数を電圧について微分し、該微分値であるショットキー接合のコンダクタンスと電圧との間の相関を示すコンダクタンス−電圧特性を算出する工程と、該容量−電圧特性及び該コンダクタンス−電圧特性に基づいて、該ショットキー接合における障壁高さが、該ショットキー接合界面に印加される電界に依存する度合いを示すショットキー障壁高さの電界依存性を求める工程とを含んでいる。そのことにより上記目的が達成される。
【００２８】
この発明（請求項３）に係るショットキー接合の解析方法は、半導体上に形成されたショットキー接合の解析方法において、該ショットキー接合に逆バイアスを印加したときの該ショットキー接合のコンダクタンス、及び該逆バイアス印加時のショットキー接合の容量を、種々の電圧値の逆バイアスに対して測定して、該ショットキー接合についてコンダクタンス−電圧特性及び容量−電圧特性を求める工程と、該コンダクタンス−電圧特性及び容量−電圧特性に基づいて、該ショットキー接合における障壁高さが、該ショットキー接合界面に印加される電界に依存する度合いを示すショットキー障壁高さの電界依存性を求める工程とを含んでいる。そのことにより上記目的が達成される。
【００２９】
この発明（請求項４）は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のショットキー接合の解析方法を用いる半導体の評価方法であって、半導体上にショットキー接合を形成する工程と、該半導体上に形成したショットキー接合について、請求項１〜３のいずれか１つに記載のショットキー接合の解析方法により前記ショットキー障壁高さの電界依存性を求める工程とを含み、該ショットキー障壁高さの電界依存性に基づいて、該半導体を構成する半導体結晶の評価を行うものである。
【００３０】
この発明（請求項５）は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のショットキー接合の解析方法を用いる絶縁膜の評価方法であって、該半導体上に絶縁膜を形成し、該絶縁膜上にショットキー電極を形成する工程と、該半導体の該ショットキー電極と対向する部分に形成されるショットキー接合について、請求項１〜３のいずれか１つに記載のショットキー接合の解析方法によりショットキー障壁の電界依存性を求める工程とを含み、該ショットキー接合の電界依存性に基づいて、該半導体上の絶縁膜の誘電率及び厚さについての評価を行うものである。
【００３１】
この発明（請求項６）に係るショットキー接合解析装置は、半導体上に形成されたショットキー接合に逆バイアスを印加した場合の、該ショットキー接合に印加される電圧と該ショットキー接合を流れる電流との対応関係を規定する電流電圧関数を電流−電圧特性として求める第１の関数導出手段と、該ショットキー接合に印加される電圧と該ショットキー接合の容量との対応関係を規定する容量電圧関数を容量−電圧特性として求める第２の関数導出手段と、該容量電圧関数を電圧について積分する積分演算、及び該電流電圧関数を電圧について微分する微分演算の少なくとも一方の演算を行う演算手段と、該積分された容量電圧関数により規定される、空乏層の蓄積電荷と電圧との対応関係としての電荷−電圧特性と、電流−電圧特性とに基づいて、あるいは、該微分された電流電圧関数により規定される、ショットキー接合のコンダクタンスと電圧との対応関係としてのコンダクタンス−電圧特性と、該容量−電圧特性とに基づいて、該ショットキー接合における障壁高さが、該ショットキー接合界面に印加される電界に依存する度合いを示すショットキー障壁高さの電界依存性を導出する依存性抽出用演算装置とを含んでいる。そのことにより上記目的が達成される。
【００３３】
この発明（請求項７）に係るショットキー接合解析装置は、半導体上に形成されたショットキー接合に逆バイアスを印加した場合の、該ショットキー接合に印加される電圧と該ショットキー接合のコンダクタンスとの対応関係を規定するコンダクタンス電圧関数をコンダクタンス−電圧特性として求める第１の関数導出手段と、該ショットキー接合に印加される電圧と該ショットキー接合の容量との対応関係を規定する容量電圧関数を容量−電圧特性として求める第２の関数導出手段と、該コンダクタンス−電圧特性と該容量−電圧特性とに基づいて、該ショットキー接合における接合高さが、該ショットキー接合界面に印加される電界に依存する度合いを示すショットキー障壁高さの電界依存性を導出する依存性抽出用演算装置とを含んでいる。そのことにより上記目的が達成される。
【００３５】
この発明（請求項８）の半導体上に形成されたショットキー接合の解析方法は、該ショットキー接合に逆バイアスを印加したときの該ショットキー接合に流れる電流を種々の電圧値の逆バイアスに対して測定して、該ショットキー接合について電流−電圧特性を求める工程と、該電流−電圧特性を規定する電流電圧関数を電圧について微分し、該微分値である該ショットキー接合のコンダクタンスと電圧との間の相関を示すコンダクタンス−電圧特性、及び既知のショットキー障壁高さの電界依存特性に基づいて、該ショットキー接合について容量−電圧特性を求める工程とを含んでいる。そのことにより上記目的が達成される。
【００３６】
この発明（請求項９）に係わる半導体上に形成されたショットキー接合の解析方法は、該ショットキー接合に逆バイアスを印加したときの該ショットキー接合の容量を種々の電圧値の逆バイアスに対して測定した値を用いて、該ショットキー接合について容量−電圧特性を求める工程と、該容量−電圧特性を規定する容量電圧関数を電圧について積分し、該積分値である空乏層の蓄積電荷と電圧との間の相関を示す空乏層電荷−電圧特性、及び既知のショットキー障壁高さの電界依存特性に基づいて、該ショットキー接合について電流−電圧特性を求める工程とを含んでいる。そのことにより上記目的が達成される。
【００３７】
以下、本発明の作用について説明する。
【００３８】
この発明（請求項１）においては、ショットキー接合について電流−電圧特性及び容量−電圧特性を求め、該容量−電圧特性を規定する容量電圧関数を電圧について積分し、該積分値である空乏層の蓄積電荷と電圧との間の相関を示す空乏層電荷−電圧特性を算出するので、該空乏層電荷−電圧特性と、電界を電荷及び誘電率により示す一般的な関係式とから、界面電界強度−電圧特性を求めることができる。これにより内蔵電位Ｖbiやコンタクト層の不純物濃度Ｎｄなどのパラメータを含む、界面電界強度の電圧依存性を表す解析式を用いることなく、ショットキー障壁高さと電界強度との関係を示す関係式から、ショットキー障壁高さの電界依存性，つまり該関係式におけるパラメータを求めることができる。
【００３９】
この発明（請求項２）においては、ショットキー接合について電流−電圧特性及び容量−電圧特性を求め、該電流−電圧特性を規定する電流電圧関数を電圧について微分し、該微分値であるショットキー接合のコンダクタンスと電圧との間の相関を示すコンダクタンス−電圧特性を算出するので、ショットキー接合のコンダクタンスとその容量との対応関係を示す関係式に含まれるショットキー障壁高さの電界依存性を、容量−電圧特性とコンダクタンス−電圧特性とに基づいて求めることができる。このため、内蔵電位Ｖbiやコンタクト層の不純物濃度Ｎｄなどのパラメータを含む、界面電界強度の電圧依存性を表す解析式を用いることなく、ショットキー障壁高さと電界強度との関係を示す関係式におけるショットキー障壁高さの電界依存性，つまり該関係式におけるパラメータを求めることができる。
【００４０】
この発明（請求項３，７）においては、ショットキー接合についてコンダクタンス−電圧特性及び容量−電圧特性を求めるので、上記請求項２の発明と同様、内蔵電位Ｖbiやコンタクト層の不純物濃度Ｎｄなどのパラメータを含む、界面電界強度の電圧依存性を表す解析式を用いることなく、ショットキー障壁高さと電界強度との関係を示す関係式におけるショットキー障壁高さの電界依存性，つまり該関係式におけるパラメータを求めることができる。
【００４１】
しかも、この発明では、コンダクタンス−電圧特性を直接求めているため、電流−電圧特性を規定する電流電圧関数を電圧について微分してコンダクタンス−電圧特性を算出する場合に比べて、微分による測定誤差の増幅を回避でき、コンダクタンス−電圧特性におけるデータ精度が低下するのを回避できる。
【００４２】
この発明（請求項４）においては、半導体ウェーハ上に形成されたショットキー障壁高さの電界依存性を、界面電界強度の電圧依存性を表す解析式を用いない方法により求めるので、該解析式に含まれる内蔵電位Ｖbiやコンタクト層の不純物濃度Ｎｄなどのパラメータの測定誤差により半導体ウェーハの評価結果の信頼性が低下するのを回避できる。
【００４３】
また、半導体ウェーハの評価のためのショットキー接合の解析を行うのに、界面電界強度の電圧依存性を表す解析式を用いないので、高電子移動度トランジスタなどの多層エピ構造を有する、界面電界強度の電圧依存性を表す正確な解析式の導出が困難な半導体ウェーハについても、ショットキー障壁の電界依存性を抽出して、その評価を行うことができる。
【００４４】
この発明（請求項５）においては、半導体ウェーハ上に絶縁膜を介して形成されたショットキー障壁高さの電界依存性を、界面電界強度の電圧依存性を表す解析式を用いない方法により求めるので、解析式に含まれる内蔵電位Ｖbiやコンタクト層の不純物濃度Ｎｄなどのパラメータの測定誤差により半導体ウェーハ上の絶縁膜の評価結果の信頼性が低下するのを回避できる。
【００４５】
また、半導体ウェーハ上の絶縁膜の評価のためのショットキー接合の解析を行うのに、界面電界強度の電圧依存性を表す解析式を用いないので、高電子移動度トランジスタなどの多層エピ構造を有する、界面電界強度の電圧依存性を表す正確な解析式の導出が困難な半導体ウェーハ上の絶縁膜についても、ショットキー障壁の電界依存性を抽出して、その評価を行うことができる。
【００４６】
この発明（請求項６）においては、バイアス印加手段及び電流計測器の出力に基づいて、ショットキー接合に印加される電圧と、該ショットキー接合を流れる電流との対応関係を規定する電流電圧関数を電流−電圧特性として求める第１の関数導出手段と、バイアス印加手段及び容量計測器の出力を受け、ショットキー接合に印加される電圧と、該ショットキー接合の容量との対応関係を規定する容量電圧関数を容量−電圧特性として求める第２の関数導出手段とを備え、該容量電圧関数を電圧について積分する積分演算、及び該電流電圧関数を電圧について微分する微分演算の少なくとも一方の演算を行うようにしたので、該空乏層電荷−電圧特性と、電界を電荷及び誘電率により示す一般的な関係式とから、界面電界強度−電圧特性を求めたり、ショットキー接合のコンダクタンスとその容量との対応関係を示す関係式に含まれるショットキー障壁高さの電界依存性を、容量−電圧特性とコンダクタンス−電圧特性とに基づいて求めることができる。このため、内蔵電位Ｖbiやコンタクト層の不純物濃度Ｎｄなどのパラメータを含む、界面電界強度の電圧依存性を表す解析式を用いることなく、ショットキー障壁高さと電界強度との関係を示す関係式におけるショットキー障壁高さの電界依存性，つまり該関係式におけるパラメータを求めることができる。
【００４７】
この発明（請求項８）においては、ショットキー接合について電流−電圧特性を求め、この電流−電圧特性を規定する電流電圧関数を電圧について微分して、ショットキー接合のコンダクタンスと電圧との間の相関を示すコンダクタンス−電圧特性を求め、このコンダクタンス−電圧特性、及び既知のショットキー障壁高さの電界依存特性に基づいて、該ショットキー接合について容量−電圧特性を求めている。すなわち、請求項２に記載の方法とは逆の手順であって、ショットキー障壁高さの電界依存特性が既に判明していることを前提にして、コンダクタンス−電圧特性を測定及び演算によって求め、コンダクタンス−電圧特性及びショットキー障壁高さの電界依存特性に基づいて、容量−電圧特性を求めている。
【００４８】
この発明（請求項９）においては、ショットキー接合について容量−電圧特性を求め、この容量−電圧特性を規定する容量電圧関数を電圧について積分して、空乏層の蓄積電荷と電圧との間の相関を示す空乏層電荷−電圧特性を求め、この空乏層電荷−電圧特性、及び既知のショットキー障壁高さの電界依存特性に基づいて、該ショットキー接合について電流−電圧特性を求めている。この方法は、請求項１に記載の方法とは逆の手順であって、ショットキー障壁高さの電界依存特性が既に判明していることを前提にして、空乏層電荷−電圧特性を測定及び演算によって求め、空乏層電荷−電圧特性及びショットキー障壁高さの電界依存特性に基づいて、電流−電圧特性を求めている。
【００４９】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の基本原理について説明する。
【００５０】
本発明は、従来の電流−電圧特性による評価法、または、容量−電圧特性による評価法とは異なった観点からショットキー接合を考察し、初めてショットキー接合の電流−電圧特性と容量−電圧特性との相関を見いだし、さらに、その相関に基づいてショットキー接合の評価を行うものである。
【００５１】
本発明のショットキー接合の評価方法では、電流−電圧特性と容量−電圧特性との組み合わせにより、電流−電圧特性または容量−電圧特性を単独で用いて行うショットキー接合の評価方法では得られない情報を得ることができる。
【００５２】
以下、詳述すると、ショットキー接合の電流−電圧特性と容量−電圧特性との間には相関があり、図４及び図５はそれぞれ、ｎ−ＧａＡｓ層と、その上にＴｉ層，Ｐｔ層，Ａｕ層を順次積層してなるショットキー電極とからなるショットキーダイオードにおける電流−電圧特性および容量−電圧特性をグラフで示している。
【００５３】
また図６は、容量−電圧特性を規定する容量電圧関数を電圧について数値積分して得られた、空乏層の蓄積電荷と電圧との関係（空乏層電荷−電圧特性）をグラフで示している。
【００５４】
図４に示す特性グラフと図５に示す特性グラフとの間には相関がはっきり見えないが、図４の特性グラフと図６に示す特性グラフとの間には相関が明確にみられる。これは、電流−電圧特性と容量−電圧特性との間に相関があることを示している。
【００５５】
また、この相関は特定の電極材科、半導体材料、エピタキシャル層構造によるものではなく、我々の測定したすべてのショットキー接合において観測された。ここで、電極材料としては、Ａｌ，Ａｕなどが挙げられ、半導体材料としては、ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＡｌＡｓなどが挙げられ、さらにエピタキシャル層構造としては、単層構造，ＨＥＭＴ構造などが挙げられる。
【００５６】
次に、上記電流−電圧特性と容量−電圧特性との間の相関についての論理的な根拠について説明する。
【００５７】
上述した（２）式を、Φb について変形すると、以下に示す（５）式が得られる。
【００５８】
【数５】
Φｂ＝（ｋＴ／ｑ）ｌｎ（ＡＴ２／Ｊｓ）  ――――（５）
【００５９】
一方、周知のように、容量Ｃは以下の（６）式により電荷Ｑと電圧Ｖにより定義されている。
【００６０】
【数６】
0003685429.tif 000006
【００６１】
従って、上記容量Ｃがショットキー接合の容量であるとすると、上記（６）式を電圧について積分すると、下記の（７）式に示すように、ショットキー接合界面近傍の半導体領域に形成される空乏層の蓄積電荷Ｑと電圧Ｖとの関係が得られる。
【００６２】
【数７】
0003685429.tif 000007
【００６３】
また、上記空乏層の厚さがショットキー電極の大きさに比べて充分小さい場合には、ショットキー接合界面の電界強度Ｅは、下記の（８）式により表すことができる。
【００６４】
【数８】
0003685429.tif 000008
【００６５】
なお、ここで、εは半導体領域の誘電率である。
【００６６】
このように、ショットキー接合についての容量−電圧特性を規定する容量電圧関数を電圧について積分して、空乏層電荷−電圧特性を規定する関数（（７）式）を求め、これをショットキー接合の界面電界と電荷との関係式（（８）式）に代入することにより、ショットキー接合界面電界−電圧特性を規定する関係式（（９）式）を得ることができる。
【００６７】
【数９】
0003685429.tif 000009
【００６８】
この結果、ショットキー障壁高さとショットキー界面電界との関係を示す（３）式に、このショットキー接合電界−電圧特性を示す（９）式を適用することにより、ショットキー障壁高さの電界依存性（比例定数α）を求めることができる。
【００６９】
また、上記（３）式の左辺に（５）式を代入し、該（３）式の右辺に上記（８）式及び（７）式を入れて整理すると、下記の（１０）式が得られる。
【００７０】
【数１０】
ｌｎ（Ｊｓ）＝ｌｎ（ＡＴ２）−（ｑ／ｋＴ）（Φｂ０−α∫Ｃdv／ε）-―（１０）
【００７１】
この（１０）式は、ショットキー障壁の電界依存性を特定する、電流−電圧特性と容量−電圧特性との相関関係を表している。
【００７２】
さらに、この（１０）式に示す相関を利用して、障壁の電界依存性を求めることもできる。
【００７３】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００７４】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１によるショットキー接合の解析方法を説明するための図であり、図１（ａ）は該解析方法の処理プロセスのフローを示す図、図１（ｂ）は該ショットキー接合の解析に用いる解析装置の構成を示すブロック図である。
【００７５】
図において、１０１は、本実施形態１のショットキー接合解析装置で、半導体ウェーハ１０上に形成されたショットキー接合に逆バイアスを印加するバイアス印加手段１１と、該逆バイアス印加時にショットキー接合を流れるリーク電流を計測する電流計測器１２と、該ショットキー接合の容量を計測する容量計測器１３とを有している。ここで、上記ショットキー接合は、ｎ−ＧａＡｓ層と、Ｔｉ層，Ｐｔ層，Ａｕ層からなる金属電極との間に形成されるものとしている。
【００７６】
また、この解析装置１０１は、該バイアス印加手段１１及び電流計測器１２の出力を受け、該ショットキー接合に印加される電圧と、該ショットキー接合を流れる電流との対応関係を規定する電流電圧関数を電流−電圧特性として求める電流電圧関数導出手段１４と、該バイアス印加手段１１及び容量計測器１３の出力を受け、該ショットキー接合に印加される電圧と、該ショットキー接合の容量との対応関係を規定する容量電圧関数を容量−電圧特性として求める容量電圧関数導出手段１５と、該容量電圧関数を電圧について積分する積分演算器１６とを備えている。
【００７７】
そして、この解析装置１０１では、依存性抽出用演算装置１７により、該積分された容量電圧関数により規定される、空乏層の蓄積電荷と電圧との対応関係としての電荷−電圧特性と、電流−電圧特性とに基づいて、該ショットキー接合における障壁高さが、該ショットー接合界面に印加される電界に依存する度合いを示すショットキー障壁高さの電界依存性を導出するよう構成されている。
【００７８】
次に、ショットキー接合の解析方法について説明する。
【００７９】
まず、バイアス印加手段１１により上記半導体ウェーハ１０のショットキー接合に逆バイアスを印加し、該逆バイアスの値を変化させて、各逆バイアスの値に対応するリーク電流及び接合容量を、上記電流計測器１２及び容量計測器１３により求める。
【００８０】
次に、上記電流電圧関数導出手段１４により、上記測定したリーク電流と印加した逆バイアスに基づいて、電流電圧関数を電流−電圧特性（図４参照）として求める（プロセスＰ１）。続いて、上記（２）式を用いて、この電流−電圧特性から障壁−電圧特性を求める（プロセスＰ２）。
【００８１】
また、上記容量電圧関数導出手段１５により、上記測定した容量と印加した逆バイアスに基づいて、容量電圧関数を容量−電圧特性（図５参照）として求める（プロセスＰ３）。次に、この容量電圧関数を電圧について積分して、空乏層電荷−電圧特性（図６参照）を求める（プロセスＰ４）。続いて、上記（７）式〜（１０）式を用いて、この空乏層電荷−電圧特性から界面電界強度−電圧特性を求める（プロセスＰ５）。
【００８２】
そして、上記依存性抽出用演算装置１７により、上記障壁−電圧特性および界面電界強度−電圧特性から障壁−電界強度特性を求める。この障壁−電界強度特性を、横軸に電界強度、縦軸に障壁高さを示す座標上でグラフとして表し、その傾きと、縦軸の切片とをこのグラフ（図７参照）により求める（プロセスＰ６）。
【００８３】
この傾きと縦軸の切片がそれぞれ、上記（３）式の比例定数αと障壁高さΦb0（Ｅ＝０）を表すものとなっている。図７から、α＝７５オングストロームが抽出されて、上記文献３の計算結果とよく一致する。
【００８４】
このようなショットキー接合の解析を、ショットキー接合を形成した半導体ウェーハに対して行うことにより、ショットキー障壁の電界依存性（上記（３）式における比例定数α）が半導体の結晶性に依存することから、半導体ウェーハを構成する半導体の結晶性を評価することができる。
【００８５】
次に、具体的な素子構造であるＨＥＭＴ構造におけるショットキー接合の解析方法について説明する。
【００８６】
図８は、ショットキー接合の解析の対象となる、エピタキシャル成長層を積層してなるＨＥＭＴ構造を示す。
【００８７】
図において、１００はショットキー接合を有するＨＥＭＴ構造であり、このＨＥＭＴ構造１００は、半絶縁性ＩｎＰ基板１上に、膜厚３００ｎｍのＩｎＰバッファ層２を介して形成された、アンドープの膜厚３０ｎｍのＩｎ0.47Ｇａ0.53Ａｓチャネル層３と、該チャネル層３上にアンドープの膜厚２ｎｍのＩｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓスペーサ層４を介して形成された、Ｓｉを９×１０18ｃｍ-3ドーピングした膜厚３ｎｍのｎ型Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓキャリア供給層５と、該キャリア供給層５上に形成された膜厚１７ｎｍのアンドープのＩｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓショットキーコンタクト層６とを有している。そしてこのショットキーコンタクト層６の表面の所定領域には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるショットキー電極８が形成され、該ショットキーコンタクト層６の表面の、該ショットキー電極８の両側には、Ｓｉを５×１０18ｃｍ-3ドーピングした膜厚２ｎｍのｎ型Ｉｎ0.47Ｇａ0.53Ａｓオーミックコンタクト層７を介して、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるオーミック電極９が形成されている。
【００８８】
このようなＨＥＭＴ構造１００においても、上述した実施形態１のショットキー接合解析方法を適用することができ、上記プロセスＰ１及びＰ３により、上記ＨＥＭＴ構造１００のショットキー接合についての電流−電圧特性（図９参照）、及び容量−電圧特性（図１０参照）を求めることができる。
【００８９】
また、上記プロセスＰ４により、この容量−電圧特性の電圧についての数値積分処理を行って空乏層電荷−電圧特性（図１１参照）を得ることができる。図９に示す特性と図１１に示す特性との間には相関が明確に見られる。
【００９０】
そしてさらに、上記電流−電圧特性と空乏層電荷−電圧特性との組み合せにより、障壁−電界特性（図１２参照）を求めることができる。つまり上記プロセスＰ２により電流−電圧特性から障壁−電圧特性を求め、上記プロセスＰ５により空乏層電荷−電圧特性から界面電界−電圧特性を求め、上記プロセスＰ６により障壁−電圧特性と界面電界−電圧特性とから上記障壁−電界特性を求める。
【００９１】
図１２に示す障壁電界特性の傾きから、α＝６３オングストロームが得られた。
【００９２】
このようなＨＥＭＴ構造１００では、チャネル層３内に二次元電子ガスが存在するので、ショットキー接合界面における電界の電圧依存性が複雑になり、従来の方法では、障壁の電圧依存性を抽出することができない。これに対し、本発明では、障壁の電圧依存性の抽出には、従来の解析方法のように電界の電圧依存性を表す解析式を必要としないので、複雑な半導体層の積層構造をもつ素子でも、電流−電圧特性及び容量−電圧特性を求めるだけで、簡単にショットキー障壁の電圧依存性を抽出することができる。
【００９３】
なお、以下に、ショットキー障壁の電圧依存性と、ショットキーコンタクト層の表面のプラズマによるダメージとの関係について簡単に説明する。
【００９４】
図８に示す素子構造１００のショットキーコンタクト層６の表面に、ゲート電極を形成する前に、バレル酸素プラズマアッシング装置にて、０．５Ｔｏｒｒ，１５０℃の条件で１５分間、プラズマ処理を施すことにより、上記コンタクト層６のゲート電極の形成領域にダメージを与える。
【００９５】
その後、プラズマ処理されたコンタクト層６の表面上にゲート電極８を形成し、さらに、ゲート電極を形成したＨＥＭＴ構造１００を窒素雰囲気中に配置し、１分間の熱処理を行う。この熱処理は処理温度をそれぞれ２００，２５０，３００，３５０℃と変えて行い、熱処理を行わないものを含めて５つのサンプル素子を作製する。
【００９６】
それぞれのサンプル素子について電流−電圧特性、容量−電圧特性を測定し、本発明で提案された解析方法を用いて、障壁の電界依存性，つまり上記（３）式における比例定数αを抽出する。
【００９７】
図１３は、抽出された比例定数αの処理条件依存性を示しており、図に示すように、プラズマダメージを有するサンプル素子については、２００，２５０℃で熱処理を施したものの比例定数αの増加が観測され、３００，３５０℃で熱処理を施したものの比例定数αの減少が観測された。
【００９８】
図１３に示される比例定数αの処理条件依存性については次のように説明することができる。
【００９９】
つまり、２５０℃以下の熱処理では、プラズマダメージが活性化されて、ショットキーコンタクト層に深い準位が生じ、これらの深い準位によるトンネリング電流の増加を招き、この結果、上記比例定数αが増加したものと考えられる。
【０１００】
一方、３００℃以上の熱処理では、プラズマダメージの回復が顕著になり、深い準位によるトンネリング電流が減少することとなり、その結果上記比例定数αが低下したものと考えられる。
【０１０１】
なお、上記実施形態１では、上記（１０）式に基づき、積分した容量−電圧特性と電流−電圧特性の組み合せにより、障壁の電界依存性の抽出を行ったが、この（１０）式の両側を電圧について微分すると下記の（１１）式が得られる。
【０１０２】
【数１１】
0003685429.tif 000010
【０１０３】
電流−電圧特性と容量−電圧特性の相関を利用する本発明の基本原理から分かるように、微分した電流−電圧特性と容量−電圧特性との組み合せにより、障壁の電界依存性を抽出でき、以下このような特性の組み合わせにより障壁の電界依存性を抽出する方法を実施形態２として説明する。
【０１０４】
（実施形態２）
図２は本発明の実施形態２によるショットキー接合の解析方法を説明するための図であり、図２（ａ）は、該解析方法の処理プロセスのフローを示す図、図２（ｂ）は該ショットキー接合の解析に用いる解析装置の構成を示すブロック図である。
【０１０５】
図において、１０２は、本実施形態２のショットキー接合解析装置であり、この解析装置１０２は、実施形態１の解析装置１０１における積分演算器１６に代えて、関数導出手段１４により求めた電流電圧関数を電圧について微分する微分演算器１８を備え、依存性抽出用演算装置１９により、該微分された電流電圧関数により規定される、ショットキー接合のコンダクタンスと電圧との対応関係を示すコンダクタンス−電圧特性と、容量−電圧特性とに基づいて、ショットキー障壁高さの電界依存性を導出するようにしたものである。その他の構成は、上記実施形態１のショットキー接合解析装置１０１と同一である。
【０１０６】
次に、ショットキー接合の解析方法について説明する。
【０１０７】
まず、上記実施形態１と同様にして、上記電流電圧関数導出手段１４により、測定したリーク電流と印加した逆バイアスに基づいて、電流電圧関数を電流−電圧特性（図４参照）として求めるとともに（プロセスＰ１）、上記容量電圧関数導出手段１５により、測定した容量と印加した逆バイアスに基づいて、容量電圧関数を容量−電圧特性（図５参照）として求める（プロセスＰ３）。
【０１０８】
また、上記電流電圧関数を電圧について微分して、上記コンダクタンス−電圧特性を求める（プロセスＰ７）。
【０１０９】
そして、上記依存性抽出用演算装置１９により、上記コンダクタンス−電圧特性および容量−電圧特性から障壁−電界強度特性を求める（プロセスＰ８）。
【０１１０】
つまり、この依存性抽出用演算装置１９では、上記（１０）式の両辺を電圧について微分して得られる上記（１１）式が、ショットキー接合のコンダクタンスとショットキー接合の容量との関係を比例定数αを含む形で表していることから、この（１１）式に上記コンダクタンス−電圧特性および容量−電圧特性を組み合わせて比例定数αを求める演算を行う。上記（１１）式におけるｄＪｓ／ｄｖはショットキー接合のコンダクタンスである。
【０１１１】
なお、この実施形態２では、コンダクタンス−電圧特性を、電流−電圧特性を示す関数を電圧について微分することにより求めたが、ショットキー接合のコンダクタンスは直接測定可能であり、コンダクタンス−電圧特性は、測定により求めることもでき、以下、コンダクタンス−電圧特性を測定により求めるショットキー接合の解析方法を本発明の実施形態３として説明する。
【０１１２】
（実施形態３）
図３は本発明の実施形態３によるショットキー接合の解析方法を説明するための図であり、図３（ａ）は、該解析方法の処理プロセスのフローを示す図、図３（ｂ）は該ショットキー接合の解析に用いる解析装置の構成を示すブロック図である。
【０１１３】
図において、１０３は、本実施形態３のショットキー接合解析装置であり、この解析装置１０３は、実施形態２の解析装置１０２の構成に加えて、ショットキー接合におけるコンダクタンスを測定するコンダクタンス計測器２０と、バイアス印加手段１１及びコンダクタンス計測器２０の出力を受け、該ショットキー接合に印加される電圧と、該ショットキー接合のコンダクタンスとの対応関係を規定するコンダクタンス電圧関数をコンダクタンス−電圧特性として求めるコンダクタンス電圧関数導出手段２１を備えている。
【０１１４】
そして本実施形態の解析装置１０３では、依存性抽出用演算装置２１により、該コンダクタンス−電圧特性、容量−電圧特性、さらには電流−電圧特性に基づいて、ショットキー障壁高さの電界依存性を導出するようになっている。
【０１１５】
その他の構成は、上記実施形態２のショットキー接合解析装置１０２と同一である。
【０１１６】
次に、ショットキー接合の解析方法について説明する。
【０１１７】
まず、上記実施形態２と同様にして、上記電流電圧関数導出手段１４により、測定したリーク電流と印加した逆バイアスに基づいて、電流電圧関数を電流−電圧特性（図４参照）として求めるとともに（プロセスＰ１）、上記容量電圧関数導出手段１５により、測定した容量と印加した逆バイアスに基づいて、容量電圧関数を容量−電圧特性（図５参照）として求める（プロセスＰ３）。
【０１１８】
そして、本実施形態では、さらに上記コンダクタンス電圧関数導出手段２１により、測定したコンダクタンスと印加した逆バイアスに基づいて、コンダクタンス−電圧特性を求める（プロセスＰ９）。
【０１１９】
そして、上記依存性抽出用演算装置２１により、上記コンダクタンス−電圧特性、容量−電圧特性、及び電流−電圧特性に基づいて、障壁−電界強度特性を求める（プロセスＰ１０）。
【０１２０】
つまり、この依存性抽出用演算装置２１では、上記（１０）式の両辺を電圧について微分して得られる上記（１１）式に、測定により求めたコンダクタンス−電圧特性および容量−電圧特性を組み合わせて比例定数αを求める演算を行う。この（１１）式では、ｄＪｓ／ｄｖがショットキー接合のコンダクタンスである。
【０１２１】
この実施形態３では、上記実施形態２のように、電流電圧関数を微分して得られるコンダクタンス−電圧特性を用いるのではなく、直接測定したコンダクタンス−電圧特性を用いるので、電流−電圧特性を規定する電流電圧関数を微分することにより、電流−電圧特性における測定誤差が増幅されて、テーダ精度の落ちる恐れを回避できる。
【０１２２】
また、上記実施形態３では、上記（１１）式に、測定により求めたコンダクタンス−電圧特性および容量−電圧特性を組み合わせて、ショットキー接合の解析を行うので、原理的には電流−電圧特性を求める必要はないが、電流−電圧特性を求めておくことにより、コンダクタンス−電圧特性を規定する関数を積分して得られる電流電圧特性と、測定により得られた電流−電圧特性との比較により、測定により得られたコンダクタンス−電圧特性の測定精度などを判定することができ、ショットキー接合解析を行う上で有効である。
【０１２３】
（実施形態４）
図１４は本発明の実施形態４によるショットキー接合の解析方法を説明するための図であり、図１４（ａ）は、該解析方法の処理プロセスのフローを示す図、図１４（ｂ）は該ショットキー接合の解析に用いる解析装置の構成を示すブロック図である。
【０１２４】
本実施形態４のショットキー接合解析装置１０４では、実施形態２における容量計測器１３及び容量電圧関数導電手段１５を削除し、かつ依存性抽出用演算装置１９に代えて、容量電圧特性演算装置２３を備え、実施形態２とは逆に、ショットキー障壁高さの電界依存特性が既に判明していることを前提条件とし、ショットキー接合のコンダクタンス−電圧特性を測定及び演算によって求め、コンダクタンス−電圧特性及びショットキー障壁高さの電界依存特性に基づいて、ショットキー接合の容量−電圧特性を算出する。
【０１２５】
次に、ショットキー接合の解析方法について説明する。
【０１２６】
まず、上記実施形態２と同様にして、電流電圧関数を電流−電圧特性（図４参照）として求め（プロセスＰ１）、この電流−電圧特性を電圧について微分して、上記コンダクタンス−電圧特性を求める（プロセス７）。
【０１２７】
そして、上記容量電圧特性演算装置２３により、上記コンダクタンス−電圧特性及び既知のショットキー障壁高さの電界依存特性（プロセス１１）からショットキー接合の容量−電圧特性を求める（プロセス１２）。
【０１２８】
つまり、この容量電圧特性演算装置２３では、既知のショットキー障壁高さの電界依存特性である上記（１１）式がショットキー接合のコンダクタンス−電圧特性及び容量−電圧特性を表していることから、これらのうちの一方であるコンダクタンス−電圧特性を測定及び演算から導出し、他方である容量−電圧特性を演算のみによって求めている。
【０１２９】
図１５のグラフは、本実施形態４の解析方法によって求められたＧａＡｓショットキー接合の容量−電圧特性と、実測されたＧａＡｓショットキー接合の容量−電圧特性を示している。このグラフから明らかな様に、計算値と実測値は十分に一致する。
【０１３０】
（実施形態５）
図１６は本発明の実施形態５によるショットキー接合の解析方法を説明するための図であり、図１６（ａ）は、該解析方法の処理プロセスのフローを示す図、図１６（ｂ）は該ショットキー接合の解析に用いる解析装置の構成を示すブロック図である。
【０１３１】
本実施形態５のショットキー接合解析装置１０５では、実施形態１における電流計測器１２及び電流電圧関数導電手段１４を削除し、かつ依存性抽出用演算装置１７に代えて、電流電圧特性演算装置２４を備え、実施形態１とは逆に、ショットキー障壁高さの電界依存特性が既に判明していることを前提条件とし、ショットキー接合の空乏層電荷−電圧特性を測定及び演算によって求め、空乏層電荷−電圧特性及びショットキー障壁高さの電界依存特性に基づいて、ショットキー接合の電流−電圧特性を算出する。
【０１３２】
次に、ショットキー接合の解析方法について説明する。
【０１３３】
まず、上記実施形態１と同様にして、容量電圧関数を容量−電圧特性（図５参照）として求め（プロセスＰ３）、この容量−電圧特性を電圧について積分して、空乏層電荷−電圧特性（図６参照）を求める（プロセス４）。
【０１３４】
そして、上記容量電圧特性演算装置２３により、上記空乏層電荷−電圧特性及び既知のショットキー障壁高さの電界依存特性（プロセス１１）からショットキー接合の電流−電圧特性を求める（プロセス１３）。
【０１３５】
つまり、この電流電圧特性演算装置２４では、既知のショットキー障壁高さの電界依存特性である上記（１０）式がショットキー接合の電流−電圧特性及び容量−電圧特性を表していることから、これらのうちの一方である容量−電圧特性を測定及び演算から導出し、他方である電流−電圧特性を演算のみによって求めている。
【０１３６】
図１７のグラフは、本実施形態５の解析方法によって求められたＧａＡｓショットキー接合の電流−電圧特性と、実測されたＧａＡｓショットキー接合の電流−電圧特性を示している。このグラフから明らかな様に、計算値と実測値は十分に一致する。
【０１３７】
この様な各実施形態４及び５の解析方法は、半導体デバイスの容量及び電流についての真性成分と寄生成分の分離、半導体デバイスの等価回路モデルの構築を行う上で有効である。
【０１３８】
なお、本発明のショットキー接合の解析方法は、ショットキーコンタクト層に生じる空乏層の厚さがショットキー電極の大きさに比べて充分小さいなら、つまり平行平板型の容量がショットキー接合界面に形成されるなら、（５）式，（６）式，（７）式，（８）式が成り立つので、いかなるショットキー接合に対しても適用可能である。
【０１３９】
また、上記各実施形態では、上記（３）式における比例定数αの、半導体領域（具体的にはショットキーコンタクト層）の結晶性に依存することを利用して、半導体ウェーハの結晶性の評価を行う場合を示したが、文献（４）に開示されるように、ショットキー電極と半導体領域との間の絶縁膜が存在する場合には、上記比例定数αは、絶縁膜の厚さに比例し、絶縁膜が厚い程、該比例定数αが大きくなることから、この比例定数αを測定することにより、これらの絶縁膜の評価、つまり絶縁膜の性能の目安となる誘電率の評価をすることができる。
【０１４０】
このような絶縁膜の評価は、例えば、実施形態１における解析の対象となる半導体ウェーハ１０を、ショットキーコンタクト層上に絶縁膜を介してショットキー電極を形成した構造とし、このショットキー電極とショットキーコンタクト層との間でのショットキー接合の解析を、上記実施形態１と同様に行うことにより実施することができる。
【０１４１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、内蔵電位Ｖbiやコンタクト層の不純物濃度Ｎｄなどのパラメータの値の抽出を必要とすることなく、複雑な半導体層構造を持つ半導体ウェーハにおいてもショットキー接合の解析が可能となり、これまで測定困難であったショットキー障壁の電界依存性を、簡単かつ確実に測定することができる。この結果、半導体ウェーハ、半導体ウェーハ上の絶縁膜、およびショットキー接合を用いる半導体装置等の特性の評価を、ショットキー接合の解析により簡単かつ確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１によるショットキー接合の解析方法を説明するための図であり、図１（ａ）は、該解析方法の処理プロセスのフローを示す図、図１（ｂ）は該ショットキー接合の解析に用いる解析装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態２によるショットキー接合の解析方法を説明するための図であり、図２（ａ）は、該解析方法の処理プロセスのフローを示す図、図２（ｂ）は該ショットキー接合の解析に用いる解析装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態３によるショットキー接合の解析方法を説明するための図であり、図３（ａ）は、該解析方法の処理プロセスのフローを示す図、図３（ｂ）は該ショットキー接合の解析に用いる解析装置の構成を示すブロック図である。
【図４】上記各実施形態の解析方法における所定のプロセスで求めたＧａＡｓショットキー接合の電流−電圧特性をグラフで示す図である。
【図５】上記各実施形態の解析方法における所定のプロセスで求めたＧａＡｓショットキー接合の容量−電圧特性をグラフで示す図である。
【図６】上記実施形態１の解析方法における所定のプロセスで求めたＧａＡｓショットキー接合の空乏層電荷−電圧特性をグラフで示す図である。
【図７】上記実施形態１の解析方法により求めたＧａＡｓショットキー接合の障壁−電界特性をグラフで示す図である。
【図８】上記実施形態１の解析方法の対象となる具体的な素子構造として、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ構造を有するＨＥＭＴ構造を示す断面図である。
【図９】図８に示すＨＥＭＴ構造におけるショットキー接合の電流−電圧特性をグラフで示す図である。
【図１０】図８に示すＨＥＭＴ構造におけるショットキー接合の容量−電圧特性をグラフで示す図である。
【図１１】図８に示すＨＥＭＴ構造におけるショットキー接合の空乏層電荷−電圧特性をグラフで示す図である。
【図１２】図８に示すＨＥＭＴ構造におけるショットキー接合の障壁−電界特性をグラフで示す図である。
【図１３】図８に示すＨＥＭＴ構造におけるショットキー障壁の電界依存性（比例定数α）と、ショットキーコンタクト層のプラズマ処理後の熱処理温度との関係、つまり比例定数αの温度依存性をグラフで示す図である。
【図１４】図１４は本発明の実施形態４によるショットキー接合の解析方法を説明するための図であり、図１４（ａ）は、該解析方法の処理プロセスのフローを示す図、図１４（ｂ）は該ショットキー接合の解析に用いる解析装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】上記実施形態４の解析方法によって求められたＧａＡｓショットキー接合の容量−電圧特性と、実測されたＧａＡｓショットキー接合の容量−電圧特性をグラフで示す図である。
【図１６】本発明の実施形態５によるショットキー接合の解析方法を説明するための図であり、図１６（ａ）は、該解析方法の処理プロセスのフローを示す図、図１６（ｂ）は該ショットキー接合の解析に用いる解析装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】上記実施形態５の解析方法によって求められたＧａＡｓショットキー接合の電流−電圧特性と、実測されたＧａＡｓショットキー接合の電流−電圧特性をグラフで示す図である。
【符号の説明】
１    半絶縁性ＩｎＰ基板
２    ＩｎＰバッファ層
３    アンドープＩｎ0.47Ｇａ0.53Ａｓチャネル層
４    アンドープＩｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓスペーサ層
５    Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ電子供給層
６    アンドープＩｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓショットキーコンタクト層
７    Ｉｎ0.47Ｇａ0.53Ａｓオーミツクコンタクト層
８    ショットキー電極
９    オーミック電極
１０  半導体ウェーハ
１１  バイアス印加手段
１２  電流計測器
１３  容量計測器
１４  電流電圧関数導出手段
１５  容量電圧関数導出手段
１６  積分演算器
１７，１９，２２  依存性抽出用演算装置
１８  微分演算器
２０  コンダクタンス計測器
２１  コンダクタンス電圧関数導出手段
２３  容量電圧特性演算装置
２４  電流電圧特性演算装置
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５  ショットキー接合解析装置
【図１】
0003685429.tif 000011
【図２】
0003685429.tif 000012
【図３】
0003685429.tif 000013
【図４】
0003685429.tif 000014
【図５】
0003685429.tif 000015
【図６】
0003685429.tif 000016
【図７】
0003685429.tif 000017
【図８】
0003685429.tif 000018
【図９】
0003685429.tif 000019
【図１０】
0003685429.tif 000020
【図１１】
0003685429.tif 000021
【図１２】
0003685429.tif 000022
【図１３】
0003685429.tif 000023
【図１４】
0003685429.tif 000024
【図１５】
0003685429.tif 000025
【図１６】
0003685429.tif 000026
【図１７】
0003685429.tif 000027