ТЕСТОВАЯ СТРУКТУРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОМИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ

Полезная модель относится к изготовлению низкоомных омических контактов к гетероэпитаксиальным структурам и может быть применена для создания СВЧ транзисторов.
Эффективность функционирования приборов твердотельной электроники, в том числе на основе нитрида галлия, во многом зависит от величины удельного переходного сопротивления омических контактов. Оптимизация технологии их изготовления является одной из важнейших задач современной микро- и наноэлектроники. Поэтому разработка качественного теста сопротивления омических контактов является актуальной задачей.
Известна тестовая структура измерения омического контакта по методу Кельвина (крест Кельвина [1]). Структура представляет собой одиночный диффузный резистор, состоящий из гетероэпитаксиальной структуры и металлических контактов. К недостаткам этой структуры следует отнести растекание тока под контактами, что говорит о неточности измерений малых величин тока [2].
Известна тестовая структура омического контакта, называемая методом длинной линии (transmission line metod TLM), включающая три и более контактные площадки, расположенные на поверхности гетероэпитаксиальной структуры. Прохождение тока в данной структуре описывается хорошо изученной моделью длинной линии [3]. Данная структура не учитывает растекание тока на боковых краях, что является существенным недостатком и вносит систематическую погрешность в результаты измерений.
Наиболее ближайшим аналогом (прототипом) предложенной структуры является модифицированная структура метода длинной линии, называемая радиальным методом длинной линии [4]. Данная структура состоит из нескольких (более трех) контактных площадок, каждая из которых представляет собой круглую контактную площадку омического контакта с радиусом r1, которая отделяется от общего массива контактов меза-изоляцией радиусом r2. Причем при изготовлении тестового модуля на основе данной структуры контактные площадки делают разных размеров при сохранении соотношения r1 к r2. Однако данная структура не учитывает влияние измерительной системы (паразитного сопротивления зондов), что является существенным недостатком и вносит систематическую погрешность в результаты измерений.
Полезная модель направлена на снижение систематической погрешности измерения удельного переходного сопротивления омических контактов к гетероструктурам.
Технический результат достигается тем, что в тестовой структуре для измерения удельного сопротивления омических контактов, включающая изолирующую подложку с полупроводниковой гетероструктурой, на которую нанесены не менее трех разнесенных между собой контактных площадок для измерения сопротивления омических контактов, согласно полезной модели контактные площадки равноудалены друг от друга, а между ними на равном расстоянии располагаются дополнительные омические контакты, образующие диффузные резисторы, причем их количество между контактными площадками должно отличаться не менее чем на один.
На фиг. 1 представлен пример реализации предложенной полезной модели тестовой структуры для измерения удельного сопротивления омического контакта, где 1 (на разрезе А-А) - изолирующая подложка, 2 (на разрезе А-А) - полупроводниковая гетероструктура, 3, 4, 5 - контактные площадки для измерения сопротивления омических контактов, 6 - дополнительные омические контакты. Назначение указанных элементов следующее: слой 1 является подложкой, на которой формируется приборная структура 2 на основе полупроводниковых соединений. Элементы 3, 4, 5 являются контактными площадками, на которые располагают измерительные зонды для определения сопротивления между двумя из них (попарно 3-4 и 4-5). Между контактными площадками 3-4 и 3-5 располагаются дополнительные омические контакты 6, которые необходимы для формирования диффузных резисторов.
1
1
2
2
0
sh
изм
Топология выбрана такой, чтобы длины обеих ветвей 3-4 и 3-5 были равными, при этом количество дополнительных омических контактов 6 разное. Таким образом, первая ветвь отличается от второй на величину двух удельных сопротивлений омического контакта. Если расстояние между резисторами первой ветви обозначить l, сопротивление между контактными площадками 1-2 R, аналогично для второй ветви l, R, то в результате получаем систему уравнений (где R - сопротивление омического контакта, R - сопротивление полупроводника, R - сопротивление измерительной системы, W - ширина контактов):
При вычитании одного уравнения системы из другого можно получить довольно точное значение удельного сопротивления контакта:
1
2
изм
При 3l=4l из итогового выражения (2) исключается значение паразитного сопротивления (R).
Итоговое значение удельного сопротивления составляет:
Представленным выше способом было измерено сопротивление многослойных омических контактов Ti/Al/Ni/Au к гетероструктуре AlGaN/GaN на подложке из сапфира. Полученное сопротивление составило 0,21±0,01 Ом*мм.
Уменьшение систематической погрешности измерений достигается за счет оптимизации тестовой структуры, а именно расположением дополнительных омических контактов между контактными площадками.
Уменьшение систематической погрешности измерений достигается за счет предложенной конструкции, что проверено с помощью зондовой станции ЕР6 компании Cascade Microtech и измерительного комплекса полупроводниковых структур В1500А компании Agilent.
Предлагаемая полезная модель позволяет уменьшить погрешность измерения значения удельного переходного сопротивления омических контактов, что дает возможность определять значение сопротивления в диапазонах менее 0,05 Ом*мм.
Список литературы
1. N. Stavitski Cross-Bridge Kelvin Resistor Structures for Reliable Measurement of Low Contact Resistances and Contact Interface Characterization // IEEE TRANSACTIONS ON SEMICONDUCTOR MANUFACTURING, V. 22, NO. 1, 2009.
2. M. Ono A simple approach to understanding measurement errors in the cross-bridge Kelvin resistor and a new pattern for measurements of specific contact resistivity // Solid-State Electronics V. 46, 2002.
3. G.K. REEVES Obtaining the Specific Contact Resistance from Transmission Line Model Measurements // IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, V. 3, NO. 5, 1982.
4. Патент US 8854067 B2.