[發明專利]一種檢測氮化鎵基場效應晶體管表面鈍化效果的方法

有效

• 申請號: 201010162263.4
• 申請日: 2010-04-28
• 公開（公告）號: CN102237288A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 彭銘曾;鄭英奎;劉果果;劉新宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及微電子技術領域，尤其涉及一種檢測氮化鎵基場效應晶體管表面鈍化效果的電容-電壓測量方法。

背景技術

電容-電壓(CV)測試廣泛應用于半導體制造過程中，其應用包括：開發并集成半導體新工藝；研究開發新材料與器件結構，如介質厚度，金半接觸界面情況；金屬化后的工藝質量；器件可靠性；失效分析等。它可以更全面的分析器件性能，表征器件特性。

對于GaN?HEMT器件，可以利用CV測量方法對工藝過程中的器件特性進行監測。最重要的是可以在工藝過程中分析表面、界面特性，在材料生長過程和器件工藝步驟中會不可避免地引入一些雜質和缺陷，將在材料表面和刻蝕柵槽的界面及其他界面處引入不同類型電荷或者陷阱，主要有界面陷阱電荷、固定電荷、介質層陷阱電荷和可動離子電荷。CV測量方法還可以分析器件的性能，例如得到器件的開啟電壓、亞閾值特性、器件漏電等信息，結合器件的其他測量手段可以進一步了解器件的特性，所以CV測量方法是分析GaN?HEMT器件的重要手段之一。

GaN?HEMT器件是利用GaN基材料固有的強極化效應來形成二維電子氣溝道，從而材料表面的強極化電荷會產生薄吸附層形成的二維表面態，這些表面態的存在導致器件產生嚴重的電流崩塌以及器件漏電大的問題，直接影響GaN?HEMT器件的可靠性。在器件工藝上，表面鈍化處理是提高GaN?HEMT器件穩定性和可靠性的必要環節，但是各種表面處理工藝對器件表面態鈍化的效果不同。

發明內容

(一)要解決的技術問題

GaN?HEMT器件是利用GaN基材料固有的強極化效應來形成二維電子氣溝道，材料表面的強極化電荷會產生薄吸附層形成的二維表面態，這些表面態的存在導致器件產生嚴重的電流崩塌以及器件漏電大的問題，直接影響GaN?HEMT器件的可靠性。本發明的目的是采用CV測量方法來直觀檢測表面處理工藝對器件表面態鈍化的效果，以解決器件表面態導致器件產生嚴重的電流崩塌以及器件漏電大的問題。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種檢測氮化鎵基場效應晶體管表面鈍化效果的方法，該方法采用電容-電壓測量儀，具體包括：

步驟10：在氮化鎵基場效應晶體管的柵極和源極或者漏極之間加載電壓；

步驟20：電容-電壓測量儀的內置電源提供Vgs或者Vgd端口電壓的自動掃描，獲得Cgs～Vgs和Cgd～Vgd之間的關系曲線；

步驟30：對氮化鎵基場效應晶體管器件采用表面鈍化處理，然后再次測量器件Cgs～Vgs和Cgd～Vgd之間的關系曲線；

步驟40：比較表面鈍化處理前后器件Cgs～Vgs和Cgd～Vgd之間的關系曲線，當Vgs或Vgd低于器件閾值電壓為溝道關態電容，當Vgs或Vgd高于器件閾值電壓為溝道開態電容，從溝道關態電容和溝道開態電容的相對變化量來衡量表面鈍化處理的效果好壞。

上述方案中，步驟10中所述在氮化鎵基場效應晶體管的柵極和源極或者漏極之間加載電壓，包括：在電容-電壓測量儀的High端口接氮化鎵基場效應晶體管的柵端口G，采用正電壓加載到G端，電容-電壓測量儀的Low端口接氮化鎵基場效應晶體管的源端口S或者漏端口D。

上述方案中，步驟30中所述對氮化鎵基場效應晶體管器件采用表面鈍化處理，采用酸堿溶液、等離子體處理和介質鈍化，其中，酸堿溶液包括鹽酸、磷酸、氫氟酸、氨水、氫氧化鈉和氫氧化鉀中的任一種，等離子體處理包括N₂等離子體、NH₃等離子體或O₂等離子體，介質鈍化包括氧化硅、氮化硅、氧化鋁和苯并環丁烯中的任一種。

上述方案中，所述電容-電壓測量儀采用LCR表HP4284A。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果：

1、利用本發明，通過比較CV特性曲線中溝道關態電容和溝道開態電容的相對變化量，簡單直觀地監測表面處理工藝對器件表面電荷態的鈍化效果，解決了器件表面態導致器件產生嚴重的電流崩塌以及器件漏電大的問題。同時建立表面鈍化效果與電流崩塌、器件關態漏電和肖特基漏電的相關性。

2、利用本發明，可以對器件制作過程的關鍵工藝步驟進行監測，對改善器件工藝提供指導作用。

3、利用本發明，可以分析器件性能和結構參數，如器件的閾值電壓、肖特基開啟電壓、柵漏電、AlGaN勢壘層厚度、二維電子氣濃度等特性，更為重要的是可以分析器件的表面、界面特性以及電荷和缺陷的分布。