[發明專利]圓形電容結構的HEMT器件溝道區電場分布測量結構和方法

在審

• 申請號: 202011311567.2
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112466769A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 鄭雪峰;馬曉華;龔星星;張豪;王沖;呂玲;馬佩軍;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66;H01L29/778
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

本發明公開了一種HEMT器件溝道區電場分布測試圖形及其制備方法、測試方法，應用于圓形電容結構的HEMT器件，主要解決現有技術不能對HEMT器件溝道電場強度分布進行測量的的問題。其實現方案是：在待測HEMT器件上制作輔助測試結構，即位于柵極和漏極之間勢壘層中的一系列歐姆接觸電極，然后將被測HEMT器件加上關態偏置，依次測量輔助測試結構中每個歐姆電極到地的電壓，最后將相鄰電極的電壓差值除以待測歐姆電極與柵極距離的差值，即得到溝道電場強度分布。本發明測試方法快速簡便，結果準確可靠，能夠為后續分析器件耐壓特性與提高器件可靠性提供重要依據。

技術領域

本發明涉及電子設備領域，尤其涉及一種圓形電容結構的HEMT(High ElectronMobility Transistor，高電子遷移率晶體管)器件溝道區電場分布測量方法。

背景技術

近二十余年來，以氮化鎵(GaN)為代表的第三代寬禁帶半導體以其禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導率較高、化學穩定性強等優異特性而受到廣泛關注。特別是與AlGaN、InGaN等材料形成的異質結構HEMT器件，由于材料內在極化效應而在異質結界面處形成高濃度、高遷移率的二維電子氣，成為制作高頻、大功率半導體電子器件的重要選擇。目前，已有部分HEMT器件被用于雷達、移動通信、空天通訊等領域。

GaN基HEMT器件往往工作于高電壓狀態，隨著應用領域需求的發展，HEMT器件的工作電壓越來越高。通常，高電壓主要存在于器件的柵極與漏極之間，也即柵極與漏極之間存在較高的電場，這也是器件發生擊穿的主要區域。然而到目前為止，對于柵漏之間電場的表征基本都依賴于仿真軟件等間接方法，而缺少直接的實驗方法來進行定量表征。這也使得對于高壓HEMT器件溝道區電場分布的表征不夠準確，嚴重影響了對器件擊穿機理的理解以及器件擊穿電壓等性能的進一步提高。

隨著GaN基高壓大功率器件的進一步發展，對于準確表征器件溝道區電場強度的需求越來越大，因此特別需要一種方法針對HEMT器件溝道區電場分布提供直接的實驗數據，為器件相關物理機理的深入理解及性能的提高提供幫助。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種圓形電容結構的HEMT器件溝道區電場分布測量結構和方法，以便為HEMT器件的材料生長與器件工藝優化，以及可靠性評估提供指導。

為實現上述目的，圓形電容結構的HEMT器件溝道區電場分布測量結構通過如下步驟制作：

步驟1a：在選定的圓形電容結構的HEMT器件的表面均勻地涂上光刻膠；

步驟1b：使用合適的掩膜版進行曝光，將曝光后的HEMT器件進行顯影；

步驟1c：在等離子刻蝕機中將被選定的HEMT器件的勢壘層上進行刻蝕環形凹槽，刻蝕位置位于所述柵極和所述漏極之間，且環形凹槽的圓心與柵極重合；所述環形凹槽深度與所述勢壘層厚度相同；

步驟1d：在蒸發臺中對刻蝕后的HEMT器件表面進行金屬蒸發，在所述勢壘層的環形凹槽中淀積制備歐姆電極，所蒸發的金屬材料與所述HEMT器件的漏電極相同；

步驟1e：對金屬蒸發完成的器件進行剝離，將器件表面多余的光刻膠和金屬去除，隨后在氮氣氛圍下進行快速熱退火，制成測試HEMT器件溝道區電場分布的結構。

所述測試HEMT器件溝道區電場分布的結構為一組具有環形歐姆接觸的歐姆電極e₁到e_n的HEMT器件變形件。這些環形歐姆電極的分布情況為：從柵極開始，第1個至第n個環形歐姆電極與柵極之間的距離分別為L₁、L₂、L₃、……、L_n-1、L_n，測試HEMT器件溝道區電場分布的結構的柵漏間距為L_DG，環形歐姆電極的寬度應當遠小于L₁～L_n之中的最小值。