[發明專利]鋁鎵氮勢壘層厚度測量結構及測量方法

在審

• 申請號: 202111594891.4
• 申請日: 2021-12-23
• 公開（公告）號: CN114284244A
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 寧殿華;蔣勝;柳永勝;程新
• 申請（專利權）人: 蘇州英嘉通半導體有限公司
• 主分類號: H01L23/544
• 分類號: H01L23/544;H01L21/66
• 代理公司: 蘇州三英知識產權代理有限公司 32412
• 代理人: 周仁青

本發明揭示了一種鋁鎵氮勢壘層厚度測量結構及測量方法，所述測量結構包括：襯底；位于襯底上的異質結，異質結包括氮化鎵溝道層和鋁鎵氮勢壘層，所述氮化鎵溝道層與鋁鎵氮勢壘層的界面處形成有二維電子氣；位于異質結上的第一金屬層，所述第一金屬層與二維電子氣電氣連接；位于第一金屬層及異質結上的鈍化層；位于鈍化層上的第二金屬層，所述第二金屬層包括全部或部分位于第一金屬層上方區域內的第一金屬極板及全部或部分位于二維電子氣上方區域內的第二金屬極板。本發明的測量結構可形成不包含鋁鎵氮勢壘層的第一平行板電容器和包含鋁鎵氮勢壘層的第二平行板電容器，基于電壓?電容特性測試及平行板電容器電容公式可以最終獲得鋁鎵氮勢壘層的厚度。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體涉及一種鋁鎵氮勢壘層厚度測量結構及測量方法。

背景技術

鋁鎵氮/氮化鎵(AlGaN/GaN)異質結界面處由于材料極化作用會形成高濃度的二維電子氣(Two-dimensional electron gas，2DEG)，并且具有載流子飽和遷移率高的特性，可以說AlGaN/GaN異質結結構是制備氮化鎵基高電子遷移率晶體管(HMET)的基石。

在外延生長中，二維電子氣的濃度直接取決于AlGaN勢壘層的厚度及Al組分含量，AlGaN的厚度及Al組分含量最終會影響器件的電流特性。采用一些手段可以測量AlGaN勢壘層的厚度或Al組分含量，如：掃描電子顯微鏡(SEM)、聚焦離子束技術(FIB)、X射線衍射儀(XRD)等，這些方法設計設備昂貴，且難以在實際流片生產過程中測量AlGaN勢壘層的厚度或Al組分含量。

現有技術中，可采用電壓-電容(C-V)特性測量并計算AlGaN勢壘層的厚度，具體地，是在AlGaN/GaN異質結上蒸鍍金屬形成肖特基接觸，繼而形成Metal-AlGaN-2DEG的平行板電容器結構，該結構中Metal和2DEG為上下極板，AlGaN勢壘層充當介質層，利用LCR測試儀可測得該結構電容值，再根據平行板電容器電容公式：C＝ε₀εS/d，可計算AlGaN勢壘層厚度，公式中C為測得的電容值，ε₀為真空介電常數，ε為AlGaN勢壘層相對介電常數，S為電容極板面積，即肖特基接觸面積，d為AlGaN勢壘層厚度。上述公式中電容值C為實際測量得到，真空介電常數ε₀＝8.854187817E-12F/m，極板面積S為工藝設計值，AlGaN勢壘層介電常數ε可根據經驗公式ε＝9.5-0.5x得到，x為AlGaN勢壘層中Al組分占比，所以利用該方法測量AlGaN勢壘層厚度的前提是需要知道AlGaN中Al組分占比，然而實際情況卻是，AlGaN勢壘層厚度都不知道的情況下，其Al組分占比也往往未知。此外，若AlGaN勢壘層質量較低存在較大漏電，或肖特基接觸差，由上述方法測量計算得到的結果誤差也會較大。

因此，針對上述技術問題，有必要提供一種鋁鎵氮勢壘層厚度測量結構及測量方法。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種鋁鎵氮勢壘層厚度測量結構及測量方法。

為了實現上述目的，本發明一實施例提供的技術方案如下：

一種鋁鎵氮勢壘層厚度測量結構，所述測量結構包括：

襯底；

位于襯底上的異質結，異質結包括氮化鎵溝道層和鋁鎵氮勢壘層，所述氮化鎵溝道層與鋁鎵氮勢壘層的界面處形成有二維電子氣；

位于異質結上的第一金屬層，所述第一金屬層與二維電子氣電氣連接；

位于第一金屬層及異質結上的鈍化層；

位于鈍化層上的第二金屬層，所述第二金屬層包括全部或部分位于第一金屬層上方區域內的第一金屬極板及全部或部分位于二維電子氣上方區域內的第二金屬極板；