半導體基板的電氣特性的測量方法

2023-09-23 06:40:20

專利名稱：半導體基板的電氣特性的測量方法
技術領域：
本發明涉及半導體基板的電氣特性的測量方法。
背景技術：
專利文獻1公開了通過四探針法測量矽單結晶薄膜的電阻率的電阻率測量方法。 同時，專利文獻1記載的電阻率測量方法，公開的是不特別指定載流子的種類的測量方法。(專利文獻1)日本特開2001-274211號公報可是，如場效應電晶體(Field Effect Transistor,「FET」)之類的半導體器件中， 有通過電子或空穴的其中一種單載流子流動電流的電子元件。因此，要想更正確地評價半導體基板的電氣特性，除了以前的測量方法之外，還需要加上也能測量關於電子或空穴的其中一方的載流子的電氣特性的測量方法。

發明內容
為了解決上述課題，在本發明的第1方式中提供一種測量方法，是用於測量具有基底基板和在基底基板上設置的緩衝層的半導體基板的漏電流或絕緣擊穿電壓的測量方法，該方法具有在緩衝層設置含有由被施加電場時向緩衝層注入空穴的材料組成的空穴注入電極的多個電極的步驟；測量對從多個電極選擇出的含有至少一個空穴注入電極的第 1一對電極施加電壓或電流時在第1一對電極中流動的電流或第1一對電極間的電壓的步驟；以及根據第1 一對電極中流動的電流或第1 一對電極間的電壓，測量半導體基板中的空穴的移動所致的漏電流或絕緣擊穿電壓的步驟。該測定方法還可以包括在緩衝層設置含電子注入電極的多個電極的步驟，該電子注入電極是由當被施加電場時馬上注入電子到緩衝層的材料構成的電子注入電極；測量對從多個電極選擇出的含有至少一個電子注入電極的第2 —對電極施加了電壓或電流時在第2 —對電極中流動的電流或第2 —對電極間的電壓的步驟；以及根據第 2 一對電極中流動的電流或第2 —對電極間的電壓，測量半導體基板中的電子的移動所致的漏電流或絕緣擊穿電壓的步驟。在測量空穴的移動所致的漏電流或絕緣擊穿電壓的步驟中，將預先規定了大小的電流在第1 一對電極上流動時的第1 一對電極中的各電極間的電壓，作為空穴的移動所致的絕緣擊穿電壓。另外，在測量空穴的移動所致的漏電流或絕緣擊穿電壓的步驟中，例如， 在第1 一對電極間的電壓為預先規定的大小時，將第1 一對電極中流動的電流的大小作為漏電流。在該測量方法中所使用的空穴注入電極，比如對P型3-5族化合物半導體注入空穴，電子注入電極，比如對N型3-5族化合物半導體注入電子。再有，用該測量方法測量的半導體基板，可以具有在緩衝層上形成場效應電晶體的多層半導體層。在該情況下，還具有除去多層半導體層的至少一部分，露出緩衝層的至少一部分表面的步驟，在設置含空穴注入電極的多個電極的步驟中，可以在被露出的緩衝層，設置包含空穴注入電極的多個電極。
根據該測量方法測量具有多層半導體層的半導體基板的電氣特性時，還具有在被露出的緩衝層設置包含由被施加電場時馬上對緩衝層注入電子的材料構成的電子注入電極的多個電極的步驟；測量對從多個電極選擇出的含有至少一個電子注入電極的第2 — 對電極之間施加了電壓或電流時在第2 —對電極中流動的電流及第2 —對電極間的電壓的步驟；基於第2 —對電極中流動的電流及第2 —對電極間的電壓，測量在半導體基板中的電子的移動所致的漏電流或絕緣擊穿電壓的步驟。在該測量方法中，在設置含有空穴注入電極的多個電極的步驟中，可以將含有在緩衝層中成為受體雜質的原子作為構成要素的單體或化合物的材料配置在緩衝層表面之後，加熱緩衝層。再有，在設置含有電子注入電極的多個電極的步驟中，可以將含有以在緩衝層中成為施主雜質的原子作為構成要素的單體或化合物的材料配置在緩衝層表面之後， 加熱緩衝層。在測量第1一對電極中流動的電流或第1一對電極間的電壓的步驟中，在第 1 一對電極之間施加直流電壓或直流電流。空穴注入電極，比如包含AuSu AuNi、AuCr、Ti/ Pt/Au, Ti/WSi中的至少一種。在本發明的第2方式中，提供一種測量方法，是測量半導體基板中的漏電流或絕緣擊穿電壓的測量方法，該半導體基板具有基底基板、在基底基板上設置的含N型3-5族化合物半導體的緩衝層、被設置在緩衝層上且形成場效應電晶體的多層半導體層，該方法具有將多層半導體層的至少一部分除去，露出緩衝層的至少一部分表面的步驟；在緩衝層設置含有由被施加電場時對N型3-5族化合物半導體注入電子的材料構成的電子注入電極的多個電極的步驟；測量對從多個電極選擇出的含有至少一個電子注入電極的一對電極之間施加電壓或電流時在一對電極中流動的電流或一對電極間的電壓的步驟；以及基於一對電極中流動的電流或一對電極間的電壓，測量在半導體基板中的電子的移動所致的漏電流或絕緣擊穿電壓的步驟。


圖1表示半導體基板200及測量裝置MO的一個例子。圖2表示半導體基板200的漏電流或絕緣擊穿電壓的測量方法的流程圖。圖3表示測量了半導體基板200的電流或電壓的結果得到的電壓電流特性的一個例子。圖4表示半導體基板200、測量裝置M0、和測量裝置MO的一個例子。圖5表示半導體基板200的漏電流或絕緣擊穿電壓的測量方法的流程圖。圖6表示多層半導體基板700的漏電流或絕緣擊穿電壓的測量方法的流程圖。圖7表示多層半導體基板700及測量裝置MO的一個例子。圖8表示多層半導體基板700及測量裝置MO的一個例子。圖9表示多層半導體基板700、測量裝置240和測量裝置MO的一個例子。圖10表示半導體基板200及測量裝置1050的一個例子。
具體實施例方式圖1表示半導體基板200及測量裝置MO的一個例子。半導體基板200具有基底基板210及緩衝層220。緩衝層220是在基底基板210上面外延生長的半導體。緩衝層
5220，作為一個例子，具有下部緩衝層222及上部緩衝層224。在緩衝層220上面，在後述的測量方法中，設置一對由空穴注入電極230及空穴捕獲電極232組成的電極。測量裝置240具有2個測量探針M8、開關M2、電流計244和直流電壓源。測量裝置M0，通過使2個測量探針248各自接觸空穴注入電極230或空穴捕獲電極232，來測量半導體基板200的漏電流或絕緣擊穿電壓。空穴注入電極230包含被施加電場時馬上對緩衝層220注入空穴的材料。空穴捕獲電極232包含被施加電場時馬上從緩衝層220捕獲空穴的材料。在緩衝層220具有大電阻時，可通過對緩衝層220強制地注入空穴，而在緩衝層220注入空穴。比如，通過對空穴注入電極230及空穴捕獲電極232施加電壓或電流，從空穴注入電極230向緩衝層220注入空穴，由空穴捕獲電極232從緩衝層220捕獲空穴。能夠通過在緩衝層220注入空穴，測量空穴注入電極230及空穴捕獲電極232間的電流或電壓，來測量空穴的移動所致的漏電流或絕緣擊穿電壓。可以在緩衝層220上設置空穴注入電極230 及空穴捕獲電極232以外的電極。或者，在向緩衝層220注入空穴時，在空穴注入電極230及空穴捕獲電極232間施加過大的電壓的話，有時將流動雪崩狀過大電流。在這樣的情況下，因為不能測量漏電流或絕緣擊穿電壓，所以對空穴注入電極230及空穴捕獲電極232施加預先確定的範圍內的電壓。圖2表示半導體基板200的漏電流或絕緣擊穿電壓的測量方法的流程圖。該測量方法具有準備半導體基板200的步驟SllO ；在緩衝層220設置空穴注入電極230及空穴捕獲電極232的步驟S130 ；測量在空穴注入電極230及空穴捕獲電極232施加電壓或電流時的在空穴注入電極230及空穴捕獲電極232中流動的電流或空穴注入電極230及空穴捕獲電極232間的電壓的步驟S150 ；以及基於該電流或電壓，測量半導體基板200中的空穴的移動所致的漏電流或絕緣擊穿電壓的步驟S170。在設置空穴注入電極230及空穴捕獲電極232的步驟S130中，比如，通過在緩衝層220上面蒸鍍金屬，或通過形成圖案，來形成空穴注入電極230及空穴捕獲電極232。在設置空穴注入電極230及空穴捕獲電極232的步驟S130中，也可以設置空穴注入電極230 及空穴捕獲電極232以外的電極。在測量電流或電壓的步驟S150中，讓測量裝置240的2個測量探針248各自接觸空穴注入電極230或空穴捕獲電極232。其次，對空穴注入電極230及空穴捕獲電極232施加直流的電壓，測量該狀態下在空穴注入電極230及空穴捕獲電極232中流動的電流值。具體是，一邊使施加到空穴注入電極230及空穴捕獲電極232間的電壓變化、一邊測量空穴注入電極230及空穴捕獲電極232中流動的電流值。在測量漏電流或絕緣擊穿電壓的步驟S170中，比如，將空穴注入電極230及空穴捕獲電極232中流動預先規定了大小的電流時的空穴注入電極230及空穴捕獲電極232間的電壓，作為由於空穴的移動所致的絕緣擊穿電壓。另外，在空穴注入電極230及空穴捕獲電極232間的電壓是預先決定了的大小的情況下，也可以把空穴注入電極230及空穴捕獲電極232中流動的電流的大小作為漏電流。在所測量的絕緣擊穿電壓比預先決定的電壓值小的情況下，可以判定半導體基板 200是次品。再有，在所測量的漏電流比預先決定的電流值大的情況下，可以判定所測量的半導體基板200是次品。基底基板210，是對於在基底基板210形成的其他構成要素進行支撐方面具有充分的機械強度的基板。比如，是GaAs等的化合物半導體基板，Ge基板、 GOI (germanium-on-insulator)基板、Si 基板或 SOI (silicon-on-insulator)基板。基底基板210，比如是單結晶基板。基底基板210，也可以是藍寶石基板、玻璃基板或PET薄膜等的樹脂基板。比如通過外延生長法，與基底基板210相接地形成緩衝層220。半導體基板200， 可以在基底基板210和緩衝層220間具有其他的半導體層。緩衝層220，可以是單層的半導體層，也可以是由多層的半導體層構成。比如，緩衝層220由組成各不相同的下部緩衝層 222及上部緩衝層2 構成。作為一個例子，緩衝層220，防止起因於基底基板210表面所殘留的雜質的在基底基板210上面形成的半導體元件的特性退化。緩衝層220，也可以抑制來自上層形成的半導體層的漏電流。緩衝層220，也可以具有作為用於緩衝在上層形成的半導體層的晶格間距離與基底基板210晶格間距離之差的緩衝層的作用。緩衝層220，可以具有確保在上層形成的半導體的結晶質量的功能。緩衝層220，比如是3-5族化合物半導體。緩衝層220可以含載流子阱。作為載流子阱，能例示硼原子或氧原子。緩衝層 220，比如是作為載流子阱而添加了氧原子的化合物半導體Alxfel-xAsO)彡χ彡1)或 AlyInzGal-y-zP(0彡y彡1，0彡ζ彡1，0彡y+z彡1)。通過對該化合物半導體添加氧原子，從而能對該半導體形成深的陷阱能級。通過該深的陷阱能級，能夠捕獲通過緩衝層220 的載流子。其結果是，能夠防止緩衝層220上面形成的其他的半導體層和位於緩衝層220 的下面的基底基板210之間的漏電流。含載流子阱的緩衝層220的薄膜厚度方向的電阻率，取決於組成、氧原子摻雜濃度和薄膜厚度。比如，緩衝層220在作為AlxGai_xAs (0彡χ彡1的)的情況下，Al組成越高電阻率越高。但，優選Al組成為不損壞結晶質量的範圍內的大小，實用上χ是0. 3 0. 5 左右。同時，在不損壞結晶質量的範圍內優選高氧原子摻雜濃度。因此，氧原子的濃度最好在lX1018[cnT3]以上、IXlO2tl[cm—3]以下。緩衝層220的薄膜厚度在不影響生長時間的範圍內優選厚的一方。緩衝層220，可以有多個P型3-5族化合物半導體。比如，該多個3_5族化合物半導體中的互相鄰接的2個3-5族化合物半導體，形成AlxGai_xAs (0彡χ彡1)和 Aly^vyAs (0彡 y 彡 l，x<y)的異質結、Ανη^ει^Ρ (0 彡 ρ 彡 1，0 彡 q 彡 1)和 ΑΙ^ι^^ι^Ρ < (0 ^ r ^ 1,0 ^ s ^ 1, pr,0 ^ r+s ^ 1)的異質結、或 AlxGivxAs (0 彡 χ 彡 1)和 AlpInqGa1^qP (0彡ρ彡1，0彡q彡1，0彡p+q彡1)的異質結。比如，緩衝層220中包含的下部緩衝層222是P型半導體層AlxGai_xAs (0彡χ彡1)， 上部緩衝層2 是P型半導體層AlyGai_yAs (0<77時沖型半導體層AlxGai_xAs 具有比P型半導體層AlyGai_yAS高的Al組成。其結果是，緩衝層220，具有只是抑制在緩衝層220底部和表面之間載流子移動的寬的能帶隙。緩衝層220有寬的帶隙的話，緩衝層220 成為能壘，阻礙載流子從上部緩衝層224向下部緩衝層222的移動，抑制漏電流的發生。緩衝層220，可以具有多個P型半導體層。多個P型半導體層的各層具有原子單位的厚度，緩衝層220可以整體構成超晶格。因為在那樣的情況時，通過多個異質結，形成多個能壘，所以能更有效地防止漏電流。 緩衝層220，可以具有構成PN結的P型半導體層及N型半導體層。比如，在上部緩衝層2M是P型半導體層，下部緩衝層222是N型半導體層時，因為在PN結部中形成空乏領域，所以緩衝層220阻礙載流子的移動。緩衝層220，含多個P型半導體層和多個N型半導體層，可以具有P型半導體層和N型半導體層被交替層疊而形成多個PN結的層疊構造。 因為該多個PN結形成多個空乏區域阻礙載流子的移動，因此能有效地防止漏電流。空穴注入電極230由若被施加電場則對P型3-5族化合物半導體注入空穴的材料構成。空穴注入電極230與緩衝層220相接觸，可以形成多個。作為空穴注入電極230材料，能例示 AuSu AuNi、AuCr、Ti/Pt/Au 或 Ti/W/Si 等。在使用測量裝置240測量電流或電壓時，使空穴注入電極230及空穴捕獲電極232 分別接觸測量探針對8，從直流電壓源246對空穴注入電極230及空穴捕獲電極232施加電壓。由電流計244測量該電壓下的電流值。讓直流電壓源246輸出的電壓變化，測量與變化後的電壓相應的電流值。半導體基板200，可以通過以下的方法製造。在基底基板210為GaAs單結晶基板時，在其上使AKiaAs的緩衝層220外延生長。作為外延生長法，可以例示有機金屬氣相生長法(又稱 Metal Organic Chemical Vapor D印osition，M0CVD 法)、分子射線外延法(又禾爾 Molecular Beam Epitaxy, MBE 法)。要想採用MOCVD法使緩衝層220外延生長，首先，將GaAs單結晶基底基板210的表面脫脂衝洗、蝕刻、水洗、乾燥了之後，載置在減壓桶型MOCVD爐的加熱臺上。接著，用高純度氫充分置換了爐內之後，開始基底基板210的加熱。結晶生長時的基板溫度，最好從 500°C到800°C。在基底基板210穩定在恰當的溫度時向爐內導入砷原料，接下來，導入鎵原料或鋁原料，使AlGaAs層外延生長。作為3族元素原料，能夠使用三甲基鎵(TMG)或三甲基鋁(TMA)等。作為5族元素原料氣體，能夠使用三氫化砷(AsH3)等。作為外延生長條件的一個例子，能列舉為反應爐內壓力為0. Iatm、生長溫度650°C、生長速度1 3ym/hr。作為原料的載流子氣體，能使
用高純度氫。對於緩衝層220，作為載流子阱可以添加氧原子，在使緩衝層220外延生長的期間，通過對反應爐導入在氫或惰性氣體混合了被稀釋的氧氣得到的氣體而被添加氧原子。 可以通過使用有機金屬原料中包含的氧化合物，對緩衝層220添加氧原子。作為氧化合物還能夠通過另外添加乙醚類等而添加氧原子。因為通過對緩衝層220添加氧原子，而形成深的阱能級，以阻礙載流子的經過，所以緩衝層220的電阻升高，能夠防止漏電流。在基底基板210，通過使比如含有Al組成不同的AlGaAs的下部緩衝層222及上部緩衝層2M依次外延生長，可以形成緩衝層220。通過在下部緩衝層222添加比上部緩衝層 224多的Al，而能夠使緩衝層220裡面具有更寬廣的能帶隙。其結果是，能通過所產生的能壘阻止載流子向基底基板210移動，抑制漏電流的發生。通過調整三甲基鋁(TMA)的流量， 能控制Al的添加量。在設置空穴注入電極230及空穴捕獲電極232的步驟S130中，與上部緩衝層2M 相接觸地形成空穴注入電極230及空穴捕獲電極232。作為電極的形成方法，如可採用濺射法、化學氣相生長法等(Chamical Vapor D印osition，稱CVD法)。比如，首先通過光刻法，
8形成在形成空穴注入電極230的位置處設置了開口的抗蝕劑掩模。接下來，通過濺射法堆積AuSi之後，通過抗蝕劑掩膜的剝離，能夠形成空穴注入電極230。空穴注入電極230及空穴捕獲電極232，比如，是以間距(電極間的距離)5μπι形成的長度0. 2mm、寬度0. Imm的矩形狀的多個電極。空穴注入電極230及空穴捕獲電極232， 也可以是直徑0. 06mm的圓形電極和在圓形電極外周部每隔5 μ m左右的間隙形成的包圍圓形電極的環狀電極。設置空穴注入電極230及空穴捕獲電極232的步驟S130可以包含在上部緩衝層 224表面配置了含有在P型3-5族化合物半導體中構成受體雜質的元素的材料之後進行加熱的步驟。比如，對形成在上部緩衝層2M表面的空穴注入電極230的部位，離子注入在P 型3-5族化合物半導體中構成受體雜質的SuMg或Be之後形成空穴注入電極230，並加熱。 因為在離子注入之後進行加熱，空穴注入電極230的材料在上部緩衝層2M中擴散，空穴注入電極230和上部緩衝層2M之間的電阻變小。在測量電流或電壓的步驟S220中，讓空穴注入電極230及空穴捕獲電極232，各自接觸測量裝置MO的2個測量探針M8。其次，一邊使由直流電壓源246施加的電壓變化， 一邊用電流計244測量電流。能夠通過一邊使直流電壓源246的輸入施加電壓變化、一邊測量電流值，從而可以測量基於2個電極之間的空穴的移動的電流電壓特性。作為測量條件的一個例子，在場強為0至0. lMV/cm的範圍內，可以按照0. lkv/cm的梯級施加電壓，測量各梯級的電流值。圖3是測量電流或電壓的結果得到的電流電壓特性的一個例子。如果使輸入電壓增加，則電流增加。因此，能將電壓Vl時的電流定義為漏電流II。比如，如果能將施加電壓為10. O(V)時流動的電流值作為漏電流的大小。也可以將漏電流Il低於預先規定的值的半導體基板200作為合格品，將漏電流Il高於預先規定的值的半導體基板200作為次品， 以此來評價半導體基板200的質量。若進一步使電壓增加，則電流急劇地增加。能將電流劇增的電壓定義為絕緣擊穿電壓VB。比如，能把電流變為1.0X10_5㈧時的電壓設定為絕緣擊穿電壓。也可以將絕緣擊穿電壓VB低於預先規定的值的半導體基板200作為合格品，將絕緣擊穿電壓VB高於預先規定的值的半導體基板200作為次品，以此來評價半導體基板200的質量。圖4表示半導體基板200、測量裝置240和測量裝置540的一個例子。圖1所示的構成之外，在圖4所示的實施方式中，半導體基板200還設置由電子注入電極530及電子捕獲電極532組成的一對電極。在同樣的半導體基板200，設置將空穴注入緩衝層220的空穴注入電極230及空穴捕獲電極232，以及把電子注入緩衝層220的電子注入電極530及電子捕獲電極532，而得以同時測量空穴的移動所致的電流電壓特性和電子的移動所致的電流電子特性。電子注入電極530包含被施加電場時馬上向緩衝層220注入電子的材料。電子捕獲電極532包含被施加電場時立即從緩衝層220收集電子的材料。電子注入電極530包含對N型3-5族化合物半導體注入電子的材料。電子注入電極530及電子捕獲電極532，可以按照與緩衝層220相接觸的方式形成多個。作為電子注入電極530及電子捕獲電極532，能例示AuGe/Ni/Au電極。測量裝置540具有開關M2、電流計M4、直流電壓源546和一對測量探針M8。在測量電流電壓特性時，使測量探針548接觸電子注入電極530及電子捕獲電極532，從直流電壓源546將電壓施加到電子注入電極530及電子捕獲電極532間。一邊讓所施加的電壓變化一邊用電流計544測量電流，測量由於電子的移動所致的電流電壓特性。圖5是表示圖4所示的半導體基板200的漏電流或絕緣擊穿電壓的測量方法的流程圖。本實施方式的測量方法，除了圖2所示的實施方式中的各步驟之外又加上在緩衝層 220設置含有由被施加電場時馬上對緩衝層220注入電子的材料組成的電子注入電極的電子注入電極530及電子捕獲電極532的步驟S440 ；測量在對電子注入電極530及電子捕獲電極532施加電壓或電流時在電子注入電極530及電子捕獲電極532中流動的電流和電子注入電極530及測量電子捕獲電極532間的電壓的步驟S460 ；和基於該電流或電壓，測量由於在半導體基板200中的電子的移動所致的漏電流或絕緣擊穿電壓的步驟S480。在設置電子注入電極530及電子捕獲電極532的步驟S440中，在將含有在N型 3-5族化合物半導體中變成施主雜質的元素的材料配置在緩衝層220表面之後，加熱半導體基板200。比如，在緩衝層220的表面中的形成電子注入電極530及電子捕獲電極532的部位，離子注入在N型3-5族化合物半導體中變成施主雜質的Si之後，形成電子注入電極 530及電子捕獲電極532，加熱半導體基板200。通過離子注入之後加熱，電子注入電極530 及電子捕獲電極532和緩衝層220之間的電阻變小。圖5流程圖中，該步驟S440位於步驟 S130之後，不過，步驟S440也可以在步驟S130之前，也可以和步驟S130同時進行。測量電子注入電極530及電子捕獲電極532中流動的電流和電子注入電極530及電子捕獲電極532間的電壓的步驟S460中，讓測量裝置540的2個測量探針548接觸所形成的多個電子注入電極530及電子捕獲電極532。接下來，一邊使由直流電壓源546施加的電壓變化，一邊用電流計544測量電流。通過一邊使直流電壓源M6的施加電壓變化，一邊測量電流值，從而能測量由於2 個電極間的電子的移動所致的電流電壓特性。作為測量條件的一個例子，在電場強度從0 到0. lMV/cm的範圍內，可以按0. lkv/cm的梯級施加電壓，測量各梯級的電流值。圖5的流程圖中，步驟S460的測量，是在步驟S150測量後，不過，也可以在步驟S150之前進行，還可以和步驟S150的測量同時進行。在測量由於電子的移動所致的漏電流或絕緣擊穿電壓的步驟S480中，根據在測量電流或電壓的步驟S460得到的電流電壓特性，測量在半導體基板200中的電子的移動所致的漏電流或絕緣擊穿電壓。圖5的流程圖中，步驟S480位於步驟S170之後，不過，步驟 S480，可以位於步驟S170之前，也可以與S170同時進行。在測量電子的移動所致的漏電流或絕緣擊穿電壓的步驟S480中，如測量圖3表示的空穴時的電流電壓特性那樣，可以根據VB的值，判斷半導體基板200的耐絕緣擊穿的能力。另外，可以根據恆定電壓Vl下的漏電流Il的大小來判斷半導體基板200的漏電流。也可以將漏電流Il低於規定值的半導體基板200作為合格品，將漏電流Il高於規定值的半導體基板200作為次品，以此進行半導體基板200的質量評價。圖6表示多層半導體基板700的漏電流或絕緣擊穿電壓的測量方法的流程圖。圖 7表示多層半導體基板700及測量裝置240的一個例子。在本實施方式中，測量半導體基板 200上面形成了多層半導體層760的多層半導體基板700的漏電流或絕緣擊穿電壓。多層半導體基板700，按順序具有基底基板210、緩衝層220和多層半導體層760。
多層半導體層760包含半導體層762、半導體層764和半導體層766。多層半導體層760是能形成場效應電晶體(Field Effect Transistor，又稱「FET」)的多層半導體層。 比如，多層半導體層760是能形成場效應電晶體的一個例子的高電子移動度電晶體(High Electron Mobility Transistor，有時稱「HEMT」)的多層半導體層。半導體層764是形成基於2維載流子氣體的載流子通道的通道層。半導體層762及半導體層766是對半導體層 764供給載流子的載流子供給層。多層半導體層760，不限定於圖7所示的三層構造，也可以是二層，還可以由更多的層構成。多層半導體層760的各層，在半導體基板200上面被依次外延形成。作為外延生長法，能例示MOCVD法、MBE法。如圖6所示，本實施方式的測量方法包括準備多層半導體基板700的步驟S610 ； 除去多層半導體層760的步驟S620 ；設置空穴注入電極730及空穴捕獲電極732的步驟 S630 ；測量空穴注入電極730及空穴捕獲電極732間的電流電壓特性的步驟S640 ；及測量空穴的移動所致的漏電流或絕緣擊穿電壓的步驟S650。以下，使用圖7的例子，說明本實施方式的測量方法。其中，省略關於與圖1實施方式重複的內容的說明。在準備多層半導體基板700的步驟S610中，準備多層半導體基板700。多層半導體基板700，比如是已經在半導體基板200上面形成了多層半導體層760的多層半導體基板。在除去多層半導體層760的步驟S620中，通過蝕刻法等方法，除去多層半導體基板700的多層半導體層760的至少一部分，露出緩衝層220的至少一部分表面。優選除去多層半導體層760的全部，露出緩衝層220表面的全部。除去多層半導體層760的一部分時，通過光刻法，在多層半導體層760表面，形成在預定除去的部分設置開口的抗蝕劑掩膜。此後，可以用磷酸等進行蝕刻來除去掩模的開口部的多層半導體層760，露出緩衝層表面。圖7，表示除去了多層半導體基板700的右側一部分的多層半導體層760的情況。設置空穴注入電極730及空穴捕獲電極732的步驟S130中，與露出的緩衝層220 相接觸地設置空穴注入電極730及空穴捕獲電極732。空穴注入電極730含有被施加電場時馬上對緩衝層220注入空穴的材料。空穴捕獲電極732含有被施加電場時馬上從緩衝層 220捕獲空穴的材料。形成空穴注入電極730及空穴捕獲電極732的方法，可以是和形成空穴注入電極230及空穴捕獲電極232同樣的方法。通過和圖2所示的方法同樣的方法，用空穴注入電極730及空穴捕獲電極732，測量多層半導體基板700的空穴的移動所致的漏電流或絕緣擊穿電壓。圖8是多層半導體基板700及測量裝置MO的一個例子。在本實施方式中，在除去多層半導體基板700的一部分的多層半導體層760後，在被露出的緩衝層220的表面形成電子注入電極530及電子捕獲電極532。此後，用測量裝置540測量電子注入電極530及由於電子捕獲電極532間的電子的移動所致的電流電壓特性。在本測量方法中，實施準備圖6表示的多層半導體基板700的步驟S610 ；除去多層半導體層760的步驟S620 ；設置圖5表示的多個電子注入電極530及電子捕獲電極532 的步驟S440 ；測量電子注入電極530及電子捕獲電極532間的電流或電壓的步驟S460 ；以及電子的移動造成的漏電流或絕緣擊穿電壓的步驟S480。
在除去多層半導體層760的步驟S620中，除去多層半導體層760的一部分，露出緩衝層220的一部分表面。在設置圖5所示的電子注入電極530及電子捕獲電極532的步驟S440中，與露出的緩衝層220相接觸地形成電子注入電極530及電子捕獲電極532。在測量電子注入電極530及電子捕獲電極532間的電流或測量電壓的步驟S460 中，測量電子注入電極530及電子捕獲電極532間的電流電壓特性。最後，在測量電子的移動所致的漏電流或絕緣擊穿電壓的步驟S480中，根據所測量的電流電壓特性，測量由於在多層半導體基板700中的電子的移動所致的漏電流或絕緣擊穿電壓。圖9表示多層半導體基板700、測量裝置240和測量裝置MO的一個例子。在本實施方式中，在通過除去多層半導體基板700的一部分多層半導體層760而露出的緩衝層 220表面上設置空穴注入電極230、空穴捕獲電極232、電子注入電極530、和電子捕獲電極 532。用這些電極，測量多層半導體基板700漏電流或絕緣擊穿電壓。對同樣的多層半導體基板700，設置空穴注入電極230、空穴捕獲電極232、電子注入電極530、和電子捕獲電極532，可以同時測量基於空穴的移動的電流電壓特性和基於電子的移動的電流電子特性。在以上說明的實施方式中，作為電流電壓特性的測量方法，採用讓2個測量探針接觸一對電極而進行測量的2端子測量法的例子進行了說明。作為測量電流電壓特性的方法，還可以採用4端子測量法。作為4端子測量法，能例示直線排列4端子測量法與Van Der Pauw法(範德堡法)。圖10是半導體基板200及測量裝置1050的一個例子。測量裝置1050，能根據直線排列4端子測量法測量半導體基板200漏電流或絕緣擊穿電壓。在圖10所示的構成中， 在半導體基板200的緩衝層220表面設置4個電極1030，用測量裝置1050測量半導體基板200的漏電流。測量裝置1050具有開關1052、直流電流源1054、電壓計1056和4個測量探針1058。在測量空穴的移動所致的漏電流或測量絕緣擊穿電壓時，電極1030是空穴注入電極。在測量電子的移動所致的漏電流或測量絕緣擊穿電壓時，電極1030是電子注入電極。作為測量方法的一個例子，在外側的2個電極1030間由直流電流源IOM輸入一定的電流，用電壓計1056，測量內側的2個電極1030間的電壓。根據所測量的結果，能測量內側的2個電極1030間的電阻。根據測得的電阻值，能評價半導體基板200的漏電流。在前述的各實施方式中的2端子測量法，被4端子測量法替換。另外，在前述的各實施方式中，在半導體基板200或多層半導體基板700，均形成2端子測量用電極及4端子測量用電極，可以同時實行2端子測量及4端子測量。可以設置2端子測量用電極及4端子測量用電極兼用的電極。在分別通過2端子測量法及4端子測量法測量半導體基板200或多層半導體基板 700的電氣特性時，可以在各自的測量中測量由於空穴的移動所致的電流電壓特性。再有， 在各自的測量中也可以測量由於電子的移動所致的電流電壓特性。還有，在任意一方面的測量中測量由於空穴的移動所致的電流電壓特性，在另一方的測量中可以測量由於電子的移動所致的電流電壓特性。符號的說明200-半導體基板，210-基底基板，220-緩衝層，222-下部緩衝層，224-上部緩衝層，230-空穴注入電極，232-空穴捕獲電極，240-測量裝置，242-開關，244-電流計， 246-直流電壓源，248-測量探針，530-電子注入電極，532-電子捕獲電極，MO-測量裝置， 542-開關，544-電流計，546-直流電壓源，548-測量探針，700-多層半導體基板，730-空穴注入電極，732-空穴捕獲電極，760-多層半導體層，762-半導體層，764-半導體層， 766-半導體層，1030-電極，1050-測量裝置，1052-開關，1054-直流電流源，1056-電壓計， 1058-測量探針。
權利要求
1.一種測量方法，是用於測量具有基底基板和在所述基底基板上設置的緩衝層的半導體基板中的漏電流或絕緣擊穿電壓的測量方法，具有在所述緩衝層設置含有由被施加電場時在所述緩衝層注入空穴的材料組成的空穴注入電極的多個電極的步驟；測量對從所述多個電極選擇出的含有至少一個所述空穴注入電極的第1一對電極施加了電壓或電流時在所述第1一對電極中流動的電流或所述第1一對電極間的電壓的步驟；以及根據在所述第1 一對電極中流動的電流或所述第1 一對電極間的電壓，測量所述半導體基板中的空穴的移動所致的漏電流或絕緣擊穿電壓的步驟。
2.根據權利要求1所述的測量方法，其中，還具有在所述緩衝層設置包含電子注入電極的多個電極的步驟，該電子注入電極是由當被施加電場時注入電子到所述緩衝層的材料構成的電子注入電極；測量對從所述多個電極選擇出的含有至少一個所述電子注入電極的第2 —對電極施加了電壓或電流時在所述第2—對電極中流動的電流或所述第2—對電極間的電壓的步驟·』以及根據在所述第2 —對電極中流動的電流或所述第2 —對電極間的電壓，測量所述半導體基板中的電子的移動所致的漏電流或絕緣擊穿電壓的步驟。
3.根據權利要求1所述的測量方法，其中，在測量空穴的移動所致的漏電流或絕緣擊穿電壓的步驟中，將預先規定了大小的電流在所述第1 一對電極上流動時的所述第1 一對電極中的各電極間的電壓，設為空穴的移動所致的所述絕緣擊穿電壓。
4.根據權利要求1所述的測量方法，其中，在測量空穴的移動所致的漏電流或絕緣擊穿電壓的步驟中，在所述第1 一對電極間的電壓為預先規定的大小時，將在所述第1 一對電極中流動的電流的大小設為所述漏電流。
5.根據權利要求2所述的測量方法，其中，所述空穴注入電極對P型3-5族化合物半導體注入空穴，所述電子注入電極對N型3-5 族化合物半導體注入電子。
6.根據權利要求1所述的測量方法，其中，所述半導體基板具有在所述緩衝層上形成場效應電晶體的多層半導體層。
7.根據權利要求6所述的測量方法，其中，還具有將所述多層半導體層的至少一部分除去，使所述緩衝層的至少一部分表面露出的步驟，在設置含有所述空穴注入電極的多個電極的步驟中，在所述露出的所述緩衝層設置含有所述空穴注入電極的多個電極。
8.根據權利要求7所述的測量方法，其中，還具有在所述露出的所述緩衝層設置包含電子注入電極的多個電極的步驟，該電子注入電極由在被施加電場時對所述緩衝層注入電子的材料構成；測量對從所述多個電極選擇出的含有至少一個所述電子注入電極的第2 —對電極之間施加電壓或電流時在所述第2 —對電極中流動的電流或所述第2 —對電極間的電壓的步驟；以及根據所述第2 —對電極中流動的電流或所述第2 —對電極間的電壓，測量所述半導體基板中電子的移動所致的漏電流或絕緣擊穿電壓的步驟。
9.根據權利要求1所述的測量方法，其中，在設置含有所述空穴注入電極的多個電極的步驟中，將含有以在所述緩衝層中成為受體雜質的原子作為構成要素的單體或化合物的材料配置在所述緩衝層表面之後，將所述緩衝層加熱。
10.根據權利要求2所述的測量方法，其中，在設置含有所述電子注入電極的多個電極的步驟中，將含有以在所述緩衝層中成為施主雜質的原子作為構成要素的單體或化合物的材料配置在所述緩衝層表面之後，加熱所述緩衝層。
11.根據權利要求1所述的測量方法，其中，在測量所述第1一對電極中流動的電流或所述第1一對電極間的電壓的步驟中，對所述第1一對電極之間施加直流電壓或直流電流。
12.根據權利要求1所述的測量方法，其中，所述空穴注入電極包含Au&!、AuNi、AuCr、Ti/Pt/Au、Ti/WSi中的至少一種。
13.—種測量方法，是測量半導體基板中的漏電流或絕緣擊穿電壓的測量方法， 該半導體基板具有基底基板、在所述基底基板上設置的含N型3-5族化合物半導體的緩衝層、以及被設置在所述緩衝層上且形成場效應電晶體的多層半導體層，該方法具有 將所述多層半導體層的至少一部分除去，而使所述緩衝層的至少一部分表面露出的步驟；在所述緩衝層設置含有由被施加電場時對所述N型3-5族化合物半導體注入電子的材料構成的電子注入電極的多個電極的步驟；測量對從所述多個電極選擇出的含有至少一個所述電子注入電極的一對電極之間施加電壓或電流時在所述一對電極中流動的電流或所述一對電極間的電壓的步驟；以及基於所述一對電極中流動的電流或所述一對電極間的電壓，測量所述半導體基板中的電子的移動所致的漏電流或絕緣擊穿電壓的步驟。
全文摘要
本發明提供一種測量方法，用於測量包含基底基板及緩衝層的半導體基板的空穴或電子的移動所致的漏電流或提供絕緣擊穿電壓。具體是，該測量方法測量具有基底基板，及在基底基板上設置的緩衝層的半導體基板的漏電流或絕緣擊穿電壓，具有在緩衝層設置含有由被施加電場時對緩衝層注入空穴的材料組成的空穴注入電極的多個電極的步驟；測量對從多個電極選擇出的含有至少一個空穴注入電極的第1一對電極施加電壓或電流時在第1一對電極中流動的電流及第1一對電極間的電壓的步驟；根據第1一對電極中流動的電流及第1一對電極間的電壓，測量半導體基板中的空穴的移動所致的漏電流或測量絕緣擊穿電壓的步驟。
文檔編號G01N27/00GK102396059SQ20108001648
公開日2012年3月28日 申請日期2010年4月13日 優先權日2009年4月15日
發明者福原升, 秦雅彥 申請人:住友化學株式會社