半导体基板的电气特性的测量方法

专利名称：半导体基板的电气特性的测量方法
技术领域：
本发明涉及半导体基板的电气特性的测量方法。
背景技术：
专利文献1公开了通过四探针法测量硅单结晶薄膜的电阻率的电阻率测量方法。 同时，专利文献1记载的电阻率测量方法，公开的是不特别指定载流子的种类的测量方法。(专利文献1)日本特开2001-274211号公报可是，如场效应晶体管(Field Effect Transistor,「FET」)之类的半导体器件中， 有通过电子或空穴的其中一种单载流子流动电流的电子元件。因此，要想更正确地评价半导体基板的电气特性，除了以前的测量方法之外，还需要加上也能测量关于电子或空穴的其中一方的载流子的电气特性的测量方法。

发明内容
为了解决上述课题，在本发明的第1方式中提供一种测量方法，是用于测量具有基底基板和在基底基板上设置的缓冲层的半导体基板的漏电流或绝缘击穿电压的测量方法，该方法具有在缓冲层设置含有由被施加电场时向缓冲层注入空穴的材料组成的空穴注入电极的多个电极的步骤；测量对从多个电极选择出的含有至少一个空穴注入电极的第 1一对电极施加电压或电流时在第1一对电极中流动的电流或第1一对电极间的电压的步骤；以及根据第1 一对电极中流动的电流或第1 一对电极间的电压，测量半导体基板中的空穴的移动所致的漏电流或绝缘击穿电压的步骤。该测定方法还可以包括在缓冲层设置含电子注入电极的多个电极的步骤，该电子注入电极是由当被施加电场时马上注入电子到缓冲层的材料构成的电子注入电极；测量对从多个电极选择出的含有至少一个电子注入电极的第2 —对电极施加了电压或电流时在第2 —对电极中流动的电流或第2 —对电极间的电压的步骤；以及根据第 2 一对电极中流动的电流或第2 —对电极间的电压，测量半导体基板中的电子的移动所致的漏电流或绝缘击穿电压的步骤。在测量空穴的移动所致的漏电流或绝缘击穿电压的步骤中，将预先规定了大小的电流在第1 一对电极上流动时的第1 一对电极中的各电极间的电压，作为空穴的移动所致的绝缘击穿电压。另外，在测量空穴的移动所致的漏电流或绝缘击穿电压的步骤中，例如， 在第1 一对电极间的电压为预先规定的大小时，将第1 一对电极中流动的电流的大小作为漏电流。在该测量方法中所使用的空穴注入电极，比如对P型3-5族化合物半导体注入空穴，电子注入电极，比如对N型3-5族化合物半导体注入电子。再有，用该测量方法测量的半导体基板，可以具有在缓冲层上形成场效应晶体管的多层半导体层。在该情况下，还具有除去多层半导体层的至少一部分，露出缓冲层的至少一部分表面的步骤，在设置含空穴注入电极的多个电极的步骤中，可以在被露出的缓冲层，设置包含空穴注入电极的多个电极。
根据该测量方法测量具有多层半导体层的半导体基板的电气特性时，还具有在被露出的缓冲层设置包含由被施加电场时马上对缓冲层注入电子的材料构成的电子注入电极的多个电极的步骤；测量对从多个电极选择出的含有至少一个电子注入电极的第2 — 对电极之间施加了电压或电流时在第2 —对电极中流动的电流及第2 —对电极间的电压的步骤；基于第2 —对电极中流动的电流及第2 —对电极间的电压，测量在半导体基板中的电子的移动所致的漏电流或绝缘击穿电压的步骤。在该测量方法中，在设置含有空穴注入电极的多个电极的步骤中，可以将含有在缓冲层中成为受体杂质的原子作为构成要素的单体或化合物的材料配置在缓冲层表面之后，加热缓冲层。再有，在设置含有电子注入电极的多个电极的步骤中，可以将含有以在缓冲层中成为施主杂质的原子作为构成要素的单体或化合物的材料配置在缓冲层表面之后， 加热缓冲层。在测量第1一对电极中流动的电流或第1一对电极间的电压的步骤中，在第 1 一对电极之间施加直流电压或直流电流。空穴注入电极，比如包含AuSu AuNi、AuCr、Ti/ Pt/Au, Ti/WSi中的至少一种。在本发明的第2方式中，提供一种测量方法，是测量半导体基板中的漏电流或绝缘击穿电压的测量方法，该半导体基板具有基底基板、在基底基板上设置的含N型3-5族化合物半导体的缓冲层、被设置在缓冲层上且形成场效应晶体管的多层半导体层，该方法具有将多层半导体层的至少一部分除去，露出缓冲层的至少一部分表面的步骤；在缓冲层设置含有由被施加电场时对N型3-5族化合物半导体注入电子的材料构成的电子注入电极的多个电极的步骤；测量对从多个电极选择出的含有至少一个电子注入电极的一对电极之间施加电压或电流时在一对电极中流动的电流或一对电极间的电压的步骤；以及基于一对电极中流动的电流或一对电极间的电压，测量在半导体基板中的电子的移动所致的漏电流或绝缘击穿电压的步骤。


图1表示半导体基板200及测量装置MO的一个例子。图2表示半导体基板200的漏电流或绝缘击穿电压的测量方法的流程图。图3表示测量了半导体基板200的电流或电压的结果得到的电压电流特性的一个例子。图4表示半导体基板200、测量装置M0、和测量装置MO的一个例子。图5表示半导体基板200的漏电流或绝缘击穿电压的测量方法的流程图。图6表示多层半导体基板700的漏电流或绝缘击穿电压的测量方法的流程图。图7表示多层半导体基板700及测量装置MO的一个例子。图8表示多层半导体基板700及测量装置MO的一个例子。图9表示多层半导体基板700、测量装置240和测量装置MO的一个例子。图10表示半导体基板200及测量装置1050的一个例子。
具体实施例方式图1表示半导体基板200及测量装置MO的一个例子。半导体基板200具有基底基板210及缓冲层220。缓冲层220是在基底基板210上面外延生长的半导体。缓冲层
5220，作为一个例子，具有下部缓冲层222及上部缓冲层224。在缓冲层220上面，在后述的测量方法中，设置一对由空穴注入电极230及空穴捕获电极232组成的电极。测量装置240具有2个测量探针M8、开关M2、电流计244和直流电压源。测量装置M0，通过使2个测量探针248各自接触空穴注入电极230或空穴捕获电极232，来测量半导体基板200的漏电流或绝缘击穿电压。空穴注入电极230包含被施加电场时马上对缓冲层220注入空穴的材料。空穴捕获电极232包含被施加电场时马上从缓冲层220捕获空穴的材料。在缓冲层220具有大电阻时，可通过对缓冲层220强制地注入空穴，而在缓冲层220注入空穴。比如，通过对空穴注入电极230及空穴捕获电极232施加电压或电流，从空穴注入电极230向缓冲层220注入空穴，由空穴捕获电极232从缓冲层220捕获空穴。能够通过在缓冲层220注入空穴，测量空穴注入电极230及空穴捕获电极232间的电流或电压，来测量空穴的移动所致的漏电流或绝缘击穿电压。可以在缓冲层220上设置空穴注入电极230 及空穴捕获电极232以外的电极。或者，在向缓冲层220注入空穴时，在空穴注入电极230及空穴捕获电极232间施加过大的电压的话，有时将流动雪崩状过大电流。在这样的情况下，因为不能测量漏电流或绝缘击穿电压，所以对空穴注入电极230及空穴捕获电极232施加预先确定的范围内的电压。图2表示半导体基板200的漏电流或绝缘击穿电压的测量方法的流程图。该测量方法具有准备半导体基板200的步骤SllO ；在缓冲层220设置空穴注入电极230及空穴捕获电极232的步骤S130 ；测量在空穴注入电极230及空穴捕获电极232施加电压或电流时的在空穴注入电极230及空穴捕获电极232中流动的电流或空穴注入电极230及空穴捕获电极232间的电压的步骤S150 ；以及基于该电流或电压，测量半导体基板200中的空穴的移动所致的漏电流或绝缘击穿电压的步骤S170。在设置空穴注入电极230及空穴捕获电极232的步骤S130中，比如，通过在缓冲层220上面蒸镀金属，或通过形成图案，来形成空穴注入电极230及空穴捕获电极232。在设置空穴注入电极230及空穴捕获电极232的步骤S130中，也可以设置空穴注入电极230 及空穴捕获电极232以外的电极。在测量电流或电压的步骤S150中，让测量装置240的2个测量探针248各自接触空穴注入电极230或空穴捕获电极232。其次，对空穴注入电极230及空穴捕获电极232施加直流的电压，测量该状态下在空穴注入电极230及空穴捕获电极232中流动的电流值。具体是，一边使施加到空穴注入电极230及空穴捕获电极232间的电压变化、一边测量空穴注入电极230及空穴捕获电极232中流动的电流值。在测量漏电流或绝缘击穿电压的步骤S170中，比如，将空穴注入电极230及空穴捕获电极232中流动预先规定了大小的电流时的空穴注入电极230及空穴捕获电极232间的电压，作为由于空穴的移动所致的绝缘击穿电压。另外，在空穴注入电极230及空穴捕获电极232间的电压是预先决定了的大小的情况下，也可以把空穴注入电极230及空穴捕获电极232中流动的电流的大小作为漏电流。在所测量的绝缘击穿电压比预先决定的电压值小的情况下，可以判定半导体基板 200是次品。再有，在所测量的漏电流比预先决定的电流值大的情况下，可以判定所测量的半导体基板200是次品。基底基板210，是对于在基底基板210形成的其他构成要素进行支撑方面具有充分的机械强度的基板。比如，是GaAs等的化合物半导体基板，Ge基板、 GOI (germanium-on-insulator)基板、Si 基板或 SOI (silicon-on-insulator)基板。基底基板210，比如是单结晶基板。基底基板210，也可以是蓝宝石基板、玻璃基板或PET薄膜等的树脂基板。比如通过外延生长法，与基底基板210相接地形成缓冲层220。半导体基板200， 可以在基底基板210和缓冲层220间具有其他的半导体层。缓冲层220，可以是单层的半导体层，也可以是由多层的半导体层构成。比如，缓冲层220由组成各不相同的下部缓冲层 222及上部缓冲层2 构成。作为一个例子，缓冲层220，防止起因于基底基板210表面所残留的杂质的在基底基板210上面形成的半导体元件的特性退化。缓冲层220，也可以抑制来自上层形成的半导体层的漏电流。缓冲层220，也可以具有作为用于缓冲在上层形成的半导体层的晶格间距离与基底基板210晶格间距离之差的缓冲层的作用。缓冲层220，可以具有确保在上层形成的半导体的结晶质量的功能。缓冲层220，比如是3-5族化合物半导体。缓冲层220可以含载流子阱。作为载流子阱，能例示硼原子或氧原子。缓冲层 220，比如是作为载流子阱而添加了氧原子的化合物半导体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)。通过对该化合物半导体添加氧原子，从而能对该半导体形成深的陷阱能级。通过该深的陷阱能级，能够捕获通过缓冲层220 的载流子。其结果是，能够防止缓冲层220上面形成的其他的半导体层和位于缓冲层220 的下面的基底基板210之间的漏电流。含载流子阱的缓冲层220的薄膜厚度方向的电阻率，取决于组成、氧原子掺杂浓度和薄膜厚度。比如，缓冲层220在作为AlxGai_xAs (0彡χ彡1的)的情况下，Al组成越高电阻率越高。但，优选Al组成为不损坏结晶质量的范围内的大小，实用上χ是0. 3 0. 5 左右。同时，在不损坏结晶质量的范围内优选高氧原子掺杂浓度。因此，氧原子的浓度最好在lX1018[cnT3]以上、IXlO2tl[cm—3]以下。缓冲层220的薄膜厚度在不影响生长时间的范围内优选厚的一方。缓冲层220，可以有多个P型3-5族化合物半导体。比如，该多个3_5族化合物半导体中的互相邻接的2个3-5族化合物半导体，形成AlxGai_xAs (0彡χ彡1)和 Aly^vyAs (0彡 y 彡 l，x<y)的异质结、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)的异质结、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)的异质结。比如，缓冲层220中包含的下部缓冲层222是P型半导体层AlxGai_xAs (0彡χ彡1)， 上部缓冲层2 是P型半导体层AlyGai_yAs (0<7<1)，当1>7时沖型半导体层AlxGai_xAs 具有比P型半导体层AlyGai_yAS高的Al组成。其结果是，缓冲层220，具有只是抑制在缓冲层220底部和表面之间载流子移动的宽的能带隙。缓冲层220有宽的带隙的话，缓冲层220 成为能垒，阻碍载流子从上部缓冲层224向下部缓冲层222的移动，抑制漏电流的发生。缓冲层220，可以具有多个P型半导体层。多个P型半导体层的各层具有原子单位的厚度，缓冲层220可以整体构成超晶格。因为在那样的情况时，通过多个异质结，形成多个能垒，所以能更有效地防止漏电流。 缓冲层220，可以具有构成PN结的P型半导体层及N型半导体层。比如，在上部缓冲层2M是P型半导体层，下部缓冲层222是N型半导体层时，因为在PN结部中形成空乏领域，所以缓冲层220阻碍载流子的移动。缓冲层220，含多个P型半导体层和多个N型半导体层，可以具有P型半导体层和N型半导体层被交替层叠而形成多个PN结的层叠构造。 因为该多个PN结形成多个空乏区域阻碍载流子的移动，因此能有效地防止漏电流。空穴注入电极230由若被施加电场则对P型3-5族化合物半导体注入空穴的材料构成。空穴注入电极230与缓冲层220相接触，可以形成多个。作为空穴注入电极230材料，能例示 AuSu AuNi、AuCr、Ti/Pt/Au 或 Ti/W/Si 等。在使用测量装置240测量电流或电压时，使空穴注入电极230及空穴捕获电极232 分别接触测量探针对8，从直流电压源246对空穴注入电极230及空穴捕获电极232施加电压。由电流计244测量该电压下的电流值。让直流电压源246输出的电压变化，测量与变化后的电压相应的电流值。半导体基板200，可以通过以下的方法制造。在基底基板210为GaAs单结晶基板时，在其上使AKiaAs的缓冲层220外延生长。作为外延生长法，可以例示有机金属气相生长法(又称 Metal Organic Chemical Vapor D印osition，M0CVD 法)、分子射线外延法(又禾尔 Molecular Beam Epitaxy, MBE 法)。要想采用MOCVD法使缓冲层220外延生长，首先，将GaAs单结晶基底基板210的表面脱脂冲洗、蚀刻、水洗、干燥了之后，载置在减压桶型MOCVD炉的加热台上。接着，用高纯度氢充分置换了炉内之后，开始基底基板210的加热。结晶生长时的基板温度，最好从 500°C到800°C。在基底基板210稳定在恰当的温度时向炉内导入砷原料，接下来，导入镓原料或铝原料，使AlGaAs层外延生长。作为3族元素原料，能够使用三甲基镓(TMG)或三甲基铝(TMA)等。作为5族元素原料气体，能够使用三氢化砷(AsH3)等。作为外延生长条件的一个例子，能列举为反应炉内压力为0. Iatm、生长温度650°C、生长速度1 3ym/hr。作为原料的载流子气体，能使
用高纯度氢。对于缓冲层220，作为载流子阱可以添加氧原子，在使缓冲层220外延生长的期间，通过对反应炉导入在氢或惰性气体混合了被稀释的氧气得到的气体而被添加氧原子。 可以通过使用有机金属原料中包含的氧化合物，对缓冲层220添加氧原子。作为氧化合物还能够通过另外添加乙醚类等而添加氧原子。因为通过对缓冲层220添加氧原子，而形成深的阱能级，以阻碍载流子的经过，所以缓冲层220的电阻升高，能够防止漏电流。在基底基板210，通过使比如含有Al组成不同的AlGaAs的下部缓冲层222及上部缓冲层2M依次外延生长，可以形成缓冲层220。通过在下部缓冲层222添加比上部缓冲层 224多的Al，而能够使缓冲层220里面具有更宽广的能带隙。其结果是，能通过所产生的能垒阻止载流子向基底基板210移动，抑制漏电流的发生。通过调整三甲基铝(TMA)的流量， 能控制Al的添加量。在设置空穴注入电极230及空穴捕获电极232的步骤S130中，与上部缓冲层2M 相接触地形成空穴注入电极230及空穴捕获电极232。作为电极的形成方法，如可采用溅射法、化学气相生长法等(Chamical Vapor D印osition，称CVD法)。比如，首先通过光刻法，
8形成在形成空穴注入电极230的位置处设置了开口的抗蚀剂掩模。接下来，通过溅射法堆积AuSi之后，通过抗蚀剂掩膜的剥离，能够形成空穴注入电极230。空穴注入电极230及空穴捕获电极232，比如，是以间距(电极间的距离)5μπι形成的长度0. 2mm、宽度0. Imm的矩形状的多个电极。空穴注入电极230及空穴捕获电极232， 也可以是直径0. 06mm的圆形电极和在圆形电极外周部每隔5 μ m左右的间隙形成的包围圆形电极的环状电极。设置空穴注入电极230及空穴捕获电极232的步骤S130可以包含在上部缓冲层 224表面配置了含有在P型3-5族化合物半导体中构成受体杂质的元素的材料之后进行加热的步骤。比如，对形成在上部缓冲层2M表面的空穴注入电极230的部位，离子注入在P 型3-5族化合物半导体中构成受体杂质的SuMg或Be之后形成空穴注入电极230，并加热。 因为在离子注入之后进行加热，空穴注入电极230的材料在上部缓冲层2M中扩散，空穴注入电极230和上部缓冲层2M之间的电阻变小。在测量电流或电压的步骤S220中，让空穴注入电极230及空穴捕获电极232，各自接触测量装置MO的2个测量探针M8。其次，一边使由直流电压源246施加的电压变化， 一边用电流计244测量电流。能够通过一边使直流电压源246的输入施加电压变化、一边测量电流值，从而可以测量基于2个电极之间的空穴的移动的电流电压特性。作为测量条件的一个例子，在场强为0至0. lMV/cm的范围内，可以按照0. lkv/cm的梯级施加电压，测量各梯级的电流值。图3是测量电流或电压的结果得到的电流电压特性的一个例子。如果使输入电压增加，则电流增加。因此，能将电压Vl时的电流定义为漏电流II。比如，如果能将施加电压为10. O(V)时流动的电流值作为漏电流的大小。也可以将漏电流Il低于预先规定的值的半导体基板200作为合格品，将漏电流Il高于预先规定的值的半导体基板200作为次品， 以此来评价半导体基板200的质量。若进一步使电压增加，则电流急剧地增加。能将电流剧增的电压定义为绝缘击穿电压VB。比如，能把电流变为1.0X10_5㈧时的电压设定为绝缘击穿电压。也可以将绝缘击穿电压VB低于预先规定的值的半导体基板200作为合格品，将绝缘击穿电压VB高于预先规定的值的半导体基板200作为次品，以此来评价半导体基板200的质量。图4表示半导体基板200、测量装置240和测量装置540的一个例子。图1所示的构成之外，在图4所示的实施方式中，半导体基板200还设置由电子注入电极530及电子捕获电极532组成的一对电极。在同样的半导体基板200，设置将空穴注入缓冲层220的空穴注入电极230及空穴捕获电极232，以及把电子注入缓冲层220的电子注入电极530及电子捕获电极532，而得以同时测量空穴的移动所致的电流电压特性和电子的移动所致的电流电子特性。电子注入电极530包含被施加电场时马上向缓冲层220注入电子的材料。电子捕获电极532包含被施加电场时立即从缓冲层220收集电子的材料。电子注入电极530包含对N型3-5族化合物半导体注入电子的材料。电子注入电极530及电子捕获电极532，可以按照与缓冲层220相接触的方式形成多个。作为电子注入电极530及电子捕获电极532，能例示AuGe/Ni/Au电极。测量装置540具有开关M2、电流计M4、直流电压源546和一对测量探针M8。在测量电流电压特性时，使测量探针548接触电子注入电极530及电子捕获电极532，从直流电压源546将电压施加到电子注入电极530及电子捕获电极532间。一边让所施加的电压变化一边用电流计544测量电流，测量由于电子的移动所致的电流电压特性。图5是表示图4所示的半导体基板200的漏电流或绝缘击穿电压的测量方法的流程图。本实施方式的测量方法，除了图2所示的实施方式中的各步骤之外又加上在缓冲层 220设置含有由被施加电场时马上对缓冲层220注入电子的材料组成的电子注入电极的电子注入电极530及电子捕获电极532的步骤S440 ；测量在对电子注入电极530及电子捕获电极532施加电压或电流时在电子注入电极530及电子捕获电极532中流动的电流和电子注入电极530及测量电子捕获电极532间的电压的步骤S460 ；和基于该电流或电压，测量由于在半导体基板200中的电子的移动所致的漏电流或绝缘击穿电压的步骤S480。在设置电子注入电极530及电子捕获电极532的步骤S440中，在将含有在N型 3-5族化合物半导体中变成施主杂质的元素的材料配置在缓冲层220表面之后，加热半导体基板200。比如，在缓冲层220的表面中的形成电子注入电极530及电子捕获电极532的部位，离子注入在N型3-5族化合物半导体中变成施主杂质的Si之后，形成电子注入电极 530及电子捕获电极532，加热半导体基板200。通过离子注入之后加热，电子注入电极530 及电子捕获电极532和缓冲层220之间的电阻变小。图5流程图中，该步骤S440位于步骤 S130之后，不过，步骤S440也可以在步骤S130之前，也可以和步骤S130同时进行。测量电子注入电极530及电子捕获电极532中流动的电流和电子注入电极530及电子捕获电极532间的电压的步骤S460中，让测量装置540的2个测量探针548接触所形成的多个电子注入电极530及电子捕获电极532。接下来，一边使由直流电压源546施加的电压变化，一边用电流计544测量电流。通过一边使直流电压源M6的施加电压变化，一边测量电流值，从而能测量由于2 个电极间的电子的移动所致的电流电压特性。作为测量条件的一个例子，在电场强度从0 到0. lMV/cm的范围内，可以按0. lkv/cm的梯级施加电压，测量各梯级的电流值。图5的流程图中，步骤S460的测量，是在步骤S150测量后，不过，也可以在步骤S150之前进行，还可以和步骤S150的测量同时进行。在测量由于电子的移动所致的漏电流或绝缘击穿电压的步骤S480中，根据在测量电流或电压的步骤S460得到的电流电压特性，测量在半导体基板200中的电子的移动所致的漏电流或绝缘击穿电压。图5的流程图中，步骤S480位于步骤S170之后，不过，步骤 S480，可以位于步骤S170之前，也可以与S170同时进行。在测量电子的移动所致的漏电流或绝缘击穿电压的步骤S480中，如测量图3表示的空穴时的电流电压特性那样，可以根据VB的值，判断半导体基板200的耐绝缘击穿的能力。另外，可以根据恒定电压Vl下的漏电流Il的大小来判断半导体基板200的漏电流。也可以将漏电流Il低于规定值的半导体基板200作为合格品，将漏电流Il高于规定值的半导体基板200作为次品，以此进行半导体基板200的质量评价。图6表示多层半导体基板700的漏电流或绝缘击穿电压的测量方法的流程图。图 7表示多层半导体基板700及测量装置240的一个例子。在本实施方式中，测量半导体基板 200上面形成了多层半导体层760的多层半导体基板700的漏电流或绝缘击穿电压。多层半导体基板700，按顺序具有基底基板210、缓冲层220和多层半导体层760。
多层半导体层760包含半导体层762、半导体层764和半导体层766。多层半导体层760是能形成场效应晶体管(Field Effect Transistor，又称「FET」)的多层半导体层。 比如，多层半导体层760是能形成场效应晶体管的一个例子的高电子移动度晶体管(High Electron Mobility Transistor，有时称「HEMT」)的多层半导体层。半导体层764是形成基于2维载流子气体的载流子通道的通道层。半导体层762及半导体层766是对半导体层 764供给载流子的载流子供给层。多层半导体层760，不限定于图7所示的三层构造，也可以是二层，还可以由更多的层构成。多层半导体层760的各层，在半导体基板200上面被依次外延形成。作为外延生长法，能例示MOCVD法、MBE法。如图6所示，本实施方式的测量方法包括准备多层半导体基板700的步骤S610 ； 除去多层半导体层760的步骤S620 ；设置空穴注入电极730及空穴捕获电极732的步骤 S630 ；测量空穴注入电极730及空穴捕获电极732间的电流电压特性的步骤S640 ；及测量空穴的移动所致的漏电流或绝缘击穿电压的步骤S650。以下，使用图7的例子，说明本实施方式的测量方法。其中，省略关于与图1实施方式重复的内容的说明。在准备多层半导体基板700的步骤S610中，准备多层半导体基板700。多层半导体基板700，比如是已经在半导体基板200上面形成了多层半导体层760的多层半导体基板。在除去多层半导体层760的步骤S620中，通过蚀刻法等方法，除去多层半导体基板700的多层半导体层760的至少一部分，露出缓冲层220的至少一部分表面。优选除去多层半导体层760的全部，露出缓冲层220表面的全部。除去多层半导体层760的一部分时，通过光刻法，在多层半导体层760表面，形成在预定除去的部分设置开口的抗蚀剂掩膜。此后，可以用磷酸等进行蚀刻来除去掩模的开口部的多层半导体层760，露出缓冲层表面。图7，表示除去了多层半导体基板700的右侧一部分的多层半导体层760的情况。设置空穴注入电极730及空穴捕获电极732的步骤S130中，与露出的缓冲层220 相接触地设置空穴注入电极730及空穴捕获电极732。空穴注入电极730含有被施加电场时马上对缓冲层220注入空穴的材料。空穴捕获电极732含有被施加电场时马上从缓冲层 220捕获空穴的材料。形成空穴注入电极730及空穴捕获电极732的方法，可以是和形成空穴注入电极230及空穴捕获电极232同样的方法。通过和图2所示的方法同样的方法，用空穴注入电极730及空穴捕获电极732，测量多层半导体基板700的空穴的移动所致的漏电流或绝缘击穿电压。图8是多层半导体基板700及测量装置MO的一个例子。在本实施方式中，在除去多层半导体基板700的一部分的多层半导体层760后，在被露出的缓冲层220的表面形成电子注入电极530及电子捕获电极532。此后，用测量装置540测量电子注入电极530及由于电子捕获电极532间的电子的移动所致的电流电压特性。在本测量方法中，实施准备图6表示的多层半导体基板700的步骤S610 ；除去多层半导体层760的步骤S620 ；设置图5表示的多个电子注入电极530及电子捕获电极532 的步骤S440 ；测量电子注入电极530及电子捕获电极532间的电流或电压的步骤S460 ；以及电子的移动造成的漏电流或绝缘击穿电压的步骤S480。
在除去多层半导体层760的步骤S620中，除去多层半导体层760的一部分，露出缓冲层220的一部分表面。在设置图5所示的电子注入电极530及电子捕获电极532的步骤S440中，与露出的缓冲层220相接触地形成电子注入电极530及电子捕获电极532。在测量电子注入电极530及电子捕获电极532间的电流或测量电压的步骤S460 中，测量电子注入电极530及电子捕获电极532间的电流电压特性。最后，在测量电子的移动所致的漏电流或绝缘击穿电压的步骤S480中，根据所测量的电流电压特性，测量由于在多层半导体基板700中的电子的移动所致的漏电流或绝缘击穿电压。图9表示多层半导体基板700、测量装置240和测量装置MO的一个例子。在本实施方式中，在通过除去多层半导体基板700的一部分多层半导体层760而露出的缓冲层 220表面上设置空穴注入电极230、空穴捕获电极232、电子注入电极530、和电子捕获电极 532。用这些电极，测量多层半导体基板700漏电流或绝缘击穿电压。对同样的多层半导体基板700，设置空穴注入电极230、空穴捕获电极232、电子注入电极530、和电子捕获电极532，可以同时测量基于空穴的移动的电流电压特性和基于电子的移动的电流电子特性。在以上说明的实施方式中，作为电流电压特性的测量方法，采用让2个测量探针接触一对电极而进行测量的2端子测量法的例子进行了说明。作为测量电流电压特性的方法，还可以采用4端子测量法。作为4端子测量法，能例示直线排列4端子测量法与Van Der Pauw法(范德堡法)。图10是半导体基板200及测量装置1050的一个例子。测量装置1050，能根据直线排列4端子测量法测量半导体基板200漏电流或绝缘击穿电压。在图10所示的构成中， 在半导体基板200的缓冲层220表面设置4个电极1030，用测量装置1050测量半导体基板200的漏电流。测量装置1050具有开关1052、直流电流源1054、电压计1056和4个测量探针1058。在测量空穴的移动所致的漏电流或测量绝缘击穿电压时，电极1030是空穴注入电极。在测量电子的移动所致的漏电流或测量绝缘击穿电压时，电极1030是电子注入电极。作为测量方法的一个例子，在外侧的2个电极1030间由直流电流源IOM输入一定的电流，用电压计1056，测量内侧的2个电极1030间的电压。根据所测量的结果，能测量内侧的2个电极1030间的电阻。根据测得的电阻值，能评价半导体基板200的漏电流。在前述的各实施方式中的2端子测量法，被4端子测量法替换。另外，在前述的各实施方式中，在半导体基板200或多层半导体基板700，均形成2端子测量用电极及4端子测量用电极，可以同时实行2端子测量及4端子测量。可以设置2端子测量用电极及4端子测量用电极兼用的电极。在分别通过2端子测量法及4端子测量法测量半导体基板200或多层半导体基板 700的电气特性时，可以在各自的测量中测量由于空穴的移动所致的电流电压特性。再有， 在各自的测量中也可以测量由于电子的移动所致的电流电压特性。还有，在任意一方面的测量中测量由于空穴的移动所致的电流电压特性，在另一方的测量中可以测量由于电子的移动所致的电流电压特性。符号的说明200-半导体基板，210-基底基板，220-缓冲层，222-下部缓冲层，224-上部缓冲层，230-空穴注入电极，232-空穴捕获电极，240-测量装置，242-开关，244-电流计， 246-直流电压源，248-测量探针，530-电子注入电极，532-电子捕获电极，MO-测量装置， 542-开关，544-电流计，546-直流电压源，548-测量探针，700-多层半导体基板，730-空穴注入电极，732-空穴捕获电极，760-多层半导体层，762-半导体层，764-半导体层， 766-半导体层，1030-电极，1050-测量装置，1052-开关，1054-直流电流源，1056-电压计， 1058-测量探针。
权利要求
1.一种测量方法，是用于测量具有基底基板和在所述基底基板上设置的缓冲层的半导体基板中的漏电流或绝缘击穿电压的测量方法，具有在所述缓冲层设置含有由被施加电场时在所述缓冲层注入空穴的材料组成的空穴注入电极的多个电极的步骤；测量对从所述多个电极选择出的含有至少一个所述空穴注入电极的第1一对电极施加了电压或电流时在所述第1一对电极中流动的电流或所述第1一对电极间的电压的步骤；以及根据在所述第1 一对电极中流动的电流或所述第1 一对电极间的电压，测量所述半导体基板中的空穴的移动所致的漏电流或绝缘击穿电压的步骤。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其中，还具有在所述缓冲层设置包含电子注入电极的多个电极的步骤，该电子注入电极是由当被施加电场时注入电子到所述缓冲层的材料构成的电子注入电极；测量对从所述多个电极选择出的含有至少一个所述电子注入电极的第2 —对电极施加了电压或电流时在所述第2—对电极中流动的电流或所述第2—对电极间的电压的步骤·’以及根据在所述第2 —对电极中流动的电流或所述第2 —对电极间的电压，测量所述半导体基板中的电子的移动所致的漏电流或绝缘击穿电压的步骤。
3.根据权利要求1所述的测量方法，其中，在测量空穴的移动所致的漏电流或绝缘击穿电压的步骤中，将预先规定了大小的电流在所述第1 一对电极上流动时的所述第1 一对电极中的各电极间的电压，设为空穴的移动所致的所述绝缘击穿电压。
4.根据权利要求1所述的测量方法，其中，在测量空穴的移动所致的漏电流或绝缘击穿电压的步骤中，在所述第1 一对电极间的电压为预先规定的大小时，将在所述第1 一对电极中流动的电流的大小设为所述漏电流。
5.根据权利要求2所述的测量方法，其中，所述空穴注入电极对P型3-5族化合物半导体注入空穴，所述电子注入电极对N型3-5 族化合物半导体注入电子。
6.根据权利要求1所述的测量方法，其中，所述半导体基板具有在所述缓冲层上形成场效应晶体管的多层半导体层。
7.根据权利要求6所述的测量方法，其中，还具有将所述多层半导体层的至少一部分除去，使所述缓冲层的至少一部分表面露出的步骤，在设置含有所述空穴注入电极的多个电极的步骤中，在所述露出的所述缓冲层设置含有所述空穴注入电极的多个电极。
8.根据权利要求7所述的测量方法，其中，还具有在所述露出的所述缓冲层设置包含电子注入电极的多个电极的步骤，该电子注入电极由在被施加电场时对所述缓冲层注入电子的材料构成；测量对从所述多个电极选择出的含有至少一个所述电子注入电极的第2 —对电极之间施加电压或电流时在所述第2 —对电极中流动的电流或所述第2 —对电极间的电压的步骤；以及根据所述第2 —对电极中流动的电流或所述第2 —对电极间的电压，测量所述半导体基板中电子的移动所致的漏电流或绝缘击穿电压的步骤。
9.根据权利要求1所述的测量方法，其中，在设置含有所述空穴注入电极的多个电极的步骤中，将含有以在所述缓冲层中成为受体杂质的原子作为构成要素的单体或化合物的材料配置在所述缓冲层表面之后，将所述缓冲层加热。
10.根据权利要求2所述的测量方法，其中，在设置含有所述电子注入电极的多个电极的步骤中，将含有以在所述缓冲层中成为施主杂质的原子作为构成要素的单体或化合物的材料配置在所述缓冲层表面之后，加热所述缓冲层。
11.根据权利要求1所述的测量方法，其中，在测量所述第1一对电极中流动的电流或所述第1一对电极间的电压的步骤中，对所述第1一对电极之间施加直流电压或直流电流。
12.根据权利要求1所述的测量方法，其中，所述空穴注入电极包含Au&!、AuNi、AuCr、Ti/Pt/Au、Ti/WSi中的至少一种。
13.—种测量方法，是测量半导体基板中的漏电流或绝缘击穿电压的测量方法， 该半导体基板具有基底基板、在所述基底基板上设置的含N型3-5族化合物半导体的缓冲层、以及被设置在所述缓冲层上且形成场效应晶体管的多层半导体层，该方法具有 将所述多层半导体层的至少一部分除去，而使所述缓冲层的至少一部分表面露出的步骤；在所述缓冲层设置含有由被施加电场时对所述N型3-5族化合物半导体注入电子的材料构成的电子注入电极的多个电极的步骤；测量对从所述多个电极选择出的含有至少一个所述电子注入电极的一对电极之间施加电压或电流时在所述一对电极中流动的电流或所述一对电极间的电压的步骤；以及基于所述一对电极中流动的电流或所述一对电极间的电压，测量所述半导体基板中的电子的移动所致的漏电流或绝缘击穿电压的步骤。
全文摘要
本发明提供一种测量方法，用于测量包含基底基板及缓冲层的半导体基板的空穴或电子的移动所致的漏电流或提供绝缘击穿电压。具体是，该测量方法测量具有基底基板，及在基底基板上设置的缓冲层的半导体基板的漏电流或绝缘击穿电压，具有在缓冲层设置含有由被施加电场时对缓冲层注入空穴的材料组成的空穴注入电极的多个电极的步骤；测量对从多个电极选择出的含有至少一个空穴注入电极的第1一对电极施加电压或电流时在第1一对电极中流动的电流及第1一对电极间的电压的步骤；根据第1一对电极中流动的电流及第1一对电极间的电压，测量半导体基板中的空穴的移动所致的漏电流或测量绝缘击穿电压的步骤。
文档编号G01N27/00GK102396059SQ20108001648
公开日2012年3月28日 申请日期2010年4月13日 优先权日2009年4月15日
发明者福原升, 秦雅彦 申请人:住友化学株式会社