基于大电流密度下欧姆接触退化的新方法-北京工业大学学报.PDF

第34卷第12期 北京工业大学学报 VoI．34No．12 UNIVERSITYOFTECHNOLOGY 2008年12月 JOURNALOFBEIJING Dec．2008 基于大电流密度下欧姆接触退化的新方法 冯士维，张跃宗，孟海杰，郭春生，张光沉，吕长志 (北京工业大学电子信息与控制学院，北京100022) 摘要：在大电流密度下对欧姆接触结果进行考核，对传统的传输线法测量接触电阻率的结构与方法进行了改 进．充分考虑到了半导体材料受到的影响。可达到只对接触区域老化而不破坏其他区域．工艺制备中实现台面 刻蚀斜坡效果，并采取多次Si02淀积多次光刻技术，有效降低了引线电极断裂的概率．通过大电流密度老化结 果显示：接触电阻率早期快速失效，且随电流密度及老化时间的增加而退化加剧．对样品老化前后进行能谱分 析得知：接触层中的～是一种较低的抗电迁移能力的金属．由于电迁移被冲击出来从而破坏了良好接触层．改 进后的结构对测量大电流密度下的欧姆接触是一种好方法． 关键词：大电流密度；欧姆接触；接触电阻率；电迁移 中图分类号：TN306 文献标识码：A 文章编号：0254—0037(2008)12—1254—04 许多半导体器件如瞬态电压抑止二极管、可控硅、电力半导体器件等均需要在大电流密度下工作，要 求金属电极有良好的导电、导热性能以及较强的抗电迁徙能力，并能稳定可靠地工作．其中稳定可靠的欧 姆接触是半导体器件在大电流密度下工作的关键之一． 随着倒装芯片焊接点越来越小，其直径参数由100弘m发展到50肛rll，电迁移一直被认为是一个非常 严重的可靠性问题【1．2]．随着VLSI和ULSI迅速发展和微波功率器件性能的提高，半导体器件的特征尺 寸按比例缩小，目前向亚微米方向发展，金属化电流密度已达到105A／cm2数量级，极易造成金属化系统 电迁徙失效，因此成为半导体器件失效的突出问题[3。5】．在高电流密度应力作用下，金属薄膜中的金属离 子与快速运动的电子(电子风)间发生动量交换而产生的金属离子沿导体的输运现象称为电迁移[6-8】．研 究和改善大电流密度下欧姆接触的退化规律及其可靠性是一个难点，目前国内外均鲜有报道，在航空航 天、电力、国防领域内有重要的现实意义．GaN作为第三代半导体材料的主要代表，在光电子器件和高温 高频大功率微电子器件等方面有广泛的应用前景[9。11I．本文以GaN材料为基础，研究其在大电流密度下 欧姆接触退化的测试结构和新方法． 1原理 图1为传统的传输线测量方法，图2为一种测量大电流密度条件下半导体器件欧姆接触退化失效的 专利结构，属于半导体器件失效评估领域．它分为A、B两个部分：A部分为传统的传输线法结构，B部分 每相邻电极间均为绝缘衬底层，A、B两部分接触电极间由半导体材料相连接．测量方法为：首先对A、B 间加考核电流(一定时间内加一定的电流密度)，然后断开A、B间考核电流，只对A部分进行测量相邻电 极之间的总电阻及间距，应用传输线法作图并计算得到A部分欧姆接触退化后的接触电阻率． 使用本专利结构和测量方法，能避免考核电流对半导体材料的损伤，准确评估欧姆接触退化程度的方 法．其原理如图2所示． 收稿日期：2008．09．24． 士启动基金(X0002013200802)． 作者简介：冯士维(1961～)，男。黑龙江佳木斯人，教授。博士生导师． 万方数据 第12期 冯士维，等：基于大电流密度下欧姆接触退化的新方法 半导体材料 欧姆接触 图1传统的TLM法 图2改进后的TLM法 TraditionalTLMmethod TLMmethod Fig．1 Fig．2Improved 2试验 一般认为，当电流密度达到或超过105A／em2时，可以称作大电流密度．为此，根据本专利结构，