[发明专利]测量异质结样品薄膜和基底热导率及界面热阻的方法

说明书

本发明提出了一种测量异质结样品薄膜和基底热导率及界面热阻的三电极3ω‑2ω方法，通过在薄膜远离基底的表面设置一个宽加热电极、一个窄加热电极以及一个探测电极，接通电流后测量交流热响应信号进而反演计算出薄膜和基底的热导率以及界面热阻，该方法具有以下优点：(1)实现了单个样品薄膜、基底热导率以及两者间界面热阻的高精度原位测量；(2)直接测量得到基底热导率，无需引用外部数据，减小了薄膜热导率和界面热阻的测量误差，提高了精度；(3)薄膜热导率经测量和反演计算得到，不受材料种类限制，使该方法可适用更多的材料。

技术领域

本申请涉及半导体工业领域，具体地，涉及测量异质结样品薄膜和基底热导率及界面热阻的方法。

背景技术

单电极3ω方法是一种通过测量条形金属电极电压的三次谐波分量(3ω信号)来表征异质结样品材料热物性的测试方法，在待测样品上通过光刻技术、蒸镀/溅射工艺加工一定形状的一个条形金属薄膜作为测试电极，在其两端带有四个焊盘分别作为电压信号输出接口和加热电流输入接口，并通过引线键合工艺与外部的测试电路相连接。从最外侧的焊盘给测试电极通入频率为1ω的交流电流，由于焦耳热效应，该交流电信号将在电极上以及样品内部产生频率为2ω的温度波动。在温度变化较小的情况下，金属的电阻与温度满足线性关系，于是电极电阻也以2ω的频率波动，最终在1ω的交流电流与2ω的电阻波动共同作用下，电极上将会同时存在频率为1ω和3ω的电压信号。其中，1ω电压信号反映电极电阻信息，3ω的电压信号则可用来测定材料的热导率。但该方法存在以下缺点：(1)根据文献来取基底热导率值κ_s作为先验数据，这一取值方法必然与实际情况存在偏差；(2)该方法只适用于薄膜热导率κ_f0基本不随厚度发生变化的材料；(3)该方法需要将基底热导率κ_s作为已知的先验值，同时必须测试具有不同薄膜厚度的多个样品才能最终导出薄膜热导率κ_f0及界面热阻R_I，因此该方法无法在单个样品内实现薄膜、基底热导率及界面热阻的原位表征。在传统单电极3ω方法的基础上提出了一种双电极3ω-2ω测试方法，该方法是在待测异质结样品上通过光刻技术、蒸镀/溅射工艺形成两个宽度不同的测试电极，测试过程中需制备一系列仅改变薄膜厚度、保持其他结构不变的测试样品，通过测量交流电加热时两个电极的3ω和2ω电压信号，导出相关热物性，该方法可以导出被测样品的实际基底热导率值κ_s，无需将文献数据作为先验值代入，从而降低了界面热阻的测量误差，但是依然未能有效克服传统3ω方法的前两点缺陷，即无法原位表征单个样品的薄膜、基底热导率及界面热阻，并且适用的薄膜材料范围窄。

因此，目前测量异质结样品的薄膜和基底热导率以及界面热阻的方法仍需进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种测量异质结样品薄膜和基底热导率及界面热阻的方法，该方法可以实现单个样品薄膜、基底热导率以及两者间界面热阻的高精度、原位测量。