[发明专利]一种薄膜接触热阻的测试方法

说明书

本发明属于薄膜材料热特性测试领域，具体涉及一种薄膜接触热阻的测试方法，包括：在三个衬底上分别制备第一、第二待测薄膜以及依次层叠的第一、第二待测薄膜，层叠结构表示第三待测薄膜，在每个衬底对应的薄膜上表面制备金属条；每个衬底厚度大于该衬底对应的金属条在该衬底中的热穿透深度，且该衬底上部薄膜厚度小于热穿透深度；向每个金属条通入交流电信号并测试基波电压和三次谐波电压，分别基于三倍频法计算第一、第二和第三待测薄膜的热阻；由第三待测薄膜的热阻与第一、第二待测薄膜热阻加和的差值得到第一、第二待测薄膜间的接触热阻。本发明可测试纳米尺度超薄膜，对多层待测薄膜间的相对厚度无限制，且多层薄膜的接触状态与实际相符合。

技术领域

本发明属于薄膜材料热特性测试领域，更具体地，涉及一种薄膜接触热阻的测试方法。

背景技术

随着信息时代微电子技术的迅猛发展，为了满足微电子器件高速、低功耗、高集成度的需求，器件的特征尺寸正不断缩小，器件中薄膜的厚度已经进入纳米尺度。器件小型化带来的热效应问题使得调控薄膜热导率及膜间接触热阻成为提高可靠性的关键因素，因而纳米尺度薄膜热学特性的表征对微电子器件的设计及制造至关重要。

多层薄膜材料间接触热阻的测量，是目前材料热特性研究领域的热点课题，常见的接触热阻测量方法主要分为稳态法和瞬态法。其中，稳态法是目前测量界面接触热阻最常用的方法，该方法通过设置多个温度测量点来得到界面附近的温度梯度，测试原理简单，测量精度也较高，但是该方法测试花费的时间很长，最为关键的是膜厚方向上多个测温点的设置限制了样品厚度至少大于50mm，无法满足纳米尺度薄膜的测试需求。为了克服稳态法的缺点，随着微电子技术的发展多种瞬态法应运而生，瞬态法极大缩短了测试所需的时间，非接触式测试几乎不对样品产生损坏，并且把待测薄膜的可测厚度进一步减小。

但是大多数瞬态法的测试原理和系统极其复杂，实验设备成本昂贵，影响测试结果的因素较多导致精度无法得到保证。目前已有少数基于三倍频法的薄膜接触热阻的瞬态测试方法，这些方法存在一些问题，例如，因为测试模型的限制，要求待测薄膜厚度大于金属热源的热穿透深度(百微米级别)；因为想要忽略某一待测薄膜的温度变化而要求其中该待测薄膜的厚度远小于另一待测薄膜厚度，因此，极大限制了待测薄膜样品选择的尺度范围；另外，这些方法采用压力加载装置来模拟膜间接触压力，而实际微电子工艺中，多层薄膜依次沉积时会因为接触面的紧密程度不均匀造成分子渗透、晶格错位，从而对界面热阻造成巨大影响，这一影响无法通过压力加载装置予以体现，也有方法将厚度较小的待测薄膜置于两层厚度较大的待测薄膜之间，这一做法显然不符合两种待测薄膜依次沉积的真实接触状态。

因此，研究一种薄膜接触热阻的测试方法，它不仅具有瞬态法的响应快、非接触的优越性，并且能测量纳米尺度超薄膜，对于多层待测薄膜之间的相对厚度没有限制，且多层待测薄膜间的接触状态也与实际微电子工艺相符，具有重要意义。

发明内容

本发明提供一种薄膜接触热阻的测试方法，用以解决现有薄膜接触热阻的测试方法对薄膜厚度要求苛刻的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种薄膜接触热阻的测试方法，包括：

在三个衬底上分别制备第一待测薄膜、第二待测薄膜以及依次层叠的所述第一待测薄膜和所述第二待测薄膜，所述层叠结构表示第三待测薄膜，并在每个衬底对应的薄膜上表面制备金属加热传感器；其中，每个衬底的厚度大于该衬底上部的金属加热传感器在该衬底中的热穿透深度，且该衬底上部的薄膜厚度小于所述热穿透深度；

向每个金属加热传感器通入交流电信号并测试基波电压和三次谐波电压，以分别基于三倍频法，计算得到第一待测薄膜、第二待测薄膜和第三待测薄膜的热阻；

由第三待测薄膜的热阻与第一待测薄膜和第二待测薄膜的热阻加和的差值得到第一待测薄膜和第二待测薄膜之间的接触热阻。