一种半导体器件界面热阻的测试方法技术

一种半导体器件界面热阻的测试方法，在防自激电路保证半导体器件不会产生自激的条件下，基于电学法热阻测试仪对器件的瞬态温升进行测量，利用结构函数法对器件内部多层材料热阻、热容进行分析，提取芯片热阻值。利用提取的芯片热阻值，得到该固定面积下器件在不同SiC层厚度的条件下4个样品的总热阻值。接下来对测得的数据进行分析，通过数据计算出单位厚度的GaN所带来的热阻的增量，同时，通过数据计算出单位厚度的SiC所带来的热阻的增量，通过以上计算分析，得到要测的器件的界面热阻Rth(界面)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子器件测试领域，主要用于半导体器件界面热阻的测量与分析，具 体涉及。
技术介绍
半导体器件被广泛应用于生活中的各个领域。然而随着器件向尺寸小、功率密度 大的方向发展，器件的结温不断增加，导致半导体器件的寿命不断下降。当热量在不同材料 边界处传输时，温度变化将不连续，温差甚至能达到100°c以上。为了准确评价半导体器件 可靠性，就需要得知界面热阻和芯片热阻的关系。因此，需要对半导体器件的界面热阻进行 准确测量。 由于电学法中结构函数的原理，电学法同样不能满足分析界面热阻的需求。结构 函数原理要求热容水平随加热时间增加而上升，因此利用结构函数方法获取热阻构成信息 的一个必要条件是：以热源为空间原点，材料热容随热源距离增大而增大。即，只有远离热 源的材料热容更大，电学法才能测出该层材料的热阻。 对应于实际应用中，当一个高热阻的薄层材料（低热容水平）位于两个高热容材 料之间时，不能用结构函数方法直接获得该薄层的成分热阻。而根据前面分析，上述各个部 分界面热阻又是总热阻的主要构成部分。因此，测量界面热阻以及研宄影响界面热阻的机 理就成为解决半导体器件散热的核心问题。 就目前的技术而言，激光拉曼发测量温度的误差为±10°C，测量的界面热阻并不 准确，不能满足半导体器件热特性研宄中界面热阻测量的准确性的要求。因此，急需专利技术出 一种精确、合理地测量半导体器件界面热阻的方法。
技术实现思路
针对目前测量方法无法提取半导体器件芯片中接触热阻的问题，本专利技术提出了一 种准确测量半导体器件芯片中接触热阻的方法。 首先，在防自激电路保证半导体器件不会产生自激的条件下，基于电学法热阻测 试仪对器件的瞬态温升进行测量，利用结构函数法对器件内部多层材料热阻、热容进行分 析，提取芯片热阻值。然后，在对1号样品不改变衬底厚度hl、成核层工艺及尺寸以及固定 界面接触面积S的条件下，改变不同的成核层上层厚度，由dl改变成d2、d3、d4,从而制成相 应的2号、3号、4号样品。利用前一步提取的芯片热阻值，得到该固定面积下器件在不同成 核层上层厚度的条件下4个样品的总热阻值1^ 1、&112、1^3、1^4。接着，在不改变1号样品成 核层上层厚度dl、成核层工艺及尺寸以及固定界面接触面积s的条件下，改变衬底厚度，由 hi改变成h2、h3、h4,从而制成相应的5号、6号、7号样品。利用前一步提取的芯片热阻值， 得到该固定面积下器件在不同衬底厚度的条件下4个样品的总热阻值R thl、Rth5、Rth6、Rth7。 接下来对测得的数据进行分析，通过数据计算出单位厚度的成核层上层所带来的 热阻的增量，计算公式如下式：【主权项】1. ，其特征在于：首先，在防自激电路保证半导 体器件不会产生自激的条件下，基于电学法热阻测试仪对器件的瞬态温升进行测量，利用 结构函数法对器件内部多层材料热阻、热容进行分析，提取巧片热阻值；然后，在对1号样 品不改变衬底厚度hi、成核层工艺及尺寸W及固定界面接触面积S的条件下，改变不同的 成核层上层厚度，由dl改变成d2、d3、d4,从而制成相应的2号、3号、4号样品；利用前一步 提取的巧片热阻值，得到该固定面积下器件在不同成核层上层厚度的条件下4个样品的总 热阻值Rthi、Rth2、Rth3、Rth4;接着，在不改变1号样品成核层上层厚度dl、成核层工艺及尺寸 W及固定界面接触面积S的条件下，改变衬底厚度，由hi改变成h2、h3、h4,从而制成相应 的5号、6号、7号样品；利用前一步提取的巧片热阻值，得到该固定面积下器件在不同衬底 厚度的条件下4个样品的总热阻值Rthi、Rths、Rthe、Rth7; 接下来对测得的数据进行分析，通过数据计算出单位厚度的成核层上层所带来的热阻 的增量，计算公式如下式：式中，Rth成核层上层<单e厚度>代表求取平均后的成核层上层单位厚度所带来的热阻值，dl、d2、d3、d4分别代表成核层上层不同的厚度值，Rthi、Rth2、Rth3、Rth4分别代表dl、d2、d3、d4厚 度下的器件的总的热阻值； 同时，通过数据计算出单位厚度的衬底所带来的热阻的增量，计算公式如下式：式中，Rthws<iM4胃g>代表求取平均后的衬底单位厚度所带来的热阻值，hl、h2、h3、h4分 别代表衬底不同的厚度值，Rthi、RtM、Rthe、Rth,分别代表hi、h2、h3、h4厚度下的器件的总的 热阻值； 馬h(界面）=R化i~R化成核层上层（单位厚度）Xdl-R化衬底（单位厚度）Xhi 式中，馬^?^>代表1号样品的界面热阻值，1^^代表1号样品的总热阻值，3化成核层上层（单&胃胃>代表求取平均后的成核层上层单位厚度所带来的热阻值，dl代表1号样品成核层上 层的厚度，RthWS<iM4ff?>代表求取平均后的衬底单位厚度所带来的热阻值，hi代表1号样 品衬底的厚度； 通过^上计算分析，得到要测的半导体器件的界面热阻1^<??;。2. 根据权利要求1所述的，其特征在于；该方法 还包括W下步骤： 步骤一，将半导体器件固定在热阻测试平台上，用同轴线将其与测试装置相连接，放在 室内稳定的实验平台上进行器件热阻测量； 步骤二，通过更换不同编号的半导体器件，置于相同的环境和实验平台，测量不同编号 半导体器件的热阻； 步骤二，根据步骤一测试的结果分别进钉Rth成核层上层（单位厚度)、Rth衬底（单位厚度)从而推算出 所需要的半导体器件的界面热阻Rtwjfsn。3.根据权利要求1所述的，其特征在于；该方法 包括下述流程，步骤一，测试装置进行连接； 测试装置包括HEMT器件热阻测试平台（1)、器件夹具（2)、HEMT器件（3)、HEMT器件热 阻测试仪（4) ;HEMT器件（3)安装在HEMT器件热阻测试平台（1)上，HEMT器件（3)两端通 过器件夹具（2)固定加紧，HEMT器件（3)与HEMT器件热阻测试仪（4)连接；将HEMT器件 热阻测试平台（1)放在室内稳定的实验台上进行器件热阻测量； 步骤二，通过更换不同编号的HEMT器件，置于相同的环境和实验平台，测量不同编号 肥MT器件的热阻；在防自激电路保证肥MT器件不会产生自激的条件下，基于电学法热阻测 试仪对GaN基HEMT器件的瞬态温升进行测量，利用结构函数法对器件内部多层材料热阻、 热容进行分析，提取巧片热阻值；然后，在对1号样品不改变SiC衬底厚度hi、成核层工艺 及尺寸W及固定界面接触面积S的条件下，改变不同的GaN层厚度，由dl改变成d2、d3、 d4,从而制成相应的2号、3号、4号样品；利用前一步提取的巧片热阻值，得到该固定面积下 肥MT器件在不同GaN层厚度的条件下4个样品的总热阻值1^1、馬112、馬113、馬114;接着，在不改 变1号样品GaN层厚度dl、成核层工艺及尺寸W及固定界面接触面积S的条件下，改变SiC 衬底厚度，由hi改变成112、113、114，从而制成相应的5号、6号、7号样品；利用前一步提取的 巧片热阻值，得到该固定面积下HEMT器件在不同SiC层厚度的条件下4个样品的总热阻值 Rthl、尺化5、尺化6、尺化7; 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件界面热阻的测试方法，其特征在于：首先，在防自激电路保证半导体器件不会产生自激的条件下，基于电学法热阻测试仪对器件的瞬态温升进行测量，利用结构函数法对器件内部多层材料热阻、热容进行分析，提取芯片热阻值；然后，在对1号样品不改变衬底厚度h1、成核层工艺及尺寸以及固定界面接触面积s的条件下，改变不同的成核层上层厚度，由d1改变成d2、d3、d4，从而制成相应的2号、3号、4号样品；利用前一步提取的芯片热阻值，得到该固定面积下器件在不同成核层上层厚度的条件下4个样品的总热阻值Rth1、Rth2、Rth3、Rth4；接着，在不改变1号样品成核层上层厚度d1、成核层工艺及尺寸以及固定界面接触面积s的条件下，改变衬底厚度，由h1改变成h2、h3、h4，从而制成相应的5号、6号、7号样品；利用前一步提取的芯片热阻值，得到该固定面积下器件在不同衬底厚度的条件下4个样品的总热阻值Rth1、Rth5、Rth6、Rth7；接下来对测得的数据进行分析，通过数据计算出单位厚度的成核层上层所带来的热阻的增量，计算公式如下式：式中，Rth成核层上层(单位厚度)代表求取平均后的成核层上层单位厚度所带来的热阻值，d1、d2、d3、d4分别代表成核层上层不同的厚度值，Rth1、Rth2、Rth3、Rth4分别代表d1、d2、d3、d4厚度下的器件的总的热阻值；同时，通过数据计算出单位厚度的衬底所带来的热阻的增量，计算公式如下式：式中，Rth衬底(单位厚度)代表求取平均后的衬底单位厚度所带来的热阻值，h1、h2、h3、h4分别代表衬底不同的厚度值，Rth1、Rth5、Rth6、Rth7分别代表h1、h2、h3、h4厚度下的器件的总的热阻值；Rth(界面)＝Rth1‑Rth成核层上层(单位厚度)×d1‑Rth衬底(单位厚度)×h1式中，Rth(界面)代表1号样品的界面热阻值，Rth1代表1号样品的总热阻值，Rth成核层上层(单位厚度)代表求取平均后的成核层上层单位厚度所带来的热阻值，d1代表1号样品成核层上层的厚度，Rth衬底(单位厚度)代表求取平均后的衬底单位厚度所带来的热阻值，h1代表1号样品衬底的厚度；通过以上计算分析，得到要测的半导体器件的界面热阻Rth(界面)。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭春生，廖之恒，高立，李世伟，冯士维，朱慧，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11