專利名稱：一種用于測量薄膜導(dǎo)熱率的測試結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于測試薄膜導(dǎo)熱率的測試結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)和MEMS技術(shù)的飛速發(fā)展，器件的尺寸已進(jìn)入到孩t/納米尺 度。氮化硅薄膜是一種重要的薄膜材料,被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體器件、MEMS器件、 光學(xué)器件中。由于氮化硅(Si3N4)薄膜具有結(jié)構(gòu)致密、介電系數(shù)高的特點(diǎn)，并 且具有阻止水和鈉離子擴(kuò)散和抗氧化的能力，所以常常被用作大規(guī)才莫集成電路、 超大規(guī)模集成電路的表面鈍化層、選擇性局部等。由于氮化硅薄膜具有良好的 機(jī)械強(qiáng)度，所以可以作為紅外探測器中微橋的支撐結(jié)構(gòu)。其中氮化硅薄膜的性 能應(yīng)用特別是導(dǎo)熱性能目前已成為了研究熱點(diǎn)。
熱導(dǎo)率是表征材料熱學(xué)性能的重要參數(shù)之一，它是表征物質(zhì)熱傳導(dǎo)性質(zhì)的 物理量，熱導(dǎo)率數(shù)值越大，材料的導(dǎo)熱性能越好；反之，熱導(dǎo)率越小，材料的 導(dǎo)熱性能越差。然而體材料的熱導(dǎo)率與薄膜材料的熱導(dǎo)率有著較大的差異。而 且，即使是同一種薄膜材料，經(jīng)不同工藝加工以后得到的熱導(dǎo)率也不一定相同。
在研究過程中，熱導(dǎo)率測試技術(shù)必然要成為研究的關(guān)鍵，薄膜的熱導(dǎo)率值 十分缺少,這導(dǎo)致薄膜熱導(dǎo)率測試新方法的研究非?；钴S。目前，大多數(shù)薄膜熱 導(dǎo)率測試方法制造工藝和測試結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要在真空中操作，有些需要復(fù)雜的 儀器操作，這些都對測量造成了不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是如何提供一種用于測量薄膜熱導(dǎo)率的測試結(jié)構(gòu)， 該測試結(jié)構(gòu)能在空氣自然對流的環(huán)境下測量，能有效減少溫度誤差，提高了測試 精度。
本發(fā)明所提出的技術(shù)問題是這樣解決的提供一種用于測量薄膜熱導(dǎo)率的 測試結(jié)構(gòu)，包括襯底l,以及設(shè)置在襯底1上的絕緣層2 ,在絕緣層2設(shè)置有測試單元，其特征在于
① 所述測試單元包括一個(gè)參考單元和一個(gè)測試單元；
② 所述測試單元包括支撐懸臂梁3、加熱測溫器4和含有測試薄膜樣品的懸 臂梁9，所述支撐懸臂梁3通過四個(gè)支撐點(diǎn)懸空設(shè)置在絕緣層2上，所述加熱測 溫器4設(shè)置在支撐懸臂梁3的表面，并設(shè)置有四條引線分別連接支撐懸臂梁3 的四個(gè)支撐點(diǎn)(A、 B、 C、 D)，四條引線分別由四個(gè)金屬鋁壓焊塊固定在絕緣 層2上，所述含有測試薄膜樣品的懸臂梁9與支撐懸臂梁3連接，并由橋墩固 定在絕緣層2表面，所述加熱測溫器以及引線均為金屬鉑薄膜，并且加熱測溫器 4的形狀為蛇形。
③ 所述參考單元除沒有含有測試薄膜樣品的懸臂梁9外其他部分與測試結(jié) 構(gòu)完全一樣。
按照本發(fā)明所提供的用于測量薄膜導(dǎo)熱率的測試結(jié)構(gòu)，其特征在于，支撐 懸臂梁3以及含有測試薄膜樣品的懸臂梁9材料均為Si3N4薄膜。
本發(fā)明在測試時(shí)，首先對參考單元的支撐點(diǎn)A和D上的鋁壓焊塊兩端施加 電壓，會在整個(gè)結(jié)構(gòu)中形成一定的溫度分布，測量支撐點(diǎn)B和C兩端電流獲得 加熱總功率，得出其溫度變化(利用電阻一溫度變化關(guān)系)，從而得出參考結(jié)構(gòu) 中總的傳熱系數(shù)，同理對測試單元的支撐點(diǎn)A和D上的鋁壓焊快兩端施加電壓， 會在整個(gè)結(jié)構(gòu)中形成一定的溫度分布，測量支撐點(diǎn)B和C兩端電流獲得加熱總 功率，得出其溫度變化(利用電阻一溫度變化關(guān)系)，從而得出測試結(jié)構(gòu)中總的 傳熱系數(shù)。此時(shí)測試結(jié)構(gòu)中的傳熱系數(shù)包括參考單元和測試懸梁兩部分，測定 測試懸梁的尺寸之后，經(jīng)過計(jì)算即可得到氮化硅的熱導(dǎo)率，在測試過程中，為 了減小溫度所帶來的測量誤差，可將測試結(jié)構(gòu)和參考結(jié)構(gòu)的加熱溫度設(shè)為一致。 本發(fā)明的兩種測試單元結(jié)構(gòu)采用表面微機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)，其制造工藝與傳統(tǒng) 的CMOS工藝完全兼容，并且制造工藝簡單。本發(fā)明中設(shè)置了參考結(jié)構(gòu)，并與 測試結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比，大大減少了環(huán)境誤差所帶來的影響，尤其適用于空氣自然 環(huán)境中測定薄膜的熱導(dǎo)率，另外用蛇形加熱測溫器，使加熱溫度更加均勻，并 且采用Pt材料作為加熱測溫材料，使測試靈敏度大大升高。并且本發(fā)明所提及
4的測試結(jié)構(gòu)懸臂梁末端固定在絕緣襯底上，通過精確控制襯底溫度就可以達(dá)到
控制末端溫度的效果。


圖1是本發(fā)明的參考單元的結(jié)構(gòu)俯視圖2是本發(fā)明的測試單元結(jié)構(gòu)俯視圖3是本發(fā)明實(shí)施例中壓焊塊D處的結(jié)構(gòu)剖一見圖4是本發(fā)明實(shí)施例中Sysu橋墩E處的結(jié)構(gòu)剖視圖5是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)立體圖。
其中，1、襯底，2、絕緣層，3、支撐懸臂梁，4、加熱測溫器，5、引線， 6、引線，7、引線，8、引線，9、含有測試樣品的懸臂梁，A、支撐點(diǎn)鋁壓焊塊， B、支撐點(diǎn)鋁壓焊快，C、支撐點(diǎn)鋁壓焊塊，D、支撐點(diǎn)鋁壓焊塊，E、 SisN4橋 墩。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述
本發(fā)明提出一種用于測量薄膜熱導(dǎo)率的測試結(jié)構(gòu)(如圖5所示)，包括襯 底l，在襯底1上沉積一層絕緣層2，在絕緣層2上沉積測試結(jié)構(gòu)，測試結(jié)構(gòu)包 括一個(gè)測試單元(如圖2所示)和一個(gè)參考單元(如圖1所示)，參考單元結(jié)構(gòu) 包括氮化硅(Si3N4)薄膜支撐懸梁臂3，在Si3N4薄膜支撐懸梁臂3表面上'踐射 沉積蛇形金屬4自(Pt)加熱測溫器4,蛇形加熱測溫器4的兩端分別有2條金屬 Pt薄膜制備的引線5、 6和7、 8， Pt薄膜引線5、 6和7、 8分別由金屬鋁(A1) 壓焊塊A、 B和C、 D固定在絕緣層2上(側(cè)面結(jié)構(gòu)如圖3所示)，測試單元與 參考單元完全一樣并且設(shè)有測試薄膜懸臂梁9，測試薄膜懸臂梁9與Si3N4薄膜 支撐懸梁臂3相連，并由Si3N4橋墩E固定在絕緣層2表面上(如圖4所示)。
許高斌等公開過一種用于測量導(dǎo)體薄膜熱導(dǎo)率的測試裝置。與其相比，本 發(fā)明加熱測溫器以及引線均為金屬柏薄膜，并且加熱測溫器(4)的形狀為蛇形。 可以使加熱溫度更加均勻，減少溫度誤差，而且具有較高的測試精確度。并且 本發(fā)明所提及的測試結(jié)構(gòu)懸臂梁末端固定在絕緣襯底上，通過精確控制襯底溫 度就可以達(dá)到控制末端溫度的效果。另外，支撐懸臂梁(3)以及含有測試薄膜樣品的懸臂梁(9)材料均為Si3Ht薄膜。即本發(fā)明主要應(yīng)用于測試可自支撐薄
膜的熱導(dǎo)率。
本發(fā)明的制備通過以下步驟實(shí)現(xiàn)
步驟1、在襯底1上沉積絕緣層2，再沉積犧牲層并刻蝕支撐薄膜懸臂梁3 的橋墩孔；
步驟2、在犧牲層上沉積支撐薄膜懸臂梁并刻蝕懸臂梁，在薄膜懸臂梁上沉 積金屬Pt薄膜并刻蝕蛇形加熱器和引線電極圖案；
步驟3、金屬Pt薄膜引線分別由金屬Al壓焊塊固定在絕緣層2上，并除去 犧牲層；
上述方案在具體實(shí)施時(shí)，為了完善和提高所制備的懸臂梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性性能， 并不排斥增加特定的工藝步驟。
步驟1中所述的絕緣層2材料是SisN4或Si02,犧牲層材料是&02或聚酰 亞胺，厚度為l-3um，支撐薄膜懸臂梁3由氮化硅、多晶硅及非晶硅等可自支撐 的薄膜材料制作。步驟2中所述的蛇形加熱測溫器由具有TCR特性的材料制作， 可以是Pt、 VOx、 a-Si、 Ni-Ge、 Si-Ge、 Te、 Bi、 Ni-Co-Mn或GaAs等，厚度為 20-80亂
權(quán)利要求
1、一種用于測量薄膜熱導(dǎo)率的測試結(jié)構(gòu)，包括襯底(1)，以及設(shè)置在襯底(1)上的絕緣層(2)，在絕緣層(2)設(shè)置有測試單元，其特征在于①所述測試單元包括一個(gè)參考單元和一個(gè)測試單元；②所述測試單元包括支撐懸臂梁(3)、加熱測溫器(4)和含有測試薄膜樣品的懸臂梁(9)，所述支撐懸臂梁(3)通過四個(gè)支撐點(diǎn)懸空設(shè)置在絕緣層(2)上，所述加熱測溫器(4)設(shè)置在支撐懸臂梁(3)的表面，并設(shè)置有四條引線分別連接支撐懸臂梁(3)的四個(gè)支撐點(diǎn)，四條引線分別由四個(gè)金屬鋁壓焊塊固定在絕緣層(2)上，所述含有測試薄膜樣品的懸臂梁(9)與支撐懸臂梁(3)連接，并由橋墩固定在絕緣層(2)表面，所述加熱測溫器以及引線均為金屬鉑薄膜，并且加熱測溫器(4)的形狀為蛇形；③所述參考單元除沒有含有測試薄膜樣品的懸臂梁(9)外其他部分與測試結(jié)構(gòu)完全一樣。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測量薄膜導(dǎo)熱率的測試結(jié)構(gòu)，其特征在于， 支撐懸臂梁(3)以及含有測試薄膜樣品的懸臂梁(9)材料均為Si3N4薄膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于測量薄膜熱導(dǎo)率的測試結(jié)構(gòu)，包括襯底，以及設(shè)置在襯底上的絕緣層，在絕緣層設(shè)置有測試單元，所述測試單元包括一個(gè)參考單元和一個(gè)測試單元，該結(jié)構(gòu)制備工藝簡單，測試方便，尤其適用于空氣自然環(huán)境中測定氮化硅(Si₃N₄)薄膜的熱導(dǎo)率，采用鉑(Pt)制備的蛇形加熱器可以使加熱溫度更加均勻，減少溫度誤差，而且具有較高的測試精確度。
文檔編號G01N25/18GK101620192SQ20091006033
公開日2010年1月6日 申請日期2009年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者吳志明, 楊利霞, 蔣亞東 申請人:電子科技大學(xué)