CN108364883A - 验证热反射测温设备准确性的装置、制备方法及验证方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于半导体技术领域，提供了一种验证热反射测温设备准确性的装置、制备方法及验证方法，该装置包括：衬底；所述衬底的上表面覆盖绝缘层；所述绝缘层的上表面设有图形结构，所述图形结构包括金属电阻和两个金属焊盘，其中一个所述金属焊盘与所述金属电阻的一端相连，另一个所述金属焊盘与所述金属电阻的另一端相连。本发明通过成熟的半导体工艺制备验证热反射测温设备准确性的装置，并基于该装置配合使用温控平台实现验证热反射测温设备的准确性。该装置制备方法简单，验证结果准确，并且能够准确的反应热反射测温设备高空间分辨力下的准确性。

Description

验证热反射测温设备准确性的装置、制备方法及验证方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种验证热反射测温设备准确性的装置、制备方法及验证方法。

背景技术

当可见光照射到某种材料的表面时，该材料对可见光的反射率随温度的变化而变化，由此，通过测量材料反射率的变化量可以得到材料表面温度的变化，这正是热反射测温设备的原理。相对于传统的微电子器件温度检测技术，可见光热反射测温最大的优势是具备优越的空间分辨力。理论上，可见光热反射测温设备最高空间分辨力可以达到0.3μm，远高于显微红外测温仪的1.9μm，即使在微电子器件温度检测中也可以达到1μm的空间分辨力。因此，热反射测温设备在高集成、大功率器件的温度检测方面得到广泛应用。

目前，对于热反射测温设备准确性的验证一般采用典型的微电子器件进行验证。例如，QFI公司利用多晶硅电阻验证测温准确度，给多晶硅电阻施加一个周期性变化的电压，使其温度周期性变化，多晶硅电阻中心下预先埋设一个二极管，作为温度传感器提供标准温度。但是这种方法由于多晶硅电阻对可见光具有一定的透射性，容易导致验证结果不准确，并且，多晶硅的最佳检测波长较高，空间分辨力较低，不能准确的反应热反射测温设备高空间分辨力下的准确性。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种验证热反射测温设备准确性的装置、制备方法及验证方法，以解决现有技术中验证热反射测温设备准确性的方法验证结果不准确的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种验证热反射测温设备准确性的装置，包括：

衬底；

所述衬底的上表面覆盖绝缘层；

所述绝缘层的上表面设有图形结构，所述图形结构包括金属电阻和两个金属焊盘，其中一个所述金属焊盘与所述金属电阻的一端相连，另一个所述金属焊盘与所述金属电阻的另一端相连。

可选的，所述衬底为Si衬底，所述绝缘层为SiO₂层；或

所述衬底为SiC衬底，所述绝缘层为SiN层；或

所述衬底为蓝宝石衬底，所述绝缘层为SiN层。

可选的，所述金属电阻和所述金属焊盘的材质均为Au金属材料。

可选的，所述金属电阻呈“蛇”型。

可选的，所述金属电阻的宽度为1μm至50μm。

本发明实施例的第二方面提供了一种验证热反射测温设备准确性的装置的制备方法，包括

在衬底的上表面生长绝缘层；

在所述绝缘层的上表面生长金属层；

刻蚀所述金属层，形成图形结构，所述图形结构包括金属电阻和两个金属焊盘，其中一个所述金属焊盘与所述金属电阻的一端相连，另一个所述金属焊盘与所述金属电阻的另一端相连。

可选的，所述衬底为Si衬底；

所述在衬底的上表面生长绝缘层，包括：

通过热氧化工艺在所述Si衬底的上表面生长SiO₂层，所述SiO₂层的厚度为50nm至100nm。

可选的，所述在所述绝缘层的上表面生长金属层，包括：

通过溅射工艺在所述绝缘层的上表面生长Au金属层，所述Au金属层的厚度为50nm至100nm。

可选的，所述刻蚀所述金属层，形成图形结构，包括：

通过光刻工艺，在所述金属层上表面的形成图形结构的区域覆盖光刻胶；

通过刻蚀工艺刻蚀所述金属层；

去除所述光刻胶，形成图像结构。

本发明实施例的第三方面提供了一种验证热反射测温设备准确性的方法，应用如本发明实施例第一方面任一项所述的验证热反射测温设备准确性的装置，所述方法包括：

将所述装置放置于温控平台上，所述温控平台的温度设定为T_c；

通过电压表测量所述金属电阻两端的电压V₀；

通过所述金属焊盘为所述金属电阻施加周期性电流I；

再次通过电压表测量所述金属电阻两端的电压V₁；

计算所述金属电阻的温度值T_r，计算公式如下：

其中，ΔR为所述金属电阻的阻值变化量；α为所述金属电阻材料的温度系数；

通过热反射测温设备测量所述金属电阻的温度值T_x；

通过公式Δ＝T_x-T_r计算所述热反射测温设备的测量误差。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例通过成熟的半导体工艺制备验证热反射测温设备准确性的装置，并基于该装置配合使用温控平台实现验证热反射测温设备的准确性。该装置制备方法简单，验证结果准确，并且能够准确的反应热反射测温设备高空间分辨力下的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的验证热反射测温设备准确性的装置的剖视图；

图2是本发明实施例一提供的验证热反射测温设备准确性的装置的顶视图；

图3是本发明实施例一提供的验证热反射测温设备准确性的装置的顶视图；

图4是本发明实施例二提供的验证热反射测温设备准确性的装置的制备方法的实现流程图；

图5是本发明实施例二提供的验证热反射测温设备准确性的装置的制备方法的结构示意图；

图6是本发明实施例三提供的验证热反射测温设备准确性的方法的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一

请参考图1和图2，验证热反射测温设备准确性的装置包括衬底101、绝缘层102图形结构103，其中，图形结构包括金属电阻1031和两个金属焊盘1032。衬底101的上表面覆盖有绝缘层102，绝缘层102的上表面设有金属电阻1031 和2个金属焊盘1032，其中一个金属焊盘1032与金属电阻1031的一端相连，另一个金属焊盘1032与金属电阻1031的另一端相连。

本发明实施例提供的验证热反射测温设备准确性的装置，包括衬底101和衬底101上覆盖绝缘层102，绝缘层102的上表面设有图形结构103，图形结构 103包括金属电阻1031和两个金属焊盘1032，通过金属焊盘1032给金属电阻 1031施加电流。该装置可以采用成熟的半导体工艺制备，结构简单，能够用于验证高分辨力的热反射测温设备的准确性。

可选的，所述衬底101为Si衬底，所述绝缘层102为SiO₂层；或所述衬底101为SiC衬底，所述绝缘层102为SiN层；或所述衬底101为蓝宝石衬底，所述绝缘层102为SiN层。应理解的是，衬底101和绝缘层102还可以采用半导体领域常见的材料。通过设置绝缘层102，在金属电阻1031上施加电流时，电流只从金属电阻1031上流过，保证验证结果的准确性。

可选的，所述金属电阻1031和所述金属焊盘1032的材质均为Au金属材料。由于Au材料在可见光波段具有较高的热反射率校准系数，对应着最高的灵敏度和信噪比，能够使验证结果更加准确。

一种实现方式中，请参考图2，所述金属电阻1031呈“蛇”型。由于在相同加热电流的情况下，金属电阻1031的阻值越大，金属电阻1031两端的电压越高，电压越高测量准确度越高，即金属电阻1031的阻值越大，测量准确度越高，因此，为了在有限的面积上实现较高的电阻阻值，金属电阻1031采用“蛇”型，增大金属电阻1031的长度，从而增大金属电阻1031的阻值。另一种实现方式中，请参考图3，在衬底的面积较大时，金属电阻1031采用直线型。应理解的是，金属电阻1031的形状不局限于图3或图4所示的形状，也可以采用能够满足需要的其他形状，包括但不限于“L”型、“蛇”型、直线型。

可选的，所述金属电阻1031的宽度为1μm至50μm。

在本发明实施例中，金属焊盘1032的长宽比远小于金属电阻1031的长宽比，以降低金属焊盘1032的电阻对总电阻的影响，使电能集中耗散在金属电阻1031上。

实施例二

请参考图4，验证热反射测温设备准确性的装置的制备方法包括：

步骤S401，在衬底的上表面生长绝缘层。

如图5所示，在衬底101上生长绝缘层102。一种实现方式中，衬底101 为Si衬底，绝缘层102为SiO₂层，通过热氧化工艺在Si衬底上生长SiO₂层。 SiO₂层的厚度为50nm至100nm，SiO₂层太厚热氧化时间长，容易对衬底101 造成损伤，太薄则不能有效绝缘。衬底101和绝缘层102也可以为其他半导体材料，包括但不限于衬底101为SiC衬底，所述绝缘层102为SiN层，或衬底 101为蓝宝石衬底，绝缘层102为SiN层，在此不做限定。

步骤S402，在所述绝缘层的上表面生长金属层。

如图5所示，在绝缘层102上生长金属层103。一种实现方式中，金属层 103为Au金属层，通过溅射工艺在所述绝缘层102的上表面生长Au金属层。 Au金属层的厚度为50nm至100nm。Au金属层不能太厚，一方面节约成本，另一方面，较厚的Au金属层需要较长时间的溅射工艺，控制Au金属层的厚度防止溅射工艺中长时间高温对衬底101造成损伤。

步骤S403，刻蚀所述金属层，形成图形结构，所述图形结构包括金属电阻和两个金属焊盘，其中一个所述金属焊盘与所述金属电阻的一端相连，另一个所述金属焊盘与所述金属电阻的另一端相连。

请参考图5，首先，通过光刻工艺在金属层104的上表面形成图形结构的区域覆盖光刻胶105，光刻胶105保护形成图形结构区域的金属层104，避免该区域的金属层104在后续的刻蚀工艺中被刻蚀掉。然后，通过刻蚀工艺刻蚀金属层104，形成图形结构103。最后，去除光刻胶105。

本发明实施例提供的验证热反射测温设备准确性的装置的制备方法，通过成熟的半导体工艺即可制备出验证热反射测温设备准确性的装置，制备工艺简单，节约成本。

实施例三

一种验证热反射测温设备准确性的方法，应用如本发明实施例一所述的验证热反射测温设备准确性的装置，所述方法包括：

将所述装置放置于温控平台上，所述温控平台的温度设定为T_c；

通过电压表测量所述金属电阻两端的电压V₀；

通过所述金属焊盘为所述金属电阻施加周期性电流I；

通过电压表测量所述金属电阻两端的电压V₁；

计算所述金属电阻的温度值T_r，计算公式如下：

其中，ΔR为所述金属电阻的阻值变化量；α为所述金属电阻材料的温度系数；

通过热反射测温设备测量所述金属电阻的温度值T_x；

通过公式Δ＝T_x-T_r计算所述热反射测温设备的测量误差。

在本发明实施例中，请参考图6，将该装置放置于温控平台上，温控平台能够保证验证热反射测温设备准确性的装置在不加电时处于一个稳定的温度，并且温控平台能够提供良好的散热环境，使该装置在加电过程中温度能够较快的稳定。在温控平台与该装置的接触面上涂抹导热硅脂，以保证良好的导热性。

由于热反射测温设备要求被测件的温度按照一定频率周期性变化，通过探针与金属焊盘压合给金属电阻1031施加周期性方波电流I，电流I按照一定频率周期性变化，从而使金属电阻的温度按照一定频率周期性变化，满足验证的需求。电流I的占空比为50％。并且，由于电压表测量的电压值在0.001V以上才具备较高的准确度，因此，施加的电流的强度要求能够使金属电阻1031两端产生0.001V以上的压降，以保证电压表测量的电压值准确。控制金属电阻1031 的温度不高于300℃，以避免温度过高破坏金属层与绝缘层之间的接触效果。

基于验证热反射测温设备准确性的装置配合使用温控平台实现精确的温度周期性变化，从而可以验证热反射测温设备的准确性，并且，该装置具备较小的几何尺寸，能够准确的验证热反射测温设备高空间分辨力下的准确性。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种验证热反射测温设备准确性的装置，其特征在于，包括：

衬底；

所述衬底的上表面覆盖绝缘层；

所述绝缘层的上表面设有图形结构，所述图形结构包括金属电阻和两个金属焊盘，其中一个所述金属焊盘与所述金属电阻的一端相连，另一个所述金属焊盘与所述金属电阻的另一端相连。

2.如权利要求1所述的验证热反射测温设备准确性的装置，其特征在于，所述衬底为Si衬底，所述绝缘层为SiO₂层；或

所述衬底为SiC衬底，所述绝缘层为SiN层；或

所述衬底为蓝宝石衬底，所述绝缘层为SiN层。

3.如权利要求1所述的验证热反射测温设备准确性的装置，其特征在于，所述金属电阻和所述金属焊盘的材质均为Au金属材料。

4.如权利要求1所述的验证热反射测温设备准确性的装置，其特征在于，所述金属电阻呈“蛇”型。

5.如权利要求1所述的验证热反射测温设备准确性的装置，其特征在于，所述金属电阻的宽度为1μm至50μm。

6.一种验证热反射测温设备准确性的装置的制备方法，其特征在于，包括：

在衬底的上表面生长绝缘层；

在所述绝缘层的上表面生长金属层；

刻蚀所述金属层，形成图形结构，所述图形结构包括金属电阻和两个金属焊盘，其中一个所述金属焊盘与所述金属电阻的一端相连，另一个所述金属焊盘与所述金属电阻的另一端相连。

7.如权利要求6所述的验证热反射测温设备准确性的装置的制备方法，其特征在于，所述衬底为Si衬底；

所述在衬底的上表面生长绝缘层，包括：

通过热氧化工艺在所述Si衬底的上表面生长SiO₂层，所述SiO₂层的厚度为50nm至100nm。

8.如权利要求6所述的验证热反射测温设备准确性的装置的制备方法，其特征在于，所述在所述绝缘层的上表面生长金属层，包括：

通过溅射工艺在所述绝缘层的上表面生长Au金属层，所述Au金属层的厚度为50nm至100nm。

9.如权利要求6所述的验证热反射测温设备准确性的装置的制备方法，其特征在于，所述刻蚀所述金属层，形成图形结构，包括：

通过光刻工艺，在所述金属层的上表面形成图形结构的区域涂覆光刻胶；

通过刻蚀工艺刻蚀所述金属层；

去除所述光刻胶。

10.一种验证热反射测温设备准确性的方法，应用如权利要求1至5任一项所述的验证热反射测温设备准确性的装置，其特征在于，所述方法包括：

将所述装置放置于温控平台上，所述温控平台的温度设定为T_c；

通过电压表测量所述金属电阻两端的电压V₀；

通过所述金属焊盘为所述金属电阻施加周期性电流I；

再次通过电压表测量所述金属电阻两端的电压V₁；

计算所述金属电阻的温度值T_r，计算公式如下：

其中，ΔR为所述金属电阻的阻值变化量；α为所述金属电阻材料的温度系数；

通过热反射测温设备测量所述金属电阻的温度值T_x；

通过公式Δ＝T_x-T_r计算所述热反射测温设备的测量误差。