一种金刚石GaN HEMT器件晶圆功能层热阻均一性的测试方法技术

技术编号：44890466 阅读：6 留言：0更新日期：2025-04-08 00:28

本发明专利技术公开了一种金刚石GaN HEMT器件晶圆功能层热阻均一性的测试方法，包括测试结构兼容设计、热电信号电极设计与制备、电学法参数控制与测试和功能层热阻计算与均一性分析。本发明专利技术在金刚石GaN HEMT器件结构和晶圆流片工艺的基础上，设计了热阻测试区，制备了热电信号电极，解决了热测试结构与器件结构、晶圆流片工艺的协同兼容性；且结合晶圆上选取9点测试区，用于表征晶圆功能层热阻均一性分析，最大可实现4英寸及以下器件晶圆在片界面热阻均匀性的直接分析；为金刚石GaN HEMT器件晶圆集成界面控制与优化提供技术支撑；测试方法更经济和便捷，满足基于金刚石材料的新一代半导体器件研制及其热管理技术开发需求。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金刚石gan器件开发与研制，具体涉及一种金刚石gan hemt器件晶圆功能层热阻均一性的测试方法。

技术介绍

1、gan器件在雷达、5g通信、航空航天等领域应用广泛，但随着gan器件持续向更大功率、更高效率发展，高效的热管理技术已成为制约器件性能提升的重要因素。目前常用的gan器件衬底材料为si和sic等，热导率较难以满足高功率条件下的散热需求，严重限制了gan器件的性能。金刚石材料的热导率可达2200w/（m•k），是sic的4倍，si的13倍，通过将金刚石与大功率器件gan进行异质集成，可有效解决gan hemt器件的散热瓶颈。然而，金刚石gan hemt器件的功能层热阻是金刚石与gan器件键合品质及设计优劣的直接体现。因此金刚石gan hemt器件晶圆功能层热阻均一性测试是实现金刚石gan功率器件研制，评估金刚石gan功率器件键合集成工艺优劣的最直接方法，而该测试技术目前尚未形成统一和标准的测试方法。

2、因此，亟待开发适用于金刚石gan hemt器件晶圆功能层热阻的测试方法。

技术实现思路

1、解决的技术问题：针对上述技术问题，本专利技术提供一种金刚石gan hemt器件晶圆功能层热阻均一性的测试方法，基于电学法开发了适用于金刚石gan hemt器件晶圆功能层热阻的测试方法，满足金刚石gan功率器件键合集成工艺优化及器件性能评估技术需求。

2、技术方案：一种金刚石gan hemt器件晶圆功能层热阻均一性的测试方法，包括以下步骤：

3、s1、测试结构兼容设计；

4、s2、热电信号电极设计与制备；

5、s3、电学法参数控制与测试；

6、s4、功能层热阻计算与均一性分析。

7、优选的，步骤s1测试结构兼容设计的具体过程为：晶圆功能层热阻包括从下到上依次设置的键合层、势垒层和钝化层，即三层薄膜结构构成晶圆功能层；其中钝化层材料为绝缘材料，厚度≤300 nm，其测试区的制备工艺是将金刚石gan hemt器件最上层的bcb保护层采用等离子体刻蚀技术去除，刻蚀至钝化层，形成测试区，整体的测试区刻蚀范围比热电信号电极平面尺寸大3-5μm。

8、进一步的，所述绝缘材料为sin。

9、优选的，步骤s2中热电信号电极设计为宽度5μm~40μm、有效长度750μm~1500μm、厚度为50nm~100nm；有效长度外延150μm-250μm，形成四路电路互联区，电路互联区大小为200μm-500μm的正方形。

10、进一步的，热电信号电极材料为总厚度20%的ti和总厚度80%的au，在钝化层上先ti后au的蒸发工艺制备。为了保证电极与晶圆功能层的良好接触，采用先电极制备、再bcb制备、最后测试区bcb刻蚀的工艺路线，可有效保证了测试精度。

11、优选的，步骤s3中为保证测试精度，测试频率控制在3000hz~100hz，频率测试间距控制为5hz~25hz，测试频率点≥100个，选择的频率点个数和间距可依据需要满足的时间和精度进行协调优化，分别进行基波和3倍谐波信号随频率的变化测试。

12、优选的，步骤s4中晶圆功能层热阻计算与均一性分析选取的频率范围≥1000hz，选取频率点个数≥100个，通过电学法计算公式拟合求得晶圆功能层热阻，其均一性是在晶圆上选取9点法，测试其每个点热阻，实现对均一性的分析。

13、有益效果：本专利技术在金刚石gan hemt器件结构和晶圆流片工艺的基础上，设计了热阻测试区，制备了热电信号电极，解决了热测试结构与器件结构、晶圆流片工艺的协同兼容性；且结合晶圆上选取9点测试区，用于表征晶圆功能层热阻均一性分析，最大可实现4英寸及以下器件晶圆在片界面热阻均匀性的直接分析；为金刚石gan hemt器件晶圆集成界面控制与优化提供技术支撑；测试相比其他激光法更经济和便捷，满足基于金刚石材料的新一代半导体器件研制及其热管理技术开发需求。

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【技术保护点】

1.一种金刚石GaN HEMT器件晶圆功能层热阻均一性的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

2. 根据权利要求1所述的一种金刚石GaN HEMT器件晶圆功能层热阻均一性的测试方法，其特征在于，步骤S1测试结构兼容设计的具体过程为：晶圆功能层热阻包括从下到上依次设置的键合层、势垒层和钝化层，即三层薄膜结构构成晶圆功能层；其中钝化层材料为绝缘材料，厚度≤300 nm，其测试区的制备工艺是将金刚石GaN HEMT器件最上层的BCB保护层采用等离子体刻蚀技术去除，刻蚀至钝化层，形成测试区，整体的测试区刻蚀范围比热电信号电极平面尺寸大3-5μm。

3. 根据权利要求2所述的一种金刚石GaN HEMT器件晶圆功能层热阻均一性的测试方法，其特征在于：所述绝缘材料为SiN。

4. 根据权利要求1所述的一种金刚石GaN HEMT器件晶圆功能层热阻均一性的测试方法，其特征在于：步骤S2中热电信号电极设计为宽度5μm~40μm、有效长度750μm~1500μm、厚度为50nm~100nm；有效长度外延150μm-250μm，形成四路电路互联区，电路互联区大小为200μm-500μm的正方形。

5. 根据权利要求4所述的一种金刚石GaN HEMT器件晶圆功能层热阻均一性的测试方法，其特征在于：热电信号电极材料为总厚度20%的Ti和总厚度80%的Au，在钝化层上先Ti后Au的蒸发工艺制备。为了保证电极与晶圆功能层的良好接触，采用先电极制备、再BCB制备、最后测试区BCB刻蚀的工艺路线，可有效保证了测试精度。

6. 根据权利要求1所述的一种金刚石GaN HEMT器件晶圆功能层热阻均一性的测试方法，其特征在于：步骤S3中为保证测试精度，测试频率控制在3000Hz~100Hz，频率测试间距控制为5Hz~25Hz，测试频率点≥100个，选择的频率点个数和间距可依据需要满足的时间和精度进行协调优化，分别进行基波和3倍谐波信号随频率的变化测试。

7. 根据权利要求1所述的一种金刚石GaN HEMT器件晶圆功能层热阻均一性的测试方法，其特征在于：步骤S4中晶圆功能层热阻计算与均一性分析选取的频率范围≥1000Hz，选取频率点个数≥100个，通过电学法计算公式拟合求得晶圆功能层热阻，其均一性是在晶圆上选取9点法，测试其每个点热阻，实现对均一性的分析。

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【技术特征摘要】

1.一种金刚石gan hemt器件晶圆功能层热阻均一性的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

2. 根据权利要求1所述的一种金刚石gan hemt器件晶圆功能层热阻均一性的测试方法，其特征在于，步骤s1测试结构兼容设计的具体过程为：晶圆功能层热阻包括从下到上依次设置的键合层、势垒层和钝化层，即三层薄膜结构构成晶圆功能层；其中钝化层材料为绝缘材料，厚度≤300 nm，其测试区的制备工艺是将金刚石gan hemt器件最上层的bcb保护层采用等离子体刻蚀技术去除，刻蚀至钝化层，形成测试区，整体的测试区刻蚀范围比热电信号电极平面尺寸大3-5μm。

3. 根据权利要求2所述的一种金刚石gan hemt器件晶圆功能层热阻均一性的测试方法，其特征在于：所述绝缘材料为sin。

4. 根据权利要求1所述的一种金刚石gan hemt器件晶圆功能层热阻均一性的测试方法，其特征在于：步骤s2中热电信号电极设计为宽度5μm~40μm、有效长度750μm~1500μm、厚度为50nm~100nm；有效长度外延150μm-250μm，形成四路电路互联区，电路互联区大小为200μm-500...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭怀新，李义壮，王瑞泽，吴立枢，黄建，孔月婵，陈堂胜，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：

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