JPS60173449A - 薄膜の熱伝導率測定法 - Google Patents
薄膜の熱伝導率測定法Info
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- JPS60173449A JPS60173449A JP3100884A JP3100884A JPS60173449A JP S60173449 A JPS60173449 A JP S60173449A JP 3100884 A JP3100884 A JP 3100884A JP 3100884 A JP3100884 A JP 3100884A JP S60173449 A JPS60173449 A JP S60173449A
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- JP
- Japan
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- film
- thin film
- temperature
- resistance
- molybdenum
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
く技術分野〉
本発明は薄膜の熱伝導率測定法に関するものである。
〈従来技術〉
最近絶縁基板上に非晶質シリコン或いは多結晶シリコン
を積層し、これをレーザ或いは電子ビームによって加熱
し、単結晶化しようとするＳＯＩ技術の開発が行われて
いる。この技術の応用として半導体活性層と絶縁層を交
互に積層した三次元回路素子も検討されている。
を積層し、これをレーザ或いは電子ビームによって加熱
し、単結晶化しようとするＳＯＩ技術の開発が行われて
いる。この技術の応用として半導体活性層と絶縁層を交
互に積層した三次元回路素子も検討されている。
三次元回路素子開発においては、多層に積層する各過程
で薄膜にエネルギを与えて単結晶化する必要があり、そ
のための方法としてエネルギビームによる加熱法が提案
さねでいる。このような加熱法を適用する場合、数値計
算によって試料内の１ｍ５度分布を計算し、構造の最適
化を行うことが試みられているか、最適化が適正に行わ
れるためには薄膜の熱伝導率を知ることが不可欠である
。しかしこの種の薄膜の熱伝導率を簡便に測定する方法
はなく、大きな障害になっている。
で薄膜にエネルギを与えて単結晶化する必要があり、そ
のための方法としてエネルギビームによる加熱法が提案
さねでいる。このような加熱法を適用する場合、数値計
算によって試料内の１ｍ５度分布を計算し、構造の最適
化を行うことが試みられているか、最適化が適正に行わ
れるためには薄膜の熱伝導率を知ることが不可欠である
。しかしこの種の薄膜の熱伝導率を簡便に測定する方法
はなく、大きな障害になっている。
〈発明の目的〉
本発明は以」二のような現状に鑑みてなされたもので、
積層された絶縁性薄膜の熱伝導率を測定する方法を提供
する。
積層された絶縁性薄膜の熱伝導率を測定する方法を提供
する。
〈実施例〉
本発明は、絶縁性薄膜内部に高融点をもち且つ比抵抗の
温度変化が大きい金属或いは半導体よりなる導線を少な
くとも上・下２段に埋め込み、温度変化に伴なう」二下
２段の導線の抵抗変化から熱伝導率を測定する。
温度変化が大きい金属或いは半導体よりなる導線を少な
くとも上・下２段に埋め込み、温度変化に伴なう」二下
２段の導線の抵抗変化から熱伝導率を測定する。
まず熱流方向に隔たった２点における抵抗値から熱伝導
率の測定が可能となる原理を説明する。
率の測定が可能となる原理を説明する。
令弟１図に示したような、シリコン基板１上に被測定薄
膜である５ｉ０２２を形成し、該５ｉ０２嘆２−１−に
光吸収性のある多結晶シリコン層３を積層した構造から
なる試料の表面にパルスレーザ光を照射する。この照射
に伴なって温度上昇が生じるが、薄膜２内部の深さ方向
にｄｌ μｍ離れて設定した２点Ａ、Ｂ間の温度差が測
定できたとする。
膜である５ｉ０２２を形成し、該５ｉ０２嘆２−１−に
光吸収性のある多結晶シリコン層３を積層した構造から
なる試料の表面にパルスレーザ光を照射する。この照射
に伴なって温度上昇が生じるが、薄膜２内部の深さ方向
にｄｌ μｍ離れて設定した２点Ａ、Ｂ間の温度差が測
定できたとする。
ここで試料表面に平行な方向に均一な（基板１の厚さか
４００μｍの場合、半径４００μｍ以」−均一であれば
よい。）パルスレーザ−光を用いた場合、試料内部（Ａ
、Ｂ点付近）の熱は深さ方向のみに流れる。
４００μｍの場合、半径４００μｍ以」−均一であれば
よい。）パルスレーザ−光を用いた場合、試料内部（Ａ
、Ｂ点付近）の熱は深さ方向のみに流れる。
」−記レーザ照射開始後数ｍｓｅ ｃ以上経過した安定
状態において熱伝導は で表わすことができることか知られている。ここでＱ＝
Ｐ（＋−Ｒ）ｅ 、Ｐ ：レーザ光のパワー、α：吸収
係数、Ｒ：反射率、ｋ：熱伝導率、２；深さ方向の座標
を夫々表わしている。
状態において熱伝導は で表わすことができることか知られている。ここでＱ＝
Ｐ（＋−Ｒ）ｅ 、Ｐ ：レーザ光のパワー、α：吸収
係数、Ｒ：反射率、ｋ：熱伝導率、２；深さ方向の座標
を夫々表わしている。
表面の多結晶シリコン層８でレーザー光か全て吸収され
る場合（α・ＬＰ≧）、５ｉ０２薄膜層２には光が到達
しない。この場合には表面層３で吸収された熱エネルギ
Ｐ （１−Ｒ）と、５ｉＱ２層２を流れる熱流ｋ（ＴＡ
−ＴＢ）／ｄＡＢ は等しい。従って５ｉ０２偵２の熱
伝導率には １（＝Ｐ （１−Ｒ）ｄＡＢ／（ＴＡ−ＴＢ） ＋２１
からめることができる。ここでＴＡ：Ａ点の温度、ＴＢ
＋Ｂ点を温度を表わず。」−記解析結果から、薄膜の熱
伝導率を測るには２点Ａ、Ｂの温度差を測定すればよい
ことか判る。
る場合（α・ＬＰ≧）、５ｉ０２薄膜層２には光が到達
しない。この場合には表面層３で吸収された熱エネルギ
Ｐ （１−Ｒ）と、５ｉＱ２層２を流れる熱流ｋ（ＴＡ
−ＴＢ）／ｄＡＢ は等しい。従って５ｉ０２偵２の熱
伝導率には １（＝Ｐ （１−Ｒ）ｄＡＢ／（ＴＡ−ＴＢ） ＋２１
からめることができる。ここでＴＡ：Ａ点の温度、ＴＢ
＋Ｂ点を温度を表わず。」−記解析結果から、薄膜の熱
伝導率を測るには２点Ａ、Ｂの温度差を測定すればよい
ことか判る。
以」−述べた原理に基いて、本実施例はパルスレーザを
照射したときの薄膜内部の深さ方向に離れた２点Ａ、Ｂ
の温度差を測定した熱伝導率を知ろす。図においてシリ
コン基板■上に被測定のための絶縁膜として５１０２膜
２が積層されるか、基板１の表面から５１０２膜２１の
４２μｍの厚さの位置に」二記Ｂ点の温度を検出するた
め０１〜３μｍ程度の膜厚からなる第２モリフデン膜４
が形成される。該第２モリブデン膜４は図に示す如くパ
ターニングか施こされて極めて細い感温度４ａが形成さ
れる。」−記第２モリブデン膜４を埋設して更に厚さｄ
Ｉ Ｊ’ｍの５ｉ０２膜２２が形成され、該追加積層さ
れた５ｉ０２膜２□上に厚さ０１〜３μｍ程度の第１モ
リブデン暎５が、上記Ａ点の温度を検出するための同様
のバタニーングを施こして形成される。ただし」−記第
１モリブデン膜５と上記第２モリブデン膜４の感温度５
ａ、４ａは互いに直交する方向に延びて形成されている
。第１モリブデン膜５」ニには埋設させるための５ｉ０
２嘆２ｇが形成され、続いて光吸収性を有する多結晶シ
リコン層３が形成される。
照射したときの薄膜内部の深さ方向に離れた２点Ａ、Ｂ
の温度差を測定した熱伝導率を知ろす。図においてシリ
コン基板■上に被測定のための絶縁膜として５１０２膜
２が積層されるか、基板１の表面から５１０２膜２１の
４２μｍの厚さの位置に」二記Ｂ点の温度を検出するた
め０１〜３μｍ程度の膜厚からなる第２モリフデン膜４
が形成される。該第２モリブデン膜４は図に示す如くパ
ターニングか施こされて極めて細い感温度４ａが形成さ
れる。」−記第２モリブデン膜４を埋設して更に厚さｄ
Ｉ Ｊ’ｍの５ｉ０２膜２２が形成され、該追加積層さ
れた５ｉ０２膜２□上に厚さ０１〜３μｍ程度の第１モ
リブデン暎５が、上記Ａ点の温度を検出するための同様
のバタニーングを施こして形成される。ただし」−記第
１モリブデン膜５と上記第２モリブデン膜４の感温度５
ａ、４ａは互いに直交する方向に延びて形成されている
。第１モリブデン膜５」ニには埋設させるための５ｉ０
２嘆２ｇが形成され、続いて光吸収性を有する多結晶シ
リコン層３が形成される。
尚上記第１及び第２モリブデン１１ψ４，５をパターニ
ングする際、抵抗測定用の電気的接続をとるために、ビ
ーム照創部からＩｏｎ／Ａｍ〜１（７）の距離にあるモ
リブデンパターンを被う多結晶シリコン及びＳｉＯ３膜
にスルーホールを設けるが、それより外側部分の多結晶
シリコン及びＳ ｉ ０２１ＪｊＲｉを全てエソチンク
除去してモリフデン膜を露出させる。
ングする際、抵抗測定用の電気的接続をとるために、ビ
ーム照創部からＩｏｎ／Ａｍ〜１（７）の距離にあるモ
リブデンパターンを被う多結晶シリコン及びＳｉＯ３膜
にスルーホールを設けるが、それより外側部分の多結晶
シリコン及びＳ ｉ ０２１ＪｊＲｉを全てエソチンク
除去してモリフデン膜を露出させる。
熱伝導率の測定にあたって上記構造からなる試料に、モ
リブデンパターンの感温度４ａ、５ａの交点を中心に均
一なパルスレーザを照射する。レーザ光照射によって感
温部４ａ 、５ａの温度がＴ８ 、ＴＡ、（℃）になっ
ているものとする。
リブデンパターンの感温度４ａ、５ａの交点を中心に均
一なパルスレーザを照射する。レーザ光照射によって感
温部４ａ 、５ａの温度がＴ８ 、ＴＡ、（℃）になっ
ているものとする。
モリブデン脱４ａ、５ａの各長さをり、Ｌ’（α）、断
面積Ｓ、Ｓ’（ｃΔ）とし、測定された夫々の抵抗値Ｒ
，Ｒ’ とすると、Ｒ，Ｒ’ は次式のように表現する
ことができる。
面積Ｓ、Ｓ’（ｃΔ）とし、測定された夫々の抵抗値Ｒ
，Ｒ’ とすると、Ｒ，Ｒ’ は次式のように表現する
ことができる。
ここでρ（Ｔ）はモリブデン膜の比抵抗である。
モリブデンは高い融点をもち、しかも比抵抗は次式のよ
うに温度の一次関数として近似することができる。
うに温度の一次関数として近似することができる。
ρ（Ｔ）＝２．ｌ７Ｘ１０−８Ｔ ＋５Ｘ１（１′（Ω
・ｃｌｎ）（４） （−２００≦Ｔ≦２０００℃） 従って上記（３）式の抵抗と温度の関係はＲ−（２，１
７Ｘ１０−ＴＢ−１−５ＸＩＯ’）（５） となる。即ちビーム照射時の抵抗値Ｒ，Ｒ’から２点Ａ
、Ｂの温度差（ＴＡ−ＴＢ）がめられ、これを上記（２
）式に代入することによって薄膜の熱伝導率ｋがめられ
る。
・ｃｌｎ）（４） （−２００≦Ｔ≦２０００℃） 従って上記（３）式の抵抗と温度の関係はＲ−（２，１
７Ｘ１０−ＴＢ−１−５ＸＩＯ’）（５） となる。即ちビーム照射時の抵抗値Ｒ，Ｒ’から２点Ａ
、Ｂの温度差（ＴＡ−ＴＢ）がめられ、これを上記（２
）式に代入することによって薄膜の熱伝導率ｋがめられ
る。
上記測定において、加熱による抵抗増加を精度よく測定
するためには、抵抗の変化物をできるだけ太き（する必
要があり、感温部４ａ 、５ａでパターン幅を小さくす
ることが望ましく、１〜ＩＯμｍ程度が適当である。
するためには、抵抗の変化物をできるだけ太き（する必
要があり、感温部４ａ 、５ａでパターン幅を小さくす
ることが望ましく、１〜ＩＯμｍ程度が適当である。
尚」二記構造の試料を用いた測定は、本来測定すべき対
象か第１図に示す５ｉ０２膜２であるのに対して、モリ
ブデン膜４，５を埋設した構造に置き換えて測定するこ
とから、モリブデンパターンの存在による温度分布の変
化が予炉される。しかし被測定薄膜の熱伝導率がモリブ
デンに比べて十分小さい場合は、モリブデン嘆表裏での
？ＦｊＡ度差は非常に小さく、モリブデンパターンの存
在による温度変化はわずかであり、問題とはならない。
象か第１図に示す５ｉ０２膜２であるのに対して、モリ
ブデン膜４，５を埋設した構造に置き換えて測定するこ
とから、モリブデンパターンの存在による温度分布の変
化が予炉される。しかし被測定薄膜の熱伝導率がモリブ
デンに比べて十分小さい場合は、モリブデン嘆表裏での
？ＦｊＡ度差は非常に小さく、モリブデンパターンの存
在による温度変化はわずかであり、問題とはならない。
なお薄膜モリブデンの比抵抗は作製条件によって異なり
、加熱によって変化するため予めアニール処理を施こし
て安定化させる必要かある。また加熱源としてパルスレ
ーザを用いたが、ビーム径の大きなカラス分布したＣＷ
レーザやビーム強度を均一にしたＣＷレーザ゛を用いて
もよい。
、加熱によって変化するため予めアニール処理を施こし
て安定化させる必要かある。また加熱源としてパルスレ
ーザを用いたが、ビーム径の大きなカラス分布したＣＷ
レーザやビーム強度を均一にしたＣＷレーザ゛を用いて
もよい。
上記実施例は抵抗測定体としてモリブデンを用いたか、
アルミニウム、タングステン白金等の金属、アルミニウ
ムーシリコン、モリブデンシリサイド等の合金、多結晶
シリコン等の半導体であってもよい。基板は石英等の材
質を用いることができ、光吸収係数をもつ物質を用いて
もよい。絶縁膜としてＳｉＮ、Ａ／２０３．ＢＮ、Ｂｅ
Ｏ等を使用ＴＶＬば、これらの熱伝導率を測定すること
ができる。
アルミニウム、タングステン白金等の金属、アルミニウ
ムーシリコン、モリブデンシリサイド等の合金、多結晶
シリコン等の半導体であってもよい。基板は石英等の材
質を用いることができ、光吸収係数をもつ物質を用いて
もよい。絶縁膜としてＳｉＮ、Ａ／２０３．ＢＮ、Ｂｅ
Ｏ等を使用ＴＶＬば、これらの熱伝導率を測定すること
ができる。
〈効果〉
以−Ｌ本発明によれは、薄膜の熱伝導率の測定が可能に
なり、積層構造からなる半導体装置の製造工程の管理が
行ない易（、高信頼性をもつ装置の製造に貢献すること
ができる。
なり、積層構造からなる半導体装置の製造工程の管理が
行ない易（、高信頼性をもつ装置の製造に貢献すること
ができる。
第１図は熱伝導率を測定しようとする積層構造体の断面
図、第２図（ａｌ 、 （ｂｌは本発明による一実施例
を説明するための積層構造体の断面図及び平面図である
。 １・基板、２ ： ５ｉ０２膜、３・多結晶シリコン層
、４：第２モリブデン膜、５・第１モリブデン膜、４ａ
、５ａ：感温部。 代理人 弁理士 福 士 愛 彦（他２名）第 ／ 図 第２図（ａ） 第２図（ｂ）
図、第２図（ａｌ 、 （ｂｌは本発明による一実施例
を説明するための積層構造体の断面図及び平面図である
。 １・基板、２ ： ５ｉ０２膜、３・多結晶シリコン層
、４：第２モリブデン膜、５・第１モリブデン膜、４ａ
、５ａ：感温部。 代理人 弁理士 福 士 愛 彦（他２名）第 ／ 図 第２図（ａ） 第２図（ｂ）
Claims (1)
- １）被測定対象の絶縁薄膜中に、比較的高融点をもち且
つ比抵抗の温度変化が大きい導体又は半導体を、異なる
厚さの位置に少なくとも２段積層し、該絶縁薄膜上に熱
源となる光吸収層を形成して測定試料を作成し、上記光
吸収層にエネルギビームを原則して上記各導体又は半導
体の抵抗値を検出し、両抵抗値の差から熱伝導率を測定
することを特徴とする薄膜の熱伝導率測定法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3100884A JPS60173449A (ja) | 1984-02-20 | 1984-02-20 | 薄膜の熱伝導率測定法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3100884A JPS60173449A (ja) | 1984-02-20 | 1984-02-20 | 薄膜の熱伝導率測定法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60173449A true JPS60173449A (ja) | 1985-09-06 |
Family
ID=12319529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3100884A Pending JPS60173449A (ja) | 1984-02-20 | 1984-02-20 | 薄膜の熱伝導率測定法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60173449A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62207944A (ja) * | 1986-03-10 | 1987-09-12 | Agency Of Ind Science & Technol | 熱伝導率測定装置 |
| US20120207188A1 (en) * | 2009-10-30 | 2012-08-16 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Ene Alt | Method for the thermal characterization of a portion of material |
| CN107153079A (zh) * | 2017-05-18 | 2017-09-12 | 金华职业技术学院 | 一种测量薄膜导热系数的方法 |
-
1984
- 1984-02-20 JP JP3100884A patent/JPS60173449A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62207944A (ja) * | 1986-03-10 | 1987-09-12 | Agency Of Ind Science & Technol | 熱伝導率測定装置 |
| US20120207188A1 (en) * | 2009-10-30 | 2012-08-16 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Ene Alt | Method for the thermal characterization of a portion of material |
| US8727609B2 (en) * | 2009-10-30 | 2014-05-20 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Method for the thermal characterization of a portion of material |
| CN107153079A (zh) * | 2017-05-18 | 2017-09-12 | 金华职业技术学院 | 一种测量薄膜导热系数的方法 |
| CN107153079B (zh) * | 2017-05-18 | 2024-03-29 | 金华职业技术学院 | 一种测量薄膜导热系数的方法 |
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