CMOS-MEMS微型热物性平台

片上原位测薄膜热导率

在标准CMOS工艺制造的芯片上原位同时测量二氧化硅、多晶硅、铝等薄膜的热导率与热扩散率，为CMOS微系统热设计提供实测数据。

Jiahong, Huang · Song, Xiangyu · Chen, Wenhao · 王晓毅 · Lee, Yikuen · 许威

Chip 2026

参数信息

SiO2热导率

1.07-1.21 W·m−1·K−1

多晶硅热导率

20.5 W·m−1·K−1

Al热导率

56.5-60.4 W·m−1·K−1

SiO2热扩散率

0.91-0.98 mm2·s−1

多晶硅热扩散率

10.8 mm2·s−1

Al热扩散率

49.7-52.5 mm2·s−1

MEMS桥长度

41.5 μm

CMOS工艺节点

0.18 μm

技术优势

原位同时测出λ和α

同一个器件用稳态热阻模型和频域相位滞后法分别提取热导率与热扩散率，不用把样品移到外部设备就能得到两个参数。

相位补偿修正失真

相位滞后法里偏离半无限热波假设的信号失真会限制可选频率，引入相位补偿模型后频率范围不再被卡住，测量更稳。

标准CMOS工艺可规模制造

用0.18 μm标准CMOS工艺加上自研后处理就能做出来，不用小众的特殊工艺线，代工即可批量流片。

桥长经仿真优化

用CFD把MEMS桥长度优化到41.5 μm，改善测量精度，桥长是有计算依据的设计参数而不是拍脑袋定的。

应用场景

• MEMS热设计：用实测薄膜λ、α代替体材料估算，把MEMS热仿真和可靠性设计建立在芯片真实热参数上。
• CMOS工艺监测：在CMOS工艺监控里直接测每批薄膜的热物性，发现掺杂、退火、厚度偏差造成的热导率漂移。
• 薄膜热物性表征：把薄膜热物性表征从外部分立仪器搬到片上，对实际CMOS薄膜给出λ和α的原位数据。
• 芯片热管理：为芯片热管理提供本征热参数，在封装和版图阶段就可以用实测数据预测热点和热阻。