表面温度測定装置および表面温度測定方法
【課題】特にサブミクロン以下の微細な領域の表面温度を予測することが可能な表面温度測定装置を提供する。
【解決手段】本発明の表面温度測定装置は、表面温度を測定する表面温度測定手段１１０と、表面温度分布を計算する表面温度分布計算手段１００とを含み、表面温度分布計算手段１００は、発熱源のサイズを入力する発熱源データ入力部１０１と、熱伝導率を入力する熱伝導率入力部１０２と、表面温度分布計算部１０３とフィッティング部１０４とを含み、表面温度分布計算部１０３は、入力された発熱源のサイズと熱伝導率とを用いて、表面温度分布を計算し、フィッティング部１０４は、表面温度測定手段１１０にて測定された表面温度測定データおよび表面温度分布計算部１０３にて得られた表面温度分布計算データを元に、フィッティングにより新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と表面温度分布とを算出する。
【解決手段】本発明の表面温度測定装置は、表面温度を測定する表面温度測定手段１１０と、表面温度分布を計算する表面温度分布計算手段１００とを含み、表面温度分布計算手段１００は、発熱源のサイズを入力する発熱源データ入力部１０１と、熱伝導率を入力する熱伝導率入力部１０２と、表面温度分布計算部１０３とフィッティング部１０４とを含み、表面温度分布計算部１０３は、入力された発熱源のサイズと熱伝導率とを用いて、表面温度分布を計算し、フィッティング部１０４は、表面温度測定手段１１０にて測定された表面温度測定データおよび表面温度分布計算部１０３にて得られた表面温度分布計算データを元に、フィッティングにより新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と表面温度分布とを算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面温度測定装置および表面温度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、トランジスタの微細化の進展や小型化に伴い、サブミクロン以下の微細な領域の発熱が問題になっている。この微細な領域の発熱によりトランジスタの接合温度が上昇すると、トランジスタの信頼性が大幅に劣化する。そのため、この微細な領域の接合温度を正確に見積もる手法が望まれている。
【０００３】
しかしながら、従来の接合温度測定方法である、一般的なラマン分光法や赤外線を用いた温度測定方法では、サブミクロン以下の発熱領域を測定することができない。なぜなら、いずれの方法も光を用いているため、その波長（赤外線の場合０．８μｍ）以下の領域を測定することができないからである。さらに、ラマン分光法の場合、破壊測定になるため、実際の動作中の発熱状態を正確に再現した測定とはいえない、という問題もある。
【０００４】
ところで、電子機器の熱設計分野においては、シミュレーションによる温度予測システムが検討されている（例えば、特許文献１参照）。図１１に示すように、この関連技術における温度予測システム７００は、設計データ入力部７０１と、熱特性データ入力部７０２と、発熱部の熱による温度分布をシミュレーションにより発熱部ごとに計算し温度勾配を求める熱解析部７０３と、温度関数データを生成する関数生成部７０４と、温度関数データを用いて温度分布を計算する変換部７０５と、熱解析部７０３と変換部７０５が計算した温度分布を用いて全ての発熱部による温度分布を計算する合成演算部７０６とを備える。すなわち、設計データ入力部７０１と熱特性データ入力部７０２に入力された発熱源のデータを元に、シミュレーションによって発熱量を計算することで、微細な領域の発熱量も計算することが可能になるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１６３４２１号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記関連技術をサブミクロン以下の微細な領域の温度測定に適用しようとした場合には、いくつかの問題が生じる。第１の問題点は、トランジスタの場合、トランジスタを構成する熱特性データが正しくわからないということがある。すなわち、トランジスタの場合、サブミクロンからミクロンオーダの微細な複数の材料で構成されているため、個別の熱特性データがわかっても、この全体の熱特性データを予測することができない。関連技術で示された電子機器の場合は、部品がミリオーダーと大きいため、このような問題は生じない。
【０００７】
第２の問題点は、トランジスタの場合、発熱源のサイズが正しくわからないことがあげられる。トランジスタにおける発熱源のサイズや形状は、トランジスタのバイアス条件や、動作状態に依存しているからである。正確な発熱源のサイズがわからないと、シミュレーションによる予測も困難である。
【０００８】
本発明は、特にサブミクロン以下の微細な領域の表面温度を予測することが可能な表面温度測定装置および表面温度測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の表面温度測定装置は、
表面温度を測定する表面温度測定手段と、表面温度分布を計算する表面温度分布計算手段とを含み、
前記表面温度分布計算手段は、発熱源のサイズを入力する発熱源データ入力部と、熱伝導率を入力する熱伝導率入力部と、表面温度分布計算部とフィッティング部とを含み、
前記表面温度分布計算部は、前記発熱源データ入力部にて入力された発熱源のサイズと前記熱伝導率入力部にて入力された熱伝導率を用いて、表面温度分布を計算し、
前記フィッティング部は、前記表面温度測定手段にて測定された表面温度測定データおよび前記表面温度分布計算部にて得られた表面温度分布計算データを元に、フィッティングにより新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と表面温度分布とを算出することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の表面温度測定方法は、
表面温度を測定する表面温度測定工程と、
発熱源のサイズを入力する発熱源のデータ入力工程と、
熱伝導率を入力する熱伝導率入力工程と、
前記データ入力工程にて入力された発熱源のサイズと前記熱伝導率入力工程にて入力された熱伝導率とを用いて、表面温度分布を計算する表面温度分布計算工程と、
前記表面温度測定工程にて測定された表面温度測定データおよび前記表面温度分布計算工程にて得られた表面温度分布計算データを元に、フィッティングにより新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と表面温度分布とを算出するフィッティング工程と
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、特にサブミクロン以下の微細な領域の表面温度を予測することが可能な表面温度測定装置および表面温度測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施形態１の表面温度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施形態１の表面温度測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明により得られる温度分布曲線と、直接測定（従来例）により得られる温度分布曲線とを示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態２の表面温度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、実施形態２の表面温度測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】図６は、ＧａＮ電界効果型トランジスタ（ＧａＮ−ＦＥＴ）の概略図である。
【図７】図７は、実施例１の表面温度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、実施例１で得られた温度分布曲線である。
【図９】図９は、実施例２の表面温度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、トランジスタの接合温度と寿命との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、関連技術の温度予測システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の表面温度測定装置について、詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されない。
【００１４】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１の表面温度測定装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態の装置は、プログラム制御により動作するコンピュータ１００と、表面温度測定手段１１０と、表面温度分布等の結果を表示する表示手段１２０とを備える。コンピュータ１００は、発熱源データ入力部１０１と、熱伝導率入力部１０２と、表面温度分布計算部１０３と、フィッティング部１０４と、判定部１０５とを備える。表面温度分布計算部１０３は、発熱源データ入力部１０１にて入力された発熱源のサイズと熱伝導率入力部１０２にて入力された熱伝導率を用いて、表面温度分布を計算する。フィッティング部１０４は、表面温度測定手段１１０にて測定された表面温度測定データおよび表面温度分布計算部１０３にて得られた表面温度分布計算データを元に、フィッティングにより新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と表面温度分布を算出する。判定部１０５は、前記表面温度分布の測定結果とフィッティング部１０４において得られた表面温度分布の計算結果とを比較して判定する。
【００１５】
これらの手段はそれぞれ概略つぎのように動作する。
【００１６】
表面温度測定手段１１０は、赤外線表面温度計等を備え、発熱源であるトランジスタを含んだ試料の表面温度分布を測定する。
【００１７】
コンピュータ１００において、発熱源データ入力部１０１は、トランジスタのレイアウト情報等から得られる発熱源のサイズの初期値と発熱源の発熱量とを入力する。熱伝導率入力部１０２は、トランジスタに用いられている材料の熱伝導率および体積等から得られる熱伝導率の初期値を入力する。表面温度分布計算部１０３は、前記発熱源のサイズおよび前記熱伝導率を用いて、表面温度分布を計算する。フィッティング部１０４は、表面温度測定手段１１０にて測定された表面温度測定データと表面温度分布計算部１０３にて得られた表面温度分布計算データとを元に、最小二乗法等のフィッティングにより新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と新たな温度分布とを算出する。判定部１０５は、前記表面温度分布の測定結果と前記フィッティング部により得られた表面温度分布の計算結果とを比較し、特に発熱源近傍の表面温度分布が一致しているか否かを判定する。
【００１８】
次に、図２を参照して本実施形態の全体動作について詳細に説明する。図２は、本実施形態の表面温度測定装置の動作を示すフローチャートである。まず、測定対象物（試料）の表面温度分布を測定する（ステップＡ１）。次に、発熱源のサイズの初期値と発熱源の発熱量を入力する（ステップＡ２）。次に、熱伝導率の初期値を入力する（ステップＡ３）。次に、前記発熱源のサイズと前記熱伝導率とを用いて表面温度分布を計算する（ステップＡ４）。次に、ステップＡ１で得られた表面温度測定データとステップＡ４で得られた計算データとを元に、フィッティングにより、新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と新たな温度分布とを算出する（ステップＡ５）。次に、ステップＡ１にて測定した表面温度分布とステップＡ５にて算出した表面温度分布の値が、特に発熱源近傍の領域において、一致しているか否かを判定する（ステップＡ６）。最後に、計算により得られた表面温度分布を表示する（ステップＡ７）。
【００１９】
本実施形態では、表面温度分布を測定するステップと、表面温度分布を計算するステップと、フィッティングにより発熱源のサイズと熱伝導率と表面温度分布を導出するステップとで構成されており、関連技術で用いられているような赤外線等の温度測定の手段を使用できるにもかかわらず、これらの温度測定手段では直接測定することができないようなトランジスタの微細な領域(サブミクロン以下)の発熱温度を、予測することができる。図３には、本発明により得られる温度分布曲線と、直接測定（従来例）により得られる温度分布曲線とを示す。すなわち、直接測定では、図３において点線で示されているようなブロードな測定データしか得られないところ、本発明の装置を用いると、温度測定手段の測定限界以下の微細領域での温度予測ができるため、図３において実線で示されるような温度分布を得ることができる。また、トランジスタの微細な発熱源のサイズやトランジスタの熱伝導率を推定することもできる。
【００２０】
（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２の表面温度測定装置の構成を示すブロック図である。図４に示すように、本実施形態の装置は、プログラム制御により動作するコンピュータ２００と、表面温度測定手段２１０と、表面温度分布等の結果を表示する表示手段２２０とを備える。コンピュータ２００は、発熱源データ入力部２０１と、熱伝導率入力部２０２と、トランジスタの信頼性データ入力部２０６と、表面温度分布計算部２０３と、フィッティング部２０４と、判定部２０５と、抽出部２０７と、寿命算定部２０８とを備える。表面温度分布計算部２０３は、発熱源データ入力部２０１にて入力された発熱源のサイズと熱伝導率入力部２０２にて入力された熱伝導率を用いて、表面温度分布を計算する。フィッティング部２０４は、表面温度測定手段２１０にて測定された表面温度測定データおよび表面温度分布計算部２０３にて得られた表面温度分布計算データを元に、フィッティングにより新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と新たな表面温度分布とを算出する。判定部２０５は、前記表面温度分布の測定結果とフィッティング部２０４において得られた表面温度分布の計算結果とを比較して判定する。抽出部２０７は、前記表面温度分布から発熱源の発熱温度を抽出する。寿命算定部２０８は、前記発熱源の発熱温度および信頼性データ入力部２０６にて入力された信頼性データを元に寿命を算定する。
【００２１】
これらの手段はそれぞれ概略つぎのように動作する。
【００２２】
発熱源データ入力部２０１は、トランジスタのレイアウト情報等から得られる発熱源のサイズの初期値と発熱量とを入力する。熱伝導率入力部２０２は、トランジスタに用いられている材料の熱伝導率および体積等から得られる熱伝導率の初期値を入力する。信頼性データ入力部２０６は、測定に用いたトランジスタの接合温度と寿命との関係のデータを入力する。表面温度分布計算部２０３は、前記発熱源のサイズおよび前記熱伝導率を用いて、表面温度分布を計算する。フィッティング部２０４は、表面温度測定手段２１０にて測定された表面温度測定データと表面温度分布計算部２０３にて得られた表面温度分布計算データとを元に、最小二乗法等のフィッティングにより新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と新たな温度分布とを算出する。判定部２０５は、前記表面温度分布の測定結果と前記フィッティング部により得られた表面温度分布の計算結果とを比較し、特に発熱源近傍の領域において、一致しているか否かを判定する。抽出部２０７は、発熱源データ入力部２０１で入力されたデータと、判定部２０５で測定結果と一致していると判断された表面温度分布の計算結果から、発熱源の発熱温度を抽出する。寿命算定部２０８は、抽出部２０７で抽出した発熱源の発熱温度と信頼性データ入力部２０６にて入力された信頼性データとを元に寿命を算定する。
【００２３】
次に、図５を参照して本実施形態の全体動作について詳細に説明する。図５は、本実施形態の表面温度測定装置の動作を示すフローチャートである。まず、測定対象物（試料）の表面温度分布を測定する（ステップＢ１）。次に、発熱源のサイズの初期値と発熱源の発熱量を入力する（ステップＢ２）。次に、熱伝導率の初期値を入力する（ステップＢ３）。次に、トランジスタの信頼性データを入力する（ステップＢ４）。次に、前記発熱源のサイズと前記熱伝導率とを用いて表面温度分布を計算する（ステップＢ５）。次に、ステップＢ１で得られた表面温度測定データとステップＢ５で得られた計算データとを元に、フィッティングにより、新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と新たな温度分布とを算出する（ステップＢ６）。次に、ステップＢ１にて測定した表面温度分布とステップＢ６にて算出した表面温度分布の値を比較し、特に発熱源近傍の領域において、一致しているか否かを判定する（ステップＢ７）。次に、ステップＢ６にて算出した表面温度分布から、発熱源の発熱温度を抽出する（ステップＢ８）。次に、ステップＢ８にて抽出した発熱温度とステップＢ４にて入力された信頼性データとを元に、トランジスタの寿命を算出する（ステップＢ９）。最後に、トランジスタの寿命を表示する（ステップＢ１０）。
【００２４】
本実施形態では、表面温度分布を測定するステップと、表面温度分布を計算するステップと、フィッティングにより発熱源のサイズと熱伝導率と表面温度分布を算出するステップと、トランジスタの微細な領域(サブミクロン以下)の発熱温度を計算するステップと、トランジスタの寿命を算定するステップを有することで、実施形態１で得られる効果に加えて、微細な領域の発熱が生じているトランジスタの寿命を算定することができる。
【実施例】
【００２５】
つぎに、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は、下記の実施例によってなんら限定および制限されない。
【００２６】
［実施例１］
図６に示すシリコン基板上ＧａＮ電界効果型トランジスタ（以下ＧａＮ−ＦＥＴという）を用いて、本発明の表面温度測定装置により、表面温度測定を行った。前記ＧａＮ−ＦＥＴ６０は、シリコン基板６１上にＧａＮ層６２およびＡｌＧａＮ層６３が形成され、ＡｌＧａＮ層６３上にソース電極６４、ドレイン電極６５およびゲート電極６６が形成されている。
【００２７】
図７に、本実施例の表面温度測定装置の構成を示すブロック図を示す。図７に示すように、本実施例の装置は、プログラム制御により動作するコンピュータ３００と、表面温度測定装置３１０と、表面温度分布の測定結果を表示するディスプレイ３２０とを備える。コンピュータ３００は、発熱源データ入力部３０１と、熱伝導率入力部３０２と、表面温度分布計算部３０３と、フィッティング部３０４と、判定部３０５とを含む。
【００２８】
表面温度分布計算部３０３は、発熱源データ入力部３０１にて入力された発熱源のサイズと熱伝導率入力部３０２にて入力された熱伝導率とを用いて、表面温度分布を計算する。フィッティング部３０４は、表面温度測定手段３１０にて測定された表面温度測定データおよび表面温度分布計算部３０３にて得られた表面温度分布計算データを元に、フィッティングにより新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と新たな表面温度分布とを算出する。判定部３０５は、前記表面温度分布の測定結果とフィッティング部３０４において得られた表面温度分布の計算結果とを比較して、特に発熱源近傍の領域において、一致しているか否かを判定する。
【００２９】
表面温度測定手段３１０は、発熱体からの赤外線の量を集光する赤外線放射温度計３１１と、その集光した赤外線の量を温度に換算する温度計算部３１２とを含み構成されている。
【００３０】
まず、発熱源データ入力部３０１に、図６に示すＧａＮ−ＦＥＴのレイアウト情報を元に、発熱源と予想されるゲート電極とドレイン電極との間の長さを発熱幅Ｌｘとし、ゲート幅を発熱長Ｌｙとし、ゲートピッチをｌ、ゲートフィンガー数（ゲート電極数）をｎとして、発熱源サイズの初期値を入力する。さらに、発熱量Ｑ０を入力する。トランジスタの動作状態により、前記Ｌｘのみが変化するため、フィッティング部３０４では、このＬｘをフリーパラメータとしてフィッティングする。
【００３１】
次いで、シリコンの熱伝導率、ＧａＮの熱伝導率およびＡｌＧａＮの熱伝導率と、各組成の体積比とから、ＧａＮ−ＦＥＴの熱伝導率を定義し、熱伝導率入力部３０２に、この値をκとして入力する。
【００３２】
表面温度分布計算部３０３は、前記発熱源のサイズと前記熱伝導率κを用いて、表面温度分布を計算する。この表面温度分布の計算には下記式（１）を使用する。ここで、Ｔは表面温度、Ｔａは環境温度、Ｎは解析ステップ数、ｘｎ−とｘｎ＋とｙｎ−とｙｎ＋は平面方向の座標を表す。ここで、平面方向の座標の原点を図６のＸ軸とＹ軸の交点としている。ｈは規格化変数であり、Ｊｎ（ｒ）は、ある座標のｈで規格化された表面温度、τ（ｒ）は、ｈで規格化された表面温度である。ここで、ｒは位置を表わすベクトルであり、ｒ＝ｘｎ＋ｙｎ＋ｚｎである。
【数１】
【００３３】
フィッティング部３０４は、表面温度測定手段３１０にて測定された表面温度測定データと表面温度分布計算部３０３にて得られた表面温度分布計算データとを元に、最小二乗法のフィッティングにより、新たなＬｘと新たなκを算出する。そして同時に、新たな表面温度分布を上記式（１）から算出する。
【００３４】
判定部３０５は、前記表面温度分布の測定結果と前記フィッティング部により得られた表面温度分布の計算結果が一致していると判定されれば、前記の得られた表面温度分布をディスプレイ３２０にて表示する。他方、一致していないと判定されれば、解析ステップ数Ｎを、例えば、２Ｎに増やして、フィッティングの再計算を行う。
【００３５】
図８に、表面温度分布の測定データと実施例１において得られた計算データを示す。本実施例によると、実測においては得られなかった微細な温度分布の計算データが得られていることがわかる。
【００３６】
なお、本実施例では、ＧａＮ−ＦＥＴを用いたが、これは一例であって、他のトランジスタでも、当然、適用可能である。
【００３７】
［実施例２］
図６に示すシリコン基板上ＧａＮ電界効果型トランジスタ（以下ＧａＮ−ＦＥＴという）を用いて、本発明の表面温度測定装置により、表面温度測定を行った。前記ＧａＮ−ＦＥＴは、シリコン基板上にＧａＮ層およびＡｌＧａＮ層が形成され、前記ＡｌＧａＮ層上にソース電極、ドレイン電極およびゲート電極が形成されている。
【００３８】
図９に、本実施例の表面温度測定装置の構成を示すブロック図を示す。図９に示すように、本実施例の装置は、プログラム制御により動作するコンピュータ４００と、表面温度測定手段４１０と、表面温度分布等の測定結果を表示するディスプレイ４２０とを備える。コンピュータ４００は、発熱源データ入力部４０１と、熱伝導率入力部４０２と、トランジスタの信頼性データ入力部４０６と、表面温度分布計算部４０３と、フィッティング部４０４と、判定部４０５と、抽出部４０７と、寿命算定部４０８とを含む。
【００３９】
表面温度分布計算部４０３は、発熱源データ入力部４０１にて入力された発熱源のサイズと熱伝導率入力部４０２にて入力された熱伝導率を用いて、表面温度分布を計算する。フィッティング部４０４は、表面温度測定手段４１０にて測定された表面温度測定データおよび表面温度分布計算部４０３にて得られた表面温度分布計算データを元に、フィッティングにより新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と表面温度分布を算出する。判定部４０５は、前記表面温度分布の測定結果とフィッティング部４０４において得られた表面温度分布の計算結果とを比較して判定する。抽出部４０７は、前記表面温度分布から発熱源の発熱温度を抽出する。寿命算定部４０８は、前記発熱源の発熱温度および信頼性データ入力部４０６にて入力された信頼性データを元に寿命を算定する。
【００４０】
表面温度測定手段４１０は、発熱体からの赤外線の量を集光する赤外線放射温度計４１１と、その集光した赤外線の量を温度に換算する温度計算部４１２とを含み構成される。
【００４１】
まず、発熱源データ入力部４０１に、図６に示すＧａＮ−ＦＥＴのレイアウト情報を元に、発熱源と予想されるゲート電極とドレイン電極との間の長さを発熱幅Ｌｘとし、ゲート幅を発熱長Ｌｙとし、ゲートピッチをｌ、ゲートフィンガー数（ゲート電極数）をｎとして、発熱源サイズの初期値を入力する。さらに、発熱量Ｑ０を入力する。トランジスタの動作状態により、前記Ｌｘのみが変化するため、フィッティング部４０４では、このＬｘをフリーパラメータとしてフィッティングする。
【００４２】
次いで、シリコンの熱伝導率、ＧａＮの熱伝導率およびＡｌＧａＮの熱伝導率と、各組成の体積比とから、ＧａＮ−ＦＥＴの熱伝導率を定義し、熱伝導率入力部４０２に、この値をκとして入力する。
【００４３】
信頼性データ入力部４０６には、図１０で示すトランジスタの接合温度と寿命との関係のデータを入力する。この図は実施例２で用いたＧａＮ−ＦＥＴでのデータであり、接合温度と寿命との関係のデータは、トランジスタ毎に異なるものである。
【００４４】
表面温度分布計算部４０３は、前記発熱源のサイズと前記熱伝導率κを用いて、表面温度分布を計算する。この表面温度分布の計算には前記式（１）を使用する。
【００４５】
フィッティング部４０４は、表面温度測定手段４１０にて測定された表面温度測定データと表面温度分布計算部４０３にて得られた表面温度分布計算データとを元に、最小二乗法のフィッティングにより、新たなＬｘと新たなκを算出する。そして同時に、新たな表面温度分布を前記式（１）から算出する。
【００４６】
判定部４０５は、前記表面温度分布の測定結果と前記フィッティング部により得られた表面温度分布の計算結果が一致していると判定されれば、前記の得られた表面温度分布をディスプレイ４２０にて表示する。他方、一致していないと判定されれば、解析ステップ数Ｎを、例えば、２Ｎに増やして、フィッティングの再計算を行う。
【００４７】
抽出部４０７は、判定部４０５にて計算された表面温度分布と発熱源データ入力部のデータとを元に、ＬｘとＬｙで規定された発熱領域における発熱温度を抽出する。
【００４８】
寿命算定部４０８は、抽出部４０７にて得られた発熱温度と信頼性データ入力部４０６にて入力された接合温度と寿命の関係とを元にトランジスタの寿命を算定し、ディスプレイ４２０にて表示する。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、特にサブミクロン以下の微細な領域の表面温度を予測することが可能な表面温度測定装置および表面温度測定方法を提供することができる。したがって、微細化されたトランジスタの信頼性や寿命の見積り等による半導体の設計や評価の全般に適用することができ、その用途は広い。
【符号の説明】
【００５０】
１００、２００、３００、４００ コンピュータ（表面温度分布計算手段）
１１０、２１０、３１０、４１０ 表面温度測定手段
１２０、２２０、３２０、４２０ 表示手段（ディスプレイ）
１０１、２０１、３０１、４０１ 発熱源データ入力部
１０２、２０２、３０２、４０２ 熱伝導率入力部
１０３、２０３、３０３、４０３ 表面温度分布計算部
１０４、２０４、３０４、４０４ フィッティング部
１０５、２０５、３０５、４０５ 判定部
２０６、４０６ 信頼性データ入力部
２０７、４０７ 抽出部
２０８、４０８ 寿命算定部
３１１、４１１ 赤外線放射温度計
３１２、４１２ 温度計算部
６０ ＧａＮ−ＦＥＴ
６１ シリコン基板
６２ ＧａＮ層
６３ ＡｌＧａＮ層
６４ ソース電極
６５ ドレイン電極
６６ ゲート電極
７００ 温度予測システム
７０１ 設計データ入力部
７０２ 熱特性データ入力部
７０３ 熱解析部
７０４ 関数生成部
７０５ 変換部
７０６ 合成演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面温度測定装置および表面温度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、トランジスタの微細化の進展や小型化に伴い、サブミクロン以下の微細な領域の発熱が問題になっている。この微細な領域の発熱によりトランジスタの接合温度が上昇すると、トランジスタの信頼性が大幅に劣化する。そのため、この微細な領域の接合温度を正確に見積もる手法が望まれている。
【０００３】
しかしながら、従来の接合温度測定方法である、一般的なラマン分光法や赤外線を用いた温度測定方法では、サブミクロン以下の発熱領域を測定することができない。なぜなら、いずれの方法も光を用いているため、その波長（赤外線の場合０．８μｍ）以下の領域を測定することができないからである。さらに、ラマン分光法の場合、破壊測定になるため、実際の動作中の発熱状態を正確に再現した測定とはいえない、という問題もある。
【０００４】
ところで、電子機器の熱設計分野においては、シミュレーションによる温度予測システムが検討されている（例えば、特許文献１参照）。図１１に示すように、この関連技術における温度予測システム７００は、設計データ入力部７０１と、熱特性データ入力部７０２と、発熱部の熱による温度分布をシミュレーションにより発熱部ごとに計算し温度勾配を求める熱解析部７０３と、温度関数データを生成する関数生成部７０４と、温度関数データを用いて温度分布を計算する変換部７０５と、熱解析部７０３と変換部７０５が計算した温度分布を用いて全ての発熱部による温度分布を計算する合成演算部７０６とを備える。すなわち、設計データ入力部７０１と熱特性データ入力部７０２に入力された発熱源のデータを元に、シミュレーションによって発熱量を計算することで、微細な領域の発熱量も計算することが可能になるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１６３４２１号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記関連技術をサブミクロン以下の微細な領域の温度測定に適用しようとした場合には、いくつかの問題が生じる。第１の問題点は、トランジスタの場合、トランジスタを構成する熱特性データが正しくわからないということがある。すなわち、トランジスタの場合、サブミクロンからミクロンオーダの微細な複数の材料で構成されているため、個別の熱特性データがわかっても、この全体の熱特性データを予測することができない。関連技術で示された電子機器の場合は、部品がミリオーダーと大きいため、このような問題は生じない。
【０００７】
第２の問題点は、トランジスタの場合、発熱源のサイズが正しくわからないことがあげられる。トランジスタにおける発熱源のサイズや形状は、トランジスタのバイアス条件や、動作状態に依存しているからである。正確な発熱源のサイズがわからないと、シミュレーションによる予測も困難である。
【０００８】
本発明は、特にサブミクロン以下の微細な領域の表面温度を予測することが可能な表面温度測定装置および表面温度測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の表面温度測定装置は、
表面温度を測定する表面温度測定手段と、表面温度分布を計算する表面温度分布計算手段とを含み、
前記表面温度分布計算手段は、発熱源のサイズを入力する発熱源データ入力部と、熱伝導率を入力する熱伝導率入力部と、表面温度分布計算部とフィッティング部とを含み、
前記表面温度分布計算部は、前記発熱源データ入力部にて入力された発熱源のサイズと前記熱伝導率入力部にて入力された熱伝導率を用いて、表面温度分布を計算し、
前記フィッティング部は、前記表面温度測定手段にて測定された表面温度測定データおよび前記表面温度分布計算部にて得られた表面温度分布計算データを元に、フィッティングにより新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と表面温度分布とを算出することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の表面温度測定方法は、
表面温度を測定する表面温度測定工程と、
発熱源のサイズを入力する発熱源のデータ入力工程と、
熱伝導率を入力する熱伝導率入力工程と、
前記データ入力工程にて入力された発熱源のサイズと前記熱伝導率入力工程にて入力された熱伝導率とを用いて、表面温度分布を計算する表面温度分布計算工程と、
前記表面温度測定工程にて測定された表面温度測定データおよび前記表面温度分布計算工程にて得られた表面温度分布計算データを元に、フィッティングにより新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と表面温度分布とを算出するフィッティング工程と
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、特にサブミクロン以下の微細な領域の表面温度を予測することが可能な表面温度測定装置および表面温度測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施形態１の表面温度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施形態１の表面温度測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明により得られる温度分布曲線と、直接測定（従来例）により得られる温度分布曲線とを示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態２の表面温度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、実施形態２の表面温度測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】図６は、ＧａＮ電界効果型トランジスタ（ＧａＮ−ＦＥＴ）の概略図である。
【図７】図７は、実施例１の表面温度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、実施例１で得られた温度分布曲線である。
【図９】図９は、実施例２の表面温度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、トランジスタの接合温度と寿命との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、関連技術の温度予測システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の表面温度測定装置について、詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されない。
【００１４】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１の表面温度測定装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態の装置は、プログラム制御により動作するコンピュータ１００と、表面温度測定手段１１０と、表面温度分布等の結果を表示する表示手段１２０とを備える。コンピュータ１００は、発熱源データ入力部１０１と、熱伝導率入力部１０２と、表面温度分布計算部１０３と、フィッティング部１０４と、判定部１０５とを備える。表面温度分布計算部１０３は、発熱源データ入力部１０１にて入力された発熱源のサイズと熱伝導率入力部１０２にて入力された熱伝導率を用いて、表面温度分布を計算する。フィッティング部１０４は、表面温度測定手段１１０にて測定された表面温度測定データおよび表面温度分布計算部１０３にて得られた表面温度分布計算データを元に、フィッティングにより新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と表面温度分布を算出する。判定部１０５は、前記表面温度分布の測定結果とフィッティング部１０４において得られた表面温度分布の計算結果とを比較して判定する。
【００１５】
これらの手段はそれぞれ概略つぎのように動作する。
【００１６】
表面温度測定手段１１０は、赤外線表面温度計等を備え、発熱源であるトランジスタを含んだ試料の表面温度分布を測定する。
【００１７】
コンピュータ１００において、発熱源データ入力部１０１は、トランジスタのレイアウト情報等から得られる発熱源のサイズの初期値と発熱源の発熱量とを入力する。熱伝導率入力部１０２は、トランジスタに用いられている材料の熱伝導率および体積等から得られる熱伝導率の初期値を入力する。表面温度分布計算部１０３は、前記発熱源のサイズおよび前記熱伝導率を用いて、表面温度分布を計算する。フィッティング部１０４は、表面温度測定手段１１０にて測定された表面温度測定データと表面温度分布計算部１０３にて得られた表面温度分布計算データとを元に、最小二乗法等のフィッティングにより新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と新たな温度分布とを算出する。判定部１０５は、前記表面温度分布の測定結果と前記フィッティング部により得られた表面温度分布の計算結果とを比較し、特に発熱源近傍の表面温度分布が一致しているか否かを判定する。
【００１８】
次に、図２を参照して本実施形態の全体動作について詳細に説明する。図２は、本実施形態の表面温度測定装置の動作を示すフローチャートである。まず、測定対象物（試料）の表面温度分布を測定する（ステップＡ１）。次に、発熱源のサイズの初期値と発熱源の発熱量を入力する（ステップＡ２）。次に、熱伝導率の初期値を入力する（ステップＡ３）。次に、前記発熱源のサイズと前記熱伝導率とを用いて表面温度分布を計算する（ステップＡ４）。次に、ステップＡ１で得られた表面温度測定データとステップＡ４で得られた計算データとを元に、フィッティングにより、新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と新たな温度分布とを算出する（ステップＡ５）。次に、ステップＡ１にて測定した表面温度分布とステップＡ５にて算出した表面温度分布の値が、特に発熱源近傍の領域において、一致しているか否かを判定する（ステップＡ６）。最後に、計算により得られた表面温度分布を表示する（ステップＡ７）。
【００１９】
本実施形態では、表面温度分布を測定するステップと、表面温度分布を計算するステップと、フィッティングにより発熱源のサイズと熱伝導率と表面温度分布を導出するステップとで構成されており、関連技術で用いられているような赤外線等の温度測定の手段を使用できるにもかかわらず、これらの温度測定手段では直接測定することができないようなトランジスタの微細な領域(サブミクロン以下)の発熱温度を、予測することができる。図３には、本発明により得られる温度分布曲線と、直接測定（従来例）により得られる温度分布曲線とを示す。すなわち、直接測定では、図３において点線で示されているようなブロードな測定データしか得られないところ、本発明の装置を用いると、温度測定手段の測定限界以下の微細領域での温度予測ができるため、図３において実線で示されるような温度分布を得ることができる。また、トランジスタの微細な発熱源のサイズやトランジスタの熱伝導率を推定することもできる。
【００２０】
（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２の表面温度測定装置の構成を示すブロック図である。図４に示すように、本実施形態の装置は、プログラム制御により動作するコンピュータ２００と、表面温度測定手段２１０と、表面温度分布等の結果を表示する表示手段２２０とを備える。コンピュータ２００は、発熱源データ入力部２０１と、熱伝導率入力部２０２と、トランジスタの信頼性データ入力部２０６と、表面温度分布計算部２０３と、フィッティング部２０４と、判定部２０５と、抽出部２０７と、寿命算定部２０８とを備える。表面温度分布計算部２０３は、発熱源データ入力部２０１にて入力された発熱源のサイズと熱伝導率入力部２０２にて入力された熱伝導率を用いて、表面温度分布を計算する。フィッティング部２０４は、表面温度測定手段２１０にて測定された表面温度測定データおよび表面温度分布計算部２０３にて得られた表面温度分布計算データを元に、フィッティングにより新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と新たな表面温度分布とを算出する。判定部２０５は、前記表面温度分布の測定結果とフィッティング部２０４において得られた表面温度分布の計算結果とを比較して判定する。抽出部２０７は、前記表面温度分布から発熱源の発熱温度を抽出する。寿命算定部２０８は、前記発熱源の発熱温度および信頼性データ入力部２０６にて入力された信頼性データを元に寿命を算定する。
【００２１】
これらの手段はそれぞれ概略つぎのように動作する。
【００２２】
発熱源データ入力部２０１は、トランジスタのレイアウト情報等から得られる発熱源のサイズの初期値と発熱量とを入力する。熱伝導率入力部２０２は、トランジスタに用いられている材料の熱伝導率および体積等から得られる熱伝導率の初期値を入力する。信頼性データ入力部２０６は、測定に用いたトランジスタの接合温度と寿命との関係のデータを入力する。表面温度分布計算部２０３は、前記発熱源のサイズおよび前記熱伝導率を用いて、表面温度分布を計算する。フィッティング部２０４は、表面温度測定手段２１０にて測定された表面温度測定データと表面温度分布計算部２０３にて得られた表面温度分布計算データとを元に、最小二乗法等のフィッティングにより新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と新たな温度分布とを算出する。判定部２０５は、前記表面温度分布の測定結果と前記フィッティング部により得られた表面温度分布の計算結果とを比較し、特に発熱源近傍の領域において、一致しているか否かを判定する。抽出部２０７は、発熱源データ入力部２０１で入力されたデータと、判定部２０５で測定結果と一致していると判断された表面温度分布の計算結果から、発熱源の発熱温度を抽出する。寿命算定部２０８は、抽出部２０７で抽出した発熱源の発熱温度と信頼性データ入力部２０６にて入力された信頼性データとを元に寿命を算定する。
【００２３】
次に、図５を参照して本実施形態の全体動作について詳細に説明する。図５は、本実施形態の表面温度測定装置の動作を示すフローチャートである。まず、測定対象物（試料）の表面温度分布を測定する（ステップＢ１）。次に、発熱源のサイズの初期値と発熱源の発熱量を入力する（ステップＢ２）。次に、熱伝導率の初期値を入力する（ステップＢ３）。次に、トランジスタの信頼性データを入力する（ステップＢ４）。次に、前記発熱源のサイズと前記熱伝導率とを用いて表面温度分布を計算する（ステップＢ５）。次に、ステップＢ１で得られた表面温度測定データとステップＢ５で得られた計算データとを元に、フィッティングにより、新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と新たな温度分布とを算出する（ステップＢ６）。次に、ステップＢ１にて測定した表面温度分布とステップＢ６にて算出した表面温度分布の値を比較し、特に発熱源近傍の領域において、一致しているか否かを判定する（ステップＢ７）。次に、ステップＢ６にて算出した表面温度分布から、発熱源の発熱温度を抽出する（ステップＢ８）。次に、ステップＢ８にて抽出した発熱温度とステップＢ４にて入力された信頼性データとを元に、トランジスタの寿命を算出する（ステップＢ９）。最後に、トランジスタの寿命を表示する（ステップＢ１０）。
【００２４】
本実施形態では、表面温度分布を測定するステップと、表面温度分布を計算するステップと、フィッティングにより発熱源のサイズと熱伝導率と表面温度分布を算出するステップと、トランジスタの微細な領域(サブミクロン以下)の発熱温度を計算するステップと、トランジスタの寿命を算定するステップを有することで、実施形態１で得られる効果に加えて、微細な領域の発熱が生じているトランジスタの寿命を算定することができる。
【実施例】
【００２５】
つぎに、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は、下記の実施例によってなんら限定および制限されない。
【００２６】
［実施例１］
図６に示すシリコン基板上ＧａＮ電界効果型トランジスタ（以下ＧａＮ−ＦＥＴという）を用いて、本発明の表面温度測定装置により、表面温度測定を行った。前記ＧａＮ−ＦＥＴ６０は、シリコン基板６１上にＧａＮ層６２およびＡｌＧａＮ層６３が形成され、ＡｌＧａＮ層６３上にソース電極６４、ドレイン電極６５およびゲート電極６６が形成されている。
【００２７】
図７に、本実施例の表面温度測定装置の構成を示すブロック図を示す。図７に示すように、本実施例の装置は、プログラム制御により動作するコンピュータ３００と、表面温度測定装置３１０と、表面温度分布の測定結果を表示するディスプレイ３２０とを備える。コンピュータ３００は、発熱源データ入力部３０１と、熱伝導率入力部３０２と、表面温度分布計算部３０３と、フィッティング部３０４と、判定部３０５とを含む。
【００２８】
表面温度分布計算部３０３は、発熱源データ入力部３０１にて入力された発熱源のサイズと熱伝導率入力部３０２にて入力された熱伝導率とを用いて、表面温度分布を計算する。フィッティング部３０４は、表面温度測定手段３１０にて測定された表面温度測定データおよび表面温度分布計算部３０３にて得られた表面温度分布計算データを元に、フィッティングにより新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と新たな表面温度分布とを算出する。判定部３０５は、前記表面温度分布の測定結果とフィッティング部３０４において得られた表面温度分布の計算結果とを比較して、特に発熱源近傍の領域において、一致しているか否かを判定する。
【００２９】
表面温度測定手段３１０は、発熱体からの赤外線の量を集光する赤外線放射温度計３１１と、その集光した赤外線の量を温度に換算する温度計算部３１２とを含み構成されている。
【００３０】
まず、発熱源データ入力部３０１に、図６に示すＧａＮ−ＦＥＴのレイアウト情報を元に、発熱源と予想されるゲート電極とドレイン電極との間の長さを発熱幅Ｌｘとし、ゲート幅を発熱長Ｌｙとし、ゲートピッチをｌ、ゲートフィンガー数（ゲート電極数）をｎとして、発熱源サイズの初期値を入力する。さらに、発熱量Ｑ０を入力する。トランジスタの動作状態により、前記Ｌｘのみが変化するため、フィッティング部３０４では、このＬｘをフリーパラメータとしてフィッティングする。
【００３１】
次いで、シリコンの熱伝導率、ＧａＮの熱伝導率およびＡｌＧａＮの熱伝導率と、各組成の体積比とから、ＧａＮ−ＦＥＴの熱伝導率を定義し、熱伝導率入力部３０２に、この値をκとして入力する。
【００３２】
表面温度分布計算部３０３は、前記発熱源のサイズと前記熱伝導率κを用いて、表面温度分布を計算する。この表面温度分布の計算には下記式（１）を使用する。ここで、Ｔは表面温度、Ｔａは環境温度、Ｎは解析ステップ数、ｘｎ−とｘｎ＋とｙｎ−とｙｎ＋は平面方向の座標を表す。ここで、平面方向の座標の原点を図６のＸ軸とＹ軸の交点としている。ｈは規格化変数であり、Ｊｎ（ｒ）は、ある座標のｈで規格化された表面温度、τ（ｒ）は、ｈで規格化された表面温度である。ここで、ｒは位置を表わすベクトルであり、ｒ＝ｘｎ＋ｙｎ＋ｚｎである。
【数１】
【００３３】
フィッティング部３０４は、表面温度測定手段３１０にて測定された表面温度測定データと表面温度分布計算部３０３にて得られた表面温度分布計算データとを元に、最小二乗法のフィッティングにより、新たなＬｘと新たなκを算出する。そして同時に、新たな表面温度分布を上記式（１）から算出する。
【００３４】
判定部３０５は、前記表面温度分布の測定結果と前記フィッティング部により得られた表面温度分布の計算結果が一致していると判定されれば、前記の得られた表面温度分布をディスプレイ３２０にて表示する。他方、一致していないと判定されれば、解析ステップ数Ｎを、例えば、２Ｎに増やして、フィッティングの再計算を行う。
【００３５】
図８に、表面温度分布の測定データと実施例１において得られた計算データを示す。本実施例によると、実測においては得られなかった微細な温度分布の計算データが得られていることがわかる。
【００３６】
なお、本実施例では、ＧａＮ−ＦＥＴを用いたが、これは一例であって、他のトランジスタでも、当然、適用可能である。
【００３７】
［実施例２］
図６に示すシリコン基板上ＧａＮ電界効果型トランジスタ（以下ＧａＮ−ＦＥＴという）を用いて、本発明の表面温度測定装置により、表面温度測定を行った。前記ＧａＮ−ＦＥＴは、シリコン基板上にＧａＮ層およびＡｌＧａＮ層が形成され、前記ＡｌＧａＮ層上にソース電極、ドレイン電極およびゲート電極が形成されている。
【００３８】
図９に、本実施例の表面温度測定装置の構成を示すブロック図を示す。図９に示すように、本実施例の装置は、プログラム制御により動作するコンピュータ４００と、表面温度測定手段４１０と、表面温度分布等の測定結果を表示するディスプレイ４２０とを備える。コンピュータ４００は、発熱源データ入力部４０１と、熱伝導率入力部４０２と、トランジスタの信頼性データ入力部４０６と、表面温度分布計算部４０３と、フィッティング部４０４と、判定部４０５と、抽出部４０７と、寿命算定部４０８とを含む。
【００３９】
表面温度分布計算部４０３は、発熱源データ入力部４０１にて入力された発熱源のサイズと熱伝導率入力部４０２にて入力された熱伝導率を用いて、表面温度分布を計算する。フィッティング部４０４は、表面温度測定手段４１０にて測定された表面温度測定データおよび表面温度分布計算部４０３にて得られた表面温度分布計算データを元に、フィッティングにより新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と表面温度分布を算出する。判定部４０５は、前記表面温度分布の測定結果とフィッティング部４０４において得られた表面温度分布の計算結果とを比較して判定する。抽出部４０７は、前記表面温度分布から発熱源の発熱温度を抽出する。寿命算定部４０８は、前記発熱源の発熱温度および信頼性データ入力部４０６にて入力された信頼性データを元に寿命を算定する。
【００４０】
表面温度測定手段４１０は、発熱体からの赤外線の量を集光する赤外線放射温度計４１１と、その集光した赤外線の量を温度に換算する温度計算部４１２とを含み構成される。
【００４１】
まず、発熱源データ入力部４０１に、図６に示すＧａＮ−ＦＥＴのレイアウト情報を元に、発熱源と予想されるゲート電極とドレイン電極との間の長さを発熱幅Ｌｘとし、ゲート幅を発熱長Ｌｙとし、ゲートピッチをｌ、ゲートフィンガー数（ゲート電極数）をｎとして、発熱源サイズの初期値を入力する。さらに、発熱量Ｑ０を入力する。トランジスタの動作状態により、前記Ｌｘのみが変化するため、フィッティング部４０４では、このＬｘをフリーパラメータとしてフィッティングする。
【００４２】
次いで、シリコンの熱伝導率、ＧａＮの熱伝導率およびＡｌＧａＮの熱伝導率と、各組成の体積比とから、ＧａＮ−ＦＥＴの熱伝導率を定義し、熱伝導率入力部４０２に、この値をκとして入力する。
【００４３】
信頼性データ入力部４０６には、図１０で示すトランジスタの接合温度と寿命との関係のデータを入力する。この図は実施例２で用いたＧａＮ−ＦＥＴでのデータであり、接合温度と寿命との関係のデータは、トランジスタ毎に異なるものである。
【００４４】
表面温度分布計算部４０３は、前記発熱源のサイズと前記熱伝導率κを用いて、表面温度分布を計算する。この表面温度分布の計算には前記式（１）を使用する。
【００４５】
フィッティング部４０４は、表面温度測定手段４１０にて測定された表面温度測定データと表面温度分布計算部４０３にて得られた表面温度分布計算データとを元に、最小二乗法のフィッティングにより、新たなＬｘと新たなκを算出する。そして同時に、新たな表面温度分布を前記式（１）から算出する。
【００４６】
判定部４０５は、前記表面温度分布の測定結果と前記フィッティング部により得られた表面温度分布の計算結果が一致していると判定されれば、前記の得られた表面温度分布をディスプレイ４２０にて表示する。他方、一致していないと判定されれば、解析ステップ数Ｎを、例えば、２Ｎに増やして、フィッティングの再計算を行う。
【００４７】
抽出部４０７は、判定部４０５にて計算された表面温度分布と発熱源データ入力部のデータとを元に、ＬｘとＬｙで規定された発熱領域における発熱温度を抽出する。
【００４８】
寿命算定部４０８は、抽出部４０７にて得られた発熱温度と信頼性データ入力部４０６にて入力された接合温度と寿命の関係とを元にトランジスタの寿命を算定し、ディスプレイ４２０にて表示する。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、特にサブミクロン以下の微細な領域の表面温度を予測することが可能な表面温度測定装置および表面温度測定方法を提供することができる。したがって、微細化されたトランジスタの信頼性や寿命の見積り等による半導体の設計や評価の全般に適用することができ、その用途は広い。
【符号の説明】
【００５０】
１００、２００、３００、４００ コンピュータ（表面温度分布計算手段）
１１０、２１０、３１０、４１０ 表面温度測定手段
１２０、２２０、３２０、４２０ 表示手段（ディスプレイ）
１０１、２０１、３０１、４０１ 発熱源データ入力部
１０２、２０２、３０２、４０２ 熱伝導率入力部
１０３、２０３、３０３、４０３ 表面温度分布計算部
１０４、２０４、３０４、４０４ フィッティング部
１０５、２０５、３０５、４０５ 判定部
２０６、４０６ 信頼性データ入力部
２０７、４０７ 抽出部
２０８、４０８ 寿命算定部
３１１、４１１ 赤外線放射温度計
３１２、４１２ 温度計算部
６０ ＧａＮ−ＦＥＴ
６１ シリコン基板
６２ ＧａＮ層
６３ ＡｌＧａＮ層
６４ ソース電極
６５ ドレイン電極
６６ ゲート電極
７００ 温度予測システム
７０１ 設計データ入力部
７０２ 熱特性データ入力部
７０３ 熱解析部
７０４ 関数生成部
７０５ 変換部
７０６ 合成演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面温度を測定する表面温度測定手段と、表面温度分布を計算する表面温度分布計算手段とを含み、
前記表面温度分布計算手段は、発熱源のサイズを入力する発熱源データ入力部と、熱伝導率を入力する熱伝導率入力部と、表面温度分布計算部とフィッティング部とを含み、
前記表面温度分布計算部は、前記発熱源データ入力部にて入力された発熱源のサイズと前記熱伝導率入力部にて入力された熱伝導率とを用いて、表面温度分布を計算し、
前記フィッティング部は、前記表面温度測定手段にて測定された表面温度測定データおよび前記表面温度分布計算部にて得られた表面温度分布計算データを元に、フィッティングにより新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と表面温度分布とを算出することを特徴とする表面温度測定装置。
【請求項２】
前記表面温度分布計算手段が、さらに、前記表面温度の測定結果と前記フィッティング部において算出された表面温度分布の計算結果とを比較して、前記測定結果と前記計算結果とが一致しているか否かを判定する判定部を含むことを特徴とする、請求項１記載の表面温度測定装置。
【請求項３】
前記算出された表面温度分布の計算結果を表示する手段をさらに含むことを特徴とする、請求項１または２記載の表面温度測定装置。
【請求項４】
前記表面温度分布としてトランジスタの接合温度を算出することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の表面温度測定装置。
【請求項５】
前記接合温度からトランジスタの寿命を算出する手段をさらに含むことを特徴とする、請求項４記載の表面温度測定装置。
【請求項６】
表面温度を測定する表面温度測定工程と、
発熱源のサイズを入力する発熱源のデータ入力工程と、
熱伝導率を入力する熱伝導率入力工程と、
前記データ入力工程にて入力された発熱源のサイズと前記熱伝導率入力工程にて入力された熱伝導率とを用いて、表面温度分布を計算する表面温度分布計算工程と、
前記表面温度測定工程にて測定された表面温度測定データおよび前記表面温度分布計算工程にて得られた表面温度分布計算データを元に、フィッティングにより新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と表面温度分布とを算出するフィッティング工程と
を含むことを特徴とする表面温度測定方法。
【請求項７】
さらに、前記表面温度の測定結果と前記フィッティング工程において算出された表面温度分布の計算結果とを比較して、前記測定結果と前記計算結果とが一致しているか否かを判定する判定工程を含むことを特徴とする、請求項６記載の表面温度測定方法。
【請求項８】
前記算出された表面温度分布の計算結果を表示する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項６または７記載の表面温度測定方法。
【請求項９】
前記表面温度分布としてトランジスタの接合温度を算出することを特徴とする、請求項６から８のいずれか一項に記載の表面温度測定方法。
【請求項１０】
前記接合温度からトランジスタの寿命を算出する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項９記載の表面温度測定方法。
【請求項１】
表面温度を測定する表面温度測定手段と、表面温度分布を計算する表面温度分布計算手段とを含み、
前記表面温度分布計算手段は、発熱源のサイズを入力する発熱源データ入力部と、熱伝導率を入力する熱伝導率入力部と、表面温度分布計算部とフィッティング部とを含み、
前記表面温度分布計算部は、前記発熱源データ入力部にて入力された発熱源のサイズと前記熱伝導率入力部にて入力された熱伝導率とを用いて、表面温度分布を計算し、
前記フィッティング部は、前記表面温度測定手段にて測定された表面温度測定データおよび前記表面温度分布計算部にて得られた表面温度分布計算データを元に、フィッティングにより新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と表面温度分布とを算出することを特徴とする表面温度測定装置。
【請求項２】
前記表面温度分布計算手段が、さらに、前記表面温度の測定結果と前記フィッティング部において算出された表面温度分布の計算結果とを比較して、前記測定結果と前記計算結果とが一致しているか否かを判定する判定部を含むことを特徴とする、請求項１記載の表面温度測定装置。
【請求項３】
前記算出された表面温度分布の計算結果を表示する手段をさらに含むことを特徴とする、請求項１または２記載の表面温度測定装置。
【請求項４】
前記表面温度分布としてトランジスタの接合温度を算出することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の表面温度測定装置。
【請求項５】
前記接合温度からトランジスタの寿命を算出する手段をさらに含むことを特徴とする、請求項４記載の表面温度測定装置。
【請求項６】
表面温度を測定する表面温度測定工程と、
発熱源のサイズを入力する発熱源のデータ入力工程と、
熱伝導率を入力する熱伝導率入力工程と、
前記データ入力工程にて入力された発熱源のサイズと前記熱伝導率入力工程にて入力された熱伝導率とを用いて、表面温度分布を計算する表面温度分布計算工程と、
前記表面温度測定工程にて測定された表面温度測定データおよび前記表面温度分布計算工程にて得られた表面温度分布計算データを元に、フィッティングにより新たな発熱源のサイズと新たな熱伝導率と表面温度分布とを算出するフィッティング工程と
を含むことを特徴とする表面温度測定方法。
【請求項７】
さらに、前記表面温度の測定結果と前記フィッティング工程において算出された表面温度分布の計算結果とを比較して、前記測定結果と前記計算結果とが一致しているか否かを判定する判定工程を含むことを特徴とする、請求項６記載の表面温度測定方法。
【請求項８】
前記算出された表面温度分布の計算結果を表示する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項６または７記載の表面温度測定方法。
【請求項９】
前記表面温度分布としてトランジスタの接合温度を算出することを特徴とする、請求項６から８のいずれか一項に記載の表面温度測定方法。
【請求項１０】
前記接合温度からトランジスタの寿命を算出する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項９記載の表面温度測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２２６９３６（Ｐ２０１１−２２６９３６Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９７４２４（Ｐ２０１０−９７４２４）
【出願日】平成２２年４月２０日（２０１０．４．２０）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２０日（２０１０．４．２０）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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