DE102004051113B4 - Verfahren und Messanordnung zur elektrischen Ermittlung der Dicke von Halbleitermembranen durch Energieeintrag - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur elektrischen Ermittlung der Membrandicke von Halbleitermembranen
durch Energieeintrag, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebiet der Membran definiert
aufgeheizt wird und nach Abschluß der Erwärmung membrandickenabhängige durch
den Wärmeeintrag
bedingte Änderungen
physikalischer Zustände
der Membran in der zeitlichen Änderung über entsprechende Messelemente,
welche die Änderungen
der physikalischen Zustände
in elektrischen Einheiten zu messen gestatten, registriert werden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Ermittlung der Dicken von Halbleitermembranen mittels elektrischer Messungen. Dabei wird zur Erwärmung definiert Energie in die Membran eingekoppelt und aus der Verteilung/Ausbreitung der Energie auf die Membrandicke geschlossen, indem die elektrische Leitfähigkeit von definiert aufgebrachten elektrischen Widerstandsmesstreifen nach Beendigung des Energieeintrags zeitabhängig vermessen wird.
- Eine Membrandickenbestimmung ist zur Kontrolle der technologischen Herstellungsverfahren und der spezifikationsgerechten Funktion eines Sensors unbedingt notwendig. Derzeit wird die Membrandicke sowohl über zerstörende (z.B. Rasterelektronenmikroskopie eines senkrechten Bruches durch die Membran) als auch nicht zerstörende (z.B. optische, interferometrische) Verfahren ermittelt. Danach ist entweder die Membran zerstört bzw. das nicht zerstörende Messverfahren hat eine nicht ausreichende Messauflösung.
- Bekannt ist thermischer Energieeintrag in die Membran zur Herstellung thermisch trimmbarer Widerstände durch eine gezielte Änderung der elektrischen Leitfähigeit spezieller Widerstände auf der Membran (WO 00200302379A2).
- Thermischer Energieeintrag in eine Membranstruktur wird auch zur Bestimmung von Durchflußmengen benutzt, wobei die Abkühlung der Membran durch ein vorbeifließendes Medium gemessen wird (
DE 000019710559A1 - Thermischer Energieeintrag in eine Membran kann ebenfalls erfolgen, um diese definiert aufzuheizen und damit chemische Reaktionen zum Nachweis bestimmter Substanzen zu aktivieren – ein Prinzip, das zum Beispiel bei Gassensoren verwendet wird (
DE 000019958311C2 ). Ziel des Energieeintrages ist hierbei nicht die Messung der Membrandicke sondern das Erreichen einer definierten Reaktionstemperatur auf der Membran. - Aus der
DE 44 14 349 ist zu entnehmen, dass das Gebiet der Membran eines thermoelektrischen Mikrovakuumsensors definiert im zentralen Teil aufgeheizt wird; Sp.5, Z 63-65. Die Membrandicke durch den Energieeintrag zu ermitteln, ist daraus nicht bekannt. - Auf mechanischem Energieeintrag in die Membran beruht das Wirkprinzip der Membrandrucksensoren. Die Membran wird mechanisch deformiert und es wird die druckabhängige Verspannung üblicherweise kapazitiv (
EP 000000195985A2 DE 00001970105A1 ) nachgewiesen. Ziel des Energieeintrages ist ebenfalls nicht die Bestimmung der Membrandicke, sondern die Umwandlung mechanischer in elektrische Energie über eine definierte Verspannung der Membrane zur Messung des anliegenden Drucks. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zerstörungsfreies Verfahren und eine dementsprechende Messanordnung so zu gestalten, daß Dicken von Halbleitermembranen mit hoher Genauigkeit und möglichst geringem Aufwand bestimmt werden können.
- Gelöst wird diese Aufgabe mit den in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 6 angegebenen Merkmalen.
- Die Gegenstände der Ansprüche 1 und 6 weisen die Vorteile auf, dass bei einem sehr geringen Mehraufwand an Präparation die Membrandicke auf Halbleiterscheiben und auf einzelnen fertigen Sensoren zerstörungsfrei, genau und schnell bestimmt werden kann.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Gegenstände der Ansprüche 1 und 6 sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der Zeichnung erläutert. Es zeigen
-
1 schematisch eine Messanordnung, bestehend aus einer Membran mit Umgebungsbereich als Ausschnitt einer Halbleiterscheibe. Wärmeverteilung und mechanische Verspannung der Membran sind bei bekannter Heizleistung von der Membrandicke abhängig und werden elektrisch über entsprechende Messstreifen mittels einer Brückenschaltung gemessen. - In
1 erfolgt der Eintrag der elektrische Energie in die Halbleitermembran (1 ) durch eine großflächige Heizeranordnung mit den elektrischen Widerstandsheizelementen (4 ) auf der Membran (1 ). Zur Messung dienen einerseits der zwischen den lektrischen Widerstandsheizelementen (4 ) angeordnete elektrische Messwiderstand (2 ) und der im nicht erhitzten Randbereich der Membran angeordnete elektrische Messwiderstand (3 ) als Bestandteil einer nicht dargestellten Brückenschaltung. - Das Verfahren beruht auf der Auswertung der Widerstandsänderungen des auf der erwärmten Membran befindlichen Messwiderstandes (
2 ) nach einer bestimmten Zeit, bedingt durch Veränderung der dickenabhängigen mechanischen Verspannung und Wärmeleitung in der Membran nach dem Ende des Energieeintrages. -
- 1
- Membran als Bestandteil eines Halbleiterkörpers
- 2
- elektrischer Messwiderstand
- 3
- elektrischer Vergleichsmesswiderstand
- 4
- elektrisches Widerstandsheizelement
Claims (13)
- Verfahren zur elektrischen Ermittlung der Membrandicke von Halbleitermembranen durch Energieeintrag, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebiet der Membran definiert aufgeheizt wird und nach Abschluß der Erwärmung membrandickenabhängige durch den Wärmeeintrag bedingte Änderungen physikalischer Zustände der Membran in der zeitlichen Änderung über entsprechende Messelemente, welche die Änderungen der physikalischen Zustände in elektrischen Einheiten zu messen gestatten, registriert werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Wärmeeintrag sich ändernden physikalischen Zustände die elastische mechanische Spannung und die Temperatur sind und zur Erfassung der zeitlichen Änderungen als Messelemente elektrische Widerstandsstreifen dienen.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizung des Membrangebietes durch elektrische Widerstandsheizelemente vorgenommen wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Membrangebiet durch Strahlungsheizung erwärmt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Membrangebiet durch Laserstrahlung erwärmt wird.
- Messanordnung zur elektrischen Ermittlung der Membrandicke durch Energieeintrag, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Membran Einrichtungen vorhanden sind, die das Gebiet der Membran definiert aufheizen und Meßeinrichtungen vorhanden sind, welche nach Abschluß der Erwärmung die membrandickenabhängigen zeitlichen Änderungen physikalischer Zustände der Membran indirekt über elektrische Einheiten messend zu erfassen gestatten.
- Messanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Aufheizung der Membran aus elektrischen Widerstandsheizelementen besteht.
- Messanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Aufheizung der Membran aus zwei elektrischen Widerstandsheizelementen besteht, die symmetrisch zu beiden Seiten des Messelementes auf der Membran positioniert sind.
- Messanordnung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Meßwerte von Meßelementen auf der Membran und außerhalb der Membran registriert wird und die erfassende Meßeinrichtung eine Brückenschaltung ist.
- Messanordnung nach einem der Ansprüche 6–9, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Halbleiterscheibe ausgebildeten Heiz- und Messelemente Bestandteil spezieller Testfelder sind.
- Messanordnung nach einem der Ansprüche 6–9, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Halbleiterscheibe ausgebildeten Heiz- und Messelemente Bestandteil eines fertigen Sensors sind.
- Messanordnung nach einem der Ansprüche 6–9, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Halbleiterscheibe ausgebildeten Heiz- und Messelemente zusammen mit der integrierten Messbrückenschaltung Bestandteil spezieller Testfelder sind.
- Messanordnung nach einem der Ansprüche 6–9, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Halbleiterscheibe ausgebildeten Heiz- und Messelemente zusammen mit der integrierten Messbrückenschaltung Bestandteil des fertigen Sensors sind.
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