DE102012112836B4

DE102012112836B4 - Method for the feedback simulation of semiconductor structures

Info

Publication number: DE102012112836B4
Application number: DE102012112836.7A
Authority: DE
Inventors: Cornelia Breitkopf; Björn Bergmann
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2032-12-22
Also published as: DE102012112836A1

Abstract

Verfahren zur rückführenden Simulation von Halbleiterstrukturen mit einer Ausgangsgeometrie, die ein Substrat aus einem Halbleitermaterial mit einer mikrostrukturierten Substratoberfläche umfassen, wobei durch Wärmezufuhr und Druckbeaufschlagung in einer Wasserstoffatmosphäre Hohlraumstrukturen im Inneren des Substrates ausgebildet werden, wobei innerhalb eines Produktionsprozesses Strukturdaten von prozessierten Hohlraumstrukturen im Inneren des Substrates (S1) erfasst und daraus Querschnitte der Hohlraumstrukturen und deren Ist-Abmessungen ermittelt werden (S2), – dass in Abhängigkeit von der Geometrie der ermittelten Querschnitte der Hohlraumstrukturen und deren Ist-Abmessungen eine Flächenkrümmung berechnet und eine Gestaltänderungsgeschwindigkeit ermittelt sowie daruas eine Positionsänderung der Atome bestimmt wird (S3), – dass die Ausgangsgeometrie rückführend berechnet wird und durch einen Vergleich einer Soll-Ausgangsgeometrie und der rückgeführten Ausgangsgeometrie eine Fehlerinformation des Produktionsprozess ermittelt und ausgegeben wird.A method for the retrospective simulation of semiconductor structures having an initial geometry comprising a substrate made of a semiconductor material with a microstructured substrate surface, wherein hollow structures are formed inside the substrate by supplying heat and pressurizing in a hydrogen atmosphere, wherein within a production process structural data of processed cavity structures in the interior of the substrate (S1) and from which cross-sections of the cavity structures and their actual dimensions are determined (S2), - that calculates a surface curvature and determines a rate of change of shape as a function of the geometry of the determined cross sections of the cavity structures and their actual dimensions and daruas a change in position of the atoms is determined (S3), - that the initial geometry is calculated recirculating and by comparing a desired output geometry and the recycled Ausgangsgeo metric an error information of the production process is determined and output.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur rückführenden Simulation von Halbleiterstrukturen mit einer Ausgangsgeometrie, die ein Substrat aus einem Halbleitermaterial mit einer mikrostrukturierten Oberfläche umfassen, wobei durch Wärmezufuhr und Druckbeaufschlagung in einer Wasserstoffatmosphäre Hohlraumstrukturen im Inneren des Substrates ausgebildet werden. The invention relates to a method for the retroactive simulation of semiconductor structures having an initial geometry, comprising a substrate made of a semiconductor material with a microstructured surface, wherein hollow structures are formed in the interior of the substrate by supplying heat and pressurizing in a hydrogen atmosphere.

Der Begriff Silicon-On-Isolator (SOI) bezeichnet eine Herstellungstechnologie in der Halbleiterfertigung für integrierte Schaltkreise auf der Basis von Substraten aus Silizium. Diese befinden sich auf einem isolierenden Material, wodurch die gefertigten Transistoren eine geringere Kapazität besitzen als direkt auf dem Silizium gefertigte Transistoren. Dadurch werden geringere Schaltzeiten erreicht, die höhere Taktraten ermöglichen, wobei gleichzeitig die Leistungsaufnahme verringert wird und sich damit geringere Verlustleistungen ergeben. The term silicon-on-insulator (SOI) refers to a manufacturing technology in semiconductor manufacturing for integrated circuits based on silicon substrates. These are located on an insulating material, whereby the manufactured transistors have a smaller capacity than directly on the silicon manufactured transistors. As a result, shorter switching times are achieved, which allow higher clock rates, at the same time the power consumption is reduced and thus result in lower power losses.

Das Einbringen dieser Isolationsschicht kann beispielsweise durch Ionenimplantation von Sauerstoff oder das Aufwachsen einer Epitaxieschicht erfolgen. Allerdings muss dies vor der eigentlichen Schaltkreisherstellung erfolgen und ist für großflächige integrierte Schaltungen sehr teuer. Des Weiteren ist es durch die Schädigung aufgrund der Ionenimplantation oder dem Wachstum der Epitaxieschicht schwierig, defektfreies einkristallines Silizium für den weiteren Herstellungsprozess zu erhalten. The introduction of this insulating layer can be done for example by ion implantation of oxygen or the growth of an epitaxial layer. However, this must be done prior to actual circuit fabrication and is very expensive for large area integrated circuits. Furthermore, damage due to ion implantation or growth of the epitaxial layer makes it difficult to obtain defect-free single-crystal silicon for the further manufacturing process.

Im gattungsgemäßen Stand der Technik ist ein Transistor mit einem Luftspalt unter der Transistorstruktur bekannt, die sogenannte Silicon-On-Nothing (SON) Struktur (beispielsweise in Tsunashima et al. in Electochem. Soc. Proc., Bd. 17, S. 532–545 (2000)). Diese stellt eine ideale Struktur der SOI-Technik dar, da die Dielektrizitätskonstante im Bereich unterhalb der Transistorstruktur somit 1 sein kann. Allerdings stellte sich heraus, dass die Prozessschritte viel zu kompliziert für die Herstellung von großflächigen integrierten Schaltungen sind, da die SON-Struktur durch einen nachträglichen Ätzschritt nach der Schaltkreisherstellung erfolgt. In the prior art, a transistor with an air gap underneath the transistor structure is known, the so-called Silicon-On-Nothing (SON) structure (for example in Tsunashima et al., Electochem Soc., Proc., Vol. 17, p. 545 (2000)). This represents an ideal structure of the SOI technique, since the dielectric constant in the region below the transistor structure can thus be 1. However, it has been found that the process steps are much too complicated for the fabrication of large area integrated circuits since the SON structure is made by a post-circuit etching step.

Um diesen Nachteil zu umgehen und eine vielversprechende Alternative zur SOI-Technik zur Verfügung zu haben, wurde eine neue, einfachere Technik entwickelt, die die Bildung einer sogenannten Empty-Space-in-Silicon(ESS)-Struktur erlaubt. Diese beruht auf der Microstructure Transformation of Silicon (MSTS) Technik, welche von Sato et al. in 1998 Symposium on VLSI Tech. Dig. Papers, S. 206–207, (1998) und in Jpn. J. Appl. Phys. Bd. 39, S. 5033–5038 (2000) vorgestellt wurde. Durch die Verwendung der MSTS-Technik auf vorstrukturierten Substraten ist es möglich, großflächig Hohlraumstrukturen unterhalb der Substratoberfläche, im Inneren des Substrates herzustellen. Diese Technik nutzt dabei das Phänomen der sich selbstorganisierenden Oberflächen-Migration, die auf dem Bestreben der Oberflächenatome des Substrates beruht, einen möglichst geringen Oberflächenenergiezustand einzunehmen, d.h. die Grenzfläche zum umgebenden Gas zu minimieren. Bei den vorstrukturierten Substraten sind in die Substratoberfläche, die in einer Ebene liegt, Strukturen mit einem Querschnitt in der Ebene der Substratoberfläche und einer Tiefe senkrecht zur Substratoberfläche eingebracht. To overcome this disadvantage and to have a promising alternative to the SOI technique, a new, simpler technique has been developed that allows the formation of an empty space-in-silicon (ESS) structure. This is based on the Microstructure Transformation of Silicon (MSTS) technique, which was developed by Sato et al. in 1998 Symposium on VLSI Tech. Dig. Papers, pp. 206-207, (1998) and in Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 39, pp. 5033-5038 (2000). By using the MSTS technique on pre-structured substrates, it is possible to produce large-area cavity structures below the substrate surface, inside the substrate. This technique utilizes the phenomenon of self-organizing surface migration, which relies on the tendency of the surface atoms of the substrate to occupy the lowest possible surface energy state, i. to minimize the interface to the surrounding gas. In the prestructured substrates, structures having a cross section in the plane of the substrate surface and a depth perpendicular to the substrate surface are introduced into the substrate surface lying in a plane.

Es gibt drei typische Hohlraumstrukturen, die sich durch die selbstorganisierende Oberflächen-Migration der Silizium-Atome im Inneren des Substrates ausbilden (I. Mizushima et al. Appl. Phys. Lett., Bd. Bd. 77, S. 3290–3292 (2000)), wie dies in der 1 wiedergegebenen Zeichnung dieser Quelle dargestellt ist. Diese umfassen eine kugelförmige, eine rohrförmige und eine plateauförmige Hohlraumstruktur. Damit sich diese Strukturen im Inneren des Substrates bilden, wird das vorstrukturierte Substrat in einer deoxidierten Atmosphäre, beispielsweise einer Wasserstoffatmosphäre unter niedrigem Druck getempert, wobei durch das Bestreben der Oberflächenatome ihren Oberflächenenergiezustand zu minimieren, die selbstorganisierte Oberflächen-Migration einsetzt. There are three typical cavity structures formed by the self-organizing surface migration of silicon atoms inside the substrate (I. Mizushima et al., Appl. Phys. Lett., Vol )), as stated in the 1 reproduced drawing of this source is shown. These include a spherical, a tubular and a plateau-shaped cavity structure. In order for these structures to form inside the substrate, the prestructured substrate is annealed in a deoxidized atmosphere, such as a hydrogen atmosphere, under low pressure, thereby minimizing its surface energy state using self-assembled surface migration through the endeavor of the surface atoms.

In der Druckschrift US 2010 / 0 187 572 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung dieser Semiconductor-On-Nothing-Strukturen offenbart und in der Druckschrift US 2002 / 0 076 896 A1 wird ein Verfahren zur Fertigung komplexer Halbleiterbauelementen mit vielen Strukturierungsebenen, beispielsweise auch mit SON-Strukturen angegeben, wobei mittels metallischer Positionierungsmarken eine exakte und genaue Ausrichtung der einzelnen Ebenen zueinander zu gewährleisten werden soll. In the publication US 2010/0 187 572 A1 discloses a method for making these semiconductor-on-nothing structures and in the document US 2002/0 076 896 A1 For example, a method for producing complex semiconductor components with many structuring levels, for example with SON structures, is specified, whereby an accurate and exact alignment of the individual levels with respect to one another is to be ensured by means of metallic positioning marks.

Die Ausgangsgeometrie der vorstrukturierten Substratoberfläche bildet eine zylinderförmige Struktur, deren kreisförmiger Querschnitt in der Ebene der Substratoberfläche liegt und eine Tiefe senkrecht zur Ebene der Substratoberfläche besitzt. Die Struktur wird durch reaktives Ionenstrahlätzen in das Substrat übertragen. In Abhängigkeit von den Prozessbedingungen beginnt sich vom Boden einer einzelnen zylinderförmigen Struktur ein kugelförmiger Hohlraum im Silizium zu bilden, da der Radius der Flächenkrümmung am Boden der zylinderförmigen Struktur am kleinsten ist. Die Größe des sich bildenden kugelförmigen Hohlraumes hängt dabei von der Tiefe und dem Radius der zylinderförmigen Ausgangsstruktur ab. Werden die zylinderförmigen Strukturen in einer Reihe auf dem Substrat in einem passenden Abstand zueinander angeordnet, bilden sich erneut vom Boden der zylinderförmigen Strukturen aus Hohlräume, die sich seitlich miteinander verbinden. Daraus resultiert eine rohrförmige Hohlraumstruktur, welche sich parallel zur Substratoberfläche innerhalb des Substrates befindet. Werden die zylinderförmigen Strukturen in einem zweidimensionalen Raster auf dem Substrat angeordnet und wird die MSTS-Technik angewendet, so bilden sich plateauförmige Hohlräume unterhalb der Substratoberfläche und innerhalb des Substrates aus. Diese besitzen eine Querschnittsfläche entsprechend dem Raster der zylinderförmigen Ausgangsstruktur parallel zur Substratoberfläche mit einer Hohlraumschichtdicke senkrecht zur Substratoberfläche. Damit sich benachbarte zylinderförmige Strukturen miteinander verbinden, muss ihr Abstand zueinander kleiner als der Durchmesser einer sich bildenden kugelförmigen Hohlraumstruktur sein. The initial geometry of the prestructured substrate surface forms a cylindrical structure whose circular cross-section is in the plane of the substrate surface and has a depth perpendicular to the plane of the substrate surface. The structure is transferred to the substrate by reactive ion beam etching. Depending on the process conditions, a spherical cavity begins to form in the silicon from the bottom of a single cylindrical structure, since the radius of surface curvature at the bottom of the cylindrical structure is smallest. The size of the forming spherical cavity depends on the depth and the radius of the cylindrical starting structure. If the cylindrical structures are arranged in a row on the substrate at a suitable distance from each other, again form from the bottom of the cylindrical structures of cavities, which connect laterally with each other. from that results in a tubular cavity structure which is parallel to the substrate surface within the substrate. If the cylindrical structures are arranged in a two-dimensional grid on the substrate and the MSTS technique is used, then plateau-shaped cavities form underneath the substrate surface and within the substrate. These have a cross-sectional area corresponding to the grid of the cylindrical starting structure parallel to the substrate surface with a cavity layer thickness perpendicular to the substrate surface. In order for adjacent cylindrical structures to bond to one another, their distance from one another must be smaller than the diameter of a spherical cavity structure that forms.

Untersuchungen haben gezeigt, dass die Qualität der Kristallinität der Siliziumschicht über der sich ausbildenden Hohlraumstruktur mit der von Bulk-Silizium vergleichbar ist. Investigations have shown that the quality of the crystallinity of the silicon layer over the forming cavity structure is comparable to that of bulk silicon.

Durch die genannten Vorteile dieser Technik ist sie in vielen verschiedenen Herstellungstechnologien einsetzbar, wie beispielsweise zur Herstellung von MEMS, Photonischen Kristallen und Lichtwellenleitern. Due to the mentioned advantages of this technique, it can be used in many different manufacturing technologies, such as for the production of MEMS, photonic crystals and optical waveguides.

In einem Artikel von Sudoh et al. (Jpn. J. Appl. Phys., Bd. 43, Nr. 9A, S. 5937–5941 (2004)) wird eine Methode, basierend auf der Mullin’s Theorie, beschrieben, mit der numerisch simuliert werden kann, welche Abmessung die Hohlraumstrukturen innerhalb eines Substrates in Abhängigkeit von den Abmessungen der Ausgangsstrukturen in der Substratoberfläche und den Prozessbedingungen aufweisen werden. Damit kann Einfluss auf die Ausgangsgeometrie der vorstrukturierten Substratoberfläche genommen werden, um gewünschte Hohlraumstrukturen innerhalb des Substrates mit der MSTS-Technik zu realisieren. In an article by Sudoh et al. (Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 43, No. 9A, pp. 5937-5941 (2004)), a method based on Mullin's theory is described which can numerically simulate which dimension the cavity structures within a substrate depending on the dimensions of the output structures in the substrate surface and the process conditions. In this way, it is possible to influence the initial geometry of the prestructured substrate surface in order to realize desired cavity structures within the substrate with the MSTS technique.

Ein Nachteil der genannten MSTS-Technik und der Simulationen ist es, dass Strukturfehler (Einschlüsse) und Limitierungen, beispielsweise durch Kollabieren der gebildeten Hohlraumstruktur, bisher nicht objektiv überwacht werden können. A disadvantage of the mentioned MSTS technique and the simulations is that structural defects (inclusions) and limitations, for example due to collapse of the formed cavity structure, can not yet be objectively monitored.

In der Druckschrift DE 101 22 136 B4 wird ein Verfahren zur Überwachung von Hohlräumen beschrieben, um die Qualität von Verbindungen in integrierten Schaltungen, insbesondere in Damaszener-Anwendungen, zu bestimmen. Dabei werden mittels eines Elektronenmikroskops, das im Rückstreumodus betrieben wird, die Eigenschaften einer Barrieremetallschicht bestimmt und mit Simulationsberechnungsergebnissen verglichen. Damit kann auf eventuelle Defekte in der Barriereschicht geschlossen werden. In the publication DE 101 22 136 B4 A method for monitoring cavities is described to determine the quality of interconnects in integrated circuits, particularly in damascene applications. In this case, the properties of a barrier metal layer are determined by means of an electron microscope, which is operated in the backscatter mode, and compared with simulation calculation results. This can be used to close any defects in the barrier layer.

In der Druckschrift EP 1 650 331 A1 wird ein computerbasiertes Simulationsprogramm beschrieben, welches die Dichte und Größe von Kristalldefekten während einer Einkristallzüchtung offenbart. Dieses ist allerdings nicht auf die Untersuchung von sich bildenden Hohlraumstrukturen aus einer strukturierten Substratoberfläche unter speziellen Prozessbedingungen übertragbar. In the publication EP 1 650 331 A1 A computer-based simulation program is disclosed which discloses the density and size of crystal defects during single crystal growth. However, this is not transferable to the investigation of self-forming cavity structures from a structured substrate surface under special process conditions.

Um eine objektive Überwachung der vorgestellten MSTS-Technik in Bezug auf Strukturfehler und Limitierungen der erzeugbaren Hohlraumstrukturen treffen zu können, ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das es ermöglicht, Fehlerquellen während des Herstellungsprozesses zu lokalisieren und detektieren zu können. In order to be able to make an objective monitoring of the presented MSTS technique with regard to structural errors and limitations of the voidable structures which can be generated, it is an object of the invention to provide a method which makes it possible to localize and detect sources of error during the production process.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass innerhalb eines Produktionsprozesses Strukturdaten von prozessierten Mikrostrukturen, d.h. Hohlraumstrukturen im Inneren des Substrates, beispielsweise mittels Rasterelektronenmikroskopie, erfasst und daraus Querschnitte der Hohlraumstrukturen und deren Ist-Abmessungen ermittelt werden, so dass in Abhängigkeit von der Geometrie der Querschnitte und deren Ist-Abmessungen eine Rückführung auf die Ausgangsgeometrie erfolgt und durch einen Vergleich der Soll-Ausgangsgeometrie und der rückgeführten Ausgangsgeometrie Fehler im Produktionsprozess detektiert werden können. Die ermittelten Querschnitte liegen in einer Ebene parallel zur Substratoberfläche. Aus der ermittelten Geometrie der Querschnitte wird eine Flächenkrümmung berechnet und eine Gestaltänderungsgeschwindigkeit bestimmt, wobei damit eine Positionsänderung der Atome des Substrates ermittelt wird, die sich durch die selbstorganisierte Oberflächen-Migration aufgrund des Bestrebens der Oberflächenatome ihre Oberflächenenergie zu minimieren, ergibt. Die Differenz aus den Abmessungen der Querschnitte und der Positionsänderung der Atome erlaubt eine Rückführung auf die Ausgangsgeometrie. Durch den Vergleich mit den Soll-Abmessungen der Ausgangsgeometrie des vorstrukturierten Substrates lassen sich dann Rückschlüsse auf Fehler im Prozessablauf oder in der Ausgangsgeometrie aufzeigen. The object is achieved in that, within a production process, structural data of processed microstructures, i. Hollow structures in the interior of the substrate, for example by means of scanning electron microscopy, detected and therefrom cross sections of the cavity structures and their actual dimensions are determined, so that depending on the geometry of the cross sections and their actual dimensions, a return to the initial geometry and by comparing the target Output geometry and the recycled output geometry errors can be detected in the production process. The determined cross sections lie in a plane parallel to the substrate surface. From the determined geometry of the cross sections, a surface curvature is calculated and a rate of change of shape is determined, thereby determining a change in the position of the atoms of the substrate, which results from the self-organized surface migration due to the tendency of the surface atoms to minimize their surface energy. The difference between the dimensions of the cross sections and the change in position of the atoms allows a return to the initial geometry. By comparison with the desired dimensions of the initial geometry of the prestructured substrate can then draw conclusions about errors in the process flow or in the initial geometry.

Wird bei der Bestimmung der Hohlraumstruktur eine kugelförmige Hohlraumstruktur im Inneren des Substrates erfasst, so wird davon der Durchmesser des Querschnitts ermittelt. Durch die Eingabe der Prozessbedingungen, wie Druck, Temperatur und Zeitraum der Wärmezufuhr und der Berechnung der Flächenkrümmung der Kugelform wird die Gestaltsänderungsgeschwindigkeit nach einem festgelegten Zeitraum bestimmt und auf die Positionsänderung der Atome geschlossen. Die Lage und die Form der Ausgangsstruktur ergeben sich schließlich aus der Differenz der aufgenommenen Koordinaten des Querschnittes der Hohlraumstruktur und der Positionsänderung. If a spherical cavity structure in the interior of the substrate is detected during the determination of the cavity structure, the diameter of the cross section is determined therefrom. By entering the process conditions, such as pressure, temperature and time of heat input and calculating the surface curvature of the spherical shape, the shape change rate is determined after a fixed period of time and closed on the change in position of the atoms. The position and the shape of the initial structure finally result from the difference of the recorded coordinates the cross section of the cavity structure and the position change.

Wird eine rohrförmige Hohlraumstruktur im Inneren des Substrates erfasst, so wird die Höhe und die Breite des Querschnitts der Hohlraumstruktur ermittelt. Dabei wird als Höhe die kürzere Seite des Querschnitts und als Breite die längere Seite des Querschnitts bezeichnet. Die Höhe entspricht dabei einem Kugeldurchmesser, wobei daraus und der Abmessung der Breite, die Anzahl der Kugelstrukturen und deren Abstand zueinander berechnet werden. If a tubular cavity structure is detected in the interior of the substrate, then the height and the width of the cross section of the cavity structure are determined. The height is the shorter side of the cross section and the width is the longer side of the cross section. The height corresponds to a ball diameter, and from this and the dimension of the width, the number of ball structures and their distance from each other are calculated.

Wird eine plateauförmige Hohlraumstruktur im Inneren des Substrates erfasst, so werden die Höhe, die Breite und die Tiefe des Querschnitts der Hohlraumstruktur ermittelt. Die Breite und Tiefe entsprechen dabei den Abmessungen des Querschnitts parallel zur Substratoberfläche, die Höhe der Schichtdicke der plateauförmigen Hohlraumstruktur. Unter der Voraussetzung, dass das Raster der vorstrukturierten Substratoberfläche regelmäßig ist und benachbarte Strukturen den gleichen Abstand zueinander haben, wird der erfasste Querschnitt parallel zur Substratoberfläche in mehrere rohrförmige Schichten geteilt, mit einer Dicke entsprechend der ermittelten Höhe der plateauförmigen Hohlraumstruktur. Daraus lässt sich, analog zu einer rohrförmige Hohlraumstruktur, der Kugeldurchmesser und deren Abstand im Raster zueinander berechnen. If a plateau-shaped cavity structure is detected in the interior of the substrate, then the height, the width and the depth of the cross section of the cavity structure are determined. The width and depth correspond to the dimensions of the cross section parallel to the substrate surface, the height of the layer thickness of the plateau-shaped cavity structure. Provided that the grid of the prestructured substrate surface is regular and adjacent structures are equidistant from one another, the detected cross-section is divided parallel to the substrate surface into a plurality of tubular layers having a thickness corresponding to the determined height of the plateau-shaped cavity structure. From this it is possible, analogous to a tubular cavity structure, to calculate the ball diameter and its spacing in the grid with respect to one another.

Das Verfahren wird zur Charakterisierung eines Substrates mit einer Silicon-On-Nothing-Struktur im Inneren des Substrates verwendet, wobei das Substrat aus einem Halbleitermaterial besteht, vorzugsweise aus Silizium. The method is used to characterize a substrate having a silicon-on-nothing structure inside the substrate, wherein the substrate is made of a semiconductor material, preferably of silicon.

Das Verfahren wird zur Charakterisierung eines Substrates mit einer Silicon-On-Nothing-Struktur im Inneren des Substrates verwendet, wobei das Substrat aus einem Halbleitermaterial besteht, vorzugsweise aus einer Kombination aus III-, V-Halbleitermaterialien. The method is used to characterize a substrate having a silicon-on-nothing structure inside the substrate, wherein the substrate is made of a semiconductor material, preferably a combination of III, V semiconductor materials.

Mit diesem Verfahren ist eine objektive Überwachung des Herstellungsprozesses in jedem Entwicklungsschritt möglich, so dass Fehler im Herstellungsprozess oder in der Ausgangsgeometrie einfach und genau detektierbar sind. With this method, an objective monitoring of the manufacturing process in each development step is possible, so that errors in the manufacturing process or in the initial geometry are easily and accurately detectable.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail with reference to embodiments.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen In the accompanying drawings show

1 Prinzip der sich selbstbildenden Hohlraumstrukturen basierend der MSTS-Tecknik, (a) kugelförmige Hohlraumstruktur, (b) rohrförmige Hohlraumstruktur, (c) plateauförmige Hohlraumstruktur (aus: I. Mizushima et al. Appl. Phys. Lett., 77, 3290 (2000)). 1 Principle of the self-forming cavity structures based on the MSTS-Tecknik, (a) spherical cavity structure, (b) tubular cavity structure, (c) plateau-shaped cavity structure (from: I. Mizushima et al., Appl. Phys. Lett., 77, 3290 (2000) ).

2 Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 Flowchart of the method according to the invention.

In einem ersten Ausführungsbeispiel wird beispielsweise mittels Rasterelektronenmikroskopie ein kreisförmiger Querschnitt parallel zur Substratoberfläche erfasst. Damit handelt es sich um eine kugelförmige Hohlraumstruktur, so dass im nächsten Verfahrensschritt S1 der Durchmesser ermittelt wird und durch Eingabe der Prozessbedingungen, wie Druck, Temperatur und Zeitraum der Wärmebehandlung S2 eine Berechnung der Flächenkrümmung und einer Gestaltsänderungsgeschwindigkeit S3 erfolgt. Daraus wird die Positionsänderung der Atome S4 berechnet. Die Lage und Form der Ausgangsgeometrie ergeben sich schließlich aus der Differenz der aufgenommenen Koordinaten des Querschnittes der Hohlraumstruktur und der Positionsänderung S5, so dass Fehler während der Herstellung der SON-Strukturen oder Fehler in der Ausgangsgeometrie ermittelt werden können. In a first exemplary embodiment, a circular cross section is detected parallel to the substrate surface, for example by means of scanning electron microscopy. This is a spherical cavity structure, so that in the next method step S1, the diameter is determined and by entering the process conditions, such as pressure, temperature and time of heat treatment S2, a calculation of the surface curvature and a shape change rate S3 occurs. From this, the positional change of the atoms S4 is calculated. Finally, the position and shape of the initial geometry result from the difference of the recorded coordinates of the cross section of the cavity structure and the position change S5, so that errors during the production of the SON structures or errors in the initial geometry can be determined.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird beispielsweise mittels Rasterelektronenmikroskopie ein rohrförmiger Querschnitt parallel zur Substratoberfläche erfasst. Deshalb werden die Höhe und die Breite des Querschnitts S1 der Mikrostruktur ermittelt. Dabei ist die Höhe die kürzere Seite des Querschnitts und die Breite die längere Seite des Querschnitts. Die Höhe entspricht einem Kugeldurchmesser S2, wobei daraus und mit der Abmessung der Breite die Anzahl der Kugelstrukturen und deren Abstand zueinander berechnet werden S3 bis S5. Damit besteht die Möglichkeit bei auftretenden Abweichungen oder Fehlern, die Ausgangsgeometrie zu korrigieren oder den Herstellungsprozess anzupassen. In a second exemplary embodiment, a tubular cross section is detected parallel to the substrate surface, for example by means of scanning electron microscopy. Therefore, the height and the width of the cross section S1 of the microstructure are determined. The height is the shorter side of the cross section and the width is the longer side of the cross section. The height corresponds to a ball diameter S2, the number of ball structures and their distance from one another being calculated therefrom and with the dimension of the width S3 to S5. This makes it possible, if deviations or errors occur, to correct the initial geometry or to adapt the production process.

In einem dritten Ausführungsbeispiel wird beispielsweise mittels Rasterelektronenmikroskopie ein plateauförmiger Querschnitt parallel zur Substratoberfläche erfasst. Es werden die Höhe, die Breite und die Tiefe des Querschnitts der Mikrostruktur ermittelt S1. Die Breite und Tiefe entsprechen dabei den Abmessungen des Querschnitts parallel zur Substratoberfläche, die Höhe der Schichtdicke der plateauförmigen Mikrostruktur. Unter der Voraussetzung, dass das Raster der vorstrukturierten Substratoberfläche regelmäßig ist und benachbarte Strukturen den gleichen Abstand zueinander haben, wird der erfasste Querschnitt parallel zur Substratoberfläche in mehrere rohrförmige Schichten geteilt mit einer Dicke entsprechend der ermittelten Höhe der plateauförmigen Hohlraumstruktur S2. Daraus lässt sich analog für eine rohrförmige Mikrostruktur der Kugeldurchmesser und deren Abstand im Raster zueinander berechnen S3 bis S5. Damit besteht die Möglichkeit bei auftretenden Abweichungen oder Fehlern, die Ausgangsgeometrie zu korrigieren oder den Herstellungsprozess anzupassen.In a third exemplary embodiment, a plateau-shaped cross section is detected parallel to the substrate surface, for example by means of scanning electron microscopy. The height, the width and the depth of the cross-section of the microstructure are determined S1. The width and depth correspond to the dimensions of the cross section parallel to the substrate surface, the height of the layer thickness of the plateau-shaped microstructure. Assuming that the grid of the prestructured substrate surface is regular and adjacent structures are equidistant, the detected cross-section parallel to the substrate surface is divided into a plurality of tubular layers having a thickness corresponding to the determined height of the plateau-shaped cavity structure S2. From this it is possible analogously for a tubular microstructure to calculate the ball diameters and their distance from one another in the grid S3 to S5. This makes it possible, if deviations or errors occur, to correct the initial geometry or to adapt the production process.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

S1

Process step 1

S2

Process step 2

S3

Process step 3

S4

Process step 4

S5

Process step 5

Claims

A method of feedback simulation of semiconductor structures having an initial geometry, comprising a substrate of a semiconductor material with a microstructured substrate surface, wherein cavity structures are formed in the interior of the substrate by supplying heat and pressurizing in a hydrogen atmosphere, wherein acquires structural data of processed cavity structures in the interior of the substrate (S1) within a production process and determines cross-sections of the cavity structures and their actual dimensions (S2), Depending on the geometry of the determined cross-sections of the cavity structures and their actual dimensions, a surface curvature is calculated and a rate of change of shape is determined, and a position change of the atoms is determined (S3), - That the initial geometry is recirculated and calculated by a comparison of a target output geometry and the returned output geometry error information of the production process is determined and output.

A method according to claim 1, characterized in that from the determined geometry of the cross sections a surface curvature is calculated and a rate of change of shape (S3) is determined, whereby a change in position of the atoms (S4) of the substrate is determined and from a difference in the dimensions of the cross sections and the change in position of the atoms (S5) results in the return to the initial geometry.

A method according to claims 1 and 2, characterized in that in the case of a spherical cavity structure in the interior of the substrate, the diameter of the cross section is determined.

A method according to claims 1 and 2, characterized in that in a tubular cavity structure in the interior of the substrate, the height and the width of the cross section are determined, the height corresponds to a ball diameter and from there and with the dimension of the width of the number of balls and their Distance between each other is calculated.

A method according to claims 1 and 2, characterized in that in a plateau-shaped cavity structure, the height, the width and the depth of the cross section are determined, the plateau-shaped structure is decomposed into a plurality of tubular structures and with the determined height, the thickness of the tubular structure and so that the ball diameter and their distance from each other is calculated.

Process according to claims 1 to 5, characterized in that the method for characterizing a structured substrate made of a semiconductor material is used.

Method according to claims 1 to 5, characterized in that the method is used in the characterization of a structured substrate made of a combination of III, V semiconductor materials.

The method according to previous claims, characterized in that an objective monitoring of the manufacturing process is possible in each developing step.