DE102015102734A1

DE102015102734A1 - Ein halbleiterbauelement und ein verfahren zum detektieren einer beschädigung eines halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE102015102734A1
Application number: DE102015102734.8A
Authority: DE
Inventors: Dirk Meinhold
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2015-09-10
Also published as: CN104891420A; CN104891420B; US20150253375A1; US9618561B2

Abstract

Ein mikroelektromechanisches Bauelement, das eine bewegbare Struktur aufweist, wobei die bewegbare Struktur eine Teststruktur aufweist, die eine elektrische Charakteristik ändert, wenn die bewegbare Struktur beschädigt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Halbleiterbauelement und insbesondere auf ein Halbleiterbauelement, das eine Membranstruktur aufweist, und auf ein Verfahren zum Detektieren einer Beschädigung der Membranstruktur eines Halbleiterbauelements.
HINTERGRUND
Für Halbleiterbauelemente, die eine Membranstruktur aufweisen, wie z.B. für einen integrierten Drucksensor, sind ein Hauptertrags- und Zuverlässigkeits-Risiko Risse der Membranstruktur. Es wird ein bestimmter Aufwand für das Detektieren dieser Risse verwendet. Diese Risse können z.B. im Umfang einer optischen Inspektion detektiert werden. Es kann erwünscht sein, ein Halbleiterbauelement mit einer vorteilhafteren Rissdetektion bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es besteht ein Bedarf zum Bereitstellen eines mikroelektromechanischen Bauelements, eines Drucksensorbauelements und eines Verfahrens.
Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand von einem beliebigen der Ansprüche erfüllt werden.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein mikroelektromechanisches Bauelement, das eine bewegbare Struktur aufweist. Die bewegbare Struktur weist eine Teststruktur auf, die eine elektrische Charakteristik ändert, wenn die bewegbare Struktur beschädigt ist.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Halbleiterbauelement. Das Halbleiterbauelement weist einen Hohlraum auf, der zwischen zumindest einem Teil eines Halbleitersubstrats und einer Membranstruktur angeordnet ist. Die Membranstruktur weist eine elektrische Teststruktur auf, die eine elektrische Charakteristik ändert, wenn die Membranstruktur beschädigt ist.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Überwachen einer Beschädigung eines Halbleiterbauelements. Das Halbleiterbauelement weist einen Hohlraum auf, der zwischen zumindest einem Teil eines Halbleitersubstrats und einer Membranstruktur angeordnet ist. Die Membranstruktur weist eine elektrische Teststruktur auf. Das Verfahren weist das Detektieren einer Änderung einer elektrischen Charakteristik der elektrischen Teststruktur auf, wenn die Membranstruktur beschädigt ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren ausschließlich beispielhaft und bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen:
1 einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterbauelements zeigt;
2a und 2b schematische Querschnitte eines Halbleiterbauelements zeigen;
3 einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterbauelements zeigt;
4 einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterbauelements zeigt;
5a einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterbauelements zeigt;
5b einen Querschnitt einer Membranstruktur zeigt; und
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Detektieren einer Beschädigung eines Halbleiterbauelements zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren kann die Dicke der Linien, Schichten und/oder Regionen der Klarheit halber übertrieben sein.
Während dementsprechend verschiedene Abänderungen und alternative Formen von weiteren Ausführungsbeispielen möglich sind, werden Ausführungsbeispiele davon in den Zeichnungen beispielhaft gezeigt und hier ausführlich beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass es nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die offenbarten bestimmten Formen zu begrenzen, sondern im Gegensatz die Ausführungsbeispiele alle in den Schutzbereich der Offenbarung fallenden Abänderungen, Entsprechungen und Alternativen abdecken sollen. In der gesamten Beschreibung der Figuren beziehen sich gleiche Ziffern auf gleiche oder ähnliche Elemente.
Es versteht sich, dass wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder Zwischenelemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz ein Element als „direkt“ mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Sonstige zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen benutzte Worte sollten auf gleichartige Weise ausgelegt werden (z. B. „zwischen“ gegenüber „direkt zwischen“, „benachbart“ gegenüber „direkt benachbart“ usw.).
Die hier angewandte Terminologie bezweckt nur das Beschreiben bestimmter Ausführungsbeispiele und soll nicht begrenzend für weitere Ausführungsbeispiele sein. Nach hiesigem Gebrauch sollen die Einzelformen „ein, eine“ und „das, der, die“ auch die Pluralformen umfassen, wenn der Zusammenhang nicht deutlich sonstiges anzeigt. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweisen“ und/oder „aufweisend“ bei hiesigem Gebrauch das Vorhandensein angegebener Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bestandteile angeben, aber nicht das Vorhandensein oder die Zufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Bestandteile und/oder Gruppen derselben ausschließen.
Sofern nicht anderweitig definiert besitzen alle hier benutzten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) die gleiche Bedeutung wie sie gewöhnlich von einem Fachmann auf dem Gebiet verstanden wird, zu dem Ausführungsbeispiele gehören. Weiterhin versteht es sich, dass Begriffe, z. B. die in gewöhnlich benutzten Wörterbüchern definierten, als eine Bedeutung besitzend ausgelegt werden sollten, die ihrer Bedeutung im Zusammenhang der entsprechenden Technik entspricht, und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinn ausgelegt werden, sofern sie nicht ausdrücklich so definiert sind.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein mikroelektromechanisches Bauelement, das eine bewegbare Struktur aufweist. Die bewegbare Struktur weist eine Teststruktur auf, die eine elektrische Charakteristik ändert, wenn die bewegbare Struktur beschädigt ist.
Durch Integrieren einer Teststruktur in die bewegbare Struktur kann eine Beschädigung der bewegbaren Struktur ohne weiteres detektierbar sein. Ferner kann eine Detektion eines Schadens unabhängig von einer Hauptfunktionalität der bewegbaren Struktur möglich sein (z.B. Druck- oder Beschleunigungs-Messung oder Bereitstellen einer Mikrofon- oder Betätiger-Funktionalität).
Ein Schaden kann jegliche unerwünschte Änderung oder Abänderung der bewegbaren Struktur sein. Ein Schaden kann z.B. durch einen entstehenden oder bestehenden Riss innerhalb oder durch die bewegbare Struktur oder einen unerwünschten Partikel verursacht werden, der die Herstellung der bewegbaren Struktur stört.
Ein solcher Schaden kann durch eine Defektdetektionsschaltung detektierbar sein, die mit der bewegbaren Struktur verbunden ist. Eine Defektdetektionsschaltung kann die elektrische Charakteristik der Teststruktur messen oder kann eine Änderung der elektrischen Charakteristik der Teststruktur detektieren und kann den gemessenen Wert oder die detektierte Änderung z.B. mit einer vordefinierten oberen oder unteren Schwelle vergleichen. Optional kann die Defektdetektionsschaltung eine Erhöhung über die Obergrenze oder eine Verringerung unter die Untergrenze anzeigen (z.B. durch Erzeugen eines Defektdetektionssignals).
Ein entstehender oder bestehender Schaden kann während der Herstellung, Anordnung und/oder Operation des mikroelektromechanischen Bauelements detektierbar sein.
Die bewegbare Struktur kann jegliches bewegbares Element sein, das durch ein mikroelektromechanisches Bauelement verwendet wird. Z.B. kann die bewegbare Struktur ein Ausleger, eine Brücke oder eine Membranstruktur sein. Die bewegbare Struktur kann aufgrund einer externen Kraft (z.B. variierender Druck oder Beschleunigung) deformiert werden. Anders ausgedrückt kann zumindest ein Teil der bewegbaren Struktur in Bezug auf ein Teil des mikroelektromechanischen Bauelements, das die bewegbare Struktur hält, bewegbar oder wiederholt deformierbar sein.
Das mikroelektromechanische Bauelement kann einen Hohlraum aufweisen, der zwischen zumindest einem Teil eines Substrats und der bewegbaren Struktur angeordnet ist. Alternativ kann die bewegbare Struktur Teil des Substrats sein und das Substrat kann z.B ein Loch durch das Substrat hinter oder unter der bewegbaren Struktur aufweisen, das ausreichend Raum für die Bewegung der bewegbaren Struktur bereitstellt.
Das Substrat kann ein Halbleitersubstrat kann ein Halbleitersubstrat, ein Glassubstrat oder ein geschmolzenes Silika-Substrat sein.
Nachfolgend sind weitere Beispiele gezeigt. Diese Beispiele beziehen sich auf mikroelektromechanische Bauelemente, die Halbleiterbauelemente sind, die ein Halbleitersubstrat mit einer Membranstruktur aufweisen. Details oder Aspekte jedoch, die nachfolgend beschrieben sind, sind auch auf vorangehend beschriebene Beispiele anwendbar (z.B. andere Substrate oder andere bewegbare Strukturen).
1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterbauelements 100 gemäß einem Beispiel. Das Halbleiterbauelement 100 weist ein Halbleitersubstrat 120 auf. Das Halbleiterbauelement 100 weist eine Membranstruktur 130 auf. Das Halbleiterbauelement 100 weist einen Hohlraum 110 auf, der zwischen zumindest einem Teil des Halbleitersubstrats 120 und der Membranstruktur 130 angeordnet ist. Die Membranstruktur 130 weist eine elektrische Teststruktur 140 auf. Falls die Membranstruktur 130 beschädigt ist, z.B. aufgrund eines Risses in der Membranstruktur, wird eine elektrische Charakteristik (z.B. Leck-Strom, Widerstandswert oder Durchbruchspannung, Tunnelstrom) der elektrischen Teststruktur 140 aufgrund der beschädigten Membranstruktur 130 verändert.
Der Hohlraum 110 kann z.B. auf oder benachbart zu einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 120 gebildet sein. Eine Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 120 kann eine Halbleiteroberfläche des Bauelements hin zu Metallschichten, Isolationsschichten oder Passivierungsschichten auf dem Halbleitersubstrat sein. Im Vergleich zu einem im Wesentlichen vertikalen Rand (der z.B. aus dem Trennen eines Halbleiterchips von anderen resultiert) des Halbleitersubstrats 120 kann die Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 120 eine im Wesentlichen horizontale Oberfläche sein, die sich lateral erstreckt.
Der Hohlraum 110 kann auch z.B. zumindest teilweise in oder auf dem Halbleitersubstrat 120 sein. Z.B. kann der Hohlraum 110 auf dem Halbleitersubstrat 120 gebildet sein. Z.B. kann die Membranstruktur 130 über dem Halbleitersubstrat 120 angeordnet sein. Zumindest ein Teil der Membranstruktur 130 kann z.B. in einer Distanz entfernt von dem Halbleitersubstrat 120 angeordnet sein, um den Hohlraum 110 zu bilden. Alternativ kann der Hohlraum 110 innerhalb des Halbleitersubstrats 120 angeordnet sein und ein Teil des Halbleitersubstrats 120, das über dem Hohlraum bleibt, kann eine Membranschicht (mikroelektromechanisches Element) der Membranstruktur 130 bilden.
Das Halbleitersubstrat 120 des Halbleiterbauelements kann ein auf Silizium basierendes Halbleitersubstrat, ein auf Siliziumkarbid basierendes Halbleitersubstrat, ein auf Gallium-Arsenid basierendes Halbleitersubstrat oder ein auf Gallium-Nitrid basierendes Halbleitersubstrat sein. Das Halbleitersubstrat 120 kann z.B. ein monokristallines Siliziumsubstrat, ein polykristallines Siliziumsubstrat, ein amorphes Siliziumsubstrat oder ein mikrokristallines Siliziumsubstrat sein. Abgesehen davon kann das Halbleitersubstrat 120 z.B. ein N-Typ-Halbleitersubstrat oder ein P-Typ-Halbleitersubstrat sein.
Die Membranstruktur 130 kann z.B. eine MEMS-Struktur (MEMS = Micro-Electro-Mechanical Systems) sein. Die Membranstruktur 130 kann zumindest eine Membranschicht (mikroelektromechanisches Element) 131 aufweisen, die Teil der elektrischen Teststruktur 140 ist oder die elektrische Teststruktur 140 trägt. Die Membranschicht 131 kann ansprechend auf eine ausgeübte Kraft bewegbar sein. Die Membranstruktur 130 kann z.B. an einem oder mehreren Rändern an das Halbleitersubstrat 120 oder eine umliegende Schicht (z.B. Metallschicht) geklemmt sein, um eine Struktur zu bilden, die über dem Hohlraum 110 hängt. Der Raum zwischen der Membranstruktur 130 und dem Halbleitersubstrat 120 bildet z.B. den Hohlraum 110. Die Membranstruktur 130 kann eine wesentlich größere Abmessung in beiden lateralen Richtungen aufweisen (z.B. mehr als 2 Mal, mehr als 5 Mal oder mehr als 10 Mal größer) als in der vertikalen Richtung.
Dadurch, dass die Membranstruktur 130 eine elektrische Teststruktur 140 aufweist, können Schäden, wie z.B. Risse in der Membranstruktur 130 auf jeder Herstellungsstufe und jeder Feldlebensstufe detektiert werden. Die elektrische Teststruktur 140 kann z.B. eine funktionale Struktur auf und/oder in der Membranstruktur 130 oder zumindest in einem Teil der Membranstruktur 130 sein. Schäden der Membranstruktur 130, z.B. der Membranschicht 131, können mit der elektrischen Teststruktur 140 detektiert werden.
Z.B. kann die elektrische Teststruktur 140 eine elektrische leitfähige Schicht der Membranstruktur 130 sein oder eine solche aufweisen. Risse in den Membranstrukturen 130 oder der Membranschicht 131 von z.B. einem Drucksensor oder Mikrofon können einen Verlust an Ertrag und Zuverlässigkeit darstellen. Durch Integrieren einer elektrischen Teststruktur 140 in die Membranstruktur zur Detektion von Schäden kann die Integrität des Bauelements elektrisch verifiziert werden. Z.B. können Standard-CMOS-Stufen und/oder -Module ohne eine Erhöhung der Wafer-Kosten verwendet werden, um funktionale Strukturen auf und/oder in der Membranstruktur 130 oder der Membranschicht 131 einzurichten. Durch Verwenden des Halbleiterbauelements 100, wie in den Ausführungsbeispielen hierin beschrieben ist, kann die elektrische Schadensdetektion, wie z.B. Detektion von Rissen in der Membranstruktur 130, während einer Frontend-Verarbeitung, Vormontage, Montage und im Feld während der Lebensdauer des Halbleiterbauelements anwendbar sein. Durch die Detektion von Schäden kann die Zuverlässigkeit des Halbleiterbauelements 100 z.B. erhöht werden. Abgesehen davon verursacht die elektrische Teststruktur 140 keinen Chipflächennachteil.
Die Membranstruktur 130 kann z.B. eine elektrisch leitfähige Schicht aufweisen. Die elektrische leitfähige Schicht kann zumindest einen Teil der elektrischen Teststruktur 140 der Membranstruktur 130 darstellen. Die elektrisch leitfähige Schicht kann z.B. über zumindest einem Teil der Membranschicht 131 der Membranstruktur 130 angeordnet sein. Z.B. kann die elektrisch leitfähige Schicht über der kompletten Membranstruktur 130 oder nur über einem bestimmten Abschnitt der Membranstruktur 130 angeordnet sein. Die elektrisch leitfähige Schicht kann elektrisch von der Membranschicht 131 isoliert sein. Die elektrisch leitfähige Schicht kann z.B. hergestellt sein aus oder zumindest teilweise bestehen aus Polysilizium, Aluminium (Al), Kupfer (Cu), etc.
Eine Defektdetektionsschaltung kann z.B. mit der Membran 131 und der elektrisch leitfähigen Schicht verbunden sein. Die Defektdetektionsschaltung kann z.B. in das Halbleiterbauelement 100 integriert sein. Z.B. können die Membranstruktur und die Defektdetektionsschaltung auf demselben Halbleiterchip implementiert sein. Durch Verwenden einer integrierten Defektdetektionsschaltung können Standard-CMOS-Stufen und/oder -Module zur Herstellung verwendet werden. Das Verwenden von Standard-CMOS-Stufen und/oder -Modulen kann verwendet werden, um funktionale Strukturen auf und/oder in der Membranstruktur einzurichten, um die Integrität des Halbleiterbauelements elektrisch ohne Erhöhung der Wafer-Kosten zu verifizieren. Ferner liegt keine Änderung des Integrationsschemas des Halbleiterbauelements vor. Die Kosten für eine Rissdetektion können wesentlich reduziert werden.
Ein Riss in der Membranstruktur 130 kann zu einem erhöhten Leck-Strom führen. Die Defektdetektionsschaltung kann z.B. die Erhöhung des Leck-Stroms detektieren. Ein Riss in der Membranstruktur 130 kann auch zu einer Verringerung einer Durchbruchspannung zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und der Membranschicht 131 führen. Die Defektdetektionsschaltung kann alternativ oder zusätzlich die Verringerung einer Durchbruchspannung zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und der Membranschicht 131 verringern. Somit kann eine Erhöhung des Leck-Stroms oder alternativ oder zusätzlich eine Verringerung einer Durchbruchspannung zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und der Membranschicht 131 einen Riss in der Membranstruktur 130 oder zumindest in einem Teil der Membranstruktur 130 anzeigen, z.B. in der Membranschicht 131.
2a zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterbauelements 200, das einen integrierten Drucksensor gemäß einem Beispiel aufweist. Das Halbleiterbauelement 200 weist ein Halbleitersubstrat 220 auf. Das Halbleiterbauelement 200 weist eine Membranstruktur 230 auf. Das Halbleiterbauelement 200 weist einen Hohlraum 210 auf, der zwischen zumindest einem Teil des Halbleitersubstrats 220 und der Membranstruktur 230 angeordnet ist, die ein druckempfindliches Element bildet. Das Halbleitersubstrat 220 kann z.B. ein monokristallines Silizium sein, das z.B. ein N-Typ-Substrat aufweist. Die Membranstruktur 230 kann eine Epitaxialschicht aufweisen. P+-Typ- und N+-Typ-Regionen sind als Elektrodenregion, Kontaktregionen 240 und andere Regionen über dem Halbleitersubstrat 220 angeordnet.
Das Halbleiterbauelement 200 weist ein Zugriffsloch 250 auf, das z.B. Zugriff auf die Membranstruktur 230 bereitstellt. Mit dem Zugriffsloch 250 kann z.B. der Druck der Umgebung aufgrund einer Bewegung der Membranstruktur 230 detektiert werden. Wenn der Druck der Umgebung höher ist als der Druck in dem Hohlraum 210 unter der Membranstruktur 230 würde das Volumen des Hohlraums 210 komprimiert werden. Ansonsten, wenn der Druck der Umgebung niedriger ist als der Druck in dem Hohlraum 210 unter der Membranstruktur 230 würde das Volumen des Hohlraums 210 dekomprimiert werden. Aufgrund des Drucks, der auf die Membranstruktur 230 wirkt, kann eine Verzerrung der Membranstruktur 230 eine Komprimierung oder Dekomprimierung des Hohlraums 210 unter der Membranstruktur 240 verursachen. Die Verzerrung der Membranstruktur 230 kann durch eine Erfassungsschaltung detektiert werden. Die Erfassungsschaltung kann z.B. in das Halbleiterbauelement 200 integriert sein. Das in 2a gezeigte Halbleiterbauelement weist eine Mehrschichtstruktur 260 auf. Die Mehrschichtstruktur 260 kann z.B. verschiedene Durchgangslöcher und weitere elektrische Komponenten aufweisen, wie z.B. Transistoren, Widerstände usw., die in verschiedenen Schichten des Halbleiterbauelements 200 integriert sind.
Z.B. kann eine Defektdetektionsschaltung, die mit der bewegbaren Struktur verbunden ist, eine Änderung der elektrischen Charakteristik der Teststruktur erfassen, unabhängig von einer Erfassungsschaltung, die eine Hauptfunktion (z.B. Druck- oder Beschleunigungs-Messung oder Bereitstellen einer Mikrofon- oder Betätiger-Funktionalität) der bewegbaren Struktur detektiert.
Ferner kann die Membranschicht 231 z.B. eine Epitaxialschicht oder z.B. Polysiliziumschichten sein. Die Epitaxialschicht kann z.B. eine Dicke zwischen 1 und 8 μm aufweisen, z.B. zwischen 2 und 7 μm oder z.B. zwischen 2,7 und 6,7 μm.
Die Membranstruktur 230 kann gleichzeitig mit Gate-Elektroden von Transistoren des Halbleiterbauelements implementiert werden. Das Gate-Material (z.B. Polysilizium) kann z.B. als die elektrisch leitfähige Schicht wirken und kann von der Membranschicht durch das Gate-Oxid isoliert sein. Das Gate-Material und folglich die elektrisch leitfähige Schicht der Membranstruktur kann z.B. eine Dicke von 100 bis 300 nm oder zwischen 100 und 200 nm, z.B. 180 nm, 170 nm oder 150 nm aufweisen. Das Gate-Material kann ferner z.B. als eine Ätzstoppschicht für das Sensorfreigabeätzen an dem Back-End der Leitung funktionieren.
Das Halbleiterbauelement 200 kann ein oder mehrere zusätzliche Merkmale aufweisen, die dem Konzept oder einem oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele entsprechen.
2b zeigt ein mikroskopisches Bild eines Abschnitts der Membranstruktur des Halbleiterbauelements, das in 2a gezeigt ist. Ein Hohlraum 210 ist zwischen einem Halbleitersubstrat 220 und einer Membranstruktur 230 angeordnet, die eine Membranschicht 231 aufweist, die über dem Halbleitersubstrat 210 angeordnet ist. Die Membranstruktur 230 weist eine elektrisch leitfähige Schicht 240 auf, wie z.B. einen Teil einer elektrischen Teststruktur.
3 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterbauelements 300 gemäß einem Beispiel. Das Halbleiterbauelement 300 weist ein Halbleitersubstrat 320 auf. Das Halbleiterbauelement 300 weist eine Membranstruktur 330 auf. Das Halbleiterbauelement 300 weist einen Hohlraum 310 auf, der zwischen zumindest einem Teil des Halbleitersubstrats 320 und der Membranstruktur 330 angeordnet ist. Die Membranstruktur 330 weist eine elektrische Teststruktur 340 auf. Falls die Membranstruktur 330 beschädigt ist, z.B. aufgrund eines Risses in der Membranstruktur, kann eine elektrische Charakteristik der elektrischen Teststruktur 340 aufgrund einer Beschädigung der Membranstruktur 330 oder von zumindest einem Teil der Membranstruktur 330, z.B. einer Membranschicht, verändert werden.
Die Membranstruktur 330 kann eine elektrisch leitfähige Schicht 340 aufweisen. Die elektrisch leitfähige Schicht 340 kann zumindest einen Teil der elektrischen Teststruktur der Membranstruktur darstellen. Die elektrisch leitfähige Schicht 340 kann über zumindest einem Teil der Membranschicht angeordnet sein. Die elektrisch leitfähige Schicht 340 kann elektrisch von der Membranschicht isoliert sein.
Die elektrisch leitfähige Schicht kann gleichzeitig mit einer Gate-Elektrode eines Transistors des Halbleiterbauelements herstellbar sein oder hergestellt werden. Somit kann ein zusätzlicher Prozessschritt vermieden werden. Alternativ kann die elektrisch leitfähige Schicht z.B. separat von einer Gate-Elektrode eines Transistors des Halbleiterbauelements hergestellt sein. Die elektrisch leitfähige Schicht kann z.B. zumindest teilweise hergestellt sein oder bestehen aus einem Gate-Oxid (gox), einen Dünn-Oxid (tox) oder einen Dual-Gate-Oxid (dgox).
Die elektrisch leitfähige Schicht kann z.B. von der Membran durch ein Oxid isoliert sein, das gleichzeitig mit einem Gate-Oxid eines Transistors des Halbleiterbauelements herstellbar ist oder hergestellt wird. Somit kann ein zusätzlicher Prozessschritt vermieden werden.
Eine Defektdetektionsschaltung 350 kann mit der elektrischen Teststruktur verbunden sein, um z.B. eine Änderung einer elektrischen Charakteristik der elektrischen Teststruktur zu messen. Z.B. kann die Defektdetektionsschaltung 350 eine Erhöhung eines Leck-Stroms (A) zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht 340 als Teil der elektrischen Teststruktur und der Membranschicht 331 messen. Die Defektdetektionsschaltung 350 kann alternativ oder zusätzlich eine Verringerung einer Durchbruchspannung zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht 340 und der Membranschicht 331 detektieren.
Ferner kann die elektrische Teststruktur eine elektrisch leitfähige Struktur aufweisen, die elektrisch von einer Membranschicht der Membranstruktur isoliert ist. Die elektrisch leitfähige Struktur kann z.B. durch mehr als 50% der gesamten Membranschicht, eine Kammstruktur oder eine Serpentinenstruktur reichen. Z.B. kann die elektrisch leitfähige Struktur durch mehr als 60% oder z.B. mehr als 70% oder mehr als 80% oder mehr als 90% oder z.B. 100% der gesamten Membranschicht reichen.
Das Halbleiterbauelement 300 kann eine Erfassungsschaltung aufweisen, die ausgebildet ist, um eine Verzerrung der Membranstruktur 330 zu erfassen. Die Erfassungsschaltung kann z.B. eine Verzerrung der Membranstruktur 330 basierend auf einer Erfassung einer Änderung einer Kapazität abhängig von der Verzerrung der Membranstruktur 330 erfassen. Die Erfassungsschaltung kann eine Verzerrung der Membranstruktur 330 z.B. basierend auf der Verwendung einer piezoresisitiven Struktur erfassen.
Alternativ kann die Erfassungsschaltung z.B. ein kapazitives Erfassungselement aufweisen. Das kapazitive Erfassungselement kann z.B. eine Rückseitenelektrode 360 aufweisen, die zusammen mit der Membranschicht als eine Vorderseitenelektrode des kapazitiven Erfassungselements eine Kapazität mit einem Kapazitätswert bilden kann, der aufgrund einer Verzerrung der Membranstruktur 330 variiert.
Gemäß einem Beispiel kann das Halbleiterbauelement z.B. ein Drucksensor, ein Mikrofon oder jegliches andere elektrische Halbleiterbauelement sein, das eine Membran aufweist, die über einem Hohlraum angeordnet ist und verwendet wird, um einen physischen Effekt kombiniert mit einer Bewegung der Membran des Halbleiterbauelements zu verwenden. Z.B. kann das Halbleiterbauelement ein mikroelektromechanisches System (MEMS; Micro Electromechanical System) sein.
Ein Drucksensor wandelt eine Druckabweichung in eine Abweichung einer elektrischen Größe (z.B. Widerstandswert oder Kapazitätswert) um. In dem Fall eines Halbleitersensors wird die Druckabweichung durch eine Membran eines Halbleitermaterials oder eines anderen Materials detektiert, das für eine Schicht des Halbleiterbauelements verwendet wird (die z.B. Aluminium (Al) oder Kupfer (Cu) aufweist), die einen Hohlraum überlagert und in der Lage ist, einer Ablenkung unter mechanischer Belastung unterzogen zu werden.
Drucksensoren, die eine Halbleitertechnik verwenden, können ihre Anwendung z.B. in der Medizin, in Haushaltsgeräten, in Verbraucherelektronik (Mobiltelefone, PDAs – Personal Digital Assistants; persönlichen, digitalen Assistenten) und auf dem Automobilsektor finden. Genauer gesagt können in dem letzteren Sektor Drucksensoren zum Detektieren des Reifendrucks von Motorfahrzeugen verwendet werden und können durch die Steuereinheit zur Alarmsignalisierung verwendet werden. Drucksensoren können andererseits auch zur Überwachung des Airbag-Drucks, zum Steuern des Durchbruchdrucks des ABS und zum Überwachen des Öldrucks im Motor, des Kraftstoffeinspritzdrucks etc. verwendet werden.
Z.B. können bestehende Sensoren, die unter Verwendung der Halbleitertechnik hergestellt werden, piezoresistive oder kapazitive Sensoren sein.
Die Operation von piezoresistiven Sensoren kann auf Piezoresistivität basieren, d.h. der Fähigkeit einiger Materialien, ihre Resistivität zu modifizieren, wenn sich der ausgeübte Druck ändert. Piezowiderstände können am Rand einer aufgehängten Membran (oder eines Diaphragmas) gebildet sein und können miteinander z.B. in einer Wheatstone-Brücken-Konfiguration verbunden sein. Die Anwendung eines Drucks kann eine Ablenkung der Membran verursachen, was eine Abweichung bei der Versatzspannung der Brücke erzeugen kann. Durch Detektieren der Spannungsabweichung mit einer entsprechenden, elektronischen Schaltung, z.B. der Erfassungsschaltung, kann es möglich sein, die gewünschten Druckinformationen herzuleiten.
Die Operation von kapazitiven Sensoren kann auf einer Änderung der Kapazität basieren, d.h. der Fähigkeit, die Kapazität auf eine Änderung einer Distanz zwischen zwei Elektroden hin zu modifizieren, wenn sich der ausgeübte Druck ändert. Z.B. kann eine erste Elektrode oder Rückseitenelektrode des kapazitiven Sensors das Halbleiterbauelement in dem Bereich des Hohlraums oder eine Metallisierungsschicht auf oder über dem Halbleiterbauelement sein. Eine zweite oder Vorderseitenelektrode kann die Membranschicht selbst sein oder eine Metallisierungsschicht auf der Rückseite der Membranschicht, d.h. auf der Seite der Membranschicht, die dem Hohlraum zugewandt ist. Das Ausüben eines Drucks kann eine Veränderung bei der Distanz zwischen der ersten und zweiten Elektrode verursachen, was eine Veränderung bei der Kapazität verursachen kann. Durch Erfassen der Kapazitätsveränderung mit einer geeigneten, elektronischen Schaltung, z.B. der Erfassungsschaltung, kann es möglich sein, die gewünschten Druckinformationen herzuleiten.
Das Halbleiterbauelement 300 kann ein oder mehrere zusätzliche Merkmale aufweisen, die dem Konzept oder einem oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele entsprechen.
4 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterbauelements 400 gemäß einem weiteren Beispiel. Bei dem in Verbindung mit 4 gezeigten Beispiel weist das Halbleiterbauelement 400 ein Halbleitersubstrat 420 auf. Das Halbleiterbauelement 400 weist eine Membranstruktur 430 auf. Das Halbleiterbauelement 400 weist einen Hohlraum 410 auf, der zwischen zumindest einem Teil des Halbleitersubstrats 420 und der Membranstruktur 430 angeordnet ist. Die Membranstruktur 430 kann z.B. einen pn-Übergang 455 zwischen einer ersten, lateralen Dotierungsregion 450 der Membranstruktur 430 und einer zweiten, lateralen Dotierungsregion 460 der Membranstruktur 430 aufweisen.
Zusätzlich dazu kann die Membranstruktur 430 eine flache Grabenisolations-Serpentinenstruktur aufweisen, die zwei elektrisch leitfähige Kammstrukturen der elektrischen Teststruktur lateral trennt. Alternativ kann die Membranstruktur 430 zumindest zwei flache Grabenisolations-Kammstrukturen aufweisen, die lateral durch eine elektrisch leitfähige Serpentinenstruktur der elektrischen Teststruktur getrennt sind. Die elektrische Teststruktur kann von einer Membranschicht der Membranstruktur 430 isoliert sein. Auf diese Weise kann eine elektrisch leitfähige Struktur in die Membranstruktur 430 integriert sein und in der Lage sein, einen Schaden eines Teils der Membranstruktur 430 oder der gesamten Membranstruktur 430 aufgrund einer Änderung einer elektrischen Charakteristik zu detektieren (z.B. Leck-Strom, Widerstandswert oder Durchbruchspannung), wenn ein Schaden auftritt.
Alternativ kann eine p-dotierte Region z.B. über einer n-dotierten Region angeordnet sein oder umgekehrt und eine flache Grabenisolations-(STI-; STI = Shallow Trench Isolation)-Serpentinen- oder Kamm-Struktur 470 kann Gräben bilden, die durch die erste dotierte Region in die zweite dotierte Region reichen. Die p-dotierte Region und/oder die n-dotierte Region (z.B. die Dotierungsregion geteilt durch die flache Grabenisolations-Serpentinenstruktur) kann die elektrische Teststruktur bilden.
Eine Defektdetektionsschaltung 440 kann mit der ersten, lateralen Dotierungsregion 450 und der zweiten, lateralen Dotierungsregion 460 verbunden sein. Die Defektdetektionsschaltung 440 kann eine Erhöhung des Leck-Stroms oder eine Verringerung einer Durchbruchspannung zwischen der ersten, lateralen Dotierungsregion 450 und der zweiten, lateralen Dotierungsregion 460 detektieren. Die erste, laterale Dotierungsregion 450 der Membranstruktur 430 und eine zweite, laterale Dotierungsregion 460 der Membranstruktur 430 können z.B. eine planare Diode bilden.
Die Membranstruktur 430 kann eine flache Grabenisolations-Serpentinenstruktur (STI-Serpentinenstruktur) 470 aufweisen. Die STI-Serpentinenstruktur kann z.B. Oxidisolationsgräben für eine elektrische Separation oder Segregation in integrierten Schaltungen aufweisen, um z.B. parasitäre Leck-Wege zwischen verschiedenen Bauelementen zu vermeiden. Die ausgesparte STI, die als ein „Kammtransistor“ oder eine Serpentinenstruktur gebildet ist, ergibt einen erhöhten Antriebsstrom (I_ON) für den weiten Transistor als er normalerweise für ein gegebenes, integriertes Schaltungsbauelement mit vergleichbarer räumlicher Standfläche verfügbar ist.
Das Halbleiterbauelement 400 kann ein oder mehrere zusätzliche Merkmale aufweisen, die dem Konzept oder einem oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele entsprechen.
5a zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterbauelements 500 gemäß einem Beispiel. Das Halbleiterbauelement 500 weist ein Halbleitersubstrat 520 auf. Das Halbleiterbauelement 500 weist eine Membranstruktur 530 auf. Das Halbleiterbauelement 500 weist einen Hohlraum 510 auf, der zwischen zumindest einem Teil des Halbleitersubstrats 520 und der Membranstruktur 530 angeordnet ist. Bei dem in 5a und 5b gezeigten Beispiel weist die Membranstruktur 530 eine dielektrische Isolationsschicht 533 auf, die sandwichartig zwischen einer oberen Membranschicht 531 und einer unteren Membranschicht 532 angeordnet ist, die die elektrische Teststruktur darstellen.
Ferner kann eine Defektdetektionsschaltung 540 mit der oberen Membranschicht 531 und der unteren Membranschicht 532 verbunden sein. Die Defektdetektionsschaltung 540 kann z.B. eine Erhöhung des Leck-Stroms oder eine Verringerung einer Durchbruchspannung zwischen der oberen Membranschicht 531 und der unteren Membranschicht 532 detektieren.
Wenn ein Riss in der Membranstruktur 530 auftritt, z.B. in der oberen Membranschicht 531 und/oder der unteren Membranschicht 532, kann eine Erhöhung des Leck-Stroms oder eine Verringerung einer Durchbruchspannung zwischen der oberen Membranschicht 531 und der unteren Membranschicht 532 durch die Defektdetektionsschaltung 540 detektiert werden. Eine Erhöhung des Leck-Stroms oder eine Verringerung einer Durchbruchspannung zwischen der oberen Membranschicht 531 und der unteren Membranschicht 532 kann z.B. einen Riss in der Membranstruktur 530 oder zumindest in einem Teil der Membranstruktur 530 anzeigen.
Das Halbleiterbauelement 500 kann ein oder mehrere zusätzliche Merkmale aufweisen, die dem Konzept oder einem oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele entsprechen.
5b zeigt einen Querschnitt der Membranstruktur 530 von 5a detaillierter. Die Membranstruktur 530 weist eine obere Membranschicht 531 und eine untere Membranschicht 532 auf. Die Membranstruktur 530 weist eine dielektrische Isolationsschicht 533 auf, die sandwichartig zwischen einer oberen Membranschicht 531 und einer unteren Membranschicht 532 angeordnet ist. Die obere Membranschicht 531 und die untere Membranschicht 532 sind mit der Defektdetektionsschaltung 540 verbunden. Die Membranstruktur 530 kann z.B. eine Nitridschicht 550 aufweisen.
Die Nitridschicht 550 kann z.B. hergestellt sein aus oder zumindest teilweise bestehen aus einer Silizium-Nitrid-Schicht und kann dem Hohlraum 510 zugewandt sein. Die Nitrid-Schicht 550 kann z.B. die Belastung auf die Polysilizium-Schicht oben reduzieren. Alternativ kann die Schicht 550 auch aus einer Siliziumoxid-Schicht hergestellt sein oder zumindest teilweise daraus bestehen. Optional kann eine Nitrid-Schicht 500 oder eine Oxidschicht nur an einer Seite oder an beiden Seiten der Membranstruktur zum Bereitstellen einer Passivierung oder eines Schutzes der Membranstruktur angeordnet sein.
Die Membranstruktur 530, die die obere Membranschicht 531, die untere Membranschicht 532 und die dielektrische Isolationsschicht 533 aufweist, kann z.B. eine Gesamtdicke von 200–400 nm, z.B. zwischen 250 und 350 nm, z.B. 300 nm aufweisen. Die obere Membranschicht kann z.B. zumindest teilweise hergestellt sein oder bestehen aus Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder Polysilizium. Die untere Membran kann z.B. zumindest teilweise hergestellt sein aus oder bestehen aus Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder Polysilizium. Die obere Membranschicht und die untere Membranschicht können z.B. aus demselben Material hergestellt sein. Alternativ können die obere Membranschicht und die untere Membranschicht z.B. aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. Die dielektrische Isolationsschicht 533 kann z.B. zumindest teilweise hergestellt sein oder bestehen aus Siliziumdioxid (SiO2) oder Siliziumnitrid (SiN).
6 zeigt ein Flussdiagramm 600 eines Verfahrens zum Erfassen einer Beschädigung eines mikroelektromechanischen Bauelements, wobei das mikroelektromechanische Bauelement eine bewegbare Struktur aufweist. Die bewegbare Struktur weist eine Teststruktur auf, die eine elektrische Charakteristik (z.B. ob die bewegbare Struktur beschädigt ist) ändert. Das Verfahren 600 weist das Detektieren 610 einer Änderung einer elektrischen Charakteristik der elektrischen Teststruktur der bewegbaren Struktur und das Anzeigen 620 einer Abweichung der elektrischen Charakteristik von einem vordefinierten, tolerierbaren Bereich auf.
Der vordefinierte, tolerierbare Bereich kann ein Bereich aus Werten sein, die durch eine Kalibrierung erhalten werden, oder kann z.B. aus einem Testbauelement oder Referenzbauelement hergeleitet sein.
Ferner kann das Verfahren zum Erfassen einer Beschädigung eines Halbleiterbauelements ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale oder Schritte aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem beschriebenen Konzept oder einem oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele erwähnt wurden.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Drucksensorbauelement oder ein Mikrofonbauelement, das ein Halbleiterbauelement gemäß dem beschriebenen Konzept oder einem oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Anders ausgedrückt kann ein oben beschriebenes Halbleiterbauelement z.B. ein Drucksensorbauelement oder ein Mikrofonbauelement implementieren.
Ein vorgeschlagenes Bauelement z.B. kann eine direkte Bestimmung (z.B. ohne das Mess/Sensor-Signal zu betrachten) von bestehenden oder entstehenden Rissen in einem flexiblen MEMS-Element ermöglichen.
Einige Ausführungsbeispiel beziehen sich auf ein Integrationsschema und ein Verfahren einer elektrischen Rissdetektion, z.B. für Drucksensoren oder (integrierte) elektrische Drucksensor-Riss-Detektion. Ausführungsbeispiele beziehen sich auf die Verwendung einer elektrischen Teststruktur, die in/auf die Sensorlamelle selbst eingefügt ist. Ausführungsbeispiele beziehen sich auf die Implementierung einer sehr empfindlichen elektrischen Sensor-Lamellen-Integritäts-Struktur, die Lamellenrisse auf jeder Stufe der Herstellung/des Feldlebens detektiert. Die elektrische Teststruktur würde durch einen Riss drastisch behindert werden.
Z.B. kann eine Leck-Steuerungskonfiguration zwischen EPI-Lamelle und ihrer Gate-Poly-Abdeckschicht, getrennt durch ein Gate-Oxid, ausgelesen werden.
Ein vorgeschlagenes Halbleiterbauelement erfordern möglicherweise keine zusätzlichen Herstellungskosten, keine Änderung eines Integrationsschemas, keinen Chip-Flächennachteil, kann Rissdetektionskosten reduzieren, kann die Ausfallerfassungsrate erhöhen, kann die ppm-Ausfallrate reduzieren, kann verwendet werden, um die Sensorlamellenintegrität auf jeglicher Stufe des Herstellungsprozesses und während des Feldlebens zu bewerten.
Eine integrierte (elektrische) Rissdetektion kann z.B. im Fall von integrierten Sensoren ermöglichen, dass Standard-CMOS-Schritte/Module ohne eine Erhöhung der Wafer-Kosten verwendet werden können, um funktionale Strukturen auf/in Lamellen einzurichten, um die Bauelementintegrität elektrisch zu verifizieren. Ferner kann eine elektrische Rissdetektion während einer Front-End-Verarbeitung, Voranordnung, Anordnung und im Feld während der Lebensdauer anwendbar sein. Dies würde die Bauelementzuverlässigkeit aufgrund einer erhöhten Detektionsrate verbessern. Abgesehen davon werden Detektionskosten reduziert. Ferner kann eine Integritätsüberwachung während der Lebensdauer ein Verkaufsargument sein.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf die Implementierung von elektrisch bewertbarer/testbarer „Integritätsdetektions“-Struktur in/auf die Lamelle (Membranstruktur). Z.B. kann ein Leck-Strom/Durchbruchstrom zwischen Gate-Poly-Schicht (oder FG, Floating Gate; schwebendes Gate) und EPI-Lamelle (EPI = Epitaxie) erfasst werden. Z.B. ist ein geeignetes standardmäßiges gox/tox/dgox (Gate-Oxid, Tunnel-Oxid) zwischen Lamelle und Gate-Poly angeordnet. Z.B. nimmt ein Leck-Strom zu, wenn ein Riss vorliegt/sich entwickelt.
Ausführungsbeispiele beziehen sich z.B. auf die Implementierung von einer Dreifach-Wannen-Kamm-Serpentinen-Struktur in der oberen Oberfläche des Lamellenbereichs. Optional kann eine STI-Serpentinenstruktur integriert sein. Z.B. kann eine planare Diode mit Wannen-Durchbruch-Messung zur Rissdetektion verwendet werden. Z.B. kann eine FG-Kamm-Serpentine unter dem Gate-Poly-Silizium oder sogar ohne Gate-Poly verwendet werden. Z.B. kann eine FG-Gate-Poly-Leck/Durchbruch-Struktur verwendet werden. Z.B. kann die Detektion eines Kammwiderstandes oder (Kammserpentinen-)Durchbruchspannung zu der Detektion von Rissen in den Lamellen (Membranstruktur) führen.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele können z.B. in dem Fall einer Dünn-Lamellen-Variante zwischen FEOL(Frontend Of Line; Frontend der Leitung)/BEOL (Backend Of Line; Backend der Leitung) mit z.B. einer Kohlenstoffopferschicht implementiert sein. Z.B. kann eine Doppellamelle mit dielektrischer Isolation zwischen Polylagen verwendet werden. Die Implementierung einer Rissdetektionsstruktur in einer dünnen Poly-Lamelle verursacht jedoch eine Kostenerhöhung. Die Detektion eines Leck-Stroms zwischen oberer und unterer Poly-Lage kann zur Rissdetektion der Lamelle (Membranstruktur) verwendet werden. Bezugnehmend auf ein Ausführungsbeispiel kann die Poly-Lamelle z.B. eine Gesamtdicke von 300 nm aufweisen.
Beispiele können weiterhin ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Durchführen eines der obigen Verfahren bereitstellen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor ausgeführt wird. Ein Fachmann würde leicht erkennen, dass Schritte verschiedener oben beschriebener Verfahren durch programmierte Computer durchgeführt werden können. Hierbei sollen einige Beispiele auch Programmspeichervorrichtungen, z.B. Digitaldatenspeichermedien abdecken, die maschinen- oder computerlesbar sind und maschinenausführbare oder computerausführbare Programme von Anweisungen codieren, wobei die Anweisungen einige oder alle der Handlungen der oben beschriebenen Verfahren durchführen. Die Programmspeichervorrichtungen können z.B. Digitalspeicher, magnetische Speichermedien wie beispielsweise Magnetplatten und Magnetbänder, Festplattenlaufwerke oder optisch lesbare Digitaldatenspeichermedien sein. Auch sollen die Beispiele Computer programmiert zum Durchführen der Handlungen der oben beschriebenen Verfahren oder (feld-)programmierbare Logik-Arrays ((F)PLA-(Field)Programmable Logic Arrays) oder (feld-)programmierbare Gate-Arrays ((F)PGA-(Field)Programmable Gate Arrays) programmiert zum Durchführen der Handlungen der oben beschriebenen Verfahren abdecken.
Durch die Beschreibung und Zeichnungen werden nur die Grundsätze der Offenbarung dargestellt. Es versteht sich daher, dass der Fachmann verschiedene Anordnungen ableiten kann, die, obwohl sie nicht ausdrücklich hier beschrieben oder dargestellt sind, die Grundsätze der Offenbarung verkörpern und in ihrem Sinn und Rahmen enthalten sind. Weiterhin sollen alle hier aufgeführten Beispiele grundsätzlich nur Lehrzwecken dienen, um den Leser beim Verständnis der Grundsätze der Offenbarung und der durch den (die) Erfinder beigetragenen Konzepte zur Weiterentwicklung der Technik zu unterstützen, und sollen als ohne Begrenzung solcher besonders aufgeführten Beispiele und Bedingungen dienend aufgefasst werden. Weiterhin sollen alle hiesigen Aussagen über Grundsätze, Aspekte und Beispiele der Offenbarung wie auch besondere Beispiele derselben deren Entsprechungen umfassen.
Als „Mittel für...“ (Durchführung einer gewissen Funktion) bezeichnete Funktionsblöcke sind als Funktionsblöcke umfassend Schaltungen zu verstehen, die jeweils zum Durchführen einer gewissen Funktion eingerichtet sind. Daher kann ein „Mittel für etwas“ ebenso als „Mittel eingerichtet für oder geeignet für etwas“ verstanden werden. Ein Mittel eingerichtet zum Durchführen einer gewissen Funktion bedeutet daher nicht, dass ein solches Mittel notwendigerweise die Funktion durchführt (in einem gegebenen Zeitmoment).
Funktionen verschiedener in den Figuren dargestellter Elemente einschließlich jeder als „Mittel“, „Mittel zur Bereitstellung eines Sensorsignals“, „Mittel zum Erzeugen eines Sendesignals“ usw. bezeichneter Funktionsblöcke können durch die Verwendung dedizierter Hardware wie beispielsweise „eines Signalanbieters“, „einer Signalverarbeitungseinheit“, „eines Prozessors“, „einer Steuerung“, usw. wie auch als Hardware fähig der Ausführung von Software in Verbindung mit zugehöriger Software bereitgestellt werden. Weiterhin könnte jede hier als „Mittel“ beschriebene Instanz als „ein oder mehrere Module“, „eine oder mehrere Vorrichtungen“, „eine oder mehrere Einheiten“, usw. implementiert sein oder diesem entsprechen. Bei Bereitstellung durch einen Prozessor können die Funktionen durch einen einzigen dedizierten Prozessor, durch einen einzelnen geteilten Prozessor oder durch eine Vielzahl einzelner Prozessoren bereitgestellt werden, von denen einige geteilt sein können. Weiterhin soll ausdrückliche Verwendung des Begriffs „Prozessor“ oder „Steuerung“ nicht als ausschließlich auf zur Ausführung von Software fähige Hardware bezogen ausgelegt werden, und kann implizit ohne Begrenzung Digitalsignalprozessor-(DSP-)Hardware, Netzprozessor, anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC – Application Specific Integrated Circuit), feldprogrammierbare Logikanordnung (FPGA – Field Programmable Gate Array), Nurlesespeicher (ROM – Read Only Memory) zum Speichern von Software, Direktzugriffsspeicher (RAM – Random Access Memory) und nichtflüchtige Speicherung einschließen. Auch kann sonstige Hardware, herkömmliche und/oder kundenspezifisch eingeschlossen sein.
Der Fachmann sollte verstehen, dass alle hiesigen Blockschaltbilder konzeptmäßige Ansichten beispielhafter Schaltungen darstellen, die die Grundsätze der Offenbarung verkörpern. Auf ähnliche Weise versteht es sich, dass alle Flussdiagramme, Zustandsübergangsdiagramme, Pseudocode und dergleichen verschiedene Prozesse darstellen, die im Wesentlichen in computerlesbarem Medium dargestellt und so durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden, ungeachtet dessen, ob ein solcher Computer oder Prozessor ausdrücklich dargestellt ist.
Weiterhin sind die nachfolgenden Ansprüche hiermit in die ausführliche Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Wenn jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass – obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine besondere Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann – andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs einschließen können. Diese Kombinationen werden hier vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Weiterhin sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.
Es ist weiterhin zu beachten, dass in der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbarte Verfahren durch eine Vorrichtung mit Mitteln zum Durchführen jeder der jeweiligen Handlungen dieser Verfahren implementiert sein können.
Weiterhin versteht es sich, dass die Offenbarung vielfacher in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Handlungen oder Funktionen nicht als in der bestimmten Reihenfolge befindlich ausgelegt werden sollten. Durch die Offenbarung von vielfachen Handlungen oder Funktionen werden diese daher nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt, es sei denn, dass diese Handlungen oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Weiterhin kann in einigen Beispielen eine einzelne Handlung mehrere Teilhandlungen einschließen oder in diese aufgebrochen werden. Solche Teilhandlungen können eingeschlossen sein und Teil der Offenbarung dieser Einzelhandlung bilden, sofern sie nicht ausdrücklich ausgeschlossen sind.

Claims

Ein mikroelektromechanisches Bauelement, umfassend: eine bewegbare Struktur, wobei die bewegbare Struktur eine Teststruktur aufweist, die eine elektrische Charakteristik ändert, wenn die bewegbare Struktur beschädigt ist.
Das mikroelektromechanische Bauelement gemäß Anspruch 1, wobei die bewegbare Struktur eine elektrisch leitfähige Schicht aufweist, die zumindest einen Teil der Teststruktur der Membranstruktur darstellt, die über einem mikroelektromechanischen Element der bewegbaren Struktur angeordnet ist und elektrisch von dem mikroelektromechanischen Element isoliert ist.
Das mikroelektromechanische Bauelement gemäß Anspruch 2, wobei eine Defektdetektionsschaltung mit dem mikroelektromechanischen Element und der elektrisch leitfähigen Schicht verbunden ist.
Das mikroelektromechanische Bauelement gemäß Anspruch 3, wobei die Defektdetektionsschaltung eine Erhöhung des Leck-Stroms oder eine Verringerung einer Durchbruchspannung zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und dem mikroelektromechanischen Element detektiert.
Das mikroelektromechanische Bauelement gemäß einem der Ansprüche 2–4, wobei die elektrisch leitfähige Schicht gleichzeitig mit einer Gate-Elektrode eines Transistors des Halbleiterbauelements herstellbar ist.
Das mikroelektromechanische Bauelement gemäß einem der Ansprüche 2–5, wobei die elektrisch leitfähige Schicht von dem mikroelektromechanischen Element durch ein Oxid isoliert ist, das gleichzeitig mit einem Gate-Oxid eines Transistors des mikroelektromechanischen Bauelements herstellbar ist.
Das mikroelektromechanische Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die bewegbare Struktur einen pn-Übergang zwischen einer ersten, lateralen Dotierungsregion der bewegbaren Struktur und einer zweiten, lateralen Dotierungsregion der bewegbaren Struktur aufweist.
Das Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei eine Defektdetektionsschaltung mit der ersten, lateralen Dotierungsregion und der zweiten, lateralen Dotierungsregion verbunden ist.
Das mikroelektromechanische Bauelement gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Defektdetektionsschaltung ausgebildet ist, um eine Erhöhung des Leck-Stroms oder eine Verringerung einer Durchbruchspannung zwischen der ersten, lateralen Dotierungsregion und der zweiten, lateralen Dotierungsregion zu detektieren.
Das mikroelektromechanische Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die bewegbare Struktur eine flache Grabenisolations-Serpentinenstruktur aufweist.
Das mikroelektromechanische Bauelement gemäß Anspruch 10, wobei die bewegbare Struktur eine flache Grabenisolations-Serpentinenstruktur aufweist, die lateral zwei elektrisch leitfähige Kammstrukturen der Teststruktur trennt.
Das mikroelektromechanische Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die bewegbare Struktur eine dielektrische Isolationsschicht aufweist, die sandwichartig zwischen einer oberen Membranschicht und einer unteren Membranschicht angeordnet ist.
Das mikroelektromechanische Bauelement gemäß Anspruch 12, wobei eine Defektdetektionsschaltung mit der oberen Membranschicht und der unteren Membranschicht verbunden ist.
Das mikroelektromechanische Bauelement gemäß Anspruch 13, wobei die Defektdetektionsschaltung ausgebildet ist, um eine Erhöhung des Leck-Stroms oder eine Verringerung einer Durchbruchspannung zwischen der oberen Membranschicht und der unteren Membranschicht zu detektieren.
Das mikroelektromechanische Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das eine Defektdetektionsschaltung aufweist, die mit der bewegbaren Struktur verbunden ist, wobei die Defektdetektionsschaltung ausgebildet ist, um eine Änderung der elektrischen Charakteristik der Teststruktur unabhängig von einer Erfassungsschaltung zu detektieren, die eine Hauptfunktion der bewegbaren Struktur detektiert.
Das mikroelektromechanische Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Teststruktur eine elektrisch leitfähige Struktur aufweist, die elektrisch von einer Membranschicht der Membranstruktur isoliert ist, wobei die elektrisch leitfähige Struktur eine Schicht ist, die durch mehr als 50% der gesamten Membranschicht, einer Kammstruktur oder einer Serpentinenstruktur reicht.
Das mikroelektromechanische Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das mikroelektromechanische Bauelement einen Hohlraum aufweist, der zwischen zumindest einem Teil eines Substrats und einer Membranstruktur angeordnet ist, die die bewegbare Struktur darstellt, wobei die Membranstruktur die Teststruktur aufweist, die eine elektrische Charakteristik ändert, wenn die Membranstruktur beschädigt ist.
Das mikroelektromechanische Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das eine Erfassungsschaltung aufweist, die ausgebildet ist, um eine Verzerrung der Membranstruktur zu erfassen.
Ein Drucksensorbauelement, das ein mikroelektromechanisches Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.
Ein Verfahren (600) zum Erfassen einer Beschädigung eines mikroelektromechanischen Bauelements, wobei das mikroelektromechanische Bauelement eine bewegbare Struktur aufweist, wobei die bewegbare Struktur eine Teststruktur aufweist, die eine elektrische Charakteristik ändert, das Verfahren umfassend: Detektieren (610) einer Änderung einer elektrischen Charakteristik der elektrischen Teststruktur der bewegbaren Struktur; und Anzeigen (620) einer Abweichung der elektrischen Charakteristik von einem vordefinierten, tolerierbaren Bereich.