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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf mikrofabrizierte Strukturen und in besonderen Ausführungsformen auf ein System und ein Verfahren für eine mikrofabrizierte Bruchteststruktur.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bei der Mikroherstellung handelt es sich um den Herstellungsprozess kleiner Strukturen im Mikrometerbereich oder darunter. Historisch betrachtet wurden die frühesten Mikroherstellungsprozesse zur Herstellung integrierter Schaltkreise, auch als „Halbleiterherstellung“ oder „Halbleitervorrichtungsherstellung“ bekannt, verwendet. Zudem sind in den Sektoren der mikroelektromechanischen Systeme (MEMS), Mikrosysteme (europäische Terminologie), Mikromechanik (japanische Terminologie) und untergeordnete Sektoren, wie z.B. Mikrofluide/Lab-on-a-Chip (Chiplabor), optische MEMS, RF-MEMS, Energie-MEMS, Bio-MEMS sowie andere Erweiterungen in den nanometrischen Bereich (beispielsweise NEMS, d.h. nanoelektromechanische Systeme) Mikroherstellungsverfahren verwendet, angepasst oder erweitert worden. Flachbildschirme und Solarzellen verwenden auch ähnliche Techniken.
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Im Allgemeinen weist der Mikroherstellungsprozess präzis überwachte Schritte auf, um winzige Strukturen mit bestimmten Formen oder Dimensionen zu bilden. Der Prozess zur Bildung dieser winzigen Strukturen kann materialauftragende Schritte, wobei Materialien abgelegt bzw. gebildet werden, sowie auch materialabtragende Schritte enthalten, wobei Materialien durch Mustern oder Ätzen oder durch andere bekannte Techniken abgetragen werden. Bei der Herstellung solch kleiner und unterschiedlicher Vorrichtungen stellen sich zahlreiche Herausforderungen, z.B. bei der Prozessschwankung, der Qualitätskontrolle sowie der Strukturcharakterisierung.
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Eine spezifische beispielhafte Thematik stellt die Charakterisierung dar. Weil die fabrizierten Vorrichtungen Dimensionen im Mikrometerbereich oder darunter aufweisen, können sich bei auch kleinen Abweichungen im Material oder in den geometrischen Eigenschaften Leistung oder Funktion der Vorrichtung erheblich verändern. Weil die verwendeten Prozesse bei solch winzigen Strukturen angewandt werden, kann die Abweichung innerhalb von Prozessen ferner bewirken, dass sich kleine Abweichungen im Material und in den geometrischen Eigenschaften verbreiten, sogar bei Vorrichtungen, die auf der selben Halbleiterscheibe mit derselben Vorrichtungsausgestaltung und somit bei der Herstellung mit derselben Abfolge von Prozessschritten fabriziert worden sind. Somit kann beispielsweise die gleiche Ausgestaltung bei 100 Vorrichtungen auf einer einzigen Scheibe oder auf verschiedenen Scheiben angewendet werden, jedoch weist aufgrund von Prozessabweichungen jede Vorrichtung eine deutlich unterschiedliche Leistung auf. Das Charakterisieren der fabrizierten Vorrichtungen zur Bestimmung der tatsächlichen Leistung kann dann zwar nützlich aber nicht immer einfach sein.
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Ein Ansatz zum Charakterisieren fabrizierter Vorrichtungen besteht in der Verwendung von Teststrukturen. Bei Teststrukturen handelt es sich um auf eine Scheibe mit den ausgestalteten Vorrichtungen fabrizierten Strukturen, welche während oder nach der Herstellung geprüft werden können, um materialtechnische und geometrische Eigenschaften der fabrizierten, ausgestalteten Vorrichtung zu bestimmen.
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Es ist eine Aufgabe, Teststrukturen und entsprechende Verfahren bereitzustellen, mit denen insbesondere eine Bruchfestigkeit insbesondere im Hinblick auf Spannungen bestimmbar ist.
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KURZZUSAMMENFASSUNG
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Es werden Teststrukturen nach Anspruch 1, 9 oder 22 sowie Verfahren nach Anspruch 27 oder 30 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsbeispiele.
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Gemäß einer Ausführungsform weist eine mikrofabrizierte Teststruktur eine zwischen zwei starren Verankerungen mechanisch gekoppelte und über einem Substrat angeordnete Struktur auf. Die Struktur ist vom Substrat losgelöst und weist eine zwischen den zwei starren Verankerungen mechanisch gekoppelte Testschicht auf. Die Testschicht weist einen ersten Bereich mit einer ersten Querschnittsfläche und einen Verengungsbereich mit einer zweiten Querschnittsfläche auf, die kleiner ist als die erste Querschnittsfläche. Die Struktur weist auch eine auf Zug beanspruchte erste Schicht auf, die auf einer zum ersten Bereich benachbarten Oberfläche der Testschicht angeordnet ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Für den Zweck eines vollumfänglicheren Verständnisses der vorliegenden Erfindung und deren Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
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1 ein Blockdiagramm eines fabrizierten Systems mit einer darin eingesetzten Ausführungsform der Teststruktur darstellt;
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2a und 2b eine Querschnittsansicht einer bzw. eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Teststruktur darstellen;
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3 eine Gesamtansicht einer Ausführungsform der Teststruktur mit einer ersten Teststrukturengruppe und einer zweiten Teststrukturengruppe darstellt;
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4a bis 4h Draufsichten auf verschiedene Ausführungsformen von Teststrukturen darstellen;
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5a und 5b eine Querschnittsansicht einer bzw. eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Teststruktur darstellen;
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6 eine Gesamtansicht einer weiteren Ausführungsform einer Teststruktur mit einer ersten Teststrukturengruppe und einer zweiten Teststrukturengruppe darstellt;
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7a bis 7e Draufsichten auf verschiedene weitere Ausführungsformen von Teststrukturen darstellen;
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8a bis 8h eine Ausführungsform einer Herstellungsabfolge für eine Ausführungsform einer Teststruktur darstellen;
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9 eine Draufsicht auf eine Halbleiterscheibe mit Ausführungsformen von Teststrukturen darstellt;
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10 ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform einer Herstellungsabfolge dar stellt; und
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11 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens darstellt, in dem eine Ausführungsform der Teststruktur zum Bestimmen der Zugfestigkeit einer dünnen Schicht verwendet wird.
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Wo nicht anders erwähnt, beziehen sich gleiche Bezugsnummern und Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren allgemein auf gleiche Teile. Die Figuren dienen der klaren Darstellung der wesentlichen Aspekte der Ausführungsformen und sind nicht unbedingt maßstabsgetreu.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die Herstellung und Verwendung verschiedener Ausführungsformen wird untenstehend detailliert beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die hier beschriebenen diversen Ausführungsformen in verschiedensten spezifischen Zusammenhängen anwendbar sind. Bei den hier erläuterten spezifischen Ausführungsformen handelt es sich lediglich um veranschaulichende und als nicht einschränkend auszulegende Möglichkeiten der Herstellung und Verwendung verschiedener Ausführungsformen.
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Die Beschreibung bezieht sich auf diverse Ausführungsformen in einem spezifischen Zusammenhang, nämlich dem der fabrizierten Teststrukturen, genauer gesagt dem der Teststrukturen zur Bestimmung der Bruchfestigkeit von dünnen Schichten. Einige der diversen hier beschriebenen Ausführungsformen beinhalten die Herstellung mikroelektromechanischer Systeme (MEMS), die Herstellung von integrierten Schaltkreisen (IC), Dünnschichtteststrukturen, die Herstellung von Dünnschichtteststrukturen sowie Teststrukturen zum Bestimmen der Bruchfestigkeit einer dünnen Schicht. In anderen Ausführungsformen können Aspekte auch bei anderen Anwendungen angewendet werden, bei denen jede Art von Teststruktur gemäß jeder im Stand der Technik bekannten Art und Weise einbezogen ist.
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Gemäß den diversen hier beschriebenen Ausführungsformen können fabrizierte Dünnfilme bzw. Dünnschichten abweichende Stärken- und Materialeigenschaften aufweisen. As Folge dieser Abweichungen kann auch die Bruchfestigkeit der Dünnschicht bzw. des Dünnfilms erheblich variieren. Vorliegend werden Teststrukturen in diversen Ausführungsformen offenbart, welche zum Bestimmen der Bruchfestigkeit eines Dünnfilms bzw. einer Dünnschicht während oder nach der Herstellung verwendet werden können. Diese Teststrukturen weisen mehrere Strukturen mit verschiedenen, auf jede Struktur wirkenden Zugbelastungen auf. Eine Untergruppe der mehreren Strukturen ist dazu ausgestaltet, um während einer Herstellungsabfolge zu brechen. Eine Inspektion der Teststrukturen und eine Bestimmung der brechenden Untergruppe wird zum Bestimmen der Bruchfestigkeit des geprüften Dünnfilms bzw. der Dünnschicht verwendet.
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1 stellt ein Blockdiagramm eines fabrizierten Systems 100 dar, welches eine Ausführungsform einer Teststruktur 101 einsetzt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das fabrizierte System 100 als Scheibe 100 bezeichnet werden und kann zahlreiche Bauteile auf einer fabrizierten Scheibe enthalten, wie z.B. das MEMS 104, den integrierten Schaltkreis (IC) 106 sowie IC 108. Die Scheibe 100 kann zusätzliche MEMS und integrierte Schaltkreise oder weniger MEMS und integrierte Schaltkreise enthalten. Die Teststruktur 101 ist wie gezeigt auf einer Scheibe 100 fabriziert. In einigen Ausführungsformen ist die Teststruktur 101 zu einem zu prüfenden MEMS oder integrierten Schaltkreis, wie z.B. dem MEMS 104, dem IC 106 sowie IC 108, benachbart fabriziert. In weiteren Ausführungsformen wird die Teststruktur 101 nur zum Prüfen eines unmittelbar benachbarten MEMS oder integrierten Schaltkreises verwendet.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Scheibe 100 unter Verwendung jeder Art von Herstellungsprozess fabriziert werden, der beispielsweise viele Schritte jeder Art von Schichtbildung, wie z.B. Zunahme oder Ablagerung, und jede Art der Musterung der Schichten enthalten kann, die im Allgemeinen auf einer Art von Substrat ausgeführt werden. Die hier erläuterten Herstellungsschritte sind in keiner Weise einschränkend, da die Ausführungsformen der Teststrukturen mit jedem im Stand der Technik bekannten Herstellungsschritt oder -prozess verwendet werden können. Wie eingangs kurz erläutert, können Herstellungsprozesse, insbesondere Mikroherstellungsprozesse (sogar Nanoherstellungsprozesse), trotz der strengen Überwachung viele Abweichungen enthalten. Die Baugröße der Strukturen hat zur Folge, dass sich kleine Abweichungen bei der Geometrie in der Größenordnung von Mikrometern, Nanometern oder sogar kleiner auf die die Gesamtleistung einer fabrizierten Vorrichtung auswirken. Zusätzlich dazu unterliegen die Materialeigenschaften der fabrizierten Strukturen auch Abweichungen, und kleine Abweichungen bei einer Materialeigenschaft können sich auch auf die Gesamtleistung der fabrizierten Vorrichtung auswirken.
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Aus zumindest diesen Gründen werden die Ausführungsformen der Teststrukturen 101 auf der Scheibe 100 fabriziert, um die fabrizierte Struktur zu charakterisieren. Aus dem Stand der Technik sind viele Arten von Teststrukturen bekannt, die auf der Scheibe 100 fabriziert und in der Teststruktur 101 enthalten sein können. Die vorliegend beschriebenen Ausführungsformen enthalten eine Zugfestigkeitsteststruktur zum Prüfen der Bruchfestigkeit eines Dünnfilms oder einer fabrizierten Schicht. Die Teststruktur 101 kann wahlweise auch elektrische Teststrukturen zum Prüfen verschiedener elektrischer Eigenschaften, wie z.B. des Widerstands verschiedener Materialien, enthalten.
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Zusätzlich zum allgemeinen Bedarf nach Charakterisierung nach der Herstellung kann das Bestimmen der Bruchfestigkeit bei bestimmten Ausführungsformen besonders nützlich sein. Beispielsweise befindet sich bei einem MEMS-Mikrofon, das bei vielen tragbaren Anwendungen wie z.B. Personalcomputern, Mobiltelefonen sowie Tabletcomputern verbreitet ist, eine nachgiebige Membrane im Zentrum der MEMS-Vorrichtung. Bei der nachgiebigen Membrane handelt es sich um eine Art dünne Schicht, die als Reaktion auf sich beaufschlagende Schalldruckwellen, die in das Mikrofon eintreten, sich zum Nachgeben allgemein loslöst. Die Robustheit des Mikrofons wird oft durch die Charakteristiken der nachgiebigen Membrane bestimmt. Die Bruchfestigkeit eines Dünnfilms bzw. einer Dünnschicht kann zum Charakterisieren einer Vorrichtung wie z.B. eines MEMS-Mikrofons bestimmt werden.
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2a und 2b stellen eine Querschnittsansicht einer bzw. eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Teststruktur 200 dar. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen enthält die Teststruktur 200 die dünne Schicht 202, den oberen Zugfilm 204 sowie den unteren Zugfilm 206. Die dünne Schicht 202 ist zwischen den starren Verankerungen 208 und 210 angebracht und weist an einer Stelle in der dünnen Schicht 202 eine Öffnung 212 auf. In diversen Ausführungsformen wird die dünne Schicht 202 unter Verwendung des gleichen Herstellungsprozesses wie bei einer spezifischen dünnen Schicht einer Vorrichtung wie z.B. das MEMS 104 in 1 fabriziert, und er kann benachbart zur Vorrichtung auf einer Scheibe fabriziert werden. Die dünne Schicht 202 weist somit ähnliche Eigenschaften und Prozessabweichungen auf wie die besondere dünne Schicht, der in einer fabrizierten Vorrichtung geprüft wird. In einigen Ausführungsformen kann die Elektrode 214 unter der dünnen Schicht 202 gebildet sein und kann zur Beaufschlagung der dünnen Schicht 202 mit einer Spannung ausgestaltet sein. Bei der Elektrode 214 kann es sich beispielsweise um einen dotierten Bereich in einem nicht gezeigten Substrat handeln, eine Metallschicht oder eine auf dem Substrat gebildete Polysiliziumschicht handeln.
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Gemäß diversen Ausführungsformen schafft die Öffnung 212 in der dünnen Schicht 202 einen Verengungsbereich 216. Der obere 204 und untere 206 Zugfilm beaufschlagen der dünnen Schicht 202 mit einer Zugspannung und können auch als Zugspannungsschichten bezeichnet werden. In einigen Ausführungsformen bewirkt die durch die Zugfilme 204 und 206 aufgebrachte Zugbelastung einen Bruch der dünnen Schicht 202 im Verengungsbereich 216. In diversen Ausführungsformen enthält die Teststruktur 101 in 1 mehrere Umsetzungen der Teststruktur 200 in 2, wobei die dünne Schicht 202 bzw. verschiedene Verengungsbereiche 216 mit unterschiedlichen Zugbelastungen beaufschlagt werden, wie untenstehend erläutert wird. In solchen Ausführungsformen kann die Bruchfestigkeit der geprüften dünnen Schicht durch Inspizieren der mehreren Teststrukturen und Erkennen der gebrochenen Teststrukturen bestimmt werden.
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3 stellt eine Gesamtansicht der Ausführungsform der Teststruktur 102 mit einer ersten Gruppe von Teststrukturen 220 und einer zweiten Gruppe von Teststrukturen 225 dar. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen enthält jede Gruppe von Teststrukturen 220 und 225 individuelle Teststrukturen 201, wie dies über der Teststruktur 102 gezeigt wird. Die Teststruktur 201 enthält in der dünnen Schicht 202 die Öffnung 212 mit elliptischer Form und einem langen Durchmesser (Querdurchmesser) a sowie einem kurzen Durchmesser (Nebendurchmesser) b. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Teststruktur 101 in 1 eine einzelne Teststruktur 102 oder mehrere Teststrukturen 102 enthalten.
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Gemäß diversen Ausführungsformen hängt die Belastung, bei welcher die dünne Schicht 202 in der Teststruktur 201 bricht, von der Größe und der Form des Verengungsbereichs 216 ab, welcher durch die Öffnung 212 definiert wird. Des Weiteren wird die aufgebrachte Zugbelastung durch die aufgebrachte Menge der Filme 204 und 206 bestimmt. Aufgrund dieser Grundgedanken werden die Gruppen von Teststrukturen 220 und 225 dazu auserwählt, einige der mehreren Teststrukturen 201 zu brechen und andere nicht. Die erste Gruppe von Teststrukturen 220 enthält Teststrukturen 201 mit langem Durchmesser a und kurzem Durchmesser b, wobei beide bei allen Teststrukturen 201 in der Gruppe 220 sowohl gleich als auch konstant sind. Jedoch weist jede Teststruktur 201 in der Gruppe 220 eine unterschiedliche Menge von auf der dünnen Schicht 202 gebildetem Zugfilm 204 auf. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Zugfilm 206 auch mit anderen Mengen gebildet werden, oder der Zugfilm 206 kann in einigen Ausführungsformen weggelassen werden.
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Beispielsweise kann die obere Teststruktur 201 in der Gruppe 220 90% dünne Schichten 202 aufweisen, der mit dem Zugfilm 204 (oder einschließlich des Zugfilms 206) wie gezeigt abgedeckt wird. Die prozentuale Abdeckung jeder Teststruktur kann nach unten abnehmen, so dass die untere Teststruktur 201 2% dünne Schichten aufweist, der mit dem Zugfilm 204 (oder einschließlich des Zugfilms 206) wie gezeigt abgedeckt wird. In diesem Fall reicht die auf jede Teststruktur 201 in der Gruppe 220 aufgebrachte Zugbelastung von einem Höchstwert bei der oberen Teststruktur zu einem Mindestwert bei der unteren Teststruktur. Die Berechnung der auf jede Struktur aufzubringenden Zugbelastung kann routinemäßig von einem Fachmann unter Verwendung von Näherungsberechnungen oder der genaueren Finite-Element-Methode mit einer handelsüblichen oder speziellen Software durchgeführt werden.
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Gemäß diversen Ausführungsformen enthält die zweite Gruppe von Teststrukturen 225 Teststrukturen 201, bei denen der kurze Durchmesser b konstant ist und der lange Durchmesser a von der oberen Teststruktur bis zur unteren Teststruktur schwankt. In dieser Ausführungsform wird der Zugfilm 204 in gleichen Mengen für jede Teststruktur 201 der Gruppe 225 auf dünnen Schichten gebildet. Somit enthält die 225 eine Ausführungsform, in welcher die auf die dünne Schicht 202 aufgebrachte Zugbelastung in jeder Teststruktur 201 konstant ist, während die Belastung, bei welcher die dünne Schicht 202 bricht, nicht konstant ist. Wie oben erläutert, kann der Zugfilm 206 in gleichen Mengen auf die Unterseite der dünnen Schicht 202 für jede Teststruktur 201 in der Gruppe 225 aufgebracht werden. In anderen Ausführungsformen kann entweder der Zugfilm 204 oder 206 auf Wunsch weggelassen werden.
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Beispielsweise kann jede Teststruktur 201 in der Gruppe 225 50% dünne Schichten 202 aufweisen, die mit dem Zugfilm 204 (oder einschließlich des Zugfilms 206) abgedeckt werden. Somit wird eine konstante Zugbelastung auf jede Teststruktur 201 in der Gruppe 225 aufgebracht. Die Festigkeit jeder Teststruktur 201 schwankt je nach der Größe des Verengungsbereichs 216 in jeder Teststruktur 201. Die Größe des Verengungsbereichs 216 wird durch den langen Durchmesser a in der Teststruktur 201 bestimmt, der sich zwischen einem Höchstwert in der oberen Teststruktur 201 und einem Minimalwert in der unteren Teststruktur 201 der Gruppe 225 bewegt. Somit neigt die obere Teststruktur 201 in der Gruppe 225 eher zum Brechen als die untere Teststruktur 201, weil der Verengungsbereich 216 in der oberen Struktur länger ist, was zur Folge hat, dass die von der dünnen Schicht 202 ausgebildete Gesamtbrücke geschwächt wird. In der Gruppe 225 wird der kurze Durchmesser b konstant gehalten.
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Gemäß diversen Ausführungsformen betragen bei jeder Teststruktur 201 in der Gruppe 220 der lange Durchmesser a und der kurze Durchmesser b beide 8 µm, und die Breite w der von der dünnen Schicht 202 gebildeten Brücke beträgt 10 µm. Bei den Teststrukturen 201 in der Gruppe 225 beträgt der kurze Durchmesser b 8 µm die Breite w 10 µm, während der lange Durchmesser a von 0 µm bis 100 µm reicht. In anderen Ausführungsformen kann jede Abmessung jeden Wert annehmen sowie veränderlich oder konstant sein. Des Weiteren kann jede Kombination von konstanten und veränderlichen Werten in diversen Ausführungsformen verwendet werden. In weiteren besonderen Ausführungsformen kann die Breite w von 5 µm bis 100 µm reichen, und der kurze Durchmesser b kann von 1 µm bis 100 µm reichen. Die Gesamtlänge der durch die zwischen den Verankerungen 208 und 210 gekoppelte dünne Schicht 202 gebildeten Brücke kann von 100 µm bis 500 µm in einigen Ausführungsformen reichen. In anderen Ausführungsformen kann die Brückenlänge kürzer als 100 µm oder länger als 500 µm sein. In einer besonderen Ausführungsform kann die Brückenlänge 400 µm betragen. Zudem kann es sich beim vom Zugfilm 204 (oder einschließlich des Zugfilms 206) abgedeckten Prozentsatz der dünnen Schicht 202 um jeden Prozentsatz handeln. Des Weiteren kann die Öffnung jede Form aufweisen und zahlreiche Arten von Verengungsbereichen erzeugen, wie dies unter Bezugnahme auf die 4a–4h gut erläutert wird.
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In weiteren Ausführungsformen sind die vorliegend beschriebenen erfinderischen Grundgedanken auch auf Strukturen im Nanomaßstab anwendbar. Obgleich sich die beispielhaften Abmessungen hauptsächlich auf MEMS beziehen, kann die Teststruktur 200 als Teil der Teststruktur 102 gemäß den gleichen Grundgedanken bei Strukturen im Nanomaßstab angewendet werden. In solchen Ausführungsformen können die Abmessungen verkleinert werden, während die gleichen Grundsätze des Aufbringens einer Zugbelastung auf dünne Schichten zur Anwendung gelangen.
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Die 4a–4h stellen Draufsichten auf verschiedene Ausführungsformen von Teststrukturen dar, wie mit Bezugnahme auf die Teststrukturen 200 und 201 mit diversen unterschiedlichen Merkmalen beschrieben worden ist. 4a stellt eine Teststruktur mit einer rechteckigen Öffnung 212 dar. 4b stellt eine Teststruktur mit einer kreisförmigen Öffnung 212 dar. 4c stellt eine Teststruktur mit einer elliptischen Öffnung 212 mit einem größeren Vertikaldurchmesser dar. 4d stellt eine Teststruktur mit einer elliptischen Öffnung 212 mit einem größeren Horizontaldurchmesser dar. 4e stellt eine Teststruktur mit einer diamantförmigen Öffnung 212 dar. 4f stellt eine Teststruktur mit Öffnungen 212 nahe der Verankerung 208 und dem Zugfilm 204 rechts von der dünnen Schicht 202 dar. 4g stellt eine Teststruktur mit einer rechteckigen Öffnung 212 nahe der Verankerung 208 und dem Zugfilm 204 rechts von der dünnen Schicht 202 dar. 4h stellt eine Teststruktur mit Öffnungen 212 und einem mit einer nichtquadratischen Musterung gemusterten Zugfilm 204 dar. Jede Teststruktur in den 4a–4h kann wie oben in Bezug auf die 2 und 3 beschrieben gebildet und verwendet werden. Beispielsweise kann jede Teststruktur in den 4a–4h auf einer unteren Oberfläche der dünnen Schicht 202 einen Zugfilm 206 enthalten. In den verschiedenen Ausführungsformen kann der Zugfilm 206 passend zum Zugfilm 204 oder davon verschieden gemustert sein.
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Die 5a und 5b stellen eine Querschnittsansicht einer bzw. eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Teststruktur 300 dar. Gemäß diversen Ausführungsformen enthält die Teststruktur 300 die dünne Schicht 302 mit dem darüber 304 bzw. darunter 306 angeordneten Zugfilm. In den diversen Ausführungsformen kann entweder der Zugfilm 304 bzw. 306 weggelassen und nur ein einzelner Zugfilm 304 bzw. 306 verwendet werden. Die dünne Schicht 302 enthält auch einen Verengungsbereich 316. Wie in 5b gezeigt, handelt es sich beim Verengungsbereich 316 um einen geschmälerten Bereich, der in einigen Ausführungsformen bruchanfälliger ist. Die dünne Schicht 302 wird zwischen starren Verankerungen 308 und 310 gebildet. Die Teststruktur 300 kann auch die Elektrode 314 zum Aufbringen einer zusätzlichen Kraft zum Nachgeben der durch die dünne Schicht 302 zwischen zwei festen Verankerungen gebildeten Brücke enthalten. Die Teststruktur 300 unterscheidet sich von der Teststruktur 200 und den diversen, in den 4a–4h erläuterten Ausführungsformen durch die Form der Brücke. Die Teststruktur 300 wird durch eine sich verjüngende Brücke gebildet, die im Allgemeinen keine Öffnungsbereiche aufweist. In anderen Ausführungsformen können die Elemente aller Ausführungsformen, wie z.B. die Verjüngung der Teststruktur 300 und die Öffnungen der Teststruktur 200, frei gegeneinander ausgewechselt werden.
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Wie bei anderen hier beschriebenen Teststrukturen auch, bezieht sich die auf die dünne Schicht 302 aufgebrachte Zugkraft auf die Menge der aufgebrachten dünnen Schicht 304 und 306. Je größer die Überlappungsfläche wie in der Draufsicht in 5b betrachtet, desto höher die auf die dünne Schicht 302 aufgebrachte Zugkraft. Des Weiteren je länger die Brücke und schmaler der Verengungsbereich, desto geringer die zum Brechen bzw. Zerreißen der dünnen Schicht 302 notwendige Kraft.
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6 stellt eine Gesamtansicht der Ausführungsform der Teststruktur 103 mit einer ersten Gruppe von Teststrukturen 320 und einer zweiten Gruppe von Teststrukturen 325 dar. Gemäß diversen Ausführungsformen enthält jede Gruppe von Teststrukturen 320 und 325 wie gezeigt über der Teststruktur 103 individuelle Teststrukturen 300. Die Teststruktur 300 enthält in der dünnen Schicht 302 den Verengungsbereich 316, der sich von breiteren Bereichen bei den starren Verankerungen 308 und 310 aus verjüngt. Die Länge der nicht abgedeckten dünnen Schicht 302 wird mit der Länge a angegeben, und die Breite der von der dünnen Schicht 302 gebildeten Brücke wird mit der Breite b angegeben. In diversen Ausführungsformen kann die Teststruktur 101 in 1 eine einzelne Teststruktur 103, mehrere Teststrukturen 103 oder eine Kombination von Teststrukturen 102, wie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, und Teststrukturen 103 enthalten.
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Wie oben erläutert, hängt die Belastung, bei welcher die dünne Schicht 302 in der Teststruktur 300 bricht, von der Größe und Form des Verengungsbereichs 316 ab, der für die in den 5–7 gezeigten Ausführungsformen allgemein durch die Länge a und die Breite b definiert wird. Des Weiteren wird die auf die von der dünnen Schicht 302 gebildete Brücke aufgebrachte Zugbelastung von der Menge des aufgebrachten Zugfilms 304 und 306 bestimmt.
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Aufgrund der oben erwähnten Grundgedanken sind die Gruppen von Teststrukturen 320 und 325 dazu auserwählt, einige Teststrukturen 300a–300h der mehreren Teststrukturen zu brechen und andere nicht zu brechen. Die erste Gruppe von Teststrukturen 320 enthält die Teststrukturen 300a–300d mit einer konstanten ersten Länge a und mit einer Breite b, die in 6 nach unten zunimmt. Beispielsweise kann die Länge a jeder Brücke in der Gruppe 320 54 µm betragen, während die Breite b der Teststruktur 300a 1 µm, die Breite b der Teststruktur 300b 2,5 µm, die Breite b der Teststruktur 300c 5 µm und die Breite b der Teststruktur 300d 10 µm beträgt. Die zweite Gruppe der Teststrukturen 325 enthält die Teststrukturen 300e–300h mit einer konstanten ersten Länge a und mit einer Breite b, die in 6 nach unten zunimmt. Beispielsweise kann die Länge a jeder Brücke in der Gruppe 325 122 µm betragen, während die Breite b der Teststrukturen 300e–300h jene der Teststrukturen 300a–300d in der Gruppe 320 jeweils nachahmt. In diversen Ausführungsformen können die Länge a und die Breite b auf jeden Wert eingestellt sein und in verschiedenen Teststrukturen separat oder gemeinsam verändert werden.
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Gemäß diversen Ausführungsformen kann jede Anzahl von Teststrukturen 300 in jeder Abmessung verwendet werden. Beispielsweise kann die Länge a von 10 µm bis 1000 µm reichen und die Breite b von 0,1 µm bis 100 µm. Andere Abmessungen können auch verwendet werden. Wie oben erwähnt, sind auch Strukturen im Nanometermaßstab, die auf den gleichen Grundgedanken beruhen, vorgesehen. In solchen Ausführungsformen werden zusätzlich zu anderen maßstabsbezogenen Abänderungen die Strukturen mit Breiten b und Längen a im Nanometerbereich gebildet.
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7a–7e stellen Draufsichten auf diverse Ausführungsformen der Teststrukturen dar, wie sie mit diversen unterschiedlichen Merkmalen mit Bezug auf die Teststruktur 300 beschrieben worden sind. 7a stellt eine Teststruktur mit einem sich in zwei Stufen linear verjüngenden Bereich dar, der in einen Verengungsbereich mit konstanter Breite übergeht. 7b stellt eine Teststruktur mit einem verschiedenen, sich in zwei Stufen linear verjüngenden Bereich dar, der in einen sich bogenförmig verjüngenden weiteren Verengungsbereich übergeht. 7c stellt eine Teststruktur mit einem sich einstufig linear verjüngenden Bereich dar, der in ein sich bogenförmig verjüngenden weiteren Verengungsbereich übergeht. 7d stellt eine Teststruktur mit einem sich durchwegs bogenförmig verjüngenden, wie in den 5a und 5b gezeigten Bereich dar, außer dass der Verengungsbereich 316 eine Riffelung 318 enthält. 7e stellt eine Teststruktur mit einem sich durchwegs bogenförmig verjüngenden Bereich dar, außer dass der Verengungsbereich 316 direkt mit der Verankerung 308 gekoppelt ist.
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Jede Teststruktur in den 7a–7e kann wie mit Bezug auf die anderen Figuren beschrieben gebildet und verwendet werden. Beispielsweise kann jede Teststruktur in den 7a–7h auf einer unteren Oberfläche der dünnen Schicht 302 einen Zugfilm 306 enthalten. In den diversen Ausführungsformen kann der Zugfilm 306 passend zum Zugfilm 304 oder unterschiedlich gemustert sein.
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8a–8h stellen eine Ausführungsform einer Herstellungsabfolge für eine Ausführungsform einer Teststruktur gemäß einer beliebigen der hier beschriebenen Ausführungsformen dar. 8a stellt eine Struktur mit einer Elektrodenschicht 402 dar, die ein dotierter Teil eines nicht gezeigten Substrats, wie z.B. eines Siliziumsubstrats, sein kann. In diversen Ausführungsformen kann es sich beim Substrat um ein beliebiges Material handeln, und die Elektrodenschicht 402 kann auch eine auf dem Substrat abgelagerte Metallschicht sein. Auf die Elektrodenschicht 402 wird eine Opferschicht 400 abgelagert. In diversen Ausführungsformen kann die Opferschicht 400 aus jeder Art von Material wie z.B. Siliziumdioxid, wärmeempfindlichem Oxid, Kohlenstoff, Tetraethylorthosilikat (TEOS), oder anderen Materialien gebildet werden. Die Zugschicht 404 wird auf der Opferschicht 400 abgelagert. In diversen Ausführungsformen kann die Zugschicht 404 aus jedem Material gebildet werden, welches bei Loslösung eine Zugkraft aufbringt, wie z.B. Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid.
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Gemäß diversen Ausführungsformen kann die Zugschicht 404 eine beliebige Stärke aufweisen. In einigen besonderen Ausführungsformen beträgt die Stärke der Zugschicht 404 zwischen 50 nm und 1 µm, in einer Ausführungsform insbesondere 200 nm. Gemäß diversen Ausführungsformen ist die Opferschicht 400 viel stärker als die Zugschicht 404, wie z.B. mindestens 10-mal stärker. In alternativen Ausführungsformen kann die Opferschicht 400 ungeachtet der Stärke der Zugschicht 404 eine beliebige Stärke aufweisen.
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8b stellt eine Struktur nach dem Aufbringen der Photolackschicht 406 und nach dem Mustern gemäß einem ersten Maskenmuster sowie nachdem auf der Zugschicht 404 ein Ätzprozess durchgeführt worden ist, dar. 8b zeigt somit die gemäß dem ersten Maskenmuster gemusterte Zugschicht 404.
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8c stellt eine Struktur dar, nachdem eine dünne Schicht 408 auf der gemusterten Zugschicht 404 abgelagert worden ist. In diversen Ausführungsformen kann die dünne Schicht 408 eine Kontur bilden, die zur Musterung der Zugschicht 404 passt. In anderen Ausführungsformen kann zusätzliches Opferschichtmaterial oder ein anderes Material abgelagert werden, und die Struktur kann einem chemisch-mechanischen Polieren (CMP) o.Ä. unterzogen werden, um die Struktur zu ebnen, bevor die dünne Schicht 408 abgelagert wird. Gemäß diversen Ausführungsformen kann die dünne Schicht 408 aus jeder Art von Material wie z.B. Silizium, Polysilizium, einem Oxid, jedem Halbleitermaterial oder einer Kombination solcher Schichten gebildet werden. In anderen Ausführungsformen kann die dünne Schicht 408 aus einem Polymer oder einem Metall gebildet werden. Die dünne Schicht 408 kann jede wie mit Bezug auf die Zugschicht 404 beschriebene Stärke aufweisen, wie beispielsweise etwa 200 nm.
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8d stellt eine Struktur nach Aufbringen einer Photolackschicht 410 und nach dem Mustern gemäß einem zweiten Maskenmuster sowie nach Durchführen eines weiteren Ätzprozesses auf der dünnen Schicht 408 dar. 8d zeigt somit die gemäß dem zweiten Maskenmuster gemusterte dünne Schicht 408.
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8e stellt eine Struktur nach dem Ablagern der Zugschicht 412 auf der gemusterten dünnen Schicht 408 und der gemusterten Zugschicht 404 dar. Die Zugschicht 412 kann wiederum der Kontur der dünnen Schicht 408 folgen. In anderen Ausführungsformen kann die Struktur wie oben beschrieben vor dem Ablagern der Zugschicht 412 geebnet werden. Die Zugschicht 412 kann aus jedem Material und in jeder Stärke gebildet werden, wie oben mit Bezug auf die Zugschicht 404 beschrieben worden ist.
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8f stellt eine Struktur nach Aufbringen der Photolackschicht 414 und dem Mustern gemäß einem dritten Maskenmuster sowie nach dem Durchführen eines anderen Ätzprozesses auf der Zugschicht 412 dar. 8f zeigt somit die gemäß dem dritten Maskenmuster gemusterte Zugschicht 412 dar.
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8g und 8h stellen Querschnittsansichten fertiggestellter Teststrukturen dar, nachdem die Photolackschicht 414 sowie die Opferschicht 400 in einem Loslösungsschritt entfernt worden sind. 8g stellt eine Struktur dar, die während der Herstellung nicht geebnet worden ist, und 8h stellt eine Struktur dar, die wie oben erwähnt zwischen den Schichtablagerungen geebnet worden ist. Wie mit Bezug auf die anderen Figuren beschrieben worden ist, können einige der Strukturen nach dem Entfernen der Opferschicht und dem Loslösen der dünnen Schicht brechen. In diversen Ausführungsformen bewirken die Zugschichten das Aufbringen einer Zugbelastung in der Größenordnung von 1 GPa. Die Querschnittaufnahme erfolgt an einem Punkt, wo eine Öffnung wie in den 2–4 beschrieben gemustert worden ist, aber die gleichen allgemeinen Herstellungsschritte können zum Bilden einer beliebigen der hier erläuterten bzw. dazu äquivalenten Strukturen angewendet werden. Des Weiteren wird auch einem ungeübten Fachmann erkenntlich sein, dass die vorliegend beschriebenen diversen Schritte zum Bilden einer äquivalenten Struktur abgeändert werden können, wobei solche Abänderungen im Schutzumfang dieser Offenbarung liegen.
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9 stellt eine zusätzliche Draufsicht auf eine Halbleiterscheibe 100 mit Ausführungsformen der Teststruktur 101 sowie Funktionsblöcken 110 dar. Gemäß diversen Ausführungsformen kann die Teststruktur 101 die wie mit Bezug auf die anderen Figuren beschriebenen Teststruktursätze 102 und 103 als auch andere mechanische oder elektrische Teststrukturen enthalten. Die Teststrukturen 101 können wie gezeigt oder in jeder anderen Anordnung auf der Halbleiterscheibe 100 verteilt sein. Der Funktionsblock 101 kann mechanische Strukturen wie z.B. MEMS, integrierte Schaltkreise oder eine Kombination hiervon enthalten. Beim Funktionsblock 115 handelt es sich um einen Funktionsblock, der dem Funktionsblock 110 ähnlich ist, außer dass die Teststruktur 101 innerhalb des Funktionsblocks enthalten ist. In diversen Ausführungsformen handelt es sich bei den Funktionsblöcken um die individuellen Chips, welche in einem Schneidprozess vereinzelt werden. Der Funktionsblock 115 enthält somit Teststrukturen 101, die Teil des Chips sein können.
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10 stellt ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform der Herstellungsabfolge 500 zum Produzieren einer Ausführungsform der Teststruktur dar, die die Schritte 502–512 umfasst. Gemäß diversen Ausführungsformen umfasst der Schritt 502 das Anordnen eines Opfermaterials auf einem Substrat, der Schritt 504 umfasst das Anordnen einer dünnen Schicht auf dem Opfermaterial und der Schritt 506 umfasst das Anordnen eines Zugspannungsmaterials auf der dünnen Schicht. Der Schritt 508 umfasst das Mustern des Zugspannungsmaterials zum Freilegen eines Abschnitts der dünnen Schicht, und der Schritt 510 umfasst das Mustern der dünnen Schicht im freigelegten Abschnitt zum Erzeugen eines Verengungsbereichs. Der Schritt 512 umfasst schlussendlich das Entfernen des Opfermaterials zum Loslösen der Teststruktur.
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Gemäß diversen Ausführungsformen kann die Herstellungsabfolge 500 gemäß einer anderen Prozessschrittreihenfolge abgeändert werden und andere Prozessschritte umfassen. Insbesondere kann die Herstellungsabfolge 500 gemäß einer beliebigen der mit Bezug auf die 8a–8h beschriebenen Grundlagen abgeändert werden. Beispielsweise kann ein zusätzliches Zugspannungsmaterial unter der dünnen Schicht angeordnet werden, in einem Substrat kann eine Elektrode gebildet werden, und es können weitere Musterungsschritte in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden.
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11 stellt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens 550 zum Bestimmen der Zugfestigkeit einer dünnen Schicht unter Verwendung einer Ausführungsform der Teststruktur dar, welche die Schritte 552–558 umfasst. Gemäß diversen Ausführungsformen umfasst der Schritt 552 das Fabrizieren mehrerer verschiedener Teststrukturen auf einer Scheibe. Jede der mehreren Teststrukturen enthält eine erste Schicht, bei der es sich um die dünne Schicht handelt, sowie eine zweite Schicht, bei der es sich um ein unter Zugbelastung stehendes Material handelt. Der Schritt 554 umfasst das Inspizieren der mehreren verschiedenen Teststrukturen, und der Schritt 556 umfasst das Erkennen einer Untergruppe der mehreren verschiedenen Teststrukturen. Die Untergruppe der mehreren verschiedenen Teststrukturen kann alle gebrochenen Teststrukturen enthalten. Der Schritt 558 umfasst das Bestimmen der Zugfestigkeit der dünnen Schicht aufgrund der erkannten Untergruppe.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren 550 abgeändert werden, damit es nur eine einzige Teststruktur enthält. In solchen Ausführungsformen kann die Struktur hinsichtlich einer bekannten oder bestimmten Bruchfestigkeit beobachtet werden. In einigen Ausführungsformen können zwei Teststrukturen verwendet werden, um für die Bruchfestigkeit eine bekannte obere und untere Grenze einzurichten. In noch weiteren Ausführungsformen können sowohl gebrochene als auch unversehrte Teststrukturen für elektrische Prüfungen verwendet werden. In solchen Ausführungsformen kann jede Teststruktur ein leitfähiges Material enthalten, das beispielsweise mit der Metallisierung oder mit Kontaktplättchen gekoppelt ist. Auf das leitfähige Material über der die Teststruktur bildende Brücke können elektrische Signale aufgelegt werden Gebrochene Teststrukturen weisen offene Schaltkreischarakteristiken auf, während unversehrte Teststrukturen kurzgeschlossene Schaltkreischarakteristiken aufweisen, wodurch beim Prüfen nützliche elektrische Eigenschaften bereitgestellt werden können.
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Gemäß diversen Ausführungsformen kann das Verfahren 550 weitere Schritte und weitere Prüfungen umfassen. Alle vorliegend beschriebenen sowie dazu äquivalente Teststrukturen können in den mehreren verschiedenen Teststrukturen enthalten sein, und es können zahlreiche Prüfungsgruppen auserwählt werden, um die Zugfestigkeit der dünnen Schicht zu bestimmen. Des Weiteren können mehrere Dünnfilme von Schichten durch Fabrizieren mehrerer Teststrukturen auf einer Scheibe geprüft werden, die verschiedenen Dünnfilmen oder Schichten zugeordnet sind.
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Gemäß diversen Ausführungsformen enthält eine mikrofabrizierte Teststruktur eine zwischen zwei starren Verankerungen mechanisch gekoppelte und über einem Substrat angeordnete Struktur. Die Struktur ist vom Substrat losgelöst und enthält eine Testschicht, die zwischen den zwei starren Verankerungen mechanisch gekoppelt ist. Die Testschicht enthält einen ersten Bereich mit einer ersten Querschnittsfläche sowie einen Verengungsbereich mit einer zweiten Querschnittsfläche, die kleiner ist als die erste Querschnittsfläche. Die Struktur enthält auch eine erste auf Zug belastete Schicht, die auf einer Oberfläche der Testschicht neben dem ersten Bereich angeordnet ist.
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In diversen Ausführungsformen verjüngt sich eine Breite des Verengungsbereichs von einer breitesten Stelle zu einer schmalsten Stelle. Eine Breite des Verengungsbereichs kann auch konstant sein. Die Testschicht kann eine Öffnung aufweisen, die neben der Öffnung den Verengungsbereich bildet. Die Teststruktur kann auch eine auf dem Substrat unter der Struktur angeordnete Elektrode aufweisen. In einigen Ausführungsformen enthält die Teststruktur eine zweite auf Zug beanspruchte Schicht, die auf einer Bodenfläche der Testschicht unter dem ersten Bereich angeordnet ist. Die erste auf Zug beanspruchte Schicht kann auf einer Deckfläche der Testschicht über dem ersten Bereich angeordnet sein. In einer Ausführungsform beträgt die zweite Querschnittsfläche weniger als 50% der ersten Querschnittsfläche. Die erste auf Zug beanspruchte Schicht kann zum Aufbringen einer Zugbelastung auf die Testschicht ausgestaltet sein, welche nicht so betrieben werden kann, dass der Testschicht ein Bruch zugefügt wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen enthält eine mikrofabrizierte Teststruktur mehrere auf einer Scheibe fabrizierte Zugspannungsstrukturen. Jede der mehreren Zugspannungsstrukturen enthält eine Testschicht mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt sowie eine auf dem ersten Abschnitt der Testschicht und nicht auf dem zweiten Abschnitt der Testschicht angeordnete erste Zugspannungsschicht. Der zweite Abschnitt der Testschicht enthält einen Verengungsbereich mit einer Querschnittsfläche, die kleiner ist als der erste Abschnitt der Testschicht. Eine erste Zugspannungsstruktur der mehreren Zugspannungsstrukturen weist ein erstes Prüfmaß auf, und eine zweite Zugspannungsstruktur der mehreren Zugspannungsstrukturen weist ein zweites Prüfmaß auf. Das zweite Prüfmaß ist vom ersten Prüfmaß verschieden.
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In diversen Ausführungsformen enthält das Prüfmaß eine ebene Fläche des ersten Abschnitts der Testschicht, eine Breite der Testschicht bei einem Mittelpunkt des Verengungsbereichs, eine Länge des Verengungsbereichs, oder eine ebene Fläche eines Aussparungsbereichs im zweiten Abschnitt der Testschicht. Der Aussparungsbereich kann einen Bereich enthalten, in dem in der Testschicht durch Entfernen der Testschicht eine Öffnung gebildet ist. In einigen Ausführungsformen weist der Aussparungsbereich eine rechteckige Form oder eine kreisrunde Form auf, oder der Aussparungsbereich enthält in der Testschicht zwei Öffnungen. Das Prüfmaß verändert sich möglicherweise von einem ersten Wert für die erste Zugspannungsstruktur zu einem zweiten Wert für eine letzte Zugspannungsstruktur.
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In diversen Ausführungsformen enthält jede der mehreren Zugspannungsstrukturen auch eine zweite Zugspannungsschicht, die auf einer Oberfläche der der ersten Zugspannungsschicht gegenüberliegenden Testschicht sowie auf dem ersten Abschnitt der Testschicht und nicht auf dem zweiten Abschnitt der Testschicht angeordnet ist. Eine erste Untergruppe der mehreren Zugspannungsstrukturen kann dazu ausgebildet sein, während oder nach der Herstellung aufgrund einer von der ersten Zugspannungsschicht auf die Testschicht aufgebrachten Zugbelastung zu brechen, und eine zweite Untergruppe der mehreren Zugspannungsstrukturen kann dazu ausgebildet sein, während der Herstellung nicht zu brechen. Die Testschicht kann zwischen zwei starren Verankerungen eine Brücke bilden, und die Brücke weist auf ihrer gesamten Länge eine konstante Breite auf. In anderen Ausführungsformen bildet die Testschicht zwischen zwei starren Verankerungen eine Brücke, und die Brücke weist auf ihrer gesamten Länge eine sich verjüngende Breite auf, so dass die Breite im Verengungsbereich am schmalsten ist.
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Gemäß diversen Ausführungsformen enthält eine mikrofabrizierte Teststruktur mehrere auf einer Scheibe fabrizierte Zugspannungsstrukturen. Jede der mehreren Zugspannungsstrukturen enthält eine Testschicht, die einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt sowie eine auf dem ersten Abschnitt der Testschicht und nicht auf dem zweiten Abschnitt der Testschicht angeordnete Zugspannungsschicht umfasst. Der zweite Abschnitt der Testschicht enthält einen Verengungsbereich mit einer Querschnittsfläche, die kleiner ist als der erste Abschnitt der Testschicht. Die mehreren Zugspannungsstrukturen enthalten Zugspannungsstrukturen mit Zugspannungsstrukturen, die zum Aufbringen verschiedener Zugbelastungsdichten auf die Testschicht, auf welcher die jeweilige Zugspannungsschicht angeordnet ist, ausgebildet sind.
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In diversen Ausführungsformen ist eine erste Untergruppe der mehreren Zugspannungsstrukturen dazu ausgebildet, während der Herstellung zu brechen, und eine zweite Untergruppe der mehreren Zugspannungsstrukturen ist nicht dazu ausgebildet, während der Herstellung zu brechen. Die erste und zweite Untergruppe geben eine Zugfestigkeit der Testschicht an. In einigen Ausführungsformen bildet die Testschicht zwischen zwei starren Verankerungen eine Brücke, und die Brücke weist auf ihrer gesamten Länge eine sich verjungende Breite auf, so dass die Breite im Verengungsbereich am schmalsten ist. In anderen Ausführungsformen weist die Brücke auf ihrer gesamten Länge eine konstante Breite auf, und der Verengungsbereich umfasst in der Testschicht eine Öffnung. Die mehreren Zugspannungsstrukturen können mit unterschiedlich großen Verengungsbereichen ausgebildet sein, so dass einige Verengungsbereiche bei einer geringeren Zugbelastung brechen.
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Gemäß diversen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Bestimmen einer Zugfestigkeit einer dünnen Schicht das Fabrizieren mehrerer verschiedener Teststrukturen auf einer Scheibe, das Inspizieren der mehreren verschiedenen Teststrukturen, das Erkennen einer Untergruppe der mehreren verschiedenen Teststrukturen aufgrund des Inspizierens, und das Bestimmen der Zugfestigkeit der dünnen Schicht aufgrund der erkannten Untergruppe. Jede der mehreren Teststrukturen enthält eine erste Schicht, welche die dünne Schicht enthält, und eine zweite Schicht mit einem unter Zugbelastung stehenden Material. Die Untergruppe enthält gebrochene Teststrukturen.
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In diversen Ausführungsformen enthalten die mehreren verschiedenen Teststrukturen unter unterschiedlicher Zugbelastung stehende Strukturen. Jede der mehreren verschiedenen Teststrukturen kann einen Verengungsbereich der ersten Schicht aufweisen.
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Gemäß diversen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Fabrizieren einer Teststruktur das Anordnen eines Opfermaterials auf einem Substrat, das Anordnen einer dünnen Schicht auf dem Opfermaterial, das Anordnen eines ersten Zugspannungsmaterials auf der dünnen Schicht, das Mustern des ersten Zugspannungsmaterials zum Freilegen eines Abschnitts der dünnen Schicht, das Mustern der dünnen Schicht im freigelegten Abschnitt zum Erzeugen eines Verengungsbereichs und Entfernen des Opfermaterials zum Loslösen der Teststruktur.
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In diversen Ausführungsformen umfasst das Verfahren auch das Anordnen eines zweiten Zugspannungsmaterials unter der dünnen Schicht und das Mustern des zweiten Zugspannungsmaterials. Das Zugspannungsmaterial kann Siliziumnitrid enthalten. Die dünne Schicht kann Polysilizium enthalten. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren auch das Bilden einer Elektrode auf dem unter der dünnen Schicht liegenden Substrat. Das Verfahren kann auch das Bilden mehrerer Teststrukturen mit unterschiedlichen Werten eines Prüfmaßes umfassen. In einigen Ausführungsformen bezieht sich das Prüfmaß auf eine Zugbelastung, die auf die dünne Schicht jeder der mehreren Teststrukturen aufgebracht wird, und die verschiedenen Werte entsprechen den verschiedenen Zugbelastungen, die auf die dünne Schicht jeder der mehreren Teststrukturen aufgebracht werden. In anderen Ausführungsformen bezieht sich das Prüfmaß auf eine Querschnittsfläche eines in der dünnen Schicht jeder der mehreren Teststrukturen gebildeten Verengungsbereichs, und die Querschnittsfläche des Verengungsbereichs entspricht einer Bruchfestigkeit der Teststruktur.
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Vorteile der vorliegend beschriebenen diversen Ausführungsformen können eine Teststruktur umfassen, welche zum Bestimmen der Bruchfestigkeit oder Zugfestigkeit einer dünnen Schicht in einer fabrizierten Vorrichtung in einfacher Weise verwendet werden kann. In einigen Ausführungsformen kann die Teststruktur zum Bestimmen der Bruchfestigkeit ohne die Verwendung besonderer Prüfungsapparaturen verwendet werden. Insbesondere kann die Teststruktur mit einer visuellen Inspektion durch ein Mikroskop kombiniert werden. Ein weiterer Vorteil liegt in einer Teststruktur, die mit IC- bzw. MEMS-Herstellungsabfolgen im hohen Grade kompatibel ist und kaum oder keine Auswirkungen auf eine Herstellungsabfolge hat. Gemäß einem weiteren Vorteil können die vorliegend beschriebenen Teststrukturen auch in eine elektrotechnische Prüfung miteinbezogen werden, indem ein elektrisches Signal sowohl an die gebrochenen als auch unversehrten Teststrukturen, die ein leitfähiges Material enthalten, angelegt wird. In solchen Ausführungsformen weisen die gebrochenen Teststrukturen die Charakteristiken eines offenen Schaltkreises und die unversehrten Teststrukturen die Charakteristiken eines kurzgeschlossenen Schaltkreises auf.
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Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf darstellende Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist die vorliegende Beschreibung nicht als einschränkend auszulegen. Dem Fachmann werden in Bezug auf die Beschreibung diverse Abänderungen und Kombinationen der darstellenden Ausführungsformen sowie andere Ausführungsformen der Erfindung ersichtlich sein. Die beigefügten Ansprüche sollen deshalb solche Abänderungen oder Ausführungsformen in ihrem Schutzanspruch mit einschließen.
